CN101305628A - 在正交频分复用网络中用于动态频率选择的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

无线端点是无线区域网络(WRAN)端点，例如基站(BS)或客户前端设备(CPE)。WRAN端点可以在信道中发送包括2048个子载波的正交频分复用(OFDM)信号。所述2048个子载波被划分为16个子载波集合、或子信道，每一子载波集合包括128个子载波。然而，一旦检测到信道中的主导窄带信号，WRAN端点就按以下方式形成用于传输的OFDM信号：WRAN端点排除使用将干扰所述主导窄带信号的子载波集合中的一个或更多子载波。

Description

在正交频分复用网络中用于动态频率选择的装置和方法
技术领域
本发明通常涉及通信系统，更具体地说，涉及无线系统(例如地面广播、蜂窝、无线保真(Wi-Fi)、卫星等)。
背景技术
在IEEE 802.22标准组中正在研究无线区域网络(WRAN)系统。WRAN系统倾向于基于无干扰而使用TV频谱中的未使用的电视(TV)广播信道，作为主要目的，用于以与服务于城市区域和郊区区域的广播接入技术相似的性能级别来针对乡村区域和远程区域以及低人口密度的低服务市场。此外，WRAN系统还可以有能力缩放(scale)，以服务于频谱可用的密集人口区域。
发明内容
如上所述，WRAN系统的一个目的是不干扰现有主导信号(例如可以被看作“宽带”信号(即信号占用整个信道)TV广播)。然而，与TV广播相比，在信道中还可以有作为“窄带”的主导信号。在这点上，无线端点使用动态频率选择机制，从而无线端点仍然可以使用该信道——但是避免干扰主导窄带信号。具体地说，根据本发明原理，无线端点标识信道内的至少一个排除的频率区域，并且在信道中发送基于正交频分复用(OFDM)的信号，所述基于OFDM的信号包括多个子载波；其中，所述发送步骤包括以下步骤：从传输中排除落入所述至少一个排除的频率区域内的那些子载波。
在本发明示例性实施例中，无线端点是无线区域网络(WRAN)端点，例如基站(BS)或客户前端设备(CPE)。WRAN端点可以在信道中发送包括2048个子载波的OFDM信号。所述2048个子载波被划分为16个子载波集合、或子信道，每一子载波集合包括128个子载波。然而，一旦在信道中检测到主导窄带信号，WRAN端点就按以下方式形成用于传输的OFDM信号：WRAN端点排除使用将干扰主导窄带信号的子载波集合中的一个或多个。
在本发明另一示例性实施例中，无线端点是无线区域网络(WRAN)端点，例如基站(BS)或客户前端设备(CPE)。WRAN端点可以在信道中发送包括2048个子载波的OFDM信号。所述2048个子载波被划分为16个子载波集合、或子信道，每一子载波集合包括128个子载波。然而，一旦在信道中接收到标识主导窄带信号的频率使用映射，WRAN端点就按以下方式形成用于传输的OFDM信号：WRAN端点排除使用将干扰主导窄带信号的子载波集合中的一个或多个。
鉴于上述情况，并且从阅读详细描述将理解，其它实施例和特征也是可能的，并且落入本发明原理内。
附图说明
图1示出列出了电视(TV)信道的表1；
图2示出根据本发明原理的示例性WRAN系统；
图3、图4和图5与图2的WRAN系统中的OFDMA传输有关；
图6示出根据本发明原理的用于图2的WRAN系统的示例性流程图；
图7示出根据本发明原理的用于图2的WRAN系统的另一示例性流程图；
图8示出根据本发明原理的用于图2的WRAN系统的示例性接收机；
图9示出根据本发明原理的在图4的WRAN系统中使用的另一示例性流程图；
图10示出根据本发明原理的示例性消息流；
图11示出根据本发明原理的用于图4的WRAN系统的另一示例性流程图；
图12示出根据本发明原理的示例性频率使用映射；以及
图13示出根据本发明原理的示例性OFDM调制器。
具体实施方式
除了本发明构思之外，附图中所示的元件是公知的，并且将不对其进行详细描述。此外，假设熟悉电视广播、接收机、网络连接和视频编码，并且在此不对其进行详细描述。例如，除了本发明构思之外，假设熟悉TV标准(例如ATSC(先进电视系统委员会)(ATSC))和网络连接(例如IEEE802.16，802.11h)等的当前和所提议的推荐。可以在以下文献中找到关于ATSC广播信号的进一步的信息：ATSC standards：Digital Television Standard(A/53)Revision C，包括1号修订和1号勘误表，Doc.A/53C；以及RecommendedPractice：Guide to the Use of the ATSC Digital Television Standard(A/54)。类似地，除了本发明构思之外，假设传输构思(例如八电平残留边带(8-VSB)、正交调幅(QAM)、正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA))、以及接收机组件(例如射频(RF)前端)、或接收机部分(例如低噪声块、调谐器和解调器、相关器、漏泄积分器和平方器)。相似地，除了本发明构思之外，用于生成传送比特流的格式化和编码方法(例如运动图像专家组(MPEG)-2系统标准(ISO/IEC 13818-1))是公知的，并且在此不进行描述。应注意，可以使用传统编程技术来实现本发明构思，同样在此将不描述所述传统编程技术。最后，附图中相似的标号表示相似的元件。
图1的表1示出美国的TV频谱，其提供甚高频(VHF)和超高频(UHF)波段中的TV信道的列表。对于每一TV信道，示出所分配的频段的对应下沿。例如，TV信道2开始于54MHz(兆赫兹)，TV信道37开始于608MHz，TV信道68开始于794MHz等。本领域所知，每一TV信道或波段占用6MHz的带宽。同样，TV信道2覆盖54MHz至60MHz的频谱(或范围)，TV信道37覆盖从608MHz至614MHz的波段，TV信道68覆盖从794MHz至800MHz的波段等。在该描述的上下文中，TV广播信号是“宽带”信号。如前所述，WRAN系统使用TV频谱中的未使用的电视(TV)广播信道。在这点上，WRAN系统执行“信道感测”，以确定在WRAN区域中这些TV信道中的哪些是实际上激活的(或“主导的”)，从而确定实际上对WRAN系统进行使用而有效的TV频谱的部分。
然而，即使WRAN端点没有检测到宽带信号，在作为“窄带”(例如在信道中占用少于6MHz带宽)的信道中也可以存在主导信号。主导窄带信号可以出现在甚至在WRAN端点已经开始使用用于传输的信道之后。在这点上，无线端点使用动态频率选择(DFS)机制，从而无线端点仍然可以使用该信道——但是避免干扰主导窄带信号。具体地说，根据本发明原理，无线端点标识信道内的至少一个已排除的频率区域，并且在信道中发送基于正交频分复用(OFDM)的信号，所述基于OFDM的信号包括多个子载波；其中，所述发送步骤包括以下步骤：从传输中排除落入所述至少一个已排除的频率区域内的那些子载波。
图2示出合并本发明原理的示例性无线区域网络(WRAN)系统200。WRAN系统200服务于地理区域(WRAN区域)(图2中未示出)。概括地说，WRAN系统包括至少一个基站(BS)205，其与一个或多个客户前端设备(CPE)250通信。客户前端设备(CPE)可以是固定的或移动的。CPE 250是基于处理器的系统，并且包括一个或多个处理器以及关联的存储器，由处理器290和存储器295来表示，在图2中以虚线框的形式来示出。在上下文中，计算机程序或软件被存储在存储器295中，以由处理器290来执行。处理器290表示一个或多个存储程序控制处理器以及并非专用于发射机功能的处理器，例如，处理器290还可以控制CPE 250的其它功能。存储器295表示任意存储设备(例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等)，可以是CPE 250的内部和/或外部；并且根据需要是易失性的和/或非易失性的。经由天线210和255在BS 205和CPE 250之间的通信的物理层(PHY)是经由收发器285的、示例性基于OFDM(例如OFDMA)的，并且由箭头211来表示。图3的表2中示出带宽6MHz、7MHz和8MHz的示例性OFDMA信号参数。例如，对于6MHz的带宽，子载波的数量等于2048，采样频率是(48/7)MHz，并且值1/4、1/8、1/16和1/32对于参数G是受支持的，参数G是循环前缀(CP)对“有用”时间的比率。在该描述的上下文中，2048个子载波被进一步划分为16个子信道，如图4所示。例如，子信道1包括子载波s1至s128，子信道2包括子载波s129至s256，等等，多达子信道16，子信道16包括子载波s1921至s2048。为了简明，如图4所示，假设每一子信道中的子载波在频率上彼此邻近，但本发明的构思不限于此，并且假设可以定义子信道，从而所述子载波中的某些或全部在频率上不邻近。
为了进入WRAN网络，CPE 250首先尝试与BS 205“关联”。在这种尝试期间，CPE 250经由收发器285将关于CPE 250的性能的信息经由控制信道(未示出)发送至BS 205。所报告的性能包括例如最小传输功率和最大传输功率、以及所支持的用于发送和接收的信道列表。在这点上，CPE 250执行上述“信道感测”，以确定哪个TV信道在WRAN区域中是未激活的。所得到的用于WRAN通信的可用信道列表其后被提供给BS 205。BS 205使用上述所报告的信息，以判断是否允许CPE 250与BS 205关联。
图5示出用于在BS 205与CPE 250之间传递信息的示例性帧100。除了本发明构思之外，帧100与IEEE 802.16-2004，“IEEE Standard for Local andmetropolitan area networks，Part 16：Air Interface for Fixed Broadband WirelessAccess Systems”中所描述的OFDMA帧相似。帧100表示时分复用(TDD)系统，其中，相同的频段用于上行链路(UL)传输和下行链路(DL)传输。如在此所使用的那样，上行链路指的是从CPE 250到BS 205的通信，而下行链路指的是从BS 205到CPE 250的通信。每一帧包括两个子帧，DL子帧101和UL子帧102。在每一帧中，包括了时间间隔，以使得BS 205能够往返(即从发送到接收的切换，反之亦然)。图5将其示出为RTG(接收/发送过渡带)间隔和TTG(发送/接收过渡带)间隔。每一子帧以多个突发来传递数据。在帧控制信头(FCH)77、DL MAP 78和UL MAP 79中传递关于帧和DL子帧中的DL突发的数量以及UL子帧中的UL突发的数量的信息。每一帧还包括前导76，其提供帧同步和均衡。
现参考图6，示出根据本发明原理用于执行DFS的示例性流程图。在步骤305，当形成OFDM信号时，CPE 250标识该领域所要排除的一个或多个频率区域。在以下步骤310中，CPE 250通过排除使用落入所标识的已排除的频率区域内的那些子载波来形成OFDM信号。优选地，为了检测信道中的主导信号，CPE 250应该在检测时段期间终止在该信道中的传输。在这点上，BS 205可以通过经由帧100的DL子帧101发送控制消息而将很大的间隔调度给CPE 250。所调度的很大的间隔可以跨越多帧，或仅与UL子帧有关。
图7的流程图示出标识步骤305所需的一个或多个已排除的频率区域的一种示例性方式。在步骤405，CPE 250选择信道。在该示例中，信道被假设为图1的表1所示的TV信道中的一个，但本发明构思不限于此，并且应用于具有其它带宽的其它信道。在步骤410，CPE 250扫描所选信道，以检查主导信号的存在。如果没有检测到主导信号，则在步骤415，CPE 250形成频率使用映射，所述频率使用映射指示所标识的信道对于WRAN系统进行使用是有效的。如在此所使用的那样，频率使用映射仅是标识一个或多个信道及其部分对于图2的WRAN系统是否有效的数据结构。然而，如果检测到主导信号，则在步骤420，CPE 250确定所检测到的主导信号是否为宽带信号，例如，所检测到的信号是否基本占用所有信道带宽。如果所检测到的主导信号是宽带信号，则在步骤425，CPE 250形成频率使用映射，所述频率使用映射指示所标识的信道对于由WRAN系统所使用是不可用的。另一方面，如果所检测到的主导信号不是宽带信号，即所检测到的主导信号是窄带信号，则在步骤430，CPE 250标识由所检测到的窄带信号所占用的一个或多个子信道。在该示例中，16个子信道组成图4所示的信道。在步骤435，CPE 250形成频率使用映射，所述频率使用映射指示对于由WRAN系统所使用为不可用的16个子信道中的那些标识的子信道。同样，在图6的步骤310，CPE 250形成OFDM信号，从而在形成OFDM信号中排除使用任意所标识的子信道(并且，因此，所关联的子载波)。
简要参考图8，示出用于CPE 250的接收机505的部分(例如收发器285的一部分)。仅示出与本发明构思有关的接收机505的部分。接收机505包括调谐器510、信号检测器515以及控制器525。控制器525表示一个或多个存储程序控制处理器，例如微处理器(例如处理器290)，以及无需专用于本发明构思的处理器，例如，控制器525还可以控制接收机505的其它功能。此外，接收机505包括存储器(例如存储器295)，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等；并且可以是与控制器525分离或是其一部分。为了简明，图8中未示出某些元件，例如自动增益控制(AGC)元件、模数转换器(ADC)(如果处理处于数字域)、以及附加的滤波。除了本发明构思之外，这些元件对于本领域技术人员是容易理解的。在这点上，可以在模拟域或数字域中实现在此所描述的实施例。进一步地，本领域技术人员应理解，所述处理中的某些根据需要可以涉及复杂信号路径。
在上述流程图的上下文中，由控制器525经由双向信号路径526将调谐器510调谐至信道中的不同的信道，以选择特定TV信道。对于每一所选信道，可以出现输入信号504。输入信号504可以表示主导宽带信号(例如根据上述“ATSC数字电视标准”受数字VSB所调制的信号)、或主导窄带信号。如果在所选信道中存在主导信号，则调谐器510将下变换后的信号506提供给信号检测器515，信号检测器515处理信号506，以确定信号506是主导宽带信号还是主导窄带信号。信号检测器515经由路径516将所得到的信息提供给控制器525。
图9的流程图示出用于无线端点标识步骤305所需的一个或多个已排除的频率区域的另一示例性方式。在该示例中，在步骤480，CPE 250从BS 205接收频率使用映射，所述频率使用映射指示对于由WRAN系统进行使用为不可用的任意信道或子信道。BS 205通过例如执行上述图7的流程图来形成所述频率使用映射。同样，在图6的步骤310，CPE 250形成OFDM信号，从而在形成OFDM信号中排除使用任意标识的子信道(并且，因此，关联的信道)。
实际上，无线端点可以被指令为由另一无线端点执行信道感测，其中，所述信道感测包括对主导窄带信号的标识。图10的消息流程图和图11的流程图中示出该操作。BS 205经由先前所描述的DL子帧101将测量请求601发送到CPE 250。所述测量请求可以在待机或正常操作期间被发送，并且可以属于一个或多个信道。一旦接收到测量请求，在图11的步骤305，CPE 250就通过例如对于图1的表1所示的TV信道中的每一个执行图7的流程图来标识排除的频率区域，并且形成频率使用映射。一旦确定了频率使用映射，在图11的步骤490，CPE 250就将所得到的测量报告602经由先前所描述的UL子帧102发送到BS 205，测量报告602包括包含了任意标识的主导窄带信号的频率使用映射。还应注意，CPE可以自主地将测量报告发送到基站。同样，基站可以通过发送例如在与测量请求关联的DL子帧中的预定义信息元素来启用或禁用来自CPE的测量请求或自主测量报告。这些预定义信息元素包括例如被设置为1的“使能比特”，连同被设置为0或1的适当的“请求比特”和“报告比特”。示例性地，所有测量请求和报告根据默认而被启用。测量报告消息包括例如主导信号功率、中心频率和带宽的信息元素。此外，测量报告消息还可以包含例如主导信号功率的直方图的信息。图12示出用于频率使用映射的一些示例性信息元素。频率使用映射605包括三个信息元素(IE)：主导信号功率IE 606、中心频率IE 607、以及带宽IE 608。因此，带宽、中心频率和主导窄带信号的功率可以被标识，并且被发送到另一无线端点，所述另一无线端点可以使用所述信息来标识已排除的一个或多个子载波(或子信道)，从而在该信道中的OFDM传输不干扰主导窄带信号。应注意，可以使用根据本发明原理的频率使用映射或消息的其它形式。例如，频率使用映射可以仅列出对于在形成用于信道的OFDM信号中使用而可用的那些频率或子载波或子信道。反之，频率使用映射可以仅列出对于在形成用于信道的OFDM信号中使用为不可用的那些频率或子载波或子信道，等。
图13示出用于收发器285的OFDM调制器515的示例性实施例。通过使用K个子载波子集或子信道117-1至117-K来执行OFDM调制，其中，K＞1。在上述示例中，K＝16，如图4所示。根据本发明原理，OFDM调制器515接收表示数据承载信号的信号514，并且对该数据承载信号进行调制，以例如从图2的处理器295根据经由信号518所提供的频率使用映射信息而在所选信道上进行广播。如上所述，OFDM调制器515通过从传输排除被指示为干扰所检测到的主导窄带信号的那些子载波来形成用于传输的所得到的OFDM信号516。
如上所述，通过使用动态频率选择机制来增强WRAN系统的性能，从而即使存在主导窄带信号，无线端点也可以仍然使用所选信道。应注意，虽然在图2的CPE 250的上下文中描述了例如图8的接收机的附图中的某些，但本发明不限于此，并且还应用于例如可以根据本发明原理执行信道感测的BS205。
鉴于上述情况，前面的描述仅示出本发明的原理，并且因此应理解，本领域技术人员将能够设计大量替换布置，虽然在此未显式地描述这些替换布置，但这些替换布置实施本发明的原理，并且落入本发明精神和范围内。例如，虽然在上下文中示出分离功能元件，但可以用一个或多个集成电路(IC)来实施这些功能元件。相似地，虽然示出为分离元件，但可以用存储程序控制处理器(例如执行例如与图6和图7等所示的步骤中的一个或多个对应的关联软件的数字信号处理器)来实现所述元件中的任意或全部。进一步地，本发明原理不限于WRAN系统，并且可应用于其它类型的通信系统(例如卫星、无线保真(Wi-Fi)、蜂窝等)。实际上，本发明构思还可应用于固定接收机或移动接收机。因此，应理解，在不脱离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以以示例性实施例进行大量修改，并且可以设计其它布置。

Claims (18)

1.一种用于无线端点的方法，所述方法包括：
标识信道内的至少一个已排除的频率区域；
在所述信道中发送基于正交频分复用(OFDM)的信号，所述基于OFDM的信号包括多个子载波；以及
其中，所述发送步骤包括步骤：
从传输中排除落入所述至少一个已排除的频率区域内的那些子载波。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述标识步骤包括：
检测干扰信号；以及
从所检测的干扰信号标识所述至少一个已排除的频率区域。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个已排除的频率区域与所检测的干扰信号的频谱的至少一部分对应。
4.如权利要求1所述的方法，其中，在多个子信道之中划分所述多个子载波，并且其中，从传输中进行排除的步骤排除至少一个子信道。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述标识步骤包括：
从另一无线端点接收消息；以及
从接收的消息中的信息标识所述至少一个已排除的频率区域。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述接收的消息包括频率使用映射。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述频率使用映射标识将要由所述无线端点在信道中排除使用的频率区域。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述频率使用映射标识对于由所述无线端点使用为可用的频率区域。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述无线端点是无线区域网络(WRAN)的一部分。
10.一种在无线端点中使用的装置，所述装置包括：
调制器，其用于在信道中发送基于正交频分复用(OFDM)的信号，所述基于OFDM的信号包括多个子载波；以及
处理器，其控制所述调制器从传输中排除落入至少一个已排除的频率区域内的那些子载波。
11.如权利要求10所述的装置，进一步包括：
调谐器，其用于调谐到信道；以及
信号检测器，其用于检测信道中出现的干扰信号，所述检测的干扰信号与所述至少一个已排除的频率区域关联。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述至少一个已排除的频率区域与所检测的干扰信号的频谱的至少一部分对应。
13.如权利要求10所述的装置，其中，在多个子信道之中划分所述多个子载波，并且其中，所述处理器控制所述调制器，以从传输中排除至少一个子信道。
14.如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器响应于从另一无线端点接收的消息；并且其中，所述接收的消息标识所述至少一个已排除的频率区域。
15.如权利要求14所述的装置，其中，所述接收的消息包括频率使用映射。
16.如权利要求15所述的装置，其中，所述频率使用映射标识将要由所述无线端点在信道中排除使用的频率区域。
17.如权利要求15所述的装置，其中，所述频率使用映射标识对于由所述无线端点使用为可用的频率区域。
18.如权利要求10所述的装置，其中，所述无线端点是无线区域网络(WRAN)的一部分。
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