CN101356833A - 用于确定可用频率范围的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种确定用于至少一个通信装置的可用频率范围的方法。所述方法包括：提供下行链路传输时程；在所述下行链路传输时程后确定多个频率范围内的可用频率范围；以及在确定所述可用频率范围后，提供上行链路传输时程。

Description

用于确定可用频率范围的方法和装置

本申请要求美国临时申请60/734,080(2005年11月7日提交)和60/796,355(2006年4月28日提交)的权益，其全部内容通过引用合并于此，用于各种目的。

本发明涉及一种确定用于通信装置的可用频率范围的方法以及相应的装置。

由于无线通信技术的出现，频谱正变为极其宝贵的资源。要获得用于新无线通信技术和应用的可用频谱正变得日益困难。因此，当前的一个目标是最大化地利用所有现有的已分配频谱。

一种可用于实现最大化地利用所有现有的已分配频谱这一目标的手段是一种被称为机会频谱接入(opportunistic spectrum access)的概念。下面描述了机会频谱接入是如何工作的。

在已分配的频谱内，感兴趣的频率范围通常是被许可用于在职(incumbent)通信服务的。但是，在特定的时间，在某些位置，这种在职通信服务也可能不运行。根据机会频谱接入的概念，其他通信服务应当利用这个机会，在当所述在职通信服务不运行的时间内，在该频率范围、在这些位置处运行。

在这一点上，因为在职通信服务是感兴趣的频率范围的许可用户，因此其必然具有最高的使用优先级。这意味着每当在职通信服务再次返回运行时，这些其他通信服务必须立即停止使用所述感兴趣的频率范围。

因此，为了能够执行如上所述的所有动作，这些其他通信服务必须具有确定感兴趣的频率范围是否正由在职通信服务使用的能力。如果确定在职通信服务没有在使用该感兴趣的频率范围，则这些其他通信服务可以使用该感兴趣的频率范围。另外，如果确定该感兴趣的频率范围正在由在职通信服务再次使用，则这些其他通信服务必须停止运行，并且立即空出该感兴趣的频率范围，使得这些其他通信服务的传输不会变成对在职通信服务的干扰。

鉴于此，当这些在职通信服务正在使用感兴趣的频率范围时，它们必须定期地监视其运行所处于的频率范围，以便确定在职通信服务是否正在再次使用这个频率范围。因此，对于这些其他通信服务，理想的具有一种用于确定它们运行所处于的频率范围的可用性的有效手段。

目前存在可用于确定频率范围的可用性的方法。对于所有这些方法，安排所有装置不发送的时段(即静默时段)，以允许所有装置确定是否有运行在它们的运行频率范围内的在职通信服务。

在现有的用于确定频率范围的可用性的方法中，静默时段均被安排成：使得静默时段总是在上行链路传输之前。这样，仅在考虑了来自距该通信装置最远的装置的发送的传播延迟后，感兴趣的频率范围才能没有被发送的信号。因此，由于传播延迟的效应，感兴趣的频率范围确实没有被发送的信号的时段与所安排的静默时段相比要短得多，这可能不足以确定是否存在运行在所述运行的频率范围内的在职通信服务。

为了克服上述的问题，[1]中已提出在上行链路传输时程的结束和所安排的静默时段的开始之间引入附加的定时偏移时程。但是，所提出的这种方案具有下述的缺点。

首先，所述附加的定时偏移时程减少了实际用于数据传输的时间量，这将导致总系统效率较低。

其次，由于多路径的效应，可能没有通过单独考虑传播延迟而充分考虑来自距通信装置最远的装置的发送。当引入所述附加的定时偏移时程以消除传播延迟的效应时，不能保证在开始确定是否存在运行在操作频率范围内的在职通信服务时不再有来自各装置的发送信号。因此，不能在所安排的静默时段的开始期间可靠地确定是否存在运行在感兴趣的频率范围内的在职通信服务。

这个问题通过本申请的相应独立权利要求中限定的方法和装置而解决。

在本发明的第一方面，提供了一种确定用于至少一个通信装置的可用频率范围的方法，该方法包括：提供下行链路传输时程；在所述下行链路传输时程后确定多个频率范围内的可用频率范围；以及在所述可用频率范围被确定后，提供上行链路传输时程。

在本发明的第二方面，提供了一种确定用于至少一个通信装置的可用频率范围的频率范围确定装置，该频率范围确定装置包括：第一单元，用于提供下行链路传输时程；确定单元，用于在所述下行链路传输时程后确定多个频率范围内的可用频率范围；以及第二单元，用于在所述可用频率范围被确定后，提供上行链路传输时程。

在本发明的第三方面，提供了一种通信装置，通信装置包括确定用于至少一个通信装置的可用频率范围的频率范围确定装置，所述频率范围确定装置包括：第一单元，用于提供下行链路传输时程；确定单元，用于在所述下行链路传输时程后确定多个频率范围内的可用频率范围；以及第二单元，用于在所述可用频率范围被确定后，提供上行链路传输时程。

示例性地，对用于传输的帧结构进行分析，以便确定适当的静默时段，用于确定频率范围是否正被使用。在确定了适合于选择在下行链路传输后的静默时段后，对下行链路传输后的多个可能的静默时段进行分析，并确定适当候选者用作静默时段。

在所提供的确定用于至少一个通信装置的可用频率范围的方法的上下文中描述的实施例对于所述装置同样有效。

如上所限定的，所述通信装置可以是(但不限于)有线通信装置、输电线通信装置、无线电通信装置、终端通信装置或者用户驻地设备(Customer Premise Equipment)装置。无线电通信装置例如可以是(但是不限于)移动无线电通信装置、卫星无线电通信装置或者移动无线电基站。

所提供的用于确定至少一个通信装置的可用频率范围的方法可以用在例如使用时分双工(TDD)的任何通信系统中，在TDD中，时分用于在单个通信资源上实现双向通信。虽然TDD典型地用于无线通信中，但是，TDD还可以用于非无线通信中。因此，在这个实施例中，所述通信装置还可以是有线通信装置或者输电线通信装置。

如在此所使用的，到某通信装置的下行链路传输是指在从其他通信服务到该通信装置的方向上的传输。

例如，所述其他通信服务可以是通常位于关键位置的发送站和/或接收站。在一个实施例中，所述其他通信服务可以是基站。

与此相关联，下行链路传输时程是指被安排用于下行链路传输的预定时间量。

与下行链路传输相对照，来自某通信装置的上行链路传输是指在从该通信装置向所述其他通信装置的方向上的传输。

在这点上，上行链路传输时程是指安排用于上行链路传输的预定时间量。

在本发明的一个实施例中，在下行链路传输之后安排上行链路传输。随后是另一下行链路传输。相似地，在上行链路传输之后安排下行链路传输的时间，随后是另一上行链路传输。因此，所安排的传输可以是连续地在上行链路传输和下行链路传输之间交替的一系列传输。

本发明的实施例出自各从属权利要求。

根据本发明的一个实施例，一旦下行链路传输时程结束并且通信装置完成了对下行链路传输的接收，则在被安排的静默时段内执行用于在所述下行链路传输时程后确定多个频率范围内的可用频率范围的步骤。

在本发明的一个实施例中，如果确定所安排的静默时间是足够的，则一旦完成了对可用频率范围的确定，则提供上行链路传输时程。相应地，在确定了可用频率范围后，提供上行链路传输时程。

另一方面，如果确定所安排的静默时间是不足的，则可以将下一上行链路传输时程分配为静默时间。在这种情况下，一旦完成了对可用频率范围的确定，则提供另一下行链路传输时程。相应地，在一个实施例中，在确定了可用频率范围后，提供又一下行链路传输时程。

也有可能的是，原来安排的静默时间比确定多个频率范围内的可用频率范围所需要的时间长得多。在这种情况下，可允许通信装置比所安排的时间更早地开始上行链路传输。

另外，如果存在多于一个的通信装置，则更靠近其他通信装置的第一通信装置可以比距其他通知装置较远的第二通信装置更早地开始其上行链路传输。因此，在一个实施例中，所提供的方法还包括：在确定了可用频率范围后，提供多个另外的上行链路传输时程。

在一个实施例中，所提供的方法还包括：在确定了可用频率范围后，提供多个另外的下行链路传输时程。

在一个实施例中，所提供的方法还包括：在下行链路传输时程后等待预定的时段，并且在所述预定时段期满后确定多个频率范围内的可用频率范围。

执行在下行链路传输时程后等待预定时段，是为了保证在开始确定多个频率范围内的可用频率范围的步骤之前在传输介质中不存在由于(例如)多径而导致的来自其他通信装置的剩余传输信号。因此，在一个实施例中，所述预定时段的大小被设定为：使得下行链路传输信号已通过所述频率范围而被完全地传输。

在一个实施例中，在至少一个数据传输帧结构内执行所提供的方法，其中，所述数据传输帧结构包括被提供用于下行链路传输时程的下行链路子帧、被提供用于可用频率的确定的感测子帧以及被提供用于上行链路传输时程的上行链路子帧，其中，所述感测子帧安排在所述下行链路子帧和所述上行链路子帧之间。

如在此所使用的，术语“帧结构”是指用于限定如何将时程分割为多个子时程的形式。在这个上下文中，预定时段的时程通常被称为帧，并且从预定的分割过程中产生的子时程通常被称为子帧。与此相关联，多个相邻帧的集合通常被称为超帧或者帧群。

通常，帧和子帧用于数据传输。但是，帧结构也可能有多个帧和/或子帧被分配用于诸如控制功能的非数据传输功能。在一个实施例中，帧中的某子帧被分配用于感测。

子帧可以具有相同或者不同的长度(在时间上)。也可能的是，被分配用于相同功能的子帧可以具有相同的长度。例如，所有的下行链路数据传输子帧可以具有相同的长度。

但是，如上所述，子帧可以具有不同的长度。例如，被分配用于感测的子帧和下行链路数据传输子帧可具有不同的长度。在另一示例中，上行链路数据传输子帧和下行链路数据传输子帧也可以具有不同的长度。

同样，帧可以具有相同或者不同的长度。

如在此所使用的，术语“感测”是指确定多个频率范围内的可用频率范围。在这一点上，术语“感测子帧”是指预定长度的静默时段。例如，感测子帧可以是(但是不限于)[1]的系统中的发送接收转换间隙(Transmit-Receive Transition Gap，TTG)。

在一个实施例中，在至少一个数据传输帧结构内执行所提供的方法，其中，所述数据传输帧结构包括帧群，该帧群包括头部和多个帧，其中，所述头部包括：用于下行链路传输时程的下行链路子部分以及被提供用于可用频率的确定的感测子部分。

例如，头部的下行链路子部分可以是(但是不限于)[1]中描述的系统的中的前导码传输时程和超帧控制头(SCH)传输时程的组合。

在一个实施例中，所提供的方法还包括：确定多个频率范围内的可用频率范围；将所述可用频率范围组合为至少一个组合的逻辑频率范围；以及将所述至少一个组合的逻辑频率范围分配给第一通信装置。

根据上述的机会频谱接入的概念，当在职通信服务不工作时，其他通信服务可以在某频率范围工作。因此，也可能的是，这些其他通信服务没有用以工作的连续的频率范围。鉴于此，可能需要将多束可用频率范围组合，以便获得可用于这些其他通信服务工作的最小频率带宽。因此，在这个实施例中，所提供的方法还包括：将所述可用频率范围组合为至少一个组合的逻辑频率范围；以及将所述至少一个组合的逻辑频率范围分配给第一通信装置。

在一个实施例中，所提供的方法还包括：扫描多个频率范围；确定在相应的频率范围中的信号传输是否在预定阈值以下。在相应的频率范围中的信号传输在预定阈值以下的情况下，该频率范围被分类为可用频率范围。在相应的频率范围中的信号传输不在预定阈值以下的情况下，所述频率范围被跳过，或者被分类为不可用的。

在这个实施例中，描述了确定多个频率范围内的可用频率范围可以如何执行。另外，与预定阈值参数相关联地，还限定了频率范围中的信号传输与频率范围的分类之间的关系。在这点上，所述预定阈值是可设置的参数。

在一个实施例中，所提供的方法还包括：所述感测时段依赖于在所述通信装置和另一通信装置之间的地理距离。

在一个实施例中，在所提供的方法中，所述其他通信装置是基站。

在一个实施例中，所提供的方法还包括：使用多址传输技术。在另一个实施例中，所述多址传输技术选自包括下述技术的一组多址传输技术：时分多址、频分多址、码分多址或者正交频分多址。

从本发明提供的方法可以看出，静默时段安排在下行链路传输之后。这种方法具有下面的优点：

首先，通过这样做，一旦通信装置在下行链路传输时程结束时完成了对下行链路传输的接收，则不会再有来自任何装置的传输。因此，可以立即并且可靠地执行多个频率范围内的可用的频率范围的确定。

其次，这种手段允许在将附加的时间分配给用于感测的静默时段时保持现有的帧边界。因此，这便于重叠的小区之间的用于感测的静默时段的同步。这也便于重叠的小区之间的帧边界的同步，这对于它们的共存是重要的。

第三，这种手段实施简单，并且不要求会导致较低的总系统效率的任何附加的定时偏移时程。

图1示出了根据本发明一个实施例的通信系统。

图2示出了根据本发明一个实施例的一种帧结构，其中帧0(紧随SCH的帧)被分配为用于感测的静默时段。

图3示出了根据本发明一个实施例的一种帧结构，其中仅在TTG时间内分配静默时段。

图4示出了根据本发明一个实施例的一种帧结构，其中所分配的静默时段包括TTG时间和帧n的上行链路子帧。

图5示出了根据本发明一个实施例的一种帧结构，其中所分配的静默时段包括TTG帧、帧n的上行链路子帧和帧n+1的下行链路子帧。

图6示出了可以被改变以实施本发明一个实施例的媒体访问控制(Media Access Control，MAC)消息的下行链路信道描述符(DownlinkChannel Descriptor，DCD)信元的表。

图1示出了根据本发明一个实施例的通信系统100。

所述通信系统100包括通信系统小区101，该小区包括基站(BS)103、第一通信装置(CD1)105、第二个第一通信装置(CD2)107和第三个第一通信装置(CD3)109。

通信小区101的数据传输可以使用位于通信小区101附近的电视发射台(TS)111不用的频率范围。在这种情况下，电视广播是在职通信服务。

在数据传输期间通常使用帧结构。对于通信小区101，可以在数据传输期间使用如图2、3、4和5所示的帧结构。

通信系统100可以表示所提出的IEEE 802.22无线区域网络(WirelessRegional Area Network，WRAN)[1]，这是基于机会频谱接入的概念而工作的其他通信服务的一个示例。所提出的IEEE 802.22 WRAN工作在甚高频(VHF)和超高频(UHF)频带(47 MHz和910 MHz之间)中，该频带已被分配用于电视(TV)广播和Part 74无线麦克风装置。

为了避免引起对TV广播和Part 4装置的干扰，诸如基站(BS)和用户驻地设备(CPE)的WRAN装置必须能够执行对在职通信装置的可靠检测，同时确定它们工作的频率范围的可用性。

图2示出了根据本发明一个实施例的帧结构200。

帧结构200包括多个超帧。超帧k201包括前导码传输帧203、SCH传输帧205和多个帧207，其中帧0 209被分配为用于感测的静默时段。在这种情况下，前导码传输帧203和SCH传输帧205均用于下行链路传输，而用于感测的静默时段(帧0 209)被安排在下行链路传输之后。

根据本发明的一个实施例，使用两个步骤的感测手段用于确定频率范围的可用性，该手段使用快速感测静默时段和精细感测静默时段。例如，根据本发明的一个实施例，使用[1]中描述的两个步骤的感测手段。

所述快速感测静默时段可以用于分析频率范围，并且获得关于在职通信服务可能占用频率范围中的哪部分的快速估计。所述精细感测静默时段典型地用于彻底地分析频率范围，以便检测在职通信服务的存在。因此，所述精细感测静默时段典型地比所述快速感测静默时段长。

在两个步骤的感测手段的上下文中，如图2中所示，在SCH传输(帧0 209)后分配的静默时段适合于用作精细感测静默时段。

图2示出了一个实施例，其中，数据传输帧结构200包括帧群，所述帧群包括头部和多个帧，其中，所述头部包括用于下行链路传输时程的下行链路子部分和被提供用于可用频率的确定的感测子部分。在这个实施例中，所述头部的下行链路子部分可以是前导码203和SCH 205的组合，并且所述感测子部分可以是帧0 209。

图3示出了根据本发明一个实施例的帧结构300。

帧结构300包括多个超帧。帧n 301是超帧k内的帧。帧n 301包括下行链路子帧(DS)303、发送接收转换间隙时间(TTG)305和上行链路子帧(US)307，其中所述发送接收转换间隙时间305被分配为用于感测的静默时段。在这种情况下，用于感测的静默时段被再次安排在下行链路传输之后。

当发送接收转换间隙时间305相对短时，该静默时段更适合于用作快速感测静默时段。当用于快速感测中时，在这个静默感测时段之前的下行链路子帧303的长度可以固定为某个指定值，例如固定为等于帧长度的一半。这样做是为了便于在例如WRAN系统中的重叠的小区间的用于感测的静默时段的同步。

为了使该静默时段能够被用作精细感测静默时段，可以通过分配随后的上行链路子帧或者甚至下一帧的下行链路子帧来获得附加时间，如图4和5分别所示。重要的是，从图4和5中应注意到，当已经扩展了用于感测的静默时段时，随后各帧的边界仍被保持。

图3示出了一个实施例，其中，数据传输帧结构包括被提供用于下行链路传输时程的下行链路子帧、被提供用于确定可用频率的感测子帧和被提供用于上行链路传输时程的上行链路子帧，其中，所述感测子帧安排在下行链路子帧与上行链路子帧之间。在这个实施例中，所述下行链路子帧可以是下行链路子帧303，所述感测子帧(安排在下行链路子帧与上行链路子帧之间)可以是发送接收转换间隙时间305，而所述上行链路子帧可以是上行链路子帧307。

图4示出了根据本发明一个实施例的帧结构400。

在帧结构400中，用于感测的静默时段401被安排在帧n的下行链路子帧403与帧n+1的下行链路子帧405之间。在此，用于感测的静默时段再次被安排在下行链路传输之后。在这种情况下，附加的时间被分配为用于感测的静默时段，并且该附加的时间是从帧n的上行链路子帧和相关的转变间隙中获得的。

图4示出了一个实施例，其中，所提供的方法还包括：在确定了可用的频率范围后提供另一个下行链路传输时程。在这个实施例中，在用于感测的静默时段后提供的另外的下行链路传输时程是帧n+1的下行链路子帧405。

图5示出了根据本发明一个实施例的帧结构500。

在帧结构500中，用于感测的静默时段501被安排在帧n的下行链路子帧503与帧n+1的上行链路子帧505之间。在此，所述用于感测的静默时段再次被安排在下行链路传输之后。在这种情况下，附加的时间被分配为用于感测的静默时段，并且该附加的时间是从帧n的上行链路子帧、帧n+1的下行链路子帧和相关的转换间隙中获得的。

图5示出了一个实施例，其中，所提供的方法还包括：在确定了可用的频率范围后提供另一个上行链路传输时程。在这个实施例中，在用于感测的静默时段后提供的另一个上行链路传输时程是帧n+1的上行链路子帧505。

图6示出了可以被改变用于实施本发明的一个实施例的媒体访问控制(MAC)消息的下行链路信道描述符(DCD)信元的表。

下行链路信道描述符(DCD)信息用于描述下行链路传输信道的物理层特性。如图6中所示，具有感测RTG 601的行和具有用于感测RTG603的信道号的行可以相应地改变，以实施本发明的一个实施例。要增加的改变及其对应值的一个示例在具有感测RTG 601的行和具有用于感测RTG 603的信道号的行中以粗体和下划线示出。

在本文中，引用了下面的出版物：

[1]“A PHY/MAC Proposal for IEEE 802.22 WRAN System，Part 2：TheCognitive MAC”，由ETRI、FT.、HuaWei、I2R、Motorola、NextWave、Philips、Runcom、Samsung、STM、Thomson著，2006年3月。

Claims (24)

1.一种确定用于至少一个通信装置的可用频率范围的方法，包括：

提供下行链路传输时程；

在所述下行链路传输时程后确定多个频率范围内的可用频率范围；

在确定所述可用频率范围后，提供上行链路传输时程。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在确定所述可用频率范围后，提供另一下行链路传输时程。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在确定所述可用频率范围后，提供多个另外的上行链路传输时程。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在确定所述可用频率范围后，提供多个另外的下行链路传输时程。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述下行链路传输时程后，等待预定的时段；

在所述预定的时段期满后，确定多个频率范围内的可用频率范围。

6.根据权利要求5所述的方法，

所述预定的时段的大小被设定为：使得下行链路传输信号已通过所述频率范围而被完全地传输。

7.根据权利要求1所述的方法，

所述方法在至少一个数据传输帧结构内执行，其中所述数据传输帧结构包括：

被提供用于所述下行链路传输时程的下行链路子帧；

被提供用于确定可用频率的感测子帧；以及

被提供用于所述上行链路传输时程的上行链路子帧，

所述感测子帧被安排在所述下行链路子帧和所述上行链路子帧之间。

8.根据权利要求1所述的方法，

所述方法在至少一个数据传输帧结构内执行，其中所述数据传输帧结构包括帧群，该帧群包括头部和多个帧，

所述头部包括：用于所述下行链路传输时程的下行链路子部分；以及

被提供用于确定可用频率的感测子部分。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定多个频率范围内的可用频率范围；

将所述可用频率范围组合为至少一个组合的逻辑频率范围；以及

将所述至少一个组合的逻辑频率范围分配给第一通信装置。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：

扫描多个频率范围；

确定相应的频率范围内的信号传输是否在预定阈值以下，

在相应的频率范围内的信号传输在所述预定阈值以下的情况下，将频率范围分类为可用频率范围；

在相应的频率范围内的信号传输不在所述预定阈值以下的情况下，跳过频率范围或者将频率范围分类为不可用的。

11.根据权利要求7或者8所述的方法，还包括：

所述感测时段依赖于所述通信装置和另一通信装置之间的地理距离。

12.根据权利要求11所述的方法，

所述其他通信装置是基站。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括：

利用多址传输技术。

14.根据权利要求13所述的方法，

所述多址传输技术选自包括以下的一组多址传输技术：

时分多址，

频分多址，

码分多址，

正交频分多址。

15.一种确定用于至少一个通信装置的可用频率范围的频率范围确定装置，包括：

第一单元，用于提供下行链路传输时程；

确定单元，用于在所述下行链路传输时程后确定多个频率范围内的可用频率范围；

第二单元，用于在确定所述可用频率范围后提供上行链路传输时程。

16.一种通信装置，包括用于确定用于至少一个通信装置的可用频率范围的频率范围确定装置，所述频率范围确定装置包括：

第一单元，用于提供下行链路传输时程；

确定单元，用于在所述下行链路传输时程后确定在多个频率范围内的可用频率范围；

第二单元，用于在确定所述可用频率范围后，提供上行链路传输时程。

17.根据权利要求16的通信装置，

该通信装置是有线通信装置。

18.根据权利要求16的通信装置，

该通信装置是输电线通信装置。

19.根据权利要求16的通信装置，

该通信装置是无线电通信装置。

20.根据权利要求19的通信装置，

该通信装置是移动无线电通信装置。

21.根据权利要求19的通信装置，

该通信装置是卫星无线电通信装置。

22.根据权利要求19的通信装置，

该通信装置是移动无线电基站。

23.根据权利要求16的通信装置，

该通信装置是终端通信装置。

24.根据权利要求16的通信装置，

该通信装置是用户驻地设备装置。

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