CN101375619A - 使交叠的无线系统同步的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

公开了用于使各种不同独立无线系统同步的方法和装置。例如，能够使用第一无线协议和第一频谱与第一组远程客户装置进行通信的示范性第一基站(120)构成为用来与能够使用该第一无线协议和第一频谱与第二组远程客户装置进行通信的远程基站共存。第一基站包括：物理层(PHY)装置(250)，该PHY装置构成为用来发射和接收第一协议和第一频谱的无线信号；与PHY装置相耦合的抑制装置(240)；和与PHY装置相耦合的媒介接入控制(MAC)装置(230)，该MAC装置构成为用来从PHY装置接收远程无线信号组。

Description

使交叠的无线系统同步的方法和系统
本公开方案涉及无线通信网络领域，并且更加具体地，涉及一种改善同种类型的多个、独立无线通信网络在交叠地理区域内有效工作的能力的方法。
随着无牌照无线业务的出现，多个可能发生竞争的共享同一频谱的无线网络的交叠运行将会变得更加平常。加之无线业务的全面扩散，处于同一位置的各种不同的无线网络间的干扰已经成为了阻碍共享同一频谱的无线业务的发展并威胁其未来的问题。
破坏交叠基站(负责管理各种不同的交叠无线网络)共存的一个方面是缺乏同步。按照传统办法，已经通过回程通信(backhaul)解决了交叠基站间的同步。这简化了基站的PHY和MAC设计，但是这种办法过于经常依赖于第三方支持，该支持也许无法获得。另一个缺点是，采用无牌照运营的技术的数量不断增加实际上排除了服务于给定地点的竞争运营商间共同运营所需的公共中枢的存在。随着这些无线技术的覆盖范围不断增大(例如，IEEE 802.22)，使得这一问题更加严重。
很明显，要想使无线系统既能共存又能以得到改善的性能运行，同步应该是很有帮助的。同步是效率的关键，因为它使得其它一些动态资源共享方案能够以其为基础建立起来。虽然同步可能是一个要解决的难题，但是达成同步后获得的效益应该是卓著的，因而是值得探索的。由此，与交叠的并且可能发生竞争的无线通信系统的同步有关的新技术是合乎潮流的。
在第一实施方式中，公开了能够使用第一无线协议和第一频谱与第一组远程客户装置进行通信的第一基站并且该第一基站构成为用来与能够使用该第一无线协议和第一频谱与第二组远程客户装置进行通信的远程基站共存。第一基站和第一组远程客户站包括:物理层(PHY)装置，该PHY装置构成为用来发射和接收第一协议和第一频谱的无线信号；与PHY装置相耦合的抑制装置，其中抑制装置构成为用来在PHY装置检测到由远程基站或第二组远程用户发射的远程无线信号组的时候阻止PHY装置进行发射，和
媒介接入控制(MAC)装置，该MAC装置与PHY装置相耦合并且构成为用来从PHY装置接收远程无线信号组，其中MAC装置包括定时估算装置，该定时估算装置构成为用来根据所接收到的远程装置的无线信号估算第二基站的发射信号的定时，并且其中MAC装置此外还构成为用来以有助于减少第一和远程基站以及第一和远程客户装置间的信号干扰的方式调整其自身的协议定时。
在第二实施方式中，公开了一种有助于减轻能够使用第一无线协议和第一频谱与第一组远程客户装置进行通信的第一基站与构成为能够使用该第一无线协议和第一频谱与第二组远程客户装置进行通信的远程基站之间的干扰的方法。该方法包括:
在检测到由远程基站或第二组远程用户发射的远程无线信号组的时候，周期性地将第一基站和第一组客户站的物理层(PHY)装置的发射抑制一段第一时段，其中各个第一抑制时段持续第一无线协议的至少一个帧周期，和以有助于减轻第一和远程基站之间的信号干扰的方式，基于所检测无线信号调整第一基站的协议定时。
在第三实施方式中，公开了能够使用第一无线协议和第一频谱与第一组远程客户装置进行通信的第一基站并且该第一基站构成为用来与能够使用该第一无线协议和第一频谱与第二组远程客户装置进行通信的远程基站共存。第一基站和第一组远程客户站包括构成为用来发射和接收第一协议和第一频谱的无线信号的物理层(PHY)装置，和协议控制构件，协议控制构件基于所检测的远程无线信号组以有助于减轻第一和远程基站以及第一和第二客户装置间的信号干扰的方式调整第一基站和第一组远程客户站的协议定时，其中协议控制构件基于间歇性检测到的、由远程基站或第二组远程用户发射的并且由PHY装置检测到的无线信号调整协议定时。
当结合附图阅读时，示例实施方式将会从下面的详细介绍中得到最好的理解。需要强调的是，各种不同的特征不一定是按比例画出的。实际上，为了讨论起来清楚明了，可能会对尺寸进行任意增减。不管可以用在哪里和实际上用在哪里，相同的附图标记指代相同的单元。
附图1描绘两个具有交叠运营区域的无线通信系统；
附图2表示构成为更好地与竞争基站共存的示范性基站的框图；
附图3描绘出了有益于交叠无线系统的检测的初始和周期性＂静默期(quiet period)＂二者；
附图4描绘出了用于交叠无线系统间的通信的示范性共存窗口；和
附图5是概括有关于改善交叠无线系统的共存的各种不同的示范性操作的框图。
在下面的详细介绍中，为了解释说明而不是限制的目的，给出了公开具体细节的示例实施方式，以便实现对本文教导的实施方式的透彻理解。不过，本领域技术普通技术人员在从本文公开内容中获益后，会明了超出本文公开的具体细节之外的其它遵照本文教导内容的实施方式仍然处于所附权利要求的范围之内。而且，可能会省略对公知设备和方法的介绍，为的是不致混淆示例实施方式的介绍。这些方法和设备明显处于本文讲述内容的范围之内。
附图1描绘了两个交叠无线通信系统A和B，它们具有交叠的运营区域区域A和区域B。如附图1中所示，通信系统A包括具有天线130A的第一基站120A，同时第一基站120A与支持通信中枢/网络110A相耦合。类似地，通信系统B包括具有天线130B的第二基站120B，同时第二基站120B与第二支持通信中枢/网络110B相耦合。如附图1所描绘的，示范性通信中枢110A和110B没有可以用来使得第一基站120A与第二基站120B同步的公共有线基础设施。不过，需要注意的是，不管这样的公共中枢是否可用，都可以应用本说明书的各种方法和系统。
在运营中，第一基站120A能够使用例如无线时分多址(TDMA)协议(例如，IEEE 802.22)与留驻在区域A中的各种各样的客户装置(例如，移动计算机或专用客户终端设备(CPE))通信，所述协议具有通常连续的一系列帧，并且每一帧被划分到各个下行和上行时隙中。类似地，第二基站120B能够使用与第一基站120A相同的TDMA协议(以及相同的频谱)与留驻在区域B中的第二组客户装置通信。鉴于区域A和区域B的地理和频谱交叠的程度，显然两个基站120A和120B以及相关客户装置的发射会相互干扰，以致于对它们全部造成损害。由此，当协同运作达到对对方几近没有或没有损害的程度时，交叠的无线通信系统A和B二者都会受益于协同运作。
在本实施方式中，竞争的通信系统A和B能够通过监测对方的无线发射并且基于监测到的发射以能够减小相互干扰的方式变更它们自己的无线发射的各个方面来实现协同运作。例如，通过监测通信系统B，第一通信系统A能够得出通信系统B的协议定时并且以使相互干扰最小的方式调节它自己的协议定时。
对于本公开文本而言，术语＂协议定时(protocol timing)＂在涉及无线信号的时候指的是帧边界和(在某些情况下)超帧和/或时隙边界出现并且应当继续周期性出现的时刻。协议定时还可以包括与专用信令位/字节/字相关的定时、上行相对下行数据包传输的预期定时、专用通信窗口的定时等。
回到附图1，应当意识到，如果可以将用于无线通信系统A和B的通信协议设计成在无线通信系统A和B之间传递有用信息和命令，还可以得到更好的协同运作。然而，如果各种不同的客户装置可以类似地在无线通信系统A和B之间传递有用信息和命令，则协同运作还可以得到改善。对于本公开文本而言，这样的协同运作信息和命令可以称为＂共存信标协议＂(CBP)的多个方面。可以在Carlos Cordeiro所著的文档号为IEEE 802.22-05/0105r0的文章《A Cognitive PHY/MAC Proposal for IEEE 802.22WRAN Systems》(2005年11月)以及美国专利申请第60/733518号中找到与CBP相关的更多信息，同样还可以找到关于整个竞争的无线系统的信息，上述文献在此以引用的方式并入本文。
附图2表示构成为通过采用便利检测、消息传递和同步技术而与竞争基站更好地共存的示范性基站120的框图。如附图2所示，该示范性基站120包括控制器210、存储器220、媒介接入控制器(MAC)装置230、抑制装置240、物理层(PHY)装置250和输入/输出装置290。MAC 230包括定时估算装置232、同步装置234和共存装置236。PHY 250包括检测装置252并且具有能够与天线(未示出)耦合的链路。输入/输出装置290可以经由很多技术与通信中枢相耦合。
虽然附图2的示范性基站120使用总线连接的体系结构，但是应该意识到，可以使用本领域普通技术人员熟知的任何其它体系结构。例如，在各种不同的实施方式中，各种不同的部件210-290可以采用经由一系列独立总线接在一起的分立电子元器件的形式或者布置在高度专业化的体系结构中的许多专用逻辑的形式。
还应当意识到，某些上面列出的部件230-290可以采用驻留在存储器220中的软件/固件例程的形式并且能够由控制器210执行，或者甚至采用由不同控制器执行的驻留在分开的服务器/计算机中的分开的存储器中的软件/固件例程的形式。
更进一步地，还应当意识到，各种不同的远程客户装置可以拥有其功能与附图2中所示的并且本文中介绍的那些部件210-290类似的类似部件，同时需要说明的是，远程客户装置上的这些部件可能不需要拥有与基站120的部件210-290相同的复杂度并且可以省略某些附图2中的部件(例如，同步装置234)。
回到附图2，在示范性基站120开始它的＂正常＂运作之前，即，在它为它的各种不同客户装置提供连续通信服务之前，基站120可以发起针对它自己、针对相关客户装置并且可能针对可能受到影响的所有其它基站的静默＂聆听＂期。
在这个初始静默期期间，抑制装置240能够防止PHY 250发射，同时允许PHY 250被动地＂聆听＂可能已经主动提供通信服务的其它无线系统。示范性PHY 250使用它的检测装置252来检测使用原本打算由附图2的基站120使用的同一协议和频谱的外部通信业务。在检测到这些信号时，将它们转换为数字数据流，继而将该数字数据流提供给MAC 230中的定时估算装置232。
一旦接收到该数据流，定时估算装置232能够使用该数据流来确定外部无线信号的协议定时。
在基站120的情况下，在定时估算装置232估算出了所检测无线信号的协议定时之后，同步装置234能够促使MAC 230以有助于减轻或最小化由基站120产生的任何无线信号与由远程基站产生的无线信号之间的潜在干扰的方式调整它自己的协议定时。在第一远程客户装置的情况下，可以将结果得到的外部无线信号的定时传送给第一基站120，第一基站120继而如前所述那样进行处理。
在某些实施方式中，这一同步可以简单地包括对齐(align)起始帧边界以便与由所检测的远程基站产生的帧边界的起始点一致。这一实施方式并不要求对齐任何对应的本地和远程帧(例如，帧1与帧1对齐，帧2与帧2对齐等等)，仅仅要求对齐帧边界。
不过，在另一种实施方式中，对齐相应的帧、超帧、超帧集合等可能会有较好效果。就对齐超帧而言，假设可以对齐帧边界以及帧(例如，帧1与帧1，帧2与帧2等等)、时隙边界、专用信令位等。
虽然本实施方式的基站120能够执行前面介绍的初始静默/对齐期，但是应当意识到，即使MAC 230会在一开始就产生相对于远程基站协议完全对齐的信号协议，时钟漂移和其它系统不足还是会造成本地和远程帧边界随着时间流逝相对于彼此发生漂移。此外，其它无线系统可以使用相同的资源并且在交叠的地理位置开始运作。
为了消除这些情况，基站120此外还可以采用周期性间歇的静默聆听期来重新对齐本地和远程协议定时。
这些周期性间歇的静默聆听期(也称作＂自我共存静默期＂)不必频繁出现，并且在基站能够具有选择它们的出现定时和频率的完全自由的时候，在每个超帧中有规则地调度自我共存静默期是比较有益的，并且以随机的方式安排自我共存静默期来增加交叠基站和/或远程客户装置成功检测到对方的可能性。静默期的持续时间典型地可以小于一帧的大小，但是也可以等于一帧的大小，并且可能等于多帧的大小。
附图3描绘了这样一种具有随机/伪随机地生成的自我共存静默时间选择连同前面介绍的初始静默时间的示范性无线传输信号。如附图3所示，该实例无线信号的协议具有初始静默时间330，后面跟有重复的一组超帧SF0...SFNS-1，其中NS定义组中超帧的数量。附图3中还示出，各个超帧SF0...SFNS-1可以具有预定的一组帧F0...SFFS-1，其中FS定义超帧中帧的数量。对于本例而言，超帧SFK的帧FN是随机选择的，以使间歇性静默期每NS x FS帧周期出现一次。
在各个静默帧FN期间，抑制装置240可以抑制PHY发射，同时使得检测装置252能够检测任何远程无线信号。利用所检测到的信号，定时估算装置252能够再次估算远程无线信号的协议定时，并且同步装置234能够运用收敛例程来迫使MAC将其协议定时＂滑动＂成接近(如果不能确切相等的话)远程基站的协议定时。
虽然同步装置可以采用很多种可行的收敛规则，但是应当意识到，可能希望在保证收敛的同时限制可接受的收敛时间。由此，需要明智选择(多个)收敛规则来优化性能。
注意，不管何时调整MAC 230的协议定时，应当意识到，如果这一滑动对应的时间处于超帧边界或者处于一组超帧的边界，则这一滑动对应的时间是最佳的。从而定时滑动并不会扰乱任何数据通信，MAC 230可以在安排未来的上行和下行传输时考虑该滑动，并且此外还争取与客户装置和其它基站通信，以协调和确认所做的任何定时调整。还应注意，在具有基站120的集中式接入系统的情况下，可以由基站120负责调整协议定时，然后所述调整被告知并且得到所有的远程客户装置的遵循。
回到附图2，MAC 230的共存装置236被用于利用＂自我共存窗口＂协调和确认定时调整。附图4描绘了这样一种作为位于超帧SFL的帧FM末尾的多个上行时隙的一部分的示范性自我共存窗口。自我共存窗口不必和静默窗口一样长，典型地具有几个时隙并且在两侧有保护带，以顾及信号延迟的传播。
前面提到的时间滑动/同步的协调和确认以及其它系统维护问题，可以通过在自我共存窗口期间周期性的数据包传输和接收来解决。例如，在第一基站进行了协议定时调整之后，一旦成功地从交叠小区中接收到第一＂信标数据包＂，则认为同步完成并且得到了确认。对于本公开文本而言，使用共存窗口发送和接收的任何数据包都可以归入前面讨论的＂共存信标协议＂(CBP)，并且在CBP下发送的数据包可以称为＂信标数据包＂。
附图5是列出有关竞争基站的改善共存的各种不同的示范性操作的框图。处理在步骤502开始，此时由基站进行初始静默聆听期，以检测由远程基站产生的信号。接着，在步骤504中，估算远程基站的协议的定时，并且进行计算以产生基站发射信号的必要同步。控制继续进行到步骤506。
在步骤506中，可以定义周期性静默/聆听帧(或其它时间段)的定时。接着，在步骤508中，可以定义周期性共存期的定时。然后，在步骤510中，基站可以使用步骤504中定义的并且具有步骤506和508中定义的静默和共存期的协议定时来开始进行发射。控制继续进行到步骤512。
在步骤512中，执行所安排的静默时间，并且检测来自远程基站或远程客户装置的信号。接着，在步骤514中，可以执行所安排的共存窗口，并且可以交换任何相关的共存数据。控制继续进行到步骤516。
在步骤516中，可以执行任何必要的定时估算和收敛例程以及将基站的协议定时与远程基站对齐的任何同步操作，例如，＂滑动＂。接着，在步骤518中，可以使用前面讨论过的CBP进行确认操作，典型地是通过后续的共存窗口进行的。然后控制跳回到步骤512并且根据需要连续进行步骤512-518的循环，直到对象基站终止操作。
在使用可编程装置(比如基于计算机的系统或可编程逻辑)实现前面介绍的系统和/或方法的各种不同的实施方式中，应当意识到，前面介绍的系统和方法可以使用各种不同的已知或以后开发出来的编程语言中的任何一种来实现，比如＂C＂、＂C++＂、＂FORTRAN＂、＂Pascal＂、＂VHDL＂之类的语言。
由此，可以制备包含能够指示诸如计算机这样的装置实现前面介绍的系统和/或方法的信息的各种不同的存储介质，比如磁性计算机盘、光盘、电子存储器等等。一旦适当的装置可以访问该存储介质上包含的信息和程序，该存储介质就能够向该装置提供信息和程序，从而使得该装置能够执行前面介绍的系统和/或方法。
例如，如果将包含适当素材(比如源文件、目标文件、可执行文件等)的计算机盘提供给计算机，该计算机就能够接收该信息，适当配置它自己并且执行前面的示意图和流程图中概括的各种不同系统和方法的功能，以实现各种不同的功能。就是说，计算机可以从盘中接收与前面介绍的系统和/或方法的不同要素相关的各个不同信息部分，实现各系统和/或方法并且协调前面介绍的各系统和/或方法的功能。
从详细的介绍中可以明显看出本发明的很多特征和优点，并且因此，所附权利要求意欲覆盖本发明的所有这些落在本发明的真实思想和范围之内的特征和优点。此外，由于本领域技术人员很容易想到众多的改变和变化，因此不希望将本发明局限于所图示和介绍的确切构造和操作，并且由此，所有适当的改变和等同方案都可以被采取，并落在本发明的范围之内。

Claims (22)

1.第一基站，该第一基站能够使用第一无线协议和第一频谱与一组第一远程客户装置进行通信，并且第一基站构成为与具有能够使用第一无线协议和第一频谱与一组第二远程客户装置进行通信的远程基站的远程无线系统共存，所述第一基站包括：
物理层(PHY)装置(250)，构成为用来发射和接收第一协议和第一频谱的无线信号；
与PHY装置相耦合的抑制装置(240)，其中该抑制装置构成为用来在PHY装置检测到由远程基站和第二远程客户装置中的至少一个发射的远程无线信号组时阻止PHY装置进行发射；和
媒介接入控制(MAC)装置(230)，该MAC装置与PHY装置相耦合并且构成为用来从PHY装置接收远程无线信号组，其中MAC装置包括定时估算装置(232)，该定时估算装置构成为用来根据所接收到的无线信号估算远程基站的和/或第二远程客户装置的发射信号的协议定时，并且其中MAC装置此外还构成为用来以减轻第一基站和第二无线系统之间的信号干扰的方式调整它自己的协议定时。
2.按照权利要求1所述的第一基站，其中MAC装置包括同步装置(234)，该同步装置构成为用来以使第一基站的发射信号的帧边界与远程基站的发射信号的帧边界对齐的方式调整它自己的协议定时。
3.按照权利要求1所述的第一基站，其中MAC装置包括同步装置(234)，该同步装置构成为用来以使第一基站的发射信号的超帧边界与远程基站的发射信号的超帧边界对齐的方式调整它自己的协议定时。
4.按照权利要求1所述的第一基站，其中抑制装置构成为用来在第一基站正常进行运作发射之前在初始静默期期间阻止PHY装置发射。
5.按照权利要求4所述的第一基站，其中抑制装置此外还构成为用来在第一基站正常进行运作期间在多个重复的、间歇性的静默期期间阻止PHY装置发射。
6.按照权利要求1所述的第一基站，其中抑制装置构成为用来在第一基站正常进行运作期间在多个重复的、间歇性的静默期期间阻止PHY装置发射。
7.按照权利要求6所述的第一基站，其中重复的、间歇性的静默期各自的持续时间为n个帧，其中n是大于零的整数。
8.按照权利要求7所述的第一基站，其中n为一。
9.按照权利要求7所述的第一基站，其中第一基站为重复的间歇性的静默期赋予随机的帧数。
10.按照权利要求9所述的第一基站，其中第一基站此外还将包括第一基站的协议的一组超帧中的超帧数赋给所述重复的间歇性的静默期。
11.按照权利要求10所述的第一基站，其中第一基站赋予随机的超帧数。
12.按照权利要求1所述的第一基站，其中MAC装置此外还包括共存装置(236)，该共存装置构成为用来建立第一和远程基站之间的周期性公共共存时间段，其中各个公共共存时间段可以用于在基站之间交换消息。
13.按照权利要求12所述的第一基站，其中公共共存时间段此外还能够用于在第一和远程基站之间交换针对带宽资源共享的消息。
14.按照权利要求12所述的第一基站，其中周期性公共共存时间段由嵌入在具体指定帧的一组上行时隙中的一个或多个时隙构成。
15.按照权利要求14所述的第一基站，其中周期性公共共存时间段此外还包括一个或多个保护带。
16.按照权利要求2所述的第一基站，其中同步装置采用收敛例程来周期性地调整它自己的协议定时，以便与远程基站地协议定时趋同。
17.一种用于减轻第一基站(120)与远程无线系统之间的干扰的方法，该第一基站(120)能够使用第一无线协议和第一频谱与一组第一远程客户装置进行通信，远程无线系统具有能够使用第一无线协议和第一频谱与一组第二远程客户装置进行通信的远程基站，该方法包括：
在检测到由远程基站和第二远程客户装置中的至少一个发射的远程无线信号组的时候，周期性地将第一基站的物理层(PHY)装置(250)的发射抑制一段第一时段，其中各个第一抑制时段持续第一无线协议的至少一个帧周期；和
以减轻第一基站和第二无线系统之间的信号干扰的方式，在至少第一抑制第一时段期间基于所接收到的检测无线信号调整第一基站的协议定时。
18.按照权利要求17所述的方法，其中调整的步骤包括：
基于在第一抑制时段期间检测的远程无线信号估算远程基站的发射信号的协议定时，以产生第一估算时间；
基于第一估算时间和本地协议定时进行收敛处理，以确定有改善第一和远程基站之间的同步的效果的时间改变调整；和
将时间改变调整应用于本地协议定时，以使本地协议定时更好地与远程协议定时对齐。
19.按照权利要求18所述的方法，此外还包括建立用于在基站和客户装置间交换消息的第一和远程基站之间的周期性公共共存时间段，其中周期性公共共存时间段由嵌入在第一无线协议的具体指定帧内的一个或多个时隙构成。
20.第一基站(120)，该第一基站能够使用第一无线协议和第一频谱与一组第一远程客户装置进行通信，并且第一基站构成为与具有能够使用第一无线协议和第一频谱与一组第二远程客户装置进行通信的远程基站的远程无线系统共存，所述第一基站包括：
物理层(PHY)装置(250)，构成为用来发射和接收第一协议和第一频谱的无线信号；和
协议控制构件(250)，用于基于由PHY检测到的远程无线信号以减轻第一基站和远程无线系统之间的信号干扰的方式调整第一基站的协议定时，其中该协议控制构件基于间歇性检测到的、由远程基站和第二远程客户装置中的至少一个发射的无线信号调整协议定时。
21.按照权利要求20所述的第一基站，其中协议控制构件此外还包括共存构件(236)，该共存构件用于建立第一基站和远程无线系统之间的周期性公共共存时间段，其中各个公共共存时间段可以用于在第一和远程无线系统的各基站和客户装置间交换消息。
22.按照权利要求20所述的第一基站，其中第一基站是无牌照通信系统的一部分。
CN2007800032918A 2006-01-17 2007-01-12 使交叠的无线系统同步的方法和系统 Active CN101375619B (zh)

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