CN101425820B - 基于导频信号的适机认知无线通信 - Google Patents

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Abstract

无论是在无线授权频段或是免授权频段中，无线设备的适机无线频谱访问可提供包括提高频率资源使用率在内诸多优点。一般无线网络的架设都基于现有的媒体访问控制协议，或在此基础上的修改。本发明提供了一种快速高效地建立抽象无线链路，也即一组邻近无线节点间的任意合作的新方法，可使基于一个或多个无线标准的认知无线电在无线网络中运行组网。具体来说，无线模块可监测一组感知和调用导频信号，每对感知导频信号和调用导频信号与一条无线传输信道相关联。通过对导频信号的监测，无线模块可确定一条闲置无线信道。而在此闲置无线信道上，无线模块可以通过发射调用导频信号来建立抽象无线链路，并且收到邻近加入无线模块所发射的感知导频信号。

Description

基于导频信号的适机认知无线通信
技术领域
本发明属于无线通信领域，具体来说，是关于在无线通信网络中适机访问无线信道的技术。
背景技术
在无线通信中，电磁波频谱是一种重要的资源。无线发送器根据所分配的信道对模拟/数字信号进行调制，而接收端的无线接收器解调相同信道上的无线信号。因此，为了控制无线节点如发送器和接收器等之间的相互干扰，无线电频谱一般都是由政府调配授权。然而，在实际应用中，这种传统的调控方法会导致低效率的频谱资源配置和使用。特别是某些被授权的信道从未或非常少地被使用，同时其他一些信道经常超负荷。这样就造成了新兴商业/科研开发对无线信道(频谱)资源的需求无法得到满足。
例如，最近一项由美国联邦通信委员会频谱政策专职小组(FederalCommunicationsCommission，SpectrumPolicyTaskForce，Rep.ETDocketno.02-135，Nov.2002)开展的调查显示，传统的静态信道配置方法造成许多无线信道时间和地域上的使用率跨越幅度很大，大约从15％到85％。这一现状以及运营商对降低基础设施建设成本的要求促生了认知无线电(CognitiveRadio)技术。从定义上说，认知无线电能够根据周边无线环境智能地调节通信参数，从而使由其发出的无线传输不会与其它相邻的无线通信产生干扰。运用于无线信道上来说，认知无线电能够根据当前无线环境因地制宜地进行动态调节，即通过即时可及性而非预定分配方案来选择和利用信道。因此，世界各地的无线电监管机构都在鼓励开发和使用动态/适机的分配模式以取代传统的静态频谱分配，以便更有效地利用无线电频谱资源和现有的基础设施。
所以，当上述定义中的无线通信参数是一组无线数据信道时，认知无线电范式就具体化为“适机无线频谱访问”(OpportunisticSpectrumAccess)。对单个无线节点而言，可以进一步定义为：一个无线节点可以适机地在一组预定无线信道中选择一个信道进行无线通信，从而不与其它正在进行的无线通信发生干扰。通过访问上述无线信道，该无线节点可适机地调用一个或多个其它无线节点去使用该选定信道，以实现特定类型的抽象无线链路(AbstractWirelessLink)通信。
在上项陈述中，“预定无线信道”间通常用不同的频率进行区分。它们也可以通过扩频码亦或自相关特征等方式进行区分，以实现一组信道间的正交，即互不干扰。“特定类型的抽象无线链路”可以是任何无线链路的功能化抽象，包括广播(Broadcast)、单播(Unicast)、组播/任播(Multicast/Anycast)，或者数据聚集(DataAggregation)。这些功能化抽象是由相邻无线节点或模块间的特定合作而实现。对于无线链路抽象的描述详见LiangSong与DimitriosHatzinakos的研究成果(如，EmbeddedWirelessInterconnectforSensorNetworks：ConceptandExample，inProc.IEEEConsumerCommunicationsandNetworkingConference，LasVegas，Jan10-12，2007以及CognitiveNetworks：StandardizingtheLargeScaleWirelessSystems，inProc.IEEE2ndWorkshoponCognitiveRadioNetworks，LasVegasNV，Jan.2008)。
就原则上而言，用于适机无线频谱访问的认知无线电运作通过以下两个步骤完成：第一步是“感知”(sensing)，即初节点通过感知周边无线频谱环境选择某一适合的无线信道；第二步是“调用”(polling)，即初节点调用一组相邻的次节点去访问选定信道。两个步骤均遵循适机的原则，也即选定信道和次节点组都由适机方式产生，如基于信道和次节点的可及性(availability)。
一套正确的方法与配套无线设备能使认知无线电迅速和有效地执行上述的“感知”和“调用”两个步骤。此方法也将有利于使认知无线电技术与现有无线标准及基础设施相兼容，以提升设施利用效率，提高服务质量。此外，鉴于越来越多的商用电子设备支持双重或更多的无线标准，如集成了WiFi(IEEE802.11)和蓝牙(IEEE802.15.1)收发器的笔记本电脑，此方法还将有利于认知无线电技术在多个无线标准上的应用。在功能上，该方法还应支持动态无线网络的形成和演化。
发明内容
一种方法，包含：
(1)提供一组多个无线模块；此组无线模块中的每个无线模块都根据一项无线标准进行工作；
(2)在一组多个无线模块中至少两个相邻无线模块间建立一个任意类型合作；这个任意类型合作建立在至少一个感知导频信号和/或一个调用导频信号基础上，并且此感知导频信号和/或调用信号与根据无线标准的一个无线传输信道相关。
进一步：
提供多个无线模块根据一项无线标准进行工作，包括：提供能够在一组共同频率上工作的无线模块；这组共同频率是每个无线模块所能工作的频率组的子集。
根据无线标准提供一个无线模块，包括提供一个可根据至少以下一种频率计划运作的无线模块：IEEE802.11，IEEE802.15，IEEE802.16，IEEE802.20，UMTS，GSM850，GSM900，GSM1800，GSM1900，GPRS，ITU-R5.138，ITU-R5.150，ITU-R5.280，以及IMT-2000。
步骤(1)包括提供在监测和传输功能中至少具备其一的无线模块；此处，监测和传输的对象是一组预定感知导频信号中的至少一个感知导频信号和/或一组预定调用导频信号组中的至少一个调用导频信号，且预定感知导频信号组中的每一感知导频信号和预定调用导频信号组中的每一调用导频信号都与根据无线标准的一个传输信道相关。
步骤(1)包括为每个无线模块提供一个无线电路，这个无线电路可以通过电子信号和该无线模块通信，并且能在监测和传输功能中至少具备其一；此处，监测和传输的对象是一组预定感知导频信号中的至少一个感知导频信号和/或一组预定调用导频信号组中的至少一个调用导频信号，且预定感知导频信号组中的每一感知导频信号和预定调用导频信号组中的每一调用导频信号都与根据无线标准的一个无线传输信道相关；其中，无线电路至少提供相应无线模块应基于哪个传输信道进行工作的信息。
步骤(2)包含以下中至少一项：
监测一组感知导频信号中的一预定子组；
监测一组调用导频信号中的一预定子组；
确定一个闲置的传输信道；判断闲置传输信道的标准是：该信道的相关感知导频信号、调用导频信号和信道上数据传输中的至少其一空闲；
从一组多无线模块中的第一个无线模块传输与闲置传输信道相关的调用导频信号；
从第二其它无线模块探测与闲置传输与闲置信道相关的调用感知信号；并
从第二其它无线模块传输与闲置传输信道相关的感知导频信号。
步骤(2)包括在一组多无线模块中至少两个以上无线模块间建立至少一种以下类型的合作：单播链接、多播链接、广播链接、任播链接、单向通信、以及双向传输。
感知导频信号和调用导频信号中至少其一为以下其中之一：未调制信号、连续波频率、数字序列、以及仅包含与支持数据传输的无线标准的信道的身份相关信息的数字序列。
还包括：
(3)在至少交换一个数据包的时段内保持调用导频信号和感知导频信号的传输。
还包括：
(4)当数据包传输结束时终止传输调用导频信号；且
(5)当数据包传输结束时终止传输感知导频信号。
信道提供的依据至少为以下方法之一：正交频分复用(OFDMA)、码分复用(CDMA)、时分复用(TDMA)、频分复用(FDMA)、跳频括频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS)。步骤(1)包括：提供电子模块以在第一预定条件下根据无线标准的媒体访问协议工作；而在第二预定条件下根据步骤(2)工作。
已存有根据预定计算设备格式的数据的计算机可读存储介质，并基于由适当的计算设备完成数据执行，来提供一种在一组邻近无线模块组间建立的任意类型合作的方法，包括以下中至少一项：
监测一组感知导频信号，此组中的每个感知导频信号都与一个传输信道相关；
监测一组调用导频信号，此组中的每个调用导频信号都与一个传输信道相关；
确定一个闲置的传输信道；判断闲置传输信道的标准是：该信道的相关的感知导频信号、调用导频信号和信道上数据传输中的至少其一空闲；
从第一个无线模块传输与闲置传输信道相关的调用导频信号；
从第二其它无线模块传输与闲置传输信道相关的感知导频信号。
附图说明
图1所示为现有方法一：使用导频信号与自适应定向天线实现适机无线链路
图2A所示为现有方法二的一个方面：使用导频信号与在正常单一信道中提供控制和数据信道实现适机无线链路的部分。
图2B所示为现有方法二的第二方面：利用导频信号对无线节点在发送和接收待发消息后标记忙碌状态以实现适机无线链路的部分。
图3所示为本发明实施例的认知无线电的状态转换图。
图4A所示为本发明网络运行概况示例一：所有节点均处于闲置状态。
图4B所示为本发明网络运行概况示例二：初节点通过感知和调用建立抽象无线链路。
图4C所示为本发明网络运行概况示例三：两节点退出抽象无线链路。
图5A所示为本发明无线模块示例一。
图5B所示为本发明无线模块示例二。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
现今用户使用的无线网络通常基于多元化的集线器、基站和有线基础设施。无线设备与基站间的连接由七层OSI模型中数据链路层(第二层)的一部分-媒体访问控制子层(MAC)控制。它提供了寻址和信道接入控制的机制，以实现局域网(LAN)或城域网(MAN)等多点网络中多终端或网络节点间的通信。在分组无线网络中使用的媒介访问控制包括载波监测避碰复用(CSMA/CA)，时分复用(TDMA)，频分复用(FDMA)，码分复用(CDMA)，以及正交频率复用(OFDMA)等。
在载波监测避碰复用中，准备无线传输的基站(节点)会先对信道进行一段时间的监测以获得该信道上的通信现况。若该信道为闲置状态，基站可以传输无线信号了。但若该信道为繁忙状态，基站就必须延迟等待传输。这也就是协议中“避碰”的实现机制的关键，一般被使用在基于802.11(Wi-Fi)的无线局域网中。但这种网络的问题在于：一，发送信息的同时无法进行探听，因此也无法实现避碰；二，隐藏终端问题，即节点A与接收节点R相邻，而并不与发射节点S相邻，因而无法获知S是否正在对R传输。
载波监测避碰复用亦可以使用辅助讯息包交换，例如发送节点S发出的发送请求(RTS)讯息包和接收节点R发出的接收准备(CTS)讯息包相互交换，可以提醒发送或/和接收节点范围内所有节点在主数据包传送过程中保持静默。这也就是所谓的IEEE802.11RTS/CTS交换。然而，这种控制方法并不适用于高速移动、无线节点数量实时变化、无线链接不断地实时建立和取消的ad-hoc无线网络。在这种ad-hoc网络中，移动无线节点和无线链路连接可形成任意拓扑结构的自我配置网络。这种无线网络正因其强大的功能而备受关注，由于其布网迅速以及高容错等特性，十分适合于灾害或军事等应用环境。由于无线节点可任意移动和组织，该网络的无线拓扑结构可能迅速地重构。这些网络重构一般发生在载波监测复用，时分复用，频分复用，码分复用和正交频率复用等协议的帧时限内。此外，此类网络可独立运作，以任意方式相互连接或仅通过网络成员而无需专用门户网站、集线器和基站连接到较大的固定网络或互联网上。
目前，研究人员尝试将其他领域的通信网络技术修改应用到这种较新的网络架构中，例如将导频信号(pilottones)在电子、有线通讯和光纤通讯中的技术进行开发利用，以提供信令并控制区域间和区域内部的网络元素。例如DerrickRemedios等人(USPatent7,139,486“MethodandApparatusforOpticalAdd/DropMultiplexinginOpticalNetworks”)和Carrick等人(USPatent7,016,607“MethodsandApparatusforOpticalNetworkManagementusingPilotTones”)在光纤波分复用传输中提供导频信号以达到低速控制和信号管理。这种管理无需测定光纤中每个信号的波长及检测数据流，从而显著减少了节点的电子复杂性。
其他研究者，诸如Posner(USPatent6,556,076“FeedForwardAmplifierwithAmplifierStageFailureDetectionusingPilotTones)，Eisenberg等人(USPatent6,452,446“ClosedLoopActiveCancellationTechniqueBasedRFPowerAmplifierLinearizationArchitecture”)，andRoulston等人(USPatent4,219,780“GainControlledAmplifierCircuits”)也曾利用导频信号来对网络中的个别元素进行调控。同样，Acampora(USPatent5,697,066“MediaAccessProtocolforPacketAccesswithinaRadioCell”)也利用了远程基站的导频信号来提供信息帮助基站100的控制(如图一所示)。因此，警车124在每个数据传输期初所发出的导频信号124A将向每个方向铺开。基站100通过全方向天线114收到这个导频信号124A，再经由发送器/接收器112初步处理后交至控制电脑122。相应地，控制电脑通过自适应天线控制器120调节阵列天线118E到118A的信号的振幅或/和相位，从而使自适应天线115与警车124在数据传递期间的双向传输达到最优化。
在数据传输末期，鉴于自适应天线115正定位于警车124，卡车126通过全方向天线114接收确立卡车导频信号126A。天线阵列118A至118E的信号经控制电脑122处理调控使得自适应天线115可在下一数据传输过程中定位于卡车126。同样，在下一数据传输期间，购物女士128将发出导频信号128A。其后，自适应天线115将自动定位于她。通过这种方法，自适应天线115会在为124至128每位移动用户的服务中表现出增强的性能。在Acampora提出的系统中，导频信号124A，126A和128A均由调用信号和调用确认信号引发。
然而，Acampora的系统仍然要求移动用户124至128以由媒体访问控制协议(如CSMA/CA，TDMA，FDMA.CDMA，OFDMA等)预先设定的序列与基站100进行通讯。否则，新移动用户130与某现有用户的信号传输将相互干扰。因此，显然Acampora的方法虽然能够提高系统的敏感性和功能性，但其使用导频信号方法在建立用户连结网络配置时却仍未能跳出现有的标准协议框架。
另一种用于在ad-hoc网络中建立用户联结的导频信号方法如图2A和2B所示。图2A中显示的无线频谱200的工作机理基于Z.J.Haas和J.Deng的研究：“DualBusyToneMultipleAccess(DBTMA)-MultipleAccessControlSchemeforAdHocNetworks，”(IEEETrans.onCommunications，vol.50，no.6，June2002)和“DualBusyToneMultipleAccess(DBTMA)-ANewMediumAccessControlforPacketRadioNetworks”(ProceedingsIEEEICUPC98，October5-91998)。在这里，三个802.11a信道显示为210到230，例如北美802.11a5180MHz到5320MHz频段。每个802.11a信道，例如信道220，被分划为控制信道224和数据信道226。同时，802.11a信道220包括发送忙导频222和接收忙导频228。
图2B显示了用于在无线节点A和无线节点B(未标明)间建立通信的时控图250。因此，当节点A需要建立通信时就可以在控制信道(如信道224)上发出发送请求RTS240。节点B因此收到发送请求问询245，显示可接收。节点B因此发出接收准备CTS290，并发射接收忙碌状态导频信号280通知所有临近网络节点信道220将被节点B占用用以接收数据。
CTS290到达节点A时更名为发送请求批准295(CTSOK295)，并引发发送数据260由数据信道226传输至节点B并更名为收获数据265。同时，节点A也发射其发送忙碌状态导频信号270，通过发送忙导频222来通知所有临近的网络元素该节点处于忙碌状态，因而无法接收其他信号，且信道220也正被占用。
因此双忙碌状态导频信号复用(DBTMA)能够克服一些RTS/CTS协议中在传输延滞和传播延迟的问题。此外，Haas和Deng已证实在正向和反向通信方向使用导频信号可使网络利用率比一般RTS/CTS协议提高近一倍，并且增强无线网络对高用户密度和高信息流量的支持。然而，很显然的是双忙碌状态导频信号的方法仍取决于节点间的RTS和CTS信号，且无法做到RTS/CTS避碰。
状态例图(图3)显示了基于导频信号的认知无线电的发明克服了上述所有问题。图示的三个状态分别是闲置301，初节点304和次节点305。当一个节点的无线电不从属于任一抽象无线链路，其状态为闲置301并不断地或定期地监测一组调用导频信号(PollingTones，图中标记为Pn)。当某节点变为抽象网络链路的初节点时，其无线电就处于初节点304状态，广播与特定无线信道n相关联的调用导频信号Pn。当某节点转变为抽象无线链路的次节点时，其无线电处于次节点305状态，并广播与特定无线信道n相关联的感知导频信号(SensingTones)Sn。
当某节点的无线电是引发抽象无线链路的部分时，此无线电即由闲置301状态通过302态径转变为初节点304状态。通过这种转换，该无线电将适机地找到一个闲置无线数据信道n，与其闲置导频信号Sn和Pn。例如，只要当信道n载波能量低于域限值ξd，且关联导频信号Sn和Pn上的载波能量也分别低于域限值ξs和ξp，便可确定该无线信道及导频信号处于闲置状态。参数ξd、ξs和ξp的预定值可以由收发器噪声系数来确定，或根据对环境噪音的感知结果由无线电软件进行自适应更新。
当无线节点脱离当前抽象无线链路时，其无线电由当前初节点304状态经由303态径停止广播调用导频信号Pn.并转变为闲置301状态。然而，只要处于闲置301状态的无线电探测到增强的调用导频信号Pn，其就会由闲置301状态经态径306转变为次节点305状态。本例中，这种转变以导频信号Pn上侦测到的载波能量高于域限值ζ为前提。参数ζ也可以由收发器噪声系数来确定，或根据随环境噪声的感知结果由无线电软件进行自适应的更新。在次节点305状态下，无线电将发射相关的感知到频信号Sn。
当处于次节点状态的节点脱离当前抽象链路，其无线电状态即由次节点305经态径307转变为闲置301，且该无线电停止广播感知导频信号Sn。
图4A至图4C示例了根据本发明的一个四节点无线网络，其中每个节点都根据图3中示例的状态机来建立并退出抽象无线链路。在图4A至图4C所示的情况下，无线信道总数均为3个。如图4A所示，节点A401、节点B402、节点C403和节点D404的起始状态均为闲置(如，闲置301状态)。表1至4详列了节点A401、节点B402、节点C403和节点D404的无线信道和频率导频信号状态。在每个表格中，字母V表示相应的信道或频率导频信号是闲置的，例如载波能量监测结果为相应阈值下；字母B表示相应的信道或频率导频信号处于忙碌状态，如能量探测结果为相应阈值上；字母T表示该节点正在相关信道或者频率导频上发射信号；字母U表示该节点在相应数据信道上发送或接收信息。
如表1所示，信道1和2已被邻近抽象无线链路(未标明)占用，但信道3仍可用于建立抽象无线链路。例如在信道1上，节点A401的一个邻近无线节点正处于次节点305状态。在信道2上，节点A401的一个或多个邻近无线节点正处于初节点303或者次节点305状态。在表2中，信道1和3均可用于建立抽象无线网络链路；而信道2上节点B402的一个邻近无线节点正处于次节点305状态。
表3中的节点C403的情况同节点B402类似。图4描绘了节点D404的状态。其中，信道1和3可被用于建立抽象网络链路，而信道2上节点D404的一个邻近无线节点正处于次节点305状态。
基于表1至4中的信道状态及对建立抽象无线链路的需要，节点A401经由态径302转变成为初节点304状态，并引起如图4B所示的网络变化。节点A401发现信道3是闲置的，也即数据信道与相关频率导频信号P3和S3均处于闲置状态，得以启动态径302上的活动。此后，节点A401成为抽象无线链路的初节点，并广播调用导频信号P3。此信号P3后被节点B402、C403和D404等其他节点探测到。相应地，节点B402、C403和D404在探测到调用导频信号P3后自态径306将状态转变为次节点305，成为抽象无线链路的次节点，并广播感知导频信号S3。下列表5至8依次详列了各节点在整个过程中的状态。
与表1所示相比，表5中节点A401中P3的状态为T，S3的状态为B，信道3的状态为U(如，基于特定抽象无线链路的情况，或发送或接收)。同样，通过比较表6与表2中的节点B402，我们会发现P3的状态成为B，而S3的状态为T，且信道3的状态为U(如，基于特定抽象无线链路情况，或发送或接收)。若比较表7与表3中的节点C403以及表8和表4中的节点D404，我们也会观察到类似情况。
图4C显示了节点B402和节点C403在图4B的情况后已退出抽象无线链路的情况。如图所示，节点B402和C403已停止广播感知导频信号S3，并回复到闲置301状态。表9至12详列了图4C中四节点A401、B402、C403和D404的状态。因此在表10和11中，由于节点B402和C403均可探测到分别由节点A401和D404发出的导频信号P3和S3，节点B402和C403上的P3及S3的状态均为B。同时，节点B402和C403都仍处于节点A401和节点D404构建的抽象无线链路中，因此，信道3的状态仍为U。
图3和图4A至图4C所描述的本发明的实施例中所提到一组用于调整网络数据信道的导频信号包含了实现适机无线信道访问机制的两个重要步骤：利用感知导频信号Sn“感知”，以及以调用导频信号Pn实现“调用”。显然，只要无线模块执行过程和频率分配符合该技术原则，基于导频信号和无线数据信道的其它应用实施例也都是可行的。
图5A和图5B分别示例了一种本发明的应用实施例。图5A中，无线节点500包含了唯一无线网络(未标明)提供通讯的无线模块550。无线节点500可只包含单一无线模块550且仅支持单一无线标准，如WiFi(IEEE802.11)；或包含多个无线模块550且每模块均基于不同的无线标准，如WiFi(IEEE802.11)，WiMAX(IEEE802.16)，蓝牙或GSM。
如图所示，无线模块550外接天线540A和540B。天线540A与导频信号收发器510相连；天线540B与无线标准收发器520相连。在本应用实施例中，感知及调用导频信号和数据信道可分属于不同频段，例如无线标准发送器520可根据WiFi标准IEEE802.11b/g工作。无线标准发送器520包括连接至无线标准信号发生器525上的发送器路径520A和接受器路径520B。这样，自无线标准信号产生器525至天线540B的路径类似于传统无线模块以WiFi方式进行工作。
导频信号收发器510包括同时连接于导频信号控制器505的导频信号发送器路径510A和导频信号接收器路径510B。在本应用实施例中，感知导频信号和调用导频信号的频率被分配在902MHz-928MHz免授权工业、科技和医疗频段(适于ITU地区2，即美洲)。如此，感知和调用导频信号的频率与相关信道频率(2.4GHz-2.5GHzforIEEE802.11b)就完全区分开来了。
在图5A的应用实施例中，根据本发明提出的感知导频信号Sn和调用导频信号Pn，无线节点500利用了这两种对数据传输而言处于完全不同频段的信号来建立适机无线通讯。如此，导频信号收发器510的运作频段与无线标准收发器520相异。显然，不同元件可以合并为单一无线模块550；或者，当无线节点500在为例如咖啡店、机场和城区等特定环境提供无线通讯时，导频信号控制器505和导频信号收发器510作为附加模块可选择性地被添加至无线模块550中。虽然在本实施例中，导频信号收发器510和无线标准收发器520与不同的天线(540A和540B)相连，其它实施例中两收发器可通过双工器共享同一天线。
图5B显示了集成无线模块580成为无线节点500的一部分。在此无线节点中，本发明提出的基于导频信号的认知无线电适于有较好投入产出比的大量生产，或由同一发送/接收电子系统对实际数据信道和感知/调用导频信号进行处理，然后提供单一集成无线模块580。如此，天线540可与收发器560直接相连，并提供无线控制器575发送和接收无线信号。导频信号控制器570与无线控制器575的相互通讯使发送器560A和接收器560B应用感知导频信号Sn和调用导频信号Pn进行工作。同时，集成无线模块580也显然可在无线节点500中复制，以支持多个无线标准，如同一笔记本上的邻近WiFi和WiMAX设备，同一PDA上的GSM和WiMAX等。
对读者来说，显而易见的是，每一无线数据信道n都可以配备了两个导频信号，例如调用导频信号Pn和感知导频信号Sn。基于原则如Pn和Sn均由索引n确定，每个无线信道的导频信号频率都是不同的。这些已划定的导频信号不会与无线数据信道相互干扰。
以上实施例中介绍了基于单一频率点上CW波的感知/调用导频信号。这些信号可被无线接收器通过滤波和载波能量监测等方法探知。此外，一个或多个导频信号可以是围绕单一频率点有限带宽的连续信号；或者是作为信道n的指征的不断重复的数字信息。根据具体的无线标准，数字信息的编码可选择性地有所不同。感知/调用导频信号与数据信道可以处于无线电频谱的相同部分，而感知导频信号Sn和调用导频信号Pn的频率可为以某中心频率对称的一对。此处，中心频率以n标注，并可能出于单边或两边的数据信道上。
另一种可能的情况是，感知和调用导频信号处于无线电频谱的不同部分。无线电频谱的不同部分可由本地地域规划等决定。例如在5.120GHz至5.124GHz的日本频段，即介于低端IEEE802.11a频段(4.880GHz-5.120GHz)与高端IEEE802.11a频段(5.142GHz-5.258GHz)之间。日本行政区域也可以提供高于5.258GHz的频段。北美和欧洲也有区域使用类似IEEE802.11a波段。其他情况中，感知和调用导频信号可以不与数据信道相邻，甚至两导频信号相互间也可以不相邻。同时，每类导频信号可以是一组频率的集合，即感知导频信号Sn处于某频率区间，而调用导频信号Pn处于另一频率区间。这些配置可根据不同地域网络情况进行具体设置。
以下描述前图3至5B中显示的抽象无线链路建立过程。初始状态下，无线节点闲置，也即不隶属于任何活跃的抽象无线链路。因此，在无线模式下的认知无线电会监测预定的调用导频信号组Pn。在一种应用实施例下，取决于包括网络延迟和利用率、电子架构和成本等，认知无线电可以序列性地扫描所有的调用导频信号。而在另一种实施例下，认知无线电可以并行地监测所有的调用导频信号(例如通过一组滤波器)。
当一个无线节点需要建立抽象无线链路时，该节点会成为无线链路初节点，然后开始“感知”步骤。发明中所指的抽象无线链路是具备相关关系的一组无线节点间的特定合作。这些合作可在一条无线数据信道上执行，其功能包括广播、单播、组播，任播和数据聚合等。这些抽象网络链路的构建可基于各种物理或物理/媒体访问控制层标准，包括IEEE802.3、IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.16、IEEE802.20、UMTS、GSM850、GSM900、GSM1800、GSM1900、GPRS和IMT-2000。这些标准可与授权无线波段或者免授权无线波段相关。
适机感知结果的确定，例如对信道n的选择，是基于数据信道n和其相关频率导频信号Pn和Sn均处于闲置状态的标准，例如，对信道或频率导频信号载波能量探测的结果低于某个或某些预定的阈限值，这也就是无线通信中载波监测。在其它实施例中，感知阈限值可自适应地根据周边无线环境进行更新。这里的环境因素可能包括但并不局限于：接受器噪音、网络地域规划、被感知的频率段、具备认知无线电的电子设备、网络以及具备认知无线电的电子设备的电池状态。
当“调用”时，节点无线电进入初节点303状态并发送与选中信道n相对应的调用导频信号Pn。次节点组则由适机原则确定：初始状态为闲置(如闲置301状态)并且探测到了导频信号Pn的增强。这里，“增强”是指在特定频率上被监测的载波能量从阈限值以下升至以上。如前，这个阈限值可以自适应地根据周边无线环境进行更新。继而次节点开始探听相关无线数据信道n，并同时发射相应的感知导频信号Sn。
这样，一个由初节点和一组次节点构成的抽象无线链路就建立起来了，并允许任意成员无线节点间的合作。当次节点退出该抽象无线链路时，该次节点通过清除感知导频信号Sn回复到闲置状态。当初节点退出抽象无线链路时，通过清除调用导频信号Pn来回复到闲置状态。当所有相关节点都退出链路，该抽象无线链路就自动停止。
此外，如果多个无线模块被安装于同一个无线节点中，这些无线模块可以依照相同或不同的无线标准运行。并且，这些安装于同一无线节点的无线模块亦可独立(并行)地运行，这样它们可以被直观的视为处于相同位置上的无线子节点。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种无线通信网络中适机认知无线通信方法，包含：
(1)提供一组多个无线模块；此组无线模块中的每个无线模块都根据一项无线标准进行工作；
(2)在一组多个无线模块中至少两个相邻无线模块间建立一个任意类型合作；这个任意类型合作建立在作为选择无线传输信道的依据的至少一个感知导频信号，和作为选择无线传输信道的依据并且用于调用无线模块的至少一个调用导频信号的基础上，并且此感知导频信号和调用导频信号与根据无线标准的一个无线传输信道相关；每个所述无线传输信道均分配有感知导频信号和调用导频信号；
步骤(1)包括提供在监测和传输功能中至少具备其一的无线模块；此处，监测和传输的对象是一组预定感知导频信号中的至少一个感知导频信号和一组预定调用导频信号组中的至少一个调用导频信号，且预定感知导频信号组中的每一感知导频信号和预定调用导频信号组中的每一调用导频信号都与根据无线标准的一个传输信道相关；
步骤(2)包含：
监测一组感知导频信号中的一预定子组；
监测一组调用导频信号中的一预定子组；
选择一个未被占用的传输信道作为建立无线网络链路的传输信道；判断所要选择的未被占用的传输信道的标准是：该传输信道本身、与该传输信道相关的感知导频信号和调用导频信号均空闲；
由一组多无线模块中的第一个无线模块传输与所选择的未被占用的传输信道相关的调用导频信号；
将监测到与所选择的未被占用的传输信道相关的调用导频信号的至少一个无线模块作为第二其他无线模块，与第一无线模块一起建立无线网络链路；并
由第二其它无线模块传输与所选择的未被占用的传输信道相关的感知导频信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
提供多个无线模块根据一项无线标准进行工作，包括：提供能够在一组共同频率上工作的无线模块；这组共同频率是每个无线模块所能工作的频率组的子集。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
根据无线标准提供一个无线模块，包括提供一个可根据至少以下一种频率计划运作的无线模块：IEEE802.11，IEEE802.15，IEEE802.16，IEEE802.20，UMTS，GSM850，GSM900，GSM1800，GSM1900，GPRS，ITU-R5.138，ITU-R5.150，ITU-R5.280，以及IMT-2000。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤(1)包括为每个无线模块提供一个无线电路，这个无线电路可以通过电子信号和该无线模块通信，并且能在监测和传输功能中至少具备其一；此处，监测和传输的对象是一组预定感知导频信号中的至少一个感知导频信号和/或一组预定调用导频信号组中的至少一个调用导频信号，且预定感知导频信号组中的每一感知导频信号和预定调用导频信号组中的每一调用导频信号都与根据无线标准的一个无线传输信道相关；其中，无线电路至少提供相应无线模块应基于哪个传输信道进行工作的信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤(2)包括在一组多无线模块中至少两个以上无线模块间建立至少一种以下类型的合作：单播链接、多播链接、广播链接、任播链接、单向通信、以及双向传输。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
感知导频信号和调用导频信号中至少其一为以下其中之一：未调制信号、连续波频率、数字序列、以及仅包含与支持数据传输的无线标准的信道的身份相关信息的数字序列。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：
(3)在至少交换一个数据包的时段内保持调用导频信号和感知导频信号的传输。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：还包括：
(4)当数据包传输结束时终止传输调用导频信号；且
(5)当数据包传输结束时终止传输感知导频信号。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
信道提供的依据至少为以下方法之一：正交频分复用(OFDMA)、码分复用(CDMA)、时分复用(TDMA)、频分复用(FDMA)、跳频括频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS)。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤(1)包括：提供电子模块以在第一预定条件下根据无线标准的媒体访问协议工作；而在第二预定条件下根据步骤(2)工作。
11.已存有根据预定计算设备格式的数据的计算机可读存储介质，并基于由适当的计算设备完成数据执行，来提供一种在一组邻近无线模块组间建立的任意类型合作的方法，包括：
监测一组感知导频信号，此组中的每个感知导频信号都与一个传输信道相关；
监测一组调用导频信号，此组中的每个调用导频信号都与一个传输信道相关；
选择一个未被占用的传输信道作为建立无线网络链路的传输信道；判断所要选择的未被占用的传输信道的标准是：该传输信道本身、与该传输信道相关的感知导频信号和调用导频信号均空闲；
由第一个无线模块传输与所选择的未被占用的传输信道相关的调用导频信号；
将监测到与所选择的未被占用的传输信道相关的调用导频信号的至少一个无线模块作为第二其他无线模块，与第一无线模块一起建立无线网络链路；
由第二其它无线模块传输与所选择的未被占用的传输信道相关的感知导频信号。
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