CN101523960A - 由独立用户对网络进行无线访问的方法和系统 - Google Patents

Abstract

由独立用户对网(2)进行无线访问包括：独立用户(1)发射无线信号以在访问网络(2)的节点(3、4和9)的组中包括的节点处生成干扰。在由一个组中的成员检测到干扰时，在独立用户(1)和组的成员之间建立链路，并为独立用户(1)安排对网络2进行访问。在一个方法中，独立用户是未许可的，并经由无线频谱的许可部分试图对网络进行访问。

Description

由独立用户对网络进行无线访问的方法和系统

技术领域

本发明涉及由独立用户对网络进行无线访问的方法和系统，更具体但非排他性地，涉及由未许可用户对无线电频谱的许可部分的机会访问。

背景技术

大部分无线频谱由政府进行许可，或分配给特定业务或用户。因此，由于频谱的已分配部分已经被占用，所以它们看起来对于其他人来说是不可用的。然而，实际上，由于已分配的频带不总是由许可业务完全使用，所以通常存在可用空间。

已经提出通过以下方式实现无线频谱的更有效使用，即通过在通信设备中包括一些智能以能够识别使用中的和未使用的通信信道，然后由此选择未占用的一个通信信道用于通信会话。如果采用这个方式以允许未许可的用户使用未占用的许可信道(假设这样不干扰应该具有优先权的许可使用)，这样可能特别有利。在Berkley大学的Brodersen等人于2004年7月29日发表的“CORVUS：A Cognitive Radio Approach for Usage ofVirtual Unlicensed Spectrum”白皮书中描述了这种方式。在通信设备中使用智能的概念称为“认知无线电”。Joseph Mitola给出认知无线电的一个定义如下：“术语认知无线电明确确定了以下方面，即无线个人数字助理(PDA)和相关网络对于无线电资源和相关的计算机-计算机通信具有计算上的足够智能，以(a)根据用户环境检测用户通信需求；以及(b)提供最适合于那些需求的无线电资源和无线服务”。

当在认知无线电环境中用户希望访问网络时，必须存在获知用户存在的机制。为用户发现所提出的一个方法提议使用现有基础网络的架构，例如蜂窝无线接入网，其提供在地理区域上的大规模覆盖。用户经由基础网络得到信息，使其能够识别和实现对例如能够连接至另一网络的本地节点的访问。例如，可通过接收和发送互联网协议(IP)消息来访问由蜂窝网络提供商提供的中心式数据库。尽管这个提议很好地使用了现有的遗留架构，但是这个方案在频谱利用上并不是最有效的也不是成本最有效的长期方案。

在另一方法中，提议可使用全局预留的无线电频带(radio band)，以作为用户发现协议的通道。协议和全局无线电频带的组合能够发现新的用户。然而，用于用户发现的无线电频谱的预留是内部无效的。这需要在空间上和时间上都全局预留该带宽。此外，这需要频谱监察机构达成关于预留频带(frequency band)的国际协定。此外，这将对调制解调器结构增加用于支持普遍限定的无线电频带的不必要的需求。

发明内容

根据本发明的一方面，一种由独立用户对网络进行无线访问的方法，包括所述独立用户发射无线信号，以在未知节点生成干扰。在由所述未知节点检测到该干扰时，为所述独立用户安排对所述网络的访问。所述网络可以是互联网、或某些其他网络，例如传感器网络。例如在局域网中，节点可以是网络单元，或比如说移动用户终端。

在根据本发明的方法中，该未知节点可以是节点组的成员，该组中的至少一个成员对网络进行访问。对网络进行访问的该节点组可仅包括一个节点。可选地，该节点组可以包括可互连的多个节点。

在根据本发明的另一方法中，所述独立用户和所述未知节点共同限定网络，所述网络在由所述未知节点检测到干扰之后被限定。

在根据本发明的一个方法中，提供了对独立用户的发现，从而用户可随后试图访问网络。该方法特别适合于独立用户是希望利用对无线频谱的许可部分进行机会访问的非许可用户的情况，但是该方法还可用于独立用户和可用频谱之一或两者的许可状态不重要的其他环境中。由于独立用户不知道未知节点的存在并且不向特定节点发送信号，所以信号在那里用于生成干扰的节点称为未知节点。

该方法允许先前不知道现有通信或其他节点的位置的独立用户发现。独立用户(在本说明中还称为独立节点)发射信号以提醒其他节点他的存在。如果其他节点正在通信，则信号传输可引起干扰，提醒这些节点独立节点或用户的存在。可通过不包括在当前通信会话中但是处于侦听模式下的节点来检测干扰。

本发明实现了不必发送与频率需求或传输功率相关的信息来实现独立用户的发现。如果未知节点检测到干扰并发送独立用户可检测的响应，则隐含地使用适合的频带进行可能的通信。因此，不需要执行单纯用于建立通信的特定接收和发射无线电链。对于对成本极度敏感的应用(例如传感器网络)来说，这个特别重要。类似地，如果传输等级足够高以使得未知节点知道独立用户，则独立用户将仅接收对干扰信号的响应。因此，传输功率不需要按诸如标准来固定。

可以以渐渐增大的传输强度发射信号。因此，如果节点由于处于独立用户以较低功率发射的信号的范围外而没有实现用户发现，则信号可以通过连续增高的等级重发，直到从节点接收到响应。如果存在能够以较低信号功率检测到用户存在的适合节点，则这个技术可降低在其他节点处由该信号引起的干扰。该信号可以是一系列信号传输或连续信号。

在使用根据本发明的方法进行用户发现之前，独立用户可以不连接至任意其他用户或节点。然而，可选地，独立用户可以与另一用户或节点或几个用户或节点互连，并且在使用根据本发明的方法进行用户发现之前，如果独立用户没有用于访问网络的装置，则其仍旧被限定为独立用户。独立用户可以是能够发射信号以产生干扰的任意设备。例如，独立用户可以是移动用户终端或包括在局域网的一部分中的固定单元。

在未知节点检测到干扰时，可以建立到所述网络的第一临时链路，以及随后建立比所述临时链路更加接近满足所述独立用户的需求的到所述网络的另外的链路。因此，该临时链路可便于建立具有某种期望特征的另一链路。如果到网络的几个连接路径期望用于独立用户(例如保证到网络的鲁棒性连接)，则可在独立用户和多个节点之间同时建立多个链路。

在根据本发明的一个方法中，独立用户以其发射频带的可变频带来发射信号。独立用户可重复地通过其发射频带，来发射窄带信号。与发射并行地，或与一系列发射信号进行交织地，独立用户可侦听来自节点的响应。当接收到这种响应时，在独立用户和响应节点之间建立链路，便于独立用户访问网络。

在根据本发明的另一方法中，信号是定向的。方向可以是固定或可控的。定向信号使得空间干扰局部化，并且还可用于独立用户希望在特定空间位置建立与节点的链路的情况。

根据本发明的方法可涉及以下多于一个的组合：功率改变、频率改变、和信号方向改变。

由独立用户发射的信号可包括与独立用户的接收器特征相关的信息，并且当未知节点检测到干扰时，未知节点建立包含在该信号中的接收器特征信息、干扰发生的时间、及其频带，以使其能够响应于独立用户。该信号可包括与独立用户相关的标识符。

例如如果需要使用BPSK、QPSK、16QAM或某些其他方案来实现与独立用户的通信，该信号可包括调制方案信息。

该信号可包括用于识别哪些多访问方案对独立用户为可用的信息。例如，独立用户能够使用TDMA、CDMA、FDMA技术或某些其他适合实现中的一个或多个来进行通信。

在根据本发明的另一方法中，通过可应用于系统来实现该方法的标准来限定调制方案和多访问方案的类型中的至少一个。这个信息还可附加地包括在发射信号中。

在根据本发明的方法中，在由未知节点检测到干扰时，该未知节点请求第二未知节点对独立用户进行响应。这些未知节点可以连接至节点组的成员。然后，在独立用户和第二未知节点之间建立链路，以便于访问网络。

如果例如在连接节点的相同组或不同组中的多于一个未知节点检测到由该信号提供的干扰，则可为独立用户执行协商以选择到网络的链路。该协商可考虑独立用户的需求和/或节点的需求或节点所属的组的需求。该未知节点检测到干扰可以经由网络协调其对独立用户的接收容量进行共享访问。

根据本发明的另一方面，通信系统包括连接节点的多个组，每个组中的至少一个成员对共同网络进行访问。每个组中的至少一个成员包括检测器，用于检测由需要访问网络的独立用户发射的信号引起的干扰，以及检测能够在独立用户和网络之间建立的链路的独立用户的特征。

附图说明

现在，仅通过实例并参照附图，将描述根据本发明的一些方法和实施例，其中：

图1示意性示出根据本发明的通信系统；以及

图2是关于重叠收发频带的说明性示图；

图3是在图1所示的通信系统中关于信号传输的说明性示图；

图4是关于图1所示的通信系统的操作的另一说明性示图；

图5是关于图1所示的通信系统的操作的另一说明性示图；以及

图6(a)和(b)示意性示出根据本发明的另一通信系统。

具体实施方式

参照图1，独立用户(或独立节点)1需要访问互联网(用2代表)，但是还没有访问它。此外，独立节点1先前不知道任意其他现有节点或连接节点的组，并且不存在它可在上面与其他节点联系以旨在获得所需访问的全局通信信道。

用户倾向于聚集到通信组或“泡”(bubble)中。当泡访问互联网(IP)“云”时，泡经由共享数据库声明他的存在。该共享数据库用于低速目的，例如用于帮助发现切换、泡间功率控制反馈和信道使用协商。当泡没有访问IP云时，它的存在对于其他用户是未知的，称为“未声明”。在图1所示的系统中，除了独立用户1之外，存在2个声明的泡3和4(其每个分别包括多个互连节点5和6)和1个未声明的泡7(其包括多个互连用户或节点8)以及声明的泡9(其仅包括一个用户10)。

为了启动用户发现，独立用户1有意地发射信号，以在存在于信号范围内的任意泡处生成干扰，并由此试图对泡中包括的未知节点声明其存在。独立节点1所支持的传输频带仅隐含地告知在该频带上进行侦听的那些节点。作为说明，图2示出属于2个节点A和B的射频通信信道的排列。发射TX和接收RX带宽重叠使得双向通信成为可能。如果不存在收发频率的重叠，则双工通信是不可能的。因此，避免了在独立用户1不能与之通信的节点的干扰，并且受到干扰的任意节点隐含地知道在响应中要使用哪些频带。

如图3所示，独立用户1重复地通过发射带宽，以不同频率f1至fn来发射窄带信号。发射信号包含独立用户1的接收器特征，包括在通过节点向独立用户1发送的任意响应中其所需的调制方案和编码方案的相关信息。与发射并行地，独立用户1在其接收路径上来侦听响应，该响应指示已经向未知节点提醒了其存在。

此外，如图4所示，独立用户1对该发射带宽的每次通过的传输功率大于之前的通过的传输功率，直到达到最大传输功率。中心点代表独立节点1，同心圆11代表可以接收发射信号的边界，每个圆代表特定功率等级。如果在多个泡中的一个的被提醒的未知节点适时地响应，则这个方式的传输功率的递增变化导致空间上的局部干扰。

此外，如图5所示，也可以通过使用可控天线技术以特定方向(而非全方位)发射发射信号12来集中空间干扰。发射信号的方向提供另一形式的隐含选择。例如，独立用户1可以是希望与在特定空间位置的未知节点建立链路的传感器节点。方向可以固定，也可以如箭头所示地绕圆摆动。

当通信泡中的一个或多个用户检测到独立用户的存在时，可将该泡描述为“听到”独立用户。例如，可通过在节点的接收信道中检测周期性尖峰(spike)来实现该检测。

在图1所示的实例中，如先前所述的那样，独立用户1发射信号，而在一个组4中的节点6’和6’’、组3中的节点5’和组7中的节点8’检测到由该信号生成的干扰。因为节点8’是未声明的，并且不连接至网络2，所以他不响应于独立用户1。

节点6’检测到独立用户1的存在，并向与其连接的节点6’’发送信息，节点6’’具有与网络2更加直接的连接。然后，节点6’’向独立用户1发送响应，在独立用户1接收到该响应时在他们之间建立第一链路。此外，节点5’也建立与独立用户1的第二链路。节点6’’是许可用户，从而在与网络2通信时能够使用无线频谱的许可部分。

初始链路能够在独立用户1与节点5’和6’’之间交换无线电性能(radiocapabilities)和服务需求。节点5’和6’’经由IP云2对其共享访问独立用户1的干扰频带进行协调。与低计算复杂性的空中接口物理层联系的标准协议形成初始通信链路，例如具有BPSK调制的卷积FEC。这种低比特率双工链路用于传送独立用户1的无线电性能，并且为节点5’和6’’通过提供服务进行响应。

在招标投标(bid-offer)处理中的下一个阶段是为独立用户使用招标投标过程建立更加适合的通信链路，以代替初始链路。在接受报价时，独立用户1成为成功节点所属的声明的泡的正式成员。然后，独立用户1建立与泡的其他成员的完全通信链路(fu1l communication link)，以适用于他们的物理层参数和介质访问控制。

在单工无线电的情况下，不可能同时侦听和发射。为此，独立节点的发射和接收以明确限定的方式进行时间交织。在成功引入干扰时，被提醒的节点从接收信号的内容知道发生的时间、发生的频带和独立节点的RX性能。通过使用这个信息以及用于描述交织模式的明确限定的协议，被提醒的节点可计算独立节点何时在每个频带上进行侦听。然后，被提醒的节点可以调度其响应。

参照图6(a)，独立节点13发射无线信号，以确定哪些其他节点在其范围内以及哪些可与其连接一起来限定网络。在发射该信号时，通过未知节点14、15和16来检测该信号。在这个实施例中，需要在独立节点13和多个未知节点之间进行互连来建立足够大的网络。如图6(b)所示，在建立独立节点13和未知节点14、15和16之间的链路之后，独立节点访问由此创建的网络17。然后，其他节点18和19可通过自己发射信号而旨在在未知节点处生成干扰来加入网络17。

在不脱离本发明的精神或实质特征的情况下，本发明可通过其他特定形式实现，以及可通过其他方法执行。所述实施例和方法在所有方面中都仅被认为是示例性的，而非限制性。因此，本发明的范围由所附权利要求指定，而并非由先前描述指定。在权利要求的等同物的含义和范围内所进行的所有改变都包括在其范围内。

Claims (10)

1.一种由独立用户对网络进行无线访问的方法，包括以下步骤：

所述独立用户发射无线信号，以在未知节点生成干扰；以及

在由所述未知节点检测到这个干扰时，为所述独立用户安排对所述网络的访问。

2.如权利要求1的方法，还包括以下步骤：

以渐渐增大的传输强度发射所述信号。

3.如权利要求1的方法，还包括以下步骤：

如果多于一个未知节点检测到所述干扰，则执行协商以选择到网络的链路。

4.如权利要求3的方法，其中检测到所述干扰的未知节点经由所述网络协调其对所述独立用户的接收容量的共享访问。

5.如权利要求1的方法，其中所述信号包括调制方案信息。

6.如权利要求1的方法，其中所述信号包括用于识别哪些多访问方案对于所述独立用户为可用的信息。

7.如权利要求1的方法，包括以下步骤：

建立到所述网络的第一临时链路，以及随后建立比所述临时链路更加接近满足所述独立用户的需求的到所述网络的链路。

8.如权利要求1的方法，包括以下步骤：

所述独立用户发射一系列信号，并且处于在所述系列中包括的信号之间的侦听模式下，以侦听对所发射信号的响应。

9.如权利要求1的方法，其中所述独立用户和所述未知节点共同限定网络，所述网络在由所述未知节点检测到所述干扰之后被限定。

10.如权利要求9的方法，其中在多于一个未知节点检测到所述干扰时，所述网络包括所述独立用户和多个未知节点。

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