CN101827424A - 自共存模式下发送超帧控制头的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种在自共存模式下一个基站将自共存模式下的超帧控制头信息发送给用户装置的方法，包括：通过与其他共存的基站共同的OFDMA子载波，基站将与其他共存的基站所包含的超帧控制头中的相同内容发送给用户装置；通过使用与其他共存的基站不同的OFDMA子载波组，该基站将与其他共存的基站所包含的超帧控制头中的不同内容发送给用户装置，其中，所述不同内容包括帧预留信息、自共存窗预留信息和该基站的BS ID信息。

Description

自共存模式下发送超帧控制头的方法

技术领域

本发明涉及固定无线区域网络(WRAN)，更具体地讲，涉及一种在多个交迭的WRAN系统之间在自共存模式下共享同一信道的方法。

背景技术

2004年10月，IEEE(电气和电子工程师协会)正式成立IEEE802.22工作组，IEEE802.22别名称为无线区域网络(WRAN)。该工作组的目的就是使用认知无线电技术将分配给电视广播的VHF/UHF频带的频率用作宽带访问线路。WRAN设备的关键是无需频率许可，与电视、无绳电话、麦克风等已有的授权用户共存。

在目前的IEEE802.22等通信协议中，并没有规定和说明如何解决在自共存模式下共享同一信道的WRAN系统之间进行高效安全地协同通信以及资源分配控制(即，帧间共享)等问题，这还牵扯到不同的WRAN系统基站(BS)之间的相互通信问题。

图1是示意性示出WRAN系统间自共存场景的示图。在图1中给出了三个交迭的WRAN系统自共存的网络拓扑结构。三个WRAN系统(WRAN-A101，WRAN-B102，WRAN-C103)在该时刻共享同一个信道(即信道A 104)，该信道用于小区内BS与客户端设备(CPE)之间以及小区间的通信。

目前IEEE 802.22都采用超帧的帧结构为一个单位进行资源分配。图2是示出普通模式下的超帧结构的示图。如图2所示，一个超帧204由16个帧构成，每个帧时间长度为10毫秒。每个超帧都是以一个超帧前导序列201作为第一帧中第一个发送符号，并且都是每帧以帧前导序列202作为帧内的第一个发送符号。在每个超帧的第一个帧内还存在一个超帧控制头(SCH)203，SCH 203用于发送整个超帧的控制信息，该控制信息可以包括WRAN系统的例如静默期信息，其中，静默期信息是WRAN系统通过感知来检测授权用户的时间信息。

图3示出了WRAN小区的静默期信息。如图3所示，静默期信息包括帧内静默期301以及帧间的静默期302两种。具体地讲，在图3中，超帧K中的帧1、3、5、7和9中分别分配了帧内静默期301，而在超帧N中分配了帧内静默期301和帧间静默期302两种。帧内静默期301是指持续时间小于一个帧且位于帧内的静默期。帧间静默期302是指持续时间跨越几个帧的静默期。

图4是示出针对IEEE 802.22 WRAN系统含有自共存窗(SCW)的MAC帧的结构示图。如图4所示，SCW 403独立于传统的下行流子帧401和上行流子帧402，并且用于传送用于WRAN系统BS间通信的共存信标包(CBP)的信道。SCW并不一定出现在每个帧内，只在需要的时候才被安排在帧中，从而使得整个WRAN系统的业务传输效率不会受到很大影响。

在自共存模式下共存的WRAN系统间可以在整个超帧内通过帧间(inter-frame)共享传输信息。例如，如图1所示，WRAN A、WRAN B和WRAN C三个WRAN系统共享同一个信道A时，WRAN A可以占用帧1、4、7、10和13；WRAN B可以占用帧0、3、6、9、12和15；WRAN C可以占用帧2、5、8、11和14。针对自共存模式下WRAN系统之间如何进行高效安全地协同通信、资源分配控制这一上述问题的IEEE 802.22的文稿提案目前有三种竞争方案。

第一种提案是聚合式超帧控制头结构(aggregated superframe controlheader)，即在一个现存IEEE 802.22超帧结构中SCH的OFDMA符号里面包含所有共存的BS的超帧结构控制信息，从而使得每个BS处发送的SCH包含的信息相同，这样可以有效解决大于或等于两个交迭的WRAN系统之间同时发送不同的控制头信息的信道碰撞问题，并且具有分级增益的效果。其结构和如图2所示的普通超帧结构类似，只不过SCH所包含的内容应该包括其它共存BS的超帧结构控制头信息。

第二种提案是分布式超帧控制头结构，它采用时分复用的概念和方法将每一个BS各自的超帧控制信息在通过被分配的第一个帧的起始处发送。相互交迭的BS间不同时发送超帧控制信息，从而避免了采用同一信道同时发送不同控制信息的冲撞问题。

第三种提案和分布式超帧控制头结构采用的是类似的时分复用的概念。不过所提提案要求给每个共存的BS预留一个自共存窗(SCW)来通知下一个超帧中该BS在自共存模式下的超帧控制头信息。

上述三种提案各自都存在相应的问题：

第一种聚合式超帧控制头结构将所有共存的BS的超帧结构控制头信息包含在一个SCH的OFDMA符号里面，每个BS处发送的SCH包含的信息相同，但是如何保障通过交互通信能让不同WRAN系统的BS及时得到其它所有共存的BS的信息？因为不一定可以保障有Backhaul(回程网)来传输BS之间(Inter-BS)通信的信息包，而IEEE 802.22可以通过SCW传送的CBP来进行Inter-BS通信，但是鉴于SCW的数量和大小有限，过大的开销将使系统效率大大降低。并且这种设计相当于要求不同的WRAN系统中有一个中央控制单元进行中央调度分配给不同BS不同的资源。因此这种方法实用性，可行性，安全性很受质疑。IEEE802.22在2009年一月的会议上已经否定了这种提案。

第二种提案是分布式时分超帧控制头结构。图5A是示出包括相互交叠的BS1-BS4的自共存场景的示图，图5B是示意性示出基于TDM的分布式SCH的帧格式的示图。如图5A和5B所示，该提案采用时分复用的概念以及方法将共存的每一个BS各自的超帧控制信息SCH 503通过被分配的第一个帧起始处的超帧前导序列501和帧前导序列502后的OFDMA符号发送。相互交迭的BS(BS 1 504、BS 2 505、BS 3 506和BS 4 507)间不同时发送其各自的超帧控制头信息，从而避免了采用同一信道同时发送不同控制信息的冲撞问题。然而，这种方法需要消耗更多的OFDMA符号资源用于发送比如多个超帧前导序列501，效率较低。从安全性来讲，由于不能保证系统因为没有数据发送而不失去被广播其它超帧控制信息(例如SCW)相关的信息，因此存在可靠性上的隐患。

第三种提案和上面第二种分布式超帧控制头结构采用的是类似的时分复用的概念。图6是通过SCW发送SCH信息的示图。第三种提案与第二种提案所不同的是，如图6所示，第三种提案要求给每个共存的BS(WRAN 1 601和WRAN2 602)预留位置靠后的一个自共存窗SCW 604来通知下一个超帧中该BS的超帧控制信息，而用其余的预留的SCW 603用于WRAN系统间通信，从而更新共存模式下的超帧控制信息。虽然从安全性来讲更为可靠，因为有了固定的预留SCW 604用于WRAN内广播能保证系统不会因为没有数据发送而失去被广播SCW相关的信息。但是由于必须固定预留SCW604给每个共存的BS，又因为现有的IEEE802.22的SCW设计需要消耗2到3个OFDMA符号，这将大大增加WRAN系统的负载开销。

考虑到交迭共存的WRAN系统的数目增加可能达到两个或者以上时，方案二和方案三将带来很大的带宽资源的浪费，这将极大地限制WRAN系统的实际应用。

因此，需要一种可以避免自共存WRAN系统间的干扰冲撞问题的方法。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供一种采用频分的方法以正交子载波组来发送自共存模式下BS各自的广播控制信息，从而可以避免自共存WRAN系统间的干扰冲撞问题的方法。

根据本发明的一方面，提供一种在自共存模式下一个基站将自共存模式下的超帧控制头信息发送给用户装置的方法，包括：通过与其他共存的基站共同的OFDMA子载波组，基站将与其他共存的基站所包含的超帧控制头中的相同内容发送给用户装置；通过使用与其他共存的基站不同的OFDMA子载波组，该基站将与其他共存的基站所包含的超帧控制头中的不同内容发送给用户装置，其中，所述不同内容包括帧预留信息、自共存窗预留信息和该基站的BS ID信息。

根据本发明的另一方面，提供一种在自共存模式下用户装置接收自共存模式下的超帧控制头信息的方法，包括：接收从基站发送的超帧；对接收到的超帧的超帧控制头进行解码；根据解码的超帧控制头内容确定它所在的WRAN系统是否处于自共存模式；当确定它所在的WRAN系统处于自共存模式时，用户装置对子载波组中的BS ID进行识别；如果识别到某一个子载波组BS ID为用户装置相关联的BS的ID，那么获取该子载波组上超帧控制头的内容；如果某一子载波组不包含BS ID，那么获取该子载波组上的内容；根据获取的自共存模式下相关联的BS的区别超帧控制头信息，在指定的帧内接入相关联的基站并接入指定的自共存窗，其中，所述自共存模式下相关联的BS的超帧控制头内容信息包括帧预留信息、自共存窗预留信息。

附图说明

图1是示意性示出WRAN系统间自共存场景的示图；

图2是示出普通模式下的超帧结构的示图；

图3示出WRAN小区的静默期信息；

图4是示出含有自共存窗(SCW)的MAC帧的结构示图；

图5A是示出包括相互交叠的BS1-BS4的自共存场景的示图，图5B是示意性示出基于TDM的分布式SCH的帧格式的示图；

图6是通过SCW发送SCH信息的示图；

图7A是根据本发明的共存的BS基于FDM发送各自的SCH的方法的示图，图7B是每一个共存的BS将SCH信息发送给自己覆盖范围内的接收端CPE的方法的示例的示图；

图8是BS获取根据本发明的SCH中的帧预留信息和SCW预留信息等SCH信息的过程的流程图；

图9是示出CPE端用户装置接收BS发送的超帧的过程的流程图。

具体实施方式

IEEE P802.22/D1.0中所列表格公开了普通模式下的SCH的内容。普通模式下的SCH包括一个超帧内帧间(inter-frame)和帧内(intra-frame)的静默期信息、Tx ID(即，唯一标识发送SCH的CPE或BS的MAC地址)信息、信道信息，CP(循环前缀)信息。IEEE P802.22/D1.0中所列表格通过引用包括于此。

根据本发明的IEEE 802.22 WRAN自共存模式下的SCH包含一个超帧内的帧间和帧内的静默期信息、信道信息、CP信息、该WRAN系统种类(即，IEEE 802.22 WRAN)信息、帧预留信息、SCW预留信息和该WRAN系统的BS ID信息。

在本发明的自共存模式下的SCH中，帧预留信息(即，帧预留位映射)以及SCW预留信息(即，SCW预留位映射)为新加入的信息。帧预留信息指示超帧中的帧是否分配给该BS，例如，当位＝0时，指示不是分配给该BS；当位＝1时，指示分配给该BS。SCW预留信息指示超帧的帧中的SCW是否分配给该BS，当位＝0时，指示不是分配给该BS；当位＝1时，指示分配给该BS。在自共存模式下的SCH是由BS发送给接收端CPE的超帧结构控制广播信息，普通模式下的SCH中的Tx ID在自共存模式下变为该WRAN系统的BS ID信息。

图7A是根据本发明的共存的BS基于FDM发送各自的SCH的方法的示图。如图7A所示，对于自共存模式下的SCH所包含的内容，如果共存的BS间所包含的部分内容相同，比如系统类型ID、帧间和帧内的静默期信息、信道信息、CP信息等，则BS采用共同的OFDMA子载波组来将SCH中的相同内容发送给CPE。对于每个BS不同的内容，例如包括帧预留信息、SCW预留信息和该WRAN系统的特定的BS ID信息，则各个BS采用不同的OFDMA子载波组来将各自的SCH中的区别性内容发送给自己的CPE。例如在如图1所示的三个交迭的WRAN系统BS1、BS2、BS3自共存的网络拓扑结构下，如图7A所示，共存的BS间所包含的部分相同内容采用共同的OFDMA子载波组704来发送。对于共存的BS间所包含的不同内容采用不同的子载波组701，702或者703发送。BS 1的区别内容(BS1 ID、BS1帧预留信息和BS1 SCW预留信息)在子载波组701上发送，而BS 2和BS 3在该子载波组上处于空闲状态；BS 2的区别内容(BS2 ID、BS2帧预留信息和BS2SCW预留信息)在子载波组702上发送，BS1和BS3在该子载波组702上处于空闲状态，BS 3的区别内容(BS3 ID、BS3帧预留信息和BS3 SCW预留信息)在子载波组703上发送，BS1和BS2在该子载波组上处于空闲状态。不同BS所发送的不同的超帧控制信息内容通过采用正交的子载波组来发送，从而避免冲撞带来的干扰。当一个BS在某个子载波组上发送时，其它共存BS在该子载波组上处于空闲状态不发送任何内容。

图7B是每一个共存的BS发送SCH信息给自己覆盖范围内的接收端CPE的方法的示例的示图。其中，当采用如图1所示的三个交迭的WRAN系统BS1、BS2、BS3自共存的网络拓扑结构时，可以采用图7A所示的方法发送SCH，对应的BS1，BS2和BS3覆盖范围内的接收端CPE分别是CPE1 705、CPE2 706和CPE3 707。图7B中实线表示发送状态，虚线表示空闲状态。BS1在子载波组701上发送BS1的区别内容(BS1 ID、BS1帧预留信息和BS1SCW预留信息)，在子载波组702和703上空闲，在子载波组704上发送SCH中相同的内容信息，比如系统类型ID、帧间和帧内的静默期信息、信道信息、CP信息等。BS2在子载波组701和703上空闲，在子载波组702上发送BS2的区别SCH内容(BS2 ID、BS2帧预留信息和BS2 SCW预留信息)，在子载波组704上发送SCH中相同的内容信息。BS3在子载波组701和702空闲，在子载波组703上发送BS3的区别SCH内容(BS3 ID、BS3帧预留信息和BS3SCW预留信息)，在子载波组704上发送SCH中相同的内容信息。相应的CPE在接收到SCH信号的时候首先对子载波组中BS ID进行识别，当识别到某一个子载波组BS ID为用户装置相关联的BS的ID时，才对该子载波组上BS ID后面的内容进行读取，并且忽略不相关联的BS ID对应的子载波组上超帧控制头的内容，同时读取包含共同的超帧控制头内容的子载波组704。CPE可以通过识别共同的超帧控制头内容中的特征性信息比如WRAN系统类型ID或者通过排除包含不相关联的BS ID的子载波组(即，通过确定该子载波组上不包含BS ID)来识别出包含共同的超帧控制头内容的子载波组704从而获取共同的超帧控制头内容信息。

例如图7B中，和BS 1相关联的CPE 1 705仅仅读取子载波组701和704上的信息内容，忽略子载波组702和703上的内容，和BS 2相关联的CPE 2706仅仅读取子载波组702和704上的信息内容，忽略子载波组701和703上的内容，和BS 3相关联的CPE 3 705仅仅读取子载波组703和704上的信息内容，忽略子载波组701和702上的内容。

考虑到IEEE 802.22一个超帧结构包括16个帧，这意味着在一个超帧时间段内最多有16个BS处于自共存模式下，此时这些共存BS的SCH的内容长度(包括共同内容信息字段加上累加的区别内容信息字段的长度之和)可能会超过IEEE 802.22里面2048个子载波的数据子载波的容量，从而需要占据2个或者2个以上OFDMA符号来传送共存模式下的超帧控制头信息。这个可以用SCH里面的长度字段(Length field)来灵活定义其长度，也可以采用最大可能性长度并删除该长度字段来保证系统任何情况都可以工作，比如限定1个或2个或2个以上OFDMA符号来用于发送自共存模式的SCH信息。

可以通过下述方式来实现上述方法：根据共存的WRAN系统的BS ID来对BS进行排序。每个BS占用某些特定的子载波，例如，一个OFDMA符号的前面若干个子载波被该共存的BS各自占用。而后面的子载波可被用于发送WRAN系统间BS共同的信息。每个BS占用子载波组的子载波数目可以根据区别内容数据量的大小和调制方式等因素来确定。

一般来说，每个BS将自己的自共存模式下的SCH在一个超帧起始位置处发送(如图2中203所示)，但特殊情况下也可以在上一个超帧的某一个位置提前发送，例如通过固定预留某个SCW、上个超帧的最后一个SCW或者每个超帧的末尾处的某个位置来发送该SCH信息，但都是采用正交子载波组通过频分的方式来分别发送不同的BS控制信息。

根据本发明的另一实施例，可以将SCW预留信息(即，SCW预留位映射)加到普通模式下的SCH信息内容中。通过SCW预留信息，处于初始化阶段或者刚刚接入网络的CPE可以及时被通知到所关联的BS的SCW的信息。但因为在普通模式下各个BS都是使用自己的信道而非共享信道因此不需要采用频分的子载波来区分各个BS的SCW预留位映射信息，在普通模式下，可以采用和SCH里面其它信息通用的方法来发送SCW预留信息。根据本发明的实施例，可以采用以下几种方式来节省SCH开销。

第一种方式是通过将SCH中的48位的BS ID的信息简化为4位、6位或者8位的BS索引信息来节省SCH开销。此时，需要提前在接收端CPE处存储一个BS ID和BS索引的对照表以便CPE可以识别出不同的BS。

第二种方式是通过将所有共存的BS进行分组来节省SCH开销。将两两不交迭的WRAN视作同一组并共享所有信道，这样可以最大化频谱效率。以每一个组为单位共享信道资源，并且在自共存模式下以每一个组为单位共享超帧内同样位置的帧。给每个BS组分配一个索引代码BS组索引，并且在接收端CPE存储一个BS ID和BS组索引的对照表，每个组之间采用根据本发明的频分正交OFDMA子载波组来传送超帧控制信息中的帧预留信息(即，帧预留位映射)以及自共存窗预留信息(SCW预留位映射)，这样CPE可以识别出不同分组的BS从而找到自己相关联的对应BS的超帧控制头信息。为了找到自己相关联的对应BS的超帧控制头信息，需要通过以前超帧内的自共存窗SCW提前在网络内传递包含分组信息的CBP。该分组信息包含每个组里的若干个BS ID或者BS索引还有本组的BS组索引。

图8是BS获取根据本发明的SCH中的帧预留信息和SCW预留信息等SCH信息的过程的流程图。通过IEEE802.22标准中最基本的SCW的使用方法来获取上述预留信息。

如图8所示，在步骤S801，每个共存BS通过以前的超帧(一般采用上一个超帧)内的SCW来竞争或者协商自共存模式下的本超帧中的每个帧以及每个SCW的分配问题。

在步骤S802，每个共存BS侦听帧预留信息以及SCW预留信息等SCH信息的竞争或者协商结果。

随后，在步骤S803，每个共存BS确定SCH相关信息(帧预留信息以及SCW预留信息等SCH信息)是否改变。

如果SCH相关信息改变，则在步骤S804，每个共存BS更新SCH相关信息并且将包括根据本发明的更新的SCH发送给CPE。之后在步骤S806，每个共存BS将其超帧数加1。

如果SCH相关信息没有改变，则每个共存BS发送根据本发明的未经更新的SCH。之后在步骤S806，每个共存BS将其超帧数加1。

图9是示出CPE端接收到BS发送的超帧的过程的流程图。

如图9所示，在步骤S901，CPE接收到BS发送的超帧时，对超帧起始部分的超帧前导序列、帧前导序列和SCH进行解码。

在步骤S902，用户装置CPE根据解码的SCH内容(例如，记录在SCH中的超帧模式字段的内容)确定它所在的WRAN系统是否处于自共存模式。

如果判断处于普通模式，则在步骤S905以正常模式接入BS。否则，在步骤S903，用户装置从解码的SCH内容中首先对子载波组中的BS ID进行识别，当识别到某一个子载波组BS ID为自己相关联的BS的ID后，才对该子载波组上BS ID后面的内容进行读取，并且忽略不相关联的BS ID对应的子载波组上的内容，同时读取包含共同的超帧控制头内容的子载波组获取共同的超帧控制头内容。用户装置通过与自己相关联的BS ID代表的子载波组获取自共存模式下相关联的BS的区别超帧控制头信息，区别超帧控制头信息包括帧预留信息、自共存窗SCW预留信息。然后在步骤S904，用户装置根据获取的自共存模式下相关联BS的区别性超帧控制头信息在指定的帧内接入相关联的基站和接入指定的自共存窗。其中，所述自共存模式下相关联的BS的区别性超帧控制头内容信息包括帧预留信息、自共存窗预留信息。

通过本发明的发送自共存模式下的SCH的方法，可以有效提高系统传输效率而且避免互相交迭的WRAN系统间由于同时发送各自不同的控制信息带来的干扰问题。而且，相对于其他方式的发送SCH的方法，本发明更加灵活简单，并且能够更加充分地利用有限的SCW频谱资源，从而进一步减小系统延迟。

尽管已经参照本发明示例性实施例显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (7)

1.一种在自共存模式下一个基站将自共存模式下的超帧控制头信息发送给用户装置的方法，包括：

通过使用与其他共存的基站共同的OFDMA子载波组，基站将与其他共存的基站所包含的超帧控制头中的相同内容发送给用户装置；

通过使用与其他共存的基站不同的OFDMA子载波组，该基站将与其他共存的基站所包含的超帧控制头中的不同内容发送给用户装置，

其中，所述不同内容包括帧预留信息、自共存窗预留信息和该基站的BSID信息。

2.如权利要求1所述的方法，其中，通过1个或者2个甚至两个以上OFDMA符号来发送所述自共存模式下的超帧控制头信息。

3.如权利要求1所述的方法，其中，在超帧的起始位置处发送所述自共存模式下的超帧控制头信息。

4.如权利要求1所述的方法，其中，在上一个超帧的特定位置提前发送所述自共存模式下的超帧控制头信息。

5.如权利要求1所述的方法，其中，BS ID是4位、6位或者8位比特的索引号。

6.如权利要求1所述的方法，其中，通过将共存的基站中的两两不交迭的WRAN分为一组来发送所述自共存模式下的超帧控制头信息。

7.一种在自共存模式下用户装置接收自共存模式下的超帧控制头信息的方法，包括：

接收从基站发送的超帧；

对接收到的超帧的超帧控制头进行解码；

根据解码的超帧控制头内容确定它所在的WRAN系统是否处于自共存模式；

当确定它所在的WRAN系统处于自共存模式时，用户装置对子载波组中的BS ID进行识别；

如果识别到某一个子载波组BS ID为用户装置相关联的BS的ID，那么获取该子载波组上超帧控制头的内容；

如果某一子载波组不包含BS ID，那么获取该子载波组上的内容；

根据获取的自共存模式下相关联的BS的区别超帧控制头信息，在指定的帧内接入相关联的基站并接入指定的自共存窗，

其中，所述自共存模式下相关联的BS的超帧控制头内容信息包括帧预留信息、自共存窗预留信息。

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