CN102301773A - 认知无线电通信中的动态频率选择 - Google Patents

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Abstract

无线网络(10、20)中的多信道动态频率选择开始于无线网络的接入点(90、100、200)广播可用于由该接入点服务的区域内的通信的未使用信道列表(300、905)。此服务区域中的各个接入终端(80、101、201)接收该广播并测量(401)该列表中每个信道的各种干扰特性。接入终端随后将此干扰信息(301、505)发送(402)给接入点，接入点编译同与每个接入终端有关的每个信号的质量相关联的干扰信息矩阵(906)。使用此信息，接入点选择(302、702)恰适的信道以最高的可能信道质量来服务最多数量的接入终端。

Description

认知无线电通信中的动态频率选择
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年2月1日提交的题为“METHOD AND APPARATUS FORMULTICHANNEL DYNAMIC FREQUENCY SELECTION(用于多信道动态频率选择的方法和装置)”的美国临时专利申请No.61/148,978的权益，其公开内容通过援引全部明确纳入于此。
技术领域
本公开一般涉及无线通信系统中的信道管理，尤其涉及多信道动态频率选择。
背景
无线通信系统经由与电信基础设施的无线连接向移动用户递送各种各样的通信服务。这些无线系统采用无线电技术以使得移动用户设备能接入往往为蜂窝几何结构的无线通信网络中的各种基站。基站又连接至移动交换中心，后者将往来于移动用户设备的连接路由至诸如公共交换电话网(PSTN)、因特网等不同通信网络上的其他用户。以此方式，远离固定站点或正移动的用户可接收诸如语音电话、寻呼、消息接发、电子邮件、数据传输、视频、web浏览等各种通信服务。
一方面，对基站与移动用户之间的无线互连采用各种无线电频率，并且为了维护共享分配给无线通信服务的稀有无线电频谱的无线用户之间的通信，使用共用协议集。一种此类重要协议涉及用于将移动用户设备或接入终端连接至无线通信网络的接入方法。各种接入方法包括频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、以及正交频分复用(OFDM)。OFDM利用在频域里间隔开的多个载波，以使得每个载波上调制的数据彼此正交。
简要概述
本教示的各种实施例涉及无线网络中的多信道动态频率选择。无线网络的接入点广播可用于由该接入点服务的区域内的通信的未使用信道列表。此服务区域中的各个接入终端接收该广播并测量该列表中每个信道的各种干扰特性。接入终端随后将此干扰信息发送给接入点，接入点编译同与每个接入终端有关的每个信号的质量相关联的干扰信息矩阵。使用此信息，接入点选择恰适的信道以最高的可能信道质量来服务最多数量的接入终端。
本教示的其他代表性实施例涉及用于在无线通信网络中动态地选择多个信道的方法。这些方法包括：向无线通信网络广播可用信道集；接收来自多个接入终端的干扰信息。此干扰信息描述关于可用信道集中该接入终端能接入以进行测量的信道的干扰。这些方法还包括根据干扰信息基于可用信道集中对于这些接入终端中的每一个具有有利干扰测量的信道来为该接入终端选择工作信道。这些方法还包括分配工作信道用于与这多个接入终端中的每一个进行下行链路通信，其中在服务多个接入终端时选择多个工作信道。
本教示的其他代表性实施例涉及用于供接入终端确定用于在无线通信网络中进行下行链路通信的工作信道的方法。这些方法包括根据从无线通信网络的接入点广播的信号提取可用信道集；在接入终端处测量与可用信道集的多个信道相关联的干扰；将关于被测试可用信道的测得干扰传送给接入点；以及接收来自接入点的获分配信道，其中与获分配信道相关联的干扰对于向该接入终端传输是有利的。
本教示的其他代表性实施例涉及无线通信网络中的接入点。这些接入点包括处理器、耦合到处理器的调制器/解调器(调制解调器)、耦合到处理器的收发机、耦合到收发机的天线阵列、耦合到处理器的存储器、以及存储在存储器中的信道选择模块。在由处理器执行时，执行信道选择模块将接入点配置成：向无线通信网络广播可用信道集；以及接收来自多个接入终端的干扰信息。此干扰信息描述关于可用信道集中的多个信道的干扰。执行信道选择模块还将接入点配置成：根据干扰信息基于可用信道集中对于多个接入终端中的每一个具有有利干扰测量的可用信道来为该多个接入终端中的每一个选择工作信道；以及分配工作信道用于与这多个接入终端中的每一个进行下行链路通信，其中在服务多个接入终端时选择多个工作信道。
本教示的其他代表性实施例涉及无线通信网络的接入终端。这些接入终端包括处理器、耦合到处理器的调制器/解调器(调制解调器)、耦合到处理器的收发机、耦合到收发机的天线阵列、耦合到处理器的存储器、以及存储在存储器中的信号质量分析模块。在由处理器执行时，执行信号质量分析模块将接入终端配置成：根据从接入点广播的信号提取可用信道集；测量与可用信道集中该接入终端能测量的尽可能多的信道相关联的干扰；将关于所测量信道的测得干扰传送给接入点；以及接收来自接入点的获分配信道，其中与获分配信道相关联的干扰对于向该接入终端传输是有利的。
本教示的其他代表性实施例涉及其上有形地存储程序代码的计算机可读介质。该程序代码包括用于向无线通信网络广播可用信道集的代码；以及用于接收来自多个接入终端的干扰信息的代码。此干扰信息描述关于可用信道集中的多个信道的干扰。该程序代码还包括用于根据干扰信息基于对于这些接入终端中的每一个具有有利干扰测量的可用信道来为该特定接入终端选择工作信道的代码；以及用于分配工作信道用于与这多个接入终端中的每一个进行下行链路通信的代码，其中在服务多个接入终端时选择多个工作信道。
本教示的其他代表性实施例涉及其上有形地存储程序代码的计算机可读介质。此程序代码包括用于根据从接入点广播的信号提取可用信道集的代码；用于测量与可用信道集中该接入终端能测量的尽可能多的信道相关联的干扰的代码；用于将关于这些所测量信道的测得干扰传送给接入点的代码；以及用于接收来自接入点的获分配信道的代码，其中与获分配信道相关联的干扰对于向该接入终端传输是有利的。
本教示的其他代表性实施例涉及用于在无线通信网络中动态地选择多个信道的系统。此类系统包括用于向无线通信网络广播可用信道集的装置；以及用于接收来自多个接入终端的干扰信息的装置。此干扰信息描述关于可用信道集中的多个信道的干扰。该系统还包括用于根据干扰信息基于对于这些接入终端中的每一个具有有利干扰测量的可用信道来为该特定接入终端选择工作信道的装置；以及用于分配工作信道用于与这些接入终端进行下行链路通信的装置，其中在服务多个接入终端时选择多个工作信道。
本教示的其他代表性实施例涉及用于供接入终端确定用于在无线通信网络中进行下行链路通信的工作信道的系统。这些系统包括用于根据从无线通信网络的接入点广播的信号提取可用信道集的装置；用于测量与可用信道集中这些接入终端能测量的尽可能多的信道相关联的干扰的装置；用于将关于所测量信道的测得干扰传送给接入点的装置；以及用于接收来自接入点的获分配信道的装置，其中与获分配信道相关联的干扰对于向该接入终端传输是有利的。
前述内容已非常宽泛地勾勒了本教示的特征和技术优势以使下面的详细描述可以被更好地理解。其他特征和优点将在此后描述，其构成权利要求主题。本领域的技术人员应该领会所公开的构思和具体实施例可容易地被用作修改或设计用于实施与本教示相同目的的其他结构的基础。本领域的技术人员还应认识到这些等效结构并不背离所附权利要求中所阐述的本教示的技术。被认为是本教示的特性的新颖特征在其组织和操作方法两方面连同其他目的和优点在结合附图来考虑以下详细描述时将被更好地理解。然而要清楚理解，每一幅图仅被提供用于例示和描述目的，而无意作为本教示的限制的定义。
附图简述
为了更完整地理解本教示，现在参考结合附图作出的以下描述。
图1是解说根据本教示的一个实施例配置的空白空间(white space)通信网络的框图。
图2是解说根据本教示的一个实施例配置的蜂窝通信网络的框图。
图3是解说根据本教示的一个实施例配置的接入点的功能的功能框图。
图4是解说根据本教示的一个实施例配置的接入终端的功能的功能框图。
图5是解说根据本教示的一个实施例配置的无线通信网络的框图。
图6是解说根据本教示的一个实施例配置的无线通信网络的框图。
图7是解说在根据本教示的一个实施例配置的无线网络中执行的示例框的功能框图。
图8是解说根据本教示的一个实施例配置的接入终端的框图。
图9是解说根据本教示的一个实施例配置的接入点的框图。
图10解说了可用来实现根据本教示的某些实施例配置的设备中的任一个的示例性计算机系统。
详细描述
以下结合附图阐述的详细描述旨在作为本公开的各种方面的描述，而无意代表可实践本公开的仅有方面。本公开中描述的每个方面仅作为本公开的示例或解说而提供，并且不应被必然地解释成优于或胜于其他方面。为了提供对本公开的透彻了解，本详细描述包括具体细节。然而，对于本领域技术人员而言明显的是，本公开无需这些具体细节也可实践。在一些实例中，众所周知的结构和器件以框图形式示出以避免湮没本公开的概念。首字母缩写和其它描述性术语仅为方便和清楚而使用，且无意限定本公开的范围。
尽管为使解释简单化将这些方法体系图示并描述为一系列动作，但是应当理解并领会，这些方法体系不受动作的次序所限定，因为根据一个或更多个方面，一些动作可按不同于本文中图示和描述的次序发生和/或可与其他动作并发地发生。例如，本领域技术人员将理解和领会，方法体系可被替换地表示为一系列相互关联的状态或事件，诸如在状态图中那样。不仅如此，并非所有解说的动作皆为实现根据一个或更多个方面的方法体系所必要的。
影响无线通信用户的一重要约束在于覆盖区内有限的无线电频谱。由于可用无线电频谱是在覆盖区内的不同用户和应用当中共享的有限自然资源，因此，此稀有无线电频谱的使用是由政府机关通过频率分配和无线电管制来管制的。在许多情形中，以特定频率分配将无线电频谱的各部分许可给获授权无线运营商，该特定频率分配遵循许可条款和条件以及指定的无线电管制。在历史上，频谱管理是对接入用户设备有严格许可要求的高度受管制活动。无线电频谱的稀缺已成为服务日益增长的对更高数据率无线服务的需求的严重障碍，在密集市区尤甚。
然而，最近的趋势倾向于共享使用未许可无线电频谱——其中政府机关允许在某些约束和更严厉的无线电管制下在某些无线电频带中进行未许可操作。通过允许时间、频率或空间维度上的更多重用，借助于频谱共享而增长的未许可共享无线电操作被视为对稀有频谱资源的更高效利用。此频率重用造成频谱效率的显著改善。如果用户设备全都遵循相同的空中接口——即如果它们是同类的，那么用户设备之间频谱共享的协调就更加容易。然而，如果使用不同或不兼容空中接口的异类无线系统共享相同的无线电频带，则频谱协调变得更加困难。事实上，对使用共用控制信道的相互干扰的管理甚至可能不是切实可行的。
联邦通信委员会(FCC)和无线行业的企业已进行了指示在任何给定时间或位置对无线频谱的罕见利用的测量。这对于电视(TV)频段尤其如此，其中高百分比的频谱都欠利用。这种欠利用的TV频段频谱被称为空白空间(white space)。为了解决稀有无线频谱的这种欠利用，FCC颁布了准许TV空白空间频谱中的未许可感知接入的报告和训令。这些新的管制规则开放了开发利用此频谱的新无线网络的机会。
给定空白空间中的未许可操作本质，共享该频谱的无线网络之间的干扰会使得这些网络的操作高度不可靠。在不同或不兼容类型的网络共享此频谱时，该问题变得更加尖锐。这些异类网络可具有不同的空中接口、不同的物理层(PHY)、不同的媒体接入控制(MAC)层、不同的工作参数等。因此，干扰管理协议被用来实现共享相同频谱的各种系统的可靠操作。
目前正在使用的一种干扰管理协议是动态频率选择(DFS)。DFS最初被提议用在IEEE 802.11h无线标准中作为保护首要频谱用户(其在IEEE 802.11h频谱中为雷达)并达成对可用信道的均匀利用由此减小干扰的途径。IEEE 802.11是在2.4、3.6和5GHz频带中实现无线局域网(WLAN)计算机通信的标准集。这些标准由电气电子工程师协会(IEEE)LAN/MAN标准委员会(IEEE 802)维护。
在动态频率选择的操作中，接入点基于由客户接入终端提供的获支持信道列表以及其自己的信道干扰测量来选择单个操作信道。在一个示例中，动态频率选择是针对IEEE 802.11h网络实现的，其中每个接入点测量可用信道并选择具有最小测得干扰的信道。IEEE 802.11标准集下的各种无线网络是时分双工(TDD)系统。TDD系统使用相同的信道来提供各接入点与其客户接入终端之间的通信。因此，动态频率选择中的信道选择受经历最大干扰的接收机限制。而且，在基于基础设施的部署中，信道选择是基于接入点处的干扰测量的。
应注意，出于本申请的目的，接入点是用来描述为用户提供对网络的接入的任何各色接入节点的一般术语。接入点也可被称为基站、B节点、演进型B节点等。类似地，接入终端是用来描述用户将操作以接入网络的任何各色设备的一般术语。接入终端也可被称为用户装备、移动设备、模块单元、无线设备等。
与TDD IEEE 802.11网络的单信道通信不同，诸如cdma2000、通用移动电信系统(UMTS)/宽带码分多址(WCDMA)频分双工模式等许多其他通信网络协议操作频分双工(FDD)系统。在FDD系统中，上行链路和下行链路传输在单独的信道上操作。由于使用单独的信道，信道选择变成取决于在客户接入终端处观察到的干扰。而且，在诸如广域网(WAN)、宏蜂窝网络、热点之类的点对多点FDD或TDD系统中，客户接入终端从一个位置到另一个位置时将观察到不同的干扰图案，这使得信道选择问题甚至更具挑战性。因此，当前的动态频率选择干扰管理协议如果一般地应用于FDD无线通信网络或点对多点系统那么将是效率低下的。
图1是解说根据本教示的一个实施例配置的空白空间通信网络10的框图。空白空间通信网络10提供射频(RF)频谱的TV频段中的无线通信。其配置有充当未许可客户接入终端(接入终端101-105)的接入点(接入点100)的膝上型计算机。为了管理此未许可通信网络，空白空间通信网络10使用多信道动态频率选择(M-DFS)协议来解决未许可网络中固有的信道选择问题。作为接入点100选择仅单个信道以供与接入终端101-105通信的替代，根据为接入终端101-105提供高质量信道接入的分析在可用信道子集上选择多个信道。
诸如空白空间通信网络10等在TV频段中操作的网络根据旨在保护该频谱的获许可首要用户——即TV广播提供方、某些无线话筒用户等——的规则起作用。这些获许可首要用户使用在北美被称为高级电视系统委员会(ATSC)标准和国家高级电视系统委员会(NTSC)标准的特定标准集来传送信号。这些规则还保护来自某些类型的无线话筒的无线传输。出于本申请的目的，受这些管制保护的信号将被统称为ATSC信号或其他此类ATSC传输。当在TV频段空白空间中实现并进行通信时，管制禁止未许可信号对来自首要用户的获许可ATSC信号造成干扰。因此，在接入点100与接入终端101-105之间传送的任何通信不能占用已携带获许可ATSC信号的信道。
在操作中，接入点100分析可用信道以确定哪些信道是未使用的而哪些信号当前被获许可ATSC信号占用。创建可用信道集，接入点100随后向空白空间通信网络10广播该可用信道集。当接入终端101-104中的每一者接收到来自接入点100的包括可用信道集的传输时，这些接入终端中的每一个接入终端开始测量该集合中每个信道的质量和干扰特性。取决于所实现的本教示的特定实施例，可使用各种信号测量，包括信噪比(SNR)、信噪干扰比(SINR)、载波干扰比(C/I)等。
在接入终端101-104中的每一者完成编译可用信道集中每个所测量信道的干扰信息时，接入终端101-104将此干扰信息传送给接入点100。应注意，接入终端101-104将每个所测量信道的干扰信息传送给接入点100，而不仅仅是标识对该特定接入终端而言具有最佳干扰信息的单个信道。接入点100接收所有干扰信息，并因此能够编译针对空白空间通信网络10中正被服务的接入终端101-104中的每一个的干扰特性矩阵。
使用此干扰信息矩阵，接入点可将接入终端101-104编组成若干组，并且选择将为该组中的每个接入终端提供高质量或最高质量信号的特定信道。例如，出于所描述实施例的目的，假定可用信道集是信道1、3-5、7、9、和10。当接入点100接收到来自接入终端101-104的干扰信息时，接入点100将认识到接入终端101仅能够使用信道1接收信号，因为本地化干扰或硬件限制要么完全排除了信道3-5、7、9、和10要么在信道3-5、7、9、和10中提供难以接受的干扰水平。接入点100还认识到接入终端102对于信道5测量出最佳干扰特性，对于信道3和9测量出良好信道干扰特性，而对于该集合中的其余信道测量出难以接受的干扰。接入终端103对于信道10测量出最佳干扰特性，对于信道7、1和4测量出良好信道干扰特性，而对于其余信道测量出难以接受的干扰。接入终端104对于信道3和1测量出其最佳干扰特性，而该集合中所有其余信道都具有难以接受的干扰。
在执行多信道动态频率选择时，接入点100分析干扰信息矩阵，从而尝试选择最佳的可用信道来在对每个所服务的接入终端有最高的可能信号质量下服务最多接入终端。该分析导致接入点100选择分配信道1来服务接入终端101，分配信道3来服务接入终端102和104，以及分配信道10来服务接入终端103。在作出其选择时，接入点100尝试使用最小数目个信道，同时以对于每个特定接入终端而言较高的信号质量来服务最多的可能接入终端。分配信道3来服务接入终端102和104反映了信道节约考量是为接入终端102和104两者找到具有最佳或良好干扰状况的共用信道。此外，在不能找到单个信道来服务所有接入终端101-104时，接入点100能够选择多个信道以在空白空间网络10中通信，由此通过根据这些客户接入终端取得的信道质量测量来“定制”每个个体客户接入终端的信道选择，不仅增加了网络吞吐量，还提高了通信可靠性。接入点100随后将向接入终端101-104通知信道分配，此后接入点100将使用所选信道来与终端101-104通信。
当通信在空白空间网络10内继续时，接入终端105启动并开始搜索接入点。在进行通信的此刻，接入点100正在信道1、3、和10上操作下行链路。接入终端105由于硬件限制而不能在信道10上操作，并且在信道1和3上具有难以接受的干扰水平。由此，在启动之际，在没有任何附加信息的情况下，接入终端105甚至将不能检测到接入点100的存在。然而，在所示实施例中，接入点100在其可用信道中的若干信道(包括信道1)上传送低速率信标信号。该信标信号使得即使接入终端105在信道1上具有相当大的干扰，其也能勉强检测到源自接入点100的信标信号。根据此信标信号，接入终端105能够确定关于接入点100的上行链路信道，并在该上行链路上传送对接入空白空间通信网络10的请求，且还带有其由于干扰而不能在信道1和3中任一者上接收下行链路通信以及由于硬件限制而不能在信道10上接收下行链路通信的信息。因此使用此信标信号将接入终端105引导到空白空间通信网络10中。
应注意，在本教示的各个实施例中由接入终端执行的干扰测量受相关联接入点的发射功率电平的影响。而且，接入点可能不一定在所有时间在每个信道上都以最大功率来发射。许多接入点可能仅向某些信道或在一天中的特定时间向某些信道分配标称发射功率。由此，在以上描述的场景中，接入终端105报告在信道1和3上有难以接受的干扰水平。作为在信道选择分析中完全忽视信道1和3的替代，接入点100可代之以将其发射功率调节到更高电平。例如，如果接入点100注意到其在信道1上以标称功率发射而在信道3上以最大功率发射，则其决定增大其在信道1上的发射功率。这种增大信道1的发射功率实际上可将关于接入终端105的干扰测量推升到可接受水平，由此为接入点100提供向接入终端105分配良好信道的更大灵活性。同样，接入点100可降低信道3上的发射功率。如果接入终端105测得的信道3上的干扰是由于接入点100的发射功率造成的，则降低功率还将使得信道3潜在地可为接入终端105所用。
还应注意，与多信道动态频率选择干扰管理协议兼容的网络配置不限于未许可频谱网络。多信道动态频率选择协议还可应用于其中网络能接入获许可和未许可频谱两者的组合网络。图2是解说根据本教示的一个实施例配置的蜂窝通信网络20的框图。蜂窝通信网络20一般在RF频率的获许可频谱中的信道上提供通信。然而，网络装备和兼容的接入设备两者也能在未许可空白空间中的信道上提供此通信。基站200在蜂窝通信网络20的蜂窝区域中提供通信服务。应注意，出于简明起见，图2中仅图解了单个基站。实际上，蜂窝通信网络20可具有不同数目个服务覆盖该网络的整个接入区域的蜂窝小区的基站。
基站200服务其蜂窝小区内的数个移动设备，即移动设备201-204。出于任何数目的各种理由，使用可接入未许可频谱中的信道建立与移动设备101-104的通信。如同空白空间通信网络10(图1)的示例那样，基站200获得其服务区域内的未使用信道列表。此列表可通过测试可用频谱或者还通过访问标识此特定区域的可用信道的地理位置信息来获得。基站200向蜂窝通信网络20广播该未使用信道列表。然而，与空白空间通信网络10(图1)不同的是，基站200在其获许可信道上广播该列表。在获许可信道中，应该没有干扰。因此，在获许可信道上传达该信息实质上确保了移动设备201-204中的每一个都将接收到此网络信息。
当移动设备201-204中的每一个都接收到未使用信道列表时，它们开始分析未使用信道，测量该列表中每个信道的干扰特性，诸如CIR、SNR、SINR等。移动设备201-204将此干扰信息传送给基站200，基站200使用多信道动态频率选择协议来编译并分析干扰信息矩阵，以便选择最佳信道来在下行链路上服务移动设备201-204中的每一个。再次，在图2中描绘的本教示的实施例中，多信道动态频率选择协议指导基站200选择为所服务移动设备中的每一个提供最高的可能信号质量的信道，同时在使用最小数目个信道的情况下最大化所服务移动设备的数目。基站200向移动设备201-204通知分配用于下行链路的信道并使用所选信道向移动设备201-204传送。
当通信在蜂窝通信网络20内继续时，移动设备205启动并开始搜索用来连接的基站。虽然移动设备205可能不能在基站200当前正使用的未许可信道上通信，但其将能够在获许可信道上通信。因此，在启动之际，如果移动设备205不能在未许可信道上检测基站，则其将搜索获许可信道。由此，将移动设备205引导到蜂窝通信网络20中是使用可接入的获许可频谱来完成的。
图3是解说根据本教示的一个实施例配置的接入点的功能的功能框图30。在框300中，在无线通信网络中广播可用信道集。随后在框301中从接入点服务的接入终端接收干扰信息，其中干扰信息描述了关于可用信道集中每个信道的干扰。在框302中，基于对于每个接入终端具有有利干扰测量的可用信道为该特定接入终端选择工作信道。一旦选择好，就将工作信道分配用于与相关联接入终端的下行链路通信，其中为了服务接入终端中的每一个，选择多个工作信道。
图4是解说根据本教示的一个实施例配置的接入终端的功能的功能框图40。在框400中，根据从接入点广播的信号提取可用信道集。在框401中，测量该集合中的每个可用信道的载波干扰。在框402中，将关于该集合中的每个可用信道的此干扰信息传送给接入点。随后在框403中从接入点接收信道分配，其中所分配的信道对于相关联的接入终端而言具有高SINR。
本公开的其他实施例可使用接收自各种接入终端的干扰信息以便不仅基于信号质量而且还基于整体信道负荷来作出选择。图5是解说根据本教示的一个实施例配置的无线通信网络50的框图。接入点500向接入终端501-504提供无线覆盖。在开始信道选择过程时，接入点500广播信道信息信号505，信道信息信号505包括关于覆盖区内的通信的各种信息，包括未使用信道集(1、3-5、7)。当接入终端501-504中的每一个接收到此信道信息信号505并提取了未使用信道集(1、3-5、7)时，接入终端501-504测量它们能够测量的尽可能多的未使用信道上的干扰水平，从而允许硬件限制等。
当接入终端501完成测量干扰时，其传送包含关于每个未使用信道的测量的上行链路信号506。接入终端501进行的测量指示信道1是最佳信道(++1)，信道3是良好信道(+3)，信道4-5是具有较高干扰的劣质信道(-4-5)，而信道7是不可使用的，因为其干扰超过针对接入终端501设置的阈值(＞＞7)。应注意，图5中使用的标注旨在单单用于解说目的，并且不具有除了本文中所描述的以外的正规涵义。接入终端502传送上行链路信号508，其指示信道1是最佳的，信道5是良好的，而信道3-4超过了干扰阈值。由于硬件约束，接入终端502不能测量信道7。因此，关于信道7的信息不是在上行链路信号508中传送的测得干扰信息的一部分。接入终端503传送上行链路信号510，其指示信道1也是其最佳测得信道，信道3-4是良好的，而信道5-7是劣质的。类似地，接入终端504传送上行链路信号512，指示其最佳信道是信道5，信道1和7是良好的，而信道3-4超过了接入终端504的干扰阈值。
在接收到来自接入终端501-504的所有测量信息之后，接入点500编译信道干扰矩阵，该信道干扰矩阵将各种信道干扰数据与提供该测量的特定接入终端相关联。接入点500分析信道干扰矩阵以便在其频谱内提供高效的接入终端分布。如果接入点500简单地根据其最佳干扰测量来编组接入终端501-504，则其将把接入终端501-503编组到信道1上，而接入终端504将独自被分配信道5。虽然这种编组可提供可靠的通信，但是将这些接入终端中的三个编组到单个信道上可能造成信道1的过载。由此，虽然信道1的噪声和干扰水平可能对于接入终端501-503而言是最佳的，但由于将在信道1上传送的数据量，接入终端501-503的通信速率可能减小。
除了在信道干扰矩阵中评估干扰信息外，接入点500还分析信道负荷和信道分布。由于接入终端502测量出信道5具有良好的干扰水平，因此将接入终端502连同接入终端504一起分配给信道5可能是更高效的。在此选择过程中，高效地使用或分配这数个已使用或已分配信道。因此，这些信道中的任一者将由于过载而具有减小的通信速率的概率将较小。接入终端502在信道5上仍具有良好的干扰水平，因此其服务也应该是可靠的。
在操作中，对于接入终端501-504中的每一个，接入点500选择对该特定接入终端而言具有最佳的可能干扰水平的第一信道。接入点500随后确定该特定信道上的服务负荷。如果服务负荷超过负荷阈值，则接入点500选择下一个最佳信道进行分析。负荷阈值一般是与接入点500的特定当前容量相关联的预定服务负荷。例如，当接入点500正服务仅少数几个接入终端时，特定信道的服务负荷与该信道的实际物理容量相比可能有些低。由此，在较低的当前容量下，负荷阈值可以是两个同时接入终端被服务。虽然特定信道可容易地容纳5个同时接入终端，但在较低的当前容量下，该阈值较低以便更均匀地平衡服务分布。在另一时段，如果接入点500正服务许多个接入终端，则此相同信道的阈值可以是4个接入终端。因此，在这时，接入点500的当前容量将允许信道被分配给将成为该信道上的第五接入终端的接入终端。阈值由此随着接入点的当前负荷容量而变动。
除了基于信道负荷度量在多个信道之间作出信道选择之外，本教示的其他实施例可考虑多接入点场景中的信道负荷。图6是解说根据本教示的一个实施例配置的无线网络60的框图。无线网络60的所图解部分包括接入点600-601。接入点600-601在某些位置交迭服务覆盖区。接入点600为接入终端602-604提供服务覆盖，而接入点601为接入终端606-607提供服务覆盖。接入终端605位于其中接入点600-601的服务覆盖交迭的区域内。
接入点600-601知晓该交迭的覆盖区并且已被配置成协作地在此交迭区域内提供通信接入。为促进此协作，接入点600-601在确定对各个接入终端的信道选择时例行公事地交换信息。在图6中所图解的示例中，接入终端605在已测量出由接入点600-601两者广播的可用信道集的干扰之后，向接入点600-601两者传送包括所测得干扰信息的上行链路信号。该干扰信息指示对于接入终端605，信道6具有最佳干扰水平。在分析干扰信息以进行选择时，接入点600注意到接入终端603-604已被分配给信道6。然而，通过与接入点601通信，接入点600知道信道6上目前没有由接入点601服务的接入终端，并且接入点601并非正在经历太多残留干扰。残留干扰是由除接入点600-601之外的其他事物提供的干扰。因此，残留干扰一般是热干扰和其他接入点的组合。
在作出信道选择时，接入点600考虑若干情况。首先，在有两个接入终端已连接到其覆盖区内的信道6的情况下，接入点600正经历中等负荷。因此，通过接入点600连接将可用的带宽将会小于通过接入点601可用的带宽。然而，虽然关于接入点600-601中的任一者都有较低的残留干扰，倘若接入终端605被分配给来自接入点601的信道6，那么由于接入点600上的中等负荷，将经历更多干扰。由此，在接入点600的这种中等负荷情形下，接入终端605与较少带宽连接但具有从接入点600提供的较低总体干扰将更有益。在这种环境下，接入点600将把信道6分配给接入终端605以进行上行链路通信。
在不同的场景中，如果接入点600具有重负荷，则通过接入点601提供的较高带宽将更有利，即使在接入点601处仍将经历更多来自接入点600的干扰。在这种环境下，接入点600将指示接入终端605通过接入点601耦合到网络。
图7是解说在根据本教示的一个实施例配置的无线网络中执行的示例框的功能框图。当接入点开始将信道服务负荷用作分析分量的多信道选择程序时，针对接入点已从其接收到测得干扰信息的每个接入终端考虑各信道。在框700中，接入点选择第一信道，其中第一信道代表接入终端测得的最低干扰水平。接入点随后在框701处确定该信道上的服务负荷是否超过针对当前接入点负荷的给定服务阈值。如果服务负荷超过阈值，则在框703，选择具有接入终端测得的下一个最低干扰水平的下一个信道。随后将在框701测试新信道的负荷阈值。如果服务负荷未超过阈值，则在框702中，所得信道被指派给接入终端作为其工作信道。
应注意，关于图7描述的功能程序仅仅是可用来在多信道频率信道过程中实现联合干扰和负荷确定的程序的一个示例。在本公开的范围内可使用各种其他方法和程序。例如，一个实施例可通过分析信道负荷或接入点负荷而开始。如关于图6的示例所描述的，在分析相对负荷和干扰水平时可涉及多个接入点。本教示的各种实施例不限于用于基于干扰和负荷两者来实现此类选择过程的任何具体手段。
当在根据本教示的一个实施例配置的网络中实现接入终端的功能时，纳入了向接入点传送所有干扰信息的能力。图8是解说根据本教示的一个实施例配置的接入终端80的框图。接入终端80包括控制和操作整个设备的整体功能的处理器800。接入终端80还包括耦合到处理器的调制器/解调器(调制解调器)801。调制解调器801调制和解调往来于接入终端80的通信信号。这些信号由也耦合到处理器800的收发机802处理。收发机803控制在其耦合到的天线阵列803上传送和接收的信号。
除了其他组件，接入终端80还包括存储器804。存储器804是存储各种信息和逻辑或软件代码模块的计算机可读存储器，这些模块在由处理器800执行时将接入终端80配置成执行其各种功能和能力。信号质量分析模块805存储在存储器804上。信号质量分析模块805被执行以测量关于接收自接入点并存储在存储器804中的可用信道表804中的每个信道的具体干扰特性。信号质量分析模块805的配置决定了对信道采取哪种或哪些测量，例如CIR、SINR、SNR等。信号质量分析模块805的执行还提示接入终端80将关于可用信道表806中的每个信道的所得干扰信息传送给接入终端。
图9是解说根据本教示的一个实施例配置的接入点90的框图。从接入点90的观点而言，接入点90与现有无线系统中的许多普通接入点的不同之处在于其能使用多个信道与其客户接入终端进行传送和通信的能力。接入点90包括控制和操作整个设备的整体功能的处理器900。其还包括耦合到处理器900的调制解调器901、耦合到处理器900的收发机902、以及耦合到收发机902的天线阵列903。包括收发机902和天线阵列903的功能单元实现接入点90的“发射机”能力，并且允许接入点90使用多个信道进行通信。
接入点90还包括耦合至处理器900的存储器904。存储器904是存储各种信息和逻辑或软件代码模块的计算机可读存储器，这些模块在由处理器900执行时将接入终端90配置成执行其各种功能和能力。可用信道表905存储在存储器904上。接入点90要么通过具体地分析指派给其蜂窝小区的每个信道以确定这些信道中的哪些当前是可用的、要么其可访问维护分配给一地理位置中的特定蜂窝小区的信道列表的地理位置信息来编译可用信道表905。
多信道选择模块907也存储在存储器904上。在由处理器900执行时，多信道选择模块907将接入点90配置成在无线网络上广播可用信道表905。其还使用此后从个体接入终端接收到的干扰信息来编译信道干扰矩阵906，其将该信道干扰矩阵906存储在存储器904中。执行多信道选择模块907随后使用信道干扰矩阵906基于特定接入终端的干扰信息来选择特定工作信道以分配给该接入终端。多信道选择模块907提供对多个信道的选择以传达给多个接入终端，从而增大或最大化得到服务的接入终端的数目，并且提高或最大化每个这种得到服务的接入终端的服务的信道质量。
如由收发机902/天线阵列903功能单元实现的接入点90的“发射机”配置使得接入点90能在不同信道上服务用户，并且可用各种不同的方式来实现。例如，接入点90可在收发机902和天线阵列903的功能单元内具有多个发射机，其中每个发射机专用于在由多信道动态频率选择算法确定的特定信道上向接入终端集进行传送。这种情形与例如典型的多载波系统相比不会造成额外复杂度。所有接入终端随后可同时由接入点90服务。
然而，在最大发射功率被定义为在所有信道上发射的总功率时，可能不希望同时在所有信道上发射，因为可能导致链路功率预算减少。在此类环境下，一种替换办法是对给编组在不同所分配信道中的接入终端的传输进行时分复用。例如，在第一帧里，接入点向分配给信道1的所有接入终端进行传送，在第二帧里，接入点向分配给信道2的所有接入终端进行传送，依此类推。分配给每个信道的传输时间例如可以是每个信道上请求的话务量、每个信道上服务的接入终端的数目、或由调度器组件使用的公平性准则中的一个或更多个的函数。
与收发机902/天线阵列903功能单元一起实现此传输时间分配办法的硬件可以用各种不同的方式来实现。例如，接入点可具有多个由收发机902/天线阵列903功能单元实现的发射机。每个此类发射机被调谐到单独的信道。在此示例配置中，由于以上提及的功率考量，每个发射机将不一定同时操作。在另一种示例配置中，接入点可具有由收发机902/天线阵列903功能单元实现的单个发射机，其在发射之前被调谐到新信道。为了使此配置尽可能高效，发射机应被设计成具有非常小的调谐时间。否则，调谐的延迟将增加传输和通信等待时间。在另一种示例配置中，接入点可具有2个由收发机902/天线阵列903功能单元实现的发射机。在此类配置中，发射机之一被用来在当前信道上发射，而第二发射机被调谐成在接下来的信道上发射，依此类推。因此，在任何给定时间这些发射机中只有一个是活跃的并且正在发射，而第二发射机处于待命或者在第一发射机完成发射之前开始调谐。此实现将避免对设计成在单发射机办法中有快速调谐时间的发射机的需要。而且，此实现将仅使用两个发射机，而不管接入点使用的信道数目如何。
应注意，本领域技术人员将理解，由收发机902/天线阵列903功能单元实现的发射机的这些示例配置和实现并非是排他性的，并且可使用其他示例而不影响本公开的精神或范围。
本文中所描述的方法体系取决于应用可藉由各种手段来实现。例如，这些方法可在硬件、固件、软件、或其任何组合中实现。对于硬件实现，这些处理单元可以在一个或更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子器件、设计成执行本文中所描述功能的其他电子单元、或其组合内实现。
对于固件和/或软件实现，这些方法可用执行本文中描述的功能的模块(例如，过程、函数等等)来实现。有形地体现指令的任何机器或计算机可读介质可用于实现本文中所描述的方法集。例如，软件代码可被存储在存储器中并由处理器执行。当由处理器执行时，执行软件代码生成实现本文所呈现教义的不同方面的各种方法和功能的操作环境。存储器可以实现在处理器内部或处理器外部。如本文所用的，术语“存储器”是指任何类型的长期、短期、易失性、非易失性、或其他存储器，而并不限于任何特定类型的存储器或存储器数目、或记忆存储在其上的介质的类型。
存储有定义本文所述方法和功能的软件代码的机器或计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是可被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来存储指令或数据结构形式的合需程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。如本文所用的盘(disk)和/或碟(disc)包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中盘(disk)常常磁学地再现数据而碟(disc)用激光光学地再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
除了存储在计算机可读介质上，指令和/或数据还可作为包括在通信装置中的传输介质上的信号来提供。例如，通信装置可包括具有表示指令和数据的信号的收发机。指令和数据被配置成致使一个或更多个处理器实现权利要求中概括的功能。
图10解说了可用来实现根据本教示的某些实施例配置的设备中的任一个的示例性计算机系统1000。中央处理单元(“CPU”或“处理器”)1001耦合到系统总线1002。CPU 1001可以是任何通用处理器。本公开不限于CPU 1001(或示例性计算机系统1000的其他组件)的架构，只要CPU 1001(以及示例性计算机系统1000的其他组件)支持本文中所描述的操作。这样，CPU 1001可通过一个或更多个处理器或处理器核向示例性计算机系统1000提供处理。CPU 1001可执行本文中所描述的各种逻辑指令。例如，CPU 1001可执行根据以上结合图3-4和7描述的示例性操作流的机器级指令。在执行代表图3-4和7中所解说的功能的指令时，CPU1001变成专门配置成根据本文中所描述的教示的各方面操作的专用计算平台的专用处理器。
示例性计算机系统1000还包括随机存取存储器(RAM)1003，其可以是SRAM、DRAM、SDRAM或之类的。示例性计算机系统1000包括只读存储器(ROM)1004，其可以是PROM、EPROM、EEPROM或之类的。RAM 1003和ROM 1004保持用户和系统数据及程序，这在本领域中是公知的。
示例性计算机系统1000还包括输入/输出(I/O)适配器1005、通信适配器1011、用户接口适配器1008、以及显示适配器1009。I/O适配器1005、用户接口适配器1008、和/或通信适配器1011在某些方面可以使得用户能与示例性计算机系统1000交互以便输入信息。
I/O适配器1005将存储设备1006——诸如硬盘驱动、紧致盘(CD)驱动、软盘驱动、磁带驱动等之中的一个或更多个，耦合到示例性计算机系统1000。除了RAM 1003之外，还利用存储设备1006来满足与执行根据本教示的各方面的操作相关联的存储器需求。通信适配器1011适配成将示例性计算机系统1000耦合到网络1012，这可实现经由网络1012(例如，因特网或其他广域网、局域网、公用或私有交换电话网、无线网络、或前述的任何组合)将信息输入和/或输出示例性计算机系统1000。用户接口适配器1008将输入设备(诸如键盘1013、定点设备1007、话筒1014)和/或输出设备(诸如扬声器1015)耦合到示例性计算机系统1000。显示适配器1009由CPU 1001或由图形处理单元(GPU)1016驱动以控制显示设备1010上的显示，例如以在客户移动设备上显示传入消息或呼叫。GPU 1016可以是专用于图形处理的任何不同数目的处理器，并且如图所示，可以由一个或更多个个体图形处理器构成。GPU 1016处理图形指令并且将这些指令传送给显示适配器1009。显示适配器1009进一步传送用于转换或操纵显示设备1010所使用的各种数目的像素的状态的那些指令，以向用户视觉地呈现合需信息。此类指令包括用于将状态从开改变为关、设置特定颜色、强度、历时等的指令。每条此类指令构成控制如何在显示设备1010上进行显示以及显示什么的再现指令。
应领会，本公开不限于示例性计算机系统1000的架构。例如，任何合适的基于处理器的设备可用来实现多无线电设备的协作操作，包括但不限于，个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、多处理器服务器、移动电话、以及其他此类移动设备。而且，某些方面可在ASIC或超大规模集成(VLSI)电路上实现。实际上，本领域普通技术人员可利用任何数目个能够执行根据这些方面的逻辑操作的合适结构。
尽管已详细描述了本教示及其优点，但是应当理解，可在本文中作出各种变化、替代和变换而不背离由所附权利要求所定义的本教示的技术。而且，本申请的范围并非旨在限定于说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的具体方面。因为本领域普通技术人员将容易地从本公开领会到，根据本教示可以利用现存或今后开发的与本文所描述的相应方面执行基本相同的功能或实现基本相同的结果的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (17)

1.一种用于在无线通信网络(10、20)中动态地选择多个信道的方法(30)，所述方法包括：
向所述无线通信网络广播(300)可用信道集(905)；
接收(301)来自多个接入终端(80、101、201)的干扰信息，所述干扰信息描述关于所述可用信道集中的至少一个信道的干扰；
根据所述干扰信息基于所述可用信道集中对于所述多个接入终端中的每一个具有有利干扰测量的可用信道来为所述多个接入终端中的每一个选择(302)工作信道；以及
分配(303)所述工作信道用于与所述多个接入终端中的每一个进行下行链路通信，其中在服务所述多个接入终端时选择多个工作信道。
2.如权利要求1所述的方法(30、70)，其特征在于，所述选择(700)进一步基于所述可用信道上的服务负荷(702、703)。
3.如权利要求1所述的方法(30)，其特征在于，所述选择(700)进一步基于服务所述多个接入终端(80、101、201)中的至少一个的共享覆盖区内的多个接入点(600、601)的当前容量。
4.如权利要求1所述的方法(30)，其特征在于，所述可用信道集(905)是在获许可射频频谱中的获许可信道上广播的(300)，并且所述多个工作信道位于未获许可射频频谱中。
5.一种供接入终端(80、101、201)确定用于在无线通信网络(10、20)中进行下行链路通信的工作信道的方法(40)，所述方法包括：
根据从所述无线通信网络的接入点(90、100、200)广播的信号提取(400)可用信道集(905)；
在所述接入终端处测量(401)与所述可用信道集的多个信道相关联的干扰；
将关于所述可用信道集的所述多个信道的所述测得干扰传送(402)给所述接入点；以及
接收(403)来自所述接入点的获分配信道，其中与所述获分配信道相关联的所述干扰对于向所述接入终端传输是有利的。
6.如权利要求5所述的方法(40)，其特征在于，还包括：
在所述获分配信道上接收来自所述接入点(90、100、200)的下行链路通信，所述获分配信道位于未许可射频频谱中，并且其中所述可用信道集是在获许可射频频谱中的获许可信道上从所述接入点接收的。
7.一种无线通信网络(10、20)的接入点(90、100、200)，所述接入点包括：
处理器(900)；
耦合到所述处理器的调制器/解调器(调制解调器)(901)；
耦合到所述处理器的收发机(902)；
耦合到所述收发机的天线阵列(903)；
耦合到所述处理器的存储器(904)；
存储在所述存储器中的多信道选择模块(907)，其中在由所述处理器执行时，所述执行多信道选择模块将所述接入点配置成：
向所述无线通信网络广播(300)可用信道集(905)；
接收(301)来自多个接入终端(80、101、201)的干扰信息，所述干扰信息描述关于所述可用信道集中的多个信道的干扰；
根据所述干扰信息基于所述可用信道集中对于所述多个接入终端中的每一个具有有利干扰测量的可用信道来为所述多个接入终端中的每一个选择(302)工作信道；以及
分配(303)所述工作信道用于与所述多个接入终端中的每一个进行下行链路通信，其中在服务所述多个接入终端时选择多个工作信道。
8.如权利要求7所述的接入点(90、100、200)，其特征在于，所述执行多信道选择模块(907)进一步将所述接入点配置成：
在所述多个工作信道上传送所述下行链路通信。
9.如权利要求7所述的接入点(500)，其特征在于，所述执行多信道选择模块(907)将所述接入点配置成：进一步基于所述可用信道上的服务负荷来选择所述工作信道(702、703)。
10.如权利要求7所述的接入点(600)，其特征在于，所述执行多信道选择模块(907)将所述接入点配置成：进一步基于服务所述多个接入终端(80、101、201)中的至少一个的共享覆盖区内的多个接入点(601)的当前容量来选择所述工作信道。
11.如权利要求7所述的接入点(90、100、200)，其特征在于，所述可用信道集(905)是在获许可射频频谱中的获许可信道上广播的(300)，并且所述多个工作信道位于未获许可射频频谱中。
12.一种无线通信网络(10、20)的接入终端(80、101、201)，所述接入终端包括：
处理器(800)；
耦合到所述处理器的调制器/解调器(调制解调器)(801)；
耦合到所述处理器的收发机(802)；
耦合到所述收发机的天线阵列(803)；
耦合到所述处理器的存储器(804)；
存储在所述存储器中的信号质量分析模块(805)，其中在由所述处理器执行时，所述执行信号质量分析模块将所述接入终端配置成：
根据从所述无线通信网络的接入点(90、100、200)广播的信号提取(400)可用信道集(905)；
在所述接入终端处测量(401)与所述可用信道集的多个信道相关联的干扰；
将关于所述可用信道集的所述多个信道的所述测得干扰传送(402)给所述接入点；以及
接收(403)来自所述接入点的获分配信道，其中与所述获分配信道相关联的所述干扰对于向所述接入终端传输是有利的。
13.一种其上有形地存储程序代码的计算机可读介质(904)，所述程序代码包括：
用于向无线通信网络(10、20)广播(300、907)可用信道集的程序代码；
用于接收(301)来自多个接入终端(80、101、201)的干扰信息的程序代码，其中所述干扰信息描述关于所述可用信道集中的多个信道的干扰；
用于根据所述干扰信息基于所述可用信道集中对于所述多个接入终端中的每一个具有有利干扰测量的可用信道来为所述多个接入终端中的所述每一个选择(302)工作信道的程序代码；以及
用于分配(303)所述工作信道用于与所述多个接入终端中的所述每一个进行下行链路通信的程序代码，其中在服务所述多个接入终端时选择多个工作信道。
14.如权利要求13所述的计算机可读介质(904)，其特征在于，所述用于选择所述工作信道的程序代码进一步基于所述可用信道上的服务负荷(702、703)。
15.如权利要求13所述的计算机可读介质(904)，其特征在于，所述用于选择所述工作信道的程序代码进一步基于服务所述多个接入终端(80、101、201)中的至少一个的共享覆盖区内的多个接入点(600、601)的当前容量。
16.如权利要求13所述的计算机可读介质(904)，其特征在于，所述可用信道集(905)是在获许可射频频谱中的获许可信道上广播的(300)，并且所述多个工作信道位于未获许可射频频谱中。
17.一种其上有形地存储程序代码的计算机可读介质(804)，所述程序代码包括：
用于根据从无线通信网络(10、20)的接入点(90、100、200)广播的信号提取(400、805)可用信道集(905)的程序代码；
用于在接入终端处测量(401)与所述可用信道集的多个信道相关联的干扰的程序代码；
用于将关于所述可用信道集的所述多个信道的所述测得干扰传送(402)给所述接入点的程序代码；以及
用于接收(403)来自所述接入点的获分配信道的程序代码，其中与所述获分配信道相关联的所述干扰对于向所述接入终端传输是有利的。
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