CN102696255A

CN102696255A - 在不同无线通信系统中进行频谱共享的方法和设备

Info

Publication number: CN102696255A
Application number: CN201080060669XA
Authority: CN
Inventors: 邱吉刚; 杨峰; 徐斌阳
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2030-01-07
Also published as: WO2011082526A1; CN102696255B; WO2011082526A8

Abstract

本发明涉及一种在基站和至少一个其他基站之间进行频谱共享的方法和设备，其中，所有基站分别属于不同的无线通信系统，该方法包括：a.基站和至少一个其他基站从多个预留时间窗口内分别选择一个时间窗口，以准备发送预约信号和至少一个其他预约信号，预约信号包含基站的优先级信息，至少一个其他预约信号包含至少一个其他基站的优先级信息；b.基站获得至少一个其他预约信号中包含的优先级信息，并比较预约信号和至少一个其他预约信号中包含的优先级；以及c.在预约信号中包含的优先级大于至少一个其他预约信号中包含的优先级的情况下，基站在多个预留时间窗口之后的共存信令发送时间段发送共存信令消息，否则暂停共存信令消息的发送。

Description

在不同无线通信系统中进行频语共享的方法和设备技术领域

本发明涉及无线通信，尤其涉及在具有不同物理层技术的无线通信系统中进行频谱共享的机制。背景技术

近来，由于可以减轻频语匮乏问题，频语共享技术已经吸引了相当多的关注。一方面，在许可频段，频语共享能用于使得从设备以随机方式利用主设备的频谱带。例如， IEEE 802.22 系统已经把使用电视频段作为共享目标频段，以实现点到多点（P-MP )无线区域网络 ( WRAN )„ 在免许可频段，频谱共享技术可以实现多个无线系统的共存以改善频语利用率。例如， IEEE 802.16h工作组正在基于 IEEE 802.16标准定义改进的机制，如策略和媒体访问控制增强，以实现系统间的共存。然而，随着免许可频段使用的增加，引入了另外的干扰和共存问题。

根据无线系统之间的信息交换是否必需，频语共享机制可以划分为两类：协同模式和非协同模式。在协同模式中，无线系统可以使用无线接口或其他通信链路彼此共享包括 IP地址、信道状态等的信息。一般地，与非协同模式比较，协同模式可以获得更高的频谱利用率。

然而，由于免许可频段的不排他性质，采用不同物理层技术（下文中简称 PHY技术）的多个系统可能在相同频段相同时间相同区域中工作。例如， IEEE802.il (即兼容的无线局域网 WLAN )、蓝牙设备、家庭射频解决方案、无繩电话等，当前都拥挤在 2.4GHz频段。在这种情况下，重要的是，设计一种在这些采用不同 PHY技术的系统中可行的通信机制，然后采用协同的干扰解决机制以获得更好的共存。

当前， IEEE 802.16h组已经规定了一种应用于具有不同 PHY技术的系统的通信机制，预定义了 DL (下行链路）子帧末端的预留短时隙。该短时隙被称之为为 CSI (共存信令间隔），在 CSI中每个基站 ( BS )向邻近系统标识它自身，图 1给出了 CX帧中的共存信令间隔分配。共享信道包括多个 CX帧，每一个 CX帧由 4个 MAC帧构成。每一个 CX帧被细分为包括主、从和共享帧的特定子帧。对于发起基站（IBS )来说，对应的 CSI被称为 ICSI, 它被分配在 CX帧的共享帧中。 IBS使用 ICSI 向其邻近系统广播共存信令消息。通过与其它 BS协作， IBS将获得它的 OCSI， OCSI是被分配到 CX帧中三个非共享帧之一的共存信令间隔。一旦 BS 已经启动工作阶段并且声明它的主帧，该 BS就将占用该主帧内的 OSCI并释放上述 ICSI用于新的 IBS。

由于进行频语共享的若干系统采用不同 PHY技术，在这些系统间用于携带频语共享信息（包括共存信令消息等）的报文需要借助于时域中的能量键控来传送。 CSI持续期间的能量功率是否大于预定阈值被表示为信息位 "1" 或 "0"。根据 802.16h规范，由 256个时隙组成的 CSI序列应当在各系统中每 256CX帧的第一个 CX帧开始。 CSI 序列应当总是以 8位 1开始（序列起始）并且以 8位 0结束（序列末端）。每个 CSI序列应当具有 8位附加的循环冗余码校验 CRC以检验 CSI序列中携带的信息的正确性。传统的 CSI基础结构在图 2中示出。

尽管 OCSI 的排他分配能解决若干 OCSI 中的信息冲突，但是 802.16h 中定义的传统 CSI分配方式并不能保证在 ICSI 中不发生冲突。当两个或更多 IBS希望进入共存团体时，由于它们并不知道彼此的存在，它们将在各系统中的每 256CX帧的第一个 CX帧开始发送共存信令消息。在这种情况下，它们的 CSI序列彼此之间会发生冲突，邻近系统通过能量检测方式不能成功获得 IBS的信息。因此，这些 IBS 将在下一个 256CX 帧中再次发送它们的共存消息，于是从这些 IBS 发出的 ICSI序列中的冲突将再次发生。结果是，没有 IBS能向其它 OBS发送任何信息从而不能与其它 OBS共享信道。

如上所述，当多于一个 IBS想要加入共存团体时，由于在 ICSI 期间共存信令消息的冲突，以致不能与 "邻居" 通信。发明内容

为了解决以上问题，本发明提出一种在具有不同 PHY技术的系统中的优化通信机制，该机制能有效解决 PHY信令消息的冲突问题。被称为带有冲突解决策略的共存信令（CS-CR ) 的这种通信机制在传统 CSI机制中引入退避方案和具有 IBS的特定优先级的预宣告过程。一方面，在发送共存信令消息之前，每个 IBS基站需要发送附加的能量编码信号（本文中称为预约信号）以预留后续的发送机会。该预约信号的内容包含每个 IBS接入 ICSI的特定优先级。另一方面，使用具有任意长度的竟争窗口以避免来自于不同 IBS的预约信号的冲突。

为此，本发明提供了一种在基站和至少一个其他基站之间进行频语共享的方法，其中，所有基站分别属于不同的无线通信系统，该方法包括： a. 所述基站和所述至少一个其他基站从多个预留时间窗口内分别选择一个时间窗口，以准备发送预约信号和至少一个其他预约信号，所述预约信号包含所述基站的优先级信息，所述至少一个其他预约信号包含所述至少一个其他基站的优先级信息； b. 所述基站获得所述至少一个其他预约信号中包含的优先级信息，并比较所述预约信号和所述至少一个其他预约信号中包含的优先级；以及 c. 在所述预约信号中包含的优先级大于所述至少一个其他预约信号中包含的优先级的情况下，所述基站在所述多个预留时间窗口之后的共存信令发送时间段发送共存信令消息，否则暂停所述共存信令消息的发送。

在根据本发明的实施例中，步骤 b进一步包括所述基站通过扫描所述至少一个其他基站选择的预留时间窗口的功率电平以获得所述至少一个其他基站的优先级。优选地，根据本发明的实施例的方法进一步包括：在所述基站选择的时间窗口内，如果所述基站的优先级大于所述至少一个其他基站的优先级，则所述基站发送所述预约信号。

优选地，根据本发明的实施例的方法进一步包括：在所述基站选择的时间窗口内，如果所述基站的优先级小于所述至少一个其他基站的优先级，则所述基站暂緩发送所述预约信号。

根据本发明的实施例，其中基站的优先级取决于该基站已经经历的共存信令消息的数量。

进一步地，基站的优先级还将取决于该基站的特定通信要求，所述特定通信要求包括军事、医疗或紧急通信要求中的至少一个。

优选地在，如果通过优先级的比较，基站在随后的共存信令发送时间段暂停自己的共存信令消息的发送，则基站的优先级增加 1。

另一方面，本发明还提供了一种无线通信系统的基站，所述基站与至少一个属于其他无线通信系统的其他基站进行频语共享，所述基站包括： a. 时间窗口选择装置，用于从多个预留时间窗口内选择一个时间窗口，以准备发送预约信号，其中所述预约信号包含所述基站的优先级信息； b. 优先级比较装置，用于获得所述其他基站发送的预约信号中包含的优先级信息，并将所述基站的优先级与所述其他基站的优先级进行比较；以及 C. 共存信令发送控制装置，用于在所述预约信号中包含的优先级大于所述其他预约信号中包含的优先级的情况下，在所述预留时间窗口之后的共存信令发送时间段发送共存信令消息，否则，暂停所述共存信令消息的发送。

在根据本发明的实施例中，所述优先级比较装置进一步被配置为通过扫描所述其它基站选择的预留时间窗口的功率电平以获得所述其它基站的优先级。

优选地，根据本发明实施例的基站进一步包括预约信号发送控制装置，该装置被配置为：在所述基站选择的时间窗口内，如果所述基站的优先级大于所述其它基站的优先级，则所述基站发送所述预约信号；如果所述基站的优先级小于所述其它基站的优先级，则所述基站暂緩发送所述预约信号，并相应增加其优先级。

根据本发明的实施例，所述基站的优先级取决于该基站已经经历的共存信令消息的数量，或者取决于该基站的特定通信要求，所述特定通信要求包括军事、医疗或紧急通信要求中的至少一个。

另一方面，本发明还涉及一种计算机程序产品，其中存储有用于执行根据本发明的方法的计算机指令。附图说明

通过参考以下结合附图的说明，本发明的其他目的及优点将变得更加清楚和易于理解，在附图中：

图 1示出了根据现有技术的 CX帧中的共存信令间隔 CSI分配；图 2示出根据现有技术 CSI序列的构造；

图 3示出根据本发明的实施例的 ICSI序列构造；

图 4示出根据本发明的实施例，基站发送 ICSI序列的流程图；图 5示出根据本发明的实施例，三个基站发送 CSI序列的示意图；图 6示出根据本发明的基站结构框图。具体实施方式

图 3 示出根据本发明的实施例的 ICSI序列构造。根据 IEEE 802.16h规范，共存信令主要用于发送 BS_NURBC消息和 BSD消息，它们的最大长度是 192位。如上所述， 802.16h中定义的 CSI序列的长度是 256位。除了 8位 CRC, 8位起始序列和 8位结尾序列外，仍然有 40个位剩余位没有使用。图 3中是根据新的 CS-CR机制的优化 CSI序列构造。

如图 3所示，整个 256位 ICSI序列由两部分组成：第一部分的 32ICSI用于传送来自不同 IBS的预约信号。这些 32ICSI又被划分为 4个超 ICSI,每个超 ICSI由 8个 ICSI组成并用于发送一个预约信号。每个超 CSI应当以 2位 "1" 和 2位 "0" 开始，表示超 CSI的开始，其余 4位表示 IBS的特定优先级。 IBS的特定优先级可以取决于许多因素进行设置。例如，具有特定军事、医疗或紧急通信的 IBS可以预设为具有高优先级值。在本发明的实施例中，作为典型的例子， IBS 的优先级可以根据 IBS 已经经历的 ICSI序列的数量来设定。例如，如果一个 IBS因冲突没有机会或不能在两个 ICSI序列内（即 10.24秒）发送它自己的共存信令，它的优先级将设置为 2。 IBS经历的 ICSI的数量越大（这意味着该 IBS已经花费较多时间以发送共存信令，但都没能成功），那么该 IBS获得发送它自己的共存信令的机会的优先级就越高。

需要说明的是，在本发明的实施例中，使用了 40位中的 32位，这些 32ICSI又被划分为 4个超 CSI, 每个超 CSI由 8个 ICSI组成并用于发送一个预约信号。然而，超 CSI 的划分方式并不限于此。超 CSI的个数越多， IBS消息发生碰撞的可能性就越低，而相应地传输的信息就越少；反之，超 CSI的个数越少， IBS消息发生碰撞的可能性就越大，而相应地传输的信息就越多。可以根据实际应用中的场景动态设置超 CSI的数量。在本文中，优选地，超 CSI的数量选择为 4 个。

图 4示出根据本发明的实施例，基站发送 CSI序列的流程图。如步骤 401所示，在由 GPS或其它分布式同步方式进行同步之后，每个 IBS任意选择 4个超 CSI中的一个以准备发送预约信号。在该实施例中，所选择的超 CSI的最后 4位的值根据 IBS已经经历的 ICSI 序列的数量来设定。在步骤 402中， IBS需要扫描其它超 CSI的功率能量电平（ power energy level ) 以获得其它 IBS的优先级。接着，在步骤 403中， IBS将比较自己的优先级与其它 IBS的优先级进行比较。如果其它 IBS的优先级大于自己的优先级，则在步骤 404中，暂緩自己的预约信号的发送直到下一个 ICSI序列。如果不是这样，则在步骤 405中，该 IBS将在预先选择的超 CSI内发送自己的预约信号。接下来，在步骤 406内， IBS继续扫描其它超 CSI的功率电平，并比较自己的优先级与其它 IBS的优先级。如步骤 407所示，在完成 4个超 CSI 的功率电平扫描后， IBS将通过比较优先级来确定自己是否要在随后的 224个 ICSI内发送自己的共存信令。如果 IBS的优先级在所有 IBS 中为最高，在如步骤 409所示，该 IBS将在随后的 224位 ICSI中发送自己的共存信令。否则，如图 408所示，它将暂停自己的信令消息在随后 224位 ICSI内的发送，同时自己的优先级自动加 1，这表示该 IBS又经历了一个 ICSI序列但是未能发送自己的共存信令，但是在下一次 ICSI序列发送时它的优先级比上一次增大了 1。

成功接收共存信令的 OBS的 SS (客户终端设备)将向它们的 OBS 报告共存信令消息的内容。接下来相邻 OBS将在接收该信令的 SS报告后，将在 IP网络中发现该 IBS。接着，该 IBS和 OBS开始进一步协商以进行频语共享。在与多个 OBS协商后，该 IBS将获得周期性的无干扰 OCSI并变成 OBSS, 在这之后它将停止使用当前 ICSI。

为了更好地理解本发明，在图 5中，以三个基站为例，示出了竟争发送共存信令的过程。在该例子中，假设三个基站 IBS1、 IBS2、 IBS3 的优先级最初分别为 0、 1和 2。也就是说，按照 IBS已经经历的 ICSI 序列的数量作为优先级的话，在之前的一个 ICSI序列， IBS 2没能发送自己的共存信令；在之前的两个序列， IBS 3没能发送自己的共存信令。

在图 5示出的例子中， IBS 1任意地选择超 CSI 1以发送自己的预约信号， IBS 2任意地选择超 CSI 4以发送自己的预约信号， IBS 3任意地选择超 CSI 2以发送自己的预约信号。在超 CSI 1期间，当 IBS 1 发送其预约信号时， IBS2和 IBS3可以通过扫描当前超 CSI期间的功率能量电平获得 IBS 1的优先级。由于 IBS 1的优先级低于它们自己的优先级， IBS 2/IBS 3决定继续发送它自己的预约信号。在超 CSI 2 期间， IBS 3发送它自己的预约信号。 IBS2和 IBS 1可以通过扫描当前超 CSI期间的功率能量电平获得 IBS3的优先级。

在完成 4个超 CSI 的功率电平扫描后， IBS 1、 IBS 2和 IBS 3 if 过比较其它 IBS的优先级和自己的优先级来决定是否发送共存信令。由于 IBS 3的优先级最高， IBS 3可以获得发送自己的共存信令的机会并通过与其它 OBS的协调成为 OBS。而 IBS 1和 IBS 2将在随后的 224 ICSI内暂緩发送共存信令并且它们的优先级都会增加 1.在下一个 ICSI序列中， IBS 1 和 IBS 2将重新开始相似的过程以发送共存信令。

图 6示出根据本发明实施例的 IBS基站的示意性框图。图中示出了三个基站 601、 602、 603, 分别属于不同的无线通信系统。以其中一个基站 IBS 603为例，该基站包括时间窗口选择装置 611、优先级比较装置 612和共存信令发送控制装置 613。优选地，基站 603还包括预约信号发送控制装置 614。

装置 611用于从多个预留时间窗口，例如 4个超 CSI内选择一个时间窗口，例如图 5中选择的时间窗口超 CSI 2 ( CX帧 9 - 16 ) 以准备发送预约信号，其中所述预约信号包含该基站 603的优先级信息；相应地，其它基站 601, 602的对应装置也任意选择一个预留时间窗口，例如图 5中的超 CSI 1和超 CSI 4，我们也可以把它们称为第一时间窗口和第四预留时间窗口。

装置 612，用于获得其他基站（即本例中的基站 601、 602 ) 的预约信号中包含的优先级信息，并将基站 603的优先级信息与其他基站 601、 602的优先级进行比较。

在全部预留时间窗口结束时，例如在图 5中的 4个超 CSI结束时，装置 613，在基站 603优先级大于基站 601、 602的优先级的情况下，在随后的共存信令发送时间段（即 CX帧 33 ~ 256内）发送共存信令消息。

同样，以基站 601、 602为例，由于在 4个超 CSI结束时，自己的优先级（分别为 0和 1 ) 小于装置 603的优先级，因此，在随后的共存信令发送时间段内，暂緩或者说暂停自己的共存信令消息的发送。

装置 614被配置为：在 603基站选择的时间窗口内，如果基站 603 的优先级大于已经通过功率电平扫描获知的的其它基站（如 601 ) 的优先级，则基站 603发送预约信号，如果基站 603的优先级小于这些基站（如 601 ) 的优先级，则基站 603暂緩发送预约信号，并相应增加其优先级。这样的设置可以进一步避免预约信号在发送时可能引起的冲突问题。

对于本领域技术人员而言，图 6中只是提供了 IBS基站的一种可能的功能构造。根据本发明实施例的基站本身并不涉及硬件的改进，可以在现有基站的基上，通过结合计算机软件方式来实现。

尽管结合了实施例来描述本发明，但是本发明并不局限于任何实施例。本发明的范围由权利要求书限定，并且包括各种可选方式、修改和等效替换。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims

权利要求

1. 一种在基站和至少一个其他基站之间进行频谱共享的方法，其中，所有基站分别属于不同的无线通信系统，该方法包括：

a. 所述基站和所述至少一个其他基站从多个预留时间窗口内分别选择一个时间窗口，以准备发送预约信号和至少一个其他预约信号，所述预约信号包含所述基站的优先级信息，所述至少一个其他预约信号包含所述至少一个其他基站的优先级信息；

b. 所述基站获得所述至少一个其他预约信号中包含的优先级信息，并比较所述预约信号和所述至少一个其他预约信号中包含的优先级；以及

c 在所述预约信号中包含的优先级大于所述至少一个其他预约信号中包含的优先级的情况下，所述基站在所述多个预留时间窗口之后的共存信令发送时间段发送共存信令消息；否则暂停所述共存信令消息的发送。
2. 根据权利要求 1所述的方法，其中，步骤 b进一步包括所述基站通过扫描所述至少一个其他基站选择的预留时间窗口的功率电平以获得所述至少一个其他基站的优先级。
3. 根据权利要求 1或 2所述的方法，进一步包括：在所述基站选择的时间窗口内，如果所述基站的优先级大于所述至少一个其他基站的优先级，则所述基站发送所述预约信号。
4. 根据权利要求 1或 2所述的方法，进一步包括：在所述基站选择的时间窗口内，如果所述基站的优先级小于所述至少一个其他基站的优先级，则所述基站暂緩发送所述预约信号。
5. 根据权利要求 1或 2所述的方法，其中基站的优先级取决于该基站已经经历的共存信令消息的数量。
6. 根据权利要求 1或 2所述的方法，其中基站的优先级取决于该基站的特定通信要求，所述特定通信要求包括军事、医疗或紧急通信要求中的至少一个。
7. 根据权利要求 1或 2所述的方法，其中在步骤 c中，如果暂停所述共存信令消息的发送，则所述基站的优先级增加 1。
8. 一种无线通信系统的基站，所述基站与至少一个属于其他无线通信系统的其他基站进行频谱共享，所述基站包括：

a. 时间窗口选择装置，用于从多个预留时间窗口内选择一个时间窗口，以准备发送预约信号，其中所述预约信号包含所述基站的优先级信息；

b. 优先级比较装置，用于获得所述其他基站发送的预约信号中包含的优先级信息，并将所述基站的优先级与所述其他基站的优先级进行比较；以及

c 共存信令发送控制装置，用于在所述预约信号中包含的优先级大于所述其他预约信号中包含的优先级的情况下，在所述预留时间窗口之后的共存信令发送时间段发送共存信令消息，否则，暂停所述共存信令消息的发送。
9. 根据权利要求 8所述的基站，其中所述优先级比较装置进一步被配置为通过扫描所述其它基站选择的预留时间窗口的功率电平以获得所述其它基站的优先级。
10. 根据权利要求 8或 9所述的基站，进一步包括预约信号发送控制装置，该装置被配置为：在所述基站选择的时间窗口内，如果所级，则所述基站发送所述预约信号，如果所述基站的优先级小于所述其它基站的优先级，则所述基站暂緩发送所述预约信号，并相应增加其优先级.
11. 根据权利要求 8或 9所述的基站，其中，所述基站的优先级取决于该基站已经经历的共存信令消息的数量，或者取决于该基站的特定通信要求，所述特定通信要求包括军事、医疗或紧急通信要求中的至少一个。
12. 一种计算机程序产品，其中存储有用于执行权利要求 1-7任一项的步骤的计算机指令。