CN102696255B

CN102696255B - 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: CN102696255B
Application number: CN201080060669.XA
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: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-01-07
Also published as: WO2011082526A8; WO2011082526A1; CN102696255A

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谱共享的方法和设备

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，由于可以减轻频谱匮乏问题，频谱共享技术已经吸引了相当多的关注。一方面，在许可频段，频谱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谱利用率。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，频谱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，IEEE802.11（即兼容的无线局域网WLAN）、蓝牙设备、家庭射频解决方案、无绳电话等，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。

由于进行频谱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谱共享信息（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竞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。

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，则所述基站暂缓发送所述预约信号。

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。

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，则所述基站暂缓发送所述预约信号，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（powerenergy 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，暂缓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谱共享。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，示出了竞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通过比较其它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224ICSI内暂缓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，暂缓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暂缓发送预约信号，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础上，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

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，则所述基站暂缓发送所述预约信号。

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基站发送的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他基站选择的预留时间窗口的功率电平以获得所述其他基站的优先级。

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，如果所述基站的优先级大于已经通过功率电平扫描获知的其他基站的优先级，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他基站的优先级，则所述基站暂缓发送所述预约信号，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。