CN102960007B

CN102960007B - 独立于低阈值感测来启用空白频谱网络

Info

Publication number: CN102960007B
Application number: CN201180030679.3A
Authority: CN
Inventors: P·巴尔; R·钱德拉; T·莫希布罗达; R·N·穆尔蒂
Original assignee: Microsoft Technology Licensing LLC
Current assignee: Microsoft Technology Licensing LLC
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2031-06-21
Also published as: KR20130120999A; JP5710754B2; WO2011163271A2; EP2586229A4; CN102960007A; EP2586229A2; EP2586229B1; US20110317019A1; KR101812826B1; US8473989B2; JP2013531437A; WO2011163271A3

Abstract

描述了由远程或本地地理位置服务用来提供空白频谱信息的技术，其中一个或多个客户机设备和/或基站可以使用该空白频谱信息来确定哪些空白频谱可供使用，例如供用于无线联网。因为这一信息，客户机设备和/或基站不需要低阈值感测就能知道哪些空白频谱是可用的。该服务基于电视发射机参数、海拔数据、以及接收到的与任何操作的无线话筒有关的信息来计算给定位置的可用的空白频谱。

Description

独立于低阈值感测来启用空白频谱网络

背景技术

在无线电频谱中，“空白频谱”指的是先前由电视广播公司所使用的无线电频谱。可能从空白频谱可用性获益的一种技术是在空白频谱中进行无线联网。具体而言，与其他未许可频带（如2.4或5GHz ISM频带）相比，无线网络可从VHF和较低的UHF频带的传播（长距）和建筑物穿透属性中极大地获益。

在美国，联邦通信委员会（FCC）允许未许可设备机会性地在空白频谱中操作。其他国家正在考虑类似的规章。然而，未许可设备的任何这样的操作都受限于（或将受限于）要满足政府规章。例如，FCC准许未许可设备在空白频谱中发射，只要它们不干扰这一频谱的主许可用户，即电视广播公司和无线话筒。

为防止任何干扰，可使用频谱感测来确定主用户的存在。因为电视接收机和无线话筒接收机不发射RF信号，即它们是无源的，所以未许可空白频谱设备需要以非常低的阈值来感测主用户的存在，以确保距主接收机的足够的RF距离并避免引起干扰。FCC指定这一阈值是-114dBm；至少一个其他国家正考虑更低的阈值。

然而，尽管可能是可行的，但从技术角度来看，以如此低的阈值来进行感测是困难的并且可能需要敏感且昂贵的硬件。同样，以如此低的阈值进行感测在空白频谱设备的能耗方面可能是低效的。当前感测技术也易于产生虚假警报，因为它往往过于保守，这不必要地阻止了对未被占用的频道的使用并从而浪费了可用的空白频谱。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下的具体实施方式中进一步描述的一些代表性概念。本发明内容不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在以限制所要求保护的主题的范围的任何方式来使用。

简言之，本文公开的主题的各方面涉及由远程或本地地理位置服务用来提供空白频谱信息的技术，其中一个或多个客户机设备和/或基站可以使用该空白频谱信息来确定哪些空白频谱可供使用，例如供用于无线数据联网。因为该信息，该信息由（代理感测）服务提供，客户机设备和/或基站不需要低阈值感测就能知道哪些空白频谱是可用的。

确定相对于一位置的主用户（例如，电视台和/或无线话筒）的发射机。基于该发射机，该服务计算哪些空白频谱可供用于该位置周围的区域中。该服务随后可从远程服务向空白频谱客户机设备或者从在空白频谱客户机设备上运行的本地服务，散发标识可供用于该区域中的空白频谱的数据。

在一个方面，确定主用户的发射机包括访问与电视台的可能在该区域中进行广播的一个或多个电视塔相对应的电视发射机数据，以及访问该一个或多个电视塔与该位置之间的海拔数据。海拔数据随后与发射机参数一起被用来计算信号衰减，从中确定空白频谱。

在一个方面，在该区域中操作的任何无线话筒的存在被包括在所散发的数据中。对于远程代理感测服务，这可通过来自主用户更新器设备的手动注册或自动检测来获得，该设备将该信息发送给远程代理感测服务。对于本地代理感测服务，例如在空白频谱客户机设备中操作，信标器设备代表无线话筒来广播存在信息。

结合附图阅读以下详细描述，本发明的其他优点会变得显而易见。

附图说明

作为示例而非限制，在附图中示出了本发明，附图中相同的附图标记指示相同或相似的元素，附图中：

图1是示出用于实现不需要低阈值感测就能避免干扰的空白频谱网络的示例组件的框图。

图2是示出空白频谱网络中使用的代理感测服务的示例组件的框图。

图3是示出用于基于各可用数据来确定空白频谱的示例步骤的流程图。

图4是示出如何检测主用户的存在以避免空白频谱网络中的可能干扰的示例组件的框图。

图5是示出用于实现不需要低阈值感测就能避免干扰的空白频谱网络的另选实现的示例组件的框图。

具体实施方式

本文描述的技术的各方面一般涉及计算任何给定位置处的可用空白频谱并随后将这一空白频谱可用性信息散发给该系统中的每一空白频谱设备（例如，空白频谱可用性信息被“推送”给各客户机设备）的地理位置服务。以此方式，客户机/基站可以在空白频谱中操作而无需低阈值感测来确定可用空白频谱。

基站可以推送或以其他方式使得频谱可用性信息对它们的客户机可用，如通过在它周期性地发射的信标分组内添加详细（并且可能加了位置标签）的频谱可用性。客户机一般知道它们自己的位置，并且因而可以从这一信标分组中选择正确的信息来获知在它们相应的位置处哪些频道是可用的。另一种方法如下工作：通过使得客户机使用周期性地更新的本地（便携式）地理位置服务和“以信标形式”发送无线话筒的存在的信标器设备。

应当理解，此处的任何示例都是非限制性的示例。确实，尽管描述了消除了对低阈值感测的任何需求的一个示例系统，但可以理解，这样的系统或类似系统可以用低阈值感测来补充。如此，本发明不限于此处所描述的任何特定实施例、方面、概念、结构、功能或示例。相反，这里所描述的任何一个实施例、方面、概念、结构、功能或示例都是非限制性的，且本发明可以按一般而言在计算和数据传输方面提供好处和优点的各种方式来使用。

图1示出与代理感测服务102的一个示例体系结构/系统相关的各方面，其中图2示出了各示例内部组件。空白频谱设备104₁-104_n（客户机）通过基站106₁-106_m连接到服务102。一般而言并且如将可理解的，服务102启用在空白频谱中操作的基于基础结构的无线网络，而无需空白频谱设备104₁-104_n处或基站106₁-106_n处的低阈值感测。确实，如将理解的，空白频谱设备104可被配置成即使根本没有任何本地感测也能正确地操作（但补充性的感测是可行的）。

在图1所示的示例中，代理感测服务102包括对于任何给定位置确定频谱的哪些部分是空白频谱的逻辑上的集中式实体。频谱占用中的任何变更（例如，作为电视发射机在晚间关闭或无线话筒打开的结果）被反映在代理感测服务102中。因为空白频谱设备104₁-104_n不一定配备有感测能力，空白频谱设备104₁-104_n依赖代理感测服务102来获知它们相应位置处的空白频谱的可用性。

注意，具有不知道它们的位置的客户机是可行的，然而这是低效的。更具体地，如果客户机的位置是未知的，则基站需要非常保守并且只使用即使在它的覆盖区域的最远区域中也可用的那些频道（因为在缺少更精确知识的情况下，客户机潜在地可能处于这一覆盖区域内的任何位置）。第二，由于地形剖面中的变更，基站的覆盖区域中通常存在从电视发射机收到比其他点更好的信号接收的点。结果，这些位置中的空白频谱可用性低于其他周围点。因此，为更高效地工作，不在空白频谱客户机设备处进行感测的系统需要客户机具有位置信息，例如，精确到大约半英里内。

在一个实现中，代理感测服务102的一个任务是用与给定位置的空白频谱可用性有关的准确数据对客户机查询等进行响应。空白频谱可用性可以是给定位置处的频道可用性的位图的形式，其中位置由L=纬度，经度来表示。

为与服务102进行通信，下表中示出了服务102所提供的一组示例API 222（图2）。

API	描述
		GetWhiteSpaces(L)	返回位置L处的空白频谱
GetPrimaries(L)	返回位置L处的主用户的列表和RSSI
		UpdatePrimary(p)	更新关于主用户p的信息
Register(n,L)	向网格位置L注册基站/客户机n
		CoverageArea(b)	计算基站（BS）b的覆盖区域
SetCover(b)	计算BS b的覆盖区域的一组覆盖频道

代理感测服务102可以按不同的模式来操作，包括可以用给出特定位置作为输入对它进行查询。或者，使用发布-订阅模型，代理感测服务102可以跟踪基站或其相关联的客户机的空白频谱可用性的变更。在检测到这些位置中的任一个位置处的空白频谱可用性的变更时，服务102激发一事件等，该事件向基站通知该基站本身处的或其一个客户机处的空白频谱可用性的变更。为了支持这两种模式，维持该服务与每一基站之间的活动连接。该基站随后使用信标分组将这一频谱可用性信息散发给它的各客户机。因而，在其中基站在发布-订阅模型中接收频谱信息的情况下，从服务102到空白频谱客户机的整个信息散发过程是基于推送的，即首先从服务102到相应基站并随后从该基站到它的各客户机。

具有代理节点造成了在获知频谱可用性中的变更时的延迟。不论是设备必须轮询代理还是代理必须将更新推送给设备（或这两者的某一组合）。在空白频谱设备是移动设备时，设备可能在它接收到两个相继的频谱更新的时刻之间行进了某一距离。为解决这一问题，基站为移动设备添加了保护范围，以确定该移动设备可以使用的空白频谱。即，即使一频道在设备的位置处是可用的，如果这一频道在当前位置的阈值距离内的任何位置处被阻塞，则该设备也不能使用这一频道。例如，对于一分钟的轮询时间间隔，准确地知道它的位置并能以每小时60英里的速度行进的移动客户机添加1英里的保护范围；然而，这造成可用空白频谱的20％的损失。如可理解的，可作出频谱变更散发的等待时间对可用空白频谱的损失之间的折中以提供所需结果。

频谱图的准确度一般依赖于传播模型的质量以及地形数据的精细粒度。如图1和2中所示，代理感测服务102包括维护地形和主用户数据（如电视和无线话筒）的后端存储108以及准确地计算一位置处的空白频谱可用性的引擎110。

在由图2概括地表示的一个实现中，后端存储108包括数据库（DB）224和一个或多个地形服务器226。数据库224存储关于电视发射机的信息/参数，包括电视塔位置、频道、高度、发射功率、天线方向性、机械束倾斜等，这些参数是定期（例如，每天）更新的。在美国，这基于来自FCC的统一数据库系统（CDBS）的公共可用的数据。数据库224和/或引擎110还可存储无线话筒注册数据，包括每一无线话筒的位置、频道、以及最后报告时间。下文描述对无线话筒注册数据的获取。注意，数据库224和/或引擎110还可担当先前为各个位置所计算的空白频谱可用性的高速缓存。

一个或多个地形服务器226提供地球表面上的任意点处的地形海拔数据。地形服务器226因而存储世界范围的地形海拔数据，这可以从用于绘制地球地形的地图的各公共可用的政府工作中获得。可以使用各海拔数据集，例如以跨地球表面的1千米间隔来测量或以30米间隔来测量的更高分辨率（例如，从NASA获得的）。

地形服务器提供指定间隔的两点之间的地形海拔数据。例如，地形服务器224可以接收指定（LTX,LRX,间隔）的请求，其中LTX和LRX分别是发射机和接收机的坐标，并且间隔是对这两点之间的地形数据进行采样的分辨率。给定这一输入，服务器沿巨大的圆来计算LTX和RTX之间的直接路径，并以指定间隔来返回这两点之间的海拔样本。

为了准确地确定位置L处的空白频谱可用性，引擎110经由传播建模来计算UHF或VHF信号的衰减，如通过执行图3中所示的步骤。步骤302列出处于距L的大型搜索半径内的主用户的发射机。保守地，这些是在L处可能以大于指定阈值的RSSI（接收信号强度指示符）来收听到其信号的所有主用户。

如步骤304所确定的，如果主用户是电视发射机，则在步骤306，引擎从地形服务器检索电视塔与L之间的海拔数据。如果主用户是话筒，则在步骤308，假定它周围的保守固定保护半径。

在步骤310，海拔数据结合发射机的参数（如高度、功率、天线方向性等）被用来确定信号衰减，如通过使用已知的Longley-Rice（L-R）传播模型。

该衰减进而被用来计算发射机在L处的RSSI。

在步骤314，创建位置L处的空白频谱可用性。作为这一点的一部分，如果存在至少一个活动的主用户，例如其L处的RSSI大于-114dBm的现用用户（incumbent），则认为频道C被阻塞。这可被映射为：

注意，这一过程确定UHF信号在一定距离上的衰减以及这如何影响RSSI。这可以经由使用RF信号的任何已知传播模型228（图2）对RF信号进行传播建模来实现，每一模型具有不同的复杂度和准确度，包括Free Space（自由空间）、Hata、Egli、以及带地形的Longley-Rice（L-R）、和/或L-R（不带地形）。

由于测量和转换中的误差，海拔数据源中存在‘空洞’是常见的。这在较高分辨率数据中较普遍，并且负责该数据的政府机构经由各种技术，如双线性内插或灰度平滑，来采取附加步骤‘填充’这些空洞。然而，地形数据中仍然存在异常，这进而影响基于地形的传播模型的结果。例如，L-R实现返回用信号通知参数超出范围的误差的错误代码，这通常是由海拔数据中的误差造成的。为了应对这些异常，可以实现自适应海拔切换策略，由此对于两个点之间的信号传播计算，首先尝试较高分辨率的海拔数据。如果传播模型返回了声称一些参数超出边界的错误，则检查这两点之间的路径剖面以确定该路径中是否存在空洞。如果是，则使用较低分辨率的数据。如果这也失败，则使用L-R（无地形）模型，包括不考虑海拔数据来计算信号传播的L-R变量（与计入两点之间的海拔数据的点到点形成对比）。这一策略通过减低假肯定和假否定来显著地提高了结果的准确度。

转向另一方面，可以用各种方式来支持低功率的暂时的主用户发射机（例如，无线话筒），包括通过手动更新，其中提供API来添加话筒条目作为主用户，由此授权用户可以添加该话筒的频道条目、发射功率、以及该事件的位置和持续时间。服务102随后将话筒发射机当作该指定持续时间期间的（非常）低功率的电视塔。在超时时间段之后，这些条目可过期。

手动更新主用户数据库的备选方案是话筒更新器，包括插入的相对靠近无线话筒接收机的小型设备。如图4中所示，这样的更新器440检测到话筒442的存在并自动更新后端存储108，例如使用UpdatePrimary（更新主用户）API。这一信息随后被提供给适当的基站及其各设备。

更新器可使用另选的技术，如3G、Wi-Fi、以太网等，来连接到代理感测服务102。在更新器440在预定义的时间量（例如，5分钟）期间没有检测到话筒442时，则从数据库删除该条目。注意，这一解决方案没有简单地将低阈值感测的困难从客户机设备转移到话筒更新器，因为话筒更新器被加电并靠近话筒并且因而不需要昂贵且复杂的低阈值感测。这降低了假否定/肯定的数量以及降低了硬件成本。

在该系统的操作期间，每一基站了解在它本身以及它的各客户机处哪些频道是可用的，以选择可行的空白频谱频道。为了传达这一信息，每一客户机将它的位置和用于确定该位置的技术周期性地发送给它相关联的基站。基站使用这一信息来确定该客户机和它本身处共同可用的空白频谱。从所有这些可使用的空白频谱中，基站选择适当的频道，并且客户机在该频道上与基站进行关联。

基站还订阅以推送来自代理感测服务102的客户机的位置处的以及客户机周围的网格点处的更新（取决于用来确定该位置的技术的位置误差）。保守值可以用于位置误差，例如用于GPS的50米、用于Wi-Fi的150米、以及用于基于GSM的定位的1.0英里。可以通过各种手段来确定位置，包括基于例如GPS、Wi-Fi或GSM的现有技术；此外，基于电视的技术可被用来进行定位。

一旦客户机关联到基站并且只要空白频谱可用性不变化，则以上方法可行。然而，这需要解决引导（bootstrapping）问题（其中客户机不具有感测能力的任何系统中的已知问题）。更具体地，在新客户机到达时，该客户机不能发射任何分组，因为它不知道它位置处的空白频谱可用性。因此，它甚至不能将其位置发射给基站，因为该对应的分组可能干扰邻近的主用户。如果基站在它的覆盖区域中的每一位置处都可用的频道上发射，则这一引导问题不会发生。在这种情况下，客户机可以发现基站并与它进行关联。然而，这样的跨整个覆盖区域通常都可用的频道在许多地方不存在，并且甚至在存在这样的频道的地方，只使用这一频道也会造成空白频谱的大量损失。相反，在本发明技术中，基站处的频道选择考虑了实际客户机位置，这造成引导问题。

为了解决这一问题，每一基站周期性地（例如，每两秒）广播包含其覆盖区域的各区中的频道可用性的信标。在一个实现中，对于基站的覆盖区域中的每一网格点，信标包含位于该网格点处的客户机可以用来联系基站的一个可用的频道。以较低速率（例如，每两分钟），基站切换到这些频道中的每一个并监听想要加入的客户机；（可通过已知技术来降低切换开销）。在客户机加入该系统时，它监听来自基站的信标并移到在该信标中标记为在属于该客户机的当前位置的网格位置中可用的频道。客户机随后在这一频道上广播它的位置，这最终被基站拾取。在接收到这一消息后，基站现在知道这一客户机的位置。以此方式，在引导时，该信标被客户机用作查找表。

如上所述，存在对高效地传递基站覆盖区域中的各区的频道可用性的需求，因为对基站的覆盖区域中的每一网格点传送一个频道将造成非常大的信标。例如，在覆盖范围是10英里且网格粒度是100m的情况下，如果使用5个位来编码频道号，则信标大小大于100KB。为降低信标大小，基站可以执行初始化阶段，其中基站查询代理服务的引擎以计算其潜在覆盖区域（PCA）。潜在覆盖区域被定义为一组100m x 100m的网格点，其中来自基站的接收信号强度大于-90dBm，即对于许多无线卡而言接收敏感度处于最低等级。可以使用L-R模型来计算潜在覆盖区域。对于其潜在覆盖区域内的每一网格点，基站随后检索可用频道的集合。

在网络的操作期间，基站使用这一信息来计算最小频道覆盖（MCC）。潜在覆盖区域A的MCC是最小（即，一般而言是低的）基数的一组空白频谱频道，使得对于A内的每一网格点位置，在该频道覆盖中存在至少一个可用的空白频谱频道。可以使用标准的贪婪集合-覆盖近似算法来计算MCC的良好近似。

基站知道MCC中的各频道中的至少一个在其覆盖区域A中的所有网格点处是可用的。信标包含计算得到的MCCA中包括的频道集合以及来自MCCA中的各频道的对于其覆盖区域中的每一网格点都可用的一个频道的列表（例如，以行优先形式给出）。使用个位来编码每一频道。基于根据经验的测量，可以确定在美国MCCA的大小最大是4，使得每网格-位置两个位就足够了。基站还可使用RLE压缩（或其他压缩技术）来压缩与其频道可用性相似的邻近网格有关的MCCA信息。

为处理频谱可用性的更新，如出现了话筒，基站订阅推送来自服务102的其覆盖区域中的所有网格点的更新。因此，在话筒打开并且服务102接收到这一事件的通知时，它首先快速确定受该话筒影响的那些网格。做这一点所花的时间非常短（在支持高达1000个话筒同时打开的情况下花费不到500ms）。基于这一信息，引擎确定话筒是否在基站的覆盖区域中打开。如果是，则向基站通知受空白频谱可用性中的这一改变影响的那些网格。如上所述，这可作为计算PCA的一部分来自动完成。

在新的主用户出现或现有主用户的参数改变时，引擎计算该主用户周围的受影响的网格点的改变并将更新发送给订阅了这些网格点的改变的基站。如果需要，基站重新计算它所操作的频谱和/或信标的内容。注意，这影响传播可用空白频谱中的改变的等待时间。

还要注意，在主用户已经活动的情况下，基于推送的系统体系结构高效地处理客户机移动性。因为基站具有频谱可用性和客户机位置的最新视图，所以基站可以预先计算并提前适应在其各客户机处可用的频谱，从而避免客户机断开连接以及干扰主用户。

如上所述，本发明技术的一个实现使得客户机和基站通过因特网（和/或其他合适的网络连接）连接到代理感测服务102以确定哪些频道可用于无线通信。然而，另选的设计可能更合适，如在对等/自组织模式中，其中客户机在带因特网连接的任何固定基础结构网络的范围外操作。此外，如果存在因特网故障，则空白频谱网络操作将被中断。在意外的高延迟的情况下，代理感测服务102与某些基站之间的更新等待时间可能增加，这可具有负面影响，因为可被标记为可用的空白频谱的量需要降低（以维持必要的安全边际），或一些频道可能被错误地标记为自由/非自由。此外，一些话筒用户可能不能将他们的话筒插入数据库，在这种情况下，这些话筒可能未被保护。

为解决这些问题，如图5所示，可通过使空白频谱设备（客户机）配备可完全在本地（即，在该设备本身）查询的本地数据库（例如，508₁-508_j）来提供设备-本地（“便携式”）地理位置服务（例如，502₁-502_j）。在该设备具有远程连接时，该数据库可由远程数据源540周期性地更新（例如，每天一次）。设备可查询可包括远程代理感测服务102的远程数据源540，然而，因为该设备的服务是在本地运行的，所以在使用本地服务时不需要因特网连接。这一方法还可用在移动电话或其他便携式设备上，在这些情况下，本地地理位置数据库可被认为是便携式地理位置数据库。

存在着用于实现允许空白频谱中的断开连接的操作的本地或便携式地理位置服务的各种方式。一种方式是在本地运行代理感测服务的一个实例，即，设备（例如504₁）使用任何适当的定位服务（例如，GPS或任何其他手段）来确定其自己的位置，由此经由其服务502₁，设备504₁向在该设备中运行的其自己的本地地理位置数据库508₁发起查询。随后计算适当的信号传播模型（例如，L-R地形数据）以确定当前位置处的可用空白频谱。

一个另选的实现提前预先计算这些位置（例如，在远程数据源540处），并将空白频谱可用性以相对大型的数据库的形式存储在空白频谱设备。给定查询，并非重新计算频谱可用性，设备504₁在其数据库508₁中执行查找以寻找对应的所存储的数据值。这一实现在查询等待时间和能量效率方面可更高效，但可能需要在设备上存储更多数据。

本地地理位置服务对相对静态且其规范不过度频繁地变化的主用户而言工作良好。在空白频谱的上下文中，本地地理位置服务因而对于不可能非常动态地变化的电视台而言将工作良好。然而，因为本地地理位置服务底层的数据没有非常频繁地更新，所以它可能不能够处理在各离散位置处并且在不可预知的时间出现和消失的高度动态地主用户，如无线话筒。

用于处理无线话筒（以及可能的其他高度动态的主用户）而仍然不需要在客户机设备上进行低阈值感测的解决方案是使用硬件设备，称为信标器设备550（图5）。信标器设备的一般目标是检测一个或多个无线话筒552（或其他主用户）并向邻近的空白频谱设备通知这一话筒/用户的存在。空白频谱设备还可彼此通知这一存在，和/或远程数据源可以直接检测或通过另一设备间接检测信标器设备的信号。

类似于图4的话筒更新器，在话筒552的附近采用信标器设备550（例如，通过简单地将它插入墙中）。在操作中，信标器设备550通过扫描适当的频谱并应用合适的话筒检测技术来监听无线话筒。这一，因为信标器在无线话筒的附近操作，并且因为信标器本身不使用与无线话筒相同的频谱来发射，所以信标器设备不必需要低阈值感测能力。信标器能够以相对高的感测阈值来检测话筒就足够了，这可显著地降低设计并制造这些设备的复杂度（以及成本）。

在信标器检测到无线话筒时，它周期性地发射信标信号；（注意，这不同于与远程服务102联系的话筒更新器，但具有既是话筒更新器也是信标器设备的设备是可行的）。发射这一信标信号的发射功率高于话筒功率，以确保即使远处的空白频谱设备也能检测到这一信标信号，而无需低阈值感测。此外，信标信号可以在频谱的具有更好的信号传播特性并且因此具有更长射程的不同部分中发射（通常是较低频率）。例如，信标器设备可以在较低频率VHF频带（它具有更大射程）发出无线话筒（它在UHF频带中操作）的存在的信号。这样，信标器设备的发射功率可能不必高于话筒功率，而信标器设备的信号仍然达到话筒的所需的大保护范围。信标信号包含（以编码的形式）频谱的哪一部分被无线话筒占用的信息。

在空白频谱设备检测到信标信号时，它获知它不能使用频谱的这一被用信号通知了的部分。如果它当前正在使用频谱的这一部分来操作，则它可停止发射或移至另一频道。

可以用若干方式使用用于检测话筒的已知技术（基于例如，通过采用匹配过滤，能量检测、或特征检测）来实现信标器。信标器可以“在带内”发射其信标，即，使用无线话筒也使用的同一电视频道（UHF）。因为话筒通常具有非常窄的发射（大约200kHz），所以有足够的空间供信标器设备在同一6MHz电视频道频谱中发射，而不与话筒的窄发射重叠。

或者，信标器可以在可用的某一其他频道上发射其信标信号。客户机设备随后需要“在带外”监听这一信标信号，即，客户机周期性地监听其他频道来查看是否存在它当前使用的频道的任何信标信号。例如，信标器设备可以在未使用的VHF频道上发射，因为VHF带没有用于无线话筒，并且不频繁（例如，每天）的更新通常足以确定哪些VHF频道是未使用的。

如在这一另选的体系结构中可以看到，每一客户机设备采用在连接到因特网时周期性地（例如，一天一次）同步（更新）的本地地理位置数据库。这确保该设备不干扰电视台（或其他静态主用户）。另外，为避免干扰动态主用户（话筒），信标器设备用信号通知这些话筒的存在。同样，在这一体系结构中，设备不需要低阈值感测。

如果只支持基于基础结构的网络，则只有基站需要监听信标器信号以用于话筒保护也是可能的。基站随后可按上述相同的方式将这一话筒信息推送给相关联的客户机。在这种情况下，客户机根本不需要任何感测能力。

在实践中，远程“在线”体系结构和基于本地地理位置服务和信标器设备的另选的本地“离线”体系结构的任意混合组合是可行的。例如，一些客户机可以使用在线体系结构，而其他客户机使用离线方法。客户机只要经由某一网关（例如，基站）连接到因特网就可以使用在线体系结构，并且在丢失连接的情况下自动切换到离线本地体系结构。信标器还可担当话筒更新器，例如既向空白频谱设备广播又向远程服务广播。

注意，移动节点可能不需要其本地地理位置服务的整个数据。例如，如果设备大约知道它要在下一天（或一般而言，下一更新时间段）内操作，则只有用于确定这些位置中的频谱可用性所需的数据需要被维护在本地地理位置服务本地。

结语

尽管本发明易于作出各种修改和替换构造，但其某些说明性实施例在附图中示出并在上面被详细地描述。然而应当了解，这不旨在将本发明限于所公开的具体形式，而是相反地，旨在覆盖落入本发明的精神和范围之内的所有修改、替换构造和等效方案。

Claims

1.一种在计算环境中的在至少一个处理器上执行的启用空白频谱网络的方法，包括：

确定许可用户的相对于一位置的发射机；

基于所述发射机来计算哪些空白频谱能供在所述位置周围的区域中使用，其中所述计算包括使用海拔数据；以及

散发标识能供在所述区域中使用的空白频谱的数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在客户机设备上接收所述数据并在所述空白频谱之一上操作无线网络。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定主用户的发射机包括访问与可能在所述区域中进行广播的电视台的一个或多个电视塔相对应的电视发射机数据并访问所述一个或多个电视塔与所述位置之间的海拔数据，并且其中确定主用户的发射机包括使用保护半径来避免干扰无线话筒。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算哪些空白频谱能供使用包括使用海拔数据和所述发射机的参数来确定信号衰减，或者其中确定所述信号衰减包括使用传播建模，或者其中计算哪些空白频谱能供使用包括使用海拔数据和所述发射机的参数来确定信号衰减并且其中确定所述信号衰减包括使用传播建模。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，使用传播建模包括访问相对高分辨率的海拔数据以供用于经由基于地形的传播建模来确定所述信号衰减，确定对于所述相对高分辨率的海拔数据而言传播建模是否返回误差，并且如果是，则访问较低分辨率数据以供用于经由基于地形的传播建模来确定所述信号衰减，并且其中使用传播建模包括确定对于所述较低分辨率的海拔数据而言传播建模是否返回误差，并且如果是，则使用不带基于地形的传播建模的传播模型。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括从基站输出信息，所述信息对应于所述区域内的各点的网格以及与这些点中的至少一些的频道相对应的可用性信息。

7.一种启用空白频谱网络的系统，包括用于提供地理位置服务的装置以及空白频谱设备，所述地理位置服务担当用于确定广播频谱的哪些部分是空白频谱的代理，所述地理位置服务部分地基于与电视塔参数相对应的数据和地形数据来确定所述空白频谱，所述空白频谱设备被耦合以从所述地理位置服务获取数据来确定空白频谱以通过空白频谱网络无线地传递数据。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述地理位置服务相对于所述空白频谱设备而言位于本地，或者其中所述地理位置服务位于所述空白频谱设备的远程并且其中所述地理位置服务还提供与在所述广播频谱中操作的至少一个无线话筒相对应的数据。

9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述地理位置服务接收来自话筒更新器设备的与在所述广播频谱中操作的至少一个无线话筒相对应的信息。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述地理位置服务确定主用户的相对于一位置的发射机，并且计算哪些空白频谱能供在所述位置周围的区域中使用。

11.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述地理位置服务通过查找所述空白频谱设备已经远程下载到数据库中的空白频谱来确定所述空白频谱，其中所下载的数据是由远程源部分地基于电视塔参数和地形数据来提供的。

12.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述地理位置服务接收来自信标器设备的与在所述广播频谱中操作的至少一个无线话筒相对应的信息。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述信标器设备在与所述无线话筒相同的广播频道中操作，或者在相对于所述无线话筒的带外频道上操作。

14.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述无线话筒在UHF频道上操作，并且其中所述信标器设备在VHF频道上操作。

15.一种启用空白频谱网络的方法，包括：

获取主用户在一区域内的相对于一位置的一个或多个发射机的集合；

对于每一发射机，确定该发射机是否是电视发射机，并且如果否，则应用固定的保护半径，并且如果是，则检索电视塔与所述位置之间的海拔数据；

对于每一发射机，使用任何海拔数据和该发射机的参数来确定信号衰减；以及

根据所述信号衰减来确定在所述位置处可用的一个或多个空白频谱的集合。