CN103503375A - 基站频谱分配 - Google Patents

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Abstract

各实施例包括允许空白基站请求供在局部区域中的空白传输的可用频率范围的过程、系统以及设备。空白寻找器服务使用与主用户设备的局部区域相关联的地形数据对该主用户设备的传输信号传播区域进行建模。空白寻找器服务还基于空白基站的位置和所建模的传播区域确定一个或多个局部可用的非干扰频率范围并将它们提供给空白基站。空白基站将所提供的频率范围与各策略进行比较并选择适应这些策略的可用频率中的一个或多个。空白基站还将传输频率范围映射到虚拟频率范围，以供采用频谱虚拟化的软件定义的无线电进行传输。

Description

基站频谱分配
背景技术
空白频带是分配给电视（TV）广播服务和无线话筒服务而没有用在局部地理区域中的频带。最近的联邦通信委员会（FCC）规定允许在美国对空白频带的未经许可的访问，只要这些访问不干扰TV和无线话筒传输（即，“现任”或“主用户”对这些频带的访问）。在将来，非美国司法管辖区也可能实现用于访问电视频带的类似规定。可用空白频带可具有可变的带宽，并且它们可以是非连续的和位置特定的。这些方面使得空白传输网络不同于常规无线传输网络。常规无线解决方案利用用于数据传输的硬件芯片。这样的硬件芯片受特定物理层和媒体访问控制协议以及特定传输频带的限制。硬编码协议不能利用非连续频带。此外，支持长程和短程空白传输两者需要多协议芯片或多个硬编码芯片。
发明内容
提供本发明内容是为了介绍将在以下详细描述中进一步描述的资源下载策略生成的简化概念。本发明内容并不旨在标识所要求保护的主题的必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在各实施例中，空白基站的频谱管理器请求并接收一个或多个可用频带以用于在该空白基站的局部区域中传输。频谱管理器将可用频带与一个或多个策略进行比较，如管理政策或技术要求，并选择可用频带中的与这些策略相匹配的一些或全部频带。频谱管理器还将可用频带映射到一个或多个虚拟频带，如以供采用频谱虚拟化的软件定义的无线电使用。空白基站的频谱虚拟化模块将呈现给无线协议的物理层的虚拟基带映射到与所选物理频带相关联的物理基带。在所选物理频带上传送无线协议的物理层根据虚拟频带调制的数据。
空白寻找器服务接收对可用频带的请求，并利用地形数据来对一个或多个主用户传输设备的传输可能在其中传播的区域进行建模。基于所建模的传播区域以及主用户传输设备所采用的位置和信道，空白寻找器服务选择不干扰主用户并且在空白基站的局部区域中可用的一个或多个频带。
附图说明
参考附图阐述具体实施方式。在附图中，附图标记最左边的数字标识该附图标记首次出现的附图。在不同附图中使用相同的附图标记指示相似或相同的项。
图1是可用来分配空白频谱以供空白基站传输的示例环境的示意图。
图2是示例空白基站的框图。
图3是示例空白寻找器服务的框图。
图4是示出空白基站进行的频率选择的示例过程的流程图。
图5是示出用于由空白寻找器服务确定位置特定的非干扰空白频率的示例过程的流程图。
图6示出空白基站的局部地理区域，以及它的传输信号的所建模的传播区域。
图7示出包括被配置成使用频谱虚拟化的基站和无线客户端的传输环境。
图8示出了在发送者和接收者之间的传输期间射频前端、频谱虚拟化层、以及物理层之间的交互工作。
图9示出了频谱虚拟化层体系结构的框图。
图10示出了被配置成将不同的无线传输协议映射到不同的无线电前端的频谱虚拟化层。
图11是示出用于将呼叫对接到频谱虚拟化层的示例过程的流程图。
图12是示出用于定时虚拟化的示例过程的流程图。
具体实施方式
概览
如上所述，空白频带的可用性是位置特定的。本公开因此包括用于至少基于空白基站的位置、管理政策和/或空白基站的传输要求来为空白基站分配空白频带的过程、系统以及设备。同样，如上所述，空白频率范围可以是非连续的和可变的。因而，各实施例利用软件定义的无线电来用于更灵活的空白传输。一些实施例可以利用微软
Figure BDA0000406866200000021
研究软件无线电（SORA）平台来实现软件定义的无线电。
在本公开的一个方面，空白寻找器服务向空白基站提供与可用空白频带有关的数据，该可用空白频带可被利用而不造成对主用户（如，电视发射机或经许可的无线话筒）的干扰。空白寻找器服务可以是能够向空白基站提供关于频谱可用性的位置特定信息的基于web的服务。与接近空白基站的主用户发射机的位置有关的信息与地形数据组合在一起，以确定一个或多个主用户发射机的无线传输可能传播的地理区域。基于所确定的地理传播区域以及空白基站的位置，空白寻找器服务确定可用空白频带以供空白基站使用。在各实施例中，可以使用各种传播模型之一（如Longley-Rice无线电信号传播模型）来对传播区域和干扰确定进行建模。空白寻找器服务选择不可能干扰主用户的空白频率范围。
在不使用地形数据和传播模型来确定主用户的信号传播区域的情况下，将必须作出传播区域的相对保守估计以合理地确信空白基站传输不干扰主用户。使用传播建模可增加空白设备能够在其中利用空白频带的地理区域的大小，而不牺牲空白频率传输的非干扰要求。这一般可增加空白频率传输的可用性。
在本公开的另一方面，空白基站的频谱管理器确定空白频谱的一个或多个物理传输频带以用于传输。频谱管理器从空白寻找器服务接收与一个或多个本地可用的非干扰空白频率传输带有关的信息。频谱管理器基于管理政策、传输的技术要求、以及可用传输带的特性来确定一个或多个物理传输频带中的哪些要被用于传输。
管理政策包括FCC或其他管理机构规章。管理政策的非限制性示例包括一天中的时间、可用性的持续时间、保护带要求、传输功率级限制、以及其他类型的策略。传输的技术要求可专用于被用来传输的无线传输协议。技术要求的非限制性示例包括带宽要求、传输功率要求、双工传输、单工传输等等。频谱管理器可将可用物理频带与技术要求进行比较并选择可用物理频带中的允许传输符合政策要求的一个或多个频带。
在本公开的又一方面，频谱管理器将一个或多个物理传输带（选择用于空白传输）映射到空白基站的无线传输协议所使用的一个或多个“虚拟”传输带。例如，空白基站可以采用常规无线传输协议（如Wi-Fi802.11协议套件内的各协议、基于码分多址（CDMA）的协议、基于载波侦听多址访问（CSMA）的协议、基于时分多址（TDMA）的协议、以及其他）或其组合。这些常规无线传输协议可不支持可变或非连续频率传输，并且这些常规无线传输协议可具有对与所选空白频带不同的特定频带的传输要求。一些实施例因此可利用通信模块来根据常规无线传输协议在“虚拟”频带上生成与这些频带相对应的已调制基带信号（即，虚拟基带信号）。各实施例还可利用频谱虚拟化层，如在本具体实施方式中其他部分描述的，来根据空白频谱中的所选物理频带将虚拟基带信号整形成物理基带信号以用于无线电传输。频谱管理器在选择了可用物理传输频带之后将该物理传输频带映射到虚拟频带。频谱虚拟化层实施该映射。
为支持虚拟频带到不同大小的物理传输带的映射，频谱虚拟化层使用虚拟时钟，使得无线协议可被用来以比与该无线协议所指定的固定频带相关联的速率更慢或更快的速率来进行传送。为支持虚拟频带到相同大小的物理频带的映射，虚拟时钟被用于一些而非全部实施例中。为支持虚拟频带到非连续物理传输带的映射，频谱虚拟化层采用将信号拆分以进行传输的拆分器和在接收期间组合接收到的信号的混合器。
各实施例还包括被配置成与无线基站（如空白基站）通信的无线客户端。无线客户端还可包括按与基站中的频谱虚拟化层相同或相似的方式操作的频谱虚拟化层。无线客户端的频谱管理器可被配置成将虚拟传输频带映射到一个或多个物理传输频带，并且无线客户端的频谱虚拟化层可被配置成实施这一映射。
虽然在本文中各实施例被描述为与“空白”传输、“空白”网络、“空白”基站以及“空白”客户端相关，但本公开的各实施例不限于空白环境。相反，各实施例包括可用于和/或可兼容各种动态频谱接入（DSA）网络中的任一个的传输、网络、基站、环境以及客户端。为讨论起见，各实施例引用“空白”联网，并且这些引用不应被以限制性的方式来对待。
本文所描述的过程、系统和设备可以按多种方式实现。各示例的实现在下文中参考以下附图来提供。
用于频率分配的示例环境
图1是可用来分配频谱（如空白频谱）以供基站（如空白基站）传输的示例环境100的示意图。环境100可包括空白基站102和空白寻找器服务104。空白基站102可被实现在能够实现空白基站的各种合适的计算设备类型上。一个或多个合适的计算设备可包括以下或其一部分：一个或多个个人计算机、服务器、服务器场、数据中心、及其组合、或能够储存和执行空白基站服务的全部或部分的任何其他计算设备。
另外，空白寻找器服务104还可被实现在能够实现空白寻找器服务的各种合适的计算设备类型上。一个或多个合适的计算设备可包括以下或其一部分：一个或多个个人计算机、服务器、服务器场、数据中心、及其组合、或能够储存和执行空白寻找器服务的全部或部分的任何其他计算设备。
通信网络106可包括因特网、广域网、局域网、个域网、其组合等的一个或多个，这些网络的任一个或外部可以是接线的和/或无线的。空白基站102和空白寻找器服务104可使用各种通信连接和协议来耦合到通信网络106。
在图1的说明性示例中，空白基站102包括用户模式软件服务108、内核软件服务110以及无线电硬件112。用户模式软件服务108包括具有可用性模块116的频谱管理器114。可用性模块116被配置成向空白寻找器服务104或无线电硬件112请求并从中接收与局部可用的非干扰空白频带有关的数据。频谱管理器114包括策略模块118，策略模块118具有一个或多个策略，如管理政策和空白基站的无线传输的技术要求。这些策略中的一些或全部可以是或可以不是从空白寻找器服务104或另一服务接收到的。管理政策的非限制性示例包括保护带要求、功率掩膜要求、空白频带可用的时间、可接受的传输功率级范围等等。技术要求可包括空白基站102所采用的一个或多个无线协议所指定的要求。这些无线协议规范要求的非限制性示例包括单载波或多载波调制要求、功率传输级要求、双工/单工传输要求、可变上传/下载传输要求等等。
决策模块120——也在频谱管理器114中——被配置成将可用性模块116接收到的一个或多个可用物理传输频带与策略模块118的各策略进行比较，并且根据这些策略选择该一个或多个物理传输频带中适于传输的各频带。在一个非限制性示例中，策略模块118可包括1兆赫兹带宽的技术要求和包括100千赫兹保护带的管理政策要求。决策模块120可选择可用物理传输频带中满足这些策略要求的一个或多个频带。决策模块120可选择满足这些策略要求的两个或更多个非连续的可用物理传输频带。
用户模式软件服务108可包括被配置成向无线客户端提供诸如地理位置服务和web高速缓存等通用基站服务的基站服务122、被配置成控制用户接入权限和连接性的接入连接管理器124、以及被配置成提供空白基站102的安全服务（如接入控制列表、认证、无线加密等）的安全管理器126。
内核软件服务110包括被配置成提供软件无线电服务的通信模块128。通信模块128包括被配置成向一个或多个无线传输协议132-M提供频谱虚拟化服务的频谱虚拟化模块130。无线传输协议132-M可包括与无线传输协议132-M一起使用的媒体访问控制（MACM）层和物理层（PHYM）。
无线电硬件112可被实现成空白无线电前端板或其他无线电硬件。这样的硬件可以是例如来自Ettus Research有限公司的WBX。无线电硬件112可包括一个或多个无线电收发机134-N和感测硬件136。一个或多个无线电收发机134-N可包括无线电前端，无线电前端可包括模拟无线电传输和接收电路、天线、模数转换器（ADC）电路、以及数模转换器（DAC）电路。根据各实施例，感测硬件136可被配置成探测和/或感测一个或多个物理传输频带的可用性。在一些实施例中，可用性模块116被配置成向感测硬件136查询可用频带。感测硬件136可以是与一个或多个无线电收发机134-N类似的无线电收发机。在替换实施例中，单个无线电收发机被配置成担当收发机和感测硬件两者。无线电硬件112的各方面可被重新配置成在各频率上传送，如覆盖TV频带的频率。
频谱虚拟化模块130被配置成执行数字调制。在常规无线传输中，数字调制将二进制序列（即，比特流）映射到数字波形样本片段（称为码元）。在接收机处，码元被解调以取回所嵌入的二进制信息。基带信号不适于直接传送；因而RF前端被配置成将数字基带样本转换成高频模拟无线电信号以用于传输。接收RF前端选择所需射频信号、将该信号进行降频变换、并将它们数字化成数字基带信号。
参考开放系统互连模型（OSI模型），PHY层类似于层1协议且MAC层类似于层2协议。频谱虚拟化模块可以认为在OSI模型的“0.5”层处实现了频谱虚拟化层。
一个或多个无线传输协议132-M可以是常规协议。如上所述，常规无线传输协议可能不兼容空白频带并且可能不兼容可变或非连续频带。一个或多个无线传输协议132-M的PHY层在可与所选空白频带不同的固定无线频带上调制基带信号以用于传输。频谱虚拟化模块130将这些固定无线频带当作“虚拟”频带，并且将PHY层所调制的基带信号当作“虚拟”基带信号，因为空白基站102实际上不在PHY层的固定无线频率上传送。频谱虚拟化模块130改为将已根据虚拟频带调制的虚拟基带信号重新整形成用于在物理空白传输带上传输的物理基带信号。
频谱虚拟化模块130可被认为向一个或多个无线传输协议132-M呈现“虚拟基带”。在传输期间，频谱虚拟化模块130截取虚拟基带信号并执行虚拟基带信号的实时重新整形，以使得PHY层的虚拟基带映射到物理传输频带。在接收期间，频谱虚拟化模块130截取接收到的物理基带信号并执行逆重新整形以创建用于传递给PHY层的虚拟基带信号。在各实施例中，频谱虚拟化模块130实施频谱管理器114所提供的频谱映射并允许空白基站102利用常规PHY设计而无需修改PHY标准。
如上所述，可用性模块116可以请求可用物理传输频带的列表。这一请求可经由通信网络106发送到空白寻找器服务104。空白寻找器服务104包括被配置成接收该请求的接收模块138。该请求可伴有空白基站102的位置。空白寻找器服务104中的传播模块140被配置成基于接近空白基站102的主频谱用户（如电视信号发射机或经许可的无线话筒用户）和接近该位置的物理区域的地形数据，确定来自主频谱用户的传输可能在其中传播的地理区域。干扰确定模块142被配置成基于传播区域和空白基站102的位置来确定空白基站102的传输是否将可能干扰一个或多个主用户设备的传输。基于干扰确定的结果，发送模块144被配置成向空白基站102发送可供空白基站102使用的一个或多个局部可用的非干扰物理传输频带。或者，发送模块144可以提供指示不可供空白基站102使用的物理传输频带的数据。发送模块144还可发送供决策模块120在选择传输频带时使用的一个或多个策略，如管理政策。发送模块144还可发送附加信息，如对在基站处最有益地使用的频带的推荐。
一些实施例可以允许主用户主动提供它们的频谱以供用于空白传输。这些主用户可以将它们的频谱添加到空白寻找器数据库。撤消模块146被配置成从主用户接收对主动提供的频谱的撤消并将该撤消发送到空白基站102。在接收到正在使用的频带的撤消之后，决策模块120被配置成选择物理频带中的新频带来用于传输。
传播模块140和干扰确定模块142一起确定可由空白基站102用来进行非干扰传输的一个或多个物理传输频带。在各实施例中，可以使用各种传播模型之一（如Longley-Rice无线电信号传播模型）来对传播区域和干扰确定进行建模。
地理区域小地图148示出了空白基站102的位置（在地理区域小地图148中标记为“BS”）连同主用户传输设备的位置（在图1中示为“TR”）以及各物理特征，如山、建筑物、以及湖。阴影区域150示出了来自TR 152的传输可能在其中传播的区域。干扰确定模块142被配置成确定空白基站102可在什么频率上传送以避免干扰主用户TR。在地理区域小地图148中示出的说明性示例中，空白基站102处于传播区域150内，但处于与TR 154相关联的另一传输传播区域之外。因而，干扰确定模块142可以确定空白基站102被允许使用TR 154所用的频率来传送，而不使用TR 152所用的频率。这可能防止空白基站102干扰TR 152的传输——即使空白基站102处于所建模的传播区域150内——因为TR 152和空白基站102将使用不同的频率。这还可能防止空白基站102干扰TR 154——即使空白基站102使用与TR 154相同的频率——因为空白基站102处于与TR 154相关联的所建模的传播区域之外。传播模块140可以基于地形数据（如湖和山的存在）来确定传播区域150。例如，山可遮蔽来自TR 152的传输并且因此例如减小了传播区域150的大小。
示例空白基站
图2是示例空白基站200的框图。空白基站200可被配置成能够实现基站服务的任何合适的计算设备。根据各非限制示例，合适的计算设备可包括：个人计算机（PC）、服务器、服务器场、数据中心、及其组合、或能够储存和执行空白基站服务的全部或部分的任何其他计算设备。
在一个示例配置中，空白基站200包括一个或多个处理器202和存储器204。空白基站200还可包含允许与各设备（如空白寻找器服务104，如图1中所描述的）进行通信的通信连接206。空白基站200还可包括通信上耦合于处理器202和存储器204的一个或多个输入设备208和一个或多个输出设备210，输入设备如键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备等等，输出设备如显示器、扬声器、打印机等等。
空白基站200包括无线电硬件212。无线电硬件212可被实现成空白无线电前端板或其他无线电硬件。无线电硬件212包括一个或多个无线电收发机214，无线电收发机214包括射频（RF）前端216和天线218。无线电硬件212可通信耦合到处理器202和存储器204。感测硬件220包括感测RF前端222和感测天线224。感测硬件220可被配置成探测和/或感测可用物理频带，如通过寻找TV信号。感测RF前端222和感测天线224可以与RF前端216和天线218相同或不同。
存储器204可以存储可在处理器202上加载并执行的程序指令以及在执行这些程序期间生成的数据。在所示示例中，存储器204存储操作系统226、用户模式软件服务228、以及内核230（它可以是操作系统226的一部分）。操作系统226提供空白基站200的基本系统功能，并且尤其提供空白基站200的其他程序和模块的操作。用户模式软件服务228包括频谱管理器232、被配置成向无线客户端提供诸如地理位置服务和web高速缓存等无线传输服务的基站服务234、被配置成控制用户接入权限和连接性的接入连接管理器236、以及被配置成提供空白基站200的安全服务（如接入控制列表、认证、无线加密等）的安全管理器238。
内核230包括通信模块240。通信模块240包括被配置成与无线电硬件212对接以将无线电信号传送给一个或多个客户端设备的频谱虚拟化模块242。频谱虚拟化模块242还被配置成与一个或多个无线传输协议244-M对接，每一无线传输协议包括MAC-M层和PHY-M层。如参考图1所描述的，例如，频谱虚拟化层242被配置成向无线传输协议244-M的PHY层呈现虚拟基带、将传出虚拟基带信号整形成用于在无线电硬件212上传输的物理基带信号、以及将传入的物理基带信号逆整形以供PHY层处理。这允许将常规PHY协议用于空白传输而无需修改。
频谱管理器232包括被配置成请求并接收与可用空白物理传输频带有关的信息的可用性模块246。可用性模块246可被配置成向感测硬件220和/或空白寻找器服务之一或两者查询可用频带。频谱管理器232还包括包含诸如管理政策或传输要求等一个或多个策略的策略模块248。管理政策的非限制性示例包括保护带要求、功率掩膜要求、空白频带可用的时间、可接受的传输功率级范围等等。
策略模块248中的传输要求可包括各种标准、协议、规范等所指定的要求。无线协议规范传输要求的非限制性示例包括带宽要求、单载波或多载波调制要求、传输功率级要求、双工/单工传输要求、可变上传/下载传输要求等等。
频谱管理器232还包括可被配置成将可用物理传输频带与策略模块248中的策略（如管理政策和/或传输要求）进行比较以选择局部可用的非干扰物理传输频带中的将允许空白基站200符合这些策略的合适的频带的决策模块250。决策模块250还被配置成将可用物理传输频带中的所选频带映射到频谱虚拟化模块242和无线传输协议244所采用的虚拟频带。决策模块250被配置成基于这些策略与可用物理传输频带的比较来作出该选择。例如，决策模块250可以在选择可用物理传输频带中的用于供空白基站200传输的频带时考虑无线传输协议244的带宽要求和管理政策的保护带要求。
在各实施例中，决策模块250被配置成将所选物理频带中的多个频带映射到单个虚拟频带。这可例如在没有单个频带可用于满足无线传输协议244-M中的一个或多个的带宽或其他要求的情况下发生。所选物理频带中的多个频带可能是不连续的物理频带。决策模块250还可将单个物理频带映射到一个或多个虚拟频带。决策模块250可被配置成将与无线传输协议244-M中的多个协议相关联的虚拟频带映射到一个或多个物理传输频带。这允许空白基站200支持利用无线传输协议244-M中的不同的各个协议向多个空白客户端的多个同时空白传输。无线电收发机214中的一个或多个可被用来执行多个同时传输。一些实施例可具有不同数量的无线电收发机214和无线传输协议244。或换言之，N（无线电收发机的数量）不一定等于M（通信模块240所支持的无线传输协议的数量）。
如上所述，可用性模块246可将空白基站200的位置转发给服务，如空白寻找器服务。空白基站200的位置可通过位置硬件252来确定，位置硬件252可操作耦合到处理器202和存储器204。位置硬件252的非限制性示例包括全球定位系统（GPS）接收机、蜂窝电话接收机、或其他。或者，可用性模块246可被配置成转发手动地配置的位置信息。这样的手动地配置的位置信息可包括诸如经度和纬度或其他坐标类型等坐标、空白基站被部署的地址、或其他位置信息。在其他替换实施例中，可用性模块246可被配置成将空白基站200的标识符（如IP地址、唯一标识号、MAC地址或其他）发送给空白寻找器服务。空白寻找器服务可被配置成基于该唯一标识符（如空白基站200的位置先前被提供给空白寻找器服务）来确定空白基站200的位置。
虽然空白基站200已被描述为采用空白联网，但根据各实施例的基站也可采用其他DSA联网类型。
示例空白寻找器服务
图3是示例空白寻找器服务300的框图。空白寻找器服务300可被配置成能够实现空白寻找器服务的任何合适的计算设备。根据各非限制性示例，合适的计算设备可包括：个人计算机（PC）、服务器、服务器场、数据中心、及其组合、或能够储存和执行空白寻找器服务的全部或部分的任何其他计算设备。空白寻找器服务300可被实现成活动服务器页（ASP）.NET web服务。
在一个示例配置中，空白寻找器服务包括一个或多个处理器302和存储器304。空白寻找器服务300还包括允许与诸如例如空白基站等各设备进行通信的通信连接306。空白寻找器服务300还可包括通信上耦合于处理器302和存储器304的一个或多个输入设备308和一个或多个输出设备310，输入设备如键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备等等，输出设备如显示器、扬声器、打印机等等。
存储器304可以存储可在处理器302上加载并执行的程序指令以及在执行这些程序期间生成的数据。在所示示例中，存储器304存储操作系统312，操作系统提供了空白寻找器服务300的基本系统功能，且尤其提供空白寻找器服务300的其他程序和模块的操作。
存储器304包括被配置成从一个或多个空白基站接收空白基站的位置信息连同对用于空白基站的无线传输的可用物理频带的请求的接收模块314。传播模块316被配置成确定一个或多个主用户的无线传输可能在其中传播的一个或多个地理区域。这一确定至少基于与接近空白基站的一个或多个主用户（如电视发射机或经许可的无线话筒用户）的位置相关联的地形数据318。干扰确定模块320被配置成基于空白基站的位置和所建模的地理传播区域来确定将允许空白基站在其局部区域中传送非干扰信号的一个或多个局部可用的非干扰传输频率范围。例如，如果空白基站处于特定主用户的所建模的传输传播区域内，则干扰确定模块320可确定如果该空白基站要在与该特定主用户相同的频率上传送则该空白基站会干扰该特定主用户。干扰确定模块320被配置成从频道数据324中选择非干扰传输频率范围。在各实施例中，可以使用各种传播模型之一（如Longley-Rice无线电信号传播模型）来对传播区域和干扰确定进行建模。发送模块326被配置成向次无线设备传送指示一个或多个可用传输频率范围的数据。这样的数据可以是频率范围、中心频率和带宽、信道标识符，等等。
各实施例可以支持主用户主动提供频谱来用于空白传输。主动模块328被配置成接收来自捐献者的主动频谱捐献并使得该频谱对空白寻找器服务300可用，如通过将主动提供的频谱添加到频道数据324。这样的频谱可以是电视传输频谱或其他频谱。撤消模块330被配置成接收对主动提供的频谱的撤消以及将对一个或多个物理传输频带的撤消转发给空白基站。
虽然空白寻找器服务300被描述为提供可用“空白”频带，但根据各实施例的寻找器服务还可提供可由其他DSA联网类型使用的频带的列表。
位置信息的使用
如上所述，空白基站（如图1中示出的空白基站102或图2中示出的空白基站200）的位置信息可被用来确定用于空白传输的一个或多个频率范围。维护隐私信息是重要的。因此，一些实施例采取适当的步骤来确保个人不会被根据他或她的位置信息来标识出。例如，任何个人标识信息（如姓名、用户名、口令、社会保险号、账户号等等）可从空白基站所发送的可用空白请求中省略。此外，空白寻找器服务——如图1中示出的空白寻找器服务104和图3中示出的空白寻找器服务300——可被保存在安全位置并且使用适当的措施（如加密和网络接入控制）被保护免受未经授权的访问。位置信息也可例行地清除。此外，可向用户提供正在传送其位置信息连同与将如何使用其位置信息有关的信息的通知。此外，可允许用户提供选择加入或选择不加入承诺。在选择加入承诺的情况下，用户在他或她的位置信息被使用或传送之前采取肯定动作。在选择不加入承诺的情况下，用户在他或她的位置数据被收集、传送、或使用之前采取阻止使用或传输该数据的肯定动作。
空白基站进行的频率选择的示例过程
图4是示出空白基站进行的频率选择的示例过程的流程图。图4的过程可以（但可以不）在图1的环境100中和/或使用图2的空白基站200来实现。图4中示出的过程的一些部分可由计算机可执行指令来实现。一般而言，计算机可执行指令可包括执行特定功能或实现特定的抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、过程、模块、功能等。这些过程还能在其中功能由通过通信网络链接的远程处理设备执行的分布式计算环境中实现。在分布式计算环境中，计算机可执行指令可以位于包括存储器存储设备在内的本地和/或远程计算机存储介质中。
这些示例性过程被示出为逻辑流程图中框的集合，这表示可用硬件、软件、固件、或其组合来实现的一系列操作。描述各过程的次序并不旨在解释为限制，并且任何数量的所述过程框都可以按任何次序组合以根据本发明的各个实施例实现该过程或实现替换过程。另外，可从过程中省略各个框，而不背离此处所述的主题的精神和范围。在软件上下文中，各个框表示当由一个或多个处理器执行时完成既定操作的一个或多个计算机指令。
回头参考图4，过程400包括由空白设备接收在该空白设备的位置处可用的一个或多个非干扰物理传输频率范围，框402。空白基站可将可用物理传输频率范围与一个或多个策略进行比较，框404。这样的策略可包括无线传输协议的要求或与该物理传输频率范围相关联的管理要求。策略的非限制性示例包括保护带要求、功率掩膜要求、无线传输协议的带宽要求中的一个或多个、单载波或多载波调制要求、传输功率掩膜、双工或单工传输要求、可变上传和下载带宽要求等等。空白基站基于该比较来选择可用物理传输频率范围中的一些或全部，框406。空白基站将所选物理传输频率范围映射到无线传输协议的一个或多个虚拟传输频率范围，框408。
在传输期间，与无线传输协议相关联的PHY层可在根据该无线传输协议的虚拟频率范围的虚拟基带上调制数据流，框410。虚拟频率范围可以是无线传输协议所设置或确立来用于根据该无线传输协议进行无线传输的若干频率范围之一。
空白基站的频谱虚拟化模块可以根据所选物理传输频率范围将虚拟基带信号整形以创建物理基带信号，框412。空白基站的无线电硬件可根据物理基带信号来传送射频信号，框414。这样的传输可包括将物理基带信号数模转换（DAC）成模拟信号以供无线电硬件传输。
在从空白客户端设备接收空白传输期间，无线电硬件可在所选物理传输频率范围上接收射频信号，框416。无线电硬件可执行接收到的射频信号的模数转换（ADC）以生成物理基带信号，框418。空白基站的频谱虚拟化模块根据虚拟频率范围将接收到的物理基带信号逆整形成虚拟基带信号，框420。虚拟基带信号随后被无线传输协议PHY层解调，框422。PHY层提取底层数字信息并将该数字信息传递给协议栈的较高层。
正在进行的传输和接收可按此方式继续进行，直至接收到对所选物理传输频率范围中的一个或多个的撤消，框424。一旦接收到撤消，空白设备的频谱管理器的可用性模块就请求并接收可用物理传输频率范围的新列表，框402。或者，空白设备的决策模块可选择先前接收到的可用物理传输频率范围的列表的尚未被撤消的另一个，框404。
通过选择物理传输频率范围并将其映射到虚拟频率范围，空白设备遵守空白传输的非干扰原则。在各实施例中，空白寻找器服务提供可用且非干扰空白频率范围的列表以供空白基站使用，如在下节描述的。
空白寻找器服务进行的非干扰频率的位置特定的确定的示例过程
图5是示出用于由空白寻找器服务确定位置特定的非干扰空白频率范围的示例过程的流程图。图5的过程可以（但可以不）在图1的环境100中和/或使用图3的空白寻找器服务200来实现。图5中示出的过程的一些部分可由计算机可执行指令来实现。一般而言，计算机可执行指令可包括执行特定功能或实现特定的抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、过程、模块、功能等。这些过程还能在其中功能由通过通信网络链接的远程处理设备执行的分布式计算环境中实现。在分布式计算环境中，计算机可执行指令可以位于包括存储器存储设备在内的本地和/或远程计算机存储介质中。
这些示例性过程被示出为逻辑流程图中框的集合，这表示可用硬件、软件、固件、或其组合来实现的一系列操作。描述各过程的次序并不旨在解释为限制，并且任何数量的所述过程框都可以按任何次序组合以根据本发明的各个实施例实现该过程或实现替换过程。另外，可从过程中省略各个框，而不背离此处所述的主题的精神和范围。在软件上下文中，各个框表示当由一个或多个处理器执行时完成既定操作的一个或多个计算机指令。
回头参考图5，过程500包括接收指示要在空白寻找器服务所覆盖的一个或多个区域中可用的频谱的主动捐献的消息，框502。接收模块从空白基站接收对可用物理传输频率范围的请求，框504。该请求可伴有空白基站的位置信息，框506。或者，空白基站的标识符可伴随该请求，且空白寻找器服务可基于该标识符来检索先前存储的与该空白基站的位置有关的信息，该信息可以是纬度和经度、全球定位系统坐标、街道地址或其他位置信息的形式。该标识符可包括IP地址、唯一标识号、电子邮件地址、或MAC地址、或其他标识信息。
空白寻找器服务可检索与空白基站的位置相关联的地形数据，框508。空白寻找器服务基于传播建模和一个或多个主用户（如电视信号发射机）的位置来确定主用户的传输可能在其中传播的地理区域，框510。空白寻找器服务将基于空白基站的位置来确定空白基站传输是否可能会干扰主用户传输设备，框512。例如，如果空白基站位于特定主用户的传播区域内，则空白寻找器可确定如果该空白基站要在与该特定主用户相同的频率上传送则该空白基站可能干扰该特定主用户。一个或多个非干扰物理传输频率范围被确定并被发送到空白基站，框514。例如，如果空白基站位于特定主用户的传播区域内，则空白寻找器可确定允许空白基站在除该特定主用户在其上传送的频率范围之外的其他频率上传送。
如上所述，空白寻找器服务可被配置成接受频谱的持有者、获许可者、或所有者对这些频谱的主动提供，以供一个或多个地理区域中的空白传输使用。这样的主动提供可以限于，诸如例如一天中的某些时间、某持续时间、某些日期等等。空白寻找器服务因而可确定限制（如到期时间）是否已过去，框516。如果是，则向空白基站发送对物理传输频率范围的撤消，框518。
同样，频谱的持有者、获许可者、或所有者可撤消一个或多个地理区域中该频谱的使用，框520，从而向空白寻找器服务提示向空白基站传送撤消。
虽然过程500被描述为提供可用“空白”频带，但各实施例还可提供可由其他DSA联网类型使用的频带的列表。
地形数据和传播建模图示
图6示出空白基站的局部地理区域，以及它的传输信号的所建模的传播区域的可视描绘。如上所述，空白寻找器服务对空白基站的局部区域内的一个或多个主用户发射机的传播区域进行建模。这被完成以确定空白基站的传输是否可能会干扰主用户发射机。这样的建模可作为数字表示存在于空白寻找器服务的存储器内。如此，空白寻找器服务不必（虽然它可以）生成和显示图6中示出的所建模的传播区域的可视描绘。本文呈现图6主要是为了说明起见。
参考图6，地形图600示出了接近空白基站602的局部地理区域。如上所述，空白寻找器服务可接收与空白基站602的位置有关的位置信息并利用地形数据来确定空白基站的传输信号是否可能干扰主用户。在图6中示出的说明性示例中，地形数据可指示山604、树木606、以及建筑物608的存在。基于这些和其他地形特征，空白寻找器服务的传播模块可以确定来自各主用户设备的传输信号可能在其中传播的传播区域。山604、树木606以及建筑物608可在特定方向上缩短传输信号的距离。
各主用户传输设备610-616存在于地形图600上，并且接近空白基站602。它们之一（主用户传输设备616）连同传播区域610被示出，传播区域610是基于例如山604、树木606以及建筑物608的存在，来自主用户传输设备616的传输可能传播的地理区域，如使用传播建模确定的。因而，空白寻找器服务可以选择主用户传输设备616未使用的物理传输频率范围来用于空白基站602的空白传输。因此，即使空白基站602处于传播区域610内，空白基站602的传输也可被确定为不干扰主用户传输设备616，因为这两者利用不同的频率范围。同时，可向空白基站602提供也由主用户传输设备610、612和/或614使用的频率范围（或没有被主用户传输设备中的任一个使用的其他频率范围）。空白基站602可被确定为足够不可能干扰来自主用户传输设备610、612和614的传输——即使空白基站602利用与这些设备相同的传输频率——因为空白基站602不在这些设备的所建模的传输传播区域内。
频谱虚拟化环境
图7示出包括被配置成使用频谱虚拟化的基站和无线客户端的传输环境。传输环境700包括基站702、无线客户端704、以及无线客户端706。基站702可以与图1中的空白基站102和/或图2中的空白基站200相同或不同。基站702可被实现在能够实现基站的各种合适计算设备类型上。一个或多个合适计算设备可包括以下或其一部分：一个或多个个人计算机、服务器、服务器场、数据中心、及其组合、或能够储存和执行基站服务的全部或部分的任何其他计算设备。基站702的各部分还可被实现成硬件逻辑，如专用集成电路（ASIC）或各种可编程或可重新编程处理器类型（如现场可编程门阵列（FPGA））之一。
无线客户端704和无线客户端706可被实现在能够实现无线客户端的各种合适的计算设备类型上。一个或多个合适计算设备可包括以下或其一部分：一个或多个个人计算机、服务器、服务器场、数据中心、及其组合、或能够储存和执行无线客户端的全部或部分的任何其他计算设备。无线客户端704和706的各部分可被实现成硬件逻辑，如专用集成电路（ASIC）或各种可编程或可重新编程处理器类型（如现场可编程门阵列（FPGA））之一。
基站702包括存储器708和一个或多个处理器710。存储器708可以存储可在处理器710上加载并执行的程序指令以及在执行这些程序期间生成的数据。基站702还包括无线电硬件712，无线电硬件712可包括射频（RF）前端和天线。
存储器708包括无线协议714-A和714-B。无线协议714-A包括MAC-A和PHY-A，且无线协议714-B包括MAC-B和PHY-B。无线协议714-A和714-B的非限制性示例包括Wi-Fi802.11协议套件内的各协议、以及ZigBee。
存储器708还包括被配置成实现频谱虚拟化层的频谱虚拟化模块716。频谱虚拟化模块716尤其被配置成将虚拟频带映射到物理频带并在无线电硬件712和无线协议714-A和714-B之间对接。
无线客户端704包括存储器718和一个或多个处理器720。存储器718可以存储可在处理器720上加载并执行的程序指令以及在执行这些程序期间生成的数据。无线客户端704还包括无线电硬件722，无线电硬件712可包括射频（RF）前端和天线。
存储器718包括用于与基站702通信的无线协议714-A。存储器718还包括被配置成实现频谱虚拟化层的频谱虚拟化模块724。频谱虚拟化模块724尤其被配置成将虚拟频带映射到物理频带并在无线电硬件722和无线协议714-A之间对接。
无线客户端706包括存储器726和一个或多个处理器728。存储器726可以存储可在处理器728上加载并执行的程序指令以及在执行这些程序期间生成的数据。无线客户端706还包括无线电硬件730，无线电硬件730可包括射频（RF）前端和天线。
存储器726包括用于与基站702通信的无线协议714-B。存储器726还包括被配置成实现频谱虚拟化层的频谱虚拟化模块732。频谱虚拟化模块732尤其被配置成将虚拟频带映射到物理频带并在无线电硬件730和无线协议714-B之间对接。
与常规无线系统相反——其中PHY层与RF前端直接对接——本公开的各实施例采用频谱虚拟化模块（如图7中的频谱虚拟化模块716、724以及732）来创建PHY层与RF前端之间的中间接口。这一接口可被认为如开放系统互连（OSI）模型的0.5层，直接在1层（物理层，本文中简写为“PHY”）之下。对OSI模型以及OSI模型内的各层的引用不意味着暗示各实施例只兼容符合OSI模型的有线或无线传输协议。相反，OSI模型及其各层在本文中是出于讨论的目的来引用的。
在向无线客户端704传送时，基站702的频谱虚拟化模块716被配置成接受通过无线协议714-A调制的虚拟基带信号，对该已调制虚拟基带信号进行整形，以及根据频谱映射将它们映射到物理基带。频谱虚拟化模块716被配置成将经整形的和经映射的已调制信号传递给无线电硬件712以作为模拟信号在物理频谱上传输到无线客户端704。
无线客户端704的无线电硬件722被配置成选择该物理频谱，接收所传送的模拟信号，将它们数字化，并将它们传递给频谱虚拟化模块724。频谱虚拟化模块724被配置成将已调制物理基带信号逆整形并映射到已调制虚拟基带信号。无线客户端704的无线协议714-A接受经逆整形的已调制虚拟基带信号，解调它们，并提取其中包含的数字数据以供协议栈的较高层处理。
无线客户端706被配置成执行与无线客户端704被配置成执行的功能类似的功能。但无线客户端706采用无线协议714-B而非无线协议714-A。在替换实施例中，不同的无线客户端可以利用相同的无线协议，且不同的无线客户端可以利用彼此相同的物理传输带。
频谱虚拟化概览
本公开的各实施例从动态频谱接入（DSA）网络中动态变化的物理频谱分配中“虚拟化”出不变的频带。（空白网络是DSA网络的示例）。本公开的各实施例支持各种无线PHY协议，而不必改变这些各种无线PHY协议的设计。各实施例通过使用逻辑上处于无线PHY层之下的频谱虚拟化层以执行PHY层所输出的基带信号上的基带处理来实现这一点。频谱虚拟化层截取并重写在PHY层所呈现的基带与射频（RF）前端硬件之间传递的数字信号——在发送和接收两个方向上——以隐藏DSA网络的动态变化的频谱分配并创建从PHY协议的观点看固定的频谱的效果。
接下来，将描述常规无线电收发机和常规无线协议PHY层。此后将描述根据各实施例的频谱虚拟化层如何与PHY层和无线电收发机对接。
常规无线电收发机包括射频（RF）前端和基带处理单元。在常规无线电设计中，基带处理一般在数字域中用数字信号采样来执行，并且RF前端主要包含模拟无线电电路。因此，模数转换（ADC）和数模转换（DAC）形成常规基带单元与RF前端之间的对接的性质。常规基带单元对各信息位执行数字基带调制以创建数字基带波形，且反之亦然。数字调制将二进制序列映射成数字波形样本段。这些段被称为码元。在接收机侧，码元被解调以取回所嵌入的二进制信息。RF前端将数字基带信号（码元）转换成模拟无线电信号并传送它们。在接收期间，RF前端选择射频信号、将该信号进行降频变换、并将这些信号数字化成数字基带样本。
不同的常规无线PHY协议使用不同的调制技术。一般而言，基带调制可被分类成单载波调制（SCM）和多载波调制（MCM）。ZigBee、802.11b以及宽带码分多址（WCDMA）是单载波系统的示例。诸如802.11a/g和长期演进（LTE）等各种高速无线系统使用多载波调制。除了可通过它们的调制技术进行分类外，常规无线PHY协议还可通过它们如何处理多径衰落来进行分类。例如，rake接收机通常被用于所传播的SCM信号。但利用MCM的协议通常依赖于循环前缀（CP）来消除多径衰落的影响。各常规无线PHY设计选择中的基本折中——如MCM对SCM以及Rake接收机对CP——使得单个PHY层协议不可能被适用于所有无线应用。
根据本公开的各实施例，频谱虚拟化层是在DSA网络中支持多个常规PHY层以维持各无线传输频带的灵活性的一种方式。现在将描述根据各实施例的频谱虚拟化层和射频前端之间的交互工作。
图8示出了在发送者和接收者之间的传输期间射频前端、频谱虚拟化层、以及物理层之间的交互工作。传输800处于发送者802和接收者804之间。发送者802和接收者804两者都采用无线PHY协议806，它可以是诸如在本具体实施方式中描述的各种PHY协议之一。发送者802和/或接收者804还可采用一个或多个其他PHY协议。发送者802可以是基站（如图7中的基站702）、无线客户端（如图7中的无线客户端704和706）、或其他设备类型。发送者802采用RF前端808，且接收者804采用RF前端810。发送者802采用频谱虚拟化层（SVL）812，且接收者804采用SVL 814。
参考发送者802，SVL 812将与“虚拟”频带或频谱相关联的虚拟基带映射到与物理频带或频谱相关联的一个或多个物理基带（在图8中示为“物理基带”）。虚拟频带可以是PHY 806指定的固定频谱（或若干固定频谱之一），而物理基带可根据若干动态分配的频带之一，如在空白网络中或更一般而言DSA网络中。SVL 812被配置成将虚拟基带信号映射并整形成一个或多个物理基带信号。RF前端808被配置成将数字物理基带信号转换成模拟信号，并在一个或多个天线（未示出）上传送它们。
接收者804的RF前端810被配置成接收RF前端808所传送的模拟信号并将它们转换成数字样本以形成一个或多个物理基带。SVL 814被配置成在将物理基带信号传递给接收者804的PHY 806之前，将它们映射并逆整形成虚拟基带信号。接收者804的PHY 806解调该虚拟基带信号并提取发送者802所发送的底层的数字数据。以此方式，SVL 812向发送者802的PHY 806呈现根据固定频率（它可由PHY 806指定）的虚拟基带，且SVL 814向接收者804的PHY 806呈现根据相同固定频率的虚拟基带。因此，发送者802的PHY 806和接收者804的PHY 806彼此通信，如同发送者802和接收者804在该固定频率上传送一样。但SVL 812和814使得使用被动态分配来用于传输的一个或多个物理频带进行传送成为可能。动态分配的物理频带可以与PHY 806所采用的固定频率不同。
发送者802和接收者804两者都可能够发送和接收。在图8中它们被称为“发送者”和“接收者”是出于描述的原因。因此，传输可以（经由SVL 814和RF前端810）从接收者804发送给发送者802（经由RF前端808和SVL 812）。
频谱虚拟化层（如图8的SVL 812和SVL 814）可被配置成创建PHY协议与DSA网络（如空白网络）中的动态基带之间的桥梁。PHY协议通常被设计用于固定频率传输，并且DSA网络可具有随时间和空间变化的频谱配置。DSA网络中的动态基带也可以比PHY协议的固定频带更宽或更窄。SVL允许PHY协议的固定频带被映射到更窄或更宽的频带。
频谱虚拟化层的另一功能是解耦PHY协议与RF前端之间的连接，并添加间接层。虚拟基带和物理基带在以下意义上是不同的：一个是固定的且由PHY设计指定，而另一个是动态的且由DSA分配方法来确定（如由根据本公开的各实施例的空白寻找器服务和频谱管理器所采用的过程）。在发送者侧，PHY协议生成数字波形，如同它连接到RF前端一样。SVL层截取这些样本并将它们重新整形成不同的波形，使得在RF前端传送这些经转换的波形时，所得的无线电信号与DSA或空白网络的动态频谱分配相匹配。在接收者侧，SVL对物理基带样本执行逆重新整形操作，来为PHY层恢复原始数字波形。如图8的示例中所示，在传输期间，相对宽的虚拟基带被重新整形成两个相对窄的物理基带。在接收（如由接收者804）期间，SVL将这两个相对窄的物理基带逆重新整形成一个相对宽的虚拟基带。
频谱虚拟化体系结构
图9示出了频谱虚拟化层体系结构900的框图。体系结构900的各部分可被实现成被配置成在一个或多个处理器上执行的软件模块，如在本具体实施方式中其他部分描述的。在各替换实施例中，体系结构900被实现在专用集成电路（ASIC）上，或在各可编程或可重新编程处理器类型之一上，如现场可编程门阵列（FPGA）或其他。体系结构900可由无线介质采用，如图1的空白基站102、图2的空白基站200、和/或图7的基站702。体系结构900也可用在无线客户端上，如图7的无线客户端704和706。
SVL 902向一个或多个PHY 904提供虚拟基带并且被配置成在虚拟基带和一个或多个RF前端906提供的物理基带之间动态转换各信号。虚拟基带的宽度由一个或多个PHY 904指定，如在初始化阶段期间。一个或多个PHY 904可以是还指定媒体访问控制（MAC）层的无线传输协议的一部分，如图9所示。
SVL 902维护示出了虚拟基带和物理频带之间的映射的频谱映射908。频谱映射908中包含的映射是灵活的。例如，频谱映射908可以将虚拟基带映射到具有相同宽度的物理频带（例如，将虚拟频带VS1映射到相同大小的物理频带）。或者，频谱映射908可将虚拟基带映射到更窄的连续物理带，或若干非连续物理带（例如，将虚拟频带VS2和VS3映射到不同大小的物理带）。在其他实施例中，频谱映射908可将虚拟基带映射到更宽的连续物理带，或合起来大于虚拟基带的若干非连续物理带。
频谱分配由频谱管理器910控制。频谱管理器910可以与图1中的频谱管理器114和/或图2中的频谱管理器232相同或不同。频谱管理器910被配置成监视当前频谱使用（例如，通过感测或查询数据库，如空白寻找器服务），以基于各种策略来向PHY 904之一分配可以物理频带并更新SVL 902中的频谱映射908。
一个或多个重新整形器912被配置成将信号从基带转换成物理带，并且反之亦然。一个或多个重新整形器被配置成执行信号转换而不参考一个或多个PHY 904所采用的调制方案。在各实施例中，一个或多个重新整形器912被配置成采用对一般基带波形进行操作的数字信号处理算法。
一个或多个重新整形器912可以是对一个或多个PHY 904透明的。例如，虽然重新整形操作可按某种方式改变基带波形，但一个或多个PHY 904可将这作为失真，如同这是由于正常无线信道衰落一样。这允许一个或多个PHY 904通过等效多径衰落信道来对由重新整形操作所造成的这一失真进行建模，并使用一个或多个PHY 904已经可用的等效机制来处理重新整形操作所造成的任何失真。
在重新整形之后，基带信号可被转换成物理基带信号。在被发送到RF前端906之前，来自PHY 904中的多个的物理基带信号可被混合器914混合（相加）在一起。
在接收时，传入信号被传递给拆分器916，拆分器916包含一个或多个PHY904的基于频谱映射908的匹配滤波器。经滤波的物理带信号被馈送到重新整形器912，它们被配置成执行逆重新整形操作以恢复虚拟基带信号。虚拟基带信号被发送到一个或多个PHY 904。PHY 904被配置成解调虚拟基带信号并获得底层二进制信息。
在概念上，SVL 912为一个或多个PHY 904中的每一个虚拟化RF前端906。SVL 902被配置成将PHY 904中的不同的各个PHY灵活地映射到RF前端906中的不同的各个RF前端。同样，SVL 902被配置成将PHY 904中的若干个PHY多路复用到RF前端906中的单个RF前端上。RF前端虚拟化允许PHY 904中的多个PHY共享RF前端906中的共同一个RF前端。RF前端虚拟化因此可降低多无线电集成所需的带宽资源，从而需要较少空间和能量并可能造成较低成本的移动设备。
图10示出了被配置成将不同的无线传输协议映射到不同的无线电前端的频谱虚拟化层。SVL 1002向PHY1、PHY2以及PHY3呈现虚拟基带。SVL 1002还向RF前端1和RF前端2呈现物理基带，如图10所示。在图10中，SVL 1002被示为将经重新整形的已调制基带信号从PHY 1映射到RF前端1。在图10所示的配置中，SVL 1002还被示为将来自PHY 2和PHY 3的经重新整形的已调制基带信号混合在一起，并将该经混合的信号映射到RF前端2。这样的映射和混合可以例如基于如在本具体实施方式中其他部分描述的频谱映射。
频谱虚拟化层接口
根据各实施例的频谱虚拟化层定义各接口。图11是示出用于将呼叫对接到频谱虚拟化层的示例过程1000的流程图。图11的过程可以（但可以不）被实现在图1的通信模块128、图2的通信模块240、图8的传输800、图7的环境700、图9的体系结构900和/或图10中示出的SVL 1002和物理层中，或结合它们来实现。
图11中示出的过程的一些部分可由计算机可执行指令来实现。一般而言，计算机可执行指令可包括执行特定功能或实现特定的抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、过程、模块、功能等。这些过程还能在其中功能由通过通信网络链接的远程处理设备执行的分布式计算环境中实现。在分布式计算环境中，计算机可执行指令可以位于包括存储器存储设备在内的本地和/或远程计算机存储介质中。
这些示例性过程被示出为逻辑流程图中框的集合，这表示可用硬件、软件、固件、或其组合来实现的一系列操作。描述各过程的次序并不旨在解释为限制，并且任何数量的所述过程框都可以按任何次序组合以根据本发明的各个实施例实现该过程或实现替换过程。另外，可从过程中省略各个框，而不背离此处所述的主题的精神和范围。在软件上下文中，各个框表示当由一个或多个处理器执行时完成既定操作的一个或多个计算机指令。
回头参考图11，无线PHY协议在它发送和接收信号样本之前向SVL注册，框1102。在注册期间，无线PHY协议定义虚拟频带、基带的所需带宽、以及一个或多个过采样（over-sample）参数。过采样参数与所需带宽一起确定基带的采样速率。采样速率可以是至少两倍带宽，以满足奈奎斯特准则。无线PHY可能指定大于2的过采样速率，这可提供更好的性能但造成更大的计算成本。这一更大的计算成本得自于在使用过采样时在给定时间间隔中处理的附加样本。在注册期间，无线PHY还将定义多载波调制中使用的子载波的数量。对于单载波调制，这一数量将等于一。
在注册期间指定的另一参数描述要对PHY的虚拟基带信号执行的重新整形操作的种类。这一参数将与频谱管理器一起工作，以确定虚拟基带与物理频带之间的映射。一些非限制性示例包括指示基带信号不要被缩到比该规范更窄的物理基带的参数、指示基带信号不要被拆分成非连续物理带的参数、以及指示要使用附加保护带大小的参数。
SVL将注册请求转发到频谱管理器，框1104。如果接受，频谱管理器分配物理频谱的一部分并更新频谱映射中的映射条目，框1106。SVL可向PHY返回标识所注册的虚拟基带的句柄。
无线PHY提交向SVL输出虚拟基带信号的呼叫，框1108。作为该呼叫的一部分，无线PHY提供虚拟基带的标识，这提示向频谱映射查询物理频谱。无线PHY分别提供样本和指定要输出的数字样本的指针的长度参数以及要输出的数字样本的数量。
无线PHY提交呼叫以接收基带信号，框1110。在这一呼叫期间，无线PHY提供虚拟基带的标识、样本缓冲区位置的指针、以及要接收的数字样本的数量。SVL返回这些参数所标识的样本并将它们传递给无线PHY，框1112。
频谱映射
如上所述，采用频谱映射来确定物理频带与虚拟频带之间的映射。对于每一PHY，该表定义虚拟频谱BV(f,w)和相关联的（映射的）物理频带BP(f,w)，其中f是中心频率且w是带宽。在各实施例中，虚拟频带可以关联于（被映射到）多个频带BP 1(f1,w1),BP 2(f2,w2)……BP n(fn,wn)，其中虚拟频谱范围被映射到多个物理频谱范围。频谱映射的映射表包含与PHY层相关联的处理信息。处理信息的非限制性示例包括重新整形器标识符、滤波器标识符（标识拆分器）、无线电标识符（标识无线电，如在各实施例中，在设备中采用一个以上无线电）、以及时间刻度因素（如下所述，供用于定时虚拟化）。频谱映射可由频谱管理器建立和维护。一旦频谱管理器接受了注册请求（如本具体实施方式其他部分所描述的），频谱管理器就向注册的PHY分配PHY标识符并向映射表添加新条目。如本具体实施方式中其他部分所讨论的，频谱虚拟化层实施该映射表。
定时虚拟化
在SVL将虚拟基带映射到具有更窄宽度的物理带时，将花费比PHY协议所预期的更长的时间来传送基带信号。例如，如果具有20MHz虚拟基带的802.11a PHY被映射到10MHz物理基带，则可花费SVL 8μs来发送一个码元而非PHY所预期的4μs。如果无线协议依赖于绝对时间信息，则定时中的这些改变可影响无线协议的操作。例如，如果PHY信号的传送时间延长，则网络分配向量（NAV）和ACK超时将过早到期。各实施例因此采用定时虚拟化。
图12是示出用于定时虚拟化的示例过程1100的流程图。图12的过程1200可以（但可以不）被实现在图1的通信模块128、图2的通信模块240、图8的传输800、图7的环境700、图9的体系结构900和/或图10中的SVL 1002中。图12中示出的过程的一些部分可由计算机可执行指令来实现。一般而言，计算机可执行指令可包括执行特定功能或实现特定的抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、过程、模块、功能等。这些过程还能在其中功能由通过通信网络链接的远程处理设备执行的分布式计算环境中实现。在分布式计算环境中，计算机可执行指令可以位于包括存储器存储设备在内的本地和/或远程计算机存储介质中。
这些示例性过程被示出为逻辑流程图中框的集合，这表示可用硬件、软件、固件、或其组合来实现的一系列操作。描述各过程的次序并不旨在解释为限制，并且任何数量的所述过程框都可以按任何次序组合以根据本发明的各个实施例实现该过程或实现替换过程。另外，可从过程中省略各个框，而不背离此处所述的主题的精神和范围。在软件上下文中，各个框表示当由一个或多个处理器执行时完成既定操作的一个或多个计算机指令。
回头参考图12，在过程1200中，采用定时虚拟化的SVL向无线协议（PHY）呈现虚拟时钟，框1202。虚拟时钟的计时速率是根据实际分配的物理频带来自适应的。在一个非限制性示例中，如果bs是所分配的物理带的聚集带宽，且bv是虚拟基带的宽度，则SVL通过因子bs/bv来调整计时速率。
在传输期间，PHY协议利用虚拟时钟计时速率，根据虚拟传输频率范围在虚拟基带上调制数据流，框1204。虚拟时钟计时速率可被认为是为了PHY协议而使时间慢下来，从而允许PHY协议被用于更窄的物理基带，而无需修改PHY协议。在其他实施例中，虚拟时钟计时速率可快于正常速率，以允许虚拟频带被映射到相对更大的物理频带，以加速传输而无需修改PHY协议。
在传输期间，SVL根据物理传输频率范围将虚拟基带信号整形成物理基带信号，框1206。SVL将已调制物理基带信号传递给无线电前端以供在物理传输频率范围上传输，框1208。
在接收期间，RF前端在物理传输频率范围上接收RF信号，框1210。RF前端将接收到的模拟信号数字化并生成要发送给SVL的物理基带信号，框1212。
SVL将接收到的物理基带信号逆整形成虚拟基带信号，并根据虚拟时钟计时速率将它们发送给PHY协议，框1214。PHY协议解调该信号，并提取底层的数字数据，框1216。
定时虚拟化可要求修改MAC和其他高层协议以只得到来自虚拟时钟的定时信息。许多MAC实现具有引用单个时钟源的常见时钟应用编程接口（API）。因此，各实施例重新实现这些时钟API函数。对于未被修改成支持定时虚拟化的无线协议，可设置策略来确保它的物理频带能被实现以完全避免该问题。这样的策略将使得SVL分配足够物理带以确保信号定时不必改变。
RF前端多路复用
根据各实施例的频谱虚拟化可支持多个PHY在单个宽带RF前端上的多路复用。SVL可以确保宽带RF前端的宽度容纳分配给该多个PHY的物理带的宽度。SVL包括支持多个PHY多路复用的混合器和拆分器。
混合器位于传送链中，且被配置成收集多个PHY的物理基带信号（在重新整形后），根据PHY功率掩膜中的各个掩膜来伸缩信号的振幅，并随后在将物理基带信号发送到RF前端中的DAC之前将它们加到（混合）一起。拆分器包含与被分配给多个PHY的物理带相匹配的一组带通滤波器。对于已被映射到非连续物理带的PHY，混合器将所有这些非连续带的滤波器组合在一起以形成单个带选择滤波器。拆分器对每一PHY应用匹配的带选择滤波器，并且经滤波的信号样本被馈送到已被映射到相应PHY的对应的重新整形器。
如果基站或无线客户端设备只具有一个RF前端，并且该一个RF前端是半双工的，则多个PHY的多路复用可包括仔细的调度，因为半双工RF前端在任何一次只能传送或接收。因而，SVL可以调度要同时传送的多个PHY的信号，并且SVL可调度要同时接收的多个PHY的信号。为适应这些调度要求，根据各实施例的SVL包括在RF前端在接收时临时保持基带样本的缓冲区。SVL推迟传输，直至接收完成为止（即，在RF前端的接收链上没有检测到信号功率之后）。SVL可通过从虚拟时间中减去所得的缓冲等待时间来向PHY层隐藏该等待时间，如通过降低虚拟时钟的计时速率。
可以用全双工RF前端或通过将两个半双工RF前端附连到SVL来达到全双工模式。在各实施例中，发送和接收带可以是正交的，且SVL可应用一个或多个模拟陷波（频带停止）滤波器来滤出自己传送的信号以防止接收链被饱和。
计算机可读介质
取决于所使用的计算设备的配置和类型，图2中空白基站200的存储器204、图3中空白寻找器服务300的存储器304、图7中基站702的存储器708、和/或图7中无线客户端704和706的存储器718和726可包括易失性存储器（如随机存取存储器（RAM）和/或非易失性存储器（如只读存储器（ROM）、闪存，等等））。存储器204、304、708、718和/或726还可包括附加可移动存储和/或不可移动存储，包括但不限于可向空白基站200、空白寻找器服务300、基站702、和/或无线客户端704和706提供计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的非易失性存储的闪存、磁存储、光学存储、和/或磁带存储。
存储器204、304、708、708和706是计算机可读介质的示例。计算机可读介质包括至少两种类型的计算机可读介质，即计算机存储介质和通信介质。
计算机存储介质包括以存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何过程或技术来实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括但不限于，相变存储器（PRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、其他类型的随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、闪存或其他存储器技术、光盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能盘（DVD）或其它光存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备、或可用于存储由计算设备访问的信息的任何其他非传输介质。
作为对比，通信介质可用诸如载波或其他传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。如本文所定义的，计算机存储介质不包括通信介质。
结语
虽然本发明使用结构特征和/或方法动作专用的语言，但本发明不必限于所描述的具体特征或动作。相反，这些具体特征和动作是作为实现本发明的说明性形式而公开的。

Claims (20)

1.一种基站，包括：
无线电收发机；
频谱虚拟化模块，所述频谱虚拟化模块被配置成与无线电收发机交换物理基带信号，所述频谱虚拟化模块还被配置成执行基带信号整形以将所述物理基带信号与根据所述频谱虚拟化模块的无线传输协议的一个或多个虚拟频带生成的虚拟基带信号进行相互转换；以及
频谱管理器，所述频谱管理器包括决策模块，所述决策模块被配置成基于一个或多个传输策略确定频谱分配，所述频谱分配根据所述频谱虚拟化模块整形的基带信号的无线传输协议将所述基站的地理区域中可用的一个或多个物理频带映射到所述一个或多个虚拟频带。
2.如权利要求1所述的基站，其特征在于，还包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
存储在所述存储器上的多个指令，并且所述指令在被所述一个或多个处理器执行时，使得所述空白基站实现所述频谱管理器或所述频谱虚拟化模块中的一个或两者。
3.如权利要求1所述的基站，其特征在于，所述频谱管理器还包括可用性模块，所述可用性模块被配置成至少部分地基于所述基站的地理区域向空白寻找器服务查询所述一个或多个物理频带，并接收指示所述一个或多个物理频带的数据。
4.如权利要求3所述的基站，其特征在于，所述可用性模块被配置成从所述空白寻找器服务接收对所述一个或多个物理频带中的一些或全部的撤消，并且其中所述决策模块还被配置成基于所述撤消来修改所述频谱分配。
5.如权利要求1所述的基站，其特征在于，所述无线电收发机包括感测硬件，所述感测硬件被配置成确定所述一个或多个物理频带，并且其中所述频谱管理器还包括被配置成向所述感测硬件查询所述一个或多个物理频带的可用性模块。
6.如权利要求1所述的基站，其特征在于，所述频谱管理器还包括包含所述一个或多个传输策略的策略模块。
7.如权利要求1所述的基站，其特征在于，所述传输策略包括与所述一个或多个物理频带有关的管理政策，包括所述一个或多个物理频带的保护带要求、所述一个或多个物理频带可用于无线传输的一个或多个时间、或所述一个或多个物理频带的传输功率级中的一个或多个。
8.如权利要求1所述的基站，其特征在于，所述传输策略包括所述无线传输协议所定义的策略，包括所述无线传输协议的带宽要求、单载波或多载波调制要求、传输功率掩膜、保护带要求、双工或单工传输要求、或可变上传和下载带宽要求中的一个或多个。
9.如权利要求1所述的基站，其特征在于，所述频谱分配将所述一个或多个物理频带中的多个频带映射到所述一个或多个虚拟频带中的单个虚拟频带。
10.如权利要求1所述的基站，其特征在于，所述频谱分配将所述一个或多个物理频带中的单个频带映射到虚拟频带中的多个频带。
11.如权利要求1所述的基站，其特征在于，所述频谱虚拟化模块还被配置成执行基带信号整形以将其他物理基带信号与根据所述频谱虚拟化模块的另一无线传输协议的一个或多个其他虚拟频带生成的其他虚拟基带信号进行相互转换，并且所述决策模块还被配置成基于一个或多个其他传输策略来确定另一频谱分配，所述另一频谱分配根据所述频谱虚拟化模块整形的基带信号的所述其他无线传输协议将所述地理区域中可用的一个或多个其他物理频带映射到所述一个或多个其他虚拟频带。
12.一种系统，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
存储在所述存储器上的多个编程指令，并且所述编程指令在被所述一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器实现空白寻找器，所述空白寻找器包括：
传播模块，所述传播模块被配置成至少基于主无线设备的位置来确定所述主无线设备的无线传输可能在其中传播的地理区域；以及
干扰确定模块，所述干扰确定模块被配置成至少部分地基于与次无线设备相关联的位置信息来确定指示一个或多个传输频率范围的数据，其中所述次无线设备在所述一个或多个传输频率范围上的无线传输将不干扰所述主无线设备。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述空白寻找器还包括接收模块，所述接收模块被配置成从所述次无线设备接收所述次无线设备的位置信息和对用于无线传输的可用物理频带的请求。
14.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述传播模块还被配置成基于与所述主无线设备的位置相关联的地形数据来确定所述地理区域。
15.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述空白寻找器还包括撤消模块，所述撤消模块被配置成向所述次无线设备传送对所述一个或多个传输频率范围的撤消，对所述一个或多个传输频率范围的撤消基于：
接收到来自所述一个或多个传输频率范围的主动捐献者的撤消所述一个或多个传输频率范围的使用的消息；或
所述一个或多个传输频率范围的可用性时间的过期。
16.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述一个或多个传输频率范围处于为电视广播信道保留的频谱中，并且所述主无线设备包括电视信号发射机。
17.一种方法，包括：
由空白设备接收指示在所述空白设备的位置处一个或多个局部可用的非干扰物理传输频率范围的数据，所述一个或多个局部可用的非干扰物理传输频率范围是由空白寻找器服务确定的；
由所述空白设备选择所述一个或多个局部可用的非干扰物理传输频率范围中的与存储在所述空白设备上的一个或多个策略相匹配的一些或全部；
由所述空白设备将所述一个或多个局部可用的非干扰物理传输频率范围中的所述一些或全部映射到所述无线传输协议的一个或多个虚拟传输频率范围；以及
由所述空白设备根据所述无线传输协议在所映射的一个或多个物理传输频率范围上传送各传输位。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括向所述空白寻找器服务查询指示所述空白设备的位置处的一个或多个局部可用的非干扰物理传输频率范围的数据，并且其中所述一个或多个局部可用的非干扰物理传输频率范围是至少基于所述空白设备的位置和至少利用与主无线设备的地理区域相关联的地形数据的传播建模来确定的。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：
由所述空白设备从所述空白寻找器服务接收对所述一个或多个局部可用的非干扰物理传输频率范围中的一些的撤消；以及
响应于所述撤消，将所述一个或多个局部可用的非干扰物理传输频率范围中的不同的各个重新映射到所述无线传输协议的一个或多个虚拟传输频率范围。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述策略包括保护带要求，所述无线传输协议的带宽要求、单载波或多载波调制要求、功率传输范围、双工或单工传输要求、或可变上传和下载带宽要求中的一个或多个。
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