CN104335625A

CN104335625A - 用于多载波通信系统中的伺机性无线电资源分配的方法和装置

Info

Publication number: CN104335625A
Application number: CN201380029439.0A
Authority: CN
Inventors: S·阿赫马迪
Original assignee: Apple Computer Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2033-04-24
Also published as: CN104335625B; JP6402162B2; JP2015519811A; DE112013002183T5; JP2017085594A; WO2013163335A1; US9603124B2; US10477517B2; US11968650B2; TWI499339B; TW201404224A; US20170181131A1; JP6441790B2; US20130279376A1; US20200084673A1

Abstract

本发明公开了用于在无线系统中动态共享资源诸如射频(RF)频谱的方法和装置。在一个实施例中，该共享是在多个基站(例如，eNodeB或接入点(AP))之间或在不同的无线电接入技术之间进行。在一个具体实施中，该共享通过保留新的RF载波并将一个或多个RF载波临时性地指派(和释放)到支持多载波的无线电接入系统或基站来实现。这种动态频谱共享允许在多载波系统中伺机使用另外的RF载波，而非不管另外的RF载波是否有效使用而对eNodeB或AP永久可用。

Description

用于多载波通信系统中的伺机性无线电资源分配的方法和装置

优先权

本专利申请要求于2012年9月26日提交的并且名称为“METHODSAND APPARATUS FOR OPPORTUNISTIC RADIO RESOURCEALLOCATION IN MULTI-CARRIER COMMUNICATION SYSTEMS”的共同拥有、共同未决的美国专利申请序列号13/627,942的优先权，该z专利申请要求于2012年4月24日提交的并且名称为“METHODS ANDAPPARATUS FOR OPPORTUNISTIC RADIO RESOURCE ALLOCATIONIN MULTI-CARRIER COMMUNICATION SYSTEMS”的美国临时专利申请序列号61/637,758的优先权，上述专利申请中的每个专利申请均全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及通信技术领域。更具体地，在一个示例性方面，本公开涉及根据例如基于保留的方案来在多种不同的无线技术或网络运营商之间动态地共享频谱。

背景技术

随着近年来消费者对无线技术的使用日益增加，射频频谱已成为关键资源。这对于在专用基础上进行分配的所谓的“许可的”频谱尤其如此(与频谱的未许可的部分相比，从字面上来讲，频谱的未许可的部分可由任何人来访问)。

蜂窝系统通常使用运营商唯一拥有的、稀缺的并且非常昂贵的许可的频谱。因此，对于移动客户对所提供的服务的质量和数量的满意度而言，对许可的频谱资源的有效利用对于网络运营商的短期和长期盈利能力以及持续业务至关重要。

近来对无线技术(诸如例如在前述许可的频谱内运行的蜂窝网络中利用的无线技术)的研究表明，该频谱资源通常并未被此类网络的运营商有效利用。例如，如果频谱资源是空闲或未使用的，也不允许另一个网络提供商/运营商使用该频谱资源。事实上，当作为时间和位置或两者的组合的函数动态地监测频谱资源时，存在许多未使用的频谱机会。这些机会通常需要更复杂的频谱管理和分配技术以便有效利用这些机会。

现有技术内的现有解决方案并未提供最佳的频谱使用，包括针对动态地“共享”频谱而在无线技术之间所进行的特别有效的协调。

因此，存在对提供此类频谱共享和协调能力的改进的方法和装置的突出需求。

发明内容

本公开尤其是通过提供用于诸如在多种不同无线技术之间、或甚至在两个或更多个网络运营商之间动态地共享频谱的改进的装置和方法来满足上述需求。

第一，基于保留的方案用作上述装置和方法的一部分，其中需要资源的网络中的基站或其它实体从基本上集中的管理实体处请求所需资源。

第二，公开了一种动态射频资源共享方法。在一个实施例中，该方法包括：在网络实体处接收来自基站的对射频资源(例如，RF频谱)的请求；识别至少一种未使用的射频资源；以及分配所识别的至少一种资源以供基站使用。可用的射频频谱内的任何射频资源均适合于此类分配(以及后续的解除分配)。

在一个变体中，对未使用的资源的识别至少部分地使用一个或多个认知地感测的参数诸如频谱能量来执行。

第三，公开了一种动态射频资源共享架构。在一个实施例中，该架构包括：频谱管理实体；和与管理实体进行通信的动态频谱共享实体。频谱管理实体和频谱共享实体配合以识别未使用的射频频谱，并将所识别的未使用的频谱分配给(i)多个基站中的至少一个基站；或者(ii)多种无线电接入技术中的至少一种无线电接入技术。

第四，公开了一种用于无线系统的资源管理实体。在一个实施例中，管理实体被设置在网络的核心处，并与多个基站进行通信，该基站具有从资源管理实体请求对资源的分配并且接收所识别的未使用的资源的分配的动态资源共享实体。在一个变体中，管理实体是网络内实体。在另一个变体中，管理实体是在两个或更多个不同网络之间进行协调的跨网络实体或网络间实体。

第五，公开了一种用于无线系统的动态资源共享实体。在一个实施例中，共享实体被设置在网络的一个或多个基站或接入点处，并与前述管理实体(或多个管理实体)进行通信。在一个具体实施中，共享实体具有动态资源共享能力，并且可从资源管理实体请求对资源的分配，并且接收所识别的未使用的资源的分配且使得这些资源将被适当的基站和用户设备利用。在一个此类变体中，该资源是频谱资源。

第六，公开了一种计算机可读装置。在一个实施例中，该装置具有存储介质，其中至少一个计算机程序被设置在该存储介质上并且被配置当在执行时实施未使用的资源(例如，频谱)识别和分配过程，诸如针对前述资源管理实体而言。在另一个实施例中，至少一个程序操作以发出资源请求并接收分配，并且使得所分配的资源由例如主机基站(例如，eNodeB)利用。在一个这种变体中，该资源是频谱资源。

第七，公开了用于确定未使用的RF频谱的方法和装置。在一个实施例中，这些方法和装置利用对RF频谱的部分的感测来确定其中所发射的能量，并将所检测的能级与预定阈值进行比较以确定白色空间(white space)是否存在于该部分中。

第八，公开了一种无线用户设备。在一个实施例中，用户设备(例如，UE)被配置有允许重新配置其传输链/接收链的软件定义的无线电(SDR)能力，以便利用如由基站/动态共享实体所指示的先前未使用的资源诸如射频频谱。在一个变体中，用户设备还包括一个或多个认知的无线电功能，这些功能尤其允许用户设备针对例如未使用的频谱或“白色空间”对其射频环境进行采样或监视，并向共享实体报告此类信息(或间接向核心管理实体报告)。本领域的普通技术人员参考如下给出的附图和对示例性实施例的详细描述将会立即认识到本公开的其它特征和优点。

附图说明

图1为可与本公开一起使用的第一典型频谱共享场景(多RAT、单网络运营商)的图形表示。

图2为可与本公开一起使用的第二典型频谱共享场景(多RAT、多网络运营商)的图形表示。

图3为作为时间的函数的不同网络对“白色空间”(未使用的RF频带)的动态使用的图形表示。

图4为示出根据本公开的未使用的频谱识别和分配的一般化方法的一个实施例的逻辑流程图。

图5为根据本公开的示例性频谱管理实体(SME)装置的一个实施例的功能框图。

图6为根据本公开的示例性动态频谱共享(DSS)装置的一个实施例的功能框图。

图7为在3GPP E-UTRAN和EPC的示例性上下文中的在SME与DSS实体之间的协议和信令架构的一个实施例的图形表示。

图8为根据本公开的包括网络内SME、跨网络SME和相关联的信令的网络架构的一个实施例的图形表示。

图9为根据本公开的一个实施例的示例性相邻信道泄漏和信道活动级确定的图形表示。

图10为根据本公开的频谱保留、分配和解除分配过程的一个特定具体实施的图形表示。

具体实施方式

现在参见附图，其中在全文中类似的数字表示类似的部件。

综述

在一个突出方面，本公开公开了一种用于检测、指派和管理尤其用于无线通信系统诸如蜂窝网络的可用频谱的有效机制，在一个实施例中，通过现有载波聚合原理的扩展而实现的认知无线电方案和动态频谱共享被利用，这就导致了可用的有价值的有限射频频谱得到更有效的利用，并且还提供了更高的数据速率和用户吞吐量。有利地，本公开的实施例利用了所有可用RF频谱(即，在多载波方案中使用的所有载波均可永久性地用于基站(例如，eNodeB)或无线接入点，无论它们是否被有效地使用)。

在本公开的一个特定具体实施中，上述技术特别适于在3GPP长期演进(例如，版本12(Rel-12)以及更高版本)系统中使用。具体地，在上述系统的演进分组核心(EPC)和eNodeB(基站)内利用频谱管理实体(SME)以及DSS测量、控制和信令(DSS MCS)过程来执行动态资源识别、分配和终止功能。

示例性实施例的详细描述

现在详细描述本公开的示例性实施例。虽然主要在异构蜂窝网络操作(诸如采用3GPP HSPA/LTE(或LTE-A)或TDD/FDD技术)的上下文中讨论了这些实施例，但本公开决不局限于此。例如，本公开可例如实施以在其它类型/技术的蜂窝网络中、或在其它类型的无线网络诸如WLAN(例如Wi-Fi)或WMAN(例如WiMAX)中更有效地执行其它类型的频谱或时间-频率资源共享和分配。

此外，虽然主要在射频频谱分配的上下文中进行了描述，但本公开可应用于其它类型的网络资源诸如时隙、扩展代码、资源块(RB)、云计算和处理网络中的本地化和分布式存储器及处理功能的识别、分配和管理。另外，本文所述的方法和装置可在应用的基础上进行利用，诸如其中仅仅针对某些类型的通信或更高层的应用来执行未使用的频谱的识别和分配。

异构网络、软件定义的无线电以及资源共享

无线网络、并特别是蜂窝网络将会越来越多地由异构的架构和功能组成。所谓的“动态频谱接入”(DSA)为解决上述关于频谱未充分利用的问题提供了一种有希望的解决方案。基于DSA的解决方案可有利地进行集中、分布或两者的组合。

在历史上，改进的IMT系统针对低移动性应用的目标是使得峰值数据速率为约1Gbps，并且针对高移动性应用的目标是使得峰值数据速率为约100Mbps。为了实现该量级的无线数据速率，并且除了使用改进的多天线技术诸如ΜΙΜΟ之外，改进的3GPP LTE(LTE-A)系统利用载波聚合方案，其中两个或更多个分量载波对应于单频带，或不同的频带可聚合以形成“实际上”更宽的带宽。由于更宽频带操作，可实现的峰值数据速率以及系统能力可增加。

频谱共享问题；即，结合认知无线电技术和软件定义的无线电(SDR)技术来对频谱资源诸如频谱“白色空间”(未使用的时间/频率资源)进行的公平共享或分配/调度已经受到网络运营商的显著关注，并且预计将在比改进的IMT更高级的系统(即，3GPP LTE Rel-12和更高版本)中体验到显著的利用率。认知无线电系统(CRS)是采用了以下技术的无线电系统：允许系统获得知识(例如，关于其操作和地理环境以及参数、所建立的政策及其内部状态的知识)，以便尤其允许根据所获得的知识来动态地和自动地调节其操作参数和协议。术语“软件定义的无线电”通常是指但不限于采用允许由软件设定或更改RF和基带属性(包括但不限于RF中心频率、RF带宽、调制类型、或输出功率)的技术的无线电发射器和/或接收器。这种更改通常排除根据系统规范或标准的在无线电的正常预先安装和预先确定的操作期间对操作参数所做出的改变。

动态频谱共享方案的成功实现主要取决于多个技术上的、经济上的和管理上的障碍的消除。利用频谱共享能力的蜂窝系统的要求包括例如：(i)架构设计要求；(ii)有效地识别再利用机会(频谱感测)的技术；(iii)通过自适应传输和调制波形对所检测到的机会的有效利用；(iv)可重新配置性；(v)一旦通信已结束后的对资源的释放(频谱移动性)；以及(vi)干扰缓解机制。频谱共享网络的成功具体实施涉及专门开发的或适配的“协议”和“政策”。此类频谱共享协议的目标通常在本质上是多维的。这些协议和政策理想地应当确保以稳定的方式有效并公平地使用频谱(例如，通过允许次级用户进入前述“白色空间”)，同时最小化对频谱的被许可的主要用户的有害干扰。

图1示出了由单运营商操作的多无线电接入技术(多RAT)中的动态频谱共享(DSS)的实例。图1中描绘的多RAT系统100通常包括多个用户设备102,112(例如，蜂窝电话或智能电话，如本文中随后描述的)、用于每个RAT 104,106的至少一个基站、以及用于两个RAT的相应覆盖区域108,110。尽管被示出为独立设备，但在该实例中，用户设备102,112是混合的(即，能够在任一RAT中进行操作)。

图2示出了由两(2)个运营商(图中的运营商1和2)操作的多无线电接入技术(多RAT)中的动态频谱共享的实例。示出了两个不同场景200,201；即，(i)用于每个RAT的基本上共同扩展的覆盖区域208,210(场景200)，以及(ii)用于两个RAT的地理上分开的覆盖区域208,210(场景201)。正如图1的系统100，两个异构RAT中的每个异构RAT各自包括用户设备202,212以及一个或多个基站204,206。

如图1和图2中所示并且根据频带，不同RAT的覆盖区域和小区尺寸可以是类似的或不同的。然而，如图所示，临时未使用的频率资源(每幅图的顶部处的白色空间111,211)可由另一种无线电接入技术或另一个运营商使用。在两种情况下，频谱利用效率将有利地增大。此外，还应理解，虽然参考多RAT使用场景示出了本公开的各种实施例，但本公开的各个方面广泛地适用于多RAT和单RAT使用场景两者。

假设潜在可用的频谱带可被分为永久性指派的频带和按需求指派的频带(如本文在图3中所示)，那么永久性指派的频带可用于部署相同或不同的无线电接入技术(诸如例如，3GPP HSPA/LTE、TDD/FDD双工方案、或这些技术的任何修正或演进版本)。这些技术在图3中被称为“网络A”302、“网络B”304、“网络C”306等等。在该图中，示出了三(3)个假设的网络，每个假设的网络具有用于部署例如TDD无线电接入系统或FDD无线电接入系统的一些永久性指派的相邻的或不相邻的频带。存在经由动态指派而随时间在网络之间共享的一些空间308。因此，实际上在任何时间都不存在频谱空洞(spectrum holes)或空缺。假设与指派给前述系统的频带的中心相关联的RF载波是完全配置的主RF载波，这些主RF载波用于系统的正常操作，包括例如由移动站进行的网络进入/重新进入、下行链路或上行链路中的用户数据和控制信令传输、同步和系统配置信息的传输等等，如果一个永久RF载波被指派给系统，那么该RF载波被指定为主载波并被完全配置。任何另外永久RF载波都可被指派为次级RF载波，并可完全或部分地配置。临时地指派的RF载波总是被指定为次级RF载波，并且可被完全或部分地配置。

方法-

现在参照图4，示出了用于在多个不同的无线技术之间动态共享频谱的一般化方法400的一个实施例。在该实施例中，基于保留的方案用作动态频谱共享的基础；然而，应当理解，也可使用与本公开一致的其它方案或方法。例如，在一个变体中，可消除对保留的请求以有利于“循环法”或类似的基于公平或基于优先次序的无线电资源分配算法。

在一个示例性具体实施中，用于实施图4的方法400的逻辑部件在网络实体内呈现，网络实体在下文被称为频谱管理实体(SME)、或更广泛地称为资源管理实体(RME)。如本文所用，术语“频谱管理”是指但不限于包括获得最佳可用频谱以满足用户通信要求以及信道或移动性条件的功能。

在本公开的一个具体实施中，SME是运营商的核心网络的部件、或无线电接入网络(RAN)的一部分。然而，应当理解，SME功能可设置在网络内的从字面上讲的任何位置，并在事实上可分布在多个部件(包括用户设备102,112,202,212)上。

返回图4，在方法400的步骤402处，确定可允许的未使用的频谱。在一个示例性实施例中，SME经由对地区或国家“白色空间”数据库的访问来对可允许的未使用的频谱进行检测。另选地(或结合该数据库)，可使用认知无线电技术来确定关于频谱使用(包括白色空间)的信息。例如，在一个变体中，可使用针对关注的一个或多个频带中存在的能级来对射频频谱进行感测(参见下文对图8和图9的讨论)。另选地(或结合上述内容)，某些类型的信号的缺失可用于识别白色空间；例如，通过在预定的时间段内对任何可识别的图案、信令或一部分频谱中的其它活动的缺乏来识别。

接着，按照步骤404来接收(从例如异构系统内的基站)对资源的保留的一个或多个请求。

在方法400的步骤406处，响应于对保留一种或多种资源的请求，动态指派所请求的一种或多种资源。在一个此类实施例中，针对保留的请求包括对一种或多种未使用的资源的指示。例如，可监测频谱使用的基站可能能够识别一种或多种未使用的资源。另选地，对资源的请求可完全由SME来管理和指派而不需要来自基站的另外的信息(即，基站不向SME提供可用或不可用的资源的任何指示)。

在一个实施例中，SME向请求保留新频带的一个或多个基站动态地指派可用频谱。这种指派可用于实现任何数量的不同操作(或与业务/运营商相关的)目标，包括但不限于：(i)均衡负载；(ii)增大数据速率和吞吐量；以及(iii)临时性地增加活动用户的数量。

在方法400的步骤408处，按照步骤406根据一种或多种资源的动态指派来更新数据库或其它信息库。在一个示例性实施例中，SME维护并且更新本地数据库以跟踪所指派的和所释放的频带。分布式数据库(例如，与多网络运营商/地理区域等等相关联的那些数据库)还可按需进行维护/更新。

在方法400的步骤410处，在一定时间段后并响应于例如终止使用可允许的未使用的频谱的一种或多种资源的通知，终止一种或多种资源分配。对给定分配的终止还可根据其它因素或事件(这与肯定通知相反)诸如SME观察到与分配相关联的设备(例如，基站、UE等等)上的断电事件或与其它资源使用相关的事件做出。

示例性SME装置-

现在参照图5，示出并描述了以上参照图4所述的SME的示例性具体实施。在该实施例中，SME在核心网络(例如，演进分组核心或EPC)服务器或其它装置702上实施(参见以下对图7的讨论)，该其它装置702被配置为执行白色空间或其它未使用的资源的识别，并且在包括其它不同无线技术的环境内(例如，根据以上所述的基于保留的方案)动态地共享此类资源。如本文所用，术语“服务器”可包括任何种类的计算机化设备，并且可实施为独立的实体、或实施在另一个现存的设备或实体内。

虽然示出并讨论了一种具体的设备硬件配置和布局，但是应认识到，在给出本公开的情况下，普通技术人员可容易地实现许多其它配置，图5的SME装置500仅仅示出了本公开的更广泛的原理。例如，应当理解，装置500可采取刀片服务器或卡状形状因数诸如被配置为与主机EPC处理装置进行交互的一个形状因数。

另选地，SME功能可与现存的EPC或其它实体处理和存储装置完全整合。大量其它配置可能与本公开是一致的。

图5中所示装置500的处理子系统502包括一个或多个中央处理单元(CPU)或数字处理器诸如微处理器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、RISC内核或安装在一个或多个基板上的多个处理部件。处理子系统耦接至非暂态计算机可读存储介质诸如存储器504，非暂态计算机可读存储介质可包括例如SRAM、FLASH、SDRAM和/或海量存储装置(例如HDD(硬盘驱动器))507部件。如本文所用，术语“存储器”包括任何类型的集成电路或适于存储数字数据的其它存储设备，该存储器包括但不限于ROM、PROM、EEPROM、DRAM、SDRAM、DDR/2SDRAM、EDO/FPMS、RLDRAM、SRAM、“闪存”存储器(例如，NAND/NOR)、以及PSRAM。

处理子系统还可包括另外的协处理器。如图所示，处理子系统502包括分立部件；然而，应当理解，在一些实施例中，它们可合并或构成在SoC(片上系统)配置中。

装置500还包括有线接口506和/或无线接口509，有线接口506和/或无线接口509被配置成分别从EPC主机和DSS实体600接收传输/向EPC主机和DSS实体600发送传输(以下参照图6讨论的)，无线接口509在一种情况下在现存基站装置中实施；这些传输包括例如资源分配请求以及连接请求响应。

在一个示例性实施例中，非暂态计算机可读存储介质包括指令，这些指令当由处理器执行时实施以上参照图4所述的SME功能(即，白色空间/资源识别和分配)以及支持必要的通信和信令协议。

在示出的基于LTE的具体实施中，SME装置500被配置为在控制平面上的演进分组核心(EPC)处终止基站(例如，eNodeB)动态频谱共享(DSS)测量、控制和信令协议，如以下参照图6和图7更详细地讨论的。

示例性动态频谱共享(DSS)装置-

现在参照图6，示出并描述了DSS装置600的示例性具体实施，该DSS装置600尤其提供如上所述的测量、信令和控制功能。在该实施例中，在一个或多个eNodeB基站704(图7)上实施DSS 600，eNodeB基站704被配置为与设置在以上所讨论的EPC服务器702上的SME 500进行通信，诸如以提供资源保留请求。如本文所用，术语“基站”可包括任何类的支持射频的计算机化设备，并且可实施为独立实体、或实施在另一个设备或实体内，并可包括例如宏小区、微小区、毫微微蜂窝基站、微微蜂窝基站、无线接入点、或上述内容的任何组合。虽然示出并讨论了一种具体的设备配置和布局，但是应当认识到，在给出本公开的情况下，普通技术人员可容易地实现许多其它配置，图6的装置600仅仅示出了本公开的更广泛的原理。如上针对SME所指出的，DSS实体可尤其包括独立形状因数、卡状形状因数、或与现存主机设备(例如，eNodeB)硬件和/或软件完全整合。

图6中所示的DSS处理子系统602包括一个或多个中央处理单元(CPU)或数字处理器诸如微处理器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、RISC内核或安装在一个或多个基板上的多个处理部件。处理子系统耦接至非暂态计算机可读存储介质诸如存储器604，非暂态计算机可读存储介质可包括例如SRAM、FLASH、SDRAM和/或海量存储装置(例如，HDD(硬盘驱动器))607部件。处理子系统还可包括另外的协处理器。如图所示，处理子系统602包括分立部件；然而，还应再次理解，在一些实施例中，它们可合并或构成在SoC(片上系统)配置中。

DSS装置600还包括有线接口606和/或无线接口609，有线接口606和/或无线接口609被配置成分别从主机eNodeB和SME接收传输/向主机eNodeB和SME发送传输。

在一个示例性实施例中，非暂态计算机可读存储介质包括指令，这些指令当由处理器执行时实施本文在其它地方处所述的DSS功能。

如上指出，示出的基于LTE的具体实施使用DSS终止在eNodeB处的SME/EPC测量、控制和信令协议，如以下参考图7更详细地讨论的。

示例性具体实施和操作-

现在参照图7，示出并描述了示例性逻辑网络架构700(基于3GPP演进分组核心(EPC)，并且根据本公开的一个示例性具体实施来修改)。如图所示，频谱管理实体(SME)500和DSS MCS 600实体分别位于分组核心网络702和一个或多个eNodeB 704中。因为包括该功能需要新的控制信号和消息通过现存的标准接口，因此在一个具体实施中，现有接口SI、X2以及网络实体eNodeB 704和EPC 702相对于它们的遗留对应物来修改以便支持本文所述的资源共享功能。普通技术人员应当理解，本文所述的功能可与其它技术(诸如例如3GPP UMTS/HSPA无线电接入网络和相关联的核心网络)结合使用。

如图7所示，每个eNodeB 704中的DSS MCS实体600负责频谱使用测量和报告、请求另外的频谱以及另外的频谱在未使用时的指派和释放。

本文在图8中示出了结合先前所述类型的一个或多个SME 500和DSCMCS实体600的示例性网络架构。该图示出了通常在地理上协同定位的两个运营商所拥有的假设的多RAT网络。用户终端可基于用户的移动模式来在这些网络的覆盖区域中和覆盖区域外漫游；因此，它将遇到当与动态频谱共享和频谱移动性结合时可能变得麻烦的RAT内/RAT间和/或网络内/网络间移动性情况。如在本上下文中所用的，术语“频谱移动性”通常是指这样的过程：其中在用户终端从一个地理区域移动到另一个地理区域、或从一个小区的覆盖区域移动到另一个小区的覆盖区域时，支持认知无线电的用户设备102,112,202,212改变其操作频率。认知无线电网络的目标是通过允许无线电终端以“最好”(也被称为最佳，基于一个或多个操作或其它考虑)可用频带进行操作来以动态方式使用频谱，从而在过渡到更好频谱期间维持无缝通信要求。

如图8中所示，示例性具体实施可包括网络中的两个独立的SME功能单元500。网络内SME 500a管理并且控制在两个或更多个不同RAT之间的在运营商的网络内的频谱共享，并且跨网络SME 500b功能单元可跨两个或更多个运营商的网络来执行频谱共享功能。协议信令路径存在于：(i)eNB与网络内SME之间(参见图7中的信令路径707)，以及(ii)网络内SME与跨网络SME 804之间。网络内SME 500a可用于例如小的地理区域，而跨网络SME 505b可用于非常大的地理区域。假设在图8中所示的示例性网络架构中，eNodeB 704或接入点(AP)负责频谱可用性感测和测量，以及向SME 500a,500b定期报告该测量，但应理解，如先前所述，与本公开一致的其它布置也是可能的。

简单来说，现存的多载波方案通常指定一个RF载波作为主RF载波或主小区(PCell)，并且指定零个或多个RF载波作为次级RF载波或辅小区(SCell)。次级RF载波可以完全或部分地配置，并且根据UE的能力和其它操作考虑而指派给移动设备(例如，UE)。然而，应当理解，在本公开的示例性具体实施与这种现有的多载波操作之间存在显著的区别。具体地，在后一(现存)具体实施中，RF载波在eNodeB处永久可用，将用作或指派为至不同移动站或用户终端的活动载波，相比之下，本公开的示例性具体实施并不要求向基站或网络永久性地指派另外可用的RF载波(次级载波)，并且此类RF载波仅仅基于所实施的方案(例如，来自基站或网络的保留请求，如以上参照图4所讨论的)可用。图10(以下更详细地讨论的)描绘了根据本公开的用于另外的RF载波到支持多载波的基站或网络的动态请求、指派和释放的一个示例性信令过程。

频谱可用性的确定-

将频带或其它资源识别和指定为“白色空间”(即，未使用的)的能力是本公开的方法(包括以上所述的图4的示例性方法400)中所固有的。为了做出这个指定，本公开的一个示例性实施例在一定时间段(称为“非占用时段”或NOP)内计算诸如以周期性间隔通过关注的频带的能量，并将该值与例如自适应阈值902(参见图9)进行比较。在该示例性具体实施中，能量被计算为以下项的总和：(i)信号；(ii)噪声；以及(iii)所存在的任何干扰，但应当理解，也可使用与本公开一致的计算能量(以及事实上不是能量本身的其它量度)的其它方法。在一个实施例中，频谱占用率是在预定地理区域(称为“测量小区”)中测量的，在一个具体实施中，预定地理区域至少部分地与关注的eNodeB或AP的覆盖区域共同扩展。在一个变体中，测量以周期性间隔(称为“测量间隔”)进行重复，并且与自适应阈值进行比较。

频谱占用率的示例性标准是，如果活动级在指定NOP期间低于预定阈值902，那么认为频谱是未使用的；否则，频谱正在使用。

采样计算-

S_{i} (f, t_{j}) &ForAll; t_{j} &Element; {T_{m}}, f_{c_{i}} - W_{i} / 2 < f < f_{c_{i}} + W_{i} / 2,

令和W_i分别代表在某个时刻t_j上采样的在信道C_i中所传输的/所接收的信号的功率频谱密度函数、信道的中心频率、以及信道带宽。瞬时相邻信道泄漏比率(ACLR)被定义为：

η_{i} (t_{j}) = \frac{{&Integral;}_{f_{c_{i}} + f_{0}}^{f_{c_{i}} + f_{0} + W^{,}} S_{i} (f, t_{j}) df}{{&Integral;}_{f_{c_{i}} - W_{i} / 2}^{f_{c_{i}} + W_{i} / 2} S_{i} (f, t_{j}) df}

式(1)

其中W’和f₀分别代表在其上进行测量的可能未使用的信道的带宽以及与信道中心频率的偏移C_i(即，说明保护带)。如果P_t(t_j)代表以上公式的分母(通过信道C_i瞬时传输/接收信号能量)，那么如果在未占用的时间段(NOP)T_未占用内的瞬时能量采样低于自适应和可配置的阈值ζ，则该信道将被认为是未占用的；即：

ϵ (t_{j}) = \underset{i}{Σ} η_{i} (t_{j}) P_{i} (t_{j}) + N_{0} (t_{j}) + I_{0} (t_{j}) < ζ &ForAll; t_{j} &Element; {T_{m}}

式(2)

其中N_of(t_j)和I_o(t_j)分别代表在时间t_j处的噪声和小区间/小区内的干扰功率采样。

随后，信道被认为是未占用的，并且SME 500a,500b应考虑将空闲信道指派给具有针对另外频谱的待决请求的另一系统或运营商。

应当理解，共享信道中的本底噪声(伪信号、噪声和干扰)将会减小在给定频带中可实现的最大信号与干扰加噪声比(SINR)。因此，阈值ζ应被选择使得将指派给该频带并在该频带中进行操作的无线电接入技术或无线网络的可操作的SINR极限令人满意。

此外，虽然上述采样计算利用自适应阈值作为识别或接受标准，但可结合或代替前述阈值来使用其它标准。例如，在一个变体中，所感测的能量标记随时间的稳定性或无变化用于确定存在或不存在频谱使用(即，基于假设基本上恒定的或变化性低的频谱标记不是指示用户，而是指示基本上恒定的干扰源和/或噪声)。

针对新信道的示例性保留和释放过程-

现在参照图10，示出并且详细描述了根据本公开的示例性保留和释放过程。虽然在本文的图7和图8的基于LTE的基础结构的上下文中示出，但应理解，在给出本公开的情况下，普通技术人员使得以下过程容易地适用于其它技术和网络配置。

如图10中所示，在步骤1002处，eNodeB 704向频谱管理实体(SME)500发送对保留新RF载波的请求。在该示例性实施例中，SME位于EPC702中，并且通过现存SI接口执行eNodeB 704与EPC之间的信令，但是其它接口可用于这个目的。频谱保留请求消息可包含例如RF载波的数量、优选的双工方案(TDD/FDD)等等。

需注意，除了调节限制之外，单个频谱带、或在频率上无法充分地分开的两个频谱带可能不支持FDD操作。如果SME 500可向请求eNodeB指派一个或多个RF载波，那么其发送(按照步骤1004)确认消息，该确认消息在一个具体实施中包含所指派的一个或多个RF载波的参数，这些参数包括但不限于：(i)频谱类型(TDD/FDD)；(ii)下行链路频带和上行链路频带的频率分隔(在FDD的情况下)；(iii)每个频带的链路方向；(iv)所需的保护带配置；(v)带外(OOB)发射极限；以及(vi)可允许的相邻信道抑制比率(ACRR)。

另外，如果频谱旨在由其它eNodeB使用，那么频谱保留请求被拒绝或待定，并且发送信号以通知该决定的请求eNodeB(步骤1006)。如果该请求被拒绝，那么eNodeB在其仍然请求另外的频谱(或次级RF载波)的情况下发送另一保留请求。如果较早请求待定，那么请求eNodeB无需发送新的请求，而是等待直到频谱变得可用。在这种情况下，SME 500使用如较早前所述相同的保留确认消息来通知该请求eNodeB。

一旦eNodeB接收到保留请求确认，则其就按照步骤1010发送通知新的次级RF载波的可用性的支持多载波的UE 202的单播或广播消息。需注意，由网络内SME 500a/跨网络SME 500b对新RF载波进行的指派是临时性的，并且一旦该RF载波不再使用，其就由eNodeB释放。

在可用新RF载波的单播或广播宣告之后，eNodeB可利用所选择的支持多载波的UE来发起次级RF载波设定过程，并且以与现今分配和使用的永久性主RF载波和次级RF载波相同的方式来对一个或多个新的次级载波进行控制和通信分配(步骤1012)。需注意，另外的RF载波的动态保留和释放1014对UE 202是透明的，并且在eNodeB和SME之间发生。还需注意，在示例性具体实施中，每个RF载波具有包含关于中心频率、带宽、掩蔽和OOB要求等的信息的唯一标识符。

当不再使用或充分加载次级RF载波时，eNodeB通过以下方式释放一个或多个次级RF载波：首先按照步骤1013利用被配置为使用该次级RF载波的所有UE来执行一个或多个次级RF载波的解除分配，并随后向SME发送包含被释放的RF载波的标识的频谱释放消息(步骤1014)。网络内/跨网络SME 500a/500b按照步骤1016发送确认消息以便确认一个或多个RF载波和它们的标识的释放。所释放的RF载波不再由已释放这些RF载波的eNodeB使用，除非它们稍后在相同的请求和指派过程后进行重新指派。

尽管未在图10中示出，但是在一个具体实施中，网络内/跨网络SME500a/500b可利用认知无线电技术来检查临时指派的频谱带的使用(例如，使用信道感测技术)，并且请求释放未高效或有效地利用的频谱带。在那种情况下，一个或多个次级载波的释放过程可由从网络内/跨网络SME到eNodeB 704的释放请求消息来触发。

如先前所指出的，使用认知无线电技术的动态频谱共享概念、以及本公开描述的用于检测和指派未占用的频带的过程可由本领域的技术人员容易地修改并且被应用于各种无线电接入技术。此外，网络内/跨网络SME500a/500b的位置和具体实施可根据该方案所应用的无线电接入技术而改变。

本公开的示例性具体实施还在eNodeB 704和UE 202中利用软件定义的无线电(SDR)和可重新配置的RF和/或基带处理，因为eNodeB 704和UE202两者均不具有可指派给eNodeB的RF频带的先验知识，并且因此当分配或解除分配一个或多个临时次级RF载波时，需要eNodeB 704和UE 202自动配置/重新配置它们的RF电路。

还应理解，在考虑到与将不同频带指派给此类不同的无线电接入技术相关的可能共存的问题之后，存在本公开的其它使用情况，诸如例如呈以下形式：在支持不同的无线电接入技术(RAT)的多个基站之间由网络内/跨网络SME 500a/500b动态共享RF频谱或其它资源。

此外，虽然在许可的频谱的上下文中描述了上述实施例，但应理解，本公开的未使用的可用频谱(白色空间)可以是许可的或未许可的(或两者的混合)。在一个具体实施中，网络内/跨网络SME 500a/500b被配置为在许可RF频带和未许可的RF频带之间进行区分，并在考虑到该属性的情况下来向无线电接入系统提供和指派频带(例如，通过将许可的频谱分配给蜂窝系统，并且将未许可的频谱分配给未许可的系统诸如Wi-Fi)。

应当理解，虽然本公开的某些方面是就方法的步骤的具体顺序进行描述，但是这些描述对于本公开的更广泛的方法仅是示例性的，并可根据特定应用的需求进行修改。在某些情况下，某些步骤可成为不必要的或可选的。此外，可将某些步骤或功能添加至本发明所公开的实施例，或者可将两个或更多个步骤的性能的顺序加以排列。所有此类变型均被视为包含在本发明所公开的公开和受权利要求书保护的本文内。

虽然上述详细描述已示出、描述并指出了本公开的应用于各种实施例的新型特征，但应当理解，在不脱离本公开的情况下，可由本领域的技术人员在所示的设备或过程的形式和细节上做出各种省略、代替和更改。上述描述是实施本公开的目前设想到的最佳方式。本说明书决不意在限制，而是应当被认为对于本公开的一般原理是示例性的。应结合权利要求来确定本公开的范围。

Claims

1.一种无线用户设备，包括：

处理器；

与所述处理器进行数据通信的无线接口；和

与所述处理器和所述无线接口进行数据通信的逻辑部件，所述逻辑部件被配置为使得所述无线用户设备至少部分地基于由所述无线用户设备从网络实体所接收的信息来允许对所述无线接口的传输链或接收链的一个或多个方面进行重新配置，以便伺机利用未使用的射频频谱。

2.根据权利要求1所述的无线用户设备，其中所述逻辑部件被进一步配置为使得所述无线用户设备：

针对未使用的频谱对所述无线用户设备的射频环境进行采样；以及

将与采样相关的数据报告给所述网络实体以用于产生所述信息。

3.根据权利要求2所述的无线用户设备，其中所述采样包括对给定频带内的能量或功率密度的确定。

4.根据权利要求3所述的无线用户设备，其中至少部分地基于由所述网络实体对与可用的和分配的频谱资源相关的数据库的访问而得到所述信息，所述数据库可由多个不同的网络运营商访问。

5.一种动态射频资源共享方法，包括：

在网络实体处接收来自基站的对射频资源的请求；

识别至少一种未使用的射频资源；以及

分配所识别的至少一种资源以供所述基站使用；

其中可用的射频频谱内的任何射频资源均适合用于所述分配。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述识别行为至少部分地使用一个或多个认知地感测的参数来执行。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述一个或多个认知地感测的参数由与所述基站进行通信的一个或多个移动设备感测。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述一个或多个认知地感测的参数由所述基站感测。

9.根据权利要求5所述的方法，其中所述网络实体包括具有多种时分双工(TDD)资源和频分双工(FDD)资源的基于长期演进(LTE)的网络的网络管理实体，并且所述未使用的射频资源包括TDD资源或FDD资源中的至少一种。

10.根据权利要求5所述的方法，还包括：

向第二网络实体发出对保留所识别的至少一种未使用的射频资源的请求；以及

接收对所识别的至少一种未使用的射频资源的授权；

其中所述分配至少部分地基于对所述授权的所述接收。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述网络实体包括设置在长期演进(LTE)兼容的蜂窝网络的演进分组核心(EPC)内的频谱管理实体，并且所述基站包括所述网络的eNodeB，并且所述方法还包括从所述频谱管理实体用信号通知所述eNodeB。

12.一种动态射频资源共享架构，包括：

频谱管理实体；和

与所述频谱管理实体进行通信的动态频谱共享实体；

其中所述频谱管理实体和动态频谱共享实体被配置为配合以识别未使用的射频频谱，并将所识别的未使用的频谱分配给(i)多个基站中的至少一个基站，或者(ii)多种无线电接入技术中的至少一种无线电接入技术。

13.根据权利要求12所述的架构，其中：

所述频谱管理实体被设置在长期演进(LTE)兼容的蜂窝网络的演进分组核心(EPC)内，并且所述动态频谱共享实体被设置在所述网络的eNodeB内；并且

所述架构还包括位于所述频谱管理实体与所述动态频谱共享实体之间的信令路径，所述信令路径用于至少用信号通知对未使用的频谱的所述分配。

14.根据权利要求13所述的架构，其中位于所述频谱管理实体与所述动态频谱共享实体之间的所述信令路径包括现存的X2路径或S1路径，所述现存的X2路径或S1路径被配置为除了其它信令功能之外允许在所述动态频谱共享实体与所述频谱管理实体之间通过信号发送认知无线电数据。

15.根据权利要求14所述的架构，其中所述架构还包括认知无线电装置，所述认知无线电装置设置在所述eNodeB处并且被配置为感测所述eNodeB的环境内的射频功率或能量密度，并使用所述信令路径来向所述频谱管理实体报告与所感测的射频功率或能量密度相关的信息。

16.一种用于无线系统的资源管理装置，包括：

处理器；

被配置用于与基站进行通信的第一接口；

被配置用于与网络实体进行通信的第二接口；和

与所述处理器以及所述第一接口和所述第二接口进行数据通信的计算机化逻辑部件，所述逻辑部件被配置为使得所述资源管理装置：

接收来自所述基站的对一种或多种射频资源的请求；

经由所述第二接口来访问由所述网络实体所维护的数据库以确定所请求的一种或多种射频资源的利用率；

获得数据，以使得所述资源管理装置能够授权所述基站使用所请求的一种或多种射频资源；以及

生成至所述基站的信令以传达所述授权。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述网络实体包括仅与所述无线系统相关联的网络内实体。

18.根据权利要求16所述的装置，其中所述网络实体包括与所述无线系统和至少一个第二无线系统相关联的网络间实体，其中操作所述至少一个第二无线系统的运营商不同于操作所述无线系统的运营商。

19.根据权利要求16所述的装置，其中所述第一接口被进一步配置为除了所生成的信令之外在所述基站与所述资源管理装置之间承载网络管理数据。

20.一种用于无线系统的资源共享装置，包括：

处理器；

被配置用于与一个或多个无线移动设备进行通信的第一接口；

被配置用于与网络实体进行通信的第二接口；和

与所述处理器以及所述第一接口和所述第二接口进行数据通信的计算机化逻辑部件，所述逻辑部件被配置为使得所述资源共享装置：

从所述一个或多个无线移动设备中的至少一个无线移动设备接收数据，所述数据与认知地感测的射频资源相关；

向所述网络实体发出对认知地感测的射频资源的至少一部分的请求；以及

向所述至少一个移动设备发出对所请求的资源的使用的授权。

21.根据权利要求20所述的资源共享装置，其中所述认知地感测的射频资源包括对给定频带内的能量或功率密度的确定。

22.一种操作无线用户设备的方法，包括：

利用所述无线用户设备的无线接口来感测与射频频谱资源相关的至少一个射频参数；

经由所述无线接口来向网络实体传输与所感测的至少一个参数相关的数据；

从所述网络实体接收对使用所述频谱资源的授权；以及

调节所述无线接口的传输链或接收链中的至少一者以利用所述频谱资源。

23.一种被配置用于动态射频资源共享的网络实体，所述网络实体包括：

用于从基站接收对射频资源的请求的装置；

用于识别至少一种未使用的射频资源的装置；和

用于分配所识别的至少一种资源以供所述基站使用的装置；

24.根据权利要求23所述的网络实体，其中所述识别至少部分地使用一个或多个认知地感测的参数来执行。

25.根据权利要求24所述的网络实体，其中所述一个或多个认知地感测的参数由与所述基站进行通信的一个或多个移动设备感测。

26.根据权利要求24所述的网络实体，其中所述一个或多个认知地感测的参数由所述基站感测。

27.根据权利要求23所述的网络实体，其中所述网络实体包括具有多种时分双工(TDD)资源和频分双工(FDD)资源的基于长期演进(LTE)的网络的网络管理实体，并且所述未使用的射频资源包括所述TDD资源或FDD资源中的至少一种。

28.根据权利要求23所述的网络实体，还包括：

用于向第二网络实体发出对保留所识别的至少一种未使用的射频资源的请求的装置；和

用于接收对所识别的至少一种未使用的射频资源的授权的装置；

其中所述分配至少部分地基于对所述授权的所述接收。

29.一种无线用户设备，包括：

用于利用所述无线用户设备的无线接口来感测与射频频谱资源相关的至少一个射频参数的装置；

用于经由所述无线接口来向网络实体传输与所感测的至少一个参数相关的数据的装置；

用于从所述网络实体接收对使用所述频谱资源的授权的装置；和

用于调节所述无线接口的传输链或接收链中的至少一者以利用所述频谱资源的装置。