CN107211425B - 多频率定向接入点通信 - Google Patents

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Abstract

公开了一种根据各种服务质量要求分离跨频带在基站接入点与用户设备之间的通信的技术。可以使用全向电视空白空间(TVWS)广播实现到客户端设备的全局广播、低吞吐量通信(例如，上行链路通信)、以及初始用户设备检测。可以利用定向波束转向的WIFI信道处理带宽密集的通信(例如，下行链路通信)。基站可以基于用户设备信息(诸如，位置信息)协调转向。技术包括对波束形成、基站处的分组处理、以及与定向通信相关联的设备的改进。

Description

多频率定向接入点通信
相关申请的交叉引证
本申请要求于2014年12月4日提交的美国临时专利申请第62/087,423号的权益，通过引证将其全部内容结合于本文中。
本申请要求于2015年11月23日提交的美国临时专利申请第14/948,849号的权益，通过引证将其全部内容结合于本文中。
技术领域
所公开的实施方式涉及一种用于跨各种无线射频通道在接入点(AP)与一个或多个用户设备之间进行通信的系统和方法。
背景技术
用户越来越需要对他们的设备的无处不在的无线覆盖范围并抵抗对他们的带宽或最大距离的限制。TV空闲(TVWS)频率可以很快补充可用频率以进一步适应这种需求。尽管定义TVWS的某个方面的802.11af标准在一些组织中可被称为“Super-WIFI”，对于本文的目的，“TVWS”通常指的是低于约700Mhz的频率范围而“WIFI”通常指的是在+/-2.4GHz的0.8GHz和+/-5GHz的0.8GHz以内的频率。由于TVWS范围(例如，上部500-700Mhz带)通常处于比例如WIFI信号(使用约2.4GHz和5GHz进行通信)低的频率，TVWS信号也许能移动更长距离并且与较高频率频道相比穿过更厚的介质。不幸地，低频率TVWS信道可能不那么适于更高的带宽应用。
例如，对于数字通信，设备制造商普遍采用各种公司提供的例如用于数字通信的“芯片组”。存在用于IEEE 802.11WIFI、蜂窝通信等的芯片组。尽管一些芯片组可以很快提供在TVWS与WIFI通信信道之间交替的能力，不清楚应当如何使用信道以及如何在它们之间分配通信量。即使替换新的芯片组或者修改现有芯片组，但与先前的方法相比，TVWS和WIFI能力的次优应用可能导致没什么改善。因此，需要利用这些新信道补充用户连接性的系统和方法，同时确保它们相对益处和局限性。
发明内容
尤其在所附权利要求中公开了根据本发明的实施方式，涉及一种方法、储存介质、系统以及计算机程序产品，其中，还可以在另一个权利要求范畴(例如，系统)内要求在一个权利要求范畴(例如，系统)内提及的任何特征。仅为了形式原因，选择了所附权利要求中的从属权利要求或者后向引用。然而，也可要求保护故意后向引用任何上述权利要求(具体地，多个从属权利要求)导致的任何主题内容，以致权利要求及其特征的任何组合被公开并且不管在所附权利要求中选择的从属都可要求保护。要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中陈述的特征的组合而且还包括权利要求中特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与任何其他特征或者权利要求或权利要求中的其他特征的组合结合。此外，可以在分开的权利要求和/或与此处描述或描绘的任何实施方式或特征或者与所附权利要求的任何特征的任意结合中要求保护在此处描述和描绘的任何实施方式和特征。
在根据本发明的实施方式中，接入点可以包括：
第一天线，配置为使用电视空白空间(TVWS)频率进行传输；
天线阵列，配置为用于在WIFI频率上进行定向传输；以及
一个或多个处理器，被配置为：
使用TVWS频率从用户设备接收第一消息；
确定与用户设备相关联的位置信息；
基于位置信息确定波束转向配置；以及
使用波束转向配置和天线阵列在WIFI频率上将第二消息发送至用户设备。
位置信息可以是方向并且确定位置信息可以包括依次在两个天线接收第一消息。
在根据本发明的实施方式中，一个或多个处理器可以进一步被配置为在WIFI频率上发送第二消息之前等待超过迟滞窗口的一段时间，迟滞窗口可以对应于一个或多个芯片和一个或多个天线上从TVWS到WIFI能力的转换。
位置信息可以是从TVWS数据库中检索的位置。
在根据本发明的实施方式中，接入点进一步可以包括被配置为提供全向无线通信的第二天线，其中，第二天线的范围比第一天线的范围大大约百分之二十。
天线阵列的范围可以是第一天线的范围的至少百分之90。
在根据本发明的实施方式中，方法进一步可以包括：
专门在TVWS频率上从用户设备接收上行链路通信；以及
使用波束转向配置专门在WIFI频率上将下行链路通信发送至用户设备。
在根据本发明的实施方式中，用户通信设备可以包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，包括被配置为使所述至少一个处理器执行方法的指令，所述方法包括：
使用TVWS频率将位置信息提供至接入点；以及
基于位置信息使用WIFI频率接收波束转向通信。
在根据本发明的实施方式中，用户通信设备可以进一步包括阵列和全向天线，阵列被配置为使用WIFI频率提供波束转向通信，并且全向天线被配置为使用TVWS频率提供通信。
位置信息可以是从地理位置数据库中检索的位置。
位置信息可以包括与用户通信设备相关联的唯一标识符。
在根据本发明的实施方式中，方法可以进一步包括：
专门在TVWS频率上将上行链路通信发送至接入点；以及
使用波束转向配置专门在WIFI频率上从接入点接收下行链路通信。
下行链路通信可以包括CSMA/CA信令和信道控制数据。
在根据本发明的实施方式中，计算机实现方法可以包括：
使用TVWS频率从用户设备接收第一消息；
确定与用户设备相关联的位置信息；
基于位置信息确定波束转向配置；以及
使用波束转向配置用WIFI频率将第二消息发送至用户设备。
位置信息可以是方向并且确定位置信息可以包括依次在两个天线处接收第一消息。
在根据本发明的实施方式中，计算机实现方法可以进一步包括在WIFI频率上发送第二消息之前等待超过迟滞窗口的一段时间，迟滞窗口可以对应于一个或多个芯片和一个或多个天线上从TVWS到WIFI能力的转换。
位置信息可以是从TVWS数据库中检索的位置。
在根据本发明的实施方式中，计算机实现方法进一步可以包括：
专门在TVWS频率上从用户设备接收上行链路通信；以及
使用波束转向配置专门在WIFI频率上将下行链路通信发送至用户设备。
在根据本发明的实施方式中，计算机实现方法进一步可以包括：
使用波束转向配置发送CSMA/CA信令和信道控制数据。
在根据本发明的实施方式中，一个或多个计算机可读非易失性存储介质可以体现为软件，当软件被执行时可操作为执行根据本发明或者上述任一个实施方式的方法。
在根据本发明的另一实施方式中，系统可以包括：一个或多个处理器；以及至少一个存储器，耦接至处理器并且包括处理器可执行的指令，当执行指令时处理器能操作为执行根据本发明或者上述实施方式中任一实施方式的方法。
在根据本发明的实施方式中，计算机程序产品优选地包括计算机可读非易失性存储介质，当在数据处理系统执行时可以操作为执行根据本发明或者上述任一个实施方式的方法。
附图说明
可以通过参考以下结合附图的详细说明更好得理解在此引入的实施方式，其中，相同参考数字表示相同或者功能上地类似的元件：
图1是示出了如在一些实施方式中可能发生的双WIFI/TVWS接入点和各种双WIFI/TVWS设备的拓扑的框图；
图2是示出了如在一些实施方式中可能发生的来自图1的拓扑的各种组件的框图，其中，用户设备和接入点参与TVWS交换；
图3是示出了如在一些实施方式中可能发生的图1的拓扑的框图，其中，接入点向用户设备提供定向WIFI覆盖；
图4是示出了如在一些实施方式中可能发生的来自图1的拓扑的各种组件的框图，其中，接入点采用波束转向以向多个用户设备提供定向WIFI覆盖；
图5是示出了如在一些实施方式中可能发生的来自图1的拓扑的各种组件的框图，其中，接入点采用波束转向和波束形成以向多个用户设备提供定向WIFI覆盖；
图6A是示出了如在一些实施方式中可能发生的2.4GHz/5GHz(WIFI)对具有一个或多个全向无线天线的500MHz(TVWS)信道的相对覆盖度的框图；图6B是示出了如在一些实施方式中可能发生的定向2.4GHz信号对全向500MHz信号的相对覆盖度的框图；
图7是示出了如在一些实施方式中可能发生的示例性网络拓扑的高级框图，网络拓扑提供有关WIFI和TVWS介质中的每一个的上行链路和下行链路功能；
图8是示出了如在一些实施方式中可能发生的用于管理在接入点进入的用户设备的过程的流程图；
图9是示出了如在一些实施方式中可能发生的用于在接入点进行定向和全向管理用户设备的过程的流程图；
图10是示出了如在一些实施方式中可能发生的从802.11ac转换为802.11af功能的降频转换的频率图；
图11是示出了如在一些实施方式中可能相关的具有20-40MHz信道SISO的802.11ac的理论数据速率的表；
图12是示出了如在一些实施方式中可能相关的具有6、7、8MHz信道SISO的802.11af的理论数据速率的表；
图13是示出了如在一些实施方式中可能发生的各种SINR和模式的比率关系的表；
图14是示出了如在一些实施方式中可以实现的进行比率缩放的过程的流程图；以及
图15是示出了如可以用于实现一些实施方式的特征的计算机系统的框图。
尽管本文中呈现的流程图和顺序图示出了设计为使它们更容易被人类读者理解的组织，但本领域中的技术人员将会理解用于存储该信息的真实数据结构可以与所示出的不同，因为它们例如可以不同的方式组织；可以包含比所示出的更多或更少的信息；可以被压缩和/或加密等。
在本文中提供的标题仅仅为了方便起见，并不一定影响实施方式的范围或意义。此外，附图不必按比例绘制。例如，附图中一些元件的尺寸可以放大或者减小以帮助提高对实施方式的理解。相似地，为了讨论一些实施方式的目的，可以将一些组件和/或操作分成不同的方框或合并成单个方框。此外，尽管各种实施方式可被修改为各种变形和替换方式，已经在附图中通过举例的方式示出了具体实施方式并且以下进行了详细描述。然而，并不旨在局限于所描述的具体实施方式。
具体实施方式
与例如如在WIFI通信中使用的工业、科学和医疗(ISM)频率相比，TV空闲(TVWS)频率更容易穿透物理对象并便于远距离通信。然而，与ISM频带相比，TVWS频率通常适应更小的带宽。各种公开的实施方式对基站接入点与用户设备之间的通信进行分离以充分利用每个频带的益处。具体地，可以使用全向TVWS广播实现客户端设备的全局广播、低吞吐量通信(例如，从用户设备到接入点的上行链路通信)、以及初始用户设备检测。相反，可以利用定向波束转向WIFI信道(例如，彼此干扰的WIFI通信天线以便形成指向性增益)处理带宽密集通信(例如，从接入点到用户设备的下行链路通信)。基站可以基于用户设备信息(诸如，位置信息)协调转向。同时考虑波束形成、基站处的分组处理、以及与定向通信相关联的设备的改进。
现在将更详细地描述所公开的实施方式的各种实例。以下说明提供具体细节以对这些实例进行彻底理解并能够进行描述。然而，相应领域技术人员将会理解，可以不用很多这些细节实践本文中讨论的实施方式。同样地，相关领域技术人员还将理解实施方式可包括本文中未详细描述的许多其他显而易见的特征。另外，下面可以不详细示出或描述一些众所周知的结构或功能，以便避免使相关说明不必要地模糊。
即使术语与实施方式的某个具体实例的详细说明结合使用，以其广泛合理的方式解释以下使用的术语。实际上，下面甚至可以强调某些术语；然而，将在本节中明显地并且明确地限定旨在通过任何限制的方式解释的术语。
概述-示例性拓扑
很多TVWS频谱目前并未使用。例如，在美国，低于700MHz的TV频谱的部分仍然可用并且并不会与任何特定应用正式相关联。在一些情况下，该部分中的信道可以是6MHz宽。
802.11af和802.22标准提出在该可用频谱中传输数据。在一些提出的这些标准的实现方式中，设备将会感测空闲信道并分配这些信道以便使用。数据库(例如，地理数据库)可以用于巩固并追踪用户设备位置和信道可用性。
不久的将来，基于设备的芯片组可以提供TVWS范围内的操作。这些系统可以将TVWS功能添加到现有的WIFI芯片组(例如，它们可以实现802.11af的方面)。例如，当WIFI覆盖退化时，这些芯片组可以将TVWS用作备用(fallback)。由于TVWS实现更大的范围(例如，能够穿透墙的较低频率)，TVWS可以有助于该备用。图1是示出了如在一些实施方式中可能发生的双WIFI/TVWS接入点和各种双WIFI/TVWS设备之间的拓扑的框图(将认识到如本文中涉及的“接入点”可以是基站、eNodeB等)。例如，移动用户设备120a、b和固定设备115a、b可以设法与接入点105连接以跨网络125(诸如，互联网)与第三方服务器130a-c通信。然而，虽然设备120a和115a在接入点105的WIFI范围140b内，但设备115b和120b可能在WIFI范围140b之外(例如，设备120b可具有过小的WIFI范围140a以从接入点105获得信号)。但设备115b和120b仍在接入点105的TVWS范围135b以内(同样地，接入点105可以在设备120b的TVWS范围140a以内)。因此，各种实施方式使用TVWS执行初始通信(例如，用户设备的存在的接入点的发现)。虽然接入点的全向WIFI范围不能延伸至用户设备120b和115b，但接入点105可以包括便于在WIFI频带(对于TVWS频带，一些实施方式也可以采用多个天线)中进行聚焦波束转向和/或波束形成的天线阵列110。
图2是示出了如在一些实施方式中可能发生的来自图1的拓扑的各种组件的框图，其中，用户设备和接入点参与TVWS交换。在图2中，用户设备120b和接入点105参与TVWS交换。在一些实施方式中，接入点可以检测用户设备在TVWS信道上的存在，例如，尽管用户设备120b发射全向TVWS分组(或者反之亦然，而接入点105发射TVWS分组)。用户设备120b可以经由TVWS分组向接入点传达有关用户设备的位置的信息。可替换地，接入点也许能基于TVWS分组利用用户设备的近似位置接入地理数据库(例如，服务设备130b)。图3是示出了如在一些实施方式中可能发生的图1的拓扑的框图，其中，接入点向用户设备提供定向WIFI覆盖。例如，在检测用户设备120b之后，接入点105可以使用天线阵列110以将WIFI信道中的定向波束305转向到用户设备120b。在该定向波束上可能发生通信密集的通信(例如，交换大量数据的应用)而在全向TVWS信道上可能发生较低优先通信。
图4是示出了如在一些实施方式中可能发生的来自图1的拓扑的各种组件的框图，其中，接入点采用波束转向以向多个用户设备提供定向WIFI覆盖。例如，接入点105已将波束405从用户设备120b转向到用户设备120c。定向覆盖可以接连地主动提供至每个用户设备(例如，接入点可以遍历已知的用户设备并在整个范围410提供接收性)。
图5是示出了如在一些实施方式中可能发生的来自图1的拓扑的各种组件的框图，其中，接入点105采用波束转向和波束形成以向多个用户设备提供定向WIFI覆盖。具体地，一些实施方式可以采用波束形成和波束转向两者以在各种用户设备处优化接收。可以施加较窄的进一步到达的波束510以与用户设备120c通信，但可以用较宽的更靠近的波束505与设备120b通信。可以施加波束形成以避免相邻的用户设备之间的干扰。在一些实施方式中，WIFI波束形成的范围可以相当于TVWS范围，而在其他实施方式中，WIFI波束形成的范围可以在TVWS范围之前或超出TVWS范围。尽管在这里同时进行描述，但将认识到波束505和510可以在不同的时间出现(例如，它们可以通过阵列110依次形成)。
相对覆盖
图6A示出了如在一些实施方式中可能发生的2.4GHz/5GHz(WIFI)对具有一个或多个全向无线天线的500MHz(TVWS)的相对覆盖。圆605反应关于接入点的示例性TVWS范围，接入点可以经由在500MHz下操作的4dBi全向天线。圆610反应在5.4GHz下操作的4dBi全向天线的示例性范围。圆620a反应在2.4GHz操作的18dBi全向天线的示例性范围。如所示，对应于圆620a的范围是对应于圆610的范围的2.1倍。相似地，圆605对应于大约10倍的范围，范围对应于圆610。
一些实施方式采用
Figure BDA0001369646620000091
的和/或
Figure BDA0001369646620000092
的2016三重频带芯片以覆盖如本文中描述的TVWS功能。实施方式可能使WIFI在大ad-hoc小区内波束转向高带宽信号。一些实施方式可以使减少吞吐量的载波感应多重存取(CSMA)/CA开销几乎100％降低并会引起拥塞崩溃(例如，如果网络中存在太多WIFI用户设备)。因此，用户设备与接入点之间的TVWS连接可以用于：上行链路信号；新用户设备发现；地理定位用户设备；从用户设备关闭用于广播消息和请求发送/清除发送的链路；处理CSMA/CA信令等。
图6B示出了如可能在一些实施方式中发生的定向2.4GHz/5GHz信号对全向500MHz信号的相对覆盖。定向覆盖620b可以反应如使用例如如在一些实施方式中的天线阵列实现的2.4GHz定向信号的18dBi增益。如果用户设备位于区域625，在圆605的TVWS范围外，可能接入点检测不到直至与定向覆盖620b相关联的波束在其方向上转向。情况是信号不能以该距离从用户设备发送至接入点(例如，由于在接入点接收的2.4GHz信号低于本底噪声)。
一些全向WIFI系统使用具有多个节点的CSMA/CA。然而，具有定向天线的多个节点可以呈现天线不能相互感测的情况。在这些情况下，CSMA不能工作得如期望那么好(例如，可能发生碰撞但是控制天线的设备将会保持没有意识到另一天线的存在)。通过使用定向发射(例如，使用波束转向)，这些问题可能减轻。TVWS由于其增大的范围可以反而采用全向天线并且因此施加CSMA且不存在这些困难。
网络拓扑
图7是示出了如在一些实施方式中可能发生的提供有关WIFI和TVWS介质中的每一个的上行链路(从客户端设备到接入点)和下行链路(从接入点到客户端设备)功能的示例性网络拓扑的高级框图。接入点710可以与运动车辆705c、各种用户设备705b、以及固定住宅设备705a、705d通信。尽管这里描述为提供有关TVWS和WIFI信道中的每一个的双向通信，但应认识到在一些实施方式中在有些情况下一些信道上仅可以进行单向通信(往或返于接入点710)。
对于2.4/5GHz WIFI下行链路，WIFI下行链路可以是定向的(例如，使用波束转向)并且由于5GHz或2.4GHz的大信道带宽可以高吞吐率传输批量数据。在一些实施方式中，WIFI下行链路不必是CSMA/CA，但可缺省成更普遍的时分多址(TDMA)方案，例如，不用冲突避免或载波侦听。用户设备的波束形成可基于从TVWS地理位置报告数据得到的初始位置锁定。进一步对于无线下行链路，而不是仅划分下行链路的频带和上行链路的频带，一些实施方式基于服务质量(QoS)要求进行划分。可以使用2.4GHz/5GHz信道传送(可论证地)具有较慢的延迟要求的高吞吐量数据。具有更快的延迟要求的低吞吐量数据可以使用TVWS信道。例如，在一些实施方式中，由于这些操作通常是低吞吐量，所有的上行链路操作和所有其他CSMA/CA控制信令可能发生在TVWS信道上。WIFI上行链路不能用于或者可以用于执行(例如，来自其他接入点)外界干扰的周期载波侦听。
对于TVWS下行链路，下行链路可以广播CSMA/CA信令和包括BTS ACK和RTS/CTS的信道控制特征。对于TVWS上行链路，由于信道带宽可能较小，上行链路可以低吞吐速率传输更低的带宽上行链路数据。上行链路可以携带MAC所需的所有信令，例如，来自用户设备的以确认所接收的下行线路数据的ACK、RTS/CTS等。TVWS上行链路可以遵循MAC要求的所有的CSMA/CA备用，例如，在DIFS期间等待/感测、随机/指数备用间隔；从新用户设备侦听信标等。
示例性进入的用户设备管理过程
图8是示出了如在一些实施方式中可能发生的用于管理在接入点进入的用户设备的过程的流程图。在方框805中，接入点系统可以经由TVWS识别新用户设备。如果还没检测到新用户，在方框810中，接入点可以管理现有的定向和非定向客户端(例如，经由补充有偶尔波束转向传输的标准全向802.11ac/802.11af操作，取决于客户端设备的位置)。
如果在方框815中检测到新用户，在方框820中(例如，从分组内容本身或者参考地理数据库)系统可以确定是否能够从TVWS数据中查明用户设备的位置。如果在方框815中不能基于TVWS数据推断出用户的位置，在方框825中，系统可以设法基于幅值/接收器定向性查明用户设备的位置(例如，如果多个TVWS天线可用，系统可以设法基于所接收的幅值通过比较信号的到达时间和到用户的距离确定定向性)。如果可基于TVWS接收器方向性检测用户位置，在方框830中，系统可以推断用户的位置。
如果在方框835中确定用户的位置并发现适于定向通信(例如，在定向WiFi范围内，具有足够精确的位置确定等)，在方框840中系统可以指定新的客户端适于定向通信。在方框845中，系统可以基于其位置和/或其他用户设备在该地区的位置确定新设备的合适的波束转向/形成参数。
如果不能建立新用户设备的位置，在方框850中，一些实施方式可以设法确定全向WIFI通信是否将会满足新用户设备。如果新设备在全方向范围内，那么在方框860中可以使用WIFI通信。相反，在方框855中，可以专门在TVWS上继续与设备的通信。在方框865中，用户设备然后可以加入网络。在方框810中，在网络内的现有设备的管理期间，可以周期性地重新评估新设备的指示。
示例性定向性管理过程
图9是示出了如在一些实施方式中可能发生的用于在接入点进行定向和全向管理用户设备的过程的流程图。在方框905中，系统可以处理全向客户端(例如，根据以太网协议与它们在全向WIFI网络上通信)。在方框910中，如果存在待处理的定向客户端，在方框915中系统可以考虑下一定向客户端并且在方框920中执行波束转向到该客户端。如果需要，在一些实施方式中，在方框925中，还可以执行波束形成(例如，为了避免与附近的用户设备或接入点的干扰)。在方框930中，可以跨定向WIFI信号执行从接入点到用户设备的下行链路通信。在方框935中，如果上行链路客户端数据反应新位置，在方框940中系统可以基于新相对位置调整相应波束转向/形成。将认识到，在一些实施方式中可以在每个波束转向/形成之前基于上行链路数据进行调整。在一些实施方式中，可以例如基于环境的变化、地理数据库中的新数据、带宽需求的变化等进行调整而不考虑上行链路数据。
芯片组重新规划
如本文中提及的，一些人使用提供WIFI和TVWS能力两者的芯片组，或者提供单独的WIFI和TVWS能力的多个芯片组。然而，各种实施方式反而设法重新规划现有的WiFi/无线电芯片组(例如，仅提供WIFI能力的芯片组)以在较低的频谱区域(诸如，在TVWS)中进行操作。各种实施方式考虑在不同的方案中实现这一点。
芯片组重新规划-示例性方案1-下变频
在一些实施方式中，设计为仅用于WIFI功能的芯片组用于对信号进行下变频。这可以维持信号带宽，但提供不同的载波频率(例如，将载波频率向下转换成500MHz而且还通过在调制器进行时钟下调缩小信号)。一些实施方式在频域内取样以将信道载波缩小到6Mh块并且然后将块向下移动到低频率。一些实施方式执行信道捆绑(例如，合并天线接口以提高吞吐量)。多信道载波可用于捆绑，例如，一个信道载波可以捆绑相邻信道载波或者跨频带进行聚合。
图10是示出如在一些实施方式中可能发生的从802.11ac转换到802.11af功能的下变频的频率图。一些实施方式使用时钟下调7.5x的802.11ac40MHz信道PHY实现802.11af功能的方面。这可以产生6MHz、7MHz或8MHz信道，其具有大约7.5x长的符号/GI持续时间。如在802.11ac中两者之间的频谱效率可以是类似的(尽管在一些情况下由于较长的符号时间可稍小)。然而，数据速率可相应地按比例减笑(例如，由于较小的信道带宽)。
当从802.11ac转换到802.11af时，144个载波可以分开地分布得很广。子载波分离可以减少，但符号持续时间/保护间隔可以增大(例如，从800ns到6μs)。频谱效率可以降低(例如，～12％)并且信道带宽也可以减小(例如，从40MHz到6MHz)。数据速率可以与信道带宽呈线性比例。因此，2.4Ghz/5Ghz与TVWS信道之间的通信量分配可以考虑这些不同的参数。
802.11af可以通过实现地理位置数据库提供频谱共用(例如，在实际位置的50m以内)和/或频谱感测。802.11af可以支持高达4W或2W+2W的信道捆绑(其中，基于区域中的TV信道宽度，W＝6MHz到8MHz)。图11是示出了如在一些实施方式中可能相关的具有20-40MHz信道SISO的802.11ac的理论数据速率的表。图12是示出了如在一些实施方式中可能相关的具有6、7、8MHz信道SISO的802.11af的理论数据速率的表。
芯片组重新规划-示例性方案2-多输入多输出(MIMO)
802.11af还可以支持MIMO传输(高达4个空间流)。因此，一些实施方式具有高达4个空间流以将带宽乘以4。具有比TVWS高的吞吐量的WiFi可以用于数据密集的下行链路(例如，当用户流传输视频时)而从用户设备到接入点的低吞吐量/带宽上行链路可以使用TVWS(例如，使用双模式芯片组)。一些实施方式可以进行QoS评估以确定使用哪一个-WIFI或TVWS。TVWS可以提供相当大的物理范围因此可以更好地适于除WiFi以外的一些任务。
信号与干扰和噪声(SINR)表
图13是示出了如在一些实施方式中可能发生的各种SINR和模式的比率关系的表。提供了一种SINR，系统可以从速率表中选择相应速率。TVWS或WIFI中的信道的竟争比例可以被作为因素，并且可以基于此选择最大可达速率。SINR测量方法和速率表格式可以是硬件特定的。例如，它们可基于芯片组设计者的实现方式以实现某个期望性能水平。
接入点能力
接入点可具有一个或多个TVWS收发器(500MHz-700MHz)和一个或多个WIFI收发器(2.4GHz和5GHz)。
用户设备(UE)能力
可以基于仅执行WIFI还是WIFI和TVWS操作通过接入点来确定UE能力(即，用户设备能力)。
UE能力-仅WIFI
在一些实施方式中，通过至少一个WIFI信道上的接入点进行的操作可以是所需的最小能力。尽管在一些实施方式还可以包括802.11a/b/g/n，对于最高的向后兼容，可以假定2.4GHz Wi-Fi并且在本文中称为802.11ac。
UE能力-仅WIFI-接入点配置#1
在这些实施方式中，2.4GHz收发器可以专门用于与该网络中的客户端执行标准802.11ac Wi-Fi。不是所有的实施方式采用2.4GHz，而是可以反而使用5GHz。一些实施方式可以使用2.4GHz和5GHz信道两者。
UE能力-WIFI和TVWS
在一些实施方式中，UE可以能够进行2.4GHz、5GHz、以及TVWS(802.11af)操作。芯片组可以是三频覆盖这3个频谱频带。
UE能力-WIFI和TVWS-接入点配置#2
在该配置中可以采用2.4GHz and 5GHz上的常规802.11ac Wi-Fi而数据速率超过802.11af的数据速率(例如，当客户端非常接近BTS时)。当802.11af的数据速率802.11af超过802.11af的数据速率时(例如，当客户端远离BTS时)反而可以应用802.11af。图14是示出了如在一些实施方式中可以发生的进行比率缩放的过程的流程图。在一些实施方式中，可以采用如在接入点指示的迟滞窗口以防止TVWS与WIFI配置之间的“往复转换工作”(例如，当TVWS和WIFI上的数据速率大致相同时，比预想的更频繁地在标准之间进行切换)。与应用迟滞条件不同，当速率相称且不存在拥塞时，可以优选地将TVWS或WIFI选择为缺省。由于三频TVWS芯片供货商对MAC层的逻辑实现，一些实施方式实现所公开的特征。各种实施方式可以与配置#1向后兼容。
在该示例性过程中，在方框1405中，系统可以测量WIFI与TVWS的信号噪声比(SINR)并且还可以检测任何可能的信道争用。在方框1410中，系统然后可以基于所确定的SINR和信道争用访问速率表以确定合适的速率。在方框1415中，如果如从表中确定的最高的可用速率是用于WIFI的，然后在方框1440中系统可以确定是否已超过迟滞窗口。如果是，在方框1445中，可以使用WIFI，且在整个通信会话的持续时间进行定期的TVWS评估。
如果不是那样，在方框1415中确定TVWS提供了最佳可能速率，在方框1420中系统然后可以确定WIFI波束转向是否可用(在一些实施方式中，在这个阶段可以对波束转向质量进行评估以确定转向是否合适)。如果转向可用/合适，那么在方框1425中，接入点可以应用波束转向以与客户端进行通信。相反，如果波束转向不可用/不充分，然后在方框1430中系统可以确定退出迟滞窗口。如果是，然后在方框1435中可以使用TVWS，且在整个通信会话的持续时间进行定期的WIFI评估。
UE能力-WIFI和TVWS-接入点配置#3
与在以上两个接入点配置中可以采用的时分双工(TDD)通信不同，一些实施方式实现频分双工(FDD)通信机构。TVWS频率可以用于一些特定功能并且2.4GHz和5GHz频率可以用于功能的补集。可适于根据情况对频谱频带进行功能分配并且可以不完全不同。为了清楚，2.4GHz和5GHz频率本文中可以称为“高频带”并且TVWS频率可被称为“低频带”。
在接入点处在频带的一个可能的功能分配中，低频带可以实现常规802.11CSMA/CA介质访问控制(MAC)功能。这些“控制”功能可以包括信道访问控制所需的所有的机制(ACK、回退、RTS/CTS等)。
高频带可以实现修改的TDMA MAC。该MAC不能使用载波侦听和冲突避免或预调度(确定性的)时隙。相反，MAC可以遵从从低频带向其传达的“控制”信息以处理所有的小区内争用。对于小区内争用(与其他网络的干扰)，高频带收发器可以周期性地停止发送以感测来自外部网络的推断并且可以变成抗干扰信道或恢复到配置#2。
为了增大高频带的范围，接入点可以使用用于高频带收发器的定向天线。该天线可以采用传统的相位阵列以在具体期望方向上实现天线增益。天线阵列的确定性波束转向可以允许在任何期望UE的方向上的天线增益。在这种情况下，可以在模数转换(ADC)之前将来自多个天线的RF信号进行合并以便在所希望的方向上实现天线增益。还可以采用多个发送/接收链路(例如，其中在ADC之后将信号合并)实现SINR增益(例如，经由数字信号处理波束形成)或能力增益(例如，经由MIMO)。
在一些实施方式中，如果具有和不具有TVWS能力的网络上存在用户设备的混合：a)对于没有TVWS收发器的用户设备，系统可以遵循配置#1，在该配置中(最常见的)2.4GHz收发器可以用于常规TDD Wi-Fi；b)对于具有TVWS收发器的用户设备，5GHz收发器可以用于本文中讨论的FDD通信(在这种情况下“高频带”仅指5GHz频谱)。
在用户设备处的天线可以是全向的或者定向的。在一些实施方式中，当新客户端连接网络时，过程可以遵循常规WIFI MAC协议(例如，在低频带频率上)。如果客户端在低频带频率的范围外，那么客户端不能连接网络。当加入网络时客户端可以提供接入点地理位置信息或者可以(例如，通过提供唯一标识符)使接入点引用地理位置数据库。在一些实施方式中，客户端对其地理位置的认识是使用TVWS频谱的先决条件。在一些实施方式中，可以对该信息进行重构以朝向客户端的地理位置转向高频带辐射图案波束。
对频带各种其他可能的功能分配符合该网络拓扑和基础设施。例如，可以使用某一预定品质因数将功能动态地分配到低频带和高频带。图14示出了品质因数是SINR的实例，然而，其还可以是当前在WIFI MAC中使用的其他信道质量指示符，或者一些更高层的测量(诸如，总吞吐量)。
计算机系统
图15是示出了如可以用于实现一些实施方式的特征的计算机系统的框图。计算系统1500可以包括一个或多个中央处理器(“处理器”)1505、存储器1510、输入/输出设备1525(例如，键盘和点控设备、显示设备)、存储设备1520(例如，光盘驱动器)、以及连接到互联1515的网络适配器1530(例如，网络接口)。互连1515示出为由合适的桥接器、适配器或控制器连接的任何一个或多个单独的物理总线、点对点连接或这两者的抽象化表示。因此，互连1515可以包括(例如)系统总线、外部设备互连(PCI)总线或PCI快线、超传输或工业标准架构(ISA)总线、小型计算机系统接口(SCSI)总线、通用串行总线(USB)、IIC(I2C)总线或电气与电子工程师协会(IEEE)标准1394总线，也称为“火线”。
存储器1510和存储设备1520是可以存储实现各种实施方式的至少一部分的指令的计算机可读存储介质。此外，可以经由数据传输介质(例如，通信链路上的信号)存储或者传输数据结构和信息结构。可以使用各种通信链路，例如，互联网、局域网、广域网、或点对点拨号连接。因此，计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质(例如，“非暂时性的”介质)和计算机可读传输介质。
存储在存储器1510内的指令可以实施为软件和/或固件，以对处理器1505进行编程，以执行上述动作。在一些实施方式中，可以通过计算系统1500(例如，经由网络适配器1530)从远程系统中下载这种软件或固件，为将这种软件或固件首先提供给处理系统1500。
在本文中介绍的各种实施方式例如可以由通过软件和/或固件或者完全在专用硬接线(非可编程的)电路内或者在这种形式的组合内编程的可编程电路(例如，一个或多个微处理器)实现。专用的硬接线电路可以是例如一个或多个ASIC、PLD、FPGA等的形式。
备注
以上描述和附图是示例性的并不解释为限制性的。描述了许多具体细节以提供对本公开的渗入了解。然而，在某些情况下，为了避免使说明变得不清楚，没有描述众所周知的细节。此外，可以在不偏离实施方式的范围的前提下进行各种修改。
在本说明书中，对“一种实施方式”或“一个实施方式”的参考是指结合该实施方式所描述的具体的特征、结构或特性包括在本公开的至少一种实施方式中。在说明书中不同的地方出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”未必都指同一个实施方式，也不是指与其他实施方式互相排除的分离的或可替代的实施方式。此外，描述的各种特征可能被某些实施方式展示出来而没有被其他实施方式展示出来。相似地，描述的不同要求可能是对于一些实施方式而不是其他实施方式的要求。
在使用每个术语的本公开的上下文中以及具体的上下文中，该说明书中使用的术语通常具有本领域中它们的普通含义。在下文中或者在说明书的其他地方论述了用于描述本公开的某些数据，以对从业者提供有关本公开的描述的额外引导。为了方便，可以例如使用斜体和/或引号将某些术语突出显示。突出显示的使用对术语的范围和含义没有影响；在相同的上下文中，是否术语是否被突出显示，其范围和含义相同。将理解的是，同一事物可以用一种以上的方式来叙述。将认识到“内存”是“存储器”的一种形式并且术语有时可以互换使用。
因此，可替换的语言和同义词可以用于本文中阐述的术语中的任意一个或多个，对在本文中术语是否详尽或阐述没有任何特殊的意义。提供某些术语的同义词。对一个或多个同义词的叙述不包括其他同义词的使用。在本说明书中包括本文中阐述的任何术语的实例的任何地方的实例的使用仅仅是示例性的，并且并不旨在进一步限制本公开或任何示例术语的范围和含义。同样地，本公开不限于本说明书中给出的各种实施方式。
以下给出了根据本公开的实施方式的仪器、设备、方法及其相关结果的实例，但其意图并不是限制本公开的范围。应注意，为了方便读者实例中可以使用标题或子标题，其决不应限制本公开的范围。除非另有定义，在本文中所使用的所有技术和科学术语具有本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。在冲突的情况下，本文档(包括定义)为准。

Claims (16)

1.一种接入点，包括：
第一天线，被配置为使用电视空白空间频率进行通信；
天线阵列，被配置为使用WIFI频率进行定向波束转向，其中，所述天线阵列被配置为基于合并来自所述天线阵列中包括的多个天线的信号来提供天线增益；以及
一个或多个处理器，被配置为：
使用所述电视空白空间频率从用户设备接收包括唯一标识符的第一消息；
确定与所述用户设备相关联的位置信息，通过利用所述唯一标识符接入和参考地理位置数据库来接收所述位置信息；
基于所述位置信息确定波束转向配置；
使用所述波束转向配置和所述天线阵列在所述WIFI频率上将第二消息发送至所述用户设备；以及
同时专门在所述电视空白空间频率上从所述用户设备接收上行链路通信，并且专门在所述WIFI频率上将下行链路通信发送至所述用户设备。
2.根据权利要求1所述的接入点，其中，所述位置信息是方向，并且确定位置信息包括依次在两个天线处接收所述第一消息。
3.根据权利要求1所述的接入点，所述一个或多个处理器进一步被配置为在所述WIFI频率上发送所述第二消息之前，等待超过迟滞窗口的一段时间，所述迟滞窗口对应于一个或多个芯片和一个或多个天线上从电视空白空间到WIFI能力的转换。
4.根据权利要求1所述的接入点，其中，所述位置信息是从电视空白空间数据库中检索的位置。
5.根据权利要求1所述的接入点，进一步包括被配置为提供全向无线通信的第二天线，其中，所述第二天线的范围比所述第一天线的范围大百分之二十。
6.根据权利要求1所述的接入点，其中，所述天线阵列的范围是所述第一天线的范围的至少百分之90。
7.一种用户通信设备，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，包括被配置为使所述至少一个处理器执行方法的指令，所述方法包括：
使用电视空白空间频率将包括唯一标识符的位置信息提供至接入点，通过利用所述唯一标识符接入和参考地理位置数据库来接收所述位置信息；
基于使用所述电视空白空间频率提供的所述位置信息使用WIFI频率接收波束转向通信；以及
同时专门在所述电视空白空间频率上从所述用户通信设备接收上行链路通信，并且专门在所述WIFI频率上将下行链路通信发送至所述用户通信设备。
8.根据权利要求7所述的用户通信设备，进一步包括阵列和全向天线，所述阵列被配置为使用所述WIFI频率提供波束转向通信，并且全向天线被配置为使用所述电视空白空间频率提供通信。
9.根据权利要求7所述的用户通信设备，其中，所述位置信息是从地理位置数据库中检索的位置。
10.根据权利要求7所述的用户通信设备，其中，所述位置信息包括与所述用户通信设备相关联的唯一标识符。
11.根据权利要求7所述的用户通信设备，其中，所述下行链路通信包括CSMA/CA信令和信道控制数据。
12.一种计算机实现方法，包括：
使用电视空白空间频率从用户设备接收包括唯一标识符的第一消息；
确定与所述用户设备相关联的位置信息，通过利用所述唯一标识符接入和参考地理位置数据库来接收所述位置信息；
基于所述位置信息确定波束转向配置；
使用所述波束转向配置用WIFI频率将第二消息发送至所述用户设备；以及
同时专门在所述电视空白空间频率上从所述用户设备接收上行链路通信，并且专门在所述WIFI频率上将下行链路通信发送至所述用户设备。
13.根据权利要求12所述的计算机实现方法，其中，所述位置信息是方向，并且确定位置信息包括依次在两个天线处接收所述第一消息。
14.根据权利要求12所述的计算机实现方法，进一步包括在所述WIFI频率上发送所述第二消息之前，等待超过迟滞窗口的一段时间，所述迟滞窗口对应于一个或多个芯片和一个或多个天线上从电视空白空间到WIFI能力的转换。
15.根据权利要求12所述的计算机实现方法，其中，所述位置信息是从电视空白空间数据库中检索的位置。
16.根据权利要求12所述的计算机实现方法，所述方法进一步包括：
使用所述波束转向配置发送CSMA/CA信令和信道控制数据。
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