CN1972495B - 在认知无线电无线通信系统中划分资源的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种在认知无线(CR)无线通信系统中划分资源的方法和支持该方法的系统。新BS使用特殊频带从先前BS接收无线电资源状态信息，并使用为BS之间通信定义的新上行链路子信道向先前BS请求资源划分。通过两个BS之间定义的信道交换资源协商消息以有效地划分BS之间的资源。

Description

在认知无线电无线通信系统中划分资源的方法和系统
技术领域
本发明通常涉及一种在认知无线(CR)无线通信系统中划分资源的方法和支持该方法的系统，更具体地讲，涉及一种用于为基站(BS)划分资源的方法和支持该方法的系统。
背景技术
无线通信系统的快速发展和各种服务的迫切需要是对无线电资源不断增长的需求背后的驱动力。然而，在各国无线电资源(即，频谱)在国内已被看作是公共资源，并且受到严格的政府法令的管理。因为大多数可用频带已被占用，这使得分配新的无线通信系统变得困难。
作为这个问题的解决方案，提出了CR技术。CR技术检测已分配但没有使用的频带，并有效地共享所述频带。
CR是基于点对多点通信。在CR无线通信系统中，BS(下文中，CR BS)管理无线电资源以使很多移动站(MS)尽可能有效地通信。
据报道，无线通信系统具有很低的频率利用。由于这个原因，CR已被提出用于增加新的无线通信系统的频率利用和促进新的无线通信系统的部署。CR被标准化为电气和电子工程师协会(IEEE)802.22无线区域网(WRAN)。IEEE 802.22 WRAN是对TV频带的CR应用，通过将没有使用的TV频带共享给无线数据通信来达到增加频率利用和扩展无线因特网服务。
CR是用于管理和划分多无线信道并检测干扰的技术，可能会与下一代无线通信技术配合使用。例如，CR将会在蜂窝环境遇到的阴影区或需要增加小区大小的偏远地区中有效地提供没有频率干扰的高速数据传输。
然而，在将CR实际应用到无线通信系统是有很多需要考虑的事项。其中主要的问题是有效资源划分。在CR技术中可考虑下面两种方法进行资源分配。
其中进行资源分配的一种方法是CR系统有效地利用传统无线通信系统许可的无线电资源中没有使用的无线电资源。
另一种是当多个CR BS相互临近时将资源划分给CR BS。
图1示出在CR系统中向多个CR BS请求资源划分的情况。
在图1示出的情况下，使用相同频带的新CR BS(第二CR BS)112被添加到第一CR BS正在服务的无线环境中。
由于两个CR BS之间的冲突，因此在第一CR BS 111和第二CR BS 112的服务区之间的重叠区域是不可能正常的服务的。
如果第一CR BS 111和第二CR BS 112中的每个基于CR技术知道其他的CR BS，则将检测另一信道来避免冲突。然而，如果所有的信道都在使用，则BS之间的干扰无法避免。因此，存在对在多个CR BS彼此相互临近的无线环境中将有限的无线电资源划分给CR BS的迫切需要。
发明内容
本发明的目的在于至少基本上解决上述问题和/或缺点，并至少提供下面的优点。因此，本发明提供一种有效划分CR BS之间的无线电资源的方法和使用该方法的无线通信系统。
本发明提供一种通过协商划分多个CR BS之间的无线电资源的方法和使用该方法的无线通信系统。
本发明还提供一种为多个CR BS之间的资源划分协商频带的方法。
本发明还提供一种将资源分配给安装在现有CR服务的服务区域的新CRBS的方法和使用该方法的无线通信系统。
本发明还提供一种仅使多个CR BS能够竞争资源划分的方法和使用该方法的无线通信系统。
本发明还提供一种为多个CR BS之间的资源划分在频带协商中使用的新测距信道。
本发明还提供一种当安装在现有CR BS的信道区域的新CR BS中不存在可用信道时，监控没有使用的信道的存在和请求无线电资源划分的方法，以及使用该方法的无线通信系统。
本发明提供一种当安装在现有CR BS的通信区域的新CR BS中不存在任何可用信道时，向现有CR BS请求无线电资源划分的方法和使用该方法的无线通信系统。
本发明还提供一种用于在作为现有CR BS的上行链路访问信道的测距子信道中的通过添加部分仅在CR BS之间的竞争和用于全面的CR管理的新的子信道来提高BS频带请求的效率的资源划分方法，以及使用该方法的无线通信系统。
根据本发明的一方面，在CR无线通信系统中划分资源的方法中，新BS使用从先前BS分配的上行链路资源向先前BS请求资源划分，并且响应于所述请求新BS从先前BS接收关于划分的资源的信息。所述先前BS使用上行链路和下行链路资源服务于预定的区域，并且所述新BS是新安装在所述先前BS的服务区域的BS。
根据本发明的另一方面，在CR无线通信系统中划分资源的方法中，先前BS从新BS接收资源划分请求，将先前BS的部分无线电资源划分给所述新BS，并将关于所述划分的无线电资源的信息发送给所述新BS。这里，所述新BS是新安装在所述先前BS的服务区域的BS。
根据本发明的另一方面，在CR无线通信系统中划分资源的方法中，新BS使用从先前BS分配的上行链路资源向先前BS请求资源划分。先前BS将先前BS的部分无线电资源划分给所述新BS，并将关于所述划分的无线电资源的信息发送给所述新BS。新BS接收关于所述划分的无线电资源的信息。这里，所述先前BS使用上行链路和下行链路资源服务于预定的区域，并且所述新BS是新安装在所述先前BS的服务区域的BS。
根据本发明的另一方面，在用于划分资源的CR无线通信系统中，至少一个新BS请求资源划分，并响应于所述资源划分请求接收关于划分的无线电资源的信息，并且先前BS将所述先前BS的部分无线电资源划分给新BS，并将关于划分的资源的信息发送给所述新BS。这里，所述先前BS使用上行链路和下行链路资源服务于预定的区域，并且所述新BS是新安装在所述先前BS的服务区域的BS。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出在CR无线通信系统中请求划分多个CR BS之间的资源的情况；
图2示出根据本发明的资源划分步骤；
图3示出根据本发明的新的正交频分多址(OFDMA)帧的结构；和
图4是示出根据本发明的在新CR BS中的控制操作的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图在这里描述本发明的优先实施例。在下面的说明书中，由于已知功能和结构会在不必要的细节使本发明模糊，因此不再描述它们。
在描述本发明之前，这里使用的术语定义如下：
先前CR BS：使用已获得的无线电资源在其服务区域时向MS服务的CRBS。
新CR BS：安置在先前CR BS的服务区域时中的获取无线电资源的新CR BS。
无线电资源状态信息：由先前CR BS发送的请求资源划分所需的一般信息。
系统信息(Info)：CR实现执行所需的下行链路控制信息。
系统Info字段：携带关于下行链路的系统信息的字段。
基于竞争的测距子信道(BS_Communication_Subchannel)：由先前CR BS为新CR BS的基于竞争的测距而周期或非周期分配的下行链路子信道。
子信道标识符(BS_Communication_Flag)：指示是否已分配基于竞争的测距子信道的信息，即，指示关于BS_Communication_Subchannel的信息的存在或不存在的指示符。
子信道标识符字段：携带承载关于下行链路的系统信息的字段之间的子信道标识符的字段。
资源划分请求(RPREQ)消息：从新CR BS发送到先前CR BS以请求资源划分的消息。
资源划分响应(RPREP)消息：从先前CR BS发送到新CR BS的对RPREQ消息的响应。
下面是对当不存在分配给先前CR BS的没有使用的频带(即，可用频带)时，向先前CR BS请求资源划分并在新CR BS中使用划分的资源的方法的说明。
当对上下文的CR-OFDMA系统做出说明时，本领域的普通技术人员应该理解本发明可应用于任意基于码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)或频分多址(FDMA)的CR系统。
在这些多址方案中，在OFDMA中通过子信道、在CDMA中通过信道码、在TDMA中通过时隙，以及在FDMA中通过频带来分配资源。
对本发明的执行来说，先前CR BS和新CR BS之间需要资源划分的协商步骤。此外，需要支持资源划分协商的新的帧格式。此外，在这里详细说明了通过资源划分协商接收资源的操作。
图2示出根据本发明的资源划分步骤。
参照图2，新CR BS 202必须为经过OFDMA帧的测距子信道的CDMA码和上行链路203竞争以便于使用先前CR BS 201的上行链路203。这被称为基于竞争的测距。由于新CR BS 202在相同级别于先前CR BS 201的通信区域内与MS竞争，对新CR BS 202相当不公平，因为新CR BS 202具有相对高的优先级。从资源划分的观点来说，可能导致很大的延迟。因此，基于竞争的测距效率较低。
因此，根据本发明，定义单独的周期来使新CR BS能够请求频带，即，以基于竞争的方式请求资源划分的上行链路资源分配。就是说，只提供新CRBS之间的基于竞争的测距的方法。
新CR BS 202被分配子信道用于与来自先前CR BS 201的其他的新CRBS进行基于竞争的测距。通过先前CR BS 201广播由无线电资源状态信息分配的子信道。具有分配的子信道的新CR BS通过发送RPREQ消息在子信道上为上行链路资源竞争。就是说，新CR BS 202在子信道上执行与其他的新CR BS的基于竞争的测距。
如果由基于竞争的测距获得上行链路资源，则新CR BS 202使用上行链路资源将RPEPQ消息发送到先前CR BS 201。先前CR BS 201以由标号204指示的RPREP消息回复。RPREP消息包括关于向新CR BS划分的无线电资源的信息。
图3示出根据本发明的新的OFDMA帧的结构。
参照图3，下行链路映射(DL-MAP)消息300定义了如何使用在DL突发(burst)模式320的物理层的OFDMA符号子信道块中分配的下行链路资源。
系统Info 302是新添加到DL-MAP 300中。系统Info 302是用于CR实现的下行链路控制部分，包括子信道标识符。子信道标识符指示在接收的OFDMA帧中请求在其上测距的子信道的存在或不存在。
上行链路映射(UL-MAP)消息310定义了如何由指定每个上行链路周期的使用的连续信息元素(IE)使用UL突发340。就是说，UL-MAP消息310指定OFDMA符号子信道块中分配的上行链路资源的使用。
当子信道标识符存在时，携带关于基于竞争的测距子信道的信息的新部分312被定义在UL-MAP消息310中。
测距子信道330用于在先前CR BS的服务区域内的MS中测距。测距是用于维持BS和MS之间的射频(RF)通信质量的处理的设置。通过测距，MS连接到网络来获取诸如时间偏移和功率电平的精确的传送参数，从而MS可与BS通信。
基于竞争的测距子信道350只被周期性地分配给新CR BS之间的基于竞争的测距。基于竞争的测距子信道350由先前CR BS发送的无线电资源状态信息(DL-MAP和UL-MAP)中的基于竞争的测距子信道信息指示。基于竞争的测距子信道信息在包括基于竞争的测距子信道信息的新部分(IE)312中被周期性地传递。在CR系统中，下行链路帧(DL-MAP和UL-MAP)中的无线电资源状态信息显示如何将上行链路资源分配给MS和其他CR系统。
如图3所示，根据本发明实施例的新OFDMA帧包括：系统Info302、基于竞争的测距子信道信息312和基于竞争的测距子信道350。它们可被插入下行链路/上行链路控制信息。
图4是示出根据本发明的在新CR BS中的控制操作的流程图。所述控制操作被分割为：第一操作，用于分配请求资源划分的上行链路资源(步骤410到步骤420)和第二操作，用于资源划分的(操作422到操作428)。如果先前CR BS不允许资源划分，则重复第一操作。
参照图4，在安装和供电之后，在步骤410，新CR BS扫描整个频带以检测没有被先前CR BS和其他系统使用的频带，即，可用频带。
在步骤412，新CR BS确定是否存在可用频带。当存在可用频带时，新CR BS结束资源划分操作，因为不需要从先前CR BS接收划分的资源；当不存在任何可用频带时，新CR BS必须使用上行链路资源向先前CR BS请求资源划分。为此，新CR BS必须从先前CR BS被分配上行链路资源。
在步骤414，新CR BS接收无线电资源状态信息。无线电资源状态信息由先前CR BS在UL-MAP中周期或非周期性地广播。在步骤416，新CR BS通过检查系统Info中的子信道标识符监控基于竞争的测距子信道的存在。子信道标识符指示UL-MAP中基于竞争的测距子信道信息的存在或不存在。
当不存在基于竞争的测距子信道信息时，在步骤414，新CR BS再次接收无线电资源状态信息。当存在基于竞争的测距子信道信息时，在步骤418，新CR BS向先前CR BS请求在由基于竞争的测距子信道信息指示的子信道上测距。子信道通常由新CR BS在先前CR BS的服务区域内使用。因此，在希望接收上行链路资源的新CR BS之间以基于竞争的方式做出测距请求。由载波监听多址/冲突避免(CSMA/CA)或单个CDMA码信息进行竞争。
在步骤420，响应于测距请求，新CR BS监控来自先前CR BS的上行链路资源的分配。当接受测距请求时，先前CR BS单独地将上行链路资源分配给新CR BS，从而新CR BS可发送RPREQ消息。
如果新CR BS未能在预定时间内接收到上行链路资源，则在步骤418再次请求测距。如果分配了上行链路资源，则新CR BS初始化请求资源分配程序。
在步骤422，新CR BS使用上行链路资源将RPREQ消息发送到先前CRBS。然后在步骤424和步骤428，新CR BS在直到预订时间过去之前监控来自先前CR BS的RPREP消息的接收。当成功接收RPREQ消息时，先前CR BS发送包括关于从它的资源划分的资源的信息的RPREP消息。划分的资源的比例是预置的或在CR BS之间以预订的方法协商。
当超时时，新CR BS返回步骤414再次执行上行链路资源分配操作。当接收到RPREP消息时，在步骤426，新CR BS成功完成无线电资源划分。
这样，新CR BS能够使用划分的资源在其服务区域内将服务提供给MS。
根据上述本发明，通过有效控制CR BS之间的干扰和划分在两个不同的通信区域之间的无线电资源，可避免CR BS之间的冲突。
此外，系统Info控制部分的引入介绍和基于竞争的测距子信道促进了下行链路和上行链路的管理或控制，并可有效去除来自新CR BS的与MS竞争的约束。
尽管已经参照其特定优选实施例显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (7)

1.一种在认知无线电无线通信系统中划分资源的方法，包括步骤：
当不存在任何可用频带时，新基站使用从先前基站分配的上行链路资源向所述先前基站请求资源划分；和
所述新基站响应于所述请求从所述先前基站接收关于划分的资源的信息，
其中，所述先前基站使用上行链路和下行链路资源服务于预定的区域，并且所述多个新基站是新安装在所述先前基站的预定区域的基站，
其中，所述上行链路资源通过与其他新基站基于竞争的测距从先前基站分配给所述新基站，
其中，所述基于竞争的测距基于由所述先前基站提供的无线电资源状态信息而被执行，其中，所述新基站在由无线电资源状态信息分配的基于竞争的测距子信道上执行与其他新基站的基于竞争的测距，先前基站的服务区域内的移动站在测距子信道上执行测距，
其中，如果所述先前基站和所述新基站支持正交频分多址，则所述无线电资源状态信息至少包括子信道标识符和基于竞争的测距子信道信息，其中，所述子信道标识符指示所述基于竞争的测距子信道信息的存在或不存在，所述基于竞争的测距子信道信息指示基于竞争的测距子信道。
2.一种在认知无线电无线通信系统中划分资源的方法，包括步骤：
先前基站从新基站接收资源划分请求；和
所述先前基站将所述先前基站的无线电资源划分给所述新基站；和
所述先前基站将关于所述划分的无线电资源的信息发送给所述新基站，
其中，当不存在任何可用频带时，所述新基站使用从所述先前基站分配的上行链路资源向所述先前基站请求资源划分，
其中，所述上行链路资源通过与其他新基站基于竞争的测距从先前基站分配给所述新基站，
其中，所述基于竞争的测距基于由所述先前基站提供的无线电资源状态信息而被执行，其中，所述新基站在由无线电资源状态信息分配的基于竞争的测距子信道上执行与其他新基站的基于竞争的测距，先前基站的服务区域内的移动站在测距子信道上执行测距，
其中，所述多个新基站是新安装在所述先前基站的服务区域的基站，
其中，如果所述先前基站和所述新基站支持正交频分多址，则所述无线电资源状态信息至少包括子信道标识符和基于竞争的测距子信道信息，其中，所述子信道标识符指示所述基于竞争的测距子信道信息的存在或不存在，所述基于竞争的测距子信道信息指示基于竞争的测距子信道。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：所述先前基站将无线电资源状态信息发送到所述新基站。
4.一种在认知无线电无线通信系统中划分资源的方法，包括步骤：
当不存在任何可用频带时，新基站使用从先前基站分配的上行链路资源向所述先前基站请求资源划分；
所述先前基站将所述先前基站的无线电资源划分给所述新基站；
所述先前基站将关于所述划分的无线电资源的信息发送给所述新基站；和
所述新基站接收关于所述划分的无线电资源的信息，
其中，所述先前基站使用上行链路和下行链路资源服务于预定的区域，并且所述多个新基站是新安装在所述先前基站的预定区域的基站，
其中，所述上行链路资源通过与其他新基站基于竞争的测距从先前基站分配给所述新基站，
其中，所述基于竞争的测距基于由所述先前基站提供的无线电资源状态信息而被执行，其中，所述新基站在由无线电资源状态信息分配的基于竞争的测距子信道上执行与其他新基站的基于竞争的测距，先前基站的服务区域内的移动站在测距子信道上执行测距，
其中，如果所述先前基站和所述新基站支持正交频分多址，则所述无线电资源状态信息至少包括子信道标识符和基于竞争的测距子信道信息，其中，所述子信道标识符指示所述基于竞争的测距子信道信息的存在或不存在，所述基于竞争的测距子信道信息指示基于竞争的测距子信道。
5.如权利要求4所述的方法，还包括：所述先前基站将无线电资源状态信息发送给所述新基站。
6.一种用于划分资源的认知无线电无线通信系统，包括：
多个新基站，用于请求资源划分，并响应于所述资源划分请求接收关于划分的无线电资源的信息；和
先前基站，用于将所述先前基站的无线电资源划分给所述多个新基站，并将关于划分的资源的信息发送给所述多个新基站，
其中，当不存在任何可用频带时，所述新基站使用从所述先前基站分配的上行链路资源向所述先前基站请求资源划分，
其中，至少一个新基站通过基于竞争的测距从所述先前基站被分配用于请求所述资源划分的上行链路资源，
其中，所述至少一个新基站基于无线电资源状态信息执行基于竞争的测距，其中，所述至少一个新基站在由无线电资源状态信息分配的基于竞争的测距子信道上执行与其他新基站的基于竞争的测距，先前基站的服务区域内的移动站在测距子信道上执行测距，
其中，所述先前基站使用上行链路和下行链路资源服务于预定的区域，并且所述新基站是新安装在所述先前基站的预定区域的基站，
其中，如果所述先前基站和所述新基站支持正交频分多址，则所述无线电资源状态信息至少包括子信道标识符和基于竞争的测距子信道信息，其中，所述子信道标识符指示所述基于竞争的测距子信道信息的存在或不存在，所述基于竞争的测距子信道信息指示基于竞争的测距子信道。
7.如权利要求6所述的认知无线电无线通信系统，其中，所述先前基站将用于所述基于竞争的测距的无线电资源状态信息发送到所述多个新基站。
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