RU2446594C2 - Устройство и способ управления переключением каналов в беспроводных сетях - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к беспроводным сетям. Технический результат заключается в недопущении коллизий каналов в беспроводных региональных вычислительных сетях (WRAN). Для этого предусмотрен контроллер доступа к среде (MAC) для переключения базовой станции (BS) WRAN с первого канала на второй канал во время t. MAC включает в себя схему задержки времени переключения для задержки упомянутого переключения относительно времени t на произвольное время задержки. 7 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Данное изобретение притязает на приоритет Предварительной заявки (США) серийный номер 60/757998, зарегистрированной в Ведомстве по патентам и товарным знакам США 11 января 2006 года, озаглавленной "METHOD FOR CHANNEL SWITCH AND INTER BASE STATION COMMUNICATION IN WIRELESS REGIONAL AREA NETWORK", автора GAO, Wen и др.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к беспроводным сетям и, в частности, к способам и устройствам управления переключением каналов в беспроводных региональных вычислительных сетях (WRAN).

Уровень техники

Потребность в доступе по широкополосным линиям связи возрастает. Этот доступ трудно предоставлять в некоторых случаях. Например, малонаселенные сельские области и другие области с низким уровнем обслуживания в мире страдают от нехватки проводной инфраструктуры, чтобы поддерживать доступ по проводным широкополосным линиям связи. Рабочая группа по беспроводным региональным вычислительным сетям Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE WRAN) предлагает стандартные технические требования (обозначенные 802.22) для беспроводных сетей, чтобы удовлетворять возрастающий спрос на доступ по беспроводным широкополосным линиям связи. Технические требования IEEE 802.22 WRAN описывают WRAN-систему, сконфигурированную так, чтобы работать в рамках полос радиочастотной (RF) широковещательной передачи, в типичном варианте зарезервированных для лицензированных пользователей. Одним примером лицензированного пользователя в RF широковещательной полосе является телевизионная вещательная станция.

Переключение каналов является важной функцией WRAN. Узлы приемо-передающего устройства WRAN переключают рабочие каналы, чтобы избежать помех с лицензированными доминирующими службами в широковещательных полосах. WRAN-узлы допускают переключение с первого канала, к примеру, канала, по которому узел установил линию связи, на второй канал, когда обнаружено доминирующее применение.

Другая причина переключения WRAN-каналов состоит в том, чтобы поддерживать качество обслуживания (QoS) по WRAN-линиям связи. Качество линии связи может ухудшаться вследствие таких причин, как погода, электрические помехи, поврежденное оборудование и другие факторы. Когда качество линии связи ухудшается, иногда желательно для WRAN-системы перейти на другой канал, чтобы сохранить качество линии связи. Переключение каналов поддерживает вариант установления новой линии связи по второму, отличному каналу, если первый канал ухудшается.

Другая причина переключения каналов заключается в том, чтобы использовать методику связи с расширенным спектром, известную как скачкообразная перестройка частоты (FH). Скачкообразная перестройка частоты - это еще один способ, которым WRAN может избежать помех с доминирующими структурами. WRAN-системы со скачкообразной перестройкой частоты распространяют связь во временной области по множеству различных методик. Каждая из множества частот используется только в течение небольшого количества времени.

Доминирующим структурам назначаются относительно узкие полосы частот. Доминирующие структуры в типичном варианте имеют права передавать при мощности, достаточной высокой для того, чтобы иметь приоритет над WRAN-связью. Следовательно, любые помехи, вызываемые посредством WRAN в данном канале, которые затрагивают доминирующую структуру, являются кратковременными. Любые помехи от WRAN, вероятно, будут перекрыты посредством доминирующей структуры. В то же время доминирующая структура перекрывает только одну из частот, используемых посредством WRAN-станции со скачкообразной перестройкой частоты. Следовательно, только одна часть WRAN-передачи искажается посредством доминирующей структуры, поступающей по лицензированному каналу.

Одной сложной задачей переключения каналов в WRAN является избежание коллизий канала с другой WRAN при переключении каналов. Если более одной WRAN-станции выбирает один и тот же второй канал для переключения в одно и то же время, может возникать коллизия между WRAN-станциями. Следовательно, требуются устройства и способы управления переключением каналов для того, чтобы избегать коллизий каналов в WRAN-системах.

Сущность изобретения

Варианты осуществления изобретения предоставляют способы, устройство и системы управления переключением каналов в беспроводных региональных вычислительных сетях (WRAN).

Краткое описание чертежей

Полное понимание настоящего изобретения раскрывается на прилагаемых чертежах вместе с последующим подробным описанием, на котором:

Фиг. 1 - это графическая схема примерной WRAN-системы, подходящей для развертывания вариантов осуществления изобретения;

Фиг. 2 - это графическая схема примерной WRAN-соты согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг. 3 - это блок-схема BS согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 4 - это схема, иллюстрирующая проблему переключения в WRAN;

Фиг. 5 - это блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая этапы традиционного способа недопущения коллизий каналов;

Фиг. 6 - это более подробная блок-схема вариантов осуществления изобретения, проиллюстрированных на фиг. 2 и 3;

Фиг. 7 - это блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая этапы способа согласно варианту осуществления изобретения для недопущения коллизий каналов.

Подробное описание изобретения

Определения

Для целей данного описания следующие термины используются так, как задано в данном документе.

Термин "базовая станция" (BS) означает набор оборудования, предоставляющий возможности подключения, управление и контроль, по меньшей мере, для одного набора находящегося у заказчика оборудования (CPE).

Термин "находящееся у заказчика оборудование" (CPE) означает оборудование, предоставляющее возможности соединения между WRAN-абонентом и BS.

При упоминании WRAN термин "сота" задается как содержащий, по меньшей мере, одну BS.

Термин "узел" означает группировку сетевых элементов, которая предоставляет сетевые функции. Например, базовая станция содержит узел WRAN. CPE содержит узел WRAN.

Термин "радио" означает беспроводную передачу сигналов посредством модуляции электромагнитных волн с помощью частот ниже частот света.

Термин "когнитивное радио" означает приемо-передающее радиоустройство (приемо-передающее устройство), разработанное так, чтобы обнаруживать то, используется ли, по меньшей мере, конкретная часть радиочастотного спектра (RF) в настоящее время.

Термин "канал" означает выделенную частоту или выделенную полосу частот для связи между отправителем и получателем. Конкретный канал указывается рядом способов. Номер канала представляет оцененный номер канала, используемый посредством контроллера доступа к среде (MAC). В некоторых вариантах осуществления номер канала означает физический канал. В других вариантах осуществления номер канала указывает логический канал. Номер канала в одной схеме представления может быть отображен в различных других схемах представления посредством аппаратных средств и программного обеспечения в станциях отправителя и получателя.

Термин "нисходящий" означает направление от BS к CPE. Термин "восходящий" означает направление от CPE к BS.

Термин "информация" означает состояние интересующей системы.

Термин "сообщение" означает информацию, материализованную и организованную в соответствии с форматом сообщения.

Фиг. 1. WRAN

Фиг. 1 иллюстрирует примерную беспроводную сеть 10, подходящую для развертывания различных вариантов осуществления настоящего изобретения, как проиллюстрировано на фиг. 2, 3 и 6. Фиг. 1 иллюстрирует сеть 10 в качестве только одного примера из многих возможных конфигураций сети, подходящих для развертывания различных вариантов осуществления изобретения. Согласно одному варианту осуществления изобретения беспроводная сеть 10 содержит беспроводную региональную вычислительную сеть (WRAN). Общие технические требования WRAN описаны, к примеру, в "IEEE P802.22/D0.1, Draft Standard for Wireless Regional Area Networks Part 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Unit (PHY) specifications: Policies and procedures for operation in the TV Bands".

В одном варианте осуществления изобретения сеть 10 сконфигурирована, в общем, согласно предлагаемым проектным техническим требованиям IEEE 802.22. Предполагаются другие варианты осуществления, которые не описаны в настоящих проектах технических требований IEEE 802.22. Эти варианты осуществления могут быть, а могут не быть описаны в будущих технических требованиях 802.22. Вне зависимости от технических требований 802.22 WRAN 10 содержит, по меньшей мере, одну соту 26. Сота 26 содержит, по меньшей мере, одну базовую станцию BS 100. BS 100 в типичном варианте ассоциативно связана, по меньшей мере, с одним находящимся у заказчика оборудованием (CPE) 18. В типичном варианте сота 26 содержит, по меньшей мере, одну BS 100 и, по меньшей мере, одно CPE 18. Примерная WRAN 10, проиллюстрированная на фиг. 1, содержит множество сот 26 и 26a-d. Множество CPE 18 содержит каждую соту 26 и 26a-d. По меньшей мере, одна BS, к примеру, BS 100 соты 26 соединена с магистральной (BB) сетью 211. BB-сеть 211 содержит традиционную проводную широковещательную услугу. BS 100 подключает CPE 18 к BB-сети 211 посредством соединения по беспроводной линии связи CPE 18 и BS 100, и посредством соединения по проводной линии связи BS 100 и BB-сети 211.

В некоторых вариантах осуществления изобретения покрытие услуги для каждой соты 26 расширяется до точки, где передаваемый сигнал от BS 100 может быть принят посредством ассоциативно связанного CPE с данным минимальным отношением сигнал-шум (SNR). В некоторых вариантах осуществления изобретения покрытие услуги некоторых сот 26 перекрывается с покрытием услуги других сот 26, как проиллюстрировано на фиг. 1.

Типичная примерная сота 26 содержит одну BS 100 и множество ассоциативно связанных CPE 18. Следует понимать, что число сот 26, базовых станций 100 и CPE 18, проиллюстрированных на фиг. 1, выбирается для удобства иллюстрации и простоты понимания в данном санкционирующем техническом описании. При фактическом практическом использовании число сот 26, BS 100 и CPE 18 WRAN 10 варьируется. Изобретение не ограничено WRAN, содержащей любое конкретное число сот 26, BS 100 или CPE 18.

Альтернативные конфигурации сетей, подходящих для развертывания изобретения, содержат WRAN-системы, включающие в себя более одной WRAN 10. В данном случае системы WRAN 10 в идеале не допускают помех друг с другом по каналам связи, а также не допускают помех с доминирующими пользователями каналов.

Фиг. 2. Сота

Фиг. 2 - это графическая схема примерной соты 26 WRAN 10 общего типа, проиллюстрированной на фиг. 1. Сота 26 содержит, по меньшей мере, одну BS 100 и, по меньшей мере, одно CPE, к примеру, CPE 18 и CPE 18a. Пример соты 26, проиллюстрированный на фиг. 2, содержит BS 100 и множество CPE 18. BS 100 включает в себя, по меньшей мере, одну передающую антенну и, по меньшей мере, одну приемную антенну, указанные как приемо-передающие антенны 203. Две примерные антенны приемо-передающие 203 и 204 базовой станции проиллюстрированы на фиг. 2. Изобретение не ограничено каким-либо конкретным числом антенн базовой станции. Приемо-передающая антенна 203 подключена к передающему и приемному устройству (приемо-передающему устройству) 244. BS 100 дополнительно содержит антенну 205 датчика спектра, подключенную к когнитивному приемо-передающему радиоустройству 245.

BS 100 дополнительно содержит BS-контроллер 288 и магистральный интерфейс 214. Магистральный интерфейс 214 подключает, по меньшей мере, одну магистральную сеть к BS-контроллеру 288. Фиг. 2 иллюстрирует два примера магистральных сетей. Первый пример магистральной сети содержит традиционное проводное подключение 210 к Интернету 211. Второй пример магистральной сети содержит спутниковую линию связи 237 со спутником 212 связи.

В одном варианте осуществления изобретения BS 100 предоставляет беспроводное расширение услуги широкополосной передачи, переносимой посредством, по меньшей мере, одной магистральной сети, например, спутниковой широковещательной сети 212, для пользователей в географическом регионе, для которого спутниковая 212 широковещательная услуга не доходит напрямую до CPE 18. Согласно примерным вариантам осуществления, магистральный интерфейс 214 в BS 100 содержит интерфейс между беспроводными и проводными магистральными сетями. Другие примеры проводных магистральных сетей, подходящих для реализаций изобретения, включают в себя кабельные сети, оптоволоконные сети, телефонные сети общего пользования и т.п.

BS-контроллер 288 подключается к приемо-передающему устройству 244 так, чтобы управлять работой приемо-передающего устройства 244, чтобы обмениваться данными, по меньшей мере, с одним CPE 19 соты 26. Таким образом, по меньшей мере, одна линия связи, к примеру 250, устанавливается, по меньшей мере, между одной магистральной сетью, к примеру 211, и, по меньшей мере, одним CPE 18 соты 26. В примерном варианте осуществления изобретения базовая станция 100 и множество CPE 18 размещены в конфигурации сети "от точки к множеству точек". В данном примере BS 100 содержит точку, а множество CPE 18 содержат множество точек.

В одном варианте осуществления изобретения приемо-передающее устройство 244 ВS 100 в WRAN 10 работает в ТВ-полосах частот UHF/VHF между 54 и 862 МГц. Согласно другим вариантам осуществления изобретения BS 100 в WRAN 10 использует другие телевизионные полосы частот для связи с CPE 18. В некоторых вариантах осуществления изобретения BS 100 в WRAN 10 базируется на защитных полосах частот для связи с CPE. Вне зависимости от каналов и частот, на которых работает WRAN 10 или BS 100, идеальная WRAN 10 не допускает помех с применением любого канала связи от доминирующего, т.е. лицензированного пользователя.

Примерное CPE 18a содержит, по меньшей мере, одну антенну 216 приема/передачи в CPE, подключенную к приемо-передающему устройству 280 CPE. CPE-контроллер 299 подключен к приемо-передающему устройству 280. CPE-контроллер 299 также подключен к пользовательскому прикладному блоку 241. Пользовательский прикладной блок 241 содержит, по меньшей мере, персональный компьютер 242 и ассоциативно связанные аппаратные средства и программное обеспечение. CPE-контроллер 299 подключен между пользовательским прикладным блоком 241 и приемо-передающим устройством 280 так, чтобы предоставлять линию 250 связи между пользовательским прикладным блоком 241 и, по меньшей мере, одной магистральной сетью BS 100.

BS 100 обменивается данными с CPE, например CPE 18a, посредством линии 250 радиосвязи. Линия 250 устанавливается, по меньшей мере, между одной BS-антенной, например 204, и CPE-антенной 216. Аналогичные линии связи между CPE 18 и BS 100 указаны посредством пунктирных линий 251, 252, 253, 254, 255 и 256.

В одном варианте осуществления изобретения BS 100 передает в широковещательном режиме передачи по нисходящей линии связи в примерное CPE 18a. В одном варианте осуществления изобретения передачи по нисходящей линии связи BS 100 принимаются посредством всех CPE 18, 18a, содержащих соту 26. В одном варианте осуществления одна восходящая линия связи от CPE 18 к BS 100 совместно используется посредством множества CPE соты 26. В некоторых вариантах осуществления канал восходящей линии связи содержит канал множественного доступа. В одном варианте осуществления изобретения каждая BS 100 управляет передачами по восходящей линии связи посредством предоставления возможности доступа согласно заданному требованию по качеству обслуживания (QoS).

В одном варианте осуществления изобретения контроллер 299 примерного CPE 18a содержит контроллер доступа к среде (MAC). В некоторых вариантах осуществления контроллер 299 использует традиционные способы множественного доступа, чтобы совместно использовать доступ с другими CPE к линии связи из нескольких CPE и BS 100.

Тремя традиционными способами контроля доступа к среде, подходящими для использования в BS 100 и CPE 18 согласно различным вариантам осуществления изобретения, являются множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA), множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA) и множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA). В варианте осуществления FDMA среда разделяется на части спектра, упоминаемые как каналы. В варианте осуществления TDMA доступ к среде делится на части, содержащие временные интервалы. В варианте осуществления CDMA среда делится на коды, посредством которых выделенные узлы могут совместно использовать один канал среды.

Один вариант осуществления изобретения использует методики множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA). В одном варианте осуществления изобретения OFDMA среда секционируется в частотно-временном пространстве. Это достигается посредством назначения CPE как индекса OFDM-сигнала, так и индекса OFDM-поднесущей. В данном варианте осуществления BS 100 передает символы с помощью поднесущих, которые остаются ортогональными к поднесущим другого CPE соты 26. Некоторые варианты осуществления изобретения назначают несколько поднесущих одному CPE, например, чтобы поддерживать высокоскоростные варианты применения.

Другие варианты осуществления изобретения содержат альтернативные устройства и схемы множественного доступа. Некоторые варианты осуществления изобретения, как предполагается, используют комбинации, по меньшей мере, из двух схем множественного доступа для разделения спектра на части. Вне зависимости от схемы доступа, используемой посредством различных вариантов осуществления изобретения, изобретение предоставляет систему и способ недопущения коллизий каналов при переключении каналов.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, BS 100 необязательно включает в себя антенну 205 датчика спектра. Датчик 205 спектра подключен к модулю 260 управления спектром. В одном варианте осуществления изобретения модуль 260 управления спектром (дополнительно проиллюстрированный на фиг. 3 как 260) содержит когнитивную радиосистему (лучше всего проиллюстрированную на фиг. 3 как 245). В одном варианте осуществления изобретения примерное CPE 18a предоставляет возможность измерения распределенного спектра для BS 100 соты 26. В этом варианте осуществления CPE 18 оснащено антенной датчика спектра и менеджером спектра способом, аналогичным BS 100.

В данном варианте осуществления CPE выполнено с возможностью осуществлять измерение локального спектра. CPE 18 сообщает результаты локального измерения в BS 100. BS 100 собирает данные от CPE 18. BS 100 определяет наличие доминирующих структур (к примеру, лицензированных пользователей) в замеренных частях RF-спектра на основе информации, собираемой от CPE наряду с собственными измерениями BS 100.

В отличие от типичной BS, BS 100 по фиг. 2 дополнительно содержит схему произвольной задержки (RDC) 659 (также проиллюстрированную на фиг. 6 как 659). В одном варианте осуществления изобретения схема 659 произвольной задержки содержит часть BS-контроллера 288. В альтернативном варианте осуществления изобретения схема 659 произвольной задержки содержит часть приемо-передающего устройства 244. Следует понимать, что возможно множество конкретных аппаратных и программных реализаций функций BS 100, проиллюстрированной на фиг. 2. Следовательно, схема 659 произвольной задержки является конфигурируемой во множестве аппаратных и программных компонентов BS 100. Вне зависимости от аппаратных средств, с которыми ассоциативно связана схема 659 произвольной задержки, схема 659 не допускает коллизий на втором канале, когда BS 100 переключается с первого канала на второй канал.

Каждая BS 100 и каждое CPE 18 в WRAN 10 содержит соответствующие узлы WRAN 10. В одном варианте осуществления изобретения все узлы являются стационарными узлами. Согласно альтернативным вариантам осуществления изобретения, по меньшей мере, один узел сети 100 является мобильным.

Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 2, среда беспроводной передачи, соединяющая CPE 18 с соответствующей BS 100, содержит воздушную среду. Тем не менее, изобретение не ограничено применением в воздушной среде. Возможны другие среды для распространения сигналов связи между узлами беспроводной сети. Например, известно распространять сигналы через жидкие среды, такие как вода, а также через газы, отличные от воздуха, и через практически вакуумы, такие как космос.

Вне зависимости от среды, посредством которой сигналы в соте 26 сети 10 распространяются, каждый узел соты 26 совместно использует доступ к среде с помощью, по меньшей мере, одного другого узла соты 26. Следовательно, варианты осуществления изобретения содержат протоколы и схемы для совместного использования доступа к среде посредством узлов соты 26 сети 10.

Фиг. 3. Базовая станция 100

Фиг. 3 - это высокоуровневая блок-схема BS 100, проиллюстрированная на фиг. 1 и 2. Фиг. 3 иллюстрирует BS 100 в соответствии с представлением базовой модели взаимодействия открытых систем (OSI-RM) по изобретению. BS 100 содержит, по меньшей мере, один модуль физического интерфейса контроля доступа к среде (PHY/MAC), к примеру модуль 306. Другие варианты осуществления изобретения содержат множество PHY/MAC-модулей (к примеру, 302, 304 и 306), как проиллюстрировано на фиг. 3.

PHY/MAC-модуль (302, 304, 306) содержит блок управления доступом к среде (MAC 310, 311, 312) и физический блок (PHY 320, 321, 322). Примерный MAC 312 PHY/MAC-блока 306 содержит когнитивный контроллер доступа к среде (CMAC) 312. CMAC-блок 312 содержит контроллер приемо-передающего устройства, к примеру контроллер 288. Контроллер 288 приемо-передающего устройства MAC 312 подключен к приемо-передающему устройству 244 PHY-блока 322 для управления переключением каналов BS 100.

PHY-блок 322 содержит приемо-передающее устройство 244. Согласно вариантам осуществления изобретения, PHY-блок 322 дополнительно содержит традиционные электрические, механические и процедурные интерфейсы (не показаны) к воздушной среде передачи, содержащей части RF-спектра, используемого посредством BS 100 для связи с CPE 18. Примерный PHY-блок 322 содержит приемо-передающее устройство 244, подключенное к радиочастотной (RF) антенне 204. Приемо-передающее устройство 244 передает биты посредством воздушной среды по линии связи (проиллюстрированной, к примеру, на фиг. 2 как 250) между антенной 204 BS 100 и антенной CPE 18, к примеру, антенной 216 по фиг. 2.

Вместе PHY-блок 322 и MAC-блок 312 задают интерфейс между физическими компонентами и функциями контроля доступа к среде в BS 100. Согласно варианту осуществления изобретения, PHY/MAC-модуль 306 соответствует проекту технических требований стандарта IEEE 802.22. Примерный PHY/MAC-блок 306 устанавливает линию связи между BS 100 и CPE 18 (наилучшим образом проиллюстрированную на фиг. 2). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, по меньшей мере, один PHY/MAC-модуль (302, 304, 306) дополнительно устанавливает связь между BS 100 и второй BS (пример проиллюстрирован на фиг. 4), чтобы предоставить связь между базовыми станциями.

Согласно варианту осуществления изобретения, BS 100 дополнительно содержит интерфейс 388 магистральной сети. Магистральная сеть 38E содержит блок 333 моста и протокольный блок 330. Блок 332 моста и протокольный блок 330 задают интерфейс между BS 100 и проводной либо другой беспроводной сетью. В свою очередь, PHY/MAC-блок 306 примерной BS 100 подключает CPE 18 к магистральной сети посредством блока 388 интерфейса магистральной сети.

Согласно вариантам осуществления изобретения, CMAC-блок 312 включает в себя контроллер 288, подключенный к приемо-передающему устройству 244 PHY-блока 322, чтобы контролировать выбор и переключение каналов BS 100. Приемо-передающее устройство 244 подключено к антенне 204. Линия связи (к примеру, 250, проиллюстрированная на фиг. 2) устанавливается посредством воздушной среды между антенной CPE (к примеру, 18a по фиг. 2) и антенной 204 BS 100. Таким образом, BS 100 предоставляет доступ к магистральной сети для CPE 18. Контроллер 288 включает в себя схему 659 произвольной задержки. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, схема 659 произвольной задержки содержит таймер 445 произвольного ожидания и генератор 447 случайных чисел. Конфигурация и работа контроллера 28E подробнее поясняется со ссылкой на фиг. 6.

Фиг. 3 иллюстрирует три PHY/MAC-модуля 302, 304 и 306 для простоты пояснения. Тем не менее, как показано посредством пунктирных линий, изобретение не ограничено в отношении числа PHY/MAC-модулей в BS 100. Возможны варианты осуществления изобретения, содержащие большее или меньшее число PHY/MAC-модулей, чем проиллюстрировано на фиг. 3. Дополнительные варианты осуществления BS 100 являются конфигурируемыми так, чтобы добавлять PHY/MAC-модули по мере того, как запросы BS возрастают. Следовательно, архитектура BS 100, проиллюстрированная на фиг. 3, является масштабируемой согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.

Согласно варианту осуществления изобретения, PHY 322 дополнительно включает в себя когнитивное приемо-передающее радиоустройство (проиллюстрированное отдельно как 245). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, CMAC 312 взаимодействует с когнитивным радио (CR) 245, чтобы содержать когнитивный радио-MAC (CMAC) 312. CR 245 выполнен с возможностью измерять, по меньшей мере, часть радиочастотного спектра. Примерной методикой измерения спектра, используемой посредством CR 245, является контроль несущей. Тем не менее, изобретение не базируется на конкретной методике измерения спектра. Другие методики измерения спектра подходят для использования в изобретении. В вариантах осуществления CMAC, CR 245 дает возможность BS 100 определять условия каналов связи, например занятость каналов, качество линии связи и другие параметры каналов, связанные с RF-спектром.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, CMAC 312 выполнен с возможностью управлять приемо-передающим устройством 244 на основе информации спектра, предоставляемой посредством CR 245. В ответ на измеренные условия каналов CMAC 312 переключает приемо-передающее устройство 244 на (или с) части RF-спектра (к примеру, каналы). Одна причина переключения заключается в том, чтобы избежать помех с лицензированными доминирующими пользователями RF-спектра.

Некоторые варианты осуществления CMAC по изобретению поддерживают услуги одноадресной передачи (адресованной одному CPE), многоадресной передачи (адресованной группе CPE) и широковещательной передачи (адресованной всем CPE в соте). В частности, для некоторых вариантов осуществления, допускающих действия измерения спектра, используются подключения управления многоадресной передачей. Некоторые варианты осуществления изобретения предоставляют возможность реализации алгоритмов кластеризации и распределения нагрузки измерения. Эти алгоритмы варьируются в зависимости от производителя и приложения.

Различные варианты осуществления CMAC реализуют комбинацию схем доступа, которые управляют конкуренцией между CPE для доступа к BB-сети 388. В то же время, CMAC 312 предоставляет полосу пропускания, подходящую для каждого варианта применения CPE. CMAC 312 выполняет это посредством, по меньшей мере, одного из четырех различных типов механизмов восходящей диспетчеризации. В некоторых вариантах осуществления CMAC эти механизмы реализуются с помощью, по меньшей мере, одной из процедур незатребованного предоставления полосы пропускания, опрашивания и конкуренции. Некоторые варианты осуществления BS 100 и CMAC 312 используют опрашивание для того, чтобы упростить доступ к BB-сети 388.

Опрашивание обеспечивает то, что приложения CPE принимают услугу на детерминированной основе. Например, приложения реального времени, как речь и видео, иногда предпочитают обслуживание на постоянной основе. В другое время эти приложения предпочитают очень плотно контролируемое расписание. В отличие от этого, приложения данных в типичном варианте более толерантны к задержке, чем речевые и видеоприложения. Следовательно, процедуры конкуренции в типичном варианте используются в приложениях данных. Это предотвращает индивидуальное опрашивание CPE. Конкуренция имеет дополнительное преимущество в экономии ресурсов. Некоторые варианты осуществления изобретения не допускают опрашивания CPE, которые неактивны в течение долгого периода времени. Некоторые варианты осуществления CMAC 312 по изобретению динамически создают, удаляют и изменяют подключения по мере того, как возникает потребность.

Менеджер спектра

Согласно варианту осуществления изобретения, SM 260 предоставляет возможности управления спектром для WRAN 10. Менеджер 260 спектра поддерживает варианты осуществления когнитивного радио (CR) MAC (CMAC) по изобретению. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, SM 260 реализуется посредством программируемого логического устройства. Предполагаются и другие аппаратные и программные устройства для реализации SM 260. Следовательно, изобретение не базируется на какой-либо конкретной аппаратной или программной реализации SM 260.

В некоторых вариантах осуществления изобретения SM 260 подключается к когнитивному радио 245 и включает в себя датчик, к примеру, антенну 205. Для типичных вариантов осуществления изобретения антенна 205 размещается в физической близости к BS 100. Соответственно, спектральная антенна 205 замеряет параметры спектра и операционной среды рядом с BS 100. CR 245 анализирует изменения параметров спектра на основе информации, замеренной и предоставленной посредством антенны 205. Примеры параметров, измеренных посредством антенны 205 и обработанных посредством SM 260 (процессор не проиллюстрирован), включают в себя, к примеру, параметры, выбранные из группы, содержащей активность радиочастотного спектра, уровень помех в рамках радиочастотного спектра, режим работы CPE и информацию состояния WRAN, в качестве всего лишь нескольких примеров.

В одном варианте осуществления изобретения менеджер 260 спектра в BS 100 сохраняет список 360 каналов-кандидатов. В варианте осуществления изобретения список 360 каналов-кандидатов сохраняется в запоминающем устройстве (также представленном посредством 360). Надлежащие запоминающие устройства для сохранения списка 360 каналов-кандидатов включают в себя, но не только, традиционные типы оперативных запоминающих устройств (RAM). В других вариантах осуществления изобретения список 360 каналов-кандидатов содержит другие среды хранения, подходящие для сохранения и обновления информации списка каналов.

Примерный список каналов-кандидатов содержит, по меньшей мере, одну частоту, к примеру канал (CHselsect) 347, доступный для переключения BS 100. В одном варианте осуществления список 360 каналов-кандидатов компилируется, по меньшей мере, частично на основе измеренных параметров спектра, как описано выше. В одном варианте осуществления изобретения, SM 260 ассоциативно связывает одну из высокого, среднего и низкого предпочтения, по меньшей мере, с одним вариантом канала, содержащим список 360 вариантов канала BS 100.

В некоторых вариантах осуществления изобретения информация состояния географического спектра, предоставляемая, к примеру, правительством (GSSI), предоставляет информацию в SM 260. SM 260 использует информацию GSSI для того, чтобы компилировать список 360 каналов-кандидатов. В данном случае GSSI предоставляет, по меньшей мере, часть входной информации для динамического выбора частоты (DFS) посредством BS 100. В одном варианте осуществления изобретения GSSI получается базовым узлом 100 посредством магистрального интерфейса 388. В других вариантах осуществления изобретения BS 100 принимает GSSI посредством воздушной линии связи, предоставляемой, к примеру посредством антенны 204 и приемо-передающего устройства 244.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одна BS 100 в WRAN 10 включает в себя приемное устройство GPS (глобальной системы позиционирования) (не показано). Приемное GPS-устройство выполнено с возможностью определять географическое местоположение BS 100. Информация местоположения BS 100, определенная посредством приемного GPS-устройства, перенаправляется посредством BS 100 в централизованный сервер. Надлежащий централизованный сервер содержит, например, сервер, управляемый Федеральной комиссией по связи (FCC) в США. Централизованный сервер отвечает посредством предоставления в BS 100 информации о незанятых телевизионных каналах в области BS 100. В данном варианте осуществления список 360 каналов-кандидатов базируется, по меньшей мере, частично на информации, принимаемой посредством BS 100 в ответ на отправку информации местоположения BS 100.

Альтернативные варианты осуществления изобретения реализуются на основе измерения локального спектра, по меньшей мере, посредством одного CPE 18 соты 26 WRAN 10. В вариантах осуществления измерения локального спектра CPE 18 включает в себя, по меньшей мере, один датчик локального спектра, выполненный с возможностью измерять каналы, доступные для CPE. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, BS 100 использует различные комбинации GPS, измерения локального спектра посредством CPE и другие подходы для того, чтобы определять каналы, содержащие список 360 каналов-кандидатов.

В вариантах осуществления изобретения менеджер 260 спектра дополнительно содержит процессор (не показан), подключенный к когнитивному радио 245, для осуществления заданных пользователем алгоритмов анализа спектра по параметрам, измеренным посредством датчика 205. Например, в одном варианте осуществления изобретения SM 260 выполнен с возможностью обнаруживать ситуацию вмешательства (к примеру, с доминирующими структурами или другими сотами 802.22) на основе измеренных параметров. В данном случае SM 260 предоставляет сигнал в MAC 312, чтобы указать обнаружение ситуации вмешательства. MAC 312 инициирует надлежащие действия посредством BS 100, чтобы разрешить конфликтную ситуацию.

В некоторых случаях надлежащее действие для BS 100 заключается в том, чтобы выполнить переключение каналов. Канал, по которому BS 100 установила связь и который в настоящее время используется посредством BS 100, упоминается в данном документе как текущий рабочий канал (Cop). Следовательно, первый канал содержит текущий рабочий канал в некоторых вариантах осуществления изобретения. Второй канал - это канал, на который BS 100 намеревается переключиться. Следовательно, второй канал содержит канал-кандидат (CHselect) в некоторых вариантах осуществления изобретения.

Варианты осуществления изобретения используют методики динамического выбора частоты (DFS), чтобы выбирать канал для переключения, чтобы не допускать помех для использования текущего рабочего канала доминирующими структурами. Методики DFS выбирают альтернативный канал (CHselect) в ответ на условия в рабочем канале. В некоторых случаях измеренные параметры указывают поступление доминирующей структуры на рабочий канал. В данном случае SM динамически отвечает на изменение посредством выбора нового канала (CHselect) для работы BS 100.

Некоторые варианты осуществления изобретения поддерживают скачкообразную перестройку частоты (FH) для недопущения коллизий каналов. Скачкообразная перестройка частоты - это способ передачи радиочастотных сигналов посредством переключения радиочастотной несущей среди множества частотных каналов. Скачкообразная перестройка частоты используется, например, для того, чтобы избежать периодов внутриполосной тишины. Другой вариант применения перескока частоты состоит в том, чтобы предоставить лучшее качество обслуживания (QoS) для определенных типов трафика, к примеру, речевого трафика. Настоящее изобретение подходит для использования в каждом из этих и других вариантов применения с перескоком частоты.

Чтобы коммутировать каналы (т.е. выполнять перескок частот), SM 260 выбирает CHselect на основе критериев выбора канала. Критерии выбора канала включают в себя, но не только, число CPE, ассоциативно связанных с BS, средний диапазон CPE от BS и тип трафика на доступных каналах. В ответ на SM 260 MAC 312 инициирует переключение каналов для BS 100 посредством контроллера 288 приемо-передающего устройства для MAC 312. Согласно одному этапу в примерной операции переключения MAC 312 предоставляет CHselect приемо-передающему устройству 244 посредством контроллера 288.

Согласно одному варианту осуществления изобретения с перескоком частоты, BS 100 поддерживает, по меньшей мере, два канала для связи с CPE. Первый канал содержит рабочий канал Cop. Второй канал содержит канал-кандидат Cca. BS 100 работает по рабочему каналу Cop. Тем не менее, BS 100 переключается на канал-кандидат Cca, когда BS 100 измеряет рабочий канал Cop. В некоторых вариантах осуществления изобретения BS 100 также измеряет соседние каналы рабочего канала Cop в ходе операции измерения. Согласно одному варианту осуществления изобретения, когда BS 100 хочет измерить свой текущий рабочий канал Cop, BS 100 отправляет сообщение измерения и переключения каналов (CSS) в ассоциативно связанное CPE 18.

BS 100 переключается на канал-кандидат Cca для передачи данных в CPE и других операций служебных сигналов. В то же время, BS 100 измеряет рабочий канал Cop. После измерения Cop, BS 100 переключается обратно на рабочий канал Cop, если нет доминирующих структур или других BS, работающих на Cop. Тем не менее, BS 100 и другая BS (не показана) может выполнять перескок частот на тот же канал Cop в некоторых случаях. Например, BS 100 и BS другой частоты может перескакивать на один Cop до того, как две BS могут обнаружить конфликт. В этом случае в канале Cop возникают коллизии. Согласно вариантам осуществления изобретения, контроллер 288 CMAC 312 не допускает данного типа проблемы коллизий.

Субблоки 330, 333

Как проиллюстрировано на фиг. 3, по меньшей мере, одно из MAC 310, 311 и 312 подключено, по меньшей мере, к одной магистральной сети посредством магистрального интерфейса 388. Магистральный интерфейс 388 содержит блоки 330 и 333 более высокого уровня для BS 100. Технология более одного сетевого блока поддерживается посредством магистрального интерфейса 388 в BS 100. Согласно вариантам осуществления изобретения, по меньшей мере, один блок более высокого уровня BS 100 реализует линии связи по межсетевому протоколу (IP). Следовательно, согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, магистральный интерфейс 388 подключает BS 100 к Интернету. В одном варианте осуществления изобретения магистральный интерфейс 388 подключен к магистральной сети поставщика Интернет-услуг (ISP) посредством Ethernet-кабеля. Таким образом, Интернет-услуга для осуществления доступа в Интернет 111 посредством CPE 18 (проиллюстрирована на фиг. 1 и 2) поддерживается посредством BS 100.

В других вариантах осуществления изобретения магистральный интерфейс 388 подключает беспроводным способом BS 100 (к примеру, спутнику 212 по фиг. 2) посредством спутниковой линии связи, установленной посредством магистрального интерфейса 388 и оборудования спутникового приемо-передающего устройства. Другие варианты осуществления среды передачи, включающей в себя магистральный интерфейс 388, включают в себя, но не только, оптоволоконное подключение и подключение посредством оборудования сверхвысокочастотной передачи "от точки к точке".

Предотвращение коллизий каналов

Фиг. 4 иллюстрирует две примерные базовые станции BS 401 и BS 402, чтобы проиллюстрировать сценарий коллизий. Первая BS 401 и вторая BS 402 выполняют действия, описанные ниже, в моменты времени, указанные на соответствующих временных шкалах 410 и 420. Для временных шкал 410 и 420 время t увеличивается в направлении стрелок.

Периоды операции динамического перескока частоты (DFH) для BS 401 включают в себя первый период времени по временной шкале 410 между маркерами 421 и 422. Второй период операции DFH для BS 401 указан между маркерами 422 и 423. Примерные периоды операции DFH для BS 402 содержат первый период времени BS 402, указанный по временной шкале 420 между маркерами 451 и 452. Второй период операции DFH для BS 402 указан между маркерами 452 и 453.

В начале временной шкалы 410 BS 401 работает на канале (не указан). В примерное время, указанное как 431, BS (401) проверяет, что канал A доступен. В момент времени 421 BS 401 начинает работу на канале A. В то же время BS 401 работает на канале A, BS 402 измеряет каналы (0, A-n) и (A+n, N), где n - это приращение в один канал, а N - это число каналов, которые должны быть измерены. В начале временной шкалы 420 BS 402 работает на примерном канале X (не указан). В примерное время, указанное как 441, BS 402 проверяет, что другой канал, канал D, доступен. В примерное время 451 BS 402 начинает работу по каналу D. Пока BS 402 работает по каналу D, BS 402 измеряет в каналах (0, D-n) и (D+n, N).

BS 401 обнаруживает доступность канала C во время 433. BS 402 обнаруживает доступность канала C во время 442. Как проиллюстрировано на фиг. 4, время проверки канала C для BS 401 близко по времени ко времени проверки канала C для BS 402. В этом случае возможно, что BS 401 и BS 402 независимо выбирают канал C для использования в периоде следующей операции DFH (422 и 452, соответственно). Периоды операции DFH для BS 401 и BS 402 перекрываются друг с другом. Если BS 401 и BS 402 перескакивают на канал C в перекрывающихся периодах операции DFH, возникает коллизия на канале C. Возникновение коллизии использования канала обусловлено тем фактом, что ни BS 402, ни BS 401 не знают частоту, выбранную другой. В типичном варианте эта информация использования канала обнаруживается только посредством когнитивного радио, когда канал с потенциальной коллизией фактически используется.

Одно предполагаемое решение этой проблемы коллизий проиллюстрировано на фиг. 5. Это решение базируется на передаче и приеме информации канала посредством оповещения динамического выбора частоты (DFS). DFS-оповещение должно быть передано от коммутирующей BS для WRAN в другую BS для WRAN, чтобы сообщить другой BS и WRAN о выбранном канале. Фиг. 5 иллюстрирует примерный способ для первой BS WRAN-системы, чтобы выбирать частоты и переключаться на новый канал для работы. Способ начинается с обычной работы первой BS на этапе 501. Первая BS выбирает следующую частоту, как проиллюстрировано на этапе 503.

Первая BS сообщает свою выбранную первую частоту в другую BS, к примеру, в BS другой WRAN, на этапе 505. Оповещение осуществляется посредством передачи первой BS сообщения в другую WRAN в некоторых вариантах осуществления изобретения. После передачи оповещения на этапе 505 первая BS ждет заранее определенный период задержки, как проиллюстрировано на этапах 507 и 513. В одном варианте осуществления изобретения фиксированный период задержки подсчитывается посредством таймера задержки в ходе этапа 507 ожидания. Пока таймер задержки подсчитывает фиксированную задержку, первая BS прослушивает оповещения о конфликтующих каналах от другой BS, например, от BS других WRAN-станций. Если таймер задержки истекает на этапе 513 без приема оповещения о конфликте посредством первой BS на этапе 509, первая BS готова перестроиться (переключиться) на выбранный следующий канал, как проиллюстрировано на этапе 515. В данном случае способ завершается на 517.

Если первая BS принимает оповещение DFS от второй BS, оповещающее о такой же следующей частоте, выбранной первой BS, на этапе 509 обнаруживается конфликт. Поскольку обе BS выбрали одну частоту для перестройки, возникает коллизия, если обе BS перестраиваются к оповещенной частоте.

В данном случае способ переходит к этапу 511. На этапе 511 первая BS сравнивает свою временную метку оповещения DFS с временной меткой оповещения DFS второй BS. Если временная метка второй BS позднее, чем временная метка первой BS, первая BS переходит к выбранной следующей частоте, если следующий период операции DFS после периода ожидания истек. Если временная метка второй BS раньше, чем временная метка первой BS, первая BS возвращается к этапу 503, чтобы выбрать следующую частоту для перестройки. Затем способ повторяется для новой выбранной следующей частоты.

Способ, проиллюстрированный на фиг. 5, имеет недостаток. Успешное использование способа базируется на соседних BS, чтобы надежно принимать и декодировать оповещения DFS друг друга. Иногда условия мешают надежности передачи и приема оповещений DPS. Если это возникает, возможно, что в канале между первой и второй BS возникают коллизии. Следовательно, желательны системы и способы, которые не допускают таких проблем коллизии без базирования на передаче сообщений между BS.

Решение проблемы коллизии каналов

Решения проблем коллизии каналов, описанных выше, предоставляются посредством устройства согласно вариантам осуществления изобретения. Эти варианты осуществления дополнительно проиллюстрированы на фиг. 6. Варианты осуществления изобретения не базируются на передаче и приеме сообщений между BS для недопущения коллизий каналов. Фиг. 6 иллюстрирует дополнительные подробности изобретения, проиллюстрированного на фиг. 2 и 3. Как описано выше относительно фиг. 3, фиг. 6 иллюстрирует варианты осуществления изобретения, содержащие, по меньшей мере, одну WRAN 10. WRAN 10 содержит, по меньшей мере, одну соту. Сота содержит, по меньшей мере, одну BS 100. BS 100 содержит, по меньшей мере, один PHY/MAC-модуль 306, подключенный, по меньшей мере, к одной магистральной сети 388. PHY/MAC-модуль 306 дополнительно подключен, по меньшей мере, к одной антенне 204 передачи/приема, чтобы обмениваться данными посредством воздушного интерфейса, по меньшей мере, с одним CPE (лучше всего проиллюстрирован на фиг. 2). Согласно вариантам осуществления изобретения PHY/MAC-модуль 306 выполнен с возможностью обмениваться данными с другой BS других WRAN-сот.

PHY/MAC-модуль 306 содержит, по меньшей мере, один PHY-блок 322. PHY-блок 322 содержит, по меньшей мере, одно приемо-передающее устройство 244, подключенное, по меньшей мере, к одной антенне 204 приемо-передающего RF-устройства. Приемо-передающее устройство 244 в PHY 322 содержит аналоговую секцию 614 и цифровую основополосную секцию 616. Приемо-передающее устройство 244 выполнено с возможностью передавать и принимать радиочастотные сигналы, по меньшей мере, в части радиочастотного спектра посредством среды беспроводной передачи, такой как воздушная среда. Аналоговый блок 614 содержит типичный высокочастотный каскад радиочастотного приемо-передающего устройства. Например, аналоговый блок 614 предоставляет традиционные схемы высокочастотного каскада, такие как усилители сигналов, модуляторы и демодуляторы для сигналов RF-несущей, передаваемых и принимаемых посредством антенны 204.

В одном варианте осуществления изобретения аналоговый блок 614 имеет такую функциональность, чтобы передавать и принимать радиосигналы в полнодуплексном режиме. В альтернативном варианте осуществления изобретения аналоговый блок 614 имеет такую функциональность, чтобы передавать по передающему каналу и принимать по принимающему каналу. В данном варианте осуществления передающие и принимающие каналы - это различные каналы.

Приемо-передающее устройство 244 - режим приема

Сигналы передаются, например, из CPE 18 (проиллюстрировано на фиг. 2) в BS 100. Как проиллюстрировано на фиг. 6, в режиме приема BS 100 принимает сигналы от CPE и предоставляет информацию, представленную в принимаемых сигналах, в магистральную сеть 388. Чтобы добиться этого, приемо-передающее устройство 244 принимает модулированный RF-сигнал от антенны 204. Приемо-передающее устройство 244 предоставляет преобразованный с понижением частоты аналоговый сигнал в основополосный блок 616. Основополосный блок 616 принимает преобразованный с понижением частоты аналоговый сигнал от аналогового блока 614 и преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал.

Согласно OFDM-реализации изобретения, приемо-передающее устройство 244 принимает OFDM-сигнал. Сигнал временной области обрабатывается посредством блока быстрого преобразования Фурье (не показан) приемо-передающего устройства 244, чтобы преобразовать сигнал временной области в частотную область, где данные подканалов извлекаются, и значения QAM декодируются.

В одном варианте осуществления изобретения основополосный блок 616 принимает один входной основополосный сигнал от аналогового блока 614. Основополосный блок 616 преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал. Основополосный блок 616 в типичном варианте включает в себя основополосный процессор (не показан). Согласно варианту осуществления изобретения, основополосный процессор обрабатывает один входной цифровой основополосный сигнал как множество подполосных входных цифровых основополосных сигналов, чтобы предоставить один поток битов в CMAC 312 на выходе 605. В одном варианте осуществления изобретения основополосный блок 616 включает в себя цифровые фильтры (не показаны). Цифровые фильтры разделяют цифровой основополосный сигнал на подполосные цифровые основополосные сигналы. Выход 605 основополосного блока 616 подключен к CMAC 312. CMAC-блок 312 предоставляет сигналы в магистральный интерфейс 388.

Операция передачи

В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 6, CMAC-блок 312 включает в себя контроллер 288 приемо-передающего устройства. В ходе операции передачи цифровой основополосный блок 616 принимает выходной поток битов связи от CMAC 312. Основополосный блок 616 кодирует поток битов связи. Основополосный блок 616 предоставляет цифровой основополосный сигнал в аналоговую секцию 614 приемо-передающего устройства 244.

Различные варианты осуществления PHY-блока 322 и приемо-передающего устройства 244 реализуют традиционные методики мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). В этих вариантах осуществления цифровой основополосный блок 616 выполнен с возможностью кодировать цифровые данные, предоставляемые посредством CMAC 312, на множество подканалов. В одном варианте осуществления изобретения подканалы содержат подканалы, заданные в технических требованиях к WRAN IEEE 802.22. В одном варианте осуществления изобретения PHY 322 дополнительно содержит модулятор (не показан), сконфигурированный для традиционной квадратурной амплитудной модуляции (QAM). В этом случае амплитуда и фаза совместно представляют кодированные данные.

В одном варианте осуществления данные подканалов CMAC 312 обрабатываются посредством блока обратного быстрого преобразования Фурье (не показан) из PHY 322, чтобы комбинировать данные подканалов в сигнале временной области. Сигнал временной области покрывает полосу пропускания частот, практически эквивалентную сумме полос пропускания или разнесению подканалов для каждого из подканалов. Этот сигнал временной области затем передается посредством антенны 204 на рабочей частоте (Cop) BS 100.

В варианте осуществления изобретения CMAC 312 инициирует переключение с текущего рабочего канала на следующий канал посредством приемо-передающего устройства 244. Согласно вариантам осуществления изобретения, микшер приемо-передающего устройства 244 регулируется в ответ на сигналы, предоставляемые посредством CMAC 312, чтобы коммутировать каналы.

Когнитивный MAC

Согласно варианту осуществления изобретения, MAC 312 PHY/MAC-модуля 306 содержит когнитивный MAC- (CMAC) блок. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, CMAC-блок 312 подключается к когнитивному радио 245. В других вариантах осуществления изобретения приемо-передающее устройство 244 PHY 322 содержит когнитивное приемо-передающее радиоустройство. Как описано выше относительно фиг. 3, CR 245 содержит менеджер спектра в одном варианте осуществления изобретения. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 3 и 6, CR 245 хранит список 360 каналов-кандидатов.

CMAC 312 включает в себя контроллер 288 приемо-передающего устройства, подключенный к приемо-передающему устройству 244 PHY 322, для контроля за переключением каналов приемо-передающего устройства 244. В одном варианте осуществления изобретения контроллер 288 приемо-передающего устройства содержит схему произвольной задержки (RDC) 659. В одном варианте осуществления изобретения RDC 659 содержит таймер 445 произвольного ожидания, генератор 447 случайных чисел и процессор 603.

При примерной работе CR 245 измеряет части RF-спектра. Если CR 245 обнаруживает доминирующих пользователей или другие WRAN BS в текущем рабочем канале (Cop) BS 100, BS 100 обнаруживает канал (CHselect) 347 из списка 360 каналов-кандидатов. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, CHselect 347 выбирается случайно из списка каналов, содержащего список 360 каналов-кандидатов. Согласно альтернативным вариантам осуществления изобретения, CHselect 347 выбирается на основе заданного пользователем алгоритма выбора, приводимого в исполнение посредством процессора менеджера 260 спектра (наилучшим образом проиллюстрированного на фиг. 3).

Вне зависимости от того, как выбран CHselect 347, при выборе CHselect RDC 659 определяет произвольное время ожидания, t_Rwait. В одном варианте осуществления изобретения RDC 659 включает в себя генератор случайных чисел (RNG) 447. В этом случае процессор 603 RDC 659 определяет t_Rwait на основе случайного числа, предоставляемого от генератора 447 случайных чисел. Согласно одному варианту осуществления изобретения, CMAC определяет t_Rwait на основе случайного числа, предоставляемого посредством RNG 447, и дополнительно на основе минимального времени ожидания (t_min). В одном варианте осуществления изобретения (t_min) определяется как время для того, чтобы оповещение переключения каналов было передано от BS 100 в его ассоциативно связанное CPE.

В других вариантах осуществления изобретения CMAC 312 определяет t_Rwait на основе случайного числа, сформированного посредством RNG 447, и максимального времени ожидания (t_max). В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор 603 выбирает t_Rwait на основе случайного числа, сформированного посредством RNG 447, и также выбирается так, чтобы попадать в рамки окна, заданного посредством (t_min) и (t_max). Согласно варианту осуществления изобретения, RDC 659 запускает таймер ожидания RWT 445 с t_Rwait в качестве времени истечения таймера 445.

До того как BS 100 переключается на CHselect, когнитивное радио 245 измеряет CHselect для сигналов доминирующих структур и для сигналов от других WRAN-систем, поступающих после последнего обновления списка 360 каналов-кандидатов. Если канал CHselect по-прежнему не занят/доступен по истечению t_Rwait, контроллер 288 предоставляет сигнал в приемо-передающее устройство 244, чтобы изменить канал с Cop на CHselect. Тем не менее, если CR 245 обнаруживает сигналы доминирующих структур или других WRAN-систем в CHselect, CMAC 312 выбирает другой канал CHselect из списка 360 каналов-кандидатов (или его предыдущий Cop, если предыдущий Cop не занят доминирующими структурами).

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, CMAC 312 предоставляет управляющие сигналы для корректировки характеристик аналогового блока 614 и основополосного блока 616, чтобы переключить приемо-передающее устройство 244 с первого канала на второй канал. Например, центральные частоты и полоса пропускания аналогового блока 614 и характеристики цифрового основополосного блока 616 корректируются посредством CMAC 312 так, чтобы переключиться с рабочего канала (Cop) на выбранный канал (CHselect).

Согласно варианту осуществления изобретения, CMAC 312 содержит схемы, реализующие традиционные функции, иллюстрируемые посредством контроллеров доступа к среде согласно стандарту IEEE 802.11. Тем не менее, в отличие от традиционных контроллеров доступа к среде, CMAC 312 по изобретению содержит контроллер 288 приемо-передающего устройства, реализующий различные варианты осуществления изобретения. Контроллер 288 содержит схему 659 произвольной задержки. Схема 659 произвольной задержки содержит генератор 447 случайных чисел, процессор 603 и таймер 445. Контроллер 288 не допускает коллизий каналов, когда BS 100 переключается с первого канала на второй канал.

Вариант осуществления изобретения не допускает коллизий без необходимости передавать или принимать оповещения DFS. Способ согласно данному варианту осуществления изобретения проиллюстрирован на блок-схеме последовательности операций способа по фиг. 7. Способ согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 7, предотвращает коллизии каналов без необходимости оповещать об изменениях в каналах в соседние базовые станции. Этапы способа следующие. На этапе 701 BS 100 примерной WRAN 10 работает на рабочем канале (Cop). На этапе 702 когнитивное радио, содержащее менеджер спектра, измеряет рабочий канал, чтобы определять, удовлетворяются ли критерии переключения каналов. Примером критериев переключения каналов является измеренное поступление доминирующей структуры на рабочий канал (Cop). Если поступление доминирующей структуры измерено в рабочем канале, BS 100 выбирает новую частоту (CHselect) для переключения на этапе 704.

На этапе 705 формируется произвольное время задержки. В одном варианте осуществления изобретения этап формирования произвольного времени задержки осуществляется посредством этапа формирования произвольного числа. В одном варианте осуществления способа изобретения произвольное время задержки для этапа 705 базируется на случайном числе, формируемом посредством генератора случайных чисел. BS 100 ждет на этапе 706 истечения произвольного времени задержки. В одном варианте осуществления изобретения BS инициирует в ходе этапе 706 ожидания этап измерения выбранного канала (CHselect), чтобы определить, является ли выбранный канал по-прежнему доступным, на основе истечения произвольного времени задержки.

В одном варианте осуществления этап ожидания выполняется посредством этапа задания таймера задержки. BS 100 ожидает, как указано на этапе 706, чтобы таймер произвольной задержки истек, как указано на этапе 711. Если выбранный канал (CHselect) используется, BS 100 завершает приведение в исполнение этапа 709 и переходит к этапу 704, чтобы выбрать новую частоту для переключения. Этапы 706, 707 и 708 повторяются для новой частоты.

В одном варианте осуществления изобретения BS 100 замеряет выбранный канал (CHselect), чтобы определить, доступен ли по-прежнему выбранный канал. В одном варианте осуществления изобретения BS100 выполняет этап передачи по рабочему каналу Cop в то же время, когда BS 100 выполняет этап измерения. В альтернативном варианте осуществления изобретения BS 100 измеряет выбранный канал (CHselect) в момент времени до того, как таймер произвольной задержки истекает. Если выбранный канал (CHselect) используется, BS 100 переходит к этапу 704, чтобы выбрать новую частоту для переключения. Этапы 706, 708 и 707 повторяются для новой выбранной частоты.

Если выбранный канал (CHselect) измерен на этапе 707 и определен как незанятый, BS 100 переключается на выбранный канал, когда таймер произвольной задержки истекает, и процесс завершается на 713. Поскольку каждая WRAN в системе изобретения формирует случайное число, чтобы предоставить задержку переключения, вероятность переключения двух BS на один канал в одно и то же время пренебрежительно мала. Следовательно, BS с большим временем произвольной задержки, вероятно, обнаружит присутствие BS с меньшим временем произвольной задержки в ходе этапа 707 измерения.

В одном варианте осуществления изобретения BS 100 измеряет выбранный канал (CHselect) в момент времени после того, как таймер произвольной задержки истекает. В альтернативном варианте осуществления BS 100 сообщает о выборе CHselect по рабочему каналу Cop.

Варианты осуществления изобретения, описанные выше, могут быть реализованы как комбинация аппаратных и программных элементов. Поскольку другие модификации и изменения, варьирующиеся так, чтобы соответствовать конкретным операционным требованиям и средам, должны быть очевидными для специалистов в данной области техники, изобретение не считается ограниченным примерами, выбранными для целей заявки, и охватывает все изменения и модификации, которые не составляют отступления от сущности и области применения данного изобретения. После таким образом описанного изобретения то, что требуется быть защищенным посредством Патентной грамоты, представлено в прилагаемой ниже формуле изобретения.

Claims (20)

1. Схема задержки переключения каналов для использования в узле беспроводной сети связи, содержащая контроллер доступа к среде (MAC), подключенный к приемопередающему устройству, чтобы переключать упомянутое приемопередающее устройство с первого канала на второй канал во время t, причем упомянутая схема содержит:
- процессор, подключенный к упомянутому контроллеру доступа к среде (MAC), чтобы принимать указание упомянутого переключения с упомянутого первого канала на упомянутый второй канал;
- схему произвольного времени задержки, подключенную к упомянутому процессору, чтобы предоставлять произвольное время задержки (t_rwait) в ответ на прием упомянутого указания;
- причем упомянутый процессор задерживает упомянутое переключение упомянутого приемопередающего устройства в отношении упомянутого времени на упомянутое произвольное время задержки (t_rwait).

2. Схема задержки переключения каналов по п.1, в которой упомянутый узел содержит базовую станцию (BS) беспроводной региональной вычислительной сети (WRAN), и упомянутый контроллер доступа к среде (MAC) взаимодействует с когнитивным радио (CR), чтобы измерять занятость упомянутого первого канала, причем упомянутый процессор подключен к упомянутому MAC и к упомянутому приемопередающему устройству, чтобы переключать упомянутое приемопередающее устройство в ответ на измеренную занятость упомянутого канала во время, задержанное от упомянутого времени t на упомянутое произвольное время задержки (t_rwait).

3. Схема задержки переключения каналов по п.1, в которой схема произвольного времени задержки включает в себя генератор случайных чисел, подключенный к упомянутому процессору, чтобы формировать случайное число в ответ на сигнал, принятый от упомянутого процессора, причем упомянутый процессор предоставляет упомянутый сигнал в упомянутый генератор случайных чисел в ответ на упомянутое указание упомянутого переключения с упомянутого первого канала на упомянутый второй канал.

4. Схема задержки переключения каналов по п.1, включающая в себя, по меньшей мере, один счетчик, задающий временное окно, при этом упомянутое временное окно содержит, по меньшей мере, одно из максимального времени ожидания (t_max) и минимального времени ожидания (t_min), причем упомянутый процессор выполнен с возможностью произвольно выбирать время ожидания из времен в рамках упомянутого временного окна.

5. Схема задержки переключения каналов по п.1, дополнительно включающая в себя датчик занятости каналов, подключенный к упомянутому процессору, при этом упомянутый процессор выполнен с возможностью выбирать второй канал из списка каналов-кандидатов, если упомянутый датчик занятости каналов указывает занятость упомянутого первого канала до истечения упомянутого произвольного времени задержки.

6. Способ контроля переключения каналов в базовой станции (BS) беспроводной региональной вычислительной сети (WRAN), содержащий этапы, на которых:
- принимают решение переключить упомянутую линию связи с упомянутого первого воздушного канала на упомянутый второй воздушный канал;
- устанавливают линию связи между упомянутой базовой станцией и, по меньшей мере, одним абонентским оконечным оборудованием (СРЕ), содержащим первый воздушный канал;
- формируют случайное число в ответ на упомянутый этап принятия решения;
- формируют время t для переключения на упомянутый второй канал на основе упомянутого случайного числа;
- оповещают об упомянутом времени в упомянутое, по меньшей мере, одно абонентское оконечное оборудование (СРЕ); и
- переключают упомянутую базовую станцию с упомянутого первого канала на упомянутый второй канал в упомянутое время t, при этом этап измерения упомянутого второго канала для занятости выполняется после упомянутого этапа принятия решений и до упомянутого этапа переключения.

7. Способ по п.6, дополнительно содержащий этап, на котором выбирают канал, содержащий упомянутый второй канал.

8. Способ по п.6, в котором упомянутый этап выбора канала включает в себя этап, на котором измеряют, по меньшей мере, часть радиочастотного спектра на предмет занятости каналов.

9. Способ по п.7, в котором этап выбора канала включает в себя этапы, на которых:
- сохраняют список каналов-кандидатов в памяти;
- выбирают второй канал из упомянутого сохраненного списка каналов-кандидатов.

10. Способ по п.9, в котором этап сохранения списка каналов-кандидатов в памяти включает в себя этапы, на которых:
- принимают, по меньшей мере, одно расписание широковещательной передачи в каналах, по меньшей мере, из одного источника расписаний широковещательной передачи в каналах;
- компилируют упомянутый список каналов-кандидатов, по меньшей мере, частично на основе упомянутого одного принятого расписания широковещательной передачи в каналах;
- сохраняют упомянутый скомпилированный список каналов-кандидатов в упомянутой памяти.

11. Способ по п.9, в котором этап сохранения списка каналов-кандидатов в памяти включает в себя этапы, на которых:
- принимают информацию каналов, по меньшей мере, из одного пользовательского узла упомянутой сети;
- компилируют упомянутый список каналов-кандидатов, по меньшей мере, частично на основе упомянутой принимаемой информации каналов;
сохраняют упомянутый скомпилированный список каналов кандидатов в упомянутой памяти.

12. Контроллер доступа к среде (MAC) для использования в беспроводной региональной вычислительной сети (WRAN) с перестройкой частоты (FH), при этом упомянутый контроллер доступа к среде (MAC) содержит:
- процессор, выполненный с возможностью выбирать следующий канал перестройки для системы беспроводной региональной вычислительной сети (WRAN);
- генератор произвольного времени задержки, подключенный к упомянутому процессору, чтобы формировать произвольное время задержки в ответ на выбор упомянутого следующего канала перестройки посредством упомянутого процессора;
- при этом упомянутая беспроводная региональная вычислительная сеть (WRAN) перестраивается на упомянутый следующий канал перестройки по истечении упомянутого произвольного времени задержки.

13. Контроллер доступа к среде по п.12, в котором упомянутая WRAN дополнительно включает в себя датчик спектра, подключенный к упомянутому процессору, чтобы измерять следующий канал перестройки на предмет состояния занятости после того, как упомянутое произвольное время задержки истечет, и предоставить указание упомянутого состояния занятости в упомянутый процессор;
- при этом упомянутое передающее устройство в ответ на упомянутый индикатор упомянутого состояния занятости переключается на упомянутый следующий канал перестройки, если упомянутое указание упомянутого состояния занятости указывает то, что упомянутый следующий канал перестройки не занят;
- при этом упомянутое передающее устройство в ответ на упомянутое указание выбирает другой следующий канал перестройки, если упомянутое состояние занятости указывает то, что упомянутый следующий канал перестройки занят.

14. Узел беспроводной сети, включающий в себя радиочастотное передающее устройство, включенное с возможностью передавать радиосигналы, по меньшей мере, по одному каналу, выбранному из множества каналов беспроводной среды передачи, при этом узел содержит:
- приемное устройство, включенное с возможностью принимать команду переключения каналов на входе;
- генератор случайных чисел, подключенный к упомянутому входу и предоставляющий случайное число в ответ на прием упомянутой команды переключения каналов;
- процессор, подключенный к упомянутому генератору случайных чисел, чтобы принимать упомянутое случайное число и предоставлять время переключения каналов на основе упомянутого случайного числа;
- при этом упомянутое передающее устройство выполнено с возможностью передавать радиосигнал, содержащий упомянутое время переключения каналов, по меньшей мере, в один другой узел упомянутой беспроводной сети.

15. Узел по п.14, в котором упомянутое передающее устройство дополнительно содержит память, сохраняющую, по меньшей мере, список каналов-кандидатов, и в котором упомянутый процессор выполнен с возможностью принимать канал-кандидат из упомянутого списка и предоставлять канал-кандидат в упомянутое передающее устройство, причем упомянутый радиосигнал дополнительно содержит упомянутый канал-кандидат.

16. Узел по п.15, в котором упомянутая память подключена к упомянутому приемному устройству.

17. Радиочастотное приемное устройство, содержащее:
- радиочастотный высокочастотный каскад, настраиваемый так, чтобы принимать радиосигналы, содержащие команду переключения каналов, включающую в себя сигнал произвольного времени переключения, по каналу среды передачи;
- процессор переключения каналов, подключенный к упомянутому радиочастотному высокочастотному каскаду, чтобы принимать упомянутую команду переключения каналов, включающую в себя упомянутый сигнал произвольного времени переключения, и настраивать упомянутый радиочастотный высокочастотный каскад во время, определенное посредством упомянутого сигнала времени переключения каналов.

18. Радиочастотное приемопередающее устройство, содержащее:
- радиочастотный высокочастотный каскад, включенный с возможностью передавать и принимать радиосигналы по каналу среды передачи;
- генератор случайных чисел;
- процессор переключения каналов, включающий в себя вход для приема команды переключения каналов, при этом упомянутый процессор переключения каналов подключен к упомянутому генератору случайных чисел, чтобы принимать случайное число, и выполнен с возможностью предоставлять случайно сформированный сигнал времени переключения на основе упомянутого случайного числа в ответ на упомянутую команду переключения каналов;
- при этом упомянутый радиочастотный высокочастотный каскад выполнен с возможностью передавать радиосигнал, содержащий упомянутый случайно сформированный сигнал времени переключения.

19. Приемопередающее устройство по п.18, в котором упомянутый радиочастотный высокочастотный каскад включает в себя схемы настройки, подключенные к упомянутому процессору переключения каналов, при этом упомянутый процессор дополнительно выполнен с возможностью изменять упомянутый тот же канал в соответствии с упомянутым сигналом произвольного времени переключения.

20. Беспроводная сеть, содержащая:
- приемопередающее устройство, содержащее радиочастотный высокочастотный каскад, имеющий такую функциональность, чтобы передавать и принимать радиосигналы по каналу беспроводной среды передачи;
- при этом упомянутое беспроводное приемопередающее устройство содержит:
- генератор случайных чисел;
- процессор переключения каналов, включающий в себя вход для приема команды переключения каналов, при этом упомянутый процессор переключения каналов подключен к упомянутому генератору случайных чисел, чтобы принимать случайное число, и выполнен с возможностью предоставлять случайно сформированное время переключения для упомянутого того же канала на основе упомянутого случайного числа в ответ на упомянутую команду переключения каналов;
- при этом упомянутый радиочастотный высокочастотный каскад выполнен с возможностью передавать радиосигнал, содержащий упомянутый случайно сформированный сигнал времени переключения.

Images