TWI499339B - 用於在多載波通訊系統中機會性的無線電資源配置之方法及裝置 - Google Patents

用於在多載波通訊系統中機會性的無線電資源配置之方法及裝置 Download PDF

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Description

用於在多載波通訊系統中機會性的無線電資源配置之方法及裝置 優先權
本申請案主張2012年9月26日申請且名為「METHODS AND APPARATUS FOR OPPORTUNISTIC RADIO RESOURCE ALLOCATION IN MULTI-CARRIER COMMUNICATION SYSTEMS」的共同擁有、同在申請中之美國專利申請案第13/627,942號之優先權，該案主張2012年4月24日申請且名為「METHODS AND APPARATUS FOR OPPORTUNISTIC RADIO RESOURCE ALLOCATION IN MULTI-CARRIER COMMUNICATION SYSTEMS」的美國臨時專利申請案第61/637,758號之優先權，前述案中之每一者的全部內容以引用之方式併入本文中。
本發明大體而言係關於通訊技術領域。更特定言之，在一例示性態樣中，本發明係針對根據(例如)基於保留之方案在若干不同無線技術或網路業者之間動態地共用頻譜。
隨著近年來消費者越來越多地使用無線技術，射頻頻譜已顯現為關鍵資源。此對所謂之「有執照」頻譜來說尤其正確，「有執照」 頻譜被獨佔式地配置(與頻譜之無執照部分相比，「無執照」頻譜可由差不多任何人來存取)
蜂巢式系統常使用有執照頻譜，有執照頻譜為業者獨佔式地擁有、稀缺的且非常昂貴的。因此，對有執照頻譜資源之有效使用在行動客戶對所提供服務之質與量的滿意度方面對於網路業者之短期及長期盈利性及持續經營係至關重要的。
對無線技術(諸如，用於在前述有執照頻譜中操作之蜂巢式網路中的無線技術)之最近研究提示頻譜資源常常不被此等網路之業者有效地利用。舉例而言，若頻譜資源被閒置或未使用，則另一網路提供者/業者不被允許使用該頻譜資源。實際上，當根據時間及位置或兩者之組合動態地監視頻譜資源時，存在許多未使用之頻譜機會。為了有效地利用此等機會，通常需要較複雜之頻譜管理及配置技術。
先前技術中之現有解決方案不提供最佳化的頻譜使用(該最佳化的頻譜使用尤其包括在無線技術之間有效地協調以用於動態地「共用」頻譜)。
因此，非常需要可提供此等頻譜共用及協調能力的改良之方法及裝置。
本發明藉由提供(尤其)用於(諸如)在若干不同無線技術或甚至兩個或兩個以上網路業者之間動態地共用頻譜之改良裝置及方法來滿足前述需要。
在一例示性態樣中，將一基於保留之方案用作前述裝置及方法之部分，其中網路中需要資源之基地台或其他實體向一實質上集中式管理實體請求所需資源。
在本發明之另一態樣中，揭示一動態射頻資源共用方法。在一實施例中，該方法包括：在網路實體處接收來自基地台之對於射頻資 源(例如，RF頻譜)的請求；識別至少一未使用之射頻資源；及配置所識別之至少一資源以供基地台使用。可用射頻頻譜中之任一射頻資源皆適用於此配置(及隨後的解除配置)。
在一變體中，對未使用資源之識別係至少部分地使用一或多個認知感測的參數(諸如，頻譜能量)來執行。
在本發明之另一態樣中，揭示一動態射頻資源共用架構。在一實施例中，該架構包括：一頻譜管理實體；及一與該管理實體通訊之動態頻譜共用實體。該頻譜管理實體及頻譜共用實體合作以識別未使用的射頻頻譜，並配置經識別之未使用頻譜至(i)複數個基地台中之至少一者；抑或(ii)複數個無線電存取技術中之至少一者。
在本發明之一另外態樣中，揭示一用於無線系統中之資源管理實體。在一實施例中，該管理實體經安置於網路之核心處，並與複數個基地台通訊，基地台具有向資源管理實體請求資源之配置並接收經識別之未使用資源之配置的動態資源共用實體。在一變體中，管理實體為網路內實體。在另一變體中，管理實體為在兩個或兩個以上相異網路之間協調的跨網路實體或網路間實體。
在本發明之又一態樣中，揭示一用於無線系統中之動態資源共用實體。在一實施例中，共用實體經安置於網路之一或多個基地台或存取點處，並與前述管理實體(或多個管理實體)通訊。在一實施中，共用實體具有動態資源共用能力，且可向資源管理實體請求資源之配置，並接收所識別的未使用資源之配置且使此等資源由適當基地台及使用者器件利用。在一個此變體中，資源為頻譜資源。
在本發明之另外態樣中，揭示一電腦可讀裝置。在一實施例中，該裝置具有一儲存媒體，至少一電腦程式安置於該儲存媒體上且經組態以在被執行時實施(諸如)用於前述資源管理實體之未使用資源(例如，頻譜)識別及配置程序。在另一實施例中，該至少一程式可操 作以發出資源請求並接收配置，且使所配置之資源由(例如)主機基地台(例如，eNodeB)利用。在一個此變體中，資源為頻譜資源。
在本發明之另一態樣中，揭示了用於判定未使用RF頻譜之方法及裝置。在一實施例中，該等方法及裝置利用對RF頻譜之部分的感測來判定其中發射之能量，並比較所偵測能量位準與規定臨限值以判定白空間是否存在於該部分中。
在本發明之又一態樣中，揭示一無線使用者器件。在一實施例中，使用者器件(例如，UE)經組態有軟體定義的無線電(SDR)能力以允許對其傳輸/接收鏈之重新組態，以便利用如由基地台/動態共用實體指定的諸如射頻頻譜之先前未使用資源。在一變體中，使用者器件進一步包括一或多個認知無線電功能，其(尤其)允許使用者器件取樣或監視其射頻環境以發現(例如)未使用頻譜或「白空間」，並將此資訊報告給共用實體(或間接報告給核心管理實體)。本發明之其他特徵及優勢將由一般熟習此項技術者藉由參看附加圖式及如下文所給出的例示性實施例之詳細描述而立即認識到。
100‧‧‧多RAT系統
102‧‧‧使用者器件
104‧‧‧RAT(無線電存取技術)
106‧‧‧RAT(無線電存取技術)
108‧‧‧RAT之涵蓋區域
110‧‧‧RAT之涵蓋區域
111‧‧‧白空間
112‧‧‧使用者器件
200‧‧‧情形
201‧‧‧情形
202‧‧‧使用者器件
204‧‧‧基地台
206‧‧‧基地台
208‧‧‧涵蓋區域
210‧‧‧涵蓋區域
212‧‧‧使用者器件
302‧‧‧網路A
304‧‧‧網路B
306‧‧‧網路C
308‧‧‧空間
400‧‧‧用於在若干不同無線技術之間動態地共用頻譜之通用方法
500‧‧‧SME裝置/頻譜管理實體(SME)/SME功能單元
500a‧‧‧網路內SME
500b‧‧‧跨網路SME
502‧‧‧處理子系統
504‧‧‧記憶體
506‧‧‧有線及/或無線介面
507‧‧‧大容量儲存器
509‧‧‧有線及/或無線介面
600‧‧‧DSS MCS實體/DSS裝置
602‧‧‧DSS處理子系統
604‧‧‧記憶體
606‧‧‧有線及/或無線介面
607‧‧‧大容量儲存器
609‧‧‧有線及/或無線介面
700‧‧‧例示性邏輯網路架構
702‧‧‧EPC伺服器/封包核心網路/核心網路伺服器或其他裝置
704‧‧‧eNodeB基地台/eNodeB
707‧‧‧發信號路徑
800‧‧‧網路架構
902‧‧‧臨限值
圖1為可與本發明一起使用的第一典型頻譜共用情形(多RAT、單一網路業者)之圖形表示。
圖2為可與本發明一起使用的第二典型頻譜共用情形(多RAT、多個網路業者)之圖形表示。
圖3為不同網路根據時間對「白空間」(未使用之RF頻帶)的動態使用之圖形表示。
圖4為說明根據本發明之未使用頻譜識別及配置的通用方法之一實施例的邏輯流程圖。
圖5為根據本發明之一例示性頻譜管理實體(SME)裝置之一實施例的功能方塊圖。
圖6為根據本發明之一例示性動態頻譜共用(DSS)裝置之一實施例的功能方塊圖。
圖7為在3GPP E-UTRAN及EPC之例示性內容脈絡中SME與DSS實體之間的協定及發信號架構之一實施例的圖形表示。
圖8為根據本發明之包括網路內SME、跨網路SME及相關聯之發信號的網路架構之一實施例的圖形表示。
圖9為根據本發明之一個實施例的例示性相鄰頻道洩漏及頻道活動位準判定之圖形表示。
圖10為根據本發明之一頻譜保留、配置及解除配置程序之一特定實施的圖形表示。
所有圖式版權歸蘋果公司(Apple Inc.)所有(2012-2013)。保留所有權利。
現參看圖式，其中相同數字始終指代相同部分。
概述
在一突出態樣中，本發明揭示一用於偵測、指派及管理可用頻譜之有效機制以用於(尤其)無線通訊系統(諸如，蜂巢式網路)中。在一實施例中，利用認知無線電方案及經由擴展現有載波聚集原理之動態頻譜共用，其導致更有效地利用可用的寶貴的有限射頻頻譜，且其亦提供較高資料速率及使用者輸送量。有利地，本發明之實施例利用所有可用RF頻譜(亦即，用於多載波方案中之所有載波皆可永久地可用於基地台(例如，eNodeB)或無線存取點而無關於其有效使用)。
在本發明之一特定實施中，前述技術特別經調適以用於3GPP長期演進(例如，版本12(Rel-12)及之後版本)系統。特定言之，在前述系統之演進型封包核心(EPC)及eNodeB(基地台)中利用頻譜管理實體(SME)及DSS量測、控制及發信號(DSS MCS)程序以執行動態資源識 別、配置及終止功能。
例示性實施例之詳細描述
現在詳細描述本發明之例示性實施例。雖然此等實施例主要在異質蜂巢式網路操作(諸如，使用3GPP HSPA/LTE(或LTE-A)或分時雙工(TDD)/分頻雙工(FDD)技術)之內容脈絡中加以論述，但本發明決不限於此。本發明可(例如)經實施以在其他類型/技術之蜂巢式網路或其他類型之無線網路(諸如WLAN(例如，Wi-Fi)或WMAN(例如，WiMAX))中有效地執行其他類型之頻譜或時間-頻率資源共用及配置。
此外，雖然主要在射頻頻譜配置之內容脈絡中描述，但本發明可應用於其他類型之網路資源(諸如，時槽、擴展碼、資源區塊(RB)、區域化及分散式記憶體，以及雲端計算及處理網路中之處理功能)的識別、配置及管理。額外地，可基於應用(諸如在僅針對某些類型之訊務或較高層級應用執行未使用頻譜識別及配置的情況下)來利用本文中描述之方法及裝置。
異質網路、軟體定義無線電及資源共用-
無線網路(且尤其蜂巢式網路)將日益由異質架構及功能性組成。所謂之「動態頻譜存取」(DSA)提供一有希望之解決方案來解決上述的頻譜利用不足問題。基於DSA之解決方案可有利地為集中式的、分散式的或兩者之組合。
歷史上，IMT進階系統對於低行動性應用以1Gbps量級之峰值資料速率為目標，且對於高行動性應用以100Mbps量級之峰值資料速率為目標。為了達成該量級之空中資料速率，且除了使用進階多天線技術(諸如，MIMO)外，3GPP進階LTE(LTE-A)系統還利用載波聚集方案，其中兩個或兩個以上分量載波對應於單一頻帶，或不同頻帶可經聚集以建立實際上較寬頻寬。由於較寬頻帶的操作，可達成之峰值資 料速率以及系統容量可增加。
頻譜共用之問題(亦即，頻譜資源(諸如，頻譜「白空間」(未使用之時間/頻率資源))之公平共用或配置/排程)結合認知及軟體定義無線電(SDR)技術已為網路業者顯著關注，且預期在IMT進階之後的系統(亦即，3GPP LTE版本12及以後版本)中經歷顯著利用。認知無線電系統(CRS)為使用允許系統獲得(例如，關於其操作及地理環境及參數、建立之策略及其內部狀態的)知識以便准許(尤其)根據所獲得之知識動態及自主地調整其操作參數及協定之技術的一無線電系統。術語「軟體定義無線電(SDR)」通常且不加以限制地指代使用允許軟體設定或改變RF及基頻屬性(包括但不限於RF中心頻率、RF頻寬、調變類型或輸出功率)之一技術的無線電傳輸器及/或接收器。此改變通常不包括根據系統規範或標準在無線電之正常預先安裝及預定操作期間發生的操作參數之改變。
動態頻譜共用方案之成功實現主要取決於消除若干技術、經濟及法規障礙。對利用頻譜共用能力之蜂巢式系統的要求包括(例如)：(i)架構設計要求；(ii)有效識別重新使用機會(頻譜感測)之技術；(iii)經由自適應性傳輸及調變波形有效利用所偵測機會，(iv)可重新組態性；(v)一旦通訊結束便釋放資源(頻譜行動性)；及(vi)干擾減輕機制。頻譜共用網路之成功實施涉及特別開發或調適之「協定」及「策略」。此等頻譜共用協定之目標通常實際上係多維的。理論上，此等協定及策略應確保以穩定方式有效且公平地使用頻譜(例如，藉由允許次要使用者進入前述「白空間」中)，而同時最小化對頻譜之有執照主要使用者的有害干擾。
圖1說明在由單一業者操作的多無線電存取技術(多RAT)中之動態頻譜共用(DSS)之實例。圖1中描繪之多RAT系統100通常包括複數個使用者器件102、112(例如，蜂巢式電話或智慧型手機，如本文中 隨後所描述)、用於每一RAT 104、106之至少一基地台，及用於兩個RAT之各別涵蓋區域108、110。儘管經展示為獨立器件，但此實例中之使用者器件102、112係混成的(hybridized)(亦即，能夠在任一RAT中操作)。
圖2說明在由兩個(2)業者(圖中之業者1及業者2)操作的多無線電存取技術(多RAT)中之動態頻譜共用(DSS)之實例。說明兩個不同情形200、201；亦即(i)用於每一RAT之實質上共同延伸的涵蓋區域208、210(情形200)；及(ii)用於兩個RAT之地理上分開之涵蓋區域208、210(情形201)。如同圖1之系統100，兩個異質RAT中之每一者各自包括使用者器件202、212及一或多個基地台204、206。
如圖1及圖2中所示，且取決於頻帶，不同RAT之涵蓋範圍及小區大小可為類似的或不同的。然而，如所說明，暫時未使用之頻率資源(在每一圖之頂部的白空間111、211)可由另一無線電存取技術抑或另一業者使用。在兩種狀況下，頻譜利用效率皆將有利地增加。此外，應進一步瞭解雖然關於多RAT使用情形來展示本發明之各種實施例，但本發明之態樣可廣泛地應用於多RAT及單一RAT使用情形兩者。
假定潛在可用頻譜帶可分成永久指派頻帶及按需指派頻帶(如本文中圖3中所示)，永久指派頻帶可用以部署相同或不同無線電存取技術(諸如，3GPP HSPA/LTE、TDD/FDD雙工方案，或此等技術之修訂及/或演進版本中之任一者)。此等技術在圖3中稱作「網路A」302、「網路B」304、「網路C」306等。在圖中，展示三個(3)假想網路，每一者具有一些用以部署(例如)TDD或FDD無線電存取系統之永久指派的相鄰或不相鄰頻帶。存在隨時間過去經由動態指派在網路之間共用的一些空間308。結果，實際上在任何時間皆不存在頻譜空洞或空缺。與經指派給前述系統之頻帶的中心相關聯之RF載波被假定為用於系統之普通操作的完全組態之主要RF載波，該正常操作包括(例如) 由行動台進行的網路進入/重新進入、在下行鏈路或上行鏈路中之使用者資料及控制發信號傳輸、同步及系統組態資訊之傳輸，等等。若一個永久RF載波被指派給一系統，則該RF載波被指定為主要載波，且被完全地組態。任一額外永久RF載波可被指派為次要RF載波，且可被完全或部分地組態。暫時指派之RF載波總是被指定為次要RF載波，且可被完全或部分地組態。
方法-
現參看圖4，說明用於在若干不同無線技術之間動態地共用頻譜之通用方法400的一個實施例。在此實施例中，將基於保留之方案用作動態頻譜共用之基礎；然而，應瞭解，可使用根據本發明之其他方案或方法。舉例而言，在一變體中，避免了對於保留之請求而使用「循環」或類似的基於公平或基於優先權之無線電資源配置演算法。
在一個例示性實施中，用以實施圖4之方法400的邏輯體現於網路實體(下文中稱作頻譜管理實體(SME)，或更廣泛而言，資源管理實體(RME))中。如本文中所使用，術語「頻譜管理」指代(不限於)包括獲得最佳可用頻譜以滿足使用者通訊要求及頻道或行動性條件之功能。
在本發明之一實施中，SME為業者之核心網路之組件，或無線電存取網路(RAN)之部分。然而，應瞭解SME功能性可安置於網路中之差不多任何位置，且實際上可跨越多個組件(包括使用者器件102、112、202、212)而分散。
返回至圖4，在方法400之步驟402處，判定容許之未使用頻譜。在一例示性實施例中，SME經由對區域性或國家性「白空間」資料庫的存取而偵測容許之未使用頻譜。或者(或結合資料庫)，認知無線電技術可用以判定關於頻譜使用(包括白空間)之資訊。舉例而言，在一變體中，可使用對射頻頻譜之感測以發現存在於一或多個所關注頻帶 中之能量位準(參見下文圖8及圖9之論述)。或者(或結合前述)，可將某些類型信號之缺失用以識別白空間；例如，根據在預先規定的時間週期內在頻譜之一部分中缺乏任何可識別型樣、發信號或其他活動。
接下來，根據步驟404接收(例如，自異質系統內之基地台)對於資源之保留的一或多個請求。
在方法400之步驟406處，回應於對於一或多個資源之保留的請求，動態地指派所請求之一或多個資源。在一此實施例中，對於保留之請求包括一或多個未使用資源之指示。舉例而言，可監視頻譜使用之基地台可能能夠識別一或多個未使用資源。或者，可在不要求來自基地台之進一步資訊(亦即，基地台不提供關於可用或不可用資源之任何指示至SME)的情況下由SME完全管理及指派對於資源之請求。
在一實施例中，SME動態地指派可用頻譜至請求新頻帶之保留的一或多個基地台。此指派可用以達成許多不同操作(或商業/業者相關之)目標，包括但不限於：(i)平衡負載；(ii)增加資料速率及輸送量；及(iii)暫時地增加作用中使用者之數目。
在方法400之步驟408處，根據根據步驟406之該一或多個資源之動態指派來更新資料庫或其他資訊儲存庫。在一例示性實施例中，SME維護並更新一本端資料庫以跟蹤經指派及釋放之頻帶。亦可按需要維護/更新分散式資料庫(例如，與多個網路業者/地理區等相關聯之資料庫)。
在方法400之步驟410處，在一時間週期之後及回應於(例如)終止容許的未使用頻譜之一或多個資源之使用的通知，終止該一或多個資源配置。亦可取決於其他因素或事件(而非肯定的通知)而進行給定配置之終止，該等因素或事件諸如SME觀測到與配置相關聯之設備(例如，基地台、UE等)上的電源關閉或其他與資源使用相關的事件。
例示性SME裝置-
現參看圖5，展示並描述上文參看圖4描述之SME的例示性實施。在此實施例中，SME實施於核心網路(例如，演進型封包核心或EPC)伺服器或其他裝置702(參見下文圖7之論述)上，其經組態以執行白空間或其他未使用資源之識別，並在包括其他不同無線技術之環境中動態地共用此等資源(例如，根據上文描述之基於保留之方案)。如本文中所使用，術語「伺服器」可包括任一種類之電腦化器件且可經實施為獨立實體，或實施於另一現存器件或實體中。
雖然展示並論述了特定器件硬體組態及佈局，但應認識到許多其他組態可易於由閱讀了本發明之一般熟習此項技術者實施，圖5之SME裝置500僅說明本發明之廣泛原理。舉例而言，應瞭解，裝置500可採取伺服器刀鋒或卡狀外觀尺寸，諸如經組態以與主機EPC處理裝置介接的外觀尺寸。
或者，SME功能性可與現存EPC或其他實體處理及儲存裝置完全地整合。根據本發明之無數其他組態係可能的。
圖5中所示之裝置500之處理子系統502包括中央處理單元(CPU)或數位處理器中之一或多者，諸如微處理器、數位信號處理器、場可程式化閘陣列、RISC核心或安裝於一或多個基板上之複數個處理組件。處理子系統耦接至諸如記憶體504之非暫時性電腦可讀儲存媒體，其可包括(例如)SRAM、FLASH、SDRAM及/或大容量儲存器(例如，HDD(硬碟機))507組件。如本文中所使用，術語「記憶體」包括經調適以用於儲存數位資料之任何類型之積體電路或其他儲存器件，包括(不限於)ROM、PROM、EEPROM、DRAM、SDRAM、DDR/2 SDRAM、EDO/FPMS、RLDRAM、SRAM、「快閃」記憶體(例如，NAND/NOR)及PSRAM。
處理子系統亦可包括額外共處理器。如所展示，處理子系統502包括離散組件；然而，應理解，在一些實施例中，離散組件可被合併 或按SoC(系統單晶片)組態製作。
裝置500進一步包括有線及/或無線介面506、509，其分別經組態以接收來自EPC主機之傳輸/發送傳輸至DSS實體600(下文參看圖6論述)，在一狀況下DSS實體600體現於現存基地台裝置中；此等傳輸包括(例如)資源配置請求及連接請求回應。
在一例示性實施例中，非暫時性電腦可讀儲存媒體包括指令，該等指令當由處理器執行時實施上文參看圖4描述以及支援必要的通訊及發信號協定的SME功能性(亦即，白空間/資源識別及配置)。
在所說明之基於LTE之實施中，SME裝置500經組態以在控制平面上於演進型封包核心(EPC)處終止基地台(例如，eNodeB)動態頻譜共用(DSS)量測、控制及發信號協定，如下文參看圖6及圖7較詳細地論述。
例示性動態頻譜共用(DSS)裝置-
現參看圖6，展示並描述了提供(尤其)如上文所述之量測、發信號及控制功能的DSS裝置600之一例示性實施。在此實施例中，DSS 600實施於經組態以與安置於上文論述的EPC伺服器702上之SME 500通訊(諸如)以便提供資源保留請求之一或多個eNodeB基地台704(圖7)上。如本文中所使用，術語「基地台」可包括任何種類之有射頻功能的電腦化器件且可經實施為獨立實體，或實施於另一器件或實體中，且可包括(例如)巨型小區、微型小區、超微型小區、微微型小區、無線存取點或前述之任何組合。雖然展示並論述了特定器件組態及佈局，但應認識到許多其他組態可易於由閱讀了本發明之一般熟習此項技術者來實施，圖6之裝置600僅說明本發明之廣泛原理。如上文針對SME所提及，DSS實體可包含(尤其)一獨立外觀尺寸、卡狀外觀尺寸或完全與現存主機器件(例如，eNodeB)硬體及/或軟體整合。
圖6中所示之DSS處理子系統602包括中央處理單元(CPU)或數位 處理器中之一或多者，諸如，微處理器、數位信號處理器、場可程式化閘陣列、RISC核心或安裝於一或多個基板上之複數個處理組件。處理子系統耦接至非暫時性電腦可讀儲存媒體，諸如，記憶體604(例如，其可包括SRAM、FLASH、SDRAM)，及/或大容量儲存器(例如，HDD(硬碟機))607組件。處理子系統亦可包括額外共處理器。如所展示，處理子系統602包括離散組件；然而，應再次理解在一些實施例中離散組件可被合併或按SoC(系統單晶片)組態製作。
DSS裝置600進一步包括一或多個有線/無線介面606、609，其分別經組態以接收來自主機eNodeB之傳輸及發信號/發送傳輸及發信號至SME。
在一例示性實施例中，非暫時性電腦可讀儲存媒體包括當由處理器執行時實施本文中在別處描述之DSS功能性的指令。
如上文所提及，所說明之基於LTE之實施使用DSS來在eNodeB處終止SME/EPC量測、控制及發信號協定，如下文參看圖7較詳細地論述。
實例實施及操作-
現參看圖7，展示並描述了例示性邏輯網路架構700(基於3GPP演進型封包核心(EPC)，且根據本發明之一例示性實施而修改)。如所說明，頻譜管理實體(SME)500及DSS MCS實體600分別位於封包核心網路702及eNodeB 704中。因為此功能性之包括要求在現存標準介面上之新的控制信號及訊息，所以在一實施中，現有介面S1、X2及網路實體eNodeB 704及EPC 702相對於其舊版對應物而經修改，以便支援本文中描述之資源共用功能性。一般熟習此項技術者將瞭解，可結合其他技術(諸如，3GPP UMTS/HSPA無線電存取網路及相關聯之核心網路)使用本文中揭示之功能性。
如圖7中所示，在每一eNodeB 704中之DSS MCS實體600負責頻 譜使用量測及報告、請求額外頻譜，以及指派額外頻譜及當不在使用中時釋放額外頻譜。
本文在圖8中展示了併入有先前描述之類型的一或多個SME 500及DSC MCS實體600的實例網路架構。該圖展示由兩個業者擁有之大體上在地理上位於同一地點之假想的多RAT網路。使用者終端機可基於使用者之移動型樣而漫遊至此等網路之涵蓋區域內及漫遊出此等網路之涵蓋區域；因此，其將遭遇RAT內/RAT間及/或網路內/網路間行動性情形，該等行動性情形當與動態頻譜共用及頻譜行動性組合時可變得麻煩。如本發明之上下文中所使用，術語「頻譜行動性」大體上指代當使用者終端機自一地理區域移動至另一地理區域或自一小區之涵蓋區域移動至另一小區之涵蓋區域時，有認知無線電功能的使用者器件102、112、202、212改變其操作頻率的過程。認知無線電網路藉由允許無線電終端機在「最佳」(即最佳化，基於一或多個操作或其他考量)可用頻帶中操作、在轉變至較佳頻譜期間維持順暢的通訊要求而以按動態方式使用頻譜為目標。
如圖8中所示，例示性實施可包括在網路中之兩個分開的SME功能單元500。網路內SME 500a管理並控制業者之網路內的在兩個或兩個以上不同RAT之間的頻譜共用，且跨網路SME 500b功能單元可跨兩個或兩個以上業者之網路執行頻譜共用功能。存在在以下各物之間的協定發信號路徑：(i)eNB與網路內SME(參見圖7中之發信號路徑707)；及(ii)網路內SME與跨網路SME 804。網路內SME 500a可(例如)在小地理區域處使用，而跨網路SME 500b可在非常大之地理區處使用。假定在圖8中所示之例示性網路架構中，eNodeB 704或存取點(AP)負責頻譜可用性感測及量測，以及將量測結果週期性地報告給SME 500a、500b，但應瞭解，根據如上文描述之本發明的其他配置係可能的。
簡而言之，現存多載波方案通常將一個RF載波指定為主要RF載波或主要小區(PCell)，且將零個或零個以上RF載波指定為次要RF載波或次要小區(SCell)。取決於UE之能力及其他操作考量，次要RF載波可被完全或部分地組態，並被指派給行動器件(例如，UE)。然而，應瞭解，在本發明之例示性實施與此現有多載波操作之間存在顯著不同。特定言之，在後者(現存)實施中，RF載波永久地在eNodeB處可用於用作作用中載波或作為作用中載波指派給不同行動台或使用者終端機。對比而言，不要求本發明之例示性實施將額外可用RF載波(次要載波)永久地指派給基地台或網路，且僅基於所實施之方案(例如，如上文參看圖4所論述，來自基地台或網路之保留請求)使此等RF載波可用。圖10(下文較詳細地論述)描繪了根據本發明之用於動態地請求額外RF載波、將額外RF載波指派至具備多載波功能的基地台或網路及釋放額外RF載波的一例示性發信號程序。
頻譜可用性之判定-
本發明之方法(包括上文描述之圖4之例示性方法400)的本質為將頻帶或其他資源識別及指定為「白空間」(亦即，未使用)的能力。為了進行此指定，本發明之一例示性實施例(諸如)以週期性間隔計算在某一時間週期(稱作「非佔用週期」或NOP)內所關注頻帶上之能量，並比較此值與(例如)自適應性臨限值902(參見圖9)。在此例示性實施中，能量被計算為(i)信號；(ii)雜訊；及(iii)任何存在之干擾的總和，但應瞭解，可使用根據本發明之計算能量(及實際上本身並非能量之其他量度)之其他方法。在一實施例中，在一預先規定的地理區域(稱作「量測小區」)中量測頻譜佔用，在一實施中該地理區域至少部分地與所關注之eNodeB或AP的涵蓋區域共同延伸。在一變體中，量測按週期性間隔(稱作「量測間隔」)重複，且比較量測結果與自適應性臨限值。
頻譜佔用之例示性準則為：若活動位準在指定NOP期間低於預先規定的臨限值902，則頻譜被認為未使用；否則，頻譜正被使用。
樣本計算-
令、 及W i 分別表示在時刻t j 處取樣的頻道C i 中所傳輸/接收之信號的功率譜密度函數、頻道之中心頻率及頻道頻寬。瞬時相鄰頻道洩漏比(ACLR)經定義為：
其中W '及f 0 分別表示量測所進行於之潛在未使用頻道之頻寬，及相對於頻道C i 之中心頻率的偏移(亦即，考慮到防護頻帶)。若P i (t j )表示上述等式之分母(頻道C i 上之瞬時傳輸/接收信號能量)，則在非佔用週期(NOP)T non -occupancy 中之瞬時能量樣本小於一自適應性及可組態臨限值ζ 之情況下，頻道將被認為未被佔用；亦即：
其中N 0 (t j )及I 0 (t j )分別表示在時間t j 處的雜訊及小區間/小區內干擾功率樣本。
隨後，頻道被認為未被佔用，且SME 500a、500b將考慮將空的頻道指派給具有一對於額外頻譜之未決請求的另一系統或業者。
應瞭解，在共用頻道中之雜訊底限(雜散信號、雜訊及干擾)將減少可在給定頻帶中達成之最大信號對干擾加雜訊比(SINR)。因此，應選擇臨限值ζ ，使得將被指派給該頻帶並在該頻帶中操作的無線電存取技術或無線網路之操作性SINR限制得以滿足。
此外，雖然前述樣本計算利用自適應性臨限值作為識別或接受準則，但可結合前述臨限值或替代前述臨限值使用其他準則。舉例而言，在一變體中，將隨時間過去的所感測之能量特徵之穩定性或變化 的缺乏用於判定存在或不存在頻譜使用(亦即，基於實質上恆定或低可變性頻譜特徵指示無使用者而非指示實質上恆定干擾源及/或雜訊的假定)。
新頻道之例示性保留及釋放程序-
現參看圖10，展示並詳細描述根據本發明之例示性保留及釋放程序。雖然本文在圖7及圖8之基於LTE之基礎架構的內容脈絡中說明，但應瞭解，閱讀了本發明之一般熟習此項技術者易於將以下程序調適用於其他技術及網路組態。
如圖10中所說明，在步驟1002處，eNodeB 704發送對於新RF載波之保留的請求至頻譜管理實體(SME)500。在此實例實施例中，SME位於EPC 702中，且eNodeB 704與EPC之間的發信號係在現存S1介面上進行，但其他介面可用於此目的。頻譜保留請求訊息可含有(例如)RF載波之數目、較佳的雙工方案(TDD/FDD)，等等。
注意，除法規限制外，單一頻譜帶或在頻率上相差不夠大之兩個頻譜帶可不支援FDD操作。若SME 500可指派一或多個RF載波給正進行請求之eNodeB，則其發送(根據步驟1004)一應答訊息至正進行請求之eNodeB，在一實施中，該應答訊息含有經指派RF載波之參數，該等參數包括但不限於：(i)頻譜類型(TDD/FDD)；(ii)下行鏈路及上行鏈路頻帶之頻率分隔(在FDD狀況下)；(iii)每一頻帶之鏈路方向；(iv)所要求之防護頻帶組態；(v)帶外(OOB)發射限制；及(vi)容許之相鄰頻道拒斥比(ACRR)。
否則，若頻譜意欲供其他eNodeB使用，則頻譜保留請求被拒斥抑或列入等待清單中，且發送一信號以將此決策通知進行請求之eNodeB(步驟1006)。若請求被拒斥，則eNodeB在其仍需要額外頻譜(或次要RF載波)之狀況下發送另一保留請求。若較早請求被列入等待清單中，則進行請求之eNodeB無需發送一新請求，並一直等待直至 頻譜變得可用為止。在該狀況下，SME 500使用與較早描繪者相同之保留應答訊息來通知進行請求之eNodeB。
一旦eNodeB接收到保留請求應答，其便根據步驟1010發送單播或廣播訊息，該等訊息將新次要RF載波之可用性通知具備多載波功能的UE 202。注意，由網路內SME 500a/跨網路SME 500b進行的新RF載波指派係暫時的，且一旦RF載波不再被使用，eNodeB便釋放RF載波。
在可用新RF載波之單播或廣播廣告之後，eNodeB可與選定之具有多載波能力的UE起始次要RF載波設置程序，並以與現在配置及使用永久主要及次要RF載波的方式相同的方式對新次要載波進行控制及訊務配置(步驟1012)。注意額外RF載波之動態保留及釋放1014對於UE 202係透明的，且發生在eNodeB與SME之間。亦注意，在例示性實施中，每一RF載波具有一唯一識別符，其包括關於中心頻率、頻寬、遮蔽及OOB要求等等之資訊。
當次要RF載波不再被使用或被充分負載時，eNodeB藉由以下動作而釋放次要RF載波：首先根據步驟1013與經組態以使用彼等次要RF載波之所有UE執行次要RF載波之解除配置程序；及接著發送一含有正被釋放之RF載波之識別碼的頻譜釋放訊息至SME(步驟1014)。網路內SME 500a/跨網路SME 500b根據步驟1016發送一確認RF載波之釋放及其識別碼的應答訊息。除非稍後遵循相同請求及指派程序經釋放之RF載波被重新指派，否則經釋放之RF載波不再由已釋放其之eNodeB使用。
儘管圖10中未展示，但網路內SME 500a/跨網路SME 500b可在一實施中利用認知無線電技術來檢查暫時經指派之頻譜帶的使用(例如，使用頻道感測技術)，並請求未被有效率地或有效地利用的頻譜帶之釋放。在該狀況下，可藉由一自網路內/跨網路SME至eNodeB 704之釋放請求訊息來觸發次要載波釋放程序。
如先前所提及，本發明中描述之使用認知無線電技術之動態頻譜共用概念以及用於偵測及指派未經佔用頻帶的程序可易於由熟習此項技術者修改並應用於各種無線電存取技術。此外，網路內SME 500a/跨網路SME 500b之位置及實施可取決於方案應用於的無線電存取技術而改變。
因為eNodeB 704及UE 202皆沒有對可經指派給eNodeB之RF頻帶的事先瞭解，且因此當暫時次要RF載波被配置或解除配置時要求eNodeB 704及UE 202自動地組態/重新組態其RF電路，故本發明之例示性實施亦在eNodeB 704及UE 202中利用軟體定義無線電(SDR)及可重新組態之RF及/或基頻處理。
亦應瞭解，存在本發明之其他使用狀況，諸如在考慮了與指派不同頻帶給不同無線電存取技術(RAT)有關之可能共存問題之後，呈由網路內SME 500a/跨網路SME 500b在支援此等不同無線電存取技術之若干基地台之間動態共用RF頻譜或其他資源之形式。
此外，雖然在有執照頻譜之內容脈絡中描述前述實施例，但應瞭解，本發明之未使用的可用頻譜(白空間)可為有執照抑或無執照的(或兩者之混合)。在一實施中，網路內SME 500a/跨網路SME 500b經組態以區分有執照之RF頻帶與無執照之RF頻帶，並將該等頻帶佈建及指派給考慮了此屬性之無線電存取系統(例如，藉由配置有執照之頻譜給蜂巢式系統，及配置無執照之頻譜給無執照之系統(諸如，Wi-Fi))。
應認識到，雖然按照方法之步驟的特定序列描述本發明之某些態樣，但此等描述僅說明本發明之較寬泛方法，且可由特定應用按需要修改。在某些情況下，可致使某些步驟不必要或可選。另外，可將某些步驟或功能性添加至所揭示之實施例，或兩個或兩個以上步驟之 執行次序可置換。所有此等變化被視為涵蓋於本文中所揭示且主張之本發明內。
雖然上文詳細描述已展示、描述且指出如適用於各種實施例的本發明之新穎特徵，但應理解，在不脫離本發明之情況下，可由熟習此項技術者進行所說明之器件或程序之形式及細節上的各種省略、替換及改變。前述描述具有目前考量的進行本發明之最佳模式。此描述決不意謂限制性，而相反，應被視為說明本發明之一般原理。應參考申請專利範圍來判定本發明之範疇。
400‧‧‧用於在若干不同無線技術之間動態地共用頻譜之通用方法

Claims (22)

  1. 一種無線使用者器件，其包含：一處理器；一無線介面，其與該處理器進行資料通訊，該無線介面經組態以使用一第一射頻(RF)載波及一第二RF載波操作，該第一RF載波利用第一組RF頻譜，及該第二RF載波利用不同於該第一組RF頻譜之該第二組RF頻譜且為該第一RF載波所無法存取；及與該處理器及該無線介面進行資料通訊之邏輯，該邏輯經組態以使該無線使用者器件至少部分地基於由該無線使用者器件自一網路實體接收的資訊而允許重新組態該無線介面之一傳輸或接收鏈之一或多項態樣，其從利用該第一RF載波之該第一組RF頻譜至利用自該第二RF載波之該第二組RF頻譜之未使用之RF資源，該資訊至少部分地基於由該無線使用者器件提供之該第二RF載波中的網路使用資料。
  2. 如請求項1之無線使用者器件，其中該邏輯經進一步組態以使該無線使用者器件：取樣該無線使用者器件之一射頻環境以發現未使用的頻率頻譜；及將與該取樣相關之資料報告至該網路實體以用於產生該資訊。
  3. 如請求項2之無線使用者器件，其中該取樣包含判定一給定頻帶中之一能量或功率密度。
  4. 如請求項3之無線使用者器件，其中該資訊係至少部分地基於由該網路實體對關於可用及經配置頻譜資源之一資料庫的一存取而導出，該資料庫可被複數個不同網路業者存取。
  5. 一種動態射頻資源共用方法，其包含：利用一第一射頻(RF)載波而在一網路實體處接收來自一基地台之對一第二RF載波之一射頻資源的一請求，該第一RF載波利用第一組RF頻譜，及該第二RF載波利用不同於該第一組RF頻譜之該第二組RF頻譜且為該第一RF載波所無法存取；至少部分地基於在第二RF載波中的網路使用資料而從該第二組RF頻譜中識別至少一未使用的RF資源；及配置該所識別之至少一未使用的RF資源以供該基地台使用。
  6. 如請求項5之方法，其中該識別動作係至少部分地使用一或多個認知感測之參數而執行。
  7. 如請求項6之方法，其中該一或多個認知感測之參數係由與該基地台通訊之一或多個行動器件感測。
  8. 如請求項6之方法，其中該一或多個認知感測之參數係由該基地台感測。
  9. 如請求項5之方法，其中該網路實體包含具有複數個分時雙工(TDD)及分頻雙工(FDD)資源之一基於長期演進(LTE)之網路的一網路管理實體，且該未使用的射頻資源包含該等TDD資源、該等FDD資源及其結合。
  10. 如請求項5之方法，其進一步包含：發出一請求至一第二網路實體以保留該所識別之至少一未使用的射頻資源；及接收對該所識別之至少一未使用的射頻資源之一授予；其中該配置係至少部分地基於該授予之該接收。
  11. 如請求項10之方法，其中該網路實體包含安置於一遵循長期演進(LTE)蜂巢式網路之一演進型封包核心(EPC)中的一頻譜管理實體，且該基地台包含該網路之一eNodeB，且該方法進一步包含 自該頻譜管理實體向該eNodeB發信號。
  12. 一種動態射頻資源共用系統，其包含：一頻譜管理實體；及一動態頻譜共用實體，其與該頻譜管理實體通訊；其中該頻譜管理實體及該動態頻譜共用實體經組態以合作以至少部分地基於在第二射頻(RF)載波中的網路使用資料而在一第一組RF頻譜及一第二組RF頻譜之一者中識別至少一未使用之RF資源，該第一RF載波利用第一組RF頻譜，及該第二RF載波利用不同於該第一組RF頻譜之該第二組RF頻譜且為該第一RF載波所無法存取，並從該第一RF載波及該第二RF載波之一者配置該所識別之未使用RF資源至(i)使用該第一RF載波及該第二RF載波之另一者之複數個基地台中之至少一者抑或(ii)使用該第一RF載波及該第二RF載波之另一者之複數個無線電存取技術中之至少一者。
  13. 如請求項12之系統，其中：該頻譜管理實體安置於一遵循長期演進(LTE)蜂巢式網路之一演進型封包核心(EPC)中，且該動態頻譜共用實體安置於該網路之一eNodeB中，且該架構進一步包含在該頻譜管理實體與該共用實體之間的一發信號路徑以用於至少對未使用頻譜之該等配置進行發信號。
  14. 如請求項13之系統，其中在該頻譜管理實體與該動態頻譜共用實體之間的該發信號路徑包含一現存X2或S1路徑，其經組態以除了其他發信號功能外還准許將認知無線電資料自該動態頻譜共用實體發信號至該頻譜管理實體。
  15. 如請求項14之系統，其中該架構進一步包含認知無線電裝置，其安置於該eNodeB處且經組態以感測該eNodeB之一環境內的射 頻功率或能量密度並使用該發信號路徑將關於該所感測之功率或能量密度的資訊報告回至該頻譜管理實體。
  16. 一種用於一無線系統中之資源管理裝置，其包含：一處理器；一第一介面，其經組態以用於與一基地台通訊；一第二介面，其經組態以用於與一網路實體通訊；及電腦化邏輯，其與該處理器以及該第一介面及該第二介面進行資料通訊，該邏輯經組態以使該資源管理裝置：利用一第一組射頻(RF)頻譜而自一第一RF載波的該基地台接收對於該第一RF載波外的一或多個RF資源之一請求；經由該第二介面存取由該網路實體維護的一資料庫以判定對在該第一RF載波及該第二RF載波中之該等所請求之資源的利用，該第二RF載波利用不同於該第一組RF頻譜之該第二組RF頻譜且為該第一RF載波所無法存取，該資料庫係至少部分地基於在第二RF載波中的網路使用資料；獲得使該資源管理裝置能向該第一RF載波之該基地台授予對該第二RF載波之該等所請求之RF資源的使用的資料；及產生至該基地台之發信號以傳達該授予。
  17. 如請求項16之裝置，其中該網路實體包含僅與該無線系統相關聯之一網路內實體。
  18. 如請求項16之裝置，其中該網路實體包含與該無線系統及由不同於該無線系統之業者的一業者操作的至少一第二無線系統相關聯之一網路間實體。
  19. 如請求項16之裝置，其中該第一介面經組態以除該所產生之發信號外還在該基地台與資源管理裝置之間載運網路管理資料。
  20. 一種用於一無線系統中之資源共用裝置，其包含： 一處理器；一第一介面，其經組態以用於與一或多個無線行動器件通訊；一第二介面，其經組態以用於與一網路實體通訊；及電腦化邏輯，其與該處理器以及該第一介面及該第二介面進行資料通訊，該邏輯經組態以使該資源共用裝置：自該一或多個無線行動器件中之至少一者接收資料，該資料與在一第一射頻(RF)載波及一第二RF載波中之一認知感測之RF資源有關，該第一RF載波利用第一組RF頻譜，及該第二RF載波利用不同於該第一組RF頻譜之該第二組RF頻譜且為該第一RF載波所無法存取；從該第二組RF頻譜向該網路實體發出對於一RF資源之至少一部分的一請求；從該第二組RF頻譜向與該第一組RF頻譜相關聯之該至少一行動器件發出對使用該所請求之RF資源的一授予。
  21. 如請求項20之資源共用裝置，其中該認知感測包含判定一給定頻帶中之一能量或功率密度。
  22. 一種操作一無線使用者器件之方法，其包含：利用與一第一射頻(RF)載波之一基地台相關聯之該無線使用者器件之一無線介面以感測與一第二RF載波相關的至少一RF參數，該第一RF載波利用第一組RF頻譜，及該第二RF載波利用不同於該第一組RF頻譜之該第二組RF頻譜且為該第一RF載波所無法存取；經由該無線介面傳輸關於該感測之至少一RF參數的資料至一網路實體；自該網路實體接收針對使用該第二RF載波之該RF參數的一授 予；及調整該無線介面之一傳輸及/或接收鏈中之至少一者以利用該第二RF載波之該RF參數。
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