专利名称：认知无线电无线通信系统中动态频率选择的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种在认知无线电(CR)无线通信系统中分配频率资源的方法和设备，更具体地讲，涉及一种用于频率资源分配的动态选择频率的方法和设备。
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不断增长的无线电资源需求背后的驱动力。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。多种应用已经占据了许多商业上可用的频谱，这使得开发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。CR技术感测已分配但未被使用的频带，并有效地共享所述频带。
CR技术被允许应用于正在研究的下一代无线通讯。采用CR的无线通信系统被称为“CR系统”。
如果主系统要使用CR系统现在使用的频带，则CR系统必须立即将频带给主系统。主系统是被合法授权使用该频率的被许可的无线通信系统。
因此，尽管在上述情况，在CR系统中继续将当前服务提供给用户预订设备(CPE)是充满冒险的。CPE被定义为能够与CR基站(BS)通信的终端。它是普通术语，指的是使用户装置能够连接到公共通信服务提供者的通信线路的装置。BS经过基于CR技术的无线接口与CPE通信，并控制在其覆盖区域内的通信。
图1示出典型CR系统中局部干扰的示例性案例。
参照图1，CR BS 100支持单点对多点的通信，并管理希望接收CR服务的CPE 101到CPE 106。主BS 110在主系统之内，并管理主用户111到主用户116。
尽管主BS 110和CR BS 100在相同的频带运行，但它们并不知道彼此的存在。由主BS 110服务的主用户116(用户A)在CR BS 100的干扰之外。
相反，当CPE 102(用户B)从CR BS 100接收下行链路数据时，其受到来自主BS 110的下行链路信号的影响。此外，从用户B指向CR BS 100的上行链接数据可干扰用户A。
如果在CR环境下，CR系统的下行链路频带处于异常状态，或主系统的信号强度大于CR系统的信号强度，则使通过CR系统服务的CPE不能通信。
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，本发明提供一种在CR无线通信系统中动态频率选择的方法和设备。
本发明提供一种CR无线通信系统中如果主系统请求频带的使用，则释放当前频带的动态频率选择的方法和设备。
本发明提供一种使CR无线通信系统能够识别临近主系统的存在，并基于所述认识动态选择频带的方法和设备。
本发明提供一种能够将正在进行的服务连续提供给位于CR系统的和主系统的服务区域之间的重叠区域的CPE的动态资源选择的方法和设备。
本发明提供一种将位于CR系统的服务区域和主系统的服务区域之间的重叠区域从而位于中断状态的CPE恢复到通信可用状态的动态资源选择的方法和设备。
本发明提供一种当主BS和CR BS不知道彼此的存在时，使被来自主BS的信号影响的CPE能够将所述影响报告给CR BS从而提供CR BS知道的主BS的存在，因而较少主BS和CRBS之间的相互干扰的动态资源选择的方法和设备。
本发明提供一种使CR系统能够有效和迅速地改变当前频带以便于将具有最优化性能的服务提供给CPE的动态资源选择的方法和设备。
根据本发明的一方面，在CR无线通信系统中动态地选择CPE使用的频带的方法中，CPE在现在使用的当前频带上监控从临近的主BS接收信号。当从主BS接收到信号时，CPE将包括关于当前频带的信息的感测报告消息发送到CR BS。
根据本发明的另一方面，在CR无线通信系统中动态地选择BS使用的频带的方法中，当根据从CPE接收的感测报告消息确定当前频带需要改变时，CR BS将包括关于可用频带的信息的频频带移动消息发送到CPE。当响应于频频带移动消息，从CPE接收感测报告消息时，CR BS将当前频带改变为可用频带。
根据本发明的另一方面，动态选择在CR方案中使用的频带的CR无线通信系统中，CPE在现在使用的当前频带上监控从临近的主BS接收信号，并且当从主BS接收到信号时，请求改变所述当前频带。当从CPE接收到改变所述当前频带的请求时，CR BS选择可用频带，并通知CPE选择的频带。
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示出典型CR无线通信系统中局部干扰的示例性案例；图2和图3是示出根据本发明的用于检测主BS的存在的频率监控操作的流程图；图4是根据本发明的在CR无线通信系统中动态频率选择的时序图；图5是示出根据本发明的在CR BS中改变频带的控制操作的流程图；图6是示出与图5示出的控制操作相应的CPE的控制操作的流程图；图7是示出根据本发明的在CPE中的通信中断恢复子程序的流程图；和图8是示出与图7示出的程序相应的在CR BS中通信中断恢复子程序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当前频带列表当前可用的频带的列表。
候选频带列表候选频带的列表。
感测报告消息当CPE从另一通信系统感测信号或对频带的列表做出响应时，从CPE发送到CR BS的无线电感测报告消息。
频带改变消息为了改变频带，CR BS发送到CPE的消息。
频带移动消息当CPE检测到可用的频带并通知其将移动到所述检测到的频带时，CPE发送到CRBS的消息。
频带移动确认(ACK)消息来自CR BS的对频带移动消息的相应消息。
测距(ranging)，用于维持CR BS和CPE之间保持射频(RF)通信质量的一组处理。通过测距，将CPE连接到网络来获取诸如时间偏差和功率电平的精确的传输参数，从而CPE可与CRBS通信。
本发明提供使CR BS知道临近主BS的存在的方法、在CR系统中改变当前频带的方法和将CPE从中断状态恢复的方法。
下面将详细描述上述三种方法。
A.临近主BS的存在的检测图2和图3是示出根据本发明的用于检测主BS的存在的频率监控操作的流程图。
图2示出用于在CPE中从另一系统感测并将该感测报告给CR BS的频率感测操作。
参照图2，在步骤210，CPE测控是否从另一系统感测到信号，即，主系统是否使用CPE当前使用的频带。如果主系统使用所述频带，则其干扰所述CPE。
当从主系统感测到信号时，在步骤212，CPE确定分配的上行链路资源的存在或不存在。上行链路资源是为从CPE到CR BS的上行链路传输分配的那些资源。
当分配的上行链路资源存在时，CPE进入步骤216。当分配的上行链路资源不存在时，在步骤214，CPE向CR BS请求上行链路资源分配。当被分配了上行链路资源时，CPE进行到步骤216。
在步骤216，CPE通过感测报告消息将被主系统干扰的频带报告给CRBS。
图3示出当请求在CPE中从CR BS检测周期频带时，用于从另一系统感测信号并将该感测包裹给CR BS的频率检测操作。
参照图3，在步骤310，CPE监控从CRBS接收频带监控请求消息。CRBS周期性地广播包括关于CPE被期望监控的频带的信息的频带监控请求消息。
当接收到频带监控请求消息时，在步骤312，CPE监控在接收的消息中设置的频带是否被主BS使用。
监控步骤之后，在步骤314，CPE确定是否存在被分配的上行链路资源。上行链路资源是为CPE分配的将数据发送到CRBS的那些资源。
当分配的上行链路资源存在时，CPE进入步骤318。当分配的上行链路资源不存在时，在步骤316，CPE向CR BS请求上行链路资源的分配。当被分配上行链路资源时，CPE进入步骤318。
在步骤318，CPE通过感测报告消息将监控结果报告给CR BS。
在上述两个频带监控程序中的一个中，CR BS通过感测报告消息知道主BS的存在。从而，CR BS试图改变频带，从而避免由干扰导致的性能恶化。
B.频带选择下面将详细描述当在CR系统中需要改变当权频带时，如何选择频带。
图4是根据本发明的用于在CR无线通信系统中动态频率选择的时序图。
参照图4，动态频率选择发生于初始测距或频率切换时。对于初始测距，CR系统400监控频带并确定是否已经从主系统410感测到信号。如果没有从主系统410感测到信号，则CR系统400确定相应的频带可用。标号401表示检测到可用的频带的周期。
然后为了使CPE能够有效地检测频带，CR BS广播可用的频带的列表。有两个频带列表要广播当前频带列表和候选频带列表。在每帧周期性地广播当前频带列表，而间歇地广播候选频带列表。
当接收频带信息时，CPE请求同步，并执行与CR BS测距。当完成测距时，CPE可在可用的频带中与CR BS通信。标号402表示当从主系统410感测到干扰时，频带信息的接收和时间点403之间的周期。
当CPE与CR BS通信期间从主系统410感测到许可信号411时，CPE运行以切换频带。也就是说，如果CPE或CR系统400感测到所述信号，则信道切换周期404开始，在此期间将当前频带切换到另一频带。由于在频带切换之后当前频带在一段时间内不可用，因此设置频带的非占用周期405。
在图4示出的时间关系示出根据本发明的动态频率选择的整个流程。当CR系统从主系统或另一CR系统感测信号时，执行动态频率选择以避免干扰。
图5是根据本发明的在CR BS中频带切换的控制操作的流程图。
参照图5，在步骤510，CR BS将指示频带改变消息的传输计数的变量i设置为初始值0，并监控基于频带列表的频带以移动到新频带。
在步骤512，CR BS确定是否存在任何可用新频带。当不存在任何可用新频带时，在步骤510，CR BS继续监控频带。
当存在可用新频带时，在步骤514，CRBS向其服务的CPE广播频带改变消息。频带改变消息包括关于CR BS将移动到的频带的上行链路和下行链路信息。
在步骤516，CR BS使计数i增加1，并在步骤518从任何CPE监控感测报告消息的接收。在步骤520，CRBS确定预定时间是否过去(即，超时)。
当CR BS直到超时也没有接收到感测报告消息时，确定是否已发送预定次数的频带改变消息，也就是说，在步骤522，比较i和允许的最大计数imax。
如果i还没有达到imax，则处理返回步骤514，CR BS再次广播频带改变消息。特别地，以高于先前发送的频带改变消息的电平但是不超过最大功率电平的发送功率广播频带改变消息。高发送功率电平用于某些CPE由于弱的信号强度无法接收频带改变消息的情况。
相反，如果CR BS已发送了最大次数(i＝imax)的频带改变消息，则认为没有发送感测报告消息的CPE处于中断装态。然后，在步骤524，CR BS对CPE执行通信中断恢复子程序。
图6是示出与图5示出的控制操作相应的CPE的控制操作的流程图。
参照图6，在步骤610，CPE监控是否已成功从CR BS接收到频带改变消息，并在步骤612确定预定时间周期是否已过去(即，超时)。
如果CPE直到超时也没有成功接收到频带改变消息，则进入步骤614。在CPE还没有接收到频带改变消息或尽管成功接收但对频带改变消息解码失败的情况下，认为接收失败。在步骤614，CPE执行通信中断恢复子程序。
相反，如果CPE在超时之前已成功接收了频带改变(移动)消息，则在步骤616，搜索设置在频带消息的频带信息中的频带。
在步骤618，CPE确定频带是否可用。如果频带不可用，则在步骤614，CPE执行通信中断恢复子程序。
如果频带可用，则在步骤620，CPE确定分配的上行链路资源存在。上行链路资源是分配给CPE从而可向CR BS发送感测报告消息的那些资源。
当分配的上行链路资源存在时，CPE进行步骤624。当分配的上行链路资源不存在时，在步骤622，CPE向CR BS请求上行链路资源的分配。在分配上行链路资源之后，CPE进入步骤624。
在步骤624，CPE通过感测报告消息报告频带对CR BS可用。然后，在步骤626，CPE执行测距。
C.通信中断恢复如下，由于在当前频带从另一系统接收的信号处于中断状态的CPE被从中断恢复到通信可用状态。
当CPE被在当前频带中另一系统的信号干扰时，立即通过感测报告消息向CR BS报告该频带。然后CPE等待从CR BS接收频带移动消息。
如果CR BS接收感测报告消息失败，或CPE接收频带移动消息失败，则CPE不能移动到另一频带，从而处于中断状态。在由于服务干扰CPE而不能成功对下行链路信号解码的情况下，即使CR BS发送频带移动消息成功，也不能接收所到述频带移动消息。
中断主要发生在当上行链路或下行链路频带的条件差或主系统的发送功率(即，信号强度)高于CR系统的发送功率时。
图7是示出根据本发明的通信中断恢复子程序的流程图。
参照图7，在步骤710和步骤712，由于在当前下行链路频带的干扰而使CPE无法成功地从CR BS接收数据，从而选择另一频带。具体地讲，CPE检测在当前频带列表中列出的频带中可用频带的存在。如果在列表中没有可用频带存在，则在步骤712，CPE检查在候选频带列表中列出的频带是否可用。
然而，如果在所述列表中都的任何一个没有可用频带剩余，则在步骤724，CPE为连接重新建立而搜索所有的频带。
当在步骤710和步骤712选择可用频带时，在步骤714，CPE请求对选择的频带的同步，并在步骤716执行测距以通过发送频带移动消息来请求上行链路资源。在步骤718，CPE监控来自CR BS的上行链路资源的分配。如果在预定时间周期几次尝试之后，将来自CR BS的上行链路资源分配给CPE失败，则返回步骤710或步骤712。重复上述步骤直到在当前频带列表或候选频带列表中没有可用频带剩余。
如果将来自CR BS的上行链路资源分配给CPE，则在步骤720，CPE将频带移动消息发送到CR BS，报告其将移动到选择的频带，并在步骤722从CR BS接收频带移动ACK消息。然后CPE移动到选择的频带，从而从中断状态恢复。
图8是示出与图7示出的程序相应的在CR BS中通信中断恢复子程序的流程图。
参照图8，当CR BS确定CPE处于中断状态时，在步骤810，CR BS等待在预定时间周期从CPE接收另一频带的频带移动消息。
在步骤812，CRBS广播无线电资源状态信息，从而CPE可获得发送频带移动消息的上行链路资源。在步骤814，CR BS监控从CPE接收测距请求。
当接收测距请求时，在步骤816，CR BS将上行链路资源分配给CPE，并广播包括关于分配的上行链路资源的信息的无线电资源状态信息。如果CRBS还没有接收到频带移动消息，则重复步骤814和步骤816。
当接收到频带移动消息时，在步骤820，CR BS将频带移动ACK消息回复给CPE。
根据上述本发明，CR系统有效地知道临近主系统的存在，并尝试改变可用的频带，从而避免移动系统之间的信号干扰。
可通过使用间歇的候选频带列表以及当前频带列表的动态频率选择迅速地执行频带切换。此外，在中断的情况下可执行通信中断恢复机制。因而，CR系统可将具有最优的性能的服务无缝地提供给用户。
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限定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。
权利要求
1.一种在认知无线电无线通信系统中动态选择在用户预订设备中使用的频带的方法，包括步骤在现在使用的当前频带上监控从临近的主基站接收信号；和当从主基站接收到信号时，将包括关于当前频带的信息的感测报告消息发送到认知无线电基站。
2.如权利要求1所述的方法，还包括从认知无线电基站接收频带监控请求消息；在由频带监控请求消息指示的频带上监控从主基站接收信号；和将包括监控结果的感测报告消息发送到认知无线电基站。
3.如权利要求1所述的方法，还包括当在当前频带上从主基站接收信号时，从认知无线电基站接收广播的频带移动消息；在由频带移动消息指示的新频带上监控从主基站接收信号；如果没有在所述频带接收到主基站的信号，则发送报告用户预订设备将移动到所述新频带的感测报告消息；和从当前频带移动到所述频带。
4.如权利要求3所述的方法，还包括当在由频带移动消息指示的新频带上从主基站接收信号时，搜索可用的频带；将包括关于检测的频带的信息的频带移动消息发送到认知无线电基站；响应于频带移动消息从认知无线电基站接收频带移动确认消息；和从当前频带移动到检测的频带。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述搜索步骤包括在来自认知无线电基站的每一帧中广播的当前频带列表中列出的频带中搜索可用频带；和如果在当前频带列表中没有检测到可用频带，则在从自认知无线电基站间歇广播的候选频带列表中列出的频带中搜索可用频带。
6.一种在认知无线电无线通信系统中动态选择在用户预订设备中使用的频带的方法，包括步骤当根据从用户预订设备接收的感测报告消息确定当前频带需要改变时，将包括关于可用频带的信息的频带移动消息发送到用户预订设备；和响应于频带移动消息从用户预订设备接收感测报告消息时，将所述当前频带改变为可用频带。
7.如权利要求6所述的方法，还包括从用户预订设备接收频带移动消息；将频带移动确认消息发送到用户预订设备，所述频带移动确认消息移动到由所述频带移动消息指示的新频带。
8.如权利要求7所述的方法，其中，从每一帧广播的当前频带列表中列出的新频带和间歇广播的候选频带列表中列出的频带中确定由所述用户预订设备发送的频带移动消息指示的频带。
9.一种动态选择认知无线方案中使用的频带的认知无线电无线通信系统，包括用户预订设备，用于在现在使用的当前频带上监控从临近的主基站接收信号，并且当从主基站接收到信号时，请求改变当前频带；和认知无线电基站，用于当从用户预订设备接收到改变当前频带的请求时，选择可用频带，并通知用户预订设备选择的频带。
10.如权利要求9所述的认知无线电无线通信系统，其中，所述认知无线电基站将被监控的频带通知给户预订设备以通过频带监控请求消息确定主基站是否使用所述频带。
11.如权利要求10所述的认知无线电无线通信系统，其中，所述用户预订设备从认知无线电基站接收频带监控请求消息，在由所述频带监控请求消息指示的频带上监控从主基站接收信号，并将监控结果报告给认知无线电基站。
12.如权利要求9所述的认知无线电无线通信系统，其中，所述认知无线电基站将关于所述选择的频带的信息发送到用户预订设备，并且当从用户预订设备接收指示所述选择的频带可用的报告时，将当前频带改变为选择的频带。
13.如权利要求12所述的认知无线电无线通信系统，其中，所述用户预订设备从认知无线电基站接收关于选择的频带的信息，如果用户预订设备在所述选择的频带没有从主机站接收到信号，则向认知无线电基站报告所述选择的频带可用，并将当前频带改变为选择的频带。
14.如权利要求13所述的认知无线电无线通信系统，其中，所述认知无线电基站广播每一帧的当前频带列表和候选频带列表。
15.如权利要求14所述的认知无线电无线通信系统，其中，所述用户预订设备接收当前频带列表和候选频带列表，如果主基站在使用所述选择的频带，则向认知无线电基站请求移动到当前频带列表中的可用频带，如果认知无线电基站允许移动到所述可用频带，则从当前频带改变为可用频带。
16.如权利要求15所述的认知无线电无线通信系统，其中，如果在当前频带列表中没有可用频带，则所述用户预订设备向认知无线电基站请求移动到候选频带列表中的可用频带，如果认知无线电基站允许移动到可用频带，则从当前频带改变为可用频带。
全文摘要
提供一种基于CR的动态频率选择。CR BS检测抗干扰和未被使用的频带。当在频带上感测到在通信期间具有较大的信号强度并请求该频带的新BS时，CR BS释放该频带，并动态地选择另一频带以避免干扰。
文档编号H04B7/26GK1972513SQ20061014379
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月6日 优先权日2005年11月4日
发明者惠俊红, 黄德东, 金在明, 俞相朝, 朝景珍, 郑在学 申请人:三星电子株式会社, 仁荷大学教产学协力团