专利名称：：多种无线电共存系统及建立该系统的方法
技术领域：
：本发明涉及一种多种无线电共存系统(co-existingmulti-radio),尤指一种以认知无线电(cognitiveradio)为基础的多种无线电共存系统以及利用认知无线电来建立该系统的方法。
背景技术：
：自一九八零年代中期起，许多研究人员就希望能够利用3G无线通讯技术实现全球统一的无线通讯架构。然而这些年来，非但全球化的无线通讯系统尚未实现，为了配合各种具有不同传输速率或不同传输距离的实际应用，还有多种新的通讯标准应运而生。在这些五花八门的通讯标准当中，有些通讯标准系共存于同一个区域中，或是利用相同的频带来传输数据。举例来说，目前相当普遍的蓝牙技术和WiFi技术都是透过2.4GHz的频带收发数据。有许多国家的管理机构已发现，虽然现存如此多样的无线通讯标准，多数的无线频段却没有被充分且有效地利用。举例而言，世界上大部分的行动电话网络都是处于满载状态，但业余无线电和呼叫器所使用的频段却通常相当冷清。为了增进无线频段的整体使用效率，开发能够配合多种通讯标准并弹性运用多个频段的行动通讯装置是必要的。非授权行动存取技术(UnlicensedMobileAccess,UMA)是一种能够允许双模(dual-mode)行动电话在局域网络及广域网络之间无缝漫游(seamlessroaming)的技术；其中的局域网络服务可能是由私人的蓝牙网络或802.11网络提供，广域网络则可为GSM/GPRS或UMTS等行动电话网络。此技术实现了跨用多重标准及多种频带的无线通讯系统的构想。软件定义无线电(Software-DefinedRadio,SDR)被视为一种实现UMA的手段。SDR的基本概念是透过调整一处理器平台(通常是以数字信号处理器执行实体层的传送/接收功能)的系统参数，来达成令单一平台符合多种通讯标准的效果。认知无线电(cognitiveradio)的概念可说是SDR的延伸。更明确地说，认知无线电能够侦测通讯环境的状况(如频带利用率)，并利用可重新配置(re-configurable)的收发器(transceiver)让行动通讯装置可根据环境状况采用适当的通讯及网络功能。由于认知无线电具有能充分利用频带的潜力，它己被视为无线通讯领域中的关键技术。到目前为止，以认知无线电为题材的文献大多与相当复杂的军事应用相关，或是将探讨的焦点放在认知无线电的观念、模拟工具及基本限制。此外，大部分的相关研究系关注于能够感测频谱(尤其是电视频段的频谱)的认知无线电。根据认知无线电的概念，未经正式许可的使用者(unlicenseduser)被允许在不造成干扰的情况下使用经正式许可的频段，当经正式许可的使用者出现时，未经正式许可的使用者即无法利用该频段。能够感测频谱的认知无线电首先必须找出目前可供使用的频段，接着再选出可符合使用者通讯需求的最佳可用频段。对于感测频谱的认知无线电来说，如何保持无缝通讯并安排出合理的频谱使用计划是相当重要的议题。相较于先前技术，虽然能够感测频谱的认知无线电已经对频带利用率贡献良多，但更全方位(亦即考虑更多环境参数)的认知无线电仍然是无线通讯领域的重要发展方向。因此，本发明的一范畴在于提供一种实现全方位认知无线电构想且符合未来各种通讯应用需求的通讯系统及建立该通讯系统的方法。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种多种无线电共存系统及建立该系统的方法，可在不同的基地台及行动装置间，提供通讯连结，进而相对应地被配置为适用于并可充分运用各种共存网络的状态。为了解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案本发明提供一种多种无线电共存系统，为行动通讯装置提出了能够充分利用频谱及共存系统/网络的认知无线电架构。认知无线电的观念涵盖了针对整体网络环境的感测以及弹性利用共存的各种通讯系统。根据一具体实施例，本发明的多种无线电共存系统包含一基地台系统以及至少一第一类行动装置，其中，第一类行动装置与基地台系统皆在相同的通讯环境中运作。基地台系统可于固定频段及/或非固定频段下运作。于此实施例中，第一类行动装置具有认知无线电功能，因此，第一类行动装置可感测关于通讯环境的一组信息。接着，第一类行动装置会分析该组信息，并且自行重新配置，以与另一个第一类行动装置及/或该基地台系统进行通讯。于实际应用中，基地台系统包含一主要基地台次系统以及一认知无线电基地台次系统，而该认知无线电基地台次系统包含至少一认知无线电基地台。认知无线电基地台亦可感测关于上述通讯环境的该组信息，分析该组信息，并且自行重新配置，以与另一个认知无线电基地台及/或上述第一类行动装置进行通讯。另一方面，本发明的多种无线电共存系统可另包含至少一第二类行动装置，于该固定频段下运作。于实际应用中，第一类行动装置可直接或经由该基地台系统与第二类行动装置进行通讯，并且该认知无线电基地台亦可与第二类行动装置进行通讯。本发明采用的多种无线电共存系统及建立该系统的方法，可在不同的基地台及行动装置间，提供通讯连结，进而相对应地被配置为适用于并可充分运用各种共存网络的状态。图1为根据本发明一具体实施例的多种无线电共存系统的示意图。图2为本发明应用在基础架构网络的示意图。图3为本发明应用在对等式网络的示意图。图4为本发明应用在网状网络的示意图。图5为根据本发明整合对等式网络及IP移动管理的示意图。图6为根据本发明一具体实施例的建立多种无线电共存系统的方法流程主要组件符号说明1:多种无线电共存系统100:主要基地台次系统102:认知无线电基地台次系统12:第一类行动装置3:基础架构网络5:网状网络70:远程网络A-G:通讯连结具体实施例方式10:基地台系统1010:主要基地台1020:认知无线电基地台14:第二类行动装置4:对等式网络6:骨干网络72:远程代理器S100-S108:流程步骤建立一个统筹各类应用的全球化多种无线电共存系统势必要耗费惊人的资源，才足以完成其基础网络建设，并汰换现有的数以亿万计的行动装置。相形之下，发展一种能够辨识周遭通讯环境状况(例如可供使用的经正式许可频段/未经正式许可频段、可供使用的网络系统)并能因应使用者需求采用合适的通讯方式的行动装置，是较为实际且可行的做法。因此，本发明的构想系将整体通讯网路视为在时间、频率以及空间等各方面共存的多重标准系统。根据本发明，未经正式许可的次要使用者被允许更广泛地使用多种无线电共存系统中各种可供使用的资源(无论在时域或频域)。请参阅图1。图1为根据本发明一具体实施例的多种无线电共存系统1的示意图。如图1所示，多种无线电共存系统1包含基地台系统10、第一类行动装置12以及第二类行动装置14。基地台系统10可于固定频段及/或非固定频段下运作。基地台系统IO包含主要基地台次系统100以及认知无线电基地台次系统102，主要基地台次系统100包含至少一个主要基地台1010，且认知无线电基地台次系统102包含至少一认知无线电基地台1020。图1中绘示一个主要基地台1010以及两个认知无线电基地台1020，但不以此为限。换言之，主要基地台1010以及认知无线电基地台1020的数量系根据实际应用而定。此外，图1中另绘示两个第一类行动装置12以及一个第二类行动装置14，但不以此为限。换言之，第一类行动装置12以及第二类行动装置14的数量亦可根据实际应用而定。于此实施例中，第一类行动装置12具有认知无线电功能，且第二类行动装置14系于固定频段下运作的一般行动通讯装置。由于第一类行动装置12具有认知无线电功能，第一类行动装置12可自行重新配置(reconfigure),以与不同的基地台连结。于此实施例中，主要基地台次系统100系于固定频段下运作。固定频段可被进一步划分为可供使用的经正式许可频段与未经正式许可频段。在经正式许可频段中，主要基地台次系统100的使用者可优先使用该频段。换言之，未经正式许可的使用者即无法干扰或占用该频段。而在未经正式许可频段中，在相同频段下运作的行动装置，便必须兼容地共享该频段。换言之，在未经正式许可频段下运作的多个行动装置，必须在已经制定的规则下共同存在。此外，某些系统，如雷达系统(radarsystem),必须比其它系统具有较先的使用权。另一方面，认知无线电基地台1020系于非固定频段下运作。认知无线电基地台1020系动态地使用不会被经正式许可的主要基地台次系统100干扰的可用频段，或者与其它系统共享未经正式许可频段。在认知无线电架构中，认知无线电基地台1020可以具有大量的内存、强大的运算能力以及不受限制的能量供给。认知无线电基地台1020可以提供第I行动装置12网关(gateway)功能，以存取骨干网络(backbonenetwork),如因特网(Internet)。此外，多个认知无线电基地台1020亦可形成一网状无线骨干网络(meshwirelessbackbonenetwork),当某些认知无线电基地台1020与有线的骨干网络连结时，可以作为网关或路由器(router)。再者，如果第二类行动装置14与认知无线电基地台1020为可兼容的，则第二类行动装置14亦可存取认知无线电基地台1020。以下配合图1说明本发明的数种通讯连结关系。通讯连结A:第一类行动装置连结第一类行动装置由于第一类行动装置12具有认知无线电功能，第一类行动装置12可感测关于一通讯环境的一组信息。接着，第一类行动装置会分析该组信息，并且自行重新配置(sen-reconfiguration)，以藉由通讯连结A与另一个第一类行动装置12进行通讯。举例而言，图1中的两个第一类行动装置12可相互配合地感测可用的频段，其中该可用的频段可以是经正式许可频段或未经正式许可频段。之后，第一类行动装置12再利用该可用的频段做为其运作的频段。需说明的是，两个第一类行动装置12间可以采用一共享的控制通道(controlchannel),用以相互交换频谱信息。需说明的是，感测关于该通讯环境的该组信息包含选自下列群组中的一个或多个动作感测该通讯环境的一频谱，感测该通讯环境的一传输格式，分享该通讯环境的一频谱，以及识别其它第一类行动装置12的地理位置。此外，该组信息包含选自下列群组的至少其中之一该通讯环境的无线射频讯号的一载波频率(carrierfrequency),该通讯环境的一频宽利用率，该通讯环境的无线射频讯号的一接收讯号强度指针(receivedsignalstrengthindication,RSSI)，以及该通讯环境的无线射频讯号的一讯号对干扰噪声比(signal-to-interferenceandnoiseratio,SINR)。再者，第一类行动装置12系藉由执行选自下列群组中的一个或多个动作来自行重新配置动态地选择一运作用的无线电频率，选择适用于一特定传输系统的一适当的调变型态，以及控制一传输功率以动态地于数个传输功率等级中进行切换。通讯连结B:第一类行动装置，连结认知无线电基地台认知无线电基地台1020可感测关于通讯环境的该组信息，分析该组信息，并且自行重新配置，以藉由通讯连结B与第一类行动装置12进行通讯。举例而言，认知无线电基地台1020可动态地感测其周围可用的频段，并且在其涵盖范围内提供第一类行动装置12单一跃点存取(one-hopaccess)。在此可能需要可相互配合的感测技术。经由认知无线电基地台1020，第一类行动装置12即可存取骨干网络或与其它基地台进行通讯。至于认知无线电基地台1020如何感测该组信息、如何自行重新配置以及该组信息所包含的内容，大致系如上所述，在此不再赘述。通讯连结C:第一类行动装置连结主要基地台次系统如果第一类行动装置12需要连结至主要基地台1010，第一类行动装置12将会自行重新配置，转变为与第二类行动装置14相同的角色，并且藉由通讯连结C与主要基地台1010进行通讯。换言之，第一类行动装置12会自行重新配置为于固定频段下运作的一般行动通讯装置。通讯连结D:认知无线电基地台，连结认知无线电基地台认知无线电基地台1020可感测关于通讯环境的该组信息，分析该组信息，并且自行重新配置，以藉由通讯连结D与另一个认知无线电基地台1020进行通讯。既然多个认知无线电基地台1020之间可以直接进行无线连结，多个认知无线电基地台1020便可以形成一个网状无线骨干网络。基于认知无线电功能，多个认知无线电基地台1020可动态地选择运作频段并且相互进行通讯。由于认知无线电基地台1020非常强大，在多个认知无线电基地台1020间的连结容量将会非常庞大。在某些环境下，欲以有线的方式来设置认知无线电基地台1020是有困难的，因此上述无线连结方式尚可降低设置成本。通讯连结E:第二类行动装置，连结主要基地台次系统此为习知的单一跃点连结方式。第二类行动装置14系藉由通讯连结E与主要基地台次系统100进行通讯。主要基地台1010系在其涵盖的范围内做为协调通讯之用，并且提供第二类行动装置14骨干网络存取功能。通讯连结F:第二类行动装置，连结第一类行动装置为了在不同的系统间进行相互沟通，此种连结方式确有其必要性。于此实施例中，第一类行动装置12可自行重新配置，以直接藉由通讯连结F与第二类行动装置14进行通讯。当然，第一类行动装置12亦可经由基地台系统与第二类行动装置14进行通讯。通讯连结G:第二类行动装置"连结认知无线电基地台为了在不同的系统间进行相互沟通，此种连结方式确有其必要性。如果认知无线电基地台1020可与第二类行动装置14兼容，认知无线电基地台1020即可藉由通讯连结G与第二类行动装置14进行通讯。藉此，认知无线电基地台1020即可提供第二类行动装置14存取服务。本发明关于认知无线电系统架构系可被应用在网络中心(network-centric)、分布式网络(distributednetwork)、对等式网络(adhocnetwork)以及网状网络，且认知无线电系统架构可提供服务给经正式许可及/或未经正式许可的相关应用，兹举例说明如下。基础架构网络模式(infrastructurenetworkmode)请参阅图2。图2为本发明应用在基础架构网络3的示意图。如图2所示，每一个第一类行动装置12与认知无线电基地台1020间皆存在单一跃点连结。认知无线电基地台1020可在其涵盖的范围内做为协调通讯之用。对等式网络模式(adhocnetworkmode)请参阅图3。图3为本发明应用在对等式网络4的示意图。如图3所示，此模式并不存在任何的基础装置，如基地台。如果一个第一类行动装置12识别出其附近有其它可连结(connectable)的第一类行动装置12，则这些第一类行动装置12即可形成一个对等式网络。需说明的是，上述的"可连结"一词是指任意两个第一类行动装置12可以找到可共享的频段，并且在不干扰该频段经正式许可的使用者情况下，相互进行通讯。网状网络模式(meshnetworkmode)请参阅图4。图4为本发明应用在网状网络5的示意图。如图4所示，于此模式中，如果第一类行动装置12以及认知无线电基地台1020位在彼此的涵盖范围内，则所有的第一类行动装置12以及认知无线电基地台1020皆为可连结的。特别地，这些固定的认知无线电基地台1020可形成一个网状无线骨干网络，并且某些认知无线电基地台1020可连结至有线的骨干网络6，如因特网。由于认知无线电基地台1020在使用时可不需连结至有线的骨干网络，因此其设置地点较具有弹性。请参阅图5。图5为根据本发明整合对等式网络及IP移动管理的示意图。传统基础架构下的无线通讯系统，在基地台与行动装置间，通常只存在单一跃点。行动装置间并无其它连结路径或多重跃点(multi-hop)。由于所有的行动装置皆直接连结至基地台，集中式的移动管理方案系为可行的。举例而言，对于行动IP(mobileIP)来说，所有的认知无线电基地台1020皆可直接向第一类行动装置12发布转交地址(Care-of-Address，CoA)。对于一个第一类行动装置12来说，要从远程网络(foreignnetwork)取得一个转交地址并且将其暂存至本地代理器(homeagent,HA)(未显示)，是很容易达成的。如图5所示，第一类行动装置12可同时连结一个或多个无线系统，并且从每一个无线系统取得一转交地址，或者第一类行动装置12亦可经由认知无线电基地台1020或另一个第一类行动装置12，从每一个无线系统取得一转交地址。之后，该本地代理器(未显示)即可将封包传送至该第一类行动装置12的转交地址。图5中绘示三个远程网络70以及三个远程代理器72，但不以此为限，实际数量可视实际应用而定。如在认知无线电的网络架构下，第一类行动装置12可同时地连结至一个或多个不同的无线系统，并且从每一个无线系统取得一个转交地址，以安排封包的收发路径，其中每一个无线系统分别属于不同的远程网络。因此，发展新的方案来处理多重转交地址是必需的。特别地，第一类行动装置12可从每一个远程网络70取得转交地址，使得第一类行动装置12将不会使用单一的转交地址来表示其目前位置及安排封包的收发路径。此外，如图5所示，多个第一类行动装置12即可形成一个对等式网络，并且某些第一类行动装置12可连结至认知无线电基地台1020，以存取远程网络70。而这些直接与认知无线电基地台1020连结的第一类行动装置12即称为网关节点(gatewaynode)。受限于认知无线电基地台1020的涵盖范围，某些第一类行动装置12并无法直接从认知无线电基地台1020取得转交地址。这些位于认知无线电基地台1020的涵盖范围外的第一类行动装置12即可透过上述的网关节点取得转交地址，以进行封包收发路径的安排。再者，由于认知无线电的多重跃点特征，讯号交递(handover)的管理问题将不只存在于单一的行动装置与远程网络之间，还进一步存在于多个行动装置与多个远程网络之间。举例而言，如果某些网关节点从认知无线电基地台1020的涵盖范围中离开，这些网关节点将会通知在对等式网络中的其它节点即将失去连结。此时，在对等式网络中的其它节点如果具有有效的连结，即会准备执行讯号交递。请参阅图6。图6为根据本发明一具体实施例的建立多种无线电共存系统的方法流程图。首先，执行步骤SIOO，设置一基地台系统，该基地台系统于一固定频段及/或一非固定频段下运作。接着，执行步骤S102，提供至少一第一类行动装置。接着，执行步骤S104，利用第一类行动装置感测关于一通讯环境的一组信息，第一类行动装置与基地台系统皆在该通讯环境中运作。接着，执行步骤S106，利用第一类行动装置分析该组信息。最后，执行步骤S108，重新配置第一类行动装置，以与另一个第一类行动装置及/或基地台系统进行通讯。需说明的是，图6仅绘示本发明建立多种无线电共存系统的方法的主要流程。其它细部的方法步骤已详述如上的相关段落，在此不再赘述。如上所述，本发明所提出的多种无线电共存系统及建立该系统的方法可在不同的基地台及行动装置间，提供通讯连结，进而相对应地被配置为适用于并可充分运用各种共存网络的状态。藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。权利要求1、一种多种无线电共存系统，其特征在于，它包含一基地台系统，运作于一通讯环境中；以及至少一第一类行动装置，运作于该通讯环境中，可感测关于该通讯环境的一组信息，该第一类行动装置分析该组信息，并且自行重新配置，以与另一个第一类行动装置及/或该基地台系统进行通讯。2、如权利要求l所述的多种无线电共存系统，其特征在于，该基地台系统包含一主要基地台次系统以及一认知无线电基地台次系统，该认知无线电基地台次系统包含至少一认知无线电基地台，该认知无线电基地台可感测关于该通讯环境的该组信息，分析该组信息，并且自行重新配置，以与另一个认知无线电基地台及/或该第一类行动装置进行通讯。3、如权利要求2所述的多种无线电共存系统，其特征在于，另包含至少一第二类行动装置，于该通讯环境中的一固定频段下运作，其中该第一类行动装置可直接或经由该基地台系统与该第二类行动装置进行通讯，并且该认知无线电基地台可与该第二类行动装置进行通讯。4、如权利要求2所述的多种无线电共存系统，其特征在于，该认知无线电基地台连结至一有线网络，并且该第一类行动装置可经由该基地台系统存取该有线网络。5、如权利要求l所述的多种无线电共存系统，其特征在于，感测关于该通讯环境的该组信息包含选自下列群组中的一个或多个动作感测该通讯环境的一频谱，感测该通讯环境的一传输格式，分享该通讯环境的一频谱，以及识别其它第一类行动装置及/或该基地台系统的地理位置。6、如权利要求l所述的多种无线电共存系统，其特征在于，该第一类行动装置藉由执行选自下列群组中的一个或多个动作来自行重新配置动态地选择一运作用的无线电频率，选择适用于一特定传输系统的一适当的调变型态，以及控制一传输功率以动态地于数个传输功率等级中进行切换。7、如权利要求l所述的多种无线电共存系统，其特征在于，该组信息包含选自下列群组的至少其中之一该通讯环境的无线射频讯号的一载波频率，该通讯环境的一频宽利用率，该通讯环境的无线射频讯号的一接收讯号强度指针，以及该通讯环境的无线射频讯号的一讯号对干扰噪声比。8、一种建立多种无线电共存系统的方法，其特征在于，它包含下列步骤设置一基地台系统，该基地台系统运作于一通讯环境中；提供至少一第一类行动装置，该第一类行动装置运作于该通讯环境中；利用该第一类行动装置感测关于该通讯环境的一组信息，并分析该组信息；以及重新配置该第一类行动装置，以与另一个第一类行动装置及/或该基地台系统进行通讯。9、如权利要求8所述的建立多种无线电共存系统的方法，其特征在于，该基地台系统包含一主要基地台次系统以及一认知无线电基地台次系统，该认知无线电基地台次系统包含至少一认知无线电基地台，该方法另包含下列步骤-利用该认知无线电基地台感测关于该通讯环境的该组信息，且分析该组信息；以及重新配置该认知无线电基地台，以与另一个认知无线电基地台及/或该第一类行动装置进行通讯。10、如权利要求9所述的建立多种无线电共存系统的方法，其特征在于，另包含下列步骤提供至少一第二类行动装置，该第二类行动装置于该通讯环境中的一固定频段下运作；以及利用该第一类行动装置直接或经由该基地台系统与该第二类行动装置进行通讯，并且利用该认知无线电基地台与该第二类行动装置进行通讯。11、如权利要求9所述的建立多种无线电共存系统的方法，其特征在于，该认知无线电基地台连结至一有线网络，并且该方法另包含下列步骤利用该第一类行动装置经由该基地台系统存取该有线网络。12、权利要求8所述的建立多种无线电共存系统的方法，其特征在于，利用该第一类行动装置感测该组信息的步骤包含选自下列群组中的一个或多个动作感测该通讯环境的一频谱，感测该通讯环境的一传输格式，分享该通讯环境的一频谱，以及识别其它第一类行动装置及/或该基地台系统的地理位置。13、如权利要求8所述的建立多种无线电共存系统的方法，其特征在于，重新配置该第一类行动装置的步骤包含执行选自下列群组中的一个或多个动作动态地选择一运作用的无线电频率，选择适用于一特定传输系统的一适当的调变型态，以及控制一传输功率以动态地于数个传输功率等级中进行切换。14、如权利要求8所述的建立多种无线电共存系统的方法，其特征在于，该组信息包含选自下列群组的至少其中之一该通讯环境的无线射频讯号的一载波频率，该通讯环境的一频宽利用率，该通讯环境的无线射频讯号的一接收讯号强度指针，以及该通讯环境的无线射频讯号的一讯号对干扰噪声比。全文摘要本发明公开了一种多种无线电共存系统及建立该系统的方法，可在不同的基地台及行动装置间，提供通讯连结，进而相对应地被配置为适用于并可充分运用各种共存网络的状态。该多种无线电共存系统包含一基地台系统以及至少一第一类行动装置，其中，第一类行动装置与基地台系统皆在相同的通讯环境中运作。第一类行动装置可感测关于通讯环境之一组信息。接着，第一类行动装置会分析该组信息，并且自行重新配置，以与另一个第一类行动装置及/或该基地台系统进行通讯。文档编号H04W84/02GK101420273SQ20081017163公开日2009年4月29日申请日期2008年10月22日优先权日2007年10月26日发明者陈光祯申请人:晨星软件研发(深圳)有限公司;晨星半导体股份有限公司