专利名称：动态跳频无线区域网络中基于时分的信道碰撞合作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信，特别涉及多个交迭的WRAN系统之间的频谱合
作解决方法。
背景技术：
在目前的IEEE802.22等通信协议中，并没有规定和说明如何利用合 作的方法有效解决大于或等于两个交迭的WRAN系统之间的信道碰撞。 在运用认知无线电技术的WRAN系统中，如何充分利用有限的免费
空频段进行区域接入通信是当前无线通信领域的研究热点之一。
通常，当WRAN系统中的各客户端设备(CPE: Consumer Premise Equipment)进行带内(In-band)频谱侦测时，该接入网络需要牺牲很长 的通信时间用于静默期(Quiet period)进行相应频段内的授权合法用户 的使用情况探测。
现有技术(IEEE P802.22/D0.2, Draft Standard for Wireless Regional Area Networks Part 22: Congnitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: Policies and procedures for operation in the TV Bands, Nov. 2006)提供了一种基于动态跳频的WRAN系统跳 频工作方式，该结构有效地利用在不同的空闲信道上进行周期跳频从而 大大缩短了用于带内频谱侦测的静默周期。图1示例了WRANl系统104和 WRAN2系统105在CHA信道101和CHB信道102及CHC信道103之间进行 灵活跳频的示意图。从图中可以看出，在CHA信道101的第一个周期内， WRAN1系统104工作于该可用频段，在第二个运行期，WRAN1系统104 跳频至空闲CHB信道102上进行通信，在第三个运行期间内，WRAN系统 104又跳至空闲信道CHB103。类似地，对于WRAN2系统105而言，其分 别在三个运行期内顺序由CHC信道103跳到CHA信道101和CHB信道 102。从而不仅保证WRAN1系统104和WRAN系统2105能正常不间断地工作于空闲信道，同时也使得各CPE能在各信道的静默期对该信道是否空 闲进行侦测。
图2给出了WRAN201在初始频谱侦测202阶段以及两个运行期203和 204内的操作示意图。首先，WRAN内的各CPE进行初始频谱侦测202， 找到该系统所能正常工作的空闲频段CHA及生效时间205;然后，在第二 个周期，WRAN跳至CHA发送数据并同时对信道CH(
,[A+n,N])进 行频谱侦测203，得出CHB的生效时间206;接下来，在第三个周期内， WRAN跳至CHB并同时对信道CH(
,[B+n,N])进行频谱侦测204。 N 为整个待侦测信道数目，n为保护间隔宽度。
但如何解决基于动态跳频的多个WRAN系统之间的频谱碰撞问题是目 前的研究热点之一。一种较为普遍的解决方案是首先侦测到空闲信道CHA 的WRAN1控制中心向周围的其他WRAN发出信令声明其对该信道的预占 有并同时监听来自周围其他WRAN的声明广播。如果无其他声明预占有 CHA的广播信息或其他系统的声明信息晚于WRAN1，则WRAN1将于接 下来的周期跳频至CHA。因此，在WRAN系统利用这种基于碰撞避免的 方案解决频谱冲突时，假设出现如图3所示的场景
在第一个周期内，WRAN1系统301频谱侦测到CHA生效时间303， WRAN2系统302频谱侦测到CHD生效时间并分别于第二个周期跳频至 CHA和CHD;在第二个周期内，发生如下两种情况
(1) WRAN1系统301和WRAN2系统302均只侦测至UCHB为空闲信 道，但具有不同的生效时间，分别为CHB生效时间305和CHB 生效时间306;
(2) WRAN1系统301仅侦测到空闲信道CHB，同时WRAN2系统侦 测到空闲信道CHB和CHC。但CHC的生效时间超过系统所能承 受的最大时延限制。
很显然，基于竞争机制的碰撞避免解决方案无法完美地解决上述两种 情况下频谱碰撞问题。
现有技术提出了一种基于频分方式的频谱合作方案从而有效地避免了 上述两种情况下信道碰撞的发生。但是，该方法具有很明显的缺陷，由于参与频谱合作的所有WRAN系统均处于工作状态，因此导致新问题的 产生
(1) 浪费大量的带宽资源用于生成保护带宽，尤其是随着参与的
WRAN数目的增加、基站发射功率的增加以及各小区交迭区域
的增加，越来越多的频谱资源将用于保护带宽从而避免小区间
干扰；
(2) 由于各WRAN系统在所有执行周期内均处于工作状态，将浪费 很多的发射功率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用时分方式进行信道合作的解决方案 从而有效避免多个交迭的WRAN系统之间信道冲突，进而使得各处于免 费频段的WRAN系统更加高效地运作。
为实现上述目的， 一种动态跳频无线区域网络中基于时分的信道碰 撞合作方法，基于时分的信道合作的无线通信系统中包括至少两个互相 交迭的无线区域接入网WRAN，包括步骤
所有WRAN中的CPE进行频谱侦测并反馈相关的空闲信道信息至各
自的控制基站；
WRAN广播申请对符合条件的空闲信道的预占用权利；
由高优先级的WRAN决定处于信道碰撞状态的WRAN系统的时间资
源分配。
本发明有效地保证了各WRAN系统在保证各自QoS的同时避免了相 邻WRAN由于免费空闲信道的缺乏所带来的无线接入不可实现或延时较 大等严重问题，节约了 WRAN在非工作时间周期内的发射功率。
图1显示多WRAN系统的动态跳频示意图； 图2显示WRAN系统中动态跳频运行示意图； 图3显示两交迭WRAN系统的信道碰撞示意图； 图4显示基于本发明的交迭WTIAN系统结构；图5显示采用基于时分的信道合作方法的时间周期划分算法；
图6显示采用多时间周期分隔方式进行碰撞合作的示意图7显示基于本发明的系统运行流程图8显示基于本发明的两交迭WRAN基站之间的控制信令。
具体实施例方式
图4中，存在两个交迭的无线区域网WRAN-A401和WRAN-B402。此 时，WRAN-A401进行频谱侦测并得到CHB信道可作为其下一周期的跳 频目标频段；另外，WRAN-B402也频谱侦测到CHB可作为其下一周期的 跳频目标频段。此时频谱冲突发生于WRAN-A401和WRAN-B402之间。
因此，本发明的核心思想是通过交迭WRAN的控制中心之间的信令 交互从而实现两个无线区域网共享空闲频段CHB。其中，WRAN-A401 占有整个信道但仅工作在整个执行周期的Period-Partl 403; WRAN-B402 占有整个信道但仅工作在整个执行周期的Period-part2 404。
图5给出了在时间频率坐标曲线上对WRAN-A501和WRAN-B502进 行频率资源的划分和共享。图中横坐标中，整个执行周期T被划分为 0,1,…,N-1共N个时间单元。在这里，不失一般性地假设单元为一个通信 帧(IEEE802.22标准中定义一帧为10ms)。其中时间单元[O,K]被分配给 WRAN-A501，子信道[K+n-l,N-l]被分配给WRAN-B502。为了保证两个 互相交迭的无线区域的小区的数据发送发生碰撞，留出n个时间单元作为 保护时间503。因此，分配给WRAN-A系统501的有效时间周期为
分配与WRAN-B系统502的有效时间周期为
7 e尸er/od( WRAN-B) = (W - A: - ")DFrawe尸ehod 保护时间GP503的有效时间周期为
其中，根据正EE 802.22标准定义的场景可知，典型的信道最大保持 时间为30 35s并且在时分双工模式下下行子帧与上行子帧间的保护间 隔为210us，帧间的保护间隔为46us。因此保护间隔参数n值相对于信道 保持时间而且非常小，可以忽略不计。时间单元分配参数H直由优先级较高的WRAN系统基站根据其他优先级较低的WRAN基站发送的时间周期
请求信息确定。具体优先级的确定以及交互控制信令将在发明的详细说
明部分中进行详细阐述。
(l)当WRAN系统的执行周期比较长时，会导致参与合作的一个或多 个WRAN系统一直处于收发数据停止状态，从而与本发明的最初 目的产生矛盾。为了解决该问题，图6给出了基于多个时间周期划 分的时间单元分配方案。从图中可以看出，时间周期601和603被 分配至WRAN-A系统，而时间周期602和604被分配至WRAN-B系 统用于数据通信。该种离散的时间周期块分配方法利用牺牲一定 的时间用于避免不同小区的碰撞并用增加了一定的信令开销用于 初始化以及随机接入，却使得各WRAN系统在相对较短的等待时 间内正常通信，其中具体时间周期颗粒度的大小由小区内服务用 户的业务Qos需求及执行周期长短共同决定。 图7给出了根据本发明的系统运行流程图，图8给出了基于本发明的
各WRAN系统之间的控制信令。根据图7和图8，根据本发明的WRAN系
统操作步骤如下
1. WRAN-A和WRAN-B中的各CPE进行频谱侦测，并把相应的侦测 结果发送至各自的基站， 由其决定下一跳频周期所能找到的空闲 频段；
2. WRAN-A基站801和WRAN-B的基站802分别向周围WRAN广播 声明信息Announcement—use—CHB803;同时监听来自周围其他 WRAN的广播信息；(此处，我们不失一般性地假设WRAN-A801 首先侦测到空闲信道CHB从而先于WRAN-B基站802广播声明信 号。因此这里WRAN-A系统具有更高的优先级)；
3. 如果WRAN-A基站801在等待期间内没有收到由周围WRAN发送 的声明Announcement一use—CHB803信息，则在下一周期动态跳频 至IJCHB进行数据收发；如果WRAN-A基站801在等待期间收到由 WRAN-B基站802向周围WRAN广播的声明信号 Announcement一use一CHB804以及Announcement—use—CHC ， 贝廿 WRAN-A仍然在下一周期动态跳频到CHB进行数据收发；如果WRAN-A基站801在等待期间仅收到由WRAN-B基站802向周围 WRAN广播的声明信号Announce—use—CHB804且时间戳显示晚 于WRAN-A，则由此确定WRAN-A系统的高优先级地位；
4. WRAN-B基站802发送共享CHB的请求信息Req_co-use—CHB 805 至WRAN-A基站801 ;并同时发送带宽请求信息Req_time period_WRAN-B806;
5. WRAN-A基站801在接收到WRAN-B基站802发送的请求信息 Req_co-use—CHB805后，根据时间周期分配请求信息Req__time period—WRAN-B806以及自身系统对业务QoS的需求，决定是否
共享CHB;
6. WRAN-A基站8 01发送共享信道的响应信息Rep—co-use-CHB 807 从而确定是否参与CHB的信道共享；
7. 如果WRAN-A系统允许可WRAN-B与其共享信道B, WRAN-A基 站801调度并且分配不同的时间周期至WRAN-A和WRAN-B，并 发送时间周期控制信息Time period allocation—CHB808至 WRAN-B基站802。
权利要求
1. 一种动态跳频无线区域网络中基于时分的信道碰撞合作方法，基于时分的信道合作的无线通信系统中包括至少两个互相交迭的无线区域接入网WRAN，包括步骤所有WRAN中的CPE进行频谱侦测并反馈相关的空闲信道信息至各自的控制基站；WRAN广播申请对符合条件的空闲信道的预占用权利；由高优先级的WRAN决定处于信道碰撞状态的WRAN系统的时间资源分配。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述符合条件的空闲信道是 WRAN不仅在下一周期不被授权用户占用，同时生效时间在该WRAN系 统规定的最大允许时延范围内。
3. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述高优先级的WRAN是首 先广播对符合条件的某一空闲信道的预占用权利。
4. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述时间资源分配是在WRAN 的下一个执行周期内对所占有的时间周期的长度以及颗粒时间进行优化 分配和调度。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述时间周期的长度是分配 给各WRAN系统可供其支配的所有有效时间。
6. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述颗粒时间是用于各WRAN 的最短时间周期的长度。
7. 根据权利要求6的方法，其特征在于用于WRAN的最短时间周期的长 度根据空闲信道的有效时间，WRAN的业务需求等因素共同决定。
全文摘要
一种动态跳频无线区域网络中基于时分的信道碰撞合作方法，基于时分的信道合作的无线通信系统中包括至少两个互相交迭的无线区域接入网WRAN，包括步骤所有WRAN中的CPE进行频谱侦测并反馈相关的空闲信道信息至各自的控制基站；WRAN广播申请对符合条件的空闲信道的预占用权利；由高优先级的WRAN决定处于信道碰撞状态的WRAN系统的时间资源分配。本发明有效地保证了各WRAN系统在保证各自QoS的同时避免了相邻WRAN由于免费空闲信道的缺乏所带来的无线接入不可实现或延时较大等严重问题，节约了WRAN在非工作时间周期内的发射功率。
文档编号H04L12/28GK101471831SQ20071030782
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者海 王, 程锦霞 申请人:三星电子株式会社;北京三星通信技术研究有限公司