专利名称：认知无线电通信系统中基于帧的资源共享的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及认知无线电(CR)通信系统。更具体地，本发明涉及当共享一个信道的 一个或多个CR系统重叠时用于在帧之间共享资源的超帧结构、方法和装置。
背景技术：
在其中各种无线通信系统使用不同频谱的环境中，可用频率的缺乏限制了通过分 配新频带来支持高速多媒体服务。为了解决可用频率的缺乏，正引入用于提高频率利用的 认知无线电(CR)技术。CR技术允许次用户(SU)在具有现有频率许可的主用户(PU)不使用对应频带的同 时共享频带。CR技术应该能够保护PU并且保证SU的服务质量，以下称为自我共存。为了 通过数十公里到IOOKm提供宽带无线接入服务，用于基于CR共享当前分配的TV频带的电 气和电子工程师协会(IEEE) 802. 22无线地区区域网(WRAN)标准正在进行中。在具有自我共存功能的CR系统中，基站(BS)扫描未被主/许可系统使用的至少 一个空信道，并且在扫描的信道上建立通信。当几个CR系统共处一块时，它们需要交换共存信标协议(CBP)分组以增强频谱利 用。同时，当两个接近的CR系统操作相同信道或相邻信道时，它们需要安排用于主系统的 安静时段以便增强信道感测性能。在安静时段中，它们放弃数据传输并且扫描使用中的信 道。为了促进自我共存功能，CR系统通常采用超帧结构。例如，IEEE 802. 22标准将时 间轴中的16个帧定义为一个超帧。这里，超帧的起始帧被设置为递送超帧控制首标(SCH)。 该标准描述超帧的结构按照这样的方式来使用，其中一个CR系统或一个CR BS在一个频率 信道中占据超帧单元的全部资源。SCH包含不仅用于小区中的消费者住所设备(CPE)而且 用于CR系统或CRBS的共存所必须的信息。当CR系统包括多个BS时，由于可用信道的数量少，故CR系统或CR BS不得不在 相同信道上发送SCH。由于如上所述在超帧的起始点处发送SCH，当CR BS在相同时间发送 SCH时，发送的SCH很可能彼此冲突。S卩，当关于CPE控制和CR系统(或CR BS)的共存的 信息在传统超帧结构中发送时，可以发生在相邻CR系统或相邻CR BS之间的信号冲突。当使用有限的信道资源时，期望用于减少BS之间的干扰并且更高效率地利用和 共享资源的方法和装置。另外，CR通信系统中期望用于帧间信息共享的超帧结构、以及用 于高效率地使用有限的频率资源的方法和装置。
发明内容
技术方案本发明的一个方面在于解决至少以上所述的问题和/或不足并且提供至少以下 所述的优点。因此，本发明的一个方面在于提供用于在认知无线电(CR)无线通信系统中的 多个基站(BQ处在帧之间共享资源的超帧结构。
本发明的另一个方面提供用于在CR无线通信系统中的多个BS处在帧之间共享资 源的方法和装置。本发明的另一个方面提供用于在CR无线通信系统中在帧间资源共享中阻止超帧 控制首标(SCH)的冲突的方法和装置。依据本发明的一个方面，提供一种用于至少两个无线蜂窝通信系统在相同频率资 源上进行发送的操作方法。该方法包括将频率资源划分为时间上的多个帧，使得该至少两 个无线蜂窝通信系统的每个被适配为根据为该至少两个无线蜂窝通信系统的每个协商的 帧样式在一组多个帧期间进行发送；以及通过该至少两个无线蜂窝通信系统的每个，在为 该至少两个无线蜂窝通信系统的每个协商的该组多个帧的至少一个帧中广播协商的帧样 式。依据本发明的一个方面，提供一种由至少两个无线蜂窝通信系统用于在相同频率 资源上共存的方法。该方法包括将频率资源划分为时间上的多个帧，使得该至少两个无线 蜂窝通信系统的每个被适配为根据为该至少两个无线蜂窝通信系统的每个协商的帧样式 在一组多个帧期间进行发送；以及通过该至少两个无线蜂窝通信系统的每个，在为该至少 两个无线蜂窝通信系统的每个协商的该组多个帧的至少一个帧中广播包括协商的帧样式 的控制信息。依据本发明的另一个方面，提供一种由至少两个基站用于在相同频率资源上共存 的方法。该方法包括将频率资源划分为时间上的多个帧，使得该至少两个基站的每个被适 配为根据为该至少两个基站的每个协商的帧样式在一组多个帧期间进行发送；以及通过该 至少两个基站的每个，在为该至少两个基站的每个协商的该组多个帧的至少一个帧中发送 包括协商的帧样式的控制信息。依据本发明的另一个方面，提供一种在其中多个CR通信系统共存的环境中用于 帧间资源共享的CPE的装置。该装置包括帧处理器，用于接收超帧控制信息；帧管理器，用 于在接收超帧控制信息之后，确定使用帧单元的共存模式是否被指示；以及控制器，用于在 共存模式被指示时，检测在超帧中分配的至少一个帧。依据本发明的另一个方面，提供一种在其中至少两个无线蜂窝通信系统共存的环 境中用于在相同频率资源上共存的基站(BQ的装置。该装置包括帧管理器，用于将频率 资源划分为时间上的多个帧，使得该至少两个无线蜂窝通信系统的每个被适配为根据为该 至少两个无线蜂窝通信系统的每个协商的帧样式在一组多个帧期间进行发送；和发送器， 用于在为该至少两个无线蜂窝通信系统的每个协商的该组多个帧的至少一个帧中广播包 括协商的帧样式的控制信息。依据本发明的另一个方面，提供一种在其中至少两个无线蜂窝通信系统共存的环 境中用于在相同频率资源上共存的基站(BQ的装置。该装置包括帧管理器，用于将频率 资源划分为时间上的多个帧，使得该至少两个基站的每个被适配为根据为该至少两个基站 的每个协商的帧样式在一组多个帧期间进行发送；和发送器，用于在为该至少两个基站的 每个协商的该组多个帧的至少一个帧中发送包括协商的帧样式的控制信息。依据本发明的另一个方面，提供一种用于在其中多个认知无线电(CR)通信系统 共存的环境中操作的消费者住所设备(CPE)的装置。该装置包括帧处理器，用于接收超帧 控制信息；帧管理器，用于在接收超帧控制信息之后，确定使用帧单元的共存模式是否被指示；以及控制器，用于如果共存模式被指示，则检测在超帧中分配的至少一个帧。依据本发明的另一个方面，提供一种其中多个CR通信系统共存的环境中用于共 享信道的装置。该装置包括帧偏移，其在多个分配的帧当中指示一个超帧的起始帧，其中 该装置针对每个BS在一个超帧中组成包括关于分配给BS的帧信息的帧分配MAP的SCH，并 且在分配的帧的起始帧处发送和接收SCH。依据本发明的另一个方面，提供一种在其中多个CR通信系统共存的环境中用于 帧间资源共享的BS的操作方法。该方法包括扫描可用的信道，当不存在可用的信道时，相 对于由另一 CR通信系统占用的信道确定组成超帧的帧的占用状态，通过考虑帧占用状态 来确定超帧中的可用帧，并且在超帧的对应的帧上发送包括确定的至少一个可用帧的信息 的 SCH。依据本发明的另一个方面，提供一种在其中多个CR通信系统共存的环境中用于 帧间资源共享的CPE的操作方法。该方法包括确定共存模式和正常模式中的一个，以及在 共存模式下，从超帧内的对应帧中提取帧分配信息，并且确定在超帧中分配的至少一个帧。通过结合公开本发明的示范性实施例的附图的以下具体描述，本发明的其他方 面、优点和突出特征对本领域的技术人员将变得明了。
通过结合附图的以下描述，本发明具体示范性实施例的以上和其它方面、特征和 优点将变得更明了，其中图1说明根据本发明的示范性实施例的认知无线电(CR)系统中使用的超帧结构 的图；图2说明根据本发明的示范性实施例的CR通信系统中帧间共享的图；图3说明根据本发明的示范性实施例的超帧结构的图；图4和5说明根据本发明的示范性实施例的CR通信系统中用于帧间共享的基站 (BS)的操作的流程图；图6说明根据本发明的示范性实施例的CR通信系统中用于帧间共享的消费者住 所设备(CPE)的操作的流程图；以及图7是根据本发明的示范性实施例的CR通信系统中用于帧间共享的装置的框图。全部附图中，类似的引用数字将被理解为指代类似的部件、组件和结构。
具体实施例方式提供参照附图的以下说明以帮助充分理解由权利要求书及其等价物限定的本发 明的示范性实施例。其包括各种特定的细节以有助于理解，但是这应当看成仅是示范。因 此，本领域普通技术人员不难理解，可以对这里描述的实施例进行各种变更和修改而不背 离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简洁起见，略去公知的功能和构造的描述。以下说明和权利要求书中使用的术语和单词不限于文献的意思，而是仅由发明人 用于使得本发明的理解清楚和一致。因此，本领域普通技术人员显然可知，本发明的示范性 实施例的以下说明是提供用于说明的目的而不是限制由所附权利要求及其等价物限定的 本发明的目的。
应该理解，单数形式“一”、“一个”、和“该”包括复数形式，除非上下文清楚地另有 指明。因此，例如，引用“一个组件表面”包括对一个或多个这样的表面的引用。术语“基本上”意味着所述的特性、参数、或值不需要精确地实现，而是可以以不排 除意图提供的效果和特性的数量上出现包括例如公差、测量误差、测量精度限制和本领域 技术人员公知的其他因素的偏差或变化。本发明的示范性实施例提供用于在认知无线电(CR)通信系统中基于帧的资源共 享的帧结构、方法、和装置。图1说明根据本发明的示范性实施例的CR系统中使用的超帧结构。参考图1，16个帧构成一个超帧。超帧的第一帧#1包括超帧前导码100、帧前导码 105、超帧控制首标(SCH) 110、下行流(DS) 115、上行流(US) 120、和自我共存窗口(SCW) 130。 DS 115 包括 US-MAP/DS-MAP/DCD/UCD116 和帧控制首标(FCH) 117。第二帧包括帧前导码135、DS 140,US 145 JPSCW 150。同样，第三帧到第N帧(第 16帧)和第二帧基本上构成相同。DS 140包括US-MAP/DS-MAP/DCD/UCD 141禾Π FCH 142。超帧前导码100仅插入第一帧#1中，而不插入到其他帧(第二帧到第N帧)。艮口， 一个超帧仅包括一个超帧前导码100。如此，每个超帧的第一帧承载超帧前导码100、帧前导码105、和SCH 110。SCH 110 不仅承载安静时段调度算法而且承载关于系统中的小区的基本系统信息。在超帧的结束处(第N帧)，基站(BS)通过调度SCW间隔130和150来控制在相 邻小区之间交换共存信标协议(CBP)分组。使用CBP分组交换，执行几种频谱共存协议/ 算法。因此，借助频谱共存机制，相邻小区可以共享频谱。图2说明根据本发明的示范性实施例的帧间共享。假定如图2所示位于彼此接近 的CR系统仅使用一个可用信道通信，或者可用信道在数量上小于共存CR系统并且要使用 的信道不足够。传统方法基于超帧让一个CR系统(或一个CR BS)使用一个频率信道。因 此，当多个CR系统彼此接近时，需要一种新的共享机制来以更好的方案支持频谱共享。为 此，本发明的示范性实施例定义最小帧单元中的频谱共享。即，本发明的示范性实施例提供 使得BS能够在超帧中基于每个帧共享一个信道的方法和装置。参考图2，第一小区210、第二小区220、和第三小区230彼此重叠，然而第四小区 240与第一小区210和第二小区220重叠但是不与第三小区230重叠。假定四个小区210到240可以通过协商根据传输调度方案执行数据传输。通过在 SCff中交换CBP分组来执行该协商。这里，共存小区通过其获取调度的特定协议和算法在本 公开的范围之外并且为解释简洁起见将被省去。根据调度结果，第一小区210在帧1、4、7、10和13上发送数据，第二小区220在帧 2、5、8、11和14上发送数据，而第三小区230和第四小区240在帧3、6、9、12、15和16上发 送数据。在共享和使用一个信道的CR通信系统中，执行调度以阻止重叠的小区210和220 和230在相同时间发送数据。相反，即使第三小区230和第四小区MO (它们彼此不重叠) 在相同时间发送数据，由于在它们之间的距离而不会发生干扰。因此，第三小区230和第四 小区240可以同时发送数据。第一小区210在第一分配帧间隔中发送超帧前导码和SCH信息。第二小区220在 第二分配帧间隔中发送超帧前导码和SCH信息。第三小区230和第四小区240在第三分配帧间隔中发送超帧前导码和SCH信息。为了允许帧间共存模式，需要修改传统超帧结构和传统SCH格式。图3说明根据本发明的示范性实施例的超帧结构。参考图3，为了第一小区210到第四小区240基于帧共享资源，在一个超帧结构中 将超帧前导码和SCH添加到由第一小区210到第四小区240发起的帧中。例如，当在一个超 帧中，帧1、4、7、10和13被分配给第一小区210，帧2、5、8、11和14被分配给第二小区220， 而帧3、6、9、12、15和16被分配给第三小区230和第四小区MO时，第一小区210的起始帧 是第一帧，第二小区220的起始帧是第二帧，而第三小区230和第四小区240的起始帧是第 三帧。第一帧、第二帧、和第三帧各自包括对应的超帧前导码和对应的SCH信息。S卩，第一、 第二、和第三帧包括超帧前导码；350、帧前导码;355、SCH 360,DS 365、和US 370。DS 365包 括US、DS-MAP/DCD/UCD366、和FCH 367。在帧的结束处，定义SCW间隔373。超帧的其他帧(除第一、第二、和第三帧以外的帧)包括帧前导码375、DS 380、和 US 385。DS 385 包括 US、DS-MAP/DCD/UCD 381JPFCH 382。在帧的结束处，定义 SCW 间隔 390。第三帧包括在相同时间分配给第三小区230和第四小区240的帧300、310、305和 315，且第三小区230和第四小区240彼此不重叠。因此，即使当在相同信道中同时共享第 三帧也不会发生干扰。图3的超帧中，各帧被分配到BSl、BS2、和BS3，而且它们的起始帧(如，BSl的起 始帧是帧1，BS2的起始帧是帧2，而BS3的起始帧是帧幻各自包括SCH。在各种实施方式 中，可以将SCH包含在超帧中的不同于分配给BS的帧的起始帧的另外的帧中。表1示出根据本发明的示范性实施例的新SCH格式。表 1
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权利要求
1.一种由至少两个无线蜂窝通信系统用于在相同频率资源上共存的方法，该方法包括将频率资源划分为时间上的多个帧，使得该至少两个无线蜂窝通信系统的每个被适配 为根据为该至少两个无线蜂窝通信系统的每个协商的帧样式在一组多个帧期间进行发送; 以及通过该至少两个无线蜂窝通信系统的每个，在为该至少两个无线蜂窝通信系统的每个 协商的该组多个帧的至少一个帧中广播包括协商的帧样式的控制信息。
2.一种由至少两个基站用于在相同频率资源上共存的方法，该方法包括将频率资源划分为时间上的多个帧，使得该至少两个基站的每个被适配为根据为该至 少两个基站的每个协商的帧样式在一组多个帧期间进行发送；以及通过该至少两个基站的每个，在为该至少两个基站的每个协商的该组多个帧的至少一 个帧中发送包括协商的帧样式的控制信息。
3.一种在其中至少两个无线蜂窝通信系统共存的环境中用于在相同频率资源上共存 的基站(BQ的装置，该装置包括帧管理器，用于将频率资源划分为时间上的多个帧，使得该至少两个无线蜂窝通信系 统的每个被适配为根据为该至少两个无线蜂窝通信系统的每个协商的帧样式在一组多个 帧期间进行发送；和发送器，用于在为该至少两个无线蜂窝通信系统的每个协商的该组多个帧的至少一个 帧中广播包括协商的帧样式的控制信息。
4.一种在其中至少两个无线蜂窝通信系统共存的环境中用于在相同频率资源上共存 的基站(BQ的装置，该装置包括帧管理器，用于将频率资源划分为时间上的多个帧，使得该至少两个基站的每个被适 配为根据为该至少两个基站的每个协商的帧样式在一组多个帧期间进行发送；和发送器，用于在为该至少两个基站的每个协商的该组多个帧的至少一个帧中发送包括 协商的帧样式的控制信息。
5.根据权利要求1所述的方法和根据权利要求3所述的装置，其中控制信息包括下列 至少一个超帧编号、安静时段信息、包括在无线蜂窝通信系统中且广播该控制信息的当前 基站的标识符、指示由当前基站使用的物理TV信道编号的信道编号、和规定协商的该组多 个帧中循环前缀的尺寸的循环前缀因子。
6.根据权利要求1所述的方法和根据权利要求3所述的装置，其中控制信息包括模式 信息和帧分配信息，其中模式信息指示由广播控制信息的无线蜂窝通信系统操作的当前小 区的共存模式或正常模式，并且帧分配信息指示哪些帧被分配给当前小区。
7.根据权利要求2所述的方法和根据权利要求4所述的装置，其中控制信息包括下列 至少一个超帧编号、安静时段信息、广播该控制信息的当前基站的标识符、指示由当前基 站使用的物理TV信道编号的信道编号、和规定协商的该组多个帧中循环前缀的尺寸的循 环前缀因子。
8.根据权利要求2所述的方法和根据权利要求4所述的装置，其中控制信息包括模 式信息和帧分配信息，其中模式信息指示由广播控制信息的当前基站的共存模式或正常模 式，并且帧分配信息指示哪些帧被分配给当前基站。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括为该至少两个无线蜂窝通信系统的每个确定该组多个帧，其中确定该组多个帧的步骤包括扫描未被至少一个共存系统使用的信道；当不存在可用的信道时，从由至少一个共存系统使用的信道中选择用于帧间共享的信 道；以及确定选择的用于帧间共享的信道的帧占用状态。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，当仅一个共存系统占用选择的用于帧间共享的 信道时，使用基于信道的共存机制来共享信道，该机制包括信道租用/提供算法或信道竞 争算法，以及当一个或多个共存系统占用选择的用于帧间共享的信道时，确定帧占用状态。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，当选择的用于帧间共享的信道的全部帧被占用 时，通过执行包括帧租用/提供算法和帧竞争算法的帧间共存机制来分配一个或多个帧。
12.根据权利要求3所述的装置，还包括控制器，用于为该至少两个无线蜂窝通信系统的每个确定该组多个帧，其中控制器扫描未被至少一个共存系统使用的信道，当不存在可用的信道时，从由至 少一个共存系统使用的信道中选择用于帧间共享的信道，以及确定选择的用于帧间共享的 信道的帧占用状态。
13.根据权利要求10所述的装置，其中，当仅一个共存系统占用选择的用于帧间共享 的信道时，使用基于信道的共存机制来共享信道，该机制包括信道租用/提供算法或信道 竞争算法，以及当一个或多个共存系统占用选择的用于帧间共享的信道时，确定帧占用状态。
14.根据权利要求10所述的装置，其中，当选择的用于帧间共享的信道的全部帧被占 用时，通过执行包括帧租用/提供算法和帧竞争算法的帧间共存机制来分配一个或多个 帧。
15.一种用于在其中多个认知无线电(CR)通信系统共存的环境中由消费者住所设备 (CPE)操作的方法，该方法包括接收超帧控制信息；在接收超帧控制信息之后，确定使用帧单元的共存模式是否被指示；以及如果共存模式被指示，则检测在超帧中分配的至少一个帧。
16.一种用于在其中多个认知无线电(CR)通信系统共存的环境中操作的消费者住所 设备(CPE)的装置，该装置包括帧处理器，用于接收超帧控制信息；帧管理器，用于在接收超帧控制信息之后，确定使用帧单元的共存模式是否被指示；以及控制器，用于如果共存模式被指示，则检测在超帧中分配的至少一个帧。
17.根据权利要求13所述的方法和根据权利要求14所述的装置，其中超帧控制信息包 括下列至少一个超帧编号、安静时段信息、包括在CR通信系统中且发送超帧控制信息的 当前基站的标识符、指示由当前基站使用的物理TV信道编号的信道编号、和规定超帧中循环前缀的尺寸的循环前缀因子。
18.根据权利要求13所述的方法和根据权利要求14所述的装置，其中超帧控制信息包 括模式信息和帧分配信息，其中模式信息指示由发送超帧控制信息的CR通信系统操作的 当前小区的共存模式或正常模式，并且帧分配信息指示该超帧中的哪些帧被分配给当前小 区。
全文摘要
提供一种认知无线电(CR)通信系统中用于帧间资源共享的帧结构、方法、和装置。一种用于在多个CR通信系统共存的环境中共享信道的装置针对每个BS在一个超帧中组成超帧控制首标(SCH)，其包括关于分配给基站(BS)的帧信息的帧分配MAP，并且在分配给BS的帧的起始帧处发送和接收所述SCH。
文档编号H04B7/26GK102089999SQ200980126708
公开日2011年6月8日 申请日期2009年7月10日 优先权日2008年7月10日
发明者单成, 朴用浩, 李根镐, 林恩泽, 禹政秀, 金相范 申请人:三星电子株式会社