在认知无线电环境中检测隐藏内曲系统的信号传输方法以及用于该方法的信道划分方法

具体实施方式

现将详细参照本发明的当前实施例，其示例在附图中表示，其中，相同的标号始终表示相同的部件。以下通过参考附图描述实施例以解释本发明。

在本说明书中，认知无线电(CR)环境中的CR技术，具体地，电气电子工程师协会(IEEE)802.22无线区域网(WRAN)工作组中的CR技术被重点描述。然而，这仅是本发明的各方面的可应用领域的示例，故本发明不限于此。

可如下定义本说明书中使用的术语：

1)CR基站：指定CR环境中提供通信服务的基站；

2)CR终端：指定从CR基站接收通信服务的终端；

3)内曲系统：指定占用相应的信道并提供服务，从而相比于CR环境中操作的系统对相应的信道具有更高的优先级的系统；

4)内曲终端：指定接收内曲服务的服务的终端；

5)带外信道：指定未被内曲系统和CR系统两者使用的信道；

6)隐藏内曲系统：指定当CR基站不识别内曲系统的存在时对CR用户施加干扰的内曲系统。

以下将参照附图详细描述本发明的实施例。

图2是示出根据本发明的实施例的CR基站发送EOS的处理的示图。

参照图2，CR基站根据预定的时间段通过使用带外信道(诸如，除了由内曲系统(206和207)使用的信道(信道4)204之外的信道(信道5)202和信道(信道6)203)广播关于使用中的信道(信道1)200和信道(信道3)201的信息(EOS)。在这种情况下，当隐藏内曲系统利用信道(信道3)201时，由于隐藏内曲系统(205)的干扰，使用信道(信道3)201的CR终端不能从CR基站接收下行链路信号。另外，CR终端感测另一可用信道以与CR基站通信。在这种情况下，当CR终端在搜索另一信道的同时接收带外信号时，CR终端识别相应的信道是可用的，并通过上行链路内曲系统正使用信道通知给CR基站(208)。

EOS的帧结构可由传统物理(PHY)层和MAC层的帧结构形成，所述EOS的帧结构使广播的EOS甚至当CR终端不包括具体设计的协议或物理层模块时也能够被检测到。作为隐藏内曲系统突然占用CR终端正使用的信道的准备，CR基站可根据预定的时间段将EOS广播到除了正用于数据服务的信道之外的另一可用信道。另外，CR终端可根据预定的时间段(即，带外信号传输时间段)检测CR基站的信号。在这种情况下，可根据必要检测时间确定带外信号传输时间段。必要检测时间可被定义为当内曲系统突然利用CR终端的使用信道时，CR终端将使用信道移动到另一信道而不引起内曲系统的干扰所需的时间信息。

图3是示出根据本发明的实施例的CR基站连续广播EOS以及CR终端接收广播的EOS的处理的示图。参照图3，CR基站在带外信号传输时间段305期间将EOS连续广播到带外信道A 301、带外信道B 302、带外信道C 303和带外信道D 304。当CR终端没有接收CR基站正在服务的信道x的信号时，CR终端感测另一信道以检测CR基站的信号。当CR终端如点306所指示的在感测信道的同时没有经由信道A 301接收广播的EOS，而如点307所指示的经由信道B 302检测到CR基站的EOS时，可从EOS识别当前服务信道标识符。另外，当在CR终端的使用信道x与CR基站之间的通信由于内曲系统的信道占用而不能进行时，CR终端将内曲系统的信道占用报告给CR基站。对于报告，CR终端通过使用带外广播信号的上行链路资源将感测报告信号发送到CR基站。在这种情况下，感测报告信号包括报告信息。因此，CR基站可识别隐藏内曲系统的信道占用并将当前服务信道x改变为另一可用信道。

图4的A)部分是示出根据本发明的实施例的包括EOS的带外广播信号的帧结构的示例的示图。参照图4的A)部分，如上所述，带外广播信号可具有广泛利用的正交频分复用接入(OFDMA)帧的帧结构。在这种情况下，OFDMA帧包括：超帧控制头(SCH)401、帧检查头(FCH)402、下行链路映射(DL-MAP)403、上行链路映射(UL-MAP)404、下行链路突发(DL-Burst)405和上行链路突发(UL-Burst)406。下行链路映射403指定用于每个用户的单个OFDMA帧中的下行链路资源分配部分。上行链路映射404指定用于每个用户的单个OFDMA帧中的上行链路资源分配部分。下行链路突发405包括每个用户接收的实质数据。另外，上行链路突发406为每个用户发送实质数据。

图4的A)部分所示的带外广播信号具有CR基站和CR终端发送实质服务的物理层和MAC层的相同的帧结构。具体地，SCH 401与位信息一起分配，该位信息指示传输帧与用于实质数据传输的MAC帧相应还是与用于带外广播的MAC帧相应。下行链路突发405包括关于当前使用的服务信道和可用的服务信道的信息。当CR终端从CR基站接收信号失败时，CR基站感测另一信道，检测带外广播信号并使用上行链路突发406将感测报告信号发送到CR基站。在这种情况下，感测报告信号可包括通信对当前服务信道不可进行的信息。当CR终端没有检测内曲系统的信号时，感测报告信号还可包括服务信道正被内曲系统使用的信息。另外，感测报告信号可另外包括由CR终端测量的各种类型的信道信息。

如图4的A)部分所示，可在预定的带外信号传输时间段413的预定的带外广播信号传输传输时间412内发送k数量的帧。在这种情况下，每个帧具有帧传输时间411。后面将对k数量的帧的传输进行技术性描述。

图4的B)部分是示出根据本发明的实施例的在CR基站与至少一个CR终端之间发送确认信号和感测报告信号的方法的示图。

参照图4的B)部分，四个CR终端(CR CPE 1、CR CPE 2、CR CPE 3和CR CPE 4)位于单个CR系统，CR基站将第一带外广播信号发送到CR终端(CR CPE 2和CR CPE 3)。在这种情况下，CR终端(CR CPE 2和CR CPE3)接收第一带外广播信号，并经由内曲系统正使用的当前服务信道的上行链路资源报告给CR基站。另外，CR终端(CR CPE 1和CR CPE 4)接收第二带外广播信号，并经由内曲系统正使用的当前服务信道的上行链路资源报告给CR基站。因此，CR基站经由第一带外广播信号的上行链路资源接收CR终端(CR CPE 2)的感测报告信号，并经由第二带外广播信号的下行链路资源发送关于接收的感测报告信号的确认信号(CPE 2 ACK)。CR终端(CR CPE2)接收确认信号(CPE 2 ACK)，并将当前服务信道改变为另一信道而不发送感测报告信号。在这种情况下，由于确认信号与CR终端(CR CPE 2)发送的感测报告信号不相应，故CR终端(CR CPE 3)经由第二带外广播信号的上行链路资源重发(即，重新报告)感测报告信号。CR终端(CR CPE 3)接收经由第三带外广播信号的下行链路发送的确认信号(CPE 3 ACK 451)，并将信道改变为另一信道，其中，其它信道与CR终端(CR CPE 2)相同。另外，经由第二帧的上行链路资源发送感测报告信号的CR终端CR CPE 1和4如CR终端CR CPE 2和3一样执行重传(如CPE 3 ACK 452和重新报告453中所示)。CR终端(CR CPE 1)接收第四带外广播信号。另外，由于经由上行链路资源发送的确认信号(CPE 1 ACK 454)与CR终端(CR CPE 1)发送的感测报告信号453不相应，故CR终端CR CPE 1重发(即，重新报告)感测报告信号455。由CR基站使用上述方法执行经由确认信号ACK的传输的感测报告信号的传输/重发。

由于CR基站通常不预测哪个CR终端发送感测报告信号，故可不将上行链路资源预分配到发送感测报告信号的CR终端。因此，当至少两个CR终端将包括关于隐藏内曲系统的报告信息的感测报告发送到CR基站时，可发生冲突。为了减小冲突从而提高CR基站的感测报告信号接收率，如图4的A)部分所示，在带外广播信号传输传输时间412期间的带外信号传输时间段413内发送/接收最大k数量的帧。特别地，通过在帧的SCH 401中包括k信息来发送带外广播信号。另外，经由下一上行链路发送关于CR基站成功接收的感测报告信号的确认信号。通过该操作，仅有未成功接收的感测报告信号经由下一上行链路重发。

图5是示出根据本发明的实施例的由至少一个相邻CR基站经由多个发送器将EOS广播到CR终端的方法的示图。图5示出经由多个通信发送器发送EOS的方法的示例，以避免当至少两个相邻CR基站发送带外广播信号时可发生的冲突。

当至少两个相邻CR基站发送多个EOS时，在发送的EOS之间可发生冲突。在这种情况下，当CR基站交换关于EOS广播的带外信号传输调度数据并从而在不同时间发送EOS时，可避免冲突。然而，当至少两个相邻CR基站不能互相通信时，CR基站可能不交换带外信号传输调度数据，并可能发生信号的冲突。为了避免在至少两个相邻CR基站之间的信号的冲突，从预定的带外信号传输时间段500选择时隙并在带外广播信号传输传输时间期间发送EOS。经由信道A、B和C中的至少一个发送带外广播信号，CR基站1和CR基站2经由包括在CR基站1和CR基站2中的多个发送器同时将带外广播信号发送到所有带外信道A、B和C(如传输501、502、503和504所示)。CR基站1和CR基站2在每个带外信号传输时间段500随机选择一个时隙，并可在选择的时隙中同时将EOS发送到所有带外信道A、B和C。

图6是示出根据本发明的实施例的由至少一个相邻CR基站经由单个发送器将EOS广播到CR终端的方法的示图。图6示出经由单个通信发送器发送EOS的方法的示例，以避免当至少两个相邻CR基站发送带外广播信号时可能发生的冲突。

相似于参照图5所作的描述，为了避免在至少两个相邻CR基站之间的冲突，在预定的带外信号传输时间段600内通过使用单个通信发送器为每个信道选择不同的时隙，EOS在选择的时隙(如选择的时隙601和602所示)中连续地被发送。在这种情况下，在带外广播信号传输传输时间期间发送EOS。CR基站1和CR基站2在下一带外信号传输时间段期间随机选择信道，并在每个时隙(如时隙603和604所示)发送关于单个信道的EOS。

图7是示出根据本发明的实施例的关于单个可用信道的划分为用于数据传输的区域和发送EOS的区域的信道的结构的示图。图7示出通过CR终端将EOS发送到带外信道的信道划分方法，该方法仅使用整个可用信道的带宽的预定的带位置和预定的部分，并利用剩余的信道资源用于数据传输。

当CR基站经由带外信道x700发送EOS时，可利用EOS频带701。另一CR终端可利用剩余的信道部分702用于数据传输。特别地，当发送EOS时，CR基站仅利用具有相对小的带宽704的EOS频带701，并且CR基站包括保护带703以避免相同信道内的干扰。另外，另一CR终端利用剩余的信道部分702用于数据传输。因此，可提高信道资源的使用效率。CR基站将与部分信道相应的EOS频带701预定义为可发送EOS的频带，并仅在EOS频带701中允许带外信号传输。

图8是示出根据本发明的实施例的检测内曲系统并通过使用信道划分方法将新信道分配给CR终端的方法流程图。图8示出当CR基站感测内曲系统的信道占用或当CR基站从CR终端接收关于内曲系统的信道占用的报告时，停止经由相应的信道的EOS的广播、搜索另一可用信道并通过可用信道广播EOS的处理。

如图7所述，在操作800，CR基站经由信道x的EOS频带广播EOS。在操作801，CR基站检测关于信道x的另一系统的信道占用或确定是否从CE终端接收到关于内曲系统的信道占用的报告。在操作802，当在操作801检测到关于信道x的不同系统的信道占用或从CE终端接收到关于内曲系统的信道占用的报告时，CR基站确定所述不同系统是否与内曲系统相应。

在CR环境中，内曲系统对相应的CR信道资源使用具有最高的优先权顺序。因此，当内曲系统执行关于信道x的不同系统的信道占用时，CR基站可立即停止经由信道x的EOS的广播，以避免与内曲系统的干扰。特别地，在操作802确定所述不同系统是否与内曲系统相应，以及何时所述不同系统与内曲系统相应作为确定的结果，立刻停止经由信道x的EOS的广播。相反地，当所述不同系统与内曲系统不相应时，可经由信道x的EOS频带发送EOS，直到找到另一可用信道。可经由在物理层执行的信道感测方法执行操作802。另外，信道感测方法包括能量检测和精细/特征感测。另外，可利用谱相关感测方法确定所述不同系统是否与内曲系统相应。在这种情况下，能量检测可利用从另一系统发送的信号的接收信号强度指示器(RSSI)测量和多分辨率频谱感测方法。另外，精细/特征感测可利用基于能量的精细检测、信号特征检测、循环平稳(cyclosationary)特征检测等。根据在物理层执行的信道感测方法，MAC层可确定所述不同系统是否与内曲系统相应。

当在操作802确定所述不同系统与内曲系统相应时，CR基站在操作803停止经由信道x的EOS的广播，在操作804搜索另一可用信道，并在操作805确定是否找到不同的可用信道。当找到不同的可用信道时，CR基站在操作809将信道x改变为找到的可用信道。相反地，当在操作802确定所述不同系统与内曲系统不相应时，例如，当不同CR系统利用信道x的数据传输频带时，CR基站在操作806搜索不同的可用信道，并在操作807确定是否找到不同的可用信道。当找到不同的可用信道时，CR基站在操作808停止经由信道x的EOS的广播，并在操作809将信道x改变为找到的可用信道。

图9是示出根据本发明的另一实施例的利用信道划分方法的CR环境中的CR终端的操作方法的示例的流程图。图9示出这样一种方法：当CR基站尝试搜索可用信道用于数据传输，却没有找到整个带可用信道时，如图7所述，由另一CR基站搜索仅利用EOS频带的信道并使用剩余的频带用于数据传输频带的方法。

在操作900，CR基站搜索可用于数据传输的信道。在操作901，CR基站确定找到的信道的可用频带是否与信道的整个带相应。在操作902，当信道的整个带可用时，CR基站利用该信道。相反地，当在操作901确定信道的整个带不可用时，在操作903，CR基站确定，例如，是否仅有在带外广播信号传输传输时间期间使用的通过从信道的整个带减去使用带BW_EOS获得的剩余的信道是可用的。当可用时，在操作904利用信道中的剩余数据传输频带用于数据传输。作为示例，当信道的整个带宽是6MHz时，利用6MHz-BW_EOS。在操作905，CR基站确定在相应的信道的带外广播信号传输传输时间期间利用的带BW_EOS是否可用。当带BW_EOS可用时，在操作906，CR基站使用信道的整个带发送/接收数据。

虽然基于在IEEE 802.22 WRAN工作组中讨论的CR技术描述本发明的各方面，但是本发明的各方面可广泛应用于采用除了IEEE 802.22 WRAN之外的其它方法的VR环境。

根据本发明的各方面，甚至当CR基站没有直接识别CR环境中的内曲系统的信道占用时，也能够减小CR基站可影响内曲终端的干扰。另外，由于内曲系统的干扰造成的不可通信CR终端可接收无缝通信服务。

另外，根据本发明的各方面，当CR基站将EOS广播到CR终端时，成功接收感测报告信号的确认信号包括在EOS中。因此，能够减小从多个CR终端发送的感测报告信号的冲突概率，并还减小获得精确信道信息的时间。

另外，根据本发明的各方面，当至少两个相邻CR基站发送多个EOS时，在这种情况下，没有调整在所述至少两个相邻CR基站之间的带外信号传输调度，能够减小在所述至少两个相邻CR基站之间的EOS冲突概率，并从而提高CR终端的EOS接收率。

另外，根据本发明的各方面，单个信道的部分频带用于发送EOS，剩余频带用于数据传输。因此，能够提高信道使用效率。

另外，根据本发明的各方面，CR基站可通过使用信道划分方法仅在带外广播信号传输传输时间内从CR终端接收感测报告信号并发送EOS。另外，CR基站可利用剩余的频带用于数据传输。因此，可有效地利用信道资源。

虽然已经示出和描述了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应该理解：在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对实施例进行改变，本发明的范围由权利要求及其等同物所限定。