專利名稱：：多頻率分配系統中使用有效頻譜感測進行頻率信道分配的方法
技術領域：
：本發明涉及在多頻率分配(FA)系統中使用有效頻譜感測(sense)來分配頻率信道的方法，更具體地，涉及在多FA系統中使用有效頻譜感測分配頻率信道的方法，通過此方法，使用信道狀態的組信息而初級用戶不受到干擾噪聲，即可將頻率信道分配給請求信道分配的二級用戶，同時多FA系統根據使用狀態將許可并分配給初級用戶的頻率信道分成激活組、候選組和占用組并管理所分類的頻率信道。
背景技術：
：使用無線通信的服務需求正在快速增長，但是具有良好傳輸特性并且在組件開發方面較為容易的頻帶已被占用。因而，認知(cognitive)無線技術用于期望使用通過時間和空間檢查許可并分配給初級用戶的頻率信道而發現的未被利用的頻率信道而提供新服務的二級用戶。該初級用戶和二級用戶是由不同的服務或運營商使用的通信系統，下面來描述它們。本發明對應于正由正EE802.22進行標準化的技術，更詳細地，正在確定功能需求以便創建標準化草案。根據正EE802.22標準，希望使用由使用TV頻帶或當前用于無線麥克風通信的頻帶(例如，在美國與TV頻道號2到51對應的54MHz到698MHz的頻帶，或國際上41MHz到910MHz的頻帶)的TV或無線設備的初級用戶所不使用的時間和空間來提供無線因特網服務。為了IEEE802.22系統(基站(BS)、用戶終端設備(CPE)和核心網絡)使用所分配的TV頻帶，二級用戶的BS和作為二級用戶的終端的CPE必須知道頻率信道的當前狀態。為了完成此操作，二級用戶的BS和終端通過掃描當前TV頻率信道(即，從41MHz到910MHz的頻帶)來一直監視信道使用狀態。因此，當初級用戶想要使用正由二級用戶使用的頻率信道時，而二級用戶能夠快速地將頻率信道切換給初級用戶。如上所述，本發明涉及在多頻率分配(FA)系統(即IEEE802.22標準系統)中，當在被分配給TV廣播的41MHz到910MHz的頻帶內，將6、7或8MHz被設置為單個頻率信道時，感測并管理頻率信道的方法，其與IEEE802.16提議的動態頻率選擇(DFS)技術相似。正EE802.16提議的DFS技術是這樣一種技術在未經許可的帶寬內掃描無線數據通信服務以確定初級用戶的頻率信道是否被使用，將未被初級用戶使用的頻率信道分配給無線數據通信服務，根據初級用戶的請求通過使用BS從無線數據通信服務中釋放頻率信道，并且給無線數據通信服務分配新信道。就此來看，根據本發明的實施例的涉及在多FA系統中的感測頻譜的
技術領域：
與正EE802.22的頻語感測技術和IEEE802.16的DFS技術的4支術領域幾乎相同。然而，在傳統的IEEE802.16的DFS技術中，為了在未經許可的帶寬內提供無線因特網服務，BS使用請求終端測量所選頻率信道的狀態并接收所測量的結果的方法。在此傳統方法中，BS僅#1動獲取與許可給初級用戶的頻率信道的狀態有關的信息，因而，在使用被動獲取的狀態信息來分配或改變給新的二級用戶的頻率信道的過程中，由于頻譜感測的可靠性的下降，可能發生初級用戶的通信質量退化和通信干擾，并且由于諸如頻率信道狀態感測請求消息之類的開銷信號的增加，數據傳輸效率可能下降。因而，為了將許可給初級用戶的頻率信道分配給新的二級用戶而不影響初級用戶的通信質量，二級用戶的BS必須一直保持關于許可給初級用戶的頻率信道的狀態的最佳信息。為了完成此操作，二級用戶的終端和BS必須使用頻譜感測主動確定許可給初級用戶的頻率信道的狀態。此外，為了進行頻譜感測，需要一種考慮初級用戶是否使用頻率信道而改變感測周期的有效方法來代替簡單的周期感測方;去。
發明內容技術問題本發明提供了一種在多頻率分配(FA)系統中使用有效頻譜感測來分配頻率信道的方法，通過此方法，使用信道狀態的組信息而初級用戶不受到千擾噪聲，即可將頻率信道分配給請求信道分配的二級用戶，同時多FA系統根據使用狀態將許可給初級用戶的頻率信道分成激活組、候選組、空組和占用組并管理所分類的頻率信道。也就是"i兌，本發明提供了一種在多FA系統中使用有效頻譜感測來分配頻率信道的方法，通過此方法，多FA系統掃描多頻率信道(例如，從41MHz到910MHz的TV頻帶的頻率信道)的狀態，將頻率信道分成四個類型的組(激活組、候選組、空組和占用組)，并管理所分配的頻率信道，與此同時，高速地;險測初級用戶未使用的頻率信道并將其分配給請求新的頻率信道分配的二級用戶，并且如果檢測到初級用戶的出現，則短時間后釋放該頻率信道。技術方案根據本發明的一方面，提供了一種在多FA系統中應用于二級用戶的基站(BS)的信道分配方法，其中將許可給初級用戶的頻率信道分配給該二級用戶，該方法包括信道感測過程，其中，該BS根據使用狀態將許可給初級用戶的多個頻率信道分成多個信道狀態組，通過根據所分類的信道狀態組的類型來改變感測周期從而周期性地感測信道狀態，并管理所感測的信道狀態作為頻率信道狀態組信息；信道狀態組廣播過程，其中，該BS使用廣播消息將在信道感測過程中管理的頻率信道狀態組信息發送給二級用戶終端；以及信道分配過程，其中，如果該BS從已接收到該廣播消息的新二級用戶終端接收到信道分配請求消息，則該BS使用該頻率信道狀態組信息將許可給初級用戶的頻率信道中的一個未4吏用的頻率信道分配給該新二級用戶終端。該方法還可以包括信道狀態組信息更新過程，其中，該BS通過周期性地從向其分配頻率信道的二級用戶終端接收'二級用戶終端的頻率信道狀態組信息，來更新頻率信道狀態組信息。根據本發明的另一方面，提供了一種在多FA系統中應用于二級用戶的終端的信道分配方法，其中將許可給初級用戶的頻率信道分配給該二級用戶，該方法包括信道狀態組信息接收過程，其中，該二級用戶終端使用廣播消息從二級用戶的BS接收許可給初級用戶的多頻率信道的頻率信道狀態組信息，并管理所接收到的頻率信道狀態組信息；信道分配過程，其中，該二級用戶終端使用頻率信道狀態組信息請求BS進行信道分配，該BS將許可給初級用戶的頻率信道中的一個未使用的頻率信道分配給該二級用戶終端；以及信道狀態組信息報告過程，其中，該二級用戶終端通過根據信道狀信道的信道狀態，根據感測結果更新該頻率信道狀態組信息，并將更新的頻率信道狀態組信息報告給BS。該方法還可以包括更新信息發送過程，其中，在信道狀態組信息接收過程中接收到頻率信道狀態組信息之后，該二級用戶終端通過BS來掃描下游/上游頻率信道的狀態來更新接收到的頻率信道狀態組信息，并將更新的頻率信道狀態組信息發送給BS。有益效果如上所述，根據本發明，提供了一種涉及當新的多頻率分配(FA)系統(如無線區域網絡(WRAN)系統)使用許可的帶寬提供無線數據通信服務時，通過執行現有系統的許可帶寬(例如，TV頻帶)的頻率信道的頻譜感測來檢測初級用戶的頻率信道的使用狀態和干擾噪聲功率以及檢測初級用戶的出現的頻譜感測過程的技術。該技術的最重要的部分是即使該新的多FA系統使用相同的頻帶提供無線因特網服務，初級用戶也一定不發生通信質量退化或通信干擾。因而，與請求掃描所選頻率信道的現有技術不同，通過使用將分配給新的多FA系統的多個頻率信道的狀態分成四個類型組(激活組、候選組、空組和占用組)并根據所分組的類型來改變感測周期的周期感測方法，來執行對所選頻率信道的頻譜感測并報告所測量的結果，可以減少與感測有關的信號消息的數量，可以高速地執行頻譜感測，可以使用四種類型組信息來優化信道分配和信道改變。也就是說，在初級用戶不受到干擾噪聲的情況下，可以將頻率信道分配給新的二級用戶。通過下面參照附圖對本發明的示范性實施例的詳細描述，本發明的上述和其它特征和優點將變得更加清楚，其中圖1是根據應用本發明的實施例的4信道狀態組的信道狀態轉換圖2是示出根據本發明的實施例的在二級用戶的基站(BS)中使用有效頻譜感測來分配頻率信道的方法的流程圖3是根據本發明的實施例的無線區域網絡(WRAN)的下游/上游幀的數據結構；以及圖4是示出根據本發明的實施例的在二級用戶的終端中使用有效頻譜感測來分配頻率信道的方法的流程圖。具體實施例方式下面將通過參照本發明的優選實施例來詳細描述本發明的目的、特性和優點，從而使得本領域的普通技術人員能夠容易地實施本發明的精神和范圍。在以下描述中，將不再詳細描述公知的功能或結構，因為太過詳細會混淆本發明。下文中，將參照附圖更完整地描述本發明，附圖中示出了本發明的示范性實施例。現在將一般性地描述本發明。根據本發明的實施例，當多頻率分配(FA)系統在未許可的帶寬或許可的帶寬(例如，TV頻帶)內執行新的無線數據通信服務時，該多FA系統將頻率信道狀態分成四個類型的組(激活組、候選組、空組和占用組)并管理所分類的頻率信道，其中該多FA系統通過根據組類型來改變感測周期從而有效地管理頻率信道。表1示出了信道狀態組的定義，以便于幫助理解本發明。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>現在描述表1。激活組指示分配給二級用戶終端的下游/上游頻率信道。激活組包括第一激活組和第二激活組。候選組(盡管表l中使用術語"候選/備用組"，但是下文中將使用"候選組")指示初級用戶未使用并且未分配給任何二級用戶終端(CPE)的下游和上游頻率信道。占用組指示正由初級用戶使用的頻率信道。由于否決組不經常改變，因此否決組被排除在信道管理情形之外。也就是說，二級用戶的BS和終端定義了信道狀態組(即第一激活組、第二激活組、候選組、占用組和空組)以便于有效的管理，并管理這些信道狀態組。詳細地，每個BS管理激活組、候選組、占用組和空組，每個二級用戶終端也管理激活組、候選組、占用組和空組。在由多FA系統設置的每個信道的每個感測周期中更新每個信道狀態組，最小信道組更新周期是激活組感測周期。在本發明中，將多FA系統(如，無線區域網絡(WRAN)系統)的頻率信道分成如表1所示的多種類型的組并在BS中管理所分類的頻率信道的目的是根據頻率信道的狀態來改變感測周期并且有效地為每個二級用戶終端分配和改變頻率信道。根據頻譜感測方法，必須根據組類型不同地設置感測周期。對于激活組，當初級用戶想要使用分配給二級用戶終端的頻率信道時，必須高速地釋放頻率信道，因而必須最短化感測周期。對于候選組，由于必須掃描屬于候選組的頻率信道的使用狀態和測量電平，因此感測周期必須為中間長度。對于占用組，由于屬于占用組的頻率信道正被初級用戶所用，因此感測周期必須最長。圖1是應用根據本發明的實施例的4個信道狀態組的信道狀態轉換圖。現在描述根據圖1中示出的參考數字的轉換。根據參考數字l的轉換當現有服務出現時，屬于空組、激活組和候選組的頻率信道變為占用組的元素。也就是說，當現有服務出現時，二級用戶系統不能使用此頻率信道。根據參考數字2的轉換當從現有服務釋放的頻率信道的質量滿足特定質量閾值并且好于屬于候選組的任意一個元素的質量時，釋放的頻率信道變為候選組的元素。根據參考數字3的轉換當從現有服務釋放的頻率信道的質量不滿足特定質量閾值或壞于屬于候選組的所有元素的質量時，釋放的頻率信道變為空組的元素。根據參考數字4的轉換當屬于空組的元素的質量滿足特定質量閾值并且好于屬于候選組的任意一個元素的質量時，屬于空組的元素變為候選組的元素。根據參考數字5的轉換當由于WRAN服務的新連接而使得候選組的元素^f皮激活時，候選組的元素變為激活組的元素。根據參考數字6的轉換當由于根據參考數字2、4和7的轉換，屬于候選組的元素的質量不滿足特定質量閾值或壞于已變為候選組的元素的元素的質量時，屬于候選組的元素變為空組的元素。根據參考數字7的轉換當由于使用結束而被釋放的激活組的元素的質量滿足特定質量閾值并且好于屬于候選組的任意一個元素的質量時，釋放的元素變為候選組的元素。根據參考數字8的轉換當從WRAN服務釋放的頻率信道的質量不滿足特定質量閾值或壞于屬于候選組的所有元素的質量時，釋放的頻率信道變為空組的元素。一般來說，用于根據頻譜感測結果區分候選組和空組的質量闊值可以由干擾噪聲譜密度來表示，實際上，質量閾值被確定為保持WRAN上行/下行鏈路的鏈路質量的特定噪聲譜密度的幅值。因而，由于由WRAN上行/下行鏈路的性能和感測接收器結構來確定特定質量閾值，因此在本發明的實施例中，不能提議某個特定值作為特定質量閾值。圖2是示出根據本發明的實施例的在二級用戶的基站(BS)中使用有效頻譜感測來分配頻率信道的方法的流程圖。在與二級用戶終端的通信信道建立后，BS(意思是二級用戶的BS，下文中簡單地稱為"BS，，)周期性地執行頻譜感測。此外，BS使用廣播消息來發送其頻率信道狀態組信息給未與其建立通信信道的二級用戶終端。參照圖2,在操作100中，BS根據使用狀態將許可給初級用戶的多個頻率信道分成多個信道狀態組，通過根據所分類的信道狀態組的類型改變感測周期來周期性地感測信道狀態，并管理所感測的信道狀態作為頻率信道狀態組信息。在操作102中，BS使用廣播消息發送該頻率信道狀態組信息給二級用戶終端。已接收到該廣播消息的新的二級用戶終端發送信道分配請求消息給BS，用于分配頻率信道。如果在操作104中BS接收到來自該新的二級用戶終端的信道分配請求消息，則在搡作106中BS發送信道分配消息給該新的二級用戶終端。也就是說，如果BS接收到來自該新的二級用戶終端的信道分配請求消息，則該BS能夠分配至少一個下游和上游頻率信道給該新的二級用戶終端。該BS使用頻率信道狀態組信息將許可給初級用戶的頻率信道中的一個未使用的頻率信道分配給該新的二級用戶終端。當該新的二級用戶終端發送信道分配請求消息給BS時，該新的二級用戶終端執行測距、認證和登記過程，然后使用用于執行這三個過程的下游信道來發送信道分配請求消息給BS。在將頻率信道分配給該新的二級用戶終端之后，在操作108中，BS初始化已被分配了頻率信道的該新的二級用戶終端的下游/上游頻率信道狀態組，并發送頻率信道狀態組信息給該新的二級用戶終端。此后，BS設置已被分配了頻率信道的該新的二級用戶終端的周期頻譜感測模式。在該周期頻譜感測模式中，該新的二級用戶終端發送由該新的二級用戶終端掃描和更新的下游/上游頻率信道狀態組信息給BS。也就是說，在操作110中，BS從已^L分配了頻率信道的該新的二級用戶終端接收下游/上游頻率信道狀態組信息，并且在操作112中，BS更新該新的二級用戶終端的下游/上游頻率信道狀態組信息。如果通過使用周期性地從二級用戶終端接收報告的過程(參照操作110和112)或BS的感測過程，檢測到初級用戶出現在分配給二級用戶終端的頻率信道中，BS從二級用戶終端中釋放該頻率信道，并給該二級用戶終端分配另一個頻率信道。為了使BS和二級用戶終端掃描屬于激活組的頻率信道，必須設置靜態(quiet)周期(參照圖3的r9202)。圖3是根據本發明的實施例的WRAN系統的下游/上游幀的數據結構。參照圖3，設置了激活組的頻譜感測周期7;201和靜態周期7;202。靜態周期&202取決于頻譜感測算法的執行速度。必須將頻i普感測周期7;201設置成在檢測到初級用戶是否使用頻率信道之后釋放該頻率信道的最小時間。圖3示出了下游和上游頻率信道的基本幀結構，其中單個幀21包括4個時隙22到25。在該時隙結構中，時隙022包括包含廣播消息的突發，而時隙123、時隙224和時隙325不包括廣播消息-f旦是包括前同步碼26和數據符號區27。在當前實施例中，靜態周期々202隨機包括在時隙123、時隙224和時隙325之一中。圖4是示出根據本發明的實施例的在二級用戶的終端中使用有效頻語感測來分配頻率信道的方法的流程圖。二級用戶終端的頻譜感測方法可以被分成兩種。第一種是在二級用戶終端開啟后在建立通信信道之前使用的感測方法；第二種是在建立通信信道后使用的周期頻譜感測方法。參照圖4,在初始頻譜感測過程中，當二級用戶終端選擇下游頻率信道時，在操作300中，該二級用戶終端使用所選頻率信道的廣播消息來接收該二級用戶的BS的下游/上游頻率信道狀態組信息。在操作302中，該二級用戶終端掃描全部下游/上游頻率信道的信道狀態以^使于掃描該二級用戶終端周圍的頻率信道的信道狀態，根據掃描結果更新操作300中接收到的頻率信道狀態組信息，并發送更新的頻率信道狀態組信息給BS。該二級用戶終端在操作304中使用頻率信道狀態組信息發送信道分配請求消息給BS，并在306中從BS接收信道分配消息。通過該信道分配消息，向該二級用戶終端分配至少一個下游和上游頻率信道。在操作308中，該二級用戶終端設置通過使用該信道分配消息分配的至少一個下游和上游頻率信道中的下游/上游頻率信道，并發送信道設置信息給BS。在二級用戶終端的下游/上游頻率信道被設置之后，在操作310中，該二級用戶終端根據對于激活組、候選組、空組和占用組而不同地設置的頻譜感測周期來執行周期頻譜感測(掃描)。由該二級用戶終端執行的頻譜感測(掃描)'與由BS^l行的基本相同。通過執行下面的過程來完成由二級用戶終端執行的周期頻譜感測。在操作310中，二級用戶終端根據不同的感測周期來執行對激活組、候選組、空組和占用組的頻譜掃描。在操作312中，二級用戶終端根據掃描結果更新激活組、候選組和占用組的信道狀態。在操作314中，二級用戶終端向BS報告更新的頻率信道狀態組信息，并向BS報告最大值可達5個的所選候選組以及激活組的信道數和測量電平。重復執行操作310到314。因而，BS使用報告的信息更新頻率信道狀態組信息。本發明也可以被實施為計算機可讀記錄介質上的計算機可讀代碼。該計算機可讀記錄介質是能夠存儲此后可由計算機系統讀取的數據的任意一種數據存儲設備。計算機可讀記錄介質的示例包括只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、CD-ROM、磁帶、軟盤、光數據存儲設備和載波(如通過因特網的數據傳輸)。計算機可讀記錄介質也可以分布于連接到網絡上的計算機系統，使得計算機可讀代碼可以以分布式被存儲和執行。盡管參照本發明的示范性實施例對本發明進行了具體圖示和描述，但本領域技術人員應當理解，在不脫離由所附權利要求書所限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以對本發明進行形式和細節上的各種修改。權利要求1、一種在多頻率分配FA系統中應用于二級用戶的基站BS的信道分配方法，其中將許可給初級用戶的頻率信道分配給該二級用戶，該方法包括信道感測過程，其中，該BS根據使用狀態將許可給該初級用戶的多個頻率信道分成多個信道狀態組，通過根據所分類的信道狀態組的類型來改變感測周期從而周期性地感測信道狀態，并管理所感測的信道狀態作為頻率信道狀態組信息；信道狀態組廣播過程，其中，該BS使用廣播消息將在該信道感測過程中管理的頻率信道狀態組信息發送給二級用戶終端；以及信道分配過程，其中，如果該BS從已接收到該廣播消息的新二級用戶終端接收到信道分配請求消息，則該BS使用該頻率信道狀態組信息將許可給初級用戶的頻率信道中的一個未使用的頻率信道分配給該新的二級用戶終端。2、如權利要求l所述的方法，還包括信道狀態組信息更新過程，其中，該BS通過周期性地從向其分配頻率信道的二級用戶終端接收該二級用戶終端的頻率信道狀態組信息來更新頻率信道狀態組信息。3、如權利要求1或2所述的方法，其中，在所述信道感測過程的信道狀態組分類過程中，分配給該二級用戶的頻率信道屬于激活組、未被該初級用戶^f吏用并且未分配給任何二級用戶的頻率信道屬于候選組、由該初級用戶使用的頻率信道屬于占用組、以及被允許但不屬于該激活組、候選組或占用組的頻率信道屬于空組。4、如權利要求3所述的方法，其中，該感測周期按照激活組、候選組、空組和占用組的順序增加。5、如權利要求4所述的方法，其中，在所述信道分配過程中，如果感測到該初級用戶出現在分配給該二級用戶的頻率信道中，則釋放分配給該二級用戶的信道。6、如權利要求5所述的方法，其中，在所述信道分配過程中，當分配頻率信道時，分配多個頻率信道。7、一種在多頻率分配FA系統中應用于二級用戶的終端的信道分配方法，其中將許可給初級用戶的頻率信道分配給該二級用戶'該方法包括信道狀態組信息接收過程，其中，該二級用戶終端使用廣播消息從二級用戶的基站BS接收許可給初級用戶的多個頻率信道的頻率信道狀態組信息，并管理所接收到的頻率信道狀態組信息；信道分配過程，其中，該二級用戶終端使用頻率信道狀態組信息請求該BS進行信道分配，并且該BS將許可給初級用戶的頻率信道中的一個未使用的頻率信道分配給該二級用戶終端；以及信道狀態組信息報告過程，其中，該二級用戶終端通過根據信道狀態組的類型來改變感測周期從而周期性地感測許可給初級用戶的多個頻率信道的信道狀態，根據感測結果更新該頻率信道狀態組信息，并將更新的頻率信道狀態組信息報告給BS。8、如權利要求7所述的方法，還包括更新信息發送過程，其中，在所述信道狀態組信息接收過程中接收到頻率信道狀態組信息之后，該二級用戶終端通過BS掃描下游/上游頻率信道的狀態來更新接收到的頻率信道狀態組信息，并將更新的頻率信道狀態組信息發送給BS。9、如權利要求8所述的方法，其中，在所述更新信息發送過程中，和更新頻率信道狀態組信息一起發送預定數量的所選候選組以及激活組的信道數和電波測量電平。10、如權利要求7到9中任一權利要求所述的方法，其中，所述頻率信道狀態組信息包括作為分配給該二級用戶的一組頻率信道的激活組、作為未被該初級用戶使用并且未分配給任何二級用戶的一組頻率信道的候選組、作為由該初級用戶使用的一組頻率信道的占用組、以及作為被允許但不屬于該激活組、候選組或占用組的一組頻率信道的空組。11、如權利要求10所述的方法，其中，該感測周期按照激活組、候選組、空組和占用組的順序增加。全文摘要一種多頻率分配系統中使用有效頻譜感測分配頻率信道的方法，包括信道感測過程，二級用戶的基站BS根據使用狀態將許可給初級用戶的頻率信道分成多個信道狀態組，通過根據信道狀態組類型改變感測周期而周期性地感測信道狀態，管理所感測的信道狀態作為頻率信道狀態組信息；信道狀態組廣播過程，BS使用廣播消息將在信道感測過程中管理的頻率信道狀態組信息發送給二級用戶終端；信道分配過程，如BS從收到廣播消息的新二級用戶終端收到信道分配請求消息，則BS使用頻率信道狀態組信息將許可給初級用戶的頻率信道中一未使用頻率信道分配給新二級用戶。故，使用頻率信道狀態組信息而初級用戶免受干擾噪聲，即可將頻率信道分配給請求分配的二級用戶。文檔編號H04J11/00GK101310465SQ200680042626公開日2008年11月19日申請日期2006年10月13日優先權日2005年10月14日發明者宋明善,康法周,金昌周申請人:韓國電子通信研究院