動(dòng)態(tài)頻譜管理的方法及裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年05月06日、申請(qǐng)?zhí)枮?01180022815. 4、名稱為"動(dòng)態(tài) 白空間頻譜管理的系統(tǒng)和方法"的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003] 本申請(qǐng)主張于2010年5月6日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/332,004的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)和于 2010年7月8日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/362, 581的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，從而其內(nèi)容通過引用 被合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本申請(qǐng)涉及無線通信。
【背景技術(shù)】
[0005] 在美國(guó)，從54MHz至806MHz頻譜中的408MHz被分配給電視（TV)。目前，正在重 新開發(fā)該頻譜中的108MHz以通過拍賣用于商業(yè)運(yùn)營(yíng)或者用于公共安全應(yīng)用。該無線頻譜 的剩余300MHz將予以保留，以專門用于空中TV的運(yùn)營(yíng)。這300MHz資源的一部分被保留未 使用。未使用頻譜的數(shù)量和精確頻率隨著從一個(gè)位置到另一位置而改變。頻譜的這些未使 用部分被稱為TV白空間（TVWhiteSpace，TVWS)。聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC)正在向各種不 同的非許可用途開放這些未使用的TVWS頻率。因?yàn)楹苌儆蠺V臺(tái)坐落于頂級(jí)大都市區(qū)域之 外，因此大部分的未占用TVWS頻譜在人口密度低或者農(nóng)村區(qū)域是可用的，這些區(qū)域因?yàn)槭?用了其他寬帶選項(xiàng)而易于導(dǎo)致服務(wù)水平低下，比如數(shù)字用戶線路（DSL)或者電纜。
[0006] 聯(lián)邦通信委員會(huì)已經(jīng)制訂了規(guī)定，允許未經(jīng)許可的無線發(fā)射/接收單元（WTRU) (即，以下稱為白空間設(shè)備（WSD))運(yùn)行于在廣播電視頻譜未被使用的位置上的廣播電視頻 譜中。為了阻止干擾到運(yùn)行在TV頻帶上的已許可的WSD，F(xiàn)CC需要?jiǎng)?chuàng)建TV頻帶WSD數(shù)據(jù)庫(kù)， 也稱為FCCTV白空間數(shù)據(jù)庫(kù)（FCC-WSDB)，以向WSD通知未占用的TV信道、注冊(cè)固定WSD的 位置、以及保護(hù)未記錄在FCC數(shù)據(jù)庫(kù)中的負(fù)責(zé)的WSD的位置和信道。
[0007] 已經(jīng)針對(duì)FCC制定了一些議案以使得在WSDB中使用的機(jī)制和消息流執(zhí)行3個(gè)基 本功能：數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫(kù)、數(shù)據(jù)注冊(cè)處理以及查詢處理。然而，WSDB本身卻可能不會(huì)獲得好的性 能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在一個(gè)實(shí)施方式中，一種方法，該方法包括從一個(gè)白空間數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫(kù)服務(wù)器接收 白空間頻譜數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，白空間頻譜數(shù)據(jù)包括可用頻率范圍數(shù)據(jù)。該方法還 包括儲(chǔ)存補(bǔ)充（supplement)頻譜使用數(shù)據(jù)和接收信道查詢消息。該方法還包括傳送包含 至少一個(gè)優(yōu)選頻率范圍數(shù)據(jù)的信道回復(fù)消息。部分地基于白空間頻譜數(shù)據(jù)和補(bǔ)充頻譜使用 數(shù)據(jù)來確定所述至少一個(gè)優(yōu)選頻率范圍數(shù)據(jù)。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施方式中，動(dòng)態(tài)頻譜管理（DSM)裝置包括白空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊，該白 空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊被配置成儲(chǔ)存來自白空間數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫(kù)服務(wù)器的白空間頻譜數(shù)據(jù)。在一 個(gè)實(shí)施方式中，白空間頻譜數(shù)據(jù)包括可用的頻率范圍數(shù)據(jù)。所述DSM裝置還包括被配置成 儲(chǔ)存補(bǔ)充頻譜使用數(shù)據(jù)的補(bǔ)充數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊，以及被配置成至少部分地基于白空間設(shè)備位 置信息來識(shí)別有關(guān)補(bǔ)充數(shù)據(jù)的相關(guān)（interd印endency)模塊。所述DSM裝置還可以包括被 配置成識(shí)別至少一個(gè)優(yōu)選頻率范圍數(shù)據(jù)的信道列表生成模塊。在一個(gè)實(shí)施方式中，部分地 基于白空間頻譜數(shù)據(jù)和補(bǔ)充頻譜使用數(shù)據(jù)來確定至少一個(gè)優(yōu)選頻率范圍數(shù)據(jù)。所述DSM裝 置還包括通信模塊，該通信模塊適于與對(duì)等DSM、白空間設(shè)備、以及白空間數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫(kù)服務(wù) 器通信。
[0010] 在一個(gè)實(shí)施方式中，一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介，具有在其上儲(chǔ)存的指令，當(dāng)由處理 裝置執(zhí)行該指令的時(shí)候，使得該裝置儲(chǔ)存白空間頻譜數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，白空間頻譜 數(shù)據(jù)包括可用頻率范圍數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介具有附加指令，當(dāng)由處理器執(zhí)行該附加 指令的時(shí)候，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介儲(chǔ)存補(bǔ)充頻譜使用數(shù)據(jù)、處理信道查詢消息、并且生成包 括至少一個(gè)優(yōu)選頻率范圍數(shù)據(jù)的信道回復(fù)消息。在一個(gè)實(shí)施方式中，該至少一個(gè)優(yōu)選頻率 范圍數(shù)據(jù)部分地基于白空間頻譜數(shù)據(jù)和補(bǔ)充頻譜使用數(shù)據(jù)來確定。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施方式中，一種方法包括識(shí)別分段的頻譜使用、分析接入點(diǎn)相關(guān)信息、以 及通過發(fā)送信道重配置消息至白空間接入點(diǎn)設(shè)備來配置具有可用頻譜的鄰接塊。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施方式中，一種方法包括從對(duì)等DSM設(shè)備獲取WSD-AP的頻譜使用數(shù)據(jù)， 該WSD-AP由對(duì)等DSM設(shè)備管理。所述方法還包括為本地管理的WSD-AP向所述對(duì)等DSM 設(shè)備發(fā)送頻譜使用數(shù)據(jù)，以及傳送信道重配置消息至所述對(duì)等DSM設(shè)備以改變由所述對(duì)等 DSM設(shè)備管理的至少一個(gè)WSD-AP所使用的頻譜。
【附圖說明】
[0013] 結(jié)合附圖，根據(jù)以示例方式給出的以下描述可得到更詳細(xì)地理解，其中：
[0014] 圖1顯示了常規(guī)IEEE系統(tǒng)架構(gòu)；
[0015] 圖2A顯示了通信系統(tǒng)的示例，在該通信系統(tǒng)中可以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)公開的實(shí)施 方式；
[0016] 圖2B顯示了可在附圖2A中所示的通信系統(tǒng)中使用的無線發(fā)射/接收單元（WTRU) 的示例；
[0017] 圖2C顯示了可在附圖2A所示的通信系統(tǒng)中使用的無線電接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)的 示例；
[0018] 圖3A顯示了在動(dòng)態(tài)頻譜管理（DSM)系統(tǒng)和TV白空間數(shù)據(jù)庫(kù)（WSDB)系統(tǒng)之間的 邏輯通信；
[0019] 圖3B顯示了為執(zhí)行信道查詢本地處理的消息流，此處為清晰起見省略了WSDB系 統(tǒng)和FCC數(shù)據(jù)庫(kù)的其他元件；
[0020] 圖4顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式處理來自白空間設(shè)備（WSD)的信道查詢消 息的DSM服務(wù)器的流程圖；
[0021] 圖4A顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式的DSM的流程圖；
[0022] 圖4B顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式的DSM設(shè)備430 ;
[0023] 圖4C顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式的DSM服務(wù)器的架構(gòu)；
[0024] 圖5顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式WSD處理信道查詢的流程圖；
[0025] 圖5A顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式的WSD的流程圖；
[0026] 圖5B顯示了切換聲明的示例性信道切換聲明信息字段；
[0027] 圖6顯示了一個(gè)示例性DSM間接口；
[0028] 圖7顯示了一個(gè)示例性WSD間接口；
[0029] 圖8示出了經(jīng)由搜索擴(kuò)展的信道查詢的改進(jìn)處理；
[0030] 圖9顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式處理由WSDB發(fā)送的信道查詢消息的DSM 服務(wù)器的流程圖；
[0031] 圖10顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式WSDB擴(kuò)展它的可用信道搜索至DSM服務(wù) 器的流程圖；
[0032] 圖11顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式DSM服務(wù)器搶先協(xié)助進(jìn)行WSDB中的可用 信道計(jì)算的流程圖；
[0033] 圖12顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式WSDB從DSM服務(wù)器獲得反應(yīng)協(xié)助以計(jì)算 可用信道的流程圖；
[0034] 圖13顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式，DSM服務(wù)器反應(yīng)地協(xié)助WSDB中的可用 信道計(jì)算的流程圖；
[0035] 圖14顯示了一個(gè)常規(guī)的帶寬低效率問題；
[0036] 圖15顯示了一個(gè)常規(guī)40MHz帶寬分配，其中運(yùn)行在20MHz信道上的WSD選擇20MHz 帶寬的中心點(diǎn)作為中心頻率，并且頻譜的剩余部分是每側(cè)上兩個(gè)10MHz信道塊；
[0037]圖16顯示了 4個(gè)可用常規(guī)信道（例如，信道38-41)，其中WSD運(yùn)行在10MHz信道 上，從而WSD選擇給定頻帶的中心點(diǎn)作為中心頻率，并且頻帶中剩余可用空間是信道38和 信道41(即每側(cè)上6MHz);
[0038] 圖17和圖18顯示了WSD可以選擇信道38和信道39的邊界作為中心頻率，或者 信道40和信道41的邊界作為中心頻率，其均可選作為10MHz信道的中心頻率；
[0039] 圖19顯示了三個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)在其中運(yùn)行的一個(gè)頻譜。運(yùn)行于20MHz信道上的網(wǎng)絡(luò) A占用了頻譜的第一個(gè)20MHz，網(wǎng)絡(luò)C運(yùn)行在頻譜的最后10MHz上，而網(wǎng)絡(luò)B占用了鄰近網(wǎng) 絡(luò)C的 10MHz;
[0040] 圖20顯示了在TV廣播和AP之間的"浪費(fèi)的片段"；
[0041] 圖21顯示了當(dāng)一個(gè)"高發(fā)射功率"AP選擇了初始運(yùn)行信道時(shí)出現(xiàn)的狀況，由此AP 在留下兩個(gè)TV信道的間隔的時(shí)候，就應(yīng)該建立起它的網(wǎng)絡(luò)；
[0042] 圖22顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式使用DSM間接口的動(dòng)態(tài)帶寬管理；
[0043] 圖22A顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式阻止或至少減少頻譜片段的流程圖；
[0044] 圖23顯示了根據(jù)一個(gè)非限制性實(shí)施方式使用WSD間接口的動(dòng)態(tài)帶寬管理；以及
[0045] 圖24-26顯示了DSM系統(tǒng)向IEEE802. 19. 1系統(tǒng)架構(gòu)的不同映射。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 當(dāng)前公開的系統(tǒng)和方法主要增強(qiáng)了電視（TV)白空間數(shù)據(jù)庫(kù)（WSDB)的解決方案。 一方面，公開了信道查詢的本地處理，其中如果DSM服務(wù)器具有提供針對(duì)信道查詢的響應(yīng) 所必需的所有信息的話，則由本地動(dòng)態(tài)頻譜管理（DSM)服務(wù)器處理白空間設(shè)備（WSD)的信 道查詢。另一方面，公開了搜索擴(kuò)展，其中WSDB傳送可用信道搜索的一部分至本地DSM服務(wù) 器。又另一方面，公開了可用信道計(jì)算的協(xié)助，其中DSM服務(wù)器提供頻譜感測(cè)信息至WSDB， 以改進(jìn)WSDB中的可用信道計(jì)算。又另一方面，公開了可以協(xié)助共存需求的動(dòng)態(tài)帶寬管理。 另外，還描述了能夠?qū)崿F(xiàn)上述增值功能以及與WSDB系統(tǒng)交互的示例性消息和過程的內(nèi)容。
[0047] 雖然這里描述的實(shí)施方式主要在電視白空間的環(huán)境下進(jìn)行討論，但是本公開并不 局限于此。相反，電視白空間的描述僅是出于方便的一個(gè)示例性應(yīng)用。正如所理解的那樣， 這里描述的系統(tǒng)和方法可以適用于各種頻率范圍和應(yīng)用。
[0048] 電子電氣工程師協(xié)會(huì)（IEEE)標(biāo)準(zhǔn)為相異的或者獨(dú)立操作的WSD網(wǎng)絡(luò)和WSD定義 了無線電技術(shù)無關(guān)的方法。作為該標(biāo)準(zhǔn)中的一部分，如圖1所示，IEEE802. 19. 1已經(jīng)定義 了基本系統(tǒng)架構(gòu)和接口定義。802. 19. 1系統(tǒng)架構(gòu)被分為三（3)個(gè)主要邏輯實(shí)體：共存使能 器（CoexistenceEnabler，CE)、共存管理器（CM)、以及共存發(fā)現(xiàn)和信息服務(wù)器（CDIS)。CM 是負(fù)責(zé)做出共存決定的實(shí)體。它也支持CM間的通信。CE負(fù)責(zé)做出至TVBD網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備的請(qǐng) 求，以及從TVBD網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備獲取信息。
[0049] 在一個(gè)實(shí)施方式中，可以通過類似于IEEE802. 19. 1中所概述的系統(tǒng)架構(gòu)來使用 當(dāng)前公開的動(dòng)態(tài)頻譜管理（DSM)的系統(tǒng)和方法，以允許為不同的通信系統(tǒng)改進(jìn)頻譜管理。 這里描述的DSM系統(tǒng)架構(gòu)允許形成群集結(jié)構(gòu)，其中群集頭（即，DSM服務(wù)器）可以擔(dān)任WSDB 的代理，由此允許信道查詢的本地處理，以及由此改善當(dāng)前WSDB系統(tǒng)的效率。如下所述， DSM架構(gòu)還可以提供其他增值功能。雖然DSM系統(tǒng)和方法并不僅限于任何特定類型的技術(shù) 或架構(gòu)，但是在一些實(shí)施方式中，這里描述的DSM系統(tǒng)和方法可以是分布式共享內(nèi)存的類 型。
[0050] 附圖2A是可以在其中可實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)公開實(shí)施方式的示例通信系統(tǒng)100的圖。 通信系統(tǒng)100可以是用于提供諸如語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻、消息、廣播等內(nèi)容給多個(gè)無線用戶的 多址系統(tǒng)。通信系統(tǒng)100能夠使得多個(gè)無線用戶通過共享系統(tǒng)資源，包括無線帶寬來接入 這些內(nèi)容。例如，通信系統(tǒng)100可以使用一種或多種信道接入方法，例如碼分多址（CDMA)、 時(shí)分多址（TDMA)、頻分多址（FDMA)、正交FDMA(OFDMA)、單載波FDMA(SC-FDMA)等。
[0051] 如圖2A所示，通信系統(tǒng)100可以包括個(gè)人無線發(fā)射/接收單元（WTRU) 102a、102b、 102c、102d和無線電接入網(wǎng)（RAN) 104、核心網(wǎng)106、公共交換電話網(wǎng)（PSTN) 108、因特網(wǎng)110 和其他網(wǎng)絡(luò)112,但是應(yīng)當(dāng)理解，所公開的實(shí)施方式預(yù)期了任意數(shù)量的WTRU、基站、網(wǎng)絡(luò)和/ 或網(wǎng)絡(luò)元件。WTRU102a、102b、102c、102d中的每一個(gè)可以是被配置為在無線環(huán)境中工作和 /或通信的任何類型的設(shè)備，例如WSD。舉例來說，WTRU102a、102b、102c、102d可被配置為 發(fā)送和/或接收無線信號(hào)，并且可包括用戶設(shè)備（UE)、移動(dòng)站、固定或移動(dòng)用戶單元、尋呼 機(jī)、蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理（PDA)、智能電話、膝上型電腦、上網(wǎng)本、個(gè)人電腦、無線傳感器、 消費(fèi)類電子產(chǎn)品等。
[0052] 通信系統(tǒng)100還可以包括基站114a和基站114b。基站114a、114b中的每一個(gè)可 以是任何類型的被配置為與WTRU102a、102b、102c、102d中的至少一個(gè)進(jìn)行無線連接以便 于接入例如核心網(wǎng)106、因特網(wǎng)110和/或網(wǎng)絡(luò)112那樣的一個(gè)或多個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的裝置。作 為例子，基站114a、114b可以是基站收發(fā)信機(jī)（BTS)、節(jié)點(diǎn)B、演進(jìn)型節(jié)點(diǎn)-B(e節(jié)點(diǎn)B)、家庭 節(jié)點(diǎn)B、ReNB、站點(diǎn)控制器、接入點(diǎn)（AP)、無線路由器等等。雖然基站114a、114b分別被畫為 單個(gè)元件，但是可以理解基站114a、114b可以包括任意數(shù)量的互連的基站和/或網(wǎng)絡(luò)元件。
[0053] 基站114a可以是RAN104的一部分，該RAN104還可以包括其它基站和/或網(wǎng)絡(luò) 元件（未示出），例如基站控制器（BSC)、無線電網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC)、中繼節(jié)點(diǎn)等?；?14a和/或基站114b可以被配置為在特定地理區(qū)域內(nèi)發(fā)射和/或接收無線信號(hào)，該特定地理區(qū) 域被稱作小區(qū)（未示出）。所述小區(qū)還被分割成小區(qū)扇區(qū)。例如，與基站114a相關(guān)聯(lián)的小 區(qū)被分割成三個(gè)扇區(qū)。如此，在一個(gè)實(shí)施方式中，基站114a包括三個(gè)收發(fā)信機(jī)，S卩，針對(duì)小 區(qū)的每個(gè)使用一個(gè)收發(fā)信機(jī)。在另一實(shí)施方式中，基站114a可以使用多輸入多輸出（ΜΙΜΟ) 技術(shù)，因此，可以針對(duì)小區(qū)的每個(gè)扇區(qū)使用多個(gè)收發(fā)信機(jī)。
[0054]基站 114a、114b可以通過空中接口 116 與WTRU102a、102b、102c、102d中的一個(gè) 或多個(gè)通信，所述空中接口 116可以是任何適當(dāng)?shù)臒o線通信鏈路（例如射頻（RF)、微波、紅 外線（IR)、紫外線（UV)、可見光等等）?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)臒o線電接入技術(shù)（RAT)來建立 空中接口 116。
[0055] 更具體而言，如上所述，通信系統(tǒng)100可以是多址系統(tǒng)且可以采用一種或多種信 道接入方案，諸如CDMA、TDMA、FDMA、OFDMA、SC-FDMA等等。例如，RAN104中的基站114a 和WTRU102a、102b、102c可以實(shí)現(xiàn)諸如通用移動(dòng)電信系統(tǒng)（UMTS)陸地?zé)o線電接入（UTRA) 之類的無線電技術(shù)，其中該無線電技術(shù)可以使用寬帶CDMA(WCDMA)來建立空中接口 116。 WCDMA可以包括諸如高速分組接入（HSPA)和/或演進(jìn)型HSPA(HSPA+)之類的通信協(xié)議。 HSPA可以包括高速下行鏈路（DL)分組接入（HSDPA)和/或高速上行鏈路（UL)分組接入 (HSUPA)〇
[0056] 在另一實(shí)施方式中，基站114a和WTRU102a、102b、102c可以實(shí)現(xiàn)諸如演進(jìn)型UMTS 陸地?zé)o線電接入（E-UTRA)之類的無線電技術(shù)，其中該無線電技術(shù)可以使用LTE和/或高級(jí) LTE(LTE-A)來建立空中接口 116。
[0057] 在其它實(shí)施方式中，基站114a和WTRU102a、102b、102c可以實(shí)現(xiàn)諸如IEEE 802. 16 (即全球微波互通接入（WiMAX))、CDMA2000、CDMA20001X、CDMA2000EV-D0、臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn) 2000 (IS-2000)、臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn) 95 (IS-95)、臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn) 856 (IS-856)、GSM、EDGE、GSMEDGE(GERAN) 等無線電電技術(shù)。
[0058] 圖2A中的基站114b可以是諸如無線路由器、家庭節(jié)點(diǎn)B、HeNB、或AP，并且可以利 用任何適當(dāng)?shù)腞AT來促進(jìn)諸如營(yíng)業(yè)場(chǎng)所、家庭、車輛、校園等局部區(qū)域中的無線連接。在一 個(gè)實(shí)施方式中，基站114b和WTRU102c、102d可以實(shí)施諸如IEEE802. 11之類的無線電技 術(shù)以建立無線局域網(wǎng)（WLAN)。在另一實(shí)施方式中，基站114b和WTRU102c、102d可以實(shí)施 諸如IEEE802. 15之類的無線電技術(shù)以建立無線個(gè)域網(wǎng)（WPAN