基于频谱规则进行动态频率选择的系统和方法

摘要

本公开一般涉及基于频谱规则进行动态频率选择的系统和方法。在一个示例中，所述方法包括标识无线通信系统中的中心子分区能使用而邻近子分区不在使用的多个频率。该方法可确定所述频率是否包括邻近子分区不能使用的第一频率；如果存在该频率，则可以选择该频率以由中心子分区使用。如果不存在这样的频率，则该方法可标识与其它频率相比能由较少邻近子分区使用的频率；并选择所标识的频率以由中心子分区使用。

说明书

技术领域

无线通信系统一般使用多个频率来提供比使用单个频率可能提供的带宽更大的带宽。这样的系统(特别是诸如用于电信的系统的大型系统)被典型地划分为用于为特定区域提供无线覆盖的小区，尽管在小区之间可能存在一些重叠。在一些系统中，小区还可以进一步划分为扇区(sector)。多个频率的使用可导致小区之间或扇区之间的干扰。

背景技术

为了避免这样的小区间或扇区间干扰，一些无线通信技术可使用频谱规划来避免小区之间的干扰。这样的预先频谱规划可使用在诸如时分多址(TDMA)系统的技术中(例如，全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线电服务(GPRS)、和增强数据速率的GSM演进(EDGE)系统)。诸如使用正交频分多路复用(OFDM)技术的系统之类的一些系统可通过要求邻近小区使用不同的频率来避免小区间干扰。这可例如通过预先规划频率分配或通过使用中心控制器动态地为每个小区分配频率来实现。然而，预先分配频率在一些情形下可能是不可取的，而依赖中心控制器分配频率可引入诸如可量测性和失败点(point-of-failure)之类的问题。需要一种在无线通信系统中动态分配频率的系统和方法。

发明内容

在一个实施例中，一种方法包括标识无线通信系统中的中心子分区(subdivision)能使用而无线通信系统中的邻近子分区不在使用的多个频率。所述方法确定所述多个频率是否包括邻近子分区不能使用的第一频率，并且如果存在第一频率，则选择该第一频率以由中心子分区使用。如果不存在第一频率，则所述方法标识所述多个频率中的、与所述多个频率中的其它频率相比能由较少邻近子分区使用的第二频率，并选择第二频率以由中心子分区使用。

在又一实施例中，一种方法包括标识代表无线通信系统中的中心子分区能使用的频率信道的第一频率信道集合。所述方法标识代表来自第一集合的、无线通信系统中的邻近子分区不在使用的频率信道的第二频率信道集合，并标识代表来自第二集合的、邻近子分区不能使用的频率信道的第三频率信道集合。如果第三集合包括至少一个频率信道，则从第三集合选择第一频率信道以由中心子分区使用；以及如果第三集合不包括至少一个频率信道，则从第二集合选择第二频率信道以由中心子分区使用。

在又一实施例中，一种无线通信系统包括中心子分区和中心基站。该中心基站提供对中心子分区的无线覆盖，并被耦接到被配置为执行在存储器上存储的指令的处理器。所述指令包括用于执行如下操作的指令：标识中心子分区能使用的第一频率集合，并标识包括来自第一集合的、中心子分区的邻近子分区不在使用的频率的第二频率集合。所述指令还包括用于确定第二集合是否包括邻近子分区不能使用的第一频率的指令，以及用于如果存在第一频率则选择该第一频率以由中心子分区使用的指令。

附图说明

根据接下来结合附图阅读的详细描述，本公开的各方面最好理解。要强调的是，根据工业的标准实践，各种特征不是按比例绘制。事实上，为了论述清楚，各种特征的维数可任意增加或减少。

图1是图示了基于频谱规则(etiquette)动态选择频率的方法的一个实施例的流程图。

图2是其中可以实施图1的方法的网络的一个实施例的图。

图3是图示了基于频谱规则动态选择频率的方法的又一实施例的流程图。

图4a-4g是图示了使用图3的方法的频率选择示例的图2的网络的图。

图5是其中可以实施图1的方法的网络的又一实施例的图。

图6是其中可以实施图1的方法的网络的又一实施例的图。

具体实施方式

要理解，接下来的公开提供了许多不同的实施例或示例，来实施本公开的不同特征。下面描述组件和布置的具体示例，以简化本公开。当然，这些仅仅是示例，而不是意欲进行限制。此外，本公开可在各个示例中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指明在所论述的各个实施例和/或配置之间的关系。

参考图1，在一个实施例中，方法100可用于动态地选择一个或多个频率，用于无线通信网络的子分区(例如，小区、扇区或其它网络分段)。要理解，为了图示的目的而在本公开中始终使用术语“小区”和“扇区”，并且所述术语可取决于特定网络的配置而互换。在本示例中，每个小区可以与邻近小区共享一个或多个频率，尽管小区还可能能够使用邻近小区不可用的一个或多个频率。邻近小区可限于相邻小区或可包括超出相邻小区之外的小区。

例如，当更多频谱变得可用于免除许可(license-exempted)或轻度许可(light-licensing)操作时，动态频率选择可能合乎需要。在基于这样的构思的系统中，每个小区或扇区可考虑避免小区间干扰来动态地标识和选择频率。实现这样的动态标识和选择的需求部分地归因于在频率可用性随时间改变的系统中进行预先频率规划的困难性。在必须处置改变频率可用性的系统中，集中式决策方案可呈现诸如可量测性和失败点之类的问题。尽管可存在一些简单方案用于在例如两个邻近小区之间的频谱共享协商，但是这样的方案没有满足对于大型无线系统中的系统化动态频率共享的需求。因此，方法100可用于这样的系统，以动态地标识并选择小区和/或扇区的可用频率，同时使该选择对邻近小区和/或扇区的影响最小化。

在步骤102中，接入点(例如，基站)或与小区相关联的其它处理装置标识该小区能使用且邻近小区不在使用的频率集合。在本示例中，如果小区拾取一频率并且该小区被配置为使用该频率，则该频率可被标识为可用，并且可包括一个或更多备份频带。在步骤104中，可进行关于所述频率集合是否包含邻近小区所不能使用的至少一个频率的确定。如果存在邻近小区所不能使用的频率，则方法100继续到步骤106，其中选择该频率以由小区使用。如果小区需要多个频率并且在步骤104中确定有多个频率可用，则小区可选择足够的频率来满足其频率需要。

在步骤110中，可进行关于小区是否已获得足够频率的确定。如果没有(例如，如果在步骤104中没有标识足够的频率来满足小区的需求)，则方法100可移动到步骤108。如果没有标识出邻近小区所不能使用的频率，方法100还可以直接从步骤104移动到步骤108。在步骤108中，从所述频率集合中选择将对周围小区具有最小影响的频率。该选择可基于一个或多个参数。例如，可选择可由最少数目的邻近小区使用的频率。在又一示例中，可基于给定小区或给定时间段(例如，高峰时间)的预期业务量来选择频率。然后，该方法可继续到步骤110，并确定小区是否需要更多的频率。如果需要，则方法100可返回到步骤108。在一些实施例中，方法100可取决于小区的配置而返回到步骤102、104和/或106。例如，如果存在用于小区的足够频率，则方法100可返回到步骤102，并确定附加频率是否已变得可用。因此，方法100可用于动态选择一个或多个用于小区的频率，同时试图使频率选择对邻近小区的影响最小化。

参考图2，在一个实施例中，图示了具有小区202a和202b以及对应的接入点(例如基站)204a和204b的无线网络的一部分。尽管未示出，但是要理解的是，基站204a和204b可包括使基站能够通过无线和/或有线线路通信链路来接收、存储、恢复、处理并传送指令和数据的处理器、存储器和其它组件。此外，基站的至少一些功能可分布并位于其它地方，在小区内或者在小区外。

在本示例中，网络200可以是无线区域接入网络(WRAN)，但是要理解，无线网络200还可代表许多不同类型的无线网络。在一些实施例中，无线网络200可配置为使用在特定区域(例如，乡村地区)中的可用电视(TV)谱频率，以向用户终端提供附加带宽。例如，固定的点到多点WRAN可被配置为使用在54和862MHz之间的超高频和甚高频(UHF/VHF)TV频带。这样的规范可符合例如由电气和电子工程师协会(IEEE)802.22工作组开发的关于WRAN的那些规范。然而，要理解，本公开不限于TV谱频率，并且可以替代TV谱中的那些频率或除TV谱中的那些频率之外，使用其它频率。

在本示例中，在划分扇区的配置中示出了小区202a和202b。更具体地，小区202a被划分为扇区206a-206f，而小区202b被划分为扇区208a-208f。要理解，术语中心扇区/小区和邻近扇区/小区是相对的。例如，如果在图示的拓扑中没有划分扇区，则中心小区可具有6个邻近小区(见图5的示例)。此外，在一些实施例中，邻近小区或扇区可能不与中心扇区相邻。例如，任一个图示的扇区可以是扇区208d的邻近扇区。因此，本公开不限于使用紧邻的邻近小区。在使用划分扇区的本图示中，每个小区有6个扇区，并且中心扇区具有三个邻近扇区。要理解，可使用更多或更少的扇区，并且所图示的每个小区6个扇区的配置仅仅是为了示例的目的。

为了避免小区间和扇区间干扰，当决定使用什么频带时邻近小区和/或扇区一般应该合作。在网络200中，每个小区202a和202b可动态地拾取可用频带，这排除了预先频率计划和分配的可能性。在没有小区和/或扇区之间的合作的情况下，特定小区中的频率选择可防止邻近小区正确起作用。例如，假设基站202a和202b上的可用频率信道分别是{1，3}和{1，2，3}。如果基站202b决定使用信道{1，3}，则基站202a没有可用信道。此外，可使用合作，以帮助无线网络200内的负载平衡。例如，如果基站202a是重负载(例如，具有大量的业务)，而基站202b没有重负载，则基站202a可使用{1，3}，而基站202b可使用{2}。这为基站202a提供了附加带宽来处置其较重的负载，同时允许基站202b仍旧提供服务。因此，每个基站202a和204b可被配置为动态地选择要在其对应的小区和/或扇区中使用的频率。

参考图3，方法300图示了动态地选择一个或多个频率的处理的更详细的实施例。可为方法300定义接下来的实体(entity)：

F_usable，ID＝不干扰现任(incumbent)使用的频率。

这些频率可一直能使用，或可根据定义的参数(例如，在白天的特定时间期间，等)而能使用。

F_used，ID＝中心扇区已选择使用的频率，其可包括一个或多个备份频带。

F_pool＝中心扇区能使用且邻近扇区不在使用的频率＝F_usable，ID\(F_used，N1 UF_used，N2U F_used，N3)。

F_local＝中心扇区能使用且邻近扇区不能使用的频率＝F_pool\(F_usable，N1UF_usable，N2U F_usable，N3)。

符号“U”和“\”是分别代表并集和排除(exclusion)的集合符号运算符。术语“ID”代表扇区ID(且可代表在未划分扇区示例中的小区ID)。在本示例中，“ID”代表中心扇区的ID，而邻近扇区用“N1”、“N2”、和“N3”标注。

继续参考图3并附加参考图4a-4g，图2的无线网络200用于作为其中可执行方法300的系统的示例的目的。要理解，方法300可在其它网络中使用，包括蜂窝网络(例如，TDMA网络)。在图4a的示例中，扇区208d是中心扇区，而扇区206d、208e、和208c分别是邻近扇区N1、N2和N3。

在步骤302(和对应图4a)中，中心扇区208d可标识F_usable，ID。如上所述，这可包括不干扰现任使用的频率。在本示例中，F_usable包括频率信道1、3、4、6、7和9，如下面的表1所图示的。尽管在图3中(在本实施例中)没有计算，但是用于扇区206d的F_usable，N1包括信道1、2、3和9，用于扇区208e的F_usable，N2包括信道1、5和6，以及用于扇区208c的F_usable，N3包括信道1、4、6和8。邻近扇区的信息例如可由扇区206d的基站204a提供，并且可由用于扇区208e和208c的基站204b所已知。

表1

  邻近  邻近  邻近  中心  F_u  1，2  1，5  1，4  1，3，4，6，7，9

在步骤304(和对应图4b，其中下划线指明了使用的信道)中，中心扇区208d可标识F_pool，其可以是在中心扇区208d中能使用且邻近扇区206d、208e和208c没有使用的频率。为了确定F_pool，中心扇区208d可能需要标识由邻近扇区206d、208e和208c使用的频率信道(即，F_used，N1、F_used，N2、和F_used，N3)。在本示例中，F_used，N1＝2和9，F_used，N2＝5，和F_used，N3＝8。将要包括在F_pool中的频率信道包括除F_used，N1、F_used，N2、和F_used，N3中的信道之外的在F_usab1e，ID中的信道。因此，F_pool包括信道1、3、4、6和7，如下面在表2中图示。从F_pool中排除信道9，因为扇区206d在使用该信道。

表2

  邻近  邻近  邻近  中心  F  1，2  1，5  1，4  1，3，4，6，7，  F  2，9  5  8  F  1，3，4，6，7

在步骤306中，中心扇区208d可标识F_local，其可包括中心扇区能使用且邻近扇区不能使用的频率。在本示例中，中心扇区208d可使用频率信道7，但是邻近扇区206d、208e和208c不能使用该信道7(即，信道7在F_usable，ID中，但是不在F_usable，N1、F_usable，N2或F_usable，N3中)。因此，信道7处在用于中心扇区208d的F_local中，如下面的表3所图示的。

表3

  邻近  邻近  邻近  中心

  F_u  1，2  1，5  1，4  1，3，4，6，7，9  F_u  2，9  5  8  F_p  1，3，4，6，7  F₁  7

在步骤308(和对应图4c)中，可进行关于在F_local中是否存在任何频率的确定。如果F_local不包括任何频率，则方法300继续到步骤314。如果F_local包括至少一个频率，则在步骤310中选择该频率。在本示例中，在步骤310中将选择信道7，如下面的表4所图示的。中心扇区208d还可以在步骤310中更新F_used，以通知其它扇区现在正在使用所选择的信道。

表4

  邻近  邻近  邻近  中心F_u  1，2  1，5  1，4  1，3，4，6，7，9F_u  2，9  5  8  7F_p  1，3，4，6，7F_l  7第一  7

在步骤312中，可进行关于中心扇区208d是否需要附加频率的确定。如果不需要，则方法300可结束。如果中心扇区208d确实需要附加频率，则方法300可返回到步骤308，以确定F_local是否包含另一可用频率。如果F_local包含另一可用频率，则可如先前描述的在步骤310中选择该频率。要理解，可重复步骤308、310和312，直到中心扇区208d具有足够的频率信道为止，或直到F_local不再包含可用频率为止。

在本示例中，F_local仅包含信道7，并且方法300继续到步骤314(和对应图4d)以确保中心扇区208d的另一频率信道。在步骤314中，方法300尝试标识如果被中心扇区208d选择将对邻近扇区206d、208e和208c具有最小影响的频率。例如，步骤314可承担检查F_usable，N1、F_usable，N2和F_usable，N3，以确定与其它信道相比能由邻近扇区206d、208e和208c中的较少扇区使用的那些信道。要注意，可从这个分析中排除在F_used，N1、F_used，N2、和F_used，N3中的信道。因此，F_usable，N1\F_used，N1＝{1，3}，F_usable，N2\F_used，N2＝{1，6}，以及F_usable，N3\F_used，N2＝{1，4，6}。

在本示例中，信道3仅仅能由邻近扇区206d使用，信道4仅仅能由邻近扇区208c使用，信道6能由邻近扇区208e和208c使用，以及信道1能由所有三个邻近扇区使用。因此，仅基于频率信道的能用性标识频率信道的影响可导致信道3和4具有最小影响(单个邻近扇区)，信道6具有下一级别的影响(两个邻近扇区)，而信道1具有最大影响(三个邻近扇区)。因此，在本示例中，信道3和4之一可在步骤314中标识，并在步骤316中选择。具体信道的选择可以是随机的或者可使用其它准则(例如，过去的业务图案可指明比信道4更可能需要信道3)。在本示例中，选择信道4，如下面的表5所图示的。中心扇区208d还可在步骤316中更新F_used以通知其它扇区现在正在使用所选择的扇区。

表5

  邻近  邻近  邻近  中心  F_u  1，2  1，5  1，4  1，3，4，6，7，9  F_u  2，9  5  8  4，7  F_p  1，3，4，6，7  F_l  7  第一  7  第二  4(来自

在步骤318中，可进行关于中心扇区208d是否需要附加频率的确定。如果不需要，则方法300可结束。如果中心扇区208d确实需要附加频率，则方法300可返回到步骤314以标识如果被中心扇区208d选择将对邻近扇区206d、208e和208c具有最小影响的另一频率。要理解，如果已经标识了附加频率，则方法300可直接返回到步骤316。例如，步骤314可标识每个可用频率以及它们的影响，并且步骤316可简单地从这些所标识的频率中选择需要数目的频率。

如先前陈述的，频率信道3在剩余信道(即，3、6和1)中具有最小影响，并因此可在步骤316(和对应图4e)的当前重复中被选择。这图示在下面的表6中。

表6

  邻近  邻近  邻近  中心  F_u  1，2  1，5  1，4  1，3，4，6，7，9  F_u  2，9  5  8  3，4，7

F_p  1，3，4，6，7F_l  7第一  7第二  4(来自第三  3(来自3)

如果需要，步骤316的进一步重复可导致在选择信道6之后选择信道1(分别图示在图4f和4g中)。下面在表7中图示了最终信道分派的示例。

表7

  邻近  邻近  邻近  中心  F_u  1，2  1，5  1，4  1，3，4，6，7，9  F_u  2，9  5  8  1，3，4，6，7  F_p  1，3，4，6，7  F_l  7第一  7第二  4(来自第三  3(来自3)第四  6(来自6)第五  1(来自1)

要理解，该约束可针对中心扇区208d以调整其信道选择。例如，中心扇区208d可限于选择最大数目的信道或可被禁止选择多个邻近扇区能使用的信道。此外，过去的业务图案可用于约束中心扇区208d选择具体的信道或选择具体扇区能使用的信道的能力。因此，可以以许多不同的方式来调整中心扇区208d所使用的实际选择处理。在一些实施例中，方法300可返回到步骤302、304和/306，以重新计算F_usable、F_pool、和/或F_local中的一些或全部。例如，如果在已经选择了所有频率之后没有足够的频率可用，则方法300可返回到步骤302，以确定附加的频率信道是否已变得可用。

要理解，邻近小区或扇区可能不紧邻中心扇区。例如，当使用诸如图3的方法300之类的方法确定选择哪些频率信道时，可包括扇区206e(图2)和其它的非相邻扇区。因此，本公开不限于紧邻的邻近小区的使用。

在其它实施例中，如果没有足够的信道可用于中心扇区208d，则中心扇区可请求邻近小区释放频率信道。例如，中心扇区208d可请求邻近扇区206d释放信道9以由中心扇区使用。在又一实施例中，中心扇区208d或邻近扇区可将信道标记为已使用(例如，可将信道放在扇区的F_used集合中)，以保留信道以便将来使用。例如，如果扇区基于过去的业务图案而预料到在白天的特定时间的业务量增加，则该扇区可尝试保留一个或多个信道来服务于增加的业务量，同时避免在需要可用信道时标识它们的需求。

参考图5，系统500的实施例图示了未划分扇区的小区202a和202b(图2)以及小区502a-502e(分别具有基站504a-504e)。诸如图1的方法100或图3的方法300之类的方法可使用在系统500内，以动态地选择一个或多个频率以由小区之一使用。例如，如果小区202a是中心小区，则小区202a可如先前结合扇区所描述的基于F_usable，ID、F_used，ID、F_pool、和F_local选择频率。该选择可针对每一邻近小区202b和502a-502e(并且如果考虑非相邻小区，则还有其它邻近小区)考虑F_usable和F_used。因此，未划分扇区的中心小区可基于先前描述的参数来动态地标识并选择频率信道。

参考图6，通信网络600图示了其中可执行图1的方法100的系统的又一实施例。在本示例中，网络200是可以与各种标准(包括但不限于GSM)兼容的TDMA网络。因此，要理解，本公开的方法可以在基于不同技术的网络中执行。

网络600包括多个小区202a、202b(例如，图2的小区202a和202b)。在本示例中，网络600是无线网络，并可连接到其它无线和/或有线线路网络，诸如公共交换电话网络(PSTN)602a和分组网络602b。网络600中的每个小区202a、202b分别包括基站(BS)204a、204b，所述基站分别耦接到基站控制器(BSC)604a、604b。移动交换中心(MSC)606可用于将网络600与诸如PSTN 602a的其它网络连接。尽管未示出，但是基站204a和204b可耦接到相同的BSC，并且BSC 604a和604b可耦接到单独的MSC。BSC 604b可耦接到与分组网络602b耦接的分组交换节点608(例如，诸如分组数据服务节点(PDSN)的分组数据节点)。要理解，为了清楚的目的，未示出其它网络组件，诸如网关移动交换中心(GMSC)、归属位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、验证中心(AuC)、设备身份寄存器(EIR)、和/或短消息服务网关，但是这些网络组件可包括在网络600中。由于这些组件对于本领域的技术人员而言是公知的，所以这里不详细描述它们。

网络600使移动装置610能够经由与该移动装置所位于的小区202a相关联的BS 204a而与另一装置(未示出)通信。尽管在图6中图示为蜂窝电话，但是要理解该移动装置610可以是能够无线地参与通信会话的任何便携式装置，并且这样的装置可包括个人数字助理、便携式计算机、寻呼机和/或蜂窝电话。小区202a、202b重叠，从而移动装置610可在保持通信会话的同时从一个小区行进到另一个小区(例如，从小区202a到小区202b)。在切换区612(例如，小区202a、202b重叠的区域)，移动装置610可由BS 604a和BS 604b二者服务。可使用诸如图1的方法100和/或图3的方法300之类的方法来实现小区202a和202b的频率选择连同在小区内的频率选择(如果已划分扇区)。

尽管上面已详细描述了本公开的仅几个示范实施例，但是本领域的技术人员将容易理解，在不实质脱离这个公开的新颖示教和优点的情况下，可能在示范实施例中进行许多修改。此外，上面针对一些实施例图示并论述的特征可以与上面针对其它实施例图示并论述的特征相组合。例如，来自不同流程图的各个步骤可以以与所示出的顺序不同的顺序来组合、执行，或进一步分离为附加步骤。此外，所述步骤可由除所公开的网络元件之外的网络元件来执行。因此，所有这些修改都意欲包括在这个公开的范围中。