认知无线网络中的频谱感测资源的动态分配

摘要

本发明涉及一种用于在无线通信网络中进行通信的方法，其中该方法包括以下步骤：在该无线通信网络的无线终端(114)与基站(112)之间在处于第一频带(102)之中的控制信道频率上建立(S1)控制信道，该第一频带排他地用于无线通信；收集(S2)关于第二频带(100)的信息，该信息指示该第二频带的至少第一部分未被分配给至少一个其他设备和/或服务；确定(S3)该第一频带中的业务负载是否高于业务负载阈值；如果该第一频带中的业务负载高于该业务负载阈值，则经由该控制信道从该基站向该无线终端发射(S4)控制信道数据，其中该控制信道数据包括通信信道的在该第二频带中的通信信道频率；如果该第一频带中的业务负载高于该业务负载阈值，则在该无线终端与该基站之间在该通信信道频率上建立(S5)通信信道。

说明书

技术领域

本发明涉及用于在无线通信网络中进行通信的方法、基站装置 和计算机可读存储介质，更具体而言涉及使用白色空间频率(white  space frequency)用于无线通信的方法。

背景技术

特高频(UHF)白色空间频率通常用于数字视频广播(DVB-T) 和无线麦克风。UHF频带位于470-790MHz的范围内。DVB-T TV 广播台没有将整个频率范围用于DVB-T广播。无线麦克风也可以在 该频率范围内通信并且可以动态地开关而不干扰其他无线麦克风和/ 或DVB-T服务器。由于无线麦克风的覆盖范围相对小，无线麦克风 对特定频率的使用不必在中央网络实体注册。在一些区域或国家这 同样适用于具有小的覆盖范围的其他设备。

US 2008/159208 A1公开了一种用于无线通信系统中使用该无线 通信系统的接入点之间发射的射频信标信号来分配共享频谱的方法 和装置。

EP 1750466 A1公开了一种包括一组用户终端的通信网络，如 WLAN的蜂窝网络。该通信网络包括用于动态地控制频谱使用的系 统。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于在无线通信网络中进行通 信的改进的方法、一种改进的基站装置以及一种改进的计算机可读 存储介质。该目的是通过根据独立权利要求所述的方法、基站装置 和计算机可读存储介质来实现的。在从属权利要求中给出了本发明 的实施方式。

本发明提供了一种用于在无线通信网络中进行通信的方法，其 中，该方法包括以下步骤：

根据本发明，在该无线通信网络的无线终端与基站之间在第一 频带之中的控制信道频率上建立控制信道。该第一频带排他地用于 无线通信并且可以是例如GSM、UMTS或LTE网络。该无线终端可 以是例如移动电话、PDA或移动计算机。该控制信道用于从该基站 向该无线终端发射控制信号并且反之亦然。控制信息可以是例如关 于从该基站向该无线终端分配的通信信道的信息或者是例如由该基 站从该无线终端请求的与该基站中的控制机制相关的数据。通常， 该控制信道类似于从GSM、UMTS或LTE中的标准控制信道已知的 控制信道那样运作。

在第二步骤中，收集关于第二频带的信息。该信息指示该第二 频带的至少第一部分未被分配给至少一个其他设备和/或服务器。该 第二频带优选地是在470到790MHz之间的白色空间频带，其对应 于上述UHF白色空间频带。换句话说，如果该第二频带的至少第一 部分未被至少一个其他设备用于无线通信，则收集信息。要注意， 该至少一个其他设备也可以是DVB-T TV广播发送器或者任意其他 广播发送器，其仅在该第二频带上发射信号但不在该第二频带上接 收信号。该至少一个其他服务可以是例如任意TV或无线电广播服务 如DVB-T。

在第三步骤中，确定该第一频带中的业务负载是否高于业务负 载阈值。在该步骤中，确定该第一频带中的业务负载是因为将一些 业务从该第一频带外包给该第二频带是有利的。

在第四步骤中，如果该第一频带中的业务负载高于该业务负载 阈值，则经由该控制信道从该基站向该无线终端发射控制信道数据。 该控制信道数据包括通信信道的在该第二频带中的通信信道频率。 换句话说，该控制信道数据指示通信信道的在该第二频带中的通信 信道频率。换句话说，该基站经由该控制信道向该无线终端发射该 第二频带的频率，以便通过发射该通信信道频率将业务从该第一频 带外包给该第二频带，其中该通信信道频率位于该第二频带中。该 通信信道被调整以适合该无线终端与该基站的通信。该通信信道可 以例如用于电话呼叫、数据传输(例如因特网数据传输)，或者从 该无线终端经由该基站到另一个设备建立的任意其他通信。

在第五步骤中，如果该第一频带中的业务负载高于该业务负载 阈值，则在该无线终端与该基站之间在该通信信道频率上建立通信 信道。要注意，只有该第一频带中的业务负载高于该业务负载阈值 时才执行后两个步骤。这意味着只有在该第一频带中的业务负载已 经超过该业务负载阈值的情况下才将通信从该第一频带外包给该第 二频带。

根据本发明的方法之所以是有利的是因为在高业务负载的情况 下可以将一些业务外包给该第一频带，其中该第一频带是白色空间 频带，例如从470-790MHz的UHF白色空间频带。建立有该控制信 道的该第一频带优选地是许可给该无线通信网络的运营商的频带。 与白色空间频带相反，该第一频带只能被无线通信网络的运营商使 用。

当向该第二频带(其是白色空间频带)外包业务时，必须注意 以免打扰该白色空间频带中的任意其他通信。这是通过收集关于该 第二频带的信息来避免的。因为该白色空间频带中的频率不一定在 中心实体注册，所以必须收集已使用和未使用频率的信息。该收集 可以包括例如感测该第二频带中的通信或者访问存储有该第二频带 中的已用或已分配频率的数据库。再次强调，该至少一个其他设备 也可以是例如数字视频或音频广播的发送器。也可以由一个设备执 行该第二频带的频率的分配而无需向另一个设备发送该分配。其可 以是例如无线麦克风，其向自身分配该第二频带中的特定频率而无 需向任意其他设备或实体发送该分配。该无线麦克风还可以向用于 从该无线麦克风接收信号(如音频数据)的另一个设备发送该频率。 该分配可能不能通过访问数据库来检测，因为该分配未在任何地方 注册。因此，必须通过感测该设备的使用来检测该分配。可以由该 基站和/或该无线终端来执行感测。

在收集该信息之后，在该第二频带中的该通信信道频率上建立 该通信信道。该建立步骤考虑了所收集的信息并且在通信信道频率 上建立该通信信道，其中在该通信信道频率上不希望对该至少一个 其他设备产生干扰或任意其他打扰。

根据本发明的实施方式，该第二频带的至少一个第二部分用于 陆地数字视频和/或音频广播。这不意味着该第二频带的该至少一个 第二部分排他地用于数字视频和/或音频广播，而是还可以用于无线 通信或其他无线通信。该第二频带的一些部分可以例如用于第一区 域中的数字视频和/或音频广播，而同一部分可以用于第二区域中的 无线通信，其中该第一区域和该第二区域不重叠。这对应于白色空 间频率的定义。白色空间频率概括而言是可被特定服务或设备如 DVB-T发送器使用但是未被该服务或设备本地地使用的频率。

根据本发明的实施方式，收集信息的步骤包括由该基站和/或该 无线终端感测该第二频带中的频率的使用和/或从数据库读取该第二 频带中的频率的使用。

根据本发明的实施方式，该控制信道数据包括将要被该通信信 道使用的带宽。这样做的好处在于限制已用带宽并且避免由至少一 个其他设备和/或服务器在该第二频带中执行的通信的干扰或任意其 他打扰。

根据本发明的实施方式，该方法进一步包括修改该通信信道和/ 或拆除该通信信道的步骤。从该基站经由该控制信道向该无线终端 发送用于修改或拆除该通信信道的指令。当已用通信信道频率对于 其他设备导致问题和/或至少一个其他设备打开(这导致对于该无线 终端的通信的干扰和/或其他打扰)时，修改和/或拆除该通信信道可 能是有利的。

根据本发明的实施方式，该方法进一步包括用于确定该无线终 端的速度的步骤、确定该速度是否低于速度阈值的步骤以及只有该 速度低于该速度阈值时才建立通信信道的步骤。这三个方法步骤是 有利的，因为只有该无线终端的速度低于速度阈值时才将通信外包 给该第二频带。这是有利的，因为快速移动的无线终端可能容易打 扰使用该第二频带中的频率而未在任何地方注册的设备的通信。仅 当将慢速移动的无线终端(这意味着它们的速度低于该速度阈值) 的业务外包给该第二频带时，才可以避免该无线终端的电磁环境的 快速改变。

根据本发明的实施方式，该方法进一步包括以下步骤：当该第 二频带的该至少一部分被分配给该至少一个其他设备和/或服务时并 且当该无线终端以一速度沿一轨迹移动时：

确定该无线终端的该速度；

预测该无线终端的该轨迹；

使用该速度和该轨迹计算第一时间值，该第一时间值指示一时 间段，其中预期在该时间段之后建立该通信信道。可以例如通过普 通GSM、UMTS或LTE技术或者如果该无线终端具有GPS接收器 时可通过GPS方法来确定该无线终端的该速度和该轨迹。本发明的 实施方式是有利的，因为基于该速度和该轨迹计算的该第一时间值 可以指示在该第二频带中建立该通信信道变得有利的时刻。因此， 从可以建立通信信道的该时刻之后，对于任意其他通信不损失任何 时间并且通信信道及时建立。根据所收集的信息、该无线终端的速 度和轨迹确定该时刻。该时刻被选择为使得该通信信道不打扰该第 二频带中的任意其他设备的通信。如果预计该无线终端位于该第二 频带的该至少一部分在该时间段之后不被分配给任意设备和/或服务 的区域中，则该方法是有利的。在该时刻，在该通信信道频率上建 立该通信信道。

根据本发明的实施方式，该方法进一步包括用于通过使用该速 度和该轨迹来计算第二时间值的步骤，该第二时间值指示建立该通 信信道与拆除该通信信道之间的最大时间段。换句话说，第二时间 值是建立有该通信信道的时段。例如对于快速移动的无线终端，经 由该通信信道的通信只能进行几秒或几分钟，之后该第二频带中的 另一个设备的通信会由于该无线终端朝向该另一设备移动而受到该 无线终端的通信的打扰。

根据本发明的实施方式，只有在建立该通信信道与拆除该通信 信道之间的该最大时间段高于一个时间阈值时才建立该通信信道。 这样做的好处在于避免仅将连接卸载或外包很短的时间。运营商更 希望外包预期能被外包相当长的时间段的无线终端的连接。

根据本发明的实施方式，经由该控制信道从该无线终端向该基 站发射验证数据、授权数据、位置数据和路由区数据。向该基站发 射验证数据和授权数据以便识别该无线终端。将该验证数据和授权 数据例如存储在该无线终端的用户身份模块(SIM)中。该验证数据 和授权数据识别该无线终端、该无线终端的用户和/或要由该用户/ 该无线终端使用的服务器。根据GSM、UMTS和/或LTE网络的标 准执行验证和授权。有利地向该基站发射位置数据，以便让该基站 收集关于在该无线终端的区域中该第二频带的该至少一部分的使用 的信息。该基站必须知道该无线终端位于哪里，以便收集该区域中 的已用频率的信息。从该无线终端经由该控制信道向该基站发射路 由区数据，以便更新该基站中的信息以用于该无线终端的因特网连 接。

根据本发明的实施方式，该无线终端包括频谱感测装置。该频 谱感测装置用于感测该第二频带的该第一部分是否被该至少一个其 他设备和/或服务使用。该感测装置从原用户如DVB-T发送器或者位 于该无线终端附近的无线麦克风检测对该第二频带的该第一部分的 使用。在这里将靠近该无线终端的附近位置特征化为该无线终端位 于该无线麦克风的覆盖区域内。除了无线麦克风或DVB-T发送器之 外，可以由该无线终端的感测装置感测使用该第二频带中的频率的 任意其他设备。这是强制性的以便不打扰该第二频带中的任意其他 设备的通信。也可以由该无线终端通过该感测设备感测其他移动通 信。例如靠近该无线终端的其他无线终端可能已经在该第二频带上 通信。这也由该感测装置感测。这样做的好处在于避免干扰并且找 到合适的通信信道频率而不导致与其他通信设备的干扰或任意其他 打扰。该无线终端进一步包括发射装置，该发射装置用于向该基站 发射信号。该信号指示该第二频带的该第一部分被该至少一个其他 设备使用。该步骤的好处在于将由该感测装置收集的信息发射给该 基站。该基站然后决定将该第二频带的哪个部分用于该通信信道频 率。该基站避免使用已经被另一个设备使用的频率。

在另一个方面，本发明涉及一种基站装置，包括：

用于在无线通信网络的无线终端与基站之间在第一频带之中的 控制信道频率上建立控制信道的装置，该第一频带排他地用于无线 通信；

用于收集关于第二频带的信息的装置，该信息指示该第二频带 的至少第一部分未被分配给至少一个其他设备和/或服务；

用于确定该第一频带中的业务负载是否高于阈值的装置；

用于如果该第一频带中的业务负载高于该阈值，则经由该控制 信道从该基站向该无线终端发射控制信道数据的装置，其中该控制 信道数据包括通信信道的在该第二频带中的通信信道频率；

用于如果该第一频带中的业务负载高于该阈值，则在该无线终 端与该基站之间在该通信信道频率上建立通信信道的装置。

在另一个方面，本发明涉及一种包含指令的计算机可读存储介 质，当该指令被根据权利要求8的基站装置执行时使得该基站装置 执行用于在无线通信网络中进行通信的方法，该方法包括：

在该无线通信网络的无线终端与基站之间在第一频带之中的控 制信道频率上建立控制信道，该第一频带排他地用于无线通信；

收集关于第二频带的信息，该信息指示该第二频带的至少第一 部分未被分配给至少一个其他设备和/或服务；

确定该第一频带中的业务负载是否高于阈值；

如果该第一频带中的业务负载高于该阈值，则经由该控制信道 从该基站向该无线终端发射控制信道数据，其中该控制信道数据包 括通信信道的在该第二频带中的通信信道频率；

如果该第一频带中的业务负载高于该阈值，则在该无线终端与 该基站之间在该通信信道频率上建立通信信道。

附图说明

在下文中将仅通过实例的方式并且参考附图来描述本发明的优 选实施方式，其中：

图1是频谱以及使用该频谱的一部分用于控制以及用于通信问 题的示意图；

图2是可操作来执行根据本发明的实施方式的方法的基站装置 的方框图；以及

图3是用于在无线通信网络中进行通信的方法的流程图；

图4是无线通信网络的小区的示意图。

具体实施方式

在这些附图中附图标记类似的元素要么是相同的元素要么执行 相同的功能。在稍后的附图中如果功能相同则无需讨论之前已经讨 论过的元素。

图1是400-1000MHz的频谱的示意图。该频谱包括多个频带。 第一频带102可以是例如790-970MHz。第二频带100可以位于例 如470和790MHz之间并且被称为白色空间频带100。在世界上的 不同地方，第一频带和第二频带可以包括不同的频率和/或频率范围。 该第一频带102包括被称为LTE上行链路104、LTE下行链路106、 GSM上行链路106和GSM下行链路108的部分。该第一频带102 还可以包括用于根据UMTS或CDMA标准进行通信的部分。该第一 频带102包括许可频率以控制该第二频带100中的该白色空间频率 的使用，以卸载运营商的业务的一部分。通常，在与第一频带102 相对应的许可频率范围内发射无线通信网络中的业务。当无线通信 网络的小区中的业务负载超过小区负载阈值时，将业务的一部分外 包给或者卸载到与第二频带100相对应的白色空间频带是有利的。 必须小心以免打扰原用户。在这里将原用户理解为最初使用该白色 空间频带100的用户。这可以是例如DVB-T发送器和/或未在中央网 络实体中注册它们的频率分配的其他设备如无线麦克风。基站112 收集关于该白色空间频带100的已用和未用或者换句话说已分配和 未分配部分的信息。也可以由无线终端114的感测装置检测频率的 使用。

基站112控制无线终端114的通信。基站112决定何时将无线 终端的通信外包给或卸载到位于白色空间频带100中的通信信道。 该控制信道位于许可频带102中。这是有利的，因为通过经由许可 频带102控制无线终端114，所以不会打扰其他设备。基站经由控制 信道发送控制信道数据并且经由该白色空间频带100中的通信信道 发送通信数据。由于通信信道频率被经由控制信道发送给无线终端， 所以不会打扰其他通信。基站112知道该白色空间频带100中的已 用和未用或者换句话说已分配和未分配频率。优选地，仅对于低于 速度阈值的无线终端114建立该白色空间频带100中的通信信道。 如果无线终端114移动速度快于该速度阈值，则更可能产生与其他 设备的干扰，并且将未示出的另一个无线终端的通信卸载到白色空 间频带100可能是有利的。许可频带102中的控制信道根据GSM、 UMTS或LTE标准来运作。经由白色空间频带100中的通信信道与 基站112的通信也根据GSM、UMTS或LTE标准来工作。该控制信 道不打扰或干扰白色空间频带100中的原用户，因为该控制信道位 于许可频带102中，而在许可频带102仅发生无线通信。

图2是基站200的方框图。基站200包括用于在该无线通信网 络的无线终端与基站之间在第一频带之中的控制信道频率上建立控 制信道的装置202，该第一频带排他地用于无线通信。基站200还包 括用于收集关于第二频带的信息的装置204，该信息指示该第二频带 的至少第一部分未被分配给至少一个其他设备和/或服务。装置206 用于确定该第一频带中的业务负载是否高于业务负载阈值。此外， 基站200包括用于如果该第一频带中的业务负载高于该业务负载阈 值，则经由该控制信道从该基站向该无线终端发射控制信道数据的 装置208，其中该控制信道数据包括通信信道的在该第二频带中的通 信信道频率。装置210用于如果该第一频带中的业务负载高于该阈 值，则在该无线终端与该基站之间在该通信信道频率上建立通信信 道。

在操作时，基站200通过使用装置202建立它自身与无线终端 之间的控制信道。然后利用装置204收集关于该第二频带(又被称 为白色空间频带)的信息。稍后装置210使用收集的信息来建立与 无线终端的通信信道。只有装置206已经确定第一频带中的业务负 载高于业务负载阈值才建立该通信信道。这样做的好处在于将无线 通信小区中的业务负载外包给白色空间频带而不会导致以任何方式 干扰或打扰该白色空间频带中的原用户的通信。该控制信道位于第 一频带中，该第一频带包括许可用于无线通信的频率。因而，避免 了由控制信道导致的干扰或打扰。

图3是根据本发明的实施方式的方法的流程图。在第一步骤S1 中，在第一频带中的控制信道频率上建立控制信道。该控制信道用 于控制无线终端到无线通信网络的基站的连接。该控制信道位于第 一频带中，该第一频带排他地用于无线通信。根据无线通信网络的 标准如GSM、UMTS或LTE标准执行控制。

在第二步骤S2中，收集关于第二频带的信息。该第二频带是例 如白色空间频带，该白色空间频带可以例如用于DVB-T和/或无线麦 克风或者具有小的覆盖区域的其他设备。收集的信息指示该第二频 带的至少第一部分未被分配给至少一个其他设备和/或服务如无线麦 克风和/或DVB-T。再次注意，该至少一个其他设备可以例如是 DVB-T发送器。无线麦克风的频率可以例如仅被分配在该无线麦克 风和相应的接收器中。

在第三步骤S3中，确定该第一频带中的业务负载是否高于业务 负载阈值。在该确定之后，执行第四步骤S4。第四步骤包括如果该 第一频带中的业务负载高于该业务负载阈值，则经由该控制信道从 该基站向该无线终端发射控制信道数据。该控制信道数据包括通信 信道的通信信道频率。该通信信道频率位于该第二频带中。换句话 说，只有相应的小区中的业务负载太高以至于运营商想要卸载或外 包一些业务时，才建立第二频带中的通信信道。在这种情况下，将 业务卸载或外包到第二频带中的好处在于减少了第一频带中的业 务。

在第五步骤S5中，如果该第一频带中的业务负载高于该业务负 载阈值，则在该无线终端与该基站之间在该通信信道频率上建立通 信信道。

要注意，这些步骤的顺序不限于S1-S2-S3-S4-S5。可以可替换地 应用任意其他合理的顺序来执行根据本发明的实施方式的方法。

图4是无线通信网络的小区402的示意图。小区402中的通信 在第一频带中根据GSM、UMTS或LTE标准进行。第二频带对应于 白色空间频带400。白色空间频带400在小区402中的任何地方以及 小区402外部都可用。在区域404和406中，白色空间频带400的 至少一部分被分配给至少一个其他设备和/或服务，其可以是例如 DVB-T传输和/或无线麦克风的使用。

无线终端以特定速度沿轨迹408移动。基于轨迹408和速度， 小区402的基站(未示出)能够确定一最大时间段，其中在该最大 时间段中无线终端可以使用该白色空间频带400中的至少一部分。 该最大时间段是当无线终端在地理地点412处离开区域406时的时 刻与当无线终端在地理地点410处进入区域404时的时刻之间的时 间。

附图标记列表

  100   白色空间频带   102   许可频带   104   LTE上行链路   106   LTE下行链路   108   GSM上行链路   110   GSM下行链路   112   基站   114   无线终端   200   基站   202   用于建立控制信道的装置   204   用于收集信息的装置   206   用于确定业务负载的装置   208   用于发射控制信道数据的装置   210   用于建立通信信道的装置   400   小区   402   区域   404   区域   406   区域   408   轨迹   410   地理地点   412   地理地点