Устройство и способ управления переключением каналов в беспроводных сетях

Устройство и способ управления переключением каналов в беспроводных сетях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Данное изобретение притязает на приоритет Предварительной заявки (США) серийный номер 60/757998, зарегистрированной в Ведомстве по патентам и товарным знакам США 11 января 2006 года, озаглавленной "METHOD FOR CHANNEL SWITCH AND INTER BASE STATION COMMUNICATION IN WIRELESS REGIONAL AREA NETWORK", автора GAO, Wen и др.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к беспроводным сетям и, в частности, к способам и устройствам управления переключением каналов в беспроводных региональных вычислительных сетях (WRAN).

Уровень техники

Потребность в доступе по широкополосным линиям связи возрастает. Этот доступ трудно предоставлять в некоторых случаях. Например, малонаселенные сельские области и другие области с низким уровнем обслуживания в мире страдают от нехватки проводной инфраструктуры, чтобы поддерживать доступ по проводным широкополосным линиям связи. Рабочая группа по беспроводным региональным вычислительным сетям Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE WRAN) предлагает стандартные технические требования (обозначенные 802.22) для беспроводных сетей, чтобы удовлетворять возрастающий спрос на доступ по беспроводным широкополосным линиям связи. Технические требования IEEE 802.22 WRAN описывают WRAN-систему, сконфигурированную так, чтобы работать в рамках полос радиочастотной (RF) широковещательной передачи, в типичном варианте зарезервированных для лицензированных пользователей. Одним примером лицензированного пользователя в RF широковещательной полосе является телевизионная вещательная станция.

Переключение каналов является важной функцией WRAN. Узлы приемо-передающего устройства WRAN переключают рабочие каналы, чтобы избежать помех с лицензированными доминирующими службами в широковещательных полосах. WRAN-узлы допускают переключение с первого канала, к примеру, канала, по которому узел установил линию связи, на второй канал, когда обнаружено доминирующее применение.

Другая причина переключения WRAN-каналов состоит в том, чтобы поддерживать качество обслуживания (QoS) по WRAN-линиям связи. Качество линии связи может ухудшаться вследствие таких причин, как погода, электрические помехи, поврежденное оборудование и другие факторы. Когда качество линии связи ухудшается, иногда желательно для WRAN-системы перейти на другой канал, чтобы сохранить качество линии связи. Переключение каналов поддерживает вариант установления новой линии связи по второму, отличному каналу, если первый канал ухудшается.

Другая причина переключения каналов заключается в том, чтобы использовать методику связи с расширенным спектром, известную как скачкообразная перестройка частоты (FH). Скачкообразная перестройка частоты - это еще один способ, которым WRAN может избежать помех с доминирующими структурами. WRAN-системы со скачкообразной перестройкой частоты распространяют связь во временной области по множеству различных методик. Каждая из множества частот используется только в течение небольшого количества времени.

Доминирующим структурам назначаются относительно узкие полосы частот. Доминирующие структуры в типичном варианте имеют права передавать при мощности, достаточной высокой для того, чтобы иметь приоритет над WRAN-связью. Следовательно, любые помехи, вызываемые посредством WRAN в данном канале, которые затрагивают доминирующую структуру, являются кратковременными. Любые помехи от WRAN, вероятно, будут перекрыты посредством доминирующей структуры. В то же время доминирующая структура перекрывает только одну из частот, используемых посредством WRAN-станции со скачкообразной перестройкой частоты. Следовательно, только одна часть WRAN-передачи искажается посредством доминирующей структуры, поступающей по лицензированному каналу.

Одной сложной задачей переключения каналов в WRAN является избежание коллизий канала с другой WRAN при переключении каналов. Если более одной WRAN-станции выбирает один и тот же второй канал для переключения в одно и то же время, может возникать коллизия между WRAN-станциями. Следовательно, требуются устройства и способы управления переключением каналов для того, чтобы избегать коллизий каналов в WRAN-системах.

Сущность изобретения

Варианты осуществления изобретения предоставляют способы, устройство и системы управления переключением каналов в беспроводных региональных вычислительных сетях (WRAN).

Краткое описание чертежей

Полное понимание настоящего изобретения раскрывается на прилагаемых чертежах вместе с последующим подробным описанием, на котором:

Фиг. 1 - это графическая схема примерной WRAN-системы, подходящей для развертывания вариантов осуществления изобретения;

Фиг. 2 - это графическая схема примерной WRAN-соты согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг. 3 - это блок-схема BS согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 4 - это схема, иллюстрирующая проблему переключения в WRAN;

Фиг. 5 - это блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая этапы традиционного способа недопущения коллизий каналов;

Фиг. 6 - это более подробная блок-схема вариантов осуществления изобретения, проиллюстрированных на фиг. 2 и 3;

Фиг. 7 - это блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая этапы способа согласно варианту осуществления изобретения для недопущения коллизий каналов.

Подробное описание изобретения

Определения

Для целей данного описания следующие термины используются так, как задано в данном документе.

Термин "базовая станция" (BS) означает набор оборудования, предоставляющий возможности подключения, управление и контроль, по меньшей мере, для одного набора находящегося у заказчика оборудования (CPE).

Термин "находящееся у заказчика оборудование" (CPE) означает оборудование, предоставляющее возможности соединения между WRAN-абонентом и BS.

При упоминании WRAN термин "сота" задается как содержащий, по меньшей мере, одну BS.

Термин "узел" означает группировку сетевых элементов, которая предоставляет сетевые функции. Например, базовая станция содержит узел WRAN. CPE содержит узел WRAN.

Термин "радио" означает беспроводную передачу сигналов посредством модуляции электромагнитных волн с помощью частот ниже частот света.

Термин "когнитивное радио" означает приемо-передающее радиоустройство (приемо-передающее устройство), разработанное так, чтобы обнаруживать то, используется ли, по меньшей мере, конкретная часть радиочастотного спектра (RF) в настоящее время.

Термин "канал" означает выделенную частоту или выделенную полосу частот для связи между отправителем и получателем. Конкретный канал указывается рядом способов. Номер канала представляет оцененный номер канала, используемый посредством контроллера доступа к среде (MAC). В некоторых вариантах осуществления номер канала означает физический канал. В других вариантах осуществления номер канала указывает логический канал. Номер канала в одной схеме представления может быть отображен в различных других схемах представления посредством аппаратных средств и программного обеспечения в станциях отправителя и получателя.

Термин "нисходящий" означает направление от BS к CPE. Термин "восходящий" означает направление от CPE к BS.

Термин "информация" означает состояние интересующей системы.

Термин "сообщение" означает информацию, материализованную и организованную в соответствии с форматом сообщения.

Фиг. 1. WRAN

Фиг. 1 иллюстрирует примерную беспроводную сеть 10, подходящую для развертывания различных вариантов осуществления настоящего изобретения, как проиллюстрировано на фиг. 2, 3 и 6. Фиг. 1 иллюстрирует сеть 10 в качестве только одного примера из многих возможных конфигураций сети, подходящих для развертывания различных вариантов осуществления изобретения. Согласно одному варианту осуществления изобретения беспроводная сеть 10 содержит беспроводную региональную вычислительную сеть (WRAN). Общие технические требования WRAN описаны, к примеру, в "IEEE P802.22/D0.1, Draft Standard for Wireless Regional Area Networks Part 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Unit (PHY) specifications: Policies and procedures for operation in the TV Bands".

В одном варианте осуществления изобретения сеть 10 сконфигурирована, в общем, согласно предлагаемым проектным техническим требованиям IEEE 802.22. Предполагаются другие варианты осуществления, которые не описаны в настоящих проектах технических требований IEEE 802.22. Эти варианты осуществления могут быть, а могут не быть описаны в будущих технических требованиях 802.22. Вне зависимости от технических требований 802.22 WRAN 10 содержит, по меньшей мере, одну соту 26. Сота 26 содержит, по меньшей мере, одну базовую станцию BS 100. BS 100 в типичном варианте ассоциативно связана, по меньшей мере, с одним находящимся у заказчика оборудованием (CPE) 18. В типичном варианте сота 26 содержит, по меньшей мере, одну BS 100 и, по меньшей мере, одно CPE 18. Примерная WRAN 10, проиллюстрированная на фиг. 1, содержит множество сот 26 и 26a-d. Множество CPE 18 содержит каждую соту 26 и 26a-d. По меньшей мере, одна BS, к примеру, BS 100 соты 26 соединена с магистральной (BB) сетью 211. BB-сеть 211 содержит традиционную проводную широковещательную услугу. BS 100 подключает CPE 18 к BB-сети 211 посредством соединения по беспроводной линии связи CPE 18 и BS 100, и посредством соединения по проводной линии связи BS 100 и BB-сети 211.

В некоторых вариантах осуществления изобретения покрытие услуги для каждой соты 26 расширяется до точки, где передаваемый сигнал от BS 100 может быть принят посредством ассоциативно связанного CPE с данным минимальным отношением сигнал-шум (SNR). В некоторых вариантах осуществления изобретения покрытие услуги некоторых сот 26 перекрывается с покрытием услуги других сот 26, как проиллюстрировано на фиг. 1.

Типичная примерная сота 26 содержит одну BS 100 и множество ассоциативно связанных CPE 18. Следует понимать, что число сот 26, базовых станций 100 и CPE 18, проиллюстрированных на фиг. 1, выбирается для удобства иллюстрации и простоты понимания в данном санкционирующем техническом описании. При фактическом практическом использовании число сот 26, BS 100 и CPE 18 WRAN 10 варьируется. Изобретение не ограничено WRAN, содержащей любое конкретное число сот 26, BS 100 или CPE 18.

Альтернативные конфигурации сетей, подходящих для развертывания изобретения, содержат WRAN-системы, включающие в себя более одной WRAN 10. В данном случае системы WRAN 10 в идеале не допускают помех друг с другом по каналам связи, а также не допускают помех с доминирующими пользователями каналов.

Фиг. 2. Сота

Фиг. 2 - это графическая схема примерной соты 26 WRAN 10 общего типа, проиллюстрированной на фиг. 1. Сота 26 содержит, по меньшей мере, одну BS 100 и, по меньшей мере, одно CPE, к примеру, CPE 18 и CPE 18a. Пример соты 26, проиллюстрированный на фиг. 2, содержит BS 100 и множество CPE 18. BS 100 включает в себя, по меньшей мере, одну передающую антенну и, по меньшей мере, одну приемную антенну, указанные как приемо-передающие антенны 203. Две примерные антенны приемо-передающие 203 и 204 базовой станции проиллюстрированы на фиг. 2. Изобретение не ограничено каким-либо конкретным числом антенн базовой станции. Приемо-передающая антенна 203 подключена к передающему и приемному устройству (приемо-передающему устройству) 244. BS 100 дополнительно содержит антенну 205 датчика спектра, подключенную к когнитивному приемо-передающему радиоустройству 245.

BS 100 дополнительно содержит BS-контроллер 288 и магистральный интерфейс 214. Магистральный интерфейс 214 подключает, по меньшей мере, одну магистральную сеть к BS-контроллеру 288. Фиг. 2 иллюстрирует два примера магистральных сетей. Первый пример магистральной сети содержит традиционное проводное подключение 210 к Интернету 211. Второй пример магистральной сети содержит спутниковую линию связи 237 со спутником 212 связи.

В одном варианте осуществления изобретения BS 100 предоставляет беспроводное расширение услуги широкополосной передачи, переносимой посредством, по меньшей мере, одной магистральной сети, например, спутниковой широковещательной сети 212, для пользователей в географическом регионе, для которого спутниковая 212 широковещательная услуга не доходит напрямую до CPE 18. Согласно примерным вариантам осуществления, магистральный интерфейс 214 в BS 100 содержит интерфейс между беспроводными и проводными магистральными сетями. Другие примеры проводных магистральных сетей, подходящих для реализаций изобретения, включают в себя кабельные сети, оптоволоконные сети, телефонные сети общего пользования и т.п.

BS-контроллер 288 подключается к приемо-передающему устройству 244 так, чтобы управлять работой приемо-передающего устройства 244, чтобы обмениваться данными, по меньшей мере, с одним CPE 19 соты 26. Таким образом, по меньшей мере, одна линия связи, к примеру 250, устанавливается, по меньшей мере, между одной магистральной сетью, к примеру 211, и, по меньшей мере, одним CPE 18 соты 26. В примерном варианте осуществления изобретения базовая станция 100 и множество CPE 18 размещены в конфигурации сети "от точки к множеству точек". В данном примере BS 100 содержит точку, а множество CPE 18 содержат множество точек.

В одном варианте осуществления изобретения приемо-передающее устройство 244 ВS 100 в WRAN 10 работает в ТВ-полосах частот UHF/VHF между 54 и 862 МГц. Согласно другим вариантам осуществления изобретения BS 100 в WRAN 10 использует другие телевизионные полосы частот для связи с CPE 18. В некоторых вариантах осуществления изобретения BS 100 в WRAN 10 базируется на защитных полосах частот для связи с CPE. Вне зависимости от каналов и частот, на которых работает WRAN 10 или BS 100, идеальная WRAN 10 не допускает помех с применением любого канала связи от доминирующего, т.е. лицензированного пользователя.

Примерное CPE 18a содержит, по меньшей мере, одну антенну 216 приема/передачи в CPE, подключенную к приемо-передающему устройству 280 CPE. CPE-контроллер 299 подключен к приемо-передающему устройству 280. CPE-контроллер 299 также подключен к пользовательскому прикладному блоку 241. Пользовательский прикладной блок 241 содержит, по меньшей мере, персональный компьютер 242 и ассоциативно связанные аппаратные средства и программное обеспечение. CPE-контроллер 299 подключен между пользовательским прикладным блоком 241 и приемо-передающим устройством 280 так, чтобы предоставлять линию 250 связи между пользовательским прикладным блоком 241 и, по меньшей мере, одной магистральной сетью BS 100.

BS 100 обменивается данными с CPE, например CPE 18a, посредством линии 250 радиосвязи. Линия 250 устанавливается, по меньшей мере, между одной BS-антенной, например 204, и CPE-антенной 216. Аналогичные линии связи между CPE 18 и BS 100 указаны посредством пунктирных линий 251, 252, 253, 254, 255 и 256.

В одном варианте осуществления изобретения BS 100 передает в широковещательном режиме передачи по нисходящей линии связи в примерное CPE 18a. В одном варианте осуществления изобретения передачи по нисходящей линии связи BS 100 принимаются посредством всех CPE 18, 18a, содержащих соту 26. В одном варианте осуществления одна восходящая линия связи от CPE 18 к BS 100 совместно используется посредством множества CPE соты 26. В некоторых вариантах осуществления канал восходящей линии связи содержит канал множественного доступа. В одном варианте осуществления изобретения каждая BS 100 управляет передачами по восходящей линии связи посредством предоставления возможности доступа согласно заданному требованию по качеству обслуживания (QoS).

В одном варианте осуществления изобретения контроллер 299 примерного CPE 18a содержит контроллер доступа к среде (MAC). В некоторых вариантах осуществления контроллер 299 использует традиционные способы множественного доступа, чтобы совместно использовать доступ с другими CPE к линии связи из нескольких CPE и BS 100.

Тремя традиционными способами контроля доступа к среде, подходящими для использования в BS 100 и CPE 18 согласно различным вариантам осуществления изобретения, являются множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA), множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA) и множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA). В варианте осуществления FDMA среда разделяется на части спектра, упоминаемые как каналы. В варианте осуществления TDMA доступ к среде делится на части, содержащие временные интервалы. В варианте осуществления CDMA среда делится на коды, посредством которых выделенные узлы могут совместно использовать один канал среды.

Один вариант осуществления изобретения использует методики множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA). В одном варианте осуществления изобретения OFDMA среда секционируется в частотно-временном пространстве. Это достигается посредством назначения CPE как индекса OFDM-сигнала, так и индекса OFDM-поднесущей. В данном варианте осуществления BS 100 передает символы с помощью поднесущих, которые остаются ортогональными к поднесущим другого CPE соты 26. Некоторые варианты осуществления изобретения назначают несколько поднесущих одному CPE, например, чтобы поддерживать высокоскоростные варианты применения.

Другие варианты осуществления изобретения содержат альтернативные устройства и схемы множественного доступа. Некоторые варианты осуществления изобретения, как предполагается, используют комбинации, по меньшей мере, из двух схем множественного доступа для разделения спектра на части. Вне зависимости от схемы доступа, используемой посредством различных вариантов осуществления изобретения, изобретение предоставляет систему и способ недопущения коллизий каналов при переключении каналов.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, BS 100 необязательно включает в себя антенну 205 датчика спектра. Датчик 205 спектра подключен к модулю 260 управления спектром. В одном варианте осуществления изобретения модуль 260 управления спектром (дополнительно проиллюстрированный на фиг. 3 как 260) содержит когнитивную радиосистему (лучше всего проиллюстрированную на фиг. 3 как 245). В одном варианте осуществления изобретения примерное CPE 18a предоставляет возможность измерения распределенного спектра для BS 100 соты 26. В этом варианте осуществления CPE 18 оснащено антенной датчика спектра и менеджером спектра способом, аналогичным BS 100.

В данном варианте осуществления CPE выполнено с возможностью осуществлять измерение локального спектра. CPE 18 сообщает результаты локального измерения в BS 100. BS 100 собирает данные от CPE 18. BS 100 определяет наличие доминирующих структур (к примеру, лицензированных пользователей) в замеренных частях RF-спектра на основе информации, собираемой от CPE наряду с собственными измерениями BS 100.

В отличие от типичной BS, BS 100 по фиг. 2 дополнительно содержит схему произвольной задержки (RDC) 659 (также проиллюстрированную на фиг. 6 как 659). В одном варианте осуществления изобретения схема 659 произвольной задержки содержит часть BS-контроллера 288. В альтернативном варианте осуществления изобретения схема 659 произвольной задержки содержит часть приемо-передающего устройства 244. Следует понимать, что возможно множество конкретных аппаратных и программных реализаций функций BS 100, проиллюстрированной на фиг. 2. Следовательно, схема 659 произвольной задержки является конфигурируемой во множестве аппаратных и программных компонентов BS 100. Вне зависимости от аппаратных средств, с которыми ассоциативно связана схема 659 произвольной задержки, схема 659 не допускает коллизий на втором канале, когда BS 100 переключается с первого канала на второй канал.

Каждая BS 100 и каждое CPE 18 в WRAN 10 содержит соответствующие узлы WRAN 10. В одном варианте осуществления изобретения все узлы являются стационарными узлами. Согласно альтернативным вариантам осуществления изобретения, по меньшей мере, один узел сети 100 является мобильным.

Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 2, среда беспроводной передачи, соединяющая CPE 18 с соответствующей BS 100, содержит воздушную среду. Тем не менее, изобретение не ограничено применением в воздушной среде. Возможны другие среды для распространения сигналов связи между узлами беспроводной сети. Например, известно распространять сигналы через жидкие среды, такие как вода, а также через газы, отличные от воздуха, и через практически вакуумы, такие как космос.

Вне зависимости от среды, посредством которой сигналы в соте 26 сети 10 распространяются, каждый узел соты 26 совместно использует доступ к среде с помощью, по меньшей мере, одного другого узла соты 26. Следовательно, варианты осуществления изобретения содержат протоколы и схемы для совместного использования доступа к среде посредством узлов соты 26 сети 10.

Фиг. 3. Базовая станция 100

Фиг. 3 - это высокоуровневая блок-схема BS 100, проиллюстрированная на фиг. 1 и 2. Фиг. 3 иллюстрирует BS 100 в соответствии с представлением базовой модели взаимодействия открытых систем (OSI-RM) по изобретению. BS 100 содержит, по меньшей мере, один модуль физического интерфейса контроля доступа к среде (PHY/MAC), к примеру модуль 306. Другие варианты осуществления изобретения содержат множество PHY/MAC-модулей (к примеру, 302, 304 и 306), как проиллюстрировано на фиг. 3.

PHY/MAC-модуль (302, 304, 306) содержит блок управления доступом к среде (MAC 310, 311, 312) и физический блок (PHY 320, 321, 322). Примерный MAC 312 PHY/MAC-блока 306 содержит когнитивный контроллер доступа к среде (CMAC) 312. CMAC-блок 312 содержит контроллер приемо-передающего устройства, к примеру контроллер 288. Контроллер 288 приемо-передающего устройства MAC 312 подключен к приемо-передающему устройству 244 PHY-блока 322 для управления переключением каналов BS 100.

PHY-блок 322 содержит приемо-передающее устройство 244. Согласно вариантам осуществления изобретения, PHY-блок 322 дополнительно содержит традиционные электрические, механические и процедурные интерфейсы (не показаны) к воздушной среде передачи, содержащей части RF-спектра, используемого посредством BS 100 для связи с CPE 18. Примерный PHY-блок 322 содержит приемо-передающее устройство 244, подключенное к радиочастотной (RF) антенне 204. Приемо-передающее устройство 244 передает биты посредством воздушной среды по линии связи (проиллюстрированной, к примеру, на фиг. 2 как 250) между антенной 204 BS 100 и антенной CPE 18, к примеру, антенной 216 по фиг. 2.

Вместе PHY-блок 322 и MAC-блок 312 задают интерфейс между физическими компонентами и функциями контроля доступа к среде в BS 100. Согласно варианту осуществления изобретения, PHY/MAC-модуль 306 соответствует проекту технических требований стандарта IEEE 802.22. Примерный PHY/MAC-блок 306 устанавливает линию связи между BS 100 и CPE 18 (наилучшим образом проиллюстрированную на фиг. 2). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, по меньшей мере, один PHY/MAC-модуль (302, 304, 306) дополнительно устанавливает связь между BS 100 и второй BS (пример проиллюстрирован на фиг. 4), чтобы предоставить связь между базовыми станциями.

Согласно варианту осуществления изобретения, BS 100 дополнительно содержит интерфейс 388 магистральной сети. Магистральная сеть 38E содержит блок 333 моста и протокольный блок 330. Блок 332 моста и протокольный блок 330 задают интерфейс между BS 100 и проводной либо другой беспроводной сетью. В свою очередь, PHY/MAC-блок 306 примерной BS 100 подключает CPE 18 к магистральной сети посредством блока 388 интерфейса магистральной сети.

Согласно вариантам осуществления изобретения, CMAC-блок 312 включает в себя контроллер 288, подключенный к приемо-передающему устройству 244 PHY-блока 322, чтобы контролировать выбор и переключение каналов BS 100. Приемо-передающее устройство 244 подключено к антенне 204. Линия связи (к примеру, 250, проиллюстрированная на фиг. 2) устанавливается посредством воздушной среды между антенной CPE (к примеру, 18a по фиг. 2) и антенной 204 BS 100. Таким образом, BS 100 предоставляет доступ к магистральной сети для CPE 18. Контроллер 288 включает в себя схему 659 произвольной задержки. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, схема 659 произвольной задержки содержит таймер 445 произвольного ожидания и генератор 447 случайных чисел. Конфигурация и работа контроллера 28E подробнее поясняется со ссылкой на фиг. 6.

Фиг. 3 иллюстрирует три PHY/MAC-модуля 302, 304 и 306 для простоты пояснения. Тем не менее, как показано посредством пунктирных линий, изобретение не ограничено в отношении числа PHY/MAC-модулей в BS 100. Возможны варианты осуществления изобретения, содержащие большее или меньшее число PHY/MAC-модулей, чем проиллюстрировано на фиг. 3. Дополнительные варианты осуществления BS 100 являются конфигурируемыми так, чтобы добавлять PHY/MAC-модули по мере того, как запросы BS возрастают. Следовательно, архитектура BS 100, проиллюстрированная на фиг. 3, является масштабируемой согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.

Согласно варианту осуществления изобретения, PHY 322 дополнительно включает в себя когнитивное приемо-передающее радиоустройство (проиллюстрированное отдельно как 245). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, CMAC 312 взаимодействует с когнитивным радио (CR) 245, чтобы содержать когнитивный радио-MAC (CMAC) 312. CR 245 выполнен с возможностью измерять, по меньшей мере, часть радиочастотного спектра. Примерной методикой измерения спектра, используемой посредством CR 245, является контроль несущей. Тем не менее, изобретение не базируется на конкретной методике измерения спектра. Другие методики измерения спектра подходят для использования в изобретении. В вариантах осуществления CMAC, CR 245 дает возможность BS 100 определять условия каналов связи, например занятость каналов, качество линии связи и другие параметры каналов, связанные с RF-спектром.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, CMAC 312 выполнен с возможностью управлять приемо-передающим устройством 244 на основе информации спектра, предоставляемой посредством CR 245. В ответ на измеренные условия каналов CMAC 312 переключает приемо-передающее устройство 244 на (или с) части RF-спектра (к примеру, каналы). Одна причина переключения заключается в том, чтобы избежать помех с лицензированными доминирующими пользователями RF-спектра.

Некоторые варианты осуществления CMAC по изобретению поддерживают услуги одноадресной передачи (адресованной одному CPE), многоадресной передачи (адресованной группе CPE) и широковещательной передачи (адресованной всем CPE в соте). В частности, для некоторых вариантов осуществления, допускающих действия измерения спектра, используются подключения управления многоадресной передачей. Некоторые варианты осуществления изобретения предоставляют возможность реализации алгоритмов кластеризации и распределения нагрузки измерения. Эти алгоритмы варьируются в зависимости от производителя и приложения.

Различные варианты осуществления CMAC реализуют комбинацию схем доступа, которые управляют конкуренцией между CPE для доступа к BB-сети 388. В то же время, CMAC 312 предоставляет полосу пропускания, подходящую для каждого варианта применения CPE. CMAC 312 выполняет это посредством, по меньшей мере, одного из четырех различных типов механизмов восходящей диспетчеризации. В некоторых вариантах осуществления CMAC эти механизмы реализуются с помощью, по меньшей мере, одной из процедур незатребованного предоставления полосы пропускания, опрашивания и конкуренции. Некоторые варианты осуществления BS 100 и CMAC 312 используют опрашивание для того, чтобы упростить доступ к BB-сети 388.

Опрашивание обеспечивает то, что приложения CPE принимают услугу на детерминированной основе. Например, приложения реального времени, как речь и видео, иногда предпочитают обслуживание на постоянной основе. В другое время эти приложения предпочитают очень плотно контролируемое расписание. В отличие от этого, приложения данных в типичном варианте более толерантны к задержке, чем речевые и видеоприложения. Следовательно, процедуры конкуренции в типичном варианте используются в приложениях данных. Это предотвращает индивидуальное опрашивание CPE. Конкуренция имеет дополнительное преимущество в экономии ресурсов. Некоторые варианты осуществления изобретения не допускают опрашивания CPE, которые неактивны в течение долгого периода времени. Некоторые варианты осуществления CMAC 312 по изобретению динамически создают, удаляют и изменяют подключения по мере того, как возникает потребность.

Менеджер спектра

Согласно варианту осуществления изобретения, SM 260 предоставляет возможности управления спектром для WRAN 10. Менеджер 260 спектра поддерживает варианты осуществления когнитивного радио (CR) MAC (CMAC) по изобретению. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, SM 260 реализуется посредством программируемого логического устройства. Предполагаются и другие аппаратные и программные устройства для реализации SM 260. Следовательно, изобретение не базируется на какой-либо конкретной аппаратной или программной реализации SM 260.

В некоторых вариантах осуществления изобретения SM 260 подключается к когнитивному радио 245 и включает в себя датчик, к примеру, антенну 205. Для типичных вариантов осуществления изобретения антенна 205 размещается в физической близости к BS 100. Соответственно, спектральная антенна 205 замеряет параметры спектра и операционной среды рядом с BS 100. CR 245 анализирует изменения параметров спектра на основе информации, замеренной и предоставленной посредством антенны 205. Примеры параметров, измеренных посредством антенны 205 и обработанных посредством SM 260 (процессор не проиллюстрирован), включают в себя, к примеру, параметры, выбранные из группы, содержащей активность радиочастотного спектра, уровень помех в рамках радиочастотного спектра, режим работы CPE и информацию состояния WRAN, в качестве всего лишь нескольких примеров.

В одном варианте осуществления изобретения менеджер 260 спектра в BS 100 сохраняет список 360 каналов-кандидатов. В варианте осуществления изобретения список 360 каналов-кандидатов сохраняется в запоминающем устройстве (также представленном посредством 360). Надлежащие запоминающие устройства для сохранения списка 360 каналов-кандидатов включают в себя, но не только, традиционные типы оперативных запоминающих устройств (RAM). В других вариантах осуществления изобретения список 360 каналов-кандидатов содержит другие среды хранения, подходящие для сохранения и обновления информации списка каналов.

Примерный список каналов-кандидатов содержит, по меньшей мере, одну частоту, к примеру канал (CHselsect) 347, доступный для переключения BS 100. В одном варианте осуществления список 360 каналов-кандидатов компилируется, по меньшей мере, частично на основе измеренных параметров спектра, как описано выше. В одном варианте осуществления изобретения, SM 260 ассоциативно связывает одну из высокого, среднего и низкого предпочтения, по меньшей мере, с одним вариантом канала, содержащим список 360 вариантов канала BS 100.

В некоторых вариантах осуществления изобретения информация состояния географического спектра, предоставляемая, к примеру, правительством (GSSI), предоставляет информацию в SM 260. SM 260 использует информацию GSSI для того, чтобы компилировать список 360 каналов-кандидатов. В данном случае GSSI предоставляет, по меньшей мере, часть входной информации для динамического выбора частоты (DFS) посредством BS 100. В одном варианте осуществления изобретения GSSI получается базовым узлом 100 посредством магистрального интерфейса 388. В других вариантах осуществления изобретения BS 100 принимает GSSI посредством воздушной линии связи, предоставляемой, к примеру посредством антенны 204 и приемо-передающего устройства 244.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одна BS 100 в WRAN 10 включает в себя приемное устройство GPS (глобальной системы позиционирования) (не показано). Приемное GPS-устройство выполнено с возможностью определять географическое местоположение BS 100. Информация местоположения BS 100, определенная посредством приемного GPS-устройства, перенаправляется посредством BS 100 в централизованный сервер. Надлежащий централизованный сервер содержит, например, сервер, управляемый Федеральной комиссией по связи (FCC) в США. Централизованный сервер отвечает посредством предоставления в BS 100 информации о незанятых телевизионных каналах в области BS 100. В данном варианте осуществления список 360 каналов-кандидатов базируется, по меньшей мере, частично на информации, принимаемой посредством BS 100 в ответ на отправку информации местоположения BS 100.

Альтернативные варианты осуществления изобретения реализуются на основе измерения локального спектра, по меньшей мере, посредством одного CPE 18 соты 26 WRAN 10. В вариантах осуществления измерения локального спектра CPE 18 включает в себя, по меньшей мере, один датчик локального спектра, выполненный с возможностью измерять каналы, доступные для CPE. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, BS 100 использует различные комбинации GPS, измерения локального спектра посредством CPE и другие подходы для того, чтобы определять каналы, содержащие список 360 каналов-кандидатов.

В вариантах осуществления изобретения менеджер 260 спектра дополнительно содержит процессор (не показан), подключенный к когнитивному радио 245, для осуществления заданных пользователем алгоритмов анализа спектра по параметрам, измеренным посредством датчика 205. Например, в одном варианте осуществления изобретения SM 260 выполнен с возможностью обнаруживать ситуацию вмешательства (к примеру, с доминирующими структурами или другими сотами 802.22) на основе измеренных параметров. В данном случае SM 260 предоставляет сигнал в MAC 312, чтобы указать обнаружение ситуации вмешательства. MAC 312 инициирует надлежащие действия посредством BS 100, чтобы разрешить конфликтную ситуацию.

В некоторых случаях надлежащее действие для BS 100 заключается в том, чтобы выполнить переключение каналов. Канал, по которому BS 100 установила связь и который в настоящее время используется посредством BS 100, упоминается в данном документе как текущий рабочий канал (Cop). Следовательно, первый канал содержит текущий рабочий канал в некоторых вариантах осуществления изобретения. Второй канал - это канал, на который BS 100 намеревается переключиться. Следовательно, второй канал содержит канал-кандидат (CHselect) в некоторых вариантах осуществления изобретения.

Варианты осуществления изобретения используют методики динамического выбора частоты (DFS), чтобы выбирать канал для переключения, чтобы не допускать помех для использования текущего рабочего канала доминирующими структурами. Методики DFS выбирают альтернативный канал (CHselect) в ответ на условия в рабочем канале. В некоторых случаях измеренные параметры указывают поступление доминирующей структуры на рабочий канал. В данном случае SM динамически отвечает на изменение посредством выбора нового канала (CHselect) для работы BS 100.

Некоторые варианты осуществления изобретения поддерживают скачкообразную перестройку частоты (FH) для недопущения коллизий каналов. Скачкообразная перестройка частоты - это способ передачи радиочастотных сигналов посредством переключения радиочастотной несущей среди множества частотных каналов. Скачкообразная перестройка частоты используется, например, для того, чтобы избежать периодов внутриполосной тишины. Другой вариант применения перескока частоты состоит в том, чтобы предоставить лучшее качество обслуживания (QoS) для определенных типов трафика, к примеру, речевого трафика. Настоящее изобретение подходит для использования в каждом из этих и других вариантов применения с перескоком частоты.

Чтобы коммутировать каналы (т.е. выполнять перескок частот), SM 260 выбирает CHselect на основе критериев выбора канала. Критерии выбора канала включают в себя, но не только, число CPE, ассоциативно связанных с BS, средний диапазон CPE от BS и тип трафика на доступных каналах. В ответ на SM 260 MAC 312 инициирует переключение каналов для BS 100 посредством контроллера 288 приемо-передающего устройства для MAC 312. Согласно одному этапу в примерной операции переключения MAC 312 предоставляет CHselect приемо-передающему устройству 244 посредством контроллера 288.

Согласно одному варианту осуществления изобретения с перескоком частоты, BS 100 поддерживает, по меньшей мере, два канала для связи с CPE. Первый канал содержит рабочий канал Cop. Второй канал содержит канал-кандидат Cca. BS 100 работает по рабочему каналу Cop. Тем не менее, BS 100 переключается на канал-кандидат Cca, когда BS 100 измеряет рабочий канал Cop. В некоторых вариантах осуществления изобретения BS 100 также измеряет соседние ка