專利名稱：用于在無(wú)線電認(rèn)知中繼系統(tǒng)中的共享頻譜使用的感測(cè)和通信協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)備、系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，用于發(fā)射和接收至少兩個(gè) 傳輸系統(tǒng)的信號(hào)，該至少兩個(gè)傳輸系統(tǒng)至少部分地在相同的頻譜中操作。在這種傳輸 系統(tǒng)之中，例如是具有靈活頻譜使用(flexible spectrum usage)模型的認(rèn)知中繼系統(tǒng) (cognitive relay system)。
背景技術(shù)：
新的無(wú)線技術(shù)和應(yīng)用的激增要求節(jié)儉地使用有限的可用無(wú)線電頻譜。這已經(jīng)促使 了監(jiān)管的改變以從當(dāng)前的固定頻譜分配策略轉(zhuǎn)變?yōu)殪`活頻譜使用模型。在美國(guó)，負(fù)責(zé)監(jiān)管 州際和國(guó)際間經(jīng)由無(wú)線電、電視、有線、衛(wèi)星和電纜的通信的聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)，例如正 在采取措施以在VHF-UHF頻譜中采用許可使用低功率便攜設(shè)備的策略。監(jiān)管措施還朝著許 可更多次級(jí)頻譜可用于醫(yī)療設(shè)備和身體傳感網(wǎng)(body sensor networks)的方向進(jìn)展。在 英國(guó)和其它歐洲國(guó)家，互聯(lián)網(wǎng)也已經(jīng)得到發(fā)展以采用創(chuàng)新的頻譜共享模型，其中分配給主 系統(tǒng)的許可頻帶對(duì)于次級(jí)使用是開(kāi)放的?；诖渭?jí)頻譜操作的一種要求是次級(jí)系統(tǒng)傳輸不會(huì)引發(fā)任何對(duì)主系統(tǒng)有害的干 擾。此要求典型地是通過(guò)頻譜感測(cè)和在未發(fā)現(xiàn)主系統(tǒng)活動(dòng)的頻譜區(qū)域上操作而滿足的。頻 譜感測(cè)可以包括檢測(cè)來(lái)自主系統(tǒng)的傳輸?shù)拇嬖?。在無(wú)線系統(tǒng)中協(xié)同和中繼的益處被廣泛地認(rèn)識(shí)到，并且也作為即將到來(lái)的標(biāo)準(zhǔn) (例如關(guān)于人體區(qū)域網(wǎng)的IEEE 802. 15 WPAN工作組)的一部分。已知這些技術(shù)將導(dǎo)致更好 的系統(tǒng)性能并且用于例如范圍擴(kuò)展、改善錯(cuò)誤率等。因此在這樣的將來(lái)的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)中基于 協(xié)同中繼的認(rèn)知無(wú)線系統(tǒng)將自然是受關(guān)注的。認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中有兩個(gè)源-目的地鏈路主鏈路和次級(jí)鏈路，它們共享相同的頻譜資 源，最近，在 IEEE Trans. Inform. Theory，第 52 卷，第 5 期，第 1813-1827 頁(yè)，2006 年 5 ^ , N. Devroye, P. Mitran 禾口 V. Tarokh 的“認(rèn)知無(wú)線電中的可達(dá)速率(Achievable rates in cognitive radio)”，和A. Jovicic和P. Viswanath的“認(rèn)知無(wú)線電信息理論前景 (Cognitive radio an information-theoretic perspective)，，所呈現(xiàn)白勺/[言;窗、理論研究 中，該認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被研究。在這些參考文獻(xiàn)中，認(rèn)知發(fā)射機(jī)被假設(shè)具有關(guān)于主發(fā)射機(jī)發(fā) 射的信號(hào)的完整的先驗(yàn)信息(還參見(jiàn)IEEE Trans. Inform. Theory，第52卷，第4期，第 1745-1755頁(yè)，2006年4月，P. Mitran, N. Devroye和V. Tarokh的“發(fā)射機(jī)處具有邊信息的 復(fù)合/[言道(On compound channels with side information at the transmitter)，，，其 全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用被結(jié)合于此)。然而，在認(rèn)知發(fā)射機(jī)(或節(jié)點(diǎn))處關(guān)于無(wú)線電環(huán)境(例如關(guān) 于主系統(tǒng)的活動(dòng))的不完整信息被預(yù)期是實(shí)施認(rèn)知原理的主要障礙，如在Allerton Conference on Communication, Control and Computing,2004 年 10 月 中 A. Sahai, N. Hoven和R. Tandra的“關(guān)于認(rèn)知無(wú)線電的一些基本限制(Some fundamental limits on cognitive radio)”中更詳細(xì)描述的。而且，在定義認(rèn)知無(wú)線電的性能時(shí)，主系統(tǒng)處的流量動(dòng)態(tài)是非常重要的，但是隨機(jī)的分組到達(dá)不能被簡(jiǎn)單地結(jié)合到純粹的信息理論分析中。圖1示出了認(rèn)知無(wú)線中繼系統(tǒng)拓?fù)涞氖疽庑约軜?gòu)，其中認(rèn)知系統(tǒng)發(fā)射機(jī)(CTx) 10 在認(rèn)知系統(tǒng)中繼(CR) 30的輔助下發(fā)射數(shù)據(jù)至認(rèn)知系統(tǒng)接收機(jī)(CRx) 20。此認(rèn)知系統(tǒng)在特 定頻譜部分上基于次級(jí)共享而操作，該特定頻譜部分被許可給包括主系統(tǒng)發(fā)射機(jī)40的特 定主系統(tǒng)。圖2示出了可以在根據(jù)圖1的系統(tǒng)中使用的初級(jí)感測(cè)和通信協(xié)議的示意性時(shí)序安 排。在步驟100、200等等中，由CTx 10周期性地執(zhí)行感測(cè)。如果不存在主系統(tǒng)傳輸， 則在相應(yīng)的連續(xù)傳輸周期TP1、TP2等等的兩個(gè)階段中完成傳輸。在第一階段(步驟110、 210……)中，CTx 10發(fā)射數(shù)據(jù)至CRx 20，該數(shù)據(jù)還在CR 30處被接收。CR 30對(duì)于接收到 的數(shù)據(jù)執(zhí)行一些信號(hào)處理(例如放大、解碼等)并且在第二階段(步驟120、220……)將它轉(zhuǎn) 發(fā)或廣播至CRx 10。然而，周期性的感測(cè)需要監(jiān)視主信號(hào)傳輸?shù)拇嬖?再現(xiàn)。如從圖2中能夠看出的， 在步驟100、200……中的此周期性感測(cè)是一種開(kāi)銷并且顯著地減少了信息吞吐量。其還具 有關(guān)于時(shí)延要求的暗示并且在對(duì)延遲敏感的應(yīng)用中可能是關(guān)鍵的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種更有效的干擾管理方案，通過(guò)該干擾管理方案能 夠增加信息吞吐量。這個(gè)目的是通過(guò)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，權(quán)利要求6所述的方法，權(quán)利要求10所 述的系統(tǒng)和權(quán)利要求11所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品而實(shí)現(xiàn)的。因此，發(fā)射機(jī)側(cè)的感測(cè)能夠在第二傳輸階段期間被執(zhí)行，因此克服了對(duì)于用于感 測(cè)的專用時(shí)隙的需要。因此只在初始的傳輸建立期間需要專用感測(cè)時(shí)隙，從而減少了周期 性的感測(cè)時(shí)隙所帶來(lái)的附加開(kāi)銷。所提出的設(shè)備可以實(shí)施為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或站點(diǎn)中所提供的處理器設(shè)備、模塊、芯片、芯 片組或電路。處理器可以由計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品控制，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括代碼裝置，用于在 計(jì)算機(jī)或處理器設(shè)備上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行所要求保護(hù)的方法的步驟。根據(jù)第一方面，第一和第二傳輸系統(tǒng)可以是分別具有靈活頻譜利用的主系統(tǒng)和次 級(jí)系統(tǒng)。根據(jù)可以與第一方面結(jié)合的第二方面，該第二傳輸系統(tǒng)可以是認(rèn)知中繼系統(tǒng)。根據(jù)可以與上述第一和第二方面中的任意一個(gè)相結(jié)合的第三方面，發(fā)射機(jī)和干擾 處理器可以適于以周期性方式執(zhí)行傳輸和感測(cè)。根據(jù)可以與上述第一至第三方面中的任意一個(gè)相結(jié)合的第四方面，設(shè)備可以是醫(yī) 療設(shè)備，中繼的版本可以從醫(yī)療中心接收到。在從屬權(quán)利要求中限定了進(jìn)一步的有利的發(fā)展。


現(xiàn)在將參照附圖基于多種實(shí)施例而描述本發(fā)明，圖中 圖1示出了認(rèn)知中繼系統(tǒng)的示意性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌粓D2示出了傳統(tǒng)的感測(cè)和通信過(guò)程；
圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的感測(cè)和通信過(guò)程；
圖4示出了根據(jù)該實(shí)施例的感測(cè)和通信過(guò)程的時(shí)序圖5示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的發(fā)射機(jī)側(cè)感測(cè)和通信處理的示意性流程圖；以及
圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的中繼側(cè)感測(cè)和通信處理的示意性流程圖。
具體實(shí)施例方式下面，在圖1中所示出的示例性認(rèn)知中繼系統(tǒng)的基礎(chǔ)上描述本發(fā)明的實(shí)施例。該實(shí)施例能夠例如被實(shí)施在圖1中所示出的認(rèn)知無(wú)線中繼系統(tǒng)拓?fù)渲?，其中認(rèn)知 系統(tǒng)發(fā)射機(jī)(CTx) 10在認(rèn)知系統(tǒng)中繼(CR) 30的輔助下發(fā)射數(shù)據(jù)至認(rèn)知系統(tǒng)接收機(jī)(CRx) 20，其中中繼系統(tǒng)根據(jù)次級(jí)共享頻譜的特定部分而操作，該頻譜的特定部分被許可給特定 主系統(tǒng)。這種認(rèn)知中繼系統(tǒng)的例子是其中CTx 10可以是醫(yī)療設(shè)備、CR 30可以是醫(yī)療中心、 CRx 30可以是另一個(gè)醫(yī)療中心或者中心醫(yī)療處理器的認(rèn)知中繼系統(tǒng)。在多種實(shí)施例中，提供了用于認(rèn)知中繼系統(tǒng)或其它頻譜共享系統(tǒng)的感測(cè)和通信協(xié) 議，其中在兩個(gè)階段中運(yùn)送傳輸，其中在第一階段中CTx 10發(fā)射數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在CRx 30和 CR 20處被接收。在CR 20處執(zhí)行中間處理，其中數(shù)據(jù)被處理并且然后在第二階段中被廣 播。然后，在第二階段中，CTx 10在消除由來(lái)自CR 20的傳輸所引起的干擾后執(zhí)行感測(cè)。圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例所提出的協(xié)議的感測(cè)和通信過(guò)程。在第一步驟100中， 在鏈路建立期間在CTx 10處執(zhí)行初始的感測(cè)。如果例如在CTx 10處提供的干擾處理器或 者中央多用途處理器沒(méi)有檢測(cè)到主系統(tǒng)傳輸，則建立兩階段傳輸。在第一階段中(圖3中的 步驟110，210，……)，CTx 10發(fā)射數(shù)據(jù)至CRx 30，該數(shù)據(jù)還在CR 20處被接收。然后，CR 20對(duì)于接收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行一些信號(hào)處理(例如放大或解碼等等)。在第二階段中(步驟122， 222，……)，處理后的數(shù)據(jù)被廣播并且因此被轉(zhuǎn)發(fā)至CRx 30。在CTx 10處也接收到此數(shù) 據(jù)，CTx 10現(xiàn)在能夠在第二階段期間執(zhí)行感測(cè)以確定是否已經(jīng)出現(xiàn)主系統(tǒng)傳輸。在CTx 10 處接收到的信號(hào)是主信號(hào)(如果這樣的信號(hào)存在)、從CR 20廣播的信號(hào)和噪聲的組合。由 于CTx 10先驗(yàn)地知道從CR 20發(fā)射的信號(hào)，因此其能夠在執(zhí)行主要信號(hào)檢測(cè)之前或同時(shí)消 除或至少抑制這個(gè)信號(hào)分量。因此，僅在初始的傳輸建立(步驟100)期間需要專用的感測(cè)時(shí)隙，從而減少了由周 期性的感測(cè)時(shí)隙所帶來(lái)的附加開(kāi)銷。在下面，描述了帶有在CR 20處進(jìn)行基于放大的處理的協(xié)議的特定實(shí)施方式。傳輸鏈路CTx一 CRx, CTx — CR, CR CRx和CR — CTx的信道系數(shù)分別被表示為Ii1A2，h3和h4。這些系數(shù)表 示無(wú)線衰落系數(shù)并且可以典型地建模為瑞利衰落。另外地，在CTx 10、CRx 30和CR 20處 各自的加性高斯白噪聲(AWGN)分別被表示為ηι，η2*η3，方差為#。進(jìn)一步假設(shè)在CTx 10 和CR 20處的發(fā)射功率是相同的并且等于P。進(jìn)行這些假設(shè)的目的在于簡(jiǎn)化解釋，但是不意 味著限制實(shí)施例的范圍。在第i個(gè)傳輸階段中，在CTx 10，CRx 30和CR 20處接收到的主 系統(tǒng)的信號(hào)分量(如果主系統(tǒng)在發(fā)射的話)分別被表示為)(si，Xdi和XH，其中i G {1,2}。圖4示出了根據(jù)該實(shí)施例的感測(cè)和通信過(guò)程的時(shí)序圖，其中在上面的依據(jù)時(shí)間的圖與CTx 10的操作相關(guān)，在下面的時(shí)間圖與CR 20的操作相關(guān)。CTx 10首先執(zhí)行初始的感 測(cè)，其只在初始的鏈路建立時(shí)需要。如果沒(méi)有檢測(cè)到主系統(tǒng)的信號(hào)，則建立兩個(gè)階段的認(rèn)知 傳輸。在第一傳輸階段Pl，由CTx 10發(fā)射次級(jí)信號(hào)χ。。在CRx 30處接收到的信號(hào)給出為
權(quán)利要求
1.一種用于在由第一和第二傳輸系統(tǒng)共享的頻譜中發(fā)射和接收信號(hào)的設(shè)備，所述設(shè) 備(10)包括a)發(fā)射機(jī)，用于如果所述設(shè)備的感測(cè)操作指示沒(méi)有接收到所述第一傳輸系統(tǒng)的信號(hào)， 則在信號(hào)傳輸周期的第一階段中發(fā)射所述第二傳輸系統(tǒng)的信號(hào)；和b)干擾處理器，用于在所述信號(hào)傳輸周期的第二階段中執(zhí)行所述感測(cè)操作，同時(shí)消除 由在所述信號(hào)傳輸周期的所述第一階段中發(fā)射的所述信號(hào)的中繼版本的接收而引起的干 擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述第一和第二傳輸系統(tǒng)分別是具有靈活頻譜使用 的主系統(tǒng)和次級(jí)系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中，所述第二傳輸系統(tǒng)是認(rèn)知中繼系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述發(fā)射機(jī)和所述干擾處理器適用于以周期性的方 式執(zhí)行所述發(fā)射和所述感測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述設(shè)備是醫(yī)療設(shè)備，所述中繼版本是從醫(yī)療中心 接收到的。
6.一種用于在由第一和第二傳輸系統(tǒng)共享的頻譜中發(fā)射和接收信號(hào)的方法，所述方 法包括a)如果感測(cè)操作指示沒(méi)有接收到所述第一傳輸系統(tǒng)的信號(hào)，則在信號(hào)傳輸周期的第一 階段發(fā)射所述第二傳輸系統(tǒng)的信號(hào)；和b)在所述信號(hào)傳輸周期的第二階段中執(zhí)行所述感測(cè)操作，同時(shí)消除由在所述信號(hào)傳輸 周期的所述第一階段中傳輸?shù)乃鲂盘?hào)的中繼版本的接收而引起的干擾。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，所述第一和第二傳輸系統(tǒng)分別是具有靈活頻譜使用 的主系統(tǒng)和次級(jí)系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述第二傳輸系統(tǒng)是認(rèn)知中繼系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，以周期性的方式執(zhí)行傳輸和感測(cè)。
10.一種用于在由第一和第二傳輸系統(tǒng)共享的頻譜中發(fā)射和接收信號(hào)的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備、以及至少一個(gè)v繼節(jié) 點(diǎn)，所述至少一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)用于在所述第一階段中接收所述發(fā)射的信號(hào)并且用于在所述第 二階段中廣播所述信號(hào)的所述中繼版本。
11.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括代碼裝置，用于當(dāng)在計(jì)算機(jī)設(shè)備上運(yùn)行時(shí)生成權(quán)利要 求6的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法、設(shè)備和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，用于在具有共享頻譜使用的傳輸系統(tǒng)中感測(cè)和通信，該系統(tǒng)可以包括例如認(rèn)知中繼系統(tǒng)。在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的通信經(jīng)由中繼輔助在兩個(gè)傳輸階段中發(fā)生。在第二傳輸階段期間，在發(fā)射機(jī)處執(zhí)行感測(cè)，由此克服了對(duì)于用于感測(cè)的專用時(shí)隙的需要。
文檔編號(hào)H04W88/04GK102113360SQ200980129682
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者A·V·潘德哈里潘德, Y·王, Y·韓 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司