在頻譜的空白和其他部分上的網絡中的頻道發現和斷開連接的製作方法

2023-07-02 13:18:06 1

專利名稱：在頻譜的空白和其他部分上的網絡中的頻道發現和斷開連接的製作方法
在頻譜的空白和其他部分上的網絡中的頻道發現和斷開連
接
背景技術：
合適的規則制定機構有時可重新考慮管理對無線通信頻譜的特定部分的使用的規則。該機構可鑑於技術進步以及消費者需求的改變來發起這樣的重新考慮。一般地，在規則制定時相關的歷史考慮可能不再充分發揮作用。此外，現在可以應用在規則制定時未預見到的新的考慮。規則改變可允許頻譜的特定部分的有用性的極大擴展。然而，這種改變還可引入重大技術挑戰。例如，在美國，FCC最近修改了管理對電視頻譜的使用的規則。歷史上，規則將該部分頻譜保留用於電視傳送和無線話筒。這種被許可的實體在本文中被稱為特權實體。FCC裁決將這部分頻譜的使用擴展至其他未被許可的通信設備。然而，FCC裁決聲明新的設備不被準許幹擾特權實體。這樣的未被許可的實體在本文中被稱為非特權實體，因為與特權實體相比，它們對可用頻譜具有從屬權利。相反，不存在管理對ISM頻帶(用於Wi-Fi 通信)中的通信設備的使用的這樣的約束。在FCC裁決的約束下，開發高效利用未被佔用的電視頻譜(通常被稱為空白)的設備是具有挑戰性的任務。類似的規則改變和相關聯的挑戰可適用於其他規則制定以及頻譜的其他部分。在其他情況下，管理無線頻譜的特定部分的規則沒有變過。同樣，尚存在例如通過重新訪問管理頻譜的使用的傳統範例來更高效地利用頻譜的潛在可能。

發明內容
根據一個說明性實現，描述了用於發現可用於進行節點之間的通信的頻道的功能。該功能通過根據指定搜索策略來調查可用頻譜內的頻譜單元來操作。頻譜單元可對應於底層電視頻道(在一個說明性且非限制性的情況下)。該功能通過確定頻譜單元是否是頻道的至少一部分來調查頻譜單元。該功能通過確定是否通過與該頻道相關聯的頻譜單元來獲得特性信號以執行這一任務，儘管頻譜單元可能只部分地與頻道重疊。如果檢測到頻道，則該功能例如通過檢查信號中的特性模式來進一步檢查通過頻譜單元獲得的特性信號。該功能基於特性信號來導出頻寬和頻道的中心頻率。一旦確定了頻寬和頻道的中心頻率，各節點可使用這一頻道進行通信。根據一個說明性特徵，該功能在其中頻譜由特權實體和非特權實體共享的環境中應用，其中非特權實體與特權實體相比，對頻譜具有從屬權利。第二實體使用該功能來發現頻道，例如，節點可使用該功能來發現它可與其進行通信的接入點設備。根據一個說明性實現，一個節點(諸如與接入點設備相關聯的節點)使用的頻道可具有可變寬度，該可變寬度在其他節點發現這一頻道之前對其他節點而言是未知的。換言之，頻道可涵蓋任意數量的底層頻譜單元(例如，一個示例中的電視頻道)。頻道的中心頻率對其他節點而言也是未知的。該功能可在不檢查具有不同相應中心頻率和寬度的所有可允許的頻道置換的情況下發現頻道。根據線性搜索策略，該功能通過按線性連續來檢查可用頻譜內的每一頻譜單元來操作。根據交錯搜索策略，該功能按交錯方式來檢查可用頻譜內的頻譜單元，跳過線性頻譜單元連續中的一個或多個頻譜單元。首先從最大的類寬開始，在逐類寬的基礎上執行跳過來調查可用頻譜以尋找頻道的存在。根據另一說明性實現，描述了用於處理與頻道斷開連接的功能。該功能，在由第一節點實現時，通過檢測到在正由第一節點使用來與第二節點(諸如接入點設備)通信的頻道上操作的特權實體的存在來操作。第一節點和第二節點與非特權實體相關聯，其中，如所述的，非特權實體與特權實體相比具有從屬訪問權。該功能隨後通過將第一節點與頻道斷開連接來操作。在一個示例中，斷開連接是合適的，因為第一節點和第二節點，作為非特權實體，不再被允許在其中特權實體突然開始傳送(或者突然被發現正在進行傳送)的頻道上進行通信。該功能隨後需要將通知信息從第一節點發送到第二節點。通知信息向第二節點通知，第一節點已丟失它到頻道的連接。根據一個說明性特徵，該功能可經由備份頻道(例如使用線性調頻脈衝協議等) 來通知第二節點。另外，如果備份頻道被確定是不可用的，則該功能可經由替換頻道來通知根據另一說明性實現，描述了用於使用時域分析從頻譜中提取信息的功能。該功能通過調查時域中的多個頻譜單元來標識特性信號來操作。該功能隨後基於特性信號來導出信息以提供所導出的信息。該功能隨後基於所導出的信息來管理至少兩個節點之間的通
fn °根據一個說明性特徵，該功能可按照以上概述的方式來使用時域分析來促進頻道的發現。例如，該功能可使用信號中的特性模式來至少導出頻寬。該功能隨後可使用所標識的頻道來處理各節點之間的通信。根據另一說明性特徵，該功能可按照以上概述的方式使用時域分析來處理與頻道的斷開連接。例如，該功能可使用時域分析來檢測備份或替換頻道上的指示性線性調頻脈衝活動(或其他活動)，指示節點已從頻道斷開連接。上面的方法可以顯現在各種類型的系統、組件，方法、計算機可讀介質、數據結構、
產品等等中。提供本發明內容是為了以簡化的形式介紹一些概念，這些概念將在以下具體實施方式
中進一步描述。本發明內容並不旨在標識所要求保護主題的關鍵特徵或必要特徵，也不旨在用於限制所要求保護主題的範圍。


圖1示出其中特權實體與非特權實體共享無線通信頻譜的一部分的說明性環境。圖2示出通過取兩個頻譜圖的邏輯相交的頻譜可用性的說明性導出。圖3示出對可用頻譜的說明性使用來主存寬度變化的頻道。圖4示出用於與圖1的環境進行通信的說明性通信設備。圖5示出用於在圖4的通信設備中使用的說明性通信管理模塊的高級視圖。圖6示出用於提供在圖4的通信設備中使用的時域分析和頻域分析的功能。圖7是示出在時域中捕捉的信號的高級視圖的圖；該圖充當用於解釋圖6中所示的時域分析功能的操作的各方面的工具，如應用於頻道發現。
圖8示出用於在圖4的通信設備中使用的說明性通信模塊。圖9示出提供了圖5的頻道分配模塊的操作的概覽的說明性過程。圖10示出解釋了頻道分配模塊可如何用於生成頻道的適用性評定的說明性過程。圖11示出解釋了頻道分配模塊可如何將頻道選擇傳達給通信參與者以及隨後可如何評估頻道選擇的適用性的說明性過程。圖12示出提供了可由圖4的通信設備執行的時域分析的概覽的說明性過程。圖13示出解釋了(圖5的)頻道發現模塊可如何用於使用線性搜索策略來發現頻道的說明性過程。圖14示出解釋了頻道分配模塊可如何用於使用交錯搜索策略來發現頻道的說明性過程。圖15示出解釋了(圖5的)斷開連接管理模塊可如何用於標識頻道的丟失以及將該頻道的丟失傳遞給其他通信參與者的說明性過程。圖16示出解釋了斷開連接管理模塊可如何用於檢測到警告一通信參與者已丟失其頻道的通知信息的說明性過程；圖16還解釋了斷開連接管理模塊可如何響應於該通知信息來發起對另一頻道的選擇。圖17示出可被用來實現上述附圖中示出的特徵的任何方面的說明性處理功能。貫穿本發明和各附圖使用相同的附圖標記來引用相同的組件和特徵。100系列標號指的是最初在圖1中所找到的特徵，200系列的標號指的是最初在圖2中找到的特徵，300 系列的標號指的是最初在圖3中找到的特徵，依此類推。
具體實施例方式本發明闡釋了用於處理其中特權實體與非特權實體共享頻譜的環境中的通信的各方面的功能。非特權用戶與特權用戶相比對頻譜具有從屬權利，如下文中更詳細地解釋的。該功能還可在其他類型的環境中使用。本發明是按如下方式來組織的。A部分描述了用於處理包括特權和非特權實體的上述類型的環境中的通信的說明性系統。B部分描述了解釋A部分的系統的操作的說明性方法。C部分描述了可以被用來實現A和B部分所描述的特徵的任何方面的說明性處理功能。作為正文前的圖文，一些附圖是在一個或多個結構組件(不同地稱為功能、模塊、 特徵、元件等等)的上下文中來描述概念的。附圖中示出的各種組件能夠以任何方式實現， 例如通過軟體、硬體(例如，分立邏輯組件等)、固件等或這些實現的任何組合。在一種情況下，在附圖中將各組件示為分開的不同單元可以反映在實際實現中對對應的不同組件的使用。另選地或另外地，附圖中所示的任何單個組件可由多個實際組件來實現。另選地或另外地，附圖中的任何兩個或更多分開組件的描繪可以反映單個實際組件所執行的不同功能。進而要討論的圖17提供了關於附圖中示出的功能的一個說明性實現的附加細節。其它附圖以流程圖形式描述概念。以此形式，某些操作被描述為以特定次序執行的不同的組成框。這些實現是說明性而非限制性的。此處描述的某些框可被分組在一起並在單個操作中執行，某些框可被分成多個組成框，並且某些框可以按與此處所示的不同的次序執行(包括以並行的方式執行這些框)。流程圖中示出的框可用軟體、硬體(例如，分立邏輯組件等)、固件、手動處理等或這些實現的任意組合來實現。關於術語，短語「配置成」涵蓋可以構造任何種類的功能來執行所標識的操作的任何方式。功能可以被配置成使用，例如，軟體、硬體(例如，分立邏輯組件等)、固件等等和/ 或其任何組合來執行操作。術語「邏輯」涵蓋用於執行任務的任何功能。例如，流程圖中所示的每一操作對應於用於執行該操作的邏輯。操作可以使用，例如，軟體、硬體(例如，分立邏輯組件等)、固件等等和/或其任何組合來執行操作。A.說明性系統Α. 1.說明性環境圖1示出其中特權實體與非特權實體共享無線通信頻譜的一部分的說明性環境 100。如上所述，與非特權實體相比，特權實體是對頻譜具有超級權利的實體。圖1示出兩個代表性特權實體，即，特權實體M 102和特權實體N 104。特權實體M 102具有與區域106 相對應的影響範圍。特權實體N 104具有與區域108相對應的影響範圍。一般地，影響範圍指的是其中實體可接收或以其他方式受到特權實體(102，104)傳送的信號的影響的覆蓋的地理範圍，如任何管轄特定的規則和/或其他考慮所定義的。圖1示出四個代表性非特權實體，即非特權實體W 110、非特權實體X 112、非特權實體Y 114和非特權實體Z 116。環境100可與由任何規則制定管轄(或者不存在規則制定管轄)所管理的任何上下文設定相對應。此外，環境100可提供無線通信頻譜(例如，電磁通信頻譜)中的任何一部分(或多個部分)中的通信。為便於解釋，以下討論給出其中環境100與電視頻譜的使用的擴展相對應的具體的說明性示例，如在美國FCC所管理的那樣。未被佔用的電視頻譜通常被稱為空白。在UHF頻譜中，這部分包括但不限於，從頻道21 (512MHz)到頻道51 (698MHz) 的180MHz的可用帶寬，除了頻道37。在頻譜的VHF部分中，附加電視頻譜可用。重複強調， 該示例應該被認為是代表性的和非限制性的。本文所描述的各原理不限於無線通信頻譜的任何特定部分。這些原理也不限於任何特定國家或其他規則制定機構。在空白的上下文中，特權實體與電視發射機和無線話筒相對應。這些實體表示頻譜的經許可的用戶；即，如FCC所闡述的那樣，這些實體是頻譜的原始預期用戶，且電視頻道與電視廣播頻道相對應。非特權實體與頻譜的任何其他用戶相對應。按照FCC裁決，如果非特權實體在該特權實體的覆蓋區域內，則非特權實體無法在當前正被特權實體使用的頻譜部分上進行通信。此外，如果特權實體在正由非特權實體使用的頻譜部分上開始傳送， 則非特權實體立即空出該部分頻譜是合適的。因為這些基於優先級的規則，特權實體被認為與非特權實體相比對頻譜具有高級權利，而非特權實體被認為與特權實體相比具有從屬權利。其他規則制定管轄可發布管理對頻譜的訪問的不同的規則。本文所描述的各原理不限於管理無線頻譜的使用的任何特定規則。圖1示出只是代表性的情況，其中非特權實體Z 116充當提供對任何類型的資源的訪問的接入點設備。例如，資源可表示任何類型的網絡118，諸如區域網、廣域網(諸如網際網路)、電信網絡等。其他非特權實體(W 110, X 112和Y 114)與非特權實體Z 116進行通信以便獲得對網絡118(或其他資源)的訪問。在一常見的應用中，例如，非特權實體(W 110、X 112和Y 114)是計算機類型的設備，而非特權實體Z 116是提供對網絡118的訪問的任何類型的路由器或基站。在這一上下文中，非特權實體Z 116以主的角色操作，而非特權實體(W 110、X 112和Y 114)各自以從的角色來動作。然而，本文描述的各原理不限於非特權實體之間的上述關係。在另一情況下，任何兩個或更多個非特權實體可使用點對點通信來彼此通信。在另一情況下，任何兩個或更多個非特權實體可形成任何類型的局部網絡，諸如網狀網絡或自組織網絡。非特權實體可使用該局部網絡來制定它們本身之間的局部事務和/或與涵蓋更廣的網絡(諸如網絡118) 交互。還有一些其他的範例和協議可適用於非特權實體之間的交互。在以下討論中，非特權實體可最一般地被稱為節點。因而，許多原理可適於第一節點與第二節點進行通信的通用框架中。如上所解釋的，兩個節點可具有主-從關係、對等關係等。非對稱實體可通過任何類型的通信設備來實現。進而要討論的圖4示出一個這樣的說明性通信設備。在術語的話題方面，術語頻譜單元指的是可用頻譜的任何分段。例如，電視頻譜被分成多個頻道，這些頻道在本文中被稱為頻譜單元。頻譜的各分段被稱為頻譜單元而非頻道，因為術語頻道在另一上下文中使用，如將在接下來的討論過程中闡明的。作為一個示例，電視頻譜通常被劃分成6MHz寬的頻譜分段，因為6MHz是各個電視廣播傳送的寬度。在歐洲，頻道是8MHz寬。在無線頻譜的同一部分中使用特權和非特權實體有助於環境100的三個突出特性頻譜變化；頻譜分段；以及頻譜暫時性。下面將更詳細地探索這些特徵。頻譜變化意思是影響特定區域的特權實體的數量和類型隨著位置而變化。例如， 假設特權實體M 102正在使用被概括地標記為「A」的頻譜單元而特權實體N 104正在使用被概括地標記為「F」的頻譜單元。例如，頻譜單元A和F可與電視頻譜中的各個頻道相對應。區域106內的所有實體受到特權實體M 102在頻譜單元A上進行傳送的影響。區域 108內的所有實體受到特權實體M 104在頻譜單元F上進行傳送的影響。由此，非特權實體W 110由於特權實體M 102的存在而無法使用頻譜單元A，但不受到特權實體N 104的約束。非特權實體Y 114和非特權實體Z 116由於特權實體N 104的存在而無法使用頻譜單元F，但不受到特權實體M 102的影響。而非特權實體X 112由於特權實體M 102和特權實體N 104兩者的存在而無法使用頻譜單元A和F。以下解釋將闡述限制對任何非特權實體可用的頻譜的附加考慮。頻譜分段意思是特權實體的存在對可用於至非特權實體的傳送的頻譜進行分解。 例如，考慮如被非特權實體X 112 「看見」的頻譜。非特權實體X 112檢測到它不可在頻譜單元A或頻譜單元F上進行傳送。這意味著頻譜的可用部分被頻譜單元A和頻譜單元F的不可用性分段。即，可用頻譜的總體不再形成連續的帶，而是被劃分成由特權實體使用的頻譜單元(在這種情況下是頻譜單元A和頻譜單元F)彼此分開的各塊。此處，在頻譜單元A 和頻譜單元F之間存在四個可用頻譜單元(對應於被概括地標記為頻譜單元B、C、D和E， 如要要論的圖2中所示的)。但一般地，被任何非特權實體「看見」的可用頻譜可包括可用和不可用頻譜單元的任意散布。頻譜暫時性意思是影響特定區域的特權實體的存在可隨著時間改變。例如，特權實體可在不對非特權實體進行警報的情況下在任何特定時間變為活躍或非活躍。例如，用戶可在不進行警告的情況下在任何時間打開或關閉無線話筒。此外，暫時性可從特權實體和/或非特權實體中的任一個可能處在運動中的事實中產生。例如，圖1指示特權實體N 104處於可能的運動中而非特權實體X 112處於可能位置中。將以上特性記在腦中，考慮其中非特權實體W 110和非特權實體Y 114尋求與非特權實體Z 116進行通信的示例。在這種情況下，非特權實體W 110受到在頻譜單元A上操作的特權實體M 102的影響，而非特權實體Y 114和非特權實體Z 116受到在頻譜單元F 上操作的特權實體N 104的影響。為確保整體的無幹擾交互，非特權實體W 110、Y 114和 Z 116之間的交互在對所有非特權實體(W 110、Y 114和Z 116)都空閒的頻道上發生是合乎需要的。圖2用圖形形式示出以上概念，其中所標識的參考標號回頭參考圖1。頻譜單元的第一列對應於第一頻譜圖。這一頻譜圖表示對非特權實體W 110可用的頻譜單元。頻譜單元的第二列對應於第二頻譜圖。這一頻譜圖表示對非特權實體Y 114可用的頻譜單元。 頻譜單元的第三列對應於第三頻譜圖。這一頻譜圖表示對非特權實體Z 116可用的頻譜單元。在一種情況下，任何非特權實體可通過掃描頻譜以尋找特權實體的存在來生成它的頻譜圖。非特權實體還可使用其他機制來生成它的頻譜圖。例如，非特權實體可獲得關於特權實體的信息，該特權實體對來自任何類型的資料庫、或來自任何其他一個或多個節點或來自任何其他源(或來自各源的任意組合)的非特權實體的操作進行約束。例如，非特權實體可使用任何機制(例如GPS機制)來評定它的位置，隨後查閱這樣的地理位置資料庫來確定特權實體(以及這些特權實體所使用的相關聯的頻譜單元)在它附近。即，這樣的地理位置資料庫可在逐位置的基礎上標識操作約束。頻道分配模塊(將在下文中詳細描述)取三個頻譜圖的邏輯交叉(例如，邏輯或 (OR))來形成對非特權實體W 110, Y 114和Z 116可用的頻譜的指示。在這種情況下，頻道分配模塊確定可用頻譜包括頻譜單元B、C、D、E和G等，如圖2中的第四列所表示的。這一場景表示簡化的示例；一般地，頻道分配模塊可將關於通信參與者的較大組的頻譜圖進行組合，這些通信參與者各自具有較複雜的頻譜圖。頻道分配模塊接著通過從可用頻譜中選擇要在其上進行通信的頻道來操作。在這麼做時，頻道分配模塊具有從中選擇的多個候選頻道。為傳達這一點，考慮圖3的圖解說明。這裡，頻道分配模塊已經確定用「X」標記的頻譜單元不是空閒可供使用的，例如，因為它們當前正被特權實體使用。其餘的頻譜定義了可供用於進行非特權實體之間的通信的可用頻譜。頻道分配模塊可從可用頻譜的任何部分中選擇頻道。作為術語，如上所解釋的，頻譜單元指的是頻譜的底層部分，諸如電視頻譜的預先存在的頻道，各自具有6MHz寬。一個這樣的代表性頻譜單元是頻譜單元302。特權實體通過這些頻譜單元來通信。頻道指的是非特權實體用來進行通信的可用頻譜的一部分。頻道與中心頻率和寬度相關聯，如下所討論的。換言之，雖然頻譜單元和頻道兩者都提供通信頻道的功能角色的服務，但出於簡明的原因，以下解釋將在這兩者之間進行區分。在一種情況下，所有頻道都具有相同的寬度。在另一種情況下，各頻道可具有變化的頻寬。換言之，頻寬不必是全部相同的。例如，在一種情況下，頻道分配模塊選擇只覆蓋單個頻譜單元的頻道。在另一種情況下，頻道分配模塊選擇覆蓋兩個或更多個頻譜單元的頻道。例如，考慮圖3中示出的示例，該示例示出變換寬度的說明性頻道304。第一頻道具有20MHz的寬度且橫跨5個頻譜單元。第二頻道具有5MHz的寬度且橫跨1個頻譜單元。 第三頻道具有IOMHz的寬度且橫跨3個頻譜單元。這些示例是代表性的和非限制性的。一般地，頻道可具有可用頻譜的一部分適應的任何寬度且可覆蓋任意數量的頻譜單元。每一頻道由寬度W和中心頻率F來表徵。寬度定義了頻道的頻率跨度，例如，5MHz、 10MHz,20MHz等。中心頻率定義了頻道涵蓋的頻率跨度中的中心點。在一種情況下，頻道分配模塊這樣放置頻道以使得頻道與底層頻譜單元的中心頻率重合，雖然其他方法可採用不同的放置規則。A. 2.說明性通信設備前進到圖4，這一附圖示出可用於實現圖1中示出的非特權實體中的任何一個的代表性通信設備400的概覽。例如，通信設備可用於實現非特權實體W 110(在一種情況下， 它以從模式來操作)或非特權實體Z (在一種情況下，它以主模式來操作)。通信設備400 可對應於或可集成於任何類型的設備，或者更一般地，電子處理功能，諸如個人臺式計算設備、膝上型計算設備、個人數字助理(PDA)類型的計算設備、行動電話類型的計算設備、遊戲控制設備、機頂盒設備、路由器類型的設備、伺服器類型的設備等等。通信設備400包括用於經由無線(例如無線電)通信與其他設備進行通信的無線交互模塊402。無線交互模塊402進而可包括掃描模塊404和主通信模塊406。作為頻道分配過程的一部分，掃描模塊404可掃描頻譜(例如，電視頻譜)以發現可用頻道的存在以及可用頻道的質量。作為頻道發現過程的一部分，掃描模塊404可掃描合適的頻譜(例如， 電視頻譜)以尋找已被分配的操作頻道的存在，例如，與接入點設備相關聯的頻道。作為斷開連接處理過程的一部分，掃描模塊404可掃描頻譜以尋找通知信息的存在。通知信息向通信設備400通知，它正在與其通信的另一通信設備已移至另一頻道。主通信模塊406使得通信設備400能夠通過頻道向一個或多個其他通信設備傳送和接收數據分組和非數據消息。主通信模塊406可被調諧至具有指定中心頻率和寬度的頻道。進而要討論的圖8提供了關於主通信模塊406的操作的附加信息。主通信模塊406可採用無線通信的任何機制和方法。多個模塊處理接收自或發送至無線交互模塊402的信息。例如，任職檢測模塊408 基於掃描模塊404提供給它的信號來檢測特權實體的存在。在一個實現中，任職檢測模塊 408通過檢測信號中的指示性模式來執行這一操作。指示性模式指示特權實體生成的傳送， 例如，電視傳送和無線話筒傳送。在一種情況下，任職檢測模塊408可通過在已經從時域變換到頻域的信號的版本上操作來執行這一分析。(另外地或另選地，非特權實體可使用諸如通過如上所述地諮詢地理位置資料庫等其他機制來確定特權實體的存在。)通信管理模塊410管理通信設備400執行的通信的所有方面。例如，臨時前進到圖5，通信管理模塊410可包括頻道分配模塊502、頻道發現模塊504和斷開連接管理模塊 506。頻道分配模塊502選擇合適的頻道以供在一個或多個通信設備之間的通信中使用。頻道發現模塊504發現已經被分配的頻道(例如，與接入點設備相關聯的頻道)的存在。斷開連接管理模塊506在檢測到先前分配的頻道已經被通信會話的一個或多個參與者丟失(例如，因為頻道已經被特權實體「接管」或出於某一其他原因)時執行各種任務。(下面的) B部分提供了對頻道分配模塊502的說明性操作(參考圖9-11)、頻道發現模塊504的說明性操作(參考圖13和14)以及斷開連接管理模塊506的說明性操作(參考圖15和16)的詳細描述。圖5中的「……」記法指示通信管理模塊506可涵蓋未在這一附圖中示出的附加組件。回到圖4，接口模塊412用於將任何類型的處理功能414與通信設備400的其他組件交互式地耦合。例如，接口組件412可部分地表示用於將信息發送給無線交互模塊402 並從無線交互模塊402接收信息的驅動程序功能。處理功能414可表示例如計算設備提供的任何類型的應用模塊(未示出)等。例如，處理功能414可表示膝上型計算機設備提供的將數據發送至無線交互模塊402並從無線交互模塊402接收數據的web瀏覽器程序。前進到圖6，這一附圖示出通信設備400基於從掃描模塊404接收的信號可執行的處理的高級視圖。時間-頻率轉換模塊602例如使用快速傅立葉變換(FFT)技術等將信號從時域表示轉換為頻域表示。通信設備400包括用於對頻域中的信號執行分析的頻域(FD) 功能604，以及用於對原始時域中的信號執行分析的時域(TD)功能606。例如，任職檢測模塊408可使用FD功能604以在頻域中執行分析。頻道發現模塊504和斷開連接管理模塊可使用TD功能606以在時域中執行分析(如下文將描述的)。在某些方面，使用TD功能 606以在時域中執行分析比FD功能604更高效，例如，因為TD功能606不需要將信號轉換成頻域並對頻域中的信號進行分析。例如，考慮頻道發現模塊504使用TD功能606。在一種可能的策略中，頻道發現模塊504可通過調查每一個可能的寬度和中心頻率排列直到它發現頻道來確定頻寬和頻道的中心頻率。即，頻道發現模塊504可使用主通信模塊406來連續調諧至每一個可能的中心頻率和頻寬，然後在這一候選頻道上「監聽」接入點設備等發送的信標的存在。這一方法可被表徵為一對一匹配策略，其中頻道發現模塊504標識頻道的假設「位置」，隨後前進到特定中心頻率和頻寬以確定該頻道是否真的存在於該位置。上述方法可涉及處理可能大量的排列。在一個示例中，總共有30個5MHz的頻道， 28個IOMHz的頻道和沈個20MHz的頻道。這定義了要調查的相當大量的候選頻道。頻道發現模塊504可應用更高效的方法來檢測一開始對頻道的特定特性不可知的頻道。在這一方法中，頻道發現模塊504通過以連續的方式根據某一搜索策略(在下文中進一步討論)調查頻譜單元來調查可用頻譜。在任何給定時間，頻道發現模塊504從掃描模塊404接收表示從特定頻譜單元(例如，特定電視頻道)取得的樣本的信號。假設頻道發現模塊504檢測到這一特定頻譜單元上揭示頻道的存在的特性信號。此時，頻道發現模塊504可得出該頻譜單元是頻道的至少一部分的有限結論。一種可能性是檢測到的頻道被完整地包含在頻譜單元內。但頻道可能具有先驗未知的可變寬度。所以另一種可能性是頻道延伸到附加頻譜單元上。在任何情況下，通過這一過程，頻道發現模塊504至少檢測到頻道的存在而不必按上述方式「嘗試」不同頻寬和中心頻率。換言之，頻道發現模塊504可有條不紊地在單個寬度調查單元(諸如與各個電視頻譜單元的大小相對應的調查單元)的基礎上前進通過可用頻譜。且這整個分析可基於掃描模塊404所提供的信號在時域中執行。在檢測到頻道的存在後，頻道發現模塊504可導出關於檢測到的頻道的特性的附加信息。例如，頻道發現模塊504可使用時域分析來至少推斷頻寬。在這一方法中，頻道發現模塊504檢測由掃描模塊404通過特定頻譜單元接收的信號中的一個指示性模式(或多個指示性模式)。頻道發現模塊504隨後可基於指示性模式的特性至少導出頻道的頻寬。
例如，考慮圖7的信號。掃描模塊404提供RF信號的原始樣本，每一樣本與(I，Q)
對相關聯。圖7示出通過標繪作為時間的函數的樣本的幅度形成的信號。信號
其中包括與頻寬相關的一個或多個特性模式。例如，在一個僅說明性的情況下，信號可揭示數據分組702的傳送之後跟著具有寬度706的確認消息704的傳送。間隔708將數據分組 702的結尾與確認消息704的開頭分開。在一種情況下，確認消息704的寬度706和/或間隔708的寬度可與正被使用的頻道的總寬成比例。基於這種相關性，頻道發現模塊504可通過測量確認消息的寬度706和/或間隔708的寬度來推斷頻寬。B部分將提供和頻道發現模塊504可用於使用時域分析來發現頻道的兩個搜索策略有關的附加細節。在用上述方式檢測到頻道的特性之後，頻道發現模塊504可使用主通信模塊406調諧至該頻道並對它的信標信號進行解碼。以上給出的示例僅適用於一個特定說明性協議。在其他協議中，信號的其他特徵可與頻道的特性(例如，寬度和/或中心頻率)相關。一般地，注意時域分析是高效的，因為它允許頻道發現模塊504通過調查頻道所包含的單個頻譜單元(例如不必探查所有可能的頻道排列)來確定頻道的特性。頻道發現模塊504可使用滑動窗口 710檢測時域中的信號的特性。S卩，頻道發現模塊504執行由滑動窗口 710涵蓋的樣本的移動平均，隨後基於移動平均的結果執行檢測。 這一操作有助於確保頻道發現模塊504準確地檢測到信號內的模式——即，通過不受到短持續時間的錯誤信號事件的影響。頻道發現模塊504可將滑動窗口 710的寬度設為小於間隔708的寬度和確認消息704的寬度706。這一寬度允許移動平均準確地檢測到數據分組 702的結尾、確認消息704的開頭、確認消息704的結尾等。例如，頻道發現模塊504可在移動平均落在規定閾值以下時檢測到分組的結尾。頻道發現模塊504可在移動平均升到規定閾值左右時檢測到分組的開頭。接著考慮斷開連接管理模塊506使用TD功能606。斷開連接管理模塊506可通過掃描模塊404確定與通知信息相關聯的指示性信號來檢查所生成的信號，諸如線性調頻脈衝類型的信號等。線性調頻脈衝類型的信號由另一通信設備發送以通知通信設備400，它已丟失了它的頻道(例如，因為特權實體已「接管」該頻道)。在一個實現中，與通知信息相關聯的指示性信號還可對發送該信號的通信設備的身份進行編碼。例如，指示性信號的長度可用於對發送者的身份進行編碼。通過檢測發送者的身份，斷開連接管理模塊506可確定在時域中它是否與該發送者具有在先通信關係。如果不存在通信關係，則斷開連接管理模塊506不必花費額外的時間來分析該信號。通信設備400可進一步利用TD功能606執行的時間分析。以上闡述的示例是代表性的、非窮盡性的和非限制性的。前進到圖8，這一附圖示出(如圖4中介紹的)主通信模塊406的一個說明性實現。主通信模塊406通過由寬度W和中心頻率F定義的頻道來傳送和接收數據分組和非數據消息。主通信模塊406包括通信功能802和頻率轉換模塊804。通信功能802對要由主通信模塊406發送的信息進行格式化並解釋由主通信模塊 406接收的信息。在一種情況下，通信功能802在可不與通過空氣發送(和接收)的信號的頻域重合的頻域中操作。為適應這一場景，主通信模塊406可包括頻率轉換模塊804。在傳
12送路徑上，頻率轉換模塊804將由通信功能802接收的信號或向上轉換或向下轉換至合適的頻率以通過空氣進行傳送。在接收路徑上，頻率轉換模塊804將通過空氣接收的信號或向上轉換或向下轉換以匹配通信功能802的合適的頻率預期。主通信模塊406還調諧至由特定頻寬W和中心頻率F定義的特定頻道。主通信模塊406可通過調整一個或多個基準時鐘和一個或多個相關聯的鎖相環(PLL)等來執行這一操作。頻寬的改變可影響主通信模塊406的操作的各種其他特性。因此，主通信模塊406 還可根據頻寬來選擇合適的參數值，例如，通過根據所選頻寬來加載合適的參數表等。一種用於調整頻寬的代表性技術在發明人Paramvir Bahl、Ranveer Chandra、Ratul Mahajan, Thomas Moscibroda 禾口 Ramya Raghavendra 在 2008 年 6 月 27 曰提交的題為"Adapting Channel Width for Improving the Performance of Wireless Networks (適應步頁寬以提升無線網絡的性能)，，的美國專利申請12/163，187號中描述。在一個特定的代表性實現中，主通信模塊406的各方面可構建用於在ISM帶中操作的Wi-Fi功能的預先建立的功能。在這種情況下，頻率轉換模塊804可在適於Wi-Fi通信的信號和適於電視頻譜通信的信號之間轉換。在另一實現中，主通信模塊406可提供原來被設計為在電視頻譜(或其他目標頻譜)中操作而不適應Wi-Fi功能或其他現有通信功能的合適的功能。B.說明性過程圖9-16示出用流程圖形式來解釋環境100和通信設備400的操作的過程。已經在A部分中描述了在環境100和通信設備400的操作以下的某些原理；由此在這一部分中將以概括的方式來陳述某些操作。B. 1.頻道分配以圖9開始，這一附圖示出頻道分配模塊502在從可用頻譜內的候選頻道集合中選擇頻道時使用的過程900。這一過程900可由與第二節點通信的任何第一節點執行。然而，為簡化和便於討論，在接入點設備(諸如圖1的非特權實體Z 116)相對於與其通信的其他通信設備而言擔任主的角色的上下文中解釋過程900。一開始，箭頭902指示接入點設備可響應於各種觸發事件來發起過程900。一個事件對應於現有頻道的丟失。頻道可由於開始在該頻道上操作的特權實體的出現而丟失。在一種情況下，接入點設備可直接檢測到頻道丟失。在另一情況下，另一通信設備檢測到頻道丟失並向接入點設備發送通知信息以對其警告頻道丟失。另一事件對應於頻道惡化，例如，由於該頻道上的通信量的增加等。這一事件可能不等同於頻道的立即丟失；相反，它指示該頻道相對於其他頻道(可能具有更好的質量)已經變得不令人滿意。在一個實現中，接入點設備可周期性地檢查它選擇的頻道相對於其他可用頻道的質量，並且如果另一頻道具有更好的性能則發起切換。另一事件對應於接入點設備的啟動。還有一些其他事件可觸發過程900的發起。在操作的第一概括階段904，接入點設備執行可用性分析。接入點設備執行可用性分析來確定被允許使用的頻譜的什麼部分。在一種情況下，接入點設備執行可用性分析來確定頻譜的當前未被特權實體使用的那些部分。在操作的第二概括階段906，接入點設備執行適用性分析來從可用頻譜內的一組候選頻道中選擇可用頻道(其中可用頻譜已經被由在概括階段904中執行的可用性分析來
13定義)。接入點設備通過檢查候選頻道的適用性並選擇被認為最令人滿意的頻道來執行適用性分析。現在進而檢查過程900中的每一操作，在框908中，接入點設備生成局部可用性信息。局部可用性信息指示對接入點設備可用的頻譜的部分(即，從接入點設備的「觀點」)。 接入點設備可通過使用掃描模塊404和任職檢測模塊408來檢測頻譜內的特權實體的存在來執行這一操作。未被特權實體佔用的頻譜的部分從接入點設備的觀點定義了局部可用性信息。接入點設備還可使用以上討論的任何替換機制來確定它的頻譜圖。在框910中，接入點設備從與其具有通信關係的其他通信設備(例如節點)接收可用性信息。這些其他通信設備中的每一個可按上述方式形成可用性信息，例如，使用它自己的掃描模塊404和任職檢測模塊408或通過以上討論的某一替換機制。其他通信設備中的每一個可用任何方式將它的可用性信息轉發給接入點設備，例如，作為主頻道中的消息、 備份頻道中的消息等。然而，當接入點設備首先啟動時，它可能不具有與其他通信設備的任何建立的關係。在這種情況下，接入點設備可在不從其他通信設備獲得可用性信息的情況下選擇頻道。在框912中，接入點設備標識對通信會話的所有參與者可用的頻譜。它通過取在框908和910中獲得的可用性信息的邏輯交叉來執行這一操作。例如，每一通信設備的局部可用性信息可被表達為頻譜圖，頻譜圖進而可採用1和0的向量的形式。值0可指示頻譜單元不可用而值1可指示頻譜單元可用。接入點可形成這些頻譜圖的邏輯交叉以生成指示對所有通信參與者可用的頻譜單元的最終頻譜圖。在框914中，接入點通過為可用頻譜(在可用性分析階段中確定的)內的每一候選頻道計算適用性評定來開始它操作的適用性階段。在框916中，接入點選擇要在其上進行通信的頻道。在一種情況下，接入點選擇具有被認為最令人滿意的適用性評定的頻道。圖10示出過程1000，它解釋了在一個說明性和非限制性情況下頻道分配模塊502 可如何為每一候選頻道生成適用性評定。在框1002中，頻道分配模塊502可標識要調查的候選頻道。回憶一下，基於圖3 的討論，頻道可具有任何寬度且可跨越任意數量的底層頻譜單元(例如電視頻道)。在框1004，假設待分析的候選頻道跨越兩個或更多個頻譜單元(例如電視頻道)。 在一種情況下，頻道分配模塊502通過為每一單獨的頻譜單元執行適用性評定來繼續。在一種情況下，頻道分配模塊502可為特定頻譜單元計算適用性評定，如下Pn (C) = max(l - Anc，-^―) ( 1)
BC +1此處，P n(c)表示從節點n(例如，接入點設備)的觀點的頻譜單元c的適用性評定。<是從節點η的觀點的頻譜單元c的廣播時間利用率的測量。圮是與節點η關於頻譜單元c競爭的多個其他節點或實體(例如，其他接入點設備)。即，這定義了節點η必須與多少其他實體進行爭奪。等式(1)指示特定頻譜單元的適用性評定Pn(C)通過取第一值 (基於4")和第二值(基於《)中的最大值來形成。較不正式地，Pn(C)表示如果頻譜單元c被包含在由中心頻率F和寬度W定義的頻道內、節點η將接收到的頻譜單元c的預期份額。等式(1)指示，在任意時刻，節點η將能夠在頻譜單元c上進行傳送的概率至少是殘差廣播時間1 - A。然而，在每一頻譜單元上，節點η在與其他接入點設備爭奪時還可預期得到廣播時間的它的「合理份額」(如值1/(劣+1) 所表示的)。頻道分配模塊502可取這兩個值中的最大值作為節點η將能夠在存在每一傳送機會時能夠使用頻譜單元c的概率的估計。頻道分配模塊502可通過使用掃描模塊404對頻譜單元c的利用率進行採樣來生成廣播時間利用率測量<。頻道分配模塊502可基於任何一個或多個準則來定義利用率。 例如，頻道分配模塊502可基於在給定時間間隔內通過頻譜單元傳送的信息量來評定利用率。另選地或另外地，頻道分配模塊502可基於特定通信設備被授予訪問頻譜單元的時間量等來評定利用率。頻道分配模塊502可通過檢測各個接入點設備通過頻譜單元傳送的信號來提供正在使用頻譜單元的其他節點劣的數量的指示。頻道分配模塊502可使用以上在 A部分中描述的時域分析方法來執行這些測量的各方面。頻道分配模塊502對與待調查的頻道相關聯的每一頻譜單元c執行以上分析。在框1006中，頻道分配模塊502接著通過將整個頻道的組分頻譜單元的適用性評定進行組合來形成整個頻道的適用性評定。在一種方法中，頻道分配模塊502可為頻道生成適用性評定，如下
權利要求
1.一種使用電子處理功能的用於從頻譜中提取信息的方法(1200)，包括在時域中調查(120 多個頻譜單元以標識特性信號；基於所述特性信號來導出(1206)信息以提供所導出的信息；以及基於所述導出的信息來管理(1208)至少兩個節點之間的通信。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述頻譜由特權實體和非特權實體兩者使用，所述非特權實體與所述特權實體相比對所述頻譜具有從屬權利，所述至少兩個節點與兩個相應的非特權實體相對應。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述導出的信息與被用來進行通信的頻道的寬度相對應，且所述管理包括使用所述頻道來在所述至少兩個節點之間進行通信。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述導出的信息還與所述頻道的中心頻率相對應。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述導出的信息與一節點已丟失它正在其上進行通信的頻道的指示，且所述管理包括發起過程來與所述節點重新建立通信。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述導出包括檢測所述特性信號內的分組的寬度並基於所述分組的寬度提供所述導出的信息。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述導出包括檢測所述特性信號中的事件之間的間隔並基於事件之間的所述間隔來提供所述導出的信息。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述導出包括檢測所述特性信號中指示發送所述特性信號的實體的身份的信息，並基於檢測到的信息提供所述導出的信息。
9.一種用於存儲計算機可讀指令的計算機可讀介質(1710)，所述計算機可讀指令在由一個或多個處理設備(1706)執行時提供一種發現模塊(504)，所述計算機可讀指令包括被配置成前進到可用頻譜內的頻譜單元的邏輯(1304、1406)；被配置成確定所述頻譜單元是否是頻道的至少一部分的邏輯(1306、1410)，如果確定所述頻譜單元是所述頻道的至少一部分，則稱發現所述頻道；以及被配置成前進的所述邏輯(1304、1406)以及被配置成確定的所述邏輯(1306、1410)重複它們各自的前進和確定操作直到發現所述頻道。
10.如權利要求9所述的計算機可讀介質，其特徵在於，還包括被配置成如果發現頻道則基於通過所述頻譜單元檢測到的特性信號來至少導出所述頻道的寬度的邏輯。
11.如權利要求9所述的計算機可讀介質，其特徵在於，被配置成前進的所述邏輯以及被配置成確定的所述邏輯通過按線性順序檢查可用頻譜內的每一頻譜單元來操作。
12.如權利要求9所述的計算機可讀介質，其特徵在於，被配置成前進的所述邏輯以及被配置成確定的所述邏輯通過按交錯方式檢查可用頻譜內的頻譜單元、跳過線性頻譜單元連續中的一個或多個頻譜單元來操作，其中執行所述跳過來在逐類寬的基礎上調查可用頻譜以尋找所述頻道的存在。
13.—種斷開連接管理模塊(506)，包括被配置成檢測在正由第一節點使用來與第二節點通信的頻道上操作的特權實體的存在的邏輯(1502)，所述第一節點和所述第二節點與非特權實體相關聯，所述非特權實體與特權實體相比具有從屬訪問權；被配置成將所述第一節點從所述頻道斷開連接的邏輯(1504)；以及被配置成將通知信息發送給第二節點的邏輯(1506)，所述通知信息指示所述第一節點已從所述頻道斷開連接。
14.如權利要求13所述的斷開連接管理模塊，其特徵在於，被配置成發送通知信息的所述邏輯被配置成使用備份頻道來將所述通知信息發送給所述第二節點。
15.如權利要求13所述的斷開連接管理模塊，其特徵在於，被配置成發送通知信息的所述邏輯被配置成如果備份頻道不可用則使用替換頻道來將所述通知信息發送給所述第 ■~- T^ 點。
全文摘要
描述了用於發現環境內的頻道的功能，在該環境中非特權實體與特權實體相比對頻譜具有從屬訪問權。該功能通過調查頻譜內的頻譜單元以尋找頻道的存在來操作。在一種情況下，該功能通過按線性順序調查頻譜單元來操作；在另一情況下，該功能按在可用頻譜上的交錯方式來前進。還描述了用於處理節點與頻道的斷開連接的功能。該功能允許該節點將它的斷開連接狀態傳達給其他通信參與者。在一種情況下，該功能的各方面通過在時域中執行分析來實現。
文檔編號H04W76/00GK102450055SQ201080024631
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月28日 優先權日2009年5月28日
發明者P·巴爾, R·N·穆爾蒂, R·錢德拉, T·莫希布羅達 申請人:微軟公司