一種共享頻譜的數位電視廣播系統與無線通信系統的資源調度方法
2023-05-29 09:59:01 1
專利名稱：一種共享頻譜的數位電視廣播系統與無線通信系統的資源調度方法
技術領域：
本發明涉及數位電視和無線通信領域，特別涉及這兩個系統間的資源調度方法。
背景技術：
隨著幾大數位電視廣播系統標準，如美國的ATSC、歐洲的DVB和日本的ISDB等、相繼出臺，數位電視已逐步進入商用階段。在世界範圍內，各國也紛紛開始了數位電視廣播系統的商用和試運行工作。ETSI(歐洲電訊標準協會)已決定在2010年左右實現模擬電視向數位電視的全面轉換，而且隨著形勢的發展，這一時間有可能被提前。同時，地面數位電視廣播系統DVB-T和ISDB-T還支持移動接收，擴大數字廣播的應用範圍。
無線通信網絡和數位電視廣播系統在提供多媒體業務上存在互補性。數位電視廣播系統可以提供相對廉價的適合多媒體傳輸和廣播或組播數據的下行鏈路，而無線通信網絡，如UMTS或第三代以後的無線系統，可以為數位電視系統提供靈活快捷的反向鏈路，用於互交互多媒體通信。數位電視廣播業務與無線通訊(蜂窩和非蜂窩)業務和網際網路(INTERNET)業務的融合可以更加靈活地提供業務、更加高效地利用頻譜，具有巨大的市場前景。而業務的融合必將導致網絡的融合和頻譜的融合(即頻譜復用方式和頻譜分配方式的改變)。
與此同時，世界範圍內的頻譜資源都呈現出日益緊張和昂貴的態勢，第三代移動通信系統的頻譜拍賣曾讓歐洲的電信運營商陷入困境。擁擠的頻譜資源使我們在考慮下一代移動通信系統時，更多地去考慮採取一種頻譜共享的形式。
歐洲IST DRiVE和OverDRiVE項目中的動態頻譜分配(DSA，DynamicSpectrum Allocation)技術。其基本思路是提供不同業務網絡對頻譜的需求在時間上和空間(或區域)上是不同的，利用這種對頻譜需求的差異性，在不同業務網絡之間進行動態頻譜調配，即把某種網絡暫時不用的多餘的帶寬調配給頻譜緊張的網絡使用，以此達到對頻譜資源的充分利用。
圖1演示了DVB-T和UMTS之間進行動態頻譜分配的情況，在T1-T3之間的時間段，UMTS業務不斷增加，而DVB-T業務不斷減少，在這段時間內，把DVB-T剩餘的頻譜不斷地調配給UMTS系統使用；在時間段T4-T5，UMTS業務不斷減少，而DVB-T業務不斷增加，在這段時間內，把UMTS剩餘的頻譜不斷地調配給DVB-T系統使用。
也有一些技術來解決更多系統(UMTS，GSM，DVB-T，DAB-T，GPRS)之間的頻譜動態條配，(見P.Leavesl，et al，「A Summary of Dynamic SpectrumAllocation Results from DRiVE」University of Surrey，Guildford，Surrey，GU27XH，UK.Tel+44 1483 683465。)其思路和圖1所示基本相同。
該技術的問題在於分頻段實現數位電視廣播和無線通信之間的頻譜動態分配，是一種頻分復用的工作模式，需要在各頻段間插入保護間隔，保護間隔的長度的設定需考慮各網在不同時間點的工作頻帶，頻譜動態分配算法複雜，易引起相互間同頻幹擾。保護頻帶的設定也佔用了頻譜資源，限制了頻譜的使用效率。
美國專利申請(申請號20010022781A1)「Wireless communicationssystem with broadcasting transmitter」給出了一種綜合實現無線數字廣播和內容點播相結合的分層網絡結構。在該專利申請給出的網絡結構中，包含有區域發射機(或主發射機)，局域發射機(或輔發射機)，移動終端，提供廣播業務和點播業務的伺服器組成。在該專利申請中，主發射機覆蓋面積大於輔發射機，在一個主發射機覆蓋的範圍內，存在若干個輔發射機。主發射機和輔發射機共用一個頻率，在主發射機發送的複合幀中的同步信息控制下，主發射機、輔發射機以及移動臺按照劃分的時隙協同工作。輔發射機通過主發射機發送的複合幀中的控制和識別信息來確定自己的工作時隙。面向小區和面向終端的廣播業務對應不同的時隙，這兩種不同業務的時隙位置依靠主發射機發射的複合幀中的控制和識別信息確定。主發射機通過其複合幀中發送的控制和識別信息來協調主發射機與輔發射機之間的工作時隙；主發射機發送的控制和識別信息指示移動終端在特定的時隙裡去接收其所需要的業務內容。主發射機、輔發射機之間採用單獨的參考信號來實現同步，也可以通過有線網絡傳送的同步信號實現同步。移動臺根據自己接收到的輔發射機發送的區域標誌信號——和區域對應的特定的碼字來確定自己的位置和為其提供服務的輔發射機。當移動臺需要接收其他頻點上的業務時，需要在GPS輔助下和那個頻點上的網絡建立同步。移動臺可以通過有線或無線的方式與內容提供商的伺服器之間建立通饋信道，向伺服器發出業務請求。主發射機、輔發射機、移動臺通過IP協議中採用的地址方式來確定自己的標識地址，以便實現業務傳送中的尋址。
該技術的缺點在於從其目的和技術方案上看，只是一種解決廣播網中業務點播的問題，無法解決移動通信與數字廣播的融合面臨的問題，例如1)該發明只是對發射機進行討論，發射機無法實現移動通信需要的雙向鏈路；2)發明中提及的面向終端的數據連接用於終端向用戶業務伺服器預訂用戶業務，而不是移動通信業務，應用範圍局限於點播服務；3)通信與廣播的融合需要實現無線接入點對區域的連續覆蓋，本發明給出的發射機方案無法實現連續覆蓋；4)通信與廣播的融合需要更加嚴格的各個接入點(或基站)間的空中接口上的上下行鏈路同步，該發明無法實現。
發明內容
本發明的目的就是提出一種在共享頻譜資源的前提下，從時間上動態分配、調度數位電視廣播系統和無線通信系統時隙的方法，以提高系統的頻譜利用率。
一種共享頻譜的數位電視廣播系統與無線通信系統的資源調度方法，引入業務和頻譜協調單元，用於監測和協調數位電視廣播系統與無線通信系統的業務需求，負責不同系統間的時間調度；所述方法包括下列步驟步驟一、設置業務和頻譜協調單元的時間觀測窗口長度；步驟二、數位電視廣播系統根據系統內的業務需求，估計出各業務下一個時間片的產生的時刻並將該信息傳遞給業務和頻譜協調單元；步驟三、業務和頻譜協調單元在一個時間觀測窗口內監測和協調數位電視廣播系統和無線通信系統的業務需求，決定不同系統間佔用頻譜的時刻和長度；步驟四、業務和頻譜協調單元將時間調度信息傳輸給數位電視廣播系統和無線通信系統；步驟五、數位電視廣播系統和無線通信系統根據調度信息佔用頻譜；步驟六、業務和頻譜協調單元移動到下一個時間觀測窗口，返回步驟一。
採用本發明所述方法，與現有技術相比，採用了相對較簡單數位電視廣播系統和無線通信系統的調度方法，提高共享頻譜的利用率。符合電視廣播和無線通信業務融合的趨勢和需求。在時間上調度系統，不需要很長的時間保護間隔，相對於頻譜調度更加簡單易行。
圖1是現有動態頻譜分配方法的示意圖；圖2是地面數位電視廣播與無線通信系統時分復用頻譜的小區空間結構圖；圖3是本發明提出的方法的流程圖；圖4是本發明的實施例1的示意圖；圖5是本發明的實施例2的示意圖；圖6是本發明的實施例3的示意圖；圖7是本發明的實施例4的示意圖；圖8是數位電視廣播系統和無線通信系統間進行時間調度的分層結構圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
圖1在背景技術中已經進行過說明。
首先介紹一下本發明的原理和思想。地面數位電視廣播系統為更有效地支持移動接收和節省移動接收機的耗電量，可能採用時間分片的傳輸模式，例如正在標準化過程中的DVB-H。時間分片傳輸模式表示地面數位電視廣播系統並不是連續地發送信號，而是採用突發方式傳送數據，每個突發時間片傳送一個業務，該業務信號可以是一路或多路數位電視的複合信號、或是在電視廣播網上傳輸的數據業務、或是電視信號和數據信號的複合信號。數位電視廣播業務包括電視節目、視頻點播、特色頻道和廣播數據業務。在業務傳送時間片內該業務將單獨佔有全部帶寬，並指出下一個相同業務時間片產生的時刻，這樣移動或手持的終端接收機能夠在指定的時刻接收選定的業務，在業務空閒時間做節能處理，從而降低總的平均功耗。在接收機一端，接收到的業務數據並非是如傳統恆定速率的連續輸入方式，數據以離散的方式間隔到達，故稱之為突發傳送。如果解碼終端要求數據速率較低但必須是恆定碼率，接收機可以對接收到的突發數據首先進行緩衝，然後生成速率不變的數據流。
本發明利用數位電視廣播系統業務時間片的間隙，調用無線蜂窩通信系統佔用相同的頻譜資源。同時，在現有技術1中提到，電視廣播系統和無線蜂窩通信系統對頻譜的需求在時間上(如一天的業務波動)和空間(或區域)上存在著差異性。例如，在一天的時間周期裡，工作時間段內蜂窩無線通信的業務需求要高於電視廣播的業務需求，而在下班後至晚上凌晨這個時間段裡，蜂窩無線通信的業務需求逐漸降低，電視廣播的業務需求逐漸增加，並最終高於無線通信的業務需求。所以，電視廣播系統和無線通信系統的業務需求在時間上存在互補性。利用這種業務需求的時間差異性，本發明在一個特定的時間周期內動態調度地面數位電視系統和無線通信網絡所佔用的時隙。在數位電視廣播業務需求不高時，數位電視廣播使用較少的時間片，其他時間可分配給無線通信系統，如UMTS、802.16或新的無線接入技術。在數位電視廣播業務需求高時，數位電視廣播佔用較多的時間片，空閒時間分配給無線通信系統。本發明涉及的無線通信系統適用於多種通信體制，如GSM、CDMA、WCDMA、UMTS、TD-CDMA、TD-MC-CDMA、TD-OFDMA、IEEE802.16/20或B3G/4G新一代無線通信系統。
圖2是地面數位電視廣播與無線通信系統時分復用頻譜的小區空間結構圖，如圖2所示，地面數位電視廣播系統的蜂窩小區具有大的覆蓋範圍(大於10km)，而無線通信系統的蜂窩小區的覆蓋範圍較小(小於2km)。通常一個地面數位電視廣播系統的蜂窩小區內包含有多個無線通信系統的蜂窩小區，其中可能包括WiMAX等無線寬帶接入小區。地面數位電視廣播系統，如DVB-T和ISDB-T，都支持移動接收和單頻網(SFN)，這樣就有利於數位電視廣播系統和無線通信系統共享相同的頻譜資源。單頻網在提高頻譜利用率方面有著極大的優越性。假設一個區域的地面數位電視廣播系統和蜂窩無線通信系統都採用頻譜利用率較高的單頻網或單小區復用，這樣我們就可以很方便地讓數位電視廣播系統和無線通信系統共享相同的頻譜資源，並在不同系統間實施動態靈活地調度，以達到進一步提高頻譜利用率的目的。同時也符合電視廣播和無線通信業務融合的趨勢和需求。
圖3是本發明提出的方法的流程圖。在申請人已經提交的另一專利申請《一種分層無線接入網結構和實現方法》中，提出了多種無線接入子系統以時分復用的方式共享同一頻段的方法，其中包含數位電視廣播系統和無線通信系統。在該專利中，存在一個業務和頻譜協調單元，業務協調單元監測和協調數位電視廣播系統和無線通信網的業務需求，負責不同系統間的時間調度。如圖3所示，本發明提出的方法包括下列步驟步驟一、設置業務和頻譜協調單元的時間觀測窗口長度。
步驟二、數位電視廣播系統根據系統內的業務需求，估計出各業務下一個時間片的產生的時刻並將該信息傳遞給業務和頻譜協調單元。
步驟三、業務和頻譜協調單元在一個時間觀測窗口內監測和協調數位電視廣播系統和無線通信系統的業務需求，決定不同系統間佔用頻譜的時刻和長度。數位電視廣播系統的時間片長度可以固定或不固定。時間片長度是一個系統參數，其值的設定應考慮大多數數位電視接收機的緩存能力和信道特徵。
步驟四、業務和頻譜協調單元將時間調度信息傳輸給數位電視廣播系統和無線通信系統；步驟五、數位電視廣播系統和無線通信系統根據調度信息佔用頻譜；步驟六、業務和頻譜協調單元移動到下一個時間觀測窗口，返回步驟二。
圖4是本發明的實施例1的示意圖，在本實施例中，分配給地面數位電視廣播系統的所有時間片連續佔用時隙，無線通信系統佔用空閒時隙，不同系統間隙之間插入保護時間間隔。例子中數位電視廣播系統共有3個時間片。
圖5是本發明的實施例2的示意圖，在這個例子中，分配給地面數位電視廣播系統的所有時間片並不連續佔用時隙，而是根據各自電視或數據業務的需求以及與無線通信系統的協商，動態決定各自下一個時間片的發送時刻，無線通信系統佔用空閒時隙，不同系統間隙之間插入保護時間間隔。
圖6是本發明的實施例3的示意圖，在這個例子中，並不是所有地面數位電視廣播系統的業務都採取時間分片的傳輸模式。其中電視業務4是連續傳輸模式，但只佔用部分系統頻帶帶寬。在剩餘的頻帶帶寬內，在時間上動態分配電視廣播時間片和無線通信系統的業務。
圖7是本發明的實施例4的示意圖，這個實施例給出了在一個特定的時間周期內動態調度地面數位電視廣播系統和無線通信系統的例子。圖7a表示在夜晚數位電視廣播系統業務需求較大，佔用4個時間片，相對來說，無線移動通信的需求較小。圖7b表示在白天工作時間段，數位電視廣播系統業務需求不大，只佔用2個時間片，而無線移動通信的需求變大，被分配較多的時隙佔用頻譜資源。
圖8是數位電視廣播系統和無線通信系統間進行時間調度的分層結構圖。如圖8所示，該網絡結構是一種綜合實現數字廣播業務與移動通信業務融合的分層接入網結構，由無線接入子網102和管理和控制子網101兩大部分組成。無線接入子網102由無線數字廣播層112、寬帶無線支撐層113、移動通信層114，以及存在於這些層面覆蓋範圍內、可以與這些層面中的一個或多個層面配合工作的各種終端即無線路由器和網關122、數字廣播接收機123、移動或固定終端124組成。管理和控制子網負責多種接入技術共存的分層無線接入子網的管理、協調和控制工作。管理和控制子網101由圖7所示的廣播業務服務質量監測單元103、廣播業務頻譜需求計算單元104、業務和頻譜協調單元105、接入網綜合控制單元106、網絡同步質量監測和協調單元107、無線負載綜合檢測單元108、若干個資料庫(如109A、109B)、若干個路由器(如110A、110B、110C)、若干個媒體網關(如111)組成。其中業務和頻譜協調單元105通過路由器和媒體網關與無線接入子網相連接。業務協調單元監測和協調數位電視廣播系統和無線通信網的業務需求，負責在不同系統之間進行的時間調度。
權利要求
1.一種共享頻譜的數位電視廣播系統與無線通信系統的資源調度方法，引入業務和頻譜協調單元，用於監測和協調數位電視廣播系統與無線通信系統的業務需求，負責不同系統間的時間調度；其特徵在於所述方法包括下列步驟步驟一、設置業務和頻譜協調單元的時間觀測窗口長度；步驟二、數位電視廣播系統根據系統內的業務需求，估計出各業務下一個時間片的產生的時刻並將該信息傳遞給業務和頻譜協調單元；步驟三、業務和頻譜協調單元在一個時間觀測窗口內監測和協調數位電視廣播系統和無線通信系統的業務需求，決定不同系統間佔用頻譜的時刻和長度；步驟四、業務和頻譜協調單元將時間調度信息傳輸給數位電視廣播系統和無線通信系統；步驟五、數位電視廣播系統和無線通信系統根據調度信息佔用頻譜；步驟六、業務和頻譜協調單元移動到下一個時間觀測窗口，返回步驟一。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述數位電視廣播系統採用時間分片的傳輸模式。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於所述步驟三中，數位電視廣播系統的時間片長度是固定的。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於所述步驟三中，在不同系統的佔用時隙之間插入保護時間間隔。
5.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於所述步驟三中，先保留部分系統頻帶帶寬，在剩餘的頻帶帶寬內決定不同系統間佔用頻譜的時間和長度。
6.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於所述數位電視廣播系統包括DVB-T系統、ISDB-T系統或DVB-H系統。
7.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於所述無線通信系統包括GSM系統、CDMA系統、WCDMA系統、UMTS系統、TD-CDMA系統、TD-MC-CDMA系統、TD-OFDMA系統和IEEE802.16/20系統。
全文摘要
本發明公開了一種共享頻譜的數位電視廣播系統與無線通信系統的資源調度方法，數位電視廣播系統根據系統內的業務需求，估計出各業務下一個時間片的產生的時刻，將該信息傳遞給業務和頻譜協調單元，協調單元在一個時間觀測窗口內監測和協調數位電視廣播系統和無線通信系統的業務需求，決定不同系統間佔用頻譜的時間和長度，將時間調度信息傳輸給地面數位電視廣播系統和無線通信系統。在各個系統在約定的時間段佔用頻譜的同時，數位電視廣播系統更新各業務下一個時間片的產生的時刻，並將該信息傳遞給協調單元。採用本發明所述方法，提高共享頻譜的利用率，在時間上調度系統，不需要很長的時間保護間隔，相對於頻譜調度更加簡單易行。
文檔編號H04N7/24GK1798319SQ20041010293
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月30日 優先權日2004年12月30日
發明者謝瓊, 刁心璽 申請人:中興通訊股份有限公司