动态频谱接入方案的传输功率控制 本发明要求发明名称均为 “动态频谱接入方案的传输功率控制” 的 2008 年 10 月 28 日递交的第 12/259,574 号美国专利申请及 2008 年 6 月 4 日递交的第 61/058,873 号美 国临时申请优先权， 其全部内容均通过引入结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及通信技术领域， 具体涉及动态频谱接入方案的传输功率控制。背景技术 感知无线电技术近来被作为一个范例来提升无线通信的频谱利用率。 当没有被许 可行为存在时， 感知无线电技术通过允许网络或者无线节点变换传输和 / 或接收参数来利 用被许可的频段， 进而允许感知无线电用户有效率地进行通讯且避免被许可用户和未被许 可用户的干扰。通常， 感知无线电用户会持续地检测被许可频段的动态使用情况并在没有 被许可行为存在时使用这些信息。当感知无线电用户确定没有被许可行为存在时， 感知无
线电用户改变发送和 / 或接收参数来使用被许可的频段。变换参数的操作基于对内部和外 部无线电环境的诸如无线频谱、 用户行为和网络状态的若干因素的主动检测。
由于通常采用周期感知框架， 感知无线电用户的每一帧包括感知块和互感知块。 当感知块内被许可频段被确定为未占用状态， 互感知块用于数据传输。
感知无线电用户通常在互感知块内维持稳定的传输功率等级用于数据传输， 并一 旦调度确定下一感知块即停止传输。然而， 维持稳定的传输功率等级直到下一感知块被调 度确定可能引起对被许可用户的干扰。 举例来说， 临近互感周期的数据块的末尾时， 被许可 用户有更高的可能性再占用频段。 如果被许可用户在感知无线电用户结束数据传输之前试 图使用被许可频段， 这个感知无线电用户的传输就会干扰该被许可用户。
因此， 需要一种将无干扰的可行性纳入考虑的功率控制系统和方法， 进而提高带 宽效率并抑制干扰。 发明内容 通常， 本发明的较佳实施例可以提供动态频谱接入的传输功率控制， 并以此解决 上述及其他问题、 实现其有益效果。
本发明一实施例提供一种数据传输方法。 该方法包括在感应块期间感应频段是否 为空闲或者忙碌。 获取互感应块期间的若干周期内的无干扰概率并至少部分地基于该无干 扰概率获取一功率等级。
另一实施例提供了另一种数据传输方法。 该方法包括获取频段的使用的统计信息 和确定在若干时间周期的无干扰概率。 基于该无干扰概率确定该若干时间周期的传输功率 等级。
另一实施例提供了一种用于数据传输的收发装置。该收发装置包括存储器、 处理 器、 发送器和接收器。 处理器基于无干扰概率调整频段上传输的传输功率， 该无干扰概率基
于接收装置在频段上检测到的行为。
在实施例中， 方法将感应无线电用户的传输功率和确定无被许可行为后每个数据 采样点的无干扰概率联系起来。该方法包括， 例如， 获取被许可信道占用情况的统计信息， 确定数据传输过程中每个采样点的无干扰概率， 和与该概率相应地分配传输功率。
在一实施例中， 被许可信道占用情况的统计可以包括被许可行为的平均出现和不 出现周期。
在另一个实施例中， 该平均出现和不出现周期可以从连续频谱感应中被许可信道 的先前测量结果获取。
在另一实施例中， 在数据传输过程中每个采样点的无干扰概率可以为当数据传输 开始前确定被许可行为不存在、 该被许可行为不存在的条件性概率。
在另一实施例中， 条件性概率可通过被许可信道的占用情况统计信息和频谱检测 单元的检测错误估计得到。
在另一实施例中， 检测错误包括将被许可行为出现当作没出现， 或者将被许可行 为的没出现当作出现。
在另一实施例中， 错误概率可通过频率感应结果与反馈或传输确认的历史数据比 较得到。
在另一实施例中， 平均传输率和干扰功率可以用来表征系统系能。
在另一实施例中， 分配每个采样点的传输功率以满足平均传输功率限制。
在另一实施例中， 每个采样点的传输功率可以按照与无干扰概率一致地方式分 配， 这样可以最大化感知无线电用户的预计传输率。
在另一实施例中， 传输功率的分配可以减少被许可用户在同一时间被干扰的可能 性。
在另一实施例中， 传输功率可以性能最佳地按照每个数据采样点无干扰概率分 配， 或者承受某些性能损失地简单地使用带数据采样索引的平滑减小函数。
在另一实施例中， 传输功率控制可通过变换感知无线电用户与每个数据采样点的 无干扰概率相应地传输率实现。
在另一实施例中， 固定或弹性帧结构的任何周期性频谱感应框架可以提升系统性 能。 附图说明
为了更好理解本发明及其有益效果， 后续描述将与如下附图相结合进行说明 ： 图 1 为本发明实施例的系统示意图 ； 图 2 为本发明一实施例中无线收发信机的方框示意图 ； 图 3 为本发明一实施例中周期频谱感知帧结构示意图 ； 图 4 为本发明一实施例中确定传输功率的流程示意图 ； 图 5 为本发明实施例中不同采样点的规格化传输功率分配的图示。具体实施方式
下面详细讨论当前优选实施例的形成和使用。然而， 应意识到本发明提供了很多可以在各种各样具体背景中体现的适用性独创概念。 所讨论的具体实施例仅仅是说明创造 和使用本发明的具体方式， 并不限于本发明的范围。
图 1 为本发明一实施例的部分无线通信系统 100 的示意图。如图 1 所示， 在无线 通信系统 100 中工作的天线 105， 比如基站 110 的天线， 可以被分割为三个扇区， 比如扇区 115、 扇区 116 和扇区 117。尽管图 1 所示的天线仅为单天线， 天线 105 可以包括三个独立的 天线， 每一个独立的天线对应一个扇区。基站 110 可以在不同扇区传输不同的信号。基站 110 通常可以与多个移动台 (Mobile station， MS)， 比如 MS 120 和 MS121， 在各自的扇区进 行通信。在实施例中， MS 还可以被称为用户、 移动终端、 用户设备、 接入终端等。
图 2 为本发明实施例中感知无线电收发信机 200 的方框示意图。需要注意的是， 图 2 中所给出的感知无线电收发信机 200 仅为示意并说明感知无线电收发信机的 200 的基 本组件， 其可以表示为 MS120、 121 和 / 或基站 110。同时需要注意的是， 诸如电源、 总线、 线 缆、 外部连接及其类似部分并没有在图 2 中给出。
在一实施例中， 感知无线电收发信机 200 包括处理器 210 和存储器 212。 该存储器 212 可用于存储应用软件、 数据和各种运行条件， 例如 QoS 条件。处理器 210 控制一耦合到 接收天线 216 的接收器 214 以控制和处理数据和 / 或控制信号的接收。处理器 210 还耦合 并控制一发送器 218， 以此控制发送器 218 的传输功率等级， 及通过发送天线 220 发送数据 和控制信号。此外， 接收器 214 和处理器 210 还连接一频谱感应模块 222。如下将进一步详 细讨论频谱感应模块 222 监控被许可频段以确定被许可频段在下一周期内被占用或空闲 的可能性。 图 3 所示为本发明实施例中可能使用到的一种帧结构。处理序列 300 包括感应块 310 和互感应块 312。通常， 收发信机， 例如感知无线电收发信机 200， 确定感应块 310 中的 被许可频段是否占用或空闲。当确定被许可频段空闲时， 收发信机在互感应块 312 时段发 送数据和 / 或控制信息。现有系统中互感应块 312 时段的传输的传输功率保持固定， 不同 的是， 如下述详述， 本发明实施例根据无干扰的可能性变换传输功率。
如本文所描述的一种在周期频谱感应行为之间的每一个数据块中基于可能性的 传输功率控制方法可以提高动态频谱接入的带宽效率。通过利用被许可频段的被占用的 统计信息， 传输功率控制方法可以与数据传输过程中的每一个采样点的无干扰可能性相匹 配。 这有助于感知无线电用户增加有效传输率并显著地减少与可能出现的回归的被许可通 信的干扰等级。值得称道是， 这样的系统或方法可以在确保被许可用户的优先级别的同时 明显地提升整个带宽效率。
一感知无线电用户对， 每一个用户对包括一个发送方和一个接收方， 不时运行在 被分配给位于同一地理区域被许可用户的单频段上。在诸如频谱感应模块 222 的频谱感应 模块的帮助下， 感知无线电用户确定被许可行为在频段内出现或者不出现的情况， 并当没 有被许可行为出现时使用该频段。
如图 3 所示， 感知无线电用户的活动通常为周期性活动， 因此在每一帧中， 感知无 线电用户首先在感应块 310 监测被许可频段， 根据被许可频段被占用或者空闲的状态不采 取动作或者开始在互感应块 312 中接收 / 发送数据。 较佳地， 感应块对被许可频段进行采用 间隔为 M 的监测。根据频段被占用或者空闲的状态， 感知无线电用户不采取动作或者开始 在互感应块进行采样间隔为 L 的接收或发送数据 ( 也可能无数据传输 )。因为被许可频段
也可能在将来被被许可用户重新占用或者释放， 较佳地， 感知无线电用户可以在前一个互 感应块 312 之后重新启动一个以感应块 310 开始的帧。感知无线电用户可以采用一个预先 设定的感应块长度 M 以获得特定监测性能和一个最佳的数据块长度 L 以获得与可能出现的 回归的被许可通信的干扰的特定等级下最佳的传输效率。感应块 310 和 / 或互感应块 312 也可以为可变长度块。 如下将详细讨论， 通过连续的频谱感应， 感知无线电用户获取包括平 均占用、 空闲周期的被许可信道占用情况。
图 4 为本发明一实施例中变换传输功率的步骤流程。该流程在步骤 410 开始， 其 中例如被许可频段忙碌或空闲的概率等统计信息已经获得。 被许可频段被模型化为在忙碌 和空闲状态之间切换的交替更新源。这里， 忙碌或空闲说明被许可频段被被许可用户占用 或者没被占用。忙碌和空闲周期被假定为指数分布， 其中 α 是忙碌到空闲状态转换率， β 是空闲到忙碌状态转换率。相应地， 平均忙碌和空闲周期为 1/α 和 1/β， 频段忙碌和空闲 的概率相应地为
和其后， 步骤 412 确定无干扰的概率。该无干扰的概率可通过如下公式表达其中和分别为假定频段在感应块期间被检测为空闲、 其在感应块结束点条件性忙碌和空闲的概率， PIl|B 和 PIl|I 分别为假定频段在感应块结束点忙碌和空闲、 其在 第 l 个采样点条件性空闲的概率。如果频段在感应块结束点忙碌， 其在下一个数据块的第 l 个采样点的条件性空闲概率可以计算如下
其中 τ 表示采样间隔。如果频段在感应块结束点空闲， 其在下一个数据块的第 l 个采样点的条件性空闲概率可以计算如下 ：
为计算和PD 和 PF 分别表示通过频率感应结果与反馈或传输确认的历史数据比较得到的平均监测概率和假报警概率。如果频段被检测为空闲， 则在感应块结束点该 频段条件性忙碌和条件性空闲的概率可通过如下公式计算 ：
和接下来， 步骤 414 确定传输功率。确定出每一个时间段 l 的条件性概率7之后，102084695 A CN 102084704说明书5/6 页需要最大化感知用户在平均功率约束 的平均传输率。由若干采样周期 L 组成的整个帧的 平均传输率可以根据如下公式确定
其中， 为当频段在感应块 310 被检测为空闲、 下一个互感应块 312 的第 l 个采样点的条件性空闲概率， Rl 是为当频段空闲时感知无线电用户在下一个互感应块 312 的第 l 个采样点的传输率。在的第 l 个采样点， Rl 与传输功率 Sl 的关系为 ：
其中 G 是从感知无线电发送方到接收方的功率增益， N 是感知无线电接收方的噪 声变量， 这两者在单个数据块中都假定为固定不变。 通常， 更高的平均传输率表明更高的带 宽效率。
相应地， 需要最大化
其条件为其中 G 是从感知无线电发送方到接收方的功率增益， N 是感知无线电接收方的噪 声变量， 这两者在单个数据块中都假定为固定不变。
对于任意 l 的最佳功率分配 Sl 可以通过如下公式确定
其中 (x)+ ＝ max(x， 0) 和拉格朗日因子 λ 的选择需要满足下面功率约束条件
通过上述公式， 可以假设因此为已知且 λ 可以确定。如果检验确认对于任意 l 的 Sl 不低于 0 则方法正确。否则， Sl 设为 0 并重复整个流程。
如果 N/G 值小， 也就是信噪比增益大， 则每个采样点的分配传输功率大致为
其中在这种情况下， 传输功率 Sl 在每个采样点与条件空闲概率成正比。如果感知无线电发送方没有信道和噪声信息， 只要信噪比增益不低， 公式 (14) 可以简单地用来分配 传输功率。
感知无线电用户的传输率也可以与条件空闲概率一起改变。比如， 传输率可以按 照如下公式方式改变
传输功率控制方案不仅增加平均传输率， 还显著减少平均干扰功率， 这对感知无 线电用户和被许可用户都有利。 平均干扰功率可以作为被许可接收方被感知无线电通信在 整个帧中干扰的预计干扰功率， 其可以表达如下
其中是当检测到频段在感应块空闲、 在下一个互感应块第 l 个采样点的条件性忙碌概率， G′是从感知无线电发送方到被许可接收方的功率增益， 其在数据块过 程中被设定为固定值。为提供被许可通信的足够保护， 平均干扰功率通常需要限制在可接 受的等级。
需要说明的是， 上述描述给出了一个实施例的一种传输功率基于回归的许可用户 的概率而变化的例子， 也可能用到其他实施例。 比如， 一种带数据采样索引的平滑减小函数 也可能被用到， 但可能带来性能损失。
图 5 为可以从上述讨论的系统中获得的数据结果。假定 τ ＝ 0.0001sec， M ＝ 50， -1 -1 L ＝ 1600， pD ＝ 0.95， pF ＝ 0.1， α ＝ 0.4sec ， 和 β ＝ 0.4sec ， 图 5 给出本方案中每个 采样点 l 在不同平均接收信噪比 数值的规格化传输功率 图 5 也同样给出现有 技术中的固定值功率分配方法。 可以看到的是， 与保持功率等级固定不同， 本方案的传输功 率等级在每个采样点都能与减小的条件性空闲概率一致。当平均接收信噪比变得越小， 相 邻采样点之间的功率分配差异变得越明显， 性能增益相应地预计更大。
虽然已经详细描述了本发明及其优点， 但这些描述并不构成对发明的限制性描 述。 所属领域的技术人员能够通过上述描述明白示例性实施例以及本发明其他实施例的各 种改变和结合。附加的权利要求范围将包括这些改变或实施例。