BRPI0620965B1

BRPI0620965B1 - Aparelho e método para controlar comutação de canal em redes sem fio

Info

Publication number: BRPI0620965B1
Application number: BRPI0620965-3A
Authority: BR
Inventors: Wen Gao; Hang Liu
Original assignee: Thomson Licensing
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2019-08-06
Also published as: RU2008132831A; JP2009523360A; ZA200805753B; KR101385677B1; RU2446594C2; US8588115B2; EP1974571A1; WO2007081503A1; CN101390429A; CN101390429B; BRPI0620965A2; TW200735610A; TWI355834B; US20090067354A1; KR20080083296A

Abstract

aparelho e método para controlar comutação de canal em redes sem fio. a invenção fornece aparelhos e métodos para evitar as colisões de canais em redes de área regional sem fio (wran) . um controlador de acesso a meio (mac) é fornecido para comutar uma estação base (bs) de uma wran a partir de um primeiro canal a um segundo canal em um tempo t. o mac inclui um circuito de atraso de tempo de comutação para atrasar a dita comutação com relação ao tempo t por um tempo de atraso aleatório.

Description

APARELHO E MÉTODO PARA CONTROLAR COMUTAÇÃO DE CANAL EM REDES SEM FIO

Referência Cruzada a Pedidos Relacionados

Esta invenção reivindica prioridade para o pedido provisório Norte-Americano número serial 60/757.998 depositado no Escritório Norte-Americano de Marcas e Patentes em 11 de janeiro de 2006 intitulado como Método Para Comutação de Canal e Comunicação Inter Estação Base em Rede de Área Regional Sem Fio, tendo como inventores, GAO, Wen e outros.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a redes sem fio e em particular a métodos e aparelhos para controlar a comutação de canal em Redes de Área Regional Sem Fio (WRAN).

Fundamentos da Invenção

A demanda por acesso de comunicações em banda larga está aumentando. Tal acesso é difícil de fornecer em alguns casos. Por exemplo, em áreas rurais com pouca população e outras áreas carentes de infra-estrutura por fios para suportar o acesso à banda larga pública.O grupo de trabalho em Rede de Área Regional Sem Fio (WRAN) do Instituto de Engenharia Elétrica e Eletrônica (IEEE) propõe uma especificação padrão (designada de 802.22) para redes sem fio alcançarem a crescente demanda por acesso à banda larga sem fio. A especificação de WRAN IEEE 802.22 descreve um sistema WRAN configurado para operar dentro de bandas de transmissão de radiofrequência (RF) tipicamente reservadas para usuários licenciados. Um exemplo de um usuário licenciado em uma banda de transmissão RF é uma estação de transmissão de televisão.

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A comutação de canal é uma capacidade importante para WRAN. Os nós do transceptor WRAN comutam os canais operacionais para evitar interferência com os serviços incumbentes licenciados em bandas de transmissão. Os nós WRAN são capazes de comutar de um primeiro canal, por exemplo, um canal no qual um nó estabeleceu uma conexão de comunicação, para um segundo canal quando uso incumbente é detectado.

Uma outra razão para a comutação de canal WRAN é a manutenção da qualidade do serviço (QoS) em ligações de comunicação WRAN. A qualidade de conexão pode se degradar devido a fatores tais como o clima, interferência elétrica, equipamento danificado e outros fatores. Quando a qualidade da conexão se degrada, às vezes é desejável que um sistema WRAN mude para um canal diferente para manter a qualidade da conexão. A comutação de canal suporta uma opção de estabelecer uma nova conexão de comunicação em um segundo canal diferente se o primeiro canal se degradar.

Uma outra razão para a comutação de canal é o emprego de uma técnica de comunicação de amplo espectro conhecida como salto de frequência (FH). O salto de frequência é uma outra forma que uma WRAN poder evitar interferir com incumbentes. Os sistemas WRAN de salto de frequência distribuem a comunicação no domínio do tempo por uma pluralidade de diferentes frequências. Cada uma da pluralidade de frequências é usada para somente uma pequena quantidade de tempo.

Os incumbentes são atribuídos a bandas de frequência relativamente estreitas. Os incumbentes tipicamente têm direitos de transmitir em uma potência alta o bastante para

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3/38 sobrepor uma comunicação WRAN. Portanto, qualquer interferência causada por uma WRAN em um dado canal que afeta o incumbente é transiente. Qualquer interferência a partir de uma WRAN é provavelmente sobreposta pelo incumbente. Ao mesmo tempo, um incumbente sobrepõe somente uma das frequências usadas por uma estação WRAN de salto de frequência. Portanto, somente uma parte de uma transmissão de WRAN é perturbada por um incumbente que chega em um canal licenciado.

Um desafio de comutação de canal para a WRAN é evitar as colisões de canais com outra WRAN quando comutando os canais. Se mais de uma estação WRAN selecionar o mesmo segundo canal para comutar ao mesmo tempo, uma colisão pode ocorrer entre as estações WRAN. Portanto, os aparelhos e métodos para controlar a comutação de canal para evitar as colisões de canais em sistemas WRAN são necessários.

Sumário da Invenção

As modalidades da invenção fornecem métodos, aparelhos e sistemas para controlar a comutação de canal em Redes de Área Regional Sem Fio (WRAN).

Breve Descrição dos Desenhos

Um completo entendimento da presente invenção é descrito nos desenhos em anexo em conjunto com a descrição detalhada subsequente na qual:

A Figura 1 é um diagrama pictórico de um sistema WRAN exemplificado adequado para implementar as modalidades da invenção;

A Figura 2 é um diagrama pictórico de uma célula

WRAN exemplificada de acordo com uma modalidade da invenção;

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A Figura 3 é um diagrama de bloco de uma BS de acordo com uma modalidade da invenção;

A Figura 4 é um diagrama que ilustra um problema de comutação de WRAN;

A Figura 5 é um fluxograma que ilustra as etapas de um método convencional para evitar colisões de canais;

A Figura 6 é um diagrama de bloco mais detalhado de modalidades da invenção como ilustrado nas Figuras 2 e 3;

A Figura 7 é um fluxograma que ilustra as etapas de um método de acordo com uma modalidade da invenção para evitar as colisões de canais.

Descrição Detalhada da Invenção

Definições

Para propósitos desta especificação, os seguintes termos são usados como definido aqui.

O termo estação base (BS) refere-se a um conjunto de equipamentos que fornece conectividade, gerenciamento, e controle de pelo menos um conjunto de Equipamentos nas Dependências do Cliente (CPE).

O termo equipamento nas dependências do cliente (CPE) refere-se ao equipamento que fornece conectividade entre um assinante de WRAN e uma BS.

Quando se referindo a uma WRAN, o termo célula é definido como compreendendo pelo menos uma BS.

O termo nó refere-se a um agrupamento de elementos de rede que fornece as funções relacionadas à rede. Por exemplo, uma estação base compreende um nó de uma WRAN. Um CPE compreende um nó de uma WRAN.

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O termo “rádio refere-se à transmissão sem fio de sinais pela modulação de ondas eletromagnéticas com frequências abaixo da frequência da luz.

O termo “rádio cognitivo refere-se a um transmissor-receptor (transceptor) via rádio projetado para detectar se pelo menos uma parte particular de um espectro de radiofrequência (RF) está usualmente em uso.

O termo “canal refere-se a uma frequência designada ou uma banda designada de frequências para comunicação entre um transmissor e um receptor. Um canal particular é indicado de um número de formas. Um número de canais representa um número de canal estabelecido usado por um controlador de acesso a meio (MAC). Em algumas modalidades, um número de canal se refere a um canal físico. Em outras modalidades da invenção, um número de canal indica um canal lógico. Um número de canal em um esquema de representação pode ser mapeado dentro de vários outros esquemas de representação por hardware e software nas estações transmissora e receptora.

		O	termo “descendente refere-se à direção	de	uma
BS	ao	CPE .	O termo “ascendente refere-se à direção	de	um
CPE	à	BS.
		O	termo “informação refere-se ao estado	de	um

sistema de interesse.

O termo “mensagem refere-se à informação materializada e organizada de acordo com um formato de mensagem.

Figura 1 - WRAN

A Figura 1 ilustra uma rede sem fio exemplificada

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6/38 adequada para implementar as várias modalidades da presente invenção, como ilustrado nas Figuras 2, 3 e 6. A Figura 1 ilustra a Rede 10 como um exemplo de muitas possíveis configurações de rede adequadas para implementar várias modalidades da invenção. De acordo com uma modalidade da invenção, a rede sem fio 10 compreende uma Rede de Área Regional Sem Fio (WRAN). As especificações gerais para WRAN são descritas, por exemplo, em “IEEE P802.22/DO.1, Versão Padrão para Redes de Área Regional Sem Fio Parte 22: Especificações de Controle de Acesso a Meio (MAC) RAN Sem Fio Cognitiva e de Unidade Física (PHY): Políticas e procedimentos para operação em bandas de TV.

Em uma modalidade da invenção, a rede 10 é configurada geralmente de acordo com as especificações de versão IEEE 802.22 proposta. Outras modalidades da invenção são observadas, as quais não são descritas nas presentes versões de especificações IEEE 802.22. Essas modalidades podem ou não ser descritas nas futuras especificações 802.22. Sem levar em consideração as especificações 802.22, a WRAN 10 compreende no mínimo uma célula 26. Uma célula 26 compreende no mínimo uma estação base BS 100. A BS 100 está tipicamente associada com no mínimo um equipamento nas dependências do cliente (CPE) 18. Tipicamente, uma célula 26 compreende no mínimo uma BS 100 e no mínimo um CPE 18. A WRAN exemplificada 10 ilustrada na Fig. 1 compreende uma pluralidade de células 26 e 26a-d. Uma pluralidade de CPEs 18 compreende cada célula 26 e 26a-d. No mínimo uma BS, por exemplo, a BS 100 de uma célula 26 é acoplada a uma rede central (BB) 211. A

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7/38 rede BB 211 compreende um serviço de banda larga convencional por fio. A BS 100 acopla o CPE 18 à rede BB 211 via conexão sem fio que acopla o CPE 18 e a BS 100, e via conexão por fio que acopla a BS 100 e a rede BB 211.

Em algumas modalidades da invenção, a cobertura de serviço de cada célula 26 se estende a um ponto onde um sinal transmitido a partir de uma BS 100 pode ser recebido por um CPE associado com um dado sinal mínimo para relação de ruído (SNR). Em algumas modalidades da invenção, a cobertura de serviço de algumas células 26 sobrepõe a cobertura de serviço de outras células 26 como ilustrado na Figura 1.

Uma célula exemplificada típica 26 compreende uma BS 100 e uma pluralidade de CPE associados 18. Entende-se que os números de células 26, de estações base 100 e de CPE 18 ilustrados na Figura 1 são escolhidos por conveniência de ilustração e para facilidade de discussão nesta especificação de capacitação. Na prática, os números de células 26, de BS 100 e de CPE 18 da WRAN 10 variarão. A invenção não está limitada à WRAN, compreendendo qualquer número particular de células, de BS 100 e de CPE 18.

As configurações alternativas de redes adequadas para implementar a invenção compreendem sistemas WRAN que incluem mais de uma WRAN 10. Neste caso, os sistemas de WRAN 10 idealmente evitam a interferência uns com os outros nos canais de comunicação bem como evitam a interferência com usuários incumbentes de canais.

Figura 2 - Célula

A Figura 2 é um diagrama pictórico de uma célula

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8/38 exemplificada 26 de uma WRAN 10 do tipo geral ilustrado na Figura 1. A célula 26 compreende no mínimo uma BS 100 e no mínimo um CPE, por exemplo, o CPE 18 e o CPE 18a. A célula 26 exemplificada ilustrada na Figura 2 compreende uma BS 100 e uma pluralidade de CPE 18. a BS 100 inclui no mínimo uma antena de transmissão e no mínimo uma antena de recepção, indicadas como antena transceptora 203. Duas antenas transceptoras de estação base 203 e 204 são ilustradas na Figura 2. A invenção não está limitada a qualquer número particular de antenas de estação base. A antena transceptora 203 é acoplada a uma transmissor e receptor (transceptor) 244. A BS 100 adicionalmente compreende uma antena sensora de espectro 205 acoplada a um transceptor de rádio cognitivo 245.

A BS 100 adicionalmente compreende um controlador de BS 288 e uma interface central 214. A interface central 214 acopla no mínimo uma rede central ao controlador de BS 288. A Figura 2 ilustra dois exemplos de redes centrais. Um primeiro exemplo de uma rede central compreende uma conexão por fios convencional 210 à internet 211. Um segundo exemplo de uma rede central compreende uma conexão de comunicação via satélite 237 a um satélite de comunicação 212.

Em uma modalidade da invenção, a BS 100 fornece uma extensão sem fio de serviço de banda larga carregado por no mínimo uma rede central, por exemplo, uma rede de transmissão via satélite 212, a usuários em uma região geográfica à qual o serviço de transmissão via satélite 212 não se estende diretamente a um CPE 18. De acordo com modalidades exemplificadas, a interface de rede central 214 de BS 100

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9/38 compreende uma interface entre redes centrais sem fio e por fio. Outros exemplos de redes centrais por fio adequadas às implementações da invenção incluem redes por cabo, redes de fibra óptica, redes de telefonia pública, e seus similares. O controlador de BS 288 é acoplado ao transceptor 244 para controlar a operação do transceptor 244 para comunicar com no mínimo um CPE 19 de célula 26. Assim, no mínimo uma conexão de comunicação, por exemplo, 250, é estabelecida entre no mínimo uma rede central, por exemplo, 211 e no mínimo um CPE 18 de célula 26. Em uma modalidade exemplificada da invenção, a estação base 100 e uma pluralidade de CPE 18 são arranjadas em uma configuração de rede de ponto a multipontos. Nesse exemplo, a BS 100 compreende um ponto e uma pluralidade de CPE 18 que compreende multipontos.

Em uma modalidade da invenção, o transceptor 244 da BS 100 da WRAN 10 opera em bandas de TV UHF/VHF entre 54 e 862 MHz. De acordo com outras modalidades da invenção, a BS 100 da WRAN 10 utiliza outras bandas de televisão para se comunicar com o CPE 18. Em algumas modalidades da invenção, a BS 100 da WRAN 10 conta com bandas de proteção para comunicação com o CPE. Independentemente dos canais e frequências nas quais uma WRAN 10 ou uma BS 100 opera, uma WRAN 10 ideal evita interferir com o uso de qualquer canal de comunicação por um incumbente, isto é, um usuário licenciado.

A CPE exemplificada 18a compreende no mínimo uma antena de transmissão/recepção de CPE 216 acoplada a um transceptor de CPE 280. Um controlador de CPE 299 é acoplado ao transceptor 280. O controlador de CPE 299 é também acoPetição 870190034956, de 11/04/2019, pág. 14/57

10/38 plado a uma unidade de aplicação de usuário 241. A unidade de aplicação de usuário 241 compreende, por exemplo, um computador pessoal 242 e hardware e software associados. O controlador de CPE 299 é acoplado entre a unidade de aplicação de usuário 241 e o transceptor 280 para fornecer uma conexão de comunicação 250 entre a unidade de aplicação de usuário 241 e no mínimo uma rede central de BS 100.

A BS 100 comunica-se com o CPE, por exemplo, o CPE 18a, via conexão de comunicação por ar 250. A conexão 250 é estabelecida entre no mínimo uma antena de BS, por exemplo, 204, e a antena de CPE 216. Conexões de comunicação similares entre o CPE 18 e a BS 100 são indicadas pelas linhas pontilhadas 251, 252, 253, 254, 255, e 256.

Em uma modalidade da invenção, a BS 100 transmite as transmissões de enlace descendente ao CPE exemplificado 18a. Em uma modalidade da invenção, as transmissões de enlace descendente da BS 100 são recebidas por todos os CPEs 18, 18a que compreendem a célula 26. Em uma modalidade, um único enlace ascendente de um CPE 18 à BS 100 é compartilhado por uma pluralidade de CPEs de uma célula 26. Em algumas modalidades, um canal de enlace ascendente compreende um canal de acesso múltiplo. Em uma modalidade da invenção, cada BS 100 controla suas transmissões de enlace ascendente permitindo o acesso de acordo com uma exigência de Qualidade de Serviço (QoS) especificada.

Em uma modalidade da invenção, o controlador 299 do CPE 18a exemplificado compreende um controlador de acesso a meio (MAC). Em algumas modalidades, o controlador 299 emPetição 870190034956, de 11/04/2019, pág. 15/57

11/38 prega métodos de acesso múltiplo convencionais para compartilhar o acesso com outro CPE a uma conexão de comunicação entre os múltiplos CPEs e uma BS 100.

Três métodos convencionais para controle de acesso a meio adequados ao uso na BS 100 e no CPE 18 de acordo com várias modalidades da invenção são acesso múltiplo por divisão de frequência (FDMA), acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA), e acesso múltiplo por divisão de código (CDMA). Em uma modalidade de FDMA, o meio é dividido em par10 tes de espectro referidas como canais. Em uma modalidade de TDMA, o acesso ao meio é dividido em partes que compreendem períodos de tempo. Em uma modalidade de CDMA, o meio é dividido por códigos através do quais os nós atribuídos podem compartilhar o mesmo canal do meio.

Uma modalidade da invenção emprega técnicas de

Acesso Múltiplo por Divisão de Frequência Ortogonal (OFDMA). Em uma modalidade da invenção de OFDMA, o meio é dividido no espaço tempo-frequência. Isso é executado atribuindo-se o CPE ao longo de ambos um índice de sinal OFDM e de um índice de sub-portadora OFDM. Nesta modalidade, a BS 100 transmite símbolos usando sub-portadoras que permanecem ortogonais àquelas de outro CPE de célula 26. Algumas modalidades da invenção atribuem mais de uma sub-portadora a um CPE, por exemplo, para suportar aplicações de alta taxa.

Outras modalidades da invenção compreendem esquemas e aparelhos de acesso múltiplo alternativos. Algumas modalidades da invenção são previstas para empregar combinações de no mínimo dois esquemas de acesso múltiplo para diPetição 870190034956, de 11/04/2019, pág. 16/57

12/38 vidir o espectro em partes. Independentemente do esquema de acesso empregado pelas várias modalidades da invenção, a invenção fornece um sistema e um método para evitar a colisão de canais quando comutando os canais.

De acordo com algumas modalidades da invenção, a BS 100 opcionalmente inclui uma antena de sensor de espectro 205. O sensor de espectro 205 é acoplado a um módulo de gerenciamento de espectro 260. Em uma modalidade da invenção, o módulo de gerenciamento de espectro 260 (adicionalmente ilustrado na Figura 3 em 260) compreende um sistema de rádio cognitivo (melhor ilustrado na Figura 3 em 245). Em uma modalidade da invenção, o CPE exemplificado 18a fornece uma capacidade de sensoriamento de espectro para a BS 100 de uma célula 26. Nesta modalidade, os CPEs 18 são equipados com a antena de sensor de espectro e com o gerenciador de espectro de uma forma similar à BS 100.

Em tal modalidade, os CPEs são configurados para executar a medição de espectro local. O CPE relata os resultados da medição local à BS 100. A BS 100 coleta os dados do CPE 18. A BS 100 determina a presença de incumbentes (por exemplo, usuários licenciados) em partes captadas do espectro RF baseada na informação coletada do CPE junto com suas próprias medições da BS 100.

Diferente de uma BS típica, a BS 100 da Figura 2 adicionalmente compreende um circuito de atraso aleatório (RDC) 659 (também ilustrado na Figura 6 em 659). Em uma modalidade da invenção, o circuito de atraso aleatório 659 compreende uma parte de um controlador de BS 288. Em uma moPetição 870190034956, de 11/04/2019, pág. 17/57

13/38 dalidade alternativa da invenção, o circuito de atraso 659 compreende uma parte do transceptor 244. Entende-se que uma variedade de implementações de hardware e de software específicas das funções de BS 100 ilustradas na Figura 2 são possíveis. Portanto, o circuito de atraso aleatório 659 é configurável em uma ampla variedade de componentes de hardware e de software da BS 100. Independentemente do hardware com o qual o circuito de atraso aleatório 659 está associado, o circuito 659 evita colisões em um segundo canal quando a BS 100 comuta de um primeiro canal para um segundo canal.

Cada BS 100 e cada CPE 18 da WRAN 10 compreendem os respectivos nós da WRAN 10. Em uma modalidade da invenção, todos os nós são nós fixos. De acordo com modalidades alternativas da invenção, no mínimo um nó da rede 100 é móvel.

De acordo com a modalidade ilustrada na Figura 2, o meio de transmissão sem fio que acopla o CPE 18 a uma BS 100 correspondente compreende o ar. Entretanto, a invenção não está limitada à aplicação em um meio por ar. Outros meios de propagação de sinais de comunicação entre os nós de um nó de rede sem fio são possíveis. Por exemplo, sabe-se que os sinais se propagam através de meios líquidos tal como a água, bem como através de meios gasosos além do ar e através de vácuos tal como o espaço.

Independentemente do meio através do qual os sinais em uma célula 26 de uma rede 10 são propagados, cada nó de célula 26 compartilha o acesso ao meio com no mínimo um

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14/38 outro nó de célula 26. Consequentemente, as modalidades da invenção compreendem protocolos e circuitos para comparti-

lhar o	acesso ao	meio através dos nós de	uma	célula 26	da
rede 10	^.
	Figura 3	- Estação Base 100
	A Figura	3 é um diagrama de bloco	de	alto nível	de
uma BS	100 como ilustrado nas Figuras 1 e 2	. A	Figura 3 des-
creve a	BS 100 de	acordo com uma representação	do Modelo	de

Referência de Interconexão de Sistemas Abertos (OSI—RM) da invenção. A BS 100 compreende no mínimo um módulo de interface de controle de acesso a meio físico (PHY/MAC), por exemplo, o módulo 306. Outras modalidades da invenção compreendem uma pluralidade de módulos PHY/MAC (por exemplo, 302, 304 e 306) como ilustrado na Figura 3.

Um módulo PHY/MAC (302, 304, 306) compreende uma unidade de controle de acesso a meio (MAC 310, 311, 312) e uma unidade física (PHY 320, 321, 322). Um MAC exemplificado 312 da unidade PHY/MAC 306 compreende um controlador de acesso a meio cognitivo (CMAC) 312. A unidade CMAC 312 compreende um controlador de transceptor, por exemplo, o controlador 288. O controlador de transceptor 288 do MAC 312 é acoplado ao transceptor 244 da unidade PHY 322 para controlar a comutação de canal da BS 100.

A unidade PHY 322 compreende o transceptor 244. De acordo com as modalidades da invenção, a unidade PHY 322 adicionalmente compreende interfaces elétricas, mecânicas e procedimentais convencionais (não mostradas) com o meio de transmissão por ar que compreende partes do espectro RF usa

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15/38 do pela BS 100 para comunicar-se com o CPE 18. A unidade PHY exemplificada 322 compreende um transceptor 244 acoplado a uma antena de radiofrequência (RF) 204. O transceptor 244 transmite os bits através de um meio por ar por uma conexão de comunicação (ilustrada, por exemplo, na Figura 2 em 250) entre uma antena 204 da BS 100 e uma antena do CPE 18, por exemplo, antena 216 da Figura 2.

Juntas, a unidade PHY 322 e a unidade MAC 312 definem uma interface entre os componentes físicos e funções de controle de acesso a meio da BS 100. De acordo com uma modalidade da invenção, um módulo PHY/MAC 306 obedece a uma especificação padrão IEEE 802.22. A unidade PHY/MAC exemplificada 306 estabelece uma conexão de comunicação entre a BS 100 e o CPE 18 (melhor ilustrado na Figura 2). De acordo com algumas modalidades da invenção, no mínimo um módulo PHY/MAC (302, 304, 306) estabelece adicionalmente comunicação entre a BS 100 e uma segunda BS (exemplo ilustrado na Figura 4) para fornecer a comunicação interestação base.

De acordo com uma modalidade da invenção, a BS 100 compreende adicionalmente uma interface de rede central 388. Uma rede central 388 compreende uma unidade de ponte 333 e uma unidade de protocolo 330. A unidade de ponte 333 e a unidade de protocolo 330 definem uma interface entre a BS 100 e uma rede por fios ou outra rede sem fio. Por sua vez, a unidade PHY/MAC 306 da BS exemplificada 100 acopla o CPE 18 a uma rede central via uma unidade de interface de rede central 388.

De acordo com as modalidades da invenção, a unida

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16/38 de CMAC 312 inclui um controlador 288 acoplado ao transceptor 244 da unidade PHY 322 para controlar a seleção e comutação de canal da BS 100. O transceptor 244 é acoplado à antena 204. Uma conexão de comunicação (por exemplo, 250 ilustrado na Figura 2) é estabelecida através de um meio por ar entre a antena do CPE (por exemplo, 18a da Figura 2) e a antena 204 da BS 100. Assim, a BS 100 fornece acesso a uma rede central para o CPE 18. O controlador 288 inclui um circuito de atraso aleatório 659. De açodo com algumas modalidades da invenção, o circuito de atraso aleatório 659 compreende um temporizador de espera aleatória 445 e um gerador de número aleatório 447. A configuração e a operação do controlador 288 são discutidas adicionalmente em detalhes com relação à Figura 6.

A Figura 3 ilustra três módulos PHY/MAC 302, 304 e 306 para facilitar a discussão. Entretanto, como indicado em linhas tracejadas, a invenção não é limitada com relação ao número de módulos PHY/MAC em uma BS 100. As modalidades da invenção, que compreendem mais ou menos os módulos PHY/MAC que são ilustrados na Figura 3, são possíveis. As modalidades adicionais da BS 100 são configuráveis para adicionar os módulos PHY/MAC à medida que a demanda da BS aumenta. Portanto, a arquitetura da BS 100 ilustrada na Figura 3 é escalável de acordo com algumas modalidades da invenção.

De acordo com uma modalidade da invenção, o PHY 322 incorpora adicionalmente um transceptor de rádio cognitivo (ilustrado separadamente em 245). De acordo com algumas modalidades da invenção, o CMAC 312 coopera com um rádio

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17/38 cognitivo (CR) 245 para compreender um MAC de rádio cognitivo (CMAC) 312. O CR 245 é configurado para captar no mínimo uma parte do espectro de radiofrequência. Uma técnica de sensoriamento de espectro exemplificada empregada pelo CR 245 é sensoriamento de portadora. Entretanto, a invenção não conta com uma técnica de sensoriamento de espectro particular. Outras técnicas de sensoriamento de espectro são adequadas para serem usadas na invenção. Em modalidades de CMAC, o CR 245 habilita a BS 100 a determinar as condições de canal de comunicação, por exemplo, ocupação do canal, qualidade de conexão e outros parâmetros de canal relacionados ao espectro RF.

Em algumas modalidades da invenção, o CMAC 312 é configurado para controlar o transceptor 244 baseado na informação de espectro fornecida pelo CR 245. Em resposta às condições de canal captadas, o CMAC 312 comuta o transceptor 244 dentro (ou fora) das partes do espectro RF (por exemplo, canais). Uma razão para a comutação é evitar a interferência com usuários incumbentes licenciados do espectro RF.

Algumas modalidades de CMAC da invenção suportam serviços de difusão ponto a ponto (endereçados a um único CPE), de multidifusão (endereçados a um grupo de CPEs) e de difusão (endereçados a todos os CPEs em uma célula). Em particular para algumas modalidades capazes de atividades de medição de espectro, as conexões de gerenciamento de multidifusão são empregadas. Algumas modalidades da invenção fornecem algoritmos de agrupamento a serem implementados e a carga de medição a ser compartilhada. Esses algoritmos variPetição 870190034956, de 11/04/2019, pág. 22/57

18/38 arão dependendo do fornecedor e da aplicação.

Várias modalidades de CMAC implementam uma combinação de esquemas de acesso que controlam a contenção entre o CPE para acesso à rede BB 388. Ao mesmo tempo o CMAC 312 fornece largura de banda apropriada para cada aplicação do CPE. O CMAC 312 executa isso através de no mínimo um de quatro diferentes tipos de mecanismos de programação de fluxo ascendente. Em algumas modalidades de CMAC, esses mecanismos são implementados usando no mínimo um dentre os procedimentos de concessões de largura de banda não solicitadas, pesquisa, e de contenção. Algumas modalidades da BS 100 e do CMAC 312 empregam a pesquisa para simplificar o acesso à rede BB 388.

A pesquisa assegura que as aplicações do CPE recebam o serviço em uma base determinística. Por exemplo, as aplicações em tempo real como voz e vídeo preferem às vezes serviço em uma base uniforme. Em outras vezes, essas aplicações preferem uma programação controlada de forma muito rígida. Em contraste, as aplicações de dados são tipicamente mais tolerantes a atraso do que as aplicações de voz e de vídeo. Portanto, as técnicas de contenção são tipicamente usadas nas aplicações de dados. Isso evita a pesquisa individual de CPE. A contenção tem a vantagem adicional de conservar recursos. Algumas modalidades da invenção evitam pesquisar o CPE que estava inativo por um longo período de tempo. Algumas modalidades de CMAC 312 da invenção criam, apagam e mudam dinamicamente as conexões à medida que a necessidade aparece.

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Gerenciador de Espectro

De acordo com uma modalidade da invenção, o SM 260 fornece capacidades de gerenciamento de espectro à WRAN 10. O gerenciador de espectro 260 suporta as modalidades de MAC (CMAC) de rádio cognitivo (CR) da invenção. De acordo com algumas modalidades da invenção, o SM 260 é implementado por um dispositivo lógico programável. Outros dispositivos de hardware e de software para implementar o SM 260 são observados. Portanto, a invenção não conta com qualquer implementação de software e de hardware do SM 260.

Em algumas modalidades da invenção, o SM 260 é acoplado a um rádio cognitivo 245 que inclui um sensor, por exemplo, a antena 205. Para modalidades típicas da invenção, a antena 205 está localizada em proximidade física à BS 100. Consequentemente, a antena de espectro 205 capta os parâmetros do espectro e do ambiente operacional em uma vizinhança da BS 100. O CR 245 analisa as mudanças de parâmetro do espectro com base na informação captada e fornecida pela antena 205. Exemplos de parâmetros captados pela antena 205 e processados pelo SM 260 (processador não ilustrado) incluem, por exemplo, os parâmetros selecionados a partir do grupo que compreende: a atividade de espectro de radiofrequência, nível de interferência no espectro de radiofrequência, comportamento do CPE, e informação de estado da WRAN, para citar uns poucos exemplos.

Em uma modalidade da invenção, o gerenciador de espectro 260 da BS 100 mantém uma lista de canais candidatos

360. Em uma modalidade da invenção, a lista de canais candiPetição 870190034956, de 11/04/2019, pág. 24/57

20/38 datos 360 é armazenada em uma memória (também representada por 360). Os aparelhos de memória adequados para armazenar a lista de canais candidatos 360 incluem, porém não estão limitados a tipos de memória de acesso aleatório (RAM) con5 vencionais. Em outras modalidades da invenção, a lista de canais candidatos 360 compreende outros meios de armazenamento adequados para armazenar e atualizar a informação da lista de canais.

Um exemplo de lista de canais candidatos compreen10 de no mínimo uma frequência, por exemplo, um canal [CHselect] 347 disponível para a comutação da BS 100. Em uma modalidade, a lista de canais candidatos 360 é compilada com base, no mínimo em parte, em parâmetros de espectro captados como descrito acima. Em uma modalidade da invenção, o SM 260 15 associa uma de uma baixa, média e alta preferência a no mínimo um canal candidato que compreende a lista de canais candidatos 360 de uma BS 100.

Em algumas modalidades da invenção, a informação de estado de espectro geográfico, fornecida, por exemplo, 20 pelo Governo (GSSI) fornece a informação ao SM 260. O SM 260 usa a informação de GSSI para compilar a lista de canais candidatos 360. Neste caso, o GSSI fornece no mínimo uma parte da informação de entrada para seleção de frequência dinâmica (DFS) pela BS 100. Em uma modalidade da invenção, o 25 GSSI é obtido pelo nó base 100 via a interface central 388.

Em outras modalidades da invenção, a BS 100 recebe o GSSI via uma conexão de comunicação por ar fornecida, por exemplo, pela antena 204 e pelo transceptor 244.

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De acordo com uma modalidade da invenção, no mínimo uma BS 100 da WRAN 10 inclui um receptor GPS (sistema de posicionamento global) (não mostrado). Um receptor GPS está configurado para determinar a localização geográfica da BS 100. A informação de localização da BS 100 determinada pelo receptor GPS é transferida pela BS 100 a um servidor centralizado. Um servidor centralizado adequado compreende, por exemplo, um servidor gerenciado pela Comissão Federal de Comunicações FCC localizada nos Estados Unidos da América. O servidor centralizado responde fornecendo à BS 100 informação sobre canais de TV não ocupados na área da BS 100. Em tal modalidade, a lista de canais candidatos 360 é baseada no mínimo em parte na informação recebida pela BS 100 em resposta a enviar a informação de localização à BS 100.

As modalidades alternativas da invenção são implementadas com base no sensoriamento de espectro local através de no mínimo um CPE 18 de uma célula 26 de uma WRAN 10. Em modalidades de sensoriamento de espectro local, um CPE 18 inclui no mínimo um sensor de espectro local configurado para captar os canais disponíveis ao CPE. De acordo com algumas modalidades da invenção, a BS 100 emprega várias combinações de GPS, sensoriamento de espectro local pelo CPE, e outras aproximações para determinar os canais que compreendem a lista de canais candidatos 360.

Em modalidades da invenção, o gerenciador de espectro 260 compreende adicionalmente um processador (não mostrado) acoplado ao rádio cognitivo 245 para executar os algoritmos de análise espectral especificados nos parâmetros

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22/38 captados pelo sensor 205. Por exemplo, em uma modalidade da invenção, o SM 260 é configurado para detectar uma situação de interferência (por exemplo, com incumbentes ou outras células 802.22) baseado nos parâmetros captados. Neste caso, o SM 260 fornece um sinal ao MAC 312 para indicar a detecção da situação de interferência. O MAC 312 inicia as ações apropriadas pela BS 100 para resolver a situação de conflito.

Em alguns casos, uma ação apropriada para a BS 100 é executar uma comutação de canal. Um canal no qual a BS 100 estabeleceu comunicação e que está presentemente em uso pela BS 100 é referido aqui como um canal de operação corrente (Cop). Portanto, um primeiro canal compreende um canal de operação corrente em algumas modalidades da invenção. Um segundo canal é um canal para o qual a BS 100 pretende comutar. Portanto, um segundo canal compreende um canal candidato [CHselect] em algumas modalidades da invenção.

As modalidades da invenção empregam técnicas de seleção de frequência dinâmica (DFS) para selecionar um canal para comutar para evitar a interferência com o uso de um incumbente do canal de operação corrente. As técnicas DFS selecionam um canal alternativo [CHselect] em resposta às condições do canal em um canal de operação. Em alguns casos, os parâmetros captados indicam a chegada de um incumbente em um canal de operação. Neste caso, o SM responde dinamicamente à mudança selecionado um novo canal [CHselect] para a operação da BS 100.

Algumas modalidades da invenção suportam salto de

Petição 870190034956, de 11/04/2019, pág. 27/57

23/38 frequência (FH) para a prevenção de interferência de canal. O salto de frequência é um método de transmissão de sinais de radiofrequência comutando-se uma portadora de radiofrequência entre uma pluralidade de canais de frequência. O salto de frequência é empregado, por exemplo, para evitar períodos quietos de banda. Uma outra aplicação do salto de frequência é fornecer uma melhor Qualidade de Serviço (QoS) para certos tipos de tráfego, por exemplo, tráfego de voz. A presente invenção é adequada ao uso em cada uma destas, e outras aplicações de salto de frequência.

Para comutar os canais (isto é, saltar as frequências), o SM 260 seleciona o CHselect com base em critérios de seleção de canal. Os critérios de seleção de canal incluem, mas não estão limitados ao número de CPEs associados com uma BS, à faixa média de CPEs a partir de uma BS, e ao tipo de tráfego nos canais disponíveis. Em resposta ao SM 260, o MAC 312 inicia uma comutação de canal para a BS 100 via o controlador de transceptor 288 do MAC 312. De acordo com uma etapa em uma operação de comutação exemplificada, o MAC 312 fornece o CHselect ao transceptor 244 via o controlador 288.

De acordo com uma modalidade de salto de frequência da invenção, a BS 100 mantém no mínimo dois canais para comunicação com o CPE. Um primeiro canal compreende a canal de operação Cop. Um segundo canal compreende o canal candidato Cca. A BS 100 opera no canal de operação Cop. Entretanto, ela comuta para o canal candidato Cca quando capta o canal de operação Cop. Em algumas modalidades da invenção, a BS 100 também capta os canais vizinhos do canal de operação

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Cop durante a operação de sensoriamento. De acordo com uma modalidade da invenção, quando a BS 100 quer captar seu canal de operação corrente Cop, ela envia uma mensagem de sensoriamento e comutação de canal (CSS) ao CPE 18 associado.

A BS 100 comuta para o canal candidato Cca para transmitir os dados ao CPE e outras operações de sinalização. Na mesma hora, a BS 100 capta o canal de operação Cop. Depois de captar o Cop, a BS 100 comuta de volta para o canal de operação Cop se não houver incumbente ou outra BS operando no Cop. Entretanto, a BS 100 e uma BS diferente (não mostrada) podem dar um salto de frequência para o mesmo canal Cop em algumas situações. Por exemplo, a BS 100 e uma outra BS podem salta de frequência para o mesmo Cop antes das duas BS serem capazes de detectar um conflito. Neste caso, uma colisão ocorre no canal Cop. De acordo com as modalidades da invenção, o controlador 288 do CMAC 312 evita esse tipo de problema de colisão.

Sub-unidades 330, 333

Como ilustrado na Figura 3, no mínimo um do MAC 310, 311 e 312 é acoplado a no mínimo uma rede central através de uma interface central 388. A interface central 388 compreende unidades de nível mais alto 330 e 333 da BS 100. Mais de uma tecnologia de unidade de rede é suportável pela interface central 388 da BS 100. De acordo com as modalidades da invenção, no mínimo uma unidade de nível mais alto da BS 100 implementa as conexões de comunicação de Protocolo de Internet (IP). Portanto, de acordo com algumas modalidades da invenção, a interface central 388 acopla a BS 100 à inPetição 870190034956, de 11/04/2019, pág. 29/57

25/38 ternet. Em uma modalidade da invenção, a interface central 388 é acoplada a uma rede central de Provedor de Serviço de internet (ISP) pelo cabo de Ethernet. Desta forma, o Serviço de Internet para acessar a Internet 111 pelo CPE 18 (ilustrado nas Figuras 1 e 2) é fornecido pela BS 100.

Em outras modalidades da invenção, a interface central 388 acopla sem fio a BS 100 a um (por exemplo, o satélite 212 da Figura 2) via uma conexão de comunicação via satélite estabelecida pela interface central 388 e equipamento do transceptor de satélite. Outras modalidades de meio de transmissão que compreende a interface central 388 incluem, mas não são limitadas ao acoplamento por fibra óptica e acoplamento por equipamento de transmissão ponto a ponto por microondas.

Prevenção de Colisão de Canal

A Figura 4 descreve duas Estações Base exemplificadas BS 401 e BS 402 para ilustrar um cenário de colisão. A primeira BS 401 e a segunda BS 402 executam as ações descritas abaixo em horas indicadas em linhas de tempo respectivas 410 e 420. Para as linhas de tempo 410 e 420, o tempo t avança na direção das setas.

Os períodos de operação de salto de frequência dinâmica (DFH) para BS 401 incluem um primeiro período de tempo indicado ao longo da linha de tempo 410 entre os marcadores 421 e 422. Um segundo período de operação DFH para a BS 401 é indicado entre os marcadores 422 e 423. Os períodos de operação DFH exemplificados para a BS 402 compreendem um primeiro período de tempo da BS 402 indicado ao longo da liPetição 870190034956, de 11/04/2019, pág. 30/57

26/38 nha de tempo 420 entre os marcadores 451 e 452. Um segundo período de operação DFH para a BS 402 é indicado entre os marcadores 452 e 453.

No início da linha de tempo 410, a BS 401 está operando em um canal (não indicado). Em um tempo exemplificado indicado em 431, a BS (401) valida o canal A que está disponível. No tempo 421, a BS 401 começa a operação no canal A. Ao mesmo tempo em que a BS 401 está operando no canal A, a BS 402 capta os canais [0, A-n] e [A + n, N], onde n é 10 um único incremento de canal e N é o número de canais a serem captados. No início da linha de tempo 420, a BS 402 está operando em um canal X exemplificado (não indicado). Em um tempo exemplificado indicado em 441, a BS 402 valida um canal diferente, canal D, disponível. No tempo 451 exemplifi15 cado, a BS 402 inicia a operação no canal D. Enquanto a BS

402 está operando no canal D, a BS 402 capta os canais [0, D-n] e [D + n, N].

A BS 401 detecta a disponibilidade do canal C no tempo 433. A BS 402 detecta a disponibilidade do canal C no 20 tempo 442. Como ilustrado na Figura 4, o tempo de validação do canal C da BS 401 está perto no tempo ao tempo de validação do canal C da BS 402. Neste caso, é possível que a BS 401 e a BS 402 selecionem independentemente cada canal C a ser usado em seu próximo período de operação DFH (422 e 452, 25 respectivamente). Os períodos de operação DFH da BS 401 e da

BS 402 são sobrepostos um ao outro. Se ambas as BS 401 e 402 saltam para o canal C em seus períodos de operação DFH sobrepostos, a colisão no canal C ocorre. A ocorrência da coPetição 870190034956, de 11/04/2019, pág. 31/57

27/38 lisão de uso de canal é devido ao fato de que nem a BS 402 nem a BS 401 reconhecem a frequência selecionada pela outra. Tipicamente, tal informação de uso de canal é somente detectada por um rádio cognitivo quando um potencial canal de colisão está realmente em uso.

Uma solução proposta para esse problema de colisão é ilustrada na Figura 5. Esta solução conta com a transmissão e recepção da informação de canal via um anúncio de Seleção de Frequência Dinâmica (DFS). Um anúncio DFS deve ser transmitido a partir de uma BS de comutação da WRAN a uma outra BS da WRAN para notificar outra BS e WRAN do canal selecionado. A Figura 5 ilustra um método exemplificado para uma primeira BS de um sistema WRAN selecionar uma frequência e comutar para um novo canal para operação. O método inicia em operação normal da primeira BS na etapa 501. A primeira BS seleciona uma próxima frequência de salto como ilustrado na etapa 503.

A primeira BS anuncia sua próxima frequência selecionada à outra BS, por exemplo, a uma BS de uma outra WRAN na etapa 505. O anúncio é feito pela primeira BS transmitindo uma mensagem à outra WRAN em algumas modalidades da invenção. Depois da transmissão do anúncio na etapa 505, a primeira BS espera por um período de atraso pré-determinado, como ilustrado nas etapas 507 e 513. Em uma modalidade da invenção, um período de atraso fixo é contado por um temporizador de atraso durante uma etapa de espera 507. Enquanto o temporizador de atraso está contando um atraso fixo, a primeira BS escuta os anúncios de canal conflitantes a par

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28/38 tir da outra BS, por exemplo, a partir da BS de outras estações WRAN. Se o temporizador de atraso na etapa 513 termina a contagem sem anúncio de conflito recebido pela primeira BS na etapa 509, a primeira BS está pronta para saltar (comutar) para o próximo canal selecionado, como ilustrado na etapa 515. Neste caso, o método termina em 517.

Se a primeira BS recebe um anúncio DFS a partir de uma segunda BS que anuncia a mesma próxima frequência selecionada pela primeira BS, um conflito é detectado na etapa 509. Visto que ambas as BS selecionaram a mesma frequência para salto, haverá uma colisão se ambas as BS saltarem para suas frequência anunciadas.

Neste caso, o método prossegue para a etapa 511. Na etapa 511, a primeira BS compara sua própria estampa de tempo de anúncio DFS à estampa de tempo do anúncio DFS da segunda BS. Se a estampa de tempo da segunda BS está mais atrasada do que a estampa de tempo da primeira BS, a primeira BS prossegue para a sua próxima frequência selecionada no próximo período de operação DFS depois do período de espera ter espirado. Se a estampa de tempo da segunda BS está mais adiantada que a estampa de tempo da primeira BS, a primeira BS retorna para a etapa 503 para selecionar uma próxima frequência diferente para salto. Então o método se repete para a nova próxima frequência.

O método ilustrado na Figura 5 tem uma desvantagem. O sucesso do emprego do método conta com a BS vizinha para receber e decodificar confiavelmente cada anúncio DFS da outra. Algumas vezes as condições interferem na confiabi

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29/38 lidade de transmissão e de recepção dos anúncios DFS. Se isto acontece, é possível que colisões entre a primeira e a segunda BS ocorram em um canal. Portanto, os sistemas e métodos que evitam tais problemas de colisão sem contar com transmissão de mensagem entre as BSs são desejáveis.

Solução Para o Problema de Colisão de Canais

As soluções para os problemas de colisão de canais descritos acima são fornecidas por aparelhos de acordo com as modalidades da invenção. Essas modalidades são adicionalmente ilustradas na Figura 6. As modalidades da invenção não contam com a transmissão e recepção de mensagem entre as BSs para evitar as colisões de canal. A Figura 6 ilustra detalhes adicionais da invenção ilustrada nas Figuras 2 e 3. Como descrito acima com relação à Figuras 3, a Figura 6 ilustra as modalidades da invenção que compreendem no mínimo uma WRAN 10. A WRAN 10 compreende no mínimo uma célula. Uma célula compreende no mínimo uma BS 100. A BS 100 compreende no mínimo um módulo PHY/MAC 306 acoplado a no mínimo uma rede central 388. O módulo PHY/MAC 306 é adicionalmente acoplado a no mínimo uma antena de transmissão/recepção 204 para se comunicar via uma interface por ar com no mínimo um CPE (melhor ilustrado na Figura 2). De acordo com as modalidades da invenção, o módulo PHY/MAC 306 é configurado para se comunicar com outras BS de outras células WRAN.

O módulo PHY/MAC 306 compreende no mínimo uma unidade PHY 322. A unidade PHY 322 compreende no mínimo um transceptor 244 acoplado no mínimo a uma antena do transceptor RF. O transceptor 244 do PHY 332 compreende a seção ana

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30/38 lógica 614 e seção de banda base digital 616. O transceptor 244 é operável para transmitir e receber sinais de radiofrequência em no mínimo uma parte de um espectro de radiofrequência via um meio de transmissão sem fio tal como por ar. A unidade analógica 614 compreende extremidade frontal (“front end) de transceptor de radiofrequência. Por exemplo, a unidade analógica 614 fornece os circuitos auxiliares convencionais tais como amplificadores, moduladores e demoduladores para sinais portadores RF transmitidos e recebidos via a antena 204.

Em uma modalidade da invenção, a unidade analógica 614 é operável para transmitir e receber os sinais de rádio em modo duplo completo. Em uma modalidade alternativa da invenção, a unidade analógica 614 é operável para transmitir em um canal de transmissão e para receber em um canal de recepção. Nessa modalidade, os canais de transmissão e de recepção são canais diferentes.

Transceptor 244 - Modo de Recepção

Os sinais são transmitidos, por exemplo, a partir do CPE 18 (ilustrado na Figura 2) à BS 100. Como ilustrado na Figura 6, em modo de recepção, a BS 100 recebe os sinais do CPE e fornece a informação representada nos sinais recebidos à rede central 388. Para executar isso, o transceptor 244 recebe um sinal RF modulado a partir da antena 204. O transceptor 244 fornece um sinal analógico convertido para baixo a uma unidade de banda base 616. A unidade de banda base 616 recebe o sinal analógico convertido para baixo a partir da unidade analógica 614 e converte o sinal analógico

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31/38 em um sinal digital.

De acordo com uma implementação OFDM da invenção, o transceptor 244 recebe um sinal OFDM. O sinal no domínio do tempo é processado por uma transformada rápida de Fourier (não mostrada) do transceptor 244 para transformar o sinal no domínio do tempo no domínio da frequência onde os dados do sub-canal são extraídos e os valores QAM são decodificados.

Em uma modalidade da invenção, a unidade de banda base 616 recebe um único sinal de banda base de entrada a partir da unidade analógica 614. A unidade de banda base 616 converte o sinal analógico em um sinal digital. A unidade de banda base 616 tipicamente inclui um processador de banda base (não mostrado). De acordo com uma modalidade da invenção, o processador de banda base processa o único sinal de banda base digital de entrada como uma pluralidade de sinais de banda base digitais de entrada de sub-banda para fornecer um único fluxo de bits ao CMAC 312 na saída 605. Em uma modalidade da invenção, a unidade de banda base 616 inclui os filtros digitais (não mostrados). Os filtros digitais separam um sinal de banda base digital em sinais de banda base digital de sub-banda. A saída 605 da unidade de banda base 616 é acoplada ao CMAC 312. A unidade CMAC 312 fornece os sinais à interface central 388.

Operação de Transmissão

Na modalidade ilustrada na Figura 6, a unidade

CMAC 312 inclui um controlador de transceptor 288. Durante uma operação de transmissão, a unidade de banda base digital

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616 recebe um fluxo de bits de comunicação de saída a partir do CMAC 312. A unidade de banda base 616 codifica o fluxo de bits de comunicação e fornece um sinal de banda base digital à seção analógica 614 do transceptor 244.

Várias modalidades de unidade PHY 322 e de transceptor 244 implementam as técnicas de Multiplexação por Divisão de Frequência Ortogonal convencionais (OFDM). Nessas modalidades, a unidade de banda base 616 é configurada para codificar os dados digitais fornecidos pelo CMAC 312 em uma 10 pluralidade de sub-canais. Em uma modalidade da invenção, os sub-canais compreendem os sub-canais definidos na especificação de WRAN IEEE 802.22. Em uma modalidade da invenção, o PHY 322 compreende adicionalmente um modulador (não mostrado) configurado para modulação de amplitude de quadratura 15 (QAM). Nesse caso, a amplitude e a fase juntas representam os dados codificados.

Em uma modalidade de CMAC 312, os dados de subcanal são processados por uma transformada rápida de Fourier inversa (não mostrada) do PHY 322 para combinar os dados de 20 sub-canal em um sinal no domínio do tempo. O sinal no domínio do tempo cobre uma largura de banda de frequência substancialmente equivalente à soma das larguras de banda ou espaço do sub-canal de cada um dos sub-canais. Esse sinal no domínio do tempo é então transmitido pela antena 204 na fre25 quência de operação (Cop) da BS 100.

Em uma modalidade da invenção, o CMAC 312 inicia a comutação de um presente canal de operação para um próximo canal do transceptor 244. De acordo com as modalidades da

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invenção,	um	misturador de transceptor	244 é ajustado	em
resposta	aos	sinais fornecidos pelo CMAC	312 para comutar	os
canais.
	MAC	Cognitivo
	De	acordo com a modalidade da	invenção, o MAC	312

do módulo PHY/MAC 306 compreende uma unidade de MAC cognitivo (CMAC). De acordo com algumas modalidades da invenção, a unidade CMAC 312 é acoplada a um rádio cognitivo 245. Em outras modalidades da invenção, o transceptor 244 do PHY 322 compreende um transceptor de rádio cognitivo. Como discutido acima com relação à Figura 3, o CR 245 compreende um gerenciador de espectro em uma modalidade da invenção. Na modalidade ilustrada nas Giguras 3 e 6, o CR 245 mantém uma lista de canais candidatos 360.

O CMAC 312 inclui um controlador de transceptor 288 acoplado ao transceptor 244 do PHY 322 para controlar a comutação de canal do transceptor 244. Em uma modalidade da invenção, o controlador de transceptor 288 compreende um circuito de atraso aleatório (RDC) 659. Em uma modalidade da invenção, o RDC 659 compreende um temporizador de espera aleatória 445, um gerador de número aleatório 447 e um processador 603.

Em uma operação exemplificada, o CR 245 capta partes do espectro RF. Se o CR 245 detectar usuários incumbentes ou outras BSs de WRAN em um canal de operação corrente (Cop) da BS 100, a BS 100 seleciona um canal (CHselect) 347 a partir da lista de canais candidatos 360. De acordo com algumas modalidades da invenção, o CHselect 347 é selecionaPetição 870190034956, de 11/04/2019, pág. 38/57

34/38 do aleatoriamente a partir de uma lista de canais que compreende um lista de canais candidatos 360. De acordo com modalidades alternativas da invenção, o CHselect 347 é selecionado com base em um algoritmo de seleção definido por usuário executado por um processador do gerenciador de espectro 260 (melhor ilustrado na Figura 3).

Independentemente de como o CHselect 347 é escolhido, mediante a seleção do CHselect; o RDC 659 determina um tempo de espera aleatório, tRespera. Em uma modalidade da invenção, o RDC 659 inclui um gerador de número aleatório (RNG) 447. Neste caso, um processador 603 do RDC 659 determina o tRespera com base em um número aleatório fornecido por um gerador de número aleatório 447. De acordo com uma modalidade da invenção, o CMAC determina o tRespera com base em um número aleatório fornecido pelo RNG 447, e adicionalmente com base em um tempo de espera mínimo [tmin]. Em uma modalidade da invenção, o [tmin] é determinado como sendo o tempo para um anúncio de comutação de canal ser transmitido da BS 100 ao seu CPE associado.

Em outras modalidades da invenção, o CMAC 312 determina o tRespera com base em um número aleatório gerado pelo RNG 447 e um tempo de espera máximo [tmax]. Em algumas modalidades da invenção, o processador 603 seleciona o tRespera com base em um número aleatório gerado pelo RNG 447 e também escolhido para estar dentro de um intervalo definido por [tmin] e [tmax]. De acordo com uma modalidade da invenção, o RDS 659 inicia um temporizador de espera RWT 445 com o tRespera como o tempo de expiração do temporizador 445.

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Antes da BS 100 comutar para o CHselect, o rádio cognitivo 245 capta o CHselect para sinais incumbentes e para sinais de outros sistemas WRAN que chegam depois da última atualização da lista de canais candidatos 360. Se o canal CHselect está ainda inativo/disponível na expiração de TRespera, o controlador 288 fornece um sinal ao transceptor 244 para mudar o canal do Cop para o CHselect. Entretanto, se o CR 245 detectar sinais incumbentes ou outros sistemas WRAN no CHselect, o CMAC 312 seleciona um outro canal CHselect a partir da lista de canais candidatos 360 (ou seu Cop anterior se este não está ocupado por incumbentes).

De acordo com uma modalidade da invenção, o CMAC 312 fornece sinais de controle para ajustar as características da unidade analógica 614 e da unidade de banda base 616 para comutar o transceptor 244 a partir de um primeiro canal para um segundo canal. Por exemplo, as frequências centrais e a largura de banda de unidade analógica 614 e as características da unidade de banda base digital são ajustadas pelo CMAC 312 para comutar de um canal de operação (Cop) para um canal selecionado (CHselect).

De acordo com uma modalidade da invenção, o CMAC 312 compreende circuitos que implementam as funções convencionais exemplificadas por controladores de acesso a meio de acordo com um padrão IEEE 802.11. Entretanto, em contraste com os controladores de acesso a meio convencionais, o CMAC 312 da invenção compreende um controlador de transceptor 288 que implementa as várias modalidades da invenção. O controlador 288 compreende o circuito de atraso aleatório 659 e

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36/38 este compreende um gerador de número aleatório 447, um processador 603 e um temporizador 445. O controlador 288 evita as colisões de canais quando a BS 100 comuta de um primeiro canal para um segundo canal.

Uma modalidade da invenção evita as colisões sem a necessidade de transmitir ou receber os anúncios DFS. Um método de acordo com esta modalidade da invenção é ilustrado no fluxograma da Figura 7. O método, de acordo com a modalidade ilustrada na Figura 7, evita a colisão de canais sem a necessidade de anunciar as mudanças de canal às estações de base vizinhas. As etapas do método são como segue. Na etapa 701, a BS 100 de uma WRAN 10 exemplificada, opera em um canal de operação (Cop). Na etapa 702, um rádio cognitivo que compreende um gerenciador de espectro capta o canal de operação para determinar se os critérios de comutação de canal são encontrados. Um exemplo de um critério de comutação de canal é a chegada captada de um incumbente no canal de operação (Cop). Se a chegada de um incumbente é captada no canal de operação, a BS 100 seleciona uma nova frequência (CHselect) para comutar na etapa 704.

Na etapa 705, um tempo de atraso aleatório é gerado. Em uma modalidade da invenção, a etapa de gerar um tempo de atraso aleatório é executada por uma etapa de gerar um número aleatório. Em uma modalidade do método da invenção, um tempo de atraso aleatório para a etapa 705 é baseado em um número aleatório gerado por um gerador de número aleatório. A BS 100 espera na etapa 706 pela expiração do tempo de atraso aleatório. Em uma modalidade da invenção, a BS ini

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37/38 cia, durante a etapa de espera 706, uma etapa de sensoriamento do canal selecionado (CHselect) para determinar se o canal selecionado está ainda disponível pela expiração do tempo de atraso aleatório.

Em uma modalidade da invenção, a etapa de espera é executada por uma etapa de ajuste de um temporizador de atraso. A BS 100 espera como indicado na etapa 706 para o temporizador de atraso aleatório terminar como indicado na etapa 711. Se o canal selecionado (CHselect) está em uso, a BS 100 termina a execução da etapa 709 e salta para a etapa 704 para selecionar uma nova frequência para comutação. As etapas 706, 707 e 708 são repetidas para a nova frequência.

Em uma modalidade da invenção, a BS 100 capta o canal selecionado (CHselect) para determinar se ele está ainda disponível. Em uma modalidade da invenção, a BS 100 executa uma etapa de comunicação no canal de operação Cop ao mesmo tempo em que a BS 100 está executando a etapa de sensoriamento. Em uma modalidade alternativa da invenção, a BS 100 capta o canal selecionado (CHselect) em um tempo antes do temporizador de espera aleatória terminar. Se o canal selecionado (CHselect) está em uso, a BS 100 salta para a etapa 704 para selecionar uma nova frequência para comutação. As etapas 706, 708 e 707 são repetidas novamente para a frequência recentemente selecionada.

Se o canal selecionado (CHselect) é captado na etapa 707 e determinado como não estando ocupado, a BS 100 comuta para o canal selecionado quando o temporizador de espera aleatória termina e o processo finaliza em 713. Devido

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38/38 a cada WRAN em um sistema da invenção gerar um número aleatório para fornecer um atraso de comutação, a probabilidade das duas BSs comutando para o mesmo canal ao mesmo tempo é insignificante. Portanto, é provável que a BS com o tempo de atraso aleatório maior detecte a presença da BS com o tempo de atraso aleatório mais curto durante a etapa de sensoriamento 707.

Em uma modalidade da invenção, a BS 100 capta o canal selecionado (CHselect) em um tempo posterior ao tempo10 rizador de espera aleatória terminar. Em uma modalidade alternativa, a BS 100 anuncia a seleção do CHselect no canal de operação Cop.

As modalidades da invenção descritas acima podem ser implementadas como uma combinação de elementos de hardware e de software. Visto que as outras modificações e mudanças variadas para se ajustarem às solicitações e ambientes operacionais particulares serão aparentes àqueles versados na técnica, a invenção não é considerada limitada aos exemplos escolhidos para propósito de descrição, e cobre to20 das as mudanças e modificações que não constituem abandono do espírito e escopo verdadeiros desta invenção. Tendo assim descrito a invenção, o que é desejado a ser protegido pelas Cartas de Patente é apresentado subsequentemente nas reivindicações em anexo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Circuito de atraso de comutação de canal para uso em um nó de uma rede de comunicação sem fio compreendendo um controlador de acesso a meio (MAC) acoplado a um

5 transceptor para comutar o dito transceptor de um primeiro canal para um segundo canal em um tempo t, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

um processador acoplado ao dito controlador de acesso a meio (MAC) para receber uma indicação da dita comu10 tação;

um circuito de tempo de atraso aleatório acoplado ao dito processador para fornecer um tempo de atraso aleatório (tRespera) em resposta ao recebimento da dita indicação;

o dito processador atrasando a dita comutação do 15 dito transceptor com relação ao dito tempo t pelo dito tempo de atraso aleatório (t Respera) .

2/6 atraso aleatório inclui um gerador de número aleatório acoplado ao dito processador para gerar um número aleatório em resposta a um sinal recebido a partir do dito processador, o dito processador fornecendo o dito sinal ao dito gerador de número aleatório em resposta à dita indicação da dita comutação.

2. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito transceptor compreende uma estação base (BS) de uma rede de área regional sem fio

20 (WRAN) e o dito controlador de acesso a meio (MAC) coopera com um rádio cognitivo (CR) para captar a ocupação do dito primeiro canal, o dito processador acoplado ao dito MAC e ao dito transceptor para comutar o dito transceptor em resposta à dita ocupação captada do dito primeiro canal em um tempo 25 atrasado do dito tempo t pelo dito tempo de atraso aleatório (t respera^).

3/6 didatos se o dito sensor de ocupação de canal indicar ocupação do dito primeiro canal antes da expiração do dito temporizador de espera aleatório.

7. Método para controlar a comutação de canal em uma estação base (BS) de uma rede de área regional sem fio, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de:

estabelecer uma conexão de comunicação entre a dita estação base e pelo menos um CPE compreendendo um primeiro canal por ar;

decidir comutar a dita conexão de comunicação do primeiro canal por ar para um segundo canal por ar;

gerar um número aleatório em resposta à dita etapa de decidir;

gerar um tempo t para comutar para o dito segundo canal com base no dito número aleatório;

anunciar o dito tempo t para o dito pelo menos um CPE;

comutar a dita estação base do dito primeiro canal para o dito segundo canal no dito tempo t, em que uma etapa de captar o dito segundo canal por ocupação é executada depois da dita etapa de decidir e antes da dita etapa de comutar.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente uma etapa de selecionar um canal que compreende o dito segundo canal.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita etapa de selecionar um

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3. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito circuito de tempo de

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4/6 canal inclui uma etapa de captar pelo menos uma parte de um espectro de radiofrequência (RF) para ocupação de canal.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de selecionar um canal inclui etapas de:

armazenar uma lista de canais candidatos em uma memória; e selecionar um segundo canal a partir da dita lista armazenada de canais candidatos.

11. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de armazenar uma lis- ta de canais candidatos em uma memória inclui etapas de:

receber pelo menos uma programação de transmissão de canal a partir de pelo menos uma fonte de programações de transmissão de canal;

compilar a dita lista de canais candidatos com base, pelo menos parte, na dita pelo menos uma programação de transmissão de canal recebida; e armazenar a dita lista compilada de canais candidatos na dita memória.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de armazenar uma lista de canais candidatos em uma memória inclui etapas de:

receber informação de canal a partir de pelo menos um nó de usuário da dita rede;

compilar a dita lista de canais candidatos com base, pelo menos em parte, na dita informação de canal recebida; e

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5/6 armazenar a dita lista compilada de canais candidatos na dita memória.

13. Receptor de radiofrequência, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

uma extremidade frontal (“front end) de radiofrequência sintonizável para receber sinais de rádio compreen-

dendo um comando de comutação de canal incluindo um sinal de tempo de comutação aleatório em um canal de um meio de transmissão; e um processador de comutação de canal acoplado à

dita extremidade frontal de radiofrequência para receber o dito comando de comutação de canal incluindo o dito sinal de tempo de comutação aleatório e para sintonizar a dita extremidade frontal de radiofrequência em um tempo determinado pelo dito sinal de tempo de comutação de canal.

14. Transceptor de radiofrequência, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

uma extremidade frontal (“front end) de radiofrequência operável para transmitir e receber sinais de rádio em um canal de um meio de transmissão;

um gerador de número aleatório;

um processador de comutação de canal incluindo uma entrada para receber um comando de comutação de canal, o dito processador de comutação de canal acoplado ao dito gerador de número aleatório para receber um número aleatório e configurado para fornecer um sinal de tempo de comutação gerado aleatoriamente com base no dito número aleatório em resposta ao dito comando de comutação de canal; e

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6/6 a dita extremidade frontal de radiofrequência configurada para transmitir um sinal de rádio compreendendo o dito sinal de tempo de comutação gerado aleatoriamente.

15. Transceptor, de acordo com a reivindicação 14,

4. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador inclui pelo menos um contador acoplado ao dito processador, o dito contador definindo um intervalo de tempo para o dito tempo de atraso aleatório, o dito intervalo de tempo compreendendo pelo menos um dentre um tempo de espera máximo (tmax) e um tempo de espera mínimo (tmin), o dito processador configurado para selecionar aleatoriamente um tempo de espera a partir de tempos no dito intervalo de tempo.

5. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador inclui pelo menos um contador que define um intervalo de tempo, o dito intervalo de tempo compreendendo pelo menos um dentre um tempo de espera máximo (tmax) e um tempo de espera mínimo (tmin) , o dito processador configurado para selecionar aleatoriamente um tempo de espera a partir de tempos no dito intervalo de tempo.

6. Circuito, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita estação base inclui adicionalmente um sensor de ocupação de canal acoplado ao dito processador, o dito processador configurado para selecionar um segundo canal a partir de uma lista de canais can

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5 CARACTERIZADO pelo fato de que a dita extremidade frontal de radiofrequência inclui circuitos de sintonização acoplados ao dito processador de comutação de canal, o dito processador configurado adicionalmente para mudar o dito mesmo canal de acordo com o dito sinal de comutação de tempo aleatório.