CN102047593A - 非协同时分双工通信网络之间的同步 - Google Patents

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Abstract

一种用于非协同时分双工(TDD)通信网络之间的同步的装置和方法，包括：测量可用于基站的信道上的干扰水平的第一步骤(300)。接下来的步骤(302)包括：选取具有最低干扰水平的信道。接下来的步骤(304)包括：确定该干扰来自基站。接下来的步骤(306)包括计算该帧周期内的干扰简档。接下来的步骤(308)包括确立峰值干扰水平。接下来的步骤(310)包括响应于该峰值干扰水平来对准该基站帧定时。

Description

非协同时分双工通信网络之间的同步
技术领域
本发明涉及多个无线通信网络，具体地，涉及用于非协同通信网络之间的同步的机制。
背景技术
在本发明的领域中，公知的是射频资源是稀缺和昂贵的。因此，在设计和运行基于蜂窝的***中，必须优化频谱效率。这是很关键的，尤其在当前无线通信环境中，其中若干个运营商可以使用很多公知的频谱分配技术来在相同的频带内竞争客户。然而，在涉及非协同网络(即其中在不同网络之间没有中央分配授权，例如无线局域网(LAN)，诸如802.11b和BluetoothTM、欧洲数字无绳电话(DECT)标准、或者其他自组织共享频谱网络)的情况下，不可能集中地整理(collate)资源。
实际上，一个网络上的移动站(MS)或基站(BS)不知道它们对其他网络上的MS/BS造成的干扰。这样的网络通常使用动态信道方法来进行操作，该方法根据在该信道上测量到的干扰水平来选择用于操作的信道。例如，在多个TDD***在一个频带中、在相邻信道上或者同一信道上的相邻站点上进行操作的情况下，当一个网络正在进行发射而另一个不相关的网络正在进行接收时就会发生网络(或者甚至保护带所需要的频谱)之间的干扰。干扰的主要形式是BS对BS和MS对MS的形式，例如BS的下行链路传输与另一个BS的上行链路发生干扰。
图1图示了该其中一个BS(基站1)在一个TDD网络中进行操作，并且另一个BS(基站2)在不同的TDD网络中进行操作的现有问题。因为两个不同的TDD网络是非协同的，所以它们在时间上可能不是同步的，如图所示。具体地，可能存在时间100，其中来自BS1的下行链路传输可能与BS2的上行链路传输发生干扰104。类似的，可能存在时间102，其中，BS1的上行链路传输可能与来自BS2的下行链路传输发生干扰106。
如果网络被同步，则该干扰可能被显著地减少。然而，对于较小的未连接的网络来说，不存在用于强制进行同步的中央机制，并且因此该网络以非协同方式进行操作。这恶化了没有频率计划的TDD***，例如在不规则频谱中，例如，WiFi。这样，对于共享资源的每个网络，这些非协同***不能平等地接入可用通信资源——即一个网络可能如此劣化其他网络的质量以有效地防止其正常适当地进行操作。
因此，在本发明技术领域中存在对于提供鼓励公平资源分配的共享通信资源的装置和方法的需要，特别是在其中可以减轻上述缺点的非协同网络情况中。
附图说明
在所附权利要求中具体地指出本发明。然而，通过结合附图参考下面的详细说明，本发明其他特征将变得更加清楚并且本发明将更易于理解，其中：
图1示出了在现有技术的通信网络中目前可能存在的干扰情况的示图；
图2示出了根据本发明支持多种技术/网络的无线通信***的概括性框图；以及
图3是图示根据本发明的方法的流程图。
为了便于不太混淆本发明的这些各种实施例的视图，本领域技术人员将认识到通常不描绘或描述在商业上可行的实施例中有用的或者必要的常见而公知的元件。
具体实施方式
本发明的优选实施例提供了一种框架，其中，一个网络上的BS可以对另一个网络中的干扰BS提供同步。具体地，为了通过使BS估计信道上的干扰功率的时间简档(profile)，并且将其发射占空比与干扰对准来降低TDD***的整体干扰水平，本发明通过监视TDD下行链路来最小化上行链路干扰，以便于允许BS将其本身同步到该位置中的非协同架构。
具体地，本发明提供了一种整合优化解决方案，该解决方案通过使其传输在时间上同步，使得在BS接收时隙期间，没有其他的BS进行发射，来减少不同通信网络的TDD基站之间的同频信道(co-channel)干扰。本发明适用于Wi-Fi基站，但还与其他通信***相关。
首先参考图1，示出了适用于支持本发明的优选实施例的发明原理的基站(BS1 200)的框图。虽然本发明的优选实施例参考基站来描述，但是它在本发明原理可以等同地适用于其他无线通信单元的本发明的预期范围(comtemplation)内，无线通信单元诸如蜂窝型网络中的移动站、或者具有无线BluetoothTM能力的设备，或者实际上具有对其他无线通信单元造成无线射频干扰的能力的任何其他设备。
BS1 100可以具有耦合到提供BS内的接收机和发射机链之间的隔离的双工滤波器或者天线开关的天线，或者BS可以提供用于发射(Tx)和接收(Rx)功能的独立的天线结构。如本领域公知的，接收机206通常包括耦合到信号处理器功能204的接收机前端电路(有效地提供接收、滤波和中间频带或者基带频率转换)。来自信号处理功能的输出被耦合到发射机202，该发射机202向其位置处的基站所服务的MS提供传输104。具体地，响应于处理器204，发射信号通过发射机202的调制电路和功率放大器以从Tx天线进行辐射。发射机/调制电路202和接收机前端电路206包括频率上变换功能和频率下变换功能(未示出)。
在操作期间，接收机206可操作成接收来自其他基站(BS2 208)的干扰信号106，或者接收来自其他移动站210的干扰信号214。接收机206与处理器204协作可操作用于测量来自在频带内、在相邻信道上、或者在BS1 200的相同信道上的相邻站点上操作的BS 208或者MS 210的干扰信号106、214的功率水平。处理器功能204还可以包括存储器，该存储器用于存储干扰测量和定时器118以控制基站200内的操作的定时(发射或者接收依赖于时间的信号)。
当然，可以以能够利用本发明的发明原理的任何适当的功能拓扑来布置BS单元200内的各种组件。此外，BS单元200内的各种组件可以以独立的或者集成的组件形式来实现，其中最终的结构因此仅仅基于一般的设计考虑。本发明的操作要求可以以软件、固件或硬件实现在本发明的期望范围内的，其中在软件处理器(或者实际上数字信号处理器(DSP))中实现功能仅仅是优选项。在此描述的本发明原理可以适用于下述情况，其中，具有两个可能能够独立开发，但是没有办法针对另一方响应地调整其通信习惯的这样的网络。例如，其不知道其他网络的需求可能是由于使用不同的技术而导致的，或者当两个网络使用相同技术时由于安全原因而导致的，或者甚至由于每个网络的使用模式不同而导致的。
返回参考图2，基站(BS1 200)可操作用于同步到通信***的时分双工(TDD)通信网络，该通信***包括支持多个移动站的通信的一个或者多个非协同TDD通信网络。BS1 200在第一TDD通信网络上操作，并且BS2 208和MS 210在第二非协同TDD通信网络中操作。第一网络和第二网络可以在频带内、相邻信道上、或者在相同信道的相邻站点上进行操作，这在无线基于小区的通信***中是很常见的，使得在网络之间可能发生干扰。本发明尤其考虑到与另一个网络中的BS 208发生干扰的一个网络中的BS 200。
在操作中，BS 200的接收机206可操作用于扫描可用于基站的所有信道，并且测量信道上的干扰水平。处理器204可操作用于选取足够用于基站接收帧周期的时段中的具有最低时间平均的上行链路路径噪声本底(noise floor)(即干扰)的信道。在已经选取了这样的信道的情况下，为了确立峰值干扰水平，帧的完整周期由处理器204来分析，并且在整个帧周期内在逐个码片时间的基础上计算干扰功率水平简档。
然后，BS确定干扰方是BS或者MS。如果干扰是由于MS引起的，那么处理器204忽视它。
具体地，BS可以基于干扰方的传输模式来确定干扰方是MS或者另一个BS。这根据正在使用的特定TDD协议而变化，但是可以基于以下传输模式的排列：a)在其中BS可能支持多个独立MS的协议中，那么BS的占空比往往比MS更活跃(即，在每个周期内BS发射时间更长)，b)在其中BS将其存在广播给MS的协议中，那么BS将在每个周期内进行发射，c)在利用可变下行链路/上行链路比率的情况下，那么每次BS是在周期中的相同点处开始其传输的单元，d)在BS频繁地明确广播其自己要标识的MS的标识符的协议中，那么该标识符可以用于将该BS标识为干扰方，以及e)BS可以扫描相邻信道，其中如果发现干扰，则可以检查相邻信道，并且如果在那里也出现干扰，但是在某个更高的dB水平，那么发现的干扰就是相邻信道干扰。在该情况下，可以在该相邻信道上的任何位置发现BS传输，然后可以在选取如何对准发射周期时忽略相邻信道移动干扰。
如果确定了峰值干扰是由于BS传输106而导致的，那么处理器204响应于峰值干扰水平指示发射机202对准基站帧定时。具体地，发射机202对准其传输以与具有最大干扰功率的周期的区域相一致。特定地，发射机202对其传输104的上升沿进行定时，以与最大干扰功率水平106的上升沿一致，使得BS 200在最大干扰时间期间不进行接收。这有效地保证了其上行链路接收最大不受第二BS 208的干扰106。因为本发明假设Tx/Rx占空比不固定，这可能导致干扰水平的后缘的定时由于Tx/Rx占空比而改变，因此使用上升沿。
因为BS 200现在已经将其传输104定时为与干扰106对准，因为干扰有效地被传输104所掩蔽，所以BS 200将不知道干扰106的峰值是否便宜到帧中稍后的时间偏移，但是因为这会显示为传输104开始之前接收到的噪声中的上升，所以帧中的干扰的早期时间偏移可以被检测到。本发明提供两种有效的解决方案来确定干扰峰值是否有时间偏移。
在第一种解决方案中，一旦定时改变对准并且稳定，处理器204伪随机地指示发射机202停止传输，因此处理器204重新计算帧周期内的干扰简档，并且如果峰值干扰水平的定时位置已经偏移了，则处理器指示发射机以允许基站所服务的移动站保持与之同步的方式缓慢地转换(slew)基站帧定时以与峰值干扰水平重新对准。优选地，BS 200将通过禁止该周期的上行链路传输、延迟测量、或者接收、计算&减去期望的信号来避免由于期望的上行链路传输而导致的错误测量。具体地，当BS1正在尝试估计从另一个BS2接收到的干扰的水平时，它可以指示其自己的MS1在进行测量时不进行发射。替代地，BS1可以进行测量，并且如果在测量窗口期间已经接收到来自MS1的传输，可以确定从MS1接收到的信号，并且从整体接收到的中减去该信号来计算出干扰。虽然可以以随机的方式终止传输，但是因为网络中所有的基站将使用本发明的相同的干扰减轻过程，所以优选地仅以伪随机的方式来完成，并且可以伪随机地进行停止来在另一个BS工作的同时保证一个BS没有停机，以保证该终止不会影响其他BS。
在第二种解决方案中，处理器进一步确立没有移动站在上行链路上进行发射，并且指示接收机监视紧接在在发射机传输之前的干扰功率，并且如果干扰水平紧接在发射机传输之前突然上升到大于阈值水平，表示发射机在帧周期中发射得太晚，则处理器指示发射机将基站帧定时转换到比该帧周期中当前帧定时更早，以与干扰峰值重新对准。可以通过实验来确定阈值，以提供最好的***干扰性能。最优性能基于使用下述解决方案的结合；当没有进入流量时，在上行链路中进行噪声的干扰功率监视，以及周期性停止传输&监听。
现在参考图3，流程图图示了用于在非协同时分双工(TDD)通信网络之间的同步的方法，包括测量可用于基站的信道上的干扰水平的第一步骤300。
接下来的步骤302包括为基站的一个接收帧周期选取具有最低时间平均干扰水平的信道。
接下来的步骤304包括通过置换传输模式来确定干扰是否来自基站，其中，如果干扰来自移动站，那么就忽视该干扰。在干扰不是来自基站的情况下，该方法将重复引起偶尔地检验来查看来自其他BS的干扰定时是否已经漂移，然后相应地如下述偏移定时。
接下来的步骤306包括计算帧周期内的干扰简档。优选地，该步骤306在逐个码片时间的基础上来执行。
接下来的步骤308包括确立峰值干扰水平。
接下来的步骤310包括通过将基站传输的上升沿定时为与峰值干扰水平的上升沿一致来响应于峰值干扰水平对准基站帧定时。
本发明提供了两种技术来确定干扰峰值是否已经在时间上偏移。
第一种技术中，本发明还包括下述步骤：伪随机地终止320基站传输；重新计算322帧周期内的干扰简档；以及如果峰值干扰水平的定时位置已经偏移324，则以允许基站所服务的移动站保持与之同步的方式来转换326基站帧定时以与峰值干扰水平重新对准，并且此后返回到常规干扰计算306。如果峰值干扰水平的定时位置还没有偏移324，则该过程从开始300重新开始。
在第二种技术中，本发明还包括下述步骤：确立312没有移动站在上行链路上进行发射(这可以通过明显地禁止移动站的该周期的上行链路传输来完成)；监视314紧接在基站传输之前的干扰功率；以及如果紧接在基站传输之前的干扰水平上升到大于阈值水平316，则将基站帧定时转换到比帧周期中的当前帧定时更早，并且此后返回到常规干扰计算306。如果紧接在基站传输之前干扰水平没有上升到大于阈值水平316，则该过程从开始300重新开始。阈值可以通过实验来确定，以提供最好的***干扰性能。
有利地，通过根据接收到的干扰(无论其是来自相邻信道或相邻站点)来将BS的发射占空比与其附近的邻居对准，非协同的TDD网络可以进行操作将减少干扰。根据环境，这可以：提高吞吐量；增加范围；改进频谱效率、和/或减少对邻居的干扰。而且，本发明允许***彼此接近以变得协调，而无需任何集中指示机制。这是以网络可以解决环境中的突发改变，例如，MS的移动性等的方式来完成的。
虽然参考基于小区的无线通信***中的基站描述了本发明优选实施例，应当理解以上所述的发明原理可以同等地适用于在任何类型的通信单元之间存在干扰的任何无线通信***。
虽然关于时隙或者时间帧上的干扰描述了本发明优选实施例，可以减少干扰的资源也在本发明预期的范围中，该资源可以是频分多址***中的频率信道或者码分多址***中的码。
有利地，本发明通过使基站估计信道上的干扰功率的时间简档，并且使基站发射占空比与最低干扰功率对准，允许基站将其本身与其位置中的非协同架构同步，以便于减少TDD***的总体干扰水平。
可以理解在此使用的术语和表达具有最常用的含义，如符合本领域技术人员先前提出的术语和表达，除非在此另外提出了特定的含义。
在此显示的和说明的序列和方法可以以与所述的顺序不同的顺序来实现。附图中所述的特定顺序、功能和操作仅仅是一个或者多个本发明实施例的示意，并且其他实施例对本领域技术人员来说是显而易见的。附图是用于说明由本领域技术人员能够理解和适当实现的本发明各种实施方式。可以针对示出的特定实施例替换计算以实现相同目的的任何配置。
本发明可以以任何适当的方式来实现，包括硬件、软件、固件或者这些的任何组合。本发明可选地可以部分地被实现为在一个或者多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明实施例的部件和组件可以以任何适当的方式物理地、功能上地和逻辑地来实现。实际上，功能可以以单个单元、多个单元或者作为其他功能单元的一部分来实现。这样，本发明可以以单个单元来实现，或者可以物理上地和功能上地分布在不同单元和处理器之间。
虽然结合一些实施例描述了本发明，但并不希望将本发明限制于在此提出的特定方式。相反，本发明的范围只由所附权利要求来限定。另外，虽然特征可以显示为与特定实施例结合说明，本领域技术人员可以理解所述实施例的各种特征可以根据本发明来结合。在权利要求中，术语包括不排除其他部件或步骤的出现。
而且，虽然独立地列出，但是多个装置、部件或方法步骤可以通过例如单个单元或者处理器来实现。另外，虽然独立特征可以被包括在不同权利要求中，但是这些可以有利地结合起来，并且不同权利要求中的包含并不意味着特征的组合是不可行的和/或不利的。而且，在一种权利要求中包含一个特征并不意味着限制于该种类，相反指示该特征等同地适用于其他权利要求种类。
此外，权利要求中特征的顺序并不意味着该特征必须以其工作的任何特定的顺序，并且具体地，方法权利要求中单个步骤的顺序并不意味着这些步骤必须以这个顺序执行。相反，这些步骤可以以任何适当的顺序来执行。另外，单数并不排除复数。因此，对“一”、“第一”、“第二”等不排除复数。

Claims (9)

1.一种用于在非协同时分双工(TDD)通信网络之间同步的方法，所述方法包括下述步骤：
测量可用于基站的信道上的干扰水平；
选取具有最低干扰水平的信道；
确定所述干扰是来自基站；
计算帧周期内的干扰简档；
确立峰值干扰水平；以及
响应于所述峰值干扰水平来对准所述基站帧定时。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选取步骤包括：在用于所述基站的一个接收周期的足够长时段内，选取具有最低时间平均噪声本底的信道。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算步骤在逐个码片的时间基础上来执行。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定步骤通过分析所述干扰方的传输模式来确定所述干扰是否来自基站。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对准步骤包括：对所述基站传输的上升沿进行定时，以与所述峰值干扰水平的上升沿一致。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤：
伪随机地终止传输；
重新计算在帧周期内的所述干扰简档；以及
如果所述峰值干扰水平的定时位置已经偏移，则以允许由所述基站服务的移动站保持与之同步的方式来转换所述基站的帧定时，以与所述峰值干扰水平重新对准。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤：
确立没有移动站在上行链路上进行发射；
监视紧接在基站传输之前的干扰功率；以及
如果紧接在所述基站传输之前所述干扰水平上升到大于阈值水平，则将所述基站帧定时转换成为比所述帧周期中当前帧定时更早。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述确立步骤包括：在所述周期内禁止移动站的上行链路传输。
9.一种在操作中用于同步到通信***的时分双工(TDD)通信网络的基站，所述通信***包括支持多个移动站通信的一个或者多个非协同TDD通信网络，所述基站包括：
接收机，所述接收机在操作中用于测量可用于所述基站的信道上的干扰水平；
处理器，所述处理被耦合到所述接收机，所述处理器在操作中用于选取具有最低干扰水平的信道、确定所述干扰是来自基站、计算帧周期内的干扰简档、确立峰值干扰水平；以及
发射机，所述发射机被耦合到所述处理器，所述发射机在操作中用于响应于所述峰值干扰水平来对准基站帧定时。
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