TW200828898A

TW200828898A - Physical layer superframe, frame, preamble and control header for IEEE 802.22 WRAN communication systems

Info

Publication number: TW200828898A
Application number: TW096135614A
Authority: TW
Inventors: Vasanth R Gaddam; Dagnachew Birru
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2008-07-01
Also published as: US20100020732A1; EP2070360A2; KR20090060420A; JP2010505293A; WO2008038209A3; WO2008038209A2; CN101517935A

Description

200828898 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係關於用於IEEE 802.22無線地區性區域網路 (WRAN)系統之實體層（PHY)。更特定言之，本發明提供 WRAN系統之PHY層的超訊框及訊框結構。更特定古之， .本發明提供WRAN通信系統之超訊框、訊框、前導碼及— .制標頭。【先前技術】有線基礎架構受限之遠端區域在通常由無線通信技術較好地服務。如在別處一樣，在遠端區域中存在專用或特許部分以及通信頻譜之未經特許的部分。僅有一小部分之特許頻帶得以使用，而未經特許之部分可自由存取。藉由動態存取頻譜中之通信頻譜而增加特許頻帶之使用的一選項通常專用於電視傳輸及接收。通常，監管機構需要未經特許之使用者（次要使用者）在現佔用頻寬的使用者（經特許之主要使用者）開始佔用頻道後在相對短的時間週期中騰出 ◎頻道。因此，媒體存取控制（MAC)及實體（ρΗγ)層規格必須包括針對管理未經特許之使用者使用所分配頻譜之規定。特許設立IEEE 802.22工作組以開發基於感知無線電之 • PHY/MAC/air-interface的標準以用於由免許可執照之設備在分配至電視廣播服務之頻譜中基於非干擾性來使用。在此方面，工作組已發布徵求建議書（CFp)，其要求提交關於選擇初始802.22規格之技術的建議書。可使用標準之應 125024.doc 200828898 用中的一者為在無線地區性區域網路（WRAN)中。此服務針對藉由利用現存於此等人口稀少區域中之未用電視頻道而將寬頻帶存取帶至農村及遠端區域。如圖9中所示，IEEE 802.22 WRAN標準規定固定的點對多點（P-MP)無線空中介面，藉此基地台（BS)800管理其小區901及所有相關聯之用戶端裝備（CPE)700。在此WRAN 中，BS包括MAC及PHY層堆疊及支援頻譜管理模組，該等模組經組態以將該等堆疊中之每一者分配至可用之未用電視頻道及一組鄰近可用之未用電視頻道中的一者。BS 800 控制其小區901中之未用電視頻道存取，且在下游方向上傳輸至其小區中之多個CPE 700。BS 800之小區901中的 CPE 700在上游方向上反向回應於BS 800。除BS 800之習知作用外，BS亦管理只有WRAN才有的特徵，亦即，分散式感測。BS 800指示其小區901中之多個 CPE 700以執行不同電視頻道之分散式量測。基於由BS 800自CPE 700接收之回應，BS 800確定哪些頻譜管理行動將發生。主要考慮在於免許可執照之設備（CPE)避免干擾現佔用頻寬的電視廣播。 WRAN系統之操作係基於由在控制CPE 700之射頻（RF) 特性之普遍接受標準下操作的BS 800提供之固定無線存取。預期CPE 700可容易地購自消費電子商店，而無需經特許或註冊，其包括干擾感測且由使用者或由專業人員來安裝。預期CPE 700為基於低成本UHF-TV調諧器之RF設備。CPE 700之RF特性為在BS 800之總控制下，但如上文 125024.doc 200828898 所指出，RF信號感测預期由68 8〇〇及在Bs 8〇〇之管理下的 CPE 700來完成。後者的集中控制允許88 8〇〇在中心聚集電視感測貝訊，且纟系統位準處採取行動以冑（干擾㈤如’變頻）且較有效地利用未用電視頻譜（例如，匯整鄰近未用電視頻道）。

因此，而要無線空中介面（亦即，MAC及ρΗγ)基於IEEE - 8〇2·22 WRAN系統之感知無線電概念。MAC與PHY必須提 λ 供鬲效能，同時維持低複雜性，從而有效地開發可用頻 Γ 率。1ΕΕΕ 802·22之建議書中的一者係基於對下游鏈路與上游鏈路之_ΜΑ調，變，其具有包括頻道匯整之技術改良0 【發明内容】本發明提供802.22 WRAN規格之實體（ρΗγ)層之超訊框、訊框、前導碼及控制標頭的定義。本發明之主要特徵中之一些包括： 1) 超訊框及訊框結構； 2) 超訊框前導碼（及CBP前導碼）； 3) 訊框前導碼； 4) 超訊框控制標頭（Sch);及 5) 訊框控制標頭（FCH)。超訊框包括在由BS佔用之至少—鄰近電視頻道上並行傳輪且藉由感測該至少-鄰近電視頻道而與接收超訊框及前= 碼之CPE同步的前導碼及㈣標頭。或者，超訊框及前導碼包括由BS佔用之電視頻道的資訊。 125024.doc 200828898 【實施方式】一般熟習此項技術者應瞭解提供以下描述以達成說明之目的且並非用於限制。熟習此項技術者瞭解存在屬於本發明之精神及隨附申請專利範圍之範疇内的許多變化。可自當前描述中省略已知功能及結構之不必要的細節以不使本發明變得模糊晦澀。本發明提供用於802_22 WRAN規格之實體（PHY)層之超訊框及訊框結構、及前導碼及控制標頭定義。超訊框及訊框結構較佳實施例使用分別在圖1及圖2中所說明之PHY超訊框結構10 0及訊框結構2 0 0。如圖1之超訊框結構1 〇〇中所示， BS 800之超訊框傳輸以超訊框前導碼4〇〇之傳輸開始，繼之以超訊框控制標頭（SCH)102。因為超訊框前導碼400及 SCH 102必須由所有CPE 700接收及解碼，所以組成攔位包括/傳輸所有可用頻帶中之相同資訊。SCH 102包括關於超訊框100之剩餘部分之結構的資訊。在每一 PHY超訊框1〇〇期間’ BS 800管理關於其小區901中之CPE 700的所有上游及下游傳輸。為了提供實施簡單性（尤其對於濾波器而言），較佳實施例之超訊框前導碼400與SCH 102包括位於此等頻帶中之每者中之頻V邊緣處的額外保護頻帶。在較佳實施例中，自頂向下的PHY訊框結構200如圖2中所說明。如圖所說明，ΡΗγ訊框2〇〇包括主要的下游（ds) 子訊框203及上游（US)子訊框204。在較佳實施例中，此等 125024.doc 200828898 兩個子訊框之間的邊界經調適以促進控制下游及上游容量。 DS子訊框203包括下游實體協定資料單元（DS PHY PDU)202，其具有為達成共存目的之可能競爭時槽205。在較佳實施例中，存在單一 DS子訊框203。下游PHY PDU _ 202以用於PHY同步之前導碼500開始。前導碼500後繼之 -以FCH叢發201，其規定叢發設定檔及緊接FCH 201之後的一或若干個下游叢發的長度。 (' US子訊框204包括欄位，其用於經排程用於初始化之競爭時槽206、用於頻寬請求之競爭時槽207、緊急共存情形通知208，以及至少一 US PHY PDU 209]，自不同CPE 700 傳輸後者中的每一者。在上游CPE PHY叢發之前，BS可排程至多三個競爭窗： • 初始化窗-用於測距； • BW窗-用於CPE向BS請求US頻寬分配；及 • UCS通知窗-用於CPE進行報告及與現佔用頻寬者之緊急共存情形。前導碼定義自以下長度5184向量導出前導碼之頻域序列。（應注意，定義多個參考序列，且基地台（BS)較佳自此集合中選 ^ 擇一參考序列。CPE較佳在其初始設置期間獲得該參考序列之資訊）。 ^(-2592 :-1) = (...} 4 ⑼= {〇} P廳(1:2592) = {···} 125024.doc -10- 200828898 較佳藉由使用長度-8191偽隨機序列產生器且藉由將此序列之前5 184個位元分別映射至I及Q分量形成qpsk符號而產生。在圖3中說明一較佳偽隨機序列產生器之產生器多項式，且如以下給出 X13 +Ζ11 +Ζ10 +Ζ9 +Ζ5 + 尤3 +1 及 Χ13+Χη+Ζ10+1 用值0 1000 0000 0000來初始化偽隨機產生器。圖3說明尸之偽雜訊產生器。由產生器產生之前32個輸出位元為〇〇〇〇()〇〇〇〇〇〇1 〇11〇〇〇1 1 1001 1 101 0100，且對應參考前導碼符號如以下給出户㈣(-2592:2561)={-H，-H，小j，」+j，小】， -H，_i+j，-Η，-H，+i+j，-1-j，+1+j，+H，小j，-1+j，H， + l+j，+l+j，+l+j，-1+j，-1-j，+l-j，+1_j，+H，小j，+1+j， -1+j，+l-j，-1+j，-1+j}。超訊框前導碼400 超訊框前導碼400由接收器使用以進行頻率及時間同步。因為接收器亦必須解碼SCH 102，所以接收器需要確定頻道回應。因此，超訊框前導碼4〇〇亦包括頻道估計欄位。在圖4中說明超訊框前導碼4〇〇之格式。超訊框前導石馬 400為2個持續時間符號，且包括短訓練（ST)序列之5個重複401.1-401.5及長訓練（LT)序列之2個重複403.1-403.2。保護間隔402僅插入於長訓練序列之開始處。保護間隔之長度給定為。 125024.doc •11- 200828898 對於6 MHz頻寬模式，超訊框前導碼400之持續時間為 Tsuperframepreamble = 740.522 gS 0 使用以下等式自以上序列產生短訓練序列4〇 1 |4 [728 PST(A：) =^ 5 X 378 ^ H<756，且丨灸|mod4 = 0 0 其他此等式用以產生512-樣本向量之4個重複。此向量之另一複本傳輸於GI 40 1 · 1中。因子Ιϊχΐ™用以正規化信號能 V 5 378 里。應注意’超訊框前導碼符號以比控制及有效承載符號高3 dB之功率來傳輸。短訓練序列401較佳用於初始叢發偵測、AGC調諧、粗略頻率偏移估計及時序同步。如以下所示，較佳自參考頻域序列產生長訓練序列 403 ： /1728^ t ,

Plt (羝)=j —756 P—⑻ »756，且 |A：|mod2 = 0 0 其他此較佳產生1024-樣本向量之2個重複。GI 402在長訓練序列403之前。長訓練序列4〇3用於頻道估計且用於精確頻率偏移估計。對於短訓練序列40丨與長訓練序列4〇3而言，DC副載波車乂佳映射至單一電視頻帶之中心頻率。如圖6中所說明，在所有可用頻帶中傳輸/重複超訊框前導碼400。 125024.doc -12- 200828898 在BS確定僅使用單一電視頻帶之情形下，接著傳輸户而不是尸灯，且傳輸尸而不是户。訊框前導碼500 在圖5中說明訊框前導碼500之格式。訊框前導碼500較佳使用由SCH 102規定之rG〆根據以下等式導出訊框前導碼500之短（FST 501)及長訓練序列（FLT 502) 【、尸尸 π (灸）=2 X (灸）» 864 X ，且 |灸| mod4 = 0 〇其他 p (Jr\ — (^) |^·| — S64 x N bands 5 且 |A：|mod2 = 0 rFrame,LT、K) 一 0 其他其中#“ A表示匯整之電視頻帶的數目，如具有相同發明者且讓渡給相同受讓人之同在申請中的標題為“Bonding q Adjacent TV Bands In A Physical Layer For IEEE 802.22 WRAN Communication Systems”之申請案DKT6331 中所揭示，該案之全部内容如同在本文中完全陳述一般以引用的方式併入本文中。超訊框100之持續時間相對大，且因此頻道回應可在超訊框持續時間内變化。此外，每一頻帶傳輸超訊框前導碼 400，而可在多個頻帶上傳輸訊框2〇〇。另外，訊框符號中之一些負料載波被定義為超訊框前導碼中之保護副載波。因此，使用超訊框前導碼400導出之頻道估計可能對於 125024.doc -13- 200828898 訊框200而言並非準確。另外，頻道估計序列較佳由CPE 使用以重新初始化精確頻率偏移計算。因此，長訓練序列 502在訊框前導碼500中之傳輸為強制性的。為了節省系統資源，BS較佳在特定條件下選擇在訊框前導碼5〇〇中不傳輸短訓練序列501。此資訊載運於FCH 201中且用以確定下 '一訊框之前導碼500是否包括短訓練序列401。共存信標協定（CBP)前導碼 CBP前導碼之結構類似於超訊框前導碼4〇〇之結構。較 ( 佳以與超框别導碼4 0 0類似之方式產生c B p前導碼，立中不同之處在於來自8191-長度序列之後5184個樣本而不是前5184個樣本用以產生參考符號序列之〗及(^分量。控制標頭及映射定義超訊框控制標頭（SCH)102 SCH 102包括資訊，諸如頻道之數目、訊框之數目、頻道數目等。其亦包括可變數目之資訊元素（IE)，歸因於該 I) 等育訊兀素，SCH之長度亦為可變的（具有19位元組之最小值及42位元組之最大值）。 SCH規格展示於表i中且提供基本資訊，且包括對頻道 , 匯整之支援、隨設備加入WRAN網路所耗之時間而進行的特定控制、與使用信標信號之無線麥克風系統的較好共存等。ST欄位在以相同頻帶操作之未來無線系統之中提供較好共存。其為系統定義一方式以識別自身且實施用於較好共存之機制。CT欄位識別用於傳輸SCH之目的。在8〇2 22 中，SCH之傳輸指示兩種可能類型之内容，其可為如下： 125024.doc -14- 200828898 超訊植100或k標。因此，CT搁位用以辨別跟隨SCH之後

的内谷的類型。此外，此辨別為支援CBP所需的，該CBP 用以改良與其他802.22系統之共存及與其他8〇2 22系統共用無線電頻譜。FS、Tx ID、⑶及狀欄位之使用為直接的且闡釋於表K。因為SCH可含有其他IE，所以長度搁位用以規定SCH之總長度。可如下編碼SCH 102。頻道編碼頻道編碼包括資料擾頻、Rs編碼（選用）、迴旋編碼、擊穿、位元交錯及星座映射。圖10說明強制性頻道編碼過程。頻道編碼器處理控制標頭及PPDU2PSDU部分。頻道編碼器不處理PPDU之前導碼部分。為了達成頻道編碼之目的，如圖丨丨中所說明，每一資料叢發被進一步細分成資料區塊。經編碼之資料的每一區塊經映射且傳輸於副頻道上。在較佳實施例中，分散式副載波分配用以定義副頻道。在替代實施例中，使用鄰近副载波分配，且經編碼之資料的多個區塊經映射且傳輸於多個副頻道上。位兀交錯器之輸出連續地輸入至星座映射器。送至映射器之輸入資料首先被分為NCBPC(2、4或6)位元之群，且接著轉換為表示QPSK、16-QAM或64-QAM星座點之複數。根據格雷碼（Gray-coded)星座映射來執行映射。複值數由調變相依之正規化因子Km〇d來按比例調整。表2提供在此區#又中疋義之不同調變類型的KM0D值。在表3中概述對於 125024.doc -15- 200828898 不同星座類型之每區塊經編碼之位元數目（Ncbpb)及每區塊資料位元數目以及編碼率組合。應注意，區塊對應於在單一副頻道中傳輸之資料。表1 _超訊框控制標頭格式語法大小註釋 Superframe一Control_Header一Format〇 { 以熟知調變/編碼(例如，BPSK速率1/2)傳輸 ST 7位元系統類型指示使用此頻帶之系統的類型。 • 0=802.22 WRAN • 1=無線麥克風 • 2=802.11 WLAN • 3=802.15 WPAN • 4=802.16 WMAN • 5-127=保留 CT 1位元内容類型指示繼SCH傳輸後之内容的類型是什麼。 •超訊框=0 •信標=1 FS 7位元每超訊框之訊框指示超訊框内之訊框的數目。通常，訊框具有較佳不變化之固定大小。 FDC 8位元訊框持績時間碼保留 1位元保留 Tx ID 48位唯一識別SCH(CPE或BS)之傳輸器元的位址 CN 8位元頻道數指示由傳輸器使用之開始頻道數 NC 8位元頻道之數目在使用頻道匯整之狀況下，此攔位指示由傳輸器使用之額外連續頻道的數目。長度 8位元 SCH之長度 IEs 變數資訊元素位置組態IE 時戳IE 及共同MAC IE HCS 8位元標頭檢查序列 } 125024.doc -16- 200828898 表2 :調變相依之正規化因子調變類型 Ncbpc Kmod QPSK 2 Ι/λ/2 16-QAM 4 1/λ/Ϊ〇 64-QAM 6 Ι/λ/42 表3 :對於不同星座類型之每區塊經編碼之位元數目 (Ncbpb)及每區塊貧料位元數目（Ndbpb)以及編碼率組合星座類型編碼率 Ncbpb Ndbpb QPSK 1/2 96 48 QPSK 3/4 96 72 16-QAM 1/2 192 96 16-QAM 3/4 192 144 64-QAM 1/2 288 144 64-QAM 2/3 288 192 64-QAM 3/4 288 216 64-QAM 5/6 288 240

展頻OFDMA

ϋ 16x16矩陣用以展頻星座映射器之輸出。待用於不同組態之矩陣的類型由PHY模式參數來確定。為了達成展頻之目的，星座映射器之輸出被分組為16個符號之符號區塊。因為每一資料區塊產生48個符號，所以一資料區塊將產生 3個此等符號區塊。根據以下等式執行展頻 s = cx 其中z表示星座映射器輸出向量且給定為1 = ， 5表示展頻符號且其被定義為5 = 1^，*^.··〜Γ，且C=//16表示哈德碼得（Hadamard)展頻矩陣且由以下等式給出 Η

Hr_x

Hr_' - 125024.doc -17- 200828898 在選擇非展頻模式時，展頻矩陣C=I16xl6，單位矩陣。導頻調變使用QPSK星座映射來映射導頻。展頻不用於導頻上。導頻被定義為 s pilot—indices 及其他 PREF{k) k

Sp(k) = 0

conjiPREFi-k)) k > Q，3Jk 6 pilot indices Sp{k)= 一 0 其他使用基本資料傳輸率模式來傳輸SCH 102。將15-位元隨機產生器初始化序列設定為所有1 (亦即，1 1 1 1 1丨1 1 1 1 1 1 111)。SCH 102由與BS 800相關聯（或在該BS 800之區域中）的所有CPE 700來解碼。

SCH 102在所有副頻道中傳輸。因為SCH 1〇2必須由BS Ο 800之範圍中的所有CPE 700解碼，所以必須在所有頻帶中重複 SCH 102。 SCH 102之42位元組由速率</2迴旋編碼器編碼，且在交錯後使用產生336個符號之QpSK星座加以映射。為了改良SCH 102之穩健性且為了較好地利用可用副載波，將展頻4倍應用至映射器之輸出。此導致1344個符號佔用28個副頻道。此在頻帶邊緣中之每一者上釋放2個副頻道，其因此被 125024.doc -18- 200828898 定義為保護副頻道。此等額外保護副載波之位置與上文對於超訊框標頭所界定之彼等位置相同。頻帶邊緣處之額外保護副載波使得CPE能夠較好地解碼SCH 102。複製因此所形成之2KIFFT向量以產生4K及6K長度IFFT向量。 SCH之副載波分配 SCH 102僅使用28個副頻道。副載波分配由以下等式定義。

SubCarrier(n,k) = Nchx(k-2^) + (n-l) n = l^^Nch =28 灸= 1，2，··.，27

SubCarrierin，k) = Nch x(k - 27、+ (η ，，··，，eh ， Α： = 28,29”··，54 接著，在每一副頻道内識別6個導頻副載波。在SCH符號中之所使用的副載波上均一地分配導頻副載波。符號中之每個第9副載波被指定為導頻副載波。SCH 102中之導頻的副載波索引為：{-756，-747，-738，... ，-18，-9，9, Ο7 18，…，738，747，756}。副頻道中之剩餘副載波接著被指定為資料副載波。超訊框前導碼400及SCH 102在DC副載波之每一侧上僅 ’ 使用756個副載波，而訊框傳輸在DC副載波之每一側上使 • 用864個副載波。因此，超訊框前導碼400及SCH 102包括位於頻帶邊緣處之108個副載波（等於i〇8*aF=1〇8*3376 Ηζ=364·608 kHz)的額外保護頻帶。圖6展示在超訊框前導碼400及SCH 102中之此等較寬的保護頻帶602。 125024.doc -19- 200828898 訊框控制標頭（FCH)201 現參看圖8，其說明BS 800，其中FCH 201由作為DS子訊框中之DS PPDU 202之部分的傳輸器模組802傳輸。FCH 2〇1之長度為6位元組，且其含有DS-MAP、US-MAP、DCD 及UDC之長度（以位元組）資訊。ρ(：Η 201由傳輸器模組802 編碼，且由傳輸器模組8〇2發送於緊接訊框前導碼符號500 之符號中的前兩個副頻道中。 FCH 201由傳輸器模組8〇2使用基本資料傳輸率模式來傳 •輸。使用BS識別符（ID)之15個最低有效位元（LSB)來初始化15·位元隨機產生器。bs ID由作為SCH 102之部分的超訊框傳輸器802傳輸且可用於CPE 700。如上文對於頻道編碼所描述，48個FCH位元經編碼且映射至副頻道中之48 個資料副載波上。為了增加FCH 201之穩健性，參見圖 12，將經編碼及映射之FCH資料重新傳輸於副頻道#2中。圖12說明在匯整3個電視頻道時之較佳副頻道編號方案。應注意，在圖12中未圖示DC及保護副載波。訊框控制標頭（FCH)傳輸於副頻道1及2中。若5Vc//1(q表示傳輸於副頻道1中之副載波A上的符號，則傳輸於副頻道 2中之副頻道灸上的符號心c// 2(幻給定為 SFcnAk) = SFCHl((k + 24)?mod48) k = 0,1,2...,47 BS 800藉由在由超訊框傳輸器模組8〇2傳輸至bs 8〇〇tRF 範圍内的所有CPE 700之超訊框1〇〇中包括請求來請求量測所佔用之頻譜。BS 800自CPE 700接收回應，該等回應由赶訊忙接收器模組8 〇 1處理且儲存於所佔用之電視頻譜記 125024.doc -20- 200828898 憶體804中。BS 800基於所佔用之電視頻譜記憶體804及電視頻道匯整記憶體805之内容而將用於頻道使用之指令發送至RF範圍内的CPE 700，電視頻道匯整記憶體805反映關於匯整至多三個相鄰電視頻道之BS決策。量測請求由BS 800週期性地發送，且BS之RF範圍内之所有CPE 700之BS 800的重新指令可能以週期性為基礎以避免干擾現佔用頻 •寬者。現參看圖7，在CPE 700之較佳實施例中，每當CPE 700 (] 啟動時，CPE 700之頻譜感測器處理模組703首先掃描電視頻道且建置電視頻道佔用映射704，電視頻道佔用映射704 為每一頻道識別現佔用頻寬者是否已被摘測。映射704可經傳送至BS 800且亦由頻譜感測器處理模組703使用以確定哪些頻道為空的且因此將其用以尋找BS 800。在由CPE 700偵測之空頻道中，頻譜感測器處理模組703 接著為SCH 102掃描自BS 800之傳輸，CPE自BS 800獲取頻道及由CPE 700使用以與BS 800相關聯（亦即，用於網路 ί ) 、登錄及初始化）之網路資訊。 CPE進一步包含接收器701及接收器處理模組701.1，接收器處理模組701.1組合來自兩個副頻道之對應符號且解碼FCH資料以確定訊框中之接續欄位的長度。CPE 700亦自BS 800接收由頻譜感測器處理模組703處理之頻帶内及頻帶外量測的請求、由CPE使用傳輸器模組702在超訊框中格式化及傳輸的回應。CPE 700在超訊框100中自BS接收關於哪些電視頻道用於由CPE 700進行隨後傳輸（包括對量 125024.doc -21- 200828898 測請求之回應）的指令。頻帶内量測係關於由08使用以與 CPE通信之頻道，而頻帶外量測係關於所有其他頻道。對於頻帶内量測而言，38週期性地使頻道成為無訊息模式，以使得可進行現佔用頻寬者的感測，此不為頻帶外量測之狀況。BS 800包括超訊框傳輸器模組8〇3，其用於格式化及傳輸指示哪些CPE 700量測哪個頻道、持續多久及根據偵測與誤報警之多少機率的超訊框。BS 8〇〇可使量測負載分散於若干CPE 700且使用在超訊框1〇〇中自cpE接收之所量測值，以獲得頻譜佔用映射且將其儲存於所佔用之電視頻譜記憶體804中。BS 800接著使用頻譜佔用處理模組來分析量測且採取適當行動，例如，匯整相鄰電視頻道且將結果儲存於電視頻道匯整記憶體8〇5中且藉由超訊框傳輸器模組802將結果傳輸於隨後超訊框丨〇〇中而相應地通知 CPE 700 〇圖9說明根據本發明修改之署組態，亦即，複數個重疊WRAN小區9G1，其每—者包括根據本發明修改/ 定義之WRAN BS 800及根據本發明修改/定義之至少一 WRAN CPE 700。預期CPE 700經調適以在需要保護現佔用頻寬的使用者之頻帶之受限頻率頻道中起作用。因而， BS 800為次要設備，WRAN小區901為次要網路。應注意，儘管僅展示少數CPE 700、BS 800及WRAN小區901，但此係為了論述之簡單性。任何數目的wran之任何及所有此等組件在本發明之範轉内。預期本發明之PHY層實施於頻道之可用性及品質隨時間 125024.doc -22- 200828898 而改變的動態遠端環境中，且實例實施例之每一 WRAN小區被預期以動態方式有利地獲得頻道可用性，其中說明性實施例之PHY層由BS使用以將頻譜存取指令提供至其 WRAN小區901内之CPE。有利地，所提供之頻譜存取指令促進現佔用頻寬的設備自由使用受限電視頻道/頻帶且同樣促進由BS控制之CPE進行受BS控制的存取。圖9中所說明之WRAN架構900包括複數個PHY堆疊，該等堆疊隨在每一 WRAN小區901中之作用中CPE的數目而變 Γ 化。PHY堆疊提供該架構之下層且支援上層，上層包括 (例如）媒體存取控制（MAC)。該複數個PHY堆疊耦接至頻譜佔用處理模組803，頻譜佔用處理模組803將此等PHY堆疊動態地指派至鄰近頻道之各別群，且因此將此等PHY堆疊間接地指派至正佔用彼等頻道之特定CPE。參看圖1，鄰近電視頻道t-1 600.t-l至 t+1 600_t+l由WRAN佔用。應注意，由WRAN佔用之鄰近頻道60 1與由現佔用頻寬的設備佔用之彼等頻道之間的頻 i 譜部分可保持不可用或未用，且在由WRAN使用之鄰近頻道601之中及之間使用較寬的保護頻帶602。經由定義明確的介面在頻譜佔用處理模組803與複數個 PHY層之間轉移資訊，該等介面包括服務基元及應用程式設計介面（API)中之至少一者。頻譜佔用處理模組803基於預按比例調整準而將可用頻道指派至各種PHY堆疊。為了在BS 800與給定WRAN小區901中之CPE 700之間提供通信以在BS 800之控制下達成機會性電視頻道使用，超訊框及 125024.doc -23- 200828898 訊框結構連同本發明之控制結構由BS 800使用。如上文所述及圖1及圖6中所說明，藉由選擇少數或所有當前可用之由BS 800之PHY堆疊使用的受限頻道來並行地傳輸超訊框結構100之前導碼400及SCH 102。亦即，在超訊框1〇〇開始時在此等頻道中之每一者中傳輸前導碼4〇〇及8(：11 1〇2。其後，在訊框200·η·0至200·η·ηι上進行通信，亦即，超訊框11 包括m個訊框。受限電視頻道對WRAN小區901之CPE 700的可用性隨時間而改變。在一個超訊框開始時可用的頻道可變得不可用且因此在由BS 800傳輸之下一超訊框中，前導碼4〇〇及 SCH 102由BS 800之PHY層改變以反映隨時間的此變化。儘管已說明及描述本發明之較佳實施例，但熟習此項技術者應瞭解本文中所描述之本發明之實施例為說明性的，且在不脫離本發明之真實範疇的情況下可進行各種變化及修改且均等物可被用來替代其元件。另外，在不脫離本發明之中心範疇之情況下，可進行許多修改以使本發明之教示適合特定情形。因此，希望本發明並不限於為進行本發明所預期之最佳模式而揭示的特定實施例，而希望本發明包括屬於其隨附申請專利範圍之範疇的所有實施例以及所有實施技術。【圖式簡單說明】圖1說明超訊框結構；圖2說明訊框結構；圖3說明偽隨機序列產生器； 125024.doc -24 - 200828898 圖4說明超訊框前導碼格式，其中ST=短訓練序列，LT= 長訓練序列；圖5說明訊框前導碼格式’其中F ST=訊框短訓練序列’ FLT=訊框長訓練序列，圖6說明在超訊框前導碼及SCH中之較寬的保護頻帶；圖7說明根據本發明修改之CPE的方塊圖；圖8說明根據本發明修改之BS的方塊圖；圖9說明根據本發明之BS及CPE的WRAN系統；

圖10說明頻道編碼裝置/過程；圖11說明被細分成資料區塊之資料叢發；及圖12說明副頻道數目。【主要元件符號說明】 100 實體（PHY)超訊框結構 102 超訊框控制標頭（SCH) 200 PHY訊框結構 200·η·0、200·η·1、200·η·ηι·2、訊框 200.n.m-l ' 200.n.m 201 202 203 204 205 訊框控制標頭（FCH) 下游實體協定資料單元 (DS PHY PDU) 下游（DS)子訊框上游（US)子訊框為達成共存目的之可能競爭時槽 125024.doc -25- 200828898

206 207 208 209.m ^ 209.p 400 401 401.1、 401.2、401.3、 401.4、401.5 402 403 403.1、 403.2 500 501 502 601.t-1 601.t 601.t+1 602 700 701 701.1 經排程用於初始化之競爭時槽、初始化窗用於頻寬請求之競爭時槽、頻寬窗緊急共存情形通知上游實體協定資料單元 (US PHY PDU) 超訊框前導碼短訓練序列短訓練（ST)序列保護間隔長訓練序列長訓練（LT)序列訊框前導碼訊框短訓練序列（FST) 訊框長訓練序列（FLT) 電視頻道t-1 電視頻道t 電視頻道t+1 保護頻帶用戶端裝備（CPE) 接收器接收器處理模組 125024.doc -26- 200828898 702 傳輸器模組 702.1 傳輸器處理模組 703 頻譜感測器處理模組 704 電視頻道佔用映射 800 基地台（BS) 801 接收器模組 802 傳輸器模組 803 頻譜佔用處理模組 804 所佔用之電視頻譜記憶體 805 電視頻道匯整記憶體 900 WRAN架構 901 WRAN小區 1101.1、1101.2、1101.3、 llOl.p-1、llOl.p 資料區塊 Ο 125024.doc -27-

Claims

200828898 十、申請專利範圍： L 一種無線地區性區域網路（WrAN)通信系統（900)，其包括一用以管理一包括至少一用戶端裝備（CPE)(700)之 WRAN小區（9〇〇)的基地台（8〇〇)，該系統包含：一超訊框前導碼（4〇〇)，其在一超訊框（1〇〇)開始時傳 -輸； -一超訊框控制標頭（SCH)(l〇2)，其在該前導碼（400)之後傳輸；至少一訊框結構（200)，其具有一下游（DS)子訊框（202) 及一在該SCH( 1 〇2)之後傳輸之上游us子訊框（204); 其中’該基地台（800)在由該基地台（goo)佔用之至少一鄰近受限電視頻道中的每一者上並行地傳輸一系列至少一該超訊框（100)，以管理關於該WRAN小區（900)之該至少一 CPE(700)之所有上游及下游傳輸，且使得該超訊框前導碼（400)及該SCH( 102)各自包括一位於每一該至少一鄰近受限電視頻道中之頻帶邊緣處的額外保護頻帶。 G 2·如請求項1之系統，其中在接收該超訊框（100)後，該至少一 CPE(700)與該基地台（8〇〇)同步。 3.如請求項2之系統，其中該超訊框前導碼（4〇〇)進一步包含一由該CPE(700)用於同步之短訓練（ST)序列及一由該 CPE(700)用於頻道估計之長訓練（LT)序列。 4·如請求項1之系統，其中該DS子訊框（2〇3)與該us子訊框 (204)之間的一邊界經調適以促進控制下游及上游容量。 5.如請求項4之系統，其中該DS子訊框（2〇3)進一步包含一 125024.doc 200828898 DS PHY PDU(202)，該 DS PHY PDU(202)包括：一 DS前導碼（500)，其包含一訊框長訓練序列（FLT)及一選用訊框短訓練序列（FST)，該FLT由該至7 CPE(700)用於頻道估計，且在存在時，該FST由該至少一 CPE(700)用於與該BS(800)之同步；一訊框控制標頭（FCH)(2〇l)，其跟隨該DS前導碼 (500)，該FCH包括一設定檔及一隨後至少一！^叢發之一長度；及至少一隨後DS叢發，其跟隨該FCH(201)。 6.如請求項5之系統，其中該US子訊框（204)玎進一步包含一選自由以下組成之群的分量：至少一競爭時槽（206)，其經排程用於初始化；至少一競爭時槽，其用於由一 CPE(70〇)向該BS(800)發出一 US頻寬請求；及至少一緊急共存情形（UCS)通知窗，其用於由一 CPE(700)報告該CPE與現佔用頻寬者之間的一UCS ;及至少一 US PHY PDU(209)，其來自由該BS(800)管理之該WRAN小區之不同CPE(700)且包括一 US前導碼、一叢發控制標頭及一US叢發。 7·如請求項6之系統，其中：使用一選自由分散式副載波分配及鄰近副載波分配組成之群的技術來定義一頻道之複數個副頻道；每一 DS叢發及每一 US叢發被細分成至少一資料區塊 (llOl.i);及 125024.doc -2- 200828898 該至少一資料區塊（1101 ·ί)傳輸於該複數個副頻道之一副頻道上。 8. 一種在一 WRAN通信系統中提供一實體層之方法，該 WRAN通信系統具有一用以管理一包括至少一用戶端裝備（CPE)(700)之 WRAN 小區（900)的基地台（BS)(800)，該 BS佔用至少一鄰近受限電視頻道以管理關於該WRAN小區（900)之該至少一 CPE(700)之所有上游及下游傳輸，該方法包含以下步驟：提供一超訊框，該超訊框包含： •一前導碼（400)，其在一超訊框（1 00)開始時傳輸， •一超訊框控制標頭（SCH)(102)，其在該前導碼 (400)之後傳輸，及 •至少一訊框結構（200)，其具有一下游（DS)子訊框 (202)及一在該SCH(102)之後傳輸之上游US子訊框（204); 在該至少一鄰近受限電視頻道中之每一者上並行地傳輸一系列至少一該超訊框（1〇〇);及在每一該所傳輸之超訊框（100)中，對於每一該所傳輸之超訊框（1〇〇)之該超訊框前導碼（400)及該SCH(l〇2)，包括一位於每一該至少一鄰近受限電視頻道之頻帶邊緣處的額外保護頻帶。 9·如睛求項8之方法，其進一步包含以下步驟：由該至少一 CPE(700)接收該系列之至少一超訊框；及 125024.doc 200828898 在接收該超訊框（100)後，該CPE(700)與該BS(800)同步。 10.如請求項9之方法，其進一步包含該CPE(700)在接收該超訊框（100)後執行頻道估計之一步驟；且其中該超訊框前導碼（400)進一步包含一由該同步步驟使用之短訓練（ST)序列及一由該CPE(700)用於該執行頻道估計之步驟的長訓練（LT)序列。 11·如請求項9之方法，其進一步包含在該DS子訊框（203)與該US子訊框（204)之間提供一自適應邊界以促進控制下游及上游容量之步驟。 12.如請求項11之方法，其中該DS子訊框（203)進一步包含一 DS PHY PDU(202)，該 DS PHY PDU(202)包括：一 DS前導碼（500)，其包括一訊框長訓練FLT序列及一選用訊框短訓練FST序列，該FLT由該至少一 CPE(700)用於執行一頻道估計之步驟，且在存在時，該FST由該至少一 CPE(700)用於執行與該BS(800)同步之該步驟；一訊框控制標頭（FCH)(201)，其跟隨該DS前導碼 (500)，該FCH包括一設定檔及一隨後至少一 DS叢發之一長度；及跟隨該FCH(201)的至少一隨後DS叢發。 13·如請求項12之方法，其中該US子訊框（204)可進一步包含一選自由以下組成之群的分量：至少一競爭時槽（206)，其經排程用於初始化；至少一競爭時槽，其用於由一CPE(700)向該BS(800)發 125024.doc -4- 200828898 出一 us頻寬請求；至少一緊急共存情形（UCS)通知窗，其用於由一 CPE(700)報告該CPE與現佔用頻寬者之間的一 UCS ;及至少一US PHY PDU(209)，其來自由該BS(800)管理之該WRAN小區之不同CPE(700)且包括一 US前導碼、一叢發控制標頭及一US叢發。 14·如請求項13之方法，其進一步包含以下步驟使用一選自由分散式副載波分配及鄰近副載波分配組 (] 成之群的技術來定義一頻道之複數個副頻道；將每一 DS叢發及每一 US叢發細分成至少一資料區塊 (1101_i);及將該至少一資料區塊（110 l.i)傳輸於該複數個所定義之副頻道之一副頻道中。 15. —種基地台BS(800)，其用於管理一包括至少一用戶端裝備（700)之 WRAN小區（900)，該 BS(800)包含：一 PHY超訊框結構（100)，其包括：一超訊框前導碼 ί、 ’ (400)，其在該ΡΗΥ超訊框結構（100)之一開始時傳輸；一超訊框控制標頭（SCH)( 102)，其在該超訊框前導碼（400) 之後傳輸；及至少一訊框結構（200)，其在該SCH( 102)之後傳輸以使得該訊框結構（200)包括一下游（DS)子訊框 _ (202)及一上游（US)子訊框；一接收器模組（801)，其用於接收處理一根據該PHY超訊框結構（100)格式化之所接收之超訊框；一傳輸器模組（8〇2) 125024.doc 200828898 (a) 用於傳輸處理一根據該PHY超訊框結構（100)格式化且由該傳輸器組件（802)傳輸之phy超訊框，使得在由該BS(800)佔用之至少一鄰近受限電視頻道中的每一者上並行地傳輸該PHY超訊框結構（1〇〇)之該前導碼（4〇〇)及該 SCH(102)，且在每一該所傳輸之phy超訊框（1〇〇)中，對於每一該所傳輸之PHY超訊框（1〇〇)之該超訊框前導碼 (4 00)及該SCH( 102) ’包括一位於每一該至少一鄰近受限電視頻道之頻帶邊緣處的額外保護頻帶，及 (b) 用於在該US子訊框（204)開始時排程選自由以下組成之群之至多三個競爭窗 1· 一用於測距之初始化窗（206)， 2. —由該CPE(700)用以向該bs(800)請求上游頻寬分配之頻寬窗（207)，及 3. —用以向該BS(800)報告一與現佔用頻寬者緊急共存情形之緊急共存情形（UCS)通知窗；其中該BS(800)管理關於該至少一 CPE(700)之所有上游及下游傳輸。 16· —種用戶端裝備（CPE)(700)，其用於一由一 BS(800)控制之WRAN通信系統（900)，該用戶端裝備CPE(700)包含：一 PHY超訊框結構（1〇〇)，其包括一在該PHY超訊框開始時傳輸之超訊框前導碼（400)，繼之以一在該前導碼 (400)之後傳輸之超訊框控制標頭（SCH)(102)，其中在由該BS(800)佔用之至少一鄰近受限電視頻道中的每一者上並行地傳輸/接收該前導碼（400)及該SCH( 102) 125024.doc • 6 - 200828898 在該SCH(102)之後傳輸之至少一訊框結構（200)，使得該訊框結構（200)包括： (a) —下游（DS)子訊框（202)，及 (b) —上游（US)子訊框（204)，其中可在該US子訊框開始時排程至多三個競爭窗： 1 · 一用於測距之初始化窗， 2_ —由該CPE(700)用以向該BS(800)請求上游頻寬分配之頻寬窗（207)，及 (^ 3.及一用以向該BS(800)報告一與現佔用頻寬者緊急共存情形之緊急共存情形（UCS)通知囪，一接收器組件（701)，其具有一接收器處理模組 (701.1) ，該接收器處理模組（701.1)用於接收處理一根據該PHY超訊框結構（100)格式化之所接收之超訊框；及一傳輸器組件（202)，其具有一傳輸器處理模組 (702.1) ，該傳輸器處理模組（702.1)用於傳輸處理一根據該PHY超訊框結構（100)格式化且由該傳輸器組件（802)傳輸之PHY超訊框。 125024.doc