BR112012017445B1 - Método para comunicações em uma rede em malha sem fio, sistema, e, nó de comunicação - Google Patents

Abstract

método para comunicações em uma rede em malha sem fio, sistema, e, nó de comunicação enlaces de comunicação podem ser estabelecidos entre uma plurali-dade de nós de comunicação para formar uma rede pelo menos parci-almente conectada em estrutura de malha. estabelecer um enlace de comunicação pode incluir transmitir dados de sincronização a partir de um primeiro nó de comunicação. os dados de sincronização podem ser símbolos transmitidos sincronamente em uma pluralidade de ca-nais de rádio de banda estreita. um segundo nó de comunicação pode combinar energia recebida a partir de uma pluralidade de canais de rádio de banda estreita e usar a energia combinada para sincronizar com o primeiro nó de comunicação. transmissões de dados podem ser demultiplexados pelo primeiro nó de comunicação em uma plura-lidade de sequências de taxa inferior para transmissão através de uma pluralidade de canais de rádio de banda estreita. o segundo nó de co-municação pode receber e multiplexar novamente juntas as sequên-cias de taxa inferior.

Description

MÉTODO PARA COMUNICAÇÕES EM UMA REDE EM MALHA SEM FIO, SISTEMA, E, NÓ DE COMUNICAÇÃO CAMPO

O presente pedido se refere à sistemas de comunicações sem fio. Mais particularmente, o presente pedido se refere às redes estruturadas em malha sem fio usando uma pluralidade de canais de rádio.

FUNDAMENTOS

Vários tipos de sistemas podem se beneficiar de redes de monitoramento e controle. Por exemplo, sistemas de distribuição de energia elétrica podem se beneficiar de redes de monitoramento e controle que podem rapidamente identificar e corrigir problemas. Tal uma rede de monitoração e controle pode ser implementada usando uma variedade de técnicas, incluindo, por exemplo, um sistema de comunicações sem fios. Se identificação e correção rápida de problemas no sistema monitorado são desejadas, é desejável um sistema de comunicação sem fio para fornecer alta taxa de dados e baixa latência.

As tendências atuais nos sistemas de comunicações sem fios são para fornecer cada vez mais altas taxas de dados através do uso de canais de maior largura de banda canais. Por exemplo, sistemas de celular migraram de larguras de banda de canal de dezenas de kilohertz (kHz) para larguras de banda de canal de um megahertz (MHz) e maior para fornecer maiores taxas de dados.

Infelizmente, em algumas indústrias, canais de banda larga não estão disponíveis para uso em uma rede de comunicação sem fio. Por exemplo, em algumas jurisdições, sistemas precisam operar dentro de alocações de canal banda estreita legadas de menor do que 100 kHz (por ex., 25 kHz ou mesmo 12,5 kHz). Fornecer taxas de dados e latência desejadas usando tais canais de banda estreita é difícil ou impossível.

SUMÁRIO

Em algumas modalidades da invenção, um método de comunicações em uma rede em malha sem fio tendo uma pluralidade de nós de comunicação é fornecido. O método pode incluir selecionar múltiplos canais de rádio de banda estreita a partir de um intervalo de espectro de rádio pré-definido. Os canais de rádio de banda estreita selecionados podem ser não contíguos. O método pode também incluir estabelecer enlaces de comunicação sem fio entre os nós de comunicação. Os enlaces de comunicação sem fio podem formar uma rede pelo menos parcialmente conectada em estrutura de malha. Estabelecer cada enlace de comunicação sem fio pode incluir transmitir dados de sincronização a partir de um primeiro nó de comunicação para um segundo nó de comunicação. Os dados de sincronização podem ser símbolos transmitidos sincronamente através de pelo menos dois dos canais de rádio. O segundo nó de comunicação pode combinar energia recebida nos pelo menos dois canais de rádio para fornecer um sinal combinado. O segundo nó de comunicação pode usar o sinal combinado par sincronizar para o primeiro nó de comunicação.

Em algumas modalidades da invenção, um sistema de comunicações sem fio é fornecido. O sistema pode incluir uma pluralidade de nós de comunicação. O sistema pode também incluir uns meios para estabelecer uma pluralidade de enlaces de comunicação sem fio entre uma pluralidade de nós de comunicação para formar uma rede pelo menos parcialmente conectada em estrutura de malha. Os meios para estabelecer podem incluir meios para transmitir dados de sincronização a partir de um primeiro um dos nós de comunicação via pelo menos dois canais de rádio de banda estreita não contíguos. Os dados de sincronização podem ser símbolos transmitidos sincronamente através dos pelo menos dois canais de rádio de banda estreita. Os meios para estabelecer podem incluir uns meios para combinar energia recebida a partir dos pelo menos dois canais de rádio de banda estreita em um segundo nó de; comunicação. Os meios para estabelecer pode também incluir uns meios para sincronizar o segundo da pluralidade de nós de comunicação para o primeiro da pluralidade de nós de comunicação usando um sinal combinado a partir dos meios para combinar energia.

Em algumas modalidades da invenção, um nó de comunicação é fornecido. O nó de comunicação pode incluir um demultiplexador, um subsistema de transmissão, um subsistema de recepção, e um multiplexador. O demultiplexador pode demultiplexar dados em uma primeira taxa de dados em uma pluralidade de sequências de transmissão de dados em uma segunda taxa de dados. A segunda taxa de dados pode ser menor do que a primeira taxa de dados. O subsistema de transmissão pode incluir múltiplos transmissores, cada um dos transmissores capaz de transmitir uma das sequências de dados de transmissão em um diferente, não contíguo um de uma pluralidade de canais de rádio de banda estreita. As transmissões a partir dos transmissores podem ser símbolos síncronos cada um com o outro. O subsistema de recepção pode incluir múltiplos receptores, cada um dos receptores capaz de receber uma sequência de dados de recepção em uma terceira taxa de dados. Cada sequência de dados de recepção pode ser recebida em um diferente, não contíguo um da pluralidade de canais de rádio de banda estreita. As sequências de dados de recepção podem ser símbolos síncronos cada um com o outro. O multiplexador pode multiplexar as sequências de dados de recepção juntas em dados em uma quarta taxa de dados. A quarta taxa de dados pode ser maior do que a terceira taxa de dados.

DESCRIÇÃO BREVE DOS DESENHOS

Características e vantagens adicionais da invenção serão aparentes de uma descrição detalhada que segue, considerando em conjunto com os desenhos anexos, que juntos ilustram, à título de exemplo, características da invenção; e, caracterizado pelo fato de que:
A FIG. 1 é um diagrama em bloco de um sistema de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
A FIG. 2 é uma ilustração de um intervalo de espectro de rádio pré-defmido no qual uma pluralidade de canais de rádio de banda estreita são definidos.
A FIG. 3 é diagrama em bloco de um nó de comunicação de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
A FIG. 4 é um diagrama em bloco de um transmissor de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
A FIG. 5 é um diagrama em bloco de um receptor de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
A FIG. 6 é um fluxograma de um método de comunicação de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
A FIG. 7 é um diagrama em bloco de uma rede parcialmente conectada em estrutura de malha sem fio de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
A FIG. 8 é um diagrama em bloco de um subsistema de recepção de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Referência será agora feita a umas modalidades exemplares ilustradas nos desenhos, e linguagem específica será usada aqui para descrever os mesmos. Todavia, será entendido que nenhuma limitação do escopo da invenção é por meio disso, pretendida. Alterações e modificações adicionais das características inventivas aqui ilustradas, e aplicações adicionais dos princípios da invenção conforme ilustrado aqui, que irá ocorrer par um com qualificação na arte relevante e tendo posse desta divulgação, são para serem consideradas do escopo da invenção.

Ao descrever a presente invenção, a seguinte terminologia será usada:

As formas singulares de “um”, “uma”, “o”, e “a” incluem várias referências ao menos que o contexto claramente prescreva de outra forma. Assim sendo, por exemplo, referência a um nó de comunicação inclui referência a um ou mais nós de comunicação.

O termo “uns” se refere à um, dois, ou mais, e em geral se aplica ao selecionado de alguma ou toda uma quantidade. O termo “pluralidade” se refere à dois ou mais de um item,

Como usado aqui, o termo “cerca de” significa quantidades, dimensões, tamanhos, formulações, parâmetros, formas e outras características não necessitam serem exatas, mas podem ser aproximadas e / ou maio ou menor, conforme desejado, refletindo tolerâncias aceitáveis, fatores de conversão, arredondamentos, erro de medição e o similar e outros fatores conhecido para aqueles de qualificação na arte.

Como usado aqui, o termo “substancialmente” significa que a característica, parâmetro, ou valor cita não necessitam serem alcançadas exatamente, mas que desvios ou variações, incluindo por exemplo, tolerâncias, erro de medição, limitações na precisão de medição e outro fatores conhecidos por aqueles de qualificação na arte , podem ocorrer em montantes que não excluem o efeito que a característica foi pretendida fornecer. Como um particular exemplo, tempo de sincronização de sinais de rádio é dependente dos retardos de propagação, e assim sendo sincronização pode ser dependente da posição relativa dos dispositivos de transmissão e de recepção. Relógios dentro de dois terminais podem ser sincronizados na medida em que eles operam em cerca da mesma taxa ou frequência, mas os relógios podem ter tempo ou fase diferente devido aos retardos de propagação entre os dois terminais.

Dados numéricos podem ser expressos ou apresentados aqui em um formato de intervalo. E para ser entendido que tal um formato de intervalo é usado meramente para conveniência e brevidade e assim sendo deve ser interpretado de modo flexível para incluir não somente os valores numéricos explicitamente citados como os limites do intervalo, mas também interpretado para incluir todos os valores numéricos individuais ou subintervalos englobados dentro daquele intervalo como se cada valor numérico e subintervalo fosse explicitamente citado. Como uma ilustração, um intervalo numérico de “cerca de 1 à 5” deve ser interpretado para incluir não somente os valores explicitamente citados de cerca de 1 à 5, mas também incluir valores individuais e subintervalos dentro do intervalo indicado. Assim sendo, incluídos neste intervalo numérico estão valores individuais tal como 2, 3 e 4 e subintervalos tal como 1-3, 2-4 e 3-5, etc. Este mesmo princípio se aplica aos intervalos citando somente um valor numérico (por ex., maior do que cerca de 1) e deve se aplicar independente da largura do intervalo ou das características sendo descritas.

Como usado aqui, uma pluralidade de itens podem ser apresentados em uma lista comum por conveniência. Contudo, essas listas devem ser interpretadas como embora cada membro da lisa fosse individualmente identificado como um membro único separado. Assim sendo, nenhum membro individual de tal lista deve ser interpretado como de fato equivalente de qualquer outro membro da mesma lista exclusivamente com base em sua apresentação em um grupo comum sem indicações ao contrário. Além disso, onde os termos “e” e “ou” são usados em conjunto com uma lista de itens, eles são para serem interpretados amplamente, no fato que qualquer um ou mais dos itens listados pode ser usado sozinho ou em combinação com outros itens listados.

Como usado aqui, o termo “altemativamente” se refere à seleção de uma de duas ou mais alternativas, e não é pretendido para limitar a seleção para somente aquelas alternativas listadas ao menos que o contexto claramente indique de outra forma.

Voltando para a Fig. 1, um sistema é ilustrado de acordo cora algumas modalidades da presente invenção. O sistema, mostrado em geral em 100, pode incluir uma pluralidade de nós de comunicação 102. Os nós de comunicação podem fornecer uns meios para estabelecer enlaces de comunicação sem fio entre cada um com o outro para formar uma rede parcialmente conectada em estrutura de malha como será explicado abaixo.

Uma pluralidade de enlaces de comunicação sem fio 104 pode ser estabelecida dentro do sistema 100, Por exemplo, um nó de comunicação 102 pode ser capaz de se comunicar com outros nós de comunicação que estejam dentro de um intervalo de alcance. A conectividade resultante dentro do sistema pode ser referido como conectividade em estrutura de malha, já que comunicações diretas entre nós de comunicação é possível (ao contrário para um centro de distribuição e rede em estrutura radial, caracterizado pelo fato de que todos os nós em estrutura radial são conectados somente via um nó centro de distribuição comum). A conectividade resultante também pode ser referida como uma rede parcialmente conectada em estrutura de malha, já que cada nó de comunicação não vai necessariamente ser capaz de comunicações diretas com cada outro nó. E claro que, se todos os nós de comunicação estão dentro do intervalo de alcance de cada um com o outro, uma rede totalmente conectada em estrutura de malha pode ser obtida.

Transmissões nos enlaces de comunicação 104 podem usar uma técnica de acesso múltiplo por percepção de portadora (CSMA) para minimizar ou evitar colisões entre diferentes nós de comunicação transmitindo ao mesmo tempo nos mesmos canais de rádio de banda estreita. Por exemplo, CSMA com prevenção de colisão (CA) similar àquela usada nos padrões da IEEE 802.11 pode ser usado.

Os enlaces de comunicação 104 podem usar uma pluralidade de canais de rádio de banda estreita. A pluralidade de canais de rádio de banda estreita pode ser usada para fornecer comunicações de alta taxa de dados, baixa latência como será descrito em ainda detalhes abaixo. A pluralidade de canais de rádio de banda estreita pode definir uma porção não contígua de um intervalo de espectro de rádio pré-definido. Por exemplo, FIG. 2 ilustra um intervalo de espectro de rádio pré-definido estendendo a partir da fbaixa para falta. Uma pluralidade de canais de rádio de banda estreita são definidos por suas frequências centrais f0, fi, ... fn. Cada banda estreita rádio canal tem uma largura de banda bw. Por exemplo, bw pode ser menor do que 125 kHz (por ex., 25 kHz ou 12,5 kHz). Assim sendo, uma alocação de quatro canais (por ex., canais 150, 152, 154 e 156 na Fig. 2) pode fornecer uma largura de banda total de 4*bw, embora a largura de banda não seja contígua. Assim sendo, os canais alocados definem uma porção não contígua do intervalo de espectro de rádio pré-definido. Por exemplo, canais 152 e 154 são adjacentes, contudo um vão está presente entre canal 150 e canal 152. Um outro vão está presente entre o canal 154 e o canal 156. Outros usuário do espectro de frequência de rádio podem estar presentes nesses vãos. E claro que, vários outros arranjos podem ser usados, incluindo onde nenhum dos canais de banda estreita são adjacentes, alguns dos canais de banda estreita são adjacente, ou todo os canais de banda estreita são adjacentes. A seleção de quais canais são usados podem ser com base em uma alocação de um autoridade de licenciamento de espectro, ou pode ser determinado por um usuário do sistema. Seleções de canais pode ser entradas para o sistema pelo usuário do sistema.

Os nós de comunicação 102 podem incluir múltiplos transmissores e múltiplos receptores para fornecer comunicações sobre múltiplos canais. Por exemplo, estabelecer um enlace de comunicação entre um primeiro nó de comunicação e um segundo nó de comunicação pode se proceder como a seguir. O primeiro nó de comunicação pode transmitir dados de sincronização através de múltiplos uns (por ex., pelo menos dois) dos canais de rádio de banda estreita. Os dados de sincronização podem ser sincronizados através dos múltiplos canais de rádio. No segundo nó de comunicação, energia recebida via os múltiplos canais de rádio podem ser combinados e usados para sincronizar o segundo nó de comunicação para o primeiro nó de comunicação. Combinando os dados de sincronização dos múltiplos canais de rádio de banda estreita, tempo de detecção e sincronização podem ser reduzidos quando comparado com detecção ou sincronização de transmissões em um único canal de banda estreita. Detalhes adicionais sobre sincronização são fornecidos abaixo.

Dados de taxa alta também pode ser transmitida entre os nós de comunicação. Por exemplo, uma sequência de dados de taxa alta (por ex., em uma primeira taxa de dados) fornecida para o primeiro nó de comunicação pode ser demultiplexada em múltiplas (por ex., pelo menos duas) sequências de dados de taxa inferior (por ex., em segunda taxa de dados inferior do que a primeira taxa de dados). Por exemplo, uma sequência de 160 kilo bits por segundo (kbps) pode ser dividia em quatro sequências de 40 kbps. Como um outro exemplo, uma sequência de 160 kbps sequência pode ser dividida em sequências de 80 kbps, uma sequência de 40 kbps, e duas sequências de 20 kbps. Cada taxa de sequência de dados de taxa inferior pode ser transmitida sobre um diferente um dos canais de rádio de banda estreita. Tempos de símbolos nos múltiplos canais de rádio de banda estreita podem ser sincronizados juntos. No segundo nó de comunicação, as sequências de taxa inferior podem ser recebidas. Os dados de taxa de dados inferior recebidos podem ser novamente multiplexados juntos em uma sequência de taxa alta. Como um exemplo particular, usando quatro canais de rádio de banda estreita, cada um tendo uma largura de banda de cerca de 12,5 kHz, a taxa de dados de pelo menos 40 kbps pode ser fornecida transmitindo em 10 kbps em cada um dos canais de banda estreita.

Um diagrama em bloco de uma modalidade de um nó de comunicação é fornecido na Fig. 3. O nó de comunicação 300 pode, por exemplo, ser usado no sistema 100 da Fig. 1. O nó de comunicação pode incluir uma entrada 302 que aceita dados. Por exemplo, os dados podem estar em uma primeira taxa de dados. Um demultiplexador 304 pode pegar os dados e dividi-los em uma pluralidade de sequências de dados 306 cada uma em uma segunda taxa de dados, onde a segunda taxa de dados é menor do que a primeira taxa de dados. Vários padrões podem ser usados para demultiplexar. Por exemplo, quando demultiplexando em duas sequências, símbolos de dados podem ser altemativamente fornecidos para cada uma das duas sequências. Qualquer padrão desejado pode ser usado para a demultiplexação / multiplexação dado que o padrão é conhecido para ambos o nó de comunicação transmitindo e o nó de comunicação recebendo. As sequências de dados podem ser fornecidas para um subsistema de transmissão 308. O subsistema de transmissão pode incluir uma pluralidade de transmissores 310. Embora dois transmissores sejam mostrados, o número de transmissores pode ser mais do que dois (por ex., três, quatro, etc.). Cada transmissor pode ser capaz de transmitir uma das sequências de dados em um diferente um de uma pluralidade de canais de rádio de banda estreita. Conforme discutido acima, os canais de rádio de banda estreita não necessitam se refere contíguos.

Se desejado, o subsistema de transmissão 308 pode incluir um dispositivo de combinação 312 acoplada às saídas de frequência de rádio 314 dos transmissores. O dispositivo de combinação pode combinar os sinais de frequência de rádio em uma única saída de transmissão 316. Por exemplo, a saída pode ser conectada a uma antena (não mostrado).

O nó de comunicação 300 pode também incluir um subsistema de recepção 320 conectado a uma entrada de recepção 334. O subsistema de recepção pode incluir uma pluralidade de receptores 322 acoplados à entrada 334 via um divisor 332. Embora dois receptores sejam mostrados, o número de receptores pode ser mais do que dois por ex., três, quatro, etc.). Em geral, o número de receptores será igual ao número de transmissores 310, embora isto não seja essencial. Os receptores podem cada um serem capazes de receber uma sequência de dados de recepção em um diferente um da pluralidade de canais de rádio de banda estreita. Os receptores podem receber sequências de dados 324 em uma terceira taxa de dados e fornecer uma sequência de dados a um multiplexador 326. O multiplexador pode combinar uma sequência de dados em uma única sequência de dados 328 em uma quarta taxa de dados que é maior do que a terceira taxa de dados, A primeira taxa de dados pode ser igual à quarta taxa de dados, e a segunda taxa de dados pode ser igual à terceira taxa de dados, embora isto não seja essencial. As taxas de dados podem ser fixados, ou podem variar durante operação como será descrita ainda abaixo. A taxa de dados de cada sequência pode ser a mesma que cada outra, ou diferentes taxas de dados podem ser usados nas sequências.

O nó de comunicação 300 pode ser usado para estabelecer um enlace de comunicação sem fio como será agora explicado. O subsistema de transmissão 308 pode incluir uma fonte de sincronização 318 acoplada aos transmissores 310. Dados de sincronização podem ser transmitidos nos canais de rádio de banda estreita sob controle da fonte de sincronização. Por exemplo, a fonte de sincronização 318 pode fornecer dados de sincronização e tempo 319 para os transmissores. Os dados de sincronização pode ser símbolos transmitidos sincronamente através dos canais. Por exemplo, valores de símbolos pré-defmidos (por ex., particulares fases, frequências, amplitudes, etc.) podem ser transmitidos por cada um dos transmissores, e os mesmos valores de símbolos podem ser transmitidos ao mesmo tempo por cada um dos transmissores.

Em um segundo nó de comunicação, os dados de sincronização podem ser recebidos usando o subsistema de recepção 320, O subsistema de recepção pode incluir um detector 330 configurado para combinar energia recebida através dos canais de rádio de banda estreita e usar a energia combinada para detectar um começo de uma transmissão. O detector também pode ser usado para definir tem par de símbolo 331 para os receptores 322 tal que os receptores são sincronizados para os transmissores. Porque os símbolos de sincronização são transmitidos com o mesmo tempo de símbolo em cada um da pluralidade de canais de rádio de banda estreita, a energia pode ser combinada. Assim sendo, o nó de comunicação 300 pode ser um exemplo de meios para estabelecer enlaces de comunicação sem fio, o subsistema de transmissão 308 pode ser um exemplo de uns meios para transmitir dados de sincronização a partir de um primeiro nó de comunicação, e o subsistema de recepção 320 pode ser um exemplo de uns meios para combinar energia recebida em um segundo nó de comunicação e uns meios para sincronizar o segundo nó de comunicação com o primeiro nó de comunicação.

Como um particular exemplo, o detector pode operar como a seguir. Os dados de sincronização pode ser uma sequência de símbolos pré-definida. Uma correlação pode ser efetuada entre o sinal recebido em cada canal e a sequência de símbolo pré-definida. Várias maneiras de efetuar uma correlação podem ser usados, incluindo, por exemplo, circuitos digitais que efetuam um multiplicar e acumular, processadores de sinais digitais, e outras implementações. Os resultados das correlações em cada canal podem ser somados juntos (por ex., somando os resultados da correlação de cada canal para cada diferente hipótese de tempo para a qual uma correlação é efetuada). O resultado de correlação combinado pode então ser usado para determinar quando uma transmissão de dados está sendo recebida (por ex., comparando o resultado da correlação com um limite). Isto tem o efeito de combinar a energia nos múltiplos canais de rádio de banda estreita, resultando em um relativo melhoramento de desempenho para uma correlação em um único canal de rádio de banda estreita.

Sincronização de tempo também pode ser determinada a partir do resultado de correlação combinado, já que o pico do resultado de correlação combinado indica alinhamento de tempo apropriado para os símbolos de sincronização transmitidos. Se desejado, resultados da correlação de canis individuais podem ser usados para fornecer tempo para cada canal indicação individual.

Sincronização de frequência também pode ser determinada a partir dos dados de sincronização. Todos os transmissores em um nó de comunicação podem estar associados com uma referência de frequência comum no de comunicações, então qualquer desvio de frequência transmitido em cada um dos canais de rádio de banda estreita será relativo cada um ao outro. De forma similar, todos os receptores em um nó de comunicação podem estar associados com uma referência de frequência comum no nó de comunicação, e então qualquer desvio de frequência na recepção será relacionado a cada um dos canais de rádio de banda estreita. Assim sendo, sincronização de frequência pode ser determinada a partir do resultado de correlação combinado, ou a partir do resultado de correlação em qualquer um dos canais de rádio de banda estreita e aplicado a cada um dos receptores.

Se desejado, fase sincronização de fase pode ser determinada a partir dos dados de sincronização. Sincronização de fase pode ser estimada separada para cada canal, já que a fase resultante em. cada canal pode ser completamente diferente (já que é uma função da frequência de rádio atual e da distancia de propagação distância entre o transmissor e o receptor).

Os transmissores 310 dentro do subsistema de transmissão 308 podem ser implementados em uma maneira modular que fornece a capacidade de expansão do subsistema de transmissão. Por exemplo, quatro transmissores 310 podem ser fornecidos em um único módulo (por ex., uma placa de circuito). O subsistema de transmissão pode assim sendo ser configurado para fornecer 4, 8, 12, 16, etc. transmissores usando 1, 2, 3, 4, etc. módulos. Esta capacidade de expansão pode permitir dimensionamento de um projeto de sistema básico para diferentes aplicações que podem fornecer diferentes números de canais, e então diferentes taxas de dados.

De forma similar, os receptores 322 dentro do subsistema de recepção 320 podem ser modulares. Assim sendo, um módulo pode incluir uma pluralidade de transmissores, uma pluralidade de receptores, ou ambos. Instalando um número variável de módulos no nó de comunicação, um número de transmissores e receptores desejado pode ser obtido.

O nó de comunicação 300 pode também incluir uma referência de frequência 340. A referência de frequência pode ser usada para gerar sinais do oscilador local (não mostrado) usados em transmitir e receber sinais de frequência de rádio. Mais do que uma referência de frequência pode ser fornecida se desejado, por exemplo, uma referência de frequência pode ser fornecida com cada módulo tendo uma pluralidade de transmissores e / ou receptores.

A FIG. 4 fornece exemplo detalhado de um transmissor 400 de acordo com algumas modalidades da invenção. O transmissor 400 pode ser um exemplo do transmissor 310 (FIG. 3). Assim sendo, múltiplos transmissores 400 podem ser usados em um subsistema de transmissão 308 (FIG. 3). O transmissor pode aceitar dados 402 para transmissão. Dados podem ser, por exemplo, dados fornecidos para um nó de comunicação para transmissão ou dados de sincronização gerados intemamente dentro do nó de comunicação. Os dados podem ser modulados por um modulador 404 para produzir um sinal modulado 406. O modulador pode incluir um controle de seleção de modulação 408 que é usado para definir a modulação a ser usada. Vários formatos de modulação podem ser usados incluindo, por exemplo, modulação de fase, modulação de amplitude, e modulação de frequência. Formatos de modulação podem ser binário, quaternário, ou M-ary. O modulador pode incluir um codificador (não mostrado) para adicionar redundância estruturada para uma sequência de dados antes da modulação.

O sinal modulado 406 pode ser fornecido a um filtro de transmissão 420 para produzir um sinal modulado filtrado 418. Por exemplo, o filtro de transmissão 420 pode fornecer filtragem para ajudar a assegurar que uma máscara de contenção espectral de canal de banda estreita pré-definida é encontrada. Altemativamente, ou em adição, modelagem da modulação dentro do modulador pode ajudar a assegurar que a máscara de contenção espectral de canal de banda estreita pré-definida é encontrada. Por exemplo, o modulador pode ser implementado usando conjunto de circuitos digitais e um sinal digitalmente modulado convertido em uma forma analógica para fornecer o sinal modulado. O filtro de transmissão pode também ajudar a fornecer filtragem de reconstrução no sinal modulado.

O sinal modulado filtrado 418 pode ser fornecido para um conversor ascendente 410. O conversor ascendente pode converter ascendentemente o sinal modulado filtrado para produzir um sinal de frequência de rádio 412 em uma desejada frequência de transmissão. A desejada frequência de transmissão pode ser especificada pela entrada de controle de canal 414 do conversor ascendente. Um sinal de frequência de rádio 412 pode ser amplificado pelo amplificador 416 para produzir um sinal de saída 422. O nível de potência de saída do sinal de frequência de rádio amplificado pode ser controlado pela entrada de controle de potência 430.

Quando uma pluralidade de transmissores 400 é usada, cada transmissor pode ser configurado para um diferente canal, e assim sendo fornece um sinal de saída 422 centrado em uma frequência de transmissão desejada. Os sinais de saída podem ser combinados em uma única antena para transmissão. Já que cada transmissor inclui um filtro de transmissão 420, cada um dos sinais gerados por cada transmissor é separadamente filtrado. Isto pode ser benéfico em assegurar que os requisitos de mascara de contenção espectral são encontrados. Por exemplo, canais de rádio de banda estreita frequentemente têm requisitos de máscara de contenção espectral extremamente rigorosos a serem encontrados. Tais requisitos rigorosos podem ser difíceis de encontrar usando outras técnicas (por ex., modelagem de pulso de modulação sozinha) sem incluir filtragem em cada um dos transmissores.

O transmissor 400 pode incluir uns meios para selecionar um formato de modulação, por exemplo, um seletor de modulação 424. O seletor de modulação pode ser usado para selecionar o formato de modulação a ser usado pelo modulador 404. O seletor de modulação pode selecionar a modulação com base em qualquer um ou mais de um número de critério. Por exemplo, a modulação pode ser variada com base em uma destinação na qual os dados são para serem recebido, uma origem a partir da qual os dados estão sendo transmitidos, ou um proporção de sinal para ruído no receptor pretendida. Por exemplo, um nó de comunicação de origem (transmitindo), nó de comunicação de destinação (recebendo), ou ambos podem ter capacidades limitadas que requerem formatos de modulação particulares a serem usados. Como um outro exemplo, o formato de modulação pode ser selecionado com base nas condições de comunicações no enlace de comunicação entre a origem e destinação (por ex., proporção de sinal para ruído recebida na destinação). Por exemplo, quando uma alta proporção de sinal para ruído está presente na destinação, um formato de modulação de maior ordem pode ser usado que fornece maior taxa de dados. Reciprocamente, quando uma baixa proporção de sinal para ruído está presente na destinação, um formato de modulação de ordem inferior pode ser usado que fornece taxa de erro de bit inferior. A destinação pode fornecer realimentação para a origem para identificar a proporção de sinal para ruído presente. Vários formatos de modulação podem ser usados, incluindo, por exemplo, chaveamento diferencial M-ary de deslocamento de fase, caracterizado pelo fato de que valores diferentes de M (por ex., M = 2, 4, 8, 16 etc.) correspondem a diferentes formatos de modulação, embora a invenção não é limitada a este particular exemplo.

O transmissor 400 pode incluir uns meios para selecionar os canais de rádio de banda estreita, por exemplo, o seletor de canal 426. O seletor de canal pode ser usado para selecionar o canal de rádio de banda estreita no qual o transmissor vai operar. Por exemplo, os canais de rádio de banda estreita podem ser definidos para uma rede inteira (por ex., especificando frequências para cada um de uma pluralidade de transmissores em um nó de comunicação). Como um outro exemplo, particulares canais de rádio de banda estreita podem ser definidos para cada enlace de comunicação sem fio (por ex., particular combinação de um nó de comunicação de origem e nó de comunicação de destinação). Como um outro exemplo, uma pré-definida pluralidade de canais de banda estreita pode ser atribuída a uma rede, e um ou mais dos canais usados para cada elo de comunicações. O canal usado para cada enlace de comunicação pode ser selecionado com base em uma destinação na qual os dados são para serem recebidos, um origem a partir da qual aqueles dados estão sendo transmitidos, ou condições de comunicações no elo de comunicações entre a origem e destinação (por ex., proporção de sinal para ruído recebida na destinação). Por exemplo, um particular nó de comunicação de origem pode ser incapaz de transmitir em particulares canais dos canais de rádio de banda estreita (por ex., para evitar causar interferência co-sítio ou outras restrições). Como um outro exemplo, um nó de comunicação de destinação pode ser incapaz de receber em particulares canais de rádio de banda estreita (por ex. devido à interferência local em um canal ou outras restrições). Como ainda um outro exemplo, determinados canais podem ser inutilizáveis devido às restrições de proporção de sinal para ruído. Informação quanto à tais restrições em seleções de canal pode ser armazenada em uma tabela dentro uma memória in o seletor de canal 426.

O transmissor 400 pode incluir um controlador de energia 428.

O controlador de energia pode ser usado para determinar um nível de potência de transmissão. Por exemplo, um nível de potência de transmissão pode ser com base na destinação dos dados. Como um outro exemplo, potência de transmissão pode ser variada com base na distância para a destinação, usando maiores níveis de potência de transmissão para destinações mais distantes. Como ainda um outro exemplo, o controlador de energia pode variar o nível de potência de transmissão com base em uma proporção de sinal para ruído na destinação dos dados.

Como um particular exemplo, um nó de comunicação pode manter uma lista de todos os outros nós de comunicação para os quais ele estabeleceu um enlace de comunicação sem fios. Esses nós podem ser referidos como nós vizinhos. Nível de potência de transmissão para cada nó pode ser ajustado para fornecer uma intensidade de sinal de recepção desejada) (por ex., um nível de recepção mínimo mais uma desejada margem). O nível de potência de transmissão a ser usado quando transmitindo para cada nó pode ser armazenado na tabela em uma memória dentro do controlador de energia 428. Transmissão de mensagens para um nó pode usar um nível de potência de transmissão armazenado na tabela. Quando tentando transmissão par um nó não da tabela (por ex., um nó que nao teve um enlace de comunicação estabelecido), transmissão pode ser no nível de potência máximo. Em adição, transmissões de transmissão por difusão podem ser enviadas em um nível de potência máxima.

O controlador de potência 428 pode também variar o nível de potência de transmissão com base na prioridade dos dados. Por exemplo, vários diferentes tipos de dados podem ter diferentes prioridades. Mensagens de prioridade mais alta podem ser transmitida no nível de potência máximo. Isto pode ajudar a assegurar a disseminação mais ampla e mais confiável de mensagens de falha. Mensagens de prioridade baixa e moderada podem ser transmitidos usando níveis de potência determinados por considerações de encaminhamento como discutido mais abaixo. Prioridade dos dados pode ser identificada porção rum campo pré-definido dentro dos dados. Por exemplo, os dados podem ser formatados como pacotes de Protocolo de Internet (IP), e informação de cabeçalho dentro do pacote usada para identificar a prioridade dos dados.

O controlador de energia 428 pode também variar o nível de potência de transmissão com base nas considerações de encaminhamento. Por exemplo, em uma rede em estrutura de malha, pode ser possível variar o número de vizinhos imediatos para os quais enlaces de comunicação podem ser estabelecidos a partir de um nó variando o nível de potência de transmissão. Por exemplo, maior potência de transmissão em geral fornece intervalos mais longos, e assim sendo pode fornecer enlaces de comunicação para um maior número de nós vizinhos. Em algumas situações, pode ser desejável reduzir o número de nós para os quais enlaces de comunicação sao estabelecidos reduzindo a quantidade de potência. Consequentemente, um nível de potência de transmissão pode ser variado para estabelecer um número de elos de comunicações desejado.

Por exemplo, um número alvo de nós pode ser especificado para um nó de comunicação. O nó de comunicação pode periodicamente verificar o número de nós para os quais ele estabeleceu enlaces de comunicação. Por exemplo, estabelecer enlaces de comunicação pode incluir cada nó periodicamente transmitindo um sinal de aviso, e nós vizinhos que recebem a transmissão do sinal de aviso anotando o nó em uma lista de nós vizinhos. Se o número de nós vizinhos é maior do que o número alvo, a potência de transmissão pode ser reduzida (para baixo, se desejado, a um nível de potência de transmissão mínimo). Reciprocamente, se o número de nós vizinhos é menor do que o número alvo, a potência de transmissão pode ser aumentada (até, se desejado, um nível de potência de transmissão máximo).

Se desejado, ajustes do nível de potência de transmissão podem também levar em conta o nível de potência de transmissão dos nós vizinhos. Por exemplo, Nós de comunicação pode também reportar seu nível de potência de transmissão quando enviando um sinal de aviso. Os nós podem levar em conta o nível de potência de transmissão médio dos nós vizinhos, e também ajustar a potência de transmissão com base naquela média para tentar igualar os níveis de potência. Por exemplo, quando ajustando a potência de transmissão como uma função de nós vizinhos, a potência de transmissão pode ser ajustada independente do número de nós vizinhos se a potência de transmissão é mais do que uma pré-defmida diferença superior ou inferior do que a potência de transmissão média dos nós adjacentes (e reciprocamente o ajuste da potência de transmissão como uma função do número de nós vizinhos pode ser inibido se a potência de transmissão é mais do que uma pré-defmida superior ou inferior do que a potência de transmissão média dos nós adjacentes).

Vários arranjos alternativos de um transmissor podem ser usados. Em algumas modalidades, o modulador 404 e conversor ascendente podem ser combinados 410, Em outras modalidades, modulação pode ser gerada diretamente na frequência do canal de banda estreita rádio. Em ainda outras modalidades, o controlador de energia 428 pode controlar o nível de potência no modulador ou no conversor ascendente. Consequentemente, é para ser apreciado que o exemplo do transmissor 400 não é o único possível arranjo para um transmissor que pode ser usado em um nó de comunicação nas modalidades da presente invenção.

A FIG. 5 fornece um exemplo detalhado de um receptor 500 de acordo com algumas modalidades da invenção. O receptor 500 pode ser um exemplo do receptor 322 (FIG. 3). Assim sendo, múltiplos receptores podem ser usados em um subsistema de recepção 320 (FIG. 3). O receptor pode aceitar uma entrada de sinal de rádio 502 que é fornecido para um conversor descendente 504. O conversor descendente pode converter um sinal de frequência de rádio em uma frequência de canal desejada para um sinal de banda base ou de frequência intermediária 506. Por exemplo, a frequência de canal desejada 508 pode ser controlada por um seletor de canal 510. O seletor de canal pode operar de forma similar como o seletor de canal 426 (FIG. 4) no transmissor 400 (FIG. 4) discutido acima.

Do sinal de banda base ou de frequência intermediária 506 pode ser retirado a modulação por um desmodulador 512. O desmodulador pode usar um formato de modulação 514 especificado por um seletor de modulação 516. O seletor de modulação pode operar de forma similar ao seletor de modulação 424 (FIG. 4) no transmissor 400 (FIG. 4) discutido acima. O desmodulador pode incluir um decodificador de correção de erro à frente para corrigir erros de recepção quando redundância estruturada foi inserida por um codificador em um modulador.

Vários arranjos alternativos de um receptor podem ser usados. Em algumas modalidades, o conversor descendente 504 e desmodulador 512 podem ser combinados. Consequentemente, é para ser apreciado que o exemplo de receptor 500 não é o único possível arranjo para um receptor que pode ser usado em um nó de comunicação nas modalidades da presente invenção.

A FIG. 8 ilustra um arranjo alternativo de um subsistema de recepção 800, O subsistema de recepção inclui uma entrada 802, que pode ser um conector de antena. A entrada fornece sinais de frequência de rádio para uma pluralidade de conversores para baixo 804. Cada um dos conversores para baixo pode ser sintonizado para uma diferente frequência de canal, por exemplo, uma frequência de canal 806 especificada por um seletor de canal 808. Os sinais convertidos para baixo 810 pode ser fornecido a um dispositivo de combinação 812 que combina os sinais convertidos para baixo juntos, e supre o sinal combinado 814 a um detector 816, estimador de tempo / frequência 818 e decodificador de símbolo de controle 820. O detector pode ser usado para detectar quando um sinal está sendo recebido, por exemplo, usando técnicas de correlação conforme descrito acima. O estimador de tempo / frequência pode ser usado para estimar desvio de frequência (e, se desejado, desvio de fase), por exemplo, usando técnicas de correlação conforme descrito acima. O estimador de tempo / frequência pode fornecer ajustes de fase / frequência 822 para dispositivos de ajustes de tempo / frequência 824. Os dispositivos de ajustes de tempo / frequência pode ajustar a fase / frequência dos sinais convertidos para baixo 810 para fornecer sinais alinhados 827 para os dispositivos de retirada de modulação 828. Os sinais convertidos para baixo podem ser, por exemplo, sinais de banda base digitalizados. Vários maneiras de detectar tempo / frequência podem ser usadas, incluindo por exemplo, um dispositivo de correlação, conforme descrito acima.

O decodificador de símbolo de controle 820 pode ser usado para decodificar símbolos de controle. Por exemplo, símbolos de controle podem especificar o formato de modulação sendo usado ou outros parâmetros. Esses parâmetros 826 podem ser fornecidos para uma pluralidade de dispositivos de retirada de modulação 828.

Os dispositivos de retirada de modulação 828 podem retirar modulação dos sinais alinhados 827 para produzir uma pluralidade de sequências de dados 830. As sequências de dados podem ser recombinados em um multiplexador 832 para fornecer uma saída de sequência de dados de velocidade alta 834. O subsistema de recepção 800 pode incluir um seletor de canal 808 que opera de forma similar com o seletor de canal 510 descrito acima.

Origens e destinação para transmissões de dados podem ser determinados em várias maneiras. Por exemplo, tráfego pode ser contido dentro de pacotes de Protocolo de Internet (IP), e origem e destinação especificados pelo endereço de IP. Encaminhamento dentro do sistema pode ser determinado usando vários algoritmos, tal como, por exemplo, Ad hoc On-demand Distance Vector (AODV). Em AODV, transmissões de sinal de aviso periódicos a partir dos nós de comunicação são usados para determinar que nós de comunicação podem receber de cada outro. Nós de comunicação pode assim sendo construir uma lista de vizinhos de nós de comunicação vizinhos com os quais eles podem estabelecer um elo de comunicações. Quando um nó de comunicação recebe dados para transmissão para uma destinação, o nó pode transmitir os dados imediatamente se a destinação está em sua lista de vizinhos. Se a destinação não está na lista de vizinhos, mas uma rota conhecida existe, a transmissão é enviada para o vizinho indicado na rota. Se nenhuma rota é conhecida, o nó pode transmitir por difusão uma solicitação de encaminhamento pata todos os nós vizinhos. Cada nó recebendo a solicitação de encaminhamento vai retransmitir a solicitação de encaminhamento se não conhece uma rota, ou vai enviar uma resposta de volta se ele não conhece uma rota. A informação de encaminhamento então vai propagar de volta para o solicitador original. Cada nó pode criar tabelas de encaminhamento com informação de encaminhamento aprendida a partir das respostas para rotear solicitações. Uma vez a rota foi determinada, o nó pode transmitir os dados para o vizinho como especificado pela informação de encaminhamento.

Informação de encaminhamento pode ser configurada para expirar após um pré-determinado tempo limite. Informação de encaminhamento também pode ser ajustado com base na recepção (ou não recepção) de sinais de aviso de presença. Se os enlaces de comunicação dentro de uma rota não está mais operando (por ex., como indicado pelo não recebimento de sinais de aviso de presença), a rota pode ser eliminada.

Para evitar um assim chamado problema de zona cinza (por ex., onde pacotes de sinal de aviso de presença curtos podem ser conflavelmente recebidos), transmissões de sinal de avisos de presença podem ser feitas em um nível de potência reduzida. Por exemplo, o nível de potência usado para transmissão de sinal de avisos de presença pode ser menor do que o nível de potência máximo, ou configurado para um nível de potência com base no nível de potência média de nós vizinhos.

É possível em alguns casos para um enlace de comunicação ser unidirecional, por exemplo devido a interferência local em uma extremidade do elo de comunicações. Em tal um caso, um nó de comunicação pode manter uma lista preta de nós de comunicação vizinhos que ele pode receber, mas para os quais transmissões para os nós de comunicação vizinhos não são recebidos pelos nós de comunicação vizinhos. O nó de comunicação pode, por conseguinte, ignorar quaisquer transmissões recebidas a partir dos nós na lisa preta. Isto pode ajudar a evitar capacidade de sistema desperdiçada.

A FIG. 6 ilustra um fluxograma de um método de comunicação em uma rede em malha sem fio tendo uma pluralidade de nós de comunicação. Por exemplo, o método pode ser usado em um sistema como o sistema 100 da Fig. 1. O método é mostrado em geral em 600 na Fig. 6. O método pode incluir selecionar 602 uma pluralidade de canais de rádio de banda estreita. Os canais de rádio de banda estreita podem ser selecionados usando técnicas conforme descrito acima. Os canais de rádio de banda estreita não necessitam ser contíguos.

O método 600 pode também incluir estabelecer 604 uma pluralidade de enlaces de comunicação entre os nós de comunicação para formar uma rede pelo menos parcialmente conectada em estrutura de malha. Por exemplo, enlaces de comunicação podem ser fornecidos entre vários pares de nós de comunicação dentro do sistema. Diferente de um centro de distribuição e rede em estrutura radial, o método pode incluir comunicações de nó para nó. Por exemplo, um primeiro nó de comunicação pode estabelecer um enlace de comunicação com ambos um segundo nó de comunicação e um terceiro nó de comunicação. O segundo e terceiro nó de comunicação podem estabelecer um enlace de comunicação entre cada um com o outro. Consequentemente, comunicações entre nós dentro do sistema não necessita passar através de um nó central ou centro de distribuição. Comunicações entre nós necessitam apenas passar através de nós de retransmissão quando um enlace de comunicação direto não existe entre um par de nós.

Estabelecer os enlaces de comunicação pode tirar vantagem dos múltiplos canais de rádio de banda estreita para fornecer estabelecimento de sincronização rápido e baixa latência. Consequentemente, estabelecer os enlaces de comunicação podem incluir transmitir 606 dados de sincronização a partir de um primeiro da pluralidade de nós de comunicação em pelo menos dois da pluralidade de canais de rádio. Os dados de sincronização podem ser transmitidos sincronamente através dos pelo menos dois da pluralidade de canais de rádio. Em um segundo da pluralidade de nós de comunicação o método pode incluir combinar 608 energia recebido a partir dos pelo menos dois de uma pluralidade de canais de rádio para fornecer um sinal combinado e sincronizar 610 o segundo da pluralidade de nós de comunicação para o primeiro da pluralidade de nós de comunicação usando o sinal combinado. Por exemplo, o sinal combinado pode ser processado conforme descrito acima.

O método pode incluir comunicar dados entre nós de comunicação conforme será agora descrito. Por exemplo, comunicar dados pode incluir demultiplexar uma sequência de dados de taxa alta em pelo menos duas sequências de dados de taxa inferior e transmitir cada sequência em um diferente um da pluralidade de canais de rádio. Como para os dados de sincronização, as fronteiras de símbolo dos dados transmitidos podem ser sincronizadas através de cada um da pluralidade de canais de rádio usados para transmissão. A recepção pode incluir receber cada uma das pelo menos duas sequências de dados de taxa inferior e multiplexar as pelo menos duas sequências de dados de taxa inferior novamente juntas em uma única sequência de dados de taxa alta.

O método pode também incluir ajustar potência de transmissão, modos de modulação, e os canais selecionados para transmissão. Por exemplo, o método pode incluir aceitar dados e determinar uma destinação para os dados. Um nível de potência de transmissão pode ser selecionado com base na destinação. Os dados pode então ser transmitidos, com porções dos dados envidados em cada um dos pelo menos dois da pluralidade de canais de rádio para a destinação usando um nível de potência de transmissão. Como um outro exemplo, o método pode incluir selecionar um nível de potência de transmissão com base na prioridade dos dados.

O método pode incluir selecionar os pelo menos dois canais de rádio de banda estreita com base em uma origem ou destinação dos dados. Por exemplo, quando receber dados a partir de uma origem, diferentes canais podem ser usados dependendo da capacidade do nó de origem conforme descrito acima. Como um outro exemplo, quando transmitindo dados para uma destinação, diferentes canais podem ser usados dependendo da capacidade do nó de destinação conforme descrito acima.

Selecionar os canais de rádio de banda estreita também pode ser com base em uma condição de sinal para ruído no enlace de comunicação, por exemplo, conforme descrito acima.

O método pode incluir selecionar um formato de modulação para cada um da pluralidade de canais de rádio de banda estreita. O selecionar pode ser com base em qualquer de uma destinação de sinais a serem transmitidos, uma origem de sinais a serem recebidos , e uma condição de sinal para ruído no elo de comunicações. Por exemplo, a origem ou destinação pode somente ser capaz de operar em determinados modos de modulação conforme descrito acima. Como um outro exemplo, diferentes formatos de modulação podem ser desejáveis com base nas condições de proporção de sinal para ruído conforme descrito acima. Os canais de rádio de banda estreita podem cada um usar o mesmo formato de modulação, embora isto não seja essencial. Por exemplo, quando diferentes proporções de sinal para ruído estão presentes em cada canal, o formato de modulação para cada canal pode ser selecionado para fornecer uma negociação desejada entre taxa de dados e taxa de erro. Em tal um caso, será apreciado que os canais não podem fornecer as mesmas taxas de dados. Como um exemplo específico, uma taxa de dados de 80 kbps pode ser demultiplexada em uma sequência em 40 kbps, uma sequência em 20 kbps, e duas sequências cada uma em 10 kbps. A sequência de 40 kbps pode ser transmitida no canal de mais alta proporção de sinal para ruído usando um formato de modulação de alta ordem (por ex., 16-DPSK) enquanto as sequências de 10 kbps são transmitida nos canais de mais baixa proporção de sinal para ruído usando um formato de modulação de baixa ordem (por ex., 2-DPSK). Como outros exemplos, uma taxa de dados de 80 kbps pode ser demultiplexada em duas sequências em 40 kbps, quatro sequências em 20 kbps, dez sequências em8 kbps, etc.

Retomando à Figura 1, porque o sistema 100 usa canais de rádio de banda estreita, manter frequência de transmissão / recepção precisas pode ser desejável. Convencionalmente, para fornecer frequências de transmissão / recepção altamente precisas requer fornecer referência de frequências precisas e estáveis em cada um dos nós de comunicação. Isto pode se comprovar caro e incômodo. Por exemplo, manutenção periódica de referência de frequências pode ser difícil para efetuar se os nós de comunicação são difíceis de terem acesso (por ex., geograficamente dispersa e / ou montados em polos de potência, etc.).

Consequentemente, se desejado, o sistema 100 pode incluir uns meios para distribuir calibração de referência de frequência para uma pluralidade de nós de comunicação 102 usando roteamento de fluxo não hierárquico sobre a pluralidade de enlaces de comunicação sem fio 104. Um único nó inicial em uma rede pode ser recalibrada, e então atualização de referência de frequências propagada ao longo de uma rede para assegurar que todos os nós são recalibrados. O nó inicial não necessita ser um nó “mestre” centralmente localizado (ao contrário para uma rede de centro de distribuição e nós em estrutura radial). Por exemplo, FIG. 7 será usada para descrever um processo de distribuir calibração de referência de frequência sobre um sistema. O sistema 700 pode ser como o sistema 100, os nós de comunicação 702 podem ser como os nós de comunicação 102, e os enlaces de comunicação podem ser como os enlaces de comunicação 104 da Fig. 1.

Um nó de comunicação de referência 702a pode fornecer uma referência de calibração inicial. Por exemplo, o nó de comunicação de referência pode ser calibrado por um operador usando uma frequência padrão externa para o sistema. Como um outro exemplo, o nó de comunicação de referência feita ter uma referência de frequência altamente precisa (por ex., uma referência de frequência tendo estabilidade de uma parte por bilhão quando comparado para outros nós no sistema que usa as referências de frequências tendo estabilidade de uma parte por milhão). O nó de comunicação de referência pode transmitir uma atualização de referência de frequência para nós vizinhos. Por exemplo, o nó de comunicação de referência pode transmitir uma mensagem de atualização de referência de frequência para cada um dos vizinhos 702b e 702c via enlaces de comunicação 704a e 704b. A transmissão de atualização de referência de frequência pode ser uma mensagem de transmissão por difusão.

Os nós de comunicação que recebem uma mensagem de atualização de referência de frequência podem efetuar uma operação de calibração de frequência. Por exemplo, o nó de comunicação 702b (que podem ser um exemplo de um primeiro nó de comunicação) pode receber uma atualização de referência de frequência proveniente do nó de comunicação 702a. O nó de comunicação 702b pode medir um desvio de frequência da mensagem de atualização de referência de frequência, por exemplo, usando técnicas de correlação conforme descrito acima. Como um outro exemplo, o nó de comunicação pode retirar modulação da informação na mensagem de atualização de referência de frequência mensagem, verificar que a retirada de modulação é correta (por ex., através de uma palavra de verificação de redundância cíclica), remodular a informação, e usa a informação remodulada como uma sequência de treinamento para um estimador de frequência. Após um desvio de frequência ter sido medido, isto pode ser armazenado e usado para aplicar uma correção de desvio de frequência apropriada durante transmissões. Se desejado, desvio de frequência para múltiplas mensagens de atualização de referência de frequência pode ser medido e calculado média para melhorar a precisão. Se desejado, mudança de desvio de frequência com tempo (derivação) pode ser medida e compensada para fornecer precisão melhorada.

Cada nó que recebeu uma mensagem de atualização de referência de frequência mensagem pode então retransmitir a atualização de referência de frequência para outros nós vizinhos. Por exemplo, nós de comunicação 702b e 702c podem cada um retransmitir a mensagem de atualização de referência de frequência, assim sendo fomecendo-a para nós de comunicação 702d (que pode ser um exemplo de um segundo nó de comunicação) e 702e.

Nós que já receberam a mensagem de atualização de referência de frequência pode ignorar uma atualização de referência de frequência quando recebida uma segunda vez. Por exemplo, mensagens de atualização de referência de frequência podem ter estampa de data e hora para permitir a um nó determinar se já foi recebido a atualização de referência de frequência. Por exemplo, já que nós 702b e 702c já receberam a atualização de referência de frequência, eles podem ignorar a retransmissão de cada um para o outro.

Mensagens de atualização de referência de frequência podem se propagar através do sistema, até cada nó ter recebido a atualização de referência de frequência. Por exemplo, quando nó 702f recebe a atualização de referência de frequência proveniente do nó 702e, ele não necessita retransmitir a atualização de referência de frequência, já que ele a recebeu de seu único vizinho.

Atualizações de referência de frequência podem ocorrer usando mensagens de dados regulares transmitidas através do sistema. Por exemplo, nós de comunicação podem fazer medições de desvio de frequência na mensagem recebida proveniente de outros nós, e quando apropriado, efetuar uma atualização de referência de frequência com base em uma medição de desvio de frequência. Por exemplo, mensagens de dados regulares podem incluir um sinalizador que indica se o nó transmitindo efetuou uma atualização de referência de frequência. Um nó recebendo pode assim sendo efetuar uma atualização de referência de frequência quando recebendo uma mensagem de dados com o sinalizador configurado , e após efetuar uma atualização de referência de frequência pode configurar este sinalizador quando transmitindo dados para outro nós.

O sistema pode também incluir meios para distribuir software de comunicações atualizado para uma pluralidade de nós de comunicação. Por exemplo, encaminhamento de inundação também pode ser usado para distribuir atualizações de software de comunicação em uma maneira similar às referências de frequências atualizadas. Software de comunicações atualizadas pode ser fornecido a um nó de comunicação que modifica ou aumenta a capacidade de comunicações com relação ao formatos de modulação, codificação de correção de erro, protocolos de encaminhamento, etc. O software de comunicação atualizado pode ser fornecido para um primeiro nó de comunicação. O software de comunicação atualizado pode então ser transmissão por difusão a partir do primeiro nó de comunicação através de cada enlace de comunicação a partir do primeiro nó de comunicação (assim sendo, por ex., para um segundo nó de comunicação). Cada nó de comunicação recebendo a atualização de software pode então transmitir por difusão a atualização de software através de cada enlace de comunicação que eles têm (exceto enlaces de comunicação dos quais a atualização de software foi já recebido). Nesta maneira, cada nó de comunicação dentro da rede pode receber software de comunicação atualizado. Após recebimento do software de comunicações atualizado, os nós de comunicação podem começar usando o software de comunicações atualizado imediatamente, em um tempo futuro especificado, ou após recebimento de um comando.

A rede em malha sem fio usando as técnicas já descritas acima pode vantajosamente fornecer comunicações de alta taxa de dados e baixa latência mesmo quando a rede é limitada para operação usando canais de rádio de banda estreita. Conforme descrito acima, dados pode ser divididos em múltiplas de sequências de dados de taxa inferior que são transmitidos através de múltiplos canais de banda estreita. Maior taxa de transmissão de dados pode ajudar a reduzir latência, por exemplo, em comunicações de falha sensível no tempo ou de dados de reconfiguração. Latência pode ser ainda reduzida considerando a vantagem dos múltiplos canais durante estabelecimento inicial de enlaces de comunicação combinando energia através dos múltiplos canais quando sincronizando dois nós de comunicação juntos.

Enquanto várias aplicações ilustrativas foram descritas, muitas outras aplicações das técnicas presentemente divulgadas podem se comprovar úteis. Consequentemente, os arranjos referenciados acima são ilustrativos de algumas aplicações para os princípios da presente invenção. Será aparente para aqueles de qualificação simples na arte que numerosas modificações podem ser feitas sem se afastar dos princípios e conceitos da invenção conforme estabelecido nas reivindicações.

Claims (32)

1. Método para comunicações em uma rede em malha sem fio tendo uma pluralidade de nós de comunicação, caracterizado pelo fato de compreender:
   selecionar uma pluralidade de canais de rádio de banda estreita a partir de um intervalo de espectro de rádio pré-definido, em que a pluralidade de canais de rádio de banda estreita define uma porção não contígua do intervalo de espectro de rádio pré-definido; e
   estabelecer uma pluralidade de enlaces de comunicação sem fio entre os nós de comunicação para formar uma rede pelo menos parcialmente conectada em estrutura de malha, em que o estabelecer mencionado compreende:
   transmitir dados de sincronização a partir de um primeiro da pluralidade de nós de comunicação em pelo menos dois de umada pluralidade de canais de rádio, em que os dados de sincronização são transmitidos sincronamente através dos pelo menos dois da pluralidade de canais de rádio;
   combinar energia recebida em um segundo da pluralidade de nós de comunicação a partir dos pelo menos dois da pluralidade de canais de rádio para fornecer um sinal combinado; e
   sincronizar o segundo da pluralidade de nós de comunicação para o primeiro da pluralidade de nós de comunicação usando o sinal combinado; e
   no primeiro da pluralidade de nós de comunicação:
   demultiplexar uma sequência de dados de taxa alta em pelo menos duas sequências de dados de taxa inferior, e
   transmitir cada uma das pelo menos duas sequências de dados de taxa inferior em um diferente da pluralidade de canais, em que fronteiras de símbolo em cada uma da pluralidade de canais de rádio de banda estreita são concorrentes; e
   no segundo da pluralidade de nós de comunicação:
   receber cada uma das pelo menos duas sequências de dados de taxa inferior; e
   multiplexar as pelo menos duas sequências de dados de taxa inferior em uma única sequência de dados de taxa alta.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que estabelecer uma pluralidade de enlaces de comunicação sem fio compreende:
   estabelecer um enlace de comunicação sem fio entre o primeiro da pluralidade de nós de comunicação e o
   segundo da pluralidade de nós de comunicação;
   estabelecer um enlace de comunicação sem fio entre o primeiro da pluralidade de nós de comunicação e um terceiro da pluralidade de nós de comunicação; e
   estabelecer um enlace de comunicação sem fio entre o segundo da pluralidade de nós de comunicação e o terceiro da pluralidade de nós de comunicação.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de canais de rádio de banda estreita tem uma largura de banda menor do que 125 kilohertz.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de canais de banda estreita tem uma largura de banda de 25 kHz.
5. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de canais de banda estreita tem uma largura de banda de 12.5 kHz.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender comunicar dados entre umas das pluralidades de nós, em que os dados são comunicados em uma taxa de dados de pelo menos 40 kilo bits por segundo.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender:
   aceitar dados em um dos nós de comunicação;
   determinar uma destinação para os dados;
   selecionar um nível de potência de transmissão com base na destinação; e
   comunicar porções dos dados em pelo menos dois da pluralidade de canais de rádio para a destinação usando um nível de potência de transmissão.
8. Método de acordo com a reivindicação 1, ainda caracterizado pelo fato de compreender:
   aceitar dados em um dos nós de comunicação;
   determinar uma prioridade dos dados;
   selecionar um nível de potência de transmissão com base na prioridade; e
   transmitir porções dos dados em pelo menos dois da pluralidade de canais de rádio para uma destinação usando o nível de potência de transmissão.
9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender:
   converter ascendentemente dados de símbolo para cada um dos pelo menos dois da pluralidade de canais de rádio de banda estreita para uma frequência de rádio para formar um sinal de frequência de rádio; e
   combinar cada um dos sinais de frequência de rádio em uma única antena para transmissão.
10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o transmitir ainda compreende efetuar uma operação de filtragem de operação tal que sinais transmitidos em cada um dos pelo menos dois da pluralidade de canais de rádio coincidem com uma máscara de contenção do espectro de canal de banda estreita.
11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender selecionar os pelo menos dois canais de rádio de banda estreita com base em qualquer de: uma fonte dos dados e uma destinação dos dados.
12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender selecionar os pelo menos dois canais de rádio de banda estreita com base em um sinal para condição de ruído.
13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender selecionar um formato de modulação para cada um da pluralidade de canais de rádio de banda estreita, em que o selecionar é efetuado com base em qualquer de: uma destinação dos sinais a serem transmitidos, uma fonte dos sinais a serem recebidos, um sinal para condição de ruído no primeiro nó de comunicação, e um sinal para condição de ruído no segundo nó de comunicação.
14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender:
    receber software de comunicações atualizado no primeiro da pluralidade de nós de comunicação via a pluralidade de canais de rádio de banda estreita;
    transmitir o software de comunicações atualizado para o segundo da pluralidade de nós de comunicação via a pluralidade de canais de rádio de banda estreita; e
    usar o software de comunicações atualizado no primeiro da pluralidade de nós de comunicação.
15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender:
    receber uma atualização de referência de frequência no primeiro da pluralidade de nós de comunicação via a pluralidade de canais de rádio de banda estreita;
    transmitir uma atualização de referência de frequência para o segundo da pluralidade de nós de comunicação via a pluralidade de canais de rádio de banda estreita; e
    ajustar frequências de referência usadas no transmitir e no receber com base na atualização de referência de frequência.
16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de enlaces de comunicação sem fio usa os mesmos pelo menos dois da pluralidade de canais de rádio de banda estreita.
17. Sistema, caracterizado pelo fato de compreender:
    uma pluralidade de nós de comunicação;
    transmissor configurado para estabelecer uma pluralidade de enlaces de comunicação sem fio entre uns da pluralidade de nós de comunicação para formar uma rede pelo menos parcialmente conectada em estrutura de malha, em que mencionado estabelecer compreende:
    o transmissor é configurado para transmitir dados de sincronização a partir de um primeiro da pluralidade de nós de comunicação via pelo menos dois canais de rádio de banda estreita não contíguos, em que os dados de sincronização são transmitidos sincronamente através dos pelo menos dois canais de rádio de banda estreita não contíguos;
    detector configurado para combinar energia recebida em um segundo da pluralidade de nós de comunicação a partir dos pelo menos dois canais de rádio de banda estreita não contíguos para fornecer um sinal combinado; e
    receptor configurado para sincronizar o segundo da pluralidade de nós de comunicação para o primeiro da pluralidade de nós de comunicação usando o sinal combinado, em que cada da pluralidade de nós de comunicação ainda compreende:
    um demultiplexador configurado para demultiplexar uma subsequência de dados de entrada em uma primeira taxa em pelo menos duas sequências de dados de transmissão cada uma em uma segunda taxa, a segunda taxa sendo inferior do que a primeira taxa; e
    o transmissor compreendendo uma pluralidade de transmissores acoplados ao demultiplexador e configurados para transmitir cada uma das pelo menos duas subsequências de dados de transmissão em um diferente um da pluralidade de canais, em que fronteiras de símbolo em cada um da pluralidade de canais de rádio de banda estreita são concorrentes; e
    o receptor compreendendo uma pluralidade de receptores configurados para receber pelo menos subsequências de dados de recepção na segunda taxa; e

    • - um multiplexador configurado para multiplexar as pelo menos duas subsequências de dados de recepção em uma sequência de dados de saída na primeira taxa.
18. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender um controlador de energia configurado para ajustar potência de transmissão com base em qualquer de: uma destinação das sequências de dados de entrada, uma prioridade das sequência de dados de entrada.
19. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que cada um dos nós de comunicação ainda compreende seletor que é para selecionar os pelo menos dois canais de rádio de banda estreita não contíguos com base em uma condição de comunicações do um da pluralidade de enlaces de comunicação sem fio entre uma origem da pluralidade de nós de comunicação e uma destinação da pluralidade de nós de comunicação.
20. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que cada um dos nós de comunicação ainda compreende seletor para selecionar um formato de modulação com base em uma condição de comunicação do um da pluralidade de enlaces de comunicação entre uma origem de um da pluralidade de nós de comunicação e uma destinação de um da pluralidade de nós de comunicação.
21. Sistema de acordo com a reivindicação 17, ainda caracterizado pelo fato de compreender distribuidor para distribuir software de comunicação atualizado para a pluralidade de nós de comunicação usando roteamento de fluxo não hierárquico sobre a pluralidade de enlaces de comunicação sem fio.
22. Sistema da reivindicação 17, caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender distribuidor para distribuir calibração de referência de frequência para a pluralidade de nós de comunicação usando roteamento de fluxo não hierárquico sobre a pluralidade de enlaces de comunicação sem fio.
23. Nó de comunicação, caracterizado pelo fato de compreender:
    um demultiplexador configurado para demultiplexar dados em uma primeira taxa de dados em uma pluralidade de sequências de transmissão de dados de sincronização em uma segunda taxa de dados, a segunda taxa de dados sendo menor do que a primeira taxa de dados;
    um subsistema de transmissão acoplado ao demultiplexador e compreendendo uma pluralidade de transmissores, cada um dos transmissores capaz de transmitir uma das sequências de transmissão de dados de sincronização em um diferente, não contíguo um de uma pluralidade de canais de rádio de banda estreita a um segundo nó de comunicação, em que as sequências dos dados de sincronização de transmissão são transmitidos sincronamente através dos pelo menos dois canais de rádio de banda estreita não contíguos e as fronteiras de símbolo em cada uma da pluralidade de canais de rádio de banda estreita são concorrentes, a pluralidade de transmissores são configuradas para estabelecer uma pluralidade de enlaces de comunicação sem fio com nós de comunicação múltiplos para formar uma rede pelo menos parcialmente conectada em estrutura de malha;
    um subsistema de recepção compreendendo uma pluralidade de receptores, cada dos receptores é configurado para receber uma sequência de recepção de dados de sincronização de um terceiro nó de comunicação em uma terceira taxa de dados em um diferente, não contíguo um da pluralidade de canais de rádio de banda estreita; e
    um multiplexador acoplado ao subsistema de recepção e configurado para multiplexar as sequências de recepção de dados de sincronização juntas em dados combinados em uma quarta taxa de dados, a quarta taxa de dados sendo maior do que a terceira taxa de dados, a pluralidade de receptores é configurada para sincronizar com o terceiro nó de comunicação usando os dados combinados.
24. Nó de comunicação de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o subsistema de recepção compreende um detector configurado para combinar energia através da pluralidade de canais de rádio de banda estreita para detectar um começo de uma transmissão.
25. Nó de comunicação de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o subsistema de transmissão compreende um controlador de energia configurado para ajustar potência de transmissão com base em uma destinação das sequências de dados de transmissão.
26. Nó de comunicação da reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o subsistema de transmissão compreende um controlador de energia configurado para ajustar potência de transmissão com base em uma prioridade das sequências de dados de transmissão.
27. Nó de comunicação de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o subsistema de transmissão compreende uma pluralidade de filtros de transmissão, cada filtro de transmissão configurado para coincidir com uma máscara de contenção do espectro de canal de banda estreita.
28. Nó de comunicação de acordo com a reivindicação 23, ainda caracterizado pelo fato de compreender um seletor de canal configurado para selecionar cada um do diferentes, não contíguos uns da pluralidade de canais de rádio de banda estreita com base em qualquer de: uma destinação das sequências de dados de transmissão, e uma origem das sequências de dados de recepção.
29. Nó de comunicação de acordo com a reivindicação 23, ainda caracterizado pelo fato de compreender um seletor de modulação configurado para selecionar um formato de modulação com base em qualquer de: uma destinação das sequências de dados de transmissão, uma origem das sequências de dados de recepção, e uma proporção de sinal para ruído nos diferentes, não contíguos uns da pluralidade de canais de rádio de banda estreita.
30. Nó de comunicação de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o subsistema de transmissão compreende uma pluralidade de módulos, cada módulo compreendendo uns de uma pluralidade de transmissores, e um número variável de módulos é instalado no subsistema de transmissão para fornecer um desejado número de transmissores.
31. Nó de comunicação de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o subsistema de recepção compreende uma pluralidade de módulos, cada módulo compreendendo uns de uma pluralidade de receptores, e um número variável de módulos pode ser instalado no subsistema de recepção para fornecer um desejado número de receptores.
32. Sistema, caracterizado pelo fato de compreender uma pluralidade de nós de comunicação como definidos na reivindicação 23 arranjados para formar uma rede pelo menos parcialmente conectada em estrutura de malha.

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