CN101111079B - 终端间的ad-hoc通信方法和通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了终端间的AD-HOC通信方法和通信系统。该通信系统将FDMA调制方法和TDMA方法的优点与CSMA方法的优点结合起来。所述ad-hoc通信系统的各终端包括：信号生成部，用于提供沿多个正交频分的频带中的频率轴方向的多个子信道，并且生成带有分配给所述多个子信道的传输数据的格式化信号；和路径检测部，用于检测在所述格式化信号的开头的前导信号，并且检测载波是否存在，当所述路径检测部没有检测到其它终端的载波时，传输所生成的格式化信号；当其它终端检测到所述前导信号时，建立同步，并且接收所传输的格式化信号的所述传输数据。

Description

终端间的AD-HOC通信方法和通信系统
技术领域
本发明涉及用于在终端间进行通信、无需基站或者中继站的ad-hoc通信系统。
背景技术
终端间通信采用诸如收发机通信模式的通信模式，使用以无线局域网等为代表的802.11系列标准，采用FDMA(频分多址)通信、CSMA(载波侦听多路访问)方法等。
FDMA通信是在终端单元中分配使用频率的方法，CSMA方法是多个终端共用少量频率的方法。
在FDMA通信中，在终端单元中分配使用频率，这存在频率利用效率非常低下的问题。而且，在提出新系统的情况下，很难分配频率。
另一方面，在CSMA方法中，当大量终端试图以异步通信传输数据时，何时可以传输是不明确的。而且，该标准假定了无线局域网或者其它固定设备，因此不利于移动性。
在之前的申请(日本专利申请第2006-121941号)中，本申请的发明人已经提出了一种OFDMA通信装置，其中传输数据复用有指定的前导信号和广播信号，这些数据全部经OFDM(正交频分复用)调制，并被传输到多个接收装置(移动站)。
OFDMA调制是基于IEEE802.16-2004标准的、用于WiMAX(微波接入全球互通)的调制方法，并采用对数据用的频率进行时间分割的方法。另一方面，在关于移动宽带系统的IEEE802.16e标准中，采用OFDMA(正交频分复用接入)方法，并且除了OFDM方法的时间之外，数据也在子载波间被分割。
例如在第2006-507753号PCT申请的国家翻译中已经公开了一种移动通信系统，作为采用OFDM方法的系统。其中，通过在下行链路子帧中提供同步前导码和小区搜索前导码，可以有效地进行时间和频率同步和小区搜索。
发明内容
根据上述内容，本发明的目的是提供终端间的ad-hoc通信系统，将上述之前的申请的优点或者专利参考1中所述的OFDMA调制方法的优点与TDMA方法的优点和CSMA方法的优点结合起来。
即，具备作为OFDMA调制方法的特点的移动鲁棒性，并且增加了时间分割带来的异步通信的通信可靠性(这是TDMA方法的特点)。而且，通过进行载波侦听来避免传输终端冲突，使得终端间的ad-hoc通信成为可能。
为了实现上述目的，本发明的第一方面是用于进行终端间ad-hoc通信的通信系统，在各终端中具有：信号生成部，所述信号生成部用于在多个正交频分的频带中沿频率轴方向提供多个子信道，并且生成带有分配给所述子信道的传输数据的格式化信号；和路径检测部，用于检测在所述格式化信号的开头的前导信号，并且检测载波是否存在，其特征在于，当所述路径检测部没有检测到其它终端的载波时，传输所生成的格式化信号；当其它终端检测到所述前导信号时，建立同步，并且接收所传输的格式化信号的所述传输数据。
依靠这些特点，可以提高基于OFDMA调制方法的移动特性。
在本方面，所述通信系统还具有GPS接收部，用于基于来自GPS系统的时钟信号生成内部时钟信号，其特征在于，在与所述内部时钟信号同步的时隙单位中传输所述格式化信号。
通过使用TDMA作为本方面的接入方法，提高了同步通信的通信可靠性。
在以上的通信系统中，所述通信系统的特征在于，将所述格式化信号的传输定时设置为所述时隙单位的整数倍，并且在多个时隙单位中按每个终端的优先次序设置所述传输的定时。
通过使用优先次序，可以提高信息传输的可靠性。
在以上的通信系统中，所述通信系统的特征在于，在所述时隙单位中，为各终端设置检测所述前导信号的定时的优先级。
依靠该方法，通过避免传输冲突和检查可以进行传输的期间，可以提高频率利用的效率。
在以上的通信系统中，所述通信系统的特征在于，将多个终端分配给组单元，沿频率轴方向的多个子信道为一组，并且在各子信道的时隙单位中，为各组的所分配的多个终端设置检测前导信号的定时的优先级。
依靠该特点，可以采用OFDMA的特点，子信道分割传输区域，从而避免了传输冲突，并且可以同时提高终端传输效率。
在以上的通信系统中，所述通信系统的特征在于，在频率轴方向上相邻的两个子信道形成一个组，并且在各时隙切换所分配的终端所使用的子信道。
依靠该方法，通过改变分割子信道区域的方式，在同一时隙中，传输终端可以接受来自其它区域的传输终端的传输数据。
附图说明
图1A是应用本发明的通信系统的概念图，是显示了其中终端MS进行异步通信的系统的图。
图1B是应用了本发明的通信系统的概念图，是显示了其中与GPS时钟同步的终端MS在没有基站等媒介的条件下通信的系统的图。
图2是示出了其中图1A中所示的终端MS异步通信的通信系统中终端MS共有的终端构造的图。
图3是在图2的终端结构的通信系统中使用的信号格式。
图4是对应于图2和图3的操作流程。
图5示出了其中图1B中所示的终端MS与GPS的时钟同步的通信系统中终端MS共有的终端构造。
图6是用在图5的终端构造的通信系统中的信号格式。
图7是对应于图5的操作流程。
图8是本发明的第三方面中的信号格式的实施例。
图9是对应于图8的(第一)操作流程。
图10是对应于图8的(第二)操作流程。
图11是示出了第四方面的信号格式的实施例的图，其中，与第二方面相比，在时隙中进行使能传输的优先级控制。
图12是解释第四方面中避免传输冲突的时序图。
图13是示出了基于传输权的操作流程的图。
图14是示出了解释第五方面的信号格式的实施例的图。
图15是示出了解释第六方面的信号格式的实施例的图。
具体实施方式
下面参照附图解释本发明的各方面。提供这些方面是为了促进对本发明的理解，但是本发明的技术范围不限于这些方面。
图1A和图1B是应用了本发明的通信系统的概念图。在图1A所示的系统中，示出了各移动终端(后文中简称“终端”)MS的异步通信。另一方面，在图1B所示的系统中，示出了在没有基站或者中继站的媒介的条件下、与GPS(全球定位系统)时钟同步的各终端MS进行的通信。
图2示出了如图1A所示各终端MS在其中进行异步通信的通信系统中终端MS共有的终端构造。图3示出了在终端构造如图2的通信系统中使用的信号格式。
图3所示的信号格式是向WiMAX标准下行链路顺序增加CSMA功能的结果。沿频率轴方向提供多个子信道，并且沿时间轴方向提供前导信号a、广播信号b和突发数据(burst data)c。突发数据c是经频分的并且被分配给多个子信道。图3的实施例是这样的实施例：两个终端#0和#1进行时分通信；在传输前进行载波侦听，以确认没有来自其它终端的传输。
回到图2，所述终端构造包括：网络界面部1；媒体访问控制(MAC)处理部2，用于进行传输数据的编码、错误修正、传输区域指定和其它处理；物理层(PHY)处理部3；无线频率传输/接收(RF)部4；和GPS接收部5。
所述终端构造的网络界面部1具有外部界面功能和与MAC处理部2进行传输/接收的功能。在WiMAX系统中，MAC处理部2具有源管理和MAC层功能。
作为传输功能部，PHY处理部3包括：前导信号生成部30，用于生成前导图案；广播信号生成部31；突发数据生成部32；调制处理部33；复用处理部(MUX)34；和快速傅里叶逆变换部(IFFT)35。
在前导信号生成部30中，生成MAC处理部2规定的前导符号。广播信号生成部31处理来自MAC处理部2的传输数据，根据来自MAC处理部2的指令，生成并PHY层处理指定的广播数据。突发数据生成部32根据来自MAC处理部2的指令，进行传输数据的PHY层处理。
调制处理部33对来自不同生成部的信号进行QPSK、BPSK、多值调制和其它调制。复用处理部34根据来自MAC处理部2的使用区域(复用格式)指令，进行对来自不同生成部的信号的复用。
快速傅里叶逆变换部(IFFT)35根据MAC处理部2规定的参数，进行快速傅里叶变换和其它处理。快速傅里叶变换的输出随即被RF部4频率转化为无线频率，并且从天线ANT传输。
另一方面，PHY处理部3包括作为接收功能部件的：路径检测部36、快速傅里叶变换(FFT)部37、前导信号接收处理部38、广播信号接收处理部39和突发数据接收处理部40。
路径检测部36提供了解调功能部，具有检测超出某一阈值的接收路径并传输给FFT部37的功能，并具有将路径检测结果通知MAC处理部2的功能。当路径检测部36检测到超出阈值的接收路径时，该状态为有来自其它终端的传输的状态，因此MAC处理部2执行控制，使所述的终端不进行传输。
FFT部37进行快速傅里叶变换和其它处理。前导信号接收处理部38具有检测传输终端所传输来的前导信号的功能和进行同步的功能，并具有将定时通知给广播信号接收处理部39和MAC处理部2的功能。
广播信号接收处理部39具有WiMAX内部信息的接收处理功能和通知MAC处理部2的功能。
突发数据接收处理部40通过MAC处理部2接收广播信号内容的通知，对通知的区域进行WiMAX接收处理。
RF部4具有传输/接收功能，对PHY处理部3的基带信号进行RF调制，以及将RF解调回基带。
图4示出了对应于图2和图3的操作流程。
这是两个终端MS#0和#1间的ad-hoc通信的实施例。当两个终端MS#0和#1都有数据要传输时，假设终端MS#0首先进行数据传输。
终端MS#0传输前导信号(步骤S2-1)，传输共同连接ID(步骤S2-2)，然后在多个子信道上传输突发数据传输数据(步骤S2-3)。
另一方面，终端MS#1进行载波检测(步骤S3-1)，当检测到载波时，不从终端MS#1进行传输。此时，当从终端MS#0接收到前导信号时，进行与终端MS#0的定时同步(步骤S3-2)。
当保证了同步时，根据共同连接ID识别数据子信道存储区域(子信道)(步骤S3-3)。然后，从识别出的存储区域接收突发数据(步骤S3-4)。
当停止载波检测(步骤S3-1)时，从终端MS#1类似地传输前导信号(步骤S4-1)，传输共同连接ID(步骤S4-2)，然后在多个子信道上传输突发数据(步骤S4-3)。
另一方面，终端MS#0类似地进行载波检测(步骤S5-1)，当检测到载波时，不从终端MS#0进行传输。此时，从终端MS#1接收前导信号，并进行与终端MS#1的定时同步(步骤S5-2)。
当保证了同步时，根据共同连接ID识别数据子信道存储区域(步骤S5-3)。然后，接收突发数据(步骤S5-4)。
通过重复上述的处理，可在终端MS#0和#1间进行异步数据通信。
在该第一方面，通过基于OFDM调制方法的通信，可以提高移动特性。
图5示出了其中如图1B所示的各终端MS与GPS时钟同步的通信系统中的各终端MS共有的终端构造。图6是其中在符合图5的终端构造的终端间进行通信的通信系统中使用的信号格式。图7示出了对应于图5的操作流程。
图5示出的终端MS进一步增加了GPS接收部5，其它构造与图2所示的构造类似。根据GPS接收部5接收的GPS时钟，生成内部时钟，并且MAC处理部2和PHY处理部3与该内部时钟同步地运行。
图6示出了第二方面的信号格式，不必修改WiMAX标准下行链路顺序。
尽管在之前已经解释的第一方面中，在接收的过程中不断进行路径检测(载波侦听)，但是在该第二方面，只在接收前导信号的时刻进行路径检测(载波侦听)(步骤S3-1、S6-1)。
换句话说，如图7的操作流程所示，将终端MS构造为：有传输数据时，如果路径检测(步骤S4-1、S4-2)结果表明该时隙没有被使用，则在下一时隙进行传输(步骤S6-1)。以这种方式，无需进行时隙同步，因此基于从GPS接收的时钟生成内部时钟。
尽管如图4的操作流程(步骤S3-1、S5-1、S7-1)所示，如果可以自由使用时隙空间则必须总是进行前导检测，但是在该第二方面，只需在接收前导信号时进行路径检测(载波侦听)。
在该第二方面，可以提高同步通信的通信可靠性。
图8是本发明的第三方面的信号格式的实施例。图9和图10所示为对应于图8的(第一和第二)操作流程。
该第三方面在第二方面的基础上增加了优先级控制。在图8的信号格式中，没有改变WiMAX标准下行链路顺序。即，在前导信号a之后，广播信号b提供基于共同连接ID的数据存储区域的通知。然后，传输在子信道中复用的突发数据c。
如图9和图10所示，该第三方面的特征在于，假设例如由终端MS#0和终端MS#1进行通信。当终端MS#0的优先级次序更高时，将下一时隙的传输权赋予终端MS#0，将两个时隙后的传输权赋予终端MS#1。因此，不会发生冲突。即，由高紧急程度的终端指定优先级次序，避免传输冲突。
在图9中，当终端MS#1在步骤S3-1至S3-4中接收到来自终端MS#0的信号时，终端MS#1在两个时隙之后可以进行传输(步骤S5-1至S5-3)。类似地，在时隙#8，传输权被再次赋予终端MS#1。
另一方面，当终端MS#0在步骤S6-1至S6-4中接收到来自终端MS#1的信号时，终端MS#0可以在下一个时隙(#5)进行传输。
在图9和图10的流程中，对于紧接着从另一终端接收到信号的时隙，没有及时进行处理，使得紧接着的这个时隙被跳过，“下一个时隙”指该时隙之后的那个时隙。对于具有较低优先级次序的终端MS#1，类似地其指两个时隙之后。
图11示出了第四方面的信号格式的实施例，其中，与第二方面相反，在时隙内进行使能传输的优先级控制。图12是用于解释在第四方面中避免传输冲突的时序图。
在图11中，与之前的方面类似，控制信号a(包括前导信号和广播信号)的格式以及多个信息数据信号b向子信道的分配符合WiMAX标准。
图12解释了在第四方面中的冲突避免。在图12中，R表示等待时间，PR为前导信号，BR为广播信号。除了R之外，与上述的方面类似，没有改变WiMAX标准下行链路顺序。
即，为了在一个时隙中向一个终端MS提供传输权，为各个终端设置不同的唯一等待时间R。
在图12的实施例中，设置等待时间R，使其按终端MS#2、MS#1、MS#0的次序变大。
因此，如图11所示，在时隙#0，终端MS#2具有传输权；在时隙#1，终端MS#1具有传输权；在时隙#2，终端MS#0具有传输权。
图13示出了根据这些传输权的操作流程。这三个终端MS#0、MS#1、MS#2都具有传输数据(步骤S1-1、S1-2、S1-3)。
如图12所示，设置终端MS#2的等待时间R＝0。等待时间R＝0指等待时间为0，因此终端MS#2进行路径检测(步骤S2-1)，因为不检测路径(步骤S2-2)，所以立即进行传输(步骤S5-1至S5-3)。
另一方面，在此期间，其它终端MS#1和MS#0进行帧前路径检测操作(步骤S3、S4)。
从而，接收了传输自终端MS#2的前导信号(步骤S3、S4)，因此这些终端进行同步并且接收来自终端MS#2的信号(步骤S6-1至S6-2、S7-1至S7-2)。
从而，通过将等待时间R保持在OFDM保证间隔时间GI内，可以为多个终端MS设置传输权分配。
以这种方式，在第四方面，提高了传输冲突的避免，并且通过检查可以进行传输的期间，提高了频率利用的效率。
图14示出了解释第五方面的信号格式的实施例。
在该方面，与第四方面相比，将多个子信道分组，并且在这些组范围内，进行类似第四方面的处理。
即，在图14中，作为实施方式，每10个子信道#0-9、#10-19、……被分组为一个组。
然后，针对各组，与第四方面类似，使等待时间R不同，并且为属于一个组的终端MS分别设置等待时间R。
因此在图14的实施例中，对于属于子信道#0至#9的组的三个终端MS#0至#2，在时隙#0向终端MS#0提供传输权，在时隙#1向终端MS#1提供传输权，在时隙#2向终端MS#2提供传输权。对于属于子信道#10至#19的组的三个终端MS#3至#5，在时隙#0向终端MS#4提供传输权，在时隙#1向终端MS#5提供传输权，在时隙#2向终端MS#3提供传输权。
在该第五方面，采用OFDMA方法的特点，用子信道分割传输区域，从而可以避免传输冲突，提高终端传输效率。
图15示出了用于解释第六方面的信号格式的实施例。
在该方面，采用两个子组为传输区域的方法。在图15中，终端MS使用其自己的终端号或者与终端号类似的号等，以确定与其组相邻的两个组。
在图15中，例如在子信道#0至#9和子信道#10至#19的两个组中，在各时隙中改变使用区域。在子信道#0至#9中，在各时隙中设置传输权，即，在时隙#0和#2，为终端MS#0和MS#2设置传输权。类似地，在子信道#10至#19中，在时隙#1中为终端MS#5设置传输权。
通过该方法，沿时间方向上并以子信道方向上10个子信道为间隔，为终端MS设置一个时隙的传输权。以这种方式，在第六方面中，通过在各时隙改变使用区域，插入了保护带，并且在同一时隙传输终端可以接收其它组的信息。
本申请基于2006年7月18日提交的在先日本专利申请第2006-195504号，并要求其优先权，通过引用，将其全部内容并入本文中。

Claims (5)

1.一种通信系统，用于进行终端间的ad-hoc通信，其中，
各所述终端包括：
信号生成部，用于在多个正交频分的频带中沿频率轴方向提供多个子信道，并且生成带有分配给所述子信道的传输数据的格式化信号；
GPS接收部，用于基于来自GPS系统的时钟信号生成内部时钟信号；
路径检测部，用于检测相应终端的载波；
前导信号接收部，当检测到所述载波时，所述前导信号接收部接收格式化信号的开头部分中所包括的前导信号，其中在与所述相应终端所生成的内部时钟信号同步地从所述相应终端发送所述格式化信号；和
传输部，其在所述路径检测部没有检测到载波时，传输所述信号生成部所生成的格式化信号，其中，
所述路径检测部在接收所述前导信号的定时检测所述载波，其中接收所述前导信号的定时与所述GPS接收部所生成的内部时钟信号同步。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其中将所述格式化信号的传输定时按各终端的优先次序设置为时隙单位的整数倍。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其中，在时隙单位中，为各终端设置检测所述前导信号的定时的优先级。
4.根据权利要求3所述的通信系统，其中，将多个终端分配给组单元，沿频率轴方向的多个子信道为一组，并且在各子信道的时隙单位中，为各组的多个所分配的终端设置检测所述前导信号的定时的优先级。
5.根据权利要求4所述的通信系统，其中在频率轴方向上相邻的两个子信道形成一个组，并且在各时隙切换所分配的终端所使用的子信道。
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