CN101341722B - 关于设备发现的无线频谱的有效使用 - Google Patents

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Abstract

一种通信设备包括：接收器，用于经由第一无线协议直接接收来自第一通信设备的关于至少第二无线协议的信息；以及控制器，用于根据接收的信息控制通信设备的通信。

Description

关于设备发现的无线频谱的有效使用
技术领域
本发明的实施方式涉及无线频谱的有效使用。
背景技术
目前，蓝牙无线通信设备通过执行包括查询过程的设备发现过程检测区域中的其他类似无线收发装置。蓝牙无线通信设备发送查询消息，区域中的其他蓝牙设备利用FHS分组对其进行响应。
其他通信设备测量通信信道上的能量并且使用其预测区域中可能的无线收发装置，但是该方法不能给出无线信道被如何使用的任何信息。甚至不存在预测的无线收发装置实际上存在的保证。而且，这种处理不检测无线接收设备。
发明内容
期望改进无线通信设备如何发现其他设备正在如何使用无线频谱，使得能够更有效地使用无线频谱。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种通信设备，其包括：接收器，用于经由第一无线协议直接接收来自第一通信设备的关于至少第二无线协议的信息；以及控制器，用于根据接收的信息控制通信设备的通信。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种在通信设备处控制通信的方法，该方法包括：经由第一无线协议直接接收来自第一通信设备的关于可由第一通信设备使用的至少第二无线协议的信息；以及根据接收的信息控制通信设备的通信。
本发明的实施方式使用告知而不是测量来获得无线频谱正被如何使用的知识。这节省了功率，因为多无线收发装置设备的每个无线收发装置不必开始检测区域中的类似无线收发装置。
另外，建立和切换到其他无线协议是较快速的并且更具灵活性，因为一些参数可以在新无线协议连接形成之前经由第一协议进行传送。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在针对附图仅通过示例来做出参考，其中：
图1示出了多个无线通信设备；
图2示意性地示出了典型多无线收发装置通信设备；
图3示出了通过第一多无线设备101执行的无线协议发现处理；以及
图4、图5、图6和图7示出了网络的不同配置。
具体实施方式
附图示出了通信设备101，其包括：接收器，用于经由第一无线协议直接接收来自第一通信设备102的关于至少第二无线协议的信息37；以及控制器14，用于根据接收的信息37控制通信设备101的通信。
图1示出了多个无线通信设备10，至少其中的一些(包括第一设备101和第二设备102)是多无线收发装置通信设备。多无线收发装置设备是具有多个无线收发装置的设备，其使用不同无线协议进行操作。设备10可操作用于经由一个无线协议发送关于设备支持的所有无线协议的信息。设备10能够从多个设备接收这种多无线协议信息并且能够存储该信息以用于将来使用。尤其是其用于选择针对通信的最适合的无线协议。
图2示意性地示出了典型多无线收发装置通信设备。设备10包括主机12、无线控制器14以及多个无线收发装置，包括第一无线收发装置20、第二无线收发装置22、第三无线收发装置24以及第四无线收发装置26。尽管示出了四个独立的无线收发装置，但是设备10可以包括任何数目的无线收发装置。尽管为了清楚起见示出了无线控制器14作为与主机12分开的实体，但是可以实施例如作为独立硬件模块或者作为软件模块的主机的一部分。在后一种情况中，计算机程序指令存储在主机12的存储器2中。这些计算机程序指令当加载到主机12的处理器4中时，提供逻辑和例行程序，其使得主机12执行如下所述的无线控制器14的功能。
计算机程序指令可以到达电子设备，其经由电磁载波信号到达或者从诸如计算机程序产品的物理实体、存储器设备或者诸如CD-ROM或者DVD的记录介质复制。
在所示的示例中，存在所示的四个独立无线收发装置。每个无线收发装置使用不同的无线协议。本文中的“无线协议”意味着管理开放式系统互连(OSI)层模型中物理层(L1)处的无线操作的规则收集，即必须被满足才能传送比特流的规则。该协议例如指定使用的调制、使用的多接入技术(如果有的话)、频带等。尽管两个无线协议可以具有操作的重叠频带，但是它们在物理层的其他方面有区别。通常地，无线协议使用其自身的收发器，所以无线收发装置20-26中的每个无线收发装置具有其自身的无线收发器，该无线收发器包括接收器部分和发射器部分。无线协议可以操作在同一频率从而共享天线，但是更普遍的是每个无线收发装置20-26具有其自身的天线。无线收发装置可以配备作为自包含式无线模块，其可以是用户可替换的。
在该示例中，第一无线收发装置20使用蓝牙通信协议。该协议使用快速跳频和2.4GHz的频率。
在该示例中，第二无线收发装置22使用802.11g(Wi-Fi)通信协议。该协议使用2.4GHz的频率。
在该示例中，第三无线收发装置24使用蜂窝电话通信协议诸如GSM、PCS、CDMA、WCDMA、CDMA2000、PDC等。
在该示例中，第四无线收发装置24使用超宽带(UWB)通信协议。
可行的无线收发装置的其他例子包括Wi-Max、DECT等。
主机12使用其处理器4来运行存储在其存储器2中的应用。主机12当必要时请求无线控制器14创建/终止针对应用的无线通信。应用可以请求或者可以不请求特定的无线协议。在应用不请求特定的无线协议时，其提供一个或者多个限制，分配给应用的无线协议应该满足这些限制。该限制例如可以是最低数据速率、最小建立等待时间、最低服务质量、针对通信的估计的持续时间等等中的任何一个或者多个。
无线控制器14控制无线收发装置20-26的操作。例如，如果需要在不同无线收发装置之间的调度，则无线控制器14对其进行管理。无线控制器14控制通过无线收发装置20-26创建通信连接。无线控制器14(或者主机)确定正在使用一个无线协议的通信连接是否应该改变到另一无线协议。
无线控制器14还存储用于其无线收发装置20-26中的每个无线收发装置的信息元素。当被另一设备请求时，无线控制器经由使用单个无线协议发送的消息发送其所有信息元素到进行请求设备。
信息元素通常包括标识无线协议的参数，其涉及性能参数、容量参数、操作频率参数以及通信参数。这些参数通过无线控制器14获得并且进行管理。
无线协议参数可以用于标识无线协议(例如0＝WLAN，1＝GSM900...)。
性能参数可以用于描述使用标识的协议的无线收发装置的当前性能。例如，状态参数指示无线收发装置是否是活跃的(例如0＝连接，1＝未连接)，间隔参数指示无线收发装置何时是活跃的(例如0|0没有规律性/未知，20|5每20ms活跃5ms)，分组误码率(PER)参数指示针对无线链路检测到的平均分组误码率，以及共存参数指示无线收发装置是否具有与设备中的其他无线收发装置的共存问题(干扰)(例如0＝没有干扰，1＝一些干扰，2＝许多干扰)。
容量参数可以用于描述经由标识的无线协议可用的当前容量。例如，负载参数可以指示利用了多少带宽(例如50＝50％)，或者已经发射多少比特。
操作频率参数可以指示由指示的无线协议使用的操作频率。
通信参数可以用于提供进行物理或者逻辑连接所需要的参数。例如，用于蓝牙设备的参数可以包括其蓝牙设备地址和时钟偏移。
如图3所示，第一多无线收发装置设备101执行对第二多无线收发装置设备102和第三多无线收发装置设备103的无线协议发现处理30。第二多无线收发装置设备和第三多无线收发装置设备的每个具有无线控制器14，其存储并且维护针对其每个无线收发装置的信息元素31。第二和第三多无线收发装置设备每个均具有优选的无线协议以传输这些存储的信息元素到其他设备。在所示示例中，优选的无线协议是第一无线协议。
第一多无线收发装置设备101的主机12经由控制消息32发起无线协议信息发现处理30。所述消息指示无线控制器14发现处理应该开始。
无线控制器14发送请求消息33到无线收发装置中的一个预定无线收发装置。在该示例中，预定的或者优选的无线收发装置是第一无线收发装置20。
第一无线收发装置20使用第一无线协议与支持所述协议的可用设备中的每个设备连接，并且发送信息报告请求消息34到每个设备。
当设备10在其优选的无线收发装置处接收到信息报告请求消息时，该无线收发装置将消息35转发到其无线控制器14。无线控制器14访问其存储和维护的信息元素31，其标识和表征其可用的无线协议，并且发送信息元素31到第一无线收发装置作为信息报告回复消息36。
第一无线收发装置接收信息报告回复消息36并且经由第一无线协议将其发送37到进行请求设备101的第一无线收发装置20。进行请求设备101的第一无线收发装置20将信息报告37转发到其无线控制器14，其存储包含在与接收自的设备的标识符相关联的报告内的信息元素31作为收集38。
这样进行请求设备101的无线控制器14获得并且存储使用第一协议的可用设备的每个设备的信息元素31。
优选地，所有设备10使用第一无线协议作为优选的协议。因此第一无线协议能够使用作为用于发送信息和用于建立在所述无线协议或者其他无线协议之上的通信的控制信道。短程无线协议诸如蓝牙适合用于用作共享的优选的协议并且当其可用时，设备可以默认为使用所述协议作为优选的无线协议。
然而，在其他实施方式中，不是所有的可用设备都支持第一无线协议。在此实施方式中，进行请求设备101重复发现处理30但是使用第二无线协议作为优选的协议。在经由第二无线协议接收来自使用第二无线协议作为它们的优选的协议的设备的信息元素之后，进行请求设备101重复发现处理30但是使用第三无线协议作为优选的协议。在经由第三无线协议接收来自使用第三无线协议作为它们的优选的协议的设备的信息元素之后，进行请求设备101重复发现处理30但是使用第四无线协议作为优选的协议。在经由第四无线协议接收来自使用第四无线协议作为它们的优选的协议的设备的信息元素之后，进行请求设备101终止发现处理。
将理解到如果每个设备执行发现处理，则每个设备包括每个另一设备的信息元素。通过使得进行请求设备101能够经由第一无线协议不仅请求寻址的设备的信息元素而且请求设备存储的所有的信息元素的收集38，则信息元素31的收集38可以进行的更有效。
设备10的无线控制器14使用已经收集的信息元素的收集38，从而鉴于环境来智能地选择适于通信的无线协议，或者鉴于环境来选择如何使用无线协议。
例如，如果主机打开具有某最小通信要求的新应用，这些要求(如果有的话)立即传送到无线控制器14。该要求可以例如指定下列项中一个或者多个：最低数据速率、最小建立等待时间、最低服务质量、针对通信的估计的持续时间等。这些要求在无线控制器14选择和建立针对应用的适合无线协议时用作限制。
无线控制器经由存储的信息元素的收集38还知晓其他设备正在如何使用不同的无线协议、在每个协议上有何种干扰、什么数据率可用于每个协议等。这种信息还代表无线协议选择问题上的限制。
除了由其他设备引起的对设备101发射/接收的信号的干扰以外，还可以使用的进一步限制是由设备101自身引起的对其他设备的干扰。干扰可以不是对称的。例如，如果设备101具有UWB无线收发装置并且附近存在蜂窝电话，则UWB设备101能够淹没在电话处接收的蜂窝下行链路信号。然而，蜂窝无线电话自身不可能自身代表对设备101的干扰源。
关于其他设备引起的干扰限制可以通过选择不同的无线协议和/或通过选择非重叠的操作频率范围来满足。关于对其他设备的干扰限制可以通过选择不进行干扰的无线协议和/或选择降低的功率水平和/或通过选择非重叠的操作频率范围来满足。
关于数据率的限制可以通过选择具有足够可用带宽的无线协议来满足。例如，如果与设备相关联的信息元素指示针对第二协议的可用带宽较低，并且应用要求高带宽，则通信将不会经由第二协议与该设备发生，假定设备能够使用提供较高带宽的可替换协议而不引起对其他接口的不利影响，例如较高干扰水平。
关于等待时间的限制可以通过选择具有较快建立时间的无线协议来满足。
从上文应该理解到尽管本发明对于具有多个无线收发装置的设备最有用，但是其也能够由具有作为进行请求设备和/或进行响应设备的单个无线收发装置的设备来使用。这种单个无线收发装置设备可以使用信息从而例如检测远程多无线收发装置是否具有引起对单个无线设备干扰的活跃无线收发装置，以及检测干扰的特性。根据这种干扰特性的知识，单个无线设备可以尝试选择例如与其不发生干扰的频率或者以减轻干扰的方式调度传输。
在上述示例中，选择适合的无线协议和建立用于应用。针对应用可以一次使用多于一个的无线协议。环境还可以改变并且在发起时认为是最适合的无线协议和建立可能随着时间而变得不适合。因此通过周期性地执行发现处理30以及针对可用通信选项周期性地重新测试开放式应用的要求，无线控制器14保持存储的信息元素31的收集38更新。如果存在分配的当前通信连接中的劣化，则也可能发生信息元素的收集38的更新和应用要求的重新测试。
如果原始无线协议和建立保持优化，则不存在任何改变，然而如果存在更好的建立或者无线协议，则无线控制器将通信切换到新的建立和/或无线协议。滞后现象可能引入进切换从而防止重复的切换。
优选的第一无线收发装置可以用于设立并且使用另一无线协议。较快地建立使用第一无线协议的连接并且然后发生到优化的无线协议和/或建立的切换。设备经由第一无线协议发送切换请求，该请求包含用于建立与另一设备期望的连接的参数。在请求已经被接受之后，最可能的是需要使用第一无线协议发送更多信令从而例如指定连接实际上何时改变到其他无线设备。
图4示出了在移动电话设备101具有在两个设备之间的利用不同无线收发装置的两个同步链路的情形的示例。存在接入点102和移动电话101之间的使用无线局域网(WLAN-IEEE 802.11)的基于IP的语音(VoIP)链路。存在移动电话101和头戴式设备103之间的蓝牙同步链路。蓝牙链路和WLAN链路共享同一频率空间(2.4GHz)。移动电话101必须调度传输，但是一些分组丢失，因为用于VoIP和同步连接导向逻辑传输(SCO)链路的传输间隔不相同，并且有时发射/接收时间重叠。
图5示出了针对图4中出现的问题的解决方案。移动电话101从上文所述经由发现处理30获得的存储的信息元素的收集38知道接入点102还支持蓝牙无线协议。移动电话101能够请求将无线协议从WLAN切换到蓝牙。接入点102和移动电话101之间的链路可以是异步连接导向逻辑传输(ACL)链路。调度两个蓝牙链路比在两个不同无线协议之间的调度容易。移动电话101将语音编码从VoIP改变到例如CVSD，其适合用于蓝牙SCO。分组将不会由于重叠发射或者接收时间而丢失，尤其是如果移动电话101是包含头戴式设备103和接入点102的微微网的主设备。
图6示出了图4中所示问题的另一解决方案。移动电话101请求将无线协议从WLAN切换到蓝牙，并且还请求接入点102使用SCO链路。如果移动电话101是包含头戴式设备103和接入点102的微微网的主设备，则调度两个同步(例如使用HV3分组)蓝牙链路是容易的。分组将不会由于重叠发射或者接收时间而丢失。
图7示出了图4中所示问题的另一解决方案。移动电话101从存储的信息元素的收集38知道头戴式设备103和接入点102支持的无线收发装置。在示出的情况中，移动电话101实际上仅将语音从接入点102路由到头戴式设备103。如果头戴式设备和接入点支持相同的无线收发装置，则移动电话101能够请求接入点103和头戴式设备102使用公共共享无线收发装置直接彼此连接，从而交换语音数据。该请求可以在优选的无线协议上传送。移动电话101仍能够例如经由优选的无线协议保持连接到两个设备以便控制呼叫，即例如在呼叫结束了，或者在接入点和头戴式设备之间的链路劣化时通知移动电话。
在图5、图6和图7示出的示例中，移动电话控制通过接入点102进行的连接。其通过例如发送Create_connection_to_device(无线收发装置、参数、data_to_new_device、data_to_me)消息到接入点102来实现。无线自变量(argument)指示对于新连接接入点102应该使用的无线收发装置。参数自变量指示接入点102应该连接到的设备的参数。它们可以包括地址、时钟、设备类型。data_to_new_device参数描述应该直接传送到新设备的数据，例如语音。data_to_me自变量描述应该直接传送到移动电话101的数据，例如控制数据。
移动电话发送Accept_connection_request(无线收发装置、参数、data_to_new_device、data_to_me)到头戴式设备102。参数与先前命令中的相同，除了参数现在描述正在创建(发起)新连接的接入点。
远程设备可以以例如接受或者拒绝对这些命令进行响应。
作为本发明的另一实施的示例，多无线收发装置101包括蓝牙无线收发装置20和UWB无线收发装置22。其可以包括其他无线收发装置，但是这对本实施而言不重要。
第一多无线收发装置设备102附近包括蓝牙无线收发装置20和蜂窝电信无线收发装置22和/或WLAN无线收发装置。
UWB(超宽带)是包括展开到非常宽的系统带宽的低传输功率的新兴无线技术的缩写。在无线频谱制定框架中，UWB系统归类为具有＞500MHz系统带宽。
UWB无线设备可以在诸如当设备操作在紧密靠近于使用同一频带的其他无线接收器时的一些情况中引起干扰。UWB设备尤其造成对未来高比特率无线系统的潜在威胁，所述未来高比特率无线系统通常称为超3G(B3G)系统，其操作频率范围假定为在3GHz和6GHz之间。针对将来具有更高频率的系统，即高于6GHz，干扰还可能由UWB谐波引起。
干扰UWB设备101和“受害”设备102之间的短距离引起明显的干扰影响。因为无线电波发射以传播距离为函数(功率与距离的平方成反比)而迅速衰减，即使相对较低的干扰发射功率在非常近的距离内具有相当大的剩余影响。因此，当便携式UWB设备101放置得非常靠近于某另一灵敏无线设备102时，将发生严重的干扰。尤其是UWB设备101可能干扰附近的移动电话102正在尝试接收的弱蜂窝系统下行链路信号。
UWB系统已经被US FCC(联邦通信委员会)接受，其允许大约在3GHz至10GHz频率之间有效操作，具有最大发射功率频谱密度-41.3dBm/MHz。利用更严格的发射功率限制对这些操作频率外的无线系统进行保护。欧洲通信委员会(ECC)目前致力于UWB制定上并且可以预计允许的发射功率水平将更低，尤其是6GHz以下的频带，除非在UWB设备中使用一些干扰减轻技术。
UWB设备101在使用UWB的通信之前或者在使用某功率阀值以上的UWB的通信之前执行使用第一(蓝牙)无线协议的发现处理30。在发现处理30期间，附近的多无线收发装置设备102提供用于其蜂窝电信无线收发装置22的信息元素和/或用于其WLAN无线收发装置(如果有的话)的信息元素。信息元素可以例如指示蜂窝下行链路信号强度(接收功率)以及使用的操作频率以及Tx/Rx时间或者间隔(如果蜂窝无线收发装置具有Tx和Rx时隙)。
UWB设备101的无线控制器14使用接收的信息元素从而避免(如果可能的话)与附近的设备102所使用的时隙或者频率范围相重叠的频率范围上的通信。如果这是不可能的，则UWB设备将(如果可能的话)利用降低的功率水平进行发射从而减轻干扰，或者如果受害设备102尤其对干扰灵敏，则UWB设备将不进行发射。
潜在受害无线收发装置设备102还可以检测源自UWB设备的干扰并且能够经由第一无线协议(蓝牙)命令UWB设备101控制其发射。
尽管已参考各种示例在前文中描述了本发明的实施方式，但是应该理解到在不偏离要求保护的本发明范围的情况下可以对给定示例进行修改。
尽管在前面的说明书中致力于关注那些被认为是本发明的重要特征，但应该理解到不管是否已经对其进行了特别的强调，申请人要求在此前参考和/或在附图中示出的任何可专利特征或者特征的组合方面的保护。

Claims (25)

1.一种通信设备，包括：
接收器，用于经由第一无线协议直接接收来自第一通信设备的关于第二通信设备的至少第二无线协议能力的信息，其中所述通信设备外部于所述第一通信设备和所述第二通信设备，所述第一通信设备和所述第二通信设备外部于所述通信设备，并且其中所述第一通信设备和所述第二通信设备在彼此的外部；以及
控制器，用于根据接收的信息控制所述通信设备的通信，其中接收的信息包括以下参数的至少一个：针对第二无线协议的性能参数、针对第二无线协议的容量参数、针对第二无线协议的操作频率参数以及针对第二无线协议进行物理或者逻辑连接所需要的通信参数。
2.根据权利要求1所述的通信设备，其中接收器配置成经由第一无线协议直接接收来自第一通信设备的关于由第一通信设备所支持的无线协议中的每个协议的信息。
3.根据权利要求1所述的通信设备，其中接收器配置成经由第一无线协议直接接收来自第一通信设备的关于多个通信设备中的每个设备所支持的无线协议的信息。
4.根据权利要求1所述的通信设备，其中接收器配置成经由第一无线协议独立地接收来自多个其他通信设备中的每个设备的信息，其中从其他通信设备接收的信息涉及由其他通信设备所支持的无线协议。
5.根据权利要求1所述的通信设备，其中接收的信息包括用于创建新通信链路的参数。
6.根据权利要求1所述的通信设备，其中接收的信息包括用于将现有通信信道从一个无线协议切换到另一无线协议的参数。
7.根据权利要求1所述的通信设备，其中接收的信息包括用于改变在网络内如何路由通信的参数。
8.根据权利要求7所述的通信设备，其中接收的信息包括用于排除第一通信设备作为网络中数据业务的中间路由节点的参数。
9.根据权利要求7所述的通信设备，其中接收的信息包括用于维护第一通信设备作为网络中控制业务的中间节点的参数。
10.根据权利要求1所述的通信设备，其中控制器配置成根据接收的信息控制对第三无线协议如何用于通信的选择。
11.根据权利要求1所述的通信设备，其中控制器配置成根据接收的信息控制对第二无线协议如何用于通信的选择。
12.根据权利要求1所述的通信设备，其中控制器配置成根据接收的信息控制对用于通信的多个无线协议之一的选择。
13.根据权利要求1所述的通信设备，其中控制器配置成根据接收的信息控制对用于通信的无线协议的多个可用频率之一的选择。
14.根据权利要求10所述的通信设备，其中所述选择基于干扰进行。
15.根据权利要求10所述的通信设备，其中所述选择包括选择以下项中任何一个或者多个：频带、发射定时、数据率、建立的等待时间以及发射功率水平。
16.根据权利要求1所述的通信设备，其中控制器配置成在打开新应用之后根据接收的信息控制通信设备的通信。
17.根据权利要求1所述的通信设备，其中第一无线协议用作控制信道。
18.根据权利要求1所述的通信设备，其中第一无线协议是低功率短程无线协议。
19.根据权利要求1所述的通信设备，其中第二无线协议是蜂窝电话协议。
20.根据权利要求19所述的通信设备，其中接收的关于至少第二无线协议的信息标识了蜂窝电话协议下行链路信号强度。
21.根据权利要求1所述的通信设备，其中接收器配置成在使用第三协议进行通信之前请求来自第一通信设备的信息。
22.根据权利要求1所述的通信设备，其中接收器配置成在使用功率阀值以上的第三协议进行通信之前请求来自第一通信设备的信息。
23.根据权利要求21所述的通信设备，其中第三协议是超宽带协议。
24.根据权利要求23所述的通信设备，其中控制器配置成控制通信设备根据所述超宽带协议在特定频率和/或特定功率水平处进行发射。
25.一种在通信设备处控制通信的方法，包括：
经由第一无线协议在所述通信设备处直接接收来自第一通信设备的关于第二通信设备的至少第二无线协议能力的信息，其中所述通信设备外部于所述第一通信设备和所述第二通信设备，所述第一通信设备和所述第二通信设备外部于所述通信设备，并且其中所述第一通信设备和所述第二通信设备在彼此的外部；以及
根据接收的信息控制通信设备的通信，其中所述接收的信息包括以下参数的至少一个：针对第二无线协议的性能参数、针对第二无线协议的容量参数、针对第二无线协议的操作频率参数以及针对第二无线协议进行物理或者逻辑连接所需要的通信参数。
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