CN101401480B - 频段自适应的无线通信 - Google Patents

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Abstract

在这里公开的是一种用于多频段无线通信的系统、设备和方法。其中，可以在无线通信范围以内使用的频段和/或传输格式被识别。接收机对每一个频段的信号质量度量进行评估，以便识别合格的频段。所述合格的频段可以依照信号质量度量的一个或多个组合来进行排序，其中合格频段列表可被传送到发射机。发射机被调整成评估合格频段列表，并且根据可用频段以及选定的通信优化方案来选择一种通信方法。此外，发射机可以使用多个频段和通信方法，由此可以将许可、无牌照、半许可和重叠频段组合在一起并同时将其用于通信。接收机持续监视通信，并且可以向发射机报告链路性能，以便对选定的通信方法实施自适应控制。

Description

频段自适应的无线通信
相关申请
本发明专利申请要求根据35 United States Code§119(e)而享有2005年7月27日提交的美国临时专利申请60/702,883的优先权，其中该申请在这里全部引入作为参考。
技术领域
本公开主要涉及一种用于多频段无线通信的系统、设备和方法。其中，可以在用于无线通信的范围以内使用的频段和/或传输格式将被识别。此外，通过评估每一个可用频段的信号质量度量，可以选择至少一个被识别频段，以便根据确定的信号质量来进行通信。
背景技术
常规的无线设备被设计成使用受限的发射功率电平而在特定频率范围或频段以内工作或执行操作。对受联邦通信委员会(FCC)管制的频段来说，这其中的主要类型的频段包括许可频段、半许可频段、无牌照频段和重叠频段。FCC为所述每一个频段都规定了发射功率限度，由此提供了公共安全性，并且降低了潜在的同频段或相邻频段干扰电平。
例示的许可频段包括蜂窝电话或个人通信服务(PCS)频段。美国的蜂窝通信通常工作在824～849MHz以及869～894MHz的频率范围以内。美国的宽带PCS通信通常工作在1850～1910MHz以及1930～1990MHz的频率范围以内，而窄带PCS则通常工作在901～902MHz、930～931MHz以及940～941MHz的频率范围以内。近来，附加的50MHz频段(4940～4900MHz)已经可以使用，该频段被称为4.9GHz许可频段，它是FCC为了支持公共安全性而指定的。此外，本发明还设想了其他许可频段，例如所谓的第三代(3G)无线通信，这其中包括如下频段，例如1710～1755MHz、2110～2155MHz、2305～2320MHz、2345～2360MHz(无线通信服务，WCS带宽)以及2500～2690MHz(多信道多点分发服务，MMDS频段)。通常，许可频段的许可证持有者具有在指定地理区域以及在规定期限和指定时间以内使用该频段提供服务的专有权。从通常不允许其他服务供应方在相同时间、相同频段和相同区域提供服务的意义上讲，该许可是独占的。此外，所预期的其他许可频段包括但不局限于被识别成为WiMAX分配的许可频段(WiMAX被定义为全球微波接入互操作性)。
近来，FCC开放了3.65GHz～3.7GHz范围的半许可频段。这个半许可频段是一个可供所有许可证持有者依照非独占条款使用的全国性频段。半许可频段的许可证持有者需要在他们之间进行协调，以便在共存于相同区域时降低互扰等级以及同等地共享频段。这个半许可频段对所有许可证持有者来说都是免费的，并且对许可证持有者的数量也没有限制。
对无牌照频段、例如，工业、科学及医疗(ISM)频段以及无牌照国家信息基础架构(UNII)频段来说，这些频段是众多周知的，并且是可以由任何数量的设备共享的。一般来说，这些无牌照频段包含的是例如900MHz、2.4GHz、5.0GHz以及5.8GHz的频率，并且这些频率通常被用于无绳电话、无线局域网(WLAN)以及蓝牙设备。
重叠频段是处于3.1GHz～10.6GHz的范围以内的频段。例示的重叠频段是为了供所谓的超宽带(UWB)设备使用而被分配的。UWB频段是一个无牌照频段，该频段在其频率范围以内与很多许可频段是重叠的。
发明内容
本公开标识的是一种系统、设备和方法，其中所述系统、设备和方法对所有可用频段的用途加以利用，以便根据其对每个可用频段的总体信号质量等级的判定来选择至少一个用于通信的可用频段。根据本公开，无论是许可、半许可还是无牌照频段，所有这些频段都被认为是有价值的，并且这些频段可以用于实现最大的频谱效率。
附图说明
图1是被设置为实施频段自适应操作的无线电设备架构的框图例示。
图2是被设置为实施频段自适应操作的无线电设备架构的另一个框图例示。
图3是描述与被设置为实施频段自适应操作的无线电设备结合使用的点到点网络系统的图示。
图4是描述与被设置为实施频段自适应操作的无线电设备结合使用的点到多点网络系统的图示。
图5是描述与被设置为实施频段自适应操作的无线电设备结合使用的网格网络系统的图示。
图6描述的是应用频段自适应通信方法的基本系统流程。
图7描述的是用于频段自适应通信设备的接收机中的可用频段合格化处理的系统流程。
图8描述的是用于在频段自适应通信设备中的发射机中为传输选择最优方案的处理的系统流程。
图9～18描述的是用于频段自适应通信设备的多种架构和方法。
图19描述的是用于频段自适应通信设备的通用架构和方法。
具体实施方式
本公开主要涉及一种用于多频段无线通信的系统、设备和方法。其中，可以在无线通信范围以内使用的频段和/或传输格式将被识别。此外，通过评估每一个可用频段的信号质量度量，可以选择至少一个被识别频段，以便根据确定的信号质量来进行通信。
本描述涉及一种可以用于帮助实现与无线通信设备的改进通信的通信系统、设备和方法。例示的无线通信设备包括但不局限于蜂窝电话设备和被配置成实施无线通信的个人数字助理(PDA)设备。无论频段是许可、半许可、无牌照还是重叠的，无线通信设备都可以使用任意数量的可用频段，以便建立具有通过信号质量度量或标准确定的最佳可用无线电链路性能和/或最佳频谱效率的通信链路。
简要地说，在这里公开的是一种用于多频段无线通信的系统、设备和方法。其中，可以在无线通信范围以内使用的频段和/或传输格式将被识别。接收机对每一个频段的信号质量度量进行评估，以便识别合格的频段。所述合格的频段可以依照信号质量度量的一个或多个组合来进行排序，其中合格频段列表可被传送到发射机。发射机被设置为评估合格频段列表，并且根据可用频段以及选定的通信优化方案来选择一种通信方法。此外，发射机可以使用多个频段和通信方法，由此可以将许可、无牌照、半许可和重叠频段组合在一起并同时将其用于通信。接收机持续监视通信，并且可以向发射机报告链路性能，以便对选定的通信方法实施自适应控制。
系统综述
在本系统中使用了两种类型的组件，即基站/接入点和手持客户机设备/数据客户机设备。在不同的系统组件中，每一个系统组件都具有相似的无线电设备架构，并且在下文中将会参考图1来对其进行描述。
如图1所示，框图级无线电设备架构(100)包括一个或多个多频段RF收发机(110)，一个或多个基带处理器(120)以及应用接口(130)。每一个多频段RF收发机(110)都被设置为与至少一个天线(140)以及至少一个基带处理器(120)进行通信。该基带处理器被设置为处理来自多频段RF收发机(110)接收的信号以及向其传送的信号，并且与应用接口(130)进行协调。
在某些实施例中，每一个RF收发机(110)都可以被设置为覆盖了一个单独的频段，由此RF收发机共同提供用于多频段通信的设备。在其他实施例中，单个的RF收发机可以被设置为结合一个恰当适配于多频段应用的宽频段频率同步器来使用频段自适应RF链。在别的实施例中，软件无线电RF收发机被设置为覆盖了所有可能的频段。关于软件无线电应用的实例包括个人通信服务或PCS频段，例如1800GHz/1900GHz频段，工业科学医疗或ISM频段，例如2.4GHz，非独占频段，例如3.65GHz，无牌照国家信息基础架构(UNII)频段，例如5.0GHz和5.8GHz频段。
天线140可以是单独的天线或天线集合，在该集合中，每一个单独的天线都被设置为覆盖了一个特定频段。在某些实施例中，接收机和发射机可以使用单独的天线。在其他实施例中，RF收发机的发射机和接收机部分可以被设置为使用一个公共天线。虽然在上文中是依照单独的接收机和发射机部分来描述的，但是可以预期的是，在本公开中，接收机和发射机的表示既可以集成在单个的收发机部件之中，也可以划分在单独的接收机和发射机部分之中。
如图2所示，另一个框图级无线电设备架构(200)包括“n”个多频段RF收发机(211，212...21n)，一个或多个基带处理器(220)以及应用接口(230)。在这个实例中，每一个多频段RF收发机(211，212，...21n)都被设置为与相应的天线(241，242...24n)进行通信，并且还与至少一个基带处理器(220)进行通信。基带处理器被设置为对从多频段RF收发机(210，211...21n)接收以及向其传送的信号进行处理，并且与应用接口(230)进行协调。
所述基带处理器负责所有的传输信号处理功能。根据不同的评估标准，基带处理器可以为在单个频率波段上进行的通信选择单个传输类型，或者可以为在多个频段上进行的通信自适应组合多种传输类型。该基带处理器被配置成评估所有相关的通信信号质量度量(例如噪声电平、接口电平、接收信号电平、链路性能、比特差错率等等)，以便确定使用哪些频段来进行通信。
用于多频段通信的网络拓扑
举例来说，所描述的通信系统可以在点到点网络、点到多点(P-MP)网络、无线局域网(WLAN)或网格网络中使用。
在图3中描述的是点到点网络系统(300)。如所示，第一设备(设备A，310)与第二设备(设备B，330)进行直接通信。每一个设备都包含了基带处理器和多频段收发机，其中该收发机依照本公开进行调整，以便在具有自适应通信的多个频段(例如f1，f2...fn)上执行传送(320)和接收(330)。根据可以在区域内部得到的可用通信服务，通信设备A可以是基站设备或接入点。此外，设备B可以是接入点、蜂窝电话之类的无线通信设备、WiFi设备或其他某些设备。
虽然点到点网络可以提供高速互连连接，但是它们通常并不容易划分到大规模网络中。但是，点到点网络可以作为蜂窝通信网络之间的基站回程连接使用或者作为桥接到核心网络的WiFi网络中的接入点使用。其它的点到点网络应用包括与超宽带(UWB)设备、无绳电话、蓝牙设备或是具有类似无线电传输特征的设备的连接。
图4描述的是点到多点(P-MP)网络(400)的系统架构。对蜂窝网络、例如全球移动通信系统(GSM)网络和个人通信网络(PCS)来说，这些蜂窝网络都是P-MP系统。通常，P-MP包括多个处于呼叫区域以内的多个小区站点，并且在所述区域中，每一个小区都可以包括三个、四个或六个扇区。小区或小区中的扇区具有服务基站，该服务基站被设置为接收和传送针对手持机设备的通信。在P-MP无线局域网(WLAN)中，接入点取代了基站，由此多个数据客户机可以同时与接入点(AP)进行通信，其中举例来说，所述数据客户机可以是膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、个人信息管理器(PIM)或其他无线LAN设备。在某些情况下，诸如台式计算机或膝上型计算机之类的计算设备被配置成与印刷电路板(PC)卡或个人计算机存储卡国际联合会(PCMCIA)卡进行无线通信。
图5描述的是一个网格网络(500)系统架构。网格网络可以包括很多相似和/或相同的设备，其中每一个设备都充当了网络中的一个网格节点。相邻节点之间的无线电传输与点到点系统相似，其中处于无线电传输链路两端的设备都被称为对等站，并且这些对等站可以具有相同或相似的最小传输特征。当网格网络中的一个节点发生故障时，网络业务量可被指引到任何一个剩余节点。此外，网格网络还可以用于WiFi网络应用。
频段自适应通信——普遍性
本公开设想的是一种自适应地将许可、无牌照、半许可和重叠频率表频段用于通信的系统、设备和方法。例示的许可频段包括蜂窝频段，例如800/900MHz频段，PCS频段，例如1800/1900MHz频段，以及用于宽带公共安全性的4.9GHz频段。无牌照频段包括900MHz频段、2.4GHz频段、5.0GHz频段以及5.8GHz频段。例示的半许可频段包括3.65GHz频段。例示的重叠频段则包括UWB频段，例如3.1GHz～10.6GHz。
所描述的系统使用了全新的传输架构，在该架构中，无线链路的发射机和接收机全都使用了如先前所述的多频段RF收发机以及基带处理器。在一个例示配置中，所有无牌照/半许可频段可以被一个多频段RF收发机覆盖，其中发射机和接收机两者中的一个或多个基带处理器将会托管所有那些用于自适应使用多个频段的算法。可以设置发射和接收基带处理器一起工作，以便根据数据吞吐量、比特差错率(BER)、可靠性等链路质量标准来增强无线链路传输性能。该系统被配置成根据与每个频段相关联的传输目标、发射功率限度以及接收机测量结果来有选择地和/或同时使用通信链路中的可用频段。对于将多个频段与规定的传输架构结合使用的传输方法或方案来说，这些方法或方案包括但不局限于多频段复用、频率分集、频率跳变、频段跳变以及这些和其他传输方法的各种组合。
发射机可以被设置为根据传输性能目标、传输功率限度、每个频段的传输属性以及来自每个频段中的无线链路接收机的干扰加噪声电平测量结果来选择一种最优传输方法。无线链路接收机被设置为频繁的在不同频段上执行测量，以便调查和评估每个频段的信道状况。这些测量结果将被用作频段自适应传输算法的判定支持信息。并且所设想的测量结果至少包括关于每个信道、每个频率、每组信道或每组频率的下列信息：噪声电平、干扰电平、噪声加干扰电平以及接收信号强度指示符(RSSI)电平。所预期的例示频率和频段至少包括1.8/1.9GHz、2.4GHz、3.65GHz、5.0GHz以及5.8GHz频段。例示的链路性能参数至少包括比特差错率(BER)、符号差错率(SER)、块差错率(BLER)、帧差错率(FER)、均方误差(MSE)以及数据吞吐率。接收机则根据请求而将这些测量结果和差错率频繁地反馈给发射机。
总体来说，无线链路自适应地工作在多个频段上，以便优化链路或系统性能，例如数据吞吐量、比特差错率(BER)、覆盖范围以及可靠性。本公开的频段自适应方法可以与传统的链路自适应以及其他的多输入多输出(MIMO)技术相结合，以便实现进一步的传输优化。
总体的频谱效率和无线电传输性能可以使用当前公开的方法来优化。在很多位置和时间实例中，无牌照频段有可能遭遇到较少干扰，并且该频段可以用于提供服务或是增强许可频段上的其他无线电传输。本公开描述了一种根据传输目标、传播环境和评估得出的通信链路性能来自适应使用可用频段的方法。
频段自适应通信方法
图6描述的是应用频段自适应通信方法的基本系统流程(600)。
在系统开始工作之后(601)，接收机将会识别可用于通信的所有频段。该接收机通过测量每个频段中的频段质量(诸如信号电平之类)来初始评估可用频段(610)。当信号电平令人满意时(例如噪声/干扰并未过多)，接收机将该频段合格化成可供通信使用(620)。
发射机从接收机那里请求合格频段列表和/或相应的测量结果，并且依照某些方案/标准来评估与合格频段相关联的链路质量(630)。在发射机评估了链路质量之后，该发射机将会根据已识别频段评估来选择一种传输方法(640)。选定的通信方法可以包括依照链路自适应方法并且根据可用频段的动态评估性能而在单个频段或多个频段上传输数据。关于性能标准/方案的实例包括合格频段上的最优发射功率分配、最大数据吞吐量、最高信号电平、最低干扰电平等等。
然后，数据将会使用选定传输方法并借助多频段RF发射机而被传送。接收机的信号处理会在发射机执行发射的同时继续监视和评估通信链路的性能(650)。关于通信链路的性能度量可以根据请求而被反馈给发射机，以便进行进一步的评估。
可用频段有可能根据不同的干扰电平、变化的环境因素以及移动设备情况下的通信设备的移动而随时间发生变化。由于接收机持续地监视和识别合格的频段，并且持续地将合格的频段报告给发射机，因此发射机可以根据需要来动态改变选定的传输方法。
图7描述的是用于接收机的可用频段合格化处理的系统流程(700)。在启动合格化处理之后(701)，这时将会选择用于评估的频段(710)。通过评估选定频段的噪声电平、干扰电平和/或接收机信号强度指示符(RSSI)电平(720)，可以确定选定频段是否满足通信(740)。当该频段令人满意时，这个频段将被添加到合格频段列表中(760)，这其中包含了频段质量的任何相关标记。如果还要评估附加频段(770)，那么将会选择下一个频段(780)，并且该处理将会重复执行，直至评估了所有频段为止。
在某些实施例中，接收机的基带处理器(750)会对RSSI电平进行排序，由此将合格列表作为基于信号质量的有序列表来加以提供。在另一个实例中，其中使用了干扰电平来对合格频段列表进行排序。此外，在另一个实例中，其中使用了噪声电平来对合格频段列表进行排序。在再一个实例中，RSSI电平、干扰电平和/或噪声电平的组合被用于对合格频段列表进行排序。在进一步的实例中，任何一个被测信号质量连同该频段的指示符一起包含在合格列表中，由此发射机逻辑可将该信息用于频段自适应选择处理。
在某些实施例中，接收机的合格化可用频段的处理并不是按照图7描述的迭代循环结构顺序执行的。取而代之的是，每个频段的合格化处理可以采用相互并行的方式执行。
当RSSI电平大于预定阈值电平时，接收机可以合格化一个频段。对每个频段来说，关于RSSI电平阈值的选择可以是不同的，并且该选择可以以传输对特定频段中的干扰的最大容限为基础。例如，由于半许可频段通常是结合自控发射功率方案来工作的，因此，许可频段中的干扰可以大于半许可频段的干扰。由此，半许可频段的共享将会更为公平。
图8描述的是发射机选择用于传输的选择最优方法或方案的处理的系统流程(800)。在启动选择处理之后(801)，发射机选择一个优化目标(810)，并且识别关于选定优化目标的所有限制(820)。然后，对任意数量的链路质量度量来说，作为其基础的支持信息将被收集(830)，其中该度量包括但不局限于评估干扰电平(831)、噪声电平(832)、RSSI电平(833)、报告的比特差错率(834)、均方误差率(835)、链路可靠性(836)、数据吞吐量(837)、发射功率限制(838)以及覆盖距离(839)。然后，发射机将会识别所有可行的传输方案以及不同的传输架构参数(840)。之后，发射机将会根据选定的优化目标并且对照每一个可行传输方案来加权收集到的支持信息(850)。这些传输方案将被排序(860)并且将会为选定的优化目标选择最佳的传输方案(870)。然后，发射机被配置成依照选定的传输方法来执行传输(880)。
在选择传输方法的过程中，发射机可以具有各种优化目标。例示的传输目标可以包括：最大数据吞吐量、最大覆盖距离和/或最高链路可靠性(例如最低比特差错率、最低均方误差等等)。此外，可供每一个频段使用的发射功率以及每一个设备传送的总功率有可能因为不同的规章(例如FCC规章)而具有限制。
一旦识别了最优的传输方案，那么可以采用与传统的单频段通信方法相同的方式而在多个频段上同时开始传输。接收机被设置为依照比特差错率(BER)、帧差错率(FER)、块差错率(BLER)或均方误差(MSE)之类的标准来持续监视用于无线链路的传输性能度量。这些性能度量将被反馈给发射机，以便支持链路自适应。只要链路自适应不再对现有传输情形充分有效，则重复执行图8描述的优化功能。
传输架构和方法
对使用频段自适应通信方法的传输架构来说，有很多此类架构是可以使用的，这其中包括但不局限于频段复用方法、多频率分集方法、多频段频率跳变方法、频段跳变方法、多数据流频率分集方法、多数据流频率跳变方法、频段复用频率分集方法、频段复用频率跳变方法以及FEC多数据流方法。
图9和10描述的是用于频段复用传输方法的架构(900)。该方法的目标是在一定的覆盖距离以及在具有一定的链路可靠性的情况下实现最大数据吞吐量。根据该方法，发射机(910)从接收机(930)请求一个合格频段列表。该发射机对照一组传输参数来筛选该列表中的所有频段，其中举例来说，该传输参数可以是发射功率限制和最小传输性能需求(例如BER、SER、BLER、FER、MSE等等)。此外，发射机还识别一定数量(例如“N”个)合格频段，其中每一个数量都至少支持最小数据率。
在发射机(910)中，数据流被分成(914)子数据流，由此基带处理器(912)可以采用相互并行的方式来独立处理每个频段(913)或子链路。一个或多个多频段RF收发机(911)接收经过处理的子链路，并且经由一个或多个天线(920)来传送这些子链路。
在接收机(930)中，一个或多个多频段RF收发机(931)经由一个或多个天线(940)来接收频段复用信号。每一个接收到的频率都会由基带处理器(932)内部的相应的基带处理块(933)进行处理，并且所述处理块会为每一个频段提供子数据流。接收机(930)中的数据流分路器(934)则将这些子数据流组合成一个单独的数据流。
如图10所示，每一个单独的子链路都会在发射机基带处理器(1010)中借由FEC编码器块(1011)、交织块(1012)、符号映射或调制块(1013)以及信道或天线映射块(1014)而处理。输入比特流由发射基带处理器(1010)进行处理，然后则从RF收发机块(1020)提供到天线(1030)。同样，每一个单独的子链路都会在接收机基带处理器(1050)中借由接收机信号处理块(1054)、符号去映射或解调块(1053)、解交织块(1052)以及FEC解码器块(1051)而处理。从天线(1070)经由RF收发机(1060)接收的信号将会由接收机基带处理器(1050)进行处理，以便提供输出比特流。在接收机基带处理器(1050)上，不同的统计信息和差错率将被收集，并且将被提供给与发射基带处理器(1010)进行通信的链路自适应功能(1040)。
这种频段复用方法具有用于无线链路的峰值数据速率(R)，其中该速率对应于：
R = Σ i = 1 N r i , ri ≥ R i min > 0 , i = 1 . . . N
其中Rimin是第i个数据流或子链路在特定位置以及在具有BER、BLER或FER之类的最低链路性能的情况下支持的最小数据率，ri是第i个数据流的数据率。N是频段的数量。
图11描述的是多频段频率分集传输方法(1100)。该方法的目的是在具有一定数据吞吐量的情况下实现最大覆盖距离和链路可靠性。特别地，在深衰落环境中，该方法是非常有效的。根据该方法，发射机依照预定的FCC限制以及频段传输属性而将发射功率分配给每一个频段。发射基带处理器(1110)使用FEC编码器(1111)、交织块(1112)、符号映射或调制器块(1113)以及频段映射块(1114)来为输入比特流产生编码和调制符号流。多频段收发机(1120)则经由天线1130而在每一个频段上执行传送。
在接收机处，多频段RF收发机(1160)经由天线1170接收信号，并且将其提供给接收机基带处理器(1150)，该基带处理器产生输出比特流。接收机基带处理器(1150)使用分集组合块(1154)来产生符号，其中该分集组合块使用的是最大比合并(MRC)或最小均方误差(MMSE)算法。这些符号被提供到去映射或解调块(1153)。经过去映射的符号由解交织块(1152)进行解交织，并且由FEC解码器(1151)进行解码，以便提供输出比特流。接收机链路性能参数同样可以反馈给发射机，以便实施基于传播状况的自适应编码调制。
图12描述的是一种多频段频率跳变传输方法(1200)。该方法的目标是在实现最大覆盖距离或链路可靠性的同时实现降低的干扰电平。特别的，对处于多个频段上的广阔的频率范围来说，该方法是非常有效的。根据该方法，发射机根据预定的FCC限度和频段传播属性而将发射功率分配给每一个频段。发射基带处理器(1210)使用FEC编码器块(1211)、交织块(1212)、符号映射或调制器块(1213)以及频率跳变扩展块(1214)来为输入比特流产生编码调制符号流。多频段收发机(1220)经由天线(1230)而在每一个频段上执行发射。符号流则以分配在每个频段中的发射功率而被映射到频率跳变随机图案序列中。
在接收机处，多频段RF收发机(1260)经由天线(1270)接收信号，并且将信号提供给接收机基带处理器(1250)，该处理器产生输出比特流。接收机基带处理器(1250)使用了频率跳变解扩器块(1254)，所述解扩器块则使用已知的频率跳变随机序列来产生符号。这些符号被提供给去映射或解调块(1253)。经过去映射的符号将会由解交织块(1252)解交织，并且将会由FEC解码器(1251)解码，以便提供输出比特流。接收机链路性能参数同样可以反馈给发射机，以便根据传播状况来实施自适应编码调制。
图13描述的是一种频段跳变传输方法(1300)。除了带宽和跳变图案之外，该方法是图12的频率跳变传输方法相似。该方法的跳变图案没有必要是随机的，并且未必依赖于链路传输性能。根据该方法，发射机依照预定的FECC限度以及频段的传输属性而将发射功率分配给每一个频段。发射基带处理器(1310)使用FEC编码器块(1311)、交织块(1312)、符号映射或调制器块(1313)以及频段跳变块(1314)来为输入比特流产生编码调制符号流。多频段收发机(1320)在第一指定时间间隔经由天线(1330)而在一个频段上执行传送。对每一个后续时间间隔来说，所使用的是一个不同频段。
在接收机处，多频段RF收发机(1360)经由天线(1370)接收信号，并且向接收机基带处理器(1350)提供一个信号，该处理器产生输出比特流。接收机基带处理器(1350)使用接收信号处理块(1354)，并且该处理器块将会使用已知的频段跳变序列来产生符号。这些符号被提供给去映射或解调块(1353)。经过去映射的符号由解交织块(1352)解交织，并且由FEC解码器(1351)解码，以便提供输出比特流。同样，接收机链路性能参数可被反馈给发射机，以便根据传播状况来实施自适应编码和调制。
图14描述的是多流分集传输方法的架构(1400)。该方法是来自图11的多频段频率分集方法的扩展。在链路自适应和可用分集度方面，这种方法更为灵活。根据该方法，发射机(1410)同样从接收机(1430)请求合格频段列表。数据流被分成(1415)子数据流，由此基带处理器(1412)可以通过编码/调制块(1413)来产生若干个单独编码/调制的符号流。对每个编码/调制符号流来说，在分集频段选择和映射块(1414)之前将会产生少量相同的符号流副本，以便用于频率分集。对具有mi个相同副本或子数据流的第i个单独编码/调制的符号流来说，分集频段选择/映射块(1414)将会选择mi个频段，并且会将mi个相同副本或子流映射到mi个频段中。根据用于特定频率方法的传输方法，不同的编码/调制符号流可以共享或者重叠一个或多个频段。基带处理器会向一个或多个多频段RF收发机(1411)提供组合的多频段传输，以便经由一个或多个天线(1420)来执行传输。
在接收机(1430)中，一个或多个多频段RF收发机(1431)经由一个或多个天线(1440)接收多数据流分集信号。基带处理块(1432)执行信道估计、补偿和分集频段组合(1434)，以便分离每一个子数据流的符号。来自每一个子数据流的符号由接收机基带子流处理块(1433)进行解码、解交织和解调，以便产生子数据流，而这些子数据流随后则由接收机数据流分路器块(1435)合并到一个单独的数据流中。接收机基带处理器(1432)同样被设置为监视和测量子链路/流性能，并且将性能度量反向报告给发射机基带处理器(1412)。在发射机(1410)中，每一个单独的符号流都具有自己的编码/调制块(1413)，并且这些编码/调制块根据接收到的子链路/流传输性能来自适应地优化编码/调制方案。
图15描述的是用于多数据流频率跳变传输方法的架构(1500)。这种方法是来自图12的多频段频率跳变方法的一种扩展。在链路自适应方面，这种方法更为灵活，并且更有效地使用了可用频段。根据该方法，发射机(1510)同样从接收机(1530)请求合格频段列表。数据流分路器(1515)将数据流分成子数据流，由此基带处理器(1512)可以通过编码/调制块(1513)来产生若干个单独编码/调制的符号流。频段在选定的频段集合上根据频率跳变随机图案序列并且借助频段选择/频率跳变/扩展块(1514)映射每一个编码/调制符号流，其中每一个频段都被分配了恰当的功率电平。根据用于特定频率方法的传输方法，不同的编码/调制符号流可以共享或者重叠一个或多个频段。发射机基带处理器(1512)将组合的多频段传输提供给一个或多个多频段RF收发机(1511)，以便经由一个或多个天线(1520)来进行传输。
在接收机(1530)处，一个或多个多频段RF收发机(1531)经由一个或多个天线(1540)来接收多数据流频率跳变信号。基带处理块(1532)通过执行频率跳变解扩处理功能(1534)来分离每一个子数据流的符号。来自每一个子数据流的符号由接收机基带子数据流处理块(1533)进行解码、解交织和解调。以便产生子数据流，随后，接收机数据流分路器块(1535)会将这些子数据流合并到一个单独的数据流中。接收机基带处理器(1532)同样被设置为监视和测量子链路/流性能，并且将性能度量反向报告给发射机基带处理器(1512)。在发射机(1510)中，每一个单独的符号流都具有自己的编码/调制块(1513)，所述编码/调制块根据接收到的子链路/流传输性能来自适应地优化编码/调制方案。
图16描述的是用于多频段复用和频率分集合并传输方法的架构(1600)。相比于其他的单独方法，这种合并方法同时使用了复用和分集方法来提供更大的灵活性，并且有效使用了可用频段。某些频段有可能在路径损耗、多普勒扩展、延迟扩展以及其他受环境影响的性能度量方面优于其他频段。这两种方法的组合可以相互补偿这两种方法的缺陷，由此优化最低链路性能。该方法包括两种主要的方法：复用和分集。多频段复用部分与参考图9所描述的方法基本相同，而频率分集部分则与为图14描述的方法基本相同。这两种方法的划分是受覆盖距离以及最低链路性能需求限制的。
发射机(1610)同样从接收机(1630)请求合格频段列表。数据流同样由数据流分路器块(1616)分成子数据流，由此基带处理器(1612)可以借助编码/调制块(1613)与基带处理块(1614)的组合来产生若干个单独编码/调制的符号流。这些编码/调制符号流将会借助分集频段选择映射块(1615)而映射。发射机基带处理器(1612)向一个或多个多频段RF收发机(1611)提供多频段复用和频率分集传输，以便经由一个或多个天线(1620)来进行传输。
在接收机(1630)中，一个或多个RF收发机(1631)同样接收来自一个或多个天线(1640)的传输。接收机基带处理块(1632)执行信道估计、补偿和分集频段合并(1635)，以便分离每一个子数据流的符号，然后，这些符号将会由接收机基带子流处理块(1633)进行解码、解交织和解调，以便产生子数据流。对每一个频段来说，在这里还提供了附加的基带处理功能(1634)，以便产生附加的子数据流，其中所有子数据流将会由接收机数据流分路器块(1636)进行合并。接收机基带处理器(1632)同样被设置为监视和测量子链路/流性能，并且将性能度量反向报告给发射机基带处理器(1612)，以便在发射机(1610)中自适应优化子链路/流。
图17描述的是用于多频段复用和频率跳变合并传输方法的架构(1700)。与其他的单个方法相比，这种合并方法同时利用了多频段复用和频率跳变方法，以便提供更大的灵活性以及更有效地使用可用频段。某些频段有可能在路径损耗、多普勒扩展、延迟扩展和其他受环境影响的性能度量方面优于其他频段。这两种方法的组合可以相互补偿这两种方法的缺陷，由此可以优化最低链路性能。该方法是由两种主要的方法组成的：复用和频率跳变。其中多频段复用功部分与参考图9所描述的方法基本相同，而频率跳变部分则与为图15描述的方法基本相同。这两种方法的划分是受覆盖距离以及最低链路性能需求限制的。
发射机(1710)同样从接收机(1730)请求合格频段列表。数据流同样由数据流分路器块(1716)分成子数据流，由此基带处理器(1712)可以借助编码/调制块(1713)与基带处理块(1714)的组合来产生若干个单独编码/调制的符号流。这些编码/调制符号流将会借助频段选择和频率跳变/扩展块(1715)而映射。发射机基带处理器(1712)向一个或多个多频段RF收发机(1711)提供多频段复用和频率分集传输，以便经由一个或多个天线(1720)来进行传输。
在接收机(1730)中，一个或多个多频段RF收发机(1731)同样接收来自一个或多个天线(1740)的传输。接收机基带处理块(1732)执行频率跳变解扩功能(1735)，以便分离每一个子数据流的符号，然后，这些符号将会由接收机基带子流处理块(1733)进行解码、解交织和解调，以便产生子数据流。对每一个频段来说，提供了附加的基带处理功能(1734)，以便产生附加的子数据流，其中所有子数据流将会由接收机数据流分路器块(1736)进行合并。接收机基带处理器(1732)同样被设置为监视和测量子链路/流性能，并且将性能度量反向报告给发射机基带处理器(1712)，以便在发射机(1710)中自适应优化子链路/数据流。
图18显示的是与先前描述的多频段/多数据流方法相串联的FEC方案的方法。该方法是由FEC方法和多频段/多数据流方法组成的。
用于这种组合方法的发射机(1810)包括FEC编码器块(1815)、交织块(1814)、数据流分路器块(1813)、多数据流基带处理器块(1812)以及多频段RF收发机(1811)。在被数据流分路器块(1813)分成多个数据流之前，输入到发射机的比特将会由FEC编码器块(1815)进行编码，并且将会由交织块(1814)进行交织。来自数据流分路器块(1813)的数据流由基带处理块(1812)以与前述方式相类似的方式进行处理，由此多频段RF收发机(1811)可以借助一个或多个天线(1820)来传送组合信号。以相似方式被设置用于这种组合方法的接收机(1830)，并且该接收机包含了多频段RF收发机(1831)、多数据流基带处理器块(1832)、数据流分路器块(1833)、解交织块(1834)以及FEC解码器块(1835)。
借助多频段/多流传输方法，链路性能未必在多个频段上都是令人满意的。通过添加附加的FEC编码器和附加的交织功能，所有数据流都会被交叉，由此，多个频段将会进一步增强总体链路传输性能。与先前描述的多频段/多数据流方法相比，这种方法能够容忍特定频段上的单独数据流或传输的更大降级。
组合的传输架构和方法
上述传输架构将会组合在图19描述的通用传输架构中。这种通用架构假设在无线链路的发射机和接收机上可以使用多个频段和多个天线，并且用于接收机和发射机的每一个多频段RF收发机都被设置为覆盖了N个频段。此外还假设在特定频段上进行的任何单独传输或子链路都可以在发射机上使用Mt个天线，并且可以在接收机上使用Mr个天线。
发射机(1910)包括多频段RF收发机块(1911)、基带处理器块(1912)以及数据流分路器块(1916)。基带处理器块(1912)可以在功能和/或物理上被分成用于每一个数据流的编码/交织/调制功能(1913)以及频段选择/映射/加权/复用/跳变/分集处理功能(1915)。与先前的描述相似，发射机(1910)从接收机(1930)请求合格频段列表。数据流分路器块(1916)将数据流分成子数据流，由此基带处理器(1912)可以产生(1913)若干个单独编码/调制/交织的符号流。这些符号流由基带处理器(1912)执行算法处理(1915)，以便提供用于选定通信方法的频段选择、复用和分集所需要的频段选择、映射、加权和其他功能。发射机基带处理器(1912)被设置为向一个或多个多频段RF收发机(1911)提供频段适配传输，以便经由一个或多个天线(1920)来执行传输。
以与发射机块相似的方式设置接收机(1930)，并且包括多频段RF收发机块(1931)、基带处理器块(1932)以及数据流分路器块(1936)。用于接收机(1930)的基带处理器块(1932)同样可以在功能和/或物理上被分成用于每一个流的解码/解交织/解调功能(1933)，以及频段处理/去映射/解复用/跳变去扩/分集组合处理功能(1935)。接收机基带处理器(1932)同样被设置为监视和测量子链路/流性能，并且将性能度量反向报告给发射机基带处理器(1912)，以便在发射机中自适应地优化子链路/流(1910)。
这种通用传输方法还可以进一步描述如下。发射机(1910)中的基带处理器(1912)可以根据将要实现的传输增益来产生L个独立的编码/调制符号流，其中L＞0。举个例子，对频率表频段/空间复用方法来说，L＝Mt×N，对分集或跳变增益方法来说，L＜Mt×N，在每一个编码/调制符号流或子链路中，其中可以有“k”个FEC编码速率和“n”个调制等级。例如，k＝4具有码速率2/3、3/4、5/6、7/8；n＝4QAM调制等级：BPSK、QPSK、16-QAM以及64-QAM。由此，在这里总共有十六种编码/调制组合。
在发射机(1910)上，基带处理器(1912)中的功能块提供了所有映射、加权和跳变算法。处于发射机(1910)基带处理器(1912)中的功能块还可以将独立的编码/调制符号流映射和/或加权到N个频段以及Mt个发射天线，以便通过下列方法来实现诸如数据吞吐量、覆盖距离和链路可靠性之类的最大传输性能增益：频率频段/空间复用、频率/空间分集、频率跳变、频段跳变、与多频段/多数据流方法串联的FEC以及所述方法组合。
在接收机(1930)上，基带处理器(1932)中的功能块实施去映射以及必要的接收信号处理。接收机(1930)中的其他基带处理功能则执行解调、解码和合并功能。
发射机和接收机的基带处理器全都包含了用于特定频段或多个频段上的单个符号流的所有链路自适应功能/算法。此外，在发射机和接收机的基带处理器中还包含了发射功率管理算法。
无线链路的总的数据率是如下给出的所有独立数据流或子链路的总和：
R = Σ i = 1 L r i , ri ≥ R i min > 0 , i = 0 . . . L
其中Rimin是第i个数据流或子链路在特定位置以及在具有BER、BLER或FER之类的最低链路性能的情况下支持的最小数据率，Ri是第i个数据流或子链路的数据率。
上述基带处理器既可以使用微处理器或微控制器之类的通用设备实现，也可以作为数字信号处理器(DSP)之类的专用设备来实现。借助这些设备，所有无线链路传输算法都可以作为可被下载到这些设备的固件来提供。这里描述的链路自适应方法使用了众多的算法，由此基带处理功能的功能划分可以作为软件或固件提供，其中软件可以被动态配置成重新调整或改变处理功能，以便使用特定的算法来实现目标。
本公开适合在范围广阔的应用中使用。在无线电传输成本降低以及具有合理性能的情况下，频谱效率得到了提升。这些技术可以应用于任何无线传输系统。对大型和/或小型服务供应商、尤其是那些未必具有足够频谱来提供与WLAN相似的无线宽带服务的服务供应商来说，这些服务供应商可以当前描述的技术。在一个实例中，服务供应商可以在无牌照和新的非独占许可频段中运营一个WLAN，从而遭遇到较小的干扰。在另一个实例中，服务供应商可以在小型城镇、社区、隔离扇区、某些城市中心或是某些室内环境中在不同频段上运营一个基于WLAN的宽带无线接入网络。
上述说明、实例和数据提供了关于实施例组成的制造和使用方式的全面描述。虽然是在特定于结构特征和/或方法的语言中描述主题的，但是应该理解，附加权利要求中定义的主题未必局限于上文描述的特定特征或特定实施方式。在这里可以使用计算设备、通信特征、应用和分布式软件和/或硬件系统的众多其他配置，以便实施所描述的动态用户接口。虽然这里描述的众多实例集中于FCC工作频段，但是本公开并不局限于此，并且其他的国际频段同样是可以考虑的，例如受国际电信联盟(ITU)监视和发布的频段。由此，上文描述的特定特征和方法是作为用于实施权利要求和实施例的例示形式公开的。

Claims (21)

1.一种频段自适应无线通信设备，该设备被设置用于在多个频段上进行通信，其中包括：
装置，用于基于每个频段的信号电平来识别所述多个频段中针对无线电通信链路的可用频段；
装置，用于基于无线电通信链路的性能标准，评估与所识别的一个或多个可用频段中的每一个相关联的至少一个无线电信号质量度量；
装置，用于基于对与所识别的一个或多个可用频段中的每一个相关联的所述至少一个无线电信号质量度量的评估和所述无线电通信链路的性能标准，从一个或多个传输方案中选择传输方案，其中每个传输方案包括所识别的可用频段中的至少两个可用频段的可能组合；以及
装置，用于促使使用所选传输方案来建立所述无线电通信链路。
2.权利要求1的频段自适应无线通信设备，该可用频段包括包含下列各项的组中的至少一项：蜂窝通信频段，800MHz频段，900MHz频段，PCS通信频段，1800MHz频段，1900MHz频段，4.9GHz频段，GSM通信频段，2.4GHz无牌照频段，5.0GHz无牌照频段，5.8GHz无牌照频段，3.65GHz半许可频段，UWB频段，范围从3.1GHz到10.6GHz的重叠频段，3G许可频段，WCS频段，MMDS频段以及WiMax频段。
3.权利要求1的频段自适应无线通信设备，还包括装置，用于监视与无线电通信链路相关联的无线电链路质量度量，其中该无线电链路质量度量是包括下列各项的组中的至少一项：接收信号强度指示符(RSSI)电平，频谱完整性，数据吞吐率，比特差错率，符号差错率(SER)，块差错率(BLER)，帧差错率(FER)，均方误差(MSE)，信噪比，噪声电平，干扰电平，噪声加干扰电平，以及信号噪声干扰比。
4.权利要求1的频段自适应无线通信设备，其中该设备被设置用于在通信系统中执行通信，并且该通信系统对应于包含与下列各项的组中的至少一项：点到多点系统，点到点系统以及网格系统。
5.权利要求1的频段自适应无线通信设备，还包括：被设置用于接收关于第一可用频率的信号的第一天线，以及被设置用于接收关于第二可用频率的信号的第二天线。
6.权利要求1的设备，还包括：被设置用于接收关于第一可用频率的信号的天线，其中该天线还被设置用于接收关于第二可用频率的信号。
7.权利要求1的设备，其中该设备包括包含下列各项的群组中的至少一项：计算设备，便携式计算设备，台式计算机，膝上型计算机，掌上计算机，口袋式计算机，个人计算机存储卡国际联合会(PCMCIA)卡或PC卡，蜂窝电话，个人数字助理(PDA)，个人信息管理器(PIM)，无线接入点(WAP)，基站，基站收发机，微电子电路以及电路板。
8.权利要求1的设备，其中用于评估的装置包括下列至少之一：专用集成电路(ASIC)，微处理器，微控制器，CISC处理器，RISC处理器，数字信号处理器(DSP)以及基带处理器。
9.一种频段自适应无线通信设备，被设置用于在多个频带上进行通信，该频段自适应无线通信设备包括：
多频段接收机，被设置用于有选择地接收来自多个频段的传输，其中这些频段来自包含下列各项的组的至少一项：许可频段，无牌照频段，半许可频段以及重叠频段；以及
与多频段接收机进行通信的基带处理器，其中该基带处理器被设置用于：
基于每个频段的信号电平来识别所述多个频段中针对无线电通信链路的可用频段；
基于无线电通信链路的性能标准，评估与所识别的一个或多个可用频段中的每一个相关联的至少一个无线电信号质量度量；
基于对与所识别的一个或多个可用频段中的每一个相关联的所述至少一个无线电信号质量度量的评估和所述无线电通信链路的性能标准，从一个或多个传输方案中选择传输方案，其中每个传输方案包括所识别的可用频段中的至少两个可用频段的可能组合；以及
促使使用所选传输方案来建立所述无线电通信链路。
10.权利要求9的频段自适应无线通信设备，其中基带处理器还被设置用于监视与无线电通信链路相关联的无线电链路质量，并且其中与接收信号相关联的无线电通信链路质量包括下列至少之一：接收信号强度指示符(RSSI)电平，频谱完整性，数据吞吐量，比特差错率(BER)，符号差错率(SER)，块差错率(BLER)，帧差错率(FER)，均方误差，信噪比，噪声电平，干扰电平，噪声加干扰电平，信号噪声干扰比。
11.权利要求9的频段自适应无线通信设备，还包括：被设置用于与多频段接收机进行通信的第一天线和第二天线。
12.权利要求9的频段自适应无线通信设备，其中多频段接收机包括被设置用于接收具有第一传输格式的信号的第一接收机，以及被设置用于接收具有第二传输格式的信号的第二接收机。
13.权利要求9的频段自适应无线通信设备，其中多频段接收机包括被设置用于接收具有第一载波频率的信号的第一接收机，以及被设置用于接收具有第二载波频率的信号的第二接收机。
14.权利要求9的频段自适应无线通信设备，其中基带处理器包括包含下列各项的组中的至少一项：专用集成电路(ASIC)，微处理器，微控制器，CISC处理器，RISC处理器，数字信号处理器(DSP)以及基带处理器电路。
15.权利要求9的频段自适应无线通信设备，还包括：被设置用于有选择地在多个频率上执行传送的多频段发射机。
16.权利要求15的频段自适应无线通信设备，其中多频段发射机包括被设置用于传送具有第一传输格式的信号的第一发射机，以及被设置用于传送具有第二传输格式的信号的第二发射机。
17.权利要求15的频段自适应无线通信设备，其中多频段发射机包括被设置用于传送具有第一载波频率的信号的第一发射机，以及被设置用于传送具有第二载波频率的信号的第二发射机。
18.权利要求9的频段自适应无线通信设备，还包括：设置多频段发射机有选择地在多个频率上执行传送，其中多频段接收机和多频段发射机是作为包含包括下列各项的组中的至少一项的多频段收发机来设置的：单芯片收发机，多芯片组收发机，以及多频段收发机电路。
19.一种频段自适应无线通信设备，被设置用于在多个频段上进行通信，该频段自适应无线通信设备包括：
发射机，被设置用于使用选定传输方案执行传送；
接收机，被设置用于使用选定传输方案进行接收；
处理器装置，与接收机进行通信，其中该处理器装置被设置用于基于每个频段的信号电平来识别所述多个频段中针对无线电通信链路的可用频段以及基于无线电通信链路的性能标准，评估与所识别的一个或多个可用频段中的每一个相关联的至少一个无线电信号质量度量；以及
选择装置，与一个或多个发射机和接收机进行通信，其中该选择装置被设置用于基于对与所识别的一个或多个可用频段中的每一个相关联的所述至少一个无线电信号质量度量的评估和所述无线电通信链路的性能标准，从一个或多个传输方案中选择传输方案，其中每个传输方案包括所识别的可用频段中的至少两个可用频段的可能组合。
20.权利要求19的频段自适应无线通信设备，其中与接收信号相关联的信号质量包括包含下列各项的组中的至少一项：信号强度，无线电链路质量，频谱完整性，数据吞吐量，比特差错率，符号差错率，块差错率，帧差错率，均方误差，噪声电平，干扰电平，信噪比，噪声加干扰电平。
21.权利要求19的频段自适应无线通信设备，其中处理器装置或选择装置被设置用于：测量与每一个可用频段相关联的信号质量，以及根据其测得的信号质量来对可用频段进行排序。
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