CN101438519A - Unii频段的频分双工/时分双工无线链路 - Google Patents

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CN101438519A CNA2007800157218A CN200780015721A CN101438519A CN 101438519 A CN101438519 A CN 101438519A CN A2007800157218 A CNA2007800157218 A CN A2007800157218A CN 200780015721 A CN200780015721 A CN 200780015721A CN 101438519 A CN101438519 A CN 101438519A
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Abstract

公开了用于在两个收发器装置之间的无线链路上全双工通信的系统和方法。在第一信道将输出数据的第一部分从一个收发器装置发送到另一个收发器装置，而在第二信道接收来自另一个收发器装置的输入数据的第一部分，并且除了检测输入数据还检测辐射源的存在。在第二信道将输出数据的第二部分从收发器装置发送到另一个收发器装置，而在第一信道接收来自两个收发器装置中的另一个的输入数据的第二部分，并且除了检测输入数据还检测辐射源的存在。

Description

UNII频段的频分双工/时分双工无线链路
相关申请的交叉参考
本专利申请依据U.S.C.第35条119款要求于2006年5月2日申请的第60/796,731号，题目为“FDD/TDD WIRLESS LINK FOR UNIIBAND”的美国临时专利申请的优先权，该案的全文以引用的方式并入本文。
背景技术
免许可证国家信息基础(UNII)频段(5GHz)里的新信道，如图1所示，要求支持新的管理要求，如动态频率选择(DFS)、发送功率控制(TPC)和均匀分布(US，或相等载荷)。而基于具有低信道占用率的时分双工(TDD)操作针对包交换传输的无线局域网(LAN)应用而发展的原来的802.11a和随后的802.11n标准，轻易地就支持这些新的管理要求，而对于有很低等待限制(即，小于20μsec)的同时双向(全双工)电路交换无线链路应用来说，这样的支持更困难和更具挑战性。
这样一个运行在UNII频段的无线链路描述在Mohebbi的WO2005025078，2003年9月3日申请和WO2005069249，2004年1月12日申请的专利申请中，两个的题目都是“Short-Range Booster(短距离放大器)”，其内容在合并此作为通用的参考。这些申请描述了一种用于频分双工(FDD)蜂窝系统的放大器系统，如图2所示，依据一系列的标准来支持频分双工的蜂窝系统，标准如宽带码分多址(WCDMA)、CDMA2000、全球移动通信系统(GSM)、通用分组无限系统(GPRS)和高性能数据GSM环境(EDGE)。
在如图2所示的短距离放大器系统200中，Hop1和Hop3实质上运行在蜂窝频段的相同频率，而Hop2被调到UNII频段运行或工业、科学、医学(ISM)频段运行。Hop1是到基站收发系统(BTS)的通信链路，而Hop3是FDD模式中到移动用户(MS)单元的通信链路。Hop2是短距离放大器系统200的网络单元202与用户单元204之间的通信链路，它包括双向的业务和控制信道，需要满足目标蜂窝系统(如WCDMA要求全部放大操作的等待不大于20μsec，以使手机或BTS中的RAKE接收机可以合并直接的和经放大的信号能量)的等待(延迟)要求。
在美国共有将近23个非重叠的20MHz信道定义给了UNII频谱，如图1所示。目前WiFi系统如802.11“a”或“n”使用了该频谱中的一或两个信道，运行在LAN应用的TDD模式。这些系统因其要求的等待而不能满足蜂窝系统的FDD要求，但能满足DFS、雷达检测和均匀分布的管理要求。比如，802.11a(或n)系统的仅物理层运作所需的前缀和“信号域(signal field)”字符可以是20μsec。这单独消耗了允许的等待预算，没有给收发器的其他处理延迟留下余量。更进一步，802.11的媒体访问控制(MAC)层引入了是非确定性等待，因其MAC操作是基于CSMA/CA的。
在FDD操作(一个例子显示在图3中)，UNII频段被划分成两个显著分开的区域，每个区域各有其连续的信道。在这样的FDD分区，如“双工I”区域可以有7个信道，而“双工II”区域可以包含8个信道。因而，在给出的例子中，“双工I”频段的一个信道(或若干信道)可被分配给图2所示的网络单元与用户单元之间的给定方向，而另一个方向上的传输则可由“双工II”区域中的一个信道(或若干个信道)支持。虽然这样的安排能满足蜂窝系统的FDD要求，但不能满足UNII频段的DFS和均匀分布要求，也不能满足蜂窝系统的短等待要求。
发明内容
公开了一种使工作在UNII频段信道的无线链路支持具有目标蜂窝系统的特定延迟的全双工、双向FDD蜂窝传输同时满足如DFS、TPC、雷达检测和均匀分布等管理要求的方法和装置。
按照本发明的一个方面，一种在两个收发器装置之间的无线链路上全双工通信的方法，包括在第一信道将输出数据的第一部分发送到两个收发器装置中的另一个，而在第二信道接收来自两个收发器装置中的另一个的输入数据的第一部分，并且除了检测输入数据还检测辐射源的存在。该方法进一步包括在第二信道将输出数据的第二部分发送到两个收发器装置中的另一个，而在第一信道接收来自两个收发器中的另一个的输入数据的第二部分，并且除了检测输入数据还检测辐射源的存在。
根据本发明的另一个方面，一种在一个收发器装置到另一个收发器装置的无线链路上全双工通信的技术，包括用发送器在第一信道将输出数据的第一部分发送到两个收发器装置中的另一个，而用接收器在第二信道接收来自两个收发器装置中的另一个的输入数据的第一部分，并且除了检测输入数据还检测辐射源的存在。该技术进一步包括切换发送器和接收器，用以在第二信道将输出数据的第二部分发送到两个收发器装置中的另一个，而在第一信道接收来自两个收发器装置中的另一个的输入数据的第二部分，同时除了检测输入数据还检测辐射源的存在。
本发明的再一个方面，是一种包括用于在与第二收发器装置连接的无线链路上全双工通信的第一收发器装置的通信系统。每一个收发器装置进一步用于在第一信道将输出数据的第一部分发送到两个收发器装置中的另一个，而在第二信道接收来自两个收发器装置的另一个的输入数据的第一部分，并且除了检测输入数据还检测辐射源的存在。每一个收发器装置进一步用于在第二信道将输出数据的第二部分发送到两个收发器装置中的另一个，而在第一信道接收来自两个收发器装置的另一个的输入数据的第二部分，并且除了检测输入数据还检测辐射源的存在。
下述的附图和说明阐述了本发明的一个或多个实施例。本发明的其它特性和优点将会在说明、附图及权利要求中明确。
附图说明
将参照下述附图详细描述本发明的上述及其它方面。
图1示出了通信频率UNII频段的信道。
图2示出了具有工作在UNII频段的自激中间跳(hop)的短距离放大器系统。
图3示出了UNII频段内的第一和第二双工频段。
图4示出了短距离放大器系统的自激中间跳(Hop)的切换系统。
图5示出了在到另一收发器的无线链路上的全双工通信的收发器。
图6是网络单元全双工通信方法的流程图。
图7是用户单元全双工通信方法的流程图。
在各附图中的相同的参考符号代表相同的元件。
具体实施方式
本文献揭示的是一种使工作在UNII频段信道的无线链路操作支持具有目标蜂窝系统的特定等待的全双工、双向FDD蜂窝传输，同时满足如DFS、TPC、雷达检测和均匀分布等管理要求的方法和装置。
为满足DFS、雷达检测和均匀分布的要求，图4给出了开关网络400的一个实施例，同时也参考图2。开关网络400包括同步工作的发送(TX)开关402和接收(RX)开关404。TX开关402将来自功率放大器410的输出数据发送到无线链路，而RX开关404接收来自无线链路的输入数据并用于低噪放大器412。开关网络400可集成到收发器的功能组件，或者可作为外设连接到收发器。
开关网络400最好是放在图2所示的网络单元202和用户单元204中的双工滤波器406和天线408之前，并做同步的相反动作(或称为“互补”，即，当网络单元202的开关402和404在“A”位置，则用户单元204的开关402和404就在“B”位置)。给定单元(如网络单元202)负责使得，当TX开关402和RX开关404在“A”位置时，被发送的信号在一个信道(或多个信道)，即如图3所示的双工频段I，而被接收的信号在另一信道(或多个信道)，即如图3所示的双工频段II。
两个双工频段的信道(或多个信道)的选择是基于信道的可用性，服从信道可用性检测(CAC)。开关在被切换到“B”位置之前，会被维持在“A”位置一段时间，比如100μ sec。现在，双工频段I的信道(或多个信道)在这个单元(在本例为网络单元202)被用于接收信号。与来自另外一个单元(在本例为用户单元204，在该信道接收时做测量)的“精细的”开环发送功控(如步进为1dB)一起，将允许在要求的门限-64dB(或-62dB，取决于单元的发送功率)做雷达脉冲检测，该单元的发送功率将至少比来自另外一个单元的接收信号功率大将近6dB。雷达检测器正是用于此目的，它可区分雷达脉冲和接收信号包络变化，比如能量检测。
举个例子，当开关在“B”位置时，网络单元202此时将会在双工频段II的信道(或多个信道)发送信号。此外，一旦开关被置于“A”位置(比如在下一个100μ sec)，网络单元202在接收模式下在双工频段II中执行的工作信道(或多个信道)的在线监控，检测雷达脉冲。同样的操作也会在用户单元204侧进行。因而网络单元202和用户单元204都要求有“精细的”开环发射功控(即，步进为1dB)，它基于在给定的工作信道(或多个信道)的接收周期所作的测量。因此，此时UNII频段链路同时具备了FDD和TDD运行模式(即FDD/TDD链路)。如果检测到雷达脉冲，任一个单元都能够停止传送，在两端对两个双工部分进行新的CAC，并选择一个信道(或多个信道)开始类似于“上电”或“重启”的操作。
互补的切换安排将使得两个单元都满足均匀分布的要求。例如，“上电”或“重启”后，只有网络单元202会在从双工频段I或II随机选择(服从于CAC)的一个信道进行发送。作为无线网络一部分的用户单元204在给定的频段接收网络单元202的发送，然后在选择的频段的接收和发送中进行与网络单元202相反的方式进行切换操作。因为这两个单元是完全同步的，他们可经控制切换到其它双工频段。
图5是具有另一种切换机制的收发器500。收发器500包括发送(TX)天线502和接收(RX)天线504。本领域技术人员清楚，TX天线502和/或RX天线504可由多个天线组成，或被组合成单个天线架构。收发器500也可包含多种通信组件，出于简化和清晰起见没有在图5示出。
收发器500在第一信道506(双工频段I的信道)将输出数据的第一部分发送到至少一个其它收发器，而在第二信道508(双工频段II的信道)接收来自另一收发器的输入信号的第一部分，并使用雷达检测器510检测输入数据和辐射源的存在。收发器500还在第二收发器信道512将输出数据的第二部分发送到其它收发器，而在第一接收器信道514接收来自另一收发器的输入信号的第二部分，并使用雷达检测器510检测输入数据和辐射源的存在。
图6描述了在无线链路上全双工通信的网络单元的方法600。在602，收发器装置(如图2所示的网络单元202)的电源被“打开”或“重启”。在604，随机选择第一信道(即，在图3所示的双工频段I内)。在606，在选择的信道进行信道可用性检测(CAC)，在608确定该选择的第一信道是否可用。如不可用，在610选择下一个第一信道并且方法600重复606。如所选信道可用，在612随机选择第二信道(即，在图3所示的双工频段II内)。在614对该选择的信道进行CAC，在616判断该选择的信道是否可用。如不可用，在618选择下一个第二信道并且方法600重复614。
在620设定定时器(t)，在622，发送器的发送功率被调到最优的水平开始在第一信道发送。期间，在624，接收器被调到所选的第二信道开始接收数据，检测接收数据和无线信号，并估算到用户单元的路径损耗。此过程一直进行，直到在626切换时间到，则在628会提供将被再次设定的定时器。在630，发送器(或第二发送器)的发送功率被调到最优的水平开始在第二信道发送。期间，在632，接收器(或第二接收器)被调到所选的第一信道开始接收数据，检测接收数据和无线信号，并估算到用户单元的路径损耗。当时间t＝切换时间时，方法600重复620。
图7描述了在无线链路上全双工通信的用户单元的方法700。在702，收发器装置(如图2所示的网络单元202)的电源被“打开”或“重启”。在704，选择第一信道，如图3所示的双工频段I内的一个或多个信道。在706，接收器被调到所选的信道，开始检测来自网络单元的发送。在708，判定是否有来自网络单元的任何发送。如果没有，在710选择频段内的下一个信道，并且方法700重复706。如果检测到来自网络单元的发送，则在712检测并记录“发送的结束”。
在714，选择第二信道，如图3所示的双工频段II内的一个或多个信道。在716，接收器被调到所选的信道，开始检测来自网络单元的发送。在718，判定是否有来自网络单元的任何发送。如果没有，在720选择频段内的下一个信道，并且方法700重复716。如果检测到来自网络单元的发送，则在722检测并记录“发送的结束”。
在724，判定传输是否将发生在第一信道，即频率的双工频段I。如果是，在726设定定时器，在728将发送功率调到最优的水平开始在第一信道发送，而在730接收器被调到第二信道(即，双工频段II)接收数据，进行雷达检测，并估算到用户网络单元的路径损耗。在732判定定时器是否切换到时。如果不是，方法700重复726。如果是，在734重置定时器。
在724，再次判定传输是否将发生在第二信道，即频率的双工频段II。如果是，在734设定定时器，在736将发送功率调到最优的水平开始在第二信道发送，而在738接收器被调到第一信道(即双工频段I)接收数据，进行雷达检测，并估算到用户网络单元的路径损耗。在740判定定时器是否再次切换到时.如果是，方法700重复724，如果不是，方法700重复736。
上述揭示的机制和技术在满足DFS、雷达检测和均匀分布等管理要求的同时，也满足蜂窝系统链路的FDD要求，但仍不一定能满足等待要求(如WCDMA要求的20μ sec)。为满足如20μ sec的等待要求，需要新的媒体访问控制(MAC)和物理层设计。
物理层调制可以保持实质上类似于802.11“a”或“n”，使用BPSK、QPSK、16和64QAM、64子载波OFDM调制，运行在20或40MHz信道。然而，由于目前链路运作是有规律和连续的，几乎类似于电路交换的运作，非常短的前导码(比如4μ sec)可用来做要求的物理层估算，比如频偏、自动增益控制(AGC)和信道估算。
尽管时钟定时对于用于这样系统中使用的这么短的数据包(<100μ sec)是不需要的，但是可以通过前面的接收数据包来增加其它的估算，因为此时数据包是以有规律的间隔到达(此例是每隔100μ sec)。非常短的前导码减少了等待，并且当接收处理等待(比如8μ sec)增加到传输等待时，根据物理层20μ sec的等待要求，为链路链中其它的处理等待提供了8μ sec的预算。
因而，MAC层不再是基于具有冲突避免的载波监听多路访问(CSMA/CA)，一类标准的通信信道冲突避免协议。而且，MAC层可以保障信道的一直可用，除非例外的被雷达检测检测算法单元通知。此时非常短的前导码还可用于评估信噪比(SNR)，或信道冲激响应(CIR)，以检测检测来自其它装置的任何干扰，而无需循环冗余校验(CRC)。同时也不需要重传，因为蜂窝链路是被设计运行具有一定的误码率(BER)(比如对语音是0.01)。
虽然上面已经详细描述了少数实施例，但其它的修改仍然是可能的。图6和图7所示的逻辑流程图，为达想要的结果，并不一定要求具备和图示一样的特定顺序，或是连续的顺序。其它的实施例可以包括在下面的权利要求的范围内。

Claims (19)

1、一种用于在两个收发器装置之间的无线链路上全双工通信的方法，该方法包括：
在第一信道将输出数据的第一部分发送到两个收发器装置中的另一个，而在第二信道接收来自两个收发器装置中的另一个的输入数据的第一部分，并且除了检测输入数据还检测辐射源的存在；和
在第二信道将输出数据的第二部分发送到两个收发器装置中的另一个，而在第一信道接收来自两个收发器装置中的另一个的输入数据的第二部分，并且除了检测输入数据还检测辐射源的存在。
2、如权利要求1所述的方法，其中第一信道和第二信道都在UNII频段之内。
3、如权利要求1所述的方法，进一步包括，在接收输入数据的第一部分以及接收输入数据的第二部分时，估计路径损耗。
4、如权利要求1所述的方法，其中第一信道对应UNII频段中的第一组频率，第二信道对应UNII频段中的第二组频率。
5、如权利要求1所述的方法，进一步包括：
选择第一信道；和
在所选的第一信道进行信道可用性检查直到确认了可用的第一信道。
6、如权利要求5所述的方法，进一步包括：
选择第二信道；和
在所选的第二信道进行信道可用性检查直到确认了可用的第二信道。
7、如权利要求1所述的方法，进一步包括从在第一信道将输出数据的第一部分发送到两个收发器装置中的另一个，切换到在第二信道将输出数据的第二部分发送到两个收发器装置中的另一个。
8、如权利要求1所述的方法，其中该切换发生在预先设定的时间。
9、如权利要求7所述的方法，进一步包括从在第二信道接收来自两个收发器装置中的另一个的输入数据的第一部分，切换到在第一信道接收来自两个收发器装置中的另一个的输入数据的第二部分。
10、如权利要求9所述的方法，其中该切换发生在预先设定的时间。
11、一种在收发器装置内在到另一个收发器装置的无线链路上全双工通信的方法，该方法包括：
用发送器在第一信道将输出数据的第一部分发送到两个收发器装置中的另一个，而用接收器在第二信道接收来自两个收发器装置中的另一个的输入数据的第一部分，同时除了检测输入数据还检测辐射源的存在；
切换发送器和接收器，在第二信道将输出数据的第二部分发送到两个收发器装置中的另一个，而在第一信道接收来自两个收发器装置中的另一个的输入数据的第二部分，同时除了检测输入数据还检测辐射源的存在。
12、如权利要求11所述的方法，其中第一信道和第二信道都在UNII频段之内。
13、如权利要求11所述的方法，进一步包括，在接收输入数据的第一部分以及接收输入数据的第二部分时，估计路径损耗。
14、如权利要求11所述的方法，其中第一信道对应UNII频段中的第一组频率，第二信道对应UNII频段中的第二组频率。
15、如权利要求11所述的方法，进一步包括：
选择第一信道；和
在所选的第一信道进行信道可用性检查直到确认了可用的第一信道。
16、如权利要求15所述的方法，进一步包括：
选择第二信道；和
在所选的第二信道进行信道可用性检查直到确认了可用的第二信道。
17、一种通信系统，包括：
第一收发器装置，用于在与第二收发器装置连接的无线链路上全双工通信，每一个收发器装置进一步用于：
在第一信道将输出数据的第一部分发送到两个收发器装置中
的另一个，而在第二信道接收来自两个收发器装置中的另一个的
输入数据的第一部分，并且除了检测输入数据还检测辐射源的存
在；和
在第二信道将输出数据的第二部分发送到两个收发器装置中
的另一个，而在第一信道接收来自两个收发器装置中的另一个的
输入数据的第二部分，并且除了检测输入数据还检测辐射源的存
在。
18、如权利要求17所述的通信系统，其中每一个收发器进一步包括雷达检测器，除了用于检测输入数据还检测辐射源的存在。
19、如权利要求17所述的通信系统，其中每一个收发器进一步包括定时器，用于设定在第一信道发送与在第二信道发送之间切换的定时。
20、如权利要求17所述的通信系统，进一步包括信道选择器，用于选择第一和第二信道。
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