CN101507123A - 无线装置及方法 - Google Patents

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Abstract

无线装置通过向连接到无线网络的一个或多个其它装置发送该装置进入预定休眠模式的信号，执行该无线网络中的一个或多个无线电信道的背景扫描。之后，当该网络上的其它装置认为该装置处于休眠模式时执行背景扫描。

Description

无线装置及方法
技术领域
本发明涉及无线装置及方法。更具体地，本发明涉及用于在超宽带网络中使用的无线装置及方法，其中，利用背景扫描技术改善了网络容量和耐干扰性。
背景技术
超宽带是在整个3.1GHz-10.6GHz的非常宽的频率范围内传输数字数据的无线电技术。通过在整个宽大的带宽上传播RF能量，通过传统的频率选择RF技术实际上无法检测到传输的信号。然而，低传输能量通常将通信距离限于小于10米到15米。
有两种实现UWB的方案：时域方案，以具有UWB特性的脉冲波形构造信号；以及频域调制方案，在多(频)带上使用传统的基于FFT的正交频分复用(OFDM)，给出MB-OFDM。两种UWB方案都产生在频谱内覆盖非常宽的带宽的频谱分量，即术语超宽带，从而该带宽占中心频率的20％以上，通常至少为500MHz。
超宽带的这些特性，加上其非常宽的带宽，意味着UWB是用于在通信装置彼此在20m范围内的家庭或办公环境中提供高速无线通信的理想技术。
图1示出了用于超宽带通信的多带正交频分复用(MB-OFDM)系统中的频带布置。MB-OFDM系统包括十四个子带，每个子带为528MHz，并且MB-OFDM系统使用子带之间的每312ns的跳频作为访问方法。在每个子带内，采用OFDM和QPSK或DCM编码来传输数据。应当注意，空出5GHz左右(通常为5.1GHz-5.8GHz)的子带，以避免与例如802.11a WLAN系统、安全代理通信系统或航空工业的现有窄带系统之间的干扰。
十四个子带组织为五个带组，其中四个带组中的每个均具有三个528MHz的子带，一个带组具有两个528MHz的子带。如图1所示，第一带组包括子带1、子带2和子带3。一个示例性的UWB系统将采用带组的子带间的跳频，以使第一数据符号在带组的第一频率子带中在第一312.5ns持续时间间隔内传输，第二数据符号在带组的第二频率子带中在第二312.5ns持续时间间隔内传输，以及第三数据符号在带组的第三频率子带内在第三312.5ns持续时间间隔内传输。因此，在每个时间间隔期间，数据符号在具有528MHz带宽的各个子带内传输，例如具有以3960MHz为中心的528MHz基带信号的子带2。
超宽带的技术特性意味着其配置为用于数据通信领域的应用。例如，存在广泛的各种应用，这些应用集中在以下环境中的电缆替代：
PC与外围设备之间的通信，即，诸如硬盘驱动器、光盘刻录机、打印机、扫描仪等的外围设备。
家庭娱乐设备，诸如电视和通过无线装置连接的装置、无线扬声器等。
手持装置与PC之间的通信，例如移动电话和PDA、数码相机和MP3播放器等。
在诸如UWB网络的无线网络中，一个或多个装置周期性地传输信标帧。信标帧的主要目的是在介质上提供定时结构，也就是分时为所谓的超帧，并允许网络的装置与信标组同步。
背景扫描是一种通常在无线网络特别是UWB系统中使用的技术，它对其它RF活动的出现进行扫描。背景扫描允许存在于RF环境内的装置形成该RF环境的“图片”。
由清晰的“图片”，该装置可以提供将装置接收器重新调谐至不同物理信道(和不同带组)的能力，允许该装置为其它信标组进行背景扫描并评估信道质量。
UWB系统的基本定时结构为如图2所示的超帧。根据欧洲计算机制造商协会(ECMA)标准ECMA-368第二版的超帧由256个介质访问槽(MAS)构成，其中每个MAS具有例如256微秒的限定的持续时间。每个超帧以信标周期开始，该信标周期持续一个或多个连续的MAS。信标周期中第一个MAS的开始被称为该信标周期的开始。
在有效传输或接收的间隙期间执行背景扫描是公知的。通常对于在其它装置具有槽预留的超帧周期或者在装置试图不向信标组内的其它装置发送信号而完成背景扫描的时机调度这样的扫描。
利用以上概括的技术具有许多缺点。例如，扫描周期可以被如此限制使得由于接收器调节时间而限制在现存带组的外部重新调谐物理信道的时机。而且，通过在合适的时刻执行扫描，存在装置漏掉信息包的可能。
本发明的一个目的是提供一种用于背景扫描的无线装置及方法，其不具有上述缺点。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了在无线网络中的第一无线装置上执行一个或多个无线电信道的背景扫描的方法。该方法包括以下步骤：向连接到该无线网络的一个或多个其它装置发送信号通知一个或多个其它装置该第一装置进入预定休眠模式的意图，并且当该网络上的一个或多个其它装置认为该第一装置处于休眠模式时，执行一个或多个无线电信道的背景扫描。
根据本发明的另一方面，提供了用于在无线网络内执行一个或多个无线电信道的背景扫描的无线装置。该无线装置包括收发器，适于向网络上的一个或多个其它装置发送信号，该信号表明该装置将进入预定的休眠模式。当一个或多个其它装置认为该装置处于休眠模式时，该无线装置还适于执行一个或多个无线电信道的背景扫描。
本发明利用休眠模式作为调度背景扫描的时机。装置通过利用现有的休眠信号和协议主动地扫描其它物理信道而不是进入能量节约模式。
附图说明
为了更好地理解本发明，以及更清楚地示出如何实现本发明以达到效果，将仅以示例的方式来参照附图，其中：
图1示出了多频带OFDM联盟(MBOA)允许的MB-OFDM系统的频谱；
图2示出了根据ECMA标准的超帧结构；
图3为描述无线网络装置的传统操作的高层活动图；以及
图4为描述根据本发明的接收装置的操作的高层活动图。
具体实施方式
便携式无线装置能够维持功率效率且最大化其电池寿命是重要的。延长电池寿命的有效方法是使装置能够通过在降低的功耗模式内操作或者通过在相对于超帧的较长时间周期关闭特定的电路元件来管理其能量消耗。这种操作的降低的功耗模式在MB-OFDMUWB系统的上下文中被称为休眠。
大多数无线技术提供两种功耗模式：活动模式和休眠模式。在活动模式期间，期望无线装置能够依照需要传输和接收帧以维持包含在超帧内。在省电或休眠模式中，要求无线装置悬挂包含在超帧内的所有RF，但维持超帧同步和信标组的成员资格。
要求装置在信标周期期间能够传输和接收信标帧。要求在超帧中其它槽期间传输和接收控制、命令和数据帧，并且控制、命令和数据帧还用于参与超帧。
图3是更好地描述无线网络装置的传统操作的高层活动图。
在操作的活动模式期间201，期望装置传输信标帧并参与介质上的正常的传输和接收操作。在某点装置管理实体将请求介质访问控制器(MAC)停止介质上的所有操作，包括信标传输的中止。这个请求通常包含倒计时参数，其表示该装置应当进入休眠状态之前相对于当前超帧的超帧数目。该请求还包含持续时间参数，其表示用于该装置维持其休眠状态的超帧数目。一旦接收到这样的请求，该MAC将在其下一个信标帧中包括一个休眠模式信息元素(IE)，使得其动作能够与信标组中的其它装置相协调。例如，当装置没有数据发送或接收时，装置可以决定进入休眠模式。
周期203中，在这个点该装置必须发送信号通知信标组中所有相邻的装置该装置进入休眠模式的意图。之后，在倒计时周期205的结尾，该装置休眠一个周期207。在休眠周期期满后该装置醒来，并且在周期209期间重新开始正常操作。
图4为描述根据本发明的无线装置的操作的高层活动图。
如同在图3中，该装置在周期301期间的操作的活动模式中起动，由此该装置正常地传输和接收信息包。周期303中，一旦接收到执行背景扫描的指令，则该无线装置发送信号通知网络上的其它装置其将休眠。应当注意，执行背景扫描的指令可以由装置管理实体提供。然而，还应当理解，该请求可以来自其它源，例如作为来自无线装置上较高层的请求的结果而来自该装置管理实体，或者用于周期性地执行背景扫描的附加算法的结果而自动地来自装置管理实体，周期性执行背景扫描是为了最佳服务质量以及在来自偶然干扰源的背景干扰下的共存。
在进入休眠模式之前，该装置在周期305再次等待特定时间。然而，在等待该特定时间后，该装置在周期307期间执行背景扫描操作，而不是如同对网络中的其它装置指示的那样真实地进入休眠模式。
背景扫描操作将涉及改变物理信道，而且有时改变带组。当改变物理信道时，将存在一个调节时间的周期以允许将装置接收器重新调谐至不同的物理信道。这个调节周期的持续时间随无线电特性和带组跳变微分(jump differential)是可变的。在图4的背景扫描周期307的任一侧上示出了调节时间306，308。应当理解，该装置可以在周期307期间多次改变物理信道，每次改变都有其自己的调节时间306和308。
完成背景扫描后，该装置随后在周期309返回操作的活动模式，并再次正常地传输和接收信息包。在背景扫描操作期间获得的信息以传统的方式用于这样的数据。例如，在背景扫描操作期间获得的信息可以用于测定其它物理信道上的信号质量、测定信道改变是否可能改善当前信道的状况，也就是提供更好的服务质量及最小化RF干扰。背景扫描数据还可以用于其它功能，例如在UWB系统中采用的“检测和规避”功能、减弱干扰、以及改善与其它无线技术和偶然干扰的共存。背景扫描信息还可以用于通过减少接收信息包错误以及引起重传的可能性来改善服务质量和信道特性，结果有益于最大数据速率和功率效率。
因此本发明有几项优于现有技术的优点。例如，通过使用无线系统预定的休眠模式，本发明允许装置执行背景扫描而无需新的协议或指令，因此本发明可以应用于多种不同的无线标准。换而言之，本发明例利用现有协议，这些协议的存在用于将装置置于休眠模式而不是进入休眠模式，该装置将改为在不同物理信道上执行背景扫描操作。
当该装置执行背景扫描时，网络上的其它装置由于认为该装置将处于休眠模式而并不试图向该装置发送信息包。因此，由于装置在不合适的时间执行背景扫描，将没有信息包丢失。本发明通过减少不必要的传输改善了网络容量并因此进一步改善了偶然干扰。
应当理解，可以预定该装置执行背景扫描的时间周期307，也就是说，对应于该装置指示其它网络装置其将处于休眠模式的预定的时间，或者取决于该装置执行背景扫描操作需要多长时间而改变的预定的时间。优选地，预定的时间周期为整数个超帧，也就是一个或多个超帧。
还应当理解，当装置利用规定的协议通知相邻的装置其将进入预定的睡眠状态时，术语休眠模式意思是包括其它预定的低功耗操作模式。
注意到以上描述的发明利用休眠模式作为调度背景扫描的时机。该装置通过利用现有的休眠信号和协议主动地扫描其它物理信道而不是进入能量节约模式。例如，ECMA规范定义了进入休眠模式和从休眠模式醒来的程序，因此适应的装置必须遵守这些程序。由于本发明在休眠周期期间不发送任何信标/命令/控制/数据帧，因此本发明与ECMA规范相适应。换而言之，由于背景扫描操是“接收”操作，本发明在ECMA规范的参数范围内操作。
应当注意，上述实施例示出而非限制了本发明，并且在不背离所附权利要求的范围的情况下，本领域的技术人员能够设计出多种可选实施例。词语“包括”并不排除不同于权利要求中所列出的元件或步骤的存在，并且“一个”并不排除多个。权利要求中的任何参考标号均不应当解释为限制其范围。

Claims (14)

1.在无线网络中的第一无线装置上执行一个或多个无线电信道的背景扫描的方法，所述方法包括以下步骤：
向连接至所述无线网络的一个或多个其它装置发送信号，通知所述一个或多个其它装置所述第一装置进入一个预定的休眠模式的意图；以及
当所述网络上的所述一个或多个其它装置认为所述第一装置处于休眠模式时，执行所述一个或多个无线电信道的背景扫描。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述向一个或多个其它装置发送信号的步骤包括使用进入所述休眠模式通常所用的标准休眠协议。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述执行背景扫描的步骤是在一个预定的时间周期之后执行。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述预定的周期对应于与进入所述休眠模式相关联的倒计时周期。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中由所述装置扫描的所述一个或多个无线电信道不同于所述网络中的在其上发生标准通信的信道。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述背景扫描的步骤执行一个预定的时间周期。
7.根据权利要求6所述的方法，所述预定的时间对应于超帧的整数倍。
8.用于执行无线网络中的一个或多个无线电信道的背景扫描的无线装置，包括：
收发器，适于向所述网络上的一个或多个其它装置发送信号，所述信号表明所述装置将要进入预定的休眠模式，并且当所述一个或多个其它装置认为所述装置处于休眠模式时，还适于执行所述一个或多个无线电信道的背景扫描。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述装置还适于向一个或多个其它装置发送信号包括使用进入所述休眠模式通常所用的标准休眠协议。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其中所述装置配置为在一个预定的时间周期之后执行背景扫描。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述预定的周期对应于与进入所述休眠模式相关联的倒计时周期。
12.根据权利要求8到11中任一项所述的装置，其中由所述装置扫描的所述一个或多个无线电信道不同于所述网络中的在其上发生标准通信的信道。
13.根据权利要求8到12中任一项所述的装置，所述装置还适于执行一个预定时间周期的背景扫描。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述预定时间对应于超帧的整数倍。
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