CN102624424A - 基于两个或多个天线分集输入上的冗余信号接收的、增强的无线通信服务质量的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为基于两个或多个天线分集输入上的冗余信号接收的、增强的无线通信服务质量的系统和方法。本发明包括一种在拓扑中提供至少两(2)个接收器(110、120)的系统(100)和方法(600)，该拓扑允许每个接收器(110、120)通过不同的分集天线域获取无线通信信号。每个接收器(110、120)获取信号并将其解调和解码，再将数据发送到数据终端组件(170)。数据终端组件(170)解决分组对齐问题并选择最佳数据。这提高了系统(100)可靠性并且降低了对可能发生在单个天线域的信号衰落所导致的数据损坏或数据丢失的系统易受影响程度。以这种方式提供无线系统(100)减小了由于多径和/或阴影效应产生的相同衰落现象损害数据接收而导致数据遗失或者数据丢失的可能性。

Description

基于两个或多个天线分集输入上的冗余信号接收的、增强的无线通信服务质量的系统和方法
技术领域
本申请涉及无线通信系统的领域。更具体地，本申请涉及无线医疗监视系统中的冗余信号接收的领域。
背景技术
在当前的无线通信系统中，存在由衰落导致的无线医疗遥测服务的数据丢失或数据遗失问题。衰落是指载波调制的RF信号在传播介质中经历的衰减中的偏差。衰落通常由多径传播(其中同一信号的不同路径以相消的方式合并)或阴影(其中障碍物阻碍了波的传播)所导致。衰落模型可以用来描述衰落可能如何发生，但是信号衰落是一种随机现象并且不可能从任何无线通信系统中消除。
因此，期望减小信号衰落将影响无线系统性能的可能性。通过减小衰落导致系统中数据丢失或数据遗失的可能性，无线通信系统的可靠性得以增强。
发明内容
本申请包括一种在拓扑上提供至少两(2)个接收器的系统和方法，所述拓扑允许每个接收器通过不同分集天线从无线通信信号中获取、解码和解调数据。每个接收器将获取的数据发送到数据终端组件。数据终端组件解决分组对齐问题并选择最佳数据。该方案提高了系统可靠性并且降低了对可能发生在单个接收信号上的信号衰落或遗失所导致的数据损坏或数据丢失的系统易受影响程度。由于衰落同时发生在两个或多个独立天线域上的联合概率比任何单个域要低得多，因此以这种方式提供无线系统提高了接收到正确数据的机会，这是因为通过接收器基础设施进行冗余监视的天线域的至少一个典型地未处于衰落中。
在本申请的一个方面中，增强服务质量的无线通信系统包括：配置成接收从一无线医疗设备传送且包含医疗数据的无线信号的主接收器；配置成从该无线医疗设备接收该无线信号的冗余接收器，其中主接收器和冗余接收器中的每个都包括解码器和传输介质组件，其中解码器评估无线信号的质量并提取医疗数据，而传输介质组件将无线信号处理成多个传输数据分组；以及数据终端组件，其中数据终端组件从主接收器和冗余接收器中的每个接收该多个数据传输分组，并将该多个传输数据分组融合为复合数据流。
在本申请的另一个方面中，无线通信系统中增强的服务质量的方法包括：在主接收器中接收从一医疗设备传送来的无线信号；在冗余接收器处接收从该医疗设备传送来的该无线信号，其中主接收器和冗余接收器中的每个都包括解码器和传输介质组件，其中该方法进一步包括解码器评估接收的无线信号的质量并提取医疗数据，而传输介质组件将接收的医疗数据处理成多个传输数据分组；以及在数据终端组件处从主接收器和冗余接收器中的每个接收该多个数据传输分组，并进一步包括将该多个传输数据分组融合为复合数据流。
附图说明
图1是示出了本申请的接收器系统的一实施例的示意框图。
图2是示出了本申请的多个信号的一实施例的图形表示。
图3是示出了本申请的多径衰落的一实施例的图形表示。
图4是示出了本申请的传输数据分组的一实施例的示意框图。
图5是示出了本申请的数据流重构的一实施例的示意框图。
图6是示出了本申请的方法的一实施例的流程图。
具体实施方式
本申请的系统和方法包含通过至少两个不同接收器路径对期望的无线通信信号的接收，所述至少两个接收器路径存在于同一个或者独有的物理接收器模块上。参考图1，接收器系统100中的冗余覆盖将包含从主接收器110以及至少一个冗余接收器120的信号接收。在本申请的上下文中，信号接收是指如下功能元素：天线分集、筛选、解调、解码以及解码信息的传输。接收的数据应从接收器(主接收器110或者冗余接收器120)传输到数据终端组件170以进行重构。在该实施例中，并不要求数据终端组件170是接收的信号的最终目的地。主接收器和冗余接收器110、120提供相同的性能特征，其中在接收中的根本差异由天线域分集产生。
图1中的接收器系统100包括每个接收器110、120中的天线115，其从整个无线系统(未示出)接收通信。这些天线115部署为空间分集天线域，位于无线系统所提供的整个服务区域。每个天线115的位置基于特定设计规则并由现场勘测导致。因为每个天线115安装在不同位置，因此每个天线115处的信号表示任何时间点处无线信号的独有实现。然而，还应该注意的是，多个主接收器110和/或冗余接收器120中的任何一些都可在单个硬件组件上实现。
以这样的方式配置天线115在用于室内系统时尤其有帮助，其中传送设备和接收器之间的视线不一定是无障碍物的路径。这些情况下，信号从源发射出来时从永久性障碍物或者其他物体上反射。这些反射在传送器和接收器110及120间产生备选信号路径，可被称为多径情形或多径信号。当这些多径信号在天线115的孔径处合并时，它们可能影响接收信号的质量。所述反射引入传播时间延迟，其表现为接收信号中的相位偏移。图2中的多径信号曲线图200中示出这种效应。该曲线图200显示如果信号路径由于反射数量的原因而更长，其将使信号到达天线孔径延迟。多径信号曲线图200以图形形式示出了原始信号230和延迟的信号240，其在沿多径信号曲线图200的x轴的时间间隔210上具有沿多径信号曲线图200的y轴的信号振幅220。该多径信号曲线图200示出了来自无线系统中的传送器的一个信号如何由于环境的影响而以延迟形式被接收。
由于目前不存在消除无线室内环境中多径信号的系统或方法，所以在一些情形中这些影响可能导致相消干扰并且由此导致衰落或接收信号的减小的信号功率。这种影响在图3中的天线信号曲线图300中示出。该曲线图300呈现了可能发生在典型无线系统中的信号衰落情形的示例。这里，接收的信号功率320相对于时间310，在由两个不同天线接收时(天线信号(1)330和天线信号(2)340)不同。示出信号功率衰落335发生在不同时间并代表通过独立天线域的接收。如果天线信号(1)330的接收用于作为接收器的唯一信号，当信号衰落335，并且接收器信号功率320下降时，那么解调信号的能力可能被损害。使用通过接收器和天线分集的单个接收路径提供了相对于仅使用单个天线的系统的优越性，因为分集系统中的接收器能检测到衰落335并且将接收转交给备选天线。
仍然参考图3，在衰落逐渐发生的情形中，接收器中的天线切换算法可以检测到衰落335并促使将接收转交到另一天线，由此，防止了任何遗失或者性能降级。然而，当衰落335迅速发生时，天线切换可能无法在性能降级(以丢失数据的形式显现)之前检测到衰落事件335。因此，可通过本申请的系统和方法获得无线通信系统的可靠性提升，本申请的系统和方法利用分集天线域中的冗余接收。本方法还能防止在单天线上接收的快速衰落损害接收器的性能。
再次参考图1，考虑冗余接收，必须理解在单接收路径中涉及的功能元素。这些功能元素提供信号调节并且执行信号处理技术，使得接收器110、120能够在通信信道上传送信息时获得期望的信息。图1中主接收器和冗余接收器110、120中的每个包括典型接收器110、120信号路径的图像。解调器140和解码器150是本领域中公知的并且在文献中予以定义。接收器系统100可使用公知的解调器140和解码器150，或者为接收器系统100专门设计的解调器和解码器。筛选和下变换器(SDC)组件130和传输介质组件160在下面的段落中将予以更详细地解释。
SDC组件130作为到天线115基础结构的接口并为在整个无线网络实施的期望的复用方案提供多接入支持。SDC组件130与天线基础设施一起，提供用以获得无线信号的物理介质。一旦获得RF信号，SDC组件130中的电路或固件提供必要的滤波来分离所述信号中期望的谱内容，并且将所述信号下变换或重新对齐到期望的频谱位置以用于采集和解调。信号调节不限于模拟或数字域并且可跨两个域的部分来分离期望的信号。
SDC组件130获得期望的信号后，用解调器140处理该信号以获得该期望的信号内包含的信息。该信息由解码器150解码，由接收器110、120得到期望的数据。将该期望的数据传递至传输介质组件160，其将数据组织或编码为预定义的格式。然后该格式化数据被发送到数据终端组件170进行处理。应该注意到，数据终端组件170包括存储介质和处理器，其中存储介质包括可执行代码集，该可执行代码集包括用于运行主接收器110和冗余接收器120的上述方法的指令。存储在数据终端组件170的存储介质中的可执行代码集由处理器执行，由此实现接收器系统100的操作。应进一步注意到，备选实施例可能在主接收器110、冗余接收器120或接收器系统100的其他位置包括这样的硬件组件。
在利用冗余接收的接收器系统100中，实现单接收路径的至少两个独立的实例，正如前面段落中所述的。每条路径包括分集天线115输入、SDC组件130、解调器140、解码器150和传输介质组件160。传输数据流被发送到公共数据终端组件170。
数据终端组件170将来自主接收器和冗余接收器110、120的数据路径融合成单个数据流，其代表了来自传送设备(未示出)的信息。融合信息的方法可以包括多种方案，以保证能获得最佳结果。
参考图4，传输的数据优选地以编码传输数据分组400格式驻留，该格式最少包括帧ID 410、ECC 430和源440位置。当数据420中没发生错误或者没有未纠正的数据420错误发生时，解码器150(图1)可以将这些分组400标记450为好分组，或者当出现导致数据丢失的、未校正的数据420错误时，将其标记450为坏分组。传输数据分组400包括用于识别数据420以及对每个数据分组400帧的数据420标记时间戳的帧ID 410。同时参考图1，当在接收器110、120中任一个接收器中接收到数据420并且由解调器140将其解调和由解码器150将其解码时，从解码器150得到的信息结果即为数据分组400。ECC 430确定数据是否正确，如果正确，则标签450指示该特定传输数据分组400是一个好的数据传输分组400。源440指示该传输数据分组400来自何处，也就是说，其来自主接收器110还是来自冗余接收器120中的任何一个。
现在参考图5，数据终端组件170(图1)将好分组400(图4)以顺序方式排序从而重构数据流500，并将已知好的分组400串联在一起以形成复合数据流530。该复合数据流530可能包括来自专门用于接收期望信号的任何接收器110、120的好分组400，而不管该接收器是主接收器110还是冗余接收器120。仍然参考图5，如所示那样，将主接收器数据流510和冗余接收器数据流520对齐。这两个接收器数据流510、520按照帧ID对齐，也就是说，将帧n 540对齐，同样地将帧n+1、n+2、n+3和n+4，540、550-580对齐。复合数据流520图示两个接收器数据流510、520的组合，其中包括附有每个帧ID的好标签的数据分组。该复合数据流530是通过逐帧将来自主接收器数据流510的与来自冗余接收器数据流520的数据分组进行比较而构建的。例如，比较帧n 540数据分组，显然主接收器数据流510与冗余接收器数据流520均包括“好”分组。据此，将系统预设为在这种情况下使用来自主接收器数据流510的分组。在帧n+1 550中，主接收器数据流510具有好标签，而冗余接收器数据流520具有坏标签。这种情况下，数据终端组件170会选择来自主接收器数据流510的分组用于复合数据流530。在帧n+3 570中，冗余接收器数据流520是唯一的好数据分组，并因此将这个分组包含在复合数据流530中。当系统包括许多冗余接收器数据流520时，数据终端组件170将具有一组规则，该组规则确定当主接收器数据流510有坏分组时，哪个具有“好”标签的冗余接收器数据流520将对复合数据流530有贡献。
现在参考图6，示出本申请的一种方法600。在步骤610中，在物理区域中进行现场勘测以确定最优无线基础设施配置。这类现场勘测方法为本领域中公知的，并使得无线监视系统的使用者能适当地放置天线115和接收器110、120(图1)以确保整个受监视区的覆盖。在步骤620中，在无线监视系统中根据现场勘测的发现配置多个天线115和接收器110、120。在步骤630中，在多个接收器110、120的每一个上获取生理信号，其中多个接收器110、120的每一个包括用于获取该信号的天线115和SDC模块130。在步骤640中，在多个接收器110、120的每一个中将获取的信号处理成多个传输数据分组。在步骤640中，在多个接收器110、120中将信号解调和解码。解码器根据获取的信号的质量为多个传输数据分组的每一个标记以“好”或者“坏”标签。标记每个传输数据分组的阈值由系统的使用者预先确定并相应地进行设置。应考虑到将任何给定生理信号的质量评级为“好”或“坏”的阈值很大程度上取决于被处理的生理信号的类型。
仍然参考图6，将来自所述多个接收器110、120的每个的多个传输数据分组发送到数据终端组件170。这里，来自所述多个接收器110、120的每个的多个传输的数据分组被融合成复合数据流。通过以帧ID的顺序将所述多个接收器的每个的多个数据分组的每个对齐并对应于特定帧ID为每个数据分组400从接收器110、120之一选择“好”数据传输分组，来将这些传输分组融合。当对任何帧ID有两个或多个传输数据分组被标记为“好”时，将使用预定义的规则集来选择要在复合数据流中使用哪个传输数据分组。作为示例，如果所有传输数据分组都有“好”标签，那么所述规则集可能指示应当利用来自主接收器110的数据传输分组。可相应地将多个接收器110、120中其余的排序。作为第二个示例，可以有发出信号的邻近传送设备，该信号可以设置应从哪个“好”传输数据分组起进行选择的顺序。应当注意，可以采用用于选择多个“好”传输数据分组中的一个的任何数量方法或者规则。
在备选实施例中，分组400内的数据420被逐比特评估。在该实施例中，可以对不同分组400中的数据分组420和标签450设定差别，然后重构该流的不同排列的组合来搜索ECC 430匹配。
因此，通过在拓扑(该拓扑允许每个接收器110、120通过不同分集天线115路径同时获取无线通信信号)上提供至少两个接收器110、120，系统可靠性得以提高，且对由于信号衰落导致的数据损坏或数据丢失的系统易受影响程度得以降低。技术优势集中在提高无线通信系统的可靠性上。冗余监视降低了在任意天线域上的信号衰落导致无线系统中的数据丢失或数据遗失的可能性。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，以及还使本领域技术人员能制作和使用本发明。本发明可取得专利的范围由权利要求确定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。
部件表
  组成部件   附图标记   图号
  接收器系统   100   图1
  主接收器   110   图1
  冗余接收器   120   图1
  SDC组件   130   图1
  解调器   140   图1
  解码器   150   图1
  传输介质组件   160   图1
  数据终端组件   170   图1
  多径信号曲线图   200   图2
  X轴   205   图2
  时间间隔   210   图2
  Y轴   215   图2
  信号振幅   220   图2
  原始信号   230   图2
  延迟的信号   240   图2
  天线信号曲线图   300   图3
  X轴   305   图3
  时间间隔   310   图3
  Y轴   315   图3
  信号功率   320   图3
  天线信号1   330   图3
  天线信号2   340   图3
  传输数据分组   400   图4
  帧ID   410   图4
  数据   420   图4
  ECC   430   图4
  源   440   图4
  标签   450   图4
  数据流重构   500   图5
  主接收器数据流   510   图5
  冗余接收器数据流   520   图5
  复合数据流   530   图5
  帧N   540   图5
  帧N+1   550   图5
  帧N+2   560   图5
  帧N+3   570   图5
  帧N+4   580   图5
  天线   115   图1
  信号功率衰落   335   图3
  方法   600   图6
  步骤   610   图6
  步骤   620   图6
  步骤   630   图6
  步骤   640   图6
  步骤   650   图6
  步骤   660   图6

Claims (10)

1.一种增强服务质量的无线通信系统(100)，所述系统包括：
主接收器(110)，其配置成接收从无线医疗设备传送的、包括医疗数据的无线信号；
冗余接收器(120)，其配置成从所述无线医疗设备接收所述无线信号，其中所述主(110)接收器和冗余接收器(120)的每个都包括解码器(150)和传输介质组件(160)，其中所述解码器(150)评估所述无线信号的质量并提取所述医疗数据，而所述传输介质组件(160)将所述无线信号处理成多个传输数据分组(400)；以及
数据终端组件(170)，其中所述数据终端组件(170)从所述主(110)接收器和冗余接收器(120)的每个接收所述多个数据传输分组(400)，并将所述多个传输数据分组(400)融合成复合数据流(530)。
2.如权利要求1所述的系统(100)，其中，所述主(110)接收器和冗余接收器(120)的每个都包括天线(115)以及SDC组件(130)，其中所述天线(115)和SDC组件(130)从所述患者监视设备接收并获取所述无线信号。
3.如权利要求1所述的系统(100)，其中，所述主(110)接收器和冗余接收器(120)包括解调器(140)，其中所述解调器(140)从所述SDC组件(130)接收所获取的无线信号并且为所述解码器(150)解调所述信号。
4.如权利要求1所述的系统(100)，其中，根据现场勘测在所述无线医疗监视系统(100)中配置所述主(110)接收器和冗余接收器(120)。
5.如权利要求1所述的系统(100)，其中，所述多个传输数据分组(400)的每个包括来自所述医疗设备的、具有帧ID(410)的数据片段，其中所述帧ID(410)标识来自所述医疗数据的一部分的数据。
6.如权利要求5所述的系统(100)，其中，所述传输数据分组(400)的每个包括纠错码(ECC)(430)，其中所述解码器(150)使用所述ECC(430)来确定所述数据是否正确。
7.如权利要求5所述的系统(100)，其中，所述传输数据分组(400)的每个包括源(440)，其中所述源(440)指示所述传输数据分组(400)来自哪个接收器(110、120)。
8.如权利要求5所述的系统(100)，其中，所述传输数据分组(400)的每个包括标签(450)，其中所述标签指示所述传输数据分组(400)是否包括正确接收的医疗数据。
9.如权利要求1所述的系统(100)，其中，所述数据终端组件(170)将所述来自所述主(110)接收器和冗余接收器(120)的所述多个数据传输分组(400)融合成包括对应于每个帧ID的正确数据帧的复合数据流(530)。
10.一种在无线通信系统(100)中增强的服务质量的方法(600)，所述方法(600)包括：
在主接收器(110)中接收(630)从医疗设备传送来的无线信号；
在冗余接收器(120)中接收(630)来自所述医疗设备的所述无线信号，其中所述主(110)接收器和冗余接收器(120)的每个都包括解码器(150)和传输介质组件(170)，其中所述方法(600)进一步包括：所述解码器(150)评估所接收的无线信号的质量并提取所述医疗数据，而所述传输介质组件(170)将所接收的医疗数据处理(640)成多个传输数据分组(400)；以及
在数据终端组件(170)中从所述主(110)接收器和冗余接收器(120)的每个接收(650)所述多个数据传输分组(400)，并且进一步包括：将所述多个传输数据分组(170)融合(660)为复合数据流(530)。
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