CN105553509B - 跳频无线网络中的干扰避免 - Google Patents

Abstract

本申请涉及跳频无线网络中的干扰避免。本发明涉及一种用于无线通信系统中的无线通信的方法，该方法包括从预定的频率范围内接收信号贡献，将所接收的信号贡献分类到作为预定的频率范围的子频带的多个不同频带中，将每个子频带中的内容与预定的标准进行比较，选择与预定的标准相对应的多个子频带的子集，产生包括关于所选择的子频带的子集的信息的频率键；以及将频率键广播到无线通信系统的多个节点。通过本发明，提高了无线通信系统中的无线控制数据的传输的可靠性。

Description

跳频无线网络中的干扰避免

本申请是申请日为2010年6月24日，申请号为201080033066.0，发明名称为“跳频无线网络中的干扰避免”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种便利无线通信的方法。具体地，本发明涉及一种确定适于无线通信的一组频带，从而在非授权频带中以较低的数据包丢失率进行通信的方法。本发明还涉及相应的无线通信设备。

发明背景

随着基于新的发光技术的新灯具的快速发展，越来越多的控制选择在娱乐、建筑、商业、工业、街道和活动产业中变得可用。为了控制所使用的不同设备，通过例如根据预定的协议的数字控制信号，可以使用有线技术和无线技术的组合，使趋势朝向仅使用主要集中在900MHz和2.4GHz频带内的传输的无线传输技术。

一般地，无线通信系统包括在一侧上的连接到控制设备的无线发射器模块和在另一侧上的每一个连接到独立可控设备(例如选自上面提到的灯具)的一个或多个无线接收器模块，用于允许控制信号的单向传输。根据预定的协议，两侧可替代地(或者也可以混合方式)配备无线收发器，用于允许控制设备和可控设备之间的控制信号的双向传输。这样的用于娱乐、建筑、商业、工业、街道和活动产业的无线通信系统是有技能的受讯者所熟知的，例如由戈达德设计公司关于其在1995年公开的无线DMX(DMX WOW)概念早期公开的系统。类似的系统也在US 2005/286646中公开了。

尽管由戈达德设计公司和US 2005/286646中所公开的无线通信系统提供了趋向于无线控制例如娱乐、建筑、商业、工业、街道和活动产业内的灯具和类似设备的可能性，但它们没有解决拥挤的无线传输空间的日益复杂的问题。因此，需要更加可靠的无线传输方法，专门用于为例如舞台自动化、工业照明、办公室照明和家庭自动化提供改善的可靠性。

发明概述

根据本发明的一个方面，通过用于无线通信系统中的无线通信的方法至少部分地满足了以上需要，所述方法包括从预定的频率范围内接收信号贡献，将所接收的信号贡献分类到作为预定的频率范围的子频带的多个不同频带中，将每个子频带中的内容与预定的标准进行比较，选择与预定的标准相对应的多个子频带的子集，产生包括关于所选择的子频带的子集的信息的频率键，以及将频率键广播到无线通信系统的多个节点。

本发明的一般概念基于以下事实：提高无线通信系统的无线传输的可靠性是可能的，所述无线通信系统可能被配置成在娱乐、建筑、商业、工业、街道和活动产业环境的至少一个中使用，与“实时”因素不那么关键的“标准的”无线通信相比，本发明的无线通信系统具有特定的以及很高的可靠性要求，本发明允许控制信号传输中的延迟最小化来使延迟保持较低且被很好地限定。类似的领域包括例如舞台和音乐会照明、主题公园照明、游艇照明等。因此，根据本发明，来自预定的频率范围内的多个信号贡献被“用窗划分(window)”到不同的子频带中，每个子频带包括预定的频率范围的一个频率范围部分，并且之后与预定的标准进行比较，例如通过测量预定的频率范围的每个频率范围部分中的平均噪声功率，使得可以关于更加适于无线通信系统的节点的无线通信来选择子频带的子集。如前所述，关于所选择的子频带的子集的信息被广播到无线通信系统的节点。相应地，提供了最合适的子频带的自适应选择。此外，本发明提供了关于例如共同存在的无线通信系统以及在建立包括多个共同存在的无线通信系统的复杂无线环境中的干扰的改进。

应该注意到，在本发明的上下文内，“信号贡献”的定义包括与无线通信系统内的节点相关的信号，以及由其他信号源例如其他无线通信设备、诸如微波炉的消费电子产品等所产生的信号和噪声。

在一个实施方式中，预定的频率范围包括2.4GHz ISM频带和5.8GHz ISM频带中的至少一个。这两个频带以及其他未来可能出现的无线通信频带都在本发明的范围内。多个频带与自适应子频带选择的发明概念的组合使用进一步提高了用于控制无线通信系统的设备的无线通信系统中的无线传输的可靠性，无线通信系统可能被配置为用于娱乐、建筑、商业、工业、街道和活动产业环境中的至少一个。

优选地，分类所接收的信号贡献的步骤包括确定所接收的信号贡献的平均功率。确定子频带内的平均信号功率实质上是确定该子频带中的“干扰”量。作为替代，通过“问-听”的方法来分类信号贡献也是可能的。根据这一概念，可以例如在频道/子频带上广播并听取响应。如果有响应，则该频道/子频带是无障碍的，然而如果没有响应，则该频道/子频带是损坏的等，且对通信来说不是合适的频道/子频带。相应地，仅选择多个子频带的一个子集防止节点在不需要的频道上传输。此外，基于所选择的子频带的子集确定跳频模式以及将该跳频模式包括在频率键是可取的。为了使跳频模式保持最新和适于“无线环境”中的变化，优选在启动所述无线通信系统、预定的间隔、将节点引入所述无线通信系统、以及从所述无线通信系统移除节点中的至少一个执行所述方法。预定的间隔可以例如优选在1秒和3小时之间，且更优选在1分钟和1小时之间。其他的间隔是可能的并且在本发明的范围内，并且被选择以适合目前的实现。

根据本发明的另一方面，提供了用于无线通信系统中的无线通信的无线通信设备，所述无线通信设备包括天线、接收器模块、控制单元和发射器模块，其中接收器模块连接到天线并被配置成从预定的频率范围内接收信号贡献；控制单元连接到接收器模块并被配置成将所接收的信号贡献分类到作为所述预定的频率范围的子频带的多个不同频带中、将所述多个子频带中的每个子频带的内容与预定的标准进行比较、选择与所述预定的标准相对应的所述多个子频带的子集、和产生包括关于所选择的子频带的子集的信息的频率键；以及发射器模块连接到控制单元和天线并被配置成将所述频率键广播到所述无线通信系统的多个节点。本发明的这一方面提供了与以上关于本发明之前的方面所讨论的的类似的优势。应该注意到，控制单元的功能可以与接收器模块和发射器模块之间的一个或两者合并或分开，以这种方式最好地适合本发明的无线通信设备的实现。

优选地，无线通信设备被布置成无线收发器。然而，无线通信设备的功能可以包括在其他类似的无线通信设备中。

另外，无线通信设备可以被布置成以上所讨论的无线通信系统的一个可以管理的部分，所述无线通信系统还包括无线连接到无线通信设备用于形成无线网络的多个无线节点。无线通信系统可优选被配置为用于娱乐、建筑、商业、工业、街道和活动产业环境中的至少一个，并且因此可以被配置成转播与DMX512协议、DMX512A协议、RDM协议、ACN协议、KNX协议、DALI协议和/或DSI协议中的至少一个相关的控制信号和数据。用于娱乐、建筑、商业、工业、街道和活动产业环境中的至少一个的另外的未来出现的协议也在本发明的范围内。此外，无线网络可以被布置为无线网状网络，用于进一步提高无线通信系统的通信能力，例如在这样的情况下，其中多个节点中的一个不在与无线通信设备相关的可视通路内。在这种情况下，无线通信系统的节点可以适于将来自无线通信设备的控制信号转播到不在无线通信设备的可视通路内的节点。另外，无线网络的网状配置进一步延伸了无线通信设备和无线通信系统的节点之间的可能的距离。

本发明实施方式提供了以下内容：

1.一种用于无线通信系统中的无线通信的方法，所述方法包括：

从预定的频率范围内接收信号贡献；

将所接收的信号贡献分类到作为所述预定的频率范围的子频带的多个不同频带中；

将所述多个子频带中的每个子频带的内容与预定的标准进行比较；

选择与所述预定的标准相对应的所述多个子频带的子集；

产生包括关于所选择的子频带的子集的信息的频率键；以及将所述频率键广播到所述无线通信系统的多个节点。

2.根据项目1所述的方法，其中所述预定的频率范围包括2.4GHz ISM频带和5.8GHz ISM频带中的至少一个。

3.根据项目1所述的方法，其中分类所接收的信号贡献包括确定所接收的信号贡献的平均功率。

4.根据项目1所述的方法，还包括基于所选择的子频带的子集确定跳频模式，并且将所述跳频模式包括在所述频率键中。

5.根据项目1所述的方法，其中在启动所述无线通信系统、预定间隔、将节点引入所述无线通信系统、以及从所述无线通信系统移除节点中的至少一个执行所述方法。

6.根据项目5所述的方法，其中所述预定间隔优选在1秒和3小时之间，且更优选在1分钟和1小时之间。

7.一种用于无线通信系统中的无线通信的无线通信设备，所述无线通信设备包括：

天线；

接收器模块，其连接到所述天线并被配置成从预定的频率范围内接收信号贡献；

控制单元，其连接到所述接收器模块并被配置成将所接收的信号贡献分类到作为所述预定的频率范围的子频带的多个不同频带中，将所述多个子频带中的每个子频带的内容与预定的标准进行比较，选择与所述预定的标准相对应的所述多个子频带的子集，和产生包括关于所选择的子频带的子集的信息的频率键；以及

发射器模块，其连接到所述控制单元和所述天线，并被配置成将所述频率键广播到所述无线通信系统的多个节点。

8.根据项目7所述的无线通信设备，其中所述预定的频率范围包括2.4GHz ISM频带和5.8GHz ISM频带中的至少一个。

9.根据项目7所述的无线通信设备，其中分类所接收的信号贡献包括确定所接收的信号贡献的平均功率。

10.根据项目7所述的无线通信设备，还包括基于所选择的子频带的子集确定跳频模式，并且将所述跳频模式包括在所述频率键中。

11.根据项目7所述的无线通信设备，其中所述无线通信设备是无线收发器。

12.一种无线通信系统，包括：

根据项目7所述的无线通信设备，以及

无线连接到所述无线通信设备用于形成无线网络的多个节点。

13.根据项目12所述的无线通信系统，其中所述无线网络是无线网状网络。

当学习所附权利要求和以下描述时，本发明的进一步的特征和优势将变得明显。有技能的受讯者意识到，可以结合本发明的不同特征以产生不同于在以下内容中所描述的实施方式，而不偏离本发明的范围。

附图的简要描述

参考附图，其中相同的参考数字将用于类似的元件，通过以下对本发明的优选实施方式的说明性和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述内容以及另外的目的、特征和优势，在附图中：

图1示出了根据本发明的当前优选的实施方式的包括无线通信设备和多个无线节点的无线通信系统；

图2是示出包括在根据本发明的无线通信设备内的控制单元的控制步骤的流程图；

图3是示出多个子频带的图。

优选实施方式的详细描述

现将参考附图在下文中更加充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选的实施方式。然而，本发明可以用不同的形式实现并且不应该被解释为受限于本文所阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式是为了详尽和完整性，以及向本领中的技术人员充分表达本发明的范围。相同的参考字符始终指相同的元件。

现在参考附图，特别参考图1，描绘了用于在例如2.4GHz ISM频带和/或5.8GHzISM频带内的控制信号和数据的无线通信中使用的无线通信系统100。无线通信系统100包括被配置成允许来自(且可选地到)控制器104的控制信号和数据的无线通信的第一无线通信设备102(形成“主节点”)。第一无线通信设备102包括无线电收发器106、连接到无线电收发器106的天线108、连接到无线电收发器106的控制单元110，以及连接到控制单元110的人机接口(MMI)112。

无线通信设备100还包括用于向(并且可选地从)受控设备116提供控制信号和数据的第二无线通信设备114(形成“从节点”)。与第一无线通信设备102类似，第二无线通信设备114包括无线电收发器118、连接到无线电收发器118的天线120，以及连接到无线电收发器118的控制单元122。第二无线通信设备114还(可选地)包括MMI 124。

无线通信系统100还可包括节点(例如主节点和从节点两者)，例如，类似于第二无线通信设备114的无线通信设备，每个所述无线通信设备连接到一个或多个受控设备。从节点还可以(或作为替代)仅适于从主节点接收控制信号和数据，实质上不仅仅包括用于接收无线信号的装置。根据本发明，无线通信系统100中的节点的数目可以取决于需要被单独控制的受控设备的数目。节点也可以适于控制不止一个单一的受控设备。

第一无线通信设备102的MMI 112和第二无线通信设备114的MMI 124可以包括例如显示装置和光源，用于允许用户易于监控无线通信设备的至少一些基本设置。在一些实施方式中，第一无线通信设备102和第二无线通信设备114的功能可以分别集成到控制器104和受控设备116中。在这样的实施方式中，MMI 112和MMI 124可以是可选的。另外，控制单元110、122每一个可包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程设备。控制单元110、122还可以或替代地每一个包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程逻辑阵列、可编程逻辑器件、或数字信号处理器。其中控制单元110、122每一个包括可编程器件，诸如上面提到的微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器，处理器还可包括控制可编程器件的运行的计算机可执行代码。

在第一无线通信设备102和第二无线通信设备114形成无线网络的无线通信情形中，例如从控制器104发出控制信号和数据，用于控制受控设备116。控制信号和数据将通过控制单元110处理。处理过的控制信号和数据将提供给无线电收发器106，用于布置成适合于例如RF传输的无线传输的格式。天线108将RF信号126发射到第二无线通信设备114的天线120，用于提供给无线电收发器118，在无线电收发器118中信号将被处理并提供给控制单元122。控制单元122依次将处理过的与由控制器104发出的控制信号和数据相对应的控制信号和数据提供给受控设备116。

受控设备116通过形成(响应)信息(例如作为响应或通过它自己的装置发射的控制信号和数据)，所述信息将提供给控制单元122、再提供给无线电收发器118，并通过天线120作为例如RF信号128被发送到第一无线通信设备102的天线108，可以依次响应由控制器104提供的信息(例如控制信号和数据)，或者可选地通过其自己的装置发起与主设备的通信。天线108将信号转送到无线电收发器106、到控制单元110并回到控制器104。

实质上，第一无线通信设备102和第二无线通信设备114对从控制器104提供给受控设备116和从受控设备116提供给控制器104的控制信号和数据可以说是透明的，实质上形成了用于控制器104和受控设备116之间的通信的有线替代。控制器104可以例如是具有用于产生足够的控制信号和数据的软件的PC，所产生的控制信号和数据用于控制诸如在娱乐、建筑、商业、工业、街道和活动产业等内使用的可控制灯具的受控设备。其他的控制器和可控制设备当然是可能的并且在本发明的范围内。可控制设备的实例包括例如先进的固定设备和诸如烟雾机和移动灯的特殊效果设备。根据由控制器和受控设备所使用的协议，如上所述的信号将通过相应的控制单元处理成适于合适的无线通信协议，例如IEEE 802.11，这将允许信息从控制器到可控设备的单向(例如DMX512、DMX512A)或双向(例如RDM、ACN等)传输，反之亦然。

在一些包含双向通信的实施方式中，无线通信设备本身可以适于响应由例如连接到控制器的另一无线通信设备提供的信息。举个例子，控制器104(或无线通信设备102)可以对第二无线通信设备114发起请求以使其作出响应从而将接收水平发回控制器，甚至在RDM协议内的信号传输的上下文内。在这种情况下，第二无线控制设备114对来自控制器104的信号不是透明的，而是将有价值的信息提供回控制器104。此外，受控设备可以包括多个控制器件，可以提供RDM包的“插入”而不用修改通过DMX线发送的DMX数据。

接收水平，例如较低的接收水平，可以用于发起本发明的操作步骤，即确定用于在无线通信系统100的无线通信设备(例如，分别诸如第一无线通信设备102和第二无线通信设备114的主节点和从节点)之间传输的最合适的频道。用于发起本发明的确定最合适的频道的步骤的其他方式包括例如启动无线通信系统、预定间隔、将节点引入无线通信系统、以及从无线通信系统移除节点中的至少一个。

在操作期间，并行参考图2和3，无线通信系统100的主节点，例如无线通信设备102将通过接收预定的频率范围内的信号贡献(S1)开始，预定的频率范围优选地对应于例如2.4GHz ISM频带和/或5.8GHz ISM频带，这两个频带被用于无线通信系统100内的控制信号和数据的无线通信。

例如通过确定所接收的信号贡献在频道Ch₁-Ch₄内的平均功率，将所接收的信号贡献在例如预定的频率范围的Ch₁-Ch₄的子频带的多个不同频带进行分类(S2)。如以上所讨论的，在每个频道中的平均功率成分取决于与无线通信系统100内的节点相关的信号，以及由其他信号源(例如其他外部的无线通信系统)，例如其他无线通信设备、诸如微波炉的消费电子产品等所产生的信号和噪声。在本实例中，在图3中示出了14个频道/子频带。然而，更多的频道/子频带以及更少的频道/子频带是可能的并且在本发明的范围内。

在信号贡献进行分类之后，将多个子频带中的每个子频带的内容与预定的标准进行比较(S3)，其中预定的标准例如可以是与每一频道Ch₁-Ch₄中的所接收的信号的平均功率有关的预定的阈值水平300。

在与预定的标准300进行比较的步骤之后，选择与预定的标准相对应的多个频道/子频带的子集(S4)。在示出的实施方式中，选择具有小于预定的标准的平均功率成分的频道，例如Ch₁、Ch₃、Ch₄、Ch₁₀、Ch₁₁和Ch₁₃，因此选择了6个频道并形成频道/子频带的子集。用于选择频道的其他标准当然是可能的，例如包括基于平均功率成分对频道进行分类和选择预定数目的具有最少的平均功率成分的频道。

基于所选择的频道，产生包括关于所选择的频道的子集，例如Ch₁、Ch₃、Ch₄、Ch₁₀、Ch₁₁和Ch₁₃的信息的频率键(S5)。频率键还可以包括基于例如在选择频道的子集之后确定的所选择的频道的子集的跳频模式。

最后，将频率键广播到无线通信系统100的(从)节点(S6)，并且无线通信将在所选择的频道开始。通信可优选地包括纠错和再次发送没有正确接收的控制信号和数据的可能性。然而，在无线通信系统的单向实现中，通信可能不存在这种可能性。

本领域中的技术人员意识到，本发明不受限于优选的实施方式。例如，根据本发明，允许无线通信设备被配置成发送/接收有线的和/或无线的信号到/自其他邻近布置的“主”节点是可能的，每一个“主”节点控制独立的无线通信网络。在不同的主节点之间的有线/无线信号可包括关于不同的无线通信网络的不同频率键的信息，用于进一步改进无线通信网络内的通信。更具体地，不同的无线网络之间的频率键的共享可以在共享可用的RF传输空间/频道中使用。

这样的和其他的明显的修改必须被认为在由所附权利要求所限定的本发明的范围内。应该注意到，以上提出的实施方式用于说明而不是限制本发明，以及本领域的技术人员将能够设计许多可选的实施方式而不偏离所附权利要求的范围。在权利要求中，放置在括号内的任何标号不得解释为对权利要求的限制。词“包括”不排除没有在权利要求中列出的其他元件或步骤。在元件前面的词“一(a)”或“一(an)”不排除存在多个这样的元件。此外，单个单元可以执行权利要求中列举出的几种装置的功能。此外，可以按任何不同的顺序执行所公开的方法步骤。

Claims (16)

1.一种用于无线通信系统中的无线通信的方法，所述方法包括：

在所述无线通信系统内包括的第一无线通信设备内，从预定的频率范围内接收信号贡献，其中所述信号贡献包括与所述无线通信系统内的不同于所述第一无线通信设备的多个无线通信设备相关的信号以及由其他信号源产生的信号和噪声；

将所接收的信号贡献分类到作为所述预定的频率范围的子频带的多个不同频带中；

将所述多个子频带中的每个子频带中的功率成分与预定的阈值水平进行比较；

选择与所述预定的阈值水平相对应的所述多个子频带的子集；

基于所选择的子频带的子集确定跳频模式；

产生包括关于所选择的子频带的子集和所述跳频模式的信息的频率键；以及

将所述频率键广播到所述无线通信系统的所述多个无线通信设备。

2.根据权利要求1所述的方法，其中仅选择所述多个子频带的一个子集。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定的频率范围包括2.4GHz ISM频带和5.8GHz ISM频带中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的方法，其中分类所接收的信号贡献包括确定所接收的信号贡献的平均功率。

5.根据权利要求4所述的方法，其中将所述多个子频带中的每个子频带中的功率成分与预定的阈值水平进行比较包括比较每个子频带的所确定的平均功率。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述子频带的子集包括具有低于所述预定的阈值水平的平均功率的子频带。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在启动所述无线通信系统、预定间隔、将无线通信设备引入所述无线通信系统、以及从所述无线通信系统移除无线通信设备中的至少一个执行所述方法。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述预定间隔在1秒和3小时之间。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述预定间隔在1分钟和1小时之间。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括将控制信号从所述第一无线通信设备传输到第二无线通信设备。

11.一种用于无线通信系统中的无线通信的无线通信设备，所述无线通信设备包括：

天线；

接收器模块，其连接到所述天线并被配置成从预定的频率范围内接收信号贡献，其中所述信号贡献包括与所述无线通信系统内的多个无线通信设备相关的信号以及由其他信号源产生的信号和噪声；

控制单元，其连接到所述接收器模块并被配置成将所接收的信号贡献分类到作为所述预定的频率范围的子频带的多个不同频带中，将所述多个子频带中的每个子频带中的功率成分与预定的阈值水平进行比较，选择与所述预定的阈值水平相对应的所述多个子频带的子集，基于所选择的子频带的子集确定跳频模式，和产生包括关于所选择的子频带的子集和所述跳频模式的信息的频率键；以及

发射器模块，其连接到所述控制单元和所述天线，并被配置成将所述频率键广播到所述无线通信系统的所述多个无线通信设备。

12.根据权利要求11所述的无线通信设备，其中所述预定的频率范围包括2.4GHz ISM频带和5.8GHz ISM频带中的至少一个。

13.根据权利要求11所述的无线通信设备，其中分类所接收的信号贡献包括确定所接收的信号贡献的平均功率。

14.一种无线通信系统，包括：

第一无线通信设备，其是根据权利要求11所述的用于无线通信系统中的无线通信的无线通信设备，以及

无线连接到所述第一无线通信设备用于形成无线网络的第二无线通信设备。

15.根据权利要求14所述的无线通信系统，其中所述无线网络是无线网状网络。

16.根据权利要求14所述的无线通信系统，其中所述第一无线通信设备是主设备且所述第二无线通信设备是从设备，并且其中所述主设备被配置为向所述从设备传输控制信号。