CN1207931C - 协同分集的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线通信系统(100)，其使用了一种提高分集增益方法，通过利用运行在第一协议上的第一网络(10)和运行在第二协议和至少第一协议上的、由多个协同无线设备(22，24，26，28和29)组成的第二网络(20)。所述方法包括步骤(302)；在多个协同无线设备中的一个或多个设备上以第一协议接收信号，所述无线设备是作为多个协同无线设备中的目标成员；和步骤(308)；在多个协同无线设备中协同地处理信号，以提高到目标成员的信号的分集增益。

Description

协同分集的方法和设备
发明领域
本发明涉及通信网络，具体地说涉及协同工作的移动网络中的各个单独的移动网络。
发明背景
在不久的将来，无线通信设备(寻呼机、蜂窝电话等)将包括那些以更低功率和更近距离运行的二级无线协议(例如蓝牙、HomeRF及IEEE 802.11等)。这些二级协议一般使用未经授权的频率，而且只需要最小限度地与设备的初级通信协议协调(如GSM、IS-95、IS-136、ReFLEX等)。
这些低功率、短距离、二级协议的潜在应用是外设的无线连接、到台式计算机和有线网络的高速数据传送，以及在相似无线设备间建立的短距离的“微微网”。
目前的无线通信网络遇到的问题包括：链接的可靠性和需要重复的分组传输的覆盖死区(coverage hole)。所以，需要一种方法和设备，其将二级协议的短距离微微网的能力与初级无线通信协议中允许协同接收和/或发送分集优点的技术结合起来。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种在无线通信系统中提供分集增益方法，所述无线通信系统具有以第一协议运行的至少第一网络，和以第二协议和至少第一协议运行的、由多个协同无线设备组成的至少第二网络，所述方法包括下列步骤：在多个协同无线设备中一个或多个上、采用第一种协议接收信号，所述多个协同无线设备的一个或多个是作为所述多个协同无线设备中的目标成员；在所述多个协同无线设备中协同地处理所述信号，以将所述信号的分集增益提供给所述目标成员。
根据本发明的另一个方面，提供了一种在无线通信系统中提供分集增益的方法，所述无线通信系统具有以第一协议运行的至少第一网络和以第二协议和至少第一协议运行的、由多个协同无线设备组成的至少第二网络，所述方法包括步骤：利用第二协议将信号从所述多个协同无线设备中的一个设备发送到所述多个协同无线设备中的至少另一个设备，其中该信号被以第一协议最终传输到所述无线通信系统；在所述多个协同无线设备中协同地处理所述信号，以提供发送到所述无线通信系统的信号的分集增益。
附图说明
图1为根据本发明的、在初级协议和二级协议上运行的、配有个人消息单元的通信系统的方框图。
图2为根据本发明的、在初级协议和二级协议上运行的、配有个人消息单元、具有多个重叠协作分集网络的另一个通信系统的方框图。
具体实施方式
为改善目前和未来无线通信系统的链接质量，研究人员非常注重分集技术的研究。多个天线和/或多个接收机路径是一种微分集技术，该技术可用于基站或移动单元。时间分集是一种系统技术，该技术在基站与移动单元间使用多种传输。大区分集(macro diversity)技术将从多个基站中各单独的移动单元处接收到的信号组合起来。
在图1中，本发明公开了一种新的分集技术，该技术基于那些在短距离20以内的多个协同无线设备使用二级协议来进行协作。为说明起见，考虑图1所示的特定无线通信系统100，其具有基站12，该基站配有使用初级协议的、覆盖范围为10的共同安装的基站发信机和收信机。一个典型的初级协议可能是摩托罗拉的ReFLEX消息协议，优选地，每个无线设备(22，24，26，28和29)都是ReFLEX单元或那些进一步采用诸如蓝牙的二级、短距离无线协议(注：也可采用其他协议)的无线设备。采用二级短距离协议，各单元将建立一个“伙伴”列表，该伙伴是那些在二级协议的范围20以内的其他ReFLEX单元。
为实现这一目的，二级协议必须具有扫描和发现其范围内其他单元的功能。例如，蓝牙就具有这一能力。在图1的示例中，用户A或无线设备29已经发现在其二级协议的范围内有4个潜在的分集伙伴。
采用二级协议，无线设备20(用户A)和一个或多个潜在伙伴(22，24，26和28)同意建立一个协同分集网络。该网络通过单元A中存储的一个有效伙伴列表来进行定义。不是所有的潜在伙伴都包含在有效伙伴列表中。例如，有效伙伴列表可能仅限于那些初级协议中具有最可靠链接的伙伴，或者限于那些在二级协议中具有最可靠链接的伙伴，或者是限于那些符合以上标准组合的伙伴。同时，一些潜在伙伴可能由于以下原因而当前不能支持协同分集：初级收发信机禁止使用、由于其他任务使处理或内存资源有限、或电池电量不足。
一般而言，各单元将创建并形成其各自的协同分集网络。这些网络将同时存在，而且可能相互交叠。例如，图2中，无线设备30，32和34都是无线设备29的潜在伙伴，同时无线设备29和40也是用户30的潜在伙伴。
图2中，可以看出，通过无线设备30，32和34将消息中继到各自对应网络中的成员，无线设备29能够将其协同网络扩大到超出二级协议的范围(这样就包括了无线设备36，38和40)。需要对于这一附加的复杂性进行附加分集增益权衡。
根据流程图3，在一个实施例中，方法300说明了本发明，方法300改善无线通信系统中的分集增益，在该无线通信系统中，至少第一个网络在第一种协议下运行，至少第二个网络由在第二协议和至少图1和图2所示的第一种协议下运行的多个协同无线设备组成。方法300优选地包括：基本步骤310，该步骤在那些作为多个协同无线设备的目标成员的多个协同无线设备中至少一个设备上、采用第一种协议接收信号；步骤312，其处理多个协同无线设备中的信号，以提高到目标成员的信号分集增益。该处理可以是自动地将由多个协同无线设备从信号中抽取的信息通过用于分集组合的第二协议中继到目标成员，或者也可以根据目标成员的请求，中继所述信息。步骤312的处理可能还包括步骤302，该步骤维持多个协同无线设备中的一个潜在伙伴的列表，该多个协同无线设备在第一个网络的范围内且在第二个网络的范围内运行。步骤312也可以进一步包括步骤306，该步骤根据由伙伴的可用性、初级收发信机状态、当前处理容量、当前内存容量、第一协议的链接质量、第二协议的链接质量或这几项指标组合中选出的标准来在多个协同无线设备中选择一个有效伙伴组。在步骤304中，所述方法可以进一步采取步骤：使多个协同无线设备中的各成员中将其各自对应的在第一协议链接质量和可用性传送到多个协同无线设备中其他组中的设备，这些设备用于决定哪些设备将加入到信息的分集接收中。在步骤308中，该方法进一步包括步骤：使多个协同无线设备中的各成员传送用于第一协议的各自的访问信息(accessinformatino)访问信息以启用分集接收。访问信息可以从地址、帧序号、压缩值、时隙、信道频率、或扩频码等中选择，更多地取决于初级协议的特征。
正如下面章节将要详述的，由无线通信系统发送的信号可以是对所有点的公告系统消息以定位那些对登记请求未作出响应的目标成员，其中这一处理的步骤进一步包括了在任何一个协同无线设备上的步骤，这些无线协同设备与目标成员之间采用第二协议建立了有效的连接，第二协议对无线通信系统作出响应表明它已与目标成员建立了有效连接，并等待进一步指令，例如将消息转播到目标成员等。另一种情况下，由无线通信系统发送的信号可以是对所有点的公告系统消息以定位那些对登记请求未作出响应的目标成员，其中这一处理的步骤进一步包括了在任何一个协同无线设备上的步骤，这些无线协同设备与目标成员之间采用第二协议建立了有效的连接，采用第二协议联络目标成员，并通知它无线通信系统正在寻找它，且等待目标成员发出的进一步指令，如将响应转播到无线通信系统中等。
在图4中，通过方法400来对本发明的另一实施进行说明，方法400改善了无线通信系统中的分集增益，在该无线通信系统中，至少第一个网络在第一种协议下运行，至少第二个网络由第二种协议和至少第一种协议下运行的多个协同无线设备组成。方法400优选地包括步骤406：该步骤采用第二种协议从多个协同无线设备中的一个设备发送信号到该多个协同无线设备中的至少另一个设备，其中该信号以第一协议最终传输到通信系统；步骤410，在多个协同无线设备中协同处理信号，以提高那些发送到通信系统中的信号的分集增益。这一处理的步骤可进一步包括步骤402，该步骤在多个协同无线设备中确定一个优选的成员，该协同无线设备将使用第一个信号发送信号到通信系统。优选地，根据多个协同无线设备中各设备在第一种协议下的链接质量确定优选的成员，或根据多个协同无线设备中各设备在第二种协议下的链接质量确定优选的成员，或另一种情况下，通过利用多个协同无线设备中各设备在第一协议和/或第二协议下的链接质量来确定优选的成员。应该理解，所述处理的步骤可能会进一步包括步骤：通过协同无线设备中的至少两个或多个设备同时向通信系统传输信号。所述处理的步骤也可能进一步包括步骤408：在任何设备以第一协议向通信系统进行同时传输前，多个协同无线设备中至少两个或多个设备以第二协议提供同步设备的参照。这也有益于允许多个协同无线设备交换与第一协议的时间有关的信息，这样在第一协议范围之外的多个协同无线设备的成员能够在第一协议上保持同步。最后，所述处理步骤可能进一步包括步骤404：使多个协同无线设备中的各成员交流其在第一协议上各自的访问信息，以启用分集传输，其中访问信息取决于所采用的通信协议类型。
分集的效果可从初级广域协议看出，这时协同分集网络中的各个成员接收到网络中的任意成员的信息(以初级协议发送)。换言之，以图1为例，所有通过初级协议发送到无线设备29的信息都将被无线设备29和各有效伙伴(22至28)接收。这些伙伴可以自动将该信息中继到无线设备29，或无线设备29在特定时间内可以向任何一个或所有伙伴要求信息的副本。另一种情况下，如果无线设备29通过初级协议最初接收到的是遭到破坏的信息，它可以通过二级协议从其伙伴处获得该信息的另一副本，之后将这些副本结合起来形成一个更加可靠的版本。
分集的效果也可从移动单元的传输看出。例如，无线设备29希望向初级协议系统发送消息，但它当前的信号条件较差。无线设备29可请求其一个或多个伙伴单独或者与其一起发送它的消息。根据初级协议的性质，无线设备29可与其一个或多个伙伴通过初级协议同步传输消息(同时联播)。或者，无线设备29可找出一个初级协议链接质量比它好的伙伴，再请求该伙伴发送它的消息。
通过自愿原则组成采用二级协议的协同网络，移动单元或无线设备能够提高链接可靠性，并且最大限度地减小在初级协议上话务量的重复传输。而且，该示例表明，本发明扩展了初级协议的覆盖范围，填补了覆盖死区和缝隙，在这些死区上要么不允许进行传输，要么需再补充基站。
所有这些能够在极小影响或不影响初级协议系统的成本和复杂性的情况下完成。而且，可以预计不久多数无线通信设备(寻呼机、蜂窝电话等)将会包括用于其他目的二级、短距离协议，所以在移动单元中不需额外的硬件。只需在移动单元中添加一些额外的软件(以及潜在的额外处理和内存容量)以创建和管理协同网络。
很多事例说明协同分集网络是有用的。其中之一是在办公楼环境中，位于一层的无线设备具有良好的信号强度(来自初级协议)，而位于仅邻它的地下室的无线设备具有较差或临界信号强度。两个单元的邻近性允许他们采用二级协议建立一种链接，地下室单元将会从地上单元的初级协议的良好链接中获益。
另一例子是，几辆汽车正沿着高速公路以相近的速度行驶，而且正保持足够的邻近性以允许建立二级协议网络。在高速公路上初级协议信号强度是临界(和衰减的)时，这些单元都可相互提供分集增益，以改善初级协议的可靠性。还有一种类似的例子，是一组行进中的用户沿城市的人行道前进。
本发明可在初级协议上产生一种新型的系统消息。该消息与法律强制中的“所有点公告”相似。首先，初级协议系统(如ReFLEX)在系统的覆盖区内发出一个登记请求(“你在哪”)以找出所需的移动单元。如果未接收到响应，不是假设单元关机或在范围之外，而是系统向系统内所有单元发出一个“所有点公告”(APB)消息。如果某一移动单元听到了所有点公告，而且与所需的单元在同一协同分集网络内是有效伙伴，那么：(1)有效伙伴可以对系统作出响应，表明它当前是一个有效伙伴，且正在等待进一步指令(如将消息中继到所需单元)，或(2)有效伙伴可以通过二级协议联络所需单元，通知他系统正在寻找他。在第二种情况下，如果所需单元初级协议的收发信机已关机，它可将初级协议收发信机打开，并对系统作出响应。或如果所需单元在初级协议的范围之外，它可以通过二级协议请求其伙伴将响应中继到初级协议系统。
本发明在一个优选的实施例中的独特指出在于：移动接收机进行自组织并创建协同网络，该网络随着移动单元的移动而修改和适应。
从传输的角度来说，协同分集如同同时联播(如果协同网络中的所有成员均发送消息)或蜂窝系统(如果消息产生者选择最佳伙伴发送其消息)。然而，本发明涉及的能够自组织和适应的移动单元使本发明具有独特性。
上述阐述仅作为对示例的解释，而不对本发明进行任何的限制，本发明由权利要求书所限定。

Claims (20)

1.一种在无线通信系统中提供分集增益方法，所述无线通信系统具有以第一协议运行的至少第一网络，和以第二协议和至少第一协议运行的、由多个协同无线设备组成的至少第二网络，所述方法包括下列步骤：
在多个协同无线设备中一个或多个上、采用第一种协议接收信号，所述多个协同无线设备的一个或多个是作为所述多个协同无线设备中的目标成员；和
在所述多个协同无线设备中协同地处理所述信号，以将所述信号的分集增益提供给所述目标成员。
2.根据权利要求1的方法，所述协同地处理信号的步骤包括一步骤：保持在多个协同无线设备中的潜在伙伴的列表，所述多个协同无线设备在第一个网络中且在第二个网络的范围之内运行。
3.根据权利要求2的方法，其中所述处理步骤进一步包括一步骤：根据由伙伴可用性、初级收发信机状态、当前处理容量、当前内存容量、第一协议链接质量、第二协议链接质量、或以上指标的组合构成的组中选择的一个标准来在所述多个协同无线设备中选择一个有效伙伴组。
4.根据权利要求1的方法，其中所述处理步骤进一步包括步骤：由所述多个协同无线设备接收用于所述目标成员的信号，再自动地将从所述信号中抽取的信息由多个协同无线设备以第二协议中继到所述目标成员，以获得组合增益。
5.根据权利要求1的方法，其中所述处理步骤进一步包括步骤：由所述多个协同无线设备接收用于所述目标成员的信号，再根据所述目标成员的请求，由所述多个协同无线设备以第二协议将从所述信号中抽取的信息中继到所述成员目标，以获得增益组合。
6.根据权利要求1的方法，其中所述方法进一步包括步骤：使所述多个协同无线设备中各成员采用第二协议向所述多个协同无线设备中的其他各组传送各自的在第一协议下的链接质量和可用性，所述设备用于确定哪些成员将会加入到信息的分集接收中。
7.根据权利要求1的方法，其中所述方法进一步包括步骤：使所述多个协同无线设备中各成员采用第二协议传送各自的在第一协议下的访问信息，以启用分集接收。
8.根据权利要求7的方法，其中，从包含地址、帧序号、压缩值、时隙、信道频率或扩频码信息的组中选择出所述各个访问信息。
9.根据权利要求1的方法，其中，由所述无线通信系统发出的信号是一个对所有点的公告系统消息，用于定位那些未对登记请求作出响应的目标成员，而且所述处理的步骤进一步包括步骤：在各协同无线设备上，所述协同无线设备以响应于使用第一协议的所述无线通信系统的第二协议与所述目标成员建立了有效连接，并且表明它已与所述目标成员建立了有效连接，并正在等待进一步的指令，如将消息中继到所述目标成员。
10.根据权利要求1的方法，其中，由所述无线通信系统发出的信号是一个所有点的公告系统消息，用于定位那些未对登记请求作出响应的目标成员，而且所述处理的步骤进一步包括步骤：在各协同无线设备上，所述协同无线设备以连接使用第二协议的所述目标成员的第二协议与所述目标成员建立了有效连接，并通知它所述无线通信系统正在寻找它，并等待诸如将响应中继到所述无线通信系统的、来自所述目标成员的进一步指令。
11.一种在无线通信系统中提供分集增益的方法，所述无线通信系统具有以第一协议运行的至少第一网络和以第二协议和至少第一协议运行的、由多个协同无线设备组成的至少第二网络，所述方法包括步骤：
利用第二协议将信号从所述多个协同无线设备中的一个设备发送到所述多个协同无线设备中的至少另一个设备，其中该信号被以第一协议最终传输到所述无线通信系统；和
在所述多个协同无线设备中协同地处理所述信号，以提供发送到所述无线通信系统的信号的分集增益。
12.根据权利要求11的方法，其中所述处理步骤进一步包括步骤：在所述多个协同无线设备中确定一个优选成员，其将以第一协议传送信号到所述无线通信系统。
13.根据权利要求12的方法，其中，利用用于所述多个协同无线设备中的每一个无线设备的第一协议、由链接质量来确定所述优选成员。
14.根据权利要求12的方法，其中，利用用于所述多个协同无线设备中的每一个设备的第二协议、由链接质量确定所述优选成员。
15.根据权利要求12的方法，其中，利用用于所述多个协同无线设备的每一个设备的第一协议和第二协议、由链接质量确定所述优选成员。
16.根据权利要求11的方法，其中所述处理步骤进一步包括一步骤：由所述多个协同无线设备中的至少两个或多个设备同时将信号传送到所述无线通信系统。
17.根据权利要求11的方法，其中所述处理步骤进一步包括一步骤：在任何设备以第一协议向所述通信系统进行同时传输前，所述多个协同无线设备中的至少两个或多个设备以第二协议提供用于使设备同步的参照。
18.根据权利要求11的方法，其中所述处理步骤进一步包括一步骤：由所述多个协同无线设备中的至少两个或多个设备以第二协议交换与第一协议有关的定时信号的信息，这样在第一协议范围之外的所述多个协同无线设备的成员能够在第一协议上保持同步。
19.根据权利要求11的方法，其中所述处理步骤进一步包括一步骤：使所述多个协同无线设备中的各成员传送用于第一协议的各自的访问信息，以启用分集传输。
20.根据权利要求11的方法，第二网络中的所述多个协同无线设备是自组织的。
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