CN1292955A - 改进无线光通信系统中连通性的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在无线光通信网络中提高连通性的装置和方法。其中采用至少两个或更多的接收装置,接收红外信号并将其转变成数字信号。数字信号以帧的形式表示数据,因此每帧包括至少一个数据域和一个包含前置码的标题域。选择器确定与前置码信噪比相关的测量值并比较测量值以为进一步处理选择最合适的信号。

Description

改进无线光通信系统中连通性的装置和方法
本发明涉及一种用于接收红外信号的装置和方法，尤其涉及一个选择最合适的信号的方案。
如今很多装置和大部分移动电脑都配备有用作通信连接的无线红外设备。传统上根据是否采用方向性的或无方向性的接收器和发射器以及是否依赖于接收器和发射器之间不间断视线路径的存在把红外通信线路分类。目前定向的视线连接、以下简称为LOS的使用最为广泛。因为采用方向性的接收器和发射器，所以路径损耗最小，多路畸变通常可以忽略。另一种连接方案是非定向的非LOS连接，也称作扩散连接，它依赖于光从延伸表面如天花板和墙壁的漫射反射。
能够发射并接收红外信号的装置叫做收发信机。实际的无线红外收发信机限制使用一种光接收器，如可以是光电二极管(PD)和光发射体，也可以是发光二极管(LED)。目前基于LOS传播的收发信机类型最适合点对点通信而不适合在移动或固定平台中集成以在无线红外网络环境中工作。这些收发信机通常只包含一个具有与光发射器的特性截然不同的接收特性的光接收元件。此收发信机违背光学均等规则。因为接收器存在大约±60°的接收角φR，并且发射器包括大约±15°的的发射角φE，也称作窄角。这导致在主要的网络应用中连通覆盖率不足并且线路性能下降。不足的连通覆盖率意味着(ⅰ)网络参与者不能连通另一个参与者，(ⅱ)某些线路不可靠，或(ⅲ)某些线路不能提供足够的应用带宽，这意味着不能达到所需的数据速率。另外，因为低数据速率和／或高误差率而使整个数据量小，其中低数据速率和／或高误差率意味着因线路质量的降低和防撞机构的不正确操作而发生性能下降。
关于光学均等性的原理在Standards contribution to InfraredData Association(IrDA)，Toronto，Canada，April 15-17，1997，Version0．1(Hewlett-Packard Company and IBMCorporation)的“Request for Comments on Advanced Infrared(AIr)IrPHY Physical Layer Specifications”文献中公开。
于1998年3月26日提交的序列号为No．048749的美国专利申请“光电收发信机(Optoelectronic Transceiver)”中揭示了光收发信机均等性原理。该美国专利申请目前被委予本申请的委托人。
美国专利US5，566，022涉及一个红外通信系统。该系统包括用于经大气接收和发射红外信号的多个红外收发信机。电路确定接收信号到达的方向并将此信息提供给专用的逻辑控制器(DLC)，用于登录目的并控制各个红外发射器。
红外通信的一个重要特点在于其对接收方向的敏感性。M．R．Pakravan和M．Kavehrad在1995年6月18-22日的IEEEInternational Conference on Communication上发表的题为“关于户内红外无线通信接收器的方向多样性”一文讨论了关于来自模拟视点的接收信号特征的旋转效应。
M．R．Pakravan和M．Kavehrad在无线信息网的国际期刊中发表的“对于宽带户内红外无线通信系统的设计考虑”一文类似于上述的公开物内容并讨论了接收器的方向效应和关于通道参数的视场。
A．P．Tang，J．M．Kahn，Keang-Po Ho在1996年6月23-27日的IEEE International Conference on Communication上发表的论文“利用多束发射器和图象接收器的无线红外通信线路”中分析了在红外线路中图象接收器的使用。
加里福尼亚大学伯克利分校的J．B．Carruthers和J．M．Kahn递交IEEE Transaction on Conmmunication的研究报告“关于非定向无线红外通信的角度多样性”中讨论了对于多元角度多样性系统的实际考虑。令人遗憾的是该报告没有提出对目前存在问题的解决办法，因为它是基于高度复杂且昂贵的与模拟高阶信号选择／集中方案结合的光接收器阵列。
R．T．Valadas，A．R．Tavares，A．M．de Oliveira Duarte在1997年Vol．4，No．4的International Journal of Wireless Information Networks上刊登的“户内无线光通信系统中抗环境噪音的角度多样性”一文描述了基于几个光电二极管模拟电流的测算几种信噪比的理论方法。
Po-An Sung，Ya-Ku Sun，Kwang-Cheng Chen在1995年Vol．2，No．4的Journal of the Chinese Institute of Electrical Engineering中发表的“高速非定向红外无线通信的信号处理”一文举例说明了不同发散技术的理论和数字结果。
所述的所有文献都描述了几种理论方法和模拟实验，但这些并没有给出对已知技术问题的实际解决方案。
另外，还预计在移动平台如膝上电脑和固定访问点如都配备有传统的无线红外收发信机的中继站或打印机之间网络连通覆盖率不足以用于典型的用户情况。通常，在移动的或固定的平台中使用一个收发信机，这在无线光通信网络应用中导致上述问题和不足。有些平台，如膝上电脑配备有两个收发信机，并且用户必须用手动调节来决定两个收发信机中到底使用哪一个。因此，目前的收发信机对于未来基于多点连通的无线红外应用是受限的。
本发明的一个目的在于提供一种用于接收红外信号并用于从几个接收的红外信号中选择最合适的信号的方法和装置。
本发明的另一个目的在于克服现有技术中的不利之处。
本发明的另一个目的在于在无线光通信网络中实现提高的连通性。
本发明的另一个目的在于提供一种用于红外信号可靠接收的简单、快捷的光接收器。
本发明的还有一个目的在于提供一种用于接收或用于接收并发射红外信号的装置，该装置提供充足的或比目前已有设备更好的连通覆盖率的装置，即使得每个网络参与者能以充足的带宽连通所有其它的参与者。
本发明再一个目的在于提供一种接收或接收并发射红外信号以便实现可靠的通信连接的方法。
本发明提供一种在无线光通信网络中提高连通性并特别适于多点连通的装置和方法。该创意至少用两个或多个接收装置接收红外信号并将其转换成数字信号。数字信号以帧的形式表示数据，因而每帧至少包括一个数据域和一个包含前置码的标题域。前置码对于每一个接收到的信号是统一的，因为可以假设每个接收到的信号来自相同的源，即来自相同的发射器。选择器决定一个涉及前置码信噪比的测量并比较测量值，以便为更进一步的处理选择最合适的信号。然后，选择器间接地估算该前置码或至少是该前置码一部分信噪比的对应测量值。因此，信号来源的精确方向并不重要，而只需要最合适的信号。最好的或最合适的信号被认为是具有最小误差或具有最高信噪比的信号，它表示该信号很少受噪音或其它失真的影响。应注意到最好的信号不一定是最强的信号。还应注意到不是全部的或整个的前置码都用于确定最合适的信号。这依赖于接收信号的质量和识别的效率或在硬盘中执行的分析方案。
本发明提供在无线光通信网络中提高连通性并尤其适于移动平台或便携装置如膝上电脑、手提装置等和固定访问点如中继站、打印机或周围设备之间的多点连通性。典型的用户情景可以是在一间会议室中包括多个站点的圆形会议桌的构型。
本发明的一个优点在于它只需要简单的光学接收器结合对从至少两个或多个接收装置获得的二进制信号的处理。简单的转换器把接收到的红外信号转变成数字信号，因此数字信号代表帧中负载的数据，帧包括至少一个数据域和一个标题域，标题域包含对于每个数字信号都一样的前置码。本发明的另一优点在于可以从几个接收到的红外信号中快速选出最合适的一个信号并用于进一步的处理，因为前置码对于每个信号一致。还有一个优点在于配备本发明的装置或一个接收装置和发射装置的通信装置将不需要象以前那样精确地对准并还适于多点网络应用。
当一帧的前置码包括形成脉冲的一个已知周期序列、最好是具有确定周期的脉冲序列的符号时，产生这样的优点，即可以通过数字接收装置或数字处理装置获得预定符号的序列，并且此装置能够执行有效的运载传感，符号时钟同步和通过也称做PLL的锁相回路获取的芯片时钟相位。
如果每个接收装置中接收到的红外信号由二进制判定装置转变成数字信号，则产生可以用数字处理执行进一步的信号处理的益处。接收到的红外信号可以有一个简单的二进制判定装置转换，这可以很容易地执行。与不能够向前传输很长距离的弱模拟信号相比，巨大的优越性还在于转换的数字信号可以被发送很长的线路到达选择器或另一个处理装置而没有附加的恶化噪音。另外，只有一个可布置在适当的或中心地点的选择器是必须的。发射到整个线路的模拟信号易受干扰并遭受噪音捡拾。尤其在膝上型电脑的环境中，CD-ROM驱动和其它设备产生背景噪音、噪音脉冲或寄生频率，所以在实际当中数字处理达到较高的稳定性。
当前置码的数字信号被重复抽样和加权时，产生这样的益处，即可以用有效的方法估算存在于两个或多个接收路径或通道的每一个上的信噪比，以下简称SNR。不需要实际测量SNR，只需要不同接收路径的相对质量以选择接收到的最好的数字信号。
如果选择一个或最适当的数字信号发生在选择器的前置码接收期间，则产生这样的优点，即可以执行快速选择用于进一步接收的接收器。可以通过一个接收器接收最适合的信号，所以可以关闭其它的接收器以保存能量。
当每个接收装置设计成提供一种由钝角接收角φR表示的光接收特性，其中φR是一个定义接收器的灵敏度为接收器光轴上灵敏度的一半处的平面角时，产生这样的优点，即可以提供大的总接收角。此接收角可以覆盖大约120°的范围。
如果通过脉冲调制、尤其是脉冲位置调制(PPM)对数据解码，则可以产生这样的优点，即可以在基带发送数据并因而不需要复杂的调制技术。
当关闭至少一个接收装置时，其中该接收装置以比按最高信噪比接收一个前置码低的信噪比接收前置码，产生这样的优点，即整个电路和装置的电功率可以降低，这对移动装置尤其有利。
如果发射装置有一个其形状与接收装置的光接收特性形状一致的光接收特性时，例如以φE≈φR的朗伯特性的形式，发射角φE是一个定义发射器的发射功率为发射器光轴上的功率一半处的平面角，则产生这样的优点，即可以满足具有希望的朗伯特性的光学均等规则，产生提高的连通覆盖率。另外，在两个平面中采用相同的朗伯接收／发射特性引入一个有助于扩展连通覆盖率的散射模式元件。
当收发信机的一部分至少是一个发射装置和一个接收装置时，或如果光学装置的一部分至少是一个接收装置和一个转换器时，产生这样的优点，即所有的光学元件可转换器可以集中到一个收发信机箱或光学装置箱中，这样可以通过集成而节约空间并通过结合节约能耗，并降低制造和更新成本。
如果至少布置三个收发信机或多个收发信机以配合它们的光接收特性和／或光发射特性，则产生这样的优点，可以在360°以上的范围内达到总的连通覆盖。
当把一个选择器连结到一个至少包括一个第一调制解调装置和／或一个第二调制解调装置时，产生这样的优点，即选择器可以与提供几种标准和／速率如可变速率、固定速率、高速、低速的装置一起工作。
如果选择器可与至少一个调制解调装置、最好是第一调制解调装置结合，则可产生这样的优点，即选择器和调制解调装置可以在一个装置或芯片中执行操作。根据本此装置或芯片可以很容易地补充到当前的系统中以提高它们的连通性。
当至少有一个选择器、一个第一调制解调装置和第二调制解调装置可以合并到一个装置中时，产生这样的优点，即通过集中而节约空间，并在一个装置或芯片上实施该装置和选择器的功能。
假设连通性提高的目的由目前或最好是简单地改进的收发信机来满足，则需要配备一个平台，即膝上电脑，LAN访问点、中继站、打印机、手提装置或其它装置，带有不止一个无线红外收发信机。这需要一种用于通过适当地结合或选择不同收发信机的各个信号来互连并控制几个收发信机以达到所需的角度发散性的装置和／或方法。
以下参考附图对本发明进行详细地描述。其中：
图1表示根据本发明具有三个收发信机、伴随信号和一个选择器的配置的示意图。
图2表示一个比较器和一些抽样及计数装置的示意图。
图3表示解析重复抽样的位序列的一些步骤。
图4表示一个选择器的内部基本构造。
图5表示根据本发明具有三倍通道发散性的红外通信系统的一个基本实施例。
图6表示具有三倍通道发散性的红外通信系统的另一个基本实施例。
所有附图的目的是为了清楚而非表示真实的尺寸，也不表示真实尺寸之间的关系。
在对本发明的实施例进行描述之前，先根据本发明对一些基本概念做一阐述。
PPM-脉冲位置调制：
根据本发明使用脉冲位置调制方案，以下简称PPM。应注意到，也可以采用其它的调制方案，尤其是脉冲调制，如扫描宽度有限码，也简称RLL。PPM提供重复编码的可变数据速率。通过确定持续时间tD的数据符号并把该符号顺序划分成一组L，如L=2，4，8，16，等时隙，也称“码片(chip)”而实现L形时隙脉冲位置调制。在L-PPM方案中，只有一个时隙或码片，每个符号包含一个脉冲，意指逻辑“一”或“1”。其它的码片不包含脉冲，意指逻辑“零”或“0”。如果基数定为L=4，则最终的调制方案称作四脉冲位置调制或4-PPM。因为在每个4-PPM符号中有四个位移的位置，所以存在四个独立符号，其中只有一个码片是逻辑‘1’，而其它的码片都是逻辑‘0’，因此有下列组合：1000，0100，0010，0001。这四个符号至少4-PPM中允许的合法数据符号。每个数据符号表示单个位对数据的两位，分别是00，01，10，11。逻辑‘1’表示发射器发光时码片的持续时间，而逻辑‘0’表示不发光的码片持续时间。
前置码：
根据本发明的数字信号表示帧中携带的数据，因此每帧至少包括一个数据域和一个包含前置码的标题域。前置码包括一个周期性的符号序列，使得能够进行初始的媒体传感，符号时钟同步和通过锁相回路获取的芯片时钟相位，也认做PLL。这意味着采用前置码得到数字接收-处理装置的初始相对同步，这通过脉冲的周期性序列的发射而实现。知晓每个符号包含多少时隙的接收站可以在一定的脉冲序列周期之后被探测到。另外，接收站利用PLL条件其时隙或码片时钟相位。前置码包括合法的4-PPM符号P∶P=1000的多个重复发射，最好是128个。如果对于附加的信息发射有用或有利，也可以有其它的组合。前置码之后可以跟上一个同步域、一个控制域、数据域或其它域。
光学均等性：
与无线电广播系统不一样，红外系统使用两个实质上不同的元件进行接收和发射，这些元件可以是光电二极管(PD)和发光二极管(LED)。因为接收器的接收特性不同于相应发射器的发射特性，所以产生的缺点不仅在于数据速率。发射对称性或收发信机均等性的建立使得能有对称的数据速率、保持防止碰撞特性并提高连通性。
根据本发明的接收装置至少包括一个接收器和一个模拟数字转换器。接收器具有由接收角φR描述的光接收特性，该角度也称作接收器的半角φR。类似地，发射器具有由发射角φE描述的光发射特性，该角度也称作发射器的半角φE。收发信机的特征在于它至少包括一个光发射元件和一个光接收元件，因此，发射器并不局限于一个光发射元件，接收器也不局限于一个光接收元件。光发射器构造成其三维发射特性与接收器的三维光接收特性一致或至少相似。光学均等性和收发信机的均匀性的利用使得具有不同的光通孔的装置能够共存，这些光通孔支持窄角或宽角以及短范围或长范围的发射。详细的原理在1998年3月26目提交的美国专利申请No．048749中有所描述和限定，该文在此引为参考。
下面对本发明的实施例进行描述。
图1表示一种在无线光通信系统或无线光通信网络中接收和／或发射红外信号的装置。第一收发信机13、第二收发信机23和第三收发信机33错开排列。相邻收发信机13、23、33的光轴之间的角度大约为120°，因此，三个收发信机13、23、33的基本几何分布在为无线光通信网络配备的移动或固定平台的光学界面处可达到360°的水平角覆盖。对于第一通道的总集成第一收发信机13包括一个第一接收装置1和接收电路，第一接收装置包括一个接收器，在此为一种显示出朗伯第一接收特性的光电二极管14。另外，第一发射装置11包括至少一个发送器、一个发送器之上显示出朗伯第一发射特性15的散射器和发送电路，发送器此处为一个发光二极管，也称作发射器。下面还对散射器做进一步地描述。
应注意，发射特性15、25、35以mW／sr为单位的辐射强度遵从或近似遵从余弦定律，即cos(φ)m，m=1。光接收器的接收特性14，24，34遵从同样的规律。
接收和发射电路在第一收发信机芯片12上与转换器结合，但是如果有利，可以把第一收发信机芯片12分成两个或多个芯片。所以组件安置在一个公共引线框架上并铸造在一个塑料箱中。第一收发信机13的第一收发报芯片12有一端连结到选择器15。其它两个收发信机23、33的结构相同。因此，用于第二通道的第二收发信机23包括一个第二接收装置2，一个第二发射装置21和一个第二收发报芯片22。第二收发信机23的第二收发报芯片22连结到选择器5。用于第三通道的第三收发信机33包括一个第三接收装置3，一个第三发射装置31和一个第三收发报芯片32。第三收发信机33的第三收发报芯片32连结到选择器5。每个收发信机13、23、33包含一个特征，因此，彼此类似的第一接收特性14和第一发射特性15标注在第一收发信机13的前面。第二接收特性24和第二发射特性25标注在第二收发信机23前面。第三接收特性34和第三发射特性35标注在第三收发信机33前面。在第一收发信机13方向上用S1标注的第一箭头表示达到的第一红外信号S1的一部分。为了清楚起见，具有理想的无限大信噪比的该第一红外信号S1用收发信机分布下方的S1。在第二收发信机23方向上用S2标注的第二箭头表示达到的第二红外信号S2的一部分，它在同样的时间内到达。信噪比大约为20dB的第二红外信号S2也标注在装置4的收发信机分布的下方。另外，在第三收发信机33方向上用S3标注的第三箭头表示达到的第三红外信号S3的一部分，它也在同样的时间内到达。信噪比大约为5dB的第三红外信号S3也标注在收发信机分布的下方。
上述的散射器构造在每个发射装置11、21、31的前面，在包含光发射特征15、25、35的整个平面中提供60°的半功率角。散射器例如可以由塑料材料或其它的材料植进玻璃珠、从而在散射器内实现不同的折射率而构成。除了提高连通性的优点外，该散射器还提供关于眼镜对安全标准IEC825．1的适应性的另外优点，这是因为光源的外观大小由散射器的大小而不是发射器芯片的大小决定。散射器法提供了一种比较简单的引线框架，它比把几个传统的窄角发射器结合在一起以达到宽角发射的方法要简单。在需要辐射强度提高的情况下可以把几个光发射器安置在一个公共散射器之下。关于合适的散射器的详细叙述在PCT国际专利申请WO96／08090中给出。该PCT申请目前被委予本申请的代理人并在此引为参考。
在图1中，第一红外信号S1被第一收发信机13接收，第二红外信号S2被第二收发信机23接收，第三红外信号S3被第三收发信机33接收。接收的每个信号S1，S2，S3被转换成数字信号，即第一红外信号S1被转换成第一数字信号RxS_1，第二红外信号S2被转换成第二数字信号RxS_2，第三红外信号S3被转换成第三数字信号RxS_3。为了清楚起见，第一数字信号RxS_1、第二数字信号RxS_2和第三数字信号RxS_3被分别标注在收发信机的分布之下。在下文中，以第一收发信机13上的第一红外信号S1为例描述转换，但对于另外两个红外信号S2和S3以及它们的收发信机23、33原理相同。第一红外信号S1的转换发生在第一收发信机芯片12上。第一收发信机芯片12位于紧挨着第一接收装置1以避免会受噪音影响的过长的引线或导线。首先，接收到的第一红外信号S1被导向第一收发信机芯片12并在反馈给可变增益放大器之前被放大器放大。受自动增益控制电路控制的可变增益放大器确保在随后的判定装置中的信号水平在接收光信号功率的特定范围内保持恒定。所述的判定装置是一个二进制判定装置或一个阈值开关，也称作阈值判定装置或比较器，它通过比较第一红外信号S1和阈值来把第一红外信号S1转变成第一数字信号RxS_1。标注在装置4之下的第一数字信号RxS_1被馈送给选择器5。对第二红外信号S2和第三红外信号S3分别进行同样的操作。第二红外信号S2被转变成第二数字信号RxS_2并馈送给选择器5。第三红外信号S3被转变成第三数字信号RxS_3并也馈送给选择器5。因此，三个收发信机13、23、33连结到选择器5，提供通道合并、选择和控制功能。依赖置入选择器5中的控制机构，可以开发出三倍通道发散度以获得关于网络连通性角度发散度的不同模式。选择器5判定最合适的信号用于进一步的处理并将此最合适的信号经输出线xy传递给下一个装置。参照图2和图3对用于判断最合适的信号的方法进行详细描述。装置4可以从选择器5接收并向选择器5传递第一、第二和第三信号线上箭头表示的以RxS_1、RxS_2、RxS_3标注的数据，这些数据表示接收到的信号并分别标注TxS_1、TxS_2和TxS_3，它们表示发射数据的发射信号。
图2表示在一起可以从不同的信号中判断最合适的信号以进行进一步处理的元件和装置。对于第一通道，第一二进制判断装置12．1连结到第一抽样-计数装置16。第一抽样-计数装置16包括一个第一抽样器17、第一串行移位寄存器17．1、独立抽样计数器的第一阵列18、以下简称第一抽样计数器18和一个第一总计数器19。第一抽样器17连结到第一串行移位寄存器17．1，而第一串行移位寄存器17．1连结到第一抽样计数器18。第一抽样计数器18连结到第一总计数器19。对于第二通道布置第二抽样-计数装置26。第二抽样-计数装置26包括一个第二抽样器27、第二串行移位寄存器27．1、独立抽样计数器的第二阵列28、以下简称第二抽样计数器28和一个第二总计数器29。第二抽样器27连结到第二串行移位寄存器27．1，而第二串行移位寄存器27．1连结到第二抽样计数器28。第二抽样计数器28连结到第二总计数器29。对于第三通道布置第三抽样-计数装置36。第二抽样-计数装置36包括一个第三抽样器37、第三串行移位寄存器37．1、独立抽样计数器的第三阵列38、以下简称第三抽样计数器38和一个第三总计数器39。第三抽样器37连结到第三串行移位寄存器37．1，而第三串行移位寄存器37．1连结到第三抽样计数器38。第三抽样计数器38连结到第三总计数器39。另外，第一抽样-计数装置16与第一数量存储器7连结，第二抽样-计数装置26与第二数量存储器8连结，第三抽样-计数装置36与第三数量存储器9连结。所有的数量存储器7、8、9都与比较器6连结，该比较器也称作选择器或数量比较器6。数量存储器7、8、9也可以分别包含在抽样-计数装置16、26、36中。
第一二进制判断装置12．1包括一个对于接收到的第一红外信号S1的第一输入端‘a’和对于阈值‘TH’的第二输入端‘b’。第一二进制判断装置12．1位于所述的第一收发信机芯片12上，如参照图1所述。为了简单起见，在图2中只标出一个二进制判断装置，对于每个通道使用这种二进制装置。第一二进制判断装置12．1把第一红外信号S1与阈值‘TH’做比较并输出第一数字信号RxS_1，该信号馈送到第一抽样-计数装置16的第一抽样器17。如果第一红外信号S1的值大于阈值‘TH’的值，则意味着S1＞TH，在第一二进制判断装置12．1的输出端产生逻辑水平‘1’，否则则产生逻辑水平‘0’。如图1所示，来自于第二收发信机芯片22并由第二二进制判断装置产生的第二数字信号RxS_2馈送到第二抽样-计数装置26的第二抽样器27。还如图1所示，来自于第三收发信机芯片32并由第三二进制判断装置产生的第三数字信号RxS_3馈送到第三抽样-计数装置36的第三抽样器37。
下面参照图3关于第一抽样-计数装置16判断测量值、数量和数值以便选出最合适的信号的主要过程进行详细的描述。重复该过程直到达到一个测定值或给定的或确定阈值的值。而且，两个抽样-计数装置26和36以与第一抽样-计数装置16相同的方式操作，因此下面只描述第一抽样-计数装置16的操作过程。从第一数字信号RxS_1前置码的四个等长度时隙开槽或码片被馈送到第一抽样-计数装置16。该时隙表示一个全4-PPM符号但不必以脉冲开始，而可以在任何地方开始。为了在抽样计数器18中与先前时隙的相位累加，后续的时隙应相对于它们的时间相位相等。在第一抽样-计数装置16的第一抽样器17中重复抽样到达的第一数字信号RxS_1并作为二进制序列输出到第一移位寄存器17．1，由此对每个芯片重复抽样以获得关于一个确定时隙的十六个二进制数位。二进制数位储存在单位寄存器或特征位寄存器中，在那里二进制数位以序列行的形式到达。如果从确定的时隙得到的十六个二进制数位已到达第一串行移位寄存器17．1，则第一抽样-计数器18把二进制数位从第一串行移位寄存器17．1的各个单位寄存器累计到存储的数值。对随后的时隙重复此过程直到总计数器19算出一个第一测量值‘A’，输入到第一数量存储器7。重复的次数依据于统计量、接收信号的质量和识辨的效率或分析方案。第二抽样-计数装置26判断第二测量值‘B’并将此测量值输给第二数量存储器8。第三抽样-计数装置36判断第三测量值‘C’并将此测量值输给第三数量存储器9。数量存储器7、8、9与比较器6连结或甚至置入数量比较器6中。号码比较器6比较测量值‘A’、‘B’、‘C’并为下一步的处理确定最合适的信号。图2表示数量比较器6的输出选择对应于测量值‘A’的通道，即通过数量比较器6输出端的Sa表示。因此，在三个红外信号S1，S2，S3中第一红外信号S1和第一数字信号RxS_1、也称作一个数字信号RxS_1是对于进一步处理最合适的信号。
采用上述方案是因为知道并研究了信号的信噪比和误差率之间存在着一种关系。例如，研究表明确定的算出的测量值‘A’直接关系到相应信号的信噪比。这意味着确定的算出的测量值越大，信噪比越小。因此，足以比较数量或测量值A、B、C并找出最小的一组{A，B，C}，从而确定具有最高信噪比的通道或路径。
参加图3，该图表示在不同时刻分析重复抽样的二进制信号的一些步骤。这些步骤通过抽样-计数装置16执行，如图2所示。具体地说，图3分别表示在第一时隙T1和第二时隙T2第一串行移位寄存器17．1和连结的第一抽样-计数器18，以及在第十时隙T10和第三十二时隙T32处的抽样-计数器18。在第三十二时隙T32之后并储存到数量存储器7后算出第一测量值‘A’。第一串行移位寄存器17．1包括十六个单位寄存器，由第一串行移位寄存器17．1之上的单位寄存器号1、2…表示。这些单位寄存器号和十六个单位寄存器与抽样时钟10相关，表示一个第一时隙T1序列。
为了清楚起见，在图的顶部标出在时间轴t上前置码的噪声数字信号的两个时隙，包括四个脉冲，即具有不同脉冲持续时间的四个逻辑‘一’或‘1’。在第一时间T1中只出现一个脉冲，而在随后的第二时隙T2中出现三个脉冲，因此两个脉冲是噪音导致的错误脉冲。第一时隙T1对应于合法的4-PPM符号的长度。如上所述，在第一时隙T1，前置码的四个码片从第一数字信号RxS_1馈送给抽样器17，如图2所示。
第一时隙T1表示整个符号的长度，而且通常此时隙不需要与前置码符号一致，在本例中它以逻辑‘0’开始，代替以一个脉冲开始。原因在于还没有通过接收器建立符号同步和码片同步。事实上，该方案不需要这种同步。有时，实际上标注在第一串行移位寄存器17．1和抽样-计数器18之外的第一时隙T1的四个重复抽样的码片储存在第一串行移位寄存器17．1中，由此每个芯片被重复抽样四次以获得十六个二进制数位。出现脉冲的地方结果为‘1’，否则为‘0’。二进制数位储存在一个可设置或不设置的包括单位寄存器或特征位寄存器的简单寄存器中。查看第一串行移位寄存器17．1的单位寄存器，它表明从第三到第七单位寄存器的单位寄存器导致‘1’，由此，一个单位寄存器包括一个二进制数位30。来自第一串行移位寄存器17．1的单位寄存器的各个二进制数位被累加到第一抽样-计数器18中的储存的对应数值上。此处，抽样-计数器阵列18的长度与第一串行移位寄存器17．1一致。例如，在第一抽样-计数器阵列18中来自第一脉冲的表示一个储存值的计数器值70在第一步骤中导致‘1’。还对此计数器值70及其存储值做详细的观察。现在再看图示的下一个时隙。在第二时隙T2期间，对芯片重复抽样并把二进制数位放进第一串行移位寄存器17．1中。顺便说一下，对前面的单位寄存器重复写入。结果表示在第二时隙T2处的第一串行移位寄存器17．1中。第一抽样计数器18分别把单位寄存器组或特征位加到前计数器值上。加入后，采用第一抽样计数器18的计数器值，如给观察的计数器值增加一并造成‘2’。一段时间后，由第二时隙T2和第十时隙T10之间的竖直虚线表示的意指在第十时隙T10处的第八步骤的下一个序列被重复抽样。第一抽样-计数器18表示第十步骤的结果。观察的计数值70已增大并导致‘8’。最后，在第三十二时隙T32，对再下一个序列重复抽样。结果显示在第一抽样-计数器18的行上。观察的计数值70已增大并导致‘26’。算出第一抽样-计数器18的计数值，把数字求和产生一个测量值‘A’；这一过程在一个没有标出的总计数器中指向。测量值‘A’产生‘184’并储存在数量存储器7中用于进一步的处理，如参见图2所述。
另一个实施例最好在算出测量值‘A’之前的最后一个步骤中包括一个阈值，以便设置从前置码脉冲而非噪音中产生的很大的数量，返回到‘零’。其优点在于较好地区分并判断噪音。
图4表示选择器40的基本内部结构的实施例。选择器40，也称作通道组合器，包括接收RxS_1信号的第一通道质量估算器装置41、接收RxS_2信号的第二通道质量估算器装置42和接收RxS_3信号的第三通道质量估算器装置43。所有的通道质量估算装置41、42、43都与评价装置44连结，该评价装置44的输出端指向控制装置45并能够接收由带有指向控制装置45的箭头的虚线表示的控制信号。控制装置45的一端连结到RxS组合器／选择器装置46。RxS组合器／选择器装置46能够接收RxS_1、RxS_2、RxS_3信号并输送RxD_VR信号和RxD_HR信号。另外，控制装置45的另一端连结到输送TxS_1信号、TxS_2信号和TxS_3信号。控制装置45还连结到与TxS启动器／驱动器装置47相连的TxD选择器装置48。TxD选择器装置48能够接收TxD_VR信号和TxD_HR信号形式的数据。
选择器40通过TxS启动器／驱动器装置47把标有TxS_1、TxS_2和TxS_3的信号输送给发射器。为了清楚起见，在图4中没有标出发射器，但信号可以分别被馈送到图1所述的收发信机13、23、33。TxS启动器／驱动器装置47接收来自TxD选择器装置48的输入信号，其中TxD选择器装置48选择从TxD_VR信号和TxD_HR信号中选择被发射的数据。TxS启动器／驱动器装置47和TxD选择器装置48二者均受内控制装置45控制。接收到的标有RxS_1、RxS_2和RxS_3的信号分别由通道质量估算装置41、42、43并行处理，而该装置的输出在评价装置44中经受检查。参见图2和图3，所述的处理过程可以在通道质量估算装置41、42、43和评价装置44中进行。后一装置将其输出输送到控制装置45。此控制装置45还对RxS组合器／选择器装置46提供控制，RxS组合器／选择器装置46处理RxS_1、RxS_2和RxS_3信号并还输送TxD_VR信号和TxD_HR信号。
根据另一实施例，接收到的标有RxS_1、RxS_2和RxS_3的信号由其输出在估算装置45被检查的单通道质量估算装置串行处理。
根据另一实施例，RxS组合器／选择器装置46只输送RxD_VR信号，并且TxS启动器／驱动器装置47直接接收TxD_VR信号。因而不需要TxD选择装置48。
根据本发明的另一实施例，RxS组合器／选择器装置46只输送RxD_HR信号，并且TxS启动器／驱动器装置47直接接收TxD_HR信号。在这种情况下不需要TxS选择器装置48。
根据本发明的另一实施例，选择器40提供只对两个收发信机处理信号的方法，因而只能实现两倍的通道发散度。
图5表示具有三倍通道发散度的红外通信系统实施例的基本层状结构。有一些元件和装置与上述使用并描述的相同，并采用相同的标号。
为了图5简单起见，收发信机12、23、33排列成行。但为了达到三倍的通道发散度，需要在不同的方向上或优选的方向上布置收发信机12、23、33。收发信机12、23、33连结到选择器40，而该选择器40包括必须向系统提供所需的角度发散度的功能。选择器40连结到VR调制解调器／控制器51和HR调制解调器／控制器61。VR调制解调器／控制器51，也称作第二调制解调装51或变速率调制解调器／控制器51，其一端经收发信机控制线54连结到收发信机12、23、33并连结到主界面52。HR调制解调器／控制器61，也称作第一调制解调装61或高速率调制解调器／控制器61，也连结到主界面52并连结到主机53。标有TxS_1、TxS_2和TxS_3的发射信号携带用于收发信机12、23、33的调制信号。例如，TxS_1、TxS_2和TxS_3信号被编码成4-时隙脉冲位置调制(4-PPM)，如上所述。标有RxS_1、RxS_2、RxS_3的接收信号携带从各个接收器接收到的信号。如上所述，在优选的实施过程中，这些信号是二进制信号。选择器40从VR调制解调器／控制器51或HR调制解调器／控制器61接收被发射的数据。相应的数据线被分别标注TxD_VR和TxD_HR。类似地，选择器40把接收到的数据输送给VR调制解调器／控制器51和HR调制解调器／控制器61，因此，对应的数据线被分别标注RxD_VR和RxD_HR。VR调制解调器／控制器51和HR调制解调器／控制器61能够接收并发射不同的数据速率，如VR调制解调器／控制器51能够以高至4Mbps的数据速率工作，HR调制解调器／控制器61提供大约16Mbps的数据速率。而且VR调制解调器/控制器51通过发出设置判定阈值、带宽、发射器功率水平等的命令来控制收发信机12、23、33的操作模式。HR调制解调器／控制器61通过发出相关的命令来控制选择器40的操作模式。这些命令包括对于接收器路径指导如何合并和／或选择RxS_1、RxS_2和RxS_3信号，以及对于发射路径指导如何能够得到TxS_1、TxS_2和TxS_3信号。VR调制解调器／控制器51和HR调制解调器／控制器61通过分别标注总线信号VR_IF和HR_IF的总线连结到主机界面52。主机界面52经标有H_IF的总线连结到主机53以与规约叠式存储器如媒介访问控制器、也称MAC连通。
图6表示具有三倍通道发散度的红外通信系统的另一基本实施例。所有描述的元件和功能相同，不同之处在于置入HR调制解调器／控制器61和选择器40的功能合并在一个选择器40．1中。
关于图5和图6，可实行元件和装置的几种组合。下面对几种组合进行阐述。
根据另一实施例，选择器40布置成单个装置，VR调制解调器／控制器51和HR调制解调器／控制器61合并在另一个装置中。
根据另一实施例，置入选择器40中的功能、VR调制解调器／控制器51和HR调制解调器／控制器61都合并在一个装置中。
根据另一实施例，不设置HR调制解调器／控制器61，并且通过VR调制解调器／控制器51控制选择器40。
根据另一实施例，不设置HR调制解调器／控制器61，并且选择器40和VR调制解调器／控制器51组合在一个装置中。
根据另一实施例，不设置VR调制解调器／控制器51，并且通过HR调制解调器／控制器61控制三个收发信机13、23、33。
根据另一实施例，不设置VR调制解调器／控制器51，并且选择器40和HR调制解调器／控制器61组合在一个装置中。
上述任一实施例可以与所示和／或所述的其它实施例中的一个或几个组合。也可以是针对实施例的一个或几个特征。在此所述并限定的步骤不必以给定的次序执行。这些步骤至少在一定的程度上可以按任何其它的顺序执行。

Claims (21)

1．一种用于接收红外信号(S1，S2，S3)的装置(4，50，60)，包括
至少两个接收装置(1，2，3)，每个包括一个转换器(12，22，32)，把接收到的红外信号(S1，S2，S3)转变成数字信号(RxS_1，RxS_2，RxS_3)，因此数字信号(RxS_1，RxS_2，RxS_3)代表负载在帧中的数据，帧包括至少一个数据域和一个标题域，标题域包含一个对于所述数字信号(RxS_1，RxS_2，RxS_3)的每一个都一样的前置码，和
一个选择器(5，40，40．1)，用于对每个前置码的至少一部分确定与其信噪比相关的测量值(A，B，C)并比较测量值(A，B，C)，以便选出用于进一步处理的具有最高信噪比的数字信号。
2．如权利要求1所述的装置，其特征在于包括形成脉冲的一个周期序列、最好是具有确定周期的脉冲序列的符号。
3．如权利要求1所述的装置，其特征在于一个符号至少包括一个脉冲。
4．如权利要求1至3中的一个所述的装置，其特征在于每个接收装置(1、2、3)中接收到的红外信号(S1，S2，S3)由二进制判定装置(12，22，32)转变成数字信号(RxS_1、RxS_2、RxS_3)。
5．如权利要求1至4中的一个所述的装置，其特征在于对前置码的数字信号(RxS_1、RxS_2、RxS_3)重复抽样并加权以确定与信噪比有关的测量值(A，B，C)。
6．如权利要求1至5中的一个所述的装置，其特征在于在选择器(5)接收前置码期间进行一个数字信号(RxS_1)的选取。
7．如权利要求1至6中的一个所述的装置，其特征在于每个接收装置(1、2、3)设计成提供一种由钝角接收角φR表示的光接收特性(14，24，34)，其中φR是一个定义接收器的灵敏度为接收器光轴上灵敏度的一半处的平面角。
8．如权利要求1至7中的一个所述的装置，其特征在于通过脉冲调制、尤其是脉冲位置调制(PPM)对数据解码。
9．如权利要求1至8中的一个所述的装置，其特征在于至少关闭接收装置(2、3)，其中该接收装置以比一个以最高信噪比接收一个前置码的接收装置(1)低的较低信噪比接收前置码。
10．用于接收和传递红外信号(S1，S2，S3)的装置(4，50，60)，包括：
至少两个接收装置(1，2，3)，每个包括一个转换器(12，22，32)，把接收到的红外信号(S1，S2，S3)转变成数字信号(RxS_1，RxS_2，RxS_3)，因此数字信号(RxS_1，RxS_2，RxS_3)代表负载在帧中的数据，帧包括至少一个数据域和一个标题域，标题域包含一个对于所述数字信号(RxS_1，RxS_2，RxS_3)的每一个都一样的前置码，和
一个选择器(5，40，40．1)，用于对每个前置码的至少一部分确定与其信噪比相关的测量值(A，B，C)并比较测量值(A，B，C)，以便选出用于进一步处理的具有最高信噪比的数字信号。
至少一个发射装置(11，21，31)，耦接到选择器(5，40，40．1)。
11．如权利要求10所述的装置，其特征在于接收装置(1，2，3)有一个光学接收特征(14，24，34)，该特征的形状与发射装置(11，21，31)的光发射特征(15，25，35)的形状一致或至少类似。
12．如权利要求10或11所述的装置，其特征在于至少一个接收装置(1，2，3)和至少一个发射装置(11，21，31)以及转换器(12，22，32)成为收发信机(13，23，33)的一部分。
13．如权利要求12所述的装置，其特征在于设置几个收发信机(13，23，33)以实现另一个光接收特征(14，24，34)和／或光发射特征(15，25，35)。
14．如权利要求12至13中的一个所述的装置，其特征在于至少三个收发信机(13，23，33)覆盖360°的范围。
15．如权利要求10至14中的一个所述的装置，其特征在于选择器(5，40)连结到一个至少包括第一调制解调装置(61)和／或第二调制解调装置(51)的装置。
16．如权利要求10至14中的一个所述的装置，其特征在于选择器(5，40)至少可与一个调制解调装置(51、61)组合，尤其可与高速率调制解调装置(61)组合。
17．如权利要求10至14中的一个所述的装置，其特征在于至少选择器(5，40)、第一调制解调装置(61)和／或第二调制解调装置(51)可组合到一个装置中。
18．一种在无线光通信系统中接收红外信号(S1，S2，S3)的方法，包括步骤：
通过至少两个接收装置(1，2，3)接收红外信号(S1，S2，S3)，
把红外信号(S1，S2，S3)转变成数字信号(RxS_1，RxS_2，RxS_3)，从而数字信号(RxS_1，RxS_2，RxS_3)表示帧中负载的数据，帧包括至少一个数据域和一个标题域，标题域包含对于每个数字信号(RxS_1，RxS_2，RxS_3)都一样的前置码，
确定每个前置码中至少一部分关系到其信噪比的测量值(A，B，C)并比较测量值(A，B，C)，和
选择用于进一步数据处理的具有最高信噪比的一个数字信号(RxS_1)。
19．一种接收红外信号(S1，S2，S3)并发射红外信号的方法，包括步骤：
通过至少两个接收装置(1，2，3)接收红外信号(S1，S2，S3)，
把接收到的红外信号(S1，S2，S3)转变成数字信号(RxS_1，RxS_2，RxS_3)，从而数字信号(RxS_1，RxS_2，RxS_3)表示帧中负载的数据，帧包括至少一个数据域和一个标题域，标题域包含对于每个数字信号(RxS_1，RxS_2，RxS_3)都一样的前置码，
确定每个前置码中至少一部分关系到其信噪比的测量值(A，B，C)并比较测量值(A，B，C)，和
选择用于进一步数据处理的具有最高信噪比的一个数字信号(RxS_1)，和
在相反的方向上传递发射数据(TxS_1，TxS_2，TxS_3)，在该方向上接收一个具有最高信噪比的数字信号(RxS_1)或在所有方向上接收。
20．如权利要求18或19所述的方法，其特征在于在确定步骤中通过下列步骤确定每个测量值(A，B，C)：
定义一个时隙并以周期性的时隙划分前置码(T1，T2，…T10…T32)，
根据时隙(T1，T2，…T10…T32)对前置码重复抽样以提供一个包括至少一个二进制数位(30)的二进制序列，
把二进制序列的各个二进制数位(30)加到相应的存储值(70)上，和
根据这些存储值(70)计算测量值(A，B，C)。
21．如权利要求20所述的方法，至少重复一次重复抽样步骤和相加步骤。
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