CN1416626A - 使邻近无线网络间发生自干扰的可能性最小的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

第一无线网络中的第一主收发器(102)监视(步骤602)邻近的无线网络，以发现在某个邻近的无线网络中的干扰最强的主收发器。然后，第一主收发器将跳频间隔与干扰最强的主收发器的跳频间隔进行时间对准，以确保在干扰最强的主收发器使用的每一个跳频间隔的期间内，干扰最强的主收发器的传输不能干扰第一主收发器多于一个跳频间隔的期间内进行的第一主收发器的传输，从而使第一无线网络与邻近的无线网络之间发生自干扰的可能性最小。

Description

使邻近无线网络间发生自干扰的 可能性最小的方法和装置
发明领域
本发明一般涉及无线通信系统，具体地说，涉及一种使邻近的无线网络运行时发生自干扰的可能性最小的方法和装置，该无线网络基于在邻近无线网络中的、不是相同频率(frequency-coordinated)的不同跳频方案运行。
背景技术
由于短距离特殊无线网络设备，比如蓝牙设备，在市场上很容易得到，预计对于无线局域网的需求将会有爆炸性的增长。个人区域网(Personal area networks)(PAN)将被应用于诸如机场、酒店和会议中心这样的地方。这些PAN(又被称为匹克网络)可以方便地为移动用户提供廉价的高带宽的本地网络连接。PAN的应用范围涉及从简单的电子邮件传输到大量内容的网页下载和实时视频。
目前，在美国，PAN设备是按照FCC的第15条规定，在未经授权的2.4GHZ ISM(工业科学和医学)频谱上使用的。这些规定要求邻近无线网络要按照跳频方案运行，而不是在在邻近网络间上进行频率协调。这种对ISM频谱的不受约束的访问会引起设备的干扰问题，这种干扰可以被分成两类。第一种类型是由非PAN设备所引起的干扰。此类干扰源包括无绳电话，微波炉和其它类型的无线局域网。第二种类型的干扰包括在PAN中邻近位置工作的其它类似的PAN设备。此类干扰源可能是PAN的一部分，或者是其它邻近的PAN。这种干扰被称为自干扰，它会减少PAN的吞吐量。
因此，我们所需要的是一种在按照不同跳频方案(而不是在邻近无线网络间进行频率协调运行的使邻近的无线网络之间发生自干扰的可能性降到最小的方法和装置。
附图说明
图1是描述按照本发明的三个典型的邻近无线网络的电气方框图。
图2是本发明中典型收发器的电气方框图。
图3是本发明中的典型跳频顺序图。
图4是描述发生于现有技术的无线网络间的未经校准跳频间隔的典型定时图。
图5是描述本发明中经过校准的跳频间隔的典型时间安排图。
图6是描述本发明中主收发器第一操作的流程图。
图7是描述本发明中主收发器第二操作的流程图。
具体实施方式
参考图1，电气方框图100描述了本发明中三个典型的邻近的无线网络，此图包括三个主收发器102，它们每一个都通过无线方式与一个或多个从属收发器进行通信，从而组成三个邻近的无线网络。无线网络优选地使用众所周知的无线网络协议，比如蓝牙技术规范v1.0B中所描述的协议，这个协议可以从英特网上的蓝牙特殊兴趣小组处得到。收发器102，104间的无线传输优选地使用跳频技术，在这项技术中使用了许多不同的无线电传输频率。当前的传输频率会持续一段时间，这里称为“跳频间隔”，然后，通常被下一个跳频间隔的不同的传输频率所取代，以此类推。主收发器102优选地控制它们各自网络的定时，从属收发器104与各个网络中的主收发器102同步。如同图中指明的那样，主收发器102也可以与邻近的无线网络中的其它主收发器104同步和通信。本发明中无线网络的操作将在下面做进一步的阐述。
参考图2，电气方框图描述本发明中典型的收发器102，104，收发器既可以作为主收发器102，也可以作为从属收发器104，两者的电气方框图是完全相同的，并可以在运行中互相变换角色。下面将讨论主收发器102，本发明中大部分的方面都是由主收发器102完成的。主收发器102包括一个用于从其所属无线网络中的从属收发器104接收通信的传统接收器202，此外，还用于监视相邻的无线网络，以发现在某个相邻无线网络中的干扰最强的主收发器102。主收发器102还包括本发明中的一个连接所述接收器202和发射器206以控制接收器202和发射器206的处理器204。发射器206用于向主收发器102所属无线网络中运行的从属收发器104传送信息，并控制从属收发器104。
处理器204连接到存储器208，以存储用于本发明中的操作软件和变量。处理器包括一个通信处理程序210，用于编程处理器204，以控制接收器202和发射器206，从而按照无线网络中使用的无线网络协议并且进而按照本发明进行通信。存储器还包括一个邻近网络监视程序212，用于编程处理器204，以使处理器与接收器202协同工作，来监视邻近的无线网络，从而发现存在于某个邻近的无线网络中的干扰最强的主收发器102。存储器208还包括一个跳频间隔时间校准程序214，用于编程处理器204，以使主收发器102的跳频间隔与干扰最强的主收发器102的跳频间隔能够时间对准，从而确保干扰最强的主收发器102在干扰最强的主收发器102所使用的每个跳频间隔期间的干扰最强的主收发器102的传输不会干扰到主收发器102在多于一个的跳频间隔中进行的主收发器102的传输。跳频间隔时间校准程序214优选地通过众所周知的同步技术来编程处理器204，以使主收发器102的传输跳频间隔与干扰最强的主收发器102的传输跳频间隔能够时间对准，并且，优选地使主收发器102的接收跳频间隔与干扰最强的主收发器102的接收跳频间隔能够时间对准。这将最好的抵消了干扰，因为当另一个主发射器在传输的时候，邻近的主发射器102将极少在接收。
此外，存储器208还包括一个信号强度测量程序216，用于编程处理器204，以使其与接收器202协同工作，从而通过众所周知的技术，来测量邻近的干扰主收发器102的信号强度，并选出信号强度最高的干扰主收发器102作为干扰最强的主收发器102。存储器208还包括一个工作循环(duty cycle)测量程序218，用于编程处理器204以使其与接收器202协同工作，从而测量邻近的干扰主收发器102的工作循环，并根据干扰主收发器102的工作循环选出一个干扰主收发器102作为干扰最强的主收发器102。应当理解，信号强度测量程序216和工作循环测量程序218可以被一起使用，给每一个程序一个部分权重。比如，处理器204可以被编程，以找到邻近的干扰主收发器102的信号强度和工作循环的乘积，并根据信号强度和工作循环乘积选出一个干扰主收发器作为干扰最强的主收发器102。
存储器208还包括一个传输质量测量程序220，用于编程处理器204，以维护和从属收发器通信时的对出站(从主收发器)传输质量(例如来自确认响应)和入站传输质量(例如来自接收的错误率)的统计；并根据是否高于预定的安全极限来判断出站传输质量是否比入站传输质量更差；并与发射器206协同工作，响应根据高于预定的安全极限来判断出出站传输质量比入站传输质量更差的检测结果，命令从属收发器104作为主收发器来控制第一无线网络。这样做的原因是，这个结果显示出从属收发器可能邻近一个强干扰主收发器102。通过转换角色，让从属收发器作为无线网络的新的主收发器，新的主收发器将无线网络的跳频间隔与强干扰的主收发器102的跳频间隔对准，从而可能由此多获得一些对干扰的抵抗力。此外，存储器208还包括一个用于通过众所周知的技术唯一识别主收发器102的收发器识别器222。
参考图3，本发明中典型的跳频顺序图300描述了两个邻近的个人区域网络PAN1和PAN2的跳频顺序。列306表示不同的跳频间隔，H1-H4。图300的行表示传输频率号，在这里频率号是1-8。每一列中的X标记了指定给跳频间隔的传输频率号。例如，对于PAN1来说，频率号1被指定给跳频间隔H1。注意，为了避免发生冲突，PAN1和PAN2之间的跳频方案是不同的。注意，由于在PAN1和PAN2之间没有频率协调，在点302和304处，PAN1和PAN2在跳频间隔H3中使用了相同的频率(4号)。每一个跳频方案的频率是随机指定给每一个跳频间隔的。因此，PAN1和PAN2的某个跳频间隔被指定相同的频率、从而导致冲突的可能性是非零的。
参考图4，典型的定时图400描述了发生在现有技术的跳频无线网络中的非对准的跳频间隔。这种非对准的结果就是导致第一个网络中的每一个跳频间隔可能和另一个网络中的两个跳频间隔中的任何一个相冲突。比如，PAN1的H1可以和PAN2的H1或H2中的任何一个冲突。现有技术的跳频网络依靠随机指定的跳频模式和大数量的(例如79个)频率来保持低的冲突可能性。这些技术对于只有很少的邻近网络的小系统来说是足够的。随着为获得更多的吞吐量而加入配置的网络，这种技术会达到饱和点，这时，冲突的可能性是如此之大，以致于再增加另一个配置的网络实际上却使最大吞吐量减少。
参考图5，本发明中典型的定时图500描述了对准的跳频间隔。通过对准跳跃间隔，本发明有效地防止了第一个网络中的一个跳频间隔与另一个网络中的多于一个的跳频间隔之间的冲突，从而相对于现有技术而言，冲突的可能性减小了大约两倍。应用或者不应用本发明的模拟实验证明了，当配置的跳频无线网络应用了本发明后，最大可完成的吞吐量大约是没有应用本发明的最大可完成的吞吐量的两倍。
参考图6，流程图600描述了按照本发明的第一主收发器102的第一操作，该流程图600开始于第一主收发器102通过众所周知的技术监视(步骤602)邻近的无线网络，以发现在某个邻近的无线网络中的干扰最强的主收发器102。第一主收发器102优选地通过使用众所周知的技术测量接收到的干扰主收发器102的信号强度和工作循环来决定干扰最强的主收发器102。然后，确定干扰最强的主收发器102，它是接收的信号强度和工作循环测量值的函数，例如，选择拥有最高信号强度和工作循环的乘积的主收发器102。应当理解，作为一种变通，其他参数，例如比特错误率，以及其它适用的数学函数也可以被用来决定干扰最强的主收发器102。
在发现了干扰最强的主收发器102之后，第一主收发器102将自身的跳频间隔与干扰最强的主收发器102的跳频间隔通过众所周知的技术进行时间对准(步骤604)。第一主收发器102等待(步骤606)一个预定的时间，然后返回到步骤602，以继续监视邻近的无线网络，来尝试发现需要时间对准的不同的干扰最强的主收发器102。一旦第一主收发器102完成了与一个新的或不同的干扰最强的主收发器102的时间对准，时间对准优选地被调整得足够缓慢，以维持在与第一主收发器102通信中与从属收发器104的不间断的同步。
正如上面所讨论的，对准跳频间隔确保了在干扰最强的主收发器102使用的每一个跳频间隔期间，干扰最强的主收发器102的传输不能干扰第一主收发器102的多于一个跳频间隔期间的第一主收发器102的传输，反之亦然。这使网络间冲突的可能性减少了大约两倍。换言之，对准跳频间隔有利地使多个配置的跳频无线网络可达到的最大吞吐量大致加倍。
参考图7，流程图700描述了本发明中第一主收发器102的第二操作，它开始于第一主收发器102在第一主网络中建立(步骤702)与从属收发器104的通信。第一主收发器102例如，通过肯定或否定的确认维护(步骤704)对出站(就第一主收发器102来说)的传输质量的统计，和对于当与从属收发器104通信时的入站的传输质量的统计。然后，第一主收发器102根据是否高于预定的安全极限来判断(步骤706)出站传输质量是否比入站传输质量更差。如果是这样，第一主收发器102命令(步骤708)从属收发器104作为主收发器来控制第一无线网络。这里的假设是当出站传输质量比出站传输质量差得高于预定的安全极限。这种状况很可能是由于一个强干扰的主收发器102临近从属收发器104。如果真是这样，将第一无线网络的跳频间隔与强干扰的主收发器102进行时间对准，可以使由强干扰的主收发器102引起的冲突(也就是干扰)的可能性降到最小。
通过前面的公开，应当清楚，本发明提供一种使得按照不同跳频方案操作的(而不是在邻近无线网络间的频率协调)，邻近的无线网络间发生自干扰的可能性降到最小的方法和装置。与现有技术比较，本发明有利地使多个配置的跳频无线网络可达到的最大吞吐量增加一倍左右。
根据上面的教导，对本发明做许多修改和变化是可能的。因此，应该了解，在附加的如权利要求的范围内，除了在上面进行的特定的介绍外，也可以实施本发明。

Claims (21)

1.一种用于按照不同跳频方案操作的、使得邻近的无线网络间发生自干扰的可能性最小的方法，所述不同跳频方案不是在所述邻近无线网络间的频率协调，该方法包括在第一无线网络的第一主收发器中的如下步骤：
监视所述邻近的无线网络以发现某个所述邻近无线网络中的干扰最强的主收发器；和
将所述第一主发射器的跳频间隔与所述干扰最强的主收发器的跳频间隔进行时间对准，以确保在所述干扰最强的主收发器使用的每一个跳频间隔期间，所述干扰最强的主收发器的传输不能干扰所述第一主收发器的多于一个跳频间隔期间的所述第一主收发器的传输，从而使所述第一无线网络与某个所述邻近的无线网络之间发生自干扰的可能性降到最小。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述监视步骤包括如下步骤：
测量邻近干扰主收发器的信号强度；和
选择具有最强的信号强度的主收发器作为干扰最强的主收发器。
3.如权利要求1所述的方法，其中监视步骤包括如下步骤：
测量邻近的干扰主收发器的工作循环；和
根据干扰主收发器的工作循环，选择一个干扰主收发器作为所述干扰最强的主收发器。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述时间对准步骤包括如下步骤：
将所述第一主收发器的传送跳频间隔与所述干扰最强的收发器的传送跳频间隔进行时间对准；和
将所述第一主收发器的接收跳频间隔与所述干扰最强的收发器的接收跳频间隔进行时间对准。
5.如权利要求1所述的方法，在所述第一主收发器中还包括如下步骤：
在与从属收发器通信时，维护对出站传输质量和入站传输质量的统计；
根据是否高于预定的安全极限来检测所述出站传输质量是否比所述入站传输质量更差；和
当检测到所述出站传输的质量比所述入站传输质量相差所述高于预定的安全极限时，在响应中命令所述从属收发器作为主收发器来控制所述第一无线网络。
6.如权利要求1所述的方法，在所述第一主收发器中还包括如下步骤：
在发现干扰最强的不同的主收发器的尝试中，持续监视所述邻近的无线网络；和
在发现所述不同的最强干扰主收发器的响应中，将所述第一主收发器的跳频间隔与所述不同的最强干扰主收发器的跳频间隔进行时间对准。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述时间对准步骤进行得足够缓慢，以在与所述第一主收发器通信中维持与从属收发器不间断的同步。
8.第一无线网络的第一主收发器，用于按照不同频率的跳频方案操作的、使邻近无线网络间发生自干扰的可能性最小，所述不同跳频方案不是所述邻近无线网络间的频率协调，所述第一主收发器包括：
在一个所述邻近的无线网络中，用于监视所述邻近的无线网络，以发现干扰最强的主收发器的接收器；
连接到所述接收器和发送器的处理器，用于将所述第一主收发器的跳频间隔与所述干扰最强的主收发器的跳频间隔进行时间对准，以确保所述干扰最强的主收发器在干扰最强的主收发器所使用的每个跳频间隔期间的传输不会干扰到所述第一主收发器在多于一个的第一主收发器跳频间隔中进行的所述第一主收发器的传输，从而使所述第一无线网络与某个所述邻近的无线网络之间发生自干扰的可能性最小；和
用于向从属收发器发送信息的所述发送器。
9.如权利要求8中所述第一主收发器，其中所述处理器被编程以用于：
协同所述接收器测量邻近的干扰主收发器的信号强度；和
选择一个信号强度最高的干扰主收发器作为所述干扰最强的主收发器。
10.如权利要求8中所述第一主收发器，其中所述处理器被编程以用于：
协同所述接收器测量邻近的干扰主收发器的工作循环；和
根据所述干扰主收发器的工作循环选择一个干扰主收发器作为所述干扰最强的主收发器。
11.如权利要求8中所述第一主收发器，其中所述处理器被编程以用于：
将所述第一主收发器的发送跳频间隔与所述干扰最强的主收发器的发送跳频间隔进行时间对准；和
将所述第一主收发器的接收跳频间隔与所述干扰最强的主收发器的接收跳频间隔进行时间对准。
12.如权利要求8中所述第一主收发器，其中所述处理器被编程以用于：
在与所述从属收发器进行通信时，维护对出站传输质量和入站传输质量的统计；
根据是否高于预定的安全极限，检测所述出站传输质量是否比所述入站传输质量差；和
响应检测到所述出站传输质量比所述入站传输质量差，即高于预定的安全极限时，与所述发送器协同工作，命令所述从属收发器作为主收发器控制所述第一无线网络。
13.如权利要求8中所述第一主收发器，其中所述处理器被编程以用于：
在发现不同的干扰最强的主收发器的尝试中，持续地与所述接收器协同工作，监视邻近的无线网络；和
响应发现所述不同的干扰最强的主收发器，将所述第一主收发器的跳频间隔与所述干扰最强的主收发器的跳频间隔进行时间对准。
14.如权利要求8中所述第一主收发器，其中所述处理器被编程以足够缓慢地时间校准所述第一主收发器的跳频间隔，从而维持与所述从属收发器之间的不间断的同步。
15.第一无线网络，用于使根据不同频率跳频方案操作的、使所述邻近的无线网络间发生自干扰的可能性最小，所述不同跳频方案不是邻近的无线网络间的频率协调，所述第一无线网络包括：
第一主收发器，被安排和编程以用于：
监视所述邻近的无线网络，以发现在所述某个邻近的无线网络中的干扰最强的主收发器；和
将所述第一主收发器的跳频间隔与所述干扰最强的主收发器的跳频间隔进行时间对准，以确保在所述干扰最强的主收发器使用的每一个跳频间隔的期间内，所述干扰最强的主收发器的传输不能干扰所述第一主收发器多于一个跳频间隔的期间内进行的所述第一主收发器的传输，从而使所述第一无线网络与所述某个邻近的无线网络之间发生自干扰的可能性最小；和
与所述第一主收发器进行无线通信的从属收发器。
16.如权利要求15中所述第一无线网络，其中所述第一主收发器还被安排和编程以用于：
测量邻近的干扰主收发器的信号强度；和
选择信号强度最强的干扰主收发器作为所述干扰最强的主收发器。
17.如权利要求15中所述第一无线网络，其中所述第一主收发器还被安排和编程以用于：
测量邻近的干扰主收发器的工作循环；和
根据干扰主收发器的工作循环选择一个干扰主收发器作为所述干扰最强的主收发器。
18.如权利要求15中所述第一无线网络，其中所述第一主收发器还被安排和编程以用于：
将所述第一主收发器的发送跳频间隔与所述干扰最强的主收发器的发送跳频间隔进行时间对准；和
将所述第一主收发器的接收跳频间隔与所述干扰最强的主收发器的接收跳频间隔进行时间对准。
19.如权利要求15中所述第一无线网络，其中所述第一主收发器还被安排和编程以用于：
在与所述从属收发器进行通信时，维护对所述出站传输质量和所述入站传输质量的统计；
根据是否高于所述预定的安全极限，检测所述出站传输质量是否比所述入站传输质量差；和
响应检测到所述出站传输质量比所述入站传输质量差，即高于预定的安全极限时，命令所述从属收发器作为主收发器控制所述第一无线网络。
20.如权利要求15中所述第一无线网络，其中所述第一主收发器还被安排和编程以用于：
在发现不同的干扰最强的主收发器的尝试中，持续地监视邻近的无线网络；和
响应发现不同的所述干扰最强的主收发器，将所述第一主收发器的跳频间隔与所述干扰最强的主收发器的跳频间隔进行时间对准。
21.如权利要求15中所述第一无线网络，其中所述第一主收发器还被安排和编程以足够缓慢地时间对准所述第一主收发器的跳频间隔，从而维持与所述从属收发器之间的不间断的同步。
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