CN1636357A - 具有同步分组传输的无线通信方案 - Google Patents

Abstract

一种例如无线电的无线通信方案被公开，其包括接入点(12)，其中集成了多个无线电模块(20)。每个模块(20)可配置为区域网(10)的主单元并且包括其自己的本地时钟(28)，用于独立于任何其它所述模块(20)的本地时钟(28)来为所述模块(20)计时。每个所述模块(20)还包括其自己的基带控制器(24)以及无线电收发信机(26)并且适合于通过在所述模块(20)的所述本地时钟(28)定义的时隙中传输的分组a，c而与一个或多个移动终端(16)进行无线通信。每个所述模块(20)还包括至少一个外部输入(18，180；30)，在使用中通过该外部输入来提供一个以如下方式基本上同步所述模块(20)的信号：在被集成到同一个所述接入点(12)的两个所述模块(20)的分组传输之间没有部分冲突。

Description

具有同步分组传输的无线通信方案

本发明涉及无线通信方案并且更特别地涉及其中一组无线通信模块被集成到单一通信设备中，如到区域网的接入点的无线通信方案。

基于无线电单元的无线通信系统以及用于至少临时将它们分组成共享资源网的连接是已知的。这种通用类型的一种当前实现采用短射程、跳频并且不对等网络的形式并且在现有技术中被称为“蓝牙”(TM)通信。这个方案由蓝牙标准控制并且用于蓝牙通信一致性的完整的规范可通过蓝牙特殊兴趣组(SIG)找到，其网站与当前蓝牙标准以及相关信息一起可在www.bluetooth.com找到。

关于蓝牙通信的有用讨论可在Prentice Hall PTR出版的ISBN0-13-089840-6，Jennifer Bray和Charles F.Sturman编写的文本格式的“Bluetooth，Connect Without Wires(蓝牙，无线连接)”中找到。

其它现有技术可在，例如WO 01/20940、US5940431以及在US公开的申请2001/0005368A1以及2001/0033601A1中找到，其中本领域当前技术发展水平的某些方面也被讨论。

关于通用蓝牙背景信息以及例如，关于这里使用并且在下面没有被明确定义的术语分类，读者可参考上面提到的源。

蓝牙模块/设备可处于两种主要的状态，在本领域中被称为“备用”和“连接”。备用状态是其中蓝牙设备与其它设备没有链路的缺省状态。为了建立与另一个蓝牙设备的链路并且获得已连接状态，两个过程必须被顺序执行并且被称为“询问”和“寻呼”。

任何设备可发布询问消息并且询问阶段被用于获得潜在的主单元或者从单元的地址，地址被称为设备接入代码(DAC)。询问过程不建立设备之间的连接，只有寻呼过程可以做这件事。询问过程识别潜在的候选者用于连接并且搜集其地址。一旦设备知道通过例如询问过程获得的另一个设备的DAC，其就可以寻呼该设备。如果寻呼成功，则寻呼者和被寻呼的设备将进入已连接状态，其中它们交互交换数据分组。

当在某些现有技术方案中需要接入点来顺序执行询问和寻呼操作时，在进行连接之前会有不方便的延迟。在接入点接收到对询问消息的传输的多个响应或者其接收到来自已经连接的从单元的多个切换请求的情况下尤其如此。除此之外，执行所有这些功能的相同的无线电模块也必须在该或者每个接入点里被共享以便与其微微网中该从单元或者每个从单元交互。因此想要寻找方案，其中响应速度和容量可以比某些现有技术的建议有所改进。

随着无线电通信模块的成本下降，将多个模块集成到单一通信设备的诱惑变得吸引人，以便增加系统的整体容量。这样的应用的一个例子将几个模块集成进能够支持蓝牙通信的网络的单一接入点。但是，蓝牙时钟自由运行的特性，暗示这样的多个集成的模块的不对等跳频模式之间有干扰。

本发明的一个目的是提供改进的无线通信方案，并且特别地，是包括被集成到一个通信设备中的一组无线通信模块的改进的无线通信方案。

因此，本发明提供了包括被集成在其中的一组无线通信模块的通信设备，这些元线通信模块的每个可配置为例如LAN的共享资源网的主单元，并且包含其自己的本地时钟用于独立于所述组中任何其它无线通信模块的本地时钟来为所述无线通信模块计时，每个所述模块还包括其自己的基带控制器和收发信机，并且适合于通过在所述模块的所述本地时钟定义的时隙里传输分组来与例如移动或固定终端的一个或多个用户终端进行无线通信，每个所述模块还包括至少一个外部输入，在使用中通过该外部输入来提供一个信号，该信号用于基本上以如下方式同步所述模块：被集成进同一个所述通信设备的两个所述模块的分组传输被同步。优选地，在被集成进同一个所述通信设备的两个所述模块的分组传输之间没有或者只有减少的部分冲突。

所述无线通信模块可以由其本地时钟的同步来同步。所述同步可通过每个所述基带控制器基本同时将相同的预先指派的值写入其各自所述模块的本地时钟寄存器来实现。所述基带控制器可以优选地在所述设备初始化时通过所述外部输入被提示来写入所述预先指派的值。

所述外部输入可包含中断线，该中断线可操作来例如，通过对每个所述模块通用的初始化、重置或中断信号的应用来同步所述模块。

所述无线通信模块可通过在其间使用公共的振荡器被同步，该公共振荡器是通过例如所述外部输入提供给每个所述模块的。

所述同步可基本上对齐多个所述模块之间的所述时隙并且优选地对齐所述时隙的边界或边缘。

所述同步可确保每个所述分组传输或者成功地被传输或者基本上被来自所述设备的另一个所述无线模块的另外的分组传输完全破坏。

所述设备还可包括适合于控制从所述设备到所述共享资源网的接入的主处理器。多个所述无线通信模块可通过所述主处理器被连接到所述共享资源网。一个或多个所述无线通信模块可通过主控制器接口(HCI)被连接到所述主处理器。

至少两个所述无线通信模块专用于不同的通信任务，其中一个所述模块可只是专用于在所述设备范围内但是目前没有被连接到所述设备的用户终端的捕获。

所述设备包括本地无线局域网的接入点并且所述局域网优选地可包括例如根据蓝牙协议运行的跳频通信网。但是，本发明不限于此并且可包括漫射红外线作为传输介质。

本发明还提供一种操作无线通信设备的方法，其包括集成在其中的一组无线通信模块，该方法包括：

a)将每个所述无线通信模块配置为共享资源网的主单元；

b)通过使用对于每个所述无线通信模块各自的本地时钟而独立于所述组中任何其它所述无线通信模块来对每个所述无线通信模块计时；

c)通过一个或多个所述无线通信模块在所述本地时钟定义的时隙中传输分组来参与与一个或多个用户终端的无线通信；以及

d)基本上对齐所述无线通信模块之间所述时隙。

优选地，所述方法确保在被集成进同一个所述通信设备的两个所述模块的分组传输之间没有或者只有减少的部分冲突。

该方法可包括通过同步所述无线通信模块的本地时钟来同步这些无线通信模块。每个所述无线通信模块可包括基带控制器并且所述同步可通过所述基带控制器基本上同时地将相同的预先指派值写入其各自所述无线通信模块的本地时钟寄存器中来获得。该方法可包括优选地在初始化所述设备时提示所述基带控制器，去通过外部输入来写入所述预先指派值。所述外部输入包括一个中断线，该中断线操作来例如通过通常并且基本上同步地对每个所述模块应用初始化、重置或中断信号，从而对同步所述模块进行同步。

该方法可包括在所述无线通信模块之间使用一个公共振荡器、通过例如外部输入将所述振荡器提供给每个所述无线通信模块，从而同步所述无线通信模块。

该方法可包括基本上对齐多个所述无线通信模块之间的所述时隙并且优选地通过对齐所述时隙的边界或边缘，从而同步所述无线通信模块。

该方法可包括通过所述同步而确保分组传输被成功传输或者被来自所述设备的另一个所述无线通信模块的另外的分组传输完全破坏。

该方法可包括通过主处理器将多个所述无线通信模块连接到所述共享资源网并且可包括通过主控制器接口将一个或多个所述无线通信模块连接到所述主处理器。

该方法可包括将至少两个所述模块专用于不同的通信任务并且可包括，例如，将一个所述无线通信模块只是专用于在所述设备范围内但是目前没有被连接到该无线设备上的用户终端的捕获。

该方法可包括使用所述设备作为本地无线区域网的接入点，所述无线区域网优选地包括例如根据蓝牙协议运行的跳频通信网。

本发明还提供包括根据本发明的通信设备的至少一种通信设备或者包括根据本发明的方法来操作的通信设备的通信网，所述设备优选地被配置作为所述网络的接入点。

现在将仅利用例子以及参考附图描述本发明，其中：

图1是包括多个无线电模块的接入点的基本结构的示意图；

图2A和2B表示根据图1的基本方案的时隙应用的实例；

图3和4是合并了根据本发明的实施方案的修改的根据图1的基本方案的示意图；以及

图5表示根据图3和4的方案的时隙应用。

本发明将参考某些实施方案和附图被描述但是本发明不限于此，而是仅限于所附权利要求。而且，本发明将主要参考局域网被描述但不限于此。网络可以是任意形式的共享资源网(SRN)，也就是在SRN中硬件资源是共享的，并且每个硬件网络元件可以从任何其它网络元件来访问。根据本发明的SRN与CAN、LAN或者WAN差不多是同义的，但是术语SRN将被用于指示本发明不限于已知的CAN、WAN或LAN的特定方面，例如争用方案或者是以太网、令牌环还是无线LAN。特别地，本发明涉及PAN-个人区域网，涉及移动单元和主单元之间的短射程无线电连接。而且不认为PAN、LAN或者WAN的拓扑是对于本发明的限制，例如总线物理、星形物理、分布式星形、环形物理、总线逻辑、环形逻辑都可合适地被使用。LAN的各种标准被生成，例如IEEE802.3、IBEE802.4、IEEE802.5、ANSI X3T9.5(FDDI、I和II)，可以发现其中任何一种与本发明一起使用是有利的。在例如1999年SYBEX网络出版社，Christa Anderson和Mark Minasi的“Mastering Local Area Networks(精通局域网)”中或者1996年Addison-Wiley，Fred Halsall的“Data Communications，Computernetwork and Open Systems(数据通信、计算机网络和开放系统)”中详细讨论了LAN和WAN的设计和构建。各种类型的无线LAN已经被标准化或者通常地被使用，例如标准IEEE802.11、IEEE802.11HR(扩频)以及基于DECT、蓝牙、HIPERLAN、漫射或者点到点红外线的系统。无线LAN在1999年Macmillan技术出版的，Jim Geier的“Wireless LAN’s(无线局域网)”中被详细讨论。术语“无线”根据本发明包括不要求如电线、同轴电缆、光纤电缆的物理连接的任何形式的通信。例如本发明包括使用漫射红外线作为传输介质。

本发明的所有实施方案可包括根据蓝牙协议通信的主单元和从单元。这样的系统的特性包括下列一个或多个：

-作为扩频技术的慢跳频；也就是跳频速率慢于调制速率；

-主单元和从单元，由此主单元可以设置跳跃序列；

-每个设备有自己的时钟和自己的地址；

-主单元的跳跃序列可以部分地从其地址被确定；

-与一个主单元通信的一组从单元全都具有(主单元)的相同的跳频并且组成微微网；

-微微网可以通过通用从单元被连接并且组成散射网；

-从单元和主单元之间的时分多路传输；

-从单元和主单元之间的时分双工传输；

-从单元和主单元之间的传输可以是同步的或者异步的；

-主单元确定何时从单元可以传输；

-时钟自由运行；

-不对等(uncoordinate)网，特别是在2.4GHz免许可证的ISM频带运行的那些不对等网；

-使得应用能够发现该区域中其它蓝牙设备的软件栈；

-由发现/询问过程找到的其它设备；以及

-硬切换。

术语“慢跳频”指比调制速率慢的跳频并且快跳频指比调制速率快的跳跃速率是一般被接受的。本发明不限于慢或者快跳频。本发明也不仅限于蓝牙协议，还包括用于使用如跳频的扩频技术，并且没有真正的广播、信标或导频信道的面向连接(例如电路交换)无线方案的任何合适的协议。某些这样的方案还被称为不对等蜂窝系统，其中每个主单元担任基站的角色并且小区可被看作其覆盖区域。

参见附图，无线电通信方案包括以如局域网(LAN)的共享资源网形式的共享资源网，其运行与采用蓝牙标准和协议运行的无线通信网不兼容。共享资源网可以是上面提到的任何的共享资源网，例如有线LAN或者无线LAN。只有LAN 10的一段被显示，其上连接有LAN接入点12。接入点12包括接入点主机14，其包括主处理器(未单独示出)。

接入点12是用于提供到移动无线或者固定无线终端16的接入的无线接入点(只有移动终端被显示但是这是非限制的)。接入点12包括多个无线通信模块，例如，无线电或者漫射红外线模块。作为本发明的实施方案，多个(1，2..N)独立的蓝牙无线电模块20被集成进相同的接入点12并且每个无线电模块20利用主控制器接口(HCI)的不同实例被连接到LAN主机14。无线电模块20通过LAN主机14与LAN 10通信并且可以与移动或者固定无线终端16组成本地无线局域网(微微网)。无线电模块可以被配置为适合于使用其自己的收发信机26，与在这个微微网中被配置为从单元16的一个或者多个移动或固定无线终端16进行无线通信的蓝牙主单元。从单元和主单元之间的无线电通信使用根据蓝牙标准的跳频模式。每个无线电模块20可以采用集成芯片组22、24、26、28形式，每个包括可编程基带处理器(BB proc)24，其与锁相环(pll)22并且与该模块的各自无线电收发信机26有关。

无线电模块20当与从单元16通信成功时生成微微网。每个无线电模块20有其自己的本地时钟，由其蓝牙(BT)时钟寄存器28表示，并且微微网的跳频模式由模块地址和其各自主单元(1、2..N)的本地时钟确定。应该注意，模块20中蓝牙本地时钟28的定义可以是“由自由运行振荡器提供的24位计数器的值”或者类似的并且这个时钟为其无线电模块20确定时隙。在图1的基本方案中，每个无线电模块20有自己的振荡器以及其自己的24位计数器28并且这些完全独立于任何其它无线电模块20中的时钟运行。

因为无线电模块20的时钟都彼此独立，所以对于单一载频的基带分组传输的时隙计时是不同步的并且因此其边界/边缘可以被认为通常基本上不对齐。这导致根据或者实际上类似于特别参考图2A和2B显示的传输计时。在所述情况下，来自三个非同步模块20的分组数据的传输被表示，这些特定的模块20为方便被称为组(1、2..N)中的模块A、B、C。只有模块A和C被认为在这个实例情景中传输分组。

应该注意，在图2A和2B中，非同步模块A、B、C的不对等跳频模式中的干扰会降低整体性能并且导致，例如无冲突或者完全冲突(图2A)或者部分冲突(图2B)。冲突可在由被集成到相同接入点12的组A、B、C中不同的无线电模块A、C在一个或多个时隙中被传输的可能重叠的分组数据a1，c1；a2，c2；a3，c3之间发生。

在完全冲突中，一个分组传输a1将完全破坏重叠的分组传输c1，但是，在没有量叠时，分组传输a2、c2都被成功地传输。这些情况分别被表示在图2A的左手和右手部分。

在部分冲突中，来自一个模块A的分组传输a3和另一个模块C的分组传输c3之间存在部分重叠。在这些情况下，数据分组a3、c3可能部分或者完全丢失并且这样的情况在图2B中表示。如果部分重叠发生，则可根据争用方案来确定影响，例如采用与ALOHA和分时隙的ALOHA中经历的类似的形式。在相同频率的分组传输中的部分时间重叠可导致比特错误，可能接收机无法纠正该比特错误并且因此要求重传。这导致容量的损失。随着重传请求被加入已有的传输，对容量的影响会更严重。实际上，因为重传加上已有的传输是更高的系统负荷，所以会预料到更多冲突，导致更多重传(例如重传的重传等。)。结果可以是被称为“阻塞”的系统的灾难性的故障。

现在特别参见图3和4，利用经由缓存180通过外部输入线供给每个独立的无线电模块20；A，B，C的通用振荡器18，图1的基本方案被修改。模块20；A，B，C还共享通用重置30，其适合于为每个所述无线电模块通用地并且优选地基本上同时地提供如中断、重置或者初始化信号的外部输入，所述信号可被用作在例如基带处理器24中无线电模块里的提示。在接入点12加电时，模块20；A，B，C的锁相环22将需要改变时间来同步，但是外部振荡器18的使用基本上确保三个芯片组22、24、26、28中的本地时钟28将不会漂移。

为确保模块20；A，B，C之间的蓝牙时隙尽可能快地被对齐，所有组A，B，C的本地时钟寄存器28优选地基本同时地被初始化。这可以由嵌入在基带处理器24中的固件实现。例如，在这个示例实施方案中，专用中断线，在加电时由外部重置电路激活的“重置”30可被用于这个目的。重置电路30在预定的延迟之后生成中断信号，其确保设备初始化可以进行。响应于一个提示，每个基带处理器24中有关中断服务例程将预先指派的值写入其各自的时钟寄存器28，该值对于该组中模块A，B，C的每个来说都是相同的预先指派值。如此，时隙的边界或边缘被适当对齐以便显著减少被集成到相同接入点12中两个模块20的分组传输之间至少部分重叠的机会。

可以特别参考图5来看到同步被集成到单一接入点12中的组(1，2..N；A，B，C)中所有模块20的本地时钟28的效果，以及其时隙的边界/边缘的随后的基本对齐。与图2A和2B类似的形式，只采用了三个模块20，例如A，B，C，其中只有两个A，C被认为此刻在传输分组数据。所有模块A，B，C之间时隙的对齐确保分组传输被同时由另外的模块A，B，C传输的分组完全破坏a10，c10或者成功地传输a20，c20。这种情况例如分别在图5的左手和右手部分被展示。

因此可以看到，被集成到相同接入点12的主单元20的组(1，2..N；A，B，C)之间时钟28的同步确保分组a，c之间部分冲突的可能性基本上被消除。这对于部分和全部冲突的可能性都是正确的，否则所述冲突会因两个无线电在相同时间相同频率进行传输导致不可修正的比特错误。分组传输中时间冲突的可能性被减半并且因被集成到任何单一接入点12的模块20的数量增加，效率的增加变得更加显著。

在蓝牙通信的特殊实例中，多个模块20到单一接入点12的集成利用现成的通信模块目前降低的成本来增加每个接入点12的容量以便支持移动终端16，并且因此增加区域网LAN10的整体容量。预计在不背离本发明的精神的情况下对等价方案会产生类似的优点。其中这样集成的模块20传输分组的时隙的边界/边缘的对齐通过至少基本上减少传输之间至少部分冲突的机会来显著地增加这样的方案的效率和实用性。

在上述方案的变化中，多个无线电模块20到单一接入点12的集成使得不同模块20；A，B，C专用于不同的任务。例如，集成模块20之一可被只是专用于在所述设备范围内但是目前没有被连接到该设备上的用户终端的捕获。

虽然本发明参考优选实施方案被特别地显示和描述，但是本领域的技术人员应该理解，在不背离本发明的范围和精神的情况下可以有形式和细节的改变。例如，应该注意，模块(1，2..N)通过主机14到LAN 10的连接是可选的。

Claims (17)

1.一种包括被集成到其中的一组无线通信模块的通信设备，所述无线通信模块中的每个可配置为共享资源网中的主单元并且包括其自己的本地时钟用于独立于任何其它所述模块的本地时钟来对所述无线通信模块计时，每个所述无线通信模块还包括其自己的基带控制器和收发信机并且适合于通过在所述无线电模块的所述本地时钟定义的时隙中分组的传输，而与一个或多个用户终端进行无线通信，每个所述无线通信模块还包括至少一个外部输入，在使用中通过该外部输入来提供一个信号，该信号用于基本上以如下方式同步所述模块：来自被集成到同一个所述通信设备的两个所述无线通信模块的分组传输被同步。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述无线通信模块通过其本地时钟的同步而被同步。

3.根据权利要求1或者权利要求2所述的设备，其中通过每个所述基带控制器将相同的预先指派的值基本同时地写入其各自所述无线通信模块的本地时钟寄存器来获得所述同步。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述基带控制器优选地在所述设备初始化时，通过所述外部输入被提示去写入所述预先指派的值。

5.根据前述任一权利要求所述的设备，其中所述外部输入包括一个中断线，该中断线例如通过一个对每个所述无线通信模块通用的初始化、重置或中断信号的应用，而对于所述无线通信模块进行同步。

6.根据前述任一权利要求所述的设备，其中通过在所述无线通信模块之间使用一个公共振荡器来同步所述无线通信模块，该公共振荡器是通过例如所述外部输入而提供给每个所述无线通信模块的。

7.根据前述任一权利要求所述的设备，其中所述同步基本上对齐多个所述无线通信模块之间的所述时隙并且优选地对齐所述时隙的边界或边缘。

8.根据前述任一权利要求所述的设备，其中所述同步确保每个所述分组传输或者被来自所述设备的另一个所述无线通信模块的另外的分组传输基本上完全破坏，或者成功地被传输。

9.根据前述任一权利要求所述的设备，还包括适合于控制从所述设备到所述共享资源网的接入的主处理器。

10.根据权利要求9所述的设备，其中多个所述无线通信模块通过所述主处理器被连接到所述共享资源网。

11.根据权利要求9或者权利要求10所述的设备，其中一个或多个所述无线通信模块通过主控制器接口(HCI)被连接到所述主处理器。

12.根据前述任一权利要求所述的设备，其中至少两个所述无线通信模块被专用于不同的通信任务。

13.根据权利要求12所述的设备，其中一个所述无线通信模块被只是专用于在所述设备范围内、但是目前没有被连接到所述设备上的用户终端的捕获。

14.根据前述任一权利要求所述的设备，所述设备包括无线区域网的接入点，并且所述无线区域网优选地包括例如根据蓝牙协议运行的跳频通信网。

15.一种操作无线电通信设备的方法，所述无线通信设备包括被集成在其中的一组无线通信模块，所述方法包括：

a)将每个所述无线通信模块配置成共享资源网的主单元；

b)通过使用对于每个所述无线通信模块的各自本地时钟而独立于所述组中任何其它所述无线通信模块来对每个所述无线通信模块计时；

c)通过一个或多个所述无线通信模块在所述本地时钟定义的时隙中传输分组来参与与一个或多个用户终端的无线通信；以及

d)基本上对齐所述无线通信模块之间的所述时隙。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法确保在被集成进同一个所述通信设备的两个所述无线模块的分组传输之间没有或者只有减少的部分冲突。

17.包括至少一个根据权利要求1到14的任何一个的通信设备或者根据权利要求15的方法操作的通信网，所述设备优选地被配置为所述通信网的接入点。

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