RU2153227C2 - Method and device for reliable multimode wireless optical communication - Google Patents
Method and device for reliable multimode wireless optical communication Download PDFInfo
- Publication number
- RU2153227C2 RU2153227C2 RU98115292A RU98115292A RU2153227C2 RU 2153227 C2 RU2153227 C2 RU 2153227C2 RU 98115292 A RU98115292 A RU 98115292A RU 98115292 A RU98115292 A RU 98115292A RU 2153227 C2 RU2153227 C2 RU 2153227C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- data
- control field
- station
- field
- receiving station
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам многорежимной беспроводной оптической связи и к связи и/или сосуществованию связи между различными типами устройств, работающих в различных режимах внутри таких систем связи. The invention relates to multi-mode wireless optical communication systems and to communication and / or coexistence of communication between different types of devices operating in different modes within such communication systems.
Уровень техники
С быстрым увеличением числа рабочих станций и персональных компьютеров (например, настольных или переносных компьютеров) во всех областях бизнеса, администрирования, производства и т.д., повышается потребность в гибком и простом взаимодействии таких систем. Существует аналогичная потребность в отношении подсоединения и взаимодействия периферийных устройств, таких как клавиатуры, компьютерные "мыши", принтеры, плоттеры, факсимильные аппараты, сканеры, мониторы, модемы и т.д. С увеличением числа систем, имеющих связь друг с другом, возникает проблема использования электрических межсоединений, в том числе во многих случаях, когда необходимо часто менять месторасположение систем или конфигурацию подсистем. Поэтому для таких систем необходимо увеличивать гибкость путем устранения электрических межсоединений и использовать вместо них беспроводную связь.State of the art
With the rapid increase in the number of workstations and personal computers (for example, desktop or laptop computers) in all areas of business, administration, production, etc., the need for flexible and simple interaction of such systems increases. There is a similar need for the connection and interaction of peripheral devices such as keyboards, computer mice, printers, plotters, fax machines, scanners, monitors, modems, etc. With the increase in the number of systems connected to each other, the problem of using electrical interconnections arises, including in many cases when it is often necessary to change the location of systems or the configuration of subsystems. Therefore, for such systems it is necessary to increase flexibility by eliminating electrical interconnects and use wireless communication instead.
Использование оптических сигналов для беспроводной передачи цифровых данных между системами и устройствами в последние годы привлекало к себе повышенный интерес и привело к их применению в коммерческих изделиях. Одним из примеров является оптическое дистанционное управление электронными пользовательскими устройствами. Другим примером является связь между информационными системами в офисном оснащении. В оптической системе связи цифровые данные, которые необходимо передать от передающей системы к принимающей системе, преобразовывают в модулированные оптические сигналы, которые излучают с помощью источника света (в частности, с помощью инфракрасного (ИК) источника света) передающей системы и принимают, преобразовывают в электрические сигналы, а затем в цифровые данные с помощью принимающей системы. Оптические сигналы могут непосредственно поступать в оптический приемник принимающей системы или могут непосредственно поступать в приемники после ряда изменений направления распространения света из-за эффектов, подобных отражению или рассеянию на поверхностях сред. В настоящее время, последний вариант реализован в портативных компьютерах и периферийных устройствах, где имеет место передача данных между оптическим передатчиком и приемником, которые расположены близко друг к другу на расстоянии порядка 1 -3 м и правильно выровнены. Последний случай является типичным для применений в офисном оснащении, где беспомеховая передача оптических сигналов между передатчиками и приемниками, находящимися в прямой видимости и расположенными в нескольких метрах друг от друга, непрактична или даже невозможна из-за неизбежных отклонений оптических сигналов от прямолинейной траектории распространения света. Согласно одному известному подходу к достижению высокой степени гибкости, оптические сигналы, посылаемые из передающей системы, необходимо излучать по направлению к потолку или стенам офиса, от которых они отражаются или диффузионно рассеиваются. Таким образом, излучение распределяется в некоторой зоне вокруг передатчика. Распределение оптических сигналов, отражающихся от потолка, зависит от многочисленных деталей, которые являются характерными для конкретного рассматриваемого оснащения. Однако существенным в этом контексте является главным образом то, что диапазон передачи, то есть расстояние между передающей системой и принимающей системой, ограничено некоторым конечным значением, которое в дальнейшем названо диапазоном передачи, так как поток энергии передаваемого излучения уменьшается с увеличением расстояния распространения, при этом чувствительность приемника ограничена из-за минимального отношения сигнал/шум. Типичные известные системы, работающие на уровнях оптической энергии, которые ограничены вариантами осуществления источников света и требованиями безопасности для оптического излучения, имеют рабочие диапазоны передачи, составляющие несколько метров для скорости передачи данных порядка 1 Мбит/сек. The use of optical signals for the wireless transfer of digital data between systems and devices in recent years has attracted increased interest and led to their use in commercial products. One example is the optical remote control of electronic user devices. Another example is the relationship between information systems in office equipment. In an optical communication system, digital data that must be transmitted from a transmitting system to a receiving system is converted into modulated optical signals that are emitted by a light source (in particular, an infrared (IR) light source) of a transmitting system and received, converted into electrical signals and then into digital data using a receiving system. Optical signals can directly go to the optical receiver of the receiving system or can go directly to the receivers after a series of changes in the direction of light propagation due to effects like reflection or scattering on media surfaces. Currently, the latter option is implemented in laptop computers and peripheral devices, where there is data transfer between the optical transmitter and receiver, which are located close to each other at a distance of about 1-3 m and are correctly aligned. The latter case is typical for applications in office equipment, where noiseless transmission of optical signals between transmitters and receivers that are in direct line of sight and located a few meters from each other is impractical or even impossible due to the inevitable deviations of the optical signals from the rectilinear path of light propagation. According to one known approach to achieving a high degree of flexibility, optical signals sent from a transmission system must be emitted towards the ceiling or walls of the office from which they are reflected or diffusely scattered. Thus, the radiation is distributed in a certain area around the transmitter. The distribution of optical signals reflected from the ceiling depends on numerous details that are characteristic of the particular equipment in question. However, it is essential in this context that the transmission range, that is, the distance between the transmitting system and the receiving system, is limited by a certain final value, which is hereinafter referred to as the transmission range, since the energy flux of the transmitted radiation decreases with increasing propagation distance, while receiver sensitivity is limited due to the minimum signal to noise ratio. Typical known systems operating at optical energy levels, which are limited by embodiments of light sources and safety requirements for optical radiation, have operating transmission ranges of several meters for a data transfer rate of the order of 1 Mbit / s.
Последний пример иллюстрирует основные черты беспроводной оптической связи и показывает области применения, где ее применяют в отличие от другого конкурирующего способа беспроводной связи, способа радиочастотной (РЧ) передачи. Беспроводная оптическая связь позволяет выполнить передачу данных на короткие расстояния, в то время как РЧ передача потенциально может быть использована на длинных расстояниях. Кроме того, оптическая беспроводная связь в офисной среде локализована, поскольку типичные границы офиса, такие как стенки и потолки не являются прозрачными для света, как для случая РЧ волн. Поэтому легче контролировать помехи, возникающие между различными системами связи, и более простым способом обеспечить защиту данных для беспроводной системы связи, которая основана на оптическом излучении, а не на РЧ передаче. Кроме того, РЧ передача ограничена правилами связи и лицензирования, тогда как оптические беспроводные системы связи - нет. The last example illustrates the main features of wireless optical communication and shows the applications where it is used in contrast to another competing wireless method, radio frequency (RF) transmission. Wireless optical communication allows data transmission over short distances, while RF transmission can potentially be used over long distances. In addition, optical wireless communication in the office environment is localized, because typical office boundaries, such as walls and ceilings, are not transparent to light, as is the case with RF waves. Therefore, it is easier to control the interference between different communication systems, and in a simpler way to provide data protection for a wireless communication system that is based on optical radiation and not on RF transmission. In addition, RF transmission is limited by communication and licensing rules, while optical wireless communication systems are not.
Определяющими параметрами эффективности беспроводной оптической системы связи являются используемая скорость передачи данных и расстояние между системами обмена данных. В офисной среде, может возникнуть потребность передачи данных на расстояния, превышающие диапазон передачи одиночного оптического передатчика. Однако диапазон передачи одиночного оптического передатчика можно расширить в пределах концепции беспроводной связи, например, с помощью введения оптических ретрансляторов. Один пример такой расширенной системы раскрыт в патенте США N 4 402 090, озаглавленном "Система связи, в которой данные предают между оконечными станциями и спутниковыми станциями с помощью инфракрасных систем" ("Communication System in which Data are Transferred Between Terminal Stations and Satellite Stations by Infrared Systems"). В этом патенте описана система, которая предусматривает множество спутниковых станций, то есть станций, обычно закрепленных на потолке большой комнаты. Терминалы могут оптически взаимодействовать со спутниками внутри их диапазона передачи, и данные можно распределять через межспутниковую связь, таким образом обеспечивая распределение данных на расстояниях, превышающих диапазон передачи одиночного передатчика. The determining parameters of the efficiency of the wireless optical communication system are the used data transfer rate and the distance between the data exchange systems. In an office environment, it may be necessary to transmit data over distances exceeding the transmission range of a single optical transmitter. However, the transmission range of a single optical transmitter can be expanded within the concept of wireless communication, for example, by introducing optical repeaters. One example of such an expanded system is disclosed in US Pat. No. 4,402,090, entitled “Communication System in which Data are Transferred Between Terminal Stations and Satellite Stations by Infrared Systems "). This patent describes a system that provides for a plurality of satellite stations, that is, stations usually mounted on the ceiling of a large room. Terminals can optically interact with satellites within their transmission range, and data can be distributed via inter-satellite communications, thereby allowing data to be distributed over distances exceeding the transmission range of a single transmitter.
При проектировании беспроводной оптической системы связи, необходимо учитывать неизбежно присутствующий окружающий свет, такой как дневной свет или свет ламп, который всегда попадает на оптические детекторы, если применение системы не ограничено ее использованием в полностью темной среде. Энергия инфракрасного излучения (ИК) в окружающем свете (флуоресцентные (люминесцентные) и накальные лампы, свет солнца) может приводить к преобладанию шума в оптическом приемнике. Таким образом, окружающий свет влияет на отношение сигнал/шум приемника и, следовательно, воздействует на диапазон передачи. Дополнительные сведения об эффекте окружающего света приведены в поданной заявке на патент PCT PCT/ЕР 94/01196, опубликованной 26 октября 1995 г. (Номер публикации N WO 95/28777). Проявление окружающего света обычно носит статистический характер и часто им трудно управлять, а его интенсивность может значительно меняться, как это происходит, например, при включении или выключении ламп или при солнечном освещении. Дополнительный реальный эффект, который статистически влияет на отношение сигнал/шум и, таким образом, на диапазон передачи, заключается в появлении преград на оптическом пути, которые влияют на работу приемника. В офисной среде, например, при передвижении пользователей, а также под влиянием неизбежно присутствующего окружающего света, может изменяться интенсивность передаваемых сигналов. When designing a wireless optical communication system, it is necessary to take into account the inevitably present ambient light, such as daylight or lamp light, which always hits the optical detectors, if the application of the system is not limited to its use in a completely dark environment. The energy of infrared radiation (IR) in ambient light (fluorescent (fluorescent) and incandescent lamps, light of the sun) can lead to a predominance of noise in the optical receiver. Thus, ambient light affects the signal-to-noise ratio of the receiver and therefore affects the transmission range. Additional information on the effect of ambient light is given in PCT Patent Application PCT / EP 94/01196, published October 26, 1995 (Publication Number WO 95/28777). The manifestation of ambient light is usually statistical in nature and often difficult to control, and its intensity can vary significantly, as happens, for example, when the lamps are turned on or off or in sunlight. An additional real effect, which statistically affects the signal-to-noise ratio and, thus, the transmission range, is the appearance of obstacles in the optical path, which affect the operation of the receiver. In an office environment, for example, during the movement of users, as well as under the influence of the inevitably present ambient light, the intensity of the transmitted signals can change.
В современных беспроводных системах связи, основанных на передаче света, были предприняты первые попытки решить некоторые проблемы присутствия окружающего света. Обычно, сигналы, изменяющиеся во времени с низкой частотой (≤ 500 кГц), которые могут присутствовать при обычном комнатном освещении, подавляют с помощью электрических фильтров после преобразования света в электрические сигналы. Оптические фильтры используют для ограничения спектра нежелательного окружающего света. Однако спектр значительной части дневного света находится в том же самом диапазоне, что и оптическое излучение источников света, работающих в беспроводных системах связи. In modern wireless communication systems based on the transmission of light, the first attempts were made to solve some problems of the presence of ambient light. Typically, signals that change in time with a low frequency (≤ 500 kHz), which may be present in normal room lighting, are suppressed using electric filters after converting the light into electrical signals. Optical filters are used to limit the spectrum of unwanted ambient light. However, the spectrum of a significant part of daylight is in the same range as the optical radiation of light sources operating in wireless communication systems.
Как описано в вышеупомянутой заявке на патент PCT PCT/ЕР 94/01196, и в другой заявке на патент PCT PCT/ЕР 94/00577, опубликованной 31 августа 1995 г. (Публикация N WO 95/23461), можно выполнить инфракрасную беспроводную систему связи, которая эффективно позволяет решить основные проблемы, такие как наличие окружающего света, падающего, например, от имеющихся в продаже систем. В заявке PCT/ЕР 94/01196 раскрыта схема, которая позволяет проводить динамическую оптимизацию беспроводных оптических систем связи, на которые воздействует окружающий свет с изменяющимся уровнем освещения. As described in the aforementioned PCT patent application PCT / EP 94/01196, and in another PCT patent application PCT / EP 94/00577 published August 31, 1995 (Publication No. WO 95/23461), an infrared wireless communication system can be implemented , which effectively allows you to solve basic problems, such as the presence of ambient light incident, for example, from commercially available systems. PCT / EP 94/01196 discloses a circuit that allows dynamic optimization of wireless optical communication systems that are exposed to ambient light with varying light levels.
Специалистами, работающими в этой области техники, были разработаны и внедрены различные схемы для беспроводной оптической связи. Это привело к использованию различных способов оптической связи, которые не являются совместимыми. Например, обычно не представляется возможным соединение компьютера первого изготовителя с принтером второго изготовителя с помощью беспроводного оптического канала, потому что в большинстве случаев они работают в различных режимах, и аппаратные средства передатчик-приемник при этом несовместимы. Specialists working in this technical field have developed and implemented various schemes for wireless optical communication. This has led to the use of various optical communication methods that are not compatible. For example, it is usually not possible to connect a computer from a first manufacturer with a printer from a second manufacturer using a wireless optical channel, because in most cases they work in different modes, and the hardware of the transmitter-receiver is not compatible.
Часть проблемы несовместимости вызвана независимыми и не связанными между собой разработками, проводимыми различными компаниями. Кроме того, имеются различные приложения, для которых с учетом специфики работы требуются различные схемы (режимы) передачи для достижения адекватной скорости передачи данных и радиуса действия. Типичными примерами являются: направленные высокоскоростные каналы передачи данных для настольных компьютеров и периферийных устройств, локальные вычислительные сети (ЛВС) с фиксированной или переменной скоростью передачи данных, использующие диффузно рассеянное излучение, системы дистанционного управления, низкоскоростные пейджинговые функции и каналы доступа к проводным системам и беспроводным радиочастотным (РЧ) системам, например, к таким как беспроводные телефоны. Очевидно, что характеристики этих видов систем диктует сам вариант применения. Part of the incompatibility problem is caused by independent and unrelated developments by various companies. In addition, there are various applications for which, taking into account the specifics of the work, various transmission schemes (modes) are required to achieve an adequate data rate and range. Typical examples are directional high-speed data channels for desktop computers and peripheral devices, local area networks (LANs) with fixed or variable data rates using diffusely scattered radiation, remote control systems, low-speed paging functions and access channels to wired systems and wireless radio frequency (RF) systems, for example, such as cordless phones. Obviously, the characteristics of these types of systems are dictated by the application itself.
Это означает, что всегда будут сосуществовать различные схемы оптической связи, которые необходимо сопрягать с многорежимными системами. Однако можно ожидать, что со временем исчезнут различия, вызванные независимыми и несвязанными между собой разработками, или что будет выработан, по меньшей мере, такой стандарт, что большинство систем смогут поддерживать связь друг с другом. Примером такого стандарта является существующий стандарт lrDA (Ассоциация по инфракрасной технологии передачи данных). Продолжаются работы по расширению этого стандарта. Подробности приведены в статье "Облегченная передача файла с помощью lrDA-протокола инфракрасной технологии передачи данных". Бил Трэвис, EON, "Журнал проектов электронной промышленности", июль 1995, стр. 17-22 ("Ease File Transfer With lrDA-Protocol Wireless Infrared", Bill Travis, EON, The Desiqn Magazine of the Electronics Industry, July 1995, pp. 17-22). В этой статье также описан способ модуляции, определенный с помощью стандарта lrDA. This means that various optical communication schemes will always coexist, which must be interfaced with multi-mode systems. However, it can be expected that over time the differences caused by independent and unrelated developments will disappear, or that at least such a standard will be developed that most systems can communicate with each other. An example of such a standard is the existing lrDA (Infrared Data Technology Association) standard. Work is ongoing to expand this standard. Details are given in the article "Facilitated file transfer using the lrDA protocol of infrared data transfer technology." Bill Travis, EON, Journal of Electronic Industry Projects, July 1995, pp. 17-22 (Ease File Transfer With lrDA-Protocol Wireless Infrared, Bill Travis, EON, The Desiqn Magazine of the Electronics Industry, July 1995, pp . 17-22). This article also describes the modulation method defined using the lrDA standard.
Решение, которое удовлетворяет различным требованиям и потребностям современных и будущих систем связи, основанных на передаче света, и гарантирует их сосуществование и/или совместимость в пределах общей рабочей среды (например, в пределах рабочей зоны большого офиса) в настоящее время отсутствует. A solution that satisfies the various requirements and needs of modern and future communication systems based on light transmission and guarantees their coexistence and / or compatibility within a common working environment (for example, within the working area of a large office) is currently lacking.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка беспроводной оптической системы связи, которая допускает многорежимную работу. Thus, an object of the present invention is to provide a wireless optical communication system that allows multi-mode operation.
Другой задачей настоящего изобретения является разработка способа и устройства для беспроводных многорежимных оптических систем связи. Another objective of the present invention is to develop a method and apparatus for wireless multi-mode optical communication systems.
Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в решении типичных проблем современной системы оптической связи, а именно оценке качества канала, синхронизации фрейма/символа и т.д. An additional objective of the present invention is to solve typical problems of a modern optical communication system, namely, to assess channel quality, frame / symbol synchronization, etc.
Другой задачей настоящего изобретения является разработка способа и устройства для беспроводных многорежимных оптических систем связи, которые работают даже при чрезвычайно плохих условиях канала. Another objective of the present invention is to develop a method and apparatus for wireless multi-mode optical communication systems that operate even under extremely poor channel conditions.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение предназначено для решения этих задач. Оно предусматривает способ и устройство, обеспечивающие беспроводную оптическую связь между передающей станцией и первой принимающей станцией, способной принимать данные, которые модулируют с использованием первого способа модуляции, и второй принимающей станцией, способной принимать данные, которые модулируют с использованием второго способа модуляции. Для этой цели использован новый, предложенный в изобретении устойчивый на физическом уровне заголовок (RPLH). Согласно настоящему изобретению:
1. передающая станция выполняет преамбулу, содержащую фреймы, которые образуют периодическую последовательность импульсов, то есть, последовательность импульсов с определенным периодом, числом слот (L) на фрейм и содержанием фреймов, которое известно каждому из принимающих станций,
2. передающая станция оптическим способом передает последовательность импульсов,
3. каждая упомянутая принимающая станция выполняет обнаружение несущей на основе последовательности принятых импульсов,
4. каждая принимающая станция определяет период последовательности импульсов для получения относительной синхронизации,
5. каждая принимающая станция корректирует свой синхроимпульс с фазой слот принятой последовательности импульсов, и синхронизирует входную последовательность импульсов через сдвиговый регистр,
6. передающая станция передает уникальное слово синхронизации, выровненное с периодом преамбулы,
7. каждая из принимающих станций коррелирует последовательность импульсов в сдвиговом регистре с известным этой станции уникальным словом синхронизации, чтобы обеспечить абсолютную синхронизацию с передающей станцией после распознавания слова синхронизации,
8. передающая станция указывает в поле управления предварительно определенной длины, какой способ модуляции будет использован в дополнительном поле данных/подсистемы так, что принимающие станции, которые способны поддерживать соответствующий способ модуляции ожидают данные, которые будут передавать в этом поле данных/подсистемы.SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention is intended to solve these problems. It provides a method and apparatus for providing wireless optical communication between a transmitting station and a first receiving station capable of receiving data that modulate using the first modulation method, and a second receiving station capable of receiving data that modulate using the second modulation method. For this purpose, a new, physically stable header (RPLH) proposed in the invention was used. According to the present invention:
1. the transmitting station performs a preamble containing frames that form a periodic sequence of pulses, that is, a sequence of pulses with a certain period, the number of slots (L) per frame and the content of the frames, which is known to each of the receiving stations,
2. the transmitting station transmits an optical sequence of pulses,
3. each said receiving station performs carrier detection based on a sequence of received pulses,
4. each receiving station determines the period of the pulse train to obtain relative synchronization,
5. each receiving station corrects its clock with the phase of the slot of the received pulse sequence, and synchronizes the input pulse sequence through the shift register,
6. the transmitting station transmits a unique synchronization word aligned with the preamble period,
7. each of the receiving stations correlates the pulse sequence in the shift register with the unique synchronization word known to this station in order to ensure absolute synchronization with the transmitting station after recognizing the synchronization word,
8. the transmitting station indicates in the control field of a predetermined length which modulation method will be used in the additional data / subsystem field so that receiving stations that are capable of supporting the corresponding modulation method expect data to be transmitted in this data / subsystem field.
Следует отметить, что последовательность вышеуказанных этапов не является обязательной. Некоторые из этапов можно выполнять параллельно. It should be noted that the sequence of the above steps is not mandatory. Some of the steps can be performed in parallel.
В зависимости от конкретного варианта осуществления, преимуществом является, если передающая станция дополнительно указывает в упомянутом поле управления длину такого дополнительного поля данных/подсистемы, что принимающая станция может извлекать информацию, которая определяет продолжительность времени подавления собственного передатчика во избежание конфликта сигнала с продолжающейся передачей (считывание виртуальной несущей). При некоторых обстоятельствах также полезно получить другую информацию управления в упомянутом поле управления для канала связи и сетевого управления. Кроме того, можно произвести обмен информацией, который позволит провести согласование и/или адаптацию скорости передачи. Это позволит оптимизировать пропускную способность в зависимости от условий (качества) канала. Преимуществом также является возможность получения информации с приоритетным доступом, которая дает возможность особого сосуществования пикоячеек внутри одной и той же ячейки связи. Depending on the particular embodiment, it is advantageous if the transmitting station additionally indicates in the control field the length of such an additional data field / subsystem that the receiving station can retrieve information that determines the duration of the suppression of its own transmitter in order to avoid a conflict of the signal with the ongoing transmission (reading virtual carrier). In some circumstances, it is also useful to obtain other control information in said control field for a communication channel and network control. In addition, it is possible to exchange information that will allow for coordination and / or adaptation of the transmission rate. This will optimize the throughput depending on the conditions (quality) of the channel. An advantage is also the possibility of obtaining information with priority access, which makes it possible for the coexistence of picocells within the same communication cell.
Дополнительные преимущества настоящего изобретения и дополнительные примеры информации, обмен которой можно выполнять с использованием устойчивого на физическом уровне заголовка изобретения детально описаны ниже. Further advantages of the present invention and further examples of information that can be exchanged using a physically stable title of the invention are described in detail below.
Настоящее изобретение можно также использовать для поддержания связи внутри системы с помощью одиночного режима работы, то есть для связи между станциями, поддерживающими тот же самый способ модуляции или для связи в многорежимной системе. Чтобы гарантировать возможность выполнения многорежимной связи, необходимо предусмотреть соответствующие аппаратные средства, согласно настоящему изобретению, и необходимо инициировать любую связь, согласно вышеупомянутым этапам. The present invention can also be used to maintain communication within a system using a single mode of operation, that is, to communicate between stations supporting the same modulation method or to communicate in a multi-mode system. In order to guarantee the possibility of multi-mode communication, it is necessary to provide the appropriate hardware according to the present invention, and it is necessary to initiate any communication according to the above steps.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения раскрыта далее со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг. 1 - таблица различных, сосуществующих IR подсистем (SI-S4) и выбор типичных приложений;
фиг. 2 - пример приемника многорежимной принимающей станции, согласно настоящему изобретению, для работы внутри подсистем SI, S2 и S3;
фиг. 3 - пример схематического представления многорежимных станций, поддерживающих связь внутри ячейки связи, согласно настоящему изобретению (где Sx - подсистема, SxR - ретранслятор для подсистемы Sx);
фиг. 4А - структура пакета с устойчивым на физическом уровне заголовком, согласно настоящему изобретению;
фиг. 4В - пример поля управления, устойчивого на физическом уровне заголовка и образцового способа модуляции в поле данных/подсистемы (4-ФИМ в системе SI), согласно настоящему изобретению;
фиг. 5 - блок-схема оптической беспроводной системы связи, работающей в одиночном режиме, согласно настоящему изобретению;
фиг. 6 - блок-схема системы с адаптивной скоростью передачи данных (с переменной скоростью передачи данных), показывающая в частности функциональные блоки для оценки качества канала и синхронизацию фрейм/символ (распознавание сигнала синхронизации), согласно настоящему изобретению;
фиг. 7 - упрощенная диаграмма перехода состояния главной машины состояния (фиг. 6) для системы, использующей уменьшение скорости передачи данных RR = 1, 2, 4 и 8;
фиг. 8 - механизм взаимодействия скорости передачи данных, согласно настоящему изобретению, совместно со стандартным протоколом CSMA/CA (множественного доступа с контролем несущей и предотвращением конфликтов);
фиг. 9 - пример набора таблиц связности скорости передачи данных, согласно настоящему изобретению;
фиг. 10 - информация сети пользователя, полученная из таблиц связности скорости передачи данных (фиг. 9);
фиг. 11 - блок-схема части принимающей станции для синхронизации фрейма/символа (позиция 123 на фиг. 12), согласно настоящему изобретению;
фиг. 12 - блок-схема части приемника, согласно настоящему изобретению;
фиг. 13 - упрощенная схема перехода состояния приемника, содержащего функцию (фиг. 12) для системы, использующей RR = 1, 2, 4, 8, через RRmax;
фиг. 14 - схематическое изображение слова синхронизации для 4-ФИМ, согласно настоящему изобретению, которое составлено с использованием двух слов синхронизации.Brief Description of the Drawings
The invention is further disclosed with reference to the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 is a table of various coexisting IR subsystems (SI-S4) and a selection of typical applications;
FIG. 2 is an example of a receiver of a multi-mode receiving station according to the present invention for operation within subsystems SI, S2 and S3;
FIG. 3 is an example of a schematic representation of multi-mode stations supporting communication within a communication cell according to the present invention (where Sx is a subsystem, SxR is a relay for the Sx subsystem);
FIG. 4A is a packet structure with a physically stable header according to the present invention;
FIG. 4B is an example of a control field stable at the physical level of the header and an exemplary modulation method in the data / subsystem field (4-PIM in the SI system) according to the present invention;
FIG. 5 is a block diagram of an optical wireless communication system operating in a single mode according to the present invention;
FIG. 6 is a block diagram of a system with an adaptive data rate (variable data rate), showing in particular functional blocks for evaluating channel quality and frame / symbol synchronization (recognition of a synchronization signal), according to the present invention;
FIG. 7 is a simplified state transition diagram of the main state machine (FIG. 6) for a system using a data rate reduction of RR = 1, 2, 4, and 8;
FIG. 8 is a data rate interaction mechanism according to the present invention, in conjunction with the standard CSMA / CA (Carrier Control Multiple Access and Conflict Prevention) protocol;
FIG. 9 is an example of a set of data rate connectivity tables according to the present invention;
FIG. 10 - user network information obtained from data rate connection tables (FIG. 9);
FIG. 11 is a block diagram of a portion of a receiving station for frame / symbol synchronization (key 123 in FIG. 12) according to the present invention;
FIG. 12 is a block diagram of a portion of a receiver according to the present invention;
FIG. 13 is a simplified state transition diagram of a receiver containing a function (FIG. 12) for a system using RR = 1, 2, 4, 8 through RR max ;
FIG. 14 is a schematic illustration of a sync word for 4-PIM according to the present invention, which is composed using two sync words.
Общее описание
Система для беспроводной оптической связи обычно содержит, по меньшей мере, одну станцию, которая служит в качестве передатчика, и вторую станцию, которая служит в качестве приемника. Передатчик содержит источник света, например, свето- излучающий диод (СИД) или лазерный диод, а приемник содержит фотодиод. Слово "станция" в дальнейшем используется как синоним для всех видов компьютеров, терминалов, ретрансляторов, периферийных устройств и т. д., которые могут поддерживать связь друг с другом. Настоящее изобретение можно также использовать для связи внутри однорежимной системы связи, однако, следует отметить, что настоящее изобретение, в особенности, хорошо подходит для связи в однорежимных системах.general description
A system for wireless optical communication typically comprises at least one station that serves as a transmitter and a second station that serves as a receiver. The transmitter contains a light source, for example, a light emitting diode (LED) or a laser diode, and the receiver contains a photodiode. The word "station" is hereinafter used as a synonym for all types of computers, terminals, repeaters, peripheral devices, etc., which can communicate with each other. The present invention can also be used for communication within a single-mode communication system, however, it should be noted that the present invention is particularly well suited for communication in single-mode systems.
Обычно, инфракрасное (ИК) оптическое излучение используют для беспроводной оптической связи, и термин "ИК-связь" использован также в этом описании, хотя настоящее изобретение не ограничено специфическим диапазоном спектра оптического излучения. Typically, infrared (IR) optical radiation is used for wireless optical communication, and the term "infrared communication" is also used in this description, although the present invention is not limited to a specific optical spectrum.
1) Устойчивый заголовок изобретения. 1) Sustainable title of the invention.
В настоящем изобретении предложен заголовок (более подробно описан ниже), устойчивый в том смысле, что его можно распознать и декодировать с помощью всех приемников, расположенных в пределах той же самой ячейки связи (например, в офисном пространстве) даже при условиях, когда осуществление обычной связи невозможно. Кроме того, изобретенный устойчивый заголовок позволяет поддерживать связь между различными станциями, сосуществующими в одной и той же ячейке связи, то есть связь между станциями, работающими в различных режимах допустима, ее поддерживают и координируют. Изобретенный устойчивый заголовок содержит преамбулу для получения синхронизации, обнаружения несущей и относительной синхронизации в принимающей станции. Он дополнительно содержит уникальную последовательность синхронизации для гарантии абсолютной синхронизации передатчика и приемника после распознавания последовательности синхронизации в приемнике. Кроме того, он содержит поле управления с фиксированной длиной, которое передают после слова синхронизации. Это поле управления используют для получения принимающей станцией информации о поддерживаемой и/или ожидаемой скорости передачи данных пользователя, размере блока данных, способе модуляции и другой соответствующей информации о (под) системе. В частности, он может также содержать информацию, которую используют для идентификации получателя (получателей) (список адресов) данных или информации, которая следует после устойчивого заголовка. The present invention provides a header (described in more detail below) that is robust in the sense that it can be recognized and decoded using all receivers located within the same communication cell (for example, in an office space) even under conditions when communication is impossible. In addition, the invented stable header allows you to maintain communication between different stations coexisting in the same communication cell, that is, communication between stations operating in different modes is valid, it is supported and coordinated. The inventive robust header contains a preamble for obtaining synchronization, carrier detection, and relative synchronization at a receiving station. It additionally contains a unique synchronization sequence to guarantee absolute synchronization of the transmitter and receiver after recognizing the synchronization sequence in the receiver. In addition, it contains a fixed-length control field that is transmitted after the synchronization word. This control field is used to obtain information on the supported and / or expected user data rate, data block size, modulation method, and other relevant information about the (sub) system at the receiving station. In particular, it may also contain information that is used to identify the recipient (s) (address list) of the data or information that follows the persistent header.
2) Совместимость/сосуществование различных схем передачи. 2) Compatibility / coexistence of various transmission schemes.
В настоящее время, в многорежимных системах сигналы, передаваемые с помощью передатчика передающей станции в определенном режиме (например, система S1, см. фиг. 1), не могут быть приняты или распознаны приемниками любого принимающего модуля в другом режиме (например, подсистема S2) и наоборот. Currently, in multi-mode systems, signals transmitted by a transmitter of a transmitting station in a certain mode (for example, system S1, see Fig. 1) cannot be received or recognized by receivers of any receiver module in another mode (for example, subsystem S2) and vice versa.
Как указано ниже, новый устойчивый заголовок, который также упомянут как устойчивый на физическом уровне заголовок (УФУЗ), предусмотрен для того, чтобы устранить несовместимость сосуществующих систем. Кроме того, описана структура УФУЗ, способы ее применения, соответствующие передатчики и приемники и разработанная в результате многорежимная беспроводная оптическая система связи. As indicated below, a new resilient header, which is also referred to as a physically stable header (UHF), is designed to eliminate the incompatibility of coexisting systems. In addition, the structure of the UFUZ, the methods of its application, the respective transmitters and receivers, and the resulting multi-mode wireless optical communication system are described.
Это важно потому, что каждая станция, участвующая в связи внутри ячейки связи передает УФУЗ, при необходимости передает пакет данных или управления. Каждая станция внутри этой ячейки принадлежит к набору станций, образующих подсистему (Sx), соответствующую специфическому приложению, как представлено на фиг. 1. Если станция оборудована для участия в более, чем одном типе связи подсистемы, то она является элементом всех соответствующих подсистем. Пример многорежимного приемника 35, согласно настоящему изобретению, станции, поддерживающей подсистемы SI, S2 и S3, схематически представлен на фиг. 2. Он содержит усилитель 30 и фотодиод 36, которые образуют часть аналогового устройства предварительной обработки данных и три полосовых фильтра 31-33, например, для фильтрации соответствующих сигналов, принимаемых по оптическому каналу 14 связи. Фильтр 31 (WBW) предназначен для того, чтобы выделять сигналы, используемые для связи подсистемы S2, фильтр 32 (VBW) предназначен для связи подсистемы SI и фильтр 33 (SBW) для подсистемы S3. Выходы этих фильтров 31-33 можно подсоединить к модулю 34 цифровой обработки. This is important because each station participating in the communication within the communication cell transmits the UHF, and if necessary transmits a data or control packet. Each station inside this cell belongs to a set of stations forming a subsystem (Sx) corresponding to a specific application, as shown in FIG. 1. If the station is equipped to participate in more than one type of communication subsystem, then it is an element of all relevant subsystems. An example of a
Станция 41 (А) (фиг. 3) принадлежит подсистемам SI и S2, где, например, SI состоит из станций 41, 42, 43, 44, 46 (A, В, С, D и F), и S2 состоит из станций 41 и 42 (А и В). Станция может также обеспечивать функциональные возможности ретранслятора для некоторых подсистем. Станция 46 (F) (фиг. 3), например, выполняет только функцию ретранслятора для S1, которая обозначена S1R, станция 42 (В), кроме того, способна функционировать внутри S1, S2 и S3 как терминал и выполняет также функцию ретранслятора для SI (SIR). Размер ячейки 40 связи определяют с помощью максимально достижимого расстояния передачи наиболее устойчивой из участвующих подсистем. Обычно, она представляет собой подсистему, работающую с самой низкой скоростью передачи данных, например, подсистема S4, обеспечивающая функции пейджера. Station 41 (A) (Fig. 3) belongs to the subsystems SI and S2, where, for example, SI consists of
Изобретенный устойчивый заголовок (УФУЗ) 50 представлен на фиг. 4А. УФУЗ 50 допускает механизм виртуального считывания несущей (BCH), основанный на схеме сохранения времени канала. Заголовок 50 изобретения по меньшей мере содержит поле 52 преамбулы и поле 53 синхронизации, которые несут в себе преамбулу и слово синхронизации, соответственно. Кроме того, он содержит поле 59 управления заданной длины. Это поле 59 управления может содержать информацию, поддерживающую системы с адаптивной (переменной) скоростью передачи данных, как описано в находящейся в рассмотрении заявке PCT/ЕР 94/01196, опубликованной 26 октября 1995 года. Дополнительные подробности полей с устойчивыми заголовками приведены ниже. The Invented Sustainable Header (UFS) 50 is shown in FIG. 4A.
Сетью с участвующими станциями на основе УФУЗ (многорежимные терминалы и ретрансляторы) управляют станции, которые входят в подсистему с самыми высокими возможностями передачи данных по сети. Этот набор станций называется диспетчерской сетью (ДC). На фиг. 3 ДС образована станциями 41, 42, 43, 44 и 46 (А, В, С, D и F), то есть сеть с переменной скоростью передачи данных используют как ДС в рассматриваемом примере. Каждая станция внутри ячейки связи на основе УФУЗ, которая будет участвовать в беспроводной оптической связи, должна быть по меньшей мере оборудована устройством предварительной обработки данных приемника, которое позволяет принимать и распознавать УФУЗ в схеме модуляции, используемой станциями, формирующими ДС. The network with the participating stations on the basis of UFUZ (multi-mode terminals and repeaters) is controlled by stations that are part of the subsystem with the highest data transmission capabilities over the network. This set of stations is called a dispatch network (DC). In FIG. 3 DS is formed by
Передача УФУЗ, согласно настоящему изобретению, в основном выполняется в две фазы. The transmission of the UHFS according to the present invention is mainly carried out in two phases.
Фаза 1. Каждая станция внутри диапазона УФУЗ (ячейка 40 связи) имеет свое устройство предварительной обработки данных, активизированное для получения заголовка. Станция, желающая передать данные, находится в состоянии ожидания до тех пор, пока канал ДС не перейдет в неактивное состояние, затем она посылает УФУЗ, предпочтительно включая информацию для ВСН и режим работы. Другие станции, расположенные внутри упомянутой ячейки связи ожидают это сообщение и обрабатывают переданную информацию. Если способ модуляции указан в поле 59 управления устойчивого заголовка, которое способно поддерживать станцию, то она сохраняет информацию ВСН и остается активной в течение двух фаз. С другой стороны, она может устанавливать счетчики блокировок по времени на основе информации, полученной ВСН, и переходить, например, в режим экономии мощности. Информацию ВСН, то есть зарезервированное время для беспроводного канала, получают из скорости передачи данных, размера блока и информации о режиме работы, указываемой с помощью передающей станции посредством передачи поля 59 управления.
Фаза 2. Станции, находящиеся в активном режиме приема, переключают свои устройства предварительной обработки данных приемника в режим, указанный в полученном поле 59 управления, и определяют полученный адрес назначения (адресат), переданный в упомянутом информационном поле 59, чтобы определить, предназначено ли сообщение им. Все станции, которые не имеют адресата переходят в режим экономии мощности и, например, ожидают до тех пор, пока не истечет зарезервированное время канала. Станция (станции) - адресат может теперь поддерживать связь с инициирующей (передающей) станцией в своем собственном режиме настолько долго, насколько был зарезервирован канал.
Как описано выше, настоящая концепция не только учитывает надежное считывание несущей во всех приемниках ячейки связи, включая те, у которых самый низкий ресурс отношения сигнал/шум (ОСШ), но их также информируют насколько долго канал будет занят блоком данных, который будут передавать. Этот метод, известный как виртуальное считывание несущей (ВСН), был адоптирован и оптимизирован для использования совместно с настоящей концепцией устойчивого заголовка. As described above, the present concept not only takes into account reliable reading of the carrier in all receivers of the communication cell, including those with the lowest signal-to-noise ratio (SNR) resource, but they are also informed how long the channel will be occupied by the data block that will be transmitted. This method, known as Virtual Carrier Reading (BCH), has been adapted and optimized for use with the current concept of a robust header.
3) Устойчивый заголовок для систем с фазово-импульсной модуляцией (ФИМ). 3) Stable header for systems with phase-pulse modulation (PIM).
Дополнительные подробности устойчивого заголовка приведены в качестве примера. УФУЗ 50 (фиг. 4А) должен быть передан в формате, соответствующем способу модуляции ДС. УФУЗ 50 должна декодировать каждая станция, предусмотренная для работы внутри ячейки связи, основанной на УФУЗ. Кроме того, устойчивый заголовок должен способствовать снижению, так называемых, скрытых проблем терминала, то есть, должна быть определена структура заголовка, которая подчинена соответствующему способу модуляции ДС и которая подходит для работы даже при таких критических условиях, когда ДС (например, ДС = S1) непосредственно становится неработоспособным для обмена данными, тогда как некоторые из подсистем (например, функции пейджера с низкой скоростью передачи данных) остаются рабочими. Further details of the robust header are provided as an example. UFUZ 50 (Fig. 4A) should be transmitted in a format corresponding to the modulation method of the DS.
Пример варианта осуществления устойчивого заголовка в соответствии с настоящим изобретением. An example embodiment of a sustainable header in accordance with the present invention.
Для системы с переменной скоростью передачи данных, ФИМ является схемой с самой высокой эффективностью. Следовательно, структура УФУЗ описана для системы, основанной на ФИМ, со связанными с ней специфическими проблемами и предложенными решениями. Подробности соответствующего поля 59 управления представлены на фиг. 4В. Следующее описание предполагает систему связи, основанную на специфическом формате символов данных ФИМ (то есть 4-ФИМ символа, где два информационных бита передают одним символом), однако, с соответствующими корректировками способ одинаково применим для системы, использующей различные форматы символов данных (например, L-ФИМ символов, где log2 (L) информационных бит передаются за символ). For a system with a variable data rate, PIM is the circuit with the highest efficiency. Consequently, the structure of UFUZ is described for a system based on PIM, with specific problems associated with it and proposed solutions. Details of the
В этом варианте осуществления различные части устойчивого поля 50 заголовка, способы кодирования и число передаваемых символов приведены для системы с переменной скоростью передачи данных, основанной на формате символов 4-ФИМ. Подсистема SI (фиг. 1) функционирует как ДС. In this embodiment, various parts of the
1. ПРЕАМБУЛА 52
Преамбулу 52 используют для получения относительной синхронизации приемника. Для достижения этого передают преамбулу 52, которая является периодической последовательностью импульсов. Принимающая станция, которой известно сколько слот содержится в каждом фрейме, после определенного промежутка времени может обнаружить период упомянутой последовательности импульсов. Кроме того, принимающая станция корректирует свою фазу синхроимпульса слота (восстановление синхроимпульса) с использованием схемы восстановления синхроимпульса (цикл PLI блокировки фазы). Рекомендуется использовать последовательность импульсов, которая приводит по возможности к быстрой регулировке фазы синхроимпульса слота. С этой целью, предложены последовательности импульсов 10001000... или 10000010..., каждую из которых можно использовать для обоих форматов 16-ФИМ и 4-ФИМ. Использование различных последовательностей позволяет обеспечить также простую (управляемую) передачу информации посредством одной преамбулы.1.
2. СИНХРОСЛОВО 53
Синхрослово 53 может содержать закодированную двоичную последовательность (например, 32-битовую последовательность) с выборочной автокорреляцией и низкой взаимной корреляцией с последовательностью 52 преамбулы. В настоящем примере, каждый бит размещают в четырех слотах, чтобы сохранить тот же самый дежурный цикл как последовательность 52 преамбулы: если бит равен "1", то импульс приходится на первый слот символа 4-ФИМ: если он равен "0", импульс размещается в третьем слоте. Оба слота проверяют во время приема на невозможные битовые комбинации для того, чтобы улучшить результат обработки синхросигнала (например, корреляции). Дополнительные подробности описаны со ссылками на фиг. 6 и 7. Другое слово синхронизации, составленное из двух отдельных слов синхронизации, представлено на фиг. 14.2.
The
3. УСП (Уменьшение скорости передачи) 54
Поле 54 УСП представляет собой слово (например, четырехбитовое), содержащее параметр УСП уменьшения скорости передачи данных следующего поля 51 данных/подсистемы (то есть данные, содержащие поле) в том случае, когда подсистема использует кодирование с повторением. Параметр уменьшения скорости передачи данных показывает, как часто повторяется каждый символ фазово-импульсной модуляции поля 51 данных/подсистемы 51.3. USP (Decrease in transmission rate) 54
The
Для других подсистем он может служить, например, в качестве индикатора скорости передачи данных. Поле 54 УСП передают как два символа в формате 4-ФИМ с помощью кодирования с повторением. For other subsystems, it can serve, for example, as an indicator of the data transfer rate. The
4. УСП* (Рекомендуемое уменьшение скорости передачи данных) 55
Поле 55 УСП* является словом (например, четырехбитовым), содержащим рекомендуемый коэффициент УСП* уменьшения скорости передачи данных, как получено из оцененного качества канала (скорость повторения ошибок) во время получения последнего блока данных (для подсистем, поддерживающих оценку качества канала). Его можно кодировать тем же самым способом, как и УСП.4. USP * (Recommended data rate reduction) 55
USP *
5. РБ (Размер блока) 56
Субполе 56 размера блока содержит ряд блоков данных, которые будут передавать в поле 51 данных/подсистемы. Для уменьшения затрат можно определить только ограниченное число различных размеров блоков, например, 16 различных размеров блоков можно выявить с помощью соответствующего отображения четырех бит. Субполе 56 размера блока можно закодировать тем же самым способом, как и символы УСП.5. RB (Block size) 56
The
6. Режим 57
Субполе 57 режима работы выдает сигналы приемнику (приемникам), каким способом модуляции будут передавать данные в поле 51 данных/подсистемы и будут ли передавать дальше поле 51 данных/подсистемы через ретранслятор. Число бит режимов работы выбирают достаточно большим для того, чтобы можно было уместить будущие подсистемы. Символы можно кодировать тем же самым способом, как и символы УСП.6.
The
Информацию, переданную в поле 54 УСП и поле 56 РБ, можно использовать для определения, как долго будет происходить передача данных в поле 51 данных/подсистемы. Эта информация является важной для принимающих станций, не находящихся в списке адресатов, потому что им должно быть известно, как долго будет занят оптический канал, то есть, как долго они будут оставаться в режиме молчания. The information transmitted in the
Для минимизации эффектов постоянного тока или низкочастотных составляющих, аналоговые устройства предварительной обработки данных приемников ИК обычно разрабатывают для работы на переменном токе. Поэтому изменяющийся дежурный цикл символа потребует дорогостоящего (аналогового) средства восстановления постоянной составляющей. Кроме того, амплитуда импульса передатчика и дежурный цикл символа должны быть выбраны в соответствии со средними и пиковыми ограничениями мощности, наложенными на источники света ИК, которыми обычно являются светоизлучающие диоды (СИД) или лазерные диоды, излучающие в спектральном диапазоне ИК. To minimize the effects of direct current or low-frequency components, analog pre-processing devices for IR receiver data are usually designed to operate on alternating current. Therefore, a changing symbol duty cycle will require an expensive (analog) means of restoring the DC component. In addition, the amplitude of the transmitter pulse and the duty cycle of the symbol should be selected in accordance with the average and peak power limits imposed on IR light sources, which are usually light emitting diodes (LEDs) or laser diodes emitting in the IR spectral range.
УФУЗ, предложенный в качестве примера, использует временную диаграмму импульсов с тем же самым дежурным циклом, что и символы данных 4-ФИМ, для ограничения мощности. Тот же самый дежурный цикл можно также выполнить в поле 55 синхронизации, а не использовать отличающийся дежурный цикл, как это обычно делают. Дополнительным преимуществом, при использовании УФУЗ является то, что не применяют восстановление сигнала с постоянным током, как предложено выше. Если результирующий сдвиг сигнала с постоянным током влияет на эффективность работы в степени, в которой компенсация, по-видимому, является необходимой, то можно использовать способ порогового управления, представленный на фиг. 12. The UFUS, proposed as an example, uses a timing pulse diagram with the same duty cycle as the 4-FIM data symbols to limit power. The same duty cycle can also be performed in the
В зависимости от используемой схемы передачи, можно использовать алгоритм, который определяет качество канала так, что можно получить максимально возможную скорость передачи данных. Поскольку начало поля данных/подсистемы точно известно всем активно принимающим станциям ячейки (ячеек) связи, то эти станции могут определять качество канала с помощью анализа данных, полученных в поле 51 данных/подсистемы. Максимально возможная скорость передачи данных и другая информация, относящаяся к состоянию внутри ячейки связи, может быть отображена таким образом, что пользователь получит информацию, на какой скорости он может передавать данные. Depending on the transmission scheme used, you can use an algorithm that determines the quality of the channel so that you can get the highest possible data rate. Since the beginning of the data field / subsystem is precisely known to all actively receiving stations of the communication cell (s), these stations can determine the quality of the channel by analyzing the data received in the data /
Согласно настоящему изобретению, возможно, чтобы устойчивый заголовок был использован как таковой для обмена информации между определенными станциями в ячейке многорежимной связи, если другие способы связи не приемлемы. В этом случае пропускная способность передачи информации очень ограничена, однако, некоторую информацию можно передать. According to the present invention, it is possible for a stable header to be used as such to exchange information between certain stations in a multi-mode communication cell if other communication methods are not acceptable. In this case, the transmission capacity of information is very limited, however, some information can be transmitted.
В некоторых случаях может быть предпочтительной передача информации о приоритете доступа внутри поля 59 управления, которая нужна для того, чтобы отличить информацию первой ячейки связи от информации второй, помеховой ячейки связи. Такая мера позволяет обеспечить сосуществование различных, одновременно находящихся в активном состоянии ячеек связи (пикоячейки) внутри одиночной ячейки 40, каждая из которых требует полной пропускной способности канала, игнорируя информацию о считывании виртуальной несущей, содержащейся в УФУЗ, которая поступает из других пикоячеек. Это можно выполнить, поскольку интенсивности сигналов внутри такой пикоячейки достаточно высоки для того, чтобы разрешить захват канала связи, и таким образом остаются не пострадавшими от помех других отдаленных пикоячеек. Пикоячейка может содержать две или более передвижных или фиксированных станций и может также содержать станцию для доступа к проводным локальным вычислительным сетям (ЛВС). In some cases, it may be preferable to transmit access priority information within the
На фиг. 5 представлен первый вариант осуществления настоящего изобретения. Согласно этому варианту осуществления, УФУЗ вырабатывают в случае, если полезную нагрузку (двоичные данные) или информацию необходимо передавать по оптическому каналу 14. УФУЗ вырабатывает генератор 10 заголовка, тогда как двоичные данные обрабатывают и кодируют подходящим кодером 11, используемым для того, чтобы отобразить двоичные данные в символах ФИМ. Кроме того, можно использовать систему с упреждающей коррекцией ошибок (не показана). In FIG. 5 shows a first embodiment of the present invention. According to this embodiment, the UHFD is generated if the payload (binary data) or information needs to be transmitted through the
В первом варианте осуществления, кодер представляет собой кодер 11 с фазово- импульсной модуляцией (ФИМ). Устройство возбуждения 12 светоизлучающего диода возбуждают сигналами, которые должны быть переданы в СИД 17. Устройство возбуждения 12 СИД может иметь на выходе до восьми устройств, вырабатывая суммарную оптическую пиковую мощность, например, до 2 Вт. На другой стороне оптического канала 14 предусмотрен фотодиод 18 (или матрица фотодиодов), который принимает сигналы от СИД 17. Сигнал на выходе фотодиода 18 обрабатывает аналоговое устройство 13 предварительной обработки данных приемника, например, содержащего усилитель и схему автоматической регулировки усиления (АРУ). Предпочтительно, чтобы аналоговое устройство 13 предварительной обработки данных было разработано с учетом защитной защелки, предохраняющей от попадания окружающего света с высокой интенсивностью, и схема АРУ обладала большим динамическим диапазоном в пределах 70 дБ. Исключая мягкую демодуляцию для того, чтобы избежать сложной многобитовой обработки, амплитуду управляемого аналогового сигнала, полученную с помощью устройства 13 предварительной обработки данных настоящего варианта осуществления, подают на пороговое устройство 15 (компаратор), который вырабатывает двоичный, продолжительный по времени, выходной сигнал. Выходной сигнал затем обрабатывают посредством модуля 16 цифровой обработки. Последний по меньшей мере выполняет такие функции, как регистрация несущей (обнаружение несущей), восстановление синхронизации слота и соответствующие, а также абсолютную синхронизацию символа данных посредством анализа полей 52 и 53 УФУЗ. В зависимости от информации, передаваемой в поле 59 управления УФУЗ, модуль 16 цифровой обработки может также предусматривать извлечение скорости передачи данных пользователя и размер блока данных, декодирование данных и оценку качества канала. Пример модуля 16 цифровой обработки приемника приведен в описании со ссылкой на фиг. 6. In a first embodiment, the encoder is a phase-pulse modulated (PIM)
На фиг. 6 показаны подробности варианта осуществления модуля 16 цифровой обработки приемника. После получения фрейма преамбулы из компаратора 15 первый синхросигнал слота восстанавливается посредством цифровой цепи 60 фазовой синхронизации (ЦФС) с переменным контуром усиления и предварительной обработкой, чтобы лучше справиться с шумовыми сигналами ФИМ. Оценки фазы и последующей регулировки фазы основаны на n-разовом (например, n = 8) сверхквантовании посредством квантизатора 61 слота из двоичного оцененного сигнала, полученного с помощью порогового устройства 15. Контуром усиления ЦФС управляет машина 63 основного состояния (МОС). Работа МОС 63 представлена на фиг. 7. Предпочтительно, чтобы усиление было высоким в начале приема преамбулы для того, чтобы получить быстрый захват фазы и уменьшить вероятность условия разъединения ЦФС 60. Чтобы защитить локальную фазу синхроимпульса от режима ожидания во время трэкинга принятой фазы сигнала, усиление контура изменяют до более низкого значения после правильного обнаружения несущей и данных преамбулы схемой регистрации несущей, согласно настоящему варианту осуществления. ЦФС 60 блокируют по переднему фронту входного сигнала, и восстановленный синхроимпульса слота (например, 4 МГц) соответственно задерживают, чтобы он служил опорным сигналом для квантизатора 61 слота. Фазовая разрешающая способность квантования синхроимпульса на 45o достаточно для квантования слота без снижения эффективности работы. Оставшиеся части схем синхронизируют с восстановленным синхроимпульсом слота (например, 4 МГц). Синхронизация символа выполнена в два этапа. Последовательность событий следует из упрощенной диаграммы состояния МОС 63 (фиг. 7). Вслед за обнаружением несущей, схема регистрации несущей осуществляет поиск конфигурации соответствующей преамбулы и информирует МОС 63, когда была найдена действительная последовательность импульсов преамбулы 52. В свою очередь, МОС 63 разблокирует схему синхронизации символа внутри блока 62 распознавания синхроимпульса с помощью получения запускающего сигнала, выровненного с фазой преамбулы (позиция импульса преамбулы), в соответствии с первым слотом особым образом закодированного слова синхронизации. С этого момента времени схема синхронизации фрейма, являющаяся частью блока 62 распознавания синхроимпульса, сохраняет информацию, найденную в последовательных 32 фреймах символа в 32-битовом сдвиговом регистре внутри блока 62, выходные сигналы которого подают в коррелятор (следует отметить, что в настоящем примере предполагается, что синхрослово имеет 32 бита). Дополнительные подробности модуля 62 распознавания синхросигнала приведены на фиг. 11. Если принятую последовательность импульсов, которую подают в сдвиговый регистр, обнаруживают в дальнейшем той же самой и известной приемнику, то достигается абсолютная синхронизация, то есть МОС 63 допускает, что начало поля 59 управления фиксированной длины только перед блоком ФИМ-закодированных данных было найдено для того, чтобы показать, что достигнута абсолютная синхронизация, в выходной строке 67 блока 62 получен синхрофлаг.In FIG. 6 shows details of an embodiment of a digital
Аналогично, можно также использовать алгоритм и подходящее синхрослово 53, которое позволяет выполнить абсолютную синхронизацию, даже если принимаемое синхрослово частично разрушено. Пример такого слова синхронизации приведен на фиг. 14, а соответствующие аппаратные средства приемника представлены на фиг. 11. Например, если конечный результат коррелятора 112, вычисленный для каждого периода фрейма символа, где можно ожидать импульс синхронизации, превышает некоторый порог Ths (смотри блок 113), то МОС 63 допускает, что найдено начало поля 59. Синхрослово 53 также может нести в себе дополнительную информацию, которую адресуют позже. Similarly, you can also use the algorithm and the
Если найдено начало поля 59 управления фиксированной длины, то также известно начало поля 51 данных/подсистемы. Следуя настоящему примеру, где поле 51 данных/подсистемы ФИМ-закодировано, все следующие символы интерпретируют как ФИМ-символы. Каждое поле 54-57, как показано на фиг. 4В, накапливают подобно фрейму (например, 16 раз) в накапливающем аккумуляторе 64 импульсов и оценивают с помощью подходящей схемы 65 оценки символов. Ту же самую процедуру можно использовать для обнаружения данных в поле 51 данных/подсистемы, в соответствии с информацией УСП, полученной в поле 59 управления. Существуют различные возможные способы декодирования и передачи информации, которую переносят в поле 59 управления. В этом случае, необходимо соответственно разрабатывать приемник. If the beginning of the fixed-
Если правильно принимают все поле 51 данных/подсистемы, то можно выработать сигнал запуска для приращения схемы измерения пропускной способности, и счетчик скорости передачи данных успешного пакета сбрасывают. If the entire data /
Устройство оценки 66 качества канала контролирует скорость передачи ошибок на канале 14 IR. В настоящем варианте осуществления используют цифровое устройство оценки 66 качества канала, потому что определение ОСШ посредством аналоговой схемы или измерения скорости передачи данных успешных пакетов является либо дорогостоящим, либо слишком медленным и, таким образом, менее подходящим. Устройство оценки 66 качества канала контролирует скорость передачи ошибок на канале 14 IR. Из этой оцененной скорости передачи ошибки можно определить рекомендуемый коэффициент (УСП*) уменьшения скорости передачи данных для будущих полей 51 данных/подсистемы.The
Для быстрого отклика обратной связи передатчику станции передачи, подсчет ошибок при передаче можно выполнить на уровне символов ФИМ, а не на уровне поля данных/подсистемы. Очевидно, неправильные символы ФИМ (то есть, 0, 2, 3, ... импульсов на фрейм) подсчитывают с помощью наблюдения за каждым отдельным принятым символом. Отношение наблюдаемых ошибок символов к общему числу символов, полученных в поле 51 данных/подсистемы, затем принимают как количественную меру мгновенной скорости передачи ошибок по каналу 14 IR. For a quick feedback response to the transmitter of the transmission station, transmission error counting can be performed at the level of the PIM symbols, and not at the level of the data field / subsystem. Obviously, incorrect PIM symbols (i.e., 0, 2, 3, ... pulses per frame) are counted by observing each individual received symbol. The ratio of the observed symbol errors to the total number of symbols received in the data /
В следующих примерах приведены схемы согласования скорости передачи данных. Максимально возможная скорость передачи данных, достигающая по существу передачи пакета, свободного от ошибок, (ошибочные пакеты повторяют на уровне среднего протокола управления доступом), может меняться в широком диапазоне за короткий промежуток времени. The following examples show patterns for matching data rates. The maximum possible data rate, which essentially reaches the transmission of a packet free of errors (erroneous packets are repeated at the level of the average access control protocol), can vary over a wide range in a short period of time.
Станциям, которые могут адаптировать свою скорость передачи данных, необходимо произвести взаимный обмен своими текущими подходящими скоростями передачи данных. Чтобы предотвратить повторные передачи, этот обмен информации о скорости передачи данных можно выполнить внутри сообщения обратной связи об ошибках. Stations that can adapt their data rate need to mutually exchange their current suitable data rates. In order to prevent retransmissions, this data rate information exchange can be performed inside the error feedback message.
Согласно предложенному способу согласования скорости передачи данных, каждая станция передает рекомендуемый параметр уменьшения (УСП*) скорости передачи данных, на основе последнего принятого фрейма данных в соответствующем поле УФУЗ. Это представлено на фиг. 8, как процедура согласования скорости передачи данных, которую можно выполнить в протоколе CSMA/CA (множественный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов) с использованием запроса-на-передачу/подтверждения-готовности-передачи (ЗНП/ПГП). Предложенное согласование скорости передачи данных основано на следующих принципах:
Качество канала оценивают на основе всех принятых данных и фреймов управления, для которых общее число символов L-ФИМ превышает 128.According to the proposed method of coordinating the data transfer rate, each station transmits the recommended decrease parameter (USP * ) of the data transfer rate, based on the last received data frame in the corresponding UFZ field. This is shown in FIG. 8, as a procedure for negotiating the data rate that can be performed in the CSMA / CA protocol (multiple access with carrier control and conflict prevention) using send-to-send / confirmation-readiness-transfer (STP / GWP). The proposed data rate matching is based on the following principles:
Channel quality is estimated based on all received data and control frames for which the total number of L-PIM symbols exceeds 128.
Скорость передачи данных, особенно для фреймов управления, согласовывают (адаптируют) с большим запасом для того, чтобы предотвратить ненужные ретрансляции, вызванные с помощью поврежденных фреймов ПГП или фреймов подтверждения (ПДТ). Ретрансляции целесообразны, когда происходят конфликты и когда параметр ОСШ (отношение сигнал/шум) является высоким. В случаях низкого ОСШ канала более эффективно кодирование с повторением (то есть увеличение УСП). The data transfer rate, especially for control frames, is coordinated (adapted) with a large margin in order to prevent unnecessary retransmissions caused by damaged GWP frames or acknowledgment frames (MTFs). Relays are appropriate when conflicts occur and when the SNR parameter (signal to noise ratio) is high. In cases of low SNR channel, repetition coding (i.e., an increase in USP) is more efficient.
Фрейм с обязательным ПДТ вводят для передачи рекомендуемого символа уменьшения скорости передачи данных и для гарантии того, что только одна ретрансляция блока данных будет необходима. A frame with a mandatory PDT is introduced to transmit the recommended symbol for reducing the data rate and to ensure that only one relay of the data block will be needed.
Для облегчения проблемы регистрации несущей можно использовать способ распределения сети (подобный способу в IEEE 8.2.11). Зарезервированную информацию необходимо передавать с максимально возможной избыточностью. Для адаптивной системы передачи скорости передачи данных предложено вычислять фактическое время резервирования канала посредством символа (УСП) скорости передачи данных, а размер блока (РБ) данных передавать в поле управления 59. To alleviate the carrier registration problem, a network allocation method (similar to the method in IEEE 8.2.11) can be used. The reserved information must be transmitted with the highest possible redundancy. For an adaptive data rate transmission system, it is proposed to calculate the actual channel reservation time using a data rate symbol (USP), and transmit the data block size (RB) in the
Инициализация сети внутри ячейки связи (смотри, например, фиг. 3) может происходить следующим образом. Одна станция с S1 способна инициировать запуск сети с помощью передачи специального фрейма управления, который определен для каждой подсистемы. Это происходит сначала для S1, затем инициирующая станция находится в состоянии ожидания до тех пор, пока она не получит ответы из всех других станций S1. Инициирующая станция продолжает работу тем же способом для S2 и S3. После завершения, все другие станции продолжают работать тем же самым способом - каждая для своих соответствующих подсистем согласно протоколу доступа к выбранному каналу. В конце все станции передают свой список утвержденных подсоединений каждой станции по своему списку. С помощью этого способа каждая станция получает карту состояния каждого возможного соединения в сети, включая исходную информацию о качестве канала. Эти карты здесь упоминаются как карты состояния скорости передачи данных/возможности соединения. На основе этой информации можно идентифицировать терминалы, скрытые внутри ячейки связи. Кроме того, во время инициализации сети можно также передавать информацию, которая является важной для известных принимающих станций. Длину поля 59 управления, подробности на субполях поля 59 управления и тому подобное можно определить во время инициализации сети. The initialization of the network inside the communication cell (see, for example, Fig. 3) can occur as follows. One station with S1 is able to initiate a network start by transmitting a special control frame that is defined for each subsystem. This occurs first for S1, then the initiating station is in a standby state until it receives responses from all other stations S1. The initiating station continues to operate in the same manner for S2 and S3. Upon completion, all other stations continue to work in the same way - each for its respective subsystems according to the protocol of access to the selected channel. At the end, all stations transmit their list of approved connections to each station on their list. Using this method, each station receives a status map of each possible connection in the network, including initial channel quality information. These cards are referred to here as data rate / connectivity state cards. Based on this information, terminals hidden inside a communication cell can be identified. In addition, information that is important to known receiving stations can also be transmitted during network initialization. The length of the
Как для пользовательской информации, так и для управления сети необходимо хранить в каждой станции и отображать пользователю эффективным способом некоторые типы таблиц 90-92 скорости передачи данных/связности (ТСС). Информацию такой таблицы скорости передачи данных/связности можно также сделать доступной для прикладной программы, если это необходимо. Примеры ТСС 90-92 представлены на фиг. 9, эти таблицы составлены из карт состояния скорости передачи данных/связности. ТСС можно использовать для пользовательской информации, как представлено на фиг. 10, распознавания сети, альтернативной маршрутизации через повторители. Кроме того, ТСС помогает увеличить пропускную способность сети, так как известны исходные скорости передачи данных. После некоторого времени могут потребоваться ТСС для дальнейшего обновления, потому что некоторая станция S1, адаптированная к скорости передачи данных, физически перемещаемые станции или новые станции пытаются подсоединиться, например, к сети. В последнем случае можно выполнить другую процедуру инициализации. Both for user information and for network management, it is necessary to store in each station and display to the user in an effective way some types of tables 90-92 data rate / connectivity (TSS). The information of such a data rate / connectivity table can also be made available to the application if necessary. Examples of TCC 90-92 are shown in FIG. 9, these tables are composed of data rate / connectivity state maps. TCC can be used for user information, as shown in FIG. 10, network recognition, alternative routing through repeaters. In addition, TCC helps to increase network bandwidth, since the original data transfer rates are known. After some time, TCC may be required for further updating, because some station S1 adapted to the data rate, physically moving stations or new stations try to connect, for example, to the network. In the latter case, you can perform a different initialization procedure.
Пример отображаемой пользовательской информации сети для станции D, представлен на фиг. 10, он показывает, что станция B не может принять станцию D, то есть станция D представляет собой скрытый терминал для станции В. В представленном примере, устройство отображения 101 показывает соответствующее сообщение, рекомендующее исправление ситуации. Кроме того, устройство отображения 100 показывает, что связь между станциями D и А ограничена относительно низкой скоростью передачи данных. Как показано во втором устройстве отображения 101 (фиг. 10), из этого следует, что для полной передачи файла объемом 1,6 Мбайт потребуется две минуты. Таким образом, у пользователя D отображается рекомендация переместиться ближе к станции А. An example of the displayed user network information for station D is shown in FIG. 10, it shows that station B cannot receive station D, that is, station D is a hidden terminal for station B. In the presented example, the
В системах с высокой скоростью передачи данных можно избежать чрезмерных затрат на заголовок следующим образом. Станции, работающие в подсистеме, которая использует передачу с низкой скоростью (например, функция S4 пейджера), требуют намного ниже ОСШ и, таким образом, имеют более высокую помехоустойчивость к шуму (выше 20 - 30 дБ), чем выбранный ДС (ДС = S1). При использовании алгоритмов кодирования с повторением и подходящей схемы синхронизации символов можно разработать УФУЗ, который имеет достаточно высокую устойчивость к ошибкам для с низкоскоростной передачи данных. Однако требуемая длина такого заголовка будет значительно уменьшать эффективность ДС и других высокоскоростных подсистем. Пример такого заголовка со словом синхронизации с увеличенной длиной, используемой для получения более высокой устойчивости, описан со ссылкой на фиг. 14. In high data rate systems, overhead overhead can be avoided as follows. Stations operating in a subsystem that uses low-speed transmission (for example, the S4 pager function) require much lower SNR and, thus, have higher noise immunity to noise (higher than 20 - 30 dB) than the selected DS (DS = S1 ) When using repetitive coding algorithms and a suitable symbol synchronization scheme, it is possible to develop a UFUS that has a sufficiently high error tolerance for low-speed data transmission. However, the required length of such a header will significantly reduce the efficiency of the DS and other high-speed subsystems. An example of such a header with a longer synchronization word used to obtain higher stability is described with reference to FIG. fourteen.
Исследования отношения сложности (стоимости) и эффективности передачи к устойчивости к ошибкам системы привели к схеме двойного режима УФУЗ. Так называемый низкоскоростной режим с уменьшением УФУЗ (Н-УФУЗ) поддерживает уменьшение (УСП) показателей скорости передачи данных вплоть до восьми в режиме передачи ДС. Более дорогостоящий режим высокоскоростного снижения УФУЗ (В-УФУЗ) позволяет поддерживать связь ДС с максимальным значением УСП 64. В-УФУЗ поддерживает подсистемы, работающие при ОСШ вплоть до 20 дБ, что ниже требуемого ОСШ, необходимого для поддержания допустимой вероятности успеха пакету по каналу ДС, работающему без уменьшения скорости передачи данных (то есть УСП = 1). Сети в ДС (S1) и с высокоскоростным (S2) режимом передачи используют обычно Н-УФУЗ, и активизируют В-УФУЗ в случае, когда низкоскоростная передача (S3) и/или функции (S4) дистанционного управления обнаруживается внутри ячейки связи. С помощью этой схемы, и предполагая устойчивую схему прямой регистрации несущей, происходит активизация в станциях В-УФУЗ, при этом каждой станции внутри диапазона В-УФУЗ можно объявить предстоящий трафик Н-УФУЗ, даже в случае, где сам заголовок нельзя корректно декодировать. Инициализацию сети и начальную оценку качества канала для станций ДС выполняют в режиме В-УФУЗ. Studies of the relationship of complexity (cost) and transmission efficiency to system error tolerance led to a dual-mode UFZ scheme. The so-called low-speed mode with a decrease in UFUZ (N-UFUZ) supports a decrease (USP) of data transfer rates up to eight in the transmission mode of the DS. The more expensive mode of high-speed reduction of UFUZ (V-UFUZ) allows you to maintain communication with the maximum value of
Для достижения высокой надежности (устойчивости к ошибкам) принимающие станции могут определять режим заголовка (Н-УФУЗ) или (В-УФУЗ) путем анализа периодической картины принятой преамбулы посредством метода усреднения импульсов, составляющего в среднем процедуру (это не основное использование преамбулы, согласно настоящему изобретению). Например, усреднение потока с принимаемой преамбулой до шестнадцати раз или большего числа раз допускает надежное обнаружение режима со снижением до ОСШ, равным 0 дБ (где для надежного обнаружения поля 51 данных требуется RR, равное 64). Например, последовательность импульсов преамбулы 10001000..., которая имеет период, равный восьми слотам (длина двух символов 4-ФИМ), можно использовать для передачи сигнала, режимом заголовка которого является В-УФУЗ, и последовательность импульсов преамбулы 10000010..., также имеющей период равный восьми слотам, может передавать сигнал, заголовком которого является Н-УФУЗ. Ту же самую схему, используемую на стороне приемника для обнаружения режима заголовка, можно использовать для устойчивого обнаружения с прямой регистрацией несущей. To achieve high reliability (error tolerance), receiving stations can determine the heading mode (N-UFUZ) or (B-UFUZ) by analyzing the periodic pattern of the received preamble using the pulse averaging method, which makes up the average procedure (this is not the main use of the preamble, according to this invention). For example, averaging a stream with a received preamble up to sixteen times or more allows reliable detection of the mode with a decrease to SNR equal to 0 dB (where reliable detection of the
Синхронизация фрейма требуется для определения начала поля 59 управления и начала следующего (возможно закодированное повторение) поле 51 данных/подсистемы. Она является также основой для доказательства границ символов ФИМ, если используют передачу закодированных ФИМ. Для этих целей, сразу же после преамбулы 52 (см. фиг. 4А) можно передавать специальный образец 53 импульса. Общие решения используют запрещенные символы ФИМ (например, более, чем один импульс на символ) для того, чтобы сделать слово 53 синхронизации уникально обнаруживаемым, или они обнаруживают подходящую двоичную последовательность (показывающую необходимые свойства корреляции) посредством схемы коррелятора. Однако может потребоваться, чтобы единственное слово синхронизации 53, работающее в условиях В-УФУЗ, было избыточно длинным, требующим соответственно длинной схемы коррелятора. Дополнительная проблема заключается в том, что слово 53 синхронизации должно находится внутри выбранного формата ФИМ для подчинения ограничению средней мощности, наложенному источником света ИК (дежурный цикл) и поддержания непрерывности в принятом уровне сигнала постоянного тока. Frame synchronization is required to determine the beginning of the
Решение, которое сохраняет дежурный цикл, избегает сдвига уровня сигнала постоянного тока и уменьшает требуемую длину коррелятора при соблюдении условий В-УФУЗ, будет описано ниже со ссылкой на фиг. 11. Для составления подходящего более длинного слова синхронизации лучше использовать два относительно коротких слова синхронизации, чем длинное одиночное слово 53 синхронизации. Первое из них размещают внутри выбранного формата символа ФИМ таким способом, что соответствующий первый коррелятор 110 вырабатывает идеально, то есть в отсутствии шума, выходной сигнал, соответствующий второму определенному слову синхронизации. Выходной сигнал этого первого коррелятора 110 используют затем в качестве входного сигнала для соответствующего второго коррелятора 112, который выдает информацию о синхронизации символа/фрейма после применения пороговой операции 113 к его выходному сигналу. Эта схема заметно уменьшает затраты на аппаратные средства для обнаружения синхронизации. Кроме того, эта схема совместима со способом (Н-УФУЗ) или (В-УФУЗ) двойного режима передачи заголовка. A solution that maintains a duty cycle, avoids shifting the level of the DC signal and reduces the required correlator length under the conditions of the B-UFUS, will be described below with reference to FIG. 11. To compose a suitable longer sync word, it is better to use two relatively short sync words than a long
Схему двухэтапной синхронизации, описанную ниже, можно расширить так, что вместе с информацией синхронизации можно передать дополнительную информацию. Например, второе слово синхронизации используется в 4 различных способах (например, B1 = { + 1, + 1, - 1, + 1, - 1}, B2 = {- 1, + 1, - 1, + 1, + 1} , В3 = {- 1, - 1, + 1, - 1, + 1}, B4 = {+ 1, - 1, + 1, - 1, - 1}) так, что 2 различных двухэтапных коррелятора могут отличить 4 результирующие составные последовательности синхронизации (то есть, в этом случае предполагается, что каждая версия второго синхронизации имеет дополнительную версию). Четыре результирующие последовательности на выходе первого коррелятора должны иметь хорошие автокорреляционные и взаимокорреляционные характеристики. С помощью этой схемы можно передавать 2 бита информации вместе с информацией синхронизации. Аналогично, схему можно обобщить, например, с помощью включения в нее первого слова синхронизации для передачи дополнительных бит информации.The two-stage synchronization scheme described below can be expanded so that additional information can be transmitted along with the synchronization information. For example, the second synchronization word is used in 4 different ways (for example, B 1 = {+ 1, + 1, - 1, + 1, - 1}, B 2 = {- 1, + 1, - 1, + 1, + 1}, B 3 = {- 1, - 1, + 1, - 1, + 1}, B 4 = {+ 1, - 1, + 1, - 1, - 1}) so that there are 2 different two-stage correlators can distinguish 4 resulting composite synchronization sequences (that is, in this case, it is assumed that each version of the second synchronization has an additional version). Four resulting sequences at the output of the first correlator should have good autocorrelation and cross-correlation characteristics. Using this scheme, 2 bits of information can be transmitted along with synchronization information. Similarly, a circuit can be generalized, for example, by including the first synchronization word in it to transmit additional bits of information.
Ниже приведены дополнительные подробности по возможной схеме двухэтапной синхронизации и синхронизации символа/фрейма для низкого ОСШ. На фиг. 11 представлена вышеупомянутая схема двухэтапной корреляции для фрейма и символа синхронизации в случае низкого ОСШ. В этом примере, первый коррелятор 110 выполнен так, чтобы реагировать на оцененное двоично первое слово синхронизации. Выход первого коррелятора 110 оценивают троично (+ 1, 0, - 1) с помощью схемы 111 и обеспечивают вход для второго коррелятора 112. Второй выход коррелятора оценивают двоично (0, + 1) с помощью схемы 113 и возбуждают элемент 114 памяти, управляемый с помощью синхроимпульса слота системы ФИМ, при этом сигнал Синхроим- пульс_флаг на выходе 67 представляет собой информацию синхронизации. Below are additional details on a possible two-step synchronization scheme and symbol / frame synchronization for low SNR. In FIG. 11 shows the aforementioned two-stage correlation scheme for a frame and a synchronization symbol in the case of low SNR. In this example, the
Другой вариант осуществления приемника, согласно настоящему изобретению и соответствующий диаграмме состояния, приведен на фиг. 12 и 13. Этот приемник имеет необходимые свойства для получения быстрой (в среде с высоким ОСШ), а также устойчивой (при низком ОСШ) функции обнаружения несущей. На фиг. 12 представлены два пороговых детектора 121 и 124. Последний пороговый детектор предназначен для быстрого обнаружения несущей, тогда как первый пороговый детектор служит для устойчивого обнаружения 123 заголовка, а также для обнаружения 122 данных. Устойчивый детектор 123 заголовка предусматривает сигнал Преамбула_флаг в функциональном блоке 126, который выдает сигнал защиты несущей, с целью защиты сигнала Скорость_Несущая_флаг, вырабатываемого с помощью быстрого детектора 125 несущей. Хотя, сигнал Скорость_Несущая_ флаг обеспечивает быстрое обнаружение несущей по среднему значению хороших ОСШ, при этом сигнал Преамбула_флаг обеспечивает более медленный сигнал для обнаружения несущей при низком ОСШ. Объединенные вместе два сигнала (Скорость_Несущая_флаг, Преамбула_флаг) обеспечивают устойчивое, а также быстрое обнаружение несущей. Блок 126 вырабатывает сигнал Несущая_ флаг (показывающий успешное обнаружение несущей) из этих двух сигналов. В случаях, когда сигнал Преамбула_флаг отсутствует в пределах определенного промежутка времени после возбуждения сигнала Скорость_Несущая_флаг, появляется неправильный сигнал тревоги и возвращается в исходное состояние сигнал Скорость_ Несущая_ флаг (и таким образом, сигнал Несущая флаг) посредством сигнала Скорость_Несущая_сброс. Another embodiment of a receiver according to the present invention and corresponding to a state diagram is shown in FIG. 12 and 13. This receiver has the necessary properties to obtain a fast (in an environment with high SNR), as well as stable (with a low SNR) carrier detection function. In FIG. 12, two
Детектор 123 устойчивого заголовка вырабатывает сигналы Заголовок_флаг. Блок_размер, Синхросигнал_флаг, УСП, L (режим) и возможно другие в зависимости от полей, переданных в поле 59 управления с другими функциями приемника (не показано). The
Поскольку знание УСП после приема поля 59 управления внутри устойчивого заголовка 50 показывает качество канала (ОСШ), то эту информацию вместе с информацией о способе модуляции можно использовать для регулировки порогового значения VTH2 компаратора 121 на оптимальное значение во время приема поля 51 данных/подсистемы. (N-битовый сигнал обратной связи от 123 до 120). Порог VTh1 компаратора 124 выбирают для оптимального быстрого обнаружения несущей.Since knowledge of the USP after receiving the
На фиг. 14 представлено слово синхронизации, которое состоит из двух более коротких слов синхронизации (последовательность 1 и последовательность 2). На этом чертеже показано, как передатчик ФИМ, согласно настоящему изобретению, составляет такое длинное слово синхронизации из первого слова (S) и второго слова (В). Дополнительно показано в каком порядке передают слово синхронизации внутри фреймов символа 4-ФИМ. Это длинное слово синхронизации составлено из двух более коротких, а также похожих слов синхронизации, которые подходят для использования, если качество канала передачи является плохим. Таким образом, этот способ синхронизации символа/фрейма хорошо подходит для выполнения устойчивого заголовка на практике. Корректная синхронизация возможна (за счет обнаружения корреляции) даже в случае, когда только часть слова синхронизации принимается правильно. In FIG. 14 shows a synchronization word that consists of two shorter synchronization words (
Согласно настоящему изобретению, пользователь может передать зашифрованные данные внутри 51 поля данных/подсистемы, однако, устойчивый заголовок 50 никогда не будет зашифрован так, чтобы все станции могли понимать, когда его принимают из любой участвовавшей станции. Концепция изобретения позволяет выполнять шифрование информации, передаваемой в поле 51 данных/подсистемы, поскольку отсутствуют ограничения того, какое поле данных/подсистемы должно выглядеть одинаково. According to the present invention, the user can transmit encrypted data within 51 data fields / subsystems, however, the
Однако имеет также смысл включить в поле 59 управления субполе (аналогично, информации приоритета доступа или поля режима работы), которое можно использовать для отображения адресата (принимающей станции), и возможно другие станции, которые следуют за d полем данные/подсистемы будут передаваться в зашифрованном режиме (обычно шифрование выполняют поверх физического уровня). However, it also makes sense to include in the subfield control field 59 (similarly, access priority information or operation mode fields), which can be used to display the destination (receiving station), and possibly other stations that follow the d field data / subsystems will be transmitted in encrypted mode (usually encryption is performed on top of the physical layer).
В более общем виде можно определить в поле 59 управления, "общее" субполе, которое известно каждой станции, из имеющихся там (включая позицию и длину), но значение этого содержания, известно только подмножеству станций. Включение такого общего субполя в поле 59 управления устойчивого заголовка 50 показывает, что концепция устойчивого заголовка допускает даже некоторую индивидуальную степень свободы, не компрометируя основное намерение, а именно то, что может быть всем понятно и, в частности, при очень плохих условиях канала. In a more general form, it is possible to define in the
Ниже приведены примеры различных вариантов осуществления настоящего изобретения. The following are examples of various embodiments of the present invention.
1. Аппаратные средства, согласно настоящему изобретению, могут, например, быть встроены в компьютерную плату, которую можно подсоединить к компьютерной шине с помощью ее установки внутри корпуса компьютера, или которую можно подключить в разъем (например, в виде платы стандарта Международной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров (PCMCIA)), предусмотренный в упомянутом корпусе. 1. The hardware according to the present invention can, for example, be integrated into a computer board that can be connected to the computer bus by installing it inside the computer case, or which can be connected to a connector (for example, as a board of the International Board Manufacturers Association standard memory for personal computers (PCMCIA)) provided in the said case.
2. Аналогично, настоящий передатчик/приемник, которые в дальнейшем должны быть подсоединены к компьютеру, можно выполнить в отдельном корпусе. 2. Similarly, a real transmitter / receiver, which should later be connected to a computer, can be implemented in a separate case.
3. Кроме того, передатчик/приемник, согласно настоящему изобретению может быть встроен в периферийное устройство (например, принтер). В некоторых случаях достаточна облегченная версия, поскольку обычно периферийное устройство, такое как принтер например, только получает данные. Только ограниченное количество информации обычно поступает обратно в станцию, которая запросила печатную работу. В таких случаях может быть достаточным только передача устойчивого на физическом уровне заголовка и некоторой информации в поле управления заголовка. 3. In addition, the transmitter / receiver according to the present invention can be integrated into a peripheral device (for example, a printer). In some cases, a lite version is sufficient, since usually a peripheral device, such as a printer, for example, only receives data. Only a limited amount of information usually goes back to the station that requested the print job. In such cases, it may be sufficient only to transmit a header that is physically stable and some information in the header control field.
4. Схему в соответствии с изобретением можно выполнить также в виде микрокода, который выполняет процессор цифрового сигнала или другая машина, имеющая аппаратные средства специального назначения. 4. The circuit in accordance with the invention can also be made in the form of microcode that runs a digital signal processor or other machine having special-purpose hardware.
Claims (38)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98115292A RU2153227C2 (en) | 1996-01-03 | 1996-01-03 | Method and device for reliable multimode wireless optical communication |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98115292A RU2153227C2 (en) | 1996-01-03 | 1996-01-03 | Method and device for reliable multimode wireless optical communication |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU98115292A RU98115292A (en) | 2000-06-10 |
RU2153227C2 true RU2153227C2 (en) | 2000-07-20 |
Family
ID=20209478
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98115292A RU2153227C2 (en) | 1996-01-03 | 1996-01-03 | Method and device for reliable multimode wireless optical communication |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2153227C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2463723C2 (en) * | 2007-12-17 | 2012-10-10 | Электроникс Энд Телекоммьюникейшнз Рисерч Инститьют | Signal transmission method |
RU2472289C1 (en) * | 2010-07-05 | 2013-01-10 | Нек Корпорейшн | Optical transmission device and optical transmission method |
-
1996
- 1996-01-03 RU RU98115292A patent/RU2153227C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2463723C2 (en) * | 2007-12-17 | 2012-10-10 | Электроникс Энд Телекоммьюникейшнз Рисерч Инститьют | Signal transmission method |
US8542624B2 (en) | 2007-12-17 | 2013-09-24 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Method of transmitting signal |
RU2472289C1 (en) * | 2010-07-05 | 2013-01-10 | Нек Корпорейшн | Optical transmission device and optical transmission method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0872049B1 (en) | Robust method and apparatus enabling multi-mode wireless optical communication | |
Schmid et al. | LED-to-LED visible light communication networks | |
US6970448B1 (en) | Wireless TDMA system and method for network communications | |
EP0196347B1 (en) | Infrared communication system | |
US5649296A (en) | Full duplex modulated backscatter system | |
EP0750200B1 (en) | Dual mode modulated backscatter system | |
EP0748542B1 (en) | Method and apparatus for optical wireless communication | |
US5684871A (en) | Method and apparatus for multi-mode infrared data transmission | |
JP2001523913A (en) | Method of improved wireless optical communication and frame for wireless optical communication system | |
Guo et al. | Efficient ambient LoRa backscatter with on-off keying modulation | |
US4885743A (en) | Method and apparatus for detecting the collision of data packets | |
Costanzo et al. | Adaptive modulation control for visible light communication systems | |
Moreira et al. | Modulation methods for wireless infrared transmission systems: performance under ambient light noise and interference | |
JP3529263B2 (en) | Optical transmission / reception circuit for space transmission and space transmission device | |
JP3537045B2 (en) | Apparatus and method for determining digital signal quality | |
RU2153227C2 (en) | Method and device for reliable multimode wireless optical communication | |
US5592623A (en) | System for a distributed wireless star network with terminal devices and a concentrator including start bits and ORing logic for resolving transmission contention | |
KR100305494B1 (en) | Robust method and apparatus enabling multi-mode wireless optical communication | |
US20040062553A1 (en) | Bidirectional optical link | |
Ageev et al. | Vulcan: A low-cost, low-power embedded visible light communication and networking platform | |
JP2780696B2 (en) | Carrier detection device | |
JPH1022922A (en) | Optical spatial transmission method and device therefor | |
KR102587189B1 (en) | Pulse matched filter-based packet detection apparatus and method | |
US20220216917A1 (en) | Light communication method and process for the self-adaptive reception of a light communication signal | |
JPH09261180A (en) | Space transmission communication device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120104 |