專(zhuān)利名稱(chēng)：在無(wú)線多中繼段網(wǎng)絡(luò)中提供增大的數(shù)據(jù)通過(guò)量的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及增加無(wú)線多中繼段(multi-hop)鏈路的端點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通過(guò)量。
背景技術(shù)：
使用無(wú)線裝置來(lái)傳輸數(shù)據(jù)正變得日益普遍。源和目的地兩個(gè)無(wú)線裝置可以互相直接通信。例如，一個(gè)蜂窩電話與一個(gè)蜂窩基站通信，從而提供對(duì)公眾電話交換網(wǎng)的語(yǔ)音連接。另一示例是一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)，其中無(wú)線客戶裝置(client device)與一個(gè)接入點(diǎn)進(jìn)行通信。
數(shù)據(jù)傳輸可以從源到目的地是單向的，或者可以是雙向的，其中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也從目的地傳送到源。在源和目的地之間的數(shù)據(jù)通過(guò)量的最大速率(此后簡(jiǎn)單稱(chēng)之為通過(guò)量)是一個(gè)重要參數(shù)，其表征源和目的地之間的數(shù)據(jù)信道的性能。盡可能地增加通過(guò)量是理想的。
在某些情況下，對(duì)于源和目的地?zé)o線裝置，理想的是通過(guò)中間無(wú)線裝置來(lái)路由或者中繼它們的數(shù)據(jù)傳輸。這些中間裝置通常被稱(chēng)為路由器、轉(zhuǎn)發(fā)器或者中繼器。當(dāng)源和目的地不在彼此傳輸范圍內(nèi)時(shí)可能需要這些中間裝置。其它無(wú)線裝置也可用來(lái)中繼數(shù)據(jù)，形成從源到目的地的一條鏈路條(chain)，鏈路條中的每一鏈路是一個(gè)無(wú)線裝置，它處在始發(fā)裝置的傳輸范圍中。鏈路條中的無(wú)線裝置數(shù)目可以小至一個(gè)，或者可以大至所需要的數(shù)目。圖1示出了一個(gè)標(biāo)記為S 100的源，它經(jīng)由標(biāo)記為I1 110、I2 120、I3 130、I4 140、I5 150和I6 160的中間無(wú)線路由器與一個(gè)標(biāo)記為D 170的目的地通信。各路由器之間的雙向箭頭表明已經(jīng)在那些路由器之間形成了一條鏈路。例如，節(jié)點(diǎn)I1 110可以與節(jié)點(diǎn)I2 120直接通信，且反之亦然。然而，為了達(dá)到I4 140，節(jié)點(diǎn)I1必須通過(guò)節(jié)點(diǎn)I2 120和I3 130通信。
半雙工收發(fā)信機(jī)是可以發(fā)射或接收但是不能在同一時(shí)刻發(fā)射與接收的無(wú)線裝置。具有IEEE 802.11接口的個(gè)人計(jì)算機(jī)提供了一個(gè)半雙工收發(fā)信機(jī)的示例。無(wú)線裝置也可以由每一節(jié)點(diǎn)處的一個(gè)單獨(dú)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成。如果發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以同時(shí)發(fā)射并接收來(lái)自另一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，則該無(wú)線裝置被稱(chēng)作全雙工收發(fā)信機(jī)。全雙工收發(fā)信機(jī)的一個(gè)示例是IS-95 CDMA蜂窩電話。圖2說(shuō)明了半雙工和全雙工收發(fā)信機(jī)之間的差別。如圖所示，全雙工收發(fā)信機(jī)可以同時(shí)發(fā)射并接收，而半雙工收發(fā)信機(jī)只能接收或發(fā)射。然而，半雙工收發(fā)信機(jī)通常比較便宜，并且更易于得到。因此，許多裝置使用半雙工收發(fā)信機(jī)。經(jīng)常在每一裝置中包括兩個(gè)半雙工收發(fā)信機(jī)，以便一個(gè)半雙工收發(fā)信機(jī)可以發(fā)射數(shù)據(jù)而另一個(gè)可以接收數(shù)據(jù)。
正如MANET、DARPA SURAN等等所描述的，在無(wú)線ad hoc網(wǎng)絡(luò)中使用了一種現(xiàn)有技術(shù)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線裝置的鏈路條或網(wǎng)格(mesh)。兩個(gè)無(wú)線裝置通過(guò)平衡對(duì)等無(wú)線裝置來(lái)彼此通信，從而路由或中繼數(shù)據(jù)。所設(shè)想的應(yīng)用為諸如包含戰(zhàn)場(chǎng)(軍隊(duì))通信和移動(dòng)(民間)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)。
形成無(wú)線裝置鏈路條的另一現(xiàn)有技術(shù)方法是收發(fā)信機(jī)和全雙工轉(zhuǎn)發(fā)器，它們構(gòu)成Metricom網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施[美國(guó)專(zhuān)利5,479,400]。轉(zhuǎn)發(fā)器位于路燈桿頂，其將信息從客戶機(jī)用戶的調(diào)制解調(diào)器中繼到有線接入點(diǎn)，反之亦然。
無(wú)線裝置必須裝備有天線以便接收和傳送數(shù)據(jù)。全向天線在水平面上的所有方向以同等強(qiáng)度發(fā)射或接收信號(hào)。如果天線不是全向的，則認(rèn)為它們是定向天線，并且這些天線具有在水平面上非圓形對(duì)稱(chēng)的輻射模式。
在圖3中說(shuō)明了一種假設(shè)的定向天線的方向性，該定向天線被連接到水平面上的一個(gè)源S。如圖所示，源S 300只可與目的地D2 320通信，而不能與D1 310、D3 330、D4 340、D5 350以及D6 360中的任何一個(gè)通信，因?yàn)樵撎炀€不在那些方向上發(fā)射或接收。Radiant Plc.所使用的一種現(xiàn)有技術(shù)方法在構(gòu)成一個(gè)鏈路條的各無(wú)線裝置中的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)上都應(yīng)用方向性鏈路[www.radiantnetworks.com]。
由于方向性鏈路在時(shí)間的任意給定瞬時(shí)只允許某一個(gè)固定方向的通信，所以它們對(duì)于許多形式的陸上通信過(guò)分約束。對(duì)于諸如上面提到的MANET和DARPA SURAN的這類(lèi)現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用，由于方向性鏈路將妨礙在隨機(jī)方向上形成無(wú)線裝置之間的ad hoc網(wǎng)狀網(wǎng)，所以它們是不可使用的(與全向鏈路相反)。在這些應(yīng)用中，可能原先不具有一個(gè)給定的無(wú)線裝置和另一無(wú)線裝置之間方向的知識(shí)。因此，用方向性鏈路瞄準(zhǔn)天線出現(xiàn)一個(gè)難題，尤其是當(dāng)使用一連串無(wú)線裝置建立通信時(shí)更是如此，可以基于無(wú)線裝置網(wǎng)絡(luò)中的變化來(lái)重新配置這一連串的無(wú)線裝置，所述變化包括引入其中一個(gè)裝置或者其中一個(gè)裝置出現(xiàn)故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種增加多中繼段無(wú)線鏈路的數(shù)據(jù)通過(guò)量的方法。描述了一種在多中繼段無(wú)線通信系統(tǒng)中使用分布式協(xié)議進(jìn)行信道分配的方法。這些協(xié)議導(dǎo)致這樣的信道分配即，增加了網(wǎng)絡(luò)容量利用率并且使該系統(tǒng)對(duì)本地干擾和人為干擾是強(qiáng)健的。


通過(guò)示例而非限制性的方式說(shuō)明了本發(fā)明，在附圖中，同樣參考編號(hào)是指同樣的元件。其中圖1是使用ad hoc無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有技術(shù)通信系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖。
圖2是說(shuō)明半雙工和全雙工收發(fā)信機(jī)之間區(qū)別的示意圖。
圖3是使用定向天線的現(xiàn)有技術(shù)通信系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖。
圖4說(shuō)明了無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)的一個(gè)實(shí)施例。
圖5說(shuō)明了由多個(gè)節(jié)點(diǎn)處的一組半雙工收發(fā)信機(jī)形成的一連串無(wú)線鏈路的一個(gè)實(shí)施例。
圖6是分配到多中繼段網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的各個(gè)鏈路的信道實(shí)施例系統(tǒng)示意圖。
圖7是分配到圖2所示多中繼段鏈路條中的鏈路的信道實(shí)施例系統(tǒng)示意圖。
圖8是分配到多中繼段網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的各個(gè)鏈路的信道實(shí)施例系統(tǒng)示意圖。
圖9是用于將信道分配到多中繼段網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中各個(gè)鏈路的協(xié)議實(shí)施例的流程圖。
圖10說(shuō)明了節(jié)點(diǎn)的一個(gè)實(shí)施例。
圖11是使用下行鏈路信道發(fā)現(xiàn)協(xié)議進(jìn)行信道分配的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖12說(shuō)明了一個(gè)預(yù)定分組的格式的實(shí)施例。
圖13是信道分配的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖。
圖14是信道分配的另一實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖。
圖15是說(shuō)明對(duì)干擾的響應(yīng)的系統(tǒng)示意圖。
圖16是一系統(tǒng)示意圖，說(shuō)明對(duì)附加到該系統(tǒng)中的一個(gè)新節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)。
圖17是信道分配的另一實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖。
最佳實(shí)施方式描述了一種在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中對(duì)節(jié)點(diǎn)的信道分配方案。該方法包括對(duì)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，分配第一信道給上行鏈路，并且對(duì)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，分配第二信道用于下行鏈路。該方法還保持第一信道和第二二信道不同于該節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的上行鏈路信道。通過(guò)保持彼此互不干擾的多個(gè)信道，節(jié)點(diǎn)之間的干擾被最小化。所示應(yīng)用集中注意力在增加無(wú)線鏈路的通過(guò)量上。此外，它處理了新節(jié)點(diǎn)加入系統(tǒng)以及外部節(jié)點(diǎn)引起系統(tǒng)內(nèi)干擾的問(wèn)題。通過(guò)提供在每一節(jié)點(diǎn)處執(zhí)行的一個(gè)分布式協(xié)議，中央服務(wù)器即不需要控制每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信道分配。因此，本系統(tǒng)可用于大型網(wǎng)絡(luò)，并且規(guī)模從小網(wǎng)絡(luò)到大網(wǎng)絡(luò)均無(wú)任何問(wèn)題。
一條無(wú)線鏈路條的通過(guò)量至少受如下限制1.構(gòu)成該鏈路條的每個(gè)單獨(dú)無(wú)線鏈路的通過(guò)量；2.每一中間無(wú)線裝置將它接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆撴溌窏l下一無(wú)線裝置上(即轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù))的速度；和3.對(duì)于具有全向發(fā)射機(jī)的無(wú)線裝置而言，在鏈路條中一對(duì)無(wú)線裝置之間進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳送與另一對(duì)無(wú)線裝置之間進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳送的干擾(我們將稱(chēng)之為無(wú)線鏈路鏈路條的自干擾，或者簡(jiǎn)單地稱(chēng)為自干擾)。
自干擾引起一個(gè)特別重要的問(wèn)題。這種干擾阻礙了鏈路條中的通信帶寬達(dá)到單一鏈路的速率。
圖5說(shuō)明了由一組位于每一節(jié)點(diǎn)S 510，I1...I6，D 530處的半雙工收發(fā)信機(jī)形成的一條無(wú)線鏈路串。圖5中畫(huà)出了兩個(gè)框來(lái)表示節(jié)點(diǎn)I2 520B和I3 520C的傳輸范圍，它們具有全向發(fā)射機(jī)。該連接簡(jiǎn)要而言，通過(guò)箭頭連接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)處于彼此傳輸范圍內(nèi)，而反之未通過(guò)箭頭連接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)則不處于傳輸范圍內(nèi)。在S 510與D 530通信的過(guò)程中，每一中間節(jié)點(diǎn)將不得不將數(shù)據(jù)從S 510中繼到D 530，并且對(duì)于從D 530到S 510的通信也是同樣。如果I2 520B正在發(fā)射，那么I1 520A與I3的520C的收發(fā)信機(jī)將處于接收范圍之內(nèi)。同樣地，如果I3 520C發(fā)射，那么它的發(fā)射可以被I2 520B和I4 520D接收到。
當(dāng)I1 520A正在向I2 520B發(fā)射時(shí)以及I2 520B正在向I3 520C發(fā)射時(shí)，就產(chǎn)生一種形式的自干擾。從I2 520B進(jìn)行的發(fā)射干擾了在I2 520B接收來(lái)自I1 520A的發(fā)射。諸如802.11b之類(lèi)的MAC/PHY分層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)執(zhí)行載波偵聽(tīng)來(lái)減輕這種形式的自干擾，從而使得節(jié)點(diǎn)I2 520B只是在信道空閑時(shí)(即它的相鄰節(jié)點(diǎn)I1 520A和I3 520C兩者都不發(fā)射時(shí))發(fā)射。這實(shí)際上將鏈路條中任何節(jié)點(diǎn)獲得的有效通過(guò)量減少到鏈路容量的一半。解決此問(wèn)題的一種方法是在每一節(jié)點(diǎn)處設(shè)兩個(gè)收發(fā)信機(jī)，每一收發(fā)信機(jī)操作在不同的信道或擴(kuò)展碼上。通過(guò)使用兩個(gè)收發(fā)信機(jī)，每一節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)發(fā)射和接收數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)兩個(gè)收發(fā)信機(jī)使用不同的信道或擴(kuò)展碼，收發(fā)信機(jī)之間的自干擾就被減弱或消除。
當(dāng)I1 520A正在向I2 520B發(fā)射而I3 520C正在向I4 520D發(fā)射時(shí)，就產(chǎn)生另一種形式的自干擾。I3 520C的發(fā)射也傳播到I2 520B，并且干擾從I1 520A到I2 520B的發(fā)射。
同樣地，如果I3 520C試圖向I2 520B發(fā)射而I1 520A試圖向I2 520B發(fā)射，則兩個(gè)發(fā)射將干擾并從而被中斷。通過(guò)執(zhí)行一種RTS/CTS機(jī)制，則這種形式的自干擾可在諸如IEEE 802.11b之類(lèi)的MAC/PHY分層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中得到處理當(dāng)I1 520A有數(shù)據(jù)要發(fā)送給I2 520B時(shí)，它發(fā)布一個(gè)RTS(請(qǐng)求發(fā)送)控制分組給I2 520B，I2 520B將信道保留一段時(shí)間。如果I2 520B可接收數(shù)據(jù)，則它用一個(gè)CTS(清除發(fā)送)控制分組來(lái)響應(yīng)I1520A，該控制分組使得I1 520A可以在所請(qǐng)求的時(shí)間間隔期間向I2 520B傳送數(shù)據(jù)。在I1 520A和I2 520B進(jìn)行傳送期間，除了I1 520A與I2 520B之外的任何節(jié)點(diǎn)均偶爾聽(tīng)到(overhear)RTS或CTS，或者兩者都必須保持靜音。在圖5的示例中，當(dāng)I1 520A正在向I2 520B發(fā)射的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)S 510(它偶爾聽(tīng)到RTS)和節(jié)點(diǎn)I3 520C(它偶爾聽(tīng)到CTS)必須保持靜音。換言之，在如圖5所示的節(jié)點(diǎn)串中，每三個(gè)節(jié)點(diǎn)中只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以在一個(gè)給定時(shí)刻發(fā)射。這實(shí)際上將通過(guò)量局限到單個(gè)鏈路容量的三分之一。這被稱(chēng)為“1/3問(wèn)題”?？梢钥闯鐾ㄟ^(guò)量的這種下降是在多個(gè)無(wú)線鏈路上轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)狀網(wǎng)的特性。
作為這種情形在實(shí)踐中的一個(gè)示例，考慮尚未得到許可的(unlicensed)2.4GHz ISM頻帶，該頻帶被分成每個(gè)為22 MHz的三個(gè)非重疊信道。雖然在一個(gè)特定環(huán)境中獲得的實(shí)際通過(guò)量可能低得多，但是諸如Prism II(www.Intersil.com)之類(lèi)的半雙工無(wú)線芯片組能夠勝任高達(dá)11 Mbps的原始數(shù)據(jù)速率。不過(guò)為了說(shuō)明，讓我們假定鏈路就是工作在11 Mbps。如果這些無(wú)線裝置(S、I1、I2、I3、I4、I5、I6、D)的網(wǎng)狀網(wǎng)如圖4所示進(jìn)行配置，則由于1/3問(wèn)題，在網(wǎng)格(mesh)中被兩個(gè)以上數(shù)目的中繼段分開(kāi)的任何兩節(jié)點(diǎn)之間獲得的實(shí)際通過(guò)量不會(huì)好于1/3*(Mbps)＝3.67 Mbps。
為了將這種形式的自干擾影響減到最少，可以讓每個(gè)鏈路獨(dú)立地工作而不被發(fā)生在其它相鄰鏈路上的發(fā)射所干擾。每一中繼節(jié)點(diǎn)可以裝備有兩個(gè)(半雙工)無(wú)線收發(fā)信機(jī)，一個(gè)用于“上行鏈路”，一個(gè)用于“下行鏈路”。每個(gè)半雙工收發(fā)信機(jī)都能夠接收并發(fā)射——雖然二者不能同時(shí)進(jìn)行。
這種設(shè)置中的其中一個(gè)半雙工收發(fā)信機(jī)的發(fā)射，對(duì)于另一個(gè)半雙工收發(fā)信機(jī)對(duì)來(lái)自更遠(yuǎn)距離的無(wú)線裝置的另一發(fā)射的接收而言，可能會(huì)造成干擾。這在本領(lǐng)域中被稱(chēng)為“遠(yuǎn)近問(wèn)題(Near-Far Problem)”。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)使兩個(gè)半雙工收發(fā)信機(jī)工作于不同的信道上或者在一個(gè)擴(kuò)頻系統(tǒng)中用不同的擴(kuò)展碼進(jìn)行操作來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。由于在收發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)中的缺點(diǎn)，可能有信號(hào)泄漏到有效頻帶之外(寬旁瓣(broadside-lobe))。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，用濾波器電路來(lái)消除或抑制不想要的旁瓣。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步使與不同的半雙工收發(fā)信機(jī)相關(guān)的發(fā)射元件(天線)實(shí)現(xiàn)物理分離，從而減輕遠(yuǎn)近問(wèn)題。
本發(fā)明結(jié)合了將相鄰鏈路之間的干擾減到最少以及解決“1/3問(wèn)題”的技術(shù)，從而允許多中繼段鏈路上的通過(guò)量達(dá)到單一鏈路的容量而在容量利用率方面得到三倍的增量。
在一個(gè)實(shí)施例中，相鄰鏈路上的收發(fā)信機(jī)工作于不同“信道”上。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，信道是頻率信道。術(shù)語(yǔ)“信道”在廣義上被理解為是指按照這樣一種方式將數(shù)據(jù)格式化的方法使該數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)的傳輸相區(qū)別。例如，一個(gè)蜂窩電話傳輸可以與一個(gè)電視廣播有效區(qū)分開(kāi)，因?yàn)樗鼈儼l(fā)生在不同的頻率“信道”上。另一方面，在水平偏振光波上的一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸可以與垂直偏振光波上的一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸區(qū)分開(kāi)。因此，可以通過(guò)極化區(qū)分“信道”。在ISM頻帶示例中，一條信道可以是可用于直接序列擴(kuò)頻傳輸?shù)氖粋€(gè)頻帶中的一個(gè)頻帶?？商娲?，在一個(gè)擴(kuò)頻CDMA系統(tǒng)中，每個(gè)信道可以有一個(gè)不同的擴(kuò)展碼；或者每個(gè)信道可以對(duì)應(yīng)于以信息比特調(diào)制的發(fā)射波形的一個(gè)不同極化。在一個(gè)實(shí)施例中，在只有一個(gè)無(wú)線接口(收發(fā)信機(jī))的節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行這個(gè)信道分配方案，該無(wú)線接口在上行鏈路和下行鏈路信道之間按順序切換(根據(jù)傳輸?shù)哪康牡?——這樣就解決了1/3問(wèn)題，但是由于無(wú)線裝置的半雙工性質(zhì)，所以通過(guò)量只有鏈路容量的一半。在另一實(shí)施例中，在具有兩個(gè)無(wú)線接口(收發(fā)信機(jī))的節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行這個(gè)信道分配方案，其中一個(gè)無(wú)線接口工作于“上行鏈路”信道上，另一個(gè)工作于“下行鏈路”信道上。在這個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)量達(dá)到全鏈路容量。
這種解決方案說(shuō)明于圖6，其中中繼I1 620A、I2 620B和I3 620C各自擁有兩個(gè)半雙工收發(fā)信機(jī)；S 610在“信道”2上與I1 620A通信；I1 620A在“信道”3上與I2 620B通信；而I2 620B在“信道”1上與I3 620C通信；并且對(duì)于該鏈路條是其后的每一鏈路重復(fù)此信道分配。
作為另外一個(gè)示例，在圖7中說(shuō)明了一個(gè)ad hoc無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)的信道分配。所示每個(gè)鏈路工作于“信道”1、2或者3上。如果在三個(gè)“信道”之一上的傳輸沒(méi)有干擾任何其他信道上的傳輸(沒(méi)有”交叉信道干擾”)，則這類(lèi)信道分配消除了干擾。只要有至少3個(gè)“信道”并且只要每一節(jié)點(diǎn)能夠在這些信道中的多個(gè)信道上發(fā)射和接收，那么就可以執(zhí)行這種方案。
如果存在交叉信道干擾，則上面所建議的方案可以降低自干擾，但并未將其消除。例如在下列情況下，不同信道上的傳輸可能會(huì)彼此干擾1.信道在頻率間隔中重疊；或者2.如果從一個(gè)頻率信道到附近信道的數(shù)據(jù)信號(hào)泄漏大到足以引起不可忽略的干擾。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)將信道的頻率間隔分開(kāi)得足夠遠(yuǎn)來(lái)減少每個(gè)信道對(duì)其他信道造成的干擾。甚至即使信道的頻率間隔被分開(kāi)，由于收發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)中的缺點(diǎn)仍然可能有信道間串音，使得RF信號(hào)泄漏到預(yù)定頻帶之外。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)使用濾波器電路來(lái)緩和該問(wèn)題。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于裝置可能工作在其上的每個(gè)信道都有一個(gè)相應(yīng)的濾波器電路。當(dāng)一個(gè)特定信道被選擇時(shí)，合適的濾波器電路被切換到該系統(tǒng)中。對(duì)于另外一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)收發(fā)信機(jī)與單個(gè)濾波器相關(guān)。濾波器可以被調(diào)諧以應(yīng)用于選定的頻率，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波從而只發(fā)射和/或接收適當(dāng)?shù)男盘?hào)。
在一個(gè)實(shí)施例中，與一般在碼分多路復(fù)用中所看到的一樣，收發(fā)信機(jī)被擴(kuò)頻調(diào)制，并且相鄰鏈路操作在正交擴(kuò)展碼上。這允許即使在同一信道上也能無(wú)干擾地接收。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)在每個(gè)鏈路的終端使用定向、扇區(qū)化或者智能天線從物理上隔離相鄰鏈路，從而可以將信道間干擾減到最少。在圖6中描述的信道分配解決了如上所述的“1/3問(wèn)題”。
如圖8中說(shuō)明的，本發(fā)明還結(jié)合了在多中繼段網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中將信道分配到個(gè)體鏈路的一個(gè)協(xié)議?，F(xiàn)在有這樣的路由協(xié)議它們?nèi)菰S無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)獲悉對(duì)該網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)特別節(jié)點(diǎn)(″服務(wù)器”)的中繼段數(shù)。在2000年12月29日申請(qǐng)的標(biāo)題為“Method And System ToProvide A Routing Protocol For Wireless Devices”(為無(wú)線裝置提供路由協(xié)議的方法和系統(tǒng))、美國(guó)申請(qǐng)?zhí)朜o.09/751,262中公開(kāi)了這種路由協(xié)議的一個(gè)示例。
關(guān)于從任何客戶機(jī)到服務(wù)器的中繼段數(shù)目的信息在本發(fā)明的應(yīng)用中被用于確定信道分配。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)被初始化時(shí)，路由協(xié)議運(yùn)行于一個(gè)公共信道上并且建立節(jié)點(diǎn)間的路由。在一個(gè)實(shí)施例中，路由協(xié)議運(yùn)行在其上的公共信道是單獨(dú)的一個(gè)頻帶。在另一實(shí)施例中，公共信道是一個(gè)唯一擴(kuò)展碼。在一個(gè)實(shí)施例中，公共信道是一個(gè)唯一空間特征標(biāo)記(signature)或者輻射模式。在一個(gè)實(shí)施例中，公共信道是所發(fā)射的無(wú)線數(shù)據(jù)的一個(gè)唯一極化。在另一實(shí)施例中，路由協(xié)議操作在所有可用頻帶、碼和/或空間模型(spatial pattern)上?？梢允褂脤⒐残诺缽臉?biāo)準(zhǔn)通信信道中區(qū)分開(kāi)來(lái)的替換方式。
由于所述系統(tǒng)被假設(shè)具有最小值為三個(gè)可用的無(wú)干擾信道，所以下文中為了簡(jiǎn)潔，將這些信道稱(chēng)為信道1、2和3。
如果通過(guò)路由協(xié)議的操作，一個(gè)節(jié)點(diǎn)確定其距服務(wù)器有N個(gè)中繼段，則它將無(wú)線接口A設(shè)置到信道N(mod 3)+1并將無(wú)線接口B設(shè)置到(N+1)(mod 3)+1。按照早先討論的方案，這確保了不同的鏈路使用相異信道。圖9是節(jié)點(diǎn)根據(jù)上述方案設(shè)置其信道的示范流程圖。在方框910處，從一個(gè)上行節(jié)點(diǎn)中收到一個(gè)路由分組。在方框920處，節(jié)點(diǎn)確定該路由分組是否來(lái)自其默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。選擇默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的流程的一個(gè)實(shí)施例描述于共同待決的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.09/751,262中。如果路由分組不是來(lái)自本節(jié)點(diǎn)的上行節(jié)點(diǎn)，則流程繼續(xù)進(jìn)行到達(dá)方框930，并且該路由分組被拋棄而流程結(jié)束。如果在方框920處，節(jié)點(diǎn)確定該路由分組來(lái)自該節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，則流程繼續(xù)進(jìn)行到達(dá)方框940。
在方框940處，通過(guò)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)確定到達(dá)服務(wù)器的中繼段數(shù)。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，這個(gè)數(shù)據(jù)被攜帶于該路由分組內(nèi)。對(duì)于另外一個(gè)實(shí)施例，另外一個(gè)分組可以攜帶此信息。中繼段數(shù)被規(guī)定為N。
在方框950處，第一接口的信道被設(shè)置為(N(mod X)+1)，其中N是到服務(wù)器的中繼段數(shù)，而X是可用信道的數(shù)目，可用信道數(shù)目至少為三。通過(guò)使用最小值三個(gè)信道，避免了上行和下行的干擾。這點(diǎn)將在下面更詳細(xì)地討論?？墒牵绻齻€(gè)以上的信道可用，則系統(tǒng)可以利用任意數(shù)目的信道。
在方框960處，第二接口的信道被設(shè)置為((N+1)(mod X)+1)。這樣可確保這兩個(gè)接口具有不同信道。然后本流程在方框970結(jié)束。
使用圖9的流程，在一個(gè)三信道系統(tǒng)中，圖8的節(jié)點(diǎn)I1 820A距服務(wù)器S 810有一個(gè)中繼段，它將其上行鏈路接口設(shè)置到信道(1 mod 3)+1＝2而將其下行鏈路接口設(shè)置到信道(1+1 mod 3)+1＝3。同樣，圖8中的節(jié)點(diǎn)I2距服務(wù)器S 810有兩個(gè)中繼段，它將使其上行鏈路接口設(shè)置到信道(2 mod 3)+1＝3而將其下行鏈路接口設(shè)置到信道(2+1 mod 3)+1＝1。這些分配是以上文概述的信道分配為根據(jù)的。因此，與通過(guò)中央授權(quán)或者通過(guò)手動(dòng)干預(yù)的強(qiáng)迫手段相反，本發(fā)明的系統(tǒng)通過(guò)節(jié)點(diǎn)本身自動(dòng)的獨(dú)自判斷而向無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)提供一種分布式的并且協(xié)調(diào)的信道分配。此外，節(jié)點(diǎn)基于路由分組中攜帶的信息來(lái)作出其判斷。這允許網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫擴(kuò)展而不必附加用于信道分配的開(kāi)銷(xiāo)。
除了在上面討論的自干擾問(wèn)題，還有其他干擾問(wèn)題，它們是由工作于該頻帶中的其它裝置或者由故意或無(wú)意的人為干擾所引起的。這樣的干擾通常也降低網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)獲得的通過(guò)量，并且在極端的情況下可能會(huì)致使網(wǎng)絡(luò)不可使用。FCC施加于尚未得到許可的頻帶中的操作的規(guī)則被用于促進(jìn)在同一區(qū)域中多個(gè)經(jīng)營(yíng)者和網(wǎng)絡(luò)的共存。這些限制包括對(duì)任何發(fā)射機(jī)的總輻射功率的限制以及對(duì)天線增益的限制。另外，在尚未得到許可的頻帶中(擴(kuò)頻或OFDM)中指令的調(diào)制方案提供了某種程度的干擾拒絕(interference rejection)性能?？墒菍?shí)際上，這些規(guī)則是緩和而不是解決了在同一區(qū)域中多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的共存問(wèn)題。在一個(gè)給定時(shí)刻正在發(fā)射的一個(gè)外部節(jié)點(diǎn)(不屬于本網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn))可能會(huì)(取決于它的接近度以及輻射功率等等)干擾本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸。該外部節(jié)點(diǎn)實(shí)際上提高了本底噪聲，從而降低了網(wǎng)絡(luò)中接收機(jī)處的信噪比。另外一種可能的干擾是保留在本頻帶內(nèi)的噪聲源。多個(gè)網(wǎng)絡(luò)在同一地理區(qū)域中的共存是一個(gè)重要的實(shí)際問(wèn)題，隨著多個(gè)經(jīng)營(yíng)者當(dāng)前在尚未得到許可的頻帶中所進(jìn)行的廣泛的網(wǎng)絡(luò)配置，該問(wèn)題的重要性很可能會(huì)增加。
尚未得到許可的頻帶具有多個(gè)可供使用的信道(或者頻帶或者擴(kuò)展序列或者跳頻模式)。通過(guò)適當(dāng)?shù)男诺肋x擇，即使存在干擾源時(shí)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者也能夠?qū)崿F(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸。更普遍地，在具有多個(gè)可用信道的任何多中繼段無(wú)線通信系統(tǒng)中，有效的信道化方案可能在更好的頻譜效率(頻率再用)和改良的干擾抑制方面導(dǎo)致顯著增益。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)分布式的和動(dòng)態(tài)的信道分配協(xié)議甚至在本地干擾或人為干擾存在時(shí)也被用來(lái)解決自干擾問(wèn)題(三分之一問(wèn)題)。
基本的假設(shè)是有某些信道的設(shè)置使得在這些信道中任何一個(gè)上的傳輸不干擾(或者極小干擾)在任何其它信道上的同步傳輸——上述這些傳輸在同一地理區(qū)域中進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，有一個(gè)平滑漸變(gradation)，其從互相強(qiáng)烈干擾的信道延伸到彼此幾乎無(wú)影響的信道。這些非干擾信道的數(shù)目可能很大，因此可能有許多方式來(lái)選擇每個(gè)鏈路上的信道分配，而使得在各個(gè)傳輸之間幾乎沒(méi)有干擾。此處的術(shù)語(yǔ)信道是指從一個(gè)最大的無(wú)干擾信道組中選擇的一個(gè)或多個(gè)信道。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，用最少三個(gè)非干擾信道來(lái)確保消除上述的自干擾(三分之一問(wèn)題)。
對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以具有兩個(gè)以上無(wú)線接口。例如，在2.4GHzISM頻帶中，有3個(gè)非重疊并因此無(wú)干擾的信道。如果此頻帶被使用，則一個(gè)裝置可以具有三個(gè)無(wú)線接口，即3個(gè)半雙工無(wú)線收發(fā)信機(jī)，每個(gè)收發(fā)信機(jī)使用三個(gè)可用非干擾信道中相異的一個(gè)信道。通過(guò)在第三信道上使用低功率傳輸，即可避免對(duì)于默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的上行傳輸?shù)母蓴_?？商娲?，在具有3個(gè)以上信道的系統(tǒng)中，可以使用3個(gè)以上的收發(fā)信機(jī)。
如果一組信道分配滿足這樣兩個(gè)條件沒(méi)有節(jié)點(diǎn)被分配相同信道對(duì)于上行鏈路和下行鏈路(條件E1)；以及沒(méi)有節(jié)點(diǎn)被分配一個(gè)下行鏈路信道，而該信道被分配給它的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)用于其上行鏈路(條件E2)，則該組信道分配被稱(chēng)為是“有效的”。
例如，一個(gè)無(wú)效分配可以是這樣一個(gè)分配一個(gè)節(jié)點(diǎn)Z對(duì)于其上行鏈路及其下行鏈路具有相同的信道(信道1)。這種分配違反了關(guān)于有效的第一條件(E1)。這種無(wú)效導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)Z不能同時(shí)發(fā)射和接收，因?yàn)榘l(fā)射和接收彼此干擾。無(wú)效分配的另一示例是節(jié)點(diǎn)Z的下行鏈路信道與它的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)(節(jié)點(diǎn)X)的上行鏈路信道相同，不滿足關(guān)于有效的第二條件(E2)。這種無(wú)效導(dǎo)致當(dāng)節(jié)點(diǎn)Z進(jìn)行下行傳輸而節(jié)點(diǎn)X進(jìn)行上行傳輸時(shí)節(jié)點(diǎn)Z與節(jié)點(diǎn)X引起干擾。因?yàn)橥ǔ鬏敳皇侨较蛐缘模?dāng)節(jié)點(diǎn)Z進(jìn)行下行鏈路傳輸時(shí)，其傳輸也到達(dá)節(jié)點(diǎn)X的上行鏈路而導(dǎo)致干擾。
依據(jù)這種定義，任何有效的信道分配都解決1/3問(wèn)題。作為一個(gè)示例，早先在此專(zhuān)利申請(qǐng)中概述的信道分配方案導(dǎo)致一種有效分配。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于系統(tǒng)存在其它的有效分配，所有這些分配都解決1/3問(wèn)題并且因此在無(wú)干擾條件下是等價(jià)的。可是，在干擾存在時(shí)，這些有效分配中的一個(gè)或多個(gè)分配可能優(yōu)于其他分配。下文的目的是示范一個(gè)導(dǎo)致有效信道分配的協(xié)議，該有效信道分配在干擾存在時(shí)提供最大干擾拒絕。
以上建議的信道分配方案在其實(shí)施中具有某些自由度。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，該方案利用三個(gè)信道，實(shí)際上任意數(shù)目的信道都是可用的。此外，對(duì)于選擇三個(gè)信道供使用的這種設(shè)置，在早先建議的系統(tǒng)中實(shí)際上有6種分配信道的方法，而這6種分配通過(guò)三個(gè)選定信道的排列而不同。雖然這6種分配在無(wú)干擾源存在時(shí)在性能方面是等價(jià)的，但當(dāng)存在的干擾可能是物理上處于本地并正在特定信道上發(fā)射時(shí)，6種分配的其中一種可能實(shí)際上優(yōu)于其他分配。因此，理想的應(yīng)該是按照能額外提供最大干擾抑制而導(dǎo)致最佳共存這樣一種方式來(lái)分配信道。
上述分布式的協(xié)議導(dǎo)致一種有效信道分配，其解決1/3問(wèn)題同時(shí)提供優(yōu)良的干擾拒絕。對(duì)于存在干擾時(shí)在一個(gè)多中繼段無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的有效信道分配問(wèn)題來(lái)說(shuō)，有兩個(gè)要素(1)出自每一節(jié)點(diǎn)的上行鏈路和下行鏈路的“最佳”信道的識(shí)別，和(2)對(duì)上行鏈路和下行鏈路的這些信道的分配。
圖10說(shuō)明了節(jié)點(diǎn)的一個(gè)實(shí)施例。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有一個(gè)軟件代理(″信道管理器″)1010，它定期地在每一可用信道上與附近下行節(jié)點(diǎn)上的相應(yīng)軟件代理通信并且確定哪一信道對(duì)應(yīng)最佳鏈路質(zhì)量。在確定了最佳下行鏈路信道之后，信道管理器1010命令附近下行節(jié)點(diǎn)上的信道管理器切換到那個(gè)信道。
信道管理器1010包括一個(gè)注冊(cè)分組構(gòu)造器(constructor)1015，它構(gòu)造要下行發(fā)送的注冊(cè)分組。信道管理器1010還包括鏈路估計(jì)器1020和分配器1025，它們估計(jì)被測(cè)試的每個(gè)信道，并且分配最佳信道給下行鏈路。信道管理器1010可以由定時(shí)器1030周期性地觸發(fā)。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，信道管理器1010還可以由低效檢測(cè)器1035觸發(fā)。低效檢測(cè)器1035使用來(lái)自存儲(chǔ)器1040的數(shù)據(jù)監(jiān)視有效條件R1和R2。條件E1和E2應(yīng)用于整體分配(通過(guò)所有節(jié)點(diǎn)和鏈路)，而條件R1和R2在始發(fā)下行信道發(fā)現(xiàn)協(xié)議(Downstream Channel Discovery Protocol)的節(jié)點(diǎn)處被本地應(yīng)用。
因此，如果節(jié)點(diǎn)的向上信道、節(jié)點(diǎn)的向下信道或者節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的向上信道之中任何兩個(gè)信道完全相同時(shí)，則低效檢測(cè)器1035即觸發(fā)信道管理器發(fā)出該下行鏈路信道發(fā)現(xiàn)協(xié)議。
進(jìn)一步示出的是收發(fā)信機(jī)1050，其具有所示的兩個(gè)信道，每個(gè)信道具有它自己的濾波器。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，單個(gè)濾波器1065、1075可以被分配給每個(gè)收發(fā)信機(jī)，并且濾波器可以被調(diào)諧來(lái)為選定的適當(dāng)信道條件進(jìn)行濾波。對(duì)于另外一個(gè)實(shí)施例，濾波器1065、1075實(shí)際上可以由多個(gè)單獨(dú)的濾波器組成。濾波器1065、1075可以對(duì)應(yīng)被使用的每一信道而在適當(dāng)?shù)臑V波器電路中進(jìn)行切換。
節(jié)點(diǎn)還可以包括與每個(gè)收發(fā)信機(jī)相關(guān)的定向天線1080、1085。雖然兩個(gè)定向天線1080、1085被說(shuō)明為彼此緊鄰，但是對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，上述天線被分開(kāi)一個(gè)最大距離以便限制干擾。
一個(gè)給定節(jié)點(diǎn)上的信道管理器1010周期性地或者響應(yīng)于特定事件而發(fā)出一個(gè)下行鏈路信道發(fā)現(xiàn)協(xié)議。
圖11是使用下行鏈路信道發(fā)現(xiàn)協(xié)議的信道分配的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。該流程從方框1110開(kāi)始，此時(shí)在給定節(jié)點(diǎn)上的信道管理器在公共信道(用于發(fā)送路由信息以及其它控制信息的信道)上發(fā)送一個(gè)廣播信息，表明它正在計(jì)劃測(cè)試其下行鏈路。距該給定節(jié)點(diǎn)一個(gè)下行中繼段的所有節(jié)點(diǎn)(即該給定節(jié)點(diǎn)是其默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的所有節(jié)點(diǎn))用確認(rèn)分組來(lái)響應(yīng)這則消息，該確認(rèn)分組表明它們準(zhǔn)備參與該鏈路測(cè)試。距該給定節(jié)點(diǎn)不是一個(gè)下行中繼段的所有節(jié)點(diǎn)則忽略該廣播。
在方框1115，該給定節(jié)點(diǎn)或者說(shuō)始發(fā)節(jié)點(diǎn)確定可以被用作其下行鏈路的所有信道。列出的每個(gè)信道都出自于最大的非干擾信道組，其中該非干擾信道未被用于該始發(fā)節(jié)點(diǎn)的上行鏈路(條件R1)，也未被用于該始發(fā)節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的上行鏈路(條件R2)。
在方框1120，構(gòu)成并發(fā)送預(yù)定分組。預(yù)定分組還可以包含有關(guān)信道正被用于給定節(jié)點(diǎn)的上行鏈路的信息。預(yù)定分組表明鏈路將在其上受到測(cè)試的信道的序列以及將執(zhí)行測(cè)試的時(shí)刻。不需要所有節(jié)點(diǎn)上的時(shí)鐘都同步。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，廣播中的定時(shí)信息是距當(dāng)前時(shí)間(currenttime)的一個(gè)相對(duì)偏移，如果時(shí)鐘不同步，則在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的該相對(duì)偏移可以是不同的。
可以被用于此操作的一個(gè)預(yù)定分組的示例如圖12所示。圖12的預(yù)定分組可以被用于如圖15所示的網(wǎng)絡(luò)中。節(jié)點(diǎn)Z可以發(fā)送一個(gè)預(yù)定(Reservation)，向它的下行相鄰節(jié)點(diǎn)表明它將在5秒內(nèi)切換到信道11，繼續(xù)保留在該信道5秒，然后切換到信道7，繼續(xù)保留在那個(gè)信道5秒，最后切換到信道5并在此繼續(xù)保留5秒。預(yù)定分組還指示在Z的上行鏈路上正使用的信道是信道1。注意這些時(shí)間只是示范性的，可以使用其他定時(shí)。
在方框1125處，始發(fā)節(jié)點(diǎn)監(jiān)控對(duì)預(yù)定分組作出響應(yīng)而發(fā)送的確認(rèn)。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，該預(yù)定分組被接收此分組的一個(gè)下行中繼段處的所有節(jié)點(diǎn)所確認(rèn)，同時(shí)被接收它的所有其他節(jié)點(diǎn)忽略。
在方框1130處，始發(fā)節(jié)點(diǎn)監(jiān)視在選定信道上被其下行節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分組。在預(yù)定分組中規(guī)定的每一時(shí)刻(或者時(shí)間偏移)，該給定節(jié)點(diǎn)以及已經(jīng)同意參與鏈路測(cè)試的一個(gè)下行中繼段處的所有節(jié)點(diǎn)將專(zhuān)用于此鏈路的接口切換到保留給該預(yù)定分組中這一時(shí)隙的信道。在切換到該規(guī)定信道之后，每一下行節(jié)點(diǎn)等待一個(gè)隨機(jī)的小時(shí)間間隔，然后發(fā)送一個(gè)預(yù)先確定的固定數(shù)目的分組給始發(fā)節(jié)點(diǎn)的信道管理器。
在方框1135，始發(fā)節(jié)點(diǎn)估計(jì)由分組示出的鏈路質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)鏈路上的分組差錯(cuò)率估計(jì)鏈路質(zhì)量。始發(fā)節(jié)點(diǎn)的信道管理器計(jì)數(shù)接收到的(未惡化的)分組總數(shù)，并且將它與發(fā)射總數(shù)進(jìn)行比較?？梢酝ㄟ^(guò)將惡化的和未惡化的分組相加來(lái)確定發(fā)射總數(shù)，并且基于對(duì)廣播的最初確認(rèn)的節(jié)點(diǎn)響應(yīng)，還可以計(jì)算根本沒(méi)有從中接收分組的節(jié)點(diǎn)。信道管理器使用此數(shù)據(jù)來(lái)確定該特定信道上的下行鏈路質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)施例中，鏈路質(zhì)量可以基于一個(gè)通過(guò)量品質(zhì)因數(shù)。始發(fā)節(jié)點(diǎn)的信道管理器測(cè)量為了發(fā)自下行相鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸而觀測(cè)到的通過(guò)量，并且使用此數(shù)據(jù)來(lái)確定該特定信道上的下行鏈路質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)施例中，鏈路質(zhì)量估算量是操作于該特定信道的鏈路上所觀測(cè)到的信噪比。這個(gè)鏈路質(zhì)量估算量列表是說(shuō)明性的而不是窮盡性的，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)其它估算量顯而易見(jiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)計(jì)入相應(yīng)于該鏈路所接收到的未惡化分組數(shù)目，并將該數(shù)目與相應(yīng)于這個(gè)鏈路的下行節(jié)點(diǎn)所發(fā)射的分組數(shù)目進(jìn)行比較，所述信道管理器分別估計(jì)在每一鏈路包括其下行鏈路上的該特定信道的性能。
在方框1140，該流程確定在預(yù)定分組中規(guī)定的所有信道是否已經(jīng)受到估計(jì)。如果還沒(méi)有，則流程返回到方框1130監(jiān)控下一信道。
在一個(gè)實(shí)施例中，在流程已經(jīng)循環(huán)通過(guò)預(yù)定分組中規(guī)定的所有信道之后，在方框1145處，始發(fā)節(jié)點(diǎn)基于每一信道的鏈路質(zhì)量統(tǒng)計(jì)值確定用于下行鏈路的“最佳”信道。在一個(gè)實(shí)施例中，用于下行鏈路的最佳信道的確定也可以基于已往在該信道觀測(cè)到的鏈路質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)施例中，給定節(jié)點(diǎn)分別確定包括下行鏈路的每一鏈路的“最佳”信道。
在確定用于下行鏈路的最佳信道或信道組之后，在方框1150，始發(fā)節(jié)點(diǎn)的信道管理器廣播一個(gè)分配分組來(lái)宣布其選擇。處于一個(gè)下行中繼段處的每一節(jié)點(diǎn)確認(rèn)此分組并將其上行鏈路切換到該分配分組中規(guī)定的信道，而且從那時(shí)以后繼續(xù)保留在這個(gè)信道上，直到下一輪鏈路測(cè)試為止。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)下行節(jié)點(diǎn)被分配同一信道。對(duì)于另一實(shí)施例，如果正在使用三個(gè)以上信道，則不同的下行節(jié)點(diǎn)可以接收不同的信道分配。因此，對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，信道管理器可以向每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)直接消息而非廣播以分配其信道。
在方框1155，已經(jīng)完成下行鏈路信道發(fā)現(xiàn)協(xié)議，本流程結(jié)束。
對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)最初加入該網(wǎng)絡(luò)時(shí)它將發(fā)出下行鏈路信道發(fā)現(xiàn)協(xié)議。如果在任何時(shí)候分配到其下行鏈路的一個(gè)或多個(gè)信道不滿足上述兩個(gè)條件，即其下行鏈路信道不同于其上行鏈路信道且其下行鏈路信道不同于其默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的上行鏈路信道，它還將發(fā)出該協(xié)議。它還將周期性地發(fā)出該協(xié)議。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，用于發(fā)現(xiàn)下行鏈路信道的周期可能長(zhǎng)至一天，即每天一次發(fā)出下行鏈路信道發(fā)現(xiàn)。對(duì)于另外一個(gè)實(shí)施例，發(fā)現(xiàn)下行鏈路信道的周期可以短至一小時(shí)。
通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)處運(yùn)行下行鏈路信道發(fā)現(xiàn)協(xié)議而實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信道分配。易于看出通過(guò)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用條件(R1)和(R2)，網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)整體所實(shí)現(xiàn)的分配保證是有效率的(即滿足條件(E1)和(E2))。
圖13與14示出可能由運(yùn)行此協(xié)議而導(dǎo)致的信道分配的兩個(gè)示例。在一個(gè)實(shí)施例中，有多個(gè)信道被選擇用于發(fā)自一個(gè)給定節(jié)點(diǎn)的下行鏈路，其中每一鏈路包括該下行鏈路被分配一個(gè)特定信道。圖13說(shuō)明可導(dǎo)致的一種信道分配的示例。圖13中的始發(fā)節(jié)點(diǎn)被標(biāo)記為Z 1310。節(jié)點(diǎn)Z 1310可以處于結(jié)構(gòu)中的任意位置，但是如圖所示，節(jié)點(diǎn)Z 1310有一些下行節(jié)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)指出，圖13中的節(jié)點(diǎn)Z 1310在信道1、2和6上通信。節(jié)點(diǎn)Z 1310可以是有3個(gè)(或更多個(gè))無(wú)線接口的一個(gè)無(wú)線裝置。圖13說(shuō)明了節(jié)點(diǎn)Z 1310選擇多個(gè)下行鏈路信道的情況。這樣使節(jié)點(diǎn)Z 1310得以建立優(yōu)選信道用于與其每個(gè)下行節(jié)點(diǎn)通信。
圖14說(shuō)明了一個(gè)替換實(shí)施例，其中單個(gè)信道被選擇用于一個(gè)發(fā)自給定節(jié)點(diǎn)的下行鏈路，并且所有鏈路包括該下行鏈路分享此信道。在圖13和14中，分配均滿足條件(E1)和(E2)。因此，此方案提供一種分布式的機(jī)制，用于當(dāng)存在干擾時(shí)在一個(gè)多中繼段無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)有效的信道分配(可通過(guò)最低分組損失率度量)。
此方案具有完全分布式(基于本地可用信息做出所有判斷)的優(yōu)點(diǎn)以及具有低計(jì)算復(fù)雜性(所涉及的計(jì)算是在不同的可用信道上的簡(jiǎn)單分組差錯(cuò)率比較)或類(lèi)似質(zhì)量估計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。該方案對(duì)窄帶干擾以及占用一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)信道的干擾都敏感。
作為一個(gè)示例，假定系統(tǒng)中的信道分配如圖15所示，并且這組分配是按照上述協(xié)議執(zhí)行最佳干擾拒絕的有效分配?，F(xiàn)假定操作于信道1上的干擾1550在接近節(jié)點(diǎn)W 1510處出現(xiàn)，如圖15所示。當(dāng)干擾出現(xiàn)之前在時(shí)刻T1，信道的最佳分配是將信道1用于從節(jié)點(diǎn)W 1510到節(jié)點(diǎn)X1520、Y 1530和Z 1540的下行鏈路。當(dāng)存在干擾時(shí)“最佳”分配是不同的，因?yàn)橛捎诟蓴_1550接近所以信道1現(xiàn)在不可用。鏈路測(cè)試協(xié)議按照為它設(shè)置的周期而啟用并且測(cè)試鏈路WX 1525、WY 1535和WZ 1545。鏈路測(cè)試協(xié)議將發(fā)現(xiàn)由于鏈路質(zhì)量因干擾而惡化，使得信道1成為次最佳的，并且使另一信道(在這里編號(hào)為信道2)成為更好的。
因此，在時(shí)刻T2，通過(guò)發(fā)送一個(gè)分配分組給各節(jié)點(diǎn)X 1520、Y 1530和Z 1540，各鏈路WX 1525、WY 1535、WZ 1545即被切換到信道2。雖然信道2是一種在節(jié)點(diǎn)X 1520處滿足條件(R1)和(R2)的分配，但是它在節(jié)點(diǎn)Z 1540處不滿足條件(R1)，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)Z 1540的下行鏈路信道也是信道2。因此節(jié)點(diǎn)Z必須發(fā)出下行鏈路信道發(fā)現(xiàn)協(xié)議以重新設(shè)定它對(duì)節(jié)點(diǎn)U 1560和V 1570的下行鏈路信道，因?yàn)樗纳闲墟溌饭?jié)點(diǎn)已經(jīng)被改變到信道2。這導(dǎo)致在T2之后短時(shí)間內(nèi)的時(shí)刻T3將鏈路ZU 1565和ZV1575從信道2再分配到信道3。
作為另一示例，如圖16所示，假定一個(gè)新節(jié)點(diǎn)T 1650在如圖16所示的位置1650處加入網(wǎng)絡(luò)。注意新節(jié)點(diǎn)T 1650是在節(jié)點(diǎn)W 1610和X1620的范圍內(nèi)。當(dāng)它鏈接到系統(tǒng)中時(shí)，節(jié)點(diǎn)T 1650收到有關(guān)公共路由信道的消息并且獲悉它的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)將被設(shè)置為W 1610。在一個(gè)實(shí)施例中，它還從路由消息中獲悉與X 1620的數(shù)據(jù)通信將被引導(dǎo)到信道1上。節(jié)點(diǎn)T 1650然后將它的上行鏈路信道設(shè)置為1。為了配置其下行鏈路信道(如果它具有距離它處于一個(gè)下行中繼段處的相鄰節(jié)點(diǎn)的話，比如示出的節(jié)點(diǎn)Q 1680)，它將發(fā)出下行鏈路信道發(fā)現(xiàn)協(xié)議，如上所述。
對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，可以使用下行鏈路信道發(fā)現(xiàn)的一個(gè)替換方案。如果在系統(tǒng)中有N個(gè)非干擾信道可用，則一個(gè)裝置可具有多達(dá)N個(gè)接口，每個(gè)接口固定工作于不同的信道上。在圖17中說(shuō)明的下行鏈路信道發(fā)現(xiàn)協(xié)議的實(shí)施例的操作導(dǎo)致每個(gè)鏈路的“最佳”信道分配。協(xié)議的這個(gè)實(shí)施例的操作與早先描述的操作之間的區(qū)別為在鏈路測(cè)試階段，每個(gè)節(jié)點(diǎn)基于預(yù)定分組的內(nèi)容來(lái)切換接口而不是切換信道。例如，圖17中的鏈路Z-U被分配給信道2。假定信道2對(duì)應(yīng)于裝置Z 1740上的接口I和裝置U 1760上的接口III。節(jié)點(diǎn)Z 1740將它的下行鏈路連接設(shè)置到節(jié)點(diǎn)U 1760以便使用接口I，而節(jié)點(diǎn)U 1760則將其路由設(shè)置到Z 1740以便使用接口III。所述協(xié)議在以這種方式實(shí)現(xiàn)時(shí)，它除了是一種信道方案之外，也是一種接口選擇(或路由)方案。
在前述的說(shuō)明中，本發(fā)明已經(jīng)參考其特定示范實(shí)施例得到了說(shuō)明。但顯而易見(jiàn)的是，可以不偏離在所附權(quán)利要求中闡明的本發(fā)明的主要精神和范圍而對(duì)其進(jìn)行各種修改和變化。因此，本說(shuō)明書(shū)和附圖被視為說(shuō)明性的而不是限定性的。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)點(diǎn)的信道分配方法，包括對(duì)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，分配第一信道給一上行鏈路；對(duì)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，分配第二信道用于一下行鏈路；和保持第一信道和第二信道不同于一個(gè)上行節(jié)點(diǎn)的上行鏈路信道。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中每個(gè)接口都為半雙工。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述信道是頻率信道。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述信道是擴(kuò)頻CDMA系統(tǒng)中的不同擴(kuò)展碼。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述信道是所發(fā)射波形的不同極化。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述信道是由接收機(jī)中的智能天線或自適應(yīng)天線陣所確定的不同空間特征標(biāo)記。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)于該節(jié)點(diǎn)，基于從該節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的中繼段數(shù)來(lái)分配第一信道和第二信道。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中有多個(gè)下行鏈路節(jié)點(diǎn)并且該多個(gè)下行鏈路節(jié)點(diǎn)使用多個(gè)下行鏈路信道。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中從路由分組攜帶的信息中確定所述中繼段數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述路由信息在網(wǎng)絡(luò)中是在系統(tǒng)中所有可用信道或一些可用信道上傳播的。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述路由信息在網(wǎng)絡(luò)中是在一個(gè)專(zhuān)用信道上傳播的。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述節(jié)點(diǎn)的上行鏈路信道由該節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)分配。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中對(duì)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)分配下行鏈路信道包括確定用于通信的多個(gè)可能信道；發(fā)送一個(gè)預(yù)定分組來(lái)觸發(fā)對(duì)所述多個(gè)可能信道中的每一個(gè)的測(cè)試；和基于對(duì)所述預(yù)定分組的響應(yīng)來(lái)確定一個(gè)最佳信道。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述測(cè)試包括每一下行節(jié)點(diǎn)發(fā)送多個(gè)分組給所述節(jié)點(diǎn)；和估計(jì)具有最佳鏈路質(zhì)量的一個(gè)信道。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中通過(guò)所述鏈路上的通過(guò)量來(lái)估計(jì)鏈路質(zhì)量。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中通過(guò)測(cè)量所述鏈路上的分組差錯(cuò)率來(lái)估計(jì)鏈路質(zhì)量。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中通過(guò)所述鏈路上觀測(cè)到的信噪比來(lái)估計(jì)鏈路質(zhì)量。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中通過(guò)所述鏈路上觀測(cè)到的延遲來(lái)估計(jì)鏈路質(zhì)量。
19.一種確定鏈路質(zhì)量的方法，包括響應(yīng)于一個(gè)預(yù)定分組，發(fā)送預(yù)定數(shù)目的分組給一個(gè)始發(fā)節(jié)點(diǎn)；和在該始發(fā)節(jié)點(diǎn)，基于無(wú)差錯(cuò)接收的分組數(shù)目來(lái)推斷一個(gè)分組差錯(cuò)率；和基于該分組差錯(cuò)率，從該始發(fā)節(jié)點(diǎn)分配最佳質(zhì)量信道給下行連接。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述最佳質(zhì)量信道包括多個(gè)下行鏈路信道，并且對(duì)一個(gè)下行節(jié)點(diǎn)的每一下行連接使用所述多個(gè)下行鏈路信道的其中之一。
21.一種確定鏈路質(zhì)量的方法，包括響應(yīng)于一個(gè)預(yù)定分組，發(fā)送預(yù)定數(shù)目的分組給一個(gè)始發(fā)節(jié)點(diǎn)；和在該始發(fā)節(jié)點(diǎn)，基于無(wú)差錯(cuò)接收的分組數(shù)目來(lái)推斷一個(gè)通過(guò)率；和基于該通過(guò)率，從該始發(fā)節(jié)點(diǎn)分配最佳質(zhì)量信道給下行連接。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述最佳質(zhì)量信道包括多個(gè)下行鏈路信道，并且對(duì)一個(gè)下行節(jié)點(diǎn)的每一下行連接使用所述多個(gè)下行鏈路信道的其中之一。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中周期性地并且是在發(fā)自一個(gè)給定節(jié)點(diǎn)的所有下行鏈路上以及在所有可用信道上執(zhí)行所述確定，以便確定用于下行鏈路的信道或信道組的選擇，為其獲取最佳鏈路質(zhì)量。
24.一種分配通信信道而在無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)中導(dǎo)致增強(qiáng)抗外部干擾能力的方法，該方法包括通過(guò)接收來(lái)自每一下行節(jié)點(diǎn)的多個(gè)分組來(lái)為多個(gè)信道中的每一個(gè)周期性地估計(jì)一個(gè)下行信道；和基于鏈路質(zhì)量選擇多個(gè)信道中的最佳信道作為下行信道。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該方法導(dǎo)致系統(tǒng)的這樣一種信道分配即，消除了相鄰鏈路或下一相鄰鏈路之間的干擾。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中要在連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的鏈路上使用的所述通信信道被較小數(shù)目的中繼段處的節(jié)點(diǎn)分配給接入點(diǎn)。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所有鏈路包括發(fā)自一個(gè)給定節(jié)點(diǎn)的下行鏈路均被分配給同一信道。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其中鏈路包括發(fā)自一個(gè)給定節(jié)點(diǎn)的下行鏈路可以被分配給不同的信道。
29.如權(quán)利要求24所述的方法，其中響應(yīng)于干擾或人為干擾的存在，系統(tǒng)的信道分配可以改變，該干擾或人為干擾在該系統(tǒng)所使用的一個(gè)或多個(gè)信道上發(fā)射。
30.如權(quán)利要求24所述的方法，其中基于在每個(gè)鏈路上觀測(cè)到的鏈路質(zhì)量來(lái)推斷干擾或人為干擾的存在。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種增加多中繼段無(wú)線鏈路的數(shù)據(jù)通過(guò)量的方法。提供一種不必使用全向收發(fā)信機(jī)就減輕自干擾的方法。描述了在多中繼段無(wú)線通信系統(tǒng)中用于信道分配的分配協(xié)議。這些協(xié)議導(dǎo)致這樣的信道分配即，增加了網(wǎng)絡(luò)容量利用率并且使該系統(tǒng)對(duì)本地干擾(1550)和人為干擾是強(qiáng)健的。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1513270SQ01823249
公開(kāi)日2004年7月14日 申請(qǐng)日期2001年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月26日
發(fā)明者D·西蓋詩(shī)納, A·查里, C·貝赫路茲, D 西蓋詩(shī)納, 章紛 申請(qǐng)人:Fhp無(wú)線公司