專利名稱：超寬帶通信協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域。更特別地，本發(fā)明描述用于超寬帶通信的通信協(xié)議。
背景技術(shù)：
信息時代已經(jīng)來臨。通過各種不同的通信系統(tǒng)獲取大量信息正在改變?nèi)藗兊墓ぷ?、自身娛樂和互相溝通的方式。人們正在不斷開發(fā)更快、更有能力的通信技術(shù)。對于這些新技術(shù)的制造者和設(shè)計者而言，實現(xiàn)“互操作性”是一項越來越難的挑戰(zhàn)。
互操作性是一臺設(shè)備與另一臺設(shè)備或者與通過其可以連接其它通信設(shè)備的另一個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的能力。然而，隨著不同通信協(xié)議(即，通信設(shè)備用來傳送數(shù)據(jù)的規(guī)則)的爆炸性增長，設(shè)計真正的互操作性不再是一項無足輕重的工作。
例如，大部分無線通信設(shè)備使用常規(guī)“載波”，或射頻(RF)技術(shù)，而其它設(shè)備使用電光技術(shù)。通常，這些通信技術(shù)中的每種技術(shù)均使用它們自己的通信協(xié)議。
另一種類型的通信技術(shù)是超寬帶(UWB)。UWB技術(shù)與常規(guī)形式的RF技術(shù)有根本性的區(qū)別。UWB使用“無載波”體系結(jié)構(gòu)，它不需要使用高頻載波生成硬件；載波調(diào)制硬件；鑒頻和鑒相硬件或常規(guī)頻域通信系統(tǒng)中使用的其它設(shè)備。
在UWB通信內(nèi)，可以設(shè)想幾種不同類型的網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)都有它們自己的通信協(xié)議。例如，這些網(wǎng)絡(luò)是局域網(wǎng)(LAN)，個人局域網(wǎng)(PAN)，無線個人局域網(wǎng)(WPAN)，傳感器網(wǎng)絡(luò)或其它網(wǎng)絡(luò)。每個網(wǎng)絡(luò)都可以有它們自己身的通信協(xié)議。
因此，需要用于超寬帶通信設(shè)備的通信協(xié)議，該協(xié)議允許不同網(wǎng)絡(luò)和不同超寬帶設(shè)備之間的兼容性和共存。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于超寬帶通信的通用通信協(xié)議。本發(fā)明提供在各種類型網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的超寬帶通信設(shè)備之間的兼容性和互操作性。在一種實施方式中，提供具有高數(shù)據(jù)傳輸率能力和低數(shù)據(jù)傳輸率能力的組合的或交織的數(shù)據(jù)幀。低數(shù)據(jù)傳輸率可以用于正在訪問的網(wǎng)絡(luò)類型的最初發(fā)現(xiàn)，以及高數(shù)據(jù)傳輸率可以用來在具有高數(shù)據(jù)傳輸率能力的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)快速傳輸數(shù)據(jù)。
本發(fā)明可以用于任何類型的網(wǎng)絡(luò)，不論這些網(wǎng)絡(luò)是無線網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)，還是有線介質(zhì)和無線部件的混合。亦即，網(wǎng)絡(luò)可以使用諸如同軸電纜之類的有線介質(zhì)，以及諸如衛(wèi)星、蜂窩天線或其它類型的無線收發(fā)器之類的無線設(shè)備。
通過與附圖一起閱讀本發(fā)明的下述詳細(xì)描述，將理解本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點，其中在所有附圖中，相同參考標(biāo)號表示相同部分。


圖1是不同通信方法的圖示；圖2是兩個超寬帶脈沖的圖示；圖3說明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的高數(shù)據(jù)速率幀和低數(shù)據(jù)速率幀的組合幀的實施方式；以及圖4說明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的收發(fā)器的無線網(wǎng)絡(luò)。
可以理解，某些附圖或全部附圖是用于說明目的的示意性圖示，不一定描述所示元件的實際相對大小或位置。提供這些附圖的目的是為了說明本發(fā)明的一個或多個實施方式，應(yīng)該明確知道它們不是用來限制權(quán)利要求書的范圍或含義的。
具體實施例方式
在下面的段落中，將參照附圖利用示例的方式詳細(xì)描述本發(fā)明。在整個描述中，應(yīng)該認(rèn)為所示優(yōu)選實施方式和示例是示范性的，而不是對本發(fā)明的限制。正如此處使用的那樣，“本發(fā)明”指此處描述的發(fā)明的任一實施方式或任意等價物。此外，整個文檔中對“本發(fā)明”的各種特征的引用并不意味著要求的所有實施方式或方法都必須包含引用的特征。
本發(fā)明提供各種類型的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的超寬帶通信設(shè)備之間的兼容性和互操作性。在一個實施方式中，本發(fā)明提供使用不同物理層(PHY)的超寬帶通信設(shè)備之間的兼容性和互操作性?！拔锢韺印碧峁﹩雍褪褂梦锢聿考M(jìn)行比特傳輸和接收的能力和過程。因此，在無線通信中，由PHY執(zhí)行的主要功能是與諸如空氣之類的通信介質(zhì)的連接的建立和終止，以及在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的表示與在該通信介質(zhì)上傳輸和/或接收的相應(yīng)的信號或脈沖之間的轉(zhuǎn)換。簡言之，PHY的一個功能是把比特變成脈沖或變成調(diào)制的載波。PHY的形式可以是計算機(jī)軟件，硬件或是軟件和硬件的組合。
當(dāng)這些設(shè)備試圖進(jìn)入市場時，相似的通信設(shè)備之間的兼容性變得重要了。例如，許多常規(guī)無線設(shè)備均使用未經(jīng)許可的2.4GHz頻率進(jìn)行通信。WiFi、藍(lán)牙和無繩電話就是幾個示例。然而，由于沒有建立通用通信標(biāo)準(zhǔn)，所以許多這樣的設(shè)備不能彼此通信，而且許多這樣的設(shè)備還彼此干擾。
本發(fā)明的一個特征是，它支持不同設(shè)備使用的不同類型的接口之間的通信。
本發(fā)明的優(yōu)選實施方式提供一個協(xié)議，設(shè)計該協(xié)議是為了方便使用不同超寬帶物理層空中接口的多個設(shè)備之間的共存。
電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)目前正在建立用于多種不同網(wǎng)絡(luò)以及可以使用超寬帶技術(shù)的其它通信環(huán)境的規(guī)則和通信標(biāo)準(zhǔn)。這些不同的通信標(biāo)準(zhǔn)可能導(dǎo)致不同規(guī)則，或用于每個標(biāo)準(zhǔn)的物理層空中接口。例如，IEEE 802.15.3(a)涉及用于超寬帶無線個人局域網(wǎng)(WPAN)的標(biāo)準(zhǔn)。超寬帶也可以用于IEEE 802.15.4(傳感器和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn))、802.11n(局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn))、探地雷達(dá)、穿墻成像、以及其它網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境。這些設(shè)備中的每一個都可以使用超寬帶通信技術(shù)，并且每個設(shè)備也都可以有它自己的通信標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)超寬帶技術(shù)廣泛地進(jìn)入市場時，支持超寬帶的設(shè)備之間的兼容性將變得重要了。本發(fā)明的一個特征是，它確保共享不同物理層空中接口的超寬帶設(shè)備之間的可靠通信。
本發(fā)明的另一個特征是，它可以用于任何類型的網(wǎng)絡(luò)，不論它是無線網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)，還是有線介質(zhì)和無線部件的混合。亦即，網(wǎng)絡(luò)可以使用諸如同軸電纜之類的有線介質(zhì)，以及諸如衛(wèi)星或蜂窩天線之類的無線設(shè)備。正如此處定義的那樣，網(wǎng)絡(luò)是利用通信路徑連接起來的一組點或節(jié)點。通信路徑可以是由電線連接的，或者是無線地連接的。此處定義的網(wǎng)絡(luò)可以與其它網(wǎng)絡(luò)互連，并可以包含子網(wǎng)。此處定義的網(wǎng)絡(luò)的特征可以是在于空間距離，例如，就象局域網(wǎng)(LAN)、個人局域網(wǎng)(PAN)、城域網(wǎng)(MAN)、廣域網(wǎng)(WAN)以及無線個人局域網(wǎng)(WPAN)等。此處定義的網(wǎng)絡(luò)的特征也可以是在于其上使用的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的類型，例如，就象TCP/IP網(wǎng)絡(luò)以及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)等。此處定義的網(wǎng)絡(luò)的特征也可以在于它是否傳送語音、數(shù)據(jù)，或這兩種類型的信號或數(shù)據(jù)。此處定義的網(wǎng)絡(luò)的特征還可以在于誰可以使用該網(wǎng)絡(luò)，例如，其中有公用交換電話網(wǎng)(PSTN)，其它類型的公用網(wǎng)絡(luò)以及專用網(wǎng)絡(luò)(如某單個房間或住宅內(nèi)的網(wǎng)絡(luò))等。此處定義的網(wǎng)絡(luò)的特征也可以在于其連接的一般性質(zhì)，例如，其中有撥號網(wǎng)絡(luò)，交換網(wǎng)絡(luò)，專用網(wǎng)絡(luò)以及非交換網(wǎng)絡(luò)等。此處定義的網(wǎng)絡(luò)的特征還可以在于它使用的物理鏈路的類型，例如，其中有光纖，同軸電纜，二者的混合，非屏蔽雙絞線對，以及屏蔽雙絞線對等。本發(fā)明也可以用于任何類型的無線網(wǎng)絡(luò)，例如無線PAN、LAN、MAN、WAN或WPAN。
本發(fā)明針對是超寬帶技術(shù)，在一個實施方式中，采用“無載波”體系結(jié)構(gòu)，它不需要使用高頻載波生成硬件，載波調(diào)制硬件，穩(wěn)定器，鑒頻和鑒相硬件或常規(guī)頻域通信系統(tǒng)中使用的其它設(shè)備。常規(guī)射頻技術(shù)使用連續(xù)正弦波，該正弦波是與內(nèi)嵌在正弦波的振幅或頻率的調(diào)制中的數(shù)據(jù)一起傳輸?shù)?。例如，常?guī)蜂窩電話必須在整個頻譜的特定寬度的特定頻帶上運(yùn)行。具體地，在美國，聯(lián)邦通信委員會為蜂窩電話通信分配的波段為800至900MHz。蜂窩電話運(yùn)營商使用25MHz的分配波段來發(fā)射蜂窩電話信號，并且使用另外的25MHz的分配波段來接收蜂窩電話信號。
參照圖1，該圖說明常規(guī)射頻技術(shù)的另一個示例。無線局域網(wǎng)(LAN)協(xié)議，802.11a在5GHz的中心頻率上傳輸連續(xù)正弦波射頻信號，其射頻擴(kuò)展約為5MHz。
與其相比，超寬帶(UWB)通信技術(shù)使用離散電磁能量脈沖，該脈沖是以例如毫微秒或微微秒間隔(持續(xù)時間通常為數(shù)十微微秒到數(shù)毫微秒)傳輸?shù)?。鑒于此，超寬帶通常稱為“脈沖無線電”。亦即，與上面描述的常規(guī)射頻技術(shù)不同，UWB脈沖是在無需調(diào)制到正弦波載波頻率的情況下傳輸?shù)?。UWB脈沖是單個電磁能量的突發(fā)。UWB脈沖可以是單個正電磁能量的突發(fā)，或者是單個負(fù)電磁能量突發(fā)，抑或是有預(yù)定相位的單個電磁能量的突發(fā)。通過混合離散脈沖和控制最后得到的UWB信號的中心頻率的載波，可以獲得UWB的可選擇的實現(xiàn)。通常，超寬帶既不需要指派的頻率，也不需要功率放大器。
和常規(guī)通信技術(shù)的相對窄的頻率擴(kuò)展形成對比，UWB脈沖的中心頻率可以為2.0GHz，其頻率擴(kuò)展約為4GHz，正如圖2所示，該圖說明兩個典型的UWB脈沖。圖2說明UWB脈沖在時間上越窄，其頻譜擴(kuò)展就越寬。這是因為帶寬與脈沖的持續(xù)時間成反比。600微微秒的UWB脈沖的中心頻率可以約為1.6GHz，其頻率擴(kuò)展約為1.6GHz。300微微秒的UWB脈沖的中心頻率可以約為3GHz，其頻率擴(kuò)展約為3.2GHz。因此，正如圖1所示，UWB脈沖通常不在特定頻率內(nèi)運(yùn)行。并且，由于UWB脈沖擴(kuò)展在非常寬的頻率范圍或帶寬上，所以UWB通信系統(tǒng)能夠在非常高的，例如100Mbps或更高的數(shù)據(jù)速率上通信。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的UWB脈沖的持續(xù)時間的范圍可以是在約10微微秒到約100毫微秒之間。
美國專利3,728,632(發(fā)明人為Gerald F.Ross，發(fā)明題目為Transmission and Reception System for Generating and ReceivingBase-Band Duration Pulse Signals without Distortion for ShortBase-Band Pulse Communication System)公開了UWB技術(shù)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，在此通過參考將其全部內(nèi)容引入并合并。
同樣，由于UWB脈沖展布在非常寬的頻率范圍內(nèi)，所以在單一頻率或在特定頻率上采樣的功率非常低。例如，持續(xù)時間為1毫微秒的功率為1瓦的UWB脈沖把1瓦功率擴(kuò)展到該UWB脈沖占據(jù)的整個頻率上。在任何單個頻率上，例如在CATV提供商的載波頻率上，UWB脈沖功率為1毫微瓦(對1GHz的頻帶而言)。其計算方法是將脈沖功率(1瓦)除以頻帶(10億Hz)。這完全在任何通信系統(tǒng)的噪聲本底之內(nèi)，因此，不會干擾原始信號的解調(diào)和恢復(fù)。一般地，會以比較低的功率(當(dāng)在單一頻率或在特定頻率上采樣時)，例如，以小于-30功率分貝到-60功率分貝，傳輸多個UWB脈沖，從而把常規(guī)射頻的干擾降到最低。然而，通過大多數(shù)有線介質(zhì)傳輸?shù)腢WB脈沖不會干擾無線射頻傳輸。因此，通過有線介質(zhì)傳輸?shù)腢WB脈沖的功率(在單一頻率上采樣時)的范圍可以從約+30dBm到約-140dBm。
現(xiàn)在參照圖3，該圖說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式構(gòu)造的組合幀或交織幀10。正如此處定義的那樣，“幀”可以包括多種不同實施例。通常，幀是作為帶有尋址和其它協(xié)議信息的完整單元在通信點(即，移動或固定通信設(shè)備)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。亦即，幀是用一組規(guī)則配置的，并且在通信設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)。在一個實施方式中，幀包括要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的糾錯信息、地址、定時或同步信息以及依賴于構(gòu)成該幀所依據(jù)的協(xié)議的其它特征和功能。幀可以在其內(nèi)包括另一個幀，該幀可以由不同的協(xié)議來配置和/或使用。也可以把幀配置為類似于時分多址(TDMA)的幀。
正如圖3所示，組合幀10包括低數(shù)據(jù)速率(LDR)幀10(a)和高數(shù)據(jù)速率(HDR)幀10(b)兩者。可以把每個LDR幀10(a)配置為以約1Kbps到約5Mbps范圍內(nèi)的速率傳輸數(shù)據(jù)?？梢园衙總€HDR幀10(b)配置為以約5Mbps到約1Gbps范圍內(nèi)的速率傳輸數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的一個特征是，通過使用組合幀10，低數(shù)據(jù)速率超寬帶(UWB)設(shè)備和高數(shù)據(jù)速率UWB設(shè)備可以彼此通信。例如，一種類型的UWB設(shè)備可以使用只能以較低數(shù)據(jù)速率進(jìn)行通信的協(xié)議，而另一個UWB設(shè)備可以使用能夠以較高數(shù)據(jù)速率進(jìn)行通信的協(xié)議。
使用本發(fā)明的組合幀10協(xié)議的UWB通信設(shè)備將能夠與低數(shù)據(jù)速率和高數(shù)據(jù)速率的UWB設(shè)備兩者進(jìn)行通信。例如，已經(jīng)提出了UWB技術(shù)的許多不同應(yīng)用，每個應(yīng)用都有它自身的數(shù)據(jù)速率能力。在UWB PAN中，數(shù)據(jù)速率可以接近480Mbps，并且距離可以不超過10米。在LAN應(yīng)用中，數(shù)據(jù)速率根據(jù)從網(wǎng)絡(luò)接入點的距離而變化。例如，如果UWB通信設(shè)備與接入點的距離為10米，則數(shù)據(jù)速率為500Mbps。距離該接入點更遠(yuǎn)一些的用戶的數(shù)據(jù)速率可以為200Mbps。當(dāng)與該接入點的距離為100米時，數(shù)據(jù)速率僅僅是幾個Mbps。UWB通信技術(shù)的另一個提出的應(yīng)用是低數(shù)據(jù)速率控制和傳感器數(shù)據(jù)系統(tǒng)。低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用可以適于交換地理位置信息以及其它低數(shù)據(jù)速率信息。采用使用了組合幀10的通信協(xié)議的UWB設(shè)備能夠與任意或上述UWB網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備進(jìn)行通信。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的UWB設(shè)備可以使用低數(shù)據(jù)速率和高數(shù)據(jù)速率收發(fā)器兩者。UWB設(shè)備可以是電話，個人數(shù)字助理，便攜計算機(jī)，膝上型計算機(jī)，臺式計算機(jī)，大型計算機(jī)，視頻監(jiān)視器，計算機(jī)監(jiān)視器，或采用UWB技術(shù)的任何其它設(shè)備。
低數(shù)據(jù)速率收發(fā)器一般使用少量能量，而高數(shù)據(jù)速率收發(fā)器一般使用顯著更多的能量。本發(fā)明的一個優(yōu)點是，同時使用低數(shù)據(jù)速率和高數(shù)據(jù)速率收發(fā)器的UWB通信設(shè)備可以使用低數(shù)據(jù)速率(LDR)部分來進(jìn)行發(fā)現(xiàn)、控制、網(wǎng)絡(luò)登錄和協(xié)議協(xié)商，其間高數(shù)據(jù)速率(HDR)部分被關(guān)閉，從而可以節(jié)省電力并延長電池壽命。例如，LDR收發(fā)器可以向本地UWB設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信號，并且發(fā)現(xiàn)其通信能力。此后，LDR收發(fā)器與本地UWB設(shè)備/網(wǎng)絡(luò)同步，并且向HDR收發(fā)器提供同步信息，此前，HDR收發(fā)器一直處于睡眠模式，從而可以節(jié)省電力。此種類型的通信序列可以使用以下通信協(xié)議，即這里討論的使用組合幀10的通信協(xié)議。
正如圖3所示，在組合幀10中的組合或交織序列示出了與高數(shù)據(jù)速率(HDR)幀10(b)交織的低數(shù)據(jù)速率(LDR)幀10(a)。LDR幀10(a)的出現(xiàn)頻率可以隨應(yīng)用而變化，并且另外取決于希望與其通信的設(shè)備的帶寬需求。例如，當(dāng)與低數(shù)據(jù)速率設(shè)備通信時，LDR幀10(a)的數(shù)目將增加，當(dāng)與高數(shù)據(jù)速率設(shè)備通信時，其數(shù)目將減少。
LDR幀10(a)和HDR幀10(b)都包括多組符號時隙(symbolslot)(未示出)。幀中的符號時隙的數(shù)目在約100到約100,000之間。在一個實施方式種，每個符號時隙包括25個時間元(time bin)(未示出)，每個時間元的大小約為400微微秒。也可以構(gòu)造具有不同時間元大小的其它時間元排列。在一個或多個這些時間元內(nèi)，可以放置一個超寬帶(UWB)脈沖，這取決于使用的數(shù)據(jù)調(diào)制技術(shù)。亦即，在包括符號時隙的一個或多個時間元內(nèi)的UWB脈沖的位置、振幅、相位或其它方面表示一個或多個二進(jìn)制數(shù)字或比特，它們包括正在發(fā)射或正在接收的數(shù)據(jù)。一組這樣的符號時隙包括LDR幀10(a)或HDR幀10(b)，因此能夠發(fā)射或接收數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的一個實施方式中，LDR幀10(a)和/或HDR幀10(b)的持續(xù)時間的范圍可以在約1微秒到約1毫秒之間。
例如，在一個實施方式中，可以按以下方式排列LDR幀10(a)正如圖3所示，LDR幀包括許多符號時隙(如上所述)，符號時隙可以分配到提供不同通信功能的組中。每個符號時隙內(nèi)放置了多組時間元，時間元內(nèi)有一個或多個UWB脈沖。LDR幀可以包括擴(kuò)展的前同步碼和同步時間20(a)?？梢詳U(kuò)展前同步碼和同步時間20(a)，以確保UWB收發(fā)器有足夠時間取得同步鎖。另外，LDR幀可以包括控制部分20(b)，用于向UWB設(shè)備或者從UWB設(shè)備傳送控制報文和應(yīng)答。這些控制報文可以包括加電、斷電以及為通信指派的幀號碼。收發(fā)器可以利用時間段20(c)向遠(yuǎn)程UWB設(shè)備發(fā)送地理位置信息。可以提供基于爭用的帶寬請求20(d)，以允許UWB設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)請求帶寬。亦即，可以使用許多基于爭用的方法，如ALOHA、分隙ALOHA以及帶有或不帶有碰撞檢測的檢測算法(sensing algorithm)，以便在網(wǎng)絡(luò)中請求時間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。使用LDR幀的數(shù)據(jù)有效載荷時間段20(e)向設(shè)備/網(wǎng)絡(luò)和從設(shè)備/網(wǎng)絡(luò)傳送低數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)。在時間段20(f)內(nèi)提供數(shù)據(jù)錯誤檢測和糾錯。可以理解，可以改變LDR幀的構(gòu)造，以適合不同協(xié)議和通信需求。
再次參照圖3，HDR幀可以包括比較小的前同步碼和同步時間段30(a)，顯著更長的數(shù)據(jù)有效載荷時間30(b)，以及錯誤檢測和糾錯周期30(c)。另外，可以在與LDR幀不同的功率水平上傳輸HDR幀。LDR幀和HDR幀的長度或持續(xù)時間可以隨著安裝有該通信系統(tǒng)的環(huán)境而變化。如果中部幀失去同步的概率較高，則可以降低幀的長度或持續(xù)時間。
例如，為了提高通信質(zhì)量和可靠性，每個幀10(a)或10(b)可以有“保護(hù)時間”量，其中包括故意使其為空的時間元。這些空時間元幫助UWB設(shè)備定位包含UWB脈沖的幀的部分。取決于使用的通信調(diào)制技術(shù)和/或通信環(huán)境，可以調(diào)整保護(hù)時間量以適應(yīng)多徑干擾。在一個實施方式中，LDR幀10(a)的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于HDR幀10(b)的數(shù)目(在高數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)中)，并且在LDR幀10(a)中可能需要比較少的保護(hù)時間?？梢岳斫猓瑤蜁r間元可以有其它持續(xù)時間，并且?guī)梢允褂貌煌瑪?shù)目的時間元。
現(xiàn)在參照圖4，該圖說明UWB設(shè)備60(a)-60(e)的一個或多個網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的UWB高-低數(shù)據(jù)速率通信設(shè)備60包含高數(shù)據(jù)速率(HDR)收發(fā)器和低數(shù)據(jù)速率(LDR)收發(fā)器兩者。所有的設(shè)備60和60(a)-(e)均包括通信天線70。高-低數(shù)據(jù)速率通信設(shè)備60包括以硬件和/或軟件形式的通信協(xié)議計算機(jī)邏輯，并構(gòu)造如上所述的組合幀10。因此，高-低數(shù)據(jù)速率通信設(shè)備60可以與設(shè)備60(a)進(jìn)行通信，設(shè)備60(a)僅僅是UWB傳感器(或探地雷達(dá)，穿墻成像儀，精確定位器等)并且只可以使用低數(shù)據(jù)速率?；蛘?，高-低數(shù)據(jù)速率通信設(shè)備60可以與設(shè)備60(d)進(jìn)行通信，該設(shè)備60(d)僅為充當(dāng)管理高數(shù)據(jù)速率超寬帶網(wǎng)絡(luò)上的通信的主收發(fā)器的大型計算機(jī)。
因此，本發(fā)明的一個特征是，通過提供可以與所有UWB通信設(shè)備通信的通用信令協(xié)議，使用某一類型的低數(shù)據(jù)速率協(xié)議的UWB設(shè)備可以與使用高數(shù)據(jù)速率的不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)接入點進(jìn)行通信。
本發(fā)明的另一個特征是，在帶有多個網(wǎng)絡(luò)接入點的環(huán)境中，高-低數(shù)據(jù)速率通信設(shè)備60可以與全部可用接入點通信，并登錄到最適合的網(wǎng)絡(luò)上。例如，其傳輸?shù)男盘栒紦?jù)了全部可用帶寬的高數(shù)據(jù)速率移動設(shè)備可以與當(dāng)時存在的低數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)接入點進(jìn)行通信。
或者，高-低數(shù)據(jù)速率通信設(shè)備60基本上可以同時連接使用正交頻分復(fù)用(OFDM)的網(wǎng)絡(luò)接入點；其高數(shù)據(jù)速率信號占據(jù)了全部可用帶寬的接入點；以及低數(shù)據(jù)速率傳感器。并且，設(shè)備60可以通過使用本發(fā)明的通用信令協(xié)議的低數(shù)據(jù)速率信道來連接每一個。然后，設(shè)備60和接入點可以通過低數(shù)據(jù)速率信道進(jìn)行發(fā)現(xiàn)。低數(shù)據(jù)速率接入點和OFDM形式的高數(shù)據(jù)速率接入點可以僅僅通過低數(shù)據(jù)速率信道提供連接，以適應(yīng)低數(shù)據(jù)速率傳感器。高數(shù)據(jù)速率接入點可以向高-低數(shù)據(jù)速率通信設(shè)備60提供高數(shù)據(jù)速率信道或低數(shù)據(jù)速率信道。在本例中，高-低數(shù)據(jù)速率通信設(shè)備60可以選擇登錄到高數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)上。
本發(fā)明的另一個特征是，LDR收發(fā)器可以向HDR收發(fā)器發(fā)送加電或喚醒信號，這兩個收發(fā)器都位于高-低數(shù)據(jù)速率通信設(shè)備60內(nèi)。在該實施方式中，LDR收發(fā)器可以向HDR收發(fā)器另外提供一個粗略定時基準(zhǔn)，以協(xié)助時間同步。
在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，用于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的固定接入點的初始化協(xié)議可能包含信標(biāo)初始化前的監(jiān)聽時間段。在本發(fā)明的一個特征中，如果檢測到來自第一接入點的信標(biāo)，則第二接入點可以同步到第一接入點發(fā)射的信標(biāo)信號。這些接入點有可能是用有線介質(zhì)連接的，有線介質(zhì)如光纖纜，同軸電纜，雙絞線，或其它有線介質(zhì)。在此類環(huán)境中，可以經(jīng)由有線介質(zhì)實現(xiàn)附加接入點的同步和初始化。
再次參照圖4，在本發(fā)明的另一個實施方式中，固定網(wǎng)絡(luò)接入點或主收發(fā)器如60(d)，可以以低數(shù)據(jù)速率周期地發(fā)射信標(biāo)信號。該信標(biāo)信號可以包括主收發(fā)器60(d)的地理位置。在主收發(fā)器60(d)的覆蓋區(qū)域內(nèi)移動的移動高-低數(shù)據(jù)速率通信設(shè)備60利用LDR收發(fā)器接收該信標(biāo)信號，并且可以使用該地理位置信息幫助計算其地理位置。由于該信標(biāo)信號可以主要用于發(fā)現(xiàn)和登錄，所以用于該信標(biāo)信號的信號調(diào)制技術(shù)可以在各種收發(fā)器使用的技術(shù)之間輪換。例如，該信標(biāo)信號可以在開關(guān)鍵控(OOK)信號和OFDM形式的信號之間輪換，其中OOK信號占據(jù)可用帶寬的相當(dāng)大的部分。以此方式，期望OFDM形式的信號的收發(fā)器能夠接收到低數(shù)據(jù)速率幀，并使用這些信標(biāo)信號完成發(fā)現(xiàn)，同時另一類型的收發(fā)器可以使用OOK信標(biāo)信號。作為選擇，本發(fā)明可以使用稱為二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)的調(diào)制方法。
如上所述，有幾種不同類型的信號調(diào)制技術(shù)和方法。超寬帶脈沖調(diào)制技術(shù)使得單一代表性的數(shù)據(jù)符號代表多個二進(jìn)制數(shù)字或比特。其顯著優(yōu)點是增加通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)速率。調(diào)制的幾個示例包括脈寬調(diào)制(PWM)；脈幅調(diào)制(PAM)以及脈位調(diào)制(PPM)。在PWM中，使用一系列預(yù)定的UWB脈沖寬度來代表不同的比特集合。例如，在使用8個不同UWB脈沖寬度的系統(tǒng)中，每個符號可以代表8個組合中的一個組合。該符號可以承載3比特信息。在PAM中，使用預(yù)定的UWB脈沖幅度來代表不同的比特集合。使用PAM16的系統(tǒng)有16個預(yù)定的UWB脈沖幅度。該系統(tǒng)的每個符號可以承載4比特信息。在PPM系統(tǒng)中，使用在UWB脈沖時隙內(nèi)的預(yù)定位置來承載比特集合。使用PPM16的系統(tǒng)的每個符號能夠承載4比特信息。本發(fā)明可以使用上面描述的所有信號調(diào)制方法以及其它方法(如三元調(diào)制，1脈沖調(diào)制及其它)。
本發(fā)明的另一個特征是，LDR幀(圖3所示)可以提供多種功能性，如遠(yuǎn)程關(guān)閉或喚醒選定的UWB設(shè)備，以及無線更新選定的UWB設(shè)備的固件。更新UWB設(shè)備的固件可以允許該設(shè)備避免在快速變化的技術(shù)環(huán)境中過早廢棄。
因此，可以看到提供了用于超寬帶通信的通信協(xié)議。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以利用不同于上述實施方式的實施方式實現(xiàn)本發(fā)明，在本說明書中提供上述實施方式的目的是為了說明，而不是為了限制。本說明書和有關(guān)附圖中闡述的說明和示例僅僅闡明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。說明書和附圖不是用來限制本專利文件的排除范圍的。不同于上述實施方式的許多設(shè)計均落入本公開的文字和/或法律范圍內(nèi)，并且本發(fā)明僅受本公開的限制。請注意，說明書中論述的特定實施方式的各種等價物也可以實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種超寬帶通信方法，該方法包括以下步驟生成第一數(shù)據(jù)幀，該第一數(shù)據(jù)幀被構(gòu)造用來以第一數(shù)據(jù)速率傳輸數(shù)據(jù)；生成第二數(shù)據(jù)幀，該第二數(shù)據(jù)幀被構(gòu)造用來以第二數(shù)據(jù)速率傳輸數(shù)據(jù)；以及傳輸?shù)谝缓偷诙?shù)據(jù)幀兩者。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一數(shù)據(jù)幀和該第二數(shù)據(jù)幀均包括多個時間元，每個時間元均能夠接收超寬帶脈沖。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一數(shù)據(jù)幀以約1Kbps到約5Mbps之間的范圍內(nèi)的速率傳輸數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第二數(shù)據(jù)幀以約5Mbps到約1Gbps之間的范圍內(nèi)的速率傳輸數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第二數(shù)據(jù)幀以從包括以下速率的組中選擇的速率傳輸數(shù)據(jù)25Mbps速率，50Mbps速率，100Mbps速率，200Mbps速率，400Mbps速率，480Mbps速率，500Mbps速率以及1Gbps速率。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一數(shù)據(jù)幀和該第二數(shù)據(jù)幀均包括持續(xù)時間，該持續(xù)時間的范圍是從約1微秒到約1毫秒。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一數(shù)據(jù)幀和該第二數(shù)據(jù)幀均包括多個時間元，每個時間元均能夠接收超寬帶脈沖，其中超寬帶脈沖的持續(xù)時間范圍為從10微微秒到1毫微秒。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一數(shù)據(jù)幀和該第二數(shù)據(jù)幀的比率可以改變。
9.一種用于控制通用數(shù)字計算機(jī)執(zhí)行所需功能的計算機(jī)程序產(chǎn)品，該計算機(jī)程序產(chǎn)品包括用于生成第一數(shù)據(jù)幀的一組計算機(jī)可讀指令，該第一數(shù)據(jù)幀被構(gòu)造用來以第一數(shù)據(jù)速率傳輸數(shù)據(jù)；用于生成第二數(shù)據(jù)幀的一組計算機(jī)可讀指令，該第二數(shù)據(jù)幀被構(gòu)造用來以第二數(shù)據(jù)速率傳輸數(shù)據(jù)；以及用來傳輸該第一數(shù)據(jù)幀和該第二數(shù)據(jù)幀的一組計算機(jī)可讀指令。
10.一種超寬帶通信設(shè)備，包括被構(gòu)造用來以第一數(shù)據(jù)速率通信的第一收發(fā)器；以及被構(gòu)造用來以第二數(shù)據(jù)速率通信的第二收發(fā)器。
11.如權(quán)利要求10所述的超寬帶通信設(shè)備，其中該第一數(shù)據(jù)速率以約1Kbps到約5Mbps之間的范圍內(nèi)的速率傳輸數(shù)據(jù)。
12.如權(quán)利要求10所述的超寬帶通信設(shè)備，其中該第二數(shù)據(jù)速率以約5Mbps到約1Gbps之間的范圍內(nèi)的速率傳輸數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求10所述的超寬帶通信設(shè)備，其中該第一收發(fā)器以該第一數(shù)據(jù)速率進(jìn)行通信；以及該第二收發(fā)器保持關(guān)閉。
14.如權(quán)利要求10所述的超寬帶通信設(shè)備，其中該第一收發(fā)器以該第一數(shù)據(jù)速率進(jìn)行通信；以及在需要以該第二數(shù)據(jù)速率通信之前，該第二收發(fā)器保持關(guān)閉。
15.一種超寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，包括至少兩個超寬帶通信設(shè)備，每個設(shè)備被構(gòu)造為使用至少兩個數(shù)據(jù)速率來發(fā)射和接收數(shù)據(jù)；以及主超寬帶收發(fā)器，被構(gòu)造為與至少兩個超寬帶通信設(shè)備進(jìn)行通信，并且選擇地使用該兩個數(shù)據(jù)速率指導(dǎo)數(shù)據(jù)通過該網(wǎng)絡(luò)。
16.如權(quán)利要求15所述的超寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，其中兩個數(shù)據(jù)速率都是從包括以下速率的組中選擇的1Kbps，5Mbps，25Mbps，50Mbps，100Mbps，200Mbps，400Mbps，480Mbps，500Mbps以及1Gbps。
17.如權(quán)利要求15所述的超寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，其中該主超寬帶收發(fā)器通過確定該至少兩個超寬帶通信設(shè)備的每個設(shè)備的通信數(shù)據(jù)速率能力，選擇兩個數(shù)據(jù)速率中的一個。
18.如權(quán)利要求15所述的超寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，其中該至少兩個超寬帶通信設(shè)備的每個設(shè)備傳輸多個脈沖。
19.如權(quán)利要求18所述的超寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，其中該多個脈沖中的每個脈沖都有持續(xù)時間，該持續(xù)時間的范圍從約10微微秒到約1毫秒。
20.如權(quán)利要求15所述的超寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，其中該至少兩個超寬帶通信設(shè)備的每個設(shè)備傳輸多個正交頻分復(fù)用信號。
21.如權(quán)利要求15所述的超寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，其中該至少兩個超寬帶通信設(shè)備的每個設(shè)備包括低數(shù)據(jù)速率收發(fā)器和高數(shù)據(jù)速率收發(fā)器。
22.一種超寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，包括被構(gòu)造為使用至少兩個數(shù)據(jù)速率來發(fā)射和接收數(shù)據(jù)的超寬帶通信設(shè)備；以及被構(gòu)造為使用至少兩個數(shù)據(jù)速率來發(fā)射和接收數(shù)據(jù)的主超寬帶收發(fā)器；其中該主超寬帶收發(fā)器確定該超寬帶通信設(shè)備的數(shù)據(jù)速率能力。
23.如權(quán)利要求22所述的超寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，其中該主超寬帶收發(fā)器以該確定的數(shù)據(jù)速率能力與該超寬帶通信設(shè)備進(jìn)行通信。
24.如權(quán)利要求22所述的超寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，其中該主超寬帶收發(fā)器傳輸信標(biāo)信號，該信標(biāo)信號包含從包括以下信息的組中選擇的信息地理位置信息，以及數(shù)據(jù)通信速率能力。
25.如權(quán)利要求22所述的超寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，其中該兩個數(shù)據(jù)速率的每一個是從包括以下速率的組中選擇的1Kbps，5Mbps，25Mbps，50Mbps，100Mbps，200Mbps，400Mbps，480Mbps，500Mbps以及1Gbps。
26.如權(quán)利要求22所述的超寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，其中該超寬帶通信設(shè)備向該主超寬帶收發(fā)器傳輸請求，以便僅僅使用數(shù)據(jù)速率中的一個進(jìn)行通信。
27.如權(quán)利要求22所述的超寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，其中該主超寬帶收發(fā)器向該超寬帶通信設(shè)備發(fā)送關(guān)機(jī)命令信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于超寬帶通信的通信協(xié)議。本發(fā)明提供在各種類型網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的超寬帶設(shè)備(60a－e)之間的兼容性和互操作性。在一種實施方式中，由HDR收發(fā)器(60)和LDR收發(fā)器(60)提供具有高數(shù)據(jù)傳輸率能力和低數(shù)據(jù)傳輸率能力的組合或交織數(shù)據(jù)幀。低數(shù)據(jù)傳輸率可以用于正在訪問的網(wǎng)絡(luò)類型的最初發(fā)現(xiàn)，以及高數(shù)據(jù)傳輸率可以用來在具有高數(shù)據(jù)傳輸率能力的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)快速傳輸數(shù)據(jù)。提供本摘要的唯一目的是遵守摘要需求規(guī)則，使得讀者快速確定此處包含的公開的主題。提交本摘要的前提是，明確理解它不是用來解釋或限制權(quán)利要求書的范圍或含義。
文檔編號H04B7/216GK1853366SQ200480026558
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月15日
發(fā)明者約翰·桑托夫, 卡齊邁爾茨·西威克 申請人:脈沖互聯(lián)有限公司