專利名稱：用于非對稱雙模無線電通信的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信領域。具體來說，本發(fā)明涉及在上行鏈路和下行鏈路中使用不同信道的無線電通信。
背景技術：
在過去數(shù)十年，無線電和超大規(guī)模集成(VLSI)技術方面的進步促進無線電通信在消費應用的廣泛應用?，F(xiàn)在可以制造如移動無線電的具有可接受的成本、尺寸和功耗的便攜式裝置。消費市場的移動電話通信源于由警察和救援服務而來的電話系統(tǒng)，并基于在70年代和80年代改進和優(yōu)化的模擬技術。這些模擬電話系統(tǒng)的例子是北歐移動電話(NMT)和全接通通信系統(tǒng)(TACS)。移動電話的使用實際在90年代隨著基于諸如全球移動通信系統(tǒng)(GSM)、數(shù)字高級移動電話服務(D-AMPS)和個人數(shù)字蜂窩(PDC)等的數(shù)字技術的移動電話系統(tǒng)的引入而起步。一般來說，模擬系統(tǒng)被指為第一代，而數(shù)字系統(tǒng)被指為第二代。
目前，正在開發(fā)第三代系統(tǒng)?？梢詤^(qū)分為兩個不同的開發(fā)途徑。一個途徑考慮基于不同于前一代的技術的全新系統(tǒng)。例如，正在歐洲、亞洲和美國開發(fā)的第三代系統(tǒng)即通用移動電信系統(tǒng)(UMTS)，雖然是數(shù)字的，但是基于寬帶傳輸，而大多數(shù)第二代系統(tǒng)是基于窄帶傳輸。另一個途徑考慮在現(xiàn)有第二代系統(tǒng)中的高數(shù)據(jù)速率(下文中可與高速率互換使用)。一個例子是應用于GSM和D-AMPS中的EDGE模式。在后一種情況中，第二代系統(tǒng)通過高速率模式的使用來更新到第三代系統(tǒng)。
通過添加諸如更高數(shù)據(jù)速率的專用功能來更新現(xiàn)有系統(tǒng)的這種常見趨勢是具有吸引力的，因為如控制和移動性支持的系統(tǒng)基本功能仍可以基于常規(guī)系統(tǒng)操作，而僅專用模式利用這些高級特征。與現(xiàn)有便攜式裝置的兼容性得以保證。
當前解決方案的局限性在于，為了建立專用高速鏈路，發(fā)送方和接收方都必須能夠支持更高數(shù)據(jù)速率。雖然初看無足輕重，但是當認識到對于需要高數(shù)據(jù)速率的許多應用僅在一個方向上需要數(shù)據(jù)速率的增加時就完全不同了。例如，當膝上型計算機經(jīng)由諸如藍牙的短距離無線電鏈路將文件下載到打印機時，僅在從膝上型計算機到打印機的方向上需要增加的數(shù)據(jù)速率。從打印機到膝上型計算機的返回信道僅需要支持基本數(shù)據(jù)鏈路控制(DLC)消息和其他鏈路相關的信令。返回信道可以容易地通過常規(guī)無線電鏈路來支持。將理解諸如打印機的信息宿(sink)優(yōu)選地具有用于高速率接收的高級接收器。盡管如此，發(fā)射器還可以是簡單類型的，因為只需在從打印機來看的發(fā)射方向上支持低數(shù)據(jù)速率(下文可與低速率互換使用)。備選地，可以發(fā)現(xiàn)典型信息源的例子。
考慮數(shù)字照相機。用戶希望高速地從照相機傳送圖片，而從不會將圖片傳送到照相機。因此，照相機優(yōu)選地具有用于支持高數(shù)據(jù)速率的高級發(fā)射器，而接收器可以是非常簡單的。因為高速率無線電發(fā)射器的復雜性與高速率無線電接收器的復雜性非常不同，所以發(fā)現(xiàn)可以通過考慮非對稱速度需求來改進添加高速模式的好處。
因此，在現(xiàn)有技術中需要一種在存在速度需求的非對稱性的情況中可以以降低的成本支持高速模式的系統(tǒng)。
發(fā)明概述發(fā)射器和接收器功能分設在雙模無線電收發(fā)器中以支持高速率業(yè)務。為了支持常規(guī)(低速率)空中接口和高速率空中接口，無線電收發(fā)器通常設計為支持兩種方案。本發(fā)明針對具有僅需要高速率發(fā)射或僅需要高速率接收功能的高度非對稱需求的系統(tǒng)。
將常規(guī)空中接口用于諸如連接建立、鏈路監(jiān)控等的常規(guī)支持功能。此外，對于諸如(數(shù)字)照相機或CD播放器的具有典型源功能的終端，包括高速率發(fā)射器以支持以高數(shù)據(jù)速率將數(shù)據(jù)推出終端。備選地，對于諸如打印機或顯示器的具有典型宿功能的終端，包括高速率接收器以支持以高數(shù)據(jù)速率將數(shù)據(jù)拉入終端。在這兩種情況中，支持在高速率鏈路上的通信的反饋或返回信道在低速率空中接口上傳送。這使宿終端可以避免實施(高級)高速率發(fā)射器，而它使源終端可以避免實施(高級)高速率接收器。
為了支持在更高層的消息交換，開放系統(tǒng)互連(OSI)模型在物理層進行劃分。由此，在一個方向上數(shù)據(jù)鏈路控制和介質(zhì)訪問層在高速物理信道上承載，而在反方向上常規(guī)物理信道承載它們。
附圖簡介為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考下文說明，附圖中相似的編號指代相似的對象，以及圖中

圖1示出對稱使用的常規(guī)單模收發(fā)器；圖2示出對稱使用的常規(guī)雙模收發(fā)器；圖3a示出照相機作為信息源的典型非對稱應用；圖3b示出打印機作為信息宿的典型非對稱應用；圖4示出雙模、非對稱連接；圖5a示出根據(jù)本發(fā)明有利實施例的非對稱使用的具有高級發(fā)射器的雙模收發(fā)器；圖5b示出根據(jù)本發(fā)明有利實施例的非對稱使用的具有高級接收器的雙模收發(fā)器；圖6示出用于低速率和高速率模式的常規(guī)開放系統(tǒng)互連(OSI)模型；圖7示出通過根據(jù)本發(fā)明有利實施例的非對稱使用的具有高級發(fā)射器的雙模收發(fā)器來支持低速率和高速率模式的OSI模型；以及圖8示出通過根據(jù)本發(fā)明有利實施例的非對稱使用的具有高級接收器的雙模收發(fā)器來支持低速率和高速率模式的OSI模型。
發(fā)明詳細說明下文論述的圖1至圖8以及本專利文檔中描述本發(fā)明原理所用的各種實施例僅作為說明，且不應以任何方式被解釋為限定本發(fā)明范圍。本領域技術人員將理解本發(fā)明原理可以在用于非對稱雙模無線電通信的任何恰當布置的系統(tǒng)中實施。
與上世紀之交馬可尼用來橫跨大西洋發(fā)送第一無線電消息的設備相比，無線電實施得到了相當?shù)母倪M。但是，雖然尺寸、功耗和價格隨著硅集成電路的出現(xiàn)而大大減小，但是基本無線電收發(fā)器結(jié)構沒有改變那么多。圖1示出對稱使用的常規(guī)單模收發(fā)器100。由主機系統(tǒng)(蜂窩電話、PDA或任何其他電子設備)在I/O接口上提供信息。在大多數(shù)現(xiàn)代系統(tǒng)中，該信息已經(jīng)具有數(shù)字格式。
在MAC/DLC控制器102中，準備該信息以在無線接口上傳送。例如，以差錯控制比特的形式添加附加的控制信息。在適當?shù)臅r刻，該時刻可能取決于介質(zhì)訪問控制(MAC)方案的類型，數(shù)據(jù)準備就緒以在無線電信道上傳送?；鶐Э刂破?04將信息分組，并將數(shù)字比特映射到適合于RF傳輸?shù)姆柹?此外可以添加差錯控制信息)。然后將該基帶信號提供到無線電TX部分106。那里，對基帶信號適當?shù)卣尾⑵滢D(zhuǎn)換成適合的RF頻率(例如在0.5-5GHz之間的范圍中)，由功率放大器(PA)107放大并由天線108發(fā)射。
在返回路徑中，由天線108拾取RF信號，由低噪聲放大器(LNA)110放大，并在無線電RX部分112中下變頻及濾波?；鶐Э刂破?14，施加定時和頻率同步，以及取回符號并將其映射到比特?？梢允┘硬铄e校正，以及均衡和其他恢復技術。然后將接收到的分組中的有效負載提供到MAC/DLC控制器102，MAC/DLC控制器102根據(jù)DLC協(xié)議再施加檢查和操作。最后，將接收到的信息提供到I/O接口以及供給主機系統(tǒng)。
今天的許多系統(tǒng)通過附加模式來應用，以改進特定的特征，例如數(shù)據(jù)速率。例如，在基于GSM的蜂窩電話中，對于分組交換的通信和更高的數(shù)據(jù)速率可以包括附加的EDGE模式。另一個例子是藍牙，其中正在開發(fā)更高的速率(rata)模式。因為GSM或藍牙收發(fā)器中基本無線電僅可以支持基本空中接口，所以需要添加附加的電路來支持這些高速率模式。例如，在GSM中，基本GSM空中接口使用GMSK恒定包絡非線性調(diào)制，這允許C類發(fā)射器和限制接收器(limitingreceiver)。對比之下，EDGE使用線性8-PSK調(diào)制，這需要更高級的無線電發(fā)射器和接收器。使用相似的方式，基本藍牙空中接口應用允許C類發(fā)射器和限制接收器的1MHz寬的非線性恒定包絡GFSK調(diào)制。正在開發(fā)的高速率模式使用需要更多線性發(fā)射器和接收器的4MHz寬的PSK調(diào)制。
圖2示出對稱使用的常規(guī)雙模收發(fā)器。電路202(發(fā)射端上的baseband_1 TX-radio_1 TX組合和接收端上的baseband_1 RX-radio_1 RX組合)支持標準空中接口。電路204(發(fā)射端上的baseband_2TX/radio_2 TX和接收端上的baseband_2 RX-radio_2 RX)支持高速率。根據(jù)所使用的模式，PHY控制選擇電路202或204。
在實踐中，許多應用具有極端非對稱的業(yè)務行為。以圖3a中的示范數(shù)字照相機302為例。照相機302的輸入是用戶拍攝的圖片。用戶然后可能希望將所拍攝的圖片傳送到另一個介質(zhì)上，如盤存儲器、PC304或彩色打印機。這可以經(jīng)由照相機302和該其他介質(zhì)之間的無線鏈路來實現(xiàn)。但是，將理解，數(shù)據(jù)流將總是從照相機到外部介質(zhì)而且從不會是從相反方向。
圖3b中示出另一個例子。這里示出的是打印機306。用戶可以從他們的便攜式裝置，如膝上型計算機、PDA308、蜂窩電話和數(shù)字照相機以無線方式將數(shù)據(jù)傳送到打印機306以打印。從不會預期從打印機向便攜式裝置的業(yè)務。因此基本上，打印機僅需要接收器。信息宿的再一個例子(未示出)是具有顯示屏以通過蜂窩網(wǎng)絡在因特網(wǎng)上沖浪的瀏覽器。主要業(yè)務是從網(wǎng)絡到瀏覽器，而反之則不然。
這些例子說明許多應用僅需要發(fā)射器或接收器來用于它們的業(yè)務。但是，雙向連接對于支持功能始終是必需的。在初始連接建立時，連接的兩端都需要能夠交換有關信道、鑒權、加密和其他監(jiān)控功能的信息。再者，在數(shù)據(jù)通信中，常常使用自動重傳協(xié)議來重發(fā)接收時被破壞的消息。所有這些支持功能不需要極端高的數(shù)據(jù)速率，但是要求在任何單元中的發(fā)射/接收組合。但是，一旦建立了連接，可以在一個方向上引入高速率鏈路以加速數(shù)據(jù)流，并可以在(低速率)基本鏈路上承載返回控制信息。
圖4示出雙模非對稱連接400。鏈路1_control402是用于單元A406和B404之間交換控制信息的雙向鏈路。鏈路2408是從單元A406向單元B404傳送用戶信息的單向鏈路。在該情況中，單元A406和B404都需要用于鏈路1402的發(fā)射器和接收器。但是，單元A406只需要用于鏈路2408的發(fā)射器，而單元B只需要用于鏈路2408的接收器。圖5a中示出根據(jù)本發(fā)明實施例用于單元A的雙模收發(fā)器結(jié)構的例子。
圖5a示出根據(jù)本發(fā)明有利實施例的非對稱使用的具有高級發(fā)射器的雙模收發(fā)器500。沒有高速率接收器“鏈”即用于處理高速率信號的高級接收電路。例如，在藍牙及其高速率模式的情況中，接收器部分僅由基本藍牙接收器502組成，它可以基于限制、非相干的概念。為了支持高速率模式，僅發(fā)射部分需要修改為支持更高級的信令方案。如在收發(fā)器500中所示，通過高級發(fā)射器506來增強基本發(fā)射器504。
備選地，圖5b示出根據(jù)本發(fā)明有利實施例的非對稱使用的具有高級接收器的雙模收發(fā)器550。這里，僅有用于鏈路1的基本發(fā)射器552?；窘邮掌?54和高級接收器556都在該信息宿單元中實施。對于藍牙高速率，高級接收器556可以是線性的，使用均衡和其他高級信號處理技術。總之，雙模收發(fā)器500和550的實施都降低了成本，因為這些收發(fā)器的高級空中接口的TX部分或RX部分對應于典型使用來實施。
通常根據(jù)OSI分層模型來構建通信協(xié)議。在本發(fā)明中，僅考慮OSI模型的較低層(即，忽略應用層和表示層)。圖6示出單元A和B中的協(xié)議棧，假定它們都實施了具有用于鏈路1和2上的雙向傳送的收發(fā)器的常規(guī)雙模無線電。一個單元中的每層在另一個單元中具有其對應的層。虛線表示鏈路1上支持的不同協(xié)議，而實線表示鏈路2上支持的不同協(xié)議。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明實施例僅從A到B具有高速率鏈路的單元A和B中的協(xié)議棧。在該具體例子中，用于鏈路2的返回鏈路應用鏈路1的PHY_1和MAC_1層。這意味著涉及鏈路2上的業(yè)務的任何控制信息(例如分組的確認)由鏈路1來承載。這意味著返回鏈路在映射鏈路2的介質(zhì)上是完全不可見的。例如，處于高速率模式的標準藍牙使用具有1MHz信道帶寬的跳頻方案。該信道在2.4GHzISM頻帶中約80MHz的范圍上跳頻。所提出的高速率模式(參見J.C.Haartsen的美國專利6519460，申請日1999年8月30日，標題為“不協(xié)調(diào)的跳頻系統(tǒng)中的資源管理”，它通過引用結(jié)合于本申請中)使用利用動態(tài)信道選擇算法來置于2.4GHzISM頻帶中的80MHz頻帶中某個位置的4MHz的靜態(tài)信道。在根據(jù)圖7的實施例中，從單元A到單元B的業(yè)務在4MHz的寬帶信道上傳送。但是，重傳方案的對應確認和流控制信在跳頻信道上承載。對4MHz信道的訪問和對FH信道的訪問完全是分開的。因此，在單元B中，用于寬帶接收的MAC_2機制和用于返回、窄帶發(fā)射的MAC_1機制完全是分開的。即，前向流和返回流在DLC層進行劃分。類似地，單元A中用于寬帶發(fā)射的MAC_2機制和用于返回、窄帶接收的MAC_1機制完全是分開的。
圖8示出通過根據(jù)本發(fā)明替代實施例的非對稱使用的具有高級接收器的雙模收發(fā)器來支持低速率和高速率模式的OSI模型。該實施例將MAC協(xié)議用于高速前向傳輸和基本速率返回傳輸。但是，PHY層對于前向鏈路和返回鏈路是不同的。這會意味著返回鏈路應用與前向鏈路相同的介質(zhì)和訪問技術，但是分組化和RF調(diào)制方案分別對應于高速率的PHY層和基本速率的PHY層。對于藍牙及其高速率模式，這意味著返回鏈路使用與前向鏈路相同的靜態(tài)RF頻率，但是它使用常規(guī)窄帶調(diào)制和分組。在該實施例中，前向流和返回流在MAC層進行劃分。
如果使用分布式MAC協(xié)議，則發(fā)射器實施例和接收器實施例導致額外的復雜性，因為在高速率信道上參與的其他單元的高速率接收器無法解碼返回鏈路中的窄帶傳輸。通過通知在高速率信道上的其他用戶單元B將在低速率信道上響應高速率傳輸?shù)氖聦崄砜朔藛栴}。這些單元可以切換到該基本模式以監(jiān)聽返回信道，或它們考慮返回消息占用介質(zhì)的時長。
總之，本發(fā)明描述了可以以基本或低速率發(fā)射和接收但是僅可以以高速率接收或僅可以以高速率發(fā)射的非對稱雙模收發(fā)器。與在高速率信道上發(fā)送的信息相關聯(lián)的反饋/控制信息由低速率信道來傳送。本發(fā)明提供降低成本的解決方案，因為可以在僅接收的應用中省略復雜的發(fā)射器，而在僅發(fā)射的應用中省略復雜的接收器。
利用所述發(fā)明，無線裝置將獲得利用小的附加實施成本以高速率發(fā)送信息同時以常規(guī)接收器接收返回信息的可能性。
權利要求
1.一種用于雙模無線電通信的收發(fā)器，包括用于建立交換控制信息所用的雙向鏈路(408)的部件；以及與單向鏈路耦合的高數(shù)據(jù)速率(高速率)發(fā)射器(506)，用于在所述收發(fā)器(500)主要是用戶信息的發(fā)射器的情況下發(fā)射用戶信息；或與所述單向鏈路耦合的高數(shù)據(jù)速率接收器(556)，用于在所述收發(fā)器(500)主要是用戶信息的接收器的情況下接收用戶信息。
2.如權利要求1所述的收發(fā)器，還包括用于支持在所述高速率鏈路上的用戶信息傳輸?shù)睦玫蛿?shù)據(jù)速率(低速率)接口的返回信道。
3.如權利要求1所述的收發(fā)器，還包括用于在一個方向上在高速率物理信道上承載數(shù)據(jù)鏈路控制和介質(zhì)訪問層的部件；以及用于在反方向上在常規(guī)物理信道上承載所述數(shù)據(jù)鏈路控制和介質(zhì)訪問層的部件。
4.如權利要求1所述的收發(fā)器，其特征在于所述包括高速率發(fā)射器的雙模收發(fā)器還包括基本接收器部分(502)；基本發(fā)射器部分(504)；以及高速率發(fā)射器部分(506)。
5.如權利要求1所述的收發(fā)器，其特征在于所述包括高速率接收器的雙模收發(fā)器還包括基本接收器部分(554)；基本發(fā)射器部分(552)；以及高速率接收器部分(556)。
6.如權利要求2所述的收發(fā)器，還包括用于在數(shù)據(jù)鏈路控制(DLC)層劃分前向傳輸和返回傳輸?shù)牟考?，其中所述收發(fā)器的高速率部分可在一個介質(zhì)訪問控制(MAC)層上操作以及所述低速率部分可在第二MAC層上操作。
7.如權利要求2所述的收發(fā)器，還包括用于在所述MAC層劃分前向傳輸和返回傳輸?shù)牟考?，其中所述收發(fā)器的高速率部分可在一個物理(PHY)層上操作以及所述低速率部分可在第二PHY層上操作。
8.如權利要求7所述的收發(fā)器，其特征在于所述收發(fā)器通知在所述高速率信道上的其他用戶所述收發(fā)器將在所述低速率信道上響應高速率傳輸。
9.一種經(jīng)由收發(fā)器的非對稱通信的方法，包括在雙向鏈路上交換控制信息；如果所述收發(fā)器主要是用戶信息的發(fā)射器，則利用高速率發(fā)射器經(jīng)由單向鏈路發(fā)射用戶信息；以及如果所述收發(fā)器主要是所述用戶信息的接收器，則利用高速率接收器經(jīng)由所述單向鏈路接收所述用戶信息。
10.如權利要求9所述的方法，還包括通過利用低數(shù)據(jù)速率(低速率)接口的返回信道支持在所述高速率鏈路上的用戶信息傳輸。
11.如權利要求9所述的方法，還包括在一個方向上在所述高速率物理信道上承載數(shù)據(jù)鏈路控制和介質(zhì)訪問層，其中在反方向上所述常規(guī)物理信道承載所述數(shù)據(jù)鏈路控制和介質(zhì)訪問層。
12.如權利要求9所述的方法，其特征在于所述包括高速率發(fā)射器的雙模收發(fā)器還包括在基本接收器部分中接收窄帶傳輸；在基本發(fā)射器部分中發(fā)射窄帶傳輸；以及在高速率發(fā)射器部分中發(fā)射寬帶傳輸。
13.如權利要求9所述的方法，其特征在于所述包括高速率接收器的雙模收發(fā)器還包括在基本接收器部分中接收窄帶傳輸；在基本發(fā)射器部分中發(fā)射窄帶傳輸；以及在高速率接收器部分中接收寬帶傳輸。
14.如權利要求10所述的方法，還包括在數(shù)據(jù)鏈路控制(DLC)層劃分前向傳輸和返回傳輸，其中所述收發(fā)器的高速率部分可在一個介質(zhì)訪問控制(MAC)層上操作以及所述低速率部分可在第二MAC層上操作。
15.如權利要求10所述的方法，還包括在所述MAC層劃分前向傳輸和返回傳輸，其中所述收發(fā)器的高速率部分可在一個物理(PHY)層上操作以及所述低速率部分可在第二PHY層上操作。
16.如權利要求15所述的方法，還包括通知在所述高速率信道上的其他用戶所述收發(fā)器將在所述低速率信道上響應高速率傳輸。
全文摘要
發(fā)射器和接收器功能分設在雙模無線電收發(fā)器中以支持高速率業(yè)務。通過包括高速率發(fā)射器來支持以高數(shù)據(jù)速率將數(shù)據(jù)推出收發(fā)器或包括高速率接收器來支持以高數(shù)據(jù)速率將數(shù)據(jù)拉入收發(fā)器，以支持具有只需要高速率發(fā)射或只需要高速率接收功能的高度非對稱需求的收發(fā)器。
文檔編號H04L27/38GK1868175SQ200480030568
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月8日 優(yōu)先權日2003年10月17日
發(fā)明者J·哈爾特森 申請人:艾利森電話股份有限公司