专利名称：对于无线网络使用能量脉冲串的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及通信网络和协议，特别是涉及无线网络，或要求最小周转传信时间的其它网络。
通常通过用导线或电缆互连设备来形成通信网络，让每个设备遵守沿这些导线或电缆发送信息的协议。在一些情况下，可将这种网络的一部分实施为无线连接。采用节点之间的无线电或红外频率信号。这种无线连接是点到点的，在每一端具有单独的通信设备，每个彼此调谐到与同一地理区域中的其它设备不同的频率上。
在另一方面，采用比如无线电频率信号，在设备之中没有实际连接地形成无线网络。在该网络上的每个设备调谐到同一频率，并且每个设备遵守在这个共同频率上传送信息的协议。该协议可使网络里的所有设备之间通信，或强制每一设备只与主设备通信。通过排除对每个设备穿引导线或电缆的需要，对于有线网络而言，无线网络给出了非常大的优越性。
随着多种技术的可利用性的增加，和信息存取需要的增加，基于局部网络(LANs)的住宅和工作的市场潜力在增加。减轻无线网络的安装和扩展无疑为无线LANs创造了大的需求。例如，一中央基地台对人们家庭中的所有通信设备可提供无线服务，包括语音，影象和数据，或无线基地台可提供在办公室中所有便携式计算机或场地上所有计算机中间的通信。然而，为了成功，在这些无线网络中采用的技术和协议必须是不劣于它们的同等有线网络。
在过去的几十年中，为了有效地管理通信设备的网络中的信息传输开发了许多协议。在这些网络协议的开发中的一个基本的前提一直是有线网络的基础设施。在无线网络中，据此假定过去开发的有线网络协议不再有效。尽管可将多数的现存协议从功能上延伸到无线网络，但它们的效能和效率受到设备间缺少直接连接的不利影响。
在有线网中的数据通信所用的共同协议是具有“广播”协议的总线结构。在总线上的设备监视总线，等待平静周期，然后发送。当第二设备也等待平静周期，同时开始发送时，将发生碰撞。在发生碰撞时，该广播协议通常请求设备停止发送，在下一个静态周期再试。通过让每个设备随机地改变自静态周期起点的回答时间来避免重复碰撞，使它们不再同时回答。这种广播协议，正如其名称所指，起源于无线传输，而且仍然广泛用于话音无线网络，比如CB无线电。
然而，该广播协议却不适于在无线网络上的高速数据通信，因为在无线网络上的碰撞检测消耗时间。在有线网络上，该协议通常要求一个逻辑电平的有效确认，而另一电平的无效确认(即有效电平的非确认)。在无效电平的传输中在发射机上通过监视总线可检测碰撞。如果在这个发射机发送无效电平期间检测到一有效电平，这必定意味着碰撞。则该有线发射机可在下一静态周期自动地重发该信息。然而，在无线网络上正在发射的设备不能检测在同时另一设备是否正在发射。正在发射的设备如果它监测该传输频率，将只会检测到自己的传输，因为它的功率电平显著高于遥远发射机的功率电平。然而，想要的接收机远离两个发射机，一般只能收到由于两个发射机在同一频率上同时发送所引起的混淆信息。由于碰撞很可能发生。该发射机无法检测这些碰撞，该无线广播协议通常要求想要的接收机确认(ACK)每一信息的接收。如果它未收到该信息，或收到了混淆的信息，它就不发送确认，或发送一个非确认(NAK)信号。如果发射机未收到确认，它就重发前面的信息。在无线网络中对接收机对于每个信息确认的要求具有复合的不利影响，因为每个确认的发送也会引起碰撞。随着通信密度的增加，因为确认传输的增加以及对于每次碰撞的重复传输，使碰撞的概率成指数增加。
可将其中的主设备轮询每一其它设备的信息的轮询网络协议应用到无线网络。然而，这种协议对非均匀业务分布的网络，在效率上固有的低。在轮询过程中，询问网络上的每一设备，而且待用设备的轮询消耗时间。多数的轮询协议，为一些周期的无活性之后暂停其设备的轮询，以节省时间，但这种协议还必须包括一个装置，当非轮询设备再变为活性的时用于通知主设备。通常用提供对主设备的辅助连接来完成这种重活的通知，比如一个对所有设备公用的中断线路。在有线网络中的附加辅助连接的等同物是无线网络中的附加辅助频率。另外，可在每信息期间的傍边设置一个时间用于通知信号。在这个公共线路上或在通知期间出现重活通知。使主设备再轮询网络上的所有设备，以确定哪个设备现在是活性的。
因此，可看出，从有线网络协议到无线网络协议的转换一般需要额外的时间，或频率，或两者都要。这种时间或频率的增加需求用于无线网络管理的控制信息的传送。本发明的目的是将网络中传送这种控制信息所需的时间最小化。尽管提供的本发明可具体应用到无线网络，但可将其实施原则同等地用于减少，在有线网络中传送控制信息所需的时间。
实质上，本发明描述一种在无线网络协议中以短能量脉冲串发送控制信息的方法。
通过注意到网络上的控制信息通常包括具有尽管重要的却是最少的信息的短的消息，可最好地了解本发明。也就是说，通常在有线网络上的控制信息可在具有两个状态之一的单线上实现。比如，可在有线网络上为设备提供“请求发送”线，以便它通知主设备，它有信息要发送。可提供“清除传送”线，以通知该设备传输可开始。或者主设备可采用同样的“请求发送”线，在随后的时间周期发送这个“清除发送”信息。同样，还可提供一个“确认”线。在每一情况，该信息的内容包括一单位信息该设备有或没有什么需发送；接收或未接收到该信息等。与这个单位控制信息内容相反，在无线网络中传输的数据内容却要求包含非常多的信息。对于数据和控制两者采用同一协议，以一个或另一个或两者，这样的效率是低的。
本发明为在无线网络中传输单位控制信息提供了一种很高效率的有效装置，不必限制或影响有效数据传送所用的协议。
通过将所有的设备同步到主设备来实现这种效率高的有效通信装置，将相对于同步时间的一个小的时间单位配给每一设备。在每一设备分配的时间中在网频上能量的存在与否表示那个设备的该一位控制信息的状态。根据控制位的功能，由主设备或每个其它设备来认定在分配时隙中能量的存在。作为这种基本设计的扩展，根据要求用多个时间分配可容纳多个控制位。
图1表示一种无线设备的网络。
图2表示根据本发明接收或发送控制位的定时图。
图3表示根据本发明接收或发送控制位的线路图。
图4表示根据本发明在同一频率或同一线上接收和发送控制位及信息的定时图。
图5表示根据本发明在同一频率或同一线上传输多个信息的定时图。
现在详细描述本发明的最佳实施例。
图1表示一种无线网络，包括移动台101-105，和基地台110。为了容易理解，示出了用于发送信息到基地台的一个频率F1。和用于从基地台接收信息的一个频率F2，尽管还将公开采用同一频率用于发送和接收两者的其它实施例。该移动台装置可以是分立的，或直接结合到终点设备，比如电话中。将这个网络的每个移动台分配一个地址。为了简单，将地址1分配给移动台101，将地址2配给台102，等等。通过在每一设备上置位开关，或通过传送令该设备改变它的内部地址的信息可建立地址的分配。而且，通过使用这些地址分配和改变信息，可将附加设备加入网络或删除现有设备。对于这种地址的初始化技术一般是熟知的，故这里不再提供。
因为每个移动台将在同一频率上向基地台发送，故必须建立一个协议来管理在这个网络上的通信。
图2表示根据本发明用于发送到无线网络中的基地台的协议。在时间250的第一期间基地台110将发送同步模式，每个基地台将用它来建立共同的时间标准200。将时间260的第2期间细分为小时间间隔201-205，将这些时间间隔分配给每个移动台101-105，对应于它们的地址1-5。为了效率。这些时间间隔很短，且每个都具有与主台所建立的时间200的固定关系。如果移动台具有发送到基地台的信息，它将在它们分配时隙中以网络频率发送一能量脉冲串。即，如果移动台103具有信息要发送，它在时间间隔203发送一能量脉冲串，通知基地台，具有地址3的移动台有信息要发送。在时间段270，与这个能量脉冲串信令协议无关，采用为这种数据传输所建立的协议，可完成数据传输。
这个特殊的实施例特别适于具有移动台相对等级的网络，其中来自地址1的信息优先于来自地址2的信息，地址2的信息优先于地址3的信息，等等。在这种网络中，如果在它的分配时隙之前检测到一能量脉冲串，则该协议可要求移动台不发送能量脉冲串。即，如果地址2发送一能量脉冲串，地址3-5将不允许发送能量脉冲串。这样做，消除了碰撞的可能性，而且发送该能量脉冲串的台可在紧接着的时间段270自由地发送它的数据。该接收基地台将知道，从与检测的能量脉冲串的时间间隔对应的地址，发来了数据。
基地台可采用这个同样的协议向移动台发送信息。在时间段250，在用于从基地台接收信息所分配的频率上，基地台110将向移动台发送同步模式。在时间段260，在分配给要接收该信息的台的时间间隔中，基地台将发送能量脉冲串。从而，提醒与出现能量脉冲串的时间间隔对应的移动台，在时间段270去接收由基地台发送的随后数据。还应注意，这个协议特别适于意在多于一个移动台的信息。在时间段260可发送想要的每一台的能量脉冲串，从而提醒每个台接收在时间段270发送的后来数据。
在构思上，这个协议，与在信息数据中包含源和/或目的地地址的协议是相同的，但正如所述通过采用能量脉冲串给出了明显的优点。正如其名称所指，能量脉冲串是以指定的无线电频率发射的能量短脉冲串。与数据信号相反，这种能量脉冲串具有很易满足标准的优点。现存的数字设备很适合精确的时间测量，特别按照周期性地认定的同步模式。因此，规定时间作为相关的标准，而不是内容，考虑了最大代价的有效方案。不规定与内容有关的标准，正如对数据信号必须做的，该临界规格只是什么时候有信号，而不是它的内容。
图3表示根据本发明通过使用规定时间上的能量脉冲串接收或发送控制信息的设备。在图3A中，将能量脉冲检测到器302与数据解调器301分开表示，举例来说，事实上能量脉冲串检测不需要数据接收通常应用的信号处理。比如，接收机300接收来自基地台110的信号。定时产生器303提一个用于检测同步信号250并建立图2的时间标准200的装置。该定时产生器303根据标准350在时间200上产生一脉冲。该标准信号复位RS锁存器313，并输入到延迟单元310和311。从接收标准350上的该脉冲起的预定时间之后，延迟单元310产生脉冲380。该预定时间是由分配给每一设备的地址确定的，以便在时间上与图2中所示的时间间隔201-205中的一个对应。将这个脉冲380输入到与门312。与门312的另一输入是检测器302的输出。如果在指定给这个设备的期间检测到了能量脉冲，因为由脉冲380的发送，与门312的输出置RS锁存器313。通过对于每个被寻址设备的规定时间间隔的建立，使得RS锁存器313的输出对应于来自基地台的供给这个设备的控制信号的检测。
在这个实施例中，这个控制信号的检测通知该设备，来自基地台100的随后信息是供给这个设备的。从接收标准350上的该脉冲起的预定时间之后，延迟单元311产生信号381。将这个信号381认定为时间段270的信息持续时间。因此，如上所述如果由于在所分配的时间接收到了能量脉冲串而将RS锁存器置位了，则与门314在信息时间段270期间启动门315。
图3B表示控制设备，用于按照本发明从远程发射机产生能量脉冲串。具有与图3a中所述同样功能的元件有相同的标号。如上所述，标准信号350将包含在由基地台传输的同步信号250建立的时间基准200上的脉冲。在标准信号350上出现的该脉冲将使RS锁存器313复位。延迟单元310将在该设备的分配时间间隔，201到205中之一，产生脉冲。图3B包括另一锁存器330。该锁存器330用于发信号通知在该设备的分配时间之前能量脉冲串的出现。由标准信号350对该锁存器330置位。如果检测器302检测到能量脉冲，则将该锁存器330置位。因此，在脉冲380的时间，如果且只有如果未检测到能量脉冲串因为该锁存器被该标准脉冲置位，才将确立该锁存器330的输出。将该时间间隔脉冲380、锁存器330、320输出、和控制信号382输入到门312。只有如果锁存器330被置位，在时间段380与门312将置位锁存器313，并发信号通知在时间380之前没有其它发射机发送能量脉冲串，并确立控制信号382。还将与门312的输出作为信号385供给发射机337。当接收到确立信号385时，将起动发射机337，从而发送能量脉冲串。检测器302随后检测这个脉冲串，它将使锁存器330复位，将使所述与门阻止信号385，从而终止能量脉冲串的发送。另外，如果接收机300在发送中被截止，则在定时间隔脉冲380的末尾信号380将被终止。
在这个实施例中，每当设备具有信息要发送时，确立控制信号382，并在发送上述能量脉冲串之后完成这个信息的发送。在发射缓存器335中将信息排队。当接收到信息时，缓存器335确立控制信号382。如上所述，在指定给这个设备的时间期间，这个控制信号382使能量脉冲串产生。该能量脉冲串发送的起动也将锁存器313置位，将它的输出输入给与门314。延迟单元311在信息期间270确立信号381。如果在这个期间锁存器313被置位，则与门314确立对门336的起动信号，它将实现发射缓存器335的内容的发送。如果没有另外的信息排队，发射缓存器335停止控制信号382，从而禁止能量脉冲串的继续发送。
在图3中的实施例表示使用能量脉冲串，用接收和发送控制信号，然后该控制信号控制信息的接收和发送。同样，或相似的，可将逻辑用于在与其它控制信号对应的适当时间间隔上发送或接收能量脉冲串。而且，将图3A和3B的共同单元组合，对本领域的技术人员是显然的，可用软件程序，或硬件和软件的组合来实施所示的实施例。
注意，没有对于可靠，无差错数据传输通常采用的数据均衡技术可完成能量脉冲串的发送和接收。并不需要为可靠地确定数据发送期间接收的两个或多个值中的哪一个所需的自动增益控制信号预处理和后均衡、纠错和其它技术，来确定在特定的时间上是否出现了能量脉冲串。
迄今所提供的实施例要求对于基地台独立的发送和接收频率。以及由基地台产生同步模式，和在每个移动台。在这些频率的每个上同步。图4表示一协议，用于确定这个冗余过程。如图所示，在时间段450，基地台发送对于发送和接收两者所用的一个频率上的同步模式。这个同步模式建立了时间基准400。时间段460包括与移动台地址1-5对应的时间间隔461-465。在时间段460在与要接收的移动台对应的时间间隔中，基地台发送一个或多个能量脉冲串。在指定时间的能量脉冲串的接收提醒对应的移动台去接收由基地台在时间段470发送的其后数据。还将时间段480划分为时间段481-485，与移动台地址1-5对应。如果一移动台有数据要发送，则在相对于时间基准400的它的指定时间间隔发送能量脉冲串。如前所述，用于向基地台发送的协议规定，如果在它的分配时间间隔之前的时间间隔中检测到能量脉冲串，则移动台不发送能量脉冲串。发射能量脉冲串的移动台则接着在时间段490发送它的数据。
前面实施例表示为突出单收信人通信使用能量脉冲串发送。即、在前述的时间帧中，一个远程台发送数据到基地台，并且除了对于同一信息的多收信人的情况，基地台发送数据到一个远程台。在这种协议中，每个信息有一个能量脉冲串期间，并且在具有繁忙业务的网络中，这种协议可能是低效率的。
图5表示本发明的一实施例，特别适用于具有连续繁忙业务模式的网络。在这个实施例中，在能量脉冲串期间之后的时间段570和590包括可变数目的信息传送段。比如，如果该基地台具有用于3个远程台的信息，则3个信息传送段将跟随基地台能量脉冲串期间。基地台将在分配给每一远程台的时间段上确立能量脉冲串，并以确立能量脉冲串的同样顺序发送信息。图5表示，比如，远程台2,3，和5具有从基地台发送的信息，正如在时间段502,503和505上的能量脉冲串所通知的那样。在信息传送期间571首先发送远程台2的信息；接着，在信息传送期间572发送远程台3的信息，跟着是在期间573的远程台5的信息。每个远程台将知道在它的指定时间段中是否包含能量脉冲串，还有，有多少其它远程台的能量脉冲串位于它的脉冲串之前。在给出的例子中，台2将知道它接收了第一脉冲串，并将因此知道它的信息将是来自基地台的第一信息。同样，台3将知道，它接收了第2脉冲串，并因此它的信息是第2信息。台5将同样地确定它的信息是第3信息。在这个实施例中的所有台，通过注意在期间560发送多少能量脉冲串，可知道发送了多少信息。因此，这些台将知道何时相对于时间基准500的时间段580开始。在这个实施例中，当另一远程台也确认能量脉冲串时不禁止该远程台确认能量脉冲串。如果两个远程台都有信息要发送到基地台，两个信息传送期间将跟随该远程台能量脉冲串期间，每一具有信息要发送的远程台确认在580期间在它的指定时隙中的能量脉冲串。每一远程台还知道在它们之前有多少其它远程台发送了能量脉冲串。如果一个特殊的远程台是发送能量脉冲串的第一个台，则它在期间590的第一信息时隙591中发送它的信息。如果另一远程台知道在它的能量脉冲串之前有一能量脉冲串，则它将在第二信息时隙592发送它的信息。
在图5中示出，台1和3在时隙581和583确认能量脉冲串。台1在第一信息时隙591发送它的信息。台3知道在它的能量脉冲串583之前有一能量脉冲串581，故在第2信息时隙592发送它的信息。该基地台知道只有两个具有发送信息的远程台，通过发送用于下一组信息的同步序列可立即重新开始该过程。注意，如果没有来自远程台的信息，能量脉冲时间段580将不包含任何能量脉冲串，在能量脉冲期间580之后可立即重新开始同步序列550。同样，如果基地台没有要发送的信息，则在能量脉冲串期间560之后可立即开始能量脉冲串期间580。
在这些实施例中很清楚，信息传送协议的格式是与能量脉冲定时协议无关的。本发明并不局限于这里提供的传送协议。为增加可靠性，比如，可将显示地址包括在每个信息里。通过根据能量脉冲串的出现分配信息传送时间，在这个协议中能量脉冲串的使用可用于避免碰撞的目的，但不能依赖它唯一地确定收信人。以同样的方式，在没有显式基地台的网络中可采用能量脉冲串定时协议。每个台可收听所有的发送信息，并选择那些包含它的指定地址(如显式地址，或如能量脉冲串时间间隔所确定的)的信息。通过让一个台发送定时信号来建立能量脉冲串定时协议，正如在分布式同步网络中，其中由启动通信的任何台发送同步信号。
很明显，所公开的能量脉冲串定时协议的使用并不限于如上所提供的用作“请求发送”。可将该能量脉冲串定时协议用来发送信号通知其它事件。比如，可将交错期间插在上述的“请求发送”能量脉冲串期间与信息传送期间之间。在这个交错期间，所要的接收者可利用能量脉冲串发送对应的“清除发送”信号。
这也是明显的，这里所公开的能量脉冲串定时协议的使用不限制网络，特别是不限于无线网络。在点对点通信系统中，其中不存在碰撞的可能性，可将能量脉冲串用于唯一地确认。在有线网络中，通过将一个或多个脉冲串期间加到信息传送线，可利用能量脉冲串期间消除信令线。
尽管，根据本发明的能量脉冲串定时协议的主要应用是单位信息，比如yes/no信号，但多位信息也可适用。该协议可请求优先信号，其中发射机指定对每一信息的优先权。比如1-3。可将每个远程台的两个时间段分配在能量脉冲串期间，可将两位发送如下00用于无信息，01用于优先权为1的信息，10用于优先权为2的信息，11用于优先权为3的信息。
权利要求
1．一种用于在工作于网络里的通信设备中传送控制信号组的方法，其中在所述组中的每个所述控制信号与每个所述通信设备相联系，所述控制信号每个具有第一和第二状态，所述方法包括步骤相对于时间基准分配与每个所述通信设备相联系的时间间隔；经所述通信设备的第一个，发送同步信号到所述网络上的所有其它通信设备；通过所述网络上的每个所述其它通信设备接收来自所述第一通信设备的所述同步信号；通过所述同步信号的发送和接收确定所述时间基准；和如果且只是如果与每个所述设备相联系的所述控制信号是处所述第一状态，则通过任何所述通信设备，在与每个所述设备相联系的时间段中发送能量脉冲串。
2．根据权利要求1的方法，还包括步骤发送信息到与其中发射了所述能量脉冲串的所述时间间隔相联系的通信设备。
3．一种用于向工作在网络中的通信设备传送控制信号组的基地台，其中在所述组中的每个所述控制信号与每个所述通信设备相联系，所述的控制信号每个具有第一和第二状态。所述的基地台包括用于向所述网络上的所有所述通信设备发送同步信号的装置，所述的同步信号适应对于所述网络上的所有通信设备共同的时间基准，用于相对于所述时间基准划出与每个所述通信设备相联系的时间间隔的装置，根据与每个所述通信设备相联系的所述控制信号是否处在所述第一状态，在与每个所述通信设备相联系的时间间隔中发送量脉冲串的装置。
4．根据权利要求3的基地台，还包括用于检测来自每个所述通信设备的第二能量脉冲串的装置。
5．根据权利要求4的基地台，还包括，根据所述第二能量脉冲串的检测接收来自每个通信设备的信息的装置。
6．一种用于从网络中工作的基地台接收控制信号的远程台，其中所述控制信号与所述远程台相联系，且所述控制信号具有第一和第二状态，所述远程台包括用于从所述基地台接收同步信号的装置，相对于同步信号，划出分配给接收所述控制信号的所述远程台的时间间隔的装置，用于检测在所述分配时间间隔的能量脉冲串的装置，根据是否检测到所述能量脉冲串确定所述控制信号状态的装置。
7．根据权利要求6的远程台，还包括，根据所述能量脉冲串的检测接收来自所述基地台信息的装置。
8．根据权利要求7的远程台，还包括用于发送第二能量脉冲串的装置。
9．根据权利要求8的远程台，还包括，根据所述第二能量脉冲串的传送，发送信息的装置。
10．一种用于与一个或多个通信台进行通信的通信设备，包括遵照已知时间基准划出一组时间间隔的装置，在所述组中的每个所述时间间隔与每个所述通信台相联系，用于接收来自第一通信设备的同步信号的装置，通过所述同步信号的接收确定所述时间基准的装置，和用于在与目标通信台相联系的时间间隔中发送能量脉冲串的装置。
11．一种用于与一个或多个通信台传输信息的通信设备，包括遵照已知时间基准划出第一组时间间隔的装置，在所述第一组中的每个所述时间间隔与每个所述通信台相联系，遵照所述已知时间基准划出第二组时间间隔的装置，在所述第二组中的每个所述时间间隔与每个所述通信台相联系，根据是否将第一信息发送到所述目标通信台，在与目标通信台相联系的第一组时间间隔中，发送第一能量脉冲串的装置。向所述目标通信台发送所述第一信息的装置，在与所述源通信台相联系的第二组时间间隔中，检测来自源通信台的第二能量脉冲串的装置，根据是否检测到所述第二能量脉冲串接收来自所述源通信台的所述第二信息的装置。
全文摘要
一种用于经短能量脉冲串在预定时间间隔传送控制信号的方法和装置。这个方法和装置特别适用于无线通信网络,其中将时间间隔分配给网络上的每个台,在那个时间间隔中能量的出现向那个台发送控制信号或从那个台发送控制信号。
文档编号H04L12/28GK1214826SQ97193291
公开日1999年4月21日 申请日期1997年12月1日 优先权日1996年12月4日
发明者S·胡雅尔卡, C·恩戈 申请人:皇家菲利浦电子有限公司