使用多个无线电信道的无线网状网络的制作方法

专利名称：使用多个无线电信道的无线网状网络的制作方法
技术领域：
本申请涉及无线通信系统。更具体地，本申请涉及使用多个无线电信道的无线网状网络。
背景技术：
多种系统可以受益于监控网络。例如，电力分配系统可以受益于能够迅速地确认和纠正问题的监控网络。可以利用多种技术来实现如此的监控网络，包括例如无线通信网络。如果期望在被监控的系统中的问题的迅速确认和纠正，则理想的是，无线通信系统提供闻的数据速率和低的等待时间。在无线通信系统中的目前的趋势是通过使用带宽更宽的信道来提供越来越高的数据速率。例如，蜂窝系统的信道带宽已经从数十千赫(kHz)提高到一兆赫(MHz)以及更大 以提供更高的数据速率。不幸地，在一些行业中，宽带信道不能用于无线通信网络。例如，在一些权限中，系统必须在小于IOOkHz (例如，25kHz或者甚至12. 5kHz)的传统窄带信道配置内操作。使用如此的窄带信道提供期望的数据速率和等待时间是困难或者不可能的。

发明内容
在本发明的一些实施方式中，提供了一种在具有多个通信节点的无线网状网络中的通信的方法。该方法可以包括从预定无线电频谱范围中选择多个窄带无线电信道。选择的窄带无线电信道可以是非连续的。该方法还可以包括建立在通信节点之间的无线通信链路。无线通信链路可以形成至少部分连接的网状网络。建立每一个无线通信链路可以包括将同步数据从第一通信节点发送到第二通信节点。可以在多个无线电信道中的至少两个无线电信道上符号同步地发送同步数据。第二通信节点可以合并在所述至少两个无线电信道上接收的能量，以提供合并的信号。第二通信节点可以使用合并的信号来同步到第一通信节点。在本发明的一些实施方式中，提供了无线通信系统。该系统可以包括多个通信节点。该系统也可以包括用于建立在多个通信节点之间的多个无线通信链路以形成至少部分连接的网状网络的装置。用于建立的装置可以包括用于从多个通信节点中的第一通信节点经由至少两个非连续的窄带无线电信道而发送同步数据的装置。可以在所述至少两个窄带无线电信道上符号同步地发送同步数据。用于建立的装置可以包括用于合并在所述第二通信节点处从所述至少两个窄带无线电信道接收到的能量的装置。用于建立的装置还可以包括用于利用来自所述用于合并能量的装置的合并后的信号将所述多个通信节点中的所述第二通信节点同步到所述多个通信节点中的所述第一通信节点的装置。在本发明的一些实施方式中，提供了通信节点。所述通信节点还可以包括去复用器、发送子系统、接收子系统和复用器。所述去复用器可以将第一数据速率的数据去复用为多个第二数据速率的发送数据流。所述第二数据速率可以小于所述第一数据速率。发送子系统可以包括多个发送器，所述多个发送器中的每一个发送器均能够在多个窄带无线电信道中的不同的非连续的信道上发送多个所述发送数据流中的一个发送数据流。来自所述多个发送器的发送彼此可以是符号同步的。接收子系统可以包括多个接收器，所述多个接收器中的每一个接收器均能够接收第三数据速率的接收数据流。可以在所述多个窄带无线电信道中的不同的非连续的信道上接收每一个接收数据流。所述接收数据流彼此可以是符号同步的。复用器可以将所述接收数据流一起复用为第四数据速率的数据。所述第四数据速率可以大于所述第三数据速率。


结合附图，根据下面的详细的描述，本发明的另外的特征和优点将是明显的，附图和描述通过示例的方式一起例示本发明的特征，并且其中图I是根据本发明的一些实施方式的系统的框图。图2是其中限定了多个窄带无线电信道的预定无线电频谱范围的示例。 图3是根据本发明的一些实施方式的通信节点的框图。图4是根据本发明的一些实施方式的发送器的框图。图5是根据本发明的一些实施方式的接收器的框图。图6是根据本发明的一些实施方式的通信方法的流程图。图7是根据本发明的一些实施方式的局部连接的无线网状网络的框图。图8是根据本发明的一些实施方式的接收子系统的框图。
具体实施例方式现在将参考在附图中例示的示例性实施方式，并且这里将使用特定的语言来描述示例性实施方式。不过将理解的是，本发明的范围并不因此而被限制。本领域技术人员以及本公开所有者将想到的这里所例示的具有创造性的特征的变化和进一步的修改以及这里所例示的本发明的原理的另外的应用被认为在本发明的范围内。在对本发明的描述中，将使用下面的术语单数形式一 (“a”，“an”)以及所述(“the”)包括多个所指对象，除非文中清楚地指明不包括。因此，例如，对通信节点的提及包括一个或更多个通信节点。术语数个(“ones”)指代一个、两个或更多个，并且一般地应用到选择的一部分数量或全部。术语“多个”指代两个或更多个的该项。如在这里所使用的，术语“大约”意味着量、尺度、尺寸、公式、参数、形状以及其它特征不一定是精确的，而可以是近似的，或大一些或小一些，如所期望的，反映了可接受的容差、转换因数、四舍五入、测量误差等以及本领域技术人员所公知的其它因素。如在这里所使用的，术语“基本上”意味着引用的特征、参数或数值不一定准确地实现，而是包括例如容差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员所公知的其它因素的偏差或变化可以存在，只要其大小不妨碍该特征计划提供的效果。作为具体的示例，无线电信号的时间同步取决于传播延迟，并且因此同步可以取决于发送装置和接收装置的相对位置。在两个终端内的时钟可以同步为使得它们以相同的速率或频率操作，但是时钟可能由于在两个终端之间的传播延迟而具有不同的时间或相位。
数值数据在这里可以以范围的形式来表示或描述。应该理解的是，如此的范围形式被使用仅是为了方便和简明，并且因此应该被灵活地理解为不仅包括作为范围的上下限而明确叙述的数值，而且还包括在该范围内的所有各个数值或子范围，如同每一个数值以及子范围都被明确地叙述一样。作为示例，“大约I到5”的数值范围应该被理解为不仅包括大约I到大约5的明确叙述的数值，而且还包括在所指明的范围内的各个数值以及子范围。因此，包括在该数值范围中的是诸如2、3和4这样的各个数值以及诸如1-3、2-4和3-5等这样的子范围。相同的原则适用于仅引用了一个数值的范围(例如，大于大约1)，并且应该不管被描述的特征或范围的幅度而适用。如在这里所使用的，为了方便，多个项可以在共同的列表中列出。然而，这些列表应该被解释为如同该列表的每一项被单独地确定为单独的并且唯一的项一样。因此，在没有指明相反的情况下，如此列表的各个项没有一个应该基于它们在共同组中的表示而被理解为同一列表的任何其它项的实际上的等价项。而且，当术语“和”和“或”与一列表的项结合使用时，它们应该被广义地理解，因为列举的项中的一个或更多个可以单独使用或者 与其它列举的项结合使用。如在这里所使用的，术语“可选地”指两个或更多个可选项中的一个可选项的选择，并且不将选择限制到那些列举的可选项，除非文中清楚地指明。参考图1，例示了根据本发明的一些实施方式的系统。以100 —般地示出的系统可以包括多个通信节点102。通信节点可以提供用来建立在彼此之间的无线通信链路的手段，从而形成将在下面描述的至少部分连接的网状网络。可以在系统100内建立多个无线通信链路104。例如，通信节点102能够与在一定范围内的其它通信节点通信。因为在通信节点之间的直接通信是可能的，所以在该系统内的最终的连接可以被称为网状连接(与中心辐射型网络相反，在所述中心辐射型网络中，所有的辐射型节点仅经由共同的中心节点连接)。因为不是每一个通信节点都一定能够与每一个其它节点直接通信，所以最终的连接也可以被称为局部连接的网状连接。当然，如果所有的通信节点都位于彼此的范围内，则可以获得完全连接的网状网络。在通信链路104上的传输可以使用载波侦听多路访问(CSMA)技术来最小化或避免同时在相同的窄带无线电信道上进行传输的不同的通信节点之间的冲突。例如，可以使用具有与在IEEE 802. 11标准中使用的相似的冲突避免(CA)的CSMA。通信链路104可以使用多个窄带无线电信道。多个窄带无线电信道可以用来提供数据速率高并且等待时间短的通信，如下面将更加详细地描述的。多个窄带无线电信道可以限定预定无线电频谱范围的非连续部分。例如，图2例示了从延伸到f s的预定无线电频谱范围。多个窄带无线电信道通过它们的中心频率4来限定。每一个窄带无线电信道具有带宽bw。例如，bw可以小于125kHz (例如，25kHz或12. 5kHz)。因此，四个信道(例如，在图2中的信道150、152、154和156)的分配可以提供4*bw的总带宽，尽管该带宽不是连续的。因此，分配的信道限定了预定无线电频谱范围的非连续部分。例如，信道152和154是相邻的，然而，在信道150和信道152之间存在间隙。另一个间隙存在于信道154和信道156之间。其它无线电频谱用户可以使用这些间隙。当然，可以使用各种其它的布置，包括其中没有窄带信道是相邻的布置，其中一些窄带信道是相邻的布置，或者其中所有窄带信道都是相邻的布置。使用哪些信道的选择可以基于频谱审批部门的分配，或者可以由系统用户确定。信道选择可以由系统用户输入到系统中。通信节点102可以包括多个发送器和多个接收器以提供在多个信道上的通信。例如，建立在第一通信节点和第二通信节点之间的通信链路可以按照如下进行。第一通信节点可以在窄带无线电信道中的多个信道(例如至少两个)上发送同步数据。可以在多个无线电信道上对同步数据进行同步。在第二通信节点处，经由多个无线电信道接收到的能量可以被合并，并且用来将第二通信节点同步到第一通信节点。通过合并来自多个窄带无线电信道的同步数据，与在单个窄带信道上检测并且同步发送的情形相比，可以减少检测和同步时间。下面进一步详细地描述同步。高速率数据也可以在通信节点之间传输。例如，提供到第一通信节点的高速率数据流(例如，以第一数据速率)可以被去复用为多个(例如，至少两个)数据速率较低的流(例如，以低于第一数据速率的第二数据速率)。例如，160千比特每秒(kbps)的流可以分离为4个40kbps的流。作为另一个示例，160kbps的流可以分离为80kbps的流、40kbps的流、和2个20kbps的流。每一个数据速率较低的流都可以在多个窄带无线电信道中的不同的信道上传输。在多个窄带无线电信道上的符号定时可以一起地同步。在第二通信节点处，·可以接收到速率较低的流。接收到的数据速率较低的数据可以被一起复用为速率高的流。作为具体的示例，使用每一个均具有大约12. 5kHz的带宽的四个窄带无线电信道，通过在每一个窄带信道上以IOkbps的速率传输，可以提供至少40kbps的数据速率。在图3中提供了通信节点的一个实施方式的框图。通信节点300例如可以用于图I的系统100中。通信节点可以包括接收数据的输入端302。例如，数据可以为第一数据速率。去复用器304可以获取数据并且将该数据分离为每一个均为第二数据速率的多个数据流306，其中，第二数据速率小于第一数据速率。各种模式可以用于去复用。例如，当去复用为两个流时，数据符号可以交替地提供给所述两个流中的每一个流。任何期望的模式都可以用于去复用/复用，假设该模式对于发送通信节点和接收通信节点都是已知的。数据流可以被提供到发送子系统308。发送子系统可以包括多个发送器310。尽管示出了两个发送器，但是发送器的数量可以多于两个(例如，三、四等)。每一个发送器都能够在多个窄带无线电信道中的不同的信道上发送数据流中的一个。如上所述，窄带无线电信道不必是连续的。如果期望的话，发送子系统308可以包括合并器312，该合并器312耦接到发送器的无线电频率输出端314。该合并器可以将多个无线电频率信号合并为单个发送输出316。例如，该输出可以连接到天线(未示出)。通信节点300还可以包括连接到接收输入端334的接收子系统320。接收子系统可以包括经由分离器332耦接到接收输入端334的多个接收器322。尽管示出了两个接收器，但是接收器的数量可以多于两个(例如，三、四等)。一般地，接收器的数量将等于发送器310的数量，尽管这不是必须的。每一个接收器都能够接收在多个窄带无线电信道中的不同的信道上的数据流。接收器能够接收第三数据速率的数据流324并且将该数据流提供到复用器326。复用器可以将多个数据流合并为第四数据速率的单个数据流328，所述第四数据速率高于所述第三数据速率。第一数据速率可以等于第四数据速率，并且第二数据速率可以等于第三数据速率，尽管这不是必须的。在下面将进一步描述的操作期间，数据速率可以是固定的，或者可以变化。每一个流的数据速率可以彼此相同，或者在多个流上可以使用不同的数据速率。通信节点300可以用来建立将描述的无线通信链路。发送子系统308可以包括耦接到发送器310的同步源318。在同步源的控制下，可以在窄带无线电信道上发送同步数据。例如，同步源318可以将同步数据和定时319提供到发送器。可以在多个信道上符号同步地发送同步数据。例如，预定符号值(例如，特定的相位、频率、幅度等)可以由每一个发送器来发送，并且相同的符号值可以同时由每一个发送器来发送。在第二通信节点处，可以利用接收子系统320来接收同步数据。接收子系统可以包括检测器330，该检测器330被构造为合并在窄带无线电信道上接收到的能量，并且将合并的能量用来检测发送的开始。检测器还可以用来限定用于接收器322的符号定时331，使得接收器同步到发送器。因为在多个窄带无线电信道中的每一个信道上通过相同的符号定时来发送同步符号，所以能量可以被合并。因此，通信节点300可以是用于建立无线通信链路的装置的示例，发送子系统308可以是用于从第一通信节点发送同步数据的装置的示例，并且接收子系统320可以是用于合并在第二通信节点处接收到的能量的装置和用于将 第二通信节点同步到第一通信节点的装置的示例。作为具体的示例，检测器可以操作如下。同步数据可以为预定符号序列。可以于在每一个信道上接收到的信号和预定符号序列之间执行相关。可以使用执行相关的各种方式，包括例如执行乘法和累加的数字电路、数字信号处理器、和其它实现方式。来自在每一个信道上的相关的结果可以相加在一起(例如，针对执行相关的每一个不同的时间假设，将每一个信道的相关结果相加)。合并的相关结果然后可以用来确定何时接收到数据发送(例如，通过比较相关结果与阈值)。这具有合并在多个窄带无线电信道上的能量的效果，导致与在单个窄带无线电信道上执行的相关相比而言的性能改进。时间同步也能够从合并的相关结果确定，因为合并的相关结果的峰值指示对发送的同步符号的适当的时间对准。如果期望的话，来自各个信道的相关结果可以用来提供用于每一个单独的信道的定时。频率同步也可以从同步数据确定。在通信节点中的所有发送器可以被捆绑到在该通信节点中的公共的频率基准，因此在每一个窄带无线电信道上的任何的发送的频率偏移将彼此相关。相似地，在通信节点中的所有接收器都可以被捆绑到在该通信节点中的公共的频率基准，因此对于每一个窄带无线电信道，在接收中的任何频率偏移都将是相关的。因此，频率同步可以从合并的相关结果确定，或者从在任何一个窄带无线电信道上的相关结果确定，并且可以应用到每一个接收器。如果期望的话，相位同步可以从同步数据确定。相位同步可以被估计为对于每一个信道是分离的，因为在每一个信道上的获得的相位可以是非常不同的(原因在于，它是在发送器和接收器之间的传播距离和实际无线电频率的函数)。在发送子系统308内的发送器310可以以模块化的方式实现，模块化的方式提供了发送子系统的可扩展性。例如，四个发送器310可以设置在单个模块上(例如，电路板)。发送子系统因此可以被构造为通过使用1、2、3、4 (等等)个模块来提供4、8、12、16 (等等)个发送器。该可扩展性可以允许基本系统设计缩放到可以提供不同数量的信道的不同的应用，并且因此实现不同的数据速率。相似地，在接收子系统320内的接收器332可以是模块化的。因此，模块可以包括多个发送器、多个接收器、或者多个发送器和多个接收器。通过将数量可变的模块安装到通信节点，可以获得期望数量的发送器和接收器。通信节点300也可以包括频率基准340。频率基准可以用来生成在发送和接收无线电频率信号中使用的本地振荡器信号(未示出)。如果期望的话，可以提供多于一个的频率基准，频率基准可以设置有每一个均具有多个发送器和/或接收器的模块。图4示出了根据本发明的一些实施方式的发送器400的详细示例。发送器400可以是发送器310 (图3)的示例。因此，多个发送器400可以用于发送子系统308 (图3)中。发送器可以接收用于发送的数据402。数据例如可以是提供给通信节点用于发送的数据，或者在该通信节点内部生成的同步数据。数据可以由调制器404调制以产生经调制的信号406。调制器可以包括调制选择控制408，该调制选择控制408用来限定将使用的调制。可以使用多种调制格式，包括相位调制、幅度调制、和频率调制。调制格式可以是二进制、四进制、或者M进制。调制器可以包括编码器(未示出)以在调制之前将结构化冗余添加到数据流。
经调制的信号406可以提供到发送滤波器420以产生滤波后的经调制的信号418。例如，发送滤波器420可以提供滤波以有助于确保满足预定的窄带信道频谱约束。可选地，或者另外地，在调制器内的调制的整形可以有助于确保满足预定的窄带信道频谱约束。例如，可以使用数字电路来实现调制器，并且经数字调制的信号被转换为模拟形式以提供经调制的信号。发送滤波器也可以有助于提供对经调制的信号的重构滤波。滤波后的经调制的信号418可以提供到上变频器410。上变频器可以对滤波后的经调制的信号上变频以产生处于期望的发送频率的无线电频率信号412。期望的发送频率可以由上变频器的信道控制输入414确定。无线电频率信号412可以由放大器416放大以产生输出信号422。经放大的无线电频率信号的输出功率电平可以由功率控制输入430来控制。当使用多个发送器400时，每一个发送器可以设置到不同的信道，并且因此提供以期望的发送频率为中心的输出信号422。多个所述输出信号可以合并到单个天线中以用于发送。因为每一个发送器包括发送滤波器420，所以由每一个发送器生成的每一个信号被单独地滤波。这对于确保满足频谱约束可以是有利的。例如，窄带无线电信道通常具有需要满足的非常严格的频谱约束要求。在没有包括在每一个发送器上的滤波的情况下，利用其它技术(例如，仅调制脉冲整形)可能难以满足如此严格的要求。发送器400可以包括用于选择调制格式的装置，例如调制选择器424。调制选择器可以用来选择由调制器404使用的调制格式。调制选择器可以基于大量标准中的任何一个或更多个来选择调制。例如，调制可以基于接收数据的目的地、发送数据的源、或在预期的接收器处的信噪比来变化。例如，源(发送)通信节点、目的地(接收)通信节点、或上述两者可以具有要求使用特定的调制格式的有限能力。作为另一个示例，可以基于在源和目的地之间的通信链路上的通信状况(例如，在目的地的接收信噪比)来选择调制格式。例如，当在目的地存在高的信噪比时，可以使用提供较高数据速率的较高阶的调制格式。相反，当在目的地存在低的信噪比时，可以使用提供较低的比特误码率的较低阶的调制格式。目的地可以提供到源的反馈以识别存在的信噪比。可以使用各种调制格式，包括例如M进制差分相移键控，其中，不同值的M (例如，M为2、4、8、16等)对应于不同的调制格式，尽管本发明不限制于该具体的示例。发送器400可以包括用于选择窄带无线电信道的装置，例如信道选择器426。信道选择器可以用来选择发送器将操作的窄带无线电信道。例如，可以为整个网络限定窄带无线电信道(例如，为在通信节点中的多个发送器中的每一个确定频率)。作为另一个示例，可以为每一个无线通信链路限定具体的窄带无线电信道(例如，源通信节点和目的地通信节点的具体结合)。作为另一个示例，可以将预定多个窄带信道分配到网络，并且所述信道中的一个或更多个信道用于每一个通信链路。可以基于接收数据的目的地、发送数据的源、或在源和目的地之间的通信链路上的通信状况(例如，在目的地处的接收信噪比)来选择用于每一个链路的信道。例如，特定的源通信节点可能不能在多个窄带无线电信道中的特定几个信道上发送(例如，以避免造成同址干扰或其它限制)。作为另一个示例，目的地通信节点可能不能在多个窄带无线电信道中的特定几个信道上接收(例如，由于在信道上的本地干扰或其它限制)。作为又一个示例，由于信噪比限制，特定信道可能是不可用的。与在信道选择方面的如此限制相关的信息可以存储在信道选择器426的存储器内的表格中。发送器400可以包括功率控制器428。功率控制器可以用来确定发送功率电平。例如，发送功率电平可以基于数据的目的地。作为另一个示例，发送功率可以基于到目的地·的距离而改变，即，针对越远的目的地，使用越高的发送功率电平。作为又一个示例，功率控制器可以基于在数据的目的地处的信噪比而改变发送功率电平。作为具体的示例，通信节点可以保存它已经建立了无线通信链路的所有其它通信节点的列表。这些节点可以被称为相邻节点。可以调节对于每一个节点的发送功率电平以提供期望的接收信号强度(例如，最大接收电平加上期望的裕度)。当发送到每一个节点时使用的发送功率电平可以被存储在功率控制器428的存储器内的表格中。到节点的消息的发送可以使用在该表格中存储的发送功率电平。当尝试到没有在表格中的节点(例如，还没有建立通信链路的节点)的发送时，发送可以为最大功率电平。另外，广播传输可以以最大功率电平发送。功率控制器428也可以基于数据的优先级而改变发送功率电平。例如，各种不同类型的数据可以具有不同的优先级。最高优先级的消息可以以最大功率电平发送。这可以有助于确保故障消息的最广泛并且最可靠的传播。中等优先级和低优先级的消息可以利用由下面进一步讨论的路由因素确定的功率电平来发送。数据的优先级可以由数据内的预定字段来识别。例如，数据可以格式化为互联网协议(IP)数据包，并且在数据包内的头部信息用来识别数据的优先级。功率控制器428也可以基于路由因素而改变发送功率电平。例如，在网状网络中，可以通过改变发送功率电平而改变能够从节点建立通信链路的最接近的邻居的数量。例如，越高的发送功率一般地提供越远的距离，并且因此可以提供到越大数量的相邻节点的通信链路。在一些情形中，理想的是，通过减小功率大小而减小建立了通信链路的节点的数量。因此，可以改变发送功率电平以建立期望数量的通信链路。例如，可以为通信节点指定目标数量的节点。通信节点可以周期性地检查它已经建立了通信链路的节点的数量。例如，建立通信链路可以包括每一个节点周期性地发送信标，并且接收到信标发送的相邻节点将该节点记录在相邻节点的列表中。如果相邻节点的数量大于目标数量，则可以减小发送功率(如果期望的话，减小到最小发送功率电平)。相反，如果相邻节点的数量小于目标数量，则可以增大发送功率(如果期望的话，增大到最大发送功率电平)。如果期望的话，发送功率电平的调节也可以考虑相邻节点的发送功率电平。例如，通信节点当发送信标时还可以报告它们的发送功率电平。节点可以考虑相邻节点的平均发送功率电平，并且还基于该平均值调节发送功率以试图均衡功率电平。例如，当根据相邻节点调节发送功率时，如果发送功率比相邻节点的平均发送功率高或低的差值大于预定差值时，则可以不用考虑相邻节点的数量而调节发送功率(并且反之，如果发送功率比相邻节点的平均发送功率高或低的差值大于预定差值时，则可以禁止根据相邻节点的数量来调节发送功率)。可以使用发送器的各种可选的布置。在一些实施方式中，可以结合调制器404和上变频器410。在另一些实施方式中，调制可以以窄带无线电信道频率直接生成。在又一些实施方式中，功率控制器428可以控制在调制器或上变频器中的功率电平。因此，应该理解的是，示例的发送器400不是能够用于在本发明的实施方式中的通信节点中的发送器的唯一可能的装置。 图5提出了根据本发明的一些实施方式的接收器500的详细示例。接收器500可以是接收器322 (图3)的示例。因此，多个接收器可以用于接收子系统320 (图3)中。接收器可以接收提供到下变频器504的输入无线电信号502。下变频器可以将期望信道频率的无线电频率信号转换为基带或中频信号506。例如，期望信道频率508可以由信道选择器510控制。信道选择器可以与在上述的发送器400 (图4)中的信道选择器426相似地操作。基带或中频信号506可以由解调制器512解调制。解调制器可以使用由调制选择器516指定的调制格式514。调制选择器可以与在上述的发送器400 (图4)中的调制选择器424相似地操作。解调制器可以包括前向误差校正解码器以当调制器的编码器已经插入结构化冗余时校正接收误差。可以使用接收器的各种可选的布置。在一些实施方式中，下变频器504和解调制器512可以合并。因此，应该理解的是，示例的接收器500不是能够用于在本发明的实施方式中的通信节点的接收器的唯一可能的装置。图8例示了接收子系统800的可选布置。接收子系统包括可以为天线连接器的输入端802。该输入端将无线电频率信号提供到多个下变频器804。每一个下变频器均可以调谐到不同的信道频率，例如，由信道选择器808指定的信道频率806。经下变频的信号810可以提供到合并器812，该合并器812将多个经下变频的信号合并在一起，并且将合并的信号814提供到检测器816、时间/频率估计器818和控制符号解码器820。检测器可以用于例如利用上述的相关技术来检测何时接收到信号。时间/频率估计器可以用于例如利用上述的相关技术来估计频率偏移(并且如果期望的话，相位偏移)。时间/频率估计器可以将相位/频率调节822提供到时间/频率调节器824。时间/频率调节器可以调节经下变频的信号810的相位/频率，从而将经校准的信号827提供到解调制器828。经下变频的信号例如可以是数字化的基带信号。可以使用检测时间/频率的各种方法，例如包括上述的相关器。控制符号解码器820可以用来解码控制符号。例如，控制符号可以指定使用的调制格式或其它参数。这些参数826可以被提供到多个解调制器828。解调制器828可以解调制经校准的信号827以产生多个数据流830。所述数据流然后可以在复用器832中重新合并以提供高速率的输出数据流834。接收子系统800可以包括与上述的信道选择器510相似地操作的信道选择器808。可以以各种方式确定数据传输的源和目的地。例如，通信量可以包括在互联网协议(IP)数据包内，并且源和目的地由IP地址指定。可以利用各种算法来确定在系统内的路由，诸如专用按需距离向量(A0DV)。在AODV中，自通信节点的周期性的信标发送用来确定哪些通信节点可以从彼此那里接收。通信节点因此可以建立该通信节点能够与之建立通信链路的相邻通信节点的邻居列表。当通信节点接收到数据以用于发送到目的地时，如果目的地在该节点的邻居列表中，则该节点可以立即发送数据。如果目的地不在邻居列表中，但是存在已知的路径，则发送到在该路径中指示的邻居。如果没有路径是已知的，则节点可以向所有的相邻节点广播路由请求。接收到路由请求的每一个节点如果不知道路径则将转发路由请求，或者如果知道路径则发送回复。路由信息然后将传播回到最初的请求方。每一个节点都可以利用从对路由请求的响应中获得的路由信息来创建路由表。一旦已经确定 路径，则节点就可以将数据发送到由路由信息指定的邻居。路由信息可以设置为在预定超时时段之后终止。也可以基于接收到hello信标(或者没有接收到hello信标)来调节路由信息。如果在路径内的通信链路不再操作(例如，如由没有接收到hello信标所指示的)，则可以删除该路径。为了避免所谓的灰带问题(例如，短的hello信标数据包可以被可靠地接收，但是较长的数据包不能被可靠地接收到)，可以以减小的功率电平进行hello信标发送。例如，用于hello信标的发送的功率电平可以小于最大功率电平，或者设置为基于相邻节点的平均功率电平的功率电平。在一些情形中，例如由于在通信链路的一端处的本地干扰，链路可以是单向的。在如此的情形中，通信节点可以保持如下的相邻通信节点的黑名单，即，该通信节点能够从上述相邻通信节点接收，但是到上述相邻通信节点的发送不被上述相邻通信节点接收到。通信节点因此可以忽略从在该黑名单上的节点接收到的任何发送。这可以有助于避免浪费的
系统容量。图6例示了在具有多个通信节点的无线网状网络中的通信的方法的流程图。例如，该方法可以用于如图I的系统100 —样的系统中。在图6中以600大致地示出该方法。该方法可以包括选择602多个窄带无线电信道。可以使用上述的技术来选择窄带无线电信道。窄带无线电信道不必是连续的。方法600也可以包括建立604在通信节点之间的多个通信链路，以形成至少部分连接的网状网络。例如，通信链路可以设置在系统内的多对通信节点之间。与中心辐射型网络不一样，该方法还可以包括从节点到节点再到节点的通信。例如，第一通信节点可以与第二通信节点和第三通信节点都建立通信链路。第二通信节点和第三通信节点也可以建立在彼此之间的通信链路。因此，在系统内的节点之间的通信不必通过中心节点。当在节点对之间不存在直接的通信链路时，在节点之间的通信只需通过中继节点。建立通信链路可以利用多个窄带无线电信道以提供快速和等待时间小的同步建立。因此，建立通信链路可以包括在多个无线电信道中的至少两个信道上从多个通信节点中的第一通信节点发送606同步数据。可以在多个无线电信道中的至少两个信道上同步地发送同步数据。在多个通信节点中的第二通信节点处，该方法可以包括合并608从多个无线电信道中的至少两个信道接收到的能量以提供合并的信号，以及利用合并的信号将多个通信节点中的第二通信节点同步610到多个通信节点中的第一通信节点。例如，可以如上所述地处理合并的信号。该方法可以包括在通信节点之间传送数据，如现在将描述的。例如，传送数据可以包括将高速率的数据流解复用为至少两个较低速率的数据流并且在多个无线电信道中的不同信道上发送每一个流。至于同步数据，可以在用于发送的多个无线电信道中的每一个上同步发送的数据的符号边界。接收可以包括接收至少两个较低速率的数据流中的每一个并且将所述至少两个较低速率的数据流复用为单个高速率的数据流。该方法还可以包括调节发送功率、调制模式和被选择以用于发送的信道。例如，该方法可以包括接收数据并且确定数据的目的地。可以基于目的地选择发送功率电平。数据然后可以被发送，利用发送功率电平在多个无线电信道中的至少两个信道中的每一个信道上发送数据的部分。作为另一个示例，该方法可以包括基于数据的优先级而选择发送功率电平。·该方法可以包括基于数据的源或目的地而选择至少两个窄带无线电信道。例如，当从源接收数据时，可以根据上述的源节点的能力而使用不同的信道。作为另一个示例，当将数据发送到目的地时，可以根据上述的目的地节点的能力而使用不同的信道。例如，如上所述，选择窄带无线电信道也可以基于在通信链路上的信噪比状况。该方法还可以包括为多个窄带无线电信道中的每一个信道选择调制格式。选择可以基于将发送的信号的目的地、将接收的信号的源、和在通信链路上的信噪比状况中的任何一个。例如，源或目的地可以仅能在上述的特定调制模式中操作。作为另一个示例，基于上述的信噪比状况，不同的调制格式可以是理想的。每一个窄带无线电信道均可以使用相同的调制格式，尽管这不是必须的。例如，当在每一个信道上存在不同信噪比时，可以选择关于每一个信道的调制格式以提供在数据速率和误码率之间的期望的折衷。在该情形中，将理解的是，信道可以不提供相同的数据速率。作为具体的示例，80kbps的数据速率可以被解复用为一个40kbps的流、一个20kbps的流、和两个IOkbps的流。可以利用高阶的调制格式(例如，16-DPSK)在信噪比最高的无线电信道上传输40kbps的流，而利用低阶的调制格式(例如，2-DPSK)在信噪比最低的无线电信道上传输IOkbps的流。作为其它示例，80kbps的数据速率可以被解复用为两个40kbps的流、四个20kbps的流、或十个8kbps的流等。回到图1，因为系统100使用窄带无线电信道，所以保持准确的发送/接收频率可以是理想的。传统地，为了提供高度持准确的发送/接收频率，要求在每一个通信节点中提供准确并且稳定的频率基准。这被证明是昂贵和麻烦的。例如，如果通信节点难以访问(例如，周期性地分散和/或位于功率极点上，等)，则频率基准的周期性的维持是困难的。因此，如果期望的话，系统100可以包括用于利用在多个无线通信链路104上的点对点洪泛路由将频率基准校准分配到多个通信节点102的装置。可以重新校准在网络中的单个初始节点，并且然后频率基准更新在整个网络上传播，以确保所有的节点被重新校准。初始节点不必是位于中心的节点或者“主”节点(与中心辐射型网络相反)。例如，图7将用来描述在系统上分配频率基准校准的过程。系统700可以如系统100 —样，通信节点702可以如通信节点102 —样，通信链路可以如图I的通信链路104 —样。基准通信节点702a可以提供初始校准基准。例如，可以由操作者使用与系统不相关的频率标准来校准基准通信节点。作为另一个示例，基准通信节点可以具有高度准确的频率基准(例如，与在使用稳定度为百万分之一的频率基准的系统中的其它节点相比，频率基准具有十亿分之一的稳定度)。基准通信节点可以向相邻的节点发送频率基准更新。例如，基准通信节点可以经由通信链路704a和704b向相邻节点702b和702c的每一个发送频率基准更新消息。频率基准更新发送可以是广播的消息。接收到频率基准更新消息的通信节点可以执行频率校准操作。例如，通信节点702b(可以是第一通信节点的示例)可以从通信节点702a接收频率基准更新。通信节点702b可以例如使用上述的相关技术来测量频率基准更新消息的频率偏移。作为另一示例，通信节点可以解调制在频率基准更新消息中的信息，验证解调制是正确的(例如，通过循环冗余检查字)，重新调制该信息，并且将经重新调制的信息用作用于频率估计器的训练序列。在已经测量了频率偏移之后，频率偏移可以被存储并且用来在发送期间应用合适的频率偏移 校正。如果期望的话，可以测量关于多个频率基准更新消息的频率偏移，并且取其平均值以提高精度。如果期望的话，可以测量随时间(飘移)的频率偏移改变，并且进行补偿以提供提高的精度。已经接收到频率基准更新消息的每一个节点然后可以向其它相邻节点转发频率基准更新。例如，通信节点702b和702c每一个均可以转发频率基准更新消息，因此将它提供到通信节点702d (其可以是第二通信节点的示例)和702e。已经接收到频率基准更新消息的节点在第二次接收到频率基准更新消息时可以忽略它。例如，频率基准更新消息可以进行时间戳记，从而使得节点能够确定它是否已经接收到频率基准更新。例如，因为节点702b和702c已经接收到频率基准更新，所以它们可以忽略来自对方的转发。频率基准更新消息可以传播通过系统，直到每一个节点都已经接收到频率基准更新。例如，当节点702f从节点702e接收到频率基准更新时，它不必转发频率基准更新，因为它从它唯一的邻居接收频率基准更新。可以利用传输通过系统的定期的数据消息来引起频率基准更新。例如，通信节点可以对从其它节点接收到的消息进行频率偏移测量，并且当适当时，基于频率偏移测量而执行频率基准更新。例如，定期的数据消息可以包括指示发送方节点是否已经执行频率基准更新的标记。接收方节点因此当接收到设置了该标记的数据消息时可以执行频率基准更新，并且在执行了频率基准更新之后，可以在向其它节点转发数据时对该标记进行设置。系统还可以包括用于将经更新的通信软件分配到多个通信节点的装置。例如，洪泛路由也可以用来以与频率基准更新相似的方式分配通信软件更新。经更新的通信软件可以被提供到如下的通信节点，即，该通信节点改变或增强在调制格式、误差校正编码、路由协议等方面的通信节点能力。经更新的通信软件可以被提供到第一通信节点。经更新的通信软件然后可以在自第一通信节点起(因此例如到第二通信节点)的每一个通信链路上从第一通信节点广播。接收到软件更新的每一个通信节点然后可以在它们具有的每一个通信链路(除了其上软件更新已经接收到的链路之外)上广播软件更新。按照该方式，在系统内的每一个通信节点可以接收到经更新的通信软件。在接收到经更新的通信软件之后，通信节点可以立即地、在特定的将来时间、或者在接收到命令时开始利用经更新的通信软件。即使当网络被限制为利用窄带无线电信道时，利用刚才所述技术的无线网状网络也可以有利地提供高数据速率和低等待时间的通信。如上所述，数据可以被分离为在多个窄带信道上发送的多个数据速率较低的流。例如在时间敏感故障或重构数据的传送中，数据速率更高的传输可以有助于减小等待时间。通过按照当同步两个通信节点在一起时合并在多个信道上的能量的方式，在通信链路的初始建立期间利用多个信道可以进一步减小等待时间。尽管已经描述了若干个示例性应用，但是这里公开的技术的很多其它应用可证明 是有用的。因此，上述布置是针对本发明的原理的一些应用的示例。对于本领域技术人员而言，明显的是，在不脱离权利要求中提出的本发明的原理和概念的情况下，可以做出各种修改。
权利要求
1.一种在具有多个通信节点的无线网状网络中通信的方法，所述方法包括 从预定无线电频谱范围中选择多个窄带无线电信道，其中，所述多个窄带无线电信道限定了预定无线电频谱范围的非连续部分；以及 建立在所述通信节点之间的多个无线通信链路以形成至少部分连接的网状网络，其中所述建立包括 在所述多个无线电信道中的至少两个无线电信道上从所述多个通信节点中的第一通信节点发送同步数据，其中在所述多个无线电信道中的所述至少两个无线电信道上同步地发送所述同步数据； 合并在所述多个通信节点中的第二通信节点从所述多个无线电信道中的所述至少两个无线电信道接收到的能量，以提供合并的信号；以及 利用合并的信号将所述多个通信节点中的所述第二通信节点同步到所述多个通信节点中的所述第一通信节点。
2.根据权利要求I所述的方法，所述方法进一步包括 在所述多个通信节点中的所述第一通信节点处 将高速率的数据流去复用为至少两个较低速率的数据流，以及在所述多个信道中的不同的信道上发送所述至少两个较低速率的数据流的每一个，其中，在所述多个窄带无线电信道中的每一个无线电信道上的符号边界是同步的；以及在所述多个通信节点中的所述第二通信节点处 接收所述至少两个较低速率的数据流中的每一个数据流；以及 将所述至少两个较低速率的数据流复用为单个高速率的数据流。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，建立多个无线通信链路包括 建立在所述多个通信节点中的第一通信节点和所述多个通信节点中的第二通信节点之间的无线通信链路； 建立在所述多个通信节点中的所述第一通信节点和所述多个通信节点中的第三通信节点之间的无线通信链路；以及 建立在所述多个通信节点中的所述第二通信节点和所述多个通信节点中的所述第三通信节点之间的无线通信链路。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，所述多个窄带无线电信道中的每一个窄带无线电信道都具有小于125千赫兹的带宽。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述多个窄带信道中的每一个窄带信道都具有25kHz的带宽。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述多个窄带信道中的每一个窄带信道都具有12.5kHz的带宽。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法进一步包括在所述多个节点中的数个节点之间传送数据，其中，以至少40千比特每秒的数据速率传送所述数据。
8.根据权利要求I所述的方法，所述方法进一步包括 在所述通信节点中的一个通信节点处接收数据； 确定所述数据的目的地； 基于所述目的地选择发送功率电平；以及利用所述发送功率电平在所述多个无线电信道中的至少两个无线电信道上将所述数据的多个部分传送到所述目的地。
9.根据权利要求I所述的方法，所述方法进一步包括 在所述通信节点中的一个通信节点处接收数据； 确定所述数据的优先级； 基于所述优先级选择发送功率电平；以及 利用所述发送功率电平在所述多个无线电信道中的至少两个无线电信道上将所述数据的多个部分发送到目的地。
10.根据权利要求I所述的方法，所述方法进一步包括 将关于所述多个窄带无线电信道中的所述至少两个窄带无线电信道中的每一个窄带无线电信道的符号数据上变频到无线电频率，以形成无线电频率信号；以及 将所述无线电频率信号中的每一个无线电频率信号合并到单个天线中以用于发送。
11.根据权利要求I所述的方法，其中，所述发送进一步包括执行发送滤波操作，使得在所述多个无线电信道中的所述至少两个无线电信道中的每一个无线电信道上的发送信号满足预定的窄带信道频谱约束。
12.根据权利要求I所述的方法，所述方法进一步包括基于所述数据的源和所述数据的目的地中的任何一项而选择所述至少两个窄带无线电信道。
13.根据权利要求I所述的方法，所述方法进一步包括基于信噪比状况而选择所述至少两个窄带无线电信道。
14.根据权利要求I所述的方法，所述方法进一步包括选择用于所述多个窄带无线电信道中的每一个窄带无线电信道的调制格式，其中，所述选择是基于下述中的任何一项而执行的将发送的信号的目的地、将接收的信号的源、在所述第一通信节点处的信噪比状况，以及在所述第二通信节点处的信噪比状况。
15.根据权利要求I所述的方法，所述方法进一步包括 在所述多个通信节点中的所述第一通信节点处经由所述多个窄带无线电信道而接收经更新的通信软件； 经由所述多个窄带无线电信道将所述经更新的通信软件发送到所述多个通信节点中的所述第二通信节点；以及 在所述多个通信节点中的所述第一通信节点处使用所述经更新的通信软件。
16.根据权利要求I所述的方法，所述方法进一步包括 在所述多个通信节点中的所述第一通信节点处经由所述多个窄带无线电信道而接收频率基准更新； 经由所述多个窄带无线电信道将频率基准更新发送到所述多个通信节点中的所述第二通信节点；以及 基于所述频率基准更新而调节在所述发送和所述接收中使用的基准频率。
17.根据权利要求I所述的方法，其中，所述多个无线通信链路中的每一个无线通信链路都使用所述多个窄带无线电信道中的相同的至少两个无线电信道。
18.—种系统,所述系统包括 多个通信节点；用于建立在所述多个通信节点中的数个通信节点之间的多个无线通信链路以形成至少部分连接的网状网络的装置，其中，所述用于建立的装置包括 用于经由至少两个非连续的窄带无线电信道从所述多个通信节点中的第一通信节点发送同步数据的装置，其中，在所述至少两个非连续的窄带无线电信道上同步地发送所述同步数据； 用于合并在所述多个通信节点中的第二通信节点从所述至少两个非连续的窄带无线电信道接收到的能量以提供合并的信号的装置；以及 用于利用合并的信号将所述多个通信节点中的所述第二通信节点同步到所述多个通信节点中的所述第一通信节点的装置。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述多个通信节点中的每一个通信节点都进一步包括 去复用器，所述去复用器被构造为将第一速率的输入数据流去复用为每一个均为第二速率的至少两个发送数据子流，所述第二速率小于所述第一速率；以及 多个发送器，所述多个发送器耦接到所述去复用器，并且被构造为在所述多个信道中的不同的信道上发送所述至少两个发送数据子流中的每一个发送数据子流，其中，在所述多个窄带无线电信道中的每一个窄带无线电信道上的符号边界是同步的；
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述多个通信节点中的每一个通信节点都进一步包括 多个接收器，所述多个接收器被构造为接收所述第二速率的至少两个接收数据子流；以及 复用器，所述复用器被构造为将所述至少两个接收数据子流复用为所述第一速率的输出数据流。
21.根据权利要求19所述的系统，所述系统进一步包括功率控制器，所述功率控制器被构造为基于所述输入数据流的目的地和所述输入数据流的优先级中的任何一项来调节发送功率。
22.根据权利要求15所述的系统，其中，所述通信节点中的每一个通信节点都进一步包括用于基于在所述多个通信节点中的源节点和所述多个通信节点中的目的地节点之间的所述多个无线通信链路中的一个无线通信链路的通信状况而选择所述至少两个非连续的窄带无线电信道的装置。
23.根据权利要求15所述的系统，其中，所述通信节点中的每一个通信节点都进一步包括用于基于在所述多个通信节点中的源节点和所述多个通信节点中的目的地节点之间的所述多个通信链路中的一个通信链路的通信状况而选择调制格式的装置。
24.根据权利要求18所述的系统，所述系统进一步包括用于利用在所述多个无线通信链路上的点对点洪泛路由将经更新的通信软件分配到所述多个通信节点的装置。
25.根据权利要求18所述的系统，所述系统进一步包括用于利用在所述多个无线通信链路上的点对点洪泛路由将频率基准校准分配到所述多个通信节点的装置。
26.—种通信节点，所述通信节点包括 去复用器，所述去复用器被构造为将第一数据速率的数据去复用为多个第二数据速率的发送数据流，所述第二速率小于所述第一速率；发送子系统，所述发送子系统耦接到所述去复用器并且包括多个发送器，所述多个发送器中的每一个发送器均能够在多个窄带无线电信道中的不同的非连续的窄带无线电信道上发送多个所述发送数据流中的一个发送数据流，所述多个发送器彼此是符号同步的； 接收子系统，所述接收子系统包括多个接收器，所述多个接收器中的每一个接收器均能够在所述多个窄带无线电信道中的不同的非连续的窄带无线电信道上接收第三数据速率的接收数据流，所述多个接收器彼此是符号同步的；以及 复用器，所述复用器耦接到所述接收子系统，并且被构造为将所述接收数据流一起复用为第四数据速率的数据，所述第四数据速率大于所述第三数据速率。
27.根据权利要求26所述的通信节点，其中，所述接收子系统包括检测器，所述检测器被构 >造为合并在所述多个窄带无线电信道上的能量，以检测发送的开始。·
28.根据权利要求26所述的通信节点，其中，所述发送子系统包括功率控制器，所述功率控制器被构造为基于所述发送数据流的目的地而调节发送功率。
29.根据权利要求26所述的通信节点，其中，所述发送子系统包括功率控制器，所述功率控制器被构造为基于所述发送数据流的优先级而调节发送功率。
30.根据权利要求26所述的通信节点，其中，所述发送子系统包括多个发送滤波器，所述多个发送滤波器中的每一个发送滤波器均被构造为满足预定的窄带信道频谱约束。
31.根据权利要求26所述的通信节点，所述通信节点进一步包括信道选择器，所述信道选择器被构造为基于所述发送数据流的目的地和所述接收数据流的源中的任何一项而选择所述多个窄带无线电信道中的不同的非连续的窄带无线电信道中的每一个。
32.根据权利要求26所述的通信节点，所述通信节点进一步包括调制选择器，所述调制选择器被构造为基于下述中的任何一项而选择调制格式所述发送数据流的目的地、所述接收数据流的源，以及所述多个窄带无线电信道中的不同的非连续的窄带无线电信道上的信噪比。
33.根据权利要求26所述的通信节点，其中，所述发送子系统包括多个模块，所述多个模块中的每一个模块均包括所述多个发送器中的数个发送器，并且数量可变的模块能够被安装到所述发送子系统中以提供期望数量的发送器。
34.根据权利要求33所述的通信节点，其中，所述接收子系统包括多个模块，所述多个模块中的每一个模块均包括所述多个接收器中的数个接收器，并且数量可变的模块能够被安装到所述接收子系统中以提供期望数量的接收器。
35.一种系统，所述系统包括被布置为形成至少部分连接的网状网络的多个如权利要求26所述的通信节点。
全文摘要
通信链路能够建立在多个通信节点之间以形成至少部分连接的网状网络。建立通信链路可以包括从第一通信节点发送同步数据。可以在多个窄带无线电信道上符号同步地发送该同步数据。第二通信节点可以合并从多个窄带无线电信道接收的能量，并且利用合并的能量以同步到第一通信节点。数据发送可以由第一通信节点去复用为多个速率较低的流，以便于在多个窄带无线电信道上发送。第二通信节点可以接收所述速率较低的流并且将所述速率较低的流返回地复用在一起。
文档编号H04W84/18GK102754515SQ201080063721
公开日2012年10月24日 申请日期2010年1月13日 优先权日2010年1月13日
发明者D·P·英格尔三世, J·D·利夏, J·J·威尔邓, M·S·吉格甘 申请人:施恩禧电气有限公司