跳频无线通信中的同步接入方法以及通信设备和系统的制作方法

跳频无线通信中的同步接入方法以及通信设备和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种在跳频无线通信中在第一通信设备与第二通信设备之间进行的同步接入方法以及相关通信设备和系统，其中第一通信设备采用N个跳频信道并以预定跳频序列和预定跳频时间间隔进行跳频。该方法包括：第一通信设备以M倍的预定跳频时间间隔为周期在N个跳频信道上发送广播信标，其中广播信标携带包括同步信息的通用信息，其中M和N均为自然数且互质；第二通信设备在N个跳频信道中的任一个跳频信道上接收广播信标以获得同步信息；以及第二通信设备与第一通信设备进行信息交换以进行接入。上述灵活、简单且易实施的同步接入方案可实现带宽的高效利用和良好的抗干扰性，并允许以非常低的功耗进行快速可靠的同步。
【专利说明】跳频无线通信中的同步接入方法以及通信设备和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及跳频无线通信技术，尤其涉及一种跳频无线通信中的同步接入方法、以及例如主设备和从设备的通信设备，还有包括主设备和从设备的跳频无线通信系统。
【背景技术】
[0002]跳频是用于在表现出频率选择性信号衰落或来自其它设备的未知窄带干扰的环境中实现可靠的无线通信的技术。除了应用在诸如蓝牙等通信标准中外，跳频技术还已经被用在许多专有无线解决方案中，例如，用于向助听器发送无线音频流。
[0003]在诸如体域网(Body Area Network)、无线传感器网络等的应用中，功耗是重要的设计考虑因素。尤其对于基于处理能力受限的低成本组件的系统来说，通常对低延时(需要快速建立无线连接)、以及计算复杂度和内存消耗方面的简化也有要求。
[0004]在跳频无线通信中，连接至跳频无线通信系统的客户端应当能够尽可能快地建立数据连接，并且不花费太多时间(以及能量)用来扫描(监听)信道或与主设备(master)交换协议信息。作为连接建立中的第一步，从设备(slave)必须与主设备进行同步。通常，从设备需要从主设备广播的信标或管理分组获得包括例如调频序列等的同步信息的通用信息。原则上，主设备可以在单独的信道或一(小)组信道上相当频繁地广播通用信息。例如，图1示出了一种现有技术的跳频无线通信中同步接入方法的示意图。在图1中，横轴表示时间轴。主设备10总共采用五个频率不同的跳频信道CHO、CHU CH2、CH3、CH4，并且以时间间隔T1作为跳频时间间隔并以CH0、CH1、CH2、CH3、CH4的跳频序列进行信道跳频。其中，CHO和CHl用作发送广播信标的信令信道，而其它三个信道CH2、CH3、CH4用作发送负载数据的数据信道。在这种情况下，从设备可以通过仅仅扫描信令信道CHO和CHl而快速获得该广播信标。然后，从设备可以通过该广播信标而知道用于负载数据的跳频序列(即，CH2、CH3、CH4)并与之进行同步。
[0005]在上述现有技术中，由于需要额外的信令信道，因此导致带宽仍未被高效地使用于数据；以及由于信令信道的数量较少，该方案的抗干扰性仍有提高的空间。

【发明内容】

[0006]有鉴于此，本发明实施例的一个目的在于提供一种同步接入方法，以便进一步提带高带宽使用率，以及提高抗干扰性。本发明实施例的另一目的是提供相应的通信设备(主设备、从设备)，以及跳频无线通信系统。
[0007]根据本发明实施例的第一方面，提供了一种用于在跳频无线通信中在第一通信设备与第二通信设备之间进行的同步接入方法，其中，所述第一通信设备采用N个跳频信道并以预定跳频序列和预定跳频时间间隔进行跳频，所述方法包括:所述第一通信设备以M倍的所述预定跳频时间间隔为周期在所述N个跳频信道上发送广播信标，其中所述广播信标携带用于所述第二通信设备进行同步接入的同步信息，其中，M和N均为自然数且互质，从而保证所述广播信标在所有N个跳频信道上周期性地轮流发送；所述第二通信设备在所述N个跳频信道中的任一个跳频信道上接收所述广播信标以获得所述同步信息；以及所述第二通信设备与所述第一通信设备进行信息交换以进行接入。
[0008]通过上述同步接入方法，可以灵活、简单地实施同步接入，可实现带宽的高效利用并且抗干扰性好，允许以非常低的功耗进行快速可靠的同步，消除从设备必须不同地处理广播分组(信标)和负载分组的需要，并且在通信设备侧无论在内存还是计算能力方面均实现非常低的复杂度。
[0009]在本发明的上述第一方面中，优选地，所述第二通信设备在所述N个跳频信道中的任一个跳频信道上接收所述广播信标以获得所述同步信息的步骤包括:所述第二通信设备监听所述N个跳频信道中的一个跳频信道，并且当在该跳频信道上接收到所述第一通信设备发送的分组时与所述第一通信设备建立基本同步；以及当该分组是所述广播信标时，接收所述广播信标，当该分组不是所述广播信标时，从接收到该分组的时刻起，所述第二通信设备每隔N个所述预定跳频时间间隔监听一次所监听的跳频信道，直到在所监听的跳频信道上接收到所述广播信标为止。
[0010]优选地，所述第二通信设备在每次监听之间休眠。
[0011]通过上述优选方式，使得第二通信设备(从设备)在同步阶段的早期就可以进行低占空比操作，从而实现低功耗。
[0012]在本发明的上述第一方面中，优选地，所述第二通信设备与所述第一通信设备进行信息交换以进行接入的步骤包括:所述第二通信设备向第一通信设备发送反馈信息；所述第一通信设备根据所述反馈信息，向所述第二通信设备分配所述N个跳频信道中的至少一个跳频信道作为专用于所述第一通信设备与所述第二通信设备之间通信的专用信道。
[0013]在完成接入后，所述第一通信设备与所述第二通信设备在所述专用信道上进行通信，其中，所述第一通信设备在非发送所述广播信标的时刻，在所述专用信道上向所述第二通信设备发送专用于所述第二通信设备的专用信息。
[0014]通过上述优选方式，可以对不同的通信设备分配不同的专用信道，以避免不同通信设备之间的冲突。
[0015]在本发明的上述第一方面中，优选地，完成接入后的所述第二通信设备只在所述专用信道上接收所述第一通信设备发送的所述专用信息、以及所述第一通信设备在所述专用信道上发送的广播信标，并且所述第二通信设备不对所述广播信标进行反馈。
[0016]通过上述优选方式，可以进一步减小功耗。
[0017]在本发明的上述第一方面中，优选地，当所述专用信道的信道质量变差以致无法支持正常通信时，所述第一通信设备向所述第二通信设备分配其它跳频信道作为新的专用信道。
[0018]通过上述优选方式，使得方案更加灵活并可以保证通信质量。
[0019]在本发明的上述第一方面中，优选地，所述反馈信息包括数据速率需求。
[0020]优选地，所需数据速率越高，则所述第一通信设备向所述第二通信设备分配所述N个跳频信道中越多跳频信道作为所述专用信道。
[0021 ] 通过上述优选方式，可以根据不同通信设备的数据速率需求而通过分配数目不同的专用信道而实现不同的数据速率，从而实现了灵活性。
[0022]在本发明的上述第一方面中，优选地，所述第一通信设备在并非发送所述广播信标的时刻，在未被分配为专用信道的跳频信道上附加地发送所述广播信标。
[0023]通过上述优选方式，能够进一步减少同步时间，以实现更加快速的同步接入。
[0024]根据本发明的第二方面，提供了一种通信设备(主设备)，能够在跳频无线通信中与另一通信设备之间进行同步接入，其中，所述通信设备采用N个跳频信道并以预定跳频序列和预定跳频时间间隔进行跳频，所述通信设备包括:一个发送单元，以M倍的所述预定跳频时间间隔为周期在所述N个跳频信道上发送广播信标，其中所述广播信标携带用于所述另一通信设备进行同步接入的同步信息，其中，M和N均为自然数且互质，从而保证所述广播信标在所有N个跳频信道上周期性地轮流发送。
[0025]通过上述通信设备，可以灵活、简单地实施同步接入，可实现带宽的高效利用并且抗干扰性好，允许以非常低的功耗进行快速可靠的同步，消除从设备必须不同地处理广播分组(信标)和负载分组的需要，并且在通信设备侧无论在内存还是计算能力方面均实现非常低的复杂度。
[0026]在本发明的上述第二方面中，优选地，通信设备还包括:一个接收单元，接收从所述另一通信设备发送的反馈信息；以及一个专用信道分配单元，根据所述反馈信息，向所述另一通信设备分配所述N个跳频信道中的至少一个跳频信道作为专用于所述通信设备与所述另一通信设备之间通信的专用信道。
[0027]在完成接入后，所述发送单元在非发送所述广播信标的时刻，在所述专用信道上向所述另一通信设备发送专用于所述另一通信设备的专用信息。
[0028]通过上述优选方式，可以对不同的通信设备分配不同的专用信道，以避免不同通信设备之间的冲突。
[0029]在本发明的上述第二方面中，优选地，当所述专用信道的信道质量变差以致无法支持正常通信时，所述专用信道分配单元向所述另一通信设备分配其它跳频信道作为新的专用信道。
[0030]通过上述优选方式，使得方案更加灵活并可以保证通信质量。
[0031]在本发明的上述第一方面中，优选地，所述发送单元在并非发送所述广播信标的时刻，在未被分配为专用信道的跳频信道上附加地发送所述广播信标。
[0032]通过上述优选方式，能够进一步减少同步时间，以实现更加快速的同步接入。
[0033]根据本发明的第三方面，提供了一种通信设备(从设备)，用于在跳频无线通信中与另一通信设备之间进行同步接入，其中，所述另一通信设备采用N个跳频信道并以预定跳频序列和预定跳频时间间隔进行跳频，所述通信设备包括:一个接收单元，在所述另一通信设备采用的N个跳频信道中的任一个跳频信道上接收广播信标以获得用于所述通信设备进行同步接入的同步信息。所述另一通信设备以M倍的所述预定跳频时间间隔为周期在所述N个跳频信道上发送所述广播信标，其中所述广播信标携带对任何其它通信设备通用的通用信息，所述通用信息包括所述同步信息，其中，M和N均为自然数且互质，从而保证所述广播信标在所有N个跳频信道上周期性地轮流发送。
[0034]通过上述通信设备，可以灵活、简单地实施同步接入，可实现带宽的高效利用并且抗干扰性好，允许以非常低的功耗进行快速可靠的同步，消除从设备必须不同地处理广播分组(信标)和负载分组的需要，并且在通信设备侧无论在内存还是计算能力方面均实现非常低的复杂度。[0035]在本发明的上述第三方面中，优选地，通信设备还包括:一个监听单元，监听所述N个跳频信道中的一个跳频信道；以及一个基本同步建立单元，其中，当所述接收单元在所监听的跳频信道上接收到所述另一通信设备发送的分组时，所述基本同步建立单元与所述另一通信设备建立基本同步。当该分组是所述广播信标时，所述接收单元在该跳频信道上接收所述广播信标；；当该分组不是所述广播信标时，从接收到该分组的时刻起，所述监听单元每隔N个所述预定跳频时间间隔监听一次该跳频信道，直到所述接收单元在该跳频信道上接收到所述广播信标为止。
[0036]优选地，所述通信设备在每次监听之间休眠。
[0037]通过上述优选方式，使得第二通信设备(从设备)在同步阶段的早期就可以进行低占空比操作，从而实现低功耗。
[0038]在本发明的上述第三方面中，优选地，通信设备还包括:一个发送单元，在所述接收单元接收到所述广播信标后，向所述另一通信设备发送反馈信息。
[0039]通过上述优选方式，提供了任何从设备可进行反馈的随机性。
[0040]根据本发明的第四方面，提供一种跳频无线通信系统，包括:第一通信设备，为如上所述任意一种主设备；和至少一个第二通信设备，为上述任意一种从设备。
[0041]具体地，提供了一种跳频无线通信系统，包括进行同步接入的第一通信设备和至少一个第二通信设备，其中，所述第一通信设备采用N个跳频信道并以预定跳频序列和预定跳频时间间隔进行跳频，并且其中，所述第一通信设备以M倍的所述预定跳频时间间隔为周期在所述N个跳频信道上发送广播信标，其中所述广播信标携带用于所述第二通信设备进行同步接入的的同步信息，其中，M和N均为自然数且互质，从而保证所述广播信标在所有N个跳频信道上周期性地轮流发送；所述第二通信设备在所述N个跳频信道中的任一个跳频信道上接收所述广播信标以获得所述同步信息；并且所述第二通信设备与所述第一通信设备进行信息交换以进行接入。
[0042]通过上述跳频无线通信系统，可以灵活、简单地实施同步接入，可实现带宽的高效利用并且抗干扰性好，允许以非常低的功耗进行快速可靠的同步，消除从设备必须不同地处理广播分组(信标)和负载分组的需要，并且在通信设备侧无论在内存还是计算能力方面均实现非常低的复杂度。
[0043]在本发明的上述第四方面中，优选地，所述第二通信设备与所述第一通信设备进行信息交换以进行接入包括:所述第二通信设备向所述第一通信设备发送反馈信息；所述第一通信设备根据所述反馈信息，向所述第二通信设备分配所述N个跳频信道中的至少一个跳频信道作为专用于所述第一通信设备与所述第二通信设备之间通信的专用信道；以及在完成接入后，所述第一通信设备与所述第二通信设备在所述专用信道上进行通信，其中，所述第一通信设备在非发送所述广播信标的时刻，在所述专用信道上向所述第二通信设备发送专用于所述第二通信设备的专用信息。
[0044]通过上述优选方式，可以对不同的通信设备分配不同的专用信道，以避免不同通信设备之间的冲突。
【专利附图】

【附图说明】
[0045]下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中:
[0046]图1示出了一种现有技术中的用于跳频无线通信的同步接入方法的示意图。
[0047]图2示出了根据本发明的实施例的用于跳频无线通信的同步接入方法的示意图。
[0048]图3示出了根据本发明的实施例的用于跳频无线通信的同步接入方法的另一示意图。
[0049]图4示出了根据本发明的实施例的用于跳频无线通信的同步接入方法的流程图。
[0050]图5示出了根据本发明的实施例的用于在跳频无线通信中进行同步接入的通信设备的结构框图。
[0051]图6示出了根据本发明的实施例的用于在跳频无线通信中进行同步接入的另一通信设备的结构框图。
[0052]附图标记列表
[0053]10、20:主设备
[0054]21、22:从设备
[0055]50、60:通信设备
[0056]501、604:发送单元
[0057]502,601:接收单元
[0058]503:专用信道分配单元
[0059]602:监听单元
[0060]603:基本同步建立单元
[0061]CHO, CH1、CH2、CH3、CH4:跳频信道
【具体实施方式】
[0062]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
[0063]如在前面的【背景技术】部分中简要说明的，由于从设备不知道主设备所采用的跳频序列，因此，为了与主设备进行同步接入，从设备首先需要接收主设备发送的广播信标，该广播信标携带了对于无线通信系统中所有从设备都通用的通用信息，包括主设备地址、跳频序列等。从设备在接收到此广播信标后，即可获知主设备所采用的跳频序列并与之进行同步。
[0064]与图1所示的现有技术的用于跳频无线通信的同步接入方法不同，在本发明实施例的用于跳频无线通信的同步接入方法中，主设备并非专门采用单独或一组跳频信道作为信令信道来发送广播信标，而是将全部跳频信道既作为信令信道又同时作为数据信道来使用。
[0065]具体地，在本发明实施例的用于跳频无线通信的同步接入方法中，在全部跳频信道上轮流发送广播信标，以使带宽得到高效利用并提高抗干扰性。例如，可以假设主设备采用N个跳频信道，并且以一定跳频序列和一定跳频时间间隔进行跳频。主设备以M倍的所述跳频时间间隔为周期在所述N个跳频信道上发送广播信标，其中，M和N均为自然数且互质(relatively prime)。这里,关键条件是M和N互质,只要满足这一条件，即可在所有N个跳频信道上周期性地轮流发送广播信标。[0066]为了更直观地表现本发明实施例的思想，图2示出了 M和N互质的其中一种M=N+1的示例情况。图2示出了根据本发明实施例的一个实施例的用于跳频无线通信的同步接入方法的示意图。在图2中，横轴表示时间轴。在本实施例中，作为示例，主设备20总共采用四个(B卩，N=4)频率不同的跳频信道CHO、CHU CH2、CH3，并且以时间间隔T1作为跳频时间间隔并以CHO、CH1、CH2、CH3的跳频序列进行信道跳频，也就是说，每隔时间T1进行一次信道跳频。具体地，在初始时刻O首先采用信道CH0，在时刻T1进行第一次信道跳频以从信道CHO跳变为信道CHl，在时刻2?\进行第二次跳频以从信道CHl跳变为信道CH2，……在时刻4?\进行第四次跳频以从信道CH3跳变为信道CH0，以此类推。
[0067]在图2中所示的示例中，主设备20发送广播信标的周期为51\，也就是每个连续的广播信标之间的时间间隔是51\，即5倍(即，Μ=5)的跳频时间间隔T1 (也可以说，每两个连续的广播信标之间的跳频数为5，或者说，每两个连续的广播信标之间存在4个未发送广播信标的跳频信道)。如图可知，通过以这样的周期发送广播信标，使得在四个跳频信道CH0、CH1、CH2、CH3上轮流发送广播信标，如图中的向上的实线箭头所示。在图2中所示的M=N+1的这种情况下,广播信标以完全等同于主设备20采用的跳频序列CHO、CHU CH2、CH3的序列而在全部四个跳频信道上轮流发送。
[0068]需要说明的是，图2中示出的M=N+1的情况是M和N互质中的一种情况，其它M和N互质的情况均可以实现在全部跳频信道上轮流发送广播信标。例如，仍然以N=4的情况为例，M=3、7、9...时，均可以实现在全部跳频信道上轮流发送广播信标。例如，当M=3时，主设备20发送广播信标的周期为31\，即，以CH0、CH3、CH2、CH1这样的序列并以3?\的发送时间间隔来周期性发送广播信标；当Μ=7时，主设备20发送广播信标的周期为71\，即，以CH0、CH3、CH2、CH1这样的序列并以7?\的发送时间间隔来周期性发送广播信标；当Μ=9时，主设备20发送广播信标的周期为91\，即，以CH0、CH1、CH2、CH3这样的序列并以OT1的发送时间间隔来周期性发送广播信标；以此类推。由上述可以推出，当Μ=ηΝ+1 (η为自然数)时，广播信标以完全等同于主设备·采用的跳频序列的序列而在全部跳频信道上轮流发送。
[0069]以上详细说明了广播信标的发送。下面，进一步说明广播信标的接收。
[0070]从设备当试图与主设备建立通信链接时，会首先接收主设备发送的广播信标以获得主设备所使用的跳频序列并与之进行同步。在例如图1所示的传统的同步接入方法中，为使从设备可以通过在直到成功接收到广播信标之前的相对短的时间内仅仅扫描信令信道CHO和CHl而快速获得该广播信标，前提是从设备必须预先知道主设备10采用哪些跳频信道作为信令信道。然而，这就需要将主设备10的信令信道的设置情况预先存储在从设备的内存中，这会增加从设备侧的复杂度。另外，如果从设备预先不存储有关主设备10采用哪些跳频信道作为信令信道用于广播信标的信息，则从设备在试图与主设备10建立通信链接时可能需要扫描(监听)多个信道才能接收到广播信标。例如，从设备可能首先尝试扫描(监听)其中任一个信道，如果在特定时间内仍未接收到广播信标，则改为扫描其它信道，直到接收到广播信标为止。这样，如果从设备首先监听图1中的作为数据信道的跳频信道CH2、CH3、CH4而最后才监听作为信令信道的跳频信道CHO或CHl，则会由于对多个信道进行扫描而导致同步时间过长。
[0071]而通过本发明实施例的上述方法，可使广播信标在全部跳频信道中轮流发送，因此，当从设备试图与主设备20建立通信链接时，只需监听主设备20所采用的任一个跳频信道，即可迟早接收到广播信标以获得主设备20采用的跳频序列等同步信息以进行同步。并且，也无需在从设备处预先存储关于信令信道的设置信息，从而可以实现从设备侧不论内存方面还是计算能力方面的低复杂度。
[0072]需要说明的是，当从设备从监听的跳频信道一接收到分组就可以与主设备20首先建立基本同步。由于在本发明实施例的同步接入方法中，所有跳频信道既用来发送广播信标也发送负载数据等。因此，当即使所接收到的分组不是广播信标、而是对一些其它设备的专用分组时，从设备也可以知道此信道上可能接收到下个分组的时间(即，N个跳频时间间隔T1之后的时隙)，并且可以每隔N个跳频时间间隔监听一次该跳频信道，直到在该跳频信道上接收到广播信标为止，其中，从设备在每次监听之间可以保持休眠以保留能量，从而使得从设备从同步阶段中的早期就能够进行低占空比操作。
[0073]在从设备接收到主设备发送的广播信令并获得同步信息之后，从设备会与主设备进行信息交换以进行接入过程，以便最终建立通信链接。这一信息交换的接入过程可以采用一次或多次握手来实现。本发明实施例以图2中所示的一次握手为例来简要说明此接入过程，但本发明实施例不限于此。如图2中所示，每次从发送广播信标起的时间Ttl后的时隙称作反馈时隙(即，图2中的每个向上的实线箭头后接着的向下的虚线箭头所对应的时隙)，反馈时隙也是在系统设计时预先设定的，并被主设备和从设备所已知。在此反馈时隙，主设备20在本次发送广播信标的相同信道上尝试接收来自其它设备的反馈(例如，资源请求)(如图2中由向下的虚线箭头表示)。试图与主设备20建立通信链接的任何从设备在接收到本次主设备发送的广播信标后的此反馈时隙均可向主设备20发送反馈信息，反馈信息例如可以包括从设备地址、数据速率需求、信道质量等。这种机制提供了任何从设备可进行反馈的随机性。
[0074]主设备在接收到从设备发送的反馈信息之后，可以基于数据速率需求(和信道质量)，向此从设备分配一个或多个跳频信道，作为专用于该主设备与该从设备之间通信的专用信道。图3示出了根据本发明实施例的实施例的用于跳频无线通信的同步接入方法的另一示意图。图3是对图2情况的进一步补充说明。
[0075]在图3中，上侧对应图2`中的在时间轴上表示的主设备20的跳频情况以及收发分组情况，中间和下侧分别简化地表示两个从设备21和22在时间轴上的与主设备20相呼应的分组收发情况。先参见主设备20，在每两个连续的广播信标之间存在(M-1)个跳频信道，这(M-1)个跳频信道未用于发送广播信标，因此可作为专用信道使用。主设备20可以在这(M-1)个专用信道上发送专用(负载)分组，它们各自对应的时隙可称为专用时隙。与广播信标不同，专用分组用于携带对于专用信道所对应的从设备的特定信息。具体地，如图3中所示，在发送第一个广播信标(初始时刻O的CHO上)与发送第二个广播信标(时刻5?\的CHl上)之间存在四个跳频信道CH1、CH2、CH3、CHO可用作专用信道。主设备20可以根据从设备21的反馈信息(例如，数据速率要求)而将CHl分配给从设备21。由此，主设备20和从设备21可以在跳频信道CHl上进行通信。如图3中，以比广播信标短的向上的实线箭头表示主设备20发送的专用分组。例如，对应跳频信道CHl及其专用时隙的向下的短实线箭头表示主设备20向从设备21发送的专用分组，实线箭头之后接着的向上的短虚线箭头表示主设备20接收到的从设备21发送的分组；对于从设备21，对应跳频信道CHl及其专用时隙的向下的短实线箭头表示接收到的从主设备20发送的专用分组，短实线箭头之后接着的向上的短虚线箭头表示从设备21向主设备20发送的分组。
[0076]这里需要说明的是，由于在本发明实施例的同步接入方法中，全部跳频信道既用作信令信道又用作数据信道，因此，当主设备20在跳频信道CHl上发送广播信令时，在随后的反馈时隙中，从设备21不向主设备20发送任何信息，以将反馈时隙留给其它试图与主设备20建立通信链接的其它从设备以用于接入过程。例如，如图3中所示，对于从设备21，对应于跳频信道CHl及其专用时隙的向下的长实线箭头表示接收到的从主设备20发送的广播信标，在随后的反馈时隙，从设备21不发送任何分组。
[0077]同理，主设备20可以根据从设备22发送的反馈信息(例如，数据速率要求是从设备21的两倍)而将CH2和CH3分配给从设备22。由此，主设备20和从设备22可以在跳频信道CH2和CH3上进行通信。主设备20与从设备22之间的通信和主设备20与从设备21之间的通信类似，这里不再赘述。
[0078]通过向各个从设备分配专用的跳频信道，可以使得不同的从设备具有不同的专用信道，并且，每个从设备只响应对自己的专用分组，从而使得在不同的从设备之间不发生发送冲突。
[0079]由于从设备可仅留在分配给该从设备的专用的跳频信道上与主设备通信，而不需要遵循主设备的全部信道跳频，因此，从设备可以以非常规则的方式休眠，并实现非常低的占空比。例如，对于图3中的从设备21，可以仅监听跳频信道CH1，而在其它跳频信道对应的时隙保持休眠。此外，从设备不仅可以接收对该从设备的专用分组，并且还可以接收主设备在分配给该从设备的专用的跳频信道上发送的广播信标，以获得主设备的管理信息。显然，可以非常容易和灵活地通过向从设备分配不同数目的专用信道来实现主设备与从设备之间的不同数据速率链接。例如图3中所示，从设备21和从设备22分别具有I个和2个信道，相应地，从设备22的数据速率是从设备21的二倍。
[0080]另外，通过本发明实施例的同步接入方法，如果从设备的专用信道的质量变得太差，从而无法支持正常的通信，则主设备可以容易地向该从设备重新分配新的信道。例如，如图3中所示，如果主设备20分配给从设备21的专用跳频信道CHl质量变差，则主设备20可以考虑将未被分配作为专用信道的CHO重新分配给从设备21。
[0081]需要注意的是，主设备也可以在未分配给任何从设备的专用时隙上附加地发送广播信标。例如，在图3中所示的对应CHO的短虚线箭头对表示:在连续的两个广播信标之间的可用作专用信道的跳频信道CHO (和对应的专用时隙)并未被分配给从设备21和22。因此主设备20可以附加地在此跳频信道CHO (和对应的专用时隙)上发送广播信标。这样，可以进一步缩短同步时间。
[0082]需要说明的是，虽然上述描述基于主设备与从设备，但是参与跳频无线通信的任何通信设备均可以作为主设备或从设备。
[0083]图4示出了根据本发明实施例的实施例的用于跳频无线通信的同步接入方法40的流程图。
[0084]如图4中所示，提供了一种用于在跳频无线通信中在第一通信设备与第二通信设备之间进行的同步接入方法，其中，第一通信设备采用N个跳频信道并以预定跳频序列和预定跳频时间间隔进行跳频。在步骤401，第一通信设备以M倍的预定跳频时间间隔为周期在N个跳频信道上发送广播信标。其中广播信标携带对任何其它通信设备通用的通用信息，通用信息包括用于第二通信设备进行同步接入的同步信息。并且其中，M和N均为自然数且互质，从而保证所述广播信标在所有N个跳频信道上周期性地轮流发送。在步骤402，第二通信设备在N个跳频信道中的任一个上接收广播信标以获得同步信息。在步骤403，第二通信设备与第一通信设备进行信息交换以进行接入。
[0085]在如图4所示的上述方法中，第一通信设备和第二通信设备可分别对应于前述的主设备和从设备。
[0086]图4所示的方法40灵活、简单且易实施，可实现带宽的高效利用及良好的抗干扰性，允许以非常低的功耗进行快速可靠的同步，消除了从设备必须不同地处理广播分组(信标)和负载分组的需要，并且在通信设备侧无论在内存还是计算能力方面均实现非常低的复杂度。
[0087]图5示出了根据本发明的实施例的用于在跳频无线通信中进行同步接入的通信设备50的结构框图。
[0088]如图5所示，通信设备50用于在跳频无线通信中与另一通信设备之间进行同步接入。通信设备50采用N个跳频信道并以预定跳频序列和预定跳频时间间隔进行跳频。通信设备50包括一个发送单元501，用于以M倍的预定跳频时间间隔为周期在N个跳频信道上发送广播信标。其中广播信标可携带对任何其它通信设备通用的通用信息，通用信息包括用于另一通信设备进行同步接入的同步信息。其中，M和N均为自然数且互质，从而保证所述广播信标在所有N个跳频信道上周期性地轮流发送。
[0089]图5所示的通信设备50可对应于前述主设备。
[0090]通过图5所示的通信设备50的设置，可以实现灵活、简单且易实施的同步接入，可实现带宽的高效利用及良好的抗干扰性，允许以非常低的功耗进行快速可靠的同步，消除了从设备必须不同地处理广播分组(信标)和负载分组的需要，并且在通信设备侧无论在内存还是计算能力方面均实现非常低的复杂度。
[0091]通信设备50还可以包括一个接收单元502和一个专用信道分配单元503，如图5中的虚线框所示。接收单元502用于接收从另一通信设备发送的反馈信息。专用信道分配单元503根据所述反馈信息，向另一通信设备分配N个跳频信道中的至少一个跳频信道作为专用于该通信设备与该另一通信设备之间通信的专用信道。并且，在完成接入后，发送单元501可以在非发送所述广播信标的时刻，在所述专用信道上向另一通信设备发送专用于另一通信设备的专用信息。
[0092]从而，通过对不同接入的通信设备分配不同的专用信道和时隙，可以避免不同通信设备之间的发送冲突。
[0093]图6示出了根据本发明实施例的实施例的用于在跳频无线通信中进行同步接入的通信设备60的结构框图。
[0094]如图6中所示，通信设备60用于在跳频无线通信中与另一通信设备之间进行同步接入。其中，该另一通信设备采用N个跳频信道并以预定跳频序列和预定跳频时间间隔进行跳频。通信设备60包括一个接收单元601，用于在所述N个跳频信道中的任一个跳频信道上接收广播信标以获得用于通信设备60进行同步接入的同步信息。其中，该另一通信设备以M倍的所述预定跳频时间间隔为周期在所述N个跳频信道上发送所述广播信标，其中所述广播信标携带对任何其它通信设备通用的通用信息，所述通用信息包括所述同步信息，其中，M和N均为自然数且互质，从而保证所述广播信标在所有N个跳频信道上周期性地轮流发送。
[0095]图6所示的通信设备60可对应于前述从设备。
[0096]通过图6所示的通信设备60的设置，可以实现灵活、简单且易实施的同步接入，可实现带宽的高效利用及良好的抗干扰性，允许以非常低的功耗进行快速可靠的同步，消除了从设备必须不同地处理广播分组(信标)和负载分组的需要，并且在通信设备侧无论在内存还是计算能力方面均实现非常低的复杂度。
[0097]通信设备60还可以包括一个监听单元602和一个基本同步建立单元603，如图6中的虚线框所示。监听单元602用于监听所述N个跳频信道中的一个跳频信道。基本同步建立单元603用于当接收单元601在该一个跳频信道上接收到所述另一通信设备发送的分组时，基本同步建立单元603与该另一通信设备建立基本同步。并且，当该分组不是所述广播信标时，从接收到该分组的时刻起，监听单元602每隔N个所述预定跳频时间间隔监听一次该一个跳频信道，直到接收单元601在所监听的跳频信道上接收到广播信标为止。通信设备60可以在每次监听之间休眠。从而，使得要进行同步接入的通信设备可以在同步阶段中的早期就开始进行低占空比操作，以减小能量消耗。
[0098]通信设备60还可以包括一个发送单元604(在图6中用虚线框表示)，用于在接收单元601接收到广播信标后，向另一通信设备发送反馈信息。从而，提供了任何从设备可进行反馈的随机性。
[0099]图5中所示的通信设备50以及图6中所示的通信设备60例如可以分别作为第一通信设备和第二通信设备而执行图4中所示的方法。跳频无线通信系统中可以包括图5中所示的通信设备50以及多个图6中所示的通信设备60，在通信设备50与每个通信设备60之间可以分别执行图4中所示的方法。
[0100]需要说明的是，图5、6中所示的通信装置50、60中所包括的各个单元均可以作为单独的单元来实现对应的功能，也可以相互结合的方式实现对应的功能。所述各个单元不限于本发明实施例所述的功能。例如，在所述通信装置50中，发送单元501不仅可以发送广播信标，还可以发送专用信息等，接收单元502不仅可以接收反馈信息，还可以接收从设备发送的专用分组等。同理，在所述通信装置60中，发送单元604不仅可以发送反馈信息，还可以发送专用分组等，接收单元601不仅可以接收广播信标，还可以接收的专用信息等。所述各个单元可以通过软件、硬件、固件或其任意组合的方式来实现。另外，通信装置50、60还可以包括其它单元，例如存储器、处理器等。
[0101]根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种跳频无线通信系统，该系统包括作为主设备的第一通信设备和至少一个作为从设备的第二通信设备，其中，第一通信设备为如上所述的通信设备20、50，第二通信设备为如上所述的通信设备21、22、60。
[0102]通过本发明实施例提供的上述灵活、简单且易实施的信道跳频无线通信中的同步接入方案，可实现带宽的高效利用并且抗干扰性好，允许以非常低的功耗进行快速可靠的同步，消除了从设备必须不同地处理广播分组(信标)和负载分组的需要，并且在主设备侧和从设备侧无论在内存还是计算能力方面均实现非常低的复杂度。
[0103]本发明实施例提供了一种在跳频无线通信中在第一通信设备与第二通信设备之间进行的同步接入方法以及相关通信设备和系统，其中第一通信设备采用N个跳频信道并以预定跳频序列和预定跳频时间间隔进行跳频。该方法包括:第一通信设备以M倍的预定跳频时间间隔为周期在N个跳频信道上发送广播信标，其中广播信标携带包括同步信息的通用信息，其中M和N均为自然数且互质；第二通信设备在N个跳频信道中的任一个跳频信道上接收广播信标以获得同步信息；以及第二通信设备与第一通信设备进行信息交换以进行接入。上述灵活、简单且易实施的同步接入方案可实现带宽的高效利用和良好的抗干扰性，并允许以非常低的功耗进行快速可靠的同步。
[0104]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于在跳频无线通信中在第一通信设备(20、50)与第二通信设备(21、22、60)之间进行的同步接入方法，其中，所述第一通信设备(20、50)采用N个跳频信道并以预定跳频序列和预定跳频时间间隔(T1)进行跳频，所述方法包括: 所述第一通信设备(20、50)以M倍的所述预定跳频时间间隔(T1)为周期在所述N个跳频信道上发送广播信标，其中所述广播信标携带用于所述第二通信设备(21、22、60)进行同步接入的同步信息，其中，M和N均为自然数且互质； 所述第二通信设备(21、22、60)在所述N个跳频信道中的任一个跳频信道上接收所述广播信标以获得所述同步信息；以及 所述第二通信设备(21、22、60)与所述第一通信设备(20、50)进行信息交换以进行接入。
2.如权利要求1所述的同步接入方法，其中，所述第二通信设备(21、22、60)在所述N个跳频信道中的任一个跳频信道上接收所述广播信标以获得所述同步信息的步骤包括: 所述第二通信设备(21、22、60)监听所述N个跳频信道中的一个跳频信道，并且当在该跳频信道上接收到所述第一通信设备(20、50)发送的分组时与所述第一通信设备(20、50)建立基本同步；以及 当该分组是所述广播信标时，接收所述广播信标；当该分组不是所述广播信标时，从接收到该分组的时刻起，所述第二通信设备(21、22、60)每隔N个所述预定跳频时间间隔监听一次该跳频信道，直到在该跳频信道上接收到所述广播信标为止，其中，优选地所述第二通信设备(21、22、60)在每次监听之间休眠。
3.如权利要求1所述的同步接入方法，其中，所述第二通信设备(21、22、60)与所述第一通信设备(20、50)进行信息交换以进行接入的步骤包括: 所述第二通信设备(21、22、60)向第一通信设备(20、50)发送反馈信息； 所述第一通信设备(20、50)根据所述反馈信息，向所述第二通信设备(21、22、60)分配所述N个跳频信道中的至少一个跳频信道作为专用于所述第一通信设备(20、50)与所述第二通信设备(21、22、60 )之间通信的专用信道。
4.如权利要求3所述的同步接入方法，其中，完成接入后的所述第二通信设备(21、22、60)只在所述专用信道上接收所述第一通信设备(20、50)发送的专用信息、以及所述第一通信设备(20、50)在所述专用信道上发送的广播信标，并且优选地所述第二通信设备(21、22,60)不对所述广播信标进行反馈。
5.如权利要求3所述的同步接入方法，其中，所述反馈信息包括数据速率需求，并且优选地，所需数据速率越高，则所述第一通信设备(20、50)向所述第二通信设备(21、22、60)分配所述N个跳频信道中越多跳频信道作为所述专用信道。
6.如权利要求1所述的同步接入方法，其中，所述第一通信设备(20、50)在非发送所述广播信标的时刻，在未被分配为专用信道的跳频信道上附加地发送所述广播信标。
7.一种通信设备(20、50)，能够在跳频无线通信中与另一通信设备(21、22、60)之间进行同步接入，其中，所述通信设备(20、50)采用N个跳频信道并以预定跳频序列和预定跳频时间间隔(T1)进行跳频，所述通信设备(20、50 )包括: 一个发送单元(501)，以M倍的所述预定跳频时间间隔(T1)为周期在所述N个跳频信道上发送广播信标，其中所述广播信标携带用于所述另一通信设备(21、22、60)进行同步接入的同步信息，其中，M和N均为自然数且互质。
8.如权利要求7所述的通信设备(20、50)，还包括: 一个接收单元(502)，接收从所述另一通信设备(21、22、60)发送的反馈信息；以及 一个专用信道分配单元(503)，根据所述反馈信息，向所述另一通信设备(21、22、60)分配所述N个跳频信道中的至少一个跳频信道作为专用于所述通信设备(20、50)与所述另一通信设备(21、22、60 )之间通信的专用信道。
9.如权利要求7所述的通信设备(20、50)，其中，当所述专用信道的信道质量变差时，所述专用信道分配单元(503)向所述另一通信设备(21、22、60)分配其它跳频信道作为新的专用信道。
10.如权利要求7所述的通信设备(20、50)，其中，所述发送单元(501)在非发送所述广播信标的时刻，在未被分配为专用信道的跳频信道上附加地发送所述广播信标。
11.一种通信设备(21、22、60)，能够在跳频无线通信中与另一通信设备(20、50)之间进行同步接入，所述通信设备(21、22、60)包括: 一个接收单元(601 )，在所述另一通信设备(20、50 )所采用的N个跳频信道中的任一个跳频信道上接收广播信标以获得用于所述通信设备进行同步接入的同步信息。
12.如权利要求11所述的通信设备(21、22、60)，还包括: 一个监听单元(602)，监听所述N个跳频信道中的一个跳频信道；以及 一个基本同步建立单元(603)，其中 当所述接收单元(601)在所监听的跳频信道上接收到所述另一通信设备(20、50 )发送的分组时，所述基本同步建立单元(603)与所述另一通信设备(20、50)建立基本同步，并且 当该分组是所述广播信标时，所述接收单元(601)在该跳频信道上接收所述广播信标；当该分组不是所述广播信标时，从接收到该分组的时刻起，所述监听单元(602)每隔N个所述预定跳频时间间隔(T1)监听一次该跳频信道，直到所述接收单元(601)在该跳频信道上接收到所述广播信标为止，其中，优选地所述通信设备(21、22、60)在每次监听之间休眠。
13.如权利要求11所述的通信设备(21、22、60)，还包括: 一个发送单元(604)，在所述接收单元(601)接收到所述广播信标后，向所述另一通信设备(20、50)发送反馈信息。
14.一种跳频无线通信系统，包括: 第一通信设备(20、50)，为根据权利要求7-10中任一项所述的通信设备；和 至少一个第二通信设 备(21、22、60)，为根据权利要求11-13中任一项所述的通信设备。
【文档编号】H04B1/7156GK103796295SQ201210428899
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2012年10月31日
【发明者】张洁, 马蒂亚斯·兰珀, 西蒙·许廷格 申请人:西门子医疗器械公司, 西门子（中国）有限公司