专利名称：跳频扩频通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种跳频扩频通信系统。
在大多数国家中，对用于工业、科学和医学的频段，也就是通常已知的ISM频段(频率范围在2.4MHz)，在使用上一般都没有什麽特别的限制，这意味着在这个频段内进行电磁发送不需要许可证。
在上述的不受使用限制的频谱中，跳频扩频系统被认为具有良好的性能。在这些系统中，调制的信息信号的载频周期地改变或跳变到在被称为跳频组的一个可能的频率组中的另一个频率(或可能是同一个频率)。跳频序列由扩频码控制。
图1显示在跳频扩频系统的两个节点之间的一个示例的通信的时间/频率占用率。这样，因为跳频扩频系统在频谱的各个部分之间不断地进行跳频，所以在特定的频率范围内的窄带干扰的影响是有限的。
本发明关系到在存在“持续性干扰源”(诸如运行在固定的频谱范围的微波炉或WLAN网络)的情形下跳频扩频通信系统的运行。
持续性干扰源对跳频扩频系统呈现两个独特的问题。
(i)“系统性能”尽管使用跳频扩频系统本身能够限制由持续性干扰源造成的系统性能的恶化，但对系统性能的影响仍旧是很大的，特别是同时存在几个持续性干扰源的时候。
(ii)“系统兼容性”WLAN经常以大型分组发送数据。在WLAN传输大型分组期间，如果附近的跳频扩频系统定期地跳频到由WLAN使用的频谱范围内，会对WLAN的性能带来不利的影响。
由此，按照一个方面，本发明提供一种运行扩频无线通信系统的方法，该系统包括一个中心节点和一个从属节点，它们通过跳频信道进行通信，所述方法包括以下步骤从属节点汇编对于信道的干扰信息，并断续地将干扰信息发送到中心节点；中心节点根据从从属节点接收的干扰信息，建立信道中性能较坏的频段的黑名单。
因此，本发明的系统能够对跳频序列中先前对干扰影响最敏感的频段进行跟踪。
通过这样的跟踪，本发明的系统可采取措施避免先前对干扰最敏感的、以及在不久的将来最有可能受噪声影响的那些频段。结果，系统本身的性能(上述的(i))被改进，因为本系统没有必要在可能会引起传输混乱的频段上进行无谓的通信尝试。另外，对邻近的系统(上述的(ii))来说，由于本发明的系统在频谱的使用上比较灵活，当某一特定的频段出现持续性噪声时，本系统能够发现并意识到该频段可能已被使用，从而能够避免接下来马上使用该频段，这样如果邻近有其它的通信系统，这个系统的数据就不会因本系统而丢失。
在一个实施例中，中心节点把表示被列入黑名单的频段的信息发送到从属节点，这样，每个从属节点可以本地地知道哪些频段是不能使用的。优选地，在接收所述信息后，每个从属节点都改用其中把列入黑名单的频段从跳频表中删除的、修正的跳频序列。替换地，这些节点总可以使用原先的跳频序列，但已不会再在含有列入黑名单的频段的时隙/频隙上发送。
系统典型地包括多个从属节点，优选地，选择将哪些频段列入黑名单的方法包括计算在最近的时间段内在信道的频段中受到的干扰的系统范围的度量值的步骤。优选地，所述选择也包括计算在信道的频段中历史上受到的干扰的系统范围的度量值。
被列入黑名单的频段的数目可以是固定的，与所述系统范围的度量值的绝对值无关。被列入黑名单的频段的数目也可以是固定的，假如所述系统范围的度量值的绝对值表示出性能低于预定的门限值的话。如果所述系统范围的度量值表示最坏性能信道的性能超过预定的门限值，则该信道不必被列入黑名单。被列入黑名单的频段的数目也可以通过系统范围的度量值的绝对值表示出性能低于预定的门限值而被确定。这意味着，在噪声非常严重的环境中，将有相当多的频段会被列入黑名单。
黑名单的产生可以以变化的频繁程度来进行，取决于系统所运行的环境。例如，在一个极端，在初始化后，黑名单的产生只进行一次，或者或许是每小时一次。在可能的干扰源是微波炉的情形下，这可能是足够的。另一方面，在具有许多干扰源的噪声严重的环境下，为了最好的频谱利用，定期地(例如，每秒一次)重新汇编黑名单可能是更适当的。
按照另一个方面，本发明提供跳频扩频系统的从属节点，其中包括用于汇编干扰信息的装置，该干扰信息表示在在一段时间段内在跳频信道的频段中受到的干扰，以及用于发送干扰信息的装置。
按照另一个方面，本发明提供跳频扩频系统的中心节点，其中包括用于从至少一个从属节点接收干扰信息的装置，以及用于根据所述接收到的干扰信息汇编在信道中较坏性能频段的黑名单的装置。
优选地，中心节点还包括用于把表示黑名单频段的信息断续地发送到从属节点的装置。
以下结合附图对本发明的具体实施例进行说明，其中图1表示一种跳频扩频系统的时间/频率占用率；图2表示一种具有5个节点的跳频扩频系统；图3表示图2所示的节点的硬件方框图；图4表示该系统运行流程图；图5表示在存在持续性干扰源的情形下的图2所示的信道的时间/频率占用率；以及图6表示在从跳频表中去除2个黑名单频段的情形下的图2所示的信道的时间/频率占用率。
图2显示一种运行在ISM频段的跳频扩频系统/网络，总的用5代表。系统5包括五个节点节点10用作为主节点，其它四个节点用作为从节点12a，12b，12c，和12d。这些设备是较低功率的RF(射频)设备，优选地是按照蓝牙(Bluetooth)协议运行的设备。在系统5内，在主节点10与任一个从节点12a，12b，12c，和12d之间进行双向通信。在从节点之间不进行直接通信。
每个节点10，12均具有相同的硬件和相同的软件，使得运行时能够用作为一个给定的网络的主节点或一个从节点，或可能用作为第一网络的主节点而同时用作为第二网络的从节点。
更详细地，参照图3，每个节点10，12包括发射机20、接收机30和控制处理器40。发射机20包括一个基带调制器21，由控制处理器40给它提供用于发送的基带数据。基带调制器产生调制的数据信号，以及把它馈送到上变频器22。上变频器22把调制的数据移位到由频率合成器23指定的频率上，以便由天线25发射。频率合成器23的输出频率由码生成器24输出的扩频码控制。接收机30包括互补的结构。下变频器32把经过天线35接收的信号移位到由频率合成器33的输出频率控制的较低的频率，并且把这个经过频率移位的信号馈送到解调器31，以便解调成基带数据。频率合成器的输出频率由码生成器34输出的、本地生成的扩频码控制。同步和跟踪电路36确保本地生成的载波与接收的载波之间具有良好的同步，从而有可能正确地解扩接收的信号。
图4表示该系统运行流程图。时间轴108表示系统处在各个不同的运行阶段初始化阶段110、评估阶段120、和配置阶段130。其中进行评估的时间段称为评估时间段Teval，以及其中进行评估和配置的时间段称为时元(epoch)，用Tepoch表示。
在初始化阶段，每个节点10，12被同步到在包括频段F1到F8的频率范围内的跳频序列F，图1所示的跳频序列的一部分是F1，F5，F3，F7，F7，F2，F8，F6，F3，以及其相应的时隙/频隙用100a-i表示。跳频序列中的每个时隙可以替换地被保留以供中心节点10的发射(D时隙)和从属节点的发射(U时隙)之用。系统参量(例如Teval和Tepoch等)也在这个初始化阶段里设定。
在初始化后进入评估时间段Teval，在各个从节点12与主节点10之间进行通信，如图4的流程图(i)所示。
如果一个从节点，比如是节点12a，想要发送一个数据分组到主节点10，它等待到下一个可提供的U时隙/频隙(例如时隙/频隙100a(如图1所示))空出来以后，然后在步骤122，在该时隙/频隙100a期间进行它的发送，并且在步骤124，在下一个D时隙(即时隙/频隙100b(如图1所示))等待来自主节点10的确认。
如果在时隙/频隙100b没有接收到确认(ACK)，则从节点12a假设主节点12没有正确地接收到它在时隙/频隙100a发送的数据分组(步骤126)。主节点12之所以没有正确地接收到该从节点发送的数据分组，其原因可能是与同一个系统中另外的从节点12b-d发送的数据分组出现冲突，可能是与相邻的、具有不同的主节点的类似的系统之间出现冲突，也可能是受到来自前面提到的持续性干扰源(诸如微波炉或WLAN网络)的干扰。
从节点12a保持评估时间段Teval的记录，该记录中包括有关F1-8中的每个频段发送了几次的记录Ti，也包括传输成功次数的记录NSi，并且在步骤128，根据该信息计算本地干扰指数IFi(在本实施例的系统中，因为一个信道具有八个频段，所以i＝1-8)。此时，因为数据分组是在F1频段的U时隙100a发送的，所以从节点12a根据以下公式(1)计算新的IFi值IF1＝(T1-NS1)/T1(1)上述程序在从节点12a每次发送数据分组失败时或在第一次发送数据分组时重复进行。每个从节点12各自独立地执行同一个程序。
这样，每个从节点12在评估时间段T建立它自己在本地看到的、信道中的每个频段F1-F8所受到干扰的图形。这个图形被包括在被存储在每个从节点12的干扰指数IFi中。
在评估时间段结束后，系统进入配置阶段130，如图4的流程图(ii)所示。主节点10在D时隙/频隙上广播一个命令，该命令寻址到选择的节点，指令它在下一个U时隙发送它的本地干扰指数IFi给主节点(步骤132)。在步骤134，被寻址的从节点12接收到请求，以及在步骤136，它发送干扰指数IFi。在步骤138、140和132，如果主节点10没有正确地接收干扰指数IFi，则它在下一个D时隙/频隙上重新发出它的请求。主节点10重复这个询问过程，直至它成功地接收每个从节点的本地干扰指数为止(步骤142)。
根据来自来自每个从节点12的干扰指数，主节点10计算信道中每个频段Fi的系统总的性能，特别是前一个时间段Pt的无误码传输的系统总的概率(步骤144)，Pt(Fi)＝∑(IFi/n)(2)其中n＝从节点数目。
据此，在步骤146，主节点10通过比较在最近的评估时间段120上它们各自的Pt，从而确定最坏性能的频段，以及产生具有两个最坏性能频率的黑名单。在步骤148，主节点在配置时间段130在其余的D时隙重复广播一个表示列入黑名单的频率的控制分组。该控制分组被反复地发送，以便确保被所有的从节点12接收到。
当一个当前的时元结束时，即，在配置阶段以后，系统再次进入评估阶段120。此时，由于主节点和从节点10，12已经了解哪些频率性能最坏，尽管它们照常遵循跳频序列F，但每个节点不再使用两个列入黑名单的频率，因为知道这两个频段性能很差。
系统运行和前面一样地进行，除了在第二和以后的配置阶段130期间，参量Pt(Fi)按照参量α(其中0≤α≤1)以及在前一个配置阶段期间计算的Pt的值Pt-1进行调整。
Pt(Fi)＝α.Pt(Fi)+(1-α).Pt-1(Fi)(3)Pt(Fi)的这种修正具有这样的效果，即对由α值决定的范围来说，不仅可以使Pt反映这个评估时间段的频段性能，而且还反映前一个评估时间段的历史的性能。
下面考虑其中系统5被使用在WLAN附近的情形。这个网络在可能会进入系统5所用的频段的频谱区域中不规则地发送相当长的信息数据分组。这种相邻的WLAN的干扰的例子显示于图5，用102表示。从图5所示的跳频序列F的一部分将会看到，F7和F8频段完全被WLAN的长的数据分组传输占用。与图1相比较，我们可以看到，频隙/时隙100d、100e、和100g已经不能使用。如果我们假定，在大部分评估时间段内WLAN的传输扰乱了F7和F8，虽然只有一个小的跳频序列可以在图5上看得见，但是将会看到，试图利用F7和F8的任何从节点12不大可能会成功。结果，所有的从节点在评估阶段120期间按照以上的公式(1)计算本地干扰指数IF7和IF8，它们比起其它频段F1-6的指数小得多。因此，在配置阶段130期间，主节点10收集来自每个从节点12的本地干扰指数，以及按照公式(2)计算对于频率F1至F8中的每个频率的系统总的无误码传输的概率，以及按照公式(3)所得的历史信息来调节它，主节点认出频段F7和F8为性能最坏的(即，最受干扰的)频段，所以把它们列入黑名单(步骤146)，并反复地把它们发送到所有的从节点12(步骤148)。在下一个评估阶段120的开始时，由于每个节点都已经知道哪些频段已列入黑名单，因此它们均使用图6所示的修改的跳频序列F′，在该序列中，被列入黑名单的频率已从跳频表中删除。所显示的跳频序列部分是F1，F5，F3，F2，F6，F3，F4，F1，F5。这样，系统5的目的是提前避免本地环境中的RF跳频热点。这不单改进它本身的系统性能，而且也使得系统5在RF的使用上与相邻的系统(例如WLAN)更好地协调。
一旦一个频段被列入黑名单，它就不再被系统使用，所以它的新的干扰指数也不再被从节点计算。所以，在步骤146决定下一个时元的列入黑名单的信道时，主节点10把当前列入黑名单的信道在其刚刚被列入黑名单之前时的干扰指数乘以换算因子βX(其中，β＜1以及x是该频率曾经被列入黑名单的时元的数目)后所得到的数值，作为与从未被列入黑名单的频段那里新收集的干扰指数进行比较的基础。
将会看到，系统参量α和β的选择对于在什麽环境下和一个给定的频段被列入黑名单多长时间有很大的影响。例如，α值越大，仅就前一个评估阶段120而言，给予环境的加权就越大。而如果α具有较小的数值，则给予过去的环境条件较大的加权。在β值方面，如果β值较小，则被列入黑名单的信道近期从黑名单中得到解脱的机会比起当β接近于1时更大。
将会看到，为了使说明简短扼要，描述了简化的实施例。例如，信道中的频段数目是8。但在实际的系统中，可以包括更多的频段。根据FCC规范，按照本发明的、运行在ISM频段的跳频系统必须在可提供的、79个可能的频段中的75个频段上跳频。虽然在上述的实施例中，两个频段被列入黑名单。实际上，这个数目可以由主管部门指定或至少由它进行限制。
在上述的本发明的实施例中，主节点10通过逐个询问从节点12而检验干扰指数IFi。在另一个实施例中，从节点可以在预定的时间后发送这个信息。此时，在确定从节点向主节点发送这个信息的时间的时候，需要使得所有的从节点都接入到同一个U时隙，以避免从节点之间出现过度的冲突。
在本发明的上述的实施例中的各个频段的评估时间段(以及在其它的实施例中的每个节点的评估时间段)可以是不同的，甚至显著地不同。
权利要求
1.一种运行扩频无线通信系统的方法，该系统包括一个中心节点和一个从属节点，它们通过跳频信道进行通信，该方法包括以下步骤从属节点汇编信道的干扰信息，并断续地把干扰信息发送到中心节点；中心节点根据从从属节点接收的干扰信息，建立信道中性能较坏的频段的黑名单。
2.如权利要求1中的方法，其中中心节点把表示被列入黑名单的频段的信息发送到从属节点。
3.如权利要求2中的方法，其中在接收所述信息后，每个从属节点均采用其中被列入黑名单的频段已从跳频组中被删除的已修改的跳频序列。
4.如任何前述的权利要求中的方法，其中所述系统包括多个从属节点。
5.如权利要求4中的方法，其中黑名单的建立包括计算在最近的时间段内在信道的频段中受到的干扰的系统范围的度量值。
6.如权利要求5中的方法，其中黑名单的建立包括计算在信道的频段中受到的历史的干扰的系统范围的度量值。
7.跳频扩频系统的节点，包括用于汇编表示在一个时间段内在跳频信道的频段中受到的干扰的干扰信息的装置，以及用于发送干扰信息的装置。
8.跳频扩频系统的节点，包括用于接收来自至少一个其它的节点的干扰信息的装置，以及用于根据所述接收到的干扰信息建立信道中性能较坏的频段的黑名单的装置。
9.如权利要求8中的节点，还包括用于把表示被列入黑名单的频段的信息断续地发送到从属节点的装置。
全文摘要
一种运行扩频无线通信系统的方法，该系统包括一个中心节点和一个从属节点，通过跳频信道进行通信，所述方法包括以下步骤从属节点汇编信道的干扰信息，并断续地把干扰信息发送到中心节点；以及中心节点根据从从属节点接收的干扰信息，建立信道中性能较坏的频段的黑名单。
文档编号H04B1/713GK1391776SQ99817063
公开日2003年1月15日 申请日期1999年12月22日 优先权日1999年12月22日
发明者T·V·L·N西瓦库玛 申请人:诺基亚有限公司