专利名称：用于光学数据传输的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于光学数据传输的方法和装置，尤其是用于在至少一个光学传输信道上传输数据的方法，其中数据序列按时分多路访问协议在由独立的连续窗口构成的通信帧中以规定的最小比特传输速率传输，并且在每一个通信帧中存在至少一个控制脉冲序列。本发明首先涉及用于借助数字化红外线信号进行无线光学数据传输的方法。
如今现代无线数据传输系统大多数采用数字技术，尤其是愈来愈普及的移动通信系统近年来有了强劲的发展。尤其在射频和微波传输系统中数字技术已经渗透进来，因为在所提供的带宽下获得了更高的数据传输质量，也就是说在移动通信领域数字技术可获得更好的语音质量、更远的传输距离并采用更小的传输功率。如果一个数据传输信道被多个用户使用，则这些用户为使用此传输信道而竞争。如果没有多个用户的访问规则就会出现冲突，对于安全而可靠的传输来说这是最不愿意出现的。为了在传输系统的物理资源上，例如在单个传输信道上对用户的访问进行规范，已开发了专门的多路访问方法，称为媒体访问控制(MAC)。在射频领域已经建立了两种主要的系统，它们规定了多个用户如何无干扰地获得对单个传输信道的访问。这两种系统是所谓的码分多址(CDMA)和时分多址(TDMA)。TDMA方法主要通过其在欧州GSM移动通信标准中的应用而为人所熟知。
近来光学传输系统，尤其是红外线传输系统的重要性不断增长。此系统的特点是简单而廉价的电路，不受任何国家规定的限制，并且由于其短的波长而没有所谓的瑞利衰落。
对于无线的红外线传输系统，TDMA方法已被用来进行多用户多路访问的控制。其中单个信道的每个用户被配置给一个唯一的时间段或时隙，即所谓的窗口(Windows)。按照TDMA协议，被传输的数据序列或数据串被构造成由各个连续的、即时间上相继的窗口组成的通信帧(Frames)。在每个TDMA通信帧中除了数据序列外还有控制脉冲序列(同步串)。
在最简单的情况下TDMA通信帧由至少一个控制脉冲序列和至少一个数据窗口构成。通信帧大都在一个起始控制序列之后开始识别窗，它可以配置给各个用户一个用于其私人通信的时间窗口。接着可以是一个组织窗口，它们借助于一个所谓的帧组织表(FOT)描述TDMA帧中后续的时间进程。最后跟着一个或多个用于大多数是双向的私人数据传输的窗口，此数据传输可被每个用户，例如在一个主/从结构中，独立于其它用户以其专用的通信参数使用。每个窗口通过一个控制脉冲序列导入。在一个窗口内也可以出现控制脉冲。
通常不仅数据脉冲序列，而且控制脉冲序列也以一个规定的最小比特传输速率传输。这导致用于数据收集和分析的处理器的工作负荷明显加重，因为处理器必须不断地检查输入数据流中是否出现控制脉冲序列。此外在单个通信帧中集成多个来自通信用户的数据序列——它们以不同的比特传输速率和/或不同的调制方式工作——也是麻烦的。
本发明要解决的技术问题在于提供用于在至少一个光学传输信道上传输数据的方法和装置，从而可以减轻处理器在分析数据流时的工作负荷并使同一传输信道可以被不同工作能力的通信用户同时使用。
上述技术问题由权利要求1所述方法和权利要求8所述装置来解决。本发明具有优点的改进是从属权利要求的主题。
本发明的主题首先是用于在至少一个光学传输信道上传输数据的方法，其中数据序列按时分多路访问协议在由独立的连续窗口组成的通信帧中以规定的最小比特传输速率传输，并且在每一个通信帧中存在至少一个控制脉冲序列，同时本发明的特征在于，控制脉冲序列以低于数据序列的最小比特传输速率的比特传输速率传输。
通过本发明的方法可以用硬件，例如通过一个门电路，完成对控制脉冲序列的识别，从而减轻了处理器的工作负荷，并主要用于数据分析和数据后续处理。
用小于数据序列最小比特传输速率的80％，最好是小于65％的比特传输速率传输控制脉冲序列是有好处的。尤其具有优点的是以约为数据序列最小比特传输速率的50％的比特传输速率传输控制脉冲序列。
在一个通信帧中可以出现不同的控制脉冲序列，它们最好由不同的长度，即用不同的总持续时间来表征。
每个通信帧包括一个用于帧同步的控制脉冲序列是具有优点的。如果想在时间进程中给不同的、尤其是新加入的用户传输数据，这是特别有优点的。在一个只由两个固定用户组成的传输系统中帧同步也可以只在第一次建立连接时或在每次建立新的连接时进行一次。后面的通信帧不需要导入同步。
除帧同步外最好还有用于窗口同步和所谓“命令提示”的控制脉冲序列，即用于导入命令的控制脉冲序列。控制脉冲序列最好具有一个分层次的结构，使得上层控制脉冲序列包含下层的控制脉冲序列。具有优点的是如此构成帧同步序列，使得它包括窗口同步和“命令提示”序列，而窗口同步序列至少包括“命令提示”序列。
特别具有优点的是一个红外线传输信道被用作光学传输信道，此红外线传输信道最好工作在一个或多个标准波长，例如850nm上。
本发明所述方法的一个特别的优点在于，在连续窗口中传输的数据可以具有不同的比特传输速率和/或不同的调制方式。
此外本发明的主题是用于在至少一个光学传输信道上传输数据的装置。本发明的装置包括至少两个用户，其中每个用户具有光电数据传输装置，它具有用于产生数据序列和控制脉冲序列的装置和具有至少一个用于数据处理的微处理器的评估装置。本发明所述装置的特征在于，用于产生数据序列和控制脉冲序列的装置如此构造，使得控制脉冲序列以比数据序列低的比特传输速率产生，并且数据传输装置还具有用于检测控制脉冲序列的装置。
本发明所述方法的一个特殊优点在于其硬件实现简单。用于检测控制脉冲序列的装置可以例如设计为简单的门电路，此门电路如此开关当在门上检测到具有较低比特传输速率的控制脉冲序列时将一个阻断信号送到处理器。如上所述，用户的处理器能力的最大部分被用于数据分析，因为不需要处理器不断地监测数据流是否出现控制脉冲序列。处理器只需在出现一个阻断信号后暂时中断其数据处理工作，以处理出现在数据流中的命令序列。
本发明所述装置的数据传输装置最好包括至少一个红外线发送器，例如红外二极管或红外激光器，以及至少一个红外线接收器，例如一个对红外线敏感的光敏二极管。
此外，本发明使得通信用户可以用不同的传输速率和不同的调制方式在同一个通信帧中传输数据。从而例如用1兆比和100兆比工作的用户可以在同一个通信帧中独立而互不干扰地利用窗口来进行私人数据传输。
下面借助附图所示优选实施例详细说明本发明。
附图中
图1简要示出一个具有三个用户的本发明的传输系统；图2示出一个应用本发明所述方法的用于数据传输的通信帧；以及图3示出典型用在图2所示通信帧中的控制脉冲序列。
图1示出一个由三个用户10、20、30组成的红外线传输系统。每个用户10、20、30具有光电数据传输装置11、21、31和评估计备13、23、33。数据传输装置包括用于产生如图2和图3详细示出的数据脉冲序列和控制脉冲序列的脉冲发生器12、22、23。这里控制脉冲序列以低于数据序列的比特传输速率产生。如此产生的序列通过红外线发送器16、26、28作为红外线脉冲18、28、38发射出去，并分别被其对面的用户通过红外线接收器17、27、37检测到。由红外线接收器17、27、37变换为电信号的数据通过门电路15、25、35送到评估装置13、23、33的处理器14、24、35并从那里送往图中只用相应箭头表示(图中未示出)的存储装置或显示装置。
在红外线传输信道上发送的数字数据流被划分为相继的TDMA通信帧F。图2简要示出一个典型的可在本发明所述方法中应用的帧F。TDMA通信帧F包括一个识别窗口REC，它用于建立连接和不同用户间的同步。在接着的组织窗口ORG中后续的时间进程和相继的用于各个用户私人数据传输的窗口PWn的配置借助于一个所谓的帧组织表FOT被确定。在数据传输窗口PWn中开始一个至少双向的私人数据传输，此数据传输可以被每个用户，例如以主/从结构或对等结构，独立于其它用户通过其专门的通信参数来使用。每个窗口由一个控制脉冲序列开始。每个数据窗口REC、ORG或PWn由多个时间增量组成，每个增量分别为256微秒持续时间，其中最大帧长例如为65.28毫秒，这对应于最大256个窗口增量。
本发明的主要观点在于，在数据窗口REC、ORG和PWn中数据序列的传输以尽可能高的、相应用户允许的传输速率进行，此速率等于或高于规定的例如为1兆赫兹的最小比特传输速率f1，而且对于能力强的用户也可以例如是10或100兆赫兹。不同能力的用户可以在同一个帧F中发送和接收。例如一个用户可以在配置给他的私人数据窗口PW1中发送和接收以特定方式调制的100兆赫兹的数据序列，而另一个用户在配置给他的私人数据窗口PW2中仅以1兆赫兹的传输速率发送和/或接收。
相反，控制脉冲序列以一个较低的比特传输率f2传输。未调制的控制脉冲序列的典型例子示于图3中。在所示例子中每个控制脉冲序列具有500千赫兹的传输速率f2和0.5的占空比，并且以5微秒的无脉冲时间结束。即控制脉冲序列的传输速率是数据传输速率的50％。所示的三个控制脉冲序列相互间的区别在于不同的长度(总持续时间)。图3a)所示的用于通信帧的同步的起始控制脉冲序列F-Sync具有例如24微秒的总持续时间，而在通信帧中用于同步各个窗口并示于图3b的控制脉冲序列W-Sync具有16微秒的总持续时间。在每个窗口(即图2中的REC、ORG和PWn)内可能出现短的(例如8微秒长度的)控制脉冲序列CA，如图3c)所示，此控制脉冲序列通知系统后续的更高频率的数据字节或后续的两个数据字节被解释为命令，并且这些控制脉冲序列也被视为命令提示。
我们知道，三个控制序列的结构是分层次选择的，一个F-Sync始终包含一个W-Sync和一个CA，即F-Sync表示一个新的窗口开始，并且第一个数据字节(或头两个数据字节)被解释为命令。
根据本发明的帧同步和窗口同步方案可应用在各种无线红外通信系统中。它尤其适用于传送信息和传送控制的系统，例如用于无线收取道路使用费(养路费)的系统。例如根据本发明的同步方法可以用于已计划的标准“Communication air interface at long and medium range”(长和中等距离上的通信无线接口)(CALM-IR，ISO/AWI 21214)范围内，此标准规范了850纳米上的主/从和对等红外线数据传输。
权利要求
1.用于在至少一个光学传输信道上传输数据的方法，其中数据序列按照时分多路访问协议在由独立的连续窗口(REC，ORG，PW)构成的通信帧(F)中以规定的最小比特传输速率(f1)传输，并且在每一个通信帧(F)中存在至少一个控制脉冲序列(F-Sync，W-Sync，CA)，其特征在于，以低于数据序列的最小比特传输速率(f1)的比特传输速率(f2)传输控制脉冲序列(F-Sync，W-SynC，CA)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制脉冲序列(F-Sync，W-Sync，CA)以比特传输速率(f2)被传输，此速率低于数据序列的最小比特传输速率(f1)的80％，最好低于上述最小比特传输速率(f1)的65％。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，控制脉冲序列(F-Sync，W-Sync，CA)以比特传输速率(f2)被传输，此速率约为数据序列的最小传输速率(f1)的50％。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，不同的控制脉冲序列(Sync)由不同的长度来表征。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通信帧(F)包括一个用于帧同步的控制脉冲序列(F-Sync)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，光学传输信道是一个红外线传输信道(IR)。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在连续的窗口(REC，ORG，PW)中传输的数据序列可以具有不同的比特传输速率和/或不同的调制方式。
8.用于在至少一个具有至少两个用户(10，20)的光学传输信道上传输数据的装置，其中每个用户(10，20)具有带有用于产生数据序列和控制脉冲序列的装置(12，22)的光电数据传输装置(11，21)以及带有至少一个用于数据处理的处理器(14、24)的评估装置(13，23)，其特征在于，用于产生数据序列和控制脉冲序列的装置(12，22)被如此设计，使得控制脉冲序列以比数据序列低的比特传输速率产生，并且评估装置(13、23)除了处理器(14，24)之外还具有连接在前面的、用于检测控制脉冲序列的装置(15，25)。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，数据传输装置(11，21)包括至少一个红外线发送器(16，26)和至少一个红外线接收器(17，27)。
10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，被用户(10，20)传送的数据序列具有不同的比特传输速率和/或不同的调制方式。
全文摘要
本发明涉及用于光学数据传输的方法和装置，尤其是借助于数字化红外线信号传输数据的方法，其中数据序列按时分多路访问协议在由独立的连续窗口构成的通信帧中以规定的最小比特速率传输，并且在每一个通信帧中存在至少一个控制脉冲序列。按照本发明，以低于数据序列的最小比特传输速率的比特传输速率传输控制脉冲序列。
文档编号H04B10/114GK1666451SQ03815263
公开日2005年9月7日 申请日期2003年5月23日 优先权日2002年5月25日
发明者雷蒙德·帕莫, 沃尔夫冈·博, 安德烈亚斯·沙尔克, 赫尔穆特·里德 申请人:Efkon股份公司