用于非对称双模无线电通信的方法和系统的制作方法

专利名称：用于非对称双模无线电通信的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据通信领域。具体来说，本发明涉及在上行链路和下行链路中使用不同信道的无线电通信。
背景技术：
在过去数十年，无线电和超大规模集成(VLSI)技术方面的进步促进无线电通信在消费应用的广泛应用。现在可以制造如移动无线电的具有可接受的成本、尺寸和功耗的便携式装置。消费市场的移动电话通信源于由警察和救援服务而来的电话系统，并基于在70年代和80年代改进和优化的模拟技术。这些模拟电话系统的例子是北欧移动电话(NMT)和全接通通信系统(TACS)。移动电话的使用实际在90年代随着基于诸如全球移动通信系统(GSM)、数字高级移动电话服务(D-AMPS)和个人数字蜂窝(PDC)等的数字技术的移动电话系统的引入而起步。一般来说，模拟系统被指为第一代，而数字系统被指为第二代。
目前，正在开发第三代系统。可以区分为两个不同的开发途径。一个途径考虑基于不同于前一代的技术的全新系统。例如，正在欧洲、亚洲和美国开发的第三代系统即通用移动电信系统(UMTS)，虽然是数字的，但是基于宽带传输，而大多数第二代系统是基于窄带传输。另一个途径考虑在现有第二代系统中的高数据速率(下文中可与高速率互换使用)。一个例子是应用于GSM和D-AMPS中的EDGE模式。在后一种情况中，第二代系统通过高速率模式的使用来更新到第三代系统。
通过添加诸如更高数据速率的专用功能来更新现有系统的这种常见趋势是具有吸引力的，因为如控制和移动性支持的系统基本功能仍可以基于常规系统操作，而仅专用模式利用这些高级特征。与现有便携式装置的兼容性得以保证。
当前解决方案的局限性在于，为了建立专用高速链路，发送方和接收方都必须能够支持更高数据速率。虽然初看无足轻重，但是当认识到对于需要高数据速率的许多应用仅在一个方向上需要数据速率的增加时就完全不同了。例如，当膝上型计算机经由诸如蓝牙的短距离无线电链路将文件下载到打印机时，仅在从膝上型计算机到打印机的方向上需要增加的数据速率。从打印机到膝上型计算机的返回信道仅需要支持基本数据链路控制(DLC)消息和其他链路相关的信令。返回信道可以容易地通过常规无线电链路来支持。将理解诸如打印机的信息宿(sink)优选地具有用于高速率接收的高级接收器。尽管如此，发射器还可以是简单类型的，因为只需在从打印机来看的发射方向上支持低数据速率(下文可与低速率互换使用)。备选地，可以发现典型信息源的例子。
考虑数字照相机。用户希望高速地从照相机传送图片，而从不会将图片传送到照相机。因此，照相机优选地具有用于支持高数据速率的高级发射器，而接收器可以是非常简单的。因为高速率无线电发射器的复杂性与高速率无线电接收器的复杂性非常不同，所以发现可以通过考虑非对称速度需求来改进添加高速模式的好处。
因此，在现有技术中需要一种在存在速度需求的非对称性的情况中可以以降低的成本支持高速模式的系统。
发明概述发射器和接收器功能分设在双模无线电收发器中以支持高速率业务。为了支持常规(低速率)空中接口和高速率空中接口，无线电收发器通常设计为支持两种方案。本发明针对具有仅需要高速率发射或仅需要高速率接收功能的高度非对称需求的系统。
将常规空中接口用于诸如连接建立、链路监控等的常规支持功能。此外，对于诸如(数字)照相机或CD播放器的具有典型源功能的终端，包括高速率发射器以支持以高数据速率将数据推出终端。备选地，对于诸如打印机或显示器的具有典型宿功能的终端，包括高速率接收器以支持以高数据速率将数据拉入终端。在这两种情况中，支持在高速率链路上的通信的反馈或返回信道在低速率空中接口上传送。这使宿终端可以避免实施(高级)高速率发射器，而它使源终端可以避免实施(高级)高速率接收器。
为了支持在更高层的消息交换，开放系统互连(OSI)模型在物理层进行划分。由此，在一个方向上数据链路控制和介质访问层在高速物理信道上承载，而在反方向上常规物理信道承载它们。
附图简介为了更全面地理解本发明及其优点，现在结合附图参考下文说明，附图中相似的编号指代相似的对象，以及图中

图1示出对称使用的常规单模收发器；图2示出对称使用的常规双模收发器；图3a示出照相机作为信息源的典型非对称应用；图3b示出打印机作为信息宿的典型非对称应用；图4示出双模、非对称连接；图5a示出根据本发明有利实施例的非对称使用的具有高级发射器的双模收发器；图5b示出根据本发明有利实施例的非对称使用的具有高级接收器的双模收发器；图6示出用于低速率和高速率模式的常规开放系统互连(OSI)模型；图7示出通过根据本发明有利实施例的非对称使用的具有高级发射器的双模收发器来支持低速率和高速率模式的OSI模型；以及图8示出通过根据本发明有利实施例的非对称使用的具有高级接收器的双模收发器来支持低速率和高速率模式的OSI模型。
发明详细说明下文论述的图1至图8以及本专利文档中描述本发明原理所用的各种实施例仅作为说明，且不应以任何方式被解释为限定本发明范围。本领域技术人员将理解本发明原理可以在用于非对称双模无线电通信的任何恰当布置的系统中实施。
与上世纪之交马可尼用来横跨大西洋发送第一无线电消息的设备相比，无线电实施得到了相当的改进。但是，虽然尺寸、功耗和价格随着硅集成电路的出现而大大减小，但是基本无线电收发器结构没有改变那么多。图1示出对称使用的常规单模收发器100。由主机系统(蜂窝电话、PDA或任何其他电子设备)在I/O接口上提供信息。在大多数现代系统中，该信息已经具有数字格式。
在MAC/DLC控制器102中，准备该信息以在无线接口上传送。例如，以差错控制比特的形式添加附加的控制信息。在适当的时刻，该时刻可能取决于介质访问控制(MAC)方案的类型，数据准备就绪以在无线电信道上传送。基带控制器104将信息分组，并将数字比特映射到适合于RF传输的符号上(此外可以添加差错控制信息)。然后将该基带信号提供到无线电TX部分106。那里，对基带信号适当地整形并将其转换成适合的RF频率(例如在0.5-5GHz之间的范围中)，由功率放大器(PA)107放大并由天线108发射。
在返回路径中，由天线108拾取RF信号，由低噪声放大器(LNA)110放大，并在无线电RX部分112中下变频及滤波。基带控制器114，施加定时和频率同步，以及取回符号并将其映射到比特。可以施加差错校正，以及均衡和其他恢复技术。然后将接收到的分组中的有效负载提供到MAC/DLC控制器102，MAC/DLC控制器102根据DLC协议再施加检查和操作。最后，将接收到的信息提供到I/O接口以及供给主机系统。
今天的许多系统通过附加模式来应用，以改进特定的特征，例如数据速率。例如，在基于GSM的蜂窝电话中，对于分组交换的通信和更高的数据速率可以包括附加的EDGE模式。另一个例子是蓝牙，其中正在开发更高的速率(rata)模式。因为GSM或蓝牙收发器中基本无线电仅可以支持基本空中接口，所以需要添加附加的电路来支持这些高速率模式。例如，在GSM中，基本GSM空中接口使用GMSK恒定包络非线性调制，这允许C类发射器和限制接收器(limitingreceiver)。对比之下，EDGE使用线性8-PSK调制，这需要更高级的无线电发射器和接收器。使用相似的方式，基本蓝牙空中接口应用允许C类发射器和限制接收器的1MHz宽的非线性恒定包络GFSK调制。正在开发的高速率模式使用需要更多线性发射器和接收器的4MHz宽的PSK调制。
图2示出对称使用的常规双模收发器。电路202(发射端上的baseband_1 TX-radio_1 TX组合和接收端上的baseband_1 RX-radio_1 RX组合)支持标准空中接口。电路204(发射端上的baseband_2TX/radio_2 TX和接收端上的baseband_2 RX-radio_2 RX)支持高速率。根据所使用的模式，PHY控制选择电路202或204。
在实践中，许多应用具有极端非对称的业务行为。以图3a中的示范数字照相机302为例。照相机302的输入是用户拍摄的图片。用户然后可能希望将所拍摄的图片传送到另一个介质上，如盘存储器、PC304或彩色打印机。这可以经由照相机302和该其他介质之间的无线链路来实现。但是，将理解，数据流将总是从照相机到外部介质而且从不会是从相反方向。
图3b中示出另一个例子。这里示出的是打印机306。用户可以从他们的便携式装置，如膝上型计算机、PDA308、蜂窝电话和数字照相机以无线方式将数据传送到打印机306以打印。从不会预期从打印机向便携式装置的业务。因此基本上，打印机仅需要接收器。信息宿的再一个例子(未示出)是具有显示屏以通过蜂窝网络在因特网上冲浪的浏览器。主要业务是从网络到浏览器，而反之则不然。
这些例子说明许多应用仅需要发射器或接收器来用于它们的业务。但是，双向连接对于支持功能始终是必需的。在初始连接建立时，连接的两端都需要能够交换有关信道、鉴权、加密和其他监控功能的信息。再者，在数据通信中，常常使用自动重传协议来重发接收时被破坏的消息。所有这些支持功能不需要极端高的数据速率，但是要求在任何单元中的发射/接收组合。但是，一旦建立了连接，可以在一个方向上引入高速率链路以加速数据流，并可以在(低速率)基本链路上承载返回控制信息。
图4示出双模非对称连接400。链路1_control402是用于单元A406和B404之间交换控制信息的双向链路。链路2408是从单元A406向单元B404传送用户信息的单向链路。在该情况中，单元A406和B404都需要用于链路1402的发射器和接收器。但是，单元A406只需要用于链路2408的发射器，而单元B只需要用于链路2408的接收器。图5a中示出根据本发明实施例用于单元A的双模收发器结构的例子。
图5a示出根据本发明有利实施例的非对称使用的具有高级发射器的双模收发器500。没有高速率接收器“链”即用于处理高速率信号的高级接收电路。例如，在蓝牙及其高速率模式的情况中，接收器部分仅由基本蓝牙接收器502组成，它可以基于限制、非相干的概念。为了支持高速率模式，仅发射部分需要修改为支持更高级的信令方案。如在收发器500中所示，通过高级发射器506来增强基本发射器504。
备选地，图5b示出根据本发明有利实施例的非对称使用的具有高级接收器的双模收发器550。这里，仅有用于链路1的基本发射器552。基本接收器554和高级接收器556都在该信息宿单元中实施。对于蓝牙高速率，高级接收器556可以是线性的，使用均衡和其他高级信号处理技术。总之，双模收发器500和550的实施都降低了成本，因为这些收发器的高级空中接口的TX部分或RX部分对应于典型使用来实施。
通常根据OSI分层模型来构建通信协议。在本发明中，仅考虑OSI模型的较低层(即，忽略应用层和表示层)。图6示出单元A和B中的协议栈，假定它们都实施了具有用于链路1和2上的双向传送的收发器的常规双模无线电。一个单元中的每层在另一个单元中具有其对应的层。虚线表示链路1上支持的不同协议，而实线表示链路2上支持的不同协议。
图7示出根据本发明实施例仅从A到B具有高速率链路的单元A和B中的协议栈。在该具体例子中，用于链路2的返回链路应用链路1的PHY_1和MAC_1层。这意味着涉及链路2上的业务的任何控制信息(例如分组的确认)由链路1来承载。这意味着返回链路在映射链路2的介质上是完全不可见的。例如，处于高速率模式的标准蓝牙使用具有1MHz信道带宽的跳频方案。该信道在2.4GHzISM频带中约80MHz的范围上跳频。所提出的高速率模式(参见J.C.Haartsen的美国专利6519460，申请日1999年8月30日，标题为“不协调的跳频系统中的资源管理”，它通过引用结合于本申请中)使用利用动态信道选择算法来置于2.4GHzISM频带中的80MHz频带中某个位置的4MHz的静态信道。在根据图7的实施例中，从单元A到单元B的业务在4MHz的宽带信道上传送。但是，重传方案的对应确认和流控制信在跳频信道上承载。对4MHz信道的访问和对FH信道的访问完全是分开的。因此，在单元B中，用于宽带接收的MAC_2机制和用于返回、窄带发射的MAC_1机制完全是分开的。即，前向流和返回流在DLC层进行划分。类似地，单元A中用于宽带发射的MAC_2机制和用于返回、窄带接收的MAC_1机制完全是分开的。
图8示出通过根据本发明替代实施例的非对称使用的具有高级接收器的双模收发器来支持低速率和高速率模式的OSI模型。该实施例将MAC协议用于高速前向传输和基本速率返回传输。但是，PHY层对于前向链路和返回链路是不同的。这会意味着返回链路应用与前向链路相同的介质和访问技术，但是分组化和RF调制方案分别对应于高速率的PHY层和基本速率的PHY层。对于蓝牙及其高速率模式，这意味着返回链路使用与前向链路相同的静态RF频率，但是它使用常规窄带调制和分组。在该实施例中，前向流和返回流在MAC层进行划分。
如果使用分布式MAC协议，则发射器实施例和接收器实施例导致额外的复杂性，因为在高速率信道上参与的其他单元的高速率接收器无法解码返回链路中的窄带传输。通过通知在高速率信道上的其他用户单元B将在低速率信道上响应高速率传输的事实来克服此问题。这些单元可以切换到该基本模式以监听返回信道，或它们考虑返回消息占用介质的时长。
总之，本发明描述了可以以基本或低速率发射和接收但是仅可以以高速率接收或仅可以以高速率发射的非对称双模收发器。与在高速率信道上发送的信息相关联的反馈/控制信息由低速率信道来传送。本发明提供降低成本的解决方案，因为可以在仅接收的应用中省略复杂的发射器，而在仅发射的应用中省略复杂的接收器。
利用所述发明，无线装置将获得利用小的附加实施成本以高速率发送信息同时以常规接收器接收返回信息的可能性。
权利要求
1.一种用于双模无线电通信的收发器，包括用于建立交换控制信息所用的双向链路(408)的部件；以及与单向链路耦合的高数据速率(高速率)发射器(506)，用于在所述收发器(500)主要是用户信息的发射器的情况下发射用户信息；或与所述单向链路耦合的高数据速率接收器(556)，用于在所述收发器(500)主要是用户信息的接收器的情况下接收用户信息。
2.如权利要求1所述的收发器，还包括用于支持在所述高速率链路上的用户信息传输的利用低数据速率(低速率)接口的返回信道。
3.如权利要求1所述的收发器，还包括用于在一个方向上在高速率物理信道上承载数据链路控制和介质访问层的部件；以及用于在反方向上在常规物理信道上承载所述数据链路控制和介质访问层的部件。
4.如权利要求1所述的收发器，其特征在于所述包括高速率发射器的双模收发器还包括基本接收器部分(502)；基本发射器部分(504)；以及高速率发射器部分(506)。
5.如权利要求1所述的收发器，其特征在于所述包括高速率接收器的双模收发器还包括基本接收器部分(554)；基本发射器部分(552)；以及高速率接收器部分(556)。
6.如权利要求2所述的收发器，还包括用于在数据链路控制(DLC)层划分前向传输和返回传输的部件，其中所述收发器的高速率部分可在一个介质访问控制(MAC)层上操作以及所述低速率部分可在第二MAC层上操作。
7.如权利要求2所述的收发器，还包括用于在所述MAC层划分前向传输和返回传输的部件，其中所述收发器的高速率部分可在一个物理(PHY)层上操作以及所述低速率部分可在第二PHY层上操作。
8.如权利要求7所述的收发器，其特征在于所述收发器通知在所述高速率信道上的其他用户所述收发器将在所述低速率信道上响应高速率传输。
9.一种经由收发器的非对称通信的方法，包括在双向链路上交换控制信息；如果所述收发器主要是用户信息的发射器，则利用高速率发射器经由单向链路发射用户信息；以及如果所述收发器主要是所述用户信息的接收器，则利用高速率接收器经由所述单向链路接收所述用户信息。
10.如权利要求9所述的方法，还包括通过利用低数据速率(低速率)接口的返回信道支持在所述高速率链路上的用户信息传输。
11.如权利要求9所述的方法，还包括在一个方向上在所述高速率物理信道上承载数据链路控制和介质访问层，其中在反方向上所述常规物理信道承载所述数据链路控制和介质访问层。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述包括高速率发射器的双模收发器还包括在基本接收器部分中接收窄带传输；在基本发射器部分中发射窄带传输；以及在高速率发射器部分中发射宽带传输。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述包括高速率接收器的双模收发器还包括在基本接收器部分中接收窄带传输；在基本发射器部分中发射窄带传输；以及在高速率接收器部分中接收宽带传输。
14.如权利要求10所述的方法，还包括在数据链路控制(DLC)层划分前向传输和返回传输，其中所述收发器的高速率部分可在一个介质访问控制(MAC)层上操作以及所述低速率部分可在第二MAC层上操作。
15.如权利要求10所述的方法，还包括在所述MAC层划分前向传输和返回传输，其中所述收发器的高速率部分可在一个物理(PHY)层上操作以及所述低速率部分可在第二PHY层上操作。
16.如权利要求15所述的方法，还包括通知在所述高速率信道上的其他用户所述收发器将在所述低速率信道上响应高速率传输。
全文摘要
发射器和接收器功能分设在双模无线电收发器中以支持高速率业务。通过包括高速率发射器来支持以高数据速率将数据推出收发器或包括高速率接收器来支持以高数据速率将数据拉入收发器，以支持具有只需要高速率发射或只需要高速率接收功能的高度非对称需求的收发器。
文档编号H04L27/38GK1868175SQ200480030568
公开日2006年11月22日 申请日期2004年10月8日 优先权日2003年10月17日
发明者J·哈尔特森 申请人:艾利森电话股份有限公司