专利名称：终端间的ad-hoc通信方法和通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在终端间进行通信、无需基站或者中继站的ad-hoc 通信系统。
背景技术：
终端间通信釆用诸如收发机通信模式的通信模式，使用以无线局域 网等为代表的802.11系列标准，采用FDMA (频分多址)通信、CSMA (载波侦听多路访问)方法等。FDMA通信是在终端单元中分配使用频率的方法，CSMA方法是多 个终端共用少量频率的方法。在FDMA通信中，在终端单元中分配使用频率，这存在频率利用效 率非常低下的问题。而且，在提出新系统的情况下，很难分配频率。另一方面，在CSMA方法中，当大量终端试图以异步通信传输数据 时，何时可以传输是不明确的。而且，该标准假定了无线局域网或者其 它固定设备，因此不利于移动性。在之前的申请(日本专利申请第2006-121941号)中，本申请的发 明人已经提出了一种OFDMA通信装置，其中传输数据复用有指定的前 导信号和广播信号，这些数据全部经OFDM (正交频分复用)调制，并 被传输到多个接收装置(移动站)。OFDMA调制是基于IEEE 802.16-2004标准的、用于WiMAX (微波 接入全球互通)的调制方法，并采用对数据用的频率进行时间分割的方 法。另一方面，在关于移动宽带系统的IEEE 802.16e标准中，采用OFDMA (正交频分复用接入)方法，并且除了OFDM方法的时间之外，数据也 在子载波间被分割。例如在第2006-507753号PCT申请的国家翻译中已经公开了一种移 动通信系统，作为采用OFDM方法的系统。其中，通过在下行链路子帧中提供同步前导码和小区搜索前导码，可以有效地进行时间和频率同步 和小区搜索。发明内容根据上述内容，本发明的目的是提供终端间的ad-hoc通信系统，将 上述之前的申请的优点或者专利参考1中所述的OFDMA调制方法的优 点与TDMA方法的优点和CSMA方法的优点结合起来。艮P，具备作为OFDMA调制方法的特点的移动鲁棒性，并且增加了 时间分割带来的异步通信的通信可靠性(这是TDMA方法的特点)。而 且，通过进行载波侦听来避免传输终端冲突，使得终端间的ad-hoc通信 成为可能。为了实现上述目的，本发明的第一方面是用于进行终端间ad-hoc通 信的通信系统，在各终端中具有信号生成部，所述信号生成部用于在 多个正交频分的频带中沿频率轴方向提供多个子信道，并且生成带有分 配给所述子信道的传输数据的格式化信号；和路径检测部，用于检测在 所述格式化信号的开头的前导信号，并且检测载波是否存在，其特征在 于，当所述路径检测部没有检测到其它终端的载波时，传输所生成的格 式化信号；当其它终端检测到所述前导信号时，建立同步，并且接收所 传输的格式化信号的所述传输数据。依靠这些特点，可以提高基于OFDMA调制方法的移动特性。在本方面，所述通信系统还具有GPS接收部，用于基于来自GPS 系统的时钟信号生成内部时钟信号，其特征在于，在与所述内部时钟信 号同步的时隙单位中传输所述格式化信号。通过使用TDMA作为本方面的接入方法，提高了同步通信的通信可 靠性。在以上的通信系统中，所述通信系统的特征在于，将所述格式化信 号的传输定时设置为所述时隙单位的整数倍，并且在多个时隙单位中按 每个终端的优先次序设置所述传输的定时。
通过使用优先次序，可以提高信息传输的可靠性。在以上的通信系统中，所述通信系统的特征在于，在所述时隙单位 中，为各终端设置检测所述前导信号的定时的优先级。依靠该方法，通过避免传输冲突和检查可以进行传输的期间，可以 提高频率利用的效率。在以上的通信系统中，所述通信系统的特征在于，将多个终端分配 给组单元，沿频率轴方向的多个子信道为一组，并且在各子信道的时隙 单位中，为各组的所分配的多个终端设置检测前导信号的定时的优先级。依靠该特点，可以采用OFDMA的特点，子信道分割传输区域，从而避免了传输冲突，并且可以同时提高终端传输效率。在以上的通信系统中，所述通信系统的特征在于，在频率轴方向上 相邻的两个子信道形成一个组，并且在各时隙切换所分配的终端所使用 的子信道。依靠该方法，通过改变分割子信道区域的方式，在同一时隙中，传 输终端可以接受来自其它区域的传输终端的传输数据。
图1A是应用本发明的通信系统的概念图，是显示了其中终端MS 进行异步通信的系统的图。图IB是应用了本发明的通信系统的概念图，是显示了其中与GPS 时钟同歩的终端MS在没有基站等媒介的条件下通信的系统的图。图2是示出了其中图1A中所示的终端MS异步通信的通信系统中终 端MS共有的终端构造的图。图3是在图2的终端结构的通信系统中使用的信号格式。图4是对应于图2和图3的操作流程。图5示出了其中图IB中所示的终端MS与GPS的时钟同步的通信 系统中终端MS共有的终端构造。图6是用在图5的终端构造的通信系统中的信号格式。 图7是对应于图5的操作流程。
图8是本发明的第三方面中的信号格式的实施例。图9是对应于图8的(第一)操作流程。 图10是对应于图8的(第二)操作流程。图11是示出了第四方面的信号格式的实施例的图，其中，与第二方 面相比，在时隙中进行使能传输的优先级控制。图12是解释第四方面中避免传输冲突的时序图。图13是示出了基于传输权的操作流程的图。图14是示出了解释第五方面的信号格式的实施例的图。图15是示出了解释第六方面的信号格式的实施例的图。
具体实施方式
下面参照附图解释本发明的各方面。提供这些方面是为了促进对本 发明的理解，但是本发明的技术范围不限于这些方面。图1A和图1B是应用了本发明的通信系统的概念图。在图1A所示 的系统中，示出了各移动终端(后文中简称"终端")MS的异步通信。 另一方面，在图1B所示的系统中，示出了在没有基站或者中继站的媒介 的条件下、与gps (全球定位系统)时钟同步的各终端ms进行的通信。图2示出了如图1A所示各终端MS在其中进行异步通信的通信系统 中终端MS共有的终端构造。图3示出了在终端构造如图2的通信系统 中使用的信号格式。图3所示的信号格式是向WiMAX标准下行链路顺序增加CSMA功 能的结果。沿频率轴方向提供多个子信道，并且沿时间轴方向提供前导 信号a、广播信号b和突发数据(burst data) c。突发数据c是经频分的 并且被分配给多个子信道。图3的实施例是这样的实施例两个终端#0 和#1进行时分通信；在传输前进行载波侦听，以确认没有来自其它终端 的传输。回到图2，所述终端构造包括网络界面部1;媒体访问控制(mac) 处理部2，用于进行传输数据的编码、错误修正、传输区域指定和其它处 理；物理层(PHY)处理部3;无线频率传输/接收(RF)部4;和GPS
接收部5。所述终端构造的网络界面部1具有外部界面功能和与MAC处理部2 进行传输/接收的功能。在WiMAX系统中，MAC处理部2具有源管理和 MAC层功能。作为传输功能部，PHY处理部3包括前导信号生成部30，用于生 成前导图案；广播信号生成部31;突发数据生成部32;调制处理部33; 复用处理部(MUX) 34;和快速傅里叶逆变换部(IFFT) 35。在前导信号生成部30中，生成MAC处理部2规定的前导符号。广 播信号生成部31处理来自MAC处理部2的传输数据，根据来自MAC 处理部2的指令，生成并PHY层处理指定的广播数据。突发数据生成部 32根据来自MAC处理部2的指令，进行传输数据的PHY层处理。调制处理部33对来自不同生成部的信号进行QPSK、 BPSK、多值 调制和其它调制。复用处理部34根据来自MAC处理部2的使用区域(复 用格式)指令，进行对来自不同生成部的信号的复用。快速傅里叶逆变换部(IFFT) 35根据MAC处理部2规定的参数， 进行快速傅里叶变换和其它处理。快速傅里叶变换的输出随即被RF部4 频率转化为无线频率，并且从天线ANT传输。另一方面，PHY处理部3包括作为接收功能部件的路径检测部36、 快速傅里叶变换(FFT)部37、前导信号接收处理部38、广播信号接收 处理部39和突发数据接收处理部40。路径检测部36提供了解调功能部，具有检测超出某一阈值的接收路 径并传输给FFT部37的功能，并具有将路径检测结果通知MAC处理部 2的功能。当路径检测部36检测到超出阈值的接收路径时，该状态为有 来自其它终端的传输的状态，因此MAC处理部2执行控制，使所述的终 端不进行传输。FFT部37进行快速傅里叶变换和其它处理。前导信号接收处理部38 具有检测传输终端所传输来的前导信号的功能和进行同步的功能，并具 有将定时通知给广播信号接收处理部39和MAC处理部2的功能。广播信号接收处理部39具有WiMAX内部信息的接收处理功能和通
知MAC处理部2的功能。突发数据接收处理部40通过MAC处理部2接收广播信号内容的通 知，对通知的区域进行WiMAX接收处理。RF部4具有传输/接收功能，对PHY处理部3的基带信号进行RF 调制，以及将RF解调回基带。图4示出了对应于图2和图3的操作流程。这是两个终端MS #0和#1间的ad-hoc通信的实施例。当两个终端 MS #0和#1都有数据要传输时，假设终端MS #0首先进行数据传输。终端MS #0传输前导信号(步骤S2-1)，传输共同连接ID(步骤S2-2)， 然后在多个子信道上传输突发数据传输数据(步骤S2-3)。另一方面，终端MSW进行载波检测(步骤S3-1)，当检测到载波 时，不从终端MSW进行传输。此时，当从终端MS糾接收到前导信号 时，进行与终端MS糾的定时同步(步骤S3-2)。当保证了同步时，根据共同连接ID识别数据子信道存储区域(子信 道)(步骤S3-3)。然后，从识别出的存储区域接收突发数据(步骤S3-4)。当停止载波检测(步骤S3-1)时，从终端MS #1类似地传输前导信 号(步骤S4-1)，传输共同连接ID (步骤S4-2)，然后在多个子信道上传 输突发数据(步骤S4-3)。另一方面，终端MS #0类似地进行载波检测(步骤S5-1)，当检测 到载波时，不从终端MS糾进行传输。此时，从终端MSW接收前导信 号，并进行与终端MS弁1的定时同步(步骤S5-2)。当保证了同步时，根据共同连接ID识别数据子信道存储区域(步骤 S5-3)。然后，接收突发数据(步骤S5-4)。通过重复上述的处理，可在终端MS糾和M间进行异步数据通信。在该第一方面，通过基于OFDM调制方法的通信，可以提高移动特性。图5示出了其中如图1B所示的各终端MS与GPS时钟同步的通信 系统中的各终端MS共有的终端构造。图6是其中在符合图5的终端构 造的终端间进行通信的通信系统中使用的信号格式。图7示出了对应于
图5的操作流程。图5示出的终端MS进一步增加了 GPS接收部5，其它构造与图2 所示的构造类似。根据GPS接收部5接收的GPS时钟，生成内部时钟， 并且MAC处理部2和PHY处理部3与该内部时钟同步地运行。图6示出了第二方面的信号格式，不必修改WiMAX标准下行链路 顺序。尽管在之前已经解释的第一方面中，在接收的过程中不断进行路径 检测(载波侦听)，但是在该第二方面，只在接收前导信号的时刻进行路 径检测(载波侦听)(步骤S3-1、 S6-l)。换句话说，如图7的操作流程所示，将终端MS构造为有传输数 据时，如果路径检测(步骤S4-l、 S4-2)结果表明该时隙没有被使用， 则在下一时隙进行传输(步骤S6-1)。以这种方式，无需进行时隙同步， 因此基于从GPS接收的时钟生成内部时钟。尽管如图4的操作流程(步骤S3-1、 S5-l、 S7-l)所示，如果可以 自由使用时隙空间则必须总是进行前导检测，但是在该第二方面，只需 在接收前导信号时进行路径检测(载波侦听)。在该第二方面，可以提高同步通信的通信可靠性。图8是本发明的第三方面的信号格式的实施例。图9和图IO所示为 对应于图8的(第一和第二)操作流程。该第三方面在第二方面的基础上增加了优先级控制。在图8的信号 格式中，没有改变WiMAX标准下行链路顺序。即，在前导信号a之后， 广播信号b提供基于共同连接ID的数据存储区域的通知。然后，传输在子信道中复用的突发数据c。如图9和图10所示，该第三方面的特征在于，假设例如由终端MS #0 和终端MSW进行通信。当终端MS糾的优先级次序更高时，将下一时 隙的传输权赋予终端MS #0，将两个时隙后的传输权赋予终端MS #1。 因此，不会发生冲突。即，由高紧急程度的终端指定优先级次序，避免 传输冲突。在图9中，当终端MS #1在步骤S3-l至S3-4中接收到来自终端MS
#0的信号时，终端MS #1在两个时隙之后可以进行传输(步骤S5-l至S5-3)。类似地，在时隙#8，传输权被再次赋予终端MS弁1。另一方面，当终端MS #0在步骤S6-l至S6-4中接收到来自终端MS #1的信号时，终端MS糾可以在下一个时隙(#5)进行传输。在图9和图10的流程中，对于紧接着从另一终端接收到信号的时隙， 没有及时进行处理，使得紧接着的这个时隙被跳过，"下一个时隙"指该 时隙之后的那个时隙。对于具有较低优先级次序的终端MS #1,类似地 其指两个时隙之后。图11示出了第四方面的信号格式的实施例，其中，与第二方面相反， 在时隙内进行使能传输的优先级控制。图12是用于解释在第四方面中避 免传输冲突的时序图。在图11中，与之前的方面类似，控制信号a (包括前导信号和广播 信号)的格式以及多个信息数据信号b向子信道的分配符合WiMAX标 准。图12解释了在第四方面中的冲突避免。在图12中，R表示等待时 间，PR为前导信号，BR为广播信号。除了R之外，与上述的方面类似， 没有改变WiMAX标准下行链路顺序。艮P，为了在一个时隙中向一个终端MS提供传输权，为各个终端设 置不同的唯一等待时间R。在图12的实施例中，设置等待时间R，使其按终端MS弁2、 MS#1、 MS #0的次序变大。因此，如图11所示，在时隙#0，终端MS #2具有传输权；在时隙#1， 终端MSM具有传输权；在时隙#2，终端MS糾具有传输权。图13示出了根据这些传输权的操作流程。这三个终端MS #0、MS#1、 MS存2都具有传输数据(步骤S1-1、 S1-2、 Sl-3)。如图12所示，设置终端MS #2的等待时间R=0。等待时间R=0指 等待时间为0，因此终端MSW进行路径检测(步骤S2-1)，因为不检测 路径(步骤S2-2)，所以立即进行传输(步骤S5-l至S5-3)。另一方面，在此期间，其它终端MS #1和MS #0进行帧前路径检测操作(步骤S3、 S4)。从而，接收了传输自终端MS #2的前导信号(步骤S3、 S4)，因此 这些终端进行同步并且接收来自终端MS #2的信号(步骤S6-l至S6-2、 S7-l至S7-2)。从而，通过将等待时间R保持在OFDM保证间隔时间GI内，可以 为多个终端MS设置传输权分配。以这种方式，在第四方面，提高了传输冲突的避免，并且通过检查 可以进行传输的期间，提高了频率利用的效率。图14示出了解释第五方面的信号格式的实施例。在该方面，与第四方面相比，将多个子信道分组，并且在这些组范 围内，进行类似第四方面的处理。即，在图14中，作为实施方式，每10个子信道#0-9、 #10-19、……被分组为一个组。然后，针对各组，与第四方面类似，使等待时间R不同，并且为属 于一个组的终端MS分别设置等待时间R。因此在图14的实施例中，对于属于子信道糾至#9的组的三个终端 MS #0至#2，在时隙#0向终端MS #0提供传输权，在时隙#1向终端MS #1 提供传输权，在时隙#2向终端MS #2提供传输权。对于属于子信道#10 至#19的组的三个终端MS #3至#5，在时隙#0向终端MS #4提供传输权， 在时隙#1向终端MS #5提供传输权，在时隙#2向终端MS #3提供传输 权。在该第五方面，采用OFDMA方法的特点，用子信道分割传输区域，从而可以避免传输冲突，提高终端传输效率。图15示出了用于解释第六方面的信号格式的实施例。在该方面，采用两个子组为传输区域的方法。在图15中，终端MS使用其自己的终端号或者与终端号类似的号等，以确定与其组相邻的两个组。在图15中，例如在子信道#0至#9和子信道#10至#19的两个组中， 在各时隙中改变使用区域。在子信道#0至#9中，在各时隙中设置传输权，
即，在时隙#0和#2，为终端MS糾和MS弁2设置传输权。类似地，在子 信道#10至#19中，在时隙#1中为终端MS弁5设置传输权。通过该方法，沿时间方向上并以子信道方向上IO个子信道为间隔， 为终端MS设置一个时隙的传输权。以这种方式，在第六方面中，通过 在各时隙改变使用区域，插入了保护带，并且在同一时隙传输终端可以 接收其它组的信息。本申请基于2006年7月18日提交的在先日本专利申请第 2006-195504号，并要求其优先权，通过引用，将其全部内容并入本文中。
权利要求
1.一种通信系统，用于进行终端间的ad-hoc通信，所述通信系统包括在各终端处的信号生成部，用于在多个正交频分的频带中沿频率轴方向提供多个子信道，并且生成带有分配给所述子信道的传输数据的格式化信号；和路径检测部，用于检测在所述格式化信号的开头的前导信号，并且检测载波是否存在，其中当所述路径检测部没有检测到其它终端的载波时，传输所生成的格式化信号；以及当其它终端检测到所述前导信号时，建立同步，并且接收所传输的格式化信号的所述传输数据。
2. 根据权利要求1所述的通信系统，所述通信系统还包括GPS接收部，所述GPS接收部用于基于来自GPS系统的时钟信号生成内部时钟信号，其中，在与所述内部时钟信号同步的时隙单位中传输所述格式化 信号。
3. 根据权利要求2所述的通信系统，其中将所述格式化信号的传 输定时设置为所述时隙单位的整数倍，并且在多个所述时隙单位中按各 终端的优先次序设置所述传输的定时。
4. 根据权利要求2所述的通信系统，其中，在所述时隙单位中， 为各终端设置检测所述前导信号的定时的优先级。
5. 根据权利要求4所述的通信系统，其中，将多个终端分配给组 单元，沿频率轴方向的多个子信道为一组，并且在各子信道的时隙单位 中，为各组的多个所分配的终端设置检测所述前导信号的定时的优先级。
6. 根据权利要求5所述的通信系统，其中在频率轴方向上相邻的 两个子信道形成一个组，并且在各时隙切换所分配的终端所使用的子信 道。
全文摘要
本发明公开了终端间的AD-HOC通信方法和通信系统。该通信系统将FDMA调制方法和TDMA方法的优点与CSMA方法的优点结合起来。所述ad-hoc通信系统的各终端包括信号生成部，用于提供沿多个正交频分的频带中的频率轴方向的多个子信道，并且生成带有分配给所述多个子信道的传输数据的格式化信号；和路径检测部，用于检测在所述格式化信号的开头的前导信号，并且检测载波是否存在，当所述路径检测部没有检测到其它终端的载波时，传输所生成的格式化信号；当其它终端检测到所述前导信号时，建立同步，并且接收所传输的格式化信号的所述传输数据。
文档编号H04L12/24GK101111079SQ200710136138
公开日2008年1月23日 申请日期2007年7月18日 优先权日2006年7月18日
发明者町田守 申请人:富士通株式会社