专利名称：利用网格的随机相位多址接入系统的制作方法
技术领域：
本申请实施例涉及通信领域。更具体地说，示例性实施例涉及利用网状网络的随机相位多址接入通信接口系统和方法。
背景技术：
为了促进具有多用户的网络中的通信，已经开发了大量的调制技术。这些技术包括码分多址接入(CDMA)、时分多址接入(TDMA)和频分多址接入(FDMA)。CDMA是一种扩频技术，其使用伪随机数序列对输入数据进行调制，使用多路发送器在相同的信号上进行发送， 并且使用正交码(沃尔什码)将不同的通信信道关联起来。TDMA使用时隙来协调在相同子时隙中进行发送的多路上行发送器。用户快速连续地进行发送，一个接一个，每个用户使用他/她自己的时隙，使得多个站点共享相同的传输媒介(例如，射频信道)而仅使用全部可用带宽的一部分。FDMA将无线频谱中的不同载波频率分配给不同的用户。除了调制技术以外，还有当两个设备同时尝试使用数据信道(称为冲突)时用于决定网络设备如何响应的协议。以太网使用CSMA /⑶(载波侦听多址接入/冲突检测)在参与工作站处对线上通信量进行物理监视。如果在某一时刻没有传输发生，则特定工作站可以传输。如果两个工作站同时尝试传输，则会导致冲突，所述冲突会被所有参与工作站检测到。在随机时间间隔后，发生冲突的工作站再次尝试传输。如果再一次发生冲突，则逐步增加基于其来选择随机等待时间的所述时间间隔。这就是所谓的指数后退。存在多种用于以通信为目的的网络连接设备的拓扑结构。近来常用的拓扑有点对点通信、星型模式和环。点对点网络是最简单的，仅涉及两个节点之间通过单一链路进行的通信。星型模式通过将多个点对点连接添加到网关节点扩展了点对点模式。任意节点可以通过所述网关节点与其他节点通信。也因此，当所述网关节点出现问题时所述星型模式会断开。环形模式通过循环路径将具有一个链路的所有节点连接至各个相邻节点。数据从源节点经由所有相邻节点传输到目的节点。环形模式的优点在于单点故障不会中断所有其它节点的通信。然而，多点故障将会断开链路。网状模式允许在断开链路的周围进行重新配置以及对网络进行动态配置。现有网状模式的网络系统和方法存在许多缺点，限制了使用其通信系统的性能和功能。
发明内容
示例性实施例使用随机相位多址接入通信接口。所述接口可以不使用正交码而通信地连接到使用扩频调制方法的系统和设备。
示例性随机相位多址接入通信接口通信地连接到使用扩频调制方法的系统和设备。随机选择码片(或定时)偏移作为多址接入方案使得不必为其分配唯一“码”即可传输非协调数据。所有用户使用相同的PN (伪噪声)码传输使得可以在接入点使用PN阵列解扩器。如果在有相同PN偏移接入点处接收到两个信号(或者对于2个或更多的传输来说， PN偏移和传输延迟之和与码片数量相同)，则发生了“冲突”，且可能无法解调这两个或更多的信号。每次定时偏移的随机化意味着发生的任意“冲突”只发生在对应帧期间。使用重传机制和新的随机化偏移以在下一次尝试中完成传输。示例性实施例包括位于标签(上行链路)的发送器和将信号从所述标签传输到接入点的方法。每个标签包括其自己的发送器，所述发送器以帧的形式发送信息。帧可以通过提供在具有固定数据速率的信道上的信息来形成。可以使用具有随机选择的码片偏移的相同伪噪声(PN)码将数据扩频为PN码。所述接收器也应用频率旋转以及采样时钟校正以匹配所述接入点的参考振荡器。多个标签关联于单个接入点以形成网络。所述多个标签中的每一个使用具有随机选择的码片偏移的相同PN码来传输信息。对于包含大量码片(即 8192)的每一帧，相位是随机选择的。另一示例性实施例包括位于接入点(下行链路)的发送器和将信号从所述接入点传输到标签的方法。所述接入点发送器可以与所述标签的发送器相似。然而，所述接入点发送器对于每一个与之通信的标签使用唯一的PN码。对每个标签使用不同的PN码提供了安全保证并使得每个标签可以忽略指向其他标签的信号。由所述接入点发送的帧还包含大约9个符号的前同步码以使得标签可以快速获取帧。另一个示例性实施例包括位于标签的解调器和解调由所述标签接收到的信号的方法。对在标签处接收到的信号进行自动频率控制(AFC)反转器乘法运算。所述AFC反转器乘法运算是具有1比特复数输出的1比特复数运算以使得门数得到提高。所述标签采用在1比特数据路径中节省了大量计算的PN阵列解扩器。另一个示例性实施例包括位于所述接入点的解调器和解调在所述接入点接收到的信号的方法。所述接入点解调器能够同时解调数千甚至更多的从标签接收到的链接。为了解调如此大量的链接，所述接入点解调器包含PN阵列解扩器。另一个示例性实施例包括将所述标签与所述接入点的主定时进行同步。所述接入点可以周期性地发送广播帧。在“冷”定时获取期间，所述标签使用其PN解扩器解析所述广播帧并确定所述接入点的主定时。预计在所述标签第一次引入到系统中时进行一次冷定时获取。在最初的冷获取之后，所述标签可在每一次所述标签唤醒时执行“热”定时获取以发送或接收信号。所述热定时获取比所述冷定时获取使用更少的能量。在至少一个示例性实施例中，每个标签分别地生成PN码。黄金码是PN码的一个示例，其是可参数化的，以使得每个用户都有其自己的PN码。因此，对于特定用户来说只有为其指定的数据是可见的。使用唯一的PN码，使得标签不会处理不属于其自己的数据。经由多址接入通信接口进行通信的示例性方法包括从第一标签接收第一信号，其中所述第一信号使用预先确定的伪噪声(PN)码进行扩频，且所述第一信号包括第一有效载荷数据。从第二标签接收第二信号。所述第二信号使用所述预先确定的PN码进行扩频，且所述第二信号包括第二有效载荷数据。来自所述第一信号的所述第一有效载荷数据至少部分地由PN阵列解扩器进行识别。来自所述第二信号的所述第二有效载荷数据也至少部分地由所述PN阵列解扩器进行识别。经由多址接入通信接口进行通信的示例性系统包括第一标签、第二标签和接入点。所述第一标签具有配置为在第一信号中发送第一有效载荷数据的第一发送器，其中所述第一信号使用预先确定的伪噪声(PN)码进行扩频。所述第二标签具有配置为在第二信号中发送第二有效载荷数据的第二发送器，其中所述第二信号使用所述预先确定的PN码进行扩频。所述接入点与所述第一标签和所述第二标签通信并包括接收器和解扩阵列。所述接收器被配置为接收所述第一信号和所述第二信号。所述解扩阵列被配置为对所述第一信号和所述第二信号进行解扩。在多址接入通信系统中使用的示例性接入点包括处理器、与所述处理器通信的接收器和与所述处理器通信的发送器。所述接收器被配置为从第一标签接收第一信号，其中所述第一信号包括第一有效载荷数据，且所述第一信号使用预先确定的伪噪声(PN)码进行扩频。所述接收器还被配置为从第二标签接收第二信号，其中所述第二信号包括第二有效载荷数据，且所述第二信号使用所述预先确定的PN码进行扩频。所述发送器被配置为发送第三信号至所述第一标签，其中所述第三信号使用第二 PN码进行扩频，且所述第二 PN码是所述第一标签特有的。示例性网状网络实施例使用微中继器或接入点作为路由器来指引从外部设备接收的信号。在所述实施例中，从设备接收信号，在所述设备中所述信号使用已被偏移了随机定时偏移的PN码进行扩频。所述信号包括有效载荷数据。基于所述多址接入通信网络的特征为所述有效载荷数据选择目的地。在一个实施例中，所述多址接入通信网络的所述特征是在网络初始化过程中选择的种子值。一旦选择了目的地，将所述有效载荷数据发送到所述目的地。在为经由多址接入通信网络进行通信而设计的装置中存在另一示例性实施例。所述装置有三个主组成部分接收器、发送器和控制器。在所述实施例中，所述接收器被配置为从另一个设备接收信号。所述接收到的信号使用已偏移了随机定时偏移的PN码进行扩频。所述信号包括有效载荷数据。所述控制器电耦合至所述接收器和所述发送器。所述信号包括有效载荷数据。所述控制器指引对所述信号的接收并基于所述多址接入通信网络的特征为所述有效载荷数据选择目的地。在一个实施例中，所述多址接入通信网络的所述特征是在网络初始化过程中选择的种子值。所述发送器用于将所述有效载荷数据发送到所选择的目的地。结合将在下文详细描述的说明书、所附权利要求和附图中所附的示例性实施例， 这些和其他的特征、方面以及优点将变得显而易见。
图1是描述根据示例性实施例的上行发送器的示图。图2是描述根据示例性实施例的下行发送器的示图。图3是描述示例性实施例中的时隙结构和分配的示图。图4是描述示例性实施例中PN (伪噪声)解扩阵列的示图。图5是描述示例性实施例中在标签中执行的从冷启动开始处理广播信道的操作流程图。
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图6是描述示例性实施例中在标签中执行的从热启动开始处理专用信道的操作流程图。图7是描述示例性实施例中标签接收数据路径的示图。图8是描述示例性实施例中时间跟踪的示图。图9是描述示例性实施例中自动频率控制(AFC)旋转的示图。图10是描述示例性实施例中专用通信手指的示图。图11是描述示例性实施例中在接入点接收处理过程中执行操作的流程图。图12是描述示例性实施例中接入点接收数据路径的示图。图13是描述示例性实施例中异步初始标签发送操作的示图。图14是根据示例性实施例描述在时隙模式下在接入点和标签之间交互的示图。图15是根据示例性实施例描述在接入点和标签之间传输数据的示图。图16是描述由RPMA设备组成的网状网络的示图。图17是描述将微中继器关联到由RPMA设备组成的网状网络的示图。
具体实施例方式下面参考附图描述典型的实施例。应理解，以下说明试图描述典型实施例，而不旨在限定本发明于所附权利要求中。图1描述了上行发送器10，所述上行发送器10包括诸如回旋编码器、内插模块、调制器、伪噪声扩频器、滤波器、一组分接头、自动频率控制(AFC)旋转器的结构以及其它类似结构。这些结构执行在框12、14、16、18、20和22中描述的操作。上行发送器10的发送路径是经编码和扩频的波形。在示例性实施例中，所述上行发送器10可以被包括在标签中， 所述标签使用解调通信信道与其它标签一起与接入点通信。另外，基于特定的实施例所述上行发送器1可执行更少的或不同的操作。也可以按与所示和所描述的顺序不同的顺序执行所述操作。本文中所使用的标签可以是任何被配置为从接入点接收信号和/或向接入点发送信号的通信设备。所述接入点可以是任何被配置为与多个标签同时通信的通信设备。 在示例性实施例中，所述标签可以是移动的、使用电池或其它储能电源的低功耗设备，所述接入点可以被置于中心位置并从诸如墙面插座或发电机等电源接收电能。另外，所述标签也可以插入插座和/或所述接入点可使用电池或其它储能电源。在框12中，回旋编码器和内插模块接收数据流。在一个实施例中，所述数据流是包括前同步码的1 个比特。也可以使用其它大小的数据流。一旦接收到所述数据流，使用所述回旋编码器对其编码。在示例性实施例中，可以以1/2的比率对所述数据流进行编码。也可以使用其它比率。还可以使用所述内插模块对所述数据流内插。将编码的符号流输出至框14，在所述框14中使用差分二相相移键控(D-BPSK)调制器对所述编码的符号流进行调制。在另外的实施例中，可以使用其它调制方案。在框16中，将调制的数据流应用到PN扩频器。在示例性实施例中，所述PN扩频器可以使用采用所选择的扩频因子的通用网络黄金码信道。所述扩频因子可以是集合{64，128，256，…，8192}中的元素。也可以使用其它的码和/或扩频因子。使用具有随机选择的码片偏移的相同PN码对具有给定扩频因子的每一个标签进行扩频。可能的随机选择的码片偏移的大范围增加了特定帧与来自另一个发送器的另一帧不冲突(或者，换言之，在所述接入点具有相同的码片定时)的可能性。在近似容量极限时的冲突可能性是不可忽视的(大约10%或更少)，但可以通过以不同拉伸的随机偏移重传同一帧来解决。下面参照图4更详细地描述所述PN扩频器。在示例性实施例中，框18的输出速率可以是每秒一百万码片1比特(Mcps)。也可以使用其它速率。在框18中，使用4X过采样滤波器对所述数据流进行上采样并使用时间跟踪逻辑来保证所有落在相同采样速率上的帧与所述AP的频率参考一致。框18接收采样错误/重复标识作为输入。在一个实施例中，框18的输出可有大约4兆赫(MHz)的实频。在框20 中，完成了自动频率控制(AFC)旋转，包括频率偏移以匹配接入点的定时偏移，保证来自所有用户的所有帧落在相同的频率假设附近。在一个实施例中，框20的输出可具有大约4MHz 的复频。在框22中，从开始时隙开始施加延迟直到发生正确的接入时隙。另外，还在所述信号上施加了随机码片延迟。在示例性实施例中，所述随机码片延迟可以是从0到所述扩频因子减1。也可以使用不同的随机码片延迟。可使用A (i，j)来描述所述时隙接入，其中i与所述扩频因子2~ (13-i)相关，j是对应于非重叠时隙的子时隙数。基于所选择的扩频因子，在给定时隙中通常有多个发送机会。对于上行链路，接入时隙可以与码片偏移一起在0到扩频因子减1的范围内随机选择。从而使得上行链路用户之间冲突的可能性降到最低，同时允许在出现冲突的情况下重新选择。在延迟所述信号之后，可将所述信号发送至接入点。图2描述了下行发送器30，所述发送器包括诸如回旋编码器、内插模块、调制器、 伪噪声扩频器、滤波器、一组分接头的结构以及其它类似结构。所述接入点(AP)使用发送器30进行多信道发送，所述多信道中的每一个均指向特定的标签或用户。这些结构执行框 32到框M中描述的操作。框32到40以及框42到50表示不同的数据路径，所述路径可被复制用于另外的数据流。在示例性实施例中，框32-38可执行图1所述的对第一数据流进行的类似操作。类似地，框42-48可执行图1所述的对第η数据流进行的类似操作，其中 η可以是任意值。框36的输入可以是针对要接收所述第一数据流的标签的黄金码，而框46 的输入可以是针对要接收所述第η数据流的标签的黄金码。也可以用诸如广播黄金码、非黄金码等其它码扩频所述第一数据流和/或第η数据流。如果对应于所述第一数据流和所述第η数据流的数据链路功率不同，可以在框40和50中对框38和/或框48的输出加权。 一旦加权，在框52对路径求和。在框52中还执行了硬决策，其中所有正数被映射为0且所有负数被映射为1。也可以执行不同的硬决策。在一个实施例中，框52的输出可以具有每 IOMcps 1比特的速率。也可以使用其它速率。在框M中使用4Χ码片滤波器对来自框52 的求和输出进行上采样。在一个实施例中，框M的输出可以有40MHz的实频。也可使用其它频率。没有说明的是在作为单组广播帧的相邻频率上以最大下行扩频因子2048进行的传输。也可以使用不同的最大下行扩频因子。图3描述了时隙结构和分配。在至少一个实施例中，数据流70包括时隙72、时隙 74和时隙76。时隙72是AP到标签的通信，时隙74是标签到AP的通信，时隙76是AP到标签的通信。在示例性实施例中，每个时隙可以持续2.1秒。也可以使用其它任意持续时间和/或不同时隙可使用不同持续时间。可以在半双工通信方案中执行所述数据流70使得在任意给定时间，或者是所述AP在发送而所述标签在接收，或者是所述标签在发送而所述AP在接收。在另外的实施例中，可以使用其它通信方案。如图3所示，数据信道80描述了时隙72中对数据的处理增益选项。如果数据链路以特定的增益关闭，所述标签只需要在时隙持续期间以对应的增益准备好接收(在AP到标签模式)即可。在发送模式，时隙选择管理从所述标签到所述接入点的传输，使得所述标签可以在其省电传输模式下最小化其打开的时间。例如，ISdB的增益只需要1. 6ms的时隙(A7)。数据信道82描述了时隙74中对数据的处理增益选项。可以看到，可以选择标签使用的功率以使得每一数据链路到达所述 AP时具有相同的功率。在AP端处理大量同步波形与标签端处理相对少量波形之间存在对称性。在AP端自动频率控制(AFC)、时间跟踪漂移和帧定时是已知的因为所述AP控制这些数据。然而，可以在所述标签端进行获取时确定AFC、时间跟踪漂移和帧定时。所述PN阵列解扩器执行与二者相关的强制操作，对探究获取假设/解调来说是有效的实施。其另一方面是这个大功耗电路(激活时)，虽然在AP (因为其可插在墙壁插座上所以这不是问题)上持续地运行，但在标签上只会在很少发生的“冷”获取期间运行。冷获取和热获取的更详细的描述分别参见图5和图6。图4描述了 PN (伪噪声)解扩阵列，其有利于所述标签上单个波形的获取和所述 AP上多波形的强制解调。在示例性实施例中，所述PN解扩阵列可以同时执行许多码片空间定时假设的1比特点积。PN解扩核心元件可以是简单的计数器，基于输入是0或1其在每个时钟增加或者不增加。因为其为复数数据路径，所以有两个计数器一个用于I (同相)，一个用于Q (正交相位)。与复指数相乘通常是一组耦合到复指数表的4个相当大的标量乘数(典型的为 4X1000门)。相反，1比特复数乘数基本上是简单的真值表，例如下面所示的示例表，其中负号表示反相(0->1和1->0)。可以仅使用少数门来实现这个真值表。
权利要求
1.一种经由多址接入通信网络的通信方法，所述方法包括从第一设备接收第一信号，其中所述第一信号使用第一预先确定的伪噪声(PN)码进行扩频，所述第一信号具有第一随机定时偏移，且所述第一信号包括第一有效载荷数据；基于所述多址接入通信网络的第一特征为所述第一有效载荷数据选择第一目的地；将所述第一有效载荷数据发送到所述选定的第一目的地。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括从第二设备接收第二信号，其中所述第二信号使用第二预先确定的PN码进行扩频，所述第二信号具有第二随机定时偏移，且所述第二信号包括第二有效载荷数据；基于所述多址接入通信网络的第二特征为所述第二有效载荷数据选择第二目的地。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括确定所述第一目的地与所述第二目的地是否相同；以及如果所述第一目的地与所述第二目的地相同，将所述第二有效载荷数据和所述第一有效载荷数据发送到所述选择的第一目的地。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多址接入通信网络的所述第一特征是分配给设备的种子值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在包含第一种子值的广播信道上接收第一通信信号；以及基于所述接收到的第一通信信号选择第二种子值。
6.权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括基于所述第一种子值传送关联到设备的请求。
7.权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括基于所述接收到的第一通信信号的功率测量传送关联到设备的请求。
8.权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括从关联的设备接收传输。
9.权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括基于所述接收到的传输确定定时。
10.权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括基于所述接收到的传输确定传输功率水平。
11.权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括基于一个或多个丢失的消息传送关联到第二设备的请求。
12.权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括在具有所述选择的第二种子值的所述广播信道上传输第二通信信号。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括传输允许相邻设备作为对等成员加入到通信中的广播信道消息。
14.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二预先确定的PN码与所述第一预先确定的PN码相同。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括从所述接收到的通信信号确定帧定时或频率漂移。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多址接入网络包含网状网络。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述网状网络基于IEEE802. 11标准集。
18.—种经由多址接入通信网络进行通信的装置，所述装置包括配置为从第一设备接收第一信号的接收器，其中所述第一信号使用第一预先确定的伪噪声(PN)码进行扩频，所述第一信号具有第一随机定时偏移，且所述第一信号包括第一有效载荷数据；发送器；以及电耦合至所述接收器和发送器的控制器，其可操作地用于指引所述接收器接收所述第一信号，基于所述多址接入通信网络的特征为来自一个或多个设备的所述第一有效载荷数据选择第一目的地，以及指引所述发送器将所述第一有效载荷数据发送到所述第一目的地。
19.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述多址接入通信网络的特征为分配给设备的种子值。
20.权利要求15所述的装置，其特征在于，还包括所述控制器可操作地用于指引在包含第一种子值的通信网络中的广播信道上对第一通信信号的接收；基于所述接收到的第一通信信号来选择第二种子值；以及指引在具有所述选择的第二种子值的通信网络中的所述广播信道上对第二通信信号的传输。
全文摘要
本发明提供了一种经由随机相位多址接入网络的通信方法。从设备接收使用伪噪声码进行了扩频并偏移了随机定时偏移的信号，所述信号包含有效载荷数据。基于所述多址接入网络的特征为所述有效载荷数据选择目的地。将所述有效载荷数据传送至所选择的目的地。
文档编号H04J13/10GK102356557SQ200980157540
公开日2012年2月15日 申请日期2009年12月28日 优先权日2008年12月29日
发明者J. 迈尔斯 T. 申请人:翁-兰普无线公司