专利名称：无线电通信系统中检测和处理碰撞的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线电通信系统，具体涉及具有在共享的通信信道上工作的通信装置的无线电通信系统。
支持在无线环境下工作的几个用户利用射频通信的无线电通信系统是已知的。这种系统所使用的频率是无线电频谱的一个子集，它们被组织成为一个或多个无线电通信信道例如频道。在一个这样的系统中，例如有一条通信链路建立在该无线电系统内的诸多通信装置组之间。该通信链路在整个通信持续时间内建立在一个或多个频道上。对于一个给定的无线电系统，可供应用的频谱通常是一种有限的通信资源，几个用户可能竞争该资源。为此，一个无线电通信系统通常使用一种频率管理方法，以最大限度地有效地使用可供应用的频率，并使用户之间的干扰最小化。凡在共享通信信道上须建立多条通信链路的场合，这种解决方案是很重要的。
许多种频率共享方法在本领域内是已知的。例如包括信道跳越、直接序列扩展频谱、时分复用和其它类似的方案。大多数先有技术的频率共享方法使用一个基础设施来管理无线电通信系统的运行状况。一个基础设施通常包括一个基站或某些其它类型的控制器，用以管理频率指配、用户接通、碰撞检测和分辨，以及无线电系统的其它运行状况。这些控制器的应用在建立一个无线电通信系统中往往代表明显的造价。
低造价的无线电通信系统正变为无线通信市场中日益增加的重要成分。这种低造价的系统尚须在诸多用户之间成功地管理频率的使用，以使效率和通过量最大化。涉及自组织单元的某些低造价的系统使用频率管理方法，无需使用中央控制器。然而，在无中央控制器的情况下，诸如碰撞检测和分辨之类的频率管理问题将变得较为困难。据此，现在希望有适合用于低造价的无线电通信系统频率共享管理方法。
图1示出按照本发明的一种无线电通信系统，它具有一组通信收发信机，其中包括两个始发的收发信机。
图2示出一个用于发送确认请求的通信帧结构。
图3示出按照本发明的一个用于碰撞处理的程序流程图。
图4示出按照本发明的一个收发信机用于建立一条通信链路的程序流程图。
图5示出按照本发明的在上述的无线电通信系统10中工作的一个收发信机的方框图。
参看图1，图中示出按照本发明的一种无线电通信系统10。该无线电通信系统10包括至少两对通信装置共享一个通信信道。在该优选实施例中，通信装置是便携式双向无线电收发信机，能够建立射频(RF)通信链路。其它类型的通信装置诸如移动无线电设备、基站等也可以使用。图示的无线电通信系统10具有两个始发的收发信机12、14，它们基本上同时尝试在一个共享的通信信道上与两个目标收发信机13、15建立通信链路。当两个始发的收发信机12、14尝试在同一个总体覆盖区内同时使用该通信信道时，信道碰撞就会发生，它可能有害地影响通信链路的完整性。在一个中央管理的无线电通信系统10中，这样的信道使用的冲突可以由一个控制器或基站等来解决。然而，优选实施例的无线电通信系统10工作并无基础设施支持，因而无控制器或基站来管理与中央管理的无线电系统10通常有关联的信道使用的分配或其它的系统管理功能。本发明提供了一种用于在尝试捕获共享通信信道期间检测和处理所发生的信道使用碰撞的协议。这个协议特别适合在非中央的无线电通信系统10中使用。
在优选实施例中，收发信机12、13、14、15、17在一个近范围的非中央通信系统10内在诸多通信信道上按照一种信道跳越协议来工作。内含本发明概念的其它的信道共享协议也可以使用。通信信道含有多个频率，可组织成为一个频率信道序列。通信信道可以含有一个或多个频道，例如一个发送和接收频率对或一个类似的组。如上所述，这里无基础设施来管理信道分配和使用。然而，每个收发信机12、13、14、15、17都能在系统10内建立通信链路，包括决定哪个通信信道被使用和在何时使用。在优选实施例中，通信链路是在一个捕获通信信道上异步地建立的，并且一旦建立，就在始发的收发信机12、14与目标收发信机13、15之间发生“握手”，以能进行进一步通信。本发明提供出一种允许始发的收发信机12、14与目标收发信机13、15在检测和分辨所尝试访问捕获通信信道时发生的碰撞的过程中合作的协议。
本发明的协议涉及到将通信信道组织成为一个帧结构，该帧结构含有预定的时隙，用于传输特定的信息。图2示出在一个捕获通信信道上进行通信所使用的一个捕获请求帧20的帧结构的代表形式。捕获请求帧20含有除了用于始发的收发信机12、14的传输和从目标收发信机13、15或其它收发信机17上来的传输以外的时隙集。这些时隙可含有一个特定的频率、时间周期或其它组态，这取决于通信信道的规范。捕获请求帧20具有预定的时隙，包括一个信道忙时隙21、一个确认请求时隙22、一个噪声阈值测量时隙23、一个收发信机响应时隙24、一个通信链路建立时隙26和一个碰撞检测时隙27。当一个始发的收发信机12、14尝试与目标收发信机13、15建立通信链路时，始发的收发信机12、14在确认请求时隙22中发送一个确认请求，并在确认响应时隙24中接收确认响应。响应时隙24中的至少一部分25被保留用于传输一个码字，该码字的细节将在下文说明。在捕获信道上始发的发送是异步的。始发的收发信机12、14通常在尝试使用捕获信道之前首先要检查该捕获信道，以确定它是否忙。为了便于讨论，如果始发的收发信机12、14尝试使用捕获信道并通过监测该信道而确定该信道忙时，不发生碰撞。如果信道忙，则始发的收发信机12、14例如可以在捕获信道上延时传输一段预定的时段。如果信道不忙，则始发的收发信机12、14通过发送一个如上所述的确认请求来尝试使用该捕获信道，还在信道忙时隙21中发送出一个信道忙信号。如果在两个或多个始发的收发信机12、14之间发生碰撞，则与这些传输相对应的捕获请求帧会密切地同步。在捕获请求帧20的传输之间的一个典型地分隔时段可以在几百微秒的范围内。
图3示出按照本发明由一个收发信机用来检测在尝试建立通信链路时发生的碰撞的一个程序流程图。在无线电通信系统10中，至少两个收发信机12、14试图与一个或多个目标收发信机13、15始发的通信。在步骤310，按照协议，要选定码字来识别能在系统内始发的通信的每个收发信机。于是，选定第一个码字被来识别第一发信的收发信机12，选定第二个码字来识别第二发信的收发信机14，依此类推。每个码字最好随机地选择具有预定的尺寸。在优选实施例中，使用4比特的码字。
希望在捕获通信信道上始发的通信的收发信机首先确定何时捕获通信信道未被占用。收发信机对通信信道监测一段预定的时段，以检测是否有通信活动性。在优选实施例中，应用载波感测来确定通信信道中的通信活动性。一确定无通信活动，就表明该通信信道未被占用和可供应用，始发的收发信机12、14便在捕获帧的信道忙时隙21发送一个信道忙信号，以保留该通信信道。在步骤320，收发信机还在该通信信道上发送一个内含确认请求的消息。确认请求含有标识始发的收发信机12、14的码字，并连同有对于目标收发信机13、15的标识信息。
在步骤330，目标收发信机13、15监测该捕获信道，并检测和接收从始发的收发信机12、14来的消息。虽然碰撞可能已经发生，但在通信信道上仍可能有足够的信息可供目标收发信机13、15能够检测出其标识符。这可能是例如目标收发信机13、15充分地靠近始发的收发信机12、14的情况。另一种情况可能是有多个目标收发信机并且某些目标收发信机能够接收和解码确认请求消息，而其它一些则不能够。在步骤340，在从始发的收发信机12、14接收到消息以后，目标收发信机13、15响应在确认响应时隙24内的消息。由目标收发信机13、15发送的确认响应含有在确认请求中从始发的收发信机12、14接收到的码字。
目标收发信机13、15最好应用通/断键控调制在确认响应中传送码字。应用通/断键控调制与载波感知检测相组合提供了一种简单的方案来实施碰撞检测协议。在等待从目标收发信机13、15来的响应的同时，始发的收发信机12、14对捕获通信信道取样，以建立噪声/干扰阈值电平。通信信道的噪声阈值测量时隙23保留用于这种用途。然后，始发的收发信机12、14接收由目标收发信机13、15发送的确认响应。在步骤350，将按照通/断键控调制传送的确认响应与噪声/干扰阈值电平比较，抽取出预期是初始传输码字的数据。接着，在步骤360，始发的收发信机12、14通过将确认响应中抽取出的数据与先前已发送给目标收发信机13、15的码字进行比较，来检测是否发生了碰撞。如果原来发送的码字与从确认响应中抽取的数据相同，则始发的收发信机12、14检查碰撞检测时隙27的碰撞检测信号。碰撞检测信号存在表明另一个收发信机已检测到碰撞，且已广播了该碰撞信号。如果碰撞检测信号存在，则始发的收发信机12、14就仿佛已经检测到碰撞而继续工作。在步骤370，如果无碰撞发生，则与目标收发信机13、15建立起一条通信链路。在优选实施例中，通信链路是通过发送一个消息来建立的，该消息含有对于目标收发信机13、15的优选通信信道的标识符。如果从确认响应中抽取的码字不等于始发的收发信机12、14传送的码字，则碰撞已发生，并执行碰撞处理程序。当碰撞发生时，几个始发的收发信机可能同时执行上述的碰撞检测程序。
检测到碰撞的始发的收发信机12、14在捕获请求帧20的碰撞检测时隙27中发送一个碰撞检测信号。碰撞检测信号通常由目标收发信机13、15接收，它们在碰撞检测时隙27内发送或使该碰撞检测信号回声。信号回声的发生，可使该信号能在较宽的覆盖区内被广播。在优选实施例中，始发的和目标的收发信机均发送或回声该碰撞检测信号及信道忙信号。请注意，希望应用捕获信道的其它收发信机17首先监测信道的通信活动性。如果检测到有通信活动性，则其它收发信机17在捕获信道上继续监测通信情况，以确定出何时信道可供应用。
回想起如果由始发的收发信机12、14发送的码字在合适的时隙内在从目标收发信机13、15的响应中未接收到则假定碰撞已经发生了。如果在本发明的情况下碰撞发生了，则确认响应将含有在对单独的始发的收发信机12、14响应中的两个码字的组合，并认为有两个码字而且不同的始发收发信机12、14且无接收到含有已传送出的一个码字的响应。亦即，在确认响应时隙24内接收到的码字将是一个组合，例如是由始发的收发信机12和14传送的码字的逻辑“或”。随机选择的码字的通/断键控调制有助于实现这个概念。
碰撞分辨程序还利用了为每个始发的收发信机12、14所选择的码字。一段延迟时段尝试重新获得捕获信道的是部分地根据为始发的收发信机12、14所指配或所选择的码字而始加的。例如，对于4比特的码字总共可以有16种可能的延时时间。在优选实施例中，始发的收发信机12、14在尝试使用捕获信道之前等待一段延迟时段，它等于它的码字乘以一个最小延时增量所得的数值。在接受具有一个较高数值码字的始发收发信机12、14之前，先使具有一个较低数值码字的始发收发信机12、14在捕获信道上尝试建立通信。为此，延迟时段与码字有关。
参看图4，图中示出按照本发明在碰撞处理或分辨中使用的程序流程图。在步骤410，始发收发信机12、14监测一段捕获通信信道与码字有关的时段，来检测通信活动性。具体地说，始发收发信机12、14监测信道忙信号。在步骤420，如果在与码字有关的一个时段内未检测到通信活动性，则始发收发信机12、14将在其通信信道上再发送一个含有其码字和信道忙信号的消息，在步骤430和440，如果在与码字有关的一个时段的持续期内始发收发信机12、14检测到通信活动性，则始发的收发信机12、14参与在捕获请求帧20的有关时隙内使碰撞检测和信道忙信号回声或再发送。每个等待状态时将超时暂停时段包含在碰撞检测和处理程序中。
图5示出按照本发明的能参与上述的无线电通信系统10中收发信机的方框图。该收发信机是双向无线电设备，能够利用已知的原理来进行接收和发送操作。控制器56利用从一个电耦合的存储器部分58来的逻辑和其它信息，控制该无线电设备50的总体工作。控制器56电耦合到射频部分54，射频部分54含有一个接收机542和一个发射机544，并电耦合到无线52。接收操作时，通信信号由天线52接收，并由接收机542有选择性地处理。类似地，在发送操作时，通信信号由发射机544处理，并经由天线52辐射出去。发射机544和接收机542在控制器56的控制下工作。按照本发明，控制器56与存储器部分58和射频部分54相配合，执行上述的碰撞检测和处理程序。
总之，本发明提供了一种在具有共享通信信道的非中央无线电通信系统10中用以检测和分辨碰撞的程序。参与无线电通信系统10的收发信机应用本发明的协议在不使用中央控制器的情况下协作，以解决信道使用的矛盾。为此，得到了具有在中央组织系统中的信道管理特忙的低造价的非中央系统。
权利要求
1.一种用以在具有第一和第二始发收发信机共享一个通信信道的无线电通信系统内当两个始发收发信机基本同时尝试与第一和第二目标收发信机分别地建立通信链路时检测和处理所发生的信道使用碰撞的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤在第一始发收发信机处在通信信道上发送一个含有识别该第一始发收发信机的第一码字的消息；在该通信信道的第一预定时隙中接收第一数据；将该第一数据与第一码字比较；当第一数据不等于第一码字时，检测出一个信道使用碰撞；在检测出信道使用碰撞之后，监测该通信信道一段与码字有关的时段，以检测通信活动性；在该与码字有关的时段内未检测到通信活动时，再发送第一数据。
2.权利要求1的方法，其特征在于，还包括以下步骤在第一始发收发信机处在与码字有关的时段期间在通信信道上检测信道忙信号；在通信信道的一个预定时隙中再发送信道忙信号。
3.一种用以在具有第一和第二始发收发信机共享通信信道的无线电通信系统内当两个始发收发信机基本同时尝试与第一和第二目标收发信机分别地建立通信链路时检测和处理所发生的信道使用碰撞的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤选择一个第一码字来识别第一始发收发信机；由第一始发收发信机在通信信道上发送含有第一码字的第一消息；由第一目标收发信机从第一始发收发信机接收该第一消息；由第一目标收发信机在通信信道的第一预定时隙中发送对第一消息的第一响应，该第一响应含有第一码字；由第一始发收发信机接收从通信信道的第一预定时隙抽取的第一数据；由第一始发收发信机通过比较第一数据和第一码字来检测碰撞是否发生；在未检测到碰撞时，由第一始发收发信机与第一目标收发信机建立通信链路。
4.权利要求3的方法，其特征在于，由第一始发收发信机在通信信道上发送出含有第一码字的第一消息的步骤包括以下步骤确定何时通信信道时隙未被占用；及当通信不被占用时发送一个发送确认请求。
5.权利要求3的方法，其特征在于，还包括以下步骤当检测到碰撞时，执行一个碰撞处理程序。
6.权利要求5的方法，其特征在于，当检测到碰撞时执行碰撞处理程序的步骤包括以下步骤由第一发信的收发信机在通信信道上发送一个碰撞检测信号。
7.权利要求6的方法，其特征在于，当检测到碰撞时执行碰撞处理程序的步骤包括以下步骤由第一始发收发信机监测通信信道一段与码字有关的时段，以检测通信活动性；由第一始发收发信机在与码字有关的时段内未检测到通信活动时，再发送含有第一码字的第一消息。
8.权利要求7的方法，其特征在于，由第一始发收发信机监测通信信道一段与码字有关的时段以检测通信活动性的步骤包括以下步骤由第一始发收发信机在与码字有关的时段期间在通信信道上检测通信忙信号；在通信信道上检测到时由第一始发收发信机再发送出信道忙信号。
9.权利要求6的方法，其特征在于，还包括以下步骤由第一目标收发信机检测通信信道上发送的碰撞检测信号；由第一目标收发信机在通信信道上的碰撞检测时隙内再发送碰撞检测信号。
10.权利要求6的方法，其特征在于，还包括以下步骤选择第二码字，来识别第二始发收发信机；由第二始发收发信机在通信信道上发送含有第二码字的第二消息；由第二目标收发信机接收来自第二始发收发信机的第二消息；由第二目标收发信机在通信信道的第一预定时隙中发送对第二消息的第二响应，该第二响应含有第二码字；由第二始发收发信机接收从通信信道的第一预定时隙抽取的第二数据；由第二始发收发信机比较第二数据与第二码字，来检测碰撞是否发生；由第二始发收发信机在未检测到碰撞时与第二目标收发信机建立通信链路；在检测到碰撞时由第二始发收发信机执行一个碰撞处理程序。
全文摘要
无线电通信系统(10)具有多个收发信机(12、14)，它们基本上同时尝试在一个共享的通信信道上始发通信。为一个始发收发信机(12、14)提供一种检测和处理可能的信道使用碰撞的方法。收发信机(12、14)在该通信信道上发送一个含有识别码字的消息。然后，收发信机(12、14)在该通信信道的一个预定时隙中接收数据，并将此数据与发送的码字比较。当接收到的数据不等于发送出的码字时，就检测到一个信道使用碰撞。
文档编号H04L12/28GK1144584SQ95192315
公开日1997年3月5日 申请日期1995年4月4日 优先权日1994年4月4日
发明者吉米·W·卡德, 特雷西·L·富尔吉昂 申请人:摩托罗拉公司