利用扩频-跳频来执行无线通信的方法和装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN01143958.0

申请日:

2001.12.27

公开号:

CN1362795A

公开日:

2002.08.07

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||公开|||实质审查的生效

IPC分类号:

H04B7/00; H04L12/00

主分类号:

H04B7/00; H04L12/00

申请人:

株式会社东芝;

发明人:

渡邉纯; 桑原和义

地址:

日本东京都

优先权:

2000.12.27 JP 399291/2000

专利代理机构:

中国国际贸易促进委员会专利商标事务所

代理人:

陆丽英

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内容摘要

一种无线通信装置进行扩频通信系统(11)的无线通信,它利用具有不同频率和在有用的的频带中定义的多个频道执行跳频。该装置包括一个用于检测预定的另一个无线通信系统(21)的载波的单元(112),和一个用于从跳频所用的频道中排除多个频道之中已检测出另一个无线通信系统(21)载波的一个频道的单元(113,114)。

权利要求书

1.一种用于扩频通信系统(11)的无线通信方法,所述的扩频通信
系统利用具有不同的载频并且定义在规定的频带中的多个频道来执行跳
频,该方法的特征在于包括:
检测出(112,S101)利用所述的规定的频带进行无线通信的另一个
无线通信系统(21)的载波;和
从用于跳频的频道中排除(113,114,S102,S103)所述的多个频
道之中已检测出所述的另一个无线通信系统(21)载波的一个频道。
2.根据权利要求1的无线通信的方法,其特征在于,所述的扩频通
信系统(11)的无线通信是由主—从系统进行,所述的另一个无线通信
系统(21)的载波是由该扩频通信系统(11)中的主系统检测的,和所
述的排除(113,114,S102,S103)包括通知(S103)一个从属系统停
止使用由该主系统检测出其内有所述另一个无线通信系统(21)的载波
的那个频道。
3.根据权利要求1的无线通信方法,其特征在于,还包括:
再次确定(S201,S202)所述的另一个无线通信系统(21)的载波
是否在已从用于跳频的频道中排除的那个频道中还存在;和
当所述的另一个无线通信系统(21)的载波未被检测出来时,将所
述的已排除的频道加入到用于跳频的频道中(S203)。
4.根据权利要求1的无线通信方法,其特征在于,所述的另一个无
线通信系统(21)是一个扩频-直接序列通信系统,所述的检测(112,
S101)包括利用在所述的另一个无线通信系统(21)中所使用的扩展码
来“解扩展”接收的无线电信号以便检测出所述另一个无线通信系统的
载波。
5.根据权利要求1的无线通信的方法,其特征在于,所述的扩频通
信系统(11)的无线通信是由主-从系统进行的,所述的另一个无线通信
系统(21)的载波是在所述的主和从系统之间建立无线电链路之前由所
述的扩频通信系统(21)中的主系统检测的。
6.根据权利要求5的无线通信的方法,其特征在于,所述主系统产
生一个码,用于指示排除了其中检测出所述另一个无线通信系统(21)
的载波的一个频道的跳跃型式,并通知从属系统这个码。
7.根据权利要求1的无线通信的方法,其特征在于,所述的检测
(112,S101)包括执行载波检测过程,以便确定在所述的多个频道的每
个频道中是否存在第二无线通信系统(21)的载波。
8.一种用以在利用同一频带的第一和第二无线通信系统(11,21)
之间防止信号干扰的方法,所述的第一无线通信系统(11)利用具有不
同的载频和在该频带中定义的多个频道进行扩频-跳频,该方法其特征在
于包括:
确定(112,S101)在所述的多个频道的每个频道中是否存在所述的
第二无线通信系统(21)的载波;和
限制(113,114,S102,S103)在所述的第一无线通信系统(11)
中用于跳频的频道是除了其中已检测到所述的第二无线通信系统(21)
的载波的一个频道以外的频道。
9.根据权利要求8的无线通信方法,其特征在于,所述的第二无线
通信系统(21)是一个扩频-直接序列通信系统,所述的检测(112,S101)
包括利用在所述的第二无线通信系统(21)中所使用的扩展码来“解扩
展”接收的无线电信号以便确定是否存在所述的第二无线通信系统的载
波。
10.一种用于扩频通信系统(11)的无线通信装置,所述的扩频通信
系统利用具有不同的频率和定义在规定的频带中的多个频率信道来执行
跳频,所述的装置其特征在于包括:
用于检测另一个无线通信系统(21)的载波的装置(11,S101),所述
的另一个无线通信系统(21)使用规定的频带进行无线通信;和
用于从跳频所用的频道中排除所述的多个频率信道之中已检测出所
述另一个无线通信系统(21)的载波的一个频道的装置(12,114,S102,
S103)。
11.根据权利要求10的无线通信装置,其特征在于,还包括:
用于再次确定所述的另一个无线通信系统(21)的载波是否在已从
跳频所用的频道中排除的那个频道中还存在的装置(S201,S202);和
用以在没检测到所述的另一个无线通信系统(21)的载波时将所述
的已排除的频道加入到用于跳频的频道中的装置(S203)。
12.根据权利要求10的无线通信装置,其特征在于,所述的另一个
无线通信系统(21)是一个扩频-直接序列通信系统,所述的检测装置(11,
S101)包括一个“通过使用所述的另一个无线通信系统(21)中所使用
的扩展码来‘解扩展’接收的无线电信号以便检测所述的另一个无线通
信系统(21)的载波”的单元。

说明书

利用扩频-跳频来执行无线通信的方法和装置

发明背景:

1.发明领域

本发明涉及利用扩频-跳频来执行无线通信的方法和装置。具体涉
及已应用到短距离无线通信系统的用以执行无线通信的方法和装置。

2.相关技术描述

最近业已开发了一种新的短距离无线通信系统,它可用于利用无线
电信号进行无线连接的电子装置。已知的典型的短距离无线通信系统是
IEEE 802.11b和BluetoothTM(“蓝牙”)。

IEEE 802.11b是标准的用于无线局域网的短距离无线通信系统,而
“蓝牙”是标准的用于各种移动的设备和数字的设备之间的无线通信的
短距离无线通信系统。在上述的两种无线通信系统之中的任一种系统中,
多个频道定义在称为“ISM(工业、科学和医学)频带”的2.4GHz频带内,
并且可以有选择性地使用这些频道。

然而,如果利用IEEE 802.11b的无线通信和利用“蓝牙”的无线通
信在同一区域内进行,则在它们之间将存在发生电磁信号相互干扰的危
险。这种相互干扰降低了IEEE 802.11b和“蓝牙”两者的无线通信性能。
这种相互干扰特别是极大地影响IEEE 802.11b的无线通信性能,因而明
显地降低了IEEE 802.11b的无线通信性能,并且存在着无线电链路的断
开导致IEEE 802.11b的无线通信无效的情况。

发明概要:

本发明的一个目的是提供一种无线通信方法和无线通信装置,用以
能够防止在使用同一频带而在不同的无线通信系统之间不致发生相互干
扰。

根据本发明的一个方面,提供一种可在扩展频谱通信系统中使用的
无线通信方法,所述的通信系统使用了具有不同的载频并且定义在规定
的频带中的多个频道来执行跳频,所述的方法包括:检测出使用规定的
频带执行无线通信的另一个无线通信系统的载波;和从用于跳频的频道
中排除所述的多个频道之中的一个已检测出另一个无线通信系统载波的
频道。

本发明的另外的目的和优点将在下文的描述中阐明,并且从该描述
中可以部分地看清楚,或者可以通过本发明的实践弄明白。本发明的目
的和优点特别是利用下文所指出的各种手段和组合可以实现和可以获
得。

附图的简要叙述:

附图构成其说明书的一部分,附图示出了本发明的实施例,连同上
文给出的概述和下文给出的实施例的详细描述一起说明了本发明的原
理。

图1示出根据本发明一个实施例的无线电通信系统配置的方框图。

图2示出图1所示的系统以单个无线电通信模式执行的通信的方框
图。

图3示出图2所示的通信所使用的频率状态示意图。

图4示出图1所示的系统以多个无线电通信模式执行的通信的方框
图。

图5示出图4所示的通信所使用的频率状态示意图。

图6示出图1所示的系统以多个无线电通信模式有选择性地使用通
信信道所执行的通信的方框图。

图7示出图6所示的通信所使用的频率状态示意图。

图8示出说明用于图1所示的系统的多个无线通信模式的每个模式
的通信信道的详图。

图9示出图1所示的系统避免信道相互干扰的示意图。

图10示出图1所示的系统避免信道相互干扰的示意图。

图11示出图1所示的系统所执行的信道选择控制处理的流程图。

图12示出是说明在图1所示的系统重复使用悬置的信道的操作流程
图。

优选实施例的详细叙述:

现在参见附图详细描述本发明的一个实施例。图1示出应用根据本
发明实施例的无线通信方法的无线通信系统的配置。应用这种无线通信
方法可防止在使用同一频带的多个无线通信系统不致发生无线电信号的
相互干扰。在本实施例中,IEEE 802.11b和“蓝牙”是用以作为无线通
信系统的例证。在这两种系统之中的任一系统中,在称为“ISM(工业、
科学和医学)频带”的2.4 GHz频带内定义多个频道,这些频道可以有选
择性地被使用。

“蓝牙”模块11是一个无线通信设备,根据“蓝牙”标准进行无线
通信。“蓝牙”标准的无线通信系统使用扩频-跳频(SS-FH),在发送信
号同时以规则的时间间隔变化它们的载频。79个频道以1MHz的间隔分
配给2.4GHz频带。该频道(以下称为“通信信道”)用以作为载频是根
据用以指示跳跃型式(跳频)的伪噪声码对每个时隙进行按时间划分地
被切换的。亦即,扩频-跳频(SS-FH)是扩频通信技术,其中载波频率是
伪随机的变化的。

“蓝牙”标准的无线通信是由主-从系统实现的,主系统管理跳跃型
式的使用。称为“Piconet(皮网络)”的无线网络使用相同的跳跃型式,
可在一个主系统和最多七个从属系统之间构成。

无线局域网模块21是根据IEEE 802.11b标准进行无线通信的无线
通信设备。扩频-直接序列(SS-DS)被用于IEEE 802.11b标准的无线通信
系统中。14个频道(以下称为“通信信道”)以大约5MHz间隔分配给2.4GHz
的频带。可使用一个或者多个选中的通信信道。具有与选中的通信信道
的中心频率相同的载频的载波以信息信号进行初始调制,然后以伪噪声
码(扩展码)进行二次调制(扩展调制)。该无线网络包括一个特定的网络和
一个基础结构网络,前者用以在称为“BSA(基本业务区域)”的一个区域
中的各站之间执行对等通信,后者通过接入点在各站之间执行“一个到
多个”的通信。为了避免在无线网络不致发生信号碰撞,使用了称为
“CSMA/CA”(具有避免碰撞的载波检测多个接入)的避免碰撞功能。

在本实施例中,“蓝牙”模块11包括通信信道控制单元111,用以
防止在使用同一射频频带时在IEEE 802.11b与“蓝牙”之间不致发生无
线电信号的相互干扰。

“蓝牙”模块:

通信信道控制单元111检测在由“蓝牙”模块11所使用的每个通信
信道中是否存在IEEE 802.11b的载波,并且将其中该载波已被检测到的
一个通信信道(干扰信道)停用(释放该干扰信道给IEEE 802.11b)。如图1
所示,通信信道控制单元111包括:一个载波检测单元112、一个干扰信
道确定单元113和一个使用信道限制单元114。

载波检测单元112执行载波检测流程,以便检测在“蓝牙”模块11
的同一区域中所使用的另一个无线通信系统诸如IEEE 802.11b的载波。
检测另一个无线通信系统载波的载波检测流程,可以容易地通过检验在
该地区中的场强电平来执行。可是,使用扩频-直接序列(SS-DS)的IEEE
802.11b的载波的场强电平低,并且可能难于从噪声中区别出来。为此,
希望借助于使用扩展码来对接收的信号“解扩展”来执行载波检测流程,
该扩展码假定是在IEEE 802.11b用于扩展调制的;和确定高于特定值的
场强电平的峰值是否通过“解扩展”可以检测到。

该干扰信道确定单元113根据载波检测单元112的载波检测结果,确
定在“蓝牙”中使用的79个通信信道的每个通信信道是否与IEEE 802.11b
相互干扰。将内含IEEE 802.11b的载波的通信信道确定为干扰信道。由
于“蓝牙”中所有的79个通信信道基本上被切换用于每个时隙,因此干
扰信道确定单元113要确定79个通信信道的每个通信信道中是否存在
IEEE 802.11b的载波。

使用信道限制单元114执行控制,以便停用“蓝牙”的79个通信信
道中的已由干扰信道确定单元113确定为干扰信道的一个通信信道,也
就是说,已检测出IEEE 802.11b的载波存在的那个通信信道。确定为干
扰信道的那个通信信道从用于跳频的通信信道中被忽略掉。跳频在除了
该干扰信道以外的通信信道中执行。

在“蓝牙”中,主系统主要执行包括跳跃型式管理在内的所有通信控
制。为此,上述的载波检测和干扰信道确定的过程只由主系统执行,并
且主系统只须通知从属系统停止使用确定为干扰信道的通信信道。

“蓝牙”模块11通常配置为一片LSI或其内含一个RF单元、一个
基带单元和一个存储单元用于控制RF和基带单元的固件(包含协议组)的
两片LSI。由于该基带单元的协议组执行跳频控制,所以上述的通信信道
控制单元111的功能可以合并到该基带单元的协议组中。

信道选择控制:

现在描述信道选择控制操作防止发生干扰信道的原理。

1.以单个无线通信模式执行通信(见图2和3):

图2示出在某一个区域中仅执行IEEE 802.11b的无线通信时的状
态。参见图2,装备有“蓝牙”模块11的用以作为电子设备的多个个人
计算机和装备有无线局域网模块21的用以作为电子设备的多个个人计算
机呈现在同一区域例如在一个办公机构的一个房间中。前述的特定的网
络或者基础结构网络建在无线局域网模块21之间。根据IEEE 802.11b
协议,无线电通信在该网络中的节点之间进行。在装备有“蓝牙”模块11
的节点之间没有无线电通信。

在这种情况下,ISM频带仅用于IEEE 802.11b的无线通信,如图3
所示。图3示出由IEEE 802.11b同时使用两个通信信道的情况。在以这
样的单个无线通信模式进行通信时,不影响误码率(BER)或有效的通信速
度。

2.同时使用同一频带的多个无线通信模式(见图4和5):

无线通信在如图4所示的“蓝牙”模块11之间开始时,使用同一频
带的两个不同的无线通信系统的无线电信号如图5所示的那样被混合。
在发生干扰的通信信道内,BER在IEEE 802.11b和“蓝牙”二者中都增
加了,其结果是重发控制次数增加、有效通信速度下降和最坏的情况是
无线电链路被切断。

3.有选择性地使用通信信道(见图6和7):

根据本实施例,在无线通信根据“蓝牙”标准的协议开始之前或在
无线通信期间,“蓝牙”模块11周期性地确定用于无线通信的每个通信
信道是否与另一个通信系统(IEEE 802.11b)相干扰。如果“蓝牙”模块11
确定出一个通信信道为干扰信道,则“蓝牙”模块11停止使用该干扰信
道。由于通过限制“蓝牙”模块11所使用的通信信道(参见图7)而排除
了这个干扰信道,因而能够解决IEEE 802.11b和“蓝牙”二者之一不能
用于通信的问题,或者说是这两者之一的有效通信速度极端下降的问题。
特别是在“蓝牙”中,即使停止使用该干扰信道,用于跳频的一些通信
信道也减少了,因此对有效通信速度的影响可以减小。再则,用于跳频
的通信信道的减少允许在“蓝牙”的通信信道未被使用的频带中的IEEE
802.11b的通信信道的BER减小了。

为了便于描述,在图3、5和7中将“蓝牙”和IEEE 802.11b示为
具有相同的通信信道宽度。实际上,如图8所示的,79个通信信道以1MHz
的间隔定义在“蓝牙”的ISM频带内,而14个通信信道定义在IEEE
802.11b的ISM频带内。IEEE 802.11b的一个通信信道的带宽是
22MHz(离开中心频率±11MHz)。换句话说,“蓝牙”的连续的最多22
个通信信道与IEEE 802.11b的一个通信信道相干扰。

在“蓝牙”侧当停止使用干扰信道时,与IEEE 802.11b通信信道相
重叠的“蓝牙”22个通信信道被停止使用,如图9中用虚线表示的部分。
不用说,并非是与IEEE 802.11b的通信信道相重叠的“蓝牙”的所有22
个通信信道引起了实质性的干扰。为此,如图10所示,具有其中已检测
的载波分量超过给定值的通信信道可以停止使用。

载波检测单元112只需检测IEEE 802.11b有用的14个通信信道之
中的每个通信信道的IEEE 802.11b的载波。

在这种情况下,载波检测单元112可以只对“蓝牙”的79个通信信
道之中的14个通信信道确定是否存在IEEE 802.11b的载波,所述的14
个通信信道具有与IEEE 802.11b的14个通信信道之中的每个信道的中
心频率相同的频率。当载波检测单元112检测出存在IEEE 802.11b的载
波时,自动地确定出以下通信信道停止使用:

1)其中IEEE 802.11b的载波已被检测出来的通信信道。

2)属于偏离于其中IEEE 802.11b载波已被检测出来的通信信道之中
的每个信道的频率±11MHz频带的一些通信信道。

信道选择控制的流程:

现在参见图11的流程图描述由通信信道控制单元111所执行的信道
选择控制的具体过程的一个例子。

如上所述,信道选择控制是在通信开始前(在主从之间建立无线电链
路之前)或在通信期间(在无线电链路建立之后)执行的。

首先,通信信道控制单元111执行载波检测流程,以确定IEEE
802.11b的载波是否在“蓝牙”的通信信道n(n为信道号)的频带中存在(步
骤S101)。例如,通信信道控制单元111将经由通信信道n的频带接收的
信号乘以在IEEE 802.11b中使用的扩展码来“解扩展”(相反地扩散)该
信号,并根据“解扩展”后是否检测到高于特定值的功率峰值来确定IEEE
802.11b的载波是否在通信信道n的频带中存在。

当通信信道控制单元111确定IEEE 802.11b的载波(步骤S101为
“是”)存在时,确定停止使用通信信道n(步骤S102)。如果通信是在“蓝
牙”模块11之间进行的,则业已决定停用通信信道n的主系统通知那些
通信目的地的相应的从属系统停止使用的通信信道n(步骤S103)。于是,
通信信道n就从主系统与每个从属系统之间的通信所使用的跳频型式中
排除了,并且跳频是在其余的通信信道(跳过通信信道n)之间执行。

然后,将信道号n递增1(即+1)或者递减1(即-1)(步骤S104)而后再
从步骤S101起执行上述的流程。据此,通信信道控制单元111检查所有
的79个通信信道是在存在IEEE 802.11b的载波,并确定每个通信信道
是否是有影响的信道。

在通信开始之前当执行信道选择控制时,该主系统只需产生一个码,
用以指示“正在排除已确定停止使用的一个通信信道”的跳频型式,和
通知从属系统这个码。

如上所述,为了仅对具有与IEEE 802.11b的14个通信信道的每个
通信信道相同的中心频率的“蓝牙”的14个通信信道确定是否存在IEEE
802.11b的载波,停止使用“蓝牙”79个通信信道的某些信道,这些信道
属于一个给定频率,其中包括从中已检测到IEEE 802.11b载频的“蓝牙”
通信信道n的频率,并将这些通信信道从跳跃型式中排除。

参见图12的流程图,现在描述由通信信道控制单元111所执行的重
新使用通信信道的过程。

通信信道控制单元111对于悬置的通信信道n(n为信道号)执行载波
检测过程,以确定在通信信道n的频带中是否存在IEEE 802.11b的载波
(步骤S201)。在该频带中不存在载波(步骤202为“否”)时,该通信
信道n不再由IEEE 802.11b使用,因而进入重新被用的步骤(步骤S203)。
重新被用的步骤是通过把通信信道n加入到用于跳跃的频率信道中来执
行的。借此,通信信道n不会被跳过。

另一方面,在通信信道n中存在IEEE 802.11b的载波时(步骤S202
为“是”),使通信信道n到用于跳跃的频道的过程不被执行,而是像原
先那样保持当前信道使用状态。

根据上述的实施例,对“蓝牙”的79个通信信道的每个通信信道确
定是否存在IEEE 802.11b的载波。当一个频率信道含有IEEE 802.11b
的载波时,停止使用它。如果这样的过程是在“蓝牙”的通信开始之前
或在“蓝牙”通信期间周期地被执行,则可以防止在“蓝牙”和与IEEE
802.11b之间不致发生干扰。

如果利用跳频来执行扩频通信,则本实施例的信道选择控制不仅可
以应用于“蓝牙”而且也可以应用于任何其它无线通信方法。

通信信道控制单元111的功能可以用软件来完成,该软件是在电子
设备诸如装备有“蓝牙”模块11的个人计算机上执行的。

本领域的技术人员将会容易地想到另外的优点和修改。为此,本发
明在它的较宽的方面不限制在特定的细节和所示的典型实施例以及本文
的描述上。据此,在不偏离由后附的权利要求书和它们的等效物定义的
总的发明概念的精神或者范围,可以作出各种修改。

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一种无线通信装置进行扩频通信系统(11)的无线通信,它利用具有不同频率和在有用的的频带中定义的多个频道执行跳频。该装置包括一个用于检测预定的另一个无线通信系统(21)的载波的单元(112),和一个用于从跳频所用的频道中排除多个频道之中已检测出另一个无线通信系统(21)载波的一个频道的单元(113,114)。 。

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