减少通信系统内的干扰的装置和方法.pdf

一种通信系统被设计为当不同分类的用户共享频谱时减小同信道干扰。该通信系统允许多个用户对通过使用某些传输的持续时间和开始或停止时间以便发信号通知后续传输的开始时间和持续时间，来传送它们的通道使用时间周期。使用可能不同的通信协议和不同调制技术的其他系统用户能测量所接收的传输的持续时间和开始或停止时间，并且根据这些持续时间来推算信道的使用。

1.  一种在通信系统内减少干扰的方法，该方法包括以下步骤：
对来自第一远程单元的第一接收信号进行分析，以确定第一接收信号的传输持续时间或码元速率以及开始或停止时间；
根据所述第一接收信号的所述传输持续时间或码元速率以及所述开始或停止时间，推算第二远程单元何时将会进行传输；以及
根据所述推算，在避免与所述第一和第二远程单元发生干扰的时间周期内进行传输。

2.  如权利要求1所述的方法，其中在避免与第一和第二远程单元发生干扰的时间周期内进行传输的步骤包括在第一和第二远程单元停止传输的时间周期内进行传输的步骤。

3.  如权利要求1所述的方法，其中所述的传输步骤包括如下步骤：将所述时间周期与允许的传输持续时间相关联，并且在所述允许的持续时间的时间周期内进行传输。

4.  如权利要求1所述的方法，其中所述的传输步骤包括在第一和第二远程单元使用的相同信道内进行传输的步骤。

5.  如权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：
根据第一接收信号的所述传输持续时间或所述码元速率推算帧周期。

6.  如权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：
根据帧周期推算未来的第一和第二接收信号的传输。

7.  如权利要求1所述的方法，其中所述的分析第一接收信号的步骤包括对请求发送(RTS)分组或者清除发送(CTS)分组进行分析的步骤。

8.  一种用于确定在通信系统内何时进行传输的方法，所述方法包括如下步骤：
确定第一发射机的传输持续时间或第一发射机的码元速率以及第一发射机的开始或停止时间；以及
根据第一发射机的所述传输持续时间或者所述码元速率以及所述开始或停止时间，推算第二发射机的开始时间和持续时间。

9.  如权利要求8所述的方法，进一步包括如下步骤：
在避免与第一和第二发射机发生干扰的时间周期内进行传输。

10.  如权利要求9所述的方法，其中所述的传输步骤包括将所述时间周期与允许的传输持续时间相关联，并且在所述允许的持续时间的时间周期内进行传输的步骤。

减少通信系统内的干扰的装置和方法
发明领域
本发明通常涉及通信系统，以及具体来说，涉及一种用于减少通信系统内的干扰的装置和方法。
背景技术
干扰经常妨碍通信系统的性能。由于其他用户的传输而产生的干扰是用户在通信系统内经常遇到的一种干扰类型。这通常是由多个用户在相同信道(例如，频带，时隙，或扩展码)内传输所引起的，并且被称为同信道干扰。为了减小同信道干扰，许多通信系统使用了信道复用模式，其中地理上相邻的发射机在不同的信道上进行发送。例如，蜂窝无线电系统定义了地理小区并且为相邻的小区分配了不同的信道集合。另一种常见的减小同信道干扰的手段是使用智能动态资源管理，其中对相互靠近的用户进行调度以使得以形成最小同信道干扰的方式使用信道。这些技术仅仅能在这样的系统中使用：所述系统中所有的信道都是由中央资源管理器管理的，该中央资源管理器已经知晓了全部资源和所有用户的通信需求。中央式的资源管理需要在不同的用户之间建立通信链路，以便可以控制并监测信道分配的过程。此外，当系统由电路中心操作进化为分组中心操作时，通道使用方式变得更加动态化，导致实现起来更加困难(例如，通道的使用变化得比信道分配过程的响应时间快很多，由此使其实质上无效)。未来的通信系统可能既不具有中央系统资源管理器也不能够定义地理的复用区域，其结果是，不得不将资源管理分布到所有的用户。
尽管有上述问题，但是越来越多的系统运营商正使用未经许可的频带范围传输信息。由于在未经许可的频带内发射机的数目是不受限制的，因此存在同信道干扰大幅度增加的可能性。由于期望最小程度地约束未经许可的频带中的用户以便鼓励创新，因此这些频带中的同信道干扰问题恶化了。因此，未经许可的频带范围的使用规则通常是以简单规矩的形式来定义的。未经许可的频带内的运营商不必与公共资源同步，因此由于干扰信号在时间上不与期望信号对齐，同信道干扰通常是异步的。此外，这种规矩可能并不要求所有用户使用相同的数据调制，以致不同的用户可能无法对其他用户的传输进行解码以获得对于减轻同信道干扰可能有用的信息。
广为人知的“隐藏节点(hidden nodes)”问题使得频谱共用进一步复杂化了，特别在不同分类的(heterogeneous)用户中。隐藏节点问题出现在当正在探测共享特定信道的可能性的第三用户仅仅能够检测到有效通信链路的两个无线电收发信机中的一个的时候。如果所述第三用户不能检测到当前通信中的有效的用户，则该第三用户会推断这个信道是空的并且开始使用那个信道。
由于上述问题，需要有一种用于在未经许可的通信系统内减小同步和异步的同信道干扰的方法和装置。
附图说明
图1示出了根据本发明优选实施例的通信系统的框图。
图2到图6示出了根据本发明的优选实施例的信道预留方案。
图7示出了根据本发明优选实施例的节点的框图。
图8示出了根据本发明的可选实施例地节点的框图。
图9是示出图7和图8中节点的操作的流程图。
具体实施方式
为了解决上述需要，这里提供了用于减少通信系统内的干扰的装置和方法。具体来说，提供了一种通信系统，其允许多个用户对通过使用某些传输的持续时间和开始或停止时间以便发信号通知后续传输的开始时间和持续时间，来传送它们的通道使用时间周期。使用可能不同的通信协议和不同的调制技术的其他系统用户能测量所接收的传输的持续时间和开始或停止时间，并且根据持续时间和开始或停止时间推算信道的使用。
由于接收到的传输的持续时间和开始或停止时间对不同传输的开始时间和持续时间进行推算，因此缓和了典型的隐藏端点问题。此外，由于改善信道效率并减少由于传输冲突而引起的数据丢失，为未经授权的频谱增强了系统容量和服务质量。
现在关注附图，其中相同的数字表示了相同的元件，图1是根据本发明的优选实施例的通信系统100的框图。如图所示，通信系统100包括多个无线电收发信机(或节点)101-104，分别能够发送和接收通信。尽管仅仅示出了四个无线电收发信机，但是本领域普通技术人员能够认识到，任一地理区域可以包含多个无线电收发信机，各发送和接收使用多个通信系统协议中的一种。例如，容易想见，通信系统100内的节点可以应用IEEE 802.11b Wi-Fi^TM(WLAN)协议，而其它可以使用Bluetooth^TM协议、IEEE 802.15.3 WiMedia^TM(WPAN^TM)协议或IEEE 802.15.4(ZigBee^TM)系统协议。将能够根据本发明增强这些协议，以便在通信系统100中更有效率地工作。此外，通信系统100内的节点可以使用任意一种下一代蜂窝协议的增强版本，例如但不限于cdma2000、或宽带CDMA。因此，根据本发明的优选实施例，通信系统100包括多个应用多种通信系统协议的无线电收发信机，均在特定频带内发送和接收。
如上所述，用户在相同信道(例如，频带，时隙，或扩展码)内进行传输导致通信系统100内的相当大的干扰。在隐藏节点问题中描述了这样的同信道干扰的例子。在这样的方案中，节点102和103正在与彼此通信。为了避免在其他节点正在传输时进行传输，节点101和104对来自102和103的传输的检测进行监视。然而，在隐藏节点问题中，节点101能够检测到来自节点102的传输，但是由于从节点103到节点101的传播损耗太高，因此不能检测到来自节点103的传输。同样地，节点104能够检测到来自节点102的传输，但是由于从节点102到104的传输损耗太高，因此不能检测到来自节点102的传输。因此，在节点103和102(分别地)进行传输的这段时期内，节点101和104可能也进行传输，这导致了节点102和103的同信道干扰。换句话说，由于节点101不能检测到节点104的传输，因此节点101不知道节点104正在进行传输，并且可能与节点104同时传输。由此节点102将接听到同时来自两个节点101和104的传输。同样的情况也发生在节点104的传输中。
为了解决同信道干扰，在本发明的同步传输的优选实施例中，提出了一种信道使用方案(或规矩)，允许检测到未从节点传输的测量结果中检测出的节点的传输干扰参数。具体来说，定义了一种信道结构，其利用分组的关联性，以致对于一个分组的持续时间和/或开始/停止时间的检测唯一地定义了关联分组的开始时间和持续时间。具体来说，通信系统100内的节点确定了第一发射机(远程单元)的传输持续时间，并且根据持续时间和开始/停止时间，该节点推算出第二发射机的开始时间和持续时间。随后该节点可以在避免与第一和第二发射机发生干扰的时段期间进行传输。通过由所有节点将传输持续时间与特定分组对关联起来而完成上述方案。这样的分组信道结构的例子示出在图2中，其中每一分组的持续时间是唯一的。这个例子中，1_A＜2_A＜3_A＜1_B＜2_B＜3_B，这里N_x(例如，1_A)表示分组的持续时间。尽管图2示出了持续时间的有限集合，但本领域技术人员可以理解，根据持续时间分组A和B之间的已定义的关系，持续时间的无限集合也是可行的。例如，诸如N_B＝e^NA是这样定义的，在N_A的取值范围内N_B总是大于N_A的。同时也应该理解的是，通过将各同步分组对封装在一起而不是按时间分布这些分组对，该例子所示的分组的相邻时间位置可以改善同步和异步数据传输中的共存性。
上述信道结构允许在不能用以它方式彼此通信的异类(heterogeneous)设备间(例如，由于使用了不同的通信协议)、或者在信号质量不足以对分组进行解码的同类(homogeneous)设备间实现高效的频谱时域共享。分组信道结构通过可变的分组大小提供了数据速率的高灵活性。对于同步数据，定义了帧周期或重复延迟时间，并且根据在当前帧周期期间的传输的测量结果，将分组对的固有预留时间推算为推迟一个帧周期，从而促进实时应用的高服务质量。为异步数据描述了另一种包括分组序列的信道结构(即，不需要通信设备之间的公共时钟)，其中一个分组的传输持续时间和开始/停止时间的检测结果(或者是请求发送(RTS)分组，或者是清除发送(CTS)分组)预留完成分组序列的时间，该分组序列包括可变持续时间数据分组和确认分组，替代地，也可以是确认已接收分组。
这样一种用于同步数据的信道预留方案示出在图3中。如图所示，节点102与节点103在当前帧中传输分组。假定是在相似的频率上进行传输。节点101检测到来自节点102的分组A，但是无法检测来自节点103的分组B。然而，由于检测到的分组A的持续时间和开始/停止时间唯一地定义了关联的分组B的开始时间和持续时间两者，因此节点101可以确定节点102正在分组B期间进行接收并且在当前帧中预留该分组时间。为了防止与节点102发生干扰，节点101将避免在那段时间周期内在该信道上进行传输。此外，由于分组检测隐含地推算了随后的帧中的预留时间，所以如图所示，分组A和B的分组时间是在下一帧中预留的。类似地，节点104检测到来自节点103的分组B，但是无法检测来自节点102的分组A。一旦检测到分组B，节点104在下一个帧中为分组A和B预留分组时间。
注意，由于节点104无法检测分组A，来自节点104的冲突可能会在第一次传输分组A时出现。确保分组A的持续时间较短能将这一冲突最小化。为分组A和B两者进行的分组时间预留是在下一个帧中推算的，并且可以在之后逐帧地延伸。为了在下一个帧中预留分组时间，必须知道帧周期。帧周期可以是不变的或可变的，并且可以通过其他方法传送或更改。在本发明的优选实施例中，帧周期是不变的并且被所有的节点所知。
在可选实施例中，A或B的传输持续时间定义了帧周期，并且其中同时地使用多个帧周期的组合。如果帧周期与2的幂有关，例如，帧周期与1、2、4等成比例，则多个帧周期可以更高效地共存。例如，可以使用分组的持续时间定义帧周期，其中每一分组持续时间与预定的帧周期相关；即，各分组对，以及各种不同的帧周期同时地共存。
尽管分组持续时间和开始/停止时间是唯一地定义关联分组的开始时间和持续时间的优选实施例，但是本领域的一名普通技术人员能够认识到也可以使用仅需要信号检测并且不对分组进行解码的其他特征。例如，另一个特征可以是利用编码；例如，在分组传输期间的、其脉冲模式定义了关联分组的开始时间和持续时间的多个功率脉冲。另一个例子是码元速率，其中可以使用码元速率检测器对码元传输所用的速率特性进行检测，以便定义相关分组的开始时间和持续时间。
下文描述了用于异步数据的分组预留和信道结构的优选实施例。本发明的优选实施例还可以应用于单个非重现的分组预留序列。这是典型的请求发送(RTS)/清除发送(CTS)序列的扩展，其中为后续分组预留的时间是可变的，并且使用仅仅需要信号检测的装置进行传送。
优选实施例使用RTS/CTS传输的持续时间和开始或停止时间唯一地定义后继分组的持续时间和时间位置。这是在图4中示出的。如图所示，所有序列中的分组A和分组B分别被用于传输RTS和CTS。分组C是可变持续时间的数据包(来自于预定持续时间的有限集合)，而分组D是确认(ACK)分组。在这个例子中，1_D＝2_D＝3_D＜1_A＜1_B＜2_A＜2_B＜3_A＜3_B＜1_C＜2_C＜3_C，这里Nx(例如1_D)表示分组的持续时间。如先前上所述，依据分组持续时间之间的定义关系，持续时间的无限集合也是可行的。由于分组A和B的持续时间是唯一的，因此分组A的持续时间和开始或停止时间可以用于唯一地定义分组B、C和D的时间位置和持续时间。类似地，分组B的持续时间和开始或停止时间可以用于唯一地定义分组C和D的时间位置和持续时间。如先前所述，具有开始或停止时间的编码(通过开关定时编码的多个功率脉冲)或码元速率也可以用于定义分组B、C和D的持续时间和时间位置。
上述方案的替代方案是使用RTS和CTS来发起具有连续可变的持续时间的分组序列。这个序列的持续时间可以是“开放式的”；即，无需由RTS和CTS定义持续时间。然而，该序列在数据分组之后，通过传输确认(ACK)分组和确认已接收(ACK-RCV)分组来终止。图5示出了两个不同的持续时间数据包，其中分组A和B分别是RTS和CTS，分组C是具有连续可变的持续时间的数据分组，分组D和E分别是ACK和ACK-RCV。这个例子中使用持续时间1_A＝2_A＝1_B＝2_B＜1_D＝2_D＜1_E＝2_E＜X_C，其中X_C是任意数据分组的持续时间。注意，分组D的持续时间和开始或结束时间唯一地定义了分组E的持续时间和时间位置以及分组序列的结束。同样地，分组E的持续时间和开始或结束时间唯一地定义了分组序列的结束。在没有接收到分组D和分组E的情况下，可以使用预定的超时时间来默认地终止这个序列。
再次参考上述的隐藏端点问题的例子，在图6中示出非重现分组的分组预留操作，其中分组A和B的持续时间和开始或停止时间定义了分组序列的其余部分。换句话说，确定传输的持续时间和开始或停止时间向其他用户表明了未来的信道使用时间。节点101检测到来自节点102的已发送分组A，但无法检测来自节点103的分组B。然而，根据分组信道结构，检测到的分组A的持续时间和开始或停止时间唯一地定义了关联分组B、C和D的开始时间和持续时间两者。因此，节点101可以确定节点102正在分组B和D期间进行接收，在分组C期间进行发送，并且预留关联分组的时间。类似地，节点104检测到来自节点103的分组B，但是无法检测来自节点102的分组A或C。一旦检测到分组B，节点104为分组C和D预留分组时间。注意，由于节点104无法检测到分组A，所以在分组A期间可能存在来自节点104的冲突。确保分组A的持续时间较短能将这一冲突最小化。
当使用ACK和ACK-RCV分组(用于实现连续可变的数据分组持续时间)时，节点101与节点104根据检测结果和分组A和/或分组B，连续地预留时间，直到分组E的结束。由于分组D和E的预定持续时间和相对时间位置，因此检测到分组D或E唯一地定义了分组序列的结束。如上所述，可以在没有没有检测到分组D和E的情况下使用超时。
图7示出了根据本发明优选实施例的节点700的框图。如图所示，节点700包括频谱分析仪701、接收机702、发射机703以及逻辑电路704。在本发明的优选实施例中，频谱分析仪701是被设计用于分析接收信号以确定传输的持续时间和开始或停止时间的电路。例如，频谱分析仪可以包括简单的电路，例如带通滤波器，其后跟随有功率检测器电路。接收机702和发射机703是众所周知的部件，被设计为使用接收机700工作所用的协议/信道来进行工作。例如，对于使用802.11b系统协议的系统，发射机703和接收机702是增强的802.11b部件，用于使用802.11b系统协议和本发明进行发送/接收。最后，逻辑电路704优选地是微处理器/控制器，例如但不限于摩托罗拉的PowerPC微处理器。
在工作期间，接收机702接收在特定频带上传输的所有信号(如果有的话)，对该信号进行降频转换并且将降频转换后的信号输出到频谱分析仪701。频谱分析仪对特定频带上任何传输信号(不仅仅是收发信机700所使用的协议)的接收功率的上升和下降时间进行分析，并且将该信息递送至逻辑电路704。逻辑电路704分析传输持续时间，并且根据传输持续时间推算其他节点什么时侯将开始传输。根据推算结果，逻辑电路704指示发射机703在预定时段期间进行传输，其中这样的发送限制了对周围节点的干扰。
明显的，为了使通信系统100最有效率地工作，在通信系统100内工作的所有节点必须服从与传输的持续时间和时间位置有关的预定规则。换句话说，具有特定持续时间的分组的传输意味着第二资源将在一帧或多帧内占用第二持续时间/时间位置。这样的信息可以以表格形式预存在所有的节点内，或替代地也可以从公共资源那里下载。表格1和2示出了根据本发明优选实施例的简单的分组持续时间表格。在本发明的优选实施例中，每一帧由时间单位组成，传输占用了数目为n个的时间单位。