專(zhuān)利名稱(chēng)：多路并行傳輸寬帶高速跳頻通信方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種使用相對(duì)低速的芯片構(gòu)成可進(jìn)行高速寬帶傳輸信號(hào)的系統(tǒng)，屬于無(wú)線通信的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
Internet和移動(dòng)通信已成為信息產(chǎn)業(yè)中增長(zhǎng)最快的兩大領(lǐng)域，業(yè)務(wù)綜合和多媒體化是通信業(yè)務(wù)發(fā)展的重點(diǎn)，寬帶無(wú)線多媒體通信正成為新的熱點(diǎn)。由于信息媒體多樣，數(shù)據(jù)量巨大，對(duì)無(wú)線多媒體傳輸?shù)膶拵?、高速需求越?lái)越明顯，因此要求通信系統(tǒng)的傳輸速率必須足夠高，這使得頻率資源和寬帶高速應(yīng)用以及大容量之間的矛盾變得越來(lái)越突出，任何能夠低成本地解決這些矛盾的方法都有巨大的應(yīng)用前景。
為了實(shí)現(xiàn)寬帶高速無(wú)線多媒體通信，近年來(lái)國(guó)際上提出了不少新方法，例如以IEEE 802.11和HiperLAN為代表的無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN，Wireless Local AreaNetwork)，以Bluetooth(藍(lán)牙系統(tǒng))為代表的無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN，WirelessPersonal Area Network)等等，其出發(fā)點(diǎn)都是以小區(qū)域應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用，解決上述矛盾。尤其是藍(lán)牙等無(wú)線個(gè)域網(wǎng)通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，使嵌入式無(wú)線電的概念悄然興起。這種嵌入式無(wú)線電芯片的應(yīng)用，在將來(lái)可能會(huì)無(wú)所不在，價(jià)格也會(huì)越來(lái)越便宜。另外，由于其應(yīng)用場(chǎng)合大多是存在大量同類(lèi)應(yīng)用的用戶或工作在同一頻段的其它通信系統(tǒng)，故要求必須具有多址接入和抗干擾的能力，因此這些系統(tǒng)均使用擴(kuò)頻和碼分多址技術(shù)。
但是現(xiàn)在的一些系統(tǒng)，要么信息傳輸速率較低(如藍(lán)牙系統(tǒng)的基帶符號(hào)速率僅為1Mbps)，要么采用較為復(fù)雜的調(diào)制方式(如WLAN的幾種系統(tǒng)中對(duì)于高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用多采用OFDM方式)，從而使得成本太高。因此，解決成本與速度之間的矛盾，即如何用相對(duì)低速的低成本芯片構(gòu)成高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)具有重要的實(shí)用意義。

發(fā)明內(nèi)容
(1)發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種使用相對(duì)低速的芯片構(gòu)成可進(jìn)行寬帶高速多媒體傳輸?shù)亩嗦凡⑿袀鬏攲拵Ц咚偬l通信方法及裝置(2)技術(shù)方案本發(fā)明基于跳頻-碼分多址(FH-CDMA)原理和嵌入式無(wú)線電的概念，提出用多路并行傳輸?shù)姆椒▉?lái)提高系統(tǒng)的信息傳輸速率，即用數(shù)據(jù)傳輸速率為R的嵌入式無(wú)線電芯片，實(shí)現(xiàn)峰值數(shù)據(jù)傳輸速率為NR的多鏈路并行傳輸無(wú)線通信系統(tǒng)，做出數(shù)據(jù)傳輸速率為R、2R、3R，…，NR的系列產(chǎn)品；在跳頻通信系統(tǒng)中，在信源信宿間建立多條一一對(duì)應(yīng)的N個(gè)傳輸和接收信道，將一個(gè)待傳輸?shù)摹按笪募狈指畛蒒個(gè)“小文件”，采用多路無(wú)線信道并行傳輸和接收的方法，分割后的“N”個(gè)小文件同時(shí)并行傳輸和接收，最后經(jīng)過(guò)合成復(fù)原為原“大文件”，使原“大文件”的傳輸速度提高了N倍；該裝置由微處理器、跳頻圖案產(chǎn)生器、基帶數(shù)據(jù)分解與合成器、信源信宿模塊、跳頻頻率合成器、調(diào)制解調(diào)器、動(dòng)率放大器、時(shí)分雙工器所組成，其中有“N”組相同的跳頻頻率合成器、調(diào)制解調(diào)器、功率放大器、時(shí)分雙工器組成多信道，微處理器分別接跳頻產(chǎn)生器、基帶數(shù)據(jù)分解與合成器、信源信宿模塊、功率放大器、時(shí)分雙工器，跳頻圖案產(chǎn)生器還與路頻頻率合成器相接，基帶數(shù)據(jù)分解與合成器還分別與調(diào)制解調(diào)器、信源信宿模塊相接。
在發(fā)送端，信源根據(jù)通信協(xié)議確定可用的物理鏈路數(shù)目，從而通過(guò)微處理器或計(jì)算機(jī)及其軟件來(lái)控制基帶數(shù)據(jù)分解與合成單元，根據(jù)通信協(xié)議將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組成符合協(xié)議格式的數(shù)據(jù)分組，然后根據(jù)適當(dāng)?shù)牧髁靠刂茩C(jī)制將各數(shù)據(jù)分組分配到并行信道，經(jīng)射頻單元將數(shù)據(jù)分組發(fā)射出去。其中，由于系統(tǒng)自身存在的干擾以及所處工作環(huán)境中的外界干擾特性，必須由跳頻圖案產(chǎn)生器來(lái)協(xié)調(diào)和控制各跳頻頻率合成器，以使跳頻碰撞概率最小，從而使整個(gè)系統(tǒng)的傳輸性能達(dá)到最佳。在接收端，信宿通過(guò)微處理器或計(jì)算機(jī)及其軟件來(lái)控制基帶數(shù)據(jù)分解與合成單元，將來(lái)自各并行鏈路上的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行緩沖、排序和重組。
隨著軟件無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展，利用目前及不斷推出的標(biāo)準(zhǔn)器件及芯片，可通過(guò)多鏈路并行處理技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，即在信源信宿間建立多條一一對(duì)應(yīng)的物理連接，其本質(zhì)就是將多信道概念應(yīng)用于跳頻系統(tǒng)中，這是本發(fā)明的創(chuàng)新之一。
在所討論的這樣一個(gè)通信環(huán)境中進(jìn)行通信，外界的因素及各并行鏈路之間的碰撞，會(huì)給各鏈路上的通信造成干擾，而各種通信協(xié)議為提高通信的可靠性，會(huì)采用ARQ等機(jī)制。這樣當(dāng)各鏈路上的干擾很?chē)?yán)重時(shí)，考慮到可能會(huì)造成數(shù)據(jù)積壓或丟棄，導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)載很重時(shí)，各鏈路的隊(duì)列長(zhǎng)度差別很大，所以并行鏈路的流量控制算法就顯得尤為重要，該算法力求減小數(shù)據(jù)包重組時(shí)延，從而減小接收端緩沖區(qū)的占用，提高系統(tǒng)的性能，充分而公平的利用各個(gè)物理鏈路的帶寬，使總的信息傳輸速度達(dá)到最大。
(3)技術(shù)效果本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、利用跳頻-碼分多址原理，采用多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率為R的嵌入式無(wú)線電芯片，實(shí)現(xiàn)了峰值速率為NR的數(shù)據(jù)傳輸。
2、可以根據(jù)需要，得到數(shù)據(jù)傳輸速率為R、2R、3R，…，NR的系列產(chǎn)品，成本低廉。
3、可以和現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)(例如藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)或IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)等)兼容，嵌入式無(wú)線電芯片、跳頻圖案產(chǎn)生器以及通信協(xié)議等部分都可以參考或采用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)。
4、跳頻-碼分多址系統(tǒng)具有較強(qiáng)的多址能力和抗干擾能力，適合于干擾較多、電磁環(huán)境惡劣的各種應(yīng)用場(chǎng)合。
5、參與通信的各模塊之間是對(duì)等的，沒(méi)有基站的概念，它們可以根據(jù)通信需要實(shí)現(xiàn)無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)。
6、發(fā)明所使用的通信協(xié)議與現(xiàn)有協(xié)議基本一致，只是在原有的基礎(chǔ)上增加了一層軟件；而基帶處理和射頻單元未做任何改動(dòng)。在各種射頻芯片價(jià)格相對(duì)便宜的條件下，不失為提高傳輸速率的解決方案。當(dāng)更高版本的射頻傳輸模塊推出后，利用本發(fā)明所提出的多鏈路并行處理方案，可滿足更高的傳輸速率要求，因此該發(fā)明提出的是一種可持續(xù)發(fā)展的方案。
四

圖1是本發(fā)明的原理框圖，該裝置包括微處理器1、跳頻圖案產(chǎn)生器2、通信協(xié)議3、基帶數(shù)據(jù)分解與合成器4、信源信宿模塊5、跳頻頻率合成器件6、調(diào)制解調(diào)器7、功率放大器8、時(shí)分雙工器9，其中有“N”組相同的跳頻頻率合成器6、調(diào)制解調(diào)器7、功率放大器8、時(shí)分雙工器9組成多信道。
圖2是愛(ài)立信藍(lán)牙射頻模塊PBA31301框圖。
圖3是多路并行傳輸?shù)囊粋€(gè)實(shí)現(xiàn)示意圖。
圖4是多路并行傳輸?shù)牧硪粚?shí)現(xiàn)示意圖。
五具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，在附圖1中1、微處理器或計(jì)算機(jī)是跳頻圖案產(chǎn)生器、通信協(xié)議、基帶數(shù)據(jù)分解與合成程序以及上層應(yīng)用軟件的運(yùn)行平臺(tái)。其中跳頻圖案產(chǎn)生器、通信協(xié)議以及基帶數(shù)據(jù)分解與合成的運(yùn)算量不是很大，只需一般的16位甚至8位微處理器就能勝任。但不同應(yīng)用的上層應(yīng)用軟件的復(fù)雜程度差別很大，對(duì)于較復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，例如用作藍(lán)牙局域網(wǎng)無(wú)線接入點(diǎn)，由于上層應(yīng)用軟件包括TCP/IP協(xié)議，并且微處理器應(yīng)能連接網(wǎng)絡(luò)適配器，因此我們考慮選用高速的32位微處理器，如摩托羅拉的MCF5272。
2、跳頻圖案產(chǎn)生器對(duì)并行信道的頻率碰撞進(jìn)行檢測(cè)，并據(jù)此控制跳頻頻率合成器，使整個(gè)跳頻系統(tǒng)的碰撞概率盡可能小。實(shí)際上原單路跳頻系統(tǒng)的通信協(xié)議(如藍(lán)牙通信協(xié)議或802.11通信協(xié)議)中包含有跳頻圖案產(chǎn)生器，但它是基于單路跳頻的，而本發(fā)明的重要內(nèi)容之一就是實(shí)現(xiàn)了多路并行跳頻系統(tǒng)的跳頻圖案的產(chǎn)生。跳頻圖案產(chǎn)生器根據(jù)調(diào)制解調(diào)器給出的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)各個(gè)鏈路進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)有頻率碰撞就控制相應(yīng)的跳頻頻率合成器根據(jù)先進(jìn)的規(guī)則進(jìn)入搜索新的建鏈頻點(diǎn)狀態(tài)，直到建立起新的鏈路。對(duì)等方也應(yīng)執(zhí)行相應(yīng)的操作。這種自適應(yīng)跳頻機(jī)制保證了通信的持續(xù)、可靠的進(jìn)行。
3、通信協(xié)議采用了原單路跳頻系統(tǒng)(如藍(lán)牙或802.11)通信協(xié)議的一部分，在此基礎(chǔ)上加上位實(shí)現(xiàn)并行處理技術(shù)而設(shè)計(jì)的有關(guān)算法及機(jī)制。例如，建鏈之前，必須以某種方式枚舉數(shù)據(jù)源端和目標(biāo)端設(shè)備上可參與并行傳輸?shù)膯温窡o(wú)線通信模塊，從而才可確定鏈路的數(shù)目；另外，還要解決逐一和對(duì)方多個(gè)單路無(wú)線通信模塊建立物理連接的問(wèn)題。建立并行連接之后，還要對(duì)鏈路進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控、管理。在通信過(guò)程中要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包、拆包，并給數(shù)據(jù)包加上或去掉一層層的包頭；并且還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編解碼。這些都由通信協(xié)議來(lái)完成。
4、基帶數(shù)據(jù)分解與合成模塊可以看作是為了實(shí)現(xiàn)多路并行通信而外加的一層通信協(xié)議，在此我們把它從通信協(xié)議中獨(dú)立出來(lái)作一個(gè)說(shuō)明。在發(fā)送端該模塊根據(jù)各條鏈路的工作情況把信源來(lái)的數(shù)據(jù)分組，編號(hào)并分配到各鏈路。在接收端該模塊把接收到的數(shù)據(jù)片組合起來(lái)，形成完整的數(shù)據(jù)文件。
5、信源/信宿模塊可以是任何采集、產(chǎn)生、記錄、處理數(shù)據(jù)的設(shè)備。例如，計(jì)算機(jī)、PDA、手機(jī)、掃描儀等等。
6、跳頻頻率合成器、調(diào)制解調(diào)器、低噪聲放大器、功率放大器、時(shí)分雙工器可以用現(xiàn)成的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如愛(ài)立信藍(lán)牙射頻模塊PBA 31301。
多路并行傳輸寬帶高速跳頻通信系統(tǒng)的框圖如圖1所示。該系統(tǒng)由微處理器或計(jì)算機(jī)、射頻單元(包括跳頻頻率合成、調(diào)制解調(diào)、功率放大及低噪聲放大、時(shí)分雙工等部分)、相關(guān)軟件(包括跳頻圖案產(chǎn)生器、通信協(xié)議、基帶數(shù)據(jù)分解與合成)以及信源/信宿等模塊組成。其中，射頻單元一般是嵌入式無(wú)線電芯片，本發(fā)明將使用i(i≥1)個(gè)這樣的嵌入式無(wú)線電芯片。
在跳頻通信系統(tǒng)中，在信源信宿間建立多條一一對(duì)應(yīng)的N個(gè)傳輸和接收信道，將一個(gè)待傳輸?shù)摹按笪募狈指畛蒒個(gè)“小文件”，采用多路無(wú)線信道并行傳輸和接收的方法，分割后的“N”個(gè)小文件同時(shí)并行傳輸和接收，最后經(jīng)過(guò)合成復(fù)原為原“大文件”，使原“大文件”的傳輸速度提高了N倍。
該裝置由微處理器1、跳頻圖案產(chǎn)生器2、基帶數(shù)據(jù)分解與合成器4、信源信宿模塊5、跳頻頻率合成器6、調(diào)制解調(diào)器7、動(dòng)率放大器8、時(shí)分雙工器9所組成，其中有“N”組相同的跳頻頻率合成器6、調(diào)制解調(diào)器7、功率放大器8、時(shí)分雙工器9組成多信道，微處理器1分別接跳頻產(chǎn)生器2、基帶數(shù)據(jù)分解與合成器4、信源信宿模塊5、功率放大器8、時(shí)分雙工器9，跳頻圖案產(chǎn)生器2還與路頻頻率合成器6相接，基帶數(shù)據(jù)分解與合成器4還分別與調(diào)制解調(diào)器7、信源信宿模塊5相接。
圖1中的單路無(wú)線通信單元采用藍(lán)牙模塊，通信協(xié)議為藍(lán)牙協(xié)議，構(gòu)成的跳頻系統(tǒng)即為藍(lán)牙系統(tǒng)。那么圖1中的跳頻頻率合成器、調(diào)制器、解調(diào)器、功率放大器及低噪聲功率放大器以及時(shí)分雙工器就均采用藍(lán)牙協(xié)議中的相應(yīng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)。例如，根據(jù)藍(lán)牙協(xié)議，調(diào)制器采用高斯頻移鍵控(FSK)調(diào)制，調(diào)制指數(shù)為k＝0.3。邏輯1發(fā)送正的頻偏，邏輯0發(fā)送負(fù)的頻偏。解調(diào)可簡(jiǎn)單的通過(guò)一個(gè)限制的FM鑒別器來(lái)完成。我們擬采用Ericsson公司的藍(lán)牙芯片作為硬件平臺(tái)。下面我們以此系統(tǒng)為例介紹兩個(gè)實(shí)施例子以最簡(jiǎn)單的文件傳輸應(yīng)用為例，我們不改變藍(lán)牙協(xié)議堆棧的任何地方，只是在自己的文件傳送軟件中完成所有的工作。發(fā)送端文件傳送軟件負(fù)責(zé)將大文件進(jìn)行切割，編號(hào)，然后發(fā)送。接收端軟件負(fù)責(zé)接收、排序并組合得到原始文件。這樣，文件的傳輸速率可提高到幾兆，通過(guò)藍(lán)牙下載一個(gè)10M的軟件或一首4M的MP3歌曲只需幾秒，這種時(shí)延是可忍受的。
把該方案應(yīng)用于基于藍(lán)牙技術(shù)的PSTN網(wǎng)關(guān)和無(wú)線LAN接入點(diǎn)設(shè)備，研制完成的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)設(shè)備不僅適用于藍(lán)牙手機(jī)接入PSTN，而且，同時(shí)適用于PC、便攜筆記本電腦和PDA隨時(shí)隨地?zé)o線接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在機(jī)場(chǎng)、車(chē)站、賓館、商業(yè)寫(xiě)字樓、中小企業(yè)和家庭都具有潛在市場(chǎng)。這種無(wú)線接入方式只要一旦被人們認(rèn)識(shí)和接受，將帶給人們?nèi)碌慕尤胗?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的方法，必然形成真正的市場(chǎng)需求，對(duì)電信設(shè)備制造業(yè)、數(shù)據(jù)通信經(jīng)營(yíng)業(yè)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
權(quán)利要求
1.一種多路并行傳輸寬帶高速跳頻通信方法，其特征在于在跳頻通信系統(tǒng)中，在信源信宿間建立多條一一對(duì)應(yīng)的N個(gè)傳輸和接收信道，將一個(gè)待傳輸?shù)摹按笪募狈指畛蒒個(gè)“小文件”，采用多路無(wú)線信道并行傳輸和接收的方法，分割后的“N”個(gè)小文件同時(shí)并行傳輸和接收，最后經(jīng)過(guò)合成復(fù)原為原“大文件”，使原“大文件”的傳輸速度提高了N倍。
2.一種適用于權(quán)利要求1所述的多路并行傳輸寬帶高速跳頻通信裝置，其特征在于該裝置由微處理器(1)、跳頻圖案產(chǎn)生器(2)、基帶數(shù)據(jù)分解與合成器(4)、信源信宿模塊(5)、跳頻頻率合成器(6)、調(diào)制解調(diào)器(7)、動(dòng)率放大器(8)、時(shí)分雙工器(9)所組成，其中有“N”組相同的跳頻頻率合成器(6)、調(diào)制解調(diào)器(7)、功率放大器(8)、時(shí)分雙工器(9)組成多信道，微處理器(1)分別接跳頻產(chǎn)生器(2)、基帶數(shù)據(jù)分解與合成器(4)、信源信宿模塊(5)、功率放大器(8)、時(shí)分雙工器(9)，跳頻圖案產(chǎn)生器(2)還與路頻頻率合成器(6)相接，基帶數(shù)據(jù)分解與合成器(4)還分別與調(diào)制解調(diào)器(7)、信源信宿模塊(5)相接。
全文摘要
多路并行傳輸寬帶高速跳頻通信方法及裝置是一種使用相對(duì)低速的芯片構(gòu)成可進(jìn)行高速寬帶傳輸信號(hào)的系統(tǒng),屬于無(wú)線通信的技術(shù)領(lǐng)域。其方法是在跳頻通信系統(tǒng)中,在信源信宿間建立多條一一對(duì)應(yīng)的N個(gè)傳輸和接收信道,將一個(gè)待傳輸?shù)摹按笪募狈指畛蒒個(gè)“小文件”,采用多路無(wú)線信道并行傳輸和接收的方法,分割后的“N”個(gè)小文件同時(shí)并行傳輸和接收,最后經(jīng)過(guò)合成復(fù)原為原“大文件”,使原“大文件”的傳輸速度提高了N倍;該裝置由微處理器、跳頻圖案產(chǎn)生器、基帶數(shù)據(jù)分解與合成器、信源信宿模塊、跳頻頻率合成器、調(diào)制解調(diào)器、動(dòng)率放大器、時(shí)分雙工器所組成,其中有“N”組相同的跳頻頻率合成器、調(diào)制解調(diào)器、功率放大器、時(shí)分雙工器組成多信道。
文檔編號(hào)H04B1/69GK1385970SQ0213784
公開(kāi)日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者沈連豐, 宋鐵成, 徐平平, 宋揚(yáng), 毛宇斌, 邱曉華 申請(qǐng)人:南京東大移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)有限公司, 東南大學(xué)