公共的信號發送方法和裝置的製作方法

2023-09-19 08:58:15 3

專利名稱:公共的信號發送方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信領域。具體而言，本發明描述了用於通信設備的公共通信方法。
背景技術：
現在是資訊時代。通過各種不同的通信系統訪問海量信息正在改變著人們工作、自我娛樂和相互通信的方式。更快、功能更強的通信技術正在被持續不斷地開發。此外，這些技術可以具有更為高效地使用頻譜這一優點。對於這些新技術的製造商和設計者而言，實現「互操作性」正在變成越來越有難度的挑戰。
互操作性是一個設備與另一設備通信或者與可以用來聯絡其它通信設備的另一網絡通信的能力。然而，隨著不同通信協議(即通信裝備用來傳送數據的規則)的激增，設計真正的互操作性就不再是微不足道的訴求。
例如，多數無線通信設備利用常規「載波」或者射頻(RF)技術，而其它設備使用電光技術。一般而言，這些通信技術中的每種技術都採用它們自己的通信協議。
另一類通信技術是超寬帶(UWB)。UWB技術在根本上不同於常規形式的RF技術。UWB可以利用「無載波」架構，該架構不要求使用高頻載波生成硬體、載波調製硬體、頻率和相位鑑別硬體或者其它在常規頻域通信系統中利用的設備。
可想而知，在UWB通信之內，有各種不同類型的技術和網絡，每個都具有它們自己的通信協議。例如有區域網(LAN)、個域網(PAN)、無線個域網(WPAN)、傳感器網絡和其它網絡。每種網絡可以具有它自己的通信協議。
因此，存在著對於一種用於通信設備的公共通信方法的需求，該方法將允許更高效地使用頻譜以及不同網絡之間和不同類型通信設備之間的兼容和共存。

發明內容本發明提供一種用於使用未被有效利用的射頻頻帶進行通信的公共通信方法或者協議。
在一個實施例中，在主信標信號中傳送信令信息。設備可以搜尋多個頻率直至它找到主信標信號和包含於主信標信號之內的信令信息。提供一種使得通信設備能夠在發送之前搜尋信令信息的協議或者通信方法。
本發明的一個特徵在於提供用於在廣播電視頻率和其它未被有效利用的頻帶中通信的裝置、系統和方法。在當前的監管體制之下，廣播頻譜中的多個頻帶未被有效利用。本發明的一個特徵提供了一種向自適應通信設備通知可用作通信信道的無線頻率的主信標。
從以下本發明的具體描述以及附圖中，將理解本發明的這些和其它特徵及優點，在附圖中相同的參考標號通篇地指代相同的部分。
圖1是不同通信方法的圖示；圖2是兩個超寬帶脈衝的圖示；圖3是由聯邦通信委員會於2002年4月22日建立的超寬帶發射限制的圖表；圖4圖示了根據本發明一個實施例的通信方法；圖5圖示了根據本發明而構造的收發器無線網絡；圖6圖示了根據本發明一個實施例而構造的自適應通信設備；以及圖7圖示了根據本發明一個實施例的時分多址幀構造。
將理解到，一些附圖或者所有附圖是用於說明的示意性表示圖而沒有必要描繪所述單元的實際相對尺寸或者位置。提供這些附圖是為了說明本發明的一個或多個實施例，明確地理解它們將不被用來限制權利要求
的範圍或者含義。
具體實施方式在以下段落中，將參照附圖通過例子詳細地描述本發明。儘管本發明能夠有多個不同形式的實施例，但是在圖中示出了而且將在這裡詳細地描述具體實施例，但須理解到本公開將被視為本發明原理的例子而本意不在於將本發明限制於所示和所述的具體實施例。也就是，在整個說明書中，所述實施例和例子應當視為典型示例而不是對本發明的限制。省略對公知部件、方法和/或處理技術的描述以免不必要地使本發明難以理解。正如這裡所使用的，「本發明」指代這裡描述的本發明的任何一個實施例以及任何等同方案。另外，在本文中通篇對「本發明」各種特徵的引用並不意味著要求保護的實施例或者方法必須包括所引用的一個或多個特徵。
本發明的一個特徵在於提供用於在廣播電視頻率和其它未被有效利用的頻帶中通信的裝置、系統和方法。在當前的監管體制之下，廣播頻譜中的多個頻帶未被有效利用。本發明的一個特徵提供了一種向自適應通信設備通知可用作通信信道的無線頻率的主信標。多種不同的通信技術可以用來實踐本發明。這些通信技術可以包括基於常規載波的技術和基於超寬帶(UWB)的技術。
常規載波通信技術的一個例子在圖1中示出。IEEE 802.11a是無線區域網(LAN)協議，該協議在約5MHz射頻擴展的情況下在5GHz的中心頻率處發送正弦射頻信號。正如這裡所定義的，載波是由無線電發送器發射以便承載信息的具有指定頻率和幅度的電磁波。802.11協議是載波通信技術的一個例子。該載波包括基本上連續的正弦波形，該波形具有持續時間範圍從數秒到數分鐘的特定窄射頻(5MHz)。
參照圖1和圖2，衝激UWB通信利用例如以納秒或者皮秒間隔(一般而言持續時間是數十皮秒至數納秒)發射的電磁能量離散脈衝。由於這一原因，這類超寬帶常常稱為「衝激無線電」。也就是，與常規載波通信技術相比，UWB脈衝可被發送而不必調製到正弦波或者正弦載波上。這類UWB一般既不要求指定的頻率也不要求功率放大器。
相比而言，超寬帶(UWB)脈衝可以具有2.0GHz的中心頻率和約4GHz的頻率擴展，如圖2中所示，其中圖示了兩種典型UWB脈衝。圖2示出UWB脈衝在時間上越短，它的頻譜擴展就越寬。這是因為帶寬與脈衝的時間持續成反比例。600皮秒的UWB脈衝可以具有約1.8GHz的中心頻率和約1.6GHz的頻率擴展，而300皮秒的UWB脈衝可以具有約3GHz的中心頻率和約3.3GHz的頻率擴展。因此，UWB脈衝一般不在具體頻率之內工作，如圖1中所示。圖2中所示任一脈衝都可以例如通過使用外差作用而在頻率上有所偏移以便具有基本上相同的的帶寬，但是其可以以任何所需頻率為中心。另外由於UWB脈衝在極寬的頻率範圍上擴展，所以UWB通信系統允許很高數據速率(例如100兆比特每秒或者更大)的通信。
另外，由於UWB脈衝在極寬的頻率範圍上擴展，所以例如在一兆赫帶寬中採樣的功率是很低的。例如，一納秒持續時間和一毫瓦平均功率(0dBm)的UWB脈衝在該脈衝所佔用的整個一千兆赫頻帶之上擴展該功率。所得的功率密度因此是1毫瓦除以1,000 MHz的脈衝帶寬或者是0.001毫瓦每兆赫(-30dBm/MHz)。這在多數常規通信系統的信號電平之下，因此不幹擾常規通信信號的解調和恢復。
一般而言，在無線通信的情況下，可以在相對低的功率密度(毫瓦每兆赫)發送各種UWB脈衝。然而，可供選擇的UWB通信系統可以在較高的功率密度進行發送。例如，可以在30dBm至-50dBm之間發送UWB脈衝。
然而，通過多個有線介質發送的UWB脈衝將不會干擾無線射頻傳輸。因此，通過有線介質發送的UWB脈衝的功率(在單個頻率進行採樣)範圍可以從約+30dBm到約-140dBm。
已經提出數種不同的超寬帶(UWB)通信方法。就美國的無線UWB通信而言，所有這些方法都必須滿足由聯邦通信委員會(FCC)在他們於2002年4月22日籤發的「報告與命令(Report and Order)」(ET備案98-153)中近來建立的約束。目前，FCC允許有限的UWB通信，但是隨著UWB系統的部署以及獲得這一新技術的額外經驗，FCC可以拓展UWB通信技術的使用。
4月22日的「報告與命令」要求UWB脈衝或者信號佔用大於20％的部分帶寬或者500兆赫中較小的一個。部分帶寬被定義成高的10dB截止頻率與低的10dB截止頻率之差與高的10dB截止頻率與低的10dB截止頻率之和的商的2倍。具體而言，部分帶寬等式如下 其中fh是高的10dB截止頻率，而fl是低的10dB截止頻率。
換言之，部分帶寬是信號所佔據的信號中心頻率的百分比。例如，具有10MHz中心頻率和2MHz帶寬(例如從9到100MHz)的信號具有20％的部分帶寬。也就是，中心頻率fc＝(fh+fl)/2。
圖3圖示了4月22日的「報告與命令」所強制的對於室內系統的超寬帶發射限制。該「報告與命令」將UWB通信約束到在3.1GHz與10.6GHz之間的頻譜，其中人為發射不得超過-41.3dBm/MHz。該「報告與命令」也針對手持UWB系統、車載雷達系統、醫療成像系統、監視系統、透壁式成像系統、地面穿透雷達和其它UWB系統建立了發射限制。將理解到這裡描述的本發明可以運用於室內和/或室外而且可以是固定和/或移動的。
與電氣電子工程師協會(IEEE)有關聯的通信標準委員會正在考慮多種滿足由FCC建立的這些約束的超寬帶(UWB)無線通信方法。一種UWB通信方法可以發送在7.5GHz FCC分配(從3.1GHz到10.6GHz)之內佔用500MHz頻帶的UWB脈衝。在這一通信方法的一個實施例中，UWB脈衝具有與約500 MHz帶寬相對應的約2納秒持續時間。可以改變UWB脈衝的中心頻率以便將它們置於7.5GHz分配之內任何所需的位置。在這一通信方法的另一實施例中，對並行數據執行反向快速傅立葉變換(IFFT)以產生各自寬約4.125MHz的122個載波。在這一實施例中，也稱為正交頻分復用(OFDM)的所得UWB脈衝或者信號寬約506MHz，並且具有約242納秒的持續時間。它滿足針對UWB通信的FCC規則，因為它是多個相對窄的頻帶載波的聚集而不是因為每個脈衝的持續時間。
由IEEE標準委員會評估的另一UWB通信方法包括發送佔用大於500MHz頻譜的離散UWB脈衝。例如，在這一通信方法的一個實施例中，UWB脈衝持續時間可以從佔用約500MHz的2納秒變化到佔用約7.5GHz帶寬的約133皮秒。也就是，單個UWB脈衝可以佔用基本上所有的通信的整個分配(從3.1GHz到10.6GHz)。
由IEEE標準委員會評估的又一UWB通信方法包括發送持續時間可以約為0.7納秒或者更少以及碼片速率可以約為每秒1.4千兆脈衝的脈衝序列。這些脈衝使用直接序列調製技術來調製而且稱為DS-UWB。設想了在兩個頻帶中的操作，一個頻帶中心在4GHz附近並具有寬1.4GHz的信號，而第二頻帶中心在8GHz附近並具有寬2.8GHz的UWB信號。操作可以出現在UWB頻帶中的任一頻帶或者兩個頻帶中。設想了在約28兆比特/秒與多至1,320兆比特/秒之間的數據速率。
另一種UWB通信方法包括發送經調製的連續載波，其中由發送信號所佔用的頻率佔用了多於所需20％的部分帶寬。在這一方法中連續載波可以在產生頻帶佔用的時間段中進行調製。例如，如果使用二進位相移鍵控(BPSK)以750皮秒的數據時間段來調製4GHz載波，則所得信號可以在4GHz的中心頻率周圍佔據1.3GHz的帶寬。在這一例子中，分數帶寬(fractional bandwidth)約為32.5％。此信號將被視為在上述FCC監管之下的UWB。
因此，以上所述是四種不同的超寬帶(UWB)通信方法。將理解到本發明可以為任一上述UWB方法或者有待開發的其它方法所用。
無論利用什麼類型的通信方法或者技術，設備可以用來通信的一個或多個射頻(RF)都正在變得越來越擁擠。針對越來越多的對於無線通信的用戶需求，FCC已經提出通信設備可以在尚未用來發送TV信號的廣播電視頻率中進行操作(即使用射頻)。
本發明的一個特徵在於提供用於在廣播電視頻率和其它未被有效利用的頻帶中通信的裝置、系統和方法。在當前的監管體制之下，在廣播頻譜中的多個頻帶未被有效利用。一般而言，廣播電視傳輸功率有數十千瓦，其中一些臺的傳輸功率超過一百千瓦。因此，發送信號可以傳播數十英裡、有時甚至是一百公裡或者更遠。為了避免在同一頻率的兩個或者更多TV廣播之間的幹擾，每個廣播載有不同的觀看內容，FCC將具體射頻(RF)頻帶的使用劃分給具體地理區域。因此，每個地理區域具有未使用的RF頻帶。在給定地理區域中通常有多個未使用的電視信道，因為傳輸可能造成對共同信道(即同一RF頻帶)或者相鄰信道臺的幹擾。
例如，針對數位電視分配的當前監管規定了在共同信道臺之間範圍從196.3到273.6公裡的最小間隔。美國的數位電視頻帶一般是從54MHz直至800MHz。分配的頻帶因國家而不同並且可以包括從50MHz直至約1GHz的頻率。這些頻帶通常是不連續的，因為在這些範圍之內的多個頻帶未用於廣播電視。例如，FM頻帶在美國從88MHz延伸到約108MHz，其中飛機導航頻率從約108MHz延伸直至約120MHz。
本發明的一個實施例提供了一種設計用來有助於在這些未被有效利用的頻帶中進行無線通信的協議或者通信方法。眾所周知較低的射頻(RF)頻帶更適合於電磁波傳播。傳播一般被建模成與頻率平方的倒數成比例。因此，在所有其它考慮事項等同的情況下，頻帶越高則傳播距離越短。美國多數當前未經許可的通信設備在2.4GHz頻帶中操作，這些設備包括比如IEEE802.11b/g(WiFi)、BLUETOOTH、一些無線電話這樣的設備。令未經許可的設備感興趣的另一頻帶是802.11a設備在其中操作的5GHz頻帶。正如上文所討論的，超寬帶(UWB)是另一未經許可的設備技術。目前，UWB通信設備在3.1至10.6GHz頻帶中被批准但是限於以MHz為單位而測量的-41.25dBm。此技術看來適合於無線個域網(WPAN)應用和一些無線區域網(WLAN)應用。本發明的一個實施例提供了用於未經許可的設備在佔用比上述頻率更低的頻率的電視廣播頻譜中操作的協議和方法。
在本發明的一個實施例中，主信標信號可以從AM或者FM無線電臺進行廣播，或者作為選擇可以由電視臺廣播。主信標信號可以是由數位電視臺廣播的控制信號；在模擬電視臺的垂直消隱間隔期間發送的信息；從AM或者FM無線電臺發送的子載波數據；或者主信標信號可以由800-900MHz頻帶的蜂窩提供商發送。主信標信號可以包括關於哪些頻帶在本地地理區域之內可用的信息。作為選擇，主信標可以附加地提供發送功率限制和優先級信息或者接入警方、消防和其它優先級服務和優先級用戶。
圖4圖示了根據本發明一個實施例的通信協議或者方法。在步驟10中，通信設備搜尋和監聽頻帶集以尋找主信標。該信標可以通過上文討論的任一RF頻帶進行發送，比如通過從約88MHz至約108MHz的FM無線頻帶發送。舉例而言而且非限制性地，作為選擇，主信標可以在由AM無線電、廣播電視臺或者蜂窩服務提供商佔用的頻譜之內發送。在步驟20中，如果通信設備找到主信標信號，則它監聽主信標以確定哪些頻帶可用於通信，這允許設備確定哪些是可用頻帶(步驟30)。在步驟40中，通信設備然後可以調諧到可用頻帶之一。在步驟50中，通信設備監聽以確定信道是否在使用中或者以別的方式被佔用。如果信道被佔用，則它移到下一可用頻帶。在步驟60中，一旦通信設備找到未佔用或者未使用的頻帶，它就開始發送本地信標信號。在步驟70中，通信設備可以建立與其它通信設備的通信。
在步驟90中，如果通信設備未能找到主信標，則設備搜尋預設頻帶的列表。在步驟100中，通信設備監聽每個頻帶以確定頻帶目前是否被佔用。如果頻帶未被佔用，則它並不通過那一頻帶發送，而代之以在步驟80中搜尋下一預設頻帶。在步驟110中，一旦通信設備已經定位到可用頻帶，它就開始發送本地信標，並且在步驟120中，它可以建立與其它通信設備的通信。當已經在多個通信設備之間建立通信時，它們可以用如上所述的同一方式周期性地檢查主信標。
主信標的內容可以包括但不限於與所給予的網絡服務的類型有關的信息；通信設備已經找到的未佔用頻帶的列表；對於高數據速率通信和低數據速率通信可用的數據速率；以及用於高數據速率通信和低數據速率通信的調製技術。此外，主信標也可以提供附加實用功能的寬頻譜，比如定時信道、測距信道、用於移動站或者具有有限功率後備的其它通信設備的功率保存功能、動態的節點到節點功率發送/接收功率控制功能、網絡狀態/健康/控制狀態提供者、空中再編程鏈路、空中密鑰更新(rekey)鏈路、「關機」功能和用於在網狀網絡中路由更新的方法。這些功能將在下文中逐一描述。
主信標可以通過起到定時信標的作用來提供跨無線網絡的時間精確度。在優選實施例中，不同的PHY將能夠訪問公共信標。例如，具有藍牙功能的設備和具有802.11功能的設備將訪問公共主信標信道。本發明的這一方面將使得跨無線網絡來共享時間信息。通過在無線設備之間共享時間估計，在整個網絡生成高度精確的時間估計變成可能。跨網絡的較高時間準確度具有提供增加容量的可能，尤其是在時分多址(TDMA)網絡中通過允許利用較高時間精確度的TDMA協議來提供增加的容量。
主信標也可以提供與為低帶寬通信設備提供低帶寬通信鏈路的具體射頻頻帶有關的信息。低帶寬消息傳送為需要附加帶寬的用戶節省了帶寬。例如，低帶寬安全傳感器無需利用高帶寬通信鏈路來報告它的狀態信息，由此為其它應用節省了那一高帶寬容量。主信標的這一方面也能夠為通信設備或者具有有限功率後備的其它設備提供功率保存功能。通過提供信息和對低帶寬通信信道的隨後的訪問，主信標可以在行動裝置或者功率有限的設備中實現功率保存。例如，要求低帶寬信道的通信設備將無需監視高帶寬信道以獲取或者傳遞低帶寬信息。以這一方式，功率有限的設備能夠提高它的功率保存，由此確保更久操作。
主信標也可以提供空中再編程鏈路。本發明可以將新的通信算法或者其它編程信息傳遞到通信設備以實現新功能。例如，利用軟體可定義無線電(SDR)的通信設備可以接收允許該通信設備發送新波形的程序。通過提供實時再編程，設備的發送特性或者能力可以隨需改變。由於監管針對軟體可定義無線電和其它認知無線電有所變化，所以主信標可以用來更新軟體和固件以符合於是新的監管。這一空中再編程功能將允許通信設備符合於變化中的監管環境，由此減少設計者、製造商、用戶等重新設計和更換無線設備的成本。
主信標可以提供空中密鑰更新功能。也就是，主信標能夠為安全網絡提供加密密鑰分發功能，由此實現加密設備的空中密鑰更新。此功能可以在通信網絡中提供安全。
主信標也可以提供「關機」功能。無線通信設備可能由於從安全考慮到社會原因等不同的原因而無法在所有場所都被接受。例如，無線通信設備由於飛行安全原因而未被準予在飛機上使用；它們由於人身安全原因而未被準予在醫院中使用；以及它們通常由於社會原因而在電影院中不受歡迎。本發明可以提供允許商務人士和其它人士在有必要時關閉通信設備的關機功能。
主信標的這一方面可以由警方、消防或者其它優先級用戶使用。例如，諸如警方、消防等緊急服務可以通過主信標發送優先級請求，命令使用具體頻率的所有通信設備關機或者尋找另一可用頻率。作為選擇，緊急服務通信設備可以發送包含緊急響應消息的信號。當通信設備從主信標中收到優先級請求時或者從緊急服務通信設備收到緊急響應消息時，它可以退出信道或者停止發送而且將頻譜讓給緊急服務。在這一實施例中，設備可以在退出當前信道之前與其它設備協商所要移到的新信道。作為選擇，通信設備可以立即停止發送。在任一情況下，通信設備可以繼續監聽主信標以確定緊急服務何時退出信道。一旦確定，通信設備可以通過可用頻率重建通信。
主信標可以在網狀網絡中用於路由更新。在移動網狀網絡中的一個問題是向業務已經飽和的節點更新路由信息。通過提供單獨的帶外信令信道，主信標可以向飽和節點提供經更新的路由信息，由此允許它們將業務卸載到不同節點。此外，業務帶寬將不用來承載公共路由信息，該信息將在帶外進行發送而不是佔用數據信道或者比特提供信道。
主信標也可以評定和管理幹擾。收到主信標信號的通信設備可以發送由通信設備的接收器所經歷的幹擾的實際數量。主信標可以在信標信號之內包含此信息，由此傳送與本地幹擾條件有關的信息。這將允許收發器基於目標接收器動態地調節發送功率，由此確保本地幹擾不會阻塞或者以別的方式使得發送降級。此外，發送功率可以根據幹擾進行調節以免超過發射電平。
圖5圖示了本發明的通信協議或者方法可以在其中使用的環境。信標臺130和160向它們的相應覆蓋區140和150發送包含一些或者所有上述信息的主信標信號。在每個覆蓋區之內可以有自適應通信設備D1至D16的多個網絡。網絡N1、N2和N3可以位於信標臺130的覆蓋區140之內。可以設想信標臺130和160的覆蓋區大於自適應通信設備D1至D16的範圍。但是在這方面本發明不應當拘泥於此。當網絡N1、N2和N3被初始化時，它們監聽信標臺130而且以上述方式選擇適當頻率。在這些網絡之內的通信過程之中，自適應通信設備繼續監視由信標臺130廣播的主信標。網絡N4以與上述方式相似的方式對於由信標臺160發送的主信標做出響應。網絡N5在固定信標臺130或者160的範圍以外。自適應通信設備D17至D19可以建立它們自己的網絡N5，其中一個自適應通信設備發送本地信標信號。每個自適應通信設備仍然可以搜尋主信標。本地信標可以發送與可用射頻頻帶有關的信息以及其它信息。
例如，當通信設備已經執行結合圖4描述的步驟時，它發送本地信標，建立本地網絡N5。本地信標包括與將被用於建立本地通信的射頻有關的信息，這阻止了沒有包含於網絡N5中的其它通信設備從而免幹擾。
本地信標可以提供數項功能。一項功能可以是測距信道。也就是，本地信標將使得通信設備能夠起到無線定位信標的作用。通過允許通信設備起到信標節點的作用，定位應用將變得更易於實施。第二通信設備可以參與雙向測距過程。雙向測距實現了很準確的測距而且可以提供室內E-911定位功能。
本地信標也可以提供動態的節點到節點功率發送/接收功率控制。也就是，本地信標可以允許無線鏈路動態地控制由鏈路每端(即每個通信設備)發送的功率以確保只有最小發送功率用來維護鏈路。這在比如網狀聯網這樣的應用中用來確保將本地RF環境保持於維護所有鏈路所需要的最小電平將是有利的。此外，這一發送功率控制功能允許無線設備利用變化中的監管發送功率限制。
本地信標也可以提供已經由本地通信設備建立的網絡的狀態/健康/控制信息。可以通過低帶寬信道提供網絡狀態、健康和控制信息。例如，關於無線網狀網絡中節點可用性更新可以利用低帶寬的帶外頻帶而不佔用高帶寬的信道。
可以使用主信標和本地信標進行操作的通信設備或者自適應通信設備D1-D19可以包括認知無線電(Cognitive Radio)。電氣電子工程師協會(IEEE)已經將認知無線電定義為「一種射頻發送器/接收器，被設計用來智能地檢測無線電頻譜特定頻段當前是否在使用中、並且快速地跳入(以及根據需要跳出)暫時未使用的頻譜而對授權用戶的發送沒有幹擾。」聯邦通信委員會(FCC)已經將認知無線電技術定義為如下技術「這些技術使得被許可人在它們自己的網絡之內以及以協面或者機會主義為基礎共享頻譜訪問的頻譜用戶可以更為密集和高效地使用頻譜。這些技術除包括其它技術之外還特別地包括設備確定它們位置的能力、設備感測鄰居設備頻譜使用的能力、設備改變頻率的能力、設備調節輸出功率的能力、以及甚至於設備警告發送參數和特性的能力。」現在參照圖6和圖7，可以是圖5所示設備D1-D19中任一設備的自適應通信設備的一個實施例可以利用兩個接收器電路180。為求簡潔，此部分將使用D1表示自適應通信設備。第一接收器電路180可以監視一個射頻頻帶f1中基本上連續的主信標信號，而另一接收器電路180在另一射頻頻帶f2中與其它自適應設備通信。在另一實施例(未示出)中，自適應設備D1可以利用一個接收器電路180，而利用如圖7中所示的時分多址(TDMA)幀175來監視主信標。
每個接收器電路180可以包括如一個或多個帶通濾波器和一個或多個低噪聲放大器這樣的部件(未示出)。在這一實施例中，帶通濾波器可以是可調諧的或者是可調節的以便允許不同頻帶通過。以這一方式，自適應設備D1可以如上文描述的那樣搜尋多個頻帶。在一個實施例中，一個接收器電路180可以調諧或者「監聽」其中已經收到主信標的頻帶，允許另一接收器電路180基本上同時通過另一頻帶接收通信。作為選擇，自適應設備D1可以周期性地「監聽」或者「監視」主信標，而將其餘時間效力於在另一頻帶中的通信。
在另一實施例中，自適應設備D1可以僅利用單個接收器電路180。在這一實施例中，單個接收器電路180可以響應於周期性地發送主信標的頻段。自適應設備D1可以在主信標的中斷時段過程中通信，而當主信標出現時「監聽」或者「監視」它。作為選擇，在這一實施例中，自適應設備D1可以在進行通信的頻帶與正在發送主信標的頻帶之間周期性地切換頻帶。以這一方式，自適應設備D1可以監視主信標以獲得更新信息。此信息可以包含對緊急服務帶寬的請求。如果收到這樣的請求，則自適應設備D1可以停止所有頻率的發送而繼續監視信標。一旦緊急服務請求不再出現在信標中，自適應設備D1就可以恢復正常通信。
參照圖7，TDMA幀175可以構造成包括用於監視主信標的時隙190和用於通信數據的時隙200。主信標時隙190可以比通信數據時隙200具有更低的佔空比。自適應設備D1還可以包含地理位置技術，比如全球定位系統(GPS)技術。具有地理定位功能的自適應設備D1還可以包含資料庫，該資料庫具有通過地理定位參考的可用頻帶的列表。這類自適應設備D1可以搜尋在它的地理定位中報告為可用的頻率，在發送之前監聽「空白的(clear)」或者可用的信道。
根據本發明實施例而構造的自適應通信設備D1可以利用低數據速率收發器和高數據速率收發器。自適應通信設備D1可以是電話、個人數字助理、便攜計算機、膝上型計算機、桌上型計算機、主機計算機、視頻監視器、計算機監視器或者利用自適應技術的任何其它設備。作為選擇，自適應通信設備D1可以利用允許它同時或者依次監聽多個頻率的搜尋技術。
低數據速率收發器一般使用少量能量，而高數據速率的收發器一般使用明顯更多的能量。本發明的一個優點在於，利用低數據速率收發器和高數據速率收發器的自適應通信設備D1可以將低數據速率(LDR)部分用於發現(主信標)、控制、網絡登錄和協議協商，而關閉使用高數據速率(HDR)部分，由此保存功率和延長電池壽命。例如，LDR收發器可以向本地自適應設備或者網絡發送信號而且發現它的通信能力。LDR收發器然後可以與本地自適應設備/網絡同步而且向至今一直處於休眠模式的HDR收發器提供同步信息，由此保存能量。
在一個實施例中，低數據速率收發器使用於手持自適應通信設備D1如便攜寫字板計算機中。此自適應通信設備D1可以接收廣播電視信號，而且通過低數據速率發送器與電視服務提供商交互。這一通向電視廣播的「反向信道(back-channel)」能夠為電視或者商用無線電提供商和用戶提供近乎實時的交互。可供選擇的實施例可以包括用於「反向信道」的高數據速率發送器。
因此，本發明的一個特徵在於，通過以主信標和本地信標的形式提供公共的信令協議，自適應設備D1可以使用未被有效利用的頻帶進行通信。此外，自適應設備D1可以在需要頻譜時服從於緊急服務。
不同的自適應通信設備D1可以包括不同的物理層(「PHY」)。本發明的另一特徵在於，它提供了用於在利用不同物理層(「PHY」)的設備之間通信的公共通信方法或者協議。本發明的各種實施例提供了在這些通信設備之間實現通信的特徵和功能。正如這裡所定義的，「物理層」提供了用以激活和使用用於比特(即數據)發送和接收的物理部件的能力和過程。因此，在無線通信中，由PHY執行的主要功能是建立和終止對通信介質如無線(air)的連接、以及在數字數據的表示與通過該通信介質發送和/或接收的對應信號或者脈衝之間的轉換。簡言之，PHY的一項功能是將比特轉變成脈衝或者轉變成經調製的載波。PHY可以是計算機軟體、硬體或者硬體和軟體的形式。
在本發明的一個實施例中，PHY可以包括超寬帶PHY。其它實施例可以不含超寬帶PHY技術，因此本發明不限於僅有超寬帶通信的技術。
電氣電子工程師協會(IEEE)目前正在為各種不同網絡以及可以利用超寬帶技術的其它通信環境建立規則和通信標準。這些不同的通信標準可能造成用於每個標準的不同規則或者物理層空中接口。例如，IEEE 802.15.3(a)涉及用於超寬帶WPAN的標準。超寬帶也可以運用於IEEE 802.15.4(用於傳感器和控制設備的標準)、802.11n(用於區域網的標準)、地面滲透雷達、透壁式成像以及其它網絡和環境中。這些設備都各自可以利用超寬帶通信技術，而每個設備也可以具有它自己的通信標準。
正如這裡在自適應通信設備D1之內使用的自適應PHY可以包括能夠在寬頻率範圍通信的RF前端。PHY可以搜尋多個頻率以確定是否有通信信道可用。該搜尋過程可以包括將接收器前端向特定頻帶開放一段時間。如果在那一時間段中收到信號，則設備可以嘗試將該信號解釋成主信標。如果收到的信號不是主信標，則設備可以確定該信道不是空白的而且移到下一頻帶。
一般而言，對PHY的訪問是由介質訪問控制層(MAC)控制。MAC大多運用於區域網(LAN)中，但是也可以運用於包括ad-hoc網絡的其它網絡類型中。在本發明中，MAC一般用來保持共享公共通信信道的自適應設備D1-D19免於相互幹擾。在每個自適應設備D1-D19之內包含的MAC可以是計算機軟體、硬體或者軟體和硬體的形式。這裡描述的MAC可以是主從MAC，其中在網絡上的一個自適應設備D1被指定為主設備。主設備在網絡上協調從設備之間和主從設備之間的通信。在一個實施例中，主設備可以發送本地信標信號。此本地信標信號向其它設備通知網絡的存在性及其可用性。此外，此本地信標信號可以包括與主設備知道哪些頻帶是可用的或者「空白的」有關的信息。主設備還可以如上所述的那樣監視主信標信號。主設備還可以決定將它的網絡移到另一可用頻帶。在這一情況下本地信標可以用來傳達從設備應當移到哪一頻帶。
本發明的另一方面構想如下如圖5中所示通信網絡N1-N5的部分可以包括有線介質段。例如，在網絡N4中的一些自適應設備D1-D16可以通過由主信標指定的射頻頻帶無線地通信，但是自適應設備D10-D16中的一個或多個自適應設備則可以通過有線介質發送信息。因此，自適應設備D10-D16可以無線地接收信息，然後通過有線網絡發送信息或者反之亦然。
因此，本發明可以運用於無線或者有線介質和無線部件相混合的任何類型的網絡中。也就是，網絡可以既使用有線介質如同軸纜線又使用無線設備如衛星或者蜂窩天線。正如這裡所定義的，網絡是由通信路徑連接的點或者節點的群組。通信路徑可以使用接線或者它們可以是無線的。如這裡所定義的網絡可以與其它網絡互連而且包含子網絡。如這裡所定義的網絡的特徵可以是空間距離，除其它網絡之外特別地如例如還有區域網(LAN)、個域網(PAN)、城域網(MAN)、廣域網(WAN)和無線個域網(WPAN)。如這裡所定義的網絡的特徵也可以是網絡所用的數據傳輸技術的類型，除其它網絡之外特別地如例如還有傳輸控制協議/網際協議(TCP/IP)網絡、系統網絡架構網絡。如這裡所定義的網絡的特徵也可以是它承載語音、承載數據或者承載這兩種信號。如這裡所定義的網絡的特徵也可以是網絡的用戶，除其它用戶之外特別地如例如還有公用交換電話網(PTSN)或者其它類型公用網的用戶和專有網絡(比如在單個房間或者住宅之內)的用戶。如這裡所定義的網絡的特徵也可以是它的連接的通常性質，除其它性質之外特別地如例如還有撥號網絡、交換網絡、專用網絡和非交換網絡。如這裡所定義的網絡的特徵也可以是它所用的物理鏈路的類型，除其它類型之外特別地如例如還有光纖、同軸纜線、這二者的混合、無屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線。
因此可以看到提供了一種公共的信號發送方法。本領域技術人員將認識到，本發明可以通過除上述實施例以外的實施例來實踐，在本說明書中提供所描述的實施例是為了進行說明而不進行限制。說明書以及附圖的本意不在於限制本專利文獻的獨佔範圍。需要說明的是，關於在本文中討論的特定實施例的各種等同實施例同樣可以實踐本發明。也就是，儘管已經結合具體實施例描述了本發明，但是顯然，許多替換、改型、更改和變化在前文描述的啟發之下對於本領域技術人員將是明顯的。因而，本意在於使本發明涵蓋所有這些落入所附權利要求
書範圍之內的替換、改型和變化。一種產品、過程或者方法表現出與上述示例性實施例中的一個或多個實施例有差異這一事實並不意味著該產品或者過程在所附權利要求
書的範圍(字面範圍和/或其它在法律上認可的範圍)之外。
權利要求
1.一種通信方法，所述方法包括步驟在多個射頻中搜尋主信標信號；接收包括射頻列表的所述主信標信號；在所述射頻列表中搜尋未使用的射頻；通過所述未使用的射頻發送信號。
2.根據權利要求
1所述的方法，其中所述多個射頻包括範圍從約50兆赫到約1千兆赫的射頻。
3.根據權利要求
1所述的方法，其中所述多個射頻包括用來發送電視信號的射頻。
4.根據權利要求
1所述的方法，還包括步驟發送本地信標信號；以及周期性地在所述多個射頻中搜尋所述主信標信號。
5.根據權利要求
4所述的方法，還包括步驟檢測所述主信標信號；當在所述主信標信號中包含有優先級信號時停止發送；監視所述主信標信號；以及當在所述主信標信號中沒有所述優先級信號時進行發送。
6.根據權利要求
1所述的方法，其中所述主信標信號由選自於AM無線電臺、FM無線電臺和電視廣播臺中的商用廣播臺發送。
7.根據權利要求
1所述的方法，其中所述主信標信號出現在模擬電視廣播信號的垂直消隱間隔中。
8.根據權利要求
1所述的方法，其中所述主信標信號出現在數位電視廣播信號的部分中。
9.根據權利要求
1所述的方法，其中所述主信標信號包括選自於所述射頻列表、通信數據速率、信號調製方法、定時信息、測距信息、關機功能、功率控制信息和優先級信號信息中的信息。
10.根據權利要求
1所述的方法，其中所述射頻列表包括電視信號射頻。
11.一種通信方法，所述方法包括步驟在多個射頻中搜尋主信標信號；檢測所述主信標信號失敗；在所述多個射頻中搜尋未使用的射頻；以及通過所述未使用的射頻發送信號。
12.根據權利要求
11所述的方法，其中所述多個射頻包括範圍從約50兆赫到約1千兆赫的射頻。
13.根據權利要求
11所述的方法，其中所述多個射頻包括用來發送電視信號的射頻。
14.根據權利要求
11所述的方法，還包括步驟發送本地信標信號；以及周期性地在所述多個射頻中搜尋所述主信標信號。
15.根據權利要求
14所述的方法，還包括步驟檢測所述主信標信號；當在所述主信標信號中包含有優先級信號時停止發送；監視所述主信標信號；以及當在所述主信標信號中沒有所述優先級信號時進行發送。
16.根據權利要求
11所述的方法，其中所述未使用的射頻包括不含通信信號的射頻。
17.根據權利要求
11所述的方法，其中所述未使用的射頻包括用來發送電視信號的射頻。
18.根據權利要求
11所述的方法，其中所述未使用的射頻包括在從約50兆赫到約1千兆赫的範圍之內的射頻。
19.一種通信網絡，包括主設備，被配置用以在多個射頻中發送主信標信號；至少一個從設備，被配置用以搜尋所述多個射頻、接收所述主信標信號、從所述主信標信號獲得射頻列表、在所述射頻列表中搜尋未使用的射頻，以及通過所述未使用的射頻發送信號。
20.根據權利要求
19所述的通信網絡，其中所述射頻列表包括用來發送電視信號的射頻。
專利摘要
提供了一種公共的信號發送方法。在一個實施例中，提供了如下方法，該方法通過接收主信標、搜尋在主信標中包含的射頻以及使用來自於所列舉的射頻之一的未佔用射頻來建立通信，從而在未被有效利用的射頻中實現通信。提供本摘要的唯一目的是為了符合摘要要求的規則，使讀者可以很快地確定在此所包含的公開內容的主題。在提交本摘要的同時明確理解到，該摘要將不被用來解釋或者限制權利要求
的範圍或者含義。
文檔編號H04W84/18GK1994004SQ200580025470
公開日2007年7月4日 申請日期2005年4月27日
發明者S·A·穆爾, J·桑託夫, D·卡明斯 申請人:脈衝互聯有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan