專利名稱：多路并行傳輸寬帶高速跳頻通信方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明是一種使用相對低速的芯片構成可進行高速寬帶傳輸信號的系統，屬于無線通信的技術領域。
背景技術：
Internet和移動通信已成為信息產業中增長最快的兩大領域，業務綜合和多媒體化是通信業務發展的重點，寬帶無線多媒體通信正成為新的熱點。由于信息媒體多樣，數據量巨大，對無線多媒體傳輸的寬帶、高速需求越來越明顯，因此要求通信系統的傳輸速率必須足夠高，這使得頻率資源和寬帶高速應用以及大容量之間的矛盾變得越來越突出，任何能夠低成本地解決這些矛盾的方法都有巨大的應用前景。
為了實現寬帶高速無線多媒體通信，近年來國際上提出了不少新方法，例如以IEEE 802.11和HiperLAN為代表的無線局域網(WLAN，Wireless Local AreaNetwork)，以Bluetooth(藍牙系統)為代表的無線個域網(WPAN，WirelessPersonal Area Network)等等，其出發點都是以小區域應用來實現頻率復用，解決上述矛盾。尤其是藍牙等無線個域網通信系統的出現，使嵌入式無線電的概念悄然興起。這種嵌入式無線電芯片的應用，在將來可能會無所不在，價格也會越來越便宜。另外，由于其應用場合大多是存在大量同類應用的用戶或工作在同一頻段的其它通信系統，故要求必須具有多址接入和抗干擾的能力，因此這些系統均使用擴頻和碼分多址技術。
但是現在的一些系統，要么信息傳輸速率較低(如藍牙系統的基帶符號速率僅為1Mbps)，要么采用較為復雜的調制方式(如WLAN的幾種系統中對于高數據速率應用多采用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，即如何用相對低速的低成本芯片構成高速數據傳輸系統具有重要的實用意義。
發明內容
(1)發明目的本發明的目的是提供一種使用相對低速的芯片構成可進行寬帶高速多媒體傳輸的多路并行傳輸寬帶高速跳頻通信方法及裝置(2)技術方案本發明基于跳頻-碼分多址(FH-CDMA)原理和嵌入式無線電的概念，提出用多路并行傳輸的方法來提高系統的信息傳輸速率，即用數據傳輸速率為R的嵌入式無線電芯片，實現峰值數據傳輸速率為NR的多鏈路并行傳輸無線通信系統，做出數據傳輸速率為R、2R、3R，…，NR的系列產品；在跳頻通信系統中，在信源信宿間建立多條一一對應的N個傳輸和接收信道，將一個待傳輸的“大文件”分割成N個“小文件”，采用多路無線信道并行傳輸和接收的方法，分割后的“N”個小文件同時并行傳輸和接收，最后經過合成復原為原“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、跳頻圖案產生器、基帶數據分解與合成器、信源信宿模塊、跳頻頻率合成器、調制解調器、動率放大器、時分雙工器所組成，其中有“N”組相同的跳頻頻率合成器、調制解調器、功率放大器、時分雙工器組成多信道，微處理器分別接跳頻產生器、基帶數據分解與合成器、信源信宿模塊、功率放大器、時分雙工器，跳頻圖案產生器還與路頻頻率合成器相接，基帶數據分解與合成器還分別與調制解調器、信源信宿模塊相接。
在發送端，信源根據通信協議確定可用的物理鏈路數目，從而通過微處理器或計算機及其軟件來控制基帶數據分解與合成單元，根據通信協議將要傳輸的數據組成符合協議格式的數據分組，然后根據適當的流量控制機制將各數據分組分配到并行信道，經射頻單元將數據分組發射出去。其中，由于系統自身存在的干擾以及所處工作環境中的外界干擾特性，必須由跳頻圖案產生器來協調和控制各跳頻頻率合成器，以使跳頻碰撞概率最小，從而使整個系統的傳輸性能達到最佳。在接收端，信宿通過微處理器或計算機及其軟件來控制基帶數據分解與合成單元，將來自各并行鏈路上的數據分組進行緩沖、排序和重組。
隨著軟件無線電技術的發展，利用目前及不斷推出的標準器件及芯片，可通過多鏈路并行處理技術來提高系統的數據傳輸速率，即在信源信宿間建立多條一一對應的物理連接，其本質就是將多信道概念應用于跳頻系統中，這是本發明的創新之一。
在所討論的這樣一個通信環境中進行通信，外界的因素及各并行鏈路之間的碰撞，會給各鏈路上的通信造成干擾，而各種通信協議為提高通信的可靠性，會采用ARQ等機制。這樣當各鏈路上的干擾很嚴重時，考慮到可能會造成數據積壓或丟棄，導致系統負載很重時，各鏈路的隊列長度差別很大，所以并行鏈路的流量控制算法就顯得尤為重要，該算法力求減小數據包重組時延，從而減小接收端緩沖區的占用，提高系統的性能，充分而公平的利用各個物理鏈路的帶寬，使總的信息傳輸速度達到最大。
(3)技術效果本發明的優點在于1、利用跳頻-碼分多址原理，采用多個數據傳輸速率為R的嵌入式無線電芯片，實現了峰值速率為NR的數據傳輸。
2、可以根據需要，得到數據傳輸速率為R、2R、3R，…，NR的系列產品，成本低廉。
3、可以和現有的標準(例如藍牙標準或IEEE802.11標準等)兼容，嵌入式無線電芯片、跳頻圖案產生器以及通信協議等部分都可以參考或采用現有標準。
4、跳頻-碼分多址系統具有較強的多址能力和抗干擾能力，適合于干擾較多、電磁環境惡劣的各種應用場合。
5、參與通信的各模塊之間是對等的，沒有基站的概念，它們可以根據通信需要實現無線移動自組織網絡。
6、發明所使用的通信協議與現有協議基本一致，只是在原有的基礎上增加了一層軟件；而基帶處理和射頻單元未做任何改動。在各種射頻芯片價格相對便宜的條件下，不失為提高傳輸速率的解決方案。當更高版本的射頻傳輸模塊推出后，利用本發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，因此該發明提出的是一種可持續發展的方案。
四
圖1是本發明的原理框圖，該裝置包括微處理器1、跳頻圖案產生器2、通信協議3、基帶數據分解與合成器4、信源信宿模塊5、跳頻頻率合成器件6、調制解調器7、功率放大器8、時分雙工器9，其中有“N”組相同的跳頻頻率合成器6、調制解調器7、功率放大器8、時分雙工器9組成多信道。
圖2是愛立信藍牙射頻模塊PBA31301框圖。
圖3是多路并行傳輸的一個實現示意圖。
圖4是多路并行傳輸的另一實現示意圖。
五具體實施例方式
以下結合實施例對本發明進一步說明，在附圖1中1、微處理器或計算機是跳頻圖案產生器、通信協議、基帶數據分解與合成程序以及上層應用軟件的運行平臺。其中跳頻圖案產生器、通信協議以及基帶數據分解與合成的運算量不是很大，只需一般的16位甚至8位微處理器就能勝任。但不同應用的上層應用軟件的復雜程度差別很大，對于較復雜的應用場合，例如用作藍牙局域網無線接入點，由于上層應用軟件包括TCP/IP協議，并且微處理器應能連接網絡適配器，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、跳頻圖案產生器對并行信道的頻率碰撞進行檢測，并據此控制跳頻頻率合成器，使整個跳頻系統的碰撞概率盡可能小。實際上原單路跳頻系統的通信協議(如藍牙通信協議或802.11通信協議)中包含有跳頻圖案產生器，但它是基于單路跳頻的，而本發明的重要內容之一就是實現了多路并行跳頻系統的跳頻圖案的產生。跳頻圖案產生器根據調制解調器給出的相關數據對各個鏈路進行檢測，一旦發現有頻率碰撞就控制相應的跳頻頻率合成器根據先進的規則進入搜索新的建鏈頻點狀態，直到建立起新的鏈路。對等方也應執行相應的操作。這種自適應跳頻機制保證了通信的持續、可靠的進行。
3、通信協議采用了原單路跳頻系統(如藍牙或802.11)通信協議的一部分，在此基礎上加上位實現并行處理技術而設計的有關算法及機制。例如，建鏈之前，必須以某種方式枚舉數據源端和目標端設備上可參與并行傳輸的單路無線通信模塊，從而才可確定鏈路的數目；另外，還要解決逐一和對方多個單路無線通信模塊建立物理連接的問題。建立并行連接之后，還要對鏈路進行實時的監控、管理。在通信過程中要對數據進行打包、拆包，并給數據包加上或去掉一層層的包頭；并且還要對數據進行信道編解碼。這些都由通信協議來完成。
4、基帶數據分解與合成模塊可以看作是為了實現多路并行通信而外加的一層通信協議，在此我們把它從通信協議中獨立出來作一個說明。在發送端該模塊根據各條鏈路的工作情況把信源來的數據分組，編號并分配到各鏈路。在接收端該模塊把接收到的數據片組合起來，形成完整的數據文件。
5、信源/信宿模塊可以是任何采集、產生、記錄、處理數據的設備。例如，計算機、PDA、手機、掃描儀等等。
6、跳頻頻率合成器、調制解調器、低噪聲放大器、功率放大器、時分雙工器可以用現成的模塊來實現，例如愛立信藍牙射頻模塊PBA 31301。
多路并行傳輸寬帶高速跳頻通信系統的框圖如圖1所示。該系統由微處理器或計算機、射頻單元(包括跳頻頻率合成、調制解調、功率放大及低噪聲放大、時分雙工等部分)、相關軟件(包括跳頻圖案產生器、通信協議、基帶數據分解與合成)以及信源/信宿等模塊組成。其中，射頻單元一般是嵌入式無線電芯片，本發明將使用i(i≥1)個這樣的嵌入式無線電芯片。
在跳頻通信系統中，在信源信宿間建立多條一一對應的N個傳輸和接收信道，將一個待傳輸的“大文件”分割成N個“小文件”，采用多路無線信道并行傳輸和接收的方法，分割后的“N”個小文件同時并行傳輸和接收，最后經過合成復原為原“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、跳頻圖案產生器2、基帶數據分解與合成器4、信源信宿模塊5、跳頻頻率合成器6、調制解調器7、動率放大器8、時分雙工器9所組成，其中有“N”組相同的跳頻頻率合成器6、調制解調器7、功率放大器8、時分雙工器9組成多信道，微處理器1分別接跳頻產生器2、基帶數據分解與合成器4、信源信宿模塊5、功率放大器8、時分雙工器9，跳頻圖案產生器2還與路頻頻率合成器6相接，基帶數據分解與合成器4還分別與調制解調器7、信源信宿模塊5相接。
圖1中的單路無線通信單元采用藍牙模塊，通信協議為藍牙協議，構成的跳頻系統即為藍牙系統。那么圖1中的跳頻頻率合成器、調制器、解調器、功率放大器及低噪聲功率放大器以及時分雙工器就均采用藍牙協議中的相應機制實現。例如，根據藍牙協議，調制器采用高斯頻移鍵控(FSK)調制，調制指數為k＝0.3。邏輯1發送正的頻偏，邏輯0發送負的頻偏。解調可簡單的通過一個限制的FM鑒別器來完成。我們擬采用Ericsson公司的藍牙芯片作為硬件平臺。下面我們以此系統為例介紹兩個實施例子以最簡單的文件傳輸應用為例，我們不改變藍牙協議堆棧的任何地方，只是在自己的文件傳送軟件中完成所有的工作。發送端文件傳送軟件負責將大文件進行切割，編號，然后發送。接收端軟件負責接收、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，通過藍牙下載一個10M的軟件或一首4M的MP3歌曲只需幾秒，這種時延是可忍受的。
把該方案應用于基于藍牙技術的PSTN網關和無線LAN接入點設備，研制完成的網絡接入點設備不僅適用于藍牙手機接入PSTN，而且，同時適用于PC、便攜筆記本電腦和PDA隨時隨地無線接入計算機網絡，在機場、車站、賓館、商業寫字樓、中小企業和家庭都具有潛在市場。這種無線接入方式只要一旦被人們認識和接受，將帶給人們全新的接入計算機網絡的方法，必然形成真正的市場需求，對電信設備制造業、數據通信經營業以及相關產業帶來巨大經濟效益和社會效益。
權利要求
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中，在信源信宿間建立多條一一對應的N個傳輸和接收信道，將一個待傳輸的“大文件”分割成N個“小文件”，采用多路無線信道并行傳輸和接收的方法，分割后的“N”個小文件同時并行傳輸和接收，最后經過合成復原為原“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)、跳頻圖案產生器(2)、基帶數據分解與合成器(4)、信源信宿模塊(5)、跳頻頻率合成器(6)、調制解調器(7)、動率放大器(8)、時分雙工器(9)所組成，其中有“N”組相同的跳頻頻率合成器(6)、調制解調器(7)、功率放大器(8)、時分雙工器(9)組成多信道，微處理器(1)分別接跳頻產生器(2)、基帶數據分解與合成器(4)、信源信宿模塊(5)、功率放大器(8)、時分雙工器(9)，跳頻圖案產生器(2)還與路頻頻率合成器(6)相接，基帶數據分解與合成器(4)還分別與調制解調器(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低速的芯片構成可進行高速寬帶傳輸信號的系統,屬于無線通信的技術領域。其方法是在跳頻通信系統中,在信源信宿間建立多條一一對應的N個傳輸和接收信道,將一個待傳輸的“大文件”分割成N個“小文件”,采用多路無線信道并行傳輸和接收的方法,分割后的“N”個小文件同時并行傳輸和接收,最后經過合成復原為原“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、跳頻圖案產生器、基帶數據分解與合成器、信源信宿模塊、跳頻頻率合成器、調制解調器、動率放大器、時分雙工器所組成,其中有“N”組相同的跳頻頻率合成器、調制解調器、功率放大器、時分雙工器組成多信道。
文檔編號H04B1/69GK1385970SQ0213784
公開日2002年12月18日 申請日期2002年6月25日 優先權日2002年6月25日
發明者沈連豐, 宋鐵成, 徐平平, 宋揚, 毛宇斌, 邱曉華 申請人:南京東大移動互聯技術有限公司, 東南大學