專利名稱：用于在無線電通信系統中傳輸信號的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于在無線電通信系統中、尤其是在分散式組織的無線電通信系統中傳輸信號的方法。
為了例如能夠以必要的服務質量服務于多媒體應用，未來的無線電系統將支持非常高的數據速率。此外，應該預料繼續增加的用戶數量，使得必須為無線電系統的使用開發其它的頻帶。然而，為有效地使用這些頻帶，無線電系統必須運用大的頻率范圍。
在無線電系統中，使用不同的方法用以資源分配和復用。除了時域內的復用(時分復用，TDM)和碼域內的復用(碼分復用，CDM)之外，通過FDM方法(頻分復用)實現各種頻率信道。在FDM方法中，把寬的頻譜分成許多在頻率范圍內分開的具有各自窄的帶寬的頻率信道，由此形成通過載頻的間隔所定義的頻率信道柵。因此可以有利地同時在不同的頻率信道上服務于多個用戶并且使資源更好地匹配于用戶的特殊需求。在此，頻率信道之間足夠的間隔確保可以減少和控制信道之間的干擾。
此外，可以通過分離成多個頻率信道提供具有不同服務質量要求(Qos-服務質量)的服務。在這種情況下，較高優先級的服務不與較低優先級的服務競爭，由此可以通過在頻率范圍內的資源分配有利地確保服務質量要求。
為通過相應的被稱為FDMA(頻分多址)的訪問方法使用窄帶的頻率信道，發送機和接收機必須協調地分別選擇相應的載頻。在使用相應的資源、也就是頻率或者無線電信道之前，此外必須檢驗被選擇的資源是否還沒被別的電臺使用。緊接著，預留資源并且必要時把這一預留通知給其它可能的電臺，使得這些電臺接下來不會同時地訪問這些資源和引起沖突。在此，存在這么一個挑戰，即以少的耗費和每個電臺盡可能只一個發送機和接收機(無線電收發機)盡可能有效地擬定對這些頻率的使用。必要時還添加以下邊緣條件所有的電臺具有同等權利，也就是說沒有電臺擔任用以分配頻率信道的對多個電臺的控制功能。
尤其在自組織網絡和沒有基礎結構的網絡、即所謂的Ad-hoc網絡中，常常存在有同等權利的電臺，所述執行相同的算法和協議。這種網絡的公知的例子是按照標準IEEE 802.11的無線本地網(無線LAN)。
如果在這種網絡中沒有通知所述電臺關于其它電臺對頻率信道的使用，因為相應的信息不是由中央電臺搜集和分發的，那么電臺不能決定，該電臺應該建議或者選擇哪個頻率信道用于與另一個電臺的通信。此外，一個電臺不知道另一個電臺在什么時候在哪個頻率上做好接收準備。因此，一個電臺通常不能與另一個電臺建立連接，如果兩個電臺任意地選擇了頻率信道的話。此外，在一個頻率上的分配業務(廣播)只到達一部分電臺，這部分電臺隨機地在這個頻率上做好接收準備。
因此，有必要協調對這些正交的資源的使用。如果為了此目的應該在固定的預先給定的時間使用某一頻率，也就是說，所有電臺在這個頻率上做好接收準備，那么不能使用與之并行存在的頻率。于是這些資源未被使用并且對于這些電臺而言是不可用的。
在現有的蜂窩式移動無線電系統中，頻率通過中央電臺、即基站(BS-基站)被分配給位于基站的無線電小區中的移動電臺(MS-移動電臺)。在GSM(全球移動通信系統)中，例如每個無線電小區使用一個中央頻率信道用以發送公共信息，所述的中央頻率信道被移動電臺用于獲悉用于登記和請求資源的頻率信道。如果一個電臺、尤其是移動電臺想傳輸數據，那么該電臺就在其已知的頻率信道上在基站處請求所述數據。接著，基站將相應的載頻通知給移動電臺，在所述載頻上此移動電臺可以與基站通信。可供使用的資源的分配和管理集中地在位于基站上級的基站控制器(BSC-基站控制器)內被控制并由基站信令化。同樣適用于第三代UMTS(通用移動通信系統)的系統，所述系統也是根據中央式解決途徑借助于基站信令化資源的分配。由于中央式控制，此解決途徑不能應用于不具有中央機構的分散式組織的系統中。
其它的系統，例如按照標準HIPERLAN類型2(如根據文獻ETSI/BRAN“Broadband Radio Access Networks(BRAN)；HPIERLANType 2 Functional Specification Data Link Control(DLC)Layer；Part 4-Extension for Home Environments，Draft DTR/BRAN-0020004-4，ETSI，Sophia Antipolis，France，April 2000已知的)或者按照標準IEEE 802.11的WLAN系統(無線局域網)為了兩個或多個電臺之間的通信只使用唯一的載頻。向另一頻率的變換用于避開由于比如由其它電臺對所選擇的頻率的已經存在的使用所引起的干擾。如果找到新的、可用的載頻，那么所有以前相互通信的電臺都變換到這個頻率上，以便在這個頻率上發送和接收。在HIPERLAN/2中，這種方法以概念“動態頻率選擇”(DFS)聞名。然而，沒有事先規定由任意的電臺對多個頻率的與需求有關的同時使用以提高系統或者單個連接的可能的總容量。因此，最大的數據速率受限于頻率信道。
類似于按照HIPERLAN/2標準的DFS方法，公知一種系統，在所述系統中形成使用不同頻率的運輸工具組。在此，相鄰的運輸工具分享相同的載頻。通過測量有效的頻率信道有可能同時參與多個組和變換組，以便考慮變化的網絡拓撲。在此出發點是，為了準備占用和可能的頻率變換，一個電臺通常只使用一個頻率用以交換數據，而在其它的頻率上只接收。為能夠同時在其它的頻率上接收，為此建議使用兩個無線電收發機，一個用于數據交換，第二個用于測量其它可能可使用的頻率。而為與相鄰電臺通信以交換數據對多個可用的頻率的使用在這也不作說明。
在無繩電話標準DECT(數字增強型無繩電話)中，詳細說明了對包含各種頻率信道在內的資源的靈活使用。用于使用資源的方法被稱為“動態信道選擇(DCS)”。在這種系統中，基站以所謂的“基本模式”專門控制資源分配，其中支持數據分組的轉發(英語relaying)。為此，類似于在分布式、分散式系統中，進行資源的可用性的檢驗和占用。
基于基站的特定作用，DECT系統的機制不能應用于分散式組織的系統。此外，在DECT中未設置電臺之間的直接通信或者在不同頻率信道上多個并行連接的建立。更確切地說，電臺尋找頻率信道和通過選擇時隙的數量來降低或者提高數據速率。
根據由M.Lott，M.Meincke，R.Halfmann的“Exploitationof Multiple Frequency Channels in WLAN”(in Proc.of WIT(Int.Work-shop on Intelligent Transportation)，Hamburg，Deutschland，Mrz 2004)公知一種方法，其中為了在無線電通信系統中利用至少兩個頻率信道傳輸信號，電臺按照恒定的時間模式訪問頻率信道之一用以發送和/或接收信號或者數據。在這種異步無線電通信系統中為了經由高優先級的頻率信道傳輸高優先級的消息，每個電臺選擇相同的幀大小或虛擬幀和周期的持續時間。這種虛擬幀的時間起始點可以由每個電臺獨立地定義。這種方法確保，所有重要消息可以在協調頻率上最晚在一個虛擬幀之后被所有電臺接收并且同時任意的其它頻率可以由各個電臺使用用于相互間通信。優選地，每個電臺必須只有唯一的發送/接收設備用以訪問各個頻率信道，這使得這些電臺可以成本低地被制造。
這種方法的缺點是由于用戶同步化的效率損失。根據這種方法，每個電臺必須在異步的缺席時間上從當前使用的頻率信道變換到所述的協調頻率信道上。電臺的缺席持續時間、也即電臺在協調頻率上傾聽多久對于效率很有意義。
圖4示出具有10個進行通信的電臺S1-S10的情況，所述電臺在虛擬幀的20％的持續時間變換到協調頻率上。圖5以缺席時間作為不同曲線的參數來說明的方式示出最大可能數據速率的相應損失、也就是說所得出的吞吐量。因此，示出了關于在物理信道上所傳輸的待發送的數據的供應的吞吐量，所述的數據實際上在無線信道上被提供。值1在此對應于100％。可以看出，在虛擬幀為100ms的情況下在缺席時間為10ms(0.1)(這對應于10％缺席時間)時，與沒有頻率變換的參考運行相比得出大約25％的吞吐量損失。當缺席時間被增加到20％或者50％(0.2或者0.5)時，損失又增加了10％或者40％。
在這種情況下，在假設具有想發送數據的電臺的發送請求或者發送準備信號(請求發送/RTS)和已經接收了信號和在做接收準備的電臺的接收準備信號(清除發送/CTS)的四路握手情況下，在計算上有10％的情況不作應答。這就導致用于確定回退、也即被動時間的內容窗口的加倍和進行發送的電臺在相應的超時(德語Zeitüberwachungsablauf(時間監控到期))之后的重復傳輸嘗試。在最差的情況下，在接下來的10ms目標電臺缺席，這導致具有發送請求的電臺進行多個重新的傳輸嘗試且不必要地擴大回退窗口。這種機制在IEEE 082.11中是公知的，用于避免阻塞和減少在高負荷條件下的訪問嘗試速率并且同時減少RTS控制分組的沖突可能性。在這種異步轉換情景下，未到的應答被誤譯為阻塞。此外，不成功的和沒用的RTS傳輸增加了系統中的負荷和因此降低了可獲得的吞吐量。
為此本發明的任務是，在分散式組織的系統中能夠盡可能有效地使用多個可供使用的頻率信道。這一任務通過獨立的權利要求的特征來解決。本發明的改進方案可以分別從從屬權利要求中推斷出。
在方法方面，尤其用于在異步無線電通信系統中傳輸信號的方法是有利的，所述方法提供至少兩個頻率信道并且被設計用于在至少兩個異步運行的電臺之間經由所述頻率信道進行通信傳輸，并且其中對于兩個電臺為了通信傳輸定義公共的時間域用于異步數據交換的發送和/或接收準備。
根據獨立的擴展方案和獨立的本發明方面，有利的尤其是以下方法，在所述方法中，電臺中的一個在通信傳輸之前以變化的在時間上減少或增加的間隔發送發送準備信號用于調整發送或接收準備。這種方法也是獨立的并且有利地不依賴于前面所述的方法。
當發送電臺在從其它的電臺接收到應答之后信令化其時間幀以匹配其它電臺的時間幀和/或使其自己的時間幀與接收電臺的時間幀相匹配時，這種方法尤其是有利的。根據第一變型方案，在這種方法方式中，發送電臺或者想信令化或發送數據的電臺以有利的方法在其自己的時間幀方面與接收電臺的時間幀相匹配。根據第二變型方案，接收電臺使其時間幀與發送電臺的時間幀相匹配。根據第三變型方案，雙方匹配也是可能的。在此，尤其在保持原本異步的情況下只粗略地考慮所調整的公共的發送和接收時間時例如使時間幀的起始點相互匹配。
當最大的在時間上增加或者減少的間隔在長度上短于和/或等于接收持續時間時，這種方法是特別有利的。接收持續時間對應于這么一段時間，在所述時間期間電臺為優選地接收高優先級的廣播分組而在預先給定的頻率上做好接收準備。
根據獨立的本發明擴展方案，一種方法特別有利，其中為了調整發送或者接收準備，電臺中的一個在通信傳輸之前把在相應的頻率信道上的通信傳輸開始或者接收準備的時刻用信號通知給電臺中的另一個。
一種方法特別有利，其中為了調整發送或者接收準備，電臺中的一個在通信傳輸之前把頻率信道中的待用于通信傳輸的頻率信道用信號通知給電臺中的另一個。
一種方法特別有利，其中為了調整發送或者接收準備，電臺中的一個在這種通信傳輸之前把至頻率信道中的接下來所使用的頻率信道的變換用信號通知給電臺中的另一個。
一種方法特別有利，其中為了調整發送或者接收準備，電臺中的一個把通信傳輸的時刻和/或者頻率信道變換的時刻用信號通知給電臺中的另一個。
當確定相對于信令的發送時刻的時刻時，這種方法是特別有利的。
當信令通過廣播分組、通過數據分組、通過發送準備信號和/或通過接收準備信號被傳輸時，這種具有信令的方法是特別有利的。
一種方法特別有利，其中為調整通信傳輸的發送或者接收準備，信號經由頻率信道中的第一頻率信道傳輸并且其中通信傳輸經由頻率信道中的另一頻率信道來執行。
一種方法特別有利，其中為調整通信傳輸的發送或接收準備，信號經由頻率信道中的協調頻率信道傳輸并且其中通信傳輸經由頻率信道中的另一頻率信道來執行。
一種方法特別有利，其中僅僅針對通信傳輸的持續時間和/或針對在電臺之間的通信傳輸序列的持續時間而調整電臺。
一種方法特別有利，其中電臺在準備時和/或在通信傳輸期間考慮電臺中相應其它的電臺有保留的調整偏移。
一種方法特別有利，其中不與通信著的電臺進行通信的另一電臺以與具有通信傳輸的通信著的電臺異步且偏移的方式執行所使用的頻率信道的變換和/或接收和/或發送時間的變換。
一種按照前述權利要求的方法是特別有利的，其中所有電臺按照時間模式訪問頻率信道中的至少一個。
一種方法特別有利，其中電臺中的所述一個和電臺中的所述至少另一個使用電臺獨特的時間模式用以訪問頻率信道。
一種方法特別有利，其中分散式組織的無線電通信系統被用作無線電通信系統。
在設備方面，用于異步無線電通信系統的電臺是特別有利的，其中該電臺至少被配備有發送/接收設備用以選擇地訪問無線電通信系統的至少兩個頻率信道中的分別一個頻率信道來發送信號和/或接收信號，其中該電臺暫時以與為通信傳輸而進行通信的另一電臺可協調的方式被設計用于通信傳輸。當這種電臺可用于執行所述的有利的方法之一的時候，這種電臺是特別有利的。
與此相應地，一種電臺特別有利，其中所述電臺具有定時器用于以變化的在時間上或減少或增加的間隔發送發送準備信號。
此外，與此相應地具有以下定時器的電臺特別有利，所述定時器用于調整通信傳輸的發送或者接收準備和/或頻率信道的變換并且用以將變換的時刻用信號通知給到電臺中的另外的。
通過根據本發明的方法，在不具有中央機構的異步系統中有利地利用僅僅一個發送/接收設備實現多個頻率信道的使用。
所述電臺本身在嚴格的意義上還是異步的，然而已經粗略地被同步，也就是說所述電臺在時間上接近。不涉及對于能夠相互交換數據所必要的同步，正如這例如對于幀或者時隙同步就是這種情況，所述幀或者時隙同步在同步系統(例如GSM)中是必要的。這里更確切地說涉及發送或者接收準備時間的調整或者協調和因此僅僅有條件地涉及真正的“同步”。然而，為了簡化和便于理解，還是使用術語“同步”。
接下來根據實施例進一步解說本發明。在此
圖1示出無線電電臺對兩個頻率信道的示例性隨意選擇的訪問，圖2示出用于發送準備信號或者接收準備信號的兩個示例性幀，圖3根據第二獨立實施形式示出兩個電臺對兩個不同的頻率信道的示例性訪問模式，圖4根據現有技術示出多個電臺對用于協調訪問的頻率信道的訪問示意圖，
圖5示出在根據現有技術的這種方法情況下用于說明吞吐量的圖表，圖6示出根據依照圖3的第二實施形式對用以協調的頻率信道的訪問示意圖，和圖7示出在這種方法情況下用于說明吞吐量的圖表。
概念“電臺”在本發明范圍內被理解為具有通過無線電通信能力的移動或靜止的用戶終端設備或者也為例如被分配給機器的無線電電臺。接下來的例子基于以下邊緣條件，然而并不受限于這些邊緣條件。因此，為執行根據本發明的方法在每個電臺中只需要一個發送/接收單元(無線電收發機)，這有利地降低了成本。此外按照以概念“隨機訪問”而公知的隨意選擇的訪問協議進行對傳輸媒介、也即頻率信道的訪問。此外不存在用于中央控制資源利用的中央機構，并且異步地進行由多個電臺的訪問，也就是說不使所述電臺相互同步。
在對多個可用的頻率信道中的一個頻率信道隨機訪問之后，電臺發送例如一個或者多個數據分組。在發送之后，該電臺執行頻率變換并且在另一頻率信道上接收另一電臺的一個或多個數據分組。在該接收之后，電臺比如借助于隨機訪問又訪問第三頻率信道和發送一個或多個數據分組。因此，訪問以隨意選擇的方式進行。由于僅有一個發送/接收設備的邊緣條件，電臺在這些頻率信道上可以或者發送或者接收。所述頻率變換以及在發送和接收之間的轉換一般與一定的時間延遲相關。
為了避免容量或者帶寬的浪費，接下來根據第二實施形式建議改進，其中這些改進在組合的實施形式中和結合分散化FDMA系統能特別有利地被轉化。
根據第一實施形式，第一電臺S1在一個頻率信道上發送尤其以其自身已知的發送準備分組(請求發送，RTS)形式的發送準備信號R。優選地，在此涉及協調頻率信道fcc，對該頻率信道的占用在圖1中被說明。每個電臺根據虛擬的和系統統一的訪問幀以預先給定的時間間隔訪問這個信道fcc。
相應的電臺其余時間可以訪問可用的頻率信道中的任何其它頻率信道，因此對協調頻率信道fcc的訪問時間接下來也被稱為缺席時間X。缺席時間X為比幀的持續時間Y小的一部分。優選地，缺席時間X的持續時間明顯小于幀的持續時間Y。根據變型方案c)-e)，在圖1中所示的實施例中缺席時間X是幀的持續時間Y的一半持續時間X/2。
如果在由第一電臺S1發送了發送準備信號R之后沒有接收到另外的第二電臺S2的接收準備信號C(清除發送，CTS)，那么第一電臺S1轉向重復地傳輸發送準備信號R用以用信號通知所述第一電臺想發送數據或者以其它的方法通信。
在此，發送準備信號R的重復傳輸并不以離散的且用相同的時間間隔所確定的間隔進行，正如這根據變型方案a)說明的并且根據M.Lott，M.Meincke，R.Halfmann的“Exploitation of MultipleFrequency Channels in WLAN”(in Proc.of WIT(InternationalWorkshop on Intelligent Transportation)，Hamburg，Germany，Mrz 2004)中公知的那樣。
發送準備信號R的重復傳輸也不是按照純粹隨機原則進行，正如根據變型方案b)說明的并且自身由標準IEEE 802.11中公知的那樣。
與此相對，為了改善吞吐量使用一種傳輸圖，其中對于發送準備信號R的重復傳輸既不是以隨機的也不是以同樣間隔的時刻、而是以在時間上增加或者減少的間隔來執行重復的傳輸嘗試，正如這在變型方案c)到e)中在圖1中所說明的那樣。在此，以缺席時間X為出發點，該缺席時間例如對應于虛擬幀的持續時間Y的一半。
在第一次傳輸發送準備信號R和接收準備信號C未到之后，以預先給定的時間間隔進行發送準備信號R的重復傳輸。這一預先給定的時間間隔例如對應于所期待的缺席時間的一半、即X/2ms。在這些變型方案c)到e)中，直到第一次重復傳輸為止的持續時間僅僅對應于缺席時間的六分之一、即X/6。如果緊接著繼續不接收接收準備信號C，則進行發送準備信號的再一次重復傳輸，而且這一次按照更大的持續時間，例如缺席時間的五分之一、即X/5ms。其它的重復傳輸比如按照缺席時間的四分之一、即按照X/4ms，按照缺席時間的一半、即X/2ms和按照整個缺席時間的持續時間X進行。因此，在完整的幀的持續時間Y期間由第一電臺S1發送發送準備信號R最多六次。最晚在第六發送準備信號R的發送之后，第二電臺S2在所描述的情況下必須已經接收到了第一電臺的發送準備信號R，并且在接收準備的情況下在其側發送接收準備信號C。
一旦第一電臺S1在發送發送準備信號R之后檢測到能量、特別是檢測到高于所定義的閾值的能量，就正如例如根據標準IEEE802.11所說明的那樣執行傳輸或者傳輸重復，而不等待直至這種延遲的重復傳輸為止的其它持續時間。因此，在接收到接收準備信號C之后，第一電臺S1引入用以經由通信連接傳輸數據的必要的步驟，使得進行從第一電臺S1到第二電臺S2的通信傳輸d。為使作為用于協調用途的協調頻率信道fcc的特定的頻率信道保持暢通，優選地在另一頻率信道f1上執行該通信傳輸d。
根據變型方案c)，第二電臺S2的缺席時間X、也就是期間第二電臺S2在協調頻率信道fcc上進行發送或者接收的時間間隔處于第一電臺S1的幀的第二二分之一內。因此第二電臺S2首先接收第一電臺S1的所發送的第五發送準備信號R。在該接收之后，第二電臺S2發送接收準備信號C到第一電臺S1，為此第二電臺S2也使用該協調頻率信道fcc。第一電臺S1在每次發送發送準備信號R之后都切換到接收狀態，使得該第一電臺可以在協調頻率信道fcc上接收另一電臺的這種接收準備信號C。
當然，第一電臺S1在此期間也能變換到另一頻率信道，用以接收或者發送在可能收到作為對發送準備信號R的應答的未到的接收準備信號C和在可用的頻率信道f1，...中的另一個上的發送下一發送準備信號R之間的持續時間。
根據所述的第二變型方案，第二電臺S2的缺席時間X已經處于第一電臺S1的虛擬幀的持續時間Y的開始處。因此，第二電臺S2在由第一電臺S1第一次發送發送準備信號R之后就已經發送接收準備信號C，使得接下來可以進行數據的通信傳輸d。
變型方案e)示出一種情況，其中第二電臺S2的缺席時間X、也就是第二電臺S2在協調頻率信道fcc上的接收時間在時間上偏移地在第一電臺S2的虛擬幀的持續時間Y開始之后開始。為此，兩個電臺又共同變換到另一頻率信道上、例如所示的第一頻率信道f1上。在此，考慮到系統的異步擴展方案，同時的變換可選地也可以被理解為頻率信道的時間上偏移的變換，其中相應地考慮兩個相關的和相互通信的電臺S1，S2這種時間上的偏移。
變型方案e)示出一種情況，其中第二電臺S2的缺席時間X與第一電臺S1的幀的持續時間Y的開始相比明顯偏移地開始。相應地，第二電臺S2首先接收發送準備信號R的第三次重復，緊接著第二電臺S2向第一電臺S2回發接收準備信號C。緊接著，為執行數據的通信傳輸d，兩個電臺接著按照預先給定的變換原則又變換到第一頻率信道f1。
除了發送準備信號R的發送的時間上增加的間隔之外，從大間隔在時間上減少的間隔也可以有利地被使用。
除了立即引入在相同的或者優選地在另一頻率信道上的通信傳輸d的可能性之外，當然也存在時間上偏移的通信傳輸的可能性，使得通信傳輸例如首先發生在下一個或者再下一個或者還更晚的虛擬幀內。特別地在這種時間上偏移的通信傳輸d的情況下，對傳輸和必要時在進行通信的電臺S1、S2之間相應的頻率變換的時間協調是很有利的。對于這種協調，變換或者傳輸開始的時刻tw和/或者變換到的頻率信道fj的頻率或者信道號碼在電臺S1、S2之間被交換或者被信令化。電臺做傳輸準備或另一頻率變換的時刻和/或頻率信道的這種信令化是第二種優選的實施形式的主題。
根據該第二實施形式，電臺Si(i＝1，2，3，...)向另一電臺Si用信號傳送數據，所述數據被用于暫時使當前的或者接下來相互通信的電臺同步。該用信號傳送的數據可能涉及數據的通信傳輸d的時刻。附加地或者可代替地，這些數據可能涉及被用于數據的通信傳輸d的頻率或者頻率信道fj。除了開始或者進行數據的原本的通信傳輸的時刻的傳輸之外，優選的是由發送信令的電臺進行頻率變換的瞬時傳輸時刻。
這種信息的傳輸尤其可以以兩種優選的方式進行。根據第一變型方案，信息“捎帶(Piggyback)”被信令化。所述信息或者數據的傳輸在此可以優選地作為通信傳輸d的發送準備信號R、接收準備信號C或者原本的數據分組的組成部分被信令化。
圖2示出被相應設計的數據分組的例子。發送準備信號R例如除了通常的識別數據ID和作為發送準備信號R的標志之外可選地還包含關于該數據分組或者發送準備信號R應該被發送到哪一個其它的電臺的信息。此外，通知動作的時刻tw、特別是開始原本的數據的通信傳輸d和/或者變換到某一頻率信道fj的時刻tw被通知。在停留在當前的頻率信道的情況下，當前的頻率信道的所述信息有利地也一起被傳輸。相應地，在接收準備信號C中除了通常的識別信息ID和作為接收準備信號C的標志之外，接收準備信號C所對準的電臺Si以及根據需要變換或者接收準備的時刻tw以及接下來所使用的頻率信道fj的信息可選地被使用。
優選地，時刻tw相對于相應的分組RC的發送時刻被編碼。利用僅僅一個比特的間隔尺寸可以在具有持續時間Y為100ms的虛擬幀的情況下例如對0.4ms的間隔進行編碼。
根據第二變型方案，電臺變換到某一頻率或者某一頻率信道fj、特別是協調頻率或者協調頻率信道fcc上的時刻tw在為此此所標志的頻率(比如協調頻率fcc)上由信令分組以廣播通知(廣播)的形式通知。
優選地，這兩個可替代的實施形式可以相互獨立地或者以組合的方式被使用。具有頻率切換時刻tw的信令化的第二實施形式的可能增益等于對頻率切換時刻的協調。也就是說，頻率變換或者頻率切換的時刻tw在異步系統中在參與的電臺之間被同步。根據優選的變型方案，相互通信或者想通信的電臺Si的組在相同的時刻tw變換頻率。相同的時刻tw在此應被理解為時間窗口，其中考慮到系統的同步，所述時間窗口可能是必需的。
優選地，不想與相互通信著的電臺通信的電臺Si(i＝1，2，...)在其它的時刻、也即有意地以異步方式變換頻率，以避免沖突的危險。
圖3示出用以示例性地說明第二實施形式的變型方案的方法流程。無線電通信系統具有作為頻率信道fj用以協調各個電臺Si(i＝1，2...)的協調頻率信道fcc和多個用于原本的通信傳輸d的頻率信道f1、f2、f3。
各個異步電臺S1-S4分別在幀的持續時間Y內在對應于第一實施形式的缺席時間X的時間間隔X上在接收模式中訪問協調頻率信道fcc。優選地，這樣進行訪問，使得每個所述電臺的接收時間與其它電臺的可能的發送時間至少部分地重疊。示出了在這段時間t上的示例性發送和接收過程。
在第一時刻，第四電臺S4發送發送準備信號R，該發送準備信號包含對應于在圖2中表示的數據分組的信息。該信息包含第四電臺S4的發送準備信息R對準第一電臺S1和通知該第一電臺S1，第四電臺S4在一個時間單元之后在第一頻率信道f1中進行通信傳輸d。第一電臺S1發送帶有對應于在圖2中所示的數據分組的信息的接收準備信號C作為應答。所述信息相應地對準第四電臺S4并通知該第四電臺關于第一電臺S1在零時間單元內在第一頻率信道f1上的接收準備。接下來兩個電臺S1、S4變換到第一頻率信道f1上，在該第一頻率信道上第四電臺S4開始通信傳輸d用以傳輸數據給第一電臺S1。
在相對于第一和第四電臺S1、S4在時間上偏移的時刻進行在第三和第二電臺S3、S2之間在通信頻率信道fcc中的相應信令化連同發送準備信號R和接收準備信號C的交換以及接下來的在這兩個電臺S3、S2之間在第三頻率信道f3中的通信傳輸d。當然，可替代地，根據其它的變型方案也可以部分地或者完全地取消這種接收準備信號C的發送。
根據最優選的實施形式，相互通信的電臺最晚在其虛擬幀的持續時間Y首先終止的該電臺的虛擬幀的持續時間Y的終止之后變換回協調頻率信道fcc又用于接收。這確保每個單個電臺在虛擬幀的持續時間Y之內通過協調頻率信道fcc可以由每個其它的電臺Si到達，使得緊急信號或者高優先級的數據可以盡可能快地被轉發。然而，根據可替代的實施形式，用于具有持續時間大于時間幀的持續時間Y的通信傳輸d，變換到另一頻率fj理論上也是可能和有利的。
在示例的方法流程中假設，在兩個通信傳輸d之后在第一或第三頻率信道f1、f3中不進行直接相隨的數據傳輸。利用時間上的偏移，第一電臺S1想向第二電臺S2轉交數據。相應地，第一電臺S1在其停留在協調頻率fcc中的持續時間期間發送發送準備信號R給第二電臺S2。此外通知第一電臺S1在十一個時間單位tw之后打算第一頻率信道f1上的通信傳輸d。第二電臺S2發送相應的接收準備信號C給第一電臺S1并且在十個時間單元后在第一頻率信道f1上確認接收準備。因為在這個例子中時刻tw被設置于比幀的持續時間Y晚，所以兩個電臺S1、S2首先再次進入協調頻率信道fcc中。在必要時再次信令化之后，這兩個電臺S1、S2變換到第一頻率信道f1用于通信傳輸d。
因為第二電臺S2的虛擬時間幀比第一電臺S1的虛擬時間幀明顯晚開始，所以第二電臺S2按照縮短的缺席時間X*、也就是說按照在協調頻率信道fcc上的縮短的接收準備改變缺席時間X并且提前變換到第一頻率信道s1。優選地，第二電臺S2在此使其自己的虛擬時間幀在其起始時刻方面匹配于第一電臺S1的虛擬時間幀，使得這兩個電臺S1、S2從這個時刻起相對地相互同步。
在此，必要時保留在同步方面的剩下的偏移。但是根據其它的變型方案，該匹配的同步也可以被保留直到較晚的匹配。
以下實施形式是優選的，其中在兩個或者多個電臺S1、S2之間的通信傳輸d期間，不參與該通信傳輸d的其它電臺(例如第四電臺S4)實施另一頻帶f2和/或其虛擬時間幀的在時間上偏移的同步。在所示的實施變型方案中，由于第一和第二電臺S1、S2的所打算的通信傳輸d，第四電臺S4在此期間變換到空閑的第二頻帶f2。此外，通過更早的通信傳輸d與第一電臺S1已同步的第四電臺S4識別出，其虛擬時間幀的新的同步是符合目的的。相應地，第四電臺S4在更早的時刻按照縮短的持續時間Z*變換回到協調頻率信道fcc并且此外使其自己的虛擬時間幀的持續時間Y的開始相應地重新匹配。由此，第四電臺S4在其虛擬時間幀方面變得與第一和第二電臺S1、S2的虛擬時間幀同步。
圖6示出具有兩個實施形式的組合的變型方案。總共十個電臺S1-S10在帶有一個協調頻率信道fcc和多個頻率信道fj的異步無線電通信系統中通信，所述的多個頻率信道fj用于數據的原本的通信傳輸。在所示的變型方案中畫出虛擬幀長度的持續時間Y在時間t上的曲線。分別針對十個電臺示出了作為畫有點的方框的缺席時間X。缺席時間X又應被理解為以下時間，在所述時間期間各個電臺S1-S10不是用于發送或者接收處于頻率信道中的一個上，而是處于協調頻率fcc上。缺席時間X例如為虛擬幀的持續時間Y的50％。優選地，不同電臺S1-S10的各個虛擬幀相互同步，其中分別相互通信的電臺S1、S2；S3、S4；S5、S6；S7、S8；S9、S10相互同步。
在具有相互通信的電臺的暫時同步的這種異步分散式FDMA方法中可獲得的吞吐量在圖7中圖示說明。不同的曲線在此簡略地說明了與相應的缺席時間X的持續時間有關的吞吐量。可以看到，可獲得的吞吐量幾乎不依賴于缺席時間X的持續時間。此外與作為參考曲線表示的不進行頻率變換的情況相比，損耗僅僅是最小的。與根據圖5的異步且未經協調的運行相比的吞吐量增益可以比較明顯地被識別。
因此，如果利用所定義的頻率變換來預先規定頻率變換模式，則尤其是異步分散式無線電通信系統或者用于在這種系統中運行電臺的方法是有利的，其中所述異步系統的電臺在可用的頻率之間變換。此外，對電臺Si變換頻率fj的時刻tw進行信令化，使得最終進行頻率變換模式的信令化。有利地，想相互通信的電臺為頻率變換選擇相同的時刻tw。
有利地，為了盡可能均勻地使用可用的傳輸資源，不想相互通信的電臺選擇不同的時刻。用于接收和發送的間隔在此有利地在系統范圍內被預先規定，但可以相對地相互變動。特別是虛擬傳輸幀的起始點在起始時間方面可相對于其它電臺的虛擬傳輸幀被匹配。
這樣的系統具有多個優點。在異步系統中，利用僅僅一個無線電收發機就能夠使用多個頻率信道fcc、fj(j＝1，2，...)，而不以中央機構的存在為前提。通過所使用的方法能夠實現在不同優先級的信道上的接收和發送。此外可以確保，確定的信號或者消息可以在所定義的時間內由所有的電臺接收。在電臺不必工作在較高優先級的信道和/或協調頻率信道上的時間間隔內可以使用其余的信道。在現有所示的實施例中，協調頻率信道fcc例如是一種較高優先級的信道，而其它的頻率信道fi(i＝1，2，3)是非優先的信道。然而也可以使用其它優先級的信道。
系統的異步并沒有負面地影響所述方法的功能。相反地不存在各個信道必須保持不被使用的階段，因為每個電臺在虛擬時間幀的持續時間Y ms的所考察的時間間隔內可以自由選擇其在優先的信道上的工作階段的時間位置。
通過協調在不同頻率信道fcc、fi之間的切換點或者變換，與沒有使用這種方法的異步運行相比可以明顯提高效率。可以同時使用多個頻率，而不出現與以下系統相比的基本的吞吐量損失，所述系統使每個電臺多個無線電收發機是必要的，用以能夠利用多個頻率信道工作。
對于所述方法的效率，缺席時間X的影響幾乎是可以忽略的。通過使由相互通信的電臺所構成的不同的組同步，可以通過統計的復用充分使用所有頻率信道fj。在一個組在頻率信道fj上缺席的這些時刻，其它的電臺或者組可以使用相應的頻率信道。
但是有利地不必要根據在考慮系統統一的虛擬幀情況下的模式使各個所述電臺相互同步。因此，該模式為電臺確定所述電臺必須在什么時候和多頻繁地在虛擬幀之內在頻率信道上接收較高優先級的數據或者信號，和必須在什么時候和多久發送相應優先級的數據或者信號。發送和接收之間的時間間隔例如可以在系統范圍內被預先規定，然而所述時間間隔也可以相對地相互變動。
根據本發明的方法可以有利地在目前處于標準化過程的DSRC系統(專用短程通信)中被實現。所述DSRC系統應該能夠實現在車輛跑道邊緣之間、以及在車輛彼此之間的數字通信。在此，所述DSRC系統既用于安全技術的應用(例如轉發危險報警)又用于專用的或者公眾的應用(如例如養路費檢測(Maut-Erfassung)、車輛中的因特網接入等等)。
IEEE標準802.11被設定為DSRC系統的無線電接入的基礎，然而所述標準應該在標準化的范圍內被擴展為所謂的道路接入標準802.11aR/A。正如圖5中所示的，所述系統在頻譜5850至5925MHz中提供7個頻率信道。這些頻率信道中的一個在此被定義為控制信道，所述控制信道應該主要地被用于傳輸與安全相關的消息(例如危險報警)。其它的頻率信道作為服務信道用于其它數據的傳輸，例如用于交通流量控制、車輛內通信或者養路費檢測。所述控制信道應該也被用于通知這些消息的時間、種類和范圍。與安全相關的消息的特征是周期性重復發送，以確保車輛對這些消息的接收。
在信道內對媒體的訪問、也就是說所謂的媒體訪問控制(MAC)以隨機控制的方式按照IEEE-802.11標準的公知的CSMA/CA方法(載波偵聽多路訪問/沖突避免)進行。這就意味著，訪問是異步的且在不通過中央機構控制的情況下是分散的。
根據本發明的方法可以在優選地為基于IEEE 802.11a的系統規定FDMA運行的DSRC系統中例如根據前面所述的實施例實現。具有最高優先級的頻率信道相應地是DSRC系統的控制信道fcc，并且具有次低優先級的頻率信道f1是用于公眾安全應用的信道。所有其它的信道沒有優先級并且因此對應于上面的例子的第二或者第三頻率信道f2、f3。
權利要求
1.用于在無線電通信系統中傳輸信號的方法，所述方法提供至少兩個頻率信道(fcc，f1，f2，f3...)用于在至少兩個異步運行的電臺(S1，S2)之間的通信傳輸(d)，其中公共的時間區域被定義用于在至少兩個電臺(S1，S2)之間通信傳輸用以以異步方式傳輸數據。
2.按照權利要求1的方法，其中所述的至少兩個電臺中的第一電臺(S1)在通信傳輸(d)之前以變化的時間上減少或者增加的間隔(X/6，X/5，X/4，X/2，X)發送發送準備信號(R，RTS)用于調整發送和/或接收準備。
3.按照權利要求2的方法，其中第一電臺(S1)在收到來自所述至少兩個電臺中的第二電臺(S2)的應答之后對時間幀進行信令化用以匹配第二電臺(S2)的時間幀和/或使其自己的時間幀匹配于第二電臺(S2)的時間幀。
4.按照權利要求2或者3的方法，其中最大的時間上增加或者減少的間隔(X/6，X/5，X/4，X/2，X)在長度上短于和/或等于接收持續時間(X)。
5.按照前述權利要求之一的方法，其中第一電臺(S1)在通信傳輸(d)之前將通信傳輸(d)或者接收準備的開始時刻(tw)用信號通知給第二電臺(S2)用于調整發送和/或接收準備。
6.按照先前述權利要求之一的方法，其中第一電臺(S1)在通信傳輸(d)之前將頻率信道(fcc，f1，f2，f3，...)中待用于通信傳輸(d)的頻率信道(f1)用信號通知給第二電臺(S2)用于調整發送和/或接收準備。
7.按照前述權利要求之一的方法，其中第一電臺(S1)在通信傳輸(d)之前把至頻率信道(fcc，f1，f2，f3，...)中的接下來待使用的頻率信道(f1)的變換用信號通知給第二電臺(S2)用于調整發送和/或接收準備。
8.按照前述權利要求之一的方法，其中第一電臺(S1)在通信傳輸(d)之前將通信傳輸(d)的時刻和/或頻率信道變換(fcc→f1)的時刻用信號通知給第二電臺(S2)用于調整發送和/或接收準備。
9.按照權利要求8的方法，其中選擇相對于信令的發送時刻的時刻。
10.按照權利要求5至9之一的方法，其中關于廣播分組、數據分組(d)、發送準備信號(R，RTS)和/或接收準備信號(C，CTS)的信令被傳輸。
11.按照前述權利要求之一的方法，其中用于調整通信傳輸(d)的發送和/或接收準備的信號(R，RTS，C，CTS)通過頻率信道(fcc，f1，f2，f3...)中的第一頻率信道(fcc)傳輸，并且通信傳輸(d)通過頻率信道中的一個其它的頻率信道(f1)執行。
12.按照前述權利要求之一的方法，其中用于調整通信傳輸(d)的發送和/或接收準備的信號(R，RTS，C，CTS)通過頻率信道(fcc，f1，f2，f3...)中的協調頻率信道(fcc)傳輸，并且通信傳輸(d)通過頻率信道中的一個其它的頻率信道(f1)執行。
13.按照前述權利要求之一的方法，其中僅僅針對通信傳輸(d)的持續時間和/或在所述電臺(S1，S2)之間的通信傳輸(d)的序列的持續時間來調整所述電臺(S1，S2)。
14.按照前述權利要求之一的方法，其中所述電臺(S1，S2)在準備時和/或在通信傳輸(d)期間考慮，所述電臺(S2，S1)的相應另外的電臺具有所保留的調整偏移。
15.按照前述權利要求之一的方法，其中不與第一和第二電臺(S1，S2)通信的另一電臺(S4)以與具有通信傳輸(d)的相互通信的電臺(S1，S2)異步且偏移的方式執行所使用的頻率信道的變換(f1→f2)和/或接收和/或發送時間的變換。
16.按照前述權利要求之一所述的方法，其中電臺(S1，S2，S3，...)按照時間模式(Y，X)訪問頻率信道中的至少一個(fcc)。
17.按照前述權利要求之一的方法，其中第一電臺(S1)和至少第二電臺(S2)使用電臺特定的時間模式用以訪問頻率信道。
18.用于無線電通信系統的電臺(S1)，具有至少一個發送/接收設備用于訪問所述無線電通信系統的至少兩個頻率信道中的一個用以發送和/或接收信號，其中用于通信傳輸(d)的發送/接收設備以可與至少另一電臺(S2)可協調的方式被設計。
19.按照權利要求18的電臺，具有定時器用于以變化的時間上減少或者增加的間隔(X/6，X/5，X/4，X/2，X)發送發送準備信號(R)。
20.按照權利要求18或者19的電臺，具有定時器用以調整通信傳輸(d)的發送和/或接收準備和/或用于控制頻率信道的變換和用于控制變換到另一電臺(S2)的時刻的信令。
全文摘要
在用于在無線電通信系統中傳輸信號的方法中，所述方法提供至少兩個頻率信道(fcc，f1，f2，f3，...)并且被設計用于在至少兩個異步運行的電臺(S1，S2)之間經由頻率信道(f1)進行通信傳輸，所述電臺(S1，S2)為通信傳輸(d)定義公共時間區域用于發送和/或接收準備，在所述時間區域期間實現異步的數據交換。
文檔編號H04L12/56GK1957562SQ200580014193
公開日2007年5月2日 申請日期2005年2月21日 優先權日2004年5月5日
發明者M·洛特 申請人:西門子公司