CN1385970A - 多路并行传输宽带高速跳频通信方法及装置 - Google Patents

Abstract

多路并行传输宽带高速跳频通信方法及装置是一种使用相对低速的芯片构成可进行高速宽带传输信号的***,属于无线通信的技术领域。其方法是在跳频通信***中,在信源信宿间建立多条一一对应的N个传输和接收信道,将一个待传输的“大文件”分割成N个“小文件”,采用多路无线信道并行传输和接收的方法,分割后的“N”个小文件同时并行传输和接收,最后经过合成复原为原“大文件”,使原“大文件”的传输速度提高了N倍;该装置由微处理器、跳频图案产生器、基带数据分解与合成器、信源信宿模块、跳频频率合成器、调制解调器、动率放大器、时分双工器所组成,其中有“N”组相同的跳频频率合成器、调制解调器、功率放大器、时分双工器组成多信道。

Description

多路并行传输宽带高速跳频通信方法及装置

一、技术领域：

本发明是一种使用相对低速的芯片构成可进行高速宽带传输信号的***，属于无线通信的技术领域。

二、背景技术：

Internet和移动通信已成为信息产业中增长最快的两大领域，业务综合和多媒体化是通信业务发展的重点，宽带无线多媒体通信正成为新的热点。由于信息媒体多样，数据量巨大，对无线多媒体传输的宽带、高速需求越来越明显，因此要求通信***的传输速率必须足够高，这使得频率资源和宽带高速应用以及大容量之间的矛盾变得越来越突出，任何能够低成本地解决这些矛盾的方法都有巨大的应用前景。

为了实现宽带高速无线多媒体通信，近年来国际上提出了不少新方法，例如以IEEE 802.11和HiperLAN为代表的无线局域网(WLAN，Wireless Local AreaNetwork)，以Bluetooth(蓝牙***)为代表的无线个域网(WPAN，WirelessPersonal Area Network)等等，其出发点都是以小区域应用来实现频率复用，解决上述矛盾。尤其是蓝牙等无线个域网通信***的出现，使嵌入式无线电的概念悄然兴起。这种嵌入式无线电芯片的应用，在将来可能会无所不在，价格也会越来越便宜。另外，由于其应用场合大多是存在大量同类应用的用户或工作在同一频段的其它通信***，故要求必须具有多址接入和抗干扰的能力，因此这些***均使用扩频和码分多址技术。

但是现在的一些***，要么信息传输速率较低(如蓝牙***的基带符号速率仅为1Mbps)，要么采用较为复杂的调制方式(如WLAN的几种***中对于高数据速率应用多采用OFDM方式)，从而使得成本太高。因此，解决成本与速度之间的矛盾，即如何用相对低速的低成本芯片构成高速数据传输***具有重要的实用意义。

三、发明内容：

(1)发明目的

本发明的目的是提供一种使用相对低速的芯片构成可进行宽带高速多媒体传输的多路并行传输宽带高速跳频通信方法及装置

(2)技术方案

本发明基于跳频-码分多址(FH-CDMA)原理和嵌入式无线电的概念，提出用多路并行传输的方法来提高***的信息传输速率，即用数据传输速率为R的嵌入式无线电芯片，实现峰值数据传输速率为NR的多链路并行传输无线通信***，做出数据传输速率为R、2R、3R，…，NR的系列产品；在跳频通信***中，在信源信宿间建立多条一一对应的N个传输和接收信道，将一个待传输的“大文件”分割成N个“小文件”，采用多路无线信道并行传输和接收的方法，分割后的“N”个小文件同时并行传输和接收，最后经过合成复原为原“大文件”，使原“大文件”的传输速度提高了N倍；该装置由微处理器、跳频图案产生器、基带数据分解与合成器、信源信宿模块、跳频频率合成器、调制解调器、动率放大器、时分双工器所组成，其中有“N”组相同的跳频频率合成器、调制解调器、功率放大器、时分双工器组成多信道，微处理器分别接跳频产生器、基带数据分解与合成器、信源信宿模块、功率放大器、时分双工器，跳频图案产生器还与路频频率合成器相接，基带数据分解与合成器还分别与调制解调器、信源信宿模块相接。

在发送端，信源根据通信协议确定可用的物理链路数目，从而通过微处理器或计算机及其软件来控制基带数据分解与合成单元，根据通信协议将要传输的数据组成符合协议格式的数据分组，然后根据适当的流量控制机制将各数据分组分配到并行信道，经射频单元将数据分组发射出去。其中，由于***自身存在的干扰以及所处工作环境中的外界干扰特性，必须由跳频图案产生器来协调和控制各跳频频率合成器，以使跳频碰撞概率最小，从而使整个***的传输性能达到最佳。在接收端，信宿通过微处理器或计算机及其软件来控制基带数据分解与合成单元，将来自各并行链路上的数据分组进行缓冲、排序和重组。

随着软件无线电技术的发展，利用目前及不断推出的标准器件及芯片，可通过多链路并行处理技术来提高***的数据传输速率，即在信源信宿间建立多条一一对应的物理连接，其本质就是将多信道概念应用于跳频***中，这是本发明的创新之一。

在所讨论的这样一个通信环境中进行通信，外界的因素及各并行链路之间的碰撞，会给各链路上的通信造成干扰，而各种通信协议为提高通信的可靠性，会采用ARQ等机制。这样当各链路上的干扰很严重时，考虑到可能会造成数据积压或丢弃，导致***负载很重时，各链路的队列长度差别很大，所以并行链路的流量控制算法就显得尤为重要，该算法力求减小数据包重组时延，从而减小接收端缓冲区的占用，提高***的性能，充分而公平的利用各个物理链路的带宽，使总的信息传输速度达到最大。

(3)技术效果本发明的优点在于：

1、利用跳频-码分多址原理，采用多个数据传输速率为R的嵌入式无线电芯片，实现了峰值速率为NR的数据传输。

2、可以根据需要，得到数据传输速率为R、2R、3R，…，NR的系列产品，成本低廉。

3、可以和现有的标准(例如蓝牙标准或IEEE802.11标准等)兼容，嵌入式无线电芯片、跳频图案产生器以及通信协议等部分都可以参考或采用现有标准。

4、跳频-码分多址***具有较强的多址能力和抗干扰能力，适合于干扰较多、电磁环境恶劣的各种应用场合。

5、参与通信的各模块之间是对等的，没有基站的概念，它们可以根据通信需要实现无线移动自组织网络。

6、发明所使用的通信协议与现有协议基本一致，只是在原有的基础上增加了一层软件；而基带处理和射频单元未做任何改动。在各种射频芯片价格相对便宜的条件下，不失为提高传输速率的解决方案。当更高版本的射频传输模块推出后，利用本发明所提出的多链路并行处理方案，可满足更高的传输速率要求，因此该发明提出的是一种可持续发展的方案。

四、附图说明：

图1是本发明的原理框图，该装置包括微处理器1、跳频图案产生器2、通信协议3、基带数据分解与合成器4、信源信宿模块5、跳频频率合成器件6、调制解调器7、功率放大器8、时分双工器9，其中有“N”组相同的跳频频率合成器6、调制解调器7、功率放大器8、时分双工器9组成多信道。

图2是爱立信蓝牙射频模块PBA31301框图。

图3是多路并行传输的一个实现示意图。

图4是多路并行传输的另一实现示意图。

五、具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明，在附图1中：

1、微处理器或计算机是跳频图案产生器、通信协议、基带数据分解与合成程序以及上层应用软件的运行平台。其中跳频图案产生器、通信协议以及基带数据分解与合成的运算量不是很大，只需一般的16位甚至8位微处理器就能胜任。但不同应用的上层应用软件的复杂程度差别很大，对于较复杂的应用场合，例如用作蓝牙局域网无线接入点，由于上层应用软件包括TCP/IP协议，并且微处理器应能连接网络适配器，因此我们考虑选用高速的32位微处理器，如摩托罗拉的MCF5272。

2、跳频图案产生器对并行信道的频率碰撞进行检测，并据此控制跳频频率合成器，使整个跳频***的碰撞概率尽可能小。实际上原单路跳频***的通信协议(如蓝牙通信协议或802.11通信协议)中包含有跳频图案产生器，但它是基于单路跳频的，而本发明的重要内容之一就是实现了多路并行跳频***的跳频图案的产生。跳频图案产生器根据调制解调器给出的相关数据对各个链路进行检测，一旦发现有频率碰撞就控制相应的跳频频率合成器根据先进的规则进入搜索新的建链频点状态，直到建立起新的链路。对等方也应执行相应的操作。这种自适应跳频机制保证了通信的持续、可靠的进行。

3、通信协议采用了原单路跳频***(如蓝牙或802.11)通信协议的一部分，在此基础上加上位实现并行处理技术而设计的有关算法及机制。例如，建链之前，必须以某种方式枚举数据源端和目标端设备上可参与并行传输的单路无线通信模块，从而才可确定链路的数目；另外，还要解决逐一和对方多个单路无线通信模块建立物理连接的问题。建立并行连接之后，还要对链路进行实时的监控、管理。在通信过程中要对数据进行打包、拆包，并给数据包加上或去掉一层层的包头；并且还要对数据进行信道编解码。这些都由通信协议来完成。

4、基带数据分解与合成模块可以看作是为了实现多路并行通信而外加的一层通信协议，在此我们把它从通信协议中独立出来作一个说明。在发送端该模块根据各条链路的工作情况把信源来的数据分组，编号并分配到各链路。在接收端该模块把接收到的数据片组合起来，形成完整的数据文件。

5、信源/信宿模块可以是任何采集、产生、记录、处理数据的设备。例如，计算机、PDA、手机、扫描仪等等。

6、跳频频率合成器、调制解调器、低噪声放大器、功率放大器、时分双工器可以用现成的模块来实现，例如爱立信蓝牙射频模块PBA 31301。

多路并行传输宽带高速跳频通信***的框图如图1所示。该***由微处理器或计算机、射频单元(包括跳频频率合成、调制解调、功率放大及低噪声放大、时分双工等部分)、相关软件(包括跳频图案产生器、通信协议、基带数据分解与合成)以及信源/信宿等模块组成。其中，射频单元一般是嵌入式无线电芯片，本发明将使用i(i≥1)个这样的嵌入式无线电芯片。

在跳频通信***中，在信源信宿间建立多条一一对应的N个传输和接收信道，将一个待传输的“大文件”分割成N个“小文件”，采用多路无线信道并行传输和接收的方法，分割后的“N”个小文件同时并行传输和接收，最后经过合成复原为原“大文件”，使原“大文件”的传输速度提高了N倍。

该装置由微处理器1、跳频图案产生器2、基带数据分解与合成器4、信源信宿模块5、跳频频率合成器6、调制解调器7、动率放大器8、时分双工器9所组成，其中有“N”组相同的跳频频率合成器6、调制解调器7、功率放大器8、时分双工器9组成多信道，微处理器1分别接跳频产生器2、基带数据分解与合成器4、信源信宿模块5、功率放大器8、时分双工器9，跳频图案产生器2还与路频频率合成器6相接，基带数据分解与合成器4还分别与调制解调器7、信源信宿模块5相接。

图1中的单路无线通信单元采用蓝牙模块，通信协议为蓝牙协议，构成的跳频***即为蓝牙***。那么图1中的跳频频率合成器、调制器、解调器、功率放大器及低噪声功率放大器以及时分双工器就均采用蓝牙协议中的相应机制实现。例如，根据蓝牙协议，调制器采用高斯频移键控(FSK)调制，调制指数为k＝0.3。逻辑1发送正的频偏，逻辑0发送负的频偏。解调可简单的通过一个限制的FM鉴别器来完成。我们拟采用Ericsson公司的蓝牙芯片作为硬件平台。下面我们以此***为例介绍两个实施例子：

以最简单的文件传输应用为例，我们不改变蓝牙协议堆栈的任何地方，只是在自己的文件传送软件中完成所有的工作。发送端文件传送软件负责将大文件进行切割，编号，然后发送。接收端软件负责接收、排序并组合得到原始文件。这样，文件的传输速率可提高到几兆，通过蓝牙下载一个10M的软件或一首4M的MP3歌曲只需几秒，这种时延是可忍受的。

把该方案应用于基于蓝牙技术的PSTN网关和无线LAN接入点设备，研制完成的网络接入点设备不仅适用于蓝牙手机接入PSTN，而且，同时适用于PC、便携笔记本电脑和PDA随时随地无线接入计算机网络，在机场、车站、宾馆、商业写字楼、中小企业和家庭都具有潜在市场。这种无线接入方式只要一旦被人们认识和接受，将带给人们全新的接入计算机网络的方法，必然形成真正的市场需求，对电信设备制造业、数据通信经营业以及相关产业带来巨大经济效益和社会效益。

Claims (2)

1、一种多路并行传输宽带高速跳频通信方法，其特征在于在跳频通信***中，在信源信宿间建立多条一一对应的N个传输和接收信道，将一个待传输的“大文件”分割成N个“小文件”，采用多路无线信道并行传输和接收的方法，分割后的“N”个小文件同时并行传输和接收，最后经过合成复原为原“大文件”，使原“大文件”的传输速度提高了N倍。

2、一种适用于权利要求1所述的多路并行传输宽带高速跳频通信装置，其特征在于该装置由微处理器(1)、跳频图案产生器(2)、基带数据分解与合成器(4)、信源信宿模块(5)、跳频频率合成器(6)、调制解调器(7)、动率放大器(8)、时分双工器(9)所组成，其中有“N”组相同的跳频频率合成器(6)、调制解调器(7)、功率放大器(8)、时分双工器(9)组成多信道，微处理器(1)分别接跳频产生器(2)、基带数据分解与合成器(4)、信源信宿模块(5)、功率放大器(8)、时分双工器(9)，跳频图案产生器(2)还与路频频率合成器(6)相接，基带数据分解与合成器(4)还分别与调制解调器(7)、信源信宿模块(5)相接。

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