[发明专利]用在超宽带无线接入网络中的多路接入数字通信方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及用在超宽带(以下称为“UWB”)无线接入网络中的多路接入数字通信方法。更具体地说，本发明涉及这样的多路接入技术，通过该多路接入技术，可以更有效地使用UWB通信信道，并且在信道经历很大路径衰落的环境下可以更有效地控制多路接入用户节点之间的冲突。

背景技术

传统UWB通信系统中的多路接入方案包括用于由管理节点给呼叫分配时隙或时间资源的时分多址接入(Time Division Multiple Access，TDMA)、用于在发现共享信道可用之后尝试进行接入的载波感测多址接入/防冲突(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance，CSMA/CA)、时间跳跃多址接入(Time Hopping Multiple Access，THMA)、码分多址接入(Code DivisionMultiple Access，CDMA)等。然而，由于这些技术在开发出UWB通信技术之前已经得到广泛应用，所以应该依据最新的物理层技术适当改进或改良这些技术。

TDMA是允许多址接入的技术，在该技术中，管理节点查询每一个节点是否向请求数据传输的节点传送了数据并分配了特定的正交时隙(orthogonaltime slot)。即使TDMA对于有效地管理每一个节点的服务质量有用，管理节点每隔一个地(every second)管理所有节点以便于网络操作也是很困难并且非常复杂的。而且很不幸的是，随着节点数量的增加，这种复杂性急剧增加。

CSMA/CS是共享这样的信道的网络控制技术，在该信道中载波感测方案被用来发现另一节点是否在试图传送数据之前使用该信道。当没有接收到确认应答(acknowledgement，ACK)或当多余一个节点同时使用该共享信道时，通告冲突并在特定时间量之后再次尝试通信。即使CSMA/CS可以具有很简单的实施方式，其对感测该共享信道是否正在使用也有困难，特别在UWB信号功率非常低并且多径衰落的影响很大时尤其如此。当降低关于信道使用的检测概率的可靠性时，会实质性地恶化CSMA/CA的性能。为了获得高可靠性，需要进行延长的时间量的感测，而这预示着效率变低。而且，在CSMA/CA的情况下，当节点数量多于一定级别时，多址接入的成功概率显著降低。

最新开发的多址接入方案包括THMA和CDMA。这些方案通过平均多用户干扰而对干扰保持健壮，并且对UWB信号有极好的频域特性。不过，当从管理节点到每一个节点的距离不同时，它们产生“near-far(近-远)”效应，并且当节点数量多于给定级别时干扰量增加，以至于所有节点都可能不能相互通信。出现这种问题的原因是接入管理节点的多个节点的信号不是相互正交的。在传统多址接入方案的情况下，不可能使用正交码，原因是节点信号关于管理节点的接收时间不同步。

图1图示了传统系统中的异步上行链路的操作当从管理节点305到各节点的距离不同时，从这些节点到管理节点的传输时间310、315和320也不同。此外，虽然这些节点同时传送数据，但管理节点在不同的时间接收数据。在这种情况下尝试利用正交时间资源进行通信只会导致对通信区域中的其他节点的干扰。因此，取代正交时间资源，可以使用作为低度相关的资源的伪噪声(pseudo noise，PN)(DS-CDMA或THMA)，或可以检查和使用共享信道(CSMA-CA)，或可以使用随机信道(ALOHA)。

然而，即使无论多低度相关地使用PN码，在通信中仍然存在干扰。这样的干扰对不使用功率控制的系统导致非常严重的问题。在其中节点在共享信道上进行传送之前查验其他通信量不存在的CSMA的情况下，除非该共享信道绝对空旷(clear)或者不出现其他通信量，否则不能进行通信。这相当于多径衰落变坏的情况或具有“隐藏节点/暴露节点(Hidden node/Exposednode)”的问题的情况。最后，由于随着节点数量增加而通信的成功概率显著降低，所以在诸如ALOHA中使用随机信道不是很有效。