通过副信道发送和/或接收数据的方法 |
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| 申请号 | CN201180017370.0 | 申请日 | 2011-03-30 | 公开(公告)号 | CN102893635A | 公开(公告)日 | 2013-01-23 |
| 申请人 | 香港科技大学; | 发明人 | 伍楷舜; 张黔; 倪明选; | ||||
| 摘要 | 本 发明 描述了采用特别设计的干扰模式、不需降低主信道的有效流量而建立一个带内的副信道的系统、方法和装置。第一设备（100）包括一个控 制模 块 （130），用于产生控制信息；和一个干扰模块（140），用于通过在其他用户也在发送其他数据（420）的同时发送模式干扰数据，来发送控制信息（450）。第二个设备（300）通过单个天线（350）接收模式干扰数据和其他数据，并且解码模式干扰数据来提取控制数据（450）。第一个设备（100）在与发送其他数据（420）主信道（410）同在一个相同频段的副信道（440）发送其他数据（420）。第一个设备（100）对干扰模式进行编码使得控制数据（450）能够安全地被发送和提取，而不会对其他数据传输造成影响。一方面，设备（100，200，300）采用一个动态协同多信道接入（DC-MAC）协议（1510）来在主信道（410）对其他数据（420）传输进行调度并且采用副信道（440）来控制和协调。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种设备，包括： |
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| 说明书全文 | 通过副信道发送和/或接收数据的方法[0002] 本申请对在2010年3月31日提交的美国临时专利申请No.61/282，781，题目为“FREE SIDE CHANNEL:BITS OVER INTERFERENCE”提出优先权声明。上述的申请整体上通过引用并入本文。 技术领域[0003] 本公开总的来讲涉及跟副信道有关的无线通信，例如：其中包括了干扰管理和多个设备间的协调。 背景技术[0004] 无线干扰是无线通信中的一个严重问题。例如，无线信道的容量依赖于期望传输的信号强度和干扰加上噪声的比值。因为无线通信的广播特性，当两个或者以上的传输邻近发生时，干扰或者碰撞经常会发生。在一个典型的多用户的环境中，不同的用户有时会对其他的用户产生干扰。 [0005] 近年来，许多研究致力于干扰管理。例如，不同的防止干扰技术。防止干扰技术试图把多个传输分散在时间、空间和频域上来减轻干扰，例如在发生严重干扰时。另外还有干扰消除技术，这个技术试图恢复由于干扰造成的传输错误。干扰排列和消除用于通过多个接入点之间的协调来提高网络的吞吐量。 [0006] 在一个典型的多用户环境中，不同用户之间的协调可以防止干扰和合理地利用媒体资源。然而，这种协调将会消耗珍贵的通信资源同时降低网络的性能，甚至会显著地降低网络的性能。在传统的方法中，协调问题包括带内和带外方法。在带内方法中，协调信息与数据信息处于同一个通信信道，这将带来巨大的通信损耗，例如：载波监听多路访问（CSMA）中的分布式协调帧间隔（DIFS）、短帧间隔（SIFS）和随机退避。带外方法通常设计用于多信号系统。这些方法分配一个完成的信号和相应的信道用于协调，这将带来额外的损耗。在现有的协调技术看来，在不严重损耗系统资源的情况下，并不能做到多个节点间的有效协调。 发明内容[0008] 接下来将会展示一个简单的概要来提供一个对各方面描述的基本认识。这个概要不是一个对本发明主题的全面概述。这并不是以识别本发明主题中的主要或关键要素为目的或者限定出本公开的范围。它的唯一目的是展示一些概念为了后面更详细的描述做前期准备。 [0009] 为了纠正上述传统干扰管理技术的不足与现有干扰管理技术的缺陷，本发明所描述的各种系统、方法和装置采用了特别设计的干扰模式来建立一个带内副信道并且不会降低主信道的有效吞吐量。例如，一种设备具有一个控制模块，用于产生控制信息；和一个干扰模块，用于通过在其它用户发送其它数据（如正常的信息数据）的同时发射模式干扰数据来发送控制信息。这个设备通过与发送信息数据的主信道处在于同一频段的副信道来发送控制数据。这个设备对干扰模式进行编码使得控制数据能够被安全传输和提取，而不会影响主信道上的数据传输。一方面，这个设备采用一个动态协同多信道接入（DC-MAC）协议来对主信道的其它数据的传输进行调度，并且用副信道来对数据传输进行控制和协调。 [0010] 另外一个例子，一种设备采用一个解调器模块，用于接收模式干扰数据并且与此同时接收其它数据；和采用一个错误模式分析模块，用于在模式干扰数据中提取控制信息。 [0011] 另一方面，提供了一种无线通信方法，包括：产生控制信息和通过在其它用户发送其它数据的同时发射模式干扰数据来发送控制信息。这个方法可以进一步包括在主道发送其他数据和在副信道发送模式干扰数据，其中主信道和副信道处于同一个频段。另外一种方法包括在接收其它数据的同时接收模式干扰数据，并且在模式干扰数据中提取控制信息。 [0012] 在另外一个方面，一种设备可以包括产生控制信息的装置和通过在其它用户发送其它数据的同时发射模式干扰数据来发送控制信息的装置。另外一个设备可以包括在其他数据接收的同时接收模式干扰数据的装置和从模式干扰数据中提取控制信息的装置。 [0013] 接下来的描述和附图详细展示了本发明主题的各个示范性方面。但是，这些方面只展示了其中一些适用创新原则的例子。所公开的主题包括了所有以上这些方面以及等同的内容。其他的优势与特点将会在以下对创新内容的详细描述与图示中显现出来。 附图说明[0014] 参照附图描述本发明的非限制和非详尽的实施例，其中在所有示图中相同的参考标号对应相同的部件，除非另外有特别的描述。 [0015] 图1是依照本发明示例所实现的发送设备的框图。 [0016] 图2是依照本发明另一示例所实现的发送设备的框图。 [0017] 图3是依照本发明示例所实现的接收设备的框图。 [0018] 图4是依照本发明示例所实现的一个通过副信道传输数据的无线通信系统。 [0019] 图5是依照本发明示例所展现的一个基于副信道的无线通信机制的例子。 [0020] 图6是依照本发明示例所展示的一个未使用副信道传输的通信系统架构。 [0021] 图7是依照本发明示例所展示的一个使用副信道传输的通信系统架构。 [0023] 图11用图片的形式展示了浪费的冗余。 [0024] 图12依照本发明示例展示了基于副信道的脉冲位置调制（PPM）机制。 [0025] 图13依照本发明示例展示了脉冲间隔调制（PIM）机制。 [0026] 图14依照本发明示例展示了一个基于模式干扰的控制数据传输和接收过程。 [0027] 图15a依照本发明示例展示了基于动态多媒体接入控制（DC-MAC）协议的系统。 [0028] 图15b依照本发明示例按时间系列展示了基于动态多媒体接入控制（DC-MAC）协议的操作。 [0029] 图16依照本发明示例展示了一个基于接入点的DC-MAC状态转变图。 [0030] 图17依照本发明示例展示了一个基于客户端的DC-MAC状态转变图。 [0031] 图18是不同信噪比下正常传输时的数据包的错误率、符号错误率和码片错误率的图示。 [0032] 图19是不同码片干扰长度对主信道的影响的图示。 [0033] 图20是不同调制模式下副信道容量的图示。 [0034] 图21是不同调制模式下副信道误判率的图示。 [0035] 图22是不饱和网络下DC-MAC性能的图示。 [0036] 图23是饱和网络下DC-MAC性能的图示。 [0037] 图24是不同网络流量下的DC-MAC性能的图示。 [0038] 图25是不同网络流量下的DC-MAC和CSMA丢包率的图示。 [0039] 图26依照本发明示例展示了一个设备（一个移动手持设备）能够处理多媒体内容的过程。 [0040] 图27展示了能够执行本发明公开的多设备使用监视和通信系统架构的计算机的框图。 具体实施方式[0041] 在以下描述中，具体细节将被阐述以提供对各实例的深入全面的了解。然而，本领域的技术人员应当理解，可以在无需具体细节中的一个或多个的情况下或者采用其他方法、组件和材料等来实现本发明描述的技术。在其他情况下，将不具体描述公知的结构、材料或操作以避免混淆某些方面。 [0042] 整个说明书中对“一个实例”的引用是指至少有一个与本实例相关的一个特定的功能、结构或者特征包含在本实例内。因此，出现在整个说明书不同地方的表述“在一个实例中”并不都指同一个实例。此外，特定的功能、结构或者特征可以在一个或多个实例中用任何适当的方式进行组合。 [0043] 如同本申请中所利用的那样，术语“组件”、“系统”、“接口”等等指与计算机相关的实体、硬件、软件（例如，在执行中）、和/或固件。例如，一个组件可以是一个处理器、一个处理器上运行的一个进程、一个对象，一个可执行的程序、一台存储设备、和/或一台计算机。举例来说，在服务器上运行的一个应用程序以及这个服务器可以称为一个组件。一个或多个组件可以驻留在一个进程中，一个组件可以位于一台电脑上或分布在两个或多个电脑之间。 [0044] 此外，这些组件可由存储各种数据结构的各种计算机可读介质执行。这些组件可通过本地和/或远程进程（例如，根据具有一个或多个数据包的信号（例如，来自与本地系统、分布式系统中的另一组件进行交互的、和/或通过例如互联网、局域网、广域网等等的网络经由该信号与其他系统进行交互的一个组件的数据））进行通信。 [0045] 另外一个例子，一个组件可以是具有由电气或电子电路操作的机械部件所提供的特定功能的装置；电气或电子电路可由一个或多个处理器执行的软件应用程序或固件应用程序操作；所述一个或多个处理器可以处于该装置的内部或外部，并且可以执行至少一部分软件或固件的应用程序。作为又一个例子，一个组件可以是通过电子元件而不是机械部件来提供特定功能的一种装置；电子元件中可以包括执行软件和/或固件的一个或多个处理器，其至少部分完成电子元件的功能。一方面，一个组件可以通过一个例如云计算系统内的虚拟机来模拟电子部件。 [0046] 词语“示范性”和/或“示范”在本文中用于表示作为示例、实例或例证。为避免疑问，本文所公开的主题并不限于这样的例子。此外，本文所描述的作为“示范性”和/或“示范”的任何方面或设计不必解释为比其他方面或设计更好或更有利，也不意味着要排除本领域技术人员已知的等效的示例性结构和技术。此外，术语“包括”、“具有”、“包含”、和其他类似词语用在详细描述或权利要求中，这样的术语以与作为开放性的过渡词汇的术语“包括”类似方式旨在表示包含在内-而不排除任何额外的或其他的元素。 [0047] 基于人工智能的系统，例如，利用显式和/或隐式训练分类器，按照本文所述主题的一个或多个方面，可用于进行推理和/或概率确定和/或基于统计的确定。例如，一个人工智能系统可被解调器330（见下文）用来推断根据识别的错误模式意图产生的的干扰模式。此外，人工智能系统可以通过错误模式分析器360（见下文）来自动识别错误模式和提取相关的数据。 [0048] 如本文所用，术语“推断”或“推理”通常指从经由事件和/或数据捕获的观察来推理或推断系统、环境、用户、和/或意图及状态的过程。这些捕获的数据和事件可以包括用户数据、设备数据、环境数据，来自传感器的数据、传感器数据、应用程序数据、隐式数据、明确数据等。推断例如可基于对数据和事件的考虑来识别特定内容或动作，或者生成状态的一个概率分布。 [0049] 推断也可指用于从一组事件和/或数据构成更高级别事件的技术。这种推断导致从观察到的事件和/或存储的事件数据来构成新事件或动作，无论事件是否时间上紧密相关，以及无论事件和数据是否来自一个或几个事件或数据源。与本公开的主题相关的自动和/或推断的行为可由各种分类方案和/或系统（例如，支持向量机，神经网络，专家系统，贝叶斯网络，模糊逻辑和数据融合引擎）来执行。 [0050] 此外，本公开的主题可被实现为使用标准编程和/或工程技术来产生软件、固件、硬件或它们的任何组合以控制计算机实现所公开主题的方法、装置、或物品。术语“物品”意在涵盖可从任何计算机可读装置、计算机可读载体或计算机可读介质访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括，但不限于，磁存储装置，例如，硬盘；软盘；磁条；光盘（例如，压缩光盘（CD），数字视频光盘（DVD），蓝光光盘（BD））；智能卡；闪存设备（例如，记忆棒，记忆卡，键驱动器）；和/或模拟存储设备和/或以上任何计算机可读介质的虚拟装置。 [0051] 参考图1，示出了根据一个实例的用于无线通信系统100中的发送设备的框图。发送设备100和本文所述的其他设备或装置的多个方面可以构成体现在机器内的机器可执行组件，例如，体现在与一个或多个机器相关的一个或多个计算机可读介质（或媒介）内。当由所述一个或多个机器（例如，计算机、计算设备、虚拟机等）执行时，这些组件可以使机器执行所描述的操作。 [0052] 如图1，发送设备100包括：存储器110，处理器120，控制组件130，和干扰发生器140。存储器110保存用于实现控制部件130的操作和被处理器120执行时的干扰发生器 140的操作的指令。控制组件被配置为生成控制信息。控制信息包括协调无线传输设备的相关信息。例如，由于无线通信的广播性质，当两个传输靠近进行时，相互干扰将产生并可能发生碰撞。因此，为了在通常的多用户环境中很好地利用共享介质，协调是有用的。协调数据或控制数据可由控制组件产生并被发送其他设备，以便允许发送设备100和其他设备之间的协调通信传输。 [0053] 干扰发生器组件140被配置对由控制组件120生成的控制数据进行编码，以便产生模式干扰。天线150用于发送和接收数据传输，包括作为模式干扰发射的控制信息。模式干扰包括故意干扰，其以一个或多个定义的模式来体现控制信息。例如，在无线通信方案中，大多物理层实现提供了一定程度的抗无线电干扰性。然而这种抗扰性在许多实际环境中没有得到充分利用。使用干扰发生器组件，用户可以利用这种冗余抗扰性来发送少量的控制信息，即当其他用户进行正常的数据传输时进行有意的干扰。正如将要描述的图4，模式干扰传输会生成一个新信道-副信道，其与主传输信道处于相同频谱内。副信道基于一个简单但有趣的观察：通过生成故意干扰模式，额外的有用信息比特可以与正常信息同时发送。将参照图12和图13描述副信道发送的特定调制方案，例如，对于不同数据表示的干扰模式。 [0054] 发送设备200的另一个实例如图2的框图所示。发送设备200包括：存储器210，处理器220，控制组件230，干扰发生器240，和天线250。此外，发送设备200还包括：信道编码器260和调制器270。类似于发送设备100的存储器110，存储器210保存用于实现控制部件230的操作的指令，和当由处理器220执行时的干扰发生器240、信道编码器260、和调制器的操作的指令。应当理解的是，控制组件230被配置为执行类似于控制组件130的操作，和干扰发生器240被配置为执行类似于干扰发生器140的操作。发送设备200被配置为以类似于发送设备100的方式生成并发送作为干扰模式的控制信息。天线250有利于发送和接收数据传输，其中包括作为干扰模式而发射的控制信息。如将在下文描述的图4中，模式干扰经由副信道发送。此外，副信道发送的特定调制方案，例如，对于不同数据表示的干扰模式，将在下文中参照图12和图13进行讨论。 [0055] 此外，发送设备200被配置为发送额外数据，如使用一个传统的通信方式在正常数据传输过程中发送的消息数据。如本文所述，不被主信道（见下文）发送的数据称为标准数据。标准数据不包括模式干扰数据。信道编码器260和调制器270用于标准数据传输。信道编码器260根据所采用的通信方案对标准数据进行编码。同样，调制器270根据所采用的通信方案对标准数据进行调制。正如将要参照图4所描，标准数据通过一个主信道被发送。天线250用于发送和接收标准数据传输。 [0056] 发送设备100和200包括根据本文描述的和要求保护的实例的任何适合用于通过无线通信信道发送数据的设备。发送设备100可以包括移动装置或固定装置。例如，发送设备100可以包括蜂窝电话、智能手机、固定电话、交互式电视、个人数字助理（PDA）、平板处理计算机（PC）、膝上型计算机、游戏装置、或家用电脑。应当注意，更多的通信和计算设备可能出现，只要它们满足上述的最低要求，均可被认为是兼容的可添加于本发明的通信系统的架构内。 [0057] 参照图3，所描绘的是接收设备300的框图。接收设备300包括存储器310，处理器320，解调器330，信道解码器340，天线350，和错误模式分析器360。存储器310保存用于实现由处理器320执行时的解调器330、信道解码器340、天线350、和错误模式分析器360的操作的指令。接收设备被配置为接收控制数据传输和标准数据传输。一方面，接收设备 300分别或在不同的时间点接收控制数据传输和标准数据传输。另一个方面，接收设备300同时或在相同的时间点接收控制数据传输标准数据传输。天线350用于接收和发送数据，其中包括控制数据和标准数据。单个天线350可以在同一时间接收多个传输会话。 [0058] 解调器330具有对接收信号进行解调的功能。例如，当接收信号包括模式干扰数据时，解调器330从中提取与模式干扰数据相关联的错误模式信息。当接收信号包括标准数据，该解调器提取编码标准数据。信道解码器340被配置为从编码标准数据中解码出标准数据。错误模式分析器340被配置来分析错误模式信息以提取控制信息。 [0059] 接收设备300包括能够通过无线通信信道接收数据的任何设备。接收设备300可包括移动装置或固定装置。例如，接收设备300可以包括蜂窝电话、智能手机、固定电话、交互式电视、个人数字助理（PDA）、平板处理计算机（PC）、膝上型计算机、游戏装置、或家用电脑。此外，接收设备300可以包括一个接入点（AP）、一个固定AP、或无线接入点（WAP）。应当注意，更多的通信和计算设备可能出现，只要它们满足上述的最低要求，均可被认为是兼容的可添加于本发明的通信系统的架构内。 [0060] 如图4所描绘的是根据一个实例的无线通信系统400。正如本文所述，系统400、以及其他系统和相关方法，可以构成体现在机器内的机器可执行指令，例如，体现在与一个或多个机器相关联的一个或多个计算机可读介质（或媒介）内。这些指令，当由一个或多个机器（例如，计算机，计算设备，虚拟机等）执行时，会使机器执行所描述的操作。系统400包括发送设备200、发送设备100、和接收装置300。接下来是一个主信道410，以及侧信道440。根据系统400，发送设备100经由主信道410向接收设备300发送标准数据420。发送设备 200经由副信道440向接收设备300发送控制数据450。如上所述，控制数据450作为模式干扰数据从发送设备100发出。在系统400的一个方面，控制数据450在发送设备200发送标准数据420的同时被发出。 [0061] 按照系统400，接收设备300能够识别从发送设备100发出的模式干扰数据中的模式。识别后，接收设备300获得相应控制数据。由于可与标准数据同时接收控制数据，一个附加信道可被建立并且不会影响在原来的或主信道上的传输吞吐量。如本文所述，这个额外信道被称为作为副信道。副信道440可以以少量降低主数据信道的吞吐量的方式传递用户之间的协调信息。然而，鉴于控制数据450是经由故意模式干扰数据传输的，主信道410可能会失去一定程度的抗干扰力。 [0062] 与传统带外方法不同的是，副信道440是一个“带内”信道，其驻留在与主信道410相同的频谱频带内。每个单独的天线150、250、和350可独立地受益于副信道440的高效使用率。此外，不同于传统的带内方法，利用副信道440无需多余的协调开销。例如，在一个传统的“带内”方法中，协调通信流量与数据流量处在相同的通信信道中。因此引入大量的通信开销，如载波监听多路访问（CSMA）中的分布式协调功能帧间间隔（DIFS）、短帧间间隔（SIFS）和随机后退平衡。 [0063] 图5为采用副信道550的通信方案示例。在这个例子中，爱丽丝通过传统通信方式利用主信道540发送消息510给鲍勃。在同一时间，卡罗尔通过在副信道550向鲍勃发送预期的干扰模式520来向鲍勃传递一些协调信息（由标号260来表示）。干扰足够强大，这样一来鲍勃可以识别其模式，而又足够弱以至于不会破坏主信道传输。从鲍勃的角度来看，其不仅能成功解码来自爱丽丝的“你好，鲍勃！”的消息，同时也能注意到，在数据包中的干扰具备一定模式。有了一个预先设计的协议，鲍勃可以识别它是由卡罗尔转递给他的一些协调信息（由标号260来表示）。 [0064] 图7描绘启用副信道通信的通信系统700的体系结构。相对于图6中的传统的通信架构，系统700包括一些新的模块：一个具有干扰发生器710的预期的干扰者卡罗尔和接收器，鲍勃，中的错误模式分析器720。如图6所示，在传统的通信系统600中，信道编码器610将标准的数据D编码为S。然后调制器620调制该编码的标准数据S，以及爱丽丝将该调制的标准数据发送到无线上网介质。在系统60中，x（t）是从标准数据D编码的信号，n（t）是包括外部干扰的白噪声。由鲍勃接收后，解调器630将所接收的信号S'解调为编码的标准数据信号S和错误模式信息E。信道解码器640从S'依次提取标准数据D。 [0065] 与系统600不同，图7描绘了具备副信道功能的通信系统700。根据系统700，主信道的发送人爱丽丝与在传统的系统600的工作原理相同。然而，系统700引入一个预期干扰者卡罗尔。预期干扰者卡罗尔在副信道发送数据G。一方面，干扰发生器710编码控制数据G，并把它发送给无线上网介质。在接收器端，鲍勃接收的信号包括x（t）+g（t）+n（t），其中，x（t）是从标准数据D编码的信号，n（t）是包括外部干扰的白噪声，g（t）是携带卡罗尔的控制数据G的预期干扰。鲍勃一旦收到此信号，解调器730将所接收的信号S'解调为编码标准的数据信号S和错误模式信息E。信道解码器740从S'依次提取标准数据D。在同一时间，错误模式分析器720进行错误模式分析，从错误模式的信息E中解码卡罗尔的控制数据G。因此，根据系统700，鲍勃可以通过主信道从爱丽丝获得信息D和通过副信道从卡罗尔获得信息G。 [0066] 图8至图10表示根据所公开主题的各方法。为了简化说明，这些方法被示出和描述为一系列的动作。需要指出，本主题的创新并不限于示出的动作和/或动作的顺序。例如，这些动作可以按照各种顺序发生和/或同时发生，并且可以存在本文中没有呈现或描述的其他动作。此外，在实现根据所公开主题的方法时，并非需要所有示出的动作。此外，本领域的技术人员将了解和明白，这些方法可替代地通过状态图或事件表示为一系列相关的状态。此外，应进一步理解的是，下文中和整个本说明书中公开的方法能够被存储在制造产品中，以方便将这些方法运输和转移到计算机。这里所指的术语制造产品，意在涵盖可从任何计算机可读装置、介质或媒介访问的计算机程序。 [0067] 现在参照图8，根据一个实例，示出了用于发送作为发射模式干扰的控制数据的进程（800）。在810，生成控制信息。例如，该控制信息可以包括有利于协调多个设备的无线传输的数据。在820，所述控制信息与模式干扰数据相关联。在830，模式干扰数据被生成。最后，在840，通过在其他用户进行标准数据传输的同时发射该模式干扰数据来发送所述控制信息。 [0068] 现在参照图9。图9描述了用于接收作为发射模式干扰的控制数据的进程（900）。在910，模式干扰数据在标准数据接收的同时被接收。在920，标准数据被解码。然后，在 930中，模式干扰数据被解码以提取与其相关联的控制数据。 [0069] 现在参照图10。图10所示的进程（1000）为在一个主信道和一个副信道上发送和接收数据的进程。在1010，对标准数据进行编码和调制。在1020，经过编码和调制的标准数据通过一个主信道被发送。在1030，具有干扰模式的控制数据被编码。在1040中，编码控制数据经由副信道发送。在1050，接收包括编码标准数据和编码控制数据的信号。在1060，该信号被解调，以提取编码标准信号和错误模式信息。最后，标准信号被解码以提取标准数据，并且错误模式信息被分析从而提取所述控制信息。 [0070] 如上所述，在各种的系统和方法，通过生成模式形式的预期干扰，控制数据可以携带干扰模式。一个接收装置可以仅仅识别这些模式，并获得所携带的控制信息。干扰模式不会显著影响主信道传输，这是因为大多数物理层的实现提供了一定程度的抗无线电干扰能力。此外，由于数据作为干扰模式来传递，一个额外的与主信道位于相同频谱的信道，即副信道，被创建。副信道的效率和性能至少媲美控制信息功能，这些控制信息可以通过干扰模式携带，使得在实际环境中既不会破坏主信道通信，又能够提供副信道的理论的传输上限。 [0071] 以下说明中提供了根据本公开主题的一个有效的副信道的要素。为了便于表述，副信道的设计是基于IEEE 802.15.4的ZigBee标准，其被广泛应用于无线传感器网络中。选择IEEE 802.15.4的ZigBee标准是由于其简单，并且因为它是一个典型的冗余编码方案。IEEE 802.11b基于直接序列扩频（DSSS），因此副信道设计是相同的。虽然本文所描述的副信道的设计是基于IEEE802.15.4ZigBee标准上，应注意，额外的通信标准也在本公开主题范围内。 [0072] ZigBee在物理层（PHY）采用DSSS去抵抗无线电干扰和噪音。在世界范围的2.4GHzm频带，一个m位的数据包D∈{bi} 将被切割成多个符号 每个符号S将被映射 到一个16个预定义的n比特的码片序列。即 K∈[1，n]的，其中n等于8m。 如本文所用，码片是在一个比信息比特更低的层中的二进制表示。该码片序列X然后被调制成无线电频率x（t）并被发送到无线介质。例如，在IEEE 802.15.4中，每4位被编码成一个32码片序列，对应于m=4和n=32组（n=8m）。 [0073] 在接收端，信号表示为x′(t)＝x(t)+n(t)。其中n(t)是可能包括外部干扰的噪声。当接收到这一信号后，接收机将其解调为码片序列X′。接收机将接收到的序列X′与每个16位所需的码片序列相关联，选择具有最小数目的位差异的一个值并将其映射回D’。码片错误EX被定义为 符号错误ES被定义为 其中 是两个二进制 序列的异或操作。当S=S′（即，ES＝{0}m/4）时，D′＝D并且表示数据包D的成功传输。 [0074] 副信道设计时的一个主要考虑是如何确定在何种条件下副信道对于主信道的数据包接收率（PRR）的性能几乎是无害的。由干扰模式携带的使得它不会破坏主信道通信的控制信息量，是一个关于干扰模式的调制方案的函数。在讨论特定的副信道传输的调制方案之前，在此对副信道的设计原则进行说明。表1列出相关的符号和概念。 [0075] 表1：概念和符号 [0076] [0077] [0078] 为此，关键参数h将设为每个符号中可以安全地干扰该符号的码片的最大数目。为了不危害主信道，主动干扰和噪声的联合作用不应超出主信道的纠错能力（ECC）。为此，利用符号错误概率（SEP）来衡量主信道的传输质量。SEP被定义为符号错误传输的概率。 假设每个符号的错误会导致数据包的错误，SEP和收包率（PRR）之间的关系如图11。在图 11中，左轴表示SEP，而右轴则表示相应的PRR。所需的SEP是0。举个例子，如果要求PRR大于99.8％，则所需的SEP应小于10-6。 [0079] SEP取决于以下几个因素。第一个因素是主信道中编码/解码方案中的ECC。ECC定义为如下。 [0080] 定义.给定一个n比特的二进制向量E＝{et}nret∈{0，1}，其汉明权重W(E)将定义为E中1的个数，即 [0081] 定义.给定一个编码/解码方案f/f-1， [0082] f:{st}m→{x}n [0083] f-1：{x}m→{st}m [0084] 其纠错能力δ(f)将定义为f可纠正的最大码片错误数目，即 [0085] δ(f)＝max(W(Ec)) [0086] 其中 [0087] 根据编码/解码理论，给定的f/f-1中的δ(f)为由f决定的已编码的任何一对二进制向量间最小的汉明距离的一半，即 [0088] [0089] 根据现有的IEEE 802.15.4中的符号映射方案，任何两组有效的32位码片的最短汉明距离为13。换句话说，其δ(f)为6。 [0090] 第二个影响SEP的因素是信道的信噪比（SNR）。这一因素与码片错误概率有直接联系，这里，码片错误概率被定义为在接收端码片被干扰造成错误的概率。值得注意的是，干扰与原始码片的状态是相对独立的，因此，不管它是由于白噪声或主动干扰造成，该码片错误概率的上限都是0.5。由噪声（包括意外的外部干扰）所造成的码片错误概率将标记为PN，而Pl则表示有主动干扰模式g(t）引起的码片错误概率。基于上述情况，并根据数字通信原理，将SEP定义为如下： [0091] （公式1） [0092] [0093] 其中n为每个符号中码片的数目。 [0094] 当将参数设为n＝32，δ(f)＝6，而PN和Pl则为其上限0.5，由每个符号中受干扰的码片数目h带来的影响即可评估，其中h将在0和8间变化。将公式（1）在图11中表示。分析图11和公式1，其中当n＝32，δ(f)＝6，PN和Pl设为0.5，将有如下观察结果。 [0095] 第一，h不应超过δ(f)。否则，PRR将下降，最终导致降低主信道的性能。例如，当h＝7时，PRR几乎为0。第二，当信道条件良好时（例如，SNR＞15dB），只要h≤δ(f)，h对主信道的性能影响甚微。在这种情况下，设定h＝δ(f)能充分发挥主信道的承受能力和最大化副信道的通信能力。第三，当信道条件是一般时，只有部分干扰承受能力可以利用，其余则用来处理噪声。例如，当SNR大约为6dB和需要99.8％PRR时，应当设置h为3。最后，当信道条件较差时，主信道需尽量恢复传输错误。在这种情况下，副信道则不被应用。 [0096] 在下面的说明中，副信道的设计描述将基于上述的观察结果。特别地，将对不同的数据表示的不同的干扰模式下的不同的调制方案进行讨论。 [0097] 在本发明主题披露的一个方面，调制方案提供足够的干扰以便能够被识别，同时保持对主信道无害。因为Pl有一个上限为0.5的限制，单码片的干扰未能在识别上提供足够的可靠性。因此，一个能够产生干扰连续的数个码片的调制方案可以在识别上提供帮助。在一个方面，模式干扰数据的调制方案会造成最大数目的连续的干扰码片而没有对主信道造成损害。在另一方面，当发送者和干扰者能进行码片级别的同步时，多个用户之间的同步能得到优化。当发送者和干扰者在码片级别上同步时，可以通过干扰32位码片的符号上的不同位置来表示各种信息。一个能够达到码片级别同步的调制方案能够比其他方案允许携带更多的信息。但是当码片级同步受到硬件限制无法应用时，仍可选择其他的同步方案。 [0098] 图12中提出了一个脉冲位置调制方案（PPM）1200，其可以用来调制各种干扰模式。一方面，当能够进行码片级同步时，PPM会被获得采用。相比其他调制方案，PPM为副信道提供了更高的信道容量。PPM的核心思想是通过干扰不同位置的码片来表示数据信息。如图12所示，每个符号中的32个码片被分为几组，每组包含连续K个码片（因此每个符号一共有32/K组）。对于每一个符号，干扰者只能最多干扰一组码片。当接收器接收主信道的数据时，可以通过检查哪个组被干扰来解释所传输的信息。 [0099] 根据理论分析，应用PPM方案的副信道容量应为如下。当采用PPM时，副信道可形成一个M层的信道，这里M＝32/K。假设在一个K的模式信号里，若要成功识别干扰码片，至少需要在K个码片中有2个码片成功地被干扰成码片错误，而其中P为接收器成功识别在一个符号中模式信号的概率，以此可以得到以下的公式推导。 [0100] P＝1-(1-pl)K-Kpl(1-pl)K-1 [0101] 其中Pl干扰模式中的码片错误率。得出的信道容量C可表达为： [0102] C＝PlogM/T [0103] （公式2） [0104] ＝(1-(1-pl)K-Kpl(1-pl)K-1)log32/K/T [0105] 其中T为一个符号的持续时间。持续时间T可根据主信道的数据传输速率计算出来。为了最大限度地提高副信道的传输可靠性，参数K将设置为其最大值K=6。假设在最优的主信道中，pl等于其上限值0.5，那么相应的信道容量为C(H＝GiPl＝0.5)＝129Kbps。 [0106] 图13表示的是另一个调制方案1300，脉冲间隔调制（PIM），采用此方案可以在相应的副信道中调制干扰模式信号。PPM的应用是基于一个假设，即能够获得节点之间的码片级的同步。如果没有这种支持的系统，PIM则可作为另外一种调制方案。PIM干扰码片使用的是相对位置，而不是绝对位置。位置信息则可用连续两个干扰码片之间的不同时间间隔来表示。因此，不需要用户与用户之间的时间同步。值得注意的是，虽然很难同步干扰方和接收方的行为，但是一个单个实体的行为是很容易控制的。因此，在接收端，两个连续的干扰码片的相对位置可以保持不变。 [0107] 如图13所示，每四个符号中将编码PIM信息。再次，每个干扰者会干扰K个码片，以增加识别干扰模式的可靠性。这种干扰将在连续符号中被重复，而每组有K个码片的两个组之间的间隔是根据不同的编码信息进行调整的。这两个符号被干扰后，其后的两个符号将不被干扰，以作保护用途。 [0108] 为了分析使用PIM的副信道的容量，假定第一组受干扰的K个码片从码片0开始。接下来，K将设为8，另外2个作为保护用途，而第二组受干扰的码片则必须至少是在第二个符号中。为了提供保护，对于干扰码片组，只有数量有限的位置是有效的。第一个可能的位置是0，而2K个连续的位置将不包括在内。因此，第二个可能的位置只能是17，第三个是 34。而34是无效的，因为它超过了32。换句话说，应用PIM的副信道在4个符号中只有2种状态。因此，在ZigBee下应用PIM的数据传输率是log2/4T＝1Kbps。 [0109] 按照上述调制方案，在副信道的解调中需要提取错误模式信息。一方面，副信道的解调并不单纯是调制的逆过程，而是需要推断由确认的错误模式故意产生的干扰模式的过程。解调的设计选择主要受两方面因素影响。首先，即使大量的连续芯片被故意干扰，也会有很大的这些预期干扰不会导致芯片错误的概率。其次，错误模式信息也可能是由于外部干扰或噪音导致的。这样的错误模式不应该被视为副信道中传递的信息。 [0110] 这两个因素导致解调错误分为两类：漏报（false negative）和误报（false positive）。不幸的是，以上两种影响是无法完全避免的。漏报可以考虑为在副信道上的数据擦除。在本公开的一方面，为了减少漏报，将重复编码，例如，多次产生相同的主动干扰模式。误报一般发生在主信道条件变差的时候。当在受故意干扰的大量连续码片中仅有一个错误的码片时，可以将其识别为误报。当确认是误报时，通过副信道来传输控制信息的效果会变得较差。相应地，可以采用其他干扰管理方法来进行帮助。 [0111] 现在将介绍副信道的具体实施。在副信道的实施的一方面中，应用GNURadio为基本平台。其中，应用了IEEE 802.15.4为基本的网络标准，这是因为在GNU Radio软件无线电项目中有一个成熟的802.15.4物理层实现方案。从上述说明可知，一个副信道利用了码片级的信息，因此其实施需要涉及所有的网络层结构。应用Universal Software Radio Peripheral version-2设备（USRP2）为硬件平台。例如，参考图4，每台设备100、200和300都配备了能在2.4和5GHz通信的XCVR2450子板，而且这些设备都作为发射器或接收器进行通信。当用来作为发射器时，该设备具有400兆样本/秒的DAC率。而作为接收器使用时，该设备具有100兆样本/秒的ADC率。而软件方面则基于现有的IEEE 802.15.4物理层上的修改。 [0112] 图14表示出实施副信道的详细过程。副信道实现的主要目标是，将作为预期干扰的信息进行编码，从而可以在接收端对其进行解码得到原有的信息。如图14所示，在1410，发射器首先使用PPM和/或PIM调制干扰数据。在1420，调制好的信息接着会通过由发射器所产生的脉冲干扰进行发送。应用USRP2中的时间戳机制来实现码片级的同步。为了保证在一个符号中的码片受到影响，干扰脉冲的持续时间设置为6个码片的时间长。一方面，为了捕捉主信道中的传播，干扰信号的功率设置为主信道的传输功率的两倍。在1430，一个信号被接收到，并且在1440，接收器解码从主信道收到的数据包（即，标准数据）和副信道中的信息（即，干扰数据）。透过各种方法以确定一个最佳匹配的芯片序列。一方面，采用了最大似然解码器（MLD），以确定最佳匹配的码片序列。副信道解码器收集MLD解码有效载荷时的统计信息。使用适当的解调方法，接收器便可以获取副信道中的信息。 [0113] 以上所述的是一个应用副信道通过主动干扰模式来传输控制信息的系统和方法。此副信道可被多种访问协议和通信基础设施所采用。例如，副信道可展望于码分多址接入（CDMA）、时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）、载波代码监听多路访问（CSMA/CA）的应用中。此外，副信道亦可应用于ad-hoc模型中。从一方面看，在ad-hoc环境中，副信道采用了多址接入控制（MAC）协议。根据具体的实施，副信道采用一个动态的多址接入控制协议（DC-MAC）。 [0114] 为了更有效地使用无线介质，DC-MAC是一个在不同的用户间提供公平和更高网络吞吐量的协议。结合副信道，DC-MAC提供了以下好处。首先，当主信道被标准数据传输积极占用时，其它的例如载波监听、DIFS、SIFS和随机回退平衡的额外开销是没需要的。其次，无碰撞传输的实现，让每一个数据包提供了净收益。第三，这个机制提供了公平竞争，即不同的用户可以得到相似的访问介质机会。第四，避免了在副信道中的碰撞（例如，两个用户尝试同时使用副信道）。 [0115] DC-MAC主要为占常见无线网络主导部分的基础结构模式设计的。通常的无线基础设施一般由一个接入点（AP）和其他相关的作为客户端的节点组成。主信道的通信传输只在客户端和AP之间进行。在此，从AP到客户端的通信会话为下载，而从客户端到AP的通信会话则为上传。上传和下载都被认为是传输通信。在传输通信中，有两个发射操作，一个用于数据发送，另一个是确认发送。从AP到客户端的传输操作被称为下载，这可以是用于数据发送或确认发送。相反，从客户端到AP则被称为上传，也是跟下载是类似的。 [0116] 现在请看图15a和图15b。图15a描绘的是采用了DC-MAC的系统1500。而图15b演示了DC-MAC在一个时间序列上的操作例子（1510）。图15a描绘四个节点，即AP和客户端A、B和C。在1540，描述的是一个用于解释图15a和图15b的关键。在关键点1540可以看出，实线代表主信道的通信而虚线表示在副信道的通信。四个节点涉及基于DC-MAC的交换。就如图15a和图15b中所描述的例子所示，它涉及两个通信，一个上传和一个下载。如上所述，上传涉及到从客户端（A、B或C）到AP的通信。而下载涉及从AP到客户端的通信。在DC-MAC中，只有AP作为副信道的“接收器”（即在图5中所示例子的鲍勃）。 [0117] 如图15b所示，在时间序列上的传输并没有间断，上传和下载这两种传输在交替进行。在上传的上行通信中，或在某些下载的上行通信中，客户端是允许通过副信道发送请求到AP的。这些请求仅用于上传通信，而下载通信是来自外部网络的，并不需要发送请求。AP收集这些请求，然后在时间维度上调度它们并在主信道上进行传输。在DC-MAC中，AP是负责提供公平竞争的。而客户端只是响应AP的协调。 [0118] DC-MAC协议中采用了基于令牌的介质共享方案来安排在主信道的通信。如15b所示，根据DC-MAC操作1510，AP在下行通信1550中分配了一个令牌给客户端，然后此客户端将与AP进行通信。请注意，在1510中，下行通信1550和1560与上行通信1570，1590交替进行。正如图15a和图15b所示，从客户端到AP的所有通信令牌请求1520，1530，1580都在副信道进行（虚线表示）。如上所述，客户端A、B和C允许在上传的上行通信中，或在某些下载的上行通信中发送这些请求。正如图15b所示，客户端A在进行上行操作中，数据通过主信道发送到AP，而请求1580则通过副信道发送。客户端B在副信道发送了请求1520和在主信道进行上行操作。客户端C重复在副信道发送请求1530。 [0119] 任何令牌调度算法都是适用的。为了便于说明，这里使用简单的轮循调度。此外，正如上文所述，当SNR值较低时，副信道并不适用于发送协调信息。在DC-MAC协议中，AP还需要能够计算每一个数据包里的每比特的信噪比（SNR），并根据测得的SNR来决定是否要使用副信道模式。下面分别用AP和客户端的角度去进一步详细描述DC-MAC的设计。 [0120] 以AP的角度看，在DC-MAC协议中，AP在下行链路操作中提供了令牌的管理信息。无论是上传或下载，每一个令牌都只在一次通信中是有效的。只要通信完成，AP会自动回收令牌以作下一个通信分配使用。如果令牌丢失，AP将其视为过期而回收令牌。在这种情况下，代价只是一个数据包的时间。 [0121] 图16表示的是一个DC-MAC中AP的状态转变图。在1610中，AP检查是否之前有数据包需要确认。如果之前没有通信，AP将进行下一步动作1620。如果之前有数据包需要进行确认，在1615中，AP将确认信息写进确认包中以作在接下来的数据包中发送。在1620中，AP决定下一个通信是下载或上传。 [0122] 如果随后的通信是下载，AP将进行下一步动作1625。在1625中，AP通知即时令牌的拥有者从时间上垫长（pad）原来上行的数据包到一定程度。在1630中，确认包的垫长需要得到满足。在1635中，数据包括在数据包中。在1640中，AP封装数据包。然后再回到1620中，如果随后的传输通信是上传，AP直接进行动作1640，然后封装数据包。在1645中，AP发送数据包。 [0123] 在接收端，1650中，AP确定该接收到的包是一个数据包还是一个确认包。如果这个包是一个数据包，AP在1660中对请求进行解码，然后在1675对数据进行解码。如果该包是一个确认包，在1655中，AP确定该确认包是否包含填充。如果它不包括填充，数据将只在1675进行解码。如果它包括填充，那么请求将在1660中进行解码，然后数据在1675中进行解码。 [0124] DC-MAC协议从AP的角度看将如下。AP首先准备好之前通信的确认包。然后AP将即时下行通信的数据包封装成三个部分：1）首先是令牌分配信息，这可以允许令牌持有人（如图14中的客户端）获得令牌；2）第二部分是规范的令牌请求，这可以使其他没有令牌的人可以通过副信道发送上传请求（如果有的话）；3）最后一部分，包括一个同步符号，这可以使客户端与AP进行同步。上载的上行链路数据包要简单得多。AP只需对主信道上的数据进行解码和通过副信道上传发送请求。 [0125] 在DC-MAC中，AP的下载通信（例如，在图15a中从AP进行的下载）与其上传通信存在以下几个方面的不同。首先，在下载通信中，AP不会通知即时令牌的拥有者从时间上垫长原来上行的数据包到一定程度，这样可以让其他节点有机会发送它们的请求。一方面，确认包需要强制填充到62个字节，这样AP可以支持最多31个客户端。在接收时，AP首先检查确认包是否被填充。在确认其被填充的情况下，AP把副信道与主信道一起进行解码。虽然上述DC-MAC协议的设计应用只包括31个客户端，但可以理解的是本发明主题的DC-MAC的协议可以支持更多客户端。 [0126] 图17给出了一个DC-MAC协议中客户端的状态转移图。在1710，在接收到下行通信数据包时，客户端首先检查确认他是否是令牌的持有者。如果不是，那么在1745中，客户端进入副信道模式。如果在1710中，客户端被确认为令牌持有者，在1715中客户端进入主信道模式。然后，在1720中，客户端产生一个数据包。在1725中，先决定数据包是否需要填充。如果需要填充，在1730中，在1735发送前，该数据包会被填充。如果不需要填充，只需在1735发送数据包。 [0127] 回到1710中，其中如果客户端不是令牌持有人，此客户端将在1740中进入副信道模式。在1745中，客户端确认副信道是否可用。如果是的话，客户端在1750中发送请求，然后在1735中发送数据包。如果不是的话，客户端将在1755中等待接收数据包，然后当收到数据包时在1760中解码数据包。回到1755中，在1755中一个数据包被接收。当客户端接收到一个包时，它在1760中仅解码数据。 [0128] 在DC-MAC协议中从客户端的角度来看，在接收到下行通信数据包时，客户端首先判断它是否是令牌的持有者。如果是，客户端将进入主信道模式，并开始发送数据。在需要填充请求的情况下，客户端按照要求填充确认包。当客户端不是令牌持有者但有数据需要发送时，它将进入副信道模式，如图17中所示。在传输其请求前，客户端需要首先检查副信道是否可用。而副信道只有在上传或下载时带有一个填充的确认包时才认为是可用的。对于其他任何情况下，客户端只需要保持沉默。 [0129] 在DC-MAC协议中的一个关键问题是通过副信道发送请求。而在副信道的碰撞可能会导致严重的后果，所以应该尽量避免。为了避免碰撞，在副信道中应用时分调度算法。副信道被划分为多个时隙，每个客户端将分配到一个专用时隙。然后客户端可以在其时隙中发送他们的请求。 [0130] 此外，客户可以加入和离开。如何一个客户端很长一段时间处于非活动状态，AP会将其自动踢出。另一方面，当一个新的客户端加入，新的客户端首先需要监听AP的下行通信的数据包。因为下行通信的数据包携带了子信道的使用信息。新的客户端就可以简单地选择一个随机的未被使用的时隙发出请求。对于任何丢失的请求，可以通过重复发送来解决。 [0131] 根据DC-MAC协议的设计的另一个方面，每一个客户端需要监听AP的数据包，并由AP进行安排调度。因此，这里并不存在隐藏终端问题。众所周知，无线网络中的隐藏终端问题会导致系统性能的严重下降。此外，虽然802.11中的RTS/CTS机制能有效减少隐藏终端问题，但是RTS/CTS机制有一个缺点，就是它需要大量的额外开销。 [0132] 现在对DC-MAC协议的实现进行说明。在DC-MAC协议实现的一个方面，采用了GNU Radio作为基础平台。由于GNU Radio软件项目有一个成熟的802.15.4物理层层实现，因此采用了IEEE 802.15.4作为基本网络标准。也采用了Universal Software Radio Peripheral version-2devices（USRP2）作为硬件平台。每台设备都配备了能在2.4和5GHz通信的XCVR2450子板，而且这些设备都作为发射器或接收器进行通信。当用来作为发射器时，该设备具有400兆样本/秒的DAC率。而作为接收器使用时，该设备具有100兆样本/秒的ADC率。而软件方面则基于现有的IEEE 802.15.4的物理层上的修改。 [0133] 在DC-MAC实现中的关键问题是同步不同客户的行为。在同步不同客户端的传输时面临的主要挑战是克服软件无线电里不可预知的延迟。例如，在接收到一个数据包后，即使响应是被立即发出，也可能会产生一个不可预测的时间延迟。这种不可预测的延迟主要是受CPU处理时间、操作系统调度延迟等等所影响。无论在副信道中使用任何调制方案，这些不可以预测的延迟都可能会导致整个DC-MAC都会漏判（false negative）。为了解决这个问题，在每个从主机系统传送到无线电硬件的样本块上打上一个时间戳。通过这个时间戳机制，可以同步不同的客户端的传输行为。更确切地说，在每次真正发送前，对每个发送强制加上一个延迟。这个延迟需要足够长，以弥补所有无法控制的延迟。在一个方面，这个强制性的延迟被设定为8毫秒。 [0134] 此外，在DC-MAC协议中应用了时间分割调度算法。干扰模式信息被设定为在8个符号之内。通过这个设置，当IEEE 802.15.4中使用的最大有效载荷为127字节时，系统可以支持最多31个节点。根据所讨论的实施例中，将使用PPM来调制干扰模式信息，这是因为PPM有较低的漏判和很高的容量。脉冲干扰的持续时间被设置为6个码片的时间长，并且为了提高其可靠性，这个动作将重复三次。考虑到两个码片间的干扰能力，每个干扰符号后跟着一个导频符号。在接收器端，接收器将识别三个脉冲引起的错误中的任何一个来作为一个请求协议。 [0135] 对比传统的干扰管理技术，副信道和DC-MAC协议提供了许多优点。以下展示的是副信道和DC-MAC的优点和其相关的实验。这些实验结果和相关结论都是建立在副信道和DC-MAC的实现基础上的。 [0136] 用一个由8台USRP2设备组成的测试平台来评估副信道和DC-MAC的性能。结果表明，当副信道适当使用时，主信道的性能退化是可以被忽略的，这充分验证了上面的理论分析。结果还表明，DC-MAC的性能在任何情况下都比CSMA好，在通信负荷很大的时候，这对整体吞吐量的改善明显。 [0137] 在下面的实验中，使用三个USRP2分别用来作为Alice（发送端），Bob（干扰端），和Carol（接收端）。同时也应用了处于2.4GHz频段内的2.425GHz作为载波频率。应当注意的是，下面的实验中，发送者总是不断传输IEEE802.15.4标准数据包。每个数据包由73个字节组成（其中60个字节是有效载荷，11字节是包头，和2个字节是校验和），或者146个符号。 [0138] 首先，为了研究噪声带来的影响，先将干扰端关闭。将接收端的SNR值进行仔细调整，形成21个不同的级别，从0dB到20dB。对于每个SNR级别，发送端发送20000个数据包，而接收端记录了所有的码片错误、符号错误、以及数据包丢失。图18给出了不同SNR下正常传输的丢包率（PER）1810、符号错误率（SER）1820和码片错误率（CER）1830的图形表示。如图18中所示，当SNR>5分贝时，很少发生数据包丢失（1810），SER低于0.2％（1820），和CEP不超过1％（1830）。特别是，当SNR>10分贝时，即使是码片级别，由纯噪声引起的错误是可以忽略的。 [0139] 其次，为了研究主动干扰造成的影响，干扰端被设置成产生具有不同脉冲持续时间的不同脉冲干扰。图19描绘了不同持续时间的干扰码片对主信道和主动干扰和噪声对主信道共同作用下的结果。如在关键1900中所示，线1910代表了当SNR为30时在不同持续时间的干扰码片下的收包率。线1920代表了当SNR为25时在不同持续时间的干扰码片下的收包率。线1930代表了当SNR为20时在不同持续时间的干扰码片下的收包率。线1940代表了当SNR为15时在不同持续时间的干扰码片下的收包率，而线1950代表了当SNR为5时在不同持续时间的干扰码片下的收包率。可以确定的是，如果在一个符号中干扰码片的数目少于8时，主信道的性能并没有明显下降（少于5％）。这个结果和图19中所示的结果一起验证了上述的理论结果。值得指出的是，在理论上，当h=7或8时，PRR应该是接近0的，因为ECC是6，而在实践中这个表现更为理想。这是因为在理论上，只有在最坏的情况下，即在任何位置上有7个或更多码片错误才会导致符号错误。然而，在现实中并不是这样。换而言之，上述理论分析中确定的参数过于保守。但是，本发明的副信道不应当局限于理论参数。 [0140] 最后，对副信道的吞吐量和可靠性方面进行评估。信道编码可以提高传输的可靠性，但是需要牺牲信道容量。在以下的实验中，干扰端有2种调制方式（PPM和PIM）和3种信道编码方案（1，2，和3重复编码）选择。因此，副信道总共有6种不同的方法来传输比特。对于每一种方式，在发送端发送1000000个符号，而在干扰端则同时发送相应的主动干扰。 [0141] 图20表示出在不同调制方案下副信道的容量。2010列表示的是用单一PPM重复，副信道容量约为150Kbps时的结果。2020列表示的是用双重PPM重复，副信道容量约为70Kbps是的结果。2030列表示的是用三重PPM重复，副信道容量约为50Kbps时的结果。2040列表示的是用单一PIM重复，副信道容量约为10Kbps时的结果。2050列表示的是用双重PIM重复，副信道容量为35Kbps是的结果，而2056列表示的是用三重PIM重复，副信道容量约为20Kbps是的结果。如图20中所示，在所有情况下，实验中的吞吐量稍低于信道容量。这种减少可能是由于基于软件的解调器的缺陷带来的。 [0142] 图21表示出以不正确传送的比特所占比例（漏判率）来衡量的副信道的可靠性。对于没有重复编码的PPM 2110和PIM 2140，吞吐量分别高达129.25Kbps和12.39Kbps。对于有三重重复编码的PPM 2130和PIM 2160，漏判率分别低至0.48％和8.02％。请注意，PPM无论在吞吐量还是可靠性方面都比PIM表现好。然而，当设备不支持码片级同步时，PIM是最优调制方案。 [0143] 鉴于上述的实验，很明显，副信道对于发送小量数据有足够的容量和可靠性。以下讨论对利用副信道的DC-MAC与CSMA进行的比较。DC-MAC和CSMA都在同一平台上（GNURadio和USRP2）实现。其中采用的设备包括1台USRP2作为AP和高达7台USRP2作为客户端。DC-MAC采用了三重PPM作为副信道的调制和编码方案。 [0144] 研究了在用户节点数量变化时网络的整体吞吐量。每个用户节点可以发送的最大速度为每秒62个包（例如，在没有等待时间的情况下）。此外，应注意的是，通常情况下，发送端需要大约8毫秒来发送一个数据包，AP发送ACK也是同样的。因此，一次数据包的往返需要大约16毫秒。其结果是，在一秒钟内，最多1000/16=62.5包可以被发送。图22示出了当每个节点的发包率被固定为每秒31个数据包，即最大速度的一半时系统的吞吐量。图23示出在饱和状态下，即每一个移动设备总有数据包要发时系统的吞吐量。在图22和图 23中，线2210和线2310分别表示DC-MAC的性能。在图22和图23中，线2220和线2320分别表示CSMA的性能。 [0145] 在图22和图23中可以看出，DC-MAC在所有情况下都比CSMA表现好。另外，随着用户数量的增加，CSMA的性能2220，2320都会显著降低，这是由于传输冲突造成的，而DC-MAC的性能2210，2310则慢慢降低，这是因为它是完全无冲突的，而所有数据包丢失都是由主动干扰造成的。然而，在这个实验中的丢包似乎比图21差。这个结果可能是由软件定义的信号处理的弊端所造成的。例如，即使是只有1个用户，CSMA没有任何包冲突的情况下，额外的回退时间和载波监听开销也使得CSMA比DC-MAC慢。在这两种情况下，相比于CSMA，DC-MAC在整体吞吐量上已有高达250％的性能增益（在7个用户情况下）。 [0146] 图24描述了在不同的负载量下DC-MAC的性能。在图24中，线2410表示的是DC-MAC的性能，而线2420表示的是CSMA的性能。从图24中可以看出，在用户数量固定在7，而总负载量变化的情况下，DC-MAC的性能2410比CSMA好很多。而且，在图25中，描绘了在不同负载量下DC-MAC和CSMA的丢包率。在图25中，线2510表示的是DC-MAC的性能，而线2520表示的是CSMA的性能。图25表明了DC-MAC的性能比CSMA性能高出的原因。那是因为在CSMA中，一大部分的包因为冲突而被损坏。而DC-MAC则不会遇到这样的问题，因为除非AP允许，DC-MAC总是抑制用户端发包。从图25中，还可以看出，随着负载量增加，丢包率必然会大量增加。这是因为负载量增加之后，冲突必然会增加，从而会引发丢包率。 而这些实验表明，DC-MAC的最大丢包率是16.61%。今后，期望会研究出具有更强鲁棒性的解码器来减少丢包率。 [0147] 图26描绘了一个代表性的设备2600的示意性框图，设备2600可以利用根据本发明的一些实施例的系统。设备2600是一个移动手机。为了提供更多在不同方面的背景，图26以及接下来的讨论提供了一个适合设备2600的工作环境的主要的和概括的介绍。虽然该描述包括了一个总的计算机可执行指令的环境，但是所属领域的技术人员可以意识到这些创新也可以与其他程序模块结合来实现和/或作为软硬件组合来实现。 [0148] 总的来说，应用程序（比如程序模块）包括子程序、程序段、元件和数据结构等，它们执行特定工作或者实现特定抽象数据类型。并且，所属领域的技术人员将会意识到这些创造性的方法可以用其他系统配置来实现，这些系统构造包括单处理器系统或多处理器系统、微型计算机、主机计算机以及个人计算机、手持计算机设备、基于微处理器的或可编程的消费电子产品等等，每一种都可以和一个或多个其他相关设备进行操作上的连接。 [0149] 一台计算设备通常包括各种计算机可读介质。计算机可读介质可以是任何可以被计算机访问的介质，包括易失性和非易失性介质，以及可移除介质和不可移除介质。举例来说，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以任何方法或技术实现的用于存储信息的易失性和非易失性、可移动和固定的介质，所述信息包括比如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。计算机存储介质可以包括，但不限于，RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他内存技术、CD ROM、数字视频磁盘（DVD）或其他光学磁盘存储、磁卡带、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备、或其他任何可以被计算机访问的用来存储所需的信息的介质。 [0150] 通信介质通常体现于计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他调制数据信号（如载波或其他传输机制）中的数据，并且包括任何信息传输介质。术语“调制数据信号”表示有一个或更多的特性以对该信号中的信息进行编码的方式设置或改变的一个信号。举例而言，但不限于，通信介质包括有线介质，如有线网络或直接有线连接；和无线介质，如声波、射频、红外和其他无线介质。任何上述介质的组合也应该包括在计算机可读介质范围内。 [0151] 手持设备2600包括一个控制和处理所有的机载操作和功能的处理器2602。一个内存2604接口处理器2602，用于存储数据和一个或多个应用程序2606（例如，一个视频播放器软件，用户反馈组件软件等等）。其他应用程序可以包括预定的语音命令的语音识别，所述预定的语音命令有助于用户反馈信号的启动。应用程序2606可以存储在内存2604和/或在固件2608中，并且从内存2604和/或固件2608被处理器2602执行。在初始化手机2600时，固件2608也可以存储启动代码。一个通信组件2610接口处理器2602，以便于与外部系统（如蜂窝网络，VoIP网络等等）的有线/无线通信。在这里，通信组件2610还包括一个合适的手机收发器2611（比如，一个GSM收发器）和一个无照收发器2613（例如，WiFi、WiMax），以用于相应的信号通信。手机2600可以是一个装置，如移动电话、具有移动通信能力的PDA、和信息中心设备。通信组件2610也促进从地面无线电网络（如广播）、数字卫星广播网络和网络广播服务网络的通信接收。 [0152] 手持设备2600包括一个显示器2612，用于显示文本、图像、视频、电话功能（比如，一个来电显示功能）、设置的功能、以及用于用户输入。显示器2612也可以容纳多媒体内容（例如，音乐元数据、消息、壁纸、图形等等）的表示。提供了一个串行I/O接口2614来与处理器2602通信，以此促进通过一个硬线连接的有线和/或无线串行通信（例如，USB和/或IEEE 1394），以及促进其他串行输入设备（比如，键盘，小键盘，鼠标）。例如，这样支持了手机2600更新和故障排除。为音频功能提供了一个音频I/O组件2616，其可包含一个扬声器，输出音频信号，该音频信号例如表明用户按适当的键或组合键来启动用户反馈信号。音频I/O组件2616也促进通过麦克风的音频信号输入以记录数据和/或电话语音数据，以及用于输入语音信号进行电话交谈。 [0153] 手机2600可以包括一个插槽接口2618，用于容纳卡片式用户身份模块（SIM）或通用SIM 2620形式的SIC（用户身份组件），以及用于连接SIM卡2620与2602。然而，应当理解，SIM卡920可以被加工在手机2600中，并且可以通过向其中下载数据和软件进行更新。 [0154] 手机2600可以通过通信组件2610处理IP数据流量，以通过ISP或者宽带电缆供应商来适应来自IP网络的IP流量，IP网络通例如为互联网、企业内部网、一个家庭网络、个域网等。因此，VoIP流量可以被手机2600利用并且基于IP的多媒体内容可以以编码或解码的格式接收。 [0155] 一个视频处理组件2622（例如，一个摄像机）可以提供用于解码编码的多媒体内容。手机2600还包括一个电池形式的电源2624和/或一个交流电源子系统形式的电源2624，该电源2624可以通过电源I/O组件2626接口到外部电力系统或充电设备（没有显示）。 [0156] 手机2600还可以包括一个处理接收到的视频内容，记录并传送视频内容的视频组件2630。一个位置跟踪组件932促进手机2600的地理定位。如上文所述，这可以在用户自动或手动启动反馈信号时被引发出来。一个用户输入组件2634促进用户启动质量反馈信号。输入组件可以包含这样的传统的输入设备技术，例如键盘、小键盘、鼠标、记录笔、触摸屏等。 [0157] 再次提到应用程序2606，一个滞后组件2636有助于分析和处理滞后数据，这用于确定何时与接入点进行关联。提供软件触发组件2638，可以在WiFi收发器2613检测到访问点的信标时促进滞后组件2638的触发。一个SIP客户机940允许手机2600支持SIP协议和给用户注册SIP注册服务器。应用程序2606还可以包括一个客户端2642，该客户端至少提供发现、播放和存储多媒体内容（例如，音乐）的功能。 [0158] 正如上文所说，手机2600与通信组件910相关，包括一个室内网络无线电收发器2613（例如，WiFi收发器）。这个功能为双模GSM手机2600支持室内无线连接，比如IEEE 802.11。手机2600可以通过将无线语音和数字无线电芯片组组合成一个单个手持设备的手机来至少适应卫星广播服务。 [0159] 现在参照图27，示出了一个能够在有线或无线通信网络与服务器和/或通信设备之间提供上网和通信能力的计算机的框图。为了提供额外的对其各个方面的介绍，图27和下面讨论的目的是提供一个简短的、通用的描述来描述合适的计算环境2700，在该适合的计算环境2700中能够实现本发明创新的各个方面。虽然以上的描述是在基于一般的可以在一个或多个计算机上运行的计算机可执行指令的环境中进行的，但是所属领域的技术人员应当认识到本发明的创新也可以结合其他程序模块和/或作为一个硬件和软件的组合来实现。 [0160] 总的来说，程序模块包括子程序、程序段、组件和数据结构等，它们执行特定任务或者实现特定抽象数据类型。并且，所属领域的技术人员将会意识到这些创造性的方法可以用其他计算机系统构造来实现，这些系统构造包括单处理器系统或多处理器计算机系统、微型计算机、主机计算机以及个人计算机、手持计算机设备、基于微处理器的或可编程的消费电子产品等等，每一种都可以和一个或多个其他相关设备进行操作上的连接。 [0161] 上述创新方面也可以在分布式计算环境中实现，其中通过链接了通信网络的远程处理设备来执行某些任务。在分布式计算环境中，程序模块可能同时位于本地和远程内存存储设备二者中。 [0162] 一台计算设备通常包括各种计算机可读介质。计算机可读介质可以是任何可以被计算机访问的介质，包括易失性和非易失性介质，以及可移除介质和不可移除介质。举例来说，但不限于，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以任何方法或技术实现的用于存储信息的易失性和非易失性、可移动和固定的介质，所述信息包括比如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。计算机存储介质可以包括，但不限于，RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他内存技术、CD ROM、数字视频磁盘（DVD）或其他光学磁盘存储、磁卡带、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备、或其他任何可以被计算机访问的用来存储所需的信息的介质。 [0163] 通信介质通常体现于计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他调制数据信号（如载波或其他传输机制）中的数据，并且包括任何信息传输介质。术语“调制数据信号”表示有一个或更多的特性以对该信号中的信息进行编码的方式设置或改变的一个信号。举例而言，但不限于，通信介质包括有线介质，如有线网络或直接有线连接；和无线介质，如声波、射频、红外和其他无线介质。任何上述介质的组合也应该包括在计算机可读介质范围内。 [0164] 再次参照图27，其显示了实现各方面的示例性环境2700包括计算机2702，计算机2702包含一个处理单元2704、一个系统内存2706和一个系统总线2708。系统总线2708将系统组件（包括，但不限于，系统内存2706）耦接到处理单元2704。处理单元2704可以是任何各种商业可用的处理器。双核微处理器和其他多处理器架构还可以用作处理单元2704。 [0165] 系统总线2708可以是几种类型的总线结构中的任意一种，其可以使用各种商业上可用的总线架构中的任意一种进一步互连到一个内存总线（具有或不具有内存控制器）、外围总线和本地总线。系统内存2706包括只读存储器（ROM）2710和随机存取存储器（RAM）2712。基本输入/输出系统（BIOS）存储于一个非易失性存储器2710中，如ROM、EPROM、EEPROM，其中BIOS包含基本的例程，来帮助在计算机2702中的各元件之间进行传递信息，如在启动时。RAM 2712还可以包括一个高速RAM，如静态RAM，来缓存数据。 [0166] 计算机2702进一步包含一个内部硬盘驱动器（HDD）2714（例如，EIDE，SATA），该内部硬盘驱动器2714也可以配置为外部使用在合适的底盘（没有显示）、磁性软盘驱动器（FDD）2716（例如，从一个可移动的软盘2718读取或者向其写入）和一个光学磁盘驱动器2720（例如，读取一个CD-ROM磁盘1022，或者从其他高容量光学介质如DVD读取或向其写入）。硬盘驱动器2714、磁盘驱动器2716和光盘驱动器2727可以分别由一个硬盘驱动器接口2724、一个磁盘驱动器接口2726和一个光盘驱动器接口2728连接到系统总线2708。实现外部驱动的接口2724包括通用串行总线（USB）和IEEE 1394接口技术中的至少一个或两个。其他外部驱动器连接技术落入本发明主题创新的范围内。 [0167] 这些驱动器和它们相关的计算机可读介质提供对数据、数据结构、计算机可执行指令等等的非易失性存储。对于计算机2702，这些驱动器和介质适应存储任何合适的数字格式的数据。虽然上面描述的计算机可读介质指的是硬盘驱动器、可移动的磁软盘和可移动的光学介质，如CD或DVD，但是所属领域的技术人员应当理解可以被计算机读取的其他类型的介质，例如zip驱动器、磁卡带、闪存卡、盒式磁盘等，也可以用于示范操作环境中，而且任何这样的介质都可以包含用来执行创新方法的计算机可执行指令。 [0168] 许多程序模块可以存储在驱动器和RAM 2712中，包括操作系统2730，一个或多个应用程序2732，其他程序模块2734和程序数据2736。操作系统、应用程序、模块和/或数据中的全部或部分也可以在RAM 2712中缓存。应当理解，可以用各种商用操作系统或操作系统的组合来实现本发明的创新。 [0169] 一个用户可以通过一个或多个有线/无线输入设备输入命令和信息到计算机2702，所述输入设备例如为键盘2738和定点设备，如鼠标2740。其它输入设备（没有显示）可能包括一个麦克风、一个红外遥控、操纵杆、一个游戏垫、铁笔、触摸屏幕等。这些输入设备和其他输入设备通常是通过一个连接到系统总线2708的输入设备接口2742连接到处理单元2704，但是也可以通过其他接口连接，其他接口如并行端口、IEEE 2394串行端口、游戏端口、USB端口、红外接口等等。 [0170] 一个监视器2744或其他类型的显示设备也通过一个接口，比如视频适配器2746连接到系统总线2708上。除了监视器2744，通常一台计算机包括其他外围输出设备（没有显示），比如扬声器、打印机等等。 [0171] 计算机2702可以使用逻辑连接通过与一个或多个远程计算机的有线和/或无线通信运行在网络环境下，远程计算机如远程计算机（多个计算机）2748。远程计算机（多个远程计算机）2748可以是工作站、服务器计算机、路由器、个人电脑、便携式计算机、基于微处理器的娱乐设备、对等设备或者其他常见的网络节点，并且通常包括相对于计算机2702描述的元件中的一些或全部，尽管为了简便起见，只描述了一个内存/存储设备2750。所描述的逻辑连接包括与局域网（LAN）2752和/或更大的网络（比如，广域网（WAN）2754）的有线/无线连接。这样的LAN和WAN联网环境是办公室和公司环境中普遍采用的，可以促进企业范围内的计算机网络，比如内部网，以及所有这些企业范围内的计算机网络可能连接到一个全球通信网络，比如互联网。 [0172] 当用于局域网网络环境时，计算机2702通过有线和/或无线通信网络接口或适配器2756连接到本地网络2752。适配器2756可以促进对于LAN 2752的有线或无线的通信，LAN 2752上也可以布置一个与无线适配器2756进行通信的无线接入点。 [0173] 当用在WAN网络环境中时，计算机2702可以包括一个调制解调器2758，或者是连接到WAN 2754上的一个通信服务器，或具有其他装置以建立通过WAN 2754的通信，如通过互联网。调制解调器2758可以是内部或外部以及有线或无线设备，其通过串行端口接口2742连接到系统总线2708。在网络环境下，相对于计算机2702描述的程序模块，或者其中的部分，可以存储在远程内存/存储设备2750中。应当理解所显示的网络连接是示范性的并且可以使用用于建立计算机之间的通信链路的其他方法。 [0174] 计算机2702可与任何无线设备或在操作上以无线通信方式布置的实体，例如打印机、扫描仪、桌面和/或便携式电脑、便携式数据助理、通信卫星、与无线可拆除标签相关的任何设施或位置（例如，报亭、新闻站、厕所），以及电话。这其中至少包括WiFi和蓝牙无线技术。因此，通信可以是一个如传统网络的预定义的结构，或只是一个至少两个设备之间的临时通信。 [0175] WiFi或无线保真技术允许从家里沙发上、酒店房间里的床、或者在工作时的一间会议室里不用电线而连接到互联网。WiFi是一个类似于用在手机中的无线技术，使如电脑的设备可以基站范围内的任何地方，室内和室外，发送和接收数据。WiFi网络使用的无线技术称为IEEE 802.11（a、b、g等等）来提供安全、可靠、快速的无线连接。一个WiFi网络可以用来将计算机彼此连接，将计算机连接到Internet\或连接到有线网络（使用IEEE 802.3或以太网）。WiFi网络运作在无照2.4和5GHz无线频段，以11Mbps（802.11a）或54Mbps（802.11b）作为数据速率，或者其产品可以包含例如两个频带的带宽（双带），所以网络可以提供类似于用于许多办公室中的基本10BaseT的有线以太网网络的真实性能。 [0176] 上面对本公开的示范性实施例的描述（包括摘要部分的描述）的目的不是为了详尽或将本发明限定于所公开的具体实施例。虽然本文所述的具体实施例和例子是为了说明的目的，但是所属领域的技术人员应当认识到可以在这些实施例和示例的范围内进行各种修改。 [0177] 在这方面，虽然已经连同各实施例及对应附图描述了本发明公开的主题，但是在适用的情况下，应当理解在不偏离本发明范围的情况下可以使用其他类似实施例或者可以对所述实施例进行修改和添加，以执行本发明主题的相同的、类似的、可选的、或者可替换的功能。因此，所公开的主题不应当限于在此所述的任何单个实施例，而是应当根据所附权利要求的范围来进行解释。 |
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