TW201415814A - 用於低功率接收器之無線通訊協定 - Google Patents

Abstract

本說明書中提出一種用於一通訊系統之無線協定，其可用來透過任何種類之通訊通道在一傳輸器與一接收器之間進行通訊。該無線通訊協定係針對減少接收器啟動或啟用時間而提供，此減少從而會減低電力消耗。該無線通訊協定會讓複雜性與接收器尺寸得以降低。該協定中所利用之方法使用一種搭配重複傳輸與定期接收器搜尋之獨特訊息框。

Description

用於低功率接收器之無線通訊協定

本發明係關於供電眼用鏡片，並且更特定的是用於與供電眼用鏡片或其他極小型且能量受限之裝置搭配使用的無限通訊協定。

隨著電子裝置不斷微型化，針對各式用途創造可戴式或可嵌入式微電子裝置的可能性越來越高。此類用途可包括監控身體化學的多種面向、回應測量或回應外部控制信號而經由各式機制投予(包括自動投予)藥劑或治療劑的控制劑量以及增進器官或組織的性能。此類裝置的例子包括葡萄糖注入泵、心律調整器、去顫器、心室輔助裝置與神經刺激器。一個全新而且特別有用的應用領域為眼用可戴式鏡片與隱形眼鏡。例如，一可戴式鏡片可結合一具有電子可調式焦距的鏡片組合件，以增進或強化眼睛的性能。在另一個例子中，無論是否具有可調式焦距，一可戴式隱形眼鏡可結合電子感應器以偵測角膜前(淚)膜中的特定化學物質之濃度。在鏡片組件中使用嵌入式電子元件將產生潛在需求以與該電子元件通訊、為該電子元件供電及/或充電之方法、互相連接該些元件、內部以及外部信號感測及/或監控以及控制該些電子元件以及該鏡片的整體功能。

人類眼睛具有辨認數百萬種顏色的能力、針對變動的光條件迅速調整的能力以及以超出高速網際網路連線之速率傳輸信號或資訊到腦部的能力。鏡片(如隱形眼鏡與人工水晶體)目前可用來矯正視力缺陷，例如近視、遠視與散光。然而，結合額外組件且經適當設計的鏡片可用來強化視力以及矯正視力缺陷。

現有隱形眼鏡為聚合型結構並具有特定形狀以矯正以上簡述的各種視力問題。為了要達到強化的功能性，已將各式電路與組件整合到這些聚合型結構中。例如，可經由客製化的光電組件來將例如控制電路、微處理器、通訊裝置、電源供應器、感測器、致動器、發光二極體以及微型天線整合至隱形眼鏡中，如此不僅可矯正視力也可以增強視力，並且提供本說明書中所釋明的額外功能性。可設計電子及/或供電隱形眼鏡以經由拉近與拉遠功能或只是簡單修改這些鏡片的折射能力來提供強化的視力。可設計電子及/或供電隱形眼鏡來強化色彩與解析度、顯示質地資訊、將言語即時轉譯為字幕、提供來自導航系統的視覺提示、提供影像處理與網際網路存取。可將該些鏡片設計為能讓使用者在低光度的環境下看見事物。鏡片上適當設計的電子裝置及/或電子裝置配置例如可讓影像投射在視網膜上，而無須使用可變焦距的光學鏡片，從而提供新穎影像顯示器甚至提供喚醒警報。或者，或是除了任何這些或類似功能外，這些隱形眼鏡可結合用於非侵入式監測配戴者之生物標記或健康指標的組件。例如，內建於這些鏡片中的感應器可以藉由分析淚膜中的成分，讓糖尿病患者無需抽血即可持續記錄血糖水準。此外，適當組態的鏡片可結合用於監測膽固醇、鈉與鉀水準以及其他生物標記的感應器。此結合了無線資料傳輸器可使醫生可立即獲得患者 的血液化學組成，而無需患者花費前往實驗室並抽血的時間。此外，可利用內建於鏡片的感測器來偵測入射至眼中的光線以補償環境光照狀況或用於測定眨眼模式。

裝置的適當組裝可以產生無限可能的功能；然而，要將額外組件結合在一件光學級聚合物上牽涉到許多難題。一般而言，要在鏡片上直接製造這些組件因為多種原因而相當困難，而且要在非平面表面上設置與互連平面裝置也不容易。要依照比例製造也很困難。待放置於鏡片上或內的組件需要微型化並整合到僅1.5平方公分的透明聚合物上，同時保護組件不受眼睛上的液體環境影響。在額外組件加入而使厚度增加後，要使隱形眼鏡能夠讓配戴者舒適安全地配戴也是一大挑戰。

要與一供電眼用裝置進行通訊會帶來多項獨特挑戰。無線通訊協定提供一種用於以有組織的方式傳輸資料或資訊的結構，以幫助傳輸器與接收器之一者或兩者進行有效率的操作。該協定所決定之資料傳輸面向包含傳輸方法，例如調變一載波信號、調變格式、資料訊息結構及用來幫助接收器與傳輸器之同步的所傳送之額外資料，以及接收器處之錯誤更正。

先前技術之射頻(RF)或紅外線(IR)通訊協定通常用於利用數位調變格式來進行資料通訊，例如振幅移位鍵控(ASK)、開閉鍵控(OOK)、移相鍵控(PSK)或頻移鍵控(FSK)皆為相關技術領域中所熟知者。這些協定可用於在定置式傳輸器與接收器之間進行通訊，以及在移動式或可攜式傳輸器或接收器之間進行通訊。

特別是，可攜式傳輸器與接收器會為電力消耗帶來設計上的限制，此係由於用來供電其傳輸與接收電路系統之電池有容 量上的限制。為了要減少電力消耗，先前技術協定容許間歇性傳輸與接收，此係藉由僅在需要時由傳輸器傳送資料，而非要求載波信號連續傳輸。接收器可藉由定期開啟(喚醒或選通)並且搜尋一傳輸來節省電力。

先前技術協定分屬兩種類型；即非同步式與同步式。在非同步式協定中，接收器會搜尋一傳輸，然後與該經傳輸資料流同步以解碼經傳輸之該訊息。在同步式協定中，接收器會維持一與傳輸器參照時間同步之參照時間，此常在一成功之非同步接收後進行。因此，某些先前技術協定會先進行非同步操作，接著在後續接收間隔進行同步式操作。

在非同步操作中，為了要正確接收資料，接收器必須瞭解資料傳輸開始的起始處。在先前技術協定中，傳輸器會先傳送一通常單純包含一與零之資料模式的長序文，接著一同步字而後資料。此序文至少與接收器之喚醒或選通間隔一樣長，以確保接收器將總是會看見此序文。郵局代碼標準化諮詢小組(POCSAG)協定即為此類非同步式協定的一個例子。其用來將資訊或資料傳輸至呼叫器。

藉由此間歇性傳輸與接收方法，先前技術協定因而同時降低接收器與傳輸器的電力消耗。這些協定對於降低傳輸器電力消耗尤為有效，此降低對於電池供電手持式遠端控制器與小型無線感測器收發器相當重要。

然而，在極小型及/或能量有限接收器的情況中，這些先前技術通訊協定具有許多不利之處。例如，在偵測到一序文時，接收器必須保持啟用(平均)歷時超過該序文長度或選通間隔之一半，以等待該傳輸同步字與資料。針對許多系統，資料傳輸之長度 可能顯著短於選通間隔，此表示等待週期代表了顯著的經常性支用。再者，小型電池傾向具有高串聯電阻，而接收器電流可能高到足以引發電池電壓的明顯下降。為了補償，可能要加上額外的解耦合電容來提供一電荷儲存器以減少電壓下降，導致需要權衡之成本提高、複雜性增加及接收器面積與體積增加。最後，極低電力系統傾向實施非常簡單的調變方法如ASK或OOK，以降低複雜性與接收器之電力消耗。這些調幅偵測器可能在傳輸通道上假偵測到來自雜訊的一零序文模式，因而導致在沒有實際發生傳輸時有較長之接收器「啟用」時間。

同步式協定相較於非同步式協定會帶來一些優勢，因為非同步式協定之長序文不需要由接收器來解碼。一旦同步後，接收器可以就在傳送同步字之前啟動或喚醒，從而減少接收器啟用時間。然而，為了要有長睡眠或停用週期，接收器與傳輸器必須維持精確的時間基準且不會隨時間偏移或僅有微小偏移，並且不容易因環境條件變化而改變。此典型需要使用陶瓷共振器或石英晶體式振盪器，因而會增加接收器的尺寸、成本與電流消耗。

因此，對於藉由最小化所需之接收器啟用時間，從而讓極低電力消耗與極小尺寸或體積之接收器得以使用的無線通訊協定仍存在有需求。

依據本發明之用於低功率接收器的無線通訊協定會克服與目前通訊協定有關之限制(如上所簡述者)。

依據一態樣，本發明係針對一種用於無線資料通訊之方法。該方法包含下列步驟：組裝一訊息框，該訊息框包括一同步 字、一位址字與一資料字、在一段最小傳輸期間自一無線傳輸器重複傳輸該訊息框、在一接收器處，定期搜尋經傳輸之該訊息框中之一預定同步字，每次同步搜尋之期間為至少與該訊息框之長度加上一個同步字減去一個符號之長度一樣長、在該接收器處，決定經傳輸之訊息框是否包括對應於該預定同步字之同步字、以及在該接收器處，僅在發現該預定同步字時才解碼經傳輸之該訊息框。

依據另一態樣，本發明係針對一種用於無線資料通訊之方法。該方法包含下列步驟：組裝一訊息框，該訊息框包括一同步字與一資料字、在一段最小傳輸期間自一無線傳輸器重複傳輸之該訊息框、在一接收器處，定期搜尋經傳輸之該訊息框中之一預定同步字，每次同步搜尋之期間為至少與該訊息框之長度加上一個同步字減去一個符號之長度一樣長、在該接收器處，決定一經傳輸訊息框是否包括一對應於該預定同步字之同步字、以及在該接收器處，僅在發現該預定同步字時才解碼經傳輸之該訊息框。

依據又一態樣，本發明係針對一種無線通訊系統。該系統包含一傳輸器、一傳輸通道與一接收器，該傳輸器包括傳輸器電路系統與編碼電路系統，該編碼電路系統係配置用來組裝一具有至少一同步字與一資料字之訊息框，並且該傳輸器係配置用來重複傳輸該訊息框歷時一段最小傳輸期間，該接收器包括接收器電路系統與解碼電路系統，該解碼電路系統係配置用於定期搜尋經傳輸之該訊息框中之一預定同步字，每次同步搜尋之期間為至少與該訊息框之長度加上該同步字減去一個符號之長度一樣長，其中搜尋經傳輸之該訊息框中之一預定同步字的週期係小於該最小傳輸期間。

依據再一態樣，本發明係針對一種無線傳輸器。該無線傳輸器包含編碼電路系統與傳輸器電路系統，該編碼電路系統係配置用來組裝一具有至少一同步字與一資料字之訊息框，該傳輸器係配置用來透過一傳輸通道重複傳輸該訊息框歷時一段最小傳輸期間。

依據再一態樣，本發明係針對一種無線接收器。該無線接收器包括解碼電路系統與接收器電路系統，該解碼電路系統係配置用於定期搜尋一經傳輸訊息框中之一預定同步字，每次同步搜尋之期間為至少與該訊息框之長度加上該同步字減去一個符號之長度一樣長，其中搜尋經傳輸之該訊息框中之一預定同步字的週期係小於該最小傳輸期間。

一數位通訊系統包含許多元件，這些元件在實施時可採取許多形式。該數位通訊系統一般包含一資訊來源、一來源編碼器、一通道編碼器、一數位調變器、一通道、一數位解調器、一通道解碼器及一來源解碼器。

該資訊來源可包含任何產生另一裝置或系統所需之資訊及/或資料的裝置。該來源可為類比或數位。如果該來源為類比，其輸出係轉換為一包含一二進制串之數位信號。該來源編碼器實施一將來自該來源之信號有效率轉換為一二進制數位之序列的程序。來自該來源編碼器之資訊接著傳遞至一通道編碼器中，在該編碼器中會將冗餘導入該二進制資訊序列。此冗餘可用在該接收器以解決在該通道上所遭遇之雜訊、干擾與類似者的效應。該二進制序列接著傳遞至一數位調變器，該數位調變器依次將該序列轉換為類比電信號以經過該通道傳送。基本上，該數位調變器會將該二進制 序列對映為信號波形或符號。各符號可代表一或多個位元之值。該數位調變器可調變一高頻載波信號之相位、頻率或振幅，使其適用於經過或透過該通道傳送。該通道為該些波形行經之媒介，並且該通道可能引進該些波形之干擾或其他訛誤(corruption)。在無線通訊系統的情況中，該通道為大氣。該數位解調器會接收經該通道訛誤之波形、處理該波形並將該波形降轉為一數字序列，此數字序列儘可能幾乎代表所傳送之資料符號。該通道解碼器會藉由該通道編碼器所用之代碼知識以及所接收資料中之冗餘來重新建構該原始資訊序列。該來源解碼器會藉由該編碼演算法之知識來解碼該序列，其中該來源解碼器之輸出係代表該來源資訊信號。

重要的是請注意，上述元件可在硬體中、在軟體中或在硬體與軟體之組裝中實現。此外，該通訊通道可包含任何種類之通道，包括有線及無線。在無線的情況中，該通道可配置用於高頻電磁信號、低頻電磁信號、可見光信號及紅外光信號。

依據本發明之用於一通訊系統的無線協定可用來透過任何種類之通訊通道在一傳輸器與一接收器之間進行通訊。該無線通訊協定係針對減少接收器啟動或啟用時間而提供，此減少從而會減低電力消耗、降低電池電壓下降及/或降低組件尺寸與成本。該無線通訊協定亦讓複雜性與接收器尺寸得以降低。該協定中所利用之方法使用一種配合重複傳輸與定期接收器搜尋之獨特訊息框。

600‧‧‧系統

602‧‧‧控制傳輸器

604‧‧‧光學鏡片組合件

606‧‧‧天線

608‧‧‧傳輸器電路

610‧‧‧電池

612‧‧‧使用者介面

614‧‧‧天線

616‧‧‧電子電路

618‧‧‧鏡片結構

從以下的本發明較佳實施例之詳細說明中，並配合附圖所示，將更清楚明白本發明之前述及其他特徵與優勢。

圖1說明一依據本發明之例示性框架構。

圖2說明針對0與1之曼徹斯特符號(Manchester symbol)，此係依據本發明之一例示性實施例。

圖3說明曼徹斯特取樣、額定取樣率與取樣點，此係依據本發明之一例示性實施例。

圖4說明針對一接收器之曼徹斯特取樣最劣情況點，此相對於其傳輸器快上十五個百分比。

圖5說明針對一接收器之曼徹斯特取樣最劣情況點，此相對於其傳輸器慢上十五個百分比。

圖6為一依據本發明之例示性通訊系統的區塊圖示。

本發明係針對一在實施時需要較少電力之無線通訊協定，並從而讓相關聯之接收器具有降低之能量要求或容量以及較小之面積與體積要求(相較於先前技術系統)。此通訊協定對於極小型、可攜式裝置尤為有利，例如可用於醫療裝置包括供電眼用鏡片中者。雖然本說明書中所述之通訊產品可與任何傳輸器及接收系統搭配使用，然而其對於具有有限電力資源之極小型系統尤為有利。因此，該無線通訊協定之說明將會描述(在有需要處)與供電眼用鏡片相關者，該些鏡片可如後續所述者包含一無線通訊系統。

現有隱形眼鏡為聚合型結構並具有特定形狀以矯正以上簡述的各種視力問題。為了要達到強化的功能性，已將各式電路與組件整合到這些聚合型結構中。例如，可經由客製化的光電組件來將例如控制電路、微處理器、通訊裝置、電源供應器、感測器、致動器、發光二極體以及微型天線整合至隱形眼鏡中，如此不僅可矯正視力也可以增強視力，並且提供本說明書中所釋明的額外功能 性。可設計電子及/或供電隱形眼鏡以經由拉近與拉遠功能或只是簡單修改這些鏡片的折射能力來提供強化的視力。可設計電子及/或供電隱形眼鏡來強化色彩與解析度、顯示質地資訊、將言語即時轉譯為字幕、提供來自導航系統的視覺提示、提供影像處理與網際網路存取。可將該些鏡片設計為能讓使用者在低光度的環境下看見事物。鏡片上適當設計的電子裝置及/或電子裝置配置例如可讓影像投射在視網膜上，而無須使用可變焦距的光學鏡片，從而提供新穎影像顯示器甚至提供喚醒警報。或者，或是除了任何這些或類似功能外，這些隱形眼鏡可結合用於非侵入式監測配戴者之生物標記或健康指標的組件。例如，內建於這些鏡片中的感應器可以藉由分析淚膜中的成分，讓糖尿病患者無需抽血即可持續記錄血糖水準。此外，適當組態的鏡片可結合用於監測膽固醇、鈉與鉀水準以及其他生物標記的感應器。此結合了無線資料傳輸器可使醫生可立即獲得患者的血液化學組成，而無需患者花費前往實驗室並抽血的時間。此外，可利用內建於鏡片的感測器來偵測入射至眼中的光線以補償環境光照狀況或用於測定眨眼模式。鑒於本說明書所述之功能性，即使最不複雜之供電鏡片或眼用裝置皆將需要且包含一通訊系統。此通訊系統較佳為小型且使用最少電力。

因此，本發明之通訊協定可與一包含一電子系統之隱形眼鏡組裝使用，而該電子系統會致動一可變焦光學件。該電子系統包含一或多個電池或其他電源、電力管理電路系統、一或多個感測器、時鐘產生電路系統、控制演算法與電路系統、鏡片驅動電路系統以及通訊電路系統。該通訊電路系統可包含同時用於傳輸與接收資料/資訊之電路系統，以及進而對於無線通訊協定之需求。

一數位通訊系統包含許多基本元件，這些基本元件在實體實施時可採取許多形式。該資訊來源可包含任何產生另一裝置或系統所需之資訊及/或資料的裝置。該來源可為類比或數位。如果該來源為類比，其輸出係轉換為一包含一二進制串之數位信號。在任何數位通訊系統中，理想者為使用儘可能少之二進制數位來表示原始信號。來源編碼為一種將該信號有效率轉換為二進制數位之一序列的程序。因此，一來源編碼器係用來執行此功能。來自該來源編碼器之資訊會傳遞至一通道編碼器中，在該通道編碼器中會將冗餘導入該二進制資訊序列。此冗餘可用在該接收器以解決在該通道上所遭遇之雜訊、干擾與類似者的效應。該二進制序列接著傳遞至一數位調變器，該數位調變器依次將該序列轉換為電信號以經過該通道傳送。換言之，該數位調變器會將該二進制序列對映為信號波形或符號。各符號可代表一或多個位元之值。該數位調變器可調變一高頻載波信號之相位、頻率或振幅，使其適用於透過該通道傳送。該通道為該些波形行經之媒介，並且該通道可能引進該些波形之干擾或其他訛誤(corruption)。在無線系統的情況中，該通道為大氣。一數位解調器會接收經該通道訛誤之波形、處理該波形並將該波形降轉為一數字序列，此數字序列儘可能幾乎代表所傳送之資料符號。一通道解碼器會藉由該通道編碼器所用之代碼知識來重新建構該原始資訊序列，以及所接收資料中之冗餘。一來源解碼器會藉由自該編碼演算法之知識來解碼該序列，其中該來源解碼器之輸出係代表該來源資訊信號。各功能之詳細說明係於下文中給出。重要的是請注意，上述元件可在硬體、軟體及/或同時在硬體與軟體中實 現。此外，該通訊通道可包含一高頻率電磁傳播通道、一低頻電磁耦合、一可見光電磁傳播通道與一紅外光電磁傳播通道。

框同步是一種程序，進入框對齊信號(例如區別性符號或位元序列)係透過此程序來加以辨識並與資料區別，從而能夠萃取出一框式資料流內之資料以供解碼及/或再傳輸。請參照圖1，所說明者為一依據本發明之框結構。該框結構提供一包含一傳輸同步字(sync)與一資料字。在一些例示性實施例中，該資料字可包含該預期接收器之一裝置位址(addr)與一命令字(cmd)，以向該接收器提供一指令或資訊。在一些例示性實施例中，該資料字可包含一有興趣暫存器之暫存器位址以在該接收器中修改以及一新暫存器資料值。這些sync、addr與cmd字會重複傳送歷時該段完整框間隔，而非使用一長序文而使該接收器必須在該長序文期間等待該經傳輸資料。該接收器可接著僅啟用歷時偵測該sync字並解碼該位址與命令所需的時間。因為該些sync、addr與cmd字典型遠較該接收器選通間隔(T_rx-strobe)為短，該接收器之啟用時間與平均功率相較於先前技術之非同步式通訊協定會大幅下降。如所繪示者，傳輸時間T_tx係設定為大於該接收器之選通間隔T_{rx_strobe}。

因為一接收器可在任何給定點開始解碼經傳輸資料，必須以獨特的的方式來偵測該同步字(sync)。先前技術通訊協定使用塊碼(Block Codes)，即會使用錯誤校正碼來將資料分塊編碼，再搭配碼字例如用於sync、addr與cmd或其他訊息資料的可容許字，這些可容許字在移位及/或向左或向右迴轉時並非獨特的。使用此類編碼會導致該同步字在該框內位移時產生假偵測。

依據本發明之一例示性實施例，該同步字可經選擇為一正交循環碼(Orthogonal Cyclic Code)，例如一金氏碼(Gold code)或金氏碼序列，無論相對於其他相同長度之金氏碼序列的移位或解碼起始點為何，此碼皆為獨特的。在此例示性實施例中，該位址與命令字亦經選擇或受限，從而使該訊息框與在任何移位下之同步字皆不相配。在一替代例示性實施例中，位址與命令字之可容許清單或碼簿可經選擇，以最小化位址及命令字與該同步字之相關性，此相關性可藉由相關技術領域中所習知之互相關(cross-correlation)或漢明距離(Hamming Distance)而加以特徵化。在又一替代例示性實施例中，該位址與命令字組可僅選自一組金氏碼或金氏序列，以最小化其與該同步字之相關性。

金氏碼或序列之產生在相關技術領域中為習知者。金氏碼或序列係產生自兩個具有優選多項式之偽隨機序列產生器。優選多項式為導致最大長度序列者(m-sequence，長度=2^m-1)，並且其互相關性值為{1、t、-t}，其中t=2^(m+1)/2+1(針對奇數m)或2^(m+2)/2+1(針對偶數m)。金氏碼僅能使用特定長度，此在某種程度將其用途限制在短碼字上。重要的是請留意，雖然金氏碼可能具有最佳互相關性特性，但可使用其他對於金氏碼具有合理高距離之碼字。因此，在另一例示性實施例中，這些其他具有良好(低)互相關性之碼字可用於裝置位址與命令，而金氏碼可作為同步字使用。

在又一替代例示性實施例中，該同步、位址與命令字皆可經選擇而為下述程序中所提出者。在該例示性程序之第一步驟中，一位址長度(LA)係經選擇或選定以針對一特定應用提供超過一所欲數目之相異位址。例如，針對一特定應用，一千五百萬個位址 可能為所欲者。因此，針對一千五百萬個位址，所需位址長度為二十四(24)個位元，因為二十四個位元會產生超過一千六百萬個獨特的位址(2²⁴=16,777,216)，而二十三(23)個位元僅會產生超過八百萬個位址。在該例示性程序之第二步驟中，一命令長度(LC)係經選擇或選定以提供一所欲數目之相異命令。例如，針對該特定應用，八(8)個命令可能為所欲者。因此，針對八(8)個命令，所需命令長度為三(3)個位元，因為三個位元會產生八(8)個命令(2³=8)。在該例示性程序之第三步驟中，該同步字係選自一組金氏碼，該組金氏碼之長度接近合併之位址與命令字長度者。針對一金氏碼，其字長度為2^m-1；因此，針對m=1，其字長度為一(1)個位元，針對m=2，其字長度為三(3)個位元，針對m=3，其字長度為七(7)個位元，針對m=4，其字長度為十五(15)個字元，而針對m=5，其字長度為三十一(31)個位元。該同步字越長，將會與在某一位移下之該同步字發生一相配的同步+位址+命令組合之數目會越低。因此，即會將任何導致在一些位移下會發生相配之來自可容許位址清單的位址排除；然而，此選擇是一種在整體訊息長度與相應接收器啟用時間對其餘位址之總數間的權衡。在此實例中，十五(15)個字元的同步字長度即足以保留大多數可能位址，如後續更詳細說明中所釋明者。亦針對該同步字，如果吾人正使用一不歸零(non-return to zone,NRZ)符號格式，則若該些符號之平均值為一半之值通常為有利者。此可有助於決定閾值應在該接收器之信號處理部分的比較器上之何處。在使用曼徹斯特編碼之實施例(提供各符號0.5之平均值)中，較無須顧慮此情況。因此，在此實例中，該十五(15)個位元之同步字係選為100110010101101，其包含八個1與七個0而平均值為0.533。在 該例示性程序之第四與最終步驟中，一組可用位址係藉由下列方式來決定，即建構同步字、位址字與命令字之所有可能序列、透過擷取該同步+位址+命令+同步序列減去一個在各可能位移下起始之符號的次組來決定長度LS之可能樣本序列，以及移除那些具有強相關性之位址，例如對於在一些位移下之該同步字為一完美相配或小漢明距離者。在此使用二十四(24)個位元位址長度的實例中，使用三(3)個位元命令長度與十五(15)個位元之金氏碼(100110010101101)來實施該例示性程序之步驟四搜尋，會導致16,777,216個可能位置中有69,632位置會產生與在一些位移下之該同步字相配的序列。因此，只須從該組可能位址中移除相對小的位址次組。

重要的是請留意，相關技術領域中具有一般知識者將會認知到，該同步字可用任何合適方式來選定或選擇，包括使用隨機數字產生器以及選定用來避免強相關性之位址與命令字。亦為重要的是請留意，該同步字、該位址字與該命令字之長度可經選擇以符合一特定系統之需求。例如，極短字長可用於一只需要少數接收器之系統以最小化接收器啟用時間。同樣地，可選用遠為較長之同步、位址與命令字以支援遠為較大之使用者或命令數目。

調變為將訊息信號加入至載波信號之某種形式的技術。換言之，調變涉及用一包含待傳輸之資料或資訊的調變信號來改變一高頻率、週期波形(該載波信號)之一或多種性質。類比調變方法包括調幅、調頻與調相，數位調變方法包括移相鍵控、頻移鍵控、振幅移位鍵控與正交調幅。由於本發明為一數位式系統，可使用本說明書中所提出之數位調變技術。本發明之部分例示性實施例可使用開閉鍵控來調變一載波信號之振幅。該載波信號可為一射 頻電磁信號或者一可見光或紅外光信號，例如由一發光二極體所發射者。經調變信號係在該通訊通道之另一端傳輸、偵測與解調；亦即在該接收器處。基本上，調變技術會處理該資料信號是如何結合至一載波信號上，但不會處理該資料信號是如何產生自待傳輸之資料或資訊。編碼是一種技術，一訊息或資料信號係透過此技術而建構自待通訊之資料或資訊。編碼技術包括NRZ編碼、BiPhase編碼與曼徹斯特編碼。可將編碼視為該數位調變器之額外功能。

曼徹斯特編碼是常用的資料編碼技術。曼徹斯特編碼針對將該資料率時鐘加入至待使用於該通訊通道之接收端上的資料或資訊而提供。曼徹斯特編碼為將正確變遷加入至訊息信號(涉及待透過該通訊通道傳輸之資料或資訊者)的方法。

關於後續討論，會利用多種現行定義。一「符號」為透過一通訊通道所傳送之一個單位資訊。該符號之值在本發明中係由不同時間下該通訊通道上的電壓來決定。「符號時間」單純為該符號之期間。「符號率」為符號時間之倒數，以每秒之符號數來表示。各符號可代表該二進制資料流的一個位元或一多位元值。關於經曼徹斯特編碼之符號，則有兩種可能的電壓位準(高或低)，並且各符號包含一個用於該符號時間之前半的電壓位準以及另一用於該符號時間之後半的電壓位準。依據本發明，所用之慣例為前半符號時間中之電壓位準會定義該符號之值。此會在後文中詳細釋明。曼徹斯特資料總是具有一符號中間變遷(mid-symbol transition)，即使符號值為長時間恆定或不斷變動。此外，信號位準從一個符號結束至下一個符號開始可能不會有變遷，例如，0至1符號將會在該0結束與該1符號開始處皆有一高電壓位準，但總是會有一符號中變遷。 一「樣本」係來自一瞬時或來自一小時間空窗之一擷取或記錄值。依據本發明，會定期取樣進入信號並且根據各樣本之值，目前符號之值即得以決定。定期取樣率即為「取樣率」。針對曼徹斯特解碼，該進入信號為「超取樣」意指使用一大於該取樣率至少2x之因數的取樣率。在本發明中，使用8x之超取樣。因為該符號值係由前半符號時間中之電壓位準來決定，吾人只需在符號時間之前半取樣。因此，可在一些有限時間內停止取樣並節省電力。

依據本發明之一例示性實施例，所使用者為曼徹斯特編碼。在曼徹斯特編碼中，該些傳輸符號係分成兩個部分，一個具有0之值而另一個具有1之值。例如，如果該符號之前半為0而後半為1，則此為0符號，而如果該符號之前半為1而後半為0，則此為1符號。因此各傳輸符號具有一符號中央變遷或邊緣，並且可偵測出各符號的這些變遷，無論所傳輸之資料位元或符號順序為何。圖2說明針對0與1之曼徹斯特符號，如搭配本發明而使用者。

如相關技術領域中所習知者，一接收器可用八(8)或十六(16)之因數來超取樣經傳輸之資料符號，並且偵測出該符號變遷之中央。藉由計數接連符號間之樣本間隔數目，該接收器可調整其樣本點以與該經傳輸資料流同步。曼徹斯特編碼之另一優勢在於各符號皆具有一半之平均值，從而讓任何碼字得以使用，同時維持該經傳輸資料之一半的平均值。此會簡化一資料偵測用閾值在該接收器中之一比較器處的調整或追蹤。曼徹斯特編碼要求每符號使用至少四個樣本，並且針對一給定帶寬之資料率為利用NRZ編碼者的一半，此可能為一不利之處。

曼徹斯特資料解碼可使用下列程序來在該接收器處實施。下列例示性程序代表一種取樣並維持與一經曼徹斯特編碼之符號流對齊的方法。在該例示性程序中，假定該接收器使用8x之超取樣，前提是每符號有八(8)個樣本或每半符號有四(4)個樣本。在該例示性程序之第一步驟中，該信號係經取樣直到發現一資料變遷或邊緣。在該例示性程序之第二步驟中，判定該進入信號是否可與該用來決定何時擷取樣本的時鐘對齊或同相。首先，檢驗接連樣本值以發現或找出一從1至0或從0至1的變遷。如果發現一變遷，則假定此可能為一符號中間變遷。如果其確實為一符號中間變遷，則不搜集額外樣本歷時一段特定時期。基本上，吾人可略過該符號中間變遷並跳到應位於下一個「前半符號時間」之中間的樣本時間。此在8x超取樣下為¾個符號後，或者六個(6)樣本後。在該例示性程序之第三步驟中，重複前兩個步驟直到經過足夠時間以確保該接收器超過所容許之最長連續1運行。在此點，即保證資料變遷與0的位元對齊，其中a. 00->_-_-_-...這些為符號之間的「假」邊緣；b. 01->_--_...這些為符號中間變遷邊緣；c. 10->-__-...這些為符號中間變遷邊緣；以及d. 11->-_-_...這些為符號之間的「假」邊緣。在該例示性程序之第四步驟中，該信號係經取樣直到發現一資料變遷或邊緣。在該例示性程序之第五步驟中，重複整個第二步驟以再一次判定該進入信號是否可與該用來決定何時擷取樣本的時鐘對齊或同相。在該例示性程序之第六與最終步驟中，重複第四與第五步驟直到收集到所欲之樣本數目。

以下提出之例示性程序代表一種偵測與解碼一由許多符號串連在一起而構成之整體訊息。以上所提出之例示性程序的曼徹斯特符號解碼會在以下所提出之例示性程序的各步驟中實施。該例示性程序係在該接收器處實施。在該例示性程序之第一步驟中，該接收器起始於IDLE(閒置)狀態並等待直到啟用。在啟用時，該接收器進入INITIAL(初始)狀態。在該例示性程序之第二步驟中，該接收器進入INITIAL狀態。在INITIAL狀態中，該接收器會採收或擷取足夠樣本以確保取樣會與該曼徹斯特資料流(上述例示性程序之前三個步驟)對齊。此可能會要求額外安頓時間(針對類比電路或比較閾值)。該接收器接著進入下一個狀態；亦即，SYNCHRONIZATION SEARCH(同步搜尋)狀態。在下一步步驟中，該接收器進入SYNCHRONIZATION SEARCH狀態。如果在LS+LA+LC+1符號之後未發現同步，則該接收器會離開至END(結束)狀態。然而，如果發現同步，則該接收器會進入ADDRESS SEARCH(位址搜尋)狀態。在該例示性程序之第四步驟中，該接收器進入ADDRESS SEARCH狀態。如果未發現有效位址，則該接收器會離開至END狀態。然而，如果發現有效位址，則該接收器會進入COMMAND SEARCH(命令搜尋)狀態。在該例示性程序之第五步驟中，該接收器進入COMMAND SEARCH狀態。如果發現有效命令，則會設定一旗標以警示系統發現哪一個命令，並且該接收器進入END狀態。在該例示性程序之第六與最終步驟中，該接收器進入END狀態。一旦停用該接收器，該接收器之狀態機會進入IDLE狀態，從而等待再度啟用並重複此過程。圖3說明預期資料樣本點與上升或符號中間邊緣。

在使用曼徹斯特編碼的情況下，因為該接收器之樣本參照時間會在各符號中間變遷處有效更新，亦有可能在未獲得頻率的情況下實施該接收器，只要該傳輸器與該接收器之間的差異小於約+/-十五(15)個百分比。此會讓接收器之時間基準得以簡化，例如使用RC振盪器，藉以帶來遠較陶瓷共振器或石英晶體式振盪器為低或減少之複雜性、體積與電流耗用。針對這些案例所得之最劣情況樣本點係繪示於圖4與5。在本發明之替代例示性實施例中，該接收器時鐘或時間基準之頻率可經調整以與該傳輸符號率對齊。

頻率對齊與曼徹斯特資料解碼可使用下列例示性程序來實施。在該例示性程序之第一步驟中，信號係經取樣直到發現一資料變遷或邊緣。在該例示性程序之第二步驟中，判定該進入信號是否可與該用來決定何時擷取樣本的時鐘對齊或同相。首先，檢驗接連樣本值以發現或找尋一從1至0或從0至1的變遷。如果發現一變遷，則假定此可能為一符號中間變遷。如果其確實為一符號中間變遷，則不搜集額外樣本歷時一段特定時期。換言之，吾人可略過該符號中間變遷並跳到應位於下一個「前半符號時間」之中間的樣本時間。此在8x超取樣下為¾個符號後，或者六個(6)樣本後。在該例示性程序之第三步驟中，重複前兩個步驟兩次以確保資料符號係經偵測。在該例示性程序之第四步驟中，樣本計數係設定為零並執行取樣直到發現一資料變遷或邊緣。如果樣本計數小於目標變遷樣本計數，則增加該接收器之樣本時鐘頻率。如果樣本計數大於目標變遷樣本計數，則減少該接收器之樣本時鐘頻率。在該例示性程序之第五步驟中，重複該第二步驟之整套操作。在該例示性程序之第六步驟中，重複第四與第五步驟直到經過足夠時間以確保該接 收器超過所容許之最長連續1運行。在該例示性程序之第七步驟中，樣本計數係設定為零並取樣該信號直到發現一資料變遷或邊緣。可選擇地，如果樣本計數小於目標變遷樣本計數，則可增加該接收器之樣本時鐘頻率，而如果樣本計數大於目標變遷樣本計數，則可減少該接收器之樣本時鐘頻率。在該例示性程序之第八步驟中，重複該第二步驟之整套操作。在該例示性程序之第九與最終步驟中，重複第七與第八步驟直到收集到所欲之樣本數目。

重要的是請留意，如同所有協定，使用較長同步字與位址長度將會增加成功偵測的閾值，並因而減少假偵測率。

如上所提出者，依據本發明之通訊協定可與任何種類之通訊系統搭配使用，但在對於電力與尺寸有顧慮者上尤為有利。一種此類系統為包括一通訊系統之供電隱形眼鏡。現請參照圖6，所繪示者為一例示性傳輸器與一包含一接收器之例示性光學鏡片組合件。如所繪示者，該整體系統600包含一控制傳輸器602與一光學鏡片組合件604。該控制傳輸器602可包含一天線606、一傳輸器電路608、一電池610與一使用者介面612。該使用者介面612可包含任何合適介面，並且其可為該系統之一可選擇組件。該天線606亦可包含任何合適裝置。該電池610亦可包含任何合適裝置，包括可再充電電池、不可再充電電池、一或多個電容及一與一AC變壓器一起運作之電力供應器。該使用者介面612係耦合至該傳輸器電路608並且可提供按鈕或類似手段，以供使用者控制及/或觀察該傳輸器電路608之狀態。換言之，該使用者介面612可包含任何合適手段，使用者或操作者可透過其來命令及與該傳輸器電路608進行通訊，例如按鈕、觸控螢幕顯示器或任何其他習知手段。該傳輸器 電路608會產生與提供一電傳輸信號予該天線606以廣播一傳輸電磁信號601。該傳輸電磁信號601可基於由使用者/操作者所提供之控制資訊，並且/或者可基於該傳輸器602之內部狀態。該光學鏡片組合件604亦可包含一天線614、一電子電路616與一鏡片結構618，該天線614與該電子電路616係與該鏡片結構結合。雖然圖中未示，但該傳輸器與該接收器皆包含一合適電源。

本發明係關於一種用於一通訊系統之無線協定，其可用於在一傳輸器與一接收器間進行通訊，其中該接收器係結合至一眼用鏡片中。該無線協定可與任何種類之通訊通道搭配使用，包括無線射頻與紅外線技術。接收器之種類取決於所選用之特定通訊通道，但可用相關技術領域中所習知之任何合適方式來結合至該眼用鏡片中。傳輸器之種類亦取決於該通訊通道並且可結合至任何合適裝置中例如一手持感應扣、一智慧型手機、一手錶、一戒指或一基台，例如一用於該些眼用鏡片之消毒盒。

儘管所顯示與所說明者為據信最實際且最佳的實施例，但對熟悉此項技術者來說，仍可輕易思及偏離所說明且所顯示的特定設計與方法，且以不脫離本發明的精神與範疇之方式加以運用。本發明並非限制於所說明與繪示的特定構造，而是應建構為符合所有可落入隨附申請專利範圍之範疇內的所有修改。

600‧‧‧系統

602‧‧‧控制傳輸器

604‧‧‧光學鏡片組合件

606‧‧‧天線

608‧‧‧傳輸器電路

610‧‧‧電池

612‧‧‧使用者介面

614‧‧‧天線

616‧‧‧電子電路

618‧‧‧鏡片結構

Claims (25)

1. 一種用於無線資料通訊之方法，該方法包含下列步驟：組裝一訊息框，該訊息框包括一同步字、一位址字、及一資料字；在一最小傳輸期間自一無線傳輸器重複傳輸該訊息框；在一接收器處，定期搜尋經傳輸之該訊息框中之一預定同步字，每次同步搜尋之期間為至少與該訊息框之長度加上一個同步字減去一個符號之長度一樣長；在該接收器處，決定經傳輸之訊息框是否包括對應於該預定同步字之一同步字；以及在該接收器處，僅在發現該預定同步字時才解碼經傳輸之該訊息框。
2. 如申請專利範圍第1項之用於無線資料通訊的方法，其中組裝一訊息框之步驟包含移除與該同步字組合之位址字，該位址字及該資料字對於一同步字具有一設定最小相關性。
3. 如申請專利範圍第2項之用於無線資料通訊的方法，其中組裝一訊息框之步驟進一步包含使用一金氏碼序列來產生該同步字。
4. 如申請專利範圍第2項之用於無線資料通訊的方法，其中該訊息框使用曼徹斯特編碼來針對該訊息框中之各位元編碼。
5. 如申請專利範圍第1項之用於無線資料通訊的方法，其中定期搜尋經傳輸之該訊息框中之一預定同步字的步驟具有小於該最小傳輸期間之週期。
6. 如申請專利範圍第1項之用於無線資料通訊的方法，其中該位址字對應於一裝置位址。
7. 如申請專利範圍第1項之用於無線資料通訊的方法，其中該位址字對應於一暫存器位址。
8. 如申請專利範圍第1項之用於無線資料通訊的方法，其進一步包含將一同位位元加在一訊息框之末端的步驟。
9. 一種用於無線資料通訊之方法，該方法包含下列步驟：組裝一訊息框，該訊息框包括一同步字與一資料字；在一最小傳輸期間自一無線傳輸器重複傳輸該訊息框；在一接收器處，定期搜尋經傳輸之該訊息框中之一預定同步字，每次同步搜尋之期間為至少與該訊息框之長度加上一個同步字減去一個符號之長度一樣長；在該接收器處，決定經傳輸之訊息框是否包括對應於該預定同步字之一同步字；以及在該接收器處，僅在發現該預定同步字時才解碼經傳輸之該訊息框。
10. 一種無線通訊系統，其包含：一傳輸器，其包括傳輸器電路系統與編碼電路系統，該編碼電路系統係配置用來組裝具有至少一同步字與一資料字之一訊息框，並且該傳輸器係配置用來在一段最小傳輸期間重複傳輸該訊息框；一傳輸通道；以及一接收器，其包括接收器電路系統與解碼電路系統，該解碼電路系統係配置用於定期搜尋經傳輸之該訊息框中之一預定同步字，每次同步搜尋之期間為至少與該訊息框之長度加上該同 步字減去一個符號之長度一樣長，其中搜尋經傳輸之該訊息框中之一預定同步字的週期係小於該最小傳輸期間。
11. 如申請專利範圍第10項之無線通訊系統，其中該傳輸器電路系統係配置用來透過該傳輸通道特定傳輸一訊息。
12. 如申請專利範圍第11項之無線通訊系統，其中該接收器電路系統係配置用來透過該傳輸通道特定接收一訊息。
13. 如申請專利範圍第10項之無線通訊系統，其中該傳輸器可結合於一手持裝置中。
14. 如申請專利範圍第10項之無線通訊系統，其中該接收器可結合於一手持裝置中。
15. 如申請專利範圍第10項之無線通訊系統，其中該接收器可結合於一醫療裝置中。
16. 如申請專利範圍第10項之無線通訊系統，其中該接收器可結合於一植入式醫療裝置中。
17. 如申請專利範圍第10項之無線通訊系統，其中該接收器可結合於一眼用鏡片中。
18. 如申請專利範圍第10項之無線通訊系統，其中該傳輸通道包含一高頻電磁傳播通道。
19. 如申請專利範圍第10項之無線通訊系統，其中該傳輸通道包含一低頻電磁耦合。
20. 如申請專利範圍第10項之無線通訊系統，其中該傳輸通道包含一可見光電磁傳播通道。
21. 如申請專利範圍第10項之無線通訊系統，其中該傳輸通道包含一紅外光電磁傳播通道。
22. 如申請專利範圍第10項之無線通訊系統，其中該傳輸器係配置用來調變及透過該傳輸通道傳輸一載波信號。
23. 如申請專利範圍第22項之無線通訊系統，其中該傳輸器調變該載波信號之相位、頻率或振幅的至少一者。
24. 一種無線傳輸器，其包含：編碼電路系統，該編碼電路系統係配置用來組裝具有至少一同步字與一資料字之一訊息框；以及傳輸器電路系統，該傳輸器係配置用來透過一傳輸通道在一段最小傳輸期間重複傳輸該訊息框。
25. 一種無線接收器，其包含：解碼電路系統，該解碼電路系統係配置用於定期搜尋經傳輸之一訊息框中之一預定同步字，每次同步搜尋之期間為至少與該訊息框之長度加上該同步字減去一個符號之長度一樣長，其中搜尋經傳輸之該訊息框中之一預定同步字的週期係小於該最小傳輸期間；以及用於接收來自一傳輸通道之經傳輸之一訊息的接收電路系統。