TWI420948B - 無線網路中之通訊裝置及方法 - Google Patents

Description

無線網路中之通訊裝置及方法

本發明係關於無線網路中之通訊裝置及方法。

無線個人區域網路(Wireless Personal Area Network；簡稱WPAN)是一種被用於接近個人的各種運算裝置(例如，電話及個人數位助理、膝上型電腦等的運算裝置)間之通訊的網路。該等裝置可能屬於或可能不屬於所述之個人。WPAN的涵蓋範圍可能只有幾米。可將WPAN用於該等個人裝置本身間之個人內部通訊，或用於經由一上行鏈路而連接到一較高層的網路或網際網路。可將個人區域網路連線到諸如通用序列匯流排(Universal Serial Bus；簡稱USB)及火線(FireWire)等的電腦匯流排。

IEEE 802.15.3 Task Group 3c(TG3c)係成立於2005年3月。TG3c正在為現有的802.15.3無線個人區域網路(WPAN)標準802.15.3-2003開發一種基於毫米波(millimeter wave；簡稱mmWave)之替代性實體層(PHY)。

此種毫米波WPAN可在其中包括FCC 47 CFR 15.255規定的57-64GHz免執照頻帶之一頻帶中操作。該毫米波WPAN可與WPAN的802.15系列中之所有其他的微波系統完美地共存於接近之實體間隔中。

此外，該毫米波WPAN可進行諸如高速網際網路接取、串流內容下載(例如，隨選視訊、高解析度電視(High Definition Television；簡稱HDTV)、及家庭劇院等的串流內容下載)、用來取代諸如纜線的即時串流及無線資料匯流排、及無線顯示(Wireless Display；簡稱WD)等的超過每秒20億(2G)位元的極高資料速率之應用。

然而，與視訊框中之內容係不斷地移動的自然視訊不同，合成個人電腦(Personal Computer；簡稱PC)視訊可能包含除了使用者為了改變PC閱覽而採取的某些行動(例如，移動滑鼠、開啟檔案夾、開啟檔案等的行動)之外大部分的時間都不改變的視訊部分。此種行為可能造成通訊模式的相當突爆之(bursty)本質，這是因為被壓縮的視訊框之大小可能在很短的時間內就有劇烈的變化。此外，合成視訊對延遲有極嚴苛的要求，這是因為PC使用者期望PC的回應有無法察覺的延遲。

適應此種突爆式通訊之一種方式是分配足夠的通道時間，以便能夠滿足尖峰資料速率。此種機制可能導致極差的通道利用率，這是因為通道在大部分的時間都未被使用。另一方面，應付通訊變化的一種更動態之方式是根據瞬間通訊要求而調整通道時間分配。然而，此種機制需要以一微網控制器(Piconet Controller；簡稱PNC)執行明確的信令(signaling)，以便交換通道時間修改要求及回應，因而可能導致回應通訊動態變化時的較長之延遲。此外，通道時間修改可能至少在下一超級訊框(superframe)中才能生效。此外，可能因PNC上的忙碌中之排程而無法執行通道時間修改，因而導致不滿意的延遲效能。

本發明提供了一種無線個人區域網路(WPAN)中之無線通訊裝置及通訊方法。該方法包含下列步驟：指定跨越一或多個鄰近網路之一共用通道時間分配；向該一或多個鄰近網路宣告該共用通道時間分配，使該等鄰近網路能夠使用該共用通道時間分配；以及在該共用通道時間分配上使用一指向性網路接取協定而通訊，該共用通道時間分配之頂端係導向一通訊中之裝置。

在下文的詳細說明中，述及了許多特定細節，以便提供對本發明之徹底了解。然而，對此項技術具有一般知識者應可了解：可在沒有這些特定細節之情形下實施本發明。在其他的情形中，並未詳細地說明一些習知的方法、程序、組件、及電路，以便不會模糊了本發明。

係以演算法及對電腦記憶體內各資料位元或二進位數位信號運算的符號表示法之方式呈現下文中詳細說明的某些部分。熟悉資料處理技術的人士可把這些演算法描述及表示法用來將其工作之內涵傳遞給熟悉這門技術的其他人士。

在下文說明中除非有其他特別的陳述，否則我們當了解：在整個本說明書中，使用諸如"處理"、"運算"、"計算"、或"決定"等的術語之討論，皆係論及電腦系統或運算系統或類似電子運算裝置之動作及(或)程序，且此類運算系統係將該運算系統的暫存器及(或)記憶體內表現為物理(諸如電子)量之資料操作並(或)轉換成該運算系統的記憶體、暫存器、或其他此類資訊儲存裝置、或傳輸裝置內同樣表現為物理量之其他資料。

我們應可了解：可將本發明用於各種應用。雖然本發明不限於這一點，但是可將本發明中揭示的電路及技術用於諸如無線電系統之通訊台等的許多裝置。將被包含在本發明範圍內之通訊台僅係舉例地包括無線區域網路(Wireless Local Area Network；簡稱WLAN)通訊台以及無線個人區域網路(WPAN)通訊台等的通訊台。

將被包含在本發明範圍內之WPAN通訊台的類型包括(但不限於)行動台、接取點(access point)、用來接收及傳輸諸如跳頻展頻(Frequency Hopping Spread Spectrum；簡稱FHSS)、直接序列展頻(Direct Sequence Spread Spectrum；簡稱DSSS)、互補碼移位鍵(Complementary Code Keying；簡稱CCK)、以及正交分頻多工(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing；簡稱OFDM)等的展頻信號之通訊台。

首先請參閱第1圖，圖中示出根據本發明的某些例示電施例的多個無線通訊網路之一示意圖。根據本發明的一例示實施例，多個無線通訊網路120、140、160、及180可包括WPAN，WPAN在本門技術中也被稱為微網。該WPAN可根據IEEE 802.15.3 Task Group 3c(TG3c)所開發的標準而操作。TG3c正在開發一種用於現有的802.15.3無線個人區域網路(WPAN)標準802.15.3-2003的基於毫米波(mmWave)之替代性實體層(PHY)。

根據本發明的某些例示實施例，WPAN 120可包含一微網協調器(Piconet Coordinator；簡稱PNC)122、一裝置124、以及一裝置126。WPAN 140可包含一PNC 130、一裝置142、以及一裝置146。WPAN 160可包含一PNC 162、一裝置164、以及一裝置166。WPAN 180可包含一PNC 182、一裝置184、以及一裝置186。雖然本發明之範圍不限於這一點，但是PNC 122、130、162、及182可包括筆記型電腦、膝上型電腦、無線顯示面板、或無線視訊顯示器等的設備。裝置124、126、142、146、164、166、184、及186可包括相機、滑鼠、耳機、喇叭、顯示器、或行動個人裝置等的裝置。

根據一實施例，WPAN 140可包括用於IEEE 802.15.3 WPAN的一些可能的拓撲中之一拓撲的一微網。例如，根據本發明之一實施例，該微網可包含PNC 130、以及在PNC 130的傳輸範圍內之諸如裝置142及146等的數個從屬裝置。如有需要，則裝置142及146中之任一裝置可被用來作為PNC。如有需要，則前文中對微網140之說明亦可適用於微網120、160、及180。

根據本發明之至少一實施例，微網中之通道時間可基於一超級訊框。例如，該超級訊框可包含三個主要部分：一信標(beacon)、一競爭存取週期(Contention Access Period；簡稱CAP)以及一通道時間分配週期(Channel Time Allocation Period；簡稱CTAP)。該PNC(例如，微網130)可藉由廣播信標封包而將一基本時序提供給該微網。信標可被用來設定該微網的時序分配及管理資訊。裝置142及146可藉由接收該等信標，而使該等裝置與PNC 130同步。可將該CAP用於非同步資料或通訊命令。例如，在該CAP期間，可使用媒體接取控制(Medium Access Control；簡稱MAC)機制，且該MAC機制可包括載波感應多重接取/碰撞避免(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance；簡稱CSMA/CA)。該CTAP包含通道時間分配(Channel Time Allocation；簡稱CTA)及管理CTA(Management CTA；簡稱MCTA)。該CTA可被用於命令、等時性(isochronous)資料流及非同步資料。媒體接取係基於分時多向近接(TDMA)。

在電腦連網中，CSMA/CA屬於被稱為多重接取方法的一種協定。在CSMA中，想要傳輸的一通訊台必須在一段預定的時間中監聽通道，以便檢查該通道上的任何活動。如果感測到該通道處於“閒置狀態”，則容許該通訊台進行傳輸。如果感測到該通道處於“忙碌狀態”，則該通訊台必須延期其傳輸。這是CSMA/CA及CSMA/CD之本質。在CSMA/CA(LocalTalk)中，一旦該通道空出之後，一通訊台傳送用來告知所有其他通訊台不要傳輸之一信號，然後傳送其封包。在乙太網路802.3中，該通訊台持續等候一段時間，並檢查以決定該通道是否仍然空出。如果該通道空出，則該通訊台傳輸，且等候封包被接收到的一確認信號。

根據本發明的某些例示實施例，微網120、140、160、及180可能產生極突爆的通訊。該極突爆的通訊具有超過平均速率的極高尖峰速率值。根據本發明的實施例之毫米波通訊系統可包括高通道利用率及極低延遲。例如，PNC 122、130、162、及182、以及微網120、140、160、及180可分別包含一無線顯示器(Wireless Display；簡稱WD)。一例示WD 130可包含一顯示器132(例如，液晶顯示器或電漿顯示器等的顯示器)、一網路控制器(Network Controller；簡稱NC)134、一收發器(RX/TX)136、一視訊編碼解碼器138、以及一天線139。例如，視訊編碼解碼器138可基於MPEG-4，或基於H.264，或是一專用編碼解碼器。

根據本發明的某些實施例，收發器136可採用天線波束形成(antenna beam forming)體系，以便將直射天線波束(direct antenna beam)傳輸到該裝置(例如，裝置142、裝置146)。天線139可包括諸如內藏式天線(internal antenna)、雙極天線(dipole antenna)、天線陣列(antenna array)、以及八木天線(Yagi antenna)等的一或多種天線。

根據本發明的某些例示實施例，如有需要，則微網120、140、160、及180可與其他的微網共用其CTA。具體而言，該等微網中之一微網的PNC可針對跨越多個突爆鏈路的通訊多工化而指定一共用通道時間分配(Shared Channel Time Allocation；簡稱SCTA)。該PNC(例如，PNC 130)可宣告該SCTA，因而各鄰近鏈路(例如，微網120、160、及180的鏈路)可參加該SCTA，且於共用通道時間中使用一指向CSMA/CA。因為無線顯示器鏈路呈現極端突爆的通訊模式，所以各鄰近鏈路同時有資料突爆的可能性是很小的。

請參閱第2圖，圖中示出根據本發明的某些實施例的多個微網的超級訊框之一示意圖。根據該例子，如有需要，則可使諸如一超級訊框210、一超級訊框220、一超級訊框230、以及一超級訊框240等的多個微網之超級訊框同步，以便在相同時間傳輸。因此，在相同的時槽中，諸如微網120、140、160、及180等的各微網之所有使用者可使用一共用CTA 250。此外，超級訊框210、220、230、及240可分別包含專用CTA 215、225、235、及245。根據本發明之實施例，如有需要，則微網120、140、160、及180之使用者可共用其專用CTA。根據本發明的其他實施例，該PNC可根據通訊多工化要求而調整共用CTA及專用CTA之長度，但是本發明之範圍不限於這一點。

請參閱第3圖，圖中示出根據本發明的實施例而由多個無線個人區域網路共用一通道時間分配之一方法。雖然本發明之範圍不限於這一點，但是該方法開始時，可在步驟300中針對跨越不同微網的多個突爆鏈路之通訊多工化而指定SCTA。例如，根據本發明的某些實施例，在步驟310中，每一微網之每一PNC可在一同步信標(例如，第2圖所示之信標)中宣告其共用CTA時間，而其他的PNC則監聽。根據該例子，該等其他的PNC可根據一些因素而選擇使用或不使用該共用CTA。例如，一PNC(例如，PNC 130)可根據被宣告的PNC之數目(亦即，根據有多少微網正在使用相同的SCTA)而決定是否使用該SCTA。

在本發明之其他實施例中，於同步可能不在適當地方之網路中，微網控制器(PNC)可在一特定訊框中宣告SCTA時間，而陳述與訊框傳輸有關的共用CTA之偏移量。根據該例子，監聽現行傳輸的各鄰近PNC能夠取得該SCTA之開始及終止時間，且參加該SCTA，但是本發明之範圍不限於這一點。

在其他實施例中，亦可在一微網內使用SCTA。在該例子中，在PNC宣告SCTA之後，該微網內之各鏈路可決定是否要使用該SCTA。

根據本發明的實施例，可使用SCTA之PNC可使用指向CSMA/CA。具體而言，在步驟320中，只對朝向目標接收器/傳輸器之方向執行載波感測。當該等裝置嘗試使用該共用CTA時，且(或)在該SCTA期間進行每一封包傳輸之前，可執行載波感測。

請再參閱第1圖，根據本發明的一例示實施例，PNC 122、130、162、及182可包括一無線顯示器(WD)。例如，PNC 130可包含NC 134。NC 134可指定跨越一或多個鄰近網路(例如，微網120、160、及180)之SCTA，且可向該一或多個鄰近網路宣告該SCTA，因而可讓該等鄰近網路使用該SCTA。例如，NC 134可向相同網路的複數個鏈路宣告該SCTA時間。

收發器136可在該SCTA時槽上藉由使用頂端導向諸如裝置142等的通訊中之裝置之諸如指向CSMA/CA等的一指向網路接取協定，而與裝置142及146通訊。此外，PNC 130之NC 134可使該一或多個鄰近網路之鏈路同步，而能夠在一相同時槽上傳輸一超級訊框，且能夠在該等鄰近網路的超級訊框上之不同的時槽中指定一專用CTA。NC 134可在其他鄰近網路的超級訊框(例如，超級訊框210、220、230、及240)上之相同的時槽中指定SCTA，並可根據鏈路通訊而調整該專用CTA之長度以及該SCTA之長度。

在本發明之其他實施例中，NC 134可在一同步信標中宣告SCTA，而其他的鄰近網路則監聽。例如，NC 134可根據被宣告的鄰近網路之數目而宣告該SCTA。

在該例示實施例中，該WD可提供將要在該專用CTA時槽上傳輸之一基礎資料層，並提供將要在該SCTA時槽上傳輸之一增強資料層。例如，NC 134可提供將要在該專用CTA時槽上傳輸之其中包括一可擴展的視訊編碼解碼器138之該基礎資料層，並提供將要在該SCTA時槽上傳輸之該增強層的資料。

雖然本發明之範圍不限於這一點，但是我們應可了解：本發明之實施例可以是其他的無線系統。例如，其他的無線系統可以是具有TDMA及隨機接取週期之無線網路，例如，WiMedia Alliance於2007年10月2日發佈的WiMedia MAC“DISTRIBUTED MEDIUM ACCESS CONTROL(MAC) FOR WIRELESS NETWORKS”。

雖然本說明書中已示出且說明了本發明的某些特徵，但是熟悉此項技術者將可進行許多修改、替代、改變、及等效物。因此，我們應可了解：最後的申請專利範圍將涵蓋在本發明的真實精神內之所有此類修改及改變。

120,140,160,180．．．無線通訊網路

122,130,162,182．．．微網協調器

124,126,142,146,164,166,184,186．．．裝置

132．．．顯示器

134．．．網路控制器

136．．．收發器

138．．．視訊編碼解碼器

139．．．天線

210,220,230,240．．．超級訊框

250．．．共用通道時間分配

215,225,235,245．．．專用通道時間分配

本說明書的最後部分已特別指出且清楚地要求專利範圍的被視為本發明之主題。然而，若參閱前文中對本發明的說明並配合各附圖，將可對本發明的組織及操作方法、以及目的、特徵、及優點有最佳的了解，在該等附圖中：

第1圖是根據本發明的例示實施例的多個無線通訊網路之一示意圖；

第2圖是根據本發明的某些實施例的多個微網的超級訊框之一示意圖；以及

第3圖是根據本發明的實施例而由多個無線個人區域網路共用一通道時間分配的一方法之流程圖。

我們應可了解：為了圖式的簡化及清晰，並不必然按照比例繪製該等圖式中示出之元件。例如，為了顧及清晰，某些元件的尺寸可能比其他的元件放大。此外，在被視為適當時，可能重複該等圖式中之代號，以便指示對應的或類似的元件。

120,140,160,180．．．無線通訊網路

122,130,162,182．．．微網協調器

124,126,142,146,164,166,184,186．．．裝置

132．．．顯示器

134．．．網路控制器

136．．．收發器

138．．．視訊編碼解碼器

139．．．天線

Claims (30)

1. 一種無線個人區域網路(WPAN)中之通訊方法，包含下列步驟：指定用於由該WPAN及一或多個其他WPAN共用的一共用通道時間分配(SCTA)；向該一或多個其他WPAN宣告該共用通道時間分配，使該一或多個其他WPAN的至少一WPAN能夠使用該共用通道時間分配；以及在該SCTA期間，使用一指向性網路接取協定而與該WPAN的通訊中之裝置通訊，該指向性網路接取協定係導向該通訊中之裝置。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，包含下列步驟：根據一競爭存取機制，指定用於該WPAN內之通訊的超級訊框內競爭存取週期，其隨後是在該超級訊框內的通道時間分配週期(CTAP)，其中該SCTA係在該CTAP內被分配；以及在該CTAP內分配至少一通道時間分配(CTA)專用於該WPAN的使用者，其中該CTA未與分配於該一多個其他WPAN內的CTA交疊。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，包含下列步驟：根據鏈路通訊而調整該專用通道時間分配之長度以及該共用通道時間分配之長度。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中該宣告步驟包含下列步驟：在一同步信標中宣告該共用通道時間分配，而該一或多個其他WPAN的微網控制器則監聽。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該SCTA之宣告係根據被宣告的WPAN之數目。
6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中該宣告步驟包含下列步驟：在一專用訊框中宣告該共用通道時間分配，該宣告包含與該專用訊框之傳輸有關的該共用通道時間分配之偏移量。
7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中該宣告步驟包含下列步驟：向該WPAN的複數個鏈路宣告該共用通道時間分配。
8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中該通訊步驟包含下列步驟：在朝向一該通訊中之裝置之方向上執行一指向性具有碰撞避免之載波感應多重接取(CSMA/CA)協定。
9. 如申請專利範圍第2項之方法，包含下列步驟：在該專用通道時間分配上傳輸一基礎資料層；以及在該共用通道時間分配上傳輸一資料的增強資料層。
10. 一種無線通訊裝置，包含： 一網路控制器，用以指定用於無線個人區域網路(WPAN)及一或多個其他WPAN共用的一共用通道時間分配(SCTA)，且向該一或多個其他WPAN宣告該共用通道時間分配，使該一或多個其他WPAN的至少一WPAN能夠使用該共用通道時間分配；以及一收發器，用以在該SCTA期間，使用一指向性網路接取協定而與該WPAN的通訊中之裝置通訊，該指向性網路接取協定係導向該通訊中之裝置。
11. 如申請專利範圍第10項之無線通訊裝置，其中該網路控制器係根據一競爭存取機制，指定用於該WPAN內之通訊的超級訊框內競爭存取週期，其隨後是在該超級訊框內的通道時間分配週期(CTAP)，其中該SCTA係在該CTAP內被分配；該網路控制器係在該CTAP內分配至少一通道時間分配(CTA)專用於該WPAN的使用者，其中該CTA未與分配於該一多個其他WPAN內的CTA交疊。
12. 如申請專利範圍第11項之無線通訊裝置，其中該網路控制器能夠根據鏈路通訊而調整該專用通道時間分配之長度以及該共用通道時間分配之長度。
13. 如申請專利範圍第10至12項中任一項之無線通訊裝置，其中該網路控制器能夠在一同步信標中宣告該共用通道時間分配，而該一或多個其他WPAN的微網控制器則監聽。
14. 如申請專利範圍第13項之無線通訊裝置，其 中該網路控制器能夠根據被宣告的WPAN之數目而宣告該共用通道時間分配。
15. 如申請專利範圍第10至12項中任一項之無線通訊裝置，其中該網路控制器能夠在一專用訊框中宣告該共用通道時間分配，該宣告包含與該專用訊框之一超級訊框傳輸有關的該共用通道時間分配之偏移量。
16. 如申請專利範圍第10至12項中任一項之無線通訊裝置，其中該網路控制器能夠向該WPAN的複數個鏈路宣告該共用通道時間分配。
17. 如申請專利範圍第10至12項中任一項之無線通訊裝置，其中該收發器係使用一波束形成體系而在朝向該通訊中之裝置之一方向上根據一具有碰撞避免之載波感應多重接取(CSMA/CA)協定進行傳輸。
18. 如申請專利範圍第11項之無線通訊裝置，其中該網路控制器能夠提供將在該專用CTA上傳輸之一基礎資料層，且能夠提供將在該共用通道時間分配上傳輸之資料的一增強資料層。
19. 如申請專利範圍第18項之無線通訊裝置，包含一無線顯示器，其中該網路控制器能夠提供將在該專用CTA上傳輸的其中包括一可擴展的視訊編碼解碼器之該基礎資料層，且能夠提供將在該SCTA上傳輸之資料的該增強層的資料。
20. 一種無線通訊系統，包含：一微網網路控制器，其包含： 一或多個天線；一網路控制器，用以指定用於無線個人區域網路(WPAN)及一或多個其他WPAN共用的一共用通道時間分配(SCTA)，且向該一或多個其他WPAN宣告該共用通道時間分配，使該一或多個其他WPAN的至少一WPAN能夠使用該共用通道時間分配；以及一收發器，用以在該SCTA期間，使用一指向性網路接取協定而與該WPAN的通訊中之裝置通訊，該指向性網路接取協定係導向該通訊中之裝置。
21. 如申請專利範圍第20項之無線通訊系統，其中該網路控制器係根據一競爭存取機制，指定用於該WPAN內之通訊的超級訊框內競爭存取週期，其隨後是在該超級訊框內的通道時間分配週期(CTAP)，其中該SCTA係在該CTAP內被分配；該網路控制器係在該CTAP內分配至少一通道時間分配(CTA)專用於該WPAN的使用者，其中該CTA未與分配於該一多個其他WPAN內的CTA交疊。
22. 如申請專利範圍第21項之無線通訊系統，其中該網路控制器能夠根據鏈路通訊而調整該專用通道時間分配之長度以及該共用通道時間分配之長度。
23. 如申請專利範圍第20至22項中任一項之無線通訊系統，其中該網路控制器能夠在一同步信標中宣告該共用通道時間分配，而該一或多個其他WPAN的微網控制器則監聽。
24. 如申請專利範圍第23項之無線通訊系統，其中該網路控制器能夠根據被宣告的WPAN之數目而宣告該共用通道時間分配。
25. 如申請專利範圍第20至22項中任一項之無線通訊系統，其中該網路控制器能夠在一專用訊框中宣告該共用通道時間分配，該宣告包含與該專用訊框之一超級訊框傳輸有關的該共用通道時間分配之偏移量。
26. 如申請專利範圍第20至22項中任一項之無線通訊系統，其中該網路控制器能夠向該WPAN的複數個鏈路宣告該共用通道時間分配。
27. 如申請專利範圍第20至22項中任一項之無線通訊系統，其中該收發器係使用一波束形成體系而在朝向該通訊中之裝置之一方向上根據一具有碰撞避免之載波感應多重接取(CSMA/CA)協定進行傳輸。
28. 如申請專利範圍第21項之無線通訊系統，其中該網路控制器能夠提供將在該CTA上傳輸之一基礎資料層，且能夠提供將在該共用通道時間分配上傳輸之資料的一增強資料層。
29. 如申請專利範圍第28項之無線通訊系統，其中該微網控制器包含：一無線顯示器，其中該網路控制器能夠提供將在該專用CTA上傳輸的其中包括一可擴展的視訊編碼解碼器之該基礎資料層，且能夠提供將在該SCTA上傳輸之資料的該增強資料層。
30. 一種電腦程式產品，包含：一儲存媒體，該儲存媒體上儲存有指令，該等指令被執行時，將導致如申請專利範圍第1至9項中任一項之方法。