CN101433002A - 无线数字通信的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

比如高清晰度视频的数据可使用60GHz(因此带来固有的方向性、短距离、并且从而安全)前向信道无线链路从发射机(12a)、比如膝上型计算机(12)发送到接收机(20a)、比如视频放映机(20)。比如加密密钥的加密信息也在前向信道链路(22)上交换。加密信息使用来对能在工作于2.4GHz频率的反向信道链路上交换的控制信号进行加密。

Description

无线数字通信的方法和系统
技术领域
本发明涉及无线数字通信系统。
背景技术
57GHz和60GHz之间的无线频谱(在下文中称“60GHz波段”)无需由美国联邦通信委员会许可,以给予组织不受过多规则约束来使用这段频谱用于实现无线局域网(LANs)的机会。由于60GHz频谱的特性,无线LAN能用于许多的应用,这些特性包括短距离、高方向性(因此带来的固有安全性)和大数据带宽。
原先用于转换卫星到卫星的通信(地球大气严重消弱约60GHz频率的信号),60GHz无线LAN的当前应用包括银行顾客与自动取款机之间的通信,较广区域网络的“最后一哩”延伸,和许多其它的无线、高带宽、但是本地化并且希望固有安全的数据通信的应用。例如,在上述引用的美国专利申请的开始,公开了一个用于使用高带宽60GHz链路从屋里桌子上的膝上型计算机将高清晰多媒体接口(HDMI)格式的高清晰度(HD)视频发送到安装在天花板上的视频放映机的系统。在此频率上的信号是如此短距离和定向从而导致视频可按无压缩的形式传输,这样每秒传输如此多数据导致基本上不能维持私送内容。
不管具体应用,本发明产生下列重要的观察。在某些应用中,发射机和接收机可能在60GHz前向信道上传输某些高带宽数据比如多媒体,并且在较低频率反向信道上传输某些低带宽数据比如控制数据。这里会理解,在前向信道由于高频率和方向性而是固有安全的同时,在较低频率并且对精确的控制方向性没有责任的反向信道不是一样固有安全的。
发明内容
一个系统包括多媒体数据发射机和多媒体数据接收机。发射机在60GHz波段的前向信道链路上无线传输多媒体数据。同样,发射机和接收机在前向信道链路上交换加密信息。根据本原则,使用加密信息保护在近似2.4GHz的反向信道链路上发射机与接收机之间传输的数据。
在一次执行中加密信息包括加密密钥,并且发射机和/或接收机在反向信道链路上发送控制信息之前,使用密钥加密控制信息。或者,加密信息能由在反向信道链路上发送控制信息之前与控制信息结合的唯一标识符来建立。在具体实施例中,唯一标识符在反向信道链路上发送控制信息之前,与控制信息相“或”(OR)。
另一方面,一种用于传输数据的方法包括在无线发射机和无线接收机之间建立前向传输信道链路和反向信道。前向信道链路相比反向信道链路固有更强的方向性和更短的距离。该方法也包括在前向信道链路上传输加密信息。使用加密信息修改数据并且然后在反向信道链路上传输。
再另一方面,计算机包括用于使用60GHz波段的无线前向信道链路传输无加密多媒体数据和加密信息的组件,以及用于使用加密信息修改控制信息的组件。提供用于在非60GHz波段的反向信道链路上传输修改的控制信息的组件。经修改的控制信息不可能轻易地在没有访问加密信息是就接受者使用。
本发明的细节,关于它的结构和操作,参考附图能更好的理解,其中相似的附图标记指相似的部分,并且其中:
附图说明
图1是示出了本系统的框图;
图2是详细架构的框图;
图3是可以由任意此处公开的处理器执行的一种逻辑方案的流程图;以及
图4是可以由根据本发明的处理器执行的另一种逻辑方案的流程图。
具体实施方式
首先参考图1,所示系统,通常标明为10,包括多媒体数据的源12,具体来说是HD视频。源12可能是膝上型计算机或其它多媒体计算机或服务器等,例如,使用者可能放在房间16的桌子14上使用,以便在屏幕或墙壁18上例如使用多媒体播放器20(如在无线前向信道链路22上接收多媒体的视频放映机)来显示多媒体,用于在屏幕或墙壁18上如箭头24所示显示多媒体多媒体。该系统10中可出现另外的源和/或接收机。例如,在前向信道链路22a上另一个源12a可以与另一个接收机20a通信。在反向信道链路上各个源也可以与它的接收机通信。当预想有多媒体数据在前向信道链路上传输时,在这里也可预期是其他类型的数据。
当前向信道链路是在60GHz波段时,它们是固有安全的,因为它们的高频通过墙壁阻止传输,并且能非常精确控制传输波束的方向性。然而,较低频率的反向信道链路不具有如固有的方向性、短距离并且因此带来的固有安全。并且于是下文提供了本发明的阐述。
在所示非受限的实施例中,播放器20可以方便地由例如一个或多个取决于播放器类型可在屏幕18前或后的安装托架或支柱28安装在房间16的天花板26上。由于当前预期的无线链路,除了电源没有配线需要安装在天花板26上,并且播放器20不需要包括MPEG或其它视频解压模块。
或者,多媒体播放器可能包括用于显示多媒体数据的阴级射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子显示面板(PDP)或TFT。多媒体数据源可能是一个机顶盒,类似具有对如从卫星、电缆、地面广播、因特网流或其它源接收的压缩多媒体内容进行解码的能力的设备。这里描述的数据通信可能使用数字可视接口(DVI)协议。
根据该原则,链路22是承载足够高载频的前向信道链路,在此链路上的信号基本上不能在房间外被接收。此外,尽管实现了一些不太合适的数据压缩,但以非压缩形式在链路22上传输多媒体,这样每秒传输如此多的数据导致基本上不能维持私送内容。如果期望,数据也可以按压缩的形式传输。正如下文讨论的,链路22最好工作在固定的(不变、仅仅单个)近似60GHz的频率上,并且更优选地是在57GHz-60GHz的范围内,并且链路22最好有固定的数据速率,最高可达每秒2吉比特(2Gpbs)。各种调制方式可以增加数据速率,例如,当使用DQPSK时数据速率为2.2Gbps,并且此链路具有近似2.5Gbps的数据速率。此链路可以具有高达7GHz的固定带宽。在本领域,根据已知的无线传输原则,在一些应用中可实现用于无线传输适当的纠错(如Reed-Solomon编码)和适当的再复用(如通过在QPSK调制的情况下将24路视频和适当的控制信号再复用成为2路)。
图2示出系统10的更多细节。非受限源12包括访问数据存储设备32、如硬盘驱动器、CD或DVD以便将多媒体数据发送到用于根据本领域公知的原则进行编码的前向信道编码器34的处理器30。这些编码数据由60GHz前向信道调制器36在近似60GHz上调制并且由上变频器38进行上变频,用于在约60GHz的链路22上通过适当地配置为60GHz天线的第一源天线40进行发射。使用上述的宽信道和例如但不限于DQPSK、QPSK、BPSK或8-PSK的较简单的调制方案,能取得高数据速率但简单的系统。例如,当使用DQPSK时,能取得两倍于符号速率的数据速率。对于8-PSK可以取得3.3Gbps的数据速率。如果期望,拷贝保护系统、如高清晰拷贝保护(HDCP)能根据本领域公知的HD原则与多媒体内容一起使用。
在播放器20上的第一个播放器天线42(配置于60GHz工作)接收多媒体信号。根据本领域已知的原则,信号在前向信道下变频器44处下变频并且在前向信道60GHz解调器46处从60GHz解调,然后在可进行纠错和复用功能的前向信道解码器48处进行解码。解码信号被存储在播放器20的处理器52的数据存储设备50中。本领域的技术人员会理解,播放器12中的部件34-38建立无线发射机的至少一部分,播放器20中的部件44-48建立无线接收机的至少一部分。
除了正确承载多媒体数据以外,前向信道链路22可承载编码信息、如可与多媒体数据复用的编码密钥和/或唯一标识符,以便解码器48能解码数据流并且获得编码信息。编码信息的使用如下文阐述。如果期望,前向信道链路22可以是全双工链路,以便播放器20可将信息传递回到源12。例如,播放器20可将容量和在需要时将它自己的加密信息传递到源12。或者,播放器20传输接收条件以便源12的传输功率和/或第一源天线40的方向性可被建立,从而在最大化接收的同时最小化功率。自动增益控制和自动天线波束控制调整因此受到源12中处理器30的影响。
另外,提供反向链路54比如但不限于蓝牙、802.11、802.15、红外、PLC、HPNA或任意其他适合的链路,如工作在2.4GHz的无线链路。
可以理解,尽管前向和反向链路并不都需要60GHz,因为特别是反向链路的数据速率要求无益于费用,半双工和全双工60GHz发射机都被预见。因而,为建立前向和反向链路可使用全双工60GHz版本,并且前向信道由一个60GHz子波段(如60-61GHz)建立,而反向信道由另一个60GHz子波段、例如61-62GHz来建立。在任何情况下,在交换私人或机密数据时可具体使用加密。
在一个非受限的实现过程中,源12包括在另一个源天线58上发送和接收控制信号、并且存储/处理在控制信号模块60中的控制信号的反向信道发射机56。如示,模块60是由源12中的处理器30访问的软件实现模块。类似,因为使用反向信道链路,播放器20包括在另一个播放器天线64上发送和接收信号、并且存储/处理在控制信号模块66中的信息的控制信号收发信机62。如示,模块66可以是由播放器20中的处理器52访问的软件实现模块。控制信息可能是,例如包括特技播放特征的音频和视频显示功能信息、通信能力、接收条件以便建立源12的传输功率和/或第一个源天线40的方向性,从而在最大化接收能力的同时最小化功率,并且如下文阐述加密信息。
在另一份上述引用的专利申请中,会理解当在发射机-接收机对之间的反向链路是2.4GHz无线链路时,它们可能相互干扰和/或与错误的发射机通信。因此,另一份上述引用的专利申请提出了接收机(或关联发射机),它在60GHz前向信道上将对于该对唯一的标识符发送到源(或关联接收机),来自这个源(或关联接收机)的后续通信将被忽略,除非这个唯一标识符被作为传输的一部分而反射回来。然而这里会理解,虽然不受阻碍地反射回唯一的标识符非常有效地解决了错误通信,但是反向信道2.4GHz链路保持固有的不如60GHz前向信道链路安全。
因此,转到图3,在一个实现中,上面引用的另一专利申请中描述以及上文所提到的唯一标识符在前向(60GHz)信道链路22a上从例如发射机12a发送到接收机20a,可以理解,接收机20a或者能产生并发送该唯一标识符到发射机12a。转到块72,当接收机或发射机之一有数据、例如控制信号要在反向信道(如2.4GHz)链路上传输时,数据与唯一标识符相“或”(例如使用有线“相或”)或按其它方式结合,并且在块74中传输,接收者在块72中执行反向结合来使得信息称为可用形式。
代替使用唯一标识符的OR(相“或”)或其他功能,图4示出了块76中在前向(60GHz)信道链路22a上从例如发射机12a将一个或多个用于例如数据加密标准DES或先进加密标准AES加密的加密密钥发送到接收机20a。可以理解,接收机20a或者能生成并且发送密钥给发射机12a。转到块78,当接收机或发射机之一有数据、例如控制信号要在反向信道(如2.4GHz)链路上传输时,则这些数据使用密钥加密,并且然后在块80中传输。接收者使用密钥来解密这些信息。
尽管本文所示并详细描述的“无线数字通信的方法和系统”完全能够达到发明的上述目的,但可以理解,它是本发明的当前优选实施例并因而代表本发明广泛预期的主旨,本发明范围完全包含对本领域技术人员来说可能变得显而易见的其它实施例,并且本发明范围因此被限制在所附的权利要求中,其中除非清楚的说明,对元件按单数形式的引用不意味“一个和仅一个”,而是“一个或多个”。一个设备或方法解决本发明所要设法解答的各个和每一个问题是不必要的,因为它将包含在本权利要求书中。此外,在本公开中没有元件、部件或方法步骤致力于公布,而不管该元件、部件或方法步骤在权利要求书中是否清晰地记载。这里没有要求元件按35U.S.C§112的规定(第六章)进行解释,除非元件使用词组“用于......的组件”这样清楚地记载,或者,在方法权利要求情况下,元件被记载为“步骤”,而不是“行为”。这里缺少明确的定义,权利要求术语被给予与当前规范和文档历史不相矛盾的普通和常见含义。

Claims (17)

1.一个系统,包含:
多媒体数据发射机(12a);以及
多媒体数据接收机(22a),所述发射机(12a)在前向信道链路(22)上按60吉赫兹(60GHz)波段无线传输多媒体数据,所述发射机(12a)和接收机(20a)在所述前向信道链路(22)上交换加密信息,所述加密信息用于保护所述发射机(12a)和接收机(20a)之间在反向信道链路(54)上传输的数据。
2.如权利要求1所述的系统,其中所述反向信道链路(54)近似为2.4GHz。
3.如权利要求1所述的系统,其中所述加密信息是至少一个加密密钥,并且至少所述发射机(12a)或接收机(20a)在所述反向信道链路(54)上发送控制信息之前使用所述密钥来加密所述控制信息。
4.如权利要求1所述的系统,其中所述加密信息是至少一个唯一标识符,并且至少所述发射机(12a)或接收机(20a)在所述反向信道链路(54)上发送控制信息之前将所述唯一标识符和所述控制信息相结合。
5.如权利要求4所述的系统,其中所述唯一标识符在所述反向信道链路(54)上发送所述控制信息之前与所述控制信息相“或”。
6.一种用于传输数据的方法,包括:
在无线发射机(12a)和无线接收机(20a)之间建立前向信道链路(22)和反向信道链路(54),所述前向信道链路(22)固有地比所述反向信道链路(54)有更强方向性和更短距离。
在所述前向信道链路(22)上传递加密信息;
使用所述加密信息来改变数据;以及
在所述反向信道链路(54)上传递数据。
7.如权利要求6所述的方法,其中所述前向信道链路(22)是在60GHz波段中,以及所述反向信道链路(54)的频率具有在1GHz和10GHz之间的频率,1GHz和10GHz包括在内。
8.如权利要求7所述的方法,其中所述反向信道链路(54)具有2.4GHz的频率。
9.如权利要求7所述的方法,其中所述加密信息是至少一个加密密钥,并且至少所述发射机(12a)或接收机(20a)在所述反向信道链路(54)上发送控制信息之前使用所述密钥来加密所述控制信息。
10.如权利要求7所述的方法,其中所述加密信息至少是一个唯一标识符,并且至少所述发射机(12a)或接收机(20a)在所述反向信道链路(54)上发送控制信息之前将所述唯一标识符与所述控制信息相结合。
11.如权利要求11所述的方法,其中所述唯一标识符在所述反向信道链路(54)上发送所述控制信息之前与所述控制信息相“或”。
12.一种计算机,包括:
用于在60GHz波段中使用无线前向信道链路(22)来传递未加密的多媒体数据和加密信息的组件(12a)
用于使用加密信息改变控制信息的组件(12);和
用于在非60GHz波段中在反向信道链路(54)上传递已改变的控制信息的组件(20a),其中所述已改变的控制信息在没有访问所述加密信息的前提下不能由接收者容易使用
13.如权利要求12所述的计算机,其中所述反向信道链路(54)具有在1GHz和10GHz之间的频率,1GHz和10GHz包括在内。
14.如权利要求13所述的计算机,其中所述反向信道链路(54)具有2.4GHz的频率。
15.如权利要求12所述的计算机,其中所述加密信息是至少一个加密密钥,并且至少所述发射机(12a)或接收机(20a)在所述反向信道链路(54)上发送控制信息之前使用密钥来加密所述控制信息。
16.如权利要求12所述的计算机,其中所述加密信息是至少一个唯一标识符,并且所述计算机在所述反向信道链路(54)上发送控制信息之前将所述唯一标识符与所述控制信息相结合。
17.如权利要求16所述的计算机,其中所述唯一标识符在所述反向信道链路(54)上发送控制信息之前与所述控制信息相“或”。
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