CN102026345A - 无线通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无线通信系统。本发明的无线通信系统包括主机和设备。上述主机具有使用第一通信方式、和最大传输率比上述第一通信方式高的第二通信方式而能够进行数据通信的通信部，与在上述设备中使用的通信方式无关地、使用上述第一通信方式，使用于在与上述设备之间建立通信链路的处理开始。

Description

无线通信系统
技术领域
本发明涉及一种能够传输例如USB2.0、USB3.0等大容量数据的无线通信系统。
背景技术
在例如PC、与打印机、数字照相机等设备之间进行的装置间的数据传输中，正越来越多地使用USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口方式。
在专利文献1中，公开了一种无线USB发送接收系统。该系统包括：主机侧的WUSB发送接收装置，该主机设置有对所连接的设备总是无条件地提供连接许可的单元、和对认证用的数值进行确认拟定的单元；以及设置有确认拟定认证用的数值的单元的设备侧的WUSB发送接收装置。
专利文献1：日本专利特开2009-32029号公报
发明内容
随着传输数据容量的增大，USB方式也实施标准的版本升级(version up)，在2000年标准化为最大传输率480Mbps的USB2.0，在2008年标准化为最大传输率4.8Gbps的USB3.0。伴随这样的版本升级因而存在多个方式的情况下，为了提高用户在使用上的方便，要求提供能够不仅与现有的方式、还与新设定的方式对应的装置。
然而，为了将新的方式追加到现有方式中、从而能够与多个方式对应，需要新的方式所使用的端子等，这会导致部件的数量增加，存在妨碍小型化、提升制造成本、增加耗电的可能性。此外，例如在通过追加到USB2.0中而能够与USB3.0对应的情况下，由于USB3.0为宽带，因此存在无线传输所需的耗电增加的问题。
在专利文献1中，没有公开用于与这样的多个无线USB方式对应的方法。
因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制耗电的增加、并且能够与多个无线USB方式对应的无线传输系统。
本发明的无线通信系统，包括主机和设备。上述主机具有能够使用第一通信方式、和最大传输率比上述第一通信方式高的第二通信方式进行数据通信的通信部，与在上述设备中使用的通信方式无关地、使用上述第一通信方式，来开始用于在与上述设备之间建立通信链路的处理。
根据本发明，能够提供一种无线传输系统，能够抑制耗电的增加并且能够与多个无线USB方式相对应。
附图说明
图1为表示无线通信系统的结构例的方框图。
图2为UWB方式的频带的示意图。
图3为表示无线通信系统的结构例的方框图。
图4为表示无线通信系统的结构例的方框图。
图5为表示UWB方式的调制方式与使用带组(band group)的关系的图。
图6为表示无线通信系统中的初始动作的一个例子的说明图。
图7为表示主机与设备或DWA之间的动作次序(sequence)例的图。
图8为表示无线通信系统的结构例的方框图。
图9为表示主机与设备或DWA之间的动作次序例的图。
图10为表示无线通信系统的结构例的方框图。
图11为表示无线通信系统的结构例的方框图。
图12为表示PHY/MAC的详细结构的一个例子的图。
具体实施方式
图1为表示无线通信系统的结构例的方框图。设备13和设备14例如为数字照相机、打印机等装置，分别与USB2.0和USB3.0对应。此外，主机81例如为PC等装置，与USB2.0和USB3.0对应。在本系统中，通过将具有通信集线器功能的DWA(Device wired adaptor，设备有线适配器)8以有线方式与设备13和设备14连接，在与主机81之间进行与USB2.0和USB3.0对应的无线通信。
主机81在与DWA8连接的设备13、14之间进行关联(association)(初始认证)，进行每个装置上各自被称为连接密钥(connection key)的主密钥(master key)的共享。在进行一次连接密钥的共享时，从下一次起即不需要关联，而能够在主机81与设备13、14之间进行确保安全性的通信。另外，主机侧和设备侧的关联，不限定于使用有线电缆85的有线关联(cable association)，也可以采用基于数值输入的数值关联(numerical association)。
主机81例如通过天线19以UWB(MB-OFDM)方式对最大480Mbps的USB2.0对应的数据进行发送接收，通过天线42以使用IEEE802.15.3c等的毫米波等高速传输方式(毫米波方式)对最大4.8Gbps的USB3.0对应的数据进行发送接收。
主机81包括PHY/MAC97和PHY/MAC98。PHY由调制解调电路、高频电路等构成，MAC由无线资源控制电路等构成。PHY/MAC97对USB2.0对应的数据以UWB方式进行调制，或将UWB方式调制信号解调为USB2.0对应的数据。PHY/MAC98对USB3.0对应的数据以毫米波方式进行调制，或将毫米波方式调制信号解调为USB3.0对应的数据。
在图2中表示UWB方式所用的频带的示意图。在UWB方式中，将3168MHz～10560MHz的频率分割为14个波段，以2个波段或3个波段为1个波段组，分成6个波段组。在现行的标准中，使用1个波段组能够进行最大960Mbps的数据传输，PHY/MAC97与1个波段组对应。
在图1中，设备13和设备14与DWA8连接，通过天线20、53对USB2.0和USB3.0对应的数据进行发送接收。通过天线20以UWB方式对最大480Mbps的USB2.0对应的数据进行发送接收，通过天线53以毫米波方式对最大4.8Gbps的USB3.0对应的数据进行发送接收。
DWA8包括PHY/MAC99和PHY/MAC100。PHY/MAC99对USB2.0对应的数据以UWB方式进行调制，或将UWB方式调制信号解调为USB2.0对应的数据。PHY/MAC100对USB3.0对应的数据以毫米波方式进行调制，或将毫米波方式调制信号解调为USB3.0对应的数据。
在本例中，主机81和DWA8分别具有用于与USB2.0和USB3.0对应的无线传输的发送接收部，从而能够实现USB2.0和USB3.0的数据的无线传输。
如图1所示，即使在USB设备13、14不具有无线传输功能的情况下，也能够通过设置DWA8来进行USB方式的无线传输。此外，通过进行版本升级而具有与新设置的USB3.0对应的PHY/MAC，由此能够与USB2.0和USB3.0等多个USB方式的无线传输对应。
另外，在设备具有无线功能的情况下，能够省略DWA8。在图3所示的例子中，不使用DWA、而使设备84具有无线功能。设备84例如具有与数字照相机、打印机进行直接无线USB通信的功能，与USB2.0和USB3.0对应。
根据图3的例子，不使用DWA、而使设备具有直接无线功能，因此能够在任意的地方使用各个设备。另外，在图3中，对与图1相同的构成赋予相同的符号，并省略说明。
在图1、2的例子中，在主机侧和设备侧分别设置天线和PHY/MAC各2个，构成在USB3.0传输中使用毫米波的结构，但是并不限定于此。例如也可以在USB3.0传输中使用UWB方式，设置多天线，与2个以上的波段组对应。在该情况下，根据波段组的个数的不同而最佳的调整方式也不同，因此PHY/MAC需要与多个调制解调方式对应。但是，如果针对每个调制解调方式均设置PHY/MAC，则会导致部件的数量增加，存在妨碍小型化、提升制造成本、增加耗电的可能性。
因此，在要求更加小型化的情况下，如图4所示，优选设置调制解调控制部，使得通过1个PHY/MAC能够与多个调制方式对应。在图4中，对与图1相同的构成赋予相同的符号，并省略说明。
多天线106具有多个天线19～42，通过使用任一个天线或任意多个天线，能够对多个波段组(例如图2所示的最大5个波段组)的数据进行发送接收。多天线107具有多个多个天线20～53，与多天线106同样地能够对多个波段组的数据进行发送接收。
主机81和DWA8分别具有PHY/MAC101和102、调制解调控制部108和109。PHY/MAC101和102分别仅与1个调制方式对应，但是通过调制解调控制部108和109的控制来改变调制解调方式，从而能够与多个波段组对应。
这里，图5表示调制解调方式与传输率的关系、和在传输4.8Gbps数据的情况下所需带组个数。在图5所示的调制方式中，以现行的UWB方式来进行标准化的是与QPSK相当的DCM和与16QAM相当的DCM，其他的调制方式为今后可能进行标准化的方式。
在图5所示的例子中，在以UWB方式对USB2.0对应数据进行调制解调并发送接收的情况下，使用与QPSK相当或与16QAM相当的DCM，利用1个波段组进行发送接收。在以UWB方式对USB3.0对应数据进行调制解调并发送接收的情况下，使用与16QAM相当的DCM或16QAM，利用5个波段组进行发送接收；或者使用256QAM或512QAM，利用3个波段组进行发送接收；或者使用1024QAM，利用2个波段组进行发送接收。由此，能够实现4.8Gbps的发送接收。在该情况下，主机81和DWA8进行控制，使得根据发送接收时所用的波段组个数来选择多天线106、107内的天线个数。
另外，在调制方式中，也可以使用相位调制、振幅调制、编码调制等其他方式。此外，图5是一个例子，也可以使得：主机根据表示从设备接收到的USB版本的信息、发送接收的数据率、调制方式，在建立通信链路的时候进行设定。
如以上说明的那样，根据图4的例子，通过设置多天线和调制解调控制部，即使在仅具有1个PHY/MAC的情况下，也能够进行与多个波段组对应的发送接收。
另外，在图4的例子中，与图1同样地将DWA8与设备连接，在DWA8设置有1个PHY/MAC和调制解调控制部，但是并不限定于此。也可以如图3所示的那样，使得：通过在具有无线功能的设备中设置1个PHY/MAC和调制解调控制部，进行与多个波段组对应的发送接收。
此外，设备不限定于与USB2.0和USB3.0这两者对应，例如也可以应用仅与USB3.0对应的设备。USB3.0的频带较宽，因此通过设置与每个波段组对应的天线，能够以宽带良好地进行发送接收。
图6表示图1～图4所示的例子中的、主机与设备之间的通信开始初始的连接动作的一个例子。主机与UWB方式(1个波段组使用)和毫米波方式的调制方式对应，以与帧间隔相当的一定时间间隔输出信标(beacon)信号86、87和信标信号88、89。在信标信号中包含主机侧的信息。
在设备侧接收到信标信号的情况下，将通知已接收的ACK信号90、92与设备侧信息91、93从设备发送到主机。所谓设备侧的信息是指表示使用何种调制方式的信息等，例如表示设备侧的发送接收形态为通过DWA进行通信、还是具有无线功能进行直接通信的信息，表示DWA或设备是与USB2.0对应还是与USB3.0对应的信息。
另外，主机81进行控制，使得信标信号、ACK信号、和设备侧信息的发送接收在时间上重叠。此外，例如信标信号88、ACK信号92、和设备侧信息93，在发送信标信号86、ACK信号90、和设备侧信息91后进行发送。
图7表示主机81与设备84或DWA8之间的动作次序(sequence)例。以下，以设备84为例进行说明，但是DWA8的情况也为同样。
主机81与设备84在初始时实施关联(步骤31)。通过该关联，主机81与设备84共享主机ID、设备ID、和连接密钥等。另外，该关联仅在初次进行连接的情况下进行，第二次起从步骤32开始处理。
在步骤32中，主机81使用与USB2.0对应的UWB方式来进行信标信号的发送。在设备84接收到信标信号时(步骤33)，从设备84向主机81发送ACK信号、设备侧信息(步骤34)。
在主机81接收到ACK信号时(步骤35)，在确立通信链路之后，通过所谓的四路握手(4way handshake)等步骤来实施主机81与设备84之间的连接密钥的认证(步骤36)。
另外，在设备84与USB2.0和USB3.0对应的情况下，以与USB2.0传输对应的UWB方式来建立通信链路。一般而言，与USB2.0传输对应的方式比与USB3.0传输对应的方式所消耗的电力更少。因此，如图7的例子所示的那样，即使在不仅与USB2.0还与USB3.0对应的情况下，首先，也以USB2.0对应的通信方式发送信标信号，在USB2.0建立通信链路，由此能够降低耗电。这里，3.0对应的通信方式是指例如以毫米波方式、使用多个波段组的UWB方式、使用多值调制的UWB方式等高速数据传输方式进行的通信。
当通信链路的建立和连接密钥的确认结束时，主机81使用从设备84接收的设备侧信息，对设备84是否与USB3.0对应进行判定(步骤37)。在设备84与USB3.0不对应的情况下(步骤37)，使用通过步骤34确立的通信链路来开始数据通信(步骤38)。
另一方面，在设备84与USB3.0对应的情况下(步骤37Yes)，建立与USB3.0对应的通信链路(步骤39)。在建立了通信链路时，开始USB3.0的通信(步骤40)。
如本例中所示的那样，通过以传输率较低的USB2.0方式建立通信链路、并进行认证，即使在以USB3.0进行通信的情况下，也能够降低耗电的增加。此外，通过以USB2.0方式来建立初始的通信链路，在仅与USB2.0对应的设备上，其可靠地实现通信建立也能够对与现有的设备的互换性进行担保。
在图7的例子中，以设备84等与USB2.0和3.0对应的情况为例，但是并不限定于此。不限于USB2.0和3.0，在与多个方式对应的情况下，其中在以传输率最低的方式建立通信链路之后，以期望的方式进行通信，由此能够降低耗电。此外，通过以在多个通信方式中版本最低的通信方式来建立通信链路，即使在对方称的装置与新版本不对应的情况下，也能够可靠地实现通信建立。
另外，在图6、图7的例子中，主机侧发送信标信号、设备侧接收该信号并返回ACK信号，但是不限定于此。也可以使得通过设备侧发送信标信号、主机侧返回ACK信号来建立通信链路。在从主机侧发送信标信号的情况下，虽然能够降低设备侧的耗电，但是主机为了进行是否为新的设备的确认，总是需要发送信标信号。因此，在与设备侧相比更要求主机侧的低耗电化的情况下，期望采用从设备侧发送信标信号的方式。例如，也可以通过在主机、设备中的任一个上连接有AC电源来进行发送信标信号侧的切换。
另外，在步骤32中发送信标信号之后、即使经过规定期间在步骤35中也未接收到ACK信号的情况下，主机81以USB3.0对应的通信方式来发送信标信号。而且，当接收到ACK信号和设备侧信息时，在步骤39中，在建立通信链路之后，在主机、设备之间进行认证，开始以USB3.0方式进行的通信(步骤40)。
此外，也可以如图8的例子所示的那样，使得：在图1的主机81中具有电力传输控制部45和电力发送天线或发送线圈46，在DWA8中具有电力接收天线或接收线圈47，从主机81以无线的方式传输电力。根据本例，以无线的方式向DWA8和设备13、14供给电力，因此能够不与AC电源连接地使用DWA8、设备13、14。
在图8的例子中，电力传输控制部45进行控制，使得根据从DWA8接收到的信息检出与DWA8连接的设备的个数、该设备的USB版本，并且根据这些条件来改变传输电力。根据所连接的设备的USB版本、所连接的设备的数量的不同，所需的电力也存在差异，因此能够通过改变传输电力来降低耗电。例如，在设备与USB2.0对应的情况下，降低供给电力，在与USB3.0对应的情况下，增加供给电力。此外，根据设备数量的增减，对供给电力进行增减。
另外，虽然图8没有示出，但是在电力接收天线或接收线圈47上连接有电池。此外，图8是一个例子，也可以不限于图1的例子，例如在记载于图3、图4等中的其他的通信系统中，包括电力发送天线或发送线圈、和电力接收天线或接收线圈，以无线方式传输电力。在应用于图3的情况下，将电力接收天线或接收线圈设置于设备84中。
在以无线方式传输电力的情况下，如图9所示的那样，将涉及电力传输的步骤41、42、43追加到图7的动作次序中。另外，与图7同样地、以设备84为例进行说明，但是使用DWA8的情况也为同样。
在步骤31中进行关联之后，主机81开始向设备84(或DWA8)进行无线电力传输(步骤41)。此时，为了链路(link)的建立和设备认证，传输最低限所需的电力。
然后，在步骤34中使用从设备84发送的设备侧信息，主机81对设备84是否与USB3.0对应进行判定(步骤37)。在设备84不与USB3.0对应的情况下，开始进行与USB2.0通信对应的电力的传输(步骤42)。另一方面，在设备84与USB3.0对应的情况下，开始进行与USB3.0通信对应的电力的传输(步骤43)。
根据本例，最初传输在通信链路建立和设备认证中最低限所需的电力，然后，通过根据所连接的设备的USB版本来控制传输电力，能够降低耗电。
以上，使用图1、3、4、8等对PC81与DWA8或设备84进行无线通信的情况进行了说明，但是并不限定于此。例如也可以将HWA(Host wired adaptor，主机有线适配器)与PC连接，在与DWA8等之间进行无线通信。另外，图10为不使用图1中的PC81、而是将PC1与HWA6连接来构成主机的例子。对与图1等共用的结构赋予相同的符号，并省略其说明。
应当从PC1向设备13、14发送的数据，通过PCI(PeripheralComponent Interconnect，外围部件互连)总线23被传输到HWA6。在HWA6中，数据通过PCI接口3，被传输到数据处理部26。数据处理部26由无线USB驱动器(软件，未图示)和无线USB逻辑电路(硬件，未图示)等构成，进行USB2.0和USB3.0的数据处理。具体而言，数据处理部26以UWB方式、高速数据传输(毫米波)方式的协议(protocol)为基准，例如根据UWB信道源、毫米波信道源来计划(scheduling)数据的发送接收，进行功率管理。
在发送数据与USB2.0对应的数据的情况下，通过PHY/MAC97调制为UWB信号，从天线19发送到DWA8的天线20。另一方面，在发送数据与USB3.0对应的数据的情况下，通过PHY/MAC98调制为毫米波信号，从天线42发送到DWA8的天线44。
通过天线20接收到的UWB信号，由PHY/MAC99进行信号解调，将解调数据传输到数据处理部29。数据处理部29由无线USB驱动器(软件，未图示)和无线USB逻辑电路(硬件，未图示)等构成，进行USB2.0和USB3.0的数据处理。从数据处理部29输出的数据通过PHY/MAC接口11变换成USB2.0数据，发送到设备13。
通过天线53接收到的UWB信号，由PHY/MAC99进行信号解调，将解调数据传输到数据处理部29。数据处理部29由无线USB驱动器(软件，未图示)和无线USB逻辑电路(硬件，未图示)等构成，进行USB2.0和USB3.0的数据处理。从数据处理部29输出的数据通过PHY/MAC接口11变换成USB2.0数据，发送到设备13。
通过天线53接收到的毫米波信号也同样地，在由PHY/MAC100进行信号解调、以及由数据处理部29进行数据处理之后，通过PHY/MAC接口11变换成USB3.0数据，发送到设备14。
另一方面，在从设备13、14向PC1发送数据的情况下，按照相反的流向进行处理。
另外，在本例中，在PC1与HWA6之间用PCI总线进行连接，但是并不限定于此。例如，HWA6也可以以PCI Express(登记商标)卡这样的PC内置卡的形式构成。此外，也可以不用PCI总线，而是使用USB进行连接。
此外，不限于图1，即使在图3的系统中，也可以代替PC81，而使用PC 1和HWA6。另外，在图1和图3的例子中，作为DWA8内的结构，仅记载了PHY/MAC99、100，但是与图10的DWA8同样地、具有数据处理部29和PHY/MAC接口。此外，就PC81而言，除PHY/MAC97、99之外，还具有数据处理部26。
此外，在图4的系统中也可以如图11所示的那样代替PC81，而使用PC 1和HWA6。
图12表示图4和图11中的PHY/MAC101、102的详细结构的一个例子的图。PHY/MAC101、102包括：RF电路模块(高频信号处理电路)55～59、60～64、BB模块(基带调制解调)65、66、MAC(无线源控制电路、被传输到BB部的数据的帧结构控制电路)。为了发送接收频率不同的多个波段组，至少需要设置多个RF模块。BB模块对来自多个RF模块的信号进行调制解调处理，但是通过由调制解调控制部108、109对能够进行调制解调的方式进行切换，则无需在每个调制解调的方式中均准备BB模块，从而能够小型化。
此外，如图8所示那样，即使在以无线方式进行电力传输的情况下，也可以代替PC81，而使用PC1和HWA6。在该情况下，在HWA6内包括电力传输控制部45、和电力传输天线或发送线圈46，电力传输控制部45与PCI接口3连接。
以上，通过所说明的方法，能够提供一种无线传输系统，其能够抑制耗电的增加，能够与多个无线USB方式对应。此外，使用图1～图12，对与USB2.0和USB3.0对应的无线通信系统进行了说明，但是USB2.0和USB3.0仅是一个例子，即使在使用其他的USB方式的情况下，也能够应用本发明。此外，不限于USB、在使用其他的大容量无线传输方式的情况下也可以应用本发明。

Claims (4)

1.一种无线通信系统，是在主机与设备之间进行数据通信的无线通信系统，其特征在于：
所述主机，具有能够使用第一通信方式、和最大传输率比所述第一通信方式高的第二通信方式进行数据通信的通信部，
与在所述设备中使用的通信方式无关地，使用所述第一通信方式开始用于与所述设备之间建立通信链路的处理。
2.一种无线通信系统，是在主机与设备之间进行数据通信的无线通信系统，其特征在于：
所述主机，具有能够使用第一通信方式、和最大传输率比所述第一通信方式高的第二通信方式进行数据通信的通信部，
所述主机，使用所述第一通信方式开始用于与所述设备之间建立通信链路的处理。
3.如权利要求2所述的无线通信系统，其特征在于：
所述用于建立通信链路的处理，包含通过所述第一通信方式从所述主机向所述设备发送信标信号。
4.如权利要求3所述的无线通信系统，其特征在于：
所述设备，当接收到所述信标信号时，将包含表示在所述设备中所使用的通信方式的信息的设备信息，向所述主机发送，
所述主机，根据接收到的设备信息，代替所述第一通信方式，通过所述第二通信方式与所述设备之间进行数据通信。
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