CN103957072B - 毫米波网络的数据传输装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种毫米波网络的数据传输装置和方法。所述数据传输方法适用于在毫米波网络中的一传送器，包括：产生一控制物理层(CPHY)前导码；产生一标头，其中该标头包括一模式指标；根据该模式指标调变和编码一负载数据；根据该控制物理层(CPHY)前导码、该标头、该负载数据产生一封包；以及通过该传送器传送该封包。

Description

毫米波网络的数据传输装置和方法
技术领域
本发明主要是关于在毫米波(millimeter wave,mmWave)网络的数据传输，特别是有关于利用重新设计控制物理层(Control Physical Layer,CPHY)的标头以进行传送数据。
背景技术
毫米波技术由于其在全球的巨大可用的频宽，将无线通讯带入一个新的纪元，其可允许消费型电子产品在每秒兆元位元(bits per second,bps)速率的无线通讯下进行传输。举例来说，在美国和韩国使用还未发照使用的7千兆赫(GHz)(从57GHz到64GHz)频带来发展此技术，在欧洲则使用还未发照使用的9千兆赫(GHz)频带来发展此技术。
在60千兆赫无线网络的标准，例如：IEEE802.11aj标准、IEEE802.11ad标准和无线千兆位元联盟(Wireless Gigabit Alliance,WiGig)，已由不同企业联盟和国际标准组织制订和持续发展中。IEEE802.11ad标准和无线千兆位元联盟(WiGig)是由许多支持的企业联盟所期待的标准。IEEE802.11aj标准在物理层所采用的规范和IEEE802.11ad标准相当类似。
在毫米波(mmWave)无线个人存取网络(Wireless Personal Access Network,WPAN)和IEEE802.11ad标准中，定义了数据物理层(Data Physical Layer,DPHY)和控制物理层(CPHY)。如表1所示，控制物理层(CPHY)在较低的数据传输率进行传输，且操作在探索(discovery)模式。数据物理层在高数据传输率进行传输，用以进行数据传输。一般来说，控制物理层(CPHY)操作在全向性(omni-directional)模式或准全方向性(quasi-omni-directional)模式。数据物理层(DPHY)操作在指向性(directional)模式。因此，数据物理层(DPHY)需要比控制物理层(CPHY)更高的信号噪声比(Signal to Noise Ratio,SNR)需求。在根据IEEE802.11ad标准和无线千兆位元联盟(WiGig)所制定的毫米波(mmWave)无线个人存取网络中，数据物理层(DPHY)的信号噪声比至少需比控制物理层(CPHY)的信号噪声比多12dB(例如：-1-(-13)=12)。也就是说，若数据物理层(DPHY)和控制物理层(CPHY)的信号噪声比的差值若未超过12dB，数据物理层(DPHY)就无法运作。真实的信号噪声比的差值根据在时空天线(Space Time Antenna,STA)的天线阵列的尺寸来做限制，且须满足下列条件：(真实的信号噪声比)<10*log10(天线单元数目)。因此，时空天线(STA)中需要配置至少具有16天线单元的天线阵列。
表1
然而，由于尺寸的限制，具有大数量天线单元的天线阵列并不适合配置于移动装置中。因此，将会产生覆盖(coverage)问题。举例来说：对于一配置4天线单元的移动装置来说，其数据物理层(DPHY)的信号噪声比只有比控制物理层(CPHY)的信号噪声比多6dB(10log104～6<12)。因此，虽然控制物理层可以运作，但数据物理层却无法运作。也就是说，移动装置虽然可连接上存取点(access point,AP)或个人基础服务集合中心点(personalbasic service set(PBSS)central point,PCP)，但却无法通过数据物理层(DPHY)传送或接收任何数据。
发明内容
有鉴于上述先前技术的问题，本发明提供了一种在毫米波网络数据传输的装置和方法来克服上述先前技术的问题。
根据本发明的一实施例提供了一种数据传输方法，适用于在毫米波网络中的一传送器，包括：产生一控制物理层(CPHY)前导码；产生一标头，其中上述标头包括一模式指标；根据上述模式指标调变和编码一负载数据；根据上述控制物理层(CPHY)前导码、上述标头、上述负载数据产生一封包；以及通过上述传送器传送上述封包。
根据本发明的一实施例提供了一种数据传输方法，适用于在毫米波网络中的一接收器，包括：接收一封包；
定义上述封包的一类型；定义上述封包的一模式；以及根据上述封包的模式解调和解码上述封包。
根据本发明的一实施例提供了一种传送器，适用于在毫米波网络的数据传输，包括：一前导码产生器，用以产生一控制物理层(CPHY)前导码；一标头产生器，用以产生一标头，其中上述标头包括一模式指标；以及一负载产生器，根据上述模式指标调变和编码一负载数据。
根据本发明的一实施例提供了一种接收器，适用于在毫米波网络的数据传输，包括：一前导码处理器，用以定义一封包的一类型；
一标头处理器，用以定义上述封包的一模式；以及一解码器根据上述封包的模式解调和解码上述封包。
关于本发明其他附加的特征与优点，此领域的熟习技术人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可根据本案实施方法中所揭露的执行联系程序的使用者装置、系统、以及方法，做些许的更动与润饰而得到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明一实施例所述的用户设备100的架构图。
图2为根据本发明一实施例所述的传送器120的方块图。
图3为根据本发明一实施例所述的封包的示意图。
图4为根据本发明一实施例所述的接收器130的方块图。
图5为根据本发明一实施例所述的在毫米波网络中应用于一传送器的数据传输方法。
图6为根据本发明一实施例所述的在毫米波网络中应用于一接收器的数据传输方法。
附图标号：
100用户设备
110处理单元
120传送器
121前导码产生器
122标头产生器
123负载产生器
130接收器
131前导码处理器
132标头处理器
133数据物理层解码器
134增强型控制物理层解码器
140存储装置
211搅乱器
212低密度奇偶查核码编码器
213差分二元相移键控调变器
214展频器
215搅乱器
216编码器
S1前导码
S2改良式标头
S3负载数据
具体实施方式
本章节所叙述的是实施本发明的最佳方式，目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，本发明的保护范围当视权利要求范围所界定者为准。
图1为显示根据本发明一实施例所述的用户设备100的架构图，其中用户设备100可应用在根据IEEE802.11ad且/或IEEE802.11aj标准所规范的毫米波网络。用户设备100可为一移动通讯装置，例如：一蜂巢式电话、一智能型手机、一数据卡、一笔记型电脑、一行动热点(hotspot)、一USB数据机、一平板电脑或其它装置。用户设备100包括一处理单元110、一传送器120、一接收器130以及一存储装置140以及包含至少一天线的天线模块。处理单元110可为一通用处理器(general-purpose processor,GPP)或一微处理机控制单元(MicroControl Unit,MCU)或其它处理装置，其用以执行储存在存储装置140的程序码。传送器120和接收器130和天线模块相连接用以经由天线传送和接收无线信号。在本发明一些实施例中，传送器120和接收器130连结或包含一射频(RF)模块(图未显示)，以经由天线接收射频信号，并将经由天线接收的射频信号经过处理转换为基频信号。存储装置140为一挥发性存储器(volatile memory)(例如：随机存取存储器(Random Access Memory,RAM))，或一挥发性存储器(volatile memory)(例如：快闪存储器(flash memory)、只读存储器(Read OnlyMemory,ROM))、一硬盘或上述装置的组合。注意地是，在本发明一些实施例中，用户设备100更可延伸包含更多天线且/或更多的无线模块，在图1所示的用户设备100仅用以简化说明，本发明并不以此为限。
图2为根据本发明一实施例所述的一传送器120的方块图。如图2所示，传送器120包括一前导码(preamble)产生器121、一标头产生器122以及一负载产生器123。前导码(preamble)产生器121用以产生一前导码S1，其中在此所述的前导码S1和一所制定的控制物理层(CPHY)标头相同。在一实施例中，前导码S1可遵循IEEE802.11ad的规定。在前导码S1中包含了一短训练区段(Short Training Field,STF)以及一通道估测区段(ChannelEstimation Field,CEF)。在短训练区段(STF)中包含了48个长度为128的Gb128(n)序列、1个-Gb128(n)序列以及1个-Ga128(n)序列。Gb128(n)序列和Ga128(n)序列为定义在WiGig规范和IEEE802.11ad标准的格雷序列(Golay sequence)。通道估测区段(CEF)则包含长度为512的Gu512(n)序列和Gv512(n)序列以及1个长度为128的Gv128(n)序列。Gu512(n)序列、Gv512(n)序列以及Gv128(n)序列亦都是定义在WiGig规范和IEEE802.11ad标准中。特别注意地是，由于在数据物理层(DPHY)和控制物理层(CPHY)采用了不同的短训练区段(STF)，因此，可通过短训练区段(STF)来判断封包是数据物理层(DPHY)或是控制物理层(CPHY)的数据。
标头产生器122包含一搅乱器(scrambler)211、一低密度奇偶查核码(LowDensity Parity Check,LDPC)编码器212、一差分二元相移键控(Differential BinaryPhase Shift Keying,DBPSK)调变器213以及一展频器(spreader)214。标头产生器122用以产生一改良式标头S2，其中在改良式标头S2中包含了一模式指标(mode indicator)，此模式指标系用来指示调变编码方法(Modulation Coding Scheme,MCS)的模式。改良式标头S2经过搅乱器211的搅频操作、低密度奇偶查核码(LDPC)编码器212的编码和差分二元相移键控(DBPSK)调变器213的调变所产生。此外，改良式标头S2亦经过展频器214使用Ga32(n)序列来展频。由于标头产生器122和一控制物理层(CPHY)产生器类似，因此改良式标头S2亦可使用和控制物理层(CPHY)标头的相同方式来进行传输。然而，在改良式标头S2中重新定义了控制物理层(CPHY)标头的保留位元(如底下表2-3所示)。因此，在改良式标头S2中可通过设定控制物理层(CPHY)标头的保留位元来定义不同调变编码方法(MCS)模式。在一般控制物理层(CPHY)标头中是根据IEEE802.11ad标准来定义其保留位元，因此，其仅将保留位元设为0且不作任何其它动作。
表2为根据本发明一实施例所述的改良式标头S2的示意图。如表2所示，若保留位元设为0时，其指示采用原控制物理层(CPHY)模式(如表1所示的控制物理层(CPHY))。若保留位元设为1时，则表示会根据第一调变编码方法(MCS)模式调变负载数据。若保留位元设为2时，则表示会根据第二调变编码方法(MCS)模式调变负载数据。若保留位元设为3时，则表示会根据第三调变编码方法(MCS)模式调变负载数据。
表2
表3为根据本发明另一实施例所述的改良式标头S2的示意图。如表2所示，若保留位元设为0时，其指示采用原控制物理层(CPHY)模式(如表1所示的控制物理层(CPHY))。若保留位元设为1时，则表示会根据第一调变编码方法(MCS)模式调变负载数据。若保留位元设为2时，则表示会根据第二调变编码方法(MCS)模式调变负载数据。若保留位元设为3时，则表示保留位元之此栏位被保留下来未做设定。
表3
调变编码方法(MCS)模式，例如：上述第一调变编码方法(MCS)模式、第二调变编码方法(MCS)模式和第三调变编码方法(MCS)模式，根据表4选取出来。举例来说：第一调变编码方法(MCS)模式可设为R3，第二调变编码方法(MCS)模式可设为R3以及第三调变编码方法(MCS)模式可设为R5。注意地是，表4关于调变编码方法(MCS)模式的设定仅用以说明并非用以限制本发明。对于此领域熟知此技艺的人士，亦可根据不同情况设定其他参数。
表4
MCS模式 数据速率 MCS设定参数 展频序列长度
R0 54Mbps DQPSK,码率1/2,展频比32 32
R1 54Mbps DBPSK,码率1/2,展频比16 16
R2 108Mbps DQPSK,码率1/2,展频比16 16
R3 108Mbps DBPSK,码率1/2,展频比8 8
R4 216Mbps DQPSK,码率1/2,展频比8 8
R5 216Mbps DBPSK,码率1/2,展频比4 4
R6 54Mbps QPSK,码率1/2,展频比32 32
R7 54Mbps BPSK,码率1/2,展频比16 16
R8 108Mbps QPSK,码率1/2,展频比16 16
R9 108Mbps BPSK,码率1/2,展频比8 8
R10 216Mbps QPSK,码率1/2,展频比8 8
负载产生器123包括一搅乱器215以及一编码器216。负载产生器123通过搅乱器215以及编码器216，根据改良式标头S2所定义的调变编码方法(MCS)模式，搅频、调变以及编码传输数据以产生一负载数据S3。前导码S1、改良式标头S2以及负载数据S3会合并以产生一个封包(packet)或一讯框(frame)。图3为根据本发明一实施例所述的封包的示意图。如图3所示，封包中包含了前导码S1、改良式标头S2以及负载数据S3三部分。
图4为根据本发明一实施例所述的接收器130的方块图。如图4所示，接收器130包括一前导码处理器131、一标头处理器132、一数据物理层(DPHY)解码器133以及一增强型控制物理层(CPHY)解码器134。前导码处理器131用以判定接收封包的类型，例如：数据物理层(DPHY)类型或控制物理层(CPHY)类型。如前所述，由于数据物理层(DPHY)和控制物理层(CPHY)采用不同短训练区段(STF)，因此，前导码处理器131可通过短训练区段(STF)来判定接收封包是数据物理层(DPHY)类型或控制物理层(CPHY)类型。若接收封包是数据物理层(DPHY)类型，前导码处理器131会将接收封包传送至数据物理层(DPHY)解码器133，并由数据物理层(DPHY)解码器133进行解码接收封包。若接收封包是控制物理层(CPHY)类型，前导码处理器131会将接收封包传送至标头处理器132。前导码处理器131更用以提供检测时脉信息、频率偏移量(frequency offset)和通道信息给数据物理层(DPHY)解码器133和标头处理器132。
标头处理器132用以判定接收封包的调变编码方法(MCS)模式，其中调变编码方法(MCS)模式是由控制物理层(CPHY)标头的保留位元来做设定。增强型控制物理层(CPHY)解码器134可根据接收封包的调变编码方法(MCS)模式来解码接收封包。在本发明所述的增强型控制物理层(CPHY)解码器134用以和传统控制物理层(CPHY)解码器作区别。在一实施例中，接收器130更包括一传统控制物理层(CPHY)解码器。此传统控制物理层(CPHY)解码器可整合于增强型控制物理层(CPHY)解码器134中，或系和标头处理器132相连接的独立装置。若标头处理器132判定接收封包的调变编码方法(MCS)模式(保留位元)为0，标头处理器132会传送接收封包至传统控制物理层(CPHY)解码器。除此之外(在判定调变编码方法(MCS)模式为1、2、3的情况下)，标头处理器132会传送接收封包至增强型控制物理层(CPHY)解码器134。
在本发明一实施例中(例如：表2的情况)，若标头处理器132判定保留位元已被设为0，增强型控制物理层(CPHY)解码器134会使用传统控制物理层(CPHY)模式解调/解码接收封包。若标头处理器132判定保留位元已被设为1，增强型控制物理层(CPHY)解码器134会根据第一调变编码方法(MCS)模式来解调/解码接收封包。若标头处理器132判定保留位元已被设为2，增强型控制物理层(CPHY)解码器134会根据第二调变编码方法(MCS)模式来解调/解码接收封包。若标头处理器132判定保留位元已被设为3，增强型控制物理层(CPHY)解码器134会根据第三调变编码方法(MCS)模式来解调/解码接收封包。在本发明另一实施例中(例如：表3的情况)，若标头处理器132判定保留位元已被设为0，增强型控制物理层(CPHY)解码器134会使用传统控制物理层(CPHY)模式解调/解码接收封包。若标头处理器132判定保留位元已被设为1，增强型控制物理层(CPHY)解码器134会根据第一调变编码方法(MCS)模式来解调/解码接收封包。若标头处理器132判定保留位元已被设为2，增强型控制物理层(CPHY)解码器134会根据第二调变编码方法(MCS)模式来解调/解码接收封包，在此实施例中若保留位元已被设为3，则表示保留位元的此栏位被保留下来未做设定。在一实施例中，若标头处理器132判定保留位元已被设为0，接收封包会交由传统控制物理层(CPHY)解码器来做解调/解码，除此之外(在保留位元设定为1、2、3的情况下)，接收封包会交由增强型控制物理层(CPHY)解码器134来做解调/解码。
图5为根据本发明一实施例所述的在毫米波网络中应用于一传送器的数据传输方法。如图5所示，首先在步骤S510，产生一控制物理层(CPHY)前导码。在一实施例中，此控制物理层(CPHY)前导码可为IEEE802.11ad所规范的控制物理层(CPHY)前导码。接着在步骤S520，产生一标头，其中此标头包括一模式指标。在步骤S530，根据上述模式指标来调变和编码负载数据。在步骤S540，根据控制物理层(CPHY)前导码、标头以及负载数据产生一封包。最后，在步骤S550，通过上述传送器来传送上述封包。
图6为根据本发明一实施例所述的在毫米波网络中应用于一接收器的数据传输方法。如图6所示，首先在步骤S610，通过上述接收器接收一接收封包。接着在步骤S620，定义上述接收封包的类型。若上述接收封包为数据物理层(DPHY)类型，执行步骤S630。在步骤S630，通过一数据物理层(DPHY)模式，解调和解码上述接收封包。若上述接收封包为控制物理层(CPHY)类型，执行步骤S640。在步骤S640，判定接收封包的调变编码方法(MCS)模式。接着在步骤S650，根据接收封包的调变编码方法(MCS)模式来解调和解码上述接收封包。
在上述实施例所述的方法，可解决配置小尺寸天线阵列的移动装置的覆盖范围的问题。当移动装置配置小尺寸天线阵列时，其可通过修正传统控制物理层(CPHY)标头传送数据来取代传统通过数据物理层(DPHY)传送数据的方式。此外，在接收器端，会根据不同接收封包的类型和不同接收封包的调变编码方法(MCS)模式，来进行不同解码方法。
本发明的说明书所揭露的方法和演算法的步骤，可直接通过执行一处理器直接应用在硬件以及软件模块或两者的结合上。一软件模块(包括执行指令和相关数据)和其它数据可储存在数据存储器中，像是随机存取存储器(RAM)、快闪存储器(flash memory)、只读存储器(ROM)、可抹除可规化只读存储器(EPROM)、电子可抹除可规划只读存储器(EEPROM)、暂存器、硬盘、可携式应碟、光碟只读存储器(CD-ROM)、DVD或在此领域习的技术中任何其它电脑可读取的储存媒体格式。一储存媒体可耦接至一机器装置，举例来说，像是电脑/处理器(为了说明的方便，在本说明书以处理器来表示)，上述处理器可通过来读取信息(像是程序码)，以及写入信息至储存媒体。一储存媒体可整合一处理器。一特殊应用集成电路(ASIC)包括处理器和储存媒体。一用户设备则包括一特殊应用集成电路。换句话说，处理器和储存媒体以不直接连接用户设备的方式，包含于用户设备中。此外，在一些实施例中，任何适合电脑程序的产品包括可读取的储存媒体，其中可读取的储存媒体包括和一或多个所揭露实施例相关的程序码。在一些实施例中，电脑程序的产品可包括封装材料。
以上段落使用多种层面描述。显然的，本文的教示可以多种方式实现，而在范例中揭露的任何特定架构或功能仅为一代表性的状况。根据本文的教示，任何本领域技术人员应理解在本文揭露的各层面可独立实作或两种以上的层面可以合并实作。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求范围所界定者为准。

Claims (22)

1.一种数据传输方法，其特征在于，适用于在毫米波网络中的一传送器，包括：
产生一控制物理层前导码；
产生一控制物理层标头，其中该控制物理层标头包括一模式指标，该模式指标用来指示以一调变编码方法模式来调变一负载数据；其中，所述负载数据是传统上通过数据物理层传送的负载数据；
根据该模式指标调变和编码该负载数据；
根据该控制物理层前导码、该控制物理层标头、该负载数据产生一封包；以及
通过该传送器传送该封包。
2.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，该模式指标通过设定该标头的保留位元来定义。
3.如权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于，该模式指标用以指示以该调变编码方法模式来调变该负载数据还是采用一传统控制物理层模式。
4.如权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于，该模式指标指示保留该保留位元。
5.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，其中，该控制物理层前导码为制定于一IEEE802.11ad标准的控制物理层前导码。
6.一种数据传输方法，其特征在于，适用于在毫米波网络中的一接收器，包括：
接收一封包；
判定该封包的一类型；
若该封包的该类型为一控制物理层类型，判定该封包的一模式；其中，该模式用以指定调变该封包中负载数据的调变编码方法模式；以及
根据该封包的模式解调和解码该封包中的负载数据，其中，所述负载数据是传统上通过数据物理层传送的负载数据。
7.如权利要求6所述的数据传输方法，其特征在于，更包括：
若该封包的该类型为一数据物理层类型，根据一资料物理层模式解调和解码该封包。
8.如权利要求6所述的数据传输方法，其特征在于，该模式是通过设定一控制物理层的保留位元来定义。
9.如权利要求8所述的数据传输方法，其特征在于，该模式用以指示以该调变编码方法模式来调变该负载数据还是采用一传统控制物理层模式。
10.如权利要求8所述的数据传输方法，其特征在于，该模式指示保留该保留位元。
11.如权利要求8所述的数据传输方法，其特征在于，更包括从该封包撷取一控制物理层前导码，其中该控制物理层前导码制定于一IEEE802.11ad标准的控制物理层前导码。
12.一种传送器，其特征在于，适用于在毫米波网络的数据传输，包括：
一前导码产生器，用以产生一控制物理层前导码；
一标头产生器，用以产生一控制物理层标头，其中该控制物理层标头包括一模式指标，该模式指标用以指示以一调变编码方法模式调变一负载数据，其中，所述负载数据是传统上通过数据物理层传送的负载数据；以及
一负载产生器，根据该模式指标调变和编码该负载数据。
13.如权利要求12所述的传送器，其特征在于，该模式指标系通过设定该控制物理层标头的保留位元来定义。
14.如权利要求13所述的传送器，其特征在于，该模式指标用以指示以该调变编码方法模式调变该负载数据还是采用一传统控制物理层模式。
15.如权利要求13所述的传送器，其特征在于，该模式指标指示保留该保留位元。
16.如权利要求12所述的传送器，其特征在于，该控制物理层前导码为制定于一IEEE802.11ad标准的控制物理层前导码。
17.一种接收器，其特征在于，适用于在毫米波网络的数据传输，包括：
一前导码处理器，用以判定一封包的一类型；其中若该封包的该类型为一控制物理层类型，该前导码处理器传送该封包至标头处理器；
该标头处理器，用以判定该封包的一模式；其中，该模式用以指定调变该封包中负载数据的调变编码方法模式；以及
一解码器根据该封包的模式解调和解码该封包中的负载数据，其中，所述负载数据是传统上通过数据物理层传送的负载数据。
18.如权利要求17所述的接收器，其特征在于，更包括：
一数据物理层解码器，其中若该封包的该类型为一数据物理层类型，该前导码处理器传送该封包至数据物理层解码器，以通过该封包至数据物理层解码器解调和解码该封包。
19.如权利要求17所述的接收器，其特征在于，该模式为通过设定一控制物理层的保留位元来定义。
20.如权利要求19所述的接收器，其特征在于，
该模式用以指示以该调变编码方法模式调变该负载数据还是采用一传统控制物理层模式。
21.如权利要求19所述的接收器，其特征在于，该模式指示保留该保留位元。
22.如权利要求19所述的接收器，其特征在于，该前导码处理器更用以从该封包撷取一控制物理层前导码，且其中该控制物理层前导码为制定于一IEEE802.11ad标准的控制物理层前导码。
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