JP2004519880A - 周辺モデムと通信するための方法および装置 - Google Patents

周辺モデムと通信するための方法および装置 Download PDF

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Abstract

無線電話には、移動局モデム、ブルートゥース無線周波数ユニット、これらの間のインターフェイス、および他の支援用のハードウエア/ソフトウエアが構成されており、加入者は無線電話を使用して、真にユニバーサルな遠隔制御デバイスを実行することができる。本発明の実施形態には、移動局モデムを、周波数をホップされた信号を送受信するために装備された無線周波数ユニットへ接続するためのインターフェイスであって、移動局モデムとブルートゥース無線周波数ユニットとの間に動作的に接続され、複数の双方向直列データ接続を含む直列バスインターフェイスが構成されている。好ましい実施形態では、移動局モデムとブルートゥース無線周波数ユニットとの間で接続される伝送のためのデータを伝送するための双方向の直列データ接続と、移動局モデムからの有効データのイネーブリング表示を前記無線周波数ユニットにおいて受信するための同期検出器および送信イネーブリングの直列データ接続とがさらに構成されている。
【選択図】図3

Description

【0001】
発明の背景
I.発明の分野
本発明は、ディジタル無線通信システムに関する。とくに、本発明の好ましい実施形態は、短距離用の無線周波数トランシーバユニット、およびそのインターフェイスに関する。
【0002】
II.関連技術の説明
無線通信の分野では、長距離のデータ移動は高速が標準になりつつある。しかしながら、建物内または室内の短距離のデータ移動は、相当により面倒である。この問題には、無線接続のためのブルートゥースが対処している。ブルートゥースは、無線LANのためのIEEE802.11の標準規格に基づく無線周波数(Radio Frequency, RF)技術である。この技術では、2.45ギガヘルツの周波数バンドで動作するとき、100フィート以内を2メガビット秒までの速度で、デバイスを接続する。
【0003】
ブルートゥースは、一方の周波数から他方の周波数へ設定された時間間隔で信号をホップするスペクトラム拡散技術を利用したものである。この方法により、電気的にノイズのある環境における動作が可能になり、一方では周波数のホッピングをデータの暗号化と組合せることにより、安全性が向上した。追加の特徴には、自動始動が含まれる。自動始動の特徴により、デバイスは、ユーザの許可がなくても、またはユーザが知らなくても、情報を送受信でき、ユーザの介入は必要なくなった。
【0004】
短距離におけるデバイス間の空中接続は、よく知られている。一般的なIrDAの標準規格に基づくタイプのような赤外線リンクにより、ユーザは、既に、互換性のあるデバイス間で、単にポインティングおよびビーミングによって情報を転送することができる。無線LANも、長年にわたって使用されてきた。ブルートゥースにより、ユーザは、ケーブルを購入したり、延長したり、または接続する必要無く、幅広い範囲の計算デバイスおよび遠隔通信デバイスを接続できるようになった。このために、アクセスポイントとの高速通信、臨時接続、将来のケーブル交換、および恐らくはデバイス間の自動の、無意識の(unconscious)接続への機会が与えられた。ブルートゥースの電力効率のよい無線技術は、電話およびページャ;モデム;ローカルエリアネットワーク(Local Area Network, LAN)アクセスデバイス;ヘッドセット;ノートブック形、デスクトップ形、およびハンドヘルド形コンピュータに使用することができる。
【0005】
Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG)のインターネットのウエブページ(http://www.bluetooth.com)には、より多くの背景の情報が記載されており、本明細書では、その内容をこの出願日のものについて参考文献として取入れている。コスト効率のよい設計と技法で、無線モデムをブルートゥース無線周波数トランシーバユニットへ効率的にインターフェイスさせるための方法および装置が必要とされている。さらに加えて、符号分割多重アクセス(Code Division Multiple Access, CDMA)無線モデムをブルートゥース無線周波数トランシーバユニットと効率的にインターフェイスさせることにより、無線電話を、様々な消費者の電子機器および他の周辺機器に対する汎用インターフェイスとして働かせることも必要とされている。
【0006】
発明の概要
本発明は、ワイヤレス無線電話をブルートゥース(商標)インターフェイスを介して多数の周辺機器へ接続するための新規で向上した方法および装置である。
【0007】
この方法および装置には、移動局モデムとブルートゥース無線周波数ユニットとの間の最適化されたインターフェイスが含まれる。無線電話には、移動局モデム、ブルートゥース無線周波数ユニット、これらの間のインターフェイス、および他の支援用のハードウエア/ソフトウエアが構成されており、加入者は無線電話を使用して、真にユニバーサルな遠隔制御デバイスを実行することができる。本発明の実施形態には、移動局モデムを、周波数をホップされた信号を送受信するために装備された無線周波数ユニットへ接続するためのインターフェイスであって、移動局モデムとブルートゥース無線周波数ユニットとの間に動作的に接続され、複数の双方向直列データ接続を含む直列バスインターフェイスが構成されている。好ましい実施形態では、移動局モデムとブルートゥース無線周波数ユニットとの間で接続される伝送のためのデータを伝送するための双方向の直列データ接続と、移動局モデムからの有効データのイネーブリング表示を前記無線周波数ユニットにおいて受信するための同期検出器および送信イネーブリングの直列データ接続とがさらに構成されている。
【0008】
好ましい実施形態の詳細な説明
図1を参照すると、システム100には、移動局モデム(Mobile Station Modem, MSM)300をインターフェイス124を介してブルートゥースRFユニット(Bluetooth RF Unit, BT RFU)200に接続したものが構成されている。さらに加えて、システム100は、発振器(oscillator, TCXO)112にも接続されており、発振器112は、タイミング基準をMSM300とBT RFU200の両者へ供給する。BT RFU200は、ブルートゥースコンパチブル信号を電力増幅器(Power Amplifier, PA)110へ供給し、次に信号は送信/受信(Transmit/Receive, T/R)スイッチ108へ供給され、その後でRFフィルタ106を経て、経路104を通ってアンテナ126へ送られる。
【0009】
インターフェイス124には、MSM300とBT RFU200との間の多数の信号経路が含まれる。双方向の受信(receive, Rx)/送信(transmit, Tx)信号経路118は、MSM300とBT RFU200との間でデータを転送する。同期検出/送信イネーブル(Synchronization Detection/Transmit Enable, Sync−Det/Tx−En)経路116は、Sync−Det/Tx−En信号をMSM300からBT RFU200へ送信するための経路である。Sync−Det/Tx−En信号は、データ経路118に沿ってデータがMSM300からBT RFU200へ送信されているのを、BT RFU200へ知らせる信号である。
【0010】
電圧基準Vrefは、Vref102から経路VDD MSM114に沿ってMSM300およびBT RFU200の両者へ供給される。経路Clk Ref122上では、クロック基準信号がBT RFU200からMSM300へ供給される。
【0011】
BT RFU200とMSM300との間の双方向経路の直列バスインターフェイス(Serial Bus Interface, SBI)120上には、直列バスインターフェイスが与えられており、ラインClk Ref122上に与えられている12メガヘルツのクロック基準とは非同期である。好ましい実施形態では、3線式SBI120は、Sync−Det/Tx−En116と共に、MSM300からBT RFU200を制御してプログラムするための主インターフェイスを構成する。
【0012】
SBIインターフェイス120は、100キロヘルツないし5メガヘルツのクロックレートで動作する。クロックは、インターフェイスが活動状態で、使用中であるときのみ遷移する。MSM300は、初期化中に、BT RFU200を設定する。BT RFUは、SBI120を介して特定のアドレスによって識別される。MSM300は、TCXOの周波数および他のRFUの特定の機能を設定する。
【0013】
SBIおよびSync−Det/Tx−En制御ラインの機能には、ホップ周波数、受信信号強度インジケータ(received Signal Strength Indicator, RSSI)、BT RFUのリセット、PLLロック表示、Rx−Sel/Tx−Sel、Sync−Detのシグナリング、電力のオン/オフ、などをプログラムすることが含まれる。好ましい実施形態において、SBIプロトコルは、QUALCOMM社が使用する標準の一般SBIインターフェイスのサブセットである。
【0014】
BT RFUの独立により、直接的な電圧制御発振器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)の変調制御と、I/Q変調の独立制御が可能になった。
【0015】
BT RFUは、Rx経路118上で、Rx経路のデータスライシングを含めて、BT RF信号を2.4ギガヘルツから逓減するための必要なタスクを行なう。MSM300では符号回復を行う。このアーキテクチャは、MSMおよびBT RFUのオーバーへッドを最小化するように最適化されている。
【0016】
MSM300は、Rxのオーバーサンプルデータを受取ると、BT RFU200から事実上独立して、符号回復を行うことができる。同様に、BT RFU200は、MSM300から事実上独立して、データスライシングを行う。
【0017】
MSMの符号回復回路がBTパケットとの同期を実現したときに、最適なRx経路の処理におけるMSM300とBT RFU200との間の実時間のフィードバック量を信号でSync−det/Tx−enable経路に沿ってRFUへ伝える。
【0018】
BT RFU200は、Tx経路118上で、生のベースバンドデータをRF周波数(2.4ギガヘルツ)まで事前BTガウス周波数シフトキー(Gaussian Frequency Shift Keyed, GFSK)変調で変換するための必要なタスクを行なう。好ましい実施形態では、BT RFU200上には、Tx経路データガウスフィルタ、ディジタル対アナログコンバータ(digital to analog converter, DAC)、および他のGFSKが位置する。このアーキテクチャは、I/Oの最小化、Tx経路118上の1データおよび1制御ピン/データ経路、およびRFフェイズロックループ(Phase Locked Loop, PLL)を保証するように最適化されている。
【0019】
図2の例示的なシステムでは、BT RFU200はブロック図で示されている。BT RFU200には、インターフェイス124が接続されている。VddディジタルI/O225は、VDD MSM114から基準入力を受信する。低雑音増幅器(Low Noise Amplifier, LNA)205はアンテナ126から入力信号を受信し、信号は、ミキサ(IM REF MIX)210によって適切な周波数へダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号は、IFフィルタ215を経て、レベル検出器220へ送られ、Sync−Det入力を備えたデータスライサ230へ送られる。Sync−Det入力を備えたデータスライサ230は、Sync−Det/Tx−Enライン116からの信号によってイネーブルされると、オーバーサンプルされた信号を大幅に削減して、Rx/Txデータライン118上に置かれているT/Rデュプレックスブロック235へ信号を送る。BT RFUからの送信がイネーブルされると、Rx/Txデータライン118からのデータは、Txガウスフィルタ240へ送られ、DAC245においてアナログ信号へ変換される。アナログ信号は、次に送信モジュール(Transmit Module, Tx Mod)260へ送られ、フェイズロックループ(Phase Locked Loop, PLL)255および電圧制御発振器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)250を使用してアップコンバートされ、次にドライバ増幅器280へ送られ、さらにアンテナ126へ送られる。
【0020】
図3を参照すると、MSM300がブロック図で示されている。インターフェイス124は、図2に関連して記載したのと同様のやり方でMSM300と接続される。VddディジタルI/O305は、VDD−MSM114から基準入力を受信する。MSMコア320は、BT RFU200のためのデータおよび制御情報をフォーマットして、データをRxおよびTxデータモジュール315へ送る。時間追跡および符号収集モジュールが適切な符号を受信すると、同期検出/送信イネーブル(Sync−Det/Tx−En)経路116がイネーブルされる。Sync−Det/Tx−En経路116は、時間追跡および符号収集モジュール310へ接続されていて、そこから供給される。RxおよびTxデータモジュール315は、Txデータホワイトニングモジュール325にも接続されていて、またTxデータホワイトニングモジュール325はT/Rデュプレックスブロック330との間でデータを送受信する。送信/制御命令は、直列インターフェイスおよび制御回路335を介して、SBI120へ送られる。クロックおよびタイマモジュール340は、クロック基準(clock reference, Clk Ref)信号経路122へ接続され、クロッキングを種々の構成要素へ供給する(なお、構成要素の接続は図示されていない)。
【0021】
例示的説明
本発明の例示的な実施形態では、移動電話(図示されていない)内のMSMデバイス300とRFUデバイス200との間にインターフェイスが構成されていて、移動電話は、アドレス帳を同期させるために、ブルートゥース(Bluetooth, BT)RFリンク104を使用して、外部デバイス、例えばPC(図示されていない)と通信する。電話の電源を入れると、MSM300およびRFU200はリセットされ、BTのインターフェイスおよび論理はスリープ状態に入る。同様に、電話のソフトウエアは、直列バスインターフェイス(Serial Bus Interface, SBI)からRFUリセットレジスタへの書込みを送り出して、MSMの論理をリセットすることによって、スリープ状態にする。電話ユーザは、電話上のキーを押すことによって、アドレス帳の同期を要求する。アドレス帳のデータはRFリンク上で転送され、その後リンクは接続を解除される。リンクを設定する手続きには、多数のプロトコルステップが必要であるが、BTのインターフェイスおよび論理では、パケットを送受信するための同じシーケンスを何度も繰返す。電話のソフトウエアがパケットを受信するたびに、次のシーケンスが行われる。
【0022】
MSM300は、SBIから、直列インターフェイスおよび制御回路270内のCONFIGレジスタ272へ書込むことによって、RFU200をスリープ状態から起こす。そして次に、BTインターフェイスおよび論理はアイドル状態になる。
【0023】
MSM300は、SBIからRFU HOPレジスタ274へ書込むと、受信シーケンスを開始し、受信モードおよび周波数を設定する。このようにしてRFUの準備を整え、BTのインターフェイスおよび論理をレディ状態にする。
【0024】
RFUのタイミングは、ストローブによってMSMからRFUへSync Det/Tx En116のハードウエア信号上で精密に設定され、BTのインターフェイスおよび論理を開始状態へ設定する。RFUは、開始状態において、この論理を初期設定して、周波数合成器をウオームアップし、180us後に直列データ流をMSMへ送り始める。
【0025】
MSMは、データ流内のデータパケットの同期パターンを検出すると、Sync Det/Tx En116の信号をハイに設定して、BTのインターフェイスおよび論理を実行状態にする。
【0026】
Sync Det/Tx En116は、受信データパケットの最後に、ローになり、BTのインターフェイスおよび論理はアイドル状態に戻る。
【0027】
送信シーケンスは、受信シーケンスと類似しているが、HOPレジスタが送信モードに設定されているところが異なる。電話が受信シーケンスおよび送信シーケンスを使用して、プロトコルメッセージを送って、リンクを設定した後で、同じ受信シーケンスおよび送信シーケンスを使用して、アドレス帳データを転送する。データ転送が完了すると、BTリンクは遮断され、BTのインターフェイスおよび論理はスリープ状態へ戻る。
【0028】
図4は、3線式直列バスインターフェイス(SBI)120のタイミング図である。好ましい実施形態に示されているように、信号SBCKはクロック信号を迅速に発振し、信号SBCKは、信号SBSTが論理をローに維持しているときに、信号SBSTと論理的に結合されると、データ信号およびラインSBDTを介してデータ転送をイネーブルする。
【0029】
SBI書込みレジスタは、0にリセットされ、BT RFU200が電源投入リセット状態を検出することによって、またはSBIリセットレジスタへ書込むことによって、双方向ピンは入力状態になる。これらのリセットにより、BT RFU200はローの電力モードになるが、一方でSBIインターフェイスは依然として動作状態である。BT RFUの書込みレジスタの状態は、電力が供給されている限りは、クロックの状態とは関係なく、維持される。
【0030】
次の表1および2は、BT RFU内のSBI書込みレジスタについて示している。
【0031】
【表1】
Figure 2004519880
【0032】
【表2】
Figure 2004519880
【0033】
【表3】
Figure 2004519880
【0034】
SBDTの隣りに示されている情報列は、デバイスのアドレス、レジスタのアドレス、および最上位ビットで最初に送信される各フィールドについてのデータである。制御データは、1回に1バイトづつ、MSM300とBT RFU200との間を転送される。制御ビットは、CLKサイクル中の28番目のビットにおいて有効になる。スレーブデバイス(BT RFU)からの状態データが読出されると、データピンは、表3のデータフィールドビット11の8クロックサイクル中のみ、BT RFUによってドライブされる。
【0035】
図5に関して、システム100の正規の連続動作が、開始505から、詳しく記載されている。正規の動作中は、SBI120上では、次の機能が行われる。ステップ510では、12メガヘルツの基準をオンにして、MSM300のコアへ送る。ステップ520では、Sync−Det/Tx−En経路を使用して、開始スロットの動作のタイミングを取り始める。ステップ530では、BT RFU200内の局部発振器(PLL)のホップ周波数を、MSM300によってプログラムする。ステップ540では、PLLロックの表示を読出すオプションのステップに取り掛かる。ステップ550では、次の使用可能な時間スロットは、ユニット全体から、受信(receive, Rx)または送信(transmit, Tx)の何れかとして指定される。次に、ステップ560では、BT RFUはリセットされ、ステップ570では、受信信号強度インジケータ(Receive Signal Strength Indicator, RSSI)が読出される。最後に、ステップ580では、電力増幅器(Power Amplifier, PA)に対する送信(transmit, Tx)電力制御が設定され、次に制御は、終了585へ進む。もちろん、制御は開始へ戻り、何らかの動作または状態により、処理が中断されるまで、処理は無限に続けられる。
【0036】
以上の好ましい実施形態についての説明は、当業者が本発明を生成または使用できるように与えられている。これらの実施形態に対する種々の変更は、当業者には容易に明らかであり、本明細書において定義されている一般的な原理は、発明の機能を使用することなく、他の実施形態に応用してもよい。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に制限されることではなく、本明細書において開示されている原理および新規な特徴と一致する最も幅広い範囲にしたがうことを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施形態が位置し、かつ動作するモデム/RFUシステムを示す図。
【図2】ブルートゥース無線周波数ユニットおよび移動局モデムへの関係付けられたインターフェイスとを示す図。
【図3】移動局モデムおよびブルートゥース無線周波数ユニットへの関係付けられたインターフェイスとを示す図。
【図4】ブルートゥース無線周波数ユニットと移動局モデムとの間の直列バスインターフェイスのタイミング図。
【図5】ブルートゥース無線周波数ユニットと移動局モデムとの間のインターフェイスの動作方法を示すフローチャート。

Claims (18)

  1. 移動局モデムを、周波数をホップされた信号を伝送するために装備された無線周波数ユニットへ接続するためのインターフェイス装置であって、
    移動局モデムへ動作的に接続され、複数の双方向の直列データ接続を含むバスインターフェイスと、
    第1の方向において前記移動局モデムへ送信するためのデータを送信し、かつ前記移動局モデムからデータを受信するための双方向の直列データ接続と、
    外部ソースから、有効データのイネーブリング表示を前記無線周波数ユニットにおいて受信するための、同期検出器および送信イネーブリングの直列データ接続とが構成されているインターフェイス装置。
  2. 第1の信号を送って、タイミングを取り始めるための送信機がさらに構成されている請求項1記載の装置。
  3. 前記第1の信号が、同期検出信号である請求項2記載の装置。
  4. 前記第1のパラメータには、周波数ホップレートが含まれる請求項2記載の装置。
  5. 次の使用可能な時間スロットを複数の状態において指定するためのインターフェイス回路が構成されている請求項2記載の装置。
  6. 前記次の使用可能な時間スロットが、読出し時間スロットである請求項5記載の装置。
  7. 前記次の使用可能な時間スロットが、書込み時間スロットである請求項5記載の装置。
  8. 前記次の使用可能な時間スロットが、読出し時間スロットおよび書込み時間スロットの一方として選択可能である請求項5記載の装置。
  9. 前記インターフェイスが、直列インターフェイスである請求項4記載の装置。
  10. 前記インターフェイス回路には、受信信号の強度測定モジュールがさらに構成されている請求項5記載の装置。
  11. 移動局モデムと、周波数をホップされた信号を伝送するために装備された無線周波数ユニットとをインターフェイスさせる方法であって、インターフェイスには、移動局モデムへ動作的に接続され、複数の双方向直列データ接続を含む直列バスインターフェイスと、第1の方向において移動局モデムへ送信するためのデータを送信し、かつ移動局モデムからデータを受信するための双方向直列データ接続と、移動局モデムから外部ソースへ有効データのイネーブリング表示を受信するための、同期検出器および送信イネーブリング直列データ接続とが構成されていて、
    a)起動信号を、移動局モデムから直列バスインターフェイスを介して送るステップと、
    b)直列インターフェイスおよび制御回路内の第1のレジスタへ書込んで、論理をアイドル状態へ設定するステップとが含まれる方法。
  12. ステップa)には、起動信号を無線周波数ユニットへ送ることが含まれる請求項11記載の方法。
  13. c)モデムから直列バスインターフェイスを介して第2のレジスタへ書込んで、少なくとも1つのパラメータを初期設定するステップがさらに含まれる請求項12記載の方法。
  14. ステップc)には、モデムから第2のレジスタへ書込むことがさらに含まれる請求項13記載の方法。
  15. d)モデムから無線周波数ユニットへ同期検出信号を送って、受信プロセスを開始するステップがさらに含まれる請求項14記載の方法。
  16. e)アイドル状態を再びイネーブルするための第2の同期信号を送るステップがさらに含まれる請求項15記載の方法。
  17. ステップe)において、第2の同期信号がモデムから送られる請求項16記載の方法。
  18. ステップe)において、第2の同期信号が無線周波数ユニットへ送られる請求項17記載の方法。
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