TW201412066A

TW201412066A - 毫米波網路之資料傳輸裝置和方法

Info

Publication number: TW201412066A
Application number: TW102132921A
Authority: TW
Inventors: Jian-Han Liu; James June-Ming Wang; Chi-Shi Yee; Pare, Jr; Yung-Ping Hsu
Original assignee: Mediatek Singapore Pte Ltd
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2014-03-16
Also published as: CN109981216A; US9253619B2; CN103957072A; CN103957072B; TWI519113B; CN109981216B; US20140071892A1

Abstract

一種資料傳輸方法，適用於在毫米波網路中之一傳送器，包括：產生一控制物理層(CPHY)前導碼；產生一標頭，其中該標頭包括一模式指標；根據該模式指標調變和編碼一負載資料；根據該控制物理層(CPHY)前導碼、該標頭、該負載資料產生一封包；以及藉由該傳送器傳送該封包。

Description

毫米波網路之資料傳輸裝置和方法

本發明主要係關於在毫米波(millimeter wave,mmWave)網路之資料傳輸，特別係有關於利用重新設計控制物理層(Control Physical Layer,CPHY)之標頭以進行傳送資料。

毫米波技術由於其在全球之巨大可用之頻寬，將無線通訊帶入一個新的紀元，其可允許消費型電子產品在每秒兆元位元(bits per second,bps)速率之無線通訊下進行傳輸。舉例來說，在美國和韓國使用還未發照使用之7千兆赫(GHz)(從57GHz到64GHz)頻帶來發展此技術，在歐洲則使用還未發照使用之9千兆赫(GHz)頻帶來發展此技術。

在60千兆赫無線網路之標準，例如：IEEE802.11aj標準、IEEE802.11ad標準和無線千兆位元聯盟(Wireless Gigabit Alliance,WiGig)，已由不同企業聯盟和國際標準組織制訂和持續發展中。IEEE802.11ad標準和無線千兆位元聯盟(WiGig)係由許多支持之企業聯盟所期待之標準。IEEE802.11aj標準在物理層所採用之規範和IEEE802.11ad標準相當類似。

在毫米波(mmWave)無線個人存取網路(Wireless Personal Access Network,WPAN)和IEEE802.11ad標準中，定義了資料物理層(Data Physical Layer,DPHY)和控制物理層(CPHY)。如表1所示，控制物理層(CPHY)係在較低之資料傳輸率進行傳輸，且操作在探索(discovery)模式。資料物理層在高資料傳輸率進行傳輸，用以進行資料傳輸。一般來說，控制物理層(CPHY)係操作在全向性(omni-directional)模式或準全方向性(quasi-omni-directional)模式。資料物理層(DPHY)係操作在指向性(directional)模式。因此，資料物理層(DPHY)需要比控制物理層(CPHY)更高的訊號雜訊比(Signal to Noise Ratio,SNR)需求。在根據IEEE802.11ad標準和無線千兆位元聯盟(WiGig)所制定之毫米波(mmWave)無線個人存取網路中，資料物理層(DPHY)之訊號雜訊比至少需比控制物理層(CPHY)之訊號雜訊比多12dB(例如：-1-(-13)=12)。也就是說，若資料物理層(DPHY)和控制物理層(CPHY)之訊號雜訊比之差值若未超過12dB，資料物理層(DPHY)就無法運作。真實之訊號雜訊比之差值係根據在時空天線(Space Time Antenna,STA)之天線陣列之尺寸來做限制，且須滿足下列條件：(真實之訊號雜訊比)<10*log₁₀(天線單元數目)。因此，時空天線(STA)中需要配置至少具有16天線單元之天線陣列。

然而，由於尺寸之限制，具有大數量天線單元之天線陣列並不適合配置於行動裝置中。因此，將會產生覆蓋(coverage)問題。舉例來說：對於一配置4天線單元之行動裝置來說，其資料物理層(DPHY)之信號雜訊比只有比控制物理層(CPHY)之信號雜訊比多6dB(10log₁₀4~6<12)。因此，雖然控制物理層可以運作，但資料物理層卻無法運作。也就是說，行動裝置雖然可連接上存取點(access point,AP)或個人基礎服務集合中心點(personal basic service set(PBSS)central point,PCP)，但卻無法藉由資料物理層(DPHY)傳送或接收任何資料。

有鑑於上述先前技術之問題，本發明提供了一種在毫米波網路資料傳輸之裝置和方法來克服上述先前技術之問題。

根據本發明之一實施例提供了一種資料傳輸方法，適用於在毫米波網路中之一傳送器，包括：產生一控制物理層(CPHY)前導碼；產生一標頭，其中上述標頭包括一模式指標；根據上述模式指標調變和編碼一負載資料；根據上述控制物理層(CPHY)前導碼、上述標頭、上述負載資料產生一封包；以及藉由上述傳送器傳送上述封包。

根據本發明之一實施例提供了一種資料傳輸方法，適用於在毫米波網路中之一接收器，包括：接收一封包；定義上述封包之一類型；定義上述封包之一模式；以及根據上述封包之模式解調和解碼上述封包。

根據本發明之一實施例提供了一種傳送器，適用於在毫米波網路之資料傳輸，包括：一前導碼產生器，用以產生一控制物理層(CPHY)前導碼；一標頭產生器，用以產生一標頭，其中上述標頭包括一模式指標；以及一負載產生器，根據上述模式指標調變和編碼一負載資料。

根據本發明之一實施例提供了一種接收器，適用於在毫米波網路之資料傳輸，包括：一前導碼處理器，用以定義一封包之一類型；一標頭處理器，用以定義上述封包之一模式；以及一解碼器根據上述封包之模式解調和解碼上述封包。

關於本發明其他附加的特徵與優點，此領域之熟習技術人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可根據本案實施方法中所揭露之執行聯繫程序之使用者裝置、系統、以及方法，做些許的更動與潤飾而得到。

100‧‧‧用戶設備

110‧‧‧處理單元

120‧‧‧傳送器

121‧‧‧前導碼產生器

122‧‧‧標頭產生器

123‧‧‧負載產生器

130‧‧‧接收器

131‧‧‧前導碼處理器

132‧‧‧標頭處理器

133‧‧‧資料物理層解碼器

134‧‧‧增強型控制物理層解碼器

140‧‧‧記憶裝置

211‧‧‧攪亂器

212‧‧‧低密度奇偶查核碼編碼器

213‧‧‧差分二元相移鍵控調變器

214‧‧‧展頻器

215‧‧‧攪亂器

216‧‧‧編碼器

S1‧‧‧前導碼

S2‧‧‧改良式標頭

S3‧‧‧負載資料

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之用戶設備100之架構圖。

第2圖係根據本發明一實施例所述之傳送器120之方塊圖。

第3圖係根據本發明一實施例所述之封包之示意圖。

第4圖係根據本發明一實施例所述之接收器130之方塊圖。

第5圖係根據本發明一實施例所述之在毫米波網路中應用於一傳送器之資料傳輸方法。

第6圖係根據本發明一實施例所述之在毫米波網路中應用於一接收器之資料傳輸方法。

本章節所敘述的是實施本發明之最佳方式，目的在於說明本發明之精神而非用以限定本發明之保護範圍，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之用戶設備100之架構圖，其中用戶設備100可應用在根據IEEE 802.11ad且/或IEEE 802.11aj標準所規範之毫米波網路。用戶設備100可係一行動通訊裝置，例如：一蜂巢式電話、一智慧型手機、一數據卡、一筆記型電腦、一行動熱點(hotspot)、一USB數據機、一平板電腦或其它裝置。用戶設備100包括一處理單元110、一傳送器120、一接收器130以及一記憶裝置140以及包含至少一天線之天線模組。處理單元110可係一通用處理器(general-purpose processor,GPP)或一微處理機控制單元(Micro Control Unit,MCU)或其它處理裝置，其用以執行儲存在記憶裝置140之程式碼。傳送器120和接收器130和天線模組相連接用以經由天線傳送和接收無線信號。在本發明一些實施例中，傳送器120和接收器130連結或包含一射頻(RF)模組(圖未顯示)，以經由天線接收射頻信號，並將經由天線接收之射頻信號經過處理轉換為基頻信號。記憶裝置140係一揮發性記憶體(volatile memory)(例如：隨機存取記憶體(Random Access Memory,RAM))，或一揮發性記憶體(volatile memory)(例如：快閃記憶體(flash memory)、唯讀記憶體(Read Only Memory,ROM))、一硬碟或上述裝置之組合。注意地是，在本發明一些實施例中，用戶設備100更可延伸包含更多天線且/或更多的無線模組，在第1圖所示之用戶設備100僅係用以簡化說明，本發明並不以此為限。

第2圖係根據本發明一實施例所述之一傳送器120之方塊圖。如第2圖所示，傳送器120包括一前導碼(preamble)產生器121、一標頭產生器122以及一負載產生器123。前導碼(preamble)產生器121用以產生一前導碼S1，其中在此所述之前導碼S1和一所制定之控制物理層(CPHY)標頭相同。在一實施例中，前導碼S1可遵循IEEE802.11ad之規定。在前導碼S1中包含了一短訓練區段(Short Training Field,STF)以及一通道估測區段(Channel Estimation Field,CEF)。在短訓練區段(STF)中包含了48個長度為128之Gb128(n)序列、1個-Gb128(n)序列以及1個-Ga128(n)序列。Gb128(n)序列和Ga128(n)序列係定義在WiGig規範和IEEE802.11ad標準之格雷序列(Golay sequence)。通道估測區段(CEF)則包含長度為512之Gu512(n)序列和Gv512(n)序列以及1個長度為128之Gv128(n)序列。Gu512(n)序列、Gv512(n)序列以及Gv128(n)序列亦都是定義在WiGig規範和IEEE802.11ad標準中。特別注意地是，由於在資料物理層(DPHY)和控制物理層(CPHY)採用了不同的短訓練區段(STF)，因此，可藉由短訓練區段(STF)來判斷封包是資料物理層(DPHY)或是控制物理層(CPHY)之資料。

標頭產生器122包含一攪亂器(scrambler)211、一低密度奇偶查核碼(Low Density Parity Check,LDPC)編碼器212、一差分二元相移鍵控(Differential Binary Phase Shift Keying,DBPSK)調變器213以及一展頻器(spreader)214。標頭產生器122用以產生一改良式標頭S2，其中在改良式標頭S2中包含了一模式指標(mode indicator)，此模式指標係用來指示調變編碼方法(Modulation Coding Scheme,MCS)之模式。改良式標頭S2係經過攪亂器211之攪頻操作、低密度奇偶查核碼(LDPC)編碼器212之編碼和差分二元相移鍵控(DBPSK)調變器213之調變所產生。此外，改良式標頭S2亦經過展頻器214使用Ga32(n)序列來展頻。由於標頭產生器122和一控制物理層(CPHY)產生器類似，因此改良式標頭S2亦可使用和控制物理層(CPHY)標頭之相同方式來進行傳輸。然而，在改良式標頭S2中重新定義了控制物理層(CPHY)標頭之保留位元(如底下表2-3所示)。因此，在改良式標頭S2中可藉由設定控制物理層(CPHY)標頭之保留位元來定義不同調變編碼方法(MCS)模式。在一般控制物理層(CPHY)標頭中係根據IEEE802.11ad標準來定義其保留位元，因此，其僅係將保留位元設為0且不作任何其它動作。

表2係根據本發明一實施例所述之改良式標頭S2之示意圖。如表二所示，若保留位元設為0時，其係指示採用原控制物理層(CPHY)模式(如表1所示之控制物理層(CPHY))。若保留位元設為1時，則表示會根據第一調變編碼方法(MCS)模式調變負載資料。若保留位元設為2時，則表示會根據第二調變編碼方法(MCS)模式調變負載資料。若保留位元設為3時，則表示會根據第三調變編碼方法(MCS)模式調變負載資料。

表3係根據本發明另一實施例所述之改良式標頭S2之示意圖。如表二所示，若保留位元設為0時，其係指示採用原控制物理層(CPHY)模式(如表1所示之控制物理層(CPHY))。若保留位元設為1時，則表示會根據第一調變編碼方法(MCS)模式調變負載資料。若保留位元設為2時，則表示會根據第二調變編碼方法(MCS)模式調變負載資料。若保留位元設為3時，則表示保留位元之此欄位被保留下來未做設定。

調變編碼方法(MCS)模式，例如：上述第一調變編碼方法(MCS)模式、第二調變編碼方法(MCS)模式和第三調變編碼方法(MCS)模式，係根據表4選取出來。舉例來說：第一調變編碼方法(MCS)模式可設為R3，第二調變編碼方法(MCS)模式可設為R3以及第三調變編碼方法(MCS)模式可設為R5。注意地是，表4關於調變編碼方法(MCS)模式之設定僅係用以說明並非用以限制本發明。對於此領域熟知此技藝之人士，亦可根據不同情況設定其他參數。

負載產生器123包括一攪亂器215以及一編碼器216。負載產生器123藉由攪亂器215以及編碼器216，根據改良式標頭S2所定義之調變編碼方法(MCS)模式，攪頻、調變以及編碼傳輸資料以產生一負載資料S3。前導碼S1、改良式標頭S2以及負載資料S3會合併以產生一個封包(packet)或一訊框(frame)。第3圖係根據本發明一實施例所述之封包之示意圖。如第3圖所示，封包中包含了前導碼S1、改良式標頭S2以及負載資料S3三部分。

第4圖係根據本發明一實施例所述之接收器130之方塊圖。如第4圖所示，接收器130包括一前導碼處理器131、一標頭處理器132、一資料物理層(DPHY)解碼器133以及一增強型控制物理層(CPHY)解碼器134。前導碼處理器131用以判定接收封包之類型，例如：資料物理層(DPHY)類型或控制物理層(CPHY)類型。如前所述，由於資料物理層(DPHY)和控制物理層(CPHY)係採用不同短訓練區段(STF)，因此，前導碼處理器131可藉由短訓練區段(STF)來判定接收封包係資料物理層(DPHY)類型或控制物理層(CPHY)類型。若接收封包係資料物理層(DPHY)類型，前導碼處理器131會將接收封包傳送至資料物理層(DPHY)解碼器133，並由資料物理層(DPHY)解碼器133進行解碼接收封包。若接收封包係控制物理層(CPHY)類型，前導碼處理器131會將接收封包傳送至標頭處理器132。前導碼處理器131更用以提供偵測時脈資訊、頻率偏移量(frequency offset)和通道資訊給資料物理層(DPHY)解碼器133和標頭處理器132。

標頭處理器132用以判定接收封包之調變編碼方法(MCS)模式，其中調變編碼方法(MCS)模式係由控制物理層(CPHY)標頭之保留位元來做設定。增強型控制物理層(CPHY) 解碼器134可根據接收封包之調變編碼方法(MCS)模式來解碼接收封包。在本發明所述之增強型控制物理層(CPHY)解碼器134係用以和傳統控制物理層(CPHY)解碼器作區別。在一實施例中，接收器130更包括一傳統控制物理層(CPHY)解碼器。此傳統控制物理層(CPHY)解碼器可整合於增強型控制物理層(CPHY)解碼器134中，或係和標頭處理器132相連接之獨立裝置。若標頭處理器132判定接收封包之調變編碼方法(MCS)模式(保留位元)為0，標頭處理器132會傳送接收封包至傳統控制物理層(CPHY)解碼器。除此之外(在判定調變編碼方法(MCS)模式為1、2、3之情況下)，標頭處理器132會傳送接收封包至增強型控制物理層(CPHY)解碼器134。

在本發明一實施例中(例如：表2之情況)，若標頭處理器132判定保留位元已被設為0，增強型控制物理層(CPHY)解碼器134會使用傳統控制物理層(CPHY)模式解調/解碼接收封包。若標頭處理器132判定保留位元已被設為1，增強型控制物理層(CPHY)解碼器134會根據第一調變編碼方法(MCS)模式來解調/解碼接收封包。若標頭處理器132判定保留位元已被設為2，增強型控制物理層(CPHY)解碼器134會根據第二調變編碼方法(MCS)模式來解調/解碼接收封包。若標頭處理器132判定保留位元已被設為3，增強型控制物理層(CPHY)解碼器134會根據第三調變編碼方法(MCS)模式來解調/解碼接收封包。在本發明另一實施例中(例如：表3之情況)，若標頭處理器132判定保留位元已被設為0，增強型控制物理層(CPHY)解碼器134會使用傳統控制物理層(CPHY)模式解調/解碼接收封包。若標頭處理器132判定保留位元已被設為1，增強型控制物理層(CPHY)解碼器134會根據第一調變編碼方法(MCS)模式來解調/解碼接收封包。若標頭處理器132判定保留位元已被設為2，增強型控制物理層(CPHY)解碼器134會根據第二調變編碼方法(MCS)模式來解調/解碼接收封包，在此實施例中若保留位元已被設為3，則表示保留位元之此欄位被保留下來未做設定。在一實施例中，若標頭處理器132判定保留位元已被設為0，接收封包會交由傳統控制物理層(CPHY)解碼器來做解調/解碼，除此之外(在保留位元設定為1、2、3之情況下)，接收封包會交由增強型控制物理層(CPHY)解碼器134來做解調/解碼。

第5圖係根據本發明一實施例所述之在毫米波網路中應用於一傳送器之資料傳輸方法。如第5圖所示，首先在步驟S510，產生一控制物理層(CPHY)前導碼。在一實施例中，此控制物理層(CPHY)前導碼可係IEEE802.11ad所規範之控制物理層(CPHY)前導碼。接著在步驟S520，產生一標頭，其中此標頭包括一模式指標。在步驟S530，根據上述模式指標來調變和編碼負載資料。在步驟S540，根據控制物理層(CPHY)前導碼、標頭以及負載資料產生一封包。最後，在步驟S550，藉由上述傳送器來傳送上述封包。

第6圖係根據本發明一實施例所述之在毫米波網路中應用於一接收器之資料傳輸方法。如第6圖所示，首先在步驟S610，藉由上述接收器接收一接收封包。接著在步驟S620，定義上述接收封包之類型。若上述接收封包為資料物理層(DPHY)類型，執行步驟S630。在步驟S630，藉由一資料物理層(DPHY)模式，解調和解碼上述接收封包。若上述接收封包為控制物理層(CPHY)類型，執行步驟S640。在步驟S640，判定接收封包之調變編碼方法(MCS)模式。接著在步驟S650，根據接收封包之調變編碼方法(MCS)模式來解調和解碼上述接收封包。

在上述實施例所述之方法，可解決配置小尺寸天線陣列之行動裝置之覆蓋範圍之問題。當行動裝置配置小尺寸天線陣列時，其可藉由修正傳統控制物理層(CPHY)標頭傳送資料來取代傳統藉由資料物理層(DPHY)傳送資料之方式。此外，在接收器端，會根據不同接收封包之類型和不同接收封包之調變編碼方法(MCS)模式，來進行不同解碼方法。

本發明之說明書所揭露之方法和演算法之步驟，可直接透過執行一處理器直接應用在硬體以及軟體模組或兩者之結合上。一軟體模組(包括執行指令和相關數據)和其它數據可儲存在數據記憶體中，像是隨機存取記憶體(RAM)、快閃記憶體(flash memory)、唯讀記憶體(ROM)、可抹除可規化唯讀記憶體(EPROM)、電子可抹除可規劃唯讀記憶體(EEPROM)、暫存器、硬碟、可攜式應碟、光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、DVD或在此領域習之技術中任何其它電腦可讀取之儲存媒體格式。一儲存媒體可耦接至一機器裝置，舉例來說，像是電腦/處理器(為了說明之方便，在本說明書以處理器來表示)，上述處理器可透過來讀取資訊(像是程式碼)，以及寫入資訊至儲存媒體。一儲存媒體可整合一處理器。一特殊應用積體電路(ASIC)包括處理器和儲存媒體。一用戶設備則包括一特殊應用積體電路。換句話說，處理器和儲存媒體以不直接連接用戶設備的方式，包含於用戶設備中。此外，在一些實施例中，任何適合電腦程序之產品包括可讀取之儲存媒體，其中可讀取之儲存媒體包括和一或多個所揭露實施例相關之程式碼。在一些實施例中，電腦程序之產品可包括封裝材料。

以上段落使用多種層面描述。顯然的，本文的教示可以多種方式實現，而在範例中揭露之任何特定架構或功能僅為一代表性之狀況。根據本文之教示，任何熟知此技藝之人士應理解在本文揭露之各層面可獨立實作或兩種以上之層面可以合併實作。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。