TW437188B

TW437188B - Apparatus and method for improved connectivity in wireless optical communication systems

Info

Publication number: TW437188B
Application number: TW088106861A
Authority: TW
Inventors: Fritz R Gfeller; Walter Hirt; Brian R Ingham
Original assignee: Ibm
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2001-05-28
Also published as: JP2002535873A; CN1138359C; EP1062752B1; HUP0101092A3; CZ20003270A3; DE69920671T2; IL138080A; EP1062752A1; HUP0101092A2; PL342885A1; DE69920671D1; US6850709B1; WO2000042719A1; JP3568122B2; KR100378329B1; IL138080A0; KR20010041404A; CA2322685C; IL138544A0; CA2322685A1

Description

ι 4371 8 8 五、發明說明（1) 技術領域本發明與用來接收紅外線訊號的一種裝置和一種方法有關。尤其是，本發明與選擇最適當訊號的方法有關。發明背景在今日，許多裝置和大部份可移動電腦裝設了無線紅外線設備=通訊連線使用。傳統上，紅外線連線依照它們是否使用定向的或非定向的接收器和發射器、與它們是否依賴接收1§和發射器之間不中斷的視電路徑之存在來分類。在目則，定向的 '視線連線，以下縮寫成L0S，是最廣泛使用的。因為它們使用定向的接收器和發射器’路徑損耗，到最小，且多重路徑失真通常可忽略。另—個連線設計疋非定向、非LOS連線，也稱為擴散連線，它依賴來自廣大表面’如天花板和牆壁，之光線擴散的反射。一能夠傳輸、與接收紅外線訊號的單元稱為一收發器。賁際的無線紅外線收發器限制在使用一光學接收器，它可能是一光電二極體（PD)和一光學發射器，它可能是一發光二極體（LED)。依據l〇S傳播的目前型態之收發器最適合點對點的通信，而不適合整合在一打算在無線紅外線網絡壤境中操作之移動或固定的平台上。這些收發器通常只包^ 一光學接收元件，它具有與光學發射器的特性相較完全不同的接收特性。這樣的收發器違反光學的同位原則。因為，接收器呈現大約± 60 °的接收角，也稱為廣角，且發射器含有大約± 1 5。的發射角P E，也稱為狹角。這導致典型的網路應用裡貧乏的連接範圍和連線效率退化。

8 8__ 五、發明說明（2) 貧乏的連接範圍表示i)網路參與者不能夠連接到某些其它的參與者，ii)某些連線是不可靠的，或iii) 一些連線提供不夠使用的頻寬，它表示不能達到所需要的資料傳輸率。進一步說，資料流通量低是因為低資料傳輸率，及/ 或高錯誤率，它表示效率因為減低的連線品質結合碰撞避免機制的不恰當運作而發生退化。光學同位概念揭露在1997年四月15日_17日，加拿大，多倫多市，對紅外線資料協會（IrDA)提出的"請求評論高等紅外線（Air) IrPHY實體層規格”之標準，版本〇. 1中（惠普公司和萬國商務機器公司）。 1998年3月26日提出之一美國專利申請案，序號 0 4 8 74 9 US，標題為"光電收發器"，揭露了光學收發器同位性的概念。此一美國專利申請案目前讓渡於本申請之受讓人。美國專利第5，5 6 6，0 2 2號與一紅外線通信系統有關。該系統包括多數個紅外線收發器，以通過自由空氣接收與傳送紅外線訊號。一電路決定要接收訊號到達的方向，並將此資訊提供給一專用的邏輯控制器（DLC )，以為記錄和控制個別的紅外線發射器。紅外線通信其中一個重要的特徵是對接收方向的靈敏度。1995年六月18日-22日在西雅圖，國際電子電機工程師協會的國際通信協會，由M.R.Pakravan和M.Kavehrad所公開的室内紅外線無線通信接收器的方向變化”，由摹擬的觀點討論轉動對所接收到之訊號的特性之效應。

彳 d371 8 B Γ 4371 8 8 五、發明說明（3) ' ' ' M. R_ Pakravan和M. Kavehard在1995年國際無線資訊網路期刊卷2冊4中提出的文章，，對寬頻室内紅外線無線通信系統的设计考量11 ’與上面提到的公開類似，也討論接收器方向和視域對通道參數的效應。 1996年六月23日-27曰在達拉斯，國際電子電機工程師協會之國際通信協會的A. P. Tang、 J· M. Kahn、 Keang-Po Ho所提出"使用多波束發射器和成像接收器的無線紅外線通信連線"報告中’分析了紅外線連線中成像接收器的使用。由加州大學柏克萊分校的J,B. Carruthers和J.M. Kahn，向國際電子電機工程師協會通信會報提出之研究報告”非方向性無線紅外線通信的角度變化"中，討論多元件角度變化系統的實務考量。不幸地，由於它是以高度複雜與昂貴的光學接收器陣列結合類比高階訊號選擇/集中方法為基礎，該報告並未提供現存問題的實務解決方法。由R.T.Valadas ，A.R.Tavares ，A.M.de Oliveira Duarte在1 99 7年無線資訊網路國際期刊卷4，冊4中所提出的文章”對抗室内光學無線通信系統中周圍雜訊的角度變化"，描述了根據幾個光電二極體的類比電流評估幾個訊號雜訊比理論上的方法。在 P 〇 - A n S u n g，Y a - K u S u η，K w a n g - C h e n g C h e η 於 1 9 9 5年中國電機工程學會期刊卷2冊4中提出的文章"高速非定向紅外線無線通信的訊號處理"中’說明了不同變化技術的理論和數字的結果。

〇;\58\58220.PTD 第7頁在克服習知技術的 ’在達成無線光學 .Γ 4371 8 8 五、發明說明（4) 所有提到的文件描述幾個理論上的方法禾些並沒有為已知的技術問題提出實務的解功更進一步說，可預見在都裝設有傳統無絲的移動平台’例如膝上型電腦，和固定的存繼器或列表機，之間的網路連接範圍對典型是不夠的。通常，一單—收發器用在移動的平台上’它導致上述在無線光學網路應用上點。某些平台，例如膝上型電腦’裝設有二使用者必須手動介入來決定要使用二個收發個。因此，目前的紅外線收發器在以多點連來無線紅外線應用之使用上被限制。“ 發明目的 f發明的一個目@，在提供一種方法和裝 :線讥唬亚由數個所接收到的紅外線訊號中號0 本發明的另一個目的，本發明還有另一個目的改良。本發明尚有另—個目的，在提供-種簡j 接收器以可靠的接收紅外線訊號。本發明進一步的目的，在提出—種與傳送紅外線訊號，它提供比目前已知更好的連接範圍，也就是每個網路灸盥j 所有其他人連接。 "^ ^ 1摹擬，但是這 :辦法。 .紅外線收發器取點，例如中的使用者情節或某些固定的的問題和缺個收發器，而器中的哪一接為基礎的未置，以接收紅選擇最合適訊缺點。網路中連接的而快速的光學以接收或接故排充份或甚至充足的頻寬與

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,ν Α3718Β 五、發明說明（5) 本發明還有一個進一步目的，在提供一種方法，以接收或接收與傳送紅外線訊號，以便達成可靠的通信連線。發明概要和優點本發明提供一種裝置和方法，以改良無線光學網路中的連接性，且特別適合多點連接。其概念是使用至少二或更多接收單元，它接收紅外線訊號並將它轉換成數位訊號。數位訊號以框架的形式代表資料，其中每個框架至少包含一資料欄位和一含有序文的標頭攔位。對每個接收到的訊號序文是完全相同的，因為可以假設每個接收到的訊號來自相同來源，也就是來自相同的發射器。一選擇器決定與序文的訊號雜訊比有關的評價，並比較那些評價以選擇最合適訊號以做進一步處理。因此，選擇器由序文、或至少序文之一部份的訊號雜訊比對應的評價，間接地評估。其中訊號究竟來自哪個方向並沒有關係，有關係的是需要最適合的訊號。最佳或最適合訊號，被認為是有最低錯誤率或有最高訊號雜訊比的訊號，它指示訊號最不受雜訊或其它失真影響。要注意的是，最佳訊號不必然是最強的訊號。要進一步注意的是，不是完全或整個序文要使用或調查，以決定最適合訊號。這依所接收到訊號的品質、與實施在硬體中辨識或分析方法的效率而定。本發明提供無線光學網路中改良的連接，且特別適合在移動的平台或可攜帶裝置，如膝上型電腦、手上型裝置，與固定的存取點，如中繼器、列表機、或周邊裝置之間的多點連接。典型的使用者情形可以是圓桌配置，包含會議

π 4371 8 8 五、發明說明（6) 室裡的多個站。本發明的優點在於，它只需要簡單的光學接收器，結合對由至少二或更多個接收單元所取得之二元訊號的處理。「簡單的轉換器將所收到的紅外線訊號轉換成一數位訊號，其中數位訊號代表在框架中所攜帶的資料，包含至少一資料欄位和一標頭攔位，它含有對每—數位訊號完全相同的序文。本發明的另外一個優點，在於從幾個所收到的紅外線訊號中，選擇器能很快地選出最適合的一個並用來做進一步處理，因為序文對每個訊號是完全相同的。進一步的優點在於，裝設有根據本發明的裴置之溝通裝置或接收單元與發射單元將不像從前一樣需要精確地成一直線，且很適合多點網路應用。當框最好是位接收列，且步，和如果元轉換可由數決策裝弱類比的電線障礙。架的序有已定單元或這個單藉由鎖在每個成數位位處理置轉換訊號相上送到再進一文包含組成義週期之連數位處理單元能夠執行相迴路，也接收單元所訊號，那麼執行。所收 ’它可輕易較，極大的選擇器或其· 步說’只需已知週期的連續脈衝之符號時，續脈衝，優點就會接著浮現，數 7L可期待預先定義好的符號序有效率的載波感測、符號時鐘同稱為PLL，執行晶片時相擷取。收到的、.工外線訊號被二元決策單 :3 Γ::是進一步的訊號處理到的紅外線訊缺地實施。與無^二 ^單的二元優點是所轉換的：f長距離的脆他處理單元，、^ =號能在長要-個選擇器，外的雜訊匕可安排在適當

437 Ί 8 8 五、發明說明（7) 的或中央的位置。在電績 ^ μ ^ ^ ί电線上傳輪的類比訊號易受干擾，且承文雜sfl拾波。尤直右本 ^ ^ rr ii, -V^ a. /、在先碟機和其它設備產生背景雜訊、雜说脈衝或寄生頻垄番 ^ ί? ^ ^ ^ '年之電腦或膝上型電腦的環境中，數位處理在實務上達成f直 ^^ ^^成更间的I強程度與可靠性。一戈 ' 位汛號過度取樣並加權時優點在於，可應用 γ 一j的方法來评估存在於二或更多接收路徑或通道上的母曰固之Λ號雜訊比’以下縮寫成別^ D並不需要實際上測量S N R ’只需要測量不同接收路徑的相對品質，以選擇所接收到的最佳數位訊號。 ^果所選擇的或最適合的數位訊號出現在選擇器接收序文的期間’那麼優點在於那一個接收器可執行一快速選擇以做進一步接收。最適合訊號可由一接收器接收，而其他接收器可關閉以保存能量。當每個接收單元設計成具有一光學接收特性，它由一鈍接收角描述，其中接收角φ R是一定義接收器在其上的靈敏度是接收器在光軸上靈敏度的一半之平面角，而其優點在於可提供一大的總鱧接收角。這個接收角可涵蓋大約 1 2 0 °的範圍。如果 > 料是透過一脈衡調變編碼’最好是脈位調變 (PPM) ’則優點在於資料能在基帶中傳輸，且因而不需要複雜的調變技術。、當至少，比接收最高訊號雜訊比的接收單元所接收更低訊號雜訊比的序文之接收單元關閉時，則優點在於全體電路和裝置的電力能減少，這對可移動裝置特別地有利。

4371 8 8 五、發明說明（8) 如果發射單ff* _* ’有跟接收單元的光學接收特性之形式〜全：同的光學接收特性之形式，舉例來説，以朗伯特= 形，其中發射角〜是一平面肖，定義在該處，射器所4 @能量是在發射器的光軸上能量之-半；則：點在於可以滿足右自幻優疋有朗伯特性之光學同位原則，這5丨導屮A 良的連接性範圍。μμ al ^ m 辛出改此外，在兩個平面中都使用相等的接收/發射特性，德A W q朗伯帶來對擴充連接性範圍有幫助的擴散楔式件。當少 A | 〇〇 — 、χ对单元和至少一接收單元和轉換器是收發器的伤，或如果至少一接收單元和轉換器是光學裝置的。。。卩時’則優點在於所有的光學元件和轉換器可整合到單一的收發器封裝或光學裝置封裝中，這巧·藉著整合而節名空間’藉著級合而減少能量消耗，並降低製造和替換的成本。如果安排了至少三個或數個收發器以補足它們的光學接收特性及/或光學發射特性，則優點在於可達成3 60。範圍之連接性的完全涵蓋。 §選擇器連接到包含至少一第一調變解調器單元及/或 —第二調變解調器單元之單元時，則優點在於選擇器能與那些單元一起運作，提供幾種資料傳輸率及/或速度，例如變動資料傳輪率，固定資料傳輪率，高速，低速。如果選擇器是可至少與一調變解調器單元結合的，最好與第一調變解調器單元，則優點在於選擇器和調變解調器單元能實施在單一單元或晶片中。這個單元或晶能在目 4371 8 8 五、發明說明¢9) 前系統中輕易地實施，以改良依照本發明的連接性。當至少選擇器、第一調變解調器單元、和第二調變解調器單元是可結合到單一單元中時，則優點在於藉著整合可節省空間，且單元和選擇器的功能實施在單一單元或晶片中。假使要以電流或，最好只改良收發器來滿足改良連接性的目的，就需要在平台上，也就是膝上型電腦、區域網路存取點、中繼台、印表機、手上型裝置、或其它的裝置，裝設超過一個無線紅外線收發器。這就要有用來互相連接與控制數個收發器的一種裝置及/或方法，適當地結合或選擇不同的收發器的個別訊號以達到角度變化的需要。圖式概述本發明參照下列的概要圖式詳細地說明。圖i 顯示依照本發明有三個收發器、伴隨的訊號、和一選擇器的配置之概要圖例。圖2 顯示一比較器和一些取樣與計數單元的一個概要圖例〇圖3顯示一過度取樣位元序列的分析之一些步驟。圖4 顯示一選擇器的内部基本架構。圖5顯示依照本發明有三層通道變化之紅外線通信系統的一個基本具體實施例。圖6 顯示有三層通道變化之紅外線通信系統的一個進一步基本具體實施例。所有圖形為了要清晰並非以真實大小呈現，也不是以實

第13頁 ^ 4371 8 8 五、發明說明（10) 際大小對應的比例呈現。發明詳述在描述本發明的具體實施例之前，提出與本發明相關的一些原理。 PPM -脈位調變：脈位調變方法，以下縮寫成PPM ,與本發明一起使用。應該要注意’其它的調變方法可替代使用，尤其有利的是脈衝調變，例如運行長度有限碼，也縮寫成RLL。ppm提供一種有重複編碼的變動資料傳輸率。L-槽脈位調變藉定義 tD期間的資料符號，並接著將符號次分類到一組相等的時槽L之内’例如L二2，4,8，16，也稱為’基片，。在L-PPM 方法中，每一符號只有一個時槽，或基片，包含一脈衝，它表示邏輯’ A ’或’1’ 。其他的基片不包含脈衝，表示邏輯 ’零’或’ 0 ’ 。如果基底定義為L = 4，那麼產生的調變方法稱為四脈位調變或4-PPM。因為在每個4-PPM符號中有四個獨特的位置’四種獨立的符號存在只有一唯一的基片是邏輯 ’ 1 ’’而所有其它基片是邏輯’ 〇 ’，分別為下列组合： 1000、0100、0010、0001。這四種符號是在4 — ppM^所允許僅有的合法資料符號。每個資料符號代表一單一資料位元對的二個位元’分別是00、01、10、11。邏輯，1，代表發射器正在發出光線的基片期間，而邏輯，〇，代表沒有光發射的基片期間。 & 序文：依照本發明一數位訊號代表框架中所攜帶的資料，每個

第14頁 4371 8 8 五、發明說明（11) 料襴位和含有序文的-標頭欄位。序文 ^ # ° n ^列，以允許起始的載波感測、符號時鐘 i表示；二ί路’也稱為PLL，的晶片時鐘相位擷取。相^ n牛、用在取得一數位接收-和處理·'單元的起始巧步，這是藉由脈衝的週期一 ==包含多少槽的接收站，在-定週=能夠 i鐘相2序i。此外，接收站使用PLL調整它的槽或晶片 m丄序文包含多個重複的傳輸，最好是128或更的备一 1:法的4 PPM捋號p: p=10°°。只要有用或有幫助在戽：；他組合是可能的，例如為了額外的資訊傳輸。可跟隨一同步搁位、-控制搁…料搁位或光學的同位：接Π象電系統，紅外線系統使用實體上不同的元件做 LFD 它們可以是光電二極體（PD)和發光二極體 ?由於接收器的接收特性不同於對應的發射器、性，缺點不只發生在資料傳輸率。傳輪對稱或收發器同 *的建立允許對稱的貧料傳輸率，維持避免碰撞改良連接性。依照本發明的接收單元至少包含— :轉換器。該接收器有一由接收角，4描述的光學接：數特性，也稱為接收器的半角心。同樣地’發射哭有一發射角^描述的光學發射特性，也稱 "發器之特徵在於它至少包含—光學和

第15頁 Λ371 8 8 五、發明說明（12) 一光學接收器元件，其中發射器不限於一單一發光元件，而接收器不限於一單一光接收元件。光學發射器構造成其三度空間發射特性和接收器的三度空間光學接收特性完全相同或至少相似。光學同位或收發器同位的使用，允許有不同光學埠支援狭或寬角、以及短距離或較長距離傳輸的裝置共同存在。此觀念的細節在1998年三月26日提出的美國專利申請案第048 749 US號，標題為"光電收發器"中發表並申請專利，合併在此處做為參考。在以下，描述本發明的具體實施例。圖1顯示在一無線光學通信系統或一無線光學網路中用來接收及/或傳送紅外線訊號之一裝置4。一第一收發器 13，一第二收發器23，及一第三收發器33以不固定的方式文排。在®比連收發器1 3、2 3 ' 3 3的光軸間之角度大約在 12〇。，其中三個收發器13、23、33的基本幾何安排，可在—可移動或固定的平台為無線光學網路連線而設置的光學介面上達到360。水平角度範圍。對一第一通道完全地整合的第一收發器13 ’包含一含有一接收器，在此為一呈現朗伯第一接收特性1 4的光電二極體，的第一接收單元1 和一接收電路。再進一步，—第一發射單元^至少包含— 發送器，在此是一發光二極體，稱為發射器，在發送器之上的一擴散器呈現朗伯第一發射特性1 5 ;和一傳輸電路。擴散器進一步接述如下。應該要注意的是，以mW/sr為單位的發射強度之發射特性15、25、35遵循，或至少接近，餘弦定律，它是

第16頁 4371 8 8 --------------- 五 '發明說明（13) c〇s( φγ - m-1。光學接收器的接收特性ι 4、2 4、3 4遵循相同的定律。接收-和傳輸電路與第一收發器晶片1 2中的一轉換器結合，但僅管如此第一收發器晶片1 2可分成二或更多單—晶片，如果那樣是有利的。元件通常安裝在一導引框架上，且形成在一塑膠包裝中。第一收發器丨3的第一收發器晶片 12與一選擇器5有連接。另外二個啤發器23、33的架構是相同的。因此，對第二通道的第二收發器23包含一第二接收單元2、一第二發射單元21、和一第二收發器晶片22。第二收發器23的第二收發器晶片22連接到選擇器5。對苐三通道的第三收發器33包含一第三接收單元3、一第三發射單元31、和一第三收發器晶片32。第三收發器33的第三收發器晶片32連接到選擇器5。每個收發器1 3、23、33包含一特性’其令彼此相似的第一接收特性i 4和第一傳輸特性1 5，概要地描畫在第一收發器1 3之前。第二接收特性2 4 和第二傳輸特性2 5概要地描晝在第二收發器2 3之前。更進一步’第三接收特性34和第三傳輸特性35概要地描畫在第三收發器33之前。在第一收發器13的方向之一第一箭號，標示為S1，指示一到達的第一紅外線訊號S1的一部份。為了清楚之故，此第一紅外線訊號S1有理想的無限訊號雜訊比，描畫在收發器配置下面的S1。在第二收發器23的方向之一第二箭號，標示為S2，指示一到達的第二紅外線訊號 S2的一部份，它在相同的時間中到達。第二紅外線訊號S2 有大約2 0分貝的訊號雜訊比，也描晝在裝置4的收發器配

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第18頁 437 1 8 8 五、發明說明〔15) 位訊號RxS_2和第三數位訊號rxs_3分別描畫在收發器配置的下面。在以下’轉換以第一收發器1 3上的第一紅外線訊號s 1的例子說明’但另外二個紅外線訊號s 2和s 3與其分別的收發器2 3、3 3原理相同。第一紅外線訊號s 1的轉換發生在第一收發器晶片1 2上。第一收發器晶片1 2位於非常靠近第一接收器單元1，以避開會被雜訊影響的長導線或電線。首先’所收到的第一紅外線訊號S1被導引到第一收發器晶片12，並在饋入到一變動增益放大器之前由一放大器擴大。變動增益放大器由自動增益控制電路控制，以保證在所描述接收到的光學訊號功率之範圍中，在下列決策裝置的訊號位準保持不變。被提到的決策裝置是一二元決策單凡或一閥值開關，也稱為閥值決策裝置或比較器，它藉由將第一紅外線訊號S1與一閥值比較來將第一紅外線訊號 si轉換成一數位訊號RxS_h此第一數位訊號RxS_i，如裝置4下面所描晝，被饋入到選擇器5。相同的過程分別對第一紅外線訊號S2和第三紅外線訊號S3執行。第二紅外線訊號S2被轉換成第二數位訊號1?)($_2，並饋入選擇器5。第三紅=線訊號S3被轉換成第三數位訊號1^3_3，也饋入到選 ^器5 °因此，這三個收發器13、23、33連接到選擇器5，提供通道結合、選擇和控制的功能。因選擇器5中實施的 =制機制而定’ 一三層通道分集可用來取得網路連接不同模式的角度分集。選擇器5決定最適合訊號以做進一步處理’亚經由一輸出線xy將此最適合訊號傳遞到進一步的單凡。用來決定最適合訊號的方法參照圖2和圖3詳細地描

第19頁 4371 8 8 五、發明說明（16) 述。裝置4能夠接收和傳輸資料，它由往來到選擇器5的第一、第二和第三訊號線上雙向的箭號表示，分別標示為、rxs_2和RxS_3，它在這裡指示接收之訊號，以及分別標示為TxS_l、TxS_2、TxS_3，它在這裡指示發射資料所傳輸之訊號。圖2顯示元件和單元的一個概要圖示，它們可一起從不同的訊號中決定做進一步處理的最適合訊號。對於第一通道’ 一第一二元決策單元12.1連接到一第一取樣和計數單元。這第一取樣和計數單元包括一第一取樣器17，一第一序列移位暫存器1 7. 1，獨立樣本計數器1 8的一第一陣列’以下簡稱第一樣本計數器1 8，和一第一總計數器丨9。第一取樣器1 7連接到第一序列移位暫存器1 7. 1 ’它進一步連接到第一樣本計數器1 8。第一樣本計數器1 8連接到第— 總計數器1 9。對一第二通道配置了一第二取樣和計數單元 2_6。這第二取樣和計數單元26包括一第二取樣器27，一第序列移位暫存器2 7. 1，獨立樣本計數器2 8的一第二陣歹』’以下簡稱第二樣本計數器28，和—第數。數器28連接到第取樣和計數單元 36 =二取樣器27連接到第二序列移位暫存器π ，它進連接到第二樣本計數器2 8 ^第二樣本叶總計數器29。對第三通道配置了 —第1 這第三取樣和計數單元36包括—;一三序列移位暫存器37. 1 ，獨立樣太q $二取樣器37，一第列、，τ气於笙-战山本计數器38的一第=陳刈，以下間稱第二樣本計數器38，和—> 一0旳弟一阵器37. 1 ，它進一步

第三取樣器37連接到第三序列移位暫^弟三總計數器39。 4371 88 五'發明說明Cl7) 連接到第三樣本計數器3 8。第三樣本計數器3 8連接到第三總計數器3 9。另外，第一取樣和計數單元1 6連接到一第一數目記憶體7，第二取樣和計數單元26連接到一第二數目記憶體8，而第三取樣和計數單元3 6連接到一第三數目記憶體9。所有數目記憶體7、8、9連接到一比較器6 *也稱為選擇器或數目比較器6。數目記憶體7、8、9也可分別包含在取樣和計數單元16、26 '36中。第一二元決策單元1 2. 1包含所收到第一紅外線訊號S1之一第一輸入’a，，和一閥值，TH’之一第二輸入’b,。這第一二元決策單元1 2. 1位於所描述第一收發器晶片1 2之上，如圖1所述及。為簡單化在圖2中只描述一二元決策單元，然而對每個通道都使用這樣的一個二元決策單元第一二元決策單元1 2. 1比較第一紅外線訊號S1與閥值’ T『，並發出一第一數位訊號RxS_l，它饋入到第一取樣器17的第一取樣和計數單元1 6。如果第一紅外線訊號S1的值比閥值’ ΤΙΓ 的值更大，那表示S1>TH，在第一二元決策單元12.1的輸出產生一邏輯電位’1，，否則產生一邏輯電位。一第二數位訊號RxS_2來自第二收發器晶片22，呈現在圖1中，並由一第二二元決策單元產生，饋入到第二取樣和計數單元 26的第二取樣器27。一第三數位訊號RXS_3來自第三收發器晶片32，也呈現在圖1中，益由一第三二元決策單元產生’饋入到第三取樣和計數單元36的第三取樣器37。用來決定平價、一數目、或·—值的主要處理’以選擇最適合訊號參照第一取樣和計數單元1 6結合圖3做更詳細

第21頁、4371 8 8 五、發明說明（]8) "一"~ ' ---〜說明。處理會重複直到達到假設的或限定的閥值之-評價或值二然而，取樣和計數單元2 6和36二者以和第一計數單 7L1 6同樣的方式執行，因此以下僅描述第一取樣和計數單兀16的，理。來自第一數位訊號RxS一1之序文的一時間區間的相#長度之四個時槽或基月馈入到第一取樣和計數單几1 6。時間區間代表一完整的4-PPΜ符號，但不需要由一脈衝開j，而可由任何地方開始。為了要與樣本計數器ι 8 中的先前時間區間的相位累積，後續時間區間應該與它們的時相相當。到達的第一數位訊號RxS—i在苐一取樣和計數單元1 6的第一取樣器〗7中過度取樣，且以二進位序列放在第一序列移位暫存器17·1中，在此每個基片過度取樣四次’以對限定的時間區間取得十六個二進位數。二進位數被儲存在單位元暫存器或旗標暫存器，其中二進位數以一順序列的方式到達。如果來自限定的時間區間之十六個二進位數已經到達第一序列移位暫存器丨7.丨，則第一樣本計數器1 8將來自第一序列移位暫存器丨7.丨的各別單位元暫存器的二進位數累積到它們所儲存的值。此處理對下列時^ 區間重複，直到總计數器1 9計算一放在第一數目記憶體7 中之第一評價’ A，。重複的數目因統計、所收到訊號之品質、和辨識的效率或分析方法而定。第二取樣和計數單元 2 6決定一第二評價* β，，並把此評價放在第二數目記憶體8 中。第三取樣和計數單元36決定一第三評價，c，，並把此評價放在第三數目記憶體9令《數目記憶體7、8、9連接到數目比較器6，或甚至實施在數目比較器6中。數目比較器

4371 8 8 五、發明說明（19) 6比較評價、’ B’ ，C，，並決定最適合做進一步處理的訊號《圖2指出數目比較器6的輸出選擇符合評價’ A’的通道，以SA標示數目比較器6的輸出指示11因此，從三個紅外線訊號SI、S2、S3中，第一紅外線訊號S1從而是第一數位訊號RxS_l，也稱為一數位訊號RxS_l，是做進一步處理的最適合訊號。上面的方法有效，因為人們已知且調查過在訊號雜訊比和訊號的錯誤率之間存在一種關係。舉例來說，調查顯示所決定的計算的評價，例如’ A ’，直接與對應訊號之訊號雜訊比相關。這表示，所決定的計算的評價越高，訊號雜，訊比愈低。因此比較數目或評價A、B、C，並找出集合 { A，B，C丨中最小的，已足以決定有最高訊號雜訊比的通道或路徑。現在轉向圖3，它顯示在不同的時間過度取樣二進位訊號之分析的一些步驟。這些步驟透過取樣和計數單元1 6執行，如圖2中所呈現。更清楚地，圖3顯示第一序列移位暫存器1 7. 1和附屬的第一樣本計數器1 8分別在一第一時間區間T,和一第二時間區間T2，而更往下面只有樣本計數器1 8 分別在第十時間區間T1Q和第三十二時間區間Τ32。第一評價 ’ A1在第三十二時間區間Τ32之後計算，且儲存在數目記憶 ' 體7中。第一序列移位暫存器17.1包含十六個單位元暫存器，以第一序列移位暫存器1 7. 1上方單位元暫存器號碼 1，2.... 1 6指示。這些單位元暫存器號碼和十六個單位元暫存器與樣本時鐘1 0相關，顯示在第一時間區間的一個

第23頁 4-371 8 8 五、發明說明（20) 序列上方。為了清楚之故，在頂端描晝一序文的雜訊數位訊號之二個時間區間’在一時間軸t上包含四個脈衝，也就是四個有不同脈衝期間的邏輯’一’或，1’ ^在第一時間區間中只存在一脈衝’然而在後續的第二時間區間L存在三個脈衝’其中二個脈衝是因雜訊引起的錯誤脈衝。第一時間區間Τ,符合合法的4-ΡΡΜ符號的長度。如上面提到的，與第一時間區間Ί\ 一起，來自數位訊號RxS —1的序文之四個基片饋入到取樣器1 7，顯示在圖2中。第一時間區間T\代表一時間區間不需要與序文符邏輯’零’而非一脈衝開始號同步性甚至基片同步性步性。在某些時間上，第片，實際的描畫在第一序 18旁邊，被儲存在第一序片過度取樣四次以得到十產生一 ’ 1 ’ ，否則產生—，器中，它含有可設定或不器。檢視第一序列移位暫單位元暫存器由弟三到第中一單位元暫存器包含— 暫存器17. 1的單位元暫存本計數器1 8申對應的儲存完整符號的長度，但通常這樣的破對齊，反而在這個例子中它以。其理由在於接收器還未建立符。事實上，此方法不需要此等同 —時間區間1的四個過度取樣基列移位暫存器1 7. 1和樣本計數器列移位暫存器1 7 _ 1，其中每個基六個二進位數。在脈衝存在之處 0’ 。二進位數儲存在一簡單暫存設定的單位元暫存器或旗標暫存存器17.1的單位元暫存器，顯示七單位元暫存器結果為’丨，，其、二進位數30。來自第一序列移位器的個別二進位數累積到第〜值°在這裡，樣本計數器18的Ϊ 4371 88 五、發明說明（21) 列之長度和第說，第一樣本〜步驟中由第值更進一步仔區間。在第二數分別在第一單位元暫存器序列移位暫存那些單位元暫之後，第一樣 -序列移位暫存器17」完全相同計數器1 8中指示一鍅在枯认# & J ^ 不餺存值的計數值7〇，一個脈衝造成’ 1，。此計數值70和它的儲存細地觀察。現在參照描晝在下面的次1時間時間區間丁2當中，基片過度取樣，且二進位序列移位暫存器i 7.丨中。順便一提，先前的被覆蓋掉。結果顯示在第二時間區間&第一器1 7. 1的列中。第一樣本計數器丨8把設定的存器或旗標分別加入先前的計數值。在加入本計數器1 8的計數值被調整，舉例來說所觀察的計數值7 0已經被增加一而造成"2"。稍後，在第二時間區間％和第十時間區間Tiq之間的垂直虚線所指出，表示再經八個步驟而到第十時間區間η。，已經過度取樣進一步

序列。第一樣本計數器1 8顯示第十步驟的結果。所觀察的計數值7 〇已經增加而造成"8"。最後，在第三十二時間區間T32，已經過度取樣更進一步的序列。結果顯示在第一樣本計數器1 8的列中。所觀察的計數值7 〇已經增加並造成，2 6"。第一樣本計數器1 8的計數值計算數字的總和以產生 ~~評彳貧A ’這在未描晝出來的總計數器執行。此評價A 造成"1 84N ，並儲存在第一數目記憶體7以做進一步處理如圖2所描述。進，步的具體實施例包括一閥值，最好在計算評價’ A’ 之前的最後一個步驟，以便將序文脈衝而非雜訊所造成的高數目，設回’零，。這對更好的雜訊識別和判定是有利

第25頁飞 88 五、發明說明（22) 的。圖4顯示一選擇器40的基本内部架構的具體實施例。選擇器40，也稱為通道組合器，包含一接收號的一第一通道扣質砰估器單元41，一接收RxS —2訊號的第二通道品質評估器單元42，和一接收RxS一3訊號的第二通道品質评估器單元43。所有通道品質評估器單元4〗、42、43連接到一估單元44 ’其輸出導向—控制單元μ，且其可接收控制汛號’由箭號指到控制單元4 5的虛線指示。控制單元45連接在一RxS組合器/選擇器單元46的一側。RxS組合器/選擇is單元46能釣接收RxS —1，Rxs —2，RxS_2訊號並遞送 RxD_VRa孔號^〇-~RxD_HRafL5虎。此外，控制單元45在另一側上連接到TxS致能器/驅動器單元47，它遞送一 TxS 1 sfl號、TxS_2ifl5^和一TxS_2sfl號。控制單元45也連接到 TxD選擇器單元48，它連接到TxS致能器/驅動器單元47。 TxD選擇器單元48能夠接收一TxD_VR訊號和一TxD_HR訊號形式的資料。選擇器4 0透過TxS致能器/驅動器單元4 7遞送標示為 TxS_l ' TxS_2和TxS_3的訊號到發射器。為了清楚之故，發射器未描畫在圖4中，但那些訊號可分別饋入到圖1中所示收發器13、23、33。TxS致能器/驅動器單元47由TxD選擇器單元48接收其輸入訊號，它選擇要從TxD_VR訊號和 TxD_HR訊號傳輸之資料^ TxS致能器/驅動器單元47和TxD 選擇器單元48兩者都由内部控制單元45控制。所收到的訊號，標示為RxS一1、RxS_2和RxS„3，每一個由通道品質評

第26頁 Γ 4371 8 8 五、發明說明（23) -一一-- ' 估/!!元41、42、43分別平行處理，它們的輸出在評估單. 元44中檢查：參考圖2和圖3 ’所描述的處理可實施在通道品質评估器單tl41、42、43和評估單元44中β後面的單元遞送其輸出到控制單元45。it個控制單元45也提供對仏/ · 組合器/選擇器單元46的控制，它處理hsj、RxS 2、

RxS —2 sft號並遞送RxD 一VR訊號和RxD_HR訊號。依照另一個具體實施例，所收到的訊號，標示為 RxS_l、RxS —2和RxS_3，由一單一通道品質評估器單元循序處理’其輸出在評估單元44中檢查。依照再另一具體實施例，RxS組合器/選擇器單元46只遞，送RxD_VR訊號’而TxS致能器/驅動器單元47直接地接收 TxD_VR訊號。因此，不需要TxD選擇器單元48。依照一進一步具體實施例’ R X S組合器/選擇器單元4 6只遞送RxD_ HR訊號，而TxS致能器/驅動器單元47直接地接收 TxD_HR訊號。在該情況中，不需要TxS選擇器單元48 » 依照再進一步的具體實施例，選擇器4 0提供只處理二個收發器的訊號之鼓置，因而只達成二層通道分集。圖5顯示有三層通道分集之紅外線通信系統的具體實施例之一基本實體層結構。一些元件和單元與上面使兩與描述的相同，並以相同的數字參照。為簡化圖5之故，收發器1 2、2 3、3 3安排成一列。然而，要達到三層通道分集將收發器1 2、2 3、3 3安排在不同或較佳方向是必要的。收發器1 2、23、33能夠接收並發射紅外線訊號，以收發器1 2、 23、33之前的箭號指示。收發器12、23、33連接到包含提 ·

第27頁 437 1 8 8 五、發明說明（24) 供系統所需要角度分集必需的功能之選擇器4 〇。選擇器4 〇連接到一 V R調變解調器/控制器5 1和一 H R調變解調器/控制器6 1。VR調變解調器/控制器5丨，也稱為第二調變解調器單元5 1或變動資料傳輸率調變解調器/控制器5 1，經由一收發器控制線54與收發器12、23、33連接，並與一主機介面52連接。HR調變解調器/控制器61，也稱為第一調變解調器單元61或高資料傳輸率調變解調器/控制器61，也連接到主機介面52並’經由一控制線62，和選擇器40連接》主機介面52連接到一主機53。所發射的訊號，標示為

TxS —1、TxS_2和TxS —3，帶著收發器12、23、33的調變訊號。例如，TxS_l、TxS_2和TxS_3訊號編碼成4時槽脈位調變（4-PPM)，如上面所述。所收到的訊號，標示gRxS_i、 RxS_2和RxS_3 ’帶著從各別接收器所取得的訊號。如所提過的，在較佳的實施中這些訊號是二進位值的訊號。選擇器40從VR調變解調器/控制器si &HR調變解調器/控制器兩者之一接收要發射的資料。對應的資料線分別標示為 TxD一VR和TxD一HR。同樣地，選擇器40遞送所收到的資料給 VR調變解調器/控制器5 1或HR調變解調器/控制器61 ，而^ 應的資料線分別標示為RxD_VR和RxD_HR。VR調變解調器/ 控制器51和HR調變解調器/控制器61能夠接收並發射不°同的資料傳輸率，例如VR調變解調器/控制器5丨能以最大到每秒4百萬位元的資料傳輸率工作，而HR調變解調器/控制器6 1支援大約每秒1 6百萬位元的資料傳輪率。然而，μ 變解調器/控制器5 1藉由發出用來設定決策閥值、頻寬、。

4371 8 8 五、發明說明（25) 發射器功率位準等的指令來控制收發器1 2、2 3、33的運作模式。HR調變解調器/控制器6 1藉由發出相關的指令來控制選擇器4 0的運作模式。這些指令包括對接收器路徑要如何组合及/或選擇RxS_l、RxS_2和RxS_3訊號的指示以及對發射路徑要如何致能TxS_l、TxS_2和TxS_3訊號。VR調變解調器/控制器5 1和HR調變解調器/控制器6 1經由分別標示為匯流排訊號VR_IF和HR_IF的匯流排連接到主機介面52。主機介面5 2經由標示為H_ IF的匯流排線連接到主機5 3，以與協定堆疊通信，例如媒體存取控制，也縮寫成MAC。圖6顯示有三層通道分集之紅外線通信系統的一個進一步基本具體實施例。所有描述的元件及功能相同1差別在 HR調變解調器/控制器6 1和選擇器4 0中所實施的功能組合在單一選擇器40.1中。關於圖5和圖6，數種元件和單元的組合是可行的。一些在以下列出。依照另一個具體實施例，選擇器4 0安排成一單一單元， VR調變解調器/控制器5 1和HR調變解調器/控制器6 1組合在進一步的單一單元中。依照另一個具體實施例，實施在選擇器40、VR調變解調器/控制器5 1和HR調變解調器/控制器6 1中的功能全部組合 _r_ 〇0 tlO — 1 . 在一單一早7L中。依照還有另一個具體實施例，HR調變解調器/控制器61 不存在而選擇器4 0由VR調變解調器/控制器5 1控制。依照進一步的具體實施例，H R調變解調器/控制器6 1是

第29頁 4371 88 五、發明說明（26) 不存在*而選擇器4 0和VR調變解調器/控制器5 1兩者都組合在一單一單元中。依照再進一步的具體實施例，VR調變解調器/控制器5 1 不存在，而三個收發器1 3、2 3、3 3由HR調變解調器/控制器6 1控制。依照還有另一個具體實施例，VR調變解調器/控制器5 1 不存在，而選擇器4 0和HR調變解調器/控制器6 1兩者都組合在一單一單元中。任何揭露的具體實施例可與所顯示及/或描述的一個或幾個其他具體實施例結合。這對一個或更多具體實施例的特徵也是可能的。在此描述與申請專利的步驟不需要依照所給的順序執行。那些步驟可以，至少在某些程度上，依任何順序實施。

第30頁

Claims

六 437 t 8 8 案號88106861 年/月~日修正收接以圍用 *已」？1 利專一請. Jtliu 號 =° 線外 4 /V 置裝之成 2 (1換 ||(轉號換3)訊轉S位 1 數 _ 2 含S令包’其 IX 個 S ，每號3) ，訊S-象 X 3 ^ R ，外， 2紅2- 1 ^ X C到R 元收’ °t&u -_ 車所-欠 S 含彳將 X 接 R 包它C ，二’號 ο至2位 6 - 3 ^ ，•，數 ο 2 | 5 2 2 位 ^ 0〇 S極一 X斗S R X，資R 11 I 一 2 S含 - X y S R包X 少至’ 料RXS-資(R ie-3 的號帶訊 Μ位所數中等架該框個表每代對 }有 3 』 -含 XS1 R和 5 /\ 器擇選少至口亡，文位序欄個頭每標對之以文用序} -眞的· ο 同4 相全4 完，價評 - 之關有比訊雜號訊的它與定決份之比訊雜號訊高最有擇。選理便處以步 C)一，進 B供 VJ- 11( 一價xs 平R t ( 該號較訊比位部並數號第符圍一範的利列專序請衝申脈如性 2 # 週置裝之項含包文序中其確明有是好最脈之期成序歹括包少至號符 - *φ] 其置裝之項 2 第圍範 IMJ- 專請中如 3 第圍範專。請衝申單脈如個4 1 每在中其置裝之項 - 任中項 3 至接：固 3 R i S ( 收*;1如元元單策決元 S號 1 訊 sfi 號數訊成線換外轉紅2) 的3 到2 收>2 所户2 中1 項一任中項 3 至 1A 第圍範利專請申置 R 價評的關相 t ,1 b I訊 s 隹 X雜 (R號號訊訊與位定數決的便度加並 LK 樣裝取之文序中其以

O:\58\58220.ptc 第1頁 2001.01.09. 032 4371 8 8 _案號 88106861_年 / 月 /P 曰_ifi_ 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之裝置，其中一數位訊號（RxS_l)的選擇發生於序文在選擇器（5)的接收期間。 7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之裝置，其中每個接收單元（1 ，2，3 )設計成提供一光學接收特性（1 4，2 4， 34)，它由一鈍接收角^描述，其中接收角是定義接收器在其上之靈敏度為接收器在光軸上靈敏度之一半的平面角。 8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之裝置，其中資料藉由脈衝調變編碼，最好是一脈位調變（PPM)。 9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之裝置，其中至少接收有，比接收有最高訊號雜訊比之序文的接收單元 (1 )，更低訊號雜訊比之序文的接收單元（2，3 )被關閉。 10. —種用以接收與發射一紅外線訊號（SI ，S2，S3)之裝置（4 ，50 ，60)，包含： •至少二接收單元（1 ，2，3)，每個包含一轉換器（12， 2 2，3 2 )，它將所收到的紅外線訊號（S 1 ，S 2，S 3 )轉換成一數位訊號（RxS_l，RxS_2，RxS_3)，其中數位訊號 (RxS_l ，RxS_2，RxS_3)代表框架中所攜帶的資料，至少包含一資料攔位和一含有對每個該等數位訊號（RxS_l， RxS_2，RxS„3)完全相同的序文之標頭欄位，和 •—選擇器（5 ，40 ，40.1)用以對每個序文的至少一部份，決定與它的訊號雜訊比有關之一評價（A，B，C)，並比較該評價（A，B，C)以便選擇有最高訊號雜訊比之一數

O:\58\58220.ptc 第2頁 2001.01.09. 033 • 4371 8 8 _案號88106861 和年/月/(?日铬不六、申請專利範圍位訊號（RxS_l)供進一步處理，及 •至少一發射單元（1 1 ，2 1 ，3 1 ) ’連接到選擇器（5， 40 ， 40.1)。 " 11. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中接收單元（i ， 2，3)有一光學接收特性（14，24，34)，其形式和發射單元（11 ，21 ，31)的一光學發射特性（15，25，35)的形式完全相同或至少相似。 12. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中至少—接收單元（1 ，2 ’3)和至少一發射單元（11，21 ，31)和轉換器 (12，22，32)是一收發器（13，23，33)的一部份。 13. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中至少一接收單元（1，2，3)和至少一發射單元（11，21 ，31)和轉換器 (12，22，32)是一收發器（13，23，33)的一部份。 14. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中幾個收發器 (13，23，33)配置成補助它們彼此的光學接收特性（14， 24，34)及/或光學發射特性（15，25，35)。 15. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中至少三個收發器（13 ，23 ’33)涵蓋360°的範圍。 16. 如申請專利範圍第14項之裝置’其中至少三個收發器（13 ，23 ，33)涵蓋360°的範圍。 17. 如申請專利範圍第1〇至16項中任一項之裝置，其中選擇器（5，40)連接到一含有至少一第一調變解調器單元 (61)及/或一第二調變解調器單元（51)的單元。 18·如申請專利範圍第1〇至16項中任一項之裝置，其中

O:\58\58220.ptc 第3頁 2001-01.09. 034 4371 B 8 修正 _案號 88106861 六、申請專利範圍選擇器（5，40)是至少可與一調變解調器單元（51 ，61)組合的，最好是與一高資料傳輸率調變解調器/控制器 (61)。 19.如申請專利範圍第10至16項中任一項之裝置，其中至少選擇器（5 ，40)，一第一調變解調器單元（61)，和一第二調變解調器單元（51)是可組合到一單一單元的。 2 0. —種用以在一無線光學通信系統中接收一紅外線訊號（SI，S2，S3)之方法，包含步驟： •由至少二接收單元（1 ，2，3 )接收紅外線訊號（S 1 ， S2 ， S3)， •將紅外線訊號（S 1，S 2，S 3 )轉換成一數位訊號 (RxS一 1 ，RxS_2，RxS_3)，其中數位訊號（RxS_l ，RxS_2， RxS_3 )代表框架中所攜帶的資料，至少包含一資料欄位和 —含有對每個該等數位訊號（RxS_l，RxS_2，RxS_3)完全相同的序文之標頭攔位， •對每個序文的至少一部份，決定與它的訊號雜訊比有關之一評價（A，B，C)，並比較該評價（A，B，C)，及 •選擇有最高訊號雜訊比之一數位訊號（RxS_l)供進一步資料處理。 2 1 . —種用以接收一紅外線訊號（S 1 ，S 2，S 3 )，並發射一紅外線訊號之方法，包含步驟： •由至少二接收單元（1 ，2，3 )接收紅外線訊號（S 1 ， S2 ， S3)， •將紅外線訊號（S 1，S 2，S 3 )轉換成一數位訊號

O:\58\58220.ptc 第4頁 2001.01.09. 035 "437 1 8 8 _案號 88106861_?〇年/月 /〇曰__ 六、申請專利範圍 (RxS_l ，RxS_2 ，RxS_3)，其中數位訊號（RxS_l ，RxS_2 ， R x S _ 3 )代表框架中所攜帶的資料，至少包含一資料攔位和一含有對每個該等數位訊號（RxS_l，RxS_2，RxS_3)完全相同的序文之標頭欄位， •對每個序文的至少一部份，決定與它的訊號雜訊比有關之一評價（A，B，C )，並比較該評價（A，B，C )， •選擇有最高訊號雜訊比之一數位訊號（RxS_l)供進一步資料處理，及 •在與所有方向中接收到有最高訊號雜訊比之一數位訊號（RxS_l )相反的方向上，發射傳送資料（TxS_l ，TxS_2， TxS一3)。 22.如申請專利範圍第20或21項之方法，其中在決定每個評價（A，B，C)的步驟中，決定是透過： •定義一時間區間並將序文分割成週期性時間區間（T 1 τ T2. . . Tia. . . T32) ’ •依照時間區間（八，Τ2. . T1Q. . . τ32)過度取樣序文，以提供至少含有一二進位數（3 0 )之一二進位序列， •將二進位序列的各別二進位數（3 0 )加入到對應的儲存值（70)，及 •由這些儲存值（70)來計算評價（A，B，C)。 2 3.如申請專利範圍第2 2項之方法，重複過度取樣的步驟和加入的步驟至少一次。

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