TWI389524B - 一種在無線設備之間傳送高速無線資料的方法及裝置 - Google Patents

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Description

一種在無線設備之間傳送高速無線資料的方法及裝置
本發明涉及無線通信，更具體地說，涉及一種在無線設備之間傳送高速無線資料的方法和裝置。
現有的無線網路標準如802.11、802.15和Wimedia(超寬帶)使用CSMA(載波偵聽多路存取)協定使用全向天線來發送資料。然而，當資料率增加時，繼續使用這種標準就不再實際了。例如，當資料率增加時，相比將要發送的資料，由於每個資料分組報頭包含很大比例的開銷，使用CSMA協定的效率不會很高。此外，當以較高速率發送資料時，使用全向天線所需的發射功率也不太實際。再有，使用這些無線網路標準的更快版本要求與它們對應的協定能夠與以前已有的版本後續相容。這樣一來，這種無線網路標準的新版本就需要負擔額外的軟體限制和/或要求。
通過將本發明的特徵與傳統裝置進行比較，以及通過接下來的描述並參考相應的附圖，常用和傳統方法的限制和不利之處對於本發明的技術人員來說將變得更為清晰。
本發明的多個方面提供了一種用於從第一設備向第二設備發送高速無線資料的方法和裝置，結合至少一幅附圖對其進行了介紹，並在申請專利範圍中進行了完整的定義。
根據本發明的一個方面，提供一種在無線設備之間傳送高速無線資料的方法，包括：使用第一無線設備的第一物理層無線地在所述第一無線設備和第二無線設備之間經由第一帶寬雙向地傳送控制信號，其中所述控制信號包括天線訓練信號，以定向地定位所述第一無線設備的天線及所述第二無線設備的天線使定向地互相通信，且所述第一物理層耦接至介質存取控制(MAC)層；及； 使用所述第一無線設備的第二物理層以在所述第一無線設備和所述第二無線設備之間使用定向天線經由第二帶寬傳送所述高速無線資料，所述第二帶寬不同於所述第一帶寬，且在使用所述第一物理層以完成天線訓練之後傳送所述高速無線資料，其中所述第二物理層亦耦接至所述介質存取控制(MAC)層。
在本發明所述的方法中，所述控制信號提供由所述第一無線設備至所述第二無線設備的高速無線資料傳送的建立、初始化及管理。
在本發明所述的方法中，所述一個或多個雙向控制信號提供用於訓練和設置所述第一無線設備和所述第二無線設備中每一個中的天線。
在本發明所述的方法中，所述第一物理層使用CSMA協定。
在本發明所述的方法中，所述CSMA(載波偵聽多路存取)協定遵循超寬帶Wimedia或ECMA-368/369標準。
在本發明所述的方法中，所述CSMA協定遵循IEEE 802.11。
在本發明所述的方法中，所述CSMA協定遵循IEEE 802.15。
在本發明所述的方法中，所述高速無線資料要求的傳輸帶寬高於所述雙向控制信號。
在本發明所述的方法中，所述高速無線資料是單向傳送的。
在本發明所述的方法中，所述高速無線資料使用定向天線傳送。
在本發明所述的方法中，所述第一設備和所述第二設備使用單個MAC(介質存取控制)地址。
在本發明所述的方法中，所述第一物理層工作在突發(burst)模式下，所述第二物理層工作在非突發(non-burst)模式下。
在本發明所述的方法中，所述高速無線資料包括高清晰度(HD)視頻資料。
在本發明所述的方法中，所述一個或多個雙向控制信號使用第一帶寬來傳送，所述高速無線資料使用第二帶寬來傳送，所述第二帶寬大於所述第一帶寬。
根據本發明的一個方面，提供一種傳送高速無線資料的裝置，包括：介質存取控制(MAC)層；第一物理層，耦接至所述介質存取控制(MAC)層，以無線地利用無線設備經由第一帶寬雙向地傳送控制信號，其中所述控制信號包括天線訓練信號，以定向地定位所述裝置的天線及所述無線設備的天線使定向地互相通信；及第二物理層，亦耦接至所述介質存取控制(MAC)層，以將高速無線資料傳送至所述無線設備，且在使用所述第一物理層以完成天線訓練之後，所述裝置和所述無線設備使用定向天線經由第二帶寬來傳送所述高速無線資料，所述第二帶寬不同於所述第一帶寬。
在本發明所述的裝置中，所述第一物理層使用CSMA(載波偵聽多路存取)協定。
在本發明所述的裝置中，所述第一物理層遵循ECMA-368/369標準。
在本發明所述的裝置中，所述第一物理層遵循IEEE 802.11。
在本發明所述的裝置中，所述第一物理層遵循IEEE 802.15。
在本發明所述的裝置中，所述第一物理層提供一個或多個控制信號，用於管理所述第一通信設備和所述第二通信設備，使得在所述第一通信設備和所述第二通信設備之間傳送所述高速無線資料。
在本發明所述的裝置中，所述第二物理層用於使用頻分多址(FDMA)協定傳送所述高速無線資料。
在本發明所述的裝置中，所述第一通信設備和所述第二通 信設備中的每一個使用定向天線來發送和/或接收所述高速無線資料。
在本發明所述的裝置中，所述定向天線的波束寬度在6.4到64度之間。
在本發明所述的裝置中，所述第一通信設備包括數位視頻錄影機，所述第二通信設備包括電視機。
在本發明所述的裝置中，所述第一通信設備包括電腦，所述第二通信設備包括視頻播放器。
在本發明所述的裝置中，所述第一通信設備包括電腦，所述第二通信設備包括數位相機。
通過下文中的描述和附圖，本發明的上述和其他優點、方面和創新之處，以及具體的實施例將得到更為完整的理解。
本發明的多個方面涉及一種在兩台設備之間以無線方式傳送高速資料的方法和裝置。這兩台設備中的每一台都可以是任意類型的無線通信設備。例如，該無線通信設備可包括電腦、多媒體或視頻播放器，或高清晰度(HD)數位相機。本發明的多個方面使用第一物理層(也就是物理連接或PHY)雙向傳送一個或多個控制信號，這些控制信號用於管理第一設備和第二設備之間的高速資料傳輸。本發明的多個方面可使用第二物理層來在第一設備和第二設備之間傳送高速無線資料。在一個代表性實施例中，高速資料只是單向地從一台設備發往另一台設備。此外，本發明的多個方面使用第一帶寬來雙向傳送一個或多個控制信號，這些控制信號用於管理高速無線資料的傳輸。在本發明的一個代表性實施例中，第一物理層可以按照突發(burst)模式工作，第二物理層可以按照非突發(non-burst)模式工作。
第一帶寬與第一物理層相關聯，第二帶寬與第二物理層相關聯。例如，兩台使用IEEE 802.11標準進行通信的設備可以實現本發明的多個方面。計算設備可使用例如IEEE 802.11協 定通過每台設備各自的第一物理層在第一帶寬上傳送一個或多個控制信號。此外，這兩台設備還可使用第二帶寬通過每台設備各自的第二物理層傳送高速無線資料。在一個代表性實施例中，可通過使用發送或接收設備上的定向天線(directional antenna)在特定方向上發送或接收高速資料。例如，可使用一個或多個控制信號來管理定向天線的旋轉或移動，以此來確定天線波束的方向。上述一個或多個控制信號可用於在第一和第二設備之間獲取和傳送各種握手和/或設備管理資料。可基於例如第一設備相對於第二設備的位置或場所來旋轉或移動第一設備或第二設備的定向天線。
圖1A是依據本發明一個實施例的通過第一物理連接(也就是PHY或物理層)發送控制信號116、通過第二物理連接(也就是PHY或物理層)發送高速資料112的兩個示範性設備的結構示意圖。如圖所示，在數位視頻錄影機(DVR)/高清晰度(HD)視頻源104與電視機108之間傳送雙向控制信號116，而從DVR/HD視頻源104到電視機108單向傳送高速資料112。控制信號116可用于建立、初始化和配置對DVR/HD視頻源104和電視機108的管理，使得可以在視頻源104與電視機108之間正常的發送和接收高速資料112。控制信號116可用於在傳送高速資料之前在兩台設備之間執行握手操作。此外，控制信號116還可對從DVR/HD視頻源104發往電視機108的高速資料112進行“流量管理”。DVR/HD視頻源104可用于向電視機108發送電影。在一個代表性實施例中，可通過低帶寬連接發送控制信號116，而通過高帶寬連接發送高速資料112。在一個代表性實施例中，低帶寬連接可遵循IEEE 802.11、IEEE 802.15或ECMA-368/369(Wimedia UWB)通信標準。IEEE 802.11和IEEE 802.15標準可直接從電氣和電子工程師學會獲取，而ECMA-368/369標準的詳細內容可從ECMA國際(一個工業標準組織)獲取。高帶寬連接可以是用於傳送高速資料112的點到點無線通信連接。高速資料傳輸可使用任意可用頻 段。在一個代表性實施例中，通過59-66Ghz之間的可用頻段來傳送高速資料112。高速資料可通過高達接近例如10Gbgs的速度來傳送。
圖1B是依據本發明一個實施例的通過第一物理連接(也就是PHY或物理層)發送控制信號116、通過第二物理連接(也就是PHY或物理層)發送高速資料112的示範性設備的示意圖。可在例如電腦120和視頻播放器124之間，以及電腦120和高清晰度(HD)相機128之間傳送雙向控制信號116。可通過低帶寬連接來傳送雙向控制信號116，而通過高帶寬連接來傳送高速資料112。視頻播放器124可以是例如視頻IPOD。電腦120可用于向例如視頻播放器124發送高速資料112如高清晰度(HD)視頻。通過這種方式，觀衆可使用例如其視頻IPOD來方便地收看HD電影。在圖1B所示的代表性實施例中，HD相機128可用于向電腦120發送高清晰度(HD)視頻或照片。當電腦120與視頻播放器124和HD相機128中任意的一個一起使用時，可使用雙向控制信號116來對發送的任意高速資料112進行配置、初始化、建立和斷開。在一個代表性實施例中，設置在每台設備(也就是電腦120、視頻播放器124或HD相機128)中的天線可通過控制信號116來控制。該天線可用於接收和/或發送高速資料112。例如，通過使用這些控制信號116,天線可將其波束設定在特定的方向上。可將天線設置在特定的方向上，以使傳輸增益最大，這樣便可例如高效地接收高速資料傳輸。在一個代表性實施例中，定向天線可在接近6.4-64度之間的波束寬度內工作。
圖2是依據本發明一個實施例的兩台設備之中每一個設備所使用的單個介質存取控制(MAC)位址和兩個物理層的示意圖。兩台設備中的第一設備使用第一MAC位址204和兩個物理層212、216(也就是兩個物理連接或“PHY”)。第一物理層212可包括支援超寬帶(UWB)Wimedia傳輸的物理層，第二物理層216可支援在中心在接近60Ghz的頻帶上進行高速傳 輸。同理，兩台設備中的第二設備使用第二MAC位址208和兩個物理層212、216。例如第一物理層212可遵循超寬帶(UWB)Wimedia物理層(如在ECMA-368/369標準中指定的)，而第二物理層216可包括支援通過中心設置在接近60Ghz的頻帶上進行高速單向資料傳輸的任意物理層。第一物理層212可遵循可在其物理層中使用CSMA協定的任意無線標準。第一物理層212可遵循例如IEEE 802.11或IEEE 802.15或ECMA-368/369。如圖2所示，第二物理層216可配置成用於進行單向傳輸，以在從一台設備到另一台設備之間提供不間斷的單向資料傳輸。然而，第一物理層212可用於在兩台設備之間提供一個或多個雙向控制信號。該雙向控制信號可承載設備管理資料如配置、時序和/或控制資料。上述一個或多個控制信號可用於在設備之間進行驗證(authentication)和關聯、分配通信通道以在兩台設備之間傳送高速資料，還可為兩台設備進行天線訓練和設置。通信通道是使用設置在兩台設備中的第二物理層216來實現的。第二物理層216可用於承載從第一設備單向發往第二設備的高速資料。第二物理層216可使用頻分多址(FDMA)或時分多址(TDMA)協定來發送高速資料。在一個代表性實施例中，高速資料能夠以高達接近10Gbps的速率發送。
圖3是依據本發明一個實施例的在兩台設備之間發送高速無線資料的方法的操作流程圖。在步驟304，使用第一物理層在第一設備和第二設備之間建立通信。第一物理層可遵循CSMA協定。例如，第一物理層可遵循IEEE 802.11、802.15或ECMA-368/369。在一個代表性實施例中，第一或第二設備可使用CSMA協定發送信標，以告知其存在和可用性。第一或第二設備可發送一個或多個控制信號來管理高速無線資料傳輸。上述信標和/或一個或多個控制信號可通過第一帶寬發送。第一或第二設備可在全方向上發送信標。隨後，在步驟308，可使用第一物理層來在例如第一和第二設備之間進行驗 證(authenticating)和分配通信通道。第二物理層可使用該通信通道來發送高速無線資料。隨後，在步驟312，與第一和第二設備相關聯的每個定向天線都將進行初始化和訓練，用於對每個定向天線的位置進行設置，以便可以通過最佳方式發送和接收高速無線資料。在步驟316，對定向天線的位置進行優化設置，以便在第一設備和第二設備之間提供高效的高速無線資料傳送。隨後，在步驟320，使用第一和第二設備中的第二物理層來正確地建立高速通信通道。第二物理層可通過第二帶寬(也就是不同於第一帶寬的)發送高速無線資料。最後，在步驟324，在第一和第二設備之間發送高速無線資料。該高速無線資料可包括任意類型的資料，可包括多媒體、視頻、音頻和/或語音資料。在一個代表性實施例中，在單個方向上(例如從第一設備到第二設備)發送高速無線資料。在一個代表性實施例中，發射功率可介於+5到+10dBM之間，發射器和/或接收器增益可介於+10到+30db之間，射頻(RF)帶寬可接近2Ghz，裝置雜訊值在8到20dB之間。
雖然本發明是參考特定實施例來描述的，但本領域的技術人員應當明白，可以在不脫離本發明實質的前提下，對上述內容進行修改或者等效替代。此外，在不脫離本發明實質的情況下，還可針對具體情況或材料，對上文講述的內容進行修改。因此，本發明的範圍並不受特定實施例的限制，但本發明卻包含所有落入申請專利範圍內的實施例。
104‧‧‧數位視頻錄影機(DVR)/高清晰度(HD)視頻源
108‧‧‧電視機
116‧‧‧控制信號
112‧‧‧高速資料
120‧‧‧電腦
124‧‧‧視頻播放器
128‧‧‧高清晰度(HD)相機
204‧‧‧第一介質存取控制(MAC)位址
208‧‧‧第二MAC位址
212‧‧‧第一物理層
216‧‧‧第二物理層
圖1A是依據本發明一個實施例的通過第一物理連接發送控制信號、通過第二物理連接發送高速資料信號的兩個示範性設備的結構示意圖；圖1B是依據本發明一個實施例的通過第一物理連接發送控制信號、通過第二物理連接發送高速資料的示範性設備的示意圖；圖2是依據本發明一個實施例的兩台設備之中每一個所使 用的單個介質存取控制位址和兩個物理層的示意圖；圖3是依據本發明一個實施例的在兩台設備之間發送高速無線資料的方法的操作流程圖。
圖3為流程圖，無元件符號說明

Claims (9)

  1. 一種在無線設備之間傳送高速無線資料的方法，其特徵在於，包括：使用第一無線設備的第一物理層無線地在所述第一無線設備和第二無線設備之間經由第一帶寬雙向地傳送控制信號，其中所述控制信號包括天線訓練信號，以定向地定位所述第一無線設備的天線及所述第二無線設備的天線使定向地互相通信，且所述第一物理層耦接至介質存取控制(MAC)層；及使用所述第一無線設備的第二物理層以在所述第一無線設備和所述第二無線設備之間使用定向天線經由第二帶寬傳送所述高速無線資料，所述第二帶寬不同於所述第一帶寬，且在使用所述第一物理層以完成天線訓練之後傳送所述高速無線資料，其中所述第二物理層亦耦接至所述介質存取控制(MAC)層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，所述控制信號提供由所述第一無線設備至所述第二無線設備的高速無線資料傳送的建立、初始化及管理。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，所述第一物理層使用載波偵聽多路存取(CSMA)協定。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中，所述載波偵聽多路存取(CSMA)協定遵循超寬帶Wimedia或ECMA-368/369標準。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中，所述載波偵聽多路存取(CSMA)協定遵循IEEE 802.11或IEEE 802.15。
  6. 一種傳送高速無線資料的裝置，其特徵在於，包括：介質存取控制(MAC)層；第一物理層，耦接至所述介質存取控制(MAC)層，以無線地利用無線設備經由第一帶寬雙向地傳送控制信號，其中所述控制信號包括天線訓練信號，以定向地定位所述裝置的天線及所述無線設備的天線使定向地互相通信；及 第二物理層，亦耦接至所述介質存取控制(MAC)層，以將高速無線資料傳送至所述無線設備，且在使用所述第一物理層以完成天線訓練之後，所述裝置和所述無線設備使用定向天線經由第二帶寬來傳送所述高速無線資料，所述第二帶寬不同於所述第一帶寬。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的裝置，其中，所述第一物理層使用載波偵聽多路存取(CSMA)協定。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的裝置，其中，所述第一物理層遵循ECMA-368/369標準。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的裝置，其中，所述第一物理層遵循IEEE 802.11或IEEE 802.15。
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