TWI422251B - 通訊裝置及識別包含於ｒｆ信號中ｉｄ封包之方法 - Google Patents

通訊裝置及識別包含於ｒｆ信號中ｉｄ封包之方法 Download PDF

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Description

通訊裝置及識別包含於RF信號中ID封包之方法 發明之相關案
本發明請求2010年4月15日申請之美國臨時申請案(U.S. Provisional Application No. 61/324,340)之優先權，請結合並參考該案。
本發明係有關於通訊裝置，更具體地，本發明係關於一種通訊裝置及識別包含於RF信號中的ID封包的方法。
藍芽無線技術是一種短距通訊技術，該技術能夠替代連接可攜通訊裝置及/或固定通訊裝置的電纜，同時還能維持較高水平的安全性。藍芽技術的一些關鍵特性為穩健、低功耗以及低成本。藍芽技術的標準定義了一個能讓多種裝置互相連接、互相通訊的統一架構。
所有藍芽裝置皆可預設處於一待機模式(standby mode)。於待機模式中，未連接的裝置周期性地收聽有無消息。該程序被稱作掃描，且被分為兩種：頁掃描(page scan)與查詢掃描(inquiry scan)。頁掃描被定義為一連接子狀態(connection sub-state)，於該子狀態中，裝置透過“呼叫”每隔1.28秒於一個掃描窗口長度(11.25 ms)的時間內收聽自己的裝置存取碼(device access code，DAC)，以建立起裝置間的實際連接。詢問掃描非常近似於頁掃描，只是在訊問掃描子狀態時，接收裝置透過“詢問”(via an "inquiry")掃描來尋找詢問存取碼。詢問掃描用來找到一範圍內有哪些裝置，並且找到該範圍內裝置的位置以及時脈。因此，藍芽裝置的普通掃描的程序一般在掃描窗口(11.25ms)內執行。而一個掃描窗口通常由多個藍芽訊框(1.25ms)組成，一個藍芽訊框由多個時槽組成。
頁掃描子狀態(page sub-state)是由主控藍芽裝置(master Bluetooth device)使用來啟動並連接從屬藍芽裝置(slave Bluetooth device)，從屬藍芽裝置在頁掃描子狀態內週期性醒來。主控藍芽裝置藉由在不同的跳躍通道(hop channels)內反覆發送從屬裝置的裝置存取碼(DAC)來嘗試捕獲從屬藍芽裝置。於頁掃描子狀態(page sub-state)中，主控藍芽裝置於大量不同跳躍頻率(hop frequencies)上快速發送對應目標從屬藍芽裝置(targeted slave Bluetooth device)的裝置存取碼(ID封包)來建立連接。因為ID封包是一種非常短的封包，跳躍速率(hop rate)可從1600 hops/s的速率提高至3200 hops/s的速率。因為主控藍芽裝置的藍芽時脈與從屬藍芽裝置的時鐘可能不同步，如此，主控藍芽裝置並不能準確知道從屬藍芽裝置何時醒來以及從屬藍芽裝置在哪個跳躍頻率(hop frequency)上。因此，主控藍芽裝置將一連串相同的DAC傳送到不同的跳躍頻率上，並於傳送間隔內收聽，直到主控藍芽裝置接到從屬藍芽裝置的回應。第1圖繪示頁掃描與詢問掃描傳送的時序圖，其中頁掃描或詢問掃描訊息對100根據藍芽規格在掃描窗口(11.25ms)內重複傳輸。
可是，當處於待機模式，藍芽裝置會因為詢問掃描與頁掃描而消耗功率。即便藍芽裝置未連接時也消耗相當多電池能量，這樣不是期望的情形。
因此，需要一種新的通訊裝置以及一種新的藍芽ID封包識別方法，以於待機模式下減少通訊裝置之功率消耗。
有鑑於此，本發明提供一種新的通訊裝置及識別包含於RF信號中ID封包之方法，以於待機模式下減少通訊裝置之功率消耗。
本發明提供一種通訊裝置，包含：RF模組，用於接收RF信號並對應RF信號產生中介信號；以及掃描模組，耦接至RF模組，用於識別對應中介信號之時域形態，並根據識別之時域形態決定RF信號是否包含ID封包。
本發明另提供一種通訊裝置，包含：RF模組，用於接收RF信號；以及掃描模組，耦接至RF模組，該掃描模組具有至少兩種掃描模式，包含快速掃描模式與普通掃描模式，其中當操作於快速掃描模式時，掃描模組識別對應RF信號之時域形態，並根據識別之時域形態決定RF信號是否包含ID封包。
本發明另提供一種識別包含於一RF信號中一ID封包之方法，該方法包含：接收RF信號並對應RF信號產生中介信號；以及執行快速掃描程序，包含：識別對應中介信號之時域形態；以及根據識別之時域形態決定RF信號是否包含ID封包。
本發明之所述裝置及方法能更快決定是否存在ID封包，如此便減少了功率消耗，並能在藍芽相容網路獲取頁掃描與詢問掃描的高偵測率與低誤警率。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。以外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
第2A圖繪示根據本發明之實施例之用於識別ID封包之通訊裝置200。通訊裝置200包含RF模組210，類比數位轉換器(ADC)220，以及掃描模組230。於第2A圖中，RF模組210經由天線260接收RF信號。接著，ADC220從RF模組210接收信號，並將接收的信號轉換為數位信號SD 。然後，掃描模組230對數位信號SD 執行快速掃描程序(fast scan procedure)，以識別對應數位信號之時域形態(time-domain pattern)，並根據識別出的時域形態決定RF模組210接收的RF信號是否包含ID封包。更具體地，掃描模組230將識別之時域形態與既定的ID形態比較，並當比較結果指示辨識之時域形態與既定的ID形態匹配時，決定RF信號包含ID封包。時域形態可包含功率分布形態(power distribution pattern)。如第2A圖所示，掃描模組230包含功率偵測單元240以及封包識別單元250。功率偵測單元240週期性偵測數位信號SD 的功率來獲取功率偵測信號Spower 。接著，封包識別單元250能根據時域中的功率偵測信號Spower 的功率分布形態決定RF信號是否包含ID封包，並提供功率決定結果Sresult 給後續的操作。舉例來說，從RF信號識別出藍芽ID封包後，通訊裝置200可偵測到一個發送藍芽ID的同級藍芽裝置就在附近，然後通訊裝置200可根據藍芽ID封包決定是否與該附近的藍芽裝置建立通訊連接。
於一實施例中，通訊裝置200可進一步包含一降頻器，耦接於RF模組210與掃描模組230之間(如第2B圖所示)，降頻器用於將RF模組210的信號降頻並轉換為例如中頻信號(intermediate frequency signal)或基頻信號(Baseband signal)的中介信號(intermediary signal)，接著掃描模組230可根據中介信號執行快速掃描程序，以識別是否接收到藍芽ID封包。更進一步，ADC 220可實作於功率偵測單元240與封包識別單元250之間而不是如第2A圖中所示的功率偵測單元240之前，以減少由ADC 220引起的轉換畸變(conversion distortion)而獲取更精準的功率偵測信號Spower 。換言之，功率偵測可於類比域(analog domain)或數位域(digital domain)實施，並且可於RF頻寬，IF頻寬或基頻其中之一實施。
第3圖繪示根據本發明之實施例之第2A圖或第2B圖中的通訊裝置200的信號時序圖。於第3圖中，信號S1代表藍芽ID封包格式(本實施例中，以八個時槽ST1-ST8為例)，以及信號S2代表第2A圖或第2B圖的RF模組210接收的信號S1的功率波形。以第2A圖為例，功率偵測單元240可藉由對數位信號SD 取樣獲取功率偵測信號Spower ，並比較取樣值與一門檻值。如此，當信號S2超過門檻值時，功率偵測信號Spower 就處於高邏輯位準“1”，當信號S2沒有超過門檻值時，功率偵測信號Spower 處於低邏輯位準“0”。若存在ID封包，數位信號SD 的至少兩個功率峰值(舉例來說，在時槽ST1與ST2的峰值或是在時槽ST2與ST5的峰值)在1005.5μs 的時段內會被功率偵測單元所偵測到。因此，功率偵測單元240可提供包含N位元功率分布形態(N-bit power distribution pattern)的功率偵測信號Spower ，該功率分布形態覆蓋1005.5μs ，以表達數位信號SD 的功率分布。雖然此處以N位元硬式判斷(hard decision)為例，但是應注意的是，軟式功率訊息(soft power information)也可用來偵測兩個功率峰值。
第4圖繪示根據本發明實施例之第2A圖或第2B圖中的通訊裝置200的功率偵測信號Spower 的示例圖。於本實施例中，每一時段T1包含N個子段(例如18子段，每一大致等於72μs )，並且N位元之每一指示T1內對應子段的功率位準。需要注意的是，時段T1的時間長度必須要足夠大能覆蓋1005.5μs ，以包含數位信號SD 的至少兩個功率峰值，如上所述。第4圖中，功率分布形態由18個位元組成。第4圖中繪示兩個不同功率分布形態P1與P2。接收功率偵測信號Spower 之後，封包識別單元250決定功率分布形態P1或P2與一預定藍芽ID形態是否匹配。若功率分布形態與既定藍芽ID形態匹配，則封包識別單元250決定偵測到一藍芽ID封包。如第3圖所示，ID封包可表示為具有高邏輯位準“1”的兩個位元被接近312.5μs 或937.5μs 的時間間隔所分隔。於功率分布形態P1中，標記41包含具有高邏輯位準“1”的兩個位元，該兩個位元被具有低邏輯位準“0”的兩個位元分隔開，該標記41的長度接近312.5μs 。於功率分布形態P2中，標記42包含具有高邏輯位準“1”的兩個位元，該兩個位元被具有低邏輯位準“0”的十個位元分隔開，該標記42的長度接近937.5μs 。因此，功率分布形態P1與P2分別與藍芽ID形態其中之一匹配。
第5圖繪示根據本發明之實施例的第2A圖或第2B圖中的通訊裝置200中的功率偵測信號Spower 的另一示例圖。類似地，於第5圖中，藉由每隔72μs 偵測一次數位信號SD 的功率的功率分布形態，連續測18次來獲取功率分布形態。更進一步，第5圖中繪示兩個不同功率分布形態P3與P4。接收功率偵測信號Spower 之後，第2A圖或第2B圖中的封包識別單元250可提供功率決定結果Sresult ，以指示功率分布形態P3或P4是否與藍芽ID形態匹配。舉例來說，於功率分布形態P3中，沒有兩個具有高邏輯位準“1”的位元被分隔開312.5μs 或937.5μs ，且具有高邏輯位準“1”的連續位元的數量大於或等於一個特定值(例如≧4)，如標記51所示；因此，封包識別單元250可決定功率分布形態P3並不與任何藍芽ID形態匹配，所以為雜訊/干擾形態。另外，於功率分布形態P4中，雖然偵測到兩個具有高邏輯位準“1”的位元，並且被兩個低邏輯位準“0”的位元所隔開(標記52與標記53)的情況，封包識別單元250仍然決定功率分布形態P4並不與藍芽ID封包匹配，因為P4中存在四個連續分隔組，每一個分隔組都由一個具有高邏輯位準“1”的位元以及隨後的一個或多個具有低邏輯位準“0”的位元所組成，如第5圖中所示的標記54，55，56及57。因為功率分布形態P4的連續分隔組的數量大於或等於特定值(例如≧4)，封包識別單元250可決定功率分布形態P4與雜訊/干擾形態更匹配，而不是藍芽ID形態；封包識別單元250更提供功率決定結果Sresult 告知給後續電路，其中上述實施例中的特定值根據實施選擇來決定。
第6圖繪示根據本發明之實施例之第2A圖或第2B圖中通訊裝置200的功率偵測信號Spower 的另一示例圖。類似地，於第6圖中，每一功率分布形態P5-P8藉由每隔72μs 偵測一次數位信號SD 的功率，連續偵測18次來獲取。於本實施例中，P5，P6，P7及P8中每一功率分布形態都沒有具有高邏輯位準“1”的位元，這意味數位信號SD 的功率在四個連續快速掃描程序中沒有超過門檻值。這種時域形態的情形表示既定時段內沒有偵測到功率位準或偵測到低功率位準，掃描模組230可從快速掃描模式切換至普通掃描模式，而且普通掃描程序可於一掃描窗口(11.25ms)內執行，來進一步確認天線260接收的RF信號是否包含藍芽封包或是雜訊。
第7圖繪示根據本發明實施例之第2A圖或第2B圖中之通訊裝置200的功率偵測信號Spower 的另一示例圖。類似地，功率分布形態P9藉由在每隔72μs 內偵測一次數位信號SD 的功率，連續測18次來獲取。於本實施例中，功率分布形態P9中具有高邏輯位準“1”的連續位元的數量大於或等於特定值(例如16)。因此，封包識別單元250可決定功率分布形態P9與藍芽ID形態並不匹配，並提供功率決定結果Sresult 告知後續電路。當時域形態指示既定時段內偵測到高功率位準或干擾時，掃描模組230可從快速掃描模式切換至普通掃描模式，以進一步確認天線260接收的RF信號是否包含任何藍芽封包或例如由Wi-Fi封包引起的雜訊。
第8圖繪示根據本發明之實施例之通訊裝置之識別ID封包之方法的流程圖。首先，經由天線(例如260)與通訊裝置的RF模組(例如210)接收RF信號(步驟S802)。接著，於步驟S804中，RF信號被轉換為中介信號，例如數位信號，中頻信號或基頻信號。接著，於步驟S806中，通訊裝置的掃描模組(例如230)對中介信號執行快速掃描程序，以於時域中獲取對應中介信號的功率分布形態，並根據該功率分布形態獲取對應RF信號的功率決定結果。接著，於步驟S808中，根據從步驟S806中獲取的功率決定結果執行後續程序。舉例來說，若功率決定結果指示功率分布形態與藍芽ID匹配(例如第4圖中的P1或P2)，通訊裝置可基於ID封包與同級藍芽裝置建立連接。若功率分布結果指示功率分布形態與雜訊/干擾ID形態匹配(例如第5圖中的P3或P4)，通訊裝置可決定RF信號包含雜訊干擾或RF信號並不包含任何藍芽ID封包。因此，通訊裝置可繼續週期性執行快速掃描程序，以監控時域內對應中介信號的功率分布形態。若功率決定結果指示在既定時段內的功率分布形態中並未偵測到功率或偵測到低功率(例如第6圖中的P5-P8)，通訊裝置可停止執行快速掃描程序，然後開始執行普通掃描程序來進一步確認RF信號是否包含任何藍芽ID封包。若功率決定結果指示功率分布形態內偵測到高功率位準(例如第7圖中的P9)，通訊裝置可停止執行快速掃描程序，然後開始執行普通掃描程序來進一步確認RF信號包含複數個藍芽ID封包或包含由Wi-Fi封包引起的雜訊干擾。因此，藉由執行本發明之快速掃描程序，通訊裝置能更快決定是否存在ID封包，如此便減少功率消耗。更進一步，使用本發明能在藍芽相容網路能夠獲取頁掃描與詢問掃描的高偵測率與低誤警率。
上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利範圍應以申請專利範圍為準。
100．．．訊息對
200．．．通訊裝置
210．．．RF模組
220．．．ADC
230．．．掃描模組
240．．．功率偵測單元
250．．．封包識別單元
260．．．天線
T1‧‧‧時段
P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9‧‧‧功率分布形態
ST1-ST8‧‧‧時槽
41、42、51、52、53、54、55、56、57‧‧‧標記
S802-S808‧‧‧步驟
第1圖繪示頁掃描與詢問掃描傳送的時序圖。
第2A圖繪示根據本發明之實施例之用於識別ID封包之通訊裝置200。
第2B圖繪示根據本發明之實施例之用於識別ID封包之通訊裝置200。
第3圖繪示根據本發明之實施例之第2A圖或第2B圖中的通訊裝置200的信號時序圖。
第4圖繪示根據本發明實施例之第2A圖或第2B圖中的通訊裝置200的功率偵測信號的示例圖。
第5圖繪示根據本發明之實施例的第2A圖或第2B圖中的通訊裝置200中的功率偵測信號的另一示例圖。
第6圖繪示根據本發明之實施例之第2A圖或第2B圖中通訊裝置200的功率偵測信號的另一示例圖。
第7圖繪示根據本發明實施例之第2A圖或第2B圖中之通訊裝置200的功率偵測信號的另一示例圖。
第8圖繪示根據本發明之實施例之通訊裝置之識別ID封包之方法的流程圖。
200．．．通訊裝置
210．．．RF模組
220．．．ADC
230．．．掃描模組
240．．．功率偵測單元
250．．．封包識別單元
260．．．天線

Claims (21)

  1. 一種通訊裝置，包含：一RF模組，用於接收一RF信號並產生對應該RF信號之一中介信號；以及一掃描模組，耦接至該RF模組，用於識別對應該中介信號之一功率分布形態，並根據該識別之功率分布形態在時域上的時間間隔來決定該RF信號是否包含一ID封包。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該掃描模組將識別之該功率分布形態在時域上的時間間隔與一既定ID形態比較，當該比較結果指示識別之該功率分布形態在時域上的時間間隔與該既定ID形態匹配時，決定該RF信號包含該ID封包。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該掃描模組包含：一功率偵測單元，耦接至RF模組，於一特定時段內偵測該中介信號之功率位準，以產生該中介信號之該功率分布形態；以及一封包識別單元，耦接至該功率偵測單元，根據該功率分布形態在時域上的時間間隔來決定該RF信號是否包含該ID封包。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之通訊裝置，其中該功率分布形態包含N位元，且該特定時段包含N子段，且每一該等位元指示該特定時段中一對應子段內該中介信號之功率位準。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中具有一第一邏輯位準之每一位元用來指示該中介信號之功率位準於該對應子段內超過一門檻值，且具有一第二邏輯位準之每一位元用來指示該中介信號之功率位準於該對應子段內並未超過該門檻值，其中該第二邏輯位準與該第一邏輯位準不同。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中當該功率分布形態之具有該第一邏輯位準之兩個位元被接近於312.5 μs 或937.5 μs 之一時間間隔分隔時，該功率分布形態與一既定藍芽ID形態匹配。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中當該功率分布形態之具有該第一邏輯位準之連續位元的數量超過或等於一特定值時，該功率分布形態與一既定藍芽ID形態不匹配。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中當該功率分布形態之連續分隔組之數量大於或等於一特定值時，該功率分布形態與一既定藍芽ID形態不匹配，其中每一該等分隔組由具有該第一邏輯位準之一第一位元，以及與該第一位元相鄰之具有該第二邏輯位準之一或多個位元組成。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之通訊裝置，更包含：一類比數位轉換器，耦接於該功率偵測單元與該封包識別單元之間，用於對該中介信號之該功率分布形態取樣，以產生複數個取樣結果；其中該封包識別單元根據該等取樣結果在時域上的 時間間隔來決定該RF信號是否包含該ID封包。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包含：一類比數位轉換器，耦接於該RF模組與該掃描模組之間，用於取樣該中介信號來產生複數個取樣結果；其中該掃描模組基於該等取樣結果識別對應該中介信號之該功率分布形態。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，用來識別一藍芽ID封包，當該掃描模組決定該RF信號包含一同級藍芽裝置發送之一ID封包時，該通訊裝置被設定來基於該ID封包與該同級藍芽裝置建立一連接。
  12. 一種通訊裝置，包含：一RF模組，用於接收一RF信號；以及一掃描模組，耦接至該RF模組，該掃描模組具有至少兩種掃描模式，包含一快速掃描模式與一普通掃描模式，其中當操作於該快速掃描模式時，該掃描模組識別對應該RF信號之一功率分布形態，並根據識別之該供率分布形態在時域上的時間間隔來決定該RF信號是否包含一ID封包。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之通訊裝置，其中該掃描模組比較識別之該功率分布形態在時域上的時間間隔與一既定ID形態，以及當該比較結果指示識別之該功率分布形態在時域上的時間間隔與該既定ID形態匹配時，決定該RF信號包含該ID封包。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之通訊裝置，其中當對應該RF信號之該功率分布形態指示在一既定時段內未 偵測到功率位準或偵測到低功率位準時，該掃描模組從該快速模式切換至該普通模式。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之通訊裝置，當對應該RF信號之該功率分布形態指示在一既定時段內偵測到高功率位準或干擾時，該掃描模組從該快速掃描模式切換至該普通掃描模式。
  16. 一種識別包含於一RF信號中一ID封包之方法，該方法包含：接收一RF信號並產生對應該RF信號之一中介信號；以及執行一快速掃描程序，包含：識別對應該中介信號之一功率分布形態；以及根據識別之該功率分布形態在時域上的時間間隔來決定該RF信號是否包含一ID封包。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之識別包含於一RF信號中一ID封包之方法，其中該決定步驟包含：比較識別之該功率分布形態在時域上的時間間隔與一既定ID形態；以及當該比較結果指示識別之該功率分布形態在時域上的時間間隔與該既定ID形態匹配時，決定該RF信號包含該ID封包。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之識別包含於一RF信號中一ID封包之方法，其中識別對應該中介信號之該功率分布形態之步驟包含：於一特定時段內偵測該中介信號之該功率位準，以產 生該中介信號之該功率分布形態。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之識別包含於一RF信號中一ID封包之方法，其中該功率分布形態包含N位元，該特定時段包含N子段，以及每一該等位元指示該特定時段中一對應子段內該中介信號之功率位準。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之識別包含於一RF信號中一ID封包之方法，該方法更包含：當對應該中介信號之識別之該功率分布形態指示一既定時段內並未偵測到功率位準或偵測到低功率位準時，執行一普通掃描程序。
  21. 如申請專利範圍第16項所述之識別包含於一RF信號中一ID封包之方法，該方法更包含：當對應該中介信號之識別之該功率分布形態指示一既定時段內偵測到高功率位準或干擾時，執行一普通掃描程序。
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