TWI549557B - 在兩通訊裝置之間進行裝置對裝置通訊之方法 - Google Patents

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在兩通訊裝置之間進行裝置對裝置通訊之方法
本發明相關於一種在兩通訊裝置之間進行裝置對裝置通訊之方法，尤指一種使用載波偵測技術來監聽同步訊號以在兩通訊裝置之間進行裝置對裝置通訊之方法。
在無線通訊系統中，二個通訊裝置可透過一基地台間接地與對方進行通訊，或是透過裝置對裝置(device-to-device,D2D)的通訊模式直接和對方進行資料傳輸。D2D架構可採用兩種模式來分配資源(resource allocation)：網路端主導模式或用戶端主導模式。
在網路端主導模式下，當兩通訊裝置在基地台的覆蓋範圍之內(in coverage)且欲進行D2D通訊時，基地台會將所需的資源分配給這兩個通訊裝置。然而，若是基地台過於繁忙或是資源不足，可能會造成傳輸延遲，降低進行D2D通訊時的資料傳輸效能。此外，網路端主導模式的覆蓋面積有限，無法應用在當通訊裝置在基地台的覆蓋範圍之外(out-off coverage)的情況。
在用戶端主導模式下，當兩通訊裝置欲進行D2D通訊時，會從資源池(resource pool)中選擇特定資源來進行資料傳輸。在無基地台控制的情況下，通訊裝置需依據載波偵測多重存取/偵測碰撞(carrier sense multiple access/collision detection,CSMA/CD)或載波偵測多重存取/避免碰撞(carrier sense multiple access/collision avoidance,CSMA/CA)等競爭機制來爭取資源，以避免在D2D通訊時發生資料碰撞(data collision)的情況。在先前技術的D2D通訊架構下，通訊裝置所執行之載波偵測係透過監聽網路上是否有其它裝置傳出的資料以降低碰撞機率，針對D2D通訊在語音方面的應用所產生的週期性傳輸，載波偵測並不是有效率的資源分配方式。此外，D2D通訊在用戶端主導模式下的隨意(ad-hoc)特性造成一種隱藏終端點(hidden terminal)問題，亦即當彼此不在傳送範圍內的第一通訊裝置和第二通訊裝置想同時傳送資料給同一第三通訊裝置時，就會發生碰撞而造成干擾。
因此，針對無線通訊系統中在兩通訊裝置之間所進行的D2D通訊，實有必要提出一種低傳輸延遲、高頻譜使用效率和高網路覆蓋率的資源配置方式。
本發明提供一種在兩通訊裝置之間進行裝置對裝置通訊之方法，其包含提供複數個資源組和複數個同步訊號；決定相關於發送資料之一第一監控時間和相關於接收資料之一第二監控時間；將該複數個資源組中一資源組連結至該複數個同步訊號中一同步訊號、該第一監控時間和該第二監控時間；一通訊裝置判斷是否有其它裝置正在傳送該同步訊號；以及當該通訊裝置判斷並無任何裝置正在傳送該同步訊號時，傳送該同步訊號以主張該資源組之使用權。
10‧‧‧網路端
20‧‧‧電子裝置
100‧‧‧無線通訊系統
200‧‧‧處理裝置
210‧‧‧儲存單元
214‧‧‧程式碼
220‧‧‧通訊介面單元
300~390‧‧‧步驟
F0~F6‧‧‧載波頻段
T0~T9‧‧‧子訊框
RB1~RB3‧‧‧資源塊
SS1~SS3‧‧‧同步訊號
UE1~UE6‧‧‧通訊裝置
TX1~TX3、TY1~TY3‧‧‧時間點
第1圖為本發明實施例一無線通訊系統之示意圖。
第2圖為本發明實施例一電子裝置之功能方塊圖。
第3圖為本發明實施例中一種在兩通訊裝置之間進行D2D通訊之方法流程 圖。
第4圖為本發明實施例中在兩通訊裝置之間進行D2D通訊之示意圖。
第1圖為本發明實施例一無線通訊系統100之示意圖。無線通訊系統100可簡略地由一網路端10及複數個通訊裝置所組成。針對欲進行D2D通訊之一傳送端通訊裝置和一接收端通訊裝置，本發明可由網路端10或傳送端通訊裝置協助啟始化，例如對等點發現(peer discovery)、資源分配，及/或建立連結等。值得注意的是，對等點發現或建立連結之方式並不限定本發明之範疇。
在第1圖中，SS1~SS3代表無線通訊系統100中一傳送端通訊裝置和一接收端通訊裝置在進行D2D通訊時所使用之同步訊號，而TX1~TX3和TY1代表傳送端通訊裝置或接收端通訊裝置傳送同步訊號的時間點。本發明無線通訊系統100中各通訊裝置進行D2D通訊之方式在說明書後續內容中將有詳細說明。
在本發明一實施例中，網路端10可為一通用行動通訊系統(universal mobile telecommunications system,UMTS)中包含複數個基地台(node-B,NB)的一通用陸地無線存取網路(universal terrestrial radio access network,UTRAN)。在本發明另一實施例中，網路端10可為一長期演進(long term evolution,LTE)系統、一先進長期演進(LTE-Advanced,LTE-A)系統或先進長期演進系統的進階版本中包含複數個演進式基地台(evolved-NB,eNB)及/或中繼站的一演進式通用陸地無線存取網路(evolved UTRAN,E-UTRAN)。在本發明另一實施例中，網路端10可為符合電機電子工程師學會(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)無線通訊標準之一無線通訊系統中的一基地台。值得注意的是，網路端10之種類並不限定本發明之範疇。
在本發明實施例中，每一通訊裝置可為行動電話、個人數位助理(personal digital assistant,PDA)、掌上型(handheld)電腦、平板(tablet)電腦、迷你桌面(nettop)電腦、筆記型(laptop)電腦，或其它具備D2D通訊功能之可攜式電子裝置。在本發明其它實施例中，每一通訊裝置亦可為桌上型電腦、機上盒、網路端應用裝置，或其它具備D2D通訊功能之固定式電子裝置。為了說明方便，第1圖僅顯示6個通訊裝置UE1~UE6。值得注意的是，通訊裝置之種類和數量並不限定本發明之範疇。
第2圖為本發明實施例一電子裝置20之功能方塊圖。電子裝置20包含一處理裝置200、一儲存單元210及一通訊介面單元220，可用來實施無線通訊系統100之通訊裝置UE1~UE6。處理裝置200可為一微處理器(microprocessor)或一特定應用積體電路(application specific integrated circuit,ASIC)。儲存單元210內存一程式碼214，處理裝置200可透過儲存單元210來讀取及執行程式碼214。在本發明實施例中，儲存單元210包含但不限於用戶識別模組(subscriber identity module,SIM)、唯讀記憶體(read-only memory,ROM)、快閃記憶體(flash memory)、隨機存取記憶體(random-access memory,RAM)、光碟、磁帶、硬碟，或光學資料儲存裝置等。通訊介面單元220可為一無線收發器，其可根據處理裝置200的處理結果來進行D2D通訊以傳送或接收資料。
第3圖為本發明實施例中一種在兩通訊裝置之間進行D2D通訊之方法流程圖。第3圖所示之流程圖可被編譯成程式碼214，其包含以下步驟：
步驟300：提供複數個資源組和複數個同步訊號，並決定相關於發送資料之複數個第一監聽時間和相關於接收資料之複數個第二監聽時間；執行步驟310。
步驟310：將每一資源組分別連結至一相對應之同步訊號、一相對應之第一監聽時間，以及一相對應之第二監聽時間；執行步驟320。
步驟320：傳送端通訊裝置從複數個同步訊號中選取一特定同步訊號，執行步驟330。
步驟330：傳送端通訊裝置在相對應之第一監聽時間和第二監聽時間判斷是否有其它裝置正在傳送被選取之同步訊號；若是，執行步驟340；若否，執行步驟350。
步驟340：傳送端通訊裝置選取相異於特定同步訊號之其它同步訊號；執行步驟330。
步驟350：傳送端通訊裝置在相對應之第一監聽時間傳送被選取之同步訊號以主張相對應資源組之使用權；執行步驟360。
步驟360：傳送端通訊裝置監聽複數個資源組以判斷是否有其它裝置正在使用已主張使用權之相對應資源組；若是，執行步驟340；若否，執行步驟370。
步驟370：傳送端通訊裝置使用已主張使用權之資源組來傳輸資料；執行步驟380。
步驟380：接收端通訊裝置判斷在相對應之第一監聽時間是否偵測到傳送端通訊裝置傳來之同步訊號；若是，執行步驟390；若否，執行步驟380。
步驟390：接收端通訊裝置使用相關於所接收同步訊號之資源組來接收資料，並在相對應之第二監聽時間傳送從傳送端通訊裝置傳來之同步訊號。
在步驟300和310中，當無線通訊系統100之傳送端通訊裝置和接收端通訊裝置在進行D2D通訊時，可使用同步訊號SS1~SSM來同步兩通訊裝置，可使用資源組R1~RM來傳送/接收資料，可在監聽時間TX1~TXM 和TY1~TYM偵測是否有其它裝置正在傳送相對應之同步訊號SS1~SSM。其中，M為大於1之正整數。
第4圖為本發明實施例中執行步驟300和310方式之示意圖。本發明無線通訊系統100可採用正交多頻分工(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技術，其使用之頻寬資源可視為由頻率和時間交織而成之資源塊(resource block,RB)，每一資源塊是分配給不同通訊裝置的最小頻寬資源單位，且同一時間僅能給單一通訊裝置使用。在第4圖所示之實施例中，本發明可將傳輸時間分為長度相同之複數個連續訊框(frame)，且將傳輸頻寬分為寬度相同之複數個載波頻段F0~F6。每一訊框皆包含10個子訊框T0~T9，每一訊框內的監聽時間TX1~TXM和TY1~TYM可對應至子訊框T0~T9中特定子訊框內之時間點，其中TX1≠TY1，TX2≠TY2，...，TXM≠TYM。值得注意的是，無線通訊系統100所採用頻寬資源之架構並不限定本發明之範疇。
在第4圖所示M=3之實施例中，無線通訊系統100共可使用3個資源組R1~R3，每一資源組可包含一或多個資源塊。資源組R1連結至同步訊號SS1、監聽時間TX1和監聽時間TY1，其包含4個資源塊RB1，分別代表在每一訊框之子訊框T2內可使用之載波頻段F2~F5。資源組R2連結至同步訊號SS2、監聽時間TX2和監聽時間TY2，其包含5個資源塊RB2，分別代表在每一訊框之子訊框T0內可使用之載波頻段F2~F3和在子訊框T6內可使用之載波頻段F1~F3。資源組R3連結至同步訊號SS3、監聽時間TX3和監聽時間TY3，其包含7個資源塊RB3，分別代表在每一訊框之子訊框T3內可使用之載波頻段F5~F6、在子訊框T6內可使用之載波頻段F4~F6，和在子訊框T8內可使用之載波頻段F3~F4。
假設在步驟300中將監聽時間TX1~TX3設為對應至子訊框T0，並將監聽時間TY1~TY3設為對應至子訊框T5，此時每一通訊裝置在每一訊框之子訊框T0會去偵測是否有其它裝置正在傳送同步訊號SS1~SS3相關於發送資料，並在每一訊框之子訊框T5會去偵測是否有其它裝置正在傳送同步訊號SS1~SS3。在本發明一實施例中，傳送端通訊裝置可在每一訊框內相關於發送資料的相同監聽時間去偵測連結至所有資源組R1~RM之同步訊號SS1~SSM(亦即TX1=TX2=...=TXM)，且可在每一訊框內相關於接收資料的相同監聽時間去偵測連結至所有資源組R1~RM之同步訊號SS1~SSM(亦即TY1=TY2=...=TYM)。在本發明其它實施例中，傳送端通訊裝置可在每一訊框內相關於發送資料的不同監聽時間去偵測連結至所有資源組R1~RM之同步訊號SS1~SSM(亦即TX1~TXM可具特定先後順序)，且可在每一訊框內相關於接收資料的不同監聽時間去偵測連結至所有資源組R1~RM之同步訊號SS1~SSM(亦即TY1~TYM可具特定先後順序)。值得注意的是，連結至資源組R1~RM之監聽時間TX1~TXM和TY1~TYM其先後順序並不限定本發明之範疇。
在步驟320中，傳送端通訊裝置會選取一特定同步訊號。舉例來說，傳送端通訊裝置可從同步訊號SS1~SSM中選取一第m同步訊號SSm。其中，m為正整數，且1≦m≦M。
在步驟330中，傳送端通訊裝置會判斷是否有其它裝置正在傳送被選取之同步訊號。更明確地說，通訊裝置會在每一訊框之監聽時間TX1~TXM和TY1~TYM分別偵測是否有其它裝置正在傳送同步訊號SS1~SSM中被選取之第m同步訊號SSm。
若傳送端通訊裝置在一第一訊框內的監聽時間TXm和TYm皆未 偵測到其它裝置正在傳送第m同步訊號SSm，此時可在步驟330中判斷沒有任何裝置正在使用第m資源組Rm來發送資料或接收資料，接著會執行步驟350以傳送被選取之同步訊號以主張相對應資源組之使用權。舉例來說，傳送端通訊裝置可在接續第一子訊框之第二子訊框內的監聽時間TXm傳送第m同步訊號SSm，進而向其它通訊裝置宣告已佔據第m資源組Rm的使用權。
另一方面，若傳送端通訊裝置偵測到其它裝置在一第一訊框內的監聽時間TXm或TYm正在傳送第m同步訊號SSm，此時可在步驟330中判斷已有其它裝置正在使用第m資源組Rm來發送資料或接收資料，接著會執行步驟340以選取相異於特定同步訊號之其它同步訊號，例如將m值更新為1~M中除了m之外的其它任意整數，接著再次執行步驟330。直到判斷沒有任何裝置正在傳送被選取之同步訊號後，才會在步驟350中傳送被選取之同步訊號以主張相對應資源組之使用權。
若兩個傳送端通訊裝置同時間執行步驟320和330，可能會一起得到被選取同步訊號並未被使用的判斷結果，進而皆在步驟中350中同時主張同一資源組之使用權。若是這兩個傳送端使用者裝置接著都用同一資源組來傳輸資料，將會造成資料碰撞。因此，在傳送端通訊裝置於步驟350中傳送第m同步訊號SSm以主張第m資源組Rm的使用權後，另會在步驟360中監聽資源組R1~RM以判斷是否有其它裝置正在使用第m資源組Rm。若在步驟360中發現有其它裝置正在使用第m資源組Rm時，傳送端通訊裝置會放棄先前已主張使用權之資源組Rm，並執行步驟340和330以選取/判斷其它同步訊號。唯有在步驟360中再次確認沒有任何裝置正在使用第m資源組Rm時，傳送端通訊裝置才會執行步驟370以使用第m資源組Rm來傳輸資料。
在步驟380中，接收端通訊裝置會判斷是否偵測到傳送端通訊裝 置傳來之同步訊號，例如判斷是否在一第三訊框內的監聽時間TXm偵測到第m同步訊號SSm。第三訊框為第二訊框之後的任意訊框，亦即接收端通訊裝置會持續在每一訊框內的監聽時間偵測同步訊號。若能在第三子訊框內的監聽時間TXm偵測到第m同步訊號，接收端通訊裝置接著會在步驟390中使用第m資源組來接收資料，並在接續第三子訊框之第四子訊框內的監聽時間TYm傳送第m同步訊號SSm，進而告知其它通訊裝置正在使用第m資源組Rm來接收資料。
請同時參考第1圖和第3圖。若通訊裝置UE1在執行步驟320~370後成功地使用資源組R1以發送資料至通訊裝置UE2，通訊裝置UE1在進行D2D通訊的期間會持續在每一訊框內的時間TX1傳送第1同步訊號SS1至鄰近通訊裝置UE2和UE5。當通訊裝置UE2在目前訊框內的監測時間TX1偵測到第1同步訊號SS1時，即可使用資源組R1來接收通訊裝置UE1傳來之資料，並在進行D2D通訊的期間持續在每一訊框內的時間TY1傳送第1同步訊號SS1至鄰近通訊裝置UE1和UE3。若通訊裝置UE3欲進行D2D通訊以發送資料至通訊裝置UE4，但在目前訊框內的監測時間TY1偵測到第1同步訊號SS1時，即可得知有其它通訊裝置正在使用資源組R1來接收資料，因此通訊裝置UE3(在執行步驟320~370後)會使用資源組R2來發送資料至通訊裝置UE4，並在進行D2D通訊的期間持續在每一訊框內的時間TX2傳送第2同步訊號SS2至鄰近通訊裝置UE2和UE4。若通訊裝置UE5欲進行D2D通訊以發送資料至通訊裝置UE6，但在目前訊框內的監測時間TX1偵測到第1同步訊號SS1時，即可得知有其它通訊裝置正在使用資源組R1來發送資料，因此通訊裝置UE5(在執行步驟320~370後)會使用資源組R3來發送資料至通訊裝置UE6，並在進行D2D通訊的期間持續在每一訊框內的時間TX3傳送第3同步訊號SS3至鄰近通訊裝置UE1和UE6。
本發明使用載波偵測技術來監聽同步訊號，使得每一通訊裝置能判斷可用來進行D2D通訊之資源組。在特定通訊裝置成功主張使用權/使用特定資源組的期間，會持續發送相對應之同步訊號以告知其它通訊裝置特定資源組已經被占用，進而避免發生資料碰撞。此外，本發明通訊裝置可使用特定資源組一段時間，直到任務完成後才停止發送相對應之同步訊號以釋出特定資源組，因此不需要頻繁地執行CSMA/CD或CSMA/CA等競爭機制來爭取資源組。另一方面，在特定通訊裝置使用特定資源組來接收資料的期間，另會持續發送相對應之同步訊號以告知其它通訊裝置，進而避免隱藏終端點的問題。因此，針對無線通訊系統中在兩通訊裝置之間所進行的D2D通訊，本發明能提供一種低傳輸延遲、高頻譜使用效率和高網路覆蓋率的資源配置方式。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
300~390‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種在兩通訊裝置之間進行裝置對裝置(device-to-device,D2D)通訊之方法，其包含：提供複數個資源組和複數個同步訊號；決定相關於發送資料之一第一監控時間和相關於接收資料之一第二監控時間；將該複數個資源組中一第一資源組連結至該複數個同步訊號中一第一同步訊號、該第一監控時間和該第二監控時間；一第一通訊裝置判斷是否有其它裝置正在傳送該第一同步訊號；當該第一通訊裝置判斷並無任何裝置正在傳送該第一同步訊號時，傳送該第一同步訊號以主張該第一資源組之使用權；在主張該第一資源組之使用權後，該第一通訊裝置監聽該複數個資源組以判斷是否有其它裝置正在使用該第一資源組；以及當判斷並無任何裝置正在使用該第一資源組時，該第一通訊裝置使用該第一資源組來傳送資料至一第二通訊裝置。
  2. 如請求項1所述之方法，其中：該第一通訊裝置係在一第一訊框內該第一監控時間和該第二監控時間判斷是否有其它裝置正在傳送該第一同步訊號；當判斷在該第一訊框內該第一監控時間和該第二監控時間並無任何裝置正在傳送該第一同步訊號時，該第一通訊裝置係在一第二訊框內該第一監控時間傳送該第一同步訊號以主張該第一資源組之使用權；且該第二訊框係接續該第一訊框。
  3. 如請求項1所述之方法，其中： 該第一通訊裝置係在一第一訊框內該第一監控時間判斷是否有其它裝置正在傳送該第一同步訊號；在主張該第一資源組之使用權後，該第一通訊裝置係在一第二訊框內監聽該複數個資源組以判斷是否有其它裝置正在使用該第一資源組；且該第二訊框係在該第一訊框之後。
  4. 如請求項1所述之方法，其另包含：在該第一通訊裝置使用該第一資源組來傳送資料至該第二通訊裝置的一期間內，該第一通訊裝置在該期間內所有訊框內該第一監控時間傳送該第一同步訊號。
  5. 如請求項1所述之方法，其另包含：當該第二通訊裝置在一第一訊框內該第一監控時間偵測到該第一通訊裝置傳來該第一同步訊號後，使用該第一資源組來接收該第一資源組傳來之資料；以及在該第二通訊裝置使用該第一資源組來接收資料的一期間內，該第二通訊裝置在該期間內所有訊框內該第二監控時間傳送該第一同步訊號。
  6. 如請求項1所述之方法，其另包含：在使用該第一資源組來傳送資料至該第二通訊裝置之前，該第一通訊裝置使用該第一同步訊號來和該第二通訊裝置進行同步。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該第一通訊裝置係在一第一訊框內該第一監控時間和該第二監控時間判斷是否有其它裝置正在傳送該第一同步訊號，該方法另包含：決定相關於發送資料之一第三監控時間和相關於接收資料之一第四監控 時間；將該複數個資源組中一第二資源組連結至該複數個同步訊號中一第二同步訊號、該第三監控時間和該第四監控時間；以及當該第一通訊裝置在該第一訊框內該第一監控時間或該第二監控時間判斷有一其它裝置正在傳送該第一同步訊號時，在接續該第一訊框之一第二訊框內該第三監控時間和該第四監控時間判斷是否有其它裝置正在傳送該第二同步訊號。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該第一資源組包含一正交多頻分工(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)架構下一個或多個資源塊(resource block,RB)。
  9. 一種在兩通訊裝置之間進行裝置對裝置(device-to-device,D2D)通訊之方法，其包含：提供複數個資源組和複數個同步訊號；決定相關於發送資料之一第一監控時間和相關於接收資料之一第二監控時間；將該複數個資源組中一第一資源組連結至該複數個同步訊號中一第一同步訊號、該第一監控時間和該第二監控時間；一第一通訊裝置在一第一訊框內該第一監控時間和該第二監控時間判斷是否有其它裝置正在傳送該第一同步訊號；以及當判斷在該第一訊框內該第一監控時間和該第二監控時間並無任何裝置正在傳送該第一同步訊號時，該第一通訊裝置在一第二訊框內該第一監控時間傳送該第一同步訊號以主張該第一資源組之使用權，其中該第二訊框係接續該第一訊框。
  10. 一種在兩通訊裝置之間進行裝置對裝置(device-to-device,D2D)通訊之方法，其包含：提供複數個資源組和複數個同步訊號；決定相關於發送資料之一第一監控時間和相關於接收資料之一第二監控時間；將該複數個資源組中一第一資源組連結至該複數個同步訊號中一第一同步訊號、該第一監控時間和該第二監控時間；一第一通訊裝置在一第一訊框內該第一監控時間和該第二監控時間判斷是否有其它裝置正在傳送該第一同步訊號；當該第一通訊裝置判斷並無任何裝置正在傳送該第一同步訊號時，傳送該第一同步訊號以主張該第一資源組之使用權；決定相關於發送資料之一第三監控時間和相關於接收資料之一第四監控時間；將該複數個資源組中一第二資源組連結至該複數個同步訊號中一第二同步訊號、該第三監控時間和該第四監控時間；以及當該第一通訊裝置在該第一訊框內該第一監控時間或該第二監控時間判斷有一其它裝置正在傳送該第一同步訊號時，在接續該第一訊框之一第二訊框內該第三監控時間和該第四監控時間判斷是否有其它裝置正在傳送該第二同步訊號。
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