TWI628928B - 數位無線電通訊 - Google Patents

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Abstract

一種在一第一裝置2和一第二裝置8間的數位無線電通訊方法，其中，每一個裝置包括一無線電發射器4、10和一無線電接收器6、12，該方法包括：a)該第一和第二裝置2、8使用具有至少一預定訊息格式的既定通訊協定來建立一連線；b)若該連線接著被破壞，該第二裝置8以一第一資料率發送一通告訊息以指示一重新連線要求；以及c)若一重新連線並未建立，該第二裝置8以一第二資料率發送一進一步通告訊息以指示一重新連線要求，其中，該第二資料率係低於該第一資料率。
[圖2]

Description

數位無線電通訊
本發明關於短距離無線電通訊。雖非唯一，其特別關於隨意(ad hoc)短距離無線電通訊協定，例如，藍芽(TM)或更近的藍芽低能量(TM)通訊協定。
該藍芽低能量(BLE)核心說明書版本4.0明示一固定資料率為1MBps以及一最大發射器輸出功率為10mW，且一最小接收器在一位元錯誤率(BER)為0.1%下的敏感性為-70dB。這些的結合效應係為那些BLE致能裝置可在一最大有效距離之間通訊。可獲得的實際距離係依據例如雜訊和障礙物的環境因素而定，但可為10-100米之等級。
當由一第一觀點來看時，本發明提供一種在一第一裝置和一第二裝置間的數位無線電通訊方法，每一個裝置包括一無線電發射器和一無線電接收器，該方法包括：a)該第一和第二裝置使用具有至少一預定訊息格式的既定通訊協定來建立一連線； b)若該連線接著被破壞，該第二裝置以一第一資料率發送一通告訊息以指示一重新連線要求；以及c)若一重新連線並未建立，該第二裝置以一第二資料率發送一進一步通告訊息以指示一重新連線要求，其中，該第二資料率係低於該第一資料率。
本發明延伸至一種數位無線電通訊系統，包括一第一裝置和一第二裝置，每一個裝置包括一無線電發射器和一無線電接收器，其中：a)該第一和第二裝置係安排來使用具有至少一預定訊息格式的既定通訊協定來建立一連線；b)若該連線接著被破壞，該第二裝置係安排以一第一資料率發送一通告訊息以指示一重新連線要求；以及c)若一重新連線並未建立，該第二裝置係安排以一第二資料率發送一進一步通告訊息以指示一重新連線要求，其中，該第二資料率係低於該第一資料率。
本發明進一步延伸至一數位無線電裝置，包括一無線電發射器和一無線電接收器，該裝置係安排：a)使用具有至少一預定訊息格式的既定通訊協定來與另一裝置建立一連線；b)若該連線接著被破壞，以一第一資料率發送一通告訊息以指示一重新連線要求；以及c)若一重新連線並未建立，以一第二資料率發送一進一步通告訊息以指示一重新連線要求，其中，該 第二資料率係低於該第一資料率。
因此，那些熟知此項技術之人士會看見，在一初始連線已被破壞後，若重新連線無法以一較高資料率取得，二裝置能夠使用一較低資料率來建立一重新連線。會理解到藉由使用一較低資料率，可得到一較大距離的訊息接收。本發明實施例因此可允許較該案例在其它方面上更大距離的裝置間重新連線。
儘管在範圍上的改進可簡單地自以較低速率(例如，使用較窄濾波器)發送中而得，然在一組實施例中，該較低資料率係源自使用一編碼方案來編碼的進一步通告訊息中的至少一部分，其中，在該預定訊息格式所示的至少一些位元係由發送的複數個位元表示之。這個的優勢為它係較易於復原該所示位元，即使發送的實際位元中的一些未被接收或確實地復原亦然。這個意謂著該通訊協定中用於所示位元而定的BER可被取得，而用於發送位元(在此稱之為'段(chips)')的錯誤率-也就是該段錯誤率(Chip Error Rate)係高很多。在實用術語上，這個意謂著對於一給予傳輸功率和一給予接收器而言，在其它方面根據該通訊協定的一重新連線可較沒有施用該編碼方案取得一更大距離。這類操作因此可被視為該通訊協定的長距離模式中的一部分。甚至，藉由先施用一較高資料率，該長距離模式(具有一較低資料率)係只在需要時運用之-也就是，若一重新連線無法以該較高資料率來建立時。
在藍芽低能量內文中，上述安排代表對支援一 長距離模式介紹的核心說明書的延伸。這個具有延伸該BLE效用的潛能。該通告訊息因此可包括根據該藍芽低能量規格的一或更多通告封包或一或更多通告事件。
如那些熟知此項技術之人士所會理解地，由複數段表示的每一個資料位元降低可獲得的有效資料率。更特別地，在每一個資料位元係由一固定長度序列表示的地方，該有效資料率係該序列長度所分割的段率。因此在序列長度和資料率間具有一交換。在另一方面，使用的序列越長，對於一給予資料BER而言，可獲得的距離越大，此因較長序列對於遺落段(dropped chips)給予較大容限之故。
在一組實施例中，該第一裝置包括一主裝置且該第二裝置包括一從屬裝置。
在運用的地方，該編碼方案可採取一些不同形式之一。在一組實施例中，它可例如包括簡單地重複一訊息中的每一個位元或一訊息中的部分位元特定次數。它可包括重複一訊息中的一串列形式部分特定次數。在一組較佳實施例中，一對應固定序列段被使用於表示每一個資料位元，其可為已知的直接序列展頻(DSSS)編碼。上面方法(及其它)的任何結合也可被使用。
在一組實施例中，該第一和第二裝置議定於一連線期間，該第二裝置會根據本發明操作以建立該重新連線。這類協議可例如對支援該較低資料率的第一和第二兩者進行預測。然而，預先協議並非必要的，且假使該第一裝置支援該較低資料率，該第二裝置可簡單地嘗試以該較 低資料率來傳送該通告訊息。
該第二裝置可以該第一資料率只發送一通告訊息，但更典型地，它會發送複數個。例如，該通告訊息可構成一或更多通告事件中的一部分。
在一組實施例中，若一重新連線並未以該第二資料率建立之，該第二裝置可以該第一資料率來發送一進一步通告訊息以指示一重新連線要求。這個允許該第二裝置在條件已被改進或另一裝置係可用於連線時重試該第一速率。
該第二裝置可針對通告訊息支援多於二種資料率。因此，在一組實施例中，該方法包括d)若一重新連線並未以該第二資料率建立之，該第二裝置以一第三資料率來發送一進一步通告訊息以指示一重新連線要求，其中，該第三資料率係低於該第二資料率。該程序可使用再進一步較低資料率來持續之。一旦該第二裝置已以它最低資料率發送通告訊息，它可如上所述地回復到該第一資料率。因此，在一組實施例中，該第二裝置針對通告訊息來循環它的可用資料率。若是該第一裝置不再可用，這類循環可允許該第二裝置連線其它裝置，而非它先前所連線的那個第一裝置。
在該第二裝置針對通告訊息支援多於二種資料率的地方，若有需要，它可被安排來使用它所支援的每一個資料率以建立一重新連線。這個允許在此所述程序被使用於裝置間，其不必具有彼此能力的知識。另外，該第 二裝置可具有該第一裝置能力的知識。例如，它先前已如該藍芽低能量核心說明書v4.0中所定義地與該第一裝置進行連結程序。在本案例中，在該第一裝置只支援該第二裝置針對通告訊息所支援資料率中的一子組的地方，該第二裝置可限制在它使用至該第一裝置所支援的那些資料率。
該第一裝置較佳地係安排來聆聽該第一和第二資料率兩者的訊息。若可行，這個允許以該第一資料率建立一重新連線，但若不可行，它可接著以該第二資料率來接收該通告訊息，給予一較好的重新連線機會。
該第一裝置可針對通告訊息支援多於二種資料率。在該第一裝置支援多於二種資料率的地方，若有需要，它可被安排以它所支援資料率中的每一個來聆聽以建立一重新連線。例如，該第一裝置可針對通告訊息來至少循環該些可行資料率。這個可另外循環複數個可行通告通道。這類方法允許在此所述程序被使用於裝置間，其不必具有彼此能力的知識。另外，該第一裝置可具有該第二裝置能力的知識。例如，如上所述地，它先前已如該藍芽低能量核心說明書v4.0中所定義地，與該第二裝置進行連結程序。在本案例中，在該第二裝置只支援該第一裝置針對通告訊息所支援資料率中的一子組的地方，該第一裝置可限制在它使用至該第二裝置所支援的那些資料率。
一旦一重新連線被建立，後續通訊可以例如一標準資料率的不同資料率來進行。然而，在一組實施例中，後續通訊以該第二裝置所接收通告訊息所施用的資料率來 進行，以便建立該重新連線-例如，該第一資料率、第二資料率或一第三資料率等。這個提供一非常簡單方式來選擇一適當資料率以允許針對目前環境(例如，該些裝置隔離)將資料成功地互換。
在該重新連線已被建立後，針對後續通訊所選擇的資料率可被使用於該重新連線持續期間，在該第一和第二裝置間的所有後續通訊。然而，在一組較佳實施例中，若一標準被滿足，該資料率可被改變。該資料率可藉由簡單地中斷任何編碼方案的應用或藉由施用一不同編碼方案-例如，具有一不同增益者而被改變。
用以決定是否在一重新連線期間改變該施用資料率的標準可包括該二裝置間信號品質的測量值。這個可包含例如雜訊或干擾的臨界位元錯誤率或測量值。另外，它可包括該些裝置隔離的測量值。在一組較佳實施例中，該標準包括來自另一裝置的接收信號強度測量值。因此，在一組實施例中，若一裝置的接收信號強度被判定超過或低於一臨界位準，該資料率被改變。該第一和第二裝置每一個可被安排來決定自另一者接收的信號強度以決定是否改變該既定編碼方案；或只有它們之一會被安排來進行此決定-例如，該第一裝置。
若該接收信號強度係高的，則上面開始進行的安排可允許例如施用一減少的編碼增益(並因而產生一增加的資料率)，反之亦然。
在一組實施例中，該既定通訊協定係相容於該 藍芽聯盟所簽發的藍芽(TM)通訊協定，例如，如同該藍芽低能量核心說明書v4.0中所定義地。舉例而言，該通訊協定可為該藍芽低能量核心說明書v4.0的修正以特別容納在此所述特性。因此，在實施例中，該第二裝置進入該藍芽核心說明書v4.0所定義的通告狀態，且該第一裝置進入該藍芽核心說明書v4.0所定義的掃描狀態。
2‧‧‧主裝置
4‧‧‧無線電發射器區
6‧‧‧無線電接收器區
8‧‧‧從屬裝置
10‧‧‧無線電發射器區
12‧‧‧無線電接收器區
14‧‧‧連線
16‧‧‧標準輪詢封包
18、22‧‧‧通告封包
20.1、20.2、20.n、24.1、24.2‧‧‧通告事件
26、34‧‧‧封包
28、36‧‧‧確認封包
30、40‧‧‧步驟
32‧‧‧連線狀態
38‧‧‧事件
42‧‧‧前導
44‧‧‧存取位址
46‧‧‧協定資料單元
48‧‧‧循環冗餘檢查
本發明某些實施例現在只是參考該些附圖來舉例說明，其中：
圖1係顯示一第一和第二裝置彼此間通訊的一般圖。
圖2係根據本發明一實施例的裝置所跟隨程序的示意圖。
圖3係用以在一連線期間改變該資料率的方法示意圖。
圖4係一封包結構和可施用的可行編碼方案的表示圖。
圖1顯示一主裝置2(也稱之為中央裝置)，具有一無線電發射器區4和一無線電接收器區6；及一從屬裝置8(也稱之為週邊裝置)，也具有一無線電發射器區10和一無線電接收器區12。除此後明示為相對的地方之外，該主從裝置2、8係根據該藍芽核心說明書v4.0來架構操作。
圖2說明在此所述一實施例操作。在此所述操作假設該主裝置2和從屬裝置8具有以該標準藍芽1MBps 資料率建立的一連線14。這個可為一簡單配對連線，或者它可被建立成一連結程序的一部分。
在某個稍後時間，該主裝置2傳送一些標準輪詢封包16，但這些未到達該從屬裝置8，因此該從屬裝置未傳送一確認信號。在一些預定未確認封包16已被發送(該數量係定義於該藍芽規格中)後，該主裝置2宣告一暫停並進入該待命狀態。
類似地，該從屬裝置8在無法自該主裝置中接收到該期待輪詢封包16後，辨認出一通訊暫停並同時進入該待命狀態。在處於該待命狀態一時段後，該主裝置2進入該初始狀態，其中，它係正聆聽著來自該從屬裝置8的通告封包。
該從屬裝置8進入該相對應通告狀態，其中，它定期地發送通告封包18。它藉由以三個一起構成一通告事件的族群方式來發送該些通告封包而執行之。因此，它可於圖2中看見在該第一通告事件20.1中，三通告封包18被發送。在本階段，該些通告封包18係以該標準1MBps資料率來發送。假設該些裝置仍是分開太遠而無法支援一標準連線，這些封包18未被接收到。在來自該第一通告事件20.1的封包18中，無一被接收並確認時，該從屬裝置8在一預定時間後，開始另一通告事件20.2。
在本時期中，該主裝置2聆聽所有可用通告通道和所有可用資料率，透過它們輪流循環。
這個持續進行直到第n個通告事件20.n為止。 若這樣也未導致任何通告封包18被接收和確認，該從屬裝置8藉由施用一編碼方案至多數的通告封包22來切換至一較低資料率。如下參考至圖4所更加詳述地，這個必需發送複數個'段'以表示編碼封包資料的每一個位元。既然該預期位元可被復原，這個致能一很長距離的封包接收，即使該些個別段之一或一些未被成功地接收亦然。表示每一個位元的段數量在此稱之為該序列長度或該編碼增益。該從屬裝置8因此以該較低資料率開始一新通告事件24.1。
圖2顯示沒有來自該較低資料率之該第一通告事件24.1的通告封包22被接收到，但在本範例中，在來自該較低資料率之該第二通告事件24.2的該三個之族群中的第二封包26係由該主裝置2所接收。這個與以該較低資料率聆聽該從屬裝置8所使用的通告通道的主裝置2一致。為了以該較低資料率來聆聽，該主裝置2所使用的解調變器係架構來解碼施用於得到該較低資料率的編碼方案。該主裝置傳送一確認封包28。
一旦該連線被建立於步驟30，該主裝置2和從屬裝置8以該降低資料率，也就是使用施用至該成功地接收封包26的編碼增益來持續通訊。然而，如下參考至圖3所述地，在一連線開始所使用的資料率並不需維持於該整個連線。
在圖3中，該主裝置2和從屬裝置8開始於一連線狀態32。在該主裝置2實施一定期檢查後，它判定來自該從屬裝置8的信號的接收信號強度係超過一臨界值， 典型地因為該主從裝置間的距離已減少之故。為了利用該增加的信號強度優勢，該主裝置2傳送一特定封包34以開始增加該資料率。該封包34開始一控制程序以帶來這個並包含一資料項以明示欲施用的新資料率。例如，它可明示對應至一較低編碼增益的較短序列長度，並因而產生一較高資料率。該主裝置2會由例如在前面實行的第三階段的連結程序期間的前一能力資訊互換中知道該從屬裝置8可支援那些資料率-在本案例中，進一步協商係不需要的。另外，該主裝置2可自該從屬裝置8中尋找它支援所提新資料率(假設它仍是不同於該標準協定速率-例如，用於藍芽低能量的1MBps)的確證。
在某些事件38(那些號碼可被明示於該開始封包34中)後，該主裝置2和從屬裝置8開始步驟40以在該新資料率下進行通訊。這個意謂該些裝置各施用該新序列長度至它們全部或部分的發送封包並設定它們接收解調變器以回應至用於接收封包的新序列長度。
上面開始的程序可在該連線期間重複任意次數-不是在該信號強度持續增加時，進一步放鬆該編碼增益，就是在該些裝置移走且該信號強度衰弱時，再次增加它。
儘管上述程序係依據接收信號強度，然這個不是主要的。它可以例如依據一臨界位元錯誤率或其它與該些裝置隔離或該連線品質有關的其它參數。
圖4顯示一典型封包建構。該封包係分割成四 不同長度的獨立資料項。該第一項係該前導42。這個係可由該接收器使用於頻率復原的單一八位元組的替代位元所構成。下面表格係一四倍編碼增益如何可施用至該前導'10101010'的一些範例。在該最上面範例中，該原始序列係簡單地重複四次。因此，在該原始串列中的位置n上的位元係以該延伸序列中的四位元(或'段')表示-即在該延伸序列的位置n、n+8、n+16及n+24處的那些。假設一致的空中(over-the-air)'傳輸率，本編碼方案效應係將該資料率降低至它原始值的四分之一。等效地，它可說是具有四倍編碼增益。
在該中間範例中，每一個位元係重複四次。又，清楚地，在該原始串列中的每一個位元係由該延伸串列中的四段來表示。
在該底下範例中，一直接序列展頻技術被使用。在本範例中，每一個'1'位元係由該序列'1101'來表示，且每一個'0'位元係由該序列'0010'來表示。當然，不同序列可被使用，尤其，不同長度序列可依據該需要編碼增益來使用。欲使用於每一個位元的實際序列可被判定或在可應用的地方，議定於階段3的連結方法期間。
儘管該前導係在圖4中充當如何施用編碼增益的簡單範例，然在一示範實施例中，未施用編碼增益至該前導，以便它仍可被使用於該接收器的初始化中。
在該封包中的資料項係明示該封包所指向的裝置位址的存取位址44，係該封包所攜帶訊息的實際內容 的協定資料單元(PDU)46及係來自該PDU 46以供錯誤檢查使用的一既定公式所產生的資料項的循環冗餘檢查(CRC)48。
在一示範配置中，該存取位址44、PDU 46及CRC 48全部使用DSSS來編碼。該CRC 48係在施用該DSSS編碼前先計算自該PDU 46。

Claims (32)

  1. 一種在一第一裝置和一第二裝置間的數位無線電通訊方法，每一個裝置包括一無線電發射器和一無線電接收器，該方法包括：a)該第一和第二裝置使用具有至少一預定格式的既定通訊協定來建立一連線；b)若該連線接著被破壞，該第二裝置以一第一資料率發送一通告訊息以指示一重新連線要求；c)若一重新連線並未建立，該第二裝置以一第二資料率發送一進一步通告訊息以指示一重新連線要求，其中，該第二資料率係低於該第一資料率；以及d)該第一和第二裝置以施用至由該第一裝置所接收的通告訊息的一資料率來導引後續通訊，以便建立該重新連線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該第一裝置包括一主裝置且該第二裝置包括一從屬裝置。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中，該較低資料率源自使用一編碼方案來編碼的進一步通告訊息中的至少一部分，其中，在該預定訊息格式所示的至少一些位元係由發送的複數個位元表示之。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中，該編碼方案包括一相對應固定段序列以代表每一個資料位元。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，包括該第一和第二裝置於一連線期間議定若需要建立該重新連線，該第二裝置會發送該進一步通告訊息。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，包括該第二裝置以該第一資料率發送複數個通告訊息。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，包括該第二裝置以該第一資料率發送一進一步通告訊息以指示一重新連線要求。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，包括d)若一重新連線並未以該第二資料率建立之，該第二裝置以一第三資料率來發送一進一步通告訊息以指示一重新連線要求，其中，該第三資料率係低於該第二資料率。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，包括該第二裝置將針對通告訊息的複數個可用資料率循環施用。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，包括該第一裝置聆聽在該第一和第二資料率兩者下的訊息。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，包括若一標準被滿足，改變該資料率。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中，該標準包括在該第一和第二裝置間的信號品質的測量值。
  13. 如申請專利範圍第11或12項所述之方法，其中，該標準包括自該些裝置之一送至另一裝置的接收信號強度的估測值。
  14. 如申請專利範圍第1、11或12項所述之方法，包括若一裝置的接收信號強度係判定為超過或低於一臨界位準，改變該資料率。
  15. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中，該既定通訊協定係相容於一藍芽或藍芽低能量通訊協定。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中，該通告訊息和該進一步通告訊息根據一藍芽通訊協定構成一或更多通告事件中的一部分。
  17. 一種數位無線電裝置，包括一無線電發射器和一無線電接收器，該裝置係安排：a)使用具有至少一預定訊息格式的既定通訊協定來與另一裝置建立一連線；b)若該連線接著被破壞，以一第一資料率發送一通告訊息以指示一重新連線要求；c)若一重新連線並未建立，以一第二資料率發送一進一步通告訊息以指示一重新連線要求，其中，該第二資料率係低於該第一資料率；以及d)該第一和第二裝置以施用至由該第一裝置所接收的通告訊息的一資料率來導引後續通訊，以便建立該重新連線。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之裝置，其中，該較低資料率源自使用一編碼方案來編碼的進一步通告訊息中的至少一部分，其中，在該預定訊息格式所示的至少一些位元係由發送的複數個位元表示之。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之裝置，其中，該編碼方案包括一相對應固定段序列以代表每一個資料位元。
  20. 如申請專利範圍第17至19項中任一項所述之裝置，安排來與該第二裝置議定若需要建立該重新連線，於一連線期間發送該進一步通告訊息。
  21. 如申請專利範圍第17至19項中任一項所述之裝置，安排以該第一資料率來發送複數個通告訊息。
  22. 如申請專利範圍第17至19項中任一項所述之裝置，安排以該第一資料率來發送一進一步通告訊息以指示一重新連線要求。
  23. 如申請專利範圍第17至19項中任一項所述之裝置，安排d)若一重新連線並未以該第二資料率建立之，以一第三資料率來發送一進一步通告訊息以指示一重新連線要求，其中，該第三資料率係低於該第二資料率。
  24. 如申請專利範圍第17至19項中任一項所述之裝置，安排將針對通告訊息的複數個可用資料率循環施用。
  25. 如申請專利範圍第17項所述之裝置，安排於一標準被滿足的時候，改變該資料率。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之裝置，其中，該標準包括來自另一裝置的信號品質的測量值。
  27. 如申請專利範圍第25或26項所述之裝置，其中，該標準包括來自另一裝置的接收信號強度的估測值。
  28. 如申請專利範圍第17至19項中任一項所述之裝置，安排在來自該第二裝置的接收信號強度係判定為超過或低於一臨界位準的時候，改變該資料率。
  29. 如申請專利範圍第17至19項中任一項所述之裝置，該既定通訊協定係相容於一藍芽或藍芽低能量通訊協定。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之裝置，其中，該通告訊息和該進一步通告訊息根據一藍芽規格構成一或更多通告事件中的一部分。
  31. 一種數位無線電通訊系統，包括一第一裝置和一第二裝置，每一個裝置包括一無線電發射器和一無線電接收器，其中：a)該第一和第二裝置係安排來使用具有至少一預定訊息格式的既定通訊協定以建立一連線；以及b)若該連線接著被破壞，該第二裝置係安排來以一第一資料率發送一通告訊息以指示一重新連線要求；c)若一重新連線並未建立，該第二裝置係安排來以一第二資料率發送一進一步通告訊息以指示一重新連線要求，其中，該第二資料率係低於該第一資料率；以及d)該第一和第二裝置以施用至由該第一裝置所接收的通告訊息的一資料率來導引後續通訊，以便建立該重新連線。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之數位無線電通訊系統，其中，該第一和第二裝置之一或兩者包括如申請專利範圍第17、18或19項所述之裝置。
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