TWI672064B - 無線通訊系統以及無線通訊系統的協調操作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種無線通訊系統，包括：一第一電路，用於使用一第一無線技術支援一第一無線通訊；以及一第二電路，用於使用一第二無線技術支援一第二無線通訊，響應於該第一無線通訊的一活動調度，發出一第一控制封包，用於通知預留通道一第一時間，該第一時間為該第一無線通訊的該活動調度對應的一時間段加上一緩衝時間，並且響應於該第一無線通訊的該活動調度被延長，在該緩衝時間內發出用於通知繼續預留通道的一第二控制封包。

Description

無線通訊系統以及無線通訊系統的協調操作方法
本發明涉及多個無線通訊電路之間的共存，特別涉及在多個共存的無線通訊電路之間協調操作的系統和方法。
隨著對普遍存在的計算和網路的需求的增長，已經開發了各種無線技術，諸如短程無線(Short Range Wireless，SRW)技術以及電信技術，該SRW技術包括無線保真(Wireless Fidelity，WiFi)技術，藍牙(BT)技術和ZigBee技術，等等，該電信技術包括全球移動通訊系統(Global System for Mobile communications，GSM)技術，通用封包無線電業務(General Packet Radio Service，GPRS)技術，全球演進增強資料速率(Enhanced Data rates for Global Evolution，EDGE)技術，寬頻碼分多重存取(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)技術，碼分多重存取2000(CDMA-2000)技術，時分同步碼分多重存取(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA)技術，全球微波連接互通(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)技術，長期 演進(Long Term Evolution，LTE)技術，增強的LTE技術，以及時分LTE(TD-LTE)技術等。
為了使用者的方便和靈活性，目前大多數無線通訊設備配備有多於一個的無線通訊模組，用於支援不同的無線技術。如第1圖所示，無線通訊設備10可以經由其WiFi模組建立無線區域網路(Wireless Local Area Network，WLAN)，並且通過其BT模組同時與BT手機通訊。通常，WLAN在建築物內部作為有線區域網路(Local Area Network,LAN)的擴展來實現，並且能夠在有線網路和移動設備或固定設備之間提供最後幾米的連接。根據IEEE 802.11標準，WiFi模組可以在2.4GHz免許可(license-free)頻帶中操作，並且由於來自共存的BT模組的干擾而具有低吞吐率。參考第1圖。如第1圖所示，無線通訊設備10用作WiFi站台(station)，用於經由WiFi模組從建立的WLAN中的WiFi接入點(Access Point，AP)20獲得WiFi通訊服務。WiFi站台(station)通常向WiFi AP 20發送資料和從WiFi AP 20接收資料。WLAN可以具有一覆蓋範圍，該覆蓋範圍可以從具有障礙物(牆，樓梯，電梯等)的區域中20米變化到具有清晰視線的區域的100米。例如，無線通訊設備10可以從互聯網路接收網路流覽資料，並通過所建立的WLAN將資料發送到互聯網路。
另一方面，BT技術是用於在設備之間的短距離上交換資料的開放式無線協定，創建個人區域網(Personal Area Network，PAN)。例如，無線通訊設備10可以經由WiFi模組從互聯網路接收互聯網路協定資料的語音(Voice over the Internet Protocol，VoIP)，然後經由BT模組將VoIP資料轉發到BT手機30。或者，無線通訊設備10可以經由WiFi模組接收數位媒體資料(media data)，然後通過BT模組發送數位媒體資料以在BT手機30中重播。
需要注意的係，WiFi和BT技術都佔用2.4GHz工業，科學和醫療(Industrial,Scientific,and Medical,ISM)頻帶的一部分，其為83MHz寬。作為示例，如第2圖所示，BT技術使用跳頻擴頻(Frequency Hopping Spread Spectrum，FHSS)並且在藍牙頻譜中的79個不同的1MHz寬的通道之間跳頻。WiFi技術使用直接序列擴頻(Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS)而不是FHSS。WiFi載波保持在一個通道的中心，該通道是22MHz寬。當WiFi模組和BT模組共存於無線通訊設備中時，諸如在如第1圖所示的場景中，22MHz寬的單個WiFi通道與具有1MHz寬的79個BT通道中的22個佔用相同的頻率空間。當BT傳輸發生在正在進行的WiFi傳輸所佔據的頻率空間內的頻帶上時，依賴於BT傳輸或者WiFi傳輸的信號強度，可能發生一定程度的干擾。
由於WiFi技術和BT技術共用相同頻譜的事實，需要在無線通訊設備中為共存的WiFi和BT模組協調操作。先前設計建議使用自我清除發送CLEAR TO SEND(CTS)-TO-SELF(CTS-2-SELF)封包來為BT通訊清除WiFi通道。當BT模組希望執行BT通訊時，其請求WiFi模組發送CTS-2-SELF封包，其中CTS-2-SELF封包包括網路分配向量(Network Allocation Vector，NAV)持續時間，該NAV持 續時間指示了在已建立的WLAN中所有的WiFi通訊不允許執行的時間段。當接收到CTS-2-SELF封包時，WiFi AP 20必須暫停用於無線通訊設備10的任何下行鏈路數據，然後等待該時間段經過之後，其恢復下行鏈路數據到無線通訊設備10。
由於在BT通訊中不可預測地發生連續突發，因此可能存在這樣的情況，即BT模組需要持續的BT通訊的時間長於所預留的時間段，並且WiFi模組除了發送另一個CTS-2-SELF封包為BT通訊預留更多時間之外，將必須保持關閉任何WiFi通訊。然而，如果連續突發發生在預留時間段的結束處附近，則由於WiFi通道已被WiFi AP 20佔用以用於傳輸下行鏈路資料，所以連續的CTS-2-SELF封包可能不能及時發送出去，如第3圖所示。結果，連續的CTS-2-SELF封包可能被延遲發送，這導致在WiFi AP 20處的下行鏈路資料傳輸的過度重試，導致WiFi下行吞吐量的降低。
為了解決先前設計所提及技術問題，本發明提出通過增加緩衝時間到初始請求的用於BT的時間段來延長NAV持續時間，以允許連續的CTS-2-SELF封包及時發出。
本發明提供一種無線通訊系統，包括：一第一電路，用於使用一第一無線技術支援一第一無線通訊；以及一第二電路，用於使用一第二無線技術支援一第二無線通訊，響應於該第一無線通訊的一活動調度，發出一第一控制封包，用於通知預留通道一第一時間，該第一時間為該第一無線通訊的該活動調度對應的一時間段加上一緩衝時間，並且響應於該第一 無線通訊的該活動調度被延長，在該緩衝時間內發出用於通知繼續預留通道的一第二控制封包。
本發明提供一種無線通訊系統的協調操作方法，其中，該無線通訊系統包括使用一第一無線技術支援一第一無線通訊的一第一電路和使用一第二無線技術支援一第二無線通訊的一第二電路，該方法包括：為該第一無線通訊的一活動調度確定一時間段；響應於該第一無線通訊的該活動調度，發出一第一控制封包，用於通知預留通道一第一時間，該第一時間為該時間段加上一緩衝時間；響應於該第一無線通訊的該活動調度被延長，在該緩衝時間內發出用於通知繼續預留通道的一第二控制封包。
本發明提供一種無線通訊系統以及一種無線通訊系統的協調操作方法，通過增加緩衝時間到第一無線通訊的活動調度所對應的時間段，併在該時間段發出用於通知繼續預留通道的一第二控制封包，實現了在該時間段結束時第一無線技術信號的連續突發導致的通訊的延長。
10‧‧‧無線通訊設備
20‧‧‧WiFi接入點
30‧‧‧BT手機
400‧‧‧無線通訊系統
430、450、460‧‧‧天線
440‧‧‧連接裝置
410‧‧‧WiFi模組
420‧‧‧BT模組
S610、S620、S630、S640、S650、S660‧‧‧步驟
通過閱讀接下來的詳細描述和參考所附的圖式所做的示例，能夠更加全面地理解本發明，其中：第1圖示出支持WiFi和BT通訊的無線通訊設備；第2圖是WiFi和BT技術的通道規範的示意圖；第3圖是根據先前設計示出的無線通訊設備中共存的WiFi模組和BT模組的示例性操作； 第4圖是根據本發明一實施例示出的無線通訊系統的方塊圖；第5圖是根據本發明另一實施例示出的無線通訊系統的方塊圖；第6圖是根據本發明一實施例示出的無線通訊系統的協作操作的方法流程圖；第7圖是根據本發明一實施例示出的WiFi模組和BT模組的操作示意圖。
以下描述是為了說明本發明的一般原理，不應理解為對本發明的限制。應當理解的是，本發明實施例可以在軟體，硬體，固件或其任何組合中實現。
第4圖是本發明實施例題示出的無線通訊系統的框圖。該無線通訊系統400可以是任何固定設備或者移動設備，例如路由器AP，行動電話，筆記型電腦，或者個人電腦(PC)，該無線通訊系統400包括多個用於支援使用多個無線技術的無線通訊模組。具體的，無線通訊系統400包括WiFi模組410，BT模組420，天線430和連接裝置440。WiFi模組410包括通過天線430支援WiFi通訊的一個或者多個電路。例如，WiFi模組410可以作為WiFi AP，該WiFi AP用於提供WiFi通訊服務到已建立WLAN中的WiFi站台，或者WiFi模組410可以作為WiFi站台，該WiFi站台用於從已建立WLAN中的WiFi AP獲取WiFi通訊服務。該BT模組420包括通過天線430支援BT通訊的一個或者多個電路。例如該BT模組 420可以作為用於在整個已建立的PAN中協調BT通訊的主設備，其包括發送資料到從設備或者從該從設備請求資料，或者該BT模組420可以作為通過在已建立的PAN中主設備的請求來執行BT通訊的從設備。
在一個實施例中，WiFi模組410和BT模組420中每一個可以包含射頻(RF)裝置和基帶處理裝置(baseband processing device)。該基帶處理裝置用於執行基帶信號處理和控制使用者識別卡(未示出)和RF裝置之間的通訊。基帶處理裝置可以包括多個硬體元件以執行基帶信號處理，包括類比數位轉換(Analog-to-Digital Conversion，ADC)/數位類比轉換(Digital-to-Analog Conversion，DAC)，增益調整，調變/解調，編碼/解碼，等等。RF裝置可以通過天線430接收RF無線信號並轉換接收的RF無線信號到基帶信號，該基帶信號被基帶處理裝置處理，或者，從基帶處理裝置接收基帶信號並且轉換接收的基帶信號到RF無線信號，該RF無線信號後續通過天線430發送。RF裝置可以包括複數個硬體裝置來執行射頻轉換。例如，RF裝置可以包括混頻器，該混頻器用於將基帶信號與在所支援的蜂窩技術的射頻中振盪的載波相乘，其中，該射頻可以是WiFi技術中使用的2.4GHz,3.6GHz,4.9GHz,或者5GHz，或者可以是BT技術中使用的2402~2480MHz，或者2400~2483.5MHz，或者，依賴於使用中的無線技術的另一射頻。
天線430可以根據控制無線通訊模組操作在不同的射頻上。例如，如果該控制無線通訊模組是WiFi模組410， 天線430可以操作在選自2.4GHz免許可頻帶的22MHz頻寬中。如果該控制無線通訊模組是BT模組420，天線430可以操作在選自2.4GHz免許可頻帶的79個不同的1MHz寬的跳頻通道。
連接裝置440包括3個端(terminal)1，2和3，該連接裝置440將端1連接到端2和端3中的任一個，以允許WiFi模組410或者BT模組420訪問天線430。該連接裝置440可以由定向耦合器(direction coupler)實現，或者由使能WiFi模組410和BT模組420的同時發送/接收的任何其他裝置實現。或者，可以省略連接裝置440，以及該WiFi模組410和BT模組420可分別耦接到天線450和460，以專用於發送和接收，如第5圖所示。
需要理解的是，天線430可以設置在無線通訊系統400的外面，或者WiFi模組410和BT模組420可以組合在晶片組中，本申請並不限於此。
應當理解的是，第4圖和第5圖中實施例所描述的元件僅僅是示例性目的，本發明不限於此。例如，該無線通訊系統400可以包括其他無線技術的多個無線通訊模組，例如WiMAX技術，LTE技術，WCDMA技術以及其他技術。此外，無線通訊系統400可以進一步包括中心控制器((例如，通用處理器(general-purpose processor)，微控制單元(Micro Control Unit，MCU)，應用處理器，數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP，或者類似的控制器)，記憶裝置(例如揮發性記憶體或者非揮發性記憶體)，硬碟(hard disk)，光碟(optical disc)，或者任一組合)，顯示裝置(例如，液晶顯示器(Liquid-Crystal Display，LCD))，發光二極體(Light-Emitting Diode，LED))顯示器，或者電子紙顯示器(Electronic Paper Display，EPD)，和/或輸入裝置(按鈕，鍵盤，滑鼠，觸控板，攝像機，麥克風和/或揚聲器)。
第6圖是本發明實施例示出的無線通訊系統協作操作的方法流程圖。在該實施中，該方法被應用到無線通訊系統，例如第4圖中的無線通訊系統400，其包括多個無線通訊模組，包括WiFi模組和BT模組，以及WiFi模組和BT模組中的每一個包括一個或者多個電路，用於在WiFi模組和BT模組之間協調操作並且使用WiFi和BT技術中對應的一個來支援無線通訊。
首先，在步驟S610，BT模組根據即將到來的BT通訊的活動調度向WiFi模組發送媒體請求(medium request)，以請求時間片。在一個實施例中，活動調度可以指示即將到來的BT通訊需要的BT時槽(time slot)的數量，以及通過將BT時槽的數量轉換成以毫秒(millisecond)為單位的值來確定時間片。例如，32個BT時槽等於20毫秒。
當接收到媒體請求時，WiFi模組停止WiFi通訊，然後發送CTS-2-SELF封包來為即將到來的BT通訊清除WiFi通道(即，為BT通訊預留通道)，其中，CTS-2-SELF封包包括NAV持續時間，該NAV持續時間被設置為所請求的時間片加上緩衝時間(在步驟S620中)。當接收到CTS-2-SELF封包，已建立的WLAN中的WiFi AP停止發送下行資料到無線 通訊系統。需要注意的是，該緩衝時間使得CTS-2-SELF封包被成功的發出。例如，可以設置該緩衝時間為2毫秒或者另一值，這取決於實施設計。
隨後，BT模組在所請求的時間片執行BT通訊(在步驟S630中)。然後，在所請求的時間片的結束處，WiFi模組確定是否已經從BT模組接收到請求附加時間片的媒體請求(在步驟S640)，如果是，這意味著連續的突發發生在已請求的時間片的結束處或者在結束處附近，以及BT通訊的活動調度需要被延長。
回應於接收另一個媒體請求，WiFi模組在緩衝時間中發出另一個CTS-2-SELF封包，以進一步為正在延長的BT通訊的活動調度清除WiFi通道，其中，CTS-2-SELF封包包括NAV持續時間，該NAV持續時間被設置為最新請求的時間片加上該緩衝時間(在步驟S650)。之後，方法流程進入步驟S630。
在步驟S640之後，如果沒有從BT模組接收到媒體請求，WiFi模組為取消通道預留發出無競爭結束(Contention Free-END，CF-END)封包，並且根據需要開始WiFi通訊(步驟S660)，以及該方法結束。具體的，CF-END封包用於指示已建立的WLAN中的其他WiFi站台和WiFi AP來使能WiFi通訊。在一個實施例中，如果在步驟S620中正在進行的WiFi接收(Rx)操作被暫停，WiFi模組可以恢復暫停的WiFi Rx操作。
需要理解的是，在第6圖所示實施例中， CTS-2-SELF封包被用作第一/第二控制封包來為即將到來的BT通訊預留WiFi通道，以及CF-END封包被用作第三控制封包，以使能在已建立的WLAN中的其他WiFi站台和WiFi AP的WiFi通訊。在其他實施例中，第一/第二控制封包可以是任何能用於通道預留的WiFi控制封包，以及第三控制封包可以是任何能用於取消通道預留的WiFi控制封包。
第7圖是本發明實施例提供的WiFi模組410和BT模組420操作的示意圖。如第7圖所示，在時間t0,WiFi模組410開始2.5毫秒的WiFi Rx操作，以及在時間t1，從BT模組420接收媒體請求，由於即將到來的BT通訊的活動調度指示了32個BT時槽，該媒體請求請求20毫秒的時間片。當接收到媒體請求，WiFi模組停止WiFi Rx操作，並且發出CTS-2-SELF封包，該CTS-2-SELF封包包括NAV持續時間，該NAV持續時間被設置為22毫秒(即所請求的20毫秒的時間片加上2毫秒的緩衝時間)。同時，在時間t1發送媒體請求之後，BT模組420開始BT通訊。
在時間t2(即請求的時間片的結束處)，BT模組420確定活動調度需要被延長另一個20毫秒，然後發送媒體請求到WiFi模組410。當接收媒體請求，WiFi模組420準備另一個CTS-2-SELF封包，該CTS-2-SELF封包包括NAV持續時間，該NAV持續時間被設置為22毫秒(即請求的20毫秒的時間片加上2毫秒的緩衝時間)，然後在緩衝時間(即從時間t2到t2+2毫秒)中管理發出CTS-2-SELF封包。同時，BT模組420在時間t2繼續BT通訊。
在時間t3，BT模組420確定活動調度需要延長另一個2.5毫秒，然後發出媒體請求到WiFi模組410。當接收到媒體請求，WiFi模組420準備另一個CTS-2-SELF封包，該CTS-2-SELF封包包括NAV持續時間，該NAV持續時間被設置為4.5毫秒(即請求的2.5毫秒的時間片加上2毫秒的緩衝時間)，然後在緩衝時間(即從時間t3到t3+2毫秒)中管理發出CTS-2-SELF封包。同時，BT模組420在時間t3繼續BT通訊。
在時間t4，BT通訊結束，並且作為回應，WiFi模組發出CF-END封包，以使得WiFi通道免於為BT通訊而預留，並且開始2.5毫秒的WiFi Rx操作。
在時間t5，WiFi模組410從BT模組420接收媒體請求，由於即將到來的BT通訊指示32個BT時槽，該媒體請求請求20毫秒的時間片。當接收到該媒體請求時，WiFi模組420停止WiFi Rx操作並且發出包含NAV持續時間的CTS-2-SELF封包，該NAV持續時間被設置為22毫秒(即請求的20毫秒的時間片加上2毫秒的緩衝時間)。同時，BT模組420在時間t5發送媒體請求之後開始BT通訊。
在時間t6，(即請求的時間片的結束處)，BT模組420確定活動調度需要被延長另一個20毫秒，然後發送媒體請求到WiFi模組410。當接收到媒體請求時，WiFi模組420準備另一個包括NAV持續時間的CTS-2-SELF封包，該NAV持續時間被設置為22毫秒(即請求的20毫秒的時間片加上2毫秒的緩衝時間)，然後在緩衝時間(即從時間t6到t6+2毫秒) 中管理發出CTS-2-SELF封包。同時，BT模組420在時間t6繼續BT通訊。
在時間t7，BT模組420確定在所請求的時間片結束之前提前停止BT通訊。作為回應，WiFi模組410發出CF-END封包以使得WiFi通道免於為BT通訊預留，並且開始2.5毫秒的WiFi Rx操作。
參考前述第6圖以及第7圖的實施例，應該理解的是本發明通過增加緩衝時間到請求的時間片，為發生在授權時間片結束時的BT連續突發實現了BT通訊的成功延長。有益的是，緩衝時間允許CTS-2-SELF封包及時的被發出，其解決了先前設計中WiFi下行輸送量降低的問題。而且，本發明通過使用CF-END封包回應於BT通訊的提前終止而將空口時間(air time)返回給WiFi通訊，實現空口時間的有效利用。
雖然已經通過示例並且根據優選實施例描述了本申請，但是應當理解的是，本申請不限於此。在不脫離本申請的範圍和精神的情況下，所屬領域具有通常知識者仍然可以進行各種改變和修改。因此，本申請的範圍應由所附請求項及其等同物限定和保護。

Claims (10)

  1. 一種無線通訊系統，包括：一第一電路，用於使用一第一無線技術支援一第一無線通訊；以及一第二電路，用於使用一第二無線技術支援一第二無線通訊，響應於該第一無線通訊的一活動調度，發出一第一控制封包，用於通知預留通道一第一時間，該第一時間為該第一無線通訊的該活動調度對應的一時間段加上一緩衝時間，並且響應於該第一無線通訊的該活動調度被延長，在該緩衝時間內發出用於通知繼續預留通道的一第二控制封包。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的無線通訊系統，其中，該第一無線技術係一BT技術，以及該第二無線技術係一WiFi技術。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的無線通訊系統，其中，該第一控制封包係一第一自我清除發送封包，該第二控制封包係一第二自我清除發送封包，該第一自我清除發送封包包括一網路分配向量持續時間，該網路分配向量持續時間被設置為該時間段加上該緩衝時間，以及該第二自我清除發送封包包括另一網路分配向量持續時間，該另一網路分配向量持續時間被設置為一延長的時間段加上該緩衝時間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的無線通訊系統，其中，響應於該第一無線通訊的該活動調度被切斷，該第二電路進一步用於在該時間段內或者該第二控制封包所指示的一延長的時間段中發出一第三控制封包，以取消通道預留。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的無線通訊系統，其中，該第一無線技術和該第二無線技術分別是BT技術和WiFi技術，以及第三控制封包是一無競爭結束封包。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的無線通訊系統，其中，進一步包括：該第一電路確定用於該第一無線通訊的該活動調度的該時間段，向該第二電路發送指示請求該時間段的請求消息。
  7. 一無線通訊系統的協調操作方法，其中，該無線通訊系統包括使用一第一無線技術支援一第一無線通訊的一第一電路和使用一第二無線技術支援一第二無線通訊的一第二電路，該方法包括：為該第一無線通訊的一活動調度確定一時間段；響應於該第一無線通訊的該活動調度，發出一第一控制封包，用於通知預留通道一第一時間，該第一時間為該時間段加上一緩衝時間；響應於該第一無線通訊的該活動調度被延長，在該緩衝時間內發出用於通知繼續預留通道的一第二控制封包。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的無線通訊系統的協調操作方法，其中，該第一控制封包係一第一自我清除發送封包，該第二控制封包係一第二自我清除發送封包，該第一自我清除發送封包包括一網路分配向量持續時間，該網路分配向量持續時間被設置為該時間段加上該緩衝時間，以及該第二自我清除發送封包包括另一網路分配向量持續時間，該另一網路分配向量持續時間被設置為一延長的時間段加上該緩衝時間。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的無線通訊系統的協調操作方法，其中，響應於該第一無線通訊的該活動調度被切斷，在該時間段內或者該第二控制封包所指示的一延長的時間段中發出一第三控制封包，以取消通道預留。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的無線通訊系統的協調操作方法，其中，該第一無線技術和該第二無線技術分別是BT技術和WiFi技術，以及第三控制封包是一無競爭結束封包。
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