TWI435624B - 用於多頻帶無線通訊及頻寬管理之方法 - Google Patents

用於多頻帶無線通訊及頻寬管理之方法 Download PDF

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TWI435624B TW098132265A TW98132265A TWI435624B TW I435624 B TWI435624 B TW I435624B TW 098132265 A TW098132265 A TW 098132265A TW 98132265 A TW98132265 A TW 98132265A TW I435624 B TWI435624 B TW I435624B
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Description

用於多頻帶無線通訊及頻寬管理之方法 發明的技術領域
本發明係大致有關一種多頻帶無線系統，且更確切地且不具排他性地來說，本發明係有關用以於WPAN/WLAN環境中發送並接收多頻帶信號的方法。
 發明的技術背景
科技的發展允許對大量語音、視訊、成像、以及資料資訊進行數位化與壓縮動作。在無線通訊中於多個站台之間傳遞資料的需求需要於高資料率接收可靠的資料串流。能提供一種用以在二或更多個站台之間進行可靠多頻帶通訊的方法將是有用的，在該等二或更多個站台中，透過多頻帶通訊之一通訊頻道的通訊往往比一個替代頻道不強健。
 發明的概要說明
依據本發明的一實施例，係特地揭露一種用以沿著多個頻道在站台之間進行無線通訊的方法，其包含下列步驟：掃描一第一頻道，以找尋由一接取點發送的一信標；檢測該第一頻道中的該信標，其中該信標包含用以指出一第二頻道之可用性的一元件；監看該第二頻道，以判定該第二頻道的一服務品質；響應於該第二頻道的該服務品質，利用該第一頻道對該接取點發送一聯結請求訊框，以請求在該第二頻道中通訊；以及接收來自該接取點的一聯結響應訊框，以確認與該站台的聯結。
圖式簡要說明
將以舉例方式並以不具限制性的方式藉由下面的圖式來展示出本發明，在圖式中：第1圖以方塊圖展示出使用多個通訊頻道在一無線網路中進行通訊的多個站台。
第2圖以流程圖展示出一種用於多頻帶無線系統之聯結機構的一實施例。
第3圖展示出一種用於多頻帶無線系統之發現與聯結機構的一實施例。
第4圖展示出一種用於等時資料通訊之多頻帶頻寬保留機構的一實施例。
第5圖展示出一種用於異步資料通訊之多頻帶隨機存取與輪詢機構的一實施例。
 較佳實施例的詳細說明
在以下的詳細說明中，將列出多種特定的細節以便提供本發明的完整說明。然而，熟知技藝者將可了解的是，不需要該等特定細節亦可實現本發明。在其他實例中，並不詳細地說明已知的方法、程序、部件與電路，以避免模糊本發明的焦點。
本發明揭露用於多頻帶無線通訊以及頻寬管理之方法與系統的實施例。在以下的說明中，將列出多種特定細節，例如一種用於多頻帶無線系統的發現與聯結機構，以提供本發明實施例的完整說明。然而，熟知技藝者將可了解的是，不需要該等特定細節中的一或多個亦能實現本發明，或者亦可利用其他方法、部件、材料等來實現本發明。在其他實例中，並不詳細地說明已知的結構、材料、或操作，以避免模糊本發明的焦點。
能提供一種用於在多個頻帶或頻譜中進行通訊之多頻帶無線系統的發現與聯結機構將是技藝中的一項進展。舉例來說，無線站台可包含一主機處理器、一快閃記憶體裝置、一隨機存取記憶體、以及一收發器，其係組配成可利用無線區域網路(WLAN)與無線個人區域網路(WPAN)技術依序地或同時地在一毫米波(mm-wave)網路以及一較低頻網路上進行通訊。毫米波(mm-wave)通訊對相對高的傳輸量通訊來說是所欲的，且能同時提供高頻再使用的潛能。然而，相較於較低頻率(例如，2.4GHz與5GHz頻帶)操作的通訊鏈路來說，於60GHz頻帶((57至66GHz)操作的一mm-wave通訊鏈路較不強健，這是因為氧氣吸收(其使信號經長距離而衰退)以及其短波長(其因為穿透例如牆壁以及天花板的障礙物而提供衰退作用)的關係。使用於一或多個較低頻操作之一第二通訊鏈結的動作可提供用以發現且聯結一站台(其除此方法之外並無法於該較高頻進行通訊)的一或多個頻道。一種使用多頻帶站台以達成有效且強健通訊的機構可藉著在該等多頻帶站台之間提供用於等時與異步資料訊務的發現與聯結功能，以提供增進式的資料通訊效率。
多頻帶站台的實施例可用於多種不同的應用中。本發明的某些實施例可結合各種不同裝置與系統使用，例如發送器、接收器、收發器、發送器-接收器、無線通訊站台、無線通訊裝置、無線接取點(AP)、數據機、無線數據機、個人電腦(PC)、桌上型電腦、行動電腦、膝上型電腦、筆記型電腦、平板式電腦、伺服器電腦、機上盒、手持式電腦、手持式站台、個人數位助理(PDA)裝置、手持式(PDA)裝置、行動站台(MS)、圖形顯示器、通訊站台、網路、無線網路、區域網路(LAN)、無線LAN(WLAN)、都會區域網路(MAN)、無線MAN(WMAN)、廣域網路(WAN)、無線WAN(WWAN)、根據現存IEEE 802.11、802.11a、802.11b、802.11e、802.11g、802.11h、802.11i、802.11n、802.16、802.16d、802.16e標準及/或上述標準之未來版本及/或衍生方案及/或上述標準的長期演化(LTE)方案而運作的裝置及/或網路、個人區域網路(PAN)、無線PAN(WPAN)、為上述WLAN及/或PAN及/或WPAN網路之部分的單元及/或裝置、單向及/或雙向通訊系統、蜂巢式無線電電話通訊系統、蜂巢式電話、無線電話、個人通訊系統(PCS)裝置、結合無線通訊裝置的PDA裝置、多輸入多輸出(MIMO)收發器或裝置、單輸入多輸出(SIMO)收發器或裝置、多輸入單輸出(MISO)收發器或裝置、多收發器鏈(MRC)收發器或裝置、具有〝智慧型天線〞技術或多天線技術的收發器或裝置等。本發明的某些實施例可結合一或多種類型的無線通訊信號及/或系統使用，例如射頻(RF)、紅外線(IR)、分頻多工(FDM)、正交分頻多工(OFDM)、分時多工(TDM)、分時多重接取(TDMA)、延伸TDMA(E-TDMA)、整合封包無線電服務技術(GPRS)、延伸GPRS、分碼多重進接(CDMA)、廣頻分碼多重進接(WCDMA)、CDMA 2000、多載波調變(MDM)、離散多重音調(DMT)、藍牙(RTM)、ZigBee(TM)等等。本發明的實施例可用於各種不同其它設備、裝置、系統及/或網路中。
現在請參照圖式，第1圖以方塊圖展示出多個站台，例如接取點(100a與100b)、行動站台(110a與110b)、圖形顯示器(120)、以及通訊站台(130a與130b)，其利用多頻帶無線電信號以在多頻帶無線網路140中進行通訊。接取點100a可與另一個接取點100b以及多個通訊站台進行通訊，例如通訊站台(CS)130a與通訊站台(CS)130b。CS 130a與CS 130b可為固定或實質上固定的站台。在某些實施例中，接取點100a可使用多個多頻帶無線電信號以供進行通訊，包括第一頻道150以及第二頻道160。在此實施例中，第一頻道150為2.4GHz頻帶及/或5GHz頻帶，且第二頻道160為60GHz頻帶，然本發明的範圍不受限於此。接取點100a亦可與其他站台進行通訊，例如行動站台110a與圖形顯示器120。在某些實施例中，接取點100a與行動站台110a如一種點對點(P2P)網路的部分般運作。在其他實施例中，接取點100a與行動站台110a如一種網目網路的部分般運作，其中通訊可包括代表該網目網路之其他無線站台路由的多個封包，例如行動站台110b。固定無線接取、無線區域網路、無線個人區域網路、可攜式多媒體串流、以及區域化網路(例如，車用網路)等均為適用P2P網路與網目網路的某些實例。
第2圖以流程圖展示出一種用於多頻帶無線系統之聯結機構的一實施例。在元件200中，由一站台(例如，圖形顯示器120)掃描第一頻道，以找尋由接取點100發送的一信標。在此實施例中，第一頻道150為2.4GHz頻譜頻帶及/或5GHz頻帶頻道。可把第一頻道150組配成可透過一種802.11標準進行通訊，例如由研究802.11超高吞吐量(Very High Throughput(VHT))小組研發的一協定。於第一頻道150中發送的較低頻信標包括指出接取點100能夠於第二頻道160中運作的資訊。可把第二頻道160組配成可透過一MM-wave(例如，60GHz)協定進行通訊，例如802.15.3c。
係由該站台在元件210中檢測該較低頻信標，且該較低頻信標中的資訊或另一個資訊元件向該站台指出第二頻道160可用於資料通訊。可藉著解碼從第一頻道150接收到的較低頻信標來取得此資訊。再者，該較低頻信標以及該高頻信標之間的一時間差距係包含在該較低頻信標中。該差距允許該站台僅聆聽一高頻信標期間的一部分，該部分相較於該高頻信標期間，可為一個相對小的時間部分。因此，可以改進一發現程序的效率，並且縮減用於該發現程序中的能量耗用狀況。
在此實施例中，第二頻道160為60GHz頻帶。元件220中，該站台監看第二頻道160，以找尋一高頻信標，並且判定該站台是否能可靠地透過該第二頻道進行通訊，例如藉著根據多個參數(例如，頻道負載與干擾)來判定該第二頻道的一服務品質(QOS)。如果該第二頻道的QOS高於一臨界值，其可被界定為足以對透過第二頻道160傳遞之資料類型提供可靠通訊的一數值，便利用第一頻道150把一聯結請求(ASS-REQ)訊框發送到接取點100，以在第二頻道160中請求通訊(元件250)。否則，該站台可利用第一頻道150與接取點100聯結。如果該站台並未如元件250所示地發送一聯結請求訊框，接取點100便進行發送，且該站台在元件260中接收一聯結響應訊框(ASS-RSP)，以確認與該站台的聯結狀況。
第3圖展示出根據第2圖所述方法之一種用於多頻帶無線系統之發現與聯結機構的一實施例。第一頻道150與第二頻道160參照通訊時間進程305進行通訊。在此實施例中，第一頻道150根據802.11協定而利用一連串較低頻信標區間310進行通訊，其中各個較低頻信標區間310包含一信標。在第一頻道150中發送的第一較低頻信標315為遞送聯結資訊之一種無線媒體接取控制(MAC)協定的一項基本特徵。例如，可從接取點100把第一較低頻信標315傳送到第1圖的行動站台110。第一較低頻信標315包含指出第二頻道160之可用性的一元件，例如該較高頻60GHz頻帶。在此實施例中，第二頻道160根據一60GHz協定進行通訊而利用一連串較高頻信標區間365進行通訊，其中各個較高頻信標區間365包含一信標，例如第一高頻信標340與第二高頻信標345。
將備置信標差距335，以避免第一高頻信標340與第一較低頻信標315重疊。在此實施例中，信標差距335為在第一較低頻信標315中傳遞的一預定數值。再者，第一較低頻信標315包含用於第一頻道150與第二頻道160之多個介面的MAC位址資訊。該MAC位址資訊允許一站台(例如，行動站台110、圖形顯示器120、或通訊站台130)能識別出第一較低頻信標315與第一高頻信標340係對應於相同的接取點100。在此實施例中，在第一頻道150中傳遞的第一信標315包括與第二頻道160(接取點100在其中操作)相聯結的一頻道編號。相反地，在第二頻道160中傳遞的第一高頻信標340包括與第一頻道150(接取點100在其中操作)相聯結的一頻道編號，且亦包括與在第一頻道150中操作之第一低頻信標320的一信標差距335。在另一實施例中，針對主動掃描目的，亦把該MAC位址資訊、頻道編號資訊、及/或信標差距335包括在一探查請求及/或探查響應訊框(未展示)中。
在第3圖中，一站台(例如，行動站台110)在站台初始化360中上電或者受到初始化。可把該站台組配成可透過低頻信標搜尋區間350搜尋一信標，例如第二較低頻信標320。該信標隨後針對第二高頻信標345而利用MAC位址資訊、頻道編號資訊及/或信標差距335且透過高頻信標接收與聯結區間355搜尋第二頻道160。該站台隨後利用聯結請求訊框325與聯結響應訊框330進行與接取點100的聯結動作。因此，可透過第二頻道160或第一頻道150在該站台以及接取點100之間傳遞未來資料傳輸內容。
第4圖展示出一種用於介於接取點100以及根據本發明一實施例之一站台之間之等時資料通訊之多頻帶頻寬保留機構的一實施例。在此實施例中，該站台為第1圖的行動站台110，且係如第3圖所述地與接取點100相聯結。行動站台110嘗試著與接取點100進行通訊，以傳輸等時資料訊務，例如一視訊資料串流。可透過保留第二頻道160的頻寬且利用使用第一頻道150傳遞的控制訊息，以在第二頻道160上提供傳輸該資料串流的功能。
行動站台110可藉著透過第一頻道150傳送定址到接取點100的保留請求訊框410來請求頻寬分配。行動站台110傳送的保留請求訊框410可例如包含資料訊務類型、所需的頻道時間量、頻道分配頻率等資訊，以及其他資料。行動站台110隨後在一段短訊框間空間415中等待請求確認420，即一種高優先順序傳輸內容。第一頻道150可於低頻信標區間310中傳輸用於其他站台的資料，並且在時間區塊425中可能是忙碌的。行動站台110針對一保留響應訊框(其可包括在第二高頻信標345中、在爭用式接取期間(CAP)430中發送、或利用他方式)切換為第二頻道160。爭用式接取期間430為具有非保留或開放式頻道時間分配或接取之較高頻信標區間365的一部分。保留響應訊框描述了頻道時間排程傳輸內容440，其包含無爭用期間435中的一或多個資料區塊445、一或多個短訊框間空間415、以及一或多個排程確認450。
第二頻道160可由一或多個站台使用，例如行動站台110、圖形顯示器120、以及一或多個通訊站台130，而同時利用第一頻道150中的控制訊息保留第二頻道160中的頻寬。在接收到來自行動站台110的保留請求訊框410時，接取點100保留第二頻道160中的一頻道時間分配，並且宣告第一高頻信標340中的該頻道時間分配或者透過第二頻道160對行動站台110傳送一保留響應。在另一個實施例中，如果在預定的嘗試次數之後，行動站台110並未成功透過第一頻道150發送保留請求訊框410，行動站台110可使用第二頻道160以透過第二頻道160保留頻寬，雖然針對該等控制訊息交換動作來說，已把優先權給了第一頻道150。
第5圖展示出一種用於介於接取點100以及根據本發明一實施例之一站台之間之異步資料通訊之多頻帶隨機存取與輪詢機構的一實施例。在此實施例中，該站台為第1圖的行動站台110，且係如第3圖所述地與接取點100相聯結。行動站台110嘗試著與接取點100通訊，以傳輸異步資料訊務，例如一叢發資料串流。透過第二頻道160傳輸該叢發資料串流的動作可利用一輪詢機構而經由第二頻道160來提供，而係利用第一頻道150來傳遞控制訊息。在此實施例中，該等控制訊息為以短訊框間空間415分隔的一請求傳送(RTS)訊框510以及一清除以傳送(CTS)訊框515。
行動站台110藉著透過第一頻道150傳送該請求傳送(RTS)訊框510來啟始通訊。行動站台110指出它想要利用該請求傳送(RTS)訊框510在第二頻道160上交換資料。一〝清除以傳送〞訊框515將受到傳送，且切換時間520在第二頻道160中傳送輪詢訊框530之前便消逝。行動站台110在切換時間520中切換為第二頻道160，並且等待接取點100發送的輪詢訊框530。行動站台110將得到允許以在短訊框間空間415之後傳送其資料訊框535。輪詢訊框530、短訊框間空間415、以及資料訊框535包含介於接取點100與行動站台110之間的一種指向式通訊525。展示於第5圖的該機構為使用第一頻道150以在第二頻道160中有效地分配頻寬以供傳輸叢發資料訊務之方式的實施例。
儘管已為了解說目的在本文中說明本發明的特定實施例與實例，對熟知技藝者來說，可有多種不同的等效修改方案。在本發明的說明以及申請專利範圍中，可使用所謂的〝耦合〞與〝連接〞用語以及其變化形式。應該了解的是，該等用語並非作為彼此的同義字。反之，在特定實施例中，可使用〝連接〞來表示二個或更多個元件直接物理性或電性地接觸，而〝耦合〞可另表示二個或更多個元件並未彼此直接接觸，但仍彼此互相合作或者互動。
本發明說明中所謂的〝一個實施例〞或〝一實施例〞係表示的是參照該等實施例所述的一特定特徵、結構、或者特性係包括在至少某些實施例中，但未必是包含在本發明的所有實施例中。因此，本發明說明之不同部分中出現的〝一個實施例〞、〝一實施例〞或〝某些實施例〞未必均表示相同的實施例。再者，可利用任何適當方式在一或多個實施例中結合該等特定特徵、結構、或者特性。
有鑑於以上的詳細說明，可對本發明進行多項修改方案。不應該把用於以下申請專利範圍中的用語闡述成使本發明受限在揭露於發明說明與圖式中的特定實施例。反之，本發明的範圍係完整地受到以下申請專利範圍的界定，其係根據已建立的申請專利範圍解譯原則闡述。
100a~b‧‧‧接取點
110a~b‧‧‧行動站台
120‧‧‧圖形顯示器
130a~b‧‧‧通訊站台(CS)
140‧‧‧多頻帶無線網路
150‧‧‧第一頻道
160‧‧‧第二頻道
200~260‧‧‧步驟元件
305‧‧‧通訊時間進程
310‧‧‧較低頻信標區間
315‧‧‧第一較低頻信標
320‧‧‧第一低頻信標
325‧‧‧聯結請求訊框
330‧‧‧聯結響應訊框
335‧‧‧信標差距
340‧‧‧第一高頻信標
345‧‧‧第二高頻信標
350‧‧‧低頻信標搜尋區間
355‧‧‧高頻信標接收與聯結 區間
360‧‧‧站台初始化
365‧‧‧較高頻信標區間
410‧‧‧保留請求訊框
415‧‧‧短訊框間空間
420‧‧‧請求確認
425‧‧‧時間區塊
430‧‧‧爭用式接取期間
435‧‧‧無爭用期間
440‧‧‧頻道時間排程傳輸內容
445‧‧‧資料區塊
450‧‧‧排程確認
510‧‧‧請求傳送(RTS)訊框
515‧‧‧清除以傳送(CTS)訊框
520‧‧‧切換時間
525‧‧‧指向式通訊
530‧‧‧輪詢訊框
535‧‧‧資料訊框
第1圖以方塊圖展示出使用多個通訊頻道在一無線網路中進行通訊的多個站台。
第2圖以流程圖展示出一種用於多頻帶無線系統之聯結機構的一實施例。
第3圖展示出一種用於多頻帶無線系統之發現與聯結機構的一實施例。
第4圖展示出一種用於等時資料通訊之多頻帶頻寬保留機構的一實施例。
第5圖展示出一種用於異步資料通訊之多頻帶隨機存取與輪詢機構的一實施例。
200~260．．．步驟元件

Claims (20)

  1. 一種用以沿著多個頻道而在站台之間進行無線通訊的方法，其包含下列步驟：掃描一第一頻道以找尋由一接取點發送的一信標；檢測該第一頻道中的該信標，其中該信標包含用於指出一信標差距和一第二頻道之可用性的一元件，其中該信標差距藉由縮減發現程序中之能量耗用狀況而改進該發現程序；監看該第二頻道，以判定該第二頻道的一服務品質；響應於該第二頻道的該服務品質，利用該第一頻道對該接取點發送一聯結請求訊框以請求在該第二頻道中通訊；以及接收來自該接取點的一聯結響應訊框，以確認與該站台的聯結。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該接取點在該第一頻道以及該第二頻道上與該站台相聯結。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，該信標另包含該接取點在該第二頻道中的一MAC(媒體接取控制)位址。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，該信標包含該信標差距以使該站台與該接取點間之在該第二頻道中之通訊同步化。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該站台根據該信標差距而間歇地監看該第二頻道。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一頻道位於2.4/5GHz頻帶中。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該第二頻道位於60GHz頻帶中。
  8. 一種用於接取點及站台間之等時多頻帶無線通訊的方法，其包含下列步驟：沿著包括一信標的一第一頻道使該接取點與該站台聯結，該信標包含用於指出一信標差距和一第二頻道之可用性的一元件，其中該信標差距藉由縮減發現程序中之能量耗用狀況而改進該發現程序；在該第一頻道上接收來自該站台的一保留請求，用以保留一第二頻道；響應於該第一頻道上的該保留請求，由該接取點發送一確認；在該第二頻道中針對該站台保留一頻寬分配；根據該保留請求，在該第二頻道中對該站台發送一保留響應；以及利用該頻寬分配，把一資料訊框從該接取點發送到該站台。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該接取點在該第一頻道以及該第二頻道上與該站台相聯結。
  10. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該保留請求包含訊務類型資料、頻道時間分配資料、以及頻道頻率分配資料。
  11. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該確認包含用於該第二頻道的頻道接取排程資料。
  12. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該第一頻道位於2.4/5GHz頻帶中。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該第二頻道位於60GHz頻帶中。
  14. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該資料訊框為等時類型資料。
  15. 一種用於接取點及站台間之異步多頻帶無線通訊的方法，其包含下列步驟：沿著包括一信標的一第一頻道使該接取點與該站台聯結，該信標包含用於指出一信標差距和一第二頻道之可用性的一元件，其中該信標差距藉由縮減發現程序中之能量耗用狀況而改進該發現程序；利用該第一頻道而從該站台發送一請求傳送(RTS)信號，該RTS信號包含用於指出要透過該第二頻道進行通訊的一請求的一元件；利用該第一頻道接收來自該接取點的一清除以傳送(CTS)信號；利用該第二頻道接收來自該接取點的一輪詢訊框；以及利用該第二頻道對該接取點發送一資料訊框。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該資料訊框為異步類型資料。
  17. 一種用於多頻帶無線通訊的系統，其包含：一主機處理器；一快閃記憶體裝置；一隨機存取記憶體；以及一收發器，其係組配成可藉著下列動作而在一2.4/5GHz及一60GHz頻帶中進行通訊：找尋在該2.4/5GHz頻帶中發送的一信標，其中該信標包含用於指出一信標差距和該60GHz頻帶之可用性的一元件，其中該信標差距藉由縮減發現程序中之能量耗用狀況而改進該發現程序；判定該60GHz頻帶的一服務品質；響應於該60GHz頻帶的該服務品質，利用該2.4/5GHz頻帶發送一聯結請求訊框；請求在該60GHz頻帶中通訊；以及接收一聯結響應訊框以確認聯結。
  18. 如申請專利範圍第17項之系統，該信標另包含該接取點在該60GHz頻帶中的一MAC位址。
  19. 如申請專利範圍第17項之系統，該信標另包含用於使一站台與一接取點間之在該60GHz頻帶中之通訊同步化的一差距。
  20. 如申請專利範圍第17項之系統，其中該站台根據該差距而間歇地監看該60GHz頻帶。
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