TWI674779B - 無線通訊系統、通訊方法與隨身收發裝置 - Google Patents

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Abstract

一種無線通訊系統、通訊方法與隨身收發裝置，無線通訊系統主要包括一伺服器、多個閘道裝置以及多個設於終端的隨身收發裝置，通過無線廣域通訊協定(如LoRa)建立連線，而各隨身收發裝置則以一近端無線通訊協定與使用者裝置連線，讓使用者裝置可以通過閘道裝置連線伺服器。經使用者裝置通過隨身收發裝置發出訊息後，由伺服器根據目的地探索到另一隨身收發裝置後，得出所連線的閘道裝置，藉此傳遞訊息，或是建立通訊通道，以進行直接語音通訊。通訊系統提供一種架構於無線廣域通訊協定下的通訊服務，為傳統行動通訊以外的另一選擇。

Description

無線通訊系統、通訊方法與隨身收發裝置
說明書公開一種無線通訊系統與通訊方法，特別是指一種利用隨身收發裝置與使用者裝置連線並通過閘道裝置所形成的無線通訊系統以及其中通訊方法。
現行普及的行動通訊系統，如3G、4G與5G，都是倚賴使用者端行動裝置附近的行動網路基地台將行動裝置產生的語音或資料轉送到目的端，通過基地台將語音或資料轉換為射頻訊號傳送出去，可以接入到行動通訊網路或是有線網路中，也就是兩地的使用者利用行動裝置通訊時，當中的基地台擔負重要的訊號轉送的功能。
然而，當基地台遭受如電力中斷、人為破壞或天災而受損時，將使得行動通訊失效，因此，為了確保通訊不受影響，一般作法是能強化基地台的結構設計，設計電力備援機制，但仍可以第二通訊方案來執行備援。
揭露書公開一種無線通訊系統、語音通訊方法與隨身收發裝置，是架構在特定通訊協定上的無線通訊系統，通過隨身收發裝置提供使用者另一種語音通訊的方案，除了可以作為傳統行動通 訊網路的備援方案，更可應用在傳統行動通訊網路無法涵蓋範圍中，或是應用在特定場域中。
根據實施例，無線通訊系統主要包括一伺服器、多個閘道裝置，以及多個設於終端的隨身收發裝置，其中每個隨身收發裝置服務一個使用者裝置，用以提供使用者裝置通過系統中的閘道裝置連線伺服器，能與另一隨身收發裝置連線，並進行通訊。
較佳地，無線通訊系統執行一通訊方法，在此通訊方法中，以第一與第二隨身收發裝置為例，第一隨身收發裝置一端服務使用者裝置，另一端連線第一閘道裝置。當第一隨身收發裝置發出載有目的地的訊息，經第一閘道裝置傳送訊息至伺服器。之後，伺服器根據目的地探索第二隨身收發裝置的位置，得出第二隨身收發裝置連線的第二閘道裝置，使得伺服器可根據第二隨身收發裝置位置，經第二閘道裝置傳送訊息至第二隨身收發裝置。
進一步地，各隨身收發裝置執行一近端無線通訊協定與使用者裝置連線，例如藍牙通訊協定；各隨身收發裝置、閘道裝置與伺服器之間則可以一無線廣域通訊協定進行連線，例如長距離廣域通訊協定(LoRa)。
進一步地，閘道裝置中設有一或多個無線閘道模組，可以多通道技術連線多個隨身收發裝置，用以接收各隨身收發裝置產生的訊息，設有至少一個無線傳輸模組，經決定傳送通道後，用以傳送各無線閘道模組接收的訊息，更設有一控制電路，用以控制閘道裝置中電路元件的運作。
在一實施例中，若是傳遞一般數據或語音封包，伺服器可先暫存於一記憶體，於探索到目的地的隨身收發裝置時，再行送出數據或語音封包。
在另一實施例中，當使用者裝置通過隨身收發裝置要進行直接語音通訊時，會先產生通訊請求，經閘道裝置接收後，並確認傳送通道後，通訊請求會經伺服器傳送到目的地的閘道裝置與隨 身收發裝置，之後會在兩端隨身收發裝置之間建立一通訊通道，以在此通訊通道上進行直接語音通訊。
揭露書更關於應用於上述無線通訊系統中的隨身收發裝置，隨身收發裝置配合使用者裝置，使之可以運作於無線通訊系統中，隨身收發裝置主要電路有控制器、執行近端無線通訊協定以與使用者裝置連線的通訊模組，以及執行一無線廣域通訊協定的傳送模組以及接收模組。其中，無線廣域通訊協定例如長距離廣域通訊協定(LoRa)。
因此，在此無線通訊系統中，隨身收發裝置提供使用者裝置通過閘道裝置連線伺服器，使得與另一隨身收發裝置連線，並進行通訊。
為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
10‧‧‧伺服器
11‧‧‧第一閘道裝置
12‧‧‧第二閘道裝置
13‧‧‧第三閘道裝置
101‧‧‧第一隨身收發裝置
111‧‧‧第一使用者裝置
102‧‧‧第二隨身收發裝置
112‧‧‧第二使用者裝置
103‧‧‧第三隨身收發裝置
113‧‧‧第三使用者裝置
104‧‧‧第四隨身收發裝置
114‧‧‧第四使用者裝置
20‧‧‧隨身收發裝置
201‧‧‧通訊模組
203‧‧‧控制器
205‧‧‧傳送模組
207‧‧‧接收模組
30‧‧‧伺服器
31‧‧‧第一閘道裝置
32‧‧‧第二閘道裝置
33‧‧‧第三閘道裝置
301‧‧‧第一隨身收發裝置
311‧‧‧第一使用者裝置
302‧‧‧第二隨身收發裝置
312‧‧‧第二使用者裝置
303‧‧‧第三隨身收發裝置
313‧‧‧第三使用者裝置
35‧‧‧緊急處置中心
401‧‧‧第一使用者裝置
41‧‧‧第一閘道裝置
40‧‧‧伺服器
42‧‧‧第二閘道裝置
402‧‧‧第二使用者裝置
411,412,415,416‧‧‧傳遞訊息
413‧‧‧儲存
414‧‧‧探索
417,418,419,420‧‧‧確認接收
501‧‧‧第一隨身收發裝置
511‧‧‧第一使用者裝置
502‧‧‧第二隨身收發裝置
512‧‧‧第二使用者裝置
61‧‧‧隨身收發裝置一
62‧‧‧隨身收發裝置二
601‧‧‧傳送通訊請求封包
602‧‧‧回應通訊請求封包
603‧‧‧建立通訊通道
701,702‧‧‧無線閘道模組
705‧‧‧無線傳輸模組
70‧‧‧控制電路
801,803‧‧‧無線閘道模組
807,809‧‧‧無線傳輸模組
80‧‧‧處理器
81‧‧‧記憶體
82‧‧‧儲存媒體
901‧‧‧天線單元
902‧‧‧無線閘道收發器
903‧‧‧閘道控制器
904‧‧‧連接單元
1001‧‧‧天線單元
1002‧‧‧通訊單元
1003‧‧‧控制單元
1004‧‧‧連接單元
1112‧‧‧第一使用者裝置
1111‧‧‧第一閘道裝置
1110‧‧‧伺服器
1113‧‧‧第二閘道裝置
1114‧‧‧第二使用者裝置
1120,1122,1124,1126‧‧‧語音通訊請求
1121,1125‧‧‧檢查傳送通道
1123‧‧‧探索目的地
1127,1128,1129,1130‧‧‧回應語音請求
1131‧‧‧建立語音通道
120‧‧‧伺服器
121‧‧‧第一閘道裝置
122‧‧‧第二閘道裝置
123‧‧‧第三閘道裝置
124‧‧‧第四閘道裝置
1211‧‧‧第一隨身收發裝置
1212‧‧‧第一使用者裝置
1221‧‧‧第二隨身收發裝置
1222‧‧‧第二使用者裝置
1231‧‧‧第三隨身收發裝置
1232‧‧‧第三使用者裝置
1233‧‧‧第四隨身收發裝置
1234‧‧‧第四使用者裝置
1241‧‧‧第五隨身收發裝置
1242‧‧‧第五使用者裝置
1200,1201‧‧‧通訊路徑
1202,1203‧‧‧通訊路徑
圖1顯示無線通訊系統的架構實施例示意圖；圖2顯示隨身收發裝置的電路方塊實施例圖；圖3顯示無線通訊系統的應用實施例示意圖；圖4顯示利用無線通訊系統執行通訊方法傳遞訊息的流程實施例圖；圖5顯示兩個隨身收發裝置形成的點對點通訊方式實施例圖；圖6顯示點對點建立通訊通道的流程實施例圖；圖7顯示無線通訊系統中閘道裝置的實施例示意圖之一；圖8顯示無線通訊系統中閘道裝置的實施例示意圖之二；圖9顯示閘道裝置中無線閘道模組的電路實施例方塊圖；圖10顯示閘道裝置中無線傳輸模組的電路實施例方塊圖； 圖11顯示應用無線通訊系統實現語音通訊的實施例流程圖；圖12顯示無線通訊系統運行的實施例示意圖；圖13顯示無線通訊系統運行的實施例示意圖。
揭露書公開一種無線通訊系統、通訊方法與隨身收發裝置，是一種提供終端使用者裝置接入一無線通訊系統而執行數據與語音通訊的解決方案，系統主要包括一伺服器、多個閘道裝置以及多個設於終端的隨身收發裝置，利用一種無線廣域通訊協定建立連線，設於終端的隨身收發裝置則以一近端無線通訊協定與使用者裝置連線，讓使用者裝置可以連接到系統的閘道裝置，再連線伺服器，產生訊息後，由伺服器根據目的地探索到另一隨身收發裝置，以得出所連線的閘道裝置，藉此傳遞訊息，或是建立通訊通道，以進行直接語音通訊。
所述無線通訊系統的架構實施例可參考圖1所示的示意圖，圖中顯示有一伺服器10，通過設於不同位置的閘道裝置作為擴張訊號涵蓋範圍的基地台，如圖中顯示的第一閘道裝置11、第二閘道裝置12與第三閘道裝置13。各終端設有一種隨身收發裝置，這是一個小型的收發裝置(第一隨身收發裝置101、第二隨身收發裝置102、第三隨身收發裝置103與第四隨身收發裝置104)，支援特定近端無線通訊協定，與使用者裝置(第一使用者裝置111、第二使用者裝置112、第三使用者裝置113與第四使用者裝置114)連線或配對後，能夠提供使用者裝置界接到此無線通訊系統。
在此實施例中，第一使用者裝置111與第一隨身收發裝置101連線，連線方式例如藍牙通訊協定(BluetoothTM)或無線區域網路協定(WiFiTM)，形成無線通訊系統的一個節點，系統的第一隨身收發裝置101讓原本使用於3G/4G或是無線區域網路等通訊目的的第一使用者裝置111可以連接到第一閘道裝置11，以至於連 線到伺服器10，參與無線通訊系統。同理，第二使用者裝置112通過第二隨身收發裝置102連線到第二閘道裝置12，第三使用者裝置113通過第三隨身收發裝置103連線到第三閘道裝置13，第四使用者裝置114通過第四隨身收發裝置104也連線到第三閘道裝置13，各端節點最終通過伺服器10相互連線與執行數據封包傳遞，以及語音或影音通訊。當伺服器10實現語音封包交換的功能時，系統可通過隨身收發裝置提供使用者另一種語音通訊的方案，可以作為傳統行動通訊網路的備援方案，亦可應用在傳統行動通訊網路無法涵蓋範圍的情況，或是應用在特定需要特定通訊方案的場域中。
根據揭露書提出的無線通訊系統實施例，提供架構於一種無線廣域通訊協定下的通訊服務，為傳統行動通訊以外的另一選擇。其中無線廣域通訊協定可以一種長距離廣域通訊協定(LoRa)或是其他通訊協定實現。
特別的是，長距離廣域通訊協定(LoRa)等通訊協定一般適用於物聯網等要求長距離、低功耗與提供穩定傳輸條件的應用上，然而這類通訊協定卻不適合傳遞語音等傳輸量大的資料，因此，當無線通訊系統要傳遞數據、語音封包，或是執行直接語音通訊時，需要通過揭露書提出的通訊方法在傳統限制下實現傳遞數據量大的訊息。
隨身收發裝置的電路實施例可參考圖2所示方塊圖，其中顯示的隨身收發裝置20主要電路元件包括一控制器203，用以控制隨身收發裝置20的運作，並電性連接其他主要電路，如負責近端通訊的通訊模組201與連接閘道裝置的傳送模組205與接收模組207。
其中通訊模組201執行一近端無線通訊協定，如BluetoothTM、WiFiTM等可直接與使用者裝置連線或配對的通訊方式，在終端形成一個節點。隨身收發裝置20中另設有傳送模組205與接收模組 207，執行一無線廣域通訊協定，分別以個別的天線與電路執行傳送與接收，在一實施例中，此無線網域通訊協定即如上述適用於物聯網應用的長距離廣域通訊協定。在此無線通訊系統中，根據所述的無線廣域通訊協定，隨身收發裝置20能提供使用者裝置通過一閘道裝置連線伺服器，以與另一隨身收發裝置連線，並進行通訊。
在圖3顯示的無線通訊系統的應用實施例示意圖中，無線通訊系統設有中央的伺服器30，以及設於各處的第一閘道裝置31、第二閘道裝置32與第三閘道裝置33，其中包括由第一隨身收發裝置301與第一使用者裝置311形成的節點，第一隨身收發裝置301讓第一使用者裝置311能連接到第一閘道裝置31，並連線到伺服器30；同理，第二隨身收發裝置302與第二使用者裝置312形成一個節點，第三隨身收發裝置303與第三使用者裝置313形成另一個節點，各端節點通過伺服器30執行封包交換後，互相通訊。
在此實施例中，由於無線通訊系統係提出傳統以外的另一通訊解決方案，使得通過伺服器30可提供其他應用，例如連線緊急處置中心35，當傳統的通訊失效，各使用者裝置(311,312,313)仍可通過這個無線通訊系統相互連線，可以解決緊急通訊的問題。甚至在傳統通訊因為天災、人為因素失效後，可通過這個具有低功耗、長距離、高擴充性等特性而可臨時架設的通訊系統執行緊急處置的任務。
在此無線通訊系統中，其中各閘道裝置需要定時傳送出偵測封包，如beacon，除了廣播自己的裝置識別碼(如SSID)，更用以確認附近隨身收發裝置的存在與否，讓伺服器在探索特定裝置時，可以立即得到回覆與探索結果，相關通訊方法實施例之一可參考圖4所示流程。
此流程實施例圖顯示為第一使用者裝置(第一隨身收發裝置)401、第一閘道裝置41、伺服器40、第二閘道裝置42與第二使用 者裝置(第二隨身收發裝置)402之間傳遞一般數據(如文字、圖案)或是語音封包的流程，此處語音封包是一種已經完成錄製的語音檔案，也是數據封包的一種，並非直接語音通訊需求下的語音串流內容。
一開始，第一使用者裝置401藉由連線的第一隨身收發裝置產生訊息，如數據或語音封包，傳遞訊息(411)至第一閘道裝置41，再轉送訊息(412)到伺服器40，在伺服器40中，其中軟體程序判斷訊息為一般數據封包，會先儲存在記憶體中(413)，根據訊息(封包標頭)中記載的目的地執行探索(414)。
如上實施例所描述的，在一般狀態下，各端閘道裝置會定時發出偵測封包，記錄所連線的隨身收發裝置，並將資訊傳送到伺服器40，提供伺服器40探索目的地的隨身收發裝置。因此，此例中，伺服器40執行探索，可知第二隨身收發裝置連接於第二閘道裝置42，因此將訊息傳遞(415)到第二閘道裝置42，再轉送(416)到第二隨身收發裝置，最終到達所連線的第二使用者裝置402。
接續流程即順序由第二使用者裝置(第二隨身收發裝置)402產生確認接收(417)的訊息，經第二閘道裝置42，將確認接收(418)的訊息傳送到伺服器40，再傳送確認接收(419)訊息，經第一閘道裝置41傳送(420)到第一使用者裝置(第一隨身收發裝置)401上。如此，通過此無線通訊系統達成傳送數據封包的目的。
傳遞過程中經過的閘道裝置(41,42)形成無線通訊系統的基地台，根據一實施例，每個基地台可支持多個設備同時上傳訊息，再由伺服器40或特定後台(如圖3的緊急處置中心35)逐一依據時間順序處理訊息。
根據再一實施例，系統提供的隨身收發裝置支援點對點(Ad-Hoc mode)通訊的功能，如圖5所示兩個隨身收發裝置形成的點對點通訊方式實施例圖。
此例顯示，在沒有伺服器、閘道裝置的系統中，傳統通訊也 無法運作的情況下，兩個使用者裝置(511,512)仍可通過個別的隨身收發裝置(501,502)運行在特定無線廣域通訊協定下，如此例，第一使用者裝置511與第一隨身收發裝置501完成連線或配對時，可以直接與第二使用者裝置512與第二隨身收發裝置502形成的節點進行通訊。
在達成雙方通訊前，兩端的隨身收發裝置(501,502)通過偵測封包傳送自己的識別碼(如SSID)，並探索附近的隨身收發裝置，以利建立通訊通道。實施例可參考圖6所示點對點建立通訊通道的流程實施例圖。
一開始，由一端的隨身收發裝置一61傳送通訊請求封包601，可以廣播形式播送請求封包，亦不排除可以單播(unicast)傳送請求封包，經隨身收發裝置二62接收後，即產生回應通訊請求封包602，以在兩端之間建立通訊通道603。
根據說明書所公開的通訊方法，根據其中應用的通訊系統採用的閘道裝置的實施例，主要包括一或多個無線閘道模組、至少一個無線傳輸模組，以及控制電路，無線閘道模組能以多通道技術連線各種終端節點，終端節點如上述實施例由使用者裝置與隨身收發裝置形成。在此無線通訊系統的架構下，支援全雙工無線通訊，應用如長距離廣域網路(LoRa)通訊協定，其中閘道裝置實施例可參考圖7與圖8等實施例。
圖7顯示無線通訊系統中閘道裝置的實施例示意圖，閘道裝置主要組成元件包括一或多個無線閘道模組701,702、一個無線傳輸模組705以及控制電路70。此例顯示為兩個無線閘道模組701,702以及一個無線傳輸模組705，實際實施時，由一個無線傳輸模組705處理多個無線閘道模組701,702對終端節點的收發訊息，然而。數量並非限制系統可以實施的範圍，可以在特定需求下可以採用多個無線傳輸模組705。無線閘道模組701,702支援多通道雙向通訊，用以連線各式終端節點，如隨身收發裝置，然而在此 無線通訊系統中，當中閘道裝置主要使用其中單向多通道接收訊息的功能，而不受到雙向通訊中接收與傳送時共享同一數據處理電路而需要等待的影響，傳送訊息的工作則通過無線傳輸模組705，例如傳送訊息到隨身收發裝置。
無線閘道模組701,702用以連線隨身收發裝置，實施例可應用為一種長距離廣域網路通訊集合器(LoRa concentrator)，與終端節點連線的通訊協定並非限定特定技術，例如可採用無線區域網路(WiFiTM)、藍芽(BluetoothTM)，或一種低功率廣域網路(LPWAN)的無線通訊技術。
用以連結一或多個無線閘道模組701,702的無線傳輸模組705，通過內部電路運作執行訊息傳送的目的，包括接收自控制電路70的傳輸指令，決定一傳送通道，並送出訊息。
根據實施例之一，其中無線傳輸模組705可為一種支援長距離廣域網路通訊的先聽後送(Listen Before Talk，LBT)模組，此類先聽後送的無線通訊模組運作時，需要等待控制電路70傳送傳輸指令後，經接收到傳輸指令並解析當中傳輸時間資訊(time stamp)與傳送通道(channel)等的資訊，可以根據控制電路70所指定的通道傳輸訊息(如回應終端裝置的ACK)。先聽後送的機制藉由一種通道清空評估程序(CCA)以感測通道是否可用，並在一毫秒至十毫秒等明確時間範圍內調整傳輸時間，如此，採用先聽後送機制的通訊電路可以透過先聽後送功能預先感測通道並評估其是否為空閒(free/non-free)而可用於傳輸的狀態，以進行觸發傳輸功能。
更進一步地，為了擴充閘道裝置的涵蓋範圍與應用，需要足夠數量與更大涵蓋範圍的無線閘道模組(701,702)，此閘道裝置可以利用擴充無線閘道模組(701,702)應付需求，或者也要通過增加無線傳輸模組705來處理無線閘道模組(701,702)多訊息多通道傳輸產生的數據。
控制電路70為閘道裝置的主要控制電路，可以電路模組、積體電路、軟體與硬體整合的方式實現，通過如匯流排，或其他有線或無線形式的連接線路連接一或多個無線閘道模組701,702以及至少一個無線傳輸模組705，控制電路70可自其中之一無線閘道模組701或702接收到訊息後，判斷一傳輸時間，指示無線傳輸模組705送出訊息。
控制電路70，其中主要元件包括處理器(未示於圖中)與連接無線閘道模組與無線傳輸模組的介面，在控制電路70執行的通訊方法中，自某個無線閘道模組(701,702)接收到訊息，訊息可為需要傳遞的數據封包，當中包括詢答的訊號(SYN/ACK)，接著可以根據訊息封包大小與訊息中的傳輸時間序，或可加入系統處理封包所需時間，計算一傳輸時間，據此產生一傳輸請求，連同訊息進入傳輸佇列中，等待將訊息傳送出去。
之後，根據傳輸時間自傳輸佇列中取得傳輸請求與訊息，控制電路70傳送傳輸請求與訊息至無線傳輸模組705，由無線傳輸模組705決定一傳送通道，以送出訊息。
如前述實施例，控制電路70連接的無線閘道模組(701,702)可應用為長距離廣域網路通訊集合器(LoRa concentrator)，無線傳輸模組705可為支援長距離廣域網路通訊的先聽後送模組(LBT module)。在一解決方案中，一個閘道裝置可以連接多個長距離廣域網路通訊集合器與先聽後送模組所組成的通訊模組以延伸可涵蓋的範圍，提供多樣的應用，並使得習知的長距離廣域網路通訊集合器具有先聽後送的功能。因此控制電路70處理訊息收發時，需要處理多個長距離廣域網路通訊集合器的運作，包括決定傳輸時間與通道，傳輸時間也應考量先聽後送機制下所花費的時間，也就是考量運作感測通道並評估通道是否為空閒而可用於傳輸的狀態的處理時間。因此，系統可以順利運作在多個長距離廣域網路通訊集合器的網路環境下，當訊息封包傳輸到先聽後送模組 時，能順利透過先聽後送功能預先感測通道並評估其是否為空閒而可用於傳輸的狀態，以進行觸發傳輸功能。
然而，在說明書所揭示的閘道裝置中，在可應用的領域中，更進一步地，採用的長距離廣域網路通訊集合器原本為一支援雙向傳輸與接收的集合器，且可以一低功率廣域網路無線通訊協定接收終端節點發出的訊息，而在此閘道裝置的應用中設定為單向接收的集合器，以配合單向傳輸的先聽後送模組。因此，通過控制電路70連接先聽後送模組以及多組的長距離廣域網路通訊集合器，可使得多組的長距離廣域網路通訊集合器通過控制電路70連接另一個先聽後送模組，除了通過增加連接的長距離廣域網路通訊集合器或先聽後送模組的數量以擴充無線通訊系統的無線訊號涵蓋範圍，在更簡潔的電路設計下，更同樣具有先聽後送的機制。
如此，控制電路70控制長距離廣域網路通訊集合器處理接收訊息的工作，控制先聽後送模組處理傳送訊息的工作，可以解決一個通訊模組內同時處理接收與發送訊息產生的效率問題，並在閘道裝置具有先聽後送的機制下，同時參考了因為先聽後送模組運作下需要的時間序，據此計算傳輸時間。
圖8顯示無線通訊系統中閘道裝置的另一實施例示意圖，在此架構實施例中，閘道裝置可以包括多個無線閘道模組801,803，用以接收隨身收發裝置產生的訊息。同樣地，無線閘道模組801,803可應用為長距離廣域網路通訊集合器，與終端節點連線可採用無線區域網路(WiFiTM)、藍芽(BluetoothTM)，或一種低功率廣域網路(LPWAN)的無線通訊技術。
閘道裝置包括無線傳輸模組807,809，每個無線傳輸模組可以處理無線閘道模組801,803接收的訊息，當閘道裝置使用其中單向多通道接收訊息的功能，並不受到雙向通訊中接收與傳送的影響，加上模組化的概念閘道裝置可以採用一或多個無線傳輸模組807,809，使得閘道裝置具有極大的彈性與可擴充性。
此例中，控制電路可以設有處理器80、記憶體81與儲存媒體82，除了管理各模組運作外，處理器80用以處理接收與傳送的訊號，記憶體81用以暫存來往訊號。而儲存媒體82除了記錄裝置運行的必要資訊外，更在揭露書提出的閘道裝置中，用以儲存裝置針對每個節點設定接收與傳送封包的資訊，讓閘道裝置在實際運行時，可以更有效率地應用時槽與傳送通道，達到全雙工通訊的目的。
圖9顯示閘道裝置中無線閘道模組的電路實施例方塊圖，圖示以無線閘道模組701為例，每個無線閘道模組701設有天線單元901、無線閘道收發器902、閘道控制器903與連接單元904。無線閘道模組701主要運作於多個不同網段之間，以多通道技術連線一或多個終端節點，接收各終端節點發出的訊息，以天線單元901接收終端節點產生的射頻訊號，由無線閘道收發器902整合了原本無線閘道模組701的接收與發送的功能，處理自終端節點傳送射頻訊號，取得當中的訊息與時間資訊(time stamp)等。閘道控制器903控制無線閘道模組701的運作，包括控制天線單元901與無線閘道收發器902接收訊號的的時間，以及將取得的數據經連接單元904與相關連接線路傳送到控制電路70。
圖10顯示閘道裝置中無線傳輸模組的電路實施例方塊圖，所述頻率的選擇係由無線傳輸模組705掃描頻率的結果所獲得，無線傳輸模組705的主要電路包括天線單元1001、通訊單元1002、控制單元1003與連接單元1004。控制單元1003為控制無線傳輸模組705運作的主要電路，通過連接單元1004電性連接控制電路70，接收控制電路70產生的指令。例如在無線傳輸模組705閒置或是並未執行傳輸指令時，控制電路70產生指令要求無線傳輸模組705對某個頻率實施掃描，即通過通訊單元1002驅動天線單元1001針對特定頻率掃描天空的訊號，並獲得相關頻率的訊號資訊。
通訊單元1002為天線單元1001的驅動電路，執行特定無線 通訊協定，並驅動天線單元1001運作於某個頻率下，執行掃描，並能取得如接收信號強度指標(RSSI)等訊號資訊。之後，將得到在某個頻率下的訊號資訊通過連接單元1004經匯流排或是特定連線將訊息傳送到控制電路70，由控制電路70將掃描結果記錄成訊號掃描表，儲存於記憶體中，或是通過網路傳送到外部主機。
接著，根據圖11所示應用無線通訊系統實現語音通訊的實施例流程圖，此例為兩端通過無線通訊系統執行直接語音通訊。
一開始，由第一使用者裝置1112通過連線的第一隨身收發裝置發出語音通訊請求(1120)，其中載有一目的地，由第一閘道裝置1111接收後，第一閘道裝置1111將檢查其中傳輸通道(TX)是否可用，或是被其他連線佔用(1121)，若其中有可用的傳輸通道，將繼續傳遞語音通訊請求(1122)至伺服器1110。
在伺服器1110中，伺服器1110根據所取得的目的地探索第二隨身收發裝置的位置(1123)，若得出目的地隨身收發裝置連線第二閘道裝置1113，即對第二閘道裝置1113繼續傳遞語音通訊請求(1124)。第二閘道裝置1113同樣地檢查其中是否有可用的傳輸通道(1125)，若有可用的傳輸通道，才繼續傳遞語音通訊請求(1126)至第二隨身收發裝置，並由第二使用者裝置1114接收。
在此過程中，若第一閘道裝置1111或第二閘道裝置1113中的傳輸通道被佔用，在直接語音通訊的需求下，無法順利建立通訊通道，則會對相關使用者裝置產生一無法通訊的訊息。反之，若語音通訊請求順利到達欲通訊的第二使用者裝置1114時，由第二使用者裝置1114通過第二隨身收發裝置回應語音請求，如圖顯示，依照流程1127、1128、1129與1130等步驟，將回應語音請求的訊息回傳到第一使用者裝置1112。於是，兩端之間建立通訊通道，如圖所示的語音通道(1131)，兩端使用者裝置(1112,1114)也就可以通過各自連線的隨身收發裝置經伺服器1110處理串流語音訊號，在此通訊通道上執行直接語音通訊。
根據揭露書提出的無線通訊系統實施例，如圖12所示，連接伺服器120的各端閘道裝置包括有一或多個無線閘道模組，以多通道技術連線各端隨身收發裝置，以及至少一個無線傳輸模組，然而，當其中傳輸通道(TX)被其他連線佔用時，即無法再使用，直到處於可用的狀態下；不過，在全雙工的功效中，其中的接收通道(RX)仍可繼續運行。
圖中顯示第一使用者裝置1212與第一隨身收發裝置1211配對，形成一個節點，通過第一閘道裝置121連線伺服器120。第二使用者裝置1222連線第二隨身收發裝置1221，形成一個節點，通過第二閘道裝置122連線伺服器120，此例更產生一通訊請求，經伺服器120轉送到其目的地，也就是連接第三閘道裝置123的第三隨身收發裝置1231與第三使用者裝置1232，形成通訊路徑1200。
通訊路徑1200顯示第三隨身收發裝置1231為接收端，使用了第三閘道裝置123的傳送通道，而負責對外傳送訊息的接收通道並與第四閘道裝置124的傳送通道未被佔用，因此同樣連線第三閘道裝置123的第四隨身收發裝置1233與第四使用者裝置1234仍可應用這個可用的傳輸通道，如圖顯示，傳遞通訊封包經第三閘道裝置123、由伺服器120轉送，到達第四閘道裝置124，由第五隨身收發裝置1241連線後，由第五使用者裝置1242接收到此通訊封包，形成通訊路徑1201。
圖13顯示另一無線通訊系統運行的實施例示意圖。
此例顯示，第二使用者裝置1222與第二隨身收發裝置1221形成的節點產生通訊封包，經第二閘道裝置122、伺服器120到達第三閘道裝置123，通過其中接收通道傳遞給第三隨身收發裝置1231與第三使用者裝置1232形成的節點，並建立一通訊通道(通訊路徑1203)，可以執行直接語音通訊。另一方面，第一使用者裝置1212與第一隨身收發裝置1211與第五隨身收發裝置1241與由 第五使用者裝置1242形成的節點也形成一通訊路徑1202，同樣地可以在此通訊通道上執行直接語音通訊，由伺服器120負責語音串流的交換工作。
更者，在此無線通訊系統下，各端隨身收發裝置可能在運作時會同時偵測到至少兩個可連線閘道裝置，在實際運行時，可以根據實際訊號的訊號品質決定連線的閘道裝置，其中可以依據接收信號強度指標(RSSI)、封包丟失率(loss rate)與傳輸率(data rate)的其中之一或任意組合評估此訊號品質。同理，當使用者攜帶使用者裝置與隨身收發裝置移動時，會移動在兩個或多個閘道裝置的訊號重疊範圍內，各隨身收發裝置中通訊電路將可根據與至少兩個可連線閘道裝置個別的訊號品質決定一換手時機。
綜上所述，根據以上無線通訊系統、通訊方法與隨身收發裝置的實施例，可知，系統較佳地為運用在長距離廣域通訊協定(LoRa)或類似原本運作在物聯網需求的通訊協定下，由於這類應用在物聯網的通訊協定並不是作為資料量大的傳遞用途，而是強調低功耗與長距離傳輸，因此提出的通訊方法(可使用非授權頻段)則解決傳遞語音封包或是直接語音通訊的問題，使得系統可符合特定場域應用與需求，例如一種緊急電話通訊系統。或可搭配傳統通訊系統時，還可解決小區域通訊需求，或是解決通訊死角等，在中央伺服器的運作下，更支援不同基地台間的換手(hand over)通訊需求。更者，所述隨身收發裝置與使用者裝置達成連線或配對後，可以作為通話的用途，作為內部通訊用，例如架構一個室內分機系統。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，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。

Claims (16)

  1. 一種無線通訊系統，包括：一伺服器；多個閘道裝置，以一無線網路連線該伺服器；多個設於終端的隨身收發裝置，各隨身收發裝置提供一使用者裝置通過其中之一閘道裝置連線該伺服器，以與另一隨身收發裝置連線，並進行通訊；其中，該無線通訊系統執行一通訊方法，包括：一第一隨身收發裝置發出載有一目的地的一訊息，經該第一隨身收發裝置連線的一第一閘道裝置傳送該訊息至該伺服器；該伺服器根據該目的地探索對應之一第二隨身收發裝置的位置，得出該第二隨身收發裝置連線的一第二閘道裝置；以及該伺服器根據該第二隨身收發裝置位置，經該第二閘道裝置傳送該訊息至該第二隨身收發裝置；其中，各隨身收發裝置係執行一近端無線通訊協定與該使用者裝置連線；各隨身收發裝置、其中之一閘道裝置與該伺服器之間係以一長距離廣域通訊協定進行通訊；其中各閘道裝置包括：一或多個無線閘道模組，以多通道技術連線一或多個隨身收發裝置，用以接收各隨身收發裝置產生的訊息；至少一個無線傳輸模組，經決定一傳送通道後，傳送各無線閘道模組接收的訊息；以及一控制電路，通過一連接線路連接並控制該一或多個無線閘道模組以及該至少一個無線傳輸模組。
  2. 如請求項1所述的無線通訊系統，其中該無線閘道模組為一長距離廣域網路通訊集合器，以及該無線傳輸模組為支援長距離廣域網路通訊的一先聽後送模組，於該無線通訊系統中，該先聽後送模組通過該控制電路而處理該一或多個長距離廣域網路通訊集合器接收的訊息；設於該無線通訊系統的該長距離廣域網路通訊集合器設定為單向接收的集合器，並結合單向傳輸的該先聽後送模組。
  3. 如請求項1所述的無線通訊系統，其中，當各隨身收發裝置偵測到至少兩個可連線閘道裝置，根據一訊號品質決定連線的閘道裝置，其中係依據一接收信號強度指標、一封包丟失率與一傳輸率的其中之一或任意組合評估該訊號品質。
  4. 如請求項3所述的無線通訊系統，其中，各隨身收發裝置中通訊電路根據與該至少兩個可連線閘道裝置個別的訊號品質決定一換手時機。
  5. 如請求項1所述的無線通訊系統，其中該伺服器連線一緊急處置中心。
  6. 如請求項1至5中任一項所述的無線通訊系統，其中，當該第一隨身收發裝置傳遞一般數據或語音封包時，該伺服器接收該數據或語音封包後，先暫存於一記憶體，於探索到該第二隨身收發裝置時，再行送出該數據或語音封包。
  7. 如請求項1至5中任一項所述的無線通訊系統，其中，當該使用者裝置通過該第一隨身收發裝置進行直接語音通訊時，於該通訊方法中，包括：產生一通訊請求，經該第一閘道裝置接收後，由該第一閘道裝置檢查一傳送通道是否可用；於該第一閘道裝置的傳送通道為可用時，傳送該通訊請求至該伺服器；當該伺服器探索得到該第二隨身收發裝置的位置與對應的該第二閘道裝置，由該第二閘道裝置確認其中傳送通道是否可用；於該第二閘道裝置的傳送通道可用時，傳送該通訊請求至該第二隨身收發裝置，於該第一隨身收發裝置與該第二隨身收發裝置之間建立一通訊通道，以在該通訊通道上進行直接語音通訊。
  8. 如請求項7所述的無線通訊系統，其中，若互相通訊的兩端隨身收發裝置所連線的閘道裝置的該傳送通道被佔用時，即對該使用者裝置產生一無法通訊的訊息。
  9. 一種通訊方法，運行於一無線通訊系統中，該無線通訊系統包括一伺服器、多個閘道裝置以及多個設於終端的隨身收發裝置，各隨身收發裝置提供一使用者裝置通過其中之一閘道裝置連線該伺服器，以與另一隨身收發裝置連線，並進行通訊，其中該通訊方法包括：一第一隨身收發裝置發出載有一目的地的一訊息，經該第一隨身收發裝置連線的一第一閘道裝置傳送該訊息至該伺服器；該伺服器根據該目的地探索對應之一第二隨身收發裝置的位置，得出該第二隨身收發裝置連線的一第二閘道裝置；以及該伺服器根據該第二隨身收發裝置位置，經該第二閘道裝置傳送該訊息至該第二隨身收發裝置；其中，各隨身收發裝置係以一近端無線通訊方法與該使用者裝置連線，而各隨身收發裝置、其中之一閘道裝置與該伺服器之間係以一長距離廣域通訊協定進行通訊；其中連線於各隨身收發裝置與該伺服器之間的閘道裝置包括：一或多個無線閘道模組，以多通道技術連線一或多個隨身收發裝置，用以接收各隨身收發裝置產生的訊息；至少一個無線傳輸模組，經決定一傳送通道後，傳送各無線閘道模組接收的訊息；以及一控制電路，通過一連接線路連接並控制該一或多個無線閘道模組以及該至少一個無線傳輸模組。
  10. 如請求項9所述的通訊方法，其中，當各隨身收發裝置偵測到至少兩個可連線閘道裝置，根據一訊號品質決定連線的閘道裝置，其中係依據一接收信號強度指標、一封包丟失率與一傳輸率的其中之一或任意組合評估該訊號品質。
  11. 如請求項10所述的通訊方法，其中，各隨身收發裝置中通訊電路根據與該至少兩個可連線閘道裝置個別的訊號品質決定一換手時機。
  12. 如請求項9至11中任一項所述的通訊方法，其中，當該第一隨身收發裝置傳遞一般數據或語音封包時，該伺服器接收該數據或語音封包後，先暫存於一記憶體，於探索到該第二隨身收發裝置時，再行送出該數據或語音封包。
  13. 如請求項9至11中任一項所述的通訊方法，其中，當該使用者裝置通過該第一隨身收發裝置進行直接語音通訊時，更包括：產生一通訊請求，經該第一閘道裝置接收後，由該第一閘道裝置檢查一傳送通道是否可用；於該第一閘道裝置的傳送通道為可用時，傳送該通訊請求至該伺服器；當該伺服器探索得到該第二隨身收發裝置的位置與對應的該第二閘道裝置，由該第二閘道裝置確認其中傳送通道是否可用；於該第二閘道裝置的傳送通道可用時，傳送該通訊請求至該第二隨身收發裝置，於該第一隨身收發裝置與該第二隨身收發裝置之間建立一通訊通道，以在該通訊通道上進行直接語音通訊。
  14. 如請求項13所述的通訊方法，其中，若互相通訊的兩端隨身收發裝置所連線的閘道裝置的該傳送通道被佔用時，即對該使用者裝置產生一無法通訊的訊息。
  15. 一種隨身收發裝置，應用於如請求項1所述的無線通訊系統，包括：一控制器，用以控制該隨身收發裝置的運作；一通訊模組，電性連接該控制器，執行一近端無線通訊協定與該使用者裝置連線；執行一無線廣域通訊協定的一傳送模組以及一接收模組；其中，於該無線通訊系統中，根據該無線廣域通訊協定，該隨身收發裝置提供該使用者裝置通過一閘道裝置連線一伺服器，以與另一隨身收發裝置連線，並進行通訊；其中：該隨身收發裝置發出載有一目的地的一訊息，經連線該隨身收發裝置的該閘道裝置傳送該訊息至該伺服器；該伺服器根據該目的地探索該另一隨身收發裝置的位置，得出該另一隨身收發裝置連線的閘道裝置；以及該伺服器經該另一隨身收發裝置位置連線的閘道裝置完成該訊息的傳遞。
  16. 如請求項15所述的隨身收發裝置，其中，當該使用者裝置通過該隨身收發裝置進行直接語音通訊時，更包括：該隨身收發裝置產生一通訊請求，經該閘道裝置接收後，由該閘道裝置檢查一傳送通道是否可用；於該閘道裝置的傳送通道為可用時，傳送該通訊請求至該伺服器；當該伺服器探索得到該另一隨身收發裝置的位置與連線的閘道裝置時，於該另一隨身收發裝置連線的閘道裝置確認有傳送通道可用時，傳送該通訊請求至該另一隨身收發裝置，於該隨身收發裝置與該另一隨身收發裝置之間建立一通訊通道，以在該通訊通道上進行直接語音通訊。
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