CN1513245A - 具高数据传输率之数据传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明系关于一数据传输系统，其具有一基地台(B)及至少一行动台(Mi)。资料封包(P12)系使用一时槽方式于该基地台(B)及该行动台(Mi)之间互相交换。本案中，第一装置系用来让一资料封包(P12)之一第一部份(P1)以一预设第一符号速率(R1)及一第一传输频率(F1)传输，而第二装置系用来让一资料封包(P12)之一第二部份(P2)以一预设第二符号速率(R2)及一第二传输频率(F2)传输。

Description

具高数据传输率之数据传输系统
本发明是关于一种数字数据传输系统，其系具有至少两个基地台，介于其间之资料封包系藉由无线互相交换；本发明亦是关于一种无线之封包资料之数字传输方法，该传输系介于至少两个基地台之间。
当资料封包倾向于在很短的距离以无线作交换时，类似此类之数据传输系统就很频繁地被应用，举例来说，此即用于介于无线电话之基地部分和行动部分之间之交换资料上。类似此种之数据传输，其资料之交换在仅有几公尺之短距离不需要使用到电线，就是所谓的微型网络(pico networks)。微型网络可在不同的标准下运作，例如蓝芽或是DECT(欧规数字无线电信)标准。
从基地台至行动台之数据传输可视为下行通路，相反的情况，即从行动台至基地台之数据传输可视为上行通路步骤，通常时槽是用以数据传输的方法，就时槽方法而言，该下行通路和上行通路会分配一特定的持续时间之时槽。TDMA(时分多重存取)方法很频繁地使用作为时槽方法之多重存取方法，而TDD(时分双工)方法则是用作为在基地台和行动台之间形成双向信道之双工方法。
用以在微型网络中数据传输之有效频率系由ISM(工业、科学与医疗)频率波段所定义，该ISM频率波段反转在低传输功率等级，不需任何认可即可用以无线定位使用。
负责ISM频率波段规范的机关，即联邦通讯委员会(FCC)定义资料如何相互交换之规则，其中一条规则明定无线数据传输必须使用频率跳跃方式(FHSS；频率跳跃展频方式)执行，此外，该FCC规则规定在一特定时隙中必须执行多少频率交换。
由于频率跳跃方式的使用，FCC规则需要在一有效频率波段内使用一最小数量之非重叠频率信道。举例来说，一个这样的频率波段其范围可在2400.0百万赫兹至2483.5百万赫兹，为了在一频率信道内保证一窄频传输范围，在从0.28至0.35的范围内，会使用一双值GFSK调变方式(高斯频移键控)，其系使用一1百万赫兹之符号时频及一调变指数η，举例来说，其系用于数字无线通讯系统，举例来说，其系基于蓝芽标准。在GFSK调变方式中，一高斯滤波器会用来限制频率带宽，因此可抑制个别频率信道之间所产生的干扰。
当使用一频率跳跃方式时，该个别频率信道会以某种伪随机(pseudo-random)的方式跳跃，这是以使用一算法达成，其系预先确定该信道中频之时序，该频率信道中央之频率可视为信道中频。
目前，有关数字无线通讯系统系基于例如蓝芽标准，如同标准使用频率跳跃方式于速率为1Mbit/s时进行数据传输。该允许高数据传输率之方法论实质上包含高品质调变方式之使用，例如π/4-DQPSK-(微积分相移键控)、π/8-D8PSK-或M-FSK-(频移键控)方式，其中一M＝2m之M值符号会取代一双值位被传输。高品质调变方式通常需要该双值GFSK调变方式之修正，其系用在数字无线通讯系统上，以及相联之传输和接收站台之修正。
为了在蓝芽标准达到高数据传输率，同样地也可能藉由遍及该整个数据传输过程之一因子N增加该符号速率，而不改变该GFSK调变方式。该符号速率在本例中是在振荡相中之速率，该振荡系用作调变之数据传输之载频，然而，此亦加大因子N之频率信道之频宽需求，如果频率跳跃方式无法与增加的符号速率相合的话，则此会导致重叠之频率信道，其系不被FCC规则所接受。该定义信道中频序列之算法必须因此被修正，以便该频率信道具有一较宽之频宽，其系与增加之符号速率相合。该以此方式增加之符号速率之缺点，在于其对微型网络有不利的影响，举例来说，如果介于该基地台及其中之一行动台之间有一高速率资料连接，则其它行动台将不可能自行对该高速率联机作同步化，因为一方面该信道中频必须根据FCC对于高速率连接之需求作改变，且另一方面该符号速率将不会与该预期之符号速率，举例来说1Mbit/s相合。
本发明之目的因此在于提供数据传输系统之装置，以便遵从FCC规则时允许较高之数据传输率，而不需要在过程中干扰该数据传输系统之正常运作。
基于本发明之目的系由该权利要求独立项之特征所达成，其进步之发展及改进具体明列于附属项中。
根据本发明之数据传输系统具有一基地台及至少一行动台，资料封包能藉由使用介于该基地台及该至少一行动台之间之时槽之无线进行互相交换。本发明之一主要构想系使该数据传输系统具有一第一装置，其系用以一资料封包之一第一部份以一预设第一符号速率于一第一传输频率传输；以及使该数据传输系统具有一第二装置，其系用以一资料封包之一第二部份以一预设第二符号速率于一第二传输频率传输，该第一及第二符号速率在本例之各例中该用以数据传输之振荡相之速率皆调变过，本例中，该振荡系在于该第一或第二传输频率，其通常系为该信道中频。
根据本发明之数据传输系统具有之优点，在于其比许多传统之数据传输系统允许较高的数据传输率，因为举例来说，该第二符号速率有可能高于该第一符号速率。为了这个效果，该资料封包之该第一部分会在该预设之第一符号速率及该第一传输频率传输，该第一符号速率通常是使用作为在该数据传输系统之运作期间之标准，在该资料封包之该第一部份之传输期间，所有之接收站台因此具有自行同步化该数据传输之功能，该资料封包之该第二部分，其系通常包含该资料封包之酬载资料，接着会以该较高之第二符号速率传输。总的来说，这导致了整个资料封包处于一较高之数据传输率，其系与传统资料封包之传输相比，然而，值得注意的是，如果该第二符号速率较高，则该第二传输频率亦必须具有一不同于具有一不同于该第一传输频率的值，以便防止根据FCC规则之频率信道之重叠。在该资料封包之该第一部份合适的信息允许所有的接收站台被通知说该第二符号速率及，如果合适的话，与其关连的该第二传输频率。因此在该数据传输系统正常运作下不会有干扰，其系通常在该预设第一符号速率下发生。
根据本发明之数据传输系统具有之另一优点，在于该数据传输率不需要修正所使用为了达到该目的之调变方式即可增加，因此使得继续使用该双值GFSK调变方式于数字无线通讯系统是可行的，举例来说其系使用蓝芽标准运作。
为了确保所有该接收站台能自行对一可能较高之第二符号速率及一与其相关联之第二传输频率进行同步化，其系与该第一传输频率不同，该资料封包之该第一部份较佳地包含有关该第二符号速率之信息，该资料封包之该第一部份尤其也可包含有关该第二传输频率之信息，这并非绝对必要，因为该第二传输频率亦可由该第二符号速率及该第一传输频率之时序之算法的资料计算。
根据本发明之改进之优点，一保护时隙系遵守介于该资料封包之该第一和该第二部分之传输之间，在该保护时隙期间不会有任何数据传输，为了使执行一介于该资料封包之该第一和该第二部分之传输之间之传输频率可能需要的改变成为可行，该传输和接收装置通常必须具有在新传输频率之稳定性，这个需要时间之过渡过程，已经被遵守之保护时隙考虑在内了。
根据本发明改进之另一优点，即在于该基地台和至少一行动台各都具有一区域振荡器，该区域振荡器之频率在上行混合该基频信号成个别传输频率之传输期间使用，在接收期间，接收信号便藉由该区域振荡器下行混合成一中间频率波段，区域振荡器可为低成本电子组件形式。
在各相锁回路(PLL)中较佳地具有区域振荡器，该相锁回路调节该区域振荡器之频率成为参考振荡器之频率，确切地说该相位差会维持恒定，该相锁回路一方面允许一频率被接收，另一方面允许所需频率被制造出来。
本发明之一较佳实施例其特征在于该基地台及至少一该行动台各皆具有一滤波器，其系用于该频率信道之接收终止选择，该滤波器之频宽亦与该第二传输频率之频宽相合，尽管该传输频率在该保护时隙期间就有所改变。
根据本发明另一较佳实施例，辨识信息及一第一资料封包标头会于该资料封包之该第一部份传输，个别之接收器使用该辨识信息以辨别一资料封包之传输开始，该资料封包系为了关联数据传输系统所准备。该第一资料封包标头包含，举例来说，有关该第二符号速率之信息、资料封包之收信人以及如果合适的话，也有关该第二传输频率。
本发明又一较佳实施例提供一同步化字符于该资料封包之该第二部分传输，该同步化字符较佳是在该第二部分之开头传输，该同步化字符是用以传输以及接收器至该第二符号速率之同步化，此同步化避免任何可能之资料损失。一第二资料封包标头亦可在该资料封包之该第二部分之同步化字符后提供，其更包含连接控制之信息，接着该酬载资料就会被传输。
该基地台及该至少一行动台各较佳地具有使用一算法的权利使得该第一传输频率之序列可被计算，亦可能提供该基地台及该至少一行动台同样地具有使用另一算法的权利，其允许该第二传输频率之计算。
根据本发明之数据传输系统能用于，举例来说，短程数字无线通讯系统，例如具有一或多个行动部分之无线电话，另一应用之可能性为计算机控制游戏系统，在该案例中，该行动台会是玩家的摇杆。由于该高传输率，使用根据本发明之数据传输系统尤其在受限于实时需求之系统中具有优势。
本发明另一目的是关于介于一基地台及至少一行动台之间资料封包之无线传输之方法，为了此目的，一资料封包之一第一部份首先于一预设第一符号速率及一第一传输频率传输，该资料封包之一第二部分接着于一预设第二符号速率及一第二传输频率传输。
根据本发明之方法，举例来说其优点在于，因为不需要于仅仅一个预设符号速率传输整个资料封包，而且一个较高、第二符号速率可于第二部分使用，一标准符号速率之使用作为该第一符号速率提供该接收站台有能力可以自行与被传输的资料封包做同步化。
本发明将会在下述文件及参照的图式做更详细的解释，其中：
图1所示为根据习知之数据传输系统之配置，其包含一基地台及四行动台；以及
图2所示为一方块图，其系根据本发明之数据传输系统中用以数据传输之讯框结构。
图1所示唯一已知之数据传输系统，其包含一基地台B；以及举例来说，四行动台Mi(I＝1，...，4)。该基地台能以无线传输资料至各行动台Mi，该行动台Mi同样地也可以无线传输资料至该基地台B，各该基地台B及该行动台Mi都具有一区域振荡器LO用以无线数据传输，一种这样的数据传输系统包含一基地台B及N行动台Mi就视作微型网络，而微型网络仅具有很短的范围。
在图1所示之微型网络的例子中，该基地台B及所有的行动台Mi各皆具有传输和接收装置，然而，举例来说，亦有可能提供该基地台B仅具有一传输装置，使该基地台B仅具有传输资料至行动台Mi之能力。
图2所示为一资料封包P12之一讯框结构，其能在介于该基地台B及该行动台Mi之间以无线作互相交换，其系于根据本发明之一数据传输系统中。举例来说，让我们假设该资料封包P12在2.4GHz ISM频率波段传输，该FCC规则明定在该频率波段之内之该传输频率必须在根据一频率跳跃方式之特定时间之后作变化，为了这个目的，该频率波段再细分不会重叠之频率信道，处于频率信道中央之频率即可视为该传输频率。
在资料封包P12传输之始，该资料封包P12之一部份P1在时间为ΔT1之期间以一符号速率R1及一传输频率F1从该基地台B(举例来说)传输，且由该基地台Mi接收，该符号速率R1是标准符号速率1Mbit/s，在该部分P1之开始，微型网络之辨识信息CAC(信道存取码)会根据蓝芽标准，在一资料封包标头H1传输之后传输，该资料封包标头H1可包含，举例来说，有关该符号速率R2之信息，其中该资料封包P12跟在该部分P1之后之一部份P2会在一时间ΔT2传输，通常该部分P2会以一比该部分P1还高之速率传输，因此，总的来说，该资料封包P12是以一高数据传输率传输。因为一较高符号速率R2需要该传输频率一较宽之频宽，一新传输频率F2就会被选择给该资料封包P12之该部分P2，以便遵从非重叠频率波段之FCC需求。
为了这个理由，该部分P2系在一保护时隙S之前，在该时间ΔTS期间是没有数据传输的，该时间是规划给该保护时隙S，该保护时隙S是用以该区域振荡器在该传输频率F2之稳定度，且为了增加该该频率信道选择之接收终止滤波器之频宽。
在保护时隙S之后，该行动台B传输一同步化字符SYNC，该同步化字符SYNC是用来对该符号速率R2作符号同步化，其后接着的是一数据封包标头H2及进一步之控制信息和酬载资料D。
在资料封包P12之该部分P1传输之资料总量要比在该部分P2之资料总量少上很多，总的来说，该部分P2之该高符号速率R2之传输导致该资料封包P12之高数据传输率。

Claims (26)

1.一种数据传输系统，其包含一基地台(B)以及至少一行动台(Mi)，其中一资料封包(P12)可藉由使用一时槽方式无线传输，其包含：
一用以资料封包(P12)之一第一部份(P1)传输之第一装置，其系以一预设第一符号速率(R1)及一第一传输频率(F1)传输；以及
一用以资料封包(P12)之一第二部份(P2)传输之第二装置，其系以一第二符号速率(R2)及一第二传输频率(F2)传输。
2.如权利要求第1项之数据传输系统，其特征在于该资料封包(P12)之该第一部份(P1)包含有关该第二符号速率(R2)之信息，尤其包含有关该第二传输频率(F2)之信息。
3.如权利要求第1或2项之数据传输系统，其特征在于藉由第三装置以制造介于该资料封包(P12)之该第一部份(P1)及该第二部分(P2)之间之一保护时隙(S)。
4.如前述权利要求之一或多项之数据传输系统，其特征在于该第二符号速率(R2)高于该第一符号速率(R1)。
5.如前述权利要求之一或多项之数据传输系统，其特征在于该基地台(B)及该至少一行动台(Mi)各具有一区域振荡器(LO)。
6.如权利要求第5项之数据传输系统，其特征在于该各振荡器(LO)个别连接至一相锁回路。
7.如前述权利要求之一或多项之数据传输系统，其特征在于该基地台(B)及该至少一行动台(Mi)各具有一滤波器用以该传输频率(F1，F2)之接收终止选择。
8.如前述权利要求之一或多项之数据传输系统，其特征在于该第一装置具有用以制造识别信息(CAC)之装置，其系用以介于该基地台(B)以及该至少一行动台(Mi)之间关联之识别。
9.如前述权利要求之一或多项之数据传输系统，其特征在于该第一装置具有制造一第一资料封包标头(H1)之装置。
10.如前述权利要求之一或多项之数据传输系统，其特征在于该第二装置具有用以制造一同步化字符(SYNC)之装置，其系于该第二符号速率(R2)时，用以该基地台(B)对该至少一行动台(Mi)之同步化。
11.如前述权利要求之一或多项之数据传输系统，其特征在于该第二装置具有制造一第二资料封包标头(H2)之装置，以及用以酬载资料(D)传输之装置。
12.如前述权利要求之一或多项之数据传输系统，其特征在于一算法用以该第一传输频率(F1)系列之计算，以及一算法用以该第二传输频率(F2)之计算，其系分别于该基地台(B)及该至少一行动台(Mi)执行。
13.如前述权利要求之一或多项之数据传输系统，其特征在于该数据传输系统系用于：
数字无线通讯系统；或是
计算机控制之娱乐系统，尤其是计算机控制之游戏系统；或是
有实时需求之系统。
14.一种用以资料封包(P12)之无线传输方法，其系介于一基地台(B)以及至少一行动台(Mi)之间，其步骤系包含：
(1)一资料封包(P12)之一第一部份(P1)以一预设第一符号速率(R1)及一第一传输频率(F1)传输；以及
(2)一资料封包(P12)之一第二部份(P2)以一预设第二符号速率(R2)及一第二传输频率(F2)传输。
15.如权利要求第14项之方法，其特征在于有关该第二符号速率(R2)之信息，以及尤其有关该第二传输频率之信息，系与该资料封包(P12)之该第一部份(P1)被传输。
16.如权利要求第14或15项之方法，其特征在于一保护时隙(S)遵守在该资料封包(P12)之该第二部分(P2)之传输之前。
17.如权利要求第14至16项之一或多项之方法，其特征在于该第二符号速率(R2)高于该第一符号速率(R1)。
18.如权利要求第14至17项之一或多项之方法，其特征在于该基地台(B)及该至少一行动台(Mi)各传输及/或接收系藉由一区域振荡器(LO)。
19.如权利要求第18项之方法，其特征在于各区域振荡器(LO)系分别连接至一相锁回路。
20.如权利要求第14至19项之一或多项之方法，其特征在于该基地台(B)及该至少一行动台(Mi)分别过滤一资料封包(P12)接收之该传输频率(F1，F2)。
21.如权利要求第14至20项之一或多项之方法，其特征在于识别信息(CAC)，其系用以介于该基地台(B)以及该至少一行动台(Mi)之间关联之识别，其系于该资料封包(P12)之该第一部份(P1)传输。
22.如权利要求第14至21项之一或多项之方法，其特征在于一第一资料封包标头(H1)系于该资料封包(P12)之该第一部份(P1)传输。
23.如权利要求第14至22项之一或多项之方法，其特征在于一用以该基地台(B)对该至少一行动台(Mi)作同步化之同步化字符(SYNC)，系于该数据封包(P12)之该第二部份(P2)之启始被传输。
24.如权利要求第14至23项之一或多项之方法，其特征在于一第二资料封包标头(H2)及酬载资料(D)系于该资料封包(P12)之该第二部份(P2)传输。
25.如权利要求第14至24项之一或多项之方法，其特征在于该基地台(B)及该至少一行动台(Mi)个别地具有使用一算法以计算该第一传输频率(F1)之序列之权利，以及使用一算法以计算该第二传输频率(F2)之序列之权利。
26.如权利要求第14至25项之一或多项之方法，其特征在于该方法系用于：
数字无线通讯系统；或是
计算机控制之娱乐系统，尤其是计算机控制之游戏系统；或是
有实时需求之系统。
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