数字无线电通信的制作方法

1.本发明涉及短程、自组织无线电通信网络。这种网络(例如包括蓝牙
tm
)具有许多用于在各种不同设备之间传输数据和控制各种不同设备的用途。


背景技术：

2.在蓝牙
tm
协议下，当两个设备配对后，它们会相互识别，并在彼此范围内时尝试连接。连接过程涉及被称为外围设备的设备中的一者在多个不同的射频(rf)信道上顺序传输被称为通告分组的特殊格式的数据分组。如果通告分组在范围内并且在传输时在正确信道上监听，则该通告分组将被称为主设备或中央设备的其他设备接收。
3.通告分组在主物理信道上传输，并且包括指向辅助物理信道的指针，在该辅助物理信道上传输另一数据分组，中央设备可从该辅助物理信道确定外围设备的身份或地址。如果中央设备接收到该主信道分组，则它在辅助信道上监听，以便它可确定发送通告消息的外围设备是否是其希望连接的外围设备(即，因为它先前已经与它配对过)，如果是，则继续进行连接过程(通过传输连接请求)。如果不是，则中央设备简单地忽略通告消息，并回复到再次扫描通告分组——例如来自不同的外围设备。
4.一旦外围设备和中央设备已经连接，它们就可交换数据和其他消息。然而，维持这样的连接在功耗方面可能是昂贵的，因此通常重要的是，任一设备都可进入连接断开的低功率睡眠状态。当设备重新唤醒时，将再次遵循上述过程来建立重新连接。如果设备移出彼此的范围，然后又移回来，或者如果存在导致连接断开的局部噪声，也会发生这种情况。
5.然而，申请人已经认识到上述重新连接过程有一些缺点。例如，可能需要相对较长的时间来重新建立连接，因为当中央设备正在经历监听通告分组的主信道中所指示的特定辅助信道的过程时——这甚至可能不涉及其希望连接的外围设备——中央设备可能会错过来自它确实希望连接的设备的通告分组。由于在给定信道上传输的通告分组必然相对不频繁，因此这种情况更加严重。这可能会导致典型的重新连接延迟远高于100ms，这在许多应用程序中会影响用户体验。申请人还认识到，这会导致中央设备和外围设备不必要的功耗。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少部分地解决上述问题，并且从第一方面来看，本发明提供了一种在中央设备与外围设备之间进行数字无线电通信的方法，其包括：
7.所述外围设备传输通告分组的重复突发，每个分组包括指示形成连接的可用性的通告字段，其中所述通告字段包括标识所述外围设备的地址；
8.所述中央设备从分组的所述突发接收分组，解码所述通告字段，并且将所述地址与一个或多个期望的连接地址进行比较，以确定是否发起到所述外围设备的连接；
9.如果所述地址与期望的连接地址匹配，则所述中央设备发起到所述外围设备的连接；并且
10.如果所述地址与期望的连接地址不匹配，则所述中央设备继续监听另外的通告分组。
11.本发明扩展到一种数字无线电通信系统，其包括被布置成根据预定通信协议操作的中央设备和外围设备，其中：
12.所述外围设备被布置成传输通告分组的重复突发，每个分组包括指示形成连接的可用性的通告字段，其中所述通告字段包括标识所述外围设备的地址；
13.所述中央设备被布置成从分组的所述突发接收分组，并且解码所述通告字段，并且将所述地址与一个或多个期望的连接地址进行比较，以确定是否发起到所述外围设备的连接；
14.如果所述地址与期望的连接地址匹配，则所述中央设备被布置成发起到所述外围设备的连接；并且
15.如果所述地址与期望的连接地址不匹配，则所述中央设备被布置成继续监听另外的通告分组。
16.本发明还扩展到一种中央数字无线电通信设备，其被布置成根据预定通信协议操作，其中所述设备被布置成：
17.从由外围数字无线电通信设备传输的通告分组的重复突发接收分组，每个分组包括指示形成连接的可用性的通告字段，其中所述通告字段包括标识所述外围设备的地址；
18.解码所述通告字段，并且将所述地址与一个或多个期望的连接地址进行比较，以确定是否发起到所述外围设备的连接；
19.如果所述地址与期望的连接地址匹配，则发起到所述外围设备的连接；并且
20.如果所述地址与期望的连接地址不匹配，则继续监听另外的通告分组。
21.本发明还扩展到一种外围数字无线电通信设备，其被布置成根据预定通信协议操作，其中所述设备被布置成：
22.传输通告分组的重复突发，每个分组包括指示形成连接的可用性的通告字段，其中所述通告字段包括标识所述设备的地址。
23.本发明还扩展到一种操作中央数字无线电通信设备的方法，其包括：
24.从由外围数字无线电通信设备传输的通告分组的重复突发接收分组，每个分组包括指示形成连接的可用性的通告字段，其中所述通告字段包括标识所述外围设备的地址；
25.解码所述通告字段，并且将所述地址与一个或多个期望的连接地址进行比较，以确定是否发起到所述外围设备的连接；
26.如果所述地址与期望的连接地址匹配，则发起到所述外围设备的连接；并且
27.如果所述地址与期望的连接地址不匹配，则继续监听另外的通告分组。
28.本发明还扩展到一种非暂时性计算机可读介质，其包括被配置成使中央数字无线电通信设备根据上述方法进行操作的指令。
29.本发明还扩展到一种操作外围数字无线电通信设备的方法，其包括：
30.传输通告分组的重复突发，每个分组包括指示形成连接的可用性的通告字段，其中所述通告字段包括标识所述设备的地址；
31.本发明还扩展到一种非暂时性计算机可读介质，其被配置成使外围数字无线电通信设备根据上述方法进行操作的指令。
32.因此，本领域技术人员将会看到，根据本发明，通告分组包括通告字段中的外围设备的地址。这使得中央设备能够在中央设备希望连接到外围设备的情况下(例如，因为它们已经配对或先前已经连接)更快地发起到外围设备的连接，因为它可直接从通告字段确定外围设备的身份。另一方面，如果外围设备不是中央设备希望连接的外围设备，则中央设备不需要占用其无线电资源来监听辅助信道，并且因此可更快地继续监听来自其他外围设备(它可能希望连接到这些外围设备)的通告分组，这将减少连接到期望的外围设备所花费的平均时间。
33.此外，通告分组的突发的传输还增加了中央设备在传输它们中的一者时在正确信道上监听的可能性，这平均减少了重新连接所花费的时间。
34.如本领域技术人员将会理解，本发明的实施例允许在通信的两端节省功率，因为平均而言需要中央设备解码更少的传输，并且因为两个设备可更容易地被置于低功率模式(例如睡眠)中，从而断开连接，而这不会由于与随后的重新连接相关联的等待时间而对使用者体验产生太多的有害影响。
35.在一组实施例中，外围设备被布置成在主物理信道上传输每个通告分组，并且在辅助信道上传输后续通告分组。类似地，在一组实施例中，中央设备从由外围设备在主物理信道上传输的通告分组的重复突发接收分组，并且发起连接包括中央设备接收并且解码由外围设备在辅助信道上传输的后续通告分组。
36.中央设备然后可监听辅助信道，以便仅当通告分组包含其希望连接的外围设备的地址时才接收后续分组。例如，后续分组可包含关于外围设备的另外的信息或者关于其希望建立的连接的参数，以便允许中央设备通过辅助信道发起到外围设备的连接。
37.在本发明的任何方面的一组实施例中，中央设备发起连接包括中央设备接收并且解码后续通告分组。中央设备发起连接可包括中央设备在接收到后续通告分组之后通过辅助信道传输连接请求分组。该连接请求分组然后被外围设备接收并且解码。然后，外围设备通过辅助信道传输由中央设备接收并且解码的连接响应分组，此后，在中央设备与外围设备之间建立连接。
38.外围设备可通过单个信道传输通告分组的所述突发。然而，在一组实施例中，外围设备例如在一个周期中通过多个信道传输通告分组的所述突发。通过其传输分组突发的信道序列可重复多次，增加了当传输分组中的一者时中央设备在正确信道上监听的可能性，这平均减少了重新连接所花费的时间。
39.在一组实施例中，外围设备以大于1mbps，例如2mbps的数据速率传输通告分组的所述突发。这可增加由所述外围设备传输的通告分组的速率，增加当传输分组中的一者时中央设备在正确信道上监听的可能性，这平均减少了重新连接所花费的时间。
附图说明
40.现将仅借助于示例参考附图描述本发明的实施例，在这些附图中：
41.图1是绘示典型的无线电通信系统的示意图；
42.图2a和图2b是绘示在蓝牙
tm
低功耗(btle)扩展通告中使用的现有技术传输/接收序列的示意图；
43.图3是进一步绘示在btle中使用的传输/接收序列的示意图；
44.图4是绘示根据本发明的实施例的无线电通信系统的示意图；
45.图5是绘示根据本发明的实施例的传输/接收序列的示意图；并且
46.图6是绘示根据本发明的实施例的另外的传输/接收序列的示意图。
具体实施方式
47.图1示出包括第一中央或启动器收发器设备10、第一外围无线电收发器设备12和第二外围无线电收发器设备14的无线电系统。此后，这些将被称为中央设备10、第一外围设备12和第二外围设备14。中央设备10包括天线16；第一外围设备12包括天线18；第二外围设备包括天线20。如本领域技术人员将会很好地理解，在无线电收发器10、12和14中提供了多个标准模块，诸如处理器、振荡器、滤波器、放大器、数模转换器(dac)和模数转换器(adc)，但是为了简洁起见，省略了对这些模块的描述。
48.图1还示出信号通路22、24、26和28。信号通路22和24分别从通过其各自的天线18和20作为发射器的外围设备12和14到通过其天线16作为接收器的中央设备10。信号通路26和28分别从通过其天线16作为发射器的中央设备10到筒其各自的天线18和20作为接收器的外围设备12和14。收发器10、12和14可被配置成使用本领域中本身已知的ofdm(正交频分复用)来操作。
49.图2a和图2b绘示分别用于中央无线电收发器10和外围无线电收发器12的蓝牙
tm
低功耗(btle)扩展通告中的现有技术传输/接收序列29a、29b、30a、30b的示例。序列29a、29b绘示中央设备10的动作，并且序列30a、30b绘示外围设备10的动作。
50.为了发起中央设备10与外围设备12之间的连接，外围设备12分别在不同的物理信道a、b和c上传输通告分组31、32、34。本领域的技术人员将会理解，物理信道的数量不限于三个：通告分组可由外围设备12通过任何数量的物理信道传输。每个通告分组包括指向辅助物理信道的指针，在该辅助物理信道上由外围设备12传输另一辅助通告分组36，中央设备10可从该辅助物理信道确定外围设备12的地址。
51.图2a绘示使用btle在中央设备10与外围设备12之间形成成功连接的情况的示例。中央设备10在不同的物理信道上循环地监听，直到它接收到通告分组：它可只接收通过对应于指定接收时隙的物理信道传输的通告分组，并且在中央设备10忙碌(例如，作为不同连接的主设备)的时隙41a期间将不会接收分组。此后，实线箭头50指示分组被传输和接收；虚线箭头52指示分组被传输但未被接收；没有箭头表示没有传输分组。
52.因此，在该示例中，中央设备不接收通过信道a传输的通告分组，因为它在对应的时隙41a中忙碌。然而，它在下一个接收时隙44a接收通过信道b传输的通告分组32a。该分组包含指向辅助信道的指针，通过该辅助信道传输辅助通告分组36a。然后，中央设备10在对应的接收时隙48a期间在辅助信道上等待并监听。由于中央设备在相应的时隙43a中忙碌，因此也没有接收到第三通告分组34a。
53.当中央设备在适当的时隙48a中监听辅助信道时，它接收由外围设备传输的辅助通告分组36a，中央设备10能够从该辅助通告分组36a确定外围设备12的地址，并确定是否应该发起连接。
54.如果外围设备12的地址指示不应该发起连接，则中央设备10停止辅助信道上的所有活动，并回复到在主信道上监听。然而，在该示例中，中央设备10确定应该发起连接，因此
中央设备10通过辅助信道向外围设备12传输连接请求分组38a。然后，外围设备12通过辅助信道向中央设备10传输连接响应分组40a，此后，中央设备10与外围设备12之间的连接已经成功建立。
55.图2b绘示由于外围设备12的通告分组31b、32b和34b的传输时隙与中央设备10的每个信道42b、44b和46b的接收时隙之间的不同步而在中央设备10与外围设备12之间没有形成连接的示例性情况。如前所述，由于中央设备在对应的时隙41b中忙碌，因此没有接收到通过信道a发送的通告分组31b。然而，由于中央设备正在对应的时隙42b中监听信道a，因此也没有接收到通过信道b发送的下一个通告分组32b。由于中央设备在时隙43b中再次忙碌，因此也没有接收到通过信道c发送的第三通告分组34b。如前所述，辅助通告分组36b由外围设备在辅助信道上传输，但是中央设备没有接收到它，因为它正在时隙44b中监听信道b。
56.其结果是，在该扫描事件内在收发器10和12之间没有形成连接，从而导致当需要多个扫描事件时发起连接所需的时间延长。
57.图3绘示分别从中央设备10、第一外围设备12和第二外围设备14的角度的另外的示例性传输/接收序列82、84和86。在该示例中，中央设备10在其正在监听信道b的接收时隙90内接收由第一外围设备无线电收发器12通过物理信道b传输的通告分组88。其结果是，中央设备然后在接收时隙92中的辅助信道上监听，并因此接收并且解码由第一外围设备12传输的辅助通告分组94。在该示例中，包含在辅助通告分组94中的地址向中央设备10指示第一外围设备12不是中央设备12已与其配对的第一外围设备，并因此不需要连接到第一外围设备12的尝试。然而，当中央设备在接收时隙92中的辅助信道上监听时，它不接收由第二外围设备14通过信道c传输的通告分组96。如果中央设备10在该接收时隙中没有被要求跟随指向第一外围设备12的辅助信道的指针，则不会是这种情况——相反，接收时隙92将被用于c信道接收，并且分组96将被中央设备接收。这种情况进一步延长了建立重新连接所需的平均时间。
58.图4绘示根据本发明的实施例的另一无线电系统。如可由类似的附图标记(除了添加主要字符之外)推断的，这可采用与图1的btle系统相似的硬件，但是被布置成如下面将参考图5和图6描述的那样不同地操作。
59.图5绘示图4的系统的示例性传输/接收序列54和56，其中序列54绘示中央设备10’的动作，而序列56绘示第一外围设备12’的动作。
60.如在序列56中可看到的，与btle不同，每个通告分组58、60、62通过每个信道a、b、c被传输两次，并且每个信道序列64被重复若干次。除此之外，每个通告分组58、60和62含有外围无线电收发器12’的地址。为了简洁起见，仅示出一个全信道序列64，然而，本领域技术人员将会理解，这可重复任意次数。还将理解，每个分组被传输的次数不限于两次：可使用任何数量的重复。
61.同样与btle相反，通告分组58、60、62以2mbps而不是1mbps传输，如与图2和图3的分组持续时间相比更短的分组持续时间所示。
62.作为上述差异的结果，尽管没有接收到第一序列64中的所有通告分组58、60、62，或者因为中央设备10’忙碌或者在错误信道上监听，但是在第二序列中通过信道b传输的通告分组66被中央设备在接收时隙78中接收。与图2a和图3中的情况相比，这是相对较短的时
间。
63.中央设备10’解码包括包含在其分组数据单元(pdu)中的地址的通告分组66。它将该地址与它存储在数据库中的地址进行比较，以确定它是否希望连接到外围设备12
’–
例如，因为它已经与外围设备12’配对。这允许中央设备10’立即确定该分组来自其希望连接的外围设备12’，并且因此它应该发起连接。中央设备10'然后在适当的时隙80中的辅助信道上监听，并接收并且解码由外围设备12’传输的辅助通告分组68。如在btle中，中央设备10’然后通过辅助信道向外围设备12’传输连接请求分组70。然后，外围设备12’通过辅助信道向中央设备10’传输连接响应分组72，此后，中央设备10’与外围设备12’之间的连接已经成功建立。
64.然而，如果中央设备10’不希望连接到外围设备12’，则它可避免监听时隙80中的辅助信道，而是监听下一个主信道(例如信道c)，这增加了中央设备10’从它可能想要连接的另一个外围设备14’接收通告分组的可能性。这在图6中更详细地示出。
65.图6绘示分别用于中央设备10’、第一外围设备12’和第二外围设备14’的另外的示例性传输/接收序列98、100和102。在这种情况下，中央设备10’在接收时隙106中接收由第一外围设备12’通过信道b传输的通告分组104，因为它当时在该信道上列出。中央设备10’然后解码分组104，并将在分组的pdu中提供的外围设备12’的地址与它配对的外围设备的列表进行比较。
66.在该示例中，中央设备10’不希望发起到第一外围设备12’的连接；同样，由于外围设备12’的地址包含在其pdu中，因此中央设备能够仅根据包含在通告分组104中的数据来确定这种情况。因此，中央设备10’不需要在随后的接收时隙112中跟随第一外围设备12’的辅助指针——相反，中央设备继续在接收时隙112中的下一个主信道(在该示例中是信道c)上监听。因此，由第一外围设备12’传输的辅助通告分组108没有被中央设备10’接收。
67.其结果是，中央设备10’能够在接收时隙112中接收由第二外围设备14’通过物理信道c传输的通告分组110。分组110中还包含第二外围设备14’的地址；中央设备10’将该地址与其列表进行比较，并确定其希望从该地址发起到第二外围设备14’的连接。因此，中央设备10’随后跟随第二外围设备14’的辅助指针，在其辅助信道上监听并接收由第二外围设备14’传输的辅助通告分组113。如前所述，中央设备10’然后通过辅助信道向第二外围设备14’传输连接请求分组114。然后，第二外围设备14’通过辅助信道向中央设备10’传输连接响应分组116，此后，中央设备10’与第二外围设备14’之间的连接已经成功建立。
68.该示例展示在主信道通告分组中包含通告方的地址的优势：发起中央设备10’与第二外围设备14’之间的连接需要缩短的时间。如果分组104不包含第一外围设备12’的地址，则尽管不需要发起连接，中央设备10’也会跟随第一外围设备12’的辅助指针，阻止中央设备从第二外围设备14’接收通告分组110并发起期望的连接。
69.本领域的技术人员将会理解，上面给出的示例仅仅是可实施本发明的一种方式，并且在本发明的范围内许多修改和变型都是可能的。