无线通信装置与数据传输速率的决定方法与流程

1.本发明申请是关于一种应用于无线通信装置内的速率适配机制，尤指一种可智能地根据用户需求弹性决定数据传输速率的方法及实施该方法的无线通信装置。


背景技术：

2.ieee 802.11是ieee 802局域网络(local area network，缩写lan)技术标准的一部分，其规定了用于实现无线局域网络(wlan)计算器通信的媒体访问控制(media access control，缩写mac)和物理层(phy)协议集。ieee 802.11用于大多数家庭和办公网络，以允许笔记本电脑、打印机、智能手机等装置和其他设备相互通信，并在不连接网络线的情况下存取因特网。ieee 802.11使用多种频带建立通信，其包括但不限于2.4ghz、5ghz、6ghz和60ghz频带。尽管ieee 802.11规范列出了可能使用的通道，但实际允许的可用射频频谱则因监管领域而异。
3.一般而言，在无线通信系统中使数据封包能够正确地从传送端发送至接收端须具备三个要件，包括：适当的传输速率、足够的传输功率、以及良好的信号质量。随着ieee 802.11规格的演进，数据的传输速率(data rate)与传输量(throughout)也持续提升。然而，传输速率与传输量可能会影响到最终的传输功率。因此，如何使无线通信装置可智能地执行速率适配(rate adaptation，缩写ra)成为值得研究的课题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种智能地根据用户需求弹性决定数据传输速率的方法及实施该方法的无线通信装置。
5.根据本发明的一个实施例，一种无线通信装置，包括处理器、基频信号处理电路与无线收发电路。处理器用以决定传输需求，根据传输需求与通道状态决定传输速率，并且将数据与传输速率的信息提供给基频信号处理电路。传输速率的信息包括选定的传输规格、选定的物理层数据传输速率以及选定的调变和编码方案的至少一者。基频信号处理电路耦接处理器，用以根据传输速率的信息处理数据，以产生对应的封包。无线收发电路耦接基频信号处理电路，用以传送封包。
6.根据本发明的另一个实施例，一种数据传输速率的决定方法包括：决定无线通信装置所在的无线通信环境的通道状态；决定无线通信装置的传输需求；根据传输需求与通道状态决定传输速率，其中传输速率是由选定的传输规格、选定的物理层数据传输速率以及选定的调变和编码方案的至少一者定义；以及根据传输速率处理数据，以产生对应的封包。
附图说明
7.图1示出了根据本发明的一个实施例所述的无线通信装置的示例性方块图。
8.图2示出了根据本发明的一个实施例所述的决定数据传输速率的方法示例性流程
图。
9.图3示出了技术规格802.11a与802.11ac的规范所定义的传输频谱屏蔽。
10.图4示出了技术规格802.11n的规范所定义的传输频谱屏蔽。
11.图5示出了记载由技术规格802.11a的规范所定义的各调变机制、码率与物理层数据传输速率的一个表格。
12.图6示出了记载由技术规格802.11n与802.11ac的规范所定义的各调变和编码方案所对应的调变机制、码率与物理层数据传输速率的一个表格。
13.图7示出了根据本发明的一个实施例所述的速率适配示例。
14.符号说明：100：无线通信装置110：天线120：无线收发电路130：基频信号处理电路140：处理器700：弹性速率适配范围
具体实施方式
15.图1示出了根据本发明的一个实施例所述的无线通信装置的示例性方块图。无线通信装置100可包括至少一个天线110、无线收发电路120、基频信号处理电路130以及处理器140。值得注意的是，图1为简化的无线通信装置示意图，其中仅示出了与本发明相关的组件。本领域技术人员均可理解，无线通信装置当可包含许多未示于图1的组件，以实施无线通信及相关的信号处理的功能。
16.无线收发电路120用以通过天线110接收无线信号，并且处理接收的信号，或者处理欲传送的信号，并且通过天线110传送对应的封包。例如，无线收发电路120可对信号执行功率放大或衰减的处理，以及升频或降频的转换，用以将基频信号转换为射频信号或者将射频信号转换为基频信号。基频信号处理电路130用以处理基频信号。更具体的说，基频信号处理电路130可根据选定的传输规格、选定的物理层数据传输速率以及/或选定的调变和编码方案(modulation and coding scheme，缩写mcs)处理基频信号，用以将欲传送的数据依循对应的通信协议转换为传送封包，或者将接收到的封包依循对应的通信协议转换为后端电路可处理的数据格式。处理器140用以控制无线通信装置100的运作，并且处理器140内部可包括通过硬件、韧体或软件中的任一者或其组合实施的多个子电路或功能模块，用以执行所需的信号处理功能。例如，处理器140内部可包括通道评估子电路或功能模块、传输需求评估子电路或功能模块、速率适配子电路或功能模块等。在本发明的实施例中，通过所述子电路或功能模块的协同运作，处理器140可决定无线通信装置100目前所在的无线通信环境的通道状态、决定无线通信装置100目前的传输需求、并且可根据目前的通道状态与传输需求决定目前最佳的传输速率(transmission rate，缩写为tx rate)。需注意的是，由于无线通信的传输通道为时变系统，因此，处理器140可持续地或周期性地决定目前的通道状态，并且根据目前的通道状态与传输需求决定目前最佳的传输速率。此外，需注意的是，如本文所用，“a及/或b”以及“a与b中的至少一者”是指列出的关联项目(a、b)中的一个或多个
的任意组合(例如为a、b或a与b的组合)。
17.在本发明的实施例中，无线通信装置100(及其所包含的天线110、无线收发电路120、基频信号处理电路130与处理器140等)为可支持多种ieee 802.11技术规格(standard)的装置，例如，至少包含但不限于802.11a、802.11g、802.11n、802.11ac、802.11ax等，其中802.11a、802.11g为以正交分频多任务(orthogonal frequency division multiplexing，缩写ofdm)的波型与传输速率为基础的规格，802.11n为具备高传输量(high throughout，缩写ht)的传输速率的规格，802.11ac为具备超高传输量(very high throughout，缩写vht)的传输速率的规格，802.11ax为具备高效能(high efficiency，缩写he)的传输速率的规格。举例而言，无线通信装置100可以是支持802.11技术规格的存取点(access point，缩写为ap)或者装置(station)，例如手机、智能手表或平板计算机。
18.此外，在本发明的实施例中，在处理器140决定目前最佳的传输速率时，处理器140可还决定目前最佳的传输规格作为选定的传输规格，并且所述选定的传输规格是选自包含前述由无线通信装置100所支持的ieee802.11技术规格的一群组。
19.图2是示出了根据本发明的一个实施例所述的由无线通信装置100所执行的数据传输速率的决定方法示例性流程图，包括以下步骤：
20.步骤s202：决定无线通信装置100所在的无线通信环境的通道状态。如上所述，处理器140或对应的通道评估子电路或功能模块可根据接收到的信号执行通道评估，以决定目前的通道状态。熟悉此技艺者皆可理解本技术领域已发展出诸多公知的通道评估方法，因此，在此不再赘述，而本发明亦不限于使用任一种通道评估方法评估通道状态。
21.步骤s204：决定无线通信装置100目前的传输需求。如上所述，处理器140或对应的传输需求评估子电路或功能模块可根据目前被用户开启的应用程序、目前被用户启动的功能或者目前用户的操作行为决定传输需求。需注意的是，本发明并不限制执行步骤s202与步骤s204的先后顺序。
22.步骤s206：根据传输需求与通道状态决定传输速率。在本发明的实施例中，传输速率(tx rate)是由选定的传输规格、选定的物理层数据传输速率以及选定的调变和编码方案中的至少一者定义。如上所述，处理器140或对应的速率适配子电路或功能模块可根据目前的通道状态与传输需求决定目前最佳的传输速率，并可将传输速率的信息提供给基频信号处理电路130。在本发明的实施例中，传输速率的信息可包括前述选定的传输规格、选定的物理层数据传输速率以及选定的调变和编码方案中的至少一者的相关设定值。
23.步骤s208：由基频信号处理电路130根据目前决定的传输速率处理欲传送的数据，以产生对应的至少一个封包。在处理完成后，基频信号处理电路130会将欲传送的封包提供给无线收发电路120。
24.步骤s210：由无线收发电路120根据传输速率的信息决定对应的传输功率，以及根据此传输功率传送由基频信号处理电路130提供的封包。在本发明的实施例中，处理器140或基频信号处理电路130可将目前所决定的传输速率的信息提供给无线收发电路120，或者无线收发电路120可直接根据自基频信号处理电路130接收的封包内容获得目前所决定的传输速率的信息。
25.根据本发明的一个实施例，处理器140可事先定义出对应于(或者，适用于)高传输
量(throughout)的至少一种传输规格(以下称第一传输规格)以及对应于(适用于)长距离传输的至少一种传输规格(以下称第二传输规格)。例如，处理器140可根据无线通信装置100所支持的ieee 802.11技术规格中各技术规格所对应的子载波数量、传输频谱屏蔽(tx mask)、物理层数据传输速率(即，physical layer data transmission rate，简称phy rate)与封包聚合能力的至少一者选择出适当的技术规格作为所述第一传输规与第二传输规格，并且在步骤s206中决定传输速率时，处理器140或对应的速率适配子电路或功能模块可根据传输需求决定选择第一传输规格或第二传输规格作为选定的传输规格。
26.举例而言，以技术规格802.11a、802.11n、802.11ac三者为例，根据各技术规格的规范所定义的子载波数量，在20mhz的通道带宽的应用中有效可使用的子载波数量分别为52、56、56。在使用相同传输功率传送封包的情境之下，由于802.11a的有效可使用子载波数量为三者中最少的，依循802.11a技术规格传输的子载波可分配到最大的传输功率。因此，处理器140可将技术规格802.11a定义为较适用于长距离传输的传输规格(即，前述的对应于长距离传输的传输规格)。换言之，由于子载波可分配到的传输功率与子载波数量成反比，在本发明的实施例中，处理器140可将子载波数量最少或相对较少的技术规格设定为较适用于长距离传输的传输规格。
27.图3示出了技术规格802.11a与802.11ac的规范所定义的传输频谱屏蔽。图4示出了技术规格802.11n的规范所定义的传输频谱屏蔽。为了避免造成相邻通道的干扰，ieee 802.11系列技术规格以传输频谱屏蔽规范出每个通道的信号强度分布图，传输频谱屏蔽示出传输信号的各频率成分相较于其中心频率fc应具有的强度或功率落差，因此，以ieee 802.11系列技术规格传输的信号所呈现的功率频谱密度分布不得超过规范所定义的传输频谱屏蔽。
28.如图3所示，信号在中心频率fc
±
30mhz处必须与中心频率fc处具有40dbm的差值(如图所示的-40dbr)。如图4所示，信号在中心频率fc
±
30mhz处必须与中心频率fc处具有45dbm的差值(如图所示的-45dbr)。因此，同样以技术规格802.11a、802.11n、802.11ac三者为例，由于802.11n所要求的强度或功率差值较802.11a与802.11ac所要求的强度或功率差值大，为能使信号的强度分布满足传输频谱屏蔽的限制，无线通信装置100必须以较低的传输功率传送依循802.11n技术规格的信号，即，802.11a与802.11ac的传输功率可大于802.11n。因此，处理器140可将技术规格802.11a或802.11ac定义为较适用于长距离传输的传输规格。换言之，由于传输频谱屏蔽所定义的强度或功率差值会影响到无线通信装置100可打出的功率大小，规范所要求的强度或功率差值与信号的传输功率成反比，在本发明的实施例中，处理器140可将规范所要求的强度或功率差值最小或相对较小的技术规格设定为较适用于长距离传输的传输规格。
29.图5示出了记载由技术规格802.11a的规范所定义的各调变机制、码率与物理层数据传输速率(即，phy rate)的一个表格。图6示出了记载由技术规格802.11n与802.11ac的规范所定义的各调变和编码方案(mcs)所对应的调变机制、码率与物理层数据传输速率的一个表格。图5与图6的表格示出了基于相同的传输条件：20mhz的通道带宽、传输方式为1t1r以及长保护间隔(guard interval)的设定之下采用各调变方式所对应的码率及可达到的物理层数据传输速率。为简化图标内容，图中的文字ht_mcs_index代表技术规格802.11n所对应的调变和编码方案索引值，vht_mcs_index代表技术规格802.11ac所对应的
调变和编码方案索引值，modulation代表调变方式，coding_rate代表码率，phy_rate代表物理层数据传输速率。
30.比较图5与图6，可以发现在相同的调变方式与码率之下，802.11n与802.11ac通常可具有较大的物理层数据传输速率。由于物理层数据传输速率与传输量成正比，在本发明的实施例中，处理器140可将具有较大的物理层数据传输速率的技术规格，例如，在此示例中的802.11n与802.11ac的任一者，设定为较适用于高传输量传输的传输规格(即，前述的对应于高传输量传输的传输规格)。此外，由于802.11ac最高可支持到调变和编码方案索引值8的调变和编码方案，但802.11n无法支持(在图6中以na表示)，因此，在本发明的一个实施例中，处理器140也可直接将802.11ac设定为较适用于高传输量传输的传输规格。
31.此外，根据本发明的又另一个实施例，同样以技术规格802.11a、802.11n、802.11ac三者为例，由于802.11n与802.11ac具备封包聚合(frame aggregation)能力，可支持高阶的封包聚合传输，因此，处理器140可将具备封包聚合能力的传输规格，例如，在此示例中的802.11n与802.11ac的任一者，设定为较适用于高传输量传输的传输规格。
32.需注意的是，虽然上文主要是以通道带宽为20mhz的应用以及技术规格802.11a、802.11n、802.11ac三者做为示例说明，但本发明并不限于此。在本发明的其他实施例中，处理器140亦可基于其他通道带宽的应用，比较各技术规格所对应的传输参数以选择出具有较高传输功率的传输规格作为适用于长距离传输的传输规格，以及选择出具有较高传输量的传输规格作为适用于高传输量传输的传输规格。
33.根据本发明的一个实施例，在处理器140决定传输速率时，例如在执行步骤s206时，处理器140可先根据通道状态选择调变和编码方案或物理层数据传输速率，再根据传输需求决定选择采用对应于长距离传输的传输规格或者对应于高传输量传输的传输规格。举例而言，处理器140可先根据通道状态选择调变和编码方案或所欲达成的物理层数据传输速率下限值。若存在一个以上的传输规格可支持所选定的调变和编码方案或所欲达成的物理层数据传输速率，则处理器140可进一步根据目前传输需求决定选择要采用多种传输规格之中对应于长距离传输的传输规格或者对应于高传输量传输的传输规格。
34.根据本发明的另一个实施例，在处理器140根据通道状态决定必须调整传输速率时，例如，在通道状态改变时，处理器140可根据最新的通道状态选择调变和编码方案或物理层数据传输速率，并且根据传输需求决定选择采用对应于长距离传输的传输规格或者对应于高传输量传输的传输规格。
35.将以实际示例详述如下，假设处理器140根据通道状态决定以二进制相移键控(binary phase shift keying，缩写bpsk)的调变方式与码率为1/2的方案作为目前的传输方式，或者根据通道状态决定所欲达成的物理层数据传输速率至少为6兆位/秒(mbit/s)，由于技术规格802.11a、802.11n、802.11ac三者均可支持所选定的调变和编码方案与物理层数据传输速率，处理器140可进一步判断目前传输需求为长距离传输或者高传输量传输。若目前传输需求为长距离传输，则处理器140可决定采用802.11a的传输规格进行信号传输，因其传输功率可以是三者之中最高的，因此，目前最佳的传输速率(tx rate)可以是802.11a(或称ofdm)6mbit/s，其所对应的调变方式为bpsk，码率为1/2。若目前传输需求为高传输量传输，则处理器140可决定采用802.11ac或802.11n的传输规格进行信号传输。因此，目前最佳的传输速率(tx rate)可以是802.11n(或称ht)或802.11ac(或称vht)
6.5mbit/s，其所对应的调变方式同样为bpsk，码率同样为1/2。处理器140可将所决定的传输速率的信息，例如，(ofdm，6mbit/s)，或者(ht，mcs_index＝0)或(vht，mcs_index＝0)的信息提供给基频信号处理电路130，使基频信号处理电路130可以此设定将欲传送的数据转换为对应的传送封包。此外，无线收发电路120也可根据传输速率的信息决定对应的传输功率。
36.图7示出了根据本发明的一个实施例所述的速率适配示例，其是以20mhz通道带宽的应用为基础。在此示例中，方向向右的调整为传输速率下降的调整，方向向左的调整为传输速率上升的调整，图中的文字vht代表技术规格802.11ac，mcs_x代表mcs索引值为x的调变和编码方案；且图中的文字ofdm代表技术规格802.11a，ym代表物理层数据传输速率为y mbit/s的调变和编码方案。如上所述，选定的传输规格、物理层数据传输速率以及调变和编码方案的至少一者或其组合可定义出对应的传输速率(tx rate)。
37.根据本发明的一个实施例，处理器140可定义弹性速率适配范围，例如图7所示的弹性速率适配范围700。弹性速率适配范围700内可包括多个速率适配路径，而各速率适配路径可对应于至少一种传输需求，代表处理器140可在既定传输需求之下选择对应的速率适配路径执行速率适配，而弹性速率适配范围700内的传输速率为多于一个传输规格可支持的传输速率。以弹性速率适配范围700为例，弹性速率适配范围700可包括两条速率适配路径，上方的速率适配路径可对应于高传输量传输的需求，意味着上方的路径为适合高传输量传输的速率适配路径，而下方的速率适配路径可对应于长距离传输的需求，意味着下方的路径为适合长距离传输的速率适配路径。
38.根据本发明的一个实施例，在执行数据传输的过程中，处理器140可动态地调整传输速率。例如，处理器140可根据最新评估的通道状态动态地调升或调降传输速率。在传输速率经调整后进入弹性速率适配范围700时，处理器140可根据目前的传输需求决定在哪个速率适配路径内执行速率适配，以选择出最佳的传输速率(即，包含选择出最佳的传输规格)。如图7所示，当传输速率下降或上升至多于一个传输规格可支持的传输速率时，便可进入弹性速率适配范围700内。在弹性速率适配范围700内，处理器140可在长距离传输以及高传输量传输的不同选择中，调整传输速率等相关的传输参数，以达到最佳的传输效能。
39.举例而言，假设目前被用户开启的应用程序、目前被用户启动的功能或者目前用户的操作行为是关于家电控制的信号传输、或者关于网络语音通信的信号传输，处理器140可判断目前的传输需求为长距离传输，因此可在进入弹性速率适配范围700内时，选择在下方的路径执行速率适配。假设目前被用户开启的应用程序、目前被用户启动的功能或者目前用户的操作行为是关于实时视频的信号传输，或是影片观赏的信号传输，处理器140可判断目前的传输需求为高传输量传输，因此可在进入弹性速率适配范围700内时，选择在上方的路径执行速率适配。
40.在既有的速率适配技术中，由于仅根据物理层数据传输速率(phy rate)选择对应的调变和编码方案，因而无法达到最佳的传输效能。相较于此，本发明的实施例中，可智能地根据使用者目前的传输需求有弹性地决定数据传输速率，以适当地调整相关的传输参数，如此可达到最佳的传输效能。
41.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请权利要求所做的均等变化与修饰，都应属于本发明的涵盖范围。

技术特征：
1.一种无线通信装置，其特征在于，所述无线通信装置包括：处理器，用以决定传输需求，根据所述传输需求与通道状态决定传输速率，并且将数据与所述传输速率的信息提供给基频信号处理电路，其中所述传输速率的信息包括选定的传输规格、选定的物理层数据传输速率以及选定的调变和编码方案中的至少一者；所述基频信号处理电路，耦接所述处理器，用以根据所述传输速率的信息处理所述数据，以产生对应的封包；以及无线收发电路，耦接所述基频信号处理电路，用以传送所述封包。2.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述无线收发电路还根据所述传输速率的信息决定对应的传输功率，以及根据所述传输功率传送所述封包。3.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述处理器还选择第一传输规格作为对应于高传输量的规格、选择第二传输规格作为对应于长距离传输的规格，并且在所述处理器决定所述传输速率时，所述处理器先根据所述通道状态选择调变和编码方案或物理层数据传输速率，再根据所述传输需求决定选择所述第一传输规格或所述第二传输规格。4.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述处理器还选择第一传输规格作为对应于高传输量的规格、选择第二传输规格作为对应于长距离传输的规格，在所述处理器根据所述通道状态决定必须调整所述传输速率时，所述处理器还根据所述通道状态选择调变和编码方案或物理层数据传输速率，并且根据所述传输需求决定选择所述第一传输规格或所述第二传输规格。5.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述处理器、所述基频信号处理电路与所述无线收发电路支持多种ieee 802.11技术规格，并且所述选定的传输规格是选自包含所述多种ieee 802.11技术规格的一群组。6.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述处理器根据多种技术规格中各技术规格所对应的子载波数量、传输频谱屏蔽、物理层数据传输速率与封包聚合能力的至少一者选择出对应于高传输量的第一传输规格以及对应于长距离传输的第二传输规格，并且在所述处理器决定所述传输速率时，所述处理器还根据所述传输需求决定选择所述第一传输规格或所述第二传输规格作为所述选定的传输规格。7.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述处理器根据目前被开启的应用程序或者目前被启动的功能决定所述传输需求。8.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述处理器还动态地调整所述传输速率，以及在所述传输速率进入弹性速率适配范围时，根据所述传输需求决定在哪个速率适配路径内执行速率适配，其中所述弹性速率适配范围包括多个速率适配路径，各速率适配路径对应于至少一个传输需求。9.一种数据传输速率的决定方法，其特征在于，所述方法包括：决定无线通信装置所在的无线通信环境的通道状态；决定所述无线通信装置的传输需求；根据所述传输需求与所述通道状态决定传输速率，其中所述传输速率是由选定的传输规格、选定的物理层数据传输速率以及选定的调变和编码方案的至少一者定义；以及根据所述传输速率处理数据，以产生对应的封包。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述传输需求与所述通道状态决定所
述传输速率的步骤还包括：根据所述通道状态决定是否必须调整所述传输速率；以及在决定必须调整所述传输速率时，根据所述通道状态选择所述调变和编码方案或所述物理层数据传输速率，并且根据所述传输需求决定选择第一传输规格或第二传输规格，其中所述第一传输规格为对应于高传输量的规格，所述第二传输规格为对应于长距离传输的规格。

技术总结
一种无线通信装置，包括处理器、基频信号处理电路与无线收发电路。处理器用以决定传输需求，根据传输需求与通道状态决定传输速率，并且将数据与传输速率的信息提供给基频信号处理电路。传输速率的信息包括选定的传输规格、选定的物理层数据传输速率以及选定的调变和编码方案的至少一者。基频信号处理电路耦接处理器，用以根据传输速率的信息处理数据，以产生对应的封包。无线收发电路耦接基频信号处理电路，用以传送封包。用以传送封包。用以传送封包。


技术研发人员：赖炜棋 张维轩 黄建融
受保护的技术使用者：瑞昱半导体股份有限公司
技术研发日：2022.03.02
技术公布日：2023/9/12