[发明专利]建立通信

说明书

技术领域

本发明涉及使用窄带外差通信的移动通信设备和方法的改善，设计成能实现无线设备组之间的低延迟连接。

背景技术

现代无线设备具有大的范围并且因此在任何特定时间都可以与许多其他无线设备联系。因此，如果设备试图将数据传输至另一个设备或者自另一个设备传输数据，则其可具有从中选择所希望的无线设备的大量设备。另外，存在以下可能性，即，范围内的另一个设备会干扰或者破坏特定无线设备的安全性。为了最小化安全性破坏或者干扰问题的潜在性，正式的连接处理通常在无线通信设备之间发起。

许多RF通信系统采用频率分集以最小化干扰。这帮助设计出稳定的系统，但是如同许多技术设计一样，这些通常产生设计折衷，并且具体地，引入延迟：如果存在N个信道可用，并且检测设备是否存在于任何一个信道上用去最大时间τ，那么两个设备之间存在长达Nτ的连接配对延迟。在典型的多频率窄带通信系统中，基站指定与特定设备通信的频率(信道)，两个设备执行握手协议以通过指定的信道建立通信，并且通常其他设备需要避开由其他设备使用中的信道，例如，通过检测使用中的信道或者通过使用建立与基站通信的指定通信路径。

为了改善延迟，时间τ可以降低为使得Nτ是人类难以觉察到的。然而，减少时间τ会是一个挑战，因为频率跳变时间通常由无线电芯片的锁相环路(PLL)的环路滤波器设定，并且这是因为诸如PLL噪声特性要求的理由而限定的。同样可以设计一种媒体访问控制(MAC)分层协议，该分层协议规定新的设备利用先验信道选择发起网络会话。这可以在对等环境(peer-to-peer environment)中起作用，如果在这个专用信道处存在足够的信号对干扰加噪声比(SINR)以允许通信发生，则尽管其对于基站至设备模型不是理想的，但基站仍会在这个信道上花费宝贵的时间，而不使用设备已经连接的其他信道。在MAC层，还存在无线电应当花费多长时间试图连接至其他设备与应当花费多长时间与已连接的设备通信的问题。因此，当在最小化通信的延迟的同时试图最大吞吐量时，频率跳变设计可能没有其他设计稳定。许多无线协议具有针对最优化吞吐量和延迟的不同的设计折衷。例如，在使用诸如3G和4G的无线标准的广域网中，初始关联延迟可能是很大的，因为设备与小区塔通信会持续很长时间并且基站协议具有在无线设备在环境周围移动时基站切换针对基站的合适的协议。在IEEE 802.11Wi-Fi标准中，由于广播信标命令的相对低的占空比(通常每100毫秒)关联时间可以是几秒，并且信道的数量(在2.4GHz的频率范围下在美国是11个初级Wi-Fi信道)。在蓝牙低能量(BTLE)标准中，在用于通信发起的总共40个信道中设置3个保留的信道以改善延迟。

一些无线设备可以经由红外通信端口或者利用射频(RF)数据传输来传输数据。诸如蓝牙和Wi-Fi的微波技术允许非视距的设备对设备通信。然而，由于安全性担忧，这些技术需要设备必须被添加至网络的设置处理。尽管近场通信(NFC)可用于在没有将设备添加至网络的情况下在设备之间交换数据，但其仅在10cm或更小的距离处起作用，并且实际上该距离是4cm或更小。近场通信(NFC)是在13.56MHz下操作的利用近场中的RF场操作的射频识别(RFID)协议。其是ISO14443和ISO18092的父集，包括诸如椭圆曲线密码学(ECC)和高级加密标准(AES)的安全特性。NFC还用于交换诸如蓝牙和Wi-Fi的其他无线标准的配置信息；许多蓝牙耳机现在包括用于服务开通目的的NFC标签。将NFC耳机放置在电话附近的姿势现在带有数字关联含义。

依靠NFC配置另一个无线系统存在以下缺点。首先，存在与提供无线设备中的NFC功能相关联的额外成本。在移动电话带有NFC无线电的情况下，会增加与系统中的其他部件形成折衷(tradeoff)的电路和天线的几何体积，诸如电池寿命、设计和无线功能。第二，因为NFC使用必须是时间序列的两个物理层协议，所以设计安全性的一些交易会用去比小于10ms的标准用户界面接口延迟略微更长的时间。最后，不是用于建立通信的所有交互都可以在0cm-10cm以内完成；由人操纵的范围限定于胳膊的伸出长度(reach)，通常是0.3m-1m。还存在以下情况，即，人是静止的但是可以看见他/她可能将要连接至的另一个人或者对象；他/她走向该位置，但原则上无线设备可以允许在几乎觉察不到的时间交换信息，避免步行的需要。电视的操作是该情况的实例，但是通信通常由无连接的红外协议，或者基于蓝牙或者Wi-Fi的预关联的设备处理。