TWI226158B - Method for antenna diversity - Google Patents

Description

1226158 五、發明說明（1) 一、【發明所屬之技術領域】 本發明係關於無線網路卡之天線變換方法。 二、【先前技術】 在無線區域網路（wireless lQcai area netWQ：rk WLAN)上，無線網路卡最常見的天線變換（Antenna

Diversity)乃採用逐一封包（packet by packet)之訊號強 度比較（Energy Comparison)之的方式來處理。圖丨為一般 採用逐一封包之訊號強度比較的天線變換方法的流程圖。 如圖1所示，當無線網路卡偵測到有封包（packet)進來的 時候，會先判斷此天線（例如天線A)的訊號強度，再切換 到另一支天線（例如天線B)。之後，該無線網路卡會比較 此兩支〇線的訊號強度，將天線接換到較強的那一支。因 此，當每次有封包進來時，該無線網路卡會重複此步驟。 而系統有封包要傳送時，就由先前選定的天線傳送出去。 雖然此逐一封包檢測的變換方式在信號時強時弱 (fast fading)較嚴重的情況下有較佳的表現。不過，當 射頻（radio Frequency，RF)的架構為直接轉換（Direct conversion)的情況下，切換天線將造成嚴重的直流偏壓 (DC offset)。因此要評量切換後天線的能量時，必須等 到直流偏壓消失後才會較精準的數據。但在類似I E e e 802· 1 la/g之#置訊唬（preamble)極短的情況下（例如ieee 802.1 la/g知有8ms)，根本沒時間等待直流偏壓消退後再

頁 第 JL·、况明 JL·、况明 頻 /口此，逐一封包檢測的變換 、， 採用直接轉換的架構下， 式在前置訊號較短和射 將會造成問題。 三、【發明内容】 有鑒於上述問題，本發明之 曰 封包檢測的天線變換方法。 的是提出一種不需逐一 為達成上述目的，本發 驟：計時檢視時間；接收 、，線變換方法包含下列步 ，，間大於一檢視週期時，'則产J，平均訊號強度，·當檢 矾號強度與訊號臨界值；若平：：檢視時間，並比較平均 :值，貝'1不變換天線並重新時二：：度大於前述訊號臨 ’彔平均訊號強度為最終訊、、天線為動作天線、記 作天線之平均1％ 〜 又、並接收封包if 7俾兮 過1定ΐί 強度；變換天線後，若錄该動 於一％ 新计時檢視時間；變換；地乍天線’並清除 ^ 週期時’比較 強^後’當檢視時間 ::訊號強度小於最終訊號與最終訊號強度；若 均訊號強度大；間重新計時檢視時:2為 ..^ , 於則逑最終訊號辁疮 凡才間，以及若平 4汁柃檢視時間。 〜X，則清除檢視時間並重 四、【實施方式】 、下參考圖式詳細說明本發明夭 Μ月天線變換方法。 1226158 五、發明說明（3) 一 由於一般無線區域網路信號時強時弱的情況較不嚴 重，因此所接收到的訊號並不常隨時間有劇變 = 以，本發明並非逐一封包檢測，而是記錄^間；數個所 包）之號強度來作為天線變換之參考。 、 圖2顯示本發明天線變換方法之第一實施例的流程 圖。圖2之流程圖較適用於訊號較佳的場合。此方法系統 會一直監控已選定之天線的訊號強度，並記錄該天線之 均訊號強度。此平均訊號強度SS一avg可用每個封包強度的 指數權值（exponential weighting)計算出來，如式q)所 SS_avg(n) = /5* SS —avg(n - l) + (i— 0)*rsSI …（1) 其中’ /5為權值，RSSI為最新封包之訊號強度。

Pre —SS，並切換天線來量測新的平均訊號強度3§ —。在 量測時間，系統仍收進新的封包進行處理並計算新的平均 訊號強度SS —avg。在固定檢測時間TM—insp之後，若 當到了檢視週期Tcheck要切換天線來檢視另一支天線 的訊號強度時，若所計算出的平均訊號強度高於一訊號臨 界值SS_th，則不切換天線。而當所計算出的平均訊號強 度低於該訊號臨界值時，則紀錄此時的訊號強度為 SS一avg右大於Pre_SS，則停留在此天線，並將檢視週期 Tcheck還原為預設值Tcheck — def ; gSS — avg小於或等於

Pre — SS :則表示此觀察天線可能接收到的訊號較小或接收 不到巩唬，則切回原來的天線，且調整檢視週期Tcheck， 例如將檢視週期增加倍增。當然，檢視週期Tcheck最好不

1226158 五、發明說明（4) 要大於一最大限度Tcheck J。 因為無線區域網路環境的變化較緩慢，可不需 ^ # 察，尤其最強的天線已經很弱了，經常切換將造二檢= 間内斷續的現象。不過，在切換天線進行觀察的時候，= 有封包傳不好的情況，例如封包已重傳N次，則立刻切回 原天線。主要原因是在分時多工（Time — Division Duplex，TDD)的傳接器中，傳送和接收都是用同一個頻 道，則接收好的天線代表傳送能力較佳，傳送不好的天線 表示接收也不好，反之亦然。另一方面，若所接收之封包 的平均訊號強度SS —avg維持在訊號臨界值ss —th之上，則 不需切換天線，因為就數位通訊而言，當訊號強度達某個 數值以上（雜rfl強度固定的情況下），誤碼率都會低於某一 個水準。但我們也可將此檢視週期縮小，例如在此為^ 減’且最好不低於預設值Tcheck — def。如此可在訊號^然 降低的情況下可快速反應。 以下根據圖2之流程圖說明本發明天線變換方法的步 驟。 步驟S 2 0 2 ·初始化。设定檢視週期τ c h e c k為預設值 Tcheck —def ’且設定重傳次數Nres。清除計時器之計時值 T i m e r，該計時器是用來計時檢視週期。 步驟S20 6 :接收封包並記錄平均訊號強度ss_avg。該 平均訊號強度SS —avg的計算方式可根據式（1 )來計算。 步驟S208 :比較計時值Timer是否大於檢視週期 Tcheck，若小於該檢視週期Tcheck，則跳回上一步n

1226158 五、發明說明（5) S20 6 ;若大於檢視週期Tcheck，則進行下一步驟S210。 步驟S2 1 0 :比較平均訊號強度ss_avg是否大於一訊號 6品界值SS一th ’若大於該訊號臨界值ss_th則表示不需切換 天線’跳至步驟S212 ;若低於該訊號臨界值SS_th則表示 需檢測另一支天線的強度，跳至步驟S22 0。 步驟S212 :比較檢視週期Tcheck是否低於預設值 Tcheck_def，若大於預設值Tcheck — def，則跳至步驟 S214 ;若小於或等於預設值Tcheck__def，則跳至步驟 S216。 步驟S214 :調整檢視週期Tcheck。例如將檢視週期 Tcheck減半。 步驟S21 6 :清除計時器之計時值，並跳回步驟S2〇6。 步驟S22 0 :記錄原始天線之最終平均訊號強度pre_ss 為SS — avg ’並切換天線。同時’清除計時器之計時值，且 開始計時。 步驟S2 2 2 ··接收封包並記錄平均訊號強度ss_avg。該 平均訊號強度SS — avg的計算方式可根據式（丨）來計算。若 系統有重傳封包，則記錄重傳的次數。 步驟S224 :若重傳次數超過臨界值n，則表示檢視之 天線的接收情形不良，跳至步驟S 2 3 2。若重傳次數低於臨 界值N，則跳至步驟S226。 步驟S226 :比較計時值是否大於檢視週期Tcheck，若 小於該檢視週期Tcheck，則跳回步驟S222 ;若大於檢視週 期Tcheck，則進行下一步驟S228。

1226158 五、發明說明（6) 步驟S2 28 :比較平均訊號強度ss_avg是否大於最終平 均訊號強度Pre一SS，若大於該最終平均訊號強度pre_sS則 表示所檢視之天線具有較佳之訊號強度，跳至步驟S23〇 ; 若低於該最終平均訊號強度Pre_ss則表示所檢視之天線之 訊號強度更差，跳至步驟S232。 步驟S 2 3 0 :將檢視週期τ c h e c k設定為預設值 Tcheck —def ，並®匕回步，驟S216 。 步驟S232 :切換天線。表示所檢視之天線之訊號強度 更差，切回原來之天線。 步驟S234 :比較檢視週期Tcheck是否大於最大臨界值 Tcheck —Μ ’若大於或等於最大臨界，則跳至步 驟S216 ;若小於最大臨界值Tcheck —Μ，則跳至步驟S236。 步驟S 2 3 6 · _整檢視週期τ c h e c k。例如將檢視週期 T c h e c k 加倍。 由於圖2之無線網路卡之天線變換方法都會等到檢視 週期到了才會觀察另一支天線的情況，因此在訊號突然變 差的情況下則無法即時反應，所以較適用於訊號較佳的場 合。而對於訊號較差的場合時，則可結合圖3所示之益 網路卡之天線變換方法之機制。亦即，該無線網路卡、在傳 送不好時，例如連續N個封包都傳不出去，或是收不好的 時候’例如在某段時間内都沒收到想要的訊號，則立即切 換天線，亚將檢視週期設為預設值Tcheck —def。 如圖3之流程圖所示 傳則累計重傳次數，若# 在步驟S304〜S308中，若封包重 包沒有重傳，則清除重傳次數。

第10頁 1226158 五、發明說明（7) - 在步驟S31〇〜S314中’若重傳次數超過一重傳次數臨界 值，則切換天線並重設檢視週期為預設值def。 圖4為本發明天線變換方法之另 ^ y, & <另一貫施例的流程圖。 以下根據圖4之流程圖說明本發明天線變換方法之另一實 施例的步驟。 步驟S400 :開始。 步驟S402 ·參數初始化。設定檢視週期Tcheck為預設 值Tcheck — def，且設定連續重傳次數計“。清除計時值 Timer，該計時器是用來計時檢視週期。 步驟S404 ·接收封包並圮錄平均訊號強度ss_avg、以 及累計連繽重傳次數Nres。該平均訊號強度％^%的計算 方式可根據式（1 )來計算。 步驟S406 :比較連續重傳次數Nres是否大於臨界值 Nth。若Nres大於Nth，則跳至步驟S4〇7 ;否則跳至步驟 S40 8。 步驟S407 ··切換天線，並設定訊號臨界值ss_th為預 設值，並跳回步驟S402。 步驟S 4 0 8 :比較計時值T i m e r是否大於檢視週期 Tcheck，若小於該檢視週期Tcheck，則跳回步驟S404 ;若 大於檢視週期Tcheck，則進行下一步驟S410。 步驟S4 1 0 :比較平均訊號強度SS —avg是否大於一訊號 臨界值SS_th ’若大於該訊號臨界值SS — th則表示不需切換 天線，跳至步驟S412 ;若低於該訊號臨界值SS —th則表示 需檢測另一支天線的強度，跳至步驟S4 11。

第11頁 1226158 ^------- 五、發明說明（8) 步驟S411 :切換天線，並設定訊號臨界值ss-th為平 均戒喊強度’並跳回步驟S4 0 2。 步驟S412 :比較檢視週期Tcheck是否低於或等於最大 檢視週期TcheckJ，若不小於最大檢視週期TcheckJ，則 跳至步驟S416 ;若低於最大檢視週期Tcheck —Μ，則跳至步 驟 S 4 1 4 〇 步驟S 4 1 4 :調整檢視週期T c h e c k。例如將檢視週期 T c h e c k加上一累計時間△ t。 步驟S416 :清除計時器之計時值Timer，並跳回步驟 S404。 以上雖以實施例說明本發明，但並不因此限定本發明 之範圍，只要不脫離本發明之要旨，該行業者可進行各 變形或變更。

第12頁 1226158 圖式簡單說明 圖1為一般採用逐一封包之訊號強度比較的天線變換 方法的流程圖。 圖2為本發明天線變換方法之一實施例的流程圖。 圖3為檢視封包重傳之方法的流程圖。 圖4為本發明天線變換方法之另一實施例的流程圖。

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Claims (1)

1226158 六、申請專利範圍 1. 一種天線變換方法，包含下列步驟： 於一第一檢視時間内，以一第一天線工作，並獲得一 第一平均訊號強度； 若該第一平均訊號強度大於一訊號臨界值，則調整該 第一檢視時間，否則，則改以一第二天線工作； 於一第二檢視時間内，以該第二天線工作，並獲得一 第二平均訊號強度；以及

若該第一平均訊號強度及該第二平均訊號強度皆小於 該訊號臨界值，則比較該第一平均強度及該第二平均強 度，若該第一平均訊號強度大於該第二平均訊號強度，則 以該第一天線工作，若該第一平均訊號小於該第二平均訊 號強度，則以該第二天線工作。 2. 如申請專利範圍第1項所記載之天線變換方法，其 中，該訊號臨界值可預先設定或是前一次量測之該平均訊 號強度。 3. 如申請專利範圍第1項所記載之天線變換方法，其 中，調整該第一檢視時間係為增加該第一檢視時間。

4. 如申請專利範圍第3項所記載之天線變換方法，其 中，該第一檢視時間係可增加至一最大檢視時間。 5. 如申請專利範圍第3項所記載之天線變換方法，其 中，當調整該第一檢視時間時，則重置該第二檢視時間為 一預設檢視時間。 6. 如申請專利範圍第1項所記載之天線變換方法，其 中，當比較該第一平均強度及該第二平均強度的結果需要

第14頁 1226158 六、申請專利範圍 _ 切換天線時^重置該第—檢視時間 一預設檢視時間。 Λ弟一檢視日守間為 7. 一種天線變換方法，包含下列步驟. 於-檢視時間内，以一第一 平均訊號強度； 收封包，亚獲侍一 結果 比^交該平均訊號強度與一訊號臨界值，並獲得一比較 依據该比較結果，推— 視時間； 進仃—天線餐換程序或是調整該檢 其中，該天線變換 一第二天線接收封包。、$ 4交互切換以該第-天線或是 其 中 中 中 %: U乾圍第7項所記載之天線變換方法 其 9·如申請專d?該檢視時間。 增加該檢視時間】f項所記載之天線變換方法 10如Φ社id直至一檢視時間最大值為止。 當封包之連續巧^ 該天線變換程序。、、、傳\數大於一重傳臨界值，則進行 其中n.當如傳申二專包利t 12如申請專^功’則重置該連續重傳次數。 號臨界值。 ^括將該平均訊號強度之值載入該訊 13.如申請專利範圍第7項所記載之天線變換方法，其

第15頁 1226158 六、申請專利範圍 ^ · 中該天線變換程序還包括重置該檢視時間以及一計時器之 _ 值。 1 4.如申請專利範圍第7項所記載之天線變換方法，其 中該平均訊號強度可由下式計异： SS —avg(n) = /5* SS_avg(n-l ) + (卜 /5 )*RSSI， . 其中，SS_avg(n)為目前之平均訊號強度、 SS_avg(n-l )為上一時間之平均訊號強度、/3為權值、以 及RSSI為§前封包之訊號強度。

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