CN102447527A - 信道质量判断电路与其相关方法 - Google Patents

Abstract

一种信道质量判断电路与其相关方法，该信道质量判断电路包含有：一接收电路，用来接收在一信号传送信道传送的至少一封包的一报头(Header)；以及一判断电路，耦接于该接收电路，用来依据该至少一封包的该报头来判断该信号传送信道的一信道质量是否符合一预定质量标准。

Description

信道质量判断电路与其相关方法

技术领域

本发明关于一种信道质量判断电路与其相关方法，尤指一种利用一封包的一报头来判断一信号传送信道的信道质量的电路与其相关方法。

背景技术

一般的局域网络系统都会有其特定的信号传输频带。由于某些频带是可以免费使用的，因此有些不同的局域网络系统可能会利用到交叠的频带来传输信号。举例来说，蓝牙(Bluetooth，BT)系统与无线局域网络(WLAN)系统的信号传输频带的中心频率都大致上落在2.4GHz，如此一来，若蓝牙系统与无线局域网络系统同时运作就极有可能干扰到对方的信号。进一步来说，由于蓝牙系统的一个信道(channel)的工作频宽为1MHz，且共有79个信道，其从2402MHz一直到延伸到2480MHz；而无线局域网络系统的操作频带约处于2412MHz至2484MHz之间。由此可知，上述两种的通讯协议所使用的频道几乎是交叠(overlap)在一起。当无线局域网络系统在使用时，如果蓝牙系统也欲传输数据且工作频带与无线局域网络系统有交叠时，则会影响无线局域网络系统的传输质量。反之，当无线局域网络系统在使用时也会对蓝牙系统造成严重的干扰。因此，如何使得具有交叠操作频带的多种不同的无线传输系统快速地判断出一可使用的信道以避免使用到一受干扰信道，已成为此领域所亟须解决的问题。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提供一种利用一封包的一报头来判断一信号传送信道的信道质量的电路与其相关方法，以快速地判断出一可使用的信道。

依据本发明的一第一实施例，其提供一种信道质量判断电路。该信道质量判断电路包含有一接收电路以及一判断电路。该接收电路是用来接收在一信号传送信道传送的至少一封包的一报头。该判断电路耦接于该接收电路，用来依据该至少一封包的该报头来判断该信号传送信道的一信道质量是否符合一预定质量标准。

依据本发明的一第二实施例，其提供一种信道质量判断方法。该信道质量判断方法包含有下列步骤：接收在一信号传送信道传送的至少一封包的一报头(Header)；以及依据该至少一封包的该报头来判断该信号传送信道的一信道质量是否符合一预定质量标准。

附图说明

图1是本发明一种信道质量判断电路的一实施例示意图。

图2是一蓝牙传输数据的一封包格式的示意图。

图3A是本发明一蓝牙封包理想的报头的信号时序图。

图3B是本发明图3A中理想的报头的波峰与波谷所对应到的功率时序图。

图4A是本发明一受干扰的蓝牙封包的报头的信号时序图。

图4B是本发明图4A中该受干扰的报头的每半周期所对应到的功率时序图。

图5是本发明一种信道质量判断方法的一实施例流程图。

主要组件符号说明

100    信道质量判断电路        101    接收电路

102    判断电路                103    定时器

104    模拟数字转换器          105    滤波器

106    相位侦测器              107    相位差异计算电路

108    降频取样电路            109    频率偏移补偿电路

110    分割电路                111    频率偏移评估电路

112    存取码认证电路          113    同步电路

200    封包格式                201    存取码

202    报头                    203    承载资料

302、304、402、404    曲线

具体实施方式

基本上，蓝牙系统是一个跳频(frequency-hopping)系统，同时又可以利用适应性跳频(Adaptive Frequency-Hopping；AFH)的技术以避免来自一固定频带信号的干扰。

一般而言，一具有蓝牙系统的装置可以执行一软件来进行位错误率(Bit-Error-Rate；BER)的统计。然而，为了获得正确的信道质量分析，通常需针对大量的封包进行统计，而该统计时间不可太短。举例来说，如果蓝牙系统的79个信道中的每一个信道都必须用一秒来进行统计的话，则该适应性跳频机制则需要79秒来完所有信道的统计。

因此为了加速判断一信道的质量好坏，本发明提出了一种信道质量判断电路100，如图1所示。图1是依据本发明一种信道质量判断电路100的一实施例示意图，信道质量判断电路100包含一接收电路101、一判断电路102以及一定时器103。请注意，为了更清楚地描述本发明的精神所在，图1另绘示出一蓝牙接收机的基本结构图，因此在图1中另包含有一模拟数字转换器104、一滤波器105、一相位侦测器106、一相位差异计算电路107、一降频取样电路(Down-sampling circuit)108、一频率偏移补偿(Frequency offset compensation，FOC)电路109、一分割电路(Slicer)110、一频率偏移评估(Frequency offset estimation)电路111、一存取码认证(Access code identification)电路112以及一同步电路113。上述组件的连接方式请参考图1，在此不另赘述。

此外，图1所示的该蓝牙接收机主要的功能用来将一已接收的中频模拟信号Sif转换为一数字输出信号Sd，其中模拟数字转换器104用来将中频模拟信号Sif转换为一中频数字信号，滤波器105对该中频数字信号进行一数字滤波以产生一滤波后数字信号，相位侦测器106用来对该滤波后数字信号进行一相位侦测，相位差异计算电路107用来求出相邻取样点相位的差异，存取码认证电路112用来确认所接收信号的存取码，同步电路113用来进行所接收信号的时间上的同步处理，频率偏移评估电路111用来估计出所接收信号的偏差频率，而频率偏移补偿电路109依据频率偏移评估电路111所得出的偏差频率来补偿所接收信号的频率，分割电路110用来进行位判断以产生数字输出信号Sd。接收电路101耦接于频率偏移补偿电路109，用来接收频率偏移补偿电路109所输出的至少一封包的一报头(Header)，其中该至少一封包是在一信号传送信道所传送的。判断电路102耦接于接收电路101，用来依据该至少一封包的该报头来判断该信号传送信道的一信道质量是否符合一预定质量标准。定时器103耦接于接收电路101与判断电路102，用来在接收电路101开始启动时计时一预定时间，当接收电路101在定时器103计时达到该预定时间之前接收到该至少一封包的该报头时，判断电路102会依据该至少一封包的该报头来判断该信号传送信道的该信道质量是否符合该预定质量标准，当定时器103计时达到该预定时间而接收电路101在该预定时间中并未自该信号传送信道接收到任何报头时，判断电路102另判断该信号传送信道的该信道质量不符合该预定质量标准。

请参考图2。图2是一蓝牙传输数据的一封包格式200的示意图。一般而言，封包格式200包含一存取码(Access code)201、一报头(Header)202以及一承载数据(Payload)203，其中存取码201被用以区分此封包是否为本身的蓝牙系统的装置所该接收，亦即用以确认身份。报头202主要是夹带着数字的传输地址与数据类型等数据，例如该封包是传输影像、语音或其它类型的数字数据。承载数据203即为所传输的真正数据。此外，在一封包中，存取码201与报头202是以高斯频移键控(Gaussian FrequencyShift Keying，GFSK)的调制方式来产生的，而承载数据203以高斯频移键控的调制方式或差动相位键移(Differential Phase Shift Keying，DPSK)的调制方式来产生的，其中当承载数据203为基本速率(Basic Rate，BR)时，则以高斯频移键控的调制方式来产生，而当承载数据203为加强速率(Enhance Date Rate，EDR)时，则以差动相位键移的调制方式来产生。换句话说，无论是基本速率或加强速率的蓝牙封包，其报头202都是以高斯频移键控的调制方式来产生的。

由于高斯频移键控调制是一种固定振幅(Constant Envelope)的调制方式，因此本发明的信道质量判断电路100的接收电路101就会在所接收的蓝牙信号的相位经过频率偏移补偿电路109的补偿后(亦即频率偏移补偿电路109的输出)，在报头202的一传送时间T内，在多个时间点t0、...、tn进行取样，并依据所取样出来对应的多个功率S²(0)、...、S²(n)来产生一报头质量参数HQ(Header Quality)，以及判断电路102则依据该封包的报头202的报头质量参数HQ来判断该信号传送信道的该信道质量是否符合该预定质量标准。在本实施例中报头质量参数HQ以方程式(1)来表示：

$\mathrm{HQ}=10*{\log }_{10}\left\{\frac{{\max }_n^{\arg }\left(S^2\left(n\right)\right)}{{\min }_n^{\arg }\left(S^2\left(n\right)\right)}\right\},$ 其中n＝0，1，...，53。      (1)

更进一步来说，一般而言，一蓝牙封包的报头202的传送时间T为54μs(微秒)，且报头202的信号周期为2μs，因此在报头202的传送时间T内，理论上每1μs(亦即每半周期)就会对应到一波峰或一波谷，其中波峰代表位数据1，而波谷代表位数据-1。当该波峰或该波谷的功率被取样出来后，位数据1和位数据-1的功率大小应为一定值。因此，理论上，一蓝牙封包的报头202会具有54个取样点。为了方便起见，该定值可以正规化(Normalize)为1，如图3A与图3B所示。图3A所示是本发明一蓝牙封包理想的报头202的信号时序图，图3B所示是本发明图3A中理想的报头202的波峰与波谷所对应到的功率时序图，其中曲线302是理想报头202的电压变化曲线，曲线304是对应取样点的功率。

然而，当一蓝牙封包受到干扰后(例如该蓝牙封包受到相邻的无线局域网络(WLAN)系统的信号干扰时)，该蓝牙封包的报头202就不会呈现固定振幅的波形，且其波峰与波谷之间的时间差异亦不会是理想的半周期。换句话说，当一蓝牙封包受到干扰后，从频率偏移补偿电路109输出的信号就会失去高斯滤波器(Gaussian Filter)的特性，因此其报头202的时间同步与最佳的时间取样点通常都会偏移掉，进而导致在每半周期取样出来的功率不会是一等高的定值，如图4A与图4B所示。图4A所示是本发明一受干扰的蓝牙封包的报头202的信号时序图，图4B所示是本发明图4A中受干扰的报头202的每半周期所对应到的功率时序图，其中曲线402是受干扰报头202的电压变化曲线，曲线404是对应取样点的功率。

承上所述，为了判断出该信号传送信道的该信道质量是否符合该预定质量标准，在每一个蓝牙封包中，接收电路101会从报头202的多个取样功率中选择一最大功率

与一最小功率

的一比值来产生报头质量参数HQ。因此，在理想的情况下，亦即在该信号传送信道没有受到干扰的情况下(如图3A与图3B所示的情况)，最大功率

会大致上相等于最小功率

故报头质量参数HQ的值应大致上为0dB。当该信号传送信道受到干扰的情况下(如图4A与图4B所示的情况)，最大功率

会不相等于最小功率

故报头品质参数HQ的值会大于0dB。如此一来，判断电路102就可以依据一预定值(例如10dB)来决定该信号传送信道是否可以用来传送一蓝牙封包。进一步来说，当报头质量参数HQ不小于该预定值时，判断电路102判定该信号传送信道的该信道质量不符合该预定质量标准，进而控制该适应性跳频机制来避开此信道，反之，当报头质量参数HQ小于该预定值时，判断电路102判定该信号传送信道的该信道质量符合该预定质量标准，进而使用此信道来传送一蓝牙封包。

从上述针对信道质量判断电路100的特征描述可以得知，经由适当地设定判断电路102的该预定值，基本上一个信号传送信道的信道质量只需要利用一个蓝牙封包的报头202就可以判断出来。换句话说，蓝牙传输系统所使用的79个信号传送信道分别的信道质量总共只需要利用79个蓝牙封包分别的报头202就可以全部判断出来，因此可快速地判断一信号传送信道的信道质量。当然，本发明并未限制一个信号传送信道的信道质量仅能利用一个蓝牙封包的报头202来判断，为了提高其判断准确度，亦可以利用多个蓝牙封包的报头202来判断一个信号传送信道的信道质量，其亦落入本发明申请专利范围所保护的范畴内。举例来说，若每一个蓝牙封包的传送时间是625μs，则本发明最快可以用79*625μs(约50ms)就可以判断出蓝牙传输系统所使用的79个信号传送信道分别的信道质量。

此外，在某些特殊的情况下，例如当一信号传送信道受到一较强且持续较久的干扰时，该蓝牙接收机也许根本无法从信号传送信道接收到任何蓝牙封包，因此本发明的信道质量判断电路100的定时器103就是用来计时该预定时间，当接收电路101在定时器103计时达到该预定时间之前接收到一蓝牙封包时，判断电路102则执行上述的判断操作，当定时器103计时达到该预定时间而接收电路101在该预定时间中仍未自该信号传送信道接收到任何蓝牙报头时，判断电路102另判断该信号传送信道的该信道质量不符合该预定质量标准，并控制该适应性跳频机制切换到下一个信号传送信道以继续侦测其信道质量。请注意，本发明并未限制定时器103必须是硬件的，其亦可以使用软件的方式来加以实施。如此一来，本发明的信道质量判断电路100就可以快速且精准地侦测出蓝牙传输系统所有的信号传送信道分别的信道质量。

上述实施例信道质量判断电路100的操作方法可以进一步以一信道质量判断方法500来加以说明，如图5所示。图5所示是本发明一种信道质量判断方法500的一实施例流程图。为让本发明更显而易懂，下文针对信道质量判断方法500的说明搭配本发明的信道质量判断电路100一起叙述，但所提供的实施例并不用以限制本发明所涵盖的范围。信道质量判断方法500包含有下列步骤：

步骤501：设定报头质量参数HQ的个数为零，以及开始自目前的信号传送信道接收一蓝牙封包并开始计时一预定时间；

步骤502：判定是否接收到一蓝牙封包，若是，则跳至步骤503，若否，则跳至步骤510；

步骤503：运算出该蓝牙封包的一报头品质参数HQ，并将报头品质参数HQ的个数加1，跳至步骤504；

步骤504：判断该报头质量参数HQ是否小于一预定值，若是，则跳至步骤505，若否，则跳至步骤512；

步骤505：判定目前的信号传送信道的信道质量符合一预定质量标准，并记录此一判定结果，跳至步骤506；

步骤506：判断报头质量参数HQ的个数是否等于一预定个数，若是，则跳至步骤507，若否，则跳至步骤502；

步骤507：依据在步骤505与512中所得到的该预定个数的判定结果来判定目前的信号传送信道的信道质量是否符合该预定质量标准；

步骤508：将报头质量参数HQ的个数设定为零；

步骤509：切换至下一个信号传送信道以开始接收一蓝牙封包并开始重新计时该预定时间，跳至步骤502；

步骤510：判定是否达到该预定时间，若是，则跳至步骤511，若否，则跳至步骤502；

步骤511：判定该目前的信号传送信道的该信道质量为不符合该预定质量标准，跳至步骤509；

步骤512：判定目前的信号传送信道的信道质量为不符合该预定质量标准，并记录此一判定结果，跳至步骤506。

首先，当该蓝牙接收机欲自一目前的信号传送信道接收一蓝牙封包前，接收电路101会先将对应该目前的信号传送信道的一报头质量参数HQ的个数设定为零，其中该报头质量参数HQ的个数为一预定的个数。同时，定时器103会在该蓝牙接收机开始接收一蓝牙封包时开始计时该预定时间。在步骤503中，当该蓝牙接收机接收到一蓝牙封包时，接收电路101就会依据上述方程式(1)来运算出该蓝牙封包的报头质量参数HQ，同时将报头质量参数HQ的个数加1。当判断电路102依据报头质量参数HQ判断出该目前的信号传送信道的该信道质量符合一预定质量标准时，则先记录此一判定结果(步骤505)。反之，当判断电路102判定出该信道质量为不符合该预定质量标准时，亦先记录此一判定结果(步骤512)。接着，判断电路102会判断报头质量参数HQ的个数是否等于该预定个数(步骤506)，若报头质量参数HQ的个数还未达到该预定个数，则信道质量判断电路100会重复执行步骤502至506之间的步骤，一直到报头质量参数HQ的个数达到该预定个数为止。

为了提高判断一信号传送信道的信道质量的准确度，在步骤507中，判断电路102依据其在步骤505与512中所得到的该预定个数的判定结果来判定该目前的信号传送信道的该信道质量符合该预定质量标准。换句话说，只要所有该预定个数的判定结果都显示该目前的信号传送信道的该信道质量都符合该预定质量标准时，判断电路102才判定该目前的信号传送信道的该信道质量是可以用来传送蓝牙封包的，但此并不作为本发明的限制。在另一实施例中，其亦可以设定只要该预定个数的判定结果中超过半数(或任一个数)显示该目前的信号传送信道的该信道质量都符合该预定质量标准时，判断电路102就判定该目前的信号传送信道的该信道质量是可以用来传送蓝牙封包的。

当该目前的信号传送信道的该信道质量被判断出来后，信道质量判断电路100就会切换至下一个信号传送信道(步骤509)以重新执行步骤502-508来评估该下一个信号传送信道的信道质量。

在步骤502中，当接收电路101没有接收到一蓝牙报头时，接收电路101会再等待该预定时间，若该预定时间到达时接收电路101仍未自该目前的信号传送信道接收到任何蓝牙报头时，判断电路102就直接判断该信号传送信道的该信道质量不符合该预定质量标准(步骤511)，其原因已详述于以上段落中。接着，该蓝牙接收机的该适应性跳频机制就会切换到下一个信号传送信道以继续侦测其信道质量。反之，当接收电路101在该预定时间内接收到一蓝牙报头时，则续继执行步骤503和其之后的步骤来判断出该目前的信号传送信道的信道质量。因此，经由信道质量判断方法500所揭露的步骤501-512，信道质量判断电路100就可以快速且精准地侦测出蓝牙传输系统所有的信号传送信道分别的信道质量。

综上所述，本发明利用所接收的蓝牙封包还未译码为数字数据信号之前的报头202来判断出该信号传送信道的该信道质量是否符合该预定质量标准。由于本发明仅利用较少个数的蓝牙封包，且省去了对所接收的蓝牙封包译码为数字数据信号的时间，本发明的信道质量判断电路100可以较快判断出该信号传送信道的该信道质量是否符合该预定质量标准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (16)

1.一种信道质量判断电路，包含有：

一接收电路，用来接收在一信号传送信道传送的至少一封包的一报头(Header)；以及

一判断电路，耦接于所述接收电路，用来依据所述至少一封包的所述报头来判断所述信号传送信道的一信道质量是否符合一预定质量标准。

2.根据权利要求1所述的信道质量判断电路，其中，所述判断电路依据对应于所述至少一封包的所述报头的多个功率来判断所述信号传送信道的所述信道质量是否符合所述预定质量标准。

3.根据权利要求1所述的信道质量判断电路，其另包含有：

一定时器，耦接于所述接收电路与所述判断电路，用来在所述接收电路开始启动时计时一预定时间；

其中当所述接收电路在所述定时器计时达到所述预定时间之前接收到所述至少一封包的所述报头时，所述判断电路会依据所述至少一封包的所述报头来判断所述信号传送信道的所述信道质量是否符合所述预定质量标准。

4.根据权利要求3所述的信道质量判断电路，其中，当所述定时器计时达到所述预定时间而所述接收电路在所述预定时间中并未自所述信号传送信道接收到任何报头时，所述判断电路另判断所述信号传送信道的所述信道质量不符合所述预定质量标准。

5.根据权利要求1所述的信道质量判断电路，其中，所述接收电路依据所述至少一封包的所述报头在多个时间点所分别对应的多个功率来产生一报头质量参数，以及所述判断电路依据所述至少一封包的所述报头的所述报头质量参数来判断所述信号传送信道的所述信道质量是否符合所述预定质量标准。

6.根据权利要求5所述的信道质量判断电路，其中，所述多个时间点之间的时间差为所述报头的半周期的整数倍。

7.根据权利要求5所述的信道质量判断电路，其中，所述接收电路计算所述多个功率中一最大功率与一最小功率的一比值来产生所述报头质量参数。

8.根据权利要求7所述的信道质量判断电路，其中，当所述比值不小于一预定值时，所述判断电路判定所述信号传送信道的所述信道质量不符合所述预定质量标准。

9.一种信道质量判断方法，包含有：

接收在一信号传送信道传送的至少一封包的一报头(Header)；以及

依据所述至少一封包的所述报头来判断所述信号传送信道的一信道质量是否符合一预定质量标准。

10.根据权利要求9所述的信道质量判断方法，其中，依据所述至少一封包的所述报头来判断所述信号传送信道的所述信道质量是否符合所述预定质量标准的步骤包含有：

依据对应于所述至少一封包的所述报头的多个功率来判断所述信号传送信道的所述信道质量是否符合所述预定质量标准。

11.根据权利要求9所述的信道质量判断方法，其另包含有：

计时一预定时间；

其中当计时达到所述预定时间之前接收到所述至少一封包的所述报头时，则依据所述至少一封包的所述报头来判断所述信号传送信道的所述信道质量是否符合所述预定质量标准。

12.根据权利要求11所述的信道质量判断方法，其中，当计时达到所述预定时间而在所述预定时间中并未自所述信号传送信道接收到任何报头时，则判断所述信号传送信道的所述信道质量不符合所述预定质量标准。

13.根据权利要求9所述的信道质量判断方法，其中，接收在所述信号传送信道传送的所述至少一封包的所述报头的步骤包含有：

依据所述至少一封包的所述报头在多个时间点所分别对应的多个功率来产生一报头质量参数；以及

依据所述至少一封包的所述报头来判断所述信号传送信道的所述信道质量是否符合所述预定质量标准的步骤包含有：

依据所述至少一封包的所述报头的所述报头质量参数来判断所述信号传送信道的所述信道质量是否符合所述预定质量标准。

14.根据权利要求13所述的信道质量判断方法，其中，所述多个时间点之间的时间差为所述报头之半周期的整数倍。

15.根据权利要求13所述的信道质量判断方法，其中，依据所述至少一封包的所述报头在多个时间点所分别对应之多个功率来产生所述报头质量参数的步骤包含有：

计算所述多个功率中一最大功率与一最小功率的一比值来产生所述报头质量参数。

16.根据权利要求15所述的信道质量判断方法，其中，当所述比值不小于一预定值时，则判定所述信号传送信道的所述信道质量不符合所述预定质量标准。

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