CN104113472B - 无线接收系统及其信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的无线接收系统包含一封包搜寻模块与一存储模块。该封包搜寻模块用以执行一封包搜寻程序，包含采用至少一参数。该存储模块储存一封包所对应的该至少一参数，做为一组参考参数。该封包搜寻模块随后于一预设时间点，根据该存储模块所储存的该组参考参数，再次执行该封包搜寻程序。

Description

无线接收系统及其信号处理方法

技术领域

本发明与无线通讯系统相关，并且尤其与检测封包的技术相关。

背景技术

无线区域网络(wireless local area network,WLAN)系统于传送、接收资料时系以封包为单位。为了降低封包与封包发生碰撞(collision)的几率，进而提升传输品质，先后发送的两个封包间会有固定的时间间隔。举例而言，802.11n通讯协定规范有长度为十六微秒的短帧间隔(short inter frame space,SIFS)以及长度为两微秒的缩减帧间隔(reduced inter frame space,RIFS)。

图1呈现两个802.11n封包的时序关系及相对应的接收端动作范例。在这个范例中，封包P1在时间点t10完全传递至接收端，而接收端于时间点t11完成封包P1的解码并开始搜寻下一个封包。位于各封包开头的前文(preamble)，例如封包P2前端标示的斜线区域，是接收端辨识封包是否存在的依据。一般而言，接收端无从得知封包P1、P2之间的间隔为短帧间隔(SIFS)或缩减帧间隔(RIFS)。易言之，接收端无法掌握封包P2的送达时间。因此，接收端必须持续监看通讯频道中是否出现代表封包前文的信号。更明确地说，WLAN接收端会持续接收通讯频道中的无线信号，并且对输入信号施以自动增益控制(automatic gaincontrol,AGC)、模拟-数字转换、解调、解码…等信号处理程序，再根据解码结果判断目前的输入信号是否为封包前文。

某些在解码之前进行的信号处理程序是为了调整输入信号，以期符合后续程序的需求，例如透过自动增益控制程序改变输入信号的振幅，使调整后信号的振幅配合模拟-数字转换电路的输入信号范围。另一方面，某些程序的目的则是为了移除因频道效应或电路不匹配造成的偏移，例如载波频率偏移(carrier frequency offset)和取样频率偏移，以避免这些偏移量导致错误的解码结果。实务上，上述两类程序都必须根据输入信号即时动态调整其运作参数，例如自动增益控制电路的增益值、移除载波频率偏移或取样频率偏移的补偿参数。

在现行技术中，接收端通常预先储存有一组原始参数，并且在每次开始执行封包搜寻程序时(例如于时间点t11)，根据该组原始参数重置其硬件/软件/固件。举例而言，该组原始参数可能包含一初始增益值，用以初始化自动增益控制电路。自动增益控制电路随后会自该初始增益值开始，根据输入信号的振幅动态调整施加于输入信号的增益值。实际上，由于在封包搜寻程序开始后、下一个封包前文出现前(例如图1中的时间区段t11～t12)，接收端的输入信号是通讯频道中的噪声，所述可调参数很可能会剧烈变动，大幅偏离初始值。举例而言，时间点t12的AGC增益值G_t12与时间点t11的AGC增益值G_t11之间可能存在巨大差异。

在图1呈现的范例中，经过自动增益控制、模拟-数字转换、解调、解码…等程序，接收端在时间点t13判定第二封包P2的前文符合其搜寻条件。可理解的是，若适于接收第二封包P2之前文的AGC增益值与增益值G_t12差异愈大，自动增益控制电路通常便需要愈多时间来调整其增益值，因而会推迟时间点t13的出现时间。同理，各种可调参数及其最终收敛值的大幅差异都会造成时间点t13的延后。若时间点t13的出现时间太晚，可能导致接收端遗漏第二封包P2所承载的部分资料，甚至会因错失第二封包P2的前文而遗漏整个第二封包P2。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种无线接收系统及其信号处理方法。当两个先后传递至接收端的封包可能具有相似的信号特性时，根据本发明的接收端在下一个封包可能出现的时间点根据适用于前一个封包的参数开始进行封包搜寻程序，借此缩短封包搜寻程序中调整各参数的时间。此外，本发明亦提出多种用以判断输入信号是否对应于802.11n封包前文的机制。

根据本发明的一具体实施例为一种无线接收系统，其中包含一封包搜寻模块与一存储模块。该封包搜寻模块用以执行一封包搜寻程序，包含采用至少一参数。该存储模块储存一封包所对应的该至少一参数，做为一组参考参数。该封包搜寻模块随后于一预设时间点，根据该存储模块所储存的该组参考参数，再次执行该封包搜寻程序。

根据本发明的另一具体实施例为一种应用于无线接收系统的信号处理方法。该方法首先执行一搜寻步骤：执行一封包搜寻程序，包含采用至少一参数，直到搜寻到一封包。接着，该方法执行一储存步骤：储存该封包所对应的该至少一参数，做为一组参考参数。随后，该方法再次执行一搜寻步骤：于一预设时间点，根据该组参考参数，再次执行该封包搜寻程序。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1呈现两个WLAN封包的时序关系及相对应的接收端动作范例。

图2为根据本发明的一实施例中的无线接收系统的功能方块图。

图3呈现三个间隔为RIFS的802.11n封包的时序关系，以及根据本发明的无线接收系统相对应的运作范例。

图4呈现两个间隔为SIFS的802.11n封包的时序关系，以及根据本发明的无线接收系统采取的相对应运作范例。

图5为根据本发明的一实施例中的信号处理方法的流程图。

图中元件标号说明：

P1～P5：封包

t10～t13、t31～t36、t41～t45：时间点

200：无线接收系统

22：封包搜寻模块

24：存储模块

26：解码模块

S51～S53：流程步骤

具体实施方式

根据本发明的一具体实施例为一种无线接收系统，其功能方块图如图2所示。无线接收系统200包含封包搜寻模块22、存储模块24及解码模块26。本发明所属技术领域中普通技术人员可理解，无线接收系统200能进一步包含其他未绘示于图2的功能区块，例如天线、本地振荡器等等，但皆非必要元件。为求明确呈现本发明的精神，以下说明着重于介绍封包搜寻模块22、存储模块24和解码模块26的运作，并主要以无线接收系统200为符合802.11n通讯协定的无线通讯系统为例，但本发明的范畴不以此为限。

封包搜寻模块22负责执行一封包搜寻程序，以搜寻通讯频道中是否存在符合802.11n通讯协定的封包。于实际应用中，该封包搜寻程序可包含但不限于对输入信号施以自动增益控制、模拟-数字转换、解调、解码…等程序。在封包搜寻模块22确认搜寻到一封包之后，解码模块26即开始对该封包的内容进行解码。在该封包搜寻程序中，封包搜寻模块22可根据输入信号选择性地调整一个或多个参数，例如自动增益控制增益(AGC gain)、载波频率偏移(carrier frequency offset)补偿量，或取样频率偏移补偿量，以期将输入信号调整为符合后续程序的需求，或是校正输入信号中因频道效应或电路不匹配造成的不理想因素。

存储模块24系用以储存封包搜寻模块22搜寻到一封包时所采用的至少一参数，做为一组参考参数。以图1绘示的情况为例，在完成封包P1的封包搜寻程序后，封包搜寻模块22便可将在该封包搜寻程序中最后决定出的适用于封包P1的自动增益控制增益、载波频率偏移补偿量、取样频率偏移补偿量…等参数存入存储模块24，做为参考参数。实务上，存储模块24可为各种型态的寄存器、存储存储器，或是能暂存电位的电路元件(例如电容)。于实际应用中，存储模块24亦可被整合在封包搜寻模块22内。

如现有所述，802.11n通讯协定中规范了两种封包间隔：长度为十六微秒(μs)的短帧间隔(SIFS)和长度为两微秒(μs)的缩减帧间隔(RIFS)。由于无论封包P1、P2的间隔为SIFS或RIFS，在封包P1结束后的两微秒内，通讯频道内都不会出现代表封包前文的信号，此实施例中的封包搜寻模块22在封包P1结束等待两微秒后才开始进行封包搜寻程序，以避免无谓的电力消耗。自封包P1的结束时间(时间点t10)起算再经过两微秒后，封包搜寻模块22始根据存储模块24所储存的该组参考参数，再次开始执行封包搜寻程序。

依照802.11n通讯协定，两个先后送达无线接收系统200且间隔为SIFS的封包可能是由不同的传送端(例如两个不同的无线分享器)所发送，而两个先后送达无线接收系统200且间隔为RIFS的封包绝对是由同一传送端发送。假设封包P1、P2的间隔为RIFS。可预期的是，在封包P1的结尾于时间点t10送达无线接收系统200后，再经过大约两微秒的时间，封包P2的前文将开始抵达无线接收系统200。易言之，时间点t10、t12的间隔为两微秒。由于封包P1、P2是由同一个传送端发送，代表封包P1、P2的无线信号通常会具有相当类似的特性，例如相似的信号强度、相似的传递路径造成相似的频道响应。理论上，适用于封包P1的自动增益控制增益、载波频率偏移补偿量、取样频率偏移补偿量等参数很可能亦适用于封包P2。因此，当封包P1、P2的间隔为RIFS，根据储存于存储模块24的参考参数进行封包搜寻程序的封包搜寻模块22可大幅节省动态调整各个参数的时间，进而加快确认封包P2的存在的速度。

须说明的是，该组对应于第一封包P1的参考参数可仅为封包搜寻模块22开始搜寻第二封包P2的参数起始值。换句话说，封包搜寻模块22仍可根据当时的输入信号动态调整各个参数，不须在整个搜寻第二封包P2的过程中都固定采用该组参考参数。实务上，封包搜寻模块22有可能完全无须调整该组对应于封包P1的参考参数，便已搜寻出封包P2，亦可能需要微调该组参考参数。若适用于封包P1、P2的参数并非完全相同，在搜寻到封包P2后，封包搜寻模块22可利用适用于封包P2的参数更新存储模块24的储存内容。

图3呈现三个间隔为RIFS的802.11n封包的时序关系及无线接收系统200相对应的运作范例。如图3所示，第一封包P1在时间点t31完全送达无线接收系统200。在时间点t31、t32之间，封包搜寻模块22尚未开始进行封包搜寻程序。在与时间点t31相隔两微秒的时间点t32，封包搜寻模块22根据现有储存于存储模块24中的参考参数(举例而言，可为适用于第一封包P1的参数)开始进行封包搜寻程序，并且在时间点t33确认第二封包P2的存在。解码模块26在时间点t33开始将第二封包P2的内容解码。随后，第二封包P2在时间点t34完全送达无线接收系统200。相似地，在与时间点t34相隔两微秒的时间点t35，封包搜寻模块22根据现有储存于存储模块24中的参考参数(举例而言，可为适用于第二封包P2的参数)开始进行封包搜寻程序，并于时间点t36确认第三封包P3的存在。

须说明的是，封包搜寻模块22开始针对第二封包P2执行封包搜寻程序的预设时间点不以图3中标示的时间点t32为限。举例而言，封包搜寻模块22亦可在略早于或略晚于自时间点t31起算两微秒的时间点开始进行封包搜寻程序。搜寻起始时间的设定原则在于确保第二封包P2的内容不会被无线接收系统200遗漏。

若图3中的第一封包P1和第二封包P2之间隔为SIFS而非RIFS，自时间点t31起算两微秒后开始的封包搜寻程序自然无法在短时间内找出下一个封包的前文。图4呈现两个间隔为SIFS的802.11n封包的时序关系，以及根据本发明的无线接收系统200采取的相对应运作范例。于一实施例中，存储模块24中另储存有一组原始参数。如图4所示，第四封包P4在时间点t41完全送达无线接收系统200。在相隔两微秒的时间点t41、t42之间，封包搜寻模块22同样不进行封包搜寻程序。封包搜寻模块22自一预设时间点(时间点t42)根据现有储存于存储模块24中的参考参数(亦即适用于第四封包P4的参数)开始进行封包搜寻程序。若封包搜寻模块22经过一段特定时间T后仍未找到后续封包，封包搜寻模块22便改为根据该组原始参数重新执行封包搜寻程序。第五封包P5的前文在时间点t44送达无线接收系统200，而封包搜寻模块22在时间点t45确认第五封包P5的存在。实务上，电路设计者可自行根据无线接收系统200的特性或经验法则设定时间T的长短。

由以上说明可看出，根据本发明的无线接收系统采用的搜寻机制显然不同于现有技术固定在每次开始执行封包搜寻程序时采用同一组原始参数的做法。本发明的主要精神之一在于，当两个先后传递至接收端的封包可能具有相似的信号特性时，接收端在下一个封包可能出现的时间点套用适用于前一个封包的参数，开始进行下一个封包的搜寻程序，借此缩短封包搜寻程序中调整各参数的时间。须说明的是，根据输入信号适性调整各种参数的实施细节为本发明所属技术领域中具有通常知识者所知，于此不再赘述。

根据802.11n通讯协定，各个封包的前文是由十段长度各为零点八微秒的特定序列组成，各段特定序列的内容完全相同。在确认了适用于目前的输入信号的自动增益控制电路增益值、载波频率偏移补偿量、取样频率偏移补偿量等参数后，封包搜寻模块22可根据802.11n封包前文的特性，判断目前的输入信号是否为封包前文的依据，详述如下。

于一实施例中，封包搜寻模块22包含一取样单元与一信号强度检测器。该取样单元系用以将输入信号取样，以产生一取样结果。该信号强度检测器则系用以计算该取样结果于一时间区段的一累积强度，并根据该累积强度是否高于一强度门槛值判断目前的输入信号是否为封包前文。举例而言，该取样单元可每隔零点八微秒取样一次，且该信号强度检测器可计算连续十六个的取样点的信号强度的累加值。该强度门槛值可被设计为：在输入信号主要为噪声的情况下，该累加值难以高于该强度门槛值。相对地，若输入信号中开始出现代表封包前文的内容，该累加值便会超越该强度门槛值。

于一实施例中，封包搜寻模块22包含一相关性单元与一判断单元。该相关性单元系用以计算一输入信号中的多个区段间的至少一相关程度。该判断单元则系用以根据该至少一相关程度的总和是否高于一相关性门槛值判断目前的输入信号是否为封包前文。举例而言，该多个区段可为输入信号中十段长度各为零点八微秒的连续区段。该相关性单元可计算各相邻区段的相关程度，且该判断单元可根据相关性单元所产生的九个相关程度的总和是否高于一相关性门槛值判断目前的输入信号是否为封包前文。

于一实施例中，封包搜寻模块22包含一匹配滤波器与一判断单元。该匹配滤波器系用以计算一输入信号与一参考信号间的一匹配程度。举例而言，该匹配滤波器可自输入信号中撷取十段长度各为零点八微秒的连续区段，并令该参考信号为前述已知特定序列。随后，该判断单元根据这些匹配程度是否高于一匹配门槛值判断目前的输入信号是否对应于封包前文。若输入信号中的该十个连续区段系对应于封包前文，该匹配滤波器的输出信号中理论上会出现十个高于匹配门槛值的峰值。

于一实施例中，封包搜寻模块22同样包含一匹配滤波器与一判断单元。该匹配滤波器系用以计算一输入信号与一参考信号间的一匹配程度。相似地，该匹配滤波器可自输入信号中撷取十段长度各为零点八微秒的连续区段，并令该参考信号为前述已知特定序列。随后，该判断单元根据该匹配程度的一周期是否落在一特定范围内判断该输入信号是否对应于一封包前文。若输入信号中的该十个连续区段系对应于封包前文，该匹配滤波器的输出信号中理论上会出现十个高于匹配门槛值的峰值，且该十个峰值的平均周期将大致为零点八微秒。

须说明的是，根据本发明的封包搜寻模块22可选择性地采用上述几个实施例中的多个判断机制，以在输入信号符合相对应的判断准则时判定输入信号为802.11n封包前文。

根据本发明的另一具体实施例为一种应用于无线接收系统的信号处理方法，其流程图系绘示于图5。该方法首先执行步骤S51：执行一封包搜寻程序，包含采用至少一参数，直到搜寻到一封包。接着，该方法执行步骤S52：储存该封包所对应的该至少一参数，做为一组参考参数。随后，该方法执行步骤S53：于一预设时间点，根据该组参考参数，再次执行该封包搜寻程序。现有在介绍无线接收系统200时描述的各种电路操作变化亦可应用至图5所绘示的信号处理方法中，其细节不再赘述。

如上所述，本发明提出一种无线接收系统及其信号处理方法。当两个先后传递至接收端的封包可能具有相似的信号特性时，根据本发明的接收端在下一个封包可能出现的时间点根据适用于前一个封包的参数开始进行封包搜寻程序，借此缩短封包搜寻程序中调整各参数的时间。此外，本发明亦提出多种用以判断输入信号是否对应于802.11n封包前文的机制。

借由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所披露的较佳具体实施例来对本发明的范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种无线接收系统，包含：

一封包搜寻模块，用以执行一封包搜寻程序，包含采用一封包解码前已可取得的至少一参数；以及

一存储模块，储存该封包搜寻模块搜寻到一封包时所采用的该至少一参数，做为一组参考参数；

其中该封包搜寻模块随后于一预设时间点，根据该存储模块所储存的该组参考参数，再次执行该封包搜寻程序。

2.如权利要求1所述的无线接收系统，其特征在于，该存储模块中还储存有一组原始参数，若该封包搜寻模块自该预设时间点经过一段特定期间仍未找到一后续封包，该封包搜寻模块根据该存储模块所储存的该组原始参数，再次执行该封包搜寻程序。

3.如权利要求1所述的无线接收系统，其特征在于，该至少一参数是对应于一自动增益控制增益(AGC gain)、一载波频率偏移(carrier frequency offset)补偿量以及一取样频率偏移补偿量至少之一。

4.如权利要求1所述的无线接收系统，其特征在于，该封包符合802.11n通讯协定，且该预设时间点为自该封包完全送达该无线接收系统后起算两微秒。

5.如权利要求4所述的无线接收系统，其特征在于，该封包搜寻模块包含：

一取样单元，用以取样一输入信号，以产生一取样结果；以及

一信号强度检测器，用以计算该取样结果于一时间区段的一累积强度，并根据该累积强度是否高于一强度门槛值判断该输入信号是否对应于一封包前文(preamble)。

6.如权利要求4所述的无线接收系统，其特征在于，该封包搜寻模块包含：

一相关性单元，用以计算一输入信号中的多个区段间的至少一相关程度；以及

一判断单元，用以根据该至少一相关程度的总和是否高于一相关性门槛值判断该输入信号是否对应于一封包前文(preamble)。

7.如权利要求4所述的无线接收系统，其特征在于，该封包搜寻模块包含：

一匹配滤波器，用以计算一输入信号与一参考信号间的一匹配程度；以及

一判断单元，用以根据该匹配程度是否高于一匹配门槛值判断该输入信号是否对应于一封包前文(preamble)。

8.如权利要求4所述的无线接收系统，其特征在于，该封包搜寻模块包含：

一匹配滤波器，用以计算一输入信号与一参考信号间的一匹配程度；以及

一判断单元，用以根据该匹配程度的一周期是否落在一特定范围内判断该输入信号是否对应于一封包前文(preamble)。

9.一种应用于无线接收系统的信号处理方法，包含：

(a)执行一封包搜寻程序，包含采用一封包解码前已可取得的至少一参数，直到搜寻到一封包；

(b)储存该封包搜寻程序搜寻到该封包时所采用的该至少一参数，做为一组参考参数；以及

(c)于一预设时间点，根据该组参考参数，再次执行该封包搜寻程序。

10.如权利要求9所述的信号处理方法，其特征在于，于步骤(c)后进一步包含：

若自该预设时间点经过一段特定期间仍未找到一后续封包，根据一组原始参数，再次执行该封包搜寻程序。

11.如权利要求9所述的信号处理方法，其特征在于，该至少一参数是对应于一自动增益控制增益(AGC gain)、一载波频率偏移(carrier frequency offset)补偿量以及一取样频率偏移补偿量至少之一。

12.如权利要求9所述的信号处理方法，其特征在于，该封包符合802.11n通讯协定，且该预设时间点为自该封包完全送达该无线接收系统后起算两微秒。

13.如权利要求12所述的信号处理方法，其特征在于，该封包搜寻程序被执行时包含：

取样一输入信号，以产生一取样结果；以及

计算该取样结果于一时间区段的一累积强度，并根据该累积强度是否高于一强度门槛值判断该输入信号是否对应于一封包前文(preamble)。

14.如权利要求12所述的信号处理方法，其特征在于，该封包搜寻程序被执行时包含：

计算一输入信号中的多个区段间的至少一相关程度；以及

根据该至少一相关程度的总和是否高于一相关性门槛值判断该输入信号是否对应于一封包前文(preamble)。

15.如权利要求12所述的信号处理方法，其特征在于，该封包搜寻程序被执行时包含：

计算一输入信号与一参考信号间的一匹配程度；以及

根据该匹配程度是否高于一匹配门槛值判断该输入信号是否对应于一封包前文(preamble)。

16.如权利要求12所述的信号处理方法，其特征在于，该封包搜寻程序被执行时包含：

计算一输入信号与一参考信号间的一匹配程度；以及

根据该匹配程度的一周期是否落在一特定范围内判断该输入信号是否对应于一封包前文(preamble)。