TW201436515A - 無線接收系統及其信號處理方法 - Google Patents

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Abstract

無線接收系統中包含一解碼模組、一估計模組及一搜尋模組。該解碼模組接收並解碼一封包以產生一解碼結果。該估計模組自該解碼結果中擷取一封包長度資訊，並根據該封包長度資訊估計該封包之一完成傳遞時間。該搜尋模組根據該完成傳遞時間決定一搜尋起始時間，並於該搜尋起始時間開始封包搜尋。

Description

無線接收系統及其信號處理方法
本案與無線通訊系統相關，並且尤其與偵測資料封包的技術相關。
無線區域網路(wireless local area network,WLAN)系統於傳送、接收資料時係以封包為單位。為了降低封包與封包發生碰撞(collision)的機率，進而提升傳輸品質，先後發送的兩個封包之間會有固定的時間間隔。此時間間隔的長度通常是十六微秒(μs)，並且被稱為短訊框間隔(short inter frame space,SIFS)。
圖一(A)為採用短訊框間隔之封包的相對關係示意圖。一般而言，接收端有所謂的解碼潛時(decoding latcncy)。以圖一(A)呈現的範例來說明，接收端將第一封包11解碼完成的時間點t12會晚於第一封包11完全傳遞至接收端的時間點t11。時間點t11、t12間的間隔即為解碼潛時。在完成第一封包11之解碼後，接收端才會開始偵測傳輸頻道中是否存在下一個封包。位於封包開頭的前文(preamble)是接收端辨識封包是否存在的依據，其為總長八微秒的特定資料。在圖一(A)的範例中，在搜尋到第二封包12的前文(斜線區域)之後，接收端於時間點t13判定第二封包12確實存在，並且開始解碼第二封包12。
802.11n通訊協定中規範了一種間隔較短的封包格式，希望藉此增進網路傳輸效率。這種縮減訊框間隔(reduced inter frame space,RIFS)的長 度只有兩微秒。圖一(B)為採用縮減訊框間隔之封包的相對關係示意圖。接收端於時間點t14完成第三封包13的解碼。由圖一(B)可看出，由於解碼潛時的關係，接收端開始偵測傳輸頻道中是否存在下一個封包的時間點t14晚於第四封包14之前文傳遞結束時間點t15。直到時間點t16，接收端才搜尋到第五封包15的前文，並且開始將第五封包15解碼。顯然，接收端會遺漏第四封包14所承載的資料。解決這個問題的方法之一是在接收端使用運算速度較快的電路，以期縮短解碼潛時以將時間點t14提前至早於時間點t15。然而，這個解決方案不僅會使硬體成本大幅上升，還會增加接收端的耗電量。
為解決上述問題，本案提出一種無線接收系統及其信號處理方法，藉由提前開始搜尋後續封包來避免因解碼潛時而遺漏封包的問題。由於不需要採用運算速度較快的電路，相較於先前技術，根據本案之系統及方法的硬體成本和耗電量皆較低。
根據本案之一具體實施例為一種無線接收系統，其中包含一解碼模組、一估計模組及一搜尋模組。該解碼模組接收並解碼一封包以產生一解碼結果。該估計模組自該解碼結果中擷取一封包長度資訊，並根據該封包長度資訊估計該封包之一完成傳遞時間。該搜尋模組根據該完成傳遞時間決定一搜尋起始時間，並於該搜尋起始時間開始封包搜尋。
根據本案之另一具體實施例為一種應用於無線接收系統的信號處理方法。該方法首先執行一解碼步驟：接收並解碼一封包以產生一解碼結果。接著，該方法執行一估計步驟：自該解碼結果中擷取一封包長度資訊，並根據該封包長度資訊估計該封包之一完成傳遞時間。隨後，該方法執行一決定步驟：根據該完成傳遞時間決定一搜尋起始時間，並於該搜尋起始時間開始封包搜尋。
關於本案的優點與精神可以藉由以下發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
11~15、31~33‧‧‧封包
t11~t16、t30~t36‧‧‧時間點
200‧‧‧無線接收系統
22‧‧‧解碼模組
24‧‧‧估計模組
26‧‧‧搜尋模組
S51~S53‧‧‧流程步驟
圖一(A)為採用短訊框間隔之封包的相對關係示意圖。圖一(B)為採用縮減訊框間隔之封包的相對關係示意圖。
圖二為根據本案之一實施例中的無線接收系統之方塊圖。
圖三係繪示採用縮減訊框間隔之封包的相對關係示意圖及根據本案之無線接收系統相對應的運作時序。
圖四(A)~圖四(C)為802.11n通訊協定所規範的三種封包格式。
圖五為根據本案之一實施例中的信號處理方法之流程圖。
根據本案之一具體實施例為一種無線接收系統，其方塊圖如圖二所示。無線接收系統200包含一解碼模組22、一估計模組24及一搜尋模組26。本案所屬技術領域中具有通常知識者可理解，無線接收系統200能進一步包含其他未繪示於圖二的功能區塊，例如天線、自動增益控制器、類比-數位轉換器等等，但皆非必要元件。為求明確呈現本案的精神，以下說明著重於介紹解碼模組22、估計模組24及搜尋模組26的運作。此外，以下實施例主要以無線接收系統200為符合802.11n通訊協定的無線通訊系統為例，但本案的範疇不以此為限。
圖三係繪示採用縮減訊框間隔(RIFS)之802.11n封包的相對關係示意圖，亦呈現了無線接收系統200相對應的運作時序範例。解碼模組22係用以接收封包並將封包解碼。由圖三可看出，第一封包31在時間點t31完全傳遞至無線接收系統200，而直到時間點t30，解碼模組22才完成 將第一封包31解碼的工作。時間點t30、t31的間距稱為解碼潛時。須說明的是，802.11n封包的解碼方式為本案所屬技術領域中具有通常知識者所知，於此不再贅述。
估計模組24負責自解碼模組22產生的解碼結果中擷取封包長度資訊，並根據封包長度資訊估計一封包的完成傳遞時間(亦即封包之結尾傳遞至無線接收系統200的時間)。以第一封包31為例。實務上，第一封包31之開頭傳遞至無線接收系統200的時間為已知。因此，只要估計出第一封包31的估計長度，估計模組24便能判斷第一封包31完成傳遞的時間(也就是圖三中的時間點t31)。更明確地說，封包的完成傳遞時間為其起始時間加上封包之估計長度。
802.11n通訊協定規範有三種封包形式：傳統(legacy)、高傳輸量混合(high throughput mixed)、高傳輸量綠區(high throughput Greenfield)。這三種封包的長度和內容格式各不相同，圖四(A)~圖四(C)分別為其結構示意圖。L-SIG區段和HT-SIG區段中帶有傳遞封包長度資訊的參數。針對符合傳統模式的封包，該封包長度資訊包含一參數LENGTH及一參數N_DBPS，並且估計模組24可根據下列方程式估計封包長度：Ceiling((LENGTH*8+22)/N_DBPS)*4μs。(式一)其中運算符號Ceiling代表計算大於或等於其運算對象之一最小整數值。參數LENGTH代表非以高傳輸量模式傳遞之資料的位元組數量。參數N_DBPS代表封包中每個OFDM符號所傳遞之資料的位元數量。式一的運算結果代表一封包在其L-SIG區段之後還包含多長時間的內容。易言之，將式一的運算結果加上一預設封包區段長度，即前面幾個區段的長度(皆為已知)，即可得出整個封包的估計長度。
針對符合高傳輸量混合模式且具有正常保護區間(guard interval)的封包，封包長度資訊包含參數HT_LENGTH及參數HT_N_DBPS，並且估計模組24可根據下列方程式估計封包長度： Ceiling((HT_LENGTH*8+22)/HT_N_DBPS)*4μs+8μs。(式二)參數HT_LENGTH代表非以傳輸量模式傳遞之資料的位元組數量。參數HT_N_DBPS代表封包中每個OFDM符號所傳遞之資料的位元數量。式二的運算結果代表一封包在其HT-SIG區段之後還包含多長時間的內容。
針對符合高傳輸量混合模式且具有短保護區間的封包，估計模組24可根據下列方程式估計封包長度：Ceiling((HT_LENGTH*8+22)/HT_N_DBPS)*3.2μs+8μs。(式三)針對符合高傳輸量綠區模式的封包，封包長度資訊包含參數HT_LENGTH及參數HT_N_DBPS，估計模組24可根據下列方程式估計封包長度：Ceiling((HT_LENGTH*8+22)/HT_N_DBPS)*4μs，(式四)式四的運算結果代表一封包在其HT-SIG區段之後還包含多長時間的內容。
相對於解碼程序，估計封包長度的運算較為單純。因此，估計模組24能輕易在解碼模組22將第一封包31完全解碼前估計出第一封包31完成傳遞的時間。根據第一封包31的完成傳遞時間，搜尋模組26會決定一搜尋起始時間，並於該搜尋起始時間開始封包搜尋。在圖三呈現的範例中，搜尋模組26將第一封包31的完成傳遞時間加上一已知的最小封包間距，做為開始搜尋下一個封包的起始時間點t32。就採用縮減訊框間隔(RIFS)的802.11n封包而言，該最小封包間距等於兩微秒(μs)。隨後，根據第二封包32的前文，搜尋模組26在時間點t33判定第二封包32確實存在。須說明的是，只要利用適當的緩衝機制或平行電路，即使解碼模組22尚未完成第一封包31的解碼工作，解碼模組22仍能在時間點t33開始將第二封包32解碼。
搜尋起始時間的設定原則在於確保第二封包32的內容不會被無 線接收系統200遺漏。於另一實施例中，搜尋模組26可將搜尋起始時間設定為時間點t31、在時間點t31和t32間，或是略晚於時間點t32。將搜尋起始時間設定為封包完成傳遞時間加上最小封包間距的好處在於，搜尋模組26不需要在絕對不會出現封包前文的時間點t31~t32間無謂消耗功率。
相似地，在第二封包32結束前，估計模組24估計出其完成傳遞時間點為t34，且搜尋模組26將時間點t34加上最小封包間距，決定下一次的搜尋起始時間為時間點t35。在圖三呈現的範例中，搜尋模組26在時間點t36判定第三封包33確實存在，且解碼模組22亦於時間點t36開始將第三封包33解碼。
由以上說明可看出，根據本案之搜尋起始時間與解碼潛時的長度無關，因此不會發生因解碼潛時導致的遺漏封包問題。值得注意的是，由於無線接收系統200不需要使用運算速度較快的電路來縮短解碼潛時，因此能節省許多硬體成本和耗電量。
根據本案之另一具體實施例為一種應用於無線接收系統的信號處理方法，其流程圖係繪示於圖五。該方法首先執行步驟S51：接收一封包並將該封包解碼，以產生一解碼結果。接著，該方法執行步驟S52：自該解碼結果中擷取該封包之一封包長度資訊，並根據該封包長度資訊估計該封包之一完成傳遞時間。隨後，該方法執行步驟S53：根據該完成傳遞時間決定一搜尋起始時間，並於該搜尋起始時間開始封包搜尋。
先前在介紹無線接收系統200時描述的各種電路操作變化(例如搜尋起始時間的選擇方式)亦可應用至圖五所繪示的信號處理方法中，其細節不再贅述。
如上所述，本案提出一種無線接收系統及其信號處理方法，藉由提前開始搜尋後續封包來避免因解碼潛時而遺漏封包的問題。由於不需 要採用運算速度較快的電路，相較於先前技術，根據本案之系統及方法的硬體成本和耗電量皆較低。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本案之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本案之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本案所欲申請之專利範圍的範疇內。
S51~S53‧‧‧流程步驟

Claims (10)

  1. 一種無線接收系統，包含：一解碼模組，接收並解碼一封包以產生一解碼結果；一估計模組，自該解碼結果中擷取一封包長度資訊，並根據該封包長度資訊估計該封包之一完成傳遞時間；以及一搜尋模組，根據該完成傳遞時間決定一搜尋起始時間，並於該搜尋起始時間開始封包搜尋。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無線接收系統，其中該搜尋模組將該完成傳遞時間加上一最小封包間距，做為該搜尋起始時間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之無線接收系統，其中該估計模組將該封包之一起始時間加上該封包之一估計長度估計該完成傳遞時間，該封包符合802.11n通訊協定之一傳統(Legacy)模式，該封包長度資訊包含一參數LENGTH及一參數N_DBPS，並且該估計模組係根據下列方程式估計該估計長度：L=Ceiling((LENGTH*8+22)/N_DBPS)*4μs，其中，運算符號Ceiling代表計算大於或等於一運算對象之一最小整數值，該估計長度為長度L加上一預設封包區段長度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之無線接收系統，其中該估計模組將該封包之一起始時間加上該封包之一估計長度估計該完成傳遞時間，該封包符合802.11n通訊協定之一高傳輸量混合(High Throughput Mixed)模式，該封包長度資訊包含一參數HT_LENGTH及一參數HT_N_DBPS，並且該估計模組係根據下列方程式估計該估計長度：L=Ceiling((HT_LENGTH*8+22)/HT_N_DBPS)*4μs+8μs，或是L=Ceiling((HT_LENGTH*8+22)/HT_N_DBPS)*3.2μs+8μs，其中，運算符號Ceiling代表計算大於或等於一運算對象之一最小整數值，該估計長度為長度L加上一預設封包區段長度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無線接收系統，其中該估計模組將該封包 之一起始時間加上該封包之一估計長度，估計該完成傳遞時間，該封包符合802.11n通訊協定之一高傳輸量綠區模式，該封包長度資訊包含一參數HT_LENGTH及一參數HT_N_DBPS，並且該估計模組係根據下列方程式估計該估計長度：L=Ceiling((HT_LENGTH*8+22)/HT_N_DBPS)*4μs，其中，運算符號Ceiling代表計算大於或等於一運算對象之一最小整數值，該估計長度為長度L加上一預設封包區段長度。
  6. 一種應用於無線接收系統之信號處理方法，包含：(a)接收並解碼一封包，以產生一解碼結果；(b)自該解碼結果中擷取一封包長度資訊，並根據該封包長度資訊估計該封包之一完成傳遞時間；以及(c)根據該完成傳遞時間決定一搜尋起始時間，並於該搜尋起始時間開始封包搜尋。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之信號處理方法，其中步驟(c)包含將該完成傳遞時間加上一最小封包間距，做為該搜尋起始時間。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之信號處理方法，其中步驟(b)包含將該封包之一起始時間加上該封包之一估計長度估計該完成傳遞時間，該封包符合802.11n通訊協定之一傳統模式，該封包長度資訊包含一參數LENGTH及一參數N_DBPS，並且步驟(b)包含根據下列方程式估計該估計長度：L=Ceiling((LENGTH*8+22)/N_DBPS)*4μs，其中，運算符號Ceiling代表計算大於或等於一運算對象之一最小整數值，該估計長度為長度L加上一預設封包區段長度。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之信號處理方法，其中步驟(b)包含將該封包之一起始時間加上該封包之一估計長度估計該完成傳遞時間，該封包符合802.11n通訊協定之一高傳輸量混合模式，該封包長度資訊包含一參數HT_LENGTH及一參數HT_N_DBPS，並且步驟(b)包含根據下列方程式估計該估計長度： L=Ceiling((HT_LENGTH*8+22)/HT_N_DBPS)*4μs+8μs，或是L=Ceiling((HT_LENGTH*8+22)/HT_N_DBPS)*3.2μs+8μs，其中，運算符號Ceiling代表計算大於或等於一運算對象之一最小整數值，該估計長度為長度L加上一預設封包區段長度。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之信號處理方法，其中步驟(b)包含將該封包之一起始時間加上該封包之一估計長度估計該完成傳遞時間，該封包符合802.11n通訊協定之一高傳輸量綠區模式，該封包長度資訊包含一參數HT_LENGTH及一參數HT_N_DBPS，並且步驟(b)包含根據下列方程式估計該估計長度：L=Ceiling((HT_LENGTH*8+22)/HT_N_DBPS)*4μs，其中，運算符號Ceiling代表計算大於或等於一運算對象之一最小整數值，該估計長度為長度L加上一預設封包區段長度。
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