TWI221708B - Method for receiving radio signals in multipath environment - Google Patents

Description

12217雜月日 修9¾冬- 31 92105708 修正 本如號 |五、發明說明（1) |發明所屬之技術領域 •本發明係提供一種於一多重路徑之環境中使用一無 ^網路擷取點接收無線電波之方法，尤指一種先將該= 線網路擷取點於該多重路徑之環境中所接收到之無線^ f所轉換之訊號作關聯性運算，再依據該關聯性運算之 結果加權該訊號後再加總該加權過的訊號之方法。 先前技術 近十年來’展頻通訊技術（Spread spectrum technique )挟其抗同頻干綠（co — channel interference)、及反截聽（i〇w pr〇bability of intercept，LPI)的特性，已漸漸成為最理想的無線通訊 方式之一。展頻通訊可應用於無線區域網路（電腦對電腦 之區域網路）、條碼掃描器（bar code scanner)、行動電 話、乃至於最新的個人通訊網路/個人通訊服務 (personal communication network/ personal communication service, pcn/PCS)通訊技術等各種不同 的電子通訊領域。 展頻通訊與一般通訊之主要的不同點在於，展頻通 訊於發送及接收一訊號時皆需經過兩次調變/解調該訊號 的程序，不論該訊號為數位式訊號或類比式訊號。展頻 通訊中所使用的展頻方式大致分為兩類：一為直接序列

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案號 92105708 五、發明說明（2) 5周曼方式（direct s 為跳頻調變方式 年 月_____a sequence spread spectrum, DSSS)， (frequency hopping spread spectrum, FHSS)，以下就以直接序列調變方式為例來說 明一展頻通訊系統之運作方式。請參考圖一，圖一為一 習知展頻通訊系統1 〇之功能方塊圖。展頻通訊系統1 〇包 含一調變端1 2及一解調端2 2，調變端1 2包含--次調變 器 14、一平衡調變器（balance modulation， BM)16、一 第一 PN(pseudo number)碼產生器18、及一第一天線20; 展頻通訊糸統1 〇之解調端22包含一二次解調器24、一反 展頻（despreading)解調器26、一第二PN碼產生器28、一 第二天線 30、一帶通濾波器（band pass filter, BNP ) 3 2、及一匹配濾、波器3 4。。 展頻通訊系統1 0之調變端1 2的運作方式說明如下： 一次調變器1 4依據調變端1 2之輸入端所輸入之輸入訊號 的性質（類比式或數位式）執行一般的類比通訊（ana 1 og communication, AC)調變或數位通訊（digitai communication，DC)調變，若調變端12之輸入端所輸入 的輸入訊號為類比訊號，則一次調變器1 4所採用之調變 方式為F Μ或P Μ，反之，一次調變器1 4則改採脈波碼調變 (pulse-code modulation, PCM)、或二元相移鍵控 (binary phase shift keying， BPSK)之調變方式來調變 該輸入訊號。平衡調變器1 6係用來執行調變端1 2之二次 調變之功能’二次調變的功能係將一輸入訊號的頻譜（頻 率）作大幅度的擴張。如果該輸入訊號為類比式訊號，二 I22170j§ 月 日 修 9aji 一 92105708 _年月曰__ 修正 __ 五、發明說明（3) ^ 次調變之工作則由第一 PN碼產生器1 8來完成，但若該輸 入机號為數位式訊號，平衡調變器1 6則採用碼攪亂法 (scramble)之調變方式調變該輸入訊號。而所謂的碼攪 亂法係於該輸入訊號（數位）被一次調變器1 4以pCM之調變 方式調變過後，再將該調變過後之輸入訊號與第一 PN碼 產生器1 8所產生之p N碼作乘法運算以產生一亂數數位碼 後，再由一載波進行調變，其中將該調變過之輸入訊號 乘以該PN碼（通常為Barker code)的過程就稱為展頻 (s p r e a d i n g)。最後，調變且展頻過後的輸入訊號就可經 由第一天線2 0發送出去。 展頻通訊系統1 0之解調端2 2的運作方式說明如下： 第二天線3 0接收由調變端1 2之第一天線2 0所發送出之經 過調變且展頻之無線電訊號，反展頻解調器2 6利用第二 PN碼產生器28所產生之PN碼乘以第二天線30所接收之無 線電訊號之反展頻方式，反展頻該無線電訊號後，再將 該反展頻過之無線電訊號傳送至匹配渡波器3 4，匹配遽 波器3 4 (匹配濾波器3 4之功用稍後再述）再將該反展頻過 之無線電訊號傳送至帶通渡波器3 2 ’帶通渡波器3 2將該 反展頻過之無線電訊號過濾、成一中頻訊號，解調端2 2之 二次解調器2 4接著將該中頻訊號解調為一基頻訊號並將 該基頻訊號傳至解調端2 2之輸出端。理論上，該基頻訊 號與最初輸入於調變端1 2之輸入端的輸入訊號應相同。 在上述的反展頻的過程中，需特別注意的是第二PN碼產 生器2 8與第一 P N碼產生器1 8必需具有高度的關聯性，亦 TOO 1 Πί\〇_

年.刀3 R _一_年月日 修正 H明說日月—Ϊ4) 即，第二PN碼產生器28所產生之pN碼需與第一 pN碼產生 為1 8所產生之PN碼完全相符，如此才能將解調端22之反 展頻解调為26所接收之訊號乘以該相同的pN碼以還原成 原來的輸入訊號（當然還需經過bFP32及二次解調器24)。 上述之匹配濾波器3 4係用於訊號辨識（s丨gna ! acquisition)、訊號同步（signal tracking)及解調變電

路中。當调變端12將一無線電訊號以Barker code調變後 並將該調變過之無線電訊號傳送至解調端22後，解調端 弟:天線先將其所接收到之射頻訊號轉換成一基頻 士號-將孩基頻汛號傳送至匹配濾波器3 4，匹配濾波 器34同，=Barker code解碼該基頻訊號，若匹配渡波器 ^ t 3 果中出現一峰值，代表該基頻訊號確實為由 =k端，1 2=傳來之無線電訊號，因為雜訊經過匹配濾波 姦3 4之運异不會出現任何峰值。接著，匹配濾波器3妓尤 可將戎經過辨識的基頻訊號送入二次調變器2 4以解調出 調變端12所傳來之該無線電訊號。·

、請參考圖二A至圖二C，圖二a至圖二c為一輸入於展 ，通訊系統/ 0的無線電訊號之頻譜變化圖。其中圖二A為 該，線電訊號輪入於展頻通訊系統丨〇前該無線電訊號之 頻邊圖’圖一 B為該無線電訊號經過展頻通訊系統1 〇之調 變端U且被調變成一展頻訊號後該展頻訊號之頻譜圖， 而圖=CP'l為解調端2 2接收該展頻訊號且將該展頻訊號解 調後該解調過的展頻訊號之頻譜圖。由圖二A至圖二c可

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n 92105708 修正 看：，⑸ — 成％扁二無線電訊號在經過展頻過後，會在頻譜上轉變 就會忙Ϊ的訊號，而該扁平的訊號在經過反展頻過後， 曰^復回該無線電訊號。

的過Ί艇而言，展頻過的訊號在被展頻通訊系統1 0發送 統3Τα程中，難免會受到雜訊的干擾，然而，展頻通訊系 D，的優點就在此時展現出來了。請參考圖三Α至圖三 ’圖三A至圖三D說明展頻通訊系統1 〇是如何能不畏雜郭 ，擾。其中圖三A為欲傳送訊號之頻譜圖，圖三B為該 δί1號經過展頻通訊系統1 〇展頻過後該展頻過訊號之頻譜 圖’圖三C為該展頻過的訊號受到雜訊的干擾後該受干損 過訊號之頻譜圖，而圖三D則為該受到雜訊干擾之訊號經 過反展頻後該反展頻訊號之頻譜圖。在圖三Α至圖三D中 可清楚地看到，干擾該展頻訊號之雜訊在經過反展頻的 過程後，該反展頻後的雜訊之訊號強度與該欲傳送的訊 號之訊號強度相比已顯得微不足道了，所以展頻通訊系 統1 0確實能達到之前所提及的，抗干擾，的特性。 上述之DSSS技術是將一原始訊號中的「1」或 「0」’利用10個以上的展頻碼（Spreading Code )，展 開成具有數十倍或數百倍頻寬的展頻訊號（在國防的應用 上’甚至f將原始訊號之頻寬增加至一百萬倍），使得原 來具有較高功率、較窄頻寬的頻率轉變成具有較寬頻寬 的低功率訊號’甚至低於背景雜訊值（Backgroun(i No 1 se )’如此一來讓有心擷取資料的人不易判別真正的

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3 #號 92105708 月 修正 五、發明說明（6) 訊號，以達到’反截聽’的目的。具有較多位數的展頻碼 有較強的抗雜訊干擾，然而具有較少位數的展頻碼卻可 以增加用戶的使用人數。 基本上，使用於DSSS中的展頻碼之位數皆不多，例 如在幾乎所有2· 4GHz的無線區域網路產品所使用的展頻 碼之位數皆少於2 0個。I EEE 8 0 2 · 11的直接序列展頻是利 用1 1 - chips切片展頻碼（又稱虛擬噪音碼 Pseudo No i se Code，PN Code )，舉例來說，Barker code就是一種直 接序列展頻技術所使用的一種具有1 1 - c h i p s之展頻 碼。F C C所規定之展頻碼的位數必須大於1 〇，從實驗中得 知，最佳的展頻碼之位數大約在1 〇 〇左右，當原始訊號經 過兩次展頻碼的處理後即能還原成原始訊號。而所謂的 處理，事實上就是對解調端22之第二天線30所接收到的 無線電訊號與第二PN碼產生器2 8所產生的PN碼作關聯性 (correlation)運算。 請再參考_ 一，圖一之展頻通訊系統1 〇中的反展頻 解凋器2 6就可用來執行上述之關聯性運算（執行關聯性運 异的元件也可稱為匹配濾波器m a t c h e d f i 11 e r )。關聯性 運异主要係用於訊號辨認（s i g n a 1 a c q u i s i t i ο η )，當一 調變展頻（modulated spread)無線電訊號輸入至反展頻 解調器2 6時，反展頻解調器2 6會週期性地（通常每隔一、 fhip time)利用第二PN碼產生器28所產生的pn碼以逐位 元的方式對該調變展頻無線電訊號作關聯性運算，若該

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日

修jE 五、發明說明（7) 調變展頰無線電訊號中作為 完全相符㈣)時，反展頻 表示解調端22所接收到的無線‘ ‘ j二脈，，以 出之無線電訊號，而不是外“傳周變端12所發 請再參考圖三D，當解調踹？ 9夕堃一工μ 展頻訊號後，解調端22内用來天線30接收到一 踗趑吁p你〜咕 用木解调该展頻訊號之相關電 D中的%I Λ峰佶严成W顯示於圖三D中的訊號時，當圖三 甲的讯唬之峰值（peak vaiuy大於一臨界值 i i所解/Λ22就得知其所接收的該展頻訊號確係由調變 ，j2所傳來的，若圖三D中之訊號之峰值小於該預定值， 4 ?2戶^念I ΐ調變訊號。由於解調端22係接收由調 二i ϊ ΐ ί 的展頻訊號，戶斤以圖I 〇中㈣號只有 ίϊίΤί 定值ρ。上述的方法也就是所謂的波道估 挪方法（channel estimatiQr〇。 然而’近年來，隨著展頻技術的日趨成熟，利用展 頻通訊技術作為通訊丰Pg 4 … _ ~于+又的電子通汛產品也日益增加， 而化些產品中有一部份會使用於室内的環境當中，例如 ，疋無線網路擷取點（access p〇int，αρ)等。當一 αρ於 =内接收一傳自無線網路使用者所傳來之無線電訊號 時’该AP不只會接收直接由該無線網路使用者所直接傳 來之無線電§fl號（直接波），該AP也會接收由該無線網路 ，用者所發出但反射自該室内環境（也就是所謂的多重路 技’ multi path)的其它無線電訊號（反射波）或ma j 冬 jE $ 案號 92105708____壬___J_ 修正_______ — 五、發明說明（8) (multi-access interference)及 ISI (i ntersymbo1 interference)等。但由於習知展頻通訊系統i〇之解調端 2 2僅解調具有大於臨界值P之峰值所對應之展頻訊號而忽 略由多重路徑所傳至解調端22的展頻訊號（如圖三D所 示，其所對應之峰值皆小於臨界值p )，因此，習知展頻 通訊系統1 0之解調端2 2所接收之無線電訊號之訊號/雜訊 比（signal-to-noise ratio, SNR)通常不會太高。 發明内容 班&因此，本發明之目的在於提供一種於一多重路徑之 ΐ ^中使用一無線網路擷取點接收無線電訊號以提高該 ΐ、，3 Ϊ ^取點所接收之無線電訊號的訊號/雜訊比之方 電訊！^、罔路擷取點係使用展頻通訊技術收發該無線 一天 線接 徑所 線所 以計 電波 聯值 時間 本發明之方法中所使用之 線及一處理器，該方法包 =一無線傳輪裝置所傳來 來之反射波、以及使用 # ^到之所有無線電波所 异出對應於每—訊號之關 ，關聯值與一臨界值相比 f對應之到達時間（time 產生加權因數、以該加權 無線網路彳領取點包含至少 含：於一時段中使用該天 之直接波及經由該多重路 5亥處理裔對该時段中該天 對應之訊號作關聯性運算 聯值、將對應於每—無線 以求出大於該臨界值之關 of arrival)、依據該到達 因數對該加權因數所對應

第14頁 12217^8 q π* 93· g: -3

案號 92105708 月 丨五、發明說明（9) —— 丨之訊號加權並將加權過後之訊號加總 曰 修正 實施方式 I &咕參考圖四’圖四為本發明之展頻通訊系統4 〇之功 :f塊圖。本發明之展頻通訊系統40與習知展頻通訊系 相;同點在於，展頻通訊系統4 0之解調端2 2 (由於展 通訊系統40、1〇幾乎完全相同，所以展頻通訊系統4〇 :=兀件編號就沿用展頻通訊系統丨〇中之各元件的編號） 接收由調變端1 2所直接傳來之第一無線電訊號42， 解，端22還接收調變端丨2所發出但經由一次反射所傳來 之第一無線電訊號4 4及第三無線電訊號4 6、及經由二次 反射所傳來之第四無線電訊號4 8 (圖四中虛線所示為無線 網路擷取點80所處之室内環境）。此外，展頻通訊系統4〇 ’解凋端2 2另包含一累加器5 〇用來累加經過匹配濾波器 34辨識、二$解調器2懈調、並以不同的T〇A(time 〇f arr 1 va 1 )加權過之基頻訊號，其中該T〇A係由匹配濾波器 34辨識反展頻解調器所傳來之基頻訊號所相應產生的。 圖四中所顯示之展頻通訊系統4 〇中的調變端丨2係應用於 一無線傳輸裝置7 0 (未顯示）中，而解調端2 2則係應用於 一無線網路擷取點8 0 (未顯示），無線網路擷取點8 〇包含 至少一支天線用來接收無線電訊號。無線傳輸裝置7 〇傳 至無線網路操取點8 0之天線的無線電訊號係為載波，而 5玄載波係4曰I E E E 8 0 2 · 11 a所規範之頻率為5 · 2 5 G Η z的載波 或I Ε Ε Ε 8 0 2 · 11 b所規範之頻率為2. 4 G Η ζ的載波。

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I 如前所述，本發明之方法係將展頻通訊系統40之解

調端22所接收之無線電訊號42、44、46、及48(不管是直 |接或間接由調變端1 2所傳來之無線電訊號）先經過匹配濾 波器3 4之辨識，若一基頻訊號（無線電訊號4 2、4 4、4 6、 及48經過反展頻解調器26後所產生之基頻訊號）所對應之 相關值大於一預定值，則將該基頻訊號先經過二次解調 器24解調後再以該相關值所對應之T〇A加權該基頻訊號後 累加至累加器5 0中，反之，若一基頻訊號所對應之相〜關 值小於一預定值，則二次解調器24忽略該基頻訊號。往 參考圖五’圖五為本發明之方法的流程圖丨〇〇，流程圖月 1 0 0包含下列的步驟： 步驟 1 0 2 :開始； 而無線傳輸裝置 7 0發射調變且展 (此時，無線網路擷取點8 〇係位於室内 7 0則可位於室内或室外，無線傳輸裝置 頻過的無線電訊號） ~ chip time)中使用無線 裝置7 0所直接傳來之 所間接傳來之第二無 及第四無線電訊號 步驟於一時段（包含至少一 網路擷取點8 0之天線接收無線傳輸 第一無線電訊號4 2及經由其他方向 線電訊號4 4、第三無線電訊號& 6、 48 ；

步驟120:使用無線網路擷取點 ίΛ頻丄？線電訊號42至第四無線；訊匕8 (弟一 P N碼產生器2 8所產生之p 悉 輸入訊號） 之PN碼乘以反展頻解調器26j

,9a ¢. -3 - > jj:本^ 案號 92105708 五、發明說明1 (11) |步驟 1 3 0 ··使用無線網 曰 修正 反展頻解調器24所傳來之美噸邙味折斟虚“收為 預定值相比； ；之基頻賴對應之相關值與該 (方二九頻吼气所對應之相關值大於該預定值，則使用匹 配濾波器34將該基頻訊號輸出至累加器5 〇，反之，則忽 略違基頻訊號） 、 步‘=14〇··使用無線網路擷取點8〇之二次解調器^解調 GE配濾波器3 4所傳來之基頻訊號； 號 二用無^網路擷取點80之累加器50依據該基 = '化斤ί應之加杻因數累加二次解調器24所傳來之訊 之 頻訊號所對應之加權因數就是該基頻訊號所對應 步驟1 6 0 :結束。 現及4 8為 線網路 電訊號 3 4後的 的相關 四無線 無線網 同的相 無線網 在就 例來 拮貢取 42〜 合成 值， 電訊 路擷 位差 路擷 以上述之第一至第四 說明本發明之方法。 點8 0之第二天線3 0戶斤 4 4、4 6及4 8經過反展 訊號之頻譜圖，其中 橫座標代表該合成訊 號 42、 44、 46及 48分 取點8 0，所以該四個 。如圖六所示，第一 取點8 0，之後到達無 無線電訊 請參考圖 接收的第 頻後再經 縱座標代 號的T〇A< 別係由不 無線電訊 無線電訊 線網路擷 號 42、 44、 46 六，圖六為無 一至第四無絲； 過匹配濾波器 表該合成訊號 由於第一至第 同的路徑傳至 號之間存在不 號4 2最先到達 取點80之無線

第17頁 一 3 本 1號 92105708 _____J一 曰 修正 I五、發明說明（12) I = jl说，序為第二無線電訊號44、第三無線電訊號^、 !弟四热線電訊號4 8。在經過反展頻解調器2 6之反屏韻 I作用後，圖六中合成訊號中出現四個波峰，其係分ςς |應於四個無線電訊號42、44、46、及48。在該四個波^ 中，因為僅有對應於第一無線電訊號42及第二無線電訊 號44之波峰高於該預定值，所以僅有對應於第一鉦缘電 訊$ 42及第二無線電訊號之基頻訊號會被累加至累加哭5〇1相而^應於第三無線電訊號46及第四無線電訊號48 之基頻訊號則會被忽略。 “匕 相較於習知之技術僅接 接傳來的無線電波，本發明 裝置7 0所直接傳來的直接波 置7 0所發出但經由反射所傳 所對應之相關值大於一臨界 所對應之基頻訊號以該相關 加權過後之基頻訊號。因此 無線電訊號確實可增加所接 訊比。 以上所述僅為本發明之 請專利範圍所做之均等變化 之涵蓋範園。 收由該無線傳輪裝置7 0所直 之方法不但接收由無線傳輸 ，並且還接收由無線傳輸裝 來的反射波。只要該反射波 值，本發明就會將該反射波 值所對應之ΤΟΑ加權並累加該 ，使用本發明之方法來接收 收到的無線電訊號之訊號/雜 較佳實施例，凡依本發明申 與修飾，皆應屬本發明專利 1221^08 ^ 一 J r-， ； .一 J ^3. 6：-3• 正

案號92105708 年 修正 圖式簡單說明 圖示簡單說明 圖一為一習知展頻通訊系統之功能方塊圖。 圖二A為一無線電訊號被習知展頻通訊系統傳送前之 頻譜圖。 圖二B為圖二A中之無線電訊號經過習知展頻通訊系 統之調變端調變成一展頻訊號後該展頻訊號之頻譜圖。 圖二C則為習知展頻通訊系統之解調端接收圖二B中 之展頻訊號後將該展頻訊號解調後之解調訊號的頻譜 圖。 圖三A為一被習知展頻通訊系統傳送之訊號的頻譜 圖。 圖二B為圖二A中之訊號經過習知展頻通訊糸統展頻 過後之展頻訊號的頻譜圖。 圖三C為圖三B中之展頻過的訊號受到雜訊的干擾後 的頻譜圖。 圖三D則為圖三C中之該受到雜訊干擾之訊號經過解 調後之解調訊號的頻譜圖。 ^ 圖四為本發明展頻通訊系統之功能方塊圖。 圖五為本發明之方法的流程圖。 圖六為本發明展頻通訊糸統中無線電訊號經過反展 頻及匹配濾波器後之頻譜圖。 圖式之符號說明

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12217^8 93.务·- 3 t 案號 92105708 年 月 曰 修正

i圖式簡單說明 I 10、40 展 頻 通 訊 系 統 14 一 一 次 調 變 器 18 第 一 Ρ Ν碼 產 生 器 22 解 調 端 26 展 頻 調 變 器 30 第 —* 天 線 34 匹 配 濾 波 器 42 第 一 益 線 電 訊 號 44 第 二 無 線 電 訊 號 48 第 四 無 線 電 訊 號 12 調變端 16 平衡調變器 20 第一天線 24 二次調變器 28 第二PN碼產生器 32 帶通濾波器 *-gb訊 tf"線 無器三加 第累 6 0 4 5

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Claims (1)

12217¾ 修 -L_ 止本 t號 92105708 年月曰 修正 六、申請專利範圍 1. 一種無線網路擷取點（a c c e s s ρ 〇 i η ΐ )接收一無線傳 輸裝置傳來之無線電波之方法，該無線網路擷取點包含 至少一天線以及一處理器，該方法包含： 於一時段中使用該天線接收該無線傳輸裝置傳來之 直接波及其他方向傳來之間接波；以及 使用該處理器以一加權因數累加該時段中該天線所 接收到之所有無線電波所轉換之訊號中所對應之相關值 大於一預定值之訊號。

2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該無線傳輸 裝置傳至該天線之無線電波係為載波，而該時段之長度 係為一切片時間（c h i p t i m e )之整數位。 3 . 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該加權因數 為一無線電訊號所對應之相關值所對應之到達時間（t i me of arrival)0 4. 如申請專利範圍第1項所述之方含，其中該無線傳輸 裝置傳至該天線之無線電波係指I EEE 8 0 2 . 1 1 b所規範之 頻率為2. 4GHz的載波。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該無線傳輸 裝置傳至該天線之無線電波係指I EEE 8 0 2 . 1 1 a所規範之 頻率為5. 25GHz的載波。

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