TWI474639B - 無線區域網路通信裝置及相關的信號處理電路與方法 - Google Patents

Description

無線區域網路通信裝置及相關的信號處理電路與方法

本發明涉及一種無線區域網路通信裝置與方法，尤其是涉及一種可降低鄰近通道干擾的影響的無線區域網路通信裝置與方法。

許多國家都保留了某些無線頻段，作為發展工業、科學和醫療等方面的應用，也就是所謂的ISM頻段(industrial,scientific and medical radio bands)。而無線區域網路(Wireless Local Area Network,WLAN)就是使用ISM頻段進行通信，而成功地應用於各種電子產品。

然而，使用ISM頻段的其他應用產品很多，例如，藍牙(Bluetooth)裝置及家用無線電話(cordless telephone)等。由於這些產品也使用相同或相近的頻段進行通信，因此，也都會對無線區域網路通信裝置的通信造成不同程度的影響。

此外，不同的基本服務組(basic service set)的無線區域網路通信裝置進行通信時，也會造成相互間的干擾。例如，當無線區域網路通信裝置聯結至(associate with)第一存取點(access point)時，若不同基本服務組的第二存取點所發送的信號強度太強，即便第二存取點使用不同的通道，仍然會產生鄰近通道干擾 (Adjacent Channel Interference)，而影響無線區域網路通信裝置的通信效能。若第二存取點與無線區域網路通信裝置所聯結的第一存取點同時或於相近的時間發送信號時，無線區域網路通信裝置可能會因為先接收到第二存取點的無線區域網路信號後就開始進行解調(demodulation)運算，等到接收機發現進行解調運算的信號並非第一存取點所發送的信號時，就已經錯過接收及解調第一存取點的信號的時機，因而影響了通信的效能。

此外，鄰近通道干擾還可能會造成無線區域網路通信裝置接收機(receiver)中的低雜訊放大器(Low-Noise Amplifier)等電路飽和(Saturation)，因而影響了解調運算的效能。然而，隨著無線區域網路通信裝置被更廣泛的採用，鄰近通道干擾的影響勢必更為嚴重，而會影響通信效能，並造成使用者的不便利。

有鑑於此，如何減輕或消除上述相關領域中○○○○○○的缺失，實為業界有待解決的問題。有鑑於此，如何改善以上所述相關領域中鄰近通道干擾對於無線區域網路通信裝置的影響，實為業界有待解決的問題。因此，本發明的目的之一即在提供一種無線區域網路通信裝置與方法，以解決上述問題。

本說明書提供了一種無線區域網路通信裝置的實施例，其包含：一放大電路，用以對一無線信號提供一增益值；一干擾偵測電路，用以偵測該無線信號的鄰近通道干擾，以產生一偵測結果；一假警報計數電路，用以計算由鄰近通道干擾所引發的一假警報數目；以及一控制電路，用以依據該偵測結果及該假警報數目來調整該放大電路的該增益值。

本說明書另提供了一種無線區域網路通信裝置的信號處理方法的實施例，其包含：偵測一無線信號的鄰近通道干擾，以產生一偵測結果；計算由鄰近通道干擾所引發的一假警報數目；以及依據該偵測結果及該假警報數目來調整一放大電路的一增益值。

本發明的無線區域網路通信裝置與方法的優點之一是能夠降低鄰近通道干擾對無線區域網路通信裝置的影響，使無線區域網路通信裝置的電路能運作於較理想的工作狀態，而能增進通信的效能。本發明的其他優點將配合說明書及圖式而做更進一步的解說。

100‧‧‧無線區域網路通信裝置

110‧‧‧天線

120‧‧‧低雜訊放大器

130‧‧‧混合器

140‧‧‧濾波器

150‧‧‧可變增益放大器

160‧‧‧信號強度計算電路

170‧‧‧類比至數位轉換器

180‧‧‧信號處理電路

182‧‧‧解調電路

184‧‧‧干擾偵測電路

186‧‧‧假警報計數電路

188‧‧‧控制電路

AP1、AP2‧‧‧存取點

圖1為本發明一實施例的無線區域網路通信裝置簡化後的功能方塊圖。

圖2為圖1的低雜訊放大器的輸入信號功率和輸出信號功率的特性曲線圖。

圖3是圖1的無線區域網路通信裝置對於不同信號強度的信號所採用的放大器增益值的對應關係的一實施例。

圖4顯示本發明一實施例的無線信號的簡化後的頻譜圖。

圖5顯示本發明一實施例的無線信號的簡化後的時序圖。

圖6是圖1中的無線區域網路通信裝置進行放大器增益值調整的一實施例簡化後的流程圖。

以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在這些圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或流程步驟。

圖1為本發明一實施例的無線區域網路通信裝置100簡化後的功能方塊圖，無線區域網路通信裝置100聯結至基本服務組BSS1的存取點AP1，並且使用頻段為F1的通道進行信號的傳收。此外，無線區域網路通信裝置100也可接收到基本服務組BSS2的存取點AP2的信號。

無線區域網路通信裝置100包含天線110、低雜訊放大器120、混合器130(mixer)、濾波器140(filter)、可變增益放大器150(variable gain amplifier)、信號強度計算電路160、類比至數位轉換器170(analog to digital converter)、及信號處理電路180。信號處理電路180包含解調電路182、干擾偵測電路184、假警報計數電路186及控制電路188。為了便於說明，無線區域網路通信裝置100的其他元件及連接關係並未繪示於圖1中。

天線110用以接收無線信號，並將信號傳送至後級的電路以進行解調運算。實作上，天線110可用單一天線或多天線組合的方式來實現。

低雜訊放大器120用以提供增益值至天線110所接收的無線信號。天線110所接收到的信號可能會受到各種通道效應及噪音的影響，在一般的無線環境中，無線區域網路通信裝置100所接收到的信號強度範圍可能很廣，例如無線信號的信號強度可能會低於-90dBm以下，有時也可能大於0dBm以上。因此，低雜訊放大器120必須能夠依據無線信號的信號強度，而對無線信號提供適當的增益值，以使後續的電路能夠有效地進行解調運算。

圖2為低雜訊放大器120的輸入信號功率和輸出信號功率的特性曲 線圖，當低雜訊放大器120的輸入信號的功率位於線性區時，低雜訊放大器120的輸出信號的功率能夠隨著輸入信號而呈現線性地放大。但當低雜訊放大器120的輸入信號的功率進入飽和區時，其輸出信號的功率就會呈現非線性放大且失真，因而影響後續的解調運算。因此，在本實施例中，低雜訊放大器120可被設置為提供3種增益值，以依據信號強度的不同而提供不同的增益值，使低雜訊放大器120能夠盡量運作於線性區。如圖3的實施例所示，對於無線區域網路通信裝置100能夠偵測到的最低信號強度至-40dBm左右的信號，低雜訊放大器120會施加高增益Gh至無線信號。對於-40dBm至-10dBm左右的信號，低雜訊放大器120會施加中增益Gm至無線信號。對於-10dBm至15dBm左右的信號，低雜訊放大器120會施加低增益G1至無線信號。

混合器130用以將低雜訊放大器120所輸出的射頻信號與振盪信號進行混和，以產生對應的中頻或基頻信號。

濾波器140用以將混合器130所輸出的信號進行濾波，以降低或消除不需要的信號。

可變增益放大器150用以接收濾波器140濾波後的信號，並且可以搭配低雜訊放大器120而被設置為對無線信號提供不同大小的增益值，以使後續的電路能夠有效地進行解調運算。如圖3的實施例所示，針對不同信號強度的信號，可變增益放大器150分別可以搭配低雜訊放大器120而提供4個不同的增益值選項Gv1至Gv4。

信號強度計算電路160用以計算無線信號的信號強度(signal strength)，例如，信號強度計算電路160可以藉由計算無線信號 的功率頻譜密度(power spectrum density)或者將無線信號經過合適的演算法運算，而估計無線信號的信號強度。在本實施例中，信號強度計算電路160採用低雜訊放大器120所輸出的信號進行計算，並可藉由查表的方式輸出對應的信號強度。

類比至數位轉換器170用以將可變增益放大器150所輸出的類比信號轉換為對應的數位信號，並且傳送至信號處理電路180進行後續的信號處理。

解調電路182用以將類比至數位轉換器170所輸出的數位信號進行解調運算，例如，解調電路182可以進行傅立葉轉換(Fourier transform)、卷積解碼(convolutional decoding)、信號同步(synchronization)等運算。

干擾偵測電路184用以設置低雜訊放大器120、混合器130及信號強度計算電路160等電路，以偵測無線區域網路通信裝置100所使用的頻段F1附近的頻段是否有干擾信號。例如，在一實施例中，當無線區域網路通信裝置100使用2.4GHz的ISM頻段進行通信時，則干擾偵測電路184可以偵測2402MHz至2482MHz的頻段內的干擾信號。

圖4顯示本發明一實施例的無線信號的簡化後的頻譜圖，在本實施例中，無線區域網路通信裝置100與存取點AP1所傳收的信號為S1，信號S1所使用的頻段為F1。而信號S2和S3分別為其他的無線信號裝置所傳送的信號，並且分別使用頻段F2和F3。在此實施例中，信號S2和S3並非無線區域網路通信裝置100與存取點AP1所傳收的信號，因此信號S2和S3即是鄰近通道干擾信號。干擾偵測電 路184會設置低雜訊放大器120、混合器130及信號強度計算電路160等電路，掃描頻段F1附近的頻段並且計算干擾信號的信號強度(例如，計算干擾信號的功率頻譜密度)，而產生偵測結果。干擾偵測電路184的偵測結果可以包含：是否有干擾信號、干擾信號的強度及/或干擾信號的頻段等信息。

在本實施例中，假警報計數電路186用以計算假警報的數目。此處所稱的假警報(false alarm)是指無線區域網路通信裝置100因為接收到干擾信號、雜訊或其他基本服務組的無線網路信號等鄰近通道干擾信號，而使解調電路182誤以為接收到存取點AP1的封包，而開始進行解調運算的情況。當解調電路182對這些鄰近通道干擾信號進行解調時，若存取點AP1傳送封包至無線區域網路通信裝置100，解調電路182將無法對存取點AP1的封包進行解調，將造成無線區域網路通信裝置100無法成功接收存取點AP1的封包，而影響了通訊效能。

例如，圖5顯示本發明一實施例的無線信號的簡化後的時序圖，在本實施例中，存取點AP1分別於不同時間向無線區域網路通信裝置100傳送封包P1~P4，並且信號S4~S8為鄰近通道干擾信號。因此，若解調電路182因為先接收到信號S5及S8而開始進行解調，則當封包P2和P4傳送至無線區域網路通信裝置100時，解調電路182將無法對封包P2和P4進行解調，而造成無線區域網路通信裝置100無法成功接收存取點AP1的封包P2和P4。

控制電路188用以依據干擾偵測電路184的偵測結果以及假警報計數電路186所輸出的假警報數目，來調整該放大電路的該增益值。例如，當該偵測結果表示有鄰近通道干擾，且該假警報數目大 於一假警報閾值時，該控制電路會降低無線信號的增益值，以降低鄰近通道干擾所造成的負面影響。較佳地，控制電路188可以進一步依據信號強度計算電路160所輸出的信號強度，而設置低雜訊放大器120及/或可變增益放大器150的增益值。例如，於當該偵測結果表示有鄰近通道干擾，且該假警報數目大於一假警報閾值時，若無線信號本身的信號強度大於一第一信號閾值，則降低無線信號的增益值，而此時若無線信號的信號強度不夠強(如小於第一信號閾值)，則先不降低無線信號的增益值。在另一實施例中，控制電路188可以在鄰近通道干擾不強(或不存在)或假警報數目不多(或不存在)時，依據信號強度計算電路160所輸出的信號強度，使用查表的方式而設置低雜訊放大器120及可變增益放大器150的增益值，使信號調整至適合類比至數位轉換器170進行轉換的位準，以降低量化誤差(quantization error)，並且可以針對後續的信號動態地調整低雜訊放大器120及/或可變增益放大器150的增益值。

圖1中各個元件能夠採用硬體、軟體、或者硬體搭配軟體的方式實施，而不同元件也能夠依據設計考量而整合在單一電路晶片中，或者單一功能方塊也可以採用多個電路元件的組合來實施。例如，低雜訊放大器120、可變增益放大器150或濾波器140也可以整合為一個放大電路，而信號處理電路180可以採用微處理器或特定應用積體電路(application specific integrated circuit)實現。

圖6為無線區域網路通信裝置100進行放大器增益值調整的一實施例簡化後的流程圖，以下將以圖6搭配圖1進一步說明無線區域網 路通信裝置100的運作方式。

在流程610中，信號強度計算電路160會計算無線信號的信號強度，假警報計數電路186會計算假警報的數目。此外，干擾偵測電路184也會於適當時間設置低雜訊放大器120、混合器130及信號強度計算電路160等電路，以在預設的頻率範圍內進行干擾信號的偵測。例如，在無線區域網路通信裝置100會設置上述電路掃描頻段F1附近的預設頻率範圍，藉由信號強度計算電路160計算干擾信號的功率頻譜密度以判斷是否有鄰近通道干擾信號，並且干擾偵測電路184會產生偵測結果，以紀錄是否有鄰近通道干擾信號、鄰近通道干擾信號的信號強度及/或鄰近通道干擾信號的頻段等信息。

在流程620中，控制電路188會接收信號強度計算電路160所輸出的信號強度、假警報計數電路186所輸出的假警報數目、以及干擾偵測電路184的偵測結果。當信號強度大於預設的信號強度閾值、假警報的數目大於預設的假警報閾值、並且干擾偵測電路184偵測到鄰近的頻段具有干擾信號時，代表鄰近通道干擾信號對於通訊效能有所影響且無線信號本身的信號強度夠強，因此進入流程630。否則，進入流程640。

在流程630中，控制電路188會調降低雜訊放大器120的增益值，避免雜訊放大器120及/或可變增益放大器運作於飽和區，以降低鄰近通道的干擾信號的影響，並設置解調電路182進行信號的解碼運算。

在流程640中，控制電路188會依據信號強度計算電路160所計算 的信號強度，調整低雜訊放大器120的增益值及/或可變增益放大器150的增益值，並設置解調電路182進行信號的解碼運算。

在圖6的實施例中，無線區域網路通信裝置100可以調整低雜訊放大器120的增益值及/或可變增益放大器150的增益值，以使無線區域網路通信裝置100的各個元件於解調運算時，能夠設置於合適的工作狀態。例如，當無線區域網路通信裝置100所接收的信號強度夠強，並且有鄰近通道干擾信號影響時，則鄰近通道干擾信號可能會造成過多的假警報而影響通信效能。因此，當假警報的數目大於假警報閾值時，控制裝置188可以調降低雜訊放大器120的增益值及/或可變增益放大器150的增益值，以避免干擾信號被過度的放大，而使低雜訊放大器120及可變增益放大器150都能操作於線性區，以降低信號因為非線性的放大而影響解調的運算。因此，無線區域網路通信裝置100能夠降低鄰近通道干擾對於通信效能的影響。

此外，當鄰近的通道沒有干擾信號、假警報的數目不多而不會對通信效能造成太大影響、或者無線信號的信號強度不強等情況時，控制裝置188可以設置低雜訊放大器120及/或可變增益放大器150使用較高的增益值，而不會對解調運算造成太大的影響。因此，無線區域網路通信裝置100能夠兼顧信號強度較低時的通信效能。

在其他的實施例中，信號強度計算電路160也可以採用其他元件所輸出的信號，搭配查表或者使用合適的信號處理電路進行計算，以輸出信號強度。例如，信號強度計算電路160也可以依據可變增益放大器150的輸出信號計算無線信號的信號強度。

在另一實施例中，信號強度計算電路160也可以於不同的時段，採用不同元件的輸出信號進行無線信號的信號強度的計算。例如，在流程630中，信號強度計算電路160改採用類比至數位轉換器170的輸出信號進行無線信號的信號強度的計算。

在另一實施例中，可變增益放大器150也可以針對低雜訊放大器120的不同增益值，而分別提供不同數量的增益值選項。

在上述的流程610中，控制電路188可以將低雜訊放大器120及可變增益放大器150設置為以較高的增益值進行運作，以便於能夠偵測到較微弱的信號。

在另一實施例的流程630中，控制電路188先調降可變增益放大器150的增益值，當可變增益放大器150的增益值已經降至最低時，才調降低雜訊放大器120的增益值，並且對應地調整可變增益放大器150的增益值。

在另一實施例中，控制電路188可於流程630中調降並且固定低雜訊放大器120的增益值，而在後續的解碼運算中僅調整可變增益放大器150的增益值。

在另一實施例中，控制電路188也可於流程630中多次地調降低雜訊放大器120的增益值，並且在後續的解碼運算中對應地調整可變增益放大器150的增益值。

在另一實施例中，控制電路188也可於流程630中同時調降低雜訊放大器120的增益值以及可變增益放大器150的增益值，以降低鄰近通道的干擾信號的影響。

在上述實施例中，控制電路188也可以針對干擾偵測電路184所偵測的干擾信號的頻率及/或數量，而設置不同的假警報閾值。例如，當干擾信號的數量較多時，則無線區域網路通信裝置100可能會同時接收到更多的干擾信號，而導致更多的假警報。因此，當干擾信號的數量較多時，控制電路188可以將假警報閾值設置為較低的數值。在另一實施例中，控制電路188也可以針對干擾信號的頻率與無線區域網路通信裝置100所使用的頻段之間的差距，而針對不同的干擾信號分別設置不同的假警報閾值。

此外，控制電路188也可以適時的重置假警報計數電路186所統計的假警報數目。例如，控制電路188可在調降低雜訊放大器120的增益值後，即重置假警報計數電路186所統計的假警報數目，以使假警報計數電路186在低雜訊放大器120的增益值調整後重新計算假警報數目。

在另一實施例的流程630中，控制電路188也可以在信號強度計算電路160所輸出的信號強度小於流程620中的信號強度閾值，或者小於另一個預設的信號強度閾值時，進入流程640，以增加低雜訊放大器120的增益值，而使後級電路能解調信號強度較低的信號。

在上述的實施例中，也可以將無線區域網路通信裝置100設置為持續地或者間斷地執行圖6的流程，以調整低雜訊放大器120及/或可變增益放大器150的增益值。

在上述的實施例中，當無線區域網路通信裝置100因鄰近通道干擾而造成較多假警報時，無線區域網路通信裝置100可以在信號 強度較強時，藉由調整放大電路(如低雜訊放大器120及/或可變增益放大器150)的增益值而降低鄰近通道干擾對通信效能的影響。此外，當鄰近通道干擾消失或不嚴重時，無線區域網路通信裝置100仍舊能夠藉由適當地調整放大器的增益值而兼顧信號強度較低時的通信效能。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。

100‧‧‧無線區域網路通信裝置

110‧‧‧天線

120‧‧‧低雜訊放大器

130‧‧‧混合器

140‧‧‧濾波器

150‧‧‧可變增益放大器

160‧‧‧信號強度計算電路

170‧‧‧類比至數位轉換器

180‧‧‧信號處理電路

182‧‧‧解調電路

184‧‧‧干擾偵測電路

186‧‧‧假警報計數電路

188‧‧‧控制電路

AP1、AP2‧‧‧存取點

Claims (11)

1. 一種無線區域網路通信裝置，其包含：一放大電路，用以對一無線信號提供一增益值；一干擾偵測電路，用以偵測該無線信號的鄰近通道干擾，以產生一偵測結果；一信號強度計算電路，用以計算該無線信號的一信號強度；一假警報計數電路，用以計算由鄰近通道干擾所引發的一假警報數目；以及一控制電路，用以依據該偵測結果及該假警報數目來調整該放大電路的該增益值；其中，當該信號強度大於一第一信號閾值、該偵測結果表示有鄰近通道干擾、且該假警報數目大於一假警報閾值時，則該控制電路降低該放大電路的該增益值。
2. 如請求項1的無線區域網路通信裝置，其中該干擾偵測電路利用掃描該無線信號的鄰近頻段的功率頻譜密度以產生該偵測結果。
3. 如請求項1的無線區域網路通信裝置，其中當該控制電路降低該放大電路的該增益值後，若該信號強度小於一第二信號閾值，則該控制電路增加該放大電路的該增益值。
4. 如請求項1的無線區域網路通信裝置，其中該放大電路包含：一低雜訊放大器，用以使用一第一增益值放大該無線信號；以及一可變增益放大器，用以使用一第二增益值放大該無線信號。
5. 如請求項4的無線區域網路通信裝置，其中當該控制電路降低該 放大電路的該增益值時，該控制電路會先降低該可變增益放大器的該第二增益值，再降低該雜訊放大器的該第一增益值。
6. 一種無線區域網路通信裝置，用以聯結至一第一存取點，該無線區域網路通信裝置包含：一放大電路，用以對一無線信號提供一增益值；一信號強度計算電路，用以計算該無線信號的一信號強度；一解調電路，用以解調該無線信號；一控制電路，耦接於該放大電路、該信號強度計算電路及該解調電路；其中當該信號強度大於一第一信號閾值、且該解調電路對一第二存取點所傳送的信號進行解調的次數大於一假警報閾值時，則該控制電路降低該放大電路的該增益值。
7. 如請求項6的無線區域網路通信裝置，其中當該控制電路降低該放大電路的該增益值後，若該信號強度小於一第二信號閾值，則該控制電路增加該放大電路的該增益值。
8. 一種無線區域網路通信裝置的信號處理電路，用以調整一放大電路施加於一無線信號的一增益值，其包含：一干擾偵測電路，用以偵測偵測該無線信號的鄰近通道干擾，以產生一偵測結果；一信號強度計算電路，用以計算該無線信號的一信號強度；一假警報計數電路，用以計算由鄰近通道干擾所引發的一假警報數目；以及一控制電路，用以依據該偵測結果及該假警報數目來調整該放大電路的該增益值；其中當該信號強度大於一信號強度閾值、該干擾偵測電路偵測到 鄰近通道干擾、且該假警報數目大於一假警報閾值時，則該控制電路降低該放大電路的增益值。
9. 一種無線區域網路通信裝置的信號處理方法，包含：偵測一無線信號的鄰近通道干擾，以產生一偵測結果；計算由鄰近通道干擾所引發的一假警報數目；依據該偵測結果及該假警報數目來調整一放大電路的一增益值；計算該無線信號的一信號強度；以及當該信號強度大於一第一信號閾值、該偵測結果表示有鄰近通道干擾、且該假警報數目大於一假警報閾值時，降低該增益值。
10. 如請求項9的信號處理方法，另包含：掃描該無線信號的鄰近頻段的功率頻譜密度以產生該偵測結果。
11. 如請求項9的信號處理方法，另包含：當降低該增益值後，若該信號強度小於一第二信號閾值，則增加該無線信號的該增益值。