TWI517598B - 無線信號接收器及其信號處理方法 - Google Patents

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Description

無線信號接收器及其信號處理方法
本發明與無線通訊系統相關，並且尤其與無線信號接收器中的自動增益控制(automatic gain control,AGC)技術相關。
無線區域網路(wireless local area network,WLAN)系統的接收端必須具有接收多種強度不同之信號的能力。實務上，接收端所面對的信號強度差異可能高達90dB。位在接收端前端的自動增益控制(AGC)電路負責調整輸入信號的振幅，使調整後信號的振幅落在後續類比數位-轉換器的動態範圍內。若自動增益控制電路運作不當，提供至類比數位-轉換器的信號振幅可能會過大而導致類比數位-轉換器飽和，也可能會過小而造成信號雜訊比太低，進而影響解碼結果的正確性。
在現行技術中，接收端儲存有一個固定的初始增益值。在每次開始執行封包搜尋程序前，自動增益控制電路的增益值被重置為該初始增益值。自動增益控制電路隨後會自該初始增益值開始，根據輸入信號的振幅動態調整其增益值。可理解的是，若適於接收一封包前文的增益值與該初始增益值差異愈大，自動增益控制電路通常便需要愈多時間始能找出合適的增益值。
多數自動增益控制電路須在一定的時限內找出合適的增益值。以802.11a/g/n通訊規格為例，該時限長度是八微秒(μs)，亦即封包之短前 文(short preamble)的長度。一般而言，傳送端與接收端間的距離愈遠，接收端收到的信號之強度愈弱。實際上，接收端(例如筆記型電腦或智慧型手機)與傳送端間的距離未必為定值。在不同場合中，提供通訊連結的傳送端也各不相同。固定的初始增益值顯然不會適用於各種無線信號強度。如果初始增益值與目標增益值的差距太大，導致自動增益控制電路無法及時找出合適的增益值，接收端便有可能遺漏傳送端(例如無線存取器)提供的封包。在這個情況下，接收端會要求傳送端再次發送內容相同的封包，造成系統的整體傳輸效率下降。
為解決上述問題，本發明提出一種自動增益控制電路、一種包含自動增益控制電路的無線信號接收器，以及其信號處理方法。根據本發明之自動增益控制電路、接收器及信號處理方法利用傳送端發出的信標封包(beacon packet)決定一增益初始值，供自動增益控制電路使用。這種做法有助於縮短自動增益控制模組隨後針對同一無線存取器發送之封包尋找合適增益值所需要的時間。本發明的概念可廣泛應用在各種有發送信標封包或類似參考信號的無線通訊系統，不以符合802.11n通訊協定的無線通訊系統為限。
根據本發明之一具體實施例為一種無線信號接收器，其中包含一接收模組、一自動增益控制模組、一量測模組、一解碼模組及一控制模組。該接收模組係用以接一無線信號。該自動增益控制模組係用以根據一增益值調整該無線信號之一振幅，以產生一調整後信號。該量測模組係用以量測該調整後信號之一信號強度。該解碼模組係用以解碼該調整後信號。當該解碼模組判定該調整後信號係對應於自一傳送端發送之一信標封包時，該控制模組根據該信號強度調整該增益值。
根據本發明之另一具體實施例為一種動態調整增益值之自動增 益控制電路，用以調整一無線信號接收器接收之一無線信號之一振幅。該自動增益控制電路包含一自動增益控制模組、一量測模組、一解碼模組及一控制模組。該自動增益控制模組係用以根據一增益值調整該無線信號之一振幅，以產生一調整後信號。該量測模組係用以量測該調整後信號之一信號強度。該解碼模組係用以解碼該調整後信號。當該解碼模組判定該調整後信號係對應於自一傳送端發送之一信標封包時，該控制模組根據該信號強度調整該增益值。
根據本發明之另一具體實施例為一種應用於無線信號接收器的信號處理方法。該無線信號接收器包含一自動增益控制模組。該方法首先執行一接收步驟：接收一無線信號。接著，該方法執行一調整步驟：令該自動增益控制模組根據一增益值調整該無線信號之一振幅，以產生一調整後信號。隨後，該方法執行一量測步驟：量測該調整後信號之一信號強度。接著，該調整後信號被解碼。當該調整後信號被判定為對應於自一傳送端發送之一信標封包，該方法執行一調整步驟：根據該信號強度調整該增益值。
關於本發明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。
100‧‧‧無線信號接收器
11‧‧‧接收模組
12‧‧‧自動增益控制模組
13‧‧‧量測模組
14‧‧‧解碼模組
15‧‧‧控制模組
S21~S26‧‧‧流程步驟
圖一為根據本發明之一實施例中的無線信號接收器之功能方塊圖。
圖二為根據本發明之一實施例中的信號處理方法之流程圖。
根據本發明之一具體實施例為一種無線信號接收器，其功能方塊圖如圖一所示。無線信號接收器100包含一接收模組11、一自動增益 控制模組12、一量測模組13、一解碼模組14及一控制模組15。於實際應用中，無線信號接收器100可被整合在各種電子裝置內部，例如桌上型電腦、筆記型電腦、智慧型手機，亦可獨立存在。
根據802.11n通訊協定，一無線存取點須週期性地以廣播形式發送信標封包(beacon packet)，並於該封包中承載其服務設定識別碼(service set identifier,SSID)、媒體存取控制(media access control,MAC)位址、支援的傳輸速率等資訊，供欲連接該無線存取點的接收端參考。無線信號接收器100即以信標封包的信號強度為依據，決定自動增益控制模組12的初始增益值。透過以下說明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可理解，本發明提出的概念亦可應用於各種有發送信標封包或類似參考信號的無線通訊系統，其應用範疇不以符合802.11n通訊協定的無線通訊系統為限。
接收模組11係用以接收一無線信號，並將該無線信號提供至自動增益控制模組12。實務上，接收模組11可包含但不限於天線。無線信號接收器100中儲存有一預設增益值Gdefault。自動增益控制模組12以預設增益值Gdefault調整該無線信號的振幅，以產生一調整後信號。該調整後信號被分別傳遞至量測模組13和解碼模組14。量測模組13負責量測該調整後信號之強度。解碼模組14則係用以將該調整後信號解碼。須說明的是，量測信號強度及解碼的實施細節為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所知，於此不再贅述。
於一實施例中，量測模組13係量測該調整後信號於一預設時段內之一平均強度，做為該信號強度。舉例而言，量測模組13可利用下列指數移動平均(exponential moving average)方程式計算該平均強度： E{RSSI[n]}=Coeff_avg *`RSSI[n]+(1-Coeff_avg)* E{RSSI[n-1]}，其中RSSI[n]代表最新一筆信號強度取樣值，E{RSSI[n-1]}代表不包含該最新信號強度取樣值而計算出的平均強度，E{RSSI[n]}代表包含該最新信號 強度取樣值後而計算出的平均強度。Coeff_avg為一平均參數，其大小不以特定數值為限。
若解碼模組14能將該調整後信號正確解碼，並且判定該調整後信號係對應於自一傳送端發送之一個或多個信標封包，控制模組15即根據量測模組13產生的信號強度E{RSSI[n]}決定一初始增益值Ginitial，供自動增益控制模組12使用。更明確地說，自動增益控制模組12隨後接收新的無線信號時，便是自初始增益值Ginitial開始，根據輸入信號的振幅動態調整其增益值。於一實施例中，控制模組15係根據下列方程式計算初始增益值Ginitial：Ginitial[n]=RSSI_to_Ginitial(E{RSSI[n]})+offset，其中RSSI_to_Ginitial( )代表信號強度與增益值間的轉換關係函式，參數offset則代表一校正值。
除非無線信號接收器100係處於快速移動的狀態，自同一個無線存取器接收之各種封包的信號強度差異不會太大。因此，根據初始增益值Ginitial[n]重置自動增益控制模組12有助於縮短自動增益控制模組12隨後針對同一無線存取器發送之封包尋找合適增益值所需要的時間。藉此，無線信號接收器100因自動增益控制模組12運作速度過慢而遺漏封包的機率可被大幅降低，進而得以提升無線區域網路接收器100所處之無線系統的整體傳輸效率。
於一實施例中，在根據初始增益值Ginitial[n]重置自動增益控制模組12後，若解碼模組14於一預設重置時段內未解出任何封包，控制模組15便將自動增益控制模組12重置為採用預設增益值Gdefault做為該初始增益值，令無線信號接收器100重新開始尋找新的信標封包和相對應的新初始增益值。
於一實施例中，控制模組15係週期性地根據一最新信號強度改 變自動增益控制模組12所採用的初始增益值。更明確地說，量測模組13可被設計為持續監看信標封包的強度，而控制模組可據此選擇性地調整自動增益控制模組12所採用的初始增益值，以期即時並動態地找出較合適的初始增益值。
根據本發明之另一具體實施例為一種動態調整增益值之自動增益控制電路，用以調整一無線信號接收器接收之一無線信號之一振幅。該自動增益控制電路包含圖一所示之自動增益控制模組12、量測模組13、解碼模組14及控制模組15。該自動增益控制電路可被整合在各種無線接收器中，亦可獨立存在；其運作方式可參見先前之實施例，不再贅述。
根據本發明之另一具體實施例為一種應用於無線信號接收器的信號處理方法，其流程圖係繪示於圖二。該方法首先執行步驟S21：接收一無線信號。接著，該方法執行步驟S22：令該自動增益控制模組根據一增益值調整該無線信號之一振幅，以產生一調整後信號。隨後，該方法執行步驟S23：量測該調整後信號之一信號強度。該調整後信號亦於步驟S24中被解碼。步驟S25為判斷該解碼後信號是否對應於自一傳送端發送之一個或多個信標封包。若步驟S25的判斷結果為是，該方法執行步驟S26：根據步驟S23產生的信號強度調整該增益值。相對地，若步驟S25的判斷結果為否，該流程重新回到步驟S21。
實務上，步驟S21~S26可被週期性地重複執行。此外，先前在介紹無線信號接收器100時描述的各種電路操作變化亦可應用至圖二所繪示的信號處理方法中，其細節不再贅述。
如上所述，本發明提出一種自動增益控制電路、一種包含自動增益控制電路的無線信號接收器，以及其信號處理方法。根據本發明之自動增益控制電路、接收器及信號處理方法利用傳送端發出的信標封包決定一增益初始值，供自動增益控制電路使用。這種做法有助於縮短自動增益 控制模組隨後針對同一無線存取器發送之封包尋找合適增益值所需要的時間。本發明的概念可廣泛應用在各種有發送信標封包或類似參考信號的無線通訊系統，不以符合802.11n通訊協定的無線通訊系統為限。
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發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。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發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
S21~S26‧‧‧流程步驟

Claims (12)

  1. 一種動態調整增益值之自動增益控制(AGC)電路，用以調整一無線信號接收器接收之一無線信號之一振幅，包含：一自動增益控制模組，用以根據一增益值調整該無線信號之該振幅，以產生一調整後信號；一量測模組，用以量測該調整後信號之一信號強度；一解碼模組，用以解碼該調整後信號；以及一控制模組，當該解碼模組判定該調整後信號係對應於自一傳送端發送之一信標封包時，該控制模組根據該信號強度調整該增益值，若該解碼模組於一預設重置時段內未解出任何封包，該控制模組將該增益值重置為一預設增益值，令該無線信號接收器重新開始尋找一新信標封包和相對應的一新增益值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之自動增益控制電路，其中該量測模組量測該調整後信號於一預設時段內之一平均強度，做為該信號強度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之自動增益控制電路，其中該量測模組利用一指數移動平均程序計算該平均強度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之自動增益控制電路，其中該傳送端係週期性地發送該信標封包，以及該控制模組週期性地根據該信號強度調整該增益值。
  5. 一種無線信號接收器，包含：一接收模組，用以接收一無線信號；一自動增益控制模組，用以根據一增益值調整該無線信號之一振幅，以產生一調整後信號；一量測模組，用以量測該調整後信號之一信號強度；一解碼模組，用以解碼該調整後信號；以及一控制模組，當該解碼模組判定該調整後信號係對應於自一傳送端 發送之一信標封包時，該控制模組根據該信號強度調整該增益值，若該解碼模組於一預設重置時段內未解出任何封包，該控制模組將該增益值重置為一預設增益值，令該無線信號接收器重新開始尋找一新信標封包和相對應的一新增益值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之無線信號接收器，其中該量測模組量測該調整後信號於一預設時段內之一平均強度，做為該信號強度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之無線信號接收器，其中該量測模組利用一指數移動平均程序計算該平均強度。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之無線信號接收器，其中該傳送端係週期性地發送該信標封包，且該控制模組係週期性地根據該信號強度調整該增益值。
  9. 一種應用於一無線信號接收器之信號處理方法，該無線信號接收器包含一自動增益控制模組，該信號處理方法包含：(a)接收一無線信號；(b)令該自動增益控制模組根據一增益值調整該無線信號之一振幅，以產生一調整後信號；(c)量測該調整後信號之一信號強度；(d)解碼該調整後信號，以產生一解碼後信號；以及(e)當該解碼後信號被判定為對應於自一傳送端發送之一信標封包時，根據該信號強度調整該增益值，若該解碼模組於一預設重置時段內未解出任何封包，將該增益值重置為一預設增益值，令該無線信號接收器重新開始尋找一新信標封包和相對應的一新增益值。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之信號處理方法，其中步驟(c)包含量測該調整後信號於一預設時段內之一平均強度，做為該信號強度。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之信號處理方法，其中步驟(c)包含利用一指 數移動平均程序計算該平均強度。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之信號處理方法，進一步包含：週期性地根據該信號強度調整該增益值。
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