信道質量判斷電路與其相關方法
2023-12-06 12:39:06
專利名稱：信道質量判斷電路與其相關方法
技術領域：
本發明關於 一種信道質量判斷電路與其相關方法，尤指一種利用一封包的一報頭來判斷一信號傳送信道的信道質量的電路與其相關方法。
背景技術：
一般的區域網路系統都會有其特定的信號傳輸頻帶。由於某些頻帶是可以免費使用的，因此有些不同的區域網路系統可能會利用到交疊的頻帶來傳輸信號。舉例來說，藍牙 (Bluetooth,BT)系統與無線區域網路(WLAN)系統的信號傳輸頻帶的中心頻率都大致上落在2. 4GHz，如此一來，若藍牙系統與無線區域網路系統同時運作就極有可能干擾到對方的信號。進一步來說，由於藍牙系統的一個信道(channel)的工作頻寬為1MHz，且共有79個信道，其從2402MHz —直到延伸到2480MHz ；而無線區域網路系統的操作頻帶約處於2412MHz 至2484MHz之間。由此可知，上述兩種的通訊協議所使用的頻道幾乎是交疊(overlap)在一起。當無線區域網路系統在使用時，如果藍牙系統也欲傳輸數據且工作頻帶與無線區域網路系統有交疊時，則會影響無線區域網路系統的傳輸質量。反之，當無線區域網路系統在使用時也會對藍牙系統造成嚴重的幹擾。因此，如何使得具有交疊操作頻帶的多種不同的無線傳輸系統快速地判斷出一可使用的信道以避免使用到一受幹擾信道，已成為此領域所亟須解決的問題。
發明內容
因此，本發明的目的之一在於提供一種利用一封包的一報頭來判斷一信號傳送信道的信道質量的電路與其相關方法，以快速地判斷出一可使用的信道。依據本發明的一第一實施例，其提供一種信道質量判斷電路。該信道質量判斷電路包含有一接收電路以及一判斷電路。該接收電路是用來接收在一信號傳送信道傳送的至少一封包的一報頭。該判斷電路耦接於該接收電路，用來依據該至少一封包的該報頭來判斷該信號傳送信道的一信道質量是否符合一預定質量標準。依據本發明的一第二實施例，其提供一種信道質量判斷方法。該信道質量判斷方法包含有下列步驟接收在一信號傳送信道傳送的至少一封包的一報頭(Header)；以及依據該至少一封包的該報頭來判斷該信號傳送信道的一信道質量是否符合一預定質量標準。
圖1是本發明一種信道質量判斷電路的一實施例示意圖。圖2是一藍牙傳輸數據的一封包格式的示意圖。圖3A是本發明一藍牙封包理想的報頭的信號時序圖。圖3B是本發明圖3A中理想的報頭的波峰與波谷所對應到的功率時序圖。圖4A是本發明一受幹擾的藍牙封包的報頭的信號時序圖。圖4B是本發明圖4A中該受幹擾的報頭的每半周期所對應到的功率時序圖。
圖5是本發明一種信道質量判斷方法的一實施例流程圖。主要組件符號說明10 0 信道質量判斷電路101接收電路102 判斷電路103定時器104 模擬數字轉換器105濾波器106 相位偵測器107相位差異計算電路108 降頻取樣電路109頻率偏移補償電路110 分割電路111頻率偏移評估電路112 存取碼認證電路113同步電路200 封包格式201存取碼202 報頭203承載資料302、304、402、404 曲線
具體實施例方式基本上，藍牙系統是一個跳頻(frequency-hopping)系統，同時又可以利用適應性跳頻(Adaptive Frequency-Hopping ；AFH)的技術以避免來自一固定頻帶信號的幹擾。一般而言，一具有藍牙系統的裝置可以執行一軟體來進行位錯誤率 (Bit-Error-Rate ；BER)的統計。然而，為了獲得正確的信道質量分析，通常需針對大量的封包進行統計，而該統計時間不可太短。舉例來說，如果藍牙系統的79個信道中的每一個信道都必須用一秒來進行統計的話，則該適應性跳頻機制則需要79秒來完所有信道的統計。因此為了加速判斷一信道的質量好壞，本發明提出了一種信道質量判斷電路100， 如圖1所示。圖1是依據本發明一種信道質量判斷電路100的一實施例示意圖，信道質量判斷電路100包含一接收電路101、一判斷電路102以及一定時器103。請注意，為了更清楚地描述本發明的精神所在，圖1另繪示出一藍牙接收機的基本結構圖，因此在圖1中另包含有一模擬數字轉換器104、一濾波器105、一相位偵測器106、一相位差異計算電路 107、一降頻取樣電路(Down-sampling circuit) 108、一頻率偏移補償(Frequency offset compensation, F0C)電路 109、一分割電路(Slicer) 110、一頻率偏移評估(Frequency offset estimation) 各 111、一石馬iAilH (Access code identification) 112 U 及一同步電路113。上述組件的連接方式請參考圖1，在此不另贅述。此外，圖1所示的該藍牙接收機主要的功能用來將一已接收的中頻模擬信號Sif 轉換為一數字輸出信號Sd，其中模擬數字轉換器104用來將中頻模擬信號Sif轉換為一中頻數位訊號，濾波器105對該中頻數位訊號進行一數字濾波以產生一濾波後數位訊號，相位偵測器106用來對該濾波後數位訊號進行一相位偵測，相位差異計算電路107用來求出相鄰取樣點相位的差異，存取碼認證電路112用來確認所接收信號的存取碼，同步電路113 用來進行所接收信號的時間上的同步處理，頻率偏移評估電路111用來估計出所接收信號的偏差頻率，而頻率偏移補償電路109依據頻率偏移評估電路111所得出的偏差頻率來補償所接收信號的頻率，分割電路110用來進行位判斷以產生數字輸出信號Sd。接收電路101 耦接於頻率偏移補償電路109，用來接收頻率偏移補償電路109所輸出的至少一封包的一報頭(Header)，其中該至少一封包是在一信號傳送信道所傳送的。判斷電路102耦接於接收電路101，用來依據該至少一封包的該報頭來判斷該信號傳送信道的一信道質量是否符合一預定質量標準。定時器103耦接於接收電路101與判斷電路102，用來在接收電路101 開始啟動時計時一預定時間，當接收電路101在定時器103計時達到該預定時間之前接收到該至少一封包的該報頭時，判斷電路102會依據該至少一封包的該報頭來判斷該信號傳送信道的該信道質量是否符合該預定質量標準，當定時器10 3計時達到該預定時間而接收電路101在該預定時間中並未自該信號傳送信道接收到任何報頭時，判斷電路102另判斷該信號傳送信道的該信道質量不符合該預定質量標準。請參考圖2。圖2是一藍牙傳輸數據的一封包格式200的示意圖。一般而言， 封包格式200包含一存取碼(Access code) 201、一報頭(Header) 202以及一承載數據 (Payload) 203，其中存取碼201被用以區分此封包是否為本身的藍牙系統的裝置所該接收，亦即用以確認身份。報頭202主要是夾帶著數字的傳輸地址與數據類型等數據，例如該封包是傳輸影像、語音或其它類型的數字數據。承載數據203即為所傳輸的真正數據。此夕卜，在一封包中，存取碼201與報頭202是以高斯頻移鍵控(Gaussian Frequency Shift Keying, GFSK)的調製方式來產生的，而承載數據203以高斯頻移鍵控的調製方式或差動相位鍵移(Differential Phase Shift Keying，DPSK)的調製方式來產生的，其中當承載數據 203為基本速率(Basic Rate, BR)時，則以高斯頻移鍵控的調製方式來產生，而當承載數據 203為加強速率(Enhance Date Rate, EDR)時，則以差動相位鍵移的調製方式來產生。換句話說，無論是基本速率或加強速率的藍牙封包，其報頭202都是以高斯頻移鍵控的調製方式來產生的。由於高斯頻移鍵控調製是一種固定振幅(Constant Envelope)的調製方式，因此
本發明的信道質量判斷電路100的接收電路101就會在所接收的藍牙信號的相位經過頻率
偏移補償電路109的補償後(亦即頻率偏移補償電路109的輸出)，在報頭202的一傳送時
間T內，在多個時間點t0.....tn進行取樣，並依據所取樣出來對應的多個功率S2(O).....
S2 (η)來產生一報頭質量參數HQ (Header Quality)，以及判斷電路102則依據該封包的報
頭202的報頭質量參數HQ來判斷該信號傳送信道的該信道質量是否符合該預定質量標準。
在本實施例中報頭質量參數HQ以方程式⑴來表示
arg、
max ( (η))//β = 10*Iog10 ——-其中 η = 0，1，···，53。(1)
mm ( (η)) η
、 J ，更進一步來說，一般而言，一藍牙封包的報頭202的傳送時間T為54 μ s (微秒)， 且報頭202的信號周期為2 μ s，因此在報頭202的傳送時間T內，理論上每1 μ s(亦即每半周期)就會對應到一波峰或一波谷，其中波峰代表位數據1，而波谷代表位數據-1。當該波峰或該波谷的功率被取樣出來後，位數據1和位數據-1的功率大小應為一定值。因此，理論上，一藍牙封包的報頭202會具有54個取樣點。為了方便起見，該定值可以正規化 (Normalize)為1，如圖3A與圖3B所示。圖3A所示是本發明一藍牙封包理想的報頭202 的信號時序圖，圖3B所示是本發明圖3A中理想的報頭202的波峰與波谷所對應到的功率時序圖，其中曲線302是理想報頭202的電壓變化曲線，曲線304是對應取樣點的功率。
然而，當一藍牙封包受到幹擾後(例如該藍牙封包受到相鄰的無線區域網路 (WLAN)系統的信號幹擾時)，該藍牙封包的報頭202就不會呈現固定振幅的波形，且其波峰與波谷之間的時間差異亦不會是理想的半周期。換句話說，當一藍牙封包受到幹擾後，從頻率偏移補償電路109輸出的信號就會失去高斯濾波器(Gaussian Filter)的特性，因此其報頭202的時間同步與最佳的時間取樣點通常都會偏移掉，進而導致在每半周期取樣出來的功率不會是一等高的定值，如圖4A與圖4B所示。圖4A所示是本發明一受幹擾的藍牙封包的報頭 202的信號時序圖，圖4B所示是本發明圖4A中受幹擾的報頭202的每半周期所對應到的功率時序圖，其中曲線402是受幹擾報頭202的電壓變化曲線，曲線404是對應取樣點的功率。承上所述，為了判斷出該信號傳送信道的該信道質量是否符合該預定質量標準， 在每一個藍牙封包中，接收電路101會從報頭202的多個取樣功率中選擇一最大功率
maxai"g口2( ))與一最小功率minai"g口2( ))的一比值來產生報頭質量參數HQ。因此，在理想 ηη
的情況下，亦即在該信號傳送信道沒有受到幹擾的情況下(如圖3Α與圖3Β所示的情況)，
arg
最大功率maXai"g02( ;O會大致上相等於最小功率min n故報頭質量參數HQ的值
η？
應大致上為OdB。當該信號傳送信道受到幹擾的情況下(如圖4A與圖4B所示的情況)，最
arg
大功率maXai"gp2( ;0會不相等於最小功率min n ^2^故報頭品質參數HQ的值會大於 η？
OdB。如此一來，判斷電路102就可以依據一預定值(例如IOdB)來決定該信號傳送信道是
否可以用來傳送一藍牙封包。進一步來說，當報頭質量參數HQ不小於該預定值時，判斷電
路102判定該信號傳送信道的該信道質量不符合該預定質量標準，進而控制該適應性跳頻
機制來避開此信道，反之，當報頭質量參數HQ小於該預定值時，判斷電路102判定該信號傳
送信道的該信道質量符合該預定質量標準，進而使用此信道來傳送一藍牙封包。從上述針對信道質量判斷電路100的特徵描述可以得知，經由適當地設定判斷電路102的該預定值，基本上一個信號傳送信道的信道質量只需要利用一個藍牙封包的報頭202就可以判斷出來。換句話說，藍牙傳輸系統所使用的79個信號傳送信道分別的信道質量總共只需要利用79個藍牙封包分別的報頭202就可以全部判斷出來，因此可快速地判斷一信號傳送信道的信道質量。當然，本發明並未限制一個信號傳送信道的信道質量僅能利用一個藍牙封包的報頭202來判斷，為了提高其判斷準確度，亦可以利用多個藍牙封包的報頭202來判斷一個信號傳送信道的信道質量，其亦落入本發明申請專利範圍所保護的範疇內。舉例來說，若每一個藍牙封包的傳送時間是625μ s，則本發明最快可以用 79*625 μ s (約50ms)就可以判斷出藍牙傳輸系統所使用的79個信號傳送信道分別的信道質量。此外，在某些特殊的情況下，例如當一信號傳送信道受到一較強且持續較久的幹擾時，該藍牙接收機也許根本無法從信號傳送信道接收到任何藍牙封包，因此本發明的信道質量判斷電路100的定時器103就是用來計時該預定時間，當接收電路101在定時器103 計時達到該預定時間之前接收到一藍牙封包時，判斷電路102則執行上述的判斷操作，當定時器103計時達到該預定時間而接收電路101在該預定時間中仍未自該信號傳送信道接收到任何藍牙報頭時，判斷電路102另判斷該信號傳送信道的該信道質量不符合該預定質量標準，並控制該適應性跳頻機制切換到下一個信號傳送信道以繼續偵測其信道質量。請注意，本發明並未限制定時器103必須是硬體的，其亦可以使用軟體的方式來加以實施。如此一來，本發明的信道質量判斷電路100就可以快速且精準地偵測出藍牙傳輸系統所有的信號傳送信道分別的信道質量。 上述實施例信道質量判斷電路100的操作方法可以進一步以一信道質量判斷方法500來加以說明，如圖5所示。圖5所示是本發明一種信道質量判斷方法500的一實施例流程圖。為讓本發明更顯而易懂，下文針對信道質量判斷方法500的說明搭配本發明的信道質量判斷電路100 —起敘述，但所提供的實施例並不用以限制本發明所涵蓋的範圍。信道質量判斷方法500包含有下列步驟步驟501 設定報頭質量參數HQ的個數為零，以及開始自目前的信號傳送信道接收一藍牙封包並開始計時一預定時間；步驟502 判定是否接收到一藍牙封包，若是，則跳至步驟503，若否，則跳至步驟 510 ；步驟503 運算出該藍牙封包的一報頭品質參數HQ，並將報頭品質參數HQ的個數加1，跳至步驟504;步驟504 判斷該報頭質量參數HQ是否小於一預定值，若是，則跳至步驟505，若否，則跳至步驟512;步驟505:判定目前的信號傳送信道的信道質量符合一預定質量標準，並記錄此一判定結果，跳至步驟506;步驟506 判斷報頭質量參數HQ的個數是否等於一預定個數，若是，則跳至步驟 507，若否，則跳至步驟502 ；步驟507 依據在步驟505與512中所得到的該預定個數的判定結果來判定目前的信號傳送信道的信道質量是否符合該預定質量標準；步驟508 將報頭質量參數HQ的個數設定為零；步驟509 切換至下一個信號傳送信道以開始接收一藍牙封包並開始重新計時該預定時間，跳至步驟502 ；步驟510 判定是否達到該預定時間，若是，則跳至步驟511，若否，則跳至步驟 502 ；步驟511 判定該目前的信號傳送信道的該信道質量為不符合該預定質量標準， 跳至步驟509 ；步驟512:判定目前的信號傳送信道的信道質量為不符合該預定質量標準，並記錄此一判定結果，跳至步驟506。首先，當該藍牙接收機欲自一目前的信號傳送信道接收一藍牙封包前，接收電路 101會先將對應該目前的信號傳送信道的一報頭質量參數HQ的個數設定為零，其中該報頭質量參數HQ的個數為一預定的個數。同時，定時器103會在該藍牙接收機開始接收一藍牙封包時開始計時該預定時間。在步驟503中，當該藍牙接收機接收到一藍牙封包時，接收電路101就會依據上述方程式(1)來運算出該藍牙封包的報頭質量參數HQ，同時將報頭質量參數HQ的個數加1。當判斷電路102依據報頭質量參數HQ判斷出該目前的信號傳送信道的該信道質量符合一預定質 量標準時，則先記錄此一判定結果(步驟505)。反之，當判斷電路102判定出該信道質量為不符合該預定質量標準時，亦先記錄此一判定結果(步驟512)。 接著，判斷電路102會判斷報頭質量參數HQ的個數是否等於該預定個數(步驟506)，若報頭質量參數HQ的個數還未達到該預定個數，則信道質量判斷電路100會重複執行步驟502 至506之間的步驟，一直到報頭質量參數HQ的個數達到該預定個數為止。為了提高判斷一信號傳送信道的信道質量的準確度，在步驟507中，判斷電路102 依據其在步驟505與512中所得到的該預定個數的判定結果來判定該目前的信號傳送信道的該信道質量符合該預定質量標準。換句話說，只要所有該預定個數的判定結果都顯示該目前的信號傳送信道的該信道質量都符合該預定質量標準時，判斷電路102才判定該目前的信號傳送信道的該信道質量是可以用來傳送藍牙封包的，但此並不作為本發明的限制。 在另一實施例中，其亦可以設定只要該預定個數的判定結果中超過半數(或任一個數)顯示該目前的信號傳送信道的該信道質量都符合該預定質量標準時，判斷電路102就判定該目前的信號傳送信道的該信道質量是可以用來傳送藍牙封包的。當該目前的信號傳送信道的該信道質量被判斷出來後，信道質量判斷電路100就會切換至下一個信號傳送信道(步驟509)以重新執行步驟502-508來評估該下一個信號傳送信道的信道質量。在步驟502中，當接收電路101沒有接收到一藍牙報頭時，接收電路101會再等待該預定時間，若該預定時間到達時接收電路101仍未自該目前的信號傳送信道接收到任何藍牙報頭時，判斷電路102就直接判斷該信號傳送信道的該信道質量不符合該預定質量標準(步驟511)，其原因已詳述於以上段落中。接著，該藍牙接收機的該適應性跳頻機制就會切換到下一個信號傳送信道以繼續偵測其信道質量。反之，當接收電路101在該預定時間內接收到一藍牙報頭時，則續繼執行步驟503和其之後的步驟來判斷出該目前的信號傳送信道的信道質量。因此，經由信道質量判斷方法500所揭露的步驟501-512，信道質量判斷電路100就可以快速且精準地偵測出藍牙傳輸系統所有的信號傳送信道分別的信道質量。綜上所述，本發明利用所接收的藍牙封包還未解碼為數字數據信號之前的報頭 202來判斷出該信號傳送信道的該信道質量是否符合該預定質量標準。由於本發明僅利用較少個數的藍牙封包，且省去了對所接收的藍牙封包解碼為數字數據信號的時間，本發明的信道質量判斷電路100可以較快判斷出該信號傳送信道的該信道質量是否符合該預定質量標準。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種信道質量判斷電路，包含有一接收電路，用來接收在一信號傳送信道傳送的至少一封包的一報頭(Header)；以及一判斷電路，耦接於所述接收電路，用來依據所述至少一封包的所述報頭來判斷所述信號傳送信道的一信道質量是否符合一預定質量標準。
2.根據權利要求1所述的信道質量判斷電路，其中，所述判斷電路依據對應於所述至少一封包的所述報頭的多個功率來判斷所述信號傳送信道的所述信道質量是否符合所述預定質量標準。
3.根據權利要求1所述的信道質量判斷電路，其另包含有一定時器，耦接於所述接收電路與所述判斷電路，用來在所述接收電路開始啟動時計時一預定時間；其中當所述接收電路在所述定時器計時達到所述預定時間之前接收到所述至少一封包的所述報頭時，所述判斷電路會依據所述至少一封包的所述報頭來判斷所述信號傳送信道的所述信道質量是否符合所述預定質量標準。
4.根據權利要求3所述的信道質量判斷電路，其中，當所述定時器計時達到所述預定時間而所述接收電路在所述預定時間中並未自所述信號傳送信道接收到任何報頭時，所述判斷電路另判斷所述信號傳送信道的所述信道質量不符合所述預定質量標準。
5.根據權利要求1所述的信道質量判斷電路，其中，所述接收電路依據所述至少一封包的所述報頭在多個時間點所分別對應的多個功率來產生一報頭質量參數，以及所述判斷電路依據所述至少一封包的所述報頭的所述報頭質量參數來判斷所述信號傳送信道的所述信道質量是否符合所述預定質量標準。
6.根據權利要求5所述的信道質量判斷電路，其中，所述多個時間點之間的時間差為所述報頭的半周期的整數倍。
7.根據權利要求5所述的信道質量判斷電路，其中，所述接收電路計算所述多個功率中一最大功率與一最小功率的一比值來產生所述報頭質量參數。
8.根據權利要求7所述的信道質量判斷電路，其中，當所述比值不小於一預定值時，所述判斷電路判定所述信號傳送信道的所述信道質量不符合所述預定質量標準。
9.一種信道質量判斷方法，包含有接收在一信號傳送信道傳送的至少一封包的一報頭(Header)；以及依據所述至少一封包的所述報頭來判斷所述信號傳送信道的一信道質量是否符合一預定質量標準。
10.根據權利要求9所述的信道質量判斷方法，其中，依據所述至少一封包的所述報頭來判斷所述信號傳送信道的所述信道質量是否符合所述預定質量標準的步驟包含有依據對應於所述至少一封包的所述報頭的多個功率來判斷所述信號傳送信道的所述信道質量是否符合所述預定質量標準。
11.根據權利要求9所述的信道質量判斷方法，其另包含有計時一預定時間；其中當計時達到所述預定時間之前接收到所述至少一封包的所述報頭時，則依據所述至少一封包的所述報頭來判斷所述信號傳送信道的所述信道質量是否符合所述預定質量標準。
12.根據權利要求11所述的信道質量判斷方法，其中，當計時達到所述預定時間而在所述預定時間中並未自所述信號傳送信道接收到任何報頭時，則判斷所述信號傳送信道的所述信道質量不符合所述預定質量標準。
13.根據權利要求9所述的信道質量判斷方法，其中，接收在所述信號傳送信道傳送的所述至少一封包的所述報頭的步驟包含有依據所述至少一封包的所述報頭在多個時間點所分別對應的多個功率來產生一報頭質量參數；以及依據所述至少一封包的所述報頭來判斷所述信號傳送信道的所述信道質量是否符合所述預定質量標準的步驟包含有依據所述至少一封包的所述報頭的所述報頭質量參數來判斷所述信號傳送信道的所述信道質量是否符合所述預定質量標準。
14.根據權利要求13所述的信道質量判斷方法，其中，所述多個時間點之間的時間差為所述報頭之半周期的整數倍。
15.根據權利要求13所述的信道質量判斷方法，其中，依據所述至少一封包的所述報頭在多個時間點所分別對應之多個功率來產生所述報頭質量參數的步驟包含有計算所述多個功率中一最大功率與一最小功率的一比值來產生所述報頭質量參數。
16.根據權利要求15所述的信道質量判斷方法，其中，當所述比值不小於一預定值時， 則判定所述信號傳送信道的所述信道質量不符合所述預定質量標準。
全文摘要
一種信道質量判斷電路與其相關方法，該信道質量判斷電路包含有一接收電路，用來接收在一信號傳送信道傳送的至少一封包的一報頭(Header)；以及一判斷電路，耦接於該接收電路，用來依據該至少一封包的該報頭來判斷該信號傳送信道的一信道質量是否符合一預定質量標準。
文檔編號H04L1/00GK102447527SQ20111030126
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月28日 優先權日2010年10月1日
發明者張仲堯 申請人:瑞昱半導體股份有限公司