無線網絡中傳輸路徑選擇裝置與方法
2023-05-26 14:02:11
專利名稱：無線網絡中傳輸路徑選擇裝置與方法
技術領域：
本發明是有關一種無線網絡，特別是一種無線網絡中傳輸路徑選擇裝置與方法。
背景技術：
在無線網絡(wireless network)系統中，具有多根收發天線可帶來諸多的好處，例如增加接收穩定性、提升數據吞吐量(throughput, TP)等。因此，多天線所組成的多重輸入輸出(multi-input multi-output, MIMO)技術已廣泛運用於無線網絡系統中。
在多重輸入輸出機制下，多根收發天線之間容易有彼此信號強度(signalstrength， SS)差異過大的情況產生，例如 第一例，在無線網絡中，由於信號是在空氣中傳輸，因此信號的傳輸容易受到無線通道的影響，例如多重路徑(multipath)、衰減(fading)、移動(mobility)等，皆可能造成多根收發天線所接收到的信號強度彼此具有差異。 第二例，天線模塊本身的條件即不相同，如不同接收路徑使用不同的天線，而導致天線本身的增益值即具有差異。有些廠商基於成本考慮，將同時具有傳送(Transmitter,TX)與接收(receiver, RX)功能的天線設計為採用增益較大的天線(例如偶極天線)，而單純只有接收功能的天線則使用增益較小的天線(例如印刷天線)。然而，偶極天線的增益較大，而印刷天線的增益較小，此為天線本身的特性。再者，可能每一根天線所組成的路徑上的外部元件有所不同，如電阻、電感或開關器等，都將導致天線本身的特性不相同，即天線之間的信號強度將有所不同。 當天線之間的信號強度不同(例如差異過大)，不僅無法獲得多根天線所帶來的好處，還會因某根天線的信號強度過低，而影響其它天線的接收能力，進而導致整體的數據吞吐量降低。所以，需要一種對多重輸入輸出的傳輸路徑作適當的控制，始可讓MMO無線網絡達到其優點(例如增加接收穩定性、提升數據吞吐量)。
發明內容
有鑑於此，本發明提出一種無線網絡中傳輸路徑選擇裝置與方法。通過本發明所提出的裝置或方法，可自動檢測信號強度並適當地調整聯機路徑，用以在採用多重輸入輸出機制的無線網絡環境中，可達到數據傳輸效能最佳化的目的。 本發明提出一種無線網絡中傳輸路徑選擇裝置，包含射頻模塊、基頻模塊及控制模塊。射頻模塊耦接多個天線，用以處理天線所分別接收的封包。基頻模塊分別依據每一個天線所接收的封包，而產生對應於天線的信號強度。控制模塊耦接基頻模塊，用以接收信號強度，並依據信號強度的差異，以分別控制天線為致能與禁能其中之一。
本發明亦提出一種無線網絡中傳輸路徑選擇裝置，包含射頻模塊、基頻模塊及控制模塊。射頻模塊耦接多個天線，用以處理天線所分別接收的封包。基頻模塊分別依據每一個天線所接收的封包，而產生對應於天線的信號強度。控制模塊耦接基頻模塊，用以接收信號強度，並依據預設規則與信號強度，以分別控制天線為致能與禁能其中之一。
本發明亦提出一種無線網絡中傳輸路徑選擇方法，包含下列步驟提供多個天線，且天線分別接收封包；分別依據天線所接收的封包，而產生對應於天線的信號強度；依據信號強度的差異，以分別控制天線為致能與禁能其中之一。
有關本發明的較佳實施例及其功效，茲配合圖式說明如後。
圖1為無線網絡中傳輸路徑選擇裝置的第一實施例示意圖。 圖2為無線網絡中傳輸路徑選擇裝置的第二實施例示意圖。 圖3為無線網絡中傳輸路徑選擇方法的流程圖。[主要元件標號說明] IO:射頻模塊 11、12、13、14 :天線 20:基頻模塊 30:控制模塊 32 :媒體存取控制層
具體實施例方式
請參照「圖1」，該圖所示為無線網絡中傳輸路徑選擇裝置的第一實施例示意圖。本發明所提出的傳輸路徑選擇裝置包含射頻模塊10、基頻模塊20及控制模塊30。
射頻(radio frequency, RF)模塊10耦接多個天線，如「圖1」所示具有四個天線11 14，而每一個天線分別接收一個封包(packet)，其中天線的數量可依需求而設定，不以此為限。基頻(base band, BB)模塊20分別解調變(de-modulation)每一個天線11 14所接收的封包，而產生對應於每一個天線11 14的信號強度(signa lstrength， SS)。
控制模塊30依據每一個天線11 14的信號強度，控制天線為致能(enable)或禁能(disable)。以「圖1」實施例來說，射頻模塊10具有四個天線11 14，而分別構成四條傳輸路徑，但為了避免因天線11 14所分別對應的信號強度差異過大，而產生如先前技術中所提及的問題，因此本發明提出通過控制模塊30以調整每一個天線的傳輸路徑，使每一個天線在適當的狀態下為致能或禁能，如此可避免因為各天線的信號強度差異過大，而造成傳輸質量的下降。亦即，利用每一個天線的信號強度，來作為傳輸路徑選擇機制的判斷指針。 請參照「圖2」為無線網絡中傳輸路徑選擇裝置的第二實施例示意圖。於第二實施例中，控制模塊30可包含媒體存取控制(media access control,MAC)層32。媒體存取控制層32通過媒體存取地址(MAC address)而判斷出該封包是否為正確的來源所發送，且是否為確實要傳送給傳輸路徑選擇裝置的封包。如果是，即可依據該封包所對應的信號強度，而決定接收該封包的天線為致能或禁能。由圖中也可看出當控制模塊30依據信號強度而產生致能/禁能信號時，可先將致能/禁能信號傳送至基頻模塊20，再通過基頻模塊20將致能/禁能信號傳送至射頻模塊10，因此射頻模塊10中的每一個天線11 14會收到相對應的致能/禁能信號，而決定每一個天線為致能或禁能。 本發明所提出的傳輸路徑選擇裝置可應用於無線網絡環境中的站臺(STA)或存取點(access point, AP)。此外，本發明所提出的裝置可應用於接收端(receiver, RX)或傳送端(Transmitter, TX)。 此外，控制模塊30也可包含驅動層(driver)，該驅動層即為用以驅動傳輸路徑選擇裝置的機制。 底下說明依據信號強度，而控制各個天線的致能/禁能狀態。根據波茲曼常數的運算及考慮一般元件的熱噪聲(thermal noise)等因素， 一般在無線網絡系統中，信號強度在-70dBm時，所得到的信號噪聲比(signal to noiseratio， SNR)約為30dB，且越大的輸入信號可獲得越高的信號噪聲比，例如-50dBm約可得到50dB的信號噪聲比；-40dBm約可得到60dB的信號噪聲比。然而，以目前集成電路(IC)的製成技術及元件特性而言，通常射頻IC所能提供的信號噪聲比約在30dB，而基頻電路所接收的信號因經過天線及射頻IC，因此信號噪聲比會被前端的射頻IC限制住，亦即約為30dB。 —般控制模塊30所接收的信號強度會以天線端的絕對信號強度做百分比的表示，如-100dBm 0dBm可以表示為0X 100%，所以當基頻模塊20的信號噪聲比需求為大於30dB時，表示天線端的絕對信號強度需要大於_70(18111，亦即需要大於30%。
—實施例，可採用30dB(若以百分比表示可為30%，當然，依據設計者的不同設計亦可採用其它數值)作為第一門坎值，也就是說當某一個天線的信號強度小於第一門坎值時，便可考慮是否需將該天線禁能，以避免影響到其它天線的表現效能。此外，須先說明以目前M頂O無線網絡系統而言，接收天線的個數需要大於或等於空間信號流(spatialstream)的個數才能將傳輸信號正確地解讀出來。也就是說，如果對方傳送一個空間信號，則接收端(RX)的天線最少需要一個；同理，如果對方傳送兩個空間信號，則最少需要兩個天線，以此類推。 舉例說明，以「圖1」與「圖2」為例，假設空間信號流的個數為兩個，且射頻模塊10具有四個天線11 14，其信號強度分別為-70dBm、-60dBm、-30dBm、-45dBm，以百分比表示即分別為30%、40%、70%、55%。由於，每一個天線的信號強度皆大於第一門坎值(30%)，因此四個天線11 14皆為致能，且用四個天線傳輸兩個空間信號流是沒有問題的。
同樣的情況，假設此時四個天線11 14因為距離變遠，而導致20dB的衰減，使其信號強度分別變為-90dBm、-80dBm、-50dBm、-65dBm，以百分比表示即分別為10%、20%、50%、35%。此時，天線11與天線12的信號強度已低於第一門坎值(30% )，若仍將天線11與天線12所接收的信息拿來運用反而會降低整個無線網絡的性能(例如天線13與天線14接收信號的能力)，所以應該考慮是否將天線11與天線12禁能。 由於在無線網絡環境中許多的因素皆會改變天線接收時的信號強度，因此為了達到動態控制天線，控制模塊30會在每間隔一段預定時間即由基頻模塊20中更新每一個天線11 14的信號強度，如此即可動態控制天線為致能或禁能。 控制模塊30控制天線致能或禁能，作為傳輸路徑的選擇機制，詳細步驟的一實施例，說明如下。控制模塊30設定第一門坎值與第二門坎值。控制模塊30會將每一個天線的信號強度與第一門坎值做比較。當某一個天線的信號強度小於第一門坎值時，要進一步做判斷，看是否該天線的信號強度與其它天線的信號強度真的差異過多。因此，將信號強度中最大者與剛剛低於第一門坎值的天線的信號強度相減，而取得一個差值。若差值大於第二門坎值，表示信號強度真的差異過大，因此禁能該天線。
在禁能天線的同時，控制模塊30記錄此時信號強度中最大者的數值，並將信號強 度中最大者的數值加上第三門坎值而產生對應於該禁能天線的致能門坎值。其中，致能門 坎值便是該禁能天線可回復為致能狀態的一個參考數值。於此，加上一個第三門坎值的目 的是為避免信號強度的擾動，導致天線被致能後又輕易地回到禁能，而造成聯機的不穩定。 因此，加上第三門坎值是為了等信號強度較強時，才讓天線回復致能。所以，第三門坎值可 通過使用者需求的不同而有所不同。 之後控制模塊30每間隔一段預定的時間便會更新屬於致能狀態的天線的信號強 度，當致能天線的信號強度大於等於原本被禁能天線的致能門坎值，即可重新讓該天線致 能。 舉例說明如下，假設天線數目如「圖1」或「圖2」所示為四個，且空間信號流的個 數為兩個。此外，假設第一門坎值為30%、第二門坎值為18%，以及第三門坎值為5%。起 初，四個天線11 14的信號強度的百分比分別為60%、55%、32%、29%。此時天線14的 信號強度29%小於第一門坎值30%，且四個天線中信號強度中最大者為天線11的60%，因 此天線11的信號強度60%減去天線14的信號強度29%所得的差值為31%，大於第二門坎 值18%。因此，將天線14禁能，並記錄下天線14的致能門坎值，亦即60%加上第三門坎值 5%，所以天線14所對應的致能門坎值為65%。 當信號強度變弱或環境有所變化，此時得到的天線11 13的信號強度分別為 53%、56%、29% (由於天線14已被禁能，故沒有信號強度)。控制模塊30發現天線13的信 號強度為29 %小於第一 門坎值30 % ，且此時三個天線中信號強度最大者為天線12的56 % ， 因此天線12的信號強度56%減去天線13的信號強度29%所得的差值為27%，大於第二門 坎值的18%。因此，將天線13禁能，並記錄下天線13的致能門坎值，亦即56%加上第三門 坎值5 % ，所以天線13所對應的致能門坎值為61 % 。 目前只剩兩條傳輸路徑，即為天線11與天線12所構成的傳輸路徑。當信號漸漸 回升，使得到天線11與天線12的信號強度變為61%、59%。此時，可發現仍處於致能狀態 的天線中信號強度最大者為天線11的61%，剛好等於天線13所對應的致能門坎值61%， 因此將天線13致能。 此時，已經有三個天線致能，假設信號繼續回升使天線11 13的信號強度變為 64% 、65 % 、33 % 。可發現致能狀態的天線中信號強度最大者為天線12的65 % ，剛好等於天 線14所對應的致能門坎值65%，因此將天線14致能。其中，致能門坎值可通過實驗、實作 得知一適當值，且致能門坎值可為固定的默認值。 請參照「圖3」，該圖所示為無線網絡中傳輸路徑選擇方法的流程圖，包含下列步 驟。 步驟S10 :提供多個天線，每一個天線分別接收封包。 步驟S20 :分別依據每一個天線所接收的封包，而產生對應於每一個天線的信號 強度。
步驟S30 :依據信號強度的差異，以分別控制每一個天線為致能與禁能其中之一。
除上述步驟外，可包含下列步驟每當間隔一段預定時間，更新每一個天線的信號 強度，進而動態控制天線。
控制天線致能的數目大於等於空間信號流的個數。比較信號強度與第一門坎值；
7當該天線的信號強度小於第一門坎值，相減信號強度中最大者與該天線的信號強度而產生 差值；比較差值與第二門坎值；當差值大於第二門坎值，則禁能該天線。也就是說，當信號 強度的最大差值大於第二門坎值時，則禁能信號強度小於第一門坎值的天線。其中，第一門 坎值可為30dB。 記錄禁能該天線時的信號強度中最大者；將信號強度中最大者加上第三門坎值， 而產生對應於該天線的致能門坎值。也就是說，依據信號強度中的最大信號強度，而產生致 能門坎值。每當間隔一段預定時間，更新致能的天線的信號強度；當致能的天線的信號強度 大於等於該天線的致能門坎值，則致能原本已被禁能的該天線。 雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明， 任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神所作些許的更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明 的範疇內，因此本發明的保護範圍當視所附的權利要求範圍所界定者為準。
權利要求
一種無線網絡中傳輸路徑選擇裝置，包含射頻模塊，耦接多個天線，用以處理該多個天線所分別接收的封包；基頻模塊，分別依據該多個天線所接收的該多個封包，而產生對應於該多個天線的多個信號強度；及控制模塊，耦接該基頻模塊，用以接收該多個信號強度，並依據該多個信號強度的差異，以分別控制該多個天線為致能與禁能其中之一。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其中每間隔預定時間，該控制模塊依據更新的該多個信號強度，用以控制該多個天線。
3. 根據權利要求l所述的裝置，其中當該多個信號強度的最大差值大於第二門坎值時，則禁能該信號強度小於第一門坎值的天線。
4. 根據權利要求3所述的裝置，其中該第一門坎值為30dB。
5. 根據權利要求3所述的裝置，其中該控制模塊依據該多個信號強度中的最大信號強度，而產生致能門坎值。
6. 根據權利要求5所述的裝置，其中當致能的該天線的該信號強度大於等於該致能門坎值，則已被禁能的該天線被致能。
7. 根據權利要求1所述的裝置，其中該控制模塊用以依據預設規則與該多個信號強度，以分別控制該多個天線為致能與禁能其中之一。
8. —種無線網絡中傳輸路徑選擇方法，包含下列步驟提供多個天線，該多個天線分別接收封包；分別依據該多個天線所接收的該多個封包，而產生對應於該多個天線的多個信號強度；及依據該多個信號強度的差異，以分別控制該多個天線為致能與禁能其中之一。
9. 根據權利要求8所述的方法，還包含下列步驟每當間隔預定時間，更新該多個信號強度，用以控制該多個天線。
10. 根據權利要求8所述的方法，其中該多個天線被致能的數目大於等於空間信號流的個數。
11. 根據權利要求8所述的方法，還包含下列步驟比較該多個信號強度與第一門坎值；當該天線的該信號強度小於該第一門坎值，相減該多個信號強度中最大者與該天線的該信號強度而產生差值；比較該差值與第二門坎值；及當該差值大於該第二門坎值，則禁能該天線。
12. 根據權利要求11所述的方法，還包含下列步驟記錄禁能該天線時的該多個信號強度中最大者；及將該多個信號強度中最大者加上第三門坎值，而產生對應於該天線的致能門坎值。
13. 根據權利要求8所述的方法，還包含下列步驟當該多個信號強度的最大差值大於第二門坎值時，則禁能該信號強度小於第一門坎值的天線。
14. 根據權利要求13所述的方法，還包含下列步驟依據該多個信號強度中的最大信號強度，而產生致能門坎值。
15.根據權利要求14所述的方法，還包含下列步驟當致能的該天線的該信號強度大於等於該致能門坎值，則己被禁能的該天線被致能。
全文摘要
一種無線網絡中傳輸路徑選擇裝置，包含射頻模塊、基頻模塊及控制模塊。射頻模塊耦接多個天線，用以處理天線所分別接收的封包。基頻模塊分別依據每一個天線所接收的封包，而產生對應於天線的信號強度。控制模塊耦接基頻模塊，用以接收信號強度，並依據信號強度的差異，以分別控制天線為致能與禁能其中之一。
文檔編號H04W40/02GK101778444SQ20091000250
公開日2010年7月14日 申請日期2009年1月12日 優先權日2009年1月12日
發明者張仲堯 申請人:瑞昱半導體股份有限公司