信息包檢測方法及其裝置的製作方法
2023-08-02 00:55:01
專利名稱：信息包檢測方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測方法，特別是涉及一種信息包檢測方法。
背景技術：
在現今的通訊系統中，數據常以信息包(packet)的方式來傳送。不過，當訊號在如傳輸線或是空氣中等傳送介質傳送時，訊號會受到噪聲和多重路徑的幹擾。因此，在接收機端所收到的訊號是扭曲的通訊訊號加上許多的噪聲，為了能正確的解讀所接收的訊號，必須執行信息包檢測的操作。
為了區分信息包與噪聲，已知方法是將一前段碼放在信息包的前面，以做為信息包檢測的判斷依據。通常這個前段碼是一串偽噪聲碼(pseudo-noise code)。請參考圖1。圖1為一信息包檢測機制的示意圖。信息包12包含一偽噪聲前段碼13，和數據14。偽噪聲前段碼13包含5組偽噪聲碼(如圖1所示的1到5)。每組偽噪聲碼都具有相同的內容而且整個偽噪聲前段碼即由周期性的偽噪聲碼組成。偽噪聲碼3和偽噪聲碼5恰與偽噪聲碼1，2，4位於圖上坐標橫軸的不同側，表示它們為負碼(negative code)。整個偽噪聲前段碼13可由下式表示x(n)=ks(k)c(n-Nk)]]>其中x(n)代表前段碼13，s(k)為PSK(Phase Shift Keying)訊號，而c(n)代表具有長度N的偽噪聲碼。
在已知技術中，有兩種方法可以來檢測前段碼，一種是匹配法，另一種是相關係數判斷法。在匹配法中，將一所接受的訊號與偽噪聲碼的共軛值c*(-n)做盤繞積分，如果該所接受的訊號中包括了具有一段偽噪聲碼c(n)的前段碼，則盤繞積分的結果將會得到一個峰值。在圖1中，因為在前段碼13中有5段偽噪聲碼，所以針對信息包執行盤繞積分的結果將會得到五個峰值。而且，因為偽噪聲碼在前段碼13中是周期性的重複，所以，盤繞積分結果中的峰值，也會顯示出周期性。雖然在盤繞積分的結果中仍會受到噪聲的幹擾，但由於盤繞積分結果中的峰值能量比噪聲的峰值大許多，所以，盤繞積分結果中的峰值很容易與噪聲區隔。因此，藉由檢查盤繞積分結果中峰值的周期性以及前段碼的匹配度就可以判斷所接收訊號是否包含了所要的信息包。
在相關係數判斷法中，是根據前段碼的相關係數來檢測信息包，說明如下技術人員已知，對於兩段相同或相似的訊號進行相關係數的運算，將得到較高相關係數的結果。然而，噪聲與實際訊號通常不具相關性，因此，可以根據前段碼的相關係數來分辨訊號與噪聲。在前段碼13中，偽噪聲碼的長度為N位，而且偽噪聲碼是周期性的重複。如果當現在所收到的訊號是屬於其中一段偽噪聲碼，則再過N位後所收到的下段訊號也應該是偽噪聲碼。所以，將所收到的訊號與經過N位後的訊號進行相關係數的運算，如果結果顯示具有相當高的相關係數，那麼表示所收到的訊號與經過N位後收到的訊號同為一前段碼中的兩段偽噪聲碼，因此，可知信息包已經收到。
不論是測量信息包前段碼的峰值能量或是計算信息包前段碼相關係數都能達到檢測信息包的目的。對於檢測前段碼峰值能量的過程，輸入訊號必須與偽噪聲碼的共軛進行盤繞積分的運算，如果輸入訊號具有相同的偽噪聲碼，結果將產生許多明顯的訊號峰值。這是盤繞積分中訊號匹配的結果。在某些情況下，比如說當偽噪聲碼很短時，此時很容易受到噪聲的影響，即使經過盤繞積分的運算後，偽噪聲碼也無法被分辨。當接收的信息包無被檢測到時，稱作是信息包遺失(packet loss)。另外，如果盤繞積分結果中所附帶的噪聲跟訊號的峰值很相似，很可能被誤認為是真的信息包，這樣的錯誤信息包檢測稱之為錯誤警報(false alarm)。關於相關係數判斷法的信息包檢測，也可能產生錯誤檢測的情況。同樣是在偽噪聲碼是較短的情況下，相關係數的結果很容易受到噪聲以及多路徑傳輸過程(multi-path effect)所影響，造成信息包與噪聲難已分辨。因此，已知的信息包檢測法無法有效又準確的判斷檢測前段碼中較短的偽噪聲碼，造成某些信息包中重要信息的流失。
發明內容
依據本發明的一種信息包檢測的方法，其中一接收機接收一輸入訊號，該輸入訊號包含一信息包，該信息包包含一前段碼，該前段碼包含多個偽噪聲碼，該方法包含取得該輸入訊號的相關係數；檢測該輸入訊號的峰值能量；以及依據該相關係數以及該輸入訊號的峰值能量判斷是否檢測到該信息包。
圖1為一信息包檢測機制的示意圖。
圖2為本發明信息包檢測法的流程圖。
圖3為圖2中步驟130相關係數判斷法的流程圖。
圖4為圖2中步驟140匹配法的流程圖。
圖5為圖2步驟150中判斷接收機是否接收到信息包的方法流程圖。
圖6為本發明信息包檢測方法的另一實施例的示意圖。
圖7為本發明的一信息包檢測裝置。
附圖符號說明50 信息包檢測裝置 52 接收單元54 盤繞積分運算單元 60 相關係數計算模塊70 峰值能量檢測模塊 80 判斷模塊60 相關係數計算模塊 61、72 能量計算單元64、74 除法單元 82 比較單元84 判斷單元具體實施方式
請參考圖2。圖2為本發明信息包檢測法的流程圖。在步驟100中，接收一輸入訊號r(n)。輸入訊號r(n)包含多個信息包。而每個信息包包含用來做為信息包檢測的前段碼。如同之前所述，前段碼包含好幾個周期性的偽噪聲碼，或是稱作一偽噪聲碼序列。因此，一信息包的前段碼可表示如下x(n)=ks(k)c(n-Nk)]]>其中x(n)代表該前段碼，s(k)為PSK(Phase Shift Keying)訊號，c(n)代表長度為N的偽噪聲碼。訊號x(n)在多路徑環境下傳送時會受到噪聲的幹擾，因此變成輸入訊號r(n)。所以，接收機所接收到的輸入訊號r(n)是同時帶有x(n)與噪聲。
步驟110，輸入訊號r(n)經由高通濾波以移除輸入訊號的直流部分。輸入訊號的直流部均不含有信息包的信息，但它卻會影響輸入訊號相關係數的運算。在步驟120，輸入訊號與一偽噪聲碼的共軛c*(-n)做盤繞積分。當訊號x(n)經由多路徑被傳送到接收機時，由於x(n)所經過的路徑不同，具有不同的延遲，所以一個x(n)訊號會產生多個於不同的時間點到達接收機的訊號。因此，輸入訊號將重迭在一起而變得難以分辨。盤繞積分的目的即是讓這些重迭的輸入訊號顯示出明顯的周期性。步驟130，對於經過盤繞積分運算後的輸入訊號，y(n)，執行相關係數判斷法。在步驟140，針對訊號y(n)進行匹配法運算。最後，依據相關係數判斷法與匹配法的結果判斷輸入訊號是否包含了傳送信息包。關於相關係數判斷法與匹配法將在圖3與圖4有詳細的描述。至於步驟150中判斷是否檢測到信息包，將在圖5有詳細的描述。
請參考圖3。圖3為圖2中步驟130相關係數判斷法的流程圖。步驟131，訊號y(n)經過延遲，變成訊號y』(n)。如果輸入訊號的偽噪聲碼具有N位的長度，則訊號y(n)將被延遲N位。延遲後的訊號y』(n)用在步驟133與訊號y(n)一起計算相關係數。步驟132，計算訊號y(n)的能量。在步驟135以及步驟134，相關係數的計算結果和訊號y(n)的能量經過濾波作用得到其平均值，並產生相關係數的平均結果p(n)和平均能量q(n)。在步驟136中，將p(n)除以q(n)得到相關係數判斷法的判斷依據p(n)/q(n)。其中，相關係數結果p(n)與平均能量q(n)可由下式表示p(n)=|i=0-N+1y*(n+i)y(n-N+i)|2]]>q(n)=|i=0-N+1y*(n+i)y(n+i)|2]]>請參考圖4。圖4為圖2中步驟140匹配法的流程圖。因為在周期性地得到峰值中，這些峰值有可能是訊號的峰值或者是噪聲的峰值，所以在步驟142，周期性地得到y(n)中峰值的能量f(n)，而在步驟141，得到y(n)中噪聲的平均能量g(n)。在步驟143中產生匹配法的結果f(n)/g(n)。
請參考圖5。圖5為圖2步驟150中判斷接收機是否接收到信息包的方法流程圖。在步驟151，取得相關係數判斷法的判斷依據p(n)/q(n)以及匹配法的判斷依據f(n)/g(n)。在步驟152中，如果p(n)/q(n)的值大於一預定值，則執行步驟153，否則執行步驟151。在步驟153中，如果f(n)/g(n)經判斷後大於另一預定值，則接著執行步驟154，否則執行步驟151。在步驟154中進行最後判斷判斷信息包是否到達接收機。
請參考圖6。圖6為本發明信息包檢測方法的另一實施例的示意圖。圖2的步驟120進行盤繞積分的計算以讓前段碼的周期更容易辨認。如果PSK訊號s(k)是一個常數(也就是說前段碼x(n)是一段相同的周期訊號)，此時，即使當輸入訊號受到多路徑信道效應的影響，在接收端輸入訊號的周期性仍會很明顯。因此，在此情況下，於圖2步驟120相關係數判斷法前不需再執行盤繞積分的運算。換句話說，本發明信息包檢測法的步驟可調整成圖6。步驟100中，接收一輸入訊號r(n)。步驟110，輸入訊號r(n)接受高通濾波。步驟120輸入訊號與一偽噪聲碼c*(-n)進行盤繞積分的運算，接著於步驟140中，執行匹配法。在步驟130中，針對該輸入訊號執行相關係數判斷法。最後的步驟150判斷接收機是否收到信息包。
請參考圖7。圖7為本發明的一信息包檢測裝置50。信息包檢測裝置50包含一接收單元52，一盤繞積分運算單元54，一相關係數計算模塊60，一峰值能量檢測模塊70以及一判斷模塊80。相關係數計算模塊60包含一能量計算單元62以及一除法單元64。峰值能量檢測模塊70包含一能量計算單元72以及一除法單元74。判斷模塊80包含一比較單元82以及一判斷單元84。
接收單元52用來接收一輸入訊號r(n)。輸入訊號r(n)包含多個信息包，而每個信息包具有一前段碼，該前段碼包含多個偽噪聲碼。接收單元52還用來將輸入訊號r(n)高通濾波，並輸出一訊號r1(n)。訊號r1(n)在盤繞積分運算單元54進行盤繞積分運算並輸出一結果y(n)。相關係數計算模塊60用來得到結果y(n)或訊號r1(n)的相關係數。在相關係數計算模塊60中，能量計算單元62計算結果y(n)的平均能量，結果y(n)的平均能量意味著一信息包前段碼的平均能量。除法單元64將結果y(n)的相關係數除以結果y(n)的平均能量並輸出一相除結果訊號至判斷模塊80。峰值能量檢測模塊70用來檢測結果y(n)的峰值能量。能量計算單元72用來得到結果y(n)中噪聲的平均能量，除法單元74用來將結果y(n)的周期性峰值能量除以噪聲的平均能量並輸出一相除結果訊號至判斷模塊80。比較單元82用來將峰值能量檢測模塊70的相除結果訊號與一預定值比較，並將相關係數計算模塊60的相除結果訊號與另一預定值比較。因此，如果結果y(n)的相關係數為p(n)而結果y(n)的平均能量為q(n)，而訊號峰值的能量為f(n)，噪聲的平均能量為g(n)，則比較單元82將p(n)/q(n)與一預定值進行比較，將f(n)/g(n)與另一預定值進行比較。判斷單元84依據比較單元82的比較結果判斷接收端是否收到信息包。
除此之外，除法單元74是可以省略的。雖然前述的比較單元82用來判斷是否p(n)/q(n)大於一預定值或判斷f(n)/g(n)大於另一預定值，比較單元82也可以由另一方式判斷p(n)＞q(n)*(一預定值)或f(n)＞g(n)*(另一預定值)是否成立。因此，在此情況下，除法單元可由乘法單元來替換。
在已知技術中，無論是利用峰值能量檢測或是計算一信息包前段碼的相關係數都可達到信息包檢測的目的。然而，如果一偽噪聲碼太短而且嚴重的受到噪聲的影響，則偽噪聲碼在經過盤繞積分後仍不容易被辨認出來，會造成信息包遺失的現象。另外，如果盤繞積分結果中所附帶的噪聲跟訊號的峰值很相似，很可能被誤認為是真的信息包，造成錯誤警報的錯誤信息包檢測。關於相關係數判斷法的信息包檢測，一樣可能產生錯誤檢測的情況。同樣是在偽噪聲碼是較短的情況下，相關係數的結果很容易受到噪聲以及多路徑傳輸過程所影響，造成信息包與噪聲難以分辨。因此，已知的信息包檢測法無法有效又準確的判斷檢測前段碼中較短的偽噪聲碼。相對而言，本發明結合了測量峰值能量的匹配法以及相關係數判斷法來正確的檢測信息包。因此，本發明提升了信息包檢測的品質，並能有效減少信息包檢測的錯誤，尤其對於前段碼中具有較短的偽噪聲碼的信息包，更顯出本發明的優點。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明的權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明專利的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種信息包檢測的方法，其中一接收機接收一輸入訊號，該輸入訊號包含一信息包，該信息包包含一前段碼，該前段碼包含多個偽噪聲碼，該方法包含取得該輸入訊號的相關係數；檢測該輸入訊號的峰值能量；以及依據該相關係數以及該輸入訊號的峰值能量判斷是否檢測到該信息包。
2.如權利要求1所述的方法，其還包含將該輸入訊號進行濾波。
3.如權利要求1所述的方法，其還包含判斷該前段碼峰值的周期性。
4.如權利要求3所述的方法，其中判斷該前段碼峰值的周期性包含對一偽噪聲碼與該偽噪聲碼的共軛值進行盤繞積分以產生一處理後前段碼。
5.如權利要求1所述的方法，其中取得輸入訊號的相關係數包含取得該處理後前段碼的相關係數。
6.如權利要求4所述的方法，其中檢測該輸入訊號的峰值能量包含檢測該處理後前段碼的峰值能量。
7.如權利要求1所述的方法，其還包含取得該前段碼的平均能量。
8.如權利要求7所述的方法，其中當該相關係數與該平均能量的比值大於一預定值，而且當該峰值能量與該平均能量的比值大於另一預定值時，則判定為檢測到該信息包。
9.如權利要求1所述的方法，其還包含取得該前段碼的噪聲的平均能量。
10.如權利要求9所述的方法，其中當該相關係數與該前段碼的平均能量的比值大於一預定值，而且當該峰值能量與該噪聲的平均能量的比值大於另一預定值時，則判定為檢測到該信息包。
11.一種信息包檢測裝置，其包含一接收單元，用來接收一輸入訊號，該輸入訊號包含一信息包，該信息包包含一前段碼；一盤繞積分運算單元，其與該接收單元電連接，該盤繞積分運算單元用來計算該輸入訊號的盤繞積分；一相關係數計算模塊，其與該盤繞積分運算單元電連接，該相關係數計算模塊用來計算該輸入訊號的相關係數；一峰值能量檢測模塊，其與該盤繞積分運算單元電連接，該峰值能量檢測模塊用來檢測該輸入訊號的峰值能量；以及一判斷模塊，其與該相關係數計算模塊和該峰值能量檢測模塊電連接，該判斷模塊包含一判斷單元，其用來判斷是否信息包已被檢測到。
12.如權利要求11所述的信息包檢測裝置，其中該相關係數計算模塊包含一能量計算單元，其用來取得該前段碼的平均能量。
13.如權利要求12所述的信息包檢測裝置，其中該相關係數計算模塊還包含一除法單元，其用來將該前段碼的相關係數與該前段碼的平均能量相除，並將相除結果訊號輸出至該判斷模塊。
14.如權利要求12所述的信息包檢測裝置，其中該相關係數計算模塊還包含一乘法單元，其用來將該前段碼的平均能量與一預定值相乘，並將相乘結果訊號輸出至該判斷模塊。
15.如權利要求11所述的信息包檢測裝置，其中該峰值能量檢測模塊包含一能量計算單元，其用來取得該前段碼中的噪聲的平均能量。
16.如權利要求15所述的信息包檢測裝置，其中該峰值能量檢測模塊還包含一除法單元，其用來將該前段碼的峰值能量與該前段碼中的噪聲的平均能量相除，並將相除結果訊號輸出至該判斷模塊。
17.如權利要求15所述的信息包檢測裝置，其中該相關係數計算模塊還包含一乘法單元，其用來將該前段碼中的噪聲的平均能量與一預定值相乘，並將相乘結果訊號輸出至該判斷模塊。
18.如權利要求13所述的信息包檢測裝置，其中該峰值能量檢測模塊包含一能量計算單元，其用來取得該前段碼中的噪聲的平均能量。
19.如權利要求15所述的信息包檢測裝置，其中該峰值能量檢測模塊包含一能量計算單元，其用來取得該前段碼中的噪聲的平均能量。
20.如權利要求18所述的信息包檢測裝置，其中該峰值能量檢測模塊還包含一除法單元，其用來將該前段碼的峰值能量與該前段碼中的噪聲的平均能量相除，並將相除結果訊號輸出至該判斷模塊。
21.如權利要求19所述的信息包檢測裝置，其中該峰值能量檢測模塊還包含一乘法單元，其用來將該前段碼中的噪聲的平均能量與一預定值相乘，並將相乘結果訊號輸出至該判斷模塊。
22.如權利要求16所述的信息包檢測裝置，其中該判斷模塊包含一比較單元，其用來將該峰值能量檢測模塊的相除結果訊號與一預定值進行比較。
23.如權利要求13所述的信息包檢測裝置，其中該判斷模塊包含一比較單元，其用來將該相關係數計算模塊的相除結果訊號與一預定值進行比較。
24.如權利要求14所述的信息包檢測裝置，其中該判斷模塊包含一比較單元，其用來將該相關係數計算模塊的相乘結果訊號與該前段碼的相關係數進行比較。
25.如權利要求17所述的信息包檢測裝置，其中該判斷模塊還包含一比較單元，其用來將該峰值能量檢測模塊的相乘結果訊號與該前段碼的峰值能量進行比較。
26.如權利要求22所述的信息包檢測裝置，其中該判斷模塊包含一比較單元，其用來將該峰值能量檢測模塊的相除結果訊號與一預定值進行比較。
27.如權利要求24所述的信息包檢測裝置，其中該判斷模塊還包含一比較單元，其用來將該峰值能量檢測模塊的相乘結果訊號與該前段碼的峰值能量進行比較。
28.如權利要求26所述的信息包檢測裝置，其中該判斷模塊還包含一判斷單元，其用來依據該比較單元的比較結果判斷信息包是否到達該接收機。
29.如權利要求27所述的信息包檢測裝置，其中該判斷模塊還包含一判斷單元，其用來依據該比較單元的比較結果判斷信息包是否到達該接收機。
全文摘要
一種信息包檢測的方法，包含取得一由接收機接收的輸入訊號的相關係數；檢測該輸入訊號的峰值能量；以及依據該相關係數以及該輸入訊號的峰值能量判斷是否檢測到該信息包。本發明的方法提升了信息包檢測的品質，有效減少了信息包檢測的錯誤。
文檔編號H04L1/20GK1728627SQ20041005899
公開日2006年2月1日 申請日期2004年7月29日 優先權日2004年7月29日
發明者侯文生, 林建成 申請人:矽統科技股份有限公司