CN100364240C - 应用于无线通讯系统的增益控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

一种应用于无线通讯系统的增益控制方法与系统，利用无线通讯信号的帧(Frame)与帧间的时间间隔(Time Interval)，获取背景噪声的噪声信息，配合无线通讯信号的强度信息，经适当运算后，输出一回授控制信号，以调整该系统的一增益值，使接收信号最佳化，以同时获得良好的信号质量与足够的信号强度。

Description

应用于无线通讯系统的增益控制方法与系统

技术领域

本发明涉及一种增益控制方法与系统，尤其涉及一种通过获取无线通讯信号的背景噪声信息与强度信息以实现接收信号质量最佳化的增益控制方法与系统。

背景技术

随着互联网络的迅速发展，人们习惯于快速大量地接受信息，特别是在近几年来个人移动科技的进步，个人移动产品，如移动电话、个人数字助理等产品，以相当惊人的速度普及到每个人的生活中。

个人移动产品是以无线通信取代有线通信利用电线电缆的连接方式，来实现随时随地都能自由通讯的目的。请参阅图1，此为传统无线通信结构图。传统无线通信包括：接收单元1、处理单元2、发射单元3及天线单元4。通过天线单元4，接收单元1接收无线通讯信号10；处理单元2连接该接收单元1，将接收单元1所接收的无线通讯信号10经适当处理，如去除高频噪声，量化等，转换成使用者需要的格式，如语音、数据等，输出至使用者，并且接收使用者的语音、数据等形式的信号，转换成适当形式的信号，传送到发射单元3；发射单元3将处理单元2传送来的信号，经功率放大后再通过天线单元4发射出去。

然而，无线通信受环境的影响很大，环境中的空间衰减(space attenuation)、损耗(loss)、反射(reflection)、回转(rotation)、外加噪声(added noise)、及干扰(interference)等因素都会影响通讯质量或是增加数据传输的错误率，因此目前的接收单元都会根据所接收的信号强度(Signal Strength)，来调整接收单元的一增益(gain)值，以改变接收信号的强度。所谓增益值，即为接收单元输出功率对输入功率的比值，它表现接收单元对信号放大的能力。然而，在放大的过程中噪声也同样被放大，造成信号接收质量无法同步提高，解调及信号鉴别的困难度提高，因此需要一种降低及固定噪声的方法与系统，使信号接收趋于最佳化。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明目的在于提供一种应用于无线通讯系统的增益控制方法与系统，以实现接收信号质量最佳化。

本发明提供一种应用于无线通讯系统的增益控制方法，至少包含以下步骤：接收一无线通讯信号；自该无线通讯信号获取一信号强度(Signal Strength)信息；自该无线通讯信号中连续二个帧(Frame)间的一时间间隔(Time Interval)获取一噪声(Noise)信息；根据该信号强度信息与该噪声信息的运算，产生一回授控制信号；以及根据该回授控制信号，调整一增益值。以及一种应用于无线通讯系统的增益控制系统，至少包含：一无线信号接收装置，用以接收一无线通讯信号；一信号取样装置，耦接至该无线信号接收装置，用以自该无线通讯信号中获取一信号强度(Signal Strength)信息；一噪声取样装置，耦接至该无线信号接收装置，用以自该无线通讯信号中连续二个帧(Frame)间的一时间间隔(Time Interval)获取一噪声(Noise)信息；以及一结合装置，耦接至该无线信号接收装置、该信号取样装置与该噪声取样装置，根据该信号强度信息与该噪声信息，产生一回授控制信号，并将该回授控制信号传送至该无线信号接收装置以调整该无线信号接收装置的一增益值。

本发明利用无线通讯信号的帧(Frame)与帧间的时间间隔(Time Interval)，获取背景噪声的噪声信息，配合无线通讯信号的强度信息，经适当运算后，输出一回授控制信号，以调整该系统的一增益值，使接收信号最佳化，以同时获得良好的信号质量与足够的信号强度。

附图简要说明

下面结合附图，通过对本发明的较佳实施例的详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

附图中，

图1为现有无线通信系统的结构图；

图2为本发明的增益控制系统的结构图；

图3为本发明中结合装置的一具体实施例的示意图；

图4为本发明的增益控制方法的流程图。

具体实施方式

下文，将详细描述本发明。

无线通讯信号是由一个接一个的帧(Frame)所组成，帧与帧间存在有时间间隔，例如：帧间短空隙(Short Inter-Frame Space，SIFS)，在该时间间隔中并未携带数据的信号，因此这段时间所接收的信号就是所谓的背景噪声(Background Noise)。本发明的目的在于检测无线通讯信号的帧间短空隙，并获取该帧间短空隙中所携带的通讯环境背景噪声，使接收单元在调整增益值时同时将噪声控制于一定大小之下，以维持信号质量。

请参阅图2，此为本发明的结构图。本发明的增益控制系统5至少包含：一无线信号接收装置51、一信号取样装置52、一噪声取样装置53以及一结合装置54，各装置分述如下：

如图所示，本发明的无线信号接收装置51，用来接收外界一无线通讯信号50。为了得到无线通讯信号50的强度与质量两项信息，所以将无线通讯信号50分别传送到信号取样装置52与噪声取样装置53，以分别获取信号强度(Signal Strength)及获取噪声(Noise)信息530。

在一实施例中，噪声取样装置53还包括有一检测装置531与一第一处理装置532用以协助检测帧间短空隙，以准确获取噪声信息。其中检测装置531用来检测该接收信号510中连续二个帧(Frame)间的一时间间隔(TimeInterval)，并产生一检测信息5310；时间间隔在时序(Timing)上，可对应一帧间短空隙(Short Inter-Frame Space；SIFS)，也就是说检测信息5310代表的是无线通讯信号50的SIFS在时序上的位置。检测装置531所检测的帧种类可以包括有一要求传送(request to send，RTS)帧、一批准传送(clear to send，CTS)帧、一确认(acknowledgement，ACK)帧、一数据(data)帧、一信标(beacon)帧、一指派(poll)帧、一数据附加指派(data plus poll)帧、一数据附加确认(data plus ACK)帧、与一数据附加确认再附加指派(data plus ACK plus poll)帧等。

第一处理装置532则耦接至该检测装置531，根据该检测信息5310，产生一噪声取样指令5320，使该噪声取样装置53在无线通讯信号50中获取该噪声信息530。在一实施例中，第一处理装置532连接发射单元(图上未示)，根据该发射单元的状态来决定噪声取样指令5320，当发射单元为发射数据的状态时，第一处理装置532即抑制(inhibit)所产生的该噪声取样指令5320，使该噪声取样装置53去能(disable)，也就是在发射数据期间不取样噪声信息。此外第一处理装置532也可以不产生该噪声取样指令5320的方式，使噪声取样装置53去能。在另一实例中，噪声取样指令5320可为一噪声门(Noise Gate)，也就是一种数字控制信号，当该数字控制信号为逻辑0时代表不取样，逻辑1代表取样来控制噪声取样装置53。

本发明还包括一结合装置54，耦接至该无线信号接收装置51、该信号取样装置52与该噪声取样装置53，将所得的信号强度信息520与噪声信息530经适当运算，产生一回授控制信号540，并将该回授控制信号540传送至无线信号接收装置51以改变上述无线信号接收装置51的一增益值，在此，本发明不单考虑无线通讯信号50的强度，也考量噪声占无线通讯信号50的比重，也即噪声干扰是否严重，以将增益值调整到适当的大小，使接收信号最佳化，增进信号质量。

请参阅图3，此为结合装置54的一具体实施例。本实施例中，先将该信号强度信息520与该噪声信息530分别与不同预置的第一门槛值(Threshold)和第二门槛值相减，结果再分别与不同预置第一转换函数和第二转换函数相乘，得一信号强度函数61与一噪声准位函数62，再产生下列四运算值：1)该信号强度函数的值，2)该噪声准位函数的值，3)该信号强度函数与该噪声准位函数之加总值，4)该信号强度函数与该噪声准位函数的较大值。结合装置54可以根据一事先设定的算法，选择性地输出四个参数中的某个为该回授控制信号540，如要关闭噪声增益控制功能，稳定信号强度则选择1)；如要关闭信号增益控制功能，维持固定噪声准位则选择2)；如要无论有无信号均兼具信号与噪声的增益控制功能，使两种控制得以保持均衡则选择3)；如要在有信号时以信号主导增益控制，无信号时以噪声主导增益控制则选择4)。

此外，参阅图2，本发明的增益控制系统5还包括有一第二处理装置55，耦接至信号取样装置52与噪声取样装置53，利用信号强度信息520与噪声信息530产生一信号质量信息550，借以评估无线信号接收装置51的接收性能。在一实施例中，该信号质量信息550可使信号强度信息520与噪声信息530相除，或取对数后相减，而得到一信号噪声比(Signal-to-Noise Ratio；SNR)。

请参阅图4，此为本发明的增益控制方法的流程图，包括有以下步骤：

步骤71：接收一无线通讯信号；

步骤72：自该无线通讯信号获取一信号强度信息与一噪声信息；以及

步骤73：根据该信号强度信息与该噪声信息以改变一增益参数。

在步骤72中，噪声信息是获取自无线通讯信号中连续二个帧(Frame)间的时间间隔，如：帧间短空隙(Short Inter-Frame Space；SIFS)。

特别强调，信号强度信息与噪声信息的获取是交互轮替的，并无顺序之分，也就是说，哪一个先获取对增益的控制无实质上的影响。而预置门槛与预置转换函数则分别影响增益控制在反应上的敏感或迟钝，与反应上的轻或重、缓或急。在一实施例中，噪声信息运用于增益控制，与信号强度信息相比，其门槛预置值相对较低；转换函数放大率预置值相对较大；转换函数时间常数预置值相对较长。

此外，本发明方法还包括一选择步骤74，可以利用上述流程中所产生的信号强度信息与该噪声信息产生一信号质量信息，如信号噪声比(Signal-to-Noise Ratio；SNR)。该信号质量信息可以运用在如上述增益值调整的评估中，或是根据本信息要求发送方调整发射能量以改变信号质量。

综上所述，本发明提供一种增益控制系统与方法，利用一无线通讯信号的帧与帧间的时间间隔，获取背景噪声的噪声信息，加上无线通讯信号的强度信息，输出一回授控制信号，以改变一增益值，使接收信号最佳化，增进信号质量。此外，也可以利用噪声信息与强度信息产生一信号质量信息如：信号噪声比(Signal-to-Noise Ratio；SNR)，可供系统参考运用。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种应用于无线通讯系统的增益控制方法，其特征在于，至少包含以下步骤：

接收一无线通讯信号；

自该无线通讯信号获取一信号强度信息；

自该无线通讯信号中连续二个帧间的帧间短空隙获取一噪声信息；

根据该信号强度信息与该噪声信息的运算，产生一回授控制信号；以及根据该回授控制信号，调整一增益值；

其中根据该信号强度信息与该噪声信息的运算，产生一回授控制信号的步骤还包括：将该信号强度信息与该噪声信息分别与设定的第一门槛值和第二门槛值相减，结果再分别与设定的第一转换函数和第二转换函数相乘，得到一信号强度函数的值和一噪声准位函数的值，再运算产生回授控制信号；

该回授控制信号是指：信号强度函数的值、噪声准位函数的值、该信号强度函数的值与噪声准位函数的值之和或该信号强度函数的值与噪声准位函数的值的较大值。

2.根据权利要求1所述的增益控制方法，其特征在于，还包含步骤：

利用该信号强度信息与该噪声信息产生一信号噪声比的信号质量信息。

3.根据权利要求1所述的增益控制方法，其特征在于：设一检测装置，用以检测无线通讯信号中连续二个帧间的帧间短空隙，并产生一检测信息；和，设一第一处理装置，耦接至该检测装置，用以根据该检测信息，产生一噪声取样指令，以获取该噪声信息。

4.根据权利要求3所述的增益控制方法，其特征在于：该第一处理装置连接一发射装置，当该发射装置处于一发射状态时，该第一处理装置不产生该噪声取样指令或者对该噪声取样指令进行抑制。

5.一种应用于无线通讯系统的增益控制系统，其特征在于，至少包含：

一无线信号接收装置，用以接收一无线通讯信号；

一信号取样装置，耦接至该无线信号接收装置，用以自该无线通讯信号中获取一信号强度信息；

一噪声取样装置，耦接至该无线信号接收装置，用以自该无线通讯信号中连续二个帧间的帧间短空隙获取一噪声信息；以及

一结合装置，耦接至该无线信号接收装置、该信号取样装置与该噪声取样装置，用以根据该信号强度信息与该噪声信息产生一回授控制信号，并将该回授控制信号传送至该无线信号接收装置以调整该无线信号接收装置的一增益值；该噪声取样装置至少包含：

一检测装置，用以检测该帧间短空隙，并产生一检测信息；以及

一第一处理装置，耦接至该检测装置，用以根据该检测信息，产生一噪声取样指令，以获取该噪声信息。

6.根据权利要求5所述的增益控制系统，其特征在于，该第一处理装置连接一发射装置，当该发射装置处于一发射状态时，该第一处理装置即抑制所产生的该噪声取样指令或者不产生该噪声取样指令，使该噪声取样装置去能。

7.根据权利要求5所述的增益控制系统，其特征在于：该结合装置将该信号强度信息与该噪声信息分别与设定的第一门槛值和第二门槛值相减，结果再分别与设定的第一转换函数和第二转换函数相乘，得到一信号强度函数的值和一噪声准位函数的值，再运算产生该回授控制信号；

该回授控制信号是指：信号强度函数的值、噪声准位函数的值、该信号强度函数的值与噪声准位函数的值之和或该信号强度函数的值与噪声准位函数的值之较大者。

8.根据权利要求5所述的增益控制系统，其特征在于，还包含：一第二处理装置，耦接至该信号取样装置与该噪声取样装置，用以利用该信号强度信息与该噪声信息产生一信号质量信息。

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