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TWI591972B - 用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法及無線干擾掃描裝置 - Google Patents

用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法及無線干擾掃描裝置 Download PDF

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TWI591972B
TWI591972B TW103113883A TW103113883A TWI591972B TW I591972 B TWI591972 B TW I591972B TW 103113883 A TW103113883 A TW 103113883A TW 103113883 A TW103113883 A TW 103113883A TW I591972 B TWI591972 B TW I591972B
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Description

用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法及無線干擾掃描裝置
本發明有關於一種適應性跳頻技術，且特別是一種用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法及無線干擾掃描裝置。
請參照圖1，圖1是傳統的無線接收機的示意圖。無線電接收機的天線101接收無線信號並傳送至低雜訊放大器102，混波器103將本地震盪信號LO與低雜訊放大器102的輸出信號混合而輸出至濾波器104，經過濾波後的信號輸出至可變增益放大器105而放大，類比數位轉換器(ADC)106將放大後的信號轉為數位信號而傳送至基頻電路107進行處理。然而，當存在多個無線通訊裝置時，可能產生無線信號互相干擾問題，因此發展出一種稱為適應性跳頻(Adaptive Frequency Hopping，AFH)的技術。適應性跳頻技術已被利用於藍芽(Bluetooth)。
請參照圖2，圖2是傳統的無線接收機進行干擾信號搜尋的示意圖。以應用於藍芽而言，適應性跳頻技術可對複數個頻道進行掃描，以找出良好的頻道，例如選擇78個頻道(Channle)中的20個，當作是良好的頻道，以避免干擾。有效的頻道分類是適應性跳頻的成功關鍵。當環境改變時，良好頻道與不良頻道可能都會改變。然而，若對頻道的掃描過於頻繁，則可能消耗過多的功率與使用過多的頻寬。另外，干擾可能並不是經常出現。如圖2所示，無線保真(WiFi)干擾作為干擾源為例，一般的無線保真干擾出 現的時間可能小至200微秒(us)。因此，若對頻道進行隨機掃描，可能耗費大量功率且沒有效率。在圖2中，當以例如48.75毫秒(ms)的時間內針對各個頻道進行掃描時，代表掃描各個頻率的頻率掃描區塊SS並沒有掃描到存在的無線保真干擾，因為干擾只在某些時間區間的某一個頻道出現。
本發明實施例提供一種用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法及無線干擾掃描裝置，在針對每一個頻率進行干擾的掃描之前，先利用寬頻掃描，以縮減不必要的掃描時間與功率消耗。
本發明實施例提供一種用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法，包括以下步驟。首先，監測寬頻帶的信號總強度。然後，判斷寬頻帶的信號總強度是否大於臨界值。接著，當寬頻帶的信號總強度大於臨界值時，逐一偵測寬頻帶內之複數個頻道是否有干擾信號。當寬頻帶的信號總強度非大於臨界值時，再次監測寬頻帶的信號總強度，並判斷寬頻帶的信號總強度是否大於臨界值。
本發明實施例提供一種用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置，耦接一無線接收機，該用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置包括寬頻干擾偵測電路以及控制電路。寬頻干擾偵測電路耦接無線接收機之天線與無線接收機之基頻電路，用以透過天線接收寬頻帶的信號以產生代表寬頻帶的信號總強度的一電壓值。控制電路耦接寬頻干擾偵測電路以及無線接收機。控制電路判斷電壓值是否大於一臨界值，當電壓值大於臨界值時，控制電路控制無線接收機逐一偵測寬頻帶內之複數個頻道是否有干擾信號。
本發明實施例提供一種用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置，耦接一無線接收機，所述無線接收機具有天線、低雜訊放大器、混波器、濾波器、可變增益放大器以及基頻電路。所述用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置包括旁路開關以及控制電路。旁路開關耦接無線接收機之濾波器之兩端。控制電路耦接旁路開 關，控制電路關閉旁路開關，使透過混波器且來自低雜訊放大器之寬頻帶的信號傳送至可變增益放大器，可變增益放大器將寬頻帶的信號轉換成電壓值，電壓值代表寬頻帶的信號總強度。控制電路判斷電壓值是否大於臨界值，當電壓值大於臨界值時，控制電路打開旁路開關，且控制無線接收機逐一偵測寬頻帶內之複數個頻道是否有干擾信號。
綜上所述，本發明實施例提供一種用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法及無線干擾掃描裝置，可實現無線干擾的掃描，其僅在寬頻帶偵測發現干擾信號時才逐一偵測所述寬頻帶內之複數個頻道，藉此節省掃描時間，也節省掃描時所消耗的功率。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
101、51‧‧‧天線
102、53、411‧‧‧低雜訊放大器
103、54、412‧‧‧混波器
104、55‧‧‧濾波器
105、56‧‧‧可變增益放大器
106、57、414‧‧‧類比數位轉換器
107、58‧‧‧基頻電路
SS‧‧‧頻率掃描區塊
S310、S320、S330‧‧‧步驟流程
4、6‧‧‧用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置
5‧‧‧無線接收機
52‧‧‧耦和電路
41‧‧‧寬頻干擾偵測電路
42、62‧‧‧控制電路
413‧‧‧寬頻信號強度指示器
gm、gm2‧‧‧信號
LO‧‧‧本地震盪信號
61‧‧‧旁路開關
圖1是傳統的無線接收機的示意圖。
圖2是傳統的無線接收機進行干擾信號搜尋的示意圖。
圖3是本發明實施例提供的用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法的流程圖。
圖4是本發明實施例提供的用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置的示意圖。
圖5是本發明實例提供的用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法進行干擾信號搜尋的示意圖。
圖6是本發明另一實施例提供的用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置的示意圖。
〔用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法之實施例〕
請參照圖3，圖3是本發明實施例提供的用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法的流程圖。首先，在步驟S310中，監測寬頻帶的信號總強度。然後，在步驟S320中，判斷寬頻帶的信號總強度是否大於臨界值。所述寬頻帶可包括工業科學醫學頻帶(Industrial Scientific Medical Band)，例如藍芽裝置利用了2.4G附近的頻帶，但本發明並不因此限定。所述寬頻帶也可以是例如802.11a規範的的5GHz附近的頻帶，或者其實他頻帶，本發明並不限定頻帶的範圍與頻率。當寬頻帶的信號總強度大於臨界值(例如負35dBm)時，進行步驟S330。在步驟S330中，逐一偵測寬頻帶內之複數個頻道是否有干擾信號。
如此，可在實際針對每一個頻率進行干擾的掃描之前，先執行寬頻掃描(步驟S310與步驟S320)。當寬頻掃描到干擾信號過大時(相較於臨界值)，再針對每一個頻率進行掃描。當寬頻帶的信號總強度非大於臨界值時，再次進行步驟S310與步驟S320，亦即再次監測寬頻帶的信號總強度，並判斷寬頻帶的信號總強度是否大於臨界值。另外，在步驟S330結束後，也可再次重新執行上述步驟，以進行下次的干擾偵測。
值得一提的是，進行步驟S310之前，也就是在監測寬頻帶的信號總強度的步驟之前，更可包括執行歸零校正的步驟，以減少寬頻掃描的誤差。歸零校正的步驟將於後續的實施例說明。
實現上述無線干擾掃描方法的無線干擾掃描裝置可在傳統的無線接收機接收天線信號的輸入端並聯一個寬頻監測的電路，或者利用將傳統的無線接收機的濾波器設置旁路機制的方式來實現。請參照後續實施例的詳細說明。
〔用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置之實施例〕
請參照圖4，圖4是本發明實施例提供的用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置的示意圖。本實施例的無線干擾掃描裝置是在傳統的無線接收機接收天線信號的輸入端並聯一個寬頻監測的電 路。用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置4耦接無線接收機5。無線接收機5包括天線51、耦和電路52、低雜訊放大器(Low Noise Amplifier，LNA)53、混波器54(Mi×er)、濾波器55、可變增益放大器(Variable Gain Amplifier，VGA)56、類比數位轉換器(ADC)57以及基頻電路(Base-Band circuit)58。本實施例的用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置4包括寬頻干擾偵測電路41以及控制電路42，用以針對信號干擾源作偵測的動作，以解決如在先前技術所提的傳統的適應性跳頻無線接收機可能在干擾的掃描上花費過多時間和無謂的功耗的問題。
請同時參照圖3與圖4，寬頻干擾偵測電路41透過耦和電路52耦接無線接收機5之天線51，且寬頻干擾偵測電路41耦接無線接收機5之基頻電路58。寬頻干擾偵測電路41用以透過天線51接收寬頻帶的信號以產生代表寬頻帶的信號總強度的一電壓值，亦即對應於圖3的步驟S310。控制電路42耦接寬頻干擾偵測電路41以及無線接收機5，用以控制寬頻干擾偵測電路41以及無線接收機5。控制電路42判斷所述電壓值是否大於一臨界值，亦即對應於圖3的步驟S320。當所述電壓值大於臨界值時，控制電路42控制無線接收機5逐一偵測寬頻帶內之複數個頻道是否有干擾信號，亦即對應於圖3的步驟S330。所述臨界值例如是負35dBm，但本發明並不因此限定。換句話說，控制電路42控制寬頻干擾偵測電路41的操作，且在偵測到相較於臨界值夠強的寬頻帶的信號總強度時，才使無線接收機5進行個別頻道的干擾掃描，以節省掃描時間與消耗功率。
寬頻干擾偵測電路41包括低雜訊放大器411、混波器412、寬頻信號強度指示器(Wide-Band Received Signal Strength Indicator，WBRSSI)413與類比數位轉換器414。低雜訊放大器411之輸入端耦接無線接收機5之天線51，用以接收寬頻帶的信號。混波器412耦接低雜訊放大器411，以輸出增益後的信號gm2。寬 頻信號強度指示器413耦接混波器412，將透過混波器412且來自低雜訊放大器411之寬頻帶的信號gm2轉換成所述電壓值。寬頻信號強度指示器413包括將輸入信號降頻與轉換為電壓值的功能。
類比數位轉換器414耦接寬頻信號強度指示器413，將所述電壓值數位化，並將數位化之電壓值傳送至無線接收機5之基頻電路58。本實施例的寬頻干擾偵測電路41進行寬頻干擾的掃描所消耗的電流可以小至約5毫安(mA)，相對的，無線接收機5進行個別頻道的干擾掃描所消耗的電流約25毫安(mA)，因此可明顯看出利用寬頻干擾偵測電路41進行寬頻干擾的掃描可明顯節省功率消耗。
值得一提的是，通常而言，寬頻干擾偵測電路41的低雜訊放大器411具有直流偏移(DC offset)，因此在做寬頻掃描之前可先關閉低雜訊放大器411的輸入，而記錄低雜訊放大器411的直流偏移，藉此作歸零校正的動作。
請同時參照圖3與圖5，圖5是本發明實例提供的用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法進行干擾信號搜尋的示意圖。在圖5中，同樣以掃描2.4GHz附近的無線保真干擾為例，且圖5顯示本實施例對應於圖3的步驟S330的掃描方式。逐一偵測寬頻帶內之複數個頻道是否有干擾信號的步驟是在一時間槽內完成，所述頻道可以是藍芽通訊協定標準的通道，且該時間槽是625微秒(us)時間槽。本實施例縮短步驟S330的掃描時間，使得在監測到寬頻干擾時，盡速掃描到干擾信號是在哪一個(或那些)頻道出現，如此可提升掃描的效率。然而，本發明並不因此限定，在其他實施例中，逐一偵測寬頻帶內之複數個頻道是否有干擾信號的步驟(S330)可以例如在0.5毫秒(ms)至1毫秒(即500微秒至1000微秒)之內完成。
另外，本發明不限定干擾信號的頻率，也不限定干擾信號的來源，干擾信號也可例如是由微波爐產生，微波爐產生的干擾信號是在2.4GHz的工業科學醫學頻帶(ISM Band)之內。其他無線裝 置或可能產生無線干擾的裝置所產生的干擾信號都可能是干擾源，所述掃描干擾信號的頻率範圍是由所應用的無線接收機來決定。
〔用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置之實施例〕
請同時參照圖3與圖6，圖6是本發明另一實施例提供的用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置的示意圖。本實施例的無線干擾掃描裝置是利用將傳統的無線接收機的濾波器設置旁路機制的方式來實現。用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置6耦接無線接收機5，所述無線接收機5具有天線51、耦合電路52、低雜訊放大器53、混波器54、濾波器55、可變增益放大器56以及基頻電路57。所述用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置6包括旁路開關61以及控制電路62。
旁路開關61耦接無線接收機5之濾波器55之兩端。控制電路62耦接旁路開關61。在進行寬頻干擾的掃描時，步驟S310，控制電路62關閉旁路開關61，使透過混波器54且來自低雜訊放大器53之寬頻帶的信號gm傳送至可變增益放大器56，可變增益放大器56將寬頻帶的信號轉換成電壓值，所述電壓值即代表寬頻帶的信號總強度。
請同時參照圖3、圖5和圖6，換句話說，透過混波器54且來自低雜訊放大器53之寬頻帶的信號gm未經過濾波而被可變增益放大器56放大的信號(類比的電壓值)可對比於圖5的寬頻信號強度指示器413輸出的(類比的)電壓值。由此可知，本實施例提供了實現步驟S310的另一個無線干擾掃描裝置。另外，相較於圖5的實施例，圖6的實施例利用了傳統的無線接收機5的低雜訊放大器53、混波器54與可變增益放大器56以替代圖5的寬頻干擾偵測電路41的低雜訊放大器411、混波器412、寬頻信號強度指示器413，以進一步簡化電路的架構。
控制電路62判斷可變增益放大器56所輸出的電壓值是否大 於臨界值，例如：控制電路62透過基頻電路58得知數位化的電壓值。或者，控制電路62可以耦接可變增益放大器56的輸出端以獲得類比的電壓值，但本發明並不因此限定。當電壓值大於臨界值時，控制電路62打開(open)旁路開關61，且控制電路62控制無線接收機5逐一偵測寬頻帶內之複數個頻道是否有干擾信號。
〔實施例的可能功效〕
綜上所述，本發明實施例所提供的用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法及無線干擾掃描裝置，可實現無線干擾的掃描，其僅在寬頻帶偵測發現干擾信號時才逐一偵測所述寬頻帶內之複數個頻道，藉此節省掃描時間，也節省掃描時所消耗的功率。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
S310、S320、S330‧‧‧步驟流程

Claims (10)

  1. 一種用於適應性跳頻的無線干擾掃描方法，包括：監測一寬頻帶的信號總強度；判斷該寬頻帶的信號總強度是否大於一臨界值；當該寬頻帶的信號總強度大於該臨界值時，逐一偵測該寬頻帶內之複數個頻道是否有干擾信號；以及當該寬頻帶的信號總強度非大於該臨界值時，再次監測該寬頻帶的信號總強度，並判斷該寬頻帶的信號總強度是否大於該臨界值。
  2. 根據請求項第1項之適應性跳頻的無線干擾掃描方法，其中該寬頻帶包括工業科學醫學頻帶(Industrial Scientific Medical Band)。
  3. 根據請求項第1項之適應性跳頻的無線干擾掃描方法，其中逐一偵測該寬頻帶內之該些頻道是否有干擾信號的步驟是在一時間槽內完成。
  4. 根據請求項第3項之適應性跳頻的無線干擾掃描方法，其中該些頻道是藍芽通訊協定標準的通道，且該時間槽是625微秒(us)。
  5. 根據請求項第1項之適應性跳頻的無線干擾掃描方法，其中逐一偵測該寬頻帶內之該些頻道是否有干擾信號的步驟是在0.5毫秒(ms)至1毫秒之內完成。
  6. 根據請求項第1項之適應性跳頻的無線干擾掃描方法，其中在監測該寬頻帶的信號總強度的步驟之前，更包括執行歸零校正。
  7. 一種用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置，耦接一無線接收機，該用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置包括：寬頻干擾偵測電路，耦接該無線接收機之一天線與該無線接收機之一基頻電路，用以透過該天線接收一寬頻帶的信號以產生代表該寬頻帶的信號總強度的一電壓值；以及一控制電路，耦接該寬頻干擾偵測電路以及該無線接收機，判斷該電壓值是否大於一臨界值，當該電壓值大於該臨界值時，該 控制電路控制該無線接收機逐一偵測該寬頻帶內之複數個頻道是否有干擾信號。
  8. 根據請求項第7項之用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置，其中該寬頻干擾偵測電路包括：一低雜訊放大器，該低雜訊放大器之一輸入端耦接該無線接收機之該天線，用以接收該寬頻帶的信號；一混波器，耦接該低雜訊放大器；一寬頻信號強度指示器，耦接該混波器，將透過該混波器且來自該低雜訊放大器之該寬頻帶的信號轉換成該電壓值；以及一類比數位轉換器，耦接該寬頻信號強度指示器，將該電壓值數位化，並將數位化之該電壓值傳送至該無線接收機之一基頻電路。
  9. 根據請求項第7項之用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置，其中逐一偵測該寬頻帶內之該些頻道是否有干擾信號的步驟是在0.5毫秒(ms)至1毫秒之內完成。
  10. 一種用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置，耦接一無線接收機，該無線接收機具有一天線、一低雜訊放大器、一混波器、一濾波器、一可變增益放大器以及一基頻電路，該用於適應性跳頻的無線干擾掃描裝置包括：一旁路開關，耦接該無線接收機之該濾波器之兩端；以及一控制電路，耦接該旁路開關，該控制電路關閉該旁路開關，使透過該混波器且來自該低雜訊放大器之一寬頻帶的信號傳送至該可變增益放大器，該可變增益放大器將該寬頻帶的信號轉換成一電壓值，該電壓值代表該寬頻帶的信號總強度，該控制電路判斷該電壓值是否大於一臨界值，當該電壓值大於該臨界值時，該控制電路打開該旁路開關，且控制該無線接收機逐一偵測該寬頻帶內之複數個頻道是否有干擾信號。
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