TWI674759B

TWI674759B - 執行頻寬偵測的裝置及方法

Info

Publication number: TWI674759B
Application number: TW107130945A
Authority: TW
Inventors: 吳政融; 楊易洵; 張仲堯
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2019-10-11
Also published as: TW202011695A; US20200076646A1; US10749712B2

Abstract

一種頻寬偵測裝置，包含有一接收電路，用來接收一第一子通道上的第一複數個頻域訊號；一濾波器電路，耦接於該接收電路，用來根據一濾波器函數，將該第一複數個頻域訊號轉換為第一複數個濾波頻域訊號；以及一處理電路，耦接於該濾波器電路，用來比較該第一複數個頻域訊號及該第一複數個濾波頻域訊號，以判斷該第一子通道是否包含有第一傳送的資料。

Description

執行頻寬偵測的裝置及方法

本發明相關於一種用於通訊系統的通訊裝置及方法，尤指一種執行頻寬偵測的裝置及方法。

在通訊系統中，當不知傳送端在哪些子通道上傳送訊號時，接收端執行頻寬偵測（Bandwidth Detection），以獲得頻寬資訊。在獲得頻寬資訊後，接收端可提早處理訊號，提高訊號品質及增進效能。一般來說，接收端會使用相關性（Correlation）運算或匹配濾波器（Matched Filter）來執行頻寬偵測。然而，在低訊號對雜訊比（signal-to-noise，SNR）或高干擾（high interference）的環境下，相關性運算或匹配濾波器難以獲得高準確度的頻寬資訊。因此，如何在低訊號對雜訊比或高干擾的環境下，獲得較準確的頻寬資訊成為亟待解決的問題。

本發明提供了一種方法及其通訊裝置，用來執行頻寬偵測，以解決上述問題。

本發明揭露一種頻寬偵測裝置，包含有一接收電路，用來接收一第一子通道上的第一複數個頻域訊號（frequency-domain signals）；一濾波器電路，耦接於該接收電路，用來根據一濾波器函數（filter function），將該第一複數個頻域訊號轉換為第一複數個濾波頻域訊號（filtered frequency-domain signals）；以及一處理電路，耦接於該濾波器電路，用來比較該第一複數個頻域訊號及該第一複數個濾波頻域訊號，以判斷該第一子通道是否包含有第一傳送的資料。

第1圖為本發明實施例一通訊系統10的示意圖。通訊系統10可為任何使用正交分頻多工（orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM）技術（或稱為離散多頻調變（discrete multi-tone modulation，DMT）技術）的通訊系統，簡略地由一傳送端TX及一接收端RX所組成。在第1圖中，傳送端TX及接收端RX是用來說明通訊系統10之架構。舉例來說，通訊系統10可為非對稱式數位用戶迴路（asymmetric digital subscriber line，ADSL）系統、電力通訊（power line communication，PLC）系統、同軸電纜的乙太網路（Ethernet over coax，EOC）等有線通訊系統。或者，通訊系統10可為區域無線網路（wireless local area network，WLAN）、數位視訊廣播（Digital Video Broadcasting，DVB）系統、長期演進（Long Term Evolution，LTE）系統、先進長期演進（LTE-advanced，LTE-A）系統及第五代（5th generation，5G）系統等無線通訊系統。此外，傳送端TX及接收端RX可設置於行動電話、筆記型電腦等裝置中，但不限於此。

第2圖為本發明實施例一接收裝置20的示意圖，用於第1圖的接收端RX中，用來處理傳送端TX所傳送的訊號。接收裝置20包含有一轉換裝置200、一補償裝置210、一處理裝置220及一等化器230。詳細來說，在接收裝置20接收複數個時域訊號sig_time後，轉換裝置200將複數個時域訊號sig_time轉換為複數個頻域訊號sig_freq，其中複數個頻域訊號sig_freq在複數個子通道上被傳送。補償裝置210耦接於轉換裝置200，可用來對複數個頻域訊號sig_freq執行時間補償及／或頻率補償，以產生複數個補償訊號sig_comp。處理裝置220耦接於補償裝置210，可用來根據複數個補償訊號sig_comp，產生複數個通道頻率響應sig_cfr及複數個頻寬偵測結果BW_det。等化器230耦接於補償裝置210及處理裝置220，可用來根據複數個通道頻率響應sig_cfr及複數個頻寬偵測結果BW_det，對複數個補償訊號sig_comp執行等化（equalization）運作，產生複數個等化訊號sig_eq。

在一實施例中，處理裝置220可包含有一通道估測裝置222及一頻寬偵測裝置224。通道估測裝置222可用來根據複數個補償訊號sig_comp，產生複數個通道頻率響應sig_cfr。頻寬偵測裝置224耦接於通道估測裝置222，可用來根據複數個通道頻率響應sig_cfr，產生複數個頻寬偵測結果BW_det。

在一實施例中，複數個時域訊號sig_time被包含在至少一封包中。在一實施例中，至少一封包其包含有一傳統前置訊號（Legacy Preamble）及一非傳統前置訊號。在一實施例中，傳統前置訊號包含有一傳統短訓練欄位（Legacy Short Training Field，L-STF）、一傳統長訓練欄位（Legacy Long Training Field，L-LTF）、一傳統訊號欄位（Legacy Signal Field，L-SIG）。在一實施例中，非傳統前置訊號為一高傳輸量前置訊號（High Throughput Preamble），其包含有一高傳輸量訊號欄位（High Throughput Signal Field）。在一實施例中，非傳統前置訊號為一超高傳輸量前置訊號（Very High Throughput Preamble），其包含有一超高傳輸量訊號欄位A（Very High Throughput Signal Field A）。在一實施例中，非傳統前置訊號為一高效率前置訊號（High Efficiency Preamble），其包含有一高效率訊號欄位A（High Efficiency Signal Field A）。在一實施例中，高傳輸量訊號欄位、超高傳輸量訊號欄位A及高效率訊號欄位A包含有頻寬資訊。在習知技術中，根據高傳輸量訊號欄位、超高傳輸量訊號欄位A或高效率訊號欄位A中所包含的頻寬資訊，接收端RX得知傳送資料在複數個子通道的哪些子通道中被傳送。根據本發明，透過執行頻寬偵測以產生複數個頻寬偵測結果BW_det，接收裝置20可提早得知傳送資料在複數個子通道的哪些子通道中被傳送。也就是說，本發明產生複數個頻寬偵測結果BW_det的第一時間點（time instant）早於習知技術獲得頻寬資訊的第二時間點。在一實施例中，複數個時域訊號sig_time為傳統長訓練欄位。

第3圖為本發明實施例一頻寬偵測裝置30的示意圖。頻寬偵測裝置30可用來實現第2圖中的頻寬偵測裝置224，但不限於此。頻寬偵測裝置30可包含有一接收電路300、一濾波器電路310及一處理電路320。接收電路300可用來接收一第一子通道上的第一複數個通道頻率響應sig_cfr1。第一複數個通道頻率響應sig_cfr1被包含在複數個通道頻率響應sig_cfr中。濾波器電路310耦接於接收電路300，可用來根據一濾波器函數（filter function），將第一複數個通道頻率響應sig_cfr1轉換為第一複數個濾波通道頻率響應sig_cfr_filt1。處理電路320耦接於濾波器電路310，用來比較第一複數個通道頻率響應sig_cfr1及第一複數個濾波通道頻率響應sig_cfr_filt1，以判斷第一子通道是否包含有第一傳送的資料。根據該判斷，處理電路320產生第一子通道的一第一頻寬偵測結果BW_det1。第一頻寬偵測結果BW_det1被包含在複數個頻寬偵測結果BW_det中。

在一實施例中，接收電路300接收一第二子通道上的第二複數個通道頻率響應sig_cfr2。第二複數個通道頻率響應sig_cfr2被包含在複數個通道頻率響應sig_cfr中。根據濾波器函數，濾波器電路將第二複數個通道頻率響應sig_cfr2轉換為第二複數個濾波通道頻率響應sig_cfr_filt2。處理電路320比較第二複數個通道頻率響應sig_cfr2及該第二複數個濾波通道頻率響應sig_cfr_filt2，以判斷該第二子通道是否包含有第二傳送的資料。根據該判斷，處理電路320產生第二子通道的一第二頻寬偵測結果BW_det2。第二頻寬偵測結果BW_det2被包含在複數個頻寬偵測結果BW_det中。

在一實施例中，當第一複數個通道頻率響應sig_cfr1的一總能量準位（level）及第一複數個濾波通道頻率響應sig_cfr_filt1的一總能量準位的一比值不大於一門檻值（threshold）時，處理電路320判斷第一子通道包含有複數個時域訊號sig_time。在一實施例中，當比值大於門檻值時，處理電路320判斷第一子通道不包含有複數個時域訊號sig_time。

在一實施例中，第一複數個通道頻率響應sig_cfr1位於一傳統短訓練欄位、一傳統長訓練欄位或一傳統訊號欄位中。在一實施例中，第一子通道佔據一頻寬（bandwidth）。在一實施例中，第一複數個通道頻率響應sig_cfr1包含有第一子通道的複數個通道估測（channel estimates）。在一實施例中，第二複數個通道頻率響應sig_cfr2包含有第二子通道的複數個通道估測。

在一實施例中，濾波器函數是一常態平滑（uniform smoothing）濾波器函數或一指數（exponential）平滑濾波器函數。在一實施例中，濾波器函數是一三階濾波器函數。在一實施例中，濾波器函數與一訊號對雜訊比（signal-to-noise，SNR）不相關。舉例來說，濾波器函數的係數可為訊號對雜訊比低於60分貝（dB）（例如40分貝或0分貝）的係數。在一實施例中，濾波器函數的所有係數為實數。因此，濾波器電路310可降低運算的複雜度及功率。

以下實施例係用來舉例說明如何判斷傳送資料在複數個子通道的哪些子通道中。首先，傳統長訓練欄位在時域上包含有兩組相同的時域傳送序列及，以及接收裝置20對應地接收時域接收序列及（即複數個時域訊號sig_time）。轉換裝置200將時域接收序列及分別轉換為頻域接收序列及（即複數個頻域訊號sig_freq）如下：（式1）

其中是子通道的指標（index），，是子通道的數量。在一實施例中，以區域無線網路系統為例，總頻寬為160 MHz，可分為8個20 MHz的子通道（即）。在一實施例中，。接著，在補償裝置210對頻域接收序列及進行補償後，通道估測裝置222對頻域接收序列及取平均值，以獲得平均序列：（式2）

根據平均序列，通道估測裝置222產生通道頻率響應（例如第一複數個通道頻率響應sig_cfr1或第二複數個通道頻率響應sig_cfr2）：（式3）

其中是子載波的指標，，是子載波的數量。在一實施例中，。此外，是時域傳送序列或轉換為頻域序列的結果。通道頻率響應是最小平方（Least Square，LS）解。根據通道頻率響應，頻寬偵測裝置224（或頻寬偵測裝置30）產生濾波通道頻率響應（例如第一複數個濾波通道頻率響應sig_cfr_filt1或第二複數個濾波通道頻率響應sig_cfr_filt2）：（式4）

其中是濾波器函數的係數，是係數的數量。濾波器函數為平滑濾波器函數。接著，頻寬偵測裝置224計算通道頻率響應及濾波通道頻率響應的總能量準位及如下：（式5）（式6）

頻寬偵測裝置224比較通道頻率響應及濾波通道頻率響應。若總能量準位及的一比值不大於門檻值時，頻寬偵測裝置224判斷指標為的子通道包含有時域接收序列及，如（式7）所述：（式7）

若總能量準位及的一比值大於門檻值時，頻寬偵測裝置224判斷指標為的子通道不包含有時域接收序列及：（式8）

前述頻寬偵測裝置30的運作方式可歸納為一流程40，用於頻寬偵測裝置224中，如第4圖所示。流程40包含有以下步驟：

步驟400：開始。

步驟402：接收一第一子通道上的第一複數個頻域訊號（frequency-domain signals）。

步驟404：根據一濾波器函數（filter function），將該第一複數個頻域訊號轉換為第一複數個濾波頻域訊號（filtered frequency-domain signals）。

步驟406：比較該第一複數個頻域訊號及該第一複數個濾波頻域訊號，以判斷該第一子通道是否包含有第一傳送的資料。

步驟408：結束。

流程40是用來舉例說明頻寬偵測裝置30的運作方式，詳細說明及變化可參考前述，於此不贅述。

第5圖為本發明實施例一模擬結果圖。模擬環境的設定為區域無線網路系統，通道為可加性高斯白雜訊（Additive White Gaussian Noise，AWGN）通道，傳送天線為1根。在第5圖中，縱軸是錯誤率，橫軸是訊號對雜訊比。第5圖以錯誤率比較了兩種的方法：相關性運算（習知技術）及平滑濾波器（本發明）。本發明使用的濾波器函數是常態平滑濾波器函數及三階濾波器函數。觀察第5圖可知，在訊號對雜訊比在-2~1分貝的區間的情況下，相較於習知技術，本發明可得到較低的錯誤率。因此，本發明可提供較佳的效能。

需注意的是，接收裝置20（及其中的轉換裝置200、補償裝置210、處理裝置220及等化器230）的實現方式可有很多種。舉例來說，可將上述裝置整合為一或多個裝置。此外，接收裝置20可以硬體（例如電路）、軟體、韌體（為硬體裝置與電腦指令與資料的結合，且電腦指令與資料屬於硬體裝置上的唯讀軟體）、電子系統、或上述裝置的組合來實現，不限於此。

綜上所述，本發明提供了一種執行頻寬偵測的裝置及方法，可根據濾波器電路的輸入訊號及輸出訊號判斷子通道是否包含有傳送資料，以提早獲得頻寬資訊，以及提早處理訊號，有效提高訊號品質及增進效能。在低訊號對雜訊比或高干擾的環境下，獲得較準確的頻寬資訊。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

20‧‧‧接收裝置

200‧‧‧轉換裝置

210‧‧‧補償裝置

220‧‧‧處理裝置

222‧‧‧通道估測裝置

224、30‧‧‧頻寬偵測裝置

230‧‧‧等化器

sig_time‧‧‧複數個時域訊號

sig_freq‧‧‧複數個頻域訊號

sig_ comp‧‧‧補償訊號

sig_cfr‧‧‧複數個通道頻率響應

BW_det‧‧‧複數個頻寬偵測結果

sig_eq‧‧‧複數個等化訊號

300‧‧‧接收電路

310‧‧‧濾波器電路

320‧‧‧處理電路

sig_cfr1‧‧‧第一複數個通道頻率響應

sig_cfr_filt1‧‧‧第一複數個濾波通道頻率響應

BW_det1‧‧‧第一頻寬偵測結果

第1圖為本發明實施例一通訊系統的示意圖。第2圖為本發明實施例一接收裝置的示意圖。第3圖為本發明實施例一頻寬偵測裝置的示意圖。第4圖為本發明實施例一流程的流程圖。第5圖為本發明實施例一模擬結果圖。

Claims

一種頻寬偵測裝置，包含有：一接收電路，用來接收一第一子通道上的第一複數個頻域訊號（frequency-domain signals）；一濾波器電路，耦接於該接收電路，用來根據一濾波器函數（filter function），將該第一複數個頻域訊號轉換為第一複數個濾波頻域訊號（filtered frequency-domain signals）；以及一處理電路，耦接於該濾波器電路，用來比較該第一複數個頻域訊號及該第一複數個濾波頻域訊號，以判斷該第一子通道是否包含有第一傳送的資料。
如請求項1所述的頻寬偵測裝置，其中該頻寬偵測裝置執行以下運作：該接收電路接收一第二子通道上的第二複數個頻域訊號；根據該濾波器函數，該濾波器電路將該第二複數個頻域訊號轉換為第二複數個濾波頻域訊號；以及該處理電路比較該第二複數個頻域訊號及該第二複數個濾波頻域訊號，以判斷該第二子通道是否包含有第二傳送的資料。
如請求項1所述的頻寬偵測裝置，其中當該第一複數個頻域訊號的一總能量準位及該第一複數個濾波頻域訊號的一總能量準位的一比值不大於一門檻值時，該處理電路判斷該第一子通道包含有該第一傳送的資料，以及當該比值大於該門檻值時，該處理電路判斷該第一子通道不包含有該第一傳送的資料。
如請求項1所述的頻寬偵測裝置，其中該第一複數個頻域訊號位於一傳統短訓練欄位(Legacy Short Training Field，L-STF)、一傳統長訓練欄位(Legacy Long Training Field，L-LTF)或一傳統訊號欄位(Legacy Signal Field，L-SIG)中。
如請求項1所述的頻寬偵測裝置，其中該第一複數個頻域訊號包含有該第一子通道的複數個通道估測（channel estimates），以及該第一子通道佔據一頻寬（bandwidth）。
如請求項1所述的頻寬偵測裝置，其中該濾波器函數是一常態平滑（uniform smoothing）濾波器函數或一指數（exponential smoothing）平滑濾波器函數。
如請求項1所述的頻寬偵測裝置，其中該濾波器函數是一三階濾波器函數，以及該濾波器函數與一訊號對雜訊比（signal-to-noise，SNR）不相關。
如請求項1所述的頻寬偵測裝置，其中該濾波器函數的所有係數為實數。
如請求項1所述的頻寬偵測裝置，其中判斷該第一子通道是否包含有第一傳送的資料的一第一時間點（time instant）早於獲得頻寬資訊的一第二時間點，以及該頻寬資訊被包含在一高傳輸量訊號欄位（High Throughput Signal Field）、一超高傳輸量訊號欄位A（Very High Throughput Signal Field A）或一高效率訊號欄位A（High Efficiency Signal Field A）中。
如請求項9所述的頻寬偵測裝置，其中該高傳輸量訊號欄位、該超高傳輸量訊號欄位A及該高效率訊號欄位A分別被包含在一高傳輸量前置訊號（High Throughput Preamble）、一超高傳輸量前置訊號（Very High Throughput Preamble）及一高效率前置訊號（High Efficiency Preamble）中。