專利名稱：利用頻譜密度的適應(yīng)性跳頻機(jī)制的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通訊系統(tǒng)，尤指一種具有適應(yīng)性跳頻裝置的無線通訊系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
基本上，藍(lán)牙(Bluetooth，BT)通訊系統(tǒng)是一個跳頻通訊系統(tǒng)，可利用適應(yīng)性跳頻 (Adaptive Frequency-Hopping ；AFH)技術(shù)用以避免固定頻帶的干擾。當(dāng)兩臺藍(lán)牙(BT)裝置(device)建立連接成為子網(wǎng)絡(luò)(pico-net)時，其中一臺為主動式裝置(master)，另一臺為被動式裝置(slave)，而適應(yīng)性跳頻(AFH)機(jī)制中的“信道地圖(channel map)”用來說明或通知對方裝置哪一個是好信道(good channel)或哪一個是壞信道(bad channel)，根據(jù)藍(lán)牙(BT)規(guī)格書中規(guī)范好信道和壞信道的總個數(shù)應(yīng)為全部的79個信道，且信道地圖是由主動式裝置來決定，而主動式裝置(master)決定的方式主要有兩種，如下1.由主動式裝置(master)自行根據(jù)不同信道的收發(fā)狀況，判斷此信道是好信道還是壞信道。2.由主動式裝置(master)適時發(fā)信號詢問被動式裝置(slave)使用中的信道狀況，而被動式裝置(slave)也根據(jù)本身的收發(fā)狀況來響應(yīng)主動式裝置(master)，讓主動式裝置(master)作為根據(jù)用以評估或更新適應(yīng)性跳頻(AFH)機(jī)制中的信道地圖。因此，不論主動式裝置或被動式裝置(slave)，都要有能力自動檢測信道性能 (performance) 0一些傳統(tǒng)的跳頻機(jī)制，如美國專利號第7，027，418以及7，570，614號，披露了關(guān)于跳頻機(jī)制的內(nèi)容。這二篇專利所披露的內(nèi)容可作為先前技術(shù)的參考。然而，這些傳統(tǒng)的跳頻機(jī)制只能測量目前使用的信道其信道性能的好壞，無法明確地知道其余(沒有跳進(jìn)去的)信道的信道性能，因此會延伸出兩個問題1. 一旦信道地圖中有分為好信道和壞信道，適應(yīng)性跳頻(AFH)機(jī)制就只會在好信道的集合中作跳頻(FH)的運行并同時作信道測量，如果有統(tǒng)計上的誤差，或因為暫時性的干擾，有可能在原先的好信道中會判斷為壞信道，接著在下一次更新信道地圖后，就會發(fā)生好信道的個數(shù)越來越少的情形。例如一開始79個信道都是好信道，過一段時間后，根據(jù)自行測量結(jié)果有30個信道變?yōu)閴男诺?可能是真正的壞信道、或統(tǒng)計上的誤差、或暫時性的干擾)，因此只剩49個好信道，并由主動式裝置(master)更新于信道地圖(channel map) 中以讓被動式裝置(slave)知道，如此持續(xù)下去，好信道個數(shù)很容易少于藍(lán)牙(BT)規(guī)格書中規(guī)范的臨界值(AFH機(jī)制至少需要有20個好信道)。2.承1，如果好信道個數(shù)已經(jīng)少于規(guī)格書規(guī)范的臨界值，或在其它的狀況下想要增加好信道的個數(shù)，則必須要將部分的壞信道改設(shè)為好信道并更新在下一次的信道地圖 (channel map)中。但如此一來，因為不知道新加入好信道集合中的原先被視為是壞信道的信道的真正狀況，藍(lán)牙的傳輸有可能會受影響。假設(shè)新加入的信道其性能確實是不佳的，則會嚴(yán)重影響藍(lán)牙跳頻的質(zhì)量，且必須等到下一次信道地圖更新的時間才可以將誤加入的壞信道拿掉。
此外，越來越多的系統(tǒng)業(yè)者希望將無線局域網(wǎng)絡(luò)(Wireless Local Area Network ；WLAN)與無線個人局域網(wǎng)絡(luò)(Wireless Personal Area Network ；WPAN)結(jié)合在一起，形成雙模模式(dual-mode)，前者可以覆蓋較遠(yuǎn)的傳輸距離，提供較高的傳輸速率，進(jìn)而與外部網(wǎng)絡(luò)做溝通，例如可以利用非對稱式數(shù)字用戶線路(Asymmetric Digital Subscriber Line ；ADSL)與外部的因特網(wǎng)作連接，后者可以在數(shù)字家庭(Digital Home) 中作點對點(peer-to-peer)數(shù)據(jù)的傳輸，覆蓋距離較近但可以達(dá)到簡單、省電的目的，而WPAN中，可為目前代表的是滲透率最高、使用者人數(shù)最多、應(yīng)用層級最廣的藍(lán)牙 (Bluetooth ；BT)。這前后兩者可以視為單獨個體，分別整合進(jìn)數(shù)字家庭中的個別的收發(fā)機(jī)，如桌上型計算機(jī)(Personal computer ；PC)、筆記本型計算機(jī)(Notebook ；NB)、智能型手機(jī)(Smart Phone)、數(shù)字機(jī)頂盒(Set-top Box)、電視機(jī)(Television ;TV)、游戲機(jī)(Game Console)等，當(dāng)然此舉對廠商而言會較為復(fù)雜、成本較高，而產(chǎn)品開發(fā)時間也會較長。然而， 由于藍(lán)牙(BT)與無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)的使用頻帶都在免付費的2.4GHz(ISM-band)；其中藍(lán)牙系統(tǒng)的工作頻寬為1MHz，共有79個信道(channel)，從M02MHz —直到M80MHz ；而 WLAN在傳統(tǒng)的G-mode時的工作頻寬為20MHz，而新一代的llN-mode則是有機(jī)會到40MHz， 其最低頻的第一個信道中心頻率為M12MHz，規(guī)范中最高頻的第11個信道中心頻率為 M62MHz，甚至有其它國家定義第14個信道中心頻率為M84MHz ；由此可知，上述兩種的通訊協(xié)議所使用的頻道幾乎是交迭(overlap)在一起。當(dāng)WLAN在使用時，如果BT也欲傳輸數(shù)據(jù)且工作頻帶與WLAN有交迭(overlap)時，則會影響WLAN的傳輸質(zhì)量；相同地對BT而言，WLAN的使用也是一種嚴(yán)重的干擾。因此，如何使這兩種普遍廣泛使用的短距離通訊技術(shù)能和平共存而不互相干擾一個相當(dāng)重要的課題。如果可同時針對二種不同傳輸規(guī)范(例如是無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)與藍(lán)牙 (Bluetooth, BT)提出一個多模模式(dual-mode)的共同解決方案，即可達(dá)到個人、甚至家庭的最佳的無線傳輸方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種無線通訊系統(tǒng)，可解決上述已知的問題。本發(fā)明的目的之一在于提供一種無線通訊系統(tǒng)，具有較實時、快速且正確的信道性能判斷的功能。優(yōu)選地，無線通訊系統(tǒng)是一藍(lán)牙系統(tǒng)。本發(fā)明的目的之一在于提供一種無線通訊系統(tǒng)，可應(yīng)用于至少兩種通訊技術(shù)且可共存而彼此不互相干擾。優(yōu)選地，至少兩種通訊技術(shù)是一藍(lán)牙系統(tǒng)與無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)。本發(fā)明的目的之一在于提供一種無線通訊系統(tǒng)，具有較實時、快速且正確的信道性能判斷的功能。優(yōu)選地，至少兩種通訊技術(shù)所應(yīng)用的頻帶有交迭。本發(fā)明的目的之一在于提供一種無線通訊系統(tǒng)，將無線局域網(wǎng)絡(luò)與無線個人局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，形成雙模模式(dual-mode)。優(yōu)選地，無線局域網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋較遠(yuǎn)的傳輸距離，提供較高的傳輸速率，進(jìn)而與外部網(wǎng)絡(luò)做溝通；無線個人局域網(wǎng)絡(luò)可以在數(shù)字家庭(Digital Home)中作點對點(peer-to-peer)數(shù)據(jù)的傳輸，覆蓋距離較近但可以達(dá)到簡單、省電的目的。本專利提出的目的之一在于，利用位于無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)裝置內(nèi)的一功率頻譜密度(PSD)電路，來估計出藍(lán)牙系統(tǒng)所有信道的性能，使藍(lán)牙系統(tǒng)的適應(yīng)性跳頻機(jī)制作出好信道和壞信道的判斷能夠更加準(zhǔn)確、可以縮短適應(yīng)性跳頻機(jī)制中判斷的時間、以及可以避免因為好信道個數(shù)過少誤加入壞信道而使藍(lán)牙傳輸嚴(yán)重受損的情況。


圖1為依據(jù)本發(fā)明的功率頻譜密度所測量出的頻譜的示意圖。圖2A、2B為使用本發(fā)明的功率頻譜密度電路來實現(xiàn)藍(lán)牙系統(tǒng)的適應(yīng)性跳頻機(jī)制的架構(gòu)圖(單天線及雙天線)的示意圖。圖3是依據(jù)本發(fā)明的功率頻譜密度電路的一實施例的方塊圖。圖4是本發(fā)明的時域轉(zhuǎn)頻域電路的一實施例的電路圖。圖5為利用功率頻譜密度結(jié)果實現(xiàn)藍(lán)牙系統(tǒng)的適應(yīng)性跳頻機(jī)制更新信道地圖的示意圖。圖6為使用位于無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)裝置中的功率頻譜密度電路來實現(xiàn)(單天線及雙天線)藍(lán)牙系統(tǒng)的適應(yīng)性跳頻機(jī)制的架構(gòu)圖的電路示意圖。圖7為利用藍(lán)牙測量結(jié)果與功率頻譜密度測量結(jié)果實現(xiàn)更新信道地圖的流程圖。圖8是依據(jù)本發(fā)明的功率頻譜密度(PSD)與信號功率對干擾功率比例(SIR)分布圖的對應(yīng)關(guān)系的示意圖。圖9是依據(jù)本發(fā)明的利用信號功率對干擾功率比例(SIR)分布圖決定信道地圖的流程圖。主要元件符號說明200 適應(yīng)性跳頻裝置210A 多路復(fù)用器220 藍(lán)牙收發(fā)電路230 功率頻譜密度(PSD)電路240 控制電路
具體實施例方式請參照本發(fā)明的附圖來閱讀以下的詳細(xì)說明，其中本發(fā)明的附圖以舉例說明的方式，來介紹本發(fā)明各種不同的實施例，并供了解如何實現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明實施例提供了充足的內(nèi)容，以供本技術(shù)領(lǐng)域且有通常知識者來實施本本發(fā)明所披露的實施例，或?qū)嵤┮辣景l(fā)明所披露的內(nèi)容所衍生的實施例。須注意的是，這些實施例彼此間并不互斥，且部分實施例可與其它一個或多個實施例作適當(dāng)結(jié)合，以形成新的實施例，亦即本發(fā)明的實施并不局限于以下所披露的實施例。藍(lán)牙是一個跳頻系統(tǒng)，加上有適應(yīng)性跳頻(AFH)機(jī)制，用意就是要避掉固定頻點上的干擾。本發(fā)明的實施例利用一功率頻譜密度(Power Spectrum Density ；PSD)以頻域角度看每一個頻點能量大小的一種指標(biāo)，一般而言，當(dāng)PSD數(shù)值較高時，表示這一個頻點有數(shù)據(jù)在傳輸或是有干擾源(Interference)。以圖1為例，一旦可以求出藍(lán)牙所占頻寬的PSD分布圖，可以設(shè)定一個臨界值，當(dāng)PSD超過此臨界值時可以當(dāng)作此頻點有固定式干擾源，且無論這些干擾源的內(nèi)容是如何，可能是WLAN信號、窄頻或?qū)拵Ц蓴_，對藍(lán)牙的適應(yīng)性跳頻機(jī)制而言，都可以視為壞信道，而當(dāng)藍(lán)牙在利用跳頻機(jī)制傳輸數(shù)據(jù)時，應(yīng)避掉壞信道讓整體傳輸質(zhì)量保持穩(wěn)定。本發(fā)明的實施例利用頻域角度看每一個頻點能量大小的一種指標(biāo)，可實時得知藍(lán)牙所有信道的干擾情形。圖2A、2B是本發(fā)明提出的收發(fā)機(jī)架構(gòu)的二種實施方式，其中圖2A是一單天線架構(gòu)，在圖2A中該裝置包括有一天線、多路復(fù)用器210A、藍(lán)牙收發(fā)電路220、功率頻譜密度 (PSD)電路230、以及一控制電路M0。圖2B是多天線架構(gòu)，在圖2B中該裝置包括有多根天線、切換開關(guān)210B、藍(lán)牙收發(fā)電路220、功率頻譜密度(PSD)電路230、以及一控制電路M0。 其中，藍(lán)牙收發(fā)電路220具有一信道地圖，依據(jù)該信道地圖在多個信道中依序選擇出其中的一信道以與另一個跳頻通訊裝置進(jìn)行通訊。該功率頻譜密度(PSD)電路230測量包含有該跳頻通訊電路的所有信道的頻帶范圍的頻譜，以得出一功率頻譜密度。該控制電路240 接收該功率頻譜密度，依據(jù)該功率頻譜密度來更新該信道地圖。除了 PSD電路230以及控制電路MO以外，其余電路(例如天線、藍(lán)牙收發(fā)電路220)是一已知架構(gòu)，且本發(fā)明的重點不是天線、藍(lán)牙收發(fā)電路本身，故省略藍(lán)牙收發(fā)電路的詳細(xì)說明，而將著重于功率頻譜密度 (PSD)電路以及PSD電路與藍(lán)牙收發(fā)電路之間的運行(即是控制電路240的運行)。故其詳細(xì)的藍(lán)牙收發(fā)電路，此處不再詳述，可參考一些市售藍(lán)牙產(chǎn)品的規(guī)格書以及相關(guān)藍(lán)牙規(guī)范。 如圖3，是PSD電路230的一實施例，在此實施例中，包含相對應(yīng)的射頻(Radio Frequency ； RF)電路 310、模擬前端(Analog Front-End ；AFE)電路 320 及基頻(Baseband ；BB)數(shù)字信號處理(Digital Signal Process ；DSP)電路330。利用PSD電路230測量并計量得出的 PSD信號后，輸出至控制電路M0?？刂齐娐?40對PSD信號進(jìn)行統(tǒng)計分布(該P(yáng)SD統(tǒng)計分布可利用處理器以及相關(guān)軟件(Software ；Sff)、硬件(例如是ASIC)、或是微處理器以及固件來達(dá)到其目的)。其中射頻電路310其頻帶被控制可落在BT信號執(zhí)行跳頻的范圍之內(nèi)， 才可以測量出適用于BT的PSD，而模擬前端電路320處理來自該射頻電路310的輸出信號， 以產(chǎn)生一時域(time-domain)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)?；l數(shù)字信號處理電路330包括有一時域轉(zhuǎn)頻域電路400以將經(jīng)過該模擬前端電路320的時域數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)至頻域(frequency-domain)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以直接得到PSD的分布圖(而省略控制電路M0，從而無須進(jìn)行PSD統(tǒng)計分析)。一實施例，控制電路240可利用一預(yù)定分析方式進(jìn)行，例如多次執(zhí)行相同頻帶的PSD，進(jìn)而求得PSD的平均分布圖，此舉是利用統(tǒng)計的方式增加PSD的準(zhǔn)確性。若上述的統(tǒng)計方式可以利用軟件的方式進(jìn)行，則可保持變更該預(yù)定分析方式的靈活性。如圖2A及圖2B，當(dāng)PSD電路及相對應(yīng)控制電路240求得頻譜分布后，需有溝通渠道將PSD數(shù)據(jù)告知BT的AFH機(jī)制， 最后再由AHl機(jī)制決定出下一個更新時間點的信道地圖，其中溝通渠道可以是雙方都可以存取的寄存器(register)或是利用一數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺?。由于信道地圖的更新變得較正確， 故可解決傳統(tǒng)AFH機(jī)制所常遇到的兩個問題。圖4是該時域轉(zhuǎn)頻域電路400的一實施例的示意圖。該時域轉(zhuǎn)頻域電路400的一實施例為一快速傅立葉轉(zhuǎn)換(Fast Fourier Transform ；FFT)電路。下列數(shù)學(xué)式為FFT的標(biāo)準(zhǔn)表示法
權(quán)利要求
1.一種無線通訊裝置，包括有一跳頻通訊電路，具有一信道地圖，依據(jù)所述信道地圖在多個信道中依序選擇出其中的一信道來與另一個跳頻通訊裝置進(jìn)行通訊；一功率頻譜密度電路，測量包含有所述跳頻通訊電路的所有信道的頻帶范圍的頻譜以得出一功率頻譜密度；以及一控制電路，接收所述功率頻譜密度，依據(jù)所述功率頻譜密度來更新所述信道地圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通訊裝置，其中，所述跳頻通訊電路包括有一藍(lán)牙通訊電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無線通訊裝置，其中，所述功率頻譜密度電路位于一無線局域網(wǎng)絡(luò)電路中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無線通訊裝置，其中，所述控制電路對所述功率頻譜密度進(jìn)行統(tǒng)計分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無線通訊裝置，其中，所述控制電路依據(jù)所述功率頻譜密度以及一特定臨界值來更新所述信道地圖。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線通訊裝置，其中，所述特定臨界值是可調(diào)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通訊裝置，其中，將所述功率頻譜密度當(dāng)作干擾的功率曲線圖，以及所述跳頻通訊電路得到單一信道的包接收功率以決定出好信道及所述好信道的個數(shù)作適應(yīng)性地調(diào)整。
8.一種無線通訊方法，包括有一跳頻通訊電路依據(jù)一信道地圖在多個信道中依序選擇出其中的一信道以與另一個跳頻通訊裝置進(jìn)行通訊；測量出包含有所述跳頻通訊電路的所有信道的頻帶范圍的頻譜以得出一功率頻譜密度；以及依據(jù)所述功率頻譜密度來更新所述信道地圖。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線通訊方法，其中，所述跳頻通訊電路包括有一藍(lán)牙通訊電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的無線通訊方法，其中，所述功率頻譜密度電路位于一無線局域網(wǎng)絡(luò)電路中。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的無線通訊方法，其中，所述控制電路對所述功率頻譜密度進(jìn)行統(tǒng)計分析。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的無線通訊方法，其中，所述控制電路依據(jù)所述功率頻譜密度以及一特定臨界值來更新所述信道地圖。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的無線通訊方法，其中，所述特定臨界值是可調(diào)的。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線通訊方法，其中，將所述功率頻譜密度當(dāng)作干擾的功率曲線圖，以及所述跳頻通訊電路得到單一信道的包接收功率以決定出好信道及所述好信道的個數(shù)作適應(yīng)性地調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明披露一種利用頻譜密度的適應(yīng)性跳頻機(jī)制的裝置與方法。無線通訊裝置包括有一跳頻通訊電路，具有一信道地圖，依據(jù)該信道地圖在多個信道中依序選擇出其中的一信道與另一個跳頻通訊裝置進(jìn)行通訊；一功率頻譜密度(PSD)電路，測量包含有該跳頻通訊電路的所有信道的頻帶范圍的頻譜以得出一功率頻譜密度；以及一控制電路，接收該功率頻譜密度，依據(jù)該功率頻譜密度來更新該信道地圖。
文檔編號H04B5/00GK102447495SQ20101050857
公開日2012年5月9日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者葉明郁, 張仲堯, 柳德政, 顏光裕 申請人:瑞昱半導(dǎo)體股份有限公司