TWI779247B - 封包偵測方法及通訊裝置 - Google Patents

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Abstract

一種封包偵測方法，包含以下步驟：接收一無線通訊訊號；計算該無線通訊訊號的一延遲相關函數；依據該延遲相關函數計算一延遲相關輸出值以及一閾值；以及依據該延遲相關輸出值以及該閾值判斷該無線通訊訊號是否滿足一無線網路封包的一特徵。

Description

封包偵測方法及通訊裝置
本案是有關於一種封包偵測方法及通訊裝置，且特別是有關於延遲相關性的封包偵測方法及通訊裝置。
目前通訊系統中較為常見的封包偵測係運用短訊練序列(short training sequence)之週期特性來完成。當接收訊號的能量(power)、匹配濾波器(matching filter)輸出值以及延遲相關性(delay correlation)等特性滿足特定條件時，接收端即判定空氣中有封包在收發。
若封包偵測誤判空氣中的干擾或雜訊為封包，在接收端判定為錯誤警報(false alarm)前則有可能遺漏掉真正的封包進而降低系統效能。在低訊雜比(signal to noise ratio；SNR)的情況下，延遲相關性最易受到雜訊的干擾而影響了封包偵測的正確性。為了降低錯誤警報的發生機率，延遲相關性的改善方案將是一大關鍵。
本案之一態樣是在提供一種封包偵測方法。此 封包偵測方法包含：接收一無線通訊訊號；計算該無線通訊訊號的一延遲相關函數；依據該延遲相關函數計算一延遲相關輸出值以及一閾值；以及依據該延遲相關輸出值以及該閾值判斷該無線通訊訊號是否滿足一無線網路封包的一特徵。
本案之另一態樣是在提供一種通訊裝置。此通訊裝置包含收發電路與處理器。收發電路用以接收無線通訊訊號。處理器用以計算無線通訊訊號的延遲相關函數，依據延遲相關函數計算延遲相關輸出值以及閾值，並依據延遲相關輸出值以及閾值判斷無線通訊訊號是否滿足一無線網路封包的一特徵。
因此，根據本案之技術態樣，本案之實施例藉由提供一種封包偵測方法及通訊裝置，藉由同時考量振幅以及相位的資訊達到結合偵測的效果。因輸出以及閾值皆來自於同一來源的延遲相關性，與傳統作法相比，較不會受到輸入訊號強度、干擾大小、雜訊等的影響，故更能適用在不同的雜訊環境狀況。
100‧‧‧通訊裝置
110‧‧‧收發電路
130‧‧‧處理器
200‧‧‧封包偵測方法
S210至S270‧‧‧步驟
300‧‧‧星座點
400‧‧‧星座點
132‧‧‧第一電路
134‧‧‧第二電路
136‧‧‧比較電路
132A‧‧‧平均計算電路
132C‧‧‧平方計算電路
132D‧‧‧倍率計算電路
134A‧‧‧平方計算電路
134B‧‧‧平均計算電路
134D‧‧‧倍率計算電路
OV1、OV2、OV3‧‧‧輸出電路
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種通訊裝置的示意圖；
第2圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種封包偵測方法的流程圖；
第3圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種高斯白雜訊的延遲相關函數的星座點的示意圖；
第4圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種無線網路短訊練序列封包的延遲相關函數的星座點的示意圖；以及
第5圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種處理器的示意圖。
以下揭示提供許多不同實施例或例證用以實施本發明的不同特徵。特殊例證中的元件及配置在以下討論中被用來簡化本案。所討論的任何例證只用來作解說的用途，並不會以任何方式限制本發明或其例證之範圍和意義。
第1圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種通訊裝置100的示意圖。通訊裝置100包含收發電路110與處理器130。收發電路110與處理器相耦接。
請參閱第2圖。為了更佳地理解本揭示內容，通訊裝置100的詳細操作將搭配第2圖中所示實施例進行說明。第2圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的封包偵測方法200的流程圖。值得注意的是，封包偵測方法200可應用於相同或相似於第1圖中所示結構之通訊裝置100。為使敘述簡單，以下將根據本揭示內容部分實施例，以第1圖中的實施例為例進行對封包偵測方法200的說明，然而本揭示內容不以第1圖中的實施例之應用為限。
第2圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種 封包偵測方法200的流程圖。
步驟S210：接收無線通訊訊號。於部分實施例中，步驟S210由收發電路110執行。
步驟S230：計算無線通訊訊號的延遲相關函數。於部分實施例中，步驟S210由處理器130執行。於部分實施例中，延遲相關函數C(t)如下：
Figure 108140141-A0101-12-0004-1
如上所述的延遲相關函數C(t)中，a i 為第i天線之權重值(weighting)、r i,n 則為第i天線且第n個時間點接收的無線通訊訊號(received signal)、τ為一個STF短訓練序列(short training field)的週期、N rx 則為收發電路110的天線總數。需注意的是，r i,n 係將無線通訊訊號表示成包含實部及虛部的複數形式，包含大小(振幅)及相位的資訊，此為本領域人員熟知，在此不詳加描述。此外，r *為r的共軛複數。由上述式子本領域人員可知函數C(t)係為複數函數，其包含大小及相位的資訊。
為了方便例示與說明，以下將以N rx =1，a0=1當範例，故延遲相關函數C(t)可改寫為：
Figure 108140141-A0101-12-0004-2
需注意的是，本案並不以N rx =1，a0=1的情況為限制，且以下將以C t 代表C(t)。
請先參閱第3圖。第3圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種高斯白雜訊的延遲相關函數的星座點 (constellation signal)300的示意圖。如第3圖所示，雜訊於延遲相關函數的星座點分布是隨機分布(random distribution)於整個圓中。即，對雜訊而言，其延遲相關函數的相位係隨機分布於0至2 π。
請先參閱第4圖。第4圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種無線網路短訊練序列封包的延遲相關函數的星座點(constellation signal)400的示意圖。如第4圖所示，無線網路短訊練序列封包於延遲相關函數的星座點分布會集中在特定角度(angle)附近，上述角度與載波頻率偏移(Carrier Frequency Offset,CFO)有高度相關。即，對無線網路短訊練序列封包而言，其延遲相關函數的相位分布係集中於特定角度附近。
依據第3圖與第4圖的分布圖以及機率統計概念，可得到下述判斷雜訊或無線網路封包的方法。接收的無線通訊訊號r i,n 若為純雜訊，則依據延遲相關函數C t 所計算出的平均值(mean)E[C t ]大小的平方將小於其變異值(variance)Var[C t ]。於此情況下，|E[C t ]|2<Var[C t ]。另一方面，r i,n 若為純無線網路短訊練序列封包，則依據延遲相關函數C(t)所計算出的平均值E[C t ]大小的平方將大於其變異值Var[C t ]。於此情況下，|E[C t ]|2>Var[C t ]。因此，若所接收的無線通訊訊號滿足|E[C t ]|2>Var[C t ]此一特徵，代表可能接收到無線網路短訊練序列封包，也就是可能接收到無線網路封包。需注意的是，本實施例以短訊練序列為例，但本發明不以此為限，只要無線網路封包中有週期性序列，皆適用本發 明的方法。
變異值Var[C t ]的公式表示如下，其中L係為時間長度參數：
Figure 108140141-A0101-12-0006-3
平均值E[C t ]的公式表示如下，其中L係為時間長度參數：
Figure 108140141-A0101-12-0006-34
如上所述，可依據判斷式|E[Ct]|2<Var[Ct]或|E[Ct]|2>Var[Ct]判斷所接收的無線通訊訊號係為雜訊或無線網路封包。由上述判斷式可知，本實施無論在計算平均值或變異值時，都係直接以延遲相關函數C t 進行運算，因此有考慮到延遲相關函數C t 的相位。反之，習知技術則是以延遲相關函數C t 的大小|C t |來判斷接收到的訊號，並沒有考慮延遲相關函數C t 的相位，易將雜訊誤判為無線網路封包。
於部分實施例中，如上所述之判斷式更包含參數α，舉例而言，|E[C t ]|2
Figure 108140141-A0101-12-0006-35
α．Var[C t ]。於此算式中，當平均值大小的平方值|E[C t ]|2大於參數α與變異值Var[C t ]的乘積α．Var[C t ]時判定為可能偵測到無線網路封包，反之則認為接收訊號可能為雜訊或其他非需要(undesired)訊號。在判定可能偵測到無線網路封包的情形下，可再配合其他習知判斷方式(例如匹配濾波器(matching filter)輸出值)進行最終判斷，可大幅減少習知判斷方式誤判的情形。於部分實施例中，判斷所接收的無線通訊訊號可能是無線網路封包時，即直接判定其為無線網路封包。
如上所述之判斷式可進一步計算如下：
|E[C t ]|2
Figure 108140141-A0101-12-0007-56
 α．Var[C t ]
Figure 108140141-A0101-12-0007-55
上述算式中，
Figure 108140141-A0101-12-0007-6
係為延遲相關輸出值，而
Figure 108140141-A0101-12-0007-7
係為閾值。於上述算式中，左右兩邊(延遲相關輸出值以及閾值)皆來自於同一訊號的延遲相關函數C t ，因此參數α值的設定不會受到輸入訊號強度、干擾大小、雜訊等的影響。
請回頭參閱第2圖。步驟S250：依據延遲相關函數計算延遲相關輸出值以及閾值。於部分實施例中，第2圖係由處理器130所執行。
詳細而言，於部分實施例中，處理器130依據延遲相關函數C(t)計算於一時間長度內多個延遲取樣值C t 的平均值。舉例而言，假設時間長度參數L係為2，處理器130依據延遲相關函數C(t)取得延遲取樣值C 0、C 1，並計算延遲取樣值C 0、C 1的平均值。接著，處理器130計算延遲取樣值C t 的平均值的平方值以取得延遲相關輸出值
Figure 108140141-A0101-12-0007-8
。
另一方面，於部分實施例中，處理器130依據延遲相關函數C(t)計算多個延遲取樣值C t 的平方以取得多個功率取樣值
Figure 108140141-A0101-12-0007-36
，將多個功率取樣值
Figure 108140141-A0101-12-0007-37
取平均值，接著將功率 取樣值
Figure 108140141-A0101-12-0007-53
的平均值與閾值參數
Figure 108140141-A0101-12-0007-9
相乘，以取得閾值
Figure 108140141-A0101-12-0008-10
。於部分實施例中，閾值參數
Figure 108140141-A0101-12-0008-12
的值係介於0與1之間。當閾值參數
Figure 108140141-A0101-12-0008-11
的值係為1時，閾值係為
Figure 108140141-A0101-12-0008-16
。於此情況下，處理器130依據延遲相關函數C(t)計算複數個功率取樣值
Figure 108140141-A0101-12-0008-41
的平均值即為閾值。
舉例而言，假設閾值參數
Figure 108140141-A0101-12-0008-13
的值係為1，時間長度參數L係為2，處理器130依據延遲相關函數C(t)取得多個延遲取樣值C t 的平方以取得多個功率取樣值
Figure 108140141-A0101-12-0008-42
、
Figure 108140141-A0101-12-0008-43
，計算多個功率取樣值
Figure 108140141-A0101-12-0008-46
、
Figure 108140141-A0101-12-0008-47
的平均值，以取得閾值
Figure 108140141-A0101-12-0008-14
。
步驟S270：依據延遲相關輸出值以及閾值判斷無線通訊訊號是否滿足無線網路封包的特徵。於部分實施例中，步驟S270係由處理器130所執行。於部分實施例中，步驟S270中依據延遲相關輸出值以及閾值判斷無線通訊訊號係為無線網路封包或雜訊。於部分實施例中，當延遲相關輸出值
Figure 108140141-A0101-12-0008-17
大於閾值
Figure 108140141-A0101-12-0008-19
時，判定無線通訊訊號可能 為無線網路封包。另一方面，當延遲相關輸出值
Figure 108140141-A0101-12-0008-20
不大於閾值
Figure 108140141-A0101-12-0008-18
時，判定無線通訊訊號可能為雜訊。
請參閱第5圖。第5圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種處理器130的示意圖。處理器130包含第一電路132、第二電路134以及比較電路136。於連接關係上，第一電路132與第二電路134分別耦接於比較電路136。需注意的是，如第5圖所示的處理器130僅作為例示說明之用，本案不以此為限制。
第一電路132包含平均計算電路132A、平方計算電路132C、倍率計算電路132D以及輸出電路OV1。平均 計算電路132A用以計算至少一延遲取樣值C t 的平均值，平均計算電路132A將計算出的平均值輸出至平方計算電路132C，平方計算電路132C計算出該平均值大小的平方，輸出電路OV1用以將平方計算電路132C計算出的值傳送給倍率計算電路132D，倍率計算電路132D用以將延遲取樣值C t 的平均值大小的平方與一個倍率值相乘。於部分實施例中，倍率計算電路132D將延遲取樣值C t 的平均值大小的平方與值為1的倍率值相乘，以取得延遲相關輸出值
Figure 108140141-A0101-12-0009-21
。接著， 第一電路132將延遲相關輸出值
Figure 108140141-A0101-12-0009-22
傳送至比較電路136。
第二電路包含平方計算電路134A、平均計算電路134B、倍率計算電路134D、輸出電路OV2以及輸出電路OV3。平方計算電路134A用以將延遲取樣值C t 進行平方運算以取得功率取樣值
Figure 108140141-A0101-12-0009-48
，輸出電路OV2用以將平方計算電路134A計算出的數值傳送到平均計算電路134B，平均計算電路134B用以計算功率取樣值
Figure 108140141-A0101-12-0009-49
的平均值，輸出電路OV3用以將平均計算電路134B計算出的數值傳送到倍率計算電路134D，倍率計算電路134D用以將輸出電路OV3傳送的值與閾值參數相乘。於部分實施例中，倍率計算電路134D將 功率取樣值
Figure 108140141-A0101-12-0009-51
的平均值與值為
Figure 108140141-A0101-12-0009-54
的閾值參數相乘，以取得閾值
Figure 108140141-A0101-12-0009-25
。接著，第一電路132將閾值
Figure 108140141-A0101-12-0009-26
傳送至比較電路136。
比較電路136用以比較延遲相關輸出值
Figure 108140141-A0101-12-0009-27
是否大於閾值
Figure 108140141-A0101-12-0009-28
後，將比較結果輸出，以判斷無線通 訊訊號是否滿足無線網路封包的特徵。
如上所述的無線網路封包可為無線區域網路(Wireless Local Area Network；WLAN)封包、正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)封包等。然，本案之實施方式不以上述為限制，透過無線網路傳送的封包均在本案的實施範圍之內。
在一些實施例中，處理器130可以是具有儲存、運算、資料讀取、接收信號或訊息、傳送信號或訊息等功能的伺服器、電路、中央處理單元(central processor unit，CPU)、微處理器(MCU)或其他具有同等功能的電路。在一些實施例中，收發電路110可以是具有接收信號或訊息、傳送信號或訊息或其他具有同等功能的電路。
由上述本案之實施方式可知，本案之實施例提供一種封包偵測方法及通訊裝置，藉由同時考量大小(振幅)以及相位的資訊達到結合偵測的效果。因延遲相關輸出值以及閾值皆來自於同一來源的延遲相關性，與傳統作法相比，較不會受到輸入訊號強度、干擾大小、雜訊等的影響，故更能適用在不同的雜訊環境狀況。本案之實施方式改善延遲相關性於受到雜訊干擾的情況下時，封包偵測的正確性。
另外，上述例示包含依序的示範步驟，但該些步驟不必依所顯示的順序被執行。以不同順序執行該些步驟皆在本揭示內容的考量範圍內。在本揭示內容之實施例的精神與範圍內，可視情況增加、取代、變更順序及/或省略該 些步驟。
雖然本案已以實施方式揭示如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧封包偵測方法
S210至S270‧‧‧步驟

Claims (8)

  1. 一種封包偵測方法，包含：接收一無線通訊訊號；計算該無線通訊訊號的一延遲相關函數(delay correlation function)；依據該延遲相關函數計算一延遲相關輸出值以及一閾值；依據該延遲相關輸出值以及該閾值判斷該無線通訊訊號是否滿足一無線網路封包的一特徵；當該延遲相關輸出值大於該閾值時，判定該無線通訊訊號為該無線網路封包；以及當該延遲相關輸出值不大於該閾值時，判定該無線通訊訊號為一雜訊；其中該延遲相關輸出值以及該閾值係依據該延遲相關函數的一平均值大小的一平方值與依據該延遲相關函數所計算出的一變異值計算而得；以及依據該平均值大小的該平方值與該變異值判定該無線通訊訊號為該無線網路封包或為該雜訊。
  2. 如請求項第1項所述之封包偵測方法，其中依據該延遲相關函數計算該延遲相關輸出值以及該閾值更包含：依據一時間長度參數以及該延遲相關函數以計算該延遲相關輸出值以及該閾值。
  3. 如請求項第1項所述之封包偵測方法，其中計算該延遲相關輸出值包含：依據該延遲相關函數計算複數個延遲取樣值的一平均值；以及計算該平均值的一平方值以取得該延遲相關輸出值。
  4. 如請求項第1項所述之封包偵測方法，其中計算該閾值包含：依據該延遲相關函數計算複數個延遲取樣值；計算該些延遲取樣值的複數個平方值以取得複數個功率取樣值；計算該些功率取樣值的一平均值；以及將該平均值與一閾值參數相乘以取得該閾值。
  5. 一種通訊裝置，包含：一收發電路，用以接收一無線通訊訊號；以及一處理器，用以計算該無線通訊訊號的一延遲相關函數，依據該延遲相關函數計算一延遲相關輸出值以及一閾值，並依據該延遲相關輸出值以及該閾值判斷該無線通訊訊號是否滿足一無線網路封包的一特徵；其中當該延遲相關輸出值大於該閾值時，該處理器更用以判定該無線通訊訊號為該無線網路封包，而當該延遲相關輸出值不大於該閾值時，該處理器更用以判定該無線通訊訊 號為一雜訊；其中該延遲相關輸出值以及該閾值係依據該延遲相關函數的一平均值大小的一平方值與依據該延遲相關函數所計算出的一變異值計算而得；以及依據該平均值大小的該平方值與該變異值判定該無線通訊訊號為該無線網路封包或為該雜訊。
  6. 如請求項第5項所述之通訊裝置，其中該處理器更用以依據該延遲相關函數計算複數個延遲取樣值的一平均值，並計算該平均值的一平方值以取得該延遲相關輸出值。
  7. 如請求項第5項所述之通訊裝置，其中該處理器更用以依據該延遲相關函數計算複數個延遲取樣值，計算該些延遲取樣值的複數個平方值以取得複數個功率取樣值，並計算該些功率取樣值的一平均值，其中該處理器更用以將該平均值與一閾值參數相乘以取得該閾值。
  8. 如請求項第5項所述之通訊裝置，其中該處理器包含：一比較電路，用以比較該延遲相關輸出值以及該閾值；一第一電路，包含：一平均計算電路，用以依據該延遲相關函數計算至少一延遲取樣值的一第一平均值； 一平方計算電路，用以計算該第一平均值的一第一平方值；以及一倍率計算電路，用以將該第一平方值與一倍率值相乘以取得該延遲相關輸出值；以及一第二電路，包含：一平方計算電路，用以依據該延遲相關函數計算至少一延遲取樣值，並計算該至少一延遲取樣值的至少一第二平方值；一平均計算電路，用以計算該至少一第二平方值的一第二平均值；以及一倍率計算電路，用以將該第二平均值與一閾值參數相乘以取得該閾值。
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