TWI330045B - Wireless device and method for radio control - Google Patents

Description

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三達編號：TW2197PA 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種通信裝置’且特別是有關於一種 無線裝置及其無線電控制之方法。 【先前技術】 在網路裝置中，逐漸多以雙無線電來取代以往單一無 φ 線電的使用，藉以改善連線及服務品質’並同時擴展網路 • 功能。例如，使用者可以將兩無線電作為無線網路橋接器 (access points)(即基地台）以改善總處理量（throughput)與 ‘ 延遲時間（latency)，或者將其中一無線電作為基地台，而 另一無線電作為供環境監測（site-survey)用之監視器或作 為供回程傳輸(backhaul)之橋接器（bridge)或無線傳播功能 (wireless distribution service)。然而，兩無線電並存之系統 必然會有無線電之間相互干擾的問題。 鲁諸多因素均可導致頻帶内（in-band)或頻帶外（〇ut-band) 籲 的頻率干擾，其中之一可歸因於旁波瓣（sidelobe)干擾現 象。亦即，一頻道之旁波瓣落在頻帶内邊緣或其他頻道， 並與頻道内其他載波(carriers)相互干擾。另一干擾因素為 第三階互調干擾(third order intermodulation)，即其中一訊 號的基頻與另一訊號的第二讀波發生頻率混合(freqUency mixing)。再者，第三種干擾因素為頻帶内之一訊號其第二 諧波與頻帶外之其他訊號間的相互干擾。因此，需將頻道 隔離以避免干擾。 6 1330045

三達編號：TW2197PA • 目前，已發展出非適應性天線與無線電遮蔽法來提供 頻道間的隔離。利用非重疊頻道如1EEE 802.llg標準中保 護波段極寬的雨頻道Chi及Chll ’便能減輕干擾情況。 此外，利用保護空間極寬且彼此分散的天線組’亦可降低 干擾程度。 供一般保護及衰減用途之非適應性方法雖僅提供遮 蔽效果，但尚能良好地減少干擾。然而，使用傳統方法將 • 限制兩操作頻道與兩天線間可容許之間隔，因此大大降低 參了設計彈性。 【發明内容】 有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種操作於雙頻 道中兩無線電之間的隔離。本發明的另一目的就是在減父 兩無線電之間的干擾。 根據本發明的目的，提出一種無線電控制之方法，係 魯用於一無線裝置中。無線裝置包括一認知無線電單兀^ 一 自由無線電單元(free radi〇)。首先，利用認知無線電單元 執行一掃插動作以接收由自由無線電單元所收發之訊 框，並搜尋代表自由無線電單元之一先前操作狀態之空中 訊框的網路資訊。接著，利用認知無線電單元感測來自自 由無線電單元之網路操作指令，網路操作指令係代表自由 無線電單元之-目前操作狀態。然後，利用認知無線電單 元讀取由自由無線電單元所產生的網路旗標，網路旗標係 代表自由無線電單元之一未來操作狀態。最後，至少根據 7 1330045

三達編號：TW2197PA (double-pole-double-throw switches)。 濾波元件124透過第一網路切換器123耦接至天錶組 122，並用以阻擋或衰減與接收自天線組122並傳送多無 線電電路126之訊號有關之雜訊，或與接收自無線電電路 126並傳送至天線組122之訊號有關之雜訊。較佳地，滤 波元件124包括帶通濾、波器和帶拒濾、波器，以作為頻道滤 波器來允許本身無線電頻道的訊號通過，同時遽掉其他無 φ 線電頻道的訊號。第二網路切換器125則用以切換無線電 • 電路126為調變模式或解調變模式。較佳地，第二網絡切 換器125包括雙極雙擲開關。 在本實施例中，天線組122包括兩天線元件A1與 A2。較佳地’天線元件A1與A2係相互正交極化 (orthogonally-polarized) ’以使具有共同極化特性的訊號通 過，但排拒或衰減具有相反極化特性的訊號。 如先前所述，認知無線電單元110與自由無線電單元 # 120具有相似結構。認知無線電單元11〇包括天線組112、 _ 第一網路切換器113、滤波元件114、第二網路切換器115、 無線電電路116及控制器117，且此些部件與自由無線電 單元120中對應部件之功能實質上相同。如第1圖所示， 天線組112具有兩個天線元件A3與A4。其中，兩天線組 112及122之間距係足以達成接收分集（receive diversity) 與發射分集（transmit diversity)之功能，同時亦可提供本技 術中發射-接收之隔離需求。較佳地，以天線陣列或其他設 計，兩天線組H2及122各自之天線元件係可形成零值 1330045

三達編號：TW2197PA • (nulls)朝向彼此，但至少峰值(peaks)沒有朝向彼此之發射 場形。 如第1圖所示，第一網路切換器113與第二網路切換 器123彼此相互連接，且構成一網路切換器。此網路切換 器係根據一權衡(tradeoff)策略將天線元件A1〜A4中的任 兩對組合分別配予自由無線電單元120及認知無線電單元 110 ’以發揮最佳效果。權衡部分係包括天線增益、天線 _ 陣列增益、方位涵蓋（azimuth coverage)、俯仰涵蓋 • (elevation coverage)、距離(range)、空間分集、極化分集、 場形分集、因間距（spacing)所致之隔離、因極化差異所致 之隔離、因場形差異所致之隔離等，端視設置天線元件的 ' 無線裝置其實際應用而定。 請參照第2圖，其繪示乃依照本發明較佳實施例之於 IEEE 802.11標準中之基本服務組合示意圖。工作站1及2 在基本服務組合(Basic Service Set，BSS)中，由一無線網路 _ 橋接器（Access Point, AP)所服務。例如，無線裝置1〇〇即 • 可為無線網路橋接器而供作無線網路之基地台或為基本 服務組合中之一工作站。 結構上，自由無線電單元120透過硬體線路來與認知 無線電單元110相互溝通，如第一圖所示，兩個第一網路 切換器113與123即利用纜線相互連接。另一方面，若將 兩無線電單元之控制器117與127架構於同一晶片中，認 知無線電單元110與自由無線電單元120亦可透過軟體傳 輸來相互溝通。 1330045

三達編號：TW2197PA 操作上，無線裝置1〇〇無論是基地台或基本服務組合 中之工作站白由一衩雜的分時多工（time-division multiplexing)系統所控制。且無線裝置將不同的基本 服務識別碼(BSSID)配予自由無線電單元12〇與認知無線 電單元110。首先，自由無線電單元120可自由地選在任 何頻道下操作。例如，於IEEE 802.11g的標準中，自由無 線電單元120先操作於頻道Chl，以進行發射或接收訊號 • 的一般操作。認知無線電單元11〇接著選在同一頻道即 _ Chl下操作，然後執行下述認知動作。 認知無線電單元11 〇執行一第一認知動作，即掃描鄰 近地區或範圍内的無線區域，以搜尋自由無線電單元12〇 所接收或發送之空中訊框(on_air frames)的網路資訊。對訊 框格式及訊框中所含之基本服務識別碼進行辨認後，可由 空中訊框的網路資訊得知何種類型的訊框是由本身基地 台或工作站中的自由無線電單元120及（或）由其他的基地 ® 台或工作站中的無線電單元所傳送出。藉此，自由無線電 單元120及（或）其他無線電單元的先前操作狀態即能夠被 測出’且能依下述之較佳規則來預測自由無線電單元12〇 接下來的操作狀態。 認知無線電單元110執行第二認知動作，即感測自由 無線電單元120的網路操作指令。網路操作指令包括發射 與接收指令(T/R commands) 〇利用T/R指令，認知無線電 單元110能夠判斷自由無線電單元120的發射電路或接收 電路目前是否處工作狀態。接著，再依下述的另一較佳規 12 l33〇〇45

> 三錄號：TW2197PA - 則，認知無線電單元110能夠判斷自由無線電單元120接 下來的操作狀態。 認知無線電單元110執行第三認知動作，即讀取自由 無線電單元120所產生的網路旗標》網路旗標係代表自由 無線電單元120之未來操作狀態。網路旗標通常產生於自 由無線電單元120中控制器127之MAC層中。不需進一 梦預測，即可簡易得知自由無線電單元120接下來的操作 狀態。 φ 因此’至少根據自由無線電單元120之空中訊框的網 絡資訊、網路操作指令與網路旗標其中之一者，來設定認 知無線電單元110操作於一頻道以避免干擾或重疊於自由 無線電單元120。例如，於上述IEEE 802.11g的標準中， 當認知無線電單元110操作於頻道十一 Chll時，自由無 線電單元120可操作於頻道一 Chl。 請參照第4A圖，其繪示乃依照本發明較佳實施例之 • 認知無線電單元根據自由無線電單元所收發之空中訊框 癱 之網路資訊作調整時之較佳規則表。如先前所述，依照第 4A圖所示之較佳規則，認知無線電單元11〇即可根據空中 訊框的網路資訊來作調整。亦即，若自由無線電單元120 所輸出之空中訊框的網路資訊（代表自由無線電單元的先 前操作狀態）為發射，則可預測自由無線電單元12〇的目前 (或嚴格來說，相較於先前狀態的未來狀態）操作狀態為接 收。 自資料訊框中擷取出之空中訊框的網路資訊例如包 13 1330045

三顆號：TW2197PA ' 括關聯回應（association responses)、再次關聯回應（reassociation responses) 、 探索回應（probe responses) 、 淨空 以發送(clear to send)或其他等，並能以其對本身基地台中 的自由無線電單元進行相關預測。 此外，因發射訊號可能干擾接收訊號，所以為避免此 干擾問題，係不設定認知無線電單元接下來的操作狀態為 發射，而設定為待機或接收（圖中所示為”1”）。然而，若不 φ 確定自由無線電單元接下來的操作狀態被設定為發射或 • 接收，則認知無線電單元進入待機狀態（圖中所示為”2”）。 例如，空中訊框的網路資訊所處理之信標（beacon)、確認 (acknowledgements)、資料和其他等，這些擷取自訊框之資 訊即可能造成不確定性。 相反地，若其他工作站中的自由無線電單元所傳送出 之空中訊框的網路資訊（如包括關聯回應、再次關聯回應、 探索回應、請求傳送或其他等），顯示本身基地台的自由無 ⑩ 線電單元120處於接收，則可預測自由無線電單元120之 ® 目前操作狀態或相較過去的未來狀態可能被設定為發 射。因此，也將認知無線電單元接下來的操作狀態設定為 發射或待機的話，係能減少干擾可能（圖中所示為”3，，）。同 樣地’若因上述之確認(acknowledgements)或資料的接收動 作而導致預測自由無線電單元接下來的操作狀態時之不 確定性，則認知無線電單元進入待機狀態（圖中所示 為 ”4”）。 請參照第4B圖，其繪示乃依照本發明較佳實施例之 14 1330045

* 三達編號：TW2197PA •認知無線電單元根據自由無線電單元之網路操作指令作 調整時之較佳規則表。如第4B圖所示，若網路操作指令 (T= command)為正值(P0sitive)，則表示自由無線電單元的 目前操作狀態為發射，認知無線電單元即可因應進入待機 或發射狀悲。然而，若自由無線電單元處於接收（此狀態係 標示為一負值（negative)之網路操作指令），則認知無線電 單元為接收或待機。 φ 請參照第4C圖，其繪示乃依照本發明較佳實施例之 鲁逐知無線電單元根據自由無線電單元之網路旗標作調整 時之較佳規則表。如第4C圖所示，若網路旗標代表自由 無線電單元120的未來操作狀態為發射，則設定認知無線 電單元110接下來的未來操作狀態為待機或發射。若網路 旗標代表自由無線電單元120的未來操作狀態為接收，則 設定認知無線電單元110接下來的未來操作狀態為接收或 待機。 • 為了提供不同無線電之非重疊頻道間更多的隔離衰 • 減，於本發明其他實施例中可更利用峰值/零值的正交技 術。因此較佳地，濾波單元114與124皆能包括調諧濾波 器TF與陷波濾波器NF。例如，當自由無線電單元120操 作於802.11g頻帶之頻道Chi，且認知無線電單元110操 作於頻道Chll，自由無線電單元12〇的調諸濾、波器以其峰 值允許本身頻道(Chi)的訊號通過，而陷波濾波器以其零值 排拒或衰減其他頻道(Chll)的訊號。 同樣地，認知無線電單元的調諳滤波器則允許頻 15 道Chll的訊號通過，且排拒頻道Chi的訊號。當兩無線 電操作於同一個頻道時’調諧濾波器係被設定於此頻道， JL陷波濾波器被設定於一未使用之非重疊頻道’或設定兩 濾波器為旁路(bypass)。 因此，利用下述之較佳規則，可至少根據自由無線電 單元的先前、目前或未來操作狀態其中之一者來有效設定 認知無線電單元，進而減少干擾。 應用上，可於基地台使用非並行(non-concurrent)無線 電的相同頻道或基地台使用並行無線電的不同頻道下，來 操作自由無線電單元與認知無線電單元。或者，其中一者 可作為基地台，另一者則供基地台之環境監測。再者，其 中一無線電作為基地台使用時，另一無線電亦可供連結至 基地台的無線傳播服務（wireless distribution service)使 用。其他應用上，兩台無線電亦可作為點對點 (Point-to-Point, PtP)橋接器及（或）單點對多點 (P〇int-to-Muliti-P〇int，PtMP)橋接器。 請參照第3圖，其繪示乃依照本發明較佳實施例之無 線電控制之方法流程圖。此方法適用於上述之無線裝置 100 ’並由步驟開始’係分配不同的服務識別碼（SSID) 至認知無線電單元與自由無線電單元。接著，於步驟32〇 中k疋自由無線電單元於一特定頻道中自由地進行一般 發射或接收之操作，並設定認知無線電單元於同一頻道中 執行一連串相關的認知動作。 然後，於步驟330中，利用認知無線電單元執行一第 1330045

* 三達編號：TW2197PA --認知動作描鄰近地區或範圍⑽無㈣域，並搜尋 自由”’、線电單元所收發之空中訊框的網路資訊。空中訊框 的網路^訊代表自由無線電單元的先前操作狀態。 接著’ ^步驟340中’預測自由無線電單元接下來的 發射/接收狀,¾。若訊框的服務❹〗碼(SS][D)、格式與類髮 指出自由無線電單元的先前操作狀態為發射，則可預測自 由無線電單元的目前（或相較過去的未來）操作狀態為接 • 收。因此，係設定認知無線電單元的目前（或相較過去的未 籲來)操作狀態為待機或接收。反之，若訊框的服務識別瑪、 格式與類型指出自由無線電單元的先前操作狀態為接 收’則:預測自由無線電單元的目前（或相較過去的未來） 操作狀態為發射。因此，係設定認知無線電單元的目前（或 相較過去的未來)操作狀態為待機或發射。 然後，於步驟350中，利用認知無線電單元執行一第 二認知動作以感測自由無線電單元的麟操作指令。網路 籲操作指令代表自由無線電單元的目前操作狀態。在確認目 鲁前操作狀態之後，於步驟36〇中，預測自由無線電單元接 下來的發射/接收之操作狀態。如前述，網路操作指令包括 發射指令及接收指令。若網路操作指令為發射指令，則可 據以得知自由無線電單元的目前操作狀態為發射。因此， 係設定認知無線電單元接下來的操作狀態為待機或發 射。相反地，若網路操作指令為接收指令，則同上述邏輯， 係設定認知無線電單元的目前操作狀態為接收或待機。 接著，於步驟370中，利用認知無線電單元執行一第 17 1330045

• 三達編號：TW2197PA ' 三認知動作以讀取自由無線電單元所產生的網路旗標。網 路旗標代表自由無線電單元的未來操作狀態。因此，係可 根據對網路旗標的確認結果來設定認知無線電單元的未 來操作狀態。 如此一來，即能根據自由無線電單元的操作狀態來適 當設定認知無線電單元。更具體的說，至少根據自由無線 電單元的先前操作狀態、目前操作狀態或未來操作狀態其 φ 中之一者，來設定認知無線電單元的未來操作狀態，以減 • 少與自由無線電單元間之頻道干擾。 完成上述認知動作後，於步驟380中，依前述所舉之 • 較佳規則來設定認知無線電單元以完成所需操作。例如作 為一基地台時，便切換至與自由無線電單元非重疊之一頻 道，以減少與同頻道之干擾衝突。一旦認知無線電單元完 成所需操作後，認知無線電單元便切換回頻道Chi，然後 如步驟390所示，回到步驟330以重覆認知動作。 • 由上可知，利用本發明較佳實施例所揭露之無線裝置 • 及其無線電控制的方法，即可大幅減輕頻道干擾問題。主 要是認知無線電單元藉由對於網路環境的感測結果來得 知自由無線電單元的操作狀態，並據以調整本身之操作狀 態來適應網路環境，從而減少頻道間的干擾。 此外，相關技術領域中之通常知識者當可理解，雖然 第1圖中之天線組具有正交極化之天線元件，如使用交叉 的偶極天線(crossed dipoles)，但天線組可以選擇性地或額 外使用成列（in-line)的偶極天線作為天線元件，使得發射 18 1330045

* 三達編號：TW2197PA ' 場形具有彼此相對的零值。再者，實施例所述之無線裝置 雖以雙頻道設定在相同的無線區域網路操作頻帶中（皆操 作於IEEE 802.llg)為例，但無線裝置亦可操作於兩不同無 線區域網路之操作頻帶中的雙頻道；例如，其中之一在 802.llg頻道中，而另一在802.11a頻道中，或甚至操作於 兩個以上的頻道中，任何熟知此技藝者皆可輕易實現。此 外，實施例中係將認知無線電單元與自由無線電單元操作 $ 於不同的頻道以提供共同保護之額外效果。然而，若能提 φ 供適當的分時多工方式，兩無線電亦可有效地重複利用同 一頻道而達成本發明之目的。 综上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上， 然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離 本發明之精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此 本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為 準。 19 1330045

三達編號：TW2197PA ' 【圖式簡單說明] 第1圖繪示乃依照本發明較佳實施例之無線裝置之方 塊圖。 第2圖％示乃依照本發明較佳實施例之於IEEE 802.11標準中之基本服務組合示意圖。 第3圖繪示乃依照本發明較佳實施例之無線電控制之 方法流程圖。 鲁第4A圖繪示乃依照本發明較佳實施例之認知無線電 # 單元根據自由無線電單元所收發之空中訊框之網路資訊 作調整時之較佳規則表。 第4B圖繪示乃依照本發明較佳實施例之認知無線電 單元根據自由無線電單元之網路操作指令作調整時之較 佳規則表。 第4C圖繪示乃依照本發明較佳實施例之認知無線電 單元根據自由無線電單元之網路旗標作調整時之較佳規 論 則表。 【主要元件符號說明】 1〇〇 無線裝置 120 自由無線電單元 113、123 第一網路切換器 115、125 第二網路切換器 117、127 控制器 110 認知無線電單元 112、122 天線組 114、124 濾波元件 116、126 無線電電路 20

Claims (1)

1330045 . 三達編號：TW2197PA 十、申請專利範圍： 1. 一種無線電控制之方法，係用於一無線裝置中，該 無線裝置包括一認知無線電單元(cognitive radio)和一自由 無線電單元（free radio)，該方法包括： (a)利用該認知無線電單元執行一掃描動作以接收由 該自由無線電单元所收發之訊框(frames)，並搜尋代表該 自由無線電單元之一先前操作狀態之空中訊框的網路資 • 訊； • (b)利用該認知無線電單元感測來自該自由無線電單 元之網路操作指令，該網路操作指令係代表該自由無線電 單元之一目前操作狀態； (c) 利用該認知無線電單元讀取由該自由無線電單元 所產生的網路旗標，該網路旗標係代表該自由無線電單元 之一未來操作狀態；及 (d) 至少根據該自由無線電單元之該先前操作狀態、該 φ 目前操作狀態及該未來操作狀態其中之一者，設定該認知 Φ 無線電單元之一未來操作狀態以減少該自由無線電單元 所造成的頻道干擾。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(a) 包括： 根據相關的基本服務識別碼(BSSID)或媒體存取控制 識別碼(MACID)，尋找該自由無線電單元所收發之訊框； 及 根據該自由無線電單元所收發之訊框之服務識別碼 21 1330045 三達編號：TW2197PA " 元之頻道重疊之一頻道。 8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(c) 包括： 若該網路旗標代表該自由無線電單元之該未來操作 狀態為發射，設定該認知無線電單元接下來之一操作狀態 為待機或發射；以及 若該網路旗標代表該自由無線電單元之該未來操作 ^ 狀態為接收，設定該認知無線電單元接下來之一操作狀態 _ 為待機或接收。 9. 一種連接至網路之無線裝置，該無線裝置包括： 一認知無線電單元與一自由無線電單元，其分別包 括： 一控制器，係用以處理傳送至網路端或接收自網路端 之資料； 一無線電電路，係與該控制器相互溝通，該無線電電 φ 路調變來自該控制器之資料，並解調變傳送至該控制器之 # 資料；以及 一天線組，係與該無線電電路相互溝通，該天線組用 以發射接收自該無線電電路之訊號，並接收傳送至該無線 電電路之訊號； 其中，該認知無線電單元掃描一無線區域以搜尋該自 由無線電單元所接收或發送之空中訊框的網路資訊； 其中，該自由無線電單元係與該認知無線電單元相互 溝通，該認知無線電單元感測來自該自由無線電單元之姻 23 1330045 * 三麵號：TW2197PA 由無線電單元所產生之網路旗 路操作指令並讀取由該 释， 據該自由無線電單元之^ 料作狀㈣至少根 <中訊框的網路資訊、網路操作指 令以及網路旗標其中之〜者來設定。 10.如中請專利範園第9項所述之 自由無線電單元更包括： Λ

。第網路切換器，以傳遞訊號的方式使該自由無線 電单元與該認知無線電單元之間能相互溝通，並使該天線 組與該無線電電路之間能相互溝通；以及 一濾波元件，係透過該第一網路切換器耦接該天線 組’該紐7L件用以阻擋絲減雜訊，該雜訊係與接收自 該天線組並傳送至該無線電電路之訊號有關，或與接收自 該無線電電路並傳送至該天線組之訊號有關；及 一第二網路切換器’係用以切換該無線電電路為調變 模式或解調變模式。 11. 如申請專利範圍第10項所述之無線裝置，其中該 第一網路切換器包括雙極雙擲開關 (double-pole-double-throw switches) 〇 12. 如申請專利範圍第10項所述之無線裝置，其中該 第二網路切換器包括雙極雙擲開關β 13. 如申請專利範圍第1〇項所述之無線裝置，其中該 渡波元件包括串接之調諧濾波器（tuned filters)及陷波渡波 器（notched filters)。 24 1330045 三達編號：TW2197PA 14. 如申請專利範圍第9項所述之無線裝置，其中該 天線組包括複數個天線元件，該些天線元件用以形成零值 (nulls)彼此相對之發射場形（radiati〇n patterns)。 15. 如申請專利範圍第9項所述之無線裝置，其中該 天線組包括相互正父極化（orthogonally-polarized)之天線 元件。 16. 如申請專利範圍第9項所述之無線裝置’係以分 時多工(time division multiplexing)之方式操作。 17. 如申凊專利範圍第9項所述之無線裝置，其中該 控制器包括一媒體存取控制層與一實體層之基頻處理器。 18. 如申請專利範圍第9項所述之無線裝置，其中該 認知無線電單元與該自由無線電單元透過軟體傳輸之方 式來相互溝通。 19·如申請專利範圍第9項所述之無線裝置，其中該 認知無線電單元與該自由無線電單元透過硬體連接之方 式來相互溝通。