BRPI0717724A2

BRPI0717724A2 - Método e equipamento para estimação de temporização de símbolos em um sistema de comunicação sem fio.

Info

Publication number: BRPI0717724A2
Application number: BRPI0717724-0A
Authority: BR
Inventors: Yuheng Huang; Ozgur Dural; Samir S Soliman; Amol Rajkotia
Original assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2013-10-29
Also published as: RU2009119743A; RU2425460C2; CA2665157A1; CA2665157C; EP2087679A1; EP2090005A2; JP4991871B2; KR20090077829A; TWI360334B; WO2008052196A1; KR20090073239A; BRPI0718364A2; US20080101439A1; WO2008052192A1; JP5237293B2; KR101132561B1; JP2010508721A; CA2665159C; RU2009119732A; TW200828854A

Description

"MÉTODO E EQUIPAMENTO PAElA ESTIMAÇÃO DE TEMPORIZAÇÃO DE SÍMBOLOS EM UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO SEM FIO" Reivindicação de prioridade de acordo com 35 U.S.C. § 119

0 presente pedido de patente reivindica a prioridade do Pedido Provisório de Patente U.S. N2 de Série 60/854 877, intitulado "SIGNAL ACQUISITION", depositado em 26 de outubro de 2006, em nome da Requerente da presente invenção e aqui expressamente incorporado pela presente referência. FUNDAMENTOS

CAMPO

A presente invenção está de um modo geral relacionada a um sistema para captação de sinal em um sistema de comunicação sem fio e mais especificamente a um sistema para detecção de pacotes em um sinal recebido. FUNDAMENTOS

Os sistemas de redes sem fio se tornaram o meio predominante pelo qual se comunica um grande número de pessoas em todo o mundo. Os dispositivos de comunicação sem fio se tornaram menores e mais poderosos para atender às necessidades dos consumidores, que incluem melhor portabilidade e conveniência. Os usuários encontraram vários usos para os dispositivos de comunicação sem fio, tais como telefones celulares, assistentes de dados pessoais (PDAs), notebooks e similares, tais usuários demandando um serviço confiável e áreas de cobertura expandidas.

As redes de comunicação sem fio são comumente utilizadas para comunicação de independentemente de onde se localiza um usuário (no exterior ou interior de uma estrutura) e se o usuário está estacionário ou em movimento (por exemplo, em um veiculo, caminhando). De um modo geral, as redes de comunicação sem fio são estabelecidas através de um dispositivo móvel em comunicação com uma estação base ou ponto de acesso. O ponto de acesso cobre uma região geográfica ou célula e a medida que o dispositivo móvel opera ele pode se movimentar para dentro e para fora de tais células geográficas. Para conseguir comunicação sem interrupções, ao dispositivo móvel são designados recursos de uma célula em que ele entrou e cancelados os recursos de uma célula da qual ele saiu.

Uma rede também pode ser montada usando-se apenas comunicação par a par, sem a utilização de pontos de acesso. Em outras modalidades, a rede pode incluir tanto pontos de acesso (no modo de inf raestrutura) como comunicação p2p. Tais tipos de redes são designadas como redes "ad hoc". As redes ad hoc podem ser auto configuráveis, pelo que quando um dispositivo móvel (ou ponto de acesso) recebe uma comunicação proveniente de outro dispositivo móvel, o outro dispositivo móvel é adicionado à rede. A medida que os dispositivos móveis deixam a área, eles são dinamicamente removidos da rede. Dessa forma, a topografia da rede pode estar em constante mudança. Em uma topologia "multihop" uma transmissão é transferida através de um certo número de "hops" ou saltos ou segmentos, em lugar de diretamente de um emitente para um receptor.

As tecnologias de banda ultra larga, tal como a plataforma de rádio comum WiMedia banda ultra larga (UWB) possui a capacidade inerente de otimizar a conectividade sem fio entre dispositivos multimídia dentro de uma rede de área pessoal sem fio (WPAN) . As metas da norma sem fio consistem em atender a exigências tais como baixo custo, baixo consumo de energia, fator "small-form" ou miniaturização, elevada amplitude de banda e suporte à qualidade de serviço (QOS) de multimídia.

A plataforma de rádio comum WiMedia UWB representa uma técnica de acesso a meio distribuída que propicia uma solução à operação de diferentes aplicativos sem fio na mesma rede. A plataforma de rádio comum WiMedia UWB incorpora especificações de camada de controle de acesso a meio (MAC) e camada física (PHY) baseadas em multiplexação por divisão de freqüência ortogonal de múltiplas bandas (MB-OFDM). As especificações WiMedia MAC e PHY são intencionalmente projetadas para se adaptar a várias exigências definidas pelos órgãos reguladores mundiais. Os fabricantes de devem atender às normas em vários países podem então fazê-lo facilmente e de uma forma eficaz em termos de custos. Alguns outros recursos favoráveis aos aplicativos que a WiMedia UWB tenta implementar incluem o nível reduzido de complexidade por nodo, longa vida das baterias, suporte a múltiplos modos de gerenciamento de energia e maior capacidade espacial.

Os receptores que atendem à WiMedia UWB devem combater a interferência proveniente de serviços sem fio existentes, provendo porém grande amplitude de banda. Concomitantemente, eles devem funcionar com potência de transmissão bastante baixa. Dessa forma, um desafio enfrentado pelos receptores em um ambiente operacional consiste da captação de um sinal e, como parte da mesma, o estabelecimento de sincronização de tempo com o sinal transmitido. Ademais, constitui um desafio ser capaz de otimizar de forma confiável a estimação de temporização com eficiência e com uma baixa "footprint" ou porte do projeto.

Existe portanto na área uma demanda para atender aos desafios acima descritos.

SUMÁRIO

As modalidades aqui descritas estão direcionadas à estimação de temporização. Em uma modalidade, é descrito um método para realizar estimação de temporização de símbolos, compreendendo: definir um espaço de busca em uma pluralidade de magnitudes estimadas de derivações (taps) de canal; definir uma janela de busca no espaço de busca; e localizar um índice de estimativa de temporização de símbolos no espaço de busca correspondente a um valor máximo de uma energia da pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca.

Outra modalidade descreve um equipamento para realizar estimação de temporização de símbolos, compreendendo: dispositivos para definir um espaço de busca em uma pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal; dispositivos para definir uma janela de busca no espaço de busca; e dispositivos para localizar um índice de estimativa de temporização de símbolos no espaço de busca correspondente a um valor máximo de uma energia da pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca.

Outra modalidade descreve um equipamento de comunicação sem fio, compreendendo: uma antena configurada para receber um sinal possuindo um símbolo; e um processador de controle acoplado à antena para realizar um método para estimação de temporização do símbolo, o método compreendendo: definir um espaço de busca em uma pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal; definir uma janela de busca no espaço de busca; e localizar um índice de estimativa de temporização de símbolos no espaço de busca correspondente a um valor máximo de uma energia da pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca.

Outra modalidade descreve um produto de programa de computador, compreendendo: um meio legível por computador compreendendo: um código para levar um computador a definir um espaço de busca em uma pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal; um código para levar o computador a definir uma janela de busca no espaço de busca; e um código para levar o computador a localizar um índice de estimativa de temporização de símbolos no espaço de busca correspondente a um valor máximo de uma energia da pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca.

Outra modalidade descreve um processador, compreendendo: uma memória configurada para levar o processador a implementar um método para realizar uma estimação de temporização de símbolos, o método compreendendo: definir um espaço de busca em uma pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal; definir uma janela de busca no espaço de busca; e localizar um índice de estimativa de temporização de símbolos no espaço de busca correspondente a um valor máximo de uma energia da pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é um diagrama de blocos de uma rede sem fio ad hoc exemplar.

A Figura 2 é um diagrama de blocos de um dispositivo terminal sem fio exemplar.

A Figura 3 é uma estrutura de pacote de acordo com a norma WiMedia banda ultra larga (UWB).

A Figura 4 é um gráfico da alocação mundial do espectro UWB.

A Figura 5 é uma estrutura de preâmbulo do pacote da Figura 5.

A Figura 6 é um diagrama de blocos de um gerador de seqüência de sincronização de pacote/quadro para a estrutura de preâmbulo da Figura 5.

A Figura 7 é um gráfico de uma função de autocorrelaçãoaperiódica de uma seqüência base usada para gerar um padrão de preâmbulo.

A Figura 8 é um diagrama de blocos de um gerador de seqüência base hierárquica usado para gerar uma seqüência base. A Figura 9 é um gráfico da correlação cruzada aperiódica entre a seqüência base da Figura 7 e a seqüência base hierárquica correspondente da Figura 8.

A Figura 10 é um gráfico da correlação cruzada aperiódica entre a seqüência base da Figura 7 e uma versão arredondada da seqüência base correspondente.

A Figura 11 é uma linha de tempo que ilustra o processo de captação/sincronização para um código tempo - freqüência TFC-I e TFC-2. A Figura 12 é uma linha de tempo que ilustra o

processo de captação/sincronização para TFC-3 e TFC-4 .

A Figura 13 é uma linha de tempo que ilustra o processo de captação/sincronização para TFC-5, TFC-6 e TFC- 7 .

A Figura 14 é uma linha de tempo que ilustra o

processo de captação/sincronização para TFC-8, TFC-9 e TFC- 10.

A Figura 15 é um diagrama de blocos de um sincronizador que inclui um módulo de detecção de pacotes, um módulo de estimação de temporização e um módulo de estimação de offset de freqüência (CFO) e sincronização de quadros.

A Figura 16 é um estimador de temporização implementando o módulo de estimação de temporização do sincronizador da Figura 15.

A Figura 17 é um diagrama de temporização ilustrando a operação do estimador de temporização da Figura 16.

A Figura 18 é um fluxograma de um processo de estimação de índice de temporização do estimador de temporização da Figura 16.

A Figura 19 é uma primeira implementação exemplar do filtro casado do sincronizador da Figura 15.

A Figura 20 é uma segunda implementação exemplar do filtro casado do sincronizador da Figura 15. A Figura 21 é uma implementação exemplar de um combinador de energia de multipercurso de L derivações usados para implementar uma janela/intervalo móvel.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Serão agora descritas várias modalidades com referência aos desenhos. Na descrição que se segue, com o propósito de explanação, vários detalhes específicos são apresentados de modo a propiciar uma completa compreensão de uma ou mais modalidades. No entanto, ficará claro que tais modalidades podem ser praticadas sem tais detalhes específicos. Em outros casos, estruturas e dispositivos bem conhecidos são apresentados na forma de diagramas de blocos de modo a facilitar a descrição de tais modalidades.

Tal como usados no presente pedido, os termos "componente", "módulo", "sistema" e similares se destinam a referenciar uma entidade relacionada a computadores, seja hardware, uma combinação de hardware e software, software, ou software em execução. Como exemplo, um componente pode ser, porém não fica limitado a ser, um processo rodando em um processador, um processador, um objeto, um executável, uma cadeia de execução, um programa e/ou um computador. Como exemplo, tanto um aplicativo rodando em um dispositivo de computação como o dispositivo de computação podem ser um componente. Um ou mais componentes podem residir dentro de um processo e/ou cadeia de execução, e um componente pode estar localizado em um computador e/ou distribuído entre dois ou mais computadores. Além disso, tais componentes podem ser executados a partir de vários meios para leitura por computador, possuindo várias estruturas de dados neles armazenadas. Os componentes podem se comunicar por meio de processos locais e/ou remotos, por exemplo de acordo com um sinal possuindo um ou mais pacotes de dados (por exemplo, dados provenientes de um componente interagindo com outro componente em um sistema local, um sistema distribuído, e/ou através de uma rede, tal como a Internet, com outros sistemas, por meio do sinal) . 0 termo "exemplar" é aqui usado exclusivamente com o significado de "servindo como exemplo, caso, ou ilustração". Qualquer modalidade aqui descrita como "exemplar" não deve ser necessariamente considerada como preferida ou vantajosa em relação a outras modalidades.

Além disso, várias modalidades são aqui descritas em conexão com uma estação de assinante. Uma estação de assinante pode também ser denominada como um sistema, uma unidade de assinante, uma estação móvel, telemóvel, estação remota, ponto de acesso, estação base, terminal remoto, terminal de acesso, terminal de usuário, agente de usuário, equipamento de usuário, etc. Uma estação de assinante pode ser um telefone celular, um telefone sem fio, um telefone de protocolo de inicialização de sessão (SIP) , uma estação de sistema sem fio de circuito local (WLL), um assistente de dados pessoal (PDA) , um dispositivo de mão possuindo capacidade de conexão "sem fio", ou outro dispositivo de processamento conectado a um modem sem fio. Em certas modalidades, o dispositivo de usuário pode ser um dispositivo eletrônico para consumidor com um modem UWB anexado, tal como por exemplo uma impressora, câmera, reprodutor de música, dispositivo de armazenamento independente magnético ou flash, ou outro equipamento AV com armazenamento de conteúdo.

Além disso, vários aspectos, características ou recursos aqui descritos podem ser implementados na forma de um método, equipamento, ou artigo de fabricação, usando técnicas padrão de programação e/ou projeto. 0 termo "artigo de fabricação", tal como é aqui utilizado, se destina a englobar um programa de computador acessível a partir de qualquer dispositivo, portador ou meio legível por computador. Como exemplo, os meios para leitura por computador podem incluir, porém não ficam limitados a, dispositivos de armazenamento magnéticos (por exemplo, um disco rígido, disquete, fitas magnéticas, etc.), discos ópticos (por exemplo, um disco compacto (CD), um disco versátil digital (DVD), etc.), placas inteligentes, dispositivos de memória flash (por exemplo, placa, pente, pen drive, etc.).

Várias modalidades serão apresentadas em termos de sistemas que podem incluir vários dispositivos, componentes, módulos e similares. Deve ficar claro que os vários sistemas podem incluir dispositivos, componentes, módulos e similares adicionais e/ou podem não incluir todos os dispositivos, componentes, módulos e assim por diante, descritos em conexão com as figuras. Também pode ser usada uma combinação de tais estratégias.

A Figura 1 é um diagrama de blocos de uma rede sem fio ad hoc 100 exemplar. A rede sem fio 100 pode incluir qualquer número de dispositivos móveis ou nodos, dos quais estão ilustrados para maior simplicidade apenas quatro, que estão em comunicação "sem fio". Os dispositivos móveis pode ser, por exemplo, telefones celulares, telefones inteligentes ou "smart phones", laptops, dispositivos de comunicação portáteis, dispositivos de computação portáteis, rádios por satélite, sistemas de posicionamento Global, assistentes de dados pessoais (PDAs) e/ou outros dispositivos adequados para comunicação através da rede sem fio 100. A rede sem fio 100 pode também incluir uma ou mais estações base ou pontos de acesso (não são mostrados).

Na rede sem fio 100, o dispositivo terminal 112 é mostrado em comunicação com o dispositivo terminal 114 através do link de comunicação 120 e com o dispositivo terminal 116 através do link de comunicação 112. O dispositivo terminal 116 está também em comunicação com o dispositivo terminal 118 através do link de comunicação 124. Os dispositivos terminais 112, 114, 116 e 118 podem estar estruturados e configurados de acordo com o diagrama de blocos simplificado exemplar de uma possível configuração de um dispositivo terminal 200 tal como apresentado na Figura 2. Como notarão os técnicos na área, a configuração exata do dispositivo terminal 200 pode variar dependendo da aplicação especifica e das restrições gerais de projeto. 0 processador 202 pode implementar os sistemas e métodos aqui descritos.

0 dispositivo terminal 200 pode ser implementado por meio de um transceptor front-end 204 acoplado a uma antena 206. Um processador de banda base 208 pode estar acoplado ao transceptor 204. 0 processador de banda base 208 pode ser implementado por meio de uma estrutura baseada em software, ou outros tipos de estruturas, tais como de hardware ou uma combinação de hardware e software. Um microprocessador pode ser utilizado como uma plataforma para rodar programas de software que, entre outras funções, provê controle e gerenciamento geral de sistema. Um processador de sinais digitais (DSP) pode ser implementado por meio de uma camada de software de comunicação, que roda algoritmos específicos de aplicativos para reduzir as demandas de processamento sobre o microprocessador. O DSP pode ser utilizado para prover várias funções de processamento de sinais, tais como a captação de sinal de piloto, sincronização temporal, seguimento ou rastreamento de freqüências, processamento de espectro espalhado, funções de modulação e demodulação e correção de erros antecipada.

0 dispositivo terminal 200 pode incluir também várias interfaces de usuário 210 acopladas ao processador de banda base 208. As interfaces de usuário 210 podem incluir um teclado, mouse, tela de toque, display, campainha, vibrador, alto falante de áudio, microfone, câmera, armazenamento e/ou outros dispositivos de entrada e saída. O processador de banda base 208 compreende um processador 202. Em uma implementação baseada em software do processador de banda base 208, o processador 202 pode ser um programa de software rodando em um microprocessador. No entanto, como notarão prontamente os técnicos na área, o processador 202 não fica limitado a tal modalidade, podendo ser implementado por meio de quaisquer dispositivos conhecidos pelos técnicos na área, incluindo qualquer configuração de hardware, configuração de software, ou combinação de tais, que sejam capazes de realizar as várias funções aqui descritas. 0 processador 202 pode estar acoplado à memória 212 para o armazenamento de dados. Um processador de aplicativos 214 para executar o sistema operacional aplicativo e/ou aplicativos separados também pode ser provido, tal como mostrado na Figura 2. o processador de aplicativos 214 é apresentado como acoplado ao processador de banda base 208, à memória 212 e interface de usuário 210.

A Figura 3 ilustra uma estrutura de pacote 300 de um pacote de acordo com a norma WiMedia banda ultra larga (UWB) de camada física (PHY) e controle de acesso a meio (MAC) para comunicação sem fio de curto alcance e taxa elevada, tal como promulgada pela ECMA International na norma ECMA-368, "High Rate Ultra Wideband PHY and MAC Standard" (de dezembro de 2005) .

A norma ECMA especifica um UWB PHY para uma rede de área pessoal (PAN) sem fio utilizando a banda de freqüências não licenciada de 3100 a 10600 MHz, dando suporte a taxas de dados de 53,3 MB/s, 80 MB/s, 106.7 MB/s, 160 MB/s, 200 MB/s, 320 MB/s, 400 MB/s e 480 MB/s. O espectro UWB está dividido em 14 bandas, cada uma com uma amplitude de banda de 528 MHz. As primeiras doze bandas são então agrupadas em 4 grupos de bandas consistindo de 3 bandas e as duas últimas bandas são agrupadas em um quinto grupo de bandas. A Figura 4 ilustra a alocação mundial do espectro UWB.

Esta norma ECMA especifica um esquema de muitiplexação por divisão de freqüência ortogonal de múltiplas bandas (MB-OFDM) para a transmissão de informações. É usado um total de 110 sub-portadoras (100 portadoras de dados e 10 portadoras de guarda) por banda para a transmissão das informações. Além disso, 12 sub- portadoras de piloto permitem a detecção coerente. Para variar as taxas de dados são usados espalhamento no dominio da freqüência, espalhamento no dominio do tempo e codificação de correção de erros antecipada (FEC). A FEC usada consiste de um código convolucional com taxas de codificação de 1/3, 1/2, 5/8 e 3/4.

Os dados codificados são a seguir espalhados usando-se um código tempo - freqüência (TFC) . Em um método, tal como promulgado pela norma ECMA, existem dois tipos de códigos tempo - freqüência (TFC) : um em que as informações codificadas são intercaladas por três bandas, designado como intercalação tempo - freqüência (TFI) e outro em que as informações codificadas são transmitidas através de uma única banda, designado como intercalção de freqüência fixa (FFI).

Dentro de cada um dos primeiros quatro grupos de bandas, são definidos quatro códigos tempo - freqüência usando TFI e três códigos tempo - freqüência usando FFI, provendo desse modo suporte para até sete canais por banda. Para o quinto grupo de bandas, são definidos dois códigos tempo - freqüência usando FFI. Tal norma ECMA especifica 30

canais no total.

A Figura 5 é a estrutura de preâmbulo padrão do pacote WiMedia UWB da Figura 3. O preâmbulo contém um total de 30 símbolos OFDM. Os primeiros 24 símbolos de preâmbulo são usados para detecção de pacotes, estimação de temporização, estimação de CFO e sincronização de quadros. A estimação de canal usa os últimos seis símbolos de preâmbulo. Em um método, os primeiros vinte e quatro símbolos são de importância capital.

A Figura 6 é um diagrama de blocos de um gerador de símbolos de preâmbulo 600, incluindo um espalhador 602, ilustrando um método de como podem ser gerados símbolos de preâmbulo, em que:

1. Para um dado código tempo - freqüência (TFC) (isto é, 1 a 10, designado como TFC-I a TFC-10),

selecionar a seqüência base no domínio do tempo

sba.Ám\ w = 0,1,...,127 , e a seqüência de cobertura binária Scobertura[«]= ±1, η = 0,1,...,23 . A seqüência cobertura binária é usada como um delimitador para determinação do final da seqüência de sincronização de pacote/quadro.

2. Preencher 37 zeros no final da seqüência base para

formar a seqüência estendida Settk = 0,1,...,164 .

3. Espalhar a seqüência de cobertura com a seqüência base estendida usando o espalhador 602. A k-ésima

amostra do n° símbolo de preâmbulo é dada por:

W-M^-M * = 0,1,.... 164, » = 0,1,.... 23 .

A Figura 7 ilustra a autocorrelação aperiódica da seqüência base ^flie[w] correspondente ao TFC-I. Outras seqüências base podem possuir funções de autocorrelação similares. Em um método de sincronização, é explorada a excelente propriedade de autocorrelação. Como exemplo, a seqüência base é gerada a partir de um gerador de seqüência base hierárquica 800 tal como mostrado na Figura 8. A premissa básica por trás da utilização de seqüências hierárquicas consiste em dividir o processo de codificação no transmissor em uma hierarquia de forma a que a complexidade do processo de decodificação no receptor seja reduzida. Fazendo referência à figura, uma primeira seqüência binária {a[k], k = O, 2, . .., 15} é espalhada por uma seqüência binária {b[k], k = o, 2, 7} com um

espalhador 802 para gerar uma seqüência intermediária (também designada como uma seqüência hierárquica binária) C {c[k], k = 0, 2, 127} de comprimento 128. A seguir,

após tomar uma transformada de Fourier rápida (FFT) da seqüência intermediária C usando um módulo FFT 804 e conformando a seqüência no domínio da freqüência usando um módulo de conformação no domínio da freqüência 806, a seqüência é transformada de volta ao domínio do tempo através de um módulo de FFT inversa (IFFT) 808 para obtenção da seqüência base Sbase\m\. Existe um conjunto exclusivo de seqüências binárias {a[k]} e {b[k]} correspondente a cada uma das dez seqüências base. A Figura 9 ilustra a correlação cruzada

aperiódica entre a seqüência base -Siave [w] para TFC-I e a seqüência intermediária correspondente C{c[k]} gerada pelo uso do gerador de seqüência base hierárquica 800. Tal propriedade de correlação cruzada indica que quando um filtro casado é empregado no receptor, a seqüência base pode ser substituída pela seqüência binária C como os coeficientes do filtro. Em um método, tal como ilustrado mais adiante, a estrutura hierárquica da seqüência binária C pode ser eficientemente usada para simplificar o hardware do receptor usado para a sincronização. Além disso, pode ser vantajoso também usar a versão arredondada da seqüência base de preâmbulo como os coeficientes de filtro casado. A Figura 10 ilustra a correlação cruzada aperiódica entre a seqüência base ^ase[»i] para TFC-I e a versão arredondada da seqüência base correspondente.

Como uma visão geral de sincronização, as Figuras 11 a 14 ilustram as linhas de tempo de sincronização e captação para todos os TFC. Especificamente, a Figura 11 é uma linha de tempo de captação 1100 para TFC-I e TFC-2; a Figura 12 é uma linha de tempo de captação 1200 para TFC-3 e TFC- 4; a Figura 13 é uma linha de tempo de captação 1300 para TFC-5, TFC-β e TFC-7; e a Figura 14 é uma linha de tempo de captação 1400 para TFC-8, TFC-9 e TFC-10.

Fazendo referência à Figura 11, as principais

tarefas de sincronização podem ser separadas em três partes:

1. Detecção de pacotes;

2. Estimação de temporização;

3. Estimação de offset de freqüência de portadora

(CFO) e sincronização de quadros.

Como foi acima descrito, a norma ECMA prove múltiplas bandas e, do ponto de vista das linhas de tempo para todos TFC, um receptor irá normalmente operar na banda 1 antes que a detecção de pacotes seja declarada. Isto porque antes da detecção de pacotes, o receptor não tem conhecimento sobre a temporização correta para comutação para outras bandas (caso ele esteja no modo TFI) . Dessa forma, os três primeiros símbolos de preâmbulo na banda 1 serão consumidos para a detecção de pacotes. Uma vez completada a detecção de pacotes, a próxima fase, a estimação de temporização, é habilitada e o receptor irá procurar pelo próximo símbolo de preâmbulo na banda 1 para determinar a janela FFT ideal para o símbolo OFDM. Após completada a estimação de temporização (por exemplo, o temporização é recuperado) para a banda 1, o receptor terá informações suficientes para comutação para outras bandas de acordo com o TFC e será efetuada a estimação de ganho com controle automático de ganho (AGC). Após estabelecido o AGC, a parte restante dos símbolos de preâmbulo será usada para estimação de CFO e detecção de sincronização de quadros. Sempre que a sincronização de quadros seja detectada, a saída final da estimação de CFO será enviada para um rotacionador de fase e o receptor irá prosseguir com a estimação de canal. A Figura 15 ilustra um sincronizador 1500 para realizar as tarefas principais de sincronização. O sincronizador 1500 inclui um módulo de amplificador de ganho variável (VGA) 1502, um conversor analógico para digital (ADC) 1504, um filtro casado (MF) 1506, uma unidade de elevação ao quadrado 1508, um módulo de detecção de pacotes 1510, um módulo de estimação de temporização 1540 e um módulo de estimação de CFO e sincronização de quadros 1570.

Os coeficientes {q[k], k = 0, 2, ..., 127} do MF 1506 podem ser escolhidos seja na forma da seqüência binária {c[k], k = 0, 2, ..., 127}, ou como a seqüência base de preâmbulo arredondada { round ( shase[k\ k = 0, 2, ..., 127 } , tal como acima descrito. No entanto, devido à estrutura hierárquica da seqüência binária {c[k]}, a implementação do MF 1506 pode ser simplificada tal como mostrado em uma seqüência hierárquica binária MF 1900 da Figura 19; enquanto que para a versão arredondada, uma implementação de resposta de impulso finito (FIR) MF 2000 é apresentada na Figura 20, a qual em um método é um filtro FIR com 127 linhas de retardo com derivações.

No método arredondado, os coeficientes de filtro casado q[k], k = 0, 2, ..., 127, são ajustados para a versão arredondada da seqüência base de preâmbulo Round (Sbase[A:]) . Como observado para todas as seqüências base de preâmbulo Round (Sbase[&]) assume apenas valores de {±2, ±1,

0}, o que ajuda a reduzir a complexidade de hardware dado que a multiplicação por 2 pode ser convenientemente implementada por deslocamento à esquerda por 1 bit. Além disso, como pode ser visto na Figura 10, Round (Shase [k]) mantém boa propriedade de correlação cruzada com a seqüência base A complexidade dos dois métodos diferentes para a implementação do filtro casado está resumida na tabela que se segue:

Tipo de filtro casado Número de multiplicações reais Número de adições reais Tamanho da LUT (bits) Hierárquico binário 0 22 IOx(16+8)=240 Seqüência base arredondada 0 127 10x128x3=3840

Tabela 1:Comparação de implementações de filtros casados

0 número de operações é para o ramo I ou Q dentro da duração de uma amostra Tamostra = 1/528 MHz = 1,8 9 ns. Para cada método as seqüências de referência podem ser armazenadas em uma tabela de consulta (LUT) do tamanho listado na Tabela 1.

A saida do MF 1506 é processada pela unidade de elevação ao quadrado 1508. Denotando-se as amostras recebidas como r[n], a magnitude do quadrado da saida do filtro casado por ser expressa por:

R[n]··

k-a

Deve ser notado que uma operação de combinação com igual ganho (EGC) pode ser efetuada para coletar a energia dos canais de multipercurso:

Em que N é o número de trajetórias consecutivas que são combinadas e Dfn] é a saida de janela deslizante. O EGC pode ser implementado na forma de um combinador de energia de muItipercurso de L derivações 2100 tal como ilustrado na Figura 21. O combinador de energia de multipercurso de L derivações 2100 permite que um peso diferente seja designado para cada derivação. Os resultados da operação EGC podem ser usados pelo módulo de detecção de pacotes 1510 e pelo módulo de estimação de temporização 1540.

Como descrito, a primeira etapa no processo de sincronização é a detecção pelo módulo de detecção de pacotes 1510 da presença de um pacote válido. O módulo de detecção de pacotes 1510 irá declarar um sinal de detecção de pacote para o módulo de estimação de temporização 1540 após um pacote válido ter sido detectado. Especificamente, uma vez declarada a detecção de pacote (isto é, o módulo de detecção de pacotes 1510 indicou que um pacote foi detectado ajustando o det_flag para um verdadeiro lógico) , o módulo de estimação de temporização 1540 é habilitado.

A Figura 16 ilustra um estimador de temporização 1600 exemplar que pode ser implementado para o módulo de estimação de temporização 1540. 0 estimador de temporização 1600 inclui uma unidade de intervalo ou janela deslizante (sw) 1650 e um detector de temporização 1660. Como será explanado usando-se a Figura 17, o estimador de temporização 1600 tenta localizar o melhor local para uma janela FFT de forma a que ela capte tanto da energia de canal quanto possível.

Como foi acima descrito, a operação EGC pode ser efetuada para coletar energia para canais de multipercurso. No WiMedia UWB, o comprimento do preenchimento com zeros (zp) para cada símbolo OFDM é de 32 trajetórias, o que significa que existem no máximo zp + 1 = 33 trajetórias consecutivas que podem ser captadas. Dessa forma, uma janela deslizante de 33 (isto é, N = 33) é usada na unidade sw 1650 para a estimação de temporização e a operação EGC pode ser implementada usando-se a unidade sw 1650 com largura de 33 unidades 1650 implementada pelo uso do combinador de energia de multipercurso de L derivações 2100.

A entrada à unidade sw 1650 é a magnitude do quadrado da saída (isto é, a seqüência {R[n]} proveniente da unidade de elevação ao quadrado 1508). Basicamente, cada componente nesta seqüência é uma estimação da amplitude ao quadrado de um dos coeficientes de derivação de canal. Para o caso ideal em que SNR tende ao infinito e a correlação cruzada entre o padrão de preâmbulo e a seqüência binária é uma função delta perfeita, ela se torna exatamente o quadrado da amplitude do coeficiente de derivação de canal. A Figura 17 ilustra como a unidade sw 1650 opera sobre tal seqüência para um número de N3 amostras, o que é um período completo na banda 1. N3 é um parâmetro dependente de TFC e está listado na tabela que se segue:

Número TFC N3 1, 2 165 x 3 = 495 3, 4 165 5, 6, 7 165 8, 9, 10 165 χ 2 = 330

Tabela 2: parâmetro dependente de TFC para estimação de

temporização

0 valor máximo entre as N3 saídas provenientes da unidade sw 1650 é o máximo de energia que pode ser captado e o índice correspondente é identificado como o valor de uma variável TIMING_INDEX. Em um método, a operação do detector de temporização 1660 pode ser implementada pelo seguinte pseudo código:

TIMlNGJNDEX= 0;. MAXJ,NERGYS*P » 0; for( step = 0; step < N3; step++)

s t

if (input[.víep] > MJXENERGYj:AP)

í ι

MAXENERGYCAP = mputfv/ep];

TIMINGJNDEX = step. }

} Em que input[step] é a saída proveniente da unidade sw 1650 (que é a saída do combinador de mult ipercurso para 33 amostras) e MAX_ENERGY_CAP é o valor máximo detectado da energia captada proveniente da unidade sw 1650 nas N3 saídas encontradas até a corrente interação.

A Figura 18 ilustra um processo de detecção de índice de temporização 1800 do detector de temporização 1660, em que, na etapa 1802, as variáveis de TIMING_INDEX, MAX_ENERGY_CAP e step são ajustadas para 0. Na etapa 1804 é determinado se o valor corrente da variável step é menor do que N3, que é o número de amostras em um período completo a serem processadas pelo detector de temporização 1660 (por exemplo, 495 amostras para a banda 1, tal como ilustrado na Figura 17). Caso positivo, a operação continua para a etapa 1806. Caso contrário, a operação continua para a etapa 1814 .

Na etapa 1806 é emitido um valor EGC_out a partir do combinador de multipercurso (isto é, a unidade sw 1650) e a operação continua com a etapa 1808 onde é determinado se o valor de EGC_out é maior do que o valor corrente de MAX_ENERGY_CAP. Caso positivo, MAX_ENERGY_CAP é ajustado para EGC_out na etapa 1810. TIMING_INDEX é ajustado de forma a ser o valor corrente de step neste ponto.

Caso o valor de EGC_out não seja maior do que o valor corrente de MAX_ENERGY_CAP, então a operação continua com a etapa 1812, em que a janela para o combinador de multipercurso é movida por uma amostra e step é incrementado em 1. A operação a seguir volta à etapa 1804.

Voltando à etapa 1804, caso seja determinado que o valor corrente da variável step não é menor do que N3, o que indica que a janela do combinador de multipercurso foi movida através de todas as N3 saídas, é emitido o valor da variável TIMING_INDEX.

Usando TIMING_INDEX e contando o retardo de grupo do MF 1506 e da unidade sw 1650, o receptor pode localizar facilmente o inicio da janela FFT (isto é, o ponto inicial de um símbolo OFDM) na banda 1. A seguir, o receptor irá comutar bandas de acordo com o TFC (caso no modo TFI), o que implica que as informações de temporização obtidas a partir da banda 1 serão diretamente aplicadas a outras bandas.

Deve ficar claro que as modalidades aqui descritas podem ser implementadas por meio de hardware, software, firmware, middleware, micro código, ou qualquer combinação de tais. Quando os sistemas e/ou métodos são implementados em software, firmware, middleware, micro código, código de programa, ou segmentos de código, eles podem ser armazenados em um meio para leitura por máquina, tal como um componente de armazenamento. Um segmento de código pode representar um procedimento, uma função, um sub-programa, um programa, uma rotina, uma sub-rotina, um módulo, um pacote de software, uma classe, ou qualquer combinação de instruções, estruturas de dados, ou declarações de programas. Um segmento de código pode estar acoplado a outro segmento de código ou a um circuito de hardware por passagem e/ou recepção de informações, dados, argumentos, parâmetros, ou conteúdos de memória. As informações, argumentos, parâmetros, dados, etc., podem ser passados, repassados, ou transmitidos usando-se quaisquer meios adequados, incluindo compartilhamento de memória, passagem de mensagens, passagens de f ichas/tokens, transmissão em rede, etc.

Para uma implementação em software, as técnicas aqui descritas podem ser implementadas por meio de módulos (por exemplo, procedimentos, funções e assim por diante) que efetuam as funções aqui descritas. Os códigos de software podem ser armazenados em unidades de memória e executados por processadores. A unidade de memória pode ser implementada no interior do processador ou externamente ao processador, caso este em que ela pode estar acoplada em comunicação com o processador através de vários dispositivos como é do conhecimento dos técnicos na área.

0 que foi acima descrito inclui modalidades exemplares. Naturalmente não é possível descrever cada combinação concebível de componentes ou metodologias com o propósito de descrever as modalidades, porém os técnicos na área notarão que várias outras combinações e permutações são possíveis. Assim sendo, tais modalidades tencionam englobar todas estas alterações, modificações e variações que se inserem no espírito e escopo das reivindicações anexas. Além disso, no grau em que o termo "inclui" é utilizado, seja na descrição detalhada ou nas reivindicações, tal termo tenciona ser includente, de forma similar ao termo "compreende", tal como "compreende" é interpretado quando empregado como uma palavra de transição em uma reivindicação.

Claims

1. Um método para realizar estimação de temporização de símbolos, compreendendo: definir um espaço de busca em uma pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal; definir uma janela de busca no espaço de busca; e localizar um índice de estimativa de temporização de símbolos no espaço de busca correspondente a um valor máximo de uma energia da pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca.

2. 0 método, de acordo com a reivindicação 1, no qual a janela de busca possui um tamanho baseado em um comprimento de um preenchimento para um símbolo de multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM) .

3. 0 método, de acordo com a reivindicação 2, no qual o preenchimento é um preenchimento de zeros.

4. 0 método, de acordo com a reivindicação 1, no qual o espaço de busca está baseado em um padrão de alternância de freqüências.

5. 0 método, de acordo com a reivindicação 4, no qual o padrão de alternância de freqüências compreende um código de freqüência de tempo (TFC).

6. 0 método, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo também combinar um número predeterminado de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca para determinar a energia.

7. 0 método, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo também designar um peso para cada uma dentre o número predeterminado de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca.

8. Um equipamento para realizar estimação de temporização de símbolos, compreendendo: dispositivos para definir um espaço de busca em uma pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal; dispositivos para definir uma janela de busca no espaço de busca; e dispositivos para localizar um índice de estimativa de temporização de símbolos no espaço de busca correspondente a um valor máximo de uma energia da pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca.

9. 0 equipamento, de acordo com a reivindicação8, no qual a janela de busca possui um tamanho baseado em um comprimento de um preenchimento para um símbolo de multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM) .

10. 0 equipamento, de acordo com a reivindicação9, no qual o preenchimento é um preenchimento de zeros.

11. 0 equipamento, de acordo com a reivindicação8, no qual o espaço de busca está baseado em um padrão de alternância de freqüências.

12. 0 equipamento, de acordo com a reivindicação11, no qual o padrão de alternância de freqüências compreende um código de freqüência de tempo (TFC).

13. 0 equipamento, de acordo com a reivindicação8, compreendendo também dispositivos para combinar um número predeterminado de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca para determinar a energia.

14. 0 equipamento, de acordo com a reivindicação13, compreendendo também dispositivos para designar um peso para cada uma dentre o número predeterminado de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca.

15. Um equipamento de comunicação sem fio, compreendendo: uma antena configurada para receber um sinal possuindo um símbolo; e um processador de controle acoplado à antena para realizar um método para estimação de temporização do símbolo, o método compreendendo: definir um espaço de busca em uma pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal; definir uma janela de busca no espaço de busca; e localizar um índice de estimativa de temporização de símbolos no espaço de busca correspondente a um valor máximo de uma energia da pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca.

16. 0 equipamento de comunicação sem fio, de acordo com a reivindicação 15, no qual a janela de busca possui um tamanho baseado em um comprimento de um preenchimento para um símbolo de multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM).

17. 0 equipamento de comunicação sem fio, de acordo com a reivindicação 16, no qual o preenchimento é um preenchimento de zeros.

18. 0 equipamento de comunicação sem fio, de acordo com a reivindicação 15, no qual o espaço de busca está baseado em um padrão de alternância de freqüências.

19. 0 equipamento de comunicação sem fio, de acordo com a reivindicação 18, no qual o padrão de alternância de freqüências compreende um código de freqüência de tempo (TFC).

20. 0 equipamento de comunicação sem fio, de acordo com a reivindicação 15, compreendendo também combinar um número predeterminado de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca para determinar a energia.

21. 0 equipamento de comunicação sem fio, de acordo com a reivindicação 20, compreendendo também designar um peso para cada uma dentre o número predeterminado de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca.

22. Um produto de programa de computador, compreendendo: um meio legível por computador compreendendo: um código para levar um computador a definir um espaço de busca em uma pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal; um código para levar o computador a definir uma janela de busca no espaço de busca; e um código para levar o computador a localizar um índice de estimativa de temporização de símbolos no espaço de busca correspondente a um valor máximo de uma energia da pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca.

23. Um processador, compreendendo: uma memória configurada para levar o processador a implementar um método para realizar uma estimação de temporização de símbolos, o método compreendendo: definir um espaço de busca em uma pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal; definir uma janela de busca no espaço de busca; e localizar um índice de estimativa de temporização de símbolos no espaço de busca correspondente a um valor máximo de uma energia da pluralidade de magnitudes estimadas de derivações de canal dentro da janela de busca.