CN100499573C - 用于在无线网络内传送数据帧的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种方法，用于在超宽带宽网络内接收数据帧。在这种方法中，设备接收包含数据帧的超宽带宽信号。随后，该设备在数据帧内的第一前沿码过程中执行获取操作，识别在第一前沿码之后的表示第一前沿码已经结束的标记。此后，该设备在数据帧内的第二前沿码过程中执行信号处理操作。在训练之后，该设备随后接收在数据帧内的首部，随后接收在数据帧内的有效负载。通过在两个前沿码之间设置标记，该方法向接收设备提供了与帧的前沿码部分的定时相关的关键信息。

Description

用于在无线网络内传送数据帧的系统和方法

相关专利文献的交叉引用

本申请要求于2003年2月28日提交的William M.Shvodian等人的标题为“Preamble architecture for an ultra wide bandwidthsignal”的序列号为60/450,315的美国临时专利申请和于2004年1月12日提交的Timothy R.Miller等人的标题为“data frame structure”的序列号为60/535,758的美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明一般涉及无线通信系统，例如超宽带宽(UWB)系统，包括移动收发信机、集中式收发信机和相关设备。更具体地，本发明涉及以允许接收设备在处理数据之前更佳地执行必需功能的方式在两个无线设备之间的数据传输。

背景技术

在无线通信标准中，各个无线设备通常以在无线信号中发送的离散帧的形式在相互之间来回发送信息。这些帧中的每个帧都包含将要传送的一些信息，并允许接收设备正确地接收和解密帧内信息的一些信息。

因为本地时钟操作内的不同和在信号传输路径中的变化，通常需要接收设备在能够处理信号之前同步内部时钟相位与接收信号的相位。在许多实施方式中，帧将包括放在帧开始部分以允许接收设备能够与输入帧同步的前沿码。这通常称作获取或锁定在包含输入帧的信号上。

前沿码通常是接收设备能够寻找的公知的可识别重复比特模式。该模式通常通过发送设备和接收设备都已知的公式生成，并能够被轻易地检测出。

为了成功地识别出前沿码，接收设备必需使用与输入信号相位同步的本地时钟操作。因此，为了锁定到输入信号上，接收设备通常将改变其本地时钟的相位，试图发现它在其上能够成功地检测出前沿码内的比特模式的相位。一旦接收设备成功地识别出前沿码，即识别在前沿码内正在发送的比特模式，则它将成功地同步其本地时钟与所接收数据帧的相位，和将锁定到该比特模式上。在无线设备内，通常存在若干等级的同步。设备可以同步到输入信号的振荡器频率，同步到在输入信号内正在发送的符号或码片，或者同步到在输入信号正在发送的比特序列。通常，设备将必需顺序地在递增的信号等级上同步，所述同步建立在与较低等级的同步的基础上。

在实施中，使用前沿码的大部分设备并不将用于生成前沿码的公式(例如多项式)初始化为在每个帧内的相同初始条件。换句话说，虽然前沿码通常将包含公知和重复的比特模式，该比特模式的开始相对于该前沿码的开始基本上将是随机的。因此，一旦接收设备成功地与输入前沿码同步，则它无法获知在前沿码结束之前保持多长时间。

在窄带系统内，接收机可以使用载波(即能量)检测来确定前沿码何时开始，和因而剩下多少时间。然而，在UWB系统内，信号具有很低的信号噪声(SNR)比，意味着能量检测通常不是所希望的解决方法。

在接收来自帧的信息之前需要附加信号处理或接收机准备的某些设备内，这可能是一个问题。例如，某些设备可以在输入信号上执行操作以改善信号质量。这些操作可以采用线性均衡、判决反馈均衡(DFE)、精确自动增益控制(AGC)的形式和/或使用瑞克接收机。这些处理花费一定的时间以在它们准备操作之前训练。因为接收UWB设备并不知道在信号锁定之后在前沿码内剩下多长时间，它不能确定是否存在足够的用于接收机训练、AGC优化、信号标准化的剩余时间。

因为如果接收设备开始训练和前沿码在完成训练之前结束，导致接收设备不能在不存在不可接受的错误数量的情况下成功地接收输入数据，这可能是一个问题。在继续优化获取(例如使用多个获取支路)的实施例中，这也可能是一个问题。在这种情况下，因为接收机并不知道前沿码将何时结束，它并不知道是否有足够的时间来在它必需开始训练之前尝试和查找最佳获取锁定。因此，存在浪费了过多时间进行优化获取锁定，以至于没有足够时间用于训练的风险，或者它可能在试图确定它将具有足够的时间进行训练时过早地停止优化获取。

因此，在现有技术中将希望一种与未知相对信号锁定定时相关的问题的解决方法，还希望一种当接收设备一旦完成信号锁定无法获知在前沿码内的剩余时间时试图允许用于接收机训练的足够时间相关的问题的解决方法。

附图说明

附图用于进一步图示各种实施例，并解释根据本发明的各种原理和优点，在附图中，在全部的附图中相同的参考数字是指相同或功能上类似的单元，它将与下文的详细描述合并和构成说明书的一部分。

图1图示七层OSI标准的分层结构；

图2图示IEEE802标准；

图3是根据本发明优选实施例的无线网络的方框图；

图4是根据本发明优选实施例的超帧的方框图；

图5是根据本发明优选实施例的帧的方框图；

图6是根据本发明另一优选实施例的帧的方框图；

图7图示根据本发明优选实施例的包含输入帧的信号定时和由接收设备在输入帧上执行的操作；

图8是图3的网络中的设备的方框图；

图9是根据本发明优选实施例的图8的标记检测器的方框图；

图10是图示根据本发明优选实施例的图9的设备的帧接收操作的流程图。

具体实施方式

国际标准化组合(ISO)的开放系统互连(OSI)标准提供在终端用户和物理设备之间的七层分层结构，通过该结构，不同的系统可以进行通信。每一层负责不同的工作，OSI标准规定各层之间以及在符合该标准的设备之间的交互。

图1图示七层OSI标准的分层结构。如图1所示，OSI标准100包括物理层100，数据链路层120、网络层130、传输层140、对话层150、表示层160和应用层170。

物理层(PHY)层100通过网络在电、机械、功能和程序级别上传送比特流。它提供在载体上发送和接收数据的硬件装置。数据链路层120描述在物理介质上的比特表示和在介质上的消息格式，使用正确的同步发送数据块(例如帧)。网络层130处理到正确目标的数据路由选择和转发，维持和拆除连接。传输层140管理端到端控制和错误检查以确保完整的数据传输。对话层150在每端上的应用之间建立、协调和结束对话、交换和会话。表示层160将输入和输出数据从一种表示形式转换成另一种表示形式。应用层170是识别通信伙伴、识别服务质量、考虑用户鉴权和隐私和识别在数据语法上的任何限制的位置。

IEEE 802委员会已经开发了用于本地网络的三层结构，基本上对应于OSI标准100的物理层110和数据链路层120。图2图示IEEE802标准200。

如图2所示，IEEE 802标准200包括物理(PHY)层210、媒介访问控制(MAC)层220和逻辑链路控制(LLC)层225。PHY层210基本上作为OSI标准100中的PHY层110操作。MAC和LLC层220和225共享OSI标准100中的数据链路层120的功能。LLC层225将数据放置在能够在PHY层210上传送的帧内；和MAC层220管理在数据链路上的通信，发送数据帧和接收确认(ACK)帧。MAC层220和LLC层225一起负责错误检查以及并未接收和确认的帧的重传。

网络

图3是可以使用IEEE 802标准200的示例性无线网络300的方框图。在优选实施例中，网络300是无线个人局域网(WPAN)或微微网络。然而，应当理解本发明还应用于在若干用户之间共享带宽的其它设置，例如，无线局域网(WLAN)或任何其它合适的无线网络。

当使用术语微微网络时，它是指以特设方式连接的设备网络，其中包括用作协调器的一个设备(即它用作服务器)，同时其它设备(有时称作站)遵循协调器的时间分配指令(即它们用作客户机)。协调器和非协调器之间的一个主要区别在于协调器必需能够与网络内的所有设备通信，而各个非协调器设备不需要能够与所有的其它非协调器设备通信。

如图3所示，网络300包括协调器310和多个非协调器320。协调器310用于控制网络300的操作。如上面指出的，协调器310和非协调器320的系统可以称作微微网络，在这种情况下，可以将协调器310称作微微网络协调器(PNC)。每个非协调器设备320必需通过主无线链路330连接到协调器310，还可以通过也称作对等链路的次要无线链路340连接到一个或多个其它非协调器设备320。

此外，尽管图3图示设备之间的双向链路，但是它们也可以是单向的。在这种情况下，可以将每个双向链路330和340图示为两个单向链路，第一个在一个方向上，第二个在相反的方向上。

在某些实施例中，协调器310可以是与任一非协调器设备320相同种类的设备，除了用于协调该系统的附加功能之外，并要求它与网络300内的每个设备320通信。在其它实施例中，协调器310可以是并不用作设备320之一的单独设计的控制单元。

在下述公开内容中，可以将协调器310视为就是非协调器设备320的设备。然而，替代实施例可以使用专用协调器310。此外，各个非协调器设备320可以包括协调器310的功能单元，但是并不使用它们，用作非协调器设备。这可以是任一设备都是潜在的协调器310但是仅一个实际服务于在给定网络内的功能的情况。

网络300的每个设备可以是不同的无线设备，例如数字静止照相机、数字视频照相机、个人数据助理(PDA)、数字音乐播放器或其它个人无线设备。

各个非协调器设备320限制于可使用的物理区域350，它基于协调器310能够成功地与每个非协调器设备320通信的情况下设置。能够与协调器310通信的任一非协调器设备320(和反之)在网络300的可使用的区域350内。然而，应当指出，并不需要网络300内的每个非协调器设备320与每个其它非协调器设备320通信。

典型地，在WPAN内的协调器310和非协调器320共享同一带宽。因此，协调器310协调该带宽的共享。已经开发了标准以建立用于在无线个人局域网(WPAN)设置内共享带宽的协议。例如，IEEE标准802.15.3提供在使用时分多址(TDMA)的形式共享带宽的这样一种设置中用于PHY层410和MAC层420的规范。使用这一标准，MAC层420定义帧和超帧，由协调器310和/或非协调器设备320通过所述帧和超帧管理设备310和320的带宽共享。这种方法也可以应用于CSMA/CA实施例。

超帧

在优选实施例中，由协调器310在时间上将给定网络300内的可用带宽划分成一系列的重复超帧。这些超帧定义如何在各个工作中划分可用传输时间。随后，根据在超帧内提供的定时，在这些超帧内传输各个信息帧。

图4是根据本发明优选实施例的超帧的方框图。如图4所示，每个超帧400可以包括信标周期410、竞争访问周期(CAP)420和竞争自由周期(CFP)430。

信标周期410用于协调器310将信标帧发送给网络300内的非协调器设备320。这样一个信标周期410将包括用于在超帧400内组织设备310和320的操作的信息。每个非协调器设备320知道如何在加入网络300之前识别信标410，使用该信标410识别现有网络300和协调网络300内的通信。实际上，因为信标包括前沿码，所公开的处理可应用于信标周期410和帧前沿码。

CAP 420用于在网络内发送命令或异步数据。在多个实施例中可以消除CAP420，该系统随后将仅在CFP 430内传送命令。

CFP 430包括多个时隙440。这些时隙440由协调器310分配给单个发送设备310和320和一个或多个接收设备310和320，用于在它们之间传输信息。通常，将每个时隙440分配给特定发送器-接收器对，尽管在一些情况下，单个发送器将同时向多个接收器发送。在优选实施例中，可以将这些时隙用于发送协调器310和非协调器设备320之一之间的管理信息，或者可以用于在网络300的设备310和320之间发送同步非管理数据。

超帧400是在时间内重复的固定时间结构。在信标410中描述了超帧400的特定持续时间。实际上，信标410通常包括多长时间一次重复信标410的相关信息，它有效地对应于超帧400的持续时间。信标410还包括网络300的相关信息，例如每个时隙440的发送器和接收器的标识和协调器310的标识。

用于网络300的系统时钟最好通过信标410的生成和接收来同步。每个非协调器设备320一旦成功地接收正确的信标410则将存储同步点时间，随后，将使用这个同步点时间调整它自己的定时。

尽管在图4中未图示，最好存在散布在CFP 430内的时隙440之间的保护时间。在TDMA系统内使用保护时间防止因为在时钟精确度内不可避免的错误和在基于空间位置的传输时间上的差别导致两个传输在时间上重叠。

在WPAN中，传播时间与时钟精确度相比通常将是无关紧要的。因而，所需要的保护时间量值最好主要基于时钟精确度和因为前一同步时间的持续时间。这样一个同步事件通常将在非协调器设备320成功地从协调器310接收信标帧时出现。为了简化，可以将单个保护时间值用于整个超帧。最好将保护时间放置在每个信标帧和时隙的尾部上。

此外，尽管在超帧结构中使用优选实施例，但是本发明同样可以应用于发送除超帧结构之外的帧的实施例。

帧

如上面指出的，以帧的形式在设备之间发送信号。图5是根据本发明优选实施例的帧的方框图。根据其有效负载，帧可以是管理帧、数据帧、确认帧等。

如图5所示，帧500包括前沿码(preamble)510、首部(header)520和有效负载530。每个帧500最好由一系列的小波组成，用小波或称作码字的小波组表示在帧500内的信息。在优选实施例中，接收设备310和320是双相调制的，意味着小波或码字的一个方向表示“1”和该小波或码字的相反方向表示“0”。

尽管未图示，帧500可以包括一个或多个校验序列(例如循环冗余校验(CRC))以检查传输错误。例如，帧500可以包括在首部520末尾处的首部校验序列以执行首部520的CRC，和/或在有效负载530末尾处的帧校验序列以执行整个帧500的CRC。

在前沿码510内，发送设备发送公知的比特序列，而接收设备310和320监听这个公知序列以正确地锁定在该信号上。在前沿码510内并不发送实质数据，因为接收设备310和320依然在获取它的与发送设备同步的定时。

在优选实施例中，前沿码包括能够轻易地和重复地生成的伪噪声(PN)序列，并且看起来是随机的以放置频谱线路。在优选实施例中，使用17次多项式(例如17次三项式：x¹⁷+x¹²+1)生成PN序列。这可以使用抽头在导致异或门的合适点上的长度为17的移位寄存器实现这个多项式。随后，可以使用已知的种子值填充移位寄存器以启动该移位寄存器生成PN序列。在优选实施例中，开始种子可以是1_111_1111_1111_1111或0_0000_0000_0000_0100，即将合适的比特值并行放置在相应的移位寄存器内。

首部520包括帧500的预期接收者的相关信息和其它识别信息。在多个帧包括分段数据的情况下，首部520还应当包括正确地重新装配在多个帧内包含的分段必需的任何信息。

有效负载530包括通过帧500发送的实体信息。如果该帧是数据帧，则该信息可以是数据，如果它是确认帧，则是确认信息，如果它是管理帧，则是管理信息，等等。

优选地，前沿码510和首部520是固定大小的，而有效负载530可以改变大小。因而，给定帧500的大小通常将根据它承载的有效负载530的大小而改变。

然而，在一些情况下，替代实施例可以改变前沿码大小。例如，在一种优选实施例中，可以将快速同步前沿码用于在时隙内从一个设备发送给另一个设备的第二和随后的分组(也称作帧)。该设备可以存储在时隙内在分组之间的获取和同步信息，并使用所存储的信息以实现更快的获取/同步，允许更短的前沿码。在另一种优选实施例中，根据信号质量(例如SNR)，可以使用不同的前沿码大小。当SNR很好时，可以使用短前沿码，当SNR很差时，可以使用长前沿码。也可以将多个等级的前沿码用于改变SNR阈值。

如上面指出的，然而，希望接收设备310和320获得与在实现成功的信号锁定之后在前沿码510内剩余多少时间相关的一些信息。这将允许接收设备310和320确认它是否有足够的时间执行在接收帧有效负载之前必需的接收机准备功能(例如DFE训练)。为了满足这一需要，可以将前沿码划分成两个前沿码，并在两个前沿码之间提供可识别的标记。

图6是根据本发明另一种优选实施例的帧的方框图。如上面指出的，根据它们的有效负载，该帧可以是管理帧、数据帧、确认帧、等等。

如图6所示，该帧600包括第一前沿码610、第二前沿码615、首部520、有效负载530和标记序列640。每个帧600最好由表示该帧600内的信息比特的一系列小波组成。如上面指出的，小波本身可以表示信息比特，或者它们可以作为码字组合在一起以表示信息比特。如图5的帧500，图6中的帧600可以具有所包括的一个或多个校验序列。

第一和第二前沿码610和615最好包含已知的比特序列，如在图5所示的实施例中公开的。第一前沿码610应当足够大以允许将要执行的信号锁定操作(即获取)，并可以足够长以允许长于平均锁定操作(例如由于很差的信号质量等)或迭代锁定操作(例如使用多个获取支路以改善锁定位置)。

第二前沿码615应当足够长以允许接收设备310和320在它处理首部520和有效负载530之前执行所需要的任何训练或接收机准备操作。

第一和第二前沿码610和615最好以相同的方式生成，例如，两者根据相同的多项式生成。这通过仅要求识别一个已知的序列而非两个，简化了在接收设备310和320内的实施。无论如何，第二前沿码615最好是已知的序列，以便能够更有效地执行训练。例如，如果训练是DFE训练，则这样一个DFE训练操作需要已知数据。

在替代实施例中，可以将第二前沿码615称作训练周期，可以将第一前沿码610仅称作前沿码。或者可以将第一前沿码610称作前沿码的第一部分，可以将第二前沿码615称作前沿码的第二部分。然而，无论如何命名，它们的操作将保持相同。

在优选实施例中，使用已知的17次生成器多项式生成第一和第二前沿码610和615。

首部520和有效负载530最好构成与图5的帧相同。

标记序列640是放置在第一和第二前沿码610和615之间的比特序列，并用于标记在帧600内的已知位置。标记序列640最好是在前沿码610或615内或者在首部520内并未出现的比特序列。最好还选择标记序列640以便在统计学上它不可能在有效负载30内出现，尽管在任一实施例中可以排除这种要求，在这些实施例中，接收设备310和320将不在首部520或有效负载530内尝试和检测标记序列640。标记的长度可以改变，但是作为2的因子的标记是优选的。

具体而言，应当选择标记序列640以便其比特序列并不(或者可能将不)在接收设备310和320将试图检测它的时间周期内出现。而且，应当选择比特序列以便在接收设备310和320将试图检测它的时间周期内将不可能错误地检测它的比特序列。这将使接收设备310和320将不会怀疑它何时检测到标记序列640。然而，通常，可以使用具有较小错误检测机会的能够轻易地检测到的任一种标记来替代标记序列640。

最好选择标记序列640，以便它具有与构成第一和第二前沿码610和615的数据序列(例如上述的PN序列)的很低的互相关。这使得由接收设备310和320正确检测标记序列640的概率远远高于在第一或第二前沿码610和615过程中标记序列640的错误检测的概率。

在优选实施例中，标记序列640是可以是32个或64个比特的可编程值。然而，在替代实施例中，可以选择任何其它的合适长度以提供必需的特性。

在优选实施例中，其中使用三项式x¹⁷+x¹²+1生成前沿码，可以选择标记，例如用于32比特标记的0001_1100_0011_1011_1001_0101_1001_0110或1001_0110_0101_0110_0010_0011_1100_0111，和用于64比特标记的0x65f8_6bcb_4a9f_65c8。然而，替代实施例可以使用不同标记。

帧处理

图7图示根据本发明优选实施例的包含输入帧的信号定时和由接收设备310和320在输入帧上执行的操作。尽管接收设备310和320可以在帧600中的任一点上开始其处理，通过例子，将其图示为恰在帧600抵达之后开始其接收处理。

如图7所示，发送器以无线信号发送帧600。帧包括第一前沿码610、标记序列640、第二前沿码615、首部520和有效负载530。在接收该帧600时，接收器执行多个处理，包括DC偏置处理755、获取处理760、附加获取处理765、PN锁定处理770、自动增益控制(AGC)处理773、判决反馈均衡(DFE)训练处理775、首部接收处理780和有效负载接收处理790。而且，还存在其它部分795，其中可以执行附加处理或者其中接收设备310和320可以是空闲的。

在DC偏置处理755中，接收设备310和320观察A/D电平，执行所检测偏置电平的相关判决，和编程接收器链内的数模转换器(DAC)，从而最小化信号偏置。在一些实施例中，可以省去直流偏置处理755。

在获取处理760中，接收设备310和320初始地监听包含帧的输入信号，和试图实现信号锁定。通过试图配置本地时钟的相位(和可能地频率)与输入信号的相位(和可能地频率)来执行这一操作。在优选的接收操作中，接收设备310和320将有时在第一前沿码610的过程中实现信号锁定。

在获得信号锁定之后，接收设备310和320将优选地开始监听标记序列640。

在附加获取处理765中，接收设备310和320可以在初始信号锁定之后继续执行锁定操作，从而尝试和改善当前信号锁定。例如，如果接收设备310和320包括多个接收支路，它可以使用第一支路锁定到输入信号上以获得成功的锁定，但是可以使用一个或多个其它支路继续尝试和发现更佳的信号锁定。因为在网络300内使用的无线信号的多径特性，同一信号的多个相位偏移复本可以抵达每个接收设备310和320。这些相位偏移复本中的若干复本可以具有用于锁定的足够质量，但是一些复本可以具有比其它复本更高的质量。多个支路可以搜索其它多径信号以发现将提供更佳信号锁定的复本。在一些实施例中，可以省去这个附加获取处理765。

在优选实施例中，一旦接收设备310和320检测标记序列640，它结束所有获取处理(760或765)和开始执行接收首部520和有效负载530必需的附加处理。这样，标记序列640用作该帧600的其余部分的时间参考。具体而言，它向接收设备310和320表示它在何时必需开始获取后的操作，从而提供在首部520抵达之前用于完成它们的足够时间。如图7所示，这些获取后操作包括PN锁定处理770、AGC处理773和DFE训练处理775。附加处理可以包括根据多个支路的数据定位调整和瑞克训练。

优选地，在成功检测到标记序列640之后，接收设备310和320将停止试图检测标记序列640，将不再开始检测直到接收到新的帧。这避免了在首部520或有效负载530内检测标记序列640的可能性，这可能干扰信号处理。

在PN锁定处理770中，接收设备310和320锁定到在第二前沿码615中使用的特定PN序列上。尽管接收设备310和320先前在获取处理760(和可能的附加获取处理765)中已经锁定到输入信号的相位上，这仅锁定到时钟相位上，而不是组成第一和第二前沿码610和615的PN序列的特定定位。在PN锁定处理770中，接收设备310和320同步由本地PN生成器生成的本地PN序列与在第二前沿码615内的接收PN序列。该本地PN序列等同于所接收的PN序列，因为以相同的方式生成(例如通过同一多项式)。通过拥有PN序列的本地生成复本，接收设备310和320可以更好地执行DFE、在DFE内的其它训练或者其它训练处理775或795，因为该数据模式是已知的和本地生成的复本是可以使用的。

在AGC处理773中，接收设备310和320观察输入信号的A/D值，调整接收器增益和/或信号幅度以最大化在数据处理阶段之后的效率。这个处理可以同时包括模拟AGC处理和数字AGC处理(即便标准化)。在一些实施例中，可以省去AGC处理773。

在DFE训练处理775中，接收设备310和320观察输入数据流，它同时具有噪声和符号间干扰(ISI)，比较它与在完成PN锁定处理770之后生成的无噪声形式的数据。随后，确定一组DFE系数，它们将使输入数据流看起来是无噪声和无ISI的数据。

尽管以顺序的方式执行如图7所示的PN锁定处理770、AGC处理773和DFE训练处理775，也可以部分地或完整地并行执行这些处理，尽管必需在DFE训练处理775之前执行PN锁定处理770。例如，在一种优选实施例中，同时执行PN锁定处理770和AGC处理773。

此外，可以在这个时间中执行更多或更少的训练处理。该训练能够增强接收器处理输入信号的能力，但是这不是必需的。

在首部接收处理780中，接收设备310和320将接收和处理在首部520内的信息和对其执行处理。类似地，在有效负载接收处理790中，接收设备310和320将接收和处理在有效负载530内的信息和对其执行处理。

如图7所示，在所公开的实施例中，帧600可以具有一个或多个改变点，其中它可以改变它使用的传输数据速率或码字集。具体而言，帧600可以改变设置在标记序列640之后、第二前沿码615之后或首部520之后的它的数据速率或码字。在一些实施例中，改变数据速率或码字集的指令可以包括在首部内。然而，在替代实施例中，可以选择在帧600内的不同点作为改变点。

如果在这些改变点之一上改变帧600的数据速率或码字集，则接收器将在合适的时间上改变其接收处理以适应不同的数据速率或码字集。对于普通的网络300，对于特定的超帧400或对于特定的时隙440，可以预先设置改变点的设置和不同的速率或码字集。

在替代实施例中，首部520可以包括表示是否应当在首部520之后改变数据速率或码字集的标记。在这种情况下，接收器将改变其接收处理以适应不同的数据速率或码字集，仅当在首部520内被指示如此执行时。

通过改变数据速率，该系统允许接收设备310和320在较低的数据速率上执行一些功能和在较高的数据速率上执行其它的功能。例如，可以在低数据速率上执行初始化获取或训练以允许在传输中更少的错误。但是随后可以将更高的速率用于随后的操作以允许更快的信号处理和数据传输。在一些实施方式中，第二数据速率可能高于在第一前沿码610过程中因为服务质量限制将可用的数据速率(即没有训练DFE或瑞克，很高的速度将导致过多的比特错误)。但是一旦正确地训练DFE，可以在可接受数量的比特错误的情况下使用较高的数据速率。

通过改变码字集，该系统允许接收设备310和320使用适合于第一处理的码字集执行第一处理，同时使用更适合于第二处理的第二码字集执行第二处理。例如，发送设备310和320可以使用非常适合于获取的第一码字集启动该帧600。随后，在改变点之一上，发送设备310和320可以改变以使用更适合于接收数据的第二码字集。在各种实施例中，在这些码字集中的码字可以是相同大小的或者是不同大小的。

图8是图3的网络中的设备的接收器部分的方框图。如图8所示，每个设备(即每个协调器310或非协调器设备320)包括天线810、前端820、代码处理器830、伪噪声(PN)锁定电路840、数字反馈均衡器(DFE)电路850、获取检测器860、锁定检测器870、标记检测器880和控制器890。

天线810最好是被配置为接收UWB信号的超宽带宽(UWB)天线。这可能是专用接收天线，或者可以与设备310和320的发送器部分共享。

使用前端820以在输入信号上执行各种信号处理操作。这可能包括DC偏置处理器755和AGC处理773以及信号混合集成。

使用代码处理器830以生成用于在接收信号中检测码字的本地码字。

PN锁定电路840在第二前沿码615的过程中执行PN锁定处理770。为了执行这一操作，它同步本地PN生成器(最好包含在PN锁定电路840内)与在第二前沿码615中的PN序列。

DFE电路850在输入数据上执行DFE操作以从输入数据流中消除ISI。DFE电路850最好在DFE训练处理775的过程中执行DFE训练以确定必需的DFE参数(即DFE系数)以在首部520和有效负载530上正确地执行DFE功能。

获取检测器860监视输入信号和确定同步本地时钟与输入信号相位所需要的必需操作。获取检测器可以具有单个锁定支路，或者可以具有多个锁定支路。

锁定检测器870监视在获取之后的输入信号以保证锁定点保持足以接收数据。如果锁定检测器确定在锁定支路上的信号太弱，则该支路将解除锁定，并将为该支路继续获取处理。

标记检测器880监视输入信号以确定何时已经接收到标记序列640。该标记检测器880最好在获取检测器860表示实现初始化锁定时开始操作，和当它检测到标记序列640时停止操作。

控制器890接收控制信号，将控制信号提供给前端820、代码处理器830、PN锁定电路840、DFE电路850、获取检测器860、锁定检测器870和标记检测器880。

图9是根据本发明优选实施例的图8的标记检测器880的方框图。如图9所示，标记检测器880包括移位寄存器910、固定寄存器920和比较电路930。

移位寄存器910的长度为标记序列640，和逐比特地接收输入信号。固定寄存器920的长度也是标记序列640，并包含标记序列640的复本。在优选实施例中，移位寄存器910和固定寄存器920的长度为32比特或64比特。在替代实施例中这可以改变，甚至是可以选择的。

比较电路930比较移位寄存器910的内容与固定寄存器920的内容以确定在两者之间存在的错误个数。当错误个数符合设置标准时，比较电路将检测信号提供给控制器890，表示已经检测到标记序列640。在一种优选实施例，设置标准是使32比特标记序列640具有两个或更少的错误，和使64比特标记序列640具有五个或更少的错误。然而，在替代实施例中，这也可以改变。因为这个原因，在优选实施例中，错误的准确数量最好是可编程的以考虑到改变精确度的需要。

图10是图示根据本发明优选实施例的图8的设备的帧接收操作的流程图。如图10所示，接收设备310和320通过在输入信号上执行直流偏置操作开始(步骤1005)。在一些实施例中，可以省去这一步骤。

在直流偏置操作1005之后，接收设备310和320执行获取操作1010。在这个实施例中，执行迭代获取处理(对应于图7中的附加获取处理765)以继续优化获取锁定。

具体而言，一旦实现初始化获取1010，则接收设备310和320确定是否已经检测到标记序列640(步骤1015)。如果尚未检测到标记序列640，则接收设备310和320返回获取处理(步骤1010)，继续优化获取锁定。在一些替代实施例中，接收设备310和320可以简单地在锁定之后等待以检测标记序列640。在这种情况下，即当步骤1015表示未检测到标记序列640时，则检测步骤将迭代地返回其本身，并继续试图检测标记序列640。在另一个替代实施例中，接收设备310和320可以迭代地进入跟踪状态，如同它继续尝试和检测标记序列640。

一旦在步骤1015中检测出标记序列640，则随后接收设备310和320执行PN锁定处理(步骤1020)、AGC处理(步骤1025)和信号训练处理(步骤1030)。在优选实施例中，这个信号训练1030是DFE训练。可以以改变的顺序执行这些各种信号处理和监视步骤(1020-1030)，并可以顺序地或并行地执行。此外，也可以包括其它的信号处理和监视步骤。

最后，在执行所有的信号处理和监视步骤之后，接收设备310和320接收帧首部520(步骤1035)，随后接收帧有效负载530(步骤1040)。

此外，该处理还可以包括为了接收帧600切换数据速率或码字集的功能。在检测出标记序列640之后即在帧600的标记序列640之后(步骤1050a)、在完成所有的信号处理和监视操作之后即在帧600内的第二前沿码615之后(步骤1050b)或者在接收到首部520之后(步骤1050c)可以执行上述功能。

这个根据所公开实施例的方法和设备允许接收设备310和320执行输入信号的获取，同时保证如果接收设备310和320在获取之后具有时间，则将仅处理任一接收帧600以执行正确地接收在帧600内包含的数据所必需的训练和信号处理步骤。

如图10所示，直到在步骤1015中接收到标记序列640，接收设备310和320将继续迭代地优化获取处理。例如，如果接收设备在第二前沿码615的过程中锁定到输入信号(即当存在足够的时间用于在首部520之前的训练和信号处理时)，则它将不检测标记序列640(它已经通过)，并将不停止获取帧600的其余部分(或者其协议要求它继续努力获取)。

在一些实施例中，在定时器表示已经过去所设置的时间周期而未检测到标记序列640时，接收设备310和320将停止获取输入信号。在其它实施例中，接收设备310和320可以在整个帧600上保持获取并进入下一帧600，此时它将在第二帧600内检测标记序列640。

这种在移动以进一步处理之前检测标记序列640的要求可能导致接收设备310和320丢失整个帧。但是它还将防止接收设备310和320在它准备执行之前开始帧600的处理(例如在完成DFE训练之前)。这降低了在处理帧时的错误机会，和简单地要求重新发送帧。然而，在优选实施例中，这是可以接受的，因为接收设备310和320丢失标记640的概率远低于接收设备310和320在不能执行正确训练之后不能成功地接收帧的概率。

该公开内容将解释如何实现和使用根据本发明的各种实施例，而不是限制其真正、预期和公正的范围和精神。上述说明将不是穷举的，或者用于将本发明限制到所公开的具体形式。在上述教导的启示下，可以进行修改或变化。选择和描述这些实施例以提供对本发明的原理及其实际应用的最佳说明，使本领域的普通技术人员能够在适合于具体预期使用的各种实施例和各种修改实施例中使用本发明。当根据公正、合法和等同而授予的范围进行解释时，所有这些修改和变化将在权利要求书确定的本发明的范围之内，如在本专利申请的审查阶段可以修改的及其所有的等同物。

Claims (24)

1.一种在超宽带宽网络内接收数据帧的方法，包括：

接收包含数据帧的超宽带宽信号；

在该数据帧的第一前沿码过程中执行获取操作；

识别在第一前沿码之后表示第一前沿码已经结束的标记；

在识别该标记之后，在数据帧的第二前沿码过程中执行包括信号训练的信号处理操作；

在执行信号训练之后，接收数据帧内的首部；和

在接收首部之后，接收数据帧内的有效负载。

2.如权利要求1所述的在超宽带宽网络内接收数据帧的方法，其中信号处理步骤是信号训练步骤。

3.如权利要求1所述的在超宽带宽网络内接收数据帧的方法，在超宽带宽收发信机内执行。

4.如权利要求1所述的在超宽带宽网络内接收数据帧的方法，在集成电路内执行。

5.如权利要求1所述的在超宽带宽网络内接收数据帧的方法，还包括在识别标记之后和在接收首部之前，在第二前沿码过程中在所接收的超宽带宽信号上执行伪噪声锁定。

6.如权利要求1所述的在超宽带宽网络内接收数据帧的方法，还包括在识别标记之后和在接收首部之前，在第二前沿码过程中在所接收的超宽带宽信号上执行自动增益控制操作。

7.如权利要求1所述的在超宽带宽网络内接收数据帧的方法，还包括在执行获取操作之后和在接收有效负载之前将用于到来超宽带宽信号的接收数据速率从第一数据速率改变成第二数据速率。

8.如权利要求7所述的在超宽带宽网络内接收数据帧的方法，其中在下述之一过程中执行接收数据速率的改变：在接收标记之后和在执行信号训练操作之前，在执行信号训练操作之后和在接收首部之前，以及在接收首部之后和在接收有效负载之前。

9.如权利要求1所述的在超宽带宽网络内接收数据帧的方法，还包括在执行获取操作之后和在接收有效负载之前，将用于到来超宽带宽信号的接收码字集从第一码字集改变成第二码字集。

10.如权利要求9所述的在超宽带宽网络内接收数据帧的方法，其中在下述之一过程中执行接收码字集的改变：在接收标记之后和在执行信号训练操作之前，在执行信号训练操作之后和在接收首部之前，以及在接收首部之后和在接收有效负载之前。

11.如权利要求1所述的在超宽带宽网络内接收数据帧的方法，其中识别标记还包括：

接收多个比特；

比较多个比特与所存储的比特序列；和

当在对应的接收比特和存储比特之间具有不多于许可数量的比特差别从而多个接收比特与存储的比特相匹配时，将该标记识别为已经接收到。

12.如权利要求11所述的在超宽带宽网络内接收数据帧的方法，其中许可数量的比特差别在0和10之间。

13.如权利要求1所述的在超宽带宽网络内接收数据帧的方法，

其中该标记是N比特序列，N是大于1的整数，和

其中N比特序列并不出现在第一前沿码或第二前沿码内。

14.一种在超宽带宽网络内发送数据帧的方法，包括：

发送第一前沿码，该第一前沿码包括第一伪随机序列；

在第一前沿码之后发送表示第一前沿码已经结束的标记，该标记包括已知的多个比特；

在该标记之后发送数据帧内的第二前沿码，该第二前沿码包括第二伪随机序列；

在第二前沿码之后发送首部；和

在发送首部之后发送有效负载。

15.如权利要求14所述的在超宽带宽网络内发送数据帧的方法，在超宽带宽收发信机内执行。

16.如权利要求14所述的在超宽带宽网络内发送数据帧的方法，在集成电路内执行。

17.如权利要求14所述的在超宽带宽网络内发送数据帧的方法，还包括在发送标记之后和在发送有效负载之前将用于数据帧的发送数据速率从第一数据速率改变成第二数据速率。

18.如权利要求17所述的在超宽带宽网络内发送数据帧的方法，其中在下述之一过程中执行接收数据速率的改变：在发送标记之后和在发送第二前沿码之前，在发送第二前沿码之后和在发送首部之前，以及在发送首部之后和在发送有效负载之前。

19.如权利要求14所述的在超宽带宽网络内发送数据帧的方法，还包括在发送标记之后和在发送有效负载之前将用于数据帧的发送码字集从第一码字集改变成第二码字集。

20.如权利要求19所述的在超宽带宽网络内发送数据帧的方法，其中在下述之一过程中执行改变发送码字集：在发送标记之后和在发送第二前沿码之前，在发送第二前沿码之后和在发送首部之前，以及在发送首部之后和在发送有效负载之前。

21.如权利要求14所述的在超宽带宽网络内发送数据帧的方法，其中已知的比特序列不出现在第一前沿码或第二前沿码中。

22.一种在超宽带宽网络内的接收器，包括：

代码处理器，被配置为接收包含数据帧的超宽带宽信号；

获取检测器，被配置为在数据帧内的第一前沿码过程中执行获取操作；

标记检测器，被配置为识别在第一前沿码之后表示第一前沿码已经结束的标记；

判决反馈均衡器电路，被配置为在识别标记之后，在数据帧内的第二前沿码过程中执行接收器训练操作。

23.如权利要求22所述的在超宽带宽网络内的接收器，其中标记检测器还包括：

用于接收数据流的长度N的移位寄存器；

用于保存标记比特值的长度N的静态寄存器；和

比较电路，用于比较移位寄存器的内容与静态寄存器的内容，以确定在移位寄存器和静态寄存器内的对应条目之间的比特错误个数；

其中N是大于1的整数。

24.如权利要求22所述的在超宽带宽网络内的接收器，其中当由比较电路确定的比特错误个数满足可接受的阈值时，控制器确定已经检测到该标记。

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