CN100539559C - 使用解扩频信号以校正相位误差的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在如无线局域网络(WLAN)接收器等接收器内的相位误差校正技术。此接收器包含有相位误差校正单元，将其连接成接收具有相位误差的输入信号且用于产生已经相位误差校正过的输出信号。再者，此接收器包含有解扩频器，适用于解扩频数据信号。此解扩频器是连接至相位误差校正单元以便提供解扩频数据信号给相位误差校正单元。设置此相位误差校正单元用于依据解扩频数据信号校正相位误差。此解扩频器可以是巴克(Barker)匹配滤波器或互补码移位键(CCK)匹配滤波器，且在此可以设置多任务器用于选择其中一种滤波器。

Description

使用解扩频信号以校正相位误差的装置
技术领域
本发明关于在如无线局域网络(WLAN)系统等的扩频通信系统中的接收器，并且尤其是有关于所接收信号的相位误差校正。
背景技术
无线局域网络为一种有弹性的数据通信系统，应用做为有线局域网络的延伸或替代方案。利用射频或红外技术，WLAN装置透过大气传送和接收数据以减少对连接线的需求。因此，WLAN系统兼具相互连接性和使用者移动性。
大部分的WLAN系统使用扩频技术，这是一种为了要使通信系统更可靠且安全而开发的宽频射频技术。扩频技术的设计是以频宽效率交换可靠性、完整性和安全性。经常使用的两种扩频射频系统形式为：跳频扩频和直接序列扩频系统。
定义和管理操作在2.4G赫兹频谱中的无线局域网络标准为IEEE802.11。为了可达到较高的数据传输率，将此标准延伸为802.11b标准，其在2.4G赫兹频谱中允许5.5和11Mbps的数据传输率。此延伸是可以向下兼容，只要其与直接序列扩频技术相关，但采用称为互补码移位键(Complementary Code Keying)的新调变技术，这使得其速度增快。
在WLAN系统以及其它扩频通信系统中，信号在从发射器至接收器的路径中会遭遇许多的失真。在发射器和接收器中的射频震荡器的频率偏移可能会导致频率误差。
假设s(t)为传输信号
s(t)＝A(t)·ejωt
其中w为载波频率，则接收信号可表示为
Figure C03812279D00041
其中we为发射器和接收器间的震荡器的频率差，而φe为发射器和接收器间的震荡器的相位差。
现参考第1图，图中所表示的误差校正配置包含有频率误差校正单元100和相位误差校正单元110。频率误差校正单元100系用于补偿频率误差，然后利用相位误差校正单元110补偿剩余的相位误差。下文中将更详细说明的。
假设输入到频率误差校正单元100的基频带信号为
Figure C03812279D00051
则频率误差校正单元100的输出信号为
Figure C03812279D00052
其中
Figure C03812279D0005122337QIETU
表示残留的频率误差。此信号可视为具有以时间为函数的相位的信号。
Figure C03812279D00054
其在当
Figure C03812279D00055
和φ0为常数时是随时间而线性增加。
相位误差校正单元110的工作主要是移除剩余的相位误差以便所接收的信号与所传送的信号能够尽量相同，所以可以减少发生解调误差的机率。在第2图中系表示相位误差校正单元110如何动作的范例。
第2图中所表示的相位误差校正单元110包含有误差校正模块200，其执行下列操作：
Figure C03812279D00056
其中
Figure C03812279D00057
为当前相位误差的估算。误差校正模块200是由从测量模块210所接收到的误差信号控制。测量模块210测量误差校正模块200的输出信号的相位误差且尝试产生误差信号以便可减少相位差异
Figure C03812279D00058
现参考第3图，图中系表示用于二进制相移键控(BPSK)系统的状态图(或坐标图)。为了方便说明将此图标旋转。在此图标中，中空符号表示＂理想＂的信号点，反之，叉型符号表示有相位位移的接收信号的信号点。在理想和接收坐标间的电流相位差异是以
Figure C03812279D00061
表示。决定此相位差以便产生非常精确的误差信号是误差测量模块210的工作。
假设x(k)，x(k-1)，x(k-2)，....为所接收数据取样点的实数部分，而y(k)，y(k-1)，y(k-2)，....为其虚数部分，且假设理想坐标点的实数和虚数部分系分别以xA和yA表示，所以可以依据下列公式计算相位误差：
t＝{T，2T，3T，...}T＝1/11MHz
可是，在所接收信号中总是会有额外的白色高斯噪声，所以测量信号点会从第3图所表示的叉型标记随机偏移。为了说明此现象，在第3图中沿着叉型标记周围标示一个区域其表示在此区域内所测量的坐标点会因为额外的噪声而以特定机率随机分布。所标示区域具有特定半径，且此半径是由通信系统内当前的信道情形而决定。
因此，测量如上所表示的相位差会具有一个缺点，也就是因为额外的噪声，将会有随机测量误差。噪声区域的半径愈大，则测量误差愈大。注意当在坐标图中理想信号点和所接收信号点间的距离，亦即，叉型标记没有超过噪声区的半径，则测量误差可能达到100％。
很明显地，假如无法正确测量相位差，则测量模块210无法正确产生误差信号。因此，在传统接收器内的相位误差校正通常无法有效动作，因而导致整个系统的可靠度降低，并因此降低接收器达到稳定的时间。
发明内容
本发明提供已改善的接收器及其操作方法，其当执行相位误差校正时，尤甚者当取样有噪声的数据时，可增加其品质的控制。
依据本发明的一态样，提供一种于扩频通信系统中的接收器，其包含有相位误差校正单元，该相位误差校正单元连接以接收具有相位误差的输入信号及用于产生具有已校正相位误差的输出信号。此接收器更包含有解扩频器，其用于解扩频数据信号。将此解扩频器连接至相位误差校正单元以便将解扩频数据信号提供给相位误差校正单元。设置相位误差校正单元系用于依据解扩频数据信号校正相位误差。
在进一步的实施例中，该解扩频电路为互补码移位键(CCK)匹配滤波器。
在进一步的实施例中，该互补码移位键匹配滤波器是利用沃尔什(Walsh)树而实现。
在进一步的实施例中，该互补码移位键匹配滤波器包括有互补码移位键解校正器以便提供所述的互补码移位键解校正器的相位输出给所述的相位误差校正单元。
在进一步的实施例中，该解扩频电路包括有：巴克(Barker)匹配滤波器；互补码移位键匹配滤波器；以及选择单元，其连接至所述的巴克匹配滤波器和所述的互补码移位键匹配滤波器。其中所述的选择单元适用于选择所述的巴克匹配滤波器和所述的互补码移位键匹配滤波器的其中之一以便提供所选择滤波器的输出给所述的相位误差校正单元。
在进一步的实施例中，该选择单元连接成可接收选择信号指示已选择所述的巴克匹配滤波器和所述的互补码移位键匹配滤波器的哪一个。
在进一步的实施例中，该接收器进一步包括控制器，该控制器适用于依据与当前由所述接收器所接收到信号相关的数据转换模式而产生所述的选择信号。
在进一步的实施例中，该控制器适用于持续追踪当前所使用的数据转换模式，且当数据转换模式改变时能够切换选择信号。
在进一步的实施例中，该控制器适用于依据所述将解扩频数据信号的数据率而产生所述的选择信号。
在进一步的实施例中，所述的控制器适用于产生所述的选择信号以便指示所述的选择单元当数据率为1Mbps或2Mbps时选择所述的巴克匹配滤波器。
在进一步的实施例中，该控制器适用于产生所述的选择信号以便指示所述的选择单元当数据率为5.5Mbps或11Mbps时选择所述的互补码移位键匹配滤波器。
在进一步的实施例中，所述的控制器适用于持续追踪当前所使用的数据率，且当数据转换率改变时能够切换选择信号。
依据本发明的另一态样，该接收器为无线局域网络接收器。
在依据本发明的又一态样中，可能设置有一个集成电路芯片用于处理扩频数据信号。此集成电路芯片具有上述各实施例中的接收器中的任一个接收器。
在依据本发明的又一态样中，提供操作WLAN接收器的方法。此方法包含有校正在输入信号中的相位误差，及解扩频数据信号。相位误差校正是依据解扩频数据信号而执行。
在依据本发明的又一态样中，提供在扩频通信系统中操作接收器的方法。此方法包含有校正在输入信号中的相位误差，及解扩频数据信号。相位误差校正是依据解扩频数据信号而执行相位误差校正。
在进一步的实施例中，该相位误差的校正包含有：依据所述解扩频数据信号产生误差信号，此误差信号系用于指示当前的相位误差；以及依据所述的误差信号产生已校正的输出信号。
在进一步的实施例中，该误差信号的产生包含有积分所述的扩频信号一段时间。
在进一步的实施例中，该数据信号是藉由校正所述输入信号的相位误差而产生的信号。
在进一步的实施例中，解扩频该数据信号包含有操作巴克(Barker)匹配滤波器。
在进一步的实施例中，解扩频此数据信号包含有操作互补码移位键(CCK)匹配滤波器。
在进一步的实施例中，该互补码移位键匹配滤波器是利用沃尔什(Walse)树而实现。
在进一步的实施例中，该互补码移位键匹配滤波器包含有互补码移位键解校正器以便提供所述互补码移位键解校正器的相位输出，此相位误差校正器是依据所述的相位输出而执行。
在进一步的实施例中，解扩频该数据信号包含有：操作巴克匹配滤波器；操作互补码移位键匹配滤波器；以及选择所述巴克匹配滤波器和所述互补码移位键匹配滤波器的其中之一，其中该相位误差校正器是依据所选择滤波器的输出而执行。
在进一步的实施例中，选择其中之一滤波器包含有：从控制器接收选择信号，此选择信号表示将选择巴克匹配滤波器和互补码移位键匹配滤波器中的哪一个。
在进一步的实施例中，该方法更包含有：操作所述的控制器以便依据当前与所述无线局域网络接收器所接信号相关的数据转换模式而产生所述的选择信号。
在进一步的实施例中，控制器的操作包含有：持续追踪当前所使用的数据转换模式；以及一旦该数据转换模式改变则切换选择信号。
在进一步的实施例中，该方法更包含有：操作所述的控制器以便依据所述将解扩频的数据信号的数据率而产生所述的选择信号。
在进一步的实施例中，所述控制器的操作包含有：当数据率为1Mbps或2Mbps时产生所述的选择信号以便选择所述的巴克匹配滤波器。
在进一步的实施例中，所述控制器的操作包含有：当数据率为5.5Mbps或11Mbps时产生所述的选择信号以便选择所述的互补码移位键匹配滤波器。
在进一步的实施例中，所述控制器的操作包含有：持续追踪当前所使用的数据率；以及当数据转换率改变时能够切换选择信号。
在进一步的实施例中，如权利要求21所述的方法，更包含有：校正在所接收信号内的频率误差；其中所述的输入信号为已频率误差校正过的信号。
在进一步的实施例中，该方法适用于操作在与IEEE802.11b兼容的无线局域网络接收器中。
附图说明
为了说明本发明的原理加入作为本说明书一部分的伴随图式。不应因为这些图式而解释本发明仅局限在用于描述和说明如何执行和使用本发明的范例。从本发明的下列说明和更特殊的说明将可更清楚明了本发明的各种特性和优点，其如所伴随图式中所表示，其中：
第1图的方块图系表示在传统接收器内用于校正频率和相位误差的组件；
第2图表示传统相位误差校正单元的主要组件；
第3图表示的相位坐标图系表示理想和接收信号点；
第4图的方块图表示依据第一实施例的相位误差校正配置；
第5图的方块图表示依据第二实施例的相位误差校正配置；
第6图的方块图表示依据第三实施例的相位误差校正配置；
第7图的流程图表示依据其中一实施例的配置的操作程序；和
第8图的流程图表示在依据第三实施例的配置中所执行的滤波选择程序。
具体实施方式
现将参考图式说明本发明作为说明用的实施例，在这些图式中相同的组件和结构是以相同的参考数据标示。
现参考图式，且尤甚者参考第4图，其系表示依据第一实施例的WLAN接收器组件，所提供的相位误差校正单元200、400包含有误差校正模块200和测量模块400。测量模块400发出误差信号给校正模块200，此误差信号系用于校正相位误差。因此，依据第一实施例的相位误差校正单元的结构类似第2图所表示的相位误差校正单元，但是注意其测量模块400是不同的。这是因为将测量模块400连接成可接收巴克(Barker)匹配滤波器410的输出，所以测量模块400需要能够依据从Barker匹配滤波器410输出的解扩频数据信号产生误差信号。
假设Barker匹配滤波器410接收已接收到数据取样的信号的时变实数和虚数部分，亦即x(t)和y(t)，则Barker匹配滤波器410会产生下列输出：
a(t)＝-1·x(t-10T)      b(t)＝-1·y(t-10T)
      -1·x(t-9T)             -1·y(t-9T)
      -1·x(t-8T)             -1·y(t-8T)
      +1·x(t-7T)             +1·y(t-7T)
+1·x(t-6T)           +1·y(t-6T)
+1·x(t-5T)           +1·y(t-5T)
-1·x(t-4T)           -1·y(t-4T)
-1·x(t-3T)           -1·y(t-3T)
+1·x(t-2T)           +1·y(t-2T)
+1·x(t-1T)           +1·y(t-1T)
-1·x(t)              -1·y(t)
然后测量模块400会依据下列公式产生误差信号：
Figure C03812279D00111
注意Barker匹配滤波器410在任何时间的输出不仅由当前所接收数据取样的实数和虚数部分决定，亦由之前多达十个的数据取样值决定。因此，额外白色噪声的影响将会被平均，所以测量模块400所产生的误差信号会具有较大的准确度。相较于传统的取样方式，此使得可更容易控制相位误差校正的品质。再者，很明显地因为Barker匹配滤波器410通常已经存在于接收器内所以不须为此目的而增加额外的电路。
现参考第5图，图中系表示第二实施例，其与第一实施例的不同在于以互补码移位键(CCK)匹配滤波器510取代Barker匹配滤波器410。如上所述，互补码移位键为执行IEEE 802.11b标准的调变技术，其可用于5.5和11Mbps的数据率。互补码移位键调变通常可以视为使用复杂符号结构码的MOK(M-ary正交移位键)调变的修正。互补码移位键技术使得可进行多信道操作且使用与802.11Barker码扩频功能相同的芯片率和频谱形式。互补码移位键可视为M-ary代码字调变的一种形式，在此仅选择传送M个唯一代码字信号的其中之一。
因此，虽然第一实施例使用Barker匹配滤波器410且因为最适合校正802.11兼容的WLAM系统，或与802.11b的1或2Mbps模式兼容的WLAN接收器中的相位误差，但第5图中第二实施例的技术最适合用于与802.11b的5.5和11Mbps模式相同的接收器。
互补码移位键匹配滤波器510可藉由沃尔什(Walsh)树而实现。Walsh树可以是由互补码移位键校正器和互补码移位键比较器组成，且可使用决策软件决定最大可能译码。此比较器系用于寻找局部最大值。在本实施例中，由互补码移位键匹配滤波器510输出且提供给测量模块500的解扩频信号为互补码移位键解校正的相位输出。
注意第二实施例的配置可以达到与第一实施例相同的优点。也就是说，因为藉由使用解扩频信号所以可抑制高斯噪声，此信号系导因于噪声层。藉由避免因为取样所引起的相位误差校正，可以更详细地执行相位差异的测量和相位误差的校正。此降低解调变误差并因此可改善WLAN接收器的整体性能。
现参考第6图，图中所表示的第3实施例可在任何可能的接收器数据传输模式下达到上述优点。设置多任务器610作为选择单元用于依据当前的传输模式，亦即，依据数据率选择Barker匹配滤波器410和互补码移位键匹配滤波器510的其中之一。多任务器610从控制器620接收选择信号，在此控制器620持续追踪其模式以便当数据率变动，例如从2Mbps变动至5.5Mbps时，其配置可以从一种滤波器变换至另一种滤波器。
在上述实施例中，可使用测量模块400、500、600以便积分相位差而达到当前相位误差的估算：
其中a和b为常数。可使用低通滤波器完成此积分动作，且在此所使用的积分项包含有任何平滑算法，其对给定周期内的数值进行平均，或加总已加权过的前一个已平滑值和当前值。这些技术可更有效地抑制额外白色噪声的影响。
现参考第7图，图中的流程图系表示用于操作上述实施例其中一个配置的主要程序。在步骤700中，所接收到的数据信号系利用Barker匹配滤波器410或互补码移位键匹配滤波器510解扩频。注意亦可以使用任何其它形式的解扩频(解调)技术。此信号最好可以利用当前接收器内现有的解扩频器解扩频。
然后在步骤710中将解扩频信号积分，并且在步骤720中产生误差信号。注意除了将解扩频信号积分且依据其结果产生误差信号，亦可以产生误差信号而不需要执行前一个积分步骤。再者，在另一个实施例中，亦可将误差信号积分。
最后，利用所产生的误差信号，在步骤730中执行相位误差校正，且使程序回到步骤700，在此校正模块200的输出会回馈至解扩频器410,510。
第8图中系表示第三实施例中选择Barker匹配滤波器410和互补码移位键匹配滤波器510其中之一的程序。在步骤800中，控制器620决定数据率。然后在步骤810中检查是否是以1Mbps或2Mbps模式执行数据的传输，且假如是的话，则指示多任务器610切换至Barker匹配滤波器410(步骤820)。假如在步骤830中判断是以55或11Mbps模式执行数据的传输，则多任务器610会在步骤840中切换至互补码移位键匹配滤波器510。
从上述讨论可明显得知，所提供的相位误差校正技术可应用于WLAN系统和其它的扩频通信系统，且可以藉由抑制在所接收到数据取样内的额外噪声的影响而改善解调可靠度及稳定时间。此技术特别可应用于802.11b兼容的系统中。因为对所提供的译码技术没有任何限制，所以此实施例可在二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)及其它包含有差分正交相移键控(DQPSK)的结构中达到上述优点。
工业上的应用
显然，本发明益于应用在计算机组件中且可因此在工业制程和产品中实行。

Claims (8)

1.一种在扩频通信系统中的接收器，包含有：
相位误差校正单元(200，400，500，600)，将其连接成接收具有相位误差的输入信号并且适于产生相位误差已经校正过的输出信号；以及
解扩频器(410，510，610)，其适用于解扩频数据信号；
其中所述的解扩频器是连接至所述的相位误差校正单元以便提供解扩频数据信号给所述的相位误差校正单元；
其中所述的解扩频器连接至所述的相位误差校正单元，以便所述的解扩频器接收所述的输出信号作为所述的解扩频数据信号，和
其中设置所述的相位误差校正单元用于依据所述的解扩频数据信号而校正相位误差，和
所述的相位误差校正单元包含有：
误差测量模块(400，500，600)，将其连接成可接收所述的解扩频数据信号且用于产生表示当前的相位误差的误差信号，以及
误差校正模块(200)，将其连接成接收所述的误差信号且用于产生所述的输出信号。
2.如权利要求1所述的接收器，其中所述的解扩频器为互补码移位键匹配滤波器(510)。
3.如权利要求2所述的接收器，其中所述的误差测量模块用于将所述的解扩频数据信号积分一段时间以便产生所述的误差信号。
4.如权利要求1所述的接收器，其中所述的解扩频器为巴克匹配滤波器(410)。
5.如权利要求1所述的接收器，进一步包含有：
频率误差校正单元(100)，其适用于校正在所接收信号内的频率误差；其中所述的相位误差校正单元的所述的输入信号为已频率误差校正过的信号。
6.如权利要求1所述的接收器，其与IEEE 802.11b兼容。
7.一种用于处理扩频数据信号的集成电路芯片，所述芯片包含有接收器，所述接收器包含：
相位误差校正单元(200，400，500，600)，将其连接成接收具有相位误差的输入信号并且适于产生相位误差已经校正过的输出信号；以及
解扩频器(410，510，610)，其适用于解扩频数据信号；
其中所述的解扩频器是连接至所述的相位误差校正单元以便提供解扩频数据信号给所述的相位误差校正单元；
其中所述的解扩频器连接至所述的相位误差校正单元，以便所述的解扩频器接收所述的输出信号作为所述的解扩频数据信号，和
其中设置所述的相位误差校正单元用于依据所述的解扩频数据信号而校正相位误差。
8.一种操作在扩频通信系统中的接收器的方法，此方法包含有：
校正(720，730)在输入信号内的相位误差并产生具有已校正相位误差的输出信号；以及
解扩频(700)数据信号；
其中该相位误差校正是依据此解扩频数据信号而执行；
其中该解扩频数据信号系提供至相位误差校正单元；
其中所述的相位误差校正单元包含有：误差测量模块(400，500，600)，将其连接成可接收所述的解扩频数据信号且用于产生表示当前的相位误差的误差信号；以及误差校正模块(200)，将其连接成接收所述的误差信号且用于产生所述的输出信号，和
其中所述的解扩频器连接至所述的相位误差校正单元，以便所述的解扩频器接收所述的输出信号作为所述的解扩频数据信号。
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