CN101449534A - 具有一个或多个接收器的无线通信系统中的联合分组检测 - Google Patents

Abstract

一种分组检测器，其联合检测802.11a分组、802.11b分组和在监控频率范围内但没有被格式化为802.11a分组或802.11b分组的干扰。分组检测器可使用来自一个或多个天线的信号。使用差分检测相关进行信号检测。除了分组检测，分组检测器还可以识别信号电平、噪声电平和窄带干扰的位置。分组检测和识别其它指示符的处理可同时进行，并且可以在正在接收信号时进行。

Description

具有一个或多个接收器的无线通信系统中的联合分组检测

背景技术

无线网络越来越受到欢迎，因为计算机和其它装置可被连接用于数据通信而不需要在网络节点间的有线连接。一组无线网络的标准是IEEE 802.11标准，但也可以使用其它无线标准或协议来代替。在IEEE802.11标准中，至少有两个广泛使用的协议，802.11a和802.11b，并且可能需要通信系统和装置支持这两个标准和/或可能需要通信系统在使用这两个标准的区域中进行操作。

可防止两个标准间的干扰，因为它们在不同频率范围中操作。然而，近来例如802.11g标准的增加允许在2.4GHz频带中进行OFDM传输(802.11a是OFDM传输协议)，其中，可以存在802.11b直接序列扩展频谱传输。具有不同调制的分组可存在于同一网络中的事实导致了802.11分组检测电路的设计上的困难，因为该检测电路必须检测具有其报头的一部分的分组的存在，并且必须以很低的错误概率指示分组是802.11a分组还是802.11b分组。

在对具有由发射器提供的信息内容的比特进行解码之前，接收器一般感测被传输的分组，并且随后执行特性化(characterize)信道、与传输的分组同步化等步骤。分组检测是确定信道上存在分组的处理(即，其正在或已经由发射器发射)，确定分组的类型(至少到对分组或其内容执行进一步处理所需要的程度)，并在需要执行进一步处理时激活接收器组件。在一些接收器中，接收逻辑被实现在提供到DSP处理器的数字信号处理(DSP)命令中。在实现接收的分组数据的数据处理的逻辑被实现为指令的情况下，这些指令可保持未执行，直到分组检测器指示接收到的信号包括将被进一步处理的分组为止。在实现接收到的分组数据的数据处理的逻辑被实现为硬布线的电路的情况下，接收器可被配置成去除或降低这种硬布线的电路的功率，直到分组检测器指示接收到的信号包括将被进一步处理的分组为止。在以上两种情况中的任一种情况下，在没有检测到分组时，处理功率和/或计算努力被保留。这节省了功率和/或处理需要，其经常在无线接收器中受到限制，但需要分组检测。为了使分组的各部分不丢失，接收器应该检测分组的存在，并采取任何需要的操作以在分组的主要元素丢失之前开始进行分组处理。因此，分组检测应该是有效并且迅速的。

除了可能覆盖802.11信号的问题外，802.11接收器还必须处理窄带非802.11信号，例如蓝牙、科学设备、医疗设备或微波炉，并且接收器的分组检测器应该优选地不产生对此种干扰的错误触发。除干扰问题和分组检测问题以外，必须接收和处理802.11a和802.11b两种信号的接收器不能使用简单的常用采样方案，如常规802.11a接收器以20MHz的采样率工作，而常规802.11b接收器以22MHz的采样率工作。

无线网络中的典型节点包括接收链和发射链，并且每一个链一次仅使用一个天线。然而，在多输入多输出(MIMO)通信系统的情况下，多于一个发射器天线和/或多于一个接收器天线被使用，每一个发射器天线可能传输与其它发射器天线不同的比特流，并且每一个接收器天线优选地从除其它接收器天线以外的信道接收至少稍微不同的输入。

MIMO通信系统是本领域中公知的。这种系统一般包括具有一定数量(M_t)的发射天线的发射器，发射天线与具有一定数量(M_r)的接收天线的接收器进行通信，其中M_r和M_t可以相等也可以不相等。在一些键控方案中，待传输的数据比特被分组，并且每一组比特被映射到信令星座中的符号上(相位和幅度的特定组合)。一些星座是本领域中所公知的，包括二相相移键控(BPSK)、四相相移键控(QPSK)、正交幅度调制(QAM)星座。在MIMO通信系统中，M_t个发射天线中的每一个大体上同时发射表示不同比特组的符号。这样，如果每一个符号表示B个比特，则每一个信道“周期”发射的比特数目为B^*M_t。

每一个接收天线从发射天线接收作为信号组合的信号，此信号经过信道特性(例如，衰减和延迟)和噪声的修改。接收器使用其对可能的发射符号的知识和通信信道的属性，对来自M_r个接收信号的M_t个发射信号进行解码(即，重建)。因为多天线系统的增强的接收能力，经常期望这种系统接收具有比其它系统更低的信噪比(SNR)的信号。由关于SNR的更宽的期望的操作范围，在SNR较低时期望分组检测正确，这使许多常规的分组检测技术不适用。

希望克服上述的现有技术的缺点。

发明内容

在无线接收器的一个实施例中，分组检测器联合检测802.11a分组、802.11b分组和在监控频率范围内的但格式并不是802.11a分组或802.11b分组的干扰。分组检测器可以使用来自一个或多个天线的信号。信号的检测是使用差分检测相关来执行的。除了分组检测，分组检测器可识别信号电平、噪声电平和窄带干扰的位置。分组检测处理和识别其它指示符可同时进行，并且可以与信号的接收同时进行。

可参照说明书的剩余部分和附图来实现对本文公开的本发明的本质和优点的进一步理解。

附图说明

图1是可使用本发明的简单无线网络的框图。

图2是显示出图1所示的无线网络的一个装置和一个网络连接之间的连接的框图。

图3是可在图2所示的硬件中使用的节点硬件的接收部的框图。

图4是包括可在图3的接收部中使用的分组检测元件的接收器的各部分的框图。

图5是可在图4的接收器中使用的802.11b分组检测器的框图。

图6图形化地示出了相关采样。

图7是可在图4的接收器中使用的802.11a分组检测器的框图。

图8是可在图4的接收器中使用的连续波(CW)检测器的框图。

图9是可在图4的接收器中使用的干扰检测器的框图(包括9A、9B、9C)。

图10是表示上述分组检测器的一个实施例的性能的一组曲线图；图10A表示802.11a检测曲线，图10B表示802.11b检测曲线，并且图10C表示CW干扰检测曲线。

具体实施方式

图1示出了可使用本发明的简单的无线网络。如图1所示，无线网络10包括多个节点12，其中每一个节点12能够与无线网络10的至少一个其它节点12进行通信。在具体实现中，无线网络10是局域无线网络，可用在建筑物、校园、车辆或类似环境中。

在一个具体实施例中，无线网络10被设计成符合一个或多个IEEE802.11标准。然而，应该理解，其它标准和非标准网络可被替换，从而解决与802.11环境中所解决的问题相类似的问题。例如，IEEE802.11g标准关注与802.11a或802.11b标准不同的信号，并且802.11系列标准可能会被进一步修改以适于以后的发展。这样，尽管本文描述的许多实例解决在存在802.11a和802.11b分组并可能有其它干扰信号的环境中的检测分组(和其它任务)的问题，本公开的技术可被用于使用两个其它协议标准的有或没有不需要的干扰的系统。在一个实例中，至少一个协议是扩展的802.11a协议，其可用在支持此协议的装置之间。

如图所示，一些节点连接到节点装置14，而其它节点连接到有线网络接口16。例如，节点12(1)连接到节点装置14(1)，而节点12(3)连接到有线网络接口16。图1旨在简化并且一般化无线网络的示意图。干扰信号生成器未被显示，但假定是存在的。

节点装置14的实例包括膝上型电脑、个人数字助理(PDA)或任何其它需要与其它装置通信的可移动或半移动式的电子装置，或需要与其它装置通信但是到网络或其它装置的有线连接不可用或不容易提供的固定电子装置。有线网络接口16将它们的各节点链接到网络。这种网络的实例包括因特网、局域网(LAN)或连接到TCP/IP分组网络或其它分组网络或网络的公共或私有连接。

在一般操作中，多个节点装置配备有实现节点12功能的电路和/或软件，并且一个或多个网络接入点被设置在无线网络10中，以提供这种节点装置和有线网络接口所连接到的网络之间的接入。在这里使用的术语中，连接到节点装置的节点被称为“站”，并且连接到有线网络接口的节点被称为“接入点”。这种系统的使用的一个实例就是将建筑物内的计算机连接到网络，而不需要网线连接到每一台计算机上。在该实例中，建筑物可配备有连接到网络的固定的接入点，接入点在每一个连接到网络的站中的无线网卡的无线通信范围内。

图2更为详细地示出了一个装置和一个网络连接之间的连接。如此处显示，节点装置14被连接到节点硬件20的装置I/O部。节点硬件20包括发射部和接收部，分别连接到装置I/O部。发射部通过无线信道21发射信号到接入点硬件22的接收部。该接收部连接到网络I/O部，从而提供从装置14到网络28的数据通信路径。从网络28到装置14的路径也是经由接入点硬件22的网络I/O部、接入点硬件22的发射部、节点硬件20的接收部和节点20的装置I/O部提供的。无线信道21的特性取决于许多因素，例如，节点硬件20和接入点硬件22以及诸如墙、建筑物和自然障碍物等干扰物的位置，以及由其它装置和发射器和接收器和信号反射表面所产生的影响。

一般情况下，节点硬件20可被结合在装置14中。例如，在装置14是膝上型电脑的情况下，节点硬件20可以是插入到膝上型电脑的PCMCIA槽中的附加型PCMCIA卡。一般情况下，接入点硬件22被实现为用于将有线网络连接到无线网络的有线网络接口装置的一部分。尽管有一般情况下的实现，但应该理解这里并不妨碍图2的示意图是完全对称的，即，其中节点硬件20和接入点硬件22是的近乎相同的实例的硬件装置。

以下详细说明接收部。图3示出了接收部30的组件。接收部30经由天线32接收在无线信道上的一个或多个信号，一个或多个信号首先经过RF部34处理。例如，RF部34可处理信号以形成基带信号以形成数字信号流。如图所示，接收部30也可包括FIR 35和分别用于处理802.11a、802.11b和802.11扩展信号的多个子部40、42、44。接收部30还包括以下更为详细说明的联合分组检测器37。本文中不再更加充分说明的接收部30的元件的更多细节如美国专利号中所示(2002年2月5日提交的标题为“Multi-Antenna Wireless Receiver ChainWith Vector Decoding”的美国专利申请第10/068,360号)，其实际上结合于本文中作为参考。应该理解，本发明不限于此处所示的特定的接收器的实现。

联合分组检测器37处理输入信号以确定分组的开始，并且可提供分组检测器信号到其它元件，例如子部40、42、44，以指示是否需要任何进一步的处理。在接收部30被实现为数字信号处理器的指令的情况下，联合分组检测器37可以是确定分组是否被检测到的代码，并随后设置处理器用以确定是否执行所示出的其它模块的代码的标记。图3示出了提供的多个检测信号，可能与从一些相同处理获得的其它信号(由其它元件和联合分组检测器37使用的“辅助信号”，和由联合分组检测器37生成的但不直接使用的“通过信号”)一起。虽然子部40、42或44可以以本文进行的处理特定的“本地”采样率工作，但即使在采样率不是用于检测到分组所属于的协议的“本地”采样率时，联合分组检测器37也可以以公共采样率，例如20MHz工作。这使联合分组检测器更加高效。

图4更为详细地示出了联合分组检测器37。如图所示，来自一个或多个接收天线的I和Q输入被输入到一些检测模块，这些检测模块包括802.11b检测器102、802.11a检测器104、CW检测器106、功率电平检测器108和干扰定位器110，下文将对其中每一个检测器进行更加详细的说明。检测模块的输出被提供到控制器120，控制器120提供输出以供接收器使用。在一些实施例中，可替代地，由控制器120执行的本文描述的一些功能可由单独的模块来执行。在一些实施例中，为其它子部设置附加检测器，例如802.11扩展子部。

在图4所示的实施例中，输入到控制器120的模块的输出被显示在表1中。在图4所示的实施例中，控制器120的输出如表2中所示。

                      表1.控制器输入

标签                  说明

c11b                  802.11b的相关度量

df_11b                802.11b信号的发射器/接收器频率偏移的粗略

                      估计

p11b                  802.11b的功率度量

peak_11b              802.11b信号峰值的索引

c11a                  802.11a的相关度量

p11a                  802.11a的功率度量

cw_present            指示出现非802.11a也非802.11b的窄带干扰信

                       号

pwr                    对每一个天线的功率估计

Interference_location  检测到的干扰(如果有的话)的频率位置

df_11a                 802.11a信号的发射器/接收器频率偏移的粗略

                       估计

noise_estimates[N]     噪声电平的估计(每一个天线)

scaling_factors[N]     信号电平的估计(每一个天线)；用于调整天线

                       的增益

发射器/接收器频率偏移的粗略估计可在别处计算，但在干扰定位器110中计算时，任何窄带干扰可在确定对窄带干扰较不敏感的频率偏移之前从信号中容易地去除。一般情况下，通过在检测到的窄带干扰周围过滤出副载波，来“去除”窄带干扰。

cw_present和pwr信号可由控制器120使用，作为出现强窄带干扰的指示，在这种情况下，任何802.11a或802.11b分组检测确定均作为最可能的错误警告而被忽略。

                         表2.控制器输出

标签                      说明

detect_11b                指示出现802.11b报头的度量

detect_11a                指示出现802.11a报头的度量

peak_11b                  从干扰定位器通过

df_11b                    从干扰定位器通过

df_11a                    从干扰定位器通过

interference_location     从干扰定位器通过

noise_estimates[N]        从干扰定位器通过

scaling_factors[N]        从干扰定位器通过

尽管控制器120表现为专用于图4中的检测模块，但是控制器120可以被这样专用，也可以执行控制其它未显示的功能或处理的其它功能。以下参考生成输入到控制器120的输入的模块来说明控制器120的一些功能。例如，“detect_11a”信号是在下面关于802.11a度量如何生成的说明中介绍的。通过信号由诸如802.11a或802.11b子部等的其它模块使用，并且不需要由控制器120本身来使用。

在一些实现中，作为指示符的信号(detect_11a、detect_11b、cw_present等)可以是二进制信号，但在其它实现中，信号可以是多级的，指示与所指示的内容相关的可能性、确信度或确定性值。例如，detect_11a可具有指示802.11a分组被接收到的可能性为70％的信号值。然而，最终，需要进行关于是否开始802.11a/b子部的二进制判断，因此期望指示符最后减为二进制信号。

802.11b检测

802.11b分组的报头包括不包含数据的同步比特。信号的报头部分被用于检测分组的存在，并且随后被用于估计信号和信道参数。图5示出了802.11b分组检测器102的一种实现。在该实现中，通过使输入相关并且检测结果的相关性来进行分组检测。检测器102可提供一对度量，c11b(802.11b的相关度量)和p11b(802.11b的功率度量)，用于由控制器120在规格化(formulating)detect_11b时使用，或者检测器102可提供作为c11b和p11b的函数的单一度量，诸如p11b/c11b或其它变量。作为使用度量以进行检测判断的一个实例，当公式1对某个阈值T_11b为真时，可以认为检测到分组。

$\frac{c\mathrm{1\; 1}b}{p\mathrm{1\; 1}b}>T\_11b$          公式1

如果符号上生成c11b的数目不同于符号上生成p11b的数目，则这些值可被考虑，如公式2所示。

$\frac{c11b/(\mathrm{NSYM}-1)}{p11b/\mathrm{nsym}}>T\_11b$               公式2

公式2的阈值不等式用NSYM-1来归一化c11b，其中NSYM是指示用于计算的符号的最大数目(作为20个采样的符号，其是一个Barker码)的固定常数，并用nsym来归一化p11b，其中nsym等于NSYM和从上一次重设检测器算起接收到的符号的数目之中的较小的那个。在一个实施例中，T_11b＝0.4并且NSYM＝10。在无噪声的情况下，在各个20-采样符号与前一组20个采样完全相同的情况下，当nsym＝NSYM时，将公式2左边的值定为1。

因为c11b是基于差分相关的，所以用于计算c11b的加数的数目的值小于可用符号数目。例如，如果nsym＝3(60个采样)，c11b将是基于两种差分相关的(一个在前两个符号之间，另一个在最后两个符号之间)。归一化因子可以是nsym-1，但在nsym远远小于NSYM时，错误警告可能更加经常发生。用于计算p11b的加数的数目与符号数目相同，而不是小于符号数目的值，所以使用nsym来归一化p11b，以获得每个符号的平均功率。

在一个可能的处理和用于生成度量的设备中，使用来自N个接收天线的输入信号。接收器输入信号在图5和其它地方表示为r_i(k)，其中i＝0，1，2，…，N-1。除非指明或者明显的，信号可以是复数信号，并且诸如加法和乘法等的运算可以是复数运算。

输入信号通过Barker相关器302，每个天线一个Barker相关器。此处说明的方法的一个优点在于，在处理进入信号以检测分组的情况下，因为信号以公共采样率被采样，所以多数处理可被复制。我们已经确定，即使用20MHz的采样率来检测802.11b分组，也具有足够的准确性。当然，一旦分组被检测到，并且发现该分组是802.11b分组，则可将采样率改变为22MHz，以在自然802.11b采样率下工作。采样处理的其它变形可在其它情况下工作，诸如以22MHz进行采样是用于以下二者的检测：以20MHz或22MHz的倍数或偶数分数进行采样，或者甚至以非20MHz或22MHz的倍数或偶数分数的采样率进行采样。

在图示的实现中，Barker相关器302以20MHz的采样率工作，即使802.11b信号是以22MHz生成的。为了实现Barker相关，有与以20MHz采样的Barker代码相对应的20个抽头，而不是以11MHz采样的11个抽头，这样，20-抽头的Barker代码是11-抽头的Barker代码的重采样。例如，20-抽头的重采样的并且量化的序列可以是

“0，3，-2，-2，3，1，3，0，-4，1，3，0，3，0，2，-3，0，-4，0，-4”

但具有某个任意延迟移位的任何其它正确重采样的Barker序列也有效。使用重采样的Barker序列，整个分组检测器可以以20MHz采样率工作，并且一些对802.11a检测的输入进行的处理也可被用于802.11b检测和用于生成辅助和/或通过信号。Barker相关器的输出用R_bi(k)表示。应注意，可以使用其它修改的Barker序列来代替上述的序列。

处理每一个Barker相关器302的输出，以确定两个差分相关，DC_b1(n)和DC_b2(n)。如公式3-4所示，Barker相关器302的输出是差分相关的，其中相关输出被乘以延迟的并且共轭的相关输出。差分相关是由相关模块304实现的。

如图所示，相关模块304包括延迟线306、共轭器308和乘法器309(每个天线一个)，以及加法器310和两个累加器312(每个差分相关一个)。加法器310的输入是来自每个天线的Barker相关器的输出，分别乘以其自身延迟的并且共轭的版本。在图5中标记为“C(k)”的加法器310的输出被提供给累加器312，在该实例中，累加器312对C(k)的12个值进行累加。

累加的值的数目可大于12，但是以SNR性能降低为代价。累加的值的数目更少将会引起严重的SNR降低。图6中示出了这些效果的一个原因，显示出相关输出的一个实例的实数部分。实际上，信号有可能是具有任意未知相位偏移和频率漂移的复数信号，但为了保持该实例简单，仅示出了实数部分。差分相关提供两个输出，一个包括间隔A的相关，一个包括间隔B的相关。差分相关消除了任何相位偏移，并且将频率偏移转换为差分输出中的固定相位偏移，其随后可在多个符号上被求和，以增强SNR。在该实例中，可以看出多数信号功率在A间隔中被集中。

A和B间隔之间的重叠减小了当脉冲恰好出现在A和B间隔的边界处时发生的SNR损失。在没有重叠时，SNR损失为3dB，并且12个采样的间隔提供适当的重叠。对于更大的数目，重叠更大，并且因为在相关中包括在信号脉冲间的仅有噪声的采样，这引起SNR损失。选择比符号持续时间的一半略大的间隔会比使用完整符号间隔得到接近3dB的增益。

也可以使用多于两个间隔。例如，对于在小延迟扩展情况下的更大的SNR增强，其中大部分信号功率集中在小间隔中，可以使用四个间隔，每个间隔的大小略大于四分之一符号并得到重叠。

每一个累加器的特定12个(或者不管多么多个)值由它们各自的启动输入来确定。如图5所示，累加器312(1)是通过start1_en信号启动的，并且累加器312(1)是通过start2_en信号启动的。如公式3-4所示，start1_en启动用于采样1至12的累加器312(1)，并且start2_en启动用于采样11至22的累加器312(2)(采样21-22恰好是下一符号的采样1-2)。

以下公式3和4中示出了相关模块304的处理，其中，上标“*”表示共轭，乘法是复数乘法，并且n是指符号数目(整数)。

${\mathrm{DC}}_{b1}\left(n\right)=\underset{k=1}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{bi}}(20*n+k)*R_{\mathrm{bi}}^{*}(20*n+k-20)$         公式3

${\mathrm{DC}}_{b2}\left(n\right)=\underset{k=11}{\overset{22}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{bi}}(20*n+k)*R_{\mathrm{bi}}^{*}(20*n+k-20)$         公式4

在本说明书中，i是指天线数目，其中对某个N，i＝0，1，2，…，N-1。在图5所示的实例中，N＝3，但N可以是1、2或大于3。在本说明书中，k是指采样数目，其中对某个S，k＝1，2，…，S。在该实例中，对于每个符号中存在20个采样(加上两个采样用于重叠)的802.11b检测，S＝22。

在公式3和4中存在的差分检测(将每一个采样乘以前一符号中的相对应位置的共轭采样)是要消除任何频率偏移的影响。应注意，差分相关DC_b1(n)和DC_b2(n)在符号(例如，第11个和12个采样出现在两个和中)的重叠部分上被采用。这保证无论802.11b信号中的数据转换，总有具有最大信号功率和最小ISI的一个差分相关。

在802.11b信号中，存在由于802.11b报头中的数据调制而引起的符号颠倒。为了去除该影响，将差分相关与它们的实数值的正负号(sign)相乘，随后在框314中在若干个符号上进行累加。该累加为移动和，其中，移动和S1，对于DC_b1(n)，是某个整数NSYM的最近的NSYM-1个符号值的和。如果从上一次重设检测器开始有少于NSYM-1个符号可用，则可以使用优选值NSYM＝10并且可以使用少于NSYM-1个值。对于与DC_b2(n)相对应的移动和S2，这也同样成立。

一旦有两个移动和可用，比较器模块320确定哪一个移动和具有更高的绝对值，并输出该移动和的绝对值和指示选择第一还是第二移动和的索引。选择的输出和为上述的度量c11b。如上所述，该度量与功率度量一同被使用，以确定是否检测到802.11b分组。通过在所有N个天线上(或所有活动天线)将每一个Barker相关器302输出的绝对值的平方相加，并计算NSYM个符号的移动和，来计算功率度量p11b。

使用上述802.11b分组检测的方法，或其它方法，一旦检测到802.11b分组，选择的(最大的)移动和的值的相位就被用作对频率偏移的估计，df_11b。如果802.11b分组被检测到，其它值，peak_11b，也被计算，该值指示哪一个采样序号是信号的峰值。特别地，峰值模块340对指示选择两个移动和之中的一个的索引进行操作，并对差分检测的总和的输出进行操作。

峰值模块340将来自加法器310的NSYM-1个符号的采样相加得到移动和。然后加上来自比较器模块320的移动和(或者如果选择的移动和在处理模块314中倒相以变符，则减去)，然后在20个采样上进行累加。由此，采用最近NSYM-1个差分检测的相关器输出的8-采样循环移动平均。例如，假定20个采样的每一个的相关器输出被存储在采样缓冲器中，并且对每一个符号的输出进行累加，以使采样缓冲器中的每一个值是采样位置中的一个不同位置的累加值。这样，采样缓冲器中的第一值是对符号的第一采样(或分配为“第一个”采样的采样)的NSYM-1个相关的累加值。如果采样缓冲器的内容是，例如，{8，4，1，1，2，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，6，2，2}，则采样k的循环移动平均是在第k个条目开始处的各采样的平均值。在以上实例中，k-18产生最高的值，因为从采样18开始的八个值的平均大于任何其它连续的八个值(从采样18开始的8个值是采样18-20和采样1-5)。采样的最大值被使用作峰值，并且峰值模块340输出将被用作802.11b符号时间基准的或用作其它目的的该值的索引(例如，对于上述实例，输出值“18”)。

802.11a检

图7是802.11a检测器104的框图。分组检测的基础是将输入信号与16-采样802.11a短训练符号关联起来的相关器。在相关器之后，执行差分检测以消除发射器时钟和接收器时钟之间的频率偏移的影响。然后，在若干符号上累加差分检测的相关输出。可以使用与接收到的信号相关的固定模式来实现相关，而不是使用与用一个或多个接收天线得到的信号差分相关，但对于低SNR信号，差分相关通常提供较好的结果。

在一个可能用于生成802.11a度量的处理和设备中，来自N个接收天线的输入信号通过OFDM相关器402。在图7中，输入信号被表示为r_i(k)，并且相对应的OFDM相关器402的输出被表示为R_ai(k)，表示第i个天线的第k个采样。R_ai(k)的平方的绝对值由加法器404相加，然后在最近NSYM个采样上求和，以获得功率电平度量p11a。

然后，通过将每一个OFDM相关器输出乘以其本身的延迟后的版本，以形成差分检测，然后在所有OFDM相关器上(即，在所有天线上)由另一个加法器410对差分检测求和，来处理每一个OFDM相关器402的输出以确定两个差分相关。使用如图4所示的相关模块405，这将引起以下公式5和6中所示的处理，其中上标“*”表示共轭，乘法是复数乘法，n表示符号数(整数)，并且对于802.11a检测，S＝18(每个符号16个采样，加上两个采样用于重叠)

${\mathrm{DC}}_{a1}\left(n\right)=\underset{k=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{ai}}(20*n+k)*R_{\mathrm{ai}}^{*}(20*n+k-16)$         公式5

${\mathrm{DC}}_{a2}\left(n\right)=\underset{k=9}{\overset{18}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{ai}}(20*n+k)*R_{\mathrm{ai}}^{*}(20*n+k-16)$         公式6

在符号的重叠部分上采用差分相关。这保证总有一个具有最大信号功率的差分相关。一旦这些差分相关，DC_a1(n)和DC_a2(n)，被计算出来，则在NSYM-1个符号(或者如果检测器近来被重设，则更少)上使用累加器414获得这些值的移动和。然后，对移动和进行比较，以确定哪一个具有最大绝对值(在比较模块416中)，并且较大的绝对值被输出为c11a度量信号。在从最后一次重设检测器104算起可用的符号少于NSYM-1个的情况下，在接收到的采样(符号的采样)上计算移动和。

在一个实施例中，控制器120指示经由信号detect_11a，802.11a分组是否被接收到。一个二进制指示符表示公式7是否满足某个阈值T_11a和某个阈值T_11ab。在一个实施例中，NSYM＝6，T_11a＝0.4，并且T_11ab＝0.5。

$\frac{\mathrm{nsym}*c11a}{(\mathrm{NSYM}-1)*p11a}>T\_11a$ 并且 $\frac{c11a}{c11b}>T\_11\mathrm{ab}$                公式7

在一些实施例中，其中detect_11a是多级信号，detect_11a可以是在c11a/c11b>T_11ab时与公式8中所示的成比例的度量。

$\det \mathrm{ect}\_11a=\frac{\mathrm{nsym}*c11a}{(\mathrm{NSYM}-1)*p11a*T\_11a}$            公式8

CW检测

802.11a和802.11b检测器在加性白高斯噪声下有很好的性能，但它们一般不能很好地将需要的分组与窄带干扰区分开，例如，蓝牙信号和其它形式的干扰。因为错误检测会导致其它处理开始，其它处理不包括收听分组开始，并且当接收器正在处理错误的开始时，在接收器进行错误开始而失败并且重设之前，实际分组开始被遗漏。为了防止对窄带干扰的错误触发，使用窄带干扰检测电路。图8中示出了一个这种组件的实例。

优选地，每当分组检测器102或104中的一个分组检测器指示已经检测到分组时执行CW检测。其可与其它处理同时执行，或仅对分组检测发生后的缓冲的采样集合执行。

可对单个活动天线执行窄带干扰检测，以最小化硬件复杂度。因为主要目标是在没有需要的信号时检测强干扰，所以可以预想使用多于一个天线将不会显著改善该步骤的性能。然而，可以使用多于一个天线。

如图8中显示的组件所示，对输入信号进行缓冲，以使由分组检测器使用的最后24个采样是可用的。窗口滤波器604被应用到24个采样，其中具有8个采样的下降长度的上升的余弦窗口被应用到前8个采样和最后8个采样。这将使窄带干扰功率向邻近的FFT输出的“泄漏”最小化，从而增加检测概率。然而，也可使用其它窗口方案来代替。窗口滤波器604还通过将采样1-4与采样17-20相加，和将采样21-24与采样5-8相加，来对采样进行“折叠”以产生16-采样的集合。在一些实现中，可事先确定窗口滤波器604的效果，并且确定输入的16个函数的集合，并将其应用到24个输入，以获得窗口滤波器604的输出的16个值。

然而，窗口滤波器输出被获得，16-采样的FFT 606对其窗口滤波器输出进行FFT，并将其提供到功率检测器608和最大值检测器610。最大值检测器610确定哪一个FFT输出采样(第m个采样)具有最大功率。

进一步的处理是由模块612和614执行的。在第m个采样和第m个采样两边的两个采样的组合功率大于阈值乘以所有采样(或“其它采样”)的功率时，假定存在窄带干扰，并确定存在CW_present信号。在控制器120接收CW_present信号时，802.11a或802.11b触发被忽略。尽管CW_present信号可以是二进制信号，但其也可以是多级信号，指示与确定相关的可能性、置信度或确定性。

即使存在多个可用天线，上述技术也可用于单个天线。在多个天线可用并被使用时，对于FFT 606和功率检测器608可能会存在多个例示，多个FFT的输出被供应到多个功率检测器，并且功率检测器的输出被加在一起。

功率

在一些实现中，为了节省功率并不使用所有天线，在这种情况下，功率节省比使用所有天线以获得更好的性能更为重要。使用的天线在本文中指“活动”天线。功率组件108估计每一个天线的接收信号功率，其用于RF接收器的自动增益设置(AGC)。在以下3种情况下进行RF增益的改变：

1)当活动天线中的一个天线的一个I采样或一个Q采样发生削波时：在这种情况下，所有活动天线的RF增益减小粗增益步长(例如，20dB)；

2)当所有活动天线的总功率低于某个阈值时：在这种情况下，所有活动天线的RF增益增加粗增益步长(一般来说，增加步长和减小步长是相同的，但它们也可以是不同的)；

3)当检测到分组时：在这种情况下，基于在最后32个采样上估计的平均功率进行功率调整。

所有活动天线的功率可以以4dB的步长进行调整，以使得到的补偿变成与某个目标补偿近似相等，并且可以在每一个分组检测之后改变增益。非活动天线可被设置成较大的补偿等级，以防止在这些非活动天线的功率偶然显著大于活动天线的情况下可能发生的削波。当在AGC中使用多于一个活动天线时，可编程参数限制不同天线之间的最大增益差。这是为了防止仅接收噪声的天线被放大得太多，因为这可能引起802.11b接收器训练或其它情况的问题。

尽管图4仅示出了来自功率组件108的“pwr”输出，但是功率组件108也可以输出每一个天线的增益设置。例如，一旦检测到分组，控制器120就可以向RF接收器发送增益设置(也可以是pwr设置)，以更新其增益设置。

干扰位置

干扰定位器110提供附加信息以协助接收器。这种信息包括可能的窄带干扰的频率位置、802.11a信号的发射器和接收器之间的粗频率偏移(df_11a)、信号功率和噪声功率。图9示出了用于确定这种位置和其它指示符的一个可能的电路(包括组件110A、110B和110C)。

如图所示，对来自每一个天线的32个采样进行处理，以确定指示符。采样是从采样缓冲器602获得的。尽管图9A中仅示出了一个电路，但可以理解为示出的是第i个天线的电路，并且对于多个天线接收器可能存在多例。可替代地，对于多于一个天线，可串行使用电路(诸如对于数字信号处理器，用指令实现电路的情况)，但是其性能是个问题，一个电路可专用于一个天线，并且所有电路都是用专用硬件来实现的，诸如，常规的ASIC。

从采样缓冲器602中的32个采样，FFT模块604对前16个采样执行FFT，并且FFT模块606对后16个采样执行FFT，以形成频率信号F_ib(k)和F_ia(k)，其中k表示16个副载波k＝0，…，15中的一个。FFT模块606的输出由共轭器608变为共轭，并且由复数乘法器610将FFT模块604和共轭器608的输出相乘，以得到乘法器输出Z_i(k)。累加器612在采样中的12个采样(k＝1…6，10…15)上对乘法器输出求和，以形成相关输出C_i。在该实例中使用的特定采样是基于在802.11a报头的前八微秒中存在的短训练副载波的。对于该处理的变形，可以使用其它采样(或者少于该实例中所使用的所有采样)。不使用k＝0副载波，因为其为DC分量。

在图9所示的实例中，天线数为N＝3，所以组件110A可被示例三次，产生F_1b(k)、F_1a(k)、Z₁(k)、C₁、F_2b(k)、F_2a(k)、Z₂(k)、C₂、F_3b(k)、F_3a(k)、Z₃(k)和C₃的值。这些值随后分别由图9B和9C中显示的组件110B和110C使用。

如图9B所示，处理后的所有天线的相关输出值由累加器620累加，并且由角度模块622计算角度，其中的角度是由累加器620输出的复数值的角度。处理后的所有天线的乘法器输出值由另一个加法器621相加。角度模块622和加法器621的输出由旋转模块624使用以确定相位校正值Z′(k)，其中Z′(k)等于将输入采样Z(k)旋转由模块622得出的角度。

最大检测模块626接收Z′(k)，并输出最大正交值作为表示干扰位置输出的副载波。模块628和630根据除去与干扰位置相对应的副载波及其邻近副载波(一边一个)以外的乘法器输出值之和，提供粗频率偏移df_11a。

图9C中示出的组件110C是对应于一个天线的(或者多个天线，在可以以此方式使用的情况下)，第i个天线。如图所示，频率信号F_ib(k)和F_ia(k)被提供到量值模块640，量值模块640输出每一个频率信号的功率(或者功率的至少一个成比例的表示)，并且这些功率信号由加法器642相加。累加器644对16个采样上的结果求和。累加器的结果被舍入器645四舍五入到2的幂，并且舍入器645的输出是用于第i个天线的信号比例因数。累加器的结果也被用于噪声比例调整，其中加法器646将来自累加器的结果减去第i个天线的相关输出值C_i的绝对值的二倍。另一个舍入器648将来自加法器646的结果四舍五入到2的幂，并提供其作为第i个天线的噪声比例因数。信号强度和噪声比例因数可被用于多天线组合。

当检测到干扰和有效分组时，可以去除干扰并且处理分组以获得数据，但是如果检测到干扰而没有检测到有效分组，则不需要做其它任何事。可以使用干扰位置来进行窄带滤波，诸如，通过使用在干扰位置处的带隙滤波器来滤波信号。另一种方法是，将数值传送到维特比解码器，指示在干扰频率处测量的值的置信度很低。干扰检测可被用在分组检测器以外的接收器的其它组件中。例如，干扰位置可用在同步处理中以忽略假信号。

实验结果

图10示出了使用以上电路来检测和产生指示符的实验结果。这些曲线图中的每一个都对应单个活动天线，并且曲线图是概率与阈值的关系曲线，带有加性白高斯噪声。

图10A示出了包括错误警告(分组不存在，但是检测到了分组)和漏检(分组存在，但没有检测到分组)的802.11a分组检测结果。标记为“FA”的曲线表示在单个符号间隔期间，分组被错误地检测到的概率。其它曲线是漏检曲线，对应于标记(-3dB，0dB，3dB和6dB)所指示的信噪比。实际上，在每一个符号持续时间都进行检测判断，在某个数目的符号中的错误警告的概率大于图10A所示的概率。由于错误警告可能引起漏检，因为接收器随后在一段时间内不检测进入分组，所以重要的是选择具有足够小错误警告概率的检测阈值。802.11a的一个合理的阈值是-4dB。

图10B示出了包括错误警告和漏检的802.11b分组检测结果，该图使用与图10A类似的符号和SNR值。对于802.11a检测，在一定数目的符号中的错误警告的概率大于该图中所示的概率，并且检测阈值应该被选择成使错误警告的概率足够小。802.11b的一个合理的阈值是-5dB。

图10C示出了CW干扰检测曲线。标记为“FA”的实线曲线表示错误警告概率，其中在具有250ns延迟扩展的OFDM报头上检测到CW干扰。错误警告是指有效OFDM报头将被拒绝，即使在其已经没有干扰地被接收的情况下。虚线表示对于信号与干扰比为0dB、-10dB、-20dB和-30dB的漏失检测。

上述说明是示例性的而不是限制性的。在阅读本公开之后，本领域的专业技术人员将会领会到本发明的许多变形。因此，本发明的保护范围不应当以上述说明为基准来确定，而是应该参照所附权利要求及其等效体的完整范围来确定。

Claims (30)

1.一种用于检测802.11b格式下的信道中的分组的分组检测器，所述分组检测器包括：

来自多个天线中的每一个天线的输入，其中，每一个天线被期望从所述信道接收不同的信号；

分析电路，其用于分析来自所述多个输入的信号，以确定是否满足分组检测标准；和

检测器输出，用于输出表示分组检测的信号。

2.如权利要求1所述的分组检测器，其中，表示分组检测的所述信号指示关于分组检测的确定度。

3.如权利要求1所述的分组检测器，其中，表示分组检测的所述信号指示关于分组检测的二进制判断。

4.如权利要求1所述的分组检测器，其中，所述多个天线包括非活动天线和活动天线，并且所述输入是从所述活动天线获得的，并且所述活动天线包括至少两个天线。

5.如权利要求1所述的分组检测器，其中，所述分组检测标准是，差分相关的最大值的移动和与接收到的功率电平的移动和的比率是否大于预定阈值。

6.如权利要求1所述的分组检测器，还包括：

多个Barker相关器，每个天线对应一个Barker相关器；

一对差分相关器，其连接到Barker相关器的输出；

功率测量装置，用于指示所述多个天线上的功率电平；

相关器选择器，用于从一对差分相关器中进行选择，以选择最大相关信号；和

阈值比较器，用于指示差分相关的最大值的移动和。

7.如权利要求6所述的分组检测器，还包括：

时间估计器，用于从累加的差分相关估计检测的信号的峰值；和

频率偏移估计器，用于从累加的差分相关估计接收器时钟和发射器时钟之间的频率偏移。

8.如权利要求1所述的分组检测器，其中所述分析电路包括：

至少一个差分相关器，其具有差分相关信号输出；

时间估计器，其被连接以接收所述差分相关信号并输出对检测信号的峰值估计；和

频率偏移估计器，用于从所述差分相关信号估计接收器时钟和发射器时钟之间的频率偏移。

9.如权利要求8所述的分组检测器，其中，所述至少一个差分相关器中的每一个包括相关器、延迟器和共轭器，以使相关信号与所述相关信号的延迟后的共轭组合，以形成差分相关器信号。

10.如权利要求9所述的分组检测器，其中所述组合是复数乘法。

11.如权利要求1所述的分组检测器，还包括：

多个正交频分多路复用(OFDM)相关器，每个天线对应一个OFDM相关器；

一对差分相关器，其被连接到OFDM相关器的输出；

功率测量装置，用于指示所述多个天线上的功率电平；

相关器选择器，用于在所述一对差分相关器中进行选择，以选择最大相关信号；和

阈值比较器，用于指示差分相关的最大值的移动和。

12.一种用于检测802.11a或802.11b格式中的任一格式的信道中的分组的分组检测器，所述分组检测器包括：

来自至少一个天线中的每一个的输入，其中，每一个天线被期望从所述信道接收不同的信号；

第一分析电路，用于分析来自所述输入的信号，以确定是否满足802.11b分组检测标准；

第二分析电路，用于分析来自所述输入的信号，以确定当不满足所述802.11b分组检测标准时是否满足802.11a分组检测标准；和

检测器输出，用于输出表示分组检测的信号。

13.如权利要求12所述的分组检测器，其中，以提供到所述第一分析电路和所述第二分析电路的采样信号数据的公共采样率对所述输入进行采样。

14.如权利要求13所述的分组检测器，其中，所述公共采样率是20MHz。

15.一种用于检测与802.11信号发生干扰的窄带信号的干扰的干扰检测器，包括：

一个或多个输入，分别来自一个或多个天线中的一个天线，其中每个天线被期望从信道接收不同的信号；

分析电路，用于使用快速傅利叶变换(FFT)分析来自所述一个或多个输入的信号；和

检测器输出，用于输出表示检测到的窄带干扰的信号。

16.如权利要求15所述的干扰检测器，其中，所述分析电路执行分析与分组检测器检测802.11分组实质上是同时进行的。

17.如权利要求15所述的干扰检测器，其中，所述检测器输出提供所述干扰的频率位置和对噪声功率和信号功率的估计。

18.如权利要求15所述的干扰检测器，其中，所述检测器输出提供所述802.11信号的频率估计，其中，所述频率估计考虑所述检测到的窄带干扰。

19.如权利要求15所述的干扰检测器，其中，所述一个或多个天线是多个天线，并且所述一个或多个输入是多个输入。

20.一种连续波干扰检测器，包括：

采样缓冲器，用于存储输入信号采样；

窗口滤波器，其对来自所述采样缓冲器的采样进行操作，以生成滤波后的采样；

快速傅利叶变换(FFT)模块，用于将所述滤波后的采样变换到频域；和

干扰检测器信号输出生成器，其对变换后的滤波后的采样进行操作。

21.如权利要求20所述的连续波干扰检测器，其中，所述干扰检测器信号输出生成器包括：

峰值检测器；

加法器，其将峰值采样和至少一个相邻采样相加；和

比较器，其将加法器输出与阈值比较，以确定检测。

22.一种用于检测802.11a格式的信道中的分组的分组检测器，所述分组检测器包括：

来自多个天线中的每一个的输入，其中每一个天线被期望从所述信道接收不同的信号；

分析电路，用于分析来自所述多个输入的信号，以确定是否满足分组检测标准；和

检测器输出，用于输出表示分组检测的信号。

23.如权利要求22所述的分组检测器，其中，所述多个天线包括非活动天线和活动天线，并且所述输入是从所述活动天线获得的，并且所述活动天线包括至少两个天线。

24.如权利要求22所述的分组检测器，其中，所述分组检测标准是，差分相关的最大值的移动和与接收到的功率电平的移动和的比率是否大于预定阈值。

25.如权利要求24所述的分组检测器，其中，所述分组检测器同时执行在公共频带中的802.11a分组和802.11b分组的检测，并且其中所述检测标准进一步是802.11a度量与802.11b度量的比率是否大于第二预定阈值。

26.如权利要求22所述的分组检测器，还包括：

多个正交频分多路复用(OFDM)相关器，每个天线对应一个OFDM相关器；

一对差分相关器，其被连接到所述OFDM相关器的输出；

功率测量装置，用于指示在所述多个天线上的功率电平；

相关器选择器，用于从所述一对差分相关器中进行选择，以选择最大相关信号；和

阈值比较器，用于指示差分相关的最大值的移动和。

27.一种用于检测802.11格式的信道中的分组的分组检测器，所述分组检测器包括：

一个或多个输入，分别来自一个或多个天线中的一个，其中每一个天线被期望从所述信道接收不同的信号；

一个或多个相关器，每个天线对应一个相关器；

一对差分相关器，其被连接到所述相关器的输出；

相关器选择器，用于从所述一对差分相关器中进行选择，以选择最大相关信号；

分析电路，用于分析来自所述一个或多个输入的信号和所述最大相关信号，以确定是否满足分组检测标准；和

检测器输出，用于输出表示分组检测的信号。

28.如权利要求27所述的分组检测器，其中，所述一个或多个天线是多个天线，并且所述一个或多个输入是多个输入。

29.如权利要求27所述的分组检测器，其中，所述分组检测器同时执行对802.11a分组和802.11b分组的检测。

30.如权利要求29所述的分组检测器，其中，所述分组检测器以公共采样率工作来检测802.11a分组和802.11b分组。

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