CN101651953B - 用于生成分组前导码的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

描述了用于将信号序列的分组前导码发送给单载波无线设备和多载波无线设备的无线通信设备、无线通信系统和方法。分组前导码包括用于检测信号的第一序列和用于估计信道的第二序列。

Description

用于生成分组前导码的方法和装置
背景技术
无线个域网(WPAN)是用于在接近一个人的计算设备(例如，个人设备，诸如电话和个人数字助理)(所述计算设备可以属于或可以不属于该人)之间进行通信的网络。WPAN的工作范围可以是几米。WPAN可以用于在个人设备自身之间进行人际通信，或者用于经由上行链路而连接到高层网络(例如，互联网)。
IEEE 802.15.3任务组3c(TG3c)成立于2005年3月。TG3c正在为现有的802.15.3无线个域网(WPAN)标准(例如，IEEE 802.15.3-2003)开发基于毫米波(mmWave)的可选物理层(PHY)。毫米波WPAN可以在包括FCC 47 CFR 15.255和其它监管机构所定义的57-64GHz非授权频带的频带之中运行，并且可以被称为“60GHz”。毫米波WPAN可以允许很高数据速率(例如，超过每秒2千兆比特(Gbps))的应用，诸如：高速互联网接入、流式内容下载(例如，视频点播、高清晰度电视(HDTV)、家庭影院等)、用于替代电缆的实时流式无线数据总线。
然而，由于弗里斯(Friis)传输公式、氧吸收和通过障碍时的严重衰减，相比在较低频率(例如，2.4GHz和5GHz频带)运行的链路，毫米波通信链路的健壮性明显较差。此外，毫米波通信链路可以使用定向天线和/或天线阵列来增加通信范围。定向天线的使用使链路对移动性非常敏感。例如，设备在方位上的轻微变化或者附近物体和/或人的移动可能使链路中断。
60GHz通信标准趋向于既具有正交频分复用(OFDM)又具有单载波(SC)物理层。在一些标准中，只有OFDM或SC中的一个是强制使用的，但是在一些其它标准中，OFDM和SC均不是强制使用的。在既具有OFDM又具有SC的系统中，在大部分时间内，对每种类型的调制使用不同的前导码。
附图说明
在本说明书的结论部分具体地指出并清楚地请求保护了作为本发明的主题。然而，通过参考下面的详细描述并同时阅读附图可以最好地理解本发明的组织和操作方法及其目的、特征和优势，其中：
图1是根据本发明的示例性实施例的无线通信网络的示意性视图；
图2是根据本发明的示例性实施例的分组前导码的示意性视图；
图3是根据本发明的一些实施例的无线通信设备的方框图；
图4是根据本发明的一些示例性实施例的用于发送分组前导码的方法的流程的示意性视图；以及
图5是根据本发明的实施例的系统的方框图。
应当理解，为了说明的简化和清楚起见，附图中示出的元件未必按照比例绘出。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大。此外，当认为合适时，在附图之间可能会重复使用附图标记以指示对应的或者类似的元件。
具体实施方式
在下面的详细描述中阐明了多个特定细节，以提供对本发明的彻底理解。然而，本领域的技术人员将会理解可以在不具有这些特定细节的情况下实施本发明。在其它实例中，为避免使本发明不够清晰，未对公知的方法、程序、组件和电路进行详细描述。
下面的一些部分的详细描述是针对在计算机存储器中数据比特或二进制数字信号上的操作的算法和符号表示来提出的。这些算法描述和表示可以是数据处理领域的技术人员用以将其工作实质转达给本领域其它技术人员的技术。
除非专门声明，从下面的讨论中可以清楚地理解，本说明书中使用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”等术语的讨论指代的是计算机或计算系统或类似的电子计算设备的操作和/或处理，所述操作和/或处理将在计算系统的寄存器和/或存储器中以物理量(例如，电子量)表示的数据处理和/或变换成为在计算系统的存储器、寄存器或者其它信息存储装置或传输设备中以物理量类似地表示的其它数据。本文中使用的术语“一”或“一个”定义为一个或多于一个。本文中使用的术语“多个”定义为两个或多于两个。本文中使用的术语“另一个”定义为至少第二个或更多个。本文中使用的术语“包括”和/或“具有”定义为但不限于包括。本文中使用的术语“耦合”定义为以任何期望的形式操作性地连接，例如，机械地、电子地、数字地、直接地、通过软件、通过硬件等方式。
应当理解，本发明可以用于各种应用中。本文中公开的电路和技术可以用在例如无线电系统的站的很多装置中，但本发明在这方面不受限制。仅举例而言，旨在包含于本发明范围内的站包括无线局域网(WLAN)站、无线个域网(WPAN)站等。
旨在包含于本发明范围内的WPAN站的类型包括但不限于移动台、接入点、用于接收和发射扩频信号的站，该扩频信号诸如：跳频扩频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS)、补码键控(CCK)、正交频分复用(OFDM)等。
首先转向图1，示出了根据本发明的示例性实施例的无线通信网络100的示意性视图。例如，无线通信网络100可以包括WPAN/WLAN。例如，无线通信网络100可以根据IEEE 802 802.11任务组ad(TGad)开发的标准来运行。TGad正在开发对WLAN的60GHz频带内的超高吞吐量的增强方案。
根据本发明的该示例性实施例，无线通信网络100(例如，WPAN)可以包括站120、130和140。将站120、130和140分别示出为设备(DEV)，例如，DEV1、DEV2和DEV3。站120、130和140可以包括摄像机、鼠标、耳机、扬声器、显示器、移动个人设备等，但本发明的范围在这方面不受限制。此外，如果需要的话，每个DEV1、DEV2和DEV3可以在另一个WPAN处提供服务和/或作为另一个WPAN的一部分。
根据本发明的该示例性实施例，如果需要的话，DEV1 130和DEV2 120可以经由直接链路150发送和接收OFDM信号和/或单载波(SC)信号。根据本发明的一些实施例，直接链路可以是在没有另一个设备和/或基站和/或网络控制器等干预的情况下两个设备之间的无线链路。例如，DEV3 140可以经由直接链路160向DEV1 130发送包括多个序列的分组前导码。如果需要的话，DEV1 130可以经由直接链路150向DEV2 120发送前导码分组。
根据本发明的至少一个实施例，既可以由SC设备又可以由多载波设备(例如，OFDM)来发送和检测同一个前导码分组，但是本发明的范围在这方面不受限制。
转向图2，示出了根据本发明的示例性实施例的分组前导码200的示意性视图。根据本发明的实施例，如果需要的话，分组前导码200既可以用于多载波方案传输又可以用于SC方案传输，例如，用于OFDM以及SC传输。根据一个示例性实施例，分组前导码200可以包括：检测字段210、同步字段(SFD)220和信道估计字段230。
根据本发明的一些示例性实施例，例如，分组的前导码部分200可以用于自动增益控制(AGC)、信号检测、频率偏移估计、同步和信道估计。可以在周期序列上进行检测、AGC和频率偏移估计(FOE)。根据一些示例性实施例，分组200可以基于可由SC接收机使用的π/2-BPSK序列。
例如，可以由具有良好互相关特性的序列的副本(repetition)来形成检测字段210。根据本发明的实施例，可以将具有期望互相关特性的序列定义为如下序列，该序列的(周期的或非周期的)互相关具有大峰值以及该峰值周围的多个零值。具有期望相关特性的序列的非限制性实例是：伪随机数(PN)序列、互补(格雷(Golay))序列、巴克(Barker)码、恒定幅值零自相关(CAZAC)序列等。SFD 220可以包括用于检测和选择所发送的调制的序列。例如，该序列的反转(inversion)可以用于对一组这种序列的检测或调制。
在本发明的一些其它实施例中，可以省略SFD 220并且可以由信道估计字段230来执行SFD 220的任务。信道估计字段230可以包括多个序列，这些序列包括长PN序列或者互补(格雷)序列对，但是本发明的范围在这方面不受限制。
根据本发明的示例性实施例，可以将信号序列的前导码分组200既发送给单载波无线设备又发送给多载波无线设备。根据一个实例，分组的前导码可以包括：第一序列(例如，检测字段210的序列)，用于检测信号；第二序列(例如，SFD 220的序列)，用于检测和选择发射机调制；以及第三序列(例如，信道估计字段230的序列)，用于对信道进行估计。如果需要的话，可以由2/∏二进制相移键控(BPSK)调制来对第一、第二和第三序列进行调制。应当理解，本发明的一些其它实施例可以使用其它调制方案。
根据本发明的一个示例性实施例，可以由SC发射机来发送前导码分组200。在这种情况下，可以由脉冲整形滤波器对第一序列、第二序列和第三序列进行滤波。在本发明的其它实施例中，可以由多载波发射机(例如，OFDM发射机)来发送前导码分组200。在这种情况下，可以使用接收机已知的滤波器对第一序列、第二序列和第三序列进行重新采样，例如，根据下述方程来进行重新采样：
第一，可以根据下面的方程对第一序列、第二序列和第三序列进行重新采样：
Figure G200910161898XD00051
方程1
其可以实现在每个采样后添加两个0。第二，可以使用接收机已知的滤波器对第一序列、第二序列和第三序列进行滤波，所述滤波器例如下面的方程(可以使用其它方程)所描述的抽取滤波器：
Figure G200910161898XD00052
方程2
第三，可以使用因子2对第一序列、第二序列和第三序列执行抽取，根据下述方程每两个采样提取一个：
Figure G200910161898XD00053
方程3
在数字信号处理领域，术语“抽取”和其派生词可以定义为用于在离散时间信号和/或序列中降低采样数量的技术。抽取可以包括对信号进行低通抗混叠滤波和下采样，然而本发明的范围在这方面不受限制。
根据该实例，假定OFDM(标称)采样速率是SC的码片速率的11/2，以在OFDM数据子载波周围提供保护频带。上述实例还可以使用OFDM采样速率和SC码片速率之间的其它比率。在接收机中，可以通过自相关和互相关的组合来进行检测。如果需要的话，对于m-序列(PN-序列)和互补(格雷)序列而言存在高效的相关算法。
如果需要的话，可以用单载波接收方案或多载波接收方案来进行对所述前导码分组的接收，但是本发明的范围在这方面不受限制。能够在SC和OFDM中操作的接收机可以接收前导码分组并且对第一序列、第二序列和第三序列进行解码。
转到图3，示出了根据本发明的一些实施例的无线通信设备的方框图。根据该示例性实施例，无线通信设备300可以包括：序列生成器310、数字信号处理器(DSP)320、整形滤波器330、调制器340、接收机(RX)360、发射机(TX)370和多个天线380和390。
根据本发明的示例性实施例，RX 360和TX 370可以是多输入多输出(MIMO)发射机-接收机系统(未示出)的一部分。根据该实例，RX 360和/或TX 370可以分别包括两个或多个接收机以及两个或多个发射机，以及大线380和390可以包括多个天线并且可以操作性地耦合到MIMO发射机-接收机系统，然而本发明的范围在这方面不受限制。根据本发明的一些示例性实施例，天线380和/或390可以包括一个或多个天线。例如，天线380和/或390可以包括：定向天线、天线阵列、单极电线等。
根据本发明的一些实施例，如果需要的话，无线通信设备300可以作为SC设备和/或OFDM设备而运行于毫米波WPAN中。例如，无线通信设备可以按如下方式运行。序列生成器310可以生成用于前导码分组(例如，前导码分组200)的信号序列。序列生成器310可以根据互相关序列(例如，伪随机数(PN)序列、格雷序列、巴克码等)的副本来生成第一序列。如果需要的话，序列生成器310可以通过第一序列的反转来生成第二序列，并且可以根据互补格雷序列对来生成第三序列。如果需要的话，调制器340可以使用2/∏二进制相移键控(BPSK)调制来对第一序列、第二序列和第三序列进行调制。
TX 370可以将信号序列的同一个前导码分组发送给单载波无线设备和/或多载波无线设备。前导码分组(例如，前导码分组200)可以包括：检测字段、SFD字段和信道估计字段。检测字段可以包括第一序列，RX 360可以使用第一序列来检测信号或进行频率偏移估计。SFD字段可以包括第二序列，如果需要的话，RX 360可以使用第二序列来检测和选择发射机调制。信道估计字段可以包括第三序列，RX 360可以使用第三序列对信道进行估计，但是本发明的范围不受该实例的限制。
根据本发明的一个示例性实施例，旨在发送到SC设备的前导码分组可以由整形滤波器330进行滤波。例如，整形滤波器330可以对第一序列、第二序列和第三序列中的至少一个进行滤波。调制器340可以对经由整形滤波器320滤波的前导码分组进行调制，调制器340能够根据单载波调制方案对前导码分组进行调制。
根据本发明的另一个示例性实施例，旨在发送到OFDM设备的前导码分组可以由DSP 320进行处理。例如，如果需要的话，DSP 320可以使用三个步骤的处理。第一步骤可以是：通过在两个采样之间添加两个0并且对第一序列、第二序列和第三序列进行三倍内插来对前导码分组的第一序列、第二序列和第三序列进行处理。第二步骤可以是使用抽取滤波器对第一序列、第二序列和第三序列进行滤波，以及第三步骤可以是每一秒对第一序列、第二序列和第三序列进行一次采样并且对所述采样进行两倍抽取。调制器340可以根据多载波调制方案对经由DSP 320处理的前导码分组进行调制，然而本发明的范围在这方面不受限制。
此外，如果需要的话，前导码分组可以由扩频器350进行扩频，并且可以由TX 370和天线390进行发送。在接收设备中，天线380和RX 360可以使用单载波接收方案或多载波接收方案来接收前导码分组的序列。如果需要的话，解码器340可以对第一序列、第二序列和第三序列进行解码。对序列进行解码之后，可以通过相关来进行同步。可以通过在时域中进行相关或者通过在频域中对所发送的序列频率响应进行划分来执行信道估计。应当理解，同一个前导码分组既可以用于SC也可以用于OFDM，并且可以通过使用接收机已知的滤波器对π/2BPSK序列进行重新采样来定义前导码。
转向图4，示出了根据本发明的一些示例性实施例的用于发送分组前导码的方法的流程的示意性视图。方法可以开始于生成前导码序列的字段，该前导码序列适于由单载波接收机和多载波接收机(例如，OFDM接收机)进行接收和/或由具有SC接收机和OFDM接收机的设备进行接收，然而本发明的范围不受这方面的限制。
根据该实例，方法可以开始于生成用于检测信号的第一序列(文本框400)，生成用于估计信道的第二序列(文本框410)以及生成用于检测和选择发射机调制方案的第三序列(文本框420)。
根据该示例性实施例，可以使用具有期望互相关特性的序列(例如，伪随机序列、巴克码等)的副本来生成第一序列。第三序列可以是第一序列的反转，但是本发明的范围不受该实例的限制。
该方法可以继续进行，通过例如π/2二进制相移键控(BPSK)调制来对第一序列、第二序列和第三序列进行调制(文本框430)以及使用脉冲整形滤波器对第一序列、第二序列和第三序列中的至少一个进行滤波(文本框440)。
在旨在由多载波接收机来接收分组前导码的情况下，如果需要的话，还可以对分组前导码进行进一步处理：在两个采样之间添加例如两个0；使用抽取滤波器对第一序列和第二序列进行滤波；以及每一秒对第一序列和第二序列进行一次采样并且对所述采样进行两倍抽取(文本框450)。可以将信号序列的分组前导码既发送给单载波无线设备又发送给多载波无线设备(文本框460)。可以用单载波接收方案或多载波接收方案来接收分组前导码(文本框470)。可以在接收机处对第一序列、第二序列和第三序列进行解码，但是本发明的范围不局限于该实例。
转到图5，示出了根据本发明的实施例的系统产品的方框图。系统500可以包括计算机510和存储介质(例如，存储器520)，然而本发明的实施例不在这方面受到限制。根据本发明的示例性实施例，系统500可以包括无线通信设备、发射机、接收机等。计算机510可以包括操作性地耦合到存储器520的DSP、处理器、控制器等。存储器520可以是处理器可读介质和/或计算机或处理器存储介质，诸如：编码、包含或存储指令的存储器、磁盘驱动器或USB闪存。
根据本发明的实施例，计算机510可以执行存储在存储器520中的指令。当执行所述指令时，所述指令可以实现本文所公开的方法。
虽然本文已经说明和描述了本发明的特定特征，但本领域的技术人员此时可以获知很多更改、替换、改变和等价物。因此，应当理解，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神之内的所有更改和改变。

Claims (33)

1.一种发送方法，包括：
向单载波无线设备和多载波无线设备发送信号序列的分组前导码，其中，所述分组前导码至少包括用于检测信号的第一序列和用于估计信道的第二序列，其中，所述第一序列包括具有期望互相关特性的序列的副本，并且其中，所述分组前导码用于正交频分复用设备和单载波无线设备两者。
2.如权利要求1所述的方法，其中，生成所述第一序列的步骤包括：
使用伪随机序列来生成所述第一序列。
3.如权利要求1所述的方法，其中，生成所述第一序列的步骤包括：
根据互补格雷序列的副本来生成所述第一序列。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二序列包括两个互补格雷序列的串接。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述第二序列还用于检测和选择发射机调制方案。
6.如权利要求1所述的方法，包括：
使用π/2二进制相移键控（BPSK）调制对所述第一序列和所述第二序列进行调制。
7.如权利要求1所述的方法，包括：
由脉冲整形滤波器对所述第一序列和所述第二序列中的至少一个进行滤波。
8.如权利要求1所述的方法，其中，发送所述分组前导码的步骤包括：
在两个采样之间添加两个0；
由抽取滤波器对所述第一序列和所述第二序列进行滤波；以及
每一秒对所述第一序列和所述第二序列进行一次采样，并且对所述采样进行两倍抽取。
9.如权利要求1所述的方法，包括：
根据多载波调制方案来发送所述分组前导码。
10.如权利要求1所述的方法，包括：
根据单载波调制方案来发送所述分组前导码。
11.如权利要求1所述的方法，包括：
用单载波接收方案或者多载波接收方案来接收所述分组前导码；以及
对所述第一序列和所述第二序列进行解码。
12.一种无线通信设备，包括：
发射机，用于向单载波无线设备和多载波无线设备发送信号序列的分组前导码，其中，所述分组前导码包括用于检测信号的第一序列和用于估计信道的第二序列，其中，所述第一序列包括具有期望互相关特性的序列的副本，并且其中，所述分组前导码用于正交频分复用设备和单载波无线设备两者。
13.如权利要求12所述的无线通信设备，其中，所述第二序列还用于检测和选择发射机调制方案。
14.如权利要求12所述的无线通信设备，包括：
序列生成器，用于根据互相关序列的副本来生成所述第一序列，以及根据互补格雷序列对来生成所述第二序列。
15.如权利要求12所述的无线通信设备，其中，
所述第一序列包括伪随机序列。
16.如权利要求12所述的无线通信设备，其中，
所述第一序列包括互补格雷序列的副本。
17.如权利要求12所述的无线通信设备，包括：
调制器，用于使用π/2二进制相移键控（BPSK）调制来对所述第一序列和所述第二序列进行调制。
18.如权利要求12所述的无线通信设备，包括：
整形滤波器，用于对所述第一序列和所述第二序列中的至少一个进行滤波。
19.如权利要求12所述的无线通信设备，包括：
数字信号处理器，用于：
通过在两个采样之间添加两个0来处理所述分组前导码的所述第一序列和所述第二序列；
由抽取滤波器对所述第一序列和所述第二序列进行滤波；以及
每一秒对所述第一序列和所述第二序列进行一次采样，并且对所述采样进行两倍抽取。
20.如权利要求17所述的无线通信设备，其中，
所述调制器能够根据多载波调制方案对所述分组前导码进行调制。
21.如权利要求17所述的无线通信设备，其中，
所述调制器能够根据单载波调制方案对所述分组前导码进行调制。
22.如权利要求12所述的无线通信设备，包括：
接收机，用于接收单载波中或者多载波中的所述分组前导码；以及
解码器，用于对所述第一序列和所述第二序列进行解码。
23.一种无线通信系统，包括：
两个或多个站，其中，站包括：
发射机，用于向单载波无线设备和多载波无线设备发送信号序列的分组前导码，其中，所述分组前导码包括用于检测信号的第一序列和用于估计信道的第二序列，其中，所述第一序列包括具有期望互相关特性的序列的副本，并且其中，所述分组前导码用于正交频分复用设备和单载波无线设备两者。
24.如权利要求23所述的无线通信系统，其中，
所述第二序列还用于检测和选择发射机调制方案。
25.如权利要求23所述的无线通信系统，其中，所述站包括：
序列生成器，用于根据互相关序列的副本来生成所述第一序列，以及根据互补格雷序列对来生成所述第二序列。
26.如权利要求23所述的无线通信系统，其中，
所述第一序列包括伪随机序列。
27.如权利要求23所述的无线通信系统，其中，
所述第一序列包括互补格雷序列的副本。
28.如权利要求23所述的无线通信系统，其中，所述站包括：
调制器，用于使用π/2二进制相移键控（BPSK）调制来对所述第一序列和所述第二序列进行调制。
29.如权利要求23所述的无线通信系统，其中，所述站包括：
整形滤波器，用于对所述第一序列和所述第二序列中的至少一个进行滤波。
30.如权利要求23所述的无线通信系统，其中，所述站包括：
数字信号处理器，用于：
通过在两个采样之间添加两个0来处理所述分组前导码的所述第一序列和所述第二序列；
由抽取滤波器对所述第一序列和所述第二序列进行滤波；以及
每一秒对所述第一序列和所述第二序列进行一次采样，并且使用所述抽取滤波器对所述采样进行两倍抽取。
31.如权利要求28所述的无线通信系统，其中，
所述调制器能够根据多载波调制方案对所述分组前导码进行调制。
32.如权利要求28所述的无线通信系统，其中，
所述调制器能够根据单载波调制方案对所述分组前导码进行调制。
33.如权利要求23所述的无线通信系统，其中，所述站包括：
接收机，用于接收单载波中或者多载波中的所述分组前导码；以及
解码器，用于对所述第一序列和所述第二序列进行解码。
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