CN101690294A - 在多信道无线通信系统中估计时序与频率信息 - Google Patents

在多信道无线通信系统中估计时序与频率信息 Download PDF

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Abstract

一种评估一经由二个、或多个频率分开的信道而传送的有效载荷的时序与频率信息的方法中，是藉由合并源自该二个、或多个频率分开的信道上的前导码的训练字段，而建构合并数值，进而用于估计该频率与时序信息。在一实施例之中，该等合并数值可以藉由合并源自该等频率分开的信道的自相关训练字段而加以决定。另一种评估该时序与频率信息的方法则是，以一信号质量度量作为基础而自该等频率分开的信道的其中之一的该前导码中选择该等训练字段。在一另一实施例之中，依据一信号质量度量而对该等训练字段做出的选择可以使其产生偏差，以使其偏向一特定信道。

Description

在多信道无线通信系统中估计时序与频率信息
张宁
相关申请
本申请要求了以下美国临时申请60/894,595的优先权，主题为“在多信道无线通信系统中估计时序与频率信息”，申请日为2007年3月13日。
发明背景
技术领域
本发明涉及一种无线通信系统，且更特别地是，涉及一种在多信道无线通信系统中估计时序与频率信息的方法。
背景技术
无线通信系统会使用频率分配来确定不同的RF装置能够在不同的频率范围内运作。在此方法中，举例而言，一个使用者的手机不会与其它商业的无线电系统相互干扰，而这些频率范围则是被称之为频带。
在一个频带之中，频率范围可以分开为一个、或多个信道，其中一种形式的无线通信的频带和信道是藉由，举例而言，IEEE 802.11家族的度量所加以定义，而在此型式的无线通信之中，一个传送器通常会透过一个信道传送数据至一个、或多个接收器。
这些IEEE 802.11度量亦定义了数据如何被建构成为数据封包，而其通常会包括一前导码(preamble)以及一有效载荷(playload)。图1举例说明了一示范封包100，其包括位于一有效载荷102前面的一前导码101。在此例子中，封包100是在一宽为20MHz的继承信道(legacy channel)中发送，前导码101会包括复数个训练字段(training fields)以提供接收封包100的重要信息。
通常，训练字段有短的和长的二种形态。短的和长的训练字段二者皆为已充分定义的形样，因此接收器可以进行分析，以估计粗略和精细的时序信息，以及粗略和精细的频率信息。而此时序和频率信息则使得接收器能够准确地恢复来自该所传送的数据封包的该有效载荷。
IEEE 802.11n度量草案(draft standard)，举例而言，亦叙述了一传送器如何透过二个信道传送数据，以取代单一个信道，进而增加该传送器所使用的信道的整体有效宽度，其中，较宽的信道较有利于增加数据的传送率。通常，该二个信道是选自一选定的频带之内，以使得它们不会重迭，此外，也经常将其中一个信道指定为控制信道(control channel)，另一个信道指定为延伸信道(extension channel)，一般而言，该控制信道会是较靠近该所选定频带的中心的信道，而该延伸信道则为较靠近该频带其中一边缘的信道。
在双信道形式的传送中，一传送器会透过该控制和该延伸信道来传送一有效载荷，特别地是，一包括训练字段的成双前导码(duplicated preamble)会位在该控制和该延伸信道二者上的该有效载荷传送的前面，举例而言，图2举例说明了一示范封包200，其包括位于一有效载荷202前面的一前导码201A(于控制信道上传送)以及一成双前导码201B(于该延伸信道上传送)，在此例子中，该控制和该延伸信道宽为20MHz，而藉此即可允许一宽为40MHz的有效载荷的传送(要注意的是，前导码201A及201B乃是为了举例说明的目的而显示为频率分开，其通常是彼此相邻)。在一实施例中，该控制和该延伸信道的中心频率可以分开20MHz，在一另一实施例之中，该控制和该延伸信道的中心频率则是可以分开25MHz。
利用分别在该控制和该延伸信道上的前导码201A及201B，就能够使听命于这些信道的继承装置(legacy device)辨识该控制和该延伸数据封包，也能够有助于解码，举例而言，封包200的长度，而藉此即可使得如此的继承装置能够避免与其它无线通信系统的碰撞和干扰。
而正如在单一信道系统的例子中一样，接收器亦能够对位于该控制和该延伸信道上的该短的和长的训练字段进行分析，以估计相关于所传送的有效载荷的粗略和精细的时序信息以及粗略和精细的频率信息。其中，一种发展上述频率和时序估计的可能方法是，自该控制、或该延伸信道中分析该等训练字段，这是因为该等前导码以及，因此，该等训练字段，在二个信号中是重复的，所以，在双信道的例子中，藉由分析源自该控制信道的该等训练字段，就可以评估在该控制以及该延伸信道二者上的该有效载荷的时序与频率信息，此方法的优势在于，执行上相对而言较为简单，而另一优点则是，相对而言，该控制信道的训练字段会比该延伸信道的训练字段更不容易受到干扰，举例而言，在某些频带中，例如，2.4GHz频带，一些信道会有较大的可能性发生重迭，进而造成干扰，尤其是位置可能较接近频带的边缘的延伸信道。
然而，该控制信道的信号特征却可能不同于该延伸信道的信号特征。举例而言，该控制信道可能会在信号强度上比该延伸信道少几个dB，而此较低的信号强度就可能会增加从二个信道的训练字段中决定频率和时序信息的困难度，尤其是，若接收器仅会验证该控制信道的训练字段的时候。
因此，正如前述的说明，现有技术的确需要一种改进方法，以估计经由二个频率分开的信道而发送的数据封包的时序和频率信息，特别是，经由一相对而言较宽，包括一控制信道以及一延伸信道，的信道。
发明内容
本发明提供一种估计一经由多个频率分开的信道而进行传送的有效载荷的时序与频率信息的方法。在此方法中，源自相关于该有效载荷、且经由该等多个频率分开的信道而传送的任何前导码的训练字段会进行合并，而在如此的合并之后，该有效载荷的该时序与频率信息就可以利用合并的数值而进行估计，在此，需要注意的是，该等训练字段可以包括短训练字段、及/或长训练字段。
合并该等训练字段可以包括，合并源自该等前导码的自相关(self-correlated)训练字段。举例而言，在一实施例中，合并该等训练字段可以包括利用该等前导码而进行最大比合并(maximum ratio combining，MRC)，在另一实施例中，合并该等训练字段可以包括利用一信号质量度量(signal quality metric)进行加权，其中，可能的信号质量度量包括，一接收信号强度指示器(received signal strength indicator，RSSI)、一信噪比(signalto noise ratio，SNR)、或一误差向量幅度(error vector magnitude，EVM)。
本发明还提供另一种估计一经由多个频率分开的信道而传送的有效载荷的时序与频率信息的方法。在此方法中，相关于该有效载荷、且经由该等多个频率分开的信道而传送的一前导码是受到选择，且该选择乃是根据一信号质量度量，而在做出该选择之后，就可以利用该前导码的训练字段而估计出该时序与频率信息。
在一实施例之中，该信号质量度量可以包括一接收信号强度指示器(received signal strength indicator，RS SI)、一信噪比(signal to noise ratio，SNR)、或一误差向量幅度(error vector magnitude，EVM)，在一另一实施例之中，选择该前导码可以包括使一特定信道(亦即，一控制信道)产生偏差，举例而言，使该特定信道产生偏差可以包括，只在该延伸信道的该信号质量度量超出该控制信道的该信号质量度量一特定量时，才选择一延伸信道。
附图说明
图1是举例说明在一单信道无线通信系统中所使用的数据封包的方块图；
图2是举例说明在一双信道无线通信系统中所使用的数据封包的方块图；以及
图3A和3B是举例说明估计经由多个频率分开的信道而传送的一有效载荷的频率和时序信息的二种示范方法的流程图。
具体实施方式
本发明以下所叙述的实施例中会提供估计经由多个频率分开的信道而传送的一有效载荷的频率和时序信息的方法，其中，该等频率和时序估计可取自包含在频率分开的信道(在双信道的例子中，此通常是指控制和延伸数据信道)上的数据封包的前导码中的训练字段。接下来要叙述的方法则在于利用二个信道的训练字段会大致相同的事实，另外，下列的方法亦会举例说明，藉由自该控制和该延伸信道中定义为较佳选择者里选出训练字段、或是藉由合并该控制和该延伸信道二者的训练字段，是有助于改善用于数据接收的时序和频道信息。
图3A举例说明用以估计经由多个频率分开的信道而传送的一有效载荷的时序和频率信息的第一种方法300。在方法300中，步骤301合并了相关于该有效载荷、且经由该控制信道和任何延伸信道而传送的前导码的训练字段，而这些训练字段能够加以合并的原因则在于，源自二者的数据封包的训练字段是大致上为相同。有关无线通信信号的合并亦叙述于2003年10月8日所申请的美国专利申请案第10/682,787号(Attorney Docket No.ATH-102，美国专利公开案第2005-0078649号)，案名「多天线接收器合并高数据率宽带包裹的无线通信信号的装置与方法(Apparatus and method of multipleantenna receiver combining of high data rate wideband packetized wirelesscommunication signals)」，其是于此并入作为参考。
在一实施例之中，该等训练字段可以藉由最大比合并(maximum ratiocombing，MRC)而进行合并。MRC是藉由使所选择的训练字段产生自相关(self-correlating)、并将相关的结果相加在一起而合并该等训练字段，举例而言，第5个短训练字段的MRC可以藉由使个别源自该控制以及该延伸信道的该第5个短训练字段皆产生自相关，再接着相加所得的结果而加以计算。短的与长的训练字段二者可以加以合并。正如在现有技术中已知，一训练字段的自相关性(self-correlation)会产生一紧密相关于信号强度的数值，因此，该等所选择的训练字段的该MRC亦强烈地受到信号强度的加权。
MRC合并是有助于在具有相对而言较大的信号强度的该训练字段上设置较大的权重，因此，决定结果合并数值时，会较多地取决于相对而言较强的信道，以及较少地取决于相对而言较弱的信道，接着，结果合并数值就可被用于估计在该控制和该延伸信道二者上传送的该有效载荷的该时序和频率信息。
在其它实施例中，该合并数值的决定方式亦可以是，藉由一接收信号强度指示器(received signal strength indicator，RSSI)、一信噪比(signal to noiseratio，SNR)、一误差向量幅度(error vector magnitude，EVM)、或其它信号质量度量(signal quality metric)而个别加权训练字段。需要注意的是，有一些信号质量度量在该前导码的一开始早期期间并无法取得，而在此状况下，透过如此的质量度量(例如，RSSI)的训练字段合并就可以在稍后该所选择的质量度量可取得的时候再于该前导码中完成。举例而言，一些无线通信系统会共同使用可以改变接收信号的增益的自动增益控制组件(automatic gaincontrol elements)，而当如此的增益改变应用于该前导码早期期间的时候，举例而言，在接收前面4个短训练字段时，就可能无法取得该信号质量度量数据。
方法300的步骤302可以利用该等合并数值来估计该有效载荷的该时序和频率信息。该MRC方法的一个优点是，当该控制信道以及该延伸信道的训练字段的相关质量相对而言较低的时候，可以为该有效载荷产生相对而言较正确的频率与时序估计，此乃是基于该等合并数值是决定于来自二个信道的数据的事实，以及在该控制与该延伸信道中的该等训练字段会携带相同的、且于实质上相似的信息的事实。
图3B举例说明用以估计经由多个频率分开的信道而传送的一有效载荷的时序和频率信息的第二种方法310。在方法310中，步骤311会选择相关于该有效载荷、且经由该等信道的其中之一而进行传送的一前导码，特别地是，该所选择的前导码是在一具有比其它任何信道更高的信号质量度量的信道上进行传输的前导码。接着，该个所选择的前导码的该等训练字段会被用于估计于步骤312中、在该控制与该延伸信道上传送的该有效载荷的频率与时序信息，而正如之前所讨论的，信号质量可以藉由RSSI、SNR、EVM、或其它信号质量度量而进行测量，举例而言，若是该控制信道的RSSI比该延伸信道的RSSI更高时，该所选择的训练字段就可能会选自该控制信道。
在一实施例之中，该训练字段选择可以藉由一差异阀限(differencethreshold)而产生偏差，举例而言，若信号质量是藉由SNR而加以测量，则在源自该延伸信道的该等训练字段被选择前，该延伸信道的SNR需要比该控制信道的SNR超出10dB，而此10dB的差异阀限则是会使得该训练字段选择能够产生偏差而朝向该控制信道。在另一实施例之中，该差异阀限亦可以藉由软件而进行设定。
第二种方法较第一种方法(亦即，方法300)好的其中一个优点是，建构该等训练字段是相对而言较容易，因为与其说被计算，倒不如说该等训练字段是(经由该前导码而)被选择出来的。另外，同样地，会有一些信号质量度量在该前导码一开始的早期期间并无法取得，而在这种状况下，以信号质量度量(例如，RSSI)作为基础的训练字段选择就可以在该已选择的质量度量出现时再完成。
上述的实例叙述举例说明了如何在双信道(亦即，该控制以及该延伸信道)的例子中决定时序与频率信息，在其它的实施例中，也可以决定三个、或更多(亦即，多个)信道的时序与频率信息。
虽然本发明用以举例说明的实施例已经以所附图式作为参考而进行详细的叙述，但需要了解的是，本发明并不受限于该些特定的实施例，并且，这些实施例的目的并不在于对本发明进行详尽的叙述、或限制本发明为所揭示的特定形式，此外，就其本身而言，许多修饰以及变化都将是显而易见，据此，本发明的范围乃是藉由接下来的申请专利范围以及与其等义的内容而加以定义。

Claims (11)

1.一种估计一有效载荷的时序与频率信息的方法，其特征在于，该有效载荷经由多个频率分开的信道而传送，所述方法包括下列步骤：
合并来自相关于该有效载荷且经由所述多个频率分开的信道而传送的任何前导码的训练字段，以产生合并数值；以及
利用所述的合并数值而估计该时序与频率信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的训练字段包括短训练字段以及长训练字段的至少其中之一。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，合并所述训练字段的步骤包括：合并来自所述前导码的自相关训练字段。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，合并所述训练字段的步骤包括：利用所述前导码而进行最大比合并。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，合并所述训练字段的步骤包括：利用一信号质量度量进行加权。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的信号质量度量包括一接收信号强度指示器(RSSI)、一信噪比(SNR)、或一误差向量幅度(EVM)。
7.一种估计一有效载荷的时序与频率信息的方法，其特征在于，该有效载荷经由多个频率分开的信道而传送，所述方法包括下列步骤：
选择相关于该有效载荷且经由所述多个频率分开的信道而传送的一前导码，该选择是根据一信号质量度量；以及
利用该前导码的训练字段而估计该时序与频率信息。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的信号质量度量包括一接收信号强度指示器(RSSI)、一信噪比(SNR)、或一误差向量幅度(EVM)。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，选择所述前导码的步骤包括使一特定信道产生偏差。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的特定信道是一控制信道。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述特定信道产生偏差的步骤包括：只在一延伸信道的信号质量度量超出该控制信道的信号质量度量一预定量时，才选择该延伸信道。
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