CN101822109B - 利用定向天线的毫米波信标 - Google Patents

Abstract

一种无线设备包括：码分配模块，用于分配将被用于进行扩展的Golay码；扩展模块，用于利用Golay码对数据进行扩展以产生信号，其中所述Golay码被随机地用来对数据进行扩展；以及发射机，用于发送信号。该无线设备可以经由一组准全向波束模式发送第一信标信号，以及经由一组定向波束模式发送第二信标信号。该第一信标信号具有高于第二信标信号的传输速率的第一传输速率。根据Golay码和一组短序列可以生成具有零周期互相关性的延长的Golay码。由该无线设备发送的数据块可以包括Golay码和数据部分，其中每个数据部分在两个Golay码之间，并且每个Golay码在两个数据部分之间。

Description

利用定向天线的毫米波信标

基于35 U.S.C.§119要求优先权

本专利申请要求2007年10月10日提交的临时申请No.60/998,278的优先权，该临时申请已被转让给本申请的受让人并在此通过引用明确地并入本文。

技术领域

本发明一般涉及生成扩谱编码，并且具体地涉及生成和处理Golay码。

背景技术

在相关领域的一方面，可以使用支持单载波和正交频分复用(OFDM)调制的物理层用于毫米波(例如，60GHz)通信。例如，本发明的方面可以被配置用于57GHz-66GHz频谱(例如，在美国为57GHz-64GHz，以及在日本为59GHz-66GHz)中的毫米波通信。

OFDM以及单载波模式还包括单载波普通模式。该普通模式是由OFDM和单载波收发机运用的基本速率模式，以助于不同设备和不同网络之间的共存和互操作。该普通模式可以用于信标、发送控制信息，以及作为数据分组的基本速率。普通模式数据利用Golay码来扩展并运用π/2-BPSK调制。

IEEE 802.15.3c网络中的单载波收发机通常运用至少一个Golay码生成器以向所发送的数据帧的所有字段提供Golay码以及对所接收的经过Golay编码的信号执行匹配滤波。首先由Golay引入的互补码是等长的有限序列集，使得在一个序列中具有任意给定间隔的相同单元对的数目等于在其它序列中具有相同间隔的不同单元对的数目。在此通过引用并入本文且作者为S.Z.Budisin的“Efficient pulse compressor for Golay complementarysequences”(Electronic Letters，27，no.3，pp.219-220，1991年1月31日)示出了用于生成Golay互补码的发射机以及Golay匹配滤波器。

发明内容

本文公开的方面可以对运用例如由IEEE802.15.3c协议定义的毫米波WPAN的系统是有利的。然而，本发明不旨在局限于这些系统，因为其它应用可以受益于类似的优点。

在本发明的一个方面，发射机被配置用于分配被用来进行扩展的Golay码，利用该Golay码扩展数据以产生信号，以及发送该信号，其中这些Golay码被随机地用于扩展数据。

在本发明的另一方面，发射机被配置用于经由一组准全向波束模式来发送第一信标信号并经由一组定向波束模式发送第二信标信号，其中与发送第一信标信号相关联的第一速率高于与发送第二信标信号相关联的第二速率。

在另一方面，发射机或接收机使用延长的Golay码来生成前导。该延长的Golay码是从具有零周期互相关性的一组延长的Golay码中选择的，该组延长的Golay码是根据Golay码和一组短序列生成的。

在另一方面，发射机生成包括Golay码和数据部分的第一数据块，其中每个数据部分位于两个Golay码之间，并且每个Golay码位于两个数据部分之间。

尽管本文描述了特定方面，但是这些方面的许多变体和置换落入本发明的范围内。尽管描述了优选方面的一些益处和优点，但是本发明的范围不旨在局限于特定益处、用途或目标。然而，本发明的方面旨在广泛地适用于不同无线技术、系统配置、网络以及传输协议，其中的一部分在附图中并且在下面的具体描述中以实例的方式来示出。具体描述和附图仅仅是对本发明的示例而非限定，本发明的范围由所附权利要求及其等同物来定义。

附图说明

参照以下附图来理解关于本发明的方面。

图1是根据本发明的示例方面的普通模式通信信号中的分组的帧结构的示图。

图2示出了两对无线收发机之间的通信链路。

图3示出了根据本发明的示例方面用于实现无线通信的方法。

图4是被配置用于在毫米波系统中进行通信的装置的方框图。

图5是可以在本发明的一些方面中运用的Golay码生成器的方框图。

图6示出了位于计算机可读存储器中并根据本发明的示例方面来配置的软件组件。

图7是根据本发明的示例方面的通信方法的流程图。

图8是根据本发明的示例方面配置的示例装置的方框图。

图9示出了位于计算机可读存储器上并根据本发明的示例方面配置的软件组件。

图10是描绘用于利用具有低互相关性的一组延长的Golay码来生成前导的示例方法的流程图。

图11是被配置用于生成前导的示例装置的方框图。

图12示出了位于计算机可读存储器上并根据本发明的示例方面配置的软件组件。

图13是描绘了用于生成通信信号以供发送的示例方法的流程图。

图14是被配置用于根据本发明的示例方面生成信号的装置的方框图。

图15示出了子时隙结构的示例格式。

图16示出了子块结构的示例格式，依据信道延迟来在该子块结构中减小子时隙长度。

图17示出了示例块结构，在该块结构中，第一块中的前N/2个子时隙中的每一个运用第一Golay互补码作为前缀。

图18示出了根据本发明的示例方面的子块结构，该子块结构被配置来减少由于帧中的周期结构而存在的谱线。

图19示出了可以在本发明的各个方面中运用的子块结构。

图20示出了一种子块结构，在该子块结构中，将互补Golay码a插入在偶数编号的子时隙之前，将互补Golay码b插入在奇数编号的子时隙之前，并且将已知导频码片或音调插入在部分或所有子时隙中。

具体实施方式

下面描述本公开的各个方面，显然，本文的教导可以体现为各种形式，并且本文公开的任何具体结构、功能或这两者仅仅是代表性的。基于本文的教导，本领域技术人员应当认识到，本文公开的方面可以独立于任何其它方面来实现，并且这些方面中的两个或多个可以按照各种方式组合。例如，可以使用本文阐述的任意数目的方面来实现一种装置或实施一种方法。此外，可以使用除本文阐述的一个或多个方面之外的其它结构、功能或结构和功能来实现这种装置或实施这种方法。

在下面的描述中，为了说明的目的，阐述了大量具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，应当理解，本文示出并描述的这些特定方面不旨在将本发明限制到任何特定形式，而是本发明应当涵盖落入由权利要求定义的本发明的范围内的所有修改、等同和替换。

图1是根据本发明的一方面的普通模式通信信号的分组的帧结构的示意图。该普通模式信号包括利用码片级π/2-BPSK调制的Golay扩展码。前导可以包括长度为128的Golay码(例如，记为a₁₂₈的Golay码)的8或30个复本。如本文所使用的，前导还可以包括导频信号(未示出)。PLCP报头和PSDU(即，数据净荷)包括利用长度为64的Golay码对(例如，Golay码a₆₄和b₆₄)扩展的符号。通常，实现长前导(即，包括Golay码的30个复本的前导)作为默认前导。然而，基于隐式或显式设备请求，可以将该前导切换到短前导(即，包括Golay码的8个复本的前导)。

举例而言，可以根据本发明的方面来修改各个帧参数，这些参数包括但不局限于Golay码复本的数目和Golay码长度。在一个方面，在前导中运用的Golay码可以从长度为128或长度为256的Golay码中选择。用于数据扩展的Golay码可以包括长度为64或长度为128的Golay码。

本发明的方面可以运用波束成形。例如，图2示出了两对无线收发机之间的通信链路。在第一无线收发机201和第二无线收发机202之间提供了第一通信链路。在第三无线收发机211和第四无线收发机212之间提供了第二通信链路。

第一无线收发机201包括天线阵列205，其被配置用于产生第一定向波束模式221。第二无线收发机202包括单个天线206，其产生第一基本全向波束模式222。第三无线收发机211包括天线阵列215并被配置用于产生第二定向波束模式231。第四无线收发机204包括单个天线216，其产生第二基本全向波束模式232。

在一个方面，无线收发机201运用其定向波束模式221来向第二无线收发机202发送HDTV信号。在传输期间，第二无线收发机202主要处于接收模式。然而，第二无线收发机202可以发送确认消息(例如，ACK或NACK)，以确认是否正确地接收到数据分组。类似地，第三无线收发机211经由其定向波束模式215向第四无线收发机204发送信号，第四无线收发机204还返回确认消息。

典型地，通信链路对运用不同的频率信道以避免干扰。然而，因为第一无线收发机201和第三无线收发机211运用定向波束模式，所以可以对两个通信链路使用相同的频率信道。全向收发机202和212使用低数据速率模式(如普通模式)来返回确认消息和其它信息。当全向收发机202和212中的一个在相同的频带中发送确认消息并且同时另一全向收发机212或202正处在接收模式时，会发生干扰。为了减轻全向收发机202和212之间的干扰，每个链路可以运用从相互具有低互相关性的多组Golay码中选择的一组Golay码。

根据本发明的一个方面，可以运用一组六个Golay互补码对中的任意码对。例如，使用延迟向量D＝[32，8，216，1，4]和以下种子向量来生成一组六个Golay码对：

W¹＝[+1，+1，-j，+j，-j，+1]

W²＝[+1，+1，-1，+1，+j，+j]

W³＝[-j，+1，+1，-1，-1，+j]

W⁴＝[+j，+j，-j，-1，+1，+1]

W⁵＝[-1，+1，-1，-1，+j，+j]

W⁶＝[+j，+1，+1，-1，-1，+j]

得到的Golay互补码之间的周期互相关小于16，并且周期自相关函数在主相关峰值附近具有零相关区域(即，无旁瓣)。因为使用同一延迟向量来生成所有六个码，并且只有种子向量是可配置的，所以被配置来生成不同Golay互补码对的码生成器可以共享相同的硬件配置。输入信号可以包括Dirac脉冲信号。输出包括逆序复共轭Golay码对。例如，码生成器可以产生Golay互补码对，其是长度为64的母码(aⁱ ₆₄，bⁱ ₆₄)。普通模式可以运用这种长度为64或128的Golay码来进行数据扩展。

众所周知，Golay码不具有完美的非周期自相关性。然而，Golay码的自相关性具有主峰值和一些旁瓣，该主峰值和旁瓣具有恰当定义的位置。因此，在Golay匹配滤波之后，旁瓣作为多径信道的信道失真重组路径来出现。这些错误的路径会使Rake接收机将旁瓣误认为接收信号的多径分量。因此，本发明的方面可以被配置来运用将自相关旁瓣的位置随机化的码。

一方面可以运用一组码(取代单个码)用于数据扩展。例如，可以利用不同扩展码来扩展多个数据符号中的每一个。邻近的数据符号可以运用不同的扩展码，或者可以针对多个邻近符号中的每一个运用不同的扩展码。此外，在相同频率信道中支持不同通信链路的每组设备可以使用独有的一组码。每组码可以根据Golay码的循环移位来导出。

在一方面，通过运用恒定移位来产生每个经过循环移位的Golay码。例如，通过将第一Golay码循环移位预定量来产生第二Golay码。通过将第二Golay码循环移位预定量来产生第三Golay码。同样通过运用相同的循环移位来产生所有后续Golay码。在另一方面，Golay码之间的循环移位可以包括不同量。

在本发明的一个方面，可以根据同一延迟向量但利用不同种子向量来导出一组码。这允许使用相同的硬件来通过简单地运用不同的种子向量生成不同的Golay码。这可以提供根据同一延迟向量并利用可编程的一组种子向量来生成的多达六组Golay码(或码对)。在这种情况中，可以针对将要扩展的每个数据符号改变种子向量。或者，可以运用Reed Solomon码，并且每隔8个符号改变种子向量。

图3示出了用于根据本发明的一个方面在空间复用信道中实现无线通信的方法。在空间复用中，将多个通信链路分配到公共频率信道。Golay码分配步骤301提供向多个潜在干扰通信链路中的每一个分配独有的一组Golay码。分配步骤301可以包括确定是否在通信链路之间可能发生干扰。例如，分配步骤301可以被配置来确定具有全向波束模式的两个或多个收发机是否紧邻。或者，分配步骤301可以被配置用于检测链路之间的共信道干扰以及干扰是否超过预定阈值，可以为每个链路分配独有的一组Golay码。

所分配的码可以包括在存储器中存储的Golay码(即，预定的码)或在工作中生成的Golay码。生成码的步骤可以在分配步骤301之前或之后。在一方面，由每个收发机生成所分配的码。例如，Golay码的循环移位可以用于生成多个扩展码。可以运用互补Golay码。在本发明的一些方面，在具有固定延迟向量的Golay码生成器中可以运用多个种子向量。或者，Golay码生成器可以包括多个延迟向量。在本发明的方面中，可以运用先前记载的码生成技术的任意组合。

扩展步骤302提供利用所选择的扩展码来扩展数据。例如，每个收发机可以被配置来利用其相应的所指定的一组扩展码来对其数据进行扩展302。扩展步骤302还可以被配置来使用Golay码来对数据进行随机地扩展。例如，扩展步骤302可以包括针对每个符号或针对预定一组符号中的每个符号改变扩展码，以产生被发送303的扩展信号。这使所发送的信号的频谱变得平坦。在Golay匹配滤波器接收机处，扩展可以使自相关旁瓣的位置随机化。

例如参照图5所描述的，可以使用延迟单元、种子向量插入单元、复用器和/或一个或多个合并器的组合来执行Golay码生成。因为Golay码生成是根据先前的迭代来运用存储器内容的迭代过程，所以可以利用两个或更多Golay匹配滤波器来在接收机处执行匹配滤波，使得具有不同码的邻近符号由不同匹配滤波器来处理。例如，如果运用两个滤波器，则第一滤波器可以处理偶数编号的符号，并且第二滤波器可以处理奇数编号的符号。

图4是用于在毫米波系统中通信的装置的方框图。用于分配将被用于进行扩展的Golay码的单元可以包括Golay码分配模块401，其被配置用于选择在存储器中存储的预定Golay码或者动态地生成Golay码。码分配模块401可以包括计算机处理单元和存储器，其中计算机处理单元被配置用于选择在存储器中存储的一个或多个Golay码。计算机处理单元可以被配置用于执行计算，例如确定互相关值或候选Golay码之间的其它关系。

根据本发明的一个方面，码分配模块401可以选择具有低互相关性的Golay码，以用于不同通信链路。例如，码分配模块401可以为其通信链路选择一个或多个Golay码，该一个或多个Golay码与在由不同系统使用的另一通信链路中运用的Golay码具有低互相关性。

图5是可以根据本发明的一些方面运用的Golay码生成器的方框图。Golay码生成器包括一连串延迟单元501-509、一连串可修改种子向量插入单元521-529、第一组合并器511-519以及第二组合并器531-539，这些合并器被配置用于将经过延迟的信号与乘以种子向量的信号进行合并。

根据本发明的一个方面，一连串延迟单元501-509被配置用于向第一输入信号提供预定的一组固定延迟D＝[D(0)，D(1)，...，D(N-1)]。一连串可修改种子向量插入单元521-529被配置用于将第二输入信号乘以多个不同种子向量中的至少一个Wⁱ＝[Wⁱ(0)，Wⁱ(1)，...，Wⁱ(N-1)]，i＝1，...，L，其中L是Golay码对的数目。种子向量插入单元121-129是可编程的，并且每个种子向量产生不同的Golay互补码对。种子向量可以包括二进制和复数符号的任意组合。对于二进制码，W(k)＝±1。对于复数码，W(k)＝±1 and±j。即使在码生成器被配置来产生多个Golay互补码对时，由延迟单元501-509提供的延迟简档(即，延迟向量)也可以是固定的。

用于利用Golay码扩展数据的单元可以包括扩展模块402，其被配置用于利用所选择的Golay码来对每个数据符号进行扩展以产生扩展信号。扩展模块402被配置来以随机地扩展数据的方式来运用所选择的Golay码。例如，扩展模块402可以包括随机化器(未示出)，其被配置用于使利用Golay码来扩展数据的顺序随机化。

根据本发明的一个方面，扩展模块402可以包括循环移位模块(未示出)，用于在使用所选择的Golay码扩展数据之前对它们进行循环移位。Golay码的循环移位包括将一个或多个元素从Golay码向量a＝[a₀ a₁...a_N-1]的末端移动到该向量的始端。例如，对Golay码向量a⁽⁰⁾＝[a₀ a₁...a_N-1]的一个元素的循环移位可以表示为a⁽¹⁾＝[a_N-1 a₀ a₁...a_N-2]。本发明的替代方面可以运用不同的循环移位。

用于发送扩展信号的单元可以包括发射机403，其被配置用于对扩展的数据信号进行上变频、放大以及耦合到无线通信信道。发射机403通常包括数模转换器、上变频器、功率放大器以及被配置用于将传输耦合到无线通信信道的天线。

本文描述的各个方面可以使用标准编程和/或工程技术来实现为方法、装置或制品。如本文所使用的术语“制品”旨在涵盖能够从任何计算机可读设备、载体或介质中存取的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括但不局限于磁性存储设备、光盘、数字多功能盘、智能卡和闪速存储器设备。

图6示出了位于计算机可读存储器600中并根据本发明的方面来配置的软件组件。在该描述中，术语“存储器”是指数据存储单元、算法存储单元以及其它信息存储单元。应当认识到，本文描述的存储器916可以是易失性存储器或非易失性存储器，或者可以包括易失性存储器和非易失性存储器这两者。举例而言而非限制性的，非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)或闪速存储器。易失性存储器可以包括随机存取存储器(RAM)，其作为外部缓存存储器。举例而言而非限制性的，RAM可以具有许多形式，例如同步RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双倍数据速率SDRAM(DDR SDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)以及直接存储器总线RAM(DRRAM)。此外，本文公开的系统和/或方法的存储器组件旨在包括而不局限于这些以及任何其它适当类型的存储器。

Golay码分配源码段601被配置用于分配将被用于进行扩展的Golay码。根据本发明的一个方面，源码段601被配置用于选择在存储器中存储的一个或多个Golay码。例如，源码段601可以被配置用于确定候选Golay码之间的互相关值。根据本发明的一个方面，源码段601可以选择具有低互相关性的Golay码以用于在不同的通信链路中使用。

根据本发明的另一方面，Golay码分配源码段601可以被配置用于将预定的一组固定延迟D＝[D(0)，D(1)，...，D(N-1)]提供给第一输入信号。源码段601还可以被配置用于将第二输入信号乘以多个不同种子向量中的至少一个Wⁱ＝[Wⁱ(0)，Wⁱ(1)，...，Wⁱ(N-1)]，i＝1，...，L，其中L是Golay码对的数目。源码段601可以利用不同种子向量来编程，其中每个种子向量产生一个不同的Golay互补码对。

扩展源码段602被配置用于利用所选择的Golay码对每个数据符号进行扩展以产生扩展信号。例如，源码段602可以将使用Golay码来扩展数据的顺序随机化。根据本发明的一个方面，源码段602可以被配置用于在使用所选择的Golay码来扩展数据之前将所选择的Golay码进行循环移位。

本发明的方面可以提供波束成形，其中，使用一组准全向模式来发送第一组信标信号，随后在预定数目的定向波束模式上发送第二组信标信号。这些方面可以针对不同波束模式提供不同扩展增益。例如，相比定向信标模式，可以为准全向模式选择更高的扩展增益。

图7是根据本发明的方面的通信方法的流程图。构成701第一信标信号并通过一组R个准全向波束模式来发送703该第一信标信号。该组R个准全向传输运用普通模式传输，其通常具有可用传输模式的最高扩展增益。根据本发明的一个方面，发送第一信标信号703包括通过该组R个准全向波束模式同时发送该第一信标信号。根据本发明的替换方面，发送第一信标信号703包括通过该组R个准全向波束模式顺序地发送该第一信标信号。例如，在R个不同方向上发送该第一信标信号，其中每个方向对应于该R个准全向波束模式之一。在不同时间发送该R个准全向波束模式中的每一个。因此，在该R个准全向波束模式中的每一个上发送一次该第一信标信号，并且在不同时间发送该第一信标信号。

第一信标信号包括前导、报头和数据部分。根据本发明的一个方面，前导包括长度为128的Golay码的32个复本，并且利用一个或多个长度为64的Golay码来扩展数据。在本发明的其它方面，Golay码可以具有不同的长度和/或不同数目的复本。第一信标的报头或数据部分可以包括关于第二信标信号的信息。例如，定向信标信息可以包括Golay组编号s(其中，s可以是0，1，...S-1)、在前导中使用的Golay码长度、在前导中使用的复本数目以及用于报头和数据扩展的Golay码长度。

构成702第二信标信号并通过一组定向波束模式发送704该第二信标信号。定向波束模式可以包括根据天线阵列生成的定向波束或由扇区天线生成的扇区方向。第二信标信号可以包括多个定向信标信号。根据本发明的一个方面，通过该组定向波束模式同时发送704这些定向信标信号。根据替换方面，通过该组定向波束模式顺序地发送704这些定向信标信号。例如，在Q个不同方向上发送这些定向信标信号，其中每个方向对应于Q个定向波束模式之一。在该Q个定向波束模式之一上发送一次每个定向信标信号，并且每次发送在不同时间发生。

第二信标信号可以相比第一信标信号在前导中使用较短的Golay码和较少的复本。例如，如果发送定向信标的设备具有的天线增益为6dB＝10log₁₀(4)，则该设备可以在前导期间使用长度为64的Golay码，该Golay码仅重复16次，并且可以利用长度为16的Golay码来对数据进行扩展。这等效于总体扩展增益，该总体扩展增益等于普通模式扩展增益的四分之一。

构成第一信标信号701和构成第二信标信号702可以包括生成具有一组长度的Golay码组(例如，码长度M＝8，16，32，64，128，256，和/或512)。可以选择延迟向量和种子向量以用于生成码组。对于上述码长度，延迟向量和种子向量长度将包括N＝3，4，5，6，7，8，和9。对于每个码长度，可以选择一组多达6个码组，例如在美国专利申请No.11/599,725中所描述的。

每个码组包括长度为N＝log₂(M)的固定延迟向量D＝[D₀，D₁...D_N-1]和所有种子向量W＝[W₀，W₁...W_N-1]。二进制种子向量(W_k＝±1，k＝0，1，...，N-1)的数目是2N，并且复数种子向量(W_k＝±1 or±j，k＝0，1，...，N-1)的数目是4N。可以使用二进制种子用于准全向信标中的普通模式信令。定向信标可以选择实现复数种子向量。

构成第一信标信号701包括选择Golay码组以供与准全向传输一起使用，并且构成第二信标信号702包括选择Golay码组以供与定向传输一起使用。对码进行选择使得其扩展增益补偿准全向波束和定向波束之间的天线增益差异。码组选择还包括选择码组以用于具有相同扩展增益标准的前导和数据传输。

在一个方面，微微网络(piconet)中的设备可以针对准全向信标使用普通模式。该普通模式可以包括长度为128的码以用于具有32个复本的前导。可以仅使用一个二进制种子向量(例如，一个长度为7的固定延迟向量和一个长度为7的固定种子向量)来生成这个码。对于天线增益为6dB的定向信标，使用一个二进制种子向量或复数种子向量来实现前导码组，并且该前导码组长度为64(一个长度为6的固定延迟向量和一个长度为6的固定种子向量)并具有16个复本，其提供了普通模式前导扩展增益的四分之一。可替换地，定向信标可以运用长度为128的Golay码并提供8个复本，其也提供普通模式前导扩展增益的四分之一。

图8是根据本发明的一个方面配置的装置的方框图。用于经由一组准全向波束模式来发送第一信标信号的单元包括波束模式生成器803和发射机804。用于经由一组定向波束模式来发送第二信标信号的单元也包括波束模式生成器803和发射机804。在这种情况中，波束模式生成器803被配置用于为作为发射机804的一部分的天线阵列生成波束成形加权。波束成形加权包括准全向波束模式加权和定向波束模式加权。

信标信号生成器802运用由用于生成Golay码的单元如Golay码生成器801生成的Golay码来产生第一信标信号，以用于在多个准全向波束模式上传输。信标信号生成器802也使用Golay码来产生用于在多个定向波束模式上传输的第二信标信号。信标信号生成器802产生第一信标信号，使得其传输速率高于与第二信标信号关联的传输速率。例如，第二信标信号可以相比第一信标信号在前导中使用更短的Golay码和更少的复本。

图9示出了位于计算机可读存储器900上并根据本发明的一个方面来配置的软件组件。第一信标源码段901被配置用于构成用于经由一组准全向波束模式传输的第一信标信号。根据一个或多个Golay码来构成第一信标信号，以提供第一传输速率。第二信标源码段902被配置用于构成用于经由一组定向波束模式传输的第二信标信号。根据一个或多个Golay码来构成第二信标信号，以提供第二传输速率。第二信标信号可以相比第一信标信号在前导中使用更短的Golay码和更少的复本。因此，第一传输速率将高于第二传输速率。

图10是描绘了一种用于利用具有低互相关性的一组延长的Golay码来生成前导的方法的流程图。在本发明的一个方面，可以通过使用短序列与Golay码的Kronecker积来延长一族Golay码，以获得具有改善的互相关属性的更大的一组Golay码(即，延长的Golay码)。例如，生成扩延长的Golay码的可选步骤1001可以包括运用函数kron([1 1 1 1]，golay64)和kron([1 -11 -1]，golay64)来生成具有零周期互相关性的长度为256的延长的Golay码序列。

在相关方面，以下四个序列

[1 1 1 1]

[1 -1 1 -1]

[1 j -1 -j]

[1 -j -1 j]

与长度为64的Golay码的Kronecker积产生具有零周期互相关性的长度为256的四个序列。

在准全向情况中可以选择长度为64的码组(例如，一个长度为6的固定延迟向量和一个或多个长度为6的二进制种子向量)用于进行数据扩展，而在定向情况中可以使用长度为16的码组(一个长度为4的固定延迟向量和多个长度为4的二进制或复数种子向量)。或者，对于准全向的情况可以运用长度为16的码组(一个长度为4的固定延迟向量和所有长度为4的二进制或复数种子向量)，并且在定向的情况中可以使用长度为8的码组(一个长度为3的固定延迟向量和所有长度为3的二进制或复数种子向量)。

可以针对不同前导选择1002具有零互相关性的延长的Golay码，并且可以根据所选择的码来生成1003一个或多个前导。

图11是配置用于生成前导的装置的方框图。用于获得延长的Golay码的单元可以包括可选的Golay码选择器1101、可选的短序列选择器1102、Kronecker运算器1103以及延长的Golay码选择器1104。Golay码选择器1101可以被配置来生成一个或多个Golay码或从存储器中选择一个或多个Golay码。短序列选择器1102可以被配置来生成一个或多个短序列或从存储器中选择一个或多个短序列。短序列可以包括傅立叶变换矩阵的行或阿达玛矩阵的行。

Kronecker运算器1103可被配置用于执行所选择的Golay码与所选择的短序列的Kronecker积，以产生具有零周期互相关性的一组延长的Golay码。延长的Golay码选择器1104被配置来从该组延长的Golay码中选择延长的Golay码以提供所选择的延长的Golay码。

用于生成前导的单元可以包括前导生成器1105，其可配置用于使用所选择的延长的Golay码来生成前导。

图12示出了位于计算机可读存储器1200上并根据本发明的一个方面来配置的软件组件。Kronecker运算器源码段1201被配置用于对一组输入Golay码与一组输入短序列执行Kronecker积运算，以产生具有零周期互相关性的一组延长的Golay码。延长的Golay源码段1202被配置用于从该组延长的Golay码中选择延长的Golay码以提供所选择的延长的Golay码。前导生成源码段1203可配置用于使用所选择的延长的Golay码生成前导。

在本发明的一个方面，可以通过位于计算机可读存储器1200上的Golay码生成源码段(未示出)来生成该组输入Golay码，并且可以通过位于计算机可读存储器1200上的短序列生成源码段(未示出)来产生该组输入短序列。短序列生成源码段(未示出)可以被配置来生成傅立叶变换矩阵或阿达玛矩阵。

在本发明的另一方面，在图13中示出的一种用于生成用于传输的通信信号的方法包括：根据输入的Golay码和数据部分生成数据块1301，其中数据块的每个数据部分在两个Golay码之间，并且每个Golay码在两个数据部分之间；以及发送该数据块1302。数据净荷是动态生成的或者是从MAC层中获得的。对该净荷进行加扰、编码并然后划分为数据块。将数据块划分为数据部分，并且将Golay码插入在数据部分之间。如本文所使用的，子块可以包括数据部分接上Golay码或Golay码接上数据部分。

图15示出了包括循环前缀1501和子时隙1502的子块。子时隙可以包括利用Golay码调制的数据序列。例如，利用Golay码调制的数据序列可以包括{a₆₄d₀，a₆₄d₁，a₆₄d₂，a₆₄d₃}，其中d₀，d₁，d₂和d₃可以是二进制的即±1、复数形式的或多级的。因此，子块包括数据部分(即，数据子时隙)，并且还可以包括循环前缀和循环后缀中的至少一个。假设FFT长度为256且信道延迟为16符号，则通常复制长度为256的子时隙1502的最后16个符号并将其附加到子时隙1502的前端作为循环前缀1501。这种复制是必要的，以使卷积循环，但是不以任何其它方式使用这种复制。

图16示出了本发明的替换方面，其中可以依据信道延迟来减小子时隙长度。如本文所使用的，术语信道延迟意味着包括对信道延迟的任何评估，包括但不局限于平均延迟、最大延迟、均方根(rms)延迟扩展、平均rms延迟扩展以及平均延迟扩展。例如，子时隙1612.1的长度可以是256-16＝240个符号。使用长度为16的Golay序列作为前缀1611.1，并且将后缀1613附加到子时隙序列的最后的子时隙1612.N。因此，子块可以包括Golay序列接上数据部分(即，子时隙)、子块接上Golay序列、或者其任意组合。在该方面，Golay序列对于所有子时隙1612.1-1612.N是相同的。在其它方面，在循环前缀中运用的Golay序列可以在序列a和序列b之间交替。在该情况中，卷积仍是循环的，所以仍提供了频域中的均衡。然而，现在可以使用循环前缀1611.1和后缀1613，来使用本发明的Golay接收机方面跟踪信道以及定时和频率偏移。预期在不偏离本发明的范围的情况下，该方面可以适用于替换的FFT长度、信道延迟扩展和/或Golay码长度。

图17示出了本发明的一个方面，其中前N/2个子时隙1722.1-1722.N/2中的每一个分别运用第一互补Golay码a作为前缀1721.1-1721.N/2。接下来的N/2个子时隙1722.(N/2+1)-1722.N分别运用第二互补Golay码b作为前缀1721.(N/2-1)-1721.N。此外，子时隙1722.N/2运用后缀1723，且子时隙1722.N运用后缀1724。

图18示出了根据本发明的一个方面的子块结构，其被配置来减少由于帧中的周期结构而存在的谱线。因为以规则的间隔出现前缀，如果在每个间隔中使用相同的前缀，则传输在频域中具有至少一个强谱线。本发明的方面可以针对多个子时隙中的每一个运用不同的前缀，以便减小或消除由于帧中的周期结构而造成的谱线。例如，循环前缀生成器可以被配置来将每个子时隙的循环前缀1831.1-1831.3中使用的Golay码循环移位预定数目的码片C。图18示出了如下情况，其中针对每个连续子时隙将Golay码循环移位C＝1个码片。因为只有前缀的最后15个码片是与后面的后缀的前15个码片循环的，所以包括Golay码长度的数据子时隙长度为256+1。

每个子时隙可以包括单个载波或OFDM信号。然而，子时隙长度可以针对每种模式而不同。此外，子时隙长度可以改变，例如，针对信道条件或各种替换参数。

在本发明的一个方面，将子时隙长度设置为接收机的多个并行处理因子(例如，4)。在这种情况中，子时隙长度可以为244，而Golay码长度仍为16。将循环移位选择为C＝4，使得循环前缀长度为16-C＝12，并且对每个子时隙和Golay码的12个重复的码片执行长度为256的FFT。

图19示出了可以在本发明的各个方面中运用的子块结构。提供统一的单载波和OFDM子块结构，其中每个子时隙包括单载波信号或OFDM数据部分，并且子时隙长度对应于FFT长度。每个子时隙可以具有时域和/或频域导频符号，例如，可以被用于定时和频率跟踪。在单载波情况中通常使用时域导频符号，并且与OFDM传输一起运用已知的频域导频。可以在时间或频率中对导频进行加扰以最小化谱线。

将长度为L(例如，L＝16)的已知Golay码{a₀，a₁，..，a_L-1}插入在每个子时隙之前，并且该已知Golay码可以用于定时、频率和信道跟踪。此外，如先前所述，可以对Golay码进行循环移位以消除谱线。本发明的一些方面被配置来发送具有图19中示出的结构的数据。然而，与子时隙对应的所接收的信号x_0:N-1不是数据和信道脉冲响应之间的循环卷积。

对应于子时隙1之后的卷积码的所接收的信号被记为y_0:L-1。我们构成以下向量z_0:N-1，其中

对于k＝0，...，L-1，z_k＝x_k+y_k，并且对于k＝L，...，N-1，z_k＝x_k。所构成的信号z_0:N-1具有两个分量z⁽¹⁾和z⁽²⁾，其中

$z_n^{\left(1\right)}=u_n\⊗h_{n}n=\mathrm{0,1},...,N-1$

是信道和在子时隙中发送的数据之间的长度为N的循环卷积，子时隙数据记为u₀，u₁，...，u_N-1，并且

$z_n^{\left(2\right)}=a_n\⊗h_{n}n=\mathrm{0,1},...,N-1$

是信道和已知Golay码之间的长度为L的循环卷积。这个后面的部分仅影响z_0:N-1的前L个采样。

为了使卷积循环，因为Golay码是已知的并且在接收机处估计出信道，所以可以计算z_n ⁽²⁾n＝0，1，...，L-1，然后将其从z中的前L个采样中减去。得到的向量是z_n ⁽¹⁾n＝0，1，...，N-1，其是循环卷积。本领域技术人员将注意到存在许多已知的快速算法来计算循环卷积

该循环卷积允许OFDM均衡和单载波均衡，包括频域均衡。

图20示出了本发明的另一方面，其中在每个偶数编号的子时隙之前插入互补Golay码a，在奇数编号的子时隙之前插入互补Golay码b，并且在所有或部分子时隙中插入已知导频码片或音调。以这种方式使用互补Golay码提供了若干好处。例如，因为两个序列a和b的自相关的和在时域中是Dirac函数，并且从而不具有旁瓣，所以可以实现改善的信道跟踪。时域Dirac函数在频域中是平坦的，因此其不会产生谱线。

x_0:N-1表示与子时隙对应的接收向量，y_0:L-1是与在该子时隙后面的Golay码对应的向量。向量z_0:N-1具有以下三个分量：

$z_n^{\left(1\right)}=u_n\⊗h_{n}n=\mathrm{0,1},...,N-1$

其是信道和该子时隙中所发送的数据的长度为N的循环卷积，

$z_n^{\left(2\right)}=\left(\frac{a_n+b_n}{2}\right)\⊗h_{n}n=\mathrm{0,1},...,L-1$

其是信道和两个Golay码的平均之间的长度为L的循环卷积，以及

其是信道和两个Golay码之差的长度为L的伪循环卷积。该矩阵是伪循环的。

为了使卷积循环，可以计算第二项z_n ⁽²⁾n＝0，1，...，L-1和第三项z_n ⁽³⁾n＝0，1，...，L-1，并且将其从z的前L项中减去。第二项和第三项包括已知量，所以它们易于计算。本领域技术人员将认识到可以得到用于计算循环卷积和伪循环卷积的快速算法。

得到的值是

其是未知数据和估计出的信道之间的循环卷积。传统OFDM均衡以及各种单载波均衡方案中的任意方案包括频域均衡现在是可能的。

在一个方面，一种装置被配置用于生成具有循环前缀和循环后缀的子时隙传输序列。在该装置运用长度为N的傅立叶变换的情况中，Golay序列生成器被配置用于生成包括M个符号的Golay序列，其中M＜N。子时隙序列生成器产生具有长度为N-M个符号的子时隙的经过Golay码调制的数据序列，并且循环前缀生成器运用Golay码序列来产生循环前缀(和循环后缀)，其中循环前缀和循环后缀各自包括M个符号。循环前缀生成器和Golay序列生成器中的至少一个被配置来改变在循环前缀中使用的Golay。例如，可以针对每个循环前缀将Golay码进行循环移位。或者，可以使用不同的Golay码，使得该码针对每个连续的循环前缀而变化。

图14是用于根据本发明的方面生成信号的装置的方框图。用于生成包括Golay码和数据部分的第一数据块的单元可以包括被配置用于接收Golay码和数据的数据块生成器1401。该数据块生成器1401被配置用于生成数据块，其中每个数据部分在两个Golay码之间，并且每个Golay码在两个数据部分之间。用于发送数据块的单元可以包括发射机1402，其被配置来对数据块进行上变频、放大并耦合到无线通信信道。

在本发明的一个方面，在数据部分中运用的Golay码是相同的。在另一方面，Golay码包括种子Golay码的循环移位。在另一方面，Golay码包括互补的Golay码。子块可以包括Golay码之一和数据部分之一，或者Golay码中的第一个的一部分接上数据部分中的一个再接上Golay码中的第二个的一部分。每个子块可以包括多个码片，其数目为2的幂或2的幂加1。在一些方面，数据部分的长度可以为2的幂。

在本发明的一个方面，Golay码中的第一个用作子块的循环前缀，该子块包括数据部分中的一个接上Golay码中的第二个。可以通过使用Golay码的循环前缀和循环后缀部分来对子块进行解调。在另一方面，Golay码中的第一个用作子块的循环后缀，该子块包括Golay码中的第二个接上数据部分中的一个。Golay码长度可以针对各个参数是可配置的。例如，Golay码长度可以是多径延迟的函数。

在图14中示出的装置可以被配置来运用第一组Golay码生成第一数据块并使用与用于生成第一数据块的Golay码不同的Golay码生成第二数据块。

本发明不旨在局限于优选方面。此外，本领域技术人员应当认识到，本文所述的方法和装置的方面可以用各种方式实现，包括实现在硬件、软件、固件或其各种组合中。这种硬件的例子可以包括ASIC、现场可编程门阵列、通用处理器、DSP和/或其它电路。本发明的软件和/或固件实现可以经由编程语言的任意组合来实现，这些编程语言包括Java、C、C++、Matlab^TM、Verilog、VHDL和/或处理器专用机器和汇编语言。

本领域技术人员还应当明白，结合本文公开的各个方面所描述的各种示例性逻辑方框、模块、处理器、单元、电路和算法步骤均可以实现为电子硬件(例如，数字实现、模拟实现、或者两者的组合，其可以使用源码或者某种其它技术来设计)、包含指令的各种形式的程序或者设计代码(为方便起见，在本文中其可称为“软件”或者“软件模块”)、或者两者的组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的可互换性，上面对各种示例性的组件、方框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了总体描述。至于这种功能是实现为硬件还是实现为软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是这种实现决策不应解释为背离了本发明公开内容的保护范围。

结合本文公开的各个方面所描述的各种示例性逻辑方框、模块和电路，可以在集成电路(“IC”)、接入终端或接入点内实现或者由集成电路(“IC”)、接入终端或接入点执行。IC可以包括：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件、电子组件、光学组件、机械组件、或者其任意组合，其被设计为执行本文所述功能并且可以执行处于IC内、处于IC外、或者两者的代码或者指令。通用处理器可以是微处理器，或者，该处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可能实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP内核的结合，或者任何其它此种结构。

本文描述的方法和系统的方面仅示出了本发明的特定方面。应当认识到，本领域技术人员将能够设想各种设置，其尽管没有在本文中明确地描述或示出，但体现了本发明的原理并被包括在本发明的范围内。此外，本文记载的所有例子和条件语句旨在用于说明目的，以帮助读者理解本发明的原理。本公开及其相关引用应当被理解为不局限于这些具体记载的例子和条件。此外，本文中记载本发明的原理、方面以及其特定例子的所有陈述旨在包含其结构和功能等同物。此外，应当注意，这些等同物包括当前已知的等同物以及在未来将开发的等同物，即与结构无关的执行相同功能的任何开发的单元。

本领域技术人员应当认识到，本文的方框图呈现了体现本发明原理的示例电路、算法和功能的概念图。类似地，应当认识到，任何流程表、流程图、信号图、系统图、代码等表示各种过程，其基本上可以存在于计算机可读介质中并由计算机或处理器来执行，无论是否明确地示出该计算机或处理器。

Claims (9)

1.一种通信方法，包括：

经由一组准全向波束模式发送第一信标信号；以及

经由一组定向波束模式发送第二信标信号，其中与所述发送第一信标信号相关联的第一传输速率高于与所述发送第二信标信号相关联的第二传输速率，

其中，所述第一传输速率是在所述第一信标信号的前导中使用的Golay码长度和Golay码复本数目的函数，并且所述第二传输速率是在所述第二信标信号的前导中使用的Golay码长度和Golay码复本数目的函数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在不同方向上顺序地发送所述第一信标信号，其中每个方向对应于所述准全向波束模式中的一个。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在不同方向上顺序地发送所述第二信标信号，其中每个方向对应于所述定向波束模式中的一个。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第一信标信号中发送关于与所述第二信标信号关联的信号结构的信息。

5.一种用于通信的装置，包括：

用于经由一组准全向波束模式发送第一信标信号的单元；以及

用于经由一组定向波束模式发送第二信标信号的单元，其中与所述发送第一信标信号相关联的第一传输速率高于与所述发送第二信标信号相关联的第二传输速率，

其中，所述第一传输速率是在所述第一信标信号的前导中使用的Golay码长度和Golay码复本数目的函数，并且所述第二传输速率是在所述第二信标信号的前导中使用的Golay码长度和Golay码复本数目的函数。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，在不同方向上顺序地发送所述第一信标信号，其中每个方向对应于所述准全向波束模式中的一个。

7.根据权利要求5所述的装置，其中，在不同方向上顺序地发送所述第二信标信号，其中每个方向对应于所述定向波束模式中的一个。

8.根据权利要求5所述的装置，其中，在所述第一信标信号中发送关于与所述第二信标信号关联的信号结构的信息。

9.一种根据权利要求5所述的装置，其中：

所述用于发送第一信标信号的单元是用于经由一组准全向波束模式发送第一信标信号的第一模块；以及

所述用于发送第二信标信号的单元是用于经由一组定向波束模式发送第二信标信号的第二模块。

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