CN101843164B - 用于无线通信网络中的改进的数据解调的方法和装置 - Google Patents

用于无线通信网络中的改进的数据解调的方法和装置 Download PDF

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Abstract

无线网络使用改进的帧结构来增强定时捕获能力并且减少谱线。在一个方面，可以使用帧分组来传送不同的操作模式，该分组是在该操作模式下生成的。

Description

用于无线通信网络中的改进的数据解调的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请依据35U.S.C.119(e)要求享受2007年10月31日提交的、题目为“Frame Format for UWB System Employing Common Mode Signaling andBeamforming”的美国临时申请No.60/984,296的优先权。
技术领域
本公开总体上涉及无线通信系统，更具体地，涉及无线通信系统中的无线数据传输。
背景技术
在相关技术的一个方面，具有支持单载波或正交频分复用（OFDM）调制模式的物理（PHY）层的设备可用于毫米波通信，比如，在遵循电气和电子工程师协会（IEEE）在其802.15.3c标准中所规定的细节的网络中。在该实例中，PHY层可以被配置为用于频谱为57千兆赫兹（GHz）到66GHz的毫米波通信，具体地，根据区域，PHY层可以被配置为用于美国的范围从57GHz到64GHz的通信，以及日本的59GHz到66G Hz的通信。
为了允许支持OFDM或单载波模式的设备或网络之间的互操作性，这两种模式还支持共用模式。具体地，共用模式是OFDM和单载波收发器都使用的单载波基本速率模式，其有助于不同设备和不同网络之间的共存性和互操作性。共用模式可以被用来提供信标、发送控制和命令信息，并且可以用作数据分组的基本速率。
802.15.3c网络中的单载波收发器一般使用至少一个码生成器，以便于向发送的数据帧的某些或所有域提供由Marcel J.E.Golay首先提出的展开形式（称之为格雷码），并且对接收的格雷码信号进行匹配滤波。互补格雷码是多组长度相等的有限序列，其使得一个序列中的具有任意给定间距的相同码元的配对数量等于其它序列中的具有相同间距的不同码元的配对数量。通过引用合并于此的S.Z.Budisin,“Efficient Pulse Compressor for GolayComplementary Sequences,”Electronic Letters,27,no.3,pp.219–220,January31,1991示出了用于生成格雷互补码的发射机以及格雷匹配滤波器。
对于低功率设备，共用模式使用具有恒定包络的连续相位调制（CPM）信号的优势在于功率放大器可以在最大输出功率下操作，而不会影响滤波后的信号的频谱。高斯最小频移键控（GMSK）是一种连续相位调制形式，其通过在高斯滤波器中选择适合的带宽时间乘积（BT）参数而具有紧凑的频谱占有率。恒定包络使GMSK与非线性功率放大器的操作相兼容，而不会有与非恒定包络信号相关联的伴随而来的频谱再生（spectral regrowth）。
可以实施各种技术以产生GMSK脉冲形状。例如，如在通过引用合并在本文中的I.Lakkis,J.Su,&S.Kato,“A Simple Coherent GMSKDemodulator”,IEEE Personal,Indoor and Mobile Radio Communications(PIMRC)2001中所示的，可以实施具有线性GMSK脉冲的π/2-二进制相移键控（BPSK）调制（或π/2-差分BPSK）以用于共用模式。
发明内容
本文所公开的方面对于使用如IEEE802.15.3c协议所定义的毫米波无线个人区域网络（WPAN）的系统可以是有利的。然而，本公开并非只限于这种系统，因为其它应用也可以受益于类似的优势。
根据本公开的一个方面，提供了一种通信方法。更具体地，包括：生成分组，并且该分组具有包括该分组相对于信标的位置信息的报头。此后，发送该分组，其中，在超帧内发送该分组和该信标。
根据本公开的另一个方面，一种通信装置包括：用于生成分组的组件，该分组具有包括该分组相对于信标的位置信息的报头；以及用于发送该分组的组件，其中，在超帧内发送该分组和该信标。
根据本公开的另一个方面，一种用于通信的装置包括处理系统，其配置为：生成分组，该分组具有包括该分组相对于信标的位置信息的报头；以及发送该分组，其中，在超帧内发送该分组和该信标。
根据本公开的另一个方面，一种用于无线通信的计算机程序产品包括编码有指令的机器可读介质，该指令可以执行以下操作：生成分组，该分组具有包括该分组相对于信标的位置信息的报头；以及发送该分组，其中，在超帧内发送该分组和该信标。
根据本公开的另一个方面，提供了一种通信方法。更具体地，包括：接收分组，并且该分组具有包括该分组相对于信标的位置信息的报头，其中，在超帧内发送该分组和该信标。此后，该位置信息被用来确定该超帧内的位置。
根据本公开的另一个方面，一种通信装置包括：用于接收分组的组件，该分组具有包括该分组相对于信标的位置信息的报头，其中，在超帧内发送该分组和该信标；以及用于使用该位置信息来确定该超帧内的位置的组件。
根据本公开的另一个方面，一种用于通信的装置包括处理系统，其被配置为：接收分组，该分组具有包括该分组相对于信标的位置信息的报头，其中，在超帧内发送该分组和该信标；以及使用该位置信息来确定该超帧内的位置。
根据本公开的另一个方面，一种用于无线通信的计算机程序产品包括编码有指令的机器可读介质，该指令可以执行以下操作：接收分组，该分组具有包括该分组相对于信标的位置信息的报头，其中，在超帧内发送该分组和该信标；以及使用该位置信息来确定该超帧内的位置。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于无线通信的方法。更具体地，包括：生成分组，并且该分组包括由定界符分开的第一部分和第二部分，其中，该定界符还被用来对该第二部分的特征进行标识。此后，发送该分组。
根据本公开的另一个方面，一种通信装置包括：用于生成分组的组件，该分组包括由定界符分开的第一部分和第二部分，其中，该定界符还被用来对该第二部分的特征进行标识；以及用于发送该分组的组件。
根据本公开的另一个方面，一种通信装置包括处理系统，其被配置为：生成分组，该分组包括由定界符分开的第一部分和第二部分，其中，该定界符还被用来对该第二部分的特征进行标识；以及发送该分组。
根据本公开的另一个方面，一种用于通信的计算机程序产品包括编码有指令的机器可读介质，该指令可以执行以下操作：生成分组，该分组包括由定界符分开的第一部分和第二部分，其中，该定界符还被用来对该第二部分的特征进行标识；以及发送该分组。
根据本公开的另一个方面，提供了一种通信方法。更具体地，包括：将分组的有效载荷分成多个数据块，其中，每个数据块包括格雷码和数据部分，各数据部分在两个格雷码之间，并且将信息插入该多个数据块中的若干数据块之间，所述信息用于时间、信道和频率估计中的至少一种操作。此后，发送该分组。
根据本公开的另一个方面，一种用于通信的装置，包括：用于将分组的有效载荷分成多个数据块的组件，其中，每个数据块包括格雷码和数据部分，并且各数据部分在两个格雷码之间；用于将信息插入该多个数据块中的若干数据块之间的组件，所述信息用于时间、信道和频率估计中的至少一种操作；以及用于发送该分组的组件。
根据本公开的另一个方面，一种用于无线通信的装置包括处理系统，其被配置为：将分组的有效载荷分成多个数据块，其中，每个数据块包括格雷码和数据部分，并且各数据部分在两个格雷码之间；将信息插入该多个数据块中的若干数据块之间，所述信息用于时间、信道和频率估计中的至少一种操作；以及发送该分组。
根据本公开的另一个方面，一种用于通信的计算机程序产品包括编码有指令的机器可读介质，该指令可以执行以下操作：将分组的有效载荷分成多个数据块，其中，每个数据块包括格雷码和数据部分，并且各数据部分在两个格雷码之间；将信息插入该多个数据块的若干数据块之间，所述信息用于时间、信道和频率估计中的至少一种操作；以及发送该分组。
虽然本文中描述了特定方面，这些方面的很多变化和置换都落入本公开的范围内。尽管本文提及了优选方面的一些益处和优点，本公开的范围并非只限于特定的益处、用途或目的。相反地，本公开的各方面旨在广泛地适用于不同的无线技术、系统配置、网络以及传输协议，通过附图和以下详细说明中的实例对它们中的一些进行说明。详细说明和附图仅仅是对本公开的举例说明而非限制，本公开的范围是由所附权利要求及其等价物来定义的。
附图说明
参照以下附图来理解根据本公开的各方面。
图1是根据本公开的一个方面配置的无线网络的示意图；
图2是根据本公开的一个方面配置的用于图1的无线网络的超帧定时的示意图；
图3是根据本公开的一个方面配置的用于图1的无线网络的超帧结构的示意图；
图4是根据本公开的一个方面配置的用于图3的超帧结构的帧/分组结构的示意图；
图5是根据本公开的一个方面、支持对多个报头速率进行标识的改进的帧/分组结构的示意图；
图6是根据本公开的一个方面、可以使用的多个开始帧定界符的示意图；
图7是根据本公开的一个方面、支持对超帧定时检测进行标识的改进的帧/分组结构的示意图；
图8是根据本公开的一个方面、示出了用于确定超帧定时信息的过程的流程图；
图9是根据本公开的一个方面、支持改进的载波估计的改进的帧/分组结构的示意图；
图10是根据本公开的一个方面、可以通过减少的谱线来使用的多个数据块的示意图；
图11是根据本公开的一个方面配置的扰频器的电路图；
图12是根据本公开的一个方面、配置用于更长数据块的改进的帧/分组结构的示意图；
图13是根据本公开的一个方面配置的格雷电路的电路图；
图14是根据本公开的一个方面配置的开始帧定界符生成器装置的框图；
图15是根据本公开的一个方面配置的时间戳生成器装置的框图；并且
图16是根据本公开的一个方面配置的信道估计序列生成器装置的框图。
根据惯例，为了清楚起见，可以简化附图中所示的各种特征。因此，附图可能并不描绘给定装置（例如，设备）或方法的所有组成部分。另外，在整个说明书和附图中，相似的参考数字可用来表示相似的特征。
具体实施方式
下面描述本公开的各个方面。显而易见的是，可以以多种多样的形式来体现本文中的教导，并且本文公开的任何具体结构、功能或两者仅仅是代表性的。根据本文中的教导，本领域技术人员应当明白，本文公开的方面可以独立于任何其它方面来实现，并且可以用各种方式组合这些方面中的两个或更多。例如，可以使用本文阐述的任意数量的方面来实现装置或执行方法。此外，除了本文阐述的一个或多个方面之外，可以使用其它结构、功能、或者结构和功能来实现此种装置或执行此方法。
在以下描述中，为了解释说明的目的阐述了大量具体细节，以便于提供对本公开的透彻理解。然而，应当理解的是，本文中示出和描述的特定方面不是为了将本公开限制于任何特定形式，相反地，本公开要涵盖落入如权利要求所定义的本公开的保护范围内的所有修改、等价物和选择。
现在将参照图1来示出无线网络100的几个方面，该无线网络100是以与IEEE802.15.3c个人区域网络（PAN）标准相兼容的方式形成的网络，并且其在本文中被称为微微网（piconet）。网络100是无线自组织（ad hoc）数据通信系统，其允许诸如多个数据设备（DEV）120的多个独立的数据设备相互通信。具有类似于网络100的功能的网络也被称为基本服务集（BSS），或者，如果在一对设备之间进行通信，则称为独立基本服务集（IBSS）。
多个DEV120中的每个DEV都是实现接口到网络100的无线介质的MAC和PHY接口的设备。具有类似于多个DEV120中的设备的功能的设备可以被称为接入终端、用户终端、移动站、用户站、站、无线设备、终端、节点或某些其它适合的术语。在整个本公开中描述的各种概念旨在适用于所有适合的无线节点而不论它们的具体名称是什么。
依据IEEE802.15.3c，一个DEV将承担微微网的协调器的角色。该协调DEV被称为微微网协调器（PicoNet Coordinator，PNC），并且在图1中被示为PNC110。因此，PNC包括与多个其它设备相同的设备功能，但是还为网络提供协调功能。例如，PNC110提供诸如使用信标以用于网络100的基本定时的服务；以及对任何服务质量（QoS）要求、省电模式和网络接入控制的管理。在其它系统中与为PNC100所描述的功能具有类似功能的设备可以被称为接入点、基站、基站收发信台、站、终端、节点、用作接入点的接入终端，或者一些其它适合的术语。PNC110使用被称为超帧的结构来协调网络100中各个设备之间的通信。基于时间由信标周期来对每个超帧进行划界。
PNC110也可以连接到系统控制器130以与其它网络或其它PNC通信。
图2示出了用于网络100中的微微网定时的超帧200。通常，超帧是包含信标周期、信道时间分配周期以及可选地包含竞争访问周期的基本的时分结构。超帧的长度也被称为信标间隔（BI）。在超帧200中提供了信标周期（BP）210，如本文中将进一步描述的，诸如PNC110的PNC在该信标周期210期间发送信标帧。
竞争访问周期（CAP）220被用来在网络100中的PNC110与多个DEV120中的DEV之间传送命令和数据，或者在网络100中的多个DEV120中的任何DEV之间传送命令和数据。CAP200的访问方法可以基于分时隙的aloha协议或具有冲突避免的载波侦听多路访问（CSMA/CA）协议。CAP220可以不被PNC110包括在每个超帧中。
基于时分多址（TDMA）协议的信道时间分配周期（CTAP）220由PNC110提供，从而为多个DEV120分配时间以使用网络100中的信道。具体地，CTAP被分成由PNC110分配给设备的配对的一个或多个时间周期，该时间周期被称为信道时间分配（CTA）；每个CTA分配给一对设备。因此，CTA的访问机制是基于TDMA的。
图3从数据的角度示出了网络100所使用的超帧结构300。超帧结构300以信标周期302开始，在信标周期302中诸如PNC110的微微网控制器广播各种控制参数，包括信标帧号310和超帧持续时间312。经由一个或多个信标分组（未示出）来发送该信息。一系列数据分组360的发送接在信标周期302之后。可以由PNC110或作为微微网的成员的不同设备来发送这些数据分组。诸如信标周期302的每个信标周期或诸如数据分组360的任何数据分组一般后面接着是保护时间（GT）330。
图4是可用于单载波、OFDM或共用模式帧的帧结构400的实例。如本文中所使用的，术语“帧”也可以被称为“分组”，并且应当认为这两个术语是同义的。
帧结构400包括前导402、报头440和分组有效载荷480。共用模式对于所有三个域（即对前导402、报头440和分组有效载荷480）都使用格雷码。共用模式信号使用具有码片级π/2-BPSK调制的格雷扩展码以便在其中扩展数据。报头440（报头440是符合物理层会聚协议（PLCP）的报头）以及分组有效载荷480（分组有效载荷480是物理层服务数据单元（PSDU））包括用长度为64的格雷码对来扩展的符号。可以根据帧结构400的各个方面来适配各个帧参数，这些帧参数以举例的方式包括但不限于格雷码重复的数量和格雷码长度。在一个方面，可以从长度为128或长度为256的格雷码中选择前导中使用的格雷码。用于数据扩展的格雷码可以包括长度为64或长度为128的格雷码。
回过来参照图4，前导402包括分组同步序列域410、开始帧定界符（SFD）域420以及信道估计序列域430。当使用更高的数据速率时可以缩短前导402。例如，对于共用模式，缺省的前导长度可以被设定为36格雷码，其与50Mbps左右的数据速率相关联。对于1.5Gbps数据速率左右的数据速率，前导402可以被缩短为16格雷码，并且对于大约3Gbps的数据速率，前导402可以被进一步缩短为8格雷码。基于来自设备的隐式或显式请求，前导402还可以转变成更短的前导。
如图4中的码412-1到412-n所示，分组同步序列域410是由长度为128的互补格雷码(ai 128,bi 128)中的一个所扩展的多个码的重复，。如图4中的代码422所示，SFD域420包括诸如{-1}的特定的码，该特定的码是由长度为128的互补格雷码(ai 128,bi 128)中的一个进行扩展的。如码432和436所示，可以用一对长度为256的互补格雷码(ai 256,bi 256)来扩展CES域430，并且，如434-1和438-1所示，CES域430还可以包括至少一个循环前缀，诸如ai CP或bi CP，该循环前缀是长度为128的格雷码，其中CP为循环前缀或后缀。分别如434-2和438-2所示，码432和436中的每一个的循环后缀，诸如ai CP或bi CP，分别是长度为128的格雷码。
在一个方面，报头440使用近似半速率的里德所罗门（RS）编码，而分组有效载荷480采用0.937速率的RS编码，RS(255,239)。报头440和分组有效载荷480可以是二进制或复数值，并且使用长度为64的互补格雷码ai 64和/或bi 64来进行扩展。优选地，发送报头440应该比发送分组有效载荷480采用更稳健的方式，从而使由于报头差错率导致的分组差错率最小。例如，给报头440提供的编码增益可以比分组有效载荷480中的数据部分高4dB到6dB。可以响应于数据速率的变化来适配报头速率。例如，对于高达1.5Gbps的数据速率的范围，报头速率可以是400Mbps。对于3Gbps的数据速率，报头速率可以是800Mbps，并且对于高达6Gbps的数据速率的范围，报头速率可以被设定在1.5Gbps。可以保持报头速率对数据速率范围的恒定比例。这样，当数据速率从一个范围变到另一个范围时，报头速率可以被调节以维持报头速率对数据速率范围的恒定比。将报头速率的改变传送给网络100中的多个DEV120中的每个设备是很重要的。然而，图4中被所有的模式（即，单载波、ODFM和共用模式）所使用的当前帧结构400不具备这样的能力。
图5示出了根据本公开的一个方面的改进的帧结构500，其支持对多个报头速率和多个PHY模式进行标识。在此方面，可能有多达四种不同的报头速率，每一个报头速率对应于特定的数据速率或数据速率的范围。可替换的方面可以提供不同数目的报头速率和数据速率。帧结构500包括前导502、报头540和分组有效载荷580。以类似于配置报头440和分组有效载荷480的方式来配置报头540和分组有效载荷580部分。前导502包括分组同步序列域510、开始帧定界符（SFD）码组520以及信道估计序列域530。
在图5所示的方面，SFD码组520包括三个码SFD1522、SFD2524和SFD3526。进一步参照图6，在一个方面，缺省的报头速率可以被设定为对应于由[-1+1+1]表示的SFD码组620a，其中正负符号对应于发送的格雷码的正负符号。对于第一报头速率（例如，400Mbps），SFD码组520是由[-1+1-1]表示的SFD码组620a。对于800Mbps的报头速率，SFD码组520是由[-1-1+1]表示的SFD码组620c，并且，对于1.5Gbps报头速率，SFD码组520是由[-1-1-1]表示的SFD码组620d。在另一个方面，可以使用互补格雷码来构建一套不同的SFD码组，如图6中的多个SFD码组620e到620h所示。除了只提供报头速率以外，SFD模式还可以被用来提供其它信息，包括区分单载波分组与OFDM分组，或者区分信标分组与数据分组。另外，SFD可以被用来表示用于波束成形的特殊类型的分组。例如，图6中的SFD模式620a被分配给信标分组，SFD模式620b、620c和620d被分配给单载波数据分组以分别区分400Mbps、800Mbps和1.5Gpbs的报头速率，并且SFD模式620e、620f、620g被分配给OFDM数据分组以分别区分900Mbps、1.5Gbps和3Gbps的速率，并且，SFD模式620h被分配给波束成形训练分组。多个DEV120中执行前导检测的任何设备将搜索这些SFD模式。
在本公开的方面，可以由覆盖码（cover code）对分组同步序列域510中的码a进行扰频，从而使每个码a乘以{+1}或{-1}。这样做可以减少谱线，否则会由于分组同步序列域510中的码重复而产生这些谱线。另外，如图5和图6先前所示出和讨论的，可以使用互补码b来对SFD码组520进行编码。因此，可以在SFD码组520中使用a和b的各种组合。
如之前讨论的，在位于每个超帧的开头（即，时间为零）的信标周期302的这段时间内，可以由PNC110发送一个或多个信标分组来设定超帧持续时间、CAP结束时间、时间分配，并且传送用于微微网的管理信息。当PNC发送了一个以上的信标分组时，在时间为零时发送编号为1的信标分组，并且剩下的信标分组包含关于从超帧的开头算起的时间偏移的信息。由于信标分组对于网络100中的所有设备的正常运行来说是至关重要的，故使用共用模式信号来发送要在信标周期302的这段时间内发送的任何信标分组，从而使信标分组可被所有设备理解。另外，只有当设备使其自身与网络同步时该设备才能进行发射。因此，多个DEV120中的所有设备必须通过检测信标和定位超帧的开头来试图确定是否存在已有网络。
无线网络100中的每个设备在启动之后通过锁定到信标周期302来搜索超帧开始时间。因为对于信标分组和数据分组都使用相同的格雷码来扩展前导，故通过对报头440进行解码来确定每个接收到的分段是信标分组还是数据分组。然而，这对于低功率设备可能成为问题，尤其是当使用长超帧（例如，65ms长）时，因为设备在找到信标周期之前不得不设法对每个分组进行长达20ms的解码。另外，一些数据分组可以对报头440使用和信标302相同的扩展和保护，因此它们将通过CRC校验。
图7示出了改进的帧结构700，其支持时间戳记和超帧定时信息传送。在一个方面，帧结构700包括前导702、报头740和分组有效载荷780。以和图4的帧结构400的前导402及分组有效载荷480相同的方式来配置前导702和分组有效载荷780部分。帧结构700还包括报头740中的时间戳742，该时间戳742提供正在发送的超帧的定时信息的改进传送。时间戳742可以配置为包括这样的信息：一旦任何设备已经接收并解码时间戳742，则该信息允许该设备确定以下列表中的以下多条信息中的一条或多条信息，该列表被示为实例且不限于：在超帧内发送的帧的位置信息、超帧长度、超帧的开头、超帧的结尾、信标的位置以及CAP的位置。总地来说，该信息列表在本文中被称作超帧定时信息。因此，当多个DEV120中的一个设备希望定位超帧定时信息时，该设备可以捕获任意的帧，并且在对该帧中的时间戳进行解码之后，该设备将能够确定超帧定时信息。因此，时间戳742可以帮助设备来定位信标周期。优选地，将时间戳742定位为报头域740中的第一个域，这样设备可以不必对整个报头进行解码，而是只对其需要用来确定超帧定时信息的报头740的一部分进行解码。
一些分组在没有报头的情况下被发送（例如，一些波束成形分组可以在没有报头和有效载荷的情况下被发送），并且在该情况下，随后SFD码组520可以被配置为标识这些分组，从而使正在接收的设备知道这些分组不包含定时信息。
在本公开的一个方面，在支持单载波和OFDM两种模式的设备可以使用相同前导的情况下，SFD码组520可以使用分配给单载波和OFDM模式的SFD模式的不同集合，以便于接收设备区分单载波分组和OFDM分组。
在本公开的一个方面，如果需要的话，可以压缩时间戳742来减少开销。例如，可以使用8比特的时间戳，由该时间戳可以计算出信标的位置，但是分辨率降低了。
一旦设备定位了信标，该设备就可进入休眠模式以节省电力，并且正好在信标周期之前被唤醒以检测例如报头速率。因此，当多个DEV120中的设备需要确定报头速率时，该设备可以通过对加电进行定时或者在信标周期之前足够的时间处唤醒来捕获该信息。
图8示出了在本公开的一个方面中、可由多个DEV120中的设备来执行以捕获超帧定时信息的超帧定时信息捕获过程800。在步骤802中，DEV将初始化并准备执行与网络100的无线通信。在步骤804中，DEV将设法检测信标帧或数据帧的前导。假设检测成功，则在步骤806中DEV将对报头或至少报头的时间戳部分进行解码。然后，在步骤808中，DEV可以根据解码的时间戳来确定超帧定时信息。
一旦DEV已经确定了超帧定时信息，则在步骤810中，该DEV就可以选择使用该超帧定时信息。在本公开的一个方面，如本文中先前所讨论的，DEV可以决定进入低功率或休眠模式直到下一信标周期为止，以便捕获关于PNC110正在发送的超帧的完整信息。例如，DEV可以使自己休眠长达预定的时间段，比如足以使当前超帧结束的时间段。作为另一个实例，DEV可以进入休眠模式长达一个信标周期以上，并且周期性地被唤醒以捕获超帧定时信息。尽管对于诸如DEV的设备可能存在某些要求，使其针对失去同步的情况，在丢失的信标少于预定数量的指导原则内操作，该情况中的DEV仍然可以维持定时同步，因为其使用了时间戳。
在另一个方面，如果DEV检测到时间戳并发现超帧在CAP阶段，则该DEV可以试图加入网络100而不必等待信标和CAP阶段。
在另一个方面，DEV可以检测网络100中的特定信道是否繁忙而不必等待检测到信标。在此方面，一旦DEV检测到时间戳，其将假设信道繁忙以及到下一信道的转移。
如上文已经讨论的，因为DEV不必对每个分组进行解码以确定特定分组是否为信标分组，所以时间戳有助于信标和超帧定时检测。DEV最多只须成功地对一个时间戳进行解码。因此，DEV不必完整地对报头以及可能的数据进行解码来判断该分组是否为信标分组。
时间戳还可以被用来改进由多个DEV120进行的信号捕获和网络加入。例如，假设DEV120-2距离PNC110足够远，以至于无法对PNC110所发送的信标进行良好检测。然而，还假设DEV120-1离PNC110较近，但是也接近DEV120-2，并且能够可靠地检测来自PNC110的信标。因为所有的设备都将在其传输中包括时间戳信息，并且DEV120-2可以监听到来自DEV120-1的传输，故DEV120-2将更清楚地了解到信标位置，并且能够改变其操作来提高其接收信标的机会。例如，在预期的从PNC110发送信标的时间内，因为DEV120-2更确定检测不会是误测，所以DEV120-2可以降低其前导检测阈值，该前导检测阈值为信噪比（SNR）或信号与噪声/干扰比（SNIR）的函数。
在本公开的一些方面，用于在相同频带中操作的不同微微网的前导可以使用覆盖序列，该覆盖序列提供时间和/或频率上的正交性。在一个方面，第一微微网控制器PNC1使用长度为128的第一格雷码a1281，第二微微网控制器PNC2使用a1282，并且第三微微网控制器PNC3使用a1283。前导是由乘以正交的覆盖码的每个格雷码的8次重复形成的，如以下情况所示：
PNC1发送:+a1+a1+a1+a1+a1+a1+a1+a1(覆盖码[1111])
PNC2发送:+a2-a2+a2-a2+a2-a2+a2-a2(覆盖码[1-11-1])
PNC3发送:+a3+a3-a3-a3+a3+a3-a3-a3(覆盖码([11-1-1])
因此，尽管系统是不同步的，在任意时移处仍然存在正交性。
在该情况下，这些码是仅有的三个周期性正交的二进制码。例如，周期的正交性表示如果第一覆盖码是重复的，比如：
1-11-11-11-11-1...，
并且该第一覆盖码被匹配滤波成第二正交覆盖码，则结果除了在重复的码的前沿和后沿处以外，在其他各处都为零。
在本公开的一些方面，可以提供非二进制覆盖码。例如，长度为4的复数覆盖码如下所示：
cover1=ifft([1000])=[1111]
cover2=ifft([0100])=[1j-1-j]
cover3=ifft([0010])=[1-11-1]
cover4=ifft([0001])=[1-j-1j]
可以按如下的方式使用这些码乘以特定的格雷码（例如，a（1））：[a1.cover1(1)a1.cover1(2)a1.cover1(3)a1.cover1(4)]。对于每第四个副载波，该序列的快速傅里叶变换（FFT）都是非零的。如果a1长度为128并且FFT长度为512（编号0:511），则cover1产生非零副载波0、4、8、…。对于cover2，只有副载波1、5、9、…为非零。Cover3产生非零副载波2、6、10、…，并且cover4产生副载波3、7、11、…。
在信标周期期间，首先发送具有几乎全向天线方向图的信标（准全向信标）。可以在信标周期期间或者在两个设备之间的CTAP中发送定向信标（即，在某（些）方向上以某天线增益发送的信标）。
在本公开的一个实施例中，格雷码长度与重复次数的不同组合适用于不同的天线增益。例如，对于0-3dB的天线增益，使用具有缺省前导的共用模式来发送信标，该缺省前导包括长度为128的格雷码的32次重复。对于3-6dB的天线增益，信标使用相同格雷码的16次重复的缩短的前导。对于6-9dB的天线增益，信标使用格雷码的8次重复的缩短的前导。对于9dB及以上的天线增益，信标使用格雷码的4次重复的缩短的前导。另外，在一些实施例中，可以相对于天线增益对报头和/或数据扩展因子进行缩放。
图9示出了根据本公开的一个方面的帧结构900。在一个方面，帧结构900包括前导902、报头940和分组有效载荷980。以类似于图9的帧结构900的前导902和分组有效载荷480的方式来配置前导902和分组有效载荷980部分。帧的数据部分（其可包括报头940并包括分组有效载荷980）被分成多个块950-1到950-n，并且每个块950-1到950-n被进一步分成子块，诸如子块952-1到952-n。每个子块952-1到952-n之前都有长度为L的已知格雷序列，诸如已知格雷序列954-1到954-n，该已知格雷序列通常应该长于多径延迟扩展。另外，已知格雷序列954-[n+1]接在最后的数据部分956-n之后。在一个方面，特定数据块内所有已知格雷序列都是相同的。如果使用频域均衡器，则已知格雷序列用作循环前缀。另外，该已知格雷码序列可用于定时、频率和信道跟踪。每个数据块950-1到950-n之后跟随有导频信道估计序列（PCES）960，该PCES960具有一组互补的格雷码964-1和968-1，其每个分别具有CP962-1和966-2。如果需要的话，PCES960可用于重新捕获信道，并且可以改变PCE960的重复周期以减少开销。例如，PCES周期可以被编码于报头940中。
为了使已知格雷序列954-1到954-n被用作频域均衡器（或其它均衡器类型）中的CP，需要使用相同的L长度的格雷序列（aL）。然而，已知格雷序列的重复引入谱线。为了减少谱线，如图10所示，每个数据块使用不同的已知格雷序列。例如，可以使用一对格雷码（aL，bL），其中，aL和bL表示长度为L的一对互补的格雷序列，或者由其自身的短循环前缀来保护的长度较短为K（K<L）的一对互补格雷序列。例如，对于L=20，可以使用长度为16的格雷码，其中在开头重复最后的4个采样。每个数据块可以使用aL、–aL、bL或–bL。如图11所示的扰频器1100可以被用以选择格雷码aL、–aL、bL和–bL。在一个方面，扰频器1100可以被实现为反馈移位寄存器。扰频器1100可以被用来为每个数据块选择格雷码。
在本公开的另一个实施例中，可以使用更长的数据块，并且可以使用图12所示的帧结构1200。在该实例中，每个数据块使用四个格雷码的选择aL、–aL、bL和–bL中的一个以用于该数据块的一部分，并且码对于每个部分都发生改变。例如，数据块1202的不同的块部分1250-1到1250-5使用不同的格雷码（例如，用于块部分21250-1的格雷码1254-1-1对用于块部分21250-2的格雷码1254-1-2）
在均衡之前和之后都可以使用已知序列。例如，在均衡之前和之后使用已知序列以用于定时、频率和信道跟踪的技术在本领域中是公知的技术。然而，本公开的各方面可以提供已知格雷序列的进一步的使用。在均衡之后，有对已知的已发送的格雷序列的噪声估计。通过将格雷序列的估计的噪声版本与原始的纯净版本进行相关，可以估计残留的多径并且使用很简单的短均衡器(例如，二抽头均衡器)来将其用于时域均衡。
图13是根据本公开的一些方面的格雷码电路1300的框图，该格雷码电路1300可以用作格雷码生成器或匹配滤波器。格雷码电路1300包括一系列延迟元件1302-1到1302-M、一系列可适配的种子向量插入元件1330-1到1330-M、第一组合并器1310-1到1310-M，以及第二组合并器1320-1到1320-M，该第二组合并器被配置以用于将延迟信号与乘上种子向量的信号进行合并。
在本公开的一个方面，以下的一组四个序列可以用于空间和频率重用的前导，从而使在相同频带中操作的微微网之间的干扰最小。延迟和种子向量
十六进制的序列
s13663FAAFFA50369CC99CFAAF05AF369C
s2C99C055005AFC963C99CFAAF05AF369C
s36C39A0F55FF5933993C6A0F5A00A9339
延迟向量由D1、D2和D3表示，并且相应的种子向量由W1、W2和W3表示。第一序列使用格雷码a，并且第二和第三序列是类型为b的序列。以十六进制格式来提供二进制序列（s1、s2和s3）。这些序列被优化以具有最小的旁瓣电平和最小的互相关性。
共用模式数据序列可以使用以下的一组格雷互补码。
延迟和种子向量
D1 16 32 4 8 2 1
D2 16 32 4 8 2 1
D3 16 32 4 8 2 1
W1 -1 1 -1 1 1 1
W2 -1 -1 -1 1 -1 1
W3 1 1 -1 1 -1 1
十六进制的序列
a1 2DEE2DEE22E1DD1E
b1 78BB78BB77B4884B
a2 E122E12211D2EE2D
b2 B477B4774487BB78
a3 E1221EDDEE2DEE2D
b3 B4774B88BB78BB78
格雷序列a和b的长度为64。每个符号携带2比特每符号。例如，当这2个比特是“00”时，发送a。当这2个比特是“01”时，发送-a。当这2个比特对应于“10”时，发送b；并且对于比特组合“11”，发送-b。
频率重用使用三对互补格雷码，其中，每个微微网使用一对互补格雷码。这些互补格雷码对被提供被选择以使其彼此之间以及与前导之间具有较低的互相关性。像已知序列那样，可以在每个子突发（sub-burst）之前使用这些码。
在本公开的一个方面，以下长度为16和长度为8的码可以用作扩展码和/或用作每个子突发之前的已知循环前缀。
在本公开的各个方面，以十六进制示出并由以下延迟和种子向量生成的长度为128的以下序列，可以提供作为循环前缀或者用于PCES域。
延迟和种子向量
D1 64 32 16 4 2 8 1
D2 64 32 16 4 2 8 1
D3 64 32 16 4 2 8 1
W1 1 1 1 1 1 1 1
W2 1 -1 -1 -1 1 -1 1
W3 -1 -1 1 1 -1 -1 1
十六进制的序列
a1 593F5630593FA9CFA6C0A9CF593FA9CF
b1 0C6A03650C6AFC9AF395FC9A0C6AFC9A
a2 56CFA63FA930A63FA93059C0A930A63F
b2 039AF36AFC65F36AFC650C95FC65F36A
a3 950C9A036AF39A03950C9A03950C65FC
b3 C059CF563FA6CF56C059CF56C05930A9
在本公开的一个方面，长度为256和512的以下序列可用于导频信道估计序列（PCES）。这些序列彼此之间以及与前导之间具有较低的互相关性。
用于长度为256的序列的延迟和种子向量
D1 128 64 32 16 4 2 8 1
D2 128 64 32 16 4 2 8 1
D3 128 64 32 16 4 2 8 1
W1 -1 1 1 1 1 1 1 1
W2 -1 -1 -1 1 1 1 1 1
W3 1 1 -1 1 -1 -1 1 1
长度为256的十六进制序列
a1 593F5630593FA9CF593F5630A6C05630593F5630593FA9CFA6C0A9CF593FA9CF
b1 0C6A03650C6AFC9A0C6A0365F39503650C6A03650C6AFC9AF395FC9A0C6AFC9A
a2 593F5630A6C05630A6C0A9CFA6C05630593F5630A6C05630593F5630593FA9CF
b2 0C6A0365F3950365F395FC9AF39503650C6A0365F39503650C6A03650C6AFC9A
a3 9AFC95F3650395F39AFC95F39AFC6A0C65036A0C9AFC6A0C9AFC95F39AFC6A0C
b3 CFA9C0A63056C0A6CFA9C0A6CFA93F5930563F59CFA93F59CFA9C0A6CFA93F59
用于长度为512的序列的延迟和种子向量
长度为512的十六进制序列
a1 593F5630593FA9CF593F5630A6C05630593F5630593FA9CFA6C0A9CF593FA9CFA6C0A9CFA6C05630A6C0A9CF593FA9CF593F5630593FA9CFA6C0A9CF593FA9CF
b1 0C6A03650C6AFC9A0C6A0365F39503650C6A03650C6AFC9AF395FC9A0C6AFC9AF395FC9AF3950365F395FC9A0C6AFC9A0C6A03650C6AFC9AF395FC9A0C6AFC9A
a2 9AFC6A0C9AFC95F39AFC6A0C65036A0C9AFC6A0C9AFC95F3650395F39AFC95F39AFC6A0C9AFC95F39AFC6A0C65036A0C650395F365036A0C9AFC6A0C65036A0C
b2 CFA93F59CFA9C0A6CFA93F5930563F59CFA93F59CFA9C0A63056C0A6CFA9C0A6CFA93F59CFA9C0A6CFA93F5930563F593056C0A630563F59CFA93F5930563F59
a3 A63F56CFA63FA93059C0A930A63FA93059C0A93059C056CF59C0A930A63FA930A63F56CFA63FA93059C0A930A63FA930A63F56CFA63FA930A63F56CF59C056CF
b3 F36A039AF36AFC650C95FC65F36AFC650C95FC650C95039A0C95FC65F36AFC65F36A039AF36AFC650C95FC65F36AFC65F36A039AF36AFC65F36A039A0C95039A
图14示出了可用于本公开的各个方面的开始帧定界符生成装置1400，其具有：用于生成包括由定界符分开的第一部分和第二部分的分组的开始帧定界符生成器模块1402，其中该定界符还被用来对第二部分的特征进行标识；以及用于发送该分组的开始帧定界符发射器模块1404。
图15示出了可用于本公开的各个方面的时间戳生成装置1500，其具有：用于生成分组的时间戳生成模块1502，该分组具有包括该分组相对于信标的位置信息的报头；以及用于发送该分组的时间戳发送模块1504，其中在超帧内发送该分组和该信标。
图16示出了可用于本公开的各个方面的信道估计序列生成装置1600，其具有：用于将分组的有效载荷分成多个数据块的数据块生成器模块1602，其中每个数据块包括格雷码和数据部分，并且每个数据部分位于两个格雷码之间；用于在该多个数据块中的若干数据块之间插入信息的信道估计序列生成和插入模块1604，所述信息用于时间、信道和频率估计中的至少一种操作；以及用于发送该分组的分组发送模块1606。
本文所述的各个方面可以实现成方法、装置或使用标准编程和/或工程技术的制品。本文中使用的术语“制品”旨在涵盖可从任何计算机可读设备、载体或介质访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括，但不限于：磁存储设备、光盘、数字多功能光盘、智能卡和闪存设备。
本公开并不限于优选的方面。此外，本领域技术人员应当认识到，可以用多种方式来实现本文中所述的方法和装置方面，这些方式包括在硬件、软件、固件或它们的各种组合中的实现。此种硬件的实例可以包括ASIC、现场可编程门阵列、通用处理器、DSP和/或其它电路。本公开的软件和/或固件实现可以通过包括Java、C、C++、MatlabTM、Verilog、VHDL和/或处理器专用机器和汇编语言的编程语言的任意组合来实现。
本领域技术人员还应当明白，结合本文所公开的各方面描述的各种示例性的逻辑框、模块、处理器、组件、电路和算法步骤可以实现成电子硬件（例如，数字实现、模拟实现或二者的组合，可以使用源代码或某些其它技术来对其进行设计）、包含指令的各种形式的程序或设计代码（为方便起见，本文中可称之为“软件”或“软件模块”），或者二者的组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的这种互换性，上面对各种示例性的部件、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成硬件还是实现成软件，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各种方式实现所描述的功能，但是，这些实现决策不应解释为会偏离本公开的保护范围。
结合本文所公开方面描述的各种示例性的逻辑框、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”）、接入终端或接入点来执行。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、分立硬件部件、电部件、光部件、机械部件，或者设计为执行本文所述功能的它们的任意组合，并且，IC可以执行位于IC内、IC外或IC内外的代码或指令。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，或者任何其它此种配置。
本文中描述的方法和系统方面只说明了本公开的特定方面。应当明白的是，本领域技术人员将能够设计各种方案，这些方案尽管并没有明显地在本文中被描述或示出，却体现了本公开的原理并包含在本公开的范围内。另外，本文中记述的所有实例和条件语言旨在为了教示的目的，以便帮助读者理解本公开的原理。本公开及其相关引用将被解释为不对这些具体记述的实例和条件进行限制。此外，记述了本公开的原理、方面及其具体实例的本文中的所有陈述，旨在涵盖它们的结构和功能上的等价形式。另外，这些等价形式的目的在于包括当前已知的等价形式以及将在未来被开发的等价形式，即，不论结构如何，执行相同功能的开发的任何元件。
本领域技术人员应当明白，本文中的框图表示体现本公开的原理的示例性的电路、算法和功能步骤的概念示图。类似地，应当明白，任何流程图、流程图表、信号图、系统图、代码等均表示可基本在计算机可读介质中表示并因此被计算机或处理器执行的各种过程，不论是否明显示出了此种计算机或处理器。

Claims (17)

1.一种通信方法，包括：
将分组的有效载荷分成多个数据块，其中，每个数据块被进一步分成子块并且每个数据块包括格雷码和所述子块，并且各子块在两个格雷码之间；
将信息插入所述多个数据块中的若干数据块之间，所述信息用于时间、信道和频率估计中的至少一种；以及
发送所述分组，其中，所述方法还包括使用随机数发生器来选择所述格雷码，其中，包含在一个数据块中的所有格雷码是相同的，并且包含在一个数据块中的格雷码不同于包含在另一个数据块中的格雷码。
2.如权利要求1所述的方法，其中，发送步骤包括：向另一个装置发送所述分组，其中，所述分组的发送装置和所述另一个装置先验地具有所述信息。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述信息包括导频信道估计序列。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述导频信道估计序列基于格雷码。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述导频信道估计序列基于一对互补格雷码。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述随机数发生器包括反馈移位寄存器。
7.一种用于通信的装置，包括：
用于将分组的有效载荷分成多个数据块的组件，其中，每个数据块被进一步分成子块并且每个数据块包括格雷码和所述子块，并且各子块在两个格雷码之间；
用于随机地选择所述格雷码的组件，其中，包含在一个数据块中的所有格雷码是相同的，并且包含在一个数据块中的格雷码不同于包含在另一个数据块中的格雷码；
用于将信息插入所述多个数据块中的若干数据块之间的组件，所述信息用于时间、信道和频率估计中的至少一种；以及
用于发送所述分组的组件。
8.如权利要求7所述的装置，其中，发送组件向另一个装置发送所述分组，并且这两个装置先验地具有所述信息。
9.如权利要求7所述的装置，其中，所述信息包括导频信道估计序列。
10.如权利要求9所述的装置，其中，所述导频信道估计序列基于格雷码。
11.如权利要求9所述的装置，其中，所述导频信道估计序列基于一对互补格雷码。
12.如权利要求7所述的装置，其中，选择组件包括反馈移位寄存器。
13.一种信道估计序列生成装置，包括：
数据块生成器模块，用于将分组的有效载荷分成多个数据块的组件，其中，每个数据块被进一步分成子块并且每个数据块包括格雷码和所述子块，并且各子块在两个格雷码之间，其中，包含在一个数据块中的所有格雷码是相同的，并且包含在一个数据块中的格雷码不同于包含在另一个数据块中的格雷码；
信道估计生成和插入模块，用于将信息插入所述多个数据块中的若干数据块之间，所述信息用于时间、信道和频率估计中的至少一种；以及
分组发送模块，用于发送所述分组。
14.如权利要求13所述的装置，其中，分组发送模块向另一个装置发送所述分组，并且这两个装置先验地具有所述信息。
15.如权利要求13所述的装置，其中，所述信息包括导频信道估计序列。
16.如权利要求15所述的装置，其中，所述导频信道估计序列基于格雷码。
17.如权利要求15所述的装置，其中，所述导频信道估计序列基于一对互补格雷码。
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