CN102150405A - 用于不同发射方案的共模和统一帧格式 - Google Patents

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Abstract

本发明的某些方面涉及一种用于产生帧结构的方法，所述帧结构可与例如单载波(SC)发射方案和正交频分多路复用(OFDM)发射方案等多个发射方案一起使用。

Description

用于不同发射方案的共模和统一帧格式
根据35U.S.C.§119主张优先权
本专利申请案主张2008年9月9日申请的第61/095,509号临时申请案的优先权，且所述申请案转让给本受让人并在此以引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
本发明的某些方面一般涉及无线通信，且更特定来说，涉及一种用于产生对于不同发射方案为共同的帧结构的方法。
背景技术
毫米波通信表示使用大约60GHz的载波频率的通信。双模毫米波物理层(PHY)可通过使用共模(CM)发射而支持单载波(SC)调制与正交频分多路复用(OFDM)调制。
CM为由基于SC和OFDM的装置两者用于信标、网络控制信令和基本速率数据通信的单载波模式。CM可通常用于不同装置与不同网络之间的互用性。然而，SC发射模式的帧结构实质上不同于OFDM发射模式的帧结构，其限制了SC装置和网络与OFDM装置和网络之间的互用性程度。
因此，在此项技术中需要一种产生适于供经SC调制和经OFDM调制的发射信号两者使用的帧结构的方法。
发明内容
某些方面提供一种用于无线通信的方法。所述方法一般包括：产生前同步码和数据有效负载；以及发射包含所述前同步码和所述数据有效负载的帧，其中以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案发射所述前同步码，且以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据OFDM发射方案发射所述数据有效负载。
某些方面提供一种用于无线通信的设备。所述设备大体上包括：产生器，其经配置以产生前同步码和数据有效负载；以及发射器，其经配置以发射包含所述前同步码和所述数据有效负载的帧，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案被发射。
某些方面提供一种用于无线通信的设备。所述设备一般包括：用于产生前同步码和数据有效负载的装置；以及用于发射包含所述前同步码和所述数据有效负载的帧的装置，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案被发射。
某些方面提供一种用于无线通信的计算机程序产品。所述计算机程序产品包括包含指令的计算机可读媒体，所述指令可执行以：产生前同步码和数据有效负载；以及发射包含所述前同步码和所述数据有效负载的帧，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案被发射。
某些方面提供一种无线节点。所述无线节点一般包括：至少一个天线；产生器，其经配置以产生前同步码和数据有效负载；以及发射器，其经配置以经由所述至少一个天线发射包含所述前同步码和所述数据有效负载的帧，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案被发射。
某些方面提供一种用于无线通信的方法。所述方法一般包括：接收包含前同步码和数据有效负载的帧，其中以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案经由无线信道发射所述前同步码，且以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案发射所述数据有效负载；以及检测所述前同步码和所述数据有效负载。
某些方面提供一种用于无线通信的设备。所述设备一般包括：接收器，其经配置以接收包含前同步码和数据有效负载的帧，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案经由无线信道被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案被发射；以及检测器，其经配置以检测所述前同步码和所述数据有效负载。
某些方面提供一种用于无线通信的设备。所述设备一般包括：用于接收包含前同步码和数据有效负载的帧的装置，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案经由无线信道被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案被发射；以及用于检测所述前同步码和所述数据有效负载的装置。
某些方面提供一种用于无线通信的计算机程序产品。所述计算机程序产品包括包含指令的计算机可读媒体，所述指令可执行以：接收包含前同步码和数据有效负载的帧，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案经由无线信道被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案被发射；以及检测所述前同步码和所述数据有效负载。
某些方面提供一种无线节点。所述无线节点一般包括：至少一个天线；接收器，其经配置以经由所述至少一个天线接收包含前同步码和数据有效负载的帧，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案经由无线信道被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案被发射；以及检测器，其经配置以检测所述前同步码和所述数据有效负载。
附图说明
使得可通过参考各方面而具有可详细理解本发明的上文所叙述的特征的方式、上文简要概述的更特定描述，所述方面中的一些在附图中进行说明。然而，应注意，附图说明本发明的仅某些典型方面，且因此不应将其视为对本发明的范围的限制，这是因为描述可容许其它同等有效的方面。
图1说明根据本发明的某些方面的实例无线通信系统。
图2说明根据本发明的某些方面的可用于无线装置中的各种组件。
图3说明根据本发明的某些方面的可用于无线通信系统内的实例发射器。
图4说明根据本发明的某些方面的可用于无线通信系统内的实例接收器。
图5说明根据本发明的某些方面的用于产生并处理对于多个发射方案为共同的帧结构的操作。
图5A说明能够执行图5中所说明的操作的实例组件。
图6说明根据本发明的某些方面的用于共模(CM)发射的毫米波帧结构。
图7说明根据本发明的某些方面的用于CM发射的毫米波帧的前同步码结构。
图8说明根据本发明的某些方面的用于产生CM前同步码的扩展序列的线性反馈移位寄存器(LFSR)的逻辑框图。
图9说明根据本发明的某些方面的用于经相干检测和经差动检测的开始帧定界符(SFD)序列的经接收器匹配的滤波器的输出信号。
图10说明根据本发明的某些方面的单载波(SC)帧结构的实例。
图11说明根据本发明的某些方面的用于SC发射方案的帧结构的另一实例。
图12说明根据本发明的某些方面的支持SC和正交频分多路复用(OFDM)发射方案两者的统一帧结构。
图13说明根据本发明的某些方面的统一帧内的共同短标头的结构。
具体实施方式
下文参看附图更全面地描述本发明的各种方面。然而，本发明可以许多不同形式来体现，且不应解释为限于整个本发明中所呈现的任何特定结构或功能。而是，提供这些方面以使得本发明将为详尽和完整的，且将向所属领域的技术人员充分传达本发明的范围。基于本文中的教示，所属领域的技术人员应了解，本发明的范围意欲涵盖本文中所揭示的本发明的任何方面，不管其是独立于本发明的任何其它方面而实施还是与本发明的任何其它方面组合而实施。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备或实践方法。另外，本发明的范围意欲涵盖使用除本文中所阐述的本发明的各种方面之外或不同于本文中所阐述的本发明的各种方面的其它结构、功能性，或结构与功能性而实践的一类设备或方法。应理解，本文中所揭示的本发明的任何方面可通过权利要求的一个或一个以上要素来体现。
词“示范性”在本文中用以指“充当一实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”的任何方面不必解释为比其它方面优选或有利。
本文中的教示可并入到多种有线或无线设备(例如，节点)中(例如，实施于所述设备内或由所述设备来执行)。在一些方面中，根据本文中的教示所实施的无线节点可包含接入点或接入终端或微微网控制器或其它类型的无线装置。
接入点(“AP”)可包含、实施为或称为NodeB、无线电网络控制器(“RNC”)、eNodeB、基站控制器(“BSC”)、基站收发器(“BTS”)、基站(“BS”)、收发器功能(“TF”)、无线电路由器、无线电收发器、基本服务集(“BSS”)、扩展服务集(“ESS”)、无线电基站(“RBS”)，或某一其它术语。
接入终端(“AT”)可包含、实施为或称为接入终端、订户站、订户单元、移动台、远程站、远程终端、用户终端、用户代理、用户装置、用户装备或某一其它术语。在一些实施方案中，接入终端可包含蜂窝式电话、无绳电话、会话起始协议(“SIP”)电话、无线本地环路(“WLL”)站、个人数字助理(“PDA”)、具有无线连接能力的手持式装置，或连接到无线调制解调器的某一其它合适的处理装置。因此，本文中所教示的一个或一个以上方面可并入到以下各者中：电话(例如，蜂窝式电话或智能电话)、计算机(例如，膝上型计算机)、便携式通信装置、便携式计算装置(例如，个人数据助理)、娱乐装置(例如，音乐或视频装置，或卫星无线电)、全球定位系统装置，或经配置以经由无线或有线媒体进行通信的任何其它合适装置。
尽管本文中描述特定方面，但这些方面的许多变化和排列处于本发明的范围内。尽管提及优选方面的一些益处和优点，但本发明的范围无意限于特定益处、用途或目标。而是，本发明的方面意欲广泛适用于不同无线技术、系统配置、网络和发射协议，其中一些通过各图中和对优选方面的以下描述中的实例来说明。详细描述和图式仅对本发明进行说明而非限制，由所附权利要求书和其等效物界定本发明的范围。
实例无线通信系统
本文中所描述的技术可用于各种宽带无线通信系统，包括基于单载波发射的通信系统。本文中所揭示的方面对于使用超宽带(UWB)信号(包括毫米波信号)的系统可为有利的。然而，本发明无意限于此些系统，因为其它经编码信号可受益于类似优点。
图1说明可使用本发明的各方面的无线通信系统100的实例。无线通信系统100可为宽带无线通信系统。无线通信系统100可为多个小区102提供通信，所述小区102中的每一者由基站104服务。基站104可为与用户终端106通信的固定站。可将基站104替代地称为接入点、节点B或某一其它术语。无线通信系统100内的小区102可为包含一个或一个以上逻辑上关联的装置的集合的微微网，所述一个或一个以上逻辑上关联的装置与共同的协调器(例如，微微网控制器)共享单一识别符。
图1描绘散布于整个系统100中的各种用户终端106。用户终端106可为固定的(即，静止的)或移动的。用户终端106可替代地称为远程站、接入终端、终端、订户单元、移动站、站、用户装备等。用户终端106可为无线装置，例如蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)、手持式装置、无线调制解调器、膝上型计算机、个人计算机等。
多种算法和方法可在无线通信系统100中用于基站104与用户终端106之间的发射。举例来说，可根据UWB技术在基站104与用户终端106之间发送和接收信号。如果是这种情况，则可将无线通信系统100称为UWB系统。
可将促进从基站104到用户终端106的发射的通信链路称为下行链路(DL)108，且可将促进从用户终端106到基站104的发射的通信链路称为上行链路(UL)110。或者，可将下行链路108称为前向链路或前向信道，且可将上行链路110称为反向链路或反向信道。
可将小区102划分成多个扇区112。扇区112为小区102内的物理覆盖区域。无线通信系统100内的基站104可利用集中小区102的特定扇区112内的功率流的天线。可将此些天线可称为定向天线。
图2说明可在可用于无线通信系统100内的无线装置202中利用的各种组件。无线装置202为可经配置以实施本文中所描述的各种方法的装置的实例。无线装置202可为基站104或用户终端106。
无线装置202可包括控制无线装置202的操作的处理器204。还可将处理器204称为中央处理单元(CPU)。可包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)两者的存储器206将指令和数据提供到处理器204。存储器206的一部分还可包括非易失性随机存取存储器(NVRAM)。处理器204通常基于存储于存储器206内的程序指令来执行逻辑和算术运算。存储器206中的指令可为可执行的，以实施本文中所描述的方法。
无线装置202还可包括外壳208，外壳208可包括发射器210和接收器212以允许在无线装置202与远程位置之间发射和接收数据。可将发射器210与接收器212组合为收发器214。天线216可附接到外壳208且电耦合到收发器214。无线装置202还可包括(未图示)多个发射器、多个接收器、多个收发器和/或多个天线。
无线装置202还可包括信号检测器218，其可用以努力检测并量化由收发器214接收的信号的电平。信号检测器218可检测例如总能量、每符号每子载波的能量、功率谱密度等信号和其它信号。无线装置202还可包括用于在处理信号时使用的数字信号处理器(DSP)220。
可通过总线系统222将无线装置202的各种组件耦合在一起，除数据总线之外，总线系统222还可包括电力总线、控制信号总线和状态信号总线。
图3说明可在利用单载波(SC)、正交频分多路复用(OFDM)或某一其它发射技术的无线通信系统100内使用的发射器302的实例。发射器302的若干部分可实施于无线装置202的发射器210中。发射器302可实施于基站104中以用于将数据304发射到用户终端106。发射器302还可实施于用户终端106中以用于在上行链路110上将数据304发射到基站104。
将待发射的数据304展示为作为输入提供到映射器306。映射器306可将数据流304映射到星座图点上。可使用例如二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、8相移键控(8PSK)、正交调幅(QAM)等的某一调制星座图来进行映射。因此，映射器306可输出可表示到前同步码插入单元310中的输入的符号流308。
前同步码插入单元310可经配置以用于在输入符号流308的开始处插入前同步码序列，且可产生对应的数据流312。前同步码在接收器处可为已知的，且可用于时间和频率同步、信道估计、均衡化和信道解码。可接着通过射频(RF)前端314将前同步码插入单元310的输出312上变频到所要发射频带。天线316可接着经由无线信道发射所得信号318。
图4说明可在利用单载波或某一其它发射技术的无线装置202内使用的接收器402的实例。接收器402的若干部分可实施于无线装置202的接收器212中。接收器402可实施于用户终端106中以用于在下行链路108上从基站104接收数据404。接收器402还可实施于基站104中以用于在上行链路110上从用户终端106接收数据404。
当天线406接收到信号404时，RF前端408可将信号404下变频为基带信号410。用于单载波数据通信的所接收信号的帧格式通常包含前同步码和后面的数据部分。前同步码412的一部分可用于由单元416进行信道估计。可通过均衡化单元420使用先前所计算的信道估计418来处理所接收数据414。
解映射器424可输入经均衡化的数据流422且可执行由来自图3的映射器306执行的符号映射操作的逆操作，借此输出数据流426。理想上，此数据流426对应于如图3中所说明的作为输入提供到发射器302的数据304。
共模帧结构
在图1中所说明的无线系统100可表示可用于毫米波通信(例如，具有约60GHz的载波频率的通信)的超宽带(UWB)系统。双模UWB物理层(PHY)可通过使用共模(CM)发射方案来支持单载波(SC)调制和正交频分多路复用(OFDM)调制。CM为由SC和OFDM装置两者用于信标、网络控制信令和基本速率数据通信的单载波模式。
可能通常需要CM来用于不同无线装置与不同无线网络之间的互用性。尤其对于低功率无线装置来说，CM方案使用连续相位调制(CPM)从而提供具有恒定包络的发射信号可能也是有利的。此发射方法可确保发射器处的功率放大器在不影响基于CPM的发射信号的频谱的情况下以最大输出功率电平操作。
本发明的某些方面支持用于产生可用于发射经SC调制和经OFDM调制的信号的帧结构的方法。在一个方面中，可将OFDM收发器的码片速率设定为单载波(SC)码片速率的1.5倍。在OFDM发射方案的情况下还将码片速率称为取样速率。举例来说，如果将SC码片速率设定为1728MHz(其对应于2160MHz信道间隔的3dB带宽)，则OFDM取样速率(即，OFDM码片速率)可为2592MHz。如果OFDM模式使用总共512个子载波，则可将所述子载波中的154个子载波指派为防护子载波(在所占用带宽的每一侧上有77个)，且可能有354个数据承载子载波占用可对应于SC发射模式的带宽的约1728MHz。
SC信号可使用π/2-BPSK调制，且在发射之前可通过格雷码(Golay code)扩展。此可提供所发射SC信号的准恒定包络。长度为128的格雷码可用于前同步码内，且长度为64的格雷码可用于数据的扩展。
图5概述用于产生并处理对于SC和OFDM发射方案两者为共同的帧结构的操作。可在UWB系统的发射侧处执行操作510到520，且可在UWB系统的接收器侧处执行操作530到540。
在510处，可在发射器处首先产生前同步码和数据有效负载。在那个操作后，在520处，可经由无线信道发射包含前同步码和数据有效负载的帧。可以第一码片速率根据SC发射方案经由无线信道发射前同步码，且可以不同于第一码片速率的第二码片速率根据OFDM发射方案发射数据有效负载。在530处，可在接收器处接收包含前同步码和数据有效负载的帧，其中所接收帧可能归因于无线信道的各种效应而被破坏。在540处，可在所接收帧内检测前同步码和数据有效负载。
图6说明包含前同步码610、标头620和数据有效负载630的毫米波帧结构602，所述前同步码610由长度为128的格雷码a128的至少一个重复构成。可使用长度为64的格雷码对(即，a64和/或b64码)扩展所述数据有效负载630。
前同步码610可进一步包含同步(SYNC)序列字段612、开始帧定界符(SFD)字段614和信道估计序列(CES)字段616。SYNC字段612在接收器处可用于自动增益控制(AGC)、DC偏移消除、帧检测、粗略频率估计、天线切换、信号测向、精细频率估计和信道估计。SFD字段614可用以指示SYNC字段612的末尾和CES字段616的开始。CES字段616可用于信道估计和精细频率估计。
SYNC序列612可由通过格雷码ai 64和/或bi 64扩展的若干码(即，使用i个样本的向右循环移位从格雷码a64和b64产生的码)的一重复组成。SFD字段614可包含通过格雷码ai 64和/或bi 64扩展的序列{1 -1 1 -1 …}。还可使用格雷码ai 64和/或bi 64来扩展CES字段616。可由码ai 64的一重复和后面的码bi 64的一重复形成CES。标头字段620和数据字段630可为二进制或复数值，且也可使用格雷码ai 64和/或bi 64进行扩展。
图7说明来自图6的帧602的标记为帧702的详细结构。长度为128个样本的格雷序列a128可用于扩展以获得前同步码610。举例来说，可使用延迟向量D＝[64 32 16 1 8 2 4]和种子向量W＝[1 1 1 1 -1 -1 1]而产生互补格雷码对。所产生的互补格雷码对可以十六进制记法表达如下：
a128＝30A99A0330A965FCCF5665FC30A965FC，                        (1)
b128＝C0596AF3C059950C3FA6950CC059950C，                        (2)
其中最低有效字节将在左侧，且最高有效字节将在右侧。
序列a128可经选择以使得确保以下性质：旋转π/2后的零平均值，从而允许容易的DC偏移估计；主要峰值的每一侧上的32个样本的零相关区(ZCZ)；ZCZ外的16个样本的低旁瓣电平。此外，格雷序列a128可确保可在接收器处使用并行的经格雷匹配的滤波器以用于检测前同步码。
长度为64的互补格雷码可用于扩展以产生标头620和数据有效负载630。格雷码a64可单独使用，或与格雷码b64成对使用。可使用延迟向量D＝[4 32 8 1 2 16]和种子向量W＝[-1 -1 1 1 1 1]而产生以下互补格雷码对：
a64＝8822BB11782D4BIE，                                         (3)
b64＝77DDBB1187D24BIE。                                         (4)
由等式(3)到(4)给出的互补格雷序列对可提供与前同步码的低水平的交叉相关、任何数据序列的八个样本的低旁瓣电平(例如，在a64码后面是a64或-a64或b64或-b64的情况下，且在b64码后面是a64或-a64或b64或-b64的情况下)，且可在接收器处有效地使用并行的经格雷匹配的滤波器以用于检测前同步码和数据有效负载。
在本发明的一个方面中，可从a64码到b64码随机地(或更精确来说，伪随机地)改变扩展序列。举例来说，可使用线性反馈移位寄存器(LFSR)，例如在图8中所说明的线性反馈移位寄存器(LFSR)。如果多路复用器810的选择输入820处的值等于零，则可选择序列a64以用于扩展种子向量的当前位。否则，可选择序列b64以用于扩展种子向量的当前位。此随机化方法可使发射信号的频谱白化并移除所有频谱线。随机化还可改进接收器处的信道追踪，这是因为来自a64和b64序列的经匹配滤波器输出的总和在组合时可提供理想的狄拉克(Dirac)信号特性(即，不存在旁瓣)。
在本发明的一个方面中，可从种子向量W＝[-1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1]产生前同步码内的SFD序列，用来自等式(1)的格雷码a128扩展所述种子向量W＝[-1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1]。因此，可获得SFD序列[-a128 -a128 -a128 a128 -a128 a128 -a128 -a128 -a128]。可在接收器处相干地或差动地检测此SFD序列。在图9中说明经相干检测到的SFD和经差动检测到(DD)的SFD的经匹配滤波器(MF)输出。
在本发明的方面中，可使用1/2速率低密度奇偶校验(LDPC)码来编码标头和数据有效负载。本发明的其它方面支持基于某些其它前向错误校正(FEC)码的对标头和数据有效负载的编码。
前同步码内的信道估计序列(CES)可利用长度为256个样本或长度为128个样本的格雷码的互补对。延迟向量D＝[128 64 32 8 2 16 1 4]和种子向量W＝[1 1 1 1 1 -1 1 1]可用以产生长度为256个样本的以下互补格雷码：
a256＝05C99C5005369CAF05C99C50FAC96350FA3663AFFAC9635005C99C50FAC96350，
(5)
和
b256＝F5396CAOF5C66C5FF5396CAOOA3993AOOAC6935FOA3993AOF5396CAOOA3993AO。
(6)
由等式(5)到(6)给出的互补格雷码对可提供与前同步码序列的低水平交叉相关、16个样本的低旁瓣电平、主要峰值的每一侧上的64个样本的零相关区(ZCZ)，且可使用并行的经格雷匹配的滤波器有效地处理，使得共同的经匹配滤波器可经配置以用于处理CES、整个前同步码和有效负载。
单载波帧结构
单载波(SC)帧结构可类似于图6和图7中所说明的CM帧结构。然而，SC前同步码与CM前同步码相比可较短。SC前同步码可支持两种前同步码模式，即，中型前同步码和短型前同步码。长、中等和短前同步码之间的差可表现为在SYNC字段内、在SFD长度内通过等式(1)给出的格雷序列a128的重复的数目方面，以及在CES字段内来自等式(5)到(6)的格雷序列a256和b256(或替代地，来自等式(1)到(2)的a128和b128序列)的重复的数目方面。
为了实现中等和高数据速率，突发结构可用于数据发射。图10说明突发性SC帧结构的一实例。可首先利用某一前向错误校正(FEC)码来编码SC帧(即，数据包)1002，且可将其映射到π/2-BPSK或π/2-QPSK调制中。之后，如图10中所说明，可将经调制的数据包1002分割为多个数据突发1010。数据突发1010可包含数据部分1014和前面的长度为64个样本或16个样本的已知格雷序列1012(即，导频字(PW))。在两种情况下，突发长度可固定为256个样本。
长度为64的PW可用于苛刻的多路径环境(即，具有大量信道路径的环境)，而长度为16的PW可用于具有极少信道路径的类视线环境(quasi-line-of-sight environment)。对于所有类型的信令来说，序列1020的标头部分可使用长度为64个样本的PW。另一方面，序列1020的数据部分可使用长度为64个样本或16个样本的PW，且可使用一位PW_Flag在序列1020的标头部分内发信号通知PW的长度。举例来说，如果PW_Flag等于0，则PW的长度为64个样本；且如果PW_Flag等于1，则PW的长度为16个样本。
对于64个样本的PW长度来说，用于扩展数据样本的格雷序列a64和b64还可直接用作PW。另一方面，长度为16的PW可使用具有四个样本的ZCZ和四个样本的旁瓣电平的如下格雷互补码对：使用延迟向量D＝[4 8 2 1]和种子向量W＝[1 -1 1 1]所获得的a16＝2D11、b16＝7844。在本发明的一个方面中，可使用格雷类型(a)(即，格雷码a64或a16)的仅一导频字。在本发明的另一方面中，可将数据有效负载分割为若干子块。偶数编号的子块可使用格雷类型(a)码，且奇数编号的子块可使用格雷类型(b)码。
在本发明的一个方面中，例如在图11中所说明的一个方面中，可通过针对数据的偶数子块使用格雷码a和-a同时可针对数据的奇数子块使用格雷码b和-b而进一步将PW随机化。可将数据包1102分割为数据突发1110和1120。如图11中所说明，突发1110可包含数据部分1114和前面的格雷类型(a)码1112，且突发1120可包含数据部分1124和前面的格雷类型(b)码1122。
类似于在图8中所说明的LFSR的LFSR可用于选择扩展序列。举例来说，如果第一LFSR输出为0，则格雷码a可用于扩展以产生子块1132，且如果第一LFSR输出为1，则格雷码-a可用于扩展以产生子块1132。如果第二LFSR输出为0，则序列b可用于扩展以产生子块1134，且如果第二LFSR输出为1，则序列-b可用于扩展以产生子块1134，等等。此特定随机化可使发射信号的频谱白化，且可移除频谱线。随机化还可改进接收器处的时序、频率和信道追踪，这是因为来自序列a64和b64的经匹配滤波器输出的总和在组合时可提供理想的狄拉克脉冲响应。
OFDM帧结构
OFDM前同步码可使用在SC发射方案中用于产生前同步码的同一格雷延迟向量D＝[64 32 8 2 16 1 4]，以便再用相同的硬件资源。在本发明的一个方面中，可连同种子向量W＝[-1 -1 -1 1 -1 j 1]一起使用此特定延迟向量以产生用于OFDM发射方案的以下长度为128的前同步码序列：
aR128＝5063C9FAAF6336FA5063C9FA509CC905，                       (7)
aI128＝FAC9635005C99C50FAC96350FA3663AF，                       (8)
其中aR128为a128序列的实数部分，且aI128为a128序列的虚数部分，因为序列a128为复数序列(即，a128＝aR128+j·aI128)。在本发明的一个方面中，OFDM发射方案可使用2592MHz的取样速率(即，SC发射方案的取样速率的1.5倍)。
可产生由等式(7)到(8)给出的OFDM格雷序列a128以具有以下性质：实数部分和虚数部分两者上的零平均值，从而允许容易的DC偏移估计；主要峰值的每一侧上的32个样本的零相关区(ZCZ)；ZCZ外的16个样本的低旁瓣电平。此外，OFDM格雷序列a128可允许在接收器处有效地使用并行的经格雷匹配的滤波，以及滤波之后的低峰均功率比(即，小于3dB)。
OFDM前同步码内的信道估计序列(CES)可使用长度为512个样本的相容的互补格雷码。举例来说，延迟向量D＝[256 128 64 32 8 2 16 1 4]和种子向量W＝[-1 -j -1 j j 1 1 -j j]可用以产生以下互补复数格雷码：
aR512＝
FF69990FA533C355009666FOA533C3555A333C55FF9699F05A333C550069660FFF，
69990FA533C355009666FOA533C355A5CCC3AA0069660FA5CCC3AAFF9699FO
(9)
aI512＝
5A333C55FF9699FOA5CCC3AAFF9699F0009666F05ACC3CAA009666FOA533C3
，
555A333C55FF9699FOA5CCC3AAFF9699FOFF69990FA533C355FF69990F5ACC3
CAA
(10)
bR512＝
OF9969FF55C333A5F066960055C333A5AAC3CCA50F666900AAC3CCA5F09996F，
FOF9969FF55C333A5F066960055C333A5553C335AF09996FF553C335AOF666900
(11)
bI512＝
AAC3CCA50F666900553C335AOF666900F0669600AA3CCC5AF066960055C333A
。
5AAC3CCA50F666900553C335AOF6669000F9969FF55C333A50F9969FFAA3CCC
5A
(12)
由等式(9)到(10)和(11)到(12)给出的复数格雷码可具有以下性质：与前同步码序列的低水平交叉相关、36个样本的低旁瓣电平、主要峰值的每一侧上的128个样本的ZCZ，且可允许接收器处有效的并行的经格雷匹配的滤波，其中单一经匹配滤波器可经配置以用于检测CES和前同步码的剩余部分。此外，由等式(9)到(10)和等式(11)到(12)给出的两个复数格雷码可与前同步码相容，即，前同步码的延迟向量可包括于CES的延迟向量中。在本发明的一个方面中，单一可配置的并行的经匹配滤波器可用于检测用于SC发射方案和OFDM发射方案两者的前同步码内的所有序列。
对于OFDM发射来说，前同步码序列可具有为256个样本的长度，且可使用长度为512个样本的CES序列的相容集合。可使用延迟向量D＝[128 64 32 8 2 16 1 4]和种子向量W＝[1 j 1 j -1 1 j j]而产生长度为256个样本的以下复数前同步码序列：
aR256＝
66F00096660F00693C555A33C355A533990FFF6999FOFF963C555A33C355A533，
(13)
aI256＝
C3AAA5CCC355A53366F0009699FOFF963C555A333CAA5ACC66F0009699FOFF96，
(14)
而使用延迟向量D＝[256 128 64 32 8 2 16 1 4]和种子向量W＝[1 -j 1 j j 1 1 -j j]所产生的长度为512的复数CES序列的相容集合可为：
aR512＝
FF69990FA533C355FF69990F5ACC3CAA5A333C55FF9699FOA5CCC3AAFF9699
，
FO009666F05ACC3CAA009666FOA533C3555A333C55FF9699FOA5CCC3AAFF96
99FO
(15)
aI512＝
5A333C55FF9699F05A333C550069660F009666F05ACC3CAAFF69990F5ACC3CA
，
AA5CCC3AA0069660FA5CCC3AAFF9699F0009666F05ACC3CAAFF69990F5ACC
3CAA
(16)
bR512＝
OF9969FF55C333A50F9969FFAA3CCC5AAAC3CCA50F666900553C335AOF6669
，
00F0669600AA3CCC5AF066960055C333A5AAC3CCA50F666900553C335AOF666
900
(17)
bI512＝
AAC3CCA50F666900AAC3CCA5F09996FFF0669600AA3CCC5AOF9969FFAA3CC
。
C5A553C335AF09996FF553C335AOF666900F0669600AA3CCC5AOF9969FFAA3C
CC5A
(18)
统一帧结构
共模(CM)发射方案实现不同模式(例如单载波(SC)模式与高速接口(HSI)OFDM模式)之间的共存。然而，无线系统可进一步经配置而以载波感测多址/冲突避免(CSMA/CA)模式操作，所述模式为在使用空闲信道评估(Clear Channel Assessment，CCA)的电气和电子工程师协会(IEEE)802.11协议中所使用的模式。订户装置可能能够通过检测前同步码并通过从前同步码确定帧的持续时间而确定发射媒体是否繁忙。一旦订户装置知晓帧长度，则还将知晓媒体将在特定时间周期内处于使用中。
为了促进IEEE 802.15.3规范中的超帧的竞争接入周期(CAP)部分中的操作，可使用图12中所说明的统一帧格式1210，其中IEEE 802.15.3超帧可包含至少一个统一帧1210。可使用SC方案发射帧1210的前同步码1212，而帧1210可为SC帧或OFDM帧。关于共模，前同步码1212可使用相同序列，但包括SFD字段的每一字段中的序列的重复的数目可变化。可以(例如)F＝1728MHz的SC码片速率发射前同步码1212。
可使用共同短标头1214，以便允许订户装置确定发射媒体为繁忙的时长。可以SC码片速率发射共同短标头1214，且可包含图13中所说明的以下字段：帧长度字段1302、调制和编码方案(MCS)字段1304、指示是SC还是OFDM发射方案用于帧1210的发射的SC/OFDM位1306、保留(RES)字段1308和循环冗余检验(CRC)字段1310。可以八字节给出在帧长度字段1302内所规定的帧长度。
MCS字段1304的值和关于帧长度的信息可使得订户装置能够计算帧持续时间。或者，共同短标头1214可含有采用一些单位(例如，以毫秒为单位)的帧持续时间。SC发射模式可使用各种MCS。视利用哪一MCS而定，可实现不同数据速率，例如350Mbps、700Mbps、1.5Gbps和3Gbps。
可在前向错误校正(FEC)编码(例如，低密度奇偶校验(LDPC)编码)后，在两个突发中发射共同短标头1214。如图13中所说明，可从1/2速率LDPC码产生经缩短的LDPC码。第一步骤可实现将288个零附加到短标头1214的48个位。第二步骤可实现使用1/2速率LDPC(672，336)码编码短标头1214。在丢弃所述288个零后，所得码可缩短为LDPC(384，48)码。第三步骤可实现在第一数据时隙中发射前192个位(即，可为格雷码a64的PW 1314和共同标头部分1312)且在第二数据时隙中发射剩余192个位(即，可为格雷码a64的PW 1318和共同标头部分1316)。
返回参看图12，共同短标头1214后面的短防护间隔1216可允许从SC码片速率切换到OFDM码片速率(例如，从F＝1728MHz切换到1.5F＝2592MHz)。可使用对应的码片速率以SC模式或以OFDM模式发射帧1210的剩余部分1218(即，标头和数据部分)。
可通过能够执行对应功能的任何合适装置来执行上文所描述的方法的各种操作。所述装置可包括各种硬件和/或软件组件和/或模块，其包括(但不限于)电路、专用集成电路(ASIC)或处理器。一般来说，在存在图中所说明的操作的地方，那些操作可具有具类似编号的对应的对等装置加功能组件。举例来说，图5中所说明的块510到540对应于图5A中所说明的电路块510A到540A。
如本文中所使用，术语“确定”包含广泛多种动作。举例来说，“确定”可包括推算、计算、处理、导出、调查、查找(例如，在表、数据库或另一数据结构中查找)、断定等。而且，“确定”可包括接收(例如，接收信息)、存取(例如，存取存储器中的数据)等。而且，“确定”可包括解析、选择、挑选、建立等。
可通过能够执行所述操作的任何合适装置(例如，各种硬件和/或软件组件、电路和/或模块)来执行上文所描述的方法的各种操作。一般来说，可通过能够执行所述操作的对应功能装置来执行图中所说明的任何操作。
可使用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列信号(FPGA)或其它可编程逻辑装置(PLD)、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件，或其经设计以执行本文所描述的功能的任何组合来实施或执行结合本发明所描述的各种说明性逻辑块、模块和电路。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何市售处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或一个以上微处理器，或任何其它此类配置。
结合本发明所描述的方法或算法的步骤可直接以硬件、以由处理器执行的软件模块或以两者的组合来体现。软件模块可驻留于在此项技术中已知的任何形式的存储媒体中。可使用的存储媒体的一些实例包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、快闪存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可装卸磁盘、CD-ROM等。软件模块可包含单一指令或许多指令，且可分布于若干不同程序代码区段上、在不同程序当中以及多个存储媒体上。存储媒体可耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息和向存储媒体写入信息。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体。
本文中所揭示的方法包含用于实现所描述方法的一个或一个以上步骤或动作。在不偏离权利要求书的范围的情况下，方法步骤和/或动作可彼此互换。换句话说，除非规定步骤或动作的特定次序，否则可在不偏离权利要求书的范围的情况下修改特定步骤和/或动作的次序和/或使用。
所描述的功能可以硬件、软件、固件或其任何组合来实施。如果以软件来实施，则所述功能可作为一个或一个以上指令存储于计算机可读媒体上。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。以实例而非限制的方式，所述计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以载运或存储呈指令或数据结构形式的所要程序代码并可由计算机存取的任何其它媒体。如本文中所使用，磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和Blu-ray
Figure BPA00001329166700161
光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。
因此，某些方面可包含用于执行本文中所呈现的操作的计算机程序产品。举例来说，此计算机程序产品可包含上面存储(和/或编码)有指令的计算机可读媒体，所述指令可由一个或一个以上处理器执行以执行本文中所描述的操作。对于某些方面，计算机程序产品可包括封装材料。
还可经由发射媒体来发射软件或指令。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)，或例如红外线、无线电和微波等无线技术从网站、服务器或其它远程源发射软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL，或例如红外线、无线电和微波的无线技术均包括于发射媒体的定义中。
此外，应了解，在适用时，可通过用户终端和/或基站下载和/或以其它方式获得用于执行本文中所描述的方法和技术的模块和/或其它适当装置。举例来说，此装置可耦合到服务器以促进用于执行本文中所描述的方法的装置的传递。或者，可经由存储装置(例如，RAM、ROM、例如压缩光盘(CD)或软盘等物理存储媒体等)来提供本文中所描述的各种方法，使得用户终端和/或基站在将存储装置耦合或提供到装置后即刻可获得所述各种方法。此外，可利用用于将本文中所描述的方法和技术提供到装置的任何其它合适技术。
应理解，权利要求书不限于上文所说明的精确配置和组件。在不偏离权利要求书的范围的情况下，可在上文所描述的方法和设备的布置、操作和细节方面作出各种修改、改变和变化。

Claims (43)

1.一种用于无线通信的方法，其包含：
产生前同步码和数据有效负载；以及
发射包含所述前同步码和所述数据有效负载的帧，其中以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案发射所述前同步码，且以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案发射所述数据有效负载。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二码片速率比所述第一码片速率高1.5倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其中通过使用一个或一个以上格雷码而产生所述前同步码或所述数据有效负载。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述前同步码包含同步(SYNC)序列、开始帧定界符(SFD)和信道估计序列(CES)，且其中均通过使用格雷码而扩展所述SYNC、所述SFD和所述CES。
5.根据权利要求1所述的方法，其中发射所述帧包含在由微微网控制器界定的超帧的竞争接入周期(CAP)中进行发射。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包含：
在所述帧内产生短标头；以及
发射所述前同步码之后的所述短标头，其中以所述第一码片速率根据所述SC发射方案发射所述短标头。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述短标头包含指示所述帧的持续时间的信息。
8.根据权利要求6所述的方法，其中通过使用低密度奇偶校验(LDPC)编码而产生所述短标头。
9.一种用于无线通信的设备，其包含：
产生器，其经配置以产生前同步码和数据有效负载；以及
发射器，其经配置以发射包含所述前同步码和所述数据有效负载的帧，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案而被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案而被发射。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述第二码片速率比所述第一码片速率高1.5倍。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述前同步码或所述数据有效负载是通过使用一个或一个以上格雷码而产生。
12.根据权利要求9所述的设备，其中所述前同步码包含同步(SYNC)序列、开始帧定界符(SFD)和信道估计序列(CES)，且其中所述SYNC、所述SFD和所述CES均通过使用格雷码而被扩展。
13.根据权利要求9所述的设备，其中所述经配置以发射所述数据帧的发射器包含经配置以在由微微网控制器(PNC)界定的超帧的竞争接入周期(CAP)中进行发射的电路，其中所述设备和所述PNC处于同一微微网中。
14.根据权利要求13所述的设备，其进一步包含：
产生电路，其经配置以在所述帧内产生短标头；以及
经配置以发射所述前同步码之后的所述短标头的电路，其中所述短标头以所述第一码片速率根据所述SC发射方案而被发射。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述短标头包含指示所述帧的持续时间的信息。
16.根据权利要求14所述的设备，其中所述短标头是通过使用低密度奇偶校验(LDPC)编码而产生。
17.一种用于无线通信的设备，其包含：
用于产生前同步码和数据有效负载的装置；以及
用于发射包含所述前同步码和所述数据有效负载的帧的装置，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案而被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案而被发射。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述第二码片速率比所述第一码片速率高1.5倍。
19.根据权利要求17所述的设备，其中所述前同步码或所述数据有效负载是通过使用一个或一个以上格雷码而产生。
20.根据权利要求17所述的设备，其中所述前同步码包含同步(SYNC)序列、开始帧定界符(SFD)和信道估计序列(CES)，且其中所述SYNC、所述SFD和所述CES均通过使用格雷码而被扩展。
21.根据权利要求17所述的设备，其中所述用于发射所述帧的装置包含用于在由微微网控制器(PNC)界定的超帧的竞争接入周期(CAP)中进行发射的装置，其中所述设备和所述PNC处于同一微微网中。
22.根据权利要求21所述的设备，其进一步包含：
用于在所述帧内产生短标头的装置；以及
用于发射所述前同步码之后的所述短标头的装置，其中所述短标头以所述第一码片速率根据所述SC发射方案而被发射。
23.根据权利要求22所述的设备，其中所述短标头包含指示所述帧的持续时间的信息。
24.根据权利要求22所述的设备，其中所述短标头是通过使用低密度奇偶校验(LDPC)编码而产生。
25.一种用于无线通信的计算机程序产品，其包含计算机可读媒体，所述计算机可读媒体包含可执行以执行以下操作的指令：
产生前同步码和数据有效负载；以及
发射包含所述前同步码和所述数据有效负载的帧，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案而被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案而被发射。
26.一种无线节点，其包含：
至少一个天线；
产生器，其经配置以产生前同步码和数据有效负载；以及
发射器，其经配置以经由所述至少一个天线发射包含所述前同步码和所述数据有效负载的帧，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案而被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案而被发射。
27.一种用于无线通信的方法，其包含：
接收包含前同步码和数据有效负载的帧，其中以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案经由无线信道而发射所述前同步码，且以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案而发射所述数据有效负载；以及
检测所述前同步码和所述数据有效负载。
28.根据权利要求27所述的方法，其中检测所述前同步码和所述数据有效负载包含使用共同的可配置并行经匹配滤波器对所述帧进行滤波。
29.根据权利要求28所述的方法，其中均使用所述共同的可配置并行经匹配滤波器来检测所述前同步码的同步(SYNC)序列、开始帧定界符(SFD)和信道估计序列(CES)。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所述第二码片速率比所述第一码片速率高1.5倍。
31.根据权利要求27所述的方法，其中所述前同步码包含格雷码。
32.一种用于无线通信的设备，其包含：
接收器，其经配置以接收包含前同步码和数据有效负载的帧，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案经由无线信道而被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案而被发射；以及
检测器，其经配置以检测所述前同步码和所述数据有效负载。
33.根据权利要求32所述的设备，其中所述经配置以检测所述前同步码和所述数据有效负载的检测器包含经配置以使用共同的可配置并行经匹配滤波器对所述帧进行滤波的电路。
34.根据权利要求33所述的设备，其中所述前同步码的同步(SYNC)序列、开始帧定界符(SFD)和信道估计序列(CES)均使用所述共同的可配置并行经匹配滤波器来检测。
35.根据权利要求32所述的设备，其中所述第二码片速率比所述第一码片速率高1.5倍。
36.根据权利要求32所述的设备，其中所述前同步码包含格雷码。
37.一种用于无线通信的设备，其包含：
用于接收包含前同步码和数据有效负载的帧的装置，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案经由无线信道而被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案而被发射；以及
用于检测所述前同步码和所述数据有效负载的装置。
38.根据权利要求37所述的设备，其中所述用于检测所述前同步码和所述数据有效负载的装置包含用于使用共同的可配置并行经匹配滤波器对所述帧进行滤波的装置。
39.根据权利要求38所述的设备，其中所述前同步码的同步(SYNC)序列、开始帧定界符(SFD)和信道估计序列(CES)均使用所述共同的可配置并行经匹配滤波器来检测。
40.根据权利要求37所述的设备，其中所述第二码片速率比所述第一码片速率高1.5倍。
41.根据权利要求37所述的设备，其中所述前同步码包含格雷码。
42.一种用于无线通信的计算机程序产品，其包含计算机可读媒体，所述计算机可读媒体包含可执行以执行以下操作的指令：
接收包含前同步码和数据有效负载的帧，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案经由无线信道而被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案而被发射；以及
检测所述前同步码和所述数据有效负载。
43.一种无线节点，其包含：
至少一个天线；
接收器，其经配置以经由所述至少一个天线接收包含前同步码和数据有效负载的帧，其中所述前同步码以第一码片速率根据单载波(SC)发射方案经由无线信道而被发射，且所述数据有效负载以不同于所述第一码片速率的第二码片速率根据正交频分多路复用(OFDM)发射方案而被发射；以及
检测器，其经配置以检测所述前同步码和所述数据有效负载。
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