CN103210621B - 在噪声介质上进行通信的鲁棒前导码 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一些技术，这些技术涉及利用数据包进行数据通信，该数据包具有至少一个帧，该帧带有用于介质上的一种前导码，该介质具有高度的非静态噪声(例如，脉冲噪声)。所描述的技术使用具有一种结构的前导码，该结构在前导码区段之间具有多个过渡带。每个过渡带指示即将来临的帧的开始。利用本文描述的技术，如果噪声破坏了这些区段之间的过渡带，以致于完全无法识别，接收器仍可以从该未破坏的过渡带的一个或多个中确定帧开始时刻。因此，经过噪声介质的通信鲁棒性显著地得到提高。伴随本摘要提交的是理解它不用于解释或限制权利要求的范围或含义。

Description

在噪声介质上进行通信的鲁棒前导码
相关申请
本申请要求2011年2月3日提交的美国临时专利申请序列号61/439,289和2010年8月27日提交的美国临时专利申请序列号61/377,911的优先权的权益，这些披露通过引用结合在此。
背景
多点到多点网络(例如，自组织网络或网状网络)中的数据包传输一般通过发送一个或多个数据包来设置。常常要对数据包进行编码并调制。另外，数据包通常包括至少一个帧。每个帧的前面加上一个前导码。前导码的主要目的包括1)使帧的接收器能够在传输介质中检测该帧，2)调整接收器(例如，模拟前端(AFE))的增益，并使时钟同步以便在希望时接收该帧。该帧还具有携带信息的头部，这种信息帮助接收器对该帧进行寻址、解调制和解码。
由于它们的普遍性，输电线越来越多地用作很多网络的传输介质。不幸的是，对于数据通信而言，输电线是一种名声较差的噪声介质。噪声干扰了数据包的所有部分，包括前导码。如果噪声删掉或严重破坏前导码或它的一些部分，整个数据包通常就会丢失。脉冲噪声(瞬时的和重复性的)破坏前导码，足以使数据包丢失，这是很普遍的。针对数据包丢失，重复性脉冲噪声是最为隐蔽的，因为数据包的重发不足以从数据包丢失中进行恢复。
提高前导码的鲁棒性的传统方法通常对静态噪声(例如，白高斯噪声，WGN)是有效的。前导码中使用的信号被选择用于具有高自相关特性；因此，在存在大量静态噪声时可以识别它们。
所以，提高前导码鲁棒性的传统方法对噪声通信介质(像输电线)是无效的，输电线的特征是具有非静态噪声(例如，脉冲噪声)，而不是静态噪声。
发明概述
本文描述了一些技术，这些技术涉及利用数据包进行数据通信，该数据包具有至少一个帧，该帧带有在介质上使用的一个前导码，这种介质具有高度的非静态噪声(例如，脉冲噪声)。所描述的技术使用具有一种结构的前导码，该结构在前导码区段之间具有多个过渡带。每个过渡带指示即将来临的帧的开始。利用本文描述的技术，如果噪声破坏了这些区段之间的过渡带，以致于完全无法识别，接收器仍可以从未破坏的过渡带的一个或多个中确定帧开始时刻。因此，该前导码对例如非静态噪声更为鲁棒。在本专利申请说明书中，前导码有时因而也称为“鲁棒”前导码。经过噪声介质的通信的鲁棒性显著地得到提高。
独立权利要求在不同方面定义了本发明。从属权利要求定义了本发明的多个实施例。
在一个第一方面，本发明包含一种多载波通信设备。该设备包括一个前导码构造单元，该前导码构造单元被配置用于构造一个帧的前导码。该前导码构造单元被配置用于构造该前导码以便在一个或多个符号的多个顺序前导码区段之间包括至少两个过渡带。进一步地，该设备包括一个多载波传输单元，该多载波传输单元被配置用于在该前导码与其相关联的通信介质上传输该帧。在一个实施例中，该前导码被构造为使得每个过渡带位于该多个顺序前导码区段的两个前导码区段之间。相比于传统设备，在该第一方面，本发明的多载波通信设备的至少一个效果是传输的前导码对噪声尤其是非静态噪声可以更有抵抗性或更鲁棒。
在该第一方面，在根据本发明的一个实施例中，该前导码构造单元被进一步配置用于至少部分地根据至少一个前导码参数来构造该前导码，该前导码参数选自下组，该组的构成为：这些顺序前导码区段的数量和针对每个这些区段的符号的指定数量。
在该第一方面中，在根据本发明的一个实施例中，该前导码构造单元被进一步配置用于构造该前导码，以便每个前导码区段由多个前导码符号连接，这些前导码符号不同于它的一个或多个相邻顺序区段的前导码符号。在一个实施例中，该前导码构造单元被配置用于构造该前导码，以便用于该顺序区段序列中的这些区段的任意两个前导码符号是不同的。
在该第一方面中，在根据本发明的一个实施例中，该多载波传输单元进一步被配置用于利用正交频分复用(OFDM)进行传输。
在该第一方面中，在根据本发明的一个实施例中，该前导码构造单元被进一步配置用于用一系列重复的前导码符号来构造该多个顺序前导码区段的至少一个区段。
在该第一方面中，在根据本发明的一个实施例中，该前导码构造单元进一步被配置用于用一个或多个非前导码符号来构造该多个顺序前导码区段的至少一个区段。
在该第一方面中，在根据本发明的一个实施例中，该多载波传输单元被进一步配置用于传输具有由伪随机二进制序列(PRBS)和/或利用具有非零自相关属性的调制序列来调制的多个符号的该前导码。
因此在一个实施方式中，一种多载波通信设备可以包括一个前导码构造单元，该单元被配置用于至少部分地根据多个前导码参数构造一个帧的一个鲁棒前导码。该鲁棒前导码可以被构造用于在一个或多个符号的多个顺序前导码区段之间包括至少两个过渡带，其中每个前导码区段通过多个前导码符号相连接，这些前导码符号不同于它的一个或多个相邻顺序区段的前导码符号。该实施方式还可以包括一个多载波传输单元，该单元被配置用于在一种通信介质上传输该帧，该介质上预装了该鲁棒前导码。
在一个第二方面，本发明包括一种方法，该方法包括：构造一个前导码以便在一个或多个符号的多个顺序前导码区段之间包括至少两个过渡带，其中每个前导码区段通过多个前导码符号相连接，这些前导码符号不同于前一个区段的前导码符号；获得仍然将要传输的帧；并且传输与该帧相关的构造前导码。
在该第二方面中，在根据本发明的一个实施例中，该方法包括获得多个前导码参数。在本实施例中，该前导码可以至少部分地根据这些前导码参数来构造，其中这些前导码参数选自下组，该组的构成为：这些顺序前导码区段的数量和针对每个这些区段的符号的指定数量。
在该第二方面中，在根据本发明的一个实施例中，该传输至少部分地通过利用正交频分复用(OFDM)来执行。
在该第二方面中，在根据本发明的一个实施例中，该构造包括用一系列重复前导码符号来创建该多个顺序前导码区段的至少一个区段。
在该第二方面中，在根据本发明的一个实施例中，该构造包括用一个或多个非前导码符号来创建该多个顺序前导码区段的至少一个区段。
在该第二方面中，在根据本发明的一个实施例中，该传输包括发送该前导码，其方式是通过伪随机二进制序列(PRBS)和/或利用具有非零自相关属性的调制序列来调制多个符号。在一个具体实施例中，具有高自相关属性的调制序列用作该调制序列。
因此，在另一个实施方式中，一个过程可以获得多个鲁棒前导码参数，并至少部分地根据多个前导码参数构造一个鲁棒前导码，其中该鲁棒前导码被构造用于在一个或多个符号的多个顺序前导码区段之间包括至少两个过渡带，其中每个前导码区段由多个前导码符号连接，这些前导码符号不同于前一个区段的前导码符号。而且，该实施方式可以获得仍然将要传输的帧，并且传输预装到该帧上的构造的鲁棒前导码。
在一个第三方面，本发明包括存储处理器可执行指令的一种计算机可读介质。当执行时这些指令使得一个或多个处理器执行多个操作，这些操作帮助通过噪声通信介质成功接收数据包。这些操作包括接收数据包的前导码。该前导码被构造用于在一个或多个符号的多个顺序前导码区段的每个区段之间包括多个过渡带。每个前导码区段通过多个前导码符号相连接，这些前导码符号不同于前一个区段的前导码符号。这些操作进一步包括定位顺序区段之间的该多个过渡带的至少一个；至少部分地基于该多个过渡带中被定位的那个过渡带，同步该前导码的数据包的帧的开始；并且基于该帧的开始的同步来接收该帧。
在该第三方面，在根据本发明的一个实施例中，该同步操作包括执行至少这些动作：识别多个前导码符号；检测多个后续前导码符号中的变化；至少部分地基于该检测到的变化来定位区段之间的该多个过渡带中的至少一个；确定该多个过渡带中哪一个已经被定位；并且至少部分地基于该多个过渡带中被定位的那个过渡带来计算该帧的开始。
在该第三方面，在根据本发明的一个实施例中，该计算至少部分地基于多个前导码参数，并且其中这些前导码参数选自下组，该组的构成为：这些顺序前导码区段的数量和针对每个这些区段的符号的指定数量。
在该第三方面，在根据本发明的一个实施例中，该接收至少部分地利用正交频分复用(OFDM)来执行。
在该第三方面，在根据本发明的一个实施例中，该定位包括定位一个过渡带，而不是该多个过渡带的第一过渡带。
在该第三方面，在根据本发明的一个实施例中，一个区段的前导码符号与至少一个其他区段的前导码符号相反。
在该第三方面，在根据本发明的一个实施例中，该多个过渡带的至少一个被该通信介质上的噪声破坏，完全无法识别。
因此，在又一个实施方式中，包括一种存储处理器可执行指令的计算机可读介质，当执行时这些指令使得一个或多个处理器执行多个操作，这些操作帮助成功接收通过噪声通信介质的数据包，这些操作可以包括接收数据包的前导码，其中当传输时该前导码被构造用于在一个或多个符号的多个顺序前导码区段的每个区段之间包括多个过渡带，其中每个前导码区段通过多个前导码符号相连接，这些前导码符号不同于前一个区段的前导码符号，并且定位顺序区段之间的该多个过渡带的至少一个。进一步该操作可以包括至少部分地基于该多个过渡带中被定位的那个过渡带来同步该前导码的数据包的帧的开始，并且包括基于该帧的开始的同步来接收该帧。
伴随本概述提交的是理解它不用于解释或限制权利要求的范围或含义。本概述无意于识别所声明的主题的关键特征或本质特征，也无意于用作帮助确定所声明主题的范围。
附图简要说明
图1展示了在多载波通信系统(例如基于正交频分复用(OFDM)的系统)中使用的典型数据包的相关部分。
图2展示了根据本文描述的技术构建的数据包，并且该数据包可以采用多载波方法来实施，例如基于OFDM的系统。
图3展示了具有一个帧的一个数据包，该帧包括它的有效载荷和头部。
图4描绘了根据本文所描述技术的另一个实施方式的数据包，并且该数据包可以采用多载波方法来实施，例如基于OFDM的系统。
图5展示了根据一个具体实施方式的带有一个帧的一个数据包。
图6展示了一种示例性联网通信体系，在该体系中可以使用本文所描述技术的一个或多个实施方式。
图7展示了被配置用于实施本文所描述技术的示例性网络装置。
图8和图9是被配置用于实施本文所描述技术的处理过程的流程图。
详细的描述参见附图。在这些图示中，参考编号的最左侧数字表示该参考编号在其中首次出现的图。贯穿附图的相同编号用于引用类似的元件和组件。另外，需要注意的是，小于10点的任意文本仅仅是用于指示文本出现在所描绘图示中的位置。因为这些文本只是文本可能出现位置的表示，这些文本的内容对理解所描绘的实施方式而言不是十分重要。
详细说明
本文描述了一些技术，这些技术涉及利用具有帧的数据包的通信，这些帧具有在噪声介质上通信的鲁棒前导码。具体而言，鲁棒前导码被设计用在具有高非静态噪声(例如，脉冲噪声)的介质上。本文描述的技术使用具有一种结构的鲁棒前导码，该结构允许存在强脉冲噪声时进行操作，这种强脉冲噪声会以其他方式破坏前导码，足以使它的数据包无法使用。
利用本文描述的本这些技术的一个或多个实现方式，前导码具有多个区段，这些区段的构造方式是当帧将要开始时这些区段以及这些区段之间的过渡带传输与参考时间有关的知识。利用这些实现方式，如果噪声破坏这些区段之一和/或这些区段之间的过渡带以致于完全无法识别，接收器仍然可以从一个或多个未破坏的区段和/或过渡带确定帧开始时间。因此，噪声介质中通信的鲁棒性得到了显著提高。
示例性实施方式和操作
正交频分复用(OFDM)常常用作各种通信介质的数字多载波调制方法。基于OFDM的联网/传输系统利用多个子载波将信息从一个特定节点传输至另一个。OFDM有时指代多载波或离散多音调制。基于OFDM的系统将高速串行信息信号分为多个低速子信号，该系统在不同频率上并行地同时传输这些信号。
该方法正交的，因为间隔阻止了解调器观察到除了它们自己频率以外的频率。OFDM的好处是具有高频谱效率，抗RF干扰，以及较低的多径失真。这是有用的，因为在典型的地面广播情况中，存在很多多径信道(即，所传输的信号利用不同长度的各种路径到达接收器)。由于存在信号间干扰(码间干扰(ISI))的多个版本，很难提取出原始信号。
图1展示了用在基于OFDM系统中使用的典型数据包100的相关部分。数据包100包括一个帧，该帧包括它的带有头部120的有效载荷110。前导码130预先安装到该帧上。前导码130包含若干连续重复符号(在132以S1表示)，它们以不同符号(在134上以S2表示)结束。S2符号134通常与符号S1相反。在所有子载波上，S2符号具有S1符号的跳变相位。跳变符号134指示了用于该帧的开始的参考点(即，帧头部120的第一符号)。
不幸的是，如果噪声删除了传输符号跳变140的时段，将不能够检测到帧的开始就并且传输的数据包通常会丢失。符号跳变140是前导码130从多个S1符号132向单个跳变的S2符号134过渡的点。如果脉冲噪声150在符号跳变140期间突然出现，这种突然出现可能破坏和/或删除过多的前导码130，以致于接收器再也不能识别出从132的最后一个S1符号向单独的S2符号134的过渡带。因此，接收器不能确定帧的开始的位置(例如，帧头部120的第一符号)并丢失了数据包。
与传统方法(与基于OFDM的方法一起使用)不同的是，本文描述的技术的一个或多个实现方式修改了基于OFDM的方法的前导码，这样新的前导码包括多个(例如，两个或更多个)过渡带。也就是说，构造新的前导码以便存在帧的即将来临的开始的多于一个标识符(例如，过渡带)。因此，如果脉冲噪声破坏了一个过渡带，其他一个或多个过渡带也足以指示即将来临的帧开始。
图2展示了根据本文描述的技术构造的数据包200，并且该数据包可以采用多载波方法来实现，例如基于OFDM的系统。数据包200包括具有其有效载荷210的帧，该帧具有头部220。前导码230预装至该帧。前导码230包含一系列至少三个连续区段，236、232和234，顺序从左到右。每个区段的符号不同于其他区段的符号。前两个区段的每个具有其自己的重复的或复制的前导码符号集。第一区段236的符号以S0表示，并且不同于以S1表示的第二区段232的符号。第二区段232之后是至少一个符号(以S2表示)的末尾区段234，该符号不同于第二区段的符号。
第一区段236具有预定数量N0的多载波(例如，OFDM)符号。同样，第二区段232和末尾区段234具有定义数量的多载波符号，分别是N1和N2。对于图2中所描绘的实例，N0＝5，N1＝5，而N2＝1。当然，多个区段的每个区段的值N可以根据实施方式而变化。
基于前导码的多个区段的每个区段的值N的知识，接收器可以在检测(即，定位或识别)一个区段和下一个区段之间的过渡带时确定帧的开始(即，帧头部220的第一符号)。例如，区段236和区段232之间的过渡带242指示帧将在对N1+N2个多载波符号计数后开始，这些载波符号等于图2中所示的6个符号。另外，例如区段232和区段234之间的过渡带240指示帧将在对N2个多载波符号计数后开始，这些载波符号是图2中所示的1符号。因此，在一个实施例中，被构建用于在一个或多个符号的多个顺序前导码区段之间包括至少两个过渡带的前导码可以利用两个过渡带来构建，其中这两个过渡带中的第一个在第一前导码区段之后，而这两个过渡带中的第二个在第二前导码区段之后，第二前导码区段在第一前导码区段之后。
例如，如果在该时间段(期间传输过渡带240)中噪声破坏了信号，该过渡带起不到帧开始指示符的作用。然而，与传统方法不同的是，丢失一个过渡带不意味着丢失整个帧。相反，可以基于另一个过渡带的成功接收来预计帧的开始。在此实例中，过渡带242的接收能够定位帧开始的位置(即，帧头部220的第一符号)。
另外，为了提高过渡带之间的差异，在第二过渡带240之后可以添加至少一个附加的S2符号。也就是说，附加的S2符号可以添加到前导码的第三区段234的一部分上(如图2中所示)。因此，第二过渡带240将具有例如模式S1-S2-S2。相同的原则可以用于第一过渡带242。这可以帮助检测使用较大窗口尺寸的过渡带。帮助识别第二过渡带240的另一种方式是使用与前导码的第一和第二区段中所用多载波符号数量不同的载波符号。
强重复脉冲噪声在输电线中是常见的。如果这种重复脉冲噪声的频率是已知的或可以预计，那么前导码参数(例如，过渡带数量、符号区段数量、以及每个区段的相关值N)可以设置为至少一个过渡带有可能避免被周期性重复脉冲噪声破坏。
图3展示了具有帧310的数据包200，该帧包括它的有效载荷和头部(它们在图3中未示出)。前导码230具有两个过渡带242和240。第一过渡带242和第二过渡带240之间的时间间隔T大于周期性重复脉冲噪声的持续时间TIMP。利用这种设置，前导码230完全免受重复性脉冲噪声的破坏。
尽管只有两个过渡带和三个符号区段在图2和图3中示出并在文本进行描述，但其他实施方式可以使用多于仅两个的过渡带和多于仅三个的符号区段。另外，其他实施方式可以使用与本文绘制和描述的不同的区段N值。当然，附加的过渡带和区段增加了噪声通信介质上数据包丢失的保护程度。
本文描述的技术是后向兼容的。例如，如果接收器只能够使用传统单过渡带前导码的传统装置(如图1中所描绘)，该传统装置可以继续与新的多过渡带前导码进行操作。
多载波前导码符号(例如，S0、S1和S2)的信号的各种实施方式是可能的，这些方式包括(但不限于)线性调频信号、由伪随机二进制序列(PRBS)调制的多载波(例如ODFM)符号、和/或利用调制序列的符号(具有高或非零自相关属性)。在一个或多个实施方式中，多载波前导码符号的信号由多载波(例如，ODFM)符号的不同音调上使用的相同调制功能来实现。
例如，以下是多载波前导码符号(例如，S0、S1和S2)的一种实施方式：
S0通过只有偶数音调的调制过程来实现；
S1使用在偶数音调上与S0相反且在奇数音调上与S0相同的调制；并且
S2使用在所有音调上与S1相反的调制。
图4描绘了另一个实施方式的数据包200。偶数音调410和奇数音调420的调制示于图4中。在这种实施方式中，S0调制第一区段236的所有音调(例如，410和420)。S1＝-S并且分别调制第二和第三区段232和234的所有偶数音调。S0调制第二区段232的所有奇数音调。S2＝S1并且调制第三区段234的所有音调。
在又一个实施方式中，相同类型的信号可以用于前导码的不同部分。例如，将多载波前导码符号(例如，S0、S1和S2)的信号设置为以下值：
S0用于第一区段236的所有音调；
S1＝-S0用于第二区段232的所有音调；并且
S2＝S0用于第三区段234的所有音调。
利用这种设置，两个过渡带都可以检测到，但很难在第一过渡带242和第二过渡带240之间进行区分。为了减轻这种不确定性，可以使用“试错法”。也就是说，接收器基于第一检测到的过渡带开始对帧进行检测。然后，如果该帧未被检测到就放弃它并尝试第二过渡带。在其他实施方式中，前导码的一些音调不携带任何过渡带以改善信道估计(导频音调)。
在又一个实施方式中，多载波前导码符号(例如，S0、S1和S2)的信号可以采用以下方式处理：
S0作为反向的S1(-S1)来生成，其中移除了所有偶数或所有奇数音调。因此每个使能的子载波携带相对于S1的相应子载波相反的调制；
所有奇数和偶数子载波由S1调制；并且
所有的奇数和偶数子载波由反向的S1(S2＝-S1)来调制。
图5展示了具有帧310的数据包200。前导码230具有两个过渡带242和240。T是第一过渡带242和第二过渡带240之间的时间间隔。TIMP是周期性重复脉冲噪声的持续时间。
在这种实施方式中，第二区段232的符号彼此不同。这些符号中的一些是前导码符号S1并且其他符号是非前导码符号，具体而言，这些符号是有标记的“数据”。在此实例中，每个过渡带的边缘上的至少一个符号是接收器识别为前导码的一部分的符号。也就是说，每个区段的边缘上的符号是该区段的前导码符号(例如，S1)。例如，如图5所示，恰好在第一过渡带242之后和恰好在第二过渡带240之前，第二区段232具有前导码符号S1。中间处的符号可以是其他类型的符号，而不是前导码符号。例如，它们可以是帧头部的或帧的数据符号。
如图5所示，第一数据符号可以从第一过渡带242或以后的过渡带之后的第二S1符号所占据的位置开始，并且在第二过渡带240之后的最后一个符号S1之前的任意位置结束。这些数据符号的数量和它们的位置对接收器而言将是已知的，因此当接收器漏掉第一过渡带但检测到第二过渡带时它可以恢复这些数据符号。
在其他实施方式中，S2可以等于-S1，并且S0也可以等于-S1(或等同地S1＝-S0和S2＝S0)。利用这一点，可以操作检测器，以便如果接收器一旦检测到S0＝-S1时，它将查找过渡带S0-＞S1。如果由于脉冲噪声的缘故，它漏掉了该过渡带，接收器将再次找到第二过渡带的S1，然后会查找S1之后的符号。如果该符号是S0＝-S1，接收器相信这是第二过渡带，因为在第一过渡带的S1之后，下一个符号就是数据或另一个S1信号。
在一些其他实施方式中，数据符号和前导码符号使用相同或相似的调制技术。这种调制技术的一个实例是装载有伪随机二进制序列(PRBS)的多载波符号。为了提高第一和第二过渡带(242，240)之间的差异，至少第一数据符号使用随机化(即，加扰)，这种随机化具有与用于前导码符号S0、S1和符号S2的PRBS衍生器相不同的种子(即，初始化序列)或不同的多项式。例如，如果前导码的衍生多项式是X(m)，数据符号的随机化多项式可以是Y(m)并且可以使用不同的等级或可以选择为正交。还可以选择两个衍生器的初始化序列以提供正交序列。
另外，如图5所描绘，如果S1符号512(位于第一过渡带242之后)之后的第一数据符号510非常类似于区段234的S2，第一过渡带242可能与第二过渡带240相混淆。为了避免这种混淆，发射器可以在传输之前检查符号510，并且如果发现类似于S1符号512，可以改变数据符号的传输参数或可以修改第一符号510的一些位。这可以将错误引入这种符号所传输的数据中，尽管这些错误可以通过在接收器上进行前向纠错而挑选出来。
另外，第二S2符号(区段234的符号，但并未描绘)可以具有若干预定义的子载波，这些子载波以不同于在区段234的第一S2符号中的方式进行调制。可替代地，第二S2符号可以是未传输的。
在另一个实施方式中，只有一个符号用于标记第二过渡带。该符号将使用相对于S1、S2不同的并且对于所有数据符号也不同的调制或编码。以下是这种方法的实例：
使用预定义的调制模式，该模式在每个子载波的星座点之间产生强相关。在一个实施方式中，所有的偶数子载波与相同的星座点相调制并且所有的奇数子载波与另一个星座点相调制；另外，为了使错误最小化，这些星座点彼此距离最大并且距S1和S2所使用的星座点最远处。
如果两个符号识别了第二过渡带，在一个实施方式中第二符号具有利用S1中奇数子载波的星座点的S2的每个偶数子载波，并且具有利用由S1的偶数子载波使用的星座的S2的每个奇数子载波。当然，其他组合方式也是可能的。
如本文所述，术语“所有子载波/音调”、“所有偶数子载波/音调”、或“所有奇数子载波/音调”与“所有相关的”子载波相关。也就是说，它们涉及那些允许在介质上传输的子载波，该介质具有所选波段计划和相关调制以及实施约束。
示例性网络通信体系
示例性网络通信体系可以使用至少两个多载波设备或节点。示例性通信体系还可以使用一个多载波控制器设备或控制器节点。在一个实施方式中，多载波设备/控制器是正交频分复用(OFDM)设备，该设备能够实现本文描述的技术。在另一个实施方式中，示例性通信体系使用多个设备或节点，它们通过一个或多个通信协议经由有线/无线介质进行通信。
多载波设备可以通过通信信道尤其是噪声通信信道进行通信。通信信道可以实现为一个或多个无线通信介质、一个或多个有线通信介质(例如，同轴电缆、双绞铜线、电力线、以太网缆线、光纤等)、或其组合。因此，多载波设备可以包括使信号能够在这种介质上通信的结构和功能。此类结构和功能可以包括一个或多个天线、集成的有线接口等。这类结构和功能可以使用多个不同有线介质(例如，同轴缆线和电力线)。根据该实施方式，多载波设备可以直接彼此通信(对等模式)或多载波设备可以通过控制器设备进行通信。
称为G.hn的联网标准家族已经由国际电信联盟的标准化分支(ITU-T)提出并由家用网格论坛进行推广。G.hn规范的一个或多个定义了有线(例如，电力线、电话线和同轴线缆)和无线网络上的网络连接。G.hn规范详细说明了一些标准，通过这些标准多载波设备可以通过这些通信信道进行通信。本文描述的技术可以利用那些G.hn规格或其他规格来使用。
图6展示了示例性网络通信体系600，其中使用了一个或多个实施方式。体系600的多载波控制器设备是家庭联网环境的接入点610。如图6中所示，接入点610可以是住宅网关，该住宅网关将宽带业务从连接的网络基础设施602(例如，互联网)通过一个或多个无线网络604和一个或多个有线网络606分配至各种多载波设备。无线网络604还可以称为无线局域网(WLAN)，而有线网络606可以称为局域网(LAN)。
图6中描绘的各种多载波设备包括平板计算机620、网络打印机622、电视机624、膝上型计算机626、桌上型计算机628以及通用多载波设备或装置630(例如，数字视频录像机(DVR)和互联网TV装置)。多载波设备可以与家庭中的数字内容目标相关联，但还可以与数字内容源相关联，例如数字视频录像机(DVR)、提供流视频的计算机、电视机、娱乐中心等。
如图描绘，平板计算机620被配置用于通过无线和输电线有线网络进行通信，网络打印机622被配置用于通过无线和/或基于双绞线(例如，电话线)网络进行通信，电视机624被配置用于通过两种不同有线网络(例如，同轴电缆和/或输电线连线)之一进行通信，膝上型计算机626通过基于输电线的有线和/或无线网络进行通信，而桌上型计算机628通过基于以太网缆线的有线网络和/或基于双绞线(例如，有线)的有线网络进行通信。类似地，多载波装置630被配置用于通过无线和/或基于输电线的有线网络进行通信。如图所描绘，有线网络606包括基于以太网电缆(例如，Cat-5)、输电线、同轴电缆、和/或电话线的一个或多个有线网络。如多个线连接606所表示的，域控制器610通过多个不同接线连接至多个不同有线网络606。
此外，多载波设备能够利用基于分组的技术(例如，ITUG.hn、HomePNA、AV、同轴缆线多媒体联盟(MoCA)和xDSL技术)进行通信。这种xDSL技术可包括非对称数字用户线路(ADSL)、ADSL2、ADSL2+、甚高速DSL(VDSL)、VDSL2、G.Lite和高比特速率数字用户线路(HDSL)。另外，一些多载波设备(例如620、622、626和630)可以能够利用IEEE802.11和IEEE802.16(WiMAX)无线技术进行通信。
多载波设备之间交换的信号可以包括多载波符号，这些符号各自包括多个音调或子信道。多载波符号内的每个音调可以具有在其上调制的数据位，这些数据位用于从多载波设备的一个向另一个进行传递。
使用鲁棒前导码技术的示例性网络装置
图7展示了被配置用于采用本文描述的鲁棒前导码技术的示例性网络装置700。网络装置700可以是例如网络控制器、多载波控制器设备(例如，图6中的接入点610)、和/或多载波设备(例如，图6的620-630)。
图7中以放大的视图描绘了网络装置700，以便更好地展示本文相关组件的一些。网络装置700可以包括固件和硬件702、一个或多个处理器704以及存储器706。网络装置700具有在存储器706中存储的处理器可执行指令的一个或多个模块。网络装置700可以包括前导码构造单元708、多载波传输单元710、多载波接收单元712、以及帧同步单元714。
前导码构造单元708至少部分地根据多个前导码参数(例如，多个这类区段中的顺序前导码数量和用于每个这些区段的符号的指定数量(例如，N0、N1、和N2))构造帧的鲁棒前导码。当构造时，鲁棒前导码在一个或多个符号的多个顺序前导码区段的区段之间具有至少两个过渡带。每个前导码区段通过多个前导码符号相连接，这些前导码符号不同于它的一个或多个相邻顺序区段的前导码符号。例如，第一区段的末尾前导码符号不同于第二区段的开始前导码符号。
多载波传输单元710被配置用于在通信介质上传输帧，鲁棒前导码预装至该通信介质上。该通信介质可以是特定的噪声介质，例如输电线。OFDM接收器是用于多载波传输单元710的适合装置的实例。
多载波接收单元712(例如OFDM收发器)通过噪声通信介质接收具有帧和预装至其上的鲁棒前导码的数据包。
帧同步单元714监控数据包的帧的输入前导码。基于前导码中的一个或多个过渡带，它进行计算/预测帧何时将开始。接收单元712可以在预测的时刻开始接收帧。
尽管本文针对处理器可执行指令的模块和子模块描述了网络装置700，但这些模块和子模块的功能可以在软件、硬件、固件或其组合上实现。
示例性过程
图8和图9的流程图展示了示例性过程800和900，这些过程实现本文描述的使用鲁棒前导码的技术。示例性过程800和900至少部分地通过联网装置来执行，例如多载波控制器设备(例如，图6的接入点610)、多载波设备(例如，图6的装置630)、和/或图7的网络装置700。过程800和900的操作中的很多参考前文介绍的附图图示(例如图1-图7)中的这些操作的说明来描述。
图8包括过程800，该图产生了根据本文描述技术的鲁棒前导码。典型地，该过程800由网络装置来执行，该装置在噪声介质上进行多载波传输。
在802，处理800开始于获取多个鲁棒前导码参数，例如多个这类区段中的顺序前导码数量和用于每个这些区段的符号的指定数量(例如，N0、N1、和N2)。当然，这些参数的一些或全部是固定的并因此不需要在每次该过程运行时获得。可替代地，这些参数中的一些或全部可以是变量或可由管理员或用户配置。
在804，网络装置基于那些获得的参数产生鲁棒前导码。当产生时，鲁棒前导码在一个或多个符号的多个顺序前导码区段的区段之间具有至少两个过渡带。每个前导码区段由前导码符号连接，这些前导码符号不同于前一个区段的前导码符号。例如，第一区段的末尾前导码符号不同于第二区段的开始前导码符号。
在806，网络装置获得仍未传输的帧。作为这种操作的一部分，该装置可以获得和/或产生帧有效载荷和头部。
在808，网络装置利用预装到其上的鲁棒前导码对帧进行传输。作为这种操作的一部分，该装置利用本文描述的用于调制前导码区段的实施方式中的一种或多种来调制鲁棒前导码。
图9包括过程900，根据本文描述的技术，该过程基于帧的鲁棒前导码对它进行同步。通常，此过程900由接收噪声介质上的多载波传输的网络装置来执行。
在902，过程900开始于网络装置获得鲁棒前导码参数，例如多个这类区段中的顺序前导码数量和用于每个这些区段的符号的指定数量(例如，N0、N1、和N2)。当然，这些参数的一些或全部是固定的并因此不需要在每次该过程运行时获得。可替代地，这些参数中的一些或全部可以是变量或可由管理员或用户配置。接收器可以从发射器接收这些参数。不论参数是固定的还是变量，都假设所传输的数据包的发射器和接收器使用相同的参数。
在904，网络装置接收数据包的鲁棒前导码906，其中接收该前导码。当传输前导码时，它被构造为在一个或多个符号的多个顺序前导码区段的每个区段之间包括多个过渡带，其中每个前导码区段通过多个前导码符号连接，这些前导码符号不同于前一个区段的前导码符号。
在接收鲁棒前导码时，网络装置确定顺序区段之间的多个过渡带的至少一个的位置并至少部分地基于被定位的多个过渡带中的那个过渡带对前导码的数据包的帧开始进行同步。
具体而言，当接收到前导码的每个符号时(在908)，网络装置可以执行以下步骤：
在910，识别多个前导码符号(例如，S0、S1或S2)并对这些符号进行计数；
在912，基于每个区段的识别的符号在其边界处为其加标签；
在914，检测多个后续前导码符号(例如，S0→S1)的变化并且至少部分地基于所检测的变化定位/识别区段之间的多个过渡带；另外，确定该多个过渡带中哪一个已经被定位；并且
在916，至少部分地基于该多个过渡带中被定位/识别那个过渡带来计算帧的开始。
以上步骤一直执行到在918检测到最后一个区段(例如，具有S2符号的区段)。
就操作916的计算而言，网络装置可以通过对检测/定位的过渡带和所期望的帧开始之间的区段数N进行计数来确定帧的开始(例如，同步)。例如，参见图2，区段236和区段232之间的过渡带242指示帧将在计算N1+N2(例如，5+1)个多载波符号后开始，这就是如图2中所示的6个符号。另外，例如区段232和区段234之间的过渡带240指示帧将在计算N2个多载波符号后开始，这就是图2中所示的1个符号。
在920，网络装置基于该计算确定的帧的同步开始来接收该帧。
附加的和可替代的实施方式说明
在此论述的示例性实现方式可以使不同的组件相互搭配；然而，应该认识到，系统的不同组件可位于分布式网络(如通信网络和/或互联网)的较远部分，或专用的安全、不安全和/或加密设置中。因此，应当认识到的是，系统的组件可以结合一个或多个设备中或搭配在分布式网络(例如电信网络)的具体节点上。而且，应当理解的是所描述系统的组件可以安排在分布式网络的任意位置上，不影响系统的操作。类似地，系统的一个或多个功能部分可以在调制解调器和相关计算装置之间分布。
上述系统、设备和方法可以用固件、硬件、软件、一个或多个软件模块、一个或多个软件和/或硬件测试模块、一个或多个电信测试装置、一个或多个DSL调制解调器、一个或多个ADSL调制解调器、一个或多个xDSL调制解调器、一个或多个VDSL调制解调器、一个或多个线卡、一个或多个G.hn收发器、一个或多个MOCA收发器、一个或多个Homeplug收发器、一个或多个输电线调制解调器、一个或多个有线或无线调制解调器、测试设备、一个或多个多载波收发器、一个或多个有线和/或无线广域/局域网络系统、一个或多个卫星通信系统、基于网络的通信系统(例如IP、以太网或ATM系统)、装配有诊断功能的一个或多个调制解调器等中实现，或者在一个或多个独立编程通用计算机上实现，该计算机具有通信装置或结合了以下通信协议中的任意一种：CDSL、ADSL2、ADSL2+、VDSL1、VDSL2、HDSL、DSLLite、IDSL、RADSL、SDSL、UDSL、MOCA、G.hn、Homeplug等。
此外，所述实现方式的安排、程序和协议可在专用计算机、程控微处理器或微控制器以及一个或多个外围集成电路元件、ASIC或其他集成电路、数字信号处理器、可擦写装置、硬连线电子或逻辑电路(如分离元件电路)、可编程逻辑器件(如PLD、PLA、FPGA、PAL)、调制解调器、发射器/接收器、任何相当装置等上实现。总之，任何可实现状态机的设备可用于实现根据这些实现方式的不同通信方法、协议和技术，该状态机可轮流实现在此所描述和展示的方法。
此外，可在使用对象或面向对象的软件开发环境的软件上轻易实现所披露的程序，该开发环境提供可用在各种计算机或工作站平台上的可移植源码。可替代地，所披露的安排可在使用标准逻辑电路或VLSI设计的硬件上部分地或全部地实现。在此描述和展示的通信系统、程序和协议可由在此提供的功能性描述的应用领域和具有计算机和电信领域一般基础知识的普通技术人员在使用任何已知或后续开发系统或指令的硬件和/或软件、装置和/或软件上轻易地实现。
而且，所披露的程序可以方便地以软件来实现，该软件在计算机可读存储介质上存储，在与控制器和存储器、专用计算机、微处理器等相协作的编程专用计算机上执行。在这些实例中，所描述实施方式的系统和程序可以作为嵌入在个人计算机(例如小程序、或CGI脚本)上的程序、作为驻留在服务器或计算机工作站上的资源、作为嵌入在专用通信设施和配置组件等来实现。这些系统还可以通过物理地将设施和/或程序结合到软件和/或硬件系统上来实现。
实现方式在此是根据示例性实施方案来说明的。然而，应当认识到，实现方式的个别方面可能被分别要求，且可组合不同实施方案的特征的一个或多个特征。在以上示例性实施方式的描述中，为了进行解释，给出具体编号、材料配置和其他细节，以便更好地理解所声明的本发明。然而，本领域普通技术人员将会清楚的是，所声明的本发明可以利用与本文描述的示例性实施例不同的细节来实施。在其他实例中，省略或简化了众所周知的特性，以便使示例性实施方式的描述更清晰。
本发明人意在将所描述的示例性实施方式作为主要实例。本发明人无意用这些示例性实施方式限制所附权利要求的范围。相反，本发明人已经设想所声明的发明还可以采用其他方式、结合其他目前的或未来的技术来实例化或实施。
而且，单词“示例性”在本文用于表示用作实例、例子或插图。本文作为“示例性”的任何方面或设计不必解释为优选的或优于其他方面或设计。相反，单词示例性的使用用于以具体的方式提出概念和技术。例如术语“技术”可以指代本文上下文所指的一个或多个装置、设备、系统、方法、制品、和/或计算机可读指令。
如本申请中所用，术语“或”用于表示包括性的“或”，而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有所指或从上下文中明显看出，“X使用A或B”用于表示自然的包含性排列。也就是说，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B，那么“X使用A或B”在前述实例中的任意一种情况下是满足的。另外，本申请和所附权利要求中使用的冠词“一个”总体上应当理解为表示“一个或多个”，除非另有所指或从针对单数形式的上下文中明显看出。
本文讨论的示例性过程作为逻辑流图中的模块集合来说明，该逻辑流图表示可以利用硬件、软件、固件或它们的一些组合来实施的操作序列。在软件/固件的情况中，这些模块代表在一个或多个处理器可读存储介质上存储的指令，当由一个或多个处理器执行时，这些指令执行所述的操作。示例性过程的操作可以采用几乎任意编程语言或环境来体现，包括(通过举例而非限制)：C/C++、Fortran、COBOL、PASCAL、汇编语言、标记语言(例如，HTML、SGML、XML、VoXML)等，以及面向对象的环境，例如公共对象请求代理结构(CORBA)、JavaTM(包括J2ME、JavaBeans等)、二进制运行环境(BREW)等。
注意，所描述的这些过程的顺序不应当解释为限制，并且所描述处理模块的任意数量可以采用任意顺序相结合，以便实现这些过程或替代过程。此外，在不脱离在此描述的主题的精神和范围下，还可从过程中删除个别方框。
术语“处理器可读介质”包括处理器存储介质。例如，处理器存储介质可以包括但不限于磁存储装置(例如，硬盘、软盘和磁条)、光盘(例如，高密度磁盘(CD)和数字多功能光盘(DVD))、智能卡、闪存装置(例如拇指存储器、记忆棒、键驱动器和SD卡)、以及易失性和非易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM))。
为了进行披露和以下的权利要求，术语“联接”和“连接”可以用于描述各种元件如何对接。各种元件的这种所述对接可以直接进行或间接进行。

Claims (18)

1.一种多载波通信设备，包括：
前导码构造单元，该单元被配置用于构造帧的前导码，其中该前导码被构造用于在多个符号的多个顺序前导码区段之间包括至少两个过渡带，每个过渡带指示即将来临的帧的开始，其中该前导码构造单元被进一步配置用于用一系列至少5个等同的重复前导码符号来构造该多个顺序前导码区段中的每一个顺序前导码区段，
多载波传输单元，该单元被配置用于在该前导码与其相关联的通信介质上传输该帧。
2.如权利要求1所述的多载波通信设备，其中该前导码构造单元进一步被配置用于至少部分地根据至少一个前导码参数来构造该前导码，该前导码参数选自下组，该组的构成为：这些顺序前导码区段的数量和针对每个这些区段的符号的指定数量。
3.如权利要求1或2所述的多载波通信设备，其中该前导码构造单元被进一步配置用于使每个前导码区段由多个前导码符号连接而构造该前导码，这些前导码符号不同于它的一个或多个相邻顺序区段的前导码符号。
4.如权利要求1或2所述的多载波通信设备，其中该多载波传输单元被进一步配置用于通过利用正交频分复用（OFDM）进行传输。
5.如权利要求1或2所述的多载波通信设备，其中该前导码构造单元进一步被配置用于用一个或多个非前导码符号来构造该多个顺序前导码区段的至少一个区段。
6.如权利要求1或2所述的多载波通信设备，其中该多载波传输单元被进一步配置用于传输具有由伪随机二进制序列（PRBS）和/或利用具有非零自相关属性的调制序列来调制的多个符号的该前导码。
7.一种多载波通信方法，包括：
构造前导码以便在多个符号的多个顺序前导码区段之间包括至少两个过渡带，每个过渡带指示即将来临的帧的开始，其中每个前导码区段通过多个前导码符号相连接，这些前导码符号不同于前一个区段的前导码符号，其中该构造包括用一系列至少5个等同的重复前导码符号来创建该多个顺序前导码区段中的每一个顺序前导码区段；
获得仍然将要传输的帧；
传输与该帧相关的构造前导码。
8.如权利要求7所述的方法，该方法进一步包括：
获得多个前导码参数；
其中该前导码至少部分地根据这些前导码参数来构造，其中这些前导码参数选自下组，该组的构成为：该顺序前导码区段的数量和针对每个这些区段的符号的指定数量。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中该传输至少部分地通过利用正交频分复用（OFDM）来执行。
10.如权利要求7或8所述的方法，其中该构造包括用一个或多个非前导码符号来创建该多个顺序前导码区段的至少一个区段。
11.如权利要求7或8所述的方法，其中该传输包括发送该前导码，其方式是通过伪随机二进制序列（PRBS）和/或利用具有非零自相关属性的调制序列来调制多个符号。
12.一种多载波通信方法，所述方法帮助成功接收通过噪声通信介质的数据包，所述方法包括：
接收数据包的前导码，其中该前导码被构造用于在多个顺序前导码区段的每个区段之间包括多个过渡带，该多个顺序前导码区段中的每一个顺序前导码区段包括一系列至少5个等同的重复前导码符号，其中每个前导码区段通过多个前导码符号相连接，这些前导码符号不同于前一个区段的前导码符号；
定位顺序区段之间的该多个过渡带的至少一个；
至少部分地基于该多个过渡带中被定位的那个过渡带，同步该前导码的数据包的帧的开始；
基于该帧的开始的同步来接收该帧。
13.如权利要求12所述的方法，其中该同步操作包括执行至少这些动作：
识别多个前导码符号；
检测多个后续前导码符号中的变化；
至少部分地基于该检测到的变化来定位区段之间的该多个过渡带中的至少一个；
确定该多个过渡带中哪一个已经被定位；以及
至少部分地基于该多个过渡带中被定位的那个过渡带来计算该帧的开始。
14.如权利要求13所述的方法，其中该计算至少部分地基于多个前导码参数，并且其中这些前导码参数选自下组，该组的构成为：这些顺序前导码区段的数量和针对每个这些区段的符号的指定数量。
15.如权利要求12至14中的任意一项所述的方法，其中该接收至少部分地通过利用正交频分复用（OFDM）来执行。
16.如权利要求12至14至中的任意一项所述的方法，其中该定位包括对除了该多个过渡带中的第一过渡带之外的过渡带进行定位。
17.如权利要求12至14至中的任意一项所述的方法，其中一个区段的前导码符号与至少一个其他区段的前导码符号相反。
18.如权利要求12至14至中的任意一项所述的方法，其中该多个过渡带的至少一个被该通信介质上的噪声破坏为完全无法识别。
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