CN103329449B - 用于无线接收器中运行中逐帧空中数据速率检测的前同步码设计及处理方法 - Google Patents

Abstract

在一种用于无线通信的具有发射器及接收器的系统及方法中，所述发射器可操作以使用调制格式以多个数据发射速率将数字信息无线地发射到所述接收器，其中所述数字信息是使用包括标头部分及有效负载部分的发射帧来发射，且所述标头部分包含前同步码，其中所述调制格式对于所有数据发射速率为相同的，且其中所述数据发射速率被至少编码到所述帧的所述前同步码中，且其中所述接收器经配置以在接收所述前同步码时确定所述数据发射速率。

Description

用于无线接收器中运行中逐帧空中数据速率检测的前同步码设计及处理方法

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2010年12月27日申请的名为“用于无线接收器中运行中逐帧数据速率检测的前同步码设计及处理(PREAMBLEDESIGNANDPROCESSINGFORON-THE-FLY，FRAME-BY-FRAMEDATARATEDETECTIONINWIRELESSRECEIVERS)”的第61/427,265号美国临时申请案的权益，所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于基于帧的无线数据发射的系统、方法、发射器及接收器。

背景技术

逐帧或基于包的数据发射用于广泛多种协议中。IEEE802.15.4定义一种使用直接序列展频(DSSS)调制的数据发射速率高达250kbps的无线发射标准，其中可在物理层中使用多种载波频率。最广泛使用的标准变体例如使用2.4GHz频带用于以固定数据速率250kb/s来发射。然而，固定数据速率可能不适合于所有应用。除了符合标准的操作模式之外，多个制造商因此提供允许额外速度125kbps、500kbps、1Mbps及2Mbps或其子集的专属模式。

其中移动装置电池寿命及因此功率消耗为重要的考虑因素。在无线收发器中，在其它操作状态中的任一者中，无线电在发射时汲取比系统的剩余部分高得多的功率。无线电发射器因此一般保持在深度电源切断状态且仅在其发射数据时接通。在多速率无线收发器中，发射数据帧所需的功率与将所述数据帧置于空中所花费的时间成比例且与发射速率无关。接着将针对每一个别发射操作来选择外部限制因素(系统配置、应用要求、信道特性等)所容许的最高速率。然而，如果通过发射装置独立地进行决策，则由图1上所示的简单无线网络配置所说明的状况出现：接收装置110必须从接收到的帧自身获知发射速率。如图1所示，第一发射器120及第二发射器130各自构成低功率节点，所述低功率节点使用其链路质量所允许的最高可用数据速率来节省发射功率。协调器或接收器110需要在未预先知道传入帧数据速率的情况下使其自身同步。

在普遍采用的解决方案中，帧的初始部分总是以最低可用速率来调制，且速率切换仅在此之后即刻发生。参看图2，发射器210再次在发送无线发射220、230到接收器240。当接收器240已经在解码帧220时，速率切换在标头部分230中发生。在无线网络中，例如基于IEEE802.15.4标准建立的无线网络，其中绝大多数数据包通常载运几十字节的有效负载，此导致严重低效，如图3上的比较指示。

发明内容

需要一种改良的前同步码集合系统及相关联的前同步码处理方法。

根据一实施例，一种用于无线通信的系统可包含发射器及接收器，其中所述发射器可操作以使用调制格式以多个数据发射速率而将数字信息无线地发射到所述接收器，其中所述数字信息是使用包括标头部分及有效负载部分的发射帧来发射，其中所述标头部分包含前同步码，其中所述调制格式对于所有数据发射速率为相同的，且其中所述数据发射速率至少被编码到所述帧的前同步码中，且其中所述接收器经配置以在接收所述前同步码时确定所述数据发射速率。

根据另一实施例，所述标头部分可包含前同步码及开始帧定界符。根据另一实施例，所述前同步码可定义多个数据发射速率群组中的一者，且所述开始帧定界符可经配置以进一步定义每一数据群组内的不同数据发射速率。根据另一实施例，所述相应数据速率群组的所述前同步码可与所接收的前同步码相关以在接收器中提供用于前同步码检测。根据另一实施例，用于每一数据速率群组的所述前同步码及开始帧定界符的发射时间可具有不同长度且由编码数据信号的码片序列的重复予以定义，其中所述码片序列包含用于每一数据速率群组的预定义码片样式。根据另一实施例，所述前同步码可经编码为无DC的。根据另一实施例，所述系统可包含高数据速率群组、中等数据速率群组及低数据速率群组。根据另一实施例，所述高数据速率群组可包含第一数据发射速率及第二数据发射速率，其中所述中等数据速率群组包含第三数据发射速率，且其中所述低数据速率群组包含第四数据发射速率及第五数据发射速率。根据另一实施例，所述高数据速率群组的所述前同步码可包含重复八次的由八码片组成的前同步码样式，其中所述中等数据速率群组的所述前同步码包含重复八次的由16码片组成的前同步码样式，且其中所述低数据速率群组的所述前同步码包含重复八次或16次的由32码片组成的前同步码样式。根据另一实施例，用于所述高数据速率群组的所述八码片中的每一码片可为“11110000”；用于所述中等数据速率群组的所述16码片中的两个连续码片为“11001011_01101000”，及用于所述低数据速率群组的所述32码片中的四个连续码片为“11100000_01110111_10101110_01101100”。根据另一实施例，所述开始帧定界符针对所述高数据速率群组中及所述低数据速率群组中的每一数据发射速率可包含两个不同样式中的一者。根据另一实施例，所述高数据速率群组中的第一开始帧定界符样式可包含16码片，所述中等数据速率群组中的第二开始帧定界符样式包含32码片，且所述低数据速率群组中的第三开始帧定界符样式包含64或128码片。根据另一实施例，所述第一开始帧定界符样式可定义2Mbps或1Mbps的数据发射速率，所述第二开始帧定界符样式可定义500kbps的数据发射速率，且所述第三开始帧定界符样式可定义250kbps或125kbps的数据发射速率。根据另一实施例，所述接收器可包含自动增益控制单元。根据另一实施例，用于所有数据发射速率的所述调制格式可为2兆波特(MBaud)MSK调制。根据另一实施例，所述低数据速率群组中的所述数据发射速率的所述前同步码可符合IEEE802.15.4。

根据另一实施例，一种用于无线通信的方法可包含：使用调制格式以多个可选择数据发射速率而无线地发射数字信息，其中所述数字信息是使用包括标头部分及有效负载部分的发射帧来发射，其中所述标头部分包含前同步码，且其中所述调制格式对于所有数据发射速率为相同的，且所述数据发射速率被至少编码到所述帧的所述前同步码中。

根据所述方法的另一实施例，所述标头部分包含前同步码及开始帧定界符。根据所述方法的另一实施例，所述前同步码可定义多个数据速率群组中的一者，且所述开始帧定界符可经配置以进一步定义每一数据群组内的不同数据发射速率。根据所述方法的另一实施例，所述方法可进一步包含：使所述相应数据速率群组的所述前同步码与所接收的前同步码相关以在接收器中提供前同步码检测。根据所述方法的另一实施例，用于每一数据速率群组的所述前同步码及开始帧定界符的发射时间可具有不同长度且由编码数据信号的码片序列的重复予以定义，其中所述码片序列包含用于每一数据速率群组的预定义码片样式。根据所述方法的另一实施例，可将所述前同步码编码为无DC的。根据所述方法的另一实施例，可使用高数据速率群组、中等数据速率群组及低数据速率群组。根据所述方法的另一实施例，所述高数据速率群组可包含第一数据发射速率及第二数据发射速率，其中所述中等数据速率群组可包含第三数据发射速率，且其中所述低数据速率群组可包含第四数据发射速率及第五数据发射速率。根据所述方法的另一实施例，所述高数据速率群组的所述前同步码可包含重复八次的由八码片组成的前同步码样式，其中所述中等数据速率群组的所述前同步码可包含重复八次的由16码片组成的前同步码样式，且其中所述低数据速率群组的所述前同步码可包含重复八次或16次的由32码片组成的前同步码样式。根据所述方法的另一实施例，用于所述高数据速率群组的所述八码片中的每一码片可为“11110000”；用于所述中等数据速率群组的所述16码片中的两个连续码片可为“11001011_01101000”，且用于所述低数据速率群组的所述32码片中的四个连续码片可为“11100000_01110111_10101110_01101100”。根据所述方法的另一实施例，所述开始帧定界符针对所述高数据速率群组中及所述低数据速率群组中的每一数据发射速率可包含两个不同样式中的一者。根据所述方法的另一实施例，所述高数据速率群组中的第一开始帧定界符样式可包含16码片，所述中等数据速率群组中的第二开始帧定界符样式可包含32码片，且所述低数据速率群组中的第三开始帧定界符样式可包含64或128码片。根据所述方法的另一实施例，所述第一开始帧定界符样式可定义2Mbps或1Mbps的数据发射速率，所述第二开始帧定界符样式可定义500kbps的数据发射速率，且所述第三开始帧定界符样式可定义250kbps或125kbps的数据发射速率。根据所述方法的另一实施例，用于所有数据发射速率的所述调制格式可为2兆波特MSK调制。根据所述方法的另一实施例，所述低数据速率群组中的所述数据发射速率的所述前同步码可符合IEEE802.15.4。

根据另一实施例，一种用于无线通信的接收器可操作以使用调制格式以多个数据发射速率而无线地接收数字信息，其中所述所接收的数字信息包含包括标头部分及有效负载部分的发射帧，所述标头部分包含前同步码，其中所述接收器经配置以在接收所述前同步码时确定数据发射速率，其中所述调制格式对于所有数据发射速率为相同的，且所述数据发射速率至少被编码到所述帧的所述前同步码中。

根据又一实施例，一种用于无线通信的发射器可操作以使用普通调制格式以多个数据发射速率而无线地发射数字信息，其中所述数字信息是使用包括标头部分及有效负载部分的发射帧来发射，其中所述标头部分包含前同步码，其中所述数据发射速率至少被编码到所述帧的所述前同步码中。

根据另一实施例，一种在无线通信系统中使用的前同步码为包含标头部分及有效负载部分的发射帧的一部分，其中发射器使用普通调制格式以多个数据发射速率而无线地发射数字信息，其中所述标头部分包含所述前同步码，其中所述前同步码经设计以针对所述多个数据发射速率中的每一数据发射速率来编码所述数据发射速率。

根据所述前同步码的另一实施例，对于2兆位及1兆位数据发射速率，所述前同步码可重复样式“11110000”八次，对于500千位数据发射速率，所述前同步码可重复样式“1100101101101000”八次，对于250千位数据发射速率，所述前同步码可重复样式“11100000011101111010111001101100”八次，且对于125千位数据发射速率，所述前同步码可重复样式“11100000011101111010111001101100”十六次。

附图说明

可通过参考结合附图所作的以下描述来获取对本发明及其优势的较完整理解，其中：

图1显示简单无线网络配置，其中需要对空中数据速率进行动态确定。

图2展示在常规系统中速率切换仅在以最低允许空中速率发射的初始区段后发生。

图3说明用于短的有效负载的标准空中速率切换的低效性，且将其与以相同空中速率发射整个帧的最佳解决方案比较。

图4显示在以不同空中数据速率扩展MSK符号中使用的标准DSSS32序列集合。

图5显示在以500kbps空中数据速率扩展MSK符号中使用的专属DSSS16序列集合。

图6列出以标准及不同的专属空中数据速率随帧使用的前同步码样式及开始帧定界符(SFD)。

图7将针对不同空中速率而不同的帧格式制表，且展示前同步码如何随着数据速率而按比例缩放。

图8展示根据帧前同步码确定空中数据速率需要并行执行与可能的前同步码空中数据速率一样多的前同步码搜索。

图9展示根据各种实施例的数据速率选择的流程图；

图10展示根据各种实施例的整体帧检测/获取的更总体流程图；

图11展示许可控制实例的时序图；

图12展示在前同步码处理中所涉及的块的链；

图13展示前同步码及有效负载以不同速率来加以处理，且SFD在选择有效负载数据速率时起作用。

虽然已描绘、描述且通过参考本发明的实例实施例来定义本发明的实施例，但此类参考并不暗示对本发明的限制，且将不会推断出此限制。所揭示的主题能够在形式及功能上具有相当大的修改、更改及等效物，如受益于本发明的所属领域的技术人员所将理解的。本发明的所描绘及描述的实施例仅为实例，且并非本发明的范围的详尽表示。

具体实施方式

根据各种实施例，前同步码集合的系统及相关联的前同步码处理方法可用于

●以有效负载的速率发射前同步码及开始帧定界符(SFD)；及

●根据前同步码及SFD对传入帧的数据速率的运行中检测。

根据其它实施例，所述系统及方法：

●应适用于经设计用于2MHz码片速率的旧式、符合IEEE802.15.4的无线电

●应适合零IF接收器；及

●应支持标准IEEE802.15.4帧格式。

根据本文所揭示的各种实施例的系统及方法可满足所有上述要求，且另外

●使用2兆波特MSK调制；

●通过应用标准及专属展频以及产业标准数字数据编码来使数据位速率变化；

●指定一套前同步码，使得

○每一前同步码针对数据速率中的一者经特定设计及最佳化；

○所有前同步码样式为无DC的，因此可供零IF接收器使用，即使是使用MSK信令；及

○甚至在发射器与接收器之间存在载波频率偏移的情况下，前同步码仍具有良好的交叉相关性质以便促进快速选择

●定义在传入帧的前同步码处理期间利用前同步码套组的性质来进行帧检测及运行中数据速率选择的前同步码处理方法。

为了改良支持同时使用多个数据速率的网络中的包的成帧效率，帧的标头部分应与有效负载一起按比例缩放，即整个帧应以相同位速率发射。因此数据速率应被编码到帧的前同步码中且根据所述前同步码来确定。在多速率接收器中，数据速率选择因此“在运行中”发生，即其为帧获取过程的整体组成部分。

网络中的多速率装置必须共存且与遵守基础标准(在我们的情况下为IEEE802.15.4)的装置相互作用。

本发明中所描述的多速率系统使用在IEEE802.15.4中标准化的2兆波特MSK调制格式，满足频谱屏蔽，且用于相同信道占有及中心频率选择。在经定义的帧格式套组中其还包括标准250kbps帧格式。直接序列展频(DSSS)与1/2速率卷积编码以组合形式应用来设定不同的数据速率。

DSSS为从数据位到称作“码片”的较小单位序列的映射。在目前情况下，MSK符号构成码片，因此当适当时，结果将使用术语“MSK码片”(或简称“码片”)。

定义两个DSSS映射：图4上的标准32码片DSSS32及图5上的专属16码片DSSS16。所述两个DSSS映射均将数据的4位的半字节映射为由所述半字节选择的对应码片序列。所发射的第一MSK码片经获得为(C0xorX)，其中X为在发射开始初始化为0的二元状态变量的内容；码片C1、C2、…直接应用为MSK调制的输入。在最后一个码片之后，在表格(X)的最后一栏中的值用以在下一DSSS符号(即，码片序列)之前更新所述状态变量X。

DSSS32经建构而使得其产生与IEEE802.15.4标准针对2.4GHzISM频带操作所指定的DSSS-OQPSK调制的波形相同的波形。由于4位映射为32码片，展频因子为32/4＝8，因此2MCps码片速率对应于250kbps位速率。

DSSS16为新的且专属的，且经建构以支持500kbps空中数据速率与接收器中的其它数据速率之间的可靠区别。由于4位映射为16码片，展频因子为16/4＝4，因此2MCps码片速率对应于500kbps位速率。

在图6上指定经定义以用于本发明中所描述的系统的前同步码套组(前同步码样式+SFD)。

除了与IEEE802.15.4网络(参见上文)兼容之外，套组中的前同步码还具有以下基本性质：

●如图7中所示，标头持续时间随选定空中数据速率按比例缩放，但MSK波特速率为恒定的；

●不同前同步码波形中的任何两者之间的交叉相关为低的，即使当所述波形由于载波频率偏移而失真时仍如此；

●所有前同步码样式为无DC的，因此可供零IF接收器使用，即使是使用MSK信令。

使用(产业标准)1/2速率卷积码来编码1Mbps数据，且以2Mbps来发射结果。相同编码应用于125kbps数据，且以250kbps来发射结果。因此在套组中仅存在3种不同前同步码样式：针对2Mbps、500kbps及250kbps各自一种前同步码样式(图6)，且通过指派给每一数据速率的独特SFD样式来解决不定性。

从IEEE802.15.4PHY标准获得套组中的250kbps前同步码样式及SFD。由于符合标准的装置将通过此前同步码成功地解调帧，所以有效负载应含有符合标准的MAC帧以确保共存。如果MAC协议为专属的，则PHY格式还应与标准中所定义的格式不同，使得符合标准的装置可在剖析帧之前默默地丢弃所述帧。此情形可通过用软件可配置标准样式来替换标准样式_250来实现。

以下选择规则适用于软件可配置SFD样式：

●样式_2000与样式_1000必须彼此至少4个位不同以及1111_0000前同步码样式；

●样式_125必须经选择以使得首先发射的两个DSSS符号与选定(标准或专属)样式_250不同；

●样式_125及样式_250中首先发射的DSSS符号必须从DSSS32表格的行#1至#15选择(图4)；

●样式_500中首先发射的DSSS符号必须从DSSS16表格的行#1至#15选择(图5)。

通过使用所定义前同步码的套组(图6)，可在两阶段中检测空中数据速率：

1如图8中所示，针对2Mbps、500kbps、250kbps前同步码的存在同时监视输入，直到可以用足够可靠性检测到所述前同步码中的一者的存在为止；

2在有效前同步码经定位且建立符号边界之后，起始对开始帧定界符的搜索，开始帧定界符可进一步在多个空中数据速率之间进行区别。

要求标头处理至少像解调一样可靠地工作。为满足此要求，针对有效负载数据速率低于所述前同步码及SFD的空中数据速率的帧定义较长的前同步码及16位SFD，因为在给定的信噪比下，位错误概率针对所述两个速率而不同。此为125kbps及1Mbps有效负载速率的情况。举例来说，当针对相同帧时，2MbpsSFD以3％位错误率概率接收，1Mbps有效负载可以1/10000的BER(位错误率)解调。

对相对高的位错误概率容错的已知技术为在SFD匹配中宽大地处置特定数目的位错误。

●对于125kbps数据速率，最后解码的四个半字节与样式_125的半字节必须在至少3个半字节位置中匹配。

●在1Mbps下，在比较最后接收到的16位与样式_125时，所述匹配对单一位或最大2个非连续2位突发差异容错。(同时隔离的单一位在样式的两端失配，且构成单一2位失配突发。)

一旦已确定标头数据速率，即开始搜索SFD样式。图9中呈现所述过程的逻辑流程。方法在步骤610中开始且在步骤620中针对2Mb/s前同步码首先测试。如果未找到，则例程移到步骤630检查500kp/s前同步码，且在步骤640中寻找250kb/s前同步码。如果这些前同步码中的一者已找到，则例程继续进行到步骤622、624、626、628寻找2Ms/s前同步码，到步骤632、634、636寻找500kb/s前同步码，及到步骤642、644、646、648及650寻找250kb/s前同步码。在步骤626及628中，在样式之间进行区别2Mb/s与1Mb/s开始帧定界符的测试，且例程分支到步骤660或665。在500kb/s的情况下，在步骤636中仅进行确认测试。在250kb/s分支中，步骤646、648及650用以区别标准帧、专属250kb/s帧及125kb/s帧。因此，此例程分支到三个分支中的一者(步骤675、680或685)。所述例程以LENGTH(长度)字段690及步骤695中的有效负载字节的共同接收而结束。

一旦检测到前同步码，便即刻切换信号处理路径的操作模式，且可能在检测到SFD之后再次切换。此要求为SFD搜索定义超时机制，否则未能定位有效SFD可导致接收器停转或收集废弃帧(garbageframe)。在图10将所述超时机制展示为整体帧检测/获取的流程的一部分。所述例程在步骤710中开始且在步骤714中开始自动增益控制。在步骤716中，启动数字解调器，且在步骤718中，检查是否已获取前同步码。如果是，则例程移到步骤722。如果否，则AGC增益经由步骤720及712而改变，且例程再次移到步骤716。在步骤722中，信号流以检测到的前同步码空中数据速率切换到位及字节对准的解调，激活开始帧定界符检测器且控制AGC以保持当前增益。在步骤724中，测试是否发生前同步码损失，且如果发生则在步骤726中起始超时。在步骤728中，检查是否已检测到开始帧定界符，且如果是，则例程移到步骤732。如果否，则在步骤730中起始超时，且所述例程转到步骤712以调整增益。在步骤732中，将信号路径切换到检测到的有效负载数据速率，且在步骤734中，将字节传送到MAC层。所述例程接着检查是否已传送最后一个字节，且如果是则继续步骤712，且否则在步骤734中重复所述传送。

所述前同步码通过分别针对2Mbps、500kps及250kbps重复以下3个不同的MSK码片序列而构成：

‖11110000‖‖11100101101101000‖‖111000001010111001101100‖。

来自非相干MSK解调器的双极标量输出与两倍码片时间的滑动时间窗中的预期前同步码码片样式相关。所述相关通过匹配的滤波器来估计。针对每一空中数据速率及同时以若干不同长度来同时进行计算。来自匹配的滤波器的输出经加权以使所述输出在争夺共享硬件资源时相当。

前同步码获取需要足够敏感及可靠以校平(level)有效负载解调的稳健性，以免变为性能的限制因素。

各种实施例的目标在于最短前同步码长度及最佳硬件效率，常规非相干前同步码检测器不可同时满足对失败检测概率及假警报概率的要求。

较佳检测性能可通过相干或块不相干前同步码解调器来获得。然而，此仅在AFC已补偿载波频率偏移后才是可能的。自由运转补偿(按每一空中数据速率同时执行)将导致不可接受的硬件要求且还将增加功率消耗。实情为，AFC应为不同数据速率之间的共享资源，且其操作应基于已知符号边界及已知空中数据速率而作为单次(oneshot)执行被触发。由于此信息仅在检测之后可用，所以必须提供一解决方案以摆脱恶性循环。

此问题的解决方案为通过以下操作来允许检测器有相对高的假警报率：设定非常低的触发阈值水平，以及在CFO补偿完成及相干或块相干相关可提供准确答案之后使AFC决定检测事件是被拒绝还是被接受。

参看图12，“暂行检测器”1010接收针对250kbps及500kbps前同步码两者以可变相关长度获得的相关振幅。将最大值选择为SURVIVOR(存活值)，且传递到“许可控制”单元1020。SURVIVOR以4MSps速率来更新。

“许可控制”单元1020决定SURVIVOR是否大于任何先前所见的SURVIVOR，且其是否应通过(重新)启动AFC_250/5001030来触发载波频率偏移估计。此称作RESTART(重新启动)事件。

在RESTART时，AFC_250/5001030执行花费4DSSS符号时间的单次计算。如果发生RESTART，则任何正在进行的AFC计算中止。

当AFC_250/5001030完成时，其将接受还是拒绝相关峰值作为有效前同步码的指示的反馈提供给暂行检测器1010。

下文给出操作细节。

参看图6，存在以不同帧格式使用的三种不同前同步码样式。在前同步码中重复的码片样式是以发射顺序：

{b_2M(m)_}m＝0...7＝11110000：2Mbps及1Mbps数据速率

{b₅₀₀(m)}_m＝0...15＝1100101101101000：500kbps数据速率

{b₂₅₀(m)}_m＝0...31＝11100000011101111010111001101100：250kbps及125kbps数据速率

为了方便起见，还定义相同序列的双极表示：

p_2M(m)＝2·b_2M(m)-1

p₅₀₀(m)＝2·b₅₀₀(m)-1

p₂₅₀(m)＝2·b₂₅₀(m)-1

[I；Q]串流可经计算为：

及

其中速率∈{2M，500，250}及

针对2MSps取样，过取样因子Ovs＝1。

来自非相干MSK解调器的双极标量值s(n)与两倍码片时间的滑动时间窗中的预期前同步码码片样式相关。所述相关通过匹配的滤波器来估计。针对每一空中数据速率及同时以不同长度来同时进行计算。结果，同时进行六个过滤操作：

$r_{\mathrm{HIGH}}\left(n\right)={\mathrm{\κ}}_1\·\frac{1}{\sqrt{M}}\·\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}s(n-2m)\·q_{2M}\left(m\right)$ ：M=32

$r_{\mathrm{MID},M}\left(n\right)={\mathrm{\κ}}_2\·\frac{1}{\sqrt{M}}\·\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}s(n-2m)\·q_{500}\left(m\right)$ ：M＝32及48

$r_{\mathrm{LOW},M}\left(n\right)={\mathrm{\κ}}_2\·\frac{1}{\sqrt{M}}\·\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}s(n-2m)\·q_{250}\left(m\right)$ ：M＝64、96及160

其中

下标2M、500、250分别对应于2Mbps、500kbps及250kbps前同步码；

q_2M(m)＝p_2M((M-1-m)mod8)其中M＝32为含有4个重复(即，4个八字节)的时间反转2Mbps前同步码样式

q₅₀₀(m)＝p₅₀₀((M-1-m)mod16)其中M＝32或48为具有2个或3个重复(即，2个或3个半字节)的时间反转500kbps前同步码样式

q₂₅₀(m)＝p₂₅₀((M-1-m)mod32)其中M＝64或96或160为具有2个或3个或5个重复(即，2个、3个或5个半字节)的时间反转250kbps前同步码样式

κ₁及κ₂为用于最低复杂性硬件实施方案的适当选择的比例因子

长度相依比例因子必须校平数量r_250，M及r_500，M的标准偏差。因此其在争夺给定硬件资源时可相互比较。

为接受一帧，由经CFO补偿的所接收波形与预期DSSS波形之间的以下相关定义的数量R的绝对值必须超过预定义绝对阈值：

$R=\frac{1}{L}\·\underset{m=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\exp (-j\·C\hat{F}O\·T\·m)\·v\left(m\right)\·(I\left(m\right)-j\·Q\left(m\right))$

其中为目标为最大化R的载波频率偏移估计。当AFC以弧度/秒完成时可用。

T为取样周期

v(m)，m＝0，...，L-1为从RESTART事件开始的以4MSps接收的I+jQ复合样本的序列。及其中 且p_rate分别为500kbps及250kbps的前同步码周期的双极表示。

在下文详述许可控制1020的细节。使用这些定义：

SURVIVOR由“暂行检测器”1010选择的最大相关振幅值，以4MSps更新

RATE取决于相关器产生的SURVIVOR而取值“250kbps”或“500kbps”

AFCBUSY如果AFC估计正在进行则为真(TRUE)，如果AFC不活动(例如，由“拒绝”完成)则为假(FALSE)。

THRDFLT当AFCBUSY＝假时由THR所取的默认值

THR基于最新SURVIVOR而动态调整的阈值：

L4MSps样本中的DSSS符号长度。对于250kbps，L＝64，对于500kbps，L＝32。

SAMPCNT样本计数器为在RESTART时启动的模数L计数器，在AFCBUSY＝真时随每一新样本递增：

DSSSCNTDSSS符号计数器在RESTART时开启：

许可控制1020由以下定义：

RESTART：＝TRUEiffTRIGGERANDNOT(INHIBIT)

TRIGGER：＝TRUEiffTHR＜SURVIVOR

INHIBIT：＝AFCBUSYAND[(SAMPCNT＝0)OR

(SAMPCNT＝1ANDDSSSCNT＞0)OR

(SAMPCNT＝L-1)]

由图11中的实例情节说明所述操作。请注意，第二有效峰值不会归因于INHIBIT信号而引起RESTART。同时，第一有效峰值的最高样本可引起重新启动，此对于最佳符号级同步为必要的。

图13呈现运行中数据速率检测的概图。将数字前端1310的输出处可用的经MSK调制I-Q格式信号直接馈入到开放环路AFC单元1320，开放环路AFC单元1320传回存在于信号中的CFO(载波频率偏移)的估计，所述估计接着用以从信号移除1340CFO的效应。

还将数字前端1310的输出直接馈入到前同步码检测器1330中。如上文所解释，前同步码检测器组确定码片(位)时序，且识别存在于前同步码中的展频序列，因此确定主要数据速率(250kbps、500kbps或2Mbps)及建立DSSS符号边界(字节时序)。通过此数据，前同步码数据速率相依解调器1350将输入信号转到位(码片)串流中，且SFD检测器组1360定位有效负载的开始，且同时将检测到的数据速率传递到数据速率相依解码器1370。

Claims (35)

1.一种用于无线通信的包含发射器及接收器的系统，其中所述发射器可操作以使用调制格式以所选择的数据发射速率将数字信息无线地发射到所述接收器，其中所选择的数据发射速率是从预确定的多个数据发射速率中选择的，其中所述数字信息是使用包括标头部分及有效负载部分的发射帧来发射，其中所述标头部分包含前同步码，其中所述前同步码在所述发射帧内首先被发射，其中所述调制格式对于所有数据发射速率为相同的且针对任意所选择的数据发射速率所述标头部分及有效负载部分是以相同数据速率发射的，且其中所选择的数据发射速率至少部分地被编码到所述帧的所述前同步码中，且其中所述接收器经配置以在接收所述前同步码时至少部分地确定数据发射速率。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述标头部分包含前同步码及开始帧定界符。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述前同步码定义多个数据发射速率群组中的一者，且所述开始帧定界符可经配置以进一步定义每一数据群组内的不同数据发射速率。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述相应数据速率群组的所述前同步码与所接收的前同步码相关以在接收器中用于前同步码检测。

5.根据权利要求2所述的系统，其中用于每一数据速率群组的所述前同步码及所述开始帧定界符的发射时间具有不同长度且由编码数据信号的码片序列的重复予以定义，其中所述码片序列包含用于每一数据速率群组的预定义码片样式。

6.根据权利要求2所述的系统，其中所述前同步码被编码为无DC的。

7.根据权利要求4所述的系统，其包含高数据速率群组、中等数据速率群组及低数据速率群组。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述高数据速率群组包含第一数据发射速率及第二数据发射速率，其中所述中等数据速率群组包含第三数据发射速率，且其中所述低数据速率群组包含第四数据发射速率及第五数据发射速率。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述高数据速率群组的所述前同步码包含重复八次的由八码片组成的前同步码样式，其中所述中等数据速率群组的所述前同步码包含重复八次的由16码片组成的前同步码样式，且其中所述低数据速率群组的所述前同步码包含重复八次或16次的由32码片组成的前同步码样式。

10.根据权利要求7所述的系统，其中用于所述高数据速率群组的所述八码片中的每一码片为“11110000”；用于所述中等数据速率群组的所述16码片中的两个连续码片为“11001011_01101000”，且用于所述低数据速率群组的所述32码片中的四个连续码片为“11100000_01110111_10101110_01101100”。

11.根据权利要求7所述的系统，其中所述开始帧定界符针对所述高数据速率群组中及所述低数据速率群组中的每一数据发射速率包含两个不同样式中的一者。

12.根据权利要求7所述的系统，其中所述高数据速率群组中的第一开始帧定界符样式包含16码片，所述中等数据速率群组中的第二开始帧定界符样式包含32码片，且所述低数据速率群组中的第三开始帧定界符样式包含64或128码片。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一开始帧定界符样式定义2Mbps或1Mbps的数据发射速率，所述第二开始帧定界符样式定义500kbps的数据发射速率，且所述第三开始帧定界符样式定义250kbps或125kbps的数据发射速率。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述接收器包含自动增益控制单元。

15.根据权利要求7所述的系统，其中用于所有数据发射速率的所述调制格式为2兆波特MSK调制。

16.根据权利要求8所述的系统，其中所述低数据速率群组中的所述数据发射速率的所述前同步码符合IEEE802.15.4。

17.一种用于无线通信的方法，其包含：

使用调制格式以所选择的数据发射速率无线地发射数字信息，其中，所述数据发射速率是从多个可选择的数据发射速率中选择的，其中所述数字信息是使用包括标头部分及有效负载部分的发射帧来发射，其中所述标头部分包含前同步码，其中所述前同步码在所述发射帧内首先被发射，且其中所述调制格式对于所有数据发射速率为相同的且针对所有数据发射速率所述标头部分及有效负载部分是以相同数据速率发射的，且其中所选择的数据发射速率被至少部分地编码到所述帧的所述前同步码中。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述标头部分包含前同步码及开始帧定界符。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述前同步码定义多个数据速率群组中的一者，且所述开始帧定界符可经配置以进一步定义每一数据群组内的不同数据发射速率。

20.根据权利要求19所述的方法，其包含使所述相应数据速率群组的所述前同步码与所接收的前同步码相关以在接收器中用于前同步码检测。

21.根据权利要求19所述的方法，其中用于每一数据速率群组的所述前同步码及所述开始帧定界符的发射时间具有不同长度且由编码数据信号的码片序列的重复予以定义，其中所述码片序列包含用于每一数据速率群组的预定义码片样式。

22.根据权利要求18所述的方法，其中所述前同步码被编码为无DC的。

23.根据权利要求20所述的方法，其包含高数据速率群组、中等数据速率群组及低数据速率群组。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述高数据速率群组包含第一数据发射速率及第二数据发射速率，其中所述中等数据速率群组包含第三数据发射速率，且其中所述低数据速率群组包含第四数据发射速率及第五数据发射速率。

25.根据权利要求23所述的方法，其中所述高数据速率群组的所述前同步码包含重复八次的由八码片组成的前同步码样式，其中所述中等数据速率群组的所述前同步码包含重复八次的由16码片组成的前同步码样式，且其中所述低数据速率群组的所述前同步码包含重复八次或16次的由32码片组成的前同步码样式。

26.根据权利要求23所述的方法，其中用于所述高数据速率群组的所述八码片中的每一码片为“11110000”；用于所述中等数据速率群组的所述16码片中的两个连续码片为“11001011_01101000”，且用于所述低数据速率群组的所述32码片中的四个连续码片为“11100000_01110111_10101110_01101100”。

27.根据权利要求23所述的方法，其中所述开始帧定界符针对所述高数据速率群组中及所述低数据速率群组中的每一数据发射速率包含两个不同样式中的一者。

28.根据权利要求23所述的方法，其中所述高数据速率群组中的第一开始帧定界符样式包含16码片，所述中等数据速率群组中的第二开始帧定界符样式包含32码片，且所述低数据速率群组中的第三开始帧定界符样式包含64或128码片。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述第一开始帧定界符样式定义2Mbps或1Mbps的数据发射速率，所述第二开始帧定界符样式定义500kbps的数据发射速率，且所述第三开始帧定界符样式定义250kbps或125kbps的数据发射速率。

30.根据权利要求23所述的方法，其中用于所有数据发射速率的所述调制格式为2兆波特MSK调制。

31.根据权利要求24所述的方法，其中所述低数据速率群组中的所述数据发射速率的所述前同步码符合IEEE802.15.4。

32.一种用于无线通信的接收器，其中所述接收器包括可操作以接收无线电频率信号的无线电单元、用以将所述无线电频率信号转换为数据流的取样单元，以及处理单元，其中所述无线电频率信号使用调制格式以所选择的数据发射速率编码数字信息，其中，所选择的数据发射速率是从多个数据发射速率中选择的，其中所接收的数据流包含包括标头部分及有效负载部分的发射帧，所述标头部分包含前同步码，其中所述前同步码在所述发射帧内首先被接收，其中所述接收器经配置以在接收所述前同步码时至少部分地确定数据发射速率，其中所述调制格式对于所有数据发射速率为相同的且针对所有数据发射速率所述标头部分及有效负载部分是以相同数据速率发射的，且其中所选择的数据发射速率被至少部分地编码到所述帧的所述前同步码中。

33.一种用于无线通信的发射器，其中所述发射器包括数据处理单元和用以无线地发射数字信息的天线，其中使用普通调制格式以所选择的数据发射速率来发射所述数字信息，其中，所选择的数据发射速率是从多个数据发射速率中选择的，其中所述数字信息是使用包括标头部分及有效负载部分的发射帧来发射，其中所述标头部分包含前同步码，其中所述前同步码在所述发射帧内首先被发射且针对所有数据发射速率所述标头部分及有效负载部分是以相同数据速率发射的，且其中所选择的数据发射速率被至少部分地编码到所述帧的所述前同步码中。

34.一种用以生成在无线通信系统中使用的前同步码的方法，在所述无线通信系统中发射器使用普通调制格式以多个数据发射速率无线地发射数字信息，所述方法包含步骤：

从多个可用数据发射速率中选择数据发射速率；

将所述前同步码提供为发射帧的第一部分，所述发射帧包含标头部分及有效负载部分，其中所述标头部分包含所述前同步码，

针对所选择的数据发射速率，将所述数据发射速率至少部分地编码到所述前同步码中，

针对所有的数据发射速率，以与发射所述有效负载部分相同的数据发射速率来发射所述标头部分。

35.根据权利要求34所述的方法，其中对于2兆位及1兆位数据发射速率，所述前同步码重复样式“11110000”八次，对于500千位数据发射速率，所述前同步码重复样式“1100101101101000”八次，对于250千位数据发射速率，所述前同步码重复样式“11100000011101111010111001101100”八次，且对于125千位数据发射速率，所述前同步码重复样式“11100000011101111010111001101100”十六次。