CN1585290A

CN1585290A - 滑动窗口

Info

Publication number: CN1585290A
Application number: CNA2004100567672A
Authority: CN
Inventors: M·刘易斯
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2024-08-18
Also published as: DE102004038850A1; US7352830B2; CN100446437C; SE0302233D0; US20050041762A1; DE102004038850B4

Abstract

一般而言，本发明使用较短的初始平均值来估计每符号持续期间的峰值位置，然后将随后的延迟级的数目减少到每符号1个延迟级，其中将所选择的峰值位置和相应的中间检测值一起存储。在输出端，运用加权函数消除与符号间隔的信号输出不一致的检测值。

Description

滑动窗口

技术领域

本发明涉及用于检测信号的设备和方法。更特别地，本发明涉及用于使用具有诸如IEEE 802.11b/g WLAN的长度为11的巴克序列的短扩频码的直接序列扩展频谱来检测信号的设备和方法。

背景技术

在基于802.11标准的WLAN接收机中，如在许多其他的接收机系统中一样，重要的任务是能在给定时间内可靠地检测传输的开始。就802.11b/g标准而言，传输的前同步码部分由BPSK信号组成，例如在基带处的+/-1，其被以1M符号/秒来发射，并被用由以11M片/秒速度发射的+/-1的11-片(chip)序列组成的巴克扩频序列调制。在图1中示出了所发射序列的一个例子和如何产生该序列。

作为扩频码(spreading code)的11-片巴克序列的使用通常形成用于检测这样一种信号的出现或消失的基础。所接收的信号进入相关器块，其用已知的巴克模式来匹配所接收的信号。由于巴克编码的特性，相关器块的输出信号将在每个输入符号的最后片到达时在振幅中显示出峰值。该峰值具有与所发射的BPSK序列相同的标志，并被以符号间隔时间在时间上间隔开来。在峰值之间的时间中，输出具有低值。检测算法查找这些峰值的出现。

在干扰存在的情况下，在相关器输出端的峰值和谷值水平之间的区别就变得更加难以区分。为了作出可靠的检测判断，需要获取相关器的输出并求平均或求和，两者的不同仅仅是由在若干符号周期上固定位置处不变的换算系数所引起的。

可执行中间信号处理步骤。然而，通常地，检测结果必须仍然通过组合多个符号上的峰值位置处的值来计算得出。

因此，为了计算适当的检测输出，困难的是要能够确定这些峰值位置的位置。如果获取的是在一些其他时间的输出，那么将由于结果是在峰值之间的“干扰”而不可能检测到所要的信号。

现有技术中的已知技术是在滑动窗口上计算检测算法的结果。图2给出了一个一般的例子。所接收的信号经过多个的信号处理级201，其中的一个是巴克相关器202，以产生第一相关值的序列。这些值被传递到在符号间隔处具有分接头204的延迟线203。如例子中示出的，抽样速率假定为22MHz，其表示每个符号间隔包括22个延迟级205。组合器206执行产生所述输出的合成函数。在一个简单的例子中，巴克相关器202伴随有信号处理函数201的输出量的计算，并且该合成函数只是在每个分接头处这些量的和。

所述滑动窗口方法为从每个新输入抽样延伸回来的时间的窗口计算一个连续的结果。这意味着在任意时间点上开始的信号具有均等的被成功检测到的机会。由于该检测块还可以保证捕获从窗口周期开始到结束的整个序列，所以就可以在检测算法中使用更多的有关该序列特性的信息。

然而，该滑动窗口方法的适应性需要很高的硬件成本。在典型的IEEE802.11b检测块中，检测周期是15μs，这意味着在22MHz的采样速率中达到330个延迟级。每个延迟级将由一排N存储元件组成，其中N是中间检测结果的字宽度。例如，如果8-bit表示用于中间结果，所需要的触发器的总数是2640；其中每个触发器尺寸对应于大约8个组合门，这是相当于21k门的门，其能够在尺寸上与一个ARM7处理器相比。

发明内容

本发明的主要目的是提供可至少消除上述问题的设备和方法。

概括来说，本发明使用更短的初始平均值来估计每符号持续期间的峰值位置，然后将随后的延迟级的数目减少到每符号1个延迟级，其中将所选择的峰值位置和相应的中间检测值一起存储。在输出端，使用加权函数来消除与符号间隔信号的输出不一致的检测值。

其它目的中，按照本发明的第一方面的这些目的是由用来检测在消息中前同步码的设备来获得的，其中所述的前同步码包括具有第一传输速率f_s的符号，以及这里所述的每一个符号被已知的具有第二传输速率f_c并具有滞后不为零的低自相关性的二进制序列所覆盖。该设备包括第一相关器，其配置用来使一个接收的信号和所述已知二进制序列相关以产生第一相关值的序列，其中所述的每个相关值表示所述的接收信号和所述的已知二进制序列之间的相关性。

就第一相关值或抽样的序列或流中的位置而言，第一相关值具有较高的值，这里序列与已知的二进制序列一致，也就是，对于每个所接收的符号和在该符号的结尾而言一致。

该设备包括第二相关器，其用来接收来自所述的第一相关器的所述第一相关值并使所述第一相关值和符号相关以产生第二相关器值的相应序列，所述第二相关器值表示了所述的第一相关值与所述的符号之间的相关性。

第二相关器值的一个高值代表特殊的相关值或抽样位于符号中前一抽样的位置的高可能性。第二相关器减少了测量干扰并可靠地指示了符号在序列中被检测到的位置。第二相关器输出所接收的每个第一相关值和相应的第二相关值。

该设备包括峰值选择器，用于接收第一和第二相关值，以及从所接收的具有最大的相应第二相关值的一组第一相关值中选择相关值，以产生所选择相关值的序列和位置值的序列，所述位置值序列指示在所述的第一相关值组中的所述的所选择的相关值的位置。

该峰值选择器将所接收的第一相关值分组为几组，并在具有最大的相应第二相关值的组中选择相关值。该所选择的相关值具有代表符号位置的高可能性，或更恰当而言，在第一相关值的序列中的位置是已知二进制序列的最后位置，因此代表了一个完整接收的符号。因此第二相关器输出第一相关值的每组的一个所选择的相关值和该组中该值的位置。

最后，该设备包括第三相关器，用于接收所述的所选择的相关值和所述的位置值，并通过根据所述所选择的相关值的位置和其他所选择的相关值的位置之间的关系加权每个所选择的相关值并组合所述的经加权的所选择的相关值来使所述所接收的相关值和在所述前同步码中的符号相关以产生表示所述前同步码检测的结果。

第三相关器从峰值选择器以第一传输速率f_s(即符号速率)来接收所选择的相关值。根据与邻近的多个所选择相关值位置相比的所选择相关值位置来加权所选择的相关值。此后，组合所选择的相关值来获得前同步码和所选择的相关值之间的相关。该相关的高值表示一个所检测到的前同步码。

按照较佳实施例，第二相关器包括多个延迟级，其中每个所述的延迟级用于将所接收的信号延迟一个符号时间T_s＝1/f_s。所述第二相关器进一步包括组合器，其用于从每个延迟级接收抽样并组合所述的抽样以形成第二相关值的所述序列。延迟级的数目是所述前同步码中符号数目的一部分。

按照较佳实施例，峰值选择器用于从所述所接收的第一相关值中形成一序列组，其中所述的每组包括等于在一个符号时间T_s期间接收的第一相关值数目N_Ts的数目的第一相关值。峰值选择器用于从所述的每组中选择具有最大的相应第二相关值的相关值，且所述峰值选择器用来以所述第一传输速率f_s产生所述所选择相关值的序列和所述位置值的序列。

由于峰值选择器将所接收的第一相关值分成组，其包括在符号周期期间接收的抽样数，并且峰值选择器选择了最大值及位置，因此不再需要同步，也就是各组的边界不需要与已知数字序列的边界相一致。

按照较佳实施例，所述位置选择器用于计算表示在该组位置值中最大公约位置的中心位置值，并将所述中心位置值提供给加权装置。所述加权装置将在所选择相关值组中所选择的每个相关值和与相应的位置值和中心位置值之间的差值反向相关的值相乘。

与所述相应位置值和中心位置值之间的差值成比例的该值可以是例如通过计数所述中心位置和所述相应位置值之间位置的最小数目来计算得出，其中最大和最小位置被看作是毗邻的位置并设置所述的值为与位置的数目反向相关。

也就是，如果该组包括22个抽样或相关值，并且所述抽样具有0至21的位置。并且如果该中心位置值是第21个位置，那么19的位置值是距离作为位置值1的中心位置值2个位置。

按照较佳实施例，已知的二进制序列是巴克序列。

按照较佳实施例，组合器用于通过将所述抽样的绝对值相加来组合所述抽样。

该中心位置值可以例如通过平均在所述位置值的组中所有的位置值来计算出，或者通过采用在所述位置值的组中最大公约位置值来计算出。

例如所述消息可以是按照WLAN标准IEEE802.11的消息。

按照本发明的第二方面的在其它目的中的上述目的，可使用用于检测消息中前同步码的方法达到，其中所述前同步码包括具有第一传输速率f_s的符号，每个符号被具有第二传输速率f_c并具有滞后不为零的低自相关的的二进制序列所覆盖。该方法包括使所接收的信号和所述已知二进制序列相关以产生第一相关值的序列的步骤，其中所述的每个相关值表示所述的接收信号和所述的已知二进制序列之间的相关的量。

该方法进一步包括使第一相关值和前同步码中符号的一部分相关以产生表示第一相关值和符号一部分之间的相关的第二相关值的相应序列的步骤。

形成数组序列，其中每个数组包括多个第一相关值，并且其中第一相关值的数目等于在符号时间T_s期间接收的第一相关值的数目。

从每个数组中选择具有最大的相应第二相关值的第一相关值，并且从所述所选择的第一相关值中形成所选择相关值的序列。形成位置值的序列，其中每个所述的位置值是在所述第一相关值的数组中相应的所选择的相关值的位置。

对于在所选择的相关值的序列和位置值的序列中的每个所选的相关值和相应的位置值，该方法执行以下步骤a)到e)。

a)形成N个连续所选择的相关值和N个位置值的组S，

b)从所述N个位置值计算中心位置值，

c)计算所述组S中的每个位置值的加权值，其中所述加权值是与所述位置值和所述中心位置值之间的最小距离反向相关，并且这里以循环方式计算所述的距离以使得该最大位置值可看作是该最小位置值的下一个，以形成N个加权值，

d)将所述的每个所选择的相关值和相应的加权值相乘，以及

e)组合所述的N个加权的所选择的相关值以形成表示所述所接收信号和所述前同步码之间相关性的值。

按照本发明较佳实施例的优点是可显著地减少巴克检测函数的对存储的需要，并且允许执行所有的最普遍使用的检测算法。

本发明进一步的特性及其优点将从本发明具体实施例的以下详细说明中得以证明。

附图说明

本发明将从以下所给出的本发明具体实施例的详细说明和随附图式1至4更充分地得以理解，其只是以示意性的方式给出，而因此不限制本发明。

图1是按照现有技术的具有巴克序列覆盖的二进制相移键控(BPSK)信号的示意性框图。

图2是按照现有技术的检测电路的示意性框图。

图3是按照本发明较佳实施例的示意性框图。

图4a和4b是按照图3所示的本发明较佳实施例的详细处理所接收信号的示意性框图。

具体实施方式

在随后的说明中，为了解释性而并非限制性的目的，为了提供对本发明的彻底的理解而阐明了特定的细节，诸如特殊的技术和应用。然而，对所属技术领域的技术人员来说脱离这些特殊细节而以其他具体实施方式实现本发明是很明显的。在其他情况中，省略了对熟知方法和设备的详细说明以避免不必要的细节使本发明的说明不清楚。

图1和2在背景技术中已简要地讨论过，因此将不再描述。

图3示出了按照本发明较佳实施例的设备。该设备包括第二相关器301和第三相关器302。第一相关器是附图2中示出的巴克相关器202。该设备进一步包括峰值选择器303。

包括多个延迟级304的第二相关器301从第一相关器202接收第一相关值305序列。每个延迟级304能存储所有的抽样，或者更精确地，是在符号时间Ts期间接收并在使所接收抽样和巴克序列相关之后的值。

在本发明的当前实施例中，希望所接收的信号被以频率fs＝1MHz来发送，即信号中的每个符号是T_s＝1μs长，其中T_s是符号时间。每个符号由具有频率为11MHz的巴克序列所覆盖，并且在接收机端该信号被以22MHz进行抽样。这符合WLAN标准IEEE 802.11和典型的接收机实现方式。因此，每个延迟级304必须存储22个值。

在第二相关器301中，符号间隔平均处理的实现与在常规滑动窗口设计中的实现相似。然而，在该实施例4中，该处理只能在少量的符号上进行，在附图2中只示出了两个。在其他实施例中，可以利用更少或更多的延迟级。平均/求和处理减少了测量干扰，从而产生了能够从中以高可靠性区别峰值的第二相关值306序列。

在附图4a中说明了待形成第二相关值序列的第一相关值序列的子取样。

返回到附图3，峰值选择器303将所接收的第一相关值分组为22个值的连续组。在每个连续组的末端，峰值选择器303传送对应于第二相关值307峰值的第一相关值到第三相关器302。峰值相关器303还传送对应于22个值的组中的位置的索引、或位置到第三相关器302，其中所述峰值是从308获取的。

在附图4b中说明了组401、所选择相关值307和相应的位置值308的序列的构成。

在出现信号时，所述峰值由此被挑选出来并可被用来形成最后结果。如在图3中示出的，在第二相关器的组合函数和对于第三相关器的组合函数相同的情况下，所述峰值第二相关值能和其他结果简单地组合成311以计算最后结果。在没有信号的情况下，也就是当在输入上只存在干扰时，来自每个符号周期内的随机抽样将具有最高的第二相关值。

第三相关器包括多个延迟级310。在IEEE 802.11b/g的情况下，前同步码必须在等于15符号的15μs时间间隔期间检测到。在第一相关器中几乎使用1个符号，在第二相关器中使用4个符号，因此，第三相关器包括10个延迟级。由于选择器303为每个所接收的符号峰值只选择了一个值，因此在第三相关器中的每个延迟级310只需要为每个符号存储两个值，一个所选择的相关值和一个位置值，而不是在第二相关器和现有技术中所要求的22个值。

由于在22个干扰抽样上的峰值的平均明显地比单一数值大，因此使用唯一机制的峰值选择处理将产生不可接受的高概率的错误告警。在没有信号的情况下，呼入信号是随机的，并且峰值的位置也将是随机的。可以使用该特性抵消峰值选择的效果。

传送到第三相关器302的位置值被传送到位置选择块309。位置选择块309基于第三相关器302中的位置值通过例如取最大公约值或取算术平均来计算最可能的符号位置、中心位置。对于第三相关器中的每个所选择的相关值，将相应的位置值和中心位置值相比较并根据加权函数缩放所选的相关值，该加权函数能引起在位置值进一步远离中心位置值处的值的振幅降低。位置上的差值可以跨越符号边界的循环方式计算，例如，在索引为0至21的每符号22个抽样的22MHz系统中，抽样0邻近于抽样1和21两者。如果位置值和中心位置值处于一个固定的间隔中，抽样加权函数的一个例子是加权＝1，而如果其具有更大间隔的话，加权＝0。可以选择这种固定间隔以使得由于干扰和多路径失真而引起的在位置值上的变化不能过度地降低检测可能性，而同时可以维持足够低的错误告警率。

上面所描述的实现只是个例子。可需要使用与所使用的用来计算巴克检测输出的算法不同的信号处理函数来确定最佳峰值位置，或在数据上的不同位置执行多个的其他函数。关键是在有限的时间周期内使用峰值检测函数以避免对算法所覆盖的持续时间存储的信号的所有抽样的要求。

显而易见地，本发明也可以复数种方式来改变。

例如可将本发明应用到必须使用算法检测信号的任何系统，该算法只在具有有规律地重复的峰值的信号的峰值上执行，其中该峰值位置在先前是不知道的。

这样的变化被认为是不脱离本发明的范围的。对所属领域的技术人员来说所有修改显然被包括在所附的权利要求书的范围之内的。

Claims

1.一种用于检测消息中前同步码的设备，其中所述前同步码包括具有第一传输速率f_s的符号，每个所述符号被一个已知的具有第二传输速率f_c并具有滞后不为零的低自相关性二进制序列覆盖，所述设备包括第一相关器，其被配置以使所接收的信号和所述已知二进制序列相关以产生一第一相关值序列，其中每个所述相关值表示在所述接收的信号和所述已知的二进制序列之间的相关性，

其特征在于：

一第二相关器，用于接收来自所述第一相关器的所述第一相关值并使所述第一相关值和符号相关以产生一相应的第二相关器值序列，所述第二相关器值表示所述第一相关值与所述符号之间的相关性，

一峰值选择器，用于接收所述第一和第二相关值，并从所接收的具有最大相应第二相关值的第一相关值组中选择一个相关值，来产生一个所选择相关值序列和一个位置值序列，所述位置值序列表示所述选择的相关值在所述第一相关值组中的位置，和

一第三相关器，用于接收所述的所选择的相关值和所述位置值，以及通过根据所述所选择的相关值的位置与其他所选择的相关值的位置之间的关系来加权每个所选择的相关值并组合所述的经加权的所选择的相关值来使所述接收到的选择到的相关值和所述前同步码中的符号相关，以产生指示所述前同步码的检测的结果。

2.根据权利要求1所述的设备，其中

所述第二相关器包括多个延迟级，其中每个所述延迟级用于将所述接收到的信号延迟一个符号时间T_s＝1/f_s，

所述第二相关器包括一个组合器，用于从每个延迟级接收一抽样并组合所述抽样以形成所述第二相关值序列，和

所述延迟级的数目是所述前同步码中符号的数目的一部分。

3.根据权利要求1所述的设备，其中

所述峰值选择器用于从所述接收到的第一相关值形成组序列，其中所述每组包括等于在一个符号时间T_s期间内接收的第一相关值的数目N_Ts的多个第一相关值，

所述峰值选择器用于从所述每组中选择具有最大的相应第二相关值的相关值，以及

所述峰值选择器用于以所述的第一传输速率f_s产生所述选择的相关值的序列和所述位置值序列。

4.根据权利要求1或3所述的设备，其中

所述第三相关器用于提供一组所述所选择的相关值给加权装置，

所述第三相关器用于提供相应组的位置值给所述加权装置和位置选择器，

所述位置选择器用于计算表示在所述组的位置值中最大公约位置的中心位置值，并将所述中心位置值提供给所述加权装置，

所述加权装置用于将在所述所选择相关值组中的每个所述选择出的相关值和一个与相应的位置值和所述的中心位置值之间的差值反向相关的值相乘，以及

所述第三相关器包括一个组合器，其用于组合每个所述经加权的所选择的相关值以形成一个表示所述接收到的信号和所述前同步码之间相关性的结果。

5.根据权利要求4所述的设备，其中

所述加权装置用于通过计数所述中心位置与所述相应的位置值之间位置的最小数目来计算所述与该相应的位置值和所述中心位置值之间的差值反向相关的值，其中最大和最小位置被看作是毗邻的位置并将所述值设置为与位置的数目反向相关。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述已知二进制序列是巴克序列。

7.根据权利要求2所述的设备，其中所述组合器用于通过将所述抽样的绝对值相加来组合所述抽样。

8.根据权利要求4所述的设备，其中所述位置选择器用于通过求所述位置值组中所有位置值的平均值，或通过取所述位置值组中最大公约位置值来作为中心位置值来计算所述中心位置值。

9.根据权利要求4所述的设备，其中所述组合器用于通过将所述抽样的绝对值相加来组合所述抽样。

10.根据权利要求4所述的设备，其中所述消息是一个按照IEEE 802.11的消息。

11.根据权利要求5所述的设备，其中如果所述数目的在所述位置值和所述中心值之间的位置小于门限值，那么所述的值为1，否则为0。

12.一种检测消息中前同步码的方法，其中所述前同步码包括具有第一传输速率f_s的符号，每个所述符号被具有第二传输速率f_c并具有滞后不为零的低自相关性的已知二进制序列覆盖，其包括使所接收的信号和所述已知二进制序列相关以产生第一相关值的序列的步骤，其中所述每个相关值表示所述接收到的信号和所述已知二进制序列之间相关的数目，和

其特征在于进一步的步骤：

使所述第一相关值与所述前同步码中符号的一部分相关以产生表示所述第一相关值和所述符号之间相关性的第二相关值的相应序列，

形成数组序列，其中所述每个数组包括多个所述第一相关值，且其中所述第一相关值的所述数目等于在符号时间T_s期间接收到的第一相关值的数目，

从具有最大相应的第二相关值的所述每个数组中选择出第一相关值，

从所述选择出的第一相关值形成一选择出的相关值序列，

形成一位置值序列，其中每个所述位置值是在所述第一相关值数组中相应选择出的相关值的位置，以及

对于在所述选择出的相关值序列和位置值序列中的每个选择出的相关值和相应的位置值，执行：

a)形成N个连续的选择出的相关值和N个位置值的组S，

b)从所述N个位置值中计算出中心位置值，

c)计算所述组S中每个位置值的加权值以形成N个加权值，其中所述加权值与所述位置值和所述中心位置值之间的最小距离反向相关，并且所述距离以循环方式来计算从而使得可将最大位置值看作是最小位置值的下一个，

d)将每个所述选择出的相关值和相应的加权值相乘，

e)组合所述N个经加权的选择出的相关值，以形成表示所述接收到的信号和所述前同步码之间相关性的值。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述使所述第一相关值和所述前同步码中符号的一部分相关的步骤是通过对所述第一相关值序列中的每个值加上多个第一相关值的绝对值来实现的，其中所述数目的第一相关值被符号时间T_f＝1/f_s间隔开来。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述计算中心位置值的步骤是通过取所述N个位置值的平均位置值或取所述N个位置值的最大公约位置值作为中心位置值来实现的。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述组合所述N个经加权的选择出的相关值的步骤是通过将所述经加权的选择出的相关值的绝对值相加、或将每个所述N个经加权的选择出的相关值与相应的符号标志相乘然后将所述经加权的选择出的相关值相加来实现的。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述符号的一部分是四以及所述数目N是10。

17.根据权利要求12所述的方法，其中所述已知二进制序列是巴克序列。

18.根据权利要求12所述的方法，其中所述消息是按照IEEE 802.11的消息。