CN1719835A - 应用于封包型通讯系统中接收机的信号接收误差的补偿方法及其装置 - Google Patents

应用于封包型通讯系统中接收机的信号接收误差的补偿方法及其装置 Download PDF

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Abstract

一种应用于封包型通讯系统中接收机的信号接收误差的补偿方法及其装置。根据本发明，假若在媒体存取控制层判断目的位元元址的接收机确是目前封包的接收者、以及在实体层判断CRC－32检查知目前封包能被正确地接收，则目前封包所用以补偿信号接收误差的一估计数据，可以在处理下一个封包时重复使用。据此，全般接收机的功效与稳定度可以被提升，而估计演算法亦得以简化。

Description

应用于封包型通讯系统中接收机 的信号接收误差的补偿方法及其装置
【技术领域】
本发系有关于封包型通讯技术，特别是有关于应用于封包型通讯系统中接收机回复接收信号的技术。
【先前技术】
IEEE 802.11为利用正交分频多工(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，下文简以OFDM称的)技术的封包型无线通讯标准，是已广泛使用于无线区域网络(Wireless LAN)的标准。
IEEE 802.11规格书系针对实体层(physical layer)和媒体存取控制层(medium access control layer)定义规范，其为根据开放系统互连(OpenSystem Interconnection，简以OSI称的)网络典范下数据链结层(data linklayer)内两个子层(sub-layer)中的一者。虽然常见有IEEE 802.11a、802.11b、以及802.11g等不同实体层的别，却全都是遵循相同的媒体存取控制层标准。
图1系显示802.11a标准下实体层的框格式(frame format)示意图。如图1所示，封包框可区分为三个部分：前置(preamble)部分10、头(header)部分12、以及数据(data)部分14。前置部分10有称的为训练序列(trainingsequence)，包括具有十个短符号(short symbols)的短前置栏位、以及具有两个长符号的长前置栏位。在WLAN接收机中，必须解决诸如直流偏移(DC offset)和自动增益控制(AGC)等问题。在高速通讯应用中，所传送出去的信号与相对应所接收的信号通常并不相同，因此必须执行时序同步和频率偏移估计。此外，就接收机而言，传输通道系属未知必须予以估计。此等均需在每一框格式开始时，仰赖前置栏位的训练序列而得。
头部分12系用来表示编码率和封包长度等资讯。
数据部分14包括PSDU栏位元(例如：封包数据)、尾位元(tail bits，有六个0位元)以及垫位元(pad bits)。
图2系显示IEEE 802.11标准MAC层一通常框格式示意图。当封包数据在PHY层解码后传递到MAC层，会经过识别决定目前的封包是否是传送至本接收机，此系通过检视图2「Add 1」栏位元元中的目的位元元址(DA)是否与本接收机的识别位址(例如：网络介面卡上的MAC位址)匹配而得。此外，并利用CRC检查计算(checksum)检测所接收的封包是否有传输错误，此CRC计算可以是利用内含于FCS(Frame Check Sequence)栏位内的32位元CRC码而得。
上述所列举的IEEE 802.11规格中，前置部分10非常短，仅以16us有限的训练时间，供接收机撷取能正确解码数据所需的所有资讯，此即表示需要复杂演算法与高成本方能实现估计电路。
因此，接收机需要一种简便演算法，用以撷取所需资讯，使得接收机内诸如直流偏移估计、频率偏移估计、以及通道估计等估计数据，能传输数据妥善匹配，进而改善接收机的功效。
【发明内容】
本发明的一目的，在于提供一种应用于封包型通讯系统中接收机能补偿信号接收误差的方法及其装置，其目前封包内所获致的直流偏移估计与频率偏移估计等估计数据可以重复使用，以降低目前信号接收误差。
为获致上述目地，本发明可通过一种应用于封包型通讯系统中接收机的补偿信号接收误差的方法及其装置来完成。根据本发明，假若在媒体存取控制层判断目的位元元址知接收机确是目前封包的接收者、以及在实体层判断CRC-32检查知目前封包能被正确地接收，则目前封包所用以补偿信号接收误差的一估计数据，可以在处理下一个封包时重复使用。据此，全般接收机的功效与稳定度可以被提升，而估计演算法亦得以简化。
此二条件可以在MAC层目的位元元址(DA)检查和PHY层CRC-32检查，分别获得验证。
估计数据会经由封包接收期间持续改善，直至封包终端止方能固定(latched)。
假若传输通道是非随时变(time-invariant)者，此重复使用方式亦可应用在通道估计上。
利用重复使用估计数据以补偿信号接收误差，可进一步改善全般接收机功效与稳定度，而所使用的估计演算法也可以简化。
【附图说明】
图1系显示IEEE 802.11标准PHY层的框格式示意图；
图2系显示IEEE 802.11标准MAC层的框格式示意图；
图3系显示根据本发明PHY层的框格式示意图；
图4A和4B系显示根据本发明用以解释数据闩锁操作的两种实例的时序图；
图5系显示根据本发明PHY层用以处理接收信号的方法的流程图；以及
图6系显示根据本发明接收机的方块示意图。
【具体实施方式】
根据本发明，PHY层估计演算法在封包接收期间持续背用来调整估计数据，而在目前框所获知的精确估计会重复应用至下一个框，用以补偿下一个框得信号接收误差，以别于习知技术针对所接收到新框仅使用每一框起始处的有限的训练序列的方式。
在决定由目前封包所获知的估计数据可否被重复使用于下一的封包时，必须考量两种条件：第一、必须判断接收机是否为目前封包的接收者；第二、再决定可否正确地接收目前封包。唯有上述两种条件的答案都是肯定时，所获致的估计数据则可以闩锁，以供重复的用。假若接收机确定是封包的接收者，但是不满足第二个条件，是为「估计失败」，而连续失败达既定的次数N(如十次)，则会停止闩锁估计数据重复使用，并如同上述习知方式，使用框起始处的训练序列产生新估计值。
请参照图2，第一项条件可以是在MAC层进行验证，如同上述，通过检视目前封包「Add 1」栏位元元所含目的位元元址DA使否与接收器的识别位址匹配。假若检视结果是肯定的，则会产生表示目前封包的接收者为本接收机的一信号予PHY层。
虽然第二项条件也可以由MAC层进行验证，但是由MAC层进行循环冗余检查(CRC)会延迟过多的时间，致使PHY层无法获致及时的检视结果。因此，根据本发明的较佳实施例，系对PHY层的FCS栏位进行检查，以立即检测传输误差。
就IEEE 802.11标准下，若目前封包的估计数据可以重复使用于下一个封包时，因为直流偏移估计和频率偏移估计的精确度会影响解码效能，故本较佳实施例会选择直流偏移估计和频率偏移估计为的。
其他估计资讯(诸如通道估计)也会影响接收机效能，因此，通道估计的重复使用与否取决于通道特性。就非时变通道参数而言，本发明系可应用重复使用方式为的。
下文将以使用IEEE 802.11标准的较佳实施例详细阐述本发明的精髓。
图3系显示根据本发明PHY层的框格式示意图。如图3所示，一封包框经区分为三个部分：一前置部分30、一头部分32、以及一数据部分34，类似图1所示的框结构。本发明较的习知技术相亦的处，在于：(i)训练阶段的直流估计播种(DC estimation seeding)和频率偏移估计播种(frequency offsetestimation seeding)操作；(ii)接收MAC_HIT信号，此信号用以表示接收机是否为目前封包的指定接收者；(iii)在PHY层执行CRC-32检查，产生CRC_OK信号，用以表示目前封包是否正确接收。
第四A和四B图系显示根据本发明用以解释数据闩锁操作的两种实例的时序图。如图4A所示，接收机依序接收三个数据封包40a、42a、44a。第一封包40a和第三封包44a经检测，其目的位元元址等同于接收机的ID位址，因此，MAC层产生MAC_HIT信号予PHY层，所有的封包40a-44a均能正确地接收，故针对所有的封包40a-44a均产生CRC_OK信号。由于必须是在MAC_HIT和CRC_OK信号同时产生时，方能进行数据闩锁操作。就封包42a而言，并不能满足这两项条件，故于下一封包44a训练阶段，并不会对封包42a的频率偏移估计与直流偏移估计进行闩锁和播种，而前一个封包40a的估计资讯仍可重复使用于处理下一封包44a。另一方面，封包40a和44a的频率偏移估计与直流偏移估计均可被闩锁，以供重复使用。
同样地，如图4B所示的实例，由于封包42a无法被正确接收，故不会对频率偏移估计与直流偏移估计进行闩锁操作。
图5的流程图适针对本发明PHY层用以处理接收信号的方法提供较佳的解释。在流程图中，变数Estm_fail起初经设定为零，此变数系用以表示估计失败的连续次数。如图5所示，在步骤S500开始接收框的后，若Estm_fail的数值小于既定值N，则会将先前闩锁的频率偏移估计与直流偏移估计予以播种，也就是进行步骤S506在目前封包训练阶段重复使用这些估计值，而N是正整数，可以通过电路设计予以决定。若否，则会进行步骤S504，使用训练序列评估新的频率偏移与直流偏移。在数值N定义为1的特例情况下，表示单一估计失败即启动训练序列进行新的估计。
经过直流偏移消除、符号时序建立、以及频率补偿等处理后，接收信号经转换至频域(frequency domain)用以通道校正，然后进行去映射(de-mapping)、去插叙(de-interleaving)、去削弱(de-puncturing)、解码(decoding)、以及去搅乱(descrambling)处理，在图5均以步骤S508的解码程式表的。经过解码程式处理后的数据即输出至MAC层，并产生MAC_HIT信号，通知PHY层DA验证结果，此即步骤S510所进行的操作。再者，PHY层会进行CRC checksum处理，并据以产生CRC_OK信号，是步骤S512的操作。
当于解码程式进行期间，频率偏移与直流偏移估计持续进行，若于步骤S514和S515得知MAC_HIT信号和CRC_OK信号均有产生，则在目前封包节结束的际会对估计数据进行闩锁，在步骤S516将数值Estm_fail重设为零。假若在步骤S515检测发现有估计失败的情事，则会进行步骤S518将数值Estm_fail加一。
图6系显示根据本发明接收机的方块示意图。在接收信号通过类比/数位转换器604的后，直流偏移会先在直流消除电路606被移除，然后由时序回复暨频率偏移补偿电路608对信号进行同步和频率偏移校正处理。直流消除电路606与时序回复暨频率偏移补偿电路608系根据重复使用信号所控制，此重复使用信号系由重复使用控制电路636所产生。据此，当MAC_HIT信号与CRC_OK信号均产生时，可以重复使用先前闩锁在缓冲器628和626内的直流偏移估计与频率偏移估计；抑或使用新产生的直流偏移估计632与频率偏移估计630。假若数值Estm_fail小于既定数值N时，则控制2对1多工器624，将缓冲器628与626内的直流偏移估计与频率偏移估计，分别传递至电路606与608处。
经过时序同步与频率校正后，信号会在电路方块610处以快速傅力叶(FFT)转换至频域。接着，即进行通道估计，于通道校正电路612处进行通道校正，此处即利用锁相回路634对频率偏移估计进行对准处理。
再者，经过通道校正后的信号会在去映射电路614作去映射处理、在去插叙暨去削弱电路616进行去插叙处理和去削弱处理。经过电路616处理后的输出数据即送至解码器618利用Viterbi演算法进行解码，最后在解去搅乱器620处进行去搅乱处理。
虽然较佳实施例仅以IEEE 802.11a标准为例，却非用以限定本发明，其他的标准(如IEEE 802.11g)亦当可适用于其他实施例中。另外，本发明并非用以限定仅应用在无线通讯系统，只要封包型通讯系统，则不论有线或无线通讯系统均可适用。
根据本发明，系通过重复使用估计数据以补偿信号接收误差，故可进一步提升全般接收机功效与稳定度，而所需的估计演算法亦得以简化。

Claims (28)

1.在封包型通讯系统中，一种接收机的实体层内处理接收信号的方法，包括下列步骤：
根据一重复使用控制信号，对于一目前封包进行信号接收误差的补偿操作，该补偿操作可以利用一先前闩锁估计数据或利用该目前封包的一训练序列中所获致的估计数据中的一者为之；
对该补偿后信号进行解码后，传递该解码后信号至该接收机的一媒体存取控制层；
自该媒体存取控制层接收一信号，该信号系用以表示该接收机是否为该目前封包的接收者；
对于该目前封包是否正确接收进行判断；
假若该接收机确系该目前封包的该接收者，但该目前封包并未正确接收，则产生代表该目前封包属一估计失败的一信号；以及
假若该接收机确系该目前封包的该接收者，而该目前封包亦正确接收，则对该目前封包所使用的该估计数据进行闩锁；
其中，假若该估计失败的连续次数小于一既定数值时，即便会产生重复使用控制信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该估计数据是一直流偏移估计。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该估计数据是一频率偏移估计。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该估计数据是一通道估计。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该接收机是否为该目前封包的该接收者，是经由验证该目前封包的目的位元元址是否与该接收机的一识别位址匹配所决定。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该目前封包是否正确地接收系由循环冗余检查(CRC)所决定。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，尚包括持续提升使用于该目前封包的该估计数据的精确度，直至该目前封包的终止处。
8.用于一封包型通讯系统的一种接收机，包括：
一补偿电路，系根据根据一重复使用控制信号，对于一目前封包进行信号接收误差的补偿操作，该补偿操作可以利用一先前闩锁估计数据或利用该目前封包的一训练序列中所获致的估计数据中的一者为的；
一估计电路，用以产生该目前封包内的该估计数据；
一解码器，用以对该补偿电路的输出进行解码；
一第一验证电路，用以判断该接收机是否为该目前封包的接收者；
一第二验证电路，用以对该目前封包是否正确接收进行判断；
一估计失败产生电路，假若该接收机确系该目前封包的该接收者，但该目前封包并未正确接收，则产生代表该目前封包属一估计失败的一信号；
一缓冲器，假若该接收机确系该目前封包的该接收者，而该目前封包亦正确接收，则对该目前封包所使用的该估计数据进行闩锁；以及
一重复使用控制电路，假若该估计失败的连续次数小于一既定数值时，即便会产生一重复使用控制信号。
9.根据权利要求8所述的接收机，其特征在于，该估计数据是一直流偏移估计。
10.根据权利要求8所述的接收机，其特征在于，该估计数据是一频率偏移估计。
11.根据权利要求8所述的接收机，其特征在于，该估计数据是一通道估计。
12.根据权利要求8所述的接收机，其特征在于，该第一验证电路判断该接收机是否为该目前封包的该接收者，是经由验证该目前封包的目的位元元址是否与该接收机的一识别位址匹配所决定。
13.根据权利要求8所述的接收机，其特征在于，该第二验证电路判断该目前封包是否正确地接收系由循环冗余检查(CRC)所决定。
14.根据权利要求8所述的接收机，其特征在于，尚包括一估计电路，进一步提升使用于该目前封包的该估计数据的精确度，直至该目前封包的终止处。
15.在一封包型通讯系统中，一种接收机对于信号接收误差进行补偿的方法，其特征在于：假若该接收机确是一目前封包的一接收者、以及该目前封包能被正确地接收，则该目前封包所用以补偿该信号接收误差的一估计数据，可以在处理下一个封包时重复使用。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，该估计数据是一直流偏移估计。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，该估计数据是一频率偏移估计。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，该估计数据是一通道估计。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，该接收机是否为该目前封包的该接收者，是经由验证该目前封包的目的位元元址是否与该接收机的一识别位址匹配所决定。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，该目前封包是否正确地接收系由循环冗余检查(CRC)所决定。
21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，该目前封包是否正确地接收系在该接收机的一实体层内所决定。
22.在一封包型通讯系统中，一种接收机对于信号接收误差进行补偿的装置，其特征在于：假若该接收机确是一目前封包的一接收者、以及该目前封包能被正确地接收，则该目前封包所用以补偿该信号接收误差的一估计数据，可以在处理下一个封包时重复使用。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，该估计数据是一直流偏移估计。
24.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，该估计数据是一频率偏移估计。
25.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，该估计数据是一通道估计。
26.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，该接收机是否为该目前封包的该接收者，是经由验证该目前封包的目的位元元址是否与该接收机的一识别位址匹配所决定。
27.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，该目前封包是否正确地接收系由循环冗余检查(CRC)所决定。
28.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，该目前封包是否正确地接收系在该接收机的一实体层内所决定。
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