DE102018105305A1

DE102018105305A1 - Verfahren zum Betrieb eines Empfängers zum Verarbeiten einer Präambel eines Datenpakets und gemäß dem Verfahren arbeitender Empfänger

Info

Publication number: DE102018105305A1
Application number: DE102018105305.3A
Authority: DE
Inventors: Michael O'Brien; Sean Francis Sexton; Joshua Nekl; Dermot G. O'Keeffe
Original assignee: Analog Devices Global ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: CN112929043A; US20180263001A1; CN112929043B; US10674459B2; CN108574501A; DE102018105305B4; CN108574501B

Abstract

Es wird ein verbesserter Empfänger zur Verwendung bei einer Datenpaketkommunikation bereitgestellt, wobei der Prozess des Konfigurierens der Verstärkung des Empfängers und Identifizierens einer Präambel in dem Datenpaket robuster gemacht wird. Der verbesserte Empfänger muss sich nicht darauf verlassen, dass der Empfangsleistungspegel eine Auslöserschwelle übersteigt, um die Verstärkungsregelung einzuleiten. Stattdessen läuft die Verstärkungsregelung, während der Empfänger auf ein Datenpaket wartet. Der Frequenzkorrekturprozess kann gleichzeitig mit dem Verstärkungsregelprozess laufen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Verbessern der Genauigkeit der Detektion einer Präambel in einem Kommunikationssystem. Man erreicht dies ohne zu erfordern, dass die Dauer der Präambel vergrößert wird.
STAND DER TECHNIK
Es sind viele drahtlose Kommunikationssysteme im Einsatz. Diese verwenden häufig Datenpakete zum Senden von Daten zwischen dem Sender und Empfänger.
Der Empfänger weiß nicht im Voraus, wann ein Sender Übertragung einer Nachricht einleiten möchte. Existierende Empfänger „horchen“ meist nach potentiellen Signalen, deren Energie eine Schwelle übersteigt. Sobald die Schwelle überschritten wird, versucht der Empfänger während einer Periode, die eine Präambel eines Datenpakets einschließen sollte, automatische Verstärkungsregelung AGC durchzuführen, wenn es sich zeigt, dass das Signal, das den Schwellenwert überstiegen hat, ein Datenpaket ist. Der Empfänger kann durch Rauschen oder andere Störungen oder Temperatur- oder Umgebungsfaktoren, die sich auf die zusammengesetzte Empfängerverstärkung auswirken, ausgelöst werden. Solche Störungen können ausreichend nahe am Anfang eines Datenpakets auftreten, so dass sie die im Empfänger implementierte automatische Verstärkungsregelfunktion stören.
KURZFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Empfängers dergestalt, dass sein Verstärkungseinstellungsprozess (gain adjustment process) bei Anwesenheit von störenden Signalen (interfering signals) robuster ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Empfängers zum Verarbeiten einer Präambel eines Datenpakets bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Durchführen einer Empfängerverstärkungseinstellung durch Verwendung eines Verstärkungsreglers zur Einstellung der Verstärkung eines Hochfrequenzverstärkers des Empfängers. Die Verstärkungsregeloperation beginnt vor dem Empfang des Datenpakets und läuft ab, bis der Empfänger die Präambel oder einen Teil der Präambel mit einem ausreichenden Konfidenzgrad identifiziert hat. Nachdem die Präambel identifiziert ist, wird der Verstärkungsregelbetrieb beendet, und die Verstärkung kann dann für den Empfang des Rests des Datenpakets fest bleiben.
Vorzugsweise wird gleichzeitig mit dem Durchführen der Verstärkungseinstellung eine Empfänger-Frequenz-Offsetkorrektur durchgeführt. Paralleles Ausführen beider Operationen der Verstärkungs- und Frequenzeinstellungen erlaubt die Erzielung verbesserter Genauigkeit beim „Verriegeln“ mit („locking“ onto) dem Datenpaket, ohne zu erfordern, die Präambelsequenz zu verlängern. Dieser Ansatz gibt den Prozessen der automatischen Verstärkungsregelung und Frequenzoffsetkorrektur außerdem jeweils verglichen mit vorbekannten Methoden mehr der Präambel zum Arbeiten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein gemäß einem Verfahren des ersten Aspekts arbeitender Funkempfänger bereitgestellt.
Der Funkempfänger kann in Assoziation mit einem Sender bereitgestellt werden, um so bidirektionale Kommunikation mit einer entfernten Vorrichtung zu erlauben.
Das Verfahren und der Empfänger, die hier offenbart werden, können zur Datenkommunikation gemäß Umtastmethoden, wie etwa Übertragungsmethoden der Gauss'schen Frequenzumtastung GFSK verwendet werden. Solche Methoden können für Kommunikation zwischen mehreren Vorrichtungen zum Betrieb in einem ad-hoc-Netzwerk verwendet werden, z. B. als Teil eines Netzwerks des „Internet der Dinge“ IOT, das sich um eine Wohnung oder ein Unternehmen herum befindet, sowie auf persönlichen Vorrichtungen, darunter Unterhaltungs- und Fitness-Tracker, oder auf medizinischen Vorrichtungen und industriellen Vorrichtungen, die die Möglichkeit erfordern, Daten über relativ kurze Reichweiten zu senden.
Figurenliste
Es werden nun lediglich als nicht einschränkendes Beispiel Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben, wobei auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird. Es zeigen:

1 schematisch Datenpaketübertragung zwischen einem Sender und einem Empfänger;
2 schematisch die in einem Ansatz eines Empfängers beim Empfang eines Datenpakets ausgeführten Prozesse;
3 schematisch die durch einen Empfänger, der gemäß der vorliegenden Offenbarung arbeitet, ausgeführten Prozesse;
4 ein Schaltbild eines Empfängers, der eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
5 schematisch die Wirkung eines ersten und zweiten Korrelators, die in Konjunktion arbeiten, um eine Präambel aus dem Datenpaket wiederherzustellen;
6a, 6b und 6c Beispiele für Ausgaben des ersten Korrelators, des zweiten Korrelators bzw. die Summe der Korrelatorausgaben;
7 schematisch die Funktionsweise des Korrelators zur Bestimmung, ob die Präambel gefunden wurde;
8 schematisch ein Beispiel für Korrelatorausgabe für eine Ausführungsform, bei der das Eingangssymbol am Empfänger achtmal überabgetastet ist;
9 schematisch die im Empfänger ausgeführten Verarbeitungsschritte;
10 schematisch den Mittelwert der Ausgabe des Mittelwerts bei Anwesenheit von Rauschen und bei Anwesenheit eines Signals, das die Empfindlichkeitsgrenze des Empfängers repräsentiert;
11 schematisch, wie die Werte aus dem Mittelwert ausgewählt werden können; und
12 ein „Augen“-Timingdiagramm zum Auswählen geeigneter Einsen der überabgetasteten Ausgabe des Demodulators zur Bereitstellung für eine Bitwiederherstellungsschaltung.

BESCHREIBUNG EINIGER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER VORLIEGENDEN OFFENBARUNG
Wie zuvor erwähnt gibt es mehrere drahtlose Kommunikationsmethoden, die Daten zwischen Sender und Empfänger in Form von Datenpaketen senden.
1 zeigt schematisch ein Beispiel für ein drahtloses Kommunikationssystem, bei dem ein Sender 1 Daten als ein Datenpaket 2 erstellt, das es zu einer Antenne 3 sendet, so dass die gemäß einer geeigneten Übertragungsmethode modulierten Daten mittels eines Kommunikationsmediums 5 zu einer Antenne 8 eines Empfängers 10 propagiert werden können. Der Empfänger 10 wirkt zum Demodulieren des gesendeten Funksignals und zum Wiederherstellen der Daten, die im Sender 1 codiert wurden. Die Daten werden oft in Form eines Datenpakets 2 gesendet, das eine bekannte Anzahl von Bit enthält. Das Datenpaket 2 weist einige Steuerdaten auf, wie etwa eine Präambel, und auch eine Zugangsadresse, die den beabsichtigten Empfänger identifiziert. Beispiele für solche Kommunikationsmethoden wären Methoden der Frequenzumtastung wie etwa Gauss'sche Frequenzumtastung. Die Lehren der vorliegenden Offenbarung sind jedoch auf ein beliebiges Kommunikationssystem, das eine Präambel verwendet, anwendbar. Somit ist die vorliegende Erfindung auf viele Kommunikationsmethoden anwendbar, wie etwa Bluetooth Low Energy BTLE, das manchmal auch als Bluetooth Smart bekannt ist.
2 zeigt schematisch einen vorderen Teil eines Pakets 2 zusammen mit den durch einen Empfänger bei dem Empfang des Pakets ausgeführten Aktionen.
Wenn der Sender 1 von 1 angewiesen wird, Daten zu senden, fährt er anfänglich seinen Oszillator und Sendeverstärker herauf, um dadurch einen Teil des Pakets entstehen zu lassen, bei dem ein Dauerstrichsignal zunehmender Intensität auftritt, bis der Sender seine nominale Sendeleistung erreicht. Diese Region ist in 2 als 20 gekennzeichnet. Sobald der Senderbetrieb hergestellt wurde, wird eine Präambel 22 gesendet. Die Präambel enthält eine vorbestimmte Sequenz von Bit, die sowohl dem Sender als auch dem Empfänger bekannt ist. Zum Beispiel kann der Sender eine Präambel senden, die acht Bit enthält, die als „10101010“ angeordnet sind. Es versteht sich, dass andere Präambeln möglich sind. Sobald die Präambel 22 abgeschlossen wurde, sendet der Sender eine Adresse 24, die eine Kennung für den Empfänger und die Vorrichtung repräsentiert, die die in dem Paket gesendete Nachricht empfangen sollen. Die Empfängeradresse ist im Allgemeinen bekannt, weil der Sender und der Empfänger an einem gewissen Punkt „gepaart“ wurden, um Kommunikation zwischen ihnen herzustellen. Sobald die Zugangsadresse 24 abgeschlossen wurde, wird der Rest des Pakets 26 gesendet. Dieser Teil weist die Nutzinformationsdaten auf, die der Sender zum Empfänger zu senden beabsichtigt.
Der Empfänger 10 von 1 sitzt und horcht die an seiner Antenne empfangenen Signale an. Der Empfänger hat keine Kenntnis der Distanz zwischen ihm und dem Sender. Ähnlich hat er keine Kenntnis des Ausbreitungsmediums. Folglich nimmt der Empfänger ein ungünstigstes Szenario an, nach einem Signal minimaler Stärke suchen zu müssen. Dies stellt sicher, dass schwache oder ferne Signale nicht verlorengehen. Dieser Ansatz kommt jedoch mit der Möglichkeit, dass stärkere Signale die Eingangsstufe des Verstärkers sättigen oder bewirken, dass nachfolgende Elektronik, wie etwa Analog-Digital-Umsetzer, über ihren Bereich gezwungen werden.
2 zeigt die durch den Empfänger als Reaktion auf das an der Empfangsantenne 8 ankommende Datenpaket ausgeführten Funktionen. In einer ersten Operation bemerkt der Empfänger, dass der Energiepegel, der an der Empfangsantenne 8 detektiert wird, eine Schwelle übersteigt, und setzt ein Energiedetektionssignal 30. Dies provoziert den Empfänger dann dazu, die Verstärkung seiner Verstärker zu ändern, was im Allgemeinen Verringern der Verstärkung vom Maximum bedeutet, bis die Amplitude der ankommenden Leistung während der Präambel in akzeptable Grenzen fällt. Die Zeit, die es dauert, um die Verstärkung einzustellen, wird in 2 durch Block 32 repräsentiert. Nachdem die Verstärkung eingestellt wurde, wird ein AGC-Fertig-Signal 34 gesetzt. Es sollte beachtet werden, dass die zum Durchführen der automatischen Verstärkungsregelung in Anspruch genommene Zeit, die durch Block 32 repräsentiert wird, unterschiedlich ist. Wenn das ankommende Signal relativ schwach ist, ist die Änderung der Verstärkung, die vom HF-Verstärker und anderen Eingangsstufenverstärkern des Empfängers erfordert wird, relativ mäßig und kann daher relativ schnell abgeschlossen werden. Wenn das Signal sehr stark ist, könnten jedoch mehrere Verstärkungseinstellungen vorgenommen werden müssen, bis die Verstärkung korrekt gesetzt ist, um Sättigung der Signalelektronik oder des Analog-Digital-Umsetzers zu vermeiden. Das Setzen des AGC-Fertig-Signals ermöglicht den Beginn eines automatischen Frequenzkorrekturprozesses, wie durch Block 42 identifiziert.
Wie später besprochen wird, kann der automatische Frequenzkorrekturprozess lediglich wirken, um die Differenz oder das Offset zwischen der Trägerfrequenzwelle des Senders und der nominalen Empfangsfrequenz des Empfängers zu schätzen. Abschluss des automatischen Frequenzkorrekturprozesses führt zu dem Setzen eines AFC-Fertig-Signals 44. Das Setzen des AFC-Fertig-Signals leitet den Beginn einer Prozedur zum Identifizieren der in den Datenpaketen codierten Zugangsadresse ein. Dies wird während des durch Block 50 angegebenen Zeitraums durchgeführt, und sobald das Zugangsadressensignal gefunden und decodiert wurde, wird ein Zugangsadresse-Gefunden-Signal 52 gesetzt. Wenn die Zugangsadresse 50 der Adresse des Empfängers entspricht, empfängt und decodiert der Empfänger dann die Nutzinformationsdaten 26. Wenn die Adressen nicht übereinstimmen, weiß der Empfänger, dass die Daten nicht für ihn bestimmt sind, und kann, wenn dies erwünscht ist, den Rest des Pakets ignorieren, so dass er den Energie- und Paketdetektionsprozess zum Überwachen des Empfangs eines nachfolgenden Pakets wieder freigeben kann.
Bei der Bluetooth-Low-Energy-Übertragungsmethode weist die Präambel zum Beispiel eine relativ kurze Dauer von 8 µs auf. Die in dem Ansatz von 2 gezeigte Methode ist anfällig für Fehlschlag oder Störungen bei der Energiedetektionsphase der Methode. Zum Beispiel kann sich der Empfänger in einer rauschbehafteten Umgebung befinden. Dazu könnte es kommen, wenn sich der Empfänger in einer stark mit WiFi-Knoten populierten Umgebung befindet. Zum Beispiel können die WiFi-Sender und -Empfänger, d.h., Vorrichtungen, die gemäß den Protokollen IEEE 802.11 arbeiten, fünf verschiedene Frequenzbereiche verwenden, nämlich die Bänder 2,4 GHz, 3,6 GHz, 4,9 GHz, 5 GHz und 5,9 GHz. Bluetooth arbeitet um eine Frequenz von 2,45 GHz herum (2,402 bis 2,480 GHz). Aufgrund der dichten Frequenznähe ist es deshalb möglich, dass trotz der Bereitstellung von Filtern und dergleichen ein Signal von einer WiFi-Vorrichtung, die mit hoher Leistung und in dichter Nähe zum Beispiel eines Bluetooth-Empfängers arbeitet, den Energiedetektionsmechanismus dazu veranlassen kann, das Energiedetektionssignal zu setzen.
Wenn das Energiedetektionssignal zu früh gesetzt wird, zum Beispiel aufgrund eines impulsiven Störungssignals, ist es wahrscheinlich, dass der automatische Verstärkungsregler bewirkt, dass die Verstärkung auf eine falsche Verstärkungseinstellung gesetzt wird. Die Verstärkungseinstellung ist wahrscheinlich die empfindlichste Einstellung, da die Verstärkung bei Abwesenheit eines Signals für einen Teil der Einstellungszeit gesetzt wurde. Nachdem das Datenpaket tatsächlich ankommt, ist es wahrscheinlich, dass der Leistungspegel des Datenpakets bewirkt, dass der Analog-Digital-Umsetzer oder andere Posten in der Signalkette sich sättigen. Außerdem muss in der Anordnung von 2 die automatische Frequenzkorrektur während der Präambel auftreten, muss aber warten, bis die Verstärkung gesetzt ist. Wenn ein verfrühter (falscher) Auslöser auftritt, wird der automatische Frequenzkorrekturwert unter Verwendung eines unbekannten Eingangssignals oder von Rauschen geschätzt und konvergiert wahrscheinlich auf einen falschen Wert. Fehlschlag oder Fehler bei den Verstärkungsauswahl- und Frequenzkorrekturprozessen vergrößern die Wahrscheinlichkeit, dass der Prozess des Suchens nach Zugangsadressendetektion keine gültige Zugangsadresse findet und das Überschreiten einer Zeitgrenze auslöst. Aus beliebigen dieser Gründe schlägt somit der Einrichtungsprozess fehl, und das Datenpaket geht verloren. Wenn Sender und Empfänger ein Handshake durchführen, löst dies Neuübertragung des Datenpakets und eine Verringerung der Datendurchsatzraten aus.
Wenn das Energiedetektionssignal zu spät gesetzt wird, zum Beispiel weil die Energie des Signals, das am Empfänger empfangen wird, nahe bei der Empfindlichkeitsschwelle des Empfängers ist, ist es wahrscheinlich, dass die AGC keine oder nur eine kleine Verstärkungskorrektur vornehmen muss. Der Schritt der automatischen Frequenzkorrektur schlägt jedoch wahrscheinlich fehl, da er möglicherweise nicht abgeschlossen oder auch nicht gestartet wurde, während die Präambel gesendet wird. Wenn die AFC-Phase fehlschlägt oder ihr AFC-Fertig-Signal verspätet bereitstellt, schlägt der Zugangsadressen-Detektionsschritt wahrscheinlich fehl, da er die Suche zu spät gestartet haben würde, um erfolgreich zum Abschluss zu kommen.
Die vorliegenden Erfinder haben unter anderem festgestellt, dass eine Verbesserung der Zuverlässigkeit erreicht werden könnte, indem man den Energiedetektionsschritt, der die Verstärkungskorrektur einleitet, verwirft. Da der Empfänger bereits nach Signalen gehorcht hat, da dies erforderlich ist, um den Energiedetektionsprozess auszulösen, kann stattdessen der AGC-Prozess weiter laufengelassen werden, während der Empfänger auf die Ankunft eines Pakets wartet.
3 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung. Man nehme zum Beispiel an, dass ein vorhergehendes Paket empfangen wurde und daher der Empfänger zu seinem Überwachungszustand zurückkehrt, in dem er nach einem neuen Paket potentiell von einer neuen Vorrichtung sucht. Der Prozess beginnt, indem der automatische Verstärkungsregler dafür freigegeben wird, zu arbeiten. Man erreicht dies durch Setzen eines Signals „AGC starten“ 60. Das Signal AGC starten kann während der Dauer, für die das Paket empfangen wird, gesetzt bleiben, da es ignoriert werden kann, sobald die AGC ihren Verstärkungseinstellungsprozess abgeschlossen hat. Als Alternative kann der Abschluss des AGC-Prozesses bewirken, dass das Signal AGC starten rückgesetzt wird. In 3 tritt der automatische Verstärkungsprozess während der durch Block 62 gekennzeichneten Zeit auf. Block 62 weist zwei Operationen auf. In einer ersten Operation läuft der AGC-Prozess kontinuierlich, um sowohl die Verstärkung des Verstärkers zu setzen als auch zu bestimmen, dass die Präambel gesendet wird. Dieser Schlitz ist schematisch mit 62a gekennzeichnet. Sobald die Verstärkung korrekt gesetzt ist, muss die Präambel für einen ausreichenden Zeitraum untersucht werden, damit der automatische Verstärkungsregler über einen vorbestimmten Konfidenzgrad verfügt, dass die Präambel identifiziert wurde. Diese „Präambelkennungsdauer“ ist als Block 62 gekennzeichnet. Nachdem die Präambel erfolgreich durch den Prozess 62 der automatischen Verstärkungsregelung identifiziert wurde, endet der Prozess der automatischen Verstärkungsregelung und setzt das Signal „AGC fertig“ 34.
Wie in 3 gezeigt, lässt die vorliegende Offenbarung den Schritt der automatischen Frequenzkorrektur parallel mit der automatischen Verstärkungskorrekturtiefe laufen. Dies vermeidet die in der Anordnung von 2 gezeigte sequenzielle Verarbeitung und bedeutet, dass die Prozesse der AGC und AFC jeweils mehr Zeit dafür haben, abgeschlossen zu werden, und einen größeren Teil der Präambel 22 verwenden können. Der automatische Frequenzkorrekturprozess beruht auf der Untersuchung eines Blocks von Datenabtastwerten von dem Analog-Digital-Umsetzer. Diese Abtastwerte werden korrigiert, während der AGC-Prozess läuft. Als Ergebnis können einige der Abtastwerte gesättigt oder anderweitig suspekt sein. Die Abtastwerte werden jedoch kontinuierlich durch ein Register geschoben und das Ergebnis des AFC-Prozesses, das mit den Inhalten des Registers mit den Ergebnissen berechnet wird, ist verfügbar, aber nicht gültig, bis die Präambel identifiziert wurde. Sobald der automatische Frequenzkorrekturschritt, der später erläutert werden soll, eine Frequenzfehlanpassung identifiziert, abgeschlossen wurde, wird das AFC-Fertig-Signal 44 gesetzt, um dadurch die Einleitung der Zugangsadressen-Detektionssuche freizugeben.
Statt eine vollständig serielle Menge von Schritten laufen zu lassen, können die Verarbeitungsschritte somit so umgeordnet werden, dass einige dieser parallel und länger laufen, und dergestalt, dass die Prozesse der Verstärkungskorrektur und -regelung und Frequenzkorrektur nicht von genauem Timing eines Energiedetektionssignals abhängen oder überhaupt nicht auf der Anwesenheit eines Energiedetektionssignals beruhen.
4 zeigt schematisch die Architektur des Empfängers 10 ausführlicher. Ein Empfänger 10 weist eine Empfangsantenne 8 auf, die mittels Eingang eines HF-Verstärkers 100 mit variabler Verstärkung verbunden ist. Typischerweise kann ein solcher Verstärker eine Anzahl von Stufen variabler Verstärkung und potentiell steuerbare Dämpfungsglieder beinhalten, so dass der Verstärkungspegel ohne Sättigung des Verstärkers 100 geregelt werden kann. Eine Ausgabe des Verstärkers wird einem I-Q-Demodulator zugeführt, der einen ersten und zweiten Mischer 102 und 104 aufweist, die an ihren Lokaloszillatoreingängen ein Lokaloszillatorsignal empfangen. Das Lokaloszillatorsignal wird durch einen Lokaloszillator 106 bereitgestellt und durch einen Phasenschieber geleitet, so dass der erste Mischer 102 ein Signal empfängt, das mit der Ausgabe des Lokaloszillators 106 phasengleich ist, während der zweite Mischer 104 ein Signal empfängt, das mit Bezug auf die Ausgabe des Lokaloszillators 106 um 90° verschoben wurde. Das Signal vom Ausgang des HF-Verstärkers wird in den Mischern 102, 104 mit einem Lokaloszillatorsignal gemischt, um eine Frequenzumsetzung durchzuführen, sowie es Fachleuten bekannt ist. Wenn das LO-Signal nominal dieselbe Frequenz wie die Trägerfrequenz aufweist, werden die modulierten Daten direkt ins Basisband abwärts umgesetzt. Die abwärtsumgesetzten Signale aus den Ausgängen der Mischer werden dann variablen Bandpass- oder Tiefpassfiltern 108 und 110 zugeführt, deren Filterkoeffizienten durch Ändern der Werte von Komponenten darin eingestellt werden können. Zur DC-Offsetentfernung können DACs 112 und 114 bereitgestellt werden, sowie es Fachleuten bekannt ist.
Ausgaben der Filter 108 und 110 werden Analog-Digital-Umsetzern 120 und 122 zugeführt. Die Analog-Digital-Umsetzer 120 und 122 setzen das analoge Signal in eine Reihe von digitalen Codes um. Die digitalen Ausgaben der Analog-Digital-Umsetzer 120 und 122 können einem automatischen Verstärkungsregler 140 zugeführt werden, so dass er die Ausgangscodes untersuchen kann, um sicherzustellen, dass die Analog-Digital-Umsetzer nicht gesättigt sind oder in der Nähe der Sättigung laufen oder als Alternative dass sie nicht zu nahe bei ihrem Grundrauschen betrieben werden. Typischerweise wird der automatische Verstärkungsregler 140 als ein Automat implementiert. Die digitalen Ausgaben der Analog-Digital-Umsetzer 120 und 122 können dann Interpolatoren und digitalen Filtern 150 und 152 zugeführt werden, bevor sie einem Digital-Frontend 160 zugeführt werden. Als Alternative kann das Digital-Frontend die Ausgaben der Ausgänge der Analog-Digital-Umsetzer direkt annehmen. Das Digital-Frontend verarbeitet die digitalisierten Kanäle I und Q des Quadraturdetektors, um das Datensignal zu rekonstituieren, sowie es Fachleuten bekannt ist.
Das demodulierte Signal (das die Frequenzabweichung des GFSK-Signals repräsentiert) wird durch einen Präambelkorrelator 180 überwacht, der versucht, die Präambel bis auf einen vorbestimmten Genauigkeitsgrad zu identifizieren, und auch die Aufgabe des Berechnens des Ergebnisses der automatischen Frequenzkorrektur übernehmen kann, um einen Korrekturwert bereitzustellen, mit dem das demodulierte Signal von dem Digital-Frontend 160 eingestellt wird. Die Einstellung kann mittels eines Summierers 182 vorgenommen werden. Sobald die Präambel gefunden wurde, kann der Empfänger auch Wiederherstellung der in dem Paket bereitgestellten Daten freigeben, möglicherweise mittels einer Bitwiederherstellungsschaltung 190, deren Funktionsweise durch eine Timing-Synchronisationsschaltung modifiziert werden kann, die die Öffnung eines Abtast-Auges der Bitwiederherstellungsschaltung steuert, damit das Empfangssignal auch als sein eigener Datentakt wirken kann. Dies wird nachfolgend ausführlicher besprochen.
5 zeigt schematisch die Funktionalität in dem Präambelkorrelator 180 ausführlicher. Wie in 5 gezeigt, wird das durch das Digital-Frontend 160 ausgegebene demodulierte Signal zwei Korrelatoren 202 und 204 zugeführt, die parallel arbeiten. Jeder Korrelator kennt einen Teil der Präambel, wonach er sucht, und hat diesen darin codiert. Der erste Korrelator 202 ist dazu ausgebildet, nach einer Null und einer Eins in dieser Sequenz zu suchen. Der zweite Korrelator 204 ist dazu ausgebildet, nach einer Eins und einer Null in dieser Sequenz zu suchen. Es können weitere Korrelatoren vorgesehen werden, die über verschiedene Korrelationslängen arbeiten.
Die Analog-Digital-Umsetzer und das Digital-Frontend arbeiten auf überabgetastete Weise. Das eine „1“ repräsentierende Symbol kann somit N-mal überabgetastet sein. Typischerweise ist N eine ganz Zahl und ist in diesem Beispiel als acht gewählt. Die Symbole sind sowohl bandbreitenbegrenzt als auch potentiell geformt und weisen daher keine Rechteckwellenform auf. Typischerweise folgen sie einer halbsinusförmigen oder Gauß-artigen Form.
Wenn man annimmt, dass das demodulierte Signal tatsächlich eine Präambel enthält, wird die Ausgabe des ersten Korrelators 202 durch 6a repräsentiert. Ähnlich wird die Ausgabe des zweiten Korrelators 204 typischerweise durch 6b repräsentiert. In jedem Fall kann beobachtet werden, dass in 6a und 6b jeweils zwei Symbole zwischen sukzessiven Null- oder Minimumpunkten auftreten und dass ein Minimum in 6a mit einem Maximum in 6b ausgerichtet ist. Die Ausgaben des ersten und zweiten Korrelators 202 und 204 können gegebenenfalls mit einer Skalierung, wie etwa Teilen durch 2, durch einen zusammengesetzten Minimumwertselektor 206 kombiniert werden, um einen Graphen des in 6c gezeigten Typs zu erzielen. Hier ist ersichtlich, dass die Distanz zwischen angrenzenden Minimumwerten einem Symbol entspricht.
Die Wirkung jedes Korrelators kann durch die folgende Gleichung repräsentiert werden: $c (k) = \sum_{n = 0}^{8 D - 1} | r e f c o r r (k) - x (k - n) + A V G (k) |$

k: = Abtastwert
refcorr: = Referenzkorrelator
x: = Demod.-Signal
D: = Korrelatortiefe (in Symbolen) = Q Abtastwerte
AVG: = Mittelwert des Korrelationsfensters
c: = Korrelatorausgabe

Es ist zu beachten, dass die Verwendung paralleler Korrelatoren die Anzahl der Abtastwerte verringert, die für jeden Korrelator zum Identifizieren der Korrelation, nach der er sucht, erforderlich ist. Dies hat den Vorteil, dem Entwickler größere Flexibilität über die Anzahl der Minima oder Maxima aus der kombinierten Ausgabe, die verarbeitet werden muss, um einen akzeptablen Grad an Gewissheit bereitzustellen, dass die Präambel gefunden wurde, zu geben.
Die Korrelationsberechnung weist einen Mittelwert des Korrelationsfensters auf. Es zeigt sich jedoch, wie später beschrieben wird, dass der Mittelwert die Frequenzkorrelation repräsentiert, die angewandt werden muss und deshalb berücksichtigt werden muss, um sicherzustellen, dass die Korrelatorausgangswerte nicht in Richtung größerer oder kleinerer Werte in dem in 6a bis 6c repräsentierten Coderaum verschoben werden, wodurch die Identifikation der Sohle in der Korrelatorausgabe verkompliziert oder gestört werden könnte.
Die Ausgabe der Digital-Analog-Umsetzer ist typischerweise ein Mehrbitwort, dessen Wert zum Beispiel in 10, 12 oder mehr Bit Genauigkeit ausgedrückt werden kann. Die Werte von Codes von den Analog-Digital-Umsetzern können somit in einem Bereich zwischen relativ niedrigen Werten und Werten im Bereich von eins oder zweitausend liegen. Der Korrelator kann selbst die mehrwertige Korrelationssequenz beinhalten oder kann eine Sequenz von null und eins, sowie es für den Bitstrom angemessen ist, den er auszuwählen sucht, beinhalten. Als Ergebnis der variablen Verstärkung von der Eingangsstufe und der Variation empfangener Signalstärken müssen Schritte unternommen werden, um die Nullen (oder potentiellen Spitzen) in der kombinierten Ausgabe der Korrelatoren zu identifizieren.
7 zeigt einen Teil der kombinierten Korrelatorausgabe ausführlicher zusammen mit den Werten davon, die sich über einen beliebigen Bereich von Codes erstrecken, die in diesem Beispiel zwischen null und 1500 liegen. Das Korrelationsmuster ist um einen Betrag von null versetzt, der (mindestens teilweise) einem Frequenzoffset entspricht. Wie später erläutert wird, kann das Frequenzoffset jedoch während des Korrelationsprozesses geschätzt werden, um seine Effekte im Wesentlichen zu entfernen. Als Ergebnis können Minima im Allgemeinen detektiert werden, indem man nach Instanzen sucht, bei denen der Wert in der Korrelatorausgabe unter den in 7 als TH1 repräsentierten Schwellenwert fällt. Das Verfahren und die Schaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung können dafür ausgebildet werden, die Präambel als erfolgreich gefunden zu setzen, sobald drei aufeinanderfolgende Minima mit einer geeigneten Beabstandung zwischen Minima in der Ausgabe des Korrelators gefunden werden. Somit signalisieren drei unter den Wert von TH1 fallende Minima in diesem Beispiel, dass die Präambel identifiziert wurde.
Bei Anwesenheit des schwächeren Signals oder von mehr Rauschen können angesichts der Tatsache, dass Rauschen wahrscheinlich für das Empfangssignal additiv ist, aufeinanderfolgende Minima dann nicht unter die Schwelle TH1 fallen. Es können jedoch mehrere Tests angewandt werden, um zu bestimmen, ob die Präambel identifiziert wurde. Somit kann zum Beispiel auch erachtet werden, dass die Präambel identifiziert wurde, wenn vier Minima nacheinander gefunden werden, wobei die Minima unter einer Schwelle TH2 sind, wobei der Wert von TH2 größer als der Wert von TH1 ist. Dieses Prinzip kann erweitert werden, so dass die Präambel als detektiert identifiziert werden könnte, wenn fünf Minima nacheinander gefunden werden, wobei die Minima kleiner als ein Schwellenwert TH3 sind, wobei TH3 größer als TH2 und TH1 ist. Die Schwellenwerte TH1, TH2 und TH3 können fest sein oder als Alternative können sie dynamisch sein, zum Beispiel als Funktion des Dynamikumfangs (Spitze bis Sohle) des Signals und seines Mittelwerts.
Dieser kaskadierte Ansatz bedeutet, dass in Situationen, bei denen die ankommenden Signale einen hohen Rauschabstand aufweisen, die Sohlen/Minima in der Korrelatorausgabe tief sind und nur eine kleine Anzahl solcher Sohlen mit einer relativ aggressiven Schwelle detektiert werden müssen, um zu identifizieren, dass die Präambel gefunden wurde. Dies gewährleistet schnellere Detektion der Präambel, nachdem das Spiel gesetzt wurde, was vorteilhaft ist, weil es im Fall von Signalen mit hohem Rauschabstand wahrscheinlich ist, dass der Schritt der automatischen Verstärkungsregelung mehr Zeit in Anspruch genommen hat, um abgeschlossen zu werden. Technisch ausgedrückt wird dies als mehr des Präambel-Budgets verbrauchend aufgefasst. Im Fall ankommender Signale mit niedrigem Rauschabstand, z. B. Empfängerempfindlichkeitsgrenzen viel näher, sind die Minima weniger tief, und daher bietet die Verwendung einer aggressiven Schwelle weniger wahrscheinlich eine Angabe, dass die Präambel gefunden wurde. Das Suchen nach mehr Minima mit langsamer Detektion, aber mit einer weniger aggressiven Schwelle, funktioniert jedoch, weil es erlaubt, dass die Detektion mehr Zeit in Anspruch nimmt, da der AGC-Prozess weniger des Präambel-Budgets verbraucht haben wird.
Das Präambel-Detektionsverfahren kann im Allgemeinen je nach Notwendigkeit nach einer beliebigen Anzahl von Minima oder auch Maxima suchen.
8 repräsentiert eine realistischere Darstellung des Signals von 7, wobei erkannt wird, dass mit begrenzter Überabtastung von zum Beispiel achtmal die Signalform eine vielmehr einem Block ähnliche Form annimmt. Bei einer Methode, bei der die Sendedatenrate und die Überabtastungsrate bekannt sind, kann dann die Distanz zwischen einem Minimum und dem nächsten berechnet werden. Der Abtastwert, der dem ersten Minimum entspricht, ist jedoch nicht bekannt, weil der Betrieb des Senders und Empfängers asynchron ist. In 8 ist die Korrelatorausgabe dergestalt, dass bei der Abtastmethode bei Abtastwert 42 ein erstes Minimum identifiziert wird. Das nächste Minimum sollte acht Abtastwerte später auftreten, d.h. bei Abtastwert 50. Bei Anwesenheit von Rauschen im Kommunikationskanal kann das tatsächliche Minimum des nachfolgenden Abtastwerts jedoch bei einem Offset von +7 Abtastwerten statt den erwarteten +8 Abtastwerten auftreten. Es ist deshalb angemessen, den Schwellenwert nicht nur beim erwarteten Abtastwert zu überwachen, sondern bei angrenzenden Abtastwerten, d.h. dem +7-ten und +9-ten Abtastwert, und zu akzeptieren, dass, wenn beliebige dieser Abtastwerte unter den Schwellenwert TH1, TH2 und so weiter je nach Fall, fällt, dies einen alternativen Ansatz dafür repräsentiert, dass dieser bestimmte Teil des Tests die Präambel identifiziert. Die Schwelle für angrenzende Symbole, d.h. das siebte und neunte Symbol, kann auf verschiedene Werte gesetzt werden. Die Schwelle dieser angrenzenden Abtastwerte könnte höher als z. B. TH1 sein oder könnte tatsächlich niedriger als TH1 gesetzt werden. Natürlich könnten sie auch gleich TH1, TH2 und so weiter sein.
Wie zuvor nahegelegt wird eine Frequenzfehlanpassung zwischen der Trägerfrequenz des Senders und der Frequenz des zur Abwärtsumsetzung verwendeten Lokaloszillators vorliegen. Im Allgemeinen können sich der Sender- und Empfängeroszillator bei verschiedenen Temperaturen befinden und daher wahrscheinlich eine mäßige Fehlanpassung zwischen Frequenzen aufweisen. Zum Beispiel wird in dem Standard IEEE 802.11 die Oszillatorgenauigkeitstoleranz als innerhalb von 20 Teilen pro Million angegeben. Dies ergibt einen potentiellen Trägerfrequenz-Offsetfehler in einem Bereich von -40 bis +40 Teilen pro Million. Obwohl diese Zahl niedrig ist, wird jedoch angemerkt, dass bei Anwendung auf einen Träger, der mit 2,4 GHz arbeitet, dies zu einem Trägerfrequenzoffset von bis zu 96 kHz führt. Weitere Offsets können aufgrund des Dopplereffekts eingeführt werden, wenn sich entweder der Empfänger oder der Sender bewegt. Das Offset kann jedoch während des Korrelationsprozesses berechnet werden. Eine Schaltung, um dies durchzuführen, kann nun mit Bezug auf 9 beschrieben werden. Ein Eingangssignalpuffer 300, zum Beispiel in Form eines Schieberegisters mit individuellen Registern 300-0 bis 300-15, führt Buch über die mehreren (Q) Abtastwerte, zum Beispiel 16 Abtastwerte in diesem Fall. Der Abtastwert x(k) repräsentiert den letzten in den Puffer eingeführten Abtastwert. Während jeder Abtastwert ankommt, wird der letzte Abtastwert in dem Puffer um ein Element verschoben, so dass x(k) zu x(k - 1) wird, wenn das neue Signal ankommt, und zu x(k - 2) wird, wenn das weitere neue Signal ankommt und so weiter. Die in dem Abtastwertpuffer 300 enthaltenen sechszehn Abtastwerte werden auch durch einen Mittelwertbilder 302 verarbeitet, um einen Mittelwert dieser 16 Abtastwerte zu bilden. Eine Ausgabe jedes Registers 300-0 bis 300-15 des Puffers 300 wird dem Summiereingang eines jeweiligen Summierers 310-0 bis 310-15 zugeführt. Jeder der Summierer empfängt auch die Ausgabe des laufenden Mittelwertbilders 302 an einem subtrahierenden Eingang davon. Die Ausgabe des Mittelwerts kann durch AVG(k) repräsentiert werden, wie in der obigen Gleichung 1 verwendet. Die Ausgabe jedes einzelnen der Summierer 310-0 bis 310-15 wird einem weiteren Registerblock 320 zugeführt, der Register 320-0 bis 320-15 enthält, die die Ergebnisse der Subtraktion x'(k) bis x'(k -15) speichern. Jeder dieser Werte wird mit der gespeicherten „01“ Präambelreferenz verglichen, die in den Registern 325-0 bis 325-15 des Korrelators 202 gespeichert ist. Die Register 320-0 bis 320-7, die Korrelationswerte C₀₁(0) bis C₀₁(7) repräsentieren, können somit 0en (oder Werte, die dafür ausgewählt werden, 0en zu repräsentieren) enthalten, und die Register 320-8 bis 320-15, die Korrelationswerte C₀₁(8) bis C₀₁(15) repräsentieren, können 1en (oder Werte, die dafür ausgewählt werden, 1en zu repräsentieren) enthalten. Somit wird die Differenz zwischen x'(k) und C₀₁(0) gebildet. Ähnlich wird die Differenz zwischen x'(k - 1) und C₀₁(1 ) gebildet und so weiter. Es wird der Absolutwert jeder Differenz gebildet, und die Summe der sechszehn Absolutwerte wird an einem Ausgang des Korrelators 202 bereitgestellt.
Der Korrelator 204 arbeitet auf ähnliche Weise, und somit wird der Wert in dem Register 320-0 mit einer in dem Präambelregister 330 gespeicherten Korrelations-Präambelreferenz c₁₀(0) verglichen (zum Beispiel davon subtrahiert), und es wird der Absolutwert genommen. Ähnlich wird jedes andere entsprechende Paar von Werten verglichen. Der Inhalt des Registers 320-15, der x'(k -15) ist, wird somit von C₁₀(15) des Präambelregisters 330 subtrahiert. Für jede dieser Subtraktionen wird ein Absolutwert gebildet, und dann wird eine Summe der Absolutwerte gebildet, um eine Ausgabe des Korrelators bereitzustellen.
Die Ausgabe des Mittelwertbilders 302 repräsentiert das Frequenzoffset, stellt aber auch die Daten bereit, die zu seiner Korrektur erforderlich sind. Die Subtraktion des Mittelwerts in den Summierern 310-0 bis 310-15 stellt somit ein Signal mit angewandter automatischer Frequenzkorrektur bereit. Bei überabgetasteten GFSK-Signalen, die unter Verwendung des in 4 beschriebenen Empfängers wiederhergestellt werden, wird typischerweise das ankommende Signal im Demodulator durch eine Frequenzabweichung repräsentiert. Für Symbolmuster „01“ oder „10“ (oder mehrere Wiederholungen davon) kann das relative Frequenzoffset zwischen den Sende- und Empfangseinheiten durch Mittelung des überabgetasteten Signals über die gesamte überabgetastete Dauer für die zwei Symbole (oder Vielfachen davon) - in diesem Fall 16 Abtastwerte (oder Vielfache davon) - berechnet werden. Das Erhalten eines solchen Mittelwerts ist ferner auch nicht dadurch beschränkt, bei welchem Abtastpunkt in dem Überabtastungsprozess diese Mittelung begonnen wird, solange das ankommende Signal das alternierende 10-Muster aufrecht erhält. Durch Mittelung des ankommenden demodulierten Signals über die letzten 16 Abtastwerte bietet sein Mittelwert die beste Schätzung für das Frequenzoffset für dieses Zwei-Symbol-Fenster. Entfernung der Frequenzoffsetschätzung über das Fenster der zwei letzten Symbole stellt zusätzliche Robustheit für die Korrelatorleistungsfähigkeit bereit und bietet insbesondere diesem Robustheit gegenüber Frequenzoffsets, was bei vorbekannten Lösungen ein Problem ist.
Die Ausgabe des Mittelwerts 302 ändert sich jedes Mal, wenn ein neuer Eingangswert in den Puffer 300 eingeführt wird. Die Variation der Ausgabe des Mittelwertbilders 302 als Funktion der Abtastwertzahl könnte als Maß für die Güte verwendet werden, um weiter zu approbieren, dass die Präambel empfangen wurde. In 10 ist die mittlere Ausgabe über einen Bereich von Codes graphisch aufgetragen, die auf dem durch den Mittelwertbilder ausgegebenen Mittelwert umgelegt wurde, um so die Abweichung des laufenden Mittelwerts von dem Mittelwert des laufenden Mittelwerts aufzutragen. Es ist ersichtlich, dass ohne Anwesenheit von Signal eine Schwankung der Codes relativ groß ist und im Allgemeinen 100 Codedifferenzen überschreitet und für eine signifikante Anzahl von Mittelwertbilder-Ausgangswerten 200 Codedifferenzwerte überschreitet. Bei Anwesenheit eines erwünschten Signals, das in diesem Beispiel einen Wert von -95 dBm aufweist, was der Empfängerempfindlichkeitsgrenze nahe kommt, ist jedoch ersichtlich, dass die Schwankung der Ausgabe des laufenden Mittelwertbilders 302 viel eingeschränkter ist. Typischerweise innerhalb von 20 oder 30 Codes vom Mittelwert. Auf der Basis dieser Beobachtung und historischer Daten für den Empfänger kann der Momentan-Ausgangswert des Mittelwertbilders 302 mit einem historischen Mittelwert verglichen werden, und wenn er eine Qualifikationsschwelle überschreitet, kann erachtet werden, dass eine Detektion einer Präambel wahrscheinlich falsch ist. Dementsprechend kann der Empfänger wählen, die Möglichkeit, dass ein Paket vorliegt, zurückzuweisen.
Der Vorteil der vorliegenden Offenbarung ist, dass die Trägerfrequenz-Offsetkorrektur parallel mit der Präambeldetektion durchgeführt werden kann. Bei einer solchen Anordnung kann das Trägerfrequenzoffset durch Mitteln des demodulierten Signals bei Anwesenheit der Präambel über eine Mehrzahl von zwei Vollsymboldauern berechnet werden. Ein Symbol wird durch mehrere ADC-Ausgangswerte repräsentiert. Im Fall eines achtmal überabgetasteten Systems wird dann ein Symbol durch acht aufeinanderfolgende Abtastwerteausgaben repräsentiert. 11 zeigt ein Beispiel, bei dem eine über zwei Symbole gebildete Mittelwertmessung die Werte x(k) bis x(k - 15) überspannen kann. Es ist jedoch eine Möglichkeit, dass mehr als zwei Symbole untersucht werden müssen, um das Trägerfrequenzoffset zu bestimmen, das bis zu einem gewünschten Genauigkeitsgrad korrekt ist. Die Symbole oder Mittelwerte in Bezug auf weiter hinten im Messfenster müssen eventuell auch verarbeitet werden. Es ist vorteilhaft, dass ein beliebiges gegebenes Symbol nicht doppelt gezählt wird, um ihm dadurch bei der numerischen Verarbeitung, die durchgeführt wird, ungebührliches Gewicht zu geben. Die Position des Mittelwerts sollte somit so ausgewählt werden, dass sichergestellt wird, dass kein Symbol an aufeinanderfolgenden Mittelungen teilnimmt. Dies ist in 11 schematisch dargestellt, wobei ein Offset entsprechend zwei Symbollängen vorbeikommen oder auftreten darf, bevor ein Mittelwert aus der Ausgabe des laufenden Mittelwertbilders 302 herausgenommen werden kann.
Da der Betrieb des Senders und Empfängers asynchron ist, in dem Sinne, dass keine gemeinsame Timingreferenz zur zeitlichen Ausrichtung ihrer Takte besteht, sollten Schritte unternommen werden, um zu identifizieren, welcher der überabgetasteten Werte als das Datensymbol, das gesendet wird, repräsentierend genommen werden sollte.
Die Korrelatorausgaben weisen Minimumwerte auf, die Timinginformationen codieren. Speziell codiert die Position der Minima effektiv die Position, an der der Symbolwert optimal extrahiert wird.
12 ist ein Diagramm, das mehrere Signalübergänge repräsentiert. Solche Diagramme sind Fachleuten beim Identifizieren von „Augenöffnungen“ zur Datentaktwiederherstellung vertraut. Zur leichteren Erläuterung nehme man an, dass eine Sequenz von Abtastwerten vorliegt. Der Allgemeinheit halber wurde einer der Abtastwerte als der P-te Abtastwert gekennzeichnet. Die Timings der Symbole wurden mit Bezug auf ein nulltes Symbol repräsentiert, das etwas nach dem Abtastwert P+3 auftritt.
Eine der Linien in 12, die mit 400 gekennzeichnet und durch eine Kette von Kreisen repräsentiert wird, die einen Übergang zwischen 1 und 0 repräsentieren. Wobei der Abtastpunkt jedes Symbols dergestalt ist, dass für einen Empfänger, der mit 8-mal Überabtastung arbeitet, eine letzte „1“ vor dem Übergang bei Abtastwert P+3 abgetastet werden sollte und die 0-Abtastung um den Abtastwert P+11 auftreten würde. Linie 402, repräsentiert durch eine Kette von Kreuzen, repräsentiert einen Übergang von 0 zu einer 1, wobei ein letzter 0-Wert vor dem Übergang bei Abtastwert P-5 abgetastet werden sollte, und der 1-Wert bei Abtastwert P+3 abgetastet werden sollte. Linie 404, repräsentiert als eine durchgezogene Linie, repräsentiert einen Übergang von 1 zu einer 0 und wieder zurück zu einer 1, wobei die 0 beim Abtastwert P+3 abgetastet werden sollte, da dies der dem Mittelpunkt (gezeigt durch Linie 410) des 0-Symbols nächste Abtastwert ist und die 1-en um die Abtastwerte P-5 und den Abtastwert P+11 herum abgetastet werden sollten.
Um das Verarbeitungsoverhead, eine Sequenz aller Abtastwerte zu betrachten und herauszufinden, wo die Spitzen und Sohlen sind, zu vermeiden, können die einzelnen Abtastwerte torgeschaltet werden, zum Beispiel ein elektrisch gesteuerter Schalter oder ein Logikgatter wie etwa ein AND-Gatter, die beide als Übertragungsgatter wirkend betrachtet werden können. Der Schalter oder das Gatter ist in 4 als Posten 194 repräsentiert und wird durch ein Timingsignal gesteuert, das durch die Timing-Synchronisationsschaltung 192 erzeugt wird. Die Timing-Synchronisationsschaltung 192 schätzt, welchen Abtastwerten erlaubt werden sollte, zu der Bitwiederherstellungsschaltung 190 voranzuschreiten, wobei auf der Basis von durch den Korrelator bestimmten Informationen und eines geeigneten Offsets oder Abtastwertzählwerts, bestimmt durch den Entwickler oder durch Experimentieren, jeder 8-te Abtastwert ausgewählt wird. Dieser Ansatz bedeutet, dass angenommen wird, dass jedes durch den Schalter 194 propagierte Signal „so gut wie möglich“ nahekommt und keine weiteren Bemühungen mit dem Suchen nach angrenzenden Abtastwerten unternommen werden müssen, um zu bestimmen, ob sie im Hinblick auf Wiederherstellung gesendeter Daten besser oder schlechter sind.
Folglich kann Timing-Synchronisation auch parallel mit den Präambelidentifikations- und Trägerfrequenz-Offset-Prozessen durchgeführt werden. Somit kann der Empfänger für einen Abschnitt des Datenpakets innerhalb der Dauer der Präambel konfiguriert werden.
Bei Experimenten, die durch den Anmelder für relativ schwache Signale oder Gebrauch in rauschbehafteten Umgebungen (in dem Sinne, dass viele potentielle störende Signale existieren) durchgeführt wurden, ergaben sich Paketverlustraten, die von etwa 10 bis 15% auf weniger als einige wenige Prozent verringert sind.
Typischerweise kann ein Empfänger einen Phasenregelkreis zum Verriegeln der Frequenz des Lokaloszillators mit der Senderfrequenz beinhalten. Empfänger gemäß der vorliegenden Offenbarung können einen solchen Phasenregelkreis beinhalten. Der Phasenregelkreis arbeitet jedoch über eine relativ lange Zeitskala von typischerweise 40 bis 50 µs als Filterzeitkonstante zur Einstellung der Lokaloszillatorfrequenz, während die automatische Frequenzkorrektur auf der Basis von Analyse der Präambel in einer Zeitskala von um 3 µs geschehen kann. Folglich kann eine schnelle digitale Korrektur gleichzeitig mit einer langsameren Korrektur des PLL-Stils arbeiten, um Frequenzoffset zwischen der Trägerwellenfrequenz und der Lokaloszillatorfrequenz zu verringern.
Somit ist es möglich, ein verbessertes Verfahren zum Identifizieren der Präambel eines Datenpakets und Konfigurieren eines Empfängers, um so die Wahrscheinlichkeit, dass er die in dem Datenpaket enthaltenen Daten erfolgreich wiederherstellt, zu verbessern, bereitzustellen. Es ist auch möglich, den Empfänger bereitzustellen, der gemäß dem Verfahren arbeitet.
Die vorliegenden Ansprüche wurden in einem Einzelabhängigkeitsformat präsentiert, das für Einreichung beim USPTO geeignet ist, es versteht sich aber, dass jeder Anspruch von jedem vorhergehenden Anspruch desselben Typs abhängen kann, sofern eine solche Abhängigkeit nicht klar technisch nicht machbar ist.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Empfängers zum Verarbeiten einer Präambel eines Datenpakets, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Durchführen einer Empfänger-Verstärkungseinstellung durch Verwendung eines Verstärkungsreglers, um eine Hochfrequenzverstärker-Verstärkung auf der Basis einer Größe der Präambel einzustellen, wobei die Verstärkungsregeloperation erst abgeschlossen wird, wenn die Präambel identifiziert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Präambel durch Finden eines Teils der Präambel mit einer vorbestimmten Gewissheitsschwelle identifiziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstärkungseinstellung an Signalen ausgeführt wird, die empfangen werden, bevor die Präambel empfangen und identifiziert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner gleichzeitiges Durchführen einer Empfänger-Frequenzeinstellung, während die Empfänger-Verstärkungseinstellung durchgeführt wird, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Präambel unter Verwendung mehrerer Korrelatoren identifiziert wird, die jeweils nach einem jeweiligen Teil der Präambelsequenz suchen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Korrelatoren eine von einem Demodulator empfangene Sequenz von Q Abtastwerten verarbeiten und ein gleitender Mittelwert der Q Abtastwerte gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Wert jedes der Q Abtastwerte auf der Basis des gleitenden Mittelwerts modifiziert wird, um einen modifizierten Abtastwert zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die modifizierten Abtastwerte mit einem Teil der Präambel korreliert werden und Wendepunkte der Korrelatorausgabe mit einer Schwelle verglichen werden, um die Präambel zu detektieren.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Wendepunkt ein Minimum ist und die Größe mehrerer aufeinanderfolgender Minima mit einer Schwelle verglichen wird oder wobei der Wendepunkt ein Maximum ist und die Größe mehrerer aufeinanderfolgender Maxima mit einer Schwelle verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schwellenwert mit Bezug auf die Anzahl der Minima oder Maxima, die einen Test bestehen müssen, der durch die Schwelle gesetzt ist, um die Anwesenheit der Präambel zu bestimmen, variiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verstärkungsregler wirkt, bevor ein Datenpaket am Empfänger ankommt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Prozess der automatischen Frequenzeinstellung an Daten operiert, bevor das Datenpaket am Empfänger ankommt.
Verfahren zum Betrieb eines Empfängers zum Verarbeiten einer Präambel eines Pakets von Daten, das Korrelieren einer Ausgabe eines Demodulators mit mindestens einem Segment von Daten, das eine Präambel des Pakets von Daten repräsentiert, während einer Periode, wenn der Empfänger automatische Verstärkungsregelung durchführt, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Ausgabe des mindestens einen Korrelators analysiert wird, um Sohlen oder Spitzen in der Ausgabe des Korrelators zu finden, und wobei die Anzahl der Sohlen oder Spitzen, die an einer Schwelle vorbeikommen müssen, um anzugeben, dass eine Präambel identifiziert wurde, als Funktion der Größe der Sohlen oder Spitzen variiert.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei Wendepunkte in der Korrelationsfunktion zur Auswahl einer Teilmenge der Ausgaben des Demodulators zur Verarbeitung zum Empfangen der Nutzinformationsdaten des Datenpakets verwendet werden.
Empfänger, der eine automatische Verstärkungseinstellungsschaltung und eine Frequenzoffset-Korrekturschaltung aufweist, wobei die Verstärkungseinstellungsschaltung und die Frequenzoffset-Korrekturschaltung gleichzeitig an einer Präambel eines Datenpakets operieren.
Empfänger nach Anspruch 16, wobei die Frequenzoffsetschaltung mindestens zwei Korrelatoren aufweist, die parallel wirken, um verschiedene Bitsequenzen in der Präambel zu identifizieren.
Empfänger nach Anspruch 17, wobei die Ausgabe der Korrelatoren verwendet wird, um ein Transmissionsgatter zu steuern, mit dem eine Ausgabe eines Demodulators des Empfängers dezimiert wird.
Empfänger nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Korrelatoren an einem Block von Daten, der Q Abtastwerte aufweist, und einem Mittelwert von einem Mittelwert der Q Abtastwerte wirken und der Wert jedes Abtastwerts modifiziert wird, um einen modifizierten Wert zu bilden, wenn der den Korrelatoren repräsentiert wird.
Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, unter Verwendung von Bluetooth, Bluetooth Low Power oder eines ähnlichen Kurzreichweiten-Datenkommunikationsprotokolls, das eine Präambel verwendet, zu kommunizieren und einen Empfängeraufweist, der dazu ausgebildet ist, zum Verarbeiten einer Präambel des Datenpakets zu arbeiten, was Folgendes aufweist: Durchführen einer Empfänger-Verstärkungseinstellung durch Verwendung eines Verstärkungsreglers, um eine Hochfrequenzverstärker-Verstärkung auf der Basis einer Größe der Präambel einzustellen, wobei die Verstärkungsregeloperation erst abgeschlossen wird, wenn die Präambel identifiziert ist.