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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein drahtlose Kommunikationssysteme
und im Besonderen ein System zum Bereitstellen von drahtlosen Kommunikationen
im Mischmodusbetrieb mit vorwärts
und abwärts
kompatiblen Systemen.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Drahtlose
Kommunikationssysteme ermöglichen
die verschiedensten Arten von Kommunikationsübertragungen. Eine Art der
drahtlosen Kommunikation zwischen einem einzelnen Transmitter und einem
einzelnen Receiver ist als ein Eingrößenkommunikationssystem (SISO
= Single-Input-Single-Output) bekannt. Der Transmitter umfasst eine
Antenne zum Übertragen
der Hochfrequenzsignale (RF bzw. HF), die dann von einer oder von
mehreren Antennen des Receivers empfangen werden. Wenn der Receiver
zwei oder mehrere Antennen aufweist, selektiert der Receiver eine
der Antennen für
den Empfang der eingehenden HF-Signale. Eine andere Art der drahtlosen
Kommunikationsübertragung
ist ein Mehrfachgrößenkommunikationssystem
(MIMO = Multiple-Input-Multiple-Output). Bei einer drahtlosen MIMO-Kommunikationsübertragung
enthalten der Transmitter und der Receiver jeweils Mehrwege-Übertragungspfade.
In solch einer Kommunikationseinrichtung verarbeitet der Transmitter
die Daten parallel unter Anwendung einer räumlichen und zeitlichen Kodierfunktion
zum Erzeugen von zwei oder mehreren Datenströmen. Der Transmitter umfasst multiple Übertragungspfade,
um jeden Datenstrom in multiple HF-Signale konvertieren zu können. Der
Receiver empfängt
die multiplen HF-Signale über
multiple Receiver-Übertragungspfade,
welche die Datenströme
unter Anwendung einer räumlichen
und zeitlichen Dekodierfunktion wieder zurückzugewinnen. Die zurück gewonnenen
Datenströme
werden kombiniert und anschließend
aufbereitet, um die ursprünglichen
Daten wieder herzustellen.
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Verschiedene
drahtlose Einrichtungen in einem drahtlosen Kommunikationssystem
können
mit verschiedenen Standardnormen oder verschiedenen Varianten derselben
Standardnorm konform gehen. Beispielsweise stellt der Standard IEEETM 802.12a, das ist eine Erweiterung des
IEEETM 802.11 Standards, in der 5-GHz-Übertragungsbandbreite
bis zu 54 Mbps bereit. Der IEEETM 802.12c-Standard,
eine andere Erweiterung des 802.11-Standards, liefert im 2,4 GHz-Band
eine 11 Mbps – Übertragungsrate
(mit einem Fallback bzw. einer Herunterschaltung zu 5.5, 2 und 1
Mbps). Der Standard IEEETM 802.11g, eine andere
Erweiterung des 802.11-Standards, stellt in der 2,4-GHz-Übertragungsbandbreite
20+ Mbps bereit. Der Standard IEEETM 802.11n,
eine neue Erweiterung der 802.11-Norm, ist entwickelt worden, um unter
anderem höhere
Durchsatzraten und Kompatibilitätsprobleme
angehen zu können.
Ein 802.12a-konformes Kommunikationsgerät kann sich in der gleichen
WLAN-Einrichtung
befinden wie ein Gerät,
das einem anderen 802.11-Standard entspricht. Wenn sich Geräte, die
mehreren Versionen des 802.11-Standards entsprechen, in der gleichen WLAN-Einrichtung
befinden, werden die Geräte,
die mit älteren
Versionen konform sind, als Legacy-Geräte berücksichtigt. Um bei den Legacy-Geräten eine Abwärtskompatibilität zu gewährleisten,
müssen
spezielle Mechanismen eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass
Legacy-Geräte
erkennen, wann ein Einrichtung, die mit einer neueren Standard-Version kompatibel
ist, einen drahtlosen Kanal verwendet, um eine Kollision zu vermeiden.
Neuere Implementierungen bezüglich
eines drahtlosen Kommunikationsprotokolls ermöglichen einen höheren Geschwindigkeitsdurchsatz,
wobei sie außerdem
zulassen, dass Legacy-Geräte,
welche eventuell nur mit dem 802.12a- oder 802.11g-Standard kompatibel
sind, in Einrichtungen kommunizieren können, die mit höheren Geschwindigkeiten
operieren.
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Um
das Kompatibilitätsproblem
anzugehen, unterstützen
derzeitige Kommunikationssysteme die Betriebsrahmen in einem gemischten
Modus [Mixed-Mode-Betrieb] in Bezug auf zwei oder mehrere Sendeantennen.
Der Mischmodus-Betriebsrahmen enthält Informationen, die von Legacy-Geräten verwendet
werden können,
sowie Informationen, die speziell für Nicht-Legacy-Geräte vorgesehen
sind. Im Besonderen umfasst der Rahmen im gemischten Betriebsmodus
einen Sektorenvorspann, der einen abwärts kompatiblen Abschnitt und
einen Greenfield-Abschnitt aufweist. Der abwärts kompatible Abschnitt wird
von einem Legacy-Gerät
verwendet, um zu ermitteln, wie lange es sich aus dem Kanal aufgrund
der Übertragung
des Greenfield-Abschnitts heraushalten soll, welcher daraufhin vom
Legacy-Gerät ignoriert,
aber von einem Nicht-Legacy-Gerät
verwendet wird.
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Es
besteht jedoch eine Notwendigkeit bei Datenpaketen oder -rahmen,
sie möglichst
mit höheren
Geschwindigkeitsraten zu übertragen,
und dahingehend, dass sie außerdem
mit Legacy-Geräten konform
gehen können.
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Die
Patentanmeldung
WO
01/95579 A2 bezieht sich auf eine duale Paketkonfiguration
für drahtlose
Kommunikationsübertragungen,
die einen ersten Abschnitt umfasst, der entsprechend einer seriellen
Modulation moduliert ist, sowie einen zweiten Abschnitt, der entsprechend
einer parallelen Modulation moduliert ist. Die Serienmodulation
kann eine Direktsequenz-Spreizbandtechnik (DSSS = Direct Sequence
Spread Spectrum) sein, wogegen die Parallelmodulation eine orthogonale
Wellenlängenmultiplextechnik
(OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplexing) wäre. Der
erste Abschnitt kann einen Header aufweisen, welcher des Weiteren
ein OFDM – Modusbit
umfasst, sowie ein Längenfeld,
welches die Dauer des zweiten Abschnitts anzeigt. Der erste Abschnitt
kann mit dem 802.11b-Standard konform sein, damit Geräte im dualen
Betriebsmodus nebeneinander existieren und wie 812.11b-Standardgeräte im gleichen
Bereich kommunizieren können.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Netzwerkeinrichtung
und ein Verfahren zur Übertragung
mit einer hohen Übertragungsgeschwindigkeitsrate
in einem Rahmenaufbau mit einem gemischten Betriebsmodus bereitzustellen,
der höhere Übertragungsraten
zulässt,
wobei er abwärts kompatibel
ist. Diese Aufgabe wird durch die Netzwerkeinrichtung gemäß Anspruch
1 und dem Übertragungsverfahren
gemäß Anspruch
6 gelöst.
Weitere Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind in den Unteransprüchen
definiert.
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Gemäß einem
erfindungsgemäßen Aspekt wird
eine Netzwerkeinrichtung für
die Implementierung einer hochbitratigen Greenfield-Übertragung
in einem Rahmenaufbau mit einem gemischten Betriebsmodus zur Verfügung gestellt.
Die Netzwerkeinrichtung ist zum Übertragen
eines Mischmodus-Betriebsrahmens in zwei benachbarten Kanälen konfiguriert.
Der Mischmodus-Betriebsrahmen umfasst mindestens zwei abwärts kompatible
Abschnitte mit einer ersten Frequenz und einen Greenfield-Abschnitt mit einer
zweiten Frequenz.
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Gemäß einem
anderen erfindungsgemäßen Aspekt
wird eine Netzwerkeinrichtung für
den Empfang einer hochbitratigen Greenfield-Übertragung in einem Mischmodus-Rahmenaufbau
vorgesehen. Die Netzwerkeinrichtung umfasst einen Detektor für die Erfassung
von mindestens einer der zwei parallelen Übertragungen mit einer ersten
Frequenz und einer Greenfield-Übertragung
mit einer zweiten Frequenz.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird eine Netzwerkeinrichtung für die Vermittlung
einer hochbitratigen Greenfield-Übertragung
in einem Mischmodus-Rahmenaufbau
bereitgestellt. Die Netzwerkeinrichtung weist einen Generator für einen
abwärts
kompatiblen Abschnitt auf, der eine Mehrzahl von abwärts kompatiblen
Abschnitten mit einer ersten Frequenz generiert und eine Längen- und
Geschwindigkeitsraten-Kombination bereitstellt, so dass sich ein
Legacy-Gerät
während
der Länge
einer Greenfield-Übertragung
aus einem Kanal heraushält. Die
Netzwerkeinrichtung weist außerdem
einen Generator für
einen Greenfield-Abschnitt auf, der einen Greenfield-Abschnitt mit
einer zweiten Frequenz generiert, welcher eine Dummy-Länge und
eine Dummy-Geschwindigkeitsrate an den Generator für einen abwärts kompatiblen
Abschnitt weiterleitet und den Generator bezüglich eines abwärts kompatiblen
Abschnitts zur Bereitstellung der Längen- und Geschwindigkeitsraten-Kombination
instruiert, und dadurch die Abwärtskompatibilität mit Legacy-Geräten sicherstellt.
Die Netzwerkeinrichtung umfasst des Weiteren Mittel zum Multiplexen
der Ausgänge
des Generators in Bezug auf einen abwärts kompatiblen Abschnitt und
des Generators in Bezug auf einen Greenfield-Abschnitt in eine Vielzahl
von Symbol-Umsetzern [Symbol-Mapper], die der Anzahl der Sendeantennen
in dem Gerät
entspricht. Die Netzwerkeinrichtung weist außerdem eine Mehrzahl von Prozessormodulen
zum Aufbereiten des Mischmodus-Rahmenaufbaus und zum Übertragen
des gemischten Betriebsmodusrahmens in zwei benachbarte Kanäle auf,
die von Legacy-Stationen unabhängig voneinander
empfangen werden können,
wobei der Mischmodus-Betriebsrahmen zwei abwärts kompatible Mischmodus-Betriebsabschnitte
mit einer ersten Frequenz und einen Greenfield-Abschnitt mit einer zweiten
Frequenz umfasst.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren für die Übermittlung
einer hochbitratigen Greenfield-Übertragung
in einem Mischmodus-Rahmenaufbau bereitgestellt. Das Verfahren umfasst
die Schritte zum Generieren von mehreren abwärts kompatiblen Abschnitten
mit einer ersten Frequenz und zum Generieren von einem Greenfield-Abschnitt
mit einer zweiten Frequenz. Das Verfahren beinhaltet außerdem den
Schritt des Weiterleitens einer Dummy-Länge und einer Dummy-Geschwindigkeitsrate
an einen Generator bezüglich
eines abwärts
kompatiblen Abschnitts und des Instruieren des Generators bezüglich eines
abwärts
kompatiblen Abschnitts zur Herstellung der Längen- und Geschwindigkeitsraten-Kombination.
Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Bereitstellens der Längen- und
Geschwindigkeitsraten-Kombination, so dass sich ein Legacy-Gerät während der
Länge einer Greenfield-Übertragung
aus einem Kanal heraushält, und
des Multiplexen von mehreren, abwärts kompatiblen Abschnitten
und des Greenfield-Abschnitts in eine Vielzahl von Symbol-Umsetzern
[Symbol-Mapper], die der Anzahl der Sendeantennen in dem Gerät entspricht.
Das Verfahren umfasst außerdem
den Schritt des Übertragens
des Mischmodus-Rahmenaufbaus in zwei benachbarten Kanälen, die
von Legacy-Stationen unabhängig
voneinander empfangen werden können.
Der Mischmodus-Betriebsrahmen umfasst zwei abwärts kompatible Abschnitte mit
einer ersten Frequenz und einen Greenfield-Abschnitt mit einer zweiten
Frequenz.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird eine Systemeinrichtung für die Übermittlung
einer hochbitratigen Greenfield-Übertragung
in einem Mischmodus-Rahmenaufbau bereitgestellt. Das System umfasst
einen ersten Generator zum Generieren von mehreren abwärts kompatiblen
Abschnitten mit einer ersten Frequenz und einen zweiten Generator zum
Generieren von einem Greenfield-Abschnitt mit einer zweiten Frequenz.
Das System umfasst außerdem
Sendemittel zum Weiterleiten einer Dummy-Länge und einer Dummy-Geschwindigkeitsrate an
einen Generator bezüglich
eines abwärts
kompatiblen Abschnitts und zum Instruieren des Generators bezüglich eines
abwärts
kompatiblen Abschnitts zur Bereitstellung der Längen- und Geschwindigkeitsraten-Kombination.
Das System umfasst ferner Bereitstellungsmittel zum Bereitstellen
der Längen-
und Geschwindigkeitsraten-Kombination, so dass sich ein Legacy-Gerät während der
Länge einer
Greenfield-Übertragung
aus einem Kanal heraushält,
und Multiplexmittel zum Multiplexen von mehreren, abwärts kompatiblen
Abschnitten und des Greenfield-Abschnitts in eine Vielzahl von Symbol-Umsetzern, die der
Anzahl der Sendeantennen in dem Gerät entspricht. Das System umfasst
außerdem Übertragungsmittel
zum Übertragen
eines Mischmodus-Betriebsrahmens
in zwei benachbarten Kanälen, die
von Legacy-Stationen umabhängig
voneinander empfangen werden können,
wobei der Mischmodus-Betriebsrahmen zwei abwärts kompatible Abschnitte mit
einer ersten Frequenz und einen Greenfield-Abschnitt mit einer zweiten Frequenz
aufweist.
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Gemäß einem
erfindungsgemäßen Aspekt wird
eine Netzwerkeinrichtung für
die Implementierung einer hochbitratigen Greenfield-Übertragung
in einem Mischmodus-Rahmenaufbau zur Verfügung gestellt, wobei die Netzwerkeinrichtung
konfiguriert ist zum:
Übertragen
mindestens eines Mischmodus-Betriebsrahmens in zwei benachbarten
Kanälen,
wobei der Mischmodus-Betriebsrahmen mindestens zwei abwärts kompatible
Abschnitte mit einer ersten Frequenz und einen Greenfield-Abschnitt
mit einer zweiten Frequenz umfasst.
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Es
ist von Vorteil, dass die zwei benachbarten Kanäle 20-MHz-Kanäle sind,
die von 20-MHz-Legacy-Stationen unabhängig voneinander empfangen werden
können.
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Es
ist von Vorteil, dass exakte Kopien eines 20 MHz abwärts kompatiblen
Abschnitts in jeden der zwei benachbarten Kanäle übertragen werden können.
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Vorteilhafterweise
ist jeder der zwei abwärts kompatiblen
Abschnitte ein 20 MHz abwärts
kompatibler Abschnitt und der Greenfeld-Abschnitt ein 40-MHz-Greenfield-Abschnitt,
der Vorspann-Informationen und Daten enthält.
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Vorteilhafterweise
ist einer von den beiden benachbarten Kanälen ein 4n + k-Kanal und der andere
von den beiden benachbarten Kanälen
ein 4(n + 1) + k-Kanal, wobei n eine Anzahl der Sendeantennen in
der Netzwerkeinrichtung repräsentiert
und k eine beliebige Ganzzahl von 0 bis 3 darstellt.
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Vorteilhafterweise
entspricht k gleich 0 für alle
Frequenzen, außer
5745 bis 5825 MHz, und k ist gleich 1, wenn 5745 MHz kleiner als
eine oder gleich mit einer Frequenz ist und die Frequenz kleiner
oder gleich mit 5805 MHz ist.
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Vorteilhafterweise
weist die Netzwerkeinrichtung eine Signalgenerierungsschaltung zum
Generieren von Daten für
Zwischenträger
in den zwei benachbarten Kanälen
auf, wobei die Zwischenträger für die zwei
abwärts
kompatiblen Abschnitte in 20-MHz-Kanalbegrenzungen mittig angeordnet
werden und die Zwischenträger
für den
Greenfeld-Abschnitt mit der Zahl der in den abwärts kompatiblen Abschnitten
angewendeten Zwischenträgern
gedoppelt werden.
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Vorteilhafterweise
werden unterschiedliche Informationen in die oberen und unteren
Blöcke
der Zwischenträger übertragen,
die vom Greenfield-Abschnitt zum Einsatz kommen.
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Vorteilhafterweise
erhöht
sich bei einem Übergang
von den abwärts
kompatiblen Abschnitten zum Greenfield-Abschnitt in einem flachen
Kanal die Stromstärke/Spannung
um weniger als 0,65 dB.
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Vorteilhafterweise
wird der Greenfield-Abschnitt auf den zwei benachbarten Kanälen mit 9.0625
MHz getrennt und ein Nullzwischenträger wird entfernt oder übersprungen.
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Gemäß einem
erfindungsgemäßen Aspekt wird
eine Netzwerkeinrichtung zum Empfangen einer hochbitratigen Greenfield-Übertragung
in einem Mischmodus-Rahmenaufbau
zur Verfügung
gestellt, wobei die Netzwerkeinrichtung das Folgende umfasst:
einen
Detektor für
die Erfassung von mindestens einer der zwei parallelen Übertragungen
in einer ersten Frequenz und einer Greenfield-Übertragung in einer zweiten
Frequenz.
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Vorteilhafterweise
wird ein SIGNAL-Feld in einem abwärts kompatiblen Abschnitt eines
Mischmodus-Betriebsrahmens, das in zwei benachbarten Kanälen empfangen
wurde, von einer Legacy-Station auf einem von den zwei benachbarten
Kanälen
verwendet, um zu ermitteln, wie lange die Heraushaltung des Kanals
aufgrund der Übertragung
des Greenfield-Abschnitts erforderlich ist.
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Gemäß einem
erfindungsgemäßen Aspekt wird
eine Netzwerkeinrichtung zum Senden einer hochbitratigen Greenfield-Übertragung
in einem Mischmodus-Rahmenaufbau zur Verfügung gestellt, wobei die Netzwerkeinrichtung
das Folgende umfasst:
einen Generator für einen abwärts kompatiblen Abschnitt,
der eine Mehrzahl von abwärts
kompatiblen Abschnitten mit einer ersten Frequenz generiert und eine
Längen-
und Geschwindigkeitsraten-Kombination herstellt, so dass sich ein
Legacy-Gerät während der
Länge einer
Greenfield-Übertragung
aus einem Kanal heraushält;
einen
Generator für
einen Greenfield-Abschnitt, der einen Greenfield-Abschnitt mit einer
zweiten Frequenz generiert, eine Dummy-Länge und eine Dummy-Geschwindigkeitsrate
an den Generator für
einen abwärts
kompatiblen Abschnitt weiterleitet und den Generator bezüglich eines
abwärts
kompatiblen Abschnitts zur Be reitstellung der Längen- und Geschwindigkeitsraten-Kombination
instruiert, und dadurch die Abwärtskompatibilität mit Legacy-Geräten sicherstellt;
Mittel
zum Multiplexen der Ausgänge
des Generators in Bezug auf einen abwärts kompatiblen Abschnitt und
des Generators in Bezug auf einen Greenfield-Abschnitt in eine Vielzahl
von Symbol-Umsetzern, die der Anzahl der Sendeantennen in dem Gerät entspricht,
und
eine Mehrzahl von Prozessormodulen zum Aufbereiten des
Mischmodus-Betriebsrahmens und zum Übertragen des gemischten Betriebsmodusrahmens in
zwei benachbarten Kanälen,
die von Legacy-Stationen unabhängig
voneinander empfangen werden können,
wobei der Mischmodus-Betriebsrahmen zwei abwärts kompatible Abschnitte mit
einer ersten Frequenz und einen Greenfield-Abschnitt mit einer zweiten
Frequenz aufweist.
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Vorteilhafterweise
generiert jeder der Symbolumsetzer [Symbol-Mapper] Symbole aus kodierten
Bits für
jeden Zwischenträger
mit einer OFDM-Sequenz.
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Es
ist von Vorteil, dass die Mehrzahl der Prozessormodule das Folgende
umfasst:
eine Mehrzahl von IFFT bzw. schnellen inversen Fourier-Transformationen
zum Konvertieren der Zwischenträger
von einer Frequenzdomäne
in eine Zeitdomäne;
eine
Mehrzahl von digitalen Filtern zum Filtern von Signalen aus der
Mehrzahl der schnellen inversen Fourier-Transformationen; und
eine
Mehrzahl von Digital-Analog-Konvertern zum Konvertieren von Signalen
aus der Mehrzahl der digitalen Filter in analoge Signale.
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Vorteilhafterweise
ist jede aus der Mehrzahl der schnellen inversen Fourier-Transformationen eine
128-Punkt-Schnell-Inversiv-Fourier-Transformation.
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Gemäß einem
erfindungsgemäßen Aspekt wird
ein Verfahren zum Senden einer hochbitratigen Greenfield-Übertragung
in einem Mischmodus-Rahmenaufbau zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren
die folgenden Schritte aufweist:
Generieren von mehreren, abwärts kompatiblen
Abschnitten mit einer ersten Frequenz;
Generieren eines Greenfield-Abschnitts
mit einer zweiten Frequenz;
Weiterleiten einer Dummy-Länge und
einer Dummy-Geschwindigkeitsrate an einen Generator bezüglich eines
abwärts
kompatiblen Abschnitts und des Instruierens des Generators bezüglich eines
abwärts kompatiblen
Abschnitts zur Herstellung der Längen- und
Geschwindigkeitsraten-Kombination;
Bereitstellen der Längen- und
Geschwindigkeitsraten-Kombination, so dass sich ein Legacy-Gerät während der
Länge einer
Greenfield-Übertragung aus
einem Kanal heraushält;
Multiplexen
von mehreren, abwärts
kompatiblen Abschnitten und des Greenfield-Abschnitts in eine Vielzahl
von Symbol-Umsetzern, die der Anzahl der Sendeantennen im Gerät entspricht;
und
Übertragen
eines Mischmodus-Betriebsrahmens in zwei benachbarten Kanälen, die
von Legacy-Stationen unabhängig
voneinander empfangen werden können,
wobei der Mischmodus-Betriebsrahmen mindestens zwei abwärts kompatible
Abschnitte mit einer ersten Frequenz und einen Greenfield-Abschnitt
mit einer zweiten Frequenz aufweist.
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Gemäß einem
erfindungsgemäßen Aspekt wird
eine Systemeinrichtung zum Senden einer hochbitratigen Greenfield-Übertragung
in einem Mischmodus-Rahmenaufbau zur Verfügung gestellt, wobei die Systemeinrichtung
das Folgende umfasst:
einen ersten Generator zum Generieren
von mehreren, abwärts
kompatiblen Abschnitten mit einer ersten Frequenz;
einen zweiten
Generator zum Generieren eines Greenfield-Abschnitts mit einer zweiten
Frequenz;
Sendemittel zum Weiterleiten einer Dummy-Länge und
einer Dummy-Geschwindigkeitsrate an einen Generator bezüglich eines
abwärts
kompatiblen Abschnitts und zum Instruieren des Generators bezüglich eines
abwärts
kompatiblen Abschnitts zur Herstellung der Längen- und Geschwindigkeitsraten-Kombination;
Bereitstellungsmittel
zum Bereitstellen der Längen- und
Geschwindigkeitsraten-Kombination, so dass sich ein Legacy-Gerät während der
Länge einer Greenfield-Übertragung aus einem Kanal
heraushält;
Multiplexmittel
zum Multiplexen der Mehrzahl von abwärts kompatiblen Abschnitten
und des Greenfield-Abschnitts in eine Vielzahl von Symbol-Umsetzern,
die der Anzahl der Sendeantennen im Gerät entspricht; und
Übertragungsmittel
zum Übertragen
eines Mischmodus-Betriebsrahmens in zwei benachbarten Kanälen, die
von Legacy-Stationen unabhängig
voneinander empfangen werden können,
wobei der Mischmodus-Betriebsrahmen mindestens zwei abwärts kompatible
Abschnitte mit einer ersten Frequenz und einen Greenfield-Abschnitt
mit einer zweiten Frequenz aufweist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
anhängenden
Zeichnungen, die zum besseren Verständnis der Erfindung beigefügt und in dieser
Patentdokumentation integriert sind und hierzu einen Bestandteil
bilden, veranschaulichen Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die zusammen mit der Beschreibung dazu dienen, die erfindungsgemäßen Grundsätze zu erklären, wobei:
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1 ein
Kommunikationssystem 10 veranschaulicht, das eingesetzt
wird, um eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu implementieren.
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2a zeigt
einen 20-MHz-Mischmodus-Betriebsrahmen für zwei Sendeantennen.
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2b zeigt
einen 20-MHz-Mischmodus-Betriebsrahmen für drei Sendeantennen.
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2c zeigt
einen 20-MHz-Mischmodus-Betriebsrahmen für vier Sendeantennen.
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3 veranschaulicht
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen 40-MHz-Mischmodus-Rahmenaufbaus.
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4 stellt
Zwischenträgerumsetzer
in einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems dar;
und
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5 zeigt
ein Blockdiagramm einer Einrichtung, die eingesetzt wird, um den
40-MHz-Mischmodus-Betriebsrahmen zu übertragen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
wird nun auf die bevorzugten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden
Erfindung Bezug genommen, wozu Ausführungsbeispiele in den beigefügten Zeichnungen
veranschaulicht werden.
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1 veranschaulicht
ein Kommunikationssystem 10, das mehrere Basisstationen
und/oder Zugangspunkte 12–16, eine Vielzahl
von drahtlosen Kommunikationsgeräten 18–32 und
eine Netz-Hardware-Komponente 34 aufweist. Drahtlose Kommunikationsgeräte 18–32 können u.
a. Laptops oder Notebooks 18 und 26, Palmtops
bzw. elektronische Computer-Assistenten (PDA = Personal-Digital-Assistant) 20 und 30,
Arbeitsplatzrechner bzw. PCs 24 und 32 und/oder
mobile Telefone 22 und 28 sein. Basisstationen
oder Zugangspunkte 12–16 sind über lokale Netzwerkverbindungen 36, 38 und 40 mit
einer Netzwerk-Hardware-Komponente 34 betriebsbereit gekoppelt.
Eine Netzwerk-Hardware-Komponente 34, wie zum Beispiel
ein Router, eine Gerätevermittlungsschaltung
[Switch], eine Brücke,
ein Modem oder ein System-Kontroller, bieten dem Kommunikationssystem 10 eine
weitläufige
Netzwerkverbindung. Jede der Basisstationen oder Zugangspunkte 12–16 besitzt
eine zugehörige
Antenne oder Antennenfeld zum Kommunizieren mit den drahtlosen Kommunikationsgeräten in deren
Umgebung. In der Regel melden sich die drahtlosen Kommunikationsgeräte bei einer
bestimmten Basisstation oder einem Zugangspunkt 12–14 an,
um die Dienste aus dem Kommunikationssystem 10 zu erhalten.
Jedes drahtlose Kommunikationsgerät enthält eine eingebaute Funkeinrichtung
oder es ist mit einer zugehörigen
Funkeinrichtung verbunden. Die Funkeinrichtung weist mindestens
einen HF-Transmitter und mindestens einen HF-Receiver auf.
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Jedes
drahtlose Kommunikationsgerät,
das an der drahtlosen Kommunikationsübertragung teilnimmt, enthält einen
eingebauten Funksenderempfänger
[Transceiver] oder es ist mit einem zugehörigen Funksenderempfänger verbunden.
Wie den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, umfasst der Transmitter
normalerweise eine Datenmodulationsstufe, eine oder mehrere Zwischenfrequenzstufen und
einen Leistungsverstärker.
Die Datenmodulationsstufe konvertiert Ursprungsdaten in Basisbandsignale
in Übereinstimmung
mit einem bestimmten drahtlosen Kommunikationsstandard. Die Zwischenfrequenzstufen
mischen die Basisbandsignale mit einem oder mit mehreren lokalen
Impulsen zum Erzeugen von HF-Signalen. Der Leistungsverstärker verstärkt die
HF-Signale vor deren Übertragung über eine
Antenne.
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Der
Empfänger
ist normalerweise mit der Antenne verbunden und enthält einen
rauscharmen Verstärker,
eine oder mehrere Zwischenfrequenzstufen, eine Filterstufe und eine
Datenrückgewinnungsstufe.
Der rauscharme Verstärker
empfangt – über die
Antenne – hereinkommende
HF-Signale und verstärkt
die hereinkommenden HF-Signale. Die Zwischenfrequenzstufen mischen
die verstärkten
HF-Signale mit einem oder mit mehreren lokalen Impulsen, um das
verstärkte
HF-Signal in Basisbandsignale oder Zwischenfrequenzsignale (ZF)
umzuwandeln. Die Filterstufe filtert die Basisbandsignale oder die ZF-Signale
zum Dämpfen
von unerwünschten
Signalen von außerhalb
des Bandes, um gefilterte Signale zu erzeugen. Die Datenrückgewinnungsstufe
stellt aus den gefilterten Signalen in Übereinstimmung mit einem bestimmten
drahtlosen Kommunikationsstandard die Ursprungsdaten wieder her.
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Kommunikationssysteme
können
Mischmodus-Betriebsrahmen auf zwei oder auf mehreren Sendeantennen
zur Bewältigung
eines Kompatibilitätsproblems
von Legacy- und Nicht-Legacy-Systemen unterstützen. Bei Kommunikationssystemen, die
Mischmodus-Betriebsrahmen mit abwärts kompatiblen und Greenfield
Abschnitten unterstützen, können MAC-Mechanismen
[MAC = Medienzugriffssteuerschichten] zum Instruieren der Legacy-Geräte zum Einsatz
kommen, damit sie sich während
der Übertragung
eines Greenfield-Abschnitts aus den Kanälen heraushalten. Die Legacy-Geräte können jedoch
nicht immer MAC-Informationen erkennen. Deshalb ist es – während einer Übertragung
eines Mischmodus-Betriebsrahmens – von Vorteil, die Übertragung
des Greenfield-Abschnitts mit einer physikalischen Schutzschichtkonfiguration
zu schützen.
Selbst wenn auf diese Weise die Legacy-Geräte die MAC-Informationen nicht erkennen können, sendet
der Mischmodusvorspann die erforderlichen Instruktionen an die Legacy-Geräte.
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Die 2a–2c zeigen
einen 20-MHz-Mischmodus-Betriebsrahmen für vielerlei Sendeantennen in
einer MIMO-Kommunikation (MIMO = Multiple-Input-Multiple-Output). 2a zeigt einen
20-MHz-Mischmodus-Betriebsrahmen für zwei Sendeantennen, 2b zeigt
einen 20-MHz-Mischmodus-Betriebsrahmen für drei Sendeantennen und 2c zeigt
einen 20-MHz-Mischmodus-Betriebsrahmen für vier Sendeantennen. Mit Bezug
auf die 2a–2c umfasst
ein abwärts
kompatibler Abschnitt 102 ein Kurzsymbol 104/114/134/154,
auf das ein Schutzintervall 106/117/128/157,
eine längere Trainingssequenz 108/118/138/158 und
ein vordefiniertes SIGNAL-Feld 110/120/140/160 folgt.
Der Greenfield-Abschnitt 122 umfasst eine oder mehrere längere Trainingssequenzen 111/124/144/164 sowie 117/128/148/168,
einen Schutzintervall 121/123/141/161 und
ein SIGNAL-Feld 113/126/146/166.
In den 2b und 2c umfasst der
abwärts
kompatible Abschnitt 102 einen Schutzintervall 115/119/139/162 und
ein Greenfield-Abschnitt 122 weist in 2a den
Schutzintervall 115/121 auf.
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Auf
einem ersten Transmitter 101 in den 2a–2c wird
der Sektorenvorspann auf die gleiche Weise wie eine Sendung, die
dem 802.12a/802.11g-Standard entspricht, übertragen. Auf dem zweiten
Transmitter 112 wird ein kurzes Trainingssymbol 114 mit
einer zyklischen Verschiebung von 400 Nanosekunden [ns] übertragen,
wobei eine längere
Trainingssequenz 118 mit einer zyklischen Weiterschaltung
von 100 ns und ein SIGNAL-Feld 120 mit einer zyklischen
Weiterschaltung von 110 ns übertragen
wird. Der Schutzintervall 117 wird mit keiner zyklischen
Verschiebung übertragen, wobei
der Schutzintervall 119 mit einer zyklischen Verschiebung
von 2 übertragen
wird. Im Greenfield-Abschnitt 122 werden längere Trainingssequenzen 124/128 und
ein SIGNAL-Feld 126 mit einer zyklischen Verschiebung von
1600 ns übermittelt.
Der Schutzintervall 123 wird mit einer zyklischen Verschiebung
von 2 übertragen.
Gemäß den 2b bis 2c wird
auf der dritten Sendeantenne 130 ein kurzes Trainingssymbol 134 mit
einer zyklischen Verschiebung von 400 Nanosekunden [ns] übertragen, wobei
eine längere
Trainingssequenz 138 mit eine zyklischen Verschiebung von
100 ns und ein SIGNAL-Feld 140 mit einer zyklischen Verschiebung
von 100 ns übertragen
wird. Die Schutzintervalle 138 und 139 werden
mit einer zyklischen Verschiebung von 1 übertragen. Im Greenfield-Abschnitt 122 werden
längere
Trainingssequenzen 144/148 und ein SIGNAL-Feld 146 mit
einer zyklischen Verschiebung von 100 ns übermittelt. Der Schutzintervall 141 wird
mit einer zyklischen Verschiebung von 1 übertragen. Mit Bezug auf 2c wird
auf der vierten Sendeantenne 150 ein kurzes Trainingssymbol 154 mit
einer zyklischen Verschiebung von 400 Nanosekunden [ns] übertragen,
wobei eine längere
Trainingssequenz 158 und ein SIGNAL-Feld 160 mit
einer zyklischen Verschiebung von 200 ns übertragen werden. Der Schutzintervall 157 wird
mit keiner zyklischen Verschiebung von 2 übertragen, wobei der Schutzintervall 162 mit
einer zyklischen Verschiebung von 1 übertragen wird. Im Greenfield-Abschnitt 122 werden längere Trainingssequenzen 164/168 und
ein SIGNAL-Feld 166 mit einer zyklischen Verschiebung von 1700
ns übermittelt.
Der Schutzintervall 161 wird hierbei mit einer zyklischen
Verschiebung von 4 übertragen.
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In
jeder der Darstellungen in den 2a–2c wird – wenn ein
Legacy-Gerät
den abwärts
kompatiblen Abschnitt empfängt – das kurze Trainingssymbol
angewendet, um den Rahmen zu erfassen, die längere Trainingssequenz, um
das Entzerrer-Netzwerk
zu trainieren und das SIGNAL-Feld, um zu ermitteln, wie lange die
Heraushaltung aus dem Kanal aufgrund der Übertragung des Greenfield-Abschnitts
zu erfolgen hat.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Übertragen von Greenfield-Informationen mit
einer höheren
Geschwindigkeitsrate als 20 MHz bereit, die derzeit zum Einsatz
kommen, wobei die Legacy-Geräte
konform gehen können.
Im Besonderen stellt die vorliegende Erfindung einen 40 MHz-Mischmodus-Rahmenaufbau
für eine 40-MHz-Greenfield-Übertragung
zur Verfügung.
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3 veranschaulicht
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen 40-MHz-Mischmodus-Rahmenaufbaus.
Die erfindungsgemäßen Einrichtungen
können
in diesem Ausführungsbeispiel zwei
benachbarte 20-MHz-Kanäle 306 und 308 einsetzen,
die von 20-MHz-Legacy-Geräten
unabhängig voneinander
empfangen werden können,
um simultan den 40 MHz-Rahmen zu übertragen. Der 40-MHz-Rahmenaufbau
in 3 kann für
5 GHz oder 2.4 GHz verwendet werden. Wie den Fachleuten auf dem
Gebiet bekannt ist, sind in den Standardnormen, wie IEEETM 802.12b und 802.11g, die Kanäle 5 MHz
breit, auch wenn sich das Signal über 5 MHz hinaus ausbreiten
kann. Bei einer solchen Ausführungsform
repräsentiert
der Kanal 306 den 4n + k-Kanal und der Kanal 308 repräsentiert
einen 4(n + 1) + k-Kanal, wobei n eine Anzahl der Sendeantennen
ist und k eine beliebige Ganzzahl von 0 bis 3 sein kann, aber in
der Regel für
alle Frequenzen gleich 0 ist – außer 5745
bis 5825 MHz – und
1 den Frequenzen zwischen 5745 MHz und 5805 MHz entspricht. Im IEEETM 802.12a-Standard sind die Kanäle auch
5 MHz breit; jedoch gibt es bestimmte Begrenzungen, die nach dem
802.12a Standard beachtet werden müssen. Bei dieser Ausführungsform
repräsentiert der
Kanal 306 den Kanal n und der Kanal 308 stellt den
Kanal n + 4 dar. Deshalb kann der Mischmodus-Rahmenaufbau der 3 in
Umgebungen des 802.12b, 802.11g und 802.12a-Standards eingesetzt werden.
Die Takt-/Zeitpunkt- und
Antennen-Abbildung [Mapping] gemäß der vorliegenden
Erfindung kann wie die des 20-MHz-Mischmodus-Rahmenformats identisch
sein.
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In 3 enthält der Rahmen
zwei 20 MHz-Mischmodus-Sektorenvorspanne 302a/302b und
einen 40-MHz-Greenfield-Abschnitt 304. Exakte Kopien desselben
abwärts
kompatiblen 20-MHz-Abschnitts werden in jeden der Kanäle 306 und 308 gesendet.
Der 40-MHz-Greenfield-Abschnitt 304 enthält Vorspann-Informationen
und Daten. Wie den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, muss der Greenfield-Abschnitt 304 ausschließlich von Nicht-Legacy-Einrichtungen
empfangen werden. Es wird eine sehr hohe Übertragungsrate mit einer sehr guten
Frequenz-Diversität
im Greenfield-Abschnitt 304 erzielt. Es sei angemerkt,
dass der Greenfield-Abschnitt 304 nicht unbedingt genau
der gleiche sein muss, wie die zwei 20-MHz-Greenfield-Übertragungen, die durch 2 =
10 MHz geteilt werden.
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Wenn
die Empfänger/Receiver
den 40-MHz-Rahmen in den Kanälen 305 und 308 empfangen,
verwenden die Empfänger
das SIGNAL-Feld im abwärts
kompatiblen Abschnitt 302a und 302b im 40-MHz-Mischmodus-Vorspann,
um zu ermitteln, wie lange die Heraushaltung des Kanals aufgrund
der Übertragung
des Greenfield-Abschnitts,
erforderlich ist. Speziell mit Bezug auf die 2a–2c kodiert das
SIGNAL-Feld 110/112/140/160 die
tatsächliche Rahmendauer
mit Dummy-Längenund
Dummy-Geschwindigkeitsratenfeldern. Der Übergang zu den Legacy-Stationen
könnte
möglicherweise
das Signalfeld in den beiden Kanälen 305 und 308 dekodieren. Daher
startet die 40-MHz-Greenfield-Übertragung erst
nach dem SIGNAL-Feld 110/112/140/160 und längerer Trainingsbündelung.
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4 stellt
Zwischenträgerumsetzer 402 und 404 dar,
die in dem erfindungsgemäßen System zum
Einsatz kommen. Einrichtungen, die sowohl den 802.12a als auch den
802.11g-Standard implementiert haben, verwenden das orthogonale
Wellenlängenmultiplex-Kodierverfahren
(OFDM). Das OFDM-Kodierverfahren ist eine Frequenzteilungsmultiplex-Modulationstechnik
zum Übertragen
von großen Mengen
digitaler Daten über
eine Funkwelle. Das OFDM-Verfahren funktioniert durch ein Ausbreiten eines
einzelnen Datenstroms über
ein Band mit Zwischenträgern,
wovon jeder parallel angeordnet übertragen
wird. In 802.12a- und 802.11g-konformen Einrichtungen kommen nur
52 von den 64 aktiven Zwischenträgern
zum Einsatz. Vier der aktiven Zwischenträger sind Pilotzwischenträger, welche
das System als Verweis verwendet, um Frequenz- oder Phasenverschiebungen
des Signals während
der Übertragung
ignorieren zu können.
Die restlichen 48 Zwischenträger
stellen separate, drahtlose Leitungsbahnen zum parallelen Senden
von Informationen zur Verfügung.
Die 52 Zwischenträger
werden unter Anwendung einer binären
Pulslagenmodulation oder Quadraturphasenumtastung (BPSK/QPSK), einer
16 QAM-Technik (Quadraturamplitudenmodulation) oder einer 64 QAM-Technik
moduliert. Daher verwenden 802.12a- und 802-11g-konforme Einrichtungen
die Zwischenträger –26 bis
+26, wobei der 0-Index-Zwischenträger auf 0 gesetzt wird und
der 0-Index-Zwischenträger
die Trägerfrequenz
ist.
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Da
die vorliegende Erfindung eine doppelte Bandbreite einsetzt, werden
in 4 die Zwischenträger –64 bis +63 dargestellt. Alle
Zwischenträger –58 bis –6 und 6
bis 58 in der Wartungsanalyseabbildung [MAP] 402 stellen
die 52 Zwischenträger
dar, die in 802.12a/802.11g-konformen Einrichtungen zur Anwendung
kommen. Die Zwischenträger
werden in den 20-MHz-Kanal-Begrenzungen genau mittig angeordnet,
so dass sie jeweils von 802.12a/802.11g-konformen Legacy-Stationen
empfangen werden können.
Wie bereits vorstehend erwähnt,
werden in jeden der Kanäle 306 und 308 exakte
Kopien desselben abwärts
kompatiblen 20-MHz-Abschnitts gesendet. Die Zwischenträger-Abbildung
des Greenfield-Abschnitts 404 stellt die Informationen
in den Zwischenträgern –58 bis –3 und 3
bis 58 dar. Es können
jedoch auch Extra-Pilotelemente in den Zwischenträgern –2, –1 +1 und
+2 eingebracht werden. Bei der vorliegenden Erfindung erhöht sich
bei dem Übergang
von dem abwärts
kompatiblen Abschnitt zum Greenfield-Abschnitt auf einem flachen
Kanal die Stromstärke/Spannung
um weniger als 0,65 dB. Zur weiteren Reduzierung der Stromstärke kann
im Mischmodusabschnitt mit bis zu 4 Dummy-Zwischenträgern, die
zwischen den Indexzahlen –6
und +6 keine Informationen übertragen, eine
Auffüllung
erfolgen. Da diese zusätzlichen
Zwischenträger
kodiert werden – wobei
dieselbe 128-Punkt-Schnell-Inversiv-Fourier-Transformation zur
Anwendung kommt –,
sind sie zu den anderen Zwischenträgern orthogonal angeordnet
und wirken auf die anderen Zwischenträger aufgrund von Legacy-Empfängern nicht
störend
ein. Es sei angemerkt, dass der Greenfield-Abschnitt 304 in
den Kanälen 306 und 308 durch
9.0625 MHz separatisiert ist und der Null-Zwischenträger (DC)
entfernt/übersprungen
wird. Unterschiedliche Informationen werden in die oberen und unteren
Blöcke
der Zwischenträger übertragen,
die Ausgangsleistung eines Verzahnungsprogramms [Inter leaver]. Bis
zu vier Extra-Pilotelemente können
nahe dem Null-Zwischenträger
DC für
einen Phasen-/Frequenznachlauf des Empfängers eingefügt werden.
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Der
40-MHz-Empfänger
in Nicht-Legacy-Stationen muss einen Detektor entweder für zwei parallele
20-MHZ-Legacy-Übertragungen
oder für
eine 40-MHz-Greenfield-Übertragung
aufweisen. Die Komplexität
eines solchen Detektors ist gering im Vergleich zu anderen, vorausschauenden
Funktionen, wie zum Beispiel zu einer Vorlaufkodierung/Entwicklungskodierung.
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5 zeigt
ein Blockdiagramm mit einem Ausführungsbeispiel
für eine
Eirichtung, die eingesetzt wird, um den 40-MHz-Mischmodus-Betriebsrahmen
zu übertragen.
Die Systemeinrichtung 500 umfasst einen Generator für den Greenfield-Abschnitt 502,
einen Generator für
den abwärts
kompatiblen Abschnitt 504, mehrere Symbol-Umsetzer [Symbol-Mapper],
mehrere 128-Punkt-Schnell-Inversiv-Fourier-Transformationsmodule (IFFT) 508,
mehrere Digitalfilter 510 und mehrere Digital-Analog-Konverter
(D/A) 512. Datenbits gelangen in den Generator bezüglich des
Greenfield-Abschnitts 502, der eine Dummy-Länge und
eine Dummy-Geschwindigkeitsrate an den Generator bezüglich des
abwärts
kompatiblen Abschnitts 504 weiterleitet und den Generator bezüglich eines
abwärts
kompatiblen Abschnitts zur Herstellung der Längen- und Geschwindigkeitsraten-Kombination
instruiert, so dass sich das Legacy-Gerät während der Länge der Greenfield-Übertragung
aus dem Kanal heraushält.
Der Generator für den
abwärts
kompatiblen Abschnitt 504 verwendet ein SIGNAL-Symbol in
dem abwärts
kompatiblen Abschnitt, um die tatsächliche Rahmendauer mit der Dummy-Länge und
dem Dummy-Geschwindigkeitsratenfeld zu kodieren und um die vorliegende
Erfindung mit anderen 802.11-Einrichtungen abwärts kompatibel bereitzustellen.
Alle Ausgänge
der Generatoren 502 und 504 werden gemultiplext
in Symbolabbildungen [Symbol-Mapper] 506, welche der Anzahl
der Sendeantennen in der Einrichtung 500 entsprechen. Jeder
Symbolumsetzer 506 generiert Symbole aus den kodierten
Bits für
jeden Zwischenträger
mit einer OFDM-Sequenz.
Jedes 128-Punkt-Schnell-Inversiv-Fourier-Transformationsmodul 508 konvertiert
die Zwischenträger
von der Frequenzdomäne
in eine Zeitdomäne.
Die Signale werden anschließend
von digitalen Filtermodulen 510 gefiltert und über D/As 512 in
analoge Signale konvertiert. Die analogen Signale können über das Modul 514 zur
Sendeantenne 1 zu N übertragen
werden.
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Für den Fachmann
ist es selbstverständlich, dass,
obgleich erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele
in Bezug auf die Standards IEEETM 802.11a und
802.11g beschrieben worden sind, das erfindungsgemäße Verfahren
in jeder Einrichtung zum Einsatz kommen kann, in der die orthogonale
Wellenlängenmultiplex-Kodiertechnik
(OFDM) implementiert ist. Die vorstehende Beschreibung verweist
auf einzelne Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Es ist jedoch offensichtlich, dass auch andere Varianten
und Modifikationen zu den beschriebenen Ausführungsformen mit einigen oder
mit allen erfindungsgemäßen Erkenntnissen
und Vorteilen entwickelt werden können. Daher haben die anhängenden
Patentansprüche
zum Ziel, alle derartigen Varianten und Modifikationen abzudecken
und fallen unter den geltenden Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.