TW202209839A - 用於無線通訊裝置中的通訊次通道管理的系統與方法 - Google Patents

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Abstract

揭示一種用於一無線通訊裝置的次通道偵測系統。該系統包括：一輸入介面，該輸入介面被配置來接收具有複數個次通道的一預定基帶上的數位資料；複數個變頻器，該複數個變頻器被配置來使一次通道內的該數位資料之頻譜移位至該基帶之中心；複數個低通濾波器，該複數個低通濾波器被配置來在一次通道帶寬內對該基帶中間的頻率濾波；複數個相關器，該複數個相關器被配置來接收一濾波後數位信號且使該接收信號與一次通道大小相關；及一處理模組，該處理模組被配置來自該複數個相關器接收資料且偵測一或多個主動次通道。該複數個變頻器使該數位資料中所有次通道的該頻譜移位至該基帶的該中心；該移位頻譜由該複數個低通濾波器濾波且與個別次通道相關。

Description

用於無線通訊裝置中的通訊次通道管理的系統與方法
本申請案主張2021年7月3日提交的澳大利亞臨時專利申請案第2020902293號之優先權，該申請案之內容以交叉引用之方式併入本文中。
本發明係關於一種用於無線區域網路(Wireless Local Area Network, WLAN)中通訊次通道管理的系統及方法。特別地，本發明係關於對用於傳輸資料封包的次通道的識別。
多數WLAN係基於美國電機電子工程師學會(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) 802.11標準，該標準由使用相同基本協定的一系列半雙工空中調變技術組成。802.11協定家族採用具有碰撞避免的載波感測多重存取(carrier-sense multiple access, CSMA)，由此設備在傳輸各封包之前收聽用於其他使用者(包括非802.11使用者)的通道。
WLAN通常包含一或多個存取點(access point, AP)及若干連接裝置或站(station, STA)。AP係經由無線媒體(wireless medium, WM)向相關聯的STA提供對另一個網路(諸如網際網路)的存取的實體或虛擬裝置。WLAN中的裝置經由共享WM彼此通訊。
AP在高帶寬實體層協定資料單元(physical layer protocol data unit, PPDU)上操作。例如，共用家庭Wi-Fi網路係基於定義WLAN媒體存取控制(medium access control, MAC)及實體(physical, PHY)層的標準的IEEE 802.11n且在2.4 GHz或5 GHz頻率上操作。
STA在共享WM上發送、接收及/或彼此干擾。當STA可直接偵測來自另一個STA的傳輸時，它處於該另一個STA的範圍內。為了解決此問題，可用帶寬被分成若干次通道。在IEEE 802.11n中，例如，次帶覆蓋80 MHz且被分成20 MHz或40 MHz次通道。
IEEE 802.11ah係使用900 MHz免許可帶以提供擴展範圍Wi-Fi網路的另一個無線網路連結標準。其亦得益於更低能量消耗，從而允許產生協作以共享信號，從而支持物聯網(Internet of Things, IoT)之概念的大群的站或感測器。各世界區域支持不同次帶，且次通道數量取決於它所屬次帶的起始頻率。因此，不存在全域次通道編號計劃且次通道數量在世界區域之間(且甚至在相同世界區域的次帶之間)不兼容。
在澳大利亞，例如，802.11 ah在915 MHz-920 MHz或920 MHz-928 MHz次帶中操作。對於920 MHz-928 MHz次帶，具有1 MHz、2 MHz、4 MHz或8 MHz的帶寬的次通道可用。
各Wi-Fi STA可跨整個分配能譜(在澳大利亞對於802.11ah為8 MHz)接收信號，且必須能夠偵測AP正使用哪個次通道用於各傳入的資料包。為此，現存Wi-Fi STA使用同時測試可用次通道的帶通濾波器及相關器的專用組。此方法需要一套複雜硬體，該套複雜硬體需要由一或多個PHY層處理器供電及控制且佔用由AP使用的Wi-Fi矽積體電路上的空間。
為了有助於劃分可用通道之間的飛行時間，802.11ah引入術語主通道及輔助(或更正式地，非主)通道。主通道係用於以其原生帶寬傳輸一些東西的通道。對於各通道帶寬，存在一個主通道，意指其係用於以該通道寬度傳輸訊框的通道。
藉由選擇待在每訊框基礎上使用的通道帶寬，802.11ah可更有效地使用可用頻譜。當寬通道可用時，高資料率係可能的。當僅窄通道可用時，通訊可降回到更低速率。
本發明之態樣允許使用減少的硬體資源及因此減少的功率預算來偵測正由AP使用的次通道。可用次通道可使用一套低複雜度低通濾波器組及變頻器代替在當前Wi-Fi STA中使用的專門調諧的帶通濾波器組來管理。
根據第一態樣，本發明包含一種用於無線通訊裝置的次通道偵測系統，該系統包含： 一輸入介面，該輸入介面經組配來接收一預定基帶上的數位資料；該基帶被分成複數個次通道； 複數個變頻器，各變換器經組配來使一次通道內的該數位資料之頻譜移位至該基帶之一中心； 複數個低通濾波器；各低通濾波器經組配來在一次通道帶寬內對頻率進行濾波； 複數個相關器；各相關器經組配來接收一濾波後數位信號且使該接收的數位信號與一次通道大小相關；及 一處理模組，該處理模組經組配來自該複數個相關器接收資料且偵測一或多個主動次通道； 其中該複數個變頻器使藉由該輸入介面接收的該數位資料中所有次通道的頻譜移位至該基帶之該中心；該移位頻譜藉由該複數個低通濾波器進行濾波且藉由該複數個相關器與個別次通道相關。
在實施例中，該基帶在-4 MHz與+4 MHz之間傳播且該數位資料係由連接到一無線網路的一接收站接收的一調變類比信號的一數位表示。
在實施例中，該複數個次通道包含1 MHz、2 MHz、4 MHz或8 MHz的一帶寬。
在實施例中，該複數個變頻器包含變頻器組，其中各變頻器組經組配來使具有一預定帶寬的該次通道之該頻譜移位至該基帶之該中心。
在實施例中，該複數個變頻器組包含被配置來使具有1 MHz的一帶寬的次通道移位的一第一組八個變頻器、被配置來使具有2 MHz的一帶寬的次通道移位的一第二組四個變頻器及被配置來使具有4 MHz的一帶寬的次通道移位的一第三組兩個變頻器。
在實施例中，該複數個變頻器中之各者包含一相移器。
在實施例中，該複數個低通濾波器包含複數個有限輸入響應濾波器(Finite Input Response, FIR)。
在實施例中，各次通道包含一個FIR，且各FIR包含經組配來將該接收的數位信號中的樣本數量減半的一數位抽取器。
在實施例中，該複數個FIR包含最小相位濾波器。
在實施例中，該複數個相關器中之各者經組配來使該接收信號與該次通道帶寬相關。
在實施例中，該系統進一步包含：複數個數位延遲模組，各數位延遲模組與該複數個次通道中之一個相關聯且經組配來延遲一次通道信號以同步化該複數個次通道。
在實施例中，該複數個變頻器包含被配置來將傳入的樣本序列乘以[1, -1] 或 [j, -j] 序列的混頻器。
在實施例中，該複數個低通濾波器包含多相分量He (z-2 ) 及 z-1 Ho (z-2 ) ，其中He(z) 及Ho(z) 係該複數個低通濾波器中之各者的偶數 多相分量及奇數 多相分量。
根據第二態樣，本發明包含一種用於對嵌入根據第一態樣的次通道偵測系統的無線通訊裝置進行次通道偵測的方法；該方法包含以下步驟： 在該輸入介面處接收該預定頻率基帶上的數位資料；該基帶被分成該複數個次通道； 經由該複數個變頻器中之一或多個使該接收的數位資料之該頻譜自該複數個次通道之一帶移位至該基帶之該中心； 經由該複數個低通濾波器在各次通道帶內對頻率進行濾波； 使用該複數個相關器使各濾波後數位信號與一各別次通道相關；及 藉由經由該處理模組分析自該複數個相關器接收的資料來偵測該一或多個主動次通道。
在實施例中，該方法進一步包含以下步驟：延遲該複數個相關器中之一或多個之一輸出以同步化該複數個相關器中之各者之該輸出。
在實施例中，使該接收的數位資料之該頻譜移位的該步驟進一步包含：基於該數位資料的樣本中之各者係佔用一樣本序列中的一偶數位置還係一奇數位置來分裂該等樣本，及基於樣本係奇數樣本還係偶數樣本來將該等樣本定向到不同混頻器。
在實施例中，該方法進一步包含以下步驟：將偶數樣本乘以[1] 或 [-1] 且將奇數樣本乘以[j] 或 [-j] 。
在實施例中，其中經由複數個低通濾波器在各次通道帶內對頻率進行濾波的該步驟進一步包含：使用包含多相分量He (z-2 ) 及z-1 Ho (z-2 ) 的低通濾波器[HLP (z) ]，該低通濾波器經組配來對旋轉的奇數序列及偶數序列進行濾波；其中He(z) 及Ho(z) 係該低通濾波器HLP (z) 的偶數 多相分量及奇數 多相分量。
根據第三態樣，本發明包含一種無線區域網路(wireless local area network, WLAN)站(station, STA)，包含： 一類比接收模組，該類比接收模組經組配來接收一預定次帶上的一編碼信號的調變資料； 一混頻器，該混頻器包括經組配來使該接收信號移位至一基帶的一濾波器； 一類比至數位轉換器，該類比至數位轉換器被配置來將該基帶中的該信號轉換成一數位信號且將該數位信號儲存在一記憶體中； 一次通道偵測系統，該次通道偵測系統包含： 一輸入介面，該輸入介面經組配來接收一預定基帶上的數位資料；該基帶被分成複數個次通道， 複數個變頻器，各變換器經組配來使一次通道內的該數位資料之頻譜移位至該基帶之一中心； 複數個低通濾波器；各低通濾波器經組配來在一次通道帶寬內對頻率進行濾波； 複數個相關器；各相關器經組配來接收一濾波後數位信號且使該接收的數位信號與一次通道大小相關，及 一處理模組，該處理模組經組配來自該複數個相關器接收資料且偵測一或多個主動次通道， 其中該複數個變頻器使藉由該輸入介面接收的該數位資料中所有次通道的頻譜移位至該基帶之該中心；該移位頻譜藉由該複數個低通濾波器進行濾波且藉由該複數個相關器與個別次通道相關；及 一資料解碼模組，該資料解碼模組被配置來基於自該次通道偵測系統接收的主動次通道資訊來解碼該調變資料。
本發明之實施例的優點允許降低用於識別主動次通道的數位濾波硬體的複雜性。頻率變換步驟允許使用數位低通濾波器組代替帶通濾波器，從而降低硬體及功率要求。此組態亦允許使用最小相位FIR濾波器，從而減少具有不同帶寬的次通道之間的非同步問題。此外，低通FIR及其一半的係數等於零的半帶濾波器允許由於簡化的濾波器組而減小了記憶體大小。另外，相關器組可以低得多的頻率運行，因此具有減少的功率要求。
出於解釋而非限制的目的，下面提供某些較佳實施例的細節及描述，使得一般技藝人士可能夠製造並使用本發明。此等細節及描述僅代表某些較佳實施例，然而，熟習此項技術者在通篇檢閱本揭露時將容易地理解將不會明確地描述的大量其他實施例。因此，本揭露的任何檢閱者應僅藉由申請專利範圍來解譯本發明之範疇，此乃因此類範疇並非意圖被本文所描述及例示的實施例所限制。
出於本文的目的，術語「次帶」意指用於藉由無線媒體傳輸並接收的預定頻率空間。例如，在本揭露中，次帶係920 MHz至928 MHz。
術語「基帶」意指約零頻率(DC)的頻率空間。
術語「次通道」意指次帶中的用於在一定時間段內傳輸一定量資料的頻譜的一部分。
術語「變頻器」意指用於使信號的頻譜移位預定頻率偏移量的模組。
術語「相移器」意指用於使信號的相位移位預定相位偏移量的模組。
術語「相關器」意指計算兩個輸入信號之間的相關性(相似性)且提供與此類相關性成比例的輸出的模組。
無線區域網路(Wireless Local Area Network, WLAN)在預定頻率次帶上操作。WLAN通訊協定通常基於由美國電機電子工程師學會(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)制定的標準。
例如，家庭Wi-Fi網路通常基於定義WLAN媒體存取控制(medium access control, MAC)及實體(physical, PHY)層的標準的IEEE 802.11n，且在2.4 GHz或5 GHz頻率上操作。相反，IEEE 802.11ah使用900 MHz免許可帶來提供擴展範圍Wi-Fi網路以滿足IoT應用程式。
STA在共享WM上發送、接收及/或彼此干擾。當STA可直接偵測來自另一個STA的傳輸時，它處於該另一個STA的範圍內。通道干擾可由鄰近Wi-Fi網路或WM上的其他無線電信號引起。
為了解決通道干擾問題，可用次帶通常被分成存取點(Access Point, AP)可在與不同接收站(station, STA)通訊的同時進行管理的若干次通道。例如，802.11n允許80 MHz次帶中的20 MHz或40 MHz寬次通道。相反，802.11ah允許具有不同帶寬的次通道。然而，各世界區域支持不同次帶，且次通道數量取決於它所屬次帶的起始頻率。因此，不存在全域次通道編號計劃且次通道數量在世界區域之間(且甚至在相同世界區域的次帶之間)不兼容。
在本揭露中，802.11ah標準及在澳大利亞使用的920 MHz-928 MHz次帶將用作實例。然而，應當理解，所描述的系統與方法可用於管理給定次帶中的若干次通道的任何WLAN系統，諸如具有更寬次帶的802.11ah (例如在美國，16 MHz主通道對802.11ah可用)、802.11n或其他。920 MHz-928 MHz澳大利亞次帶被分成具有1 MHz、2 MHz、4 MHz或8 MHz的帶寬的次通道。次帶可容納8 x 1 MHz通道、4 x 2 Mhz通道、2 x 4 MHz通道或1 x 8 MHz通道。
第1A圖展示在920 MHz-928 MHz澳大利亞802.11ah次帶上編碼的主次通道之實例。對於各封包，AP可測試WM以檢查多少次帶可用。若整個8 MHz帶寬可用，則AP可使用可用數位調變技術(BSK、QPSK或QAM)來編碼整個8 MHz次通道(1)上的封包。若次通道(1)的一部分例如由於來自另一個802.11ah網路的干擾而不可用，則AP可縮小大小至4 MHz通道。AP將當前通道(1)減半且選擇具有更少干擾的半部。在此情況下，AP可選擇低4 MHz通道(2)、高4 MHz通道(3)。
所選擇的次通道將變成主次通道，且具有干擾的次通道將被視為用於傳輸當前封包的輔助次通道。若在主次通道上偵測到另外的干擾，則AP再次將主次通道減半且降回到2 MHz次通道(4或5)。若繼而所選擇的2 MHz次通道不係無干擾的，則AP可進一步除以二且選擇1 MHz次通道(6或7)以編碼當前封包。
使用具有更寬帶寬的次通道用於傳輸允許特定封包具有更快傳輸速率。重要的是，能夠使用更小次通道允許鄰近的另一個AP或STA同時使用輔助次通道且因此有效使用可用次帶。
網路上的可為滿堆疊接收器或更簡單感測器的接收STA通常經組配來收聽整個次帶上的傳入的信號。STA可能未意識到AP正使用以傳輸特定封包的次帶且因此必須針對各接收的封包實施次通道偵測技術。在一些情況下，STA意識到AP已使用以傳輸由STA接收的最近封包的主通道組態，即特定主通道對用於各次通道類型(4 MHz、2 MHz、1 MHz)。
第2圖係根據先前技術之用於偵測無線次帶中的主動次通道的系統200之示意圖。藉由WM行進的信號由STA的包含STA天線的類比接收模組接收。按照以下表達，所需次帶藉由將所接收的基帶類比信號與次帶中間的音頻混頻且使用低通濾波器進行濾波轉換而成。
Figure 02_image001
在操作帶寬下接收基帶信號。
Figure 02_image003
次帶藉由將基帶信號與所需頻率混頻，之後進行低通濾波而獲得。
基帶信號繼而使用類比至數位轉換器(analog-to- digital converter，ADC)被轉換成數位信號且被儲存在RX FIFO記憶體結構202中。為了正確地解碼封包，系統必須識別由AP使用以發送封包的相關次通道。為此，次通道偵測系統自RX FIFO記憶體202檢索數位信號且使用帶通有限輸入響應(Finite Input Response, FIR)濾波器204對信號進行濾波。各濾波器被調諧以匹配次帶中可用的次通道中之一個。
特別地，對於920 MHz-928 MHz次帶，次通道偵測系統可包含：八個1 MHz帶通濾波器，其分別以0.5 MHz、1.5 MHz、2.5 MHz、3.5 MHz、-0.5 MHz、-1.5 MHz、-2.5 MHz、-3.5 MHz為中心；四個2 MHz帶通濾波器，其分別以1 MHz、3 MHz、-1 MHz及-2 MHz為中心；兩個帶通濾波器，其分別以2 MHz及-2 MHz為中心；一個8 MHz帶通濾波器(通道濾波器)，其對介於-4 MHz與4 MHz之間的頻率進行濾波。
各濾波器之數位輸出被發送到將濾波後信號與特定次通道帶寬相關的相關器206。各相關器之輸出與濾波後信號與特定帶寬的相關性成比例。各相關器輸出定向到代管在接收站或感測器之實體層(physical, PHY)上的控制邏輯208。控制邏輯藉由比較所有相關器之輸出與一系列預定閾值來決定哪個次通道正傳輸針對各接收封包的相關資訊。此資訊藉由SBUS主控器210及共享平台匯流排212被傳達至STA資料解碼器。資料解碼模組存取相同數位RX FIFO且可根據特定次通道資訊來解碼信號。
次通道偵測通常在PHY封包前言的多個位上完成，使得解碼模組可利用正確次通道資訊解碼PHY封包的相關部分。
系統200的FIR帶通濾波器組需要片上計算資源及硬體資源，諸如記憶體容量。另外，由相關器組使用的功率與所使用的時鐘頻率成比例，該時鐘頻率對應於各相關器的中間次通道頻率。
第3圖係根據實施例之用於偵測基帶中的主動次通道的系統300之示意圖。在系統300中，自RX FIFO 302檢索的數位信號被發送到一系列變頻器314，該一系列變頻器將與各次通道相關的頻譜的一部分移位至基帶之中心。一旦頻譜被移位至基帶之中心，信號就可被提供至低通濾波器304。實質上相同的低通濾波器304可用於各次通道大小，因此顯著地降低了總體架構之複雜性。在此實例中，系統需要具有500 KHz截止頻率的八個低通濾波器、具有1 MHz截止頻率的四個低通濾波器、具有2 MHz截止頻率的兩個低通濾波器及具有4 MHz截止頻率的一個視情況選用之通道濾波器。
濾波後信號可被發送到次通道相關器，該等次通道相關器基於以上參考第2圖所描述之相同原理來操作。
由於數位FIR帶通濾波器用變頻器314及低通濾波器304的組合取代，因而與第2圖之系統相比，第3圖之系統300的硬體及計算要求實質上得以改良。低通濾波器可使用更少記憶體來實施且具有更低計算複雜性。
第3圖及第4圖所示之系統包括足夠模組以同時偵測所有可用次通道。這允許偵測主動次通道(主)且同時收集關於不被AP (輔助)使用的次通道的資訊，例如，輔助通道上的干擾的指示。此類資訊可描繪WM在STA位置處的狀態，且可經由匯流排440被發送到STA中的其他模組且最終中繼回到AP。
參考第5圖展示使用一套最少相位旋轉器、抽取濾波器及相關器的系統。第8圖至第11圖亦展示在頻率變換及濾波階段期間相關次通道中的信號。
第4圖之系統400實施第3圖之示意圖。在第4圖之系統400中，8 MHz通道、2 x 4 MHz通道、4 x 2 MHz通道及8 x 1 MHz通道被組織成級聯組態。
數位信號402被直接發送到8 MHz相關器404以測試8 MHz主次通道，且同時發送到執行±90°或0°及180°的一系列數位相位旋轉的兩個相位旋轉模組406。此類相位旋轉等效於將兩個4 MHz次通道中的信號朝向左移位2 MHz (4 MHz高)且朝向右移位2 MHz (4 MHz低)到達基帶之中心。
相位旋轉模組406之輸出被發送到各別抽取器408，該等抽取器藉由將樣本數量減半(8個樣本減半至4個樣本)來對信號進行濾波及降低取樣，且因此作為低通濾波器對4 MHz低次通道及4 MHz高次通道執行濾波。抽取器用作數位低通濾波器藉由次通道頻率移位至基帶之中心來實現。
兩個抽取器408中之各者之輸出藉由多工器412被發送到各別相關器410。多工器412允許根據需要繞過頻率移位步驟及濾波步驟。相關器計算信號與4 MHz帶之間的相關性。
每當信號藉由抽取器被發送時引入時間延遲；因此，相關器輸出使用延遲階段414全部被延遲預定樣本數量以同步化所有輸出。
兩個抽取器408中之各者之輸出被發送到另一對相位旋轉模組416 (總共四個相位旋轉模組416)。第一對相位旋轉模組416分別對所移位及抽取的4 MHz低次通道執行一系列數位相位旋轉。第二對相位旋轉模組416分別對所移位及抽取的4 MHz高次通道執行一系列相位旋轉。此等旋轉之結果使所有2 MHz次通道帶移位至基帶之中心。頻率移位被儲存在用於各所移位次通道的記憶體中。相位旋轉藉由將頻域中的樣本乘以作為[1,-j, -1,j]或[1,j, -1,-j]的重複的序列來執行，從而產生0°、+/-90°及+/-180°的相位旋轉。
相位旋轉模組416之輸出被發送到各別抽取器418，該等抽取器藉由將樣本數量減半(4個樣本減半至2個樣本)來對信號進行降低取樣且因此執行數位低通濾波。
四個抽取器418中之各者之輸出藉由多工器420被發送到一組四個相關器422，該等相關器計算信號與2 MHz帶之間的相關性。
四個延遲階段424藉由考慮由兩個抽取步驟(408及418)引入的延遲來同步化2 MHz相關器輸出。
為了測試八個1 MHz次通道，四個抽取器418中之每一者之輸出被發送到一對相位旋轉模組426。在第4圖之實施例中，使用總共八個1 MHz相位旋轉模組426。八個相位旋轉模組426中之各者執行所移位及抽取的2 MHz次通道中之一個的數位相位旋轉的序列。此等旋轉之結果使所有1 MHz次通道帶移位至基帶之中心。頻率移位被儲存在用於各所移位次通道的記憶體中。在替選性實施例中，如下文參考第6圖及第7圖所論述，相位旋轉及相位旋轉模組的數量可減少，且一個系列的旋轉可用於獲得上部次帶及下部次帶兩者。
相位旋轉模組426之輸出被發送到各別抽取器428，該等抽取器藉由將樣本數量減半(2個樣本減半至1個樣本)來對信號進行降低取樣且因此執行數位低通濾波。
八個抽取器428中之各者之輸出藉由多工器430被發送到一組八個相關器432，該等相關器計算信號與1 MHz帶之間的相關性。
八個延遲階段434藉由考慮由三個抽取步驟(408、418及428)引入的延遲來同步化1 MHz相關器輸出。1 MHz次通道藉由次通道偵測過程而經歷最大量的延遲且因此在此情況下延遲階段434被視情況選用。在一些實施例中，可以恰當延遲將所有其他次通道同步化到1 MHz次通道且可避免八個延遲階段434用於1 MHz次通道。在此情況下，使用慣用FIR低通濾波器，1 MHz次通道沒有延遲；2 MHz次通道延遲(N/2-1)個樣本；4 MHz次通道延遲(N-2)個樣本；且8 MHz次通道被延遲(2N-4)個樣本。延遲模組可使用移位暫存器來實施，該等移位暫存器取決於各別次通道帶寬而以不同方式定時。
在一些情況下，低通FIR抽取器可使用最少相移器來實施。此類型的濾波器的優點在於其引入了顯著地減小的延遲，缺點係關於所引入的相位失真。然而，此類濾波器在第4圖之系統400中的應用對此類相位失真並不敏感，此乃因相關器306對相位不敏感，從而允許更快地操作系統。使用最少相位FIR濾波器的機會係由本發明之實施例提供的另一優點。
來自所有相關器之輸出與濾波後信號與特定次通道帶寬的相關性成比例。各相關器輸出定向到控制邏輯436，該控制邏輯決定存取點正使用哪個次通道來傳輸資料封包。此資訊藉由SBUS主控器438及共享平台匯流排440被傳達至STA資料解碼器。資料解碼模組存取相同數位RX FIFO且可根據特定次通道資訊來解碼信號。
重要的是，第4圖之系統400允許使用若干抽取器，所有該等抽取器彼此類似，與±90°相位旋轉模組及相關器協作以同時執行次通道偵測。
抽取器與在當前次通道偵測系統中使用且可僅用作低通濾波器的FIR帶通濾波器相比實施及操作起來較不複雜。
第4圖之系統允許使用相似相位旋轉模組抽取器及相關器用於每種類型的次通道。例如，為了測試兩個4 MHz次通道，具有相反符號的兩個相似相位旋轉器與將樣本數量減半的兩個相同FIR抽取器濾波器及兩個相同相關器一起使用。FIR抽取濾波器基於正偵測的次通道之大小來使用不同濾波係數，且相關器針對不同類型的次通道具有不同相關性偵測閾值。
如所論述，第4圖之系統400包括全套模組以偵測所有可用主次通道及輔助次通道。相反，第5圖所示之實施例使用一套最少相位旋轉器、FIR抽取濾波器及相關器來實施參考第3圖所論述的功能性。如以上參考第1圖所論述，在當前Wi-Fi協定中，每當AP認識到例如由於干擾而不可能完全使用次通道時，可用次通道被分裂成兩半。
第5圖之系統500採用一對變頻器、FIR專用濾波器、相關器及延遲模組分別用於4 MHz、2 MHz及1 MHz次通道。另外的相關器及延遲模組用於8 MHz次通道。系統500允許偵測預定次通道圖上的主動次通道(諸如第1圖所示的主動次通道)，且係基於與AP的先前通訊。系統測試8 MHz主通道、一個4 MHz次通道(高或低)及2 MHz及1 MHz帶的兩個次通道。第5圖之示意圖展示在高(正旋轉)及低(負旋轉)上組織的次通道偵測所需的所有組件。
數位信號502被直接發送到8 MHz相關器504以測試8 MHz主次通道。第6A圖展示8 MHz信號之示意性表示，且第5B圖展示在8 MHz主動次通道的情況下8 MHz相關器之輸出。
數位信號502被同時發送到執行數位相位旋轉的兩個相位旋轉模組506L、506H。此類相位旋轉等效於將8 MHz信號朝向左移位2MHz (4 MHz高)且朝向右移位2 MHz (4 MHz低)。第9A圖展示居中的8 MHz次通道且第9B圖展示向右移位2 MHz以便以4 MHz低次通道(2)為中心的相同頻譜。頻率移位被儲存在用於各所移位次通道的記憶體中。
相位旋轉模組506L之輸出被發送到各別抽取器508L，該等抽取器藉由將樣本數量減半(8個樣本減半至4個樣本)來對信號進行降低取樣且因此作為低通對4 MHz低執行濾波。次通道2的抽取步驟之結果在第9C圖中示意性地展示(樣本更稀疏)。
兩個抽取器508L中之各者之輸出藉由多工器被發送到各別相關器510L。相關器510L計算信號與4 MHz帶之間的相關性。第9D圖展示相關器510L在通道2被認為主動的情形下之輸出。
最後，相關器輸出被發送到時間延遲模組514L以與1 MHz相關器(534)之輸出同步。
相似過程發生以使用相位旋轉器模組506H、濾波器508H、相關器510H及延遲階段514H測試4 MHz高次通道(3)。
來自兩個抽取濾波器508L、508H之兩個輸出定向到選擇模組515，該選擇模組選擇哪個通道要被轉送並減半以形成2 MHz次通道。該選擇基於與AP交換的先前資料封包來執行。如上所論述，AP測試次帶以決定各封包使用哪個次通道組態。若封包被成功地遞送到STA且被確認，則當前次通道組態可用於下一個封包且可相應地設定選擇模組515。
若通道2 (4 MHz低)被轉送到相位旋轉器模組516L、516H，則可按照如針對4 MHz次通道2及3所描述的相似過程來測試2 MHz通道4及5。
使用相位旋轉器模組516L、濾波器518L、相關器520L及延遲階段524L測試次通道4。使用相位旋轉器模組516H、濾波器518H、相關器520H及延遲階段524H測試次通道5。
第10A圖展示居中的4 MHz次通道2。第10B圖展示向左移位1 MHz以便以2 MHz高次通道(5)為中心的相同頻譜。頻率移位被儲存在用於各所移位次通道的記憶體中。次通道5的抽取步驟之結果在第8C圖中示意性地展示(樣本更稀疏)。第10D圖展示相關器520H在通道5被認為主動的情形下之輸出。
來自兩個抽取濾波器518L、518H之兩個輸出定向到選擇模組525，該選擇模組選擇要轉送並減半以形成21 MHz次通道的通道。該選擇基於與AP交換的先前資料封包來執行。如上所論述，AP測試次帶以決定各封包使用哪個次通道組態。若封包被成功地遞送到STA且被確認，則當前次通道組態可用於下一個封包且可相應地設定選擇模組525。
若通道5 (2 MHz高)被轉送到頻率變換模組526H，則可按照如針對2 MHz次通道4及5所描述的相似過程來測試2 MHz通道6及7。
使用相位旋轉器模組526L、濾波器528L、相關器530L及延遲階段534L測試次通道6。使用變頻器526H、濾波器528H、相關器530H及延遲階段534H測試次通道7。
對於8 MHz操作通道帶寬情境，在其上可接收資訊的主通道可存在15種不同可能性。接收器需要偵測在其上接收資訊的主通道，且通常尋找在封包的開頭處稱為短訓練欄位(short training field, STF)的已知序列，且應用如以上所描述的交叉相關及自動相關技術以推測主通道可能所在的位置。
應當理解，此過程的效率及所需硬體的數量在吞吐量及功率消耗兩者方面係接收器的效能的重要參數。
所有可用次通道可由如以上所論述的除以一半的序列測試。這可藉由fS /4 混頻，之後2至1抽取來達成，其中fS 係次帶的大小。fS 混頻等效於將傳入的樣本分別乘以(-j)n 或(j)n 。序列(-j)n 係基本序列{1,-j,-1,j}的重複，而序列(j)n 係基本序列{1,j,-1,-j}的重複。因此，fS /4 混頻操作可被執行為原始次通道序列x[n] 分別與(-j)n 或(j)n 的相乘。
第6A圖展示將大小fS 的次通道分成以基帶中間為中心的大小為fS /2的上部部分及下部部分的模組之一般示意圖600。頻率變換藉由用於次通道的更高部分及更低部分的混頻器602H、602L達成。所移位頻譜使用相似低通濾波器HLP (z) 604H、604L進行濾波及抽取以提供兩個上部次通道606H及下部次通道606L。
第6B圖展示根據一個實施例的將大小fS 的次通道分成以基帶中間為中心的大小為fS /2的上部部分及下部部分的模組之示意圖650。此實施例利用序列乘法技術來執行混頻及相位旋轉且減少巧妙地管理樣本序列所需的硬體的量。
大小為fS 的次通道中傳入的樣本基於它們係奇數樣本還係偶數樣本而被分裂且定向到不同混頻器。偶數樣本朝向混頻器652H定向，該混頻器在fS /2處與[1, -1] 的序列執行相乘，從而基本上使各第二傳入樣本的相位反轉(180°相位旋轉)；奇數樣本朝向混頻器652L定向，該混頻器在fS /2處與[j, -j] 的序列執行相乘，從而基本上使各第二傳入樣本旋轉±90°。
使用原始低通濾波器[HLP (z) ]的多相分量來對經旋轉奇數序列及偶數序列進行濾波，使得：
Figure 02_image005
其中He(z) 及Ho(z) 係低通濾波器HLP (z) 的偶數 及奇數 多相分量。上部次通道660H及下部次通道660L可藉由分別在簡單加法器模組658H、658L中加上或減去兩個序列來重建。
低通濾波器的以上多相分解及次通道序列與相位旋轉序列的相乘的事實允許設計整個次通道偵測的非常有效的架構。第6B圖之電路可部署在第5圖所示的架構中，從而在所需硬體及功率消耗方面提供優點。
由於對主通道的偵測需要係快速的，因此低通濾波器應被設計成最小化延遲，同時仍維持其通帶及阻帶規範。低延遲最小相位濾波器係較好的選擇，此乃因它們提供最低延遲，但需要對於非線性相位響進行取捨。在一些實施例中，半帶濾波器被部署以提供低複雜性及可容許的延遲。FIR半帶濾波器例如具有脈衝響應，從而使各其他濾波器係數為零。使用FIR半帶濾波器的隨之發生的優點在於多相分量具有有利屬性。偶數分量He (z) 僅具有一個非零分量，而奇數分量Ho (z) 具有對稱係數。此等屬性可被採用於低複雜性實施方案。
在替代性實施例中，有限脈衝響應(infinite-impulse-response, IIR)半帶低通濾波器及高通濾波器可使用兩個全通部段來實施：
Figure 02_image007
及
Figure 02_image009
，其中參數α及β 係實數。
IIR半帶低通濾波器HIIR-HB (z)的轉移函數可由以上全通部段形成為：
Figure 02_image011
第7A圖展示組件全通濾波器H α (z-2 ) 700之方塊圖。濾波器包含兩個延遲模組702、710，該兩個延遲模組提供兩個樣本延遲；兩個加法器/減法器模組及一個乘法器模組706，該一個乘法器模組允許選取參數α，使得可控制濾波器之衰減特性。
第7B圖展示組件全通濾波器Hβ (z-2 ) 700之方塊圖。濾波器包含兩個延遲模組752、760，該兩個延遲模組提供兩個樣本延遲；兩個加法器/減法器模組及一個乘法器模組756，該一個乘法器模組允許選取參數β，使得可控制濾波器之衰減特性。
由於IIR HB濾波器僅使用一個乘法器，因此IIR半帶濾波器的複雜性低。儘管並非線性相位濾波器，但IIR半帶濾波器的群延遲在通帶中為低，如第7(c)圖及第7(d)圖中所描繪的實例中所展示。以上特性使得成為用於次帶產生的濾波器的具有吸引力的選擇。
第8圖至第11圖展示在第5圖的系統的不同階段處次通道中之一些中的信號之示意圖。
第8A圖展示居中的8MHz次通道1。第8B展示相關器在通道1被認為主動的情形下之輸出。
第9A圖展示居中的8 MHz次通道1。第9B圖展示向右移位2 MHz以便以4 MHz低次通道(2)為中心的相同頻譜。頻率移位被儲存在用於各所移位次通道的記憶體中。次通道2的抽取步驟之結果在第9C圖中示意性地展示(樣本更稀疏)。第9D圖展示相關器在通道2被認為主動的情形下之輸出。
第10A圖展示居中的4 MHz次通道2。第10B圖展示向左移位1 MHz以便以2 MHz高次通道(5)為中心的相同頻譜。次通道5的抽取步驟之結果在第10C圖中示意性地展示(樣本更稀疏)。第10D圖展示相關器530H在通道5被認為主動的情形下之輸出。
第11A圖展示居中的2 MHz次通道5。第11B圖展示向左移位0.5 MHz以便以1 MHz高次通道(7)為中心的相同頻譜。次通道7的抽取步驟之結果在第11C圖中示意性地展示(樣本更稀疏)。第11D圖展示相關器530H在通道7被認為主動的情形下之輸出。
第12圖係根據實施例之概述被執行以偵測用於無線通訊裝置的主動次通道的方法步驟之流程圖1200。首先，在輸入介面處接收預定頻率基帶上的數位資料(1202)。基帶被分成複數個次通道。經由複數個變頻器中之一或多個使接收的數位資料之頻譜自一或多個次通道之帶移位至基帶之中心(1204)。經由複數個低通濾波器在各次通道帶內對所移位頻譜進行濾波(1206)。使用複數個相關器使各濾波後數位信號與各別次通道相關(1208)。最後，藉由經由處理模組分析自複數個相關器接收的資料來偵測主動次通道。
在一些情況下，該方法亦包含以下步驟：延遲一或多個相關器之輸出以同步化所有相關器之輸出；及儲存各次通道所需的各相移以便供處理模組計算哪個次通道係主動的。
參考第1圖至第12圖所描述的次通道偵測系統適於部署在無線區域網路(wireless local area network, WLAN)站(station, STA)中以在STA接收資料封包時執行次通道偵測。STA具有類比接收模組，該類比接收模組經組配來接收編碼的類比信號，該類比信號可使用若干調變技術及編碼方案來調變。
資料藉由無線媒體自另一個STA或存取點在頻率次帶內，且通常在該次帶內的頻率次通道上傳輸。接收的類比信號與相似頻率範圍中的另一個信號混頻且因此其頻譜被移位至基帶。類比至數位轉換器在STA內使用以數位化接收信號。數位樣本通常被儲存在記憶體位置中。初始數位樣本定向到次通道偵測系統，該次通道偵測系統允許偵測傳輸站正使用哪個次通道來在所允許次帶內傳輸封包。在基於IEEE 802.11的協定的情況下，此等初始樣本通常覆蓋封包的短訓練欄位(short training field, STF)的至少一部分。
一旦次通道偵測系統偵測到主動次通道，資料正在次通道上傳輸，資料解碼模組就被配置來基於自次通道偵測系統接收的主動次通道資訊來解碼調變的資料。
應當理解，以上描述係在說明本發明且不應被解釋為限制本發明。熟習此項技術者可想到實施例的各種修改、應用及/或組合，而不脫離如由申請專利範圍界定的本發明的範疇。
一般技藝人士將容易理解，如以上所論述的本發明可在不同於所揭示的那些的組態中與硬體元件一起實踐。因此，儘管已基於此等較佳實施例描述了本發明，但對於熟習此項技術者將顯而易見，某些修改、變化及替代性構造將顯而易見，同時保持在本發明的範疇內。
儘管已參考較佳實施例描述了本發明，但熟習此項技術者將瞭解，本發明可體現為許多其他形式且可在不脫離如廣泛所描述的技術的精神或範疇的情況下對如在特定實施例中所展示的技術做出眾多變化及/或修改。因此，本發明實施例應當在所有態樣中被視為說明性的而非限制性的。
在整個說明書中，除非上下文另外明確要求，否則詞語「包含(comprise)」或者諸如「包含(comprises)」或者「包含(comprising)」的變化形式將被理解為暗示包含所陳述的要素、整數或者步驟，或者要素、整數或者步驟的群，但是不排除任何其他要素、整數或步驟，或者要素、整數或步驟的群。
包括在本說明書中的對於文件、法令、材料、裝置、物品或其類似物之任何論述僅係為了提供本發明技術之上下文。它不應視為承認任何或所有此等項形成先前技術基礎的一部分或者係本領域中與本技術相關的公共常識，此乃因其存在於本說明書的每項請求項的優先權日期之前。
200、300、400、500:系統 202:RX FIFO記憶體結構 204:帶通有限輸入響應(FIR)濾波器 206、306、404、410、422、432、504、510H、510L、520H、520L、530H、530L、534:相關器 208、436:控制邏輯 210、438:SBUS主控器 212、440:共享平台匯流排 302:RX FIFO 304、604H、604L:低通濾波器 314:變頻器 402、502:數位信號 406、416、426、506H、506L:相位旋轉模組 408、418、428:抽取器、抽取步驟 412、420、430:多工器 414、424、434、514H、524H、524L、534H、534L:延遲階段 508H、508L、518H、518L:抽取濾波器 514L:時間延遲模組 515、525:選擇模組 516H、516L、526L:相位旋轉器模組 526H:頻率變換模組、變頻器 528H、528L:濾波器 600、650:示意圖 602H、602L、652H、652:混頻器 606H、606L、660H、660L:上部次通道 658H、658L:加法器模組 700:組件全通濾波器 702、710、752、760:延遲模組 706、756:乘法器模組 1200:流程圖 1202、1204、1206、1208、1210:步驟
為了恰當地理解本發明，應參考隨附圖式，其中：
第1圖展示在澳大利亞IEEE 802.11ah次帶中之一者中的不同可用次通道中編碼的數位信號(A)及變換到基帶的相同信號(B)的圖解；
第2圖係如在提交日本領域已知的用於由無線區域網路(wireless local area network, WLAN)上的無線通訊裝置偵測主動次通道的系統之示意性方塊圖；
第3圖至第7圖係根據實施例之用於由無線區域網路(wireless local area network, WLAN)上的無線通訊裝置偵測主動次通道的系統之示意性方塊圖；
第8圖至第11圖展示在第5圖的系統的不同階段處次通道中之一些中的信號之示意圖；且
第12圖係根據實施例之概述被執行以偵測用於無線通訊裝置的主動次通道的方法步驟之流程圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
300:系統
306:相關器
302:RX FIFO
304:低通濾波器
314:變頻器

Claims (19)

  1. 一種用於一無線通訊裝置的次通道偵測系統，該系統包含： 一輸入介面，該輸入介面經組配來接收一預定基帶上的數位資料；該基帶被分成複數個次通道； 複數個變頻器，各變換器經組配來使一次通道內的該數位資料之頻譜移位至該基帶之一中心； 複數個低通濾波器；各低通濾波器經組配來在一次通道帶寬內對頻率進行濾波； 複數個相關器；各相關器經組配來接收一濾波後數位信號且使該接收的數位信號與一次通道大小相關；及 一處理模組，該處理模組經組配來自該複數個相關器接收資料且偵測一或多個主動次通道； 其中該複數個變頻器使藉由該輸入介面接收的該數位資料中所有次通道的頻譜移位至該基帶之該中心；該移位頻譜藉由該複數個低通濾波器進行濾波且藉由該複數個相關器與個別次通道相關。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該基帶在-4 MHz與+4 MHz之間傳播且該數位資料係由連接到一無線網路的一接收站接收的一調變類比信號的一數位表示。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該複數個次通道包含1 MHz、2 MHz、4MHz或8 MHz的一帶寬。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之系統，其中該複數個變頻器包含變頻器組，其中各變頻器組經組配來使具有一預定帶寬的該次通道之該頻譜移位至該基帶之該中心。
  5. 如請求項4所述之系統，其中該複數個變頻器組包含被配置來使具有1 MHz的一帶寬的次通道移位的一第一組八個變頻器、被配置來使具有2 MHz的一帶寬的次通道移位的一第二組四個變頻器及被配置來使具有4 MHz的一帶寬的次通道移位的一第三組兩個變頻器。
  6. 如請求項1至3中任一項所述之系統，其中該複數個變頻器中之各者包含一相移器。
  7. 如請求項1至3中任一項所述之系統，其中該複數個低通濾波器包含複數個有限輸入響應濾波器(FIR)。
  8. 如請求項7所述之系統，其中各次通道包含一個FIR，且各FIR包含經組配來將該接收的數位信號中的樣本數量減半的一數位抽取器。
  9. 如請求項7或請求項8所述之系統，其中該複數個FIR包含最小相位濾波器。
  10. 如請求項1至3中任一項所述之系統，其中該複數個相關器中之各者經組配來使該接收信號與該次通道帶寬相關。
  11. 如請求項1至3中任一項所述之系統，其中該系統進一步包含：複數個數位延遲模組，各數位延遲模組與該複數個次通道中之一個相關聯且經組配來延遲一次通道信號以同步化該複數個次通道。
  12. 如請求項1至3中任一項所述之系統，其中該複數個變頻器包含被配置來將傳入的樣本序列乘以[1, -1] 或 [j, -j] 序列的混頻器。
  13. 如請求項1至3中任一項所述之系統，其中該複數個低通濾波器包含多相分量He (z-2 ) 及 z-1 Ho (z-2 ) ，其中He(z) 及Ho(z) 係該複數個低通濾波器中之各者的偶數 多相分量及奇數 多相分量。
  14. 一種用於對嵌入如請求項1所述之一次通道偵測系統的一無線通訊裝置進行次通道偵測的方法，該方法包含以下步驟： 在該輸入介面處接收該預定頻率基帶上的數位資料；該基帶被分成該複數個次通道； 經由該複數個變頻器中之一或多個使該接收的數位資料之該頻譜自該複數個次通道之一帶移位至該基帶之該中心； 經由該複數個低通濾波器在各次通道帶內對頻率進行濾波； 使用該複數個相關器使各濾波後數位信號與一各別次通道相關；及 藉由經由該處理模組分析自該複數個相關器接收的資料來偵測該一或多個主動次通道。
  15. 如請求項14所述之方法，進一步包含以下步驟：延遲該複數個相關器中之一或多個之一輸出以同步化該複數個相關器中之各者之該輸出。
  16. 如請求項14所述之方法，其中使該接收的數位資料之該頻譜移位的該步驟進一步包含以下步驟：基於該數位資料的樣本中之各者係佔用一樣本序列中的一偶數位置還係一奇數位置來分裂該等樣本，及基於樣本係奇數樣本還係偶數樣本來將該等樣本定向到不同混頻器。
  17. 如請求項14所述之方法，進一步包含以下步驟：將偶數樣本乘以[1] 或 [-1] 且將奇數樣本乘以[j] 或 [-j] 。
  18. 如請求項14至17中任一項所述之方法，其中經由該複數個低通濾波器在各次通道帶內對頻率進行濾波的該步驟進一步包含以下步驟：使用包含多相分量He (z-2 ) 及z-1 Ho (z-2 )的低通濾波器[HLP (z) ]，該等低通濾波器經組配來對旋轉的奇數序列及偶數序列進行濾波；其中He(z) 及Ho(z) 係該低通濾波器HLP (z) 的偶數 多相分量及奇數 多相分量。
  19. 一種無線區域網路(WLAN)站(STA)，包含： 一類比接收模組，該類比接收模組經組配來接收一預定次帶上的一編碼信號的調變資料； 一混頻器，該混頻器包括經組配來使該接收信號移位至一基帶的一濾波器； 一類比至數位轉換器，該類比至數位轉換器被配置來將該基帶中的該信號轉換成一數位信號且將該數位信號儲存在一記憶體中； 一次通道偵測系統，該次通道偵測系統包含： 一輸入介面，該輸入介面經組配來接收一預定基帶上的數位資料；該基帶被分成複數個次通道； 複數個變頻器，各變換器經組配來使一次通道內的該數位資料之頻譜移位至該基帶之一中心； 複數個低通濾波器；各低通濾波器經組配來在一次通道帶寬內對頻率進行濾波； 複數個相關器；各相關器經組配來接收一濾波後數位信號且使該接收的數位信號與一次通道大小相關，及 一處理模組，該處理模組經組配來自該複數個相關器接收資料且偵測一或多個主動次通道， 其中該複數個變頻器使藉由該輸入介面接收的該數位資料中所有次通道的頻譜移位至該基帶之該中心；該移位頻譜藉由該複數個低通濾波器進行濾波且藉由該複數個相關器與個別次通道相關；及 一資料解碼模組，該資料解碼模組被配置來基於自該次通道偵測系統接收的主動次通道資訊來解碼該調變資料。
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