TWI422192B

TWI422192B - 用來偵測具有不同格式之封包之方法及系統

Info

Publication number: TWI422192B
Application number: TW100105753A
Authority: TW
Inventors: Jr Thomas Edward Pare; Kiran Uln
Original assignee: Mediatek Inc
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2014-01-01
Also published as: TW201210263A

Description

用來偵測具有不同格式之封包之方法及系統

本發明係指一種無線資料通訊系統，尤指一種可偵測具有不同格式之封包的無線資料通訊系統。

在如無線相容性認證(WiFi)系統等無線通訊系統中，資訊係透過正交分頻多工(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，OFDM)封包進行傳輸與接收。此類系統中之接收器需先偵測封包及其格式，然後再據以設定自身硬體與軟體，以接收與解碼封包之資料部分。

每一正交分頻多工封包中包含有複數個前置資料(Preamble)欄位，用以協助接收器對封包進行偵測、同步校正及調整。前置資料欄位之後為一已編碼訊號欄位，其帶有資料速率、封包長度、調變及編碼方式等資訊。訊號欄位經解碼後可用來設定接收器，以對封包資料部分進行接收與解碼。在高吞吐量(High Throughput，HT)無線相容性認證擬定標準IEEE 802.11n中，混合模式(mixed mode)及綠區(green)欄位之正交分頻多工幀格式可與低吞吐量的傳統(legacy)幀格式共存。在此協定標準下，混合模式的幀格式允許傳統裝置適當處理高吞量封包，而綠區欄位的幀格式因資源耗費(overhead)較少，因此於純高吞吐量系統中可具有較高吞吐量。

因此，需要一種可允許接收器接收不同格式封包時能有效率地接收及解碼資料封包之方法及系統。且此方法及系統應能簡單地實現且具有低生產成本及適於與現今通訊系統共存之優點。本發明可滿足此需求。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種可偵測具有不同格式之封包的無線資料通訊系統及方法。

本發明揭露之方法及系統提供一種新的封包結構及一種用來偵測該封包之改善方法。該方法及系統包含有增加一額外欄位於一封包結構中，藉以提供一充分時間來處理超高吞吐量訊號欄位；以及啟動偵測該封包結構之該超高吞吐量訊號欄位。該超高吞吐量訊號欄位可區別於其它訊號欄位且該超高吞吐量訊號欄位向前相容於其它裝置。

本發明之其他目的與優點可由以下敘述及配合圖示，以實施例方式說明本發明之概念。

本發明係指一種通訊系統，尤指一種無線通訊系統。以下關於本發明之說明係用來使本領域具通常知識者可據以製造及使用，並合乎專利申請要求。本領域具通常知識者當可輕易根據此較佳實施例及下述的上位原則與技術特徵進行各種修飾或變化。因此，本發明之範圍並不限於此實施例，而是與合乎下述原則與技術特徵的最大範圍相符。

本發明之方法及系統允許一接收器有效地對傳輸於一無線網路中複數個封包之格式進行偵測及解碼。具體而言，本發明之系統允許可接收不同格式封包的接收器偵測IEEE 802.11n封包為超高吞吐量(Very High Throughput，VHT)格式或傳統(legacy)正交分頻多工(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，OFDM)格式。如此一來，接收器可以有效率地對封包進行接收及解碼。

雖然實施例中係以使用正交分頻多工封包的無線相容性認證(WiFi)系統為例進行說明，本發明具通常知識者應可根據本發明之精神與範圍據以進行修飾或變化。舉例來說，接收器亦可接收如互補碼鍵控(Complimentary Code Keying，CCK)封包、乙太網路(Ethemet)封包等其它格式之封包，此亦屬本發明之範疇。此外，高吞吐量封包格式亦不限於所述之混合模式(mixed mode)格式及綠區(green)格式，而可為其它適用於本發明之方法及系統之格式。因此，雖然本發明以特定實施例說明，但本領域具通常知識者應理解其可應用於各種環境，而不限於此。

使用本發明之偵測流程之系統可以全硬體、全軟體或軟、硬體兼具的方式實現。於一實施例中，偵測流程係以軟體方式實現，該軟體包含有應用軟體、韌體、常駐軟體、微碼(microcode)程式等，而不限於此。

更進一步地，本發明之偵測流程可以採電腦程式產品形式實現，電腦或任何指令執行系統可經由可被電腦使用或讀取之一媒介提供程式碼，以使用或連結電腦程式產品。為達到此目的，可被電腦使用或讀取之該媒介可以是任何可包含、儲存、通訊、傳播或傳輸此程式之工具，使得指令執行系統、工具或裝置可進行使用或連結。

該媒介可以是一電子、磁性、光學、電磁、紅外光或半導體系統(或工具、裝置)或一傳輸介質。舉例來說，可被電腦讀取之媒介可包含有半導體或固態記憶體、磁帶、可移除式電腦磁片、隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)、唯讀記憶體(Read-Only Memory，ROM)、硬碟及光碟。現今光碟包含有多功能數位碟片(DVD)、唯讀光碟(CD-ROM)、可重覆讀寫光碟(CD-R/W)。關於本發明更詳細特徵之說明，請參考以下所述及相關圖示。

第1A圖及第1B圖為習知封包之結構示意圖，其中，第1A圖為用於符合IEEE802.11a標準(傳統模式)之一封包結構10之示意圖，而第1B圖為用於符合IEEE802.11n標準之一高吞吐量封包結構 15之示意圖。第1A圖繪示11a傳統封包位於短訓練欄位(Short Training Field，STF)及長訓練欄位(Long Training Field，LTF)之後的部分，其主要用於封包偵測、自動增益控制(Automatic Gain Control，AGC)及通道訓練(Channel Training)。如IEEE802.11a協定標準所規範，訊號欄位包含有關於封包中資料部分的訊號資訊，如資料調變方式、符元數量、編碼率及同位位元保護(Parity Bit Protection)。接收器可利用第1A圖所示之傳統模式訊號欄位(L-SIG)符元12、14所包含之此類訊號資訊，來設定以進行後續資料符元的解碼。IEEE802.11a協定標準規範封包資料速率最高可達54Mb/s。

在IEEE802.11新的擬定標準中，定義了一種可用於封包資料速率達600Mb/s的新前置資料，此新前置資料需更多訊號參數，因而需將訊號欄位延伸成兩個緊接於傳統模式訊號欄位的符元，即如第1B圖所示之高吞吐量訊號欄位(HT-SIG1、HT-SIG2)18a、18b。為確保能與11a裝置共存，高吞吐量訊號欄位18a、18b於調變時旋轉90度相位。請參考第2A圖至第2C圖，第2A圖至第2C圖為習知封包之編碼機制之示意圖，其分別為傳統模式訊號欄位、高吞吐量訊號欄位及資料欄位之星座圖。如第2A圖及第2B圖所示，相較於習知二位元相位移鍵(Binary Phase Shift Keying，BPSK)符元位於星座圖實軸上具有實部成分，高吞吐量訊號欄位18a、18b係調變於星座圖虛軸(Q axis)上，以於如第1B圖所示之快速傅立葉轉換及等化(fast Fourier transform/equalizer，FFT/FEQ)模組26之訊號處理模組處理符元後，較易進行封包偵測。如第1B圖所示，11n裝置之高吞吐量偵測器28所需用來偵測一高吞吐量封包之時間約為1符元時間(或大約4 s)。亦即，訊號處理時間(如第1B圖所示之快速傅立葉轉換及等化模組26及高吞吐量偵測器28之操作時間)，係由傳輸器所傳輸之高吞吐量訊號欄位HT-SIG1 18a開始至高吞吐量短訓練欄位(HT-STF)20被傳輸出去或被接收器接收為止。因此，於偵測過程中，11n接收器具有足夠時間適當地處理高吞吐量短訓練欄位20。而於處理高吞吐量短訓練欄位20時，多輸入多輸出自動增益控制單元(MIMO AGC)30可利用特別為此設計之使用高吞吐量短訓練欄位訊號進行類比及數位運作；舉例來說，802.11a/n高吞吐量短訓練欄位20具有一較低峰對均能量比，使得訊號可容許較大能量增加而不會造成接收器類比數位轉換器(analog-to-digital conversion，ADC)飽合。

多輸入多輸出自動增益控制單元30對接收高吞吐量長訓練欄位(HT-LTF)22之前的性能相當重要。高吞吐量短訓練欄位20開始時之增益可因一些原因發生具大改變。舉例來說，電路交換數據(circuit-switched data，CSD)改變(如傳輸空間束上可於200至600 s變化)可大幅改變等效無線通道。傳輸波束形成亦可造成接收訊號增益增加6至10dB，而於高吞吐量短訓練欄位20所開始之傳輸天線分集(antenna diversity)機制(根據11n標準)及空間延展(spatial expansion)(亦為802.11n特徵，其中傳輸器啟動額外之傳輸器)亦可更進一步改變通道。這些突然性的改變需由多輸入多輸出自動增益控制單元30進行補償以至避免造成如類比數位轉換飽和(削波，clipping)等影響。

再者，新提出之超高吞吐量協定規範具有更高資料速率，其前置欄位必須設計為可使一超高吞吐量裝置與11a及11n裝置共存。此訊號欄位較佳為可如高吞吐量訊號欄位18a、18b有效率，並如第1B圖所示緊接於傳統模式訊號欄位12之後，且能使超高吞吐量前置訊號與上述兩種前置訊號區別。最後，同樣重要的，必須即時進行超高吞吐量偵測，使得超高吞吐量偵測於高吞吐量短訓練欄位20開始之前發生，如此多輸入多輸出自動增益控制單元30可具有完整1符元時間(即大約4 s)。

第3圖為解決目前問題之一方式之示意圖。在此實施例中，高吞吐量訊號欄位(VHT-SIG2)18b旋轉90度相位以用來進行超高吞吐量偵測。高吞吐量及超高吞吐量偵測係依序進行，即以高吞吐量偵測邏輯36及超高吞吐量偵測邏輯28分別於第一訊號欄位18a(指示11n高吞吐量封包存在)及第二訊號欄位18b(指示超高吞吐量封包存在)搜尋90度相位旋轉。

舉例來說，本方式可用來一般化旋轉90度相位，使得新的超高吞吐量訊號欄位(VHT-SIG)可輕易地被辨識。亦即，超高吞吐量訊號欄位可同時區別於一高吞吐量訊號欄位及一傳統資料欄位。如第4圖所示，於一實施例中，超高吞吐量訊號欄位係設計於相間隔次載波上(奇數與偶數)使用旋轉90度相位之二位元相位移鍵符元。第4圖為奇數次載波82與偶數次載波84之星座圖。藉由新偵測方式，此前置資料可滿足超高吞吐量共存需求。

第5圖為用來區分11n高吞吐量訊號欄位之方法之示意圖。在此11n高吞吐量訊號欄位係藉由加總二位元相位移鍵符元之能量實部(I成分)與虛部(Q成分)之差值(包含全部具有相位旋轉之次載波)來進行區分，如元件92所示之運算式：

需注意，若封包為具有90度相位旋轉之二位元相位移鍵正交分頻多工符元之11n封包，所有能量將落在虛軸上，造成較大的虛部成分，使11n偵測機制94接收具有較大負值的輸出。由於11a封包在相對應時段具有資料符元，因此11n封包可與11a封包進行區分。一般而言，正交振幅調變(QAM)中的資料符元在實部成分與虛部成分具有相同能量，因此若封包為11a格式，則11n偵測器會讀到輸出為零。因此，藉由比較加總輸出值與一預設負值，可將11n與11a之封包進行區分。

使用相間隔旋轉90度相位之二位元相位移鍵正交分頻多工來對超高吞吐量訊號欄位進行訊號處理時，偵測器96相對應的運算式可修飾為：其中，加總運算式係對偶數次載波及奇數次載波加總。超高吞吐量偵測機制98於超高吞吐量訊號欄位存在時，接收具有大負值之輸出。偵測之輸出結果可歸納為表格1，其中S為偵測器的最大可能輸出值。由此可知，此新超高吞吐量訊號偵測方法與現今11n系統同樣有效，皆能於輸入各別訊號欄位時輸出-S值，而於輸入資料符元時輸出0。相似地，於輸入其它非本身格式之訊號欄位亦能輸出0。

雖然此方法可有效操作於任何環境下，但第3圖如所示，於多輸入多輸出自動增益控制單元30操作至超高吞吐量短訓練欄位20最後及進入超高吞吐量長訓練欄位22時，此方法無法同樣順利操作，因為通道訓練應發生於接收器中。於通道訓練過程中，幾乎無法調整類比射頻(radio frequency，RF)增益電路而不損壞訓練訊號，造成封包錯誤。因此，需要更正於延遲90度相位依序進行超高吞吐量封包偵測之缺陷。

請參考第6圖及第7圖，此封包結構係用來於使用延遲90度相位超高吞吐量封包偵測時，解決上述多輸入多輸出自動增益控制處理的問題。此解決方式係增加一額外欄位，使得訊號處理單元(如快速傅立葉轉換及等化與高吞吐量偵測邏輯)具有充分時間處理超高吞吐量訊號欄位(VHT-SIG2)，如此多輸入多輸出自動增益控制操作具有一完整超高吞吐量短訓練欄位(至少或接近4 s)，因而可於超高吞吐量長訓練欄位(通道訓練)開始前適當設定類比電路。

本發明實施例中用來傳輸封包之一通訊方法包含步驟有：傳輸具有如第6圖所示之結構之一封包。封包100係設計包含兩個短訓練欄位(STF)130及120或一兩倍寬超高吞吐量短訓練部分，因此高吞吐量偵測邏輯128及多輸入多輸出自動增益控制131可具有適當時間以偵測封包及進行處理。

本發明另一實施例中用來傳輸封包之一通訊方法包含步驟有：傳輸具有如第7圖所示之結構之一封包。如第7圖所示之封包200於超高吞吐量短訓練訊號欄位220開始前增加一第三訊號欄位，即一超高吞吐量訊號欄位(VHT-SIG3)230。此新增訊號欄位可設計包含額外用戶端特定資訊，如指示此接收封包所欲傳輸之用戶端之用戶端實體位址(MAC address)。如此可讓非欲傳輸之用戶端忽略此接收封包，並進入一省電模式。

再者，來源位址資訊亦可增加於第三訊號欄位230中。如此可使一特定客戶端分辨特定封包。舉例來說，僅對電子郵件資料傳輸有興趣之一手持裝置可忽略來自一無線藍光播放器並包含高畫質影像串流資料之一高頻寬11ac封包(此封包係欲傳輸至牆掛式大型高畫質影像顯示器)。藉由讓客戶端可忽略此類傳輸，可延長電池使用時間，讓處理器可進行其它運作。本發明所提之超高吞吐量訊號欄位230中的來源資訊便可幫助達到此目標。

綜上所述，本發明之方法及系統提供一種新的封包結構及一種用來偵測該封包之改善方法。在此系統或方法中，增加一額外欄位於封包結構中，藉以提供充分時間來處理超高吞吐量訊號欄位，並啟動偵測封包結構之超高吞吐量訊號欄位，確保多輸入多輸出自動增益控制可具有充分時間處理超高吞吐量短訓練欄位。因此，本發明之超高吞吐量訊號欄位可區別於其它訊號欄位，且超高吞吐量訊號欄位可向前相容(backward compatibility)於其它裝置。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

12、14、18a~18b、112、118a~118b、 212、218a~218b、230‧‧‧訊號欄位

16a~16n、24a~24n、124、224‧‧‧資料欄位

20、120、130、220‧‧‧短訓練欄位

22、122、222‧‧‧長訓練欄位

26、32、126、226‧‧‧快速傅立葉轉換及等化模組

28、36、128、228‧‧‧偵測器

30、38、131、231‧‧‧多輸入多輸出自動增益控制單元

82‧‧‧奇數次載波

84‧‧‧偶數次載波

92、96‧‧‧偵測器

94‧‧‧11n偵測機制

98‧‧‧超高吞吐量偵測機制

第1A圖及第1B圖為習知封包之結構示意圖。

第2A圖至第2C圖為習知封包之編碼機制之示意圖。

第3圖為一超高吞吐量封包之一結構之示意圖。

第4圖為奇數次載波與偶數次載波之星座圖。

第5圖為用來區分11n高吞吐量訊號欄位之方法之示意圖。

第6圖為本發明實施例一超高吞吐量封包之一結構之示意圖。

第7圖為本發明另一實施例一超高吞吐量封包之一結構之示意圖。

112、118a~118b‧‧‧訊號欄位

124‧‧‧資料欄位

120、130‧‧‧短訓練欄位

122‧‧‧長訓練欄位

126‧‧‧快速傅立葉轉換及等化模組

128‧‧‧偵測器

131‧‧‧多輸入多輸出自動增益控制單元

Claims

一種用於一傳輸器中傳輸不同格式封包之方法，該方法包含有：增加一額外欄位於一封包結構之一特定欄位之前，以保證在處理該特定欄位之前提供一充分時間處理超高吞吐量(very high throughput，VHT))訊號欄位；以及啟動偵測該封包結構之該超高吞吐量訊號欄位，其中該超高吞吐量訊號欄位可區別於其它訊號欄位；其中，該超高吞吐量訊號欄位向前相容(backward compatibility)於其它裝置。
如請求項1所述之方法，其中該傳輸器傳輸至少一訊號欄位符元，並可傳輸複數個802.11訊號欄位，該複數個802.11訊號欄位包含該超高吞吐量訊號欄位。
如請求項1所述之方法，其中該超高吞吐量訊號欄位包含有旋轉90度相位之二位元相位移鍵(Binary Phase Shift Keying，BPSK)次載波。
如請求項3所述之方法，其中該二位元相位移鍵之相位旋轉係於相間隔次載波上。
如請求項1所述之方法，其中該額外欄位包含一額外短訓練欄位。
如請求項1所述之方法，其中該額外欄位包含一額外超高吞吐量訊號欄位。
如請求項6所述之方法，其中該額外超高吞吐量訊號欄位包含有額外用戶端特定資訊。
如請求項6所述之方法，其中該額外超高吞吐量訊號欄位包含一用戶端實體位址(MAC address)或類似的辨別資訊，用來標示一接收封包所欲傳輸之用戶端。
如請求項6所述之方法，其中該額外超高吞吐量訊號欄位包含用來使一特定客戶端分辨封包之來源位址資訊。
如請求項1所述之方法，其中該特定欄位係超高吞吐量短訓練欄位。
一種用於一傳輸器中用來傳輸不同格式之封包之系統，該傳輸器包含有一訊號欄位，該系統包含有：一裝置，用來增加一額外欄位於一封包結構之一特定欄位之前，以保證在處理該特定欄位之前提供一充分時間來處理超高吞吐量(very high throughput，VHT))訊號欄位；一裝置，用來啟動偵測該封包結構之該超高吞吐量訊號欄位，其中該超高吞吐量訊號欄位可區別於其它訊號欄位；其中，該超高吞吐量訊號欄位向前相容(backward compatibility)於其它裝置。
如請求項11所述之系統，其中該額外欄位包含一額外短訓練欄位。
如請求項11所述之系統，其中該額外欄位包含一額外超高吞吐量訊號欄位。
如請求項13所述之系統，其中該額外超高吞吐量訊號欄位包含額外用戶特定資訊。
如請求項13所述之系統，其中該額外超高吞吐量訊號欄位包含一用戶端實體位址(MAC address)或類似的辨別資訊，用來標示一接收封包所欲傳輸之用戶端。
如請求項13所述之系統，其中該額外超高吞吐量訊號欄位包含一來源位址資訊，用來供一特定客戶端分辨封包。