TWI526002B

TWI526002B - 用於在無線接收器中之即時處理，逐訊框空中資料速率偵測之前導碼設計及處理方法

Info

Publication number: TWI526002B
Application number: TW100148419A
Authority: TW
Inventors: 喬茲瑟夫Ｇ納曼斯; 彼得茲維斯特科瓦克斯
Original assignee: 微晶片科技公司
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2016-03-11
Also published as: US20120163480A1; TW201233077A; KR101893498B1; CN103329449B; CN103329449A; KR20140005224A; US9712206B2; EP2659594B1; WO2012092070A1; EP2659594A1

Description

用於在無線接收器中之即時處理，逐訊框空中資料速率偵測之前導碼設計及處理方法

本發明係關於一種用於基於訊框之無線資料傳輸之系統、方法、傳輸器及接收器。

本申請案主張2010年12月27日申請之名為「用於在無線接收器中之即時處理，逐訊框資料速率偵測之前導碼設計及處理(PREAMBLE DESIGN AND PROCESSING FOR ON-THE-FLY,FRAME-BY-FRAME DATA RATE DETECTION IN WIRELESS RECEIVERS)」的美國臨時申請案第61/427,265號之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。

逐訊框或基於封包之資料傳輸用於廣泛多種協定中。IEEE 802.15.4定義一使用直接序列展頻(DSSS)調變之資料傳輸速率高達250 kbps之無線傳輸標準，其中可在實體層中使用多種載波頻率。最廣泛使用之標準變體例如使用2.4 GHz頻帶用於以固定資料速率250 kb/s來傳輸。然而，固定資料速率可能不適合於所有應用。除了符合標準之操作模式之外，多個製造商因此提供允許額外速度125 kbps、500 kbps、1 Mbps及2 Mbps或其子集之專屬模式。

其中行動裝置電池壽命及因此功率消耗為重要的考慮因素。在無線收發器中，在其他操作狀態中之任一者中，無線電在傳輸時汲取比系統之剩餘部分高得多的功率。無線電傳輸器因此一般保持一深度電源切斷狀態且僅在其傳輸資料時接通。在多速率無線收發器中，傳輸一資料訊框所需之功率與將該資料訊框置於空中所花費的時間成比例且與傳輸速率無關。接著將針對每一個別傳輸操作來選擇外部限制因素(系統組態、應用要求、頻道特性等)所容許的最高速率。然而，若藉由傳輸裝置獨立地進行決策，則由圖1上所示之簡單無線網路組態所說明之狀況出現：一接收裝置110必須自接收到之訊框自身獲知傳輸速率。如圖1所示，第一傳輸器120及第二傳輸器130各自構成低功率節點，該等低功率節點使用其鏈路品質所允許之最高可用資料速率來節省傳輸功率。協調器或接收器110需要在未預先知道傳入訊框資料速率的情況下使其自身同步。

在普遍採用之解決方案中，一訊框之初始部分總是以最低可用速率來調變，且速率切換僅在此之後即刻發生。參看圖2，傳輸器210再次發送一無線傳輸220、230至接收器240。當接收器240已經解碼訊框220時，速率切換在標頭部分230中發生。在無線網路中，例如基於IEEE 802.15.4標準建立之無線網路，其中絕大多數資料封包通常載運幾十位元組之有效負載，此導致嚴重無效，如圖3上之比較指示。

需要一種改良之前導碼集合系統及相關聯之前導碼處理方法。

根據一實施例，一種用於無線通信之系統可包含一傳輸器及一接收器，其中該傳輸器可操作以使用一調變格式以複數個資料傳輸速率而將數位資訊無線地傳輸至該接收器，其中該數位資訊係使用包括一標頭部分及一有效負載部分之一傳輸訊框來傳輸，其中該標頭部分包含一前導碼，其中該調變格式對於所有資料傳輸速率為相同的，且其中該資料傳輸速率係至少編碼至該訊框之該前導碼中，且其中該接收器經組態以在接收該前導碼時判定該資料傳輸速率。

根據另一實施例，該標頭部分可包含一前導碼及一開始訊框分隔符號。根據另一實施例，該前導碼可定義複數個資料傳輸速率群組中之一者，且該開始訊框分隔符號可經組態以進一步定義每一資料群組內之不同資料傳輸速率。根據另一實施例，該等各別資料速率群組之該等前導碼可與一所接收之前導碼相關以在一接收器中提供用於前導碼偵測。根據另一實施例，用於每一資料速率群組之該前導碼及開始訊框分隔符號之一傳輸時間可具有一不同長度且由編碼一資料信號之一碼片序列之一重複予以定義，其中該碼片序列包含用於每一資料速率群組之一預定義碼片樣式。根據另一實施例，該等前導碼可經編碼為無DC的。根據另一實施例，該系統可包含一高資料速率群組、一中等資料速率群組及一低資料速率群組。根據另一實施例，該高資料速率群組可包含一第一資料傳輸速率及一第二資料傳輸速率，其中該中等資料速率群組包含一第三資料傳輸速率，且其中該低資料速率群組包含一第四資料傳輸速率及一第五資料傳輸速率。根據另一實施例，該高資料速率群組之該前導碼可包含重複八次之由八碼片組成之一前導碼樣式，其中該中等資料速率群組之該前導碼包含重複八次之由16碼片組成之一前導碼樣式，且其中該低資料速率群組之該前導碼包含重複八次或16次之由32碼片組成之一前導碼樣式。根據另一實施例，用於該高資料速率群組之該等八碼片中之每一碼片可為「11110000」；用於該中等資料速率群組之該等16碼片中之兩個連續碼片為「11001011_01101000」，及用於該低資料速率群組之該等32碼片中之四個連續碼片為「11100000_01110111_10101110_01101100」。根據另一實施例，該開始訊框分隔符號針對該高資料速率群組中及該低資料速率群組中之每一資料傳輸速率可包含兩個不同樣式中之一者。根據另一實施例，該高資料速率群組中之一第一開始訊框分隔符號樣式可包含16碼片，該中等資料速率群組中之一第二開始訊框分隔符號樣式包含32碼片，且該低資料速率群組中之一第三開始訊框分隔符號樣式包含64或128碼片。根據另一實施例，該第一開始訊框分隔符號樣式可定義2 Mbps或1 Mbps之資料傳輸速率，該第二開始訊框分隔符號樣式可定義500 kbps之資料傳輸速率，且該第三開始訊框分隔符號樣式可定義250 kbps或125 kbps之資料傳輸速率。根據另一實施例，該接收器可包含一自動增益控制單元。根據另一實施例，用於所有資料傳輸速率之該調變格式可為2兆鮑(Mbaud)最小頻移鍵控(MSK)調變。根據另一實施例，該低資料速率群組中之該等資料傳輸速率之該前導碼可符合IEEE 802.15.4。

根據另一實施例，一種用於無線通信之方法可包含：使用一調變格式以複數個可選擇資料傳輸速率而無線地傳輸數位資訊，其中該數位資訊係使用包括一標頭部分及一有效負載部分之一傳輸訊框來傳輸，其中該標頭部分包含一前導碼，且其中該調變格式對於所有資料傳輸速率為相同的，且該資料傳輸速率係至少編碼至該訊框之該前導碼中。

根據該方法之另一實施例，該標頭部分包含一前導碼及一開始訊框分隔符號。根據該方法之另一實施例，該前導碼可定義複數個資料速率群組中之一者，且該開始訊框分隔符號可經組態以進一步定義每一資料群組內之不同資料傳輸速率。根據該方法之另一實施例，該方法可進一步包含：使該等各別資料速率群組之該等前導碼與一所接收之前導碼相關以在一接收器中提供前導碼偵測。根據該方法之另一實施例，用於每一資料速率群組之該前導碼及開始訊框分隔符號之一傳輸時間可具有一不同長度且由一編碼一資料信號之碼片序列之一重複予以定義，其中該碼片序列包含用於每一資料速率群組之一預定義碼片樣式。根據該方法之另一實施例，可將該等前導碼編碼為無DC的。根據該方法之另一實施例，可使用一高資料速率群組、一中等資料速率群組及一低資料速率群組。根據該方法之另一實施例，該高資料速率群組可包含一第一資料傳輸速率及一第二資料傳輸速率，其中該中等資料速率群組可包含一第三資料傳輸速率，且其中該低資料速率群組可包含一第四資料傳輸速率及一第五資料傳輸速率。根據該方法之另一實施例，該高資料速率群組之該前導碼可包含重複八次之由八碼片組成之一前導碼樣式，其中該中等資料速率群組之該前導碼可包含重複八次之由16碼片組成之一前導碼樣式，且其中該低資料速率群組之該前導碼可包含重複八次或16次之由32碼片組成之一前導碼樣式。根據該方法之另一實施例，用於該高資料速率群組之該等八碼片中之每一碼片可為「11110000」；用於該中等資料速率群組之該等16碼片中之兩個連續碼片可為「11001011_01101000」，及用於該低資料速率群組之該等32碼片中之四個連續碼片可為「11100000_01110111_10101110_01101100」。根據該方法之另一實施例，該開始訊框分隔符號針對該高資料速率群組中及該低資料速率群組中之每一資料傳輸速率可包含兩個不同樣式中之一者。根據該方法之另一實施例，該高資料速率群組中之一第一開始訊框分隔符號樣式可包含16碼片，該中等資料速率群組中之一第二開始訊框分隔符號樣式可包含32碼片，且該低資料速率群組中之一第三開始訊框分隔符號樣式可包含64或128碼片。根據該方法之另一實施例，該第一開始訊框分隔符號樣式可定義2 Mbps或1 Mbps之資料傳輸速率，該第二開始訊框分隔符號樣式可定義500 kbps之資料傳輸速率，且該第三開始訊框分隔符號樣式可定義250 kbps或125 kbps之資料傳輸速率。根據該方法之另一實施例，用於所有資料傳輸速率之該調變格式可為2兆鮑MSK調變。根據該方法之另一實施例，該低資料速率群組中之該等資料傳輸速率之該前導碼可符合IEEE 802.15.4。

根據另一實施例，一種用於無線通信之接收器可操作以使用一調變格式以複數個資料傳輸速率而無線地接收數位資訊，其中該所接收之數位資訊包含包括一標頭部分及一有效負載部分之一傳輸訊框，該標頭部分包含一前導碼，其中該接收器經組態以在接收該前導碼時判定一資料傳輸速率，其中該調變格式對於所有資料傳輸速率為相同的，且該資料傳輸速率至少係編碼至該訊框之該前導碼中。

根據另一實施例，一種用於無線通信之傳輸器可操作以使用一普通調變格式以複數個資料傳輸速率而無線地傳輸數位資訊，其中該數位資訊係使用包括一標頭部分及一有效負載部分之一傳輸訊框來傳輸，其中該標頭部分包含一前導碼，其中該資料傳輸速率至少係編碼至該訊框之該前導碼中。

根據另一實施例，一種在一無線通信系統中使用之前導碼為包含一標頭部分及一有效負載部分之一傳輸訊框的一部分，其中一傳輸器使用一普通調變格式以複數個資料傳輸速率而無線地傳輸數位資訊，其中該標頭部分包含該前導碼，其中該前導碼經設計以針對該複數個資料傳輸速率中之每一資料傳輸速率來編碼該資料傳輸速率。

根據該前導碼之另一實施例，對於一2兆位元及一1兆位元資料傳輸速率，該前導碼可重複樣式「11110000」八次，對於一500千位元資料傳輸速率，該前導碼可重複樣式「1100101101101000」八次，對於一250千位元資料傳輸速率，該前導碼可重複樣式「11100000 01110111 10101110 01101100」八次，且對於一125千位元資料傳輸速率，該前導碼可重複樣式「11100000 01110111 10101110 01101100」十六次。

可藉由參考結合附圖所作之以下描述來獲取本發明及其優勢之較完整理解。

雖然已描繪、描述且藉由參考本發明之實例實施例來定義本發明之實施例，但此類參考並不暗示對本發明之限制，且將不會推斷出此類限制。所揭示之標的能夠在形式及功能上具有相當大的修改、更改及均等物，如熟習相關技術且受益於本發明者所將理解的。本發明之所描繪及描述實施例僅為實例，且並非本發明之範疇之詳盡表示。

根據各種實施例，前導碼集合之系統及相關聯之前導碼處理方法可提供用於

●　以有效負載之速率傳輸前導碼及開始訊框分隔符號(SFD)；及

●　根據前導碼及SFD對傳入訊框之資料速率的即時處理偵測。

根據其他實施例，該系統及方法：

●　應適用於經設計用於2 MHz碼片速率之舊式、符合IEEE 802.15.4之無線電

●　應適合零IF接收器；及

●　應支援標準IEEE 802.15.4訊框格式。

根據本文所揭示之各種實施例的系統及方法可滿足所有上述要求，且另外

●　使用2兆鮑(Mbaud)MSK調變；

●　藉由應用標準及專屬展頻以及產業標準數位資料編碼來使資料位元速率變化；

●　指定一套前導碼，使得

○　每一前導碼針對資料速率中之一者經特定設計及最佳化；

○　所有前導碼樣式為無DC的，因此可供零IF接收器使用，即使係使用MSK發信號；及

○　甚至在傳輸器與接收器之間存在載波頻率偏移的情況下，前導碼仍具有良好的交叉相關性質以便促進快速選擇

●　定義在傳入訊框之前導碼處理期間利用前導碼套組之性質來進行訊框偵測及即時處理資料速率選擇的前導碼處理方法。

為了改良支援同時使用多個資料速率之網路中的封包之成框效率，訊框之標頭部分應與有效負載一起按比例縮放，亦即整個訊框應以相同位元速率傳輸。因此資料速率應經編碼至訊框之前導碼中且根據該前導碼來判定。在多速率接收器中，資料速率選擇因此「即時處理」發生，亦即其為訊框獲取過程之整體組成部分。

網路中之多速率裝置必須共存且與遵守基礎標準(在吾人之情況下為IEEE 802.15.4)之裝置相互作用。

本發明中所描述之多速率系統使用在IEEE 802.15.4中標準化之2兆鮑MSK調變格式，滿足頻譜遮罩，且提供用於相同頻道佔有及中心頻率選擇。在經定義之訊框格式套組中亦包括標準250 kbps訊框格式。直接序列展頻(DSSS)與1/2速率迴旋編碼以組合形式應用來設定不同的資料速率。

DSSS為自資料位元至稱作「碼片」之較小單位序列的映射。在目前情況下，一MSK符號構成一碼片，因此當適當時，結果將使用術語「MSK碼片」(或簡稱「碼片」)。

定義兩個DSSS映射：圖4上之標準32碼片DSSS32及圖5上之專屬16碼片DSSS16。該兩個DSSS映射均將資料之4位元之半位元組映射為由該半位元組選擇之相應碼片序列。所傳輸之第一MSK碼片經獲得為(C0 xor X)，其中X為在傳輸開始初始化為0之二元狀態變數的內容；碼片C1、C2、...直接應用為MSK調變之輸入。在最後一個碼片之後，在表格(X)之最後一欄中之值用以在下一DSSS符號(亦即，碼片序列)之前更新該狀態變數X。

DSSS32經建構而使得其產生與IEEE 802.15.4標準針對2.4 GHz ISM-頻帶操作所指定之DSSS-OQPSK調變的波形相同的波形。由於4位元映射為32碼片，展頻因子為32/4=8，因此2MCps碼片速率對應於250 kbps位元速率。

DSSS16為新的且專屬的，且經建構以支援500 kbps空中資料速率與接收器中之其他資料速率之間的可靠區別。由於4位元映射為16碼片，展頻因子為16/4=4，因此2MCps碼片速率對應於500 kbps位元速率。

在圖6上指定經定義以用於本發明中所描述之系統的前導碼套組(前導碼樣式+SFD)。

除了與IEEE 802.15.4網路(參見上文)相容之外，套組中之前導碼亦具有以下基本性質：

●　如圖7中所示，標頭持續時間隨選定空中資料速率按比例縮放，但MSK鮑速率為恆定的；

●　不同前導碼波形中之任何兩者之間的交叉相關為低的，即使當該等波形由於載波頻率偏移而失真時仍如此；

●　所有前導碼樣式為無DC的，因此可供零IF接收器使用，即使係使用MSK發信號。

使用(產業標準)1/2速率迴旋碼來編碼1 Mbps資料，且以2 Mbps來傳輸結果。相同編碼應用於125 kbps資料，且以250 kbps來傳輸結果。因此在套組中僅存在3種不同前導碼樣式：針對2 Mbps、500 kbps及250 kbps各自一種前導碼樣式(圖6)，且藉由指派至每一資料速率之獨特SFD樣式來解決不定性。

自IEEE 802.15.4 PHY標準獲得套組中之250 kbps前導碼樣式及SFD。由於符合標準之裝置將藉由此前導碼成功地解調變訊框，所以有效負載應含有一符合標準之MAC訊框以確保共存。若MAC協定為專屬的，則PHY格式亦應與標準中所定義之格式不同，使得符合標準之裝置可在剖析訊框之前默默地丟棄該訊框。此情形可藉由用一軟體可組態標準樣式來替換標準樣式_250來達成。

以下選擇規則適用於軟體可組態SFD樣式：

●　樣式_2000與樣式_1000必須彼此至少4個位元不同以及1111_0000前導碼樣式；

●　樣式_125必須經選擇以使得首先傳輸之兩個DSSS符號與選定(標準或專屬)樣式_250不同；

●　樣式_125及樣式_250中首先傳輸之DSSS符號必須自DSSS32表格之列#1至#15選擇(圖4)；

●　樣式_500中首先傳輸之DSSS符號必須自DSSS16表格之列#1至#15選擇(圖5)。

藉由使用所定義前導碼之套組(圖6)，可在兩階段中偵測空中資料速率：

1　如圖8中所示，針對2 Mbps、500 kbps、250 kbps前導碼的存在同時監視輸入，直至可以足夠可靠性偵測到該等前導碼中之一者的存在為止；

2　在有效前導碼經定位且建立符號邊界之後，起始對開始訊框分隔符號之搜尋，開始訊框分隔符號可進一步在多個空中資料速率之間進行區別。

要求標頭處理至少像解調變一樣可靠地工作。為滿足此要求，針對有效負載資料速率低於該前導碼及SFD之空中資料速率的訊框定義較長之前導碼及16位元SFD，因為處於給定之訊雜比，位元錯誤機率針對該兩個速率而不同。此為125 kbps及1 Mbps有效負載速率的情況。舉例而言，當針對相同訊框時，2 Mbps SFD以3%位元錯誤率機率接收，1 Mbps有效負載可以1/10000之BER(位元錯誤率)解調變。

寬容相對高之位元錯誤機率的已知技術為在SFD匹配中寬大地處置特定數目之位元錯誤。

●　對於125 kbps資料速率，最後解碼之四個半位元組與樣式_125之半位元組必須在至少3個半位元組位置中匹配。

●　在1 Mbps下，在比較最後接收到之16位元與樣式_125時，該匹配寬容單一位元或最大2個非連續2位元叢發差異。(同時隔離之單一位元在樣式之兩端失配，且構成單一2位元失配叢發。)

一旦已判定標頭資料速率，即開始搜尋SFD樣式。圖9中呈現該過程之邏輯流程。方法在步驟610中開始且在步驟620中針對2 Mb/s前導碼首先測試。若未找到，則常式移至步驟630檢查500 kp/s前導碼，且在步驟640中尋找250 kb/s前導碼。若此等前導碼中之一者已找到，則常式繼續進行至步驟622、624、626、628尋找2 Ms/s前導碼，至步驟632、634、636尋找500 kb/s前導碼，及至步驟642、644、646、648及650尋找250 kb/s前導碼。在步驟626及628中，在樣式之間進行區別2 Mb/s與1 Mb/s開始訊框分隔符號的測試，且常式分支至步驟660或665。在500 kb/s的情況下，在步驟636中僅進行一確認測試。在250 kb/s分支中，步驟646、648及650用以區別標準訊框、專屬250 kb/s訊框及125 kb/s訊框。因此，此常式分支至三個分支中之一者(步驟675、680或685)。該常式以LENGTH欄位690及步驟695中之有效負載位元組的共同接收而結束。

一旦偵測到前導碼，便即刻切換信號處理路徑之操作模式，且可能在偵測到SFD之後再次切換。此要求為SFD搜尋定義一超時機制，否則未能定位有效SFD可導致接收器停轉或收集廢棄訊框(garbage frame)。在圖10將該超時機制展示為整體訊框偵測/獲取之流程的一部分。該常式在步驟710中開始且在步驟714中開始自動增益控制。在步驟716中，開啟數位解調變器，且在步驟718中，檢查是否已獲取一前導碼。若是，則常式移至步驟722。若否，則AGC增益經由步驟720及712而改變，且常式再次移至步驟716。在步驟722中，信號流以偵測到之前導碼空中資料速率切換至位元及位元組對準之解調變，啟動開始訊框分隔符號偵測器且控制AGC以保持當前增益。在步驟724中，測試是否發生前導碼損失，且若發生則在步驟726中起始一超時。在步驟728中，檢查是否已偵測到開始訊框分隔符號，且若是，則常式移至步驟732。若否，則在步驟730中起始一超時，且該常式轉至步驟712以調整增益。在步驟732中，將信號路徑切換至偵測到之有效負載資料速率，且在步驟734中，將位元組傳送至MAC層。該常式接著檢查是否已傳送最後一個位元組，且若是則進行步驟712，且否則在步驟734中重複該傳送。

該等前導碼藉由分別針對2 Mbps、500 kps及250 kbps重複以下3個不同之MSK碼片序列而構成：

∥11110000∥∥11001011 01101000∥∥11100000 10101110 01101100∥。

來自非相干MSK解調變器之雙極純量輸出與兩倍碼片時間之一滑動時間窗中之預期前導碼碼片樣式相關。該等相關藉由匹配之過濾器來估計。針對每一空中資料速率及同時以若干不同長度來同時進行計算。來自匹配之過濾器之輸出經加權以使該等輸出在爭奪共用硬體資源時相當。

前導碼獲取需要足夠敏感及可靠以校平(level)有效負載解調變之穩健性，以免變為效能之限制因素。

各種實施例之目標在於最短前導碼長度及最佳硬體效率，習知非相干前導碼偵測器不可同時滿足對失敗偵測機率及假警報機率的要求。

較佳偵測效能可藉由一相干或區塊不相干前導碼解調變器來獲得。然而，此僅在AFC已補償載波頻率偏移後為可能的。自由運轉補償(按每一空中資料速率同時執行)將導致不可接受之硬體要求且亦將增加功率消耗。實情為，AFC應為不同資料速率之間的共用資源，且其操作應基於已知符號邊界及已知空中資料速率而經觸發為單次(one shot)執行過程。由於此資訊僅在偵測之後可用，所以必須提供一解決方案以擺脫惡性循環。

此問題之解決方案為藉由以下操作來允許用於偵測器之相對高的假警報率：藉由設定非常低的觸發臨限位準，以及在CFO補償完成及相干或區塊相干相關可提供準確答案之後使AFC決定偵測事件是被拒絕或是被接受。

參看圖12，「暫行偵測器」1010接收針對250 kbps及500 kbps前導碼之以可變相關長度獲得的相關振幅。將最大值選擇為SURVIVOR，且傳至「許可控制」單元1020。SURVIVOR以4 MSps速率來更新。

「許可控制」單元1020決定SURVIVOR是否大於任何先前所見之SURVIVOR，且其是否應藉由(重新)開啟AFC_250/500 1030來觸發一載波頻率偏移估計。此稱作RESTART事件。

在RESTART時，AFC_250/500 1030執行花費4 DSSS符號時間之單次計算。若發生RESTART，則任何正在進行之AFC計算中止。

當AFC_250/500 1030完成時，其提供回饋至暫行偵測器1010，從而指示ACCEPT或是REJECT相關峰值作為有效前導碼之指示。

下文給出操作細節。

參看圖6，存在以不同訊框格式使用之三種不同前導碼樣式。在前導碼中重複之碼片樣式係以傳輸順序：

{b _2M(m)}_m _=0...7=11110000:2 Mbps及1 Mbps資料速率

{b ₅₀₀(m)}_m _=0...15=11001011 01101000:500 kbps資料速率

{b ₂₅₀(m)}_m _=0...31=11100000 01110111 10101110 01101100:250 kbps及125 kbps資料速率

為了方便起見，亦定義相同序列之雙極表示：

p _2M(m)=2‧b _2M(m)-1

p ₅₀₀(m)=2‧b ₅₀₀(m)-1

p ₂₅₀(m)=2‧b ₂₅₀(m)-1

[I;Q]串流可經計算為：

I(m)=cos(φ(m))及Q(m)=sin(φ(m))

其中φ(m+1)=‧p _rate(m)+φ(m)，m=0,1,...；速率{2M,500,250}及φ(0)=0；

針對2 MSps取樣，過取樣因數Ovs=1。

來自非相干MSK解調變器之雙極純量值s(n)與兩倍碼片時間之一滑動時間窗中之預期前導碼碼片樣式相關。該等相關藉由匹配之過濾器來估計。針對每一空中資料速率及同時以不同長度來同時進行計算。結果，同時進行六個過濾操作：

其中

下標2M、500、250分別對應於2 Mbps、500 kbps及250 kbps前導碼；

q _2M(m)=p _2M((M-1-m)mod8)其中M=32為含有4個重複(亦即，4個八位元組)之時間反轉2 Mbps前導碼樣式

q ₅₀₀(m)=p ₅₀₀((M-1-m)mod16)其中M=32或48為具有2個或3個重複(亦即，2個或3個半位元組)之時間反轉500 kbps前導碼樣式

q ₂₅₀(m)=p ₂₅₀((M-1-m)mod32)其中M=6或96或160為具有2個或3個或5個重複(亦即，2個、3個或5個半位元組)之時間反轉250 kbps前導碼樣式

κ₁及κ₂為用於最低複雜性硬體實施之適當選擇之按比例縮放因子

長度相關按比例縮放因子必須校平數量r _250, _M及r _500, _M之標準偏差。因此其可在爭奪給定硬體資源時可相互比較。

為接受一訊框，由經CFO補償之所接收波形與預期DSSS波形之間的以下相關定義之數量R的絕對值必須超過一預定義絕對臨限：

其中

為目標為最大化R之載波頻率偏移估計。當AFC以弧度/秒完成時可用。

T為取樣週期v(m),m=0,...,L-1為自RESTART事件開始的以4 MSps接收之I+jQ複合樣本之序列。

I(m)=cos(φ(m))及Q(m)=sin(φ(m))，其中φ(m+1)=π/4‧p _rate(m)+φ(m)，m=0,1,...、φ(0)=0，且p _rate分別為500 kbps及250 kbps之前導碼週期之雙極表示。

在下文詳述許可控制1020之細節。使用此等定義：

SURVIVOR　由「暫行偵測器」1010選擇之最大相關振幅值，以4 MSps更新

RATE　取決於相關器產生之SURVIVOR而取值「250 kbps」或「500 kbps」

AFCBUSY　若AFC估計正在進行則為真(TRUE)，若AFC非作用(例如，由REJECT完成)則為假(FALSE)。

THRDFLT　當AFCBUSY=FALSE時由THR所取之預設值

THR　基於最新SURVIVOR而動態調整之臨限值：

L　4 MSps樣本中之DSSS符號長度。對於250 kbps，L=64，對於500 kbps，L=32。

SAMPCNT　樣本計數器為在RESTART時開啟之模數L計數器，在AFCBUSY=TRUE時隨每一新樣本遞增：

DSSSCNT　DSSS符號計數器在RESTART時開啟：

許可控制1020由以下定義：

RESTART:=TRUE iff TRIGGER AND NOT(INHIBIT)

TRIGGER:=TRUE iff THR<SURVIVOR

INHIBIT:=AFCBUSY AND[(SAMPCNT=0) OR(SAMPCNT=1 AND DSSSCNT>0) OR(SAMPCNT=L-1)]

由圖11中之實例情節說明操作。請注意，第二有效峰值不會歸因於INHIBIT信號而引起RESTART。同時，第一有效峰值之最高樣本可引起重新開啟，此對於最佳符號級同步為必要的。

圖13呈現即時處理資料速率偵測之概圖。將數位前端1310之輸出處可用之經MSK調變I-Q格式信號直接饋至開放環路AFC單元1320，開放環路AFC單元1320傳回存在於信號中的CFO(載波頻率偏移)之估計，該估計接著用以自信號移除1340 CFO之效應。

亦將數位前端1310之輸出直接饋至前導碼偵測器1330。如上文所解釋，前導碼偵測器組判定碼片(位元)時序，且識別存在於前導碼中之展頻序列，因此判定主要資料速率(250 kbps、500 kbps或2 Mbps)及建立DSSS符號邊界(位元組時序)。藉由此資料，前導碼資料速率相關解調變器1350將輸入信號轉至位元(碼片)串流中，且SFD偵測器組1360定位有效負載之開始，且同時將偵測到之資料速率傳至資料速率相關解碼器1370。

110．．．接收裝置

120．．．第一傳輸器

130．．．第二傳輸器

210．．．傳輸器

220．．．無線傳輸、訊框

230．．．無線傳輸、標頭部分

240．．．接收器

1010．．．暫行偵測器

1020．．．「許可控制」單元

1310．．．數位前端

1320．．．開放環路AFC單元

1330．．．前導碼偵測器

1350．．．前導碼資料速率相關解調變器

1360．．．SFD偵測器組

1370．．．資料速率相關解碼器

圖1顯示一簡單無線網路組態，其中需要空中資料速率之動態判定。

圖2展示在習知系統中速率切換僅在以最低允許空中速率傳輸之一初始區段後發生。

圖3說明用於短的有效負載之標準空中速率切換之無效性，且將其與以相同空中速率傳輸整個訊框的最佳解決方案比較。

圖4顯示以不同空中資料速率在擴展MSK符號中使用之標準DSSS32序列集合。

圖5顯示以500 kbps空中資料速率在擴展MSK符號中使用之專屬DSSS16序列集合。

圖6列出以標準及不同之專屬空中資料速率供訊框使用之前導碼樣式及開始訊框分隔符號(SFD)。

圖7將針對不同空中速率而不同之訊框格式製表，且展示前導碼如何隨著資料速率而按比例縮放。

圖8展示根據訊框前導碼判定空中資料速率需要並行執行與可能的前導碼空中資料速率一樣多之前導碼搜尋。

圖9展示根據各種實施例之資料速率選擇之流程圖；

圖10展示根據各種實施例之整體訊框偵測/獲取之較綜合流程圖；

圖11展示一許可控制實例之時序圖；

圖12展示在前導碼處理中所涉及之區塊的鏈；

圖13展示前導碼及有效負載以不同速率來加以處理，且SFD在選擇有效負載資料速率時起作用。

(無元件符號說明)

Claims

一種用於無線通信之包含一傳輸器及一接收器之系統，其中該傳輸器可操作以選擇自複數個資料傳輸速率之一資料傳輸速率而使用一普通調變格式將數位資訊無線地傳輸至該接收器，其中該數位資訊係使用包括一標頭部分及一有效負載部分之一傳輸訊框來傳輸，其中該標頭部分包含一前導碼及一開始訊框分隔符號，其中該調變格式對於所有資料傳輸速率為相同的，且其中該資料傳輸速率至少部分地係編碼至該訊框之該前導碼中，且其中該接收器經組態以根據該複數個資料傳輸速率針對前導碼的存在而同時監視該前導碼並選擇自所接受之該前導碼產生一有效前導碼之一相關取樣速率。
如請求項1之系統，其中該前導碼定義由複數個前導碼偵測器所偵測之複數個資料傳輸速率群組中之一者，每第一前導碼偵測器接收一經取樣之MSK符號串流，且該開始訊框分隔符號經組態以進一步定義每一資料群組內之不同資料傳輸速率。
如請求項2之系統，其中藉由複數個相關器使該等各別資料速率群組之該等前導碼與一所接收之前導碼相關以在一接收器中提供用於前導碼偵測，而該接收器不知道一實際傳輸速率。
如請求項1之系統，其中用於每一資料速率群組之該前導碼及該開始訊框分隔符號之一傳輸時間具有一不同長度且由編碼一資料信號之一碼片序列之一重複予以定義，其中該碼片序列包含用於每一資料速率群組之一預定義碼片樣式。
如請求項1之系統，其中該等前導碼經編碼為無DC的。
如請求項3之系統，其包含一高資料速率群組、一中等資料速率群組及一低資料速率群組。
如請求項6之系統，其中該高資料速率群組包含一第一資料傳輸速率及一第二資料傳輸速率，其中該中等資料速率群組包含一第三資料傳輸速率，且其中該低資料速率群組包含一第四資料傳輸速率及一第五資料傳輸速率。
如請求項6之系統，其中該高資料速率群組之該前導碼包含重複八次之由八碼片組成之一前導碼樣式，其中該中等資料速率群組之該前導碼包含重複八次之由16碼片組成之一前導碼樣式，且其中該低資料速率群組之該前導碼包含重複八次或16次之由32碼片組成之一前導碼樣式。
如請求項6之系統，其中用於該高資料速率群組之該等八碼片中之每一碼片為「11110000」；用於該中等資料速率群組之該等16碼片中之兩個連續碼片為「11001011_01101000」，且用於該低資料速率群組之該等32碼片中之四個連續碼片為「11100000_01110111_10101110_01101100」。
如請求項6之系統，其中該開始訊框分隔符號針對該高資料速率群組中及該低資料速率群組中之每一資料傳輸速率包含兩個不同樣式中之一者。
如請求項6之系統，其中該高資料速率群組中之一第一開始訊框分隔符號樣式包含16碼片，該中等資料速率群組中之一第二開始訊框分隔符號樣式包含32碼片，且該低資料速率群組中之一第三開始訊框分隔符號樣式包含64或128碼片。
如請求項11之系統，其中該第一開始訊框分隔符號樣式定義2Mbps或1Mbps之一資料傳輸速率，該第二開始訊框分隔符號樣式定義500kbps之一資料傳輸速率，且該第三開始訊框分隔符號樣式定義250kbps或125kbps之一資料傳輸速率。
如請求項1之系統，其中該接收器包含一自動增益控制單元。
如請求項6之系統，其中用於所有資料傳輸速率之該調變格式為一2兆鮑MSK調變。
如請求項7之系統，其中該低資料速率群組中之該等資料傳輸速率之該前導碼符合IEEE 802.15.4。
一種用於無線通信之方法，其包含：以選擇自複數個可選擇資料傳輸速率之一資料傳輸速率而使用一普通調變格式無線地傳輸數位資訊，其中該數位資訊係使用包括一標頭部分及一有效負載部分之一傳輸訊框來傳輸，其中該標頭部分包含一前導碼及一開始訊框分隔符號，且其中該調變格式對於所有資料傳輸速率為相同的，且其中一接收器針對不同取樣速率前導碼的存在而監視所接收之該前導碼並判定哪一取樣速率產生一有效前導碼以允許一實際傳輸速率之選擇，其中該資料傳輸速率係至少部分地編碼至該訊框之該前導碼中。
如請求項16之方法，其中所選擇之該取樣速率定義複數個資料速率群組中之一者，且該開始訊框分隔符號可經組態以進一步定義每一資料群組內之不同資料傳輸速率。
如請求項17之方法，其包含使該等各別資料速率群組之該等前導碼與一所接收之前導碼相關以在一接收器中提供用於前導碼偵測。
如請求項17之方法，其中用於每一資料速率群組之該前導碼及該開始訊框分隔符號之一傳輸時間具有一不同長度且由編碼一資料信號之一碼片序列之一重複予以定義，其中該碼片序列包含用於每一資料速率群組之一預定義碼片樣式。
如請求項16之方法，其中該等前導碼經編碼為無DC的。
如請求項18之方法，其包含一高資料速率群組、一中等資料速率群組及一低資料速率群組。
如請求項21之方法，其中該高資料速率群組包含一第一資料傳輸速率及一第二資料傳輸速率，其中該中等資料速率群組包含一第三資料傳輸速率，且其中該低資料速率群組包含一第四資料傳輸速率及一第五資料傳輸速率。
如請求項21之方法，其中該高資料速率群組之該前導碼包含重複八次之由八碼片組成之一前導碼樣式，其中該中等資料速率群組之該前導碼包含重複八次之由16碼片組成之一前導碼樣式，且其中該低資料速率群組之該前導碼包含重複八次或16次之由32碼片組成之一前導碼樣式。
如請求項21之方法，其中用於該高資料速率群組之該等八碼片中之每一碼片為「11110000」；用於該中等資料速率群組之該等16碼片中之兩個連續碼片為「11001011_01101000」，且用於該低資料速率群組之該等32碼片中之四個連續碼片為「11100000_01110111_10101110_01101100」。
如請求項21之方法，其中該開始訊框分隔符號針對該高資料速率群組中及該低資料速率群組中之每一資料傳輸速率包含兩個不同樣式中之一者。
如請求項21之方法，其中該高資料速率群組中之一第一開始訊框分隔符號樣式包含16碼片，該中等資料速率群組中之一第二開始訊框分隔符號樣式包含32碼片，且該低資料速率群組中之一第三開始訊框分隔符號樣式包含64或128碼片。
如請求項26之方法，其中該第一開始訊框分隔符號樣式定義2Mbps或1Mbps之一資料傳輸速率，該第二開始訊框分隔符號樣式定義500kbps之一資料傳輸速率，且該第三開始訊框分隔符號樣式定義250kbps或125kbps之一資料傳輸速率。
如請求項21之方法，其中用於所有資料傳輸速率之該調變格式為一2兆鮑MSK調變。
如請求項22之方法，其中該低資料速率群組中之該等資料傳輸速率之該前導碼符合IEEE 802.15.4。
一種用於無線通信之接收器，其中該接收器可操作以使用一普通調變格式以選擇自複數個資料傳輸速率之一資料傳輸速率而無線地接收數位資訊，其中該所接收之數位資訊包含包括一標頭部分及一有效負載部分之一傳輸訊框，該標頭部分包含一前導碼，其中該接收器經組態以在接收該前導碼時藉由在複數個資料傳輸速率之並行一者中之複數個前導碼偵測器判定，其中該調變格式對於所有資料傳輸速率為相同的，且其中該接收器經組態以針對不同取樣速率前導碼的存在而同時監視所接收之該前導碼並判定哪一取樣速率產生一有效前導碼以允許一實際資料傳輸速率之選擇，該實際資料傳輸速率係至少部分編碼至該訊框之該前導碼中。
一種用於無線通信之傳輸器，其中該傳輸器可操作以使用一普通MSK調變格式以複數個資料傳輸速率而無線地傳輸數位資訊，其中該數位資訊係使用包括一標頭部分及一有效負載部分之一傳輸訊框來傳輸，其中該標頭部分包含一前導碼，其中使用選擇自2Msps、500ksps及250ksps組成之一群組中之一普通取樣速率，且一實際資料傳輸速率選擇係編碼至該訊框之該前導碼中，且其中對於所有資料傳輸速率以相同資料速率傳輸該標頭部分及該負載部分。
一種在一無線通信系統中使用之前導碼，其中一傳輸器使用一普通調變格式以複數個資料傳輸速率而無線地傳輸數位資訊，其中該前導碼為包含一標頭部分及一有效負載部分之一傳輸訊框的一部分，其中該標頭部分包含該前導碼，其中該前導碼經設計以針對該複數個資料傳輸速率中之每一資料傳輸速率來編碼2Msps、500ksps及250ksps之一資料傳輸速率。
如請求項32之前導碼，其中對於一2兆位元及一1兆位元資料傳輸速率，該前導碼重複樣式「11110000」八次，對於一500千位元資料傳輸速率，該前導碼重複樣式「1100101101101000」八次，對於一250千位元資料傳輸速率，該前導碼重複樣式「11100000 01110111 10101110 01101100」八次，且對於一125千位元資料傳輸速率，該前導碼重複樣式「11100000 01110111 10101110 01101100」十六次。