СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПАКЕТА В СИСТЕМЕ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ Российский патент 2011 года по МПК H04J11/00 

Притязание на приоритет по 35 U.S.C. §119

Настоящая заявка на патент притязает на приоритет по предварительной заявке № 60/854877, озаглавленной "Signal Acquisition", поданной 26 октября 2006 года и назначенной правопреемнику этой заявки, и таким образом в прямой форме включается в этот документ посредством ссылки.

Область техники

Данные раскрытые системы относятся в целом к системе для обнаружения сигнала в системе беспроводной связи, а точнее говоря, к системе обнаружения пакета для обнаружения пакетов в принятом сигнале.

Уровень техники

Беспроводные сетевые системы стали распространенным средством, с помощью которого обменивается данными большое количество людей по всему миру. Устройства беспроводной связи стали меньше и мощнее, чтобы соответствовать потребностям потребителя, которые включают в себя улучшенную портативность и удобство. Пользователи обнаружили много применений для устройств беспроводной связи, например сотовые телефоны, персональные цифровые помощники (PDA), ноутбуки и т.п., и такие пользователи требуют надежного обслуживания и расширенных зон обслуживания.

Сети беспроводной связи обычно используются для обмена информацией независимо от того, где располагается пользователь (внутри или вне строения), и является ли пользователь неподвижным или передвигающимся (например, на транспортном средстве, пешком). Как правило, сети беспроводной связи устанавливаются с помощью мобильного устройства, обменивающегося данными с базовой станцией или точкой доступа. Точка доступа охватывает географическую область или соту и, когда мобильное устройство работает, оно может входить и выходить из этих географических сот. Для достижения непрерывной связи мобильному устройству выделяются ресурсы соты, в которую оно вошло, и освобождаются ресурсы соты, из которой оно вышло.

Сеть также может быть построена с использованием исключительно однорангового обмена данными без использования точек доступа. В дополнительных вариантах осуществления сеть может включать в себя как точки доступа (режим инфраструктуры), так и одноранговый обмен данными. Эти типы сетей называются специализированными сетями. Специализированные сети могут быть самостоятельно конфигурируемыми, в силу чего, когда мобильное устройство (или точка доступа) принимает сообщение от другого мобильного устройства, другое мобильное устройство добавляется к сети. Когда мобильные устройства покидают область, они динамически удаляются из сети. Таким образом, топография сети может постоянно меняться. В топологии с ретрансляторами передача передается через некоторое количество интервалов или сегментов, а не напрямую от отправителя к получателю.

Сверхширокополосная технология, например сверхширокополосная (UWB) общая платформа радиосвязи от альянса WiMedia, обладает собственной возможностью по оптимизации возможности беспроводного соединения между мультимедийными устройствами в рамках беспроводной персональной сети (WPAN). Цели стандарта беспроводной связи - выполнить такие требования, как низкая стоимость, низкая потребляемая мощность, малый форм-фактор, большая полоса пропускания и поддержка мультимедийного качества обслуживания (QoS).

Сверхширокополосная общая платформа радиосвязи WiMedia представляет методику распределенного доступа к среде, которая обеспечивает решение для работы разных беспроводных приложений в одной сети. Сверхширокополосная общая платформа радиосвязи WiMedia объединяет спецификации уровня управления доступом к среде передачи (MAC) и физического (PHY) уровня на основе многополосного мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (MB-OFDM). Спецификации MAC и PHY от WiMedia намеренно спроектированы для приспособления к различным требованиям, установленным глобальными регулятивными органами. Производители, которым нужно соответствовать правилам в различных странах, могут соответственно делать это просто и рентабельно. Некоторые другие удобные для приложений свойства, которые UWB WiMedia пытается реализовать, включают в себя сниженный уровень сложности на каждый узел, длительное время работы от батарей, поддержку множества режимов управления мощностью и более высокую пространственную пропускную способность.

Совместимые с UWB WiMedia приемники вынуждены бороться с помехами от существующих беспроводных услуг, несмотря на предоставление большой полосы пропускания. Одновременно они должны работать с очень низкой мощностью передачи. Одной проблемой, с которой столкнулись приемники в условиях эксплуатации, является обнаружение сигнала и, кроме того, непрерывное обнаружение допустимого пакетного трафика. Ошибочное обнаружение пакетов, где приемник неправильно интерпретирует шум как являющийся допустимым пакетным трафиком, или пропущенное обнаружение, где приемник пропускает обнаружение одного или нескольких пакетов, является помехой в надежности и производительности приемника. Более того, сложной задачей является способность надежно обнаруживать наличие пакетного трафика, эффективно и с малым влиянием на исполнение.

Поэтому в данной области техники имеется потребность в решении обозначенных выше проблем.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описываемые сейчас подходы направлены на обнаружение пакета. В одном подходе описывается способ выполнения обнаружения пакета. Способ включает в себя прием переданной последовательности, используемой для кодирования символа OFDM в переданном сигнале; и фильтрацию принятого сигнала с использованием множества коэффициентов на основе упрощенной версии переданной последовательности.

В другом подходе описывается устройство для обнаружения символа OFDM, кодированного с помощью переданной последовательности, причем устройство имеет фильтр, имеющий коэффициенты на основе упрощенной версии переданной последовательности.

В еще одном подходе описывается устройство для обнаружения пакета, причем устройство включает в себя средство для приема переданной последовательности, используемой для кодирования символа OFDM в переданном сигнале; и средство для фильтрации принятого сигнала с использованием множества коэффициентов на основе упрощенной версии переданной последовательности.

В еще одном подходе раскрывается устройство беспроводной связи, причем устройство беспроводной связи включает в себя антенну, сконфигурированную для приема сигнала; и управляющий процессор, соединенный с антенной для выполнения способа обнаружения пакета. Способ включает в себя прием переданной последовательности, используемой для кодирования символа OFDM в сигнале; и фильтрацию принятого сигнала с использованием множества коэффициентов на основе упрощенной версии переданной последовательности.

В еще одном подходе раскрывается компьютерный программный продукт, причем компьютерный программный продукт включает в себя машиночитаемый носитель, содержащий код для предписания компьютеру принять переданную последовательность, используемую для кодирования символа OFDM в сигнале; и код для предписания компьютеру отфильтровать принятый сигнал с использованием множества коэффициентов на основе упрощенной версии переданной последовательности.

В еще одном подходе раскрывается процессор, содержащий запоминающее устройство, причем запоминающее устройство сконфигурировано с возможностью вызывать выполнение процессором способа для обнаружения пакета. Способ включает в себя прием переданной последовательности, используемой для кодирования символа OFDM в переданном сигнале; и фильтрацию принятого сигнала с использованием множества коэффициентов на основе упрощенной версии переданной последовательности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - блок-схема примерной специализированной беспроводной сети;

фиг.2 - блок-схема примерного беспроводного оконечного устройства;

фиг.3 - структура пакета, соответствующая сверхширокополосному (UWB) стандарту WiMedia;

фиг.4 - диаграмма всемирного распределения UWB-спектра;

фиг.5 - структура преамбулы из пакета на фиг.3;

фиг.6 - блок-схема генератора последовательности синхронизации пакета/кадра для структуры преамбулы из фиг.5;

фиг.7 - график апериодической автокорреляционной функции базовой последовательности, используемой для формирования шаблона преамбулы;

фиг.8 - блок-схема генератора иерархической базовой последовательности, используемого для формирования базовой последовательности;

фиг.9 - график апериодической взаимной корреляции между базовой последовательностью из фиг.7 и соответствующей иерархической базовой последовательностью из фиг.8;

фиг.10 - график апериодической взаимной корреляции между базовой последовательностью из фиг.7 и округленной версией соответствующей базовой последовательности;

фиг.11 - временная шкала, иллюстрирующая процесс обнаружения/синхронизации для частотно-временного кода (TFC)-1 и TFC-2;

фиг.12 - временная шкала, иллюстрирующая процесс обнаружения/синхронизации для TFC-3 и TFC-4;

фиг.13 - временная шкала, иллюстрирующая процесс обнаружения/синхронизации для TFC-5, TFC-6 и TFC-7;

фиг.14 - временная шкала, иллюстрирующая процесс обнаружения/синхронизации для TFC-8, TFC-9 и TFC-10;

фиг.15 - блок-схема синхронизатора, который включает в себя модуль обнаружения пакета, модуль оценки синхронизации и модуль оценки смещения несущей частоты (CFO) и кадровой синхронизации;

фиг.16 - детектор пакета, реализующий модуль обнаружения пакета в синхронизаторе из фиг.15;

фиг.17 - первая примерная реализация согласованного фильтра в синхронизаторе из фиг.15;

фиг.18 - вторая примерная реализация согласованного фильтра в синхронизаторе из фиг.15; и

фиг.19 - примерная реализация L-отводного объединителя многолучевой энергии в синхронизаторе из фиг.15.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Теперь описываются различные варианты осуществления со ссылкой на чертежи. В нижеследующем описании для целей пояснения излагаются многочисленные специальные подробности, чтобы обеспечить всестороннее понимание одной или нескольких особенностей. Тем не менее может быть очевидным, что такой вариант(ы) осуществления может быть применен на практике без этих специальных подробностей. В иных случаях широко известные структуры и устройства показываются в виде блок-схемы, чтобы облегчить описание этих вариантов осуществления.

При использовании в данной заявке термины "компонент", "модуль", "система" и т.п. предназначены для ссылки на связанный с применением компьютера объект, также аппаратные средства, микропрограммное обеспечение, сочетание аппаратных средств и программного обеспечения, программное обеспечение, либо программное обеспечение в ходе исполнения. Например, компонент может быть, но не ограничивается этим, работающим на процессоре процессом, процессором, объектом, исполняемым файлом, потоком выполнения, программой и/или компьютером. В качестве иллюстрации и приложение, работающее на вычислительном устройстве, и вычислительное устройство могут быть компонентом. Один или более компонентов могут находиться в процессе и/или потоке выполнения, и компонент может располагаться на одном компьютере и/или распределяться между двумя или более компьютерами. К тому же эти компоненты могут исполняться с различных машиночитаемых носителей, имеющих записанные на них различные структуры данных. Компоненты могут взаимодействовать посредством локальных и/или удаленных процессов, например в соответствии с сигналом, имеющим один или более пакетов данных (к примеру, данных от одного компонента, взаимодействующего с другим компонентом в локальной системе, распределенной системе и/или по сети, такой как Интернет, с другими системами посредством сигнала). Термин "примерный" используется в данном документе, чтобы обозначать "служащий в качестве примера, отдельного случая или иллюстрации". Любой вариант осуществления, описанный в этом документе как «примерный», не должен быть обязательно истолкован как предпочтительный или преимущественный над другими вариантами осуществления.

Кроме того, в этом документе описываются различные варианты осуществления применительно к пользовательскому устройству. Пользовательское устройство также может называться системой, абонентским модулем, абонентской станцией, мобильной станцией, мобильным устройством, удаленной станцией, точкой доступа, удаленным терминалом, терминалом доступа, оконечным устройством, телефонной трубкой, хостом, пользовательским терминалом, терминал, агентом пользователя, беспроводным терминалом, беспроводным устройством или пользовательским оборудованием. Пользовательское устройство может быть сотовым телефоном, беспроводным телефоном, телефоном Протокола инициирования сеанса связи (SIP), станцией беспроводной местной системы связи (WLL), персональным цифровым помощником (PDA), карманным устройством, имеющим возможность беспроводного соединения или другим обрабатывающим устройством (устройствами), подключенным к беспроводному модему. В некоторых вариантах осуществления пользовательское устройство может быть, например, устройством бытовой электроники с присоединенным UWB-модемом, например принтером, фотокамерой/записывающей видеокамерой, музыкальным проигрывателем, автономным магнитным или энергонезависимым запоминающим устройством (флэш-память) или другим аудио/видео оборудованием с хранением содержимого.

Кроме того, различные особенности или признаки, описываемые в этом документе, могут быть реализованы в виде способа, устройства или изделия, используя стандартные программные и/или технические методики. Термин "изделие" при использовании в этом документе включает в себя компьютерную программу, доступную с любого машиночитаемого устройства, несущей или носителей. Например, машиночитаемые носители могут включать в себя, но не ограничиваются этим, магнитные запоминающие устройства (например, жесткий диск, дискета, магнитные ленты...), оптические диски (например, компакт-диск (CD), цифровой универсальный диск (DVD)...), смарт-карты и устройства флэш-памяти (например, карта памяти, "флэшка"...).

Различные варианты осуществления будут представлены на основе систем, которые могут включать в себя некоторое количество устройств, компонентов, модулей и т.п. Нужно понимать и принимать во внимание, что различные системы могут включать в себя дополнительные устройства, компоненты, модули и т.п. и/или могут не включать в себя все из этих устройств, компонентов, модулей и т.д., обсуждаемых применительно к чертежам. Также может использоваться сочетание этих подходов.

Теперь со ссылкой на чертежи, фиг.1 иллюстрирует пример специализированной беспроводной сети 100. Беспроводная сеть 100 может включать в себя любое количество мобильных устройств или узлов, из которых иллюстрируются четыре для удобства иллюстрации, которые находятся в беспроводном взаимодействии. Мобильные устройства могут быть, например, сотовыми телефонами, смартфонами, переносными компьютерами, карманными устройствами связи, карманными вычислительными устройствами, спутниковыми радиостанциями, системами глобального позиционирования, персональными цифровыми помощниками (PDA) и/или другими подходящими устройствами для взаимодействия по беспроводной сети 100. Беспроводная сеть 100 также может включать в себя одну или несколько базовых станций или точек доступа (не показаны).

В беспроводной сети 100 показывается оконечное устройство 112, взаимодействующее с оконечным устройством 114 по линии 120 связи и с оконечным устройством 116 по линии 122 связи. Оконечное устройство 116 также показано взаимодействующим с оконечным устройством 118 по линии 124 связи. Оконечные устройства 112, 114, 116 и 118 могут быть структурированы и сконфигурированы в соответствии с примерной упрощенной блок-схемой возможной конфигурации оконечного устройства 200, которая показана на фиг.2. Как примут во внимание специалисты в данной области техники, точная конфигурация оконечного устройства 200 может меняться в зависимости от конкретного применения и общих ограничений исполнения. Процессор 202 может реализовывать системы и способы, раскрытые в этом документе.

Оконечное устройство 200 может быть реализовано с помощью входного приемопередатчика 204, соединенного с антенной 206. С приемопередатчиком 204 может соединяться процессор 208 основной полосы частот. Процессор 208 основной полосы частот может быть реализован с помощью программной архитектуры или другого типа архитектур, например аппаратных средств или сочетания аппаратных средств и программного обеспечения. Микропроцессор может использоваться в качестве платформы для запуска компьютерных программ, которые среди прочих функций обеспечивают функцию контроля и общего управления системой. Цифровой процессор сигналов (DSP) может быть реализован с помощью встроенного уровня коммуникационного программного обеспечения, который выполняет прикладные алгоритмы, чтобы снизить требования к микропроцессору по обработке. DSP может использоваться для предоставления различных функций обработки сигнала, например обнаружения контрольного сигнала, временной синхронизации, отслеживания частоты, обработки с расширенным спектром, функций модуляции и демодуляции и прямого исправления ошибок.

Оконечное устройство 200 также может включать в себя различные интерфейсы 210 пользователя, соединенные с процессором 208 основной полосы частот. Интерфейсы 210 пользователя могут включать в себя клавишную панель, мышь, сенсорный экран, дисплей, звонок, вибратор, динамик, микрофон, фотокамеру, запоминающее устройство и/или другие устройства ввода/вывода.

Процессор 208 основной полосы частот содержит процессор 202. В программной реализации процессора 208 основной полосы частот процессор 202 может быть компьютерной программой, работающей на микропроцессоре. Однако, как легко поймут специалисты в данной области техники, процессор 202 не ограничивается этим вариантом осуществления и может быть реализован с помощью любого средства, известного в данной области техники, включая любую аппаратную конфигурацию, программную конфигурацию или их сочетание, которое допускает выполнение различных функций, описываемых в этом документе. Процессор 202 может соединяться с запоминающим устройством 212 для хранения данных. Также может предоставляться процессор 214 приложений для выполнения прикладной операционной системы и/или отдельных приложений, как показано на фиг.2. Процессор 214 приложений показывается соединенным с процессором 208 основной полосы частот, запоминающим устройством 212 и интерфейсом 210 пользователя.

Фиг.3 иллюстрирует структуру 300 пакета у пакета, соответствующего стандарту сверхширокополосного (UWB) физического (PHY) уровня и уровня управления доступом (MAC) от WiMedia для высокоскоростной беспроводной связи малой дальности, который опубликован ECMA International в стандарте ECMA-368 "High Rate Ultra Wideband PHY and MAC Standard" (декабрь 2005 г.).

Стандарт ECMA определяет сверхширокополосный физический уровень для беспроводной персональной сети (PAN), использующий нелицензируемую полосу частот 3100−10600 МГц, поддерживающий скорости передачи данных 53,3 Мбит/с, 80 Мбит/с, 106,7 Мбит/с, 160 Мбит/с, 200 Мбит/с, 320 Мбит/с, 400 Мбит/с и 480 Мбит/с. UWB-спектр разделяется на 14 полос, каждая с полосой пропускания в 528 МГц. Первые 12 полос затем группируются в 4 группы полос, состоящих из 3 полос, и последние две полосы группируются в пятую группу полос. Фиг.4 иллюстрирует всемирное распределение UWB-спектра.

Этот Стандарт ECMA определяет схему многополосной модуляции с ортогональным частотным разделением каналов (MB-OFDM) для передачи информации. Всего 110 поднесущих (100 несущих данных и 10 защитных несущих) используются на каждой полосе для передачи информации. К тому же 12 контрольных поднесущих предусматривают когерентное обнаружение. Кодирование с расширением в частотной области, кодирование с расширением во временной области и кодирование с прямым исправлением ошибок (FEC) используются для изменения скорости передачи данных. Используемое FEC является сверточным кодом с кодовыми скоростями 1/3, 1/2, 5/8 и 3/4.

Кодированные данные затем расширяются с использованием частотно-временного кода (TFC). В одном подходе, который введен Стандартом ECMA, существуют два типа частотно-временных кодов (TFC): код, где кодированная информация перемежается по трем полосам, называемый частотно-временным перемежением (TFI); и код, где кодированная информация передается по одной полосе, называемый фиксированным частотным перемежением (FFI).

В каждой из первых четырех групп полос задаются четыре частотно-временных кода, использующие TFI, и три частотно-временных кода, использующие FFI; в силу этого обеспечивая поддержку вплоть до семи каналов на полосу. Для пятой группы полос задаются два частотно-временных кода, использующих FFI. Этот Стандарт ECMA устанавливает в совокупности 30 каналов.

Фиг.5 иллюстрирует структуру стандартной преамбулы в пакете UWB WiMedia из фиг.3. Преамбула содержит всего 30 символов OFDM. Первые 24 символа преамбулы используются для обнаружения пакета, оценки синхронизации, оценки CFO и кадровой синхронизации. Оценка канала использует последние 6 символов преамбулы.

Фиг.6 - блок-схема генератора 600 символа преамбулы, включающего устройство 602 расширения, иллюстрирующая один подход к тому, как могут формироваться символы преамбулы, где:

1. Для заданного частотно-временного кода (TFC) (то есть 1-10, называемого TFC-1-TFC-10), выбрать базовую последовательность s _base[m], m=0, 1, ..., 127 временной области и двоичную защитную последовательность s _cover[n]=±1, n=0, 1, ..., 23. Двоичная защитная последовательность используется в качестве разделителя для определения окончания последовательности синхронизации пакета/кадра;

2. Заполнить 37 нулей в конце базовой последовательности, чтобы сформировать продленную последовательность s _ext[k], k=0, 1, ..., 164;

3. Расширить защитную последовательность с помощью продленной базовой последовательности, используя устройство 602 расширения. k-ая выборка n-ого символа преамбулы задается с помощью

s _sync,n[k]=s _cover[n]Чs _ext[k], k=0, 1, ..., 164, n=0, 1, ..., 23.

Фиг.7 иллюстрирует апериодическую автокорреляцию базовой последовательности s _base[m], соответствующей TFC-1. Другие базовые последовательности могут иметь аналогичные автокорреляционные функции. В одном подходе синхронизации используется отличное свойство автокорреляции. Например, базовая последовательность образуется из генератора 800 иерархической базовой последовательности, который показан на фиг.8. Основной предпосылкой после использования иерархических последовательностей является разделение процесса кодирования на передатчике по иерархии, чтобы снизилась сложность процесса декодирования на приемнике. Ссылаясь на чертеж, первая двоичная последовательность {a[k], k=0, 2, ..., 15} расширяется второй двоичной последовательностью {b[k], k=0, 2, ..., 7} с помощью устройства 802 расширения, чтобы сформировать промежуточную последовательность (также называемую двоичной иерархической последовательностью) C {c[k], k=0, 2, ..., 127} с длиной 128. Затем, после получения быстрого преобразования Фурье (FFT) промежуточной последовательности C с использованием модуля 804 FFT и формирования последовательности в частотной области с использованием модуля 806 формирования частотной области, последовательность преобразуется обратно во временную область посредством модуля 808 обратного FFT (IFFT), чтобы получить базовую последовательность s _base[m]. Имеется уникальное множество двоичных последовательностей {a[k]} и {b[k]}, соответствующее каждой из десяти базовых последовательностей.

Фиг.9 иллюстрирует апериодическую взаимную корреляцию между базовой последовательностью s _base[m] для TFC-1 и соответствующей промежуточной последовательностью C {c[k]}, сформированной с использованием генератора 800 иерархической базовой последовательности. Это свойство взаимной корреляции указывает, что когда на приемнике применяется согласованный фильтр, базовая последовательность может заменяться двоичной последовательностью C в виде коэффициентов фильтра. В одном подходе, который иллюстрируется ниже, иерархическая структура двоичной последовательности C может эффективно использоваться для упрощения аппаратных средств приемника, используемого для синхронизации. Более того, с тем же успехом может быть выгодно использовать округленную версию базовой последовательности преамбулы в качестве коэффициентов согласованного фильтра. Фиг.10 иллюстрирует апериодическую взаимную корреляцию между базовой последовательностью s _base[m] для TFC-1 и округленной версией соответствующей базовой последовательности.

В качестве обзора синхронизации фиг.11-14 иллюстрируют временные шкалы синхронизации и обнаружения для всех TFC. В частности, фиг.11 иллюстрирует временную шкалу 1100 обнаружения для TFC-1 и TFC-2; фиг.12 иллюстрирует временную шкалу 1200 обнаружения для TFC-3 и TFC-4; фиг.13 иллюстрирует временную шкалу 1300 обнаружения для TFC-5, TFC-6 и TFC-7; и фиг.14 иллюстрирует временную шкалу 1400 обнаружения для TFC-8, TFC-9 и TFC-10.

Ссылаясь сначала на фиг.11, главные задачи синхронизации можно разделить на три отдельных части:

1. Обнаружение пакета;

2. Оценка синхронизации;

3. Оценка смещения несущей частоты (CFO) и кадровая синхронизация.

Как обсуждалось выше, стандарт ECMA предусматривает множество полос и, как видно из временных шкал для всех TFC, приемник будет по умолчанию простаивать на Полосе-1 до объявления обнаружения пакета. Причина в том, что перед обнаружением пакета у приемника нет сведений о правильной синхронизации для переключения на другие полосы (если он находится в режиме TFI). Таким образом, первые три символа преамбулы в Полосе-1 будут расходоваться для обнаружения пакета. Как только завершено обнаружение пакета, включается следующая фаза, оценки синхронизации, и приемник будет сканировать следующий символ преамбулы в Полосе-1, чтобы определить оптимальное окно FFT для символа OFDM. После того как завершена оценка синхронизации (например, синхронизация восстановлена) для Полосы-1, приемник будет знать достаточно информации, чтобы переключиться на другие полосы, согласно TFC, и будет выполняться оценка усиления в автоматической регулировке усиления (AGC). После того как устанавливается AGC, оставшаяся часть символов преамбулы будет использоваться для оценки CFO и обнаружения кадровой синхронизации. Всякий раз, когда обнаруживается кадровая синхронизация, окончательный результат оценки CFO будет отправляться чередователю фаз, и приемник будет приступать к оценке канала.

Фиг.15 иллюстрирует синхронизатор 1500 для выполнения главных задач синхронизации. Синхронизатор 1500 включает в себя модуль 1502 усилителя с регулируемым усилением (VGA), аналогово-цифровой преобразователь 1504 (ADC), модуль 1506 согласованного фильтра (MF), модуль 1508 возведения в квадрат, модуль 1510 обнаружения пакета, модуль 1540 оценки синхронизации и модуль 1570 оценки CFO и кадровой синхронизации.

Коэффициенты {q[k], k=0, 2, ..., 127} MF 1506 могут выбираться либо в виде двоичной последовательности {c[k], k=0, 2, ..., 127}, либо округленной базовой последовательности {round(s _base[k]), k=0, 2, ..., 127} преамбулы, как обсуждалось выше. Однако благодаря иерархической структуре двоичной последовательности {c[k]} реализация MF 1506 может быть упрощена, как показано в двоичной иерархической последовательности MF 1700 из фиг.17; тогда как для округленной версии реализация MF 1800 с конечной импульсной характеристикой (FIR) показана на фиг.18, что в одном подходе является фильтром FIR с линией задержки со 127 отводами.

В подходе с округлением коэффициенты q[k], k=0, 2, ..., 127 согласованного фильтра устанавливаются в округленную версию Round(s _base[k]) базовой последовательности преамбулы. Согласно наблюдениям для всех базовых последовательностей преамбулы Round(s _base[k]) принимает только значения из {±2, ±1, 0}, что помогает снизить аппаратную сложность, поскольку умножение на 2 может быть легко реализовано как сдвиг влево на 1 разряд. Также, как видно на фиг.10, Round(s _base[k]) поддерживает хорошее свойство взаимной корреляции с базовой последовательностью s _base[k]. Сложность двух разных способов для реализации согласованного фильтра резюмируется в следующей таблице 1.

Количество операций для ответвления I либо Q в одной длительности T_sample выборки = 1/528 МГц = 1,89 нс. Для каждого подхода опорная последовательность может сохраняться в справочной таблице (LUT) того размера, который перечислен в таблице 1.

Результат MF 1506 обрабатывается модулем 1508 возведения в квадрат. Обозначая принятые выборки как r[n], квадрат модуля у результата согласованного фильтра может быть выражен в виде

Отметим, что может выполняться операция линейного сложения (EGC) для сбора энергии из многолучевых каналов

где N - количество последовательных лучей, которые объединяются, и D[n] - результат скользящего окна. EGC может быть реализовано в виде L-отводного объединителя 1900 многолучевой энергии, который показан на фиг.19. L-отводный объединитель 1900 многолучевой энергии позволяет назначать разный вес каждому отводу. Результаты операции EGC могут использоваться модулем 1510 обнаружения пакета и модулем 1540 оценки синхронизации.

Как обсуждалось, первый этап в процессе синхронизации предназначен для модуля 1510 обнаружения пакета, чтобы обнаружить наличие допустимого пакета. Модуль 1510 обнаружения пакета объявит сигнал обнаружения пакета модулю 1540 оценки синхронизации после того, как обнаружен допустимый пакет. В частности, как только объявляется обнаружение пакета (то есть модуль 1510 обнаружения пакета указал, что пакет обнаружен, путем установки det_flag в логическую истину), включается модуль 1540 оценки синхронизации.

Фиг.16 иллюстрирует примерный детектор 1600 пакета, который может быть реализован для модуля 1510 обнаружения пакета. Предпочтительно, чтобы модуль 1510 обнаружения пакета был спроектирован для соответствия следующим требованиям:

1. Выявлять вероятность пропущенного обнаружения;

2. Выявлять вероятность ложной тревоги;

3. Допускать максимальный диапазон колебания исходного CFO (+/-20 млн ч.): Максимальный диапазон колебания CFO равен 10296 МГц × 40 млн ч. = 411,84 кГц;

4. Устойчивость к исходному усилению VGA: до обнаружения пакета AGC не устанавливается. Вместо этого исходное усиление VGA применяется к принятым выборкам с помощью VGA 1502, которые затем квантуются с помощью ADC 1504. Алгоритм обнаружения работает над выходной последовательностью ADC 1504, и он должен быть спроектирован нечувствительным к исходному усилению VGA;

5. Выдерживающий низкое отношение сигнал-шум (SNR): поскольку SNR может быть таким низким, как 0 дБ или ниже, модуль обнаружения пакета следует проектировать для работы в таком диапазоне SNR.

Возвращаясь к фиг.16, детектор 1600 пакета включает в себя блок 1604 возведения в квадрат, 128-элементный блок 1608 широкого скользящего окна (SW) и 8-элементный блок 1610 широкого SW, компаратор 1612 и модуль 1630 обнаружения. Модуль 1630 обнаружения включает в себя пару буферов 1632, 1634, каждый из них соответственно соединен с сумматором в паре сумматоров 1636, 1638. Выход сумматора 1638 затем подается в модуль 1640 принятия решения, который работает, как описано ниже.

Как обсуждалось выше, операция EGC может выполняться для сбора энергии для многолучевых каналов. В одном подходе размер скользящего окна выбирается равным N=8. Таким образом, EGC может быть развернуто с использованием 8-элементного блока 1610 широкого SW, реализованного как L-отводный объединитель 1900 многолучевой энергии. В других подходах 8-элементный блок 1610 широкого SW вместо ширины в 8 элементов может быть реализован в виде большего или меньшего количества элементов. Конкретный выбор количества элементов в реализации может зависеть от типа обрабатываемого канала.

Результат 8-элементного блока широкого SW D[n] затем сравнивается с результатом 128-элементного блока широкого SW, умноженного на заранее определенную пороговую величину η. Выход компаратора 1612 равен либо 1 (если D[n] больше), либо 0 (в ином случае). Затем модулем 1630 проверки выполняется "тройная проверка"; то есть детектором 1600 пакета объявляется обнаружение пакета (то есть det_flag=1), когда он наблюдает три события превышения пороговой величины, которые являются обособленными N1 и N2. Значения N1 и N2 зависят от TFC, как показано в следующей таблице 2.

Характеристика детектора 1600 пакета измеряется для канала аддитивного белого гауссовского шума (AWGN) и моделей 1-4 каналов (CM1-CM4). TFC-1 используется в моделировании, и его характеристика аналогична для других TFC.

В одном подходе для теста ложной тревоги моделировался 1 миллион критериев для проверки гипотезы, в которых только выборки с белым гауссовским шумом вводились в синхронизатор 1500. Для теста пропуска обнаружения моделировались 500 реализаций каналов для каждой модели канала (CM1-CM4) и для каждой реализации канала, передавалось и тестировалось 1000 пакетов.

Как обсуждалось выше, реализация MF 1506 может быть упрощена на основе реализации двоичной иерархической последовательности. Когда MF 1506 реализуется с использованием двоичной иерархической последовательности, конструкция MF может быть упрощена для реализации в виде MF 1700 с двоичной иерархической последовательностью, который показан на фиг.17. Пороговая величина выбирается, чтобы соответствовать заранее определенным расчетным значениям вероятностей пропуска обнаружения и ложной тревоги.

Относительно эффекта максимального диапазона колебаний исходного CFO, который должен быть равен, как задано выше

ΔF = 10296 МГц × 40 млн ч. = 411,84 кГц,

где 10296 МГц - средняя частота для наибольшей полосы (Полоса-14). Потеря в MF 1700 с двоичной иерархической последовательностью из-за этого максимального CFO равна

где N=128 - длина когерентного накопления, а T _s=1/(528 МГц) - период дискретизации.

Поскольку усиления VGA изначально устанавливается в максимальное значение, одна возможная проблема, возникающая во время обнаружения пакета, заключается в том, что для сценария с большим SNR принятый сигнал может быть большей частью обрезан после ADC. Чтобы исследовать эту проблему, выполнено дополнительное моделирование для испытания вероятности пропуска обнаружения для довольно большого динамического диапазона принятого SNR. Поскольку максимальный уровень принятого сигнала равен -43 dBm (соответствующий ближайшему целевому рабочему расстоянию в 0,3 м) и минимальный уровень принятого сигнала равен -81 dBm (соответствующий чувствительности для 53,3 Мбит/с), можно предположить принятое SNR в диапазоне 38 дБ. В моделировании выполнялась проверка от SNR=5 дБ до 40 дБ, чтобы убедиться, что моделирование охватывает полный динамический диапазон. В оценке усиление VGA устанавливается в максимальное усиление и используется 6-разрядное ADC. Из результатов моделирования не наблюдаются случаи ошибок (то есть пропуск обнаружения) для CM1-CM4 в рамках этого диапазона SNR. Это указывает, что алгоритм обнаружения пакета устойчив к установке исходного максимального усиления VGA в динамическом диапазоне SNR.

Реализация MF 1506 также может быть упрощена на основе реализации округленной последовательности, где MF 1506 реализуется в виде реализации MF 1800 с FIR, которая показана на фиг.18. Коэффициенты q[k], k=0, 2, ..., 127 согласованного фильтра устанавливаются в округленную версию Round(s _base[k]) базовой последовательности преамбулы. Согласно наблюдениям для всех базовых последовательностей преамбулы Round(s _base[k]) принимает только значения из {±2, ±1, 0}, что помогает снизить аппаратную сложность, поскольку умножение на 2 может быть легко реализовано как сдвиг влево на 1 разряд. Также, как видно на фиг.10, Round(s _base[k]) поддерживает хорошее свойство взаимной корреляции с базовой последовательностью s _base[k]. Характеристика пропуска обнаружения у округленной базовой последовательности имеет небольшой выигрыш у двоичной иерархической последовательности с незначительно меньшей общей вероятностью ложной тревоги.

Нужно понимать, что описанные в этом документе варианты осуществления могут быть реализованы с помощью аппаратных средств, программного обеспечения, микропрограммного обеспечения, ПО промежуточного слоя, микрокода или любого их сочетания. Когда системы и/или способы реализуются в программном обеспечении, микропрограммном обеспечении, ПО промежуточного слоя или микрокоде, программном коде или сегментах кода, они могут храниться на машиночитаемом носителе, например компоненте хранения. Сегмент кода может представлять собой процедуру, функцию, подпрограмму, программу, процедуру, стандартную подпрограмму, модуль, пакет программного обеспечения, класс или любое сочетание команд, структур данных или операторов программ. Сегмент кода может быть связан с другим сегментом кода или аппаратной схемой через передачу и/или прием информации, данных, аргументов, параметров или содержимого памяти. Информация, аргументы, параметры, данные и т.д. могут пересылаться, перенаправляться или передаваться с использованием любого подходящего средства, включая разделение памяти, пересылку сообщений, эстафетную передачу, передачу по сети и т.д.

Для программной реализации описанные в этом документе методики могут реализовываться с помощью модулей (например, процедур, функций и так далее), которые выполняют описанные в этом документе функции. Коды программного обеспечения могут храниться в запоминающих устройствах и выполняться процессорами. Запоминающее устройство может реализовываться внутри процессора или вне процессора, в этом случае оно может быть коммуникационно соединено с процессором через различные средства, которые известны в данной области техники.

То, что описано выше, включает в себя примеры одного или более вариантов осуществления. Конечно, невозможно описать каждое возможное сочетание компонентов или методологий в целях описания вышеупомянутых вариантов осуществления, однако обычный специалист в данной области техники может признать, что допустимы многие дополнительные сочетания и перестановки различных вариантов осуществления. Соответственно описанные варианты осуществления предназначены для охвата всех таких изменений, модификаций и вариаций, которые находятся в пределах сущности и объема прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, в случае, когда термин "включает в себя" используется либо в подробном описании, либо в формуле изобретения, такой термин предназначен быть включающим, в некотором смысле аналогично термину "содержащий", поскольку "содержащий" интерпретируется, когда применяется в качестве промежуточного слова в формуле изобретения.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для обнаружения пакета в системе беспроводной связи. Технический результат состоит в повышении эффективности и пропускной способности передачи в системе беспроводной связи. Для этого устройство для обнаружения символа OFDM, кодированного с помощью переданной последовательности, включает в себя фильтр, имеющий коэффициенты на основе упрощенной версии переданной последовательности. Считываемый компьютером носитель содержит код и устройство беспроводной связи для выполнения способа. 6 н. и 24 з.п. ф-лы, 19 ил., 2 табл.

1. Устройство для обнаружения символа OFDM, кодированного с помощью переданной последовательности, содержащее: фильтр, имеющий коэффициенты на основе упрощенной версии переданной последовательности; блок нормализации, содержащий модуль скользящего окна, причем блок нормализации сконфигурирован с возможностью создания нормализованной версии переданного сигнала; и модуль детектора, сконфигурированный с возможностью обнаружения множества событий превышения пороговой величины, причем множество событий превышения пороговой величины содержит обнаруженную энергию в переданном сигнале, которая больше заранее определенного отношения сигнал-шум.

2. Устройство по п.1, в котором упрощенная версия переданной последовательности является взаимно коррелированной с переданной последовательностью.

3. Устройство по п.1, в котором упрощенная версия переданной последовательности является иерархической версией переданной последовательности.

4. Устройство по п.1, в котором упрощенная версия переданной последовательности является округленной версией переданной последовательности.

5. Устройство по п.1, в котором фильтр является согласованным фильтром.

6. Устройство по п.1, дополнительно содержащее объединитель многолучевой энергии, сконфигурированный с возможностью объединения заранее определенного количества отводов канала оцененного модуля в окне поиска, чтобы определить энергию.

7. Устройство по п.6, дополнительно содержащее назначение веса каждому из заранее определенного количества отводов канала оцененного модуля в окне поиска.

8. Способ обнаружения пакета, содержащий этапы, на которых: принимают переданную последовательность, используемую для кодирования символа OFDM в переданном сигнале; фильтруют принятый сигнал с использованием множества коэффициентов на основе упрощенной версии переданной последовательности; создают нормализованную версию переданного сигнала; и обнаруживают множество событий превышения пороговой величины, причем множество событий превышения пороговой величины содержит обнаруженную энергию в переданном сигнале, которая больше заранее определенного отношения сигнал-шум.

9. Способ по п.8, в котором упрощенная версия переданной последовательности является взаимно коррелированной с переданной последовательностью.

10. Способ по п.8, в котором упрощенная версия переданной последовательности является иерархической версией переданной последовательности.

11. Способ по п.8, в котором упрощенная версия переданной последовательности является округленной версией переданной последовательности.

12. Способ по п.8, в котором этап, на котором фильтруют принятый сигнал, содержит этап, на котором создают согласованный фильтр для фильтрации принятого сигнала.

13. Способ по п.8, дополнительно содержащий этап, на котором объединяют заранее определенное количество отводов канала оцененного модуля в окне поиска, чтобы определить энергию.

14. Способ по п.13, дополнительно содержащий этап, на котором назначают вес каждому из заранее определенного количества отводов канала оцененного модуля в окне поиска.

15. Устройство для обнаружения пакета, содержащее: средство для приема переданной последовательности, используемой для кодирования символа OFDM в переданном сигнале; средство для фильтрации принятого сигнала с использованием множества коэффициентов на основе упрощенной версии переданной последовательности; средство для создания нормализованной версии переданного сигнала; и средство для обнаружения множества событий превышения пороговой величины, причем множество событий превышения пороговой величины содержит обнаруженную энергию в переданном сигнале, которая больше заранее определенного отношения сигнал-шум.

16. Устройство по п.15, в котором упрощенная версия переданной последовательности является взаимно коррелированной с переданной последовательностью.

17. Устройство по п.15, в котором упрощенная версия переданной последовательности является иерархической версией переданной последовательности.

18. Устройство по п.15, в котором упрощенная версия переданной последовательности является округленной версией переданной последовательности.

19. Устройство по п.15, в котором средство для фильтрации принятого сигнала содержит средство для создания согласованного фильтра для фильтрации принятого сигнала.

20. Устройство по п.15, дополнительно содержащее средство для объединения заранее определенного количества отводов канала оцененного модуля в окне поиска, чтобы определить энергию.

21. Устройство по п.20, дополнительно содержащее средство для назначения веса каждому из заранее определенного количества отводов канала оцененного модуля в окне поиска.

22. Устройство беспроводной связи, содержащее: антенну, сконфигурированную с возможностью приема сигнала; управляющий процессор, соединенный с антенной для выполнения способа обнаружения пакета, причем способ содержит этапы, на которых: принимают переданную последовательность, используемую для кодирования символа OFDM в сигнале; фильтруют принятый сигнал с использованием множества коэффициентов на основе упрощенной версии переданной последовательности; создают нормализованную версию переданного сигнала; и обнаруживают множество событий превышения пороговой величины, причем множество событий превышения пороговой величины содержит обнаруженную энергию в переданном сигнале, которая больше заранее определенного отношения сигнал-шум.

23. Устройство беспроводной связи по п.22, в котором упрощенная версия переданной последовательности является взаимно коррелированной с переданной последовательностью.

24. Устройство беспроводной связи по п.22, в котором упрощенная версия переданной последовательности является иерархической версией переданной последовательности.

25. Устройство беспроводной связи по п.22, в котором упрощенная версия переданной последовательности является округленной версией переданной последовательности.

26. Устройство беспроводной связи по п.22, в котором фильтрация принятого сигнала включает в себя создание согласованного фильтра для фильтрации принятого сигнала.

27. Устройство беспроводной связи по п.22, причем способ дополнительно содержит этап, на котором объединяют заранее определенное количество отводов канала оцененного модуля в окне поиска, чтобы определить энергию.

28. Устройство беспроводной связи по п.27, в котором способ дополнительно содержит этап, на котором назначают вес каждому из заранее определенного количества отводов канала оцененного модуля в окне поиска.

29. Машиночитаемый носитель, содержащий сохраненные на нем коды, которые, при исполнении компьютером предписывают компьютеру выполнять способ обнаружения пакета, причем коды включают в себя: код для предписания компьютеру принять переданную последовательность, используемую для кодирования символа OFDM в сигнале; код для предписания компьютеру отфильтровать принятый сигнал с использованием множества коэффициентов на основе упрощенной версии переданной последовательности; код для предписания компьютеру создать нормализованную версию переданного сигнала; и код для предписания компьютеру, обнаруживать множество событий превышения пороговой величины, причем множество событий превышения пороговой величины содержит обнаруженную энергию в переданном сигнале, которая больше заранее определенного отношения сигнал-шум.

30. Процессор для обнаружения пакета, содержащий:
запоминающее устройство, причем запоминающее устройство сконфигурировано с возможностью вызывать выполнение процессором способа обнаружения пакета, содержащего этапы, на которых: принимают переданную последовательность, используемую для кодирования символа OFDM в переданном сигнале; фильтруют принятый сигнал с использованием множества коэффициентов на основе упрощенной версии переданной последовательности; создают нормализованную версию переданного сигнала; и обнаруживают множество событий превышения пороговой величины, причем множество событий превышения пороговой величины содержит обнаруженную энергию в переданном сигнале, которая больше заранее определенного отношения сигнал-шум.