CN101926141B - 无线通信***中时基信息的捕获 - Google Patents

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Abstract

一种用于在无线通信***中标识时间参考点的方法，包括：接收第一重复码元序列；接收第二重复码元序列；执行第一和第二码元系列之间的自相关；以及将第一和第二重复码元序列之间的自相关空值标识为时间参考点。一种用于在无线通信***中标识时间参考点的设备，包括：用于接收第一重复码元序列的装置；用于接收第二重复码元序列的装置；用于执行第一和第二码元系列之间的自相关的装置；以及用于将第一和第二重复码元序列之间的自相关空值标识为时间参考点的装置。

Description

无线通信***中时基信息的捕获
背景
领域
本公开一般涉及用于在无线通信***中捕获时基信息的方法和装置，尤其涉及用于在多输入多输出(MIMO)***尤其是采用正交频分复用(OFDM)以准许多址的那些***中捕获时基信息的方法和装置。
背景
无线通信***——包括由IEEE 802.11规范系列定义的那些无线通信***——传送由具有非常独特的频率、相位以及因此时基特性的信号表示的码元形式的信息。例如在802.11n标准中，可用来从所传送帧推导信息的时基是相对于原点定义的。该原点由帧的数据承载部分之前的两个训练字段定义。
按照常规，原点通过对收到信号执行自相关(autocorrelation)以及标识结果得到的自相关函数中的峰值来标识。在MIMO***以及其他传输***中，从发射机向接收机传送的信号可能取道降低其相干性从而引入被称为多径误差的误差的路径。例如，信号的一部分可能从发射机直接传播至接收机，而该信号的另一部分可能在从发射机去往接收机的路上被近旁物体反射。结果，原点能被确定的分辨率可能由于自相关函数的峰值的托尾效应而受到限制，从而峰值发生的时间不能被精确地确定。因此本领域需要更准确地确定原点的时间的方法和装置。
概述
本文中所公开的某些实施例通过搜索收到信号的自相关函数的最小值以及在接收机分集上的相干组合所达成的附加增益解决了以上所述的需要。
根据一个实施例中的各方面，一种用于标识在无线通信***中传送的信号中的时间参考点的方法，包括：接收该信号的采样系列，该采样系列包括第一重复码元序列和第二重复码元序列；定义具有第一起始点且包括该系列的第一采样群的第一窗以及具有相对于第一起始点变动的第二起始点且包括该系列的第二采样群的第二窗；执行第一和第二采样群之间的自相关；以及将自相关中出现空值处的采样标识为时间参考点。在变形中，该方法进一步包括：观测自相关的结果；观测第一和第二码元序列之间的功率比；计算所观测到的结果与所观测到的功率比之间的比率；以及在计算出的比率超过预定阈值时确定检测到分组。在另一种变形中，该方法进一步包括：跨多重接收分集相干地加总自相关结果；以及将多重接收分集校正测得的相位偏移量。
根据另一个实施例中的各方面，一种携带用于标识信号中的时间参考点的指令的计算机可读介质，包括：接收该信号的采样系列，该采样系列包括第一重复码元序列和第二重复码元序列；定义具有第一起始点且包括该系列的第一采样群的第一窗以及具有相对于第一起始点变动的第二起始点且包括该系列的第二采样群的第二窗；执行第一和第二采样群之间的自相关；以及将自相关中出现空值处的采样标识为时间参考点。在变形中，由该计算机可读介质携带的方法进一步包括：观测自相关的结果；观测第一和第二码元序列之间的功率比；计算所观测到的结果与所观测到的功率比之间的比率；以及在计算出的比率超过预定阈值时确定检测到分组。在另一种变形中，由该计算机可读介质携带的方法进一步包括：跨多重接收分集相干地加总自相关结果；以及将多重接收分集校正测得的相位偏移量。
根据另一个实施例的各方面，一种远程***包括：用于接收包括第一重复码元序列和第二重复码元序列的采样系列的装置；用于定义具有第一起始点且包括该系列的第一采样群的第一窗以及具有相对于第一起始点变动的第二起始点且包括该系列的第二采样群的第二窗的装置；用于执行第一和第二采样群之间的自相关的装置；以及用于将自相关中出现空值处的采样标识为时间参考点的装置。在变形中，该远程***进一步包括：用于观测自相关的结果的装置；用于观测第一和第二码元序列之间的功率比的装置；用于计算所观测到的结果与所观测到的功率比之间的比率的装置；以及用于在计算出的比率超过预定阈值时确定检测到分组的装置。在另一种变形中，该远程***进一步包括：用于跨多重接收分集相干地加总自相关结果的装置；以及用于将多重接收分集校正测得的相位偏移量的装置。
根据另一个实施例的各方面，一种基站包括：用于接收包括第一重复码元序列和第二重复码元序列的采样系列的装置；用于定义具有第一起始点且包括该系列的第一采样群的第一窗以及具有相对于第一起始点变动的第二起始点且包括该系列的第二采样群的第二窗的装置；用于执行第一和第二采样群之间的自相关的装置；以及用于将自相关中出现空值处的采样标识为时间参考点的装置。在变形中，该远程***进一步包括：用于观测自相关的结果的装置；用于观测第一和第二码元序列之间的功率比的装置；用于计算所观测到的结果与所观测到的功率比之间的比率的装置；以及用于在计算出的比率超过预定阈值时确定检测到分组的装置。在另一种变形中，该远程***进一步包括：用于跨多重接收分集相干地加总自相关结果的装置；以及用于将多重接收分集校正测得的相位偏移量的装置。
根据进一步实施例的各方面，一种无线通信***包括：用于接收包括第一重复码元序列和第二重复码元序列的采样系列的装置；用于定义具有第一起始点且包括该系列的第一采样群的第一窗以及具有相对于第一起始点变动的第二起始点且包括该系列的第二采样群的第二窗的装置；用于执行第一和第二采样群之间的自相关的装置；以及用于将自相关中出现空值处的采样标识为时间参考点的装置。在变形中，该远程***进一步包括：用于观测自相关的结果的装置；用于观测第一和第二码元序列之间的功率比的装置；用于计算所观测到的结果与所观测到的功率比之间的比率的装置；以及用于在计算出的比率超过预定阈值时确定检测到分组的装置。在另一种变形中，该远程***进一步包括：用于跨多重接收分集相干地加总自相关结果的装置；以及用于将多重接收分集校正测得的相位偏移量的装置。
附图简述
图1解说了可能能够使用某些实施例的无线通信***的示例；
图2解说了根据某些实施例的可以在利用正交频分复用(OFDM)和正交频分多址(OFDMA)的无线通信***内使用的发射机的示例和接收机的示例；
图3解说了根据某些实施例的解说802.11a和g所使用的传统帧内某些信息块的放置的时基图；
图4解说了根据某些实施例的解说一些802.11n***所使用的混合模式帧内某些信息块的放置的时基图；
图5解说了根据某些实施例的解说一些802.11n***所使用的生地(GreenField)帧内某些信息块的放置的时基图；
图6解说了根据某些实施例的示出包括训练字段的至少部分的收到时域波形的波形图；
图7解说了根据某些实施例的示出针对包括从短训练字段向长训练字段的转换的区域计算出的自相关函数的波形图；
图8解说了根据某些实施例的示例性方法；
图8A解说了根据某些实施例的与图8中所示的方法相对应的装置加功能框；
图9解说了根据某些实施例的示例性方法；
图9A解说了根据某些实施例的与图9中所示的方法相对应的装置加功能框；
图10解说了根据某些实施例的示例性方法；以及
图10A解说了根据某些实施例的与图10中所示的方法相对应的装置加功能框。
详细描述
措辞“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何实施例不必被解释为优于或胜过其他实施例。
图1解说了无线通信***100的示例。无线通信***100可以是宽带无线通信***100。无线通信***100为各自由基站104服务的数个蜂窝小区102提供通信。基站104可以是与用户终端106通信的固定站。基站104可替换地用接入点、B节点、或其他某个术语称之。
图1示出遍布***100中的各种用户终端106。用户终端106可以是固定(即，驻定)的或移动的。用户终端106可以替换地被称为远程站、接入终端、终端、订户单元、移动站、台、用户装备等。用户终端106可以是诸如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、手持式设备、无线调制解调器、膝上型计算机、个人计算机等无线设备。
可以对无线通信***100中在基站104与用户终端106之间的传输使用各种算法和方法。例如，可以根据OFDM/OFDMA技术在基站104与用户终端106之间发送和接收信号。如果是这种情形，则无线通信***100可以被称为OFDM/OFDMA***100。
促成从基站104向用户终端106传输的通信链路可以被称为下行链路108，而促成从用户终端106向基站104传输的通信链路可以被称为上行链路110。替换地，下行链路108可以被称为前向链路或前向信道，而上行链路110可以被称为反向链路或反向信道。
蜂窝小区102可以被划分为多个扇区112。扇区112是蜂窝小区102内的物理覆盖区。OFDM/OFDMA***100内的基站104可以利用将功率流集中在蜂窝小区102的特定扇区112内的天线。这样的天线可被称为定向天线。
图2解说了可在利用OFDM/OFDMA的无线通信***100内使用的发射机202的示例。发射机202可实现在基站104中以供在下行链路108上向用户终端106发射数据206。发射机202也可实现在用户终端106中以供在上行链路110上向基站104发射数据206。
待发射的数据206示为作为输入被提供给串-并(S/P)转换器208。S/P转换器208将传输数据拆分成N个并行数据流210。
这N个并行数据流210随后可作为输入被提供给映射器212。映射器212将这N个并行数据流210映射到N个星座点上。此映射可以使用诸如二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、8相移键控(8PSK)、正交振幅调制(QAM)等某种调制星座来进行。由此，映射器212输出N个并行码元流216，其中每个码元流216与快速傅里叶逆变换(IFFT)220的N个正交副载波之一相对应。这N个并行码元流216是在频域中表示的，并且可由IFFT组件220转换成N个并行时域采样流218。
现在将提供关于术语的简注。频域中的N个并行调制等效于频域中的N个调制码元，等效于频域中的N个映射加N点IFFT，等效于时域中的一个(有用)OFDM码元，等效于时域中的N个采样。时域中的一个OFDM码元Ns等于Ncp(每OFDM码元的保护采样数目)+N(每OFDM码元的有用采样数目)。
这N个并行时域采样流218可由并-串(P/S)转换器224转换成OFDM/OFDMA码元流222。保护***组件226可在OFDM/OFDMA码元流222中的相继OFDM/OFDMA码元之间***保护区间。保护***组件226的输出随后可由射频(RF)前端228上变频至合需发射频带。天线230随后可发射得到的信号232。
图2还解说了可在利用OFDM/OFDMA的无线通信***100内使用的接收机204的示例。接收机204可实现在用户终端106中，用于接收下行链路108上来自基站104的数据232’。接收机204也可实现在基站104中以供在上行链路110上接收来自用户终端106的数据232’。
所发射的信号232被示为在无线信道234上传播。当由天线230′接收到信号232′时，收到信号232′可由RF前端228′下变频成基带信号。保护移除组件226′随后可移除先前由保护***组件226***诸OFDM/OFDMA码元之间的保护区间。
保护移除组件226′的输出可被提供给S/P转换器224′。S/P转换器224′可将OFDM/OFDMA码元流222′分成N个并行时域码元流218′，这些码元流的每一个与N个正交副载波之一相对应。快速傅里叶变换(FFT)组件220′可将N个并行时域码元流218′转换到频域并输出N个并行频域码元流216′。
解映射器212′执行映射器212所执行的码元映射操作的逆，从而输出N个并行数据流210′。P/S转换器208′可将N个并行数据流210′组合成单个数据流206′。理想情况下，此数据流206′与先前作为输入提供给发射机202的数据206相对应。
图3、4和5中示出了802.11n设备能识别的三种类型的帧格式，其中第一帧格式——传统(图3)对应于802.11a和g设备的帧格式，而接下来的两种帧格式——混合模式(图4)和生地(图5)是802.11n***专用的。一旦检测到信号的存在，对时间参考的捕获使用不超过所示出的帧格式(图3、4和5)中的任一种的前16μs。每一帧的前16μs对于传统模式和混合模式而言是相同的。生地模式帧的前16μs与传统模式和混合模式帧的相同部分略有不同。这种差异并不影响所提议的用于捕获时间参考的方法，并且以下描述的方法由此可被应用于各种802.11设备，包括遵循802.11a、g、n规范中任一种规范的那些设备。而且，该方法以同样的方式适用于具有与图3、4和5任一者中所示出的相似且在以下进一步解释的帧格式和特性的任何设备。
捕获处理是在时域中执行的。在示例性实施例中，采样间隔50ns，尽管其他实施例可按其他间隔来数字化。即，例如无线信号之类的信号被接收并被数字化成50ns采样。对于其他数字化间隔，以下提到的采样数目、时基和间隔将相应地调整。接下来描述的时域处理是对经数字化的时域采样执行的。此处理可由专门的计算硬件——例如专用集成电路(ASIC)——来执行，或者可由被编程为执行本文中所描述的专门动作的通用硬件——例如合适地编程的通用处理器或合适地编程的数字信号处理器(DSP)——来执行。对硬件实现的选取将取决于合意的速度、成本、大小以及其他设计考量。
在时域中，在使用50ns采样的示例中，传统短训练字段(L-STF)为160个采样长并且包括10个重复的各自有16个采样的短导频。传统和混合模式下的传统长训练字段(L-LTF)以及生地模式下的高吞吐量长训练字段1(HT-LTF1)为160个采样常并且包括有32个采样的循环前缀继之以两次各自为64个采样的重复。
对于初始检测，在每16个采样上计算每一个有16个采样的窗上的自相关函数C，并且在每16个采样上计算每一个有16个采样的窗上的功率函数P。在采样16处开始，获得自相关和功率如下：
其中xi是时域波形的第i个采样，时域波形的示例在图6中示出，而n是采样索引，n＝{16，32，64，...}，其由图6中的圆圈标示。
一旦自相关和功率已计算了5次，就执行以下计算：
A = Σ i = 0 3 C [ i ] 和
Figure BPA00001188859200073
ratio＝|A|/|P总和|
注意过去的四次功率演算被加总，而仅最后三个相关值被使用。以上包括相关和功率在内的演算是每16个采样执行的。注意，C[0]和P[0]对应于当前采样n处的最近演算。
当在一行中两次满足第一条件或者第一和第二个条件两者时，申明有检测，即：
1)比率ratio小于预设检测阈值；和/或
2)角度|相移|小于预设相移阈值。
预设检测阈值可根据合意的检测概率或虚警率统计来设置。预设相移阈值可以是***能容忍的最高可能相移的函数。
一旦申明了初始检测，***就执行针对相关函数降到最大值的1/2的点以64个采样的间距来搜索自相关值序列Cj的一系列指令和/或动作。自相关值序列Cj由下式定义：
C j = Σ i = 0 n - 1 x i + j x i + j + 64 *
在该示例性实施例中，对于每个接收天线，使用64个采样的间距对每个接收到并被采样的信号执行自相关。64个采样的间距涉及在遵循802.11a、g和n规范的***中使用的STF和LTF信号；其他实施例可使用不同的自相关间距。自相关输出随后跨接收分集被相干地加总并被校正测得的相位偏移量。在遵循802.11a、g和n规范的***中使用的STF和LTF信号产生在STF向LTF的转换点具有空值的自相关，如图7中所示。由此，自降到以上找到的最大值的1/2的位置处开始搜索经相位校正的自相关总和的实部的最小值。使用实部改善了用于寻找原点的信号的信噪比(SNR)，并且最小值精确地对应于STF与LTF之间的转换点。
示例性总过程800在图8的流程图中解说。在步骤810，接收信号的采样系列，该采样系列包括第一重复码元序列和第二重复码元序列。随后在步骤820，定义具有第一和第二起始点的第一和第二窗。允许第二窗的起始点相对于第一起始点变动，从而包括与第一窗中所包括的采样群不同的采样群。接下来在步骤830，执行这两个采样群之间的自相关。最后，在步骤840，在与所接收的第一重复码元序列和所接收的第二重复码元序列之间出现的自相关空值相对应的采样处标识时间参考点。
以上所描述的图8的方法800可由与图8A中所解说的装置加功能框800A相对应的各种硬件和/或软件组件和/或模块来执行。换言之，图8中所解说的框810到840对应于图8A中所解说的装置加功能框810A到840A。
图9中解说了附加的示例性过程细节900。在步骤910中，观测自相关(图8，步骤830)的结果。在被示为继步骤910之后的步骤920中，观测代表第一和第二码元序列的信号之间的功率比的结果。步骤910和920可按任何次序执行。接下来，在步骤930中，计算步骤910的自相关观测与步骤920的功率比之间的比率。在步骤940中，当步骤930的比率超过阈值时认为检测到分组。
以上所描述的图9的方法900可由与图9A中所解说的装置加功能框900A相对应的各种硬件和/或软件组件和/或模块来执行。换言之，图9中所解说的框910到940对应于图9A中所解说的装置加功能框910A到940A。
图10中解说了进一步的示例性过程细节1000。在步骤1010，跨多重接收分集加总自相关结果。例如，当信道跨多个发射天线获得分集时，跨这多个发射天线执行步骤1010。随后，在步骤1020，该多重接收分集被校正测得的相位偏移量。
以上所描述的图8的方法1000可由与图10A中所解说的装置加功能框1010A相对应的各种硬件和/或软件组件和/或模块来执行。换言之，图10中所解说的框1010到1020对应于图10A中所解说的装置加功能框1010A到1020A。
除了在因其输入或其输出的本质要求一个方法步骤处于另一个方法步骤之后或之前的那些实例中，本领域技术人员将理解，这些方法步骤可以互换或按另一种次序来执行而不脱离本申请的范围。例如，自相关函数的计算和功率函数的计算(两者皆在以上作了描述)可按任何次序或者并行地进行，因为这两种计算用相同的输入信号开始并且不依赖于彼此的结果。因此，以一种次序还是另一种次序或者并行地执行这些方法步骤可取决于针对可能合意的成本、速度、大小或其他特性对硬件组件进行的优化。
本领域技术人员将可理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，贯穿上面说明始终可能被述及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组合来表示。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和强加于整体***的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类设计决策不应被解读为致使脱离本申请的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或更多个微处理器、或任何其他此类配置。
结合本文所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中实施。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质被耦合到处理器，使得该处理器能从/向该存储介质读写信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
提供前面对所公开的实施例的描述是为了使本领域任何技术人员皆能制作或使用本文中公开的思想。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他实施例而不会脱离本公开的范围。由此，本申请并非意在被限定于本文中示出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征一致的最广义的范围。

Claims (8)

1.一种用于标识在无线通信***中传送的信号中的时间参考点的方法，包括：
接收所述信号的采样系列，所述采样系列包括第一重复码元序列和第二重复码元序列；
定义具有第一起始点且包括所述系列的第一采样群的第一窗以及具有相对于所述第一起始点变动的第二起始点且包括所述系列的第二采样群的第二窗；
执行所述第一和第二采样群之间的自相关；
将所述自相关中出现空值处的采样标识为时间参考点；
观测所述自相关的结果；
观测所述第一和第二码元序列之间的功率比；
计算所观测到的结果与所观测到的功率比之间的比率；以及
在计算出的比率超过预定阈值时确定检测到分组。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
跨多重接收分集相干地加总自相关结果；以及
将所述多重接收分集校正测得的相位偏移量。
3.一种远程站装置，包括：
用于接收包括第一重复码元序列和第二重复码元序列的采样系列的装置；
用于定义具有第一起始点且包括所述系列的第一采样群的第一窗以及具有相对于所述第一起始点变动的第二起始点且包括所述系列的第二采样群的第二窗的装置；
用于执行所述第一和第二采样群之间的自相关的装置；
用于将所述自相关中出现空值处的采样标识为时间参考点的装置；
用于观测所述自相关的结果的装置；
用于观测所述第一和第二码元序列之间的功率比的装置；
用于计算所观测到的结果与所观测到的功率比之间的比率的装置；以及
用于在计算出的比率超过预定阈值时确定检测到分组的装置。
4.如权利要求3所述的远程站装置，其特征在于，还包括：
用于跨多重接收分集相干地加总自相关结果的装置；以及
用于将所述多重接收分集校正测得的相位偏移量的装置。
5.一种基站装置，包括：
用于接收包括第一重复码元序列和第二重复码元序列的采样系列的装置；
用于定义具有第一起始点且包括所述系列的第一采样群的第一窗以及具有相对于所述第一起始点变动的第二起始点且包括所述系列的第二采样群的第二窗的装置；
用于执行所述第一和第二采样群之间的自相关的装置；
用于将所述自相关中出现空值处的采样标识为时间参考点的装置；
用于观测所述自相关的结果的装置；
用于观测所述第一和第二码元序列之间的功率比的装置；
用于计算所观测到的结果与所观测到的功率比之间的比率的装置；以及
用于在计算出的比率超过预定阈值时确定检测到分组的装置。
6.如权利要求5所述的基站装置，其特征在于，还包括：
用于跨多重接收分集相干地加总自相关结果的装置；以及
用于将所述多重接收分集校正测得的相位偏移量的装置。
7.一种无线通信***，包括：
用于接收包括第一重复码元序列和第二重复码元序列的采样系列的装置；
用于定义具有第一起始点且包括所述系列的第一采样群的第一窗以及具有相对于所述第一起始点变动的第二起始点且包括所述系列的第二采样群的第二窗的装置；
用于执行所述第一和第二采样群之间的自相关的装置；
用于将所述自相关中出现空值处的采样标识为时间参考点的装置；
用于观测所述自相关的结果的装置；
用于观测所述第一和第二码元序列之间的功率比的装置；
用于计算所观测到的结果与所观测到的功率比之间的比率的装置；以及
用于在计算出的比率超过预定阈值时确定检测到分组的装置。
8.如权利要求7所述的无线通信***，其特征在于，还包括：
用于跨多重接收分集相干地加总自相关结果的装置；以及
用于将所述多重接收分集校正测得的相位偏移量的装置。
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