发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的是提供一种接收器可以准确接收IEEE802.11b数据机的信号,并且在多途径下以最高传输速率完成。
一种最大可能性数列评估器(maximum likehood sequence estimator;MLSE)次接收器(sub-receiver),至少包含:
一MLSE等化器设备,用以回应输入的资料,并产生等化后的资料,该输入的资料是由无线传输设备所传送出,该MLSE等化器设备处理该输入的资料产生残余频道(residual channel)响应,该MLSE等化器设备使用一已知的码本,该残余频道响应而因此产生MLSE码本;及
一MLSE解码器设备元件回应该等化后的资料及该MLSE码本进行处理该等化后的资料及该MLSE码本后,求出该等化后的资料与该MLSE码本的最大可能性数列评估器,该MLSE解码器设备元件使用最大可能性解码该等化后的资料以产生已解码的传输资料,藉由减轻由于以无线传输该传输资料的多途径通讯频道效应。
所述的传输资料包括已传送资料封包,一数列的该已传送资料封包组成一补码键控(complementary code keyng;CCK)字码,该CCK字码包括一或以上的信号元,该传送资料的传送速率决定一CCK码本,该CCK码本包括一或以上的字码,此外上述的MLSE等化器设备包含一前馈电路和一回馈电路以产生该残余频道响应。
所述的信号体载入器回应该MLSE解码器设备元件并进行处理,以产生1-信号体延迟解码器设备元件输出,该1-信号体延迟解码器设备元件输出包括该CCK码字,该回馈电路减去由该1-信号体延迟解码器设备元件输出该残余频道响应以产生回馈电路输出。
所述的回馈电路输出加上该残余频道响应以产生该等化后的资料,该回馈电路输出加上该残余频道响应以最小化信号元间干扰,上述的MLSE等化器设备回旋(convolve)该CCK字码与该残余频道响应以产生一MLSE字码,其中上述的CCK码本用以产生MLSE码本,该MLSE码本产生一或以上的MLSE字码。
所述的最大可能性数列评估器次接收器,其还包含一MLSE码本储存位置以储存该MLSE码本。
所述的MLSE解码器设备元件比较该等化后资料与该MLSE码本以求出最大可能性数列评估器(MLSE)码本,以求出有索引的最大可能性数列评估器(MLSE)。
所述的MLSE解码器设备元件解码该等化后资料藉由使用最大可能性数列评估器(MLSE)的索引以确认一对应于CCK码本中的CCK字码,该对应的CCK字码代表该已解码的传送资料。
所述的MLSE码本内的MLSE字对该等化后的资料有最小的欧吉里得(MSED)距离。
所述的前馈电路是一前馈分数间隔滤波(feedforward fractionally spacedfilter;FFF)电路并且该回馈电路是一决策回馈等化器(decision feedbackequalize;DFE电路)。
所述的该MLSE码本储存位置用以储存该CCK码本。
所述的信号体载入器载入0在1字码延迟解码器设备元件输出中的该CCK码本至少1信号元(chip),以减轻信号元间的干扰。
所述的减轻信号元间的干扰与多途径通讯通道效应起因于工厂或小阁间内运作。
所述的MLSE等化设备用以即时产生该MLS码本。
一种产生解码后再传送资料的方法,其中至少包含以下步骤:
接收输入资料并处理之以产生等化后资料;
处理该输入资料以产生残余频道资料;
使用一已知的码本,该残余频道响应而因此产生MLSE码本;
处理该等化后的资料与及该MLSE码本以求出其中的最大可能性;及
使用该MLSE码本与该等化后的资料之间的最大可能性以解码该等化后的资料以产生已解码的传输资料。
具体实施方式
本发明揭露一种最大可能性数列评估器(maximum likehood sequenceestimator;MLSE)次接收器(sub-receiver)具有一MLSE等化器设备,用以回应输入的资料,并产生等化后的资料,该输入的资料是由无线传输设备所传送出,该MLSE等化器设备处理该输入的资料产生残余频道(residual channel)响应,该MLSE等化器设备使用一已知的码本与该残余频道响应而因此依据本发明的实施例产生MLSE码本。MLSE次接收器进一步包含一MLSE解码器设备元件回应该等化后的资料,该MLSE码本进行处理该等化后的资料及该MLSE码本后,求出该等化后的资料与该MLSE码本的最大可能性数列,该MLSE解码器设备元件使用最大可能性数列解码该等化后的资料,以产生已解码的传输资料,藉由减轻由于以无线传输该传输资料的多途径通讯频道效应。
请参考图1所示,是一最大可能性数列评估器(maximum likehood sequenceestimator;MLSE)***10,包括一模拟至数字转换器(ADC)12、一时序载波/调整电路(timing carrier/adjustment circuit)40、一时序/载波追踪电路(timing/carrier tracking circuit)42、一MLSE等化器设备元件(equalizerdevice)28、一MLSE解码器设备元件30、一储存位置的MLSE码本(codebookstorage location)装置29、一解映射电路(demapper circuit)32及一中央处理单元(CPU)34。MLSE等化器设备元件28包含一前馈电路(feedforward circuit)36和一回馈电路(feedback circuit)38。以本发明的一较佳的实施例而言,前馈电路36是一前向分数间隔滤波器(feedforward fractionally spacedfilter;FFF)而回馈电路38是一决策回馈等化器电路(decision feedbackequalizer circuit;DFE)。
本发明的一较佳实施例中,MLSE解码器设备元件30、MLSE等化器设备元件28、及MLSE码本29所储存的位置集合起来统称为MLS次接收器(sub-receiver)。因此,以下主要的讨论将会是电路/装置说明如上的电路的连接。至于操作上各设备元件本身由于多已为熟悉该项技术者所熟知,故不再赘述,因此,在此我们强调的将会是MLSE解码器设备元件30、MLSE等化器设备元件28、及MLSE码本29。即MLS次接收器27。
如图1所示,ADC电路12接收一接收器信号44,ADC电路将接收器信号44由模拟转成数字格式,再耦合转换后的数字信号送至时序载波/调整电路40。时序载波/调整电路40再另外接收一时序/相校正信号48,用以调整ADC电路12输出的时序和相。时序载波/调整电路40的操作及时序/载波追踪电路42用习知的技术就可以充分了解。最后,时序载波/调整电路40的输出被MLSE等化器设备元件28所等化,详细细节请参照以下的说明。
上述的电路装置是由美国申请案流水号10/402,710题目为″Symbol-BasedDecision Feedback Equalize(DFE)Optimal Equalization Method andApparatus with Maximum Sequence Estimation for Wireless Receivers underMulti-path Channels″申请日为2003的3月28日,发明人包含Thomas EdwardPare,Chien-ChengTung,and Cedric Choi一并提供参考。
MLSE等化器设备元件28的输出是提供予MLSE解码器设备元件30以解码并在MLSE码本29的协助下进行。解映射电路(demapper circuit)32执行位元映射或资料转换成1或0的信号(信号体转成资料的功能)的功能。一如资料初始送至接收***10的状态一样。解映射电路32的输出提供给PC或电脑34的CPU以储存或给使用者做其他的用途使用。
时序/载波追踪电路42利用MLSE解码器设备元件30的输出及接合站11的输出以校正或调整MLSE解码器设备元件30的时序/相。因此,时序载波/调整电路40及时序/载波追踪电路42需依经验持续对因持续接收的信号44所致的任何相(phae)及/或时序位移做补偿。上述位移是造因于许多的因素,例如:伴随着模拟信号至数字信号转换的格式的不准确性,信号44由远端的传送设备以无线传递时所致的相位移,及其他类似情形。
时序载波/调整电路40及时序/载波追踪电路42藉由实施载波和时序回复而解调(demodulate)已接收的信号44。
在本专利文件中虽然指定特殊型式的等化器,实际上也可以任何的滤波器将可运作,只要残余频道响应(residual channel response)可产生,我们将在以下再讨论。
图2所示为依据本发明的一较佳的实施例的应用,包括图1所示实施例的更进一步细节。包含一存取端(access point)100,接收来自网际网路(由一快速连接端104)或区域网路的输入。连接端104可以采用许多的形式,例如同步数字订户专线(digital subscriber line;DSL)、乙太网路(Ethernet)、缆线数据机等等。存取端100使用天线102与客户端(client)通讯。请注意存取端100的左边的设备是客户端的部分。客户将可接收存取端100所传送的任何资讯。依据图2实施例,图中方块112的设备元件中包含802.11b数据机以提供无线网路利用。存取端100是位于远端客户所在位置。举一例来说,存取端100是一基地台或只是客户端的一PC(个人电脑)。虽然未加图示,存取端100亦包含电路及设备,与方块112所示类似。
在图2中,设备元件示于客户天线102的左边,并视其就在靠近一台PC或电脑的旁边或任何通讯设备能包含相同元件者。
客户天线102是连接于射频晶片106。后者接收射频RF范围的信号,并且耦合同一信号至一基频(base band)处理器108,用以将RF信号转换成基频。在基频范围内的信号远比在RF范围的信号来得好处理。基频处理器108被耦合至ADC电路12以转换基频范围内的信号至数字格式,一如在图1时所讨论的。
图2中ADC电路12图示耦合于MLSE等化器设备元件28的输入端。MLSE等化器设备元件28、MLSE解码器设备元件30及MLSE码本(用以储存位置)29集合起来组成一MLSE次接收器27。MLSE码本29储存复数个字码(codeword),至少包含一码本,该码本由MLSE等化器设备元件28产生并提供给MLSE解码器设备元件30使用。请注意图1中的某些电路故意不图示于图2是为了简化。因此图1所讨论的ADC电路12和MLSE等化器设备元件28之间的某些电路并未示于图2。
MLSE等化器设备元件28,如图示耦合MLSE解码器设备元件30,而后者耦合于资料解映射电路32。解映射电路32的输出耦合于一储存媒体存取控制电路(media access control)33,而后者连接至一电脑的CPU 34。解映射电路32与CPU 34的功能讨论于图2。储存媒体存取控制电路33提供高阶的功能,例如省电、资料传输率(data rates)、***时序(system timing)等等。
在此,我们将顺序扼要讨论程式码方案(code scheme)、补码键控(complementary code keying)如何被802.11b利用。程式码基本上是一种***多余的东东于初资料(raw data)(待传送的资料)中以加强其通讯强健性。这在无线通讯***例如802.11b中特别的重要,虽然通讯速率将因编码的效应(effect of coding)而降低。
802.11b利用四相位位移键控(quadrature phase shift keying;以下称QPSK)作为一补码键控(complemetary code keying;CCK)编码的调变方案。一未编码的QPSK于每一QPSK信号元(chip)中载有两位元。
一般而言,一信号体也可视为是一字码(codeword)。字码是一理想的资料数列,可以自存取端100送出。一如图2,并可以在完美的频道条件下被接收器所接收。一已知资料传输速率下,所有的可能字码组成一CCK码本。例如在资料传输速率为11Mbits/s的条件下,所有以这个数率的字码组成它的码本。本发明中MLSE等化器设备元件28可在任一给出的速率下产生MLSE字码或码本。
在11Mbits/s传输速率下,八个QPSK信号元被CCK编码利用而形成一信号体。并且,在11Mbits/s传输速率下每一信号体以八个信号元(或8个位元)送出。然而5.5Mbits/s传输速率,每一信号体是以4位元形式送出。又,在后者的传输速率下,当它是4位元/信号体时。就不会是8信号元/信号体。
在11Mbits/s传输速率(CCK传输速率)合起来共有256信号体。然而在5.5Mbits/s传输速率下,共只有16个信号体。精确的CCK数列是定义于IEEE标准802.11b发表于1999年作为IEEE Standard for information补充资料-telecommunciations and Information Exchange Between System-Local andMetropolitan Area Networks-Specific Requirements-题目为″Part 11:Wireless Lan Medium Access Control(MAC)and Physical Layer Extensionin the 2.4GHz Band″。
CCK是一种区块的编码。假设最小二平方Euclidean距离(MSED)QPSK是1的话,MSED在11Mbits/s传输速率使用CCK coding就是4。而MSED在5.5Mbits/s传输速率使用CCK coding就是8。MSED一般是以方程式″minx,y∈C,x≠y∥x-y∥2″计算获得,此处C是一码本而x及y是不同的字码。即任两个字码都有最小二平方模方(norm)。在QPSK中,就有4个信号体(字码)。假设这四个信号体记作{(1/2,1/2),(-1/2,1/2),(-1/2,-1/2),(1/2,-1/2)},则由上述方程式所算出的最小二平方Euclidean距离就是1。
由MLSE解码器设备元件30回到MLSE等化器设备元件28约有1-信号体延迟(1-symbol delay)。MLSE解码器设备元件30接着进行一判断,以判定那一个特殊的字码被送出,此一特殊的字码再送回MLSE等化器设备元件28在送进来的信号体中减去前一信号体的效应。图3示1-信号体延迟示于信号体载入器107。图3中回馈电路38是用以实施一数学函数″1-h(D)″,在此h(D)=1+a1D+a2D^2+...。h(D)产生于前馈电路36的输出端,被指定为残余频道响应(residual channel response)。这多项式h(D)=1+a1D+a2D^2+...代表残余频道h(D)内信号元间的干扰(inter-chip interference;ICI)。数学函数″1-h(D)″指的是回馈电路的输出。
残余频道响应是用以建立MLSE码本,储存于MLSE码本29的位置(location)内,如图3所示。MLSE码本29是用以提供给MLSE解码器设备元件30。
MLSE解码器设备元件30输出是作为信号体载入器107的输入。图示说明如上所讨论的1-信号体延迟是由MLSE解码器设备元件30所产生的信号体。信号体载入器107再沿途径105将1-信号体延迟解码的结果输出给回馈电路38的输入端。上述CCK字码也是由MLSE解码器设备元件30解码出,再沿途径105输出给回馈电路38的输入端。
先前所述信号体的效果是在加总站(summation junction)200减去。虽然那看起来是加,不过因为加的是″-h(D)″,因此,效果上是减去。这有助于移除信号体间的干扰。图3是一非常高阶MLSE等化器设备元件28的示意图(决策回馈等化器)。以下将做更进一步说明。
操作时,在接收了一信号体的最后一信号元时,在一次中,一已解码的信号体就使用信号体载入器107载入到回馈电路38。当接收到的不是最后一信号元,0就藉由信号体载入器107于1-信号体延迟解码器的输出载入于至少一CCK字码的信号元中。回馈电路38的操作时在次接收器27去除了复数的效应。换言之,一信号体的外部或比一信号体长度长时,回馈电路38将会注意到或移除或移减轻信号体间的干扰。但MLSE解码器设备元件30及MLSE码本29将在一信号体内减轻信号元间的干扰。
图4所示为一依据残余频道响应h(D)的回旋表现及依据所利用的资料传输速率的已知字码定义于IEEE的回旋电路(convolution circuit)120。回旋函数是以Y=X*h(D)的数学表示。在此X代表输入于延迟电路的已知CCK字码。Y表示convolution后的结果,储存于MLSE码本29中。回旋函数的输出超出8项,但仅首8项可资利用,余皆丢弃不用。因此,回旋函数输出是截取八项再储存至MLSE码本29中。被截去的部分可忽略是因为ICI的关系,即比1-信号体的时间长(8信号元,在CCK的例子中)将截去。在一信号体被解码后回馈电路38将移除ICI,对接收器而言,已变成一已知值。
图4中,残余频道响应被输入于延迟器122中。每一延迟是一时间延迟单位,而CCK字码是输入于延迟器124,其同样的每一延迟是一时间延迟单位。CCK字码输入于延迟器124一次一个。延迟器124的输出被乘法器126乘以位移(shifted)或延迟的残余频道响应(delayed residual channel response)。每一乘法器126的输出再利用加总器128加总。在加总器128,8个信号元被产生。每次一字码被乘再加总,以残余频道响应的延迟版进行,就产生了MLSE码本29。对每256个字码而言,残余频道响应h(D)被延迟了8次,或者说经历了8个延迟器122。
每一CCK字码造就一个MLSE字码。
该字码提供给延迟器124对预先知道或预设的9802.11b而言是一理想的字码。字码是储存于码本29,示于图2。即所有可能字码进来都会呈现。残余频道响应经由延迟器122连续位移。在11Mbits/s传输速率下,CCK,共有256个不同的MLSE字码能被产生以形成一MLSE暗码。最后,利用最小距离(或最大可能性)找出被传送的资料。距离是指各种字码和已接收的等化的资料之间的距离。
图4的回旋电路是一传统的回旋函数,即回旋CCK字码与残余频道响应以产生MLSE码本。每256个CCK字码至少包含一CCK码本而每256个MLSE字码至少包含一MLSE码本。MLSE次接收器27即时(real time)产生了MLSE码本。
在操作上,当所有的字码通过等化器设备元件28,资料可以被一比较器准确侦测出,而与所有不同的字码做比较以决定那一个字码与资料符合。一侦测到符合的字码决定资料的正确身份。上述可由图5加以了解。
请参考图5,如图示,所输入的资料输入于等化器设备28的输入端。等化器设备28以某种已知的方式减缓(mittiate)了输入的资料,以产生一等化的资料。等化资料在172与表(table)170内的256个入口比较。输入的资料被等化器设备28以资料封包采样的形式(in the form of samples of a packet ofdata)接收。决定表170中那一入口最接近于等化资料的决策于焉形成。表170的入口至少包含该MLSE码本。基本上,256个资料间的距离被比较,然后算出字码与所有距离中的最小距离(等化后资料yi的距离)。因为该资料将被假设为所找到的最小距离或最大可能性字码。找出的字码将有一特殊的索引,根据此索引,已解码的传送资料被求出指定给带有索引的CCK码本,以找到对应的CCK字码。
172的比较不纯粹是一种比较,而是等化后的资料与字码yi或(等化后资料yi的距离)之间MSED的计算。每一yi是一信号体且假如每一信号体等化后资料是以r1,r2,...r8表示。例如第1个字码信号体y1于表170中是以y11,y12,...,y18表示,第1个信号体的欧几里得距离(ED)将会是
y1=∥(r1-y11)∥2+∥(r2-y12)∥2+...+∥(r8-y18)∥2,此处r1和yij是复数并且∥.∥是一正规化函数,使得∥f(.)∥2是f(.)的模数平方。假设计算的结果是ym,此处下标m是用以由CCK码本选择对应的CCK字码,而因此解出已解码的传送资料。
请注意图5的实施例中,MSED是用以求出已解码的传送资料。等化后资料与表170中的字码之间的最大可能性,可用于另一实施例。在其他实施例中,任一距离都可以使用。
利用直接计算法可证明MLSE解码器设备元件的复杂度是512个乘和1024个加,就每一信号元而言。这数目很容易在整个接收***的复杂度上占有决定性的地位。
图6和图7所示为依据本发明与习知技术实施例的表现图。实线代表习知技术的表现,然而线上有″+″号者则代表本发明的一实施例实施的表现。图中并显示两组线分别代表不同的传输速率11Mbits/s与5.5Mbits/s。X轴上的″a″代表方程式h(D)=1+a1D的a,与图3有关。如图6所示,11Mbits/s的情况,当a=1时,习知技术的***引进许多信号体间的干扰,使用了这些将会在侦测资料中将实质上使无线接收器不能动作。然而相同的条件下,依据本发明的实施例将有明显好的表现。在实线与y轴的交点上,习知技术是不可行的,因为有两个信号体有相同的距离且资料是不能取回的。这个问题的例子已述于之前,习知技术与方法对于工厂或小阁间内运作,多途径通讯通道效应使将资料的侦测变差。事实上,本发明既无像习知技术那样信号体间的干扰,也无多途径通讯效应变差的问题。在5.5Mbits/s传输速率的情况,当a大约在2.7时,信号体间的干扰是不能容忍的,不过,若依据本发明的实施例,将再一次显现本发明有明显改善。
图7中,习知技术的表现以实线表示,而本发明的实施例则以″+″表示。y轴代表MSED相对于QPSK,而X轴代表均方根(root mean square;RMS)延迟速度。如图7所示,在11Mbits/s传输速率且RMS延迟速度是80奈秒条件下,本发明与习知技术有3分贝的差异。当RMS延迟速度是140奈秒条件下,习知技术的***就显得不能实施。而本发明仍然可以操作得很好,侦测能力仍极佳。因此,这时,习知技术和本发明根本不能相比。在5.5Mbits/s传输速率且RMS延迟速度是200奈秒条件下,本发明与习知技术有3分贝的差异。请注意图6和图7的图形是在一些假设条件下作的,并不能代表实际上就是这样,不过它们却可用以表示习知技术和本发明理论上的差异性。
因此,本发明允许802.11b的最佳表现可以实用化,与最佳化,因本发明可以减少多途径及/或信号元之间的干扰。
以上所述是利用较佳实施例详细说明本发明,而非限制本发明的范围,而且熟知此类技艺人士皆能明了,适当而作些微的改变及调整,仍将不失本发明的要义所在,亦不脱离本发明的精神和范围。