DE102004038850B4

DE102004038850B4 - Gleitfenster

Info

Publication number: DE102004038850B4
Application number: DE102004038850A
Authority: DE
Inventors: Michael Lewis
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2024-08-11
Also published as: CN1585290A; US7352830B2; SE0302233D0; US20050041762A1; DE102004038850A1; CN100446437C

Abstract

Vorrichtung zum Detektieren einer Präambel in einer Nachricht, wobei die Präambel Symbole mit einer ersten Transmissionsrate f_S umfasst und jedes der Symbole mit einer bekannten Binärsequenz überlagert ist, welche eine zweite Transmissionsrate f_C und eine geringe Autokorrelation für von null verschiedene Verzögerungen aufweist, wobei die Vorrichtung einen ersten Korrelator umfasst, welcher dazu ausgelegt ist, ein empfangenes Signal mit der bekannten Binärsequenz zu korrelieren und eine Sequenz erster Korrelationswerte zu erzeugen, in welcher jeder der Korrelationswerte die Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und der bekannten Binärsequenz angibt,
gekennzeichnet durch
– einen zweiten Korrelator, welcher dazu ausgelegt ist, die ersten Korrelationswerte von dem ersten Korrelator zu empfangen und die ersten Korrelationswerte mit Symbolen zu korrelieren und eine entsprechende Sequenz zweiter Korrelatorwerte zu erzeugen, welche die Korrelation zwischen den ersten Korrelationswerten und den Symbolen angibt,
– einen Signalspitzen-Selektor, welcher dazu ausgelegt ist, die ersten und zweiten Korrelationswerte zu empfangen und...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren von Signalen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren von Signalen, welche ein Direktsequenz-Spreizspektrum (direct-sequence spread spectrum) mit kurzen Spreizcodes, wie die Länge-11-Barker-Sequenz des IEEE 802.11b/g WLAN, verwenden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Sowohl in 802.11-Standard-basierten WLAN-Empfängern als auch in vielen anderen Empfängersystemen ist es eine wichtige Aufgabe, in der Lage zu sein, den Beginn von Übertragungen innerhalb einer gegebenen Zeit verlässlich zu detektieren. Im Fall des 802.11b/g-Standards besteht der Präambelteil der Übertragung aus einem BPSK-Signal, z. B. +/–1 im Basisband, welcher mit 1 Msymbol/s übertragen wird und mit einer Barker-Spreizsequenz moduliert ist, welche aus einer 11-Chip-Sequenz aus +/–1 besteht, welche mit 11 Mchips/s übertragen wird. In 1 ist ein Beispiel der übertragenen Sequenz dargestellt, als auch wie diese erzeugt werden kann.
Die Verwendung einer 11-Chip-Barker-Sequenz als Spreizcode bildet typischerweise die Basis zum Detektieren des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines solchen Signals. Das empfangene Signal wird in einen Korrelatorblock geleitet, welcher das empfangene Signal gegen das bekannte Barker-Muster abgleicht. Wegen der Eigenschaften des Barker-Codes zeigt das Ausgabesignals des Korrelatorblocks eine Amplitudensignalspitze, wenn der letzte Chip von jedem Eingangssymbol ankommt. Die Signalspitzen haben dasselbe Vorzeichen wie die übertragene BPSK-Sequenz und sind zeitlich durch die Symbolabstandszeit getrennt. In den Zeiten zwischen den Signal spitzen hat die Ausgabe einen niedrigen Wert. Der Detektionsalgorithmus sucht nach dem Vorhandensein dieser Signalspitzen.
Beim Vorhandensein von Rauschen wird es schwieriger, die Differenz in der Ausgabe des Korrelators zwischen den Signalspitzen und dem Talpegel zu unterscheiden. Um eine verlässliche Detektionsentscheidung zu treffen, ist es notwendig, die Ausgabe des Korrelators heranzuziehen und einen Durchschnitt oder eine Summe bei einer festen Position über eine Anzahl von Symbolzeitdauern zu bilden, wobei die beiden sich nur durch einen konstanten Skalierungsfaktor unterscheiden.
Es gibt Zwischenschritte bei der Signalverarbeitung, welche durchgeführt werden können. Das Detektionsresultat muss im Allgemeinen jedoch nach wie vor durch eine Kombination der Werte bei den Signalspitzenpositionen über eine Anzahl von Symbolen berechnet werden.
Die Schwierigkeit ist daher, in der Lage zu sein, feststellen zu können, wo sich diese Signalspitzenpositionen befinden, um die passende Detektionsausgabe zu berechnen. Wird die Ausgabe zu einer anderen Zeit herangezogen, wird es nicht möglich sein, das gewünschte Signal zu detektieren, da das Resultat das "Rauschen" zwischen den Signalspitzen sein wird.
Eine im Stand der Technik bekannte Technik ist es, das Resultat des Detektionsalgorithmus über ein Gleitfenster zu berechnen. Ein generisches Beispiel wird in 2 gegeben. Das empfangene Signal wird durch eine Anzahl von Signalverarbeitungsstufen 201 geleitet, von denen eine ein Barker-Korrelator 202 ist, um eine Sequenz von ersten Korrelationswerten zu erzeugen. Diese Werte werden an eine Verzögerungsstrecke 203 mit Abgriffen 204 bei Symbolintervallen geleitet. In dem gezeigten Beispiel wird angenommen, dass die Abtastrate 22 MHz beträgt, was bedeutet, dass jedes Symbolintervall 22 Verzögerungsstufen 205 umfasst. Ein Kombinierer 206 führt eine Kombinationsfunktion durch, welche die Ausgabe erzeugt. In einem einfachen Beispiel folgt auf den Barker-Korrelator 202 eine Berechnung der Amplitude der Ausgabe der Signalverarbeitungsfunktion 201, und die Kombinationsfunktion ist einfach die Summe der Amplituden bei jedem Abgriff.
Das Gleitfenster-Verfahren berechnet ein kontinuierliches Resultat für ein Zeitfenster, welches sich von jedem neuen Eingabe-Abtastwert zurückerstreckt. Dies bedeutet, dass Signale, welche zu einem beliebigen Zeitpunkt starten, mit gleicher Erfolgswahrscheinlichkeit detektiert werden können. Da der Detektionsblock garantiert, die gesamte Sequenz vom Beginn bis zum Ende des Fenster-Zeitabschnitts zu erfassen, ist es möglich, mehr Information über die Eigenschaften der Sequenz in dem Detektions-Algorithmus zu verwenden.
Die Flexibilität des Gleitfensterverfahrens bedingt jedoch signifikante Hardware-Kosten. In einem typischen IEEE 802.11b-Detektionsblock beträgt der Detektions-Zeitabschnitt 15 μs, was bis zu 330 Verzögerungsstufen bei einer Abtastrate von 22 MHz impliziert. Jede Verzögerungsstufe besteht aus einer Reihe von N Speicherelementen, wobei N die Wortbreite des Zwischen-Detektionsresultates ist. Wenn z. B. eine 8-Bit Darstellung für das Zwischenresultat verwendet wird, beträgt die Gesamtanzahl der benötigten Flip-Flops 2640; entspricht jedes Flip-Flop größenmäßig ungefähr 8 Kombinationsgattern, so ist dies ein Gatter-Äquivalent von 21 kGattern, welches von der Größe her mit einem ARM-7-Prozessor vergleichbar ist.
Aus der Schrift US 2003/0118084 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren einer Präambel bekannt. Die Präambel umfasst Symbole mit einer ersten Transmissionsrate und jedes der Symbole ist mit einer bekannten Binärsequenz überlagert, welche eine zweite Transmissionsrate und eine geringe Autokorrelation für von Null verschiedene Verzögerungen aufweist. Ferner ist ein Korrelator vorgesehen, welcher ein empfangenes Signal mit der bekannten Binärsequenz korreliert und eine Sequenz von Korrelationswerten erzeugt, in welcher jeder der Korrelationswerte die Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und der bekannten Binärsequenz angibt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren anzugeben, welche die oben genannten Probleme zumindest verringern.
Generell verwendet die vorliegende Erfindung einen kürzeren anfänglichen Durchschnitt, um die Lage der Signalspitzen pro Symboldauer zu schätzen, und reduziert dann die Anzahl der nachfolgenden Verzögerungsstufen auf eine pro Symbol, wobei die gewählte Signalspitzenposition zusammen mit dem entsprechenden Zwischen-Detektionswert gespeichert wird. Bei der Ausgabe wird eine Gewichtungsfunktion angewendet, um Detektionswerte zu eliminieren, welche mit einer Symbol-beabstandeten Signalausgabe inkonsistent sind.
Diese Aufgabe wird neben anderen gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung zum Detektieren einer Präambel in einer Nachricht gelöst, wobei die Präambel Symbole mit einer ersten Transmissionsrate f_S umfasst und wobei jedes der Symbole mit einer bekannten Binärsequenz überlagert ist, welche eine zweite Transmissionsrate f_C und eine geringe Autokorrelation für von Null verschiedene Verzögerungen aufweist. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Korrelator, welcher dazu ausgelegt ist, ein empfangenes Signal mit der bekannten Binärsequenz zu korrelieren und eine Sequenz erster Korrelationswerte zu erzeugen, in welcher jeder der Korrelationswerte die Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und der bekannten Binärsequenz angibt.
Die ersten Korrelationswerte werden einen größeren Wert für Positionen in der Sequenz oder des Stroms (stream) erster Korrelationswerte oder Abtastwerte haben, bei welchen die Sequenz mit der bekannten Binärsequenz zusammenfällt, das heißt einmal für jedes empfangene Symbol und am Ende des Symbols.
Die Vorrichtung umfasst einen zweiten Korrelator, welcher dazu ausgelegt ist, die ersten Korrelationswerte von dem ersten Korrelator zu empfangen und die ersten Korrelationswerte mit Symbolen zu korrelieren und eine entsprechende Sequenz zweiter Korrelationswerte zu erzeugen, welche die Korrelation zwischen den ersten Korrelationswerten und den Symbolen angibt.
Ein großer Wert eines zweiten Korrelatorwertes zeigt eine große Wahrscheinlichkeit dafür an, dass der jeweilige Korrelationswert oder Abtastwert an der Position des letzten Abtastwertes innerhalb des Symbols positioniert ist. Der zweite Korrelator reduziert das Messrauschen und zeigt mit guter Zuverlässigkeit die Position in der Sequenz an, an welcher ein Symbol detektiert wurde. Der zweite Korrelator gibt jeden empfangenen ersten Korrelatorwert und einen entsprechenden zweiten Korrelatorwert aus.
Die Vorrichtung umfasst einen Signalspitzenselektor, welcher dazu ausgelegt ist, die ersten und zweiten Korrelationswerte zu empfangen, einen Korrelationswert aus einem empfangenen Satz erster Korrelationswerte mit dem größten entsprechenden zweiten Korrelationswert auszuwählen und eine Sequenz ausgewählter Korrelationswerte und eine Sequenz von Positionswerten zu erzeugen, welche die Position der ausgewählten Korrelationswerte in dem Satz erster Korrelationswerte angibt.
Der Signalspitzenselektor gruppiert die empfangenen ersten Korrelationswerte in Sätze und wählt den Korrelationswert in dem Satz mit dem größten entsprechenden zweiten Korrelationswert aus. Dieser ausgewählte Korrelationswert besitzt eine hohe Wahrscheinlichkeit, eine Symbolposition, oder genauer, die Position in der Sequenz erster Korrelationswerte zu repräsentieren, welche die letzte Position der bekannten Binärsequenz ist und daher ein vollständig empfangenes Symbol repräsentiert. Der zweite Korrelator gibt daher einen ausgewählten Korrelationswert für jeden Satz erster Korrelationswerte und die Position des Wertes in dem Satz aus.
Schließlich umfasst die Vorrichtung einen dritten Korrelator, welcher dazu ausgelegt ist, die ausgewählten Korrelationswerte und die Positionswerte zu empfangen und die empfangenen, ausgewählten Korrelationswerte mit Symbolen in der Präambel zu korrelieren durch Gewichten jedes ausgewählten Korrelationswertes in Abhängigkeit der Relation zwischen der Position des ausgewählten Korrelationswertes und der Position anderer ausgewählter Korrelationswerte und durch Kombinieren der gewichteten, ausgewählten Korrelationswerte, um ein Resultat zu erzeugen, welches die Detektion der Präambel anzeigt.
Der dritte Korrelator empfängt von dem Signalspitzenselektor ausgewählte Korrelationswerte mit einer ersten Transmissionsrate f_S, das heißt mit der Symbolrate. Die ausgewählten Korrelationswerte sind in Abhängigkeit von der Position des ausgewählten Korrelationswertes verglichen mit der Position einer Anzahl von benachbarten ausgewählten Korrelationswerten gewichtet. Die ausgewählten Korrelationswerte werden anschließend kombiniert, um eine Korrelation zwischen der Präambel und den ausgewählten Korrelationswerten zu erhalten. Ein großer Wert dieser Korrelation zeigt eine detektierte Präambel an.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der zweite Korrelator eine Anzahl von Verzögerungsstufen, wobei jede der Verzögerungsstufen dazu ausgelegt ist, das empfangene Signal mit einer Symbolzeit T_S = 1/f_S zu verzögern. Der zweite Korrelator umfasst weiterhin einen Kombinierer, welcher dazu ausgelegt ist, einen Abtastwert von jeder Verzögerungsstufe zu empfangen und die Abtastwerte zu kombinieren, um die Sequenz zweiter Korrelationswerte zu bilden. Die Anzahl der Verzögerungsstufen ist ein Bruchteil der Anzahl von Symbolen in der Präambel.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Signalspitzenselektor dazu ausgelegt, anhand der empfangenen ersten Korrelationswerte eine Sequenz von Sätzen zu bilden, wobei jeder der Sätze eine Anzahl erster Korrelationswerte umfasst, welche gleich der Anzahl von ersten Korrelationswerten N_TS ist, die während einer Symbolzeit T_S empfangen wurden. Der Signalspitzenselektor ist dazu ausgelegt, von jedem der Sätze den Korrelationswert mit dem größten entsprechenden zweiten Korrelationswert auszuwählen, und der Signalspitzenselektor ist dazu ausgelegt, die Sequenz ausgewählter Korrelationswerte und die Sequenz von Positionswerten mit der ersten Transmissionsrate f_S zu erzeugen.
Da der Signalspitzenselektor die empfangenen ersten Korrelationswerte in Sätze gruppiert, welche die Anzahl der während einer Symbolzeitdauer empfangenen Abtastwerten umfassen, und da der Signalspitzenselektor zusammen mit der Position den größten Wert auswählt, ist keine Synchronisation notwendig, d. h. die Grenzen der Sätze müssen nicht mit den Grenzen der bekannten digitalen Sequenz zusammenfallen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Positionsselektor dazu ausgelegt, einen Mittenpositionswert zu berechnen, der die am häufigsten vorkommende Position in dem Satz von Positionswerten anzeigt, und den Mittenpositionswert an das Gewichtungsmittel zu liefern. Das Gewichtungsmittel ist dazu ausgelegt, jeden der ausgewählten Korrelationswerte in dem Satz von ausgewählten Korrelationswerten mit einem Wert zu multiplizieren, welcher mit der Differenz zwischen dem entsprechenden Positionswert und dem Mittenpositionswert invers in Beziehung steht.
Der zu der Differenz zwischen dem entsprechenden Positionswert und dem Mittenpositionswert proportionale Wert kann beispielsweise durch Zählen der Minimalanzahl von Positionen zwischen der Mittenposition und dem entsprechenden Positionswert berechnet werden, wobei die Maximal- und Minimalpositionen als benachbarte Positionen betrachtet werden und Einstellen des Wertes derart, dass dieser invers mit der Anzahl der Positionen in Beziehung steht.
Das heißt, falls der Satz 22 Abtastwerte oder Korrelationswerte umfasst, dass die Abtastwerte die Positionen 0 bis 21 annehmen. Und falls der Mittenpositionswert die einundzwanzigste Position ist, ist ein Positionswert von 19 zwei Posi tionen von dem Mittenpositionswert entfernt, genauso wie der Positionswert 1.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die bekannte Binärsequenz eine Barker-Sequenz.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Kombinierer dazu ausgelegt, die Abtastwerte durch Addieren der absoluten Werte der Abtastwerte zu kombinieren.
Der Mittenpositionswert kann beispielsweise durch Bilden des Durchschnitts aller Positionswerte in dem Satz von Positionswerten oder durch Heranziehen des am häufigsten vorkommenden Positionswertes in dem Satz von Positionswerten berechnet werden.
Die Nachricht kann beispielsweise eine Nachricht gemäß dem WLAN-Standard IEEE 802.11 sein.
Die oben genannten Aufgaben werden neben anderen gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Detektieren einer Präambel in einer Nachricht gelöst, wobei die Präambel Symbole mit einer ersten Transmissionsrate f_S umfasst und jedes der Symbole mit einer bekannten Binärsequenz überlagert ist, welche eine zweite Transmissionsrate f_C und eine geringe Autokorrelation für von Null verschiedene Verzögerungen aufweist. Das Verfahren umfasst den Schritt des Korrelierens eines empfangenen Signals mit der bekannten Binärsequenz, um eine Sequenz erster Korrelationswerte zu erzeugen, in welcher jeder der Korrelationswerte die Stärke der Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und der bekannten Binärsequenz angibt.
Das Verfahren umfasst weiterhin den Schritt des Korrelierens der ersten Korrelationswerte mit einem Bruchteil der Symbole in der Präambel, um eine entsprechende Sequenz zweiter Korrelationswerte zu erzeugen, welche die Korrelation zwischen den ersten Korrelationswerten und dem Bruchteil der Symbole angibt.
Es wird eine Sequenz von Feldern (arrays) gebildet, wobei jedes der Felder eine Anzahl erster Korrelationswerte umfasst und wobei die Anzahl der ersten Korrelationswerte gleich der Anzahl der während einer Symbolzeit T_S empfangenen ersten Korrelationswerte ist.
Aus jedem der Felder wird der erste Korrelationswert mit dem größten entsprechenden zweiten Korrelationswert ausgewählt, und eine Sequenz von ersten ausgewählten Korrelationswerten wird anhand der ausgewählten ersten Korrelationswerte gebildet. Eine Sequenz von Positionswerten wird gebildet, in welcher jeder der Positionswerte die Position für einen entsprechenden ausgewählten Korrelationswert in dem Feld erster Korrelationswerte darstellt.
Für jeden ausgewählten Korrelations- und entsprechenden Positionswert in der Sequenz ausgewählter Korrelationswerte und der Sequenz von Positionswerten führt das Verfahren die unten genannten Verfahrensschritte a) bis e) durch.

a) Ein Satz S von N aufeinander folgenden ausgewählten Korrelationswerten und N Positionswerten wird gebildet,
b) ein Mittenpositionswert wird anhand der N Positionswerte berechnet,
c) ein Gewichtungswert für jeden Positionswert in dem Satz S wird berechnet, wobei der Gewichtungswert mit der Minimaldistanz zwischen dem Positionswert und dem Mittenpositionswert invers in Beziehung steht und wobei die Distanz in einer zyklischen Art und Weise derart berechnet wird, dass der Maximalpositionswert als dem Minimalpositionswert nächstliegend betrachtet wird, um N Gewichtungswerte zu bilden,
d) jeder der ausgewählten Korrelationswerte wird mit dem entsprechenden Gewichtungswert multipliziert, und
e) die N gewichteten ausgewählten Korrelationswerte werden kombiniert, um einen die Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und der Präambel anzeigenden Wert zu bilden.

Ein Vorteil gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine dramatische Reduzierung des Speicherbedarfs der Barker-Detektionsfunktion, während es möglich ist, alle am häufigsten gewöhnlich verwendeten Detektions-Algorithmen durchzuführen.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausgestaltungen der Erfindung ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
Die vorliegende Erfindung kann mit Hilfe der nun folgenden detaillierten Beschreibung von Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung und den begleitenden Zeichnungsfiguren 1 bis 4 umfassender verstanden werden. Diese dienen lediglich der Illustration und schränken daher die vorliegende Erfindung nicht ein.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches das Überlagern eines binären Phasen-Umtast-(BPSK, binary Phase shift key)-Signals mit einer Barker-Sequenz gemäß dem Stand der Technik zeigt.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Detektionsschaltkreises gemäß dem Stand der Technik.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
4a und 4b sind schematische Blockdiagramme, welche das Verarbeiten empfangener Abtastsignale gemäß einer in 3 gezeigten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung detailliert zeigen.
BEVORZUGTE AUSGESTALTUNGEN
In der folgenden Beschreibung werden zu Zwecken der Erläuterung und nicht der Einschränkung, spezifische Details, wie besondere Techniken und Anwendungen dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu geben. Für den Fachmann ist es jedoch leicht ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung in anderen Ausgestaltungen umgesetzt werden kann, welche sich in diesen spezifischen Details unterscheiden. In anderen Fällen wurde die Beschreibung von wohlbekannten Verfahren und Vorrichtungen weggelassen, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht mit unnötigen Details zu überfrachten.
1 und 2 wurden im Zusammenhang mit dem Hintergrund der Erfindung kurz besprochen und werden nicht weiter behandelt.
Eine Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in 3 dargestellt. Die Vorrichtung umfasst einen zweiten Korrelator 301 und einen dritten Korrelator 302. Der erste Korrelator ist der in 2 dargestellte Barker-Korrelator 202. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen Peak-Selektor 303.
Der zweite Korrelator 301, welcher eine Anzahl von Verzögerungsstufen 304 umfasst, empfängt eine Sequenz erster Korrelationswerte 305 von dem ersten Korrelator 202. Jede Verzögerungsstufe 304 kann alle Abtastwerte, oder genauer die Werte nach dem Korrelieren der empfangenen Abtastwerte mit der Barker-Sequenz, welche während einer Symbolzeit T_S empfangen wurden, speichern.
In der vorliegenden Ausgestaltung der Erfindung wird davon ausgegangen, dass das empfangene Signal mit einer Frequenz f_S = 1 MHz übertragen wird, d. h. jedes Symbol im Signal ist T_S = 1 μs lang, wobei T_S die Symbolzeit ist. Jedes Symbol ist mit einer Barker-Sequenz mit einer Frequenz von 11 MHz überlagert, und im Empfänger wird das Signal mit 22 MHz abgetastet. Dies entspricht dem WLAN-Standard IEEE 802.11 und typischen Empfänger-Implementierungen. Daher muss jede Verzögerungsstufe 304 22 Werte speichern.
Im zweiten Korrelator 301 wird ein Symbol-beabstandeter Durchschnitts-Eildungs-Prozess durchgeführt, ähnlich zu dem, welcher in dem konventionellen Gleitfenster-Design gemacht wird. Dieser Prozess wird jedoch nur mit einer kleinen Anzahl von Symbolen durchgeführt, in dieser Ausgestaltung 4 Symbole, wobei in 2 nur 2 Symbole dargestellt sind. In anderen Ausgestaltungen können weniger oder mehr Verzögerungsstufen verwendet werden. Der Durchschnitts-Bildungs-/Summations-Prozess reduziert Messrauschen und erzeugt eine Sequenz zweiter Korrelationswerte 306, anhand welcher es möglich ist, den Signalspitzenwert mit guter Zuverlässigkeit zu unterscheiden.
In 4a wird das Abgreifen der Sequenz erster Korrelationswerte, um eine Sequenz zweiter Korrelationswerte zu bilden, dargestellt.
Zurückehrend zu 3 gruppiert der Signalspitzenselektor 303 die empfangenen ersten Korrelationswerte in aufeinanderfolgende Sätze von 22 Werten. Am Ende von jedem der aufeinander folgenden Sätze übergibt der Signalspitzenselektor 303 den ersten Korrelationswert, welcher der Signalspitze des zweiten Korrelationswertes 307 entspricht, an den dritten Korrelator 302. Der Signalspitzenselektor 303 übergibt auch den Index oder die Position, welche der Position in dem Satz von 22 Werten entspricht, an welcher die Signalspitze aus 308 genommen wurde, an den dritten Korrelator 302.
In 4b sind das Bilden der Sätze 401, die Sequenz ausgewählter Korrelationswerte 307 und die entsprechenden Positionswerte 308 dargestellt.
Beim Vorhandensein eines Signals werden daher die Signalspitzenwerte ausgesucht und können zum Bilden des Endresultats verwendet werden. In dem Fall, dass die Kombinationsfunktion des zweiten Korrelators die gleiche ist wie die des dritten Korrelators, kann der zweite Korrelationsspitzenwert einfach mit anderen Resultaten kombiniert werden 311, um das Endresultat zu berechnen, wie dies in 3 dargestellt ist. Beim Nichtvorhandensein eines Signals, das heißt wenn in der Eingabe nur Rauschen existiert, werden zufällige Abtastwerte innerhalb jedes Symbolzeitabschnitts den höchsten zweiten Korrelationswert aufweisen.
Der dritte Korrelator umfasst eine Anzahl von Verzögerungsstufen 310. Im Fall von IEEE 802.11b/g muss die Präambel während eines 15 μs-Intervalls detektiert werden, was 15 Symbolen gleichkommt. Nahezu 1 Symbol wurde in dem ersten Korrelator verwendet, 4 Symbole wurden in dem zweiten Korrelator verwendet. Der dritte Korrelator umfasst daher 10 Verzögerungsstufen. Da für jedes empfangene Symbol durch den Signalspitzenselektor 303 nur ein einziger Wert ausgewählt wird, muss jede Verzögerungsstufe 310 in dem dritten Korrelator nur zwei Werte speichern, einen ausgewählten Korrelationswert und einen Positionswert für jedes Symbol, anstatt 22 Werte, wie dies in dem zweiten Korrelator und in dem Stand der Technik notwendig war.
Der Signalspitzen-Auswahl-Prozess würde, wenn er der einzige verwendete Mechanismus ist, eine unakzeptable hohe Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen erzeugen, da der Signalspitzenwert in 22 Rausch-Abtastwerten im Durchschnitt klar größer als ein einzelner Wert ist. Beim Nichtvorhandensein eines Signals ist das ankommende Signal zufällig und auch die Position des Signalspitzenwertes wird zufällig sein. Diese Eigen schaft kann genutzt werden, um dem Effekt der Signalspitzen-Auswahl entgegenzuwirken.
Die Positionswerte, welche an den dritten Korrelator 302 geleitet werden, werden an den Positions-Auswahl-Block 309 geleitet. Der Positions-Auswahl-Block 309 berechnet, basierend auf den Positionswerten in dem dritten Korrelator 302 beispielsweise durch Heranziehen des am häufigsten auftretenden Wertes oder durch Bilden des arithmetischen Durchschnitts, die wahrscheinlichste, tatsächliche Symbolposition, die Mittenposition. Für jeden ausgewählten Korrelationswert wird in dem dritten Korrelator der entsprechende Positionswert mit dem Mittenpositionswert verglichen und der ausgewählte Korrelationswert wird gemäß einer Gewichtungsfunktion skaliert, welche bewirkt, dass die Amplitude von Werten, deren Positionswert weiter von dem Mittenpositionswert entfernt liegt, reduziert wird. Die Differenz der Position sollte über Symbolgrenzen hinweg in einer zyklischen Art und Weise berechnet werden, d. h. in einem 22 MHz-System mit 22 Abtastwerten pro Symbol, welche von 0 bis 21 indiziert sind, ist Abtastwert 0 sowohl zu Abtastwert 1 als auch zu Abtastwert 21 benachbart. Ein Beispiel einer einfachen Gewichtungsfunktion ist ein Gewicht = 1, wenn der Positionswert und der Mittenpositionswert innerhalb eines konstanten Abstandes liegen, und ein Gewicht = 0, wenn sie einen größeren Abstand haben. Dieser konstante Abstand sollte so gewählt werden, dass Fluktuationen in dem Positionswert auf Grund von Rauschen und Mehrwegeverzerrung die Detektionswahrscheinlichkeit nicht übermäßig reduzieren, während eine ausreichend niedrige Fehlalarmrate erhalten bleibt.
Die oben beschriebene Implementierung ist nur ein Beispiel. Es kann erwünscht sein, eine andere Signalverarbeitungsfunktion zum Bestimmen der optimalen Signalspitzenposition zu verwenden als den Algorithmus, welcher zum Berechnen der Barker-Detektions-Ausgabe verwendet wurde, oder zum Anwenden einer Anzahl anderer Funktionen auf Daten an verschiedenen Or ten. Der Kernpunkt ist die Verwendung einer Signalspitzen-Detektions-Funktion in einem begrenzten Zeitabschnitt, um es nicht notwendig zu machen, alle Abtastwerte des Signals für die Zeitdauer zu speichern, welche von dem Algorithmus überstrichen wird.
Es ist offensichtlich, dass die Erfindung in einer Vielzahl von Arten und Weisen variiert werden kann.
Zum Beispiel kann die Erfindung auf jedes System angewendet werden, in welchem ein Signal unter Verwendung eines Algorithmus detektiert werden muss, welcher nur auf die Signalspitzen eines Signals mit einer sich regelmäßig wiederholenden Signalspitze angewendet wird, wobei die Signalspitzenposition a priori nicht bekannt ist.
Solche Variationen werden als innerhalb des Bereiches der Erfindung liegend betrachtet. All diese Modifikationen, welche ein Fachmann als nahe liegend betrachten würde, sollen von dem Inhalt der angehängten Ansprüche umfasst werden.

Claims

Vorrichtung zum Detektieren einer Präambel in einer Nachricht, wobei die Präambel Symbole mit einer ersten Transmissionsrate f_S umfasst und jedes der Symbole mit einer bekannten Binärsequenz überlagert ist, welche eine zweite Transmissionsrate f_C und eine geringe Autokorrelation für von null verschiedene Verzögerungen aufweist, wobei die Vorrichtung einen ersten Korrelator umfasst, welcher dazu ausgelegt ist, ein empfangenes Signal mit der bekannten Binärsequenz zu korrelieren und eine Sequenz erster Korrelationswerte zu erzeugen, in welcher jeder der Korrelationswerte die Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und der bekannten Binärsequenz angibt, gekennzeichnet durch – einen zweiten Korrelator, welcher dazu ausgelegt ist, die ersten Korrelationswerte von dem ersten Korrelator zu empfangen und die ersten Korrelationswerte mit Symbolen zu korrelieren und eine entsprechende Sequenz zweiter Korrelatorwerte zu erzeugen, welche die Korrelation zwischen den ersten Korrelationswerten und den Symbolen angibt, – einen Signalspitzen-Selektor, welcher dazu ausgelegt ist, die ersten und zweiten Korrelationswerte zu empfangen und einen Korrelationswert aus einem empfangenen Satz erster Korrelationswerte mit dem größten entsprechenden zweiten Korrelationswert auszuwählen und eine Sequenz ausgewählter Korrelationswerte und eine Sequenz von Positionswerten zu erzeugen, welche die Position der ausgewählten Korrelationswerte in dem Satz erster Korrelationswerte angibt, und – einen dritten Korrelator, welcher dazu ausgelegt ist, die ausgewählten Korrelationswerte und die Positionswerte zu empfangen und die empfangenen, ausgewählten Korrelationswerte mit Symbolen in der Präambel zu korrelieren durch Gewichten jedes ausgewählten Korrelationswertes in Abhängigkeit der Relation zwischen der Position des ausgewählten Korrelationswertes und der Position anderer ausgewählter Korrelationswerte und durch Kombinieren der gewichteten, ausgewählten Korrelationswerte, um ein Resultat zu erzeugen, welches die Detektion der Präambel anzeigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der zweite Korrelator eine Anzahl von Verzögerungsstufen umfasst, wobei jede der Verzögerungsstufen dazu ausgelegt ist, das empfangene Signal mit einer Symbolzeit T_S = 1/f_S zu verzögern, – der zweite Korrelator einen Kombinierer umfasst, welcher dazu ausgelegt ist, einen Abtastwert von jeder Verzögerungsstufe zu empfangen und die Abtastwerte zu kombinieren, um die Sequenz zweiter Korrelationswerte zu bilden, und – die Anzahl von Verzögerungsstufen ein Bruchteil der Anzahl von Symbolen in der Präambel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Signalspitzen-Selektor dazu ausgelegt ist, anhand der empfangenen ersten Korrelationswerte eine Sequenz von Sätzen zu bilden, wobei jeder der Sätze eine Anzahl erster Korrelationswerte umfasst, welche gleich der Anzahl von ersten Korrelationswerten N_TS ist, die während einer Symbolzeit T_S empfangen wurden, – der Signalspitzen-Selektor dazu ausgelegt ist, von jedem der Sätze den Korrelationswert mit dem größten entsprechenden zweiten Korrelationswert auszuwählen, und – der Signalspitzen-Selektor dazu ausgelegt ist, die Sequenz ausgewählter Korrelationswerte und die Sequenz von Positionswerten mit der ersten Transmissionsrate f_S zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der dritte Korrelator dazu ausgelegt ist, einen Satz der ausgewählten Korrelationswerte an ein Gewichtungsmittel zu liefern, – der dritte Korrelator dazu ausgelegt ist, einen entsprechenden Satz von Positionswerten an das Gewichtungsmittel und an einen Positionsselektor zu liefern, – der Positionsselektor dazu ausgelegt ist, einen die am häufigsten vorkommende Position in dem Satz von Positionswerten anzeigenden Mittenpositionswert zu berechnen und den Mittenpositionswert an das Gewichtungsmittel zu liefern, – das Gewichtungsmittel dazu ausgelegt ist, jeden der ausgewählten Korrelationswerte in dem Satz von ausgewählten Korrelationswerten mit einem Wert zu multiplizieren, welcher mit der Differenz zwischen dem entsprechenden Positionswert und dem Mittenpositionswert invers in Beziehung steht, und – der dritte Korrelator einen Kombinierer umfasst, welcher dazu ausgelegt ist, jeden der gewichteten, ausgewählten Korrelationswerte zu kombinieren, um ein die Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und der Präambel anzeigendes Resultat zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – das Gewichtungsmittel dazu ausgelegt ist, den mit der Differenz zwischen dem entsprechenden Positionswert und dem Mittenpositionswert invers in Verbindung stehenden Wert zu berechnen durch Zählen der Minimalanzahl von Positionen zwischen der Mittenposition und dem entsprechenden Positionswert, wobei die Maximal- und Minimalpositionen als benachbarte Positionen betrachtet werden, und durch Einstellen des Wertes als mit der Anzahl der Positionen invers in Beziehung stehend.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bekannte Binärsequenz eine Barker-Sequenz ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kombinierer dazu ausgelegt ist, die Abtastwerte durch Addieren der absoluten Werte der Abtastwerte zu kombinieren.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsselektor dazu ausgelegt ist, den Mittenpositionswert zu berechnen durch Bilden des Durchschnitts aller Positionswerte in dem Satz von Positionswerten oder durch Heranziehen des am häufigsten vorkommenden Positionswertes in dem Satz von Positionswerten als Mittenpositionswert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kombinierer dazu ausgelegt ist, die Abtastwerte durch Addieren der absoluten Werte der Abtastwerte zu kombinieren.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachricht eine Nachricht gemäß IEEE 802.11 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert 1 ist, wenn die Anzahl der Positionen zwischen dem Positionswert und dem Mittenwert weniger als ein Schwellwert ist, und anderenfalls 0 ist.
Verfahren zum Detektieren einer Präambel in einer Nachricht, wobei die Präambel Symbole mit einer ersten Transmissionsrate f_S umfasst und jedes der Symbole mit einer bekannten Binärsequenz überlagert ist, welche eine zweite Transmissionsrate f_C und eine geringe Autokorrelation für von Null verschiedene Verzögerungen aufweist, umfassend den Schritt des Korrelierens eines empfangenen Signales mit der bekannten Binärsequenz, um eine Sequenz erster Korrelationswerte zu erzeugen, in welcher jeder der Korrelationswerte die Stärke der Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und der bekannten Binärsequenz angibt, und gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: – Korrelieren der ersten Korrelationswerte mit einem Bruchteil der Symbole in der Präambel, um eine entsprechende Sequenz zweiter Korrelationswerte zu erzeugen, welche die Korrelation zwischen den ersten Korrelationswerten und den Symbolen angibt; – Bilden einer Sequenz von Feldern, wobei jedes der Felder eine Anzahl der ersten Korrelationswerten umfasst und wobei die Anzahl der ersten Korrelationswerte gleich der Anzahl der während einer Symbolzeit T_S empfangenen ersten Korrelationswerte ist; – Auswählen des ersten Korrelationswertes mit dem größten entsprechenden zweiten Korrelationswert aus jedem der Felder; – Bilden einer Sequenz von ausgewählten Korrelationswerten aus den ausgewählten ersten Korrelationswerten; – Bilden einer Sequenz von Positionswerten, in welcher jeder der Positionswerte die Position für einen entsprechenden ausgewählten Korrelationswert in dem Feld erster Korrelationswerte darstellt; und – Durchführen der folgenden Schritte für jeden ausgewählten Korrelations- und entsprechenden Positionswert in der Sequenz ausgewählter Korrelationswerte und der Sequenz von Positionswerten: a) Bilden eines Satzes S von N aufeinander folgenden ausgewählten Korrelationswerten und N Positionswerten; b) Berechnen eines Mittenpositionswertes anhand der N Positionswerte; c) Berechnen eines Gewichtungswertes für jeden Positionswert in dem Satz S, wobei der Gewichtungswert mit der Minimaldistanz zwischen dem Positionswert und dem Mittenpositionswert invers in Beziehung steht und wobei die Distanz in einer zyklischen Art und Weise derart berechnet wird, dass der Maximalpositionswert als dem Minimalpositionswert nächstliegend betrachtet wird, um N Gewichtungswerte zu bilden; d) Multiplizieren von jedem der ausgewählten Korrelationswerte mit einem entsprechenden Gewichtungswert; e) Kombinieren der N gewichteten ausgewählten Korrelationswerte, um einen die Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und der Präambel anzeigenden Wert zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt des Korrelierens der ersten Korrelationswerte mit einem Bruchteil der Symbole in der Präambel durchgeführt wird, indem für jeden Wert in der Sequenz erster Korrelationswerte der absolute Wert einer Anzahl erster Korrelationswerte addiert wird, wobei die Anzahl erster Korrelationswerte durch eine Symbolzeit T_S = 1/f_S voneinander beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt des Berechnens eines Mittenpositionswertes durchgeführt wird, indem der Durchschnitts-Positionswert der N Positionswerte gebildet wird oder der am häufigsten vorkommende Positionswert aus den N Positionswerten als der Mittenpositionswert herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt des Kombinierens der N gewichteten ausgewählten Korrelationswerte durchgeführt wird, indem die absoluten Werte der gewichteten ausgewählten Korrelationswerte addiert werden oder jeder der N gewichteten ausgewählten Korrelationswerte mit einem entsprechenden Symbol-Vorzeichen multipliziert wird und anschließend die gewichteten ausgewählten Korrelationswerte addiert werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bruchteil der Symbole vier und die Anzahl N zehn ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die bekannte Binärsequenz eine Barker-Sequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachricht eine Nachricht gemäß IEEE 802.11 ist.