專利名稱：無線發(fā)送和接收設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分別用于使用包含前同步碼和數(shù)據(jù)的無線分組，在類 似無線LAN的移動通信系統(tǒng)中發(fā)送和接收無線信號的無線發(fā)送設(shè)備 和無線接收設(shè)備，以及用于該設(shè)備的無線發(fā)送方法和無線接收方法。
背景技術(shù)：
電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)現(xiàn)在正定義稱作IEEE 802.11n的無 線LAN標準，其目標是實現(xiàn)IOO Mbps或以上的高吞吐量。4艮有可能 IEEE 802.11n將使用在發(fā)送器和接收器中使用多個天線，稱作多輸入 多輸出(MIMO)的技術(shù)。需要IEEE 802.11n與使用OFDM (正交頻分 多路復(fù)用)的標準IEEE 802.11a共存。因此，需要IEEE 802.11n無線 發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備具有所謂向后兼容性。
在"Backwards Compatibility，，IEEE802.11-03/714rO中Jan Boer 等人提出的建議介紹了用于MIMO的無線前同步碼。在這個建議中， 短前同步碼序列用于時間同步，頻率同步和自動增益控制(AGC)，長 前同步碼序列用于估測信道脈沖響應(yīng)，信號字段指示無線分組中所使 用的調(diào)制模式，并且針對IEEE 802.11n的另一個信號字段被首先從單 個特定發(fā)送天線發(fā)送。接著，長前同步碼序列被從其它三個發(fā)送天線發(fā)送。在前同步碼的發(fā)送完成之后，發(fā)送數(shù)據(jù)被從所有天線發(fā)送。
從短前同步碼到第一信號字段，所提出的前同步碼相同于IEEE 802.11a(其中假設(shè)單個發(fā)送天線)中規(guī)定的前同步碼。因此，當符合 IEEE 802.11a的無線接收設(shè)備接收包含Boer所提出的前同步碼的無線 分組時，他們發(fā)現(xiàn)分組基于IEEE 802.11a。因而，符合IEEE 802.11a 和IEEE 802.11n的所提出的前同步碼使IEEE 802.11a和IEEE 802.11n 能夠共存。
通常，在無線接收設(shè)備中，所接收信號的解調(diào)由數(shù)字信號處理執(zhí) 行。因此，在用于數(shù)字化所接收的模擬信號的設(shè)備中提供模數(shù)(A/D) 轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器具有輸入動態(tài)范圍(要轉(zhuǎn)換的模擬信號的允許電 平范圍)。因此，有必要執(zhí)行自動增益控制(AGC),以在A/D轉(zhuǎn)換器 的輸入動態(tài)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所接收信號的電平。
由于使用上述長前同步碼序列對信道脈沖響應(yīng)的估測由數(shù)字信 號處理執(zhí)行，所以必須使用在長前同步碼序列之前發(fā)送的信號執(zhí)行 AGC。在Boer的前同步碼中，使用來自特定發(fā)送天線、在長前同步碼 序列之前發(fā)送的短前同步碼序列執(zhí)行AGC。即，短前同步碼序列的接 收電平被測量，并且AGC被執(zhí)行，使得接收電平在A/D轉(zhuǎn)換器的輸入 動態(tài)范圍內(nèi)。通過使用短前同步碼序列的AGC ，從特定發(fā)送天線發(fā)送 的長前同步碼序列和數(shù)據(jù)可以被正確接收。如果所有天線被分開排列， 則從天線發(fā)送的信號的接收電平不可避免地互不相同。因此，當無線 接收設(shè)備接收從其它三個發(fā)送天線發(fā)送的長前同步碼序列，或從所有 天線發(fā)送的數(shù)據(jù)時，其接收電平可以比使用從特定發(fā)送天線發(fā)送的短 前同步碼序列的AGC所獲得的電平高或低得多。當接收電平超出A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入動態(tài)范圍的上限時，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出飽和。另一方面， 當接收電平低于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入動態(tài)范圍的下限時，A/D轉(zhuǎn)換器的輸 出出現(xiàn)嚴重量化錯誤。在兩種情況下，A/D轉(zhuǎn)換器不能執(zhí)行適當轉(zhuǎn)換， 這消極影響了 A/D轉(zhuǎn)換之后的處理。
此外，從所有天線發(fā)送數(shù)據(jù)。因此 在數(shù)據(jù)傳輸期間，接收電平 的變化范圍進一步增大，其惡化了A/D轉(zhuǎn)換器輸出的上述飽和和/或其中的量化錯誤，從而顯著降低接收性能。
如上所迷，在Boer提出的前同步碼中，僅使用從單個發(fā)送天線發(fā) 送的短前同步碼序列在接收端執(zhí)行AGC，這使得難以處理當接收以 MIMO模式從其它天線發(fā)送的信號時可能出現(xiàn)的接收電平的變化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明一個方面，提供了一種無線發(fā)送設(shè)備，用于與無線接 收設(shè)備通過無線分組通信，包括多個天線；和產(chǎn)生被發(fā)送的無線分 組的信號的信號發(fā)生器，無線分組包括短前同步碼序列，用于第一 自動增益控制(AGC);第一長前同步碼序列；用于傳送涉及無線分組 長度的信息的信號字段；AGC前同步碼序列，用于在第一AGC之后執(zhí) 行的第二AGC;第二長前同步碼序列；以及傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)字段，其 中所述AGC前同步碼序列由多個天線并行發(fā)送。
由于本發(fā)明使用的信號格式包含用于精細調(diào)諧針對從多個天線 發(fā)送的MIMO接收的AGC的前同步碼，A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電平可以在 短時間內(nèi)被適當調(diào)整，從而增強無線接收設(shè)備的接收性能，并且減少 A/D轉(zhuǎn)換器的分辨比特(resolution bits)的數(shù)量。


被并入及構(gòu)成說明書一部分的附圖，圖解了本發(fā)明的實施例，并 且與上面給出的一般描述及下面給出的實施例的具體實施方式
一起說 明本發(fā)明的原理。
圖l的視解了無線分組的格式，包含在本發(fā)明的一個實施例 中使用的用于無線通信的AGC前同步碼；
圖2的模塊圖根據(jù)實施例圖解了無線發(fā)送設(shè)備的結(jié)構(gòu)； 圖3的模塊圖根據(jù)實施例圖解了無線接收設(shè)備的結(jié)構(gòu)； 圖4的模塊解了并入圖3的設(shè)備的接收單元的結(jié)構(gòu)例子； 圖5的曲線解了現(xiàn)有技術(shù)中短前同步碼和數(shù)據(jù)的接收功率的
分布；
圖6的曲線解了實施例中短前同步碼和數(shù)據(jù)的接收功率的分
布；圖7的模塊解了接收單元的另一個結(jié)構(gòu)例子；
圖8A是說明增益控制器的操作的流程圖8B的流程圖示出了第一AGC操作和第二AGC操作；
圖9的模塊圖根據(jù)實施例的修改圖解了無線接收設(shè)備；
圖IO的模塊解了并入圖9的無線接收設(shè)備的接收單元的結(jié)構(gòu)
例子；
圖ll的模塊解了出現(xiàn)在圖3中的傳播路徑估測單元的結(jié)構(gòu)例
子;
圖12的視解了圖1中出現(xiàn)的AGC前同步碼的結(jié)構(gòu)例子； 圖13的視解了圖1中出現(xiàn)的AGC前同步碼的其它結(jié)構(gòu)例子；
以及
圖14的視圖根據(jù)本發(fā)明的另 一個實施例圖解了無線發(fā)送設(shè)備。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例將參照附圖詳細描述。
圖l說明了本發(fā)明的第一實施例中使用的無線分組的格式。這個 格式是MIMO模式的物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式，并且提供與 IEEE802.11a無線站的互操作性以及共存性。
正如從圖l所看到的，前同步碼包含從天線Txl發(fā)送的物理層會聚 協(xié)+義(physical layer convergence protocol)(PLCP)信號。PLCP信號包 含短前同步碼序列101，第一長前同步碼序列102，第一信號字段(信 號)103和第二信號字段(信號2)104。短前同步碼序列IOI包含若干單元 前同步碼SP。長前同步碼序列102包含具有相應(yīng)預(yù)定長度的單元前同 步碼LP。前同步碼LP長于前同步碼SP。
短前同步碼序列101 ，第 一長前同步碼序列102和第一信號字段 103符合IEEE 802.11a，同時第二信號字段104是新無線LAN標準IEEE 802.11n所需的。符合IEEE 802.11a的第一信號字段103可以被稱作"傳 統(tǒng)信號字段"。由于第二信號字段104是為新的高吞吐量無線LAN標準 提供的，所以可以稱作"高吞吐量信號字段"。保護間隔GI被插入到短 前同步碼序列IOI和長前同步碼序列102之間。在PLCP信號之后，從多個天線Txl到Tx4并行發(fā)送的AGC前同步 碼105A到105D被定位。從多個天線Txl到Tx4同時發(fā)送AGC前同步碼 105A到105D。 AGC前同步碼105A到105D用于使接收設(shè)備能夠在進行 MIMO通信時執(zhí)行精細AGC。這些前同步碼對精細調(diào)諧用于根據(jù) IEEE 802.11n的MIMO模式接收的AGC是唯一的。因此，AGC前同步 碼105A到105D可以被稱作"高吞吐量短序列字段"。另一方面，由于被 用于粗AGC操作的短前同步碼序列101符合IEEE 802.11a，所以可以 被稱作"傳統(tǒng)短序列字段"。
在AGC前同步碼105A到105D之后，第二長前同步碼序列106A到 109A, 106B到109B， 106C到109C和106D到109D被定位。在實施例中， 相同信號序列被用作AGC前同步碼105A到105D。然而，不同信號序 列可以被用作AGC前同步碼105A到105D。保護間隔GI,皮插入到構(gòu)成 第二長前同步碼序列106A到109A， 106B到109B， 106C到109C和106D 到109D的每對相鄰單元前同步碼LP之間。如下所述，第二長前同步碼 序列106A到109A， 106B到109B， 106C到109C和106D到109D是正交關(guān) 系。每個發(fā)送天錢的單元前同步碼LP 106-109的數(shù)量等于MIMO模式 中發(fā)送天線的數(shù)量。為了區(qū)別兩種長前同步碼序列，符合IEEE 802.11a 的第 一長前同步碼序列可以被稱作"傳統(tǒng)長序列字段"。由于第二長前 同步碼序列106-109是為新的高吞吐量無線LAN標準提供的，所以可以 被稱作"高吞吐量長序列字段"。
在每個第二長前同步碼序列106A到109A， 106B到109B, 106C到 109C和106D到109D之后，分別用于從天線Txl到Tx4發(fā)送的發(fā)送數(shù)據(jù) IIOA到IIOC的字段(數(shù)據(jù))被定位。第二長前同步碼序列106A到109A, 106B到109B, 106C到109C和106D到109D被同時從多個天線Txl到Tx4 分別發(fā)送。
現(xiàn)在參照圖2描述基于實施例的無線發(fā)送設(shè)備。首先，數(shù)字調(diào)制 器203通過混合發(fā)送數(shù)據(jù)201和上述從存儲器202輸出的前同步碼形成 無線分組的信號。由此獲得的無線分組的信號被發(fā)送到發(fā)送單元204A 到204D，其中他們經(jīng)過發(fā)送所需的處理，例如，數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換，頻率轉(zhuǎn)換到射頻(RF)頻帶(上變轉(zhuǎn)換)和功率放大。其后，向?qū)?yīng)于參照 圖l所描述的天線Txl到Tx4的多個天線205A到205D發(fā)送結(jié)果信號，其 中從每個發(fā)送天線205A到205D把RF信號發(fā)送到圖3示出的無線接收 設(shè)備。在下面的描述中，圖l中示出的天線Txl到Tx4被分別稱為天線 205A到205D。
在實施例中，圖1中示出的包含短前同步碼序列101，第一長前同 步碼序列102,第一信號字段103和第二信號字段104的PLCP信號被從 圖2示出的發(fā)送單元204A的發(fā)送天線205A發(fā)送。AGC前同步碼105A到 105D,第二長前同步碼序列106A到109A， 106B到109B， 106C到109C 和106D到109D(如圖1所示被定位在PLCP信號之后)，以及數(shù)據(jù)110A到 110D通過所有發(fā)送天線205A到205D發(fā)送。
在圖3示出的無線接收設(shè)備中，多個接收天線301A到301D接收從 圖2示出的無線發(fā)送設(shè)備發(fā)送的RF信號。無線接收設(shè)備可以具有一個 接收天線或多個接收天線。通過接收天線301A到301D接收的RF信號 被分別發(fā)送到接收單元302A到302D。接收單元302A到302D均執(zhí)行各 種接收處理，諸如從RF頻帶頻率轉(zhuǎn)換(下變轉(zhuǎn)換)到BB (基帶)， 自動增益控制(AGC)，模數(shù)轉(zhuǎn)換等等，從而產(chǎn)生基帶信號。
來自接收單元302A到302D的基帶信號被發(fā)送到信道脈沖響應(yīng)估 測單元303A到303D和數(shù)字解調(diào)器304。這些單元303A到303D估測圖2 的無線發(fā)送設(shè)備和圖3的無線接收設(shè)備之間相應(yīng)的傳播路徑的脈沖響 應(yīng)。后面會詳細描述信道脈沖響應(yīng)估測單元303A到303D。才艮據(jù)由單元 303A到303D提供的所估測信道脈沖響應(yīng)，數(shù)字解調(diào)器304解調(diào)基帶信 號，從而產(chǎn)生對應(yīng)于圖2示出的發(fā)送數(shù)據(jù)201的所接收數(shù)據(jù)305。
更具體地，數(shù)字解調(diào)器304在其輸入部分具有信道脈沖響應(yīng)的均 衡器。根據(jù)所估測信道脈沖響應(yīng)，均衡器進行均衡以校正傳播路徑中 畸變的接收信號。數(shù)字解調(diào)器304也以時間同步所確定的適當定時解調(diào) 均衡信號，從而還原數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在將描述圖3示出的接收單元302A到302D。圖4詳細示出了接 收單元302A的結(jié)構(gòu)。由于其它接收單元302B到302D具有與單元302A相同的結(jié)構(gòu)，所以僅描述接收單元302A。由接收天線301A接收的RF 接收信號被下變轉(zhuǎn)換器401下變轉(zhuǎn)換成基帶信號。此時，RF信號可以 直接轉(zhuǎn)換為基帶信號，或可以先轉(zhuǎn)換為中頻(IF)信號并且接著轉(zhuǎn)換為 基帶信號。
由下變轉(zhuǎn)換器401產(chǎn)生的基帶信號被發(fā)送到可變增益放大器402， 在此它被執(zhí)行AGC，即信號電平調(diào)整。來自可變增益放大器402的信 號輸出被A/D轉(zhuǎn)換器403采樣并且量化。來自A/D轉(zhuǎn)換器403的數(shù)字信號 輸出被發(fā)送到接收單元302外并且^Jl送到增益控制器404。增益控制 器404根據(jù)來自A/D轉(zhuǎn)換器403的數(shù)字信號輸出執(zhí)行增益計算，并且控 制可變增益放大器402的增益。增益控制的具體過程后面會描述。
為接收包含圖1所示格式的前同步碼的無線分組而執(zhí)行的圖3和4 所示的無線接收設(shè)備的操作如下所述。首先，無線接收設(shè)備接收從圖2 的發(fā)送天線205A發(fā)送的短前同步碼序列101,并且接著使用對應(yīng)于短 前同步碼序列101的基帶信號執(zhí)行分組邊緣檢測，時間同步，自動頻率 控制(AFC)和AGC。 AFC也被稱作頻率同步?？梢?吏用已知技術(shù)執(zhí)行 分組邊緣檢測，時間同步和AFC，因此沒有給出相關(guān)描述。下面只說 明AGC。
可變增益放大器402基于預(yù)定初始增益值放大對應(yīng)于短前同步碼 序列101的基帶信號。來自可變增益放大器402的信號輸出通過A/D轉(zhuǎn) 換器403被輸入到增益控制器404。增益控制器404根據(jù)對應(yīng)于短前同步 碼序列IOI、在A/D轉(zhuǎn)換之后獲得的接收信號的電平計算增益，并且基 于所計算的增益控制可變增益放大器402的增益。
在這里假設(shè)對應(yīng)于短前同步碼序列101 、在A/D轉(zhuǎn)換之前獲得的基 帶信號的電平為X。 如果電平X為高，則輸入到A/D轉(zhuǎn)換器403的基帶 信號超出A/D轉(zhuǎn)換器403輸入動態(tài)范圍的上限。結(jié)果，來自A/D轉(zhuǎn)換器 403的信號(數(shù)字信號)輸出被飽和并且降低了信號接收的質(zhì)量。另一 方面，如果電平X非常低，來自A/D轉(zhuǎn)換器402的信號輸出(即，通過 A/D轉(zhuǎn)換獲得的數(shù)字信號)出現(xiàn)嚴重的量化錯誤。因而，當電平XL非 常高或低時，A/D轉(zhuǎn)換器403不能執(zhí)行適當轉(zhuǎn)換，從而顯著降低了信號接收的質(zhì)量。
為克服這個問題，增益控制器404控制可變增益放大器402的增 益，使得對應(yīng)于短前同步碼序列101的基帶信號的電平X被調(diào)整為目標 值Z。如果輸入基帶信號具有非常高的電平，以至使得A/D轉(zhuǎn)換器403 的輸出被限制在其上限電平，或如果它具有極低電平，可變增益放大 器402的增益可能被一個控制處理不恰當?shù)乜刂?。在這種情況下，重復(fù) 執(zhí)行增益控制。作為結(jié)果，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器403的基帶信號的電平可 以被調(diào)整為屬于A/D轉(zhuǎn)換器403輸入動態(tài)范圍的值。因而，使用對應(yīng)于 短前同步碼序列101的基帶信號適當?shù)乜刂瓶勺冊鲆娣糯笃?02的增 益，從而執(zhí)行適當A/D轉(zhuǎn)換以避免降低信號接收的質(zhì)量。
在上面描述的實施例中，使用來自A/D轉(zhuǎn)換器403的數(shù)字信號輸出 測量用于計算可變增益放大器402的增益所需要的接收電平。然而，這 種電平測量可以使用在A/D轉(zhuǎn)換之前獲得的模擬信號執(zhí)行。此外，在 IF頻帶或RF頻帶而不是BB中測量接收電平。
無線接收設(shè)備接收從發(fā)送天線205A發(fā)送的第 一長前同步碼序列 102，并且執(zhí)行信道脈沖響應(yīng)估測，即，使用對應(yīng)于長前同步碼序列102 的基帶信號估測無線發(fā)送設(shè)備到無線接收設(shè)備之間的傳播路徑的響應(yīng) (頻率傳遞函數(shù))。由于從發(fā)送天線205A發(fā)送的信號已經(jīng)進行如上所 述的AGC ，所以當執(zhí)行信道脈沖響應(yīng)的估測時適當調(diào)整輸入到A/D轉(zhuǎn) 換器403的電平。因此，對于從發(fā)送天線205A發(fā)送的信號，非常精確 的數(shù)字信號從A/D轉(zhuǎn)換器403獲得。使用所獲得數(shù)字信號，信道脈沖的 估測可以精確執(zhí)行。
無線接收設(shè)備接收從發(fā)送天線205A發(fā)送的第一信號字段103,并 且使用數(shù)字解調(diào)器304和上述傳播路徑估測結(jié)果，解調(diào)對應(yīng)于笫一信號 字段103的基帶信號。笫一信號字段103包含指示調(diào)制模式和在前同步 碼之后發(fā)送的數(shù)據(jù)的無線分組長度的信息。第一信號字段103是傳送涉 及無線分組的一種屬性信息的字段。在根據(jù)包含在第一信號字段103 中的無線分組長度信息識別的無線分組持續(xù)時間期間，無線接收設(shè)備 繼續(xù)使用數(shù)字解調(diào)器304解調(diào)。由于從短前同步碼序列101到第一信號字段103的分組格式提供 與IEEE 802.11a站的互操作性，所以IEEE 802.11a站能夠執(zhí)行正常接 收操作，而不破壞無線分組。換句話說，符合IEEE 802.11a標準的另 一個IEEE 802.11a無線發(fā)送和接收設(shè)備(傳統(tǒng)站)當接收到第一信號 字段103時，被禁止發(fā)送信號，直到無線分組結(jié)束，以便不破壞無線分 組。
接著，無線接收設(shè)備接收從發(fā)送天線205A發(fā)送的第二信號字段 104。第二信號字段104包含標識信息，其指示對應(yīng)于除IEEE 802.11a 之外的標準，例如IEEE802.11n的無線分組。換句話說，第二信號字 段104指示后續(xù)AGC前同步碼105A到105D，第二長前同步碼序列106A 到109A， 106B到109B， 106C到109C和106D到109D是對應(yīng)于例如IEEE 802.11n的信號。
無線接收設(shè)備并行接收從發(fā)送天線205A到205D發(fā)送的AGC前同 步碼105A到105D。 AGC前同步碼105A到105D被從已經(jīng)發(fā)送短前同步 碼序列IOI,第一長前同步碼序列102，第一信號字段103和第二信號字 段104的發(fā)送天線205A發(fā)送，并且從到目前為止沒有發(fā)送信號的發(fā)送 天線205B到205D發(fā)送。因此，雖然使用某個接收電平接收從發(fā)送天線 205AJ良送的信號(即，短前同步碼序列IOI，第一長前同步碼序列102, 第一信號字段103和第二信號字段104)，然而使用不同于來自發(fā)送天 線205A的接收信號的電平的接收電平接收AGC前同步碼105A到 105D。換句話說，在使用多個發(fā)送天線的MIMO發(fā)送之后改變接收電 平。
如上所述，無線接收設(shè)備接收第二信號字段104并且使用數(shù)字解 調(diào)器304解調(diào)第二信號字段104,從而識別對應(yīng)于IEEE 802.11n的當前 無線分組。此后，數(shù)字解調(diào)器304發(fā)出指令以重新啟動AGC，以精細 調(diào)整接收單元302A到302D，從而對AGC前同步碼105A到105D重新執(zhí) 行AGC。作為結(jié)果，通過MIMO信道從發(fā)送天線205A到205D發(fā)送并 且在接收單元302A到 接收的信號，以適當調(diào)整的接收電平被輸入 到A/D轉(zhuǎn)換器403。即，通過使用在如圖4所示的A/D轉(zhuǎn)換之后獲得的對應(yīng)于AGC前 同步碼105A到105D的基帶信號的電平，在可變增益放大器402上執(zhí)行 增益控制。數(shù)字解調(diào)器304發(fā)出指令以開始使用AGC前同步碼105A到 105D的AGC的時間不限于獲得第二信號字段104的解碼結(jié)果的時間。 例如，數(shù)字解調(diào)器304可以使用例如匹配濾波器確^人AGC前同步碼 105A到105D接收，并且接著提供指令給接收單元302A到302D以開始 AGC。
在Jan Boer提出的以前描述的前同步碼中，只使用從單個發(fā)送天 線發(fā)送的短前同步碼序列(傳統(tǒng)短前同步碼)執(zhí)行AGC。使用用于從 發(fā)送短前同步碼序列的天線處發(fā)送的信號的接收電平執(zhí)行AGC。當無 線接收設(shè)備接收從其它三個天線發(fā)送的信號時，該設(shè)備通過使用所獲 得的增益執(zhí)行增益控制。
圖5的曲線解了在使用Jan Boer提出的前同步碼時獲得的短 前同步碼和數(shù)據(jù)的接收功率的分布。信道處于多徑環(huán)境，具有50納秒
的延遲擴展(一個數(shù)據(jù)符號的持續(xù)時間是4微秒)。從這個附圖可以看 出，短前同步碼(傳統(tǒng)短前同步碼)的接收電平與數(shù)據(jù)接收電平的比 率改變顯著。
例如，在圖5的區(qū)域A，盡管數(shù)據(jù)接收電平較低，但以高接收電平 接收短前同步碼。因此，如果根據(jù)短前同步碼的接收功率調(diào)整AGC， 則數(shù)據(jù)的接收功率比短前同步碼的接收功率低，從而在A/D轉(zhuǎn)換器403 產(chǎn)生量化錯誤。在圖5的區(qū)域B中，盡管數(shù)據(jù)接收電平為高，但以低接 收電平接收短前同步碼。因此，如果根據(jù)短前同步碼的接收功率調(diào)整 AGC，則當數(shù)據(jù)輸入時A/D轉(zhuǎn)換器的輸出飽和。因而，應(yīng)當理解，由 于在傳統(tǒng)模式中數(shù)據(jù)與短前同步碼的接收功率比不是常數(shù)，因量化錯 誤或A/D轉(zhuǎn)換器輸出飽和而使接收特性退化。另一方面，在實施例中， 所有發(fā)送數(shù)據(jù)信號的天線205A到205D分別發(fā)送AGC前同步碼105A到 105D。圖6基于實施例示出了短前同步碼和數(shù)據(jù)的接收功率的分布。 信道環(huán)境與圖5的情況相同。
如圖6所示，AGC前同步碼的接收功率與數(shù)據(jù)110A到110D的接收功率基本上成比例。這表明A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電平被適當?shù)卣{(diào)整，使 得對比圖5接收準確性被顯著增強。
圖7示出了接收單元302A的修改。通常，為檢測未知信號，可變 增益放大器402使用相對較大的增益作為初值。因此，如果當AGC前 同步碼105A到105D被接收時初始化可變放大器402的增益，則必須重 復(fù)增益控制直到增益被穩(wěn)定。圖7示出的修改提供了存儲器405。這個 存儲器405存儲在使用短前同步碼序列101執(zhí)行AGC之后獲得的增益 值。當接收AGC前同步碼105A到105D時，如果放大器402的增益沒有 返回在后備狀態(tài)設(shè)定的初值，而是從存儲器405讀取的增益被用作其初 值，那么對比沒有使用這種存儲數(shù)值的情況，AGC可以不但被精確執(zhí) 行，而且在短時間內(nèi)結(jié)束。
接著參照圖8A的流程圖，詳細描述增益控制器404的操作。
當接收短前同步碼序列101的頭時，接收設(shè)備開始AGC(步驟S1 )。
接著，把O設(shè)定為計數(shù)器數(shù)值(i)(步驟S2)。
接著，參照計數(shù)器數(shù)值，確定AGC是否在初級或中間級段(步驟 S3)。此時，由于計數(shù)器數(shù)值是O，步驟S3提問的答案是"是"，從而 執(zhí)行到步驟S4。
此后，確定前同步碼105現(xiàn)在是否正被接收(步驟S4)。在這種 情況下，由于短前同步碼序列101作為無線分組的頭被接收，步驟S4 提問的答案是"否"，從而執(zhí)行到步驟S5。在步驟S5，設(shè)定預(yù)定初值。
在下一個步驟S6，可變增益放大器的放大系數(shù)根據(jù)設(shè)定的初值改 變。在下一個步驟S7，測量當前短前同步碼序列的接收電平。在步驟 S8確定測量的電平是否是A/D轉(zhuǎn)換器的適當電平(目標電平)。如果 步驟S8提問的答案是"否"，則過程執(zhí)行到步驟S9。
在步驟S9，實現(xiàn)計數(shù)器數(shù)值，并且接著程序返回到步驟S3。在步 驟S3，確定i不是O，程序執(zhí)行到步驟SIO。在步驟SIO，使用在步驟S7 測量的電平執(zhí)行增益計算。
因而，重復(fù)S10—S6—S7—S8—S9的循環(huán)，直到接收電平到達目 標電平。當接收電平已經(jīng)到達目標電平時，在步驟S11設(shè)定增益被寫入到存儲器405，從而結(jié)束對從天線Txl發(fā)送的信號執(zhí)行的AGC。對比后 面會描述的使用AGC前同步碼105的下一個MIMO接收的精細AGC操 作(第二AGC )，這個AGC操作(第一AGC )對接收設(shè)備起到"粗AGC" 的作用。
然后接收單元302A接收長前同步碼序列102，第 一信號字段103 和第二信號字段104。接收單元302A用AGC前同步碼105啟動MIMO接 收的AGC。 AGC從步驟S1開始，并且轉(zhuǎn)移到S2， S3和S4。在步驟S4， 由于接收單元302A正在接收AGC前同步碼105，程序執(zhí)行到步驟S12， 從而讀取預(yù)先寫入到存儲器405的增益數(shù)值，并且后跟步驟S6。在步驟 S6之后，執(zhí)4亍上述相同處理。
上述流程被概括如下。在圖8B示出概括流程圖。首先，在無線接 收設(shè)備接收短前同步碼序列IOI (步驟S21)。接著，開始第一AGC操 作(步驟S22 )并且為可變增益放大器402A到402D設(shè)定增益(步驟S23 )。 接著，把設(shè)定的增益寫入到存儲器405 (步驟S24)。在第一AGC操作 之后，接著使用通過利用MIMO技術(shù)從多個發(fā)送天線發(fā)送的AGC前同 步碼105A到105D的接收結(jié)果開始第二AGC操作(步驟S25 )。接著， 參考寫入存儲器405的增益(步驟S26)并且為各個可變增益放大器 402A到402D設(shè)定新增益(步驟27 )。
因而，當接收AGC前同步碼105A到105D時，增益沒有返回到在 后備狀態(tài)設(shè)定的初值，而是由第一AGC獲得的存儲在存儲器405中的 增益被用作初值。因為此操作，AGC前同步碼105A到105D使無線接 收設(shè)備能夠使用短時長執(zhí)行MIMO接收中的精細AGC。這個精細AGC 為MIMO接收提供足夠精度。
圖9是圖解圖3的公共執(zhí)行AGC的無線接收設(shè)備的修改的視圖。圖 9不同于圖3，其中在圖9中，公共接收單元302被提供給天線301A到 301D。
圖10詳細示出圖9的接收單元302。圖10的結(jié)構(gòu)不同于圖7的結(jié)構(gòu)， 其中在圖10中，單個增益控制器404和存儲使用短前同步碼序列IOI獲 得的增益數(shù)值的存儲器405共同被提供給天線301A到301D。具體地，天線301A到301D的輸出信號通過下變轉(zhuǎn)換器401A到 401D和可變增益放大器402A到402D被分別輸入到A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn) 換器403A到403D的輸出信號被輸入到公共增益控制器404。由增益控 制器404確定的增益被共同輸入到可變增益放大器402A到402D。例如， 允許把在A/D轉(zhuǎn)換之后由A/D轉(zhuǎn)換器403A到403D獲得的最高 一個電平 設(shè)定為目標Z的增益可以被共同輸入到可變增益放大器402A到402D。
同樣在圖9和10中示出的接收^L備中，數(shù)字解調(diào)器304確認短前同 步碼序列101的接收并且提供指令給接收單元302以開始第一AGC。之 后，數(shù)字解調(diào)器304確認第二信號字段104或AGC前同步碼105的接收， 并且提供指令給接收單元302以開始MIMO接收模式的第二AGC。
其后，無線接收設(shè)備接收在來自發(fā)送天線205A到205D的AGC前 同步碼105A到105D之后發(fā)送的第二長前同步碼序列106A到109A， 106B到109B， 106C到109C和106D到109D。形成第二長前同步碼序列 106A到109A， 106B到109B， 106C到109C和106D到109D的單元前同步 碼LP基本上與形成第 一長前同步碼序列102的單元前同步碼LP是相同 信號。
此外，第二長前同步碼序列106A到109A， 106B到109B， 106C到 109C和106D到109D是4吏用Walsh序列進行了正交化的信號。換句話 說，在圖1中，具有符號"-LP"的每個單元前同步碼的極性與具有符號 "LP"的每個單元前同步碼的極性相反。無線接收設(shè)備接收相互合成的 第二長前同步碼序列106A到109A， 106B到109B， 106C到109C和106D 到109D。如后面所描述的，通過把第二長前同步碼序列與Walsh序列 相乘，還原從發(fā)送天線205A到205D發(fā)送的信號。
將給出信道脈沖響應(yīng)估測單元303A到303D的具體描述。圖ll詳 細圖解了信道脈沖響應(yīng)估測單元303A。由于其它估測單元類似于估測 單元303A，只描述估測單元303A。信道脈沖響應(yīng)估測單元303A包括 估測單元501A到501D，用于分別估測接收天線301A和無線發(fā)送設(shè)備 的天線Txl到Tx4 (對應(yīng)發(fā)送天線205A到205D)之間的傳播路徑的響 應(yīng)。估測單元501A包含數(shù)據(jù)存儲器502A到502D，用于存儲所接收的 第二長前同步碼序列的相應(yīng)符號，系數(shù)存儲器503A到503D，用于存儲 與所接收的第二長前同步碼序列的相應(yīng)符號相乘的相應(yīng)系數(shù)，乘法器 504A到504D和加法器505。除了與所接收第二長前同步碼序列的相應(yīng) 符號相乘的系數(shù)數(shù)值之外，其它估測單元501B到501D具有與估測單元 501A相同的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)存儲器502A到502D被串聯(lián)連接，從而形成移 位寄存器。
在估測單元501A中，所接收的第二長前同步碼序列106A到109A, 106B到109B， 106C到109C和106D到109D被存儲在數(shù)據(jù)存儲器502A到 502D中。具體地，存儲器502A存儲通過混合包含在第二長前同步碼序 列內(nèi)的長前同步碼序列106A到106D而獲得的信號的值。類似地，存儲
值，存儲器502C存儲通過混合長前同步碼序列108A到108D而獲得的 信號的值，并且存儲器502D存儲通過混合長前同步碼序列109A到 109D而獲得的信號的值。
假定發(fā)送天線205A到205D和接收天線301A之間傳播路徑的響應(yīng) 是hl， h2， h3和h4，分別存儲在數(shù)據(jù)存儲器502A， 502B, 502C和502D
中的信號數(shù)值Ss。2A， Ss。2B， Ss。2C和Ss。2D被給定為
S502A= LP * hl+ LP * h2 + LP * h3 + LP * h4 (1) SS02B= LP * hl+ LP * h2 - LP * h3 - LP * h4 (2) SS02C= LP * hi - LP * h2 - LP * h3 + LP * h4 (3) S502D= LP * hi - LP * h2 + LP * h3 - LP * h4 (4) 乘法器504A， 504B， 504C和504D把存儲在數(shù)據(jù)存儲器502A， 502B, 502C和502D中的信號值與存儲在系數(shù)存儲器503A， 503B, 503C 和503D中的系數(shù)分別相乘。在估測單元501A中，系數(shù)l被存儲在所有 系數(shù)存儲器503A， 503B, 503C和503D中，用于估測發(fā)送天線205A和 接收天線301A之間的信道脈沖響應(yīng)。即，存儲在系數(shù)存儲器503A, 503B， 503C和503D中的系數(shù)被表示為序列(1， 1， 1， 1)。
其后，加法器505相加乘法器504A到504D的相乘結(jié)果。在這種情況下，由等式(l)到(4)給定的信號值Ss。2A， S5。2B， Ss。2C和Ss。2D被相加。
從等式(1)到(4)可看出，只有長前同步碼PL和指示天線Txl (發(fā)送天線 205A)和接收天線之間信道脈沖響應(yīng)的值hl仍然作為加法結(jié)果。如果 形成長前同步碼序列的單元前同步碼PL均被提供作為無線發(fā)送設(shè)備 和無線接收設(shè)備的預(yù)定位模式，則可以根據(jù)通過混合從所有發(fā)送天線 205A到205D發(fā)送的信號而獲得的接收信號來估測發(fā)送天線205A和接 收天線301A之間的信道脈沖響應(yīng)。
另一方面，在估測單元501B， 501C和501D中，系數(shù)存儲器503B， 503C和503D分別存儲Walsh序列(1， 1，國l， -1)， (1，國l，誦l， l)和(l， -1， 1， -1)。作為結(jié)果，估測單元501B， 501C和501D可以分別估測天 線Tx2， Tx3和Tx4 (發(fā)送天線205B， 205C和205D)和接收天線301A 之間的信道脈沖響應(yīng)。
如上所述，信道脈沖響應(yīng)估測單元303A估測每個發(fā)送天線205A 到205D和接收天線301A之間傳播路徑的響應(yīng)。類似地，信道脈沖響應(yīng) 估測單元303B到303C估測發(fā)送天線205A到205D和接收天線301B到 301C之間信道脈沖響應(yīng)。
在使用AGC前同步碼105A到105D的AGC中，使用通過利用從單 個發(fā)送天線205A發(fā)送的信號來調(diào)整的可變增益放大器402的增益值作 為初值，執(zhí)行增益控制，結(jié)果實現(xiàn)了精細和快速的增益控制?，F(xiàn)在描 述AGC前同步碼105A到105D的例子。由包含多個時域采樣(在圖12 情況下的10個采樣)的信號序列形成每個在圖12(a), (b)， (c)和(d) 中示出的AGC前同步碼105A到105D。例如，從天線Txl發(fā)送的AGC 前同步碼105A包括序列(a0，al，a2，."，a8，a9)。
此外，通過在單個信號序列的時域中循環(huán)移動樣本，形成在圖 12(a), (b)， (c)和(d)中示出的AGC前同步碼105A到105D。具體地， 通過在從某個參考天線發(fā)送的AGC前同步碼序列的時域中循環(huán)移動 樣本而獲得的信號序列是從另一個天線發(fā)送的AGC前同步碼序列。例 如，從天線1乂2發(fā)送的厶6<:前同步碼序列1058是(&1^2，...，39一0)，它是 通過循環(huán)移動一個樣本而獲得的，即從參考天線Txl發(fā)送的AGC前同步碼105A的樣本的時間位置。
類似地，從天線Tx3發(fā)送的AGC前同步碼105C是通過循環(huán)移動兩 個樣本而獲得的，即從參考天線Txl發(fā)送的AGC前同步碼105A的樣本 的時間位置。從天線Tx4發(fā)送的AGC前同步碼105D是通過循環(huán)移動三 個樣本而獲得的，即從作為參考的夭線Txl發(fā)送的AGC前同步碼105A 的樣本的時間位置。
如果AGC前同步碼105A到105D由互相相同的信號序列形成，那 么在發(fā)送期間他們會相互干擾。根據(jù)多徑狀態(tài)或接收點，這種干擾可 以導(dǎo)致類似于當執(zhí)行定向天線發(fā)送時出現(xiàn)的電場。作為結(jié)果，可出現(xiàn) 零點。換句話說，可能出現(xiàn)一個接收點，在這個接收點處沒有AGC前 同步碼能被接收，并且接收電平可能未被精確測量。
在實施例中，由通過循環(huán)移動其樣本的時間位置而獲得的信號序 列(即，AGC前同步碼105A到105D)形成的多徑;故有意產(chǎn)生。在這 種情況下，即使信號序列中某個樣本的接收電平由于信號干擾而被降 低，其它樣本的接收電平出現(xiàn)降低的概率也較低。因此，實現(xiàn)精確接 收電平測量，這增強了無線接收設(shè)備的接收性能。例如，可以實現(xiàn)不 違背在IEEE 802.11中規(guī)定的CSMA/CA (具有沖突避免的載波探測多 路訪問)協(xié)議的通信系統(tǒng)。
圖13(a)到(d)示出AGC前同步碼105A到105D的其它例子。圖12(a) 到(d)中示出的AGC前同步碼105A到105D是通過彼此循環(huán)移動其樣本 的時間位置而獲得的時域信號序列。另一方面，圖13(a)到(d)中示出的 AGC前同步碼105A到105D是頻域信號序列，并且具有不同頻率分量。 在圖13中，fO到f!5指示副載波頻率，并且?guī)ш幱熬€的副載波傳送信號， 同時無陰影線的副載波不傳送信號。
例如，從天線Txl發(fā)送的AGC前同步碼105A由副載波f0, f4，仿 和fl2形成。類似地，從天線Tx2發(fā)送的AGC前同步碼105B由副載波fl， f5， f9和fl3形成。從天線Tx3發(fā)送的AGC前同步碼105C是由副載波f2， f6， fl0和fl4形成。此外，從天線Tx4發(fā)送的AGC前同步碼105D由副 載波f3， f7， fll和fl5形成。從天線Txl發(fā)送的副載波不被任何其他天線發(fā)送。類似地，從天線Tx2發(fā)送的副載波不被任何其他天線發(fā)送。
實際上，AGC前同步碼105A到105D在其通過快速富立葉逆變換 (IFFT)或離散富立葉變換(DFT)轉(zhuǎn)換成時域信號序列之后被發(fā)送。在 無線發(fā)送設(shè)備中，如圖14所示，存儲器202存儲作為AGC前同步碼、 涉及如圖13(a)到(d)所示頻域信號序列的數(shù)據(jù)。從存儲器202讀取的頻 域信號序列數(shù)據(jù)被IFFT電路206轉(zhuǎn)換成時域信號序列，并且輸入到數(shù) 字調(diào)制器203。數(shù)字調(diào)制器203可以引入IFFT電路206的功能。此外， 存儲器202可以預(yù)先存儲時域信號序列數(shù)據(jù)(由圖13(a)到(d)中示出的 頻域信號序列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來)。在這種情況下，不需要IFFT電路206。
如圖13(a)到(d)所示，由于AGC前同步碼105A到105D在4個天線 上頻率交織，來自天線Txl到Tx4的信號不包含相同頻率分量，因此可 以無相互干擾地到達無線接收設(shè)備。作為結(jié)果，無線接收設(shè)備可以執(zhí) 行精確接收電平測量，并且因此表現(xiàn)高接收性能。
本發(fā)明不限于上述實施例，而是可以通過不偏離范圍的各種方式 修改。例如，在圖2示出的實施例中，數(shù)才莫(D/A)轉(zhuǎn)換在發(fā)送單元204A 到204D被分別執(zhí)行。然而，可修改成由數(shù)字調(diào)制器203而不是發(fā)送單 元204A到204D執(zhí)行這種D/A轉(zhuǎn)換。類似地，在圖3示出的實施例中， 模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換在接收單元302A到302D分別執(zhí)行。然而，可以修改成 由數(shù)字解調(diào)器304而不是單元302A到302D執(zhí)行這種A/D轉(zhuǎn)換。
對于分組格式，短前同步碼序列IOI，第一長前同步碼序列102， 第一信號字段(信號)103和笫二信號字段(信號2)104被從如圖1所示天 線Txl發(fā)送。然而，可以從至少一個發(fā)送天線發(fā)送這種前同步碼信號。 每個第二長前同步碼序列可以象圖13(a)到(d)示出的AGC前同步碼 105A到105D—樣具有不同頻率分量。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到其它優(yōu)點和修改。因此，本發(fā)明在 其范圍方面不限于特定細節(jié)和這里說明和描述的代表實施例。相應(yīng)地， 在不偏離根據(jù)所附權(quán)利要求書及其等同表述所定義的總的發(fā)明構(gòu)思的 實質(zhì)或范圍的前提下進行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種無線發(fā)送設(shè)備，用于通過使用多個天線與無線接收設(shè)備通信，包括信號發(fā)生器，被配置成用于產(chǎn)生所發(fā)送的無線分組的信號，該無線分組包括短前同步碼，用于在無線接收設(shè)備處的第一自動增益控制(第一AGC)，第一長前同步碼，用于進行無線發(fā)送設(shè)備和無線接收設(shè)備之間的第一信道脈沖響應(yīng)的估測，信號字段，用于傳送涉及所述無線分組的信息，AGC前同步碼，用于在接收設(shè)備處的第一自動增益控制之后執(zhí)行的第二自動增益控制(第二AGC)，第二長前同步碼，用于進行無線發(fā)送設(shè)備和無線接收設(shè)備之間的第二信道脈沖響應(yīng)的估測，以及傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)字段，其中通過所述多個天線發(fā)送所述AGC前同步碼。
2. 如權(quán)利要求l所述的無線發(fā)送設(shè)備，其中對AGC前同步碼應(yīng)用 時間位置的循環(huán)移動。
3. 如權(quán)利要求l所述的無線發(fā)送設(shè)備，其中AGC前同步碼包含具 有特定于分量的頻域特性的分量。
4. 如權(quán)利要求l所述的無線發(fā)送設(shè)備，其中 所述短前同步碼、第一長前同步碼和信號字段是能夠由第一通信系統(tǒng)和第二通信系統(tǒng)識別的。
5. 如權(quán)利要求4所述的無線發(fā)送設(shè)備，其中所述第一通信系統(tǒng)符合IEEE 802.11a;以及 所述第二通信系統(tǒng)符合IEEE 802.11n。
6. 如權(quán)利要求l所述的無線發(fā)送設(shè)備，其中第二長前同步碼和所 述數(shù)據(jù)字段被多個天線發(fā)送。
7. 如權(quán)利要求l所述的無線發(fā)送設(shè)備，其中所述信息被視為所述 數(shù)據(jù)字段的長度。
8. 如權(quán)利要求1至7中任何一個所述的無線發(fā)送設(shè)備，進一步包 括多個天線。
9. 一種無線接收設(shè)備，用于與無線發(fā)送設(shè)備通信，包括 接收器，被配置成通過多個天線接收無線分組，該無線分組包括短前同步碼，用于在無線接收設(shè)備處的第一自動增益控制 (AGC)，第一長前同步碼，用于進行無線發(fā)送設(shè)備和無線接收設(shè)備 之間的第 一 信道脈沖響應(yīng)的估測，信號字段，用于傳送涉及所述無線分組的信息，AGC前同步碼，用于在接收設(shè)備處的第一自動增益控制之 后執(zhí)行的第二自動增益控制(AGC)，第二長前同步碼，用于進行無線發(fā)送設(shè)備和無線接收設(shè)備 之間的第二信道脈沖響應(yīng)的估測，以及傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)字段； 可變增益放大器，被配置成用于放大由接收器接收的信號；以及 增益控制器，被配置成用于當接收AGC前同步碼時控制可變增益 放大器的增益。
10. 如權(quán)利要求9所述的無線接收設(shè)備，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，被配置成用于把從可變增益放大器輸出的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
11. 如權(quán)利要求9所述的無線接收設(shè)備，還包括 信道脈沖響應(yīng)估測器，被配置成用于使用包含在從模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號中的第一長前同步碼和第二長前同步碼估測信道脈沖響 應(yīng)；以及解調(diào)器，被配置成用于根據(jù)所估測的信道脈沖響應(yīng)解調(diào)從模數(shù)轉(zhuǎn) 換器輸出的數(shù)字信號。
12. 如權(quán)利要求9至11中任何一個所述的無線發(fā)送設(shè)備，進一步 包括多個天線。
全文摘要
通過多個天線在發(fā)送設(shè)備和無線接收設(shè)備之間傳送無線分組的無線設(shè)備，方法和信號，其中信號發(fā)生器產(chǎn)生無線分組，該無線分組包含短前同步碼序列，用于第一自動增益控制(AGC)；第一長前同步碼序列；信號字段，用于傳送無線分組的長度；AGC前同步碼序列，用于在第一AGC之后執(zhí)行的第二AGC；第二長前同步碼序列；以及傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)字段。通過多個天線并行發(fā)送AGC前同步碼序列。
文檔編號H03G3/30GK101610573SQ20091016163
公開日2009年12月23日 申請日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者小林崇裕, 田邊康彥, 竹田大輔, 青木亞秀 申請人:株式會社東芝