專利名稱：干擾魯棒分組檢測的制作方法
技術領域：
0001本發(fā)明一般涉及超寬帶通信系統(tǒng)，更具體地涉及超寬帶通
信系統(tǒng)的分組同步。
背景技術：
0002采用超寬帶(UWB)系統(tǒng)的數(shù)字通信可以提供魯棒的通信。 寬頻段的使用可以在設備之間產(chǎn)生高速通信，通常不會干擾其它服務。 正交頻分復用技術(OFDM)將頻段分成多個小的頻點，可以方便地 在超寬帶系統(tǒng)的頻帶范圍擴頻通信。UWB系統(tǒng)可以采用跳頻以進一步 在可用的頻譜上擴頻通信。
0003UWB系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信通常被劃分為分組。 一般地，在分 組的首部是前導序列。前導序列在對于允許接收器決定分組的存在、 準備處理分組數(shù)據(jù)和其它方面有用。為了有效利用可用的數(shù)據(jù)帶寬， 分組的前導碼通常應該比較短，這樣傳輸?shù)呢撦d會比較低。然而，仍 然需要分組的可靠檢測，例如避免數(shù)據(jù)帶寬的分組丟失和并發(fā)丟失的 重傳。當接收到的信號包含噪聲或干擾信號時，檢測分組的能力會受 阻礙。超寬帶系統(tǒng)極有可能與存在于接收信號中的產(chǎn)生干擾的窄帶信 號的其它系統(tǒng)共享頻段。
0004另外，優(yōu)選前導序列提供這樣的信息該信息用以允許接 收器不但可以判定分組是否存在，而且還可判定在分組的什么位置可 以找到數(shù)據(jù)信息。不幸的是，當存在干擾信號時，基于前導序列判定 分組是否存在和何時開始處理分組數(shù)據(jù)可能都比較困難。
發(fā)明內(nèi)容
0005本發(fā)明提供了一種用于檢測采用跳頻的正交頻分復用超 寬帶通信系統(tǒng)中的分組同步序列的方法，包括接收采樣點序列；識別在接收到的采樣點序列中存在的干擾頻帶；根據(jù)基于已識別的干擾 頻帶從標準分組同步序列生成自適應的分組同步序列；使用自適應的 分組同步序列在接收到的采樣點序列中檢測標準的分組同步序列。
0006在其它方面，本發(fā)明為分組通信系統(tǒng)提供了分組同步序 列檢測器，該檢測器包括將接收到的信號轉換為數(shù)字采樣點的模數(shù)轉 換器、信號處理模塊以及接收數(shù)字采樣點和自適應分組同步序列并生 成檢測信號的分組同步序列檢測模塊。該信號處理模塊包括將數(shù)字 采樣點轉換為基帶接收信號的頻域表示的傅立葉變換模塊；識別標準 分組同步序列中的干擾頻率和零相關頻率的電路；將含有零頻率的分 組同步序列變換到時域以生成自適應分組同步序列的傅立葉逆變換模 塊。
0007圖1是根據(jù)本發(fā)明各方面的分組同步序列檢測器的方框
0008圖2示出根據(jù)本發(fā)明各方面的分組結構0009圖3a是根據(jù)本發(fā)明各方面的分組同步序列的功率頻譜
0010圖3b是根據(jù)本發(fā)明各方面的分組同步序列的另一張功率 頻譜0011圖3c是根據(jù)本發(fā)明各方面的分組同步序列的另一張功率 頻譜0012圖4是根據(jù)本發(fā)明各方面的檢測分組同步序列的過程的 流程0013圖5是根據(jù)本發(fā)明各方面的生成自適應分組同步序列的 過程的流程0014圖6是根據(jù)本發(fā)明各方面的檢測分組同步序列的另一過 程的流程詳細描述
0015圖1是根據(jù)本發(fā)明各方面的分組同步序列檢測器的方框圖。該檢測器可以使用集成電路在例如PHY芯片、其它芯片、或多芯
片系統(tǒng)中實現(xiàn)。通常地，該檢測器是接收器或收發(fā)器的一部分，并且 檢測器的元器件可以與接收器或收發(fā)器的其它部分共享。該檢測器優(yōu) 選接收采用正交頻分復用技術的發(fā)送器發(fā)射的信號。相應地，檢測器 接收來自天線的無線電信號，降頻轉換、采樣、數(shù)字化和檢測分組信 令。檢測器可以應用于結合有正交頻分復用和多頻帶跳頻的超寬帶系 統(tǒng)。
0016如圖l所示，檢測器包括天線11，它接收無線電信號， 并將其轉換為電信號。無線電頻率模塊(RF) 113接收電信號。無線 電頻率模塊通常放大信號，并將其降頻轉換為基帶信號。在一些實施 例中，降頻轉換在一系列頻率子段中以時頻代碼(TFC)定義的跳頻 進行跳躍。模數(shù)轉換器(ADC) 115采樣和數(shù)字化基帶信號。在一些 實施例中，自動增益控制模塊使用經(jīng)數(shù)字化的輸入采樣點來決定RF 模塊中可調(diào)整的增益設置。增益經(jīng)常受控制，從而使模數(shù)轉換器的輸 入范圍可以有效地被使用。
0017經(jīng)數(shù)字化的輸入采樣點被處理以用于識別干擾和自適應 用于檢測分組的分組同步序列，在有干擾情況下，該處理具有魯棒性。 自適應包括識別干擾頻率和在已識別的頻率處將標準分組同步序列的 頻率成分置零，從而生成自適應的分組同步序列。標準的分組同步序 列是由其發(fā)送方和接收器都認可的序列。在很多實施例中，標準的分 組同步序列被規(guī)格化為通信標準，比如，WiMedia。在一些實施例中， 發(fā)送方可以發(fā)送標準分組同步序列的修改版本，例如， 一些頻率成分 被置零的序列。通常，檢測的決定采用自適應序列和輸入之間的互相 關性以及對除去干擾的輸入的能量測量。通過在互相關性和能量測量 中去除干擾頻率，檢測可以在基本抗干擾的情況下被執(zhí)行。
0018圖2是用于圖1所示分組同步序列檢測器的分組結構示 意圖。使用這種分組結構的示例系統(tǒng)的規(guī)范可以在WiMedia聯(lián)盟、多 頻帶OFDM物理層規(guī)范1.1版和標準ECMA-368、高速超寬帶PHY 和MAC層標準中找到，這些標準整體作為參考并入本申請。圖2顯 示了分組211，其有一個前導部分213，后續(xù)有一個分組頭部分215， 接著是有效負載部分217。前導部分標志分組的開始，接收器對前導部分的檢測有利于后續(xù)有效負載數(shù)據(jù)的接收。前導部分包括一組分組
同步序列219和一組信道估計序列221。這組分組同步序列標志前導 部分的開始，也就是分組的開始。它也為接收器提供了頻率和時序信 息。接收器可以使用這組信道估計序列來判定通信信道的特性，用于 接收后續(xù)的有效負載部分。
0019圖2所示的分組同步序列組被劃分為一連串分組同步序 列223a到223n。分組同步序列通常由預定義的信令序列組成。在很 多實施例中，每個分組同步序列是正交頻分復用符號。前導部分中分 組同步序列的數(shù)目在不同實施例中和同一實施例中會有所不同，例如， 24或12個序列。在一些實施例中，每個分組同步序列會在發(fā)送前與 覆蓋序列(cover sequence)中的一項相乘。覆蓋序列的值通常被限制 為正負1。
0020返回圖1，經(jīng)數(shù)字化的輸入采樣點被快速傅立葉變換模 塊(FFT) 121接收，并轉換為頻域表示。另一種轉換可以用來代替傅 立葉變換。同樣地，傅立葉變換可以由另一種方法實現(xiàn)，用來代替快 速傅立葉變換。FFT和其它信號處理模塊可以用專用電路、可編程處 理器、或上述兩者的結合來實現(xiàn)。FFT的輸出由置零(nulling)模塊 123接收。這個模塊識別FFT輸出中幅值高于閾值的頻點。閾值可能 是固定的，或基于信號的特性，例如，平均信號水平加上偏移量。在 一些實施例中，置零模塊還計算被確認為干擾的頻點中的能量。在分 組檢測中干擾能量估計的使用在下文中描述。已確認的干擾頻率可以 根據(jù)干擾的預期穩(wěn)定性進行更新。在使用跳頻的實施例中，這些頻率 也可以被有效地轉換為其相應的無線電頻率。
0021置零模塊123還接收用頻域表示的標準分組同步序列。 在一些實施例中，標準分組同步序列是從存儲器被取出的。在其它實 施例中，在由置零模塊接收前，用時域表示的標準分組同步序列被存 儲和例如通過傅立葉變換被轉換。置零模塊將標準分組同步序列中對 應于已確認為干擾的頻率點的頻率成分設置為零，以產(chǎn)生一個自適應 分組同步序列?？焖俑盗⑷~逆變換模塊(iFFT) 125接收自適應分組 同步序列，并將其轉換為時域表示。和FFT121—樣，可以使用其它 的轉換方法；但是iFFT模塊一般都是前向FFT模塊的反向。iFFT的
8輸出是自適應分組同步序列的時域表示，用以進一步用于檢測輸入信 號的分組同步序列并且減少來自干擾信號的效應。
0022圖3a， 3b和3c示出了圖1所示分組同步序列檢測器中 的以下不同點處的頻譜的示例ADC輸出，標準分組同步序列，和自 適應分組同步序列。在圖3a中，曲線圖310示出了 ADC輸出處的經(jīng) 數(shù)字化的輸入采樣點的功率譜密度。信號功率在有效頻帶中接近直線， 在這一示例中大概為500 MHz，信號功率在有效頻帶外接近零。在功 率譜密度圖中還顯示了三個峰值點311， 313， 315，這些點的功率比 其它頻率點的功率大。作為示例顯示了三個峰值點，但出現(xiàn)的峰值數(shù) 目(如果存在)會因檢測器的工作環(huán)境而改變。在曲線圖310中還示 出閾值線317。閾值線標志著超過該閾值限制的功率會被認為來自于 干擾而不是想要的信號。信號功率在絕大部分頻率點都低于閾值線； 然而，在三個峰值點中的每個點的信號功率都超過了閾值線。因此三 個峰值點中的每個點會被確定為干擾信號所用的頻率，并在自適應分 組同步序列中被標記為零值。
0023圖3b中的曲線圖320示出了標準分組同步序列的功率譜。 功率在有效頻帶中基本平坦，在其它頻帶接近零。圖3c中的曲線圖 330示出了自適應分組同步序列的功率譜。這是將標準分組同步序列 中的干擾音置零后的功率譜。自適應序列的功率譜與標準分組同步序 列的功率譜匹配，但有三個零點331， 333和335的功率基本為零。零
點位于與輸入采樣點的功率譜密度的峰值相同的頻率處。雖然在本示 例中沒有顯示，在很多實施例中，分組同步序列在零頻率沒有功率。
0024回到圖1，檢測器還包括檢測處理器131。處理器接收經(jīng) 數(shù)字化的輸入采樣點和自適應分組同步序列，并且計算兩者之間的互 相關性。經(jīng)數(shù)字化的輸入采樣點和自適應分組同步序列的高度相關性 表明接收到的輸入很有可能是一個分組同步序列。處理器根據(jù)公式
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計算互相關性，其中n是采樣時間索引，N
是自適應分組同步序列的長度(通常等于標準分組同步序列的長度)， V是經(jīng)數(shù)字化的輸入采樣點的復共軛，是自適應的分組同步序列。 在一些實施例中，計算互相關性可能被簡化，例如，通過采用自適應分組同步序列的二進制表示。計算也可能使用其它變化，例如，省略 幅值的平方。
0025在一些實施例中，檢測處理器把計算得到的互相關性和 閾值作比較。閾值可以是固定的，也可以是例如，根據(jù)接收到的或預 期的信號自適應。檢測模塊產(chǎn)生分組同步序列檢測信號，該信號僅當 互相關性高于閾值時才為真。檢測信號被傳輸?shù)狡渌娐罚赃M一步 用于接收分組的后續(xù)部分。
0026在其它實施例中，檢測處理器根據(jù)公式
—"+ ^) = ^>(" +附)|2另外計算經(jīng)數(shù)字化的輸入采樣點塊中的能量，其
中n是采樣時間索引，N是采樣點塊的長度(通常等于自適應分組同 步序列的長度)，x是經(jīng)數(shù)字化的輸入采樣點。從計算得到的能量中 減去從置零模塊123接收到的干擾的能量，從而生成沒有干擾的能量 測量。檢測處理器把互相關性和沒有干擾的能量相除，并且將除得的 結果與閾值作比較。產(chǎn)生分組同步序列檢測信號，該信號僅當商大于 該閾值時為真。
0027圖4是在有干擾的情況下以魯棒的方式檢測分組同步序 列的過程的流程圖。在一些實施例中，該過程由檢測器執(zhí)行，比如， 圖l中的檢測器。在方框410中，該過程接收了一個信號。在很多實 施例中，該信號由天線接收、被降頻轉換至基帶、被采樣、并且在進 一步處理前被數(shù)字化。在方框420中，該過程識別在接收信號中的干 擾頻帶。在一些實施例中，通過計算接收信號的傅立葉變換，并査找 幅值高于閾值水平的頻點來識別干擾頻率。在一些實施例中，干擾頻 率的識別隨時間被調(diào)整。例如，可以通過平均連續(xù)的傅立葉變換的計 算值來逐漸完成。在一些實施例中，跳頻可以用于改變以接收信號基 帶形式出現(xiàn)的任何干擾的頻率位置，該過程會相應調(diào)整干擾的頻率。
0028在方框430中，該過程根據(jù)已識別的干擾頻率和標準分 組同步序列生成自適應的分組同步序列。在一些實施例中，由專門電 路來生成該序列。在其它實施例中，可編程處理器根據(jù)指令控制生成 該序列。本處理步驟的一個實施例請參見下文對圖5的描述。在使用 跳頻的實施例中，可能為跳頻中使用的每一個子頻帶使用不同的標準分組同步序列和不同的己識別干擾頻率。在方框440中，該過程使用 自適應的分組同步序列來檢測接收信號中的分組同步序列的存在。該 過程步驟的一個實施例請參見下文對圖6的描述。該過程在這之后返回。
0029圖5是用于生成自適應分組同步序列以用于在有干擾的 情況下魯棒檢測分組同步序列的過程的流程圖。在一些實施例中，該 過程由檢測器執(zhí)行，例如，圖2所示的檢測器。在方框510中，該過 程計算標準時域分組同步序列的傅立葉變換，以生成該序列的頻域表 示。在一些實施例中，該過程計算一次傅立葉變換，并將結果存儲起 來以在該過程的其它階段重復使用。在其它實施例中，傅立葉變換會 在每次過程其它階段需要計算結果時被重復計算。在該過程的很多實 施例中，變換是使用快速傅立葉變換方法來計算的。該過程的一些實 施例可以使用其它轉換代替傅立葉變換，比如小波變換。
0030在方框520中，該過程將分組同步序列的頻域表示中對 應干擾的頻點置為零。已識別的干擾頻率是該過程的輸入。在方框530 中，該過程計算經(jīng)置零的序列的傅立葉逆變換。結果得到的時域自適 應分組同步序列可以用于以不受已識別干擾的存在影響的方式檢測分 組同步序列。通常使用快速傅立葉逆變換方法計算該變換。與方框510 中的傅立葉變換類似，可以使用替換的變換方法。該過程在這之后返 回。
0031圖6是使用基于干擾的自適應分組同步序列檢測分組同 步序列的過程的流程圖。在一些實施例中，該過程由檢測器執(zhí)行，例 如圖2中的檢測器。在方框610中，該過程計算輸入信號和自適應分 組同步序列之間的互相關性。在該過程的很多實施例中，根據(jù)圖2描 述給出的公式計算互相關性。計算的變量也可能被使用。在方框620 中，該過程可選擇地計算接收的采樣點中的能量。在該過程的許多實 施例中，通過對在某個時間窗口中接收到的采樣點的幅值平方求和來 計算能量。 一般，計算能量使用的時間窗口與計算互相關性使用的時 間窗口相同。 一些實施例可以簡單的形式計算能量，例如，通過取絕 對值而不是對幅值求平方。在方框630中，該過程可以選擇地從計算 的接收信號的能量中減去干擾的能量。干擾的能量是該過程的輸入。0032在方框640中，該過程可以選擇地用方框610計算的互 相關性除以方框630計算得到的能量。在方框650中，該過程將方框 640計算得到的商或方框610計算得到的互相關性與判決閾值作比較 來判定在輸入采樣點中是否存在分組同步序列。閾值可能是固定的， 或基于信號的特性自適應。該過程僅當超過閾值時表明檢測到分組同 步序列。該過程在這之后返回。
0033提供的上述對本發(fā)明實施例的描述是為了圖示和說明。 這些描述并不是為了窮舉或將本發(fā)明僅限于公開的形式，可以根據(jù)上 面的教導或從發(fā)明的實踐中得到修改和變化。選擇和描述的實施例只 是為了說明發(fā)明的原理和實際應用，以使得本領域技術人員可以以各 種實施方式和適于預期的特定用途的各種修改來運用本發(fā)明。
1權利要求
1.一種用于檢測采用跳頻的正交頻分復用OFDM超寬帶UWB通信系統(tǒng)中分組同步序列的方法，包括接收采樣點序列；識別存在于接收的采樣點序列中的干擾頻帶；根據(jù)已識別的干擾頻帶，從標準分組同步序列生成自適應分組同步序列；和使用所述自適應分組同步序列來檢測所述接收的采樣點序列中的所述標準分組同步序列。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中生成自適應分組同步序列包括將與標準分組同步序列的頻域表示中的已識別的干擾頻帶對應的頻率成分置零，以生成自適應頻域分組同步序列。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中生成自適應分組同步序列還包括將自適應頻域分組同步序列轉換為自適應時域分組同步序列。
4. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中生成自適應分組同步序列還包括將標準分組同步序列的時域表示轉換為標準分組同步序列的頻域表示。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中檢測所述接收的采樣點序列中的所述標準分組同步序列包括計算所述接收的采樣點序列和所述自適應分組同步序列之間的互相關性。
6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中檢測所述接收的采樣點序列中的所述標準分組同步序列包括-計算所述接收的采樣點序列和所述自適應分組同步序列的二進制形式之間的互相關性。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中檢測所述接收的采樣點序列中的所述標準分組同步序列進一步包括計算所述接收的采樣點序列的能量；計算所述已識別的干擾頻帶的能量；和從所述接收的采樣點序列的所述能量減去所述己識別的干擾頻帶的所述能量，以生成除去干擾的接收能量的測量。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中檢測所述接收的采樣點序列中的所述標準分組同步序列進一步包括計算出計算得到的互相關性與除去干擾的接收能量測量值之間的比率；禾口將所述比率與閾值比較，以判定分組同步序列的存在。
9. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中識別干擾頻帶包括將一組所述接收到的采樣點序列轉換為頻域表示；定位所述頻域表示中的幅值峰值；和將定位的幅值峰值與閾值作比較。
10. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中為多個子頻帶中的每一個子頻帶執(zhí)行識別干擾頻帶。
11. 一種用于分組通信系統(tǒng)的分組同步序列檢測器，包括模數(shù)轉換器，用于將接收到的信號轉換為數(shù)字采樣點；信號處理模塊包括傅立葉變換模塊，用于將所述數(shù)字采樣點轉換為基帶接收信號的頻域表示；用于識別干擾頻率并將標準分組同步序列中相應的頻率置零的電路；禾口傅立葉逆變換模塊，用于將經(jīng)置零的所述分組同步序列轉換到時域，以生成自適應分組同步序列；和分組同步序列檢測模塊，其接收所述數(shù)字采樣點和所述自適應分組 同步序列，并產(chǎn)生檢測信號。
12. 根據(jù)權利要求11所述的用于分組通信系統(tǒng)的分組同步序列檢測 器，其中所述分組同步序列檢測模塊包括互相關模塊，其接收所述數(shù)字采樣點和所述自適應分組同步序列， 并計算兩者的互相關性。
13. 根據(jù)權利要求11所述的用于分組通信系統(tǒng)的分組同步序列檢測 器，其中所述信號處理模塊還包括頻率峰值檢測器，其識別所述接收的信號的頻域表示中的最大值；和閾值比較器，其比較所述最大值和閾值以識別干擾頻率。
14. 根據(jù)權利要求11所述的用于分組通信系統(tǒng)的分組同步序列檢測 器，其進一步包括在子頻帶間跳躍的無線電頻率電路降頻變換器；并且其 中所述信號處理模塊為每個子頻帶生成自適應分組同步序列。
15. 根據(jù)權利要求11所述的用于分組通信系統(tǒng)的分組同步序列檢測 器，其中所述信號處理模塊進一步包括用于計算干擾頻率的能量的電路； 所述分組同步序列檢測器進一步包括能量計算模塊，所述能量計算模塊被配置為計算數(shù)字采樣點的能量減去干擾頻率的能量，從而產(chǎn)生沒有干擾的能量測量；和其中所述分組同步序列檢測模塊進一步接收沒有干擾的能量測量，從而產(chǎn)生檢測信號。
全文摘要
一種用于在UWB OFDM通信中分組的干擾魯棒檢測的方法和系統(tǒng)。檢測器識別接收信號中的干擾頻率，并且通過將干擾對應的頻率置零而生成自適應分組同步序列，用以檢測分組前導部分。基于相關性和能量計算的各種標準被用來識別分組同步序列。
文檔編號H04L27/26GK101640655SQ20081013439
公開日2010年2月3日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權日2008年7月30日
發(fā)明者R·H·馬哈德瓦帕, S·T·布林克 申請人:偉俄內(nèi)克斯研究公司