使用解擴頻信號以校正相誤差的裝置的制作方法

專利名稱：使用解擴頻信號以校正相誤差的裝置的制作方法
技術領域：
本發明關于在如無線局域網絡(WLAN)系統等的擴頻通信系統中的接收器，并且尤其是有關于所接收信號的相誤差校正。
背景技術：
無線局域網絡為一種有彈性的數據通信系統，應用做為有線局域網絡的延伸或替代方案。利用射頻或紅外技術，WLAN裝置透過大氣傳送和接收數據以減少對連接線的需求。因此，WLAN系統兼具相互連接性和使用者移動性。
大部分的WLAN系統使用擴頻技術，這是一種為了要使通信系統更可靠且安全而開發的寬頻射頻技術。擴頻技術的設計是以頻寬效率交換可靠性、完整性和安全性。經常使用的兩種擴頻射頻系統形式為跳頻擴頻和直接序列擴頻系統。
定義和管理操作在2.4G赫茲頻譜中的無線局域網絡標準為IEEE802.11。為了可達到較高的數據傳輸率，將此標準延伸為802.11b標準，其在2.4G赫茲頻譜中允許5.5和11Mbps的數據傳輸率。此延伸是可以向下兼容，只要其與直接序列擴頻技術相關，但采用稱為互補碼移位鍵(Complementary Code Keying)的新調變技術，這使得其速度增快。
在WLAN系統以及其它擴頻通信系統中，信號在從發射器至接收器的路徑中會遭遇許多的失真。在發射器和接收器中的射頻震蕩器的頻率偏移可能會導致頻率誤差。
假設s(t)為傳輸信號s(t)＝A(t)·ejωt其中w為載波頻率，則接收信號可表示為
其中we為發射器和接收器間的震蕩器的頻率差，而φe為發射器和接收器間的震蕩器的相位差。
現參考第1圖，圖中所表示的誤差校正配置包含有頻率誤差校正單元100和相位誤差校正單元110。頻率誤差校正單元100系用于補償頻率誤差，然后利用相位誤差校正單元110補償剩余的相位誤差。下文中將更詳細說明的。
假設輸入到頻率誤差校正單元100的基頻帶信號為 則頻率誤差校正單元100的輸出信號為 其中 表示殘留的頻率誤差。此信號可視為具有以時間為函數的相位的信號。
其在當 和φ0為常數時是隨時間而線性增加。
相位誤差校正單元110的工作主要是移除剩余的相位誤差以便所接收的信號與所傳送的信號能夠盡量相同，所以可以減少發生解調誤差的機率。在第2圖中系表示相位誤差校正單元110如何動作的范例。
第2圖中所表示的相位誤差校正單元110包含有誤差校正模塊200，其執行下列操作 其中 為當前相位誤差的估算。誤差校正模塊200是由從測量模塊210所接收到的誤差信號控制。測量模塊210測量誤差校正模塊200的輸出信號的相位誤差且嘗試產生誤差信號以便可減少相位差異
現參考第3圖，圖中系表示用于二進制相移鍵控(BPSK)系統的狀態圖(或坐標圖)。為了方便說明將此圖標旋轉。在此圖標中，中空符號表示″理想″的信號點，反之，叉型符號表示有相位位移的接收信號的信號點。在理想和接收坐標間的電流相位差異是以 表示。決定此相位差以便產生非常精確的誤差信號是誤差測量模塊210的工作。
假設x(k)，x(k-1)，x(k-2)，....為所接收數據取樣點的實數部分，而y(k)，y(k-1)，y(k-2)，....為其虛數部分，且假設理想坐標點的實數和虛數部分系分別以xA和yA表示，所以可以依據下列公式計算相位誤差 可是，在所接收信號中總是會有額外的白色高斯噪聲，所以測量信號點會從第3圖所表示的叉型標記隨機偏移。為了說明此現象，在第3圖中沿著叉型標記周圍標示一個區域其表示在此區域內所測量的坐標點會因為額外的噪聲而以特定機率隨機分布。所標示區域具有特定半徑，且此半徑是由通信系統內當前的信道情形而決定。
因此，測量如上所表示的相位差會具有一個缺點，也就是因為額外的噪聲，將會有隨機測量誤差。噪聲區域的半徑愈大，則測量誤差愈大。注意當在坐標圖中理想信號點和所接收信號點間的距離，亦即，叉型標記沒有超過噪聲區的半徑，則測量誤差可能達到100％。
很明顯地，假如無法正確測量相位差，則測量模塊210無法正確產生誤差信號。因此，在傳統接收器內的相位誤差校正通常無法有效動作，因而導致整個系統的可靠度降低，并因此降低接收器達到穩定的時間。

發明內容
本發明提供已改善的接收器及其操作方法，其當執行相位誤差校正時，尤甚者當取樣有噪聲的數據時，可增加其品質的控制。
依據本發明的一態樣，提供一種于擴頻通信系統中的接收器，其包含有相位誤差校正單元，該相位誤差校正單元連接以接收具有相位誤差的輸入信號及用于產生具有已校正相位誤差的輸出信號。此接收器更包含有解擴頻器，其用于解擴頻數據信號。將此解擴頻器連接至相位誤差校正單元以便將解擴頻數據信號提供給相位誤差校正單元。設置相位誤差校正單元系用于依據解擴頻數據信號校正相位誤差。
在進一步的實施例中，該解擴頻電路為互補碼移位鍵(CCK)匹配濾波器。
在進一步的實施例中，該互補碼移位鍵匹配濾波器是利用沃爾什(Walsh)樹而實現。
在進一步的實施例中，該互補碼移位鍵匹配濾波器包括有互補碼移位鍵解校正器以便提供所述的互補碼移位鍵解校正器的相位輸出給所述的相位誤差校正單元。
在進一步的實施例中，該解擴頻電路包括有巴克(Barker)匹配濾波器；互補碼移位鍵匹配濾波器；以及選擇單元，其連接至所述的巴克匹配濾波器和所述的互補碼移位鍵匹配濾波器。其中所述的選擇單元適用于選擇所述的巴克匹配濾波器和所述的互補碼移位鍵匹配濾波器的其中之一以便提供所選擇濾波器的輸出給所述的相位誤差校正單元。
在進一步的實施例中，該選擇單元連接成可接收選擇信號指示已選擇所述的巴克匹配濾波器和所述的互補碼移位鍵匹配濾波器的哪一個。
在進一步的實施例中，該接收器進一步包括控制器，該控制器適用于依據與當前由所述接收器所接收到信號相關的數據轉換模式而產生所述的選擇信號。
在進一步的實施例中，該控制器適用于持續追蹤當前所使用的數據轉換模式，且當數據轉換模式改變時能夠切換選擇信號。
在進一步的實施例中，該控制器適用于依據所述將解擴頻數據信號的數據率而產生所述的選擇信號。
在進一步的實施例中，所述的控制器適用于產生所述的選擇信號以便指示所述的選擇單元當數據率為1Mbps或2Mbps時選擇所述的巴克匹配濾波器。
在進一步的實施例中，該控制器適用于產生所述的選擇信號以便指示所述的選擇單元當數據率為5.5Mbps或11Mbps時選擇所述的互補碼移位鍵匹配濾波器。
在進一步的實施例中，所述的控制器適用于持續追蹤當前所使用的數據率，且當數據轉換率改變時能夠切換選擇信號。
依據本發明的另一態樣，該接收器為無線局域網絡接收器。
在依據本發明的又一態樣中，可能設置有一個集成電路芯片用于處理擴頻數據信號。此集成電路芯片具有上述各實施例中的接收器中的任一個接收器。
在依據本發明的又一態樣中，提供操作WLAN接收器的方法。此方法包含有校正在輸入信號中的相位誤差，及解擴頻數據信號。相位誤差校正是依據解擴頻數據信號而執行。
在依據本發明的又一態樣中，提供在擴頻通信系統中操作接收器的方法。此方法包含有校正在輸入信號中的相位誤差，及解擴頻數據信號。相位誤差校正是依據解擴頻數據信號而執行相位誤差校正。
在進一步的實施例中，該相位誤差的校正包含有依據所述解擴頻數據信號產生誤差信號，此誤差信號系用于指示當前的相位誤差；以及依據所述的誤差信號產生已校正的輸出信號。
在進一步的實施例中，該誤差信號的產生包含有積分所述的擴頻信號一段時間。
在進一步的實施例中，該數據信號是藉由校正所述輸入信號的相位誤差而產生的信號。
在進一步的實施例中，解擴頻該數據信號包含有操作巴克(Barker)匹配濾波器。
在進一步的實施例中，解擴頻此數據信號包含有操作互補碼移位鍵(CCK)匹配濾波器。
在進一步的實施例中，該互補碼移位鍵匹配濾波器是利用沃爾什(Walse)樹而實現。
在進一步的實施例中，該互補碼移位鍵匹配濾波器包含有互補碼移位鍵解校正器以便提供所述互補碼移位鍵解校正器的相位輸出，此相位誤差校正器是依據所述的相位輸出而執行。
在進一步的實施例中，解擴頻該數據信號包含有操作巴克匹配濾波器；操作互補碼移位鍵匹配濾波器；以及選擇所述巴克匹配濾波器和所述互補碼移位鍵匹配濾波器的其中之一，其中該相位誤差校正器是依據所選擇濾波器的輸出而執行。
在進一步的實施例中，選擇其中之一濾波器包含有從控制器接收選擇信號，此選擇信號表示將選擇巴克匹配濾波器和互補碼移位鍵匹配濾波器中的哪一個。
在進一步的實施例中，該方法更包含有操作所述的控制器以便依據當前與所述無線局域網絡接收器所接信號相關的數據轉換模式而產生所述的選擇信號。
在進一步的實施例中，控制器的操作包含有持續追蹤當前所使用的數據轉換模式；以及一旦該數據轉換模式改變則切換選擇信號。
在進一步的實施例中，該方法更包含有操作所述的控制器以便依據所述將解擴頻的數據信號的數據率而產生所述的選擇信號。
在進一步的實施例中，所述控制器的操作包含有當數據率為1Mbps或2Mbps時產生所述的選擇信號以便選擇所述的巴克匹配濾波器。
在進一步的實施例中，所述控制器的操作包含有當數據率為5.5Mbps或11Mbps時產生所述的選擇信號以便選擇所述的互補碼移位鍵匹配濾波器。
在進一步的實施例中，所述控制器的操作包含有持續追蹤當前所使用的數據率；以及當數據轉換率改變時能夠切換選擇信號。
在進一步的實施例中，如權利要求21所述的方法，更包含有校正在所接收信號內的頻率誤差；其中所述的輸入信號為已頻率誤差校正過的信號。
在進一步的實施例中，該方法適用于操作在與IEEE 802.11b兼容的無線局域網絡接收器中。


為了說明本發明的原理加入作為本說明書一部分的伴隨圖式。不應因為這些圖式而解釋本發明僅局限在用于描述和說明如何執行和使用本發明的范例。從本發明的下列說明和更特殊的說明將可更清楚明了本發明的各種特性和優點，其如所伴隨圖式中所表示，其中第1圖的方塊圖系表示在傳統接收器內用于校正頻率和相位誤差的組件；第2圖表示傳統相位誤差校正單元的主要組件；第3圖表示的相位坐標圖系表示理想和接收信號點；第4圖的方塊圖表示依據第一實施例的相位誤差校正配置；第5圖的方塊圖表示依據第二實施例的相位誤差校正配置；第6圖的方塊圖表示依據第三實施例的相位誤差校正配置；第7圖的流程圖表示依據其中一實施例的配置的操作程序；和第8圖的流程圖表示在依據第三實施例的配置中所執行的濾波選擇程序。
具體實施例方式
現將參考圖式說明本發明作為說明用的實施例，在這些圖式中相同的組件和結構是以相同的參考數據標示。
現參考圖式，且尤甚者參考第4圖，其系表示依據第一實施例的WLAN接收器組件，所提供的相位誤差校正單元200、400包含有誤差校正模塊200和測量模塊400。測量模塊400發出誤差信號給校正模塊200，此誤差信號系用于校正相位誤差。因此，依據第一實施例的相位誤差校正單元的結構類似第2圖所表示的相位誤差校正單元，但是注意其測量模塊400是不同的。這是因為將測量模塊400連接成可接收巴克(Barker)匹配濾波器410的輸出，所以測量模塊400需要能夠依據從Barker匹配濾波器410輸出的解擴頻數據信號產生誤差信號。
假設Barker匹配濾波器410接收已接收到數據取樣的信號的時變實數和虛數部分，亦即x(t)和y(t)，則Barker匹配濾波器410會產生下列輸出a(t)＝-1·x(t-10T)b(t)＝-1·y(t-10T)-1·x(t-9T) -1·y(t-9T)-1·x(t-8T) -1·y(t-8T)+1·x(t-7T) +1·y(t-7T)
+1·x(t-6T) +1·y(t-6T)+1·x(t-5T) +1·y(t-5T)-1·x(t-4T) -1·y(t-4T)-1·x(t-3T) -1·y(t-3T)+1·x(t-2T) +1·y(t-2T)+1·x(t-1T) +1·y(t-1T)-1·x(t) -1·y(t)然后測量模塊400會依據下列公式產生誤差信號 注意Barker匹配濾波器410在任何時間的輸出不僅由當前所接收數據取樣的實數和虛數部分決定，亦由之前多達十個的數據取樣值決定。因此，額外白色噪聲的影響將會被平均，所以測量模塊400所產生的誤差信號會具有較大的準確度。相較于傳統的取樣方式，此使得可更容易控制相位誤差校正的品質。再者，很明顯地因為Barker匹配濾波器410通常已經存在于接收器內所以不須為此目的而增加額外的電路。
現參考第5圖，圖中系表示第二實施例，其與第一實施例的不同在于以互補碼移位鍵(CCK) 匹配濾波器510取代Barker匹配濾波器410。如上所述，互補碼移位鍵為執行IEEE 802.11b標準的調變技術，其可用于5.5和11Mbps的數據率。互補碼移位鍵調變通常可以視為使用復雜符號結構碼的MOK(M-ary正交移位鍵)調變的修正。互補碼移位鍵技術使得可進行多信道操作且使用與802.11Barker碼擴頻功能相同的芯片率和頻譜形式。互補碼移位鍵可視為M-ary代碼字調變的一種形式，在此僅選擇傳送M個唯一代碼字信號的其中之一。
因此，雖然第一實施例使用Barker匹配濾波器410且因為最適合校正802.11兼容的WLAM系統，或與802.11b的1或2Mbps模式兼容的WLAN接收器中的相位誤差，但第5圖中第二實施例的技術最適合用于與802.11b的5.5和11Mbps模式相同的接收器。
互補碼移位鍵匹配濾波器510可藉由沃爾什(Walsh)樹而實現。Walsh樹可以是由互補碼移位鍵校正器和互補碼移位鍵比較器組成，且可使用決策軟件決定最大可能譯碼。此比較器系用于尋找局部最大值。在本實施例中，由互補碼移位鍵匹配濾波器510輸出且提供給測量模塊500的解擴頻信號為互補碼移位鍵解校正的相位輸出。
注意第二實施例的配置可以達到與第一實施例相同的優點。也就是說，因為藉由使用解擴頻信號所以可抑制高斯噪聲，此信號系導因于噪聲層。藉由避免因為取樣所引起的相位誤差校正，可以更詳細地執行相位差異的測量和相位誤差的校正。此降低解調變誤差并因此可改善WLAN接收器的整體性能。
現參考第6圖，圖中所表示的第3實施例可在任何可能的接收器數據傳輸模式下達到上述優點。設置多任務器610作為選擇單元用于依據當前的傳輸模式，亦即，依據數據率選擇Barker匹配濾波器410和互補碼移位鍵匹配濾波器510的其中之一。多任務器610從控制器620接收選擇信號，在此控制器620持續追蹤其模式以便當數據率變動，例如從2Mbps變動至5.5Mbps時，其配置可以從一種濾波器變換至另一種濾波器。
在上述實施例中，可使用測量模塊400、500、600以便積分相位差而達到當前相位誤差的估算 其中a和b為常數。可使用低通濾波器完成此積分動作，且在此所使用的積分項包含有任何平滑算法，其對給定周期內的數值進行平均，或加總已加權過的前一個已平滑值和當前值。這些技術可更有效地抑制額外白色噪聲的影響。
現參考第7圖，圖中的流程圖系表示用于操作上述實施例其中一個配置的主要程序。在步驟700中，所接收到的數據信號系利用Barker匹配濾波器410或互補碼移位鍵匹配濾波器510解擴頻。注意亦可以使用任何其它形式的解擴頻(解調)技術。此信號最好可以利用當前接收器內現有的解擴頻器解擴頻。
然后在步驟710中將解擴頻信號積分，并且在步驟720中產生誤差信號。注意除了將解擴頻信號積分且依據其結果產生誤差信號，亦可以產生誤差信號而不需要執行前一個積分步驟。再者，在另一個實施例中，亦可將誤差信號積分。
最后，利用所產生的誤差信號，在步驟730中執行相位誤差校正，且使程序回到步驟700，在此校正模塊200的輸出會回饋至解擴頻器410，510。
第8圖中系表示第三實施例中選擇Barker匹配濾波器410和互補碼移位鍵匹配濾波器510其中之一的程序。在步驟800中，控制器620決定數據率。然后在步驟810中檢查是否是以1Mbps或2Mbps模式執行數據的傳輸，且假如是的話，則指示多任務器610切換至Barker匹配濾波器410(步驟820)。假如在步驟830中判斷是以55或11Mbps模式執行數據的傳輸，則多任務器610會在步驟840中切換至互補碼移位鍵匹配濾波器510。
從上述討論可明顯得知，所提供的相位誤差校正技術可應用于WLAN系統和其它的擴頻通信系統，且可以藉由抑制在所接收到數據取樣內的額外噪聲的影響而改善解調可靠度及穩定時間。此技術特別可應用于802.11b兼容的系統中。因為對所提供的譯碼技術沒有任何限制，所以此實施例可在二進制相移鍵控(BPSK)、正交相移鍵控(QPSK)及其它包含有差分正交相移鍵控(DQPSK)的結構中達到上述優點。
工業上的應用顯然，本發明益于應用在計算機組件中且可因此在工業制程和產品中實行。
權利要求
1.一種在擴頻通信系統中的接收器，包含有相位誤差校正單元(200，400，500，600)，將其連接成接收具有相位誤差的輸入信號并且適于產生具有相位誤差已經校正過的輸出信號；以及解擴頻器(410，510，610)，其適用于解擴頻數據信號；其中所述的解擴頻器是連接至所述的相位誤差校正單元以便提供解擴頻數據信號給所述的相位誤差校正單元，和設置所述的相位誤差校正單元以用于依據所述的解擴頻數據信號而校正相位誤差。
2.如權利要求1所述的接收器，其中所述的相位誤差校正單元包含有誤差測量模塊(400，500，600)，將其連接成可接收所述的解擴頻數據信號且用于產生表示當前的相位誤差的誤差信號，以及誤差校正模塊(200)，將其連接成接收所述的誤差信號且用于產生所述的輸出信號。
3.如權利要求2所述的接收器，其中所述的誤差測量模塊用于將所述的解擴頻數據信號積分一段時間以便產生所述的誤差信號。
4.如權利要求1所述的接收器，其中所述的解擴頻器連接至所述的相位誤差校正單元以便接收所述的輸出信號做為所述的數據信號。
5.如權利要求1所述的接收器，其中所述的解擴頻器為巴克匹配濾波器(410)。
6.如權利要求1所述的接收器，進一步包含有頻率誤差校正單元(100)，其適用于校正在所接收信號內的頻率誤差；其中所述的相位誤差校正單元的所述的輸入信號為頻率誤差校已正過的信號。
7.如權利要求1所述的接收器，其與IEEE 802.11b兼容。
8.一種用于處理擴頻數據信號的集成電路芯片，其包含有依據所述的權利要求的任一所述的接收器。
9.一種操作在擴頻通信系統中的接收器的方法，此方法包含有校正(720，730)在輸入信號內的相位誤差；以及解擴頻(700)數據信號；其中該相位誤差校正是依據此解擴頻數據信號而執行。
全文摘要
本發明提供在如無線局域網絡(WLAN)接收器等接收器內的相位誤差校正技術。此接收器包含有相位誤差校正單元，將其連接成接收具有相位誤差的輸入信號且用于產生已經相位誤差校正過的輸出信號。再者，此接收器包含有解擴頻器，適用于解擴頻數據信號。此解擴頻器是連接至相位誤差校正單元以便提供解擴頻數據信號給相位誤差校正單元。設置此相位誤差校正單元用于依據解擴頻數據信號校正相位誤差。此解擴頻器可以是巴克(Barker)匹配濾波器或互補碼移位鍵(CCK)匹配濾波器，且在此可以設置多任務器用于選擇其中一種濾波器。
文檔編號H04B1/707GK1656761SQ03812279
公開日2005年8月17日 申請日期2003年2月28日 優先權日2002年5月31日
發明者M·梅內加, E·薩池西, T·哈努施 申請人:先進微裝置公司