專利名稱：用于幅度不敏感的分組檢測的方法
技術領域：
本發明一般地涉及無線通信領域，具體涉及一種用于在數字接收器中檢測所接收的數據分組的存在的方法和器件。
背景技術：
在便攜通信市場中的迅速增長已經推動設計者來尋求對于按照IEEE802.11a-1999第11部分的射頻(RF)收發器的低成本、低功率、高度集成的解決方案，IEEE 802.11a-1999第11部分“無線局域網介質訪問控制(MAC)和物理層(PHY)規范——在5GHz頻帶中的高速物理層”，其在此通過引用而被并入。本領域內的技術人員將會理解，任何無線接收器的一個重要方面是檢測數據分組的存在的能力，其中，所接收的信號可能作為多徑衰落和/或存在噪音的結果而變差。
使用數字解調方法的無線射頻接收器通常檢測能量的存在，以便啟動定時機器來控制無線信號的適當獲取。這個獲取通常包含確定射頻前同步信號或所謂的“簽字”信號。
獲取包含將輸入信號施加到與原始RF簽字“匹配”的濾波器，并且對于所述被匹配的濾波器的輸出查看“峰值”以表示檢測到了具有有效簽字的信號。如本領域內的技術人員將會明白的，某些射頻應用通過將射頻信號劃分為表示同相(I)和正交(Q)信道(I/Q信道)的信號分量來執行信號處理操作。如果將RF信號解調為復I/Q基帶，則所述匹配的濾波器在基帶也必須為復I/Q。這個處理被定義為“復匹配濾波器相關”或簡稱為“相關”。
如果射頻信號在獲取處理期間經歷了迅速的自動增益控制(AGC)波動，則相關峰值的質量將變差，并且有效簽字的確定可能妥協。本領域內的技術人員將會明白，AGC電路是這樣的電路，通過它，作為諸如所接收的信號強度(RSSI)之類的特定參數的函數，以特定方式來自動調整增益。
以往的解決方案通過除以在接收器列(line-up)中的AGC增益的估計而將基帶I或Q標準化。這種方法的問題是它需要增益值的估計。這個增益估計花費時間，并且如果有限的時間可用則通常是有噪聲的，因此在其中有限時間可用的應用中(像在IEEE 802.11a中那樣)，必須使用差的估計，導致有噪音的相關器輸出和提高的錯誤檢測概率。
差增益估計意味著傳統的標準化將產生或者太大或者太小的相關器輸出，這依賴于在輸入信號的幅度和增益估計的值之間的差。
發明內容
為了克服現有技術的缺陷，提供了一種相關性(correlation)的簡化方法，它在保持相位關聯的同時消除了與輸入信號幅度波動的相關性(dependency)，這對于所述相關性處理是重要的。本發明消除了對于完全標準化的要求，所述完全標準化通常是由復乘法器電路進行，并且將其用具有M個離散復I/Q相位輸出的簡單查找表(LUT)取代。
按照本發明的一個方面，在一種數字無線接收器中，提供了一種用于檢測在所接收的射頻(RF)信號中的數據分組的存在的方法，其包括以下步驟將所述RF信號分離為同相(I)和正交(Q)信號；從所述I和Q信號去除直流偏移；調制所述I和Q信號；對于所述被調制的I和Q信號執行幅度標準化；經由復相關器將所述幅度標準化的I和Q信號與基準信號相比較；檢測所述復相關器輸出的峰值；并且如果所述峰值大于預定門限值，則指示已經接收到數據分組，否則對于隨后接收的RF信號執行步驟(a)-(g)。
優選的是，執行幅度標準化的步驟包括將所述被調制的I和Q信號映射為量化的相移鍵控(PSK)信號星座。
按照本發明的第二方面，在無線數字接收器中提供了一種用于檢測在所接收的射頻(RF)信號中的數據分組的存在的電路，包括直流(DC)偏移模塊，用于校正在從所接收的RF信號得到的同相(I)和正交(Q)信號中的本地振蕩器(LO)泄露；獲取模塊，與DC偏移模塊通信，包括M元相移鍵控(PSK)映射器，用于將所述I和Q信號映射為量化的PSK信號星座；復相關器，用于從所述M元PSK映射器接收輸入，以將被映射的I和Q信號與一個基準相比較；以及檢測器，用于從復相關器接收輸入以確定正確的簽字的存在。
優選的是，所述檢測器還包括復到極坐標(C2P)流轉換器，用于將復相關器的輸出轉換為幅度和相位值；幅度計算模塊，用于確定所轉換的輸出的信號大小；以及峰值檢測模塊，與幅度計算模塊通信以確定信息比特的存在。
本發明的優點現在容易是明顯的。這種簡化的標準化方案使得所述算法相對在輸入信號的幅度變化是強壯的，同時仍然考慮了好的相關性輸出。在將干擾疊加在I/Q輸入信號上的應用中，本發明相對AGC標準化方法改善了檢測能力。
通過參照下面的附圖而考慮下面的詳細說明，將獲得對本發明更好的理解，附圖中圖1是數字接收器的方框圖；圖2是在圖1的數字接收器中包含的數字解調器的方框圖；圖3是在圖2的數字解調器中包含的數字解調器前端的方框圖；圖4是在圖3的數字解調器前端中包含的本發明的分組檢測系統的方框圖；圖5是圖4的分組檢測系統的獲取塊的方框圖；圖6是I/Q基帶信號星座(constellation)；并且圖7是在圖5的獲取塊中包含的檢測器的方框圖。
具體實施例方式
參見圖1，它描述了其中應用本發明的數字接收器10。優選的數字接收器10可以是例如由IceFyre半導體公司提供的ICE5350數字接收器，它執行在IEEE 802.11a標準中詳細說明的所有物理層功能，但是本發明不意味著限于這種接收器。數字接收器10位于RF接收器前端12和物理介質訪問控制(PHY/MAC)14之間。RF接收器前端12連接到天線A和B。如圖所示，在數字接收器10中的兩個主要塊是數字解調器16和基帶解碼器18。數字解調器16通過下述方式來恢復基帶信號去除載波偏移，定時偏移，補償信道損害和將數字調制的信號去映射(demapping)。這個塊位于模數接口(未示出)和基帶接口(未示出)之間。基帶解碼器18去交織所述基帶信號，通過軟判定維特比(Viterbi)算法來提供糾錯，并且將所糾正的比特流破譯以通過PHY/MAC14。這個塊位于基帶接口(未示出)和PHY/MAC接口(未示出)之間。
圖2描述了圖1的數字解調器16。如圖中所示，模數接口位于塊ADC/DAC 20。在所述圖中在軟判定去映射器22也可以看到基帶接口。在所述圖中也可以看到數字解調器16被快速傅立葉變換(FFT)電路24清楚地劃分為兩個部分。左面是數字解調器前端(DFE)26，而右面是數字解調器后端(DBE)28。本發明被應用到數字解調器前端26中。
圖3提供了數字解調器前端26的更詳細的概覽。如圖中所示，在所述前端中有四個主處理路徑(以圈數字1-4表示)1)信號檢測路徑，其目的是確定何時存在脈沖并且選擇最佳的天線供使用；2)短碼元相關路徑，其目的是確定脈沖定時和進行粗頻率估計，并且將所述估計傳送到模擬塊本地振蕩器；3)長碼元相關路徑，其目的是進行細頻率估計，并且初始化所述數字本地振蕩器；以及4)數據檢測路徑，其目的是下采樣正交頻分復用(OFDM)碼元，校正中心頻率，并且去除保護間隔(GI)。
本發明涉及數據檢測路徑。
圖4是本發明的分組檢測系統的方框圖。如上所述，本發明提出了一種通過下述方式的簡化相關方法消除對于輸入RF信號幅度波動的相關性，同時保持相位相關性。關鍵改進包含將復正交幅度調制(QAM)前同步信號在應用到匹配的復相關器之前映射為量化的相移鍵控(PSK)星座。這個處理本質上“幅度標準化”輸入信號，而沒有與除法器相關聯的使用或復合。如將參照圖5而更詳細地討論的，來自PSK映射器的輸出可以采用在單位圓上的M個相位的任何一個，但是僅僅具有一幅度(unity magnitude)。
具體而言，如圖4中所示，所述系統包括I和Q直流(DC)偏移模塊30、32和獲取塊34。I和Q基帶信號的每個必須具有在一定程度上被去除的DC偏移，因為DC偏移可能使得獲取塊的性能失真。本領域內的技術人員將會明白，DC偏移產生自本地振蕩器(LO)泄露或饋入(feedthrough)。所述泄露信號與LO信號混合，由此產生DC分量。如果直接被放大，則所述偏移電壓可使得電路飽和，抑制期望信號的放大。因此，需要偏移消除的某種手段。DC估計模塊36、38估計被應用到進入的I和Q基帶信號的所需要的偏移。本領域內的技術人員將會明白，一種偏移消除方法包括使用在數字無線標準中的空閑時間間隔來執行偏移消除。
獲取模塊在圖5中得到描述，并且包括M元相移鍵控(PSK)相位映射器40、復相關器42和檢測器44。在數字RF系統中，通過數字基帶信號來調制載波。本領域中公知的一種這樣的調制技術是相移鍵控，其中，按照被發送的數據，載波的相位相對于獲得基準相位或者緊前的信號元素的相位而離散地改變。最簡單的方法二進制PSK(BPSK)僅僅使用兩個信號相位0和180度。有時有益的是，使用多級數字信號(與二進制信號相對)來調制載波。這種形式的信令被稱為M元信令，其中M是用于表示所選擇的相位的數量的參數。在本發明中使用的M元PSK是多級調制技術，其中，調制多個相位角(例如0、+45、-45、+90、-90、+135、-135、180)。
如在背景技術部分中所示，在解調后，所接收的信號被下轉換為同相(I)和正交(Q)基帶分量，分別表示余弦和正弦分量的幅度。在也稱為極坐標圖或Argand圖的所謂的“星座”圖上觀看這些信號是很有幫助的——在x軸上具有同相(I)和在Y軸上具有正交(Q)的二維表示。在任何時刻，所述信號的兩個值可以被表示為在這個X/Y圖上的一個點。在本發明的情況下，M元PSK相位映射器42將特定的I/Q星座點映射為位于單位圓上的定義的輸出I/Q，如圖6中所示。如圖6所示，描述了用于量化相位角和將幅度限制為“1”的幾個映射。所述處理本質上“幅度標準化”輸入信號，而不需要另外的分量。可以通過提高在M元PSK映射器42中的相位M的數量來獲得更好的性能。
跟隨所述M元PSK映射器42的是復相關器44，它將M元PSK映射器42的輸出與正確(即無噪音)基準信號的所存儲的復本相比較。在圖7中更全面地描述的檢測器46用于將復相關器44的輸出轉換為幅度，并且檢測峰值。如果所述峰值大于預定義的門限值，則判定分組檢測。檢測器46包括復到極坐標(C2P)轉換器48，它將從復相關器44接收的每個值轉換為幅度和相位值。C2P 48的幅度輸出被饋送到可選的幅度計算模塊50，它按照公式(mag)^2來計算信號功率。平方幅度的計算不是絕對必要的，例如，所述幅度可以用于一些應用中。模塊50的輸出然后被饋送到峰值檢測模塊52，峰值檢測模塊52確定是否所述相關器峰值幅度超過某個最小的預定義的門限值。如果超過這個最小的門限值，則它指示接收到正確的“簽字”，并且信息比特存在。可以獲得快速峰值檢測技術，如峰值信號包絡檢測，并且這些對于本領域內的技術人員是公知的，并且意味著要被包括在本發明的范圍中。
本領域內的技術人員將會明白，本發明涉及集成電路，其中分組檢測電路與其他部件組合來用于在集成電路中執行有用的功能。在上述的實施例中使用的各個電子和處理功能分別為本領域內的技術人員所公知。讀者要明白，可以由技術人員設計多種其他實現來進行替換，并且在此要求保護的本發明意欲涵蓋所有這樣的替代實現、替換及其等效。在射頻和集成電路設計領域中的技術人員將能容易地將本發明應用于對于給定應用的適當實現。
因此，要明白，在此通過舉例說明而示出和描述的特定實施例不意欲限制由發明人/受讓方要求保護的本發明的范圍，所述范圍由權利要求限定。
權利要求
1.在一種數字無線接收器中，一種用于檢測在所接收的射頻(RF)信號中的數據分組的存在的方法，包括以下步驟(a)將所述RF信號下變換為同相(I)和正交(Q)基帶信號；(b)從所述I和Q基帶信號去除直流(DC)偏移；(c)調制所述I和Q基帶信號；(d)對于所述被調制的I和Q基帶信號執行幅度標準化；(e)經由復相關器將所述幅度標準化的I和Q基帶信號與基準信號比較；(f)檢測所述復相關器輸出的峰值；并且(g)如果所述峰值大于預定門限值，則指示已經接收到數據分組，否則對于隨后接收的RF信號執行步驟(a)-(g)。
2.按照權利要求1的方法，其中，所述執行幅度標準化的步驟包括將所述被調制的I和Q基帶信號映射為量化的相移鍵控(PSK)信號星座。
3.按照權利要求2的方法，其中，所述檢測步驟還包括(a)將所述復相關器輸出從復坐標值轉換為極坐標值；(b)計算所述極坐標值的信號幅度；并且(c)確定包含信息比特的數據分組是否存在。
4.按照權利要求3的方法，其中，使用公式(mag)^2來進行所述計算步驟。
5.按照權利要求4的方法，其中，所述確定步驟包括使用峰值信號包絡檢測技術。
6.按照權利要求4的方法，其中，所述確定步驟包括將信號幅度與最小門限值相比較，并且如果所述信號幅度超過所述最小門限值，則指示接收到正確的簽字。
7.在一種無線數字接收器中，一種用于檢測在所接收的射頻(RF)信號中的數據分組的存在的電路，包括(a)直流(DC)偏移模塊，用于校正在從所接收的RF信號得到的同相(I)和正交(Q)基帶信號中的本地振蕩器(LO)泄露；(b)獲取模塊，與所述DC偏移模塊通信，包括(i)M元相移鍵控(PSK)映射器，用于將所述I和Q基帶信號映射為量化的PSK信號星座；(ii)復相關器，用于從所述M元PSK映射器接收輸入，以將所述被映射的I和Q基帶信號與一個基準相比較；(iii)檢測器，用于從所述復相關器接收輸入以確定正確的簽字的存在。
8.按照權利要求7的電路，其中，所述檢測器包括i.復到極坐標(C2P)轉換器，用于將所述復相關器的輸出轉換為幅度和相位值；ii.幅度計算模塊，用于確定所述轉換的輸出的信號大小；以及iii.峰值檢測模塊，與所述幅度計算模塊通信以確定信息比特的存在。
9.按照權利要求8的電路，其中，所述接收的RF信號包括正交幅度調制(QAM)信號。
10.在一種無線數字接收器中，一種用于檢測在所接收的正交幅度調制(QAM)的射頻(RF)信號中的數據分組的存在的方法，包括將所述QAM RF信號映射到量化的相移鍵控(PSK)星座；并且在匹配的復相關器中處理以檢測數據分組的存在。
11.按照權利要求10的方法，還包括以下步驟(a)從自所述接收的QAM RF信號得到的I和Q基帶信號消除直流(DC)偏移；(b)調制所述I和Q基帶信號；(c)對于所述調制的I和Q基帶信號執行幅度標準化；(d)經由復相關器將所述幅度標準化的I和Q基帶信號與基準信號相比較；(e)檢測所述復相關器輸出的峰值；并且(f)如果所述峰值在預定門限值之上，則指示已經接收到數據分組，否則對于隨后接收的QAMRF信號執行步驟(a)-(f)。
12.按照權利要求11的方法，其中所述執行幅度標準化的步驟包括將所述被調制的I和Q基帶信號映射為量化的相移鍵控(PSK)信號星座。
13.按照權利要求12的方法，其中，所述檢測步驟還包括(a)將所述復相關器輸出從復坐標值轉換為極坐標值；(b)計算所述極坐標值的信號幅度；并且(c)確定包含信息比特的數據分組是否存在。
14.按照權利要求4的方法，其中，所述確定步驟包括將信號幅度與最小門限值相比較，并且如果所述信號幅度超過所述最小門限值，則指示接收到正確的簽字。
15.在一種無線數字接收器中，一種用于檢測在所接收的射頻(RF)信號中的數據分組的存在的電路，包括(a)直流(DC)偏移模塊，用于校正在從所述接收的RF信號得到的同相(I)和正交(Q)基帶信號中的本地振蕩器(LO)泄露；(b)獲取模塊，用于接收所述被校正的I和Q基帶信號，以相對其執行映射、比較和檢測功能來確定與所述數據分組相關聯的信息比特的存在。
16.按照權利要求15的電路，其中，所述獲取模塊包括i.M元相移鍵控(PSK)映射器，用于將所述I和Q基帶信號映射為量化的PSK信號星座；ii.復相關器，用于從所述M元PSK映射器接收輸入，以將所述被映射的I和Q基帶信號與基準相比較；以及iii.檢測器，用于從所述復相關器接收輸入以確定正確的簽字的存在。
17.按照權利要求16的電路，其中，所述檢測器包括i.復到極坐標(C2P)轉換器，用于將所述復相關器的輸出轉換為幅度和相位值；ii.幅度計算模塊，用于確定所述轉換的輸出的信號大小；以及iii.峰值檢測模塊，與所述幅度計算模塊通信以確定信息比特的存在。
18.按照權利要求8的電路，其中，所述接收的RF信號包括正交幅度調制(QAM)信號。
全文摘要
本發明一般地涉及無線通信領域，具體涉及一種用于在數字接收器中檢測所接收的數據分組的存在的方法和器件。本發明提出了一種通過在保持相位相關的同時消除對幅度波動的相關性的簡化相關方法。關鍵改進包含將復正交幅度調制(QAM)前同步信號在應用到匹配的復相關器之前映射為量化的相移鍵控(PSK)星座。這個所提出的處理本質上“幅度標準化”輸入信號，而沒有與除法器相關聯的使用或復合。這種簡化的標準化方案使得所述算法相對在輸入信號的幅度變化是強壯的，同時仍然考慮了好的相關性輸出。在將干擾疊加在I/Q輸入信號上的應用中，本發明相對自動增益控制(AGC)標準化方法改善了檢測能力。
文檔編號H04J11/00GK1998213SQ200480029127
公開日2007年7月11日 申請日期2004年8月26日 優先權日2003年9月12日
發明者尼爾·伯基特, 特雷弗·延森, 菲爾·吉耶梅特 申請人:扎爾巴納數字投資公司