用于發送/接收包括在同一傳輸中的主消息和輔助消息的信息的方法、設備和信號的制作方法

專利名稱：用于發送/接收包括在同一傳輸中的主消息和輔助消息的信息的方法、設備和信號的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于向接收機發送信息的發射機，并且還涉及用于從發射機接收信息的接收機，以及還涉及包括該發射機和/或包括該接收機的設備，涉及用于在發射機和接收機之間交換信息的方法，并且涉及信號。
這樣的設備的示例是移動電話、個人數字助理、桌上型和/或膝上型和/或手持計算機和無線接口。
背景技術：
現有技術的配置(arrangement)從EP 0742662A1中公知，其公開了協議變換配置。這個協議變換配置被設置在基于第一協議的第一配置和基于第二協議的第二配置之間，并將第一信息元素與存儲的第二信息元素而且有可能與存儲的第三信息元素進行比較，并根據一個或多個比較結果傳送第一信息元素或第二信息元素。
該公知配置是有缺陷的，尤其，由于其形成必須增加并且必須設置在第一和第二配置之間的附加配置的事實。

發明內容
特別地，本發明的第一目的是提供不需要被增加并被放置在發射機和接收機之間的附加配置的發射機。特別地，本發明的第二目的是提供不需要被附加并被放置在發射機和接收機之間的附加配置的接收機。特別地，本發明的其他目的是提供包括這樣的發射機和/或包括這樣的接收機的設備，提供用于在發射機和接收機之間交換信息的方法，和提供待在發射機和接收機之間交換的信號，其中發射機和接收機不需要附加配置附加和放置在它們之間。
根據本發明的用于向接收機發送信息的發射機利用包括組合在同一發送中的主消息和輔助消息的信息來限定，其中主消息和輔助消息包括通信協議信令消息。根據本發明的用于接收來自發射機的信息的接收機利用包括組合在同一發送中的主消息和輔助消息的信息來限定，其中主消息和輔助消息包括通信協議信令消息。
通過引入均包括至少一個通信協議信令消息的主消息和輔助消息，其中主消息和輔助消息形成根據發射機在同一發送中發射的信息的一部分，或者主消息和輔助消息形成根據接收機在同一接收中接收的信息的一部分，不再需要附加協議變換配置和將這個協議變換配置放置在發射機和接收機之間。這是一個極大的優點。
主消息和輔助消息可以包括進一步消息和/或進一步信息，并且該信息還可以包括消息和/或進一步信息，而且同一發送和/或同一接收還可以包括進一步消息和/或進一步信息，而不背離本發明的范圍。根據本發明的發射機和根據本發明的接收機并不需要附加配置放置在它們之間，并不排除附加配置(將要)放置在它們之間。
特別地，本發明進一步優點還在于，在同一發送中發射的或在同一接收中接收的主消息和輔助消息的組合提高了發射機和接收機的效率。
本發明的一個方面在于，在一次發送和/或在一次接收中，主消息和輔助消息包括主與輔助通信協議信令消息，其中在接收機為主類型的情況下主通信協議信令消息被預定用于接收機，而在接收機為輔助類型的情況下輔助通信協議信令消息被預定用于接收機。因此，主與輔助通信協議信令消息是不同的消息，并且主和輔助接收機類型為不同的接收機類型。因此，在接收機為主類型的情況下，其能檢測主通信協議信令消息，而在接收機為輔助類型的情況下，其至少能檢測輔助通信協議信令消息，而發射機無需知道接收機類型。
根據本發明的發射機的一個實施例利用依據第一標準的主通信協議消息和依據第二標準的輔助通信協議消息來限定。根據本發明的接收機的一個實施例由依據第一標準的主通信協議消息和依據第二標準的輔助通信協議消息來限定。對于這兩個實施例，在接收機依據第一標準的情況下，接收機能檢測主通信協議消息，并且在接收機依據第二標準的情況下，接收機能檢測輔助通信協議消息。
通過引入依據不同標準的不同的通信協議消息，這些標準能并行使用而協議變換配置無需附加和放置于發射機與接收機之間。通過在接收機依據相應的第一和/或第二標準的情況下使接收機能檢測相應的主和/或輔助通信協議消息，可以使用兩個不同的接收機來接收相同的信息。這例如允許在一個包括一個或多個發射機和一個或多個舊的接收機與一個或多個新的接收機的系統中并行使用舊的和新的接收機。
在最低情況下，依據第一標準的接收機應能檢測主通信協議消息，且依據第二標準的接收機應能檢測輔助通信協議消息。在優選的情況下，依據第二標準的接收機也能檢測主通信協議。術語“標準”可以對應于“標準”或“協議”，但是也可以對應于“類別”或“模式”或“構造”，并且不應被太限制性地解釋。術語“在接收機依據特定標準的情況下，接收機能檢測特定的通信協議消息”不應被太限制性地解釋，并且也可以包括“在接收機被切換為特定標準或協議或類別或模式或構造的情況下，可切換的接收機能檢測特定的通信協議消息”。
根據本發明的發射機的一個實施例利用為802.11a的第一標準來限定，并且第二標準為后一標準。根據本發明的接收機的一個實施例利用為802.11a的第一標準來限定，并且第二標準為后一標準。結果，后一標準諸如802.11n標準變得與802.11a標準反向兼容。不排除其他的標準。
根據本發明的發射機的一個實施例利用為數字消息的主消息和輔助消息來限定。根據本發明的接收機的實施例利用為數字消息的主消息和輔助消息來限定。結果，數字水印技術被引入到通信協議技術中。
根據本發明的發射機的一個實施例利用通過至少一部分的主消息的調制和/或通過一組調制星座(constellation)的子集的選擇被嵌入到主消息中的輔助消息來限定，這組調制星座被用作(坐)標(方)格(reference grid)。根據本發明的接收機的一個實施例利用通過至少一部分主消息的調制和/或通過一組調制星座的子集的選擇被嵌入到主消息中的輔助消息來限定，該組調制星座被用作標格。
調制可以包括調幅、功率調制、調頻和/或相位調制，而不排除其他的調制。該組調制星座的子集的選擇可以包括一組幅度正交調制星座的子集的選擇，并不排除其他的星座。結果，實現了高效的發射機和高效的接收機。
根據本發明的發射機的一個實施例利用輔助消息來限定，其中輔助消息限定在信息中使用的幀的類型和/或發射機使用的天線的數量和/或方案和/或速率和/或代碼。根據本發明的接收機的實施例利用輔助消息來限定，其中輔助消息限定在信息中使用的幀的類型和/或發射機使用的天線的數量和/或方案和/或速率和/或代碼。
幀的類型例如表示信息的特定幀為802.11a幀或802.11n幀，并不排除其他類型的幀。發射機使用的天線的數量例如等于到達接收機的數據流的數量，并不排除其他情況。方案例如限定發射機采用的調制方案，并不排除其他方案。速率例如限定發射機采用的編碼速率，并不排除其他類型的速率。代碼例如限定發射機采用的糾錯碼，并不排除其他類型的代碼，諸如傳輸碼和加密碼。
根據本發明的設備的實施例和根據本發明的方法的實施例以及根據本發明的信號的實施例對應于根據本發明的發射機的實施例和根據本發明的接收機的實施例。
特別地，本發明基于將避免發射機和接收機之間的通信協議信令消息的附加協議變換的見識，并且特別基于主消息和輔助消息將被組合在同一傳輸中的基本思想，其中主消息和輔助消息均包括至少一個通信協議信令消息。
本發明特別解決這些問題，以提供不需要附加配置被附加和被放置在發射機和接收機之間的發射機，并提供不需要附加配置被附加和被放置在發射機和接收機之間的接收機，且本發明是進一步有利的，尤其在于在同一發送中發射的或在同一接收中接收的主消息和輔助消息的組合增加了發射機和接收機的效率。
本發明的這些和其他方面從下面描述的實施例將變得明白，并將參考這些實施例進行闡述。


在附圖中圖1用圖解法顯示多輸入多輸出設備；圖2用圖解法顯示根據本發明的示例性發射機；圖3用圖解法顯示根據本發明的示例性接收機；圖4表示示例性檢測的流程圖；圖5表示802.11a信號場(field)的結構；圖6表示示例性調制；和圖7表示示例性調制星座。
具體實施例方式
圖1中示出的多輸入多輸出設備100諸如無線局域網多輸入多輸出收發信機包括例如第一輸出級，該第一輸出級包括通過第一發射模擬單元110和第一數字-模擬轉換器112和第一多路復用器114被耦合到發射編碼器116的第一發射天線，和包括例如第二輸出級，該第二輸出級包括通過第二發射模擬單元111和第二數字-模擬轉換器113和第二多路復用器115被耦合到發射編碼器116的第二發射天線。發射模擬單元110和111例如均包括功率放大器，且多路復用器114和115例如均包括正交頻分多路復用器(OFDM)。發射編碼器116的輸入耦合到預處理器117的輸出，并且發射編碼器116的另一輸入耦合到發射控制器134的輸出。發射控制器134的輸入耦合到實時媒體訪問控制單元137的輸出。預處理器117的輸入耦合到接口單元101的輸出，并且預處理器117的其他輸入耦合到實時媒體訪問控制單元137的另一輸出。
圖1中示出的多輸入多輸出設備100還包括例如第一輸入級，該第一輸入級包括通過第一接收模擬單元120和第一模擬-數字轉換器122和第一內部接收機124耦合到外部接收機126的第一接收天線，并包括例如第二輸入級，該第二輸入級包括通過第二接收模擬單元121和第二模擬-數字轉換器123和第二內部接收機125耦合到外部接收機126的第二接收天線。接收模擬單元120和121例如均包括前端(設備)。外部接收機126的輸入耦合到后處理器127的輸入，且外部接收機126的輸入耦合到接收控制器135的輸出。接收控制器135的其他輸入耦合到實時媒體訪問控制單元137的輸入。后處理器127的輸出耦合到接口單元101的輸入，和后處理器127的其他輸出耦合到實時媒體訪問控制單元137的其他輸入。接收控制器135的其他輸入耦合到內部接收機124和125的輸出。
接口101還耦合到和/或包括結構與系統管理單元102、主機單元103和媒體訪問控制單元103。主機單元102能進一步與單元101和103通信，且進一步耦合到未示出的其他設備。每個塊116-117-126-127-134-135-137和/或每個單元101-104可以是硬件或可以是通過處理器運行的軟件或可以是硬件和軟件的混合。
圖2中示出的示例性發射機1包括控制器11和循環冗余校驗單元12，其中單元12包括用于接收待發射的主消息的輸入。循環冗余校驗單元12的輸出耦合到加擾器13的輸入，該加擾器的輸出耦合到編碼器14的輸入，該編碼器的輸出耦合到交織器(interleaver)15的輸入，該交織器的輸出耦合到映射器(mapper)16的輸入。映射器16包括耦合到水印嵌入器17的輸出的另一輸入，其中水印嵌入器17用于將輔助消息嵌入到主消息中。水印嵌入器的輸入耦合到控制器11的輸出，用于接收輔助消息。映射器16還包括用于生成待發射的信息的輸出，該信息包括組合在同一發送中的主消息和輔助消息，其中主消息和輔助消息包括通信協議信令消息。發射機1例如對應于如圖1中示出的發射編碼器116。因此，圖1中示出的設備100變為根據本發明的設備。
圖3中示出的示例性接收機2包括控制器21和解映射器(demapper)22，其中解映射器包括用于接收信息的輸入，該信息包括組合在相同接收中的主消息和輔助消息，其中主消息和輔助消息包括通信協議信令消息。水印檢測器27的輸入耦合到解映射處理器22的輸入，也用于接收被發射的信息。解映射處理器22的輸出耦合到去交織器23的輸入并耦合到水印檢測器27的其他輸入，用于從發射的信息中的主消息中提取輔助消息。去交織器23的輸出耦合到解碼器24的輸入，該解碼器的輸出耦合到解擾器25的輸入，該解擾器的輸出耦合到循環冗余校驗單元26的輸入。水印檢測器27的輸出耦合到控制器21的輸入，用于供應輔助消息。循環冗余校驗單元26還包括用于生成主消息的輸出。接收機2例如對應于如圖1所示的外部接收機126。因此，圖1中示出的設備100變成根據本發明的設備。
在圖2-3中，任意單元和/或塊可以是硬件或可以是待由處理器運行的軟件或可以是硬件和軟件的混合。
在圖4中示出的示例性檢測的流程圖中，下面的塊包括下面的意思塊31發射信息的前同步碼的檢測。
塊32解碼檢測的前同步碼。
塊33檢測水印。
塊34比較檢測的水印和預定義的標記。如果相等，則轉到塊35，如果不等，則轉到塊36。
決35幀是第一類型的幀，相應地解碼。
塊36幀是第二(三)類型的幀。
塊37相應地解碼。
在主通信協議消息依據第一標準“802.11a”且輔助通信協議消息依據第二標準“802.11n”的情況下，圖4中示出的示例性檢測變成如下。“802.11a”前同步碼被檢測到，塊31。“802.11a”信號場被解碼，塊32。嵌入的碼字B被檢測到，塊33。將碼字B與預定義的碼字BO比較，決34。如果相等，則幀為“802.11a”幀，并且將根據信號場執行解碼，塊35。如果不等，則碼字B應等于Bi，其中i＝1，...，k，塊36。幀為“802.11n”幀，其處于模式i中，并且將對前同步碼的其余部分和幀的其余部分執行解碼。為了實現塊33，可以使用例如MMSE檢測器。這種檢測器例如對于所有的碼字B＝{B0...Bk}計算||R-HB||，并且將B設置為等于使距離最小化的碼字。將不排除其他類型的檢測器。
這樣，主信號和輔助信號被交換，同時被組合在相同的發射中和/或相同的接收中。輔助信號可以利用這種方式來設計，即，甚至在該信號由只被設計并被優化用于主信號存在的第一類別設備(例如，傳統設備，低功率設備，簡單設備等)接收的情況下，它也不影響主信號的檢測。同時，第二類別設備(例如，新設備、更有能力的設備、或具有專有的非標準創新的設備等)可靠地檢測主信號和輔助信號，或僅檢測輔助信號。
一種重要的示例可以是用于無線局域網的協議，其中第一類別的設備(傳統802.11a)在發射脈沖的初始化期間檢測主BPSK。第二類別的設備還檢測附加(輔助)信號。從輔助信號中，這些設備知道傳輸將在多輸入多輸出(mimo)模式中，這提供更高的吞吐量和/或更好的可靠性。對于mimo模式，訓練序列、協議信令和/或調制方法不同于傳統的標準。
根據第一應用，在多設備無線電網絡中，中央節點(例如，接入點、住宅入口、DVD+RW播放器等)向遵守傳統標準的設備以及向理解新標準的設備發送信息。對于傳統標準，可能使用802.11a(進一步被稱為11a)在此作為參考，而對于即將到來的標準，可能使用802.11n(進一步被稱為11n)例如作為新標準。在向新的11n設備開始發射時，中央節點需要向包括11a和11n類型的所有設備發送控制消息。由于舊設備需要明白傳輸開始了，因此中央節點需要以主信號的形式發射信號。還有，新設備也必須理解發射將為新的格式，這個新的設備需要接收傳遞這個消息的輔助信號。該輔助信號(消息)優選地利用主信號(消息)被嵌入，其中主信號使得傳統設備對于如在主信號中所述的特定持續時間保持沉默。這樣的消息存在并定義在標準的媒體訪問控制層中。在示例情況11a WiFi中，這個消息包含待交換的字節的比特率、編碼和數量。任何(傳統的或新的)接收機能確定發射的持續時間為長度除以速率。為了圖解這一切，在圖5中顯示了在11a傳統發射中的信號場(R＝速率，4比特，L＝長度，12比特，并且ST＝信號尾部，6比特)。
在mimo模式中向11n設備開始發射時，發射機挑選現有的11a模式，它選擇特定的比特R1-R4，并且計算需要發射多少字節來創建長度等于預期的mimo發射的虛擬消息。相應地，設置L(長度)字段。通常，以高于11a的速率發射mimo信號，因此虛擬消息的L(長度)大概具有大于實際11n消息的值，從而例如在例如以秒表示的情況下具有相同的持續時間。發射機然后表面上利用訓練序列和包含用于這種虛擬消息的L(長度)參數的信號場消息來開始11a發射。但是，該發射機還增加嵌入的(輔助)消息，該消息通知具有mimo能力的設備(11n設備)實際上，mimo發射將隨后，這在至少一個參數上不同于在主信號場消息中所提到的參數。
輔助消息然后優選地已經攜帶新傳輸方案的關鍵參數。這樣的參數的示例為mimo空間多路復用傳輸中天線的數量、是應用空間時間塊碼還是應用Alamouti方案、比特率、編碼率、糾錯碼的選擇、具有相對或絕對信道數量的信道束縛方案的使用等。作為接收這個主消息和輔助消息的結果，傳統的和新的設備將理解該信道將是忙的，同時預期的新設備知道它必須以新的mimo模式處理接下來的流。
根據第二和進一步的應用，本發明還能應用于非正交頻分多路復用的環境，諸如藍牙環境。優選地，輔助直接序列擴(展)頻(譜)信號被附加到主藍牙信號，從而輔助直接序列擴展頻譜信號的芯片速率等于主藍牙信號的符號速率。輔助直接序列擴展頻譜信號能例如傳送參數，以控制Ultra Wide Band(超寬帶)傳輸。
在圖6中，示出了示例性調制。發射信號為r(t)＝r1(t)+r2(t)，其中r1(t)為主信號，而r2(t)為輔助信號。例如，根據主消息比特，r1(t)＝+1伏或-1伏，并且根據輔助消息比特，r2(t)＝+0.1伏或-0.1伏。接收機可以優選地采用至少三個電壓電平-1伏、0伏和+1伏來實施限制器。接收的信號s(t)將被解碼如下s(t)＜-1伏 主消息”0”輔助信號”0”-1伏＜s(t)＜0伏主消息”0”輔助信號”1”0伏＜s(t)＜+1伏主消息”1”輔助信號”0”s(t)＞+1伏 主消息”1”輔助信號”1”顯然，如果信道包含噪音，則輔助信號的誤碼率將顯著大于主信號的誤碼率。這個效應可以利用強的糾錯碼來補償。在我們的示例中，發射序列10001能用于識別用于輔助信號的邏輯“0”，和或者發射序列01110能用于識別用于輔助信號的邏輯“1”。在圖6中，上比特11010是主信號比特，而下比特10001是輔助信號比特。
應用的重要組可能是與區分只有主信號的發射和具有主信號與輔助信號的發射相關的應用。在這個實施例中，接收機能例如在檢測到的輔助信號序列既不緊密匹配10001也不匹配01110的情況下判定輔助信號缺席。這里，緊密匹配可以被限定為一個符號的漢明(Hamming)距離或更少。序列10000可作為輔助消息“0”被接受，而輔助信號01001可被解釋為輔助消息不存在。
在圖7中，示出了示例性調制星座(用于分等級調制的信號星座)。這是更復雜的實施例。正交頻分多路復用信號具有64個子載波，每個子載波都包含正交調幅符號。使用在16、64或256正交調幅信號中的點的子集。水平軸限定正交分量，而垂直軸限定同相分量。64正交調幅信號星座被用作標格。通過選擇或者在上區域或者在下區域中的點來發射主消息“0”和“1”。通過從被選區域內的四個點中選出一個點來嵌入輔助消息。通過組合多個子載波中的能量例如通過使用Multi-Carrier-CDMA(MC-CDMA)或Coded-OFDM來增強輔助消息的可靠性。
應注意在現有技術的模擬軍事語音通信系統中，需要發射機強的數字鑒別，并且建議將具有低比特率的直接序列擴頻數字信號附加到FM調制的模擬語音信號。該擴頻信號包含發射機或操作該發射機的用戶的數字簽名。在無線電數據系統(RDS)中，建議將數字信號附加到FM無線電廣播信號。這里，將數十kbit/s的慢數字信號定位于單聲道和立體聲音頻信號的模擬多路復用的外部。這些信號共同地進行FM調制。與此相反，本發明主要應用于都為數字的主信號和輔助信號。
水印(I.J.Cox，M.Miller，J.P.M.G.Linnartz和A.C.C.Kalker，“A review of watermarking principles and practices”，“Digital SignalProcessing for Multimedia Systems”的第17章，K.K.Parhi和T.Nishitani(eds.)，Marcel Dekker，Inc.，紐約，1999年3月)是用于將附加數據(例如，版權信息)“嵌入”到音頻或視頻內容中的公知方法。這里，內容充當主信號，且水印有效負載充當輔助信號。根據本發明，應用水印技術，以使輔助信號包括一個或多個通信協議中的一個或多個信令消息，和/或應用水印技術，以使主信號包括一個或多個通信協議中的一個或多個信令消息。還能應用水印技術，以使主信號包括一個或多個傳統通信協議(例如，Wifi IEEE802.11a，藍牙)中的一個或多個信令消息，并且同時輔助信號包括與新生代設備(例如，802.11n，新一代LAN或PAN標準)相關的一個或多個信令消息。
分級調制對于廣播信息給一組均具有它自己的鏈路質量的接收機是公知的概念。選擇調制，以使得具有良好信道的接收機能提取所有(主和輔助)信息，而具有差信道的接收機仍能夠恢復至少一部分的(主)信息。選擇這個部分，以使之形成一致的信息內容。在過去已經提出用于數字電視廣播。通常，這個主信息是較低分辨率的視頻流。利用輔助信息，能實現更高分辨率視頻。根據本發明，應用分級調制，以使輔助信號包括一個或多個通信協議中的一個或多個信令信息。這一思想能應用于各種主消息，包括訓練序列、協議控制消息和/或用戶數據有效負載。還能應用分級調制，以使主信號包括一個或多個通信協議中的一個或多個信令消息。還能應用分級調制，以使主信號包括一個或多個傳統通信協議(例如，Wifi IEEE 802.11a，藍牙)中的一個或多個信令消息，并且同時輔助信號包括一個或多個與新生代設備(例如，802.11n，新一代LAN或PAN標準)相關的一個或多個信令消息。同樣，輔助信號可以包括一個或多個與更大功率設備相關的信令消息，而主消息僅利用低功率設備來檢測。
在設置中能應用分級編碼，其中不同類別的接收機(例如，傳統的和新的接收機)都需要可靠地操作。主消息應被所有接收機可靠地解碼，而較弱的輔助消息應同樣是可靠的。這可以通過將強的編碼增益或擴展增益包括在補償輔助信號中的較弱信號功率的輔助信號中來實現。這與分級編碼的常規操作模式相反，在常規的操作模式中輔助信號通常具有比主信號更大的速率，但是其中輔助信號只在良好的信道條件下才能被恢復。
Multi-Carrier CDMA(多載波CDMA)是將直接序列CDMA與OFDM發射組合的擴頻形式。MC-CDMA已被公開在1993年的公開文獻(N.Yee，J.P.M.G.Linnartz和G.Fettweis，“Multi-Carrier CDMAin indoor wireless Radio Networks”，IEEE Personal Indoor and MobileRadio Communications(PIMRC)Int.Conference，1993年9月，日本橫濱，第109-113頁)中。已經提出將MC-CDMA用于發射諸如視頻流的信息，并將其看作Coded OFDM的可選(替代)方式。根據本發明，MC-CDMA可在主OFDM信號的頂部被覆蓋為輔助信號。
本發明可應用于接收機和發射機用于無線通信。因此，這改善了依賴于無線鏈路的設備的操作。本發明可用于具有數字無線鏈路的消費電子設備(電視機，無線路由器，集線器，無線視頻流式磁帶機，用于無線視頻分布的客戶機，視頻，音樂和圖像存儲設備)，也能應用于通過數字無線鏈路控制或發射的專業設備、公司設備、軍事設備。這能應用用于醫院網絡或基于公共無線LAN標準的設備的特定擴展。這個解決方案可以實施在例如汽車之間或汽車與路旁通信站之間的車輛通信。
該解決方案能夠由想確保理解主標準的設備在特定周期期間保持沉默的輔助標準的系統來使用。通常，在標準的PHY或MAC層中限定設備應監聽信道，以了解正在進行的傳輸。尤其，如果表示信道對于一定時間周期將是忙碌的消息被截取，則其他設備在這段時期期間將保持沉默。根據本發明，根據主標準選擇主消息，并且選擇將被符合輔助標準的設備理解的輔助消息。輔助標準可以是802.11n，并且主標準可以是802.11a或802.11g。輔助標準可以是具有吞吐量超過1Gbit/s的WLAN，而主標準可以是802.11n。輔助標準可以是醫院網絡，而主標準可以是802.11a或802.11g。這并不排除其他的示例。
進一步應注意，為了傳統設備的順應性，11n發射可以利用11a前同步碼開始，以便將忙信道通知11a設備。在這個前同步碼之后，任意11a設備必須理解對于什么時長該信道是忙碌的，目標11n設備必須明白隨后將是mimo發射，并且目標11n設備必須知道將使用的比特率和編碼方案。嵌入的設置可以使得11a訓練序列的后面跟隨著11a信號場，該11a信號場還包括嵌入的信號。這個嵌入的信號可以包括后跟隨著11n信號場的11n訓練序列，其中11n信號場后跟隨著11n有效負載，或者11n信號場后跟隨著11n訓練序列，該11n訓練序列后跟隨著11n有效負載，或者11n訓練序列后跟隨著11n有效負載，并不排除其他的選項。
就圖7而言，嵌入的原理如下。BPSK信號形成QAM信號的子集。11a設備并不區分精細QAM信號，而只查看BPSK信號，并且11n設備組合來自多個子載波的信號，以補償較弱的幅度。11n信令例如為7倍小，并由來自48個子載波(和多個天線)的分量的相加構成。嵌入的格式可以如下。11a信號中的4比特速率信令場確定用于11a的忙周期的持續時間并確定用于11n的一組選擇。在4比特嵌入mimo信令場中，兩個比特限定并行數據流的數量(00∶2數據流STBC Alamouti(可選)，012數據流，103數據流(可選)，114數據流(可選))，并且兩個比特限定代碼率(在11a場中為00，01是可選速率，11用于未來升級(忽略有效負載，考慮信道為忙碌)，10用于啟動mimo轉發器)。
11a標準限定后面將跟隨著信號場的前同步碼，其中信號場后面將跟隨著MAC標題和數據。TGnSync草案建議前同步碼后跟隨著欺騙信號(spoofed signal)，其中欺騙信號后面跟隨著HT信號，HT信號的后面跟著mimo訓練，mino訓練的后面跟隨著MAC標題和數據。根據本發明，例如前同步碼的后面跟隨著欺騙信號，其中欺騙信號包括嵌入信號并且后面跟隨著mimo訓練，mimo訓練的后面是HT信號，該HT信號的后面是MAC標題和數據。嵌入信令通知11n接收機有關跟隨它的mimo訓練序列的類型并且不應干擾由11a設備進行的信號場的解碼。與當前TGnSync相比的優勢(pro)是不需要90度旋轉的BPSK模式用于HT信號場，11n設備不需要以兩個模式同時進行HT信號場的處理，正好在欺騙信號場之后，11n接收機知道要做什么，附加訓練序列可以在HT信號場之前來到，因此HT信號場可以在多天線模式中被發送，并且11n接收機能以不太低的SNR檢測嵌入。與當前的TGnSync相比的缺點(con)是與純BPSK SIGNAL場相比的0.46dB損失，但是這將僅影響至具有非常糟糕信道的傳統11a設備的信令。
嵌入可以使用16-QAM星座點中的一些點。在11n幀的信號場中的48個數據傳送子載波上，BPSK符號±1不發送，而發送來自16-QAM星座的相鄰±(3±i)/(10)1/2中的一個，這些已具有恰當的能量(不需要重新定標)。關于由11a設備進行的檢測，如果使用星座點(3±i)/(10)1/2替代1(并且對于其他的點，類似地)，子載波n中的單個比特錯誤的概率為1/2erfc{3/(10)1/2(γn)1/2}而不是1/2erfc(γn)1/2，其中γn是第n個子載波中的SNR。為了獲得與純11a信號場相同的錯誤概率，γav必須為10/9倍大。這對應于0.46dB損失。
對于低速率16-QAM代碼，子載波n中的嵌入信號可以被限定為bn＝0，如果發送±1；bn＝+1，如果發送±(3±i)/(10)1/2；并且發送bn＝±(3-i)/(10)1/2。因此，限定k+1碼字B＝(b1，...，b48)，從而B0＝(0，0，...，0)形成11a幀，且Bi＝{±1}48在利用i表示的某一模式中形成11n幀，其中i＝1，...，K。
發射機發送11a信號場X＝(x1，...，x48)，且嵌入的碼字Bsn＝xnexp(iθbn)，其中θ＝arctan(1/3)。
關于嵌入信號的檢測，接收的信號rn＝Hnsn+Nn。對于由11n設備進行的檢測，根據第一步驟，檢測11a信號場X，如同11a設備的情況一樣。如果這正確進行，則根據第二步驟，執行嵌入信號的MMSE檢測B’＝|rnxn-Hnexp(iθbn)|2(n＝1-48)之SUM(和)的B＝{B0，B1，...，Bk}的argmin，還參見圖2和3及其描述。具體地，水印檢測器27執行這個B’運算，且映射器16產生sn＝xnexp(iθbn)運算。
IEEE 802.11n(簡寫為11n)標準將是IEEE 802.11a(簡寫為11a)標準的后繼者。這兩個標準操作在相同的頻帶上，但是11n將具有11a設備不能解碼的“高吞吐量”模式。傳統11a設備和新的11n設備在某些時候將有可能共存，并且它們必須能同時操作在相同頻帶(20MHz頻帶)中。容易的“解決方案”例如如下，其中11n幀不需要“兼容”11a幀，但是11n STA具有11a模式所有的11n設備后退到11a模式，如果存在11a STA；11n AP并不讓11a設備相關聯；如果存在11a STA，11n設備總是在11n幀發射之前使用11aRTS/CTS幀；11a設備更新其NAV并忽略11n幀；CTS-to-self具有較少開銷，但是并不是干凈的(clean)，因為并不知道預期的接收機。
第一解決方案是當前用于混合11b/g網絡中的方案。購買11g硬件并仍使用其舊的11b設備的人沒有看到性能提高。第二種解決方案(并不損害傳統設備)在技術上可能是最佳解決方案，但是它不是兼容的。然而，這使得具有其中11a設備不能與11n接入點相關聯的模式有意義。
目標是實現這樣的模式，其中11n和11a盡可能兼容而不放棄11n設備之間的快速模式。如下通知11n幀。如果每個11n幀利用11a前同步碼和11a信號場(與11a幀一樣)以這樣的方式開始，則11a STA能推斷幀(它們將不能解碼該幀，因此如果這也能被通知的話，則將更好)的持續時間，并且11n STA能推斷幀的持續時間并檢測它不是11a幀，而是11n幀，從而它們能正確地解釋它。隨后，由11n STA接收11n幀是可能的，同時11a STA至少知道11n發射占用多久，從而無論如何它們不認為11n幀為整個無用的并(取決于它們使用的CCA機制)發送其自己的消息，或與網絡分離。這能通過下面的步驟來布置步驟1對于具有N個天線的mimo發射機，讓11n前同步碼由N個11a前同步碼組成，其中第j個通過使天線i發射Qij×11a前同步碼信號來形成。如果Q具有排序N(例如，如果它是正交的)，則能估算全信道矩陣。
步驟2傳送后跟隨著信號場(具有Q的第一列)的前同步碼(也有Q的第一列)的第一相位(phase)；應設置速率和長度字段，以使11a STA能計算整個幀的持續時間。
步驟3是否N＞1將被通知，并且如果是的話，N的值(將被通知)。
步驟4發送后跟隨著通知接收機有關幀的其余部分中使用的字節數量、調制和編碼的新11n信號場的前同步碼(具有列2，...，N)的其余N-1個相位。
在11a信號場中，具有一個比特為“保留以備將來使用”，但是對于11a，并不需要為0。因此，必須以其他方式來實現通知。一種可能的解決方案可能是通過功率調制嵌入在前同步碼中。在長的前同步碼中，使用全部52個子載波，幅度Li＝±1。如果這些幅度被稍微修改Li＝(1+αwi)1/2Li，其中0＜α＜1且wi＝{-1，+1}，其中從i＝1到52的wi之SUM等于0，總的發射能量保持相同。在下面的信號場中，使用相同的乘法。接收這個前同步碼的11a STA將推斷出該信道是野生的，但是它仍然能夠解碼該信號場。它不能解碼分組的其余部分，因為它以11n模式發送。11n STA必須從利用模式wi的調制的存在中推斷出該幀為11n幀，估算該信道，對于公知的αwi校正，并切換到11n模式。
關于水印檢測，11n接收機測量每個子載波中接收的功率Pi并從Pi的i＝1-52中計算S＝SUM和從Piwi的i＝1-52中計算T＝SUM。思想是T大致等于αS。這在信道是平坦衰落(即，在全部子載波中，對于所有的i，Pi＝(1+αwi)P)時理想地工作。可變的判決ρ＝T/S。閾值為θ，如果ρ＞θ，假設水印存在，如果ρ＜θ，假設水印不存在。閾值θ應在(0，α)中。
還應注意，上述實施例舉例說明而不是限制本發明，且本領域技術人員將能在不背離后附權利要求的范圍的情況下設計多個替代的實施例。在權利要求書中，任何放置在括號內的參考符號都不應被認為是對權利要求的限制。使用動詞“包括”及其變型并不排除除了權利要求中列出的元件或步驟之外的元件或步驟的存在。元件前面的冠詞“一個或一”并不排除多個這種元件的存在。本發明可以利用包括若干不同元件的硬件和利用合適編程的計算機來實現。在列舉若干裝置的設備權利要求中，這些裝置中的若干裝置可以利用同一項的硬件來實現。唯一的事實在于在相互從屬的權利要求中描述的特定措施并不表示這些措施的組合不能有益加以使用。
權利要求
1.一種發射機(1)，用于向接收機(2)發送信息，該信息包括被組合在同一傳榆中的主消息和輔助消息，其中主消息和輔助消息包括通信協議信令消息。
2.如權利要求1所述的發射機(1)，主通信協議消息依據第一標準，而輔助通信協議消息依據第二標準，在接收機(2)依據第一標準的情況下，接收機(2)能檢測主通信協議消息，并且在接收機(2)依據第二標準的情況下，接收機(2)能檢測輔助通信協議消息。
3.如權利要求2所述的發射機(1)，第一標準為802.11a，而第二標準為后一標準。
4.如權利要求1所述的發射機(1)，主消息和輔助消息為數字消息。
5.如權利要求1所述的發射機(1)，輔助消息通過調制主消息的至少一部分和/或通過選擇一組調制星座的子集而被嵌入在主消息中，該組調制星座被用作標格。
6.如權利要求1所述的發射機(1)，輔助消息限定該信息中使用的幀的類型和/或發射機(1)使用的天線的數量和/或方案和/或速率和/或代碼。
7.一種接收機(2)，用于從發射機(1)接收信息，該信息包括組合在同一傳輸中的主消息和輔助消息，其中主消息和輔助消息包括通信協議信令消息。
8.如權利要求7所述的接收機(2)，主通信協議消息依據第一標準，而輔助通信協議消息依據第二標準，在接收機(2)依據第一標準的情況下，接收機(2)能檢測主通信協議消息，并且在接收機(2)依據第二標準的情況下，接收機(2)能檢測輔助通信協議消息。
9.如權利要求8所述的接收機(2)，第一標準為802.11a，而第二標準為后一標準。
10.如權利要求7所述的接收機(2)，主消息和輔助消息為數字消息。
11.如權利要求7所述的接收機(2)，輔助消息通過調制主消息的至少一部分和/或通過選擇一組調制星座的子集而被嵌入在主消息中，該組調制星座被用作標格。
12.如權利要求7所述的接收機(2)，輔助消息限定該信息中使用的幀的類型和/或發射機(1)使用的天線的數量和/或方案和/或速率和/或代碼。
13.一種設備(100)，包括如權利要求1-6之中任一項所述的發射機(1)和如權利要求7-12之中任一項所述的接收機(2)。
14.一種用于在發射機(1)和接收機(2)之間交換信息的方法，該信息包括組合在同一傳輸中的主消息和輔助消息，其中主消息和輔助消息包括通信協議信令消息。
15.如權利要求14所述的方法，主通信協議消息依據第一標準，而輔助通信協議消息依據第二標準，在接收機(2)依據第一標準的情況下，接收機(2)能檢測主通信協議消息，并且在接收機(2)依據第二標準的情況下，接收機(2)能檢測輔助通信協議消息。
16.如權利要求15所述的方法，第一標準為802.11a，而第二標準為后一標準。
17.如權利要求14所述的方法，主消息和輔助消息為數字消息。
18.如權利要求14所述的方法，輔助消息通過調制主消息的至少一部分和/或通過選擇一組調制星座的子集而被嵌入在主消息中，該組調制星座被用作標格。
19.如權利要求14所述的方法，輔助消息限定該信息中使用的幀的類型和/或由發射機(1)使用的天線的數量和/或方案和/或速率和/或代碼。
20.一種待在發射機(1)和接收機(2)之間交換的信號，該信號包括被組合在同一傳輸中的主消息和輔助消息，其中主消息和輔助消息包括通信協議信令消息。
全文摘要
用于發送信息的發射機(116)和用于接收信息的接收機(126)利用包括被組合在同一發送或同一接收中的主消息和輔助消息的信息來限定，其中主消息和輔助消息包括通信協議信令消息，以避免協議變換配置需要被附加或被設置在發射機(116)和接收機(126)之間。這增加了發射機(116)和接收機(126)的效率。主和輔助通信協議消息依據第一和第二標準，諸如802.11a和諸如802.11n的以后標準。在接收機(126)依據第一或第二標準的情況下，接收機(126)能檢測主或輔助通信協議消息。輔助消息通過一組調制星座的子集的調制或通過選擇被嵌入在主消息中。
文檔編號H04L29/06GK1965543SQ200580018222
公開日2007年5月16日 申請日期2005年5月31日 優先權日2004年6月1日
發明者R·里特曼, J·C·烏斯特文, W·J·范侯圖姆, L·M·G·M·托爾休詹, S·埃格納, C·P·M·J·巴根, J·P·M·G·林納茨 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司