專利名稱：無(wú)線局域網(wǎng)方向性天線物理層操控的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線局域網(wǎng)方向性天線物理層的操控。
背景技術(shù)：
無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)設(shè)備仍舊持續(xù)的被使用作為許多不同數(shù)據(jù)連通性應(yīng)用的 一解決方案，現(xiàn)在，WLANs己被視為能提供對(duì)家用網(wǎng)絡(luò)范圍中的配備有無(wú)線的個(gè) 人計(jì)算機(jī)的存取，對(duì)膝上型計(jì)算機(jī)以及個(gè)人數(shù)字助理(PDAs)的移動(dòng)存取，以及 能提供于商業(yè)應(yīng)用中提供堅(jiān)實(shí)且方便的存取的一理想解決方案。
確實(shí)，現(xiàn)今許多的膝上型計(jì)算機(jī)在從工廠出場(chǎng)時(shí)即已具有WLAN適配卡，且 某些微處理器制造商，例如，intel，也已經(jīng)發(fā)布了將WLAN能力直接并入處理器 芯片平臺(tái)的意圖，而這些以及其它的計(jì)劃則將會(huì)繼續(xù)地驅(qū)動(dòng)WLAN設(shè)備與所有型態(tài) 的個(gè)人計(jì)算機(jī)的整合。
在許多的城市中已經(jīng)有的情形是，依照IEEE 802. lla， IEEE 802. lib，以及 IEEE 802. llg標(biāo)準(zhǔn)而操作的WLAN存取設(shè)備已經(jīng)獲得廣泛的使用，因此，現(xiàn)在， 在這些城市中，使用者可以發(fā)現(xiàn)用來(lái)提供網(wǎng)絡(luò)連通性的 〃熱點(diǎn)(hot spots) 〃， 但是，不幸地是，有數(shù)十個(gè)，若非數(shù)百個(gè)的話，緊密間隔的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用相同的 無(wú)線電頻譜即表示，干擾會(huì)成為問(wèn)題，也就是說(shuō)，雖然該等802.11標(biāo)準(zhǔn)會(huì)以展頻 射步員調(diào)變(spread spectrum radio frequency modulation)的形式提供堅(jiān)實(shí)的 信號(hào)發(fā)送，并且會(huì)使用正交頻分多任務(wù)(orthogonal frequency division multiplexing)覆蓋已調(diào)變的次載波(subcarriers)，但是，擁擠的該無(wú)線電頻 譜仍然會(huì)增加噪聲，并因此而減少所有使用者的效能。
方向性天線陣列可以被用以操縱在一傳輸器以及接收器之間的射頻能量的事 實(shí)系已經(jīng)獲得認(rèn)可，此會(huì)大大地降低干擾的量，否則該干擾將會(huì)在該頻譜有同時(shí) 使用者時(shí)加以產(chǎn)生，而如此的陣列于無(wú)線客戶端設(shè)備中的使用則是已敘述于發(fā)明
名稱為〃用于相同頻率網(wǎng)絡(luò)的適配天線(Adaptive Antenna for Use in Same Frequency Networks) 〃第6， 100， 843號(hào)美國(guó)專利，發(fā)明名稱為〃用于在通信網(wǎng)絡(luò) 的天線控制的方法及裝置(Methods and Apparatus for Antenna Control in a Communication Network)〃第6， 400， 317號(hào)美國(guó)專利，以及在發(fā)明名稱為〃用于減 少適配時(shí)間同時(shí)提高陣列性能的適配天線的方法裝置(Method Apparatus for Adapting Antenna Array to Reduce Adaptation Time While Increasing Array Performance) 〃的第6， 473， 036號(hào)美國(guó)專利中，這些專利的每一個(gè)皆歸屬于本發(fā)明 的申請(qǐng)人，Tantivity通訊有限公司(Communications, Inc.)。
然而，WLAN信號(hào)發(fā)送所具有的特殊考量卻是在于，通信被預(yù)期是利用極短的 封包長(zhǎng)度而建構(gòu)在一點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，因此，迄今為止，始終認(rèn)為，要求WLAN 客戶端設(shè)備于如此的非常短的間隔期間內(nèi)，將一天線陣列操縱至許多可能候選角 度的其中之一是相當(dāng)困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種用于在一無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)裝置的物理層處執(zhí)行一天 線操縱的技術(shù)，而執(zhí)行在該物理層處的該天線操縱決定會(huì)消除牽涉到較高的 通信層，否則其將會(huì)需要修飾標(biāo)準(zhǔn)化的通信處理軟件，例如，該媒體存取控 制(MAC)或連結(jié)層。
在一實(shí)施例中，本發(fā)明是提供在短同步符號(hào)接收期間，于一 WLAN幀的 一前導(dǎo)頻部分的相當(dāng)開(kāi)端中進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)的技術(shù)，尤其是，在一 802.11a或 802.11g封包協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Packet Protocol Data Unit, PPDU)幀(封包)的 背景之中，此可以僅在該物理層會(huì)聚程序(Physical Layer Convergent Procedure, PLCP)前導(dǎo)頻部分的少數(shù)起始訓(xùn)練序列符號(hào)的范圍之中做出結(jié)論， 并且，由于在這些所謂的短同步脈沖期間的非?？焖俨僮?，該天線將會(huì)在接 收該前導(dǎo)頻的其它部分之前，被操縱至一最佳方向，而此則是會(huì)允許該無(wú)線 電接收器設(shè)備能夠使用該前導(dǎo)頻的剩余，并利用與猶如沒(méi)有出現(xiàn)方向性天線 差不多相同的方式，來(lái)獲取載波鎖相以及頻率同步，因此，該等剩余前導(dǎo)頻 部分可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)WLAN幀處理而進(jìn)行處理。
一個(gè)所利用的特殊技術(shù)是，在接收該第一短同步脈沖之前，先將一天線
陣列設(shè)定至一全方向性模式，而此則是允許在該接收器中的自動(dòng)增益控制 (automatic gain control, AGC)電路能夠去追蹤一起始短同步脈沖，并且， 在接收下一個(gè)或兩個(gè)短同步脈沖的期間， 一信號(hào)度量，例如， 一相關(guān)性，會(huì) 被用以評(píng)估該相對(duì)于一預(yù)期響應(yīng)的已觀測(cè)響應(yīng)，其中，該預(yù)期響應(yīng)可以是一 已儲(chǔ)存的用于一短同步的最佳預(yù)期的響應(yīng)，或者，二者擇一地，該預(yù)期響應(yīng) 也可以是在該起始短同步脈沖期間、借由一全設(shè)定(omni setting)所接收的 一己測(cè)量響應(yīng)的一已儲(chǔ)存形式。
依照本發(fā)明的某些其它觀點(diǎn)，相關(guān)性可以借由交換真實(shí)及虛構(gòu)取樣，而 在一短同步脈沖的一初始以及第二半邊期間加以執(zhí)行，而此則是為每一個(gè)接 續(xù)短同步脈沖提供了兩倍數(shù)量的候選角度。
伴隨著此兩種技術(shù)的任一個(gè)，并借由第四個(gè)短同步脈沖的抵達(dá)時(shí)間，該 天線陣列會(huì)被操縱至一候選方向，而此則會(huì)提供可為該接收器所用而獲取頻 率及鎖相的至少五至六個(gè)額外的短同步脈沖。
一第三技術(shù)則是牽涉到使用有限脈沖響應(yīng)梳形濾波(finite impulse response comb filtering)，此可以通過(guò)使用反向快速傅立葉轉(zhuǎn)換而加以執(zhí)行，在此，該 程序是，響應(yīng)信號(hào)以及噪聲兩者而執(zhí)行一理想的梳形濾波器，以及接著將其 與該已接收的短同步信號(hào)進(jìn)行旋繞，因此， 一信號(hào)對(duì)噪聲比的一大略評(píng)估可 以衍生成為觀測(cè)信號(hào)以及噪聲濾波響應(yīng)間的一比值，所以，該顯示有最強(qiáng)信 號(hào)對(duì)噪聲比的候選角度就接著會(huì)被選擇而加以使用。


本發(fā)明前述的以及其它的目的、特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)將可從接下來(lái)有關(guān)本發(fā)明的較 佳實(shí)施例的具體敘述而更為顯見(jiàn)，正如在附圖中所舉例說(shuō)明的，其中，相同的標(biāo) 號(hào)是于所有不同的觀點(diǎn)中代表相同的部件，再者，該附圖并不需要符合比例，取 而代之的是，會(huì)強(qiáng)調(diào)本發(fā)明所舉例說(shuō)明的原則。
圖1是顯示執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的一天線操縱算法的位置的一典型無(wú)線局域網(wǎng) (WLAN)接收器的一方塊圖2是顯示被使用于一 802.11a或802. llg網(wǎng)絡(luò)中的一封包協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (packet protocol data unit, PPDU)的一高階示意圖3是顯示標(biāo)頭(header)的前導(dǎo)頻部分(preamble portion)的一更詳細(xì) 示意圖4A和圖4B是顯示一 PLCP前導(dǎo)頻或 〃短同步(short sync) 〃脈沖的真實(shí) 以及虛構(gòu)部分的時(shí)域曲線圖5是顯示該等真實(shí)以及虛構(gòu)部分以及一強(qiáng)度部分的該短同時(shí)脈沖的一更詳 盡的曲線圖6是顯示該短同步脈沖的強(qiáng)度的頻域圖7是顯示在該頻域中的該短同時(shí)脈沖的主要幅度以及相位響應(yīng)的頻率的立
體圖8是顯示一PPDU的該前導(dǎo)頻部分的一另一示意圖9A和圖9B是顯示該物理層會(huì)聚程序(physical layer convergent procedure, PLCP)前導(dǎo)頻的一長(zhǎng)同步脈沖部分的一時(shí)域圖； 圖10是顯示該長(zhǎng)同步脈沖的頻域強(qiáng)度圖； 圖11是顯示該長(zhǎng)同步脈沖的一頻域幅度及脈沖立體示意圖； 圖12是顯示該物理層操縱算法的一實(shí)施例的一高階流程圖； 圖13是顯示一第二實(shí)施例的一流程圖；以及 圖14是顯示該操縱算法的一第三實(shí)施例的一流程圖。
具體實(shí)施例方式
隨后是本發(fā)明的較佳實(shí)施例的敘述。
本發(fā)明是加以執(zhí)行為，典型地在一無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)的基頻物理層信 號(hào)處理器中的一天線操縱算法，特殊地是，本發(fā)明是牽涉到各種的技術(shù)，以 響應(yīng)接收一或多個(gè)通常是構(gòu)成一前導(dǎo)頻的一起始部分的非常短持續(xù)期間同步 脈沖，而嘗試候選天線設(shè)定，并且， 一度量會(huì)被用以評(píng)估該等候選響應(yīng)，以 及接著， 一天線設(shè)定會(huì)獲得穩(wěn)定平衡，以用于該前導(dǎo)頻的剩余部分以及一協(xié) 議數(shù)據(jù)單元(幀)的流量部分的接收，因此，本發(fā)明并不需要借由修飾較高 層處理構(gòu)件，例如，媒體存取控制(MAC)層，而來(lái)執(zhí)行每一個(gè)已接收封包的 天線最佳化。
圖1是舉例說(shuō)明一無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)收發(fā)器的一方塊圖，其包括，一
方向性天線110，天線控制器120，頻帶選擇濾波器130，射頻/中頻(RF/IF) 電路140，相關(guān)的放大器132， 133以及開(kāi)關(guān)131，頻道選擇濾波器145，相關(guān) 的開(kāi)關(guān)142， 148，中頻/基帶(IF/BB)電路160，基帶處理器170，以及媒體 存取控制(Media Access Control, MAC)層處理器180。
該頻帶選擇130， RF/IF 140，以及IF/BB 160，依照已知的技術(shù)，是結(jié)合 該基帶處理器170—起操作，進(jìn)而執(zhí)行該WLAN協(xié)議的該物理層(PHY)，舉例 而言，這些構(gòu)件可以執(zhí)行一物理層，例如，由電子電機(jī)工程師協(xié)會(huì)(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) 802.11a標(biāo)準(zhǔn)所載明的， 而特別地是，此標(biāo)準(zhǔn)會(huì)提供一可于一未經(jīng)許可的處于5.15至5.825十億赫茲
(GHz)的無(wú)線電頻帶中執(zhí)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢韺樱⑶?，利用展頻信號(hào)發(fā) 送，特別是，正交頻分多任務(wù)，可以提供介于每秒6至54兆位(Mbps)的負(fù) 載數(shù)據(jù)率(payload data rates)，另外，于802.11a中所執(zhí)行的調(diào)變計(jì)劃
(modulation scheme)則是包括二進(jìn)元相移鍵控(binary phase shift keying)，正交相移鍵控(quadrative phase shift keying) 16 QAM以及64QAM， 伴隨著一半、三分之二、或四分之三速率的回旋編碼。
在此，要特別注意的是，該設(shè)備IOO包括一方向性天線陣列110，其可以 受到操縱而朝向一些不同的方位角角度，并且，通過(guò)使用該可操縱的陣列iio， 有可能增加該基頻處理器120的選擇性，而借以改善該設(shè)備100的效能(拒絕 不想要的信號(hào)及噪聲)，再者， 一天線控制器120形成該物理層處理器的部分， 以允許該陣列110設(shè)定為N個(gè)角度的其中之一，而在該基帶處理器170中所執(zhí) 行的操縱算法175會(huì)對(duì)候選角度進(jìn)行選擇，以在一起始處理相位期間進(jìn)行嘗 試，其中，該等候選角度是借由該操縱算法175而進(jìn)行評(píng)估，且該天線控制器 會(huì)將該陣列設(shè)定于一固定的條件，以用于接收該封包協(xié)議數(shù)據(jù)單元(packet protocol data unit, PPDU)幀的剩余者，因此，本發(fā)明可以在不需要對(duì)該MAC 層180、或是更高階的層進(jìn)行修飾的情況下，利用借由一相關(guān)的計(jì)算機(jī)主機(jī)(未
顯示)所執(zhí)行的通信協(xié)議而將此完成。
在更詳盡敘述如何執(zhí)行一操縱算法175之前，很重要的是，要先了解一 PPDU
幀的格式，而一個(gè)如此的幀的格式是顯示于圖2之中，在此可看出，該P(yáng)PDU 幀200包括一物理層會(huì)聚程序(physical layer convergent procedure, PLXP) 前導(dǎo)頻部分210， 一信號(hào)部分220，以及一數(shù)據(jù)部分230，其中，該P(yáng)LCP前導(dǎo) 頻210是由十二的正交頻分多任務(wù)(orthogonal frequency division multiplex, 0F函)符號(hào)所構(gòu)成，且對(duì)于這些符號(hào)將會(huì)在之后有更詳盡的敘述， 該信號(hào)部分220是由顯示于該P(yáng)LCP標(biāo)頭240的更詳細(xì)附圖中的一個(gè)符號(hào)所構(gòu) 成，這些包括一些以二分之一的速率被編碼成為二進(jìn)元相移鍵控(BPSK)的位， 包括一速率字段(rate field) 242， 一保留位243， 一長(zhǎng)度位244， 一配類位
(parity bit) 245， 一尾部位區(qū)段246，以及服務(wù)位區(qū)段247，而更特別地， 一數(shù)據(jù)部分230則包括協(xié)議服務(wù)數(shù)據(jù)單元(protocol service data unit, PSDU) 字段250，其包括真實(shí)負(fù)載數(shù)據(jù)， 一尾部部分252，以及填補(bǔ)位(pad bits) 254。 圖3是該P(yáng)LCP前導(dǎo)頻部分以及，特別地，發(fā)生在一開(kāi)始部分中的一訓(xùn)練 序列的一更詳細(xì)表示。該P(yáng)LCP前導(dǎo)頻120包括由一些允許一接收器執(zhí)行信號(hào) 檢測(cè)、自動(dòng)增益控制、分集選擇(diversity selection)、粗略頻率調(diào)整(coarse frequency adjustment)，以及時(shí)序同步與精確頻率的取樣所構(gòu)成、并存在于 時(shí)序偏移評(píng)估中的、短的以及長(zhǎng)的訓(xùn)練序列，再者，該速率字段242以及信息 長(zhǎng)度字段244允許借由指示該幀的該剩余的編碼數(shù)據(jù)率以及在符號(hào)方面的長(zhǎng)度 而進(jìn)行其譯碼，該P(yáng)SDU字段250是已回旋編碼且已進(jìn)行擾碼(scrambled)的 負(fù)載數(shù)據(jù)，該等尾部位252是需要該回旋譯碼器譯碼程序來(lái)會(huì)聚至一已知的零 狀態(tài)的位，以及該等填補(bǔ)位254是會(huì)將該信息延伸為最終符合一固定整數(shù)數(shù)量 的OFDM符號(hào)。
圖3亦顯示該P(yáng)LCP前導(dǎo)頻210的格式，而在此則可以看到該短的同步(短 同步)區(qū)段212以及長(zhǎng)同步區(qū)短214，其中，該短同步區(qū)段212是由十個(gè)短同 步符號(hào)，tl， t2，…，tlO，所構(gòu)成，且其每一個(gè)具有一 800 ys (nanosecond, 十億分之一秒)的持續(xù)期間(以提供一 8 us的聚集持續(xù)期間)，再者，根 據(jù)該IEEE 802.11a規(guī)格，信號(hào)檢測(cè)、自動(dòng)增益控制、以及分集選擇預(yù)期是大 約由第七個(gè)短同步符號(hào)t7的發(fā)生而加以執(zhí)行，至于粗略頻率偏移評(píng)估以及時(shí) 序同步，則是接著在該短同步序列尾端的剩余三至四個(gè)符號(hào)上進(jìn)行。
然后，在包含兩個(gè)長(zhǎng)同步符號(hào)Tl以及T2之前，會(huì)先提供一雙衛(wèi)頻帶 (double guard band) GI2，以及，該前導(dǎo)頻214的該長(zhǎng)同步部分的整個(gè)持續(xù) 期間是8.0微秒(microsecond)，正如在該短同步符號(hào)區(qū)段的例子中一樣，
在此重要的是，在該P(yáng)LCP前導(dǎo)頻的開(kāi)始時(shí)，并沒(méi)有特別長(zhǎng)的時(shí)間可用來(lái)操縱
一天線陣列，舉例而言，借由時(shí)間t7、或是借由至少由時(shí)間t8，其會(huì)預(yù)期該 接收器將是已經(jīng)正在執(zhí)行粗略頻率偏移評(píng)估，因此，若是一天線陣列是加以 操縱為其會(huì)為了每一個(gè)接收的PPDU幀而進(jìn)行最佳化時(shí)，則該操縱就必須要完 成，以及該天線可能會(huì)在大約t6之后即不會(huì)受到更進(jìn)一步的操縱，而相反的， 該接收器將會(huì)傾向于不會(huì)適當(dāng)?shù)孬@得粗略頻率以及時(shí)序同步，且不會(huì)介意不 能執(zhí)行精準(zhǔn)頻率以及在適當(dāng)譯碼稍后于該幀中所發(fā)生的該等數(shù)據(jù)符號(hào)時(shí)所需 要的時(shí)序偏移同步。
圖4A和圖4B是舉例說(shuō)明該P(yáng)LCP前導(dǎo)頻的一短同步部分的真實(shí)及虛構(gòu)部 分的一曲線圖。該等短同步脈沖212的每一個(gè)是由在該等真實(shí)及虛構(gòu)數(shù)據(jù)平面 兩者之中的能量的一已知叢發(fā)(burst)所構(gòu)成，(在此，X軸是以取樣數(shù)， 而非明確地以時(shí)間持續(xù)期間作為基礎(chǔ))，而應(yīng)該要注意的是，8微秒的時(shí)間持 續(xù)期間是對(duì)應(yīng)于在一 20 MHz復(fù)合取樣率(complex sample rate)接收大約160 個(gè)取樣。
圖5是在該時(shí)間持續(xù)期間中的一單一 PLCP短同步脈沖的一更詳盡表示的 曲線圖，在此顯示了跨越800奈秒(nanosecond)(也就是說(shuō)，以每個(gè)復(fù)合取 樣50奈秒、或是20百萬(wàn)赫茲的速率)的符號(hào)持續(xù)期間所得的16個(gè)取樣，其 中，跨越頁(yè)面上方的虛線部分是代表該P(yáng)LCP短同步脈沖的復(fù)合強(qiáng)度，較粗線 條的圖形510是表示該相同的短同步脈沖的該真實(shí)部分，以及較細(xì)線條520是 表示該短同步脈沖的該虛構(gòu)部分。
由此附圖可以注意到的是，在取樣1至8以及取樣9至16之間存在有對(duì) 稱的現(xiàn)象，明確地說(shuō)，該真實(shí)部分的第一部份(亦即，取樣1至8)是對(duì)應(yīng)于 該虛構(gòu)部分的第二部分(取樣9至16)，同樣的，該真實(shí)部分的第二部份(亦 即取樣9至16)是對(duì)應(yīng)于該虛構(gòu)部分的第一部分(取樣1至8)，而此對(duì)稱即 暗示了可以被用來(lái)縮短在適當(dāng)?shù)貦z測(cè)一短同步脈沖時(shí)所需要的處理的數(shù)種技 術(shù)，明確地說(shuō)，只要能夠至少追蹤一短同步脈沖的至少一半，就有可能可以 適當(dāng)?shù)貙?duì)其進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)榫湍撤N意義而言，該第二半邊等于是冗余，因此， 一短同步脈沖的此特征可以更進(jìn)一步地以接下來(lái)關(guān)聯(lián)于操縱算法而會(huì)更詳盡 敘述的方式而進(jìn)行利用。
圖6是舉例說(shuō)明一超過(guò)64取樣的短同步脈沖的頻域強(qiáng)度響應(yīng)的一曲線 圖，正如可以由圖中看出，該頻率內(nèi)容是存在于十二個(gè)固定的 〃預(yù)期"容器 (bins)之中，且在剩余的52個(gè)容器中并沒(méi)有預(yù)期的能量，而此特別的響應(yīng) 將會(huì)與該操縱算法的一方面觀點(diǎn)一起使用，以決定作為會(huì)提供一觀測(cè)得的真 實(shí)短同步檢測(cè)脈沖的一信號(hào)對(duì)噪聲比的一近似值。
圖7是用于顯示包括該脈沖的該12個(gè)能量容器的相關(guān)相位的該短同步前 導(dǎo)頻脈沖的一頻域幅度及相位標(biāo)繪圖。
圖8是在此作為該等長(zhǎng)同步脈沖Tl以及T2的格式的一剩余，其中，這 些脈沖是發(fā)生在該長(zhǎng)同歩部分242期間，并且，主要被用于脈沖評(píng)估以及精準(zhǔn) 頻率取得處理，再者該長(zhǎng)同步脈沖如圖9所示的于時(shí)域中進(jìn)行格式化，該頻 域響應(yīng)會(huì)顯示于圖10中，以及一顯示該長(zhǎng)同步脈沖的該復(fù)合真實(shí)及虛構(gòu)頻域 特征的取樣標(biāo)繪圖顯示于圖11之中，且此標(biāo)繪圖是在于顯示，該長(zhǎng)同步脈沖 的該頻域強(qiáng)度響應(yīng)是在每一個(gè)頻率容器中發(fā)生的能量，至少具有64個(gè)可獲得 的取樣，因此，要自如此的一脈沖產(chǎn)生一已評(píng)估的信號(hào)對(duì)噪聲比、或其它度 量是有困難的。
在此，亦要特別注意的是，在接收該長(zhǎng)同步脈沖的時(shí)間， 一接收器是會(huì) 被預(yù)期要執(zhí)行一精準(zhǔn)調(diào)整操作(fine tuning叩eration)，因此，在此點(diǎn)上， 亦有可能因?yàn)樘砹硕鵁o(wú)法改變?cè)摰忍炀€方向性設(shè)定。
所以，需要的是一種僅在該短同步脈沖212上操縱該天線的技術(shù)。 一般 而言，當(dāng)可獲得的時(shí)間僅幾微秒時(shí)，這些算法必須要盡可能快速地加以執(zhí)行， 再者，該算法的作用則是必須要與信號(hào)取得處理同步，因而使得在每一個(gè)封 包所需要的任何長(zhǎng)同步或精準(zhǔn)頻率評(píng)估處理之前，可以得到一個(gè)結(jié)果，在此， 同樣應(yīng)該要理解的是，這些算法會(huì)與可利用極小的延遲時(shí)間，少于一微秒、 或大約一較短同步脈沖的持續(xù)期間而加以操縱的天線一起操作。
在圖12中所顯示的一第一操縱算法175是如下而進(jìn)行。在一第一步驟1200 之中，該陣列110是會(huì)為了一全方向性接收模式而加以建構(gòu)，而此較佳地則是， 甚至在接收該第一短同步脈沖之前完成，在下一步驟1210之中，該接收器的 該自動(dòng)增益控制(automatic gain control, AGC)電路會(huì)被允許進(jìn)行該第一 短同步脈沖(tl)的追蹤，若是在802. lla的例子中時(shí)，此將會(huì)持續(xù)一 800奈
秒(ns)的持續(xù)期間，然后，在步驟1212時(shí)，該AGC會(huì)被鎖住，且該設(shè)定量 會(huì)下降六個(gè)分貝。
在下一個(gè)步驟1230中，會(huì)決定一度量，而此，在一實(shí)施例中，可以是一 在該短同步脈沖的第一半邊期間所執(zhí)行的相關(guān)性(correlation)，亦即，脈 沖t2 (圖3)的該起始400奈秒，不過(guò)，也有可能為其它的度量，而其中，該 相關(guān)性是以該已檢測(cè)t2脈沖與一理想預(yù)期形式進(jìn)行比較的方式而加以執(zhí)行， 因此，該相關(guān)性會(huì)提供一有關(guān)該短同步脈沖在該候選角度時(shí)被接收的情形如 何的測(cè)量，然后， 一第二相關(guān)性會(huì)接著在狀態(tài)1240中加以執(zhí)行該短同步脈沖 的該第二半邊期間。
在狀態(tài)1242中，該等真實(shí)及虛構(gòu)取樣會(huì)于此第二相關(guān)步驟中進(jìn)行交換， 而此則是接著會(huì)提供一全方向性響應(yīng)的一基線(baseline)。
再者，在狀態(tài)1250中，該陣列110會(huì)被操縱為一些候選角度中的一第一 候選角度，其中，該等候選角度的數(shù)量是取決于該天線陣列的架構(gòu)，如在一 實(shí)施例中，會(huì)具有四個(gè)候選角度，然后，根據(jù)狀態(tài)1260，會(huì)為了該四個(gè)候選 角度的每一個(gè)重復(fù)該等相關(guān)步驟1230， 1240，以及1242，并且每一個(gè)候選角 度的相關(guān)結(jié)果會(huì)進(jìn)行儲(chǔ)存，接著，能提供最佳相關(guān)結(jié)果的候選角度就會(huì)被選 擇作為用于剩余短同步以及剩余PPDU處理的角度，此角度是于狀態(tài)1270中進(jìn) 行選擇，并且，在狀態(tài)1280中，該候選天線方向會(huì)進(jìn)行設(shè)定，因此，圖12的 該操縱算法是可以在與六個(gè)短同步脈沖一樣少的時(shí)間內(nèi)完成，而此則是可以 在該天線己經(jīng)到達(dá)一穩(wěn)定設(shè)定之后，允許于該四個(gè)、或因此剩下的短同步脈 沖T7至T10上，操作額外的接收器處理，例如，頻率評(píng)估。
由于每一個(gè)短同步脈沖的該同相及正交對(duì)稱，其有可能利用一不同于該 第一半邊所使用的候選角度而執(zhí)行一持續(xù)一短同步脈沖的一第二半邊期間的 相關(guān)性，不過(guò)，此是假設(shè)，該天線陣列可以在大約30至200奈秒內(nèi)被操縱至 一新的候選角度，也同時(shí)假設(shè)，該相關(guān)性可以在如此的一時(shí)幀(timeframe) 中被完成，因此，當(dāng)此是可能時(shí)，該算法即可以決定每一個(gè)短同步脈沖的兩 個(gè)不同候選角度的一相關(guān)數(shù)值，至于有關(guān)哪一個(gè)實(shí)施例對(duì)一特別的執(zhí)行最好 的決定則是取決于高速相關(guān)硬件以及快速切換天線構(gòu)件的可利用性。
用于天線操縱算法175的一第二技術(shù)是敘述于圖13中，而此程序則是相
似于在圖12中所顯示。根據(jù)狀態(tài)1300，該系統(tǒng)會(huì)將該天線設(shè)定在全方向模式， 以用于接收一第一短同步脈沖tl，然后，狀態(tài)1310中，除了對(duì)比于一最佳預(yù) 期短同步響應(yīng)的相關(guān)之外， 一真實(shí)的第一半邊以及第二半邊短同步響應(yīng)會(huì)于 狀態(tài)1310以及1315中進(jìn)行儲(chǔ)存，而這些參考是為了被用于四個(gè)可能角度的相 關(guān)性的稍后計(jì)算而進(jìn)行儲(chǔ)存，其中，該真實(shí)響應(yīng)將會(huì)包含多路徑失真信息， 而其則是可以潛在地于一僅使用理想響應(yīng)的技術(shù)期間有所幫助，除此之外， 在此，于狀態(tài)1315之后所進(jìn)行的程序，如在圖12中一樣，會(huì)執(zhí)行一AGC追蹤 以及產(chǎn)生該四個(gè)候選角度的每一個(gè)(若有需要的話)與一短同步脈沖的初始 以及第二半邊部分期間的關(guān)聯(lián)，然后，該最佳候選角度會(huì)于狀態(tài)1370中進(jìn)行 選擇，以及最終的天線角度會(huì)于狀態(tài)1380中進(jìn)行設(shè)定。
在圖14中所顯示的又一種程序可以被用以決定一候選天線設(shè)定，此方法 是預(yù)先計(jì)算一理想響應(yīng)，以作為一梳形濾波器(comb filter)，而此則是在 用于圖12以及圖13的該程序的一簡(jiǎn)單最佳幅度響應(yīng)之外，依次地允許一已評(píng) 估信號(hào)對(duì)噪聲比的計(jì)算。
在步驟1400中，此程序是會(huì)執(zhí)行一理想短同步脈沖的一快速傅立葉轉(zhuǎn)換 (Fast Fourier Transform, FFT)，而結(jié)果則是典型地看起來(lái)像先前于圖6 中所見(jiàn)的該響應(yīng)，接著，在狀態(tài)1410，此理想脈沖的FFT的反向(inverse) 會(huì)被用來(lái)提供一理想時(shí)域能量、或 〃信號(hào)〃響應(yīng)，尤其是，所有不具有預(yù)期能 量的容器，亦即，該52個(gè)不被預(yù)期會(huì)具有任何能量的容器，會(huì)被設(shè)定為零， 以及該IFFT會(huì)進(jìn)行運(yùn)作。
在狀態(tài)1420中，會(huì)自FFT的短同步響應(yīng)中取得其它 〃沒(méi)興趣的"容器， 也就是說(shuō)，不具有預(yù)期能量位準(zhǔn)的該等容器，接著，此響應(yīng)會(huì)發(fā)展出，舉例 而言，具有被置于預(yù)期有噪聲的該52個(gè)容器之中的強(qiáng)度 〃一"數(shù)值，以及在 預(yù)期具有能量的該等容器中的強(qiáng)度 〃零"，的一 〃鏡像(mirror)"，然后，此〃 噪聲濾波器"的該反FFT會(huì)在狀態(tài)1430中進(jìn)行，以提供一 〃噪聲"時(shí)域響應(yīng)。
在狀態(tài)1440中，該已接收波形會(huì)與此些時(shí)域序列兩者，亦即，該 〃信號(hào) "以及"噪聲"濾波器響應(yīng)兩者，產(chǎn)生相關(guān)，然后，在狀態(tài)1450中會(huì)發(fā)展出一預(yù) 期的 〃虛擬信號(hào)對(duì)噪聲(pseudo signal to noise) 〃比，而此則是可以被計(jì) 算，以作為該 〃信號(hào)〃相關(guān)性的一峰值除上位在每一個(gè)容器位置的該 〃噪聲〃
1
相關(guān)性的峰值所得的一比值。
具體地說(shuō)，為了一候選角度所接收的該等短同時(shí)脈沖的每一個(gè)會(huì)加以供 給為與該等信號(hào)以及噪聲濾波器兩者產(chǎn)生旋繞，而獲得此兩個(gè)響應(yīng)的一比值 則是提供被使用作為該度量的該信號(hào)對(duì)噪聲比的一準(zhǔn)評(píng)估(quasi-estimate)， 以測(cè)量每一個(gè)天線角度的執(zhí)行應(yīng)該要如何進(jìn)行預(yù)期。
該FFTs以及反FFTs可以有64個(gè)取樣，如圖6所建議的，不過(guò)，應(yīng)該要 了解的是，也可以一較短的FFT尺寸、或是32個(gè)取樣的取樣集，并且仍然會(huì) 獲得可測(cè)量的結(jié)果，也就是說(shuō)，若是數(shù)字信號(hào)處理器時(shí)序限制僅允許與該等 濾波器的取樣的一半一樣多的取樣時(shí)，則每一個(gè)預(yù)期峰值數(shù)值的至少一能量 取樣以及至少一噪聲取樣會(huì)在該頻率中為可獲得，另外，在假設(shè)十二個(gè)能量 位準(zhǔn)不會(huì)以完整的方式映像進(jìn)入少于32個(gè)容器的任何事物中的情形下，至少 對(duì)802. lla而言，較短的取樣數(shù)量是沒(méi)有可能的。
當(dāng)本發(fā)明已經(jīng)以其較佳實(shí)施例做為參考而特別地加以顯示以及敘述的同 時(shí)，熟習(xí)此技術(shù)的人將可以了解，于形式上以及細(xì)部的各種改變是可以在不 脫離所附權(quán)利要求所包含的本發(fā)明的范圍的情形下加以達(dá)成。
權(quán)利要求
1. 一種用于控制一可操縱天線陣列的一方向性角度的方法，其中，一經(jīng)由該陣列所接收的無(wú)線電信號(hào)包含一前導(dǎo)頻部分以及一數(shù)據(jù)部分，該方法包括下列步驟架構(gòu)該天線陣列，以于一全方向性模式中接收該無(wú)線電信號(hào)；接收該前導(dǎo)頻的一起始部分；決定該前導(dǎo)頻的該起始部分的一品質(zhì)度量；設(shè)定該陣列至一候選角度；接收該前導(dǎo)頻的一接續(xù)部分；決定該所接收的接續(xù)部分的一品質(zhì)度量；為了至少一額外候選角度而重復(fù)該等設(shè)定該陣列、接收一接續(xù)前導(dǎo)頻部分、以及決定一品質(zhì)度量的步驟；以及在接收該數(shù)據(jù)部分前，以該等品質(zhì)度量作為基礎(chǔ)而選擇一候選角度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在該架構(gòu)該陣列以用于在一全方向性模式中進(jìn)行接收的步驟后，但在接 收該前導(dǎo)頻的一起始部分前，設(shè)定一自動(dòng)增益控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于還包括 借由將該陣列設(shè)定至該候選角度而接收額外的前導(dǎo)頻信號(hào)部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于還包括 利用一接續(xù)前導(dǎo)頻部分進(jìn)行頻率評(píng)估。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該無(wú)線電信號(hào)包含一提供該前導(dǎo)頻部分的封包協(xié)議數(shù)據(jù)單元幀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該無(wú)線電信號(hào)包含一包括有多個(gè)短同步脈沖的物理層會(huì)聚程序，且該等短同步脈沖包括該等前導(dǎo)頻部 分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該決定一品質(zhì)度量的步驟 還包括產(chǎn)生一接續(xù)前導(dǎo)頻部分與一已預(yù)期的已接收前導(dǎo)頻部分的相關(guān)性。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于， 該已預(yù)期的已接收前導(dǎo)頻部分是一已儲(chǔ)存的最佳響應(yīng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該己預(yù)期的已接收前導(dǎo)頻部分是記錄自一在前的無(wú)線電信號(hào)接收。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該前導(dǎo)頻部分包括短同步脈沖以及長(zhǎng)同步脈沖，以及其中，所有將該陣列設(shè)定至一候選角度的步驟都 在接收該等長(zhǎng)同步脈沖前先行完成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該前導(dǎo)頻包括一系列的同 步脈沖，且每一個(gè)脈沖具有一第一區(qū)段以及一第二區(qū)段，其中，該第一以及 第二脈沖區(qū)段具有相關(guān)于一同相及正交時(shí)軸的對(duì)稱。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該決定一品質(zhì)度量的步 驟是借由自該第一脈沖區(qū)段決定出一用于一第一候選角度的度量，以及自該 第二脈沖區(qū)段決定出一用于一第二候選角度的度量，而自一單一前導(dǎo)頻部分 決定出用于兩個(gè)候選角度的一品質(zhì)度量。
13. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該品質(zhì)度量是借由下列步驟而決定于一己接收的短同步脈沖上執(zhí)行一快速傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)，以及選擇對(duì)應(yīng)于一所需信號(hào)的FFT容器；執(zhí)行一第一反向FFT，以產(chǎn)生該所需信號(hào)的一時(shí)域結(jié)果；選擇未于該執(zhí)行一 FFT的第一步驟中獲選的容器作為未選擇容器，進(jìn)而 提供一噪聲評(píng)估；在該等未選擇容器上執(zhí)行一第二反向FFT，以產(chǎn)生噪聲信號(hào)的一時(shí)域結(jié) 果；以及自該兩個(gè)反向FFT結(jié)果的一比值建立出一虛擬信號(hào)對(duì)噪聲比評(píng)估，以作為該度量。
全文摘要
一種用于操縱一方向性天線的技術(shù)，舉例而言，可以被使用于一無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)裝置中、該技術(shù)可在接收短同步脈沖的期間檢測(cè)處于一封包協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PPDU)幀的相當(dāng)前端部分中的信號(hào)參數(shù)，而如此的結(jié)果是，該天線可以被操縱至一最佳角度，以用于在接收獲取載波信號(hào)相位及頻率可能會(huì)需要的一前導(dǎo)頻的其它部分前的接收。
文檔編號(hào)H04Q1/00GK101390255SQ03823312
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2003年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者喬治·R·小內(nèi)爾森, 凱文·P·強(qiáng)生, 約翰·A·里格內(nèi)爾, 約翰·E·霍夫曼 申請(qǐng)人:美商智慧財(cái)產(chǎn)權(quán)授權(quán)股份有限公司