专利名称：Ofdm系统中的自适应保护间隔的制作方法
背景技术：
正交频分多路复用(OFDM)是一种将信号分隔成不同频率处的若干窄带信道的数字调制方法。已采用OFDM的多载波调制技术使得由于多路径传播引起的码间串扰(ISI)的影响降到最低并且避免了复杂的均衡器技术和昂贵的自适应天线的应用。当前的OFDM系统使用预定的保护间隔，保守地设计该间隔用于克服了多路径传播延迟的最长预期延迟扩展。尽管如此，该保守的保护间隔增加了每一分组传送所需的时间。
因此，具有一种用于缩短所述保护间隔以减少分组传送时间的改进方法将是很有利的。
将在本说明的结尾部分特别指出并清楚声明本发明的主题。尽管如此，同时作为组织和操作方法的本发明，以及其中的对象、特性和优势在参考随后的详细描述并阅读附图的情况下将得到最好的了解，所述附图包括图1根据本发明示出了具有用于截短(puncturing)载波的特性的无线通讯设备；图2是基于影响了由所述无线通信设备所接收信号的信道变化，用于动态地选择和截短载波的框图；图3示出了截短特性禁用时用于发送器和接收器的载波；图4示出了截短特性启用时用于发送器和接收器的载波；图5根据本发明示出了具有动态可调整保护间隔的码元。
应该认识到为了说明的简明扼要，图中示出的元素没必要按比例画出。例如为了阐述清楚，相对于其他元件某些元件的尺寸被放大。
具体实施例方式
在随后的详细描述中，将阐明多个特定细节以提供本发明的透彻理解。尽管如此，本领域普通技术人员应该理解无需这些特定细节也可实施本发明。在其他实例中，不会详细描述已知的方法、程序、组件和电路以避免使本发明晦涩不清。
在随后的说明和权利要求中，会用到术语“耦合的”和“连接的”以及它们的衍生。应该理解这些术语相互间不是同义的。而是在特定实施例中，“连接的”可用于指示两个或多个元件物理上或电气上之间直接相互接触。“耦合的”可意指两个或多个元件物理上或电气上之间直接接触。尽管如此，“耦合的”还可意指两个或多个元件不是相互直接接触的，但是仍然相互配合或交互作用。
在声明的主题结合有微控制器、通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算(RISC)、复杂指令集计算(CISC)以及其他电子组件的情况下，本发明的实施例可在各种应用中使用。本发明尤其可在膝上型计算机、智能电话机、通信装置和个人数字助理(PDA)、医学或生物技术设备、汽车安全和保护设备以及汽车信息产品中使用。尽管如此，应该理解本发明的范围不限于这些实例。
图1根据本发明示出了具有用于评估和选择接收自多个天线信号的特性的无线通讯设备10。在此设备中，收发器从天线14和16接收并发送调制信号，尽管天线的数量不是对本发明的限制。接收器电路包括诸如低噪声放大器(LNA)和可变增益放大器(VGA)的放大器用于放大接收来自所选天线的信号。随后，混频器电路接收调制信号并且将调制信号的载波频率向下转换。随后可对下转换信号进行滤波并且通过模数转换器(ADC)将其转换为数字表示。
基带处理器20可连接至所述ADC通常用以提供在通讯设备10内部收到数据的数字处理。基带处理器20可以处理数字化的正交信号，即来自接收器电路的同相“I”信号以及正交“Q”信号。根据本发明，基带处理器20可包括用于提供与模拟收发器相关联信息的数字处理的正交频分多路复用(OFDM)收发器28。在发送侧，发送器18可接收由基带处理器20处理的数字数据并且使用数模转换器(DAC)将数字信号转换成模拟信号用于自多个天线14和16的发送。注意到接收器12和/或发送器18可以嵌入基带处理器20内作为混合模式集成电路，或者可选地收发器可以是孤立的射频(RF)集成电路，诸如应用专用集成电路(ASIC)。
应用处理器22可以通过信令接口26连接至基带处理器20，以允许数据在基带处理器20和应用处理器22之间的传送。存储器设备24可以连接至基带处理器20和应用处理器22用以存储数据和/或指令。在某些实施例中，存储器设备224可以是易失性存储器，诸如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)或同步动态随机存取存储器(SDRAM)，虽然声明主题的范围不限于此方面。在可选实施例中，存储器设备可以是非易失性的存储器，诸如电可编程只读存储器(EPRPM)、电可擦写可编程只读存储器(EEPRPM)、闪存(NAND或NOR型，每单元包括多比特)、铁电随机存取存储器(FRAM)、聚合体铁电随机存取存储器(PFRAM)、磁随机存取存储器(MRAM)、奥弗辛斯基(Ovonics)统一存储器(OUM)、诸如机电硬盘、光盘、磁盘以及能够存储指令和/或数据的其他任何设备的盘类存储器。尽管如此，应该理解本发明的范围不限于这些实例。
图2是示出了可在基带处理器20内实现的OFDM收发器结构的一个实施例的框图。OFDM是多载波调制的特殊形式，尤其适合于经由分散信道的传输。在多路径信道中，OFDM发送器210将高速数据流拆分为N个并行的低速数据流，每个低速数据流都经由一个分隔的正交子载波发送。扰码器可用于降低出现0或1长序列的可能性。Tx前向纠错(FEC)编码器提供纠错，并且在相同情况下可以减少信道编码数据流中大量不必要的冗余。卷积交织器使得突发差错分散到不同的码字从而增强了纠错能力。
载波截短电路220基于影响接收自无线通信设备10的信号的信道变化知识，动态选择并截短子载波。跟随复数IFFT，可将保护间隔添加至OFDM码元的有用部分以导致全部的OFDM码元长度。随后，可每帧插入一次用于同步和信道估计所必须的先导序列并且将基带信号从数字信号转换成模拟IF信号(见图1)并且准备用于传输。
在接收器侧230，模拟IF向下转换至数字基带。接下来，执行同步用于使得接收器在时间和频率上同步。移除保护间隔并执行复数FFT。执行信道估计和均衡以为每一子载波提供均衡值和相应的衰减系数。可以包括或不包括载波解截短电路240。当包括时，载波解截短电路240在跳过被选择载波上的信息。加载在子载波上的码元送至为每个编码比特进行值计算的解调器。在解码器内处理所述编码比特以获取信息比特。
图3示出了用于截短特性禁用时的发送器Tx和接收器Rx的子载波信息和相应的信道变化。所述OFDM码元由跨越所述OFDM码元频谱的子载波组成，其中子载波在水平频率轴上被隔开。在发送器Tx中示出的每一子载波都具有共有的功率。尽管如此，由接收器Rx接收的某些子载波在受到信道变化的影响时会衰减并且以减少的功率被接收。
图4示出了用于截短特性启用时的发送器Tx和接收器Rx的子载波信息和相应的信道变化。参见图2和图4，载波截短电路220接收有关于对每个子载波的变化和信道影响的信道知识。信道知识包括来自多路径衰减、带内干扰或有源电子设备等等的单一效应或组合效应。例如，破坏性组合的多个传播路径可以破坏信号，导致在移动接收器处信号强度的严重衰落。此外，步行者或车辆在多路径分量上引发多普勒频移，导致衰落多路径信道的时间变化。例如干扰可由其他用户操作无绳电话或微波产品引起，然而电子效应也可以是无线通讯设备10的收发器内模拟电路的低噪声放大器的非期望滚降(roll-off)或滤波器中的不希望的陷波(notch)。
在信道知识如此指示的情况下，可选择子载波用于截短，即从所述子载波中移除信息和/或能量。比较图3和图4，在截短特性启用时，子载波310和312已被截短。依照本发明的特性和声明的主题，可以预见若干截短方法。在一个实施例中，可通过将能量放入子载波而不包括任何调制数据或信息而对子载波进行截短。此外，截短的子载波随后可用于降低OFDM码元的峰均功率比(PAPR)。降低峰值功率的一个可能的方法包括在发送器内对所述码元控制并调整相位。
在另一个实施例中，可能通过在截短子载波内不放入能量并且保持功率水平用于维持子载波来对子载波进行截短，即移除。可选地，可将截短子载波的部分或全部功率再分配给残余子载波的某些或全部。在另一个实施例中，子载波可用能量或不用能量被截短，用于避免带内频谱干扰。所述功率可再分配至其他子载波。
现有技术的OFDM系统将信息放入所有子载波中并且随后依靠编码用以再现包含在基于信道经历衰减的子载波内的信息。相反地，本发明提供子载波截短是未在不能递送信息的遭受信道减损的子载波中放置信息。如果在这些子载波中未放置能量，那么随后可将发送功率重新分配给载有信息的子载波从而提高了目标节点处的信噪比(SNR)。或者本发明也可在遭受信道减损的子载波中放置信息，但是降低了所述OFDM系统的PAPR。
使用OFDM是因为它是载波(音调(tone))正交的多载波(或多音调)调制技术。如果它们不正交的话，那么它们可由多音调叠加生成。正因为它们是正交的，所以可使用离散傅立叶变换(DFT)以及快速傅立叶变换(FFT)。所述OFDM码元512可通过周期性重复信号的“首部”514和“尾部”510而得到延长。这样，通过对分组附加循环前缀和循环后缀就为Tx发送器210准备好了用于发送的分组。在Rx接收器230处，移除这些前缀和后缀保护间隔。将此保护间隔调整至足够长度并超过最大信道延迟，这样就移除了先前码元的所有反射同时还保有了正交状态。以此方式，OFDM通信系统使用保护间隔移除了OFDM码元之间的码间串扰(ISI)。尽管如此，因为分组由保护间隔围绕，所以信号的某些部分不能用于发送信息。
依据本发明的一个实施例，可以是目标节点确定来自源传输的保护间隔，也可以是源节点确定来自目标传输的保护间隔。所述信道知识可用于设置保护间隔(510，514)的长度。鉴于当前OFDM系统为所述分组附加一个经保守设计的用于最长预期的延迟扩展的固定保护间隔，则无线通信设备10确定用于所述保护间隔的延迟扩展评估是被动态改变并更新。换句话说，可周期性地测量引起信道延迟的多路径反射并且可动态设置所述保护间隔用以说明信道内的任何改变。本发明动态地更新所述保护间隔以缩短每一分组传递的时间。因为必须通过目标节点先验地得知保护间隔以解调所述OFDM码元，所以一经确定则必须在通信设备10和其他设备之间对保护间隔进行通信。
应该指出在时分双工(TDD)OFDM系统中的隐藏节点可尝试在同一时间使用同一信道。这些隐藏节点可以位于比目标接收器更加远离发送源的位置。更长的传播距离等同于需要更长的保护间隔用于缓和ISI的更长延迟扩展。示出若干实施例以提供保护间隔的自适应以缩短保护间隔，其中可由无线通信设备10或网络控制的自适应。
先前提到的一个实施例提供用于源节点通知其他节点关于保护间隔将被广泛使用。在另一个实施例中，两个节点可以按照从源节点至目标节点并且再回到该源节点的传输顺序分别设置它们各种的保护间隔。在另一个实施例中，与源节点相关联的所有节点都可以发送信息用以通知源节点有关它们各自的保护间隔。一旦接收到，随后所述源节点就确定恰当的保护间隔并且通知保护间隔将被使用的节点。可选地，目标节点可通知保护间隔将被使用的源节点并且随后所述源节点使用上述保护间隔用于对目标节点的随后的传输。一旦完成了数据传输，则可以或不可以编程所述目标节点和源节点用以传回到与同源节点相关联的所有节点协商的前一基线保护间隔。这些实施例无论无线设备“隐藏”与否，提供了能够实现所述无线设备间通信的安全保护间隔。
至此显而易见的是，已示出一种方法和电路用于结合信道知识作出关于子载波截短的决定。可以动态评估信号质量并且可生成信道知识以确保无线设备的高性能。此外，本发明的特性缩短了数据分组传送所需的时间并且确保了涉及传送的“空中”持续时间的保护间隔无论其隐藏与否，对应所有节点来说都是先验得知的。
应该指出通篇使用的术语“子载波”是用于描述某些通信网络，诸如使用OFDM的IEEE 802.11的无线局域网(WLAN)和LAN，但是在考虑到其他通信网络时本领域普通技术人员也可使用“载波”代替“子载波”。
虽然在此示出并描述了本发明的某些特性，但是本领域普通技术人员可以领悟许多修改、代替、改变和等效。因此应该理解所附权利要求意欲覆盖所有这些修改和变换，它们都落在本发明的真正精神之内。
权利要求
1.一种多载波通信系统，包括具有信道延迟扩展知识的处理器，所述知识用于在传输之前对分组保护间隔进行调整。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过将循环前缀附加给随更新的信道延迟扩展知识动态改变的分组，调整所述保护间隔。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过将循环后缀附加给随更新的信道延迟扩展知识动态改变的分组，调整所述保护间隔。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过将循环前缀和循环后缀都附加给随更新的信道延迟扩展知识动态改变的分组，调整所述保护间隔。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多载波通信系统是正交频分多路复用(OFDM)通信系统。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，目标节点确定来自源传输的保护间隔以设置所述保护间隔。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，源节点确定来自目标传输的保护间隔以设置所述保护间隔。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，测出的多路径反射提供信道延迟扩展知识用以设置所述保护间隔并移除码间串扰(ISI)。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多载波通信系统是时分双工(TDD)OFDM通信系统，所述通信系统包括通知系统中的其他节点将共同使用的所述保护间隔的源节点。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，系统中的两个节点在从源节点到目标节点并且再返回所述源节点的传输之后设置它们各自的保护间隔。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述源节点相关联的节点，用于发送信息以向源节点通知它们各自的保护间隔，并且一旦接收到，所述源节点就确定恰当的保护间隔并且通知所述节点要使用的保护间隔。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，目标节点向源节点通知要使用的保护间隔，随后所述源节点使用上述保护间隔用于对所述目标节点的后续传输。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，对目标节点和源节点被编程以回复至与同源节点相关联的所有节点协商的先前一基线保护间隔。
14.一种具有正交频分多路复用(OFDM)设备的通信系统，第一OFDM设备包括具有解调分组的接收器链的模拟收发器；处理器，它耦合至所述接收器链以接收所述分组并且使用信道延迟扩展知识在传输之前调整分组的保护间隔；以及耦合至所述处理器的静态随机存取存储器(SRAM)存储器。
15.如权利要求14所述的通信系统，其特征在于，所述系统动态地监控多路径反射以提供信道延迟扩展知识来改变用于进一步传输的保护间隔并且移除码间串扰(ISI)。
16.如权利要求14所述的通信系统，其特征在于，还包括将保护间隔信息发送给所述第一OFDM设备的其他OFDM设备，其中第一OFDM设备处保护间隔被确定并被发送给所述其他OFDM设备以提供要使用的保护间隔。
17.一种方法，包括在正交频分多路复用(OFDM)系统中使用多路径反射以提供信道延迟扩展知识来改变保护间隔用于进一步的传输，并且在用递归信道延迟扩展知识的更新来揭示动态信道变化的情况下移除码间串扰(ISI)。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括发送所述递归信道延迟扩展知识的更新以通知系统内的其他节点关于要被共同使用的保护间隔。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括从源节点发送到目标节点以及从所述目标节点发送到所述源节点来确定两个节点中的哪一个具有信道延迟扩展知识以用来改变用于这两个节点的所述保护间隔。
全文摘要
提供动态保护间隔自适应用于设备来缩短所述保护间隔，在具有无线通信设备或网络控制自适应的情况下，所述设备在OFDM通信系统内具有不同的延迟扩展。
文档编号H04L27/26GK1810004SQ200480017137
公开日2006年7月26日 申请日期2004年6月16日 优先权日2003年6月27日
发明者V·罗德斯 申请人:英特尔公司