СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ СИМВОЛЬНОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ В СИСТЕМЕ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
METHOD AND DEVICE FOR ESTIMATING SYMBOL SYNCHRONISATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM

Притязание на приоритет по 35 U.S.C. §119
Настоящая Заявка на патент притязает на приоритет по Предварительной заявке № 60/854877, озаглавленной "Signal Acquisition", зарегистрированной 26 октября 2006 года и назначенной правопреемнику этой заявки и, таким образом, в прямой форме включается в этот документ путем отсылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Область техники, к которой относится изобретение
Данные раскрытые системы относятся в целом к системе для обнаружения сигнала в системе беспроводной связи, а точнее говоря к системе обнаружения пакета для обнаружения пакетов в принятом сигнале.
Уровень техники
Беспроводные сетевые системы стали распространенным средством, с помощью которого взаимодействуют большое количество людей по всему миру. Устройства беспроводной связи стали меньше и мощнее, чтобы соответствовать потребностям потребителя, которые включают в себя улучшенную портативность и удобство. Пользователи нашли множество применений для устройств беспроводной связи, например сотовые телефоны, персональные цифровые помощники (PDA), ноутбуки и т.п., и такие пользователи требуют надежного обслуживания и расширенных зон обслуживания.
Сети беспроводной связи обычно используются для обмена информацией независимо от того, где располагается пользователь (внутри или вне строения), и является ли пользователь неподвижным или передвигающимся (например, на транспортном средстве, пешком). Как правило, сети беспроводной связи устанавливаются с помощью мобильного устройства, взаимодействующего с базовой станцией или точкой доступа. Точка доступа охватывает географическую область или соту и, когда мобильное устройство работает, оно может входить и выходить из этих географических сот. Для достижения непрерывной связи мобильному устройству выделяются ресурсы соты, в которую оно вошло, и освобождаются ресурсы соты, из которой оно вышло.
Сеть также может быть построена с использованием исключительно однорангового взаимодействия без использования точек доступа. В дополнительных вариантах осуществления сеть может включать в себя как точки доступа (режим инфраструктуры), так и одноранговое взаимодействие. Эти типы сетей называются специализированными сетями. Специализированные сети могут быть самостоятельно конфигурируемыми, в силу чего, когда мобильное устройство (или точка доступа) принимает сообщение от другого мобильного устройства, другое мобильное устройство добавляется к сети. Когда мобильные устройства покидают область, они динамически удаляются из сети. Таким образом, топография сети может постоянно меняться. В топологии с ретрансляторами передача передается через некоторое количество скачков или сегментов, а не напрямую от отправителя к получателю.
Сверхширокополосная технология, например сверхширокополосная (UWB) общая платформа радиосвязи от альянса WiMedia, обладает собственной возможностью по оптимизации возможности беспроводного соединения между мультимедийными устройствами в рамках беспроводной персональной сети (WPAN). Цели стандарта беспроводной связи - выполнить такие требования, как низкая стоимость, низкая потребляемая мощность, малый форм-фактор, большая полоса пропускания и поддержка мультимедийного качества обслуживания (QoS).
Сверхширокополосная общая платформа радиосвязи WiMedia представляет методику распределенного доступа к среде, которая обеспечивает решение для работы разных беспроводных приложений в одной сети. Сверхширокополосная общая платформа радиосвязи WiMedia объединяет спецификации уровня управления доступом к среде передачи (MAC) и физического (PHY) уровня на основе многополосного мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (MB-OFDM). Спецификации MAC и PHY от WiMedia намеренно спроектированы для приспособления к различным требованиям, установленным глобальными регулятивными органами. Производители, которым нужно соответствовать правилам в различных странах, могут соответственно делать это просто и рентабельно. Некоторые другие удобные для приложений свойства, которые UWB WiMedia пытается реализовать, включают в себя сниженный уровень сложности на каждый узел, длительное время работы от батарей, поддержку множества режимов управления питанием и более высокую пространственную пропускную способность.
Совместимые с UWB WiMedia приемники вынуждены бороться с помехами от существующих беспроводных услуг, несмотря на предоставление большой полосы пропускания. Одновременно они должны работать с очень низкой мощностью передачи. Таким образом, одной проблемой, с которой столкнулись приемники в условиях эксплуатации, является обнаружение сигнала и, как часть этого, установление временной синхронизации с передаваемым сигналом. Более того, сложной задачей является способность надежно оптимизировать оценку синхронизации, эффективно и с малым влиянием на исполнение.
Поэтому в данной области техники имеется потребность удовлетворять упомянутым требованиям.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описываемые в настоящий момент подходы направлены на оценку синхронизации. В одном решении описывается способ выполнения оценки символьной синхронизации. Способ включает в себя задание области поиска во множестве предполагаемых величин канальных отводов; задание интервала поиска в области поиска; и определение местоположения индекса оценки символьной синхронизации в области поиска, соответствующего максимальному значению энергии из множества предполагаемых величин канальных отводов в интервале поиска.
В другом решении описывается устройство выполнения оценки символьной синхронизации. Устройство включает в себя средство задания области поиска во множестве предполагаемых величин канальных отводов; средство задания интервала поиска в области поиска; и средство определения местоположения индекса оценки символьной синхронизации в области поиска, соответствующего максимальному значению энергии из множества предполагаемых величин канальных отводов в интервале поиска.
В еще одном подходе раскрывается устройство беспроводной связи. Устройство беспроводной связи включает в себя антенну, выполненную с возможностью приема сигнала, имеющего символ; и управляющий процессор, соединенный с антенной для выполнения способа оценки символьной синхронизации у символа. Способ включает в себя задание области поиска во множестве предполагаемых величин канальных отводов; задание интервала поиска в области поиска; и определение местоположения индекса оценки символьной синхронизации в области поиска, соответствующего максимальному значению энергии из множества предполагаемых величин канальных отводов в интервале поиска.
В еще одном решении раскрывается компьютерный программный продукт. Компьютерный программный продукт включает в себя машиночитаемый носитель, имеющий код, чтобы заставить компьютер задать область поиска во множестве предполагаемых величин канальных отводов; код, чтобы заставить компьютер задать интервал поиска в области поиска; и код, чтобы заставить компьютер определить местоположение индекса оценки символьной синхронизации в области поиска, соответствующего максимальному значению энергии из множества предполагаемых величин канальных отводов в интервале поиска.
В еще одном дополнительном подходе раскрывается процессор, причем процессор имеет запоминающее устройство, причем запоминающее устройство выполнено с возможностью предписывать процессору реализовать способ выполнения оценки символьной синхронизации. Способ включает в себя задание области поиска во множестве предполагаемых величин канальных отводов; задание интервала поиска в области поиска; и определение местоположения индекса оценки символьной синхронизации в области поиска, соответствующего максимальному значению энергии из множества предполагаемых величин канальных отводов в интервале поиска.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - блок-схема типовой специализированной беспроводной сети;
Фиг.2 - блок-схема типового беспроводного оконечного устройства;
Фиг.3 - структура пакета, соответствующая сверхширокополосному (UWB) стандарту WiMedia;
Фиг.4 - диаграмма всемирного распределения UWB-спектра;
Фиг.5 - структура преамбулы из пакета на фиг.3;
Фиг.6 - блок-схема генератора последовательности синхронизации пакета/кадра для структуры преамбулы из фиг.5;
Фиг.7 - график апериодической автокорреляционной функции базовой последовательности, используемой для формирования шаблона преамбулы;
Фиг.8 - блок-схема генератора иерархической базовой последовательности, используемого для формирования базовой последовательности;
Фиг.9 - график апериодической взаимной корреляции между базовой последовательностью из фиг.7 и соответствующей иерархической базовой последовательностью из фиг.8;
Фиг.10 - график апериодической взаимной корреляции между базовой последовательностью из фиг.7 и округленной версией соответствующей базовой последовательности;
Фиг.11 - временная шкала, иллюстрирующая процесс обнаружения/синхронизации для частотно-временного кода (TFC)-1 и TFC-2;
Фиг.12 - временная шкала, иллюстрирующая процесс обнаружения/синхронизации для TFC-3 и TFC-4;
Фиг.13 - временная шкала, иллюстрирующая процесс обнаружения/синхронизации для TFC-5, TFC-6 и TFC-7;
Фиг.14 - временная шкала, иллюстрирующая процесс обнаружения/синхронизации для TFC-8, TFC-9 и TFC-10;
Фиг.15 - блок-схема синхронизатора, который включает в себя модуль обнаружения пакета, модуль оценки синхронизации и модуль оценки смещения несущей частоты (CFO) и кадровой синхронизации;
Фиг.16 - устройство оценки синхронизации, реализующее модуль оценки синхронизации в синхронизаторе из фиг.15;
Фиг.17 - временная диаграмма, иллюстрирующая работу устройства оценки синхронизации из фиг.16;
Фиг.18 - блок-схема алгоритма процесса оценки индекса синхронизации в устройстве оценки синхронизации из фиг.16;
Фиг.19 - первая типовая реализация согласованного фильтра в синхронизаторе из фиг.15;
Фиг.20 - вторая типовая реализация согласованного фильтра в синхронизаторе из фиг.15; и
Фиг.21 - типовая реализация L-отводного объединителя многолучевой энергии, используемого для реализации скользящего окна.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Теперь описываются различные варианты осуществления со ссылкой на чертежи. В нижеследующем описании для целей пояснения излагаются многочисленные специальные подробности, чтобы обеспечить всестороннее понимание одной или нескольких особенностей. Тем не менее может быть очевидным, что такой вариант(ы) осуществления может быть применен на практике без этих специальных подробностей. В иных случаях широко известные структуры и устройства показываются в виде блок-схемы, чтобы облегчить описание этих вариантов осуществления.
При использовании в данной заявке термины "компонент", "модуль", "система" и т.п. предназначены для ссылки на связанный с применением компьютера объект, также аппаратные средства, микропрограммное обеспечение, сочетание аппаратных средств и программного обеспечения, программное обеспечение, либо программное обеспечение в ходе исполнения. Например, компонент может быть, но не ограничивается этим, работающим на процессоре процессом, процессором, объектом, исполняемым файлом, потоком выполнения, программой и/или компьютером. В качестве иллюстрации и приложение, работающее на вычислительном устройстве, и вычислительное устройство могут быть компонентом. Один или более компонентов могут находиться в процессе и/или потоке выполнения, и компонент может располагаться на одном компьютере и/или распределяться между двумя или более компьютерами. К тому же эти компоненты могут исполняться с различных машиночитаемых носителей, имеющих записанные на них различные структуры данных. Компоненты могут взаимодействовать посредством локальных и/или удаленных процессов, например, в соответствии с сигналом, имеющим один или более пакетов данных (к примеру, данных от одного компонента, взаимодействующего с другим компонентом в локальной системе, распределенной системе и/или по сети, такой как Интернет, с другими системами посредством сигнала). Слово "типовой" используется в данном документе, чтобы обозначать "служащий в качестве примера, отдельного случая или иллюстрации". Любой вариант осуществления, описанный в этом документе как "типовой", не должен быть обязательно истолкован как предпочтительный или преимущественный над другими вариантами осуществления.
Кроме того, в этом документе описываются различные варианты осуществления применительно к пользовательскому устройству. Пользовательское устройство также может называться системой, абонентским модулем, абонентской станцией, мобильной станцией, мобильным устройством, удаленной станцией, точкой доступа, удаленным терминалом, терминалом доступа, оконечным устройством, телефонной трубкой, хостом, пользовательским терминалом, терминалом, агентом пользователя, беспроводным терминалом, беспроводным устройством или пользовательским оборудованием. Пользовательское устройство может быть сотовым телефоном, беспроводным телефоном, телефоном Протокола инициирования сеанса связи (SIP), станцией беспроводной местной системы связи (WLL), персональным цифровым помощником (PDA), карманным устройством, имеющим возможность беспроводного соединения, или другим обрабатывающим устройством (устройствами), подключенным к беспроводному модему. В некоторых вариантах осуществления пользовательское устройство может быть, например, устройством бытовой электроники с присоединенным UWB-модемом, например принтером, фотокамерой/записывающей видеокамерой, музыкальным проигрывателем, автономным магнитным или энергонезависимым запоминающим устройством (флэш-память), или другим аудио/видео оборудованием с хранением содержимого.
Кроме того, различные особенности или признаки, описываемые в этом документе, могут быть реализованы в виде способа, устройства или изделия, используя стандартные программные и/или технические методики. Термин "изделие" при использовании в этом документе предназначен для включения в себя компьютерной программы, доступной с любого машиночитаемого устройства, несущей или носителей. Например, машиночитаемые носители могут включать в себя, но не ограничиваются, магнитные запоминающие устройства (например, жесткий диск, дискета, магнитные ленты…), оптические диски (например, компакт-диск (CD), цифровой универсальный диск (DVD)…), смарт-карты и устройства флэш-памяти (например, карта памяти, "флэшка"…).
Различные варианты осуществления будут представляться на основе систем, которые могут включать в себя некоторое количество устройств, компонентов, модулей и т.п. Нужно понимать и принимать во внимание, что различные системы могут включать в себя дополнительные устройства, компоненты, модули и т.п. и/или могут не включать в себя все из этих устройств, компонентов, модулей и т.д., обсуждаемых применительно к чертежам. Также может использоваться сочетание этих решений.
Теперь со ссылкой на чертежи, фиг.1 иллюстрирует пример специализированной беспроводной сети 100. Беспроводная сеть 100 может включать в себя любое количество мобильных устройств или узлов, из которых иллюстрируются четыре для удобства иллюстрации, которые находятся в беспроводном взаимодействии. Мобильные устройства могут быть, например, сотовыми телефонами, смартфонами, переносными компьютерами, карманными устройствами связи, карманными вычислительными устройствами, спутниковыми радиостанциями, системами глобального позиционирования, персональными цифровыми помощниками (PDA) и/или другими подходящими устройствами для взаимодействия по беспроводной сети 100. Беспроводная сеть 100 также может включать в себя одну или несколько базовых станций или точек доступа (не показаны).
В беспроводной сети 100 показывается оконечное устройство 112, взаимодействующее с оконечным устройством 114 по линии 120 связи и с оконечным устройством 116 по линии 122 связи. Оконечное устройство 116 также показано взаимодействующим с оконечным устройством 118 по линии 124 связи. Оконечные устройства 112, 114, 116 и 118 могут быть структурированы и сконфигурированы в соответствии с типовой упрощенной блок-схемой возможной конфигурации оконечного устройства 200, которая показана на фиг.2. Как примут во внимание специалисты в данной области техники, точная конфигурация оконечного устройства 200 может меняться в зависимости от конкретного применения и общих ограничений исполнения. Процессор 202 может реализовывать системы и способы, раскрытые в этом документе.
Оконечное устройство 200 может быть реализовано с помощью входного приемопередатчика 204, соединенного с антенной 206. С приемопередатчиком 204 может соединяться процессор 208 немодулированных данных. Процессор 208 немодулированных данных может быть реализован с помощью программной архитектуры или другого типа архитектур, например аппаратных средств или сочетания аппаратных средств и программного обеспечения. Микропроцессор может использоваться в качестве платформы для запуска компьютерных программ, которые среди прочих функций обеспечивают функцию контроля и общего управления системой. Цифровой процессор сигналов (DSP) может быть реализован с помощью уровня встроенного коммуникационного программного обеспечения, которое выполняет прикладные алгоритмы, чтобы снизить требования к микропроцессору по обработке. DSP может использоваться для предоставления различных функций обработки сигнала, например обнаружения контрольного сигнала, временной синхронизации, отслеживания частоты, обработки с расширенным спектром, функций модуляции и демодуляции и прямого исправления ошибок.
Оконечное устройство 200 также может включать в себя различные интерфейсы 210 пользователя, соединенные с процессором 208 немодулированных данных. Интерфейсы 210 пользователя могут включать в себя клавишную панель, мышь, сенсорный экран, дисплей, звонок, вибратор, динамик, микрофон, фотокамеру, запоминающее устройство и/или другие устройства ввода/вывода.
Процессор 208 немодулированных данных содержит процессор 202. В программной реализации процессора 208 немодулированных данных процессор 202 может быть компьютерной программой, работающей на микропроцессоре. Однако, как легко поймут специалисты в данной области техники, процессор 202 не ограничивается этим вариантом осуществления и может быть реализован с помощью любого средства, известного в данной области техники, включая любую аппаратную конфигурацию, программную конфигурацию или их сочетание, которое допускает выполнение различных функций, описываемых в этом документе. Процессор 202 может соединяться с запоминающим устройством 212 для хранения данных. Также может предоставляться процессор 214 приложений для выполнения прикладной операционной системы и/или отдельных приложений, как показано на фиг.2. Процессор 214 приложений показывается соединенным с процессором 208 немодулированных данных, запоминающим устройством 212 и интерфейсом 210 пользователя.
Фиг.3 иллюстрирует структуру 300 пакета у пакета, соответствующего стандарту сверхширокополосного (UWB) физического (PHY) уровня и уровня управления доступом (MAC) от WiMedia для высокоскоростной беспроводной связи малой дальности, который опубликован ECMA International в Стандарте ECMA-368 "High Rate Ultra Wideband PHY and MAC Standard" (декабрь 2005 г.).
Стандарт ECMA определяет сверхширокополосный физический уровень для беспроводной персональной сети (PAN), использующий нелицензируемую полосу частот 3100−10600 МГц, поддерживающий скорости передачи данных 53,3 Мбит/с, 80 Мбит/с, 106,7 Мбит/с, 160 Мбит/с, 200 Мбит/с, 320 Мбит/с, 400 Мбит/с и 480 Мбит/с. UWB-спектр разделяется на 14 полос, каждая с полосой пропускания в 528 МГц. Первые 12 полос затем группируются в 4 группы полос, состоящих из 3 полос, и последние две полосы группируются в пятую группу полос. Фиг.4 иллюстрирует всемирное распределение UWB-спектра.
Этот Стандарт ECMA определяет схему многополосной модуляции с ортогональным частотным разделением каналов (MB-OFDM) для передачи информации. Всего 110 поднесущих (100 несущих данных и 10 защитных несущих) используются на каждой полосе для передачи информации. К тому же 12 контрольных поднесущих предусматривают когерентное обнаружение. Кодирование с расширением в частотной области, кодирование с расширением во временной области и кодирование с прямым исправлением ошибок (FEC) используются для изменения скоростей передачи данных. Используемое FEC является сверточным кодом с кодовыми скоростями 1/3, 1/2, 5/8 и 3/4.
Кодированные данные затем расширяются с использованием частотно-временного кода (TFC). В одном подходе, который введен Стандартом ECMA, существуют два типа частотно-временных кодов (TFC): код, где кодированная информация перемежается по трем полосам, называемый частотно-временным перемежением  (TFI);  и код, где кодированная информация передается по одной полосе, называемый фиксированным частотным перемежением (FFI).
В каждой из первых четырех групп полос задаются четыре частотно-временных кода, использующие TFI, и три частотно-временных кода, использующие FFI; в силу этого обеспечивая поддержку вплоть до семи каналов на полосу. Для пятой группы полос задаются два частотно-временных кода, использующих FFI. Этот Стандарт ECMA устанавливает в совокупности 30 каналов.
Фиг.5 иллюстрирует структуру стандартной преамбулы в пакете UWB WiMedia из фиг.3. Преамбула содержит всего 30 символов OFDM. Первые 24 символа преамбулы используются для обнаружения пакета, оценки синхронизации, оценки CFO и кадровой синхронизации. Оценка канала использует последние 6 символов преамбулы. В одном подходе первые 24 символа представляют первостепенную важность.
Фиг.6 - блок-схема генератора 600 символа преамбулы, включающего устройство 602 расширения, иллюстрирующая один подход к тому, как могут формироваться символы преамбулы, где:
1. Для заданного частотно-временного кода (TFC) (то есть 1-10, называемого TFC-1-TFC-10), выбрать базовую последовательность  временной области и двоичную защитную последовательность . Двоичная защитная последовательность используется в качестве разделителя для определения окончания последовательности синхронизации пакета/кадра.
2. Заполнить 37 нулей в конце базовой последовательности, чтобы сформировать продленную последовательность .
3. Расширить защитную последовательность с помощью продленной базовой последовательности, используя устройство 602 расширения. k-ая выборка n-ого символа преамбулы задается с помощью:
Фиг.7 иллюстрирует апериодическую автокорреляцию базовой последовательности , соответствующей TFC-1. Другие базовые последовательности могут иметь аналогичные автокорреляционные функции. В одном подходе синхронизации используется отличное свойство автокорреляции. Например, базовая последовательность образуется из генератора 800 иерархической базовой последовательности, который показан на фиг.8. Основной предпосылкой после использования иерархических последовательностей является разделение процесса кодирования на передатчике по иерархии, чтобы снизилась сложность процесса декодирования на приемнике. Ссылаясь на чертеж, первая двоичная последовательность {} расширяется второй двоичной последовательностью {} с помощью устройства 802 расширения, чтобы сформировать промежуточную последовательность (также называемую двоичной иерархической последовательностью) C {} с длиной 128. Затем, после получения быстрого преобразования Фурье (FFT) промежуточной последовательности C с использованием модуля 804 FFT и формирования последовательности в частотной области с использованием модуля 806 формирования частотной области, последовательность преобразуется обратно во временную область посредством модуля 808 обратного FFT (IFFT), чтобы получить базовую последовательность . Имеется уникальное множество двоичных последовательностей {} и {}, соответствующее каждой из десяти базовых последовательностей.
Фиг.9 иллюстрирует апериодическую взаимную корреляцию между базовой последовательностью  для TFC-1 и соответствующей промежуточной последовательностью C {}, сформированной с использованием генератора 800 иерархической базовой последовательности. Это свойство взаимной корреляции указывает, что когда на приемнике применяется согласованный фильтр, базовая последовательность может заменяться двоичной последовательностью C в виде коэффициентов фильтра. В одном подходе, который иллюстрируется ниже, иерархическая структура двоичной последовательности C может эффективно использоваться для упрощения аппаратных средств приемника, используемых для синхронизации. Более того, с тем же успехом может быть выгодно использовать округленную версию базовой последовательности преамбулы в качестве коэффициентов согласованного фильтра. Фиг.10 иллюстрирует апериодическую взаимную корреляцию между базовой последовательностью  для TFC-1 и округленной версией соответствующей базовой последовательности.
В качестве обзора синхронизации, фиг.11-14 иллюстрируют временные шкалы синхронизации и обнаружения для всех TFC. В частности, фиг.11 иллюстрирует временную шкалу 1100 обнаружения для TFC-1 и TFC-2; фиг.12 иллюстрирует временную шкалу 1200 обнаружения для TFC-3 и TFC-4; фиг.13 иллюстрирует временную шкалу 1300 обнаружения для TFC-5, TFC-6 и TFC-7; и фиг.14 иллюстрирует временную шкалу 1400 обнаружения для TFC-8, TFC-9 и TFC-10.
Ссылаясь сначала на фиг.11, главные задачи синхронизации можно разделить на три отдельных части.
1. Обнаружение пакета.
2. Оценка синхронизации.
3. Оценка смещения несущей частоты (CFO) и кадровая синхронизация.
Как обсуждалось выше, стандарт ECMA предусматривает множество полос и, как видно из временных шкал для всех TFC, приемник будет по умолчанию простаивать на Полосе-1 до объявления обнаружения пакета. Причина в том, что перед обнаружением пакета у приемника нет сведений о правильной синхронизации для переключения на другие полосы (если он находится в режиме TFI). Таким образом, первые три символа преамбулы в Полосе-1 будут расходоваться для обнаружения пакета. Как только завершено обнаружение пакета, включается следующая фаза, оценки синхронизации, и приемник будет сканировать следующий символ преамбулы в Полосе-1, чтобы определить оптимальное окно FFT для символа OFDM. После того, как завершена оценка синхронизации (например, синхронизация восстановлена) для Полосы-1, приемник будет знать достаточно информации, чтобы переключиться на другие полосы, согласно TFC, и будет выполняться оценка усиления в автоматической регулировке усиления (AGC). После того, как устанавливается AGC, оставшаяся часть символов преамбулы будет использоваться для оценки CFO и обнаружения кадровой синхронизации. Всякий раз, когда обнаруживается кадровая синхронизация, окончательный результат оценки CFO будет отправляться чередователю фаз, и приемник будет приступать к оценке канала.
Фиг.15 иллюстрирует синхронизатор 1500 для выполнения главных задач синхронизации. Синхронизатор 1500 включает в себя модуль 1502 усилителя с регулируемым усилением (VGA), аналогово-цифровой преобразователь 1504 (ADC), модуль 1506 согласованного фильтра (MF), модуль 1508 возведения в квадрат, модуль 1510 обнаружения пакета, модуль 1540 оценки синхронизации и модуль 1570 оценки CFO и кадровой синхронизации.
Коэффициенты {} MF 1506 могут выбираться либо в виде двоичной последовательности {}, либо округленной базовой последовательности {} преамбулы, как обсуждалось выше. Однако благодаря иерархической структуре двоичной последовательности {} реализация MF 1506 может быть упрощена, как показано в двоичной иерархической последовательности MF 1900 из фиг.19; тогда как для округленной версии реализация MF 2000 с конечной импульсной характеристикой (FIR) показана на фиг.20, что в одном подходе является фильтром FIR с линиями задержки со 127 отводами.
В подходе с округлением коэффициенты  согласованного фильтра устанавливаются в округленную версию  базовой последовательности преамбулы. Согласно наблюдениям для всех базовых последовательностей преамбулы  принимает только значения из {±2, ±1, 0}, что помогает снизить аппаратную сложность, поскольку умножение на 2 может быть легко реализовано как сдвиг влево на 1 разряд. Также, как видно на фиг.10,  поддерживает хорошее свойство взаимной корреляции с базовой последовательностью . Сложность двух разных способов для реализации согласованного фильтра резюмируется в следующей таблице.
Таблица 1Сравнение реализации согласованного фильтра
Тип согласованного фильтра
Число реальных умножений
Число реальных сложений
Размер LUT (в разрядах)
Двоичный иерархический
0
22
10х(16+8)=240
С округленной базовой последовательностью
0
127
10х128х=3840
sample
Количество операций для ответвления I либо Q в одной длительности T выборки = 1/528 МГц = 1,89 нс. Для каждого подхода опорная последовательность может сохраняться в справочной таблице (LUT) того размера, который перечислен в Таблице 1.
Результат MF 1506 обрабатывается модулем 1508 возведения в квадрат. Обозначая принятые выборки как r[n], квадрат модуля у результата согласованного фильтра может быть выражен в виде:
Отметим, что может выполняться операция линейного сложения (EGC) для сбора энергии из многолучевых каналов:
где  - количество последовательных лучей, которые объединяются, и  - результат скользящего окна. EGC может быть реализовано в виде L-отводного объединителя 2100 многолучевой энергии, который показан на фиг.21. L-отводный объединитель 2100 многолучевой энергии позволяет назначать разный вес каждому отводу. Результаты операции EGC могут использоваться модулем 1510 обнаружения пакета и модулем 1540 оценки синхронизации.
Как обсуждалось, первый этап в процессе синхронизации предназначен для модуля 1510 обнаружения пакета, чтобы обнаружить наличие допустимого пакета. Модуль 1510 обнаружения пакета объявит сигнал обнаружения пакета модулю 1540 оценки синхронизации после того, как обнаружен допустимый пакет. В частности, как только объявляется обнаружение пакета (то есть модуль 1510 обнаружения пакета указал, что пакет обнаружен, путем установки det_flag в логическую истину), включается модуль 1540 оценки синхронизации.
Фиг.16 иллюстрирует типовое устройство 1600 оценки синхронизации, которое может быть реализовано для модуля 1540 оценки синхронизации. Устройство 1600 оценки синхронизации включает в себя модуль 1650 скользящего окна (SW) и детектор 1660 синхронизации. Как будет объясняться с использованием фиг.17, устройство 1600 оценки синхронизации пытается определить наилучшее местоположение окна FFT из условия, чтобы оно могло собирать как можно больше энергии канала.
Как обсуждалось выше, операция EGC может выполняться для сбора энергии для многолучевых каналов. В UWB WiMedia длина дополнения нулями (ZP) для каждого символа OFDM составляет 32 луча, что означает, что имеются не менее чем ZP+1=33 последовательных лучей, которые могут быть собраны. Таким образом, скользящее окно размера 33 (то есть ) используется в модуле 1650 SW для оценки синхронизации, и операция EGC может быть развернута с использованием 33-элементного модуля 1650 широкого SW, реализованного в виде L-отводного объединителя 2100 многолучевой энергии.
Входными данными в модуль 1650 SW является квадрат модуля результата (то есть последовательность {} от модуля 1508 возведения в квадрат). В основном, каждый компонент в этой последовательности является оценкой к возведенной в квадрат амплитуде одного из коэффициентов канального отвода. Для идеального сценария, когда SNR стремится к бесконечности, и взаимная корреляция между шаблоном преамбулы и двоичной последовательностью является идеальной дельта-функцией, она становится в точности возведенной в квадрат амплитуды коэффициента канального отвода. Фиг.17 иллюстрирует, как модуль 1650 SW работает над этой последовательностью для некоторого количества N выборок, которое является полным периодом в Полосе-1. N3 является зависимым от TFC параметром и перечисляется в следующей таблице:
Таблица 2Зависимый от TFC параметр для оценки синхронизации
<b>Номер TFC</b>
<b>N3</b>
1, 2
165·3=495
3, 4
165
5, 6, 7
165
8, 9, 10
165·2=330
Максимальное значение среди N3 результатов из модуля 1650 SW является наибольшей энергией, которая может быть собрана, и соответствующий индекс идентифицируется в качестве значения переменной TIMING_INDEX. В одном подходе работа детектора 1660 синхронизации может быть реализована следующим псевдокодом:
TIMING_INDEX=0;
MAX_ENERGY_CAP=0;
for(step=0; step<N3; step++)
{
if (input[step]>MAX_ENERGY_CAP)
{
MAX_ENERGY_CAP = input[step];
TIMING_INDEX = step;
}
}
где input[step] - результат из модуля 1650 SW (который является результатом многолучевого объединителя для 33 выборок), и MAX_ENERGY_CAP - наибольшее обнаруженное значение собранной энергии от модуля 1650 SW в N3 результатах, обнаруженный вплоть до текущей итерации.
Фиг.18 иллюстрирует процесс 1800 обнаружения индекса синхронизации в детекторе 1660 синхронизации, где на этапе 1802 переменные TIMING_INDEX, MAX_ENERGY_CAP и step устанавливаются в 0. На этапе 1804 определяется, меньше ли N3 текущее значение переменной step, которое является количеством выборок в полном периоде, которое нужно обработать детектором 1660 синхронизации (например, 495 выборок для Полосы-1, как проиллюстрировано на фиг.17). Если это так, то операция продолжается с этапа 1806. В противном случае операция продолжается с этапа 1814.
На этапе 1806 значение EGC_out выводится из многолучевого объединителя (то есть модуля 1650 SW), и операция продолжается с этапа 1808, где определяется, больше ли текущего значения MAX_ENERGY_CAP значение EGC_out. Если это так, то MAX_ENERGY_CAP устанавливается в EGC_out на этапе 1810. TIMING_INDEX устанавливается в текущее значение step в этот момент.
Если значение EGC_out не больше текущего значения MAX_ENERGY_CAP, то операция продолжается с этапа 1812, где окно для многолучевого объединителя сдвигается на одну выборку, и step увеличивается на 1. Операция затем возвращается к этапу 1804.
Возвращаясь к этапу 1804, если определяется, что текущее значение переменной step не меньше N3, что указывает, что окно многолучевого объединителя сдвинулось по всем N3 результатам, и выводится значение переменной TIMING_INDEX.
Используя TIMING_INDEX и подсчитывая групповую задержку у модулей 1506 MF и 1650 SW, приемник может легко определить местоположение начала окна FFT (то есть начальной точки одного символа OFDM) в Полосе-1. Затем, приемник переключит полосы согласно TFC (если в режиме TFI), что подразумевает, что информация о синхронизации, полученная из Полосы-1, применяется непосредственно к другим полосам.
Нужно понимать, что описанные в этом документе варианты осуществления могут быть реализованы с помощью аппаратных средств, программного обеспечения, микропрограммного обеспечения, ПО промежуточного слоя, микрокода или любого их сочетания. Когда системы и/или способы реализуются в программном обеспечении, микропрограммном обеспечении, ПО промежуточного слоя или микрокоде, программном коде или сегментах кода, они могут храниться на машиночитаемом носителе, например компоненте хранения. Сегмент кода может представлять собой процедуру, функцию, подпрограмму, программу, процедуру, стандартную подпрограмму, модуль, пакет программного обеспечения, класс или любое сочетание команд, структур данных или операторов программ. Сегмент кода может быть связан с другим сегментом кода или аппаратной схемой через передачу и/или прием информации, данных, аргументов, параметров или содержимого памяти. Информация, аргументы, параметры, данные и т.д. могут пересылаться, перенаправляться или передаваться с использованием любого подходящего средства, включая разделение памяти, пересылку сообщений, эстафетную передачу, передачу по сети и т.д.
Для программной реализации описанные в этом документе методики могут реализовываться с помощью модулей (например, процедур, функций и так далее), которые выполняют описанные в этом документе функции. Коды программного обеспечения могут храниться в запоминающих устройствах и выполняться процессорами. Запоминающее устройство может реализовываться внутри процессора или вне процессора, в этом случае оно может быть коммуникационно соединено с процессором через различные средства, которые известны в данной области техники.
То, что описано выше, включает в себя примеры одного или более вариантов осуществления. Конечно, невозможно описать каждое возможное сочетание компонентов или методологий в целях описания вышеупомянутых вариантов осуществления, однако обычный специалист в данной области техники может признать, что допустимы многие дополнительные сочетания и перестановки различных вариантов осуществления. Соответственно описанные варианты осуществления предназначены для охвата всех таких изменений, модификаций и вариаций, которые находятся в пределах сущности и объема прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, в случае, когда термин "включает в себя" используется либо в подробном описании, либо в формуле изобретения, такой термин предназначен быть включающим, в некотором смысле аналогично термину "содержащий", поскольку "содержащий" интерпретируется, когда применяется в качестве промежуточного слова в формуле изобретения.