專利名稱：跳頻多載波系統(tǒng)中音調(diào)感測和零化的制作方法
跳頻多載波系統(tǒng)中音調(diào)感測和零化技術(shù)領(lǐng)域0001本發(fā)明通常涉及超寬帶(UWB)通信和UWB通信中的正交頻 分復(fù)用(OFDM)信號，且更具體地涉及OFDM UWB通信系統(tǒng)中的干擾 音調(diào)抑制。
背景技術(shù)：
0002通常UWB傳輸?shù)陌l(fā)射信號帶寬超過500MHz或20%帶寬中的 較小者。因此，至少500MHz的窄帶載波的聚合(aggregation),例如以 OFDM方式，可接入UWB譜。OFDM載波信號是大量正交子載波 (subcarrier)的和。每個子載波上的基帶數(shù)據(jù)是獨立調(diào)制的。復(fù)合基帶 信號通常用于調(diào)制主RF載波。OFDM調(diào)制和解調(diào)可用數(shù)字濾波器組實 現(xiàn)，該濾波器組通常采用快速傅立葉變換(FFT)方案。OFDM符號結(jié) 構(gòu)和頻率跳躍方式(pattem)的例子在多帶OFDM物理層規(guī)范(Multiband OFDM Physical Layer Specification)中揭示。0003超寬帶通信系統(tǒng)使用可被認為是大部分頻譜來傳送信息。例如， UWB系統(tǒng)可使用3.1-10.6 GHz之間的頻率。該部分頻譜也可由其他通信 系統(tǒng)使用。許多這類系統(tǒng)可被授權(quán)以在該頻譜內(nèi)的離散頻率上傳輸，然 而UWB傳輸通常是許可(authorized)但未授權(quán)(unlicensed)的傳輸。 因此，預(yù)期的UWB通信受到落入同一 UWB頻率范圍內(nèi)的頻率傳輸?shù)母?擾源的干擾。類似地，UWB通信可干擾彼此的傳輸，其中某些UWB通 信可由適當?shù)墓芾砦瘑T會授權(quán)。0004干擾其他傳輸可能惡化其他通信系統(tǒng)的能力，并可導致不期望 的后果。在某些情形中，管理機構(gòu)也可能禁止在UWB頻譜的某些窄頻帶 范圍內(nèi)的UWB傳輸。進一步，這些其他傳輸也可能不利地影響UWB信 號的接收。

發(fā)明內(nèi)容
0005本發(fā)明提供音調(diào)零化的方法和系統(tǒng)。一方面，本發(fā)明提供在UWB 通信系統(tǒng)中零化音調(diào)方法，音調(diào)包括落入預(yù)定頻率點(frequency bin)內(nèi) 的范圍頻率，該方法包括從各音調(diào)中確定標記的音調(diào)；零化發(fā)射機上標 記的音調(diào)，其中音調(diào)對應(yīng)于可能由干擾源產(chǎn)生的音調(diào)。
0006另一方面，本發(fā)明提供一種用于OFDM符號的UWB通信的系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)射OFDM符號的發(fā)射機，每個OFDM符號由在多個音 調(diào)發(fā)射的信息組成，每個音調(diào)對應(yīng)于一個預(yù)定頻率點；和接收其他OFDM 符號的接收機；其中發(fā)射機包括音調(diào)掩模，該音調(diào)掩模用于在發(fā)射OFDM 符號之前從每個OFDM符號的音調(diào)除去標記的音調(diào)，其中標記的音調(diào)是 落在與干擾源的音調(diào)同一頻率點的音調(diào)，該干擾源以干擾由接收機確定 的UWB通信的頻率發(fā)射。
0007在其他方面，本發(fā)明提供了一種用于移除UWB通信中發(fā)射和接 收的OFDM符號中的干擾頻率的方法，該方法包括在感測周期中感測音 調(diào)的時間平均的能量水平，從而獲得譜直方圖(spectralhistogram), —個 或多于一個譜直方圖對應(yīng)于每個感測周期；在感測周期中從每個譜直方 圖識別干擾頻率；零化OFDM符號中的干擾頻率；在每個發(fā)射周期、每 個接收周期或每個感測周期后轉(zhuǎn)移控制到準備狀態(tài)(ready state),其中發(fā) 射周期、接收周期和感測周期不交疊，且其中每個感測周期周期性地在 一個或多于一個接收周期后出現(xiàn)。
0008本發(fā)明的這些和其他方面在閱讀本公開后可完全理解。


0009圖1是按照本發(fā)明各方面的一個示例性音調(diào)零化過程的流程圖。0010圖2是按照本發(fā)明各方面用于在音調(diào)零化過程中確定音調(diào)掩模 的示例性方法的流程圖。
0011圖3是按照本發(fā)明各方面的OFDM接收機的方框圖。0012圖4是按照本發(fā)明各方的OFDM發(fā)射機的方框圖。0013圖5是示出示例性O(shè)FDM符號結(jié)構(gòu)和OFDM符號的示例性跳頻 方式的視圖。0014圖6是示例性UWB系統(tǒng)的功率譜密度圖，其示出窄帶干擾頻率。0015圖7是按照本發(fā)明各方面實現(xiàn)UWB系統(tǒng)的物理層的無線發(fā)射機/接收機系統(tǒng)的示例性狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。0016圖8是按照本發(fā)明各方面示出平均能量測量值的示例性譜直方 圖的繪圖。
具體實施方式
0017圖1是實現(xiàn)音調(diào)零化過程的流程圖。音調(diào)零化過程可減少對UWB 通信的干擾影響并可互惠地減少UWB通信對其他通信系統(tǒng)的干擾影響。0018在方框110中，該過程確定用在UWB通信中的將被掩蔽的音調(diào) 或子載波。在方框120，該過程掩蔽在方框110中確定的音調(diào)或子載波。 該掩蔽從UWB通信中移除標記的音調(diào)或降低其在通信系統(tǒng)中的重要性。 在掩蔽所確定的音調(diào)后，該過程返回。0019在方框110，待掩蔽的音調(diào)可以是預(yù)定的音調(diào)，并可以是管理機 構(gòu)確定不可以被UWB通信系統(tǒng)使用的音調(diào)。音調(diào)也可以是按照其他標準 被預(yù)先定義的。0020可替代地，要掩蔽的音調(diào)可以在圖1的音調(diào)零化過程的方框110 中動態(tài)確定。該過程可監(jiān)視接收機上接收的能量水平并確定所接收的能 量水平是否落在掩蔽標準范圍內(nèi)。能量水平可在接收機能夠接收或頻率 落在UWB通信中所用頻率范圍內(nèi)的每個音調(diào)上監(jiān)視。在某些實施例中， 接收的能量水平的監(jiān)視可通過確定在接收機接收的每個音調(diào)上對接收的 信號進行快速傅立葉變換(FFT)塊輸出的幅度實現(xiàn)。在某些實施例中， 接收的能量水平的監(jiān)視也可用接收信號強度指示(RSSI)實現(xiàn)，接收信 號強度指示可用于確定接收的信號強度，RSSI與適當?shù)念l率信息關(guān)聯(lián)。 該過程可通過確定超過預(yù)定閾值的信號強度來確定待掩蔽的音調(diào)。預(yù)定 閾值可通過外部電路或其他裝置由可編程寄存器設(shè)定來設(shè)置。0021在該過程的方框120中，在方框110中所確定或標記的供掩蔽 的音調(diào)被掩蔽。預(yù)定的或恒定標記的音調(diào)可經(jīng)芯片提供給發(fā)射機或可以 是發(fā)射機硬件的一部分。例如，位圖或表可由發(fā)射機電路使用以零或零 化確定適于掩蔽的音調(diào)。動態(tài)確定的標記音調(diào)可從接收機傳輸?shù)脚c接收機關(guān)聯(lián)的發(fā)射機。然而，更一般地，發(fā)射機和接收機被共同設(shè)置以形成 收發(fā)機，或有效地形成收發(fā)機，該收發(fā)機的接收部分提供供掩蔽的音調(diào) 指示給收發(fā)機的發(fā)射機部分。0022圖2是確定待掩蔽音調(diào)的又一過程的流程圖。在方框211中， 該過程為接收機設(shè)定RF增益。在許多實施例中，該過程檢查所接收符號 的幅度，且在采樣過程之間改變接收機增益可過度影響音調(diào)掩模確定。 在方框213中，該過程為不同音調(diào)確定FFT輸出幅度作為確定在接收機 上接收的音調(diào)能量水平的一部分。因此，在某些實施例中，接收機下變 換電路被命令為每個音調(diào)臨時下變換接收的信號供進一步處理，包括由 FFT塊處理。在某些實施例中，在這樣的處理過程中，自動增益控制被 設(shè)定為預(yù)定水平。而且，在某些實施例中，不同信號的信號強度的幅度 由FFT塊輸出的復(fù)數(shù)的幅度(complex magnitude)確定。0023在方框215，該過程比較FFT輸出幅度和預(yù)定掩模標準。如果 輸出幅度落在掩模標準范圍內(nèi)，則這些音調(diào)被包括在音調(diào)掩模內(nèi)。在某 些實施例中，掩模標準可包括閾值。如果一個音調(diào)的輸出幅度超過閾值， 則該音調(diào)被包括以供掩蔽。在方框217，該過程根據(jù)幅度滿足掩模標準的 音調(diào)，設(shè)定發(fā)射電路使用的音調(diào)掩模。音調(diào)掩模由發(fā)射電路使用以進行 掩蔽，通常通過音調(diào)掩模指示的清零(zeroing)或零化音調(diào)。此后該過 程返回。0024在該過程的一個實施例中，OFDM符號的每個子載波的能量水 平被平均化，并且譜直方圖從該平均能量測量值中形成。由該過程設(shè)立 確定和標記要在發(fā)射機零化的頻率或子載波的標準。例如，可設(shè)定閾值 能量，且平均能量在該閾值以上的子載波或音調(diào)被標記?？商娲?，具 有最高平均能量的一定數(shù)目的音調(diào)可被標記供掩蔽。音調(diào)掩模被該過程 設(shè)定，音調(diào)掩模識別被標記的音調(diào)以供掩蔽。音調(diào)掩模識別要在發(fā)射機 零化的音調(diào)。在一個實施例中，譜能量測量值可按照預(yù)定時間窗口按時 間平均。因此譜直方圖可以連續(xù)地或周期地根據(jù)過程的重復(fù)而更新，并 且譜直方圖的更新因此可說明用UWB頻率發(fā)射的通信設(shè)備使用中的變 化。0025圖3和圖4共同提供UWB收發(fā)機的方框圖。通常圖3和圖4中的元件駐存在信號集成電路中，其中這些元件使用共同的天線和共同的MAC。0026圖3是正交頻分復(fù)用(OFDM)發(fā)射機的方框圖。通常發(fā)射機 很可能由集成電路上的電路形成。接收機電路通常也在集成電路上實現(xiàn)。 發(fā)射機包括由數(shù)模轉(zhuǎn)換級耦合的數(shù)字基帶級和模擬RF級。數(shù)字基帶執(zhí)行 OFDM信號的數(shù)字級處理以傳輸。該處理可包括編碼、調(diào)制、音調(diào)掩模 和信號濾波。信號也是在數(shù)字基帶級中從頻域轉(zhuǎn)換為時域的。模擬RF級 執(zhí)行OFDM信號的模擬處理，包括上變換信號至射頻和發(fā)射前放大信號。 跳頻方式和跳頻信號的中心頻率是在發(fā)射機上被設(shè)定的。0027示例性發(fā)射機包括數(shù)字基帶處理級302中的信道編碼塊310，交 織塊312，映射塊313，逆快速傅立葉變換(iFFT)塊316和濾波塊318。 數(shù)字級后面是數(shù)模轉(zhuǎn)換塊320。模擬RF級303包括從基帶到射頻的上變 換塊322和放大塊323。天線303耦合到放大塊323，且輻射射頻信號。0028在發(fā)射機上，信道編碼可由信道編碼器310實現(xiàn)，該信道編碼 器將來自耦合到發(fā)射機的介質(zhì)存取控制器(MAC)(未示出)的數(shù)據(jù)比特 流編碼。根據(jù)比特流中的數(shù)據(jù)率，可使用一個或多于一個編碼器。編碼 器可使用巻積碼。編碼的比特流可由交織器交織并由映射器313映射到 星座(constellation)上，交織器可包括312的符號交織器和音調(diào)交織器。 QPSK或DCM的調(diào)制方案可用于映射。DCM星座對應(yīng)于兩個移位的 QPSK星座并有效地實現(xiàn)16QAM星座，其中兩個子載波上碼重復(fù)率為 1/2。也可應(yīng)用進一步重復(fù)編碼，稱為共軛對稱擴展或頻率擴展。0029信號中子載波被分組為OFDM符號，這里每個OFDM符號可包 括128個子載波。然后，iFFT塊316可以使用128點iFFT變換將信號從 頻域轉(zhuǎn)換到時域。在FIR塊318進行有限脈沖響應(yīng)濾波后，ADC塊320 將基帶信號從數(shù)字域轉(zhuǎn)換到模擬域。0030發(fā)射機也可包括音調(diào)掩蔽塊315。音調(diào)掩蔽塊是數(shù)字基帶處理級 302的一部分。如圖3所示，音調(diào)掩模在iFFT塊316之前應(yīng)用到頻域。 在某些實施例中，音調(diào)零化是通過設(shè)定子載波的能量或幅度而執(zhí)行的， 該子載波被標記以便在發(fā)射機頻域中零化為零。在某些實施例中，音調(diào) 零化是用音調(diào)掩蔽塊實現(xiàn)的。音調(diào)掩蔽塊零化或掩蔽被發(fā)射機使用的某些UWB頻率。被標記以便零化的頻率可對應(yīng)于OFDM符號的一個或多 于一個子載波。要被掩蔽的子載波可以是預(yù)定的或可以動態(tài)提供給音調(diào) 掩模。可標記這些子載波由不同機理并按照不同標準零化。由發(fā)射機使 用的音調(diào)掩蔽塊可以是例如零化某些音調(diào)或子載波的電路。0031所應(yīng)用的音調(diào)掩模方式331可取決于被處理的OFDM符號的中 心頻率332，其中中心頻率通常由MAC提供。音調(diào)掩模的方式可設(shè)定為 內(nèi)部固有的或外部提供給發(fā)射機的預(yù)定方式?？商娲兀摲绞娇梢酝?過整個UWB通信系統(tǒng)中執(zhí)行的感測模式動態(tài)確定，并優(yōu)選用共同位于集 成電路或帶發(fā)射機的集成電路上的接收機電路執(zhí)行。優(yōu)選每個子帶，如 用于跳頻目的的528 MHz子帶，具有其自身專用的音調(diào)掩模。0032在某些實施例中，標記用于音調(diào)掩模零化的音調(diào)可以是預(yù)定的 且是固定的，該音調(diào)掩模被用來執(zhí)行子載波零化。標記用于零化的音調(diào) 可以按照某個國家管理規(guī)范被固定從而避免與某些頻率的干擾，如航空 導航信號，移動電話頻率和用于該國其他通信系統(tǒng)的頻率。在其他實施 例中，標記由音調(diào)掩模零化的音調(diào)可從外部接口提供給芯片。例如，音 調(diào)掩模可以通過經(jīng)串行接口設(shè)置的寄存器提供。0033
一種動態(tài)確定由音調(diào)掩模零化的標記音調(diào)的方法是使用必須被 部分零化的傳輸?shù)慕邮諜C的FFT塊。在某些實施例中，F(xiàn)FT用于執(zhí)行譜 分析從而確定其他干擾或通信系統(tǒng)出現(xiàn)在哪個子載波上。為了獲得該信 息，被稱為收發(fā)機的UWB發(fā)射機和接收機的狀態(tài)機(參看圖7)，可以 由額外狀態(tài)放大以便感測被窄帶干擾器和UWB收發(fā)機共同使用的頻率。0034在發(fā)射機上，在數(shù)字基帶處理級過程中，該處理從頻域轉(zhuǎn)到時 域。頻域處理可延展到iFFT步驟。在UWB系統(tǒng)中，音調(diào)掩塊在映射塊 和iFFT塊之間操作并落在頻域處理中。因為UWB系統(tǒng)可執(zhí)行從一個 OFDM符號跳頻到另一個OFDM符號，在某些實施例中音調(diào)掩模或所使 用的音調(diào)掩模是按照跳頻方式改變的。每個OFDM符號的中心頻率被提 供給音調(diào)掩模。0035本發(fā)明的某些實施例可使用專用的音調(diào)掩模以便為528MHz帶 寬的每個子帶零化干擾頻率。在示例性實施例中，對于占據(jù)3x528MHz 總帶寬的3x128個OFDM子載波，用于子載波零化的音調(diào)掩模具有3x128=3 84個二元項(binary entries )。0036根據(jù)子載波在音調(diào)掩蔽過程中被設(shè)定為零的數(shù)目，發(fā)射的UWB 信號的質(zhì)量可能降低。由于信噪比(SNR)的減小，接收機可能經(jīng)歷信 號質(zhì)量的降低。然而，示例性UWB系統(tǒng)可具有幾個不同SNR要求的不 同數(shù)據(jù)率，其范圍從480Mbps數(shù)據(jù)率的高SNR到53.3Mbps數(shù)據(jù)率的低 SNR。例如，53.3Mbps的數(shù)據(jù)率使用非常強的糾錯編碼，有效率為1/12。 因此，在53.3Mbps的數(shù)據(jù)率，對于每1個信息位，有12個編碼的位經(jīng) 物理波形信道傳輸。由于發(fā)射信號中的冗余，可容許零化發(fā)射機上的幾 個子載波。例如，在某些實施例中，每128點iFFT，即每528MHz帶寬 約高達20個音調(diào)可被零化，且所接收采樣點的SNR無顯著惡化。0037圖4是按照本發(fā)明各方面的接收機的方框圖。接收機包括通過 模數(shù)轉(zhuǎn)換耦合的模擬RF級404和數(shù)字基帶級402。由發(fā)射機(如參考圖 4說明的發(fā)射機)發(fā)射并由接收機接收的信號是模擬形式的。模擬RF級 放大該信號并將其從射頻下變換到基帶。然后，在數(shù)字基帶處理過程中， 信號被進一步處理并從時域407轉(zhuǎn)換到頻域405。在頻域中，信號在被提 供給另一個接收系統(tǒng)元件之前被解調(diào)和解碼。0038接收機通過天線403接收發(fā)射的信號并包括放大塊424和下變 換塊422用于執(zhí)行模擬RF級處理。信號經(jīng)ADC塊420經(jīng)歷模數(shù)變換。 在數(shù)字基帶處理402中，接收機包括信號處理塊418、疊加(overlap畫and-add)塊417、 FFT塊416、去映射器(demapper) 414、去 交織器412和解碼器410。此外，信道估計塊432耦合到FFT塊和去映 射器，且相位跟蹤塊434耦合到信道估計塊和去映射器。音調(diào)分析塊426 也耦合到FFT塊。音調(diào)分析塊用于確定供零化的音調(diào)或頻率。0039天線404接收的信號被放大塊424放大，并由下變換塊422從 通帶下變換到基帶。接收信號強度指示(RSSI)信號被提供給基帶供執(zhí) 行自動增益控制。在下變換過程中，考慮按照時頻碼(TFC)數(shù)目的跳頻 方式430。跳轉(zhuǎn)方式被接收機的MAC (未示出)提供給下變換塊422。0040在從射頻下變換到基帶后，ADC塊420將基帶信號從模擬格式 轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。然后開始處理數(shù)字基帶信號。數(shù)字基帶處理402可包 括信號處理塊執(zhí)行的信號處理，包括數(shù)據(jù)包檢測418、幀同步和自動增益控制處理。0041在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后，信號處理塊418用交叉關(guān)聯(lián)、自動關(guān)聯(lián)和基于已知前導序列的信號能量計算檢測數(shù)據(jù)包的開始。在數(shù)據(jù)包的前同步碼(preamble)中，自動增益控制是用來自模擬RF級404的RSSI信 號的模數(shù)轉(zhuǎn)換形式執(zhí)行的。在某些實施例中，自動增益控制包括為低噪 聲放大器(LNA)、混頻器和可編程增益放大器(PGA)計算增益設(shè)定， 第一粗略自動增益控制(CAGC)包括LNA、混頻器、PGA,第二精細 自動增益控制(FAGC)僅使用PGA。信號處理塊418后面可以是疊加塊 417，其用于移除時域中OFDM符號的零前綴(nullprefix)。0042信號處理塊418在時域中采樣時間對齊(time-aligned)的采樣 流，并恢復(fù)要傳遞到接收機MAC的信息位或數(shù)據(jù)位。0043FFT塊將信號從時域變換到頻域。頻域信號被提供給去映射器 以便去映射和進一步處理。頻域信號也被提供給用于信道估計的信道估 計塊和用于音調(diào)掩模確定的音調(diào)分析塊436。在許多實施例中，接收機不 為預(yù)期用于音調(diào)掩模確定的符號執(zhí)行疊加功能。當然，在許多實施例中， 音調(diào)分析塊不必對攜帶符號的數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，而是檢查對應(yīng)于FFT符號 窗口周期上接收傳輸?shù)腇FT塊的輸出。0044音調(diào)分析塊更新用于音調(diào)掩模的子載波能量水平的譜直方圖。 譜直方圖是通過測量一個符號中每個子載波的能量水平形成的，如 OFDM符號或用于確定OFDM符號的等效FFT窗口 。0045例如，每個子載波包括窄頻帶，且子載波內(nèi)的每個頻率具有由 FFT運算測量的相應(yīng)能量水平。在分配給一個子載波的窄頻率范圍內(nèi)測 量的能量水平在時間窗口上被平均化。時間平均可以在一個OFDM符號 時間周期上實現(xiàn)。例如，對于帶寬為528MHz的OFDM符號，可使用 1/528000000秒的時間窗口。在某些實施例中，在相應(yīng)于每個子載波的周 期上測量的能量被該周期長度相除?？商娲?，用于對到達接收機的能 量求取時間平均的時間窗口可以是時間的移動窗口。該測量的且時間平 均的能量水平可以分配給相應(yīng)于子載波的頻率點。結(jié)果，可形成譜直方 圖，該直方圖上每個子載波有一個平均的能量測量值。0046音調(diào)分析塊436也可接收來自MAC的跳頻方式430和從FFT塊416接收的信號的頻譜的平均能量水平。然后音調(diào)分析塊436可根據(jù) 由FFT塊416提供的更新的譜直方圖，更新可由發(fā)射機的音調(diào)掩塊315 使用的標記的音調(diào)。而且，如下所述，在某些實施例中可省略疊加運算 417和信號處理418的數(shù)據(jù)包檢測以及幀同步。0047在某些實施例中，信道估計塊432的信道估計可使用前同步碼 的最后6個OFDM符號作為信道估計符號，從而估計每個OFDM子載波 的信道系數(shù)。相位跟蹤塊444執(zhí)行的相位估計或跟蹤使用嵌入的導頻音 調(diào)(pilot tone)估計相位偏移。嵌入的導頻音調(diào)可由OFDM符號的12個 音調(diào)或12個子載波組成。信道和相位估計用于補償多徑衰退信道及相位 /頻率偏移的影響。頻率和/或共軛對稱去擴展(despreading)在去映射之 前應(yīng)用。去映射器414對編碼的位恢復(fù)軟可靠性位(soft reliability bit) 估計。去映射器可使用四相鍵移(QPSK)或雙載波調(diào)制(DCM)或16 進制正交幅度調(diào)制(16QAM)方案。0048在去映射后，音調(diào)去交織器將軟位估計去交織。然后，偶數(shù)和 奇數(shù)OFDM符號流的編碼位融合到符號去交織器中。在音調(diào)和符號去交 織后，編碼位去鑿孔并被饋送到給解碼器410供信道解碼，例如使用 Viterbi解碼方法。當數(shù)據(jù)以高數(shù)據(jù)率被接收時，Viterbi解碼可用對去交 織器輸出不同部分操作的兩個并行塊Viterbi解碼器執(zhí)行。0049圖5是OFDM符號結(jié)構(gòu)和OFDM符號的跳頻方式的圖。如圖5 所示，OFDM符號包括被分成幾類或幾組的預(yù)定數(shù)目的采樣點。某些組 的釆樣點包括被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。其他組的采樣點不包括任何數(shù)據(jù)或不包括 前面數(shù)據(jù)的重復(fù)并用于OFDM符號的處理。其他組的采樣點用于防止連 續(xù)通過不同信道到達的符號之間的干擾影響并受到路徑頻散(path dispersion)的影響。而且，圖5中示出OFDM符號的頻跳方式。這些符 號可位于同一頻帶中或按照一種方式從一個頻帶跳躍到另一個頻帶。0050圖5示出OFDM符號對歸一化時間k=t/Ts的示例性跳頻方式， 其中Ts被定義為采樣周期。采樣周期Ts等于發(fā)射頻率帶寬的倒數(shù)或每個 OFDM符號的采樣頻率，以便Ts-l/f。0051在數(shù)字基帶級，UWB系統(tǒng)的示例性O(shè)FDM符號包括165個復(fù) 樣點，采樣頻率為528MHz=l/Ts。數(shù)目等于NFFT=128個采樣點是可用的并形成FFT窗口尺寸。具有數(shù)目Nnl=32個采樣點的零樣點在發(fā)射機被 設(shè)為零。具有NNI=32個采樣點的零前綴這里被示為后綴(postfix),但 被稱為前綴(pref1X)。數(shù)目為Nc^5的采樣點形成保護間隔或保護時間并 在發(fā)射機被設(shè)為零從而緩沖跳頻過程中的任何瞬態(tài)影響。0052在多數(shù)OFDM系統(tǒng)，如WLAN 802.11a/g中，第一Nnr采樣點 后面的N^采樣點是N^t部分的第一 NwL采樣點的副本，第一 NwL采樣 點是OFDM符號的第一 Nfft采祥點。該結(jié)構(gòu)被稱為循環(huán)前綴?？商鎿Q地， 可使用零前綴，其將第一N^t采樣點后面的N^采樣點設(shè)定為零。例如， 零前綴的使用可以增加有效的發(fā)射機功率。0053所有OFDM符號可在同一頻率上發(fā)射，或如圖5所示，按照TFC 方式，每個OFDM符號可在不同頻率上發(fā)射。可執(zhí)行跳頻的OFDM，其 中發(fā)射的OFDM符號的中心頻率是按照OFDM發(fā)射的TFC方式為每個 OFDM符號改變的。這稱為時頻交織。0054跳頻發(fā)生在OFDM符號的結(jié)束處。例如，在圖5中，在包括5 個采樣點的保護間隔NC1中，在離散時間k=160處頻率跳躍。源自跳躍 時RF頻率切換的瞬態(tài)效應(yīng)應(yīng)該在保護間隔中發(fā)生。因此，保護間隔的 Ncl采樣點是無效的并被丟棄，以便它們不會進一步用在數(shù)字基帶處理 中。零間隔也可用于解決符號間干擾的影響。接收機的疊加塊可利用零 間隔消除發(fā)射信道引入的噪聲。0055圖6是示例性UWB系統(tǒng)的功率譜密度圖。UWB發(fā)射可占據(jù)寬 的頻率范圍，該頻率范圍是開放的供不同用戶使用。某些普通用戶是可 以使用幾個MHz射頻的窄帶資源，該窄帶資源與UWB發(fā)射使用的寬帶 交疊。例如，相應(yīng)于UWB頻帶的從3.168GHz到10.560GHz的頻譜大部 分被授權(quán)給其他業(yè)務(wù)使用。該頻譜中UWB發(fā)射可干擾授權(quán)用戶對頻譜的 使用。某些工作于該頻譜中的窄帶無線電波發(fā)射機可包括微波爐或其他 電子設(shè)備，以及其他通信系統(tǒng)，例如，WiMAXWAN，無線LAN等等。 這些和其他窄帶發(fā)射機引起與UWB發(fā)射的干擾，且該干擾需要被解決。0056圖6中示例性UWB系統(tǒng)工作于從3.168GHz上至10.560GHz的 頻率范圍內(nèi)。該頻率范圍被細分成5個帶組，這5個帶組沒有示出。起 始UWB設(shè)備工作于范圍在3.168GHz到4.752GHz之間的帶組1 。帶組1自身被細分為三個子帶，每個帶寬為528MHz。0057圖6中所示功率譜密度涉及UWB系統(tǒng)的帶組1。示出的三個子 帶601每個帶寬為528MHz。每個子帶601包括128個子載波或音調(diào)。許 多個窄帶干擾器603的功率譜疊加在發(fā)射數(shù)據(jù)的頻譜上。0058通常，工作在3.168GHz到10.560GHz之間UWB頻率范圍內(nèi)的 其他干擾射頻發(fā)射源的帶寬603比UWB設(shè)備的帶寬小的多。干擾射頻發(fā) 射源的窄帶寬603可以是幾個MHz量級。因此這些發(fā)射源被稱為窄帶干 擾器。示例性UWB系統(tǒng)的每個子載波或音調(diào)具有約 528MHz/128:4.125MHz的帶寬。因此，窄帶干擾器的典型帶寬603對應(yīng) 于OFDM符號的幾個子載波。0059本發(fā)明的實施例在OFDM符號的發(fā)射機使用音調(diào)零化從而避免 造成預(yù)定頻率點的干擾。因此，本發(fā)明實施例節(jié)省功率，因為受其他射 頻干擾的UWB頻率不再被考慮用于信息的通信。0060圖7是執(zhí)行UWB通信系統(tǒng)物理層的無線收發(fā)機系統(tǒng)的示例性狀 態(tài)過渡圖。圖7中狀態(tài)機示出收發(fā)機系統(tǒng)可能采用的不同狀態(tài)。收發(fā)機 可以處于發(fā)射狀態(tài)或接收狀態(tài)。在發(fā)射和接收之間，收發(fā)機可以處于準 備狀態(tài)，在準備狀態(tài)中，收發(fā)機準備好發(fā)射或者接收。在準備通過待機 狀態(tài)之前，收發(fā)機系統(tǒng)從重設(shè)狀態(tài)開始，并可從準備或待機狀態(tài)進入睡 眠狀態(tài)。感測的相加狀態(tài)(added state of sense)也包括在圖7的收發(fā)機 系統(tǒng)中，圖7示出由收發(fā)機系統(tǒng)執(zhí)行的頻譜檢測。要開始頻譜檢測，設(shè) 備必須首先處于準備狀態(tài)?？梢灾芷谛缘鼗蛲ㄟ^來自準備狀態(tài)的控制信 號觸發(fā)頻譜檢測。對于周期性頻譜檢測操作，被標記用于零化的音調(diào)在 每次頻譜檢測操作重復(fù)時更新。發(fā)射或接收可以不與感測同時發(fā)生，且 在發(fā)射或接收可以操作之前，感測狀態(tài)信號告知準備的狀態(tài)感測操作完 成。0061示例性狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖包括UWB收發(fā)機的狀態(tài)TRANSMIT 701， RECEIVE 703 ， READY 705 ， STANDBY 707， SLEEP 709和RESET 711。 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中各狀態(tài)之間箭頭上示出的信號TX一ENABLE， TX_DONE， RX—ENABLE ， RX—DONE ， PHY—READY ， PHY—STANDBY ， PHY—SLEEP, PHY—WAKEUP和PHY—RESET觸發(fā)這些狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并可從內(nèi)部部件或從外部設(shè)備，如MAC提供。0062還包括獨立狀態(tài)調(diào)用的SENSE 720，其指示收發(fā)機執(zhí)行的頻譜 檢測。當設(shè)備既不處于TRANSMIT狀態(tài)，也不處于RECEIVE狀態(tài)時， 頻譜檢測由周期性的控制信號"SENSE—TIMER"觸發(fā)。在頻譜檢測之前， 設(shè)備處于READY狀態(tài)?？刂菩盘朣ENSE—DONE可用于信號告知到 READY 705狀態(tài)頻譜檢測完成。0063控制信號SENSE—TIMER可周期性地，例如每50ms被輸入。 SENSE—TIMER的周期可以由寄存器設(shè)置規(guī)定。當SENSE_TIMER被周 期性輸入時，頻譜檢測操作周期性地發(fā)生，且為零化標記的音調(diào)可在每 次頻譜檢測操作重復(fù)時更新。例如，SENSE模式可在每個OFDM符號由 收發(fā)機系統(tǒng)的接收機接收之后觸發(fā)。然后，對每個正被發(fā)射的OFDM符 號，要在發(fā)射機零化或刪除的標記音調(diào)被更新。0064在SENSE狀態(tài)，接收機監(jiān)視接收的能量水平。例如，接收機鏈 的FFT塊可為用在UWB通信中的三個子帶的每個子帶測量其上128個 子載波中每個子載波的能量水平。與帶零前綴的OFDM符號一起使用的 疊加操作可引起頻域上的失真。因此，在收發(fā)機狀態(tài)機的SENSE狀態(tài)中， 通常不執(zhí)行疊加操作。此外，通常在SENSE狀態(tài)不執(zhí)行數(shù)據(jù)包檢測和幀 同步。在某些實施例中，在能量測量過程中，接收機鏈的RF增益在模數(shù) 轉(zhuǎn)換削波率(clippingrate)由自動增益控制電路設(shè)定為5 — 10%。該削波 率有助于為能量測量確保全動態(tài)范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換。能量水平可用FFT塊 316的輸出測量，該輸出為復(fù)數(shù)值。因此，F(xiàn)FT的輸出幅度可被計算以用 于形成譜直方圖。這類譜直方圖的例子在圖8中示出。0065圖8是示例性譜直方圖的繪圖，其示出接收機中FFT塊輸出的 每個子載波頻率的平均能量測量值，如圖3中接收機。0066由接收機FFT塊的平均能量測量值形成的譜直方圖包括每個子 載波的能量水平。為確定和標記要在發(fā)射機零化的頻率或子載波設(shè)定標 準。例如，閾值能量可被設(shè)定，且具有大于該閾值水平的平均能量的子 載波或音調(diào)被標記供零化。0067圖8示出包括在帶寬為528MHz的三個子帶中的子載波的平均 能量測量值。每個子帶包括128子載波。音調(diào)掩蔽的可能閾值被示為Eth。可標記具有大于Eth平均能量的音調(diào)供零化。0068在圖8的譜直方圖中，根據(jù)預(yù)定時間窗口，在SENSE態(tài)執(zhí)行的 所有譜能量測量對時間求平均。因此，按照時變干擾情形(time-varying interference scenario),用于確定零化掩模的直方圖被連續(xù)地或周期地更 新。譜直方圖的時變更新是緩慢執(zhí)行的，并取決于干擾UWB頻率且開通 或關(guān)閉的其他通信設(shè)備的時變干擾情形。0069在不同實施例中，不同標準可用于選擇被標記供在發(fā)射機零化 的標記的音調(diào)。在某些實施例中，要由音調(diào)掩模零化的標記音調(diào)是按照 某些標準從FFT輸出的譜直方圖中確定的。用于確定音調(diào)掩模的標準可 包括為每個128個子載波(即音調(diào))的子帶的發(fā)射中掩蔽掉N個具有最 強平均測量能量水平的音調(diào)，N為常數(shù)。例如，N40個音調(diào)或10個子 載波可從子帶總的128個音調(diào)中掩蔽掉。IO個掩蔽的音調(diào)是由接收機中 音調(diào)執(zhí)行的譜更新步驟中測量的具有最大平均能量的音調(diào)。用于確定音 調(diào)掩模的標準可包括掩去所有超過某個閾值Eth能量的音調(diào)，但被掩去的 音調(diào)的總數(shù)目不能超過預(yù)定數(shù)目M。平均能量Eth可基于所有音調(diào)的平均 值獲得?？稍O(shè)定平均能量Eth等于所有音調(diào)的能量的平均值乘以由寄存器 設(shè)定定義的常數(shù)因子。常數(shù)可設(shè)定為1.5。使用該標準，例如所有不超過 M=10個能量超過所有音調(diào)能量平均值1.5倍的音調(diào)被掩去。0070在預(yù)定時間上平均FFT輸出并在更新用于確定零化掩模的圖8 中譜直方圖之后，收發(fā)機狀態(tài)機離開SENSE狀態(tài)并進入READY狀態(tài)。 根據(jù)來自發(fā)射機MAC和接收機MAC的控制信號和計時器信號，收發(fā)機 狀態(tài)機器準備好從READY狀態(tài)進入TRANSMIT, RECEIVE狀態(tài)，或再 次回到SENSE狀態(tài)。0071雖然本發(fā)明己經(jīng)參考某些示例性實施例進行了說明，但可以理 解，可不偏離權(quán)利要求及其等價物中定義的本發(fā)明的精神和范疇的情況 下，可對本發(fā)明做出多種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于零化UWB通信系統(tǒng)中音調(diào)的方法，音調(diào)包括落在預(yù)定頻率點范圍內(nèi)的頻率范圍，該方法包括從所述音調(diào)中確定標記的音調(diào)；以及通過所述發(fā)射機零化所述標記的音調(diào)，其中所述音調(diào)對應(yīng)于可能由干擾源產(chǎn)生的音調(diào)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述標記的音調(diào)要么是固有的， 要么是由外部源提供的。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中UWB帶包括多個頻率子帶，所 述方法進一步包括為每個所述子帶更新所述標記的音調(diào)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法， 其中每個所述子帶帶寬是528MHz，其中每個OFDM符號包括128個OFDM音調(diào)并占據(jù)所述子帶中的 一個，其中每個所述OFDM音調(diào)占據(jù)約4.125MHz的頻帶寬，以及其中在所述發(fā)射機標記的音調(diào)的零化包括在頻域中設(shè)定對應(yīng)于所述音調(diào)的子載波為零。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法， 其中所述標記的音調(diào)的確定是由接收機執(zhí)行的。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述標記的音調(diào)的確定包括 從接收的UWB音調(diào)中時間平均的測量能量水平形成譜直方圖，所述接收的UWB音調(diào)由所述接收機接收。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述時間平均的測量能量水平是 在時變的時間窗口上平均的。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述時間平均的測量能量水平是 在不變的時間窗口上平均的。
9. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述標記的音調(diào)的確定進一步包括選擇預(yù)設(shè)的常數(shù)個接收的UWB音調(diào)作為所述標記的音調(diào)，所述接收 的UWB音調(diào)具有最強時間平均的測量能量水平。
10. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述標記的音調(diào)的確定進一步 包括選擇第一數(shù)目的超過閾值能量水平的接收的UWB音調(diào)作為所述標 記的音調(diào)，所述第一數(shù)目在一個OFDM符號周期到下一個OFDM符號周 期是可變化的，其中所述閾值能量水平等于UWB帶內(nèi)所有OFDM符號的所有 OFDM音調(diào)的時間平均的測量能量水平的平均值乘以一個常數(shù)因子，以 及其中所述第一數(shù)目被確定為小于或等于一個常數(shù)。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法， 其中所述常數(shù)因子等于1.5，以及 其中所述常數(shù)因子等于10。
12. —種用于OFDM符號的UWB通信的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 用于發(fā)射所述OFDM符號的發(fā)射機，每個OFDM符號由以在多個音調(diào)發(fā)射的信息組成，每個所述音調(diào)對應(yīng)于一個預(yù)定頻率點；以及 用于接收其他OFDM符號的接收機；其中所述發(fā)射機包括音調(diào)掩模，該音調(diào)掩模用于在發(fā)射所述OFDM符號之前從每個OFDM符號的音調(diào)中移去標記的音調(diào)，其中所述標記的音調(diào)是在與來自干擾源音調(diào)相同的頻率點內(nèi)的音 調(diào)，該干擾源音調(diào)以所述接收機確定的干擾所述UWB通信的頻率發(fā)射。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射機包括 信道編碼器，其用于接收來自介質(zhì)存取控制器的OFDM符號并產(chǎn)生經(jīng)編碼的符號；交織器，其耦合到所述信道編碼器供產(chǎn)生交織的符號； 映射器，其耦合到所述交織器供產(chǎn)生映射的符號；音調(diào)掩模，其耦合到所述映射器；逆快速傅立葉變換機，其耦合到所述音調(diào)掩模以便從所述音調(diào)掩模 接收的頻域符號產(chǎn)生時域符號；濾波器，其耦合到所述逆快速傅立葉變換機以便產(chǎn)生數(shù)字濾波的符號；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其耦合到所述濾波器以便從所述濾波器接收的數(shù)字濾 波的符號中產(chǎn)生模擬符號；模擬射頻部分，其耦合到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器以便產(chǎn)生上變換的放大符 號；以及發(fā)射機天線，其耦合到所述模擬射頻部分以便發(fā)射所述上變換放大 的符號至所述接收機，其中所述OFDM符號的時頻跳轉(zhuǎn)模式被提供給所述模擬射頻部分以 便為所述上變換放大的符號設(shè)定中心頻率，以及其中所述OFDM符號的時頻跳轉(zhuǎn)模式被提供給所述音調(diào)掩模以便加 載相應(yīng)于所述上變換放大的符號的中心頻率的所述標記的音調(diào)。
14. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述音調(diào)掩模包括 用于存儲外部源提供的標記的音調(diào)的寄存器。
15. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述接收機包括 模擬射頻頻率部分，其耦合到天線供產(chǎn)生下變換的符號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其耦合到所述模擬射頻部分供產(chǎn)生數(shù)字符號； 信號處理部分，其耦合到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器供產(chǎn)生經(jīng)處理的符號； 快速傅立葉變換機，其耦合到所述信號處理部分供在頻域中產(chǎn)生 OFDM符號；去映射器，其耦合到所述快速傅立葉變換機供產(chǎn)生去映射的符號； 去交織器，其耦合到所述去映射器供產(chǎn)生去交織的符號； 信道解碼器，其用于產(chǎn)生解碼的OFDM符號，并用于發(fā)送所述解碼的OFDM符號至介質(zhì)存取控制器；以及耦合到所述快速傅立葉變換機的電路，其用于形成頻域中每個OFDM符號的音調(diào)的時間平均的功率水平的譜直方圖，并用于更新所述譜直方圖，其中所述OFDM符號的時頻跳轉(zhuǎn)模式被提供給所述模擬射頻部分以 便為所述下變換的符號設(shè)定中心頻率，和其中所述OFDM符號的所述時頻跳轉(zhuǎn)模式被提供給所述電路供形成 中心約位于相應(yīng)的一個OFDM符號的中心頻率的每個譜直方圖。
16. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述電路為每個OFDM符號 更新所述譜直方圖。
17. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述電路連續(xù)更新所述譜直方圖。
18. —種用于除去在UWB通信中發(fā)射并接收的OFDM符號中的干 擾頻率的方法，所述方法包括在感測周期中感測音調(diào)的時間平均的能量水平從而獲得譜直方圖， 一個或多于一個的所述譜直方圖對應(yīng)于每個感測周期；在所述感測周期中從每個譜直方圖識別所述干擾頻率；以及 零化所述OFDM符號中的所述干擾頻率；在每個發(fā)射周期、每個接收周期或每個感測周期后轉(zhuǎn)移控制至準備 狀態(tài)，其中所述發(fā)射周期、所述接收周期和所述感測周期不交疊，以及 其中每個感測周期周期性地出現(xiàn)在一個或多于一個所述接收周期之后。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括在接收所述OFDM符號后的接收周期中執(zhí)行快速傅立葉變換； 在預(yù)定的時間段上平均每個OFDM符號的每個音調(diào)的能量水平從而 獲得每個譜直方圖；以及周期性更新所述譜直方圖。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中每個OFDM符號占據(jù)帶寬約為528MHz的頻率子帶， 其中每個OFDM符號包括128個音調(diào)，每個音調(diào)約占據(jù)4.125MHz 的頻率子帶，其中所述UWB通信占據(jù)三個頻率子帶，每個子帶約為528MHz，以及其中所述UWB通信占據(jù)基本在3168MHz和10560MHz之間的頻率。
21. 如權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括在所述OFDM符號發(fā)射之前，在所述發(fā)射周期中對所述OFDM符號 進行頻域處理；以及在所述頻域處理后的發(fā)射周期中對OFDM符號進行逆快速傅立葉變換，其中每個OFDM符號包括多個音調(diào)，每個音調(diào)占據(jù)各頻率的子載波 帶寬，其中所述干擾頻率的零化是通過在所述頻域處理中，在所述發(fā)射周 期的所述逆快速傅立葉變換之前設(shè)定頻率和干擾頻率相同的音調(diào)為零來 實現(xiàn)的。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中每個OFDM符號占據(jù)帶寬約為528MHz的頻率子帶， 其中每個OFDM符號包括128個音調(diào)，每個音調(diào)占據(jù)約為4.125MHz 的頻率子帶，以及其中所述干擾頻率的零化是通過設(shè)定少于20個音調(diào)為零而實現(xiàn)的。
全文摘要
用于從UWB通信的發(fā)射頻率消除干擾UWB OFDM接收機的頻率的方法和系統(tǒng)。感測機構(gòu)被添加到接收機，該感測機構(gòu)形成所接收信號的各頻率的能量直方圖，并形成用于掩蔽干擾頻率的音調(diào)掩模。該音調(diào)掩模在映射級之后應(yīng)用于UWB通信的發(fā)射機中，并從所發(fā)射的信號中移除干擾頻率?；谀芰科骄亩喾N標準被用來識別、零化和移除干擾頻率。
文檔編號H04B1/10GK101278487SQ200680032917
公開日2008年10月1日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月27日
發(fā)明者R·H·馬海德瓦帕, R·顏, S·提布林克, T·艾圖爾 申請人:偉俄內(nèi)克斯研究公司