CN1432245A - 无线通信用双信息包组态 - Google Patents

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Abstract

一种无线通信用双信息包组态，其包括一个按照串行方法调制的第一部分和一个按照并行调制方法调制的第二部分。串行调制可以采用DSSS方法，而并行调制可以采用OFDM方法。第一部分可包括一个标题，该标题可另外包含一个OFDM模式位和一个指示第二部分时长的长度字段。第一部分可以按照802.11b标准设置以使双模装置与标准802.11b装置在同一区域内共存和进行通信。双模装置可以采用不同的或更高的速率进行通信而不被802.11b装置中断。信息包组态可以包括一个另外含有一个数据速率节和一个数据计数节的OFDM信号符号。以此方式，双模装置之间的数据速率可规定为与802.11a标准相同或相似的数据速率。第一和第二部分可基于相同的或不同的时钟基频。对于OFDM而言，副载波数、导频音和保护间隔样值可单独或以组合方式进行修改以实现各种具体实施例。

Description

无线通信用双信息包组态
本发明涉及无线通信并具体涉及一种用于无线局域网的双信息包组态。
美国电气和电子工程师学会(IEEE)802.11标准是一个有关未注册的2.4和5GHz频带无线局域网(WLAN)的系列标准。现行的802.11b标准对包括1、2、5.5和11Mbps数据速率在内的各种2.4GHz频带内的数据速率进行定义。802.11b标准采用码片速率为11MHz的直接序列扩频(DSSS)方法，该方法为一种串行调制技术。802.11a标准对5GHz频带中不同或更高的数据速率6、12、18、24、36和54Mbps进行了定义。请注意：根据802.11a和802.11b标准配置的系统互不兼容，因此无法一起工作。
现在美国正在提议一个称作802.11HRb(“HRb提案”)的新标准，该标准是对802.11b标准2.4GHz频带高数据速率的扩展。目前，HRb提案还仅是一个提案，尚未成为一个完全定义的标准。新的HRb提案面临若干重大技术挑战。人们希望HRb装置能够在2.4GHz频带以高于标准802.11b的数据速率进行通信。人们希望在某些组态中，不管802.11b和HRb装置能否彼此通信，它们能在同一个WLAN环境或区域内共存而不彼此产生干扰或中断。人们还希望HRb和802.11b装置能以任何标准802.11b的速率彼此通信。
本发明包含一个无线通信用双信息包组态，该组态包括一个根据串行调整方法调制的第一部分和一个根据并行调制方法调制的第二部分，且串行调制采用直接序列扩频法(DSSS)而并行调制采用正交频分复用(OFDM)法较佳。
本发明还包括一个组态上使用双信息包组态进行通信的无线通信装置，其包括一个其组态可发送双组态信息包的发送机、一个其组态可接收双组态信息包的接收机和包含第一和第二部分的双信息包组态，其中第一部分按照串行调制方法调制而第二部分按照并行调制方法调制；串行调制采用直接序列扩频(DSSS)，而并行调制采用正交频分复用(OFDM)。
本发明还包括一种使用双信息包组态的无线通信方法，其包括按照串行调制方法调制各信息包的第一部分和按照并行调制方法调制各信息包的第二部分，其中各信息包第一部分的调制采用直接序列扩频(DSSS)，而各信息包第二部分的调制采用正交频分复用(OFDM)。
为方便起见，本发明至少一个实施例中的无线通信用双信息包组态包括一个按照串行方法调制的第一部分和一个按照并行方法调制的第二部分。在一个实施例中，串行调制采用直接序列扩频(DSSS)而并行调制采用正交频分复用(OFDM)。在其他实施例中，第一部分可以包括一个前置码和一个标题，其中前置码可以是长前置码也可以是短前置码。标题可以另外包括一个指示OFDM模式的OFDM模式位和一个指示第二部分时长的长度字段。
尤其较佳的是，第一部分根据802.11b标准调制并易于被在2.4GHz频带内工作的802.11b兼容装置接收和接受。各802.11b装置接收前置码和标题并根据长度字段确定双信息包时长，以便获知双模信息包传输期间的补偿时间。这样，以双模信息包组态进行通信的装置将不会被802.11b装置中断并因此可与标准802.11b装置在同一通信区域内共存。
另外，本发明某些具体实施例中采用双模信息包组态的装置可与802.11b装置在2.4Ghz频带内共存，并同时可采用OFDM提供的不同或更高的数据速率(如类似802.11a标准的数据速率)进行通信。尽管802.11b装置目前被限制为11Mbps，双模装置可以根据具体组态以54Mbps或更高的数据速率工作。OFDM模式位将OFDM模式指示给另一个OFDM目标装置。对于此等OFDM具体实施例，信息包组态可以包括一个OFDM同步模式、一个OFDM信号符号和一个OFDM有效负载。OFDM信号符号可另外包括一个用于规定有效负载内数据速率和数据字节数的数据速率节(data rate section)和数据计数节(datacount section)。这样，双模装置之间的数据速率就可规定为等同于或近似于802.11a数据速率，如6、12、24、36和54Mbps。在至少一个本发明具体实施例中，双信息包组态的第一部分可以基于一个第一时钟基频而第二部分基于一个第二时钟基频。在一个具体实施例中，第一时钟基频约为22MHz，而第二时钟基频约为20MHz。22MHz时钟信号是802.11b标准使2.4GHz频带内工作的802.11b装置实现彼此兼容的时钟基频。20MHz时钟基频是典型的OFDM调制技术，可在2.4GHz频带内提高数据速率。
在本发明另一具体实施例中，双信息包组态的第一和第二部分均基于一个单一的时钟基频，如22MHz。该单一时钟基频有各种实施例。在本发明的一个实施例中，每个OFDM符号包括一个带有标准数量OFDM样值(如802.11a标准规定的16个样值)的保护间隔。另一选择为，保护间隔包括数量增加的样值，如24个样值。
在本发明其他实施例中，信息包组态中的每个OFDM符号可以包含标准数量的频率副载波(如802.11a标准规定的52个频率副载波)或者可以使用数量减少的频率副载波(如48个)。在一个本发明实施例中，每个频率副载波均是一个数据副载波，而在另一个实施例中，导频音被包含在内。在又一个实施例中，频率副载波最初均为数据副载波，但一个数据副载波子集被废弃并被相应数量的传输导频音所替代。一旦收到信息包，接收机会应用错误纠正码(ECC)等技术以收到的数据对被废弃的数据副载波进行重建。
本发明的一种无线通信装置包括一台与双信息包组态进行通信的发送机和一台接收机。双信息包组态包括第一和第二部分，其中第一部分根据串行调制技术进行调制而第二部分根据并行调制技术进行调制。如前面所述，双信息包组态的串行调制可以采用DSSS方法而并行调制可以采用OFDM方法。无线通信装置可以包括两个单独的时钟源，如果其采用基于第一和第二时钟基频的双信息包组态的话。另一选择为，如果第一和第二部分基于同一时钟基频的话，可以适用一个单一的时钟源。无线通信装置采用的双信息包组态以上述任一实施例为依据。
在本发明其他实施例中，发送机和接收机均能以仅使用第二部分的超短模式通信；由于第一即串行部分不使用，数据总处理量增大。超短模式仅适用于双模装置且在一般情况下与单模装置不兼容。例如，并行调制模式与802.11b装置使用的串行调制计数不兼容，因此，双模装置不能与正在工作的802.11b装置在同一区域共存或通信。对于第一信息包部分的串行调制与802.11b兼容的实施例，当802.11b装置关闭或不在同一区域工作时采用超短模式较佳，这样，双信息包模式装置的数据处理量会提高。
在另一实施例中，发送机和接收机均能够以第二部分为串行调制的标准模式进行通信。例如，当串行调制与其它装置(如802.11b装置)兼容时采用此模式较佳。这样，双模装置不仅能够以标准模式的标准802.11b数据速率与802.11b装置进行通信，而且还能以不同或更高的数据速率与其它双模装置进行通信。
本发明实施例中采用双信息包组态的无线通信方法包括根据串行调制方法调制各信息包的第一部分并根据并行调制方法调制各信息包的第二部分。串行调制可以采用DSSS，并行调制可以采用OFDM。该方法可另外包括前面所述各种双信息包实施例。该方法可另外包括切换至超短工作模式；在此模式中，仅并行调制的第二部分被用于通信。超短模式可提高与其它双模装置的通信效率。该方法还可包括切换至标准工作模式，在该模式中，仅并行调制的第二部分用于通信。超短模式可提高与其它双模装置的通信效率。该方法还可包括切换至标准工作模式；在此模式中，第二部分根据第一部分的串行调制方法进行调制。对于802.11b兼容实施例，标准模式可以实现与802.11b装置的直接通信并提高与其它双模装置的通信效率。
现参照附图以实例对本发明进行说明：
图1为一个由四台同在一个房间或区域内工作的装量组成的WLAN系统方块图，其中两台装置按802.11b标准配置，另两台装置按HRb提案配置。
图2为可在图1所示一台或两台HRb装置中使用的本发明一实施例中无线收发机的简化方块图。
图3A为采用长前置码的信息包组态示意图。
图3B为采用短前置码的另一信息包组态示图。
图4为一个可用作图3A和3B所示信息包组态标题的标题示意图。
图5为一个根据本发明双时钟基频实施例配置的信息包组态示意图。
图6A为一台使用图5所示信息包组态的无线收发机简化方块图。
图6B为另一台使用图5所示信息包组态的无线收发机简化方块图。
图7A-7C为一个采用单一时钟基频的信息包组态示意图。
图8A-8C为另一个采用单一时钟基频且保护间隔含有标准数量样值的信息包组态示意图。
图9A为采用48个副载波的信息包组态示意图。
图9B为图9A所示包括44个数据副载波和4个导频音的副载波示意图。
图9C为图9所示一个包括48个数据副载波的信息包组态的另一副载波组态示意图。
图10A和10B为图9所示其48个数据副载波中4个数据副载波被导频音替代的信息包组态示意图。
图11为各种OFDM实施例中由时钟速率、副载波数、导频音数和保护间隔内样值数变化所致数据速率、OFDM符号时长、频谱宽度、热噪声和延迟扩展频谱变化对比表。
图12为超短OFDM前置码实施例中信息包组态示意图。
图1为在一特定房间或区域101内工作的无线局域网(WLAN)系统100方块图，该系统的4台WLAN装置103、105、107和109(103-109)均位于区域101内。装置103和105至少根据一个本发明以HRb提案为依据的实施例配置，而装置107和109根据802.11b标准配置。装置103-109均在2.4GHz频带内工作。装置103-109可以是任何型式的无线通信装置，如任何型式的计算机(台式、便携式、膝上式等)、任何型式的兼容远程通信装置、任何型式的个人数字助理(PDA)，或者是任何其它型式的网络装置，如打印机、传真机、扫描仪、网络集线器、开关、路由器，等等。请注意：本发明不限于HRb提案、802.11b标准、802.11a标准或2.4GHz频带，虽然上述标准和频率可以用在某些实施例中。
装置107和109以包括1、2、5.5和11Mbps在内的标准802.11b速率相互进行通信。装置103和105为双模装置，它们采用下面所述任意一个实施例中的双信息包组态以不同或更高的数据速率(如标准802.11a数据速率6、9、12、18、24、36、48或54Mbps)相互进行通信。另外，还考虑了其它数据速率组，如第一组6.6、9.9、13.2、19.8、26.4、39.6、52.8或59.4Mbps，或第二组5.5、8.25、11、16.5、22、33、44、或49.5Mbps，或第三组6.05、9.075、12.1、18.15、24.2、36.3、48.4或54.45Mbps。包含两个802.11b标准数据速率(即5.5和11Mbps)的第二组较佳。
在一个或多个第一实施例中，双模装置103-109可同在区域101内工作或共存并且相互无重大干扰，其中装置103和105以不同于或高于802.11b装置107和109的数据速率相互进行通信。在第一实施例中，装置103可与装置105通信，装置107可与装置109通信，但装置103和105不与装置107和109通信。在一个或多个第二实施例中，至少双模装置103和105其中之一按标准模式配置，能够以任何一个或多个标准802.11b数据速率与装置107或109进行通信。在至少一个第三实施例中，双模装置103和105按超短模式配置，以不同或更高的数据速率进行通信并且与装置107和109互不兼容；因此，装置103-109不能在同一区域101内共存。双模装置103和105可以被设置在2.4GHz频带内工作，虽然其它频带也可使用。
在第一或第二实施例中，人们希望装置103和105能够在不被装置107和109中断或干扰的情况下相互通信。这就提出了一个重大的技术挑战，因为装置103和105在相互通信时使用不同的数据速率。本发明能使装置103和105与802.11b装置107和109在同一区域101内共存并且在配置上能使装置103和105以不同或更高的数据速率相互进行通信，从而解决了上述难题。另外，在第二实施例中，装置103和105还能以802.11b数据速率与装置107和109通信。
图2为本发明一实施例中一个实例性双模无线收发机200的简化方块图，该收发机可用在装置103和105其中之一或两者内。无线收发机200包括一个实例性双模发送机201和一个实例性双模接收机203。在发送机201内，输入数据被以特定的传输速率提供给编码器211。来自编码器211的数据被提供给一个调制器/滤波器213，该调制器/滤波器将已编码数据调制为一个经相应天线215确认的传输信号。接收机203通过接收天线221接收传输信号后，将接收到的信号提供给一个均衡器/重新调整系统223。均衡器/重新调整系统223对收到的信号进行解调并将已解调的信号提供给解码器225并由此提供输出数据。在解码器225内，软判决块227将软判决信号提供给硬判决块229，而硬判决块229确定最终输出数据。
图3A为本发明一实施例中采用长前置码的双信息包组态300示意图。信息包组态300包括一个可根据802.11b标准配置含有144个比特的长前置码。另外，该长前置码以802.11b标准的1Mbps数据速率传输。该长前置码301后跟一个也可根据802.11b标准配置含有48个比特并以1Mbps数据速率传输的标题303。按照802.11b标准，长前置码301和标题303均以约192微秒的速率传输。然而，与常规802.11b信息包不同，信息包组态300包括一个正交频分复用(OFDM)同步(sync)模式305，后跟一个OFDM信号符号306，其后跟一个OFDM有效负载307。如下文中所述，OFDM是一种多个OFDM符号每个均使用多个并行传输副载频的并行调制技术。
OFDM同步模式可以根据802.11a标准设置并以约16微秒的速率发送。例如，OFDM同步模式305可以根据802.11a标准中规定的OFDM同步模式设置；该模式是一种能使接收机电路准确确定有效负载第一个数据位要达时间的特殊模式。OFDM信号符号306也可以根据802.11a标准设置并以约4微秒的速度传输。如图所示，OFDM信号符号306包括一个数据速率节308和一个数据计数节309。数据速率节308是一个用于规定数据速率(如标准802.11a速率)的比特字段，而数据计数节309是一个指示有效负载307内数据字节数的比特字段。在一个实施例中，OFDM有效负载307由PHY子层服务数据单元(PSDU)可选择的采用任何802.11a标准数据速率(6、9、12、18、24、36、48或54Mbps)的OFDM符号构成。OFDM有效负载307以“K”微秒传输，其中K与有效负载部分内的OFDM符号数不一定有直接关系。
图3B为含有短前置码311的另一信息包组态310的示意图。在一个以802.11b标准为依据的实施例中，信息包组态310包括一个以1Mbps速率传输的72位前置码311，后跟一个以2Mbps速率传输的标题313，后跟一个与OFDM同步模式305相似的OFDM同频模式315，后接一个与OFDM同步模式305相似的OFDM同步模式315，后跟一个与OFDM信号符号306相似的OFDM信号符号316，后接一个包含采用标准802.11a数据速率的OFDM符号的OFDM有效负载317。与OFDM有效负载307相同，数据速率可由PSDU选择。根据802.11b，短前置码311和标题313以约96微秒的速率传输。另根据802.11a，OFDM同步模式315以16微秒的速率传输，OFDM信号符号316以4微秒的速率传输，OFDM有效负载317以K微秒的速率传输。
短前置码311被用来减小开销并且与长前置码301相比，可在相同的时间内传输更多的数据。然而，采用短前置码的系统需要一个高级噪比(SNR)方可准确地接收数据。与OFDM信号符号306相同，OFDM信号符号316也可以包含一个数据计数节和一个数据速率节，用以规定有效负载部分的信息字节数和OFDM数据速率。
图4为一实例性标题400的示意图，该标题可用作信息包组态300的标题303或信息包组态310的标题313。标题400可以按802.11b标准标题的相同方式设置，即包括一个8位信号字段401、一个8位服务字段403、一个16位长度字段405和一个016位循环冗余检验(CRC)字段407。然而，可对标题400进行修改使其在服务字段403内包含一个表示OFDM操作模式的OFDM模式位404。信号字段401通常用来容纳802.11b标准25.5Mbps以下的数据速率。然而，如果OFDM模式由OFDM模式位404指示，那么，信号字段401即被另外解释为受传输装置(如装置103和105)支持的任何数据速率。某些实施例中使用了802.11a标准数据速率，包括6、9、12、18、24、36、48或54Mbps。如下文中所述，其它实施例中使用了另外的数据速率。长度字段405的使用方式与802.11b相同，用于指示OFDM同步模式、信号符号和有效负载的传输时间或微秒数，如OFDM同步模式305或315(16微秒)、信号符号306或316(4微秒)和数据有效负载307和317(K微秒)。例如，长度字段405包含一个表示K+20微秒的比特模式。如果实际信息包长度等于微秒的小数部分，那么长度字段取下一位整数。例如，一个237.4微秒的实际信息包长度在长度字段中会用238表示。CRC字段407可按802.11b标准标题的相同方式使用。
一般来说，双信息包组态300和310包括一个包含前置码和标题的第一部分和一个包含OFDM同步模式、信号符号和有效负载的第二部分。第一部分根据串行调制方法(如符合802.11b标准的DSSS法)调制，第二部分根据并行调制方法(如OFDM法)调制。应了解，当根据802.11b的串行调制方法调制时，双信息包组态300和310无论是用于装置103还是105均易被装置107或109接收和接受。具体来说，信息包组态300的长前置码301和标题303或信息包组态310的短前置码311和标题313按与标准802.11b装置相同的方式和数据速率配置和传输。无论802.11b装置107和109是否能够检测或解释指示OFDM模式的OFDM模式位404，长度字段405皆以同样的方式被解释为信息包第二部分的时长；这样，装置107和109均可以获知装置103或105发送的信息包的OFDM同步模式、信号符号和有效负载。以此方式，任何与使用双信息包组态300或310的双模装置处于同一区域(如区域101)的802.11b装置会完全知晓各种数据速率双模信息包传输过程中的补偿时间量，不管其数据速率如何。
装置103和105在组态上均可检测服务字段403内的OFDM模式404并对应地解释信号字段401以识别调制技术和数据传输速率，使装置103和105之间实现通信。当指示为OFDM模式时，装置103和105在组态上还可检查OFDM同步模式，读取OFDM信号符号并检索OFDM有效负载内的数据，以此方式，当装置103和105使用双信息包组态300或310时，它们可与任何802.11b装置(如装置107和109)共处一个区域内并以不同或更高的数据速率相互通信。需要的话，装置103和105还可组态为一标准模式，以标准802.11b数据速率与装置107和109进行通信。例如，装置103和105可以包含一必需的802.11b通信电路。应注意：在OFDM模式中，装置107和109不能接受、接收和解调信息包组态300或310的OFDM同步模式、信号符号和有效负载部分。如下文所述，装置103和105在组态上还可切换至超短模式，在该模式中，仅使用信息包组态的第二即并行调制部分。在超短模式中，装置103和105不能与工作中的装置107和109共处，因此只能在装置107和109关闭或撤离区域101后使用。
图5为本发明双时钟基频实施例中双信息包组态500的示意图。图中所示信息包组态500与信息包组态300或310相对应，包括一个前置码501，后跟一个标题503，后跟一个OFDM同步模式505，后跟一个OFDM信号符号506，后跟一个OFDM有效负载507。前置码501与长前置码301或短前置码311相同。标题503根据传输速率(1或2Mbps)依据标题303或313设置。OFDM同步模式505依据OFDM同步模式305或315设置。OFDM信号符号506依据OFDM信号符号306或316设置，可以按前面所述信息组态300的相同方式包含数据速率字段和数据计数字段。OFDM有效负载507依据OFDM有效负载307或317设置。
对于信息包组态500，前置码501和标题503包括使用第一时钟基频发送的串行调制的第一部分，而OFDM同步模式505、OFDM信号符号506和OFDM有效负载507包括使用第二时钟基频发送的并行调制的第二部分。对于802.11b，前置码501和标题503的第一时钟基频为22MHz。OFDM同频模式505和有效负载507用第二时钟基频可依据802.11a设置，如设置为20MHz。以此方式，信息包组态500可使用两个单独的时钟基频传输，但标题503与OFDM同步模式505之间需要有一个速率抽样开关。我们考虑了若干个旨在解决22MHz与20MHz时钟基频之间的速率变化问题的实施例。
图6A为组态上能使用双信息包组态500的双模无线收发机600的简化方块图。无线收发机600包括一台双模发送机610和一台双模接收机603。在发送机601内，传输信号被分为第一和第二正交部分后提供给I信道数字-模拟变换器(DAC)605和Q信道DAC607。I和Q信道DAC605和607从开关609接收时钟信号，而开关609以切换方式从时钟源613接收40MHz时钟信号，从时钟源611接收44MHz时钟信号。40MHz时钟信号基于20MHz时钟基频而44MHz时钟信号基于22MHz时钟基频。22MHz接收时钟和44MHz发送时钟与11MHz802.11b DSSS码片速率为调和关系。开关609由一个时钟模式信号控制或选择44MHz时钟信号或选择40MHz时钟信号。以此方式，当时钟模式信号选择了44MHz时钟611时，前置码501和标题503即被发送，而OFDM同步模式505、信号符号506和有效负载507使用40MHz时钟信号发送。
对于接收机603，I信道ADC615和Q信道ADC617分别接收信号的相关正交部分。开关619接收时钟模式信号并控制或从时钟源621提供一个22MHz时钟信号或从时钟源623提供一个20MHz时钟信号。接收机603在组态上选择了22MHz时钟信号的情况下接收前置码501和标题503，尔后在选择了20MHz时钟信号的情况下接收OFDM同步模式505、信号符号506和有效负载。两个时钟信号之间的转换可由基带处理器(BBP)以多种方式实施，如一个片上锁相回路(PLL)或BBP的两个外部时钟输入。发送机601和接收机603必须各包括两个单独的时钟源以在不同的时钟基频信号之间进行切换。另外，DAC605、607和DAC615、617必须在组态上能够在任一基频上工作。因此，无线收发机600是一种需要增装额外电路的相对比较复杂的解决办法。
图6B为另一无线收发机630的简化方块图。无线收发机630包括一台发送机631和一台相应的接收机633。该收发机内使用了一个多相滤波器，以在信号的OFDM部分传输期间提供时钟变化。在信号的802.11b部分传输期间不需要该多相滤波器，因为此时已经提供了一个22或44MHz时钟。在信号的OFDM部分传输期间，多相滤波器启动并在两个时钟域之间进行信号样值速率变换。发送机631依据一个使用40MHz时钟源634并提供给多相滤波器635的40MHz输入信号进行操作。多相滤波器635的输出被提供给I信道DAC637和Q信道DAC639，而上述两个DAC依据时钟源641提供的一个44MHz时钟信号进行操作。对于接收机633，接收信号被提供给I信道ADC643和Q信道ADC645。ADC643和645的输出被提供给多相滤波器647，该滤波器可使用20MHz时钟源651对一个20MHz输出信号进行确认。来自时钟源649的一个22MHz时钟信号可向ADC643和645提供时钟信号。请注意，发送机631和接收机633均使用两个单独的时钟源。具体来说，发送机631需要40MHz时钟源634和44MHz时钟源641，而接收机633使用22MHz时钟源649和20MHz时钟源651。因此，该无线收发机需加装额外的时钟电路，并且多相滤波器635和647为相对复杂的速率变化滤波器。
图7A-7C为本发明另一实施例中采用一个单一时钟基频并且保护间隔有增量样值的双信息包组态700示意图。如图7A所示，信息包组态700与信息包组态500相似，包括一个带有前置码701和标题703的第一串行调制部分和一个包含OFDM同步模式705、OFDM信号符号706和有效负载部分707的第二并行调制部分。OFDM信号符号706可以按前面所述信息包组态300的相同方式包括数据速率字段和数据计数字段。前置码701与前置码501相似并可根据长短需要按前置码301和311设置。另外，标题703可根据传输速率(如1Mbps或2Mbps)按标题303或313设置。然而，信息包组态700的不同之处在于，整个信息包使用一个单一时钟基频发送。在一个实施例中，该时钟基频为符合标准802.11b的22MHz。由于OFDM同步模式705、信号符号706和有效负载707采用OFDM法设置，它们与802.11a标准稍有不同。
图7B为一双信息包组态700实施例中使用22MHz抽样基频的实例性OFDM符号710的示意图。OFDM符号710与标准802.11a OFDM符号相似，包括一个后跟傅里叶快速逆变换(IFFT)/FFT范围713的保护间隔。OFDM符号710偏离了802.11a标准，因为循环扩展或保护间隔711由24个样值组成而不是标准的16个样值。IFFT/FFT范围713包括64个样值，与802.11a标准相同。然而，应注意，当OFDM符号710以相似于802.11a标准的4微秒速率传输时，其依据的是一个22MHz抽样基频而802.11a标准依据的却是20MHz基频。
图7C为OFDM符号710的52个副载波720的导频音间隔示意图，其中每个副载波以Sn表示，n可从0至51。副载波S0-S51包括数据副载波和导频音。每个OFDM符号710的频率范围720约为17至18MHz(～17.875MHz)，52个副载波中每两个副载波之间有一个约343至344KHz(343.75KHz)的导频音间隔。依据802.11a标准的52个副载波有一个约16.25MHz的频率范围，导频音间隔约为312.5kHz，并有四个导频音。因此，与一标准的802.11a符号相比，OFDM符号710呈现出稍大的损耗。用于发送和接收使用OFDM符号710的信息包组态700的双模无线收发机不需要两个单独的时钟源或另外使用两个单独的时钟基频。相反，它仅需要一个单一的时钟基频(如22MHz)。然而，实施信息包组态700会有微小的损耗(约0.5dB)。另外，与标准802.11a组态相比，单一时钟基频的信息包组态需要更加严格的滤波，因为总频谱宽了约10％。与标准802.11a相比，信息包组态700的频谱屏蔽也较难以实现。
图8A-8C为本发明另一实施例中使用一个单一时钟基频且保护间隔中为标准数量样值的另一实例性双信息组态800的示意图。如图8A中所示，除802.11a OFDM符号波形实际上未改变外，信息包组态800与信息包组态700相似，包括一个前置码801、一个标题803、一个OFDM同步模式805、一个OFDM信号符号806和有效负载部分807并基于一个单一时钟基频，如22MHz。同样，OFDM信号符号806可以按前面所述信息包组态300的相同方式包括数据速率字段和数据计数字段。例如，如图8B所示，保护间隔811使用802.11a标准的16个样值而不是保护间隔711的24个样值。因此，OFDM符号810仅用3微秒多或约3.63637微秒时间即可发送出去而非4微秒。如图8C所示，双信息包组态800中每个OFDM符号810包括52个副载波820。与信息包组态700的数据速率相比，信息包组态800的数据速率稍有变动。具体来说，信息包组态800的数据速率范围为6.6、9.9、13.2、19.8、26.4、39.6、52.8或59.4Mbps，稍微高于信息包组态700的数据速率。与802.11a相比，信息包组态800的频谱宽了约10％。信息包组态800的一个优点是它基于同一个时钟基频，因此不需要进行时钟切换或配置两个时钟发生器或电路。与信息包组态700相比，信息包组态800的另一优点是其损耗与802.11a相同而不像信息包组态700那样多损耗0.5dB。另外，与802.11a相比，信息包组态800的均方根延迟扩展性能(RMS DS)降低了约10％。
图9A为与双信息包组态700和800相似的双信息包组态900的示意图，其包括一个含有前置码901和标题903的第一部分和一个含有OFDM同步模式905、OFDM信号符号906和有效负载部分907的第二部分。双信息包组态900使用相同的或一个单一时钟基频(如22MHz)操作，所不同的是，OFDM波形进行了改变以包括数量减少的副载波，如仅48个而非52个。同样，OFDM信号符号906可以按所述信息包300的相同方式包括数据速率字段和数据计数字段。802.11a标准将副载波总数规定为52，其包括48个数据副载波和4个导频音。使用48个而非52个副载波可生成一个较窄的频谱，虽然频谱宽度与802.11a标准基本相同。然而，信息包组态900可做各种修改以生成本发明多个实施例，关于这点，下文中将另做说明。
图9B为双信息包组态900实施例中使用44个数据副载波和4个导频音的副载波910的示意图。此组态中含有用D0、D1…D43表示的44个数据副载波和用P0、P1、P2和P3表示的4个导频音。如图9B所示，副载波910的组织结构为第一数据副载波是D0，后跟第一导频音P0，后跟第二数据副载波D1，后跟第二导频音P1。尔后，数据副载波D2至D41依次排列，随后跟第三导频音P2、第四十三数据副载波D42、第四导频音P3和最后一个数据副载波D43。导频音的位置可与图中所示不同。该图仅展示了一种可能性组态。
图9C为双信息包900的另一副载波组态920的示意图；在该组态中，所有48个副载波均为数据副载波，用D0-D47表示。此实施例中没有导频音且提供的数据速率与保护间隔中带有24个样值的802.11a的数据速率相同。然而，如果以图9B所示的相同方式仅使用16个样值的话，在22MHz时钟基频上可获得稍微不同的数据速率，而各数据速率要乘以约1.1。图10A和10B所示为双信息包组态900副载波组态的另一实施例，在该实施例中，4个数据副载波被导频音替代。如图10A所示，48个副载波均为数据副载波(D0-D47)。然而，如图中1001处所示，数据副载波D1、D3、D44和D46被击穿并废弃。如图10B中1003处所示，被废弃的数据副载波分别被导频音P0、P1、P2和P3替代。导频音通常用于保持锁相回路(PLL)电路正常工作。然而，请注意，当没有导频音时，PLL会对数据副载波产生影响。接收机使用接收到的未被废弃的数据对废弃数据进行重构、重建或再生。数据的重构可采用错误纠正码(ECC)技术或类似技术，如使用前向纠错(FEC)或类似方法。导频音的位置可与图中所示不同。该图仅展示了一种可能性组态。
所有双信息包组态900实施例的另一改进是可按前面所述用于双信息包组态700和800(见图7B和8B)的相同方式将循环扩展或保护间隔内的样值数在24至16范围内进行改变。对于48个副载波的实施例而言，将循环扩展内的样值数从24改为16会同时将OFDM符号时长从4微秒改为3.63637微秒。此外，所产生的数据速率也会从802.11a标准改为802.11b标准。
图11为前面所述各种双信息包组态的对比表，其对因时钟速率、副载波数、导频音数和循环扩展或保护间隔内样值数变化而造成的数据速率、OFDM符号时长、频谱宽度、热噪声性能和延迟扩展性能变化进行了比较。热噪声性能以能量/位息比特(Ed)/噪声密度或强度(No)方式进行测量且与带宽无关。延迟扩展性能表示回波和反射造成的多路感生信号扩散并以均方根延迟扩展(RMS DS)方式测量。各个实施例均有一个1至9的实施例编号并后跟一个表示具体信息包组态的参考号。例如，实施例1依据信息包组态500进行组态；实施例4依据信息包组态900组态，其包括48个组态910的数据副载波和如同组态710的24个样值；实施例9依据信息包组态900组态，其包括44个数据副载波且组态中1000和1010处的数据副载波被击穿并由导频音替代以及如同组态810的16个样值。实施例1使用一个20MHz和一个22MHz时钟基频，而实施例2-9均使用一个22MHz单一时钟基频。实施例1、2和3使用52个副载波，而实施例4-9使用48个副载波。实施例1-4、6、7和9使用4个导频音，而实施例5和8不使用导频音。实施例1、3、7、8和9在保护间隔内使用16个样值。而实施例2、4、5和6在保护间隔内使用24个样值。
实施例3、7、8和9对OFDM符号时长稍做改变。使其变为约3.64微秒。实施例1的频谱宽度与802.11a标准相同。实施例2和3的频谱比802.11a标准宽10％，而实施例4-9的频谱比802.11a标准宽0.83％。实施例1、3、7和8的热噪声性能与802.11a标准大致相同，而实施例2、4-6和9的热噪声性能则略低于802.11a标准。实施例1的延迟扩展性能与802.11a标准相同；实施例2、4、5和6的延迟扩展性能比802.11a标准高50％，而实施例3、7、8和9的延迟扩展性能则比802.11a标准低10％。图12为采用超短操作模式的实例性信息包组态1200的示意图。一般来说，采用超短模式时，第一串行调制信息包部分被放弃不用。在所示实施例中，信息包组态1200包括一个OFDM同步模式1201，后跟一个OFDM信号符号1203，后跟一个OFDM有效负载1205。应了解，信息包还可使用其他并行调制技术。信号符号1203内设置了一个数据速率节1207和一个数据计数节1209。数据速率节1207是一个用于规定数据速率(如标准802.11a速率)的比特字段，而数据计数节1209是一个指示有效负载1205内数据字节数的比特字段。信息包组态1200不包括一个标准802.11b标题，因此不能与802.11b装置兼容、彼此协作或共存。整个信息包组态1200使用一个单一的时钟源(如20MHz)以简化无线收发机的电路。信息包组态1200可以被装置103和105同时用在区域101内以实现相互通信。然而，标准802.11b装置107和109与装置103和105不兼容，因此不能与使用超短前置码设置的装置103和105共处在区域101内。
本发明至少一个实施例中的无线通信用双信息包组态可基于串行调制实现与现有装置的兼容，并通过有效负载的并行调制以不同或更高的数据速率与这些装置进行通信。具体来说，双信息包组态包括一个按照串行调制方法调制的第一部分和一个按照并行调制方法调制的第二部分。其第一部分包含一个前置码和一个标题，并且根据标准802.11b在2.4GHz频带中采用DSSS串行调制方法调制的双信息包组态可使双模装置与802.11b兼容装置在同一通信区域内共存。标题包括一个用于规定双信息包第二部分时长的长度字段，这样，802.11b装置即可知晓补偿时间。采用并行调制方法(如OFDM或类似方法)调制的第二部分可以使双模装置在不被802.11b装置中断的情况下以不同或更高的数据速率(如54Mbps或更高)进行通信。
在某些实施例中，双模发送机或接收机均能够以超短模式进行通信，在该模式中，仅使用第二部分而不使用第一串行部分，这样可以增加数据总处理量。超短模式仅用于双模装置，因此，一般情况下它们与单模装置不兼容。例如，并行调制模式与802.11b装置使用的串行调制技术不兼容，因此，双模装置不能与工作中的802.11b装置在同一区域内共处或通信。对于第一信息包部分的串行调制可与802.11b装置兼容的实施例而言，当802.11b装置关闭或不再在同一区域内工作时，采用超短模式较佳，这样，双信息包模式装置能以更高的数据处理量操作。
在其他实施例中，双模发送机和接收机均能够以一种标准模式工作，在该模式中，第二部分根据串行调制方法调制。例如，当串行调制与其它装置(如802.11b装置)兼容时，采用该模式较佳。因此，双模装置同时具有在标准模式中以标准802.11b速率与802.11b装置通信的能力和以不同或更高的数据速率与其它双模装置通信的能力。
一个无线通信用双信息包组态包括一个按照串行调制方法调制的第一部分和一个按照并行调制方法调制的第二部分。串行调制可采用DSSS法，而并行调制则可采用OFDM法。第一部分可以包括一个标题，而该标题可以另外包含一个OFDM模式位和一个指示第二部分时长的长度字段。第一部分可以遵循802.11b标准以使双模装置能与标准802.11b装置在同一区域内共存和通信。双模装置可以在不被802.11b装置中断的情况下以不同或更高的数据速率通信。信息包组态可以包括一个OFDM信号符号，而该符号可另外包含一个数据速率节和一个数据计数节。以此方式，可在双模装置之间规定与802.11a数据速率相同或相似的数据速率。第一和第二部分可以基于相同或不同的时钟基频。对于OFDM，副载波数、导频音和保护间隔样值可以独立或以组合方式进行修改以实现各种实施例。

Claims (15)

1.一种无线通信用的双信息包组态，其包括一个根据串行调制方法调制的第一部分和一个根据并行调制方法调制的第二部分；该串行调制方法优选包括直接序列扩频(DSSS)而该并行调制方法包括正交频复用(OFDM)。
2.如权利要求1所述的双信息包组态，其中所述第一部分包括一个前置码和一个标题，其中该前置码包括一个长前置码或一个短前置码。
3.如权利要求2所述的双信息包组态，其中上述标题包括一个OFDM模式位，并且该标题进一步包括一个表明所述第二部分时长的长度字段；在该组态中，所述第二部分包括一个OFDM同步模式、一个OFDM信号符号和一个OFDM有效负载。
4.如权利要求3所述的双信息包组态，其包括含有一个数据速率节和一个数据计数节的OFDM信号符号；在该组态中，所述第一部分基于一个第一时钟基频，所述第二部分基于一个第二时钟基频。
5.如权利要求4所述的双信息组态，其中上述第一时钟基频约为22MHz，上述第二时钟基频约为20MHz。
6.如权利要求5所述的双信息组态，其中上述第一和第二部分基于一个单一的时钟基频；上述第二部分包括若干OFDM符号，每个OFDM符号包括一个含有标准数量或增加数量OFDM样值的保护间隔。
7.如权利要求6所述的双信息包组态，其包括上述含有若干OFDM符号的第二部分，其中每个OFDM符号包括数量减少的频率副载波，较佳为每个OFDM符号包括48个频率副载波。
8.如权利要求7所述的双信息包组态，其中上述每个频率副载波均为一数据副载波，该频率副载波包括至少一个导频音；且在该组态中，一个数据副载波子集被废弃并由相应数量的传输导频音替代；其中收到的数据即刻被用于重建上述废弃的数据副载波。
9.一种采用双信息包组态进行通信的无线通信装置，其包括一台其组态可发送双组态信息包的发送机、一台其组态可接收双组态信息包的接收机，而且上述双信息包组态包含第一和第二部分；该第一部分根据一串行调制方法调制而该第二部分根据一并行调制方法调制，其中该串行调制方法为直接序列扩频(DSSS)而该并行调制方法为正交频分复用(OFDM)。
10.如权利要求9所述的无线通信装置，其中上述第一部分包括一个带有一个OFDM模式位的标题；该标题包括一个表明上述第二部分时长的长度字段，并且所述无线通信装置包括基于第一时钟基频的第一时钟源和基于第二时钟基频的第二时钟源；上述第一部分基于该第一时钟基频而上述第二部分基于该第二时钟基频。
11.如权利要求10所述的无线通信装置，其中上述第一时钟基频约为22MHz，上述第二时钟基频约为20MHz；其包括一个基于一个时钟基频的时钟源；上述第一和第二部分均基于该时钟基频；上述第二部分包括若干OFDM符号，每个OFDM符号包括一个带有标准数量或增加数量的OFDM样值的保护间隙。
12.如权利要求11所述的无线通信装置，其中上述第二部分包括若干OFDM符号，每个OFDM符号包括减少数量的频率副载波，每个所述频率副载波为一数据副载波，并且该频率副载波包括至少一个导频音。
13.如权利要求12所述的无线通信装置，其包括上述废弃至少一个所述数据副载波并替代以相应数量导频音的发送机和上述依据收到的数据副载波对被废弃数据副载波进行重建的接收机；该发送机和接收机均能够以超短模式进行通信，在该超短模式中仅使用根据所述并行调制方法进行调制的该第二部分，或者该发送机和接收机均能够以标准模式进行通信，在该标准模式中该第二部分根据所述串行调制方法进行调制；该发送机和接收机均优选组态为运行在2.4GHz频带内。
14.一种采用双信息包组态的无线通信方法，其包括根据串行调制方法调制各信息包的第一部分和根据并行调制方法调制各信息包的第二部分；上述各信息包第一部分的调制包括按照直接序列扩频(DSSS)而进行的调制，上述各信息包第二部分的调制包括按照正交频分复用(OFDM)而进行的调制。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于包括一个在所述第一部分内含有一个OFDM模式位的标题，并且该标题内包括一个指示所述第二部分时长的长度字段；上述各信息包第一部分的调制包括依据一第一时钟基频进行的调制，上述各信息包第二部分的调制包括依据一第二时钟基频进行的调制，其中上述各信息包第一和第二部分的调制包括依据一单一时钟基频进行的调制。
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