检测设备和方法.pdf

本发明涉及一种包括用于检测消息的检测构件的收发机设备和方法，其中所述检测构件包括：一被配置来在一第一检测周期上操作且其输出以一第一检测概率指示消息开始的第一检测器；和一被配置来在一第二检测周期上操作且其输出以一第二检测概率指示消息开始的检测的第二检测器。第二检测概率高于所述第一检测概率，且如果所述第二检测器指示消息开始的检测，那么配置收发机设备来接收所述消息。

1.  一种包括用于检测消息的检测构件的收发机设备(101)，其特征在于：
-所述检测构件包括一被配置来在一第一检测周期上操作的第一检测器(105；205)，其中从所述检测器的输出以一第一检测概率指示一消息的开始；
-所述检测构件进一步包括一被配置来在一第二检测周期上操作的第二检测器(106；206)，其中从所述检测器的输出以一第二检测概率指示一消息的开始；
-所述第二检测概率高于所述第一检测概率；和
-如果所述第二检测器指示一消息开始的检测，那么配置所述收发机设备来接收所述消息。

2.  根据权利要求1所述的收发机设备，其中：
-如果所述第一检测器未指示一消息的开始，那么配置所述收发机来发送一消息。

3.  根据权利要求2所述的收发机设备，其中：
-所述收发机依赖于复数个附加参数配置来发送一消息，诸如一消息是否可用于发送或该收发机设备是否被允许发送。

4.  根据权利要求1、2或3所述的收发机设备，其中：
-所述第一检测周期和所述第二检测周期具有相同的开始时间。

5.  根据权利要求1至4中任一权利要求所述的收发机设备，其中：
-所述第一检测周期短于所述第二检测周期；和
-所述第二检测周期短于从该消息开始到为了成功接收该消息需要开始该消息接收的时间的时间。

6.  根据权利要求1至5中任一权利要求所述的收发机设备，其中：
-最优化所述第一检测器以在满足最小检测要求的同时最小化错误地指示一消息开始的概率。

7.  根据权利要求1至6中任一权利要求所述的收发机设备，其中：
-最优化所述第二检测器以在满足所要求的错误肯定指示的最大比率的同时最大化一消息开始的检测概率。

8.  根据权利要求1至7中任一权利要求所述的收发机设备，其被配置来通过一媒介接收和发送消息，其中：
-所述第一和第二检测器被配置来在一定义时隙开始时开始检测；
-所述第一检测器被配置来在一第一CCA时间之后指示在所述媒介上存在或不存在一消息；
-所述第二检测器被配置来在一第二CCA时间之后指示在所述媒介上存在或不存在一消息；
-所述第二CCA时间实质上比所述第一CCA时间长；
-如果所述第一检测器指示在所述媒介上不存在一消息，那么配置所述收发机来评估是否允许所述收发机发送一消息，且如果所述评估是肯定的，那么在下一个时隙开始发送一消息；
-如果所述第一检测器在所述第一CCA时间之后指示在所述媒介上存在一消息，且所述第二检测器在所述第二CCA时间之后指示在所述媒介上存在一消息，那么配置所述收发机来接收和解码存在于所述媒介上的所述消息；和
-如果所述第一检测器在所述第一CCA时间之后指示在所述媒介上存在一消息，且如果所述第二检测器在所述第二CCA时间之后指示在所述媒介上不存在一消息，那么配置所述收发机来在下一个可用时隙开始时开始检测存在或不存在一消息。

9.  一种用于在一包括一检测器和一解码器的收发机设备中检测一消息开始的方法，其包括以下步骤：
-使用一第一组检测参数和一第一检测过程来检测对于一第一时间周期的一输入的消息的开始；
-使用一第二组检测参数和一第二检测过程来检测对于一第二时间周期的所述输入的消息的开始；
-如果所述检测在所述第二时间周期期间指示所述输入的消息存在，那么就解码所述输入的消息。

10.  根据权利要求9所述的方法，其中所述收发机设备进一步包括一发送机及另外步骤：
-如果一消息准备发送且如果所述检测在所述第一时间周期期间指示没有接收到消息，那么就开始一消息的发送。

11.  根据权利要求9或10所述的方法，其中：
-所述第一和第二检测过程同时开始检测输入的消息。

12.  根据权利要求9至11中任一权利要求所述的方法，其中：
所述第一时间周期实质上比所述第二时间周期短。

检测设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测消息的设备及其方法。更准确地说，本发明涉及一种用于检测消息开始的收发机设备和方法，其中检测需要在第一时间周期内执行以判定是否可发送消息，以及需要在第二时间周期内执行以判定是否应接收消息。
背景技术
用于不同类型网络节点间通信的不同方案、方法和协议经常地得以发展以改进特定网络的特性。时常地，旧的、能力较小的协议将不得不与更先进的协议并列存在，因为采用旧协议的旧装备将慢慢地被新的更有能力的单元所代替和逐渐淘汰。其他时期，为了有效的网络设计，不同设计特性可强迫并列使用不同的协议。
在新方法、协议和装备的发展中，由于需要对关于新协议、方法或装备与旧协议、方法或装备并列地以有效方式运行的能力进行考虑，因而此知识冲击设计。
对于接收机装备，通常存在至少部分的操作顺序，其中接收机必须搜索有效发送或消息的开始。这是用于无需中心协调的多路访问系统的几乎所有时间的情况，其中一个例子是IEEE 802.11无线LAN(WLAN)。在这样的系统中，一基站(station)不能同时发送和接收消息，且由此基站不能判定另一个基站是否同时开始发送并因此破坏了双方发送。
一种补救是采用基于时隙周围的所谓的“先听后说”策略。在发送之前，每个基站必须听至少一个时隙。如果在所述时间内没有发送开始，那么所述基站可以在下一个时隙开始时开始发送消息。由于一基站不能从接收瞬间转换成发送，因而必须在时隙的末端为此保留一些时间。由于这个原因，定义了称为“空闲信道评估时间”(CCA时间)的第一时间周期，其中需要检测其他发送，这在时隙中留有用于基站转换到发送的剩余时间周期，使得发送可在下一时隙开始时开始。特别地，从时隙开始时听的基站必须能在CCA时间末端内已以由特定协议或标准所设定的概率指示检测到有效信号。
时隙的长度定义了系统的粒度，较短的时隙意指在所有基站等待发送权时在工作中存在较少的“停滞时间”。然而，也基于设计合理复杂性的接收机装备的概率来选择这些时隙，其可满足在给定CCA时间内的检测概率要求。为了在存在噪声时检测信号，在检测所出现信号的概率与虚警的概率间具有权衡。较长的检测时间允许噪声“最终达到平衡”，减少了虚警的概率。这样，可使检测器对所要信号更敏感。
对于802.11b标准，在2.4GHz频带中操作，定义了20μs的时隙，其中CCA允许15μs。应在CCA时间内以99％的概率检测发送。
对于802.114标准，在5GHz频带中使用OFDM发送，定义了9μs的时隙，其中提供4μs用于CCA。允许稍微更不严格的90％的检测概率以补偿更短的CCA时间。
草案802.11g标准通过在2.4GHz频带中使用OFDM调制改进了优于802.11b标准的性能。然而，为了与在相同频带中操作的旧的802.11b装置兼容，基础实施使用相同的20μs时隙，相对于802.11a降低了性能。
对于已知不存在传统装置的网络，可以实施任选的9μs“短时隙”。然而，接收机必须能检测双方OFDM发送以及在短的4μs CCA时间内基于802.11b巴克报头(Barker-preamble)的发送。4μs CCA时间对于802.11b报头的检测是困难的挑战。
为了甚至达到不严格的90％检测概率，虚警的概率上升到非常高的级别。虚警的高级别首先通过指示媒介在虚警出现的时隙期间繁忙损害了系统性能，阻止了发送。然而，其次和主要的问题是，错误检测也导致基站转换为802.11b接收模式。这阻止了消息的发送并使基站看不见其他输入的发送，包括OFDM发送，直到以后超时出现可能50-100μs或更多。在短时隙系统中，占优势的发送格式可能是OFDM，因此明显不需要具有因虚警而很长时间周期地阻止基站操作的802.11b检测机制。
发明内容
本发明的主要目的是提供至少缓和上述错误地转换到802.11接收模式问题的这样的设备和方法。
在这方面，本发明的特定目的是提供减少在无需中心协调的多路访问系统中操作的收发机中检测发送开始中的虚警数量的这样的设备和方法。
本发明的另外目的是提供增加收发机效率的这样的设备和方法，所述收发机必须能在已定义地时间周期中以给定成功的最小概率来指示具有已定义特性的发送开始的检测，且其中所述检测周期短于从发送开始的最小周期，在该周期内为了成功地接收包含在其中的信息必须开始解码该发送。
根据本发明第一方面，其中这些目的是通过包括用于检测消息的检测构件的收发机设备达到的，其中所述检测构件包括：一被配置来在第一检测周期上操作且其输出以第一检测概率指示消息开始的第一检测器；和一被配置来在第二检测周期上操作且其输出以第二检测概率指示消息开始的检测的第二检测器。第二检测概率高于第一检测概率，且如果所述第二检测器指示消息开始的检测，那么收发机设备就被配置来接收所述消息。
根据本发明的第二方面，其中上述目的是通过用于在包括检测器和解码器的收发机设备中检测消息开始的方法来达到的，所述方法包括以下步骤：使用第一组检测参数和第一检测过程来检测对于第一时间周期的输入的消息的开始；使用第二组检测参数和第二检测过程来检测对于第二时间周期的所述输入的消息的开始；及如果在所述第二时间周期期间的所述检测指示所述输入的消息存在，那么就解码所述输入的消息。
通过所述配置，第一检测器根据特定标准在第一时间周期期间检测消息中的报头。如果没有检测到消息，那么收发机设备可采取不同的行动。如果检测到消息，确切地说检测到消息的报头，那么此时收发机就不采取其他行动，不同于用第二检测器的连续检测。第二检测器在第二时间周期上工作，其给出了高的检测概率(未增加虚警的概率)，且由此通过第二检测器达到了关于消息存在或不存在的更好或更安全的决策。如果第二检测器指示消息存在，那么将收发机转换到接收模式以用于接收和解码消息。然而，如果第一检测器的指示是虚警，那么第二检测器将以更高的成功概率对其检测，且收发机将不会转换到接收模式。
同样，第一检测器可能不检测输入的消息，尽管在媒介上存在消息。这可特别是优选第一检测器以最小化虚警数量且只满足由可应用的协议或标准所强加的检测概率要求的情况。然后，第二检测器可仍检测输入的消息，因为其在较长的检测周期上操作，且第二检测器可转换到接收模式，尽管第一检测器不指示消息。
如果收发机根据第一检测器所给出的指示转换到接收模式，那么收发机将不能接收消息，因为这是虚警，且所述收发机将在实质上比第二时间周期长的时间周期内看不见其他输入的消息并将不能发送自己输出的消息。因此，增加了收发机设备的效率。
根据较佳实施例，如果所述第一检测器不指示消息开始，那么配置收发机设备来发送消息。
如果第一检测器不指示消息的存在，那么用于发送消息的媒介——空气(在无线通信情况下为电缆或光纤)是空闲的以用于收发机发送输出的消息。
收发机实际上是否发送消息也可依靠于许多其他参数，诸如消息是否可用于发送，收发机设备是否被允许发送，等等。
根据较佳实施例，第一检测器和第二检测器被配置来同时开始检测。因此，由第一检测器用来检测输入的消息的所有时间也由第二检测器使用，用于检验所述消息的存在。因此，第二时间周期包括第一时间周期加上额外时间，这意指以非常大的成功概率检测消息的开始或报头。
根据较佳实施例，第二检测周期短于从消息开始到成功地接收消息需要开始的消息接收时间的时间。
因此，如果第二检测器指示消息的存在，那么就允许收发机从检测模式转换到接收模式的时间。
根据较佳实施例，在满足最小检测要求的同时，最优化第一检测器以最小化错误消息开始指示的数量。
根据较佳实施例，在满足可接受的错误肯定指示比率的同时，最优化第二检测器以最大化消息开始的检测概率。
可个别地最优化这两个检测器以最优化检测的整个性能。
根据较佳实施例，收发机设备被配置来通过如空气(在无线通信情况下为电缆或光纤)的媒介来接收和发送消息，且使用具有时隙的协议来操作，这些时隙用于判定在许多不同收发机中允许哪一个发送消息。第一检测器和第二检测器被配置来在已定义的时隙的开始处开始检测输入的消息。第一检测器被配置来在第一CCA时间(空闲信道评估时间)之后指示所述媒介上存在或不存在消息，而第二检测器被配置来在第二CCA时间之后指示所述媒介上存在或不存在消息，其中第二CCA时间实质上比第一CCA时间长。
如果第一检测器指示媒介上不存在消息，那么将收发机配置来评估其是否被允许发送消息和由此是否在下一个时隙开始发送消息。如果没有收发机在发送任何消息，那么当前收发机具有发送任何输出的消息的机会。
如果第一检测器在第一CCA时间之后指示在媒介上存在消息，且同样第二检测器在第二CCA时间之后指示在所述媒介上存在消息，那么将收发机配置来接收和解码当前在媒介上发送的所述消息。由于第一检测器指示消息在媒介上存在，因而收发机使用第二检测器继续检测消息，以能够获得关于在媒介上是否实际存在消息或第一检测器是否给出虚警的更安全的评估。然后，第二检测器指示消息存在，且收发机转换到接收模式。
同样可能的是因短的检测时间而使第一检测器没有检测到存在于媒介上的消息，且最优化检测器以最小化虚警的数量。然后，第二检测器可仍检测消息，因为第二检测器因更长的检测时间周期和可能最优化为最大化检测概率而具有更高的检测消息的概率，以及将收发机转换到接收模式。
如果第一检测器在第一CCA时间之后指示在媒介上存在消息，而第二检测器在第二CCA时间之后指示在媒介上不存在消息，那么将收发机配置来在下一个可用时隙开始时开始检测存在或不存在消息。意即，如果第一检测器给出虚警，而第二检测器注意到，那么收发机将不会进入接收模式，但是将根据上文所描述的继续检测存在或不存在消息。
根据较佳实施例，收发机根据802.11标准和802.11g扩展标准在2.4GHz频带内操作。第一时间周期和第一CCA时间是在802.11a标准中所指定的CCA时间，即4μs，而第二时间周期和第二CCA时间是在802.11b标准中所指定的CCA时间，即15μs。
本发明另外特性及其优点将从下文本发明实施例的详细描述和图式中更明显。
将从下文所给出的本发明实施例和附图1至4的详细描述中更充分地理解本发明，只是示范性地给出了这些附图，因此不会限制本发明。
图1是根据本发明较佳实施例的收发机设备的示意图。
图2是根据本发明较佳实施例的收发机设备的示意图。
图3是根据本发明较佳实施例的三个收发机操作的示意性时间图。
图4展示了根据本发明较佳实施例的收发机操作的示意性流程图。
在下文描述中，为了解释和不限制的目的，陈述了诸如特定技术和应用的特定细节，以全面理解本发明。然而，所属领域的技术人员将明了，可以在其他脱离这些特定细节的实施例中实施本发明。在其他情况中，为了不使本发明的描述与不必要的细节混淆，省略了熟知方法和设备的详细描述，
现在将结合根据802.11标准的无线LAN(WLAN)的实施来描述本发明的较佳实施例。收发机意欲在以下环境中操作：其中根据802.11a需要在4μs时间内检测消息的开始以发送消息，但是其中在需要开始接收有效消息之前，存在实质上更长的时间，根据802.11b为15μs。此附加时间可用于增加消息实际是有效消息而不是虚警的概率。然而，对所属领域的技术人员清楚的是，也可在操作不同类型的标准或协议的有线网络或其他无线网络中采用本发明。
图1示意性地展示了根据本发明较佳实施例的收发机设备101。所述收发机被配置来在无线LAN(WLAN)环境中根据802.11标准操作。发送机电路102和接收机电路103连接到天线104，以用于分别接收和发送消息。空闲信道评估(CCA)电路105逻辑地连接到发送电路102，且巴克(barker)码认证(BCV)电路106逻辑地连接到接收机电路103，如下文将更详细地描述。CCA电路105和BCV电路106通过天线104和接收机电路103而用输入的消息馈送(未图示)。
图2示意性地展示了根据本发明另一较佳实施例的收发机设备201。对于结合图1所描述的实施例，发送机电路202和接收机电路203连接到天线204，以用于分别接收和发送消息。空闲信道评估(CCA)电路205逻辑地连接到发送电路202，且巴克码认证(BCV)电路206逻辑地连接到接收机电路203。电路207包括在CCA电路205与BCV电路206之间共享的公共功能性。电路207包括巴克相关器和共享存储器的实施。技术人员可认识到电路207也可包括可在CCA电路205与BCV电路206之间共享的其他功能。
现在将结合图3和4来描述收发机设备的操作。
图3示意性地展示了三个收发机操作的一部分上的时间图，每个收发机根据本发明较佳实施例来实施。应当清楚的是，图3中的图是未按比例的。时间从左向右移动，但是在图3中不同部分的大小与用于特定测量的实际时间之间没有关系。还应当清楚的是，图3可能不对应于实际情况，而仅仅用于说明目的。
在图3中，当我们开始观察时，接收机3——TR3正在发送，如可在图3中最左边看到。接收机2——TR2和接收机1——TR1分别有随机选择的2和1的补偿计数BOC。BOC指示在各自收发机可发送消息之前媒介在多少时隙必须是空闲的。在从TR3 301的发送末端，所有的收发机等待对于媒介空闲的规定的空闲时间——“帧间空间”或IFS。在IFS之后，第一时隙开始302。在第一时隙302期间，所有收发机执行CCA以检查媒介是否空闲。TR1具有1的BOC，且因此直接在第一时隙302之后，如果CCA指示媒介空闲，那么TR1被预定以开始发送消息。由于没有发送出现，因而CCA是肯定的，且TR1从接收模式转换成发送模式，以用于在下一个时隙303开始时发送消息。
TR2具有2的BOC，且因此在时隙302之末端时递减其BOC。由于BOC不是零，因而TR2在下一时隙303开始时继续进行CCA并检测TR1的发送。在TR2转换到接收模式之前，TR2根据本发明继续进行BCV。由于BCV指示消息存在，因而TR2在适当的时候304转换到接收模式以能够解码消息。在图3中指示了BCV在第一时隙302开始，但是其或者可在第二时隙303或在CCA指示发送开始的时隙开始。TR2由此接收消息。当TR1完成发送，新的IFS周期开始305，且此后新的时隙306开始。所有收发机执行新的CCA，其指示媒介是空闲的。TR2递减其BOC且准备在下一时隙307开始时发送。
图4示意性地展示了根据本发明的收发机设备实施例操作的流程图。在IFS 401之后，CCA/BCV开始402，意即，并列地执行CCA和BCV两者。时隙根据802.11g中任选是9μs，且CCA是4μs，剩下5μs用于转换到在下一时隙开始时用于发送消息的发送模式。进行检查403以查看CCA结果是否指示媒介是不是空闲的。如果媒介是空闲的，那么进行检查404以查看补偿计数器是否是零。如果BOC不是零，那么其在步骤405被递减且执行返回到CCA 402。如果BOC是零，那么收发机就转换到发送模式406，且如果消息发送是适当的，那么使用OFDM或巴克码消息，在下一时隙的开始发送消息。
如果媒介不是空闲的，那么在步骤407继续BCV。常规的802.11b接收机要求信号在15μs内被检测(CCA)。因此，清楚的是，可构建可成功地接收具有在发送中出现15μs检测的802.11b发送的802.11b接收机，且因此巴克码认证可持续15μs以给出比在4μs上执行的CCA相当更可靠的消息是有效的指示。进行检查408以查看BCV是否指示消息是有效的，且如果指示消息是有效的，那么收发机转换到接收模式409。如果检查408指示消息不是有效的，那么执行就返回到检测IFS。
图4的流程图展示了CCA过程成功地检测发送开始的典型情况。在CCA过程未能检测发送开始的情况下，并假定BOC是非零的或发送不是预定的，巴克码认证将以高概率指示有效消息和触发接收。
显而易见地，可以复数个方式来改变本发明。这样的改变不认为是脱离了本发明的范围。对所属领域的技术人员显而易见的所有这样的修改将包含在附加权利要求的范围内。