其他規格說明 - IEEE 802.11n 基頻接收機設計與實現

2.3.1 主要架構介紹

有關 TGn Sync 的主要實體層的規格如下所示。

Feature Mandatory Optional

Number of Spatial Streams 1 and 2 3 and 4

Number of Transmit Antennas 2 Greater than 2

Channelization bandwidth 20MHz 40MHz

Number of Occupied Subcarriers 56 in 20MHz 114 in 40MHz

Number of Data Subcarriers 52 108

Number of Pilot Subcarriers 4 6

Modulation Order BPSK, QPSK, 16-QAM,

64-QAM 256-QAM

Code Rate 1/2, 2/3, 3/4, 5/6

Guard Interval 800ns 400ns

Convolutional Coding R=1/2, K=7, (g1=1338, g2=1718)

表格 2-2 PHY Feature Set

由表格 2-2 可以看出，與之前 802.11a 不同的地方，在於除了天線數的增加外，頻寬由 20MHz 到 40MHz，調變等級由原本最高 64QAM 到 256QAM，Code

Rate 也從 3/4 升高到 5/6，同時守護頻帶(Guard Interval)也選擇性的由 800ns 降至 400ns，所有的改變都為了提高無線網路的資料吞吐量。

圖 2-5 MIMO datapath

圖 2-5 是 MIMO OFDM 傳送端的資料流程，先由上端 MPDU(Mac Protocol Data Unit)的資料經過編碼器(FEC encoder)，這個編碼器為編碼速率 1/2 的迴旋碼 (convolutional code，圖 2-6)。

圖 2-6 convolutional encoder (k = 7)

接著，為了避免迴旋碼容易產生一連串錯誤的情形(burst errors)，我們需要做資料交錯器(Data interleaving)。這裡的資料交錯器又分為空間與頻率上的交錯 (space-frequency interleaving)，即空間分配(Spatial Parsing)與頻率交錯器

(Frequency Interleaver)。空間分配器的公式如( 2-1)

max{

_BPSC

/ 2,1}

s = N

( 2-1) 其中

N

_BPSC代表 Bits per subcarrier，例如 64QAM 時，BPSC=6，此時 s=3，

假如這時的傳送資料流為 2(

N

_ss = )，表示分 3 個位元給第一個資料流，接下來2 3 個位元給第二個，再三個位元給第一個…以此類推。

而在頻率交錯器方面，包含三種交錯方式(圖 2-8)，也就是分成三個步驟 (three-step permutation)。第一個步驟是將相臨的編碼位元(coded bits)分散到不相臨的載波之上，此舉是避免當某一個載波受到不好通道影響時，確保不會有連續的錯誤發生。第二個步驟則是將編碼位元輪流出現在最高位元(MSB)或最低位元 (LSB)，避免最高位元一錯，就造成星狀圖的位置差距很大。第三個步驟為頻率旋轉(Frequency rotation)，就是在不同的空間流(spatial streams)上，做不同大小的載波旋轉，這可以避免在某個很差的頻率上，每個空間流都很差的機會。詳細交錯器的介紹，請參考[2]。

圖 2-8 兩根天線下，11n 交錯器形式

2.3.2 空間資料流對應天線轉換 (Antenna Map Transformation) 在 MIMO 當中，空間流的個數(

N )不見得要與傳送天湶的個數(

_SS

N )一

_Tx 樣，而是遵遁著

N

_SS ≤min{

N

_Tx,

N

_Rx}(其中

N 為接收天線的個數)。這個目的是為

_Rx

了增加整個系統的彈性，例如當

N

_SS = 時，如果硬體設備有 3 根傳送天線的話，2 可以多利用一根天線來增加 transmit diversity，或是用更多的接收天線來做 receive diversity，這種技術就叫做 Spatial Spreading，如圖 2-9 所示。

圖 2-9 Time domain implementation of spatial spreading cyclic delay

圖 2-9 中的 w 是從正交矩陣(unitary matrix)W(大小為

N

_Tx×

N

_Tx)取出

N 行出來，

_SS 不同的 spatial streams 之間的相關性太高的話，容易形成一個有方向性的 beam，

而使得別的方向的接收機無法接收到訊號。所以我們可以在時域上天線與天線之間，做循環延遲(Cyclic Delay Diversity，CDD)，便可以解決這個問題(圖 2-9)。

我們也可以把 CDD 放到頻域上來做並與 w 做結合為 Q，如( 2-4)。

另外有時 Q 也會拿來做 Transmit Beamforming, 即讓 Q 等於估測到的通道(H)做 SVD(singular value decomposition)後的 V 矩陣如下。

H U D V Q V 不同的傳輸速率，例如在[2]中的 Extended MCS 裡，就會在不同的空間流(spatial stream)上，給予不同大小的 QAM 調變。我們將傳送訊號 x 乘上 V 矩陣之後，在 spatial spreading，如圖 2-10。

圖 2-10 Spatial Spreading via Q

第3章系統同步與檢測演算法

正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術解決了在多重路徑通道(Multipath Channel)中，因通道產生的延遲所造成的困擾，但在系統同步方面，卻衍生出一些新的問題。除了封包偵測之外，免除內部符元干擾 (ISI-free)的偵測，可以確保我們將正確而不受其他符元干擾的取樣值做快速傅利葉轉換(FFT)。而為了保持載波之間的正交性，達到無載波干擾(ICI-free)，傳送與接收機之間的頻率不匹配，須得設法估計與補償。

MIMO(Multi-Input，Multi-Output)系統讓充分地利用空間上的特性,以提高傳輸速度與頻譜使用率。不可避免的，在接收端的天線上，會有著不同傳送天線間的互相干擾，如何將這些干擾分離開來，是檢測演算法中的一個重要課題。本章主要是介紹一些常用的演算法，來解決同步與檢測的問題。

3.1 的封包偵測與 3.2 的頻率偏移估計在最後都會針對這兩個主題做簡單的模擬說明，而 3.3 的通道估計與 3.4 的最小均方誤差檢測則與整個系統效能有顯著的影響，我們將在 3.5 針對 3.3 與 3.4 做整體的模擬與說明。

在文檔中 IEEE 802.11n 基頻接收機設計與實現 (頁 19-24)