CN1853391B - 用于正交频分复用***的调制方案等 - Google Patents

用于正交频分复用***的调制方案等 Download PDF

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Abstract

简言之，根据本发明的一个实施例，比特和功率加载可以用于基于信道状态信息选择调制速率和子载波功率调节。由此，可以对于给定的信噪比利用更高的数据速率，同时保持恒定比特差错率。

Description

用于正交频分复用***的调制方案等
技术背景
在典型的正交频分复用(OFDM)***中，可以利用不同的调制方案来基于给定信道中经历的信噪比提供不同的编码速率。然而，大多数此类***对于给定的信噪比变化利用粗略的吞吐量增量，通常为6dB的增量。期望在不高于较小的信噪比变化下提供稍精细的吞吐量增量，而无需***中的附加冗余，由此对于给定的信噪比可以利用更高的调制速率，同时对于每个OFDM符号的更多子载波保持固定比特差错率。
附图说明
被认为是本发明的主题在本说明书的总结部分具体指出，并明确要求权利。然而，最好在结合附图阅读时参考下面的详细说明来理解本发明的组织和操作方法及其目的、特征和优点，图中：
图1是根据本发明一个实施例的无线局域网***的框图；
图2是根据本发明一个实施例的正交频分复用收发器的框图；
图3是根据本发明一个实施例的编码器调制器的框图；以及
图4是根据本发明实施例的多速率格码调制编码器的框图。
图5是根据本发明一个实施例的收发器的吞吐量对信噪比的图。
将认识到，为简单清楚地进行说明，附图中所示的组件并不一定是按比例绘制的。例如，为清楚起见，一些组件的尺寸相对于另一些组件来放大。再者，在视为适当的情况下，引用号在多个附图中重复使用，以指示对应的或相似的组件。
具体实施方式
在下面的详细说明中，对许多特定细节进行阐述以透彻理解本发明。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些特定细节的情况下实践本发明。在另一些情况中，未详细说明熟知的方法、过程、组件和/或电路，以不致使本发明难懂。
接下来的详细说明的一些部分是基于计算机存储器内数据比特或二进制数字信号上的操作的算法和符号表示来提出的。这些算法说明和表示可以是被数据处理技术领域中的技术人员用于将他们的工作内容传达给本技术领域的其他技术人员的技术。
这里以及通常情况下将算法视为一系列自相容的达到期望结果的动作或操作。它们包括对物理量的物理处理。通常情况下，虽然并非必需的，但是这些量采取可被存储、传递、组合、比较以及以其它方式处理的电信号或磁信号的形式。主要因为常用的原因，已经证明，有时将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、项、数字等是方便的。然而，应该理解，所有这些和其它相似的术语应与适当的物理量相关联，且仅作为应用于这些量的方便标号。
除非特别另行声明，如从下文论述中显而易见的，认识到在利用诸如处理、计算、运算、确定等的术语的说明书论述中，指计算机、计算平台、或计算***、或类似的电子计算设备将计算***的寄存器或存储器内表示为诸如电子的物理量的数据处理或转换成计算***的存储器、寄存器或其他此类信息存储器、传输或显示设备内相似地表示为物理量的其他数据的动作或进程。
本发明的实施例可以包括用于执行本文的操作的装置。该装置可以是专门为所需要的用途而构造的，或它可以包括由通用计算设备本身中存储的程序选择性地激活或重新配置的通用计算设备。这种程序可以存储在存储介质上，诸如但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦写和可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器、磁或光卡或适合存储电子指令且可以耦合到计算设备的***总线的任何其他类型的介质。
本文提出的进程和显示并不固有地涉及任何具体计算设备或其他装置。各种通用***可以配合根据本文学说的程序来使用，或可以证明构造更专用的装置来执行所需要的方法是方便的。通过下面的说明将了解多种多样的这些***的期望结构。此外，本发明的实施例并非参考任何具体的编程语言来描述。将认识到可以使用多种多样的编程语言来实施如本文所述的本发明学说。
在下面的说明和权利要求中，可以使用术语耦合和连接及其派生词。在具体的实施例中，连接可以用于指示两个或更多组件彼此直接物理或电接触。耦合可以意指两个或更多组件直接或电接触。然而，耦合还可以意指两个或更多组件可以彼此不直接接触，但是仍可以彼此协作或交互。
应该理解可以在多种不同应用中使用本发明的实施例。虽然本发明不限于此，本文公开的电路可以在诸如无线电***的发射器和接收器中的许多装置中使用。视为包括在本发明范围内的无线电***举例来说包括，包括无线网络接口设备和网络接口卡(NIC)的无线局域网(WLAN)设备和无线广域网(WWAN)设备、基站、接入点(AP)、网关、桥接器、集线器、蜂窝无线电电话通信***、卫星通信***、双向无线电通信***、单向传呼机、双向传呼机、个人通信***(PCS)、个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)等，但是本发明的范围并不局限于此。
视为在本发明范围内的无线通信***的类型包括但不限于，无线局域网(WLAN)、无线广域网(WWAN)、码分多址(CDMA)蜂窝无线电电话通信***、全球移动通信(GSM)蜂窝无线电电话***、北美数字蜂窝(NADC)蜂窝无线电电话***、时分多址(TDMA)***、扩充的TDMA(E-TDMA)蜂窝无线电电话***、诸如宽带CDMA(WCDMA)、CDMA-2000等的第三代(3G)***，但是本发明的范围并不局限于此。
现在参考图1，将论述根据本发明一个实施例的无线局域网通信***。在图1所示的WLAN通信***100中，移动单元110可以包括耦合到天线118和处理器114以提供基带和介质访问控制(MAC)处理功能的无线收发器112。一个实施例中的处理器114可以包括单个处理器，或可以包括基带处理器和应用处理器，但是本发明的范围并不局限于此。处理器114可以耦合到可以包括诸如DRAM的易失存储器、诸如闪速存储器的非易失存储器、或可以包括诸如硬盘驱动器的其他类型的存储设备的存储器116，但是本发明的范围并不局限于此。存储器116的一些部分或全部可以包括在与处理器114相同的集成电路上，或存储器116的一些部分或全部可以布置在处理器114的集成电路外部的集成电路或是其他介质上，例如硬盘驱动器，但是本发明的范围并不局限于此。
移动单元110可以经无线通信链路132与接入点122通信，其中接入点122可以包括至少一个天线120。在另一个实施例中，接入点122和任选还有移动单元110可以包括例如两个或更多天线，以提供空分多址(SDMA)***或多输入多输出(MIMO)***，但是本发明的范围并不局限于此。接入点122可以与网络130耦合，以使移动单元110可以通过经无线通信链路132与接入点122通信来与网络130通信，包括与网络130耦合的设备。网络130可以包括诸如电话网或因特网的公用网络，或网络130可以包括诸如企业内部网的专用网络，或公用网络和专用网络的组合，但是本发明的范围并不局限于此。移动单元110与接入点122之间的通信可以经无线局域网(WLAN)来实施，例如遵守诸如IEEE802.11a、IEEE802.11b、HiperLAN-II等的电子电气工程师协会(IEEE)标准的网络，但是本发明的范围并不局限于此。在另一个实施例中，移动单元110与接入点122之间的通信可以至少部分经遵守3GPP标准的蜂窝通信网络来实施，但是本发明的范围并不局限于此。
现在参考图2，根据本发明一个实施例的用于正交频分复用***的收发器。图2的收发器200可以对应于例如图1的移动单元116的收发器112或接入点122的收发器124，但是本发明的范围并不局限于此。图2所示的收发器200可以包括发射器电路210和接收器电路228。此外，收发器200可以包括比特和功率加载电路244。如图2所示，将二进制数据212提供到格码调制(TCM)编码器214，它可以将输出提供到串并行转换器216。串并行转换器216的并行数据输出可以通过加权块218，然后通过快速傅立叶逆变换(IFFT)块220传递。然后可以将IFFT块220的输出通过并串行转换器块222传递，其中可以根据正交频分***将循环前缀附加到该数据，但是本发明的范围并不局限于此。发射器210可以输出要传送到远程设备的OFDM数据224。
接收器228可以从远程设备接收OFDM数据226，可以经串并行转换器块230将该OFDM数据226从串行信号转换成并行信号，其中可以从接收到的OFDM数据226中移除循环前缀。然后可以将来自串并行转换器块230的并行数据通过快速傅立叶变换(FFT)块232传递，其输出可然后通过均衡器和加权块234传递。可以通过并串行转换块236将均衡器和加权块234的输出传递，从而可以将数据提供到格码调制(TCM)解码器238。由TCM解码器238提供的解码的输出是所需要的二进制数据240，但是本发明的范围并不局限于此。
根据本发明的一个实施例，比特和功率加载块244可以基于接收的提供到比特和功率加载块244的输入的信道状态信息(CSI)242实施比特和功率加载算法(BPLA)。在本发明的一个实施例中，可以由收发器200从远程设备或远程用户获得信道状态信息(CSI)。远程用户可以通过处理收发器210在先前分组传输期间传送的训练符号来计算信道状态信息。在本发明的一个具体实施例中，信道状态信息可以由频域中的信道传递函数估计或时域中的信道响应函数估计构成。在本发明的另一个实施例中，远程用户可以使用比特和功率加载块自行处理信道函数估计，并且可以然后将功率分配和调制类型指令作为现成的信道状态信息传送回原发射设备。至少部分基于获得的CSI(信道状态信息)242，比特和功率加载块244可以确定应该关闭哪些子载波，如果有的话，并可以计算活动子载波的功率值和速率或信号星座。比特和功率加载块244可以通过将功率分配信息246和248提供到均衡器和加权块234和加权块218以及通过将调制类型信息250和252提供到TCM解码器238和TCM编码器214，以将上述信息提供到发射器210和接收器228，但是本发明的范围并不局限于此。
在本发明的一个实施例中，可以在发射器端提供信道状态信息242。一个实施例中的发射器端可以被称为向远程设备传送数据的第一设备，其中该远程设备可以将一些信道状态信息242传送回第一设备，但是本发明的范围并不局限于此。例如，接入点122可以向移动单元110传送可以包含训练符号的信号，然后移动单元可以将信道状态信息242传送回接入点122，以使接入点122的收发器124可以根据本发明来利用信道状态信息242，但是本发明的范围并不局限于此。在这种情况中，接入点122可以被视为发射器端，而移动单元110可以被视为接收器端，但是本发明的范围并不局限于此。响应信道状态信息242，发射器210可以关闭一个或更多坏子载波，其中可以将坏子载波定义为具有较低增益的OFDM信号的子载波，然后可以将其余活动的或打开的子载波划分成一个或更多固定的子集。在子集中，可以对子集载波指定与TCM编码器214和TCM解码器238上调制和编码组合相同的速率，然后经加权块218和均衡器和加权块234重新调节(rescale)子集载波以经比特和功率加载块244提供加权的子载波功率。在本发明的一个实施例中，重新调节子载波功率可以由比特和功率加载块244来执行，以便在例如移动单元110的接收器端上对子载波子集中的子载波保持固定的比特差错率(BER)。在具体实施例中，结合格码调制方案以提供固定比特差错率的比特和功率加载方案对于加性高斯白噪声(AWGN)信道可以是优化的，由此可以缓解具有不同频率选择性衰落的信道的影响，但是本发明的范围并不局限于此。
现在参考图3，将论述根据本发明的格码调制编码器的框图。基于从图2所示的比特和功率加载块244获得的信息，TCM编码器214可以随后从二进制数据212提取用于映射每个活动子载波的需要数量的比特，然后将二进制数据212的比特块分区成编码的比特314和未编码的比特316。可以通过卷积编码器312传递编码的比特314，而可以利用未编码的比特316确定由卷积编码器输出选择的子集内相应的活动子载波的信号星座点。如图3所示，信号映射块310可以至少部分基于卷积编码器312的输出选择星座子集，并至少部分基于未编码的比特316选择信号星座点，但是本发明的范围并不局限于此。
现在参考图4，将论述根据本发明一个实施例的格码调制编码器的框图，还示出卷积编码器和信号映射块的细节。如图4所示，一个实施例中的卷积编码器312可以包括比特时间延迟410和可以接收编码的比特314的组合器412的组合。在本发明的一个具体实施例中，TCM编码器214可以是64态TCM编码器，设计为对于16-QAM、32-QAM、64-QAM和128-QAM的正交调幅(QAM)的加性高斯白噪声(AWGN)信道是优化的。信号映射块310可以从可用的调制类型中选择一种。
在如图2所示的接收器块228上，TCM解码器238可以找到所允许的在欧几里德距离上最接近接收到的信号序列的信号点序列。在本发明一个实施例中，可以使用维特比算法来按如下步骤确定最接近的信号序列。在每个格形分支上，接收器228可以将接收到的信号与每个允许用于该分支的信号比较。可以将最接近的信号点保存在存储器中，直到确定最终子集为止。然后可以对该分支标以与这两个信号点之间的欧几里德距离成比例的度量。然后可以将维特比算法应用于确定格形中的最大似然路径，以确定子集序列。在确定子集序列之后，可以找到并转换适当的延迟子集元素即存储的最接近的信号点，以输出二进制数据240，但是本发明的范围并不局限于此。
现在参考图5，将论述根据本发明一个实施例的收发器的吞吐量对信噪比的图。根据本发明的一个实施例，垂直轴上示出以每秒兆比特为单位的正交频分复用的吞吐量，以及水平轴上示出以分贝(dB)为单位的信噪比。在510示出使用其中利用格码调制及比特和功率加载的收发器200的OFDM的吞吐量，与在512示出的如IEEE802.11a标准中所用的标准卷积编码(码率R＝3/4)进行比较。在本发明一个实施例中，两种编码方案都可以利用相同的比特和功率加载算法，但是本发明的范围并不局限于此。如图5所示，根据本发明，在收发器200利用具有比特和功率加载的格码调制的情况下，在SNR为13dB或更高处，可以提供性能增益，当使用16-QAM作为格码调制的极小阶调制时，对于小于10dB的SNR，性能损失小或无损，但是本发明的范围并不局限于此。
虽然对本发明进行了一定程度上的详细说明，但是应该认识到本领域技术人员在不背离本发明精神和范围的前提下可以更改本发明的要素。相信通过前面的说明将理解本发明的正交频分复用***的调制方案等及其随之而来的许多优点，以及显然的是，在不背离本发明范围和精神或不牺牲所有其实质性优点的前提下，可以在本发明构成部分的形式、构造和布置上进行各种更改，本文前述的形式仅是本发明的解释性实施例并且还没有提供对本发明的实质性更改。权利要求旨在涵盖和包括这种更改。

Claims (6)

1.一种在正交频分复用OFDM***中调制无线信号的方法，所述方法包括：
接收包括频域中的信道传递函数估计的通信信道的信道状态信息，其中所述信道传递函数估计已经从通过处理从发射器传送的训练符号来计算所述信道状态信息的远程设备获得；
基于所述信道状态信息关闭信号的具有较低增益的一个或多个子载波，然后将其余活动的或打开的子载波划分成一个或多个固定的子集；
对子集载波指定与编码器和解码器上调制和编码组合相同的速率，其中所述调制是格码调制；
基于所述信道状态信息重新调节所述信号的子集载波功率以便对所述信号的子集中的子载波保持固定的比特差错率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述通信信道的每个子载波的信噪比大于预定值时选择子载波的调制，以及当所述通信信道的每个子载波的信噪比小于预定值时选择另一调制。
3.一种在正交频分复用OFDM***中调制无线信号的装置，所述装置包括：
用于接收包括频域中的信道传递函数估计的通信信道的信道状态信息的部件，其中所述信道传递函数估计已经从通过处理从发射器传送的训练符号来计算所述信道状态信息的远程设备获得；
用于基于所述信道状态信息关闭信号的具有较低增益的一个或多个子载波，然后将其余活动的或打开的子载波划分成一个或多个固定的子集的部件；
用于对子集载波指定与编码器和解码器上调制和编码组合相同的速率的部件，其中所述调制是格码调制；
用于基于所述信道状态信息重新调节所述信号的子集载波功率以便对所述信号的子集中的子载波保持固定的比特差错率的部件。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，当所述通信信道的每个子载波的信噪比大于预定值时选择子载波的调制，以及当所述通信信道的每个子载波的信噪比小于预定值时选择另一调制。
5.一种在正交频分复用OFDM***中调制无线信号的装置，所述装置包括：
格码调制编码器，用于基于包括频域中的信道传递函数估计的通信信道的信道状态信息以调制速率调制信号，其中所述信道传递函数估计已经从通过处理从发射器传送的训练符号来计算所述信道状态信息的远程设备获得；以及
加权块，用于基于所述信道状态信息重新调节所述信号的子载波功率，
其中所述加权块基于所述信道状态信息关闭信号的具有较低增益的一个或多个子载波，然后将其余活动的或打开的子载波划分成一个或多个固定的子集，并且对子集载波指定与格码调制编码器上调制和编码组合相同的速率，
其中所述加权块基于所述信道状态信息重新调节所述信号的子集载波功率以便对所述信号的子集中的子载波保持固定的比特差错率。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述格码调制编码器在所述通信信道的每个子载波的信噪比大于预定值时选择对子载波的调制，以及在所述通信信道的每个子载波的信噪比小于预定值时选择另一调制。
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