專利名稱：多載波發(fā)射分集系統(tǒng)中的復用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射天線分集領(lǐng)域，具體講，涉及多載波發(fā)射分集系統(tǒng)中復用數(shù)據(jù)字的方法。本發(fā)明還涉及用于復用數(shù)據(jù)符號序列的復用器和用于對復用的數(shù)據(jù)符號序列去復用的去復用器。
背景技術(shù)：
無線通信系統(tǒng)中的峰值傳輸率近年來一直在穩(wěn)步增長。然而，由于路徑損耗、有限的頻譜可利用率和衰落等原因，峰值傳輸率仍舊受限制。
發(fā)射分集是抗無線通信系統(tǒng)中衰落的非常有效的技術(shù)。已經(jīng)提出了若干不同的發(fā)射分集方案。在Li，Y；Chuang，J.C.；Sollenberger，N.R.的“用于OFDM系統(tǒng)的發(fā)射分集及其對高速率數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)的影響”(IEEE Journal on Selec.Areas，Vol.17，No.7，July 1999)文章中，示范性地描述了帶延遲的發(fā)射分集方案、置換和空間-時間編碼。根據(jù)這種延遲方法，信號從第一發(fā)射天線發(fā)送，而其它發(fā)射天線發(fā)射的信號則是從第一發(fā)射天線發(fā)送的信號的延遲版本。在置換方案中，調(diào)制信號從第一發(fā)射天線發(fā)送，而調(diào)制信號的置換從其它發(fā)射天線發(fā)送。通過空間-時間編碼將信號編碼成若干數(shù)據(jù)字，且每個數(shù)據(jù)字從不同的發(fā)射天線發(fā)送。在發(fā)送過程中，通過單一載波頻率連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)字的數(shù)據(jù)符號，從而在時域中擴展(或復用)各數(shù)據(jù)字。
用于多載波系統(tǒng)的另一種發(fā)射分集方案是空間-頻率編碼。借助于空間-頻率編碼，將信號編碼成若干數(shù)據(jù)字，且通過在正交頻率、即正交副載波上發(fā)送每個數(shù)據(jù)字的數(shù)據(jù)符號，從而在頻域中擴展(或復用)各數(shù)據(jù)字。Mudulodu，S.；Paulraj，A的“用于頻率選擇性衰落信道的發(fā)射分集方案”(Proc.Globecom，San Francisco，pp.1089-1093，Nov.2000)論文中描述了一種示范性的空間-頻率編碼方案。根據(jù)該論文所描述的多載波系統(tǒng)，最好在時域中復用與編碼信號有關(guān)的數(shù)據(jù)字，雖然正交頻率是可用的，并因此還可以在頻域中復用數(shù)據(jù)字。這是因為如果利用頻域中的復用，則所用的頻率、即副載波必須看見同一信道，但這在頻率選擇性衰落信道中并不總是可能的。然而，如果副載波遇到同一信道，則據(jù)說無論在時域中復用還是在頻域中復用，或者是二者組合，都可采用。通過結(jié)合時域復用與頻域復用，同時在時域和頻域中復用數(shù)據(jù)字的數(shù)據(jù)符號。這意味著在時間上和頻率上擴展數(shù)據(jù)字。
脫離迄今已知的各種發(fā)射分集方案，需要一種在多載波發(fā)射分集系統(tǒng)中復用數(shù)據(jù)字的方法，該方法可以容易地適合于不同無線通信系統(tǒng)的規(guī)范。亦存在對相應復用器和去復用器的需要。
發(fā)明簡述通過在多載波發(fā)射分集系統(tǒng)中復用數(shù)據(jù)字的方法來滿足存在的需要，該方法包括如下步驟生成多個數(shù)據(jù)塊，每個數(shù)據(jù)塊包括數(shù)據(jù)字，每個數(shù)據(jù)字包含從數(shù)據(jù)信號導出的數(shù)據(jù)符號；針對一個或多個數(shù)據(jù)塊，依據(jù)至少一種傳輸約束，判定在時域中還是在頻域中復用所述一個或多個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字；以及根據(jù)所述判定結(jié)果復用所述數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字。
本發(fā)明的復用方法不限于特定的發(fā)射分集方案，只要所利用的發(fā)射分集方案允許從數(shù)據(jù)信號生成多個具有上述結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)塊。例如，分組編碼和置換的發(fā)射分集方案允許生成這樣的數(shù)據(jù)塊。最好是，所生成的數(shù)據(jù)塊具有類似于空間-時間分組碼(STBC)矩陣的矩陣結(jié)構(gòu)。而且，不要求發(fā)射分集方案確保完全的發(fā)射分集。換言之，本發(fā)明不要求數(shù)據(jù)信號中包括的每個信息符號一定要從各發(fā)射天線發(fā)送。不過，本發(fā)明的最佳實施例包括完全發(fā)射分集的特征。
而且，本發(fā)明不限于發(fā)送和接收天線的任何數(shù)量。最好是，每個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字的數(shù)量等于發(fā)射天線的數(shù)量，以便數(shù)據(jù)塊的每個數(shù)據(jù)字可以從獨立的發(fā)射天線發(fā)送。如果提供不止一個接收天線，則可以應用最大比合并的接收分集方案。不過，也可以采用其它接收分集方案。
根據(jù)本發(fā)明，如何復用數(shù)據(jù)字的判定在數(shù)據(jù)塊級進行。如果必須滿足特定的預定義或變化的各種傳輸約束，在數(shù)據(jù)塊級的判決允許從一個數(shù)據(jù)塊到后續(xù)數(shù)據(jù)塊改換復用域，這是有利的。而且，根據(jù)本發(fā)明的復用方法可以應用于各種無線通信系統(tǒng)而無需進行大的更改，因為在數(shù)據(jù)塊級選取復用域得到特定復用靈活性?？梢詾槊總€數(shù)據(jù)塊單獨或為多個數(shù)據(jù)塊同時確定復用域。例如，可以為一個數(shù)據(jù)塊序列判定，在時域或頻域中復用該數(shù)據(jù)塊序列中所包括的所有數(shù)據(jù)字。
復用域通過將一種或多種傳輸約束納入考慮而加以確定。例如，傳輸約束可包括一個或多個物理傳輸約束或一個或多個數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束。它也可同時包括一個或多個物理傳輸約束以及一個或多個數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束。物理傳輸約束涉及物理傳輸條件并且可從諸如信道相干帶寬或相干時間的物理傳輸參數(shù)中導出。數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束涉及系統(tǒng)特定的約束，例如關(guān)于數(shù)據(jù)字所用的復用方案、數(shù)據(jù)信號的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)塊的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)字的結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)符號的結(jié)構(gòu)。
數(shù)據(jù)符號可以依據(jù)所用的發(fā)射分集方案以各種方式從數(shù)據(jù)信號中導出。例如，如果采用置換的發(fā)射分集方案，數(shù)據(jù)字中包含的數(shù)據(jù)符號是數(shù)據(jù)信號中所包含的信息符號的置換。作為另一示例，如果采用分組編碼的發(fā)射分集方案，則通過置換和基本的算術(shù)運算(例如取反和復共軛)從包含于數(shù)據(jù)信號中的信息符號獲得數(shù)據(jù)字中所包含的數(shù)據(jù)符號。
從中生成一個或多個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)信號可以具有任何格式。根據(jù)最佳實施例，數(shù)據(jù)信號具有離散信息符號序列的格式。例如，數(shù)據(jù)信號可以具有向量結(jié)構(gòu)，每個向量包括預定義數(shù)量的信息符號。信息符號的性質(zhì)可隨采用根據(jù)本發(fā)明的復用方法的特定無線通信系統(tǒng)而定。很多無線通信系統(tǒng)采用不同類型的信息符號用于不同的目的。例如，一些無線通信系統(tǒng)使用包括前置碼、一個或多個用戶數(shù)據(jù)部分、或者同時包括前置碼和一個或多個用戶數(shù)據(jù)部分的數(shù)據(jù)信號。通常，前置碼具有預定義的結(jié)構(gòu)，用于諸如信道估計、頻率同步和定時同步的目的。
下文中更詳細地描述幾個示范性的數(shù)據(jù)相關(guān)傳輸約束。根據(jù)第一實施例，數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束是將要包括在每個將在時域中復用的數(shù)據(jù)字中的預定義的N個數(shù)據(jù)符號。通常，將要包括在每個數(shù)據(jù)字中的N個數(shù)據(jù)符號不能隨意選擇，因為這可能取決于例如碼率、數(shù)據(jù)塊必須是正交矩陣的條件或多載波發(fā)射分集系統(tǒng)內(nèi)存儲器資源的可用性。
當要在時域中復用特定數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字時，將包括在每個數(shù)據(jù)字內(nèi)的N個數(shù)據(jù)符號可代表在單一副載波上發(fā)送單個數(shù)據(jù)字所需的時隙數(shù)。另一方面，當要在頻域中復用特定數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字時，每個數(shù)據(jù)字中要包括的N個數(shù)據(jù)符號代表在單個時隙中傳輸單個數(shù)據(jù)字所需的副載波數(shù)。
各個數(shù)據(jù)塊的所有數(shù)據(jù)字最好包括相同數(shù)量的數(shù)據(jù)符號。如果數(shù)據(jù)信號具有這樣的結(jié)構(gòu)，使得特定數(shù)據(jù)塊的每個數(shù)據(jù)字中所包括的數(shù)據(jù)符號數(shù)量等于預定義的數(shù)據(jù)符號數(shù)量N，則這種數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字可以在時域中復用。否則，即，如果數(shù)據(jù)信號具有這樣的結(jié)構(gòu)，使得特定數(shù)據(jù)塊的每個數(shù)據(jù)字中所包括的數(shù)據(jù)符號數(shù)量不等于預定義的數(shù)據(jù)符號數(shù)量N，則這種數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字可以在頻域中復用。如果數(shù)據(jù)信號或其一部分具有預定義的長度，則這種區(qū)分將是必要的，因為預定義的長度可能意味著與數(shù)據(jù)信號或其一部分的預定義長度對應的數(shù)據(jù)符號總數(shù)ND不是應包括在將在時域中復用的數(shù)據(jù)字內(nèi)的預定義數(shù)據(jù)符號數(shù)量N的整數(shù)倍。在這種情況下，將預定義數(shù)量N的整數(shù)倍的數(shù)據(jù)符號安排在時域中復用的數(shù)據(jù)字的數(shù)據(jù)塊中，而將其余NR＝mod(ND/N)個數(shù)據(jù)符號安排在頻域中復用的數(shù)據(jù)字的數(shù)據(jù)塊中。
這樣，時域中復用與頻域中復用相結(jié)合，就可以解決數(shù)據(jù)符號適配問題，這個問題是因每個將在時域中復用的數(shù)據(jù)字內(nèi)要包括預定義的N個數(shù)據(jù)符號。這種數(shù)據(jù)符號適配問題可能在數(shù)據(jù)信號或數(shù)據(jù)信號的一部分具有預定義長度時變得相關(guān)，因為無線傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)信號的前置碼部分或用戶數(shù)據(jù)部分一定要包括一定數(shù)量的信息符號。因此，在時域中復用除最后的數(shù)據(jù)塊以外的所有數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字，并且根據(jù)最后數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字是否包含與預定義的數(shù)據(jù)符號數(shù)量N相等的數(shù)據(jù)符號數(shù)而定，在時域或頻域中復用最后數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字。
至此已經(jīng)說明各數(shù)據(jù)字內(nèi)要包括預定義的N個數(shù)據(jù)符號的數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束。根據(jù)第二實施例，數(shù)據(jù)信號可能包括一個或多個周期性結(jié)構(gòu)，以及數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束可以是保持周期性結(jié)構(gòu)，使得周期性結(jié)構(gòu)在接收機側(cè)仍舊是周期性的。一個或多個周期性結(jié)構(gòu)可以包括在數(shù)據(jù)信號的前置碼中，例如，采取兩個或兩個以上相同前置碼信息符號的形式。周期性結(jié)構(gòu)是有利的，因為它們允許使用復雜性相對較低的同步算法。
如果在時域中復用與周期性結(jié)構(gòu)有關(guān)的數(shù)據(jù)符號，則周期性結(jié)構(gòu)的周期性可能喪失。因此，至少在頻域中復用與周期性結(jié)構(gòu)或部分周期性結(jié)構(gòu)相關(guān)的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字。通過在頻域中復用這些數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字，可以確保維持周期性結(jié)構(gòu)的周期性。
當在頻域中復用從周期性結(jié)構(gòu)或其部分生成的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字時，從其余數(shù)據(jù)信號生成的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字最好在時域中復用。例如，如果在頻域中復用從包括周期性結(jié)構(gòu)的前置碼生成的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字，則從相應用戶數(shù)據(jù)部分生成的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字可以至少部分在時域中復用。
代替數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束或除了數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束，可在判定一個或多個特定數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字要在時域中還是在頻域中復用時可將物理傳輸約束納入考慮。根據(jù)最佳實施例，作出判定是基于同時評估一種或多種數(shù)據(jù)相關(guān)傳輸約束以及一種或多種物理傳輸約束的組合。
物理傳輸約束可根據(jù)信道相干帶寬和相干時間中至少一種來確定BC≈1/τrms(1)tC≈1/(2·fD)(2)其中fD是多普勒頻率，而τrms是信道脈沖響應延遲擴展的均方根。
很多發(fā)射分集方案要求在發(fā)送一個數(shù)據(jù)字期間保持恒定或至少接近恒定的信道參數(shù)。如果數(shù)據(jù)字將在頻域中復用，則需要較大的相干帶寬。這意味著必須至少近似滿足以下關(guān)系式BC＞＞N/T (3)其中N是每個數(shù)據(jù)字的數(shù)據(jù)符號數(shù)量，而T是一個數(shù)據(jù)符號的持續(xù)時間，即一個時隙的持續(xù)時間。較大的相干帶寬要求N個相鄰副載波的信道參數(shù)必須幾乎恒定。
另一方面，如果將在時域中復用數(shù)據(jù)字，則要求較大的相干時間。這意味著必須至少近似滿足以下關(guān)系式tC＞＞T·N(4)換言之N個相繼的數(shù)據(jù)符號必須具有幾乎恒定的信道參數(shù)，即單個副載波的信道參數(shù)必須在N·T時期內(nèi)保持恒定。
物理傳輸約束可以通過評估是否滿足關(guān)系式(3)和(4)其中之一或兩者而確定。作為一般規(guī)則，依據(jù)關(guān)系式(3)和(4)中哪個被最好地滿足而定，判定在時域中還是在頻域中復用數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字。由于數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束，偏離這種一般規(guī)則可能是必要的。例如，數(shù)據(jù)符號適配問題或周期性結(jié)構(gòu)碰到的問題可能要求盡管一般最好在時域中復用，但必須要在頻域中復用至少一些數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字。作為另一個示例，改變傳輸條件可能要求必須在時域中復用一些數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字，而且必須在頻域中復用其它數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字。作為第三示例，可在時域中復用從前置碼生成的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字，并且可在頻域中復用從用戶數(shù)據(jù)部分生成的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字。這種組合具有這樣的優(yōu)點可以避免通常與用戶數(shù)據(jù)部分最相關(guān)的上述數(shù)據(jù)符號適配問題，同時在時域中復用從前置碼生成的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字允許好的信道估計。
上面提到，為了取得全分集，每個信息符號必須從各發(fā)射天線發(fā)送。全發(fā)射分集的另一要求是天線信號要彼此正交。這意味著，數(shù)據(jù)符號必須調(diào)制到彼此正交的副載波上。然而，本發(fā)明還可以在副載波不正交的情況下實施。
附圖簡述參照以下根據(jù)附圖對本發(fā)明最佳實施例所作的說明，本發(fā)明的其它優(yōu)點將變得顯而易見，其中

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的要處理的物理突發(fā)形式的數(shù)據(jù)信號；圖2是根據(jù)本發(fā)明、適合復用數(shù)據(jù)字的無線通信所用的收發(fā)信機的框圖；圖3表示HIPERLAN/2(高性能無線局域網(wǎng)/2)標準中定義的幾種調(diào)制方案；圖4表示圖2所示收發(fā)信機的分組碼編碼器；圖5表示發(fā)射天線分集方案的配置；圖6是根據(jù)本發(fā)明、在時域中復用數(shù)據(jù)字的示意圖；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明、在頻域中復用數(shù)據(jù)字的示意圖。
最佳實施例的說明盡管本發(fā)明可用于采用允許生成具有上述結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)塊的發(fā)射分集方案的任何多載波發(fā)射分集系統(tǒng)，但以下最佳實施例的說明是針對使用正交頻分復用(OFDM)和利用分組編碼從數(shù)據(jù)信號中生成數(shù)據(jù)塊的多載波系統(tǒng)而示范性地提出的。
下述的示范性多載波系統(tǒng)源自歐洲無線局域網(wǎng)(WLAN)標準高性能無線局域網(wǎng)類型2(HIPERLAN/2)。HIPERLAN/2系統(tǒng)專為在5GHz頻帶中工作而設(shè)計。HIPERLAN/2的系統(tǒng)概述在ETSI TR 101683，寬帶無線接入網(wǎng)(BRAN)；HIPERLAN類型2；系統(tǒng)概述，V1.1.1(2000-02)中給出。而HIPERLAN/2的物理層則在ETSI TS 101475；寬帶無線接入網(wǎng)(BRAN)；HIPERLAN類型2；物理(PHY)層，V1.1.1(2000-04)中描述。HIPERLAN/2標準中規(guī)定的OFDM多載波方案在頻率選擇性環(huán)境中非常健壯。
到目前為止，HIPERLAN/2系統(tǒng)和很多其它無線通信系統(tǒng)不支持發(fā)射分集，盡管發(fā)射分集將會改善傳輸性能并減少類似瑞利衰落的快速衰落的負面效應。然而，將標準發(fā)射分集方案應用于多載波通信系統(tǒng)可能導致各種問題，這些問題將在后面針對HIPERLAN/2系統(tǒng)作示范性描述。
圖1說明HIPERLAN/2的典型物理突發(fā)。該物理突發(fā)包括由前置碼符號構(gòu)成的前置碼和由用戶數(shù)據(jù)符號構(gòu)成的用戶數(shù)據(jù)部分。HIPERLAN/2中規(guī)定了5種不同的物理突發(fā)，每種物理突發(fā)具有獨有的前置碼。然而，最后三個前置碼符號構(gòu)成一種周期性結(jié)構(gòu)，這種周期性結(jié)構(gòu)對所有前置碼類型是相同的。這種周期性結(jié)構(gòu)由一個32個樣本的短OFDM符號C32、接著是兩個相同的64樣本的常規(guī)OFDM符號C64構(gòu)成。短OFDM符號C32是一種循環(huán)前綴，它是C64 OFDM符號之一的下半部分的重復。圖1所示的所謂的C前置碼在HIPERLAN/2中用于信道估計、頻率同步以及定時同步。C前置碼內(nèi)的周期性結(jié)構(gòu)是為了允許使用復雜性較低的同步算法所必需的。
圖1所示物理突發(fā)的用戶數(shù)據(jù)部分包括發(fā)送特定協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)序列所要求的NSYM個OFDM符號，數(shù)量NSYM是可變的。用戶數(shù)據(jù)部分的每個OFDM符號由循環(huán)前綴和有用數(shù)據(jù)部分構(gòu)成。循環(huán)前綴由有用數(shù)據(jù)部分的周期性延長構(gòu)成，并插在有用數(shù)據(jù)部分之前。因此，循環(huán)前綴是有用數(shù)據(jù)部分的最后幾個樣本的拷貝。有用數(shù)據(jù)部分的長度等于64個樣本，其持續(xù)時間為3.2μs。循環(huán)前綴的長度為16(強制的)或8(可選的)個樣本，持續(xù)時間為0.8μs或0.4μs?？偠灾琌FDM符號的長度為80或72個樣本，相應的符號持續(xù)時間分別為4.0μs或3.6μs。因此OFDM符號在時域中具有擴展。而且，OFDM符號在頻域中也有擴展。根據(jù)HIPERLAN/2，OFDM符號在52個副載波上擴展。48個副載波為復值副載波調(diào)制符號保留，而4個副載波為導頻保留。
從上述顯而易見，圖1所示的HIPERLAN/2物理突發(fā)在時間方向上和在頻率方向上都具有預定義的長度。而且，圖1的物理突發(fā)包括周期性結(jié)構(gòu)。除了別的因素以外，圖1的物理突發(fā)的這些特征在必須對HIPERLAN/2系統(tǒng)或類似的無線通信系統(tǒng)作修改以適合發(fā)射分集時，可能導致一些問題。
對于典型的HIPERLAN/2方案，通常會滿足上述關(guān)系式(4)，這是因為多普勒頻率fD較低。然而，特別是在戶外環(huán)境中，可能會出現(xiàn)較大的延遲擴展。所以不可能始終滿足關(guān)系式(3)。因此，從一個空間-時間數(shù)據(jù)字上的信道應該盡可能恒定的觀點來自，對于HIPERLAN/2情況，類似在時域中執(zhí)行STBC復用的發(fā)射分集方案通常應該是最佳發(fā)射分集方案。然而，當STBC應用于具有圖1所示結(jié)構(gòu)或類似結(jié)構(gòu)的物理突發(fā)時會出現(xiàn)一些嚴重問題。
物理突發(fā)和其中包括的OFDM符號在時域和頻域中都具有預定義的維數(shù)。同時，STBC要求每個STBC數(shù)據(jù)字具有預定長度N。因此，如果例如前置碼或用戶數(shù)據(jù)部分的OFDM符號的維數(shù)不能映射到一個STBC數(shù)據(jù)字長度的整數(shù)倍，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)單元適配問題。而且，把STBC應用于圖1所示的周期性C前置碼時，C前置碼的周期性就喪失了。這是因為如下事實與第二C64 OFDM符號相關(guān)的一個或多個STBC數(shù)據(jù)字將不再等于與第一C64 OFDM符號相關(guān)的一個或多個STBC數(shù)據(jù)字。然而，周期性的喪失會導致這種問題，即不能再采用利用前置碼內(nèi)周期性結(jié)構(gòu)的符號同步算法。而且，C32OFDM符號不能再用作在前置碼內(nèi)將OFDM符號分開的保護間隔。原因就是，如果發(fā)生多徑傳播，第一C64 OFDM符號會干擾與第一C64 OFDM符號不再相等的第二C64 OFDM符號。
當根據(jù)本發(fā)明復用數(shù)據(jù)字時，不會出現(xiàn)以上問題和未明確討論的其它問題。圖2說明適于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的收發(fā)信機10的物理層。收發(fā)信機10包括擾碼器12、FEC編碼單元14、交織單元16、映射單元18、OFDM單元20、突發(fā)形成單元22、分組碼編碼器24、復用器26、無線電發(fā)射機30和控制單元32。分組碼編碼器24和復用器26共同構(gòu)成編碼器/復用器單元28。
圖1所示的收發(fā)信機10從數(shù)據(jù)鏈路控制(DLC)接收作為輸入信號的PDU序列。每個PDU序列由信息比特構(gòu)成，這些信息比特將要編入物理突發(fā)，即將被編碼、復用以及發(fā)送的OFDM符號序列。
在收到PDU序列時，根據(jù)鏈路適配機制選擇合適的物理模式來配置收發(fā)信機10內(nèi)的傳輸比特率。物理模式的特征在于特定的調(diào)制方案和特定的碼率。HIPERLAN/2標準中規(guī)定了幾種不同的相干調(diào)制方案，例如BPSK、QPSK、16-QAM以及可選的64-QAM。而且，規(guī)定將碼率為1/2、9/16和3/4的卷積碼用于前向糾錯，這些卷積碼是通過對碼率為1/2的卷積母碼刪截而獲得的。圖3中描繪可能得到的物理模式。范圍在6至54兆比特/秒之間的數(shù)據(jù)率可以這樣改變將各種信號字母用于調(diào)制OFDM副載波以及將不同的刪截圖案用于母卷積碼。
一旦選定合適的物理模式，就用長度為127的擾碼器12對PDU序列內(nèi)包含的NBPDU個信息比特加擾。然后將加擾比特輸出到FEC編碼單元14，由其根據(jù)前述的前向糾錯對NBPDU個加擾的PDU比特編碼。
將FEC編碼單元14輸出的編碼比特輸入交織單元16，由其利用選定的物理模式的合適的交織方案對編碼比特交織。將交織比特輸入映射單元18，在該處執(zhí)行副載波調(diào)制，根據(jù)選定的物理模式將交織比特映射到各調(diào)制星座點。如上所述，依據(jù)為數(shù)據(jù)傳輸選定的物理模式，使用BPSK、QPSK、16-QAM或64-QAM調(diào)制對OFDM副載波進行調(diào)制。
映射單元18輸出復值副載波調(diào)制符號流，這些符號在OFDM單元中分成48個復數(shù)一組的若干組。在OFDM單元，通過OFDM調(diào)制產(chǎn)生復基帶信號，OFDM調(diào)制在以下標準中描述ETSI TS 101475，寬帶無線接入網(wǎng)(BRAN)；HIPERLAN類型2；物理(PHY)層，V1.1.1(2000-04)。
在插入導頻副載波的OFDM單元20內(nèi)產(chǎn)生的復基帶OFDM符號輸入到物理突發(fā)單元22中，在那里將合適的前置碼附加到PDU序列，形成物理突發(fā)。物理突發(fā)單元22產(chǎn)生的物理突發(fā)具有如圖1所示的格式。這樣，物理突發(fā)單元22以物理突發(fā)的形式向分組碼編碼器24輸出復基帶OFDM符號序列。
現(xiàn)參照圖4對分組碼編碼器24的功能作一般性描述。一般而言，分組碼編碼器24接收形式為一系列長度為K的向量X＝[X1X2...XK]T的輸入信號。分組碼編碼器24對每個向量X編碼并輸出對應每個向量X的包括圖4所示的多個信號向量C(1)、C(2)...C(M)的數(shù)據(jù)塊。每個信號向量C(1)、C(2)...C(M)對應一個數(shù)據(jù)字。因此，從向量X生成的數(shù)據(jù)塊包括M個數(shù)據(jù)字，其中M是發(fā)射機天線的數(shù)目。
每個數(shù)據(jù)字C(i)(其中i＝1...M)包括N個數(shù)據(jù)符號，即每個數(shù)據(jù)字C(i)的長度為N。N的值不能隨意選擇，因為矩陣C的行數(shù)據(jù)字C(i)在此實施例中必須正交。US 6088408中描述了幾種正交碼矩陣C形式的數(shù)據(jù)塊示例。在本實施例中所描述的分組編碼方法中，碼矩陣C的所有數(shù)據(jù)符號Cji都是從輸入向量X的分量導出的，是其或者其復共軛的簡單線性函數(shù)。
如果一個接收天線處的接收信號向量Y用Y＝[Y1Y2...YN]T表示，則Y和碼矩陣C的關(guān)系如下 其中h(i)表示從第i個發(fā)射天線到接收天線的信道的信道系數(shù)。推廣到更多的接收天線是直截了當?shù)摹?br> 以下分別對用于兩個和三個發(fā)射天線的可能分組碼矩陣的示例作更詳細的討論。具有兩個發(fā)射天線和一個接收天線的無線通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。對于兩個發(fā)射天線，一種可能的碼率為R＝1的分組碼矩陣C為C=X1X2-X2*X2*---(6)]]>對于三個發(fā)射天線，一種可能的碼率為R＝0.5的分組碼矩陣C為 碼率R定義為輸入向量X的長度K與每個碼字C(i)的長度N之比 R＝K/N (8)從圖4中可見，分組碼編碼器24為每個形式為向量X的數(shù)據(jù)信號輸出形式為矩陣C的數(shù)據(jù)塊。將分組碼編碼器24輸出的數(shù)據(jù)塊輸入到復用器26，由它根據(jù)外部提供的控制信號在時域或頻域中對每個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字(向量C(i))進行復用。控制信號由控制單元32根據(jù)對傳輸約束的評估而生成。傳輸約束的評估以及控制單元32對復用器26的控制將于后面作詳述。
在多載波方案OFDM中，將分組碼編碼器24的輸出調(diào)制到彼此正交的副載波上。OFDM系統(tǒng)中對包括各數(shù)據(jù)字的數(shù)據(jù)塊執(zhí)行復用，基本上存在兩種可能性。根據(jù)圖6所示的第一種可能性，在時間方向上對特定數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字作擴展(STBC)。換言之在時域中對數(shù)據(jù)字作復用。根據(jù)第二種可能性，如圖7所示，在頻率方向上對數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字作擴展。這意味著在頻域中對數(shù)據(jù)字進行復用。在頻域中對形式為碼矩陣的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字進行復用將在后面稱為空間-頻率分組編碼(SFBC)。
從圖6和7可見，從不同的發(fā)射天線發(fā)送數(shù)據(jù)塊的各數(shù)據(jù)字。根據(jù)圖6所示的復用方案，在N×T的時間間隔內(nèi)在各個副載波上發(fā)送各個數(shù)據(jù)塊，其中N是每個數(shù)據(jù)字的數(shù)據(jù)符號的個數(shù)，而T是一個數(shù)據(jù)符號的持續(xù)時間。根據(jù)圖7的復用方案，在時間間隔T期間發(fā)送在N個副載波上擴展的各個數(shù)據(jù)塊?？梢郧宄乜吹?，當滿足關(guān)系式(4)時，一般可使用圖6的復用方案，而當滿足關(guān)系式(3)時，一般可使用圖7的復用方案。
編碼器/復用器單元28的編碼和復用輸出信號被輸入無線電發(fā)射機30。無線電發(fā)射機30通過用編碼器/復用器單元28的輸出信號調(diào)制射頻載波，在多個發(fā)射天線上進行無線電發(fā)射。圖2的收發(fā)信機10還包括圖2中未示出的接收級。接收級所含物理層具有執(zhí)行圖2所示部件的逆操作的部件。例如，接收級包括解擾器、FEC編碼單元、含有去復用器和分組碼解碼器的去復用器/解碼器單元、等等。
現(xiàn)在，將同時參照物理的和數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束對復用器26的控制作更詳細的描述，如果使用如圖1所示的物理突發(fā)，則傳輸約束可能出現(xiàn)。根據(jù)典型的HIPERLAN/2方案，假定滿足關(guān)系式(4)，但不能總是保證關(guān)系(3)得到滿足。這對應于如下實際情況STBC傳輸?shù)幕拘阅鼙萐FBC傳輸?shù)幕拘阅芎?。這里的基本性能意味著僅將物理傳輸約束納入考慮。在這種情況下，控制單元32可以判定數(shù)據(jù)塊必須在時域中進行復用。然而，如果物理傳輸參數(shù)變化，就可能出現(xiàn)這種情況不再滿足關(guān)系式(4)，而至少近似滿足關(guān)系式(3)。在這種情況下，控制單元32將判定不再在時域中對數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字進行復用。相反，控制單元32控制復用器26，以便在頻域中對數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字進行復用。
到目前為止，已經(jīng)考慮了物理傳輸約束。如果數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束也很重要，控制單元32通過另外將數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束納入考慮而對復用器26進行控制。
以上已經(jīng)提到，必須聯(lián)系圖1所示物理突發(fā)來考慮的傳輸約束是保持C前置碼中的周期性結(jié)構(gòu)以及提供將在時域中復用的每個數(shù)據(jù)字中的預定義的N個數(shù)據(jù)符號。這兩個數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束可能出現(xiàn)在若干種組合中。
根據(jù)第一方案，數(shù)據(jù)信號具有圖1所示物理突發(fā)的結(jié)構(gòu)，且包括用戶數(shù)據(jù)部分和具有周期性結(jié)構(gòu)的前置碼。還假定必須將保持周期性結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束納入考慮，盡管對于用戶數(shù)據(jù)部分并沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)符號適配問題。在這種情況下，在頻域中根據(jù)SFBC對與前置碼相關(guān)的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字執(zhí)行復用，而在時域中根據(jù)STBC對與用戶數(shù)據(jù)部分相關(guān)的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字執(zhí)行復用。通過在頻域中復用從前置碼導出的數(shù)據(jù)字，就可以保持C32 OFDM符號和兩個C64OFDM符號的順序。
根據(jù)從圖1所示物理突發(fā)導出的第二方案，必須保持前置碼內(nèi)的周期性結(jié)構(gòu)并將與用戶數(shù)據(jù)部分有關(guān)的數(shù)據(jù)符號適配問題納入考慮。與第一方案中類似，在頻域中根據(jù)SFBC對從前置碼導出的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字執(zhí)行復用。由于數(shù)據(jù)符號適配問題，與用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)的最后的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字包含比前面數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字中所包含的預定義的數(shù)據(jù)符號數(shù)量N少的數(shù)據(jù)符號。因此，僅在時域中根據(jù)STBC對前面數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字(包含預定義的N個數(shù)據(jù)符號)執(zhí)行復用。最后數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字包含NR＝mod(ND/N)個數(shù)據(jù)符號，且在頻域中根據(jù)SFBC對這些數(shù)據(jù)符號執(zhí)行復用，其中ND是將要在一個發(fā)射天線上發(fā)送的數(shù)據(jù)符號總數(shù)。
根據(jù)第三方案，對用戶數(shù)據(jù)部分而言，保持前置碼內(nèi)周期性結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束是不相關(guān)的，而數(shù)據(jù)符號適配問題則是相關(guān)的。在這種情況下，在時域中根據(jù)STBC對與前置碼相關(guān)的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字執(zhí)行復用，而對與用戶數(shù)據(jù)部分相關(guān)的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字則如以上針對第二方案所述進行復用。換言之最后數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字的長度為NR個數(shù)據(jù)符號，而前面數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字的預定義長度為N個數(shù)據(jù)符號。
根據(jù)第四方案，不必將保持周期性結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束納入考慮，但至少應近似滿足BC＞＞N/T的物理傳輸約束。在這種情況下，在時域中根據(jù)STBC對與前置碼相關(guān)的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字執(zhí)行復用，而在頻域中根據(jù)SFBC對與用戶數(shù)據(jù)部分相關(guān)的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字執(zhí)行復用。通過對前置碼使用STBC，就可以執(zhí)行好的信道估計。由于對前置碼使用STBC，可以憑借基于好的信道估計的干擾抑制的接收機算法對稍差的SFBC性能作補償。對前置碼使用STBC，而對用戶數(shù)據(jù)部分使用SFBC的優(yōu)點在于，與用戶數(shù)據(jù)部分有關(guān)的數(shù)據(jù)符號適配問題就不會出現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，可以容易地實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)相關(guān)的和物理的傳輸約束的其它組合的其它方案。而且，本發(fā)明還可以容易地應用于具有不同于圖1所示物理突發(fā)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)信號。盡管本發(fā)明最好使用STBC和SFBC組合的發(fā)射分集方案來實施，但也可使用其它的發(fā)射分集方案。
權(quán)利要求
1.一種在多載波發(fā)射分集系統(tǒng)中復用數(shù)據(jù)字的方法，它包括a)生成多個數(shù)據(jù)塊(C)，每個數(shù)據(jù)塊(C)包括數(shù)據(jù)字(C(i))，而每個數(shù)據(jù)字(C(i))包含從數(shù)據(jù)信號導出的數(shù)據(jù)符號(Cj(i))；b)針對一個或多個數(shù)據(jù)塊(C)，根據(jù)至少一種傳輸約束判定在時域還是在頻域中復用所述一個或多個數(shù)據(jù)塊(C)的數(shù)據(jù)字(C(i))；以及c)根據(jù)步驟b)中的所述判定來復用所述數(shù)據(jù)塊(C)的所述數(shù)據(jù)字(C(i))。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)信號包括前置碼和用戶數(shù)據(jù)部分中至少一種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一個傳輸約束包括數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束是在要在時域中進行復用的每個數(shù)據(jù)字(C(i))中要包括預定義數(shù)量(N)的數(shù)據(jù)符號(Cj(i))。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在時域中復用包含所述預定義數(shù)量(N)的數(shù)據(jù)符號(Cj(i))的數(shù)據(jù)字(C(i))，而在頻域中復用包含或多或少的數(shù)據(jù)符號(Cj(i))的數(shù)據(jù)字(C(i))。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)信號或其一部分具有預定義長度，并且將所述預定義數(shù)量的整數(shù)倍的數(shù)據(jù)符號(Cj(i))安排于具有在時域中復用的數(shù)據(jù)字(C(i))的數(shù)據(jù)塊中，而將其余的數(shù)據(jù)符號(Cj(i))安排于具有在頻域中復用的數(shù)據(jù)字(C(i))的數(shù)據(jù)塊(C)中。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)信號的所述用戶數(shù)據(jù)部分具有所述預定義長度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，隨所述傳輸約束而定，或者完全在頻域中或者完全在時域中復用與所述前置碼相關(guān)的數(shù)據(jù)塊(C)的數(shù)據(jù)字(C(i))。
9.如權(quán)利要求1至8其中之一所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)信號包括一個或多個周期性結(jié)構(gòu)(C32，C64)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述一個或多個周期性結(jié)構(gòu)(C32，C64)包含于所述前置碼中。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)相關(guān)的傳輸約束是保持所述一個或多個周期性結(jié)構(gòu)(C32，C64)。
12.如權(quán)利要求9至11其中之一所述的方法，其特征在于，在頻域中至少復用與所述周期性結(jié)構(gòu)(C32，C64)相關(guān)的數(shù)據(jù)塊(C)的數(shù)據(jù)字(C(i))。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在時域中復用與所述用戶數(shù)據(jù)部分相關(guān)的數(shù)據(jù)塊(C)的數(shù)據(jù)字(C(i))。
14.如權(quán)利要求1至13其中之一所述的方法，其特征在于，所述至少一種傳輸約束包括物理傳輸約束。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，根據(jù)相干帶寬和相干時間中至少一項來確定所述物理傳輸約束。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述物理傳輸約束是通過評估是否滿足關(guān)系式BC＞＞N/T來確定的，其中BC是所述相干帶寬，N是每個數(shù)據(jù)字(C(i))的數(shù)據(jù)符號(Cj(i))的數(shù)量，以及T是所述數(shù)據(jù)符號(Cj(i))之一的持續(xù)時間。
17.如權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述物理傳輸約束是通過評估是否滿足關(guān)系式tC＞＞N·T來確定的，其中tc是所述相干時間，N是每個數(shù)據(jù)字(C(i))的數(shù)據(jù)符號(Cj(i))的數(shù)量，以及T是所述數(shù)據(jù)符號(Cj(i))之一的持續(xù)時間。
18.如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，當至少近似滿足所述物理傳輸約束BC＞＞N/T時，在時域中復用與所述前置碼相關(guān)的所述數(shù)據(jù)塊(C)的數(shù)據(jù)字(C(i))，而在頻域中復用與所述用戶數(shù)據(jù)序列相關(guān)的所述數(shù)據(jù)塊(C)的數(shù)據(jù)字(C(i))。
19.如權(quán)利要求1至18其中之一所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)塊(C)是通過分組編碼或通過置換而從所述數(shù)據(jù)信號中獲得的。
20.如權(quán)利要求1至19其中之一所述的方法，其特征在于，將所述數(shù)據(jù)符號(Cj(i))調(diào)制到彼此正交的副載波上。
21.一種復用器(26)，適合于根據(jù)如權(quán)利要求1至20其中之一所述的方法對數(shù)據(jù)字進行復用。
22.一種去復用器，適合于對權(quán)利要求21的復用器所復用的數(shù)據(jù)字進行去復用。
23.一種用于無線通信的收發(fā)信機，它包括如權(quán)利要求21所述的復用器和如權(quán)利要求22所述的去復用器中的至少一種。
全文摘要
多載波發(fā)射分集系統(tǒng)中的復用方法。本發(fā)明涉及在多載波發(fā)射分集系統(tǒng)中復用數(shù)據(jù)字的方法。該方法包括如下步驟生成多個數(shù)據(jù)塊，每個數(shù)據(jù)塊包括數(shù)據(jù)字，每個數(shù)據(jù)字包含從數(shù)據(jù)信號導出的數(shù)據(jù)符號；針對一個或多個數(shù)據(jù)塊，根據(jù)至少一種傳輸約束判定在時域中還是在頻域中復用所述一個或多個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字；以及根據(jù)所述判定結(jié)果復用數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字。
文檔編號H04J11/00GK1496625SQ02806391
公開日2004年5月12日 申請日期2002年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月14日
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