專利名稱：多輸入多輸出無線局域網(wǎng)中傳輸高速數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)，更具體地說，涉及無線通信系統(tǒng)中下一代無線終端與傳統(tǒng)無線終端間的協(xié)同工作問題。
背景技術(shù)：
眾所周知，通信系統(tǒng)可支持在無線和/或有線通信設(shè)備之間的無線和有線通信。這些通信系統(tǒng)包括國家和/或國際蜂窩電話系統(tǒng)、因特網(wǎng)、以及點(diǎn)到點(diǎn)的室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)。每種通信系統(tǒng)都是基于一個(gè)或多個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)來構(gòu)建和工作的。例如，無線通信系統(tǒng)可根據(jù)一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來工作，其中包括但不局限于IEEE802.11(無線局域網(wǎng)系統(tǒng)，WLAN)、藍(lán)牙系統(tǒng)、先進(jìn)移動(dòng)電話服務(wù)系統(tǒng)(AMPS)、數(shù)字AMPS系統(tǒng)、全球無線移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)、碼分多址(CDMA)系統(tǒng)、本地多點(diǎn)分配接入系統(tǒng)(LMDS)、多通道多點(diǎn)分配接入系統(tǒng)(MMDS)、和/或它們的變換形式。
根據(jù)無線通信系統(tǒng)的類型，蜂窩電話、雙路無線接收裝置、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、個(gè)人電腦(PC)、膝上電腦、家庭娛樂設(shè)備等可直接或間接地與其他通信設(shè)備進(jìn)行通信。對(duì)于直接通信(也稱作點(diǎn)到點(diǎn)通信)，參與工作的無線通信設(shè)備將其接收機(jī)和發(fā)射機(jī)調(diào)整到相同的一個(gè)信道或幾個(gè)信道(例如調(diào)整到無線通信系統(tǒng)的多個(gè)射頻載波的其中一個(gè)上)。就間接無線通信而言，每個(gè)無線通信設(shè)備通過一個(gè)指定的信道與相應(yīng)的基站(比如蜂窩服務(wù))和/或相應(yīng)的接入點(diǎn)(比如室內(nèi)或樓宇內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò))直接進(jìn)行通信。為實(shí)現(xiàn)無線通信設(shè)備之間的通信連接，相應(yīng)的基站和/或接入點(diǎn)之間通過系統(tǒng)控制器、公共交換電話網(wǎng)、因特網(wǎng)和/或其他廣域網(wǎng)絡(luò)直接互相通信。
每個(gè)參與無線通信的無線通信設(shè)備中，包括一個(gè)內(nèi)置的無線收發(fā)機(jī)(即接收機(jī)和發(fā)射機(jī))或者連接一個(gè)相應(yīng)的無線收發(fā)機(jī)(比如室內(nèi)和/或樓宇內(nèi)無線通信終端、射頻調(diào)制解調(diào)器等)。眾所周知，發(fā)射機(jī)包括一個(gè)數(shù)據(jù)調(diào)制部分，一個(gè)或多個(gè)中頻部分，以及一個(gè)功率放大器。數(shù)據(jù)調(diào)制部分根據(jù)具體的無線通信標(biāo)準(zhǔn)將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)。所述一個(gè)或多個(gè)中頻部分將基帶信號(hào)和一個(gè)或多個(gè)本地振蕩混合以產(chǎn)生射頻信號(hào)。在將信號(hào)通過天線發(fā)送之前，所述功率放大器對(duì)射頻信號(hào)功率進(jìn)行放大。
眾所周知，接收機(jī)和天線相連，包括一個(gè)低噪聲放大器，一個(gè)或多個(gè)中頻部分，一個(gè)濾波部分和一個(gè)數(shù)據(jù)恢復(fù)部分。低噪聲放大器通過天線接收輸入的射頻信號(hào)并將它們放大；所述一個(gè)或多個(gè)中頻部分將經(jīng)過放大的射頻信號(hào)與一個(gè)或多個(gè)本地振蕩混合，從而將經(jīng)過放大的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)或中頻(IF)信號(hào)；所述濾波部分對(duì)基帶信號(hào)或IF信號(hào)進(jìn)行濾波，以將基帶中的不希望有的信號(hào)削弱，生成濾波信號(hào)；所述數(shù)據(jù)恢復(fù)部分根據(jù)具體的無線通信標(biāo)準(zhǔn)將原始數(shù)據(jù)從濾波信號(hào)中恢復(fù)出來。
其中，為了將數(shù)據(jù)從中濾波號(hào)中恢復(fù)出來，數(shù)據(jù)恢復(fù)部分做了大量的工作。對(duì)于一個(gè)IEEE802.11a或IEEE 802.11g標(biāo)準(zhǔn)的接收機(jī)，這些工作包括保護(hù)間隙去除、快速傅立葉變換、反映射和限幅、去交叉、以及解碼操作。解碼操作中，利用了通道估計(jì)以從去交叉數(shù)據(jù)中生成恢復(fù)的數(shù)據(jù)。根據(jù)IEEE 802.11a和/或IEEE 802.11g標(biāo)準(zhǔn)，一幀包括一個(gè)短訓(xùn)練序列(STS)、一個(gè)長訓(xùn)練序列(LTS)、一個(gè)信號(hào)段、和多個(gè)數(shù)據(jù)段。IEEE 802.11a和/或IEEE 802.11g標(biāo)準(zhǔn)還指出，通道估計(jì)是在長訓(xùn)練序列階段完成的。一旦確定了通道估計(jì)，它將被幀的其余部分利用。
目前，正在開發(fā)下一代WLAN，它將與IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、和/或IEEE 802.11g終端(STA)及接入點(diǎn)系統(tǒng)(AP)共同存在。預(yù)期中的下一代系統(tǒng)中包括一個(gè)多輸入多輸出(MIMO)接口(802.11n)。下一代系統(tǒng)中的所述MIMO接口必須能夠與傳統(tǒng)的系統(tǒng)及基站協(xié)同工作。協(xié)同工作能力要求傳統(tǒng)設(shè)備能夠識(shí)別下一代的傳輸并做出相應(yīng)反應(yīng)。該協(xié)同工作包括至少兩個(gè)具體操作。第一個(gè)操作中，AP同時(shí)支持傳統(tǒng)的和下一代終端。第二個(gè)操作中，傳統(tǒng)終端和下一代終端共用一個(gè)信道，也就是共同信道/“信道重疊”BSS。在這兩種情況下，物理層收斂過程(PLCP)頭必須允許IEEE 802.11a/b/g終端能識(shí)別下一代傳輸，并通過宣稱無干擾信道評(píng)估(CCA)標(biāo)記或者利用諸如請(qǐng)求請(qǐng)求/清除發(fā)送(RTS/CTS)、CTS發(fā)送程序等保護(hù)機(jī)制來避免與所述傳輸發(fā)生沖突。在上述各種情況下，下一代系統(tǒng)的報(bào)頭能向后兼容以使傳統(tǒng)設(shè)備能識(shí)別下一代傳輸。
下一代通信設(shè)備需要滿足具體的數(shù)據(jù)吞吐量要求。其中一個(gè)要求是有效數(shù)據(jù)速率要達(dá)到或者超過100Mbps。在設(shè)備的PHY，這個(gè)轉(zhuǎn)換速率要求是130Mbps。當(dāng)然，由于發(fā)射機(jī)的功率是有限的，滿足了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，在信號(hào)傳輸距離上就打了一下折扣。為了滿足這些要求，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的性能必需認(rèn)真選擇。從而產(chǎn)生了要下一代通信系統(tǒng)來滿足這些要求的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所公開的在MIMO WLAN中的高速率數(shù)據(jù)傳輸充分地滿足了這些要求。在一個(gè)實(shí)施方案中，公開了一種在多輸入多輸出(MIMO)無線局域網(wǎng)(WLAN)中傳輸高速數(shù)據(jù)的方法，其中首先確定一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率。然后，當(dāng)所述數(shù)據(jù)傳輸速率介于第一數(shù)據(jù)速率和第二數(shù)據(jù)速率之間時(shí)，啟動(dòng)兩個(gè)傳輸通道。然后，針對(duì)所述兩個(gè)傳輸通道中的每一個(gè)，確定以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)集群水平、數(shù)據(jù)副載波的數(shù)目、速度碼、以及循環(huán)預(yù)編碼持續(xù)時(shí)間。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，公開了一種支持高數(shù)據(jù)速率WLAN通信的方法，其中首先確定一個(gè)工作帶寬。然后確定所需的數(shù)據(jù)吞吐率。然后，選擇一個(gè)以多輸入多輸出(MIMO)基帶信號(hào)格式使用的天線數(shù)目。然后再選擇一個(gè)集群。然后，根據(jù)所述工作帶寬、天線數(shù)目和集群，啟動(dòng)一個(gè)MIMO WLAN收發(fā)機(jī)的工作，以滿足所需的數(shù)據(jù)吞吐率。
一方面，本發(fā)明提供了在多輸入多輸出(MIMO)無線局域網(wǎng)(WLAN)中傳輸高速數(shù)據(jù)的方法，其中包括
確定一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率；當(dāng)所述數(shù)據(jù)傳輸速率介于第一數(shù)據(jù)速率和第二數(shù)據(jù)速率之間時(shí)，啟動(dòng)兩個(gè)傳輸通道；對(duì)所述兩個(gè)傳輸通道的每一個(gè)，確定以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)集群水平(level of constellation)；數(shù)據(jù)副載波的數(shù)目；速率碼；以及循環(huán)預(yù)編碼持續(xù)時(shí)間。
優(yōu)選地，所述啟動(dòng)兩個(gè)傳輸通道的步驟中包括激活兩個(gè)用于20MHz信道的天線。
優(yōu)選地，所述集群水平包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)64正交幅度調(diào)制(QAM)；128QAM；和256QAM。
優(yōu)選地，當(dāng)集群水平為64QAM時(shí)，所述確定數(shù)據(jù)副載波的數(shù)目的步驟中包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)從64個(gè)副載波中選擇52個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)；和從64個(gè)副載波中選擇54個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，當(dāng)選擇52個(gè)副載波時(shí)，所述方法包括針對(duì)所述兩個(gè)傳輸通道中的每一個(gè)使用交替的兩個(gè)導(dǎo)頻副載波；以及選擇一個(gè)5/6的速率碼。
優(yōu)選地，當(dāng)選擇54個(gè)副載波時(shí)，所述方法包括針對(duì)所述兩個(gè)傳輸通道中的每一個(gè)使用交替的兩個(gè)導(dǎo)頻副載波；以及使用+27和-27副載波來傳輸數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，當(dāng)選擇52個(gè)副載波時(shí)，所述方法包括簡化循環(huán)預(yù)編碼；以及選擇一個(gè)3/4的速率碼。
優(yōu)選地，該方法還包括根據(jù)選擇的副載波數(shù)目調(diào)整頻譜屏蔽(spectral mask)。
優(yōu)選地，該方法還包括當(dāng)所述數(shù)據(jù)傳輸速率由于距離的原因小于第一數(shù)據(jù)速率時(shí)，針對(duì)12、24或者48Mbps(兆位每秒)的數(shù)據(jù)傳輸速率，啟動(dòng)所述兩個(gè)傳輸通道使用一個(gè)編碼速率小于3/4的20MHz信道，或者，針對(duì)27或者54Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，啟動(dòng)所述兩個(gè)傳輸通道使用一個(gè)編碼速率小于3/4的40MHz信道。
優(yōu)選地，該方法還包括當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率大于第二數(shù)據(jù)速率時(shí)，針對(duì)192Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，啟動(dòng)使用20MHz信道且編碼速率為3/4的四個(gè)傳輸通道，針對(duì)486Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，啟動(dòng)使用40MHz信道且編碼速率為3/4的四個(gè)傳輸通道。
另一方面，本發(fā)明提供了一種支持高速率數(shù)據(jù)WLAN通信的方法，所述方法包括確定一個(gè)工作帶寬；確定所需的數(shù)據(jù)吞吐率；選擇一個(gè)以多輸入多輸出(MIMO)基帶信號(hào)格式使用的天線數(shù)目；選擇一個(gè)集群；以及根據(jù)所述工作帶寬、天線數(shù)目和集群控制一個(gè)MIMO WLAN收發(fā)機(jī)，以滿足所需的數(shù)據(jù)吞吐率。
優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括確定一個(gè)工作編碼速率；以及所述MIMO WLAN收發(fā)機(jī)還根據(jù)所述工作編碼速率來工作。
優(yōu)選地，MIMO WLAN收發(fā)機(jī)支持正交頻分復(fù)用(OFDM)的基帶信號(hào)格式。
優(yōu)選地，所述OFDM基帶信號(hào)格式包括50個(gè)副載波，用于攜帶在每個(gè)天線的工作帶寬內(nèi)的數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，OFDM基帶信號(hào)格式包括52個(gè)副載波，用于攜帶在每個(gè)天線的工作帶寬內(nèi)的數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，該方法還包括確定一個(gè)簡化的循環(huán)預(yù)編碼格式；和所述MIMO WLAN收發(fā)機(jī)還根據(jù)所述簡化的循環(huán)預(yù)編碼格式來工作。
另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供一種發(fā)射機(jī)，其中包括基帶處理模塊；以及多個(gè)射頻(RF)發(fā)射機(jī)，其中，所述處理模塊用于確定一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率；當(dāng)所述數(shù)據(jù)傳輸速率介于第一數(shù)據(jù)速率和第二數(shù)據(jù)速率之間時(shí)，啟動(dòng)所述多個(gè)RF發(fā)射機(jī)中的兩個(gè)RF發(fā)射機(jī)；對(duì)于所述兩個(gè)RF發(fā)射機(jī)的每一個(gè)，確定以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)集群水平；數(shù)據(jù)副載波的數(shù)目；速率碼；以及循環(huán)預(yù)編碼持續(xù)時(shí)間。
優(yōu)選地，所述基帶處理模塊是通過如下方式啟動(dòng)所述多個(gè)RF發(fā)射機(jī)中的所述兩個(gè)RF發(fā)射機(jī)的激活用于20MHz信道的所述兩個(gè)RF發(fā)射機(jī)。
優(yōu)選地，所述集群水平包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)64正交幅度調(diào)制(QAM)；128QAM；和256QAM。
優(yōu)選地，當(dāng)所述集群水平為64QAM時(shí)，所述確定數(shù)據(jù)副載波數(shù)目的步驟包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)從64個(gè)副載波中選擇52個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)；和從64個(gè)副載波中選擇54個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，當(dāng)選擇52個(gè)副載波時(shí)，所述基帶處理模塊還用于針對(duì)所述兩個(gè)傳輸通道中的每一個(gè)使用交替的兩個(gè)導(dǎo)頻副載波；以及選擇一個(gè)5/6的速率碼。
優(yōu)選地，當(dāng)選擇54個(gè)副載波時(shí)，所述基帶處理模塊還用于針對(duì)所述兩個(gè)傳輸通道中的每一個(gè)使用交替的兩個(gè)導(dǎo)頻副載波；以及使用+27和-27副載波來傳輸數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，當(dāng)選擇52個(gè)副載波時(shí)，所述基帶處理模塊還用于簡化循環(huán)預(yù)編碼；以及選擇一個(gè)3/4的速率碼。
優(yōu)選地，所述基帶處理模塊還用于根據(jù)選擇的副載波數(shù)目調(diào)整頻譜屏蔽(spectral mask)。
優(yōu)選地，所述基帶處理模塊還用于當(dāng)所述數(shù)據(jù)傳輸速率由于距離的原因小于第一數(shù)據(jù)速率時(shí)，針對(duì)12、24或者48Mbps(兆位每秒)的數(shù)據(jù)傳輸速率，啟動(dòng)所述兩個(gè)傳輸通道使用一個(gè)編碼速率小于3/4的20MHz信道，或者，針對(duì)27或者54Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，啟動(dòng)所述兩個(gè)傳輸通道使用一個(gè)編碼速率小于3/4的40MHz信道。
優(yōu)選地，所述基帶處理模塊還用于當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率大于第二數(shù)據(jù)速率時(shí)，針對(duì)192Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，啟動(dòng)使用20MHz信道且編碼速率為3/4的四個(gè)傳輸通道，針對(duì)486Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，啟動(dòng)使用40MHz信道且編碼速率為3/4的四個(gè)傳輸通道。
另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供一種發(fā)射機(jī)，其中包括基帶處理模塊；和多個(gè)射頻(RF)發(fā)射機(jī)，其中，所述處理模塊用于確定一個(gè)工作帶寬；確定所需的數(shù)據(jù)吞吐率；從所述多個(gè)射頻發(fā)射機(jī)中選擇一個(gè)以多輸入多輸出(MIMO)基帶信號(hào)格式使用的RF發(fā)射機(jī)數(shù)目，以得到選定的RF發(fā)射機(jī)；選擇一個(gè)集群；以及根據(jù)所述工作帶寬和集群控制所述選定的RF發(fā)射機(jī)，以滿足所需的數(shù)據(jù)吞吐率。
優(yōu)選地，所述基帶處理模塊還用于確定一個(gè)工作編碼速率；以及所述選定的RF發(fā)射機(jī)還根據(jù)所述工作編碼速率來工作。
優(yōu)選地，每個(gè)被選擇的發(fā)射機(jī)都支持正交頻分復(fù)用(OFDM)的基帶信號(hào)格式。
優(yōu)選地，所述OFDM基帶信號(hào)格式包括50個(gè)用于傳輸在被選擇RF發(fā)射機(jī)工作帶寬范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)的副載波。
優(yōu)選地，所述OFDM基帶信號(hào)格式包括52個(gè)用于傳輸在被選擇RF發(fā)射機(jī)工作帶寬范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)的副載波。
優(yōu)選地，所述基帶處理模塊還用于確定一個(gè)簡化的循環(huán)預(yù)編碼格式；和所述被選擇的RF發(fā)射機(jī)還根據(jù)所述簡化的循環(huán)預(yù)編碼格式來工作。


圖1是本發(fā)明中的一個(gè)無線通信系統(tǒng)的框圖；圖2是本發(fā)明中的一個(gè)無線通信設(shè)備的框圖；圖3是本發(fā)明中的一個(gè)無線通信設(shè)備的框圖；圖4是本發(fā)明中圖2所示無線通信設(shè)備的接收機(jī)部分的框圖；圖5是本發(fā)明中圖3所示無線通信設(shè)備的基帶處理模塊的實(shí)施例框圖；圖6是本發(fā)明中圖3所示無線通信設(shè)備的基帶處理模塊的另一個(gè)實(shí)施例框圖；圖7是本發(fā)明中圖3所示無線通信設(shè)備的基帶處理模塊的又一個(gè)實(shí)施例框圖；圖8是本發(fā)明中圖2所示無線通信設(shè)備的基帶處理模塊的一個(gè)實(shí)施例框圖；圖9-11是可由圖8所示基帶處理模塊處理的多種幀格式的示意圖；圖12A是可由圖7和8所示基帶模塊處理模塊處理的一種幀格式；圖12B是圖12A所示幀格式信號(hào)的接收信號(hào)模式；圖13是在多個(gè)可與圖7和圖8所示基帶處理模塊兼容的天線上發(fā)射的報(bào)頭的示意圖；圖14是圖12A所示幀格式的傳輸模式；
圖15是圖12A所示幀格式的一個(gè)報(bào)頭的組成方式，它適用于通用的下一代MIMO發(fā)射機(jī)，尤其適用于雙天線的下一代MIMO發(fā)射機(jī)；圖16是圖12A所示幀格式的一個(gè)報(bào)頭的組成方式，它適用于三天線的下一代MIMO發(fā)射機(jī)；圖17是圖12A所示幀格式的一個(gè)報(bào)頭的組成方式，它適用于四天線的下一代MIMO發(fā)射機(jī)；圖18是一個(gè)框圖，它示出了傳統(tǒng)和下一代WLAN設(shè)備用于解釋包含在一個(gè)可向后兼容的幀頭中的信息的方式；圖19是依據(jù)本發(fā)明的多種下一代MIMO信號(hào)格式的頻率特性示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是通信系統(tǒng)10的框圖，其中包括多個(gè)基站和/或接入點(diǎn)12和16、多個(gè)無線通信設(shè)備18-32，以及一個(gè)網(wǎng)絡(luò)硬件34。所述無線通信設(shè)備18-32可以是膝上電腦18和26、個(gè)人數(shù)字助理20和30、個(gè)人電腦24和32、和/或蜂窩電話22和28。下面將參照?qǐng)D2對(duì)其中的無線通信設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)介紹。
基站或者接入點(diǎn)12-16通過局域網(wǎng)連接線36、38和40連接到網(wǎng)絡(luò)硬件34。網(wǎng)絡(luò)硬件34可以是路由器、交換機(jī)、網(wǎng)橋、調(diào)制解調(diào)器、系統(tǒng)控制器等，它為通信系統(tǒng)10提供廣域網(wǎng)連接42。每個(gè)基站或者接入點(diǎn)12和16都有一個(gè)相應(yīng)的天線或者天線陣列，以實(shí)現(xiàn)與其區(qū)域范圍內(nèi)的無線通信設(shè)備的通信，這個(gè)區(qū)域通常被稱為基礎(chǔ)服務(wù)集(BSS)11、13。通常，無線通信設(shè)備在具體的基站或者接入點(diǎn)12或者16進(jìn)行登記注冊(cè)以接收來自通信系統(tǒng)10的服務(wù)。
通常，基站用于蜂窩電話系統(tǒng)和類似的系統(tǒng)，而接入點(diǎn)則用于室內(nèi)或者樓宇內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)。不考慮通信系統(tǒng)的具體模式，每個(gè)無線通信設(shè)備都包括一個(gè)內(nèi)置的無線收發(fā)機(jī)和/或與一個(gè)無線收發(fā)機(jī)相連。該無線收發(fā)機(jī)包括一個(gè)高線性放大器和/或本發(fā)明公開的可編程多級(jí)放大器，以用于增強(qiáng)性能、降低成本、減小體積、和/或加強(qiáng)寬帶應(yīng)用。
無線通信設(shè)備22、23和24位于無線通信系統(tǒng)10的一個(gè)區(qū)域內(nèi)，它們未與接入點(diǎn)關(guān)聯(lián)。在這個(gè)通常被稱為獨(dú)立基礎(chǔ)服務(wù)集(IBSS)15的區(qū)域內(nèi)，無線通信設(shè)備通過指定的信道進(jìn)行直接通信(也就是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、或者點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信)，構(gòu)成一個(gè)特別的網(wǎng)絡(luò)。
圖2是一個(gè)無線通信設(shè)備的框圖，其中包括主機(jī)設(shè)備18-32和一個(gè)關(guān)聯(lián)無線收發(fā)機(jī)或者終端60。對(duì)蜂窩電話主機(jī)來說，無線收發(fā)機(jī)60是一個(gè)內(nèi)置部件。對(duì)個(gè)人數(shù)字助理主機(jī)、膝上電腦和/或個(gè)人電腦來說，無線收發(fā)機(jī)60可以是內(nèi)置的，也可以是外部連接的部件。在本實(shí)施方案中，終端可適應(yīng)于多種無線局域網(wǎng)(WLAN)協(xié)議中的其中一個(gè)，包括但不限于IEEE 802.11n。圖2所示為一個(gè)多輸入多輸出(MIMO)設(shè)備。此處的IEEE 802.11n設(shè)備指的是可互換的下一代WLAN設(shè)備，而IEEE 802.11a/b/g設(shè)備則指的是傳統(tǒng)的多輸入單輸出(MISO)設(shè)備。然而，在圖3中將要做更詳細(xì)說明的MISO設(shè)備必須能與圖2中所示的MIMO設(shè)備共同使用。
如圖所示，主機(jī)設(shè)備18-32包括處理模塊50、存儲(chǔ)器52、無線接口54、輸入接口58和輸出接口56。所述處理模塊50和存儲(chǔ)器52執(zhí)行相應(yīng)的通常由主機(jī)設(shè)備完成的指令。比如，對(duì)一個(gè)蜂窩電話主機(jī)設(shè)備來說，處理模塊50根據(jù)具體的蜂窩電話標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行相應(yīng)的通信功能。
無線接口54允許數(shù)據(jù)發(fā)送到無線收發(fā)機(jī)60并接收來自無線收發(fā)機(jī)60的數(shù)據(jù)。當(dāng)接收來自無線收發(fā)機(jī)60的數(shù)據(jù)時(shí)(比如輸入數(shù)據(jù))，無線接口54將數(shù)據(jù)提供給處理模塊50以作進(jìn)行進(jìn)一步處理和/或路由到輸出接口56。輸出接口56連接到顯示器、監(jiān)控器、揚(yáng)聲器等輸出顯示設(shè)備上，以顯示接收到的數(shù)據(jù)。無線接口54還將來自處理模塊50的數(shù)據(jù)提供給無線收發(fā)機(jī)60。處理模塊50可以通過輸入接口58接收來自鍵盤、按鍵、話筒等輸入設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)，或自己生成這些輸出數(shù)據(jù)。對(duì)于通過輸入接口58接收的數(shù)據(jù)，處理模塊50可對(duì)其執(zhí)行相應(yīng)主機(jī)功能和/或?qū)⑼ㄟ^無線接口54將其路由到無線收發(fā)機(jī)60。
在無線收發(fā)機(jī)或者終端60中，包括一個(gè)主機(jī)接口62、一個(gè)基帶處理模塊64、一個(gè)存儲(chǔ)器66、多個(gè)射頻(RF)發(fā)射機(jī)68-72、一個(gè)發(fā)送/接收(T/R)模塊74、多個(gè)天線82-86、多個(gè)RF接收機(jī)76-80、以及一個(gè)本地振蕩模塊100?；鶐幚砟K64與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器66中的操作指令結(jié)合，以分別執(zhí)行數(shù)字接收機(jī)和數(shù)字發(fā)射機(jī)的功能。數(shù)字接收機(jī)功能包括但并不僅限于數(shù)字中頻到基帶的轉(zhuǎn)換、解調(diào)、集群反映射、解碼、去交叉、快速傅立葉變換、循環(huán)預(yù)編碼去除、時(shí)空解碼、和/或解密。數(shù)字發(fā)射機(jī)的功能包括但并不僅限于加密、編碼、交叉、集群映射、調(diào)制、反傅立葉變換、循環(huán)預(yù)編碼添加、時(shí)空編碼、和/或數(shù)字基帶到中頻的轉(zhuǎn)換?；鶐幚砟K64可通過一個(gè)或者多個(gè)處理設(shè)備實(shí)現(xiàn)。所述處理設(shè)備可以是微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、微型計(jì)算機(jī)、中央處理單元(CPU)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、可編程邏輯設(shè)備、狀態(tài)機(jī)、邏輯電路、模擬電路、數(shù)字電路、和/或任何能夠根據(jù)操作指令處理信號(hào)(模擬信號(hào)或者數(shù)字信號(hào))的設(shè)備。存儲(chǔ)器66可以是單個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，所述存儲(chǔ)器設(shè)備可以是只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、易失存儲(chǔ)器、非易失存儲(chǔ)器、靜態(tài)存儲(chǔ)器、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器、閃存、和/或任何能夠存儲(chǔ)數(shù)字信息的設(shè)備。要注意的是，當(dāng)處理模塊64通過狀態(tài)機(jī)、模擬電路、數(shù)字電路、和/或邏輯電路實(shí)現(xiàn)一個(gè)或者多個(gè)功能時(shí)，用于存儲(chǔ)相應(yīng)操作指令的存儲(chǔ)器是嵌入在包括有狀態(tài)機(jī)、模擬電路、數(shù)字電路、和/或邏輯電路的電路中的。
在工作過程中，無線收發(fā)機(jī)60通過主機(jī)接口62接收來自主機(jī)設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)88?；鶐幚砟K64根據(jù)模式選擇信號(hào)102接收輸出數(shù)據(jù)88，以生成一個(gè)或多個(gè)輸出符號(hào)流90。模式選擇信號(hào)102將從模式選擇表中指示一個(gè)具體模式，后面將對(duì)模式選擇表作詳細(xì)說明。例如，模式選擇信號(hào)102可能指示2.4GHz的頻帶，20或者22MHz的信道帶寬和最大比特率為54兆/秒(MBPS)或者更高的比特率，如122MBPS。在此一般類型中，模式選擇信號(hào)將進(jìn)一步表示一種具體的速率。此外，模式選擇信號(hào)還可能指示一種具體的調(diào)制方式，包括但不僅限于巴克碼調(diào)制、BPSK(二相相移鍵控)、QPSK(正交相移鍵控)、CCK(補(bǔ)碼鍵控)、16QAM(正交幅度調(diào)制)和/或64QAM。
基帶處理模塊64可基于模式選擇信號(hào)102，并從輸出數(shù)據(jù)88中生成一個(gè)或多個(gè)輸出符號(hào)流90。例如，對(duì)被選擇的具體模式來說，如果模式選擇信號(hào)102表示只用了一個(gè)發(fā)射天線，基帶處理模塊64將產(chǎn)生單輸出符號(hào)流90。另外，如果模式選擇信號(hào)表示利用了2、3或者4個(gè)天線，和天線的數(shù)目相對(duì)應(yīng)，基帶處理模塊64將從輸出數(shù)據(jù)88中產(chǎn)生2、3或者4個(gè)輸出符號(hào)流90。
根據(jù)由基帶模塊64產(chǎn)生的輸出符號(hào)流90的數(shù)目，將啟動(dòng)相應(yīng)數(shù)目的RF發(fā)射機(jī)68-72，把輸出符號(hào)流90轉(zhuǎn)換為輸出RF信號(hào)92。發(fā)送/接收模塊74接收輸出RF信號(hào)92，并將每個(gè)輸出RF信號(hào)提供給一個(gè)相應(yīng)的天線82-86。
當(dāng)無線收發(fā)機(jī)60處于接收模式時(shí)，發(fā)送/接收模塊74通過天線82-86接收一個(gè)或者多個(gè)輸入RF信號(hào)。T/R模式74將輸入RF信號(hào)94提供給一個(gè)或者多個(gè)RF接收機(jī)76-80。RF接收機(jī)76-80將輸入RF信號(hào)94轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)目的輸入符號(hào)流96，后面將參照?qǐng)D4對(duì)RF接收機(jī)76-80作更詳細(xì)的介紹。輸入符號(hào)流96的數(shù)目將和數(shù)據(jù)接收的具體模式相對(duì)應(yīng)?；鶐幚砟K60接收輸入符號(hào)流96并將他們轉(zhuǎn)換為輸入數(shù)據(jù)98，然后通過主機(jī)接口62將輸入數(shù)據(jù)98提供給主機(jī)設(shè)備18-32。對(duì)于其中的無線收發(fā)機(jī)或者終端60的具體實(shí)施，可參考名稱為“具有高數(shù)據(jù)吞吐量的WLAN發(fā)射機(jī)”的待審專利申請(qǐng)，其代理案號(hào)為BP3516，臨時(shí)申請(qǐng)日期為2004年2月19日；還可參考名稱為“具有迭代解碼器的WLAN接收機(jī)”的待審專利申請(qǐng)，其代理案號(hào)為BP3529，臨時(shí)申請(qǐng)日期為2004年2月19日。
在無線收發(fā)機(jī)60的一個(gè)實(shí)施方案中，一種在多輸入多輸出(MIMO)無線局域網(wǎng)(WLAN)中傳輸高速數(shù)據(jù)的方法會(huì)首先確定一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率。然后，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率介于第一數(shù)據(jù)速率和第二數(shù)據(jù)速率之間時(shí)，啟動(dòng)兩個(gè)傳輸通道。然后，對(duì)于所述兩個(gè)傳輸通道中的每一個(gè)，確定以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)集群水平、數(shù)據(jù)副載波數(shù)目、速率碼、以及循環(huán)預(yù)編碼持續(xù)時(shí)間。
在無線收發(fā)機(jī)60的另一個(gè)實(shí)施方案中，一種支持高數(shù)據(jù)速率WLAN通信的方法會(huì)先確定一個(gè)工作帶寬。然后會(huì)確定需要的數(shù)據(jù)吞吐速率。然后會(huì)適用于多輸入多輸出(MIMO)基帶信號(hào)格式的天線數(shù)目。然后會(huì)選擇一個(gè)集群。然后根據(jù)工作帶寬、天線的數(shù)目和集群，啟動(dòng)MIMO WLAN收發(fā)機(jī)工作以滿足數(shù)據(jù)吞吐率的要求。
本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來可以理解的是，如圖2所示的無線通信設(shè)備可以由一個(gè)或者幾個(gè)集成電路實(shí)現(xiàn)。例如，主機(jī)設(shè)備可以由一個(gè)集成電路實(shí)現(xiàn)，基帶處理模塊64和存儲(chǔ)器66可以由第二個(gè)集成電路實(shí)現(xiàn)，無線收發(fā)機(jī)60的其余部分，除去天線82-86，可由第三個(gè)集成電路實(shí)現(xiàn)。作為一種備選方案，無線收發(fā)機(jī)60可以由一個(gè)單獨(dú)的集成電路來實(shí)現(xiàn)。作為另外一種備選方案，主機(jī)設(shè)備的處理模塊50和基帶處理模塊64可以是一個(gè)在單獨(dú)集成電路上實(shí)現(xiàn)的公共處理設(shè)備。此外，存儲(chǔ)器52和存儲(chǔ)器66也可以在一個(gè)單獨(dú)的集成電路上實(shí)現(xiàn)，和/或者在同一個(gè)集成電路上實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)處理模塊50和基帶處理模塊64以作為公共處理模塊。
圖3是一個(gè)無線通信設(shè)備的示意圖，其中包括主機(jī)設(shè)備18-32和相應(yīng)無線收發(fā)機(jī)61。對(duì)蜂窩電話主機(jī)來說，無線收發(fā)機(jī)61是一個(gè)內(nèi)置部件，對(duì)個(gè)人數(shù)字助理主機(jī)、膝上主機(jī)、和/或個(gè)人電腦主機(jī)來說，無線收發(fā)機(jī)61可以是內(nèi)置部件，也可以是外部部件。主機(jī)設(shè)備18-32的工作方式參照上述圖1中解釋。圖3中的WLAN設(shè)備可能按照某一種或者幾種IEEE 802.11a/b/g的標(biāo)準(zhǔn)工作，作為和圖2中的MIMO設(shè)備的區(qū)別，圖3所示的是MISO設(shè)備。
無線收發(fā)機(jī)61包括主機(jī)接口62、基帶處理模塊64、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)111、濾波模塊109、中頻(IF)混合下變頻模塊107、接收濾波模塊101、低噪聲放大器103、發(fā)送/接收轉(zhuǎn)換模塊73、本地振蕩模塊74、存儲(chǔ)器66、數(shù)字發(fā)射機(jī)處理模塊76、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)78、濾波模塊79、中頻(IF)上變頻(轉(zhuǎn)換)模塊81、功率放大器83、發(fā)射機(jī)濾波模塊85和天線86。天線86可以是由發(fā)射和接收通道共用的受Tx/Rx轉(zhuǎn)換模塊73控制的單個(gè)天線；或者是分別用于發(fā)射通道和接收通道的分離天線。天線的實(shí)施依賴于無線通信設(shè)備需要遵從的特定標(biāo)準(zhǔn)?；鶐幚砟K64按前述情況工作，并執(zhí)行圖5-19中所示的一個(gè)或多個(gè)功能。
工作時(shí)，無線收發(fā)機(jī)61通過主機(jī)接口62接收來自主機(jī)設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)88，主機(jī)接口62將輸出數(shù)據(jù)88路由到基帶處理模塊64，根據(jù)具體的無線通信標(biāo)準(zhǔn)(如IEEE.802.11a/b/g、藍(lán)牙等)，基帶處理模塊處理輸出數(shù)據(jù)88，并生成輸出時(shí)域基帶(BB)信號(hào)。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器77將輸出時(shí)域基帶信號(hào)從數(shù)字域轉(zhuǎn)換到模擬域。濾波模塊79首先對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行濾波，然后將它們提供給IF上變頻模塊81。基于由本地振蕩模塊100提供的發(fā)射機(jī)本地振蕩83，IF上變頻模塊81將模擬基帶信號(hào)或者低頻IF信號(hào)轉(zhuǎn)換為RF信號(hào)。RF信號(hào)經(jīng)過功率放大器83放大RF信號(hào)，生成輸出RF信號(hào)92，輸出RF信號(hào)92經(jīng)由發(fā)射濾波模塊85濾波。輸出RF信號(hào)92通過天線86發(fā)送到基站、接入點(diǎn)和/或其他無線通信終端設(shè)備。
無線收發(fā)機(jī)61還通過天線86接收由基站、接入點(diǎn)或者其他無線通信設(shè)備發(fā)送的輸入RF信號(hào)94。天線86通過Tx/Rx轉(zhuǎn)換模塊73把輸入RF信號(hào)提供給接收濾波模塊101。Rx濾波模塊71將輸入RF信號(hào)94帶通濾波，并將經(jīng)過濾波的RF信號(hào)提供給低噪聲放大器103，低噪聲放大器放大RF信號(hào)94，生成經(jīng)過放大的輸入RF信號(hào)。低噪聲放大器72將經(jīng)過放大的輸入RF信號(hào)提供給IF下變頻模塊107。根據(jù)由本地振蕩模塊100提供的接收機(jī)本地振蕩81，IF下變頻模塊直接將放大的輸入RF信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸入低IF信號(hào)或者基帶信號(hào)。下變頻模塊70將輸入低IF信號(hào)或者基帶信號(hào)提供給濾波/增益模塊68，濾波模塊109對(duì)輸入低IF信號(hào)或者輸入基帶信號(hào)濾波，生成經(jīng)過濾波的輸入信號(hào)。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)111將經(jīng)過濾波的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸入時(shí)域基帶信號(hào)。根據(jù)由無線收發(fā)機(jī)61執(zhí)行的具體的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，基帶處理模塊64將輸入時(shí)域基帶信號(hào)解碼、解密、反映射、和/或解調(diào)為重獲(recaptured)輸入數(shù)據(jù)98。主機(jī)接口62通過無線接口54將重獲的輸入數(shù)據(jù)98提供給主機(jī)設(shè)備18-32。
對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說，容易理解如圖3所示的無線通信設(shè)備可以由一個(gè)或者幾個(gè)集成電路實(shí)現(xiàn)。例如，主機(jī)設(shè)備可以由一個(gè)集成電路(芯片)實(shí)現(xiàn)；基帶處理模塊64和存儲(chǔ)器66可以由第二個(gè)集成電路實(shí)現(xiàn)；無線收發(fā)機(jī)61的其余部分，除去天線86，可以由第三個(gè)集成電路實(shí)現(xiàn)。作為另一個(gè)實(shí)施例，無線收發(fā)機(jī)61可以由一個(gè)單獨(dú)的集成電路來實(shí)現(xiàn)。作為另一個(gè)實(shí)施例，主機(jī)設(shè)備的處理模塊50和基帶處理模塊64可以是在一個(gè)單獨(dú)的集成電路上實(shí)現(xiàn)的公共處理設(shè)備。此外，存儲(chǔ)器52和存儲(chǔ)器66也可以在一個(gè)單獨(dú)的集成電路上實(shí)現(xiàn)，和/或在實(shí)現(xiàn)處理模塊50和基帶處理模塊64的公共處理模塊的同一個(gè)集成電路上實(shí)現(xiàn)。
圖4是RF接收機(jī)76-80的框圖。在本實(shí)施方案中，每個(gè)RF接收機(jī)76-80都包括一個(gè)RF濾波器101、一個(gè)低噪聲放大器(LNA)103、一個(gè)可編程增益放大器(PGA)105、一個(gè)下變頻模塊107、一個(gè)模擬濾波器109、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊111、一個(gè)數(shù)字濾波器和向下采樣模塊113。所述的RF濾波器101可以是一個(gè)高頻帶通濾波器，接收輸入RF信號(hào)94并將其濾波，生成經(jīng)過濾波的輸入RF信號(hào)?；谠鲆嬖O(shè)置，低噪聲放大器103放大經(jīng)過濾波的輸入RF信號(hào)94，并將經(jīng)過放大的信號(hào)提供給可編程增益放大器105。可編程增益放大器放大輸入RF信號(hào)94，然后將它們提供給下變頻模塊107。
下變頻模塊107包括多個(gè)混頻器、一個(gè)求和模塊、一個(gè)用于混合輸入RF信號(hào)和本地振蕩(LO)的濾波器，生成模擬基帶信號(hào)。所述的本地振蕩(LO)是由本地振蕩模塊提供的。模擬濾波器109將模擬基帶信號(hào)濾波，并把它們提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊111，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字濾波器和向下采樣模塊113對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波，然后調(diào)節(jié)采樣頻率生成輸入符號(hào)流96。
圖5是如圖3所示的基帶處理模塊64的功能實(shí)現(xiàn)框圖。在本實(shí)施方案中，基帶處理模塊64的實(shí)現(xiàn)包括一個(gè)保護(hù)間隙去除模塊130、一個(gè)快速傅立葉變換(FFT)模塊132、一個(gè)反映射/限幅模塊134、一個(gè)去交叉模塊136、一個(gè)解碼模塊138和信道估計(jì)模塊120。在本實(shí)施方案中，所述的信道估計(jì)模塊120包括一個(gè)編碼模塊140、一個(gè)交叉模塊142、一個(gè)映射模塊144、一個(gè)信道估計(jì)模塊146和一個(gè)信道估計(jì)更新模塊148。圖中還示出一個(gè)可能與IEEE802.11a和/或IEEE 802.11g一致的幀155，所述的幀包括一個(gè)短訓(xùn)練序列、兩個(gè)長訓(xùn)練序列、一個(gè)服務(wù)數(shù)據(jù)段、和多個(gè)數(shù)據(jù)有效載荷段。
基帶處理模塊64按順序處理幀155的各段。眾所周知，基帶處理模塊64處理短訓(xùn)練序列來識(shí)別一幀的存在，開始確定該幀是否有效、并確定無線接收機(jī)部分的初始增益值(例如LNA增益、可編程增益放大器的增益及模數(shù)(轉(zhuǎn)換)增益等)。
接著，基帶處理模塊64處理長訓(xùn)練序列，進(jìn)一步確定幀155的有效性，并通過保護(hù)間隙去除模塊130來去除分隔長訓(xùn)練序列的保護(hù)間隙?？焖俑盗⑷~變換模塊132將表示長訓(xùn)練序列的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為多個(gè)時(shí)域信號(hào)150。反映射/限幅模塊134將頻域信號(hào)150反映射，生成反映射信號(hào)152。交叉模塊136將反映射信號(hào)152去交叉，生成去交叉數(shù)據(jù)154。解碼模塊138解碼去交叉數(shù)據(jù)154，生成輸入解碼數(shù)據(jù)98。
例如，如果基帶處理模塊64和IEEE 802.11a和/或802.11g兼容，則輸入時(shí)域基帶信號(hào)為5GHz和/或2.4GHz頻帶范圍內(nèi)的正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制信號(hào)。FFT模塊132將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為一系列的頻域信號(hào)，每個(gè)頻域信號(hào)代表一個(gè)信道的副載波。眾所周知，在802.11b和/或802.11g標(biāo)準(zhǔn)中，每個(gè)信道的52個(gè)非零副載波有48個(gè)數(shù)據(jù)副載波和4個(gè)導(dǎo)頻副載波。其余的12個(gè)副載波都為零，提供至少一個(gè)保護(hù)間隙段。每個(gè)信號(hào)代表一個(gè)經(jīng)過PBSK、QPSK、16QAM和/或64QAM調(diào)制的數(shù)據(jù)。反映射為相應(yīng)信號(hào)確定具體的符號(hào)向量，然后，相應(yīng)信號(hào)通過去交叉模塊136去交叉。解碼模塊138(可以是一個(gè)維特比解碼器)接收代表調(diào)制數(shù)據(jù)的符號(hào)向量；并根據(jù)重獲的比特值解碼符號(hào)向量，所述的比特值是由集群映射符號(hào)來表示的。
從本質(zhì)上來說，信道估計(jì)模塊120重復(fù)了基帶傳輸?shù)墓δ?，將由解碼模塊138產(chǎn)生的解碼數(shù)據(jù)再映射為頻域信號(hào)。如圖所示，編碼模塊140可以是速率為1/2的卷積編碼器，對(duì)輸入解碼數(shù)據(jù)98進(jìn)行編碼，生成經(jīng)過再編碼的數(shù)據(jù)156。實(shí)際上，編碼模塊140執(zhí)行的是解碼模塊138相反、和發(fā)射天線通信設(shè)備相同的編碼功能。
交叉模塊142將再編碼數(shù)據(jù)156交叉，生成再交叉數(shù)據(jù)158。映射模塊144將再交叉數(shù)據(jù)158映射為一系列的再映射頻域信號(hào)160。這些功能都是反映射/限幅模塊134和去交叉模塊136功能的逆轉(zhuǎn)或者呼應(yīng)。
信道估計(jì)模塊146利用一系列的再映射頻域信號(hào)160和頻域信號(hào)150，為正在被處理幀的具體部分生成信道估計(jì)162。信道估計(jì)162可以為長訓(xùn)練序列利用，生成一個(gè)LTS信道估計(jì)值，也可為服務(wù)段利用，生成一個(gè)服務(wù)段信道估計(jì)值，所述的服務(wù)段通常指作為幀信息的段，因此，一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)的有效載荷都可能具有其確定的信道估計(jì)值160。
信道估計(jì)更新模塊148接收信道估計(jì)162，用于幀155的具體段，更新以前的信道估計(jì)值，生成一個(gè)經(jīng)過更新的信道估計(jì)163。對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說，容易理解，LTS信道估計(jì)值是依據(jù)以前的無線LAN接收機(jī)信道估計(jì)技術(shù)獲得的，所述的WLAN接收機(jī)適用于802.11a和/或802.11g標(biāo)準(zhǔn)。
參照幀155，基于LTS信道估計(jì)，信道估計(jì)模塊120為該幀生成一個(gè)初始信道估計(jì)值。接收到服務(wù)段后，信道估計(jì)模塊120為服務(wù)段生成一個(gè)服務(wù)段信道估計(jì)值。然后，根據(jù)初始的信道估計(jì)值和新確定的服務(wù)段信道估計(jì)值，信道估計(jì)模塊120更新該幀的信道估計(jì)值163。接收到第一數(shù)據(jù)有效載荷后，信道估計(jì)模塊120為這個(gè)數(shù)據(jù)有效載荷生成一個(gè)相關(guān)的信道估計(jì)值，然后利用這第一有效載荷信道估計(jì)值更新以前的信道估計(jì)值。信道估計(jì)模塊120可以為每個(gè)接收到的數(shù)據(jù)有效載荷確定一個(gè)相應(yīng)的信道估計(jì)值，并更新當(dāng)前的信道估計(jì)值163。另外，信道估計(jì)模塊120可以僅利用多個(gè)數(shù)據(jù)有效載荷段來確定信道估計(jì)163的更新。所述的用到的數(shù)據(jù)有效載荷可以預(yù)先確定(例如，用每個(gè)第四數(shù)據(jù)有效載荷作為該數(shù)據(jù)有效載荷)，或者數(shù)據(jù)有效載荷根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)有效載荷能力來確定，這個(gè)能量水平需超過用于更新信道估計(jì)的能量門限值。
信道估計(jì)模塊146和信道估計(jì)更新模塊148的范例，接收到的FFT輸出第Kth信號(hào)為Yk＝ZkHkz+Vk下腳k適用于任何信號(hào)時(shí)，方程為Y＝ZH+V≈CN(0，σ2)其中，Y是接收到的幀信息段和/或接收到的有效載荷段；H是對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)；V表示接收到的幀信息段和/或接收到的有效載荷段的噪聲部分；Z表示接收到的幀信息段和/或接收到的有效載荷段的多個(gè)再映射頻域信號(hào)；其中Z可以表示為Z＝KMODX。因此，上式還可表示為Y＝(Zi+jZq)(Hi+jHq)+(Vi+jVq)＝(ZiHi-ZqHq)+j(ZqHi+ZiHq)+(Vi+jVq)所以Yi＝ZiHi-ZqHq+ViYq＝ZqHi+ZiHq+Vq所以ZiYi+ZqVq＝(Zi2+Zq2)Hi+ZiVi+ZqVq，這樣，信道估計(jì)值可以表示為
H^DNi=H^i=ZiYi+ZqVqZi2+Zq2]]>H^i=Hi+ZiVi+ZqVqZi2+Zq2]]>=Zi2σ2+Zq2σ2(Zi2+Zq2)2]]>=σ2(Zi2+Zq2)2]]>=σ2KMOD2(Xi2+Xq2)]]>另外一個(gè)例子，具有高能量的集群點(diǎn)可以將估計(jì)值噪聲減少到最小。例如，64QAM(正交幅度調(diào)制)時(shí)，Kmod＝1/42，則σ2KMOD2(Xi2+Xq2)=42σ2(Xi2+Xq2)]]>從此例中可以看出，僅當(dāng)集群能量大于42時(shí)才進(jìn)行通道估計(jì)值的更新，在此假設(shè)前提下，下面的集群坐標(biāo)給出這樣一個(gè)能量級(jí)別對(duì)應(yīng)表
(Xi，Xq) Xi2+Xq2I1，I7 50I3，I7 58I5，I7 74I7，I7 98I5，I5 50圖6是基帶處理模塊64的另一種實(shí)現(xiàn)方式。在此實(shí)施方案中，基帶處理模塊包括保護(hù)間隙去除模塊130、FFT模塊132、反映射/限幅模塊134、去交叉模塊136、解碼模塊138和信道估計(jì)模塊120。在本實(shí)施方案中，信道估計(jì)模塊120包括交叉模塊142、映射模塊144、信道估計(jì)模塊146和信道估計(jì)更新模塊148。模塊130-138的功能參照前述對(duì)圖5相應(yīng)部分的說明，用于將輸入時(shí)域基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸入解碼數(shù)據(jù)98。
本實(shí)施方案中，信道估計(jì)模塊120通過交叉模塊142接收來自模塊136的去交叉數(shù)據(jù)。交叉模塊142將數(shù)據(jù)再次交叉，產(chǎn)生再交叉數(shù)據(jù)158。映射模塊144將再交叉數(shù)據(jù)158映射為一系列再映射頻域信號(hào)160。信道估計(jì)模塊146和信道估計(jì)更新模塊148的作用參照前述對(duì)圖5相應(yīng)部分的說明，用于產(chǎn)生經(jīng)過更新的信道估計(jì)163。
圖7是基帶處理模塊64的又一種實(shí)施方案。在此實(shí)施方案中，基帶處理模塊64的配置包括保護(hù)間隙去除模塊130、FFT模塊132、反映射/限幅模塊134、去交叉模塊136、解碼模塊138和信道估計(jì)模塊120。在此實(shí)施例中，信道估計(jì)模塊120包括映射模塊144、信道估計(jì)模塊146和信道估計(jì)值更新模塊148。模塊130-138的作用參照前述對(duì)圖5相應(yīng)部分的說明，用于將輸入時(shí)域基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸入解碼數(shù)據(jù)98。
本實(shí)施方案，信道估計(jì)模塊120通過映射模塊144接收反映射信號(hào)152。映射模塊144將反映射信號(hào)152映射為OFDM調(diào)制信號(hào)，生成多個(gè)再映射頻域信號(hào)160。信道估計(jì)模塊146和信道估計(jì)更新模塊148的功能參照前述對(duì)圖5相應(yīng)部分的說明，用于生成經(jīng)過更新的信道估計(jì)163。
圖8是符合圖2所示的無線通信設(shè)備接收機(jī)的基帶處理示意圖。基帶處理包括一個(gè)時(shí)/空解碼器294、多個(gè)快速傅立葉變換(FFT)/循環(huán)預(yù)編碼去除模塊296-300、多個(gè)符號(hào)反映射模塊302-306、一個(gè)多路復(fù)用器308、一個(gè)去交叉器310、一個(gè)信道解碼器312、一個(gè)解密器314和一個(gè)信道估計(jì)模塊120?；鶐幚砟K還可包括一個(gè)模式管理模塊175，該模塊基于操作輸入313的模式，生成設(shè)置315和速率選擇311。時(shí)/空解碼模塊294接收來自接收機(jī)通道的P-輸入，并生成M-輸出信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施方案中，在時(shí)/空解碼模塊294中，進(jìn)行每個(gè)通道的輸入符合乘以如下形式的解碼矩陣運(yùn)算C1C2C3···C2M-1-C2*C1*C4···C2M]]>要注意的是，解碼矩陣的行和輸入通道的數(shù)目相對(duì)應(yīng)，列和輸出通道的數(shù)目對(duì)應(yīng)。時(shí)空解碼M輸出通道的數(shù)目可以等于時(shí)空解碼P-輸入通道的數(shù)目，或者輸入通道P數(shù)目等于M+1通道數(shù)。
FFT/循環(huán)預(yù)編碼去除模塊296-300將M個(gè)符號(hào)流從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，生成M個(gè)時(shí)域符號(hào)流。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，預(yù)編碼去除功能基于某個(gè)預(yù)編碼消除內(nèi)部符號(hào)干涉。要注意的是，通常情況下，64點(diǎn)(64-point)FFT用于20MHz的信道，而128點(diǎn)的FFT用于40MHz信道。
符號(hào)反映射模塊302-306將頻域符號(hào)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)位流。在一個(gè)實(shí)施方案，個(gè)符號(hào)反映射模塊將經(jīng)過正交幅度調(diào)制(QAM)的符號(hào)(例如，BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、128QAM等)映射為個(gè)數(shù)據(jù)位流。要注意的是，對(duì)于向后兼容的IEEE 802.11(a)來說，可能會(huì)用到雙格雷碼。多路復(fù)用器308將經(jīng)過反映射的符號(hào)流復(fù)合為一個(gè)單獨(dú)的通道。去交叉器310對(duì)該單一通道去交叉。
迭代解碼器312解碼去交叉數(shù)據(jù)，生成解碼數(shù)據(jù)。在待審專利申請(qǐng)“具有迭代解碼器的WLAN接收機(jī)”中有更詳細(xì)的說明，該申請(qǐng)的代理案號(hào)為BP3529，臨時(shí)申請(qǐng)遞交日期是2/20/04。解密器314將解碼數(shù)據(jù)解密，生成輸入數(shù)據(jù)98。在一個(gè)實(shí)施方案中，解密器314(在GF2中)去除解碼數(shù)據(jù)中的偽隨機(jī)序列。偽隨機(jī)序列可能來自反饋移位寄存器，該移位寄存器具有多項(xiàng)式S(x)＝x7+x4+1發(fā)生器，生成解密數(shù)據(jù)。
信道估計(jì)模塊120可以和去交叉模塊310的輸出相連，接收去交叉數(shù)據(jù)，或者和信道解碼器312的輸出相連，接收解碼數(shù)據(jù)。如果信道估計(jì)模塊120的連接用于接收解碼數(shù)據(jù)，它的功能參照前述圖5中相應(yīng)部件的說明。如果信道估計(jì)模塊120的連接用于接收去交叉數(shù)據(jù)，它的功能參照前述圖6中相應(yīng)部件的說明。
圖9是幀200的示意圖。當(dāng)在區(qū)域范圍內(nèi)，用于無線通信的只有IEEE802.11n兼容設(shè)備時(shí)，所示的幀200可依據(jù)IEEE 802.11n來構(gòu)造。如圖所示，幀200包括一個(gè)短訓(xùn)練序列(STS)157、多個(gè)附加長訓(xùn)練序列(suppl LTS)201-203和多個(gè)數(shù)據(jù)有效載荷段205-207。對(duì)這種格式的幀而言，圖8中的信道估計(jì)模塊120將像前述圖5對(duì)相應(yīng)部分說明的那樣，根據(jù)LTS信道估計(jì)首先生成信道估計(jì)值。然后，信道估計(jì)模塊120更新每個(gè)信道估計(jì)值。如圖所示，第一數(shù)據(jù)有效載荷具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)值，用于更新LTS信道估計(jì)，生成經(jīng)過更新的信道估計(jì)值。下一個(gè)數(shù)據(jù)有效載荷又具有另一個(gè)對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)值，該對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)值用于更新前面經(jīng)過更新的信道估計(jì)值。
圖10是幀202的示意圖。當(dāng)在通信區(qū)域范圍內(nèi)有IEEE 802.11n、802.11a和/或802.11g設(shè)備時(shí)，該幀可依據(jù)IEEE 802.11n來構(gòu)造。在這種情況下，幀202包括短訓(xùn)練序列(STS)157、符合802.11a和/或802.11g標(biāo)準(zhǔn)的長訓(xùn)練序列(LTS)159和161、符合802.11a和/或802.11g標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)數(shù)據(jù)域(SIG)163、附加長訓(xùn)練序列(suppl LTS)201-203、高速數(shù)據(jù)服務(wù)段211和多個(gè)數(shù)據(jù)有效載荷段205-209。如圖所示，幀202包括兩個(gè)幀信息段服務(wù)段163和高速數(shù)據(jù)服務(wù)段211。
圖8中所示的信道估計(jì)模塊120首先通過確定LTS信道估計(jì)，生成信道估計(jì)值，隨后利用和服務(wù)段對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)值更新它，然后信道估計(jì)模塊為附加LTS確定一個(gè)信道估計(jì)值，并利用這個(gè)估計(jì)值更新前面更新過的信道估計(jì)值。高速數(shù)據(jù)服務(wù)段211和一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)有效載荷段205-209連續(xù)進(jìn)行信道估計(jì)值的更新。
圖11是幀204另外一個(gè)示意圖。所述的幀可和IEEE 802.11n兼容，用在含有802.11n、802.11a、802.11b和/或802.11g設(shè)備的通信范圍內(nèi)。在這個(gè)實(shí)施方案中，幀204包括一個(gè)短訓(xùn)練序列(STS)157、傳統(tǒng)的長訓(xùn)練序列(LTS)159&161、傳統(tǒng)服務(wù)段(SIG)163、一個(gè)MAC分區(qū)段213、附加長訓(xùn)練序列(suppl LTS)201-203、高速數(shù)據(jù)服務(wù)段211和多個(gè)數(shù)據(jù)有效載荷段205-209。圖8中的信道估計(jì)模塊120利用LTS信道估計(jì)值確定初始的信道估計(jì)值，然后為幀204中的每個(gè)域和/或區(qū)確定一個(gè)信道估計(jì)值，并利用這些信道估計(jì)值更新前面更新過的信道估計(jì)值。在圖示中，幀204的幀信息區(qū)包括傳統(tǒng)服務(wù)段163、MAC分區(qū)域213和高速數(shù)據(jù)服務(wù)段211。
圖12A是幀221的數(shù)據(jù)段示意圖。所述的幀可由圖7和圖8中的基帶處理模塊處理。幀221包括一個(gè)短訓(xùn)練序列(STS)157、一個(gè)保護(hù)時(shí)隙(GI)223、兩個(gè)信道偵聽(CS)245和247、以及一個(gè)信號(hào)段(SIG)163。在一個(gè)實(shí)施例中，幀221的周期是20毫秒(μs)，其中STS占用4μs，GI占用1.6μs，每個(gè)CS占用3.2μs，信號(hào)段占用4μs。在STS段，每個(gè)符號(hào)占用0.8μs。
STS157包括十個(gè)短訓(xùn)練符號(hào)(s1-s10)225-245。幀221的信道偵聽245和247(比如，IEEE 802.11a中的長訓(xùn)練符號(hào))滿足下面兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)1.傳統(tǒng)(802.11a/g)終端可以利用它對(duì)信令段進(jìn)行解碼，獲得幀長以設(shè)置空閑信道評(píng)估(CCA)參數(shù)。
2.下一代802.11n終端可以利用它進(jìn)行(部分)MIMO信道估計(jì)。
在滿足這種標(biāo)準(zhǔn)的情況下，信道估計(jì)誤差減小到一個(gè)給定的平均最小值，這個(gè)序列的是高能效的。對(duì)于傳統(tǒng)終端中沒有變化的信令段來說，在發(fā)射機(jī)天線的輸入部分，對(duì)現(xiàn)有長訓(xùn)練和信令符號(hào)進(jìn)行線性加重；為了傳統(tǒng)終端的解碼，同樣的加重操作提供給前兩個(gè)長訓(xùn)練符號(hào)和傳統(tǒng)信令域。
圖12B是接收到的具有圖12A所示幀格式的信號(hào)模式框圖。如圖所示，接收信號(hào)(Xk)255包括傳輸信道偵聽信號(hào)(Sk)253、信道估計(jì)(Hk)251和噪音矩陣(Nk)257。特別地，接收信號(hào)Xk＝Sk*Hk+Nk，其中Sk*、Hk、Nk都是矩陣。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，信道估計(jì)Hk251和傳輸信道偵聽信號(hào)Sk253具有如下形式
Xk＝Sk·Hk+Nk 從這種信號(hào)形式可以看出，逼零(ZF)MIMO信道估計(jì)可按如下公式計(jì)算H^k=(SkH·Sk)-1·SkH·Xk=1M·SkH·Xk]]>確定長訓(xùn)練符號(hào)序列后，Sk的結(jié)果為實(shí)數(shù)倍單位矩陣。在這種情況下，按如下公式計(jì)算信道估計(jì)的最小平均方差(MMSE)H^k=(SkH·Sk+ση2·I)-1·SkH·Xk=ρ·SkH·Xk]]>ρ=1M+ση2]]>簡化計(jì)算時(shí)，nk設(shè)為獨(dú)立同分布(i.i.d.)高斯變量，被選作進(jìn)行“良好長訓(xùn)練選擇”。要注意的是，由于S一般是經(jīng)過認(rèn)真選擇的，實(shí)際上沒必要利用MMSE來代替逼零(ZF)進(jìn)行序列估計(jì)。
圖13是多個(gè)報(bào)頭261-265在多個(gè)天線(TX 1到TX M)中的傳輸示意圖，所述的天線兼容圖7和圖8中所示的基帶處理模塊。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)報(bào)頭261-265對(duì)應(yīng)包括一個(gè)載波偵測(cè)(CD)段267、277、287，一個(gè)第一信道偵聽(CS M，1)269、279、289，一個(gè)信號(hào)段(SIG)271、281、291和一個(gè)L-1剩余信道偵聽(CS，M，L)。在這個(gè)實(shí)施方案中，信道偵測(cè)CD267、277、287、第一信道偵聽269、279、289和信號(hào)段271、281、291可分別對(duì)應(yīng)一個(gè)短訓(xùn)練序列、一個(gè)長訓(xùn)練序列和一個(gè)傳統(tǒng)無線協(xié)議(如IEEE 802.11a，b和/或g)信號(hào)段。
根據(jù)本發(fā)明所提供的方法，報(bào)頭的能量從IEEE 802.11n終端或者接入點(diǎn)傳輸給所有的信號(hào)或者幾乎所有信號(hào)、所有天線或者幾乎所有天線及所有L偵聽序列。當(dāng)L＝M時(shí)，每個(gè)L偵聽期間從M天線的每個(gè)天線發(fā)出的能量為2s2/M。當(dāng)L＝M時(shí)，信道估計(jì)矩陣的總能量為2Ms2。因此，無論在什么時(shí)候，總的傳輸能量為僅有一個(gè)信號(hào)傳輸時(shí)能量的M倍。
圖14是具有圖12A所示偵格式的傳輸模式示意圖。對(duì)這種傳輸格式來說，為了滿足向后兼容性和下一代信道估計(jì)的要求，應(yīng)這樣選擇W，使W和W-1很容易實(shí)現(xiàn)。此外，任何來自MIMO(下一代)，經(jīng)過[w11...w1M]矩陣運(yùn)算的波束，都可以被傳統(tǒng)802.11a/g很好設(shè)備接收。(any beam forming issues fromMIMO transmitters(next generation)by[w11...w1M]should be well-received bylegacy 802.11a/g device.)在此實(shí)施方案中，信道偵聽(Sk)253乘以多個(gè)加重因子(Wk，m)68-72，所述的k對(duì)應(yīng)信道偵聽數(shù)目，變化范圍是1-1，m對(duì)應(yīng)發(fā)射天線82-86的數(shù)目。通過發(fā)射機(jī)68-72，將經(jīng)過加重的信道偵聽信號(hào)結(jié)果轉(zhuǎn)換為RF信號(hào)，然后通過天線82-86將RF信號(hào)發(fā)射出去。在一個(gè)實(shí)施方案中，加重因子矩陣的形式如下 在所有傳輸過程中，可能會(huì)形成零訊號(hào)。這些零訊號(hào)可能會(huì)通過選擇加重序列而得到補(bǔ)償，而成為一個(gè)波束形成器，致使這些零訊號(hào)朝具體的方向傳播。例如，如果矢量矩陣w1＝[1 1](所述先前滑動(dòng)矩陣的其中一行用于2個(gè)TX情形)，零訊號(hào)將會(huì)沿著-90°和+90°的方向傳播，這樣，和其他傳統(tǒng)WLAN設(shè)備單輸入接收機(jī)相比，某個(gè)方向上的信號(hào)受到損失。
本發(fā)明提供了一種不同的復(fù)雜加重方法，在M-1個(gè)發(fā)射天線上，將此加重方法提供給每個(gè)副載波。這樣，在每個(gè)副載波上形成一種不同的波束形式，并達(dá)到了在最差方向上減少能量和容量損失的目的。
圖15是圖12A中幀格式的報(bào)頭形成方式示意圖，該報(bào)頭一般地用于下一代MIMO發(fā)射機(jī)，尤其是用于具有雙天線的下一代MIMO發(fā)射機(jī)中。如圖所示，兩個(gè)報(bào)頭，對(duì)應(yīng)兩個(gè)有源天線。第一個(gè)報(bào)頭311，通過第一個(gè)天線傳輸，包括一個(gè)雙保護(hù)間隔(GI2)313，一個(gè)第一信道偵聽(CS 0，0)315，一個(gè)第二信道偵聽(CS 0，1)317，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)319，一個(gè)信號(hào)段(SIG)321，另一個(gè)保護(hù)間隔(GI))323，以及第三信道偵聽(CS 0，2)325。第二個(gè)報(bào)頭327，通過第二個(gè)天線傳輸，包括一個(gè)雙保護(hù)間隔(GI2)329，一個(gè)第一信道偵聽(CS 1，0)331，一個(gè)第二信道偵聽(CS 1，1)333，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)335，一個(gè)信號(hào)段(SIG)337，另一個(gè)保護(hù)間隔(GI))339，以及第三信道偵聽(CS 1，2)341。
在此實(shí)施方案中，信道偵聽可用如下公式計(jì)算s01＝s00s10,k=-s00,k·ei·θk]]>s11＝s10s02＝s00s12,k=s00,k·ei·θk]]>Sk=s10,ks11,ks20,ks21,k=s00,k·1-111·100ei·θk=s00,k-s00,k·ei·θks00,ks00,k·ei·θk]]>從這些信道探測(cè)的數(shù)據(jù)形式中，可以得出如下形式的加重因子信道偵聽下腳的第一個(gè)數(shù)字對(duì)應(yīng)天線的數(shù)目，第二個(gè)數(shù)字對(duì)應(yīng)符號(hào)的數(shù)目，k對(duì)應(yīng)信道偵聽的數(shù)目。例如，S10，k對(duì)應(yīng)第一個(gè)符號(hào)，通過第一個(gè)天線傳輸，用于第k個(gè)信道偵聽。
每個(gè)副載波為了獲得不同波束形式，θk的計(jì)算方法如下θk=π·k/6,k=-Nsubcarriers2··Nsubcarriers2]]>圖16是具有圖12A幀格式的報(bào)頭方式示意圖，該報(bào)頭用于三天線的下一代MIMO發(fā)射機(jī)。如圖中所示，三個(gè)報(bào)頭，對(duì)應(yīng)三個(gè)有源天線。第一個(gè)前同步真351，通過第一個(gè)天線傳輸，包括一個(gè)雙保護(hù)間隔(GI2)353，一個(gè)第一信道偵聽(CS 0，0)355，一個(gè)第二信道偵聽(CS 0，1)357，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)359，一個(gè)信號(hào)段(SIG)361，一個(gè)保護(hù)間隔(GI))363，一個(gè)第三信道偵聽(CS 0，2)365，一個(gè)第三保護(hù)間隔(GI)367，以及一個(gè)第四信道偵聽(CS 0，3)369。第二個(gè)報(bào)頭371，通過第二個(gè)天線傳輸，包括一個(gè)雙保護(hù)間隔(GI2)373，一個(gè)第一信道偵聽(CS 1，0)375，一個(gè)第二信道偵聽(CS 1，1)377，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)379，一個(gè)信號(hào)段(SIG)381，一個(gè)保護(hù)間隔(GI))383，一個(gè)第三信道偵聽(CS 1，2)385，一個(gè)第三保護(hù)間隔(GI)387，以及一個(gè)第四信道偵聽(CS 0，3)389。第三個(gè)報(bào)頭391，通過第三個(gè)天線傳輸，包括一個(gè)雙保護(hù)間隔(GI2)393，一個(gè)第一信道偵聽(CS 2，0)395，一個(gè)第二信道偵聽(CS 2，1)397，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)399，一個(gè)信號(hào)段(SIG)401，一個(gè)保護(hù)間隔(GI))403，一個(gè)第三信道偵聽(CS 2，2)405，一個(gè)第三保護(hù)間隔(GI)407，以及一個(gè)第四信道偵聽(CS 2，3)409。
對(duì)不同的信道偵聽，實(shí)施不同的加重因子矩陣，計(jì)算公式如下Sk=s10,ks11,ks12,ks20,ks21,ks22,ks30,ks31,ks32,k=s00,ks00,k·ei·θks00,k·ei·φks00,ks00,k·ei·(θk-4·π3)s00,k·ei·(φk-2·π3)s00,ks00,k·ei·(θk-2·π3)s00,k·ei·(φk-4·π3)]]>每個(gè)副載波為了獲得不同的波束形式，θk的計(jì)算方法如下θk＝π·k/6φk＝π·(k+4)/6圖17具有圖12A幀格式的報(bào)頭方式示意圖，該報(bào)頭用于四天線的下一代MIMO發(fā)射機(jī)。如圖中所示，四個(gè)前同步信號(hào)，對(duì)應(yīng)四個(gè)有源天線。第一個(gè)前同步信號(hào)411，通過第一個(gè)天線傳輸，包括一個(gè)雙保護(hù)間隔(GI2)413，一個(gè)第一信道偵聽(CS 0，0)415，一個(gè)第二信道偵聽(CS 0，1)417，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)419，一個(gè)信號(hào)段(SIG)421，一個(gè)保護(hù)間隔(GI))423，一個(gè)第三信道偵聽(CS 0，2)425，一個(gè)第三保護(hù)間隔(GI)427，一個(gè)第四信道偵聽(CS 0，3)429，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)431，以及一個(gè)第五信道偵聽(CS0，4)435。第二個(gè)報(bào)頭441，通過第二個(gè)天線傳輸，包括一個(gè)雙保護(hù)間隔(GI2)443，一個(gè)第一信道偵聽(CS 1，0)445，一個(gè)第二信道偵聽(CS 1，1)447，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)449，一個(gè)信號(hào)段(SIG)451，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)453，一個(gè)第三信道偵聽(CS 1，2)455，一個(gè)第三保護(hù)間隔(GI)457，一個(gè)第四信道偵聽(CS 1，3)459，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)461，以及一個(gè)第五信道偵聽(CS 1，4)465。第三個(gè)報(bào)頭471，通過第三個(gè)天線傳輸，包括一個(gè)雙保護(hù)間隔(GI2)473，一個(gè)第一信道偵聽(CS 2，0)475，一個(gè)第二信道偵聽(CS 2，1)477，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)479，一個(gè)信號(hào)段(SIG)481，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)483，一個(gè)第三信道偵聽(CS 2，2)485，一個(gè)第三保護(hù)間隔(GI)487，一個(gè)第四信道偵聽(CS 2，3)489，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)491，以及一個(gè)第五信道偵聽(CS 2，4)495。第四個(gè)報(bào)頭501，通過第四個(gè)天線傳輸，包括一個(gè)雙保護(hù)間隔(GI2)503，一個(gè)第一信道偵聽(CS 3，0)505，一個(gè)第二信道偵聽(CS 3，1)507，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)509，一個(gè)信號(hào)段(SIG)511，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)513，一個(gè)第三信道偵聽(CS 3，2)515，一個(gè)第三保護(hù)間隔(GI)517，一個(gè)第四信道偵聽(CS 3，3)519，一個(gè)保護(hù)間隔(GI)521，以及一個(gè)第五信道偵聽(CS 3，4)525。
對(duì)如圖17的實(shí)施方案，有θk＝π·k/6φk＝π·(k+2)/6ψk＝π·(k+4)/6在圖15-17的工作模式下，θk、φk和ψk設(shè)置為能夠在每個(gè)副載波上構(gòu)成不同波束形式的值。因?yàn)閭鬏斄烁嗟哪芰?，所以下一?02.11n設(shè)備能夠確定更好的信道估計(jì)。此外，利用這種信號(hào)格式，下一代接收機(jī)可以進(jìn)行簡單逼零(ZF)或者M(jìn)MSE信道估計(jì)。
這種信道估計(jì)工作可以通過對(duì)二天線、三天線和四天線通信設(shè)備分別提供如下的矩陣形式實(shí)現(xiàn)。各天線對(duì)應(yīng)的矩陣形式為WT=+1-1+1+1⇒WT-1=12+1+1-1+1]]>WT=1111-1-i·32-1+i·321-1+i·32-1-i·32⇒WT-1=13·1111-1+i·32-1-i·321-1-i·32-1+i·32]]>WT=-1+1+1+1+1-1+1+1+1+1-1+1+1+1+1-1⇒WT-1=14-1+1+1+1+1-1+1+1+1+1-1+1+1+1+1-1]]>利用這些技術(shù)，在第一個(gè)實(shí)施方案中，可結(jié)合前面的每個(gè)副載波的波束形成系數(shù)的知識(shí)對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)，于是，這些系數(shù)就不需要提供給其余的傳輸符號(hào)。本實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)是，在發(fā)射機(jī)端不需要額外的乘法運(yùn)算，所以，LTRN序列可以簡單地通過列表查出。
第二個(gè)實(shí)施方案，不需結(jié)合每個(gè)副載波的波束形成系數(shù)對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)。在這個(gè)實(shí)施方案中，必須要給其余傳輸符號(hào)提供該系數(shù)。這個(gè)實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)是簡化了接收機(jī)信道估計(jì)(更少的乘法運(yùn)算)，但增加了發(fā)射機(jī)的乘法運(yùn)算。
對(duì)第一個(gè)實(shí)施方案，運(yùn)算方程如下(利用前面的符號(hào)表示，并且設(shè)L＝M)H^k=1M·s00,k*·WB,kH·WTH·Xk]]>WB,k=diag(1ei·π·I16···ei·π·IM-16)]]>
對(duì)第二個(gè)實(shí)施方案，運(yùn)算方程如下(利用前面的符號(hào)表示，并且設(shè)L＝M)H^k=1M·s00,k*·WTH·Xk]]>通過對(duì)整個(gè)length-M序列進(jìn)行p次重復(fù)運(yùn)算，可以進(jìn)一步提高信道估計(jì)的精確度。通過簡單的平均運(yùn)算就可以達(dá)到提高精度的目的，它的開銷和單獨(dú)的一個(gè)slide10中描述的有源發(fā)射機(jī)的開銷相同，但性能要高很多。
對(duì)于向后兼容的報(bào)頭而言，其中長訓(xùn)練符號(hào)的數(shù)目是M+1，更長的序列有p*M+1個(gè)長訓(xùn)練符號(hào)。有p個(gè)相同的M符號(hào)塊，并且每個(gè)天線的第一和第二個(gè)符號(hào)相同。
圖18是傳統(tǒng)和下一代WLAN設(shè)備解釋包含在幀頭中信息的方式框圖，所述的幀是向后兼容的。為了減小接收機(jī)計(jì)算的復(fù)雜程度，發(fā)射天線和報(bào)頭531的配置需要在傳統(tǒng)信令區(qū)段533進(jìn)行編碼，另一個(gè)是，由接收機(jī)計(jì)算4個(gè)不同的信道估計(jì)，選擇天線/報(bào)頭參數(shù)配置535，得到一個(gè)奇偶校驗(yàn)位匹配，和在信令2(MIMO擴(kuò)展)中唯一合法值。
本發(fā)明的一個(gè)方面，如果在信令段設(shè)置了保留位，利用“MIMO譯碼”539對(duì)速率位537進(jìn)行再譯碼。對(duì)MIMO接收機(jī)來說，這個(gè)速率確定為待定的，速率位就不再代表實(shí)際速率，而是結(jié)合長度域和TX天線/前同步信號(hào)配置，代表一個(gè)虛擬的速率，所述的長度段唯一確定符號(hào)中幀的長度。
例如，在54Mbps的速率下，在長度段中有27個(gè)可能字節(jié)數(shù)，在符號(hào)中生成相同的幀周期，這27種可能能夠?qū)X天線/報(bào)頭配置編碼。在下面的表1中，表示了三種編碼方式。要注意的是，我們可以簡單地利用“6Mbps”速率唯一確定所有長度和TX天線/前同步信號(hào)配置。在這種情況下，如果設(shè)置了保留位，就不再用其他的速率碼。唯一的缺點(diǎn)是損失了對(duì)其他前同步碼的編碼選擇能力。
表1-速率域譯碼


圖19所示的是當(dāng)前通用的IEEE 802.11a，b和g的不同頻譜屏蔽的頻率特性曲線541，和多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的下一代MIMO信號(hào)屏蔽的頻率特性曲線543、545、547。下一代接口的要求可能保護(hù)一個(gè)有效數(shù)據(jù)速率，這個(gè)有效數(shù)據(jù)速率要求在20MHz的信道中具有100Mbps的吞吐量，當(dāng)然，較低的數(shù)據(jù)速率能夠提供設(shè)備間較長的傳播距離。例如，圖中的以MHz為單位的水平軸，表示以20MHz為中心的偏移量；垂直軸以分貝(dB)為單位。在這個(gè)例子中，頻譜屏蔽543是20MHz信道的每個(gè)通道的頻率特性曲線，該信道從64個(gè)副載波中選擇48個(gè)用于攜帶數(shù)據(jù)；頻譜屏蔽545是20MHz信道的每個(gè)通道的頻率特性曲線，該信道從64個(gè)副載波中選取52個(gè)用于攜帶數(shù)據(jù)；頻譜屏蔽547是20MHz信道的每個(gè)通道的頻率特性曲線，該信道從64個(gè)副載波中選取54個(gè)用于攜帶數(shù)據(jù)。
在100Mbps的吞吐量下，130Mbps是服務(wù)設(shè)備物理層的特有(典型)要求。其他要求可能包括一個(gè)具體的(特殊)幀格式(如4096字節(jié)的幀)，一個(gè)脈沖里包含幾個(gè)幀(如一個(gè)脈沖有10個(gè)幀，802.11e TXOP脈沖)和支持避免設(shè)備間沖突的特性(如RTS/CTS)。為了滿足這些要求，設(shè)計(jì)了MIMO設(shè)備。
對(duì)具有兩個(gè)TX通道的MIMO設(shè)備/系統(tǒng)來說，還需要具備其他的特性。比如，系統(tǒng)需要具備如下幾種特性·2個(gè)TX通道的MIMO；·48副載波*2路/4.0us＝24Msym/s(符號(hào)速率兆符碼率每秒)·130/24＝5.416位/符號(hào)·64QAM-0.9速率碼·128QAM-0.7737速率碼·256QAM-0.677速率碼·如果可能，最后加上載波·不同TX流之間導(dǎo)頻副載波的改變這些特性的每個(gè)結(jié)合都滿足下一代系統(tǒng)的要求。這些結(jié)合可能還具備下列特性選擇1#-大集群·50個(gè)副載波激發(fā)每個(gè)流(每個(gè)流有2個(gè)導(dǎo)頻載波備選)·在通道1(-21，-7)，(-21，7)，(-21，21)，(-7，7)，(-7，21)，(7，21)·在通道2(7，21)，(-7，21)，(-21，21)，(-21，7)，(-21，-7)·128QAM·0.742-0.75的編碼速率選擇2#-高速率碼
·52個(gè)副載波激發(fā)每個(gè)流(每個(gè)流有2個(gè)導(dǎo)頻載波備選+2個(gè)附加信號(hào)at bins+/-27)·64QAM·5/6的編碼速率選擇3#-短循環(huán)預(yù)編碼·每個(gè)流有52個(gè)數(shù)據(jù)副載波·將循環(huán)預(yù)編碼減半(0.4us的循環(huán)預(yù)編碼-3.6us的符號(hào))·64QAM·3/4的編碼速率2天線的MIMO系統(tǒng)中，在滿足要求的前提下，每個(gè)組合都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。和傳統(tǒng)的IEEE 802.11a/g系統(tǒng)相比，下一代WLAN系統(tǒng)具有MIMO信號(hào)格式，既使使用較小的集群和較低的編碼速率仍舊可以提供較長的傳輸距離、相當(dāng)?shù)幕蛘吒蟮臄?shù)據(jù)速率。例如一個(gè)2 by 2MIMO系統(tǒng)，利用40MHz的信道，能支持27和54Mbps的數(shù)據(jù)速率。在實(shí)際的工作過程中，這些下一代系統(tǒng)都比傳統(tǒng)IEEE 802.11a/g系統(tǒng)有優(yōu)勢(shì)。而且，4 by 4MIMO系統(tǒng)，既使利用和傳統(tǒng)IEEE 802.11a/g系統(tǒng)兼容的編碼速率，也能夠支持更高的數(shù)據(jù)速率。尤其是，在20MHz信道中，當(dāng)4 by 4系統(tǒng)利用3/4的編碼速率時(shí)(與IEEE802.11a/g的編碼速率相等)，可以支持192Mbps的數(shù)據(jù)速率。在40MHz的信道中，利用同樣的編碼速率，4 by 4系統(tǒng)可以支持486Mbps的數(shù)據(jù)速率。
對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說，很容易理解這里可能用到的“充分地”和“近似地”這兩個(gè)術(shù)語，它們對(duì)應(yīng)工業(yè)可接受容限。這個(gè)工業(yè)可接受容限的范圍從小于1％到20％之間，和元件價(jià)格、集成電路處理漂移、溫漂、時(shí)間的下降沿和上升沿、溫度噪聲等因素有關(guān)，但又不僅限于這幾個(gè)因素。對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說，也容易理解這里可能用到的術(shù)語“可操作連接(耦合)”，包括直接耦合和間接耦合，所述的間接耦合是指通過另外一個(gè)元件、部件、電路或者模塊的耦合。中間的部件、元件、電路或者模塊并不改變信號(hào)攜帶的信息，但可能會(huì)調(diào)整它的電流、電壓和/或功率水平。對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說，還容易理解這里可能用到的“推理耦合”(也就是一個(gè)元件通過推理與另一個(gè)元件的耦合)，包括兩個(gè)元件之間的直接和間接耦合，和“可操作耦合”的方式一樣。對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說，還可以理解這里可能用到的“合理比較”，它表示當(dāng)在兩個(gè)或者多個(gè)元件之間、產(chǎn)品之間、信號(hào)之間等進(jìn)行比較時(shí)，提供一個(gè)期望關(guān)系。例如，當(dāng)我們期望的關(guān)系是信號(hào)1比信號(hào)2具有更大的量級(jí)時(shí)，在信號(hào)1的量級(jí)比信號(hào)2的量級(jí)大或者信號(hào)2的量級(jí)比信號(hào)1的量級(jí)小的情況下，即達(dá)到了滿意比較的目的。
前面的論述提供了一種基于幀有效載荷更新信道估計(jì)的方法和裝置，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說，在不超出權(quán)利要求范圍的前提下，很容易從上面公開的內(nèi)容中想到其他的實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種在多輸入多輸出(MIMO)無線局域網(wǎng)(WLAN)中傳輸高速數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，包括確定一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率；當(dāng)所述數(shù)據(jù)傳輸速率介于第一數(shù)據(jù)速率和第二數(shù)據(jù)速率之間時(shí)，啟動(dòng)兩個(gè)傳輸通道；對(duì)所述兩個(gè)傳輸通道的每一個(gè)，確定以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)集群水平(level of constellation)；數(shù)據(jù)副載波的數(shù)目；速率碼；以及循環(huán)預(yù)編碼持續(xù)時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述啟動(dòng)兩個(gè)傳輸通道的步驟中，包括激活兩個(gè)用于20MHz信道的天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述集群水平包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)64正交幅度調(diào)制(QAM)；128QAM；和256QAM。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述集群水平為64QAM時(shí)，所述確定數(shù)據(jù)副載波數(shù)目的步驟中包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)從64個(gè)副載波中選擇52個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)；和從64個(gè)副載波中選擇54個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)。
5.一種支持高速數(shù)據(jù)率WLAN通信的方法，其特征在于，包括確定一個(gè)工作帶寬；確定所需的數(shù)據(jù)吞吐率；選擇一個(gè)以多輸入多輸出(MIMO)基帶信號(hào)格式使用的天線數(shù)目；選擇一個(gè)集群；以及根據(jù)所述工作帶寬、天線數(shù)目和集群控制一個(gè)MIMO WLAN收發(fā)機(jī)，以滿足所需的數(shù)據(jù)吞吐率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括確定一個(gè)工作編碼速率；以及所述MIMO WLAN收發(fā)機(jī)還根據(jù)所述工作編碼速率來工作。
7.一種發(fā)射機(jī)，其特征在于，包括基帶處理模塊；以及多個(gè)射頻(RF)發(fā)射機(jī)，其中，所述處理模塊用于確定一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率；當(dāng)所述數(shù)據(jù)傳輸速率介于第一數(shù)據(jù)速率和第二數(shù)據(jù)速率之間時(shí)，啟動(dòng)所述多個(gè)RF發(fā)射機(jī)中的兩個(gè)RF發(fā)射機(jī)；對(duì)于所述兩個(gè)RF發(fā)射機(jī)的每一個(gè)，確定以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)集群水平；數(shù)據(jù)副載波的數(shù)目；速率碼；以及循環(huán)預(yù)編碼持續(xù)時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述基帶處理模塊是通過如下方式啟動(dòng)所述多個(gè)RF發(fā)射機(jī)中的所述兩個(gè)RF發(fā)射機(jī)的激活用于20MHz信道的所述兩個(gè)RF發(fā)射機(jī)。
9.一種發(fā)射機(jī)，其特征在于，包括基帶處理模塊；和多個(gè)射頻(RF)發(fā)射機(jī)，其中，所述處理模塊用于確定一個(gè)工作帶寬；確定所需的數(shù)據(jù)吞吐率；從所述多個(gè)射頻發(fā)射機(jī)中選擇一個(gè)以多輸入多輸出(MIMO)基帶信號(hào)格式使用的RF發(fā)射機(jī)數(shù)目，以得到選定的RF發(fā)射機(jī)；選擇一個(gè)集群；以及根據(jù)所述工作帶寬和集群控制所述選定的RF發(fā)射機(jī)，以滿足所需的數(shù)據(jù)吞吐率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述基帶處理模塊還用于確定一個(gè)工作編碼速率；以及所述選定的RF發(fā)射機(jī)還根據(jù)所述工作編碼速率來工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在多輸入多輸出(MIMO)無線局域網(wǎng)(WLAN)中傳輸高速數(shù)據(jù)的方法，該方法中，首先確定一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率。然后，當(dāng)所述數(shù)據(jù)傳輸速率介于第一數(shù)據(jù)速率和第二數(shù)據(jù)速率之間時(shí)，啟動(dòng)兩個(gè)傳輸通道。然后，針對(duì)所述兩個(gè)傳輸通道中的每一個(gè)，確定以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)集群水平、數(shù)據(jù)副載波的數(shù)目、速度碼以及循環(huán)預(yù)編碼持續(xù)時(shí)間。
文檔編號(hào)H04L1/00GK1738304SQ20051006740
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月14日
發(fā)明者克里斯多佛·詹姆士·哈森 申請(qǐng)人:美國博通公司