专利名称：用于mimo发送的数据流的单独交错的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线数字通信。
背景技术：
图l所示为典型802. 11 a/g发射机的方框图。这种发射机是单 输入单输出(SISO)系统。将要发送的比特提供给前向纠错(FEC) 编码器IOI，继之以交错器103。交错器103的输出比特被分组并通 过码元映射器(例如Q認映射器)在所述信号层内部被映射以便形成 码元。然后是IFFT操作107，其中码元被映射成一系列副载波频率 (即，频点(frequency bin))并且被变换以便获得一系列时间样 本。执行循环扩张操作107 (相当于添加防护码元)以便获得最后的 OFDM码元。然后执行脉冲整形109和IQ调制111以获得RF输出信 号113。一个典型的802.1 la/g系统具有块交错器(例如，块交错器 103)，可以使用下面的参数按照第一置换后面是第二置换的顺序对 其进行说明N一CBPS是所述交错器的容量，即每一码元的编码位的数量k是输入比特的索引i是第一置换之后的索引j是第二置换之后的索引第一和第二置换如下-第一置换i=(N—CBPS/16) (k mod 16) + floor(k/16)， k=0, 1， ... ， N—CBPS-l有16歹lj禾口 N—CBPS/16行比特被逐行的写入并逐列读取。第二置换j=s*floor(i/s) + (i + N—CBPS - floor(16*i/N—CBPS)) mod s， i=0，1，…，N一CBPS-l其中s = max (N_CBPS/2，1) ， N—CBPS是OFDM副载波中的每个 码元的比特的数量。对于不同的列，改变比特有效值索引使得相邻比 特在任何码元中并不总是映射成相同的索引。前述置换在图2中通过块201和203表示。在802. 11 a/b/g无线网络取得巨大市场成功之后，在2003年 形成了 802. 11 n工作组，其许可产生用于高吞吐量无线局域网的标 准。在该提议的标准中，最大数据速率可高达72固bps，其是802. 11 a/b/g的范围的两倍。所述基本技术被称之为多输入多输出(MIM0)， 它实际上使用多个天线来利用无线介质中的路径分集。当谈及MIM0 系统时，MxN意味着M个发射天线和N个接收天线。多个天线能够产生称为空时分组编码(STBC)的编码类型，它 的一个示例是Alamouti编码。在STBC中，通过多个天线(空间)和 通过多个码元周期(时间)来编码和发送信息块。希望802. 11 n(MIMO)系统能够至少能向后与802. 11 a/g(SIS0) 系统兼容。尤其是关于交错，需要存在这样的交错装置，其在寻求解 决竞争设计目标(例如，通信的紧凑性、低电耗和鲁棒性)的同时实 现向后兼容。发明内容一般而言，本发明提供满足向后兼容性同时有效地解决竞争设 计目标的交错器和交错方法。根据本发明的一个方面，使用其数量大 于接收天线的期望数量的发射天线发送数据。形成至少一对发射天 线，和从一个第一数据流形成多个第二数据流，所述第一数据流中的 连续比特被分配给所述第二数据流中的不同数据流。对所述第二数据 流的多个各自数据流单独执行块交错。在连续的发射间隔期间，所述 发射天线对用于发射取自所述第二数据流的不同数据流中的一对数 据码元，后面是一个经等效变换的数据码元对。根据本发明的另一个 方面，使用单个天线或多个天线发送数据。当使用单个天线发送数据时，在发送之前使用第一交错方法执行数据的块交错；当使用多个天 线发送数据时，从一个第一数据流形成多个第二数据流，所述第一数 据流中的连续比特被分配给所述第二数据流中的不同数据流。使用与 所述第一交错方法实质相同的交错方法对所述第二数据流中的多个 数据流执行块交错。[操作C]。根据本发明的再一个方面，使用其数 量大于接收天线的期望数量的发射天线发送数据。形成一组发射天 线，和从一个第一数据流形成多个第二数据流，包括用于每个所述天 线的第二数据流，所述第一数据流中的连续比特被分配给所述第二数 据流中的不同数据流。对所述第二数据流的多个各自数据流单独执行 块交错。在连续的发射间隔期间，从所述天线的不同天线依次输出用 于发送的各个非零码元，使得在一个给定的发射间隔期间，对所述天 线组中的仅仅一个天线分配非零码元，而对所述天线组中的其它天线 分配零码元。
本发明可以从下面结合附图的说明中进一步理解。其中 图1为已知SIS0通信发射机的方框图。图2为图1的交错器的更详细的方框图。 图3为MIMO通信发射机的一部分的方框图。 图4为对两个天线使用音频交错信号的通信发射机的一部分的 方框图。图5为根据本发明一个方面的对两个天线使用音频交错信号的 通信发射机的一部分的方框图。图6为根据本发明另一个方面的对两个天线使用音频交错信号 的通信发射机的一个部分的方框图。图7为使用Alamouti编码的通信发射机的一部分的方框图。图8为使用OFDM和Alamouti编码的通信发射机的一部分的方 框图。图9为根据本发明一个方面的使用Alamouti编码的通信发射机 的一部分的方框图。图10为根据本发明一个方面的使用0FDM和Alamouti编码的通 信发射机的一部分的方框图。
具体实施方式
在下面的说明中，作为N个发射天线的更一般情况的典型示例， 示出了两个发射天线的情况。本领域普通技术人员将会意识到，本发 明的原则可以从两个天线容易地扩展为两个以上的天线。对于802. 11 n，需要多空间流。因为对于802. 11 n系统将是向 后与802. 11 a/g系统兼容的，所以必须存在802. 11 a/g交错器。本 发明方法将产生基于802. 11 a/g交错器的新的交错器。艮P，输入比 特被分解成两个流，并且在每个流上使用一个802. 11 a/g交错器。现在参照图3，其示出了 MIMO通信发射机的方框图。单个信息 流被施加给比特分析器301。根据发送模式所述比特分析器产生一个 信息流或两个单独的信息流。在SISO模式中，所述比特分析器将进 来的信息流引至交错器310的上分支311。所述交错器的上分支可具 有与图2的交错器相同的结构。B卩，块交错器操作313后面有有效值 索引混合器(shuffler) 315。在MIMO模式中，所述比特分析器把所 述进来信息流的交替的比特输出到交错器的上分支311和交错器的 下分支312中轮流的一个中，从而产生两个单独的信息流。交错器的下分支优选的包括与交错器的上分支相应的块314和 316。另外，交错器的下分支包括块316c (操作C),并且可选择性 地包括块316b (操作B)或块316a (操作A)。目前期望尽可能在频域中分开不同空间数据流中的相邻比特。 这么做的一种简单方式是在多级N一CBPS (操作C)中循环地轮换块 316的输出。可以通过在线性缓存器中对交错块进行缓冲和通过多级 N—CBPS执行循环轮换(cyclic rotation)来设想操作C。使用实际 的系统模型，可以表明对于2x2，40腿z的系统，周期地轮换57* N—CBPS，即在OFDM中周期地轮换57频率音对于给定的SNR将会产生 最低的PER(包出错率)。对于2 x 2，20MHz的系统，适当的轮换是 25 * N一CBPS。注意在操作C中所述比特有效值索引还没有改变。还期望改变两个数据流之间的比特有效值索引。有许多方法可 以这样做。一种方式是例如通过改变上面第二置换中的S的定义来改变操作2 (块316)。可选择的，因为当前置换根据列索引变化，所 以可以通过根据不同的列索引(比如列索引+ 1)执行置换来实现改 变比特有效值索引。为了避免修改操作2 (例如，鉴于硬件重复使用考虑)，可在所 述电路内的不同位置上(例如，在比特分析器301或操作A或操作B 处)实现同等效果。执行操作B的一种简单方式例如是循环地轮换属 于第二位流的码元的比特比如轮换1次。在第三位流的情况下，属于 一个码元的比特将被循环地轮换2次，等等。操作A可以采取另一个交错器的形式，例如其被设计以便实现 不同的有效值索引混合。还很可能将操作A与比特分解块301组合。不同的有效值索引混合还可以被实现为操作C的一部分(即， 紧接着己经被实现用于实现频率分离的内容)。这样做的一种简单方 法是在第二位流中多偏移一个比特，在第三位流中多偏移两个比特， 等等。当发射天线数量上超过MIMO - OFDM系统中的接收天线时，数 据流的数量必须少于发射天线的数量。然而，已知的是附加(多个) 发射天线可以提供添加的空间分集，并且因此还能改进系统性能。这 样做的一种方法是使用空间扩频(spatial spreading)，其使用从 另一个天线的信号进行循环延迟后的信号。这样做的另一种方法是对两个天线使用音频交错信号，如图4 所示。在图4中，块401、 403和405通常对应于块101、 103和105。 块407以下面的方式执行交错在频域中，antl = [al， 0, a3， 0,…] ant2 =
艮P，形成一对天线，并且在一个特定的码元周期期间，使用通 过所述天线对的一个天线发送的OFDM码元内的一半音频，而不使用 另一半。在另一个天线的情况下， 一个特定的音频的使用或不使用被颠倒。作为简单交变方案的结果，该简单音频交错在0F画信号中不 会完全利用频率分集。参考图5，假定有N个天线，但只允许一个数据流。 一个信息流 被施加给FEC编码器501，继之以比特分析器503。所述比特分析器 将进来信息流的比特依次输出给不同的分支510a， . . . ， 510n。每个分 支包括交错器511，后面是比特-码元映射器和音频交错块515。频率 分集被如下利用ant—1 = [al. 0____0. a—N+l. 0____]ant—2 =
ant—N =
可以调整交错器深度以满足等待时间要求。参考图6，可对STBC应用相同的结构，其中在音频交错之后应 用STBC (块617)。对于2xl系统，STBC的特定变化是Alamouti编码。Alamouti编码将两个相邻的码元映射给两个发射天线用于同时传输。为了充分 利用Alamouti编码(AC)的优点，通常在AC之前使用交错器。参考 图7，将要发送的数据被施加给FEC编码器701，后面接着是交错器 703、 QAM映射器705和码元分析器707。所述码元分析器产生多个码 元流，它们被施加给AC块709。在OFM系统中，如图8所示，对于每个分支，在AC块809之 后添加一个IFFT 806。对于4xl系统，Alaraouti编码被概括为4xl空时分组码(STBC)。当前通用方案如下工作 si(k) -s2*(k)重复 s2(k) sl*(k)重复 s3(k)-s4*(k)重复 s4(k) s3*(k)重复每行代表在两个连续的码元周期期间在一个特定天线上发送的 码元。更具体地说，在头两个连续的码元周期期间，在天线1到4上发送不同的码元。在下一个连续的码元周期期间，发送等效但变换 了的码元。因此，在天线2上发送的所述码元的负共轭在天线1上发 送，在天线1上发送的码元的共轭在天线2上发送，等等。所述指出的方案被重复(即，对于天线l，接着sl(k+l)， -s2*(k+l))。当应用0F画时，非常邻近的编码比特在时间域中和在频域中应 该被尽可能的分开。虽然能够设计将实现该目标的交错器，但不可能 升级具有现有交错器的系统。而且，对于M x l系统，其中M > 2，所述现有重复方案不会完全使用不同种类的空间分集。为了更好的使用不同种类的空间分集，形成多个信息流，然后 对它们单独地交错。参考图9，块901、 903、 911a、 911b、 913a和 913b通常对应于块501、 503、 511a、 511b、 513a和513b。 AC块915 接收所述最终的数据流(单独地交错)和以已知的方式对其执行 Alaraouti编码。该方案可被称为单独交错的Alamouti编码(I2AC)。 在OFDM系统中，如图10所示，在AC块之后为每个分支添加一 个IFFT 1006。对于M〉2，可以在I2AC之上应用空间轮换。例如对于4 x 2的 情况，将对四个数据流进行比特解析。每个数据流被单独地交错和映 射成QAM码元。然后如下的执行AC编码sl(k) -s2*(k) sl(k+l) -s3承(k+l) sl(k+2) -s4*(k+2) s2(k)sl*(k) s2(k+l) -s4*(k+l) s2 (k+2) -s3*(k+2) s3(k) -s4*(k) s3(k+l)sl*(k+l) s3(k+2) s2*(k+2) s4(k)s3*(k) s4(k+l)s2*(k+l) s4 (k+2) sl*(k+2) 所以所述数据流通过4个天线被两两STBC成对(可能成三对 ((1，2) (3,4))、 ((1，3)、 (2，4))、 ((1，4)、 (2，3)))。 这可如下以两种方式来进行 选项1:Alamouti编码是通过六个连续OFDM码元如下进行的开头两个 OFDM码元在所有频率上使用组合(1,2) 、 (3，4)，下两个0F丽码 元在所有频率上使用组合(1,3) 、 (2,4)，最后二个OF腿码元在 所有频率下使用(1，4) 、 (2， 3)然后对于下六个0F薩码元重复所述方案。用这种方法操作的缺点是对于每个频率的信道矩阵随时间而 变。令aij、 bij、 cij和dij是第i个OFDM块中的第j个数据码元 并以a、 b、 c和d表示四个数据流。令每个0FDM块具有N个数据码 元。方括号[]之间的一组码元是一个OFDM码元。然后可以如下的表 示通过AC块执行的操作输入给STBC (AC)块[alla12. .alN][a21a22...a2N][a31a32. .a3N][bllb12...blN][b21b22...b2N][b31b32. .b3N][cllc12...clN][c21c22...c2N][c31c32...c3N][dlld12...dlN][d21d22. .d2N][d31d32. .d3N]STBC块的输出[all a12…alN] [-bll* -b12… - blN*] [a21 a22…a2N] [-c21* -c22… -c2N承][a31 a32… a3N] [-d31* -d32... -d3N*]......[bll b12… blN] [all* al2*... alN*] [b21 b22…b2N] [-d21* -d22 -d2N承][b31 b32. . . b3N] [-c31* -c32. . . -c3N*]......[cll c12…clN] [-dll* -dl2*... -dlN*] [c21 c22…c2N] [a21* a22*... a2N*] [c31 c32…c3N] [b31* b32*... b3N*]......[dlldl2. ,. dlN] [cll*cl2*. .. clN*] [d21 d22. . . d2N] [b21* b22*... b2N*] [d31 d32…d3N] [a31* a32*... a3N*]......选项2:Alamouti编码通过两个OFDM码元是如下进行的第一个频点使 用组合(1,2) 、 (3，4)，第二频点使用组合(1，3) 、 (2，4)，第 三频点使用(1，4) 、 (2， 3)并重复所述方案。因此Alamouti编码 对于每个频点使用来自不同天线的码元。然而对于每个频点的信道矩阵并不会随着时间改变。 STBC块的输入 [all a12 a13 a14. . . alN] [bll b12 b13 b14... blN][cll c12 c13 c14... clN] [dll d12 d13 d14... dlN] STBC块的输出[all al2 al3 al4 al5 al6. . alN] [-bll* -cl2* -dl3* -bl4* -cl5* -dl6*......][bll b12 b13 b14 b15 b16... blN] [all* -dl2* -cl3* al4* -dl5* -cl6*......][cll c12 c13 c14 c15 c16…clN] [-dll承al2* bl3* -dl4* al5* bl6*......][dll d12 d13 d14 d15 d16. . . dlN] [ ell *bl2* al3* cl4* bl5* al6*......]相同的原则对于任何2p x p STBC系统都适用。 本领域普通技术人员应该意识到在不脱离其精神或本质特征的 情况下，本发明可以其它特定的形式实行。因此无论从哪一点来看图 示的实施例趋于是说明性的而非限制的。本发明的范围由后附权利要 求而非前述说明指示，在其等效内容的精神和范围内的所有变化趋于 包含在其中。
权利要求
1.一种使用其数量大于接收天线期望数量的发射天线发送数据的方法，包括步骤形成一组发射天线(ant1，ant_N)；根据第一数据流形成多个第二数据流(510a，510n)，包括用于每个所述天线的第二数据流，所述第一数据流中的连续比特被分配给所述第二数据流中的不同数据流；对所述第二数据流中的多个不同的数据流单独地执行块交错(511a，511n)；以及在特定的发射间隔期间，对所述天线执行音频交错(515a，515n)，以使得对于一个OFDM码元的每个音频来说，该音频仅对所述天线组中的一个天线是非零的而对于所述天线组的其它天线是零。
2. 根据权利要求1所述的方法，包括在发送之前对所述OF薩 码元执行空时分组编码。
3. —种使用其数量大于接收天线期望数量的发射天线发送数据 的发射机，包括用于形成一组发射天线(antl， ant—N)的装置； 用于根据第一数据流形成多个第二数据流(510a， 510n)的装置，包 括用于每个所述天线的第二数据流，所述第一数据流中的连续比特被分配给所述第二数据流中的不同数据流；用于对所述第二数据流中的 多个不同的数据流单独地执行块交错(511a, 511n)的装置；以及用 于在特定的发射间隔期间执行下述操作的装置，即对所述天线执行音 频交错(515a， 515n)以使得对于一个OF画码元的每个音频来说该 音频仅对所述天线组中的一个天线是非零的而对于所述天线组中的 其它天线是零。
4. 根据权利要求3所述的发射机，包括用于在发送之前对所述 OF丽码元执行空时分组编码的装置。
5. —种使用其数量大于接收天线期望数量的发射天线发送数据的方法，包括根据第一数据流形成多个第二数据流，所述第一数据 流中的连续比特被分配给所述第二数据流的不同数据流；对所述第二数据流的多个不同的数据流单独地执行块交错(1011a， 1011n);根 据所述第二数据流的各个数据流形成码元(1013a， 1013b);以及在 连续的发射间隔期间通过从一个天线发送OFDM码元的一个频点内的 如下频点信息来重新布置所述OFDM码元(1015)的频点信息，所述 从一个天线发送的频点信息取自所述第二数据流的不同数据流，其后 是经等效变换的频点信息。
6. 根据权利要求5所述的方法，包括对所述第一数据流进行编码。
7. —种发射天线的数量大于接收天线的期望数量的数据发射 机，包括用于形成至少一对天线的装置；用于根据第一数据流形成 多个第二数据流的装置，所述第一数据流中的连续比特被分配给所述第二数据流的不同数据流；用于对所述第二数据流的多个各自的数据 流单独地执行块交错(1011a， 1011b)的装置；用于根据所述第二数 据流的各个数据流形成码元(1013a, 1013b)的装置；和用于形成 OF醒码元(1015， 1006)的装置，使得在连续的发射间隔期间，一 对天线发射取自所述第二数据流的不同数据流的OF画码元，后面是 经等效变换的OFDM码元。
8. 根据权利要求7所述的装置，包括用于对所述第一数据流进 行编码的装置。
9. 如权利要求5所述的方法，其中对于每个OFDM码元，从所 述第二数据流的单个数据流中提取用于该OFDM码元的频点信息。
10. 如权利要求5所述的方法，其中对于至少一些所述OF匿码 元，从大于二的偶数个所述第二数据流中提取用于特定OFDM码元的频点信息。
全文摘要
一般而言，本发明提供满足向后兼容性同时有效地解决竞争设计目标的交错器和交错方法。根据本发明的一个方面，使用其数量大于接收天线的期望数量的发射天线发送数据。形成至少一对发射天线(ant1，ant_N)，和从一个第一数据流形成多个第二数据流(311，312)，所述第一数据流中的连续比特被分配给所述第二数据流中的不同数据流。对所述第二数据流中的多个各自数据流单独执行块交错(313，314)。在连续的发射间隔期间，所述发射天线对用于发射取自所述第二数据流的不同数据流中的一对数据码元，后面是一个经等效变换的数据码元对。
文档编号H04L1/06GK101283538SQ200680037068
公开日2008年10月8日 申请日期2006年6月23日 优先权日2005年10月5日
发明者P·李, 莫尼莎·高希 申请人:Nxp股份有限公司