专利名称：有效的多波段通信系统的制作方法
有效的多波段通信系统本申请要求享有于2008年3月10日提交的美国临时申请号61/035，136以及于 2009年2月27日提交的美国临时申请号61/156，107的优先权。本发明一般涉及多波段通信系统，并且尤其涉及由此类系统执行的编码技术。WiMedia Ultra-Wideband (超宽带)(UWB)标准基于多波段正交频分复用 (MB-OFDM)定义媒体访问控制(MAC)层和物理(PHY)层的规范。WiMedia标准允许以 低功耗、速率为480Mbps的短距离多媒体文件传送，并且该标准工作在UWB频谱中的 3. lGHz-10. 6GHz范围中。UWB信道被划分为若干个子波段，每个子波段具有528MHz的带宽。
图1显示根据WiMedia规范工作的常规的多波段通信系统的框图。该系统包括经 由无线媒体通信的发射机100和接收机200。发射机100包括信道编码器110、比特交织 器120、符号映射单元130以及OFDM调制器140。通常，发射机100实施比特交织编码调制 (BICM)技术来克服UWB信道的频率选择性衰落。由于这个目标，信道编码器110对输入信息 比特进行编码，这些输入信息比特稍后由比特交织器120在比特级上进行交织，并随后由 符号映射单元130映射至符号。通常，比特交织器120执行三个步骤1)0FDM符号间交织， 其中连续的比特被分布到不同的OFDM符号，这些符号可以在不同的子波段中进行发送；2) 符号内音调交织，其中在OFDM符号的数据子载波上排列(permute)比特，以利用频率分集; 以及3)符号内循环移位交织，其中在相继的OFDM符号中循环移位比特，以便在只使用一个 子波段时利用更多频率分集。通过由OFDM调制器140执行的IFFT操作，OFDM符号被生成并通过发射天线150 被发射。这些OFDM符号或在一个子波段中或在多个子波段中通过跳频进行发射，其由时间 频率码(TFC)来控制。TFC指定应在其中发射OFDM符号的一个或多个子波段。OFDM符号由接收机200接收，该接收机200从接收的符号中提取信息。接收机200 包括接收天线210、0FDM解调器220、符号去映射单元(demapping unit) 230、比特解交织器 (deinterleaver) 240以及信道解码器250。OFDM解调器220对接收到的符号执行FFT操 作，这些符号稍后由符号去映射单元230转换成比特。比特解交织器240恢复被发射机100 交织的数据，并且所恢复的数据由信道解码器240进行处理，以输出原始的信息比特。发射机100和接收机200能以高达480Mbps的数据率来发射和接收单个UWB信道 的数据。这是一个限制因数，因为能够由例如WiMedia标准支持的应用的数量受到限制。实 际上，未来版本的WiMedia标准讨论以IGbps和更高的速率来传送数据。由诸如UWBMB-0FDM 系统之类的常规多波段通信系统以这样的速率来实施BICM技术不是切实可行的。除了解码速度限制之外，常规的多波段通信系统还遭受效率低的链路和信道适配 的困扰。这归因于超宽的带宽属性，其中不同UWB子波段的信道通常是不相关的。此外，不 同的子波段可具有不同的传递损耗(pass loss)。如IEEE 802. 15. 3所规定的传递损耗模 型是一个自由空间传播模型，并且被定义为如下Pi(^5J) = 201og10[i^]
C其中fd表示子波段的较低频率和较高频率的几何平均数。例如，根据上面的公式，
4子波段1与子波段3之间的传递损耗差可以是2. 3dB。如图2所示，2. 3dB的传递损耗在带 宽是528MHz时能够导致高达308Mbps的容量差，并且平均信噪比是高的。在部署多个天线 时，理论上的能力差可能甚至更大。本发明的某些实施例包括多波段通信系统。该系统包括多个发射信道，其中每一 个发射信道通过单个子波段发射数据流；以及多个接收信道，其中每一个接收信道接收单 个子波段的数据流。本发明的某些实施例还包括多波段通信系统。该系统包括多个发射信道，每一个 发射信道至少包括多个信道编码器，用于编码将要通过单个子波段发射的信息比特；以 及复用器(MUX)，用于根据时间频率码(TFC)来复用(multiplex)不同子波段的符号，其中 属于数据流的所有符号在相同的子波段中进行发射。本发明的某些实施例还包括用于在多波段通信系统中执行并行编码的方法。该方 法包括将输入信息比特分成多个比特流，其中每一个比特流属于单个子波段；使用至少 一个信道代码来编码每一个比特流；从经过编码的比特流中生成OFDM符号；将多个子波段 的OFDM符号复用到数据流中；以及发射该数据流。本发明的某些实施例还包括计算机可读媒体，在该计算机可读媒体上存储了计算 机可执行代码，该计算机可执行代码在由计算机执行时用于执行多波段通信系统中的并行 编码。该计算机可执行代码使计算机执行下列处理将输入信息比特分成多个比特流，其中 每一个比特流属于单个子波段；使用至少一个信道代码来编码每一个比特流；从经过编码 的比特流中生成OFDM符号；将多个子波段的OFDM符号复用到数据流中；以及发射该数据 流。被认为是本发明的主题在说明书的结尾处在权利要求书中特别地指出并且清楚 地要求保护。本发明的前述及其他特征和优点从以下结合附图的详细描述中将是显然的。图1是常规的多波段通信系统的框图；图2是显示UWB信道内的子波段的传递损耗的图表；图3是根据本发明一个实施例实施的多波段通信系统的框图；图4示出两个TFC图案；图5是根据本发明另一个实施例实施的多波段通信系统的框图；以及图6是描述根据本发明一个实施例实施的多波段通信系统的操作的方法的流程 图。重要的是注意本发明所公开的实施例仅仅是本文中的创新教导的众多有利用途 的示例。一般来说，在本申请的说明书中进行的陈述不一定限制任何不同的请求保护的发 明。此外，某些陈述可以应用于某些发明的特征，而不适用于其他的特征。一般来说，除非 另有说明，否则在不丧失一般性的情况下，单个部件可以是多个，并且反之亦然。在附图中， 相同的数字在若干图中指示相同的部分。图3显示根据本发明某些实施例实施的多波段无线系统400的非限制性且示例性 的框图。该系统400执行并行编码技术，其中并行使用多个编码器和解码器，并且每一组编 码器和解码器对通过单个子波段发射和接收的数据进行操作。在一个实施例中，该系统400 可以是支持IGbps的数据速率以及更高数据速率的WiMedia UffB系统。该系统400包括经由无线媒体通信的发射机410和接收机450。发射机410包括多个发射信道420-1到420-N，其中N是大于1的正整数；复用器(MUX) 430 ；以及发射天线 440。每一个发射信道420-X通过单个子波段发射OFDM符号，其中X是正整数，并且每一个 发射信道420-X包括信道编码器421-X、比特交织器422-X、符号映射单元423-X以及OFDM 调制器424-X，。接收机450包括多个接收信道460-1到460-N、解复用器(DEMUX) 470以及接收天 线480。每一个接收机信道460-X在单个子波段上接收OFDM符号，并且包括自适应调制编 码(AMC)控制器461-X、信道解码器462-X、比特解交织器463-X、符号去映射单元464-X以 及OFDM解调器465-X。每一个发射天线440和接收天线480可以包括MIMO构造中的单个 天线、天线阵列或多个天线。每一个子波段被配置信道代码(供信道编码器421-X和信道解码器462-X使用) 和符号星座(供符号映射单元423-X以及符号去映射单元464-X使用)。对于不同的子波 段来说，信道代码和符号星座可以是不同的。即，信道编码器421-X可以使用与信道编码器 421-2不同的信道代码。此外，信道编码器421-X和信道解码器462-X中的每一个可以被配 置不同的编码速率、不同的凿孔图案(puncture pattern)或不同的格子(trellis)结构。 对于本领域技术人员来说，并行使用多个发射和接收信道增加编码/解码速度并由此增加 信道的总性能，这将是显然的。根据本发明的一个实施例，将要被发射的输入信息比特被划分到N个流中，并且 被输入到发射信道420-1到420-N。利用每一个发射信道420-X，通过单个子波段发送信息 比特。特别地，信道编码器421-X根据当前为其设置的信道代码来编码输入比特。该信道代 码由AMC控制器461-X根据在相应的发射信道420-X与接收信道460-X之间的链路的条件 来确定。比特交织器422-X对由相应的信道编码器421-X输出的已编码比特流进行交织。 在优选实施例中，比特交织器422-X只执行子波段内交织操作。符号映射单元423-X根据 由相应的接收信道的AMC控制器461-X设置的符号星座将经过交织的比特映射到ODFM符 号。发射信道420-X的OFDM调制器424-X将符号流调制成OFDM符号。通常，这样的操 作将比特调制到OFDM符号中的子载波中。MUX 430是一个并-串转换器，它将调制器424-1 到424-N输出的OFDM符号复用到单个流中。复用图案由TFC确定，该TFC确保通过相同 子波段发射的所有的OFDM符号在相同的流上被输出。举个例子，图4显示分别供TFC 510 和TFC 520使用的两个不同的复用图案。每一个TFC被配置成输出流，所述流包含九个符 号(在子波段1上发射的)Sn、S12, S13 ；(在子波段2上发射的)S21, S22, S23 ；以及(在子波 段3上发射的)S31、S32和S33。由DEMUX 470将接收机450上接收的OFDM符号流分成多个N个流。该DEMUX 470 是一个串-并转换器，它根据由MUX 430使用的相同TFC图案来执行解复用操作。通过相 同子波段发射的所有OFDM符号被输出到相同的输出流，该输出流由相应的接收信道460-X 进行处理。特别地，每一个输出OFDM符号流由OFDM解调器465-X解调，以产生符号流。每 一个符号流使用符号去映射单元464-X进行去映射，以便根据为其设置的符号星座来生成 比特信息。每一个符号去映射单元464-X可以使用不同的符号星座。比特解交织器463-X 恢复由发射机410交织的数据，然后所恢复的数据由信道解码器462-X进行解码。如上所述，AMC控制器461-X为其相应的信道编码器421-X和信道解码器462-X选择恰当的信道代码和符号星座。该选择是从调制编码集合(MCS)中进行的，并且举例来说， 该选择以信道状态信息和/或解码结果为基础。举个例子，如果信息比特被有错误解码，那 么AMC控制器461-X可以改变当前的信道代码和/或符号星座。所选择的代码和星座被反 馈给接纳的(receptive)发射信道420-X，以便相应地调整符号映射和信道编码。意识到，对于不同的子波段使用不同的信道代码和符号星座的能力允许为每一个 子波段独立地优化编码/解码和符号调制/解调。与常规的UWB MB-OFDM系统相比，这将 允许实现更高的吞吐量和更低的数据差错率。根据本发明的某些实施例，除了对于不同的子波段使用不同的信道代码和符号星 座之外，也能够使用不同的代码来解码或编码信息比特。如图5所示，为了实现这种工作模 式，多波段通信系统600在相应的发射信道620-1到620-Ν之中的每一个中包含多个信道 编码器621-1到621-L，并且在相应的接收信道660-1到660-Ν之中的每一个中包含多个信 道解码器662-1到662-L，其中L是大于1的正整数。信道编码器621-1到621-L之中的每 一个以及信道解码器662-1到662-L之中的每一个被配置有不同的信道代码。由AMC控制 器661-Χ对将由每一个信道编码器621-Χ或信道解码器662-Χ使用的信道代码进行选择。在该系统600中，比特交织器622-Χ和比特解交织器663-Χ被设计成支持由信道 编码器621-Χ生成或输入到信道解码器662-Χ的不同比特流。特别地，比特交织器622-Χ 以其中通过子波段内的不同子载波发送子波段的输出比特的方式来交织(给定的发射信 道620-Χ的)信道编码器621-Χ的输出。图6显示描述根据本发明一个实施例实施的多波段通信系统的操作的方法的非 限制性且示例性的流程图700。在S710，输入信息比特被分成N个流，其中每一个流被输入 到将在单个子波段上发送的发射信道(例如，发射信道420-Χ)。在S720，由每一个发射信道 使用单个信道代码或多个信道代码来对比特进行编码。所述(一个或多个)代码由AMC控 制器至少根据信道条件来选择。如上所述，不同的发射信道可以为此目的而使用不同的信 道代码。在S730，通过执行子波段内交织来交织已解码的比特。然后，在S740，使用由AMC 控制器设置的符号星座来将经过交织的比特映射成符号。每一个发射信道可以利用不同的 星座来设置。在S750，这些符号被调制成OFDM符号。在S755，当准备好要发射所有子信道 的OFMD符号时，这些符号根据TFC图案进行复用。所述复用确保指定子波段的OFDM符号 在相同的流中进行发射。在S760，在接收机上接收被发射的流，该接收机将该流解复用到N个接收信道，其 中每一个信道接收属于其相应子波段的OFDM符号。利用每一个接收信道，在S770，对符号 进行解调、去映射和解交织，以生成能够被信道解码器解码的比特流。在S780，使用由相应 的编码器使用的该一个或多个信道代码执行解码操作。在S790，由AMC控制器对解码结果 进行评估。如果结果不是足够的(例如，高差错率)，那么AMC控制器选择新的信道代码和 /或符号星座，并将所述选择反馈给相应的发射信道。这允许优化信道解码和编码以及映射 和去映射符号的处理。以上详细的描述阐述了本发明能够采用的众多形式中的一些形式。意图是以上 详细的描述应被理解成是对本发明能够采用的选定形式的例证，而不是对本发明的定义进 行限制。只有包括所有等价物在内的权利要求书才用于定义本发明的范围。最为优选地，本发明的原理作为硬件、固件和软件的组合来实现。此外，该软件优选地作为有形地被包含在程序存储单元或计算机可读媒体上的应用程序来实施。该应用程 序可以被上传到包含任何适当架构的机器，并且由该机器来执行。优选地，该机器在具有硬 件诸如一个或多个中央处理器(“CPU”)、存储器以及输入/输出接口的计算机平台上进行 实施。该计算机平台也可以包括操作系统和微指令代码。这里所描述的各种处理和功能可 以是可由CPU执行的微指令代码的一部分、或应用程序的一部分或其任何组合，其中无论 是否明确地显示了这样的计算机或处理器。此外，各种其他的外围单元可以被连接至该计 算机平台，例如附加的数据存储单元和打印单元。
权利要求
一种多波段通信系统(400)，包括多个发射信道(420 1，420 N)，其中每一个发射信道(420 X)通过单个子波段来发射数据流；以及多个接收信道(460 1，460 N)，其中每一个接收信道(460 X)接收单个子波段的数据流。
2.权利要求1的系统，其中数据流至少包括正交频分复用(OFDM)符号。
3.权利要求1的系统，其中每一个发射信道(420-X)至少包括信道编码器(421-X)和 符号映射单元(423-X)。
4.权利要求3的系统，其中对于每一个发射信道(420-X)，信道编码器(421-X)利用不 同的信道代码进行设置，以编码输入信息比特，以及符号映射单元(423-X)利用不同的符 号星座进行配置，以便将经过编码的比特流映射到符号。
5.权利要求4的系统，其中每一个接收信道(460-X)至少包括自适应调制编码(MAC) 控制器(461-X)，其中AMC控制器(461-X)确定信道代码和符号星座。
6.权利要求5的系统，其中信道代码和符号星座根据在发射信道(420-X)与其相应的 接收信道(460-X)之间链路的条件来确定。
7.权利要求2的系统，其中不同子波段的OFDM符号根据时间频率码(TFC)进行复用， 并且其中属于数据流的所有OFDM符号在相同的子波段中进行发射。
8.一种多波段通信系统(600)，包括多个发射信道(620-1，620-Ν)，每一个发射信道(620-X)至少包括 多个信道编码器(621-1，621-L)，用于编码将通过单个子波段发射的信息比特；以及 复用器(MUX) (630)，用于根据时间频率码(TFC)来复用不同子波段的符号，其中属于 数据流的所有符号在相同的子波段中进行发射。
9.权利要求8的系统，其中数据流至少包括正交频分复用(OFDM)符号。
10.权利要求8的系统，其中发射信道(620-X)的多个信道编码器(621-1，621-L)中的 每一个由自适应调制编码(AMC)控制器(661-X)利用不同的信道代码进行设置。
11.权利要求10的系统，其中信道代码根据在发射信道(620-X)与其相应的接收信道 (660-X)之间链路的条件来确定。
12.一种用于在多波段通信系统中执行并行编码的方法(700)，包括 将输入信息比特分成多个比特流，其中每一个比特流属于单个子波段(S710)； 使用至少一个信道代码，编码每一个比特流(S720)；从经过编码的比特流中生成正交频分复用(OFDM)符号； 将多个子波段的OFDM符号复用到数据流中(S755)；以及 发射数据流。
13.权利要求12的方法，还包括 接收数据流；将数据流解复用到多个接收信道中，其中每一个接收信道接收属于其相应子波段的 OFDM 符号(S760)；利用每一个接收信道，处理OFDM符号，以生成比特流(S770)； 使用至少一个信道代码，解码比特流(S780)；以及对解码结果进行评估，以确定是否需要至少信道代码的新集合(S790)。
14.一种计算机可读媒体，在其上面已存储了用于在多波段通信系统(400)中执行并 行编码的计算机可执行代码，包括将输入信息比特分成多个比特流，其中每一个比特流属于单个子波段(S710)； 使用至少一个信道代码，编码每一个比特流(S720)； 从经过编码的比特流中，生成正交频分复用(OFDM)符号； 将多个子波段的OFDM符号复用到数据流中(S755)；以及 发射数据流。
15.权利要求14的计算机可读媒体，还包括 接收数据流；将数据流解复用到多个接收信道中，其中每一个接收信道接收属于其相应子波段的 OFDM 符号(S760)；利用每一个接收信道，处理OFDM符号，以生成比特流(S770)； 使用至少一个信道代码，解码比特流(S780)；以及 对解码结果进行评估，以确定是否需要至少信道代码的新集合(S790)。
全文摘要
一种多波段通信系统(400)。该系统包括多个发射信道(420-1，420-N)，其中每一个发射信道(420-X)通过单个子波段发射数据流；以及多个接收信道(460-1，460-N)，其中每一个接收信道(460-X)接收单个子波段的数据流。在本发明的实施例中，每一个发射信道(420-X)及其相应的接收信道(460-X)利用不同的信道代码集合进行配置，以编码和解码数据。信道代码集合由自适应调制编码(AMC)控制器(461-X)根据在发射信道(420-X)与接收信道(460-X)之间链路的条件来确定。
文档编号H04L1/00GK101971589SQ200980108471
公开日2011年2月9日 申请日期2009年3月9日 优先权日2008年3月10日
发明者D·比鲁, D·王, J·杨 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司