专利名称：可用于捕捉发射机分集益处的在多发射ofdm系统中的导频音的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及无线发射，尤其地涉及使用多空间流和导频音的无线发射。
背景技术：
使用诸如用于802. 11协议发射等的OFDM系统，导频音被用来协助发射和接收。使 用MIMO系统或多发射系统，产生了额外的复杂性。MIMO系统能够提供发射分集增益。在单 发射天线上使用单发射空间流的简单无线发射机的情况下，并不能获得这些益处，并且即 使使用一些导频音方案，也可能不能获得某些益处。在MIMO系统中，导频音可通过从头至尾循环空间流从而使用多发射空间流来发 射，但随之频谱平坦性成为一个问题，如果恰巧此时承载该导频音的空间流上有衰落，那么 导频跟踪可能失败。发明概述一种使用多个发射天线的发射机的实施例提供可用于捕捉发射机分集益处的导频音。在具有在接收机处可区分的多个空间流、其中数据被编码并和导频音一起通过通 信信道被发射以给接收机提供关于通信信道和/或发射机损伤和/或接收机损伤对所发射 的空间流的影响的信息的无线发射机中，可通过标识其间将发射代表已编码数据的一部分 的码元的多个码元周期；标识这多个码元周期的导频音值，其中所标识的导频音值使得接 收机在接收具有所标识的导频音值的导频音的至少一部分时，被提供使接收机能表征通信 信道以获得发射流分集益处的信号；以及在这多个码元周期里在这多个空间流上发射码元 和导频音来提供诸益处。在一些实施例中，导频音在空-时上或在空-时-频上是正交的， 而在其它一些实施例中是半正交的。导频音值可为等幅和相移的，或者也可能有振幅变化， 其中对于一个给定的码元周期，空间流的至少两个导频音是非零的。以下结合附图的详细描述将提供对本发明的特性和优点的更好的理解。附图简述
图1是本发明可用的无线发射机的框图。图2是本发明可用的无线接收机的框图。
图3是更为详细地示出图1的发射机的一部分的框图。图4提供了导频音序列矩阵的多个示例；图4(a)为2X2Walsh_Hadamard(WH)矩 阵；图4(b)为可用于四个码元周期上的三个发射空间流的3X4矩阵；图4(c)为可用于四 个码元周期上的四个发射空间流的4X4矩阵；图4(d)为替换方案的4X4矩阵。图5示出了接收机接收的信号。图6是可使用本发明的简单无线网络的框图。图7是更加详细地示出图6所示网络的一个设备与一个网络连接之间的耦合的框 图。发明详述在MIMO或多发射系统的各实施例中，多个发射机天线被用来传送比特序列。通过 在多个发射天线上发射，可获得发射分集的益处。使用导频音的分集，能够更好地适应信号 衰落。应该理解的是，除非另有指出，否则在此描述的方法和装置在接收机为单天线接收机 或多天线接收机的情况下工作。贯穿本公开，在一个对象有多个实例并且实例的个数并不严格的情况下，这些实 例被从“ 1，，编号到“n”，需要理解的是各使用例之间的“η”值不需要一样。例如，“η”在不 同的地方被用作天线的数目，但是该数目在各示例之间可能会有所变化。应该理解的是，这 里并不要求所有的实例都被使用。例如，图1所示的发射机可能设计成有10个天线，但是 只有其中7个被使用。这可能是出于省电的目的，因为在信道良好时并不需要10个天线。 因此，“η”在不同的背景中可能取不同的值。在上例中，如果全部的天线都被计入，则η = 10，而如果只计入有效天线，则η = 7。天线的数目可从1到20，或者大于20。在一些地方，Nt被用来指示发射天线/发射空间流的数目，而凡被用来指示接收 天线/接收空间流的数目。不失一般性，这里的许多示例都假定从发射机处的空间信息流 的数目(Ns)到发射天线的数目(Nt)的直接映射，即Ns = Nt,并且当一个值被使用时，另一个 值也可被使用，除非另有指示。应该理解的是，当Ns不等于时Nt时，仍可通过直接映射(即 空间复用)基于Nt个发送天线来应用导频映射，或可通过使用与为将Ns个空间流映射到Nt 个发送天线而对数据应用的相同的空间映射来将导频映射应用于这些空间流。贯穿本公开应该理解的是，图中所示的线条可能是用于传送复值的量的时间序列 的数字信号线。应该进一步理解的是，诸如求和符等运算符对象可能为复求和符。在其它 情况下，所传送的信号可能为模拟信号、控制信号或一个或多个值的流。图1为可使用本文所述的导频音方案的无线发射机100的框图。如所示的，无线 发射机100包括编码器102，其具有用于接收要向一个无线接收机(或多个无线接收机)发 射的数据的输入。编码器102可为FEC、加密、分组和/或其它已知用于无线发射的编码而 将数据编码。编码器102的输出被提供给将已编码数据映射到发射机的空-时-频(STF) 维度的映射器104。维度代表允许数据被分配的各种构形。给定的一个比特或一集比特 (可能仅涉及一组比特，或涉及对应于某群点的一集比特)被映射到各维中的某个特定的 地方。一般地，被映射到各维中的不同地方的比特和/或信号以预期它们在接收机处有一 定概率可被区分的方式从发射机发射。空间流以预期不同空间流上的发射在接收机处有一定概率可被区分的方式从发 射机被发射。例如，映射到一个空间维的比特被作为一个空间流来发射。该空间流可在其自己的与其它天线空分的天线上、在其自身于多个空分天线上的正交重叠上、在其自身的 偏振上等被发射。许多用于空间流分离的技术(涉及在空间上分离天线或其它允许其信号 在接收机处可被区分的技术)是已知并可使用的。在图1所示的示例中，有Nt个空间流(以相同数目的天线示出，但并非总是这种 情况)。Nt的示例包括2、3、4、10或其它大于1的数目。在一些实例中，因为其它空间流的 无效，可能只有一个空间流可用，但是应该理解的是本文所述的方案的一些益处只有在有1 个以上空间流时才会产生。在发射机使用多个频率副载波来发射的情况下，频率维可能有多个值，从而映射 器104可将一些比特映射到一个频率副载波，而将其它比特映射到另一个频率副载波。用 于数据的频率副载波可以是由由802. 11标准为数据副载波指定的频率副载波。其它频率 副载波可被保留作为保护频段、导频音副载波、或不承载(或并不总是承载)数据的副载 波。在图1所示的示例中，有N。个数据副载波。N。的示例包括52、56、114、116或用于OFDM 的其它大于1的数目。可诸如通过将导频音和数据时间复用到各副载波上的空-时导频 映射，来将这些技术用于单副载波系统，然而，本文的众多示例假定有多个副载波，并且在 空-时-频映射的情形下也预期如此。时间维是指码元周期，并且不同的比特可被分配给不同的码元周期。在有多 个空间流、多个副载波以及多个码元周期的情况下，一个码元周期的发射可被称为一个 “OFDM(正交频分复用)MIMO(多输入多输出)码元”。已编码数据的发射速率可由每个简单 码元的比特数(10 (所用的群的数目))乘以空间流的数目乘以数据副载波的数目，再除 以该码元周期的长度来确定。因此，映射器104将把比特(或输入数据的其它单位)映射到空间流、数据副载波 以及码元周期。如图1所示，分离的空间流沿着分离的路径走。在一些实现中，这Nt条路 径用不同的硬件来实现，然而在其它实现中，路径硬件被重用于一个以上的空间流，或者路 径逻辑用对一个或以上空间流执行的软件来实现。每个空间流的元件都用参考标号示出， 并且类似元件的各实例具有相同的标号，并且实例在括弧中指出。QAM映射器106将映射器104提供的数据映射到多个群。例如，在使用QAM(正交 振幅调制)的情况下，QAM映射器106可每个空间流、每个数据副载波、每个码元周期被提 供4比特，并且将为每个码元周期的每个数据副载波的每个空间流输出一个16-QAM群信号 (创建串到并(S/P)数据路径)。也可使用诸如将导致每个码元周期、每个数据副载波、每 个空间流消费6比特的诸如64-QAM等其它调制。其它变体也是可能的。如所示的，QAM映射器16的输出在空间和频率维上被扩展。导频音插入器108为 导频音副载波插入导频音。这些信号的集合被提供给将数据和所插入的导频音的频率信号 转换为时域信号的快速傅里叶逆变换(IFFT)单元110，时域信号由表示码元周期k里空间 流上的信号和时域样本的矢量ζ (k)来表示。时域信号然后由取IFFT单元110的输出、将其从并行信号转换为串行信号(P/S)、 添加循环前缀、保护区间开窗等的格式器112(示为每个空间流一个)进行处理，然后作为 信号(由矢量u(n)表示)被提供给数模转换器(DAC) 114，数模转换器114进而将模拟信号 提供给向天线输出RF信号的发射机射频(TX RF)块，由此通过被合适地配置成便于无线接 收机接收的无线介质来发射输入到编码器102的数据。
作为MIMO发射技术领域所公知的，发射分集增益是在接收机处使得发射流的分 集相对于信噪比(SNR)改善分组出错率(PER)的增益。使用本文中说明的一些技术，接收 机能够更好地表征通信信道和/或发射机损伤和/或接收机损伤，诸如相位噪声和频率偏 移等，从而使得接收机在面对通信信道和/或发射机损伤和/或接收机损伤所引入的信号 畸变的情况下能够更好地解码所发射的数据。图2是可接收和使用来自如本文所述的无线发射机的信号的无线接收机200的框 图。无线接收机200最好能够使用由无线发射机生成的导频音来表征信道和/或发射机损 伤和/或接收机损伤，并使用该表征来改善在发射时编码数据的接收。如所示的，无线接收机200包括馈入向模数转换器(ADC) 204输出基带信号的N,个 (凡表示接收空间流的个数，其可大于、小于或等于发射空间流的个数Nt)接收机射频(RX RF)块202的多个天线。如同发射机的情形，由于可使用各种束流控制、正交化等技术来达 到多个接收机流，所以所处理的空间流的数目不需要等于天线的数目，并且每个流并不需 要被限定于一个天线。ADC 204的输出被提供给同步模块206，同步模块206将其输出提供给执行发射机 的各元件的逆操作的各种元件。例如，反格式器208(示为每个空间流一个)接收同步模块 206的输出、移除前缀等、并将数据并行化以便于FFT处理，FFT单元210进行从时域到频域 的转换，并且导频音处理器212拾取每个空间流的频域信号来共同地确定由发射机发射的 空间流、频率副载波和各组码元周期上的导频音。由此，检测器214检测和解码各维上的数 据并输出接收机对发射机所发送的内容的估计。如果接收机知道作为总信息序列的一部分发送的发射序列，则接收机能够在这些 已知的发射序列的帮助下执行信道估计。为了协助正确的导频音跟踪、处理、及数据检测和 解码，信道估计模块216根据来自同步模块206的结果、或者在反格式化和FFT对已知的发 射序列和对总信息序列的数据部分而言是一样的情况下根据来自FFT单元210的结果，向 导频音处理器212和检测器214提供估计信号。图3给出更为详细地示出发射机的一部分的示例。如上所述，数据音(来自QAM映 射器等)和导频音(来自导频音插入器)被提供给IFFT单元。在数据音和导频音占用不 同频率副载波的情况下，它们被施加到IFFT单元的不同抽头并被组合为适当的时域信号。 在该示例中，由导频音插入器108插入的特定导频音由导频音生成器300来驱动。导频音 生成器300确定每个空间流、每个导频音(在发射机提供多个导频音副载波的情况下)以 及每个码元周期的导频音的振幅(并且可能确定其相位)。导频音的值可从控制信号并且也可能从伪随机数(PN)生成器302得到。因此，在 一个码元周期中，导频生成器300将为多个空间流上的一个或多个导频音中的每一个指定 振幅(并且可能指定其相位)。在某些情形中振幅可为零，即意味着可不发射特定空间流 的特定导频音。一码元周期序列上的一集导频音值在本文中被称为导频音序列。在优选实 施例中，给定空间流和导频副载波的导频音值在一个码元周期上被认为是恒定的，并且从 一特定码元周期到下一码元周期可以改变也可以不变。在这样的实施例中，这些值可被称 为“导频码元”。因此，导频生成器可包括用于为多个空间流和多个导频音副载波确定每个 码元周期为这些流和副载波提供哪个导频音码元的逻辑。这里以及下文具体描述了用于确定导频音序列的各种装置和方法。通过使用可分辨的导频音序列集，每个空间流的相位噪声、频率偏移、和/或发送信道(或其它可能的损 伤)能够被分别估计。尤其地，可将时间上正交的矢量集作用于多个空间流，以便于在使能 量在各空间流间平均分配的情况下区分不同的空间流，并由此能够从空间流分集获益。尤 其地，可将时间上正交的矢量集作用于多个发射机天线，以便于在使能量在各发射机天线 之间平均分配的情况下区分不同的发射机天线。接着是用于生成导频音序列的合适模式的方法(在需要说明的情况下还有其相 应的装置)的几个示例。对于某些实现，导频音序列由可用矩阵表达的定义来驱动。导频 音序列矩阵的示例在图4中示出。图4(a)是第一行具有元素(1，1)、第二行具有元素(1，-1)的 2X2ffalsh-Hadamard(WH)矩阵。除非另有指示，根据惯例，矩阵的不同行对应于不同的空间 流，而不同的列对应于不同的码元周期。因此，Nt = 2的发射机的导频音的模式将为，每个 空间流的导频音对于一个码元周期将具有相同极性，然后对于下一个码元周期将具有相反 的极性。在一种方法中，该矩阵是循环的，并且导频音模式每两个码元周期重复一次。图4(b)为在有三个发射空间流并且在四个码元周期上循环的情况下使用的3X4 矩阵。图4(c)为在有四个发射空间流并且在四个码元周期上循环的情况下使用的4X4 矩阵。令\ (n, k)表示MIMO或多发射OFDM码元k的副载波η上第ρ个发射天线上被发 射的导频码元。对于两个流的MIMO系统，ρ= {1,2}并且副载波η的导频音值根据表1确 定。这提供了合适的空-时(ST)映射。表 权利要求
1.一种在具有多个空间流的无线接收机中的方法，其中已编码数据与导频音一起通过 通信信道被接收以给所述接收机提供关于所述通信信道或损伤对所接收的空间流的影响 的信息，所述方法包括接收所述多个空间流；标识所述空间流内于其间接收代表所述已编码数据中的一些的码元的多个码元周期；确定所述多个码元周期的导频音值，其中在一给定的码元周期中在两个空间流上出现 至少两个非零导频音值；以及基于所确定的导频音值来表征所述通信信道以获得发射流分集益处。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在分隔开以使其在所述接收机与发射 机之间的所述通信信道上有不同信道特性的多个天线上接收所述多个空间流中的至少一 些空间流。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在给定所接收的多个空间流的知识的情况下估计每码元共同相位噪声误差(CPE)，所 述导频音的数目为2，所述导频音值从含至少两个非零导频音值的组中标识；以及根据2X2矩阵标识所述导频音值，所述2X2矩阵为所述多个码元周期的两个码元周 期和所述两个空间流中的每一个指示所述两个导频音中的每一个的所述导频音值，其中所 述2X2矩阵使得至少一个码元周期上的两个空间流中的所述导频音值都非零。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述2X2矩阵重复用于所述多个码元周 期中继所述两个码元周期之后的下两个码元周期。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频音在空-时上正交。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频音在空-时-频上正交。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频音中的至少一些在所述多个码元 周期上变化，并且所述导频音中的至少一些在所述多个空间流上变化
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据在所述接收机处已知的长于两个元素 的序列更改所述导频音，以使得所述导频音值的模式不是每两个码元周期重复一次。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述已知序列是以所述导频音值来编码以 达到所述导频音值的模式的伪随机序列。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述伪随机序列由生成多项式S(X)= χ7+χ4+1定义，其中χ是导频音值。
11.一种接收多个空间流的无线接收机，其中编码数据与导频音一起通过通信信道被 接收以给所述接收机提供关于所述通信信道或损伤对所接收的空间流的影响的信息，所述 无线接收机包括用于在所述多个空间流上接收所述导频音和代表已编码数据的码元的接收电路，所述 码元在多个码元周期内分配；以及确定所接收的导频音的导频音值的导频音处理器，所述导频音值提供使得所述接收机 能表征所述通信信道以获得发射分集益处的信号，其中在一给定的码元周期中在两个空间 流上出现至少两个非零导频音值。
12.如权利要求11所述的无线接收机，其特征在于，还包括向所述导频音处理器提供估计信号的信道估计模块。
13.如权利要求11所述的无线接收机，其特征在于，所述导频音中的至少一些在所述 多个码元周期上变化，并且所述导频音中的至少一些在所述多个空间流上变化
14.如权利要求11所述的无线接收机，其特征在于，所述导频音在空-时上正交。
15.如权利要求11所述的无线接收机，其特征在于，所述导频音在空-时-频上正交。
16.如权利要求11所述的无线接收机，其特征在于，所述无线接收机还包括分隔开以 使其在所述接收机与发射机之间的所述通信信道上有不同信道特性的多个天线，且被配置 成在所述多个天线上接收所述多个空间流中的至少一些。
17.如权利要求11所述的无线接收机，其特征在于，根据在所述接收机处已知的长于 两个元素的序列更改所述导频音，以使得所述导频音值的模式不是每两个码元周期重复一 次。
18.如权利要求11所述的无线接收机，其特征在于，所述已知序列是以所述导频音值 来编码以达到所述导频音值的模式的伪随机序列。
19.一种在具有于通信信道上可传送的一个或多个空间流的无线接收机中的方法，所 述通信信道包括多条路径，其中已编码数据与导频音一起通过所述通信信道被接收以给所 述接收机提供关于所述通信信道或损伤对所述一个或多个空间流的影响的信息，所述方法 包括在所述多条路径中的至少两条上接收代表所述已编码数据的码元；标识在其间接收代表所述已编码数据中的码元的多个码元周期；确定所述多个码元周期的导频音值，其中在一给定的码元周期中在所述多条路径的至 少两条上接收至少两个非零导频音值；以及基于所确定的导频音值来表征所述通信信道以获得发射流分集益处。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，通过在分隔开以使其在所述接收机与发 射机之间的所述通信信道上有不同信道特性的多个天线上接收所述多个空间流中的至少 一些空间流。
全文摘要
在具有在接收机处可区分的多个空间流、其中数据被编码并和导频音一起通过通信信道被发射以给接收机提供关于通信信道对所发射的空间流的影响的信息的无线发射机中，可通过标识其间将发射代表已编码数据的一部分的码元的多个码元周期；标识这多个码元周期的导频音值，其中所标识的导频音值使得接收机在接收具有所标识的导频音值的导频音的至少一部分时，被提供使接收机能表征通信信道以获得发射流分集增益的信号；以及在这多个码元周期里在这多个空间流上发射码元和导频音来提供众多益处。在一些实施例中，导频音在空-时上或在空-时-频上是正交的，然而在其它一些实施例中它们是半正交的。导频音值可为等幅和相移的，或者也可能有振幅变化，其中对于一个给定的码元周期，空间流的至少两个导频音是非零的。
文档编号H04J99/00GK102148635SQ20111008686
公开日2011年8月10日 申请日期2005年7月22日 优先权日2004年7月22日
发明者A·万泽斯特, V·K·琼斯 申请人:阿尔构网络股份有限公司