本申请要求于2017年4月6日提交的美国临时申请No.62/482293和于2017年5月3日提交的美国临时申请No.62/500828的优先权，其内容通过引用并入本文。
技术领域
本说明书一般而言涉及无线通信，并且具体而言涉及用于无线传输的数据的编码和调制的方法和装置。
背景技术：
某些无线通信协议(诸如电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准族中的那些协议)定义了各种特征，其中一些特征可以是强制性的，并且其它特征可以是可选的。具体而言，802.11标准定义了各种调制和编码方案，以对数据进行编码并调制载波信号，以实现用于传输的不同数据速率。某些调制方案增加频谱效率，但会导致传输错误率增加。
技术实现要素：
说明书的一方面提供了在发送站的无线通信组件中的方法。该方法包括接收要发送到接收站的主要数据。该方法还包括选择发送主要数据的数据速率。该方法还包括选择与该数据速率相关联的模式，该模式定义调制方案和目标编码率。该方法还包括生成编码数据，包括修改具有预定义编码率的纠错块格式以便以目标编码率生成编码数据。该方法还包括提取编码数据的至少一部分以用于载波信号的调制以及向接收站的传输。
附图说明
参考以下附图来描述实施例，其中：
图1绘出了无线通信系统；
图2绘出了图1的系统的无线设备的某些内部部件；
图3绘出了在图1的系统中为了传输而编码和调制主要数据的方法；
图4A和图4B绘出了示例星座图；
图5绘出了在图1的系统中生成编码数据的方法；以及
图6绘出了图1的系统中的数据位的序列。
具体实施方式
图1绘出了包括多个无线设备104(也被称为站104)的无线通信系统100。具体而言，图1图示了经由双向无线链路112与接收站104-2连接的发送站104-1。站104-1和104-2被配置为发送和接收信号，并且在单次传输的上下文中被称为发送和接收。发送和接收站104-1和104-2可以是接入点(诸如无线路由器、媒体服务器、家庭计算机、被配置为软接入点的客户端设备等)，或者是客户端设备(诸如移动设备，诸如智能手机、平板电脑等)。更一般而言，站104-1和104-2可以包括具有适于彼此通信的无线通信组件的计算设备的任何合适组合。因此，无线连接112可以在图1中所示的无线设备104以及系统100中包括的任何附加的无线设备(未示出)之间建立。
在下面讨论的示例中，系统100的站104各自包括被配置为实现共享无线通信标准的无线通信组件。在本示例中，系统100的站104各自被配置为根据选自IEEE 802.11标准族的无线标准进行通信。更具体而言，站104各自被配置为根据对802.11ad标准的802.11ay增强来进行通信，这两个标准都采用大约60GHz的载波频率(也称为毫米波mmWave)。对于本领域技术人员来说清楚的是，下面的讨论也可以应用于各种其它通信标准。
现在转到图2，在描述站104的操作之前，将描述通用站104的某些部件。将清楚的是，以下对站104的描述也适用于站104-1和104-2中的每一个。即，站104-1和104-2各自包括下面讨论的部件，但将理解的是，每个部件的特定实现可以因设备而异。
站104包括也被称为处理器200的中央处理单元(CPU)。处理器200与其上存储有用于执行各种动作的各种计算机可读指令的非瞬态计算机可读存储介质(诸如存储器204)互连。存储器204包括易失性存储器(例如，随机存取存储器或RAM)和非易失性存储器(例如，只读存储器或ROM、电可擦除可编程只读存储器或EEPROM、闪存存储器)的适当组合。处理器200和存储器204各自包括一个或多个集成电路。
站104还包括一个或多个输入设备和一个或多个输出设备，总体上被指示为输入/输出设备208。输入和输出设备208用来接收用于控制站104的操作并用于向例如站104的用户呈现信息的命令。因此，输入和输出设备208包括设备的任意合适组合，包括键盘、鼠标、显示器、触摸屏、扬声器、麦克风、相机、传感器等。在其它实施例中，输入和输出设备可以经由网络连接到处理器200，或者可以简单地被省略。
站104还包括与处理器200互连的无线通信组件212。组件212使站104能够与其它计算设备通信。在本示例中，如前面所指出的，组件212使得能够根据IEEE 802.11ay标准进行这种通信，并且因此以大约60GHz的频率发送和接收数据。
通信组件包括一个或多个集成电路形式的控制器216，其被配置为建立并维持与其它设备的通信链路(例如，链路112)。控制器216还被配置为处理用于经由一个或多个天线阵列进行传输的输出数据，图示了该天线阵列的示例天线阵列220(例如，天线元件的相控阵列)。控制器216还被配置为接收来自阵列220的传入传输，并处理该传输以传送到处理器200。因此，在本示例中，控制器216包括基带处理器和收发器(也被称为无线电处理器)，其可以被实现为不同的硬件元件或集成在单个电路上。
另外，控制器216被配置为执行控制应用224形式的各种计算机可读指令(例如，存储在与控制器216集成在一起或被实现为组件212的分立硬件部件并与控制器216连接的存储器元件上)，用于执行本文所述的功能。控制应用224可以被实现为在组件212内执行的软件驱动程序。经由应用224的执行，控制器216被配置为操作无线通信组件，以建立与其它设备104的无线通信组件的连接。具体而言，控制器216被配置为编码和调制主要数据或到接收站104-2的传输。
现在转到图3，提供了编码和调制主要数据以用于传输的方法300。将结合方法300在站104上(并且具体而言在发送站104-1处)的执行来描述方法300，如图2中所示的那样。经由应用224的执行，方法300的框由通信接口212的控制器216执行。
在框305处，发送站104-1(并且具体而言是控制器216)接收要发送到接收站104-2的主要数据。例如，可以通过执行发送站104-1的应用(诸如消息收发应用、视频流传输应用等)从处理器200接收主要数据。
在框310处，控制器216选择发送主要数据的数据速率。例如，控制器216可以基于以下至少一个来选择数据速率：主要数据的尺寸、发送站的能力、接收站的能力以及主要数据的其它特点。
在框315处，控制器216选择与数据速率相关联的模式，该模式定义调制方案和目标编码率。目标编码率定义信息位与主要数据将被编码的位的总数的比率。具体而言，位的总数可以包括在编码期间为了传输期间的纠错而生成的奇偶校验位的数量。该模式还基于编码数据提供用于调制载波信号的调制方案。例如，控制器216可以被配置为基于以下至少一个来选择给定模式：选择的数据速率、发送站104-1的编码和调制能力，以及接收站104-2的解码和解调能力。
在一些实现中，共享无线标准(诸如802.11ay标准)可以定义可以被选择用于编码和调制主要数据的调制和编码方案(MCS)模式。例如，每种模式可以定义MCS索引、调制方案、目标编码率、数据速率以及用于调制的其它属性的特定组合。表1中提供了几个示例MCS模式。
表1-MCS模式
MCS模式可以被存储在组件212的分立硬件部件中并与控制器216连接，或者存储在与控制器216集成在一起的存储器元件中。
调制方案可以由星座图表示。星座图包括星座点，其中星座点表示调制方案可以选择以表示用于调制的数据的可能符号。表示π/2-16-QAM和π/2-8-PSK调制方案的星座图分别在图4A和图4B中示出。
另外，星座点的几何形状代表调制方案的某些方面。具体而言，发送某个符号所需的功率由对应的星座点到星座图的原点的距离来表示。调制方案的峰值功率被定义为其对应的星座点在距原点最大距离处的符号的功率。平均功率被定义为所有符号的平均功率。
在一些实现(诸如图4B中所示的π/2-8-PSK调制方案)中，调制方案由具有距原点等距的星座点的圆形星座图来表示。具体而言，圆形星座图具有与平均功率相等的峰值功率，因此PAPR被最小化。相比之下，图4A中所示的π/2-16-QAM调制方案由相对密集的星座图表示，其允许更高的频谱效率，但是PAPR高于π/2-8-PSK调制方案的PAPR。为了适应较高的PAPR，可以使用较低的编码率来允许更多的奇偶校验数据用于纠错。
具体而言，对于60GHz实现，前端部件可以是峰值功率受限的。因此，在较低的峰值-平均功率比(PAPR)下，功率放大器可以发送更多的平均功率，低噪声放大器和混频器可能对干扰不太敏感，并且可以为模数转换器和数模转换器实现更低的动态范围和更少的分辨率位数。更一般而言，在相对于非圆形星座的较高平均输出功率下，使用圆形星座的调制可以对放大器失真具有较高容忍度。因此，当模式定义具有圆形星座图的调制方案时，天线阵列220可以随后被控制为以与圆形星座图的峰值功率基本匹配的功率水平来发送调制的载波信号。
返回图3，在框320处，控制器216生成编码数据。具体而言，控制器216修改具有预定义编码率的纠错块格式，以便以目标编码率生成编码数据。例如，编码器可以被配置为缩短块格式(如本文所描述的)，通过移除奇偶校验位以给块格式穿孔(puncture)从而将预定义编码率增加到目标编码率，或以其它方式修改块格式以便以目标编码率生成编码数据。
现在转向图5，提供了通过缩短纠错块格式来生成编码数据的方法500。
一般而言，纠错块格式包括具有预定义的信息部分长度的信息部分和具有预定义的奇偶校验部分长度的奇偶校验部分。信息部分长度和奇偶校验部分长度一起构成块长度。具体而言，信息部分长度和奇偶校验部分长度被定义为使得信息部分长度与块长度的比率是块格式的预定义编码率。控制器216被配置为根据块格式的预定义信息部分长度用主要数据的至少一部分来填充信息部分。控制器216还被配置为生成用于填充奇偶校验部分的奇偶校验数据。因此，控制器216根据块格式的预定义编码率来编码主要数据。
更具体而言，在框505处，控制器216用主要数据的至少一部分来填充信息部分的缩短的信息部分。如本文将进一步描述的，可以根据缩短的信息部分的长度的要求来提取主要数据的一部分以用于填充缩短的信息部分。具体而言，缩短的信息部分表示要编码进行传输的主要数据的部分，并且长度短于由上述块格式定义的信息部分长度。
在框510处，控制器216用填料数据(filler data)来填充信息部分的填料部分。例如，控制器216可以用0或1作为填料数据来填充填料部分。填料部分填补(pad)缩短的信息部分以形成信息部分。具体而言，填料部分长度和缩短的信息部分长度总和为由块格式定义的信息部分长度。
在框515处，控制器216填充块格式的奇偶校验部分。根据一般操作过程，控制器216通过生成奇偶校验位或奇偶校验数据来对信息部分进行编码，以允许在传输期间进行前向纠错。具体而言，对于给定的块格式，控制器216要求信息部分具有由块格式定义的信息部分长度。由于用填料部分填补的缩短的信息部分具有相加等于由块格式定义的信息部分长度的长度，因此控制器216使用预先配置为处理块格式的软件和/或硬件来生成用于填充奇偶校验部分的奇偶校验数据。具体而言，可以使用当前系统中使用的软件和/或硬件而无需进一步修改以适应缩短的块格式的长度。因此，控制器216基于包含缩短的信息部分中的主要数据以及填料部分中的填料数据的的信息部分来生成编码数据。控制器216可以采用诸如低密度奇偶校验(LDPC)码、Reed-Solomon码、Golay码等之类的纠错码。
如上所述，信息部分和奇偶校验部分构成纠错块格式。块格式的预定义编码率由信息部分长度与块长度的比率来定义。类似地，缩短的信息部分和奇偶校验部分构成缩短的纠错块格式。缩短的块格式的编码率由缩短的信息部分长度与缩短的块长度的比率来定义。具体而言，缩短的信息部分和填料部分被选择成使得缩短的块格式的编码率与目标编码率匹配。
在框520处，编码器224提供缩短的信息部分和奇偶校验部分，以用于载波信号的调制和向接收站的传输。具体而言，编码器224丢弃信息部分的填料部分，并且仅提供缩短的块格式以用于进一步处理。因此，编码器224以目标编码率提供编码数据。
通常，缩短块格式包括用填料数据来填塞或填充信息部分的填料部分。填料部分允许编码器224根据现有编码方案来生成奇偶校验数据并对信息部分进行编码。随后填料部分被丢弃，使得缩短的信息部分与缩短的块长度的比率与目标编码率匹配。
在一些实现中，预定义编码率可以在诸如802.11ay标准或802.11n标准之类的标准中定义。在其它实现中，码重用和缩短可以应用于具有较长块长度的编码率。例如，在块长度加倍的情况下，信息位的数量和填塞的填料数据的数量(即，0或1)也可以加倍。
在一些实现中，当预定义的编码率不能被缩短为与目标编码率确切匹配时，预定义的编码率可以被缩短为接近目标编码率的编码率。在这种实现中，编码器224可以被配置为用填料数据充满填料部分，以将信息部分填补到适当的信息部分长度。
图6绘出了在方法500期间当数据位被修改时的数据位序列600。要注意的是，所表示的数据位是示例性的；没有示出序列的长度以及部分之间的比率，因为它们一般在实际实现中将出现。
位605包括从主要数据提取的主要数据位D。具体而言，在框505处，控制器216在具有长度L1的缩短的信息部分601中填充主要数据位D。
位610包括主要数据位D和填料位F。具体而言，在框510处，控制器216生成填料位F以填充填料部分602。填料位F对缩短的信息部分601中的主要数据位D进行填补，以充满信息部分。信息部分具有长度L2。
位615包括主要数据位D、填补位F和奇偶校验位P。在框515处，控制器216基于主要数据位D和填补位F生成奇偶校验位P，以将奇偶校验位P填充在奇偶校验部分603中。具体而言，控制器216根据需要L2个位用于编码的常规方法，对主要数据位D和填料位F进行编码。主要数据位D、填料位F和奇偶校验位P被填充在具有长度L3的块格式中。
位620包括主要数据位D和奇偶校验位P。在框520处，控制器提取主要数据位D和奇偶校验位P作为用于调制的编码数据。具体而言，缩短的信息部分601中的主要数据位D和奇偶校验部分603中的奇偶校验位P被提取，以形成具有长度L4的缩短的块格式。
块格式的预定义编码率由比率L2/L3定义。根据方法500，块格式可以被缩短成缩短的块格式。具体而言，通过丢弃填料部分602中的填料位F，信息部分从L2缩短到L1。因而，块格式也从L3缩短到L4。因此，缩短的块格式的编码率由比率L1/L4定义。L1是专门选择的，以使得比率L1/L4与目标编码率匹配。
帧625包括报头H和位620。在一些实现中，报头H包括指示在框315处选择的模式的模式指示符。模式指示符允许接收站104-2根据适当的调制和编码方案来解调载波信号并解码编码数据。具体而言，接收站104-2接收缩短的编码数据并且填充每个接收信号的缩短的信息部分和奇偶校验部分。为了适应缩短的编码数据，接收站104-2用填料数据来填充填料部分，从而模拟完美接收的填料数据。因此接收站104-2具有可以根据现有解码方案来解码的完全填充的块格式。
例如，在802.11ay标准中，可以将模式指示符合并到遗留报头(legacy header)、EDMG报头A或EDMG报头B中的报头位中。
在其它实现中，发送站104-1和接收站104-2可以通过模式指示符和/或通过能力字段(诸如组织唯一标识符(OUI))、通过由诸如Wi-Fi联盟之类的实体定义的特殊信息元素、通过由制造商等定义的特殊信息字段等来传送能力和所选择的模式。
返回图3，在框325处，控制器216提取编码数据的一部分以用于载波信号的调制和向接收站的传输。具体而言，编码数据的被提取的一部分具有目标编码率。
在框330处，控制器216根据在框315处选择的模式使用编码数据中的所提取的一部分来调制载波信号。
对于具体示例，参考表1中定义的MCS模式。
具体而言，MCS模式12被定义为使用π/2-16-QAM方案以1/2的编码率来进行调制，这导致3080Mbps的正常GI数据速率。根据本公开，将替代MCS模式12a定义为使用π/2-8-PSK方案以2/3的编码率进行调制，这导致等同的3080Mbps的正常GI速率。
具体而言，MCS模式12a提供较小的星座图，但是以较高的编码率被发送。通过缩短如802.11ad标准中定义的现有3/4LDPC码来生成2/3的编码率。具体而言，具有672个位的块长度的3/4编码率(即，504个信息位和168个奇偶校验位)通过用168个0位填补填料部分以充满信息部分而缩短。在填料部分被丢弃之后，剩余336个信息位和168个奇偶校验位，从而导致2/3的目标编码率。8-PSK星座图的圆形性质导致较低的PAPR，从而允许载波信号以较高的平均功率被发送，并导致净增益。具体而言，与16-QAM调制方案相比，8-PSK调制方案在信噪比(SNR)上多使用大约0.4dB，但可以在高大约3.25dB的平均功率下运行。
在另一个示例中，MCS模式13被定义为使用π/2-16-QAM方案以5/8的编码率进行调制，这导致3850Mbps的正常GI数据速率。根据本公开，将替代MCS模式13a定义为根据π/2-8-PSK方案以5/6的编码率进行调制，这导致等同的3850Mbps的正常GI数据速率。
具体而言，MCS模式13a提供较小的星座图，但是以较高的编码率被发送。通过缩短如802.11ad标准中定义的现有7/8LDPC码来生成5/6的编码率。例如，具有672个位的块长度的7/8编码率(即，588个信息位和84个奇偶校验位)通过用168个0位填补填料部分以充满信息部分而被缩短。在填料部分被丢弃之后，剩余420个信息位和84个奇偶校验位，这导致5/6的目标编码率。8-PSK星座图的圆形性质导致较低的PAPR，从而允许以较高的平均功率发送载波信号，并导致净增益。具体而言，与16-QAM调制方案相比，8-PSK调制方案在SNR上多使用大约0.6dB，但是可以在高大约4.15dB的平均功率下运行。
因此，MCS模式12a和13a可以允许相同的传输带宽但同时要求较低的峰值功率，这可以降低误编码率，特别是在60GHz设备中以及在发送站104-1和/或接收站104-2中具有峰值功率限制的其它设备中。
MCS模式可以进一步被扩展，以定义另外的替代模式，诸如遗留DMG模式。也设想其它星座，诸如作为16QAM的替代的16APSK、作为16QAM或64QAM的替代的32APSK。
在一些实现中，模式可以定义每个发送的符号(星座点)不采用整数个信息位的调制方案和编码率。例如，模式可以被定义为使用编码率为5/8的8-PSK调制方案。具体而言，8PSK与5/8的编码率的组合将导致提供MCS模式11与12之间的模式的数据速率。
因此，本公开提供了用于编码和调制用于传输的数据的系统和方法。具体而言，与现有模式相比，替代模式提供以较高编码率发送的较小星座。替代模式导致等同的数据速率，并且可以以更高的平均功率被发送，从而导致效率的总体增加。另外，提供了缩短现有编码率的方法，以允许现有编码器(诸如LDPC编码器)采用现有算法以新目标编码率生成编码数据。
权利要求的范围不应当受上述示例中阐述的实施例的限制，而是应当被赋予与整个描述一致的最宽泛的解释。
本发明至少描述了以下方面。
1、一种在发送站的无线通信组件中的方法，所述方法包括：接收要发送到接收站的主要数据；选择发送所述主要数据的数据速率；选择与所述数据速率相关联的模式，所述模式定义调制方案和目标编码率；生成编码数据，包括修改具有预定义编码率的纠错块格式以便以所述目标编码率生成所述编码数据；以及提取所述编码数据的至少一部分，以用于载波信号的调制以及向接收站的传输。
2、如方面1所述的方法，其中所述纠错块格式具有信息部分和奇偶校验部分，并且其中生成编码数据包括：用所述主要数据的至少一部分来填充所述信息部分的缩短的信息部分；用填料数据来填充所述信息部分的填料部分；以及用奇偶校验数据来填充所述纠错块格式的所述奇偶校验部分，所述缩短的信息部分和所述奇偶校验部分定义缩短的纠错块格式；其中信息部分的长度与块长度的比率与所述预定义编码率匹配，并且其中缩短的信息部分的长度与缩短的块长度的比率与所述目标编码率匹配。
3、如方面2所述的方法，其中提取所述编码数据的至少一部分包括提取所述编码数据的所述缩短的信息部分和所述奇偶校验部分，以用于载波信号的调制以及向接收站的传输。
4、如方面1所述的方法，还包括在包含所述编码数据的帧的报头中提供模式指示符，所述模式指示符指示所选择的模式。
5、如方面1所述的方法，还包括根据所述调制方案使用所述编码数据的所述一部分来调制载波信号。
6、如方面1所述的方法，其中所述调制方案由圆形星座图表示，所述圆形星座图具有与该星座图的原点等距的星座点。
7、如方面6所述的方法，还包括：根据所述调制方案，使用所述编码数据的所述一部分来调制载波信号；以及以基本上与所述调制方案的峰值功率匹配的功率水平来发送经调制的载波信号。
8、一种发送站的无线通信组件，所述无线通信组件包括：
天线阵列；以及控制器，与所述天线阵列互连，所述控制器被配置为：接收要发送到接收站的主要数据；选择发送所述主要数据的数据速率；选择与所述数据速率相关联的模式，所述模式定义调制方案和目标编码率；生成编码数据，包括修改具有预定义编码率的纠错块格式以便以所述目标编码率生成编码数据；以及提取所述编码数据的至少一部分，以用于载波信号的调制以及向接收站的传输。
9、如方面8所述的无线通信组件，其中所述纠错块格式具有信息部分和奇偶校验部分，并且其中控制器被配置为通过以下操作生成所述编码数据：用所述主要数据的至少一部分来填充所述信息部分的缩短的信息部分；用填料数据来填充所述信息部分的填料部分；以及用奇偶校验数据来填充所述纠错块格式的所述奇偶校验部分，所述缩短的信息部分和所述奇偶校验部分定义缩短的纠错块格式；并且其中信息部分的长度与块长度的比率与所述预定义编码率匹配，并且其中缩短的信息部分的长度与缩短的块长度的比率与所述目标编码率匹配。
10、如方面9所述的无线通信组件，其中所述控制器被配置为提取所述编码数据的所述缩短的信息部分和所述奇偶校验部分，以用于载波信号的调制以及向接收站的传输。
11、如方面8所述的无线通信组件，其中所述控制器被配置为在包含所述编码数据的帧的报头中提供模式指示符，所述模式指示符指示所选择的模式。
12、如方面8所述的无线通信组件，其中所述控制器还被配置为根据所述调制方案使用所述编码数据的所述一部分来调制载波信号。
13、如方面8所述的无线通信组件，其中所述调制方案由圆形星座图表示，所述圆形星座图具有与该星座图的原点等距的星座点。
14、如方面13所述的无线通信组件，其中所述控制器还被配置为：根据所述调制方案来调制载波信号；以及以基本上与所述调制方案的峰值功率匹配的功率水平来控制所述天线阵列发送经调制的载波信号。