CN1856976B - 使用低密度奇偶校验前向纠错进行自适应位加载 - Google Patents

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Abstract

一种装置可以包括正交频分复用物理层接口。自适应负载波解调器或自适应负载波调制器可以被耦合到OFDM物理层接口以实现自适应位加载(ABL)。译码器或编码器可以被耦合到自适应负载波解调器或自适应负载波调制器以实现低密度奇偶校验。

Description

使用低密度奇偶校验前向纠错进行自适应位加载
相关申请：本申请要求2003年8月8日递交的、标题为“高吞吐量无线网络体系结构、装置和相关方法”的美国临时申请No.60/493,937的权益，该临时申请的全部内容被包括在本申请中作为参考。
背景
所要求保护的发明涉及多载波通信，并且更具体地，涉及多载波通信中的自适应调制。
多载波通信可以被描述为一种在其中使用多个载波或副载波来传送信息的通信技术。作为多载波通信的一个例子，止交频分复用(OFDM)可以被描述为将通信信道分成很多间隔的频率带的通信技术。在OFDM中，携带了部分用户信息的副载波可以在每个频带中传播。在OFDM中，每个副载波可以是正交的，这将OFDM与一般使用的频分复用(FDM)区分开来。例如，OFDM符号可以包括在OFDM符号周期内在OFDM副载波上同时传播的多载波符号。在特定副载波上独特的(individual)符号可以被称作副载波符号。
在易受动态衰落或者频率选择性衰落影响的无线系统中，这些系统基本可以从信道交织器获得益处，所述信道交织器在传输位级别上进行交织，以克服可以在传输符号内相关的衰落(fading)。一些OFDM通信系统也可以使用自适应位加载(Adaptive Bit Loading)(ABL)，它也可以被称作自适应副载波调制，其中可以基于信道条件以逐个副载波(subcarrier-by-subcarrier)为基础地改变调制密度。然而，由于每当进行一次新的信道调试时(例如传输)，每个OFDM符号都可以包括不同数目的位，所以例如ABL这样的技术可能会使位交织过程复杂化。在OFDM符号中位的数目可以变化的情况下，很难实现有效的交织方案。
附图说明
被包括在本说明书中并作为说明书一部分的附图示出了一个或更多个与本发明原理一致的实现，并且所述附图与说明书一起解释这些实现。在附图中：
图1示出了与本发明原理一致的示例性无线通信系统；
图2示出了与本发明原理一致的示例性发射机；
图3示出了与本发明原理一致的示例性接收机；
图4示出了另一个与本发明原理一致的示例性接收机；以及
图5是根据示例性的实现，示出发射机操作的流程图。
具体实施方式
以下详细描述参照附图。可能在不同的图中使用相同的标号标示相同或类似的要素。尽管以下详细描述示出了某些实现和原理，但是所要求保护的发明的范围由所附的权利要求书及其等价物定义。
图1是根据与本发明原理一致的实现，示出一个无线通信系统100的实施例的图。在通信系统100中，用户无线系统116可以包括耦合到天线117和处理器112的无线收发机。在一个实现中，处理器112可以包括单个处理器，或者可以包括基带处理器和应用处理器，尽管所要求保护的发明在此方面不受限制。根据一个实现，处理器112可以包括基带处理器和介质访问控制(MAC)。
处理器112可以耦合到存储器114，所述存储器114可以包括易失性存储器如DRAM、非易失性存储器如闪存，或者可以包括其他存储类型如硬盘驱动器，尽管所要求保护的发明在此方面不受限制。存储器114的部分或全部可以被包括在与处理器112相同的集成电路上，或者存储器114的部分或全部可以被放置在集成电路或其它媒质上，例如硬盘驱动器，所述集成电路或其它媒质对于处理器112的集成电路来说是外部的。根据一个实现，可以在存储器114中提供要被处理器112执行的软件，以允许无线系统116执行各种任务，所述任务中的部分可能在此描述。
无线系统116可以通过无线通信链路134与接入点(AP)128(或其他无线系统)通信。接入点128可以包括至少一个天线118。天线117和118可以包括例如定向(directional)天线或全向(omni directional)天线，尽管所要求保护的发明不限于此。尽管没有在图1中明确示出，AP128可以包括例如和无线系统116类似的结构，所述结构包括一个或更多个无线收发机、处理器、存储器和在存储器中提供以使AP128执行各种功能的软件。在一个示例性的实现中，无线系统116和AP128可以是无线通信系统中的站，例如无线局域网(WLAN)系统。
接入点128可以与网络130耦合，从而使无线系统116可以与网络130，包括耦合到网络130的设备，进行通信，其中所述无线系统116可以与网络130的通信是通过经由无线通信链路134与接入点128进行通信来实现的。网络130可以包括公众网例如电话网或因特网，并且/或者网络130可以包括专用网和/或限制访问的网络例如内部网(intranet)或外部网(extranet)，或者公众网和专用网的组合，尽管所要求保护的发明在此方面不受限制。
无线系统116和接入点128之间的通信可以通过WLAN或者其他无线网络实现，例如可以是遵循电气和电子工程师学会(IEEE)标准(如IEEE802.11a，IEEE802.11b，IEEE802.11g等等)的网络，尽管所要求保护的发明在此方面不受限制。
在一些实现中，无线系统116和接入点128之间的通信可以通过遵循3GPP或其他蜂窝标准的蜂窝通信网络实现，尽管所要求保护的发明在此方面不受限制。
根据一个示例性的实现，系统100可以在多载波环境(例如OFDM)下使用自适应调制，例如ABL。系统100可以包括具有下面将更详细描述的解相关(decorrelating)属性的编码器/译码器。根据一个示例性的实现，这种编码器/译码器可以例如被附加地提供或代替交织/解交织设备，尽管所要求保护的发明在此方面不受限制。
图2是根据一个示例性实现的发射机200的框图。发射机200可以调制信息，并且可以对传输的信息执行其他操作，并且可以在系统100的一个或更多个部件(element)中使用。发射机200可以包括介质访问控制器(MAC)205、自适应前向纠错(FEC)编码器210、可选的自适应交织器215、自适应副载波调制器(adaptive subcarrier modulator)220、OFDM PHY225和放大器230，尽管所要求保护的发明并不限于此。
发射机200可以接收要传输的信息位和数据块。信息被输入给MAC205。MAC205可以执行很多任务，包括与介质访问相关的任务。
FEC编码器210被耦合到MAC205的输出，并在进入的信息位上执行FEC编码或码率编码(rate coding)。FEC编码可以包括例如向信息位增加奇偶位以生成一个或更多个码字，尽管所要求保护的发明并不限于此。奇偶位可以允许在解调器或接收器上执行检错和/或纠错。
在一些与本发明的原理一致的实现中，FEC编码器210可以包括对位(bit)解相关或者解关联的电路和/或处理器实现的代码。合适的解相关方案的一个实施例就是低密度奇偶校验(LDPC)编码器。作为操作的自然结果，LDPC编码器可以对位解关联和/或解相关，由此有助于在发射机200中使用自适应调制方案，例如ABL。例如，LDPC编码器在相对短(例如，～100)和相对长(例如，～105)的块码尺寸下都可以令人满意地工作，所述相对短和相对长的块尺寸可能在自适应副载波调制方案中产生，尽管所要求保护的发明在此范围内并不受块尺寸的限制。
一般FEC块尺寸可以不由自适应副载波调制方案确定。然而，交织器215(或者调制器220)可以将OFDM符号尺寸与FEC块尺寸相匹配。例如，FEC块尺寸可以由编码所用的码和/或调制所用的码的设计确定，或者由数据分组(packet)的尺寸确定。
尽管LDPC编码器是一个实施例，但是也可以使用其他能将已编码位随机化的编码方案。例如，可以使用随机或伪随机映射器(mapper)(可以通过查找表实现)。并且，应该注意，如此处所使用地那样，“解关联(disassociate)”是为了描述分离位，所述位否则会同时出现并且可能经历，或者已经经历过相关的信道衰落。尽管解相关可以被认为是一种解关联，但是在严格数学意义上各种非解相关的方案可以被用来解相关位。
可选的交织器215可以或者可以不被耦合到FEC编码器210的输出。例如，交织器215可以在各种OFDM副载波中对位进行交织(例如，线性地或者通过对位或码字进行交织)，尽管所要求保护的发明不受此限制。由于存在随机化编码器210，在一些实现中可以从发射机200中省略可选的交织器215，尽管所要求保护的发明在此不受限制。
如果存在自适应副载波调制器220，则它可以被耦合到自适应交织器215的输出。如果没有交织器215，则调制器可以被耦合到FEC编码器210，尽管所要求保护的发明在此不受限制。自适应副载波调制器220可以使用一种或多种调制方案自适应地将一个或更多个位调制到一个或更多个载波或副载波上。例如，副载波调制器220可以将位(例如经过FEC编码的位)调制到多个OFDM副载波上，尽管所要求保护的发明在此不受限制。
自适应副载波调制器220可以使用从很多调制方案中选择的一个调制方案来对位进行调制。例如，可以基于检测到的准则(例如检测到的一个信道条件或多个信道条件)为所有的OFDM副载波自适应的选择一个调制方案。另一方面，可以为每个副载波检测信道条件或其他准则，然后基于该特定副载波的信道条件，为每个OFDM副载波使用不同的调制方案，尽管本发明在此不受限制。此外，副载波可以被分组(例如，两个一组，四个一组等等)成子频带，从而使得不需要为每个副载波单独地选择调制方案，而是可以为所述子频带选择一个调制方案。
自适应副载波调制器220可以使用各种调制方案的任一种。一些示例性的调制方案可以包括传输两个不同符号(每符号1位)的二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、8-PSK(8个不同符号编码3位/符号)、正交调幅(QAM)、QAM16(16个不同符号编码4位/符号)、QAM32、QAM64、QAM256等等。这些仅仅是一些示例性的调制方案，所要求保护的发明在此不受限制。与较低级别调制方案相比，由于对于较高级别调制方案来说每个符号有更多数量的位，较高级别调制方案可以提供较高的数据率。然而，由于可能符号的数目的增加，对于较高级别调制方案来说更难在接收机处正确地恢复数据。所以，根据示例性的实现，可以使用基于检测到的信道条件的自适应调制方案(例如ABL)。这样可以允许对较高质量的信道使用较高级别的调制方案，而对较低质量信道使用较低级别的调制方案，尽管本发明在此不受限制。
PHY(例如物理层接口)，例如OFDM PHY225可以被耦合到自适应副载波调制器220的输出。OFDM PHY225可以生成具有适当质量(例如适当的电压、时序等等)的信号。放大器230可以被耦合到OFDM PHY225的输出，以放大从PHY225输出的信号。放大器230生成的信号可以通过天线在例如无线信道或其他类型的信道上传输。
MAC205可以通过线(line)235控制或调整FEC编码器210、自适应交织器215(如果存在的话)和自适应副载波调制器220中的一个或更多个的操作，尽管所要求保护的发明在此不受限制。MAC205也可以通过线240控制或调整由放大器230执行的放大级别。
图3是根据一个示例性实现的接收机300的框图。接收机300可以接收信息，并且可以执行接收后的其他处理(processing)，并且可以在系统100的一个或更多个部件中被使用。接收机300可以包括放大器305、OFDM PHY310、自适应副载波解调器315、可选的自适应解交织器320、FEC译码器325和MAC330，尽管所要求保护的发明在此不受限制。
可以通过无线信道经由天线(在图3中未示出)或其他信道接收Rx数据并将其传递到放大器305。OFDM PHY310可以被耦合到放大器305的输出，并且可以生成具有适当质量(例如适当的电压，时序等等)的信号。
自适应副载波解调器315可以被耦合到OFDM PHY310，并且可以解调一个或更多个接收到的信号，例如解调一个或多个OFDM副载波。如上所描述，解调器315可以解调已被共同调制(common modulation)过的副载波组(例如两个或更多个)。
在一些实现中，可选的自适应解交织器320可以被耦合到副载波解调器315，以解交织接收到的信号。在与本发明的原理一致的其他实现中，可以省略解交织器320，并且解调器315可以被耦合到FEC译码器325。
如果存在的话，FEC译码器325可以被耦合到解交织器320的输出，从而将码字译码为数据位。在与本发明的原理一致的一些实现中，FEC译码器325可以包括电路和/或处理器实现的代码，所述代码对位进行解关联和/或解相关。在一些实现中，尽管位可以按它们被接收的顺序在本地解关联，但是它们在某种意义上是“重新关联的”，以在被FEC编码器210操作前将位重新组合为一定顺序。这种解关联的合适方案的一个实施例可以是低密度奇偶校验(LDPC)译码器。LDPC译码器可以分离(separate)(例如重新关联)已经经历了作为其操作的自然结果的相关衰落的位，由此有助于在接收机300中使用自适应调制方案，如ABL。也可以使用其他为已译码位解随机化的编码方案。
MAC330可以控制自适应副载波解调器315、自适应解交织器320(如果存在的话)和FEC译码器325中的一个或更多个的操作。MAC330可以执行与对信道的介质访问相关的任务和其他任务。MAC330可以从远程节点接收控制信息，例如在一个或更多个字段或消息中提供、可以指示一个或更多个被选择的传输参数的控制信息。然后MAC330可以基于接收到的控制信息控制接收机300的各种块，包括控制自适应副载波解调器315根据一个或更多个具体的调制方案解调进行解调，控制解交织器320执行(或不执行)解交织，控制FEC译码器325使用选择的速率码进行FEC译码等等，尽管本发明在此不受限制。结果数据可以由MAC330输出。
回头参照图1，在一个示例性的实现中，收发机110可以包括发射机200和接收机300中的一个或两个，并且MAC235和MAC330可以包括例如相同的MAC，尽管本发明在此不受限制。收发机110可以包括附加的块和组件(component)。
图4图示了另一个与本发明原理一致的示例性接收机400。可以认为接收机400是没有解交织器的接收机300的具体实现，并且可以包括接收机410、快速傅立叶变换(FFT)模块420、分切器(slicer)430和LDPC译码器440。为了易于说明，接收机400的一些部件可能没有被示出。
接收机410可以包括例如在功能上和之前描述的放大器305和OFDM PHY310类似的部件。接收机410可以为FFT模块420提供接收到的信号。
在一些与本发明的原理一致的实现中，FFT模块420可以解调接收到的信号，并且提供已解调了的星座符号。分切器430可以接收已解调了的星座符号(constellation symbol)，并且可以基于编码方案对其进行分切，以产生检测到的已编码的位。FFT420和分切器430可以一起操作，以自适应地解调被不同地调制的副载波或副载波组。FFT420和分切器430可以解调接收到的用ABL或者其他自适应副载波调制方案编码的符号。
LDPC译码器440可以译码检测到的已编码的位，从而产生已被纠正了的位作为其输出。LDPC译码器440可以包括被安排执行所述译码的很多位节点442和校验节点444。位节点442可以通过很多边(edge)连接到校验节点444，所述边的排列可以决定译码器的性能。例如，一个LDPC码可能是(2000，1600)码，其中R＝0.8。这样的码可以有2000个位节点442和1600个校验节点444，其中每个信息位4条边以及每个奇偶位两条边。在这样的LDPC码中，每个校验节点可以有18条边，并且总共有7199条边。尽管这是合适的LDPC码的一个实施例，所要求保护的发明在此不受限制。
图5是根据一个示例性的实现示出发射机操作的流程图。在510，发射机接收可能是信息位组的数据块。数据块可以具有可以变化的尺寸，尽管所要求保护的发明在此不受限制。
在520，FEC编码器210可以对数据编码，从而对其中的位进行解相关。FEC编码器210可以使用例如内在地解相关的LDPC方案来执行这样的编码操作。可以通过专用硬件、软件/固件或其某种组合来执行LDPC编码。在其他实现中，FEC编码器210可以使用另一种具有解相关属性的差错控制码。
在530，发射机200(例如MAC205)可以检测信道条件或其他准则。信道条件可以向发射机200提供描述了信道(或者载波或副载波)当前的条件或者质量的信息。各种频带或信道可能会时刻经历各种干扰、噪声、选择性衰落和其他降低信道质量的情况。发射机200可以使用各种不同技术检测特定的一个或多个频段的信道条件，所述技术包括测量位误码率(BER)、测量分组(packet)差错率或分组传输失败率、测量接收到信号的信噪比(SNR)、与其他终端交换信道侧信息(channel side information，CSI)、保持并更新可以估计信道当前条件或质量的信道估计等等。这些仅仅是如何检测信道条件的一些实施例，尽管所要求保护的发明在此不受限制。
在多载波系统(例如OFDM系统)中，其中信息在多个载波或副载波上传输，MAC205可以为一定数量的(例如一个或更多个)不同的副载波测量信道条件，尽管本发明在此不受限制。
在540，MAC205和/或PHY225可以选择(或调整)一个或更多个调制参数，从而为数据块的传输更有效地使用OFDM符号，和/或减少OFDM符号(OFDM副载波)的任何未使用的部分。可以为一个或更多个OFDM副载波选择或调整调制方案，并且可以具有用于一个或更多个OFDM副载波，甚至可能用于所有的副载波的一个调制方案，尽管本发明在此不受限制。可替换地，可以有由MAC205和/或PHY225基于例如一个或更多个为副载波检测到的信道条件为OFDM副载波选择的调制方案(例如自适应副载波调制或ABL)，尽管所要求保护的发明在此不受限制。如果不会损害性能到超过可接受的水平，相同的调制方案可以被应用于由两个或更多个副载波(例如两个，三个，四个等等)组成的副载波组。
根据一个示例性的实现，可以为检测到的信道条件使用不同的阈值，以选择不同的调制方案，尽管所要求保护的发明在此不受限制。例如，如果检测到的信道条件满足第一个阈值，则可以对此信道或副载波使用第一调制方案。如果检测到的信道条件满足第二个阈值，则可以对此信道或副载波使用第二调制方案。
在550，可以根据所选择的传输参数处理和传输数据块。这可以包括例如执行OFDM副载波调制，然后放大在信道上传播的数据，尽管所要求保护的发明在此不受限制。例如，所述处理和传输可以这样完成：由MAC205通过线235提供控制信息，以控制自适应副载波调制器220使用一个或更多个所选择的调制方案调制一个或更多个OFDM副载波，等等，尽管所要求保护的发明在此不受限制。
尽管针对接收机300和400没有呈现清晰的流程图，但是应该理解，在图5中的操作可以基本上逆转操作，以恢复被编码的和被调制的数据。例如，在接收后解调器315可以逐个载波(逐个副载波)(或其组成的组)地执行解调，以在功能上撤销动作540。类似地，FEC译码器325可以执行LDPC处理，或其他具有类似解相关属性的译码，以译码从解调器315接收到的被编码的数据。
前面对一个或更多个与本发明的原理一致的实现的说明提供了阐述和解释，但是并不是意图要穷举或将所要求保护的发明限制为公开的具体结构。按照上面的教导，修改和变化是可能的，或者可以从本发明的实践中得到。
此外，图5中的操作不需要按照所示顺序实现；也并非所有动作都必须执行。并且，那些不取决于其他操作的操作可以与其他操作并行执行。此外，此图中的动作可以实现为在机器可读介质中的指令或指令组。
在本发明申请的描述中使用的要素、操作或指令都不应该被认为对本发明是关键或主要的，除非明确说明如此。还有，词语“a”在这里意图包括一个或更多个项目。在仅仅意图表示一个项目的地方，使用了“one”或类似的语言。可以对上面描述的所要求保护的发明的实现进行变化和修改，而基本上不偏离本发明的精神和原理。此处意图将所有这些修改和变化包括在本公开的范围内，并受所附权利要求书的保护。

Claims (11)

1.一种发射机，包括：
编码器，所述编码器包括低密度奇偶校验部分，并且用于编码和解关联数据；
介质访问控制器，所述介质访问控制器耦合到所述编码器，并且用于测量至少一个通信信道的信道条件；以及
自适应副载波调制器，所述自适应副载波调制器耦合到所述编码器，以基于所述信道条件，自适应地选择一个或更多个副载波调制方案。
2.如权利要求1所述的发射机，其中，所述低密度奇偶校验部分包括：
接收所述数据的多个位节点，以及
选择性地连接到所述多个位节点的多个校验节点。
3.如权利要求1所述的发射机，其中，所述自适应副载波调制器执行自适应位加载调制方案。
4.如权利要求1所述的发射机，还包括：
正交频分复用物理层接口，其与所述自适应副载波调制器的输出端耦合。
5.如权利要求4所述的发射机，其中，所述发射机还包括耦合到所述正交频分复用物理层接口的放大器。
6.一种接收机，包括：
正交频分复用物理层接口；
前向纠错译码器，其耦合到所述正交频分复用物理层接口，以实现低密度奇偶校验；
介质访问控制器，其耦合到所述前向纠错译码器，并且用于接收来自远程节点的控制信息；以及
耦合在所述正交频分复用物理层接口和所述前向纠错译码器之间的自适应副载波解调器，
其中，所述介质访问控制器基于所述控制信息，控制所述自适应副载波解调器根据一个或更多个具体的调制方案进行解调。
7.如权利要求6所述的接收机，其中，所述自适应副载波解调器执行自适应位加载解调方案。
8.如权利要求6所述的接收机，其中，所述接收机还包括耦合到所述正交频分复用物理层接口的放大器。
9.一种在正交频分复用系统中的发射方法，包括： 
使用低密度奇偶校验码对信息进行编码，以编码和解关联数据；
使用介质访问控制器为一个或更多个正交频分复用副载波检测信道条件；以及
基于所述检测到的信道条件，自适应地选择用于将经编码的信息调制到一个或更多个正交频分复用副载波上的调制方案。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述选择操作包括：
基于为一个或更多个正交频分复用副载波中的至少一个检测到的信道条件，选择用于将经编码的信息调制到由所述一个或多个正交频分复用副载波组成的副载波组上的调制方案。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述选择操作包括：
通过自适应位加载选择调制方案。 
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