專利名稱：用于使用802.11n協(xié)議的無線路由器的低密度奇偶校驗碼的碼設(shè)計與實現(xiàn)改進的制作方法
用于使用802.11N協(xié)議的無線路由器的 低密度奇偶校驗碼的碼設(shè)計與實現(xiàn)改進相關(guān)申請的交叉參考本申請根據(jù)35U.S.C.第119節(jié)之(e)要求以下共同待決和共同 轉(zhuǎn)讓的美國臨時專利申請的權(quán)益Mustafa Eroz等人于2004年9月10日提出的、標(biāo)題為"HNS PROPOSAL FOR 802.11n PHYSICAL LAYER"的、序列號為 60/608,837的臨時申請，通過引用將該申請并入此處。技術(shù)領(lǐng)域總體上講，本發(fā)明涉及數(shù)字信號傳遞系統(tǒng)，具體地講，本發(fā)明涉(LDPC)碼的設(shè)計與實現(xiàn)。
背景技術(shù)：
信息的射頻(RF)傳輸日趨普遍。通常，單個發(fā)送天線發(fā)送可 以由一或多個接收天線接收的信號。這樣的系統(tǒng)的例子包括衛(wèi)星廣播， 例如，衛(wèi)星電視廣播、無線通信、以及蜂窩電話系統(tǒng)。由于易于使用這樣的系統(tǒng)，所以對通過這樣的系統(tǒng)進行更高速數(shù) 據(jù)傳送的需求日益高漲。需要傳送大量圖像、音頻數(shù)據(jù)以及其它數(shù)據(jù) 的無線Internet接入要求經(jīng)由單個發(fā)送天線系統(tǒng)的大吞吐量。目前， 這些系統(tǒng)中的許多系統(tǒng)正趨近于它們的數(shù)據(jù)吞吐量極限，從而難以在 需要這樣的服務(wù)的區(qū)域中提供無線數(shù)據(jù)傳送。當(dāng)前，存在著擁有使用多個發(fā)送天線和多個接收天線以提高數(shù)據(jù) 吞吐量的多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)的傾向。MIMO系統(tǒng)的例子為 無線局域網(wǎng)(LAN)、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)以及高速無線(Wi-Fi)網(wǎng)絡(luò)。MIMO數(shù)據(jù)從一個地方傳輸?shù)搅硪粋€地方。必須考慮用于正確發(fā)送和隨后在接收機處重組MIMO發(fā)送的數(shù)據(jù)的算法，并且隨MIMO數(shù)據(jù)一起發(fā) 送這些算法以使這樣的系統(tǒng)正確地加以運作。理論上講，與單個發(fā)送天線系統(tǒng)的頻i普效率相比，MIMO系統(tǒng) 的頻諳效率提高了l倍。與單個發(fā)送天線系統(tǒng)一樣，按這樣的一種方 式對MIMO系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)幀進行編碼數(shù)據(jù)幀可以互相干擾，而且 MIMO接收機不能知道首先發(fā)送哪些數(shù)據(jù)分組，也不能知道相長或相 消干擾是否破壞給定幀中的數(shù)據(jù)。把這樣的干擾稱為"同信道"干擾， 其中，數(shù)據(jù)的一個信道干擾數(shù)據(jù)的另一個信道的接收和解調(diào)。在實際 應(yīng)用中，同信道干擾也可能源于MIMO系統(tǒng)中其它系統(tǒng)運營商或者其 它點傳輸束(spot transmission beam)的傳輸。隨著MIMO系統(tǒng)發(fā)送的 數(shù)據(jù)增多，數(shù)據(jù)分組之間的干擾將增大，因此，信號接收的質(zhì)量將變 差。為了確保傳輸系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)送數(shù)據(jù)正確地進行譯碼，使用了糾錯 碼，特別使用了前向糾錯(FEC)碼。然而，在MIMO系統(tǒng)中，由于 FEC碼潛在的互相干擾，所以不能夠隨機地選擇這些碼。傳統(tǒng)上，已經(jīng)通過重新設(shè)計分配給各種發(fā)射機與接收機的頻率分 配，最小化了這樣的干擾的負(fù)面效應(yīng)。然而，由于標(biāo)準(zhǔn)固定了頻率， 所以頻率重新分配或者頻率重新使用將不能明顯緩解所述問題。于是，可以看出，在這一技術(shù)領(lǐng)域中存在著對最小化廣播系統(tǒng)中 的千擾的需求。還可以看出，這一技術(shù)領(lǐng)域中存在著對在MIMO系統(tǒng) 中正確選擇FEC碼的需求。發(fā)明內(nèi)容為了最小化現(xiàn)有技術(shù)中的這些限制，以及最小化其它限制(在閱 讀和理解本說明書之后，將會充分了解這些其它限制)，本發(fā)明公開 了一種用于在被配置成按多輸入多輸出(MIMO)模式操作的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中實現(xiàn)LDPC碼的方法與裝置。根據(jù)本發(fā)明的方法包括定義基LDPC碼，該基LDPC碼的長度等于ODFM符號中數(shù)據(jù) 栽波的整數(shù)數(shù)目；在多個子栽波上發(fā)送所述基LDPC碼，其中，在IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所規(guī)定的子載波上以期望的相位發(fā)送基碼；以及在除 IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所規(guī)定的子載波之外的其它子載波上發(fā)送基 LDPC碼，其中，其它子載波上的基LDPC碼與所規(guī)定的子載波上的 基LDPC碼在相位上存在發(fā)送偏移。所述方法可選地包括192比特長的基LDPC碼，更長的LDPC 碼的長度為基LDPC碼的整數(shù)倍，由第一發(fā)送天線發(fā)送所規(guī)定的子栽 波，而由至少一個其它天線發(fā)送其它子載波，并且在所規(guī)定的子栽波 和其它子栽波上順序地發(fā)送更長的LDPC碼的比特。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括編碼器，用于接收長度等于ODFM符 號中的數(shù)據(jù)載波的整數(shù)數(shù)目的基LDPC碼，并且用于使用LDPC碼對 信息比特進行編碼；調(diào)制器，耦合于編碼器，用于對編碼信息比特進 行調(diào)制；以及發(fā)射機，耦合于調(diào)制器，用于在多個發(fā)送天線上發(fā)送經(jīng) 調(diào)制的編碼信息比特，其中，在IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所規(guī)定的子載 波上發(fā)送經(jīng)調(diào)制的編碼信息比特。這樣的系統(tǒng)可選地包括多個接收天線，用于接收所發(fā)送的經(jīng)調(diào) 制的編碼信息比特；檢測器，耦合于這些天線，用于檢測所發(fā)送的經(jīng) 調(diào)制的編碼信息比特的存在；LDPC譯碼器，耦合于檢測器，用于對 所發(fā)送的經(jīng)調(diào)制的編碼信息比特進行譯碼；以及解調(diào)器，耦合于LDPC 譯碼器，用于解調(diào)所發(fā)送的經(jīng)調(diào)制的編碼信息比特、192比特長的基 LDPC碼、更長的LDPC碼，其中，所述更長的LDPC碼的長度為基 LDPC碼的整數(shù)倍，在所規(guī)定的子載波和其它子栽波上順序地發(fā)送更 長的LDPC碼的比特，由第一發(fā)送天線發(fā)送所規(guī)定的子載波，而由至 少一個其它天線發(fā)送其它子栽波。其它特性與優(yōu)點在所要求和所公開的系統(tǒng)與方法中是固有的，并 且通過以下的詳細(xì)描述及其附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明顯意識到其 它特性與優(yōu)點。


現(xiàn)在，參照各附圖，在所有附圖中，相同的參數(shù)數(shù)字表示相應(yīng)的部分。圖l說明了本發(fā)明的LDPC編碼的MIMO系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2說明了本發(fā)明的奇偶校驗矩陣的子矩陣；以及圖3A-3C說明了對本發(fā)明的性能的仿真；圖4A - 4C說明了對本發(fā)明的短塊長度LDPC碼的性能的仿真；圖5說明了 nxm MIMO系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖6說明了來自單個發(fā)送天線的標(biāo)準(zhǔn)短訓(xùn)練前導(dǎo)和根據(jù)本發(fā)明的 MIMO系統(tǒng)的短訓(xùn)練前導(dǎo)；圖7說明了根據(jù)本發(fā)明的長前導(dǎo)序列；圖8A-B說明了通過本發(fā)明的仿真模型的OFDM信號的發(fā)送頻譜；圖9-ll說明了本發(fā)明的系統(tǒng)的模擬的性能；圖12說明了在各種碼模式和碼率的情況下本發(fā)明的MIMO系統(tǒng) 的加性白高斯噪聲(AWGN)性能；圖13 - 15說明了根據(jù)本發(fā)明的具有和不具有附加奇偶塊的 MIMO系統(tǒng)的性能；以及圖16為說明根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施方式
在以下的描述中，參照形成本描述一部分的附圖，并且所述附圖 以說明的形式描述本發(fā)明的幾個實施例。應(yīng)該認(rèn)識到，在不背離本發(fā) 明的范圍的情況下，也可以使用其它的實施例，以及進行結(jié)構(gòu)上的改 變。綜述本發(fā)明使用低密度奇偶校驗(LDPC)碼提高MIMO系統(tǒng)的性能， 在這樣的系統(tǒng)的理論極限幾dB的范圍內(nèi)，無需過度增大生成本發(fā)明的LDPC碼以及對所述LDPC碼進行譯碼所需的電路的復(fù)雜度。LDPC碼是由Gallager于1962年發(fā)現(xiàn)的，然而，數(shù)十年來，它 們并未引起人們太多的關(guān)注，這是因為對于有效的實現(xiàn)而言，當(dāng)時的 技術(shù)并不成熟。受Turbo碼迭代譯碼成功的驅(qū)動，1995年重新推出了 LDPC碼，從而引發(fā)了人們較大的興趣，并且出現(xiàn)針對這一主題的活 動。與Turbo碼不同，LDPC碼具有一種易于并行化的譯碼算法，該 算法由諸如加、比較以及表查找的簡單操作組成。盡管譯碼算法與操 作較為簡單，但設(shè)計上的挑戰(zhàn)是，如何在"隨機"分布的比特節(jié)點和校 驗節(jié)點之間建立通信。由于節(jié)點之間互連的復(fù)雜性，使得其中電路中存在與碼的邏輯節(jié) 點一樣多的物理節(jié)點的完全并行的體系結(jié)構(gòu)，隨著塊大小的增加，迅 速變得不可實現(xiàn)。然而，對于其中把少量物理節(jié)點重用于向所有邏輯 節(jié)點提供服務(wù)的部分并行的體系結(jié)構(gòu)而言，主要的問題在于在高速應(yīng) 用中足夠快地從存儲器中存取進行中的邏輯節(jié)點的相關(guān)信息。作為解決多徑衰落信道問題的一種有效方式，多天線輸入多天線 輸出系統(tǒng)最近得以普及。引入了空時碼，以最大化這些系統(tǒng)的分集和 編碼增益。然而，由合理復(fù)雜度的空時碼所帶來的編碼增益是不充分 的。因此，空時碼的性能遠(yuǎn)不夠理想。為了提高MIMO系統(tǒng)的性能，本發(fā)明用LDPC碼取代了空時碼。 另外，本發(fā)明說明了用于為這樣的系統(tǒng)生成正確的LDPC碼以提高數(shù) 據(jù)吞吐量和改進性能的方法。系統(tǒng)1說明了本發(fā)明的LDPC編碼的MIMO系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 描述了 MIMO系統(tǒng)中的發(fā)射機100和接收機200。在發(fā)射機IOO 中，存在LDPC編碼器102、調(diào)制器104以及串行到并行模塊106， 其饋送多個天線饋送108。在接收機200中，存在輸入到檢測器204 的多個天線饋送202，檢測器204與LDPC譯碼器206進行通信，另 外，也可以在不影響本發(fā)明的范圍的情況下，把正交頻分多路復(fù)用和其它電路插在調(diào)制器/檢測器和信道之間。對于MIMO系統(tǒng)，本發(fā)明的LDPC編碼器102和LDPC譯碼器 206取代了其它的FEC(例如，Turbo碼)生成器。然而，由于LDPC 碼的潛在的復(fù)雜性，本發(fā)明以特定的方式生成了用于MIMO系統(tǒng)的 U)PC碼。在廣播應(yīng)用中，例如在MIMO系統(tǒng)中，普遍使用了連續(xù)模式接 收機。就同步(例如，載波相位和載波頻率)而言，在低信噪比(SNR) 環(huán)境中很好運行的碼與這些接收機105相沖突。許多數(shù)字廣播系統(tǒng)要之外的附加訓(xùn)練符號。當(dāng)信噪比(SNR)低時，特別要求開銷的增加。 當(dāng)與高階調(diào)制相結(jié)合使用高性能碼時，這樣的環(huán)境是常見的。傳統(tǒng)上，連續(xù)模式接收機使用反饋控制回路來獲取和追蹤載波頻率與相位。純 粹基于反饋控制回路的這種方法易于出現(xiàn)強射頻(RF )相位噪聲和熱 噪聲，從而導(dǎo)致總體接收機性能的高周期滑移率和錯誤平層(error floor)。因此，就針對某一性能目標(biāo)的訓(xùn)練符號而言，除了有限的獲 取范圍和長的獲取時間之外，所增加的開銷成為這些方法的負(fù)擔(dān)。另 外，這些傳統(tǒng)的同步技術(shù)還依賴于具體的調(diào)制方案，從而妨礙了使用 調(diào)制方案的靈活性。LDPC或者其它FEC碼或者由發(fā)射機100所生成的碼，有助于 高速實現(xiàn)，而不會招致任何性能損失。從發(fā)射機100輸出的這些結(jié)構(gòu) 化LDPC碼，憑借調(diào)制方案(例如，8PSK)，避免了向已經(jīng)易于受 到信道錯誤影響的比特節(jié)點分配少量校驗節(jié)點。與Turbo碼不同，這 樣的LDPC碼具有一個可并行化的譯碼過程，其優(yōu)點在于僅涉及簡單 的操作，例如，加、比較以及表查找。而且，精心設(shè)計的LDPC碼沒 有展現(xiàn)任何錯誤平層的跡象，例如，即使是在信噪比提高的情況下， 錯誤也不減少。如果存在錯誤平層，則將可能使用另 一種碼，例如Bose /Chaudhuri/Hocquenghem ( BCH )碼或者其它碼，以明顯抑制這 樣的錯誤平層。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，發(fā)射機100使用如此處以下所解釋的相當(dāng)簡單的編碼技術(shù)，生成基于奇偶校驗矩陣的LDPC碼，其中，所 述奇偶校驗矩陣有助于譯碼期間有效的存儲器存取以便與MIMO系 統(tǒng)中的接收機200進行通信。發(fā)射機100使用了 LDPC編碼器102， LDPC編碼器102從信息 源接受輸入110，并且輸出適合于在接收機200處進行糾錯處理的較 高冗余度的編碼信息流。所述信息源根據(jù)離散的字母表X，生成k個 信號。通過奇偶校驗矩陣指定LDPC碼。通常，對LDPC碼的編碼要 求指定生成器矩陣。LDPC編碼器203使用輸入110生成信號，并且使用筒單的編碼 技術(shù)，把這些信號傳遞給調(diào)制器205,其中，所述簡單的編碼技術(shù)通 過把結(jié)構(gòu)強加于奇偶校驗矩陣而僅利用奇偶校驗矩陣。具體地講，通 過對矩陣的某些部分加以約束，把限制置于奇偶校驗矩陣上。這樣的 限制產(chǎn)生可忽略的性能損失，因此，構(gòu)成了有吸引力的折衷。發(fā)送模式如圖1中所示，存在nT個發(fā)送天線108和 個接收天線202, 把一個信道的發(fā)送表示為r = As + n，其中，]為所接收的符號向<formula>formula see original document page 10</formula>為每一對天線之間的復(fù)衰落值矩陣，其中， 假設(shè)ltf,J為瑞利分布，以及n為平均白高斯噪聲(AWGN)噪聲向量。對于隨后信道使用的A矩陣的而言，存在兩種令人關(guān)注的極端情 況，即，其中A獨立于每一信道使用而變化(即，理想的交織)的情 況，以及其中對于整個FEC幀而言，A為常數(shù)(即，偽靜態(tài)衰落)的 情況。本發(fā)明把特定的LDPC碼用于根據(jù)以上所描述的線性代數(shù)而描述的MIMO信道。在MIMO信道中維持LDPC碼的高性能，同時維 持可能的LDPC碼的子集的容易的存儲器存取特性，是碼選擇的重要 的特性。LDPC碼的設(shè)計與星座比特標(biāo)記圖2說明了本發(fā)明的奇偶校驗矩陣的子矩陣。本發(fā)明如下限制LDPC碼的奇偶校驗矩陣對于M個比特節(jié)點的組，如果連接于具有度(譬如A)的第一比特節(jié)點的校驗節(jié)點編號為 a" a2賃 ""adv，則連接于第/個比特節(jié)點(/￡M )的校驗節(jié)點編號為 十(/ -mod(;V -《)，+《一mod(W - /Q,, ..， { ，+ (/ - mod(W —尺)其中AT-允-校驗節(jié)點的總數(shù)，且"T。對于M個比特節(jié)點的下列各組，通常，隨機地選擇連接于組的 第一比特節(jié)點的校驗節(jié)點，以致在結(jié)束時，除了一個校驗節(jié)點具有較 小的度之外，所有校驗節(jié)點都具有相同的度。而且本發(fā)明還包括對這 些自由常數(shù)&， "2， ...， fldv，即連接于每個M個比特節(jié)點的組中的第 一比特節(jié)點的校驗節(jié)點，的隨機搜索，以致所得到的LDPC碼在 MIMO信道上具有最佳性能。而且，在奇偶校驗矩陣208定義上所強 加的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致有效的存儲器存取。除了先前的限制，還把奇偶校驗矩陣限制為這樣的形式1，其中，丑呈階梯狀下三角形， 如圖2中所示，換句話說，根據(jù)以上章節(jié)的描述，僅選擇了^ = [ 目1 子矩陣208，根據(jù)5子矩陣208的結(jié)構(gòu)，第一校驗節(jié)點具有一個小于 其它校驗節(jié)點的度。另外，本發(fā)明的LDPC編碼器102還把諸如/ = (/。， /!，…，/w) 的大小為A:的信息塊/系統(tǒng)地編碼為t者如c-(Zo，"，…，//m，Po，Pi,…， 戶".w)的大小為"的碼字"按從4開始，到/Vw截止的給定次序，發(fā) 送該碼字。首先，把"個碼字比特映射到w/C個星座符號，其中2〔 為星座大小。然后，通過"/(Cx"》信道使用中的"r個發(fā)送天線發(fā)送所調(diào)制的符號。表l中針對不同碼率給出了 LDPC碼參數(shù)("，A)。表2 中給出了具有相應(yīng)度的比特節(jié)點的數(shù)目。編碼器102的任務(wù)是，為每一 &個信息比特(/。， A， ...， 的塊，確定w-A個奇偶比特(/70, /h，…,z "-w J 。 選擇多個并行引擎， 且每一個并行引擎把信息比特累加在特定的奇偶比特地址處。然后， 把第一信息比特/o累加在特定的奇偶比特地址處，即，按依賴于信息 比特中每次增加的偏移的碼率，把其累加在指定的奇偶比特地址處。繼續(xù)描述這一例子，在奇偶比特地址(;c+;w mod400x《}mod(w-Ar) (其中，jc表示相應(yīng)于第一比特/。的奇偶比特累加器的地址，而q為 依賴于偏移常數(shù)的碼率)處，進行下一數(shù)目的信息比特的累加。當(dāng)完成了針對并行引擎中每一并行引擎的第一累加集合時，將存 在需要加以處理的附加信息比特。在這一例子中，存在著M個并行引 擎，當(dāng)達(dá)到第M+l個信息比特時，也必須進行累加。對于第M+l個信息比特，本發(fā)明切換進行累加的位置。在不同 的奇偶比特地址處，執(zhí)行用于下一數(shù)目的并行引擎計算的奇偶比特累 加器的地址。按類似的方式，使用公式{jc+附mod400xg) mod (w-A:) (其中，a:表示相應(yīng)于信息比特的奇偶比特累加器的地址)，獲得用 于接下來的M個信息比特的奇偶比特累加器的地址。按類似的方式，針對M個新信息比特的每一個組，選擇奇偶比 特地址的新的集合，以找到奇偶比特累加器的地址。在窮盡了所有信 息比特之后，按如下方式獲得最終的奇偶比特從Z-1開始，順序地執(zhí)行下列操作，即， = ^ 戶w， /=i， 2，…，w-A>/，以及/;,的最終內(nèi)容等于奇偶比 特/ ,， /=0， 1， 2，…，《丟/。LDPC編碼比特逐列填充二維交織器矩陣。所述矩陣具有針對 8-PSK調(diào)制的3個列、針對16-QAM調(diào)制的4個列、針對32-QAM調(diào) 制的5個列、以及針對64-QAM調(diào)制的6個列。然后，根據(jù)圖3中的 比特標(biāo)記，把所述矩陣的每一行映射到星座符號。對于QPSK，不執(zhí) 行交織。交織的跨度為一個LDPC幀長。在接收機處，LDPC譯碼器和檢測器反復(fù)迭代軟信息，以提高性 能。在每3次LDPC譯碼器迭代之后，執(zhí)行檢測器迭代。性能結(jié)果圖3A-3C說明了對本發(fā)明的性能的仿真。圖3A-3B中描述了本發(fā)明的碼的性能結(jié)果。圖3A描述了在具 有3個發(fā)送天線和3個接收天線、使用了碼率為3/4的32-QAM的 MIMO系統(tǒng)中偽靜態(tài)衰落信道的仿真性能300以及為了比較而示出的 Shan歸(仙農(nóng))容量302。圖3B描述了具有4個發(fā)送天線和4個接收天線、使用了碼率為 2/3的64-QAM的MIMO系統(tǒng)中偽靜態(tài)衰落信道的仿真性能304以 及為比較而示出的Shannon容量306。圖3C描述了具有4個發(fā)送天 線和4個接收天線、使用了碼率為1/2的QPSK的MIMO系統(tǒng)中偽 靜態(tài)衰落信道的仿真性能308以及為比較而示出的Shannon容量310。本發(fā)明的迭代LDPC譯碼器/ MIMO檢測器的性能與FER=1(T2 的Shannon極限相差約1.5dB。圖4A - 4C說明了對本發(fā)明的短塊長度LDPC碼的性能的仿真。對于其中信道極慢衰落的某些無線LAN應(yīng)用而言，增加LDPC 譯碼器206所生成的碼的塊長度，不能獲得支持額外復(fù)雜度的足夠好 的性能。在這些情況下，具有完全并行譯碼體系結(jié)構(gòu)的短塊長度LDPC 碼更可取。表8和9描述了速率為1/2和2/3的兩個LDPC碼的奇 偶校驗矩陣。在每一種情況下，碼長度均為N=192。表中的第i行給 出了連接于第i個比特節(jié)點的校驗節(jié)點。LDPC碼對802.11標(biāo)準(zhǔn)的適用性在最近的無線網(wǎng)絡(luò)中，the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)標(biāo)準(zhǔn)802.11a ( 1999 )以及接下來的標(biāo)準(zhǔn)，例如 802.11b、 802.11g等，已被無線計算機局域網(wǎng)(LAN)采用。802.11a 標(biāo)準(zhǔn)使用了正交頻分多路復(fù)用(OFDM)調(diào)制，其采用了相移鍵控(PSK)和正交振幅調(diào)制(QAM)模式，并且在頻率的53個子載波 集合中48個為數(shù)據(jù)載波和4個為導(dǎo)頻載波，其中，中心頻率未加使用。 在MIMO系統(tǒng)中，把802.11a發(fā)送方案的頭標(biāo)信息的前導(dǎo)^務(wù)改成 與802.11a空中接口相兼容，但仍允許對傳統(tǒng)802.11a的多個發(fā)送天線 或者單個發(fā)送天線的支持。圖5說明了 nxmMIMO系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)500使用信息比特502，并且把所述信息比特輸入MIMO LDPC塊格式化器504，然后將這些比特路由于LDPC編碼器102中。 接下來，把編碼的信息饋入調(diào)制器104中，然后將其饋入符號生成器 504。導(dǎo)頻插入器506把導(dǎo)頻符號插入符號生成器504。 MIMO前導(dǎo)生 成器508和符號生成器504把它們的數(shù)據(jù)輸出于去多路復(fù)用器510， 去多路復(fù)用器510具有針對n個發(fā)送天線108中每一發(fā)送天線的n個 輸出信道。IFFT512對每一個信道進行反快速傅里葉變換，附接前綴 516，并且把所述信號數(shù)字地轉(zhuǎn)換成RF信號516,經(jīng)由天線108對其 加以廣播。然后，由天線202接收所述信號，將其從RF信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號518，前綴去除器520從所述信號中取出前綴，然后在FFT 522處 對所述信號進行快速傅里葉變換(FFT)。使用定時塊524估計所述 信道，并且獲取和追蹤所述信號。定時塊524和FFT 522把所述信號輸出于符號檢測器204，使用 最大后驗概率(MAP )和對數(shù)似然率(LLR )檢測器526檢測MIMO 系統(tǒng)的信道。 一旦檢測到信道，則把該信道上的符號饋入LDPC譯碼 器206，然后LDPC譯碼器206使用成幀順序器528重構(gòu)物理子層服 務(wù)數(shù)據(jù)單元(PSDU)，以重新創(chuàng)建所發(fā)送的信息比特502。802.11模式應(yīng)用本發(fā)明提供了針對802.11發(fā)送模式優(yōu)化的 一 系列高性能FEC碼， 特別是LDPC碼。本發(fā)明的碼能夠按接近200Mbps的信息速率對空 中發(fā)送的信息進行譯碼，并且靈活到足以支持短與長分組，而不會在最多具有4個發(fā)送天線的可與802.11兼容的MIMO系統(tǒng)中在吞吐量 方面進行明顯的折衷。由于固有的并行體系結(jié)構(gòu)，與Turbo譯碼器相比，LDPC譯碼器 更適合于高速操作。通過選擇具有等于OFDM信道的整數(shù)數(shù)目的塊長 度的LDPC碼，最大化LDPC碼的效率，這是因為不必填充或者縮短 LDPC碼塊。就數(shù)據(jù)的短突發(fā)脈沖串發(fā)送而言，碼越長，效率越低， 由于視頻游戲的使用、基于因特網(wǎng)的語音協(xié)議(VoIP)以及其它短數(shù) 據(jù)突發(fā)脈沖串分組傳遞，數(shù)據(jù)的短突發(fā)脈沖串發(fā)送成為802.11接口上 的較大比例的業(yè)務(wù)量。另外，對于較短的碼而言，較容易實現(xiàn)譯碼器， 因此從成本和實現(xiàn)的角度來看，較短的碼是所希望的。因此，OFDM系統(tǒng)中4倍于數(shù)據(jù)栽波的數(shù)目(4x48)的塊長度 192個比特的基LDPC碼，是LDPC碼長度的極好的基線(baseline )。 然而，由于認(rèn)識到某些系統(tǒng)中對更長碼的需求，或者對某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 或者數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量預(yù)期的需求，所以可以通過使用192個比特的LDPC 碼的整數(shù)數(shù)目增量，創(chuàng)建這樣的更長的碼。訓(xùn)練前導(dǎo)圖6說明了來自單個發(fā)送天線的標(biāo)準(zhǔn)短訓(xùn)練前導(dǎo)和根據(jù)本發(fā)明的 MIMO系統(tǒng)的短訓(xùn)練前導(dǎo)。圖6中描述了 53個子載波600，通常被索引為-26、 -25、…、1、0、 1.....25、 26，并且中心子載波("0，，子載波)600a被描述為在標(biāo)準(zhǔn)短訓(xùn)練前導(dǎo)情況602或者本發(fā)明的短訓(xùn)練前導(dǎo)情況604中不發(fā)送 任何信號。通常，通過127個比特長的偽噪聲(PN)碼對前導(dǎo)進行調(diào) 制，通常由x7+x4+l多項式生成這一偽噪聲碼。 一般情況下，前導(dǎo)持 續(xù)時間為8微秒。在標(biāo)準(zhǔn)情況602中，僅某些子載波600發(fā)送前導(dǎo)，如箭頭606和 608所示。箭頭606代表使用具有l(wèi)+j相位的前導(dǎo)的發(fā)送。箭頭608 代表使用具有-l-j相位的前導(dǎo)的發(fā)送。在情況604中，除了中心子載波600a之外，發(fā)送子載波600中的每一個子載波。準(zhǔn)線(alignment) 610表示情況602中的箭頭606 與情況604中的箭頭606對齊。然而，其中，在情況602中，準(zhǔn)線610 附近的相鄰子栽波不進行發(fā)送(例如，子載波600B和子栽波600C不 發(fā)送任何信號)，在情況604中，這些子栽波600B和600C發(fā)送信號， 即，信號的不同相位，或者，作為選擇，發(fā)送空的前導(dǎo)塊。通過使用 PN碼的不同相位，通常按偽正交方式，實現(xiàn)不同的相位。然而，如果存在很少的發(fā)送天線，則不同的方法或者不同的相位 組合，可以提供更好的結(jié)果。例如，這樣做，而且不是作為限制，子載波600B可以在l-j相 位處發(fā)送前導(dǎo)，而子載波600C可以在-l+j相位處發(fā)送前導(dǎo)。這樣的 情況604允許對那些期望看到處于某些子載波600頻率的信號的接收 機的傳統(tǒng)的支持，其中，所述某些子載波600頻率相應(yīng)于那些在情況 602中傳播的子載波600頻率，情況602為802.11標(biāo)準(zhǔn)。然而，本發(fā) 明通過在其它子載波600上，例如在子載波600B和600C上發(fā)送附加 信號，支持MIMO系統(tǒng)。圖7說明了根據(jù)本發(fā)明的長前導(dǎo)序列。與圖6中一樣，除標(biāo)準(zhǔn)子載波之外的子載波發(fā)送前導(dǎo)，但此時， 按1或者-1相位偏移進行發(fā)送。作為選擇，也可以由子栽波600 (除 了不使用的中心子載波600A之外)順序地發(fā)送更長前導(dǎo)的比特。發(fā)送頻語與所期望的性能圖8A-B說明了通過本發(fā)明的仿真模型的OFDM信號的發(fā)送頻譜。圖9 - 11說明了本發(fā)明的系統(tǒng)的模擬性能。圖9說明了針對各種編碼模式與碼率的公共地址(PA)模型的 信道模型"B"的模擬性能。對于所述性能估計，"4x4"的曲線圖表示存 在4個發(fā)送天線和4個接收天線，"3x3，，的曲線圖表示存在3個發(fā)送 天線和3個接收天線，以及"2x2"的曲線圖表示存在2個發(fā)送天線和2 個接收天線。把非瞄準(zhǔn)線(Non Line of Sight,NLOS )模型用于仿真。使用半個波長的天線間隔。圖IO說明了針對各種編碼模式與碼率的公共地址(PA)模型的 信道模型"D"的模擬性能。對于所述性能估計，"4x4"的曲線圖表示存 在4個發(fā)送天線和4個接收天線，"3x3"的曲線圖表示存在3個發(fā)送 天線和3個接收天線，以及"2x2，，的曲線圖表示存在2個發(fā)送天線和2 個接收天線。把非瞄準(zhǔn)線(NLOS)模型用于仿真。仿真還包括熒光 效果(fluorescentlight effect)。使用半個波長的天線間隔。圖ll說明了針對各種編碼模式與碼率的公共地址(PA)模型的 信道模型"E"的模擬性能。對于所述性能估計，"4x4"的曲線圖表示存 在4個發(fā)送天線和4個接收天線，"3x3"的曲線圖表示存在3個發(fā)送 天線和3個接收天線，以及"2x2，，的曲線圖表示存在2個發(fā)送天線和2 個接收天線。把非瞄準(zhǔn)線(NLOS)模型用于仿真。仿真還包括熒光 效果。使用半個波長的天線間隔。圖12說明了各種碼模式和碼率的本發(fā)明的MIMO系統(tǒng)的加性白 高斯噪聲(AWGN)性能。圖13 - 15說明了根據(jù)本發(fā)明的具有和不具有附加奇偶塊的 MIMO系統(tǒng)的性能。圖13說明了針對4x4QPSK、速率為1/2的MIMO系統(tǒng)的PA 模型的信道模型"B"的模擬性能。曲線圖1300說明了根據(jù)本發(fā)明的 n-192個比特的LDPC碼，而曲線圖1302說明了對于每10個LDPC 塊把奇偶塊附接于信號的效果。附接這樣的奇偶塊表示給定的錯誤率 所需的Es/No明顯偏高，通常約為ldB。把非瞄準(zhǔn)線(NLOS)模型 用于仿真。使用半個波長的天線間隔。圖14說明了針對4x4QPSK、速率為1/2的MIMO系統(tǒng)的公共 地址(PA)模型的信道模型"D，，的模擬性能。曲線圖1400說明了根據(jù) 本發(fā)明的11=192個比特的LDPC碼，曲線圖1402 i兌明了對于每10個 LDPC塊把奇偶塊附接于信號的效果。附接這樣的奇偶塊表示給定的 錯誤率所需的Es/No略高，通常約為0.5dB。把非瞄準(zhǔn)線(NLOS) 模型用于仿真。仿真還包括熒光效果。使用半個波長的天線間隔。圖15說明了針對4x4 QPSK、速率為1/2的MIMO系統(tǒng)的公共 地址(PA)模型的信道模型"E"的模擬性能。曲線圖1500說明了根據(jù) 本發(fā)明的11=192個比特的LDPC碼，曲線圖1502"i兌明了對于每10個 LDPC塊把奇偶塊附接于信號的效果。附接這樣的奇偶塊表示給定的 錯誤率所需的Es/No略高，通常約為0.7dB。把非瞄準(zhǔn)線(NLOS) 模型用于仿真。仿真還包括熒光效果。使用半個波長的天線間隔。依賴于可用于給定安裝的信道方法以及可用功率，對于某些 MIMO系統(tǒng)安裝，附接奇偶塊可能是適當(dāng)?shù)摹Ａ鞒?6為說明根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖?？?600說明的是，執(zhí)行對基LDPC碼的定義，所述基LDPC碼 的長度等于ODFM符號中數(shù)據(jù)載波的整數(shù)數(shù)目?？?602說明的是，在多個子載波上執(zhí)行對基LDPC碼的發(fā)送， 其中，在IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所規(guī)定的子載波上以期望的相位發(fā)送 基碼?？?604說明的是，在除IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所規(guī)定的子栽波 之外的其它子栽波上執(zhí)行對基LDPC碼的發(fā)送，其中，其它子栽波上 的基LDPC碼與所規(guī)定的子載波上的基LDPC碼在相位上存在發(fā)送偏 移。結(jié)論至此，結(jié)束了對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述。本發(fā)明的優(yōu)選實施 例的先前描述僅為說明性與描述性的。并不旨在以窮舉的形式描述本 發(fā)明或者把本發(fā)明限制于所公開的精確形式。鑒于以上的講授，多種 修改與變動是可能的。本發(fā)明公開了一種用于在被配置成按多輸入多輸出(MIMO)模 式操作的IEEE 802.il標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中實現(xiàn)LDPC碼的方法與裝置。根據(jù) 本發(fā)明的方法包括定義基LDPC碼，其具有等于ODFM符號中數(shù)據(jù)載波的整數(shù)數(shù)目的長度；在多個子栽波上發(fā)送所述基LDPC碼，其 中，在IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所規(guī)定的子栽波上以期望的相位發(fā)送基 碼；以及在除IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所規(guī)定的子栽波之外的其它子載 波上發(fā)送基LDPC碼，其中，其它子載波上的基LDPC碼與所規(guī)定的 子載波上的基LDPC碼在相位上存在發(fā)送偏移。所述方法可選地包括192個比特長的基LDPC碼，更長的LDPC 碼的長度為基LDPC碼的整數(shù)倍，由第一發(fā)送天線發(fā)送所規(guī)定的子載 波，而由至少一個其它天線發(fā)送其它子載波，并且在所規(guī)定的子載波 和其它子載波上順序地發(fā)送更長的LDPC碼的比特。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括編碼器，用于接收長度等于ODFM符號 中數(shù)據(jù)栽波的整數(shù)數(shù)目的基LDPC碼，并且用于使用LDPC碼對信息 比特進行編碼；調(diào)制器，耦合于編碼器，用于對編碼信息比特進行調(diào) 制；以及發(fā)射機，耦合于調(diào)制器，用于在多個發(fā)送天線上發(fā)送經(jīng)調(diào)制 的編碼信息比特，其中，在IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所規(guī)定的子載波上 發(fā)送經(jīng)調(diào)制的編碼信息比特。這樣的系統(tǒng)可選地包括多個接收天線，用于接收所發(fā)送的經(jīng)調(diào)制 的編碼信息比特；檢測器，耦合于這些天線，用于檢測所發(fā)送的經(jīng)調(diào) 制的編碼信息比特的存在；LDPC譯碼器，耦合于檢測器，用于對所 發(fā)送的經(jīng)調(diào)制的編碼信息比特進行譯碼；以及解調(diào)器，耦合于LDPC 譯碼器，用于解調(diào)所發(fā)送的經(jīng)調(diào)制的編碼信息比特、192個比特長的 基LDPC碼、更長的LDPC碼，其中，所述更長的LDPC碼的長度 為基LDPC碼的整數(shù)倍，在所規(guī)定的子載波和其它子載波上順序地發(fā) 送更長的LDPC碼的比特，并由第一發(fā)送天線發(fā)送所規(guī)定的子載波， 而由至少一個其它天線發(fā)送其它子載波。不旨在由這一詳細(xì)描述限制本發(fā)明的范圍，而是由此處所附權(quán)利 要求以及其等價物加以限制。以上的說明、實例以及數(shù)據(jù)提供了對本 發(fā)明構(gòu)成的制造與使用的完整的描迷。由于可以在不背離本發(fā)明的構(gòu) 思與范圍的情況下創(chuàng)建本發(fā)明的許多實施例，所以本發(fā)明仍處于以下 所附權(quán)利要求以及其等價物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在被配置成按多輸入多輸出(MIMO)模式操作的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中實現(xiàn)低密度奇偶校驗(LDPC)碼的方法，包括a)定義基LDPC碼，該基LDPC碼的長度等于ODFM符號中數(shù)據(jù)載波的整數(shù)數(shù)目；b)在多個子載波上發(fā)送所述基LDPC碼，其中，在IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所規(guī)定的子載波上以期望的相位發(fā)送該基碼；以及c)在除IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所規(guī)定的子載波之外的其它子載波上發(fā)送該基LDPC碼，其中，其它子載波上的基LDPC碼與所規(guī)定的子載波上的基LDPC碼在相位上存在發(fā)送偏移。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，基LDPC碼為192比特長。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括使用更長的LDPC碼， 其中，所述更長的LDPC碼的長度為基LDPC碼的整數(shù)倍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，由第一發(fā)送天線發(fā)送所 規(guī)定的子載波，而由至少一個其它天線發(fā)送其它子載波。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括在所規(guī)定的子載波和 其它子載波上順序地發(fā)送更長的LDPC碼的比特。
6. —種低密度奇偶校驗(LDPC)編碼的、可與IEEE 802.il兼 容的多輸入多輸出(MIMO)廣播系統(tǒng)，包括編碼器，用于接收長度等于ODFM符號中數(shù)據(jù)載波的整數(shù)數(shù)目 的基LDPC碼，并且用于使用該LDPC碼對信息比特進行編碼；調(diào)制器，耦合于該編碼器，用于對編碼信息比特進行調(diào)制；以及 發(fā)射機，耦合于該調(diào)制器，用于在多個發(fā)送天線上發(fā)送經(jīng)調(diào)制的 編碼信息比特，其中，在IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所規(guī)定的子載波上發(fā) 送經(jīng)調(diào)制的編碼信息比特。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的LDPC編碼的、可與IEEE 802.11兼容的MIMO廣播系統(tǒng)，還包括多個接收天線，用于接收所發(fā)送的經(jīng)調(diào)制的編碼信息比特； 檢測器，耦合于這些天線，用于檢測所發(fā)送的經(jīng)調(diào)制的編碼信息比特的存在；LDPC譯碼器，耦合于該檢測器，用于對所發(fā)送的經(jīng)調(diào)制的編碼 信息比特進行譯碼；以及解調(diào)器，耦合于該LDPC譯碼器，用于解調(diào)所發(fā)送的經(jīng)調(diào)制的編 碼信息比特。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的LDPC編碼的、可與IEEE 802.11兼 容的MIMO廣播系統(tǒng)，其中，所述基LDPC碼為192比特長。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的LDPC編碼的、可與IEEE 802.11兼 容的MIMO廣播系統(tǒng)，還包括使用更長的LDPC碼，其中，所述更 長的LDPC碼的長度為基LDPC碼的整數(shù)倍。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的LDPC編碼的、可與IEEE 802.11兼 容的MIMO廣播系統(tǒng)，還包括在所規(guī)定的子載波和其它子載波上順序 地發(fā)送更長的LDPC碼的比特。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的LDPC編碼的、可與IEEE 802.11兼 容的MIMO廣播系統(tǒng)，其中，由第一發(fā)送天線發(fā)送所規(guī)定的子栽波， 而由至少一個其它天線發(fā)送其它子載波。
全文摘要
用于在被配置成按多輸入多輸出(MIMO)模式操作的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中實現(xiàn)LDPC碼的方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明的方法包括定義基LDPC碼，該基LDPC碼的長度等于ODFM符號中數(shù)據(jù)載波的整數(shù)數(shù)目；在多個子載波上發(fā)送所述基LDPC碼，其中，在IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所規(guī)定的子載波上以期望的相位發(fā)送該基碼；以及在除IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所規(guī)定的子載波之外的其它子載波上發(fā)送該基LDPC碼，其中，其它子載波上的基LDPC碼與所規(guī)定的子載波上的基LDPC碼在相位上存在發(fā)送偏移。
文檔編號H04L1/00GK101258718SQ200680032866
公開日2008年9月3日 申請日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者孫鳳文, 李琳南, 馬斯塔法·埃羅茨 申請人:直視集團公司