发明内容
发明目的:本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供了一种能够实现动态带宽配置、多种载波方式配置和多用户多空间流配置的信令字段。
技术方案:本发明提供了一种无线MIMO通信系统的信令字段,包括用于配置扰码器初始状态的扰码器初始化子字段;用于完成单载波与正交频分复用传输的单载波/正交频分复用子字段;动态带宽配置子字段;空间流配置子字段和用于配置发送数据长度的长度子字段。
进一步,所述扰码器初始化子字段为7个比特。这样能够实现信号鲁棒传输及降低峰均功率比。
进一步,所述单载波/正交频分复用子字段采为1个比特。这样实现了多种载波调制方式。
进一步,所述动态带宽配置子字段中包括个3个子字段;其中所述4个子字段分别为1比特的带宽子字段,1比特的动态带宽子字段,2比特的子带标识子字段。采用这样的结构可以更有效的实现动态带宽的配置。
进一步,所述空间流配置子字段包括4个子字段,其中所述4个子字段分别为6比特的分组号子字段,11比特的空时流数及部分关联标识符子字段,3比特的单用户调制编码方案子字段,1比特的预编码子字段;
单用户时,空时流数及部分关联标识符子字段分为两个部分:其中一部分用于指示用户的空时流数,另一部分用于提供物理层协议数据单元(下文简称为PPDU)的目的地的媒体接入控制(MAC:Media Access Control)层地址的部分内容;
多用户时,空时流数及部分关联标识符子字段分为两部分,其中一部分用来设置为4个用户的空时流数,每用户的空时流数由2比特指示;另一部分为预留子字段。
进一步,长度子字段为18比特。
本发明还提供了一种采用上述信令字段的无线MIMO通信系统的帧结构,包括短训练序列字段、长训练序列字段、信令字段、波束成形训练字段和数据字段。还包括用于完成扰码器状态,单载波与正交频分复用传输,动态带宽,空间流数,能效节省,空时分组编码,基本传输信令的控制与配置的信令字段A或者还包括所述信令字段A和用于在多用户时配置发送各个用户的数据长度、调制编码方案的信令字段B。
进一步,信令字段B中采用18比特的长度子字段配置发送数据长度。
本发明还提供了一种采用上述帧结构的无线MIMO通信方法,当无线MIMO系统 为单用户时,发射机只发送通信帧中的信令字段A;当无线MIMO系统为多用户时,发射机先后发送通信帧中的信令字段A和信令字段B,其中信令字段A中的长度子字段用来配置发送各用户中最大数据长度,信令字段B中的长度子字段用于来配置发送各个用户的数据长度。
进一步,所述信令字段A的动态配置方法为:将信道分为主信道和次信道,根据主信道和次信道的情况,设置带宽子字段、动态带宽子字段和子带标识子字段的值。
工作原理:本发明针对毫米波频段无线MIMO通信系统,在信令字段A或信令字段B中直接进行动态带宽的配置,主要是通过在信令字段A中采用数个3个子字段实现动态带宽的配置。本发明的动态带宽配置为以下机制:可配置为使用固定带宽的模式,也可配置为使用动态带宽的模式。当配置在动态带宽模式时,有以下几种方案:用BMHz带宽泛指一特定信道带宽。当信道状况良好时,使用2BMHz信道带宽,并且在使用2BMHz信道带宽时,可由用户自由决定是否全部使用2BMHz信道带宽。即,此时可以使用主BMHz信道带宽,也可以使用次BMHz信道带宽,亦可以使用全部2BMHz信道带宽;当信道环境不良时,可在主BMHz信道带宽和次BMHz信道带宽直接动态切换。另一种表述为,当次信道受到干扰时,可用主信道传输;当主信道受到干扰无法使用时,可以使用次信道来传输。
本发明在信令字段A中定义了长度(Length)子字段来配置发送数据长度。在IEEE802.11.ac中信令字段A中没有长度(Length)子字段来配置发送数据长度,并且其在单用户和多用户时均需要发送信令字段B。与IEEE802.11.ac不同之处,在单用户时,本发明只发送信令字段A,不发送信令字段B,这样可以提高传输的效率;在多用户时,信令字段A定义了长度(Length)子字段来配置发送各用户中最大数据长度,信令字段B定义了长度(Length)子字段来配置发送各个用户的数据长度。
有益效果:与现有技术相比,本发明使动态带宽的实现更为简单和灵活;而且有效的提升了频谱效率。
具体实施方式
通信设备的示例包括蜂窝电话基站或节点,接入点,无线网关和无线路由器。通信设备可根据特定行业标准操作,本发明的方法和设备遵循IEEE802.11aj。尽管本文所公开的系统和方法中的一些可能是根据一种或多种标准来描述的,但这并不限制本发明的范围,因为这些系统和方法可适用于许多系统和标准。
一些通信设备可与其他通信设备无线通信。一些通信设备可被称作基站,移动设备,移动站等等。通信设备的附加示例包括膝上型或台式型计算机,蜂窝电话,智能电话,无线调制解调器,电子阅读器等等。这些通信设备中的一些可根据如上所述的一种或多种行业标准来操作。因此,通用术语“通信设备”可包括根据行业标准以变化的命名来描述的通信设备。
一些通信设备能够提供对通信网络的接入。通信网络的示例包括但不限于,电话网络,因特网,无线局域网等等。
本发明描述的技术可以用于各种宽带无线通信系统,这种通信系统的例子包括毫米波超高速无线通信系统等,
本发明的方法可实现在各种有线或无线装置中,在某些方面,根据本文中的方法实现的无线节点可以包括接入点或接入终端。
接入点(Access Point,AP)可以包括基站收发机、基站、收发机功能、无线路由器、无线收发机、基本服务集(Basic Service Set,BSS)、扩展服务集(Extended Service Set,ESS)或某些其它术语。
用户终端(User Terminal,UT)可以包括接入终端、用户站、用户单元、移动站、用户终端、用户装置、用户设备、或某些其它术语。在某些实现方式中,接入终端可以包括具备无线连接能力的电话、手机、电脑等
如图1所示,具有接入点和用户终端的多址多输入输出(简称MIMO)系统。在任何给定的时刻,接入点可以在下行链路和上行链路上与一个或多个用户终端进行通信。下行链路是从接入点到用户终端的通信链路,上行链路是从用户终端到接入点的通信链路。用户终端还可以与另一用户终端点对点地通信。系统接入控制器连接到接入点,并向接入点提供协调和控制。
系统可以采用多个发射天线和多个接收天线用于在下行链路和上行链路上的数据传输。用户终端可以配有一个或多个天线。
MIMO系统可以是时分双工(Time Division Duplex,简称TDD)系统或频分双工(Frequency Division Duplex,简称FDD)系统。对于TDD系统,下行链路和上行链路共享相同的频带。对于FDD系统,下行链路和上行链路使用不同的频带。MIMO系统还可以利用单载波或多载波来进行传输。
如图2所示,MIMO系统中的接入点和两个用户终端的框图,接入点配有N个天线,用户终端1配有N个天线,用户终端2配有N个天线。接入点是针对下行链路的发射实体和针对上行链路的接收实体。本文中所述的“发射实体”是指能够通过无线信道发送数据的独立操作的装置或设备,“接收实体”是指能够通过无线信道接收数据的独立操作的装置或设备。
在上行链路上,在针对上行链路传输所选择的每个用户终端,发射基带信号处理器接收来自数据源的业务数据和来自控制器的控制数据。发射基带信号处理器基于与针对用户终端所选择的速率相关联的编码和调制方案对用户终端的业务数据进行处理;例如,扰码,编码,交织和调制;并提供数据符号流,然后对数据符号流执行空间处理,并为N个天线提供N个发射符号流。数字模拟变换器将发射符号流数字信号转换为模拟基带信号,每个毫米波收发信机的发射机单元接收并处理;例如,放大、滤波、和频率上变换、功率放大;各自的发射符号流以生成上行链路信号。
在接收点处,N个天线接收所有的用户终端在上行链路上发射的上行链路信号,每个天线将接收的信号提供给各自的毫米波收发信机的接收机单元。每个接收机单元执行与用户终端发射单元所执行的过程互补的过程,接收的信号经过模拟数字转换器后提供接收的数字符号流。接入点的接收基带信号处理器对接收的符号流执行接收机空间处理,并且提供N个恢复的上行链路符号流。根据信道相关矩阵求逆、最小均方差、软干扰消除、或某些其它技术来执行接收机空间处理。每个恢复的上行链路数据信号符号流 是对由相应的用户终端发送的数据符号流的估计。然后根据针对每个恢复的上行链路数据符号流使用的速率对该流进行处理,以获得解码数据。可以将针对每个用户终端的解码数据提供给数据宿以供存储和/或控制器以供进一步处理。
在下行链路上,在接入点处,发射基带信号处理器接收来自针对下行链路传输而调度的用户终端的数据源的业务数据和来自控制器的控制数据。可以在不同的传输信道上发送各种类型的数据。发射基带信号处理器基于针对每个用户终端而选择的速率进行处理;例如,扰码,编码,交织和调制;该用户终端的业务数据。发射基带信号处理器提供下行链路数据符号流,然后对数据符号流执行空间处理,并为N个天线提供N个发射符号流。数字模拟变换器将发射符号流数字信号转换为模拟基带信号,每个毫米波收发信机的发射机单元接收并处理;例如,放大、滤波、和频率上变换、功率放大;各自的发射符号流以生成下行链路信号。
在每个用户终端处,N个天线从接入点接收下行链路信号。每个天线将接收的信号提供给各自的毫米波收发信机的接收机单元。接收机单元输出的信号经过模拟数字转换器后提供接收的数字符号流。用户终端的接收基带信号处理器对接收的符号流执行接收机空间处理,并且为用户终端提供N个恢复的下行链路符号流。根据信道相关矩阵求逆、最小均方差、软干扰消除、或某些其它技术来执行接收机空间处理。接收基带信号处理器对每个恢复的下行链路数据符号流使用的速率对该流进行处理;例如,解调、解交织和解码;以获得用于用户终端的解码数据。
在每个用户终端处,接收基带信号处理器包含信道估计器,信道估计器估计下行链路信道响应并提供下行链路信道估计,下行链路信道估计可以包括信道增益估计、信噪比估计、噪声方差等。类似地,接入点接收基带信号处理器包含信道估计器,信道估计器估计上行链路信道响应并提供上行链路信道估计。控制器还分别在接入点处和用户终端处控制各个处理单元的操作。
如图3所示,采用本发明提供的发射通信设备的一种配置框图。此种配置方式下,对发送信号的操作均在时域进行,进行单载波的发送。发射通信设备框图包括,物理层补零、扰码、前向纠错码(低密度奇偶校验码)编码器、星座图映射器、交织、插入保护间隔和加窗、模拟和射频段等模块。
应注意,发射通信设备框图中所包括的要素模块可以是一个或多个硬件,或软件,或两者组合来实现。
信令字段A采用单载波方式强健发送。图3所示的为单用户时信令字段A的单载波发送框图。
物理层补零模块对每个正交频分复用技术(简称OFDM)符号码元进行填充,其后数据流经扰码器加扰,提高抗干扰能力。在这之后,还要进行交织,数据流经过星座图映射器,进行调制。其中,调制方式有QPSK、16QAM、64QAM、256QAM等。之后进行比特重复,再通过循环移位去相关,加窗函数,射频端发射。
如图4所示,采用本发明提供的发射通信设备的另一种配置框图。发射通信设备框图包括,物理层补零、扰码、前向纠错码(低密度奇偶校验码)编码器、星座图映射器、低密度奇偶检验编码子载波映射(交织)、逆离散傅里叶变换、插入保护间隔和加窗、模拟和射频段等模块。
其中,发射通信设备框图中所包括的要素模块可以是一个或多个硬件,或软件,或两者结合来实现。
信令字段B和数据字段采用OFDM方式发送。图4示的为多用户时信令字段B的OFDM发送框图。
物理层补零模块对每个OFDM符号码元进行填充,其后数据流经扰码器加扰,提高抗干扰能力。在这之后,数据流经过星座图映射器,进行调制。调制方式有QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、64QAM、256QAM等。此后数据流经过子载波映射,完成了交织。再进行比特重复,之后进行逆离散傅里叶变换至频域,再通过循环移位去相关,加窗函数,射频端发射。
如图5所示,本发明公开的用于无线单用户MIMO通信系统的帧结构的示意图,其中包括短训练序列字段(Short Training Field,简称STF),长训练序列字段(Long Training Field,简称LTF),信令字段A(简称SIG-A),波束成形训练字段(Beam-forming Training Field,简称BTF),数据字段(简称Data)等。
本发明在单用户时,只发送信令字段A,不发送信令字段B,并且在信令字段A中发送长度(Length)子字段来配置发送数据长度。
其中,如图5所示信令字段结构即物理层协议数据单元(PLCP Protocol Date Unit,简称PPDU)字段的生成将使用如下模块中的某些模块:
a)物理层补零填充;b)扰码;c)交织;d)低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Code,LDPC)编码器;e)流解析器;f)星座映射;g)插入导频;h)两个540MHz复制(如果带宽大于540MHz);i)长训练序列(Long Training Frame,LTF)正交化矩阵乘;j)低密度奇偶校验码编码抽头映射;k)空时分组码编码器;l)插入每空时流循环移位分集;m)空间映射;n)逆离散傅里叶变换;o)插入每链路循环移位分集;p)插入保护间隔;q)加窗;r)脉冲滤波器。
如图6所示,本发明公开的无线多用户MIMO通信系统的帧结构的示意图。其中包括短训练序列字段(Short Training Field,简称STF),长训练序列字段(Long Training Field,简称LTF),信令字段A(简称SIG-A),波束成形训练字段(Beam-forming Training Field,简称BTF),信令字段B(简称SIG-B),数据字段(简称Data)等。
本发明在多用户时,信令字段A和信令字段B,信令字段A发送长度(Length)子字段配置发送各用户中最大数据长度,信令字段B发送长度(Length)子字段来配置发送各个用户的数据长度。
其中,如图所示帧结构即物理层协议数据单元(PLCP Protocol Date Unit,简称PPDU)字段的生成将使用如下模块中的某些模块:
a)物理层补零填充;b)扰码;c)交织;d)低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Code,简称LDPC)编码器;e)流解析器;f)星座映射;g)插入导频;h)两个540MHz复制(如果带宽大于540MHz);i)长训练字段(Long Training Field,简称LTF)正交化矩阵乘;j)低密度奇偶校验码编码抽头映射;k)空时分组码编码器;l)插入每空时流循环移位分集;m)空间映射;n)逆离散傅里叶变换;o)插入每链路循环移位分集;p)插入保护间隔;q)加窗;r)脉冲滤波器。
如图7所示,本发明所公开的信令字段A的结构,信令字段A完成了对扰码,单载波传输与OFDM传输、多空间流传输、动态带宽选择、空时分组码、功率节省及其他基本信令的控制与配置。
其中,信令字段A用7个比特的扰码初始化(Scrambler Initialization)子字段来配置扰码状态。
信令字段A用1个比特的SC/OFDM子字段来配置单载波传输与OFDM传输。
信令字段A采用四个子字段来配置多空间流的相关功能。分别为6比特的分组号(Group ID)子字段,11比特的多用户空时流(简称MU NSTS)子字段,3比特的单用户调制编码方案(简称SU MCS)子字段,1比特的预编码(简称Precoded) 子字段。
信令字段A在单用户时多空时流(简称MU NSTS)子字段包含两个子字段。分别为2比特的单用户空时流(简称SU NSTS)子字段,9比特的部分关联标识符(简称PAID)子字段。
单用户时,NSTS/PAID(部分关联标识符)划分为两个部分:B38-B39两个比特指示用户的空时流数,PAID(部分关联标识符)设置为目的用户的部分关联标识符。PAID(部分关联标识符)提供了PPDU目的地址的简要指示。
信令字段A在多用户时NSTS/PAID(部分关联标识符)子字段包含五个子字段,分别为2比特的多用户0空时流(简称MU[0]NSTS)子字段,即B38-B39;2比特的多用户1空时流(简称MU[1]NSTS)子字段,即B40-B41;2比特的多用户2空时流(简称MU[2]NSTS)子字段,B42-B43;2比特的多用户3空时流(简称MU[3]NSTS)子字段,即B44-B45;3比特的预留(简称Reserved)子字段。
信令字段A采用三个子字段来配置动态带宽的相关功能。分别为1比特的带宽(Bandwidth)子字段,1比特的动态带宽(Dynamic Bandwidth)子字段,2比特的子带宽标识(Sub-Band)子字段。
信令字段A采用1比特的空时分组编码(简称STBC)子字段来配置空时流编码。
信令字段A采用1比特的TXOP_PS_NOT_ALLOWED子字段来配置功率节省。
信令字段A采用18比特的长度(Length)子字段来配置发送数据长度。
信令字段A采用1比特的聚合(Aggregation)子字段来配置帧的聚合。
信令字段A采用16比特的头校验序列(HCS)子字段来配置帧的校验。
信令字段A采用2比特的保留(Reserved)子字段。
更具体地,如表1所示,详细解说了各子字段的含义以及配置。
表1
如图8所示,本发明所公开的信令字段B的结构,信令字段B采用了7比特的扰码器初始化(Scrambler Initialization)子字段来配置扰码器状态。
信令字段B采用了3比特的多用户调制编码方案(MU MCS)子字段来配置多用户时的编码调制方案。
信令字段B采用了18比特的长度(Length)子字段来配置发送数据长度。
信令字段B采用了16比特的头校验序列(HCS)子字段来配置帧的校验。
信令字段B另有4比特的保留(Reserved)子字段。
更具体地,表2详细解说了信令字段B的各子字段的含义以及配置。
表2