CN101447852B - 利用不同调制方案发射数据包的方法和装置 - Google Patents

Abstract

描述了为单个数据包使用多个调制方案的技术。用多达T块处理和发射每个数据包，其中T＞1。为这T块使用多个调制方案，以获得良好性能。发射机对数据包编码，产生编码比特。然后发射机利用为这个数据包产生的编码比特形成一块编码比特，确定用于这个块的调制方案(例如基于为这个数据包选择的模式/速率)，基于调制方案映射这一块的编码比特来获得数据码元，并且处理这一块数据码元并将其发射给接收机。发射机用相似的方式产生和发射另一块，直到数据包被正确译码，或者发射了所有T块。接收机进行互补处理来接收数据包并对其译码。

Description

利用不同调制方案发射数据包的方法和装置

本专利申请是申请日为2005年12月21日，发明名称为“利用不同调制方案发射数据包的方法和装置”的第200580048530.2号(PCT/US2005/046683)专利申请的分案申请。

技术领域

笼统地说，本发明涉及通信，具体而言，涉及通信系统中的数据发射。

背景技术

在通信系统中，发射机通常都对业务数据进行编码、交织和调制(也就是码元映射)来获得数据码元，这些数据码元是数据的调制码元。对于相干系统，发射机在导引码元中多路复用数据码元。导引码元是导引信号的调制码元，导引信号是发射机和接收机都事先知道的数据。发射机还处理多路复用过的数据和导引码元来产生已调制信号，并通过通信信道发射这一信号。信道按照其信道响应而给发射的信号带来畸变，同时因为噪声和干扰而使信号质量下降。

接收机接收发射的信号，对收到的信号进行处理来获得收到的数据码元和收到的导引码元。对于相干系统，接收机利用收到的导引码元来估计信道响应，利用信道响应估计对收到的数据码元进行相干检测来获得检测到的数据码元，它们是发射机发送的数据码元的估计。然后，接收机对检测到的数据码元进行去交织和译码来获得已译码数据，它是发射机发送的业务数据的估计。

发射机进行的编码和调制对数据发射的性能具有很大影响。因此，在本领域中需要编码和调制技术来获得良好性能。

发明内容

在这里描述了为单个数据包使用多种调制方案(也就是调制格式)的技术。可以将这些技术用于各种无线和有线通信系统。这些技术也适合于采用递增冗余性(IR)的系统，这将在下面说明。

用多达T块处理和发射每个数据包，其中T＞1。每一块都只携带这个数据包一部分的编码比特，并且只按照用于这一块的调制方案进行调制。为数据包的这T块使用多个调制方案，以获得良好性能。可以按照下面描述的方式选择这T块的调制方案。

发射机按照基(base)前向纠错(FEC)码(例如Turbo或卷积码)对数据包编码，产生这个数据包的编码比特。然后发射机利用为这个数据包产生的编码比特形成一块编码比特，例如基于穿孔模式(puncturingpattern)。发射机确定用于这一块的调制方案(例如基于为这个数据包选择的模式/速率)，基于调制方案映射这一块的编码比特来获得这一块的数据码元。发射机进一步处理这一块数据码元并将其发射给接收机。如果接收机的数据包译码错误，并且还没有发射完这个数据包的T块，发射机用相似的方式产生和发射另一块数据码元。接收机进行互补处理来接收数据包并对其译码。

下面将详细描述本发明的各个方面和实施例。

附图说明

从以下描述，同时参考附图，本发明的特征和本质会变得更加清楚，其中相似的附图标记表示对应的部件。在这些附图中：

图1说明递增冗余性发射；

图2是发射机和接收机的框图；

图3是发射(TX)数据处理器的框图；

图4说明发射数据处理器对一个数据包的处理；

图5A说明利用单个调制方案的数据包编码比特块的形成；

图5B和5C说明对于两个不同模式利用多个调制方案的数据包编码比特块的形成；

图6说明检测器和接收(RX)数据处理器的框图；

图7和8分别说明利用多个调制方案发射和接收数据包的过程。

具体实施方式

在这里，用“示例性的”这个术语来表示“用作实例或说明”。不必将这里描述为“示例性的”任何实施例或设计理解为相对于其它实施例或设计是优选的或者是具有优势的。

可以将这里为单个数据包使用多个调制方案而描述的技术用于各种通信系统，例如正交频分多址(OFDMA)系统、码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、基于正交频分复用(OFDM)的系统、单输入单输出(SISO)系统、多输入多输出(MIMO)系统等等。可以将这些技术用于利用递增冗余性(IR)的系统和不利用IR的系统(例如简单地重复数据的系统)。为了清楚起见，针对使用IR的通信系统描述这些技术。

图1说明通信系统中发射机和接收机之间的IR发射。将数据发射的时间线划分成帧，每一帧都有一段特定的持续时间。对于图1所示的IR发射实施方式，接收机一开始估计通信信道，基于信道状况选择“模式”，在第0帧中将所选模式发送给发射机。也可以是接收机将信道质量估计发送回来，发射机基于信道质量估计选择模式。在任何情况下，这个模式都可以表明这个数据包的数据包大小、编码速率、调制方案等等。发射机按照所选模式处理数据包(数据包1)，产生这个数据包的多达T个数据码元块。T是给定数据包的最大块数，并且对于IR，它大于1(T＞1)。在良好信道状况下，第一块通常包含足够的信息来让接收机对数据包译码。每个后续块通常都包括前面的块中没有包括的额外奇偶校验/冗余性信息。然后发射机在第1帧中为数据包1发射第一个数据码元块(块1)。接收机接收、检测第一数据码元块并对其译码，确定数据包1译码错误(也就是“被删除”)，并在第2帧发送回否定应答(NAK)。发射机收到NAK并在第3帧中为数据包1发送第二数据码元块(块2)。接收机接收和检测块2，对块1和2译码，确定数据包1仍然译码错误，在第4帧中发送回另一个NAK。上述块发射和NAK响应可以重复任意次数。

对于图1所示的实例，发射机接收数据码元块N-1的NAK，在第n帧中为数据包1发射数据码元块N(块N)，其中N≤T。接收机接收并检测块N，对块1～N进行译码，确定这个数据包译码正确，在第n+1帧中发送回应答(ACK)。接收机还估计通信信道，为下一个数据包选择模式，在第n+1帧中发送所选模式给发射机。发射机接收块N的ACK，终止数据包1的发射。发射机还按照所选模式处理下一个数据包(数据包2)，在第n+2帧中发射数据包2的第一数据码元块(块1)。针对通过通信信道发射的每个数据包，用同样的方式继续发射机和接收机中的处理。

如图1所示，利用递增冗余性，发射机在一系列块发射中发送每个数据包，每一个块发射都携带数据包的一部分。接收机可以尝试在每一个块发射以后基于收到的这个数据包的所有块对数据包译码。在接收机成功译码以后，发射机终止数据包的发射。

对于图1所示的实例，对于每一个块发射，来自接收机的每个ACK/NAK响应都有一帧的延迟。一般而言，这个延迟可能是一帧或多帧。为了提高信道利用率，可以按照交错的方式发射多个数据包。例如，一个业务信道的数据包可以在奇数帧里发射，另一个业务信道的数据包可以在偶数帧里发射。例如，如果ACK/NAK延迟比一帧长，那么还可以交错两个以上的业务信道。

可以将系统设计成支持一个模式集合，也可以将它称为速率、数据包格式、无线电配置等等。每个模式都可以与一个特定的编码速率或编码方案、特定的调制方案、特定的频谱效率和达到目标性能所需要的(例如1％的数据包差错率(PER))特定的最小信号-噪声和干扰比(SINR)相联系。频谱效率指的是用系统带宽归一化的数据速率(或者信息速率)，其单位是比特每秒每赫兹(bps/Hz)。一般而言，更高的频谱效率需要更高的SINR。所支持的模式的集合覆盖了一个频谱效率范围，通常按照某种程度的均匀间隔递增。对于给定信道状况和接收SINR，可以选择具有接收SINR支持的最高频谱效率的模式，将它用于数据发射。

频谱效率由编码速率和调制方案来确定。编码速率是输入编码器的比特数量与编码器产生和发射的编码比特数量之比。例如，编码速率2/9(或者R＝2/9)为每两个输入比特产生九个编码比特。更低的编码速率(例如R＝1/4或者1/5)具有更多的冗余性，因此具有更强的纠错能力。但是，用更低的编码速率要发射更多的比特，因此频谱效率也更低。

可以将各种调制方案用于数据发射。每个调制方案都与有M个信号点的信号星座相联系，其中M＞1。每个信号点都由一个复值定义，并且由一个B比特二进制值表示，其中B≥1并且2^B＝M。对于码元映射，首先将要发射的编码比特组成一些B个编码比特集合。每个B个编码比特的集合形成映射到特殊信号点的B比特二进制值，然后作为这组B个编码比特的调制码元来发射。因此，每个调制码元还携带B个编码比特的信息。一些常用的调制方案包括二相移键控(BPSK)、四相移键控(QPSK)、M元相移键控(M-PSK)和M元正交幅度调制(M-QAM)。可以给出每个调制码元(B)的编码比特的数量：对于BPSK，B＝1；对于QPSK，B＝2；对于8-PSK，B＝3；对于16-QAM，B＝4，对于64-QAM，B＝6；等等。B表示调制方案阶数，对于更高阶的调制方案，在每个调制码元中可以发送更多的编码比特。

给定编码速率和给定调制方案的频谱效率(S)可以用调制方案的编码速率(R)与每个调制码元的编码比特数(B)相乘计算出来，也就是S＝R×B。给定的频谱效率可以用编码速率和调制方案的各种不同组合(也就是编码和调制对)来获得。例如，S＝4/3的频谱效率可以用编码速率和调制方案的以下组合来获得：

QPSK(B＝2)并且编码速率R＝2/3；

8-QPSK(B＝3)并且编码速率R＝4/9；

16-QPSK(B＝4)并且编码速率R＝1/3；以及

64-QPSK(B＝6)并且编码速率R＝2/9。

对于给定频谱效率，编码速率和调制方案的不同组合可以具有不同性能，这一性能可以用实现目标PER所需要的SINR来量化。可以针对不同的信道状况和可能的不同信道模型来评估编码速率和调制方案的这些不同组合(例如，通过计算机仿真、经验测量等等)。可以选择具有最佳性能的编码速率和调制方案的组合，包括在系统支持的模式集合中。

对于给定的频谱效率，更高阶调制方案和更低编码速率的组合通常能够比更低阶调制方案和更高编码速率的组合获得更好的容量。但是，调制方案和编码速率能够实现更好容量的给定组合可能不支持更好的性能，原因是存在的实际问题，并且在调制方案和编码速率之间通常有一个折中。为了获得最佳性能，这一折中具有一个“优选”调制方案和编码速率组合。

对于频率或时间选择性信道，高阶调制方案和低编码速率组合的性能优点倾向于更加突出。频率选择性信道是频率响应随系统带宽变化(也就是不平坦)的通信信道。时间选择性信道是响应随时间变化(也就是不平稳)的通信信道。进行了研究来确定针对不同频谱效率的编码速率和调制方案的最好组合。通过研究得知，得到的经验方法是对于频率/时间选择性信道，应该使用R＝1/2的编码速率或者更低的速率。于是，即使可以将高于速率1/2的编码速率用于给定频谱效率，应该在与更高阶调制方案的组合中使用接近或低于1/2的编码速率。这一研究是针对特定信道模型进行的，对于其它信道模型，性能可能不同。

对于不使用递增冗余性的系统，每个数据包都针对为这个数据包选择的模式基于特定的编码速率和特定的调制方案进行编码和调制。然后发射整个数据包，实现与所选模式相联系的频谱效率。系统为每个模式支持的编码速率和调制方案都可以通过计算机仿真、经验测量等等确定。

如上所述，对于使用递增冗余性的系统，在一个或多个块中发射每个数据包，直到数据包被接收机正确译码。为数据包发射的每个附加块都会降低这个数据包的频谱效率。因此，每个数据包的频谱效率不是事先知道的，它随着这个数据包的每次块发射而改变。

表1说明系统支持的七个模式的一个示例性集合。每个模式m都与一个特定的调制方案和一个特定的“基”编码速率R_base，m相联系，这个速率是用于每个块发射的编码速率。对于给定模式的每个块发射，使用同样的基编码速率和调制方案。例如，将QPSK和基编码速率R＝2/3用于模式3。对于用模式3发送的数据包，每块数据包都用QPSK和编码速率R＝2/3发射。表1假设T＝4，数据包在四个块发射之后终止，而不考虑数据包是否正确译码。

对于不同数量的块发射，每个模式都与不同的“有效”编码速率相联系。对于用模式m发送的数据包，在第l块发射以后，数据包的有效编码速率R_eff，m(l)等于基编码速率除以l，也就是R_eff，m(l)＝R_eff，m(1)/l.，其中l＝1，2，...，T。这是因为在l块发射中，为数据包发送了l倍数量的编码比特。例如，如果只为数据包发射一块，那么用模式3发送的数据包具有有效编码速率R＝2/3和频谱效率S＝4/3；如果为数据包发射两块，那么有效编码速率为R＝1/3，频谱效率为S＝2/3；如果为数据包发射三块，那么有效编码速率为R＝2/9，频谱效率为S＝4/9；如果为数据包发射四块，那么有效编码速率为R＝1/6，频谱效率为S＝1/3。

表1

如表1所示，每个模式的有效编码速率(在第4～7栏中用括号给出)和频谱效率(在第4～7栏中在等号后给出)随着为数据包发射的块的数量而变化。因此，可以将每个模式用于多个频谱效率。对于每个模式，可以选择以特定频谱效率(例如用两块发射)实现最佳性能的编码速率和调制方案的组合，用于这个模式。但是，编码速率和调制方案的这个组合可能不会以其它的频谱效率实现良好性能(例如用一块、三块和四块发射)。

为了提高性能，可以将编码速率和调制方案的不同组合用于给定模式的不同块发射。可以按照各种方式来确定每个模式的编码速率和调制方案的不同组合。

在第一个实施例中，基于块发射以后实现的频谱效率来选择用于每个块发射的调制方案。对于每个模式m，可以按照如下方式为第l块发射选择调制方案M_m(l)。首先根据表1确定模式m的第l块发射以后的频谱效率S_m(l)。然后可以将调制方案M_m(l)设置成最低阶调制方案，与1/2或更低的有效编码速率R′_eff，m(l)相结合，该调制方案能够实现频谱效率S_m(l)。如果为l块发射中的每一块发射使用了调制方案M_m(l)，那么有效编码速率R′_eff，m(l)是所有l块发射的编码速率。有效编码速率、调制方案和频谱效率之间的关系可以表示为：S_m(l)＝R′_eff，m(l)×B_m(l)，其中B_m(l)是调制方案M_m(l)的每个调制码元的编码比特数量。因此，可以按照如下方式基于频谱效率S_m(l)来选择调制方案M_m(l)：

对于1.0bps/Hz和更低的频谱效率使用QPSK；

对于1.0～1.5bps/Hz之间的频谱效率使用8-PSK；

对于1.5～2.0bps/Hz之间的频谱效率使用16-QAM；

对于高于2.0bps/Hz的频谱效率使用64-QAM。

以上映射假设系统只支持QPSK、8-PSK、16-QAM和64-QAM。对于所支持的调制方案的不同集合还可以使用其它映射。

表2说明针对表1中列出的七种模式为每个块发射基于第一个实施例选择的调制方案。表2的第2栏说明基频谱效率S_base，m，它是一块发射以后的频谱效率。对于每一模式m，用于每个块发射的调制方案是基于在块发射以后的频谱效率并利用上面描述的频谱效率到调制方案映射来确定的。作为一个实例，对于模式3，因为在第一块发射以后的频谱效率是S＝4/3，因此将8-PSK用于这一块发射；因为第二块发射以后的频谱效率是S＝2/3，因此将QPSK用于这一块发射；如此下去。作为另一个实例，对于模式6，因为在第一块发射以后的频谱效率是S＝10/3，因此将64-QAM用于这一块发射；因为第二块发射以后的频谱效率是S＝5/3，因此将16-QAM用于这一块发射；因为第三块发射以后的频谱效率是S＝10/9，因此将8-PSK用于这一块发射；因为第四块发射以后的频谱效率是S＝5/6，因此将QPSK用于这一块发射。

表2

模式m	Sbase，m	第一块发射	第二块发射	第三块发射	第四块发射
						1	2/5	QPSK	QPSK	QPSK	QPSK
2	2/3	QPSK	QPSK	QPSK	QPSK
						3	4/3	8-PSK	QPSK	QPSK	QPSK
4	2	16-QAM	QPSK	QPSK	QPSK
						5	8/3	64-QAM	8-PSK	QPSK	QPSK
6	10/3	64-QAM	16-QAM	8-PSK	QPSK
						7	4	64-QAM	16-QAM	8-PSK	QPSK

在第二个实施例中，对于每个模式，用于每个块发射的编码速率和调制方案的特定组合是独立地选择出来的，以获得良好性能。对于以模式m进行的第一块发射，评估具有频谱效率S_base，m的编码速率和调制方案的各种组合(例如基于计算机仿真、经验测量等等)，选择具有最佳性能的编码速率R_m(1)和调制方案M_m(1)的组合。对于以模式m进行的第二块发射，再一次选择频谱效率为S_base，m的编码速率和调制方案的各种组合，尽管假设第一块发射是利用M_m(1)和R_m(1)发送的，并且删除了已译码数据包。选择对于第二块发射具有最佳性能的编码速率R_m(2)和调制方案M_m(2)的组合。对于以模式m进行的第三块发射，再一次评估频谱效率为S_base，m的编码速率和调制方案的各种组合，尽管假设第一块发射是利用M_m(1)和R_m(1)发送的，第二块发射是利用M_m(2)和R_m(2)发送的，并且删除了这两块发射的已译码数据包。再一次选择具有最佳性能的编码速率R_m(3)和调制方案M_m(3)的组合。对于以模式m进行的第四块发射，再一次评估频谱效率为S_base，m的编码速率和调制方案的各种组合，尽管假设第一块发射是利用M_m(1)和R_m(1)发送的，第二块发射是利用M_m(2)和R_m(2)发送的，第三块发射是利用M_m(3)和R_m(3)发送的，并且删除了所有三块发射的已译码数据包。再一次选择具有最佳性能的编码速率R_m(4)和调制方案M_m(4)的组合。于是可以为具有模式m的每块发射选择不同的编码速率R_m(l)和调制方案M_m(l)的组合。

在第三个实施例中，选择为每个模式的指定的频谱效率提供最佳性能的编码速率和调制方案的组合。这个指定的频谱效率是在预定数量(例如2)的块发射以后，并且假设在这许多块发射以后数据包译码正确的频谱效率。在第二块发射以后具有早期终止的每个模式的最佳调制方案在表2中第四栏给出。对于每个模式，如果得到的编码速率是1/2或更低，就为第一块发射选择更高阶的调制方案。表3说明针对第三个实施例为每个模式选择的调制方案。这一实施例能够降低发射机和接收机处的复杂性，同时为第一块发射提供改进的性能，它是所有T块发射中最频繁的。

表3

模式m	Sbase，m	第一块发射	第二块发射	第三块发射	第四块发射
						1	2/5	QPSK	QPSK	QPSK	QPSK
2	2/3	QPSK	QPSK	QPSK	QPSK

3	4/3	8-PSK	QPSK	QPSK	QPSK
						4	2	16-QAM	8-PSK	8-PSK	8-PSK
5	8/3	64-QAM	16-QAM	16-QAM	16-QAM
						6	10/3	64-QAM	64-QAM	64-QAM	64-QAM
7	4	64-QAM	64-QAM	64-QAM	64-QAM

上面描述了每个模式中针对每一块发射，选择编码速率和调制方案的几个实施例。还可以以其它方式选择每一块发射的编码速率和调制方案，这都在本发明的范围之内。

图2是利用IR发射的无线通信系统200中发射机210和接收机250的框图。在发射机210处，发射数据处理器220从数据源212接收数据包。发射数据处理器220按照为这个数据包选择的模式处理每个数据包(例如格式化、编码、划分、交织和调制)，为这个数据包产生多达T块数据码元。为每个数据包选择的模式可以表明(1)数据包大小(也就是这个数据包的信息比特数量)和(2)用于这个数据包的每个数据码元块的编码速率和调制方案的特定组合。控制器230根据所选模式以及为这个数据包收到的反馈(ACK/NAK)，为每个数据包提供各种控制数据给数据源212和发射数据处理器220。发射数据处理器220提供数据码元块的一个流(例如每帧一块)，其中每个数据包的块可以用一个或多个其它数据包的块交错。

发射机单元(TMTR)222从发射数据处理器220接收数据码元块的流，并且产生已调制信号。发射机单元222将导引码元与数据码元多路复合(例如利用时间、频率和/或码分复用)，并且获得发射码元的一个流。每个发射码元都可以是数据码元、导引码元或者具有0信号值的空码元。如果系统使用OFDM，发射机单元222可以进行OFDM调制。发射机单元222产生时域样本的一个流，并且进一步对这个样本流进行调整(例如转换成模拟信号，上变频、滤波和放大)，产生所述已调制信号。然后从天线224并且通过通信信道将已调制信号发射给接收机250。

在接收机250处，发射的信号由天线252收到，将收到的信号提供给接收机单元(RCVR)254。接收机单元254对收到的信号进行调整、数字化和预处理(例如OFDM解调)，获得收到的数据码元和收到的导引码元。接收机单元254将收到的数据码元提供给检测器256，将收到的导引码元提供给信道估计器258。信道估计器258处理收到的导引码元，并为通信信道提供信道估计(例如信道增益估计和SINR估计)。检测器256利用信道估计对收到的数据码元进行检测，提供检测到的数据码元给接收数据处理器260。可以利用编码比特的对数似然率(LLR)或者用其它表示来表示检测到的数据码元，其中的编码比特是用于形成数据码元(下面将介绍)的。对于给定的数据包，无论什么时候获得检测到的数据码元的一个新块，接收数据处理器260都要处理(例如去交织和译码)为这个数据包获得的所有检测到的数据码元，并且将译码后的数据包提供给数据接收器262。接收数据处理器260还检查译码后的数据包，并提供数据包状态，该状态表明数据包译码正确还是错误。

控制器270从信道估计器258接收信道估计，从接收数据处理器260接收数据包状态信息。控制器270基于信道估计为要发射给接收机250的下一个数据包选择模式。控制器270还汇编反馈信息，这些信息可以包括为下一个数据包选择的模式，刚刚译码的数据包的ACK或者NAK，等等。反馈信息由发射数据处理器282处理，由发射机单元224进一步调整，通过天线252发射给发射机210。

在发射机处210，从接收机250发射的信号由天线224收到，经过接收机单元242调整，以及接收数据处理器244进一步调整，恢复出接收机250发送的反馈信息。控制器230获得收到的反馈信息，利用ACK/NAK来控制发送给接收机250的数据包的IR发射，利用选中的模式处理下一个数据包，发送给接收机250。

控制器230和270分别控制发射机210和接收机250的操作。存储器单元232和272分别为控制器230和270使用的程序代码和数据提供存储。

图3说明发射机210处发射数据处理器220的一个实施例的框图。发射数据处理器220接收数据包，基于它的选定模式处理每个数据包，为这个数据包提供多达T个数据码元块。图4说明发射数据处理器220为一个数据包进行的处理。

在发射数据处理器220中，循环冗余校验(CRC)发生器312接收数据包，为这个数据包产生CRC值，将这个CRC值附加到数据包上，形成格式化的数据包。接收机用这个CRC值来检查数据包译码是正确还是错误。也可以用其它检错码来代替CRC。前向纠错(FEC)编码器314按照基编码方案对格式化的数据包编码，并提供已编码数据包或“码字”。编码提高了数据发射的可靠性。FEC编码器314可以实现Turbo码、卷积码、低密度奇偶校验(LDPC)码或者一些其它编码。例如，FEC编码器314可以实现1/5速率的Turbo码，为具有K个输入比特的每个格式化的数据包产生5K个编码比特，其中K是数据包大小，可以依赖于所选模式。示例性的速率1/5Turbo码由IS-2000标准给出，在公众能获得的以下文件中进行了描述：3GPP2 C.S0024，标题为“cdma2000 High Rate Packet Data Air InterfaceSpecification”。

划分单元320接收每个数据包的编码比特，基于每一块的调制方案，为该块提供足够数量的编码比特，如同来自控制器230的编码控制所表明的一样。缓冲器322a～322t分别接收和储存每个数据包的块1～T的编码比特。每个缓冲器322还可以按照交织方案交织(也就是重新排序)它的块的编码比特。交织为编码比特提供时间和/或频率分集。多路复用器(MUX)324连接到所有T个缓冲器322a～322t，提供T块编码比特，一次一块，并且如果由来自控制器230的IR发射控制所引导。多路复用器324为第一块发射提供来自缓冲器322a的编码比特，为第二块发射提供来自缓冲器322b(图3中没有画出)的编码比特，如此下去，为最后一块发射提供来自缓冲器322t的编码比特。多路复用器324提供下一块编码比特，如果收到了这个数据包的NAK。无论什么时候收到ACK，都可以将所有T个缓冲器322a～322t合并起来。

码元映射单元326接收每个块的编码比特，将编码比特映射到调制码元。按照为这个块使用的调制方案来进行码元映射，如同来自控制器230的调制控制所表明的一样。码元映射可以用以下方式完成：(1)将多个B比特集合编组形成B比特二进制值，其中对于QPSK，B＝2；对于8-PSK，B＝3；对于16-QAM，B＝4；对于64-QAM，B＝6；并且(2)为针对这块使用的调制方案将每个B比特二进制值映射到信号星座图中的一个点。码元映射单元326为每一块编码比特提供一块数据码元。

为了清楚起见，下面为一个示例性的设计描述将已编码数据包的编码比特划分成多个块。对于这一设计，FEC码是1/5速率的Turbo码，块发射的最大数量是4(也就是T＝4)，对于所有模式，数据包大小是K个输入比特，对于频谱效率S，每一块都包含K/S个调制码元。为所有模式使用同样的数据包大小清楚地说明下面描述的为不同模式所进行的处理。在许多系统中，调制码元的数量对于所有模式都是固定的，数据包大小随着不同的模式而改变。因此，同样可以为不同的模式使用不同的数据包大小，也可以为所有模式使用固定的块大小。

图5A说明用于表1所示方案的划分单元320a的框图，其中为给定模式的所有T块发射使用相同的调制方案。数据包附加上CRC值，形成具有K个输入比特的格式化数据包，然后对它编码，产生具有5K编码比特的已编码数据包。对于1/5速率的Turbo码，前K个编码比特等于K个输入比特，被称为系统比特，其余的4K个编码比特是由Turbo编码器产生的，被称为奇偶校验比特。

图5A说明表1中模式3的划分，它将QPSK用于每个块发射。对于这个示例性的设计，对于模式3每个块都包含3K/4个调制码元，利用QPSK可以在一块中发送3K/2个编码比特。在划分单元320a中，穿孔单元510a为所述已编码数据包接收所述5K个编码比特，为第一块发射提供3K/2个编码比特给缓冲器322a，提供剩余的7K/2个编码比特给穿孔单元510b。对于IR发射，通常在第一块发射中发送所述K个系统比特以及所需要数量的奇偶校验位。这样就允许接收机在有利的信道状况下只用一个块发射来恢复这个数据包。可以基于特定的穿孔模式从整个已编码数据包取出在每个块发射中发送的奇偶校验位。可以在多个块发射之间通过对已编码数据包的奇偶校验位进行伪随机扩展来提高译码性能。

穿孔单元510b从单元510a接收上述7K/2个编码比特，基于第二块使用的穿孔模式从收到的7K/2个编码比特中选择3K/2个编码比特，提供这3K/2个被选编码比特给缓冲器322b，提供剩余的2K个编码比特给穿孔单元510c。单元510c基于第三块所使用的穿孔模式从收到的2K个编码比特选择3K/2个编码比特，提供这3K/2个被选编码比特给缓冲器322c，并且提供剩余的K/2个编码比特给穿孔单元510d。对于另一块，这K/2个编码比特不够。由于已经发射了整个已编码数据包，因此如同图4所示一样重复同样的已编码数据包。总之，可以按照需要的次数为这个数据包的T块发射重复已编码数据包。于是，单元510d还从FEC编码器314接收编码比特，从单元510c选择K/2个编码比特，并且从FEC编码器314选择1K个系统比特，将这3K/2个被选编码比特提供给缓冲器322d。然后对来自缓冲器322a～322d中每一个的3K/2个编码比特进行码元映射，以获得3K/4个QPSK调制码元。

图5B是表2所示实施例中模式3的划分单元320b的框图，其中单个数据包使用多个调制方案。对于表2中的模式3，为第一块使用8-PSK，为每个后续块使用QPSK。在划分单元320b内，穿孔单元520a为所述已编码数据包接收所述5K个编码比特，为第一块发射提供9K/4编码比特给缓冲器322a，提供剩余的11K/4个编码比特给穿孔单元520b。单元520b基于第二块使用的穿孔模式，从收到的11K/4个编码比特中选择3K/2个编码比特，提供这3K/2个被选编码比特给缓冲器322b，并且提供剩余的5K/4个编码比特给穿孔单元520c。单元520c还从FEC编码器314接收所述5K个编码比特，从单元520b选择5K/4个编码比特，从FEC编码器314接收前K/4个系统比特，提供3K/2个被选编码比特给缓冲器322c，并且提供剩余的19K/4个编码比特给穿孔单元520d。单元520d选择剩余的3K/4个系统比特，基于穿孔模式选择另外3K/4个奇偶校验位，并且提供这3K/2个被选编码比特给缓冲器322d。然后将来自缓冲器322a～322d中每一个的编码比特进行码元映射，以获得3K/4个调制码元。

图5C是表2所示实施例中模式7的划分单元320c的框图，其中第一、第二、第三和第四块分别使用64-QAM、16-QAM、8-PSK和QPSK。对于块大小K/S，S＝4的模式7每一块都有K/4个调制码元，用64-QAM可以在一块中发送3K/2个编码比特。在划分单元320c中，穿孔单元530a为已编码数据包接收5K个编码比特，为第一块提供3K/2个编码比特给缓冲器322a，提供剩余的7K/2个编码比特给穿孔单元530b。单元530b基于第二块使用的穿孔模式从收到的7K/2个编码比特中选择K个编码比特，提供这K个被选编码比特给缓冲器322b，提供剩余的5K/2个编码比特给穿孔单元530c。单元530c基于第三块使用的穿孔模式从收到的5K/2个编码比特选择3K/4个编码比特，提供这3K/4个被选编码比特给缓冲器322c，提供剩余的7K/4个编码比特给穿孔单元530d。单元530d基于第四块使用的穿孔模式从收到的7K/4个编码比特中选择K/2个编码比特，提供这K/2个被选编码比特给缓冲器322d。然后将缓冲器322a～322d中每一个的编码比特进行码元映射，以获得K/4个调制码元。

图5A～5C说明了示例性设计和几个模式的划分和穿孔。每一模式的T块的划分和穿孔可以按照上述方式或者以一些其它方式进行。例如，可以不为数据包首先发射系统比特，每个数据包的编码比特可以按照伪随机方式选择，等等。FEC(例如卷积)码也可以不产生系统比特，在这种情况下，每一块的编码比特都可以按照伪随机方式从已编码数据包选择。帧结构可以不同于上述结构。

图6说明接收机250处检测器256和接收数据处理器260的一个实施例的框图。在检测器256中，LLR计算单元610从接收机单元254获得收到的数据码元，从信道估计器258获得信道估计，并且为收到的数据码元计算LLR。收到的每个数据码元都可以表示为：

${\hat{s}}_i=h_i\·s_i+{\mathrm{\η}}_i---\left(1\right)$

其中：

s_i是为数据包发送的第i个数据码元；

h_i是数据码元s_i经历的复信道增益；

η_i是数据码元s_i经历的噪声和干扰；以及

是收到的这个数据包的第i个数据码元。

公式(1)假设了在其中每个数据码元s_i经历了单一信道增益h_i的通信信道。这可能是例如每个数据码元都用OFDM在一个子带上发送，或者对于单条传播路径，通信信道具有单个信道抽头。可以将噪声假设为具有零均值和方差v_i的复数加性高斯白噪声(AWGN)。

收到的每个数据码元

都是发射的数据码元s_i的一个估计，它是通过针对用于这个数据码元s_i的调制方案将B个码元比特b _i＝[b_i，1 b_i，2 … b_i，B]映射到信号星座图中的一个点获得的。可以将收到的数据码元的第j个编码比特的LLR表示为：

${\mathrm{LLR}}_{i,j}=\log \left[\frac{\mathrm{Pr}\left({\hat{s}}_i\right|b_{i,j}=1)}{\mathrm{Pr}\left({\hat{s}}_i\right|b_{i,j}=-1)}\right],j=1,...,B---\left(2\right)$

其中b_i，j是收到的数据码元

的第j个编码比特；

$\mathrm{Pr}\left({\hat{s}}_i\right|b_{i,j}=1)$ 是收到的数据码元

中b_i，j这个比特等于1的概率；

$\mathrm{Pr}\left({\hat{s}}_i\right|b_{i,j}=-1)$ 是收到的数据码元

中b_i，j这个比特等于-1(也就是0)的概率；以及

LLR_i，j是编码比特b_i，j的LLR。

LLR是一个双极性值，较大的正值对应于编码比特是+1的似然率较高，较大的负值对应于编码比特是-1的似然率较高。LLR等于0表示编码比特为+1和-1的概率相同。

如果收到的每个数据码元

的B个编码比特是独立的，可以通过适当的交织来做到这一点，那么公式(2)可以表示为：

${\mathrm{LLR}}_{i,j}=\log \left[\frac{\underset{s\∈{\mathrm{\Ω}}_{j,1}}{\mathrm{\Σ}}\exp \left[\frac{-1}{v_i}{|{\hat{s}}_i-{\hat{h}}_i\·s|}^2\right]}{\underset{s\∈{\mathrm{\Ω}}_{j,-1}}{\mathrm{\Σ}}\exp \left[\frac{-1}{v_i}{|{\hat{s}}_i-{\hat{h}}_i\·s|}^2\right]}\right]---\left(3\right)$

其中Ω_j，q是信号星座图中第j个编码比特等于q的点的集合；

s是被评估的Ω_j，q集合中的调制码元或信号点；以及

是收到的数据码元

的信道增益估计。

q＝1的信号集合Ω_j，1和q＝-1的信号集合Ω_j，-1以及参数B全部依赖于收到的数据码元

使用的调制方案。可以将不同的调制方案用于不同的数据包块，对于不同块，Ω_j，1、Ω_j，-1和B可以不同。

可以用各种方式来计算公式(3)，如同本领域里公知的一样。单元610为收到的数据码元

的每一个的B个编码比特计算BLLR，表示为{LLR_i，j}。单元610还可以将为同一数据码元s_i的多次发射计算的LLR合并，从而为已编码数据包的每个编码比特只保存一个LLR，这可以降低对存储器的要求。单元610还可以为每个编码比特将LLR量化成预定数量的比特以方便存储。用于LLR的比特的数量依赖于各种因素，例如对译码器、收到的数据码元的SINR等等的要求。单元610为收到的每个数据块的编码比特提供LLR给接收数据处理器260。

在接收数据处理器260中，数据包缓冲器620为每个数据包的编码比特保存LLR。在接收新数据包之前，对缓冲器620初始化或者给它填充删除符，它们是等于0的LLR值。删除符是一个值，用它替换丢失的(还没收到的或者根本没有发射的)编码比特，并在译码过程中给予其适当的权。地址发生器622为收自单元610的每个LLR产生适当的地址，从而为数据包将LLR保存在适当的位置。每个编码比特的LLR的地址都可以基于以下因素产生：(1)为数据包选择的模式；(2)在其中收到编码比特的特定块；以及(3)用于这一块的穿孔模式；它们都可以用IR发射控制来表明。

无论什么时候从发射机210收到数据包的一个新数据码元块，都可以根据收到的这个数据包的所有块的LLR重新进行译码。数据包缓冲器620提供LLR和删除(也就是重新组装的数据包)序列给FEC译码器630进行译码。这个序列包含为这个数据包收到的所有数据码元的LLR以及为这个数据包没有收到的所有数据码元的删除。在收到第一块以后，这个序列包含块1中携带的编码比特的LLR和所有其它编码比特的删除。在收到第二块以后，这个序列包含块1和2中携带的编码比特的LLR以及所有其它编码比特的删除。与来自控制器270的译码控制所表明的一样，FEC译码器630按照与发射机210进行的FEC编码互补的方式，对LLR和删除的序列进行译码。例如如果在发射机210处进行了Turbo或卷积编码，FEC译码器630就可以相应地使用Turbo译码器或者维特比译码器。FEC译码器630提供已译码数据包。然后CRC校验器632对已译码数据包进行校验，来确定数据包译码正确还是错误，并且提供已译码数据包的状态信息。

接收机250还可以利用迭代检测和译码(IDD)方案来对数据包进行译码。IDD方案利用FEC码的纠错能力来提高性能。这是通过为多次迭代在LLR计算单元610和FEC译码器630之间通过先验信息以迭代方式完成的。先验信息指的是收到的数据码元是发射的编码比特的似然率。对于每次迭代，LLR计算单元610基于从FEC译码器630收到的数据码元、信道估计和译码器LLR计算编码比特的LLR。可以修改公式(2)，将译码器LLR考虑进去。然后，FEC译码器630对来自单元610的已更新LLR进行译码来获得新的译码器LLR，可以将它往回提供给单元610。在迭代检测和译码过程中，检测到的数据码元的可靠性随着每一次检测/译码迭代而提高。

总之，接收机250可以按照各种方式进行数据检测和译码。LLR的生成是通常用于Turbo和卷积码的一个特殊的译码实现。接收机250可以使用能够在发射机210处所用的编码技术的任何一般的译码技术。

图7是发射机210发射数据包所执行的过程700的流程图。发射机首先对数据包进行编码(例如利用基FEC码)来产生编码比特(块712)。为第一块将块编号的下标l初始化成1(块714)。为了发射第l块，利用为这个数据包产生的编码比特并且将已经为这个数据包发送的编码比特考虑在内来形成一块编码比特(块722)。用于第l块的调制方案是基于为数据包选择的模式来确定的(块724)。然后基于这一块的调制方案将第l块的编码比特映射到数据码元(块726)。进一步处理和发射第l块数据码元(块728)。如果基于第l块发射的这个数据包译码错误(如同在块730中确定的一样)并且如果还没有发射最大数量的块(如同块732所确定的一样)，那么下标l增大(块734)，这一过程返回块722来产生和发射下一块数据码元。否则，这一过程终止。

图8是接收机250接收数据包所执行的过程800的流程图。接收机首先利用删除为数据包的所有编码比特初始化数据包缓冲器(块812)。为第一块将块号的下标l初始化成1(块814)。对于第l块，一开始获得一块接收的数据码元(块822)。基于为这个数据包选择的模式将调制方案用于第l块(块824)。然后，接收机按照为这一块使用的调制方案对收到的数据码元的第l块执行检测，以获得在这一块上发送的编码比特的LLR(块826)。可以将第l块的LLR与以前为这一块中的编码比特计算的LLR合并(块828)。在任何情况下，第l块的LLR都储存在数据包缓冲器中的适当位置(也是块828)。然后从数据包缓冲器提取数据包的LLR和删除，按照基FEC码进行译码，获得已译码数据包(块830)，然后对它进行进一步校验来确定这个数据包是译码正确还是错误(块832)。如果基于收到的l块数据码元的数据包译码错误(如同块840中确定的一样)并且如果还没有获得最大数量的块(如同块842确定的一样)，那么下标l增大(块844)，这一过程返回块822来获得并处理下一块收到的数据码元。否则，这一过程终止。

为单个数据包使用多个调制方案能够提高性能。为第一块发射使用更高阶的调制方案(与对应的更低编码速率相结合)对于特定的信道模型有可能为这一块发射提供显著的增益(例如1到2.5dB)。为晚些的块发射使用更低阶的调制方案(以及对应地更高编码速率)能够避免或减少已编码数据包的重复，这样做也能构提高性能。例如，如果在模式7中为所有四块发射使用64-QAM，已编码数据包就部分地重复，如果为四块发射使用64-QAM、16-QAM、8-PSK和QPSK，则不重复。

在这里为单个数据包使用多个调制方案描述的技术可以用各种手段实施。例如，这些技术可以用硬件、软件或者它们的结合来实现。对于硬件实现，发射机处的处理单元(例如发射数据处理器220)可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器，以及设计成用来实现这里描述的功能的其它电子单元，或者它们的组合来实现。接收机处的处理单元(例如检测器256和接收数据处理器260)也可以在一个或多个ASIC、DSP等等中实现。

对于软件实施，这些技术可以用实现这里描述的功能的模块(例如程序、功能等等)实现。软件代码可以储存在存储器单元中(例如图2所示存储器单元232和272中)，并且由处理器(例如控制器230和270)执行。存储器单元可以在处理器内或者在处理器外实现。

前面对所公开的实施例的描述是为了让本领域技术人员能够实施本发明。对这些实施例的各种修正对于本领域技术人员而言都是显而易见的，可以将这里给出的一般原理应用于其它实施例而不偏离本发明的实质或范围。因此，本发明不限于这里说明的实施例，而是与这里公开的原理和新颖特征的最大范围一致。

Claims (10)

1.一种在通信系统中接收数据的方法，包括：

获得一数据包的多块接收数据码元；

确定所述数据包的模式，所述模式基于信道状况并表明了用于所述多块中每一块的调制方案，其中为所述多块使用至少两个不同的调制方案；

按照用于所述多块接收数据码元中的每一块的调制方案对该块进行检测，产生该块的多个检测出来的数据码元；以及

对从所述多块接收数据码元产生的检测出来的数据码元进行译码，获得已译码数据包。

2.如权利要求1所述的方法，其中对所述多块接收数据码元中的每一块进行检测包括：

为每一个接收数据码元的一组编码比特产生一组对数似然比LLR。

3.如权利要求1所述的方法，其中对所述多块接收数据码元中的每一块进行检测包括：

按照所述至少两个不同的调制方案中具有最高阶的第一调制方案，对首先获得的第一块接收数据码元进行检测。

4.如权利要求3所述的方法，其中对所述多块接收数据码元中的每一块进行检测还包括：

按照所述至少两个不同的调制方案中具有第二高阶的第二调制方案，对第二获得的第二块接收数据码元进行检测。

5.如权利要求1所述的方法，其中对检测出来的数据码元进行译码包括：

在获得所述多块接收数据码元中的每一块以后，对为所有多块接收数据码元产生的检测出来的数据码元进行译码，获得所述已译码数据包。

6.一种通信系统中的装置，包括：

接收机单元，用于获得一数据包的多块接收数据码元；

控制器，用于确定所述数据包的模式，所述模式基于信道状况并表明了用于所述多块中每一块的调制方案，其中为所述多块使用至少两个不同的调制方案；

检测器，用于按照用于所述多块接收数据码元中的每一块的调制方案对该块进行检测，产生该块的多个检测出来的数据码元；以及

译码器，用于对从所述多块接收数据码元产生的检测出来的数据码元进行译码，获得已译码数据包。

7.如权利要求6所述的装置，其中所述检测器用于按照所述至少两个不同的调制方案中具有最高阶的第一调制方案，对首先获得的一块接收数据码元进行检测。

8.一种通信系统中的装置，包括：

用于获得一数据包的多块接收数据码元的模块；

用于确定所述数据包的模式，所述模式基于信道状况并表明了用于所述多块中每一块的调制方案的模块，其中为所述多块使用至少两个不同的调制方案；

用于按照用于所述多块接收数据码元中每一块的调制方案对该块进行检测，产生该块的多个检测出来的数据码元的模块；以及

用于对从所述多块接收数据码元产生的检测出来的数据码元进行译码，获得已译码数据包的模块。

9.一种在通信系统中接收数据的方法，包括：

获得一数据包的一块接收数据码元；

确定用于所述块接收数据码元的调制方案；

按照所述调制方案对所述块接收数据码元进行检测，产生所述块的多个检测出来的数据码元，其中每一个检测出来的数据码元都是所述数据包的调制码元的估计；

对从为所述数据包获得的所有块接收数据码元产生的检测出来的数据码元进行译码，得到已译码数据包；以及

如果所述数据包译码错误，并且如果还没有为所述数据包获得最大块数的接收数据码元，就为另一块接收数据码元重复获得所述块接收数据码元，确定用于所述块的调制方案，对所述块接收数据码元的检测，以及对所述检测到的数据码元进行译码，其中为所述最大块数的接收数据码元使用了至少两个不同的调制方案。

10.如权利要求9所述的方法，还包括：

合并为每一调制码元产生的多个检测到的数据码元。

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