CN101657988A - 用于多输入，多输出，多波段ofdm通信系统的交织方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种多输入、多输出、多波段OFDM传输系统(400)，该系统使用了向后兼容用于传统交织器的规范的数据交织装置。在一个实施例中，输入数据流由循环解析器(310)解析成两个或更多的分开的数据流，并且每一个分开的数据流均被移位相应数量的码元，然后则由传统交织器(340i)进行交织。在另一个实施例中，用于多个(N*i)码元的数据被分成N个连续数据群组，其中每一个群组都对应于N个MIMO空间流之一，并且每一个流都包括用于i个码元的数据。然后，每一个群组均由传统交织器(520i)进行交织。在第三实施例中，输入数据流由缩放形式的传统交织器(610)交织，然后则由循环解析器(620)进行解析。

Description

用于多输入、多输出、多波段OFDM通信系统的交织方法和系统

本发明涉及无线通信网络领域，尤其涉及一种用于多输入、多输出、多波段OFDM通信系统的数据交织方法和系统。

在数字通信系统中通常使用数据交织，以便破坏“多径”衰落(例如瑞利衰落)信道的记忆效果，以及在使用维特比解码器解码时提高卷积编码数据流的性能。在此类通信系统中，发射机对编码数据的顺序位进行交织，以使其不再按顺序传输，其中相邻的各位将会分开一定距离。在接收机处，在将编码数据应用于卷积解码器(例如维特比解码器)之前，需要使用解交织器来逆向恢复编码数据。

符合

联盟规范的数字通信网络是使用交织来提高性能的此类系统的示例。

规范描述了用于超宽带(UWB)通信的多波段(MB)正交频分复用(OFDM)传输格式。图1显示了UWB MB-OFDM发射机100的一个实施例的功能框图。该发射机10O属于单输入、单输出(SISO)传输系统。在图1中可以看到，传输链包含扰码器110、卷积编码器120、凿孔器(puncturer)130、交织器140、星座映射器150、逆傅里叶变换器160、数模转换器170以及调制器180。

在

物理层规范版本1.1(“

PHY 1.1”)中，其物理层描述了三级交织器140。图2是符合

规范的三级交织器200的功能框图。该三级交织器200包括码元交织器220、音调交织器240以及循环移位器260。

码元交织器220以k＝6个码元来接收并且交织编码数据，其中每一个码元都包括x＝200个编码位。该码元交织操作是如下完成的：首先将编码位分组成大小为k*x个位的组块(对应于各自具有x个位的k个“空中”OFDM码元)，然后使用大小为x*k的组块交织器来改变编码为的顺序。假设序列a[i]和a_S[i]分别代表的是码元组块交织器的输入和输出位，其中i＝0，1，……，(k*x-1)。则码元组块交织器的输出由如下关系式给出：

$1),a_S\left[i\right]=a[\left(\frac{i}{x}\right)+k*\mathrm{mod}(i,x)]$

码元交织器200的输出将被一起分组成具有x个位的组块，然后，音调交织器240将会改变该输出的顺序，其中所述音调交织器是规则组块的码元内交织器，其大小为y*j，并且y*j＝x。例如，当x＝200时，y可以是20，并且j可以是10。假设序列a_S[l]和a_T[l]分别代表的是音调交织器240的输入和输出位，其中1＝0，1，……，(x-1)。音调交织器240的输出由如下关系式给出：

$2),a_T\left[l\right]=a[\left(\frac{l}{y}\right)+j*\mathrm{mod}(l,y)]$

然后，音调交织器240的输出经过码元内循环移位器260，该移位器为码元交织器220的跨距内部的每一个具有x位的组块提供不同的循环移位。假设序列a_T[i]和b[i]分别代表的是循环移位器260的输入和输出位，其中i＝0，1，……，(k*x-1)。循环移位器260的输出由以下关系式给出：

b[i]＝a_T[r(i)+x+mod(i+r(i)*m，x)]

3)

其中r(i)＝floor(i/x)，i＝0，1，……，(x-1)，并且m是循环移位器260的循环移位。

与此同时，当前正在对规范进行扩展，以使其支持多输入、多输出(MIMO)传输。在MIMO UWB多波段OFDM通信系统中，将会经由一个以上的发射天线来传送一个以上的空间流。通常，如果发射机天线的数量是N，则产生N个空间流。

新的MIMO通信系统应该向后兼容先前的

规范。特别地，用于任何新的MIMO多波段OFDM通信系统的数据交织方法都应该与先前的

规范相兼容，尤其是与

PHY 1.1相兼容。

在本发明的一个方面中，提供了一种用于经由多输入、多输出、多波段OFDM发射机来传送具有N个传输信号的数据的方法，其中该OFDM发射机可操作以与被适配成接收使用传统交织器交织的数据的接收机进行通信。该方法包括：使用循环解析器来将数据解析成N个解析的数据流；使用第一传统交织器来交织N个解析数据流中的第一个解析数据流，以便产生交织数据流；以及对于i＝(1，N-1)，通过如下处理来产生第i个交织数据流：通过移位器来移位N个解析数据流中的第i个解析数据流，其中该移位器将解析数据流移位i*x个位，并且其中x是所传送码元中的位数量，以及使用第i个传统交织器来交织经过移位的第i个解析数据流，以便产生第i个交织数据流。

在本发明的另一个方面中，提供了一种多输入、多输出、多波段OFDM发射机，其中该发射机可操作以与被适配成接收使用传统交织器交织的数据的接收机进行通信。该发射机包括：循环解析器，其被适配成将数据解析成N个解析数据流；第一传统交织器，其被适配成接收N个解析数据流中的第一个解析数据流，以及从中产生交织数据流；N-1个移位器，其中每一个移位器都被适配成接收N个解析数据流之一，以及将解析数据流移位i*x个位，其中i是整数，x是所传送码元中的位数量；以及N-1个移位传统交织器，其中每一个交织器都被适配成接收移位解析数据流之一，以及从中产生交织数据流。

在本发明的又一个方面中，提供了一种经由多输入多输出多波段OFDM发射机来传送具有N个传输信号的数据的方法，其中该发射机可操作以与接收机进行通信，该接收机被适配成接收使用传统交织器在k个码元上交织的数据，并且每一个码元都包括x个位。该方法包括：接收N*k*x个位的集合；将N*k*x个位的集合分成N个位子集，其中每个子集都包括来自原始的N*k*x个位的集合中的k*x个连续位；以及交织N个位子集中的每一个。

在本发明的再一个方面中，提供了一种多输入、多输出、多波段OFDM发射机，其中该发射机可操作以与接收机进行通信，该接收机被适配成接收使用传统交织器在k个码元上交织的数据，并且每一个码元包括x个位，该方法包括：数据分离器，其被适配成将N*k*x个位的集合分成N个位子集，每一个群组都包括来自原始的N*k*x个位的集合中的k*x个连续位的子集；以及N个传统交织器，其中每一个交织器都被适配成交织N个位子集中的对应子集。

在本发明的另一个方面中，提供了一种经由多输入、多输出、多波段OFDM发射机来传送具有N个传输信号的数据的方法，其中该OFDM发射机可操作以与被适配成接收使用传统交织器交织的数据的接收机进行通信。该传统交织器包括：用于交织k个码元的码元交织器，其中每一个码元都具有x个位；用于使用y*j个位的组块来交织来自码元交织器的x个位群组的音调交织器；以及使用m位循环移位来循环移位来自音调交织器的数据的循环移位器。该方法包括：对k个数据码元执行码元交织，其中每一个码元都具有Nx个位；使用Ny*j个位的组块来对Nx个码元交织位的群组执行音调交织；使用m位循环移位来循环移位音调交织位；以及使用循环解析器来将循环移位的数据解析成N个传输数据流。

在本发明的另一个方面中，提供了一种多输入多输出发射机，其中该发射机可操作以与被适配成接收使用传统交织器交织的数据的接收机进行通信。该传统交织器包括：用于交织k个码元的码元交织器，其中每一个码元具有x个位；使用y*j个位的组块来交织来自码元交织器的x个位的群组的音调交织器；以及具有m位循环移位的循环移位器。该发射机包括：缩放(scaled)传统交织器，该交织器包括：被适配成交织k个码元的码元交织器，其中每一个码元具有Nx个位；被适配成使用Ny*j个位的组块来交织来自码元交织器的Nx个位的群组的音调交织器；以及被适配成使用m位循环移位来移位音调交织数据的循环移位器；以及循环解析器，其被适配成将循环交织数据解析成N个传输数据流。

图1是超宽带(UWB)多波段(MB)正交频分复用(OFDM)传输系统的功能框图。

图2是三级交织器的功能框图。

图3是示出了用于多输入多输出(MIMO)MB-OFDM传输系统且合并了传统交织器架构的交织装置的第一实施例的功能框图。

图4是MIMO MB-OFDM传输系统的功能框图。

图5是示出了用于MIMO MB-OFDM传输系统且合并了传统交织器架构的交织装置的第二实施例的功能框图。

图6是示出了用于MIMO MB-OFDM传输系统且合并了传统交织器架构的交织装置的第三实施例的功能框图。

虽然下文中描述的方法和系统的各种原理和特征可以应用于多种通信系统，但是出于例证目的，在下文中将会在MIMO UWB多波段OFDM通信系统的环境中描述这些例示实施例。尽管如此，在用不同通信协议工作的其他通信系统的情况下，下文描述的一般原理也是适用的。当然，本发明的范围是由随附于此的权利要求书限定，并且该范围是不受下文描述的特定实施例限制的。

有鉴于此，我们现在将要描述用于MIMO多波段OFDM通信系统的数据交织方法和系统。

有益的是，MIMO多波段OFDM通信系统应该向后兼容先前的规范。在这种情况下，重新使用上文描述的交织器200(在下文中将其称为“传统交织器”)将会是一个很好的方法。假设用于MIMO发射机的发射机天线数量是N。在这种情况下，需要N个数据流。最简单的数据交织方法是将位解析成N个数据流，并且在每一个数据流上使用交织器200。但是，这种方法存在一定的缺陷。例如，利用该方法，相邻位(偶数以及奇数位)将被映射到相同的子波段，而且被映射到每一个天线中的相同子载波。包括子波段频率分集和子载波频率分集在内的频率分集是不能供这种方法利用的。

相应地，图3是示出了用于MIMO传输系统且合并了传统交织器200的架构的交织装置300的第一实施例的功能框图。本领域技术人员可以了解，图3所示的不同“部分”中的一个或多个可以使用软件控制的微处理器、硬布线逻辑电路或是其组合来以物理方式实现。此外，虽然出于说明目的而在图3中从功能上分离了这些部分，但其在物理实施方式中是可以采用各种方式组合的。

交织装置300包括循环位解析器310、(N-1)个移位器320i、以及N个传统交织器340i。交织装置300为使用N个传输信号的MIMO多波段OFDM发射机产生N个数据流。有益的是，每一个传统交织器340i都对应于上文中对照图2描述的交织器200。

在操作方面，循环移位器310接收位流(例如卷积编码的位流)，并且在循环的基础上将该位流循环解析成N个分开的数据流。也就是说，对第一个N位的群组来说，循环位解析器310将第一位分配到第一数据流，将第二位分配到第二数据流，将第i位分配到第i个数据流，……，直至将所有的N个位全都分配到N个数据流为止。然后，对下一个N位的群组来说，循环位解析器310将会重复该处理，由此产生N个数据流，其中每一个数据流的数据速率都是原始接收的位流的数据速率的1/N倍。

对循环位解析器310输出的第i个数据流(i＝(0，N-1))来说，提供对应的移位器320i，该移位器将各输入位移位达i*x位，其中x等于码元中的位数量(例如x＝200)。也就是说，每一个移位器320i都会将接收到的数据流移位整数个码元。当然，在i＝0的情况下，不需要位移位器320。也就是说，第一个数据流不需要移位器，但对剩余的N-1个数据流而言则存在着N-1个移位器。

然后，来自每一个移位器320i的输出都被应用到N个传统交织器340i中的一个对应交织器上。每一个传统交织器340i均以上文中关于交织器200描述的方式进行操作：对k个数据码元执行码元交织，其中每一个码元都具有x个位；使用y*j个位的组块来对x个码元交织位的群组执行音调交织；以及使用m位循环移位来循环移位音调交织的位。有益的是，在一个实施例中，为了兼容符合

标准的传统交织器，k＝6，x＝200，y＝20，j＝10以及m＝33。

对MIMO UWB MB-OFDM系统来说，依照图3的装置，N个数据流中的每一个OFDM码元中的位都会按照不同的顺序映射到频率子波段中。例如，在N＝2的一个情况中，那么第一个数据流中的每一个OFDM码元都会按照子波段顺序1，2，3，1，2，3来映射，并且第二个数据流中的每一个OFDM码元中的各位都会按照子波段顺序2，3，1，2，3，1来映射。由于这两个数据流是按照不同的频率子波段顺序映射的，因此，在这里可以根据来自不同子波段中的不同信道脉冲响应来更好地利用频率分集。因此，可以自动地显著减小在交织之后在子波段与天线之间的相关性。

图4示出的是可以使用交织装置300的MIMO UWB MB-OFDM传输系统400的一个实施例。本领域技术人员可以了解，图4所示的不同“部分”中的一个或多个可以使用软件控制的微处理器、硬布线逻辑电路或是其组合来以物理方式实现。此外，虽然出于说明目的而在图4中从功能上分离了这些部分，但其可以以任何物理实施方式来进行各种组合。

在图4中可以看到，传输链包括扰码器410、卷积编码器420、凿孔器430、交织器440、N个星座映射器450i、N个逆傅里叶变换器460i、N个数模转换器470i以及N个调制器480i。在一个实施例中，交织器440对应于图3的交织装置300。有益的是，MIMO多波段OFDM发射机400可操作以与被适配成接收使用传统交织器交织的数据的接收机进行通信。

图5是示出了用于MIMO多波段OFDM传输系统且合并了传统交织器200的架构的交织装置500的第二实施例的功能框图。本领域技术人员可以了解，图5所示的不同“部分”中的一个或多个可以使用软件控制的微处理器、硬布线逻辑电路或是其组合来以物理方式实现。此外，虽然出于说明目的而在图5中从功能上分离了这些部分，但其可以以任何物理实施方式来进行各种组合。

交织装置500包括数据分离器510以及N个传统交织器520i。交织装置500为使用N个传输信号的MIMO多波段OFDM发射机产生N个数据流。

在操作方面，数据分离器510接收位流(例如卷积编码的位流)并且将该位流分成N个分开的数据流，其中每一个数据流都包括来自原始位流的连续或顺序位的群组。也就是说，数据分离器510接收具有N*k*x个位的集合，其中：N是所使用的天线的数量(由此也是所要产生的数据流的数量)；k是传统交织器520i中的码元交织器将要交织的码元的数量；以及x是符号中的位数量。数据分离器510将每一个具有N*k*x个位的集合分成N个位子集，其中每一个子集都包括来自具有N*k*x个位的原始集合的k*x个连续或顺序位。

每一个传统交织器520i都交织N个位子集中的一个对应子集，以便产生N个交织数据流。每一个传统交织器520i均以上文中关于交织器200描述的方式进行操作：对k个数据码元执行码元交织，其中每一个码元都具有x个位；使用y*j个位的组块来对x个码元交织位的群组执行音调交织；以及使用m位循环移位来循环移位音调交织的位。非常有益的是，在一个实施例中，为了兼容符合

规范的传统交织器，k＝6，x＝200，y＝20，j＝10以及m＝33。

图4的MIMO UWB MB-OFDM传输系统400可以采用交织装置500用于交织器440。

图6是示出了用于MIMO多波段OFDM传输系统且合并了传统交织器200的架构的交织装置600的第三实施例的功能框图。本领域技术人员可以了解，图6所示的不同“部分”中的一个或多个可以使用软件控制的微处理器、硬布线逻辑电路或是其组合来以物理方式实现。此外，虽然出于说明目的而在图6中从功能上分离了这些部分，但其可以以任何物理实施方式中来进行各种组合。

交织装置600包括缩放的传统交织器610以及循环位解析器620。缩放的交织器610与图2的传统交织器200具有相同的架构，但其某些参数经过缩放以与MIM0传输系统的多数据流相适应。该缩放因数取决于在MIMO多波段OFDM发射机中使用的发射天线的数量N，以及相对于其最大数据速率模式的调制尺寸。例如，与先前一样，假设k是由传统交织器200中的码元交织器220交织的码元的数量，假设x是每一个码元中的位数量，假设码元交织器240利用组块大小y*j进行操作，其中y*j＝x，以及假设传统交织器200的循环移位器260利用m位循环移位进行操作。在此情况下，在缩放的传统交织器610中，码元交织器对k个数据码元进行交织，每个码元具有Nx个位；音调交织器使用Ny*j个位的组块对来自码元交织器的Nx个位的群组进行交织；以及循环移位器利用m位循环移位对音调交织的位进行循环移位。非常有益的是，在一个实施例中，为了兼容符合

规范的传统交织器，k＝6，x＝200，y＝20，j＝10以及m＝33。在这种情况下，在缩放的传统交织器610中，码元交织器将交织6个数据码元，其中每一个码元都具有400个位，音调交织器则会使用40*10位的组块来交织来自码元交织器且具有400位的群组，并且循环移位器将使用33位的循环移位33来循环移位音调交织的位。

在操作方面，缩放的传统交织器610接收输入位流并以如上所述的方式对其进行交织。然后，如在上文中关于交织装置300描述的那样，循环位解析器620对交织数据执行逐位的循环解析，以便产生N个交织数据流。

本方法的优点在于：在三级交织器之后，每一对相邻位都是来自不同子波段以及不同子载波的。在交织之前的每一对相邻位都会映射到具有良好分离性的k个子波段中。将交织位解析到不同的天线可以仍旧保持与先前一样的交织效果。

图4的MIMO MB-OFDM传输系统400可以采用交织装置600用于交织器440。

虽然在这里公开了优选实施例，但是保持在本发明的概念和范围以内的各种变更都是可行的。对本领域普通技术人员来说，在考察了本说明书、附图和权利要求书之后，这些变更将会是显而易见的。由此，本发明仅仅局限于随附权利要求书的精神和范围以内。

Claims (18)

1.一种经由多输入、多输出、多波段OFDM发射机(400)来传送具有N个传输信号的数据的方法，其中该OFDM发射机可操作以与接收机进行通信，该接收机被适配成接收使用传统交织器交织的数据，该方法包括：

将数据解析成N个解析数据流；

交织这N个解析数据流中的第一解析数据流，以便产生交织数据流；以及

对于i＝(1，N-1)，通过如下处理来产生第i个交织数据流：

移位这N个解析数据流中的第i个解析数据流达i×x位，其中x是所传送的码元中的位数量，以及

交织经过移位的第i个解析数据流，以便产生第i个交织数据流。

2.根据权利要求1的方法，其中交织经过移位的第i个解析数据流包括：

对k个数据码元执行码元交织，其中每一个码元都具有x个位；

使用y×j位的组块来对具有x个码元交织位的群组执行音调交织；以及

使用m位循环移位来循环移位音调交织的位。

3.根据权利要求2的方法，其中k＝6，x＝200，y＝20，j＝10以及m＝33。

4.根据权利要求1的方法，其中发射机(400)跨越多个子波段，并且其中N个交织数据流中的每一个都是按照不同的子波段顺序而在子波段上传送的。

5.一种多输入、多输出、多波段OFDM发射机(400)，其中该发射机可操作以与接收机进行通信，并且该接收机被适配成接收使用传统交织器交织的数据，该发射机(300，400)包括：

循环解析器(310)，其被适配成将数据解析成N个解析数据流；

第一传统交织器(340i)，其被适配成接收这N个解析数据流中的一个解析数据流，以及产生交织数据流；

N-1个移位器(320i)，其中每一个移位器都被适配成接收这N个解析数据流中的所述一个解析数据流，以及将解析数据流移位i×x个位，其中i是整数，x是所传送码元中的位数量；以及

N-1个移位传统交织器(340i)，其中每一个交织器都被适配成接收移位解析数据流之一，以及从中产生交织数据流。

6.根据权利要求5的发射机(400)，其中每一个传统交织器(340i)还包括：

码元交织器(220)，其被适配成交织k个码元，其中每一个码元都具有x个位，

音调交织器(240)，其被适配成使用y×j个位的组块来交织来自码元交织器(220)的具有x个位的群组，以及

循环移位器(260)，其被适配成使用m位循环移位来循环移位经音调交织的数据。

7.根据权利要求6的发射机(400)，其中k＝6，x＝200，y＝20，j＝10以及m＝33。

8.根据权利要求5的发射机(400)，其中发射机(400)跨越多个子波段，并且其中N个交织数据流中的每一个都是按照不同的子波段顺序而在子波段上传送的。

9.一种经由多输入多输出多波段OFDM发射机(400)来传送具有N个传输信号的数据的方法，其中该发射机可操作以与接收机进行通信，该接收机被适配成接收使用传统交织器在k个码元上交织的数据，并且每一个码元都包括x个位，该方法包括：

接收N*k*x个位的集合；

将N*k*x个位的集合分成N个位子集，其中每个子集都包括来自原始的N*k*x个位的集合的k*x个连续位；以及

交织这N个位子集中的每一个以产生N个交织数据流。

10.根据权利要求9的方法，其中交织这N个位子集中的每一个还包括：

对k个数据码元执行码元交织，其中每一个码元都具有x个位；

使用y×j位的组块来对具有x个码元交织位的群组执行音调交织；以及

使用m位循环移位来循环移位经音调交织的位。

11.根据权利要求10的方法，其中k＝6，x＝200，y＝20，j＝10以及m＝33。

12.一种多输入、多输出、多波段OFDM发射机(400)，其中该发射机可操作以与接收机进行通信，该接收机被适配成接收使用传统交织器在k个码元上交织的数据，并且每一个码元包括x个位，该发射机(400)包括：

数据分离器(510)，其被适配成将将N*k*x个位的集合分成N个位子集，每一个群组都包括来自原始的N*k*x个位的集合的k*x个连续位的子集；以及

N个传统交织器(520i)，其中每一个交织器都被适配成交织这N个位子集中的一个对应子集。

13.根据权利要求12的发射机(400)，其中每一个传统交织器(520i)包括：

码元交织器(220)，其被适配成交织k个码元，其中每一个码元都具有x个位，

音调交织器(240)，其被适配成使用y×j位的组块来交织来自码元交织器(220)的具有x个位的群组，以及

循环移位器(260)，其被适配成使用m位循环移位来循环移位经音调交织的数据。

14.根据权利要求13的发射机(400)，其中k＝6，x＝200，y＝20，j＝10以及m＝33。

15.一种经由多输入、多输出、多波段OFDM发射机(400)来传送具有N个传输信号的数据的方法，其中该OFDM发射机可操作以与接收机进行通信，该接收机被适配成接收使用传统交织器(200)交织的数据，该传统交织器包括：用于交织k个码元的码元交织器(220)，其中每一个码元都具有x个位；用于使用y×j个位的组块交织来自码元交织器(220)的x个位的群组的音调交织器(240)；以及使用m位循环移位来循环移位来自音调交织器(240)的数据的循环移位器(260)，该方法包括：

对k个数据码元执行码元交织，其中每一个码元都具有2x个位；

使用2y×j个位的组块来对2x个码元交织位执行音调交织；

使用m位循环移位来循环移位经音调交织的位；以及

使用循环解析器(620)来将循环移位数据解析成N个传输数据流。

16.根据权利要求15的方法，其中k＝6，x＝200，y＝20，j＝10以及m＝33。

17.一种多输入、多输出、多波段OFDM发射机(400)，其中该发射机可操作以与接收机进行通信，该接收机被适配成接收使用传统交织器(200)交织的数据，该传统交织器具有：用于交织k个码元的码元交织器(220)，每个码元具有x个位；用于使用y×j个位的组块交织来自码元交织器的x个位的群组的音调交织器(240)；以及具有m位循环移位的循环移位器(260)，该发射机包括：

缩放的传统交织器(600)，该缩放的传统交织器包括：

被适配成交织k个码元的码元交织器(220)，其中每一个码元具有Nx个位，

被适配成使用Ny×j个位的组块来交织来自该码元交织器的Nx个位的群组的音调交织器(240)，以及

被适配成使用m位循环移位来循环移位音调交织数据的循环移位器(260)；以及

循环解析器(620)，其被适配成将循环移位的数据解析成N个传输数据流。

18.根据权利要求17的发射机，其中k＝6，x＝200，y＝20，j＝10以及m＝33。

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