CN102164107B - 通过修改调制星座图来表明信息的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过修改调制星座图来表明信息的方法和装置。用于在无线网络中通信的方法和系统可以通过修改信号字段中诸如二相相移键控(BPSK)星座图的调制星座图的相位来区分不同类型的分组结构。接收设备可以识别与传输相关联的分组结构的类型，或者识别是否所述信号字段是由用于映射该信号字段的调制星座图的相位所呈现的。在一个实施方案中，调制星座图的相位可以通过在快速傅立叶变换之后检查I和Q分量的能量来确定。还公开了各种具体的实施方案及其变体。

Description

通过修改调制星座图来表明信息的方法和装置
本申请是申请号为200580007916.9、申请日为2005年1月11日、发明名称为“通过修改调制星座图来表明信息的方法和装置”的已授权专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用：本申请根据35U.S.C.§119(e)要求在2004年1月12日递交的美国申请60/536,071的优先权，并且通过引用将其包括在本文中。
技术领域
本发明涉及通信领域，更具体地，涉及无线网络中信息传输的方法和装置。
背景技术
在现今的通信行业中，通信协议和技术中的迅速进展是普遍的。为了促进新系统的广泛使用，往往致力于确保新的通信技术和系统与以前的系统和设备兼容，以前的系统和设备在这里被称为“传统(legacy)”系统或设备。
与设计新一代系统相关联的一个问题是，为了与传统系统兼容，新一代系统往往不得不处理传统系统固有的限制。例如，用于传统无线局域网(WLAN)的分组(packet)的前同步码(preamble)训练和信令字段已经被定义。为了允许传统WLAN和新一代WLAN共存，期望保留具有传统兼容的(legacy compatible)训练和信令字段的前同步码。可是，由于传统前同步码可能没有得到充分的设计来描述可以有更大长度的和/或需要不同的训练与信令信息的新一代分组结构，所以快速地识别跟随传统兼容前同步码的分组结构的类型(例如，传统的或新一代的)是富有挑战性的。
因此，存在以下需求：能够快速地区分具有传统兼容前同步码的分组可能具有传统分组结构还是具有更新一代的分组结构。因此，期望这样的解决方案，即允许传统系统和新一代系统共存而不会显著地复杂化或约束新一代分组结构中的信令。
附图说明
参照附图，从本发明的以下描述中，本发明的实施方案的各方面、特征和优点会变得明显，在附图中类似的标记表示类似的部件，其中：
图1示出结合无线网络使用的两个示例性分组结构的框图；
图2a和2b根据本发明的一个实施方案分别示出用于调制星座图(constellation)的不同相位图，以区分分组结构；
图3是根据本发明的一个实施方案示出通信的示例性方法的流程图；
图4是根据本发明的实施方案示出检测所接收的传输的分组结构类型的方法的流程图；以及
图5是针对无线装置的示例性实施方案的功能框图，该无线装置适于执行本发明的方法中的一种或更多种。
具体实施方式
尽管以下详细描述可能结合无线局域网(WLAN)描述本发明的示例性实施方案，但是本发明不限于此，并且可以被应用于从中可以获得优势的其它类型的无线网络或空中接口。这样的无线网络包括，但不限于，那些与无线广域网(WWAN)相关联的网络，例如通用分组无线业务(GPRS)、增强型GPRS(EGPRS)、宽带码分多址(WCDMA)、码分多址(CDMA)和CDMA 2000系统或其他相似的系统；无线城域网(WMAN)，例如包括全球微波互联接入(WiMAX)论坛所支持的那些系统的无线宽带接入系统；无线个人区域网(WPAN)等等。
以下创造性实施方案可以被用于各种应用，包括无线电系统的发射机、接收机和/或收发机，尽管本发明在此方面不受限制。特别被包括于本发明的范围内的无线电系统包括，但不限于，网络接口卡(NIC)、网络适配器、移动台、基站、接入节点(AP)、网关、网桥、中枢(hub)和无线电话。此外，创造性实施方案范围内的无线电系统可以包括蜂窝无线电话系统、卫星系统、个人通信系统(PCS)、双向无线电系统、双向寻呼装置、个人计算机(PC)及相关的外围设备、个人数字助理(PDA)、个人计算附件以及所有现有的和以后出现的性质相关的、创造性实施方案的原理可以适用的系统。
以下创造性实施方案是在使用正交频分复用(OFDM)和/或正交频分多路接入(OFDMA)的示例性WLAN环境中描述的，尽管本发明在此方面不受限制。
电气与电子工程师学会(IEEE)曾定稿了用于WLAN的初始标准，称为IEEE 802.11(1997)。该标准指定2.4GHz的工作频率，其中使用直接序列扩频或跳频扩频，数据率为1和2Mbps。从那以后，IEEE 802.11工作组已经公布了802.11标准的三个补充：802.11a(5.8GHz波段中的OFDM)(ISO/IEC 8802-11：1999)，802.11b(2.4GHz波段中的直接序列)(1999和1999Cor.-1/2001)，以及802.11g(2.4GHz波段中的OFDM)(2003)。这些系统，尤其是使用OFDM的802.11a和802.11g，在本文中被单独地或共同地称为“传统”WLAN。
IEEE 802.11a标准指定这样的OFDM物理层，即在52个分离的子载波(subcarrier)上分拆信息信号，以提供数据传输。OFDM物理层的主要目的是依据802.11MAC层的指导传输MAC(介质访问控制)协议数据单元(MPDU)。OFDM物理层被分为两个组成部分(element)：PLCP(物理层会聚协议)和PMD(物理介质关联)子层。PLCP子层准备供传输的MAC协议数据单元(MPDU)，并把流入的帧从无线介质递送到MAC层。PLCP子层通过把MPDU映射成适于由PMD传输的帧格式(也称作分组结构)来最小化MAC层对PMD子层的依赖。
WLAN中使用的帧格式或分组结构100的实施例在图1中以图形表示，并且可以包括供接收机获取流入OFDM信号并对解调器进行同步的前同步码部分。前同步码可以包括一个或更多个训练字段和/或信令字段(有时被单独地称为头部(header))，训练字段和/或信令字段包括例如传统短训练字段(L-STF)、传统长训练字段(L-LTF)和传统信令字段(L-SIG)114、124，它们在这里被统称为传统兼容前同步码。跟随着传统兼容前同步码的分组结构100的部分可以取决于分组结构是传统分组结构110还是更新一代的分组结构120。
对于传统分组结构110，一个或更多个数据字段112通常跟随着传统兼容前同步码，并且传统分组结构110的速率和长度(以OFDM码元计)可以由接收机从传统前同步码的L-SIG字段114中出现的值确定。但是，L-SIG字段124可能不足以描述新一代分组结构120，例如当前用于高吞吐量(HT)WLAN的IEEE 802.11n标准所预期采用的那些分组结构。作为实施例，L-SIG字段中的保留位(bit)可能已经被传统设备用于其它用途。因此，可能需要一般由HT-SIG块122描绘的附加信令和/或训练来定义HT分组结构和/或同步解调器以处理HT调制。
但是，由于L-SIG字段114、124可以在所有的传统兼容前同步码中出现，所以接收机要了解传统数据112是否跟随信令字段114或者附加HT信令或训练122是否跟随信令字段124可能是困难的。
紧接在信号字段114、124之前的长训练码元(L-LTF)允许接收机准确地估计时钟相位，从而例如使用二相相移键控(BPSK)解调信号字段是可能的。
在生成OFDM信号时，编码的和/或交织的位可以被映射到发射调制星座图，例如BPSK、四相相移键控(QPSK)和/或各种正交幅度调制(QAM)调制方案的星座图。然后，逆快速傅立叶变换(FFT)可以在映射的复数值上执行，以生成复数值阵列来产生OFDM码元，并且就OFDM码元而言，多个码元被连接到一起以产生OFDM帧。在接收端，FFT被执行以取得原始映射的复数值，该原始映射的复数值随后被使用相应的星座图进行逆映射，并且被转换回位(bit)、被解码等等。
翻到图2a和2b，根据一个实施方案，当分组具有传统分组结构(例如图1中IEEE802.11a结构110)时，常规的调制星座图(例如图2a的BPSK星座图210)可以被用于为传统分组结构的一个或更多个字段(例如，114、112)映射复数值。此外，当分组具有更新一代的结构(例如图1中IEEE 802.11n结构120)时，可以使用修改的调制星座图(例如图2b所示的具有90度相位旋转的BPSK星座图220)对一个或更多个字段(例如，124、122)进行调制。当然，如果期望的话，修改的星座图220可以被用于表明传统分组结构，而常规的星座图210可以被用于表明新一代的分组结构。按照这种方式，可以向接收机表明信息而无需修改分组本身的前同步码结构或字段。
星座图220可以指BPSK-Q或Q-BPSK星座图，这是由于，与常规的BPSK星座图210具有沿I轴的坐标(+1，-1)不同，星座图220的坐标(+1，-1)被放置成沿着Q轴。
BPSK星座图的90度旋转是有效的，因为在修改的调制技术下，它对分组字段(例如信号字段)的鲁棒性(robustness)没有显著的影响。但是，用于映射值的调制星座图的相位旋转不一定必须是90度，和/或其他类型的调制星座图(例如那些用于QPSK调制的调制星座图等等)也可以被使用。因此，创造性的实施方案不限于任何特定的调制星座图或相位旋转度数。
翻到图3，用于在无线网络中发射的方法300可以包括使用具有修改的相位的调制星座图来调制(325)传输的一个或更多个部分，以向接收设备表明与传输相关联的分组结构类型。
在某些实施方案中，方法300可以包括编码(305)位和交织(310)所编码的位。如果(315)传统分组结构要被发射，则可以使用诸如BPSK星座图(图2中210)的常规调制星座图对一个或更多个分组字段进行调制(320)。另一方面，如果(315)新一代的分组结构要被发射，则可以使用诸如Q-BPSK星座图(图2中220)的修改的调制星座图对一个或更多个分组字段进行调制(325)。
在某些示例性实施方案中，可以存在两种类型的分组结构，基本上与IEEE 802.11a类型分组结构一致的传统分组结构和基本上与IEEE 802.11n类型分组结构一致的第二分组结构。在一个示例性实现中，仅仅HT分组结构的HT-SIG字段(图1中122)可以使用Q-BPSK进行调制，但是，本实施方案不限于这种方式。此外，在某些实现中，使用相位旋转的调制星座图来表明分组类型的操作只可以被用于具有数据有效载荷(payload)的分组。
对接收机而言，可以通过在进行FFT变换之后检查I和Q分量的能量来确定信号字段是传统调制还是HT字段。例如，如果Q能量比I能量大(其阈值可以根据期望合适地设置)，那么接收机可以确定该分组具有HT-SIG字段。否则，它可以是传统分组，反之亦然。因为该确定可以利用所有数据调制子载波(例如，对于20MHz的WLAN系统来说至少是48个)，所以这提供了17dB的处理增益，导致高度可靠的确定。所提出的检测方案仅仅可以被应用于数据调制子载波，并且如果期望的话，可以以不同的方式处理导频(pilot)子载波。
翻到图4，在无线网络中进行接收操作的方法400可以包括基于各自基带信号的I和Q能量水平来确定与流入传输相关联的分组结构类型。
在某些实施方案中，方法400可以包括在接收的传输上执行(405)FFT，并在FFT后检查(410)I和Q分量。如果(415)Q能量明显大于I能量，则相关联的分组字段被确定(420)为HT-SIG字段。否则，它被识别(425)为传统分组。FFT值随后可以被使用相应的调制星座图进行逆映射，并且被转换回位、被解码等等。
在示例性的实现中，I和Q能量水平被用于确定用来映射HT-SIG字段的二相相移键控(BPSK)星座图的相位是否已经被旋转，尽管实施方案在此方面不受限制。
翻到图5，在无线网络中使用的示例性装置500可以包括主机处理电路550，该主机处理电路550可以是任何组件或组件的组合，和/或适于执行一个或更多个此处所描述的方法的机器可读代码。在一个示例性实现中，为了向接收设备表明与传输相关联的分组结构类型，电路550可以包括基带处理电路553，以使用具有修改的相位的调制星座图对传输的至少一部分调制位。可替换地或可附加地，基带处理电路553可以被配置为如前面所描述的那样检测数据调制子载波的能量水平。如果期望的话，装置500还可以包括介质访问控制器电路554和/或射频(RF)接口510。
主机处理电路550和/或RF接口510可以包括对各自的接收/发射信号进行物理(PHY)链路层处理和/或RF处理以支持各种空中接口所必需的任何硬件、软件和/或固件组件。
装置500可以是诸如蜂窝电话的无线移动台、个人数字助理、计算机、个人娱乐设备、无线路由器、诸如WLAN接入节点(AP)的网络接入站或其他装备和/或因此的无线网络适配器。相应地，如被适当期望的那样，装置500的功能和/或专用配置可以不同。
装置500的组件和特征可以使用分立电路、专用集成电路(ASIC)、逻辑门和/或单芯片体系结构的任意组合来实现。此外，装置500的特征可以使用微控制器、可编程逻辑阵列和/或微处理器或前述的任意适宜的组合来实现。
应该理解，图5的框图中所示的装置500仅仅是对很多潜在的实现在功能上的描述性实施例。相应地，附图中所描绘的分开、省略或包含功能块不意味着在本发明的实施方案中用于实现这些功能的硬件组件、电路、软件和/或部件必须要被组合、分开、省略或包含。
装置500的实施方案可以使用单输入单输出(SISO)系统来实现。但是，某些可替换的实施方案可以使用具有多个天线518、519的多输入多输出(MIMO)体系结构。
除非与物理可能性相反，否则发明人预想，此处描述的方法可以按照任意顺序和/或以任意组合来执行；并且各实施方案的组件可以以任意方式进行组合。
尽管已经描述了该新颖发明的示例性实施方案，但是很多变化和修改是可能的，而不偏离本发明的范围。相应地，创造性实施方案不限于以上具体的公开，而应该仅仅限于所附权利要求书和它们的合法等效方案的范围。

Claims (17)

1.一种用于设备在无线介质上接收传输的方法，所述方法包括：
在无线通信信道上接收包括物理层会聚协议（PLCP）协议数据单元（PPDU）的信号，所述PPDU包括具有通过二相相移键控（BPSK）调制的传统信令（L-SIG）字段的前同步码；以及
当所述PPDU中紧随所述L-SIG字段的部分是通过QBPSK调制时，确定在所述部分中存在高吞吐量信令（HT-SIG）字段。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
当所述部分不是通过QBPSK调制时，确定在紧随所述L-SIG字段的PPDU中存在传统数据有效载荷字段。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述HT-SIG的存在包括向所接收的信号应用快速傅立叶变换（FFT），以及标识与所述部分相对应的子载波的Q能量水平高于I能量水平。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PPDU被调制在正交频分复用（OFDM）帧中。
5.一种用于设备在无线介质上进行发送的方法，所述方法包括：
生成包括物理层会聚协议（PLCP）协议数据单元的信号，所述PLCP数据单元包括具有传统信令（L-SIG）字段和高吞吐量信令（HT-SIG）字段的前同步码；以及
在正交频分复用（OFDM）帧的子载波上调制所述数据单元，包括使用二相相移键控（BPSK）调制与所述L-SIG字段相对应的一个或多个子载波以及使用QBPSK调制与所述HT-SIG字段相对应的一个或多个子载波以便于由接收机检测所述HT-SIG字段。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信号是由无线局域网接入点（AP）生成和调制的。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信号是由无线局域网的站（STA）生成和调制的。
8.如权利要求5所述的方法，还包括在所述无线介质上发送所述OFDM帧。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，发送所述OFDM帧包括多输入多输出发送。
10.一种用于在无线网络上发送信号的设备，所述设备包括：
用于使用二相相移键控（BPSK）调制高吞吐量物理层会聚协议（PLCP）协议数据单元的传统信令（L-SIG）字段的装置，以及
用于使用QBPSK调制所述数据单元的HT-SIG字段，以向接收设备表明所述HT-SIG字段的存在的装置。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述数据单元通过多输入多输出（MIMO）发送来进行发送。
12.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述数据单元由无线局域网移动站（STA）来调制。
13.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述数据单元由无线局域网接入点（AP）来调制。
14.一种用于在无线网络上接收信号的设备，所述设备包括：
用于在无线通信信道上接收包括物理层会聚协议（PLCP）协议数据单元（PPDU）的信号的装置，所述PPDU包括具有通过二相相移键控（BPSK）调制的传统信令（L-SIG）字段的前同步码，
用于当所述PPDU中紧随所述L-SIG字段的部分是通过QBPSK调制时，确定在所述部分中存在高吞吐量信令（HT-SIG）字段的装置。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，还包括：
用于当所述部分不是通过QBPSK调制时确定在紧随所述L-SIG字段的PPDU中存在传统数据有效载荷字段的装置。
16.如权利要求14所述的设备，其特征在于，用于确定所述HT-SIG的存在的装置包括：
用于向所接收的信号应用快速傅立叶变换（FFT）的装置；以及
用于标识与所述部分相对应的子载波的Q能量水平高于I能量水平的装置。
17.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述PPDU被调制在正交频分复用（OFDM）帧中。
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