CN102299886B - 用于在无线通信系统中生成和发送帧的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于在无线通信系统中生成和发送帧的装置及方法，所述装置包括：帧生成器，其配置为生成帧，包括：包括用于同步的码元的短前同步码；位于所述短前同步码之后的第一和第二长前同步码，其中，使用预定序列来生成所述第一和第二长前同步码；位于所述第一和第二长前同步码之后的数据字段，其中所述第二长前同步码包括接收器解调所述数据字段所需的信道估计信息；以及位于所述第一长前同步码和所述第二长前同步码之间的信号码元，其中，所述信号码元包括关于编码速率、调制和空时块编码的信息；以及发送器，其配置为将所述帧发送到接收器。

Description

用于在无线通信系统中生成和发送帧的装置及方法
本申请是以下专利申请的分案申请：
申请号：200580047927.X
申请日：2005年2月11日
发明名称：用于发送和接收数据以提供高速数据通信的设备及方法
技术领域
本发明涉及用于在无线电数据通信中发送和接收数据的设备。更具体地，本发明涉及与传统无线局域网通信系统兼容的、用于高速发送和接收数据的设备及其方法。此外，本发明涉及用于将数据速率从传统无线局域网通信系统中的最大数据速率54Mbps增加到数百Mbps的无线通信系统。
背景技术
在使用正交频分多路复用方法的传统IEEE 802.11a无线局域网(LAN)系统中，将20MHz带宽划分为64个子载波，并且64个子载波中的52个子载波被用来发送数据和导频码元。即，通过使用单个天线和20MHz带宽，以54Mbps的最大速度来发送数据。
本发明提供了用于发送和接收数据、同时兼容传统的IEEE 802.11a正交频分多路复用(OFDM)方法的设备。该设备使用多个天线和多个20MHz带宽来实现高数据速率。
响应于对高速多媒体数据发送的需求，已开发出请求多于100Mbps吞吐量的各种实践应用。然而，当前无线通信系统中即使具有最大吞吐量的无线LAN系统也不提供25Mbps以上的吞吐量。因而，本发明提出了一种提供四倍于传统IEEE 802.11a系统或更多的数据速率的系统。
具体地，本发明提供了一种配置，其中系统性地控制多个天线和带宽，并根据系统的特性来控制最大数据速率。本发明还提出了用于提供与传统系统的兼容性的方法。
图1示出了表示在传统无线LAN中发送和接收数据的系统的框图。
在图1所示的传统IEEE 802.11a系统中，将20MHz带宽划分为64个子载波。在64个子载波中，48个子载波用于数据发送，4个子载波用于导频码元发送，并且DC子载波和其他11个子载波未被使用。
使用具有1/2、2/3和3/4码率(code rate)的卷积码、二进制相移键控(BPSK)调制、四元(quaternary)相移键控(QPSK)调制、16正交(quadrature)幅度调制(QAM)调制、以及64正交幅度调制(QAM)来发送数据。
在图1所示的系统中，当源单元101生成二进制数据时，将二进制数据提供给用于使得二进制数据的排列随机化的扰码器102。
卷积编码器103根据由期望数据速率确定的码率和调制来执行信道编码，并且映射器105执行调制，以将先前的数据排列映射到复(complex)码元排列上。
在卷积编码器103和映射器105之间配备的交织器104根据预定规则来交织数据排列。映射器105将复数(complex number)排列建立为48的组，并且子载波分配器107形成48个数据分量和4个导频分量。
64逆快速傅立叶变换(64-IFFT)单元108对48个数据和4个导频分量执行逆快速傅立叶变换，以形成OFDM码元。
循环前缀添加器109将作为保护间隔的循环前缀添加到OFDM码元。
射频(RF)发送单元110发送由上述配置在载波频率上形成的传输帧。RF接收单元112通过无线电信道111接收传输信号(在载波频率上发送的传输帧)。无线电信道111包括多经衰减信道和从接收端添加的高斯噪声。
接收端的RF接收单元112接收经过无线电信道111的失真信号，并且以与发送端的RF发送单元110执行的相反方式，将在载波频率上发送的信号下转换为基带信号。
循环前缀去除器113去除在发送器中添加的循环前缀。64快速傅立叶变换(64-FFT)单元114通过执行FFT操作，将所接收的OFDM码元转换为频域信号。
子载波提取器115将64个输出中对应于数据子载波的48个复码元发送到均衡和跟踪单元117，并且将对应于导频信号(pilot)的4个子载波发送到均衡和跟踪参数评估器116。
均衡和跟踪参数评估器116通过使用已知码元来评估由于频率和时间误差引起的相位改变，并将评估结果发送到均衡和跟踪单元117。
均衡和跟踪单元117使用上述评估结果来执行跟踪操作。除了根据处理之外，均衡和跟踪单元117还执行频域信道均衡操作，以均衡频域中的信道失真。
去映射器118执行用于将信道均衡和跟踪操作后的输出复数转换为二进制数据的硬判定操作，或者执行用于将输出复数转换为实数的软判定。解交织器119按照交织器104的逆过程来解交织数据，并且，维特比(Viterbi)解码器120执行卷积码的解码，以纠错并恢复所发送的数据。
解扰器121以类似于扰码器102的方式来使得从源单元发送的数据随机化，并且将所接收的数据发送到汇点(sink)单元122。
图1所示的传统无线LAN系统具有数据速率和吞吐量的限制，因而该系统难以应用于要求高数据速率的服务，如高质量移动画面服务。
使用多带宽和天线来提供高速数据速率的系统先前还未兼容传统的发送和接收系统。
因此，本发明提供了用于发送和接收的系统，以提供与传统无线通信系统的兼容性和高速数据速率，并提供其方法。
发明内容
本发明提供一种数据发送和接收装置，以提供高数据速率和与传统无线通信系统的兼容性，并提供其方法。
本发明提供一种数据发送和接收装置，以提供高数据速率和与传统无线通信系统的兼容性，并提供其方法。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于在无线通信系统中生成和发送帧的装置，所述装置包括：帧生成器，其配置为生成帧，包括：包括用于同步的码元的短前同步码；位于所述短前同步码之后的第一和第二长前同步码，其中，使用预定长前同步码来生成所述第一和第二长前同步码；位于所述第一和第二长前同步码之后的数据字段，其中所述第二长前同步码包括接收器解调所述数据字段所需的信道估计信息；以及位于所述第一长前同步码和所述第二长前同步码之间的信号码元，其中，所述信号码元包括有关数据速率、映射方法和码率的信息；以及发送器，其配置为将所述帧发送到接收器，其中所述预定长前同步码包括{1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，1，1，1，1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，1，1，1，0，1，-1，-1，1，1， -1，1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，1，1，-1，-1，1，-1，1，-1，1，1，1，1}作为其元素。
根据本发明的另一实施例，提供了一种用于在无线通信系统中生成和发送帧的方法，所述方法包括：生成帧，包括：包括用于同步的码元的短前同步码；位于所述短前同步码之后的第一和第二长前同步码，其中，使用预定长前同步码来生成所述第一和第二长前同步码；位于所述第一和第二长前同步码之后的数据字段，其中所述第二长前同步码包括接收器解调所述数据字段所需的信道估计信息；以及位于所述第一长前同步码和所述第二长前同步码之间的信号码元，其中，所述信号码元包括有关数据速率、映射方法和码率的信息；以及将所述帧发送到接收器，其中所述预定长前同步码包括{1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，1，1，1，1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，1，1，1，0，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，1，1，-1，-1，1，-1，1，-1，1，1，1，1}作为其元素。
本发明公开了一种数据发送装置，包括：带宽分发器、编码器、映射器、天线分发器、子载波分配器、逆傅立叶变换单元、前同步码生成器、以及帧生成器。
带宽分发器将在源单元中生成的数据分发给至少一个带宽。编码器对所分发的数据进行编码，以执行数据的纠错。映射器将经编码的数据映射为复码元。天线分发器将所述复码元分发给至少一个天线。子载波分配器将用于正交频分多路复用的子载波分配给所分发的复数码元。逆傅立叶变换单元对被分配了子载波的OFDM信号执行逆傅立叶变换。前同步码生成器生成子载波的短前同步码、第一长前同步码和第二长前同步码。帧生成器按照短前同步码、第一长前同步码、信号码元、第二长前同步码和数据字段的次序来生成帧。此时，当使用两个或更多天线时，可将第二天线的第一长前同步码之一用于第二长前同步码，以执行未被第一天线使用的子载波的信道评估。
由帧生成器生成的信号码元包括发送模式标识符，用于确定发送模式是单个天线发送模式，还是多入/多出(MIMO)发送模式。
发送模式标识符使用IEEE 802.11a的帧中的信号码元的R4位。
使用信号码元的保留位，作为用于确定发送模式是使用空间分割(spatialdivision)多路复用(SDM)方法还是使用空间-时间块码(STBC)方法的位。
根据本发明示例实施例的数据发送装置还包括扰码器、交织器、循环前缀添加器和RF发送单元。
扰码器耦连在带宽分发器和编码器之间，并且执行扰码操作。交织器耦连在编码器和映射器之间，并且执行交织操作。循环前缀添加器将循环前缀添加到经逆傅立叶变换的正交频分多路复用(OFDM)信号。RF发送单元通过无线电信道来发送帧。天线分发器将所映射的码元分发给天线或编码STBC。
本发明公开了一种数据接收装置，包括RF接收单元、信道混合器、初始同步器、傅立叶变换单元、信号码元解调器、信道评估器和检测器。
RF接收单元通过无线电信道接收帧。信道混合器执行信道混合操作，以从所接收的帧中提取20MHz短前同步码和20MHz第一长前同步码。初始同步器通过使用所提取的短前同步码和第一长前同步码来执行初始同步操作。傅立叶变换单元执行帧的傅立叶变换操作。信号码元解调器对信号码元进行解调，并对有关发送模式的信息进行解调。信道评估器通过使用第一长前同步码来执行第一信道评估，并在有关发送模式的信息是MIMO-OFDM发送模式时，通过使用在信号码元之后发送的第二长前同步码来执行第二信道评估。检测器参照所评估的信道和经解调的信号码元，检测对应于数据的复数码元。我们检测在信号码元中设立的发送模式标识符，并且确定发送模式是单个天线发送模式还是MIMO-OFDM发送模式。
信道评估器使用第二长前同步码来对未被第一天线使用的子载波执行第二信道评估。
数据接收装置还包括：循环前缀去除器、子载波提取器、去映射器、解交织器和纠错解码器。
循环前缀去除器去除从RF接收单元接收到的信号的循环前缀。子载波提取器从经傅立叶变换的信号中提取子载波，并组合子载波。去映射器执行将被解调为复数信号的信号去映射为二进制数据信号。解交织器对经去映射的信号进行解交织。纠错解码器对经解交织的信号执行纠错解码操作。检测器是SDM检测器或STBC解码器。
根据本发明，通过在无线通信系统中使用多带宽和天线来提供增加的数据速率。
由于与传统系统的兼容性，所以提供增加的数据速率而无需修改现有装置和设计。
附图说明
图1示出了用于表示无线LAN中的传统发送和接收系统的框图。
图2示出了用于表示根据本发明的示例实施例的发送器的配置的框图。
图3示出了用于表示根据本发明的示例实施例的接收器的配置的框图。
图4示出了支持单个带宽的OFDM子载波分配方法和支持多路复用带宽的OFDM子载波分配方法。
图5示出了用于表示IEEE 802.11a帧配置的图。
图6示出了用于表示根据本发明的示例实施例的帧配置的图。
图7示出了用于表示根据本发明的示例实施例的用于接收器的初始同步的配置。
图8示出了用于表示根据本发明示例实施例的发送数据的方法流程图。
图9示出了用于表示根据本发明示例实施例的接收数据的方法流程图。
具体实施方式
在以下详细说明中，简单地通过例示由发明人预期的实现本发明的最佳方式，示出和描述了仅仅本发明的优选实施例。如将意识到的，本发明能够在各个明显方面进行修改，都不会脱离本发明。因此，将附图和说明看作本质上是例示的，而不是约束性的。为阐明本发明，省略了未在说明书中描述的部分，并且提供相同说明的部分具有相同的附图标记。
尽管根据目前考虑为最实用和优选的实施例来描述本发明，但应理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，意图覆盖包括于所附权利要求的精神和范围内的各种变型和等价布置。
图2示出了用于表示根据本发明的示例实施例的发送器的配置的框图。
发送器包括源单元201、带宽分发器(distributor)202、扰码器/卷积编码器2031至203L、交织器204、映射器205、导频单元206、天线分发器207、子载波分配器2081至208M、IFFT单元2091至209M、循环前缀添加器2101至210M、前同步码(preamble)生成器2301至230M、帧生成器2311至231M、以及RF发送单元2111至211M。
当将源单元201中生成的二进制数据发送到带宽分发器202时，带宽分发器202根据要在带宽分发器202中使用的20MHz带宽的数目(L)来将二进制数据分发给L个带宽。
扰码器/卷积编码器2031至203L对各个带宽执行扰码和卷积码编码操作。
交织器204接收经卷积编码的数据。此时，可使用两类交织器204。一种交织器以类似于扰码器/卷积编码器2031至203L的方式来执行各个带宽的每个OFDM码元的交织，另一种交织器执行每个带宽中的L个OFDM码元的交织。前一种交织器是简单并易于理解的，后一种交织器实现起来较复杂，并且预期由于分集增益而获得性能增益。
映射器205将二进制数据转换为复码元。由天线分发器207将经转换的复码元分发给M个发送天线。子载波分配器2081至208L使用来自导频单元206的导频码元以及所分发的数据复码元，以便分配用于OFDM调制的子载波。后面将描述子载波的分配。
通过(L*64)-IFFT单元2091至209M，将对应于所分配的M个发送天线的频域OFDM码元逆傅立叶变换为时域OFDM码元。循环前缀添加器2102至210M添加与每个路径的OFDM码元相对应的循环前缀。
帧生成器2311至231M生成用于图2所示的系统的适当的帧。类似于传统的IEEE802.11a帧配置，根据本发明的示例实施例的帧配置包括：短前同步码、第一长前同步码、信号码元、以及数据。此外，该帧配置包括前同步码生成器2301至230M中的第二长前同步码。第二长前同步码是已经在另一天线中使用的长前同步码，并且由该第二长前同步码对子载波执行多入/多出(MIMO)信道评估。
前同步码生成器2301至230M生成短前同步码、第一长前同步码和第二长前同步码，并且将它们提供给帧生成器2311至231M。
后面将描述在本发明的示例实施例中使用的帧。
图3示出了用于表示根据本发明的示例实施例的接收器的框图。
图3所示的接收器对从图2所示的发送器发送的信号执行逆操作。
由N个RF接收单元2131至213N中的N个接收天线接收从发送器经过信道212发送的信号。所接收的信号在经过循环前缀评估器2141至214N、(L*64)FFT单元2151至215N、子载波提取器2161至216L、信道和跟踪参数评估单元217、MIMO检测器218、去映射器219、解交织器220、解扰器/维特比解码器2211至221L、以及带宽组合单元222时被恢复为发送信号，并且将数据发送给汇点单元223。
图3所示的接收器的解调处理类似于图1所示的接收器的解调处理。然而，图3所示的接收器中的信道评估单元217评估MIMO信道，这不同于图1所示的系统。此外，将图1所示的均衡单元117替换为图3所示的系统中的MIMO检测器218。根据交织器的变化配置，解交织器的配置必须改变。
在图3所示的系统中加入的带宽组合单元222执行图2所示的发送器的带宽分发器202的逆操作。
当在图2和图3中使用(L*64)IFFT和(L*64)FFT时，可使用L个64FFT和64IFFT，也可以使用一个(L*64)IFFT和一个(L*64)FFT。这些修改对本领域技术人员而言是清楚的。
图3示出了与图2所示的MIMO发送器相对应的接收和解调配置，并且，后面将描述用于执行初始同步和信道评估的接收器的配置。
在图2中，已描述了用于通过使用多个发送/接收天线来增加数据速率的空分(spatial division)多路复用(SDM)方法。
作为MIMO方法之一的SDM方法通过经由各个发送天线发送独立的数据，来增加数据速率。
当为了拓宽服务区域并增加信噪比(SNR)来设计系统、而不是为了增加数据速率时，可将用于实现分集增益的空间-时间块码(STBC)应用于本发明的示例实施例。
当在本发明的示例实施例中采用STBC时，将天线分发器207替换为STBC编码器，并将MIMO检测器218替换为STBC解码器。
为方便描述，将例示包括两个发送天线和两个带宽的系统，以描述根据本发明示例实施例的帧配置。即，在图2所示的系统中，L是2，且M是2。在本发明的示例实施例中使用传统的帧配置和OFDM码元配置，以便提供与现有IEEE 802.11a系统的兼容性。
在本发明的示例实施例中，对于OFDM码元配置，将40MHz带宽分为128个子载波，通过组合现有技术中的两个20MHz带宽(每个都被分为64个子载波)而生成这128个子载波。因此，使用128-IFFT执行20MHz和40MHz带宽的OFDM调制。
图4示出了支持单个带宽的OFDM子载波分配方法和支持多路复用带宽的OFDM子载波分配方法。
当在传统的IEEE 802.11a中通过单个天线和单个带宽来发送信号时，形 成子载波分配配置(a)。根据本发明示例实施例的配置(b)对应于在传统的IEEE802.11a中当信号填充期望的带宽、0填充其他带宽、并且通过单个天线来发送该信号时的配置。
即，当在使用图4所示的子载波分配配置的两个带宽的单个配置(b)中使用具有较低频率的一侧带宽时，在0和63之间的52个子载波中分配数据和导频，并在-64和-1之间填充0。因此，因为在新系统中发送传统的帧结构，所以根据本发明示例实施例的系统兼容传统的IEEE 802.11a系统。
将描述根据本发明示例实施例的帧配置。
图5示出了用于表示IEEE 802.11a帧配置的图。
图5所示的IEEE 802.11a帧配置包括短前同步码t1至t10、长前同步码T1和T2、保护间隔G1和G2、信号码元SIGNAL、以及数据。短前同步码和长前同步码是在解调的情况下用于同步和信道评估的码元。信号码元包括有关数据速率、长度和奇偶的信息。
短前同步码是如数学式1所给出的、通过傅立叶变换OFDM频域信号而生成的码元，并且长前同步码是如数学式2所给出的、通过傅立叶变换OFDM频域信号而生成的码元。
[数学式1]
[数学式2]
L-26，26＝{1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，1，1，1，1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，1，1，1，0，
1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，1，1，-1，-1，1，-1，1，-1，1，1，1，1}
信号码元包括有关数据段的长度(0到4095字节)、码率(1/2、2/3和3/4)、以及映射方法(BPSK、QPSK、16-QAM和64-QAM)的信息。
为了提供与IEEE 802.11a的兼容性，当在本发明的示例实施例中根据传统的OFDM模式(IEEE 802.11a)来发送信号时，针对多天线的特性，对图5所示的帧结构稍作修改。
当使用两个发送天线时，将前同步码的52个子载波均等地除以要发送的26个子载波。还在信号码元之后提供第二长前同步码，以便评估在第一长前同步码中不使用的子载波的信道。
通过由另一天线发送被用作第二长前同步码的第一长前同步码来执行子 载波的MIMO信道评估。因此，将长前同步码的长度增加了发送天线的数目。
数学式3给出了要由两个天线发送的短前同步码的频域信号。由天线0发送S(0) -26，26，并由天线1发送S(1) -26，26。
数学式4给出了在信号码元之前提供的第一长前同步码的频域信号。由天线0发送L(0) -26，26，并由天线1发送L(1) -26，26。
[数学式3]
[数学式4]
在第二长前同步码跟在信号码元后面的情况下，改变第一长前同步码的位置，使得由天线0发送L(1) -26，26并由天线1发送L(0) -26，26。
图6示出了用于表示根据本发明示例实施例的帧配置的图。
如图6所示，由第一天线(天线0)发送的帧使用偶数子载波来发送帧，并且通过使用奇数子载波的第一长前同步码作为第二长前同步码来形成帧。
重复地连接前同步码和信号码元的配置，以支持多带宽。例如，当使用两个带宽时，由数学式5和数学式6表示使用两个带宽的传统模式(双频带IEEE 802.11a)的短前同步码和长前同步码。
[数学式5]
[数学式6]
当使用两个带宽和两个天线时，由数学式7和数学式8给出由各个天线发送的短前同步码和长前同步码。
[数学式7]
[数学式8]
如上所述，由天线0发送S(0) -58，58，并由天线1发送S(1) -58，58。由天线0发送L(0) -58，58，并由天线1发送L(1) -58，58。然而，以相反次序来发送跟在信号码元之后的第二长前同步码。
根据上述配置，通过使用第二长前同步码来进一步执行信道评估、而不用确定在使用多带宽和多天线的系统中哪个天线发送信号，接收端执行子载波的信道评估。
因此，以由图2所示的前同步码生成器2301至230M生成长前同步码的同样方式来生成长前同步码，并且前同步码生成器2301至230M还在信号码元之后插入第二长前同步码，以生成帧。
帧生成器修改信号码元，以便提供与传统系统的兼容性。
在传统码元配置中作为保留位的、还未被使用的位被重新定义为天线位A，并且将该位用于在SDM和STBC之间进行区别。
四个速率(RATE)位的R4位用于在传统IEEE 802.11a模式和多天线OFDM模式之间进行区分。因此，帧生成器分配如表1所示的速率位R1至R4、以及天线位A。
[表1]
如表1所示，当R4位被设为1时，以IEEE 802.11a方法来接收数据。因为在R4位是1，发送模式是IEEE 802.11a，所以天线位A的值没有影响，并且信号码元的配置对应于IEEE802.11a中的配置。
然而，当将R4位被设为0时，系统是MIMO系统。此时，参照天线位A来确定发送模式是SDM模式还是STBC模式。
R1至R3位分别对应于有关八个数据速率、映射方法和码率的信息。
因此，通过以传统信号码元的同样方式组合24个位来配置信号码元。24个位包括12位的长度、1位的奇偶、以及6位的尾部(tail)。在传统的IEEE802.11a模式下，在64或重复的128(64+64)个子载波上发送数据，而在如 数学式4和数学式8所示的多天线模式下，在偶数子载波和奇数子载波上单独地发送数据。
对于发送天线的输出，不管发送天线和带宽的数目如何，都形成预定的前同步码和信号码元配置。
在以上帧配置中，将描述在接收端中用于维持传统系统和根据示例实施例的系统的兼容性的处理。
当在传统的IEEE 802.11a系统中发送数据时，传统的接收器可执行短前同步码、第一长前同步码和信号码元字段的解调。然而，当信号码元被解释时，因为当速率(RATE)位的R4位是1时该帧对应于传统的帧，所以对跟在信号码元之后的数据进行解调，因为当R4位是0时，传统的解调器不解调该帧，所以直到该帧结束才执行数据解调。因此，通过组合传统系统和根据本发明示例实施例的系统，形成在网络中提供的兼容性。
当信号码元的R4是1时，在根据本发明示例实施例的系统的接收器确认该帧是IEEE 802.11a帧之后，该接收器开始对跟在信号码元之后的数据执行解调。然而，当R4是0时，接收器通过使用跟在信号码元之后的第二长前同步码来执行信道评估，搜索天线位A，确定发送模式是SDM-OFDM还是STBC-OFDM，并且根据所确定的模式，在适当的解调处理之后恢复所发送的数据。
因此，根据本发明示例实施例的系统被允许兼容传统IEEE 802.11a系统。
图7示出了用于表示根据本发明示例实施例的接收器的初始同步的配置的框图。
在图7中，接收器包括用于各个天线的路径的DC-偏移补偿器300a和300b、以及用于补偿I/Q失配的同相和正交(I/Q)补偿器310a和310b。DC-偏移补偿器300a和300b去除在各个天线的路径上的、可能在模拟和RF电路中生成的DC-偏移。I/Q补偿器310a和310b补偿可能在模拟和RF电路中生成的I/Q失配。
向信道混合器400输入信号码元之前的数据，即短前同步码和第一长前同步码。在信道混合器400中，为了将两个带宽40MHz信号分别分为20MHz的信道0和20MHz的信道1，将频率平移+10MHz和-10MHz。因此，从各个天线路径生成两个输出。信号经过低通滤波器(LPF)410，并且将信号抽选(decimate)1/2，以将信号转换为20MHz带宽信号。通过使用20MHz的短前同 步码和第一长前同步码来执行初始同步。
通过使用短前同步码和第一长前同步码的自相关，载波频率偏移(CFO)评估器430评估载波频率偏移。
帧同步器420通过使用短前同步码和第一长前同步码的互相关来执行帧同步。带宽检测器440通过使用第一长前同步码的自相关来执行带宽检测，以确定操作带宽。
在执行了初始同步之后，将包括第一长前同步码和数据部分的信号码元输入到FFT单元330a和330b。此时，通过使用第一长前同步码的FFT输出，评估信道并解调信号码元。
因为用于发送信号码元的方法始终相同，所以对信号码元解调不需要有关发送模式的信息。在解调了信号码元之后，提供有关发送模式、操作带宽、帧长度、解调方法以及码率的信息。
如上所述，当R4是1时(即，当发送模式是MIMO-OFDM模式时)，信道评估器450还通过使用第二长前同步码来执行信道评估。
当执行信道评估时，参照在信号码元中建立的信息来对数据字段进行解调。
相位补偿器340a和340b通过使用导频子载波来评估和补偿残余频率和相位偏移。
由检测器300根据发送模式来检测信号，并且接收器组合经过了去映射器、解交织器、维特比解码器以及解扰器的数据，并将所组合的数据发送给介质访问控制(MAC)层。
因此，支持多天线的该系统有助于信道评估，并且提供了与传统系统的兼容性。
图8示出了用于表示根据本发明示例实施例的用于发送数据的方法的流程图。
在步骤S100中，将在源单元中生成的二进制数据分发给多个带宽。因为将二进制数据分发给多个带宽，所以可增加数据速率。
在步骤S110中，通过示例性地使用用于增强数据纠错的卷积码，分别对被分发给各个带宽的数据进行编码。在编码操作之前，还可以执行扰码操作。
当对数据编码时，在步骤S120中，执行用于防止突发(burst)发送错误的交织操作，并且将二进制数据映射为多个复码元。映射方法包括BPSK、QPSK、 16QAM和64QAM调制。
在步骤S140中，将映射为复数码元的数据分发给天线，并且将分配给各个天线的子载波分配给所分发的复码元。通过分配子载波而形成的OFDM信号分别执行逆快速傅立叶变换，以将频域信号变换为时域信号。
当分配了子载波时，信号填充期望的带宽，而0填充其他带宽。还可分配子载波，使得由一个天线使用的子载波不会被另一天线使用。
在步骤S100和S130中，不仅可以使用多带宽和天线，还可以使用单个带宽和单个天线。
当使用单个带宽和天线时，数据调制处理对应于传统IEEE 802.11a的数据调制处理。
因此，在步骤S150中，确定是否要根据MIMO发送方法、使用多带宽和天线来发送OFDM信号。通过搜索发送器的配置和先前操作来确定用于确定MIMO状态的信息。
当要根据MIMO发送方法、使用多天线来发送OFDM信号时，在步骤S160中，生成各个子载波的前同步码。前同步码包括操作天线和子载波的长前同步码。长前同步码包括用于天线的操作子载波的信道评估的第一长前同步码、以及用于未使用的子载波的信道评估的第二长前同步码。
此时，已由天线用于子载波的第一长前同步码可以被用于第二长前同步码。
在步骤S161中，生成具有关于数据解调的信息的信号码元。通过将有关发送模式、数据速率、映射方法和码率的信息映射到如表1所示的位R1至R4和天线位，来生成信号码元。
在步骤S162中，通过使用所生成的短前同步码、第一长前同步码和第二长前同步码，生成用于MIMO天线的数据字段和帧。按照短前同步码、第一长前同步码、信号码元、第二长前同步码以及数据字段的顺序来配置帧。
当确定不根据MIMO发送方法来发送OFDM信号时，以传统系统的同样方式，在步骤S170中生成用于单个天线的帧。用于单个天线的帧也包括短前同步码、长前同步码、信号码元和数据字段。将省略上面已描述的用于单个天线的帧的生成的描述。
在步骤S180中，通过RF发送单元，将通过上述配置生成的帧发送到接收器。
图9示出了用于表示根据本发明示例实施例的用于接收数据的方法的流程图。
在用于接收数据的方法中，在步骤S210中，对通过无线电信道接收的OFDM信号进行初始同步。此外，在步骤S210中，通过使用滤波器来去除DC偏移，并补偿I/Q失调。使用信号码元之前的短前同步码和第一长前同步码来执行经补偿的信号的初始同步。
在步骤S220中，通过短前同步码和第一长前同步码的自相关来评估子载波频率偏移，并且通过使用短前同步码和第一长前同步码的互相关来执行帧同步。
在步骤S230中，通过使用第一长前同步码的自相关来执行带宽检测，以确定操作带宽。
在步骤S240中，通过第一长前同步码的快速傅立叶变换来执行第一信道评估。因为已经在IEEE 802.11a中定义了物理层收敛过程(PLCP)前同步码，即用于同步的成列信号(train signal)，所以本领域技术人员容易选择用于初始定时同步、频率同步以及信道评估的方法。
在步骤S250中，接收器对信号码元进行解调，并确定有关信号码元的信息。信号码元包括有关发送模式、数据速率、映射方法和码率的信息。
在步骤S260中，接收器参照发送模式信息，确定是否所解调的信号码元是从MIMO系统发送的。基于信号码元中的R4位的设定值，给出发送模式信息。
当发送模式是MIMO-OFDM模式时，通过使用在信号码元之后发送的第二前同步码来执行信道评估。未由另一天线使用的子载波的第一长前同步码可替换为该第二长前同步码。因此，当执行了第二评估时，有关MIMO-OFDM信号的信道评估完成。
通过使用导频子载波来补偿相位偏移，并且根据信号码元中的数据速率、映射方法和码率来执行数据解调。已参照图3描述了数据解调。
在前面的步骤S260中，当发送模式不是MIMO-OFDM模式时，执行相位补偿和数据解调，而不执行另一信道评估。
根据本发明的示例实施例，由MIMO-OFDM系统提供高速数据速率，并且因为在本发明的示例实施例中保持了传统单个天线OFDM系统的大部分帧配置，所以还提供了与传统系统的兼容性。
尽管已参照优选实施例详细描述了本发明，但本领域技术人员将意识到，可对其进行各种修改和替换，而不会脱离在所附权利要求中阐明的本发明的精神和范围。

Claims (18)

1.一种用于在无线通信系统中生成和发送帧的装置，所述装置包括：
帧生成器，其配置为生成帧，包括：
包括用于同步的码元的短前同步码；
位于所述短前同步码之后的第一和第二长前同步码，其中，使用预定长前同步码来生成所述第一和第二长前同步码；
位于所述第一和第二长前同步码之后的数据字段，其中所述第二长前同步码包括接收器解调所述数据字段所需的信道估计信息；以及
位于所述第一长前同步码和所述第二长前同步码之间的信号码元，其中，所述信号码元包括有关数据速率、映射方法和码率的信息；以及
发送器，其配置为将所述帧发送到接收器，
其中所述预定长前同步码包括{1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，1，1，1，1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，1，1，1，0，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，1，1，-1，-1，1，-1，1，-1，1，1，1，1}作为其元素，并且
其中，第一长前同步码以具有1.6微秒的长度的保护间隔为前缀并且包括两个长前同步码；信号码元以具有0.8微秒的长度的保护间隔为前缀；第二长前同步码包括两个长前同步码，每个分别以具有0.8微秒的长度的保护间隔为前缀；在第二长前同步码中，包括保护间隔的每个长前同步码的长度为4.0微秒；数据字段的码元以具有0.8微秒的长度的保护间隔为前缀。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一和第二长前同步码的频率域信号分别是从所述预定长前同步码得到的第一和第二频域信号。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一和第二长前同步码分别等于所述第一和第二频域信号的逆傅立叶变换。
4.如权利要求2或3所述的装置，其中，所述第一频域信号等于所述预定长前同步码的傅立叶变换。
5.如权利要求4所述的装置，其中，通过改变所述预定长前同步码的傅立叶变换而生成所述第二频域信号。
6.如权利要求2或3所述的装置，其中，通过改变所述预定长前同步码的傅立叶变换而生成所述第一和第二频域信号。
7.如权利要求1所述的装置，其中，所述用于同步的码元和所述信号码元是OFDM码元。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述发送器还包括多个天线，用于将所述帧发送到所述接收器。
9.如权利要求1所述的装置，其中，将用于所述数据字段的数据分发到两个或更多卷积编码器，并且通过所述卷积编码器编码。
10.一种用于在无线通信系统中生成和发送帧的方法，所述方法包括：
生成帧，包括：
包括用于同步的码元的短前同步码；
第一和第二长前同步码，其中，使用预定长前同步码来生成所述第一和第二长前同步码；
位于所述第一和第二长前同步码之后的数据字段，其中所述第二长前同步码包括接收器解调所述数据字段所需的信道估计信息；以及
位于所述第一长前同步码和所述第二长前同步码之间的信号码元，其中，所述信号码元包括有关数据速率、映射方法和码率的信息；以及
将所述帧发送到接收器，
其中所述预定长前同步码包括{1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，1，1，1，1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，1，1，1，0，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，1，1，-1，-1，1，-1，1，-1，1，1，1，1}作为其元素，并且
其中，第一长前同步码以具有1.6微秒的长度的保护间隔为前缀并且包括两个长前同步码；信号码元以具有0.8微秒的长度的保护间隔为前缀；第二长前同步码包括两个长前同步码，每个分别以具有0.8微秒的长度的保护间隔为前缀；在第二长前同步码中，包括保护间隔的每个长前同步码的长度为4.0微秒；数据字段的码元以具有0.8微秒的长度的保护间隔为前缀。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一和第二长前同步码的频率域信号分别是从所述预定长前同步码得到的第一和第二频域信号。
12.如权利要求11所述的方法，还包括：
对所述第一和第二频域信号执行逆傅立叶变换，以生成所述第一和第二长前同步码。
13.如权利要求11或12所述的方法，其中，所述第一频域信号等于所述预定长前同步码的傅立叶变换。
14.如权利要求13所述的方法，其中，通过改变所述预定长前同步码的傅立叶变换而生成所述第二频域信号。
15.如权利要求11或12所述的方法，其中，通过改变所述预定长前同步码的傅立叶变换而生成所述第一和第二频域信号。
16.如权利要求10所述的方法，其中，所述用于同步的码元和所述信号码元是OFDM码元。
17.如权利要求10所述的方法，其中，所述发送帧包括：使用多个天线将所述帧发送到所述接收器。
18.如权利要求10所述的方法，还包括：
将用于所述数据字段的数据分发到两个或更多卷积编码器，并且通过所述卷积编码器编码所述数据。
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