CN102356583B - 用于编码plcp报头的技术和设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于编码基于块的通信系统报头的方法（400）和设备。编码基于块的通信系统报头的物理（PHY）层报头和介质访问控制（MAC）报头以便产生奇偶校验位，其中PHY层报头至少包括循环前缀（CP）模式位（S410）。将奇偶校验位附加到PHY层报头和MAC层报头以便产生位矢量（S420）。将该位矢量划分成至少两个数据块，其中第一数据块至少包括CP模式位（S430）。将预定义数量的尾位附加到每个数据块（S440）。将所述两个数据块映射成至少两个符号，其中第一数据块映射到第一符号，使得第一符号为被传输的第一报头符号（S450）。
Description
本申请要求2009年3月19日提交的美国临时申请No.61/161586的权益。
本发明总体上涉及基于块的通信系统，并且更特别地，涉及用于提高这样的系统的吞吐量的技术。
基于块的通信系统传统上用于无线通信。这样的系统的实例是正交频分复用（OFDM）调制系统、单载波块传输（SCBT）系统等等。基于块的通信系统对于多径干扰是鲁棒的，并且具有高频率使用率，从而对于无线传输是非常高效的。
由这样的系统传输的信号以帧组织，其中每帧包含可变数量的符号。图1示出了例如OFDM系统中利用的示例性帧结构100。帧100包括物理层会聚协议（PLCP）前导110、PLCP报头120和PLCP服务数据单元（PSDU）130。PLCP前导110携带用于执行初始获取、自动增益控制、定时和频率同步以及用于导出信道冲激响应的初始估计的信息。
PLCP报头120包括允许正确地解码PSDU 130符号的参数。例如，这些参数包括有效载荷长度、调制和编码方案（MCS）等等。PLCP报头120包括物理（PHY）层报头、介质访问控制（MAC）层报头、用于检测和纠正PHY和MAC层报头中的错误的预定义数量的奇偶校验位以及尾位。奇偶校验位由里德-所罗门（RS）编码器产生并且基于PHY和MAC层报头的内容进行计算。在接收器中，整个PLCP报头120应当使用RS解码器进行解码。PSDU 130包含来自MAC层的有效载荷数据。PLCP前导110和报头120包含恒定数量的符号。
图2示出了单个OFDM符号200的图示，该OFDM符号包括两个部分：有用部分210，其为快速傅立叶变换（FFT）窗口；以及保护间隔（GI）220。也称为循环前缀（CP）的保护间隔是符号末端（即部分212）在符号开始处的重复。有用部分210的持续时间（TFFT）大于保护间隔220的持续时间（TGI）。符号200的持续时间是TSYM。
保护间隔220的使用提高了系统的性能并且简化了接收器的实现，但是可能导致低效的带宽利用。例如，如果保护间隔220的长度为NGI个样本，那么系统的带宽效率按因数NGI/(N+NGI)降低，其中N为符号中的样本（子载波）数。保护间隔持续时间TGI通常基于最坏情况信道条件而导出，并且因而可能导致带宽的低效使用。一种用于提高带宽利用的方法是基于信道条件动态地调节保护间隔持续时间TGI。
使用自适应保护间隔的基于块的系统包括PLCP报头120（及其PHY报头）中的循环前缀（CP）模式。CP模式指示保护间隔持续时间TGI。在常规的实现方式中，接收器处理PLCP前导110和报头120的符号。之后，可以解调和解码PSDU 130的符号。在一些情况下，PLCP报头120由于符号的长度有限而不能包含在一个符号中。例如，在ecma-392标准中定义的基于认知网络联盟（CogNeA）的系统的特定实现方式中，使用最低MCS模式的OFDM符号可以携带98位，而典型的PLCP报头120包括198位（40个PHY报头位、80个MAC报头位、64个RS奇偶校验位以及12个尾位）。此外，基于块的接收器应当知道保护间隔持续时间TGI以便理想地确定快速傅立叶变换（FFT）窗口。
典型地，基于块的接收器（例如OFDM接收器）使用流水线技术处理接收的符号。这种形式的实现方式减少了延迟并且进一步使得接收器能够在分配的时间（例如短帧间间隔（SIFS）窗口）内发送确认（ACK）分组。图3示出了常规OFDM接收器300的示意图。流水线处理意味着在块n的时间处，FFT模块310处理第n个块，信道校正模块320处理第（n-1）个块，并且RS解码器330解码第（n-2）个块。当CP模式信息在PLCP报头120中传输时，接收器300只能在PLCP报头120的符号完全被RS解码之后，换言之，仅当RS解码器330完成解码携带PLCP报头120的符号时，才能确定该信息。这导致流水线过程中引起显著的延迟的障碍。例如，当PLCP报头120正被解码并且CP模式不可用时，接收器300不可能开始处理PSDU 130符号，因为保护间隔持续时间不可用。结果，系统的总体吞吐量降低。
因此，有利的是提供一种提高基于块的通信系统的性能和吞吐量的高效的解决方案。
本发明的特定实施例包括一种用于编码基于块的通信系统报头的方法。该方法包括：编码基于块的通信系统报头的物理（PHY）层报头和介质访问控制（MAC）报头以便产生奇偶校验位，其中PHY层报头至少包括循环前缀（CP）模式位；将奇偶校验位附加到PHY层报头和MAC层报头以便产生位矢量；将该位矢量划分成至少两个数据块，其中第一数据块至少包括CP模式位；将预定义数量的尾位附加到每个数据块；以及将所述至少两个数据块映射成至少两个符号，其中第一数据块映射到第一符号，使得第一符号为被传输的第一报头符号。
本发明的特定实施例进一步包括一种用于编码基于块的通信系统报头的设备。该设备包括：块编码单元，其用于使用块码编码循环前缀（CP）模式位；系统里德-所罗门（RS）编码器，其用于编码物理（PHY）层报头和介质访问控制（MAC）层报头以便产生奇偶校验位，其中PHY层报头至少包括块编码的CP模式位；矢量分解器，其用于将系统RS编码器的输出划分成至少两个数据块并且将预定义数量的尾位附加到每个数据块，其中第一数据块至少包括CP模式位；以及映射器，其用于将所述至少两个数据块映射成至少两个符号，其中第一数据块映射到第一符号，该第一符号为被传输的第一报头符号。
本发明的特定实施例也包括一种用于产生由基于块的通信系统的发送器发送的物理层会聚协议（PLCP）报头的设备，其中PLCP报头以两个符号传输。第一传输的符号包括PLCP报头的第一半且至少包括循环前缀（CP）模式位，并且第二传输的符号包括PLCP报头的第二半，其中CP模式位经过块编码并且定义了保护间隔的持续时间。
在本说明书结尾处的权利要求中特别地指出且清楚地要求保护被看作本发明的主题。本发明的前面的和其他的特征和优点根据以下结合附图进行的详细描述将是清楚明白的。
图1为OFDM帧结构的示图；
图2为单个OFDM符号的图示；
图3为OFDM接收器的框图；
图4为用于依照本发明一个实施例编码PLCP报头的流程图；
图5为示出依照本发明一个实施例构造的PHY报头格式的非限制性示图；以及
图6为依照本发明一个实施例的设备的框图。
重要的是应当指出，本发明公开的实施例仅仅是这里的创新教导的许多有益用途的实例。通常，在本申请的说明书中做出的陈述不一定限制了要求保护的不同发明中的任何一项发明。而且，一些陈述可能适用于某些发明特征，但不适用于其他发明特征。通常，除非另有说明，不失一般性，单数元件可以为复数，反之亦然。在附图中，相似的附图标记贯穿若干视图表示相似的部分。
依照本发明的原理，新的PLCP报头格式被定义和编码以便使得接收器能够在第一报头符号期间解码CP模式信息。这允许接收器在其余报头符号正被解码的同时处理第一有效载荷符号。
图4示出了一个示例性且非限制性的流程图400，该流程图描述依照本发明一个实施例的用于编码PLCP报头的过程。在S410处，使用系统RS编码器编码PLCP报头的PHY和MAC报头，这产生“m”个奇偶校验字节（m为大于1的整数）。PHY和MAC报头未被RS编码改变。这允许在接收器处没有RS解码的情况下导出保护间隔持续时间。应当指出的是，在典型的操作条件下并且基于在鲁棒模式下传输报头这一事实，传递保护间隔持续时间的CP模式位被认为是可靠的。在本发明的特定实施例中，简单的块码可以用来提高CP模式位的可靠性，从而确保这些位的总体可靠性类似于PLCP报头位的其余部分。此外，CP模式位被置于PLCP报头的开始处。
在S420处，将所述“m”个奇偶校验字节附加到PHY和MAC报头位以便产生具有“k”个位的位矢量（k为大于1的整数）。在S430处，将位矢量均等地划分成2个数据块，每个数据块包含相同数量的位。
在S440处，将数量为“t”的尾位（t为大于1的整数）附于每个数据块。得到的位矢量的长度为“k+2t”并且该矢量被设计成恰好适合2个符号。在S450处，对每个数据块独立地进行编码并且将其映射成两个符号，例如OFDM符号。特别地，当把数据块映射成符号时，CP模式（设计在PLCP报头内的PHY层报头中）包含在要传输的第一符号中。
在本发明的一个优选的实施例中，RS编码器产生8个奇偶校验字节（即m=8），尾位的数量为6（即t=6）并且包括尾位的位矢量的长度为196位。此外，可以使用1/2码率的卷积编码和正交相移键控（QPSK）映射来编码位矢量且将其映射成2个OFDM符号，每个符号具有98位。
图5示出了说明依照本发明一个实施例构造的PHY报头格式500的非限制性示图。PHY报头500为PLCP报头的一部分并且至少包括允许解码PSDU符号的参数。特别地，PHY报头500包括定义保护间隔持续时间的CP模式字段510（位b0-b7）、传输模式字段520（位b8和b9），位b10-b13为数据率字段530的位。定义有效载荷数据的长度的长度字段540置于位b16-b27内，位b28和b29规定初始化种子（SCR）字段550，交织器选项560在位b32和b33中指定，并且传输功率字段570处于b37-b39内。PHY报头500也包括位于位置b14、b15、b30、b31和b34-b36中的若干保留位。
在本发明的一个实施例中，重复码用来编码CP模式字段510的位。依照该实施例，CP模式字段510的前两位（位b0和b1）确定保护间隔持续时间，其中这些位的值到持续时间的映射被预先定义。表1中提供了这种映射的一个实例。其余的CP模式位（位b2-b7）是位b0和b1的重复。换言之，位b2、b4和b6是位置0中的位的拷贝，而位b3、b5和b7是位b1的拷贝。
表1
| CP模式位C1 – C0 | GI持续时间 |
| 00 | TFFT/16 |
| 01 | TFFT/8 |
| 10 | 未使用 |
| 11 | TFFT/32 |
图6示出了依照本发明一个实施例的设备600的非限制性示图。设备600被设计成允许以这样的方式编码PLCP报头，使得甚至在接收器中执行RS解码之前可靠的CP模式位可用，从而允许接收器在处理第一接收的报头符号之后导出保护间隔持续时间。设备600包括块编码单元610、系统RS编码器620、矢量分解器630、编码器640和映射器650。
块编码单元610接收CP模式的“j”位（例如PHY报头500的b0和b1）并且输出“g”位，其中最后“g-j”位（例如PHY报头500的b2-b7）是CP模式位的重复。将块编码单元610的输出插入到PHY报头中。参数“j”和“g”是大于1的整数。应当指出的是，块编码单元610使用重复码以编码CP模式位。这仅仅是可以利用的编码的一个实例。用于编码CP模式位的其他可能的编码对于本领域普通技术人员将是清楚明白的。
系统RS编码器620编码PLCP报头的PHY和MAC报头。在系统RS码中，码字包括通常在固定位置处的原始消息字节。因此，在接收器处，有可能在不执行RS解码过程的情况下访问这些消息字节。本领域普通技术人员应当熟悉RS编码和解码过程。RS编码器620的输出是被附加到PHY和MAC报头的“m”个奇偶校验位。
矢量分解器630均等地将包括PHY和MAC报头以及奇偶校验位的输入位矢量划分成两个数据块（BLK1和BLK2）。矢量分解器630也将“t”个尾位附加到每个数据块。编码器640编码矢量分解器630产生的块，并且然后编码的数据块由映射器650映射成2个数据符号（例如OFDM符号）。编码器640可以使用纠错码，例如1/2码率的卷积码、turbo码、低密度奇偶校验（LDPC）等等。编码器640通过使用任何基于星座的方案进一步将数据块调制到星座点。映射器650将这些星座点分配给OFDM符号中的子载波。
本发明的不同实施例可以与使用像OFDM那样的调制方案的任何基于分组的通信系统一起使用。特别地，本文公开的教导可以与使用自适应保护间隔持续时间和超过一个OFDM符号以便传输PLCP报头位的系统一起使用。例如，本发明的教导可以在利用ecma-392标准等的基于CogNeA的系统中高效地实现。
本发明的原理可以实现为硬件、固件、软件或者其任意组合。而且，软件优选地实现为有形地包含在程序存储单元、计算机可读介质或机器可读介质上的应用程序。本领域普通技术人员应当认识到，“机器可读介质”和/或“计算机可读介质”是能够存储数据的介质并且其形式上可以是数字电路、模拟电路、磁性介质或者其组合。应用程序可以上传到包括任何适当架构的机器并且由该机器执行。优选地，该机器在具有诸如一个或多个中央处理单元（“CPU”）、存储器和输入/输出接口之类的硬件的计算机平台上实现。计算机平台也可以包含操作系统和微指令代码。本文描述的各种过程和功能可以是微指令代码的一部分或者应用程序的一部分，或者其任意组合，其可以由CPU执行，不管这样的计算机或处理器是否明确地示出。此外，各种其他的外设单元可以连接到所述计算机平台，例如附加数据存储单元和打印单元。
本文记载的所有实例和条件语言预期用于教学目的以便帮助读者理解本发明人对促进本领域而贡献的本发明原理和构思，并且应当解释为不限于这样的特别记载的实例和条件。而且，本文中记载本发明的原理、方面和实施例及其特定实例的所有陈述预期包含其结构的和功能的等价物。此外，应当预期的是，这样的等价物包括当前已知的等价物以及未来开发的等价物，即执行相同功能的任何开发的元件，而不管结构如何。
Claims (14)
1.一种用于编码基于块的通信系统报头的方法（400），包括：
编码基于块的通信系统报头的物理（PHY）层报头和介质访问控制（MAC）报头以便产生奇偶校验位，其中PHY层报头至少包括循环前缀（CP）模式位（S410）；
将奇偶校验位附加到PHY层报头和MAC层报头以便产生位矢量（S420）；
将该位矢量划分成至少两个数据块，其中第一数据块至少包括CP模式位（S430）；
将预定义数量的尾位附加到所述至少两个数据块的每个数据块（S440）；以及
将所述至少两个数据块映射成至少两个符号，其中第一数据块映射到第一符号，使得第一符号为被传输的第一报头符号（S450）。
2.权利要求1的方法，其中基于块的通信系统报头至少为物理层会聚协议（PLCP）报头。
3.权利要求1的方法，其中所述编码是系统里德-所罗门（RS）编码。
4.权利要求1的方法，其中CP模式位至少定义保护间隔的持续时间。
5.权利要求4的方法，其中CP模式位是PHY层报头中的头几位。
6.权利要求5的方法，其中在不执行RS解码的情况下导出保护间隔的持续时间。
7.权利要求5的方法，其中使用块码编码CP模式位。
8.权利要求1的方法，进一步包括至少使用1/2码率的卷积码编码所述至少两个数据块。
9.权利要求8的方法，其中所述编码进一步包括使用基于星座的方案将数据块调制到星座点。
10.一种用于编码基于块的通信系统报头的设备（600），包括：
块编码单元（610），其用于使用块码编码循环前缀（CP）模式位；
系统里德-所罗门（RS）（620）编码器，其用于编码物理（PHY）层报头和介质访问控制（MAC）层报头以便产生奇偶校验位，其中PHY层报头至少包括块编码的CP模式位；
矢量分解器（630），其用于将系统RS编码器的输出划分成至少两个数据块并且将预定义数量的尾位附加到每个数据块，其中第一数据块至少包括CP模式位；以及
映射器（650），其用于将所述至少两个数据块映射成至少两个符号，其中第一数据块映射到第一符号，使得该第一符号为被传输的第一报头符号。
11.权利要求10的设备，其中CP模式位定义保护间隔的持续时间。
12.权利要求10的设备，其中CP模式位为PHY层报头中的头几位。
13.权利要求10的设备，其中基于块的通信系统报头至少为物理层会聚协议（PLCP）报头。
14.权利要求10的设备，进一步包括用于至少使用1/2码率的卷积码来编码所述至少两个数据块的编码器。
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