CN102511131A - 在无线局域网系统中发送训练信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种在无线局域网(WLAN)系统中发送训练信号的方法，该方法包括以下步骤：通过将映射矩阵P应用于训练信号产生序列来产生针对第一目的站的一个或更多个第一训练信号以及针对第二目的站的一个或更多个第二训练信号；根据天线映射矩阵将所述第一训练信号和所述第二训练信号映射至多个天线；以及对映射至所述多个天线的所述第一训练信号和所述第二训练信号中的每一个执行快速傅里叶逆变换(IFFT)；以及通过所述多个天线发送所述训练信号。

Description

在无线局域网系统中发送训练信号的方法和设备

技术领域

本发明涉及无线通信，更具体地讲，涉及在无线局域网(WLAN)系统中发送训练信号的方法和设备。

背景技术

随着近来信息通信技术的发展，正在开发各种无线通信技术。其中，WLAN是基于射频技术使得能够在家中或公司或在特定服务提供区域中通过诸如个人数字助理(PDA)、膝上型计算机和便携式多媒体播放器(PMP)的移动终端来无线接入互联网的技术。

自电气和电子工程师协会(IEEE)802(即，WLAN技术的标准组织)于1980年2月建立起，进行了大量标准化工作。

根据IEEE 802.11，初始的WLAN技术能够利用2.4GHz频带来通过跳频、扩频和红外通信支持1Mbps至2Mbps的比特率，但近来的WLAN技术能够利用正交频分复用(OFDM)支持54Mbps的最大比特率。另外，在IEEE 802.11中，已经开始实际使用或正在开发各种技术的标准化，诸如服务质量(QoS)的改进、接入点(AP)协议的兼容性、安全增强、无线电资源测量、用于车辆环境的无线接入车载环境、快速漫游、网状网络、与外部网络的互通以及无线网络管理。

此外，作为近来的用于克服被认为是WLAN中的弱点的通信速度的限制的技术标准，近来已经将IEEE 802.11n标准化。IEEE 802.11n的目的在于增加网络的速度和可靠性，并扩展无线网络的覆盖范围。更具体地讲，IEEE 802.11n基于多输入多输出(MIMO)技术，该MIMO技术在发送机和接收机这两侧使用多个天线，以便支持数据处理速度为540Mbps或更高的高吞吐量(HT)，使传输错误最小化，并优化数据率。此外，IEEE 802.11n不仅可使用发送多个冗余副本以便增加数据可靠性的编码方法，而且可使用正交频分复用(OFDM)方法以便增加数据率。

随着WLAN的扩展被启用以及使用WLAN的应用变得多样化，需要支持比IEEE802.11n标准所支持的数据处理速度更高的吞吐量的新的WLAN系统。甚高吞吐量(VHT)WLAN系统是近来为了支持1Gpbs或更高的数据处理速度而提出的多个IEEE 802.11WLAN系统中的一个。术语“VHT WLAN系统”是任意的，针对MIMO和使用80MHz或更高的信道带宽的系统的可行性测试正在进行中，以便提供1Gpbs或更高的吞吐量。

为了处理可用于发送数据的空间流的数量的增加并支持针对多个用户的MIMO传输，需要考虑一种产生并发送用于发送站与接收站之间的空间流的信道估计的训练信号的方法。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供一种在WLAN系统中产生并发送训练信号的方法以及支持该方法的设备。

技术解决方案

在本发明的一方面中，提供了一种在无线局域网(WLAN)系统中发送训练信号的方法，该方法包括以下步骤：通过将映射矩阵P应用于训练信号产生序列来产生针对第一目的站的一个或更多个第一训练信号以及针对第二目的站的一个或更多个第二训练信号；根据天线映射矩阵将所述第一训练信号和所述第二训练信号映射至多个天线；以及对映射至所述多个天线的所述第一训练信号和所述第二训练信号中的每一个执行快速傅里叶逆变换(IFFT)并且通过所述多个天线发送所述训练信号。

所述映射矩阵P可由下式确定：

$P=\left[\begin{array}{cc}{P}_{4\×4}& P_{4\×4}\\ P_{4\×4}& -P_{4\×4}\end{array}\right]$

其中P_4×4为4×4正交矩阵。

所述P_4×4可等于下式：

$P_{4\×4}=\left[\begin{array}{cccc}1& -1& 1& 1\\ 1& 1& -1& 1\\ 1& 1& 1& -1\\ -1& 1& 1& 1\end{array}\right].$

所述第一训练信号可用于所述第一目的站以对在所述第一训练信号被发送之后发送的所述第一目的站的数据进行解调制，或者估计所述第一目的站与发送所述第一训练信号的发送站之间的信道。所述第二训练信号可用于所述第二目的站以对在所述第二训练信号被发送之后发送的所述第二目的站的数据进行解调制，或者估计所述第二目的站与所述发送站之间的信道。

在本发明的另一方面中，提供了一种在WLAN系统中发送训练信号的方法，该方法包括以下步骤：通过将映射矩阵P_k应用于训练信号产生序列来产生多个训练信号；以及将所述多个训练信号发送给一个或更多个目的站。

所述映射矩阵P_k可由下式确定：

$P_k=\left[\begin{array}{cc}{P}_{k-1}& P_{k-1}\\ P_{k-1}& -P_{k-1}\end{array}\right]$

其中为自然数，P₀为4×4正交矩阵。

所述4×4正交矩阵P₀可等于下式：

$P_0=\left[\begin{array}{cccc}1& -1& 1& 1\\ 1& 1& -1& 1\\ 1& 1& 1& -1\\ -1& 1& 1& 1\end{array}\right].$

训练信号的数量可等于或大于当在所述训练信号被发送之后将数据发送给所述一个或更多个目的站时用于发送所述数据的空间流的数量。

所述训练信号可用于所述目的站以对在所述训练信号被发送之后发送的数据进行解调制，或者估计所述目的站与发送所述训练信号的发送站之间的信道。

将所述多个训练信号发送给所述一个或更多个目的站可包括以下步骤：根据天线映射矩阵将所述多个训练信号映射至多个天线；以及对映射至所述多个天线的所述多个训练信号中的每一个执行IFFT，并通过所述多个天线发送所述训练信号。

所述训练信号产生序列可为预定值并且可根据所使用的信道的带宽来选择。

在本发明的另一方面中，提供了一种在WLAN系统中发送训练信号的方法，该方法包括以下步骤：通过将第一映射矩阵应用于训练信号产生序列来产生针对第一目的站的第一训练信号；通过将第二映射矩阵应用于训练信号产生序列来产生针对第二目的站的第二训练信号；以及利用多用户多输入多输出(MU-MIMO)技术将所述第一训练信号和所述第二训练信号发送给包括所述第一目的站和所述第二目的站的多个目的站。

在本发明的另一方面中，提供了一种无线电设备，该无线电设备包括发送训练信号的训练信号发送单元和产生所述训练信号的训练信号产生单元。所述训练信号产生单元通过将映射矩阵P应用于训练信号产生序列来产生针对第一目的站的一个或更多个第一训练信号以及针对第二目的站的一个或更多个第二训练信号。将所述第一训练信号和所述第二训练信号发送至所述第一目的站和所述第二目的站被配置为执行以下步骤：基于天线映射矩阵将所述第一训练信号和所述第二训练信号映射至多个天线，对映射至所述多个天线的所述第一训练信号和所述第二训练信号中的每一个执行IFFT，并且通过所述多个天线发送所述第一训练信号和所述第二训练信号。

所述映射矩阵P可由下式确定：

$P=\left[\begin{array}{cc}{P}_{4\×4}& P_{4\×4}\\ P_{4\×4}& -P_{4\×4}\end{array}\right]$

其中P_4×4为4×4正交矩阵。

所述P_4×4可等于下式：

$P_{4\×4}=\left[\begin{array}{cccc}1& -1& 1& 1\\ 1& 1& -1& 1\\ 1& 1& 1& -1\\ -1& 1& 1& 1\end{array}\right].$

有益效果

提供了一种可用于在WLAN系统中产生和发送训练信号的方法的映射矩阵。因此，可支持使用多个空间流的多用户多输入多输出(MU-MIMO)。

附图说明

图1是示出可应用本发明的实施方式的WLAN系统的示例的图示；

图2是示出HT系统的HT-混合模式PLCP格式的框图；

图3示意性地示出产生LTF的处理的示例；

图4示出根据空间流的数量的HT-LTF映射矩阵P_HTLTF的示例；

图5示出用在支持使用8个或更多个空间流的MU-MIMO传输的VHT系统中的PLCP帧格式的示例；

图6示出根据本发明的实施方式的产生VHT-LTF的方法；

图7示出根据本发明的另一实施方式的产生VHT-LTF的方法；

图8示出根据本发明的另一实施方式的产生VHT-LTF的方法；

图9示出根据本发明的实施方式的8×8VHT-LTF正交映射矩阵及其使用方法；

图10示出根据本发明的另一实施方式的8×8VHT-LTF正交映射矩阵及其使用方法；

图11示出根据本发明的另一实施方式的8×8VHT-LTF正交映射矩阵及其使用方法；以及

图12是实现本发明的实施方式的无线电设备的框图。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的一些实施方式。

图1是示出可应用本发明的实施方式的WLAN系统的示例的图示。

参照图1，WLAN系统包括一个或更多个基本服务集(Basic Service Set)(以下称作“BSS”)。BSS是可通过成功的同步来彼此进行通信的一组站(以下称作“STA”)。BSS并非指示特定区域的概念。此外，如可应用本发明的实施方式的WLAN系统中一样，在MAC服务接入点(SAP)处支持1GHz或更高的超高数据处理的BSS被称作VHTBSS。

VHT BSS可分为基础结构型BSS和独立型BSS(以下称作“IBSS”)。图1中示出了基础结构型BSS。基础结构型BSS BSS1和BSS2包括一个或更多个非AP STASTA 1、STA 3和STA 4、提供分布服务的接入点AP 1(STA 2)和AP 2(STA 5)以及将多个APAP 1和AP 2互连的分布系统(以下称作“DS”)。在基础结构型BSS中，AP STA管理BSS的非AP STA。

另一方面，IBSS(即，独立型BSS)是在自组织(ad-hoc)模式下运行的BSS。IBSS不包括在中心处执行管理功能的集中管理实体，因为该IBSS不包括AP VHTSTA。即，在IBSS中，以分布式方式管理非AP STA。此外，在IBSS中，所有STA均可由移动STA构成，它们形成自包含网络，因为对DS的接入是不允许的。

STA是特定的功能介质，包括根据IEEE 802.11标准的针对无线电介质的介质访问控制(MAC)层和物理层接口，其大体包括AP和非AP STA这两者。此外，支持MU-MIMO传输(将在稍后描述)和1GHz或更高的超高数据处理的STA被称为VHTSTA。在可应用本发明的实施方式的VHT WLAN系统中，BSS中包括的所有STA可以是VHT STA，或者可以是共存的VHT STA和非VHT STA(例如，支持IEEE 802.11a/b/g/n标准的STA)。

用于无线通信的STA包括处理器和收发器，并且还包括用户接口、显示装置等。处理器是被构造为产生将经由无线网络发送的帧或处理经由无线网络接收的帧的功能单元。处理器执行各种功能以控制STA。此外，收发器在功能上连接至处理器，并被构造为针对STA经由无线网络发送和接收帧。

在STA当中，用户所使用的便携式终端对应于非AP STA(例如，STA1、STA3和STA4)。STA可简称为非AP STA。非AP STA还可称为其它术语，例如终端、无线发送/接收单元(WTRU)、用户设备(UE)、移动台(MS)、移动终端或移动订户单元。此外，基于MU-MIMO技术(将在稍后描述)支持超高数据处理的非AP STA称为非AP VHT STA，或简称为VHT STA。

此外，APAP1和AP2是经由无线电介质为与DS关联的STA(即，关联STA)提供对该DS的接入的功能实体。在包括AP的基础结构型BSS中，非AP STA之间的通信原则上是经由AP执行的。在建立直接链路的情况下，可在非AP STA之间直接执行通信。AP还可称作集中控制器、基站(BS)、节点-B、基站收发器系统(BTS)或现场控制器。此外，基于MU-MIMO技术(将在稍后描述)支持超高数据处理的AP被称作VHTAP。

多个基础结构型BSS可通过DS(分布系统)互连。通过DS互连的多个BSS称为扩展服务集(ESS)。ESS中包括的STA可彼此通信。非AP STA可在相同的ESS内继续彼此通信，并从一个BSS移动到另一BSS。

DS是使得一个AP能够与另一AP进行通信的机制。根据该机制，AP可向由该AP管理并连接至BSS的STA发送帧，在任一STA移动到另一BSS的情况下将帧传送给该STA，或经由外部网络(例如，有线网络)传送帧。DS并非必须是网络，其可具有任何类型，只要其能够提供IEEE 802.11标准中规定的预定分布服务即可。例如，DS可以是无线网络(例如，网状网络)或用于互连AP的物理结构。

在VHT WLAN系统中，多个STA使用MU-MIMO技术以便有效地同时使用无线电信道。换言之，使得多个STA能够同时向AP发送数据以及从AP接收数据。AP可将空间复用的无线电帧同时发送给多个STA。为此，AP可测量信道条件，执行波束成形，并利用多个空间流发送和接收数据。

以下，将对数据进行空间复用并将空间复用的数据发送给多个STA称作MU-MIMO传输或SDMA传输。在MU-MIMO传输中，给各个STA(传输目标)分配至少一个空间流，可利用所分配的空间流将数据发送给该STA。

以下，将支持IEEE 802.11a/b/g标准的STA称作遗留(legacy)STA，并将支持IEEE 802.11n标准的STA称作HT STA，以便区分VHT STA与遗留STA和HT STA。类似地，将支持IEEE 802.11a/b/g标准的WLAN系统称作遗留系统，并将支持IEEE802.11n标准的WLAN系统称作HT系统，以便区分VHT系统与遗留系统和HT系统。在本说明书的整个范围内，除非另外描述，否则本文所述的PLCP帧格式中的分配了相同名称的字段的功能相同。

PLCP帧在STA的PLCP子层中产生，并利用多个天线经由PMD子层发送给目的STA。以下，PLCP帧格式以及发送构成PLCP帧格式的字段的方法仅为示意性的，发送字段的顺序不限于图中所示的顺序。在下面的描述中，除非另外特别描述了该顺序，否则发送字段的顺序可以改变，一些字段可被省略，或者可添加附加字段。

图2是示出HT系统的HT-混合模式PLCP格式的框图。

对于HT系统的HT-混合模式PLCP格式的详细信息，可参照2009年6月公开的IEEE 802.11n/D11.0的20.3段“Part 11：Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)specifications；Amendment 5：Enhancements for HigherThroughput”。

PLCP帧用于发送PLCP协议数据单元(PPDU)。图2的HT-混合模式PLCP格式是确保HT STA与遗留STA在HT系统中共存的PLCP格式。为此，HT-混合模式PLCP格式包括用于遗留STA的一系列字段(例如，L-STF、L-LTF和L-SIG)(从而遗留STA也可识别这些字段)。

下表1中列出包括在HT-混合模式PLCP帧中的元素。

[表1]

诸如L-STF、HT-STF和HT-GF-STF的STF(短训练字段)用于帧定时获取、自动增益控制(AGC)等，因此也称作同步信号或同步信道。即，STF用于STA之间的同步或STA与AP之间的同步。

诸如L-LTF和HT-LTF的长训练字段(LTF)用于针对数据或控制信息或者这二者的解调制的信道估计，因此也称作基准信号、训练信号或导频。

诸如L-SIG和HT-SIG的字段用于提供对数据进行解码所需的多条信息，因此也称作控制信息。

在HT系统的HT-混合模式PLCP格式中，遗留短训练字段(L-STF)、遗留长训练字段(L-LTF)和遗留信号(L-SIG)首先被发送。因此，遗留STA可读取PLCP格式。HT STA可通过从在L-SIG字段之后接收的HT-SIG字段获取控制信息来获知对应的PLCP格式是用于HT STA的。

在HT系统中，单用户MIMO(SU-MIMO)传输是可以的。根据非MIMO传输方案全方向地发送L-STF、L-LTF、L-SIG和HT-SIG，根据SU-MIMO传输方案来发送HT-STF和数据。

HT-SIG包括用于解释跟随HT-SIG的HT分组格式的信息。HT-SIG由总共24比特组成，并包括下列信息。

-调制和编码方案：7比特

-信道带宽20/40MHz：1比特

-HT长度：16比特

-平滑：1比特

-未探测：1比特

-预留：1比特

-聚合：1比特

-STBC：2比特

-FEC编码：1比特

-短GI：1比特

-扩展空间流的数量：2比特

-CRC：8比特

-尾比特：6比特

从扩展空间流的数量(构成HT-SIG的多个字段中的一个)可以看出，HT STA支持使用最多四个空间流的SU-MIMO。因此，需要新的LTF以用于多空间流的信道估计，因为针对各个流的信道估计不能利用遗留LTF来执行。

HT系统定义用于MIMO信道估计的HT-LTF。HT-LTF如上述LTF一样用于信道估计，但与L-LTF的不同之处在于，HT-LTF被设计为估计MIMO信道。

图3是示意性地示出产生LTF的处理的示例的图示。在图3中，描述产生HT-LTF的处理作为示例。然而，上述处理也可应用于产生本发明的VHT-LTF。

将HTLTF序列(HTLTF_k)乘以HT-LTF映射矩阵P_HTLTF。HT-LTF映射矩阵P_HTLTF是与HTLTF序列相乘的正交映射矩阵，以使得HT-LTF可使用该HT-LTF映射矩阵P_HTLTF来针对MIMO信道估计信道。HT-LTF映射矩阵P_HTLTF可由下式1定义。

[式1]

$P_{\mathrm{HTLTF}}=\left[\begin{array}{cccc}1& -1& 1& 1\\ 1& 1& -1& 1\\ 1& 1& 1& -1\\ -1& 1& 1& 1\end{array}\right]$

接着，执行循环移位延迟(CSD)处理以防止不需要的波束成形，利用k子载波的天线映射矩阵Q_k将HTLTF序列映射至发送(Tx)天线。天线映射矩阵Q_k用于映射空间时间流和发送链。映射至发送链的HTLTF序列经受快速傅里叶逆变换(IFFT)，然后通过Tx天线发送。

HTLTF序列可以是根据本发明的训练信号产生序列的示例。根据本发明的训练信号产生序列可被称作VHTLTF序列，但名称任意。可根据由VHT WLAN系统使用的信道带宽来使用不同的训练信号产生序列。换言之，可根据20MHz、40MHz、80MHz或160MHz的信道带宽来使用不同的训练信号产生序列。训练信号产生序列对发送训练信号的STA以及接收该训练信号的STA而言是已知的。接收STA可参照根据信道的带宽使用的训练信号产生序列来利用训练信号估计信道并对数据进行解调制。

图4示出根据空间流的数量的HT-LTF映射矩阵P_HTLTF的示例。

从图4的示例可以看出，训练符号根据每个空间流来定义并被发送，以便估计各个空间流的信道。当空间流的数量为1、2或4时，发送1、2或4个HT-LTF。然而，当空间流的数量为3时，添加一个超长训练符号，并使用四个HT-LTF。

为了描述利用正交映射矩阵来估计HT-STA的信道的方法，假设在HT系统中，发送STA通过2个层将训练符号发送给接收STA。这里，由接收STA接收的训练符号可由下式2表示。

[式2]

$\left[\begin{array}{c}{r}_1\left(t\right)\\ r_2\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{P}_1\left(t\right)\\ P_2\left(t\right)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\left(t\right)\\ n_2\left(t\right)\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}{P}_1\left(t_1\right)=\mathrm{HTLTF}\\ P_1\left(t_2\right)=-\mathrm{HTLTF}\\ P_2\left(t_1\right)=\mathrm{HTLTF}\\ P_2\left(t_2\right)=\mathrm{HTLTF}\end{array}\right)$

其中h_nm表示发送方的第n个天线与接收方的第m个天线之间的信道，P_n(t)表示通过发送方的第n个天线发送的训练符号，n_m(t)表示接收方的第m个天线所经历的加性高斯白噪声(AWGN)。可通过将训练符号代入式2来将式2表示成下式3。

[式3]

$\left[\begin{array}{c}{r}_1\left(t_1\right)\\ r_2\left(t_1\right)\\ r_1\left(t_2\right)\\ r_2\left(t_2\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{h}_{11}\×\mathrm{HTLTF}+h_{12}\×\mathrm{HTLTF}+n_1\left(t_1\right)\\ h_{21}\×\mathrm{HTLTF}+h_{22}\×\mathrm{HTLTF}+n_2\left(t_2\right)\\ -h_{11}\×\mathrm{HTLTF}+h_{12}\×\mathrm{HTLTF}+n_1\left(t_2\right)\\ -h_{21}\×\mathrm{HTLTF}+h_{22}\×\mathrm{HTLTF}+n_2\left(t_2\right)\end{array}\right]$

如果针对式3中的所有n和m求出信道h_nm，则得到下式4。

[式4]

$h_{11}=\frac{r_1\left(t_1\right)-r_1\left(t_2\right)}{2\×\mathrm{HTLTF}}$

$h_{12}=\frac{r_1\left(t_1\right)+r_1\left(t_2\right)}{2\×\mathrm{HTLTF}}$

$h_{21}=\frac{r_2\left(t_1\right)-r_2\left(t_2\right)}{2\×\mathrm{HTLTF}}$

$h_{22}=\frac{r_2\left(t_1\right)+r_2\left(t_2\right)}{2\×\mathrm{HTLTF}}$

当层数为3或4时，可通过式2至式4的处理求出信道h_nm。

以下，假设存在四个Tx天线和一个Rx天线，求出估计信道时的信道信息信号功率与噪声功率比(SNR)。

这里，由Rx天线接收的信号可由式5表示。

[式5]

r(t₀)＝+h₀P+h₁P+h₂P-h₃P+n(t₀)

r(t₁)＝-h₀P+h₁P+h₂P+h₃P+n(t₁)

r(t₂)＝+h₀P-h₁P+h₂P+h₃P+n(t₂)

r(t₃)＝+h₀P+h₁P-h₂P+h₃P+n(t₃)

通过式5获得的信道估计的结果可由下式6表示。

[式6]

${h^{\′}}_0=\frac{r\left(t_0\right)-r\left(t_1\right)+r\left(t_2\right)+r\left(t_3\right)}{4\×P}$

$=h_0+\frac{n\left(t_0\right)-n\left(t_1\right)+n\left(t_2\right)+n\left(t_3\right)}{4\×P}$

在式6中，右侧第二项表示包括在所接收到的信号中的噪声。根据式6，可求出由接收终端接收的信号的SNR，如下式7。

[式7]

$\frac{S}{N}=\frac{E\left[{\left|h_0\right|}^2\right]}{E\left[{\left|\frac{n\left(t_0\right)-n\left(t_1\right)+n\left(t_2\right)+n\left(t_3\right)}{4\×P}\right|}^2\right]}$

$=\frac{{\left|h_0\right|}^2}{\frac{1}{16}\×\frac{E\left[{|n\left(t_0\right)-n\left(t_1\right)+n\left(t_2\right)+n\left(t_3\right)|}^2\right]}{E\left[{\left|P\right|}^2\right]}}$

$=\frac{16\×E\left[{\left|P\right|}^2\right]\×{\left|h_0\right|}^2}{E\left[{|n\left(t_0\right)-n\left(t_1\right)+n\left(t_2\right)+n\left(t_3\right)|}^2\right]}$

$=\frac{16\×E\left[{\left|p\right|}^2\right]\×{\left|h_0\right|}^2}{4\×{\mathrm{\σ}}^2}$

$=4\×\frac{{\left|h_0\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2}$

在式7中，σ2为噪声功率谱密度。从该式的扩展可以看出，从四次LTF发送可获得约6dB的信道估计增益。

除了SU-MIMO之外，VHT WLAN系统还支持MU-MIMO。预期VHT系统将支持最少8个空间流的MIMO传输。图5中示出可用在支持使用8个或更多个空间流的MU-MIMO传输的VHT系统中的PLCP帧格式的示例。

在图5中，VHT-绿色字段格式是可用在仅由VHT STA构成的系统中的PLCP帧格式的示例。VHT-混合格式是可用在遗留STA、HT STA和VHT STA共存的系统中的PLCP帧格式的示例。VHT-混合绿色字段格式是可用在仅由HT STA和VHT STA构成的系统中的PLCP帧格式的示例。图5所示的构成PLCP帧格式的字段的名称和PLCP帧格式的名称、发送这些字段的顺序以及发送这些字段的方法是任意的。以下，除非另外特别描述，所述顺序和所述方法不限于图5所示。

VHT-混合格式与VHT-绿色字段格式的不同之处在于，VHT-混合格式还包括用于存在于系统中的遗留STA和HT STA的字段(例如，L-STF、L-LTF、L-SIG字段和HT-SIG字段)。这里，用于遗留STA和HT STA的字段(例如，L-STF、L-LTF、L-SIG字段和HT-SIG字段)在没有波束成形的情况下被发送。来自VHT-STF的字段可被预编码，经受波束成形，然后被发送。

VHT-混合绿色字段格式可包括用于HT STA的HT-GF-STF、HT-LTF1和HT-SIG字段。

在图5的PLCP帧格式中，用于VHT STA的VHT-STF和VHT-LTF可被预编码，经受波束成形，然后被发送。与HT系统相比，用在支持使用8个或更多个空间流的MU-MIMO的VHT系统中的PLCP帧格式还需要发送VHT-LTF和扩展VHT-LTF。VHT-LTF用于估计信道和对数据进行解调制。扩展VHT-LTF用于探测MIMO信道的额外空间维度。

本发明提出一种可用于VHT系统的产生VHT-LTF以发送5个或更多个层的方法、用于产生该VHT-LTF的正交映射矩阵、以及使用该正交映射矩阵的方法。

图6示出根据本发明的实施方式的产生VHT-LTF的方法。

根据本发明的该实施方式，应用于VHT-LTF的正交映射矩阵可基于STA来使用。在图6中，假设在VHT系统中，VHT-STA0寻求对VHT-STA1和VHT-STA2执行MU-MIMO传输。还假设，VHT-STA1和VHT-STA2(即，MU-MIMO传输的目的STA)分别可通过4个层和2个层来执行接收。

可通过在发送VHT-LTF之前发送的VHT-SIG字段将应该由VHT-STA1和VHT-STA2接收的LTF的数量通过信号通知给VHT-STA1和VHT-STA2。当发送STAVHT-STA0发送PLCP帧时，发送STA VHT-STA0发送总共6个VHT-LTF。该6个VHT-LTF中的前4个VHT-LTF可被VHT-STA1接收，以便估计信道。该6个VHT-LTF中的剩余2个VHT-LTF可被VHT-STA2接收，以便估计信道。用于产生针对VHT-STA1的VHT-LTF的正交映射矩阵610以及用于产生针对VHT-STA2的VHT-LTF的正交映射矩阵620可独立地使用。

例如，式1中的HT系统的HTLTF映射矩阵可用作正交映射矩阵。

图6示出4×4HT-LTF正交映射矩阵用于针对VHT-STA1的VHT-LTF并且2×2HT-LTF正交映射矩阵用于针对VHT-STA2的VHT-LTF的示例。

图7示出根据本发明的另一实施方式的产生VHT-LTF的方法的示例。

依据根据本发明的该实施方式的产生VHT-LTF的方法，可以与目的STA的数量无关地使用一个VHT-LTF正交映射矩阵来产生并发送VHT-LTF。换言之，可根据层的总数(即，所需的VHT-LTF的数量)来构造并使用VHT-LTF正交映射矩阵。

在图7中，假设源STAVHT-STA0通过3个层将数据发送给目的STAVHT-STA1和目的VHT-STA2中的每一个。这里，应该发送给VHT-STA1和VHT-STA2中的每一个的VHT-LTF的数量为4，需要总共八次VHT-LTF发送。图6中的将VHT-LTF正交映射矩阵应用于各个目的STA的方法也需要八次VHT-LTF发送。

用于产生八个VHT-LTF的VHT-LTF正交映射矩阵可如图7的矩阵710一样进行构造。

可利用3×4HT-LTF正交映射矩阵获得用于产生发送给VHT-STA1的四个VHT-LTF的3×4矩阵710-1以及用于产生发送给VHT-STA2的四个VHT-LTF的3×4矩阵710-2。矩阵710中的除3×4矩阵710-1和3×4矩阵710-2之外的剩余元素由0构成。

以上在通过总共6个层来将八个VHT-LTF发送给目的STA的条件下发送八个VHT-LTF的方法可引起吞吐量损失。

为了解决上述问题，根据本发明的另一实施方式，可根据总层数来使用VHT-LTF正交映射矩阵。即，可针对一个层、两个层或四个层来使用VHT-LTF正交映射矩阵。

可利用此方法通过减少不必要的VHT-LTF发送次数来防止发送效率的降低。

图8示出根据本发明的另一实施方式的产生并发送VHT-LTF的方法。

在寻求通过3个层将数据发送给VHT-STA1和VHT-STA2中的每一个的情况下，必须产生总共6个VHT-LTF。这里，可根据1个层、2个层或4个层来构造VHT-LTF正交映射矩阵，而不区分将通过总共6个层发送数据的目的STA。

图8的VHT-LTF正交映射矩阵810可具有6×6方块矩阵，包括4×4子矩阵810-1和2×2子矩阵810-2。VHT-LTF正交映射矩阵810中的除4×4子矩阵810-1和2×2子矩阵810-2之外的剩余元素由0构成。这里，HTLTF映射矩阵可用作4×4子矩阵810-1，2×2HTLTF映射矩阵可用作2×2子矩阵810-2。

在图7的方法中将8个VHT-LTF用于通过总共6个层来发送数据。然而，如果使用图8的VHT-LTF正交映射矩阵，则可将6个VHT-LTF用于通过总共6个层来发送数据。因此，可防止系统效率的降低，因为可减少用于数据发送的两个VHT-LTF。

此外，传统HT系统的问题在于，其不能应用于支持通过至少8个层来进行数据发送的VHT系统，因为其支持通过最多4个层进行的数据发送。换言之，必须考虑用在支持通过5个或更多个层来进行数据发送的VHT系统中的8×8正交映射矩阵。

本发明提出一种用于VHT系统的8×8正交映射矩阵P_VHT-LTF(8Tx)。

可利用下式8获得本发明所提出的用于VHT系统的8×8正交映射矩阵P_{VHT-LTF (8Tx)}的示例。

[式8]

$H_{2^k}=\left[\begin{array}{cc}{H}_{2^{k-1}}& H_{2^{k-1}}\\ H_{2^{k-1}}& {-H}_{2^{k-1}}\end{array}\right]$

(其中H₁＝[1])

图9示出根据式8获得的8×8VHT-LTF正交映射矩阵及其使用方法。

如图9所示，可获得根据本发明的实施方式的8×8VHT-LTF正交映射矩阵并将其应用于通过5、6、7或8个层进行的发送。在图9的VHT-LTF正交映射矩阵中，层之间的码总保持正交。因此，接收VHT-LTF的STA可容易地通过以与式4相同的方式利用+和-进行计算来获得关于要估计的信道的信息。在图9的VHT-LTF正交映射矩阵中，列向量的顺序可随机地改变。

可利用下式9获得本发明所提出的用于VHT系统的8×8正交映射矩阵P_{VHT-LTF (8Tx)}的另一示例。

[式9]

$H_{2^k}=\left[\begin{array}{cc}{H}_{2^{k-1}}& H_{2^{k-1}}\\ H_{2^{k-1}}& {-H}_{2^{k-1}}\end{array}\right]$

根据式9的矩阵产生方法基本上与式8相同。这里，式9的

可变成HT系统的LTF映射矩阵。换言之，通过根据式9扩展式1的HT LTF映射矩阵而获得的8×8矩阵可用作本发明所提出的产生并发送VHT-LTF的方法的VHT-LTF正交映射矩阵。

如上所述，利用HT系统获得8×8或16×16VHT-LTF正交映射矩阵。可克服使用最多4个层的传统发送限制，并且可获得可应用于支持8个层或更多个层的VHT系统的VHT-LTF正交映射矩阵。此外，在向后兼容方面具有优势。

图10示出结合式9描述的8×8VHT-LTF正交映射矩阵以及根据本发明的另一实施方式的使用该8×8VHT-LTF正交映射矩阵来通过5至8个层进行发送的方法。

例如，在通过5个层进行发送的情况下，可使用通过第一行向量至第五行向量获得的子矩阵。在通过7个层执行发送的情况下，可使用通过第一行向量至第七行向量获得的子矩阵。这里，列向量的顺序可随机地改变。

图11示出结合式9描述的8×8VHT-LTF正交映射矩阵以及根据本发明的另一实施方式的使用该8×8VHT-LTF正交映射矩阵来通过5至8个层进行发送的方法。

如果使用利用图11的矩阵产生并发送训练信号的方法，则可根据已有的HT系统方法使用1至4个层，在5或6个层可使用5×6或6×6矩阵集，在7或8个层中可使用7×8或8×8矩阵集。

在上述产生并发送VHT-LTF的方法中，在寻求通过5或6个层来发送VHT-LTF的情况下，可仅发送6个VHT-LTF。因此，在发送效率方面具有优势。

在图11中的根据层数使用的子矩阵中，列向量的顺序可随机地改变。

图12是实现本发明的实施方式的无线电设备的框图。无线电设备1200可以是WLAN系统的非AP STA或AP的一部分。

无线电设备1200包括LTF产生单元1210和LTF发送单元1220。LTF产生单元1210通过根据上述实施方式使用VHT-LTF正交映射矩阵来产生训练信号。LTF发送单元1220将所产生的训练信号发送给一个或更多个无线电设备。训练信号的产生和发送可通过多个天线来执行如下操作：将训练信号序列VHTLTF_k乘以VHT-LTF正交映射矩阵，然后执行诸如用于防止不需要的波束成形的循环移位延迟(CSD)、空间时间流与发送链之间的映射以及快速傅里叶逆变换(IFFT)的处理。为此，LTF发送单元1220可包括多个天线。LTF发送单元1220可以通过经由预编码和波束成形的波束成形处理来发送由LTF产生单元1210产生的训练信号的一部分或全部。这里，经由预编码的波束成形处理可由LTF产生单元1210来执行。

LTF产生单元1210和LTF发送单元1220可以按照处理器的形式实现为单片(single chip)。上述产生和发送训练信号的实施方式可被构造为软件模块，存储在存储器中，并由处理器来执行。

尽管已经结合当前认为的实际示例性实施方式描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是相反，本发明旨在覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (14)

1.一种在无线局域网(WLAN)系统中发送训练信号的方法，该方法包括以下步骤：

通过将映射矩阵P应用于训练信号产生序列来产生针对第一目的站的一个或更多个第一训练信号以及针对第二目的站的一个或更多个第二训练信号；

根据天线映射矩阵将所述第一训练信号和所述第二训练信号映射至多个天线；

对映射至所述多个天线的所述第一训练信号和所述第二训练信号中的每一个执行快速傅里叶逆变换(IFFT)；以及

通过所述多个天线发送所述训练信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述映射矩阵P由下式确定：

$P=\left[\begin{array}{cc}{P}_{4\×4}& P_{4\×4}\\ P_{4\×4}& {-P}_{4\×4}\end{array}\right]$

其中P_4×4为4×4正交矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述P_4×4等于下式：

$P_{4\×4}=\left[\begin{array}{cccc}1& -1& 1& 1\\ 1& 1& -1& 1\\ 1& 1& 1& -1\\ -1& 1& 1& 1\end{array}\right].$

4.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述第一训练信号用于所述第一目的站以对在所述第一训练信号被发送之后发送的所述第一目的站的数据进行解调制，或估计所述第一目的站与发送所述第一训练信号的发送站之间的信道，并且

所述第二训练信号用于所述第二目的站以对在所述第二训练信号被发送之后发送的所述第二目的站的数据进行解调制，或估计所述第二目的站与所述发送站之间的信道。

5.一种在WLAN系统中发送训练信号的方法，该方法包括以下步骤：

通过将映射矩阵P_k应用于训练信号产生序列来产生多个训练信号；以及

将所述多个训练信号发送给一个或更多个目的站，

其中，所述映射矩阵P_k由下式确定：

$P_k=\left[\begin{array}{cc}{P}_{k-1}& P_{k-1}\\ P_{k-1}& {-P}_{k-1}\end{array}\right]$

其中，为自然数，P₀为4×4正交矩阵。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述4×4正交矩阵P₀等于下式：

$P_0=\left[\begin{array}{cccc}1& -1& 1& 1\\ 1& 1& -1& 1\\ 1& 1& 1& -1\\ -1& 1& 1& 1\end{array}\right].$

7.根据权利要求5所述的方法，其中，训练信号的数量等于或大于当在所述训练信号被发送之后将数据发送给所述一个或更多个目的站时的用于发送所述数据的空间流的数量。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述训练信号用于所述目的站以对在所述训练信号被发送之后发送的数据进行解调制，或估计所述目的站与发送所述训练信号的发送站之间的信道。

9.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述多个训练信号发送给所述一个或更多个目的站包括以下步骤：

根据天线映射矩阵将所述多个训练信号映射至多个天线，以及

对映射至所述多个天线的所述多个训练信号中的每一个执行IFFT，并通过所述多个天线发送所述训练信号。

10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述训练信号产生序列是预定值并根据所使用的信道的带宽来选择。

11.一种在WLAN系统中发送训练信号的方法，该方法包括以下步骤：

通过将第一映射矩阵应用于训练信号产生序列来产生针对第一目的站的第一训练信号；

通过将第二映射矩阵应用于所述训练信号产生序列来产生针对第二目的站的第二训练信号；以及

利用多用户多输入多输出(MU-MIMO)技术将所述第一训练信号和所述第二训练信号发送给包括所述第一目的站和所述第二目的站的多个目的站。

12.一种无线电设备，该无线电设备包括：

训练信号产生单元，其被构造为产生训练信号；以及

训练信号发送单元，其可操作地连接至所述训练信号产生单元，并被构造为发送所述训练信号；

其中，所述训练信号产生单元被构造为执行以下操作：

通过将映射矩阵P应用于训练信号产生序列来产生针对第一目的站的一个或更多个第一训练信号以及针对第二目的站的一个或更多个第二训练信号，

基于天线映射矩阵将所述第一训练信号和所述第二训练信号映射至多个天线，对映射至所述多个天线的所述第一训练信号和所述第二训练信号中的每一个执行IFFT，并且

所述训练信号发送单元被构造为通过所述多个天线发送所述第一训练信号和所述第二训练信号。

13.根据权利要求12所述的无线电设备，其中，所述映射矩阵P由下式确定：

$P=\left[\begin{array}{cc}{P}_{4\×4}& P_{4\×4}\\ P_{4\×4}& {-P}_{4\×4}\end{array}\right]$

其中P_4×4为4×4正交矩阵。

14.根据权利要求13所述的无线电设备，其中，所述P_4×4等于下式：

$P_{4\×4}=\left[\begin{array}{cccc}1& -1& 1& 1\\ 1& 1& -1& 1\\ 1& 1& 1& -1\\ -1& 1& 1& 1\end{array}\right].$

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