CN103139134B - 采用迭代解调的IEEE802.11ac接收方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种无线通信技术领域的采用迭代解调的IEEE802.11ac接收方法及其装置，通过对包含前导训练序列部分和数据部分的数据帧结构中的数据部分进行若干次迭代解码，即：每一次解码所得到的结果重新编码后用于加强后一次解码的信道估计和频偏估计，当信道估计和频偏估计趋于收敛时，进行最后一次迭代解码并输出所有解码数据；本发明使得IEEE802.11n和IEEE802.11ac系统接收其低速率兼容模式的包时，增加存储单元后直接可以采用对DATA部分多次迭代解码，使信道估计和频偏估计收敛，提高了系统的灵敏度。

Description

采用迭代解调的IEEE802.11ac接收方法及其装置

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，具体是一种用于通用的IEEE802.11n,及其后续标准IEEE802.11ac等OFDM（正交频分多路复用技术）接收系统的采用迭代解调的IEEE802.11ac接收方法及其装置。

背景技术

IEEE802.11的OFDM系统是一个实时的接收系统，空中包传输的末尾，解码过程也必须完成。蜂窝通信中则不要求空中包传输的末尾解码完成，所以可以在接收完成后用整个包来做信道估计多次解码提高接收性能。传统的基于802.11的OFDM技术的接收机wifi数据帧结构中，前导训练序列（preamble）为已知序列，可以用于频偏补偿和信道估计，数据（DATA）部分只有导频信号为特定值，可以用于剩余相位跟踪，其他部分未知，无法参与频偏补偿和信道估计，从而浪费掉一些接收包提供的信息。

另一方面，802.11ac系统支持20MHz，40MHz，80MHz，160MHz和80+80MHz带宽模式，802.11n系统支持20MHz和40MHz带宽模式，802.11a和802.11g系统支持20MHz带宽模式。为保证兼容性，宽带宽模式接收机要能接收窄带宽的数据包。

当给定WiFi接收机接收较窄带宽数据包时，有两种处理方法：一种是采用相同工作频率，每个符号处理完成后，空闲等待下个符号数据；另一种是考虑到降低功耗，采用降频的方式，若则使用1/K接收可接收最宽带宽数据包的工作频率工作，使得接收机不需要闲置等待数据。若接收机将接收到的原始数据储存起来，不降频那么完成接收过程的时间缩短为原来的1/K。当然也可以使用介于接收最宽带宽数据包的频率Kf₀和采用降频方法接收当前数据包的频率f₀之间的频率（kf₀，1＜k≤K）工作，接收完成的时间缩短为原来的1/k。所以，当给定WiFi接收机接收较窄带宽数据包时，可以采用迭代接收的方法，解码的时间充分利用。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101166167，公开日2008-04-23，记载了一种“正交频分复用802.11系统接收端反身式信道估计的方法及实现系统”，该技术的接收端对经解码得到的信息序列,在通过FCS校验证明接收正确后,将其经编码、调制后构造成新的加长的训练序列,用于新的更为精确的信道估计。该信道估计的结果将用于后续物理帧的信号检测或发送。反身式信道估计的实现系统由序列除法器、加法器、延迟寄存器、计数器和除法器等所构成。接收端在对信息序列进行解码的同时将其输入到实现系统,进行信道估计的计算。最终,当信息序列经FCS校验证明正确之后,除法器将计算得到的信道估计结果输出给接收端使用。但该技术的信道估计结果用于后续物理帧的信号检测，对当前帧并没有实现优化作用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种采用迭代解调的IEEE802.11ac接收方法及其装置，使得IEEE802.11n和IEEE802.11ac系统接收其低速率兼容模式的包时，增加存储单元后直接可以采用对DATA部分多次迭代解码，使信道估计和频偏估计收敛，提高了系统的灵敏度。

由于IEEE802.11的OFDM系统是一个实时的接收系统，空中包传输的末尾，解码过程也必须完成，所以经过多次迭代解码的同时要保证整个包的解码时间不变。因此采用多次迭代解码时，实际工作频率要比传统模式高许多。由于要等待ADC输出的数据（ADC始终保持传统的工作频率），所以第1次迭代时只能使用传统工作频率，后面的2到n次可以采用高速的工作频率。对于IEEE802.11n40MHz带宽的系统，在接收20MHz带宽数据时，可以工作到所需工作频率的两倍，可以直接采用迭代解码，除了增加了保存数据的存储单元（输入寄存器和信道估计寄存器），不需要对系统有其他额外的要求。同样的IEEE802.11ac系统工作接收IEEE802.11n40MHz数据（或者IEEE802.11n20MHz数据）时，可以直接采用迭代解码。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种采用迭代解调的IEEE802.11ac及IEEE802.11n接收方法，对包含前导训练序列部分（preamble）和数据部分（DATA）的数据帧结构中的数据部分进行若干次迭代解码，即：每一次解码所得到的结果重新编码后用于加强后一次解码的信道估计和频偏估计，当信道估计和频偏估计趋于收敛时，进行最后一次迭代解码并输出所有解码数据。

所述的重新编码是指：按照IEEE802.11ac及IEEE802.11n协议规定对上一次解码所得到的结果重新进行编码、调制，构造得到训练序列。

所述的加强是指：构造得到的训练序列重新参与信道估计，得到新的信道估计，作为下次解码过程的信道信息，并且每一次解码过程中重新估计频偏。

所述的信道估计是指：对于构造得到的训练序列，用接收训练序列的符号信息除以发送的训练序列，得到信道估计。

所述的重新估计频偏是指：将数据部分的信号用于剩余相位跟踪，得到载波频率偏差和采样频率偏差。

所述的趋于收敛是指：经过多次的迭代解码，重新编码构造的训练序列越来越长，信道估计和频偏估计趋于稳定值。

所述的迭代解码是指：第1次解码采用f₀为工作频率，后续解码均采用kf₀为工作频率；每次解码长度为L_i，L_i-1≤L_i；工作频率kf₀，迭代次数n和各次的解码长度是在实施开始前根据约束条件就选择好，根据k的取值范围选取工作频率kf₀、迭代次数n和各次解码的长度L_i满足以下约束条件：

A）工作频率k的取值为1＜k≤K，

B）迭代次数n和各次解码的长度L_i满足：

1）第1次解码：为等待接收数据到达使用传统解调，其工作频率采用传统工作频率f₀，解码部分的长度为L₁，由于实际系统解码所耗费的时间绝对值与传统解码方法所花费时间相同；则当总的解码时间为单位1时，第1次解码所耗费的时间为

2）第2次解码：采用kf₀工作频率，解码长度为L₂,解码所需时间为等待第2次解码所需要的接收数据所需要的时间为所以存在以下两种情况：

2.1）当第1次解码和第2次解码总共花费的时间大于第2次解码所需要的接收数据L₂到达时间，即则第2次解码结束花费的总时间由两次解码时间和决定，即

2.2）反之由L₂数据到达时间决定，即因此到第2次解码完成，所花费的总时间为 $t_2=\left\{\begin{array}{c}\frac{L_2}{\mathrm{kL}}+t_1,1>\frac{L_2}{\mathrm{kL}}+t_1>\frac{L_2}{L}\\ \frac{L_2}{L},\frac{L_2}{\mathrm{kL}}+t_1\≤\frac{L_2}{L}\≤1\end{array};\right.$ 对应L₂取值应同时满足：L₁≤L₂≤L和

3）当总共三次解码，则 $t_3=t_2+\frac{L}{\mathrm{kL}}=t_1+\frac{L_2}{\mathrm{kL}}+\frac{L}{\mathrm{kL}}=\frac{L_1}{L}+\frac{L_2}{\mathrm{kL}}+\frac{L}{\mathrm{kL}}=\frac{{\mathrm{kL}}_1+L_2+L}{\mathrm{kL}}\≤1$ 得到（L₁,L₂）为符合该条件的组合。

4）当总共n次解码，则从第3次至第n-1次解码以此类推得到第i次解码（3≤i≤n-1）完成所花费的时间为 $t_i=\left\{\begin{array}{c}\frac{L_i}{\mathrm{kL}}+t_{i-1},1>\frac{L_i}{\mathrm{kL}}+t_{i-1}>\frac{L_i}{L}\\ \frac{L_i}{L},\frac{L_i}{\mathrm{kL}}+t_{i-1}\≤\frac{L_i}{L}\end{array}\right.$ 所以，L_i取值应同时满足：L_i-1≤L_i≤L和直至第n-1次解码完成，所花费的时间为 $t_{n-1}=\left\{\begin{array}{c}\frac{L_{n-1}}{\mathrm{kL}}+t_{n-2},1>\frac{L_{n-1}}{\mathrm{kL}}+t_{n-2}>\frac{L_{n-1}}{L}\\ \frac{L_{n-1}}{L},\frac{L_{n-1}}{\mathrm{kL}}+t_{n-2}\≤\frac{L_{n-1}}{L}\end{array};\right.$

5）最后一次解码：数据包传输结束时，数据包解码对应也必须完成，L_n=L，整个解码过程所花费的时间必须满足使得t_n=1。

本发明涉及一种实现上述采用迭代解调的IEEE802.11ac及IEEE802.11n接收方法的接收装置，包括：模拟数字转换单元、输入寄存器、解码器、信道估计加强器、信道估计寄存器和编码器，其中：模拟数字转换单元分别与输入寄存器和输入多路选择器相连接：

第1次解码时，模拟数字转换单元分别输出数字信息，通过多路选择器送到解码器同时保存到输入寄存器；第2到第n次解码时，未经过解码部分的原始数据继续从模拟数字转换单元输出被写入输入寄存器，从输入寄存器中从头顺序读出本次所需的原始数据，然后通过多路选择器送到解码器。

解码器与编码器相连接并传输解码信息给编码器重新编码生成新的训练序列，信道估计加强器与编码器相连接重新进行信道估计，信道估计寄存器与信道估计加强器相连存储当次解码过程中使用的信道估计值，当次解码结束时把信道估计加强器重新得到的信道估计更新到信道估计寄存器供下一次解码使用。

本发明通过将解码得到的数据部分重新编码后当作已知信息参与信道估计和频偏补偿，利用到了数据部分的信息，设计出了高灵敏度的接收机系统。

附图说明

图1为迭代解码示意图。

图2为本发明结构示意图。

图3为实施例中第1次解码信息流程示意图。

图4为实施例中第2次解码信息流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括以下步骤：

第一步、第1次解码：如图3所示，第1次解码时，接收到的输入原始数据进入解码器同时保存到了输入寄存器，解码得到的数据经过重新编码进行信道估计，第1次解码结束时把重新得到的信道估计更新到信道估计寄存器，解码的频率为传统工作频率f₀。

第二步、第2次解码：如图4所示，未经过解码部分的原始数据继续从模拟数字转换单元输出被写入输入寄存器，从输入寄存器中从头顺序读出本次所需的原始数据,长度为L₂；从信道估计寄存器中读出信道估计值用于本次解码，解码得到的数据经过重新编码进行信道估计，本次解码结束时把重新得到的信道估计更新到信道估计寄存器，下次解码时使用。解码的工作频率为k倍的传统工作频率。

第三步、第3次至第n-1次解码：重复第二步，只是把解码长度变为对应的L₃……L_n-1。

第四步、最后一次解码：从输入寄存器中从头顺序读出所有的原始数据,长度为L；从信道估计寄存器中读出信道估计值用于本次解码，解出整个包。

本实施例涉及上述各步骤的解码长度的选取如下：

当使用传统解调时，工作频率为f₀,解整个包的时间为单位1，那么第1次迭代采用传统工作频率f₀，解码部分的长度为L₁，则所需的时间为，

第2次解码时，采用kf₀工作频率，解码长度为L₂,所以解码所需时间为模拟数字转换单元输出长度为L₂的数据花费的时间为如果此时解码总共花费的时间则第2次解码花费的时间由解码时间决定，反之亦然，即到第2次解码完成，所花费的时间为

$t_2=\left\{\begin{array}{c}\frac{L_2}{\mathrm{kL}}+t_1,1>\frac{L_2}{\mathrm{kL}}+t_1>\frac{L_2}{L}\\ \frac{L_2}{L},\frac{L_2}{\mathrm{kL}}+t_1\≤\frac{L_2}{L}\end{array}\right.$

同理可推得，第i次解码完成，所花费的时间为

$t_i=\left\{\begin{array}{c}\frac{L_i}{\mathrm{kL}}+t_{i-1},1>\frac{L_i}{\mathrm{kL}}+t_{i-1}>\frac{L_i}{L}\\ \frac{L_i}{L},\frac{L_i}{\mathrm{kL}}+t_{i-1}\≤\frac{L_i}{L}\end{array}\right.$

第n-1次解码完成，所花费的时间为

$t_{n-1}=\left\{\begin{array}{c}\frac{L_{n-1}}{\mathrm{kL}}+t_{n-2},1>\frac{L_{n-1}}{\mathrm{kL}}+t_{n-2}>\frac{L_{n-1}}{L}\\ \frac{L_{n-1}}{L},\frac{L_{n-1}}{\mathrm{kL}}+t_{n-2}\≤\frac{L_{n-1}}{L}\end{array}\right.$

最后一次解码完成，模拟数字转换单元输出结束解码也必须完成，解码所花费的时间为

$t_n=t_{n-1}+\frac{L}{\mathrm{kL}}\≤1$

上式即为根据k的取值范围选取工作频率kf₀，迭代次数n和各次解码的长度L_i的约束条件。

实施例2

如图2所示，本实施例包括：模拟数字转换单元（ADC）、输入寄存器（INPUTMEM）、解码器（DECODER）、信道估计加强器、信道估计寄存器和编码器（ENCODER），其中：模拟数字转换单元分两路与输入寄存器和输入多路选择器相连接，并传输经过ADC转换的数字信息，第1次解码时，模拟数字转换单元的输出，不仅要通过多路选择器送到解码器和信道估计加强器，还要保存到输入寄存器供随后几次解码使用，第2到第n次解码时，未经过解码部分的原始数据继续从模拟数字转换单元输出被写入输入寄存器，从输入寄存器中从头顺序读出本次所需的原始数据，然后通过多路选择器送到解码器和信道估计加强器，解码器与编码器相连接并传输解码后的信息给编码器重新编码生成新的训练序列，信道估计加强器与编码器相连接重新进行信道估计，信道估计寄存器与信道估计加强器相连存储当次解码过程中使用的信道估计值，当次解码结束时把信道估计加强器重新得到的信道估计更新到信道估计寄存器供下一次解码使用。

（1）下面以IEEE802.11ac80MHz带宽的系统接收40MHz带宽数据，选择k=K=2,使用L₁=L₂=...=L_n-1为例来详细说明具体实施方法。

由于各次的解码长度相同，所以第1次解码后，迭代部分的数据已经储存在输入寄存器中，各次解码花费的时间由解码时间决定。

即 $t_i=\frac{L_1}{L}+(i-1)*\frac{L_1}{\mathrm{kL}},$ 其中i＜n

$t_n=\frac{L_1}{L}+(n-2)*\frac{L_1}{\mathrm{kL}}+\frac{L}{\mathrm{kL}}\≤1$

得到迭代长度的比率

$\frac{L_1}{L}\≤\frac{k-1}{k+n-2},$ 对于k=2，有 $\frac{L_1}{L}\≤\frac{1}{n}$

根据迭代的次数n，即可选择则所有的参数都确定。

（2）下面以IEEE802.11ac80MHz带宽的系统接收20MHz带宽数据，选择k=2＜K，n=3，使用 L₃=L为例来详细说明具体实施方法。

$L_1=\frac{L}{4},$ $t_1=\frac{1}{4}$

即第2次解码完成时间和L₂的数据到达时间相同。

L₃=L，即第3次解码可在数据包结束时完成。

（3）下面以IEEE802.11ac160MHz带宽的系统接收20MHz带宽数据，选择k=8=K，n=5，使用L₁≠L₂≠L₃≠L₄≠L₅为例来详细说明具体实施方法。

选择 $L_1=\frac{L}{2},$ $t_1=\frac{1}{2}$

因为第2次解码需等待L₂的数据到达，所以

因为第3次解码需等待L₃的数据到达，所以

因为第四次解码需等待L₄的数据到达，所以

L₅=L,因为t₅=1，即第五次解码可在数据包结束时完成。

根据本方法，IEEE802.11n和IEEE802.11ac系统接收其低速率兼容模式的包时，增加存储单元后直接可以采用对数据部分多次迭代解码，使信道估计和频偏估计收敛，提高了系统的灵敏度。

Claims (6)

1.一种采用迭代解调的IEEE802.11ac及IEEE802.11n接收方法，其特征在于，通过对包含前导训练序列部分和数据部分的数据帧结构中的数据部分进行若干次迭代解码，即：每一次解码所得到的结果重新编码后用于加强后一次解码的信道估计和频偏估计，当信道估计和频偏估计趋于收敛时，进行最后一次迭代解码并输出所有解码数据；

所述的迭代解码是指：第1次解码采用f₀为工作频率，后续解码均采用预设的kf₀为工作频率进行解码，且每次解码长度为L_i，L_i-1≤L_i；迭代次数n和各次的解码长度满足以下约束条件：

A)工作频率k的取值为1<k≤K，

B)迭代次数n满足：

1)第1次解码：为等待接收数据到达使用传统解调，其工作频率采用传统工作频率f₀，解码部分的长度为L₁，总码长为L，由于实际系统解码所耗费的时间绝对值与传统解码方法所花费时间相同；则当总的解码时间为单位1时，第1次解码所耗费的时间为

2)第2次解码：采用kf₀工作频率，解码长度为L₂，解码所需时间为等待第2次解码所需要的接收数据所需要的时间为所以存在以下两种情况：

2.1)当第1次解码和第2次解码总共花费的时间大于第2次解码所需要的接收数据L₂到达时间，即则第2次解码结束花费的总时间由两次解码时间和决定，即

2.2)反之由L₂数据到达时间决定，即因此到第2次解码完成，所花费的总时间为 $t_2=\left\{\begin{array}{cc}\frac{L_2}{kL}+t_1,& 1>\frac{L_2}{kL}+t_1>\frac{L_2}{L}\\ \frac{L_2}{L},& \frac{L_2}{kL}+t_1\&le;\frac{L_2}{L}\&le;1\end{array}\right.;$ 对应L₂取值应同时满足：L₁≤L₂≤L和 $1\&GreaterEqual;\frac{L_2}{kL}+t_1;$

3)当总共三次解码，则 $t_3=t_2+\frac{L}{kL}=t_1+\frac{L_2}{kL}+\frac{L}{kL}=\frac{L_1}{L}+\frac{L_2}{kL}+\frac{L}{kL}=\frac{{\mathrm{kL}}_1+L_2+L}{kL}\&le;1$ 得到(L₁,L₂)为符合该条件的组合；

4)当总共n次解码，则从第3次至第n-1次解码以此类推得到第i次解码(3≤i≤n-1)完成所花费的时间为 $t_i=\left\{\begin{array}{cc}\frac{L_i}{kL}+t_{i-1},& 1>\frac{L_i}{kL}+t_{i-1}>\frac{L_i}{L}\\ \frac{L_i}{L},& \frac{L_i}{kL}+t_{i-1}\&le;\frac{L_i}{L}\end{array}\right.$ 所以，L_i取值应同时满足：L_i=1≤L_i≤L和直至第n-1次解码完成，所花费的时间为 $t_{n-1}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{L_{n-1}}{kL}+t_{n-2},& 1>\frac{L_{n-1}}{kL}+t_{n-2}>\frac{L_{n-1}}{L}\\ \frac{L_{n-1}}{L},& \frac{L_{n-1}}{kL}+t_{n-2}\&le;\frac{L_{n-1}}{L}\end{array}\right.;$

5)最后一次解码：数据包传输结束时，数据包解码对应也必须完成，L_n＝L，整个解码过程所花费的时间必须满足使得t_n＝1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的重新编码是指：按照IEEE802.11ac及IEEE802.11n协议规定对上一次解码所得到的结果重新进行编码、调制，构造得到训练序列。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的加强是指：构造得到的训练序列重新参与信道估计，得到新的信道估计，作为下次解码过程的信道信息，并且每一次解码过程中重新估计频偏。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是，所述的信道估计是指：对于构造得到的训练序列，用接收训练序列的符号信息除以发送的训练序列，得到信道估计。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的频偏估计是指：将数据部分的信号用于剩余相位跟踪，得到载波频率偏差和采样频率偏差。

6.一种实现上述任一权利要求所述接收方法的接收装置，其特征在于，包括：模拟数字转换单元、输入寄存器、解码器、信道估计加强器、信道估计寄存器和编码器，其中：模拟数字转换单元分别与输入寄存器和多路选择器相连接：

第1次解码时，模拟数字转换单元分别输出数字信息，通过多路选择器送到解码器同时保存到输入寄存器；

第2到第n次解码时，未经过解码部分的原始数据继续从模拟数字转换单元输出被写入输入寄存器，从输入寄存器中从头顺序读出本次所需的原始数据，然后通过多路选择器送到解码器，

解码器与编码器相连接并传输解码信息给编码器重新编码生成新的训练序列，信道估计加强器与编码器相连接重新进行信道估计，信道估计寄存器与信道估计加强器相连存储当次解码过程中使用的信道估计值，当次解码结束时把信道估计加强器重新得到的信道估计更新到信道估计寄存器供下一次解码使用。