CN103931132A - 通信系统以及在通信系统中使用的比特加载方法 - Google Patents

通信系统以及在通信系统中使用的比特加载方法 Download PDF

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Abstract

通信系统包括发射机、接收机和信道。发射机在多维度调制方案矩阵中发送每个数据比特的多个副本，该维度是从频率、时间和码中选择的。每个维度被分成子组。使用比特加载方法，使得在矩阵内根据预定布置来分配每个数据比特的副本(b11、b12、b13)，使得在每个维度内，相同数据比特的副本位于不同的子组内。

Description

通信系统以及在通信系统中使用的比特加载方法
技术领域
本发明涉及通信系统和在通信系统中使用的比特加载方法。具体地，本发明涉及电力线通信系统，其中在多维度调制方案矩阵中发送数据比特的多个副本，该维度是从频率、时间和码中选择的。
背景技术
在数字调制解调器设计中，选择编码和调制方案，以最大化在数据吞吐量和鲁棒性方面的性能，同时最小化设计复杂度。鲁棒性通常通过信噪比性能来表征，但是也指对干扰或噪声脉冲的免疫力。低复杂度设计可以得到低成本、小体积和低功耗。良好性能和低复杂度通常是矛盾的要求，并且因此调制解调器设计涉及寻找适合应用的最佳折中方案。
一些调制解调器系统被设计为在源和目的地之间发送尽可能多的信息，在这样的系统中，数据速率(以比特/秒为单位)通常超出信道带宽(以赫兹来度量)。这种系统的示例是音频-视频娱乐系统，其中需要传送大量的信息以支持电视画面。
与可用带宽相比，其他应用具有小的据数据速率要求。这种系统是本申请的主题。
在存在固定数据速率要求的应用中，性能目标在传输可靠性方面是鲁棒的。这种应用的一个示例是从家或其他建筑物中的电子设备到中心集线器(如智能仪表)的指示设备的状态和功耗的数据传输。作为回复，中心集线器可以向电子设备发送指令，例如用以打开或关闭电子设备。在该情况下，所需的数据速率由建筑物中可能存在的最大节点数目和要传送的信息量来确定。在该应用中，可以通过在任何相连的设备与集线器之间的电源AC电力线来传输数据。
在1MHz和30MHz之间的频带经常被用于具有高达约200兆比特每秒的数据速率的宽带家内通信系统，该通信系统例如是在“HomePlug AVWhite Paper”，HomePlugPowerline Alliance，2005中所描述的系统，通过引用将其内容并入本文。该频带也是上述能量监控和管理系统类型的良好候选，但是在这种情况下典型的总数据速率仅约100千比特每秒。因此，这种应用属于数据要求远小于可用带宽的类别。
一种用于在带宽超出数据速率的系统中实现高的吞吐量可靠性的方法是使用非常低码率的前向纠错码(FEC)。这提供了非常良好的性能，但是代价是接收机中的高复杂度。
US-A-7756002描述了一种系统，在该系统中发送数据的若干副本，任何给定比特的每个副本在不同的时间和频率上发送，因此利用了超宽带(UWB)信道的分集。针对每个发送符号，仅使用总的可用带宽的一部分，并且所使用的频率子带随着每个符号发生移动。然而，这种方法将大部分可用频带未用于任何给定符号，并且因此没有最佳利用可用信道。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于在多维度调制方案矩阵中加载数据比特的多个副本的比特加载方法，该维度是从频率、时间和码中选择的，每个维度被分成子组，所述方法包括：根据预定布置在所述矩阵内分配每个数据比特的副本，使得在每个维度内，相同数据比特的副本位于不同的子组内。
在一个实施例中，所述维度包括码和时间，并且所述调制方案可以是码分多址(CDMA)。
在另一实施例中，所述维度包括频率和时间，并且所述调制方案是从下述之一选择的：频分复用(FDM)、正交频分复用(OFDM)、跳频扩谱(FHSS)和多载波扩谱(MCSS)。
当传输方法是OFDM时，频率维度可被分成子载波子组，并且时间维度可被分成符号子组。
在每个维度内，所述预定布置可以规定数据比特的第一和第二副本分别在第一和第二子组内的位置，使得数据比特的第二副本的位置是根据相对于数据比特的第一副本的位置而言的前进而规定的。
针对一个或多个维度的前进可以基于预定函数，例如，针对一个或多个维度的前进可以基于伪随机数生成器函数或者针对一个或多个维度的前进可以基于固定的或非固定的偏移量。
可以基于信道和/或干扰特性来选择所述预定布置，并且对预定布置的选择可以随着信道或干扰改变而动态改变。
在频率维度中用于相同数据比特的各副本的子组之间的间隔可以大于信道的相干带宽。
在时间维度中用于相同数据比特的各副本的子组之间的间隔可以大于信道的最大延迟扩展。
对于第一维度中使用的每个子组，所有子组在第二维度上可被完全填入。第一维度中使用的子组可以是连续的也可以是不连续的。
第二维度中完全填入的子组可以用数据比特和填充比特来填入。
根据本发明的第二方面，提供了一种多维度调制方案发送方法，该维度是从频率、时间和码中选择的，所述方法包括：接收要被发送的数据比特；根据上面描述的方法在多维度调制方案矩阵内加载数据比特的多个副本；根据所述调制方案来调制信号；以及发送调制信号。
所发送的信号可以无线发送，经由电缆发送或者经由光缆发送。
所发送的信号可以经由电力线网络发送。电力线网络可以是在建筑物内或者在建筑物之间。
数据比特可以是也可以不是根据前向纠错方案编码的。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于在多维度调制方案矩阵中加载数据比特的多个副本的比特加载模块，该维度是从频率、时间和码中选择的，每个维度被分成子组，其中所述模块被配置为：根据预定布置在所述矩阵内分配每个数据比特的副本，使得相同数据比特的副本在每个维度内位于不同的子组内。
所述维度可以包括码和时间，并且所述调制方案可以是码分多址(CDMA)。
所述维度可以包括频率和时间，并且所述调制方案是从下述之一选择的：频分复用(FDM)、正交频分复用(OFDM)、诸如跳频扩谱(FHSS)和多载波扩谱(MCSS)之类的扩谱调制方案。
当传输方法是OFDM时，频率维度可被分成子载波子组，并且时间维度可被分成符号子组。
在每个维度内，所述预定布置可以规定数据比特的第一和第二副本分别在第一和第二子组内的位置，使得数据比特的第二副本的位置是根据相对于数据比特的第一副本的位置而言的前进而规定的。
针对一个或多个维度的前进可以基于预定函数。
针对一个或多个维度的前进可以基于伪随机数生成器函数。
针对一个或多个维度的前进可以基于固定的或非固定的偏移量。
可以基于信道和/或干扰特性来选择所述预定布置。对预定布置的选择可以随着信道或干扰改变而动态改变。
在频率维度中用于相同数据比特的各副本的子组之间的间隔可以大于信道的相干带宽。
在时间维度中用于相同数据比特的各副本的子组之间的间隔可以大于信道的最大延迟扩展。
对于第一维度中使用的每个子组，所有子组在第二维度上可被完全填入。第一维度中使用的子组可以是连续的也可以是不连续的。
第二维度中完全填入的子组可以用数据比特和填充比特来填入。
根据本发明的又一方面，提供了一种发射机，所述发射机包括：用于接收要被发送的数据比特的装置；比特加载模块，用于如上所述在多维度调制方案矩阵内加载数据比特的多个副本；用于根据所述调制方案调制信号的装置；以及用于发送调制信号的装置。
所发送的信号可以无线发送，经由电缆发送或者经由光缆发送。
所发送的信号可以经由电源电力线发送。
电源电力线可以是在建筑物内或者在建筑物之间。
数据比特可以是也可以不是根据前向纠错方案编码的。
根据本发明的又一方面，提供了一种接收机，所述接收机包括：用于接收调制信号的装置；用于根据多维度调制方案来解调信号的装置，该维度是从频率、时间和码中选择的；解码模块，用于解码分配在多维度调制方案矩阵中的数据比特的多个副本，所述多个副本是已经使用如上所述的方法分配的；以及用于确定所接收的数据比特的值的装置。
所接收的数据比特的值可以通过使用该比特的每个副本的接收值的多数表决来确定。
所接收的数据比特的值可以通过使用该比特的副本子集的接收值的多数表决来确定。
所述副本子集可以根据每个副本的值的置信度阈值来确定。
在接收机处，每个数据比特的值通过下述方式来确定：计算代表该比特的每个接收副本的值的置信度的权重，以及组合来自每个副本的权重以达成判定。
权重可以根据与数据比特的每个接收副本的信噪比有关的信息来确定。
每个接收比特的值可以根据最大似然率来确定。
每个数据比特可以通过将该数据比特的重复副本的模拟表示进行求和来确定。
每个数据比特值可以通过下述方式来确定：基于被调制了副本的子组的信噪比向该数据比特的每个副本的模拟接收值应用加权因子，以及将该数据比特的所有副本的加权的模拟表示进行求和。
数据比特值可以通过使用根据现行条件对重组方法进行适配的算法来确定。
根据本发明的又一方面，提供了一种调制解调器，所述调制解调器包括：如上所述的发射机，以及如上所述的接收机。
根据本发明的又一方面，提供了一种通信系统，所述通信系统包括：如上所述的发射机，其用于发送信号；信道，将在所述信道上传输发送信号；以及如上所述的接收机，其用于接收发送信号。
根据本发明的又一方面，提供了一种通信系统，所述通信系统包括：信道和如上所述的多个调制解调器。所述信道可以是电源电力线。
每个调制解调器是与电力线相连的电子设备的一部分或者与其相关联。
根据本发明的又一方面，提供了一种载体介质，其携带用于控制微处理器以执行上述方法的计算机可读代码。
通过以这种方式分布每个数据比特的副本，可以解决大的信号衰减、窄带干扰源和脉冲噪声的问题。因为调制和编码方法不是过分复杂的，所以调制解调器可以是小型的、便宜的且具有低功耗。
此外，在避免复杂纠错的同时，保证了对可用信道的完全使用或近乎完全的使用。
可以使用正交频分复用(OFDM)调制方案在整个可用带宽上发送数据。要发送的每个数据比特被发送若干次。比特的每个重复在不同的OFDM子信道上(因此在不同的频率上)，并且在不同的符号上(因此在不同的时间上)。这提供了实现对可用带宽的完全使用但不需要任何复杂编码的鲁棒的通信方法。如此，它代表了对用于此处所述类型的应用的现有的编码和调制方案的有用改进。比特加载方法可被描述为频时重复编码。
在所附权利要求和下面的描述中阐述了本发明的各个方面和优选特征。
本发明可以以任何方便的形式来实现，例如使用专用硬件或者专用硬件和软件的混合来实现。本发明可被实现为由一个或多个处理装置执行的计算机软件。处理装置可以包括任何恰当编程的装置，如通用计算机、个人数字助理、移动电话(如兼容WAP或者3G电话)等等。因为本发明可被实现为软件，本发明的每个方面因此包括可在可编程设备上实现的计算机软件。可以使用任何传统的载体介质将该计算机软件提供给可编程设备。载体介质可以包括只读存储器、硬盘等等，或者包括瞬时载体介质，如携带计算机代码的电信号、光信号、微波信号、声学信号或者射频信号。
附图说明
将参考附图通过示例来进一步描述本发明，在附图中：
图1是形成本发明实施例的电力线网络的示意表示图；
图2是用于图1的网络的各部分之间的通信的OFDM调制解调器的框图；
图3是示出在图2的模型中数据比特的副本在子载波和符号上的分配的矩阵；以及
图4示出了典型的家中电力线信道特性。
具体实施方式
图1示出了形成本发明实施例的电力线通信网络1。信号在AC电源电力线3上发送。在该实施例中，网络1被用于家庭能量监控和管理系统，但是网络1也可以用于其他应用。智能仪表5连接到家内的电力线3。智能仪表5包括调制解调器(在图2中更详细地示出了它的示例)，该调制解调器与和电子设备7、15关联的类似调制解调器通信，该电子设备7、15通过标准插座9或者通过永久有线连接17从电力线3接收电源电功率。在电器设备7的情况下，调制解调器被集成在电子设备7中。在电器设备15的情况中，在设备15本身内并没有集成调制解调器，相反调制解调器被集成在设备15的电源插头11中，被集成在电源适配器13(例如与设备15相连的多路延长导线)中，或者以其他方式连接到电子设备15。
智能仪表5和与电子设备7、15关联的调制解调器发送和接收消息，该消息包含与设备7、15的能量使用或状态有关的信息。智能仪表5因此从与附着到电力线3的设备7、15关联的每个调制解调器接收信息，该电力线3配备有传感器和用于向智能仪表5传送数据的装置。智能仪表5可以配置为向电子设备7、15、电插头11和适配器13发送指令，用以打开或关闭设备7、15，或者在设备7、15配备有合适的继电器开关、控制功耗的装置等等的情况下用以控制其能耗。智能仪表5还可以向设备7、电插头11和电源适配器13传送其他信息，例如(但不限于)：服务需求、工作小时数、温度、所需的时间等。
尽管在本实施例中，设备7、15使用调制解调器通过电力线3与智能仪表5通信，但是在其他实施例中智能仪表5和调制解调器还可以附加地或者备选地进行无线通信或者使用不同于电源电力线3的一种或多种线来通信。
在与电子设备7、15关联的调制解调器与智能仪表5之间的通信根据协议来发生，该协议使得调制解调器能够共享相同通信介质。优选地，智能仪表5充当网络上的主控者，依次向与电子设备7、15关联的调制解调器发送请求，并且接收回复。在智能仪表5不能够与调制解调器‘节点’直接通信的情况下，可以经由中间节点7、11、13来发送消息。本发明同样适用于其他协议。
智能仪表5显示与形成网络1的一部分的电子设备7、15中的每一个电子设备和所有电子设备的消耗有关的信息。智能仪表5还可以存储消耗历史，并且可以以某种形式向例如家中或建筑物中的个人计算机或者与电力供应者传送数据。此外，智能仪表5的人机接口可以允许用户控制电子设备。
除了参考图2更详细描述的调制解调器之外，每个电子设备7或者电源插头11或电源适配器13优选地也包括电流或能量传感器、能够开关对应设备的继电器开关、能够驱动晶闸管进行可变负载控制的接口、从电力线自身导出其功率的电源单元、与抗高压和电流尖脉冲的适当保护相耦合的电力线、模拟放大器和滤波器、以及模数和数模转换器。
图2是调制解调器21的框图，调制解调器21形成图1的系统的智能仪表5的一部分以及其形成图1的系统的电子设备7的一部分或与之关联。调制解调器21以发射机或发射侧23以及接收机或接收侧25的形式提供在智能仪表5与电子设备7之间的通信能力。图2示出的调制解调器使用正交频分复用(OFDM)调制方案，其利用从0到32MHz的频带。OFDM是频率和时间二维调制方案。典型地，频带被分为128个子信道或者子组，每个子信道是250kHz宽。在时域中，子载波被分成符号子组。典型地，每个OFDM符号是4微秒长并且以64MHz的频率进行采样。OFDM的特征在于：每个子载波上调制的信号在OFDM符号的持续时间上是相互正交的。
优选地，图2的调制解调器21被实现在专用集成电路(ASIC)上。然而，其也可以被实现在现场可编程门阵列(FPGA)上，或者数字信号处理器(DSP)上，或者以另一类似技术来实现。
为了实现抗信道延迟扩展(典型地，在电力线信道上高达2微秒)的鲁棒性，向具有128个采样的OFDM符号添加循环前缀。不是所有的子载波都携带数据，因为不使用低于1MHz和高于30MHz的频率。另外，一些子载波可被留下不用，以避免使用否则将会造成对其他服务(如业余无线电频带)的干扰的频率。
参考发射侧23，要发送的输入数据被标记为“MAC层有效载荷”。除了与电子设备7的能耗有关的信息之外，MAC层有效载荷还包括上述更高层协议所需的信息。在CRC块25中添加16比特的循环冗余校验(CRC)，使得接收机可以验证解调数据是正确的。在添加CRC比特之后，进行时频重复编码。现在描述用于时频重复编码的优选方法，但是应该理解在本发明的范围内存在其他实现方式。
初始时，每个源比特在重复块27中重复N次，其中N被选择为产生想要的数据速率。例如，如果112个子信道均被用于携带二进制相移键控(BPSK)符号，则在假设每个OFDM符号具有6微秒的持续时间的情况下，在无重复情况下的数据速率将是19Mbps(兆比特每秒)。如果目标数据速率是100kbps(如能量管理系统中的典型情况那样)，则N是190。
如果我们假设MAC层有效载荷加CRC的数量达到Nk比特(源比特的数目)，则在重复之后的码矢量是Nc＝Nk*N比特长，其中Nc是码矢量中的比特数目。假设存在Nu个被使用的子载波并且每个子载波被调制为具有K比特每符号，则发送整个有效载荷所需的OFDM符号的数目是大于等于Nofdm＝Nc/(K*Nu)的最小整数。例如，对于BPSK调制，K的值是1，对于QPSK(正交相移键控)，K的值是2，对于16-QAM(正交幅度调制)，K的值是4，依此类推。优选地，在本实现中使用BPSK。添加填充比特，使得码矢量完全填满全部Nofdm个OFDM符号的所有被使用的子载波，如上所述那样，例如由于某些子载波经历的干扰，不是所有OFDM子载波都可被使用。这些填充比特可以是数据比特的另外的副本，或者可以是与发送数据比特无关的值。如果使用数据比特的另外的副本，则应该意识到：基于所需的填充比特的数目，填充比特可以包括一些(但非全部)数据比特的重复。
在已经如上所述构建了码矢量之后，在比特加载调制块29中应用时频交织器。为了说明清楚，在假设重复率仅是3(尽管这远低于优选实现所需的重复率)的情况下描述交织方法，本领域技术人员可以无困难地将该方法扩展到更高的重复率。在每个源数据比特重复3次的情况下，码矢量可被表示为Ncode＝[b11，b12，b13，b21，b22，b23，…]，其中bxy表示第x个源比特的第y次重复。交织的目的在于在时频矩阵中将每个源比特的三个副本尽可能宽地散布在时域中的子组和频域中的子组上。在图3中示出了时频矩阵，在对比特加载方法的描述中参考了该图3。
在该实施例中，每个码比特的第一副本被依次放置在最低(第一)可用OFDM符号(时域子组)上的最低可用子载波(频域子组)上。因此，如图3中所示，b11被放置在符号1中的子载波1上，b21被放置在符号1中的子载波2上，依此类推，直到在(如果需要)移动到第二符号之前填满第一符号。源数据比特1的第二副本，b12，于是被放置在与最高子载波Nu相距X1个可用子载波的子载波上的在携带b11的符号之后的D个符号的OFDM符号中。D和X1是比特加载算法的参数。第一源比特的第三副本b13于是被放置在从最低子载波起的第X2个可用子载波上的与b12又相距D个符号的位置。X2是比特加载算法的又一参数。
一般而言，如果存在每个源比特的M个副本，则比特加载算法的参数是D和X1、X2，…，X[M-1]。相同算法被用于第二源数据比特的副本，但是因为第一源比特的副本b12和b13已经占据符号D+1和2D+1中的子载波，所以上述算法导致b22和b23分别被放置在b12和b13的相邻载波中，如图3中所示。一般而言，第一源数据比特的第k个副本，b1k，将被放置在第kD+1个OFDM符号中，但是这可能超出OFDM符号的总数Nofdm。在这种情况下，符号计数循环回绕，使得b1k实际上被放置在第(kD+1模Nofdm)个符号上。
该比特加载方法可以容易地推广到任何数目的源数据比特和每个源数据比特的任意次数的重复。比特加载方法根据相对于数据比特的第一副本的位置的前进定义了该数据比特的第二副本的位置。在该实施例中，在频率维度中用于同一数据比特的各副本的子组之间的间隔大于信道的相干带宽，并且在时间维度中用于同一数据比特的各副本的子组之间的间隔大于信道的最大延迟扩展。
本领域技术人员将明白：在所附权利要求的范围内可以使用比特加载的其他预定布置。例如，针对一个或多个维度的前进可以基于预定函数，如算术函数或伪随机函数。在上述特定实施例中，数据比特的第一和第二副本在子载波子组内的位置是分别基于第一子载波和最后一个子载波来设置的，并且本领域技术人员将明白这仅是用于数据比特的副本在频时矩阵内的定位的预定布置的一个示例。
针对一个或多个维度的前进可以基于固定的或非固定的偏移量。本领域技术人员将意识到：可以使用用于设置数据比特的副本在二维矩阵内的位置的任何预定布置，只要该布置在发射机和接收机处都是已知的。
如果原始的源数据在时频交织之前已经根据前向纠错(FEC)编码进行了编码，则一种不同的比特加载方案可以提供更好的鲁棒性，因为该环境下的目标是避免FEC易受损的错误样式。
图4示出了从良性的到严重恶化的典型的家中电力线信道。两个最显著的特性是衰减和具有强的频率依赖性的衰落。另一方面，在衰落通常在发送帧的时间期间不发生改变的意义上，电力线信道通常是相当静态的。将数据比特的多个副本广泛散布在子载波子组上通过尝试确保在至少一个不经历严重衰落的频率上发送每个源数据比特而减轻了这种情形。
电力线信道的两个其他特征是窄带干扰源和脉冲噪声。窄带干扰源通常影响一个或很少几个子载波，但是经常强得足以使得在该子载波上发送任何数据都是不现实的。而且，本发明的频率交织方面提供了对这种干扰源的免疫力。
脉冲噪声经常源自电机或者调光开关，并且通常将持续几个OFDM符号。结果是针对该时间段的非常高的噪声级别，以及本发明的时间交织方面被设计为通过将源数据比特的副本在时间子组上最大程度地散布来提供对这种脉冲噪声的免疫力。
本发明的上述实施例描述了不与特定的信道或干扰条件相关的比特加载方法。其他实施例根据基于信道或干扰源的具体知识的布置来映射源数据比特的副本。此外，该布置可以随着信道或干扰的改变而动态改变。这需要发射机具有关于信道和干扰源的知识，该知识例如可以通过信道探测来获得。信道探测通常涉及对已知信号的发送和接收，其允许接收机评估现行的信道和干扰特性。
在块29中的时频交织之后，在映射器块31中符号被映射到BPSK符号。在其他实施例中，使用QPSK和QAM。随后，OFDM符号一次一个地通过反快速傅立叶变换(IFFT)函数块33，其将符号从频域变换到时域。这是OFDM调制的实现的公知方法。然后，在块35中添加128个采样构成的循环前缀(其对应于2微秒)，使得接收OFDM符号中没有因信道延迟扩展造成的符号间干扰。在这之后，在块37中应用窗滤波器，并且在块39中应用数字滤波器。这些滤波器对发送频谱进行塑形而不破坏每个子载波上的符号的正交性，这是数字发射机领域的技术人员所熟知的。
然后，将所得的数字值的流传递给模拟前端(AFE)(未示出)，AFE使用采样、滤波、放大和耦合的组合将这些值转换成模拟信号。
图2还示出了调制解调器21的接收侧25的框图。帧检测和定时恢复41、自动增益控制(AGC)块43、定时和频率同步块45、信道估计块47、均衡块49和快速傅立叶变换(FFT)块51是OFDM接收机的标准特征。对于低复杂度实现，使用单抽头迫零均衡器。FFT块51执行IFFT块33的逆操作，从而将时域信号变换到频域信号。FFT的大小和采样频率与发射机侧23中的FFT的大小和采样频率相匹配，使得这些函数的输出是作为每个子载波和每个OFDM符号上发送的符号的接收版本的复数级数。另外，信道估计块47提供与信噪比有关的信息，并且因此提供接收值的置信度。软判定解映射器53向每个接收信息比特分派似然值。在使用BPSK方案的情况下，这是指示给定数据比特具有值1的概率。在低复杂度的接收机侧25，这可以是所谓的硬判定解码器，其输出仅是关于接收比特是具有值1还是值0的判定，而无关于该判断的置信度的任何指示。
在硬判定解码器中，恢复每个源比特的方法是简单的多数表决。如果源数据比特的多于一半的接收副本是1，则简单的多数表决向该源数据比特分派值1。该解决方案具有低复杂度的优点，但是牺牲了对关于每个比特的置信度的信息的使用。为了利用对源比特的每个副本的接收值的置信度，提出了若干备选方法：
a.基于根据似然值选择的源数据比特的具有至少一个接收副本的的子集的多数表决
b.使用来自源数据比特的接收副本的似然值的全部或子集，对值进行最大似然估计或者最大对数似然估计。
最大似然估计是数据解码方面的公知技术。可以使用最大似然估计的一个备选方案，其类似地向数据比特的每个接收副本应用表示每个接收副本的接收值的置信度的权重，并且组合它们以给出对原始源数据比特的改进估计。
如图2中所示，上述解码算法的实现需要块55中的时频解码，其是发射机侧23在块29中实现的交织操作的逆，以便识别每个源比特的副本。然后，在给定接收副本的值的情况下，重复解码块57处理对原始源数据比特的估计。最后，在块59中应用CRC(发射机处应用的CRC的逆)，以便检查接收数据的有效性。
在本发明的又一实施例中，使用模拟矢量加法来恢复数据比特。在该布置中，从FFT恢复每个重复的数据比特的模拟值并且将这些模拟值求和，由此利用了大多数形式的噪声的不相关的特性。然后，在应用逆CRC以检查数据有效性之前，向结果应用标准阈值判定编码以恢复数据。此外，每个重复的数据比特的模拟值可以由置信度因子进行加权，该置信度因子是从被调制了该重复数据比特的载波的测量信噪比导出的，或者是从导自信道测量或估计的某个其他测量导出的。在该方案中，表示数据比特的每个接收副本的矢量在与相同的重复数据比特的全部其他模拟值求和之前先被缩放。
各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且期望包括落在所附权利要求的范围内的所有这种修改。
例如，上述实施例是参考其中维度是时间和频率的二维调制方案来描述的。该比特加载方法可以在其他二维调制方案中使用，所述其他二维调制方案例如是时间和码调制方案，如码分多址(CDMA)。该比特加载方法还可以适用于三维调制方案，其中维度是频率、时间和码。
上述频时域中的实施例是参考OFDM描述的。该比特加载方法可以应用于其他频时调制方案，如(非正交)频分复用(FDM)和扩谱调制方案，所述扩谱调制方案例如是跳频扩谱(FHSS)和多载波扩谱(MCSS)。

Claims (68)

1.一种用于在多维度调制方案矩阵中加载数据比特的多个副本的比特加载方法，所述维度是从频率、时间和码中选择的，每个维度被分成子组，所述方法包括：根据预定布置在所述矩阵内分配每个数据比特的副本，使得在每个维度内，相同数据比特的副本位于不同的子组内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述维度包括码和时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述调制方案是码分多址(CDMA)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述维度包括频率和时间。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述调制方案是从下述之一选择的：频分复用(FDM)、正交频分复用(OFDM)、跳频扩谱(FHSS)和多载波扩谱(MCSS)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述传输方法是OFDM，所述频率维度被分成子载波子组，并且时间维度被分成符号子组。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在每个维度内，所述预定布置规定数据比特的第一和第二副本分别在第一和第二子组内的位置，使得数据比特的第二副本的位置是根据相对于所述数据比特的第一副本的位置而言的前进而规定的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述针对一个或多个维度的前进基于预定函数。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述针对一个或多个维度的前进基于伪随机数生成器函数。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述针对一个或多个维度的前进基于非固定的偏移量。
11.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述针对一个或多个维度的前进基于固定的偏移量。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预定布置是基于信道和/或干扰特性来选择的。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，对预定布置的选择随着信道或干扰改变而动态改变。
14.根据权利要求7到13中的任一项在从属于权利要求4到6中的任一项时所述的方法，其中，在频率维度中用于相同数据比特的各副本的子组之间的间隔大于信道的相干带宽。
15.根据权利要求7到14中的任一项在从属于权利要求4到6中的任一项时所述的方法，其中，在时间维度中用于相同数据比特的各副本的子组之间的间隔大于信道的最大延迟扩展。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对于第一维度中使用的每个子组，所有子组在第二维度上被完全填入。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，第一维度中使用的子组是不连续的。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，第一维度中使用的子组是连续的。
19.根据权利要求16到18中任一项所述的方法，其中，第二维度中完全填入的子组是用数据比特和填充比特来填入的。
20.一种多维度调制方案发送方法，所述维度是从频率、时间和码中选择的，所述方法包括：
接收要被发送的数据比特；
根据前述权利要求中任一项所述的方法在多维度调制方案矩阵内加载数据比特的多个副本；
根据所述调制方案调制信号；以及
发送调制信号。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所发送的信号被无线发送，经由电缆发送，或者经由光缆发送。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所发送的信号经由电力线网络发送。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述电力线网络在建筑物内。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述电力线网络在建筑物之间。
25.根据权利要求20到24中任一项所述的方法，其中，所述数据比特是根据前向纠错方案编码的。
26.根据权利要求20到24中任一项所述的方法，其中，所述数据比特不是根据前向纠错方案编码的。
27.一种用于在多维度调制方案矩阵中加载数据比特的多个副本的比特加载模块，所述维度是从频率、时间和码中选择的，每个维度被分成子组，其中，所述模块被配置为：根据预定布置在所述矩阵内分配每个数据比特的副本，使得相同数据比特的副本在每个维度内位于不同的子组内。
28.根据权利要求27所述的比特加载模块，其中，所述维度包括码和时间。
29.根据权利要求28所述的比特加载模块，其中，所述调制方案是码分多址(CDMA)。
30.根据权利要求27所述的比特加载模块，其中，所述维度包括频率和时间。
31.根据权利要求30所述的比特加载模块，其中，所述调制方案是从下述之一选择的：频分复用(FDM)、正交频分复用(OFDM)、以及扩谱调制方案，所述扩谱调制方案例如是跳频扩谱(FHSS)和多载波扩谱(MCSS)。
32.根据权利要求31所述的比特加载模块，其中，所述传输方法是OFDM，所述频率维度被分成子载波子组，并且时间维度被分成符号子组。
33.根据权利要求27到32中任一项所述的比特加载模块，其中，在每个维度内，所述预定布置规定数据比特的第一和第二副本分别在第一和第二子组内的位置，使得数据比特的第二副本的位置是根据相对于所述数据比特的第一副本的位置而言的前进而规定的。
34.根据权利要求33所述的比特加载模块，其中，所述针对一个或多个维度的前进基于预定函数。
35.根据权利要求33或34所述的比特加载模块，其中，所述针对一个或多个维度的前进基于伪随机数生成器函数。
36.根据权利要求33或34所述的比特加载模块，其中，所述针对一个或多个维度的前进基于非固定的偏移量。
37.根据权利要求33或34所述的比特加载模块，其中，所述针对一个或多个维度的前进基于固定的偏移量。
38.根据权利要求27到37中任一项所述的比特加载模块，其中，所述预定布置是基于信道和/或干扰特性来选择的。
39.根据权利要求38所述的比特加载模块，其中，对预定布置的选择随着信道或干扰改变而动态改变。
40.根据权利要求33到39中的任一项在从属于权利要求23到25中的任一项时所述的比特加载模块，其中，在频率维度中用于相同数据比特的各副本的子组之间的间隔大于信道的相干带宽。
41.根据权利要求33到40中的任一项在从属于权利要求23到25中的任一项时所述的比特加载模块，其中，在时间维度中用于相同数据比特的各副本的子组之间的间隔大于信道的最大延迟扩展。
42.根据权利要求27到41中任一项所述的比特加载模块，其中，对于第一维度中使用的每个子组，所有子组在第二维度上被完全填入。
43.根据权利要求42所述的比特加载模块，其中，第一维度中使用的子组是不连续的。
44.根据权利要求42所述的比特加载模块，其中，第一维度中使用的子组是连续的。
45.根据权利要求42到44中任一项所述的比特加载模块，其中，第二维度中完全填入的子组是用数据比特和填充比特来填入的。
46.一种发射机，包括：
用于接收要被发送的数据比特的装置；
比特加载模块，用于如权利要求27到45中任一项所述在多维度调制方案矩阵内加载数据比特的多个副本；
用于根据所述调制方案调制信号的装置；以及
用于发送调制信号的装置。
47.根据权利要求46所述的发射机，其中，所发送的信号被无线发送，经由电缆发送，或者经由光缆发送。
48.根据权利要求47所述的发射机，其中，所发送的信号经由电源电力线发送。
49.根据权利要求48所述的发射机，其中，所述电源电力线在建筑物内。
50.根据权利要求48所述的发射机，其中，所述电源电力线在建筑物之间。
51.根据权利要求46到50中任一项所述的发射机，其中，所述数据比特是根据前向纠错方案编码的。
52.根据权利要求46到50中任一项所述的发射机，其中，所述数据比特不是根据前向纠错方案编码的。
53.一种接收机，包括：
用于接收调制信号的装置；
用于根据多维度调制方案来解调信号的装置，所述维度是从频率、时间和码中选择的；
解码模块，用于解码分配在多维度调制方案矩阵中的数据比特的多个副本，所述多个副本是已经使用权利要求1到19中任一项所述的方法分配的；以及
用于确定所接收的数据比特的值的装置。
54.根据权利要求53所述的接收机，其中，所接收的数据比特的值通过使用该比特的每个副本的接收值的多数表决来确定。
55.根据权利要求53所述的接收机，其中，所接收的数据比特的值通过使用该比特的副本子集的接收值的多数表决来确定。
56.根据权利要求55所述的接收机，其中，所述副本子集根据每个副本的值的置信度阈值来确定。
57.根据权利要求53所述的接收机，其中，在接收机处，每个数据比特的值通过下述方式来确定：计算代表该比特的每个接收副本的值的置信度的权重，以及组合来自每个副本的权重以达成判定。
58.根据权利要求57所述的接收机，其中，所述权重根据与所述数据比特的每个接收副本的信噪比有关的信息来确定。
59.根据权利要求53所述的接收机，其中，每个接收比特的值根据最大似然率来确定。
60.根据权利要求53所述的接收机，其中，每个数据比特通过将该数据比特的重复副本的模拟表示进行求和来确定。
61.根据权利要求60所述的接收机，其中，每个数据比特值通过下述方式来确定：基于被调制了副本的子组的信噪比向该数据比特的每个副本的模拟接收值应用加权因子，以及将该数据比特的所有副本的加权的模拟表示进行求和。
62.根据权利要求53所述的接收机，其中，所述数据比特值通过使用根据通行条件对重组方法进行适配的算法来确定。
63.一种调制解调器，包括：
根据权利要求46到52中任一项所述的发射机，以及
根据权利要求53到62中任一项所述的接收机。
64.一种通信系统，包括：
根据权利要求46到52中任一项所述的发射机，其用于发送信号；
信道，将在所述信道上传输发送信号；以及
根据权利要求53到62中任一项所述的接收机，其用于接收发送信号。
65.一种通信系统，包括：信道，以及多个根据权利要求63所述的调制解调器。
66.根据权利要求65所述的通信系统，其中，所述信道是电源电力线。
67.根据权利要求66所述的通信系统，其中，每个调制解调器是与电力线相连的电子设备的一部分或者与其相关联。
68.一种载体介质，其携带用于控制微处理器以执行权利要求1到26中任一项所述的方法的计算机可读代码。
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