CN1677915A - 用于高吞吐量多载波系统的自适应信道化方案 - Google Patents

Abstract

在高吞吐量的多载波系统中，通过首先将高吞吐量的信道细分为多个频率子信道而实现自适应信道化。接着在设备中基于信道状态信息做出关于哪个子信道将用于对应的高吞吐量的无线链路的信道化决定。

Description

用于高吞吐量多载波系统的 自适应信道化方案

本申请要求2004年1月12日提交的，序列号为60/536071题名为“ASYSTEM APPARATUS AND ASSOCIATED METHODS FOR HIGHTHROUGHPUT WIRELESS NETWORKING(用于高吞吐量无线联网技术的系统和相关的方法)”的美国临时申请的权益。

技术领域

本发明总体上涉及无线通信，尤其是涉及在无线系统中使用的信道化方案。

背景技术

在一些诸如正交频分复用(OFDM)系统和离散多频音(DMT)系统之类多载波通信技术中，已经做出了努力来获取更高的整体通信吞吐量。在某些场合，通过增加多载波信号的带宽和/或增加多载波信号内使用的副载波的数目，来获得更高的吞吐量。例如，在一些基于OFDM的无线联网技术中，正在为设备开发允许几个OFDM信道(比如几个IEEE 802.11a信道)被组队到一起以便获得更高吞吐量信道的技术。当实现这种信道组队时，存在这样的可能性：即在组队的信道中的一个或多个上通信的其它设备可能会在组队的信道(例如，在无线网络中临近基本服务组(BSS)内)内产生干扰，该干扰会危及相应通信的质量。

附图说明

图1为说明根据本发明实施例的示范性无线设备的框图；

图2、3和4为说明根据本发明实施例的高吞吐量通信设备的可能操作情况的信道使用图；

图5为说明根据本发明实施例用于在多载波设备中实现自适应信道化方法的流程图。

具体实施方式

在下列详细描述中，参考了通过举例说明的方式示出在其中可以实施本发明的特定实施例的附图。这些实施例被描述得足够详细，使得本领域普通技术人员能够实施本发明。应当理解，发明的各种实施例，虽然不同，但不必互相排斥。例如，结合一个实施例在此描述的特定功能、结构或者特征可在其它实施例中实现，而这并不脱离本发明的精神和范围。另外，应当理解，在每个公开的实施例之中，单个元件的位置和排列是可以被修改的，而这并不脱离本发明的精神和范围。因此下列的详细描述不认为是限制的意思，并且本发明的范围仅仅山所附的权利要求来限定，并且与被授权的权利要求的等同物的整个范围一起被恰当地解释。在附图中，在全部的几个图中相同的标号指相同或相似的功能性。

本发明涉及在多载波通信中使用的自适应信道化技术和结构。一个高吞吐量(HT)多载波通信信道被分成多个频率子信道。通信信道的划分允许单个子信道被分开处理。在该系统中可操作的通信设备可基于例如信道状态信息来确定特定无线链路使用哪个可用的子信道，其中的信道状态信息可指示当前信息的使用。通信设备接着与使用识别的子信道的远端实体进行通信。在至少一个实施例中，用来组成高吞吐量多载波信道的频率子信道是预定义的信道。例如，在无线联网环境下使用的一个实现中，高吞吐量多载波信道由使用多个20兆赫兹(MHz)的IEEE 802.11a(IEEE Std 802.11a-1999)正交频分复用(OFDM)信道构成。可替换地，可以使用许多其它的用于定义频率子信道的排列。通过将高吞吐量的多载波信道划分成可以被单独处理的多个频率子信道，例如通过仅仅忽略或不使用受影响的子信道作为相应无线链路的一部分可以解决由一个或多个子信道中的干扰带来的问题。

图1为说明根据本发明实施例的示范性无线设备10的框图。无线设备10能够经由多载波通信信道支持无线通信，该多载波通信信道是由多个频率子信道组成的。例如，在一个可能的应用中，无线设备10可以在无线网络内实现并且能够支持在高吞吐量信道内的通信，该高吞吐量信道包括具有不同中心频率的多个单独的IEEE 802.11a无线信道。其它的信道安排也是可能的。虽然本发明的技术在所有形式的多载波系统中具有应用，但是图1的无线设备10将在基于OFDM的多载波系统的上下文环境中进行讨论。

如图1所示，无线设备10可以包括：接收机电路(chain)12，发射机电路14，自适应信道化控制器16中的一个或多个。虽然以接收机电路12和发射机电路14两者来举例说明，但是应当理解，也可以提供只具有接收机电路12或发射机电路14的实施例。为了在特定时间点与一个用户相关联地使用，自适应信道化控制器16可操作用于确定哪个由无线设备10支持的单个多载波子信道被组队。自适应信道化控制器16可以基于例如信道状态信息18来做决定。接收机电路12接收来自于射频(RF)接收机的多载波接收信号20，并根据来自于自适应信道化控制器16的控制信息处理信号以便在它的输出端生成解码的数据22。发射机电路14在它的输入端接收源数据24，并根据来自于自适应信道化控制器16的控制信息生成用于传送到RF发射机的多载波发射信号26。在至少一种方法中，自适应信道化控制器16将基于当前信道状态为设备10继续更新信道化决定。

如图1所举例说明的，在本发明的至少一个实施例中。接收机电路12包括：频率解复用器30，保护间隔(GI)移除单元32，多个快速傅立叶变换(FFT)单元34，自适应并串转换器36，自适应去映射器(demapper)38，和解码器40。频率解复用器30接收多载波接收信号20并将该信号分成对应于上面讨论的频率子信道的多个部分。例如，在图1的实施例中，多载波接收信号20被频率解复用器30分成四个输出流。应当理解，根据本发明，可以产生任何数目的输出流。如上所讨论的，在至少一个实施例中，设备10能够在由多个单个IEE802.11a信道(例如分别具有中心频率5180、5200、5220和5240MHz的四个信道)组成的高吞吐量多载波信道中发射。频率解复用器30可以被配置为基于这些子信道分开所接收的多载波信号。其它的安排也是可能的。每个子信道典型地包括多个副载波，每个副载波能够用相应的数据符号进行调制。在至少一个实施例中，模拟滤波技术被用来执行频率解复用，虽然可以替换地使用其它技术(例如，数字滤波技术，模拟和数字滤波技术的结合，等等)。可为给定的HT多载波信道定义任何数目的单个频率子信道。

由频率解复用器30输出的多个流可以相互独立地被处理。这样，在子信道之一中的潜在的干扰可以与其它的子信道隔离，从而对其它子信道的处理有较小的影响或者没有影响。也就是说，可以决定具有干扰的子信道将不能组成相应通信链路，并且因此可以被忽略。例如，如果自适应信道化控制器16确定四个信道中的第三个信道当前正被设备10附近的另一个通信链路使用，那么它确定使用仅仅其它3个子信道作为本地用户通信链路的部分。然后，自适应信道化控制器16可以将指示哪个子信道当前正被使用的控制信息传送到接收机电路12，并且接收机电路12此后在随后的接收操作中忽略在没有激活的子信道之中的信息。

GI移除单元32可操作用于从频率解复用器30输出的每个单独信号中移除保护间隔。其中，保护间隔被置于发射的信号中以便增强信号对例如信道中的多径影响的不敏感性。单个的FFT单元34(在举例说明的实施例中为4个64抽样FFT)可操作用来独立地将每个独立信号(也就是每个子信道)从时域表示转换为频域表示。虽然以每个子信道的独立FFT举例说明，但是应当理解，单个FFT(例如，一个64抽样FFT)可以与时分接入一起使用以便分别处理每个子信道。每个单独信号的频域表示将包括与信号中每个相应副载波相关联的调制数据点。虽然图示为快速傅立叶变换(FFT)单元，但是应当理解，可使用任何形式的离散傅立叶变换。

自适应并串转换器36接收由FFT单元34输出的数据点，并将该信息转换成串行流。自适应并串转换器36从自适应信道化控制器16接收控制信息，所述控制信息指示设备10当前信道化情况。例如，自适应信道化控制器16可通知自适应并串转换器36只有一些支持的子信道(例如，四个信道中的第一和第三子信道)当前为对应的用户组队。在一个可能的方案中，自适应并串转换器36接着通过合并在当前激活子信道中接收的信息来生成串行流。从当前未被使用的子信道收到的信息可被忽略。在另一种方案中，自适应并串转换器36可将零(或其它预定符号)加到输出数据流中对应于未被使用子信道的位置中。自适应去映射器38接收由自适应并串转换器36输出的串行流，并基于预定的信号星座去映射相应数据。任何不同的调制方式都可以使用，所述调制方式包括，比如BPSK、QPSK、8-PSK、16QAM、64QAM、128QAM、256QAM，和/或其它的调制方式。在至少一个实施例中，调制技术可以基于例如当前信道条件等等来适配。自适应去映射器3 8也从自适应信道化控制器16接收信道化信息以允许去映射器38适配当前的信道情况。然后，解码器40解码去映射数据流以便，例如检测和/或纠正在相应数据中的差错。

再参考图1，在至少一个实施例中，发射机电路14可包括：前向纠错码(FEC)编码器42，自适应映射器44，自适应串并转换器46，反向FFT(IFFT)单元48，和保护间隔添加单元50。FEC编码器42在它的一个输入端接收源数据24，并基于预定的前向纠错码编码来编码该数据。可以使用任何各种不同的编码。自适应映射器44接着基于预定的信号星座映射编码的数据以便在它的输出端生成信号点。为了传送到IFFT 48，自适应串并转换器接着将自适应映射器44输出的信号点流转换成并行格式。FEC编码器42，自适应映射器44和自适应串并转换器46的每个可以从自适应信道化控制器16接收与信道化相关的控制信息，所述控制信息指示相应用户的当前信道化方案。以这种方式，零(或者一些其它的预定符号)可在相应于在组队的信道中当前未被使用的子信道(比如使用称为穿孔的技术)的位置被添到数据中。IFFT单元48(在举例说明的实施例中为256-抽样IFFT)提取由自适应串并转换器46输出的并行数据点，并将它们从频域表示转换成时域表示。由于在发射操作期间不存在要处理的潜在干扰，所以单个子信道不像前述的在接收机电路12中那样被IFFT48单独地处理(虽然在至少一个实施例中，单个的子信道在接收机中被单独地处理以便例如简化数字处理)。GI添加单元将一个保护间隔加到由IFFT单元48输出的时域信号中。所得到的信号接着被传送到对应的RF发射机以被发射到无线信道。

自适应信道化控制器16使用的信道状态信息18可以包括任何类型的信息，从这些信息中可以确定当前信道使用情况。这可以是闭环处理也可以是开环处理，或者两者的组合。在一种方案中，例如自适应信道化控制器16可以从通信电路的远端接收信道状态信息18。在另一种方案中，信道状态信息可以本地生成(例如，在以前的分组交换期间估算的每个副载波值的信噪比(NSR)，等等)。自适应信道化控制器16可以使用信道状态信息来识别例如当前占用的子信道。为了在相应无线链路中使用，自适应信道化控制器16接着可以选择剩余的未被占用的子信道(或者其子集)。在作信道化判决时，也可以考虑其它的因素。

在本发明的至少一个实施例中，本发明的原理在无线联网的环境内实现。例如，图1的无线设备10可位于例如一个无线用户设备之中(例如，便携式电脑、台式电脑、掌上电脑、或者具有无线联网能力的平板式电脑、具有无线联网能力的个人数字助理(PDA)、蜂窝电话或者其它的手持通信设备，等等)和/或在无线接入点中。在无线用户设备中，自适应信道化控制器16常常为单个相应用户确定(和适配)信道化方案。另一方面，在一个接入点中，需要同时为多个用户跟踪信道化方案。许多其它的情况也是可能的。无线设备10也可以是无线网络接口卡或者其它无线网络接口结构的一部分。在至少一个实施例中，无线设备10在单个的射频集成电路(RFIC)上实现。许多其它实现也是可能的。

应当理解，在图1中举例说明的单个块可自然地起作用并且不必对应于分离的硬件单元。例如，在至少一个实施例中，两个或多个块在单个(或多个)数字处理设备中以软件实现。数字处理设备可包括例如通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算机(RISC)、复杂指令集计算机(CISC)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、和/或其它的，以及包括上述的组合。可以做出硬件、软件、固件和/或组合的实现。

图2、3和4是举例说明了根据本发明实施例能够在四个频率子信道中操作的高吞吐量的通信设备的可能操作情况的信道使用图。参考图2，高吞吐量设备监视它支持的信道并注意到IEEE 802.11a设备当前在四子信道中的第一子信道(比如，图1中的频率子信道1)中是可操作的。IEEE 802.11a设备作为高吞吐量设备可以在完全不同的基本业务集(BBS)内或者在相同BSS内是可操作的。HT设备接着做出决定以便在剩余的三个邻近的子信道(比如，在图2中的频率子信道2、3和4)中操作。图3举例说明了一种相似情况，除了HT设备决定在其中操作的三个子信道不邻近(比如，频率子信道1、3和4)之外。图4举例说明了其中HT设备确定多个子信道(比如，在图4中的频率子信道1和2)当前被另一个在附近通信的HT设备占用的情况。第一HT设备此后决定在剩余的两个子信道中操作(比如图4中的子信道3和4)。如将被理解的，根据本发明也存在其它许多操作情况。在无线联网的环境中，本发明的原理可被用来，例如提供传统系统(比如，IEEE 802.11a系统，等等)和更现代的高吞吐量系统的共存。本发明的原理也可用来在几个基站之间通过共享相同的频带来组织多个发射对话。本发明技术在无线网中中的另一个可能应用是容许使用不同频率信道的多个传统网络以便合并到使用单个无线接入点的单个BSS。

图5是举例说明在能够在具有多个子信道的高吞吐量(HT)信道内操作的多载波设备中实现自适应信道化时所使用的方法80的流程图。首先，为HT多载波信道获得信道状态信息(块82)。信息状态信息可以在本地开发，比如通过本地接收机所做的测量，和/或它也可以从远端实体接收，远端实体例如是在相应通信链路另一侧的通信设备。接着基于信道状态信息做出关于哪个支持的子信道将用于对应的无线链路的决定(块84)。在一种方案中，信道状态信息用来识别哪个支持的子信道当前被占用。接着从未被占用的子信道中选择子信道。可替换地，也可以使用其它的选择技术。为了在处理相应多载波接收和/或发射信号中使用，子信道适配信息接着被传送到接收机电路和/或发射机电路(块86)。

在前面的详细描述中，为了使公开简单化，本发明的各种特征被一起归类到一个或多个单个实施例中。公开的这种方法并不认为反映了这样的意图，即要求保护的本发明要求比每个权利要求中清楚地例举的特征更多的特征。相反，如下列权利要求所反映的，创造性的的方面可在于有比每个公开的实施例的所有特征更少的特征。

虽然已经结合特定实施例公开了本发明，但是应当理解，可以采取修改和变化，而这并不脱离发明的精神和范围，正如本领域的普通技术人员所能理解的。这样的修改和变化被认为在本发明和所附权利要求的权限和范围之内。

Claims (39)

1.一种无线设备，包括：

自适应信道化控制器，基于信道状态信息确定多个预定子信道中的哪一个用来支持多载波无线链路；和

接收机电路，基于由所述的自适应信道化控制器输出的控制信息处理接收的与所述多载波无线链路相关联的多载波信号。

2.权利要求1的无线设备，进一步包括：

发射机电路，基于由所述自适应信道化控制器输出的控制信息为所述多载波无线链路生成多载波发射信号。

3.权利要求1的无线设备，其中：

所述接收机电路包括频率解复用器，该频率解复用器基于频率将所述接收到的多载波信号分成多个部分，所述多个部分对应于所述多个预定的子信道。

4.权利要求3的无线设备，其中：

所述接收到的多载波信号为正交频分复用(OFDM)信号；并且

所述接收机电路进一步包括多个傅立叶变换单元，用来独立地处理由所述频率解复用器输出的所述多个信号部分。

5.权利要求4的无线设备，其中：

所述接收机电路进一步包括在所述频率解复用器和所述多个傅立叶变换单元之间的保护间隔移除单元，用于从由所述频率解复用器输出的所述多个信号部分中移除保护间隔。

6.权利要求4的无线设备，其中：

所述多个傅立叶变换单元包括至少一个快速傅立叶变换单元。

7.权利要求4的无线设备，其中：

所述接收机电路进一步包括自适应并串转换器，用来从所述多个傅立叶变换单元接收输出流，并基于来自所述自适应信道化控制器的控制信息将所述输出流合并为串行流。

8.权利要求7的无线设备，其中：

所述自适应并串转换器忽略与当前未用来支持所述多载波无线链路的子信道相关联的输出流。

9.权利要求7的无线设备，其中：

所述接收机电路进一步包括自适应去映射器，用来基于来自所述自适应信道化控制器的控制信息去映射由所述自适应并串转换器输出的所述串行流中的数据。

10.权利要求2的无线设备，其中：

所述发射机电路包括前向纠错(FEC)编码器来编码源数据，还包括自适应映射器，它基于预定的调制星座映射编码的数据。

11.权利要求10的无线设备，其中：

所述发射机电路进一步包括自适应串并转换器，它基于来自所述自适应信道化控制器的控制信息将由所述自适应映射器输出的串行流转换成并行格式。

12.权利要求11的无线设备，其中：

所述自适应串并转换器将零添加到并行输出流的数据位置，该位置对应于当前未被用来支持所述多载波无线链路的子信道。

13.权利要求11的无线设备，其中：

所述多载波发射信号为正交频分复用(OFDM)信号；以及

所述发射机电路进一步包括反向傅立叶变换单元，用来将所述自适应串并转换器的并行输出信号从频域表示转换为时域表示。

14.权利要求13的无线设备，其中：

所述发射机电路进一步包括保护间隔添加单元，用来将保护间隔加到由所述反向傅立叶变换单元输出的时域表示中。

15.权利要求2的无线设备，其中：

所述自适应信道化控制器，所述接收机电路以及所述发射机电路全部都在同一个半导体芯片上实现。

16.权利要求1的无线设备，其中：

所述信道状态信息包括从远端位置接收到的信息。

17.权利要求1的无线设备，其中：

所述信道状态信息包括在所述无线设备中测量的信息。

18.一种无线设备，它包括：

频率解复用器，频率解复用器基于频率将接收到的多载波信号分成多个部分，所述多个部分对应于多个预定频率的子信道并至少包括第一部分和第二部分；

第一傅立叶变换单元，将所述多载波信号的所述第一部分从时域表示转换到频域表示；和

第二傅立叶变换单元，与所述载波信号的所述第一部分相独立地将所述多载波信号的所述第二部分从时域表示转换到频域表示。

19.权利要求18的无线设备，其中：

所述第二傅立叶变换单元为与所述第一傅立叶变换单元不同的单元。

20.权利要求18的无线设备，其中：

所述第一和第二傅立叶变换单元是相同的单元，其中所述单元在不同的时间处理所述多载波信号的所述第一和第二部分。

21.权利要求18的无线设备，进一步包括：

保护间隔移除单元，所述单元位于所述频率解复用器和所述第一傅立叶变换单元之间，用于在所述第一信号部分到达所述第一傅立叶变换单元之前从所述第一信号部分移除保护间隔。

22.权利要求18的无线设备，进一步包括：

自适应信道化控制器，它基于信道状态信息确定所述多个预定频率子信道中的哪一个用来支持多载波无线链路；

23.权利要求18的无线设备，其中：

所述接收到的多载波信号为正交频分复用(OFDM)多载波信号。

24.权利要求18的无线设备，进一步包括：

至少一个其它的傅立叶变换单元，将所述多载波信号的至少一个其它的部分从时域表示转换成频域表示。

25.权利要求18的无线设备，其中：

所述频率解复用器包括模拟滤波器。

26.一种方法，包括：

获得与具有多个子信道的信道相关联的信道状态信息；

基于所述信道状态信息确定所述多个子信道中的哪个子信道用于无线链路；以及

将子信道适配信息传送到接收机电路以便在处理与所述无线链路相关联的多载波接收信号时使用。

27.权利要求26的方法，其中：

所述信道状态信息包括从远端位置接收的信息。

28.权利要求26的方法，其中：

所述信道状态信息包括在所述无线设备中测量的信息

29.权利要求26的方法，其中：

确定所述多个子信道中的哪个子信道用于所述无线链路包括识别当前未被其它链路使用的子信道；

30.权利要求26的方法，进一步包括：

传送子信道适配信息到发射机电路以便在为所述无线链路生成多载波发射信号时使用。

31.一种方法，包括：

将接收到的多载波信号分成多个频率子信道分量；

将所述多个频率子信道分量中的每一个个别地从时域表示变换到频域表示。

32.权利要求31的方法，进一步包括：

基于从自适应信道化控制器接收的控制信息，将从个别地变换所述多个频率子信道分量所得的所述频域表示转换成单个串行流。

33.权利要求31的方法，其中：

个别地变换包括运用每个所述多个频率子信道分量到独立的傅立叶变换单元。

34.一种系统，它包括：

自适应信道化控制器，它基于信道状态信息确定多个预定子信道中的哪一个用来支持多载波无线链路；和

至少一个偶极子天线，它接收与所述无线链路相关联的多载波信号；

接收机电路，它基于由所述自适应信道化控制器输出的控制信息来处理所述接收到的多载波信号。

35.权利要求34的系统，其中：

通过识别当前正被其它无线链路使用的子信道，所述自适应信道化控制器确定在所述多个子信道中的哪个子信道用于支持所述多载波无线链路。

36.权利要求34的系统，其中：

所述至少一个偶极子天线包括多个偶极子天线。

37.一种包括其上存储有指令的存储介质的产品，当该指令被计算机平台执行时，会导致：

获得与具有多个子信道的信道相关联的信道状态信息；

基于所述信道状态信息确定所述多个子信道中的哪个子信道用于无线链路；以及

将子信道适配信息传送到接收机电路以便在处理与所述无线链路相关联的多载波接收信号时使用。

38.权利要求37的产品，其中：

确定所述多个子信道中的哪个子信道用于所述无线链路包括识别当前未被其它无线链路使用的子信道；

39.权利要求37的产品，其中，所述存储介质进一步包括指令，当该指令被计算机平台执行时，会导致：

传送子信道适配信息到发射机电路以便在为所述无线链路生成多载波发射信号时使用。

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