CN1812307A - 在通信系统中传送信息的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种在闭环多输入输出(MIMO)无线局域网(WLAN)中实现编码率选择算法以最大化吞吐量的方法和系统，包括基于信号质量计算通过RF信道同时发射的二进制比特的最大数量。调制技术可基于所述计算出的最大值来选择，传送的反馈信息包括所述选择的调制技术。随后发送的数据可通过RF信道接收，该数据已基于反馈信息进行了调制。所述方法的另一方面包括通过RF信道接收包括所选的调制技术和编码率的反馈信息，以及通过上述多个RF信道中至少一个信道发射随后的已基于反馈信息进行了调制或编码的数据。

Description

在通信系统中传送信息的方法和系统
技术领域
本发明涉及无线通信，更具体地，本发明涉及一种在闭环多进多出(MIMO)无线局域网(WLAN)系统中实现编码率选择算法以最大化吞吐量的方法和系统。
背景技术
电气和电子工程师协会(IEEE)在IEEE 802.11决议(又称为802.11)中，定义了多个涉及无线网络的规范。利用当前存在的802.11标准，如802.11(a)(b)(g)，可以支持2.4GHz或5GHz频带中最高54Mbps的数据传输率，IEEE标准组建立了一个新的课题组802.11n，以支持高于100Mbps的数据传输率。其中被讨论的规范包括接收基站可以反馈信息至发射基站以帮助发射基站调整发射到接收基站的信号的闭环反馈机制。在闭环反馈系统中，发射基站可利用接收基站的反馈信息发射后来的信号，称为波束赋形(beamforming)。波束赋形是一种驱使信号至某一特定方向以便于接收器更可靠地接收该信号，具有较低的噪音和干扰。为了符合新特性和性能的需求，出现了各种新的基于802.11n的反馈机制提案，以满足新特性和性能的需求，使接收移动终端能够反馈相关的信息给发射移动终端。相关信息的反馈可使发射移动终端能够基于接收移动终端提供的反馈信息调整其发射模式。通信系统的主要目标是使发射移动基站与接收移动终端间能达到更高的信息传输率，同时实现更低的误包率(PER)。尽管如此，目前尚没有合适的解决这些缺点并满足WLAN内对这些新特征和性能的需求的方法。
比较本发明以下结合附图介绍的系统后，现有的和传统的方法的进一步局限性和缺点对于本领域的技术人员来说是很明显的。
发明内容
本发明提供一种增加闭环MIMO WLAN系统内的吞吐量的方法和系统，以下将结合至少一副附图和实施例对本发明进行详细描述。
根据本发明的一个方面，提供一种在通信系统中传送信息的方法，所述方法包括：
基于多个接收RF信道中至少一个信道的信号质量，计算将通过多个RF信道中至少一个信道同时传送的二进制比特的最大数量；
基于所述计算出的二进制比特最大数量选择调制技术；
通过所述多个RF信道中所述至少一个RF信道与一个上行信道两者中的一个传送包括有所述选择的调制技术的反馈信息；
通过所述多个RF信道中所述至少一个RF信道接收之后发送的已基于所述反馈信息进行调制的数据。
优选地，所述计算的二进制比特的最大数量基于所述多个接收RF信道中所述至少一个RF信道的至少一个误包率来确定。
优选地，所述方法进一步包括：基于至少一个信噪比确定所述调制技术和编码率组合的范围。
优选地，所述方法进一步包括：将所述调制技术和编码率组合以及所述至少一个信噪比表示为查询表。
优选地，所述方法进一步包括：基于至少一个误包率选择至少一个所述调制技术和所述编码率组合。
优选地，所述方法进一步包括：通过所述多个RF信道中的至少一个RF信道与所述上行信道两者中的所述一个信道，传送所述反馈信息，所述反馈信息包括有所选择的至少月个编码技术和编码率组合。
优选地，所述信号质量包括信噪比。
根据本发明的一个方面，提供一种在通信系统中传送信息的系统，所述系统包括：
接收解调控制处理器，用于基于多个接收RF信道中至少一个信道的信号质量，计算将通过多个RF信道中至少一个信道同时传送的二进制比特的最大数量；
所述接收解调控制处理器基于所述计算出的二进制比特最大数量选择调制技术；
至少一个发射天线前端，通过所述多个RF信道中所述至少一个RF信道与上行信道两者之一传送包括有所述选择的调制技术的反馈信息；
至少一个接收天线前端，通过所述多个RF信道中所述至少一个RF信道接收之后发送的已基于所述反馈信息进行调制的数据。
优选地，所述计算的二进制比特的最大数量基于所述多个接收RF信道中所述至少一个RF信道的至少一个误包率来确定。
优选地，所述系统进一步包括至少一个处理器，基于至少一个信噪比确定所述调制技术和编码率组合的范围。
优选地，所述述至少一个处理器将所述调制技术和编码率组合以及所述至少一个信噪比表示为查询表。
优选地，所述述至少一个处理器基于至少一个误包率选择至少一个所述调制技术和所述编码率的组合。
优选地，所述发射天线前端通过所述多个RF信道中的至少一个RF信道与所述上行信道两者中的所述一个信道，传送所述反馈信息，所述反馈信息包括有所选择的至少月个编码技术和编码率组合。
优选地，所述信号质量包括信噪比。
根据本发明的一个方面，提供一种在多进多出通信系统中传送信息的方法，所述方法包括：
通过多个接收RF信道与一个上行信道两者中的一个接收包括有选定的调制技术和编码率两者中至少一个的反馈信息；
通过所述多个RF信道发送之后的已基于所述反馈信息进行调制和编码两者中至少一个的数据。
优选地，所述方法进一步包括：基于计算出的通过所述多个RF信道同时发射的二进制比特最大数量和所述上行信道与下行信道两者之一的至少一个误包率、至少一个计算出的吞吐率以及至少一个信噪比，选择调制技术。
优选地，所述方法进一步包括：基于所述上行信道和下行信道两者之一的至少一个误包率、至少一个计算出的吞吐率以及至少一个信噪比，确定调制技术和编码率组合的范围。
优选地，所述方法进一步包括：通过所述多个RF信道和一个下行信道两者中的一个信道传送包括有选择的所述调制技术和编码率中至少一个的信息。
根据本发明的一个方面，提供一种在多进多出通信系统中传送信息的系统，所述系统包括：
至少一个发射天线前端，通过多个接收RF信道与一个上行信道两者中的一个接收包括有选定的调制技术和编码率两者中至少一个的反馈信息；
至少一个接收天线前端，通过所述多个RF信道发送之后的已基于所述反馈信息进行调制和编码两者中至少一个的数据。
优选地，所述系统进一步包括发射调制控制处理器，基于计算出的通过所述多个RF信道同时发射的二进制比特最大数量和所述上行信道与下行信道两者之一的至少一个误包率、至少一个计算出的吞吐率以及至少一个信噪比，选择调制技术。
优选地，所述系统进一步包括至少一个处理器，基于所述上行信道和下行信道两者之一的至少一个误包率、至少一个计算出的吞吐率以及至少一个信噪比，确定调制技术和编码率组合的范围。
优选地，所述发射天线前端通过所述多个RF信道和一个下行信道两者中的一个信道传送包括有选择的所述调制技术和编码率中至少一个的信息。
本发明的优点、目的和新特性以及实施例的细节，可以通过接下来的阐述和附图进行全面了解。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例MIMO系统内的发射器和接收器的框图；
图2是根据本发明一个实施例MIMO系统中采用自适应调制的发射器和对应的采用自适应解调的接收器的框图；
图3是根据本发明一个实施例MIMO系统中采用自适应调制和编码的发射器以及对应的采用自适应解调和解码的接收器的框图；
图4是根据本发明一个实施例1×1系统的误包率(PER)对比信噪比(SNR)的示意图；
图5是根据本发明一个实施例作为调制和编码率选择的函数的吞吐量的示意图；
图6是根据本发明一个实施例开环和自适应系统内的吞吐量对比信噪比的示意图；
图7a是根据本发明一个实施例实现自适应编码系统的方法的流程图；
图7b是根据本发明一个实施例实现自适应调制和编码系统的方法的流程图；
图7c是根据本发明一个实施例实现基于发射器的自适应编码系统的方法的流程图；
图7d是根据本发明一个实施例实现基于发射器的自适应调制和编码系统的方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种在闭环MIMO WLAN系统内实现编码率选择算法以最大化吞吐量的方法和系统，在闭环系统中采用自适应调制或自适应调制与编码技术。
根据本发明的一个实施例，关于信道信息方面，MIMO系统可更有效地利用信道。例如，具有较高信噪比的RF信道相对于具有较低信噪比的RF信道可以支持更高的数据传输率。特征波束赋形或波束赋形可用于系统内，支持从接收器到发射器(或闭环系统)的反馈信息的交换，以驱使电子束将信号能量集中在期望的方向上。任何由发射器用于与接收器传送信息的RF信道均称作下行信道，任何由接收器用于与发射器传送信息的RF信道均称作上行信道。
自适应调制和编码率技术可与波束赋形技术一起使用，以使包括不同数据量的多个信号或信号流可同时传送。调制和/或编码率可以有效的根据每个数据流进行选择，并可基于信道信息对两者或两者之一进行修改。根据本发明的一个方面，可以基于每个数据流选择调制和/或编码率方案，以最大化通过多个RF信道传送的信息的总体信息传输率，同时最小化其误包率。例如，这需要计算每个RF信道的信噪比性能，并基于该信噪比性能和数据传输率最大化标准对每个RF信道的调制和/或编码方案进行调整。一般来说，信号质量的测量包括，例如信噪比和误包率。
图1是根据本发明一个实施例MIMO系统内的发射器和接收器的框图。如图1所示为发射器100和接收器101。发射器100包括编码模块102、收缩处理(puncture)模块104、交错器模块106、多个映射器模块108a、...、108n、多个快速傅立叶逆变换(IFFT)模块110a、...、110n、波束赋形V矩阵模块112以及多个数模转换和天线前端模块114a、...、114n。接收器101包括多个天线前端和模数转换模块116a、...、116n、波束赋形U*矩阵模块118、多个快速傅立叶(FFT)变换模块120a、...、120n、信道估算模块122、多个均衡器模块124a、...、124n、多个解映射模块126a、...、126n、解交错模块128、解收缩处理模块130以及维特比(Viterbi)解码器模块132。
波束赋形模块112和118中的矩阵V和U*为波束赋形技术中采用的矩阵。申请日为2005年2月7日的美国专利申请＿＿＿＿(代理案号为16307US02)提供有对特征波束赋形的详细描述，在此全文引用该申请。
在发射器100内，编码模块102可以采用前向纠错(FEC)技术(例如，二进制卷积编码(BCC))转换接收的二进制输入数据块。信道编码技术如FEC的应用，可以改进在接收器中成功地复原发射的数据的能力，这通过在数据通过RF信道发射前对输入数据添加冗余信息来实现。二进制输入数据块中的比特数与转换后的数据块中的比特数的比值即为编码率。该编码率可写作ib/tb，其中tb代表包括一组编码比特的总比特数，ib代表该组比特中包含的信息位的数量。(tb-ib)个比特均为冗余位，该冗余位可以使接收器101能够检测和纠正发射过程中引入的错误。增加冗余位的数量可以增强接收器检测和纠正信息位错误的能力。
收缩处理模块104可以从编码模块102中接收转换后的二进制输入数据块，并通过从接收的转换后二进制输入数据块中移除多余位来改变编码率。例如，如果编码模块102执行的编码率为1/2，从编码模块102中接收的4比特的数据包括2个信息位和2个冗余位。通过移除该4个比特中的1个冗余位，收缩处理模块104可将编码率从1/2调整至2/3。在通过RF信道发射前，交错器模块106可以对从收缩处理模块104接收的编码率调整后的数据块内的比特进行重新排列，以降低在通过RF信道发射的过程中因突发错误造成不可纠错的数据的可能性以及对邻接位的影响。交错器模块106的输出还可以被分成多个数据流，其中每个数据流包括有接收的编码率调整后数据块的比特的一个非重叠部分。因此，对于编码率调整后数据模块内给定的比特数量bdb，交错器模块106输出的给定数量的数据流nst，以及由交错器模块106分配给单个数据流i的给定数量的比特bst(i)，
b db = Σ i = 1 n st b st ( i ) (等式1)
多个映射器模块108a、...、108n包括一定数量单独的映射器模块，其数量等于交错器模块106生成的单个数据流的数量。每个映射器模块108a、...、108n可从对应的单个数据流中接收多个比特，采用基于群集的调制技术将所述多个比特转换成代表符号的信号电平，从而将这些比特映射进符号内。该符号的表示可以是一个复量，包括同相(I)和正交(Q)分量。为数据流I进行映射的映射器模块108a、...、108n可利用调制技术将多个比特bst(i)映射为符号。
多个IFFT模块110a、...、110n接收来自多个映射器模块108a、...、108n的符号，其中每个IFFT模块如110a，可以从对应的映射器模块如108a接收符号。每个IFFT模块110a、...、110n可以将RF信道的带宽细分为n个子带频率以实现正交频分复用(OFDM)，缓存多个接收的等于子带数量的符号。每个被缓存的符号可以由基于一个子带频率的载波信号进行调制。然后，每个IFFT模块110a、...、110n对整个频率子带中各自对应的缓存的和调制的符号进行单独相加以实现n点IFFT，从而生成复合OFDM信号。
波束赋形V矩阵模块112可以对IFFT模块110a、...、110n产生的所述多个复合OFDM信号或空间分布模型应用束波赋形技术。波束赋形V矩阵模块112可以产生多个信号，其中产生的信号的数量等于发射器100的发射天线的数量。波束赋形V模块112产生的多个信号中的每个信号包括有从IFFT模块110a、...、110n接收到的至少一个复合OFDM信号的加权和。多个数模转换和天线前端模块114a、...、114n接收由波束赋形V矩阵模块112产生的所述多个信号，并将从波束赋形V矩阵模块112产生的数字信号转换为可以通过天线放大和发送的模拟RF信号。多个模数转换和天线前端模块114a、...、114n的数量与发射器100中发射天线的数量相同。每个数模转换和天线前端模块114a、...、114n可从波束赋形V矩阵模块112中接收所述多个信号中的一个信号，并可利用天线通过RF信道发射一个RF信号。
在接收器101中，多个天线前端和模数转换模块116a、...、116n通过天线接收模拟RF信号，将该RF信号转换为基带频率，并生成所述接收的模拟基带信号的等效数字信号。该数字信号可以是复量，包括I和Q分量。天线前端和模数转换模块116a、...、116n的数量可与接收器101的接收天线数量相同。波束赋形U*模块118可对从所述多个天线前端和模数转换模块116a、...、116n接收的多个数字信号应用束波赋形技术。波束赋形U*模块118可以生成多个信号，其中所生成的信号的数量与发射器100中生成该信号使用的数据流的数量相等。束波赋形U*模块118产生的多个信号中的每个信号包括有从天线前端和模数转换模块116a、...、116n接收到的至少一个数字信号的加权和。多个FFT模块120a、...、120n从波束赋形U*模块118中接收多个信号或空间分布模型。多个FFT模块120a、...、120n的数量与束波赋形U*模块118中产生的信号的数量相等。每个FFT模块120a、...、120n可从波束赋形U*模块118中接收信号，单独地对其应用n点FFT技术，并由基于发射器100采用的n个子带频率的多个载波信号对该信号进行解调。解调后的信号可以在一个子带频率周期上由每个FFT模块120a、...、120n对之进行数学积分，以提取出包含在接收器101接收的每个OFDM信号中的n个符号。
信道估算模块122可利用包含在接收的RF信号中的前导码信息计算信道的估计值。多个均衡器模块124a、...、124n接收由多个FFT模块120a、...、120n生成的符号。多个均衡器模块124a、...、124n的数量等于FFT模块120a、...、120n的数量。每个均衡器模块124a、...、124n可从一个FFT模块120a、...、120n中接收信号，基于信道估算模块122的输入单独地处理该信号，以复原发射器100生成的原始符号。每个均衡器模块124a、...、124n包括有适当的逻辑、电路和/或编码，用于对从FFT模块120a、...、120n接收到的符号进行转换以补偿RF信道中的衰减。多个解映射模块126a、...、126n可接收来自多个均衡器模块124a、...、124n的符号。解映射模块126a、...、126n中每个解映射模块可采用基于发射器100生成符号使用的调制技术的解调技术，将每个符号反向映射为多个比特。多个解映射模块126a、...、126n的数量可与均衡器模块124a、...、124n的数量相等，也可以与发射器100内的数据流的数量相等。
解交错模块128可从每个解映射模块126a、...、126n接收多个比特，并对所述多个比特进行重新排序。例如，解交错模块128可以按照发射器100中的交错器106使用的顺序的反向顺序对多个解映射模块126、...、126n生成的比特进行重新排序。解收缩处理模块130将已由收缩处理模块104移除的空位插入从解交错模块128接收的输出数据块内。维比特解码器模块132采用可将输入给编码模块102的二进制数据块复原的解码技术对已进行解收缩处理的输出数据块进行解码。
图2是根据本发明一个实施例MIMO系统中采用自适应调制的发射器和对应的采用自适应解调的接收器的框图。参考图2所示为发射器200和接收器201。发射器200包括发射调制控制模块236及如图1中发射器100内的多个模块，即编码模块102、收缩处理模块104、交错器模块106、多个映射器模块108a、...、108n、多个IFFT模块110a、...、110n、波束赋形V矩阵模块112以及多个数模转换和天线前端模块114a、...、114n。接收器201包括接收解调控制模块234及图1中接收器101内的多个模块，即多个天线前端和模数转换模块116a、...、116n、波束赋形U*矩阵模块118、多个FFT模块120a、...、120n、信道估算模块122、多个均衡器模块124a、...、124n、多个解映射模块126a、...、126n、解交错模块128、解收缩处理模块130以及维特比解码器模块132。发射调制控制模块236可控制发射器200使用的调制技术的选择。接收解调控制模块234可控制接收器201使用的解调技术的选择。在工作过程中，发射调制控制模块236可对每个映射模块108a、...、108n分别基于每个数据流应用的调制技术进行控制。接收解调控制模块234可对每个解映射模块126a、...、126n分别基于每个数据流应用的解调技术进行控制。
在工作过程中，映射模块108a、...、108n的基于每个数据流的控制可控制分配给一个或多个数据流的比特数量bst(i)，以确保多个数据流中的比特总数量等于编码率调整后的数据块中的总比特数量bdb，如等式1所示。
图3是根据本发明一个实施例MIMO系统中采用自适应调制和编码的发射器以及对应的采用自适应解调和解码的接收器的框图。参考图3所示为发射器300和接收器301。发射器300包括多个收缩处理模块304a、...、304n、多个交错器模块306a、...、306n、发射编码控制模块340以及图2所示的发射器200中的多个模块，即编码模块102、收缩处理模块104、交错器模块106、多个映射器模块108a、...、108n、多个IFFT模块110a、...、110n、束波赋形V矩阵模块112、多个数模转换和天线前端模块114a、...、114n、及发射调制控制模块236。接收器301包括多个解交错模块328a、...、328n、多个解收缩处理模块330a、...、330n、接收编码控制模块338以及图2所示的接收器201中的多个模块，即多个天线前端和数模转换模块116a、...、116n、束波赋形U*矩阵模块118、多个FFT模块120a、...、120n、信道估算模块122、多个均衡器模块124a、...、124n、多个解映射模块126a、...、126n、解交错模块128、解收缩处理模块130、维比特解码器模块132及接收解调控制模块234。
在发射器300中，收缩处理和交错处理可以基于每个数据流逐个执行。多个收缩处理模块304a、...、304n的输出传送给多个交错器模块306a、...、306n。多个收缩处理模块304a、...、304n中的每个模块可将其输出传送给多个交错器模块306a、...、306n中对应的一个交错器模块。多个交错器模块306a、...、306n的输出传送给多个映射器模块108a、...、108n。多个交错器模块306a、...、306n中的每个模块将其输出传送给多个映射器模块108a、...、108n中对应的一个映射器模块。发射编码控制模块340实现对发射器300采用的收缩处理的应用的控制。
在接收器301中，解收缩处理和解交错可以每个数据流为基础逐个执行。每个解交错模块328a、...、328n接收来自多个解映射模块126a、...、126n的输入，同时解交错模块328a、...、328n中的每个解交错模块接收来自多个解映射模块126a、...、126n中对应的一个解映射模块的输入。每个解收缩处理模块330a、...、330n接收来自多个解交错模块328a、...、328n中每个解交错模块的输入，其中每个解收缩处理模块接收来自对应的一个解交错模块的输入。多个解收缩处理模块330a、...、330n中每个解收缩处理模块的输出可传送至维比特解码器模块132。接收解码控制模块338可实现对接收器301使用的解收缩处理的应用的控制。
在工作过程中，发射编码控制模块340可对多个收缩处理模块304a、...、304n中每个收缩处理模块基于每个数据流应用的收缩处理进行控制。基于每个数据流的收缩处理的控制可使每个数据流的编码率发生变化。接收解码控制模块338可对多个解收缩处理模块330a、...、330n的每个解收缩处理模块分别基于每个数据流应用的解收缩处理进行控制。基于每个数据流的解收缩处理的控制可使接收器301对接收信号的每个数据流采用不同的编码率。
发射器200或300和接收器201或301调整调制/解调控制和/或编码/解码控制的能力需要通过闭环反馈机能来实现，该闭环反馈机制可实现发射器200或300和接收器201或301之间的信息交换。申请日为2005年2月7日的美国专利申请＿＿＿＿(代理案号为16307US02)提供了对闭环反馈机制的详细描述，在此全文引用该专利申请。
在本发明的一个实施例中，通过基于具有相同编码率的每个数据流进行自适应调制，可以实现发射器200的多个RF信道的总数据传输率的最大化。这包括给每个数据流i分配单独的值bst(i)，以最大化数据块内比特的数量bdb，该数据块以单位时间进行发射，并实现目标误包率。
在本发明的另一个实施例中，通过基于每个数据流的自使用调制以及基于每个数据流的自适应编码，可以实现发射器300的多个RF信道的总数据传输率的最大化。这包括给每个数据流i分配单独的值bst(i)，并给每个数据流分配编码率以基于每个数据流修改信息位的数量ib(i)。基于每个数据流对编码率以及调制率的控制，可提供另一个变量，用于最大化数据块内的比特数量bdb，该数据块以单位时间进行发射，并实现某一误包率。
本发明采用闭环反馈机制的各种实施例可响应RF信道的衰减，自适应地修改编码率和/或调制技术。
在本发明的一个实施例中，可利用基于每个数据流的调制控制和解调控制将总的数据传输率最大化，此过程分为两个步骤。第一步，比特分配，基于信噪比计算bst(i)。这可以提供出对应于一定范围的信噪比的bst(i)可能值的分布图。第二步，基于信噪比的观察值和误包率的观察值选择一个特定的bst(i)值。
在工作过程中，通过RF信道利用多个音调来传送符号，其中以从一定范围的频段中选择出来的频率传输每个音调。例如，每个音调代表一个OFDM子带频率。在频率选择性衰减的信道中，给定RF信道j的信噪比随频率变化，因此位于频率f1的音调具有信噪比SNRf1，与以频率f2发送的音调的信噪比SNRf2不同。空间分布模型的总的信噪比可通过基于信道RF中频率fj的多个单独的SNRfi计算信噪比几何平均值的方法来确定。多个频率上的总的几何信噪比为SNRgeo，可用以下等式来表示：
SNR geo = Π f j = 1 k SNR fj k (等式2)
其中k等于通过RF信道发送的音调的数量，∏代表每个音调的信噪比的乘积，等式2中的表达式可以看出，总的几何信噪比等于k个音调中每个音调的信噪比乘积的k次方根。
对于每个空间分布模型I的几何信噪比都可确定，表示为SNRgeo(i)。在确定每个SNRgeo(i)后，可利用算法例如Aslanis公式来确定空间分布模型中的比特分配。对于第i个数据流，或空间分布模型，比特分配bst(i)可由Aslanis公式计算，等式如下：
bst(i)＝max(floor(log2(1+SNRgeo(i)/Γ1)/2)×2，1)           (等式3)
等式3种计算该几何信噪比以2为底的对数，函数floor(x)表示x的整数部分，最大值函数max(x，y)表示x和y两者中的较大值，Γ1表示与第i空间分布模型相关的RF信道的衰减损耗。Γ1＝1表示没有损耗的RF信道，而Γ1＞1表示该RF信道中的有损耗。
在工作过程中，每个值bst(i)可基于观测到的性能标准(例如误包率)按照等式3计算得出。多个bst(i)的值可生成一个bdb值，如等式1所示，表示图2中发射器200和接收器201之间的最大数据传输率。
本发明的各个实施例可利用多种调制技术，例如二进制移相键控(BPSK)、正交移相键控(QPSK)、16位正交调幅(16QAM)、64位正交调幅(64QAM)、及256位正交调幅(256QAM)。利用BPSK调制技术产生的符号中，一个比特代表一个符号；利用QPSK调制技术产生的符号中，二个比特代表一个符号；利用16QAM调制技术产生的符号中，4个比特代表一个符号。利用64QAM调制技术产生的符号中，6个比特代表一个符号，而256QAM调制技术产生的符号具有8个比特。
在本发明的一个实施例中，总数据传输率可利用基于每个数据流的调制控制和解调控制以及基于每个数据流的编码控制和解码控制进行最大化，例如，此处理过程有4个步骤。第一步，比特分配，bst(i)可以基于信噪比的值计算得出。这可以生成一个图来示出对应信噪比的值的范围，bst(i)的可能值的范围。第二步，对于每个bst(i)值，可计算可能的编码率的值的范围。第三步，计算出查找表，表示对于给定信噪比范围内的可能的编码率和调制方案组合。第四步，调制bst(i)与编码率的特定值ib(i)/bst(i)，可基于观测的信噪比和误包率选择得出。可能有多个的调制和编码率组合能实现观测的信噪比和误包率，此情况下选择能使单位时间传输的ib(i)值最大的一个组合。
在本发明的一个实施例中，可以利用基于每个数据流的调制控制和解调控制以及基于每个数据流的编码控制和解码控制最大化总数据传输率，查找表Mod_Coding_LUT，例如可用于选择调制方案和编码率。空间分布模型i的查找表Mod_Coding_LUT的一个示例可表示如下：
Mod_Coding_LUT＝[1/2 1/4 3/2 8/3 3 4 9/2 16/3 6 20/3；...
                   2 5 8 11 15 16 20 22 24 27 30；...
                   1 2 2 4 4 4 6 6 8 8 8；...               (等式4)
                   1/2 1/2 2/3 1/2 2/3 3/4 2/3 3/4 2/3 3/4 5/6；]；
其中，第一行的元素代表比特/音调与对应列的编码率元素的乘积，第二行的元素代表信噪比范围，第三行的元素代表数据流i(比特/音调)的调制方案，第四行的元素代表数据流i的编码率。调制(比特/音调)和编码率的乘积代表信息位的数量ib(i)。
参照等式4的Mod_Coding_LUT可以看出，数据传输率可随信噪比增加而增加。例如，给定5dB的信噪比，Mod_Coding_LUT中指出，编码率为1/2的每个符号包括2个比特。QPSK调制技术可用于生成包括2个比特的符号。调制与编码率的乘积等于1，代表每个发射的音调可传送1个信息位。对于给定的为27的信噪比，Mod_Coding_LUT中指出，编码率为3/4的每个符号包括8个比特。在此情况下，调制与编码率的乘积为6，表示每个发射的音调可传送6个信息位。
同样如等式4所示，适应性调整包括对调制技术和编码率两者进行修改，单独修改调制技术，或单独修改编码率。除了如等式4所示的表格表示法，例如，自适应调制和编码标准还可以基于观测数据用图来表示。
图4是根据本发明一个实施例1×1系统的误包率(PER)对比信噪比(SNR)的示意图。均采用了波束赋形的具有N个发射天线的发射器和具有N个接收天线的接收器即为无干扰的1×1系统。例如，该1×1系统可等同于数据流1通过发射器天线1发射、数据流2通过天线2发射...数据流N通过天线N发射的系统。在接受器处，发射的数据流1可由接受器的天线1接收，并与传送的数据流2...N没有干扰。同样的，发射的数据流2由接收器的天线2接收，且与发射的数据流1、3...N无干扰，依此类推。参考图4所示为曲线402、曲线404、曲线406、曲线408、曲线410、曲线412、曲线414、曲线416、曲线418、曲线420、曲线422、曲线424、曲线426、曲线428、曲线430曲线432、曲线434、曲线436和曲线438。图4中所有曲线的测试条件是基于IEEE 802.11类型的D信道，且发射天线和接收天线的距离为15米。数据包包括1000个二进制八比特的数据，其误包率在包括多个IEEE 802.11 RF信道的频率回路上测量得出。
曲线402所示为采用BPSK调制和1/2的编码率的情况下的误包率对信噪比的曲线，该曲线中调制与编码率的乘积为1/2，表示每发射两个符号即发射一个信息位。曲线404所示为采用QPSK调制和1/2的编码率的情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为1。曲线406所示为采用16QAM调制和1/2的编码率的情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为2。曲线408所示为采用64QAM调制和1/2的编码率的情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为3。曲线410所示为采用256QAM调制和1/2的编码率的情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为4。
曲线412所示为采用BPSK调制和2/3的编码率的情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为2/3。曲线414所示为采用QPSK调制和2/3的编码率的情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为4/3。曲线416所示为采用16QAM调制和2/3的编码率的情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为8/3。曲线418所示为采用64QAM调制和编码率为2/3情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为4。曲线420所示为采用16QAM调制和编码率为2/3情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为16/3。
曲线422所示为采用QPSK调制和编码率为3/4情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为3/2。曲线424所示为采用16QAM调制和编码率为3/4情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为3。曲线426所示为采用QPSK调制和编码率为3/4情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为3/2。曲线428所示为采用256QAM调制和编码率为3/4情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为6。
曲线430所示为采用BPSK调制和编码率为5/6情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为5/6。曲线432所示为采用QPSK调制和编码率为5/6情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为5/3。曲线434所示为采用16QAM调制和编码率为5/6情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为10/3。曲线436所示为采用64QAM调制和编码率为5/6情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为5。曲线438所示为采用QPSK调制和编码率为5/6情况下的误包率对信噪比的曲线，其调制和编码率的乘积为20/3。
在工作过程中，参考图4，如果在给定的空间分布模型下所观测的信噪比为5dB，且该空间分布模型的目标误包率为0.10或10％，则可能有两个可能的调制和编码率的组合可以满足目标误包率，如曲线404和412所示。然而，调制和编码率的乘积，在曲线404中为1，在曲线412中为2/3。在这种情况下，1/2的编码率以及QPSK调制技术可为该给定的空间分布模型提供最大的数据传输率。
如果另一个空间分布模型观测的信噪比为20dB，可能有3个可能的调制和编码率组合可满足目标误包率，如曲线410、曲线418、曲线434所示。对于曲线410和曲线418，调制和编码率的乘积可为4，而曲线434中调制和编码率的乘积为10/3。进一步研究图4可看出，64QAM调制技术的误包率性能比256QAM调制技术的要好一些。在这种情况下，该空间分布模型的最大数据传输率可以采用2/3的编码率和64QAM调制技术来实现。
查找表Mod_Coding_LUT可基于第一次数据包交换开始时1×1误包率性能来确定，或者Mod_Coding_LUT可存储为接收器处的配置参数。采用数量更多的天线时，由于每个空间分布模型的不同的衰减特征，每个空间分布模型在其对应的查找表内具有不同的值。在每个空间分布模型具有不同衰减特征的情况下，每个空间分布模型具有各自单独存储的Mod_Coding_LUT。基于每个空间分布模型的Mod_Coding_LUT可以存储于例如寄存器中。
自适应的选择调制和编码率可实现对应于目标误包率的最大数据传输率，还可以实现发射器300和接收器301之间的通信吞吐量的最大化。对于选定的编码率和调制技术，可执行吞吐量的计算，该吞吐量表示使用给定的空间分布模型时从发射器300发送给接收器301的单位时间内无错误信息的量。对于恒定的数据传输率，吞吐量可以定义为：
Figure A20061000542800201
(等式5)
＝(数据传输率)×(1-误包率)×效率    (等式6)
对于变化的数据传输率；
(等式7)
Figure A20061000542800204
(等式8)
其中成功事件表示无错误信息包的成功发射和接收。变量K表示在观测的时间间隔内选择的数据率的总数量。Wi是表示以ratei发送的数据包的数量除以发送的数据包总数量的加权因子。效率可表示为tdata/(tdata+tpreamble+tIFS)，其中tdata表示在该时间间隔内发送数据所需的时间，tpreamble表示发送封包帧前导码所需的时间，tIFS表示数据包之间无数据或前导码传送的帧间间隔时间。吞吐率可基于编码率、采用的调制技术和误包率计算得出。由于编码率和调制是基于信噪比的，所以一个空间分布模型的吞吐量也是基于信噪比的。值得注意的是，恒定的数据传输率不排除调制和/或编码率的自适应变化。
图5是根据本发明一个实施例作为调制和编码率选择的函数的吞吐量的示意图。参考图5所示为曲线502、曲线504、曲线506和曲线508。曲线502代表使用IEEE 802.11规范定义的传输功率控制(TPC)管理帧的开环系统内理论上可实现的吞吐量对信噪比的曲线。曲线504、曲线506和曲线508代表根据本发明一个实施例自适应调制和自适应编码率系统的吞吐量对信噪比的曲线。曲线504中编码率为3/4且采用16QAM，曲线506中编码率为3/4且采用64QAM，曲线508中编码率为5/6且采用64QAM。参考图5，对于信噪比范围SNR＝A至SNR＝B，选择16QAM和3/4的编码率，如曲线504所示，可产成比位于相同信噪比范围内的曲线506和曲线508更高的吞吐量。对于信噪比范围SRN＝B至SNR＝C，选择64QAM和3/4的编码率，如曲线506所示可产生比曲线504和曲线508更高的吞吐量。对于信噪比范围SNR＝C至SNR＝D，选择64QAM和5/6的编码率，如曲线508所示，可产生比曲线504和曲线506更高的吞吐量。
图6是根据本发明一个实施例开环和自适应系统内的吞吐量对比信噪比的示意图。参考图6所示为曲线602、曲线604和曲线606。该系统表示与包括具有2个发射天线的发射器和具有2个接收天线的接收器的2×2系统的测量结果。该系统利用均方根延迟展开为50纳秒的40MHz信道。曲线602表示开环系统中吞吐量对信噪比的观测值。曲线604表示例如图2所示的采用自适应调制的系统的吞吐量对信噪比的观测值。曲线606表示例如图3所示的采用自适应调制和自适应编码的系统的吞吐量对信噪比的观测值。如图6所示，该自适应调制系统以及该自适应调制和自适应编码率系统在给定信噪比情况下，可产生比该开环系统更高的吞吐量。
因此，本发明的一个实施例提供一种新的发射器200或300和接收器201或301的结构，可采用如发射器200和接收器201内所示的自适应调制，或如发射器300和接收器301内所示的闭环系统内的自适应调制和自适应编码。采用自适应调制的发射器200和接收器201具有较简单的结构，包括发射器200内的一个收缩处理模块/交错器模块对，和接收器201内的一个解收缩处理模块/解交错模块对，而采用自适应调制和编码的发射器300和接收器301中，发射器300内基于每个数据流包括一个收缩处理模块/交错器模块对，且接收器301内基于每个数据流包括一个解收缩处理模块/解交错模块对。参考图6，使用波束赋形的自适应调制系统或自适应调制和编码系统，可提供可与开环系统相比的吞吐量级，但其信噪比级比开环系统所需的要低5dB。该自适应调制系统，和/或自适应调制和编码系统可使用比率选择算法来基于信噪比范围自适应的选择调制和编码率，从而最大化吞吐量。
图7a是根据本发明一个实施例实现自适应编码系统的方法的流程图。参考图7a，步骤702中对每个空间分布模型计算信噪比几何均值，步骤704中基于观测的信噪比和目标误包率对每个空间分布模型选择一种调制技术。在步骤706中，接收器201将选择的调制技术反馈给发射器200。在步骤708中，发射器200基于包括有接收器201选择的调制技术的反馈信息发射后续的数据给接收器201。
图7b是根据本发明一个实施例实现自适应调制和编码系统的方法的流程图。参考图7b，步骤712中对每个空间分布模型计算信噪比几何均值，步骤714中基于观测的信噪比和目标误包率对每个空间分布模型选择一种调制技术和编码率。步骤718中，储存查找表，该查询表表示对于给定的信噪比范围下的可能的编码率和调制技术。步骤714中可利用步骤718中存储的查找表。在步骤716中，接收器301将选择的调制技术和编码率反馈至发射器300。在步骤720中，发射器300基于包括有接收器301选择的调制技术和编码率的反馈信息发射后续的数据至接收器301。
图7c是根据本发明一个实施例实现基于发射器的自适应编码系统的方法的流程图。参考图7c，步骤722中，发射器200从接收器201中接收包括有每个空间分布模型的信噪比几何均值的反馈信息。在步骤724中，发射器200基于信噪比反馈信息和目标误包率为每个空间分布模型选择调制技术。在步骤726中，发射器200基于选择的调制技术，发射后续的数据至接收器201。
图7d是根据本发明一个实施例实现基于发射器的自适应调制和编码系统的方法的流程图。参考图7d，在步骤732中，发射器300从接收器301接收包括每个空间分布模型的信噪比几何均值的反馈信息。在步骤734中，发射器300基于信噪比反馈信息和目标误包率为每个空间分布模型选择调制技术和编码率。步骤738中，存储表示对于给定信噪比范围的可能编码率和调制技术的查找表。步骤734可利用步骤738中存储的查找表。在步骤736中，发射器300基于选择的调制技术和编码率发射后续的数据至接收器301。
本发明的实施例不限制于基于等式4中Mod_Coding_LUT的调制和编码的自适应选择。总之，本发明介绍了一种计算用于确定最大数据传输率的调制和编码率组合的方法和系统，该最大数据传输率可在空间分布模型内基于RF信道的可观测特征(例如，信噪比)以及符合可观测性能标准的特征(例如，误包率)来获得。
本发明的实施例不限制于接收器201或301自适应的确定调制技术和编码率的情况。此外，本发明不限于BCC，还可以采用多个其它编码技术，例如增强编码(Turbo coding)或低密度奇偶校验编码。在本发明的某些实施例中，发射器200或300可基于来自接收器201或301的反馈信息自适应地确定调制技术和编码率。该反馈信息包括例如接收器201或301计算的信道估算矩阵。
因此，本发明可由硬件、软件或者硬软件的结合来实现。本发明可在至少一个计算机系统中以集中的方式实现，或者以不同部件分布在几个交互连接的计算机系统中的分布式方式实现。任何种类的计算机系统或其他能够实现本发明的方法的设备都是适用的。硬件、软件和固件的一个典型结合是具有计算机程序的通用计算机系统，当该计算机程序被上载并执行时，控制该计算机系统以便实现本发明所述的方法。
本发明还可嵌入包括有能够实现所述方法的各种特征的计算机程序产品中，当该程序加载到计算机系统中时能够实现本申请所述的方法。本文中所述的计算机程序是指，例如，以任何语言、代码或符号表示的一组指令，能够直接使具有信息处理能力的系统执行特定功能，或者经过以下一种或各种处理后使具有信息处理能力的系统执行特定功能：a)转换成另一种语言、代码或符号；b)以不同的材料复制。但是，本领域的普通技术人员可知的其他计算机程序的实现方法也可用于本发明。
以上已结合一定的实施例对本发明进行了描述，本领域的普通技术人员可知，可对本发明进行各种改变或等同替换而并不脱离本发明的范围。此外，根据本发明的教导进行的以适应特定的环境或材料的各种修改也并未脱离本发明的范围。因此，本发明并不限于公开的具体实施例，本发明包括落入权利要求范围内的所有实施例。
相关专利申请的交错引用：
本申请全文引用并要求临时专利申请号为60/593473(代理案号为1641US01)、申请日为2005年1月17日的美国临时专利申请的优先权。
本申请引用以下专利申请公开的全部内容：
申请号为＿＿＿＿(代理案号为16307US02)、申请日为2005年2月7日的美国专利申请；
申请号为＿＿＿＿(代理案号为16354US02)、申请日为2005年2月7日的美国专利申请。

Claims (10)

1、一种在通信系统中传送信息的方法，所述方法包括：
基于多个接收RF信道中至少一个信道的信号质量，计算将通过多个RF信道中至少一个信道同时传送的二进制比特的最大数量；
基于所述计算出的二进制比特最大数量选择调制技术；
通过所述多个RF信道中所述至少一个RF信道与一个上行信道两者中的一个传送包括有所述选择的调制技术的反馈信息；
通过所述多个RF信道中所述至少一个RF信道接收之后发送的已基于所述反馈信息进行调制的数据。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算的二进制比特的最大数量基于所述多个接收RF信道中所述至少一个RF信道的至少一个误包率来确定。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：基于至少一个信噪比确定所述调制技术和编码率组合的范围。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：将所述调制技术和编码率组合以及所述至少一个信噪比表示为查询表。
5、一种在通信系统中传送信息的系统，所述系统包括：
接收解调控制处理器，用于基于多个接收RF信道中至少一个信道的信号质量，计算将通过多个RF信道中至少一个信道同时传送的二进制比特的最大数量；
所述接收解调控制处理器基于所述计算出的二进制比特最大数量选择调制技术；
至少一个发射天线前端，通过所述多个RF信道中所述至少一个RF信道与上行信道两者之一传送包括有所述选择的调制技术的反馈信息；
至少一个接收天线前端，通过所述多个RF信道中所述至少一个RF信道接收之后发送的已基于所述反馈信息进行调制的数据。
6、根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述计算的二进制比特的最大数量基于所述多个接收RF信道中所述至少一个RF信道的至少一个误包率来确定。
7、一种在多进多出通信系统中传送信息的方法，所述方法包括：
通过多个接收RF信道与一个上行信道两者中的一个接收包括有选定的调制技术和编码率两者中至少一个的反馈信息；
通过所述多个RF信道发送之后的已基于所述反馈信息进行调制和编码两者中至少一个的数据。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：基于计算出的通过所述多个RF信道同时发射的二进制比特最大数量和所述上行信道与下行信道两者之一的至少一个误包率、至少一个计算出的吞吐率以及至少一个信噪比，选择调制技术。
9、一种在多进多出通信系统中传送信息的系统，所述系统包括：
至少一个发射天线前端，通过多个接收RF信道与一个上行信道两者中的一个接收包括有选定的调制技术和编码率两者中至少一个的反馈信息；
至少一个接收天线前端，通过所述多个RF信道发送之后的已基于所述反馈信息进行调制和编码两者中至少一个的数据。
10、根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括发射调制控制处理器，基于计算出的通过所述多个RF信道同时发射的二进制比特最大数量和所述上行信道与下行信道两者之一的至少一个误包率、至少一个计算出的吞吐率以及至少一个信噪比，选择调制技术。
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