在通信系统中传递信息的方法转让专利
申请号 : CN200610004198.6
文献号 : CN1832388B
文献日 : 2010-10-06
发明人 : 乔萨克·金
申请人 : 美国博通公司
摘要 :
本发明提供了一种用于多入多出(MIMO)WLAN系统中采用自适应调制的可选闭环方法的方法和系统。本发明的一个方面可使用MIMO系统的特征值分析特性来降低将多种调制类型中的一种调制类型编码为多个空间流中的一个空间流时所要求的二进制信息位的数量。与其他方法相比，本发明减少了所要求的比特数量，因此，可为使用闭环反馈方法的系统提供更大的灵活性。
权利要求 :
1.一种在通信系统中传送信息的方法，其特征在于，包括：
在使用多种调制类型和多个空间流的多入多出通信系统中，选择当前调制类型来调制将要发射的当前空间流；
基于计算得到的信噪比SNR和包误率PER目标为所述当前空间流选中当前调制类型，并再次基于计算得到的信噪比SNR和包误率PER目标，以选择至少一种随后空间流的调制类型，来调制将要发射的至少一个随后的空间流，其中，选中当前调制类型的空间流包括足够的星座图点数量来对比特数量进行编码；
通过射频信道向发射器传送消息，所述消息显示所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后的调制类型；以及对接收器进行配置，使其基于相应的调制类型接收随后的数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对星座图字段编码，来唯一的标识包含所述选中的当前调制类型和所述至少一个所述选中的随后的调制类型的组合。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述消息包括所述星座图字段。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选中随后调制类型包括多个星座图点，其数量小于或等于所述选中的当前调制类型中的星座图点的数量。
说明书 :
技术领域
本发明的特定实施例涉及无线通信。具体的，本发明的特定实施例涉及用于自适应调制和用于闭环多入多出(MIMO)无线局域网(WLAN)系统的信号字段的方法。
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。利用现有的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。
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
用于自适应调制和用于闭环多入多出(MIMO)无线局域网(WLAN)系统的信号字段的方法，结合至少一幅附图进行了介绍，并在权利要求中进行了完整的描述。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在通信系统中传送信息的方法，包括：
在使用多种调制类型和多个空间流的多入多出(MIMO)通信系统中，选择当前调制类型来调制将要被发射的当前空间流；
基于计算得到的信噪比SNR和包误率PER目标为所述当前空间流选中当前调制类型，并再次基于计算得到的信噪比SNR和包误率PER目标，以选择至少一种随后空间流的调制类型来调制将要发射的至少一个随后的空间流，其中，选中当前调制类型的空间流包括足够的星座图点数量来对比特数量进行编码；
通过射频(RF)信道向发射器传送消息，所述消息显示所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后的调制类型；
对接收器进行配置，使其基于相应的调制类型接收随后的数据：所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后调制类型。
优选的，本方法还包括对星座图字段编码，来唯一标识包含所述选中的当前调制类型和所述至少一个所述选中的随后的调制类型的组合。
优选的，所述消息包括所述星座图字段。
优选的，所述被选中的随后调制类型包括许多星座图点，其数量小于或等于所述选中的当前调制类型中的星座图点的数量。
优选的，本方法还包括基于至少一个信噪比(SNR)选择以下调制类型中的至少一个：所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后调制类型。
根据本发明的一个方面，提供了一种在通信系统中传送信息的方法，包括：
在使用多种调制类型和多个空间流的多入多出(MIMO)通信系统中，选择当前调制类型来调制将要发射的当前空间流；
基于所述选中的当前调制类型选择至少一种随后的调制类型来调制将要发射的至少一个随后的空间流；
通过射频(RF)信道向接收器发送消息，所述消息显示所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后调制类型；
对发射器进行配置，使其可基于以下至少一种调制类型来发送随后的数据：所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后调制类型。
优选的，本方法还包括对星座图字段编码，来唯一标识包含所述选中的当前调制类型和所述至少一个所述选中的随后的调制类型的组合。
优选的，所述消息包括所述星座图字段。
优选的，所述被选中的随后调制类型包括多个星座图点，其数量小于或等于所述选中的当前调制类型中的星座图点的数量。
优选的，本方法还包括通过所述RF信道接收信道信息。
优选的，本方法还包括基于所述收到的信道信息选择以下调制方式中的至少一种：所述当前调制类型和所述随后调制类型。
优选的，所述选中的随后的调制类型包括多个星座图点，其数量小于或等于所述选中的当前调制类型中的星座图点的数量。
优选的，所述信道信息包括至少一个SNR。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在通信系统中传送信息的系统，包括：
电路，在使用多种调制类型和多个空间流的多入多出(MIMO)通信系统中，选择当前调制类型来调制将要发射的当前空间流；
所述电路基于所述选中的当前调制类型选择至少一种随后的调制类型，来调制将要发射的至少一个随后的空间流；
所述电路通过射频(RF)信道向发射器传送消息，所述消息显示所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后的调制类型；以及
所述电路配置来基于以下调制类型中的至少一种来传送随后的数据：所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后调制类型。
优选的，所述电路对星座图字段编码，来唯一标识包含所述选中的当前调制类型和所述至少一个所述选中的随后的调制类型的组合。
优选的，所述消息包括所述星座图字段。
优选的，所述选中的随后的调制类型包括多个星座图点，其数量小于或等于所述选中的当前调制类型中的星座图点的数量。
优选的，所述电路基于至少一个信噪比(SNR)来选择以下调制方式中的至少一种：所述选中的当前调制类型和所述至少一个所述选中的随后的调制类型。
优选的，所述电路通过所述RF信道接收信道信息。
优选的，所述电路基于所述收到的信道信息选择以下调制方式中的至少一种：所述当前调制类型和所述随后的调制类型。
优选的，所述信道信息包括至少一个SNR。
优选的，所述电路包括接收器电路，来选择所述至少一个随后的调制类型。
优选的，所述电路包括发射器电路，来选择所述至少一个随后的调制类型。
本发明的各种优点、各个方面和创新特征，以及具体实施例的细节，将在以下的说明书和附图中进行详细介绍。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在通信系统中传送信息的方法，包括：
在使用多种调制类型和多个空间流的多入多出(MIMO)通信系统中，选择当前调制类型来调制将要被发射的当前空间流；
基于计算得到的信噪比SNR和包误率PER目标为所述当前空间流选中当前调制类型，并再次基于计算得到的信噪比SNR和包误率PER目标，以选择至少一种随后空间流的调制类型来调制将要发射的至少一个随后的空间流，其中，选中当前调制类型的空间流包括足够的星座图点数量来对比特数量进行编码；
通过射频(RF)信道向发射器传送消息，所述消息显示所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后的调制类型；
对接收器进行配置，使其基于相应的调制类型接收随后的数据：所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后调制类型。
优选的，本方法还包括对星座图字段编码，来唯一标识包含所述选中的当前调制类型和所述至少一个所述选中的随后的调制类型的组合。
优选的，所述消息包括所述星座图字段。
优选的，所述被选中的随后调制类型包括许多星座图点，其数量小于或等于所述选中的当前调制类型中的星座图点的数量。
优选的，本方法还包括基于至少一个信噪比(SNR)选择以下调制类型中的至少一个：所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后调制类型。
根据本发明的一个方面，提供了一种在通信系统中传送信息的方法，包括：
在使用多种调制类型和多个空间流的多入多出(MIMO)通信系统中，选择当前调制类型来调制将要发射的当前空间流；
基于所述选中的当前调制类型选择至少一种随后的调制类型来调制将要发射的至少一个随后的空间流；
通过射频(RF)信道向接收器发送消息，所述消息显示所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后调制类型；
对发射器进行配置，使其可基于以下至少一种调制类型来发送随后的数据：所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后调制类型。
优选的，本方法还包括对星座图字段编码，来唯一标识包含所述选中的当前调制类型和所述至少一个所述选中的随后的调制类型的组合。
优选的，所述消息包括所述星座图字段。
优选的，所述被选中的随后调制类型包括多个星座图点，其数量小于或等于所述选中的当前调制类型中的星座图点的数量。
优选的，本方法还包括通过所述RF信道接收信道信息。
优选的，本方法还包括基于所述收到的信道信息选择以下调制方式中的至少一种：所述当前调制类型和所述随后调制类型。
优选的，所述选中的随后的调制类型包括多个星座图点，其数量小于或等于所述选中的当前调制类型中的星座图点的数量。
优选的，所述信道信息包括至少一个SNR。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在通信系统中传送信息的系统，包括：
电路，在使用多种调制类型和多个空间流的多入多出(MIMO)通信系统中，选择当前调制类型来调制将要发射的当前空间流；
所述电路基于所述选中的当前调制类型选择至少一种随后的调制类型，来调制将要发射的至少一个随后的空间流；
所述电路通过射频(RF)信道向发射器传送消息，所述消息显示所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后的调制类型；以及
所述电路配置来基于以下调制类型中的至少一种来传送随后的数据：所述选中的当前调制类型和所述至少一个选中的随后调制类型。
优选的，所述电路对星座图字段编码，来唯一标识包含所述选中的当前调制类型和所述至少一个所述选中的随后的调制类型的组合。
优选的，所述消息包括所述星座图字段。
优选的，所述选中的随后的调制类型包括多个星座图点，其数量小于或等于所述选中的当前调制类型中的星座图点的数量。
优选的，所述电路基于至少一个信噪比(SNR)来选择以下调制方式中的至少一种：所述选中的当前调制类型和所述至少一个所述选中的随后的调制类型。
优选的，所述电路通过所述RF信道接收信道信息。
优选的，所述电路基于所述收到的信道信息选择以下调制方式中的至少一种：所述当前调制类型和所述随后的调制类型。
优选的，所述信道信息包括至少一个SNR。
优选的，所述电路包括接收器电路，来选择所述至少一个随后的调制类型。
优选的，所述电路包括发射器电路，来选择所述至少一个随后的调制类型。
本发明的各种优点、各个方面和创新特征，以及具体实施例的细节，将在以下的说明书和附图中进行详细介绍。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的MIMO系统中包含发射器和接收器的收发器的框图。
图2a是根据本发明实施例的通信电路的示范性框图。
图2b是根据本发明实施例的MIMO系统中包括带有自适应调制/解调功能的发射器和接收器的收发器的结构示意图。
图3是根据本发明实施例的MIMO系统中包括带有自适应调制/解调功能和编码/解码功能的发射器和接收器的收发器的结构示意图。
图4是根据本发明实施例的使用具备基于分组大小为1000字节的MMSE-LE的最佳信道估计的40MHz D类信道的2×2系统中，SNR模拟与吞吐量之间相互关系的示范性图表。
图5是根据本发明实施例的示范性训练序列的示意图。
图6是根据本发明实施例的对SIG-N字段进行的示范性变更的示意图。
图7是根据本发明实施例的接收器请求闭环调制类型的示范性步骤的流程图。
图8是根据本发明实施例的发射器基于来自接收器的信道反馈确定闭环调制类型的示范性步骤的流程图。
图9是根据本发明实施例的发射器确定开环调制类型的示范性步骤的流程图。
图2a是根据本发明实施例的通信电路的示范性框图。
图2b是根据本发明实施例的MIMO系统中包括带有自适应调制/解调功能的发射器和接收器的收发器的结构示意图。
图3是根据本发明实施例的MIMO系统中包括带有自适应调制/解调功能和编码/解码功能的发射器和接收器的收发器的结构示意图。
图4是根据本发明实施例的使用具备基于分组大小为1000字节的MMSE-LE的最佳信道估计的40MHz D类信道的2×2系统中，SNR模拟与吞吐量之间相互关系的示范性图表。
图5是根据本发明实施例的示范性训练序列的示意图。
图6是根据本发明实施例的对SIG-N字段进行的示范性变更的示意图。
图7是根据本发明实施例的接收器请求闭环调制类型的示范性步骤的流程图。
图8是根据本发明实施例的发射器基于来自接收器的信道反馈确定闭环调制类型的示范性步骤的流程图。
图9是根据本发明实施例的发射器确定开环调制类型的示范性步骤的流程图。
具体实施方式
本发明的特定实施例涉及一种用于多入多出(MIMO)无线局域网(WLAN)系统内采用自适应调制的可选闭环机制的方法和系统。根据本发明的实施例，可使用信道探测方法在发射器和接收器之间传送数据。本发明的多个实施例会使用MIMO系统的特征值分析特性来降低将多种调制类型中的一种调制类型编码为多个空间流中的一个空间流时所要求的二进制信息位的数量。本发明多个实施例中对所需位数量进行的降低，与其他传统方法相比，可为使用闭环反馈机制的系统提供更大的灵活性。本发明的多个实施例可在采用自适应调制和波束赋型的闭环系统中使用新的信道探测机制。可以基于SNR值的范围，以每个流为单位自适应的选择调制类型和编码率。发射器可基于信道反馈信息选择调制类型和编码率。
根据本发明的实施例，通过信道信息，MIMO系统可基于可遵守标准更有效的利用信道。在可遵守标准的一个例子中，与具有较低信噪比(SNR)的RF信道相比，具有更高SNR的RF信道能支持更高的数据传输率。可支持从接收器到发射器的反馈信息交换的系统(或闭环系统)可使用特征波束赋形(Eigenbeamforming)或“波束赋形”来驱使波束，使得信号能量集中在期望的方向上。发射器向接收器传送数据所使用的多个RF信道中的任何一个称为“下行信道”，而接收器向发射器传送数据所使用多个RF信道中的任何一个称为“上行信道”。
自适应调制和编码率技术可与波束赋形技术一同使用，使得包含不同数据量的多个信号或“流”可同时发送。这项技术也可称为流加载。调制和/或编码率可以流为单位有效地选择，并可基于信道信息对调制和编码率两者或其中任何一个进行修改。
本发明的一个目的是基于每个流选择调制和/或编码方案，以将通过多个RF信道同时传送的信息的总的信息传输率最大化，同时最小化误包率(PER)。这需要评估各个RF信道的SNR性能，并基于SNR为每个RF信道调整调制和/或编码方案，并需要采用数据率最大化标准。信号质量的典型指标包括例如SNR和PER。
图1是根据本发明一个实施例的MIMO系统中包含发射器和接收器的收发器的结构示意图。图1示出了收发器，包含发射器100、接收器101的、处理器140、基带处理器142、多个发射器天线115a、...、115n和多个接收器天线117a、...、117n。发射器100可包括编码模块102、收缩模块104、交错器模块106、多个映射模块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、均衡器模块124、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中的变量V和U*分别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No.11/052,389提供有对特征波束赋形的详细描述，在此全文引用该申请。
处理器140可根据可用的通信标准执行数字接收器和/发射器功能。这些功能可包括但不限于，在相关协议参考模型中的低层执行的任务。这些任务还可包括物理层会聚规程(PLCP)、物理介质相关(PMD)功能和相关的层管理功能。基带处理器142可类似地根据可用的通信标准执行功能。这些功能可包括但不限于，与对通过接收器101收到的数据进行的分析有关的任务，以及与生成即将通过发射器100发射的数据相关的任务。这些任务还可包括有关标准指定的媒体访问控制(MAC)层功能。
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))转换所接收的二进制输入数据块。应用FEC技术(也称为“信道编码”)，可以改进在接收器中成功地复原被发射的数据的能力，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。可使用符号ib/tb来表示该编码率，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tb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。这个额外的误码检测和纠正能力所带来的不便之处在于，它降低了发射器100和接收器101之间的信息传输率。本发明并非仅限于BCC，还可以使用多种编码技术中的任何一种，例如Turbo编码或低密度奇偶校验(LDPC)编码。
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冗余位来改变编码率。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接收的调整编码率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影响临接位的错误而造成不可纠错的数据的可能性。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所接收的调整编码率后的数据块的比特的非重叠部分。因此，对于调整编码率后的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)：
等式[1]
在进行交错之前，对于给定数量的编码比特bdb而言，每个比特都可以用指数k＝0，1...bdb-1来表示。对于比特指数为k＝0，nst，2*nst，...，bdb-nst，交错器模块106可将比特分配给第一空间流，空间流0，bst(0)。对于比特指数为k＝1，nst+1，2*nst+1，...，bdb-nst1+1，交错器模块106可分配比特给空间流1，bst(1)。对于比特指数为k＝2，nst+2，2*nst+2，...，bdb-nst1+2，交错器模块106可分配比特给空间流2，bst(2)，。对于比特指数为nst-1，2*nst-1，3*nst-1...bdb-1，交错器模块106可分配比特给空间流nst，bst(nst)。
多个映射器模块108a、...、108n包括多个单独的映射器模块，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，采用基于星座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为符号。该符号的表达式可以是一个复数，包括同相(I)和正交(Q)分量。数据流i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。
波束赋形V矩阵模块112可将波束赋形技术应用到多个映射器模块108a、...、108n生成的多个符号或“空间模式”上。波束赋形V矩阵模块112可生成多个信号，其中，生成信号的数量等于发射器100中发射天线的数量。波束赋形V矩阵模块112生成的多个信号中的每一个可包含至少一个从映射器模块108a、...、108n收到的信号的加权和。
多个IFFT模块110a、...、110n可从波束赋形模块112接收多个信号。每个IFFT模块110a、...、110n可将RF信道的带宽分为n个子带频率以实现正交频分复用(OFDM)，缓存等于子带数量的多个被接收符号。每个被缓存的信号可以由频率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被缓存的和被调制的符号进行单独相加以执行n点IFFT，从而生成复合OFDM信号。
多个数(D)模(A)转换和天线前端模块114a、...、114n可接收多个IFFT模块110a、...、110n生成的多个信号。从多个IFFT模块110a、...、110n中的每一个所接收的数字信号可转换为模拟RF信号，所述模拟RF信号被放大并通过天线发射。多个DA转换和天线前端模块114a、...、114n在数量上等于发射天线115a、...、115n的数量。每个DA转换和天线前端模块114a、...、114n都可接收来自波束赋形V矩阵模块112的多个信号中的一个，并使用天线115a、...、115n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，并生成所述接收的模拟基带信号的等效数字信号。该数字表示式可以是包括I和Q分量的复数。天线前端和模数转换模块116a、...、116n的数量可与接收天线117a...117n的数量相同。
多个FFT模块120a、...、120n可从多个天线前端和AD转换模块116a、...、116n接收多个信号。多个FFT模块120a、...、120n在数量上等于天线前端和AD转换模块116a、...、116n的数量。每个FFT模块120a、...、120n可从天线前端和AD转换模块116a、...、116n接收信号，独立的应用n点FFT技术，并基于发射器100中使用的n个子带频率使用多个载波信号，对该信号进行解调制。解调后的信号可以在一个子带频率周期上由多个FFT模块120a、...、120n中的每一个对之进行数学积分，以提取出包含在接收器101接收的多个OFDM信号的每一个中的n个符号。
波束赋形U*模块118可对从多个FFT模块120a、...、120n收到的多个信号应用波束赋形技术。波束赋形U*模块118可生成多个信号，其中，生成信号的数量等于用于在发射器100处生成信号的空间流的数量。波束赋形U*模块118生成的多个信号中的每一个都包含从FFT模块120a、...、120n收到的至少一个信号的加权和。
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。均衡器模块124可接收波束赋形U*模块118生成的信号。均衡器模块124可基于信道估算模块122的输入，处理收到的信号，以复原发射器100最初生成的符号。均衡器模块124可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于对从波束赋形U*模块118收到的符号进行转换，补偿RF信道中的衰减。
多个解映射模块126a、...、126n可从均衡器模块124接收符号，并基于发射器100中用于生成该符号的调制技术，使用解调制技术，将每个符号反向映射为一个或多个二进制比特。多个解映射模块126a、...、126n在数量上等于发射器100中流的数量。
解交错模块128可从每个解映射模块126a、...、126n接收多个比特，并对所接收的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来自多个解映射模块126、...、126n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。维特比解码器模块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。
在运行中，处理器140可从维特比解码器132接收解码后的数据。处理器140可将收到的数据发往基带处理器142进行分析和进一步处理。处理器140还可将接收器101通过RF信道收到的数据发往信道估计模块122。接收器101中的信道估计模块122可使用这些信息来为收到的RF信道计算信道估计值。基带处理器142可生成将由发射器100通过RF信道发送的数据。基带处理器142可将数据发往处理器140。处理器140可生成多个即将发送到编码模块102的数据位。
图1中示出了一些无线通信终端的示范性实施例中的组件。一个示范性实施例可以是无线通信发射器，它包括发射器100、处理器140和基带处理器142。另一个示范性实施例可以是无线通信接收器，它包括接收器101、处理器140和基带处理器142。另一个示范性实施例可以是无线通信收发器，它包括发射器100、接收器101、处理器140和基带处理器142。
图2a是根据本发明一个实施例的通信电路的示范性框图。在图2a中示出了基带处理器272、收发器274、RF前端280、多个接收天线276a、...、276n和多个发射天线278a、...、278n。收发器274可包括处理器282、接收器284和发射器286。
处理器282可根据适用的的通信标准执行数字接收器和/或发射器功能。这些功能可包括但不限于，在相关协议参考模型中的低层执行的任务。这些任务还可包括物理层会聚规程(PLCP)、物理介质相关(PMD)功能和相关的层管理功能。基带处理器272可根据适用的通信标准来执行功能。这些功能可包括但不限于对通过接收器284收到的数据进行分析的任务和与生成将要通过发射器286发送的数据相关的任务。这些任务还可包括有关标准指定的媒体访问控制(MAC)层功能。
接收器284可执行数字接收器功能，包括但不限于快速傅立叶变换处理、波束赋形处理、均衡、解映射、解调控制、解交错、解收缩和解码。发射器286可执行数字发射器功能，包括但不限于编码、收缩、交错、映射、调制控制、快速傅立叶逆变换处理和波束赋形处理。RF前端280可通过天线276a，...，276n接收模拟RF信号，并将RF信号转换为基带，再生成收到的模拟基带信号的数字等效信号。该数字表示可以是复数，包括I和Q分量。RF前端280还可通过天线278a，...，278n发送模拟RF信号，将数字基带信号转换为模拟RF信号。
在运行过程中，处理器282可从接收器284接收数据。处理器282可将收到的数据传送给基带处理器272进行分析和进一步处理。基带处理器272可生成将要由发射器286通过RF信道发射的数据。基带处理器272可生成将要发往接收器282的数据。处理器282可生成将要发送给接收器284的多个数据位。处理器282可生成信号，来对发射器286中的调制处理操作进行控制，并对接收器284中的解调制处理操作进行控制。
图2b是根据本发明一个实施例的MIMO系统中带有自适应调制/解调功能的包含发射器和接收器的收发器的示意框图。在图2b中，示出了发射器200、接收器201、处理器240、基带处理器142、多个发射器天线115a、...、115n和多个接收器天线117a、...、117n。发射器200可包括发射调制控制模块236、编码模块102、收缩模块104、交错模块106、多个映射模块108a、...、108n、多个快速傅立叶逆变换(IFFT)模块110a、...、110n、波束赋型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可包括接收调制控制模块234、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、多个快速傅立叶变换(FFT)模块120a、...、120n、信道评估模块122、均衡器模块124、多个解映射模块126a、...、126n、解交错模块128、解收缩模块130和维特比解码器模块132。发射调制控制模块236可控制对发射器200中使用的调制技术的选择。接收解调制控制模块234可控制对接收器201中使用的解调制技术的选择。在运行过程中，发射调制控制模块236可以每个流为基础分别控制多个映射模块108a、...、108n中的每一个所应用的调制技术。接收解调制控制模块234可以每个流为基础分别控制多个解映射模块126a...126n中的每一个所应用的解调制技术。
处理器240可根据适用的通信标准来执行数字接收器和/或发射器功能。这些功能可包括但不限于，在相关协议参考模型中的低层执行的任务。这些任务还可包括物理层会聚规程(PLCP)、物理介质相关(PMD)功能和相关的层管理功能。
在运行过程中，映射模块108a、...、108n对每个流的控制可控制分配给一个或多个流的位数bst(i)，以确保多个流的位数和等于如等式[1]中所示的调整编码率后的数据模块中的位数和bdb。处理器240从维特比解码器132接收解码后的数据。处理器240可将收到的数据发往基带处理器142进行分析和进一步处理。处理器240还可通过RF信道将接收器101收到的数据发往信道估计模块122。接收器101中的信道估计模块122可使用这些信息来为收到的RF信道计算信道估计值。基带处理器142可生成发射器100将要通过RF信道发送的数据。基带处理器142可将数据发往处理器240。处理器240可生成将要发往编码模块102的多个位。处理器240可生成信号来控制发射调制控制模块236的运行，以及接收解调制控制模块234的运行。
图2b中所示的组件可包括无线通信终端的示范性实施例中的组件。一个示范性实施例可以是无线通信发射器，它包括发射器200、处理器240和基带处理器142。另一个示范性实施例可以是无线通信接收器，它包括接收器201、处理器240和基带处理器142。另一个示范性实施例可以是无线通信收发器，它包括发射器200、接收器201、处理器240和基带处理器142。
图3是根据本发明一个实施例的MIMO系统中包含带有自适应调制/解调功能和编码/解码功能的发射器和接收器的收发器的示意框图。在图3中，展示了发射器300、接收器301、处理器350、基带处理器142、多个发射天线115a、...、115n和多个接收天线117a、...、117n。发射器300可包括多个收缩模块304a、...、304n、多个交错模块306a、...、306n、发射编码控制模块340以及如发射器200(图2b)、编码模块102、多个映射模块108a，...，108n和多个IFFT模块110a，...，110n中所示的多个模块。发射器300还可包括波束赋形V矩阵模块112和多个数模转换和天线前端模块114a、...、114n以及发射调制控制模块236。接收器301可包括多个解交错模块328a、...、328n、多个解收缩模块330a、...、330n、接收编码控制模块338、以及如接收器201(图2b)、多个天线前端和数模转换模块116a、...、116n、波束赋型U*矩阵模块118和多个FFT模块120a，...，120n中所示的多个模块。接收器301还可包括信道估计模块122、均衡器模块124、多个解映射器模块126a、...、126n、维特比解码器模块132和接收解调制控制模块234。
在发射器300中，可以每个流为基础分别执行收缩和交错。多个收缩模块304a、...、304n的输出可发往多个交错模块306a、...、306n。304a、...、304n中的每一个收缩模块都可将其输出发往多个交错模块306a、...、306n中相应的一个。多个交错模块306a、...、306n的输出可发往多个映射器模块108a、...、108n。多个交错模块306a、...、306n中的每一个都可将其输出发网多个映射模块108a、...、108n中相应的一个。发射编码控制模块340可对发射器300中使用的收缩应用进行控制。
在接收器301中，可以每个流为基础分别执行解收缩和解交错。每个解交错模块328a、...、328n可从多个解映射模块126a、...、126n接收输入数据，其中多个解交错模块328a、...、328n中的每一个从多个解映射模块126a、...、126n中相应的一个接收输入数据。每个解收缩模块330a、...、330n可从多个解交错模块328a、...、328n接收输入数据，其中解收缩模块330a、...、330n中的每一个从多个解交错模块328a、...、328n中相应的一个接收输入数据。多个解收缩模块330a、...、330n中每一个的输出可发往维特比解码器模块132。接收解码控制模块338可对接收器301中使用的解收缩应用进行控制。
处理器350可根据可用的通信标准执行数字接收器和/或发射器功能。这些功能可包括但不限于，在相关协议参考模型中的低层执行的任务。这些任务还可包括物理层会聚规程(PLCP)、物理介质相关(PMD)功能和相关的层管理功能。
在运行过程中，发射编码控制模块340可以每个流为基础分别对多个收缩模块304a、...、304n中每一个所应用的收缩进行控制。对收缩以每个流为基础进行控制可使编码率以每个流为基础发生变化。接收编码控制模块338可以每个流为基础分别对多个解收缩模块330a、...、330n中每一个所应用的解收缩进行控制。对解收缩以每个流为基础进行控制可使接收器301来适应所收到信号的编码率以每个流为基础的变化。
处理器300可从维特比解码器132接收解码后的数据。处理器240可将收到的数据发往基带处理器142进行分析以及进一步处理。处理器350还可通过RF信道将由接收器101收到的数据发往信道估计模块122。接收器101中的信道估计模块122可使用该信息来为收到的RF信道计算信道估计值。基带处理器142可生成将要由发射器100通过RF信道发送的数据。基带处理器142会将数据发往处理器350。处理器350可生成将要发往解码模块102的多个位。处理器350可生成信号来控制发射调制控制模块236的运行，以及接收解调制控制模块234的运行。处理器350可生成信号来控制发射编码控制模块340的运行和接收解码控制模块338的运行。
图3中示出了无线通信终端的示范性实施例中的组件。一个示范性实施例可以是无线通信发射器，它包括发射器300、处理器340和基带处理器142。另一个示范性实施例可以是无线通信接收器，它包括接收器301、处理器340和基带处理器142。另一个示范性实施例可以是无线通信收发器，它包括发射器300、接收器301、处理器340和基带处理器142。
在本发明的一个方面，一种用于在MIMO通信系统中传递信息的系统可包括可为多个空间流选择调制类型和/或编码率的接收器。该接收器可通过RF信道传递至少一条消息，其中包含多个类型和/或编码率。该接收器还可用于基于至少一个选中的类型和/或编码率接收随后的数据。在本发明的另一个方面，所述系统包括通过RF信道接收消息的发射器，所述消息包括多个空间流的多个调制类型和/或编码率的规范。该系统被配置来基于至少一个收到的调制类型和/或编码率发射随后的数据。
信道探测可包括多种方法，通过所述多种方法，发射器例如发射器200以及接收器例如接收器201可以在闭环系统中交换信息。发射器可使用交换的信息，这样一来，发射器就可以基于调制类型和/或编码率来发射随后的数据。交换的信息可用于配置接收器，使其基于调制类型和/或编码率来接收随后的数据。信道探测使得发射器和接收器可基于公共的调制类型和/或编码率来发射和接收数据。
信道探测所使用的帧结构可以是MIMO模式请求帧、MIMO信道请求帧、MIMO模式响应帧和MIMO信道响应帧，这在于2005年2月7日申请、申请号为No.11/052353的美国申请中进行了介绍，这里也使用了该文作为参考。
在MIMO系统中，本发明的多个实施例可使发射器例如发射器200和接收器例如接收器201使用信道探测机制来交换信息，所述信息为多个空间流中的每一个指定调制类型和/或编码率。交换的信息可用于配置发射器，以基于调制类型和/或编码率，通过发射的多个空间流中的单个空间流来发送随后的数据。还可使用交换的信息来配置接收器，使其基于调制类型和/或编码率，通过收到的多个空间流中的相应的单个空间流来接收随后的数据。信道探测使得发射器通过单个空间流来进行发射，使接收器基于同一调制类型和/或编码率、通过相应的单个空间流来进行接收。
在开环MIMO系统中，发射器100、200或300和接收器101、201或301可不使用信道探测闭环反馈方法。相反、发射器可使用“回退”方法来为多个空间流选择调制类型和/或编码率。在开环系统中，发射器可选择向接收器发送数据时使用的调制类型和/或编码率。如果接收器成功的收到发送的数据，将发送确认消息。一旦收到确认消息，发射器将修改先前选定的调制类型和/或编码率，以增加随后发送的数据的数据率。如果接收器未能成功接收发送的数据，将不发送确认消息。如果发射器没有收到确认消息，发射器将修改先前选定的调制类型和/或编码率，来降低随后发送数据的数据率。
图4是根据本发明一个实施例的使用具备基于分组大小为1000字节的MMSE-LE的最佳信道估计的40MHz D类信道的2×2系统中，SNR模拟与吞吐量之间相互关系的示范性图表。在图4中示出了模拟开环系统402得到的结果、模拟自适应调制系统404得到的结果、模拟自适应调制和编码系统406得到的结果和模拟TGn(nSync)提案408得到的结果。如图4所示，对于给定的吞吐量，自适应调制系统404中要求的SNR性能可在自适应调制和编码系统406的SNR性能的2dB范围之内。与nSync提案408相比，自适应调制系统404或自适应调制和编码系统406可在更低的SNR实现给定的吞吐量。在这点上，自适应调制系统404可代表使用自适应调制和编码406的系统的可行备选方案。
图5是根据本发明一个实施例的示范性训练序列的示意图。在图5中，示出了第一天线500和第二天线501。第一天线500发送的物理层协议数据单元(PPDU)可包括短序列字段502、训练符号保护间隔(GI2)字段504、长序列字段506、保护间隔(GI)字段508、SIG-N字段510、多个保护间隔字段512a…512b和多个数据字段514a…514b。第二天线501发送的消息可包括短序列字段522、训练符号保护间隔字段524、长序列字段526、保护间隔字段528、SIG-N字段530、多个保护间隔字段532a、…、532b和多个数据字段534a、…、534b。物理层服务数据单元(PSDU)可包括报头和数据载荷。第一天线500发送的PSDU的前导码可包括短序列字段502和长序列字段506。第一天线500发送的PSDU的报头部分可包括SIG-N字段510。第一天线500发送的PSDU的数据载荷可包括多个数据字段514a、…、514b。第二天线501发送的PSDU的前导码可包括短序列字段522和长序列字段526。第二天线501发送的PSDU的报头部分可包括SIG-N字段530。第二天线501发送的PSDU的数据载荷可包括多个数据字段534a、…、534b。
短序列字段502可包括多个短训练序列符号，例如10个短训练符号。每个短训练序列符号可包括已定义时间间隔的信息传输，例如800纳秒(ns)。短序列字段502的持续时间可包括例如8微秒的时间间隔。接收器例如接收器201会因多种原因使用短序列字段502，例如，信号探测、用于低噪音放大电路的自动增益控制(AGC)、耙指接收器电路执行的分级选择、粗略频率偏移估算和计时同步。
训练符号保护间隔字段504可包括时间间隔，在此间隔内，第一天线500不通过RF信道发送数据。训练符号保护间隔字段504的持续时间可包括一个例如1.6μs的时间间隔。接收器例如接收器201可使用训练符号保护间隔字段504来降低前面的符号与后续的符号之间发生内部符号干扰的可能性，所述前面的符号是例如短序列字段502期间发送的符号，所述后续符号是例如长序列字段506期间发送的符号。
长序列字段506可包括多个长训练符号，例如，2个长训练符号。每个长训练符号可包括已定义时间间隔的信息传输，例如3.2μs。包括长序列字段506的持续时间和前一训练符号保护间隔字段504的持续时间的长训练序列的持续时间可包括例如8μs的时间间隔。接收器例如接收器201可因多种原因使用该长训练序列字段506，例如精确频率偏移估算和信道估算。
保护间隔字段508可包括一个时间间隔，在此期间第一天线500不通过RF信道发送信息。保护间隔字段508的持续时间可包含一个例如800ns的时间间隔。接收器例如接收器201使用保护间隔字段508来降低前面的符号与后续的符号之间发生内部符号干扰的可能性，所述前面的符号是例如在长序列字段506期间发送的符号，后续的符号是例如在信号SIG-N字段510期间发送的符号。
信号SIG-N字段510可包括，例如信号符号。每个信号符号可包括已定义时间间隔的信息传输，例如3.2μs。包括信号SIG-N字段510的持续时间和前述保护间隔字段508的持续时间的单个符号的持续时间可包括例如4μs的时间间隔。接收器例如接收器201可使用信号SIG-N字段510，建立与通过RF信道收到的物理层服务数据单元(PSDU)有关的多个配置参数。
保护间隔字段512a可包括时间间隔，在此期间内第一天线500不通过RF信道发送信息。保护间隔字段512a的持续时间可包括例如800ns的时间间隔。接收器例如接收器201可使用保护间隔字段512a来降低前面的符号与后续的符号之间发生内部符号干扰的可能性，所述前面的符号是例如在信号SIG-N字段510期间发送的符号，后续的符号是例如在数据字段514a期间发送的符号。。接收器例如接收器201可使用多个保护字段512a、...、512b中的每个后继的保护间隔字段来降低前面的符号与后续的符号之间发生内部符号干扰的可能性，所述前面的符号是例如在多个数据字段514a、...、514b期间发送的符号，后续的符号是例如在多个数据字段514a、...、514b期间发送的符号。
多个数据字段514a、...、514b中的数据字段可包括例如数据符号。每个数据符号可包括第一天线500已定义时间间隔的信息传输，例如3.2μs。包括多个数据字段514a、...、514b中数据字段的持续时间和多个保护间隔字段512a、...、512b中的前一保护间隔数据字段的持续时间的每个数据间隔的持续时间都包括例如4μs的时间间隔。接收器例如接收器201可使用多个数据字段514a、...、514b来接收通过RF信道接收到的PSDU数据载荷中的数据。
短序列字段522、训练符号保护间隔字段524、长序列字段526、保护间隔528和信号SIG-N字段530可包括时间时间移位或循环移位，相应的短序列字段502、训练符号保护间隔字段504、长序列字段506、保护间隔508和信号SIG-N字段510的时间移位和循环移位的表示。第二天线501先开始传送循环移位后的短序列字段522，其后的一个间隔例如400ns，第一天线500开始传送短序列字段502。第二天线501先开始传送循环移位后的长序列字段526，随后的一个时间间隔例如1600ns，第一天线500开始传送长序列字段506。第二天线501先开始传送循环移位后的信号SIG-N字段530，随后的一个时间间隔例如1600ns，第一天线500开始传送信号SIG-N字段510。
保护间隔字段532a可包括时间间隔，在此期间第二天线501不通过RF信道传送信息。保护间隔字段532a可包括一个例如800ns的时间间隔。接收器例如接收器201可使用保护间隔字段532a来降低前面的符号与后续的符号之间发生内部符号干扰的可能性，所述前面的符号是例如在信号SIG-N字段530期间发送的符号，后续的符号是例如在数据字段534a发送期间发送的符号。接收器例如接收器201可使用多个保护间隔字段532a、...、532b中每个后继的保护间隔字段来降低前面的符号与后续的符号之间发生内部符号干扰的可能性，所述前面的符号是例如在多个数据字段534a、...、534b期间发送的符号，后续的符号是例如在多个数据字段534a、...、534b期间发送的符号。
多个数据字段534a、...、534b中的每一个都可以包括例如数据符号。每个数据符号可包括第二天线501传送的已定义时间间隔的信息，例如3.2μs。包括多个数据字段534a、...、534b中的数据字段的持续时间和前一多个保护间隔字段532a、...、532b中的保护间隔字段的持续时间的每个数据字段的持续时间可包括一个例如4μs的时间间隔。接收器例如接收器201可使用多个数据字段534a、...、534b来接收信息，这些信息包含在通过RF信道收到的PSDU数据载荷中。短序列字段502和长序列字段506在IEEE决议802.11中进行了定义。
在运行过程中，短序列字段和长序列字段可由发射器例如发射器200的第一天线500发送，由接收器例如接收器201接收。例如，接收器可将收到的长序列字段与已知的期望值进行对比，来确定信息在下行信道传送过程中是否受损。可为下行信道产生信道估计值。该信道估计值可包括SNR信息，也可包括有关通过下行信道传送的单个空间流的信息。
短序列字段522和长序列字段526在IEEE决议802.11中进行了规定。短序列字段和长序列字段可由发射器例如发射器200的第二天线501发送，由接收器例如接收器201接收。例如接收器可将收到的长序列字段与已知的期望值进行对比，来确定信息在下行信道传送过程中是否受损，从而可为下行信道产生信道估计值。该信道估计值可包括SNR信息，也可包括有关通过下行信道传送的单个空间流的信息。
PSDU的前导码部分和报头部分可通过第一天线500使用已知调制类型和编码率发送。使用已知调制类型和编码率可以使发射器例如发射器200，和接收器例如接收器201进行通信，直到调制类型和编码率信息进行了交换。调制类型可包括例如二进制相移键控(BPSK)。编码率可以是1/2。调制类型和编码率可表示数据可在RF信道中通过空间流进行发送的最低数据率。包含信号SIG-N字段510的由第一天线发送的报头和多个数据字段514a、...、514b可包括物理层协议数据单元(PPDU)。
可在长训练序列(LTS)的起始阶段，即训练符号保护间隔504的起始阶段使用波束赋型，也称为特征波束赋形。作为选择，可在接收数据载荷的起始阶段，即保护间隔512a的开始阶段使用波束赋型。基于信号SIG-N字段510，接收器可以确定收到的帧是使用自适应调制进行处理的。自适应调制可包括基于闭环MIMO系统中的信道反馈信息为至少一个发射空间流调整至少一个调制类型和/或编码率。
PSDU的前导码部分和报头部分可通过第二天线501使用调制类型和编码率发送。使用调制类型和编码率可以使发射器例如发射器200，和接收器例如接收器201进行通信，直到调制类型和编码率信息进行了交换。调制类型可包括例如二进制相移键控(BPSK)。编码率可以是1/2。调制类型和编码率可表示数据可在RF信道中通过空间流进行发送的最低数据率。第一天线发送的包含信号SIG-N字段530和多个数据字段534a、...、534b的PSDU报头，可包括PPDU。
可在长训练序列(LTS)的起始阶段，即训练符号保护间隔524的开始阶段使用特征波束赋型。作为选择，可在载荷数据接收过程的起始阶段，即保护间隔532a的开始阶段使用波束赋型。基于信号SIG-N字段530，接收器可以确定收到的帧是使用自适应调制进行处理的。自适应调制可包括基于闭环MIMO系统中的信道反馈信息为至少一个发射空间流调整至少一个调制类型和/或编码率。
图6是根据本发明一个实施例的典型SIG-N字段的示意图。在图6中，展示了多个空间流(NSS)字段602、多个发射天线(NTX)字段604、带宽(BW)字段606、编码率(R)字段608、纠错码类型(CT)字段610和星座图类型(CON)字段612。图6中还展示了长度(LEN)字段614、尾部PSDU指示器(LPI)字段616、闭环(Clsd)字段618、RSVD字段620、循环冗余校验(CRC)字段622和尾字段624。
空间流字段602包含3比特的二进制数据。空间流字段602可指示发射器例如200和接收器例如201之间传送信息所使用的空间流的数量。在MIMO系统中，空间流的数量可表示数字，例如1，2，3或4。发射天线字段604包括3比特的二进制数据。发射天线字段604可指示发射器和接收器之间传送信息时所使用的发射天线例如天线500的数量。在MIMO系统中，发射天线的数量可表示数字，例如1，2，3或4。带宽字段606包括2比特的二进制数据。带宽字段606可指示发射器和接收器之间发送信息所使用的带宽。在MIMO系统中，带宽字段可表示带宽，例如20MHz或40MHz，其中20MHz表示使用20MHz的RF信道，40MHz表示使用40MHz的RF信道。编码率字段608包含3比特的二进制数据。编码率字段608可指示通过天线发送物理层服务数据单元(PSDU)时使用的编码率。在MIMO系统中，编码率可表示一个数字，例如1/2，2/3，3/4或5/6。纠错码类型字段610包括2比特的二进制数据。纠错码类型字段610可指示通过天线发送信息时所使用的纠错码类型。在MIMO系统中，纠错码类型可表示纠错编码方法，例如二进制卷积编码(BCC)或低密度奇偶编码(LDPC)。第一星座图类型字段612包括7比特的二进制数据。第一星座图类型字段612可指示通过天线在一个或多个空间流中发送PSDU时所使用的星座图类型或调制类型。在MIMO系统中，调制类型可表示指示编码为符号的二进制比特的数量的星座图，例如二进制相移键控(BPSK)、四进制相移键控(QPSK)、16位正交调幅(16QAM)、64位QAM(64QAM)或256位QAM(256QAM)。
长度字段614可包括一些信息，用于指示数据载荷信息的字节数，例如，在通过天线例如天线500发送的数据字段514a、...、、、…、、514b的数据载荷。指示器LPI字段616可包括1比特二进制信息。指示器LPI字段616可包括一些信息，用于指示数据载荷例如多个数据字段514a、...、514b是否为消息中所包含的最后信息。闭环字段618可指示发射器例如发射器200是否在通过天线发送的信息中使用了MIMO闭环反馈信息。保留字段620可包括9比特二进制数据。保留字段620尚无所分配的用途。配置字段504可包括16比特二进制信息。循环冗余校验字段622可包括4比特二进制信息。循环冗余校验字段622可包括一些信息，接收器例如接收器201使用这些信息来探测收到的PPDU中的错误，例如报头SIG-N字段510和数据例如多个数据字段514a、...、514b中的错误。尾字段624可包括6比特二进制数据。尾字段624可包括一些信息，填充到循环冗余校验字段622后面，使SIG-N字段达到想要的长度。
在运行过程中，在闭环MIMO系统中，接收器例如接收器201可使用星座图类型字段612为多个空间流选择至少一个调制类型。接收器可为天线例如天线500发送的多个中的每个空间流选择唯一的调制类型和/或编码率。选中的调制类型和编码率将通过上行信道发送。发射器，例如发射器200可接收通过RF信道发送的选中的调制类型和编码率，其中包括应用于多个空间流的多个调制类型和/或编码率。可对发射器进行配置，来基于至少一个收到的调制类型和/或编码率来发送随后的数据。
调制类型和/或编码率可包括接收器的对多个中的一个空间流的说明，以及对作为发射器所发送的多个空间流中的至少一部分的相应空间流的说明。发射器可为多个空间流接收多个调制类型和/或编码率。发射器随后使用每个由接收器为多个空间流指定的调制类型和/或编码率，使用相应的多个发射空间流中的一个发送随后的数据。发射器可为多个空间流接收多个调制类型和/或编码率。发射器随后使用至少一个指定的调制类型和/或编码率来使用至少一个空间流发送随后的数据。
在本发明的一个实施例中，在闭环MIMO系统中，接收器例如接收器201可基于多个空间流的至少一个SNR生成信道反馈信息。生成的信道反馈信息可通过上行信道发送。发射器例如发射器200可基于接收器为多个空间流探测到的至少一个SNR来接收信道反馈信息。发射器可为多个空间流选择多个调制类型和/或编码率。可对发射器进行配置，以基于至少一个选中的调制类型和/或编码率来发送随后的数据，该调制类型和/或编码率是基于信道反馈信息来选择的。
在本发明的另一实施例中，在开环MIMO系统中，发射器例如发射器200可为多个空间流选择多个调制类型和/或编码率。可对发射器进行配置，使其基于至少一个选中的调制类型和/或编码率来发送随后的数据。
不论是闭环还是开环MIMO系统，发射器例如发射器200都可通过信号SIG-N消息字段例如图6中展示的包含在PPDU中的示范性SIG-N字段，向接收器例如接收器201发送包括应用于发送随后数据的调制类型和/或编码率的信息。星座图类型字段612可包括应用在通过发射天线例如天线500发送的多个空间流中的调制类型信息。接收器将基于闭环字段604来确定随后的数据是使用闭环方法还是开环方法来发送。
如果闭环字段618 Clsd＝0且空间流字段602的数值所表示的空间流(NSS)的数量近似等于发射天线字段604的数值所表示的发射天线(NTX)的数量或比该数量少1，这表示发射器例如发射器200在发送数据的过程中没有使用波束赋型，而使用空分复用(SDM)或空时模块编码(STBC)。如果闭环字段618 Clst＝1且星座图类型字段612指示NSS个空间流使用相同的调制类型，这表示发射器在发送数据过程中使用了特征波束赋型，且没有使用流加载，或使用了以每个流为基础的自适应调制。如果不使用流加载，则每一个空间流可使用等效的调制类型，且每个空间流的数据率是相等的。如果使用了流加载，则一些空间流可使用不同的调制类型，且一些空间流的数据率可与其他空间流不同。自适应调制可使发射器基于信道反馈信息为空间流调整数据率，来提升数据率或降低数据率。在本发明的多个实施例中，可分别对每个空间流调整调制类型和/或编码率。
可通过RF信道发送包括多个音调的OFDM符号，其中每个音调可在从一定范围内的负载波频率中选择的频率上发送。通过RF信道发送的指定空间流的SNR可随频率变化，这样一来在频率f1上发送的音调的SNRf1可不同于在不同频率f2上发送的音调的SNRf2。可基于频率fi中的单个SNRfi计算几何平均SNR，以此来为空间模式确定SNR之积，其中频率fi是通过RF信道发送的。被称为SNRgeo的几何平均SNR之积，可由以下等式表示：
等式[2]
k等于包含在通过RF信道发送的OFDM符号中的音调的数量，∏可表示单个音调的SNR乘积，等式[2]中的表达式为几何平均SNR之积，它等于k个音调中每一个的单个SNR之积的k次方根。
根据本发明的实施例，可为每个空间模式SNRgeo，i确定几何SNR。一旦确定了每个SNRgeo，i，就可使用算法例如Aslanis公式来确定在每个空间模式下所传输的二进制数据。对于第i个空间模式而言，在同一时间将要发送的数据位数bi，可按照如下等式由Aslanis公式计算得出：
bi＝log2(1+SNRgeo，i) 等式[3]
等式[3]中的表达式为空间模式i的几何SNR计算得出一个以2为底的对数。
由多个空间模式的特征波束赋型生成的奇异矩阵的特征为：
SNRgeo，1≥SNRgeo，2≥SNRgeo，3≥SNRgeo，4 等式[4]
从等式[4]可看出，多个NSS空间流中的随后一个空间流的SNR将小于等于前一空间流的SNR。基于等式[3]还可看出，分配给空间流i的二进制比特的数量bi，与等式[4]存在下列关系：
b1≥b2≥b3≥b4 等式[5]
调制类型可包括多个星座图点。星座图点的数量可决定编码到由相应调制类型生成的符号中的二进制比特的数量。对于给定的调制类型，用于对包含多个bi个二进制比特的空间模式进行编码的星座图点数量的最小值CPi可表示为如下等式：
等式[6]
由等式[4]、[5]和[6]可得出，从多个调制类型Mx中为空间流i选择调制类型Mi，使得可为随后的空间流j选择调制类型Mj，这样一来Mj的星座图点的数量将小于或等于Mi的星座图点的数量。因此，可从多个调制类型My中选择Mj，其中My小于或等于Mx。
等式[7]和[8]展示了包含示范值的向量，可使用这些示范值来展示多个(NSS＝4)空间流的调制类型的可能组合。每个等式中，可基于在单个符号中调制的二进制信息比特的数量来表示调制类型。例如，当使用BPSK调制时，在单个符号中只包含一个二进制信息比特。例如，当使用QPSK调制时，在单个符号中将包含2个二进制信息比特。如果没有通过空间传送二进制信息，将会显示0。在等式[7]和[8]中，每一列可表示空间流的调制类型的唯一组合，每一行可表示单个空间流。第一行可表示使用在第一空间流每个组合中的调制类型。第二行可表示使用在第二空间流每个组合中的调制类型。第三行可表示使用在第三空间流每个组合中的调制类型。第四行可表示使用在第四空间流每个组合中的调制类型。
等式[7]
等式[8]
如等式[7]所示，当第一流使用BPSK时，可存在4种编码率组合。在第一组合中，可在第一空间流中使用BPSK调制，在第二、三和四空间流中不传输信息。在第二组合中，可在第一和第二空间流中使用BPSK调制，在第三和四空间流中不传输信息。如等式[8]所示，当第一流使用QPSK时，存在10编码率组合。在等式[8]的第七组合中，可在第一和二空间流中使用使用QPSK调制，在第三和四空间流可使用BPSK调制。
当第一空间流使用16QAM，等式[9]可展示包含示范值的向量，可使用这些示范值来展示多个(NSS＝4)空间流的调制类型的可能组合：
等式[9]
如等式[9]所示，当第一流使用16QAM时，可存在20中编码率组合。在这种情况下，在第二空间流使用16QAM时，存在10中组合，在第二空间流使用QPSK或BPSK时，存在9种组合。在一种组合中，在第二、三或四空间流中将不传送信息。在等式[9]的第七种组合中，可在空间流1中使用16QAM，在空间流2中使用QPSK调制，而在空间流3和4中使用BPSK调制。
当第一空间流使用64QAM，等式[10]可展示包含示范值的向量，可使用这些示范值来展示多个(NSS＝4)空间流的调制类型的可能组合。
等式[10]
如等式[10]所示，当第一流使用64QAM时，可存在35种编码率组合。在这种情况下，当第二空间流使用64QAM时，可存在15种组合，当第二空间流使用16QAM、QPSK或BPSK时，存在19种组合。在一种组合中，在第二2、3或4中将不传送信息。在等式[10]的第十五种组合中，可在空间流1中使用64QAM调制，在空间流2中使用16QAM调制，在空间流3中使用QPSK调制，而在空间流4中使用BPSK调制。
当第一空间流使用256QAM时，等式[11]可展示包含示范值的向量，可使用这些示范值来展示多个(NSS＝4)空间流的调制类型的可能组合。
等式[11]
如等式[11]所示，当第一流使用256QAM时，可存在56种编码率组合。在这种情况下，当第二空间流使用256QAM时，可存在21种组合，当第二空间流使用64QAM、16QAM、QPSK或BPSK时，可存在34种组合。在一种组合中，在第二、三或四空间流中将不传送信息。在等式[11]的第三十五种组合中，可在空间流1中使用256QAM调制，而在空间流2、3和4中使用64QAM调制。
当用于第一空间流的调制类型的范围包括256QAM、64QAM、QPSK或BPSK时，如等式[7]、[8]、[9]、[10]或[11]所示，在4种空间流中将总共存在125(4+10+20+35+56)种编码率组合。这125种组合将在星座图类型字段612中使用7比特二进制信息唯一定义。
在包含5种调制类型和4个空间流的MIMO系统中，总共可有625种调制类型的潜在组合。在这点上，需要10比特二进制信息来唯一的标识每一种潜在的组合。本发明的多个实施例可使用MIMO系统的特征值分析特性来降低将多个调制类型中的一种编码到多个空间流中的一个时所需的二进制信息比特的数量。与其他方法相比，本发明多个实施例中的对所需比特数量的降低可在信号SIG-N字中产生更大的灵活性。星座图类型字段612还可通过使用SIG-N字段中的保留字段中的比特进行扩展。
图7是根据本发明一个实施例的接收器请求闭环调制类型的示范性步骤的流程图。在图7的流程图中，接收器201可通过以每个空间流为单位分配调制类型和/或编码率来确定数据率。可将选中的调制类型和/或编码率包含在包含反馈信息的消息中发往发射器200。在图7中，在步骤702，可确定同时发送的数据模块中数据位的近似数量bdb。可将单个空间流的指数i初始化为1。在步骤704，接收器为每个空间流计算几何平均SNR。在步骤706，可确定第i个空间流中比特的数量bi。在步骤708，接收器可基于探测到的SNR和包误率(PER)目标来为第i个空间流选择调制类型。选中的调制类型可包括足够的星座图点数量，来对比特数量bi进行编码。在步骤710，比特数bi可降低数据模块变量bdb，来显示数据模块中将要进行编码的其余比特的数量。步骤712可确定当前的数据模块变量值bdb是否大于0。如果bdb大于0，步骤713可确认随后空间流中比特的数量将小于或等于当前空间流中比特的数量。步骤714将随后空间流的空间流指数加1。随后进行步骤706。
如果bdb小于或等于0，则在步骤716，接收器会将为每个空间流选中的调制类型反馈给发射器。步骤718可确定随后的数据是否是基于反馈信息来发送的。如果不是，则在步骤726，发射器在向接收器发送随后的数据时将不使用波束赋型。在步骤728，发射器会向接收器发送随后的数据，并显示为空间流选中的调制类型，以及指示该选中的调制类型并非基于来自接收器的反馈信息。
步骤718确定随后的数据是基于反馈信息发送的，步骤720可确定能否使用自适应调制。如果能，则在步骤722，发射器会基于来自接收器的先前的反馈信息来向接收器发送随后的数据，这说明空间流中在使用选中的调制类型的同时还使用了波束赋型。如果在步骤720确定没有使用波束赋型，则在步骤724，发射器会基于来自接收器的反馈信息向接收器发送随后的数据，并显示没有使用波束赋型，以及接收器为多个发射的空间流选择的调制类型。
图8是根据本发明实施例的发射器基于来自接收器的信道反馈确定闭环调制类型的示范性步骤的流程图。与图7的流程图相比，在图7中接收器201可选择多种调制类型，并作为反馈信息发往发射器200，在图8中，接收器可向发射器发送SNR信息。发射器可使用来自接收器的SNR信息可为相应的多个空间流选择多个调制类型。发射器200可通过以每个空间流为单位分配调制类型和/或编码率来确定数据率。图8中的流程图与图7中相比，在步骤804、808和816存在不同。
在图8中，在步骤802，可确定同时发送的数据模块中比特的近似数量bdb。可将单个空间流的指数i初始化为1。在步骤804，发射器会接收来自接收器的反馈信息，其中包含每个空间流的几何平均SNR。在步骤806，可确定第i个空间流中的比特的数量bi。在步骤808中，发射器可基于探测到的SNR和误包率(PER)目标为第i个空间流选择调制类型。选中的调制类型可包括足够的星座图点数量，来对比特数量bi进行编码。在步骤810，比特数bi可降低数据模块变量bdb，来显示数据模块中将要进行编码的其余比特的数量。步骤812可确定当前的数据模块变量值bdb是否大于0。如果bdb大于0，步骤813可确认随后空间流中比特的数量将小于或等于当前空间流中比特的数量。步骤814将随后空间流的空间流指数i加1。随后进行步骤806。
如果bdb小于等于0，则在步骤816，发射器会基于为每个空间流选中的调制类型向接收器发送随后的数据。步骤818可确定随后的数据是否是基于反馈信息来发送的。如果不是，则在步骤826，发射器在向接收器发送随后的数据时将不使用波束赋型。在步骤828，发射器会向接收器发送随后的数据，并显示为空间流选中的调制类型，以及指示该选中的调制类型并非基于来自接收器的反馈信息。
如果步骤818确定随后的数据是基于反馈信息发送的，则步骤820可却是能否使用自适应调制。如果能，在步骤822中，发射器将基于来自接收器的前一反馈信息向接收器发送随后的数据，这说明空间流中在使用选中的调制类型的同时还使用了波束赋型。如果在步骤820确定没有使用波束赋型，则在步骤824，发射器会基于来自接收器的反馈信息向接收器发送随后的数据，并显示没有使用波束赋型，以及接收器为多个发射的空间流选择的调制类型。
图9是根据本发明实施例的发射器确定开环调制类型的示范性步骤的流程图。在图9中，发射器可在开环MIMO系统中选择调制类型。在图9中，在步骤902，可确定同时发送的数据模块中比特的近似数量bbd。可将单个空间流的指数i初始化为1。在步骤906，可确定第i个空间流中的比特的数量bi。在步骤908，发射器可为第i个空间流选择调制类型。选中的调制类型可包括足够的星座图点数量，来对比特数量bi进行编码。在步骤910，比特数bi可降低数据模块变量bdb，来显示数据模块中将要进行编码的其余比特的数量。步骤912可确定当前的数据模块变量值bdb是否大于0。如果bdb大于0，步骤913可确认随后空间流中比特的数量将小于或等于当前空间流中比特的数量。步骤914将随后空间流的空间流指数i加1。随后进行步骤906。
如果bdb小于或等于0，在步骤916，发射器可确定是否使用波束赋型来发送数据。发射器可基于当前是否正在使用波束赋型来作出决定。发射器还可基于是否收到来自接收器的成功确认帧来作出决定。如果使用波束赋型，则在步骤918，发射器将确定是否为每个空间流分配调制类型。如果是，则在步骤922，发射器可向接收器发送随后的数据，显示使用了波束赋型，并显示为每个空间流选择的调制类型。如果将使用波束赋型但不以每个空间流为单位分配调制类型，则在步骤924，发射器会向接收器发送随后的数据，显示使用了波束赋型，并指示为多个空间流使用的调制类型。如果在步骤916后没有使用波束赋型，则在步骤920，发射器将向接收器发送随后的数据，并显示为多个空间流选中的调制类型，并显示调制类型并非基于来自接收器的反馈信息。
本发明的一个实施例可包括用于在通信系统中传送信息的系统，其中的MIMO通信系统中的使用多种调制类型和多个空间流的发射器200(图2b)可选择一种当前的调制类型来调制将要发射的当空间流。发射器可基于选中的当前调制类型选择至少一种随后的调制类型来调制将要发射的至少一个随后的空间流。发射器可通过RF信道向接收器发送消息，其中显示了选中的当前调制类型和至少一个选中的随后的调制类型。还可对发射器进行配置，使其基于选中的当前调制类型和/或至少一个选中的随后的调制类型来发送随后的数据。发射器可使用星座图字段来唯一的标识包括选中的当前调制类型和至少一种随后的选中的调制类型的组合。包含在随后选中的调制类型中的星座图点的数量可小于等于包含在选中的当前调制类型的星座图点的数量。
本发明的另一实施例可包括用于在通信系统中传送信息的系统，其中的MIMO通信系统中的接收器201(图2b)可选择当前调制类型来调制将要发送的当前空间流。接收器可基于选中的当前调制类型选择至少一个随后调制类型来调制将要发射的至少一个随后的空间流。接收器可通过RF信道向发射器传送消息，显示选中的当前调制类型和至少一个选中的随后调制类型。还可对接收器进行配置，使其可基于选中的当前调制类型和/或至少一个随后的选中的调制类型来接收随后的数据。接收器可对星座图字段编码，来唯一的表示包含选中的当前调制类型和至少一个随后的选中的调制类型的组合。包含在随后选中的调制类型中的星座图点的数量可小于等于包含在选中的当前调制类型的星座图点的数量。
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。
根据本发明的实施例，通过信道信息，MIMO系统可基于可遵守标准更有效的利用信道。在可遵守标准的一个例子中，与具有较低信噪比(SNR)的RF信道相比，具有更高SNR的RF信道能支持更高的数据传输率。可支持从接收器到发射器的反馈信息交换的系统(或闭环系统)可使用特征波束赋形(Eigenbeamforming)或“波束赋形”来驱使波束，使得信号能量集中在期望的方向上。发射器向接收器传送数据所使用的多个RF信道中的任何一个称为“下行信道”，而接收器向发射器传送数据所使用多个RF信道中的任何一个称为“上行信道”。
自适应调制和编码率技术可与波束赋形技术一同使用，使得包含不同数据量的多个信号或“流”可同时发送。这项技术也可称为流加载。调制和/或编码率可以流为单位有效地选择，并可基于信道信息对调制和编码率两者或其中任何一个进行修改。
本发明的一个目的是基于每个流选择调制和/或编码方案，以将通过多个RF信道同时传送的信息的总的信息传输率最大化，同时最小化误包率(PER)。这需要评估各个RF信道的SNR性能，并基于SNR为每个RF信道调整调制和/或编码方案，并需要采用数据率最大化标准。信号质量的典型指标包括例如SNR和PER。
图1是根据本发明一个实施例的MIMO系统中包含发射器和接收器的收发器的结构示意图。图1示出了收发器，包含发射器100、接收器101的、处理器140、基带处理器142、多个发射器天线115a、...、115n和多个接收器天线117a、...、117n。发射器100可包括编码模块102、收缩模块104、交错器模块106、多个映射模块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、均衡器模块124、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中的变量V和U*分别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No.11/052,389提供有对特征波束赋形的详细描述，在此全文引用该申请。
处理器140可根据可用的通信标准执行数字接收器和/发射器功能。这些功能可包括但不限于，在相关协议参考模型中的低层执行的任务。这些任务还可包括物理层会聚规程(PLCP)、物理介质相关(PMD)功能和相关的层管理功能。基带处理器142可类似地根据可用的通信标准执行功能。这些功能可包括但不限于，与对通过接收器101收到的数据进行的分析有关的任务，以及与生成即将通过发射器100发射的数据相关的任务。这些任务还可包括有关标准指定的媒体访问控制(MAC)层功能。
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))转换所接收的二进制输入数据块。应用FEC技术(也称为“信道编码”)，可以改进在接收器中成功地复原被发射的数据的能力，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。可使用符号ib/tb来表示该编码率，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tb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。这个额外的误码检测和纠正能力所带来的不便之处在于，它降低了发射器100和接收器101之间的信息传输率。本发明并非仅限于BCC，还可以使用多种编码技术中的任何一种，例如Turbo编码或低密度奇偶校验(LDPC)编码。
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冗余位来改变编码率。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接收的调整编码率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影响临接位的错误而造成不可纠错的数据的可能性。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所接收的调整编码率后的数据块的比特的非重叠部分。因此，对于调整编码率后的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)：
等式[1]
在进行交错之前，对于给定数量的编码比特bdb而言，每个比特都可以用指数k＝0，1...bdb-1来表示。对于比特指数为k＝0，nst，2*nst，...，bdb-nst，交错器模块106可将比特分配给第一空间流，空间流0，bst(0)。对于比特指数为k＝1，nst+1，2*nst+1，...，bdb-nst1+1，交错器模块106可分配比特给空间流1，bst(1)。对于比特指数为k＝2，nst+2，2*nst+2，...，bdb-nst1+2，交错器模块106可分配比特给空间流2，bst(2)，。对于比特指数为nst-1，2*nst-1，3*nst-1...bdb-1，交错器模块106可分配比特给空间流nst，bst(nst)。
多个映射器模块108a、...、108n包括多个单独的映射器模块，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，采用基于星座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为符号。该符号的表达式可以是一个复数，包括同相(I)和正交(Q)分量。数据流i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。
波束赋形V矩阵模块112可将波束赋形技术应用到多个映射器模块108a、...、108n生成的多个符号或“空间模式”上。波束赋形V矩阵模块112可生成多个信号，其中，生成信号的数量等于发射器100中发射天线的数量。波束赋形V矩阵模块112生成的多个信号中的每一个可包含至少一个从映射器模块108a、...、108n收到的信号的加权和。
多个IFFT模块110a、...、110n可从波束赋形模块112接收多个信号。每个IFFT模块110a、...、110n可将RF信道的带宽分为n个子带频率以实现正交频分复用(OFDM)，缓存等于子带数量的多个被接收符号。每个被缓存的信号可以由频率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被缓存的和被调制的符号进行单独相加以执行n点IFFT，从而生成复合OFDM信号。
多个数(D)模(A)转换和天线前端模块114a、...、114n可接收多个IFFT模块110a、...、110n生成的多个信号。从多个IFFT模块110a、...、110n中的每一个所接收的数字信号可转换为模拟RF信号，所述模拟RF信号被放大并通过天线发射。多个DA转换和天线前端模块114a、...、114n在数量上等于发射天线115a、...、115n的数量。每个DA转换和天线前端模块114a、...、114n都可接收来自波束赋形V矩阵模块112的多个信号中的一个，并使用天线115a、...、115n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，并生成所述接收的模拟基带信号的等效数字信号。该数字表示式可以是包括I和Q分量的复数。天线前端和模数转换模块116a、...、116n的数量可与接收天线117a...117n的数量相同。
多个FFT模块120a、...、120n可从多个天线前端和AD转换模块116a、...、116n接收多个信号。多个FFT模块120a、...、120n在数量上等于天线前端和AD转换模块116a、...、116n的数量。每个FFT模块120a、...、120n可从天线前端和AD转换模块116a、...、116n接收信号，独立的应用n点FFT技术，并基于发射器100中使用的n个子带频率使用多个载波信号，对该信号进行解调制。解调后的信号可以在一个子带频率周期上由多个FFT模块120a、...、120n中的每一个对之进行数学积分，以提取出包含在接收器101接收的多个OFDM信号的每一个中的n个符号。
波束赋形U*模块118可对从多个FFT模块120a、...、120n收到的多个信号应用波束赋形技术。波束赋形U*模块118可生成多个信号，其中，生成信号的数量等于用于在发射器100处生成信号的空间流的数量。波束赋形U*模块118生成的多个信号中的每一个都包含从FFT模块120a、...、120n收到的至少一个信号的加权和。
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。均衡器模块124可接收波束赋形U*模块118生成的信号。均衡器模块124可基于信道估算模块122的输入，处理收到的信号，以复原发射器100最初生成的符号。均衡器模块124可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于对从波束赋形U*模块118收到的符号进行转换，补偿RF信道中的衰减。
多个解映射模块126a、...、126n可从均衡器模块124接收符号，并基于发射器100中用于生成该符号的调制技术，使用解调制技术，将每个符号反向映射为一个或多个二进制比特。多个解映射模块126a、...、126n在数量上等于发射器100中流的数量。
解交错模块128可从每个解映射模块126a、...、126n接收多个比特，并对所接收的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来自多个解映射模块126、...、126n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。维特比解码器模块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。
在运行中，处理器140可从维特比解码器132接收解码后的数据。处理器140可将收到的数据发往基带处理器142进行分析和进一步处理。处理器140还可将接收器101通过RF信道收到的数据发往信道估计模块122。接收器101中的信道估计模块122可使用这些信息来为收到的RF信道计算信道估计值。基带处理器142可生成将由发射器100通过RF信道发送的数据。基带处理器142可将数据发往处理器140。处理器140可生成多个即将发送到编码模块102的数据位。
图1中示出了一些无线通信终端的示范性实施例中的组件。一个示范性实施例可以是无线通信发射器，它包括发射器100、处理器140和基带处理器142。另一个示范性实施例可以是无线通信接收器，它包括接收器101、处理器140和基带处理器142。另一个示范性实施例可以是无线通信收发器，它包括发射器100、接收器101、处理器140和基带处理器142。
图2a是根据本发明一个实施例的通信电路的示范性框图。在图2a中示出了基带处理器272、收发器274、RF前端280、多个接收天线276a、...、276n和多个发射天线278a、...、278n。收发器274可包括处理器282、接收器284和发射器286。
处理器282可根据适用的的通信标准执行数字接收器和/或发射器功能。这些功能可包括但不限于，在相关协议参考模型中的低层执行的任务。这些任务还可包括物理层会聚规程(PLCP)、物理介质相关(PMD)功能和相关的层管理功能。基带处理器272可根据适用的通信标准来执行功能。这些功能可包括但不限于对通过接收器284收到的数据进行分析的任务和与生成将要通过发射器286发送的数据相关的任务。这些任务还可包括有关标准指定的媒体访问控制(MAC)层功能。
接收器284可执行数字接收器功能，包括但不限于快速傅立叶变换处理、波束赋形处理、均衡、解映射、解调控制、解交错、解收缩和解码。发射器286可执行数字发射器功能，包括但不限于编码、收缩、交错、映射、调制控制、快速傅立叶逆变换处理和波束赋形处理。RF前端280可通过天线276a，...，276n接收模拟RF信号，并将RF信号转换为基带，再生成收到的模拟基带信号的数字等效信号。该数字表示可以是复数，包括I和Q分量。RF前端280还可通过天线278a，...，278n发送模拟RF信号，将数字基带信号转换为模拟RF信号。
在运行过程中，处理器282可从接收器284接收数据。处理器282可将收到的数据传送给基带处理器272进行分析和进一步处理。基带处理器272可生成将要由发射器286通过RF信道发射的数据。基带处理器272可生成将要发往接收器282的数据。处理器282可生成将要发送给接收器284的多个数据位。处理器282可生成信号，来对发射器286中的调制处理操作进行控制，并对接收器284中的解调制处理操作进行控制。
图2b是根据本发明一个实施例的MIMO系统中带有自适应调制/解调功能的包含发射器和接收器的收发器的示意框图。在图2b中，示出了发射器200、接收器201、处理器240、基带处理器142、多个发射器天线115a、...、115n和多个接收器天线117a、...、117n。发射器200可包括发射调制控制模块236、编码模块102、收缩模块104、交错模块106、多个映射模块108a、...、108n、多个快速傅立叶逆变换(IFFT)模块110a、...、110n、波束赋型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可包括接收调制控制模块234、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、多个快速傅立叶变换(FFT)模块120a、...、120n、信道评估模块122、均衡器模块124、多个解映射模块126a、...、126n、解交错模块128、解收缩模块130和维特比解码器模块132。发射调制控制模块236可控制对发射器200中使用的调制技术的选择。接收解调制控制模块234可控制对接收器201中使用的解调制技术的选择。在运行过程中，发射调制控制模块236可以每个流为基础分别控制多个映射模块108a、...、108n中的每一个所应用的调制技术。接收解调制控制模块234可以每个流为基础分别控制多个解映射模块126a...126n中的每一个所应用的解调制技术。
处理器240可根据适用的通信标准来执行数字接收器和/或发射器功能。这些功能可包括但不限于，在相关协议参考模型中的低层执行的任务。这些任务还可包括物理层会聚规程(PLCP)、物理介质相关(PMD)功能和相关的层管理功能。
在运行过程中，映射模块108a、...、108n对每个流的控制可控制分配给一个或多个流的位数bst(i)，以确保多个流的位数和等于如等式[1]中所示的调整编码率后的数据模块中的位数和bdb。处理器240从维特比解码器132接收解码后的数据。处理器240可将收到的数据发往基带处理器142进行分析和进一步处理。处理器240还可通过RF信道将接收器101收到的数据发往信道估计模块122。接收器101中的信道估计模块122可使用这些信息来为收到的RF信道计算信道估计值。基带处理器142可生成发射器100将要通过RF信道发送的数据。基带处理器142可将数据发往处理器240。处理器240可生成将要发往编码模块102的多个位。处理器240可生成信号来控制发射调制控制模块236的运行，以及接收解调制控制模块234的运行。
图2b中所示的组件可包括无线通信终端的示范性实施例中的组件。一个示范性实施例可以是无线通信发射器，它包括发射器200、处理器240和基带处理器142。另一个示范性实施例可以是无线通信接收器，它包括接收器201、处理器240和基带处理器142。另一个示范性实施例可以是无线通信收发器，它包括发射器200、接收器201、处理器240和基带处理器142。
图3是根据本发明一个实施例的MIMO系统中包含带有自适应调制/解调功能和编码/解码功能的发射器和接收器的收发器的示意框图。在图3中，展示了发射器300、接收器301、处理器350、基带处理器142、多个发射天线115a、...、115n和多个接收天线117a、...、117n。发射器300可包括多个收缩模块304a、...、304n、多个交错模块306a、...、306n、发射编码控制模块340以及如发射器200(图2b)、编码模块102、多个映射模块108a，...，108n和多个IFFT模块110a，...，110n中所示的多个模块。发射器300还可包括波束赋形V矩阵模块112和多个数模转换和天线前端模块114a、...、114n以及发射调制控制模块236。接收器301可包括多个解交错模块328a、...、328n、多个解收缩模块330a、...、330n、接收编码控制模块338、以及如接收器201(图2b)、多个天线前端和数模转换模块116a、...、116n、波束赋型U*矩阵模块118和多个FFT模块120a，...，120n中所示的多个模块。接收器301还可包括信道估计模块122、均衡器模块124、多个解映射器模块126a、...、126n、维特比解码器模块132和接收解调制控制模块234。
在发射器300中，可以每个流为基础分别执行收缩和交错。多个收缩模块304a、...、304n的输出可发往多个交错模块306a、...、306n。304a、...、304n中的每一个收缩模块都可将其输出发往多个交错模块306a、...、306n中相应的一个。多个交错模块306a、...、306n的输出可发往多个映射器模块108a、...、108n。多个交错模块306a、...、306n中的每一个都可将其输出发网多个映射模块108a、...、108n中相应的一个。发射编码控制模块340可对发射器300中使用的收缩应用进行控制。
在接收器301中，可以每个流为基础分别执行解收缩和解交错。每个解交错模块328a、...、328n可从多个解映射模块126a、...、126n接收输入数据，其中多个解交错模块328a、...、328n中的每一个从多个解映射模块126a、...、126n中相应的一个接收输入数据。每个解收缩模块330a、...、330n可从多个解交错模块328a、...、328n接收输入数据，其中解收缩模块330a、...、330n中的每一个从多个解交错模块328a、...、328n中相应的一个接收输入数据。多个解收缩模块330a、...、330n中每一个的输出可发往维特比解码器模块132。接收解码控制模块338可对接收器301中使用的解收缩应用进行控制。
处理器350可根据可用的通信标准执行数字接收器和/或发射器功能。这些功能可包括但不限于，在相关协议参考模型中的低层执行的任务。这些任务还可包括物理层会聚规程(PLCP)、物理介质相关(PMD)功能和相关的层管理功能。
在运行过程中，发射编码控制模块340可以每个流为基础分别对多个收缩模块304a、...、304n中每一个所应用的收缩进行控制。对收缩以每个流为基础进行控制可使编码率以每个流为基础发生变化。接收编码控制模块338可以每个流为基础分别对多个解收缩模块330a、...、330n中每一个所应用的解收缩进行控制。对解收缩以每个流为基础进行控制可使接收器301来适应所收到信号的编码率以每个流为基础的变化。
处理器300可从维特比解码器132接收解码后的数据。处理器240可将收到的数据发往基带处理器142进行分析以及进一步处理。处理器350还可通过RF信道将由接收器101收到的数据发往信道估计模块122。接收器101中的信道估计模块122可使用该信息来为收到的RF信道计算信道估计值。基带处理器142可生成将要由发射器100通过RF信道发送的数据。基带处理器142会将数据发往处理器350。处理器350可生成将要发往解码模块102的多个位。处理器350可生成信号来控制发射调制控制模块236的运行，以及接收解调制控制模块234的运行。处理器350可生成信号来控制发射编码控制模块340的运行和接收解码控制模块338的运行。
图3中示出了无线通信终端的示范性实施例中的组件。一个示范性实施例可以是无线通信发射器，它包括发射器300、处理器340和基带处理器142。另一个示范性实施例可以是无线通信接收器，它包括接收器301、处理器340和基带处理器142。另一个示范性实施例可以是无线通信收发器，它包括发射器300、接收器301、处理器340和基带处理器142。
在本发明的一个方面，一种用于在MIMO通信系统中传递信息的系统可包括可为多个空间流选择调制类型和/或编码率的接收器。该接收器可通过RF信道传递至少一条消息，其中包含多个类型和/或编码率。该接收器还可用于基于至少一个选中的类型和/或编码率接收随后的数据。在本发明的另一个方面，所述系统包括通过RF信道接收消息的发射器，所述消息包括多个空间流的多个调制类型和/或编码率的规范。该系统被配置来基于至少一个收到的调制类型和/或编码率发射随后的数据。
信道探测可包括多种方法，通过所述多种方法，发射器例如发射器200以及接收器例如接收器201可以在闭环系统中交换信息。发射器可使用交换的信息，这样一来，发射器就可以基于调制类型和/或编码率来发射随后的数据。交换的信息可用于配置接收器，使其基于调制类型和/或编码率来接收随后的数据。信道探测使得发射器和接收器可基于公共的调制类型和/或编码率来发射和接收数据。
信道探测所使用的帧结构可以是MIMO模式请求帧、MIMO信道请求帧、MIMO模式响应帧和MIMO信道响应帧，这在于2005年2月7日申请、申请号为No.11/052353的美国申请中进行了介绍，这里也使用了该文作为参考。
在MIMO系统中，本发明的多个实施例可使发射器例如发射器200和接收器例如接收器201使用信道探测机制来交换信息，所述信息为多个空间流中的每一个指定调制类型和/或编码率。交换的信息可用于配置发射器，以基于调制类型和/或编码率，通过发射的多个空间流中的单个空间流来发送随后的数据。还可使用交换的信息来配置接收器，使其基于调制类型和/或编码率，通过收到的多个空间流中的相应的单个空间流来接收随后的数据。信道探测使得发射器通过单个空间流来进行发射，使接收器基于同一调制类型和/或编码率、通过相应的单个空间流来进行接收。
在开环MIMO系统中，发射器100、200或300和接收器101、201或301可不使用信道探测闭环反馈方法。相反、发射器可使用“回退”方法来为多个空间流选择调制类型和/或编码率。在开环系统中，发射器可选择向接收器发送数据时使用的调制类型和/或编码率。如果接收器成功的收到发送的数据，将发送确认消息。一旦收到确认消息，发射器将修改先前选定的调制类型和/或编码率，以增加随后发送的数据的数据率。如果接收器未能成功接收发送的数据，将不发送确认消息。如果发射器没有收到确认消息，发射器将修改先前选定的调制类型和/或编码率，来降低随后发送数据的数据率。
图4是根据本发明一个实施例的使用具备基于分组大小为1000字节的MMSE-LE的最佳信道估计的40MHz D类信道的2×2系统中，SNR模拟与吞吐量之间相互关系的示范性图表。在图4中示出了模拟开环系统402得到的结果、模拟自适应调制系统404得到的结果、模拟自适应调制和编码系统406得到的结果和模拟TGn(nSync)提案408得到的结果。如图4所示，对于给定的吞吐量，自适应调制系统404中要求的SNR性能可在自适应调制和编码系统406的SNR性能的2dB范围之内。与nSync提案408相比，自适应调制系统404或自适应调制和编码系统406可在更低的SNR实现给定的吞吐量。在这点上，自适应调制系统404可代表使用自适应调制和编码406的系统的可行备选方案。
图5是根据本发明一个实施例的示范性训练序列的示意图。在图5中，示出了第一天线500和第二天线501。第一天线500发送的物理层协议数据单元(PPDU)可包括短序列字段502、训练符号保护间隔(GI2)字段504、长序列字段506、保护间隔(GI)字段508、SIG-N字段510、多个保护间隔字段512a…512b和多个数据字段514a…514b。第二天线501发送的消息可包括短序列字段522、训练符号保护间隔字段524、长序列字段526、保护间隔字段528、SIG-N字段530、多个保护间隔字段532a、…、532b和多个数据字段534a、…、534b。物理层服务数据单元(PSDU)可包括报头和数据载荷。第一天线500发送的PSDU的前导码可包括短序列字段502和长序列字段506。第一天线500发送的PSDU的报头部分可包括SIG-N字段510。第一天线500发送的PSDU的数据载荷可包括多个数据字段514a、…、514b。第二天线501发送的PSDU的前导码可包括短序列字段522和长序列字段526。第二天线501发送的PSDU的报头部分可包括SIG-N字段530。第二天线501发送的PSDU的数据载荷可包括多个数据字段534a、…、534b。
短序列字段502可包括多个短训练序列符号，例如10个短训练符号。每个短训练序列符号可包括已定义时间间隔的信息传输，例如800纳秒(ns)。短序列字段502的持续时间可包括例如8微秒的时间间隔。接收器例如接收器201会因多种原因使用短序列字段502，例如，信号探测、用于低噪音放大电路的自动增益控制(AGC)、耙指接收器电路执行的分级选择、粗略频率偏移估算和计时同步。
训练符号保护间隔字段504可包括时间间隔，在此间隔内，第一天线500不通过RF信道发送数据。训练符号保护间隔字段504的持续时间可包括一个例如1.6μs的时间间隔。接收器例如接收器201可使用训练符号保护间隔字段504来降低前面的符号与后续的符号之间发生内部符号干扰的可能性，所述前面的符号是例如短序列字段502期间发送的符号，所述后续符号是例如长序列字段506期间发送的符号。
长序列字段506可包括多个长训练符号，例如，2个长训练符号。每个长训练符号可包括已定义时间间隔的信息传输，例如3.2μs。包括长序列字段506的持续时间和前一训练符号保护间隔字段504的持续时间的长训练序列的持续时间可包括例如8μs的时间间隔。接收器例如接收器201可因多种原因使用该长训练序列字段506，例如精确频率偏移估算和信道估算。
保护间隔字段508可包括一个时间间隔，在此期间第一天线500不通过RF信道发送信息。保护间隔字段508的持续时间可包含一个例如800ns的时间间隔。接收器例如接收器201使用保护间隔字段508来降低前面的符号与后续的符号之间发生内部符号干扰的可能性，所述前面的符号是例如在长序列字段506期间发送的符号，后续的符号是例如在信号SIG-N字段510期间发送的符号。
信号SIG-N字段510可包括，例如信号符号。每个信号符号可包括已定义时间间隔的信息传输，例如3.2μs。包括信号SIG-N字段510的持续时间和前述保护间隔字段508的持续时间的单个符号的持续时间可包括例如4μs的时间间隔。接收器例如接收器201可使用信号SIG-N字段510，建立与通过RF信道收到的物理层服务数据单元(PSDU)有关的多个配置参数。
保护间隔字段512a可包括时间间隔，在此期间内第一天线500不通过RF信道发送信息。保护间隔字段512a的持续时间可包括例如800ns的时间间隔。接收器例如接收器201可使用保护间隔字段512a来降低前面的符号与后续的符号之间发生内部符号干扰的可能性，所述前面的符号是例如在信号SIG-N字段510期间发送的符号，后续的符号是例如在数据字段514a期间发送的符号。。接收器例如接收器201可使用多个保护字段512a、...、512b中的每个后继的保护间隔字段来降低前面的符号与后续的符号之间发生内部符号干扰的可能性，所述前面的符号是例如在多个数据字段514a、...、514b期间发送的符号，后续的符号是例如在多个数据字段514a、...、514b期间发送的符号。
多个数据字段514a、...、514b中的数据字段可包括例如数据符号。每个数据符号可包括第一天线500已定义时间间隔的信息传输，例如3.2μs。包括多个数据字段514a、...、514b中数据字段的持续时间和多个保护间隔字段512a、...、512b中的前一保护间隔数据字段的持续时间的每个数据间隔的持续时间都包括例如4μs的时间间隔。接收器例如接收器201可使用多个数据字段514a、...、514b来接收通过RF信道接收到的PSDU数据载荷中的数据。
短序列字段522、训练符号保护间隔字段524、长序列字段526、保护间隔528和信号SIG-N字段530可包括时间时间移位或循环移位，相应的短序列字段502、训练符号保护间隔字段504、长序列字段506、保护间隔508和信号SIG-N字段510的时间移位和循环移位的表示。第二天线501先开始传送循环移位后的短序列字段522，其后的一个间隔例如400ns，第一天线500开始传送短序列字段502。第二天线501先开始传送循环移位后的长序列字段526，随后的一个时间间隔例如1600ns，第一天线500开始传送长序列字段506。第二天线501先开始传送循环移位后的信号SIG-N字段530，随后的一个时间间隔例如1600ns，第一天线500开始传送信号SIG-N字段510。
保护间隔字段532a可包括时间间隔，在此期间第二天线501不通过RF信道传送信息。保护间隔字段532a可包括一个例如800ns的时间间隔。接收器例如接收器201可使用保护间隔字段532a来降低前面的符号与后续的符号之间发生内部符号干扰的可能性，所述前面的符号是例如在信号SIG-N字段530期间发送的符号，后续的符号是例如在数据字段534a发送期间发送的符号。接收器例如接收器201可使用多个保护间隔字段532a、...、532b中每个后继的保护间隔字段来降低前面的符号与后续的符号之间发生内部符号干扰的可能性，所述前面的符号是例如在多个数据字段534a、...、534b期间发送的符号，后续的符号是例如在多个数据字段534a、...、534b期间发送的符号。
多个数据字段534a、...、534b中的每一个都可以包括例如数据符号。每个数据符号可包括第二天线501传送的已定义时间间隔的信息，例如3.2μs。包括多个数据字段534a、...、534b中的数据字段的持续时间和前一多个保护间隔字段532a、...、532b中的保护间隔字段的持续时间的每个数据字段的持续时间可包括一个例如4μs的时间间隔。接收器例如接收器201可使用多个数据字段534a、...、534b来接收信息，这些信息包含在通过RF信道收到的PSDU数据载荷中。短序列字段502和长序列字段506在IEEE决议802.11中进行了定义。
在运行过程中，短序列字段和长序列字段可由发射器例如发射器200的第一天线500发送，由接收器例如接收器201接收。例如，接收器可将收到的长序列字段与已知的期望值进行对比，来确定信息在下行信道传送过程中是否受损。可为下行信道产生信道估计值。该信道估计值可包括SNR信息，也可包括有关通过下行信道传送的单个空间流的信息。
短序列字段522和长序列字段526在IEEE决议802.11中进行了规定。短序列字段和长序列字段可由发射器例如发射器200的第二天线501发送，由接收器例如接收器201接收。例如接收器可将收到的长序列字段与已知的期望值进行对比，来确定信息在下行信道传送过程中是否受损，从而可为下行信道产生信道估计值。该信道估计值可包括SNR信息，也可包括有关通过下行信道传送的单个空间流的信息。
PSDU的前导码部分和报头部分可通过第一天线500使用已知调制类型和编码率发送。使用已知调制类型和编码率可以使发射器例如发射器200，和接收器例如接收器201进行通信，直到调制类型和编码率信息进行了交换。调制类型可包括例如二进制相移键控(BPSK)。编码率可以是1/2。调制类型和编码率可表示数据可在RF信道中通过空间流进行发送的最低数据率。包含信号SIG-N字段510的由第一天线发送的报头和多个数据字段514a、...、514b可包括物理层协议数据单元(PPDU)。
可在长训练序列(LTS)的起始阶段，即训练符号保护间隔504的起始阶段使用波束赋型，也称为特征波束赋形。作为选择，可在接收数据载荷的起始阶段，即保护间隔512a的开始阶段使用波束赋型。基于信号SIG-N字段510，接收器可以确定收到的帧是使用自适应调制进行处理的。自适应调制可包括基于闭环MIMO系统中的信道反馈信息为至少一个发射空间流调整至少一个调制类型和/或编码率。
PSDU的前导码部分和报头部分可通过第二天线501使用调制类型和编码率发送。使用调制类型和编码率可以使发射器例如发射器200，和接收器例如接收器201进行通信，直到调制类型和编码率信息进行了交换。调制类型可包括例如二进制相移键控(BPSK)。编码率可以是1/2。调制类型和编码率可表示数据可在RF信道中通过空间流进行发送的最低数据率。第一天线发送的包含信号SIG-N字段530和多个数据字段534a、...、534b的PSDU报头，可包括PPDU。
可在长训练序列(LTS)的起始阶段，即训练符号保护间隔524的开始阶段使用特征波束赋型。作为选择，可在载荷数据接收过程的起始阶段，即保护间隔532a的开始阶段使用波束赋型。基于信号SIG-N字段530，接收器可以确定收到的帧是使用自适应调制进行处理的。自适应调制可包括基于闭环MIMO系统中的信道反馈信息为至少一个发射空间流调整至少一个调制类型和/或编码率。
图6是根据本发明一个实施例的典型SIG-N字段的示意图。在图6中，展示了多个空间流(NSS)字段602、多个发射天线(NTX)字段604、带宽(BW)字段606、编码率(R)字段608、纠错码类型(CT)字段610和星座图类型(CON)字段612。图6中还展示了长度(LEN)字段614、尾部PSDU指示器(LPI)字段616、闭环(Clsd)字段618、RSVD字段620、循环冗余校验(CRC)字段622和尾字段624。
空间流字段602包含3比特的二进制数据。空间流字段602可指示发射器例如200和接收器例如201之间传送信息所使用的空间流的数量。在MIMO系统中，空间流的数量可表示数字，例如1，2，3或4。发射天线字段604包括3比特的二进制数据。发射天线字段604可指示发射器和接收器之间传送信息时所使用的发射天线例如天线500的数量。在MIMO系统中，发射天线的数量可表示数字，例如1，2，3或4。带宽字段606包括2比特的二进制数据。带宽字段606可指示发射器和接收器之间发送信息所使用的带宽。在MIMO系统中，带宽字段可表示带宽，例如20MHz或40MHz，其中20MHz表示使用20MHz的RF信道，40MHz表示使用40MHz的RF信道。编码率字段608包含3比特的二进制数据。编码率字段608可指示通过天线发送物理层服务数据单元(PSDU)时使用的编码率。在MIMO系统中，编码率可表示一个数字，例如1/2，2/3，3/4或5/6。纠错码类型字段610包括2比特的二进制数据。纠错码类型字段610可指示通过天线发送信息时所使用的纠错码类型。在MIMO系统中，纠错码类型可表示纠错编码方法，例如二进制卷积编码(BCC)或低密度奇偶编码(LDPC)。第一星座图类型字段612包括7比特的二进制数据。第一星座图类型字段612可指示通过天线在一个或多个空间流中发送PSDU时所使用的星座图类型或调制类型。在MIMO系统中，调制类型可表示指示编码为符号的二进制比特的数量的星座图，例如二进制相移键控(BPSK)、四进制相移键控(QPSK)、16位正交调幅(16QAM)、64位QAM(64QAM)或256位QAM(256QAM)。
长度字段614可包括一些信息，用于指示数据载荷信息的字节数，例如，在通过天线例如天线500发送的数据字段514a、...、、、…、、514b的数据载荷。指示器LPI字段616可包括1比特二进制信息。指示器LPI字段616可包括一些信息，用于指示数据载荷例如多个数据字段514a、...、514b是否为消息中所包含的最后信息。闭环字段618可指示发射器例如发射器200是否在通过天线发送的信息中使用了MIMO闭环反馈信息。保留字段620可包括9比特二进制数据。保留字段620尚无所分配的用途。配置字段504可包括16比特二进制信息。循环冗余校验字段622可包括4比特二进制信息。循环冗余校验字段622可包括一些信息，接收器例如接收器201使用这些信息来探测收到的PPDU中的错误，例如报头SIG-N字段510和数据例如多个数据字段514a、...、514b中的错误。尾字段624可包括6比特二进制数据。尾字段624可包括一些信息，填充到循环冗余校验字段622后面，使SIG-N字段达到想要的长度。
在运行过程中，在闭环MIMO系统中，接收器例如接收器201可使用星座图类型字段612为多个空间流选择至少一个调制类型。接收器可为天线例如天线500发送的多个中的每个空间流选择唯一的调制类型和/或编码率。选中的调制类型和编码率将通过上行信道发送。发射器，例如发射器200可接收通过RF信道发送的选中的调制类型和编码率，其中包括应用于多个空间流的多个调制类型和/或编码率。可对发射器进行配置，来基于至少一个收到的调制类型和/或编码率来发送随后的数据。
调制类型和/或编码率可包括接收器的对多个中的一个空间流的说明，以及对作为发射器所发送的多个空间流中的至少一部分的相应空间流的说明。发射器可为多个空间流接收多个调制类型和/或编码率。发射器随后使用每个由接收器为多个空间流指定的调制类型和/或编码率，使用相应的多个发射空间流中的一个发送随后的数据。发射器可为多个空间流接收多个调制类型和/或编码率。发射器随后使用至少一个指定的调制类型和/或编码率来使用至少一个空间流发送随后的数据。
在本发明的一个实施例中，在闭环MIMO系统中，接收器例如接收器201可基于多个空间流的至少一个SNR生成信道反馈信息。生成的信道反馈信息可通过上行信道发送。发射器例如发射器200可基于接收器为多个空间流探测到的至少一个SNR来接收信道反馈信息。发射器可为多个空间流选择多个调制类型和/或编码率。可对发射器进行配置，以基于至少一个选中的调制类型和/或编码率来发送随后的数据，该调制类型和/或编码率是基于信道反馈信息来选择的。
在本发明的另一实施例中，在开环MIMO系统中，发射器例如发射器200可为多个空间流选择多个调制类型和/或编码率。可对发射器进行配置，使其基于至少一个选中的调制类型和/或编码率来发送随后的数据。
不论是闭环还是开环MIMO系统，发射器例如发射器200都可通过信号SIG-N消息字段例如图6中展示的包含在PPDU中的示范性SIG-N字段，向接收器例如接收器201发送包括应用于发送随后数据的调制类型和/或编码率的信息。星座图类型字段612可包括应用在通过发射天线例如天线500发送的多个空间流中的调制类型信息。接收器将基于闭环字段604来确定随后的数据是使用闭环方法还是开环方法来发送。
如果闭环字段618 Clsd＝0且空间流字段602的数值所表示的空间流(NSS)的数量近似等于发射天线字段604的数值所表示的发射天线(NTX)的数量或比该数量少1，这表示发射器例如发射器200在发送数据的过程中没有使用波束赋型，而使用空分复用(SDM)或空时模块编码(STBC)。如果闭环字段618 Clst＝1且星座图类型字段612指示NSS个空间流使用相同的调制类型，这表示发射器在发送数据过程中使用了特征波束赋型，且没有使用流加载，或使用了以每个流为基础的自适应调制。如果不使用流加载，则每一个空间流可使用等效的调制类型，且每个空间流的数据率是相等的。如果使用了流加载，则一些空间流可使用不同的调制类型，且一些空间流的数据率可与其他空间流不同。自适应调制可使发射器基于信道反馈信息为空间流调整数据率，来提升数据率或降低数据率。在本发明的多个实施例中，可分别对每个空间流调整调制类型和/或编码率。
可通过RF信道发送包括多个音调的OFDM符号，其中每个音调可在从一定范围内的负载波频率中选择的频率上发送。通过RF信道发送的指定空间流的SNR可随频率变化，这样一来在频率f1上发送的音调的SNRf1可不同于在不同频率f2上发送的音调的SNRf2。可基于频率fi中的单个SNRfi计算几何平均SNR，以此来为空间模式确定SNR之积，其中频率fi是通过RF信道发送的。被称为SNRgeo的几何平均SNR之积，可由以下等式表示：
等式[2]
k等于包含在通过RF信道发送的OFDM符号中的音调的数量，∏可表示单个音调的SNR乘积，等式[2]中的表达式为几何平均SNR之积，它等于k个音调中每一个的单个SNR之积的k次方根。
根据本发明的实施例，可为每个空间模式SNRgeo，i确定几何SNR。一旦确定了每个SNRgeo，i，就可使用算法例如Aslanis公式来确定在每个空间模式下所传输的二进制数据。对于第i个空间模式而言，在同一时间将要发送的数据位数bi，可按照如下等式由Aslanis公式计算得出：
bi＝log2(1+SNRgeo，i) 等式[3]
等式[3]中的表达式为空间模式i的几何SNR计算得出一个以2为底的对数。
由多个空间模式的特征波束赋型生成的奇异矩阵的特征为：
SNRgeo，1≥SNRgeo，2≥SNRgeo，3≥SNRgeo，4 等式[4]
从等式[4]可看出，多个NSS空间流中的随后一个空间流的SNR将小于等于前一空间流的SNR。基于等式[3]还可看出，分配给空间流i的二进制比特的数量bi，与等式[4]存在下列关系：
b1≥b2≥b3≥b4 等式[5]
调制类型可包括多个星座图点。星座图点的数量可决定编码到由相应调制类型生成的符号中的二进制比特的数量。对于给定的调制类型，用于对包含多个bi个二进制比特的空间模式进行编码的星座图点数量的最小值CPi可表示为如下等式：
等式[6]
由等式[4]、[5]和[6]可得出，从多个调制类型Mx中为空间流i选择调制类型Mi，使得可为随后的空间流j选择调制类型Mj，这样一来Mj的星座图点的数量将小于或等于Mi的星座图点的数量。因此，可从多个调制类型My中选择Mj，其中My小于或等于Mx。
等式[7]和[8]展示了包含示范值的向量，可使用这些示范值来展示多个(NSS＝4)空间流的调制类型的可能组合。每个等式中，可基于在单个符号中调制的二进制信息比特的数量来表示调制类型。例如，当使用BPSK调制时，在单个符号中只包含一个二进制信息比特。例如，当使用QPSK调制时，在单个符号中将包含2个二进制信息比特。如果没有通过空间传送二进制信息，将会显示0。在等式[7]和[8]中，每一列可表示空间流的调制类型的唯一组合，每一行可表示单个空间流。第一行可表示使用在第一空间流每个组合中的调制类型。第二行可表示使用在第二空间流每个组合中的调制类型。第三行可表示使用在第三空间流每个组合中的调制类型。第四行可表示使用在第四空间流每个组合中的调制类型。
等式[7]
等式[8]
如等式[7]所示，当第一流使用BPSK时，可存在4种编码率组合。在第一组合中，可在第一空间流中使用BPSK调制，在第二、三和四空间流中不传输信息。在第二组合中，可在第一和第二空间流中使用BPSK调制，在第三和四空间流中不传输信息。如等式[8]所示，当第一流使用QPSK时，存在10编码率组合。在等式[8]的第七组合中，可在第一和二空间流中使用使用QPSK调制，在第三和四空间流可使用BPSK调制。
当第一空间流使用16QAM，等式[9]可展示包含示范值的向量，可使用这些示范值来展示多个(NSS＝4)空间流的调制类型的可能组合：
等式[9]
如等式[9]所示，当第一流使用16QAM时，可存在20中编码率组合。在这种情况下，在第二空间流使用16QAM时，存在10中组合，在第二空间流使用QPSK或BPSK时，存在9种组合。在一种组合中，在第二、三或四空间流中将不传送信息。在等式[9]的第七种组合中，可在空间流1中使用16QAM，在空间流2中使用QPSK调制，而在空间流3和4中使用BPSK调制。
当第一空间流使用64QAM，等式[10]可展示包含示范值的向量，可使用这些示范值来展示多个(NSS＝4)空间流的调制类型的可能组合。
等式[10]
如等式[10]所示，当第一流使用64QAM时，可存在35种编码率组合。在这种情况下，当第二空间流使用64QAM时，可存在15种组合，当第二空间流使用16QAM、QPSK或BPSK时，存在19种组合。在一种组合中，在第二2、3或4中将不传送信息。在等式[10]的第十五种组合中，可在空间流1中使用64QAM调制，在空间流2中使用16QAM调制，在空间流3中使用QPSK调制，而在空间流4中使用BPSK调制。
当第一空间流使用256QAM时，等式[11]可展示包含示范值的向量，可使用这些示范值来展示多个(NSS＝4)空间流的调制类型的可能组合。
等式[11]
如等式[11]所示，当第一流使用256QAM时，可存在56种编码率组合。在这种情况下，当第二空间流使用256QAM时，可存在21种组合，当第二空间流使用64QAM、16QAM、QPSK或BPSK时，可存在34种组合。在一种组合中，在第二、三或四空间流中将不传送信息。在等式[11]的第三十五种组合中，可在空间流1中使用256QAM调制，而在空间流2、3和4中使用64QAM调制。
当用于第一空间流的调制类型的范围包括256QAM、64QAM、QPSK或BPSK时，如等式[7]、[8]、[9]、[10]或[11]所示，在4种空间流中将总共存在125(4+10+20+35+56)种编码率组合。这125种组合将在星座图类型字段612中使用7比特二进制信息唯一定义。
在包含5种调制类型和4个空间流的MIMO系统中，总共可有625种调制类型的潜在组合。在这点上，需要10比特二进制信息来唯一的标识每一种潜在的组合。本发明的多个实施例可使用MIMO系统的特征值分析特性来降低将多个调制类型中的一种编码到多个空间流中的一个时所需的二进制信息比特的数量。与其他方法相比，本发明多个实施例中的对所需比特数量的降低可在信号SIG-N字中产生更大的灵活性。星座图类型字段612还可通过使用SIG-N字段中的保留字段中的比特进行扩展。
图7是根据本发明一个实施例的接收器请求闭环调制类型的示范性步骤的流程图。在图7的流程图中，接收器201可通过以每个空间流为单位分配调制类型和/或编码率来确定数据率。可将选中的调制类型和/或编码率包含在包含反馈信息的消息中发往发射器200。在图7中，在步骤702，可确定同时发送的数据模块中数据位的近似数量bdb。可将单个空间流的指数i初始化为1。在步骤704，接收器为每个空间流计算几何平均SNR。在步骤706，可确定第i个空间流中比特的数量bi。在步骤708，接收器可基于探测到的SNR和包误率(PER)目标来为第i个空间流选择调制类型。选中的调制类型可包括足够的星座图点数量，来对比特数量bi进行编码。在步骤710，比特数bi可降低数据模块变量bdb，来显示数据模块中将要进行编码的其余比特的数量。步骤712可确定当前的数据模块变量值bdb是否大于0。如果bdb大于0，步骤713可确认随后空间流中比特的数量将小于或等于当前空间流中比特的数量。步骤714将随后空间流的空间流指数加1。随后进行步骤706。
如果bdb小于或等于0，则在步骤716，接收器会将为每个空间流选中的调制类型反馈给发射器。步骤718可确定随后的数据是否是基于反馈信息来发送的。如果不是，则在步骤726，发射器在向接收器发送随后的数据时将不使用波束赋型。在步骤728，发射器会向接收器发送随后的数据，并显示为空间流选中的调制类型，以及指示该选中的调制类型并非基于来自接收器的反馈信息。
步骤718确定随后的数据是基于反馈信息发送的，步骤720可确定能否使用自适应调制。如果能，则在步骤722，发射器会基于来自接收器的先前的反馈信息来向接收器发送随后的数据，这说明空间流中在使用选中的调制类型的同时还使用了波束赋型。如果在步骤720确定没有使用波束赋型，则在步骤724，发射器会基于来自接收器的反馈信息向接收器发送随后的数据，并显示没有使用波束赋型，以及接收器为多个发射的空间流选择的调制类型。
图8是根据本发明实施例的发射器基于来自接收器的信道反馈确定闭环调制类型的示范性步骤的流程图。与图7的流程图相比，在图7中接收器201可选择多种调制类型，并作为反馈信息发往发射器200，在图8中，接收器可向发射器发送SNR信息。发射器可使用来自接收器的SNR信息可为相应的多个空间流选择多个调制类型。发射器200可通过以每个空间流为单位分配调制类型和/或编码率来确定数据率。图8中的流程图与图7中相比，在步骤804、808和816存在不同。
在图8中，在步骤802，可确定同时发送的数据模块中比特的近似数量bdb。可将单个空间流的指数i初始化为1。在步骤804，发射器会接收来自接收器的反馈信息，其中包含每个空间流的几何平均SNR。在步骤806，可确定第i个空间流中的比特的数量bi。在步骤808中，发射器可基于探测到的SNR和误包率(PER)目标为第i个空间流选择调制类型。选中的调制类型可包括足够的星座图点数量，来对比特数量bi进行编码。在步骤810，比特数bi可降低数据模块变量bdb，来显示数据模块中将要进行编码的其余比特的数量。步骤812可确定当前的数据模块变量值bdb是否大于0。如果bdb大于0，步骤813可确认随后空间流中比特的数量将小于或等于当前空间流中比特的数量。步骤814将随后空间流的空间流指数i加1。随后进行步骤806。
如果bdb小于等于0，则在步骤816，发射器会基于为每个空间流选中的调制类型向接收器发送随后的数据。步骤818可确定随后的数据是否是基于反馈信息来发送的。如果不是，则在步骤826，发射器在向接收器发送随后的数据时将不使用波束赋型。在步骤828，发射器会向接收器发送随后的数据，并显示为空间流选中的调制类型，以及指示该选中的调制类型并非基于来自接收器的反馈信息。
如果步骤818确定随后的数据是基于反馈信息发送的，则步骤820可却是能否使用自适应调制。如果能，在步骤822中，发射器将基于来自接收器的前一反馈信息向接收器发送随后的数据，这说明空间流中在使用选中的调制类型的同时还使用了波束赋型。如果在步骤820确定没有使用波束赋型，则在步骤824，发射器会基于来自接收器的反馈信息向接收器发送随后的数据，并显示没有使用波束赋型，以及接收器为多个发射的空间流选择的调制类型。
图9是根据本发明实施例的发射器确定开环调制类型的示范性步骤的流程图。在图9中，发射器可在开环MIMO系统中选择调制类型。在图9中，在步骤902，可确定同时发送的数据模块中比特的近似数量bbd。可将单个空间流的指数i初始化为1。在步骤906，可确定第i个空间流中的比特的数量bi。在步骤908，发射器可为第i个空间流选择调制类型。选中的调制类型可包括足够的星座图点数量，来对比特数量bi进行编码。在步骤910，比特数bi可降低数据模块变量bdb，来显示数据模块中将要进行编码的其余比特的数量。步骤912可确定当前的数据模块变量值bdb是否大于0。如果bdb大于0，步骤913可确认随后空间流中比特的数量将小于或等于当前空间流中比特的数量。步骤914将随后空间流的空间流指数i加1。随后进行步骤906。
如果bdb小于或等于0，在步骤916，发射器可确定是否使用波束赋型来发送数据。发射器可基于当前是否正在使用波束赋型来作出决定。发射器还可基于是否收到来自接收器的成功确认帧来作出决定。如果使用波束赋型，则在步骤918，发射器将确定是否为每个空间流分配调制类型。如果是，则在步骤922，发射器可向接收器发送随后的数据，显示使用了波束赋型，并显示为每个空间流选择的调制类型。如果将使用波束赋型但不以每个空间流为单位分配调制类型，则在步骤924，发射器会向接收器发送随后的数据，显示使用了波束赋型，并指示为多个空间流使用的调制类型。如果在步骤916后没有使用波束赋型，则在步骤920，发射器将向接收器发送随后的数据，并显示为多个空间流选中的调制类型，并显示调制类型并非基于来自接收器的反馈信息。
本发明的一个实施例可包括用于在通信系统中传送信息的系统，其中的MIMO通信系统中的使用多种调制类型和多个空间流的发射器200(图2b)可选择一种当前的调制类型来调制将要发射的当空间流。发射器可基于选中的当前调制类型选择至少一种随后的调制类型来调制将要发射的至少一个随后的空间流。发射器可通过RF信道向接收器发送消息，其中显示了选中的当前调制类型和至少一个选中的随后的调制类型。还可对发射器进行配置，使其基于选中的当前调制类型和/或至少一个选中的随后的调制类型来发送随后的数据。发射器可使用星座图字段来唯一的标识包括选中的当前调制类型和至少一种随后的选中的调制类型的组合。包含在随后选中的调制类型中的星座图点的数量可小于等于包含在选中的当前调制类型的星座图点的数量。
本发明的另一实施例可包括用于在通信系统中传送信息的系统，其中的MIMO通信系统中的接收器201(图2b)可选择当前调制类型来调制将要发送的当前空间流。接收器可基于选中的当前调制类型选择至少一个随后调制类型来调制将要发射的至少一个随后的空间流。接收器可通过RF信道向发射器传送消息，显示选中的当前调制类型和至少一个选中的随后调制类型。还可对接收器进行配置，使其可基于选中的当前调制类型和/或至少一个随后的选中的调制类型来接收随后的数据。接收器可对星座图字段编码，来唯一的表示包含选中的当前调制类型和至少一个随后的选中的调制类型的组合。包含在随后选中的调制类型中的星座图点的数量可小于等于包含在选中的当前调制类型的星座图点的数量。
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。