通过在交织之前插入虚拟比特来促进自适应比特加载的方法与流程-k8凯发

本发明涉及多载波无线通信系统中的物理(phy)层处理控制领域。更特别地，本文公开了涉及在没有该特征的传统多载波系统中实现自适应比特加载的各种方法、装置、系统和计算机可读介质。

背景技术：

1、在诸如lifi系统的光学无线通信(owc)系统中，光学发射器(通常是led或基于激光器的设备)被调制，以便将数据传送到光学接收机，该光学接收机通常基于光电二极管，其后是匹配的跨阻放大器。这种系统中的信号可以根据现有的通信标准(诸如无线lan标准的ieee 802.11族的成员或者用于家庭网络的itu g.996x/g.9991系列建议)进行调制。

2、为了支持高数据速率通信，这些标准定义了带宽为几十或甚至几百mhz的信道。此外，在每个子载波上使用具有高阶调制方案的正交频分复用(ofdm)。

3、对owc重新使用这种标准的挑战在于，发射器和/或光电检测器的带宽可能受到高频滚降的限制，并且不总是能够支持信道的所有子载波上的高阶调制。由于在常规系统中通常只允许单一的调制方案，因此这种信道属性可能导致对于整个信道带宽的相同的较低阶调制或者具有减小的信道带宽的较高阶调制，这两者都妨碍了信道的最佳使用。

4、为了改善通信信道的容量，采用了信道上的自适应调制或自适应比特加载，其中分配给每个子载波的比特数取决于子载波的信道特性。如果第一子载波比第二子载波具有更好的信道特性，则相应地将更多的比特分配给第一子载波。itu g.996x/g.9991包括这种支持，这里称为自适应比特加载。然而，在ieee 802.11中没有定义自适应比特加载。

5、us2003120995a1涉及一种用于在发射机中交织以规定编码率编码的编码比特的方法。

6、jp2000332618a旨在解决以下问题：如何提供一种能够根据所使用的交织器插入虚拟比特使得压缩模式中虚拟比特的位置变得最佳的发射机以及一种能够通过交织器的效果改善发射质量的接收机。

7、us2006188003a1涉及一种用于传输信息的方法，其包括：获得与减轻对受害者无线设备的干扰相关联的干扰减轻信息；以及传输干扰减轻信息。

技术实现思路

1、对于光学无线通信，信道可能受到高频滚降的限制，这是由系统中的光学组件(诸如发射器和/或光电探测器)的特性造成的。为了更好地利用通信信道中的频谱，itug.996x/g.9991中的自适应比特加载使用了一种基于比特分配表(bat)的方法，其中比特被布置在符号中，然后这些符号被映射到iq星座图点上，并且调制字母表的大小取决于映射到每个音频上的比特数。然而，bat招致高信令开销，因为它不是为光学通信系统优化的，并且因此提供了比处置光学通信系统中的高频滚降所需的更多的灵活性，其因此损害了由自适应比特加载所期望的益处。

2、相比之下，ieee 802.11物理层在所有子载波上应用相同的调制方案，从而妨碍了owc或lifi信道的最佳使用。然而，为了改善ieee 802.11类型的phy对owc或lifi系统的适用性，有必要添加该特征，从而潜在地增加吞吐量。本发明描述了一种在ieee 802.11类型的phy中促进自适应比特加载的有效方法，其对数据分组生成过程的影响有限。然而，本发明也可以有利地部署在采用分组生成过程的系统中。

3、鉴于以上所述，本公开针对用于提供一种机制来支持多载波通信系统中的发射机和接收机对之间的自适应比特加载的方法、装置、系统、计算机程序和计算机可读介质。更特别地，本发明的目的是通过如权利要求1所述的发射机的方法、如权利要求9所述的接收机的方法、如权利要求10所述的发射机、如权利要求12所述的接收机、如权利要求14所述的多载波通信系统、以及如权利要求15所述的计算机程序来实现的。

4、因此，发射机和接收机执行附加的步骤，以适应标准化分组生成和接收程序中的自适应比特加载，该程序最初是为不支持自适应比特加载的系统设计和优化的。

5、根据本发明的第一方面，提供了一种用于促进发射机中自适应比特加载的方法。一种用于促进包括多个子载波的多载波通信系统的发射机中的自适应比特加载的方法，该方法包括发射机执行以下步骤：确定自适应比特加载简档，其中自适应比特加载简档为多个子载波之中的每一个子载波定义了对应的星座图，并且多个子载波将使用多于一个的星座图；根据所确定的自适应比特加载简档的最高阶星座图来确定交织模板表的大小；通过根据预定义的预处理模式将编码数据流的数据比特填入到交织模板表来准备数据块，其中预定义的预处理模式定义了交织模板表中的小区是由编码数据流的数据比特还是虚拟比特填入；对准备好的数据块进行交织操作；根据预定义的选择模式从交织的数据块中选择比特，用于将选择的比特映射到多个子载波的多于一个的星座图，其中预定义的选择模式对应于预定的预处理模式，使得选择数据比特，并且丢弃虚拟比特。

6、多载波通信系统可以基于有线通信或无线通信。对于有线系统，操作信道可以置于“基带”，这意味着操作频率范围从零开始。在这种情况下，多载波调制可以被称为离散多音频(dmt)。对于无线通信，无线信道可以位于电磁频谱的不同部分(诸如射频、微波频率)或者光学部分(诸如红外、可见或紫外)。

7、自适应调制或自适应比特加载是一种通过取决于子载波的信道特性将比特数分配给每个子载波来改善多载波系统中信道容量的方法。然而，这可能导致不符合标准化的分组生成过程，诸如基于向量的处理，其假设相同的调制方案被应用于所有子载波。

8、交织通常用于通信系统中，以将卷积码从随机纠错器转换成突发纠错器。通过将相邻的编码比特置换为不相邻的子载波，位置相近的错误突发被随机化，并且然后可以应用纠错增强。因此，由发射机处的交织器执行的主要功能是改变输入符号序列。在接收机处，去交织器将恢复这一操作，并改变接收的序列，以在发射机处恢复原始的未改变的序列。

9、在不支持自适应比特加载的传统系统中，交织基于比特块进行操作，比特块的大小由子载波要使用的目标调制或目标星座图来确定。例如，在基于正交频分复用(ofdm)的多载波系统中，所有编码的数据比特应当由块交织器交织，其中块大小对应于单个ofdm符号中的比特数。交织器由两步置换定义。第一种置换使得相邻的编码比特被映射到不相邻的子载波上。第二种使得相邻的编码比特被交替地映射到星座图的较低和较高显著比特上，并且避免了长串的低可靠性(lsb)比特。

10、借助于交织模板表来实现发射机中的交织操作。交织模板表中的小区总数与块大小相同，块大小由系统中数据子载波的数量和子载波要使用的目标星座图来确定。通常，列数是根据标准来确定的，诸如由用于交织的置换方程来定义。并且行数与目标星座图相关。注意，假设目标星座图在所有子载波上都是相同的。因此，在实际系统中，基于向量的信号处理通常用于降低这种操作的计算复杂度。

11、本发明旨在使这种基于向量的信号处理过程适于适应自适应比特加载，而不对分组生成过程进行实质性改变。自适应比特加载简档的最高阶星座图用于确定交织模板表的大小。并且采用添加步骤，以通过根据预定义的预处理模式将编码数据流的数据比特填入到交织模板表来准备数据块。预定义的预处理模式定义了交织模板表中的小区是由编码数据流的数据比特还是虚拟比特填入。并且然后，可以对数据块执行标准的交织操作。在标准交织操作之后，有必要选择数据比特并丢弃虚拟比特，这是借助于预定义的选择模式来实现的。以这种方式，交织仍然可以以基于向量的方法来执行，以降低计算复杂度。

12、因此，交织模板表由编码的数据比特以这样的方式填充，使得：

13、·与具有最高阶星座图的子载波对应的数据块仅由数据比特填入；

14、·根据预定义的预处理模式，与具有较低阶星座图而不是最高阶星座图的子载波对应的数据块由数据比特和虚拟比特的混合填入。

15、并且然后，对应于不同子载波的数据块具有统一的大小。

16、也可能是以下情况：在操作信道中，一个或多个子载波不能够携带任何数据比特，例如由于降级的信道响应或干扰，这些子载波的对应的一个或多个数据块可以完全由虚拟比特填入。

17、应当理解，在交织模板表的某个小区中填充虚拟比特的步骤也可以通过简单地忽略或跳过该小区、而不是在该小区中实际存储虚拟比特来实现。

18、注意，预定义的选择模式对应于预定的预处理模式；它是交织器之后的预定的预处理模式的映射，该交织器记录包含数据的小区索引到置换操作之后的另一个小区索引。因此，尽管预处理模式可以以不同的方式定义，但是预定义的选择模式总是根据预处理模式来确定。此外，不同的模式可能表现出不同水平的错误性能，并且因此一些模式可能通过考虑特定的信道响应来进行选择。

19、有益的是，由发射机使用的预定义的预处理模式与接收机对准，用于建立具有自适应比特加载的多载波通信链路。

20、可以通过在选择交织模板表中的小区以存储数据比特中应用相同的规则来进行对准。例如，当最高阶星座图是64qam时，在构建表格时使用六个小区的默认子集。对于具有16qam的子载波，六个小区之中的四个用于存储数据比特。类似地，对于具有qpsk的子载波，六个小区之中的两个用于存储数据比特，并且对于bpsk，仅使用六个小区之中的一个。

21、对准可以是发射机和接收机之间关于如何进行这种选择的简单协议。可能是发射机确定模式或定义模式的规则并将它传送给接收机，或者可能是接收机确定它并将它传送给发射机。可能存在关于消息交换的协议，以确保发射机和接收机都采用相同的模式。

22、在优选的设置中，多载波通信系统符合ieee 802.11标准。

23、甚至更优选地，多载波通信系统是基于正交频分复用(ofdm)的系统，诸如具有ofdm或ofdma调制的ieee 802.11系统。

24、有利的是，多载波通信系统是光学无线通信系统。

25、如上所述，光学无线通信(owc)近年来获得流行。与其他无线通信信道不同，owc信道的信道响应可能由信号传播链中的一个或多个组件决定。一个可能的组件可以是发射机的光学前端，例如发光二极管(led)。与光学无线通信光谱相比，商用led的调制带宽通常非常有限。由于led的动态响应或载流子复合过程，led呈现功率受限的一阶低通行为，这可能主导光学通信信道的信道响应。因此，利用自适应比特加载是非常有效的。

26、考虑到wlan技术的成熟，遵循已建立的ieee 802.11协议而仅进行有限的改变，开发owc标准是有益的。并且然后符合ieee 802.11的大部分硬件可以被重用。

27、在优选设置中，该方法还包括发射机从接收机接收自适应比特加载简档。

28、作为一种选项，比特加载简档由接收机确定，诸如基于来自发射机的一个或多个先前接收的数据分组，或者基于来自发射机的测试分组。并且然后，接收机可以根据从一个或多个先前接收的数据分组或测试分组中导出的信道响应来确定比特加载简档。

29、有益的是，该方法还包括在由发射机确定自适应比特加载简档之前，发射机向另一个接收机发送发射机的特性。

30、自适应比特加载简档可以基于信道响应的知识来导出，诸如从通信链中的组件的特性来导出。并且然后，有益的是，发射机在导出自适应比特加载简档之前通知接收机发射机的特性。发射机的特性可以是与光学前端的性能、信道带宽、中心频率、最大输出功率、等等相关的约束。因此，优选地，在远程接收机确定自适应比特加载简档并将其提供给发射机、或者发射机根据来自远程接收机的反馈来确定自适应比特加载简档的情况下，发射机向远程接收机设备发送这样的信息。

31、类似地，如果要建立双向链路，则双方可以协商要在每个方向上使用的比特加载简档，注意，比特加载简档在每个方向上可以是不同的。这些协商可以考虑在链路每一端的光学前端的性能、信道带宽、中心频率、信道的信噪比等等。双方也可以进行信道探测，以直接测量信道特性。这些可以通过在代表性的比特加载简档之上传输伪随机数据来进行，以确定比特率和错误性能之间的最佳平衡。优选地，这种探测操作将在低流量时进行。

32、发射机和接收机之间的协商可以导致从那时起对所有即将到来的分组使用商定的比特加载简档。替代地，该协商用于建立一些边界，在这些边界内，基于每个分组确定实际的比特加载简档，诸如根据来自接收机的反馈(例如，arq或rssi信息或者接收机明确请求的不同简档)进行调整。

33、有利地，该方法还包括发射机将与自适应比特加载简档相关的信息编译到要由发射机经由自适应比特加载发送的数据分组的phy报头中。

34、为了通知远程设备比特加载的使用，可以使用专用的信令分组。替代地，这种信息可以被搭载在要发送的数据分组中。优选地，该信息以紧凑格式编译并放入分组报头中。作为一种选项，该信息可以放在分组报头的专用字段(诸如信号字段)中。

35、在一个示例中，该方法还包括发射机通过利用通信信道的已知特性来减少在phy报头中编译的信息量。

36、如上所述，为了促进发射机和接收机对之间的自适应比特加载，可能遭受由额外的计算复杂度和信令开销导致的效率损失。因此，希望通过利用通信信道的已知特性来简化信令开销。

37、例如，owc信道通常表现出一阶低通响应。向预期接收设备通知要使用的最高星座图、转折频率(诸如子载波索引)和斜率(诸如共享相同调制索引的组中的子载波数量)可能是足够的。因此，三个参数可能已经足以描述比特加载简档，而不是在每个子载波的基础上描述比特加载简档。

38、根据本发明的第二方面，提供了一种用于促进接收机中的自适应比特加载的方法。一种用于促进包括多个子载波的多载波通信系统的接收机中的自适应比特加载的方法，该方法包括接收机执行以下步骤：确定自适应比特加载简档，其中自适应比特加载简档为多个子载波之中的每一个子载波定义了对应的星座图，并且多个子载波将使用多于一个的星座图；根据所确定的自适应比特加载简档的最高阶星座图来确定去交织模板表的大小；通过根据预定义的选择模式将来自星座图解映射器的数据流的数据比特填入到去交织模板表来准备数据块，其中预定义的选择模式定义了去交织模板表中的小区是由数据流的数据比特还是虚拟比特填入；对准备好的数据块进行去交织操作；根据预定义的预处理模式从去交织的数据块中选择比特，用于解码所选择的比特，其中预定义的预处理模式对应于预定的选择模式，使得选择数据比特，并且丢弃虚拟比特。

39、在接收机侧上，采取类似的方法来调整传统的分组接收程序，以促进自适应比特加载方案。在标准去交织操作之前和之后分别执行附加步骤，用于添加和移除虚拟比特。注意，因为去交织是交织的逆操作，所以与发射机侧相比，以相反的顺序使用预定义的预处理模式和预定义的选择模式。预定义的选择模式用于在去交织模板表中添加虚拟比特，而预定义的预处理模式用于移除虚拟比特。

40、发射机可以是移动通信设备，并且还可以包括与ieee 802.11网络中的接入点或站相当的功能。

41、根据本发明的第三方面，提供了一种发射机。一种用于在包括多个子载波的多载波通信系统中促进自适应比特加载的发射机，该发射机包括：处理器，其被配置为确定自适应比特加载简档，其中自适应比特加载简档为多个子载波之中的每一个子载波定义了对应的星座图，并且多个子载波将使用多于一个的星座图；根据所确定的自适应比特加载简档的最高阶星座图来确定交织模板表的大小；预处理单元，其被配置为通过根据预定义的预处理模式将来自编码数据流的数据比特填入到交织模板表来准备数据块，其中预定义的预处理模式定义了交织模板表中的小区是由来自编码数据流的数据比特还是虚拟比特填入；交织单元，其被配置为对所准备的数据块执行交织操作；后处理单元，其被配置为根据预定义的选择模式从交织的数据块中选择比特，用于将选择的比特映射到多个子载波的多于一个的星座图，其中预定义的选择模式对应于预定的预处理模式，使得选择数据比特，并且丢弃虚拟比特。

42、在一个示例中，预处理单元和/或后处理单元集成在交织单元中。

43、预处理单元或后处理单元或两者都可以集成在交织单元或交织器中，而不是作为单独的单元。

44、根据本发明的第四方面，提供了一种接收机。一种用于在包括多个子载波的多载波通信系统中促进自适应比特加载的接收机，该接收机包括：处理器，其被配置为确定自适应比特加载简档，其中自适应比特加载简档为多个子载波之中的每一个子载波定义了对应的星座图，并且多个子载波将使用多于一个的星座图；根据所确定的自适应比特加载简档的最高阶星座图来确定去交织模板表的大小；预处理单元，其被配置为通过根据预定义的选择模式将来自星座图解映射器的数据流的数据比特填入到去交织模板表来准备数据块，其中预定义的选择模式定义了去交织模板表中的小区是由数据流的数据比特还是虚拟比特填入；去交织单元，其被配置为对所准备的数据块执行去交织操作；后处理单元，其被配置为根据预定义的预处理模式从去交织的数据块中选择比特，用于解码所选择的比特，其中预定义的预处理模式对应于预定的选择模式，使得数据比特被选择，并且虚拟比特被丢弃。

45、在一种设置中，预处理单元和后处理单元与去交织单元分离。并且然后，去交织单元可以是标准单元，与不支持自适应比特加载的另一个系统相同。去交织操作被实现为好像单个调制方案被应用于所有子载波。

46、替代地，预处理单元和/或后处理单元集成在去交织单元中。

47、预处理单元或后处理单元或两者都可以集成在去交织单元或去交织器中，而不是作为单独的单元。

48、根据本发明的另外的方面，提供了一种多载波无线通信系统。一种多载波无线通信系统包括：根据本发明的发射机；和根据本发明的接收机；其中发射机和接收机被配置成设立具有自适应比特加载的通信链路。

49、本发明还可以体现在包括代码装置的计算机程序中，当该程序由包括处理装置的发射机执行时，该代码装置使该处理装置执行本发明的方法。

50、本发明还可以体现在包括代码装置的计算机程序中，当该程序由包括处理装置的接收机执行时，该代码装置使该处理装置执行本发明的方法。