CN1666453A - 自适应空中接口波形 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，产生自适应空中接口波形的方法包括，产生包括可变载波频率和可变带宽信号的波形。可变带宽信号包括可动态地置于频率范围中的一个或多个副载波，且根据直接序列(DS)扩频(SS)技术单独调制每个副载波。该载波具有嵌入的导频信号，该导频信号可用于优化波形的一个或多个频谱的效率。所产生的波形的调制群、编码率和码长根据可用的频谱及一个或多个副载波状态进行适应。

Description

自适应空中接口波形
技术领域
本发明涉及无线通讯，更特别地，涉及自适应空中接口波形。
发明背景
现有的无线通讯系统不能很好地适应电磁频谱中的动态变化。因此，这些系统趋向于提供相对低的服务质量。随着对高带宽服务的需求的增长，此问题更加严重了。
现有的提高无线通讯系统适应电磁频谱中动态变化的能力的尝试集中于适应在特殊时间点上可用的维度的子集。修改数据速率和处理增益以使特定的波形，如扩频调制信号，适应特殊的通讯链接状态。具有各种参数的各种纠错码技术已应用于特殊的频率分配。频率自适应技术已在高频(HF)范围内使用。频率自适应技术也已在通讯系统中使用，如无线局域网(WLAN)，其中在开放频率中相对慢位置(seat)之后选择开放频率。
蜂窝通讯系统通常以分配的信道频率工作。较慢的分配可以使用频分多址(FDMA)技术。已对各种自适应调制技术作出了研究，但他们都或多或少限制于改变特殊调制方案中的一个或多个参数。在世界范围内，频谱的使用会非常不同，这通常需要复杂的频谱分配处理。作为商业无线市场增长的结果，将来的带宽重分配可能需要更加复杂的频谱分配处理。在现有的无线通讯系统中，将一个或多个频率静态地分配给通讯和传感器系统(如，雷达系统)而通讯和传感器系统和一个或多个其他通讯和传感器系统之间没有频率重叠，且他们之间有较大的空间距离从而防止通讯和传感器系统和一个或其他通讯和传感器系统之间的有害干扰。
发明概要
本发明的特殊实施例可以减少或消除传统上和无线通讯关联的缺点和问题。
在本发明的一个实施例中，产生自适应空中接口波形方法包括产生包含各种载波频率和可变带宽信号的波形。可变带宽信号包括可动态置于频率范围之上的一个或多个副载波，且根据直接序列(DS)扩频(SS)技术单独调制每个副载波。波形包含嵌入的导频信号，所述导频信号可用于优化波形的一个或多个频谱效率。所产生的波形的调制群、编码率和码长根据可用的频谱及一个或多个副载波状态进行适应。
本发明的特殊实施例提供一个或多个优点。在特殊实施例中，多个参数的动态适应对无线通讯系统提供一个或多个性能选项。在特殊实施例中，所述多个参数包括时间的适应、功率的适应、可变带宽、可变数据速率、可变调制和编码，及空间的适应。
特殊实施例提供可以在可用信号空间的多个维度上适应环境的波形。在特殊实施例中，作为例子，信号空间包括频率、时间、功率、调制、编码和空间域。特殊实施例提供波形和选择波形的一个或多个参数并改变波形以适应一个或多个通讯网络、一个或多个通讯链接，或一个或多个用户需求的机制。特殊实施例提供自适应空间多个维度的智能选择，这可以包括频率、调制方案和相关参数、编码方案和相关参数，及数据速率。特殊实施例可以提供根据一个或多个链接条件优化的波形。在特殊实施例中，调制方案可以构成多个群并在空间上适应传输时间。在特殊实施例中，使用多载波码分多址(MC-CDMA)方案进行调制，根据该方案，根据单独的载波对一个或多个通讯链接的适应独立调制和编码一个或多个单独的载波。在特殊实施例中，对通讯链接的自适应或多或少受限于一个或多个与数据速率及频率随着时间的改变关联的需求。在特殊实施例中，可以阻止或强调一个或多个频率(在每个频率有效地提供功率控制)，这可以支持不连续的频率子频段的使用。在特殊实施例中，对特殊的子频段选择特殊的调制和编码方案。在特殊实施例中，可以将异象的波形变形为一个或多个无线通讯资源(如一个或多个频段)。在特殊实施例中，对频率、调制类型和相关参数、编码类型和相关参数、时间、空间、功率、带宽和处理进行分析，以对因时间不同的信道状态提供相对快速的适应。
特殊实施例提供可适应多个无线应用的波形，如选择自适应空间的多个维度的应用及估计信道特征的应用。在特殊实施例中，根据波形中的频率控制功率。在特殊实施例中，产生不连续的频率子频段。在特殊实施例中，识别并选择较佳的信道组织。在特殊实施例中，根据和数据速率及服务质量关联的一个或多个需求来选择较佳的调制和编码技术。
在特殊实施例中，动态地适应以使用频谱中由频率、空间和时间定义的可用孔洞的知晓频谱的异象波形支持公共频谱的共享使用。在特殊实施例中，同时适应多个频谱参数支持或多或少得到保证的通讯，而抑制相互之间的有害干扰。特殊实施例提供动态频谱分配技术，此技术可增加频谱利用率达20倍。
特殊实施例使用一个或多个适当的可用频率提供快速响应的自适应多载波重组。特殊实施例提供这样的信号设计，它包括用于实时估计副载波信道以或多或少地优化波形参数的导频信号，并包括对突发传输的快速信号获取。特殊实施例提供相对于多个副载波具有或多或少同时的多维度可变性的一个或多个自适应的带宽高效的编码-调制方案。特殊实施例提供快速释放信道使用并动态重配置各种多址技术的快速反应能力。
特殊实施例提供可以在多个应用中工作的单个可适应的波形，如WLAN应用和蜂窝应用。特殊实施例提供在各种网络中工作并能够以从约100Mbps至1Gbps的数据速率工作的有用的空中接口。网络环境可以包括蜂窝宏环境、微-微微(micro-pico)蜂窝环境、WLAN或类似环境。网络环境可以包括一个或多个灵活的架构，如蜂窝架构、集中架构、专家网络架构及混合架构。特殊实施例支持具有相对高数据传输速率的服务和应用。特殊实施例自动地在频谱使用的间隙(或孔洞)中工作。孔洞可以包括多个维度，如时间、频率和空间。
附图说明
为了提供对本发明及其特征和优点更加完全的理解，通过附图参考下面的说明，其中：
图1为方框图，在下一代(XG)应用内展示本发明的异象波形功能；
图2展示进行自适应以填充可用时间-频率频谱间隙的频率灵巧异象波形；
图3展示适应多个变量以优化频谱效率的异象波形；
图4为用于优化信道估计数据的多载波组织、信号和多级带宽高效的编码和调制；
图5表示本发明的异象波形的频率/时间/编码；及
图6为方框图，展示基于LDPC的编码调制方案有助于快速适应编码参数的多级配置。
示范实施例说明
本发明是动态地根据频率、时间、调制、编码、数据速率、功率、信号和多载波组织进行适应的异象波形。波形通过支持高效、机会式及合作式的频谱使用而增加频谱效率。它通过捕捉时间/频率/空间“孔洞”并使用和不干扰的通讯一致的最有效的编码、调制、信号和多载波组织，以对因时间不同的信道和使用状态反应。如下所示，本发明的异象波形划分为两个主要的成分：
●自适应多载波组织和信号将可变的载波频率和可变的带宽信号配置为一个或多个动态地置于直到250MHz的范围上的副载波，以避免或最小化对现有频谱用户传输的干扰。通过直接序列扩频(DS SS)对可变扩展和编码增益对照合作式、非合作式和威胁式信号独立地调制每个副载波。组合的时间/编码导频信号嵌入到波形之内，以支持基于副载波信道估计进行优化。波形支持广泛的自适应/混合多址方案，包括CDMA、TDMA、FDMA和FHMA的组合。
●自适应多级带宽高效编码和调制(BECM)提供一组BECM方案，包括多群调制和转发纠错码。使用低密度奇偶校验码(LDPC)编码的调制族，以推进带宽效率和自适应能力的技术发展水平。适应调制群、编码速率和码长来匹配可用的频谱和副载波状态将最大化频谱效率，而满足服务质量(QoS)和数据速率需求。
总的频谱效率取决于频谱使用的频率、空间和时间效率的组合。由于这些因素互相之间密切关联，在一个方面提高效率通常会在另一方面降低效率。
●降低每次调用/连接的频谱使用
-增加调制效率(比特/秒/Hz)
-提高纠错码效率
-压缩源信息
-使用具有“软”容量限制的自适应(即，混合)多址技术(如，MC-CDMA，其中可能使用FDMA/CDMA)
●增加带宽的空间使用
-增加调制的功率效率(实现足够BER的最小Eb/No)
-在功率控制中使用快速自适应
-通过波形设计降低对干扰的敏感性
-传输更加“宽容干扰”的波形
-在更宽的带宽上扩展信号信息
-增加带宽的方向性共享
●增加带宽的时间共享
-协调频谱的时间使用(如，通过多址技术)
-在它们变得可用时捕捉频谱使用中的时间“孔洞”(如，快速信号获取、突发-突发适应)
很多这些策略彼此冲突-增加调制效率会降低功率效率。对总体频谱利用效率的准确评估需要考虑电磁频谱的频谱/时间/空间重用的复杂交互。
参考图1，展示了动态地“变形”以填充未使用的频谱“孔洞”从而显著增加频谱利用率的异象波形功能。总体波形自适应可以视为确定最终传输波形的“内部”和“外部”功能、特性和参数集合的层次组合。“外部”集合提供频率和时间机会及其他环境特征的定义。“内部”集合的定义修改波形如何在其总体带宽范围内“做出反应”来实现对与本地信道状态、互相干扰避免，及LPI/LPD需求一致的最大频谱效率优化波形参数的策略。
本发明的波形是多载波直接序列扩频(MC-DS SS)、多速率、多群合成宽带波形，快速在时间、频率、功率、调制类型、速率、编码、多载波组织和访问方法上进行适应。自适应接口支持各种访问和控制技术并以相同的频率分配频段和物理空间适应其他网络，并适应因时间不同的信道状态、威胁和用户需要。该波形基于包使用可用的较短持续(毫秒)时间分段，在它们变得活跃时向其他网络释放信道，并基于预测的可用性捕捉其他信道。
通过几种方法来实现频率灵活性。首先，波形的中心频率和RF带宽可以随那些信道时间使用的不同而变化，以占据不同频率信道。这在图2中示出，图2将四个频率信道的频谱利用表示为时间的函数。现有的用户区域指示来自现有的非XG用户的传输，且空闲频谱区域指示时间-频率频谱适应中的“孔洞”。考虑如所示的XG传输利用频率信道F1上第一个可用的“间隙”。在点A，通过“变形”其中心频率和带宽范围以在再次变形到信道F2中之前简单地占据频率信道F1和F2，波形展示宏观的频率灵活性。在点B，非XG和XG传输占据频率信道F2。非XG传输仅占据频率信道F2的部分。在XG传输的完整带宽范围内，波形组织其副载波占据完整范围的部分子集。因此，波形占据的带宽将少于或等于完整带宽范围。使用这种微观的频率灵活性以避免部分频率信道被非XG信号占据。在这些未使用的副载波上对非XG信号不传输功率或只传输在可接受的SIR值内的功率，以避免和其他传输之间的干扰。这种宏观和微观频率灵活性的组合通过捕捉频率/空间/时间中可用的间隙而释放通讯和传感器(如雷达)功能所需的频谱来最大化XG频谱效率。
参考图3，在左边展示了波形的二维表示，在左边展示了波形的三维表示。图形中间的图例突出了未扩频的基于QAM的调制、空闲频谱、排除的频谱，及基于DS-SS的调制的区域。排除的频谱表示对波形使用来说不可用的时间-频率孔洞组合，如在XG无线电内由外部控制的功能提供的那样。波形展示了微观频率灵活性，并组织信号能量以避免这些排除区域，动态地“变形”以在三维(频率，时间，功率)中呈现出不同的形状。注意，排除区域在三维表示中显示为“封闭的”；在那些时间-频率组合上不传输功率。在其他副载波上，波形在不同的频率的子信道上使用在时间上并存的基于QAM的调制和单载波及多载波直接序列扩频的组合，而在给定的子信道上具有因时间不同的调制。带宽高效的编码和调制(BECM)方案和副载波组织也连续地进行适应，以最大化总体频谱利用效率。基于信号优化和数据速率需求，XG波形可以选择使部分可用的时间-频率孔洞保持空闲。
波形的构造划分为如下所述的两个主要的功能成分。
●自适应多载波组织和信号将直到250MHz带宽范围的信道配置为一个或多个可变带宽副载波，它们由直接序列扩频(DS-SS)对可变的编码增益进行独立调制。波形支持广泛的多址技术，包括CDMA、TDMA、FDMA、FHMA、CSMA/CA和RTS/CTS。在包含在直到250MHz的带宽范围内的副信道上以不同的数据速率同时和唯一地服务多个用户。
●自适应多级带宽高效编码和调制(BECM)提供一组BECM方案，包括多群调制和对副信道状态优化的多级转发纠错码。基线设计使用低密度奇偶校验码(LDPC)，当前由最近对BECM的研究支持，作为编码调制技术的基础。
为了通过利用频率/空间/时间中的间隙实现频谱效率的改进，需要多个维度上的自适应。异象波形同时在很多不同的维度上进行自适应，如表1所总结的那样。载波频率、带宽范围，及占用带宽不同，向XG传输给出根据需要在信道之间“跳跃”所需的宏观频率灵活性。自适应多载波组织和信号能力将直到250MHz带宽范围配置为一个或多个可变宽度副载波来支持微观频率灵活性并避免在波形带宽内的传输。结果所占用的带宽将取决于用户数据速率需求、副信道状态和XG平台的处理能力的组合。自适应多级带宽高效编码和调制(BECM)利用由嵌入波形内的导频信号符号元素支持的XG信道估计来选择在副信道之间进行能力优化的纠错码和调制群。除了用于最小化多址干扰的功率控制方案，波形具有突发-突发“快速适应”功率控制能力来快速地释放单个副载波或整个占用的带宽的使用，如外部控制信号所示，以对检测到出现在时间/频率/空间中的非XG信号做出响应。
                           表1
         异象波形同时适应多个维度以增加频谱利用率
    自适应能力     动机     说明
    载波频率     宏观频率灵活性     允许在整个带宽的操作上使用频率/空间/时间“间隙”
    带宽范围     宏观频率灵活性     允许使用不同宽度的频率/空间/时间“间隙”
    副载波组织和信号(占用的带宽)     微观频率灵活性     避免干扰和干涉
    副载波带宽高效编码和调制(BECM)     副信道优化的数据速率     用XG能力匹配信道状态
    快速自适应功率控制     功率效率     通过减少对其他用户的干扰来促进空间重用
    快速获取/导频信号符号     快速捕捉/释放和信道估计     允许使用较短的频率/空间/数据“间隙”
参考图4，展示了XG无线电内的波形自适应功能。自适应多载波组织和信号部分定义前同步信号和导频信号符号，分配副载波位置和容量，并应用任何所需的PN扩展、时间分集和对用户数据的信道化。自适应多级带宽高效编码和调制部分编码和映射编码的数据到分配的副载波。然后自适应地对信号进行功率控制，以使得整个异象波形带宽范围至250MHz。通过使用嵌入每次传输的波形中的双向导频信号符号执行对接收数据的信道估计，以估计在任何XG节点配对之间区别很大的副载波信道特征。解码的前同步信号包含来自链接另一端的信道估计信息。信道估计数据被传递给每个自适应块，以优化副载波容量。以此方式，信道估计驱动自适应多载波组织和信号及多级带宽高效编码和调制。用于信道估计的导频信号符号设计将在后面说明。
异象波形的多载波结构支持对不同的副频段独立应用空间处理技术。因此，该波形不仅与当前和将来的空间处理兼容，和对完整频段产生一个解决方案技术相比，也能得到性能的提高。这包括波束和空结构及空间/路径分集处理系统，利用通过多种技术领域获得的增强的干扰抑制和更高的数据速率传输增益来增加频谱效率。
参考图5，展示了波形的多个三维频率/时间/功率表示。最左边图上的x-y平面展示了波形的时间-频率映射。用户数据映射到K个可变宽度副载波上。多个副载波可用聚合以构成总RF带宽内的可变宽度副频段。对可变长的集成时间使用基于FFT的实现。每个副载波的功率水平，作为频率和时间的函数，可以任意小以避免和环境中的其他传输重叠。波形在不同的副载波上同时支持多种扩展宽度和调制格式。
图5中最上面的图展示了波形通过CDMA支持多个用户的一种方法的概念视图。在该图中，通过向用户分配单个较短的PN扩展代码使得一个副载波对一个用户专用，以增加数据速率，而在其他副载波上，多个可变速率用户用不同长度的PN码访问信道。这进一步在标签为“CDMA模式”的示意图中展示，代码为CA、CB和CC的用户功率组合构成聚合功率。另外，一个用户可以使用基于PSK/QAM的调制集中其数据以占用整个副载波。波形也支持混合模式，其中将用户数据的不同部分编码为如图5右下角所示的不同调制格式。考虑占用频段较高和较低部分的非XG传输。
基于由该波形提供的信道估计，将所示的传输映射为两个部分。第一部分将用户数据分布在整个带宽上以把功率频谱密度降低至对非XG传输有害的水平之下；第二部分将余下的数据集中在未占用的带宽中。
在宽带信号的带宽内，某些频率将得到较强的信道增益，而其他信号会得到很大的衰减。单载波和MC-DS SS都预防由无线信道的多路径传播导致的窄带干扰和因时间不同的频率选择衰减。对单载波情况而言，当载波的带宽超过信道的同调带宽(BC)时，需要多个耙式接收器“指针”来解析单个多路径成分并捕捉可获得的分集增益。可以解析的成分数量，及因此，所需的耙式接收器数量，是载波带宽和同调带宽之比。另外一种方法是将总带宽B划分为N个具有更小带宽b＝B/N的副载波，每个带宽都近似等于同调带宽(b≈BC)。对多个载波，通过组合频率域中的多个独立载波而不是时间域中的单个载波的多个耙指针的分集来保留初始的较宽带宽的频率分集。通过跨多个副载波传输给定的数据符号(即，在频率上分布)，频率分集增益的量可以和此类型的波形设计的数据速率进行交换，并在对数据做出最终决定之前组合来自那些副载波的测试统计数据。受到限制，由于每个副载波由独立于其他副载波的数据调制，总体传输速率得到最大化，且不用频率分集发送每个符号。
如所示，具有耙接收器的单载波DS SS波形和等价设计的MC-DS SS波形的性能是类似的。
当可用带宽(及数据速率)比同调带宽大得多时，需要较大数量的耙指针，这显著增加了接收器的复杂度。MC-DS SS波形需要N个指针(每个副载波一个)，每个处理带宽为b(＝B/N)的信号，而不是象单载波DS SS那样需要N(＝B/BC)个指针，每个处理带宽B的信号，这可以降低接收器的复杂度。这样是因为副载波上的芯片持续期比单载波系统长M倍，这减少了成功调制信号所需的计算次数。当需要三到四个耙指针以上时，多载波实现会更加高效。
由于多载波系统不需要连续的频段，出现当窄带干涉时，多载波调制实现上的优点进一步突显。对XG系统中的应用，通过简单地在多个副载波中留下适当的间隙，多载波和现有窄带信号的集合重叠。可以实现这种自适应“重路由”副载波来避免干扰，而相对于具有相同的总占用带宽的连续副载波没有性能损失。单载波信号必须实现自适应的陷波滤波器，其可实现的凹口深和凹口带宽在复杂度上关联。
MC-DS SS波形灵活性的优点是在部分或全部副载波中使用不同的数据速率，以在“强”副载波上发送更多数据而在“弱”副载波上发送较少数据。利用此灵活性的能力取决于系统对不同副载波上衰减的状态的估计有多精确。导频信号执行此信号估计，其中准确估计衰减的能力取决于很多系统参数，包括信噪比(SNR)、信号/干扰比(SIR)、多普勒散布展宽和前向纠错。
本发明的波形包括指导基于副载波自适应多载波组织和信号及带宽高效编码和调制以优化频谱利用效率的信道估计能力。信道估计的基础是混合CDMA/TDMA导频信号，它由嵌入数据突发的前同步信号内的扩展码组成。这些导频信号符号逻辑上等价于自适应均衡器的训练序列。使用导频信号支持一致的解调制，提高了功率效率。扩展导频信号降低了检测和窃听的概率。通过确保导频信号至少和数据一样扩展来提供抗干扰能力，以使得干扰者不能通过集中精力于导频信号来轻易地破坏波形。
导频信号的使用也提供了可以用于估计信道同调带宽的副载波衰减“快照”。此估计用作使副载波宽度和位置适应以受限于频谱间隙可用性限制的基础。同调时间提供多长时间内信道估计保持合法的测量，并和多普勒频移成反比。例如，以50英里/小时的速度移动并在2.5GHz频率上通讯的车辆具有186Hz的多普勒频移，表明该信道估计和后面的多元自适应将需要每5.4毫秒进行更新。当信道估计不可用或其寿命已超过信道的同调时间时，在每个副载波上以相同速率发送数据。
使用MC信号作为多载波组织和信号基础给最大化频谱效率带来各种设计上的权衡。不同波形参数的多种组合都提供等价的用户有效负荷数据速率。自适应多个变量的有效性包括下述：
●可变带宽：变化带宽范围和占用带宽使波形能够匹配可用的带宽。较宽的带宽提供更多可用于交换分集、编码、扩展增益等等的原始容量。较窄的带宽提供在较少频谱量可用时支持波形操作的结构。
●可变的副载波数量：通过变化副载波的数量，可以组织可用带宽以避免在选择的副载波上的窄带干扰/干涉。如果只使用一个副载波，则波形“变形”为单载波波形(如，DS SS、常规QPSK等等)。
●可变的副载波组织：映射用户数据为副载波的不同组合支持向信号应用不同类型的系统增益，以改善衰减和干扰。可以在相邻的副载波上应用扩展增益和频率分集增益，且变化的平均干扰量可以通过将数据映射到不连续的副载波上来实现。
●可变的副载波数据速率：通过监控每个副载波的状态，并在信道状态允许时使用高阶的调制，每个副载波内的数据速率可以得到优化。
●可变的频率分集：通过在不同的副载波上并行传输多个比特(多载波负载共享)，数据速率可以和频率分集进行交换。
因为任何DS SS系统对近-远问题都非常敏感，一种或多种缓解的方法必须成为系统设计的一部分。对专家无线系统，面向基站的功率控制的商用蜂窝CDMA解决方案需要对所有发送器的集中控制。增强波形应对近-远干扰的其他方法包括下述：
●在频率/空间/时间中“变形”信号的XG能力自身提供某些对近-远干扰的内在抵抗力。多载波组织和信号及带宽高效编码和调制的自适应策略考虑近-远多址干扰(MAI)的效应。
●为了捕捉和释放频谱机会，将数据组织为可变长的包。这自然地带来基于包到达时间多路复用用户的能力。因此，TDMA可以由专家移动网络的波形支持。
●可以安排副载波时隙以支持具有最近正交跳频(FH)的FHMA，以使得近-远信号通常在任何瞬间占用不同的副载波。
●在专家网络内，用户簇将他们自己安排在子网络中，这能提高标准功率控制的有效性。
●当不需要LPI时，可以使用基于设计为最小化均方误差的接收器的单用户MAI抑制技术。这样的接收器很适合于专家网络，因为它不需要对系统中任何用户的参数的事先知识。然而，将使用较短的扩展序列(即，周期等于数据符号持续时间的那些)。
●在可用时，空间处理用适当的波形提供附加的近-远抵抗力。特别地，可以使用子频段波形来提供更多的近-远干涉抑制。
在此所述的异象波形通过几种技术组合支持近-远问题的解决方案，所述技术包括自适应频率和/或时间分配、跳频、功率控制或空间阵列。因此，波形将和TDMA、TSMA、FDMA、CDMA、FHMA及其他通常使用的辅助控制技术，如CDMA/CA和RTS/CTS兼容。对作为实用解决方案的集成，如果需要的话，波形将使用基无线系统的多址方案，或如果允许的话则适应它。可以使用混合多址方案，从而动态地匹配多址格式和本地频谱利用特征带来频谱利用率的进一步增加。
众所周知，纠错码能以增加复杂度为代价对较小的(或没有)带宽效率减少提供显著提高的功率效率。基准纠错码和调制设计基于自适应低密度奇偶校验编码(LDPC)的调制编码族，该编码族适合在XG系统中使用。
LDPC编码是线性二进制块编码，其奇偶校验矩阵H具有低密度的1(即，它的大部分为0)。这些特性向编码赋予提高的权重频谱和简单的近似最优解码算法。该解码算法是迭代的，很像网格-漩涡(Trellis-Turbo)解码算法，但LDPC算法通过图而不是两个网格进行迭代。注意，虽然对TTCM来说两个网格可以是图的形式，该图比LDPC图更加复杂。所述的LDPC调制族通过下面的技术支持快速自适应：
●使用多级编码结构，这是多速率编码的自然架构。
●通过简单移位寄存器电路使用循环和类循环LDPC编码来实现简单成分编码器。
本发明的异象波形包括一定范围的码长和编码速率，以基于频谱可用性和副载波信道状态来优化性能。
参考图6，展示了以多级配置安排的二进制LDPC编码，这由N个成分编码和映射器(调制器)组成。以此方法，通过变化成分编码的编码速率和/或映射器的群大小，带宽效率(及带宽)可以有很大不同。这样的多级配置给出接近容量的性能。级别的数量通常和群的大小匹配。对2N元的群，将有N个编码器。
循环LDPC码的编码器可以使用著名的用于编码BCH码的移位寄存器电路来构建。名义码字长为n且名义数据字长为k，这样得到名义编码速率k/n，且可以容易地修改这些参数。低延时的自适应需要一定范围的码长。
使用LDPC编码族作为带宽高效编码和调制的基础带来最大化频谱效率的多种权衡。调制群和编码速率的多种组合都提供等价的用户负载数据速率，且码长也会影响误差性能。自适应多个变量的有效性包括下述：
●调制群：变化调制群提供用原始数据速率交换功率效率的能力。小的调制群支持以较低接收功率水平工作从而扩展覆盖范围。较大的调制群(直到64QAM)支持较大的原始容量，然后可以用其交换编码增益来匹配副载波信道状态。
●编码速率：变化编码速率提供匹配码强度和本地信道状态的额外自由度。低速率编码有助于扩展链接余量，而高速率编码支持在最大化用户数据速率时适当的编码增益量。
●码长：需要可变码长来有效地映射用户数据到大范围的副载波容量。较长的编码将用于当频谱中的长时间“间隙”可用时在接近容量限制处工作。较短的编码将用于满足低延时需求、提供快速自适应，并允许波形捕捉短/小的频谱间隙。
●多级编码：使用多级编码简化编码和解码架构，并自然地适用于支持自适应编码策略，因为它通过“预填充”多个用户数据块以使得一旦信道估计数据可用于指导编码选择就可以立即传输。
宽带MC-DS SS波形结构的组合用于创建异象波形，它可以用带宽高效的编码和调制动态地改变载波频率、带宽和副载波组织和信号。构建波形架构以超越当前无线通讯和信息理论研究技术发展水平进行创新。本发明通过自适应地填充可用的频谱“孔洞”并在可用的副载波上使用波形参数的同时多元自适应来优化用户数据速率扩展了本技术领域的边界。
虽然在附图和上述说明中展示了本发明的较佳实施例，应理解，本发明不限于所揭示的实施例，而是能够具有对部件和元素的多种其他安排和修改而不偏离本发明的精神。

Claims (31)

1.产生自适应空中接口波形的系统，其特征在于，所述系统包括：
自适应多载波组织和信号组件，它用于产生包括可变载波频率和可变带宽信号的波形，所述可变带宽信号包括可动态地置于频率范围上的一个或多个副载波，根据直接序列(DS)扩频(SS)技术单独地调制每个副载波，所述波形包含可用于优化波形的一个或多个频谱效率的嵌入导频信号；及
自适应多级带宽高效编码和调制(BECM)组件，它用于根据可用频谱和一个或多个副载波状态所产生的波形适应调制群、编码速率和码长。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述产生的波形是异象波形，它可用于动态地适应频率、时间、调制、编码、数据速率、功率、信号和多载波组织中的一个或多个。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述频率范围跨度约为250MHz。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述产生的波形使用频谱中由频率、空间和时间中的一个或多个定义的一个或多个未使用的孔洞。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述产生的波形支持多种多址(MA)技术。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述多种MA技术包括：
一种或多种波分多址(CDMA)技术；
一种或多种时分多址(TDMA)技术；
一种或多种频分多址(FDMA)技术；及
一种或多种跳频多址(FHMA)技术。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，其中至少一种MA技术是混合MA技术。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述BECM使用低密度奇偶校验(LDPC)码模块技术来适应产生的波形的调制群、编码速率及码长。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述BECM根据一个或多个服务质量(QoS)需求和一个或多个数据速率需求以及可用频谱和一个或多个副载波状态来使用产生的波形的调制群、编码速率和码长。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述产生的波形具有宏观频率灵活性及微观频率灵活性。
11.产生自适应空中接口波形的方法，其特征在于，所述方法包括：
产生包括可变载波频率和可变带宽信号的波形，所述可变带宽信号包括可动态地置于频率范围上的一个或多个副载波，根据直接序列(DS)扩频(SS)技术单独地调制每个副载波，所述波形包含可用于优化波形的一个或多个频谱效率的嵌入导频信号；及
根据可用频谱和一个或多个副载波状态所产生的波形适应调制群、编码速率和码长。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述产生的波形是异象波形，它可用于动态地适应频率、时间、调制、编码、数据速率、功率、信号和多载波组织中的一个或多个。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述频率范围跨度约为250MHz。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述产生的波形使用频谱中由频率、空间和时间中的一个或多个定义的一个或多个未使用的孔洞。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述产生的波形支持多种多址(MA)技术。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述多种MA技术包括：
一种或多种波分多址(CDMA)技术；
一种或多种时分多址(TDMA)技术；
一种或多种频分多址(FDMA)技术；及
一种或多种跳频多址(FHMA)技术。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，其中至少一种MA技术是混合MA技术。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，使用低密度奇偶校验(LDPC)码模块技术来适应产生的波形的调制群、编码速率及码长。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，根据一个或多个服务质量(QoS)需求和一个或多个数据速率需求以及可用频谱和一个或多个副载波状态来使用产生的波形的调制群、编码速率和码长。
20.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述产生的波形具有宏观频率灵活性及微观频率灵活性。
21.产生自适应空中接口波形的软件，其特征在于，所述软件包括：
产生包括可变载波频率和可变带宽信号的波形，所述可变带宽信号包括可动态地置于频率范围上的一个或多个副载波，根据直接序列(DS)扩频(SS)技术单独地调制每个副载波，所述波形包含可用于优化波形的一个或多个频谱效率的嵌入导频信号；及
根据可用频谱和一个或多个副载波状态所产生的波形适应调制群、编码速率和码长。
22.如权利要求21所述的软件，其特征在于，所述产生的波形是异象波形，它可用于动态地适应频率、时间、调制、编码、数据速率、功率、信号和多载波组织中的一个或多个。
23.如权利要求21所述的软件，其特征在于，所述频率范围跨度约为250MHz。
24.如权利要求21所述的软件，其特征在于，所述产生的波形使用频谱中由频率、空间和时间中的一个或多个定义的一个或多个未使用的孔洞。
25.如权利要求21所述的软件，其特征在于，所述产生的波形支持多种多址(MA)技术。
26.如权利要求25所述的软件，其特征在于，所述多种MA技术包括：
一种或多种波分多址(CDMA)技术；
一种或多种时分多址(TDMA)技术；
一种或多种频分多址(FDMA)技术；及
一种或多种跳频多址(FHMA)技术。
27.如权利要求25所述的软件，其特征在于，其中至少一种MA技术是混合MA技术。
28.如权利要求21所述的软件，其特征在于，使用低密度奇偶校验(LDPC)码模块技术来适应产生的波形的调制群、编码速率及码长。
29.如权利要求21所述的软件，其特征在于，根据一个或多个服务质量(QoS)需求和一个或多个数据速率需求以及可用频谱和一个或多个副载波状态来使用产生的波形的调制群、编码速率和码长。
30.如权利要求21所述的软件，其特征在于，所述产生的波形具有宏观频率灵活性及微观频率灵活性。
31.产生自适应空中接口波形的系统，其特征在于，所述系统包括：
产生包括可变载波频率和可变带宽信号的波形的装置，所述可变带宽信号包括可动态地置于频率范围上的一个或多个副载波，根据直接序列(DS)扩频(SS)技术单独地调制每个副载波，所述波形包含可用于优化波形的一个或多个频谱效率的嵌入导频信号；及
根据可用频谱和一个或多个副载波状态所产生的波形适应调制群、编码速率和码长的装置。
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