專利名稱：多天線輸入和輸出系統(tǒng)中的全復(fù)用分集方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高吞吐率的復(fù)用多天線系統(tǒng)及復(fù)用分集方法，特別是針對(duì)閉環(huán)下的全復(fù)用分集多天線輸入和輸出(MIMO)系統(tǒng)的分集方法及裝置，通過將CDMA系統(tǒng)和空間分集與復(fù)用系統(tǒng)的結(jié)合，使得碼道資源能夠在用戶間被共享，可適用于各種小區(qū)體制下的高速無線通信系統(tǒng)，及高吞吐量無線局域網(wǎng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
空間復(fù)用多天線系統(tǒng)利用接收和發(fā)送端的多個(gè)天線傳輸符號(hào)，具有較高的吞吐率，圖1示出了空間復(fù)用多天線系統(tǒng)的原理圖。如圖1所示，在同一符號(hào)周期，將不同的符號(hào)序列S1，S2，...，SN通過各個(gè)發(fā)送天線同時(shí)發(fā)送出去。在接收端，利用各收發(fā)天線間信道的獨(dú)立性，檢測(cè)出同時(shí)發(fā)送的各個(gè)符號(hào)。為了檢測(cè)出在同一時(shí)刻所發(fā)送的不同數(shù)據(jù)，空間復(fù)用系統(tǒng)要求接收端的天線應(yīng)不少于發(fā)射天線。否則，在平衰落環(huán)境下，接收端得到是一個(gè)欠定方程組，無法求得發(fā)送符號(hào)序列的唯一解。
Nortel為3GPP提出了多徑分集(Multi-path DiversityMPD)的建議，例如，見Nortel發(fā)表的“Multi-paths diversity for MIMO(MPD)”，3GPP TSG RAN WG1，R1-030565；“Multi-paths diversity for MIMO(MPD)”，3GPP TSG RAN WG1，NY，R1-030760；“Further results on Multi-PathsDiversity for MIMO(MPD))”，3GPP TSG RAN WG1，NY，R1-031102；和“RateControl for MPD”，3GPP TSG RAN WG1，NY，R1-031316。根據(jù)Nortel的建議，基于開環(huán)MIMO系統(tǒng)，通過碼片(chip)級(jí)的處理，使得接收端利用一個(gè)接收天線分辨出同時(shí)發(fā)射的若干符號(hào)，其發(fā)送方式如圖2所示。首先，串并轉(zhuǎn)換單元21對(duì)來自數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行串并變換，得到兩個(gè)符號(hào)流，即第一符號(hào)流s1和第二符號(hào)流s2。
接下來，上述的第一符號(hào)流s1和第二符號(hào)流s2被分支，其中的一個(gè)分支通過第一歸一化單元22，進(jìn)行歸一化處理。例如，把第一符號(hào)流和第二符號(hào)流的符號(hào)乘以常數(shù)1/√2，使得發(fā)送出去的符號(hào)的功率為1。然后在第一擴(kuò)頻單元23中對(duì)歸一化的符號(hào)流進(jìn)行擴(kuò)頻處理，例如，用特定的擴(kuò)頻碼與要擴(kuò)頻的符號(hào)相乘，輸出第一路的第一擴(kuò)頻序列和第二擴(kuò)頻序列。
另一分支的符號(hào)流進(jìn)入STTD編碼單元24，在這里進(jìn)行如下的處理s1s2⇒-s2*s1*---(1)]]>輸出經(jīng)過空時(shí)發(fā)射分集(STTD)編碼的數(shù)據(jù)流-s2*和s1*，然后在第二歸一化單元25，對(duì)上述s的數(shù)據(jù)流-s2*和s1*進(jìn)行歸一化處理，例如，乘以常數(shù)1/√2。
經(jīng)過歸一化處理之后，輸出的數(shù)據(jù)流在第二擴(kuò)頻單元26中進(jìn)行擴(kuò)頻處理，用特定的擴(kuò)頻碼與要擴(kuò)頻的數(shù)據(jù)流相乘，輸出第二路的第一擴(kuò)頻序列和第二擴(kuò)頻序列。
然后，第二路的第一擴(kuò)頻序列和第二擴(kuò)頻序列在延遲單元27中被延遲一個(gè)碼片(chip)。此后，在合并單元28中，延遲后的第二路的第一擴(kuò)頻序列和第二擴(kuò)頻序列分別與擴(kuò)頻后的第一路的第一擴(kuò)頻序列和第二擴(kuò)頻序列相加，然后通過兩個(gè)天線發(fā)送出去。
圖3示出了多徑分集(MPD)接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。從接收天線接收的信號(hào)輸入到解擴(kuò)單元31中，進(jìn)行解擴(kuò)處理。換句話說，利用相應(yīng)的擴(kuò)頻碼向量和接收到的符號(hào)中碼片向量做內(nèi)積。
但是，由于MPD采用了碼片級(jí)的延遲分集，破壞了擴(kuò)頻碼的正交性，使得解擴(kuò)信號(hào)中殘留較多其它用戶的干擾信號(hào)，降低了解擴(kuò)信號(hào)的信干噪比(SINR)。另外，由于延遲的影響，即使在平衰落環(huán)境中，解擴(kuò)后的信號(hào)仍然會(huì)存在碼間串?dāng)_。為了降低解擴(kuò)信號(hào)中的干擾，MPD系統(tǒng)必須進(jìn)行干擾抵消(Interference CancellerIC)處理。
因此，在干擾對(duì)消單元32中，進(jìn)行上述的對(duì)消處理，以消除其它用戶的干擾和碼間的串?dāng)_。然后，在解調(diào)單元33中對(duì)消除了干擾的符號(hào)流進(jìn)行解調(diào)處理，例如，采用最小均方誤差(MMSE)方法進(jìn)行解調(diào)。輸出第一符號(hào)流s1和第二符號(hào)流s2。接下來，在并串轉(zhuǎn)換單元34進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，最后輸出符號(hào)流，用于進(jìn)行后續(xù)的處理。
由于分集MIMO系統(tǒng)和復(fù)用MIMO系統(tǒng)具有完全不同的特性，通常的MIMO系統(tǒng)很難兩方面兼顧。MPD通過延遲疊加，使得系統(tǒng)具有分集的能力。然而，由于MPD采用了碼片級(jí)的延遲分集，破壞了擴(kuò)頻碼的正交性，解擴(kuò)信號(hào)中殘留較多其它用戶的干擾信號(hào)和碼間串?dāng)_，降低了解擴(kuò)信號(hào)的信干噪比。為了降低解擴(kuò)信號(hào)中的干擾，MPD系統(tǒng)必須進(jìn)行干擾抵消(Interference CancellerIC)處理。同傳統(tǒng)的STTD解碼算法相比，這極大地增加了接收端的復(fù)雜度。
Panasonic公司對(duì)MPD的方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了STTD擴(kuò)頻法，它從碼片的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)空時(shí)發(fā)送序列，保證發(fā)送序列在碼片級(jí)上的正交性，降低了接收端由于碼片級(jí)的延遲所帶來的碼間串?dāng)_和用戶間干擾。由于STTD擴(kuò)頻的擴(kuò)頻序列具有正交性，這使得檢測(cè)復(fù)雜度大大地降低。與MPD系統(tǒng)相同，STTD擴(kuò)頻系統(tǒng)也是具有分集能力的空分復(fù)用系統(tǒng)。
然而，無論是MPD還是STTD擴(kuò)頻，它們都是基于開環(huán)系統(tǒng)的。我們知道，3GPP中的MIMO系統(tǒng)包括開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)發(fā)射端不需知道下行的信道狀態(tài)信息(Channel State InformationCSI)。而閉環(huán)系統(tǒng)在發(fā)射信號(hào)時(shí)，要利用已知的下行CSI向各個(gè)用戶發(fā)射信息。為此，閉環(huán)系統(tǒng)的接收端需要將CSI反饋回發(fā)送端，閉環(huán)系統(tǒng)的原理圖如圖4所示。其中空時(shí)接收器對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果送到解調(diào)單元(未示出)進(jìn)行解調(diào)輸出。而且，空時(shí)接收器要測(cè)量自己信道質(zhì)量，并通過反饋信道發(fā)送給基站。
閉環(huán)MIMO系統(tǒng)和開環(huán)MIMO系統(tǒng)具有不同的特點(diǎn)，本發(fā)明針對(duì)閉環(huán)空間分集系統(tǒng)，利用閉環(huán)系統(tǒng)已知CSI(信道狀態(tài)信息)的特性，通過預(yù)編碼，將各個(gè)用戶的接收信號(hào)作為一個(gè)整體來考慮，使得從系統(tǒng)的角度來看，每個(gè)單天線用戶具有多個(gè)天線，各用戶在只有一個(gè)接收天線的前提下，實(shí)現(xiàn)了復(fù)用，而系統(tǒng)可容納的總用戶數(shù)不降低。同時(shí)，利用CDMA的擴(kuò)頻特性，使系統(tǒng)具有了分集的能力，其檢測(cè)不需像MPD系統(tǒng)那樣需進(jìn)行復(fù)雜的干擾對(duì)消處理，復(fù)雜度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種閉環(huán)下的全復(fù)用分集多天線輸入和輸出系統(tǒng)的方法及裝置，能夠使用戶共享碼道資源，有效地提高了系統(tǒng)的容量。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種多天線輸入和輸出無線通信系統(tǒng)中的全復(fù)用分集方法，包括步驟對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的所有用戶進(jìn)行分組；對(duì)每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)比特進(jìn)行信道編碼和調(diào)制，并對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換；對(duì)經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換后的符號(hào)采用不同的擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，乘以不同的系數(shù)，疊加到各個(gè)天線發(fā)送。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種多天線輸入和輸出無線通信系統(tǒng)中的全復(fù)用分集裝置，包括分組單元，用于對(duì)系統(tǒng)中的所有用戶用戶進(jìn)行分組，串/并轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換；分集單元，用于經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換后的符號(hào)采用不同的擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，乘以不同的系數(shù)，疊加到各個(gè)天線發(fā)送。
本發(fā)明將各個(gè)用戶作為一個(gè)整體來考慮，使得碼道資源可以在用戶間共享，有效地提高了系統(tǒng)的容量。該系統(tǒng)通過將CDMA系統(tǒng)擴(kuò)頻特性與閉環(huán)空間分集系統(tǒng)結(jié)合，在不降低系統(tǒng)吞吐率的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了分集，可對(duì)抗空間選擇性衰落。本發(fā)明的復(fù)雜度主要集中在發(fā)射端，接收端的檢測(cè)算法較為簡(jiǎn)單。


通過下面結(jié)合

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，將使本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的空間復(fù)用系統(tǒng)的原理示意圖；
圖2是MPD系統(tǒng)的發(fā)射端的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是MPD系統(tǒng)的接收端的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是閉環(huán)MIMO系統(tǒng)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是多個(gè)用戶情況下的閉環(huán)MIMO系統(tǒng)的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的M個(gè)用戶的全復(fù)用分集系統(tǒng)的發(fā)射端結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用戶k的全復(fù)用分集系統(tǒng)發(fā)射端的結(jié)構(gòu)示意圖，其中系統(tǒng)有N個(gè)用戶，該圖只包含對(duì)用戶k所發(fā)送信號(hào)的發(fā)射端的設(shè)計(jì)；圖8是根據(jù)本發(fā)明的全復(fù)用分集系統(tǒng)的接收端的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的閉環(huán)全復(fù)用分集系統(tǒng)的接收端的操作流程圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的全復(fù)用分集系統(tǒng)推廣到多個(gè)發(fā)射天線的示意圖；圖11是表示不同擴(kuò)頻增益下，全復(fù)用分集系統(tǒng)的性能的示意圖；和圖12是表示兩用戶信道相關(guān)情況下，全復(fù)用分集系統(tǒng)的性能的示意圖；具體實(shí)施方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說明，在描述過程中省略了對(duì)于本發(fā)明來說是不必要的細(xì)節(jié)和功能，以防止對(duì)本發(fā)明的理解造成混淆。
為了清楚起見，本發(fā)明的實(shí)施例以2根發(fā)送天線的系統(tǒng)為例，來說明本發(fā)明的工作原理?？梢岳斫?，本發(fā)明不限于此，在具體實(shí)施方式
中，可以將本發(fā)明的方法推廣到多個(gè)發(fā)射天線的情況。本發(fā)明的實(shí)施例中所列舉的2個(gè)發(fā)射天線的實(shí)施方式并不是對(duì)本發(fā)明的限制。另外，本發(fā)明對(duì)接收天線的個(gè)數(shù)也沒有約束。為了使描述簡(jiǎn)潔起見，在本實(shí)施例中，以1個(gè)接收天線為例進(jìn)行說明。
如果基站在一個(gè)周期發(fā)送兩個(gè)符號(hào)的內(nèi)容，那么接收端必須得到兩個(gè)或兩個(gè)以上不相關(guān)的方程。對(duì)于一個(gè)平衰落系統(tǒng)來說，要滿足這一條件，接收端的分集天線應(yīng)不小于2，這樣才能夠保證接收到的符號(hào)可解。對(duì)于CDMA系統(tǒng)，可以為每個(gè)用戶分配兩個(gè)擴(kuò)頻碼。在接收端利用兩個(gè)擴(kuò)頻碼的正交性，可以解得同時(shí)發(fā)出的兩個(gè)符號(hào)。然而，由于這個(gè)用戶占用了兩個(gè)擴(kuò)頻碼，將會(huì)同其他用戶使用的擴(kuò)頻碼產(chǎn)生沖突。
圖5示出了多個(gè)用戶的情況下閉環(huán)MIMO系統(tǒng)的示意圖。如果系統(tǒng)有N個(gè)用戶，由于這N個(gè)用戶所在的空間位置不同，用戶間的空間信道是相互獨(dú)立的，那么這N個(gè)用戶的接收端可以得到N個(gè)相互獨(dú)立的方程。如果將這N個(gè)方程聯(lián)立處理，將整個(gè)系統(tǒng)作為一個(gè)整體來考慮，那么系統(tǒng)的方程數(shù)就比每個(gè)用戶分別進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)增加了N倍。也就是說，N個(gè)用戶的空間位置的不同，使得各個(gè)用戶可以共享相同的碼道資源。由于各個(gè)用戶無法得到其它用戶接收到的信號(hào)，為此，可以利用閉環(huán)MIMO系統(tǒng)已知信道信息的特性，將這N個(gè)方程聯(lián)立的過程在基站端實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的下行發(fā)射端系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6所示。系統(tǒng)首先在分組單元601中對(duì)用戶進(jìn)行分組，然后利用串并轉(zhuǎn)換單元602對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換。最后，在分集單元603中，對(duì)每一個(gè)用戶的發(fā)射信號(hào)，進(jìn)行全復(fù)用分集設(shè)計(jì)。然后，將向各用戶發(fā)射的信號(hào)相疊加，通過各個(gè)天線發(fā)射出去。各用戶的全復(fù)用分集如圖7所示，在進(jìn)行全復(fù)用分集時(shí)需要利用組內(nèi)另一用戶的信道信息進(jìn)行預(yù)編碼，求得用戶k的αk和βk(具體內(nèi)容將在后面描述)。
為了提高系統(tǒng)的傳輸速率，系統(tǒng)將串/并變換后的符號(hào)s1和s2利用一個(gè)符號(hào)周期分別由天線1和天線2發(fā)送出去。為了對(duì)抗空間選擇性衰落，根據(jù)本實(shí)施方式，將s2的信息疊加到天線1上，s1的信息疊加到天線2上，兩個(gè)發(fā)射天線都傳送了s1和s2的內(nèi)容，使得系統(tǒng)具有了空間分集的能力。
本發(fā)明的接收端的簡(jiǎn)化構(gòu)成如圖8所示。首先，解擴(kuò)單元801對(duì)天線接收的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，然后輸入到復(fù)系數(shù)去除單元802，由復(fù)系數(shù)去除單元802去除解擴(kuò)的數(shù)據(jù)中包含的復(fù)系數(shù)。解調(diào)單元803對(duì)復(fù)系數(shù)去除單元802提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，得到發(fā)送的數(shù)據(jù)比特。
下面結(jié)合圖7說明本發(fā)明的全復(fù)用分集系統(tǒng)發(fā)送端的發(fā)射機(jī)制。
可以假設(shè)系統(tǒng)有N個(gè)用戶，對(duì)于某一個(gè)用戶k，本發(fā)明的下行發(fā)射端處理如圖7所示。在第n個(gè)符號(hào)周期，通過輸入符號(hào)框輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過串并變換，得到輸出符號(hào)sk，2n-1和sk，2n，在擴(kuò)頻器c和擴(kuò)頻器p分別用擴(kuò)頻碼c和p對(duì)其擴(kuò)頻，可以得到兩個(gè)符號(hào)的擴(kuò)頻序列sk，2n-1c1，sk，2n-1c2，……，sk，2n-1cN(2)sk，2np1，sk，2np2，……，sk，2npN(3)它們將分別從天線1和天線2發(fā)送出去。為了使系統(tǒng)對(duì)抗空間選擇性衰落，擴(kuò)頻后的符號(hào)sk，2n-1也將通過天線2發(fā)送出去，而擴(kuò)頻后的符號(hào)sk，2n-1將通過天線1發(fā)送出去。
為了區(qū)分這兩個(gè)同時(shí)發(fā)送的符號(hào)內(nèi)容，系統(tǒng)為用戶k分配了兩個(gè)擴(kuò)頻碼c和p。這使得整個(gè)系統(tǒng)可容納的用戶數(shù)減半。為了保證系統(tǒng)可同時(shí)通話的用戶數(shù)不減少，系統(tǒng)將為另一用戶l也分配擴(kuò)頻碼c和p。在第n個(gè)符號(hào)周期，經(jīng)過串并變換，得到用戶l的輸出符號(hào)sl，2n-1和sl，2n，分別用擴(kuò)頻碼c和p對(duì)其擴(kuò)頻，可以得到兩個(gè)符號(hào)的擴(kuò)頻序列sl，2n-1c1，sl，2n-1c2，……，sl，2n-1cN(4)sl，2np1，sl，2np2，……，sl，2npN(5)這樣，用戶k對(duì)接收到的信號(hào)解擴(kuò)后，得到的信號(hào)中包括對(duì)用戶l所發(fā)射的信號(hào)。采用擴(kuò)頻序列c和p解擴(kuò)后，用戶k只得到了兩個(gè)方程，而在第n個(gè)符號(hào)周期，未知的符號(hào)有4個(gè)sk，2n-1，sk，2n，sl，2n-1，sl，2n。用戶k無法利用兩個(gè)方程解得4個(gè)未知數(shù)。
為了解決這一問題，可以利用用戶k和用戶l的空間位置不同來求解。由于用戶k和用戶l的信道衰落相互獨(dú)立，用戶l對(duì)接收信號(hào)解擴(kuò)后得到的方程和用戶k的不同，即用戶l的方程不是用戶k的方程的線性組合。因此，從整個(gè)系統(tǒng)的角度來看，如果把用戶k和用戶l接收到信號(hào)聯(lián)立，便可得到4個(gè)方程，從而得到發(fā)送符號(hào)的唯一解。由于用戶l和用戶k沒有辦法得到相互的信息，因此聯(lián)立方程的過程在基站端通過預(yù)編碼實(shí)現(xiàn)，對(duì)用戶k的信號(hào)預(yù)編碼后，便得到圖7中的αk和βk。接收端用戶k進(jìn)行接收檢測(cè)時(shí)，在一個(gè)天線的條件下，利用對(duì)用戶l的預(yù)編碼αl和βl的信息便可去除用戶l的干擾。由于αk，βk，αl和βl的值與接收端的檢測(cè)算法有關(guān)，因此有關(guān)αk，βk，αl和βl具體實(shí)現(xiàn)將在接收端處理部分介紹。
圖9示出了閉環(huán)全分集復(fù)用系統(tǒng)的流程圖。在步驟901，首先，發(fā)送端通過反饋信道得到接收端反饋的所有用戶的信道狀態(tài)信息(CSI)。接下來，在步驟902，求解每?jī)蓚€(gè)用戶之間的信道相關(guān)性。此后，在步驟903，根據(jù)天線個(gè)數(shù)和分集增益來確定每組用戶的數(shù)量。然后，在步驟904，根據(jù)使用戶之間的相關(guān)性最小原則對(duì)用戶進(jìn)行分組。在步驟905，設(shè)定對(duì)用戶分組的總的組數(shù)，以及每組中用戶的數(shù)量。例如，可以設(shè)定用戶的總組數(shù)為G，令g＝1，每個(gè)組中有U個(gè)用戶。接下來，在步驟906按照上面圖7的過程對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻處理(在該實(shí)施例中，包括兩個(gè)天線，每組有兩個(gè)用戶)。在擴(kuò)頻處理中，對(duì)每組的用戶采用相同一組擴(kuò)頻碼，不同組的用戶使用不同的擴(kuò)頻碼。在步驟907中，確定所選定的組中的第一個(gè)用戶，即u＝1。然后，在步驟908，利用另一個(gè)用戶的CSI，求解用戶u的發(fā)射系數(shù)αg，u和βg，u。例如，采用迫零法，在兩個(gè)發(fā)射天線，每組兩個(gè)用戶的情況下，則αu和βu分別為，αu=hl,2hl,12+hl,22,]]>βu=-hl,1hl,12+hl,22]]>其中，hl，1和hl，2為與用戶u同組的另一用戶的信道衰落分別。接下來，在步驟909，選定該組中的下一個(gè)用戶，并在步驟910判斷所選定的用戶是否是該組中的最后一個(gè)用戶。如果不是該組中的最后一個(gè)用戶，流程則返回步驟908，繼續(xù)對(duì)新選定的用戶求解發(fā)射系數(shù)。如果在步驟910判斷所選定的用戶是該組中的最后一個(gè)用戶，流程則進(jìn)行的步驟911，確定下一個(gè)用戶分組，在步驟912判斷是否選定了所有用戶用戶分組。如果仍有新選定的用戶分組，則對(duì)新選定的用戶分組進(jìn)行從步驟906到911的處理。如果在步驟912判斷已經(jīng)選定了所有用戶分組，則結(jié)束該處理過程。
下面說明接收端的處理。在本實(shí)施例中，以平衰落環(huán)境下的接收算法為例?？梢约僭O(shè)MIMO系統(tǒng)有1個(gè)接收天線。設(shè)基站的兩個(gè)發(fā)射天線到用戶k的信道衰落為h1和h2，到用戶l的信道衰落為q1和q2。
在第n個(gè)符號(hào)周期里，用戶k接收到的信號(hào)包括了N個(gè)用戶的信息，利用擴(kuò)頻碼的正交性，可以去除N-2用戶的信息。由于用戶k和用戶l采用了一對(duì)相同的擴(kuò)頻碼，用戶k對(duì)接收到的信號(hào)擴(kuò)頻后，仍可能包含發(fā)送給用戶l的符號(hào)。在用戶k接收到的信號(hào)中，不妨只考慮用戶k和l的信號(hào)，解擴(kuò)前，在第n個(gè)符號(hào)周期，用戶k接收到N個(gè)碼片的信號(hào)rk(n)為rk(n)＝h1(αksk，2n-1c+αksk，2np)+h2(βksk，2n-1c+βksk，2np)+h1(αlsl，2n-1c+αlsl，2np)+h2(βlsl，2n-1c+βlsl，2np)(6)其中rk(n)為一個(gè)N維向量。利用擴(kuò)頻序列c解擴(kuò)后，得到解擴(kuò)后的符號(hào)為x1(n)＝NGh1(αksk，2n-1)+NGh2(βksk，2n-1)+NGh1(αlsl，2n-1)+NGh2(βlsl，2n-1)(7)其中NG為擴(kuò)頻碼的長(zhǎng)度。從(7)式中可以看出，用戶k對(duì)接收信號(hào)解擴(kuò)后，所得符號(hào)x1(n)中即包括了發(fā)給用戶k的信號(hào)，還包含了發(fā)給用戶l的信號(hào)。在(7)式中，αl和βl是對(duì)發(fā)送給用戶l的符號(hào)預(yù)編碼，通過發(fā)射端合理地設(shè)置αl和βl，可從(7)式去除用戶l的符號(hào)。可以設(shè)定αl=h2h12+h22]]>βl=-h1h12+h22]]>則(7)式可表示為x1(n)＝N(h1αl+h2βl)sl，2n-1(8)從而，從用戶k的解擴(kuò)信號(hào)中，去除了用戶l的信號(hào)。同樣，利用擴(kuò)頻序列p解擴(kuò)后，得到x2(n)＝N(h1αl+h2βl)sl，2n(9)按照同樣的方法，可以得到對(duì)αk和βk預(yù)編碼。在(8)式和(9)式中，要去除復(fù)系數(shù)h1αl+h2βl的影響，否則會(huì)造成解調(diào)的相位模糊，由于用戶l并不知道αl和βl的內(nèi)容，可以利用通信信號(hào)的FA特性可以去除復(fù)系數(shù)的影響，從而得到復(fù)用發(fā)射符號(hào)的解。
上面以兩個(gè)發(fā)射天線，一個(gè)接收天線為例描述了本發(fā)明的閉環(huán)全分集復(fù)用系統(tǒng)的流程。本發(fā)明的方法可推廣到多個(gè)發(fā)送天線的情況，圖10示出了多天線情況下的實(shí)現(xiàn)框圖。
首先對(duì)發(fā)射天線分組，每?jī)蓚€(gè)發(fā)射天線一組，每組天線所采用的編碼和擴(kuò)頻方式與前面所述的相同，仍然基于全復(fù)用分集的發(fā)送方式。需要指出的是，為了保證空間分集的性能，在分組時(shí)，最好將距離較遠(yuǎn)的兩個(gè)天線分為一組，這樣做的目的是為了充分利用MIMO系統(tǒng)空間分集的特性，最大可能地保證傳輸同一個(gè)符號(hào)兩個(gè)天線不同時(shí)處于深度衰落。從理論上講，實(shí)現(xiàn)天線組合最佳標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)天線信道衰落的統(tǒng)計(jì)特性，系統(tǒng)可求解一段時(shí)間中，每?jī)蓚€(gè)天線信道衰落的相關(guān)性，選取總體相關(guān)性最低的作為天線分組方式。
MPD和STTD擴(kuò)頻針對(duì)開環(huán)系統(tǒng)，利用一個(gè)接收天線實(shí)現(xiàn)了空間復(fù)用，本發(fā)明針對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)，利用閉環(huán)系統(tǒng)已知信道信息的特性，將各個(gè)用戶作為一個(gè)整體來考慮，使得碼道資源可以在用戶間共享，有效地提高了系統(tǒng)的容量。該系統(tǒng)通過將CDMA系統(tǒng)擴(kuò)頻特性與閉環(huán)空間分集系統(tǒng)巧妙結(jié)合，在不降低系統(tǒng)吞吐率的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了分集，可對(duì)抗空間選擇性衰落。本發(fā)明的復(fù)雜度主要集中在發(fā)射端，接收端的檢測(cè)算法較為簡(jiǎn)單。
圖11和圖12示出了全復(fù)用分集系統(tǒng)的Monte Carlo仿真結(jié)果，實(shí)驗(yàn)次數(shù)為300000次。噪聲為零均值高斯白噪聲，能量可變，MIMO系統(tǒng)有2個(gè)發(fā)射天線，1個(gè)接收天線，各個(gè)發(fā)射天線到接收天線間信道衰落相互獨(dú)立。圖11為兩個(gè)用戶情況下，擴(kuò)頻增益為4，8和16時(shí)誤碼率隨信噪比變化曲線，多用戶系統(tǒng)為同步多用戶系統(tǒng)。圖12為擴(kuò)頻增益為8時(shí)，2個(gè)用戶的無線信道存在一定相關(guān)性和相互獨(dú)立時(shí)，誤碼率隨信噪比變化的對(duì)比曲線。圖中最上面的曲線為信道的相關(guān)性ρ＝0.5時(shí)的誤碼率曲線，根據(jù)3GPP的SCM(3GPP TR 25.996，“Spatial channel model for multipleinput multiple output simulation”)中有關(guān)信道相關(guān)性的參數(shù)，大多數(shù)基站分集天線的相關(guān)性均小于0.5。從圖中可以看出，本發(fā)明在相關(guān)情況下，其性能曲線接近相互獨(dú)立情況下的性能，具有較好地對(duì)抗相關(guān)的能力。
本發(fā)明針對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)，把多個(gè)用戶的接收端作為一個(gè)整體來考慮，通過預(yù)編碼，使得從系統(tǒng)的角度來看，各單天線用戶具有多天線的效果。從而，不需額外的碼道資源，在用戶只有一個(gè)接收天線的前提下，實(shí)現(xiàn)了空間復(fù)用。通過與CDMA系統(tǒng)相結(jié)合設(shè)計(jì)發(fā)送序列，在復(fù)用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了分集傳輸。本發(fā)明利用閉環(huán)系統(tǒng)的特性，通過空分多址，實(shí)現(xiàn)碼道資源在用戶間的共享。
至此已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種其它的改變、替換和添加。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該被理解為被局限于上述特定實(shí)施例，而應(yīng)由所附權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種多天線輸入和輸出無線通信系統(tǒng)中的全復(fù)用分集方法，包括步驟對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的所有用戶進(jìn)行分組；對(duì)每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)比特進(jìn)行信道編碼和調(diào)制，并對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換；對(duì)經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換后的符號(hào)采用不同的擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，乘以不同的系數(shù)，疊加到各個(gè)天線發(fā)送。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的所有用戶進(jìn)行分組的步驟是按照使用戶的總相關(guān)性最小的方式對(duì)用戶進(jìn)行分組，并且碼道資源在一組內(nèi)的所有用戶之間共享。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)所有用戶進(jìn)行分組的步驟包括對(duì)每組內(nèi)的用戶采用相同的擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，對(duì)不同組的用戶采用不同的擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)串/并轉(zhuǎn)換后的符號(hào)做相應(yīng)的擴(kuò)頻處理，乘以不同的系數(shù)預(yù)編碼，并分別通過各個(gè)天線發(fā)送。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中預(yù)編碼是對(duì)同一組內(nèi)地用戶進(jìn)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)發(fā)射天線時(shí)，對(duì)發(fā)射天線進(jìn)行分組，將經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換和擴(kuò)頻處理的數(shù)據(jù)疊加到各個(gè)天線分組發(fā)射。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括利用另一個(gè)用戶的信道狀態(tài)信息，計(jì)算用戶的發(fā)射系數(shù)的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在接收端對(duì)接收到的信號(hào)解擴(kuò)后，去除解擴(kuò)的數(shù)據(jù)中包含的復(fù)系數(shù)，從而得到發(fā)送的數(shù)據(jù)比特的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)系統(tǒng)中具有多個(gè)接收天線時(shí)，對(duì)每個(gè)接收天線的接收信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，按照分集合并方式將檢測(cè)結(jié)果合并，并解調(diào)發(fā)送的數(shù)據(jù)比特的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括計(jì)算每?jī)蓚€(gè)用戶之間的信道的相關(guān)性的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)天線的數(shù)量和分集增益確定每組的用戶數(shù)量的步驟。
12.一種多天線輸入和輸出無線通信系統(tǒng)中的全復(fù)用分集裝置，包括分組單元，用于對(duì)系統(tǒng)中的所有用戶用戶進(jìn)行分組，串/并轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換；分集單元，用于經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換后的符號(hào)采用不同的擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，乘以不同的系數(shù)，疊加到各個(gè)天線發(fā)送。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述分集單元包括多個(gè)擴(kuò)頻器，用于對(duì)每組內(nèi)的用戶采用相同的擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，對(duì)不同組的用戶采用不同的擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中在接收端包括解擴(kuò)單元，用于對(duì)接收端天線接收的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)；復(fù)系數(shù)去除單元，用于去除解擴(kuò)的數(shù)據(jù)中包含的復(fù)系數(shù)；解調(diào)單元，用于對(duì)復(fù)系數(shù)去除單元提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，以得到發(fā)送的數(shù)據(jù)比特。
全文摘要
一種多天線輸入和輸出無線通信系統(tǒng)中的全復(fù)用分集方法，包括步驟對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的所有用戶進(jìn)行分組；對(duì)每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)比特進(jìn)行信道編碼和調(diào)制，并對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換；對(duì)經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換后的符號(hào)采用不同的擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，乘以不同的系數(shù)，疊加到各個(gè)天線發(fā)送。本發(fā)明針對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)，把多個(gè)用戶的接收端作為一個(gè)整體來考慮，通過預(yù)編碼，使得從系統(tǒng)的角度來看，各單天線用戶具有多天線的效果。從而，不需額外的碼道資源，在用戶只有一個(gè)接收天線的前提下，實(shí)現(xiàn)了空間復(fù)用。通過與CDMA系統(tǒng)相結(jié)合設(shè)計(jì)發(fā)送序列，在復(fù)用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了分集傳輸。本發(fā)明利用閉環(huán)系統(tǒng)的特性，通過空分多址，實(shí)現(xiàn)碼道資源在用戶間的共享。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1941661SQ200510108559
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者趙錚, 李繼峰 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社