專利名稱：用于多輸入多輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，更具體地涉及一種用于多輸入多輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法及一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
近年來，空時編碼作為一種有效克服和改善無線通信環(huán)境中所存在的多徑衰落和接收信號性能的方法而倍受關(guān)注。在文獻(xiàn)[Asimple transmit diversity technique for wireless communications[J].IEEE J.Select.Areas Commun，1998，16(10)1451-1458，Oct.]中，Alamouti提出了一種基于兩根發(fā)射天線的空時編碼方法，該方法通過簡單線性復(fù)雜度的最大似然譯碼算法可實現(xiàn)最大可能的分集增益?？諘r編碼綜合了空間分集和時間分集的優(yōu)點(diǎn)，但它要求不同天線的信道衰落相關(guān)性很小，當(dāng)信道衰落之間存在相關(guān)性時，空時編碼的性能會變差?，F(xiàn)有的關(guān)于空時編碼的研究大都假設(shè)發(fā)射機(jī)未知信道信息，并且任意收發(fā)天線之間的信道衰落是相互獨(dú)立的。而在實際的無線通信環(huán)境中，由于基站通常都架設(shè)得比較高，基站天線之間的間距也不大，所以不同收發(fā)天線之間的信道衰落具有相關(guān)性，不再滿足相互獨(dú)立的條件。因此，單獨(dú)采用空時編碼的系統(tǒng)在實際應(yīng)用中性能會變得較差。
波束形成正是利用信道的相關(guān)性，選擇合適的權(quán)值，在發(fā)射端對不同天線的發(fā)射信號進(jìn)行加權(quán)，通過分配不同天線的傳輸功率來提高接收端的信噪比。這樣既能提高傳輸效率，降低發(fā)送功率，又能減少不同用戶間的干擾。
發(fā)射機(jī)若利用接收機(jī)反饋的比較精確的信道信息來進(jìn)行經(jīng)典的波束形成，則系統(tǒng)能達(dá)到性能最優(yōu)。但是，當(dāng)路徑數(shù)目較大時，需要準(zhǔn)確估計每一條路徑的方向角，系統(tǒng)會因復(fù)雜度過高難以實現(xiàn)。特別是當(dāng)信道處于快速時變條件下時，通過反饋對信道進(jìn)行估計是不現(xiàn)實也是沒有意義的，因為反饋得到的信道信息會滯后于變化的信道。
由上可見，需要提供一種新的用于多輸入多輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法及一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。


發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種新的用于多輸入多輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法及一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的用于多輸入多輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法包括以下步驟S102，數(shù)據(jù)發(fā)送端對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時編碼；S104，數(shù)據(jù)發(fā)送端對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣，以及獲取信道矩陣的特征值；S106，數(shù)據(jù)發(fā)送端利用特征值對至少一個天線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行波束形成并將波束形成后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收端；以及S108，數(shù)據(jù)接收端接收數(shù)據(jù)并根據(jù)特征值進(jìn)行空時譯碼，以獲取數(shù)據(jù)。
其中，步驟S106包括S1062，數(shù)據(jù)發(fā)送端獲取特征值對應(yīng)的特征向量，并將特征向量作為權(quán)向量；S1064，數(shù)據(jù)發(fā)送端利用權(quán)向量對至少一個天線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)；以及S1066，將加權(quán)后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收端。
其中，步驟S108包括S1082，數(shù)據(jù)接收端對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣的特征值；S1084，數(shù)據(jù)接收端根據(jù)特征值獲取對應(yīng)的特征向量；以及S1086，數(shù)據(jù)接收端根據(jù)特征向量對所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時譯碼。
其中，數(shù)據(jù)發(fā)送端的發(fā)射天線數(shù)目與數(shù)據(jù)接收端的接收天線數(shù)目相等。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸方法用于時分雙工系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，具有至少一個發(fā)射天線，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置用于對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時編碼，對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣以及信道矩陣的特征值，利用特征值對至少一個天線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行波束形成并將波束形成后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收裝置；以及數(shù)據(jù)接收裝置，具有至少一個接收天線，數(shù)據(jù)接收裝置用于接收數(shù)據(jù)，對信道進(jìn)行估計并根據(jù)信道的特征值進(jìn)行空時譯碼，以獲取數(shù)據(jù)。
其中，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置還包括編碼模塊，用于需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時編碼；第一信道估計模塊，用于對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣以及信道矩陣的特征值；波束形成模塊，用于獲取特征值對應(yīng)的特征向量，并將特征向量作為權(quán)向量，以及利用權(quán)向量對至少一個天線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，并通過至少一個天線將加權(quán)后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收端。
其中，數(shù)據(jù)接收裝置包括第二信道估計模塊，用于對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣的特征值；譯碼模塊，用于根據(jù)特征值獲取對應(yīng)的特征向量，并根據(jù)特征向量對所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時譯碼。
其中，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置的發(fā)射天線數(shù)目與數(shù)據(jù)接收端的接收天線數(shù)目可以為相等。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以用于時分雙工系統(tǒng)。



此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于多輸入多輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法的流程圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于多輸入多輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法的流程圖； 圖3是圖1和圖2所示的實施例的仿真效果圖；以及 圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)的框圖。

具體實施例方式 下面參考附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式
。
參考圖1，說明根據(jù)本發(fā)明實施例的用于多輸入多輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法。如圖1所示，該數(shù)據(jù)傳輸方法包括以下步驟S102，數(shù)據(jù)發(fā)送端對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時編碼；S104，數(shù)據(jù)發(fā)送端對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣，以及獲取信道矩陣的特征值；S106，數(shù)據(jù)發(fā)送端利用特征值對至少一個天線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行波束形成并將波束形成后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收端；以及S108，數(shù)據(jù)接收端接收數(shù)據(jù)并根據(jù)特征值進(jìn)行空時譯碼，以獲取數(shù)據(jù)。
其中，步驟S106包括S1062，數(shù)據(jù)發(fā)送端獲取特征值對應(yīng)的特征向量，并將特征向量作為權(quán)向量；S1064，數(shù)據(jù)發(fā)送端利用權(quán)向量對至少一個天線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)；以及S1066，將加權(quán)后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收端。
其中，步驟S108包括S1082，數(shù)據(jù)接收端對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣的特征值；S1084，數(shù)據(jù)接收端根據(jù)特征值獲取對應(yīng)的特征向量；以及S1086，數(shù)據(jù)接收端根據(jù)特征向量對所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時譯碼。
從上述的描述中可以看出，根據(jù)本發(fā)明實施例的用于多輸入多輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法中應(yīng)用了空時編碼結(jié)合波束形成方法。而時分雙工(Time Division Duplex，簡稱TDD)系統(tǒng)的最大特點(diǎn)在于上下行信道存在互易性，所以可以利用上行信道得到的信道信息來選擇合適的權(quán)值，在發(fā)射端對不同天線的發(fā)射信號進(jìn)行加權(quán)，通過分配不同天線的傳輸功率來提高接收端的信噪比。這樣既能提高傳輸效率、降低發(fā)送功率，又能減少不同用戶間的干擾。
例如，當(dāng)發(fā)射端和接收端的天線個數(shù)相等(設(shè)為N)時，信道矩陣H是一個方陣。對信道矩陣H進(jìn)行特征值分解，可以得到由H的特征值組成的對角陣Λ＝diag(λ1，λ2…λN)和以對應(yīng)特征值的特征向量為列元素組成的矩陣U＝[u1，u2…uN]。其中，在U中選取λ1，λ2…λN中最大的兩個不相等的特征值(不妨記為λ1，λ2)所對應(yīng)的特征向量作為權(quán)向量W＝(ω1，ω2] 經(jīng)過Alamouti方案編碼后的矩陣為 這里只考慮前兩個子載波上發(fā)送符號的傳輸情況，其它的重復(fù)該情況。
寫成矩陣的形式 假設(shè)在這兩個相鄰的子載波上信道保持不變，則經(jīng)過信道H后，在接收端的這兩個子載波上的信號在頻域可以寫為 其中，n1、n2為噪聲向量。于是，等效信道

可以寫為 根據(jù)特征值和特征向量的性質(zhì)可以得到 根據(jù)不同的特征值對應(yīng)的特征相量線性無關(guān)的性質(zhì)可知等效矩陣H*[ω1，ω2]的兩個列項量不相關(guān)。也就是經(jīng)過SFBC編碼后的兩個數(shù)據(jù)流經(jīng)過的信道是無關(guān)的，這就提高了SFBC的分集性能。
參考圖2，說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于多輸入多輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法。如圖2所示，該方法包括以下步驟 S202，對調(diào)制后的數(shù)據(jù)流[s1，s2]進(jìn)行STBC空時編碼，得到其中的調(diào)制和調(diào)制前的相關(guān)操作與傳統(tǒng)方式相同，不再給出。
S204，估計信道矩陣，求信道矩陣的特征根。假設(shè)信道矩陣H的特征值組成的對角陣為Λ＝diag(λ1，λ2…λN)，以對應(yīng)特征值的特征向量為列元素組成的矩陣為U＝[u1，u2…uN]。
S206，構(gòu)造權(quán)值并進(jìn)行波束形成。這里以2發(fā)2收方式為例，在U中選取λ1，λ2…λN中最大的兩個不相等的特征值(不妨記為λ1，λ2)所對應(yīng)的特征向量作為權(quán)向量W＝[ω1，ω2]。這里只考慮前兩個子載波上發(fā)送符號的傳輸情況，其它的重復(fù)該情況，則兩天線的發(fā)射信號分別為 寫成矩陣的形式 S208，接收端空時譯碼。假設(shè)在這兩個相鄰的子載波上信道保持不變，則經(jīng)過信道H后，在接收端這兩個子載波上的信號在頻域可以寫為 其中，n1、n2為噪聲向量。于是，等效信道

可以寫為 根據(jù)特征值和特征向量的性質(zhì)可以得到 如圖3所示，假設(shè)接收端能得到信道的確切信息，則比較只使用STBC的方法和使用STBC+beamforming(簡稱STBC+BF)方法，由誤比特率和信噪比的關(guān)系曲線可以看出，當(dāng)信噪比比較低時，STBC+BF的性能與只使用STBC相比，改善不是太大。當(dāng)信噪比為4dB左右時，前者比后者性能好大約2dB。當(dāng)信噪比比較高時，STBC+BF的性能就比STBC提高了很多。當(dāng)信噪比在10dB左右時，前者比后者性能提高了4dB。顯然，STBC+BF的性能要優(yōu)于只使用STBC的系統(tǒng)。
參考圖4，說明根據(jù)本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)。如圖4所示，該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)發(fā)送裝置402，具有至少一個發(fā)射天線，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置用于對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時編碼，對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣以及信道矩陣的特征值，利用特征值對至少一個天線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行波束形成并將波束形成后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收裝置；以及數(shù)據(jù)接收裝置404，具有至少一個接收天線，數(shù)據(jù)接收裝置用于接收數(shù)據(jù)，對信道進(jìn)行估計并根據(jù)信道的特征值進(jìn)行空時譯碼，以獲取數(shù)據(jù)。
其中，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置402包括編碼模塊4022，用于需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時編碼；第一信道估計模塊4024，用于對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣以及信道矩陣的特征值；波束形成模塊4026，用于獲取特征值對應(yīng)的特征向量，并將特征向量作為權(quán)向量，以及利用權(quán)向量對至少一個天線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，并通過至少一個天線將加權(quán)后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收端。
其中，數(shù)據(jù)接收裝置404包括第二信道估計模塊4042，用于對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣的特征值；譯碼模塊4044，用于根據(jù)特征值獲取對應(yīng)的特征向量，并根據(jù)特征向量對所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時譯碼。
其中，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置的發(fā)射天線數(shù)目與數(shù)據(jù)接收端的接收天線數(shù)目可以為相等。根據(jù)本實施例的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以用于時分雙工系統(tǒng)。
由上可見，當(dāng)發(fā)射機(jī)能通過反饋獲知信道的二階統(tǒng)計信息時，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以利用信道估計的快拍數(shù)據(jù)計算信道的協(xié)方差矩陣，而發(fā)射端可以利用協(xié)方差矩陣的信息進(jìn)行波束形成，接收端可以利用協(xié)方差矩陣的信息來合成新的等效信道，用Alautimo方案的最大似然解碼算法進(jìn)行解碼，所以可以大大降低數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的復(fù)雜度。
綜上所述，本發(fā)明中的空時編碼結(jié)合波束形成方式，綜合了空間分集和時間分集的優(yōu)點(diǎn)及波束方向性的特點(diǎn)，不需要額外開銷，結(jié)構(gòu)簡潔；并且運(yùn)算量小，易于工程實現(xiàn)。另外，本發(fā)明與單純的確空時處理或波束形成技術(shù)相比，具有更好的穩(wěn)健性，同時可以抑制不同用戶間的干擾，適用于多種應(yīng)用場景。
以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于多輸入多輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟
S102，數(shù)據(jù)發(fā)送端對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時編碼；
S104，所述數(shù)據(jù)發(fā)送端對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣，以及獲取所述信道矩陣的特征值；
S106，所述數(shù)據(jù)發(fā)送端利用所述特征值對至少一個天線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行波束形成并將波束形成后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收端；以及
S108，所述數(shù)據(jù)接收端接收所述數(shù)據(jù)并根據(jù)所述特征值進(jìn)行空時譯碼，以獲取所述數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述步驟S106包括
S1062，所述數(shù)據(jù)發(fā)送端獲取所述特征值對應(yīng)的特征向量，并將所述特征向量作為權(quán)向量；
S1064，所述數(shù)據(jù)發(fā)送端利用所述權(quán)向量對所述至少一個天線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)；以及
S1066，將加權(quán)后的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述數(shù)據(jù)接收端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述步驟S108包括
S1082，所述數(shù)據(jù)接收端對所述信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣的特征值；
S1084，所述數(shù)據(jù)接收端根據(jù)所述特征值獲取對應(yīng)的特征向量；以及
S1086，所述數(shù)據(jù)接收端根據(jù)所述特征向量對所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時譯碼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)發(fā)送端的發(fā)射天線數(shù)目與所述數(shù)據(jù)接收端的接收天線數(shù)目相等。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸方法用于時分雙工系統(tǒng)。
6. 一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于包括
數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，具有至少一個發(fā)射天線，所述數(shù)據(jù)發(fā)送裝置用于對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時編碼，對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣以及所述信道矩陣的特征值，利用所述特征值對所述至少一個天線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行波束形成并將波束形成后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收裝置；以及
數(shù)據(jù)接收裝置，具有至少一個接收天線，所述數(shù)據(jù)接收裝置用于接收所述數(shù)據(jù)，對所述信道進(jìn)行估計并根據(jù)所述信道的特征值進(jìn)行空時譯碼，以獲取所述數(shù)據(jù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)發(fā)送裝置還包括
編碼模塊，用于需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時編碼；
第一信道估計模塊，用于對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣以及所述信道矩陣的特征值；以及
波束形成模塊，用于獲取所述特征值對應(yīng)的特征向量，并將所述特征向量作為權(quán)向量，以及利用所述權(quán)向量對所述至少一個天線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，并通過所述至少一個天線將加權(quán)后的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述數(shù)據(jù)接收端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)接收裝置包括
第二信道估計模塊，用于對所述信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣的特征值；
譯碼模塊，用于根據(jù)所述特征值獲取對應(yīng)的特征向量，并根據(jù)所述特征向量對所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時譯碼。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)發(fā)送裝置的發(fā)射天線數(shù)目與所述數(shù)據(jù)接收端的接收天線數(shù)目相等。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸方法用于時分雙工系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于多輸入多輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法和一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。其中，該用于多輸入多輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法包括以下步驟S102，數(shù)據(jù)發(fā)送端對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時編碼；S104，數(shù)據(jù)發(fā)送端對信道進(jìn)行估計并獲取信道矩陣，以及獲取信道矩陣的特征值；S106，數(shù)據(jù)發(fā)送端利用特征值對至少一個天線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行波束形成并將波束形成后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收端；以及S108，數(shù)據(jù)接收端接收數(shù)據(jù)并根據(jù)特征值進(jìn)行空時譯碼，以獲取數(shù)據(jù)。通過本發(fā)明，可以提高傳輸效率、降低發(fā)送功率，同時可以抑制不同用戶間的干擾。
文檔編號H04B7/08GK101286823SQ20071010059
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月12日
發(fā)明者王衍文 申請人:中興通訊股份有限公司