專利名稱：一種基于空頻編碼的發(fā)射分集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通訊系統(tǒng)的發(fā)射分集技術(shù)，尤其是涉及采用基于空頻分
組編碼(SFBC)的多輸入多輸出-正交頻分復(fù)用(MIMO-OFDM)系統(tǒng)的發(fā) 射分集設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
下一代的無(wú)線通信系統(tǒng)將提供更好的話音質(zhì)量、更快的數(shù)據(jù)傳輸率。但 是，時(shí)變的多徑傳輸環(huán)境、有限的帶寬資源以及用戶對(duì)服務(wù)的需求使上述要 求實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難。解決這些問(wèn)題的一個(gè)有效方法是采用分集技術(shù)。分集 技術(shù)根據(jù)獲得獨(dú)立路徑信號(hào)方法的不同可分為時(shí)間分集、頻率分集和空間分 集等。Alamouti方案的空時(shí)碼因其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、譯碼方便而在MIMO ( Multiple I叩ut Multiple Output)系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。Agrawal等提出了將空時(shí) 碼和正交步頁(yè)分復(fù)用(OFDM， Orthogonal Frequency Division Multiplexing )調(diào) 制技術(shù)相結(jié)合的方案——空頻編碼(SFBC, Space Frequency Block Codes ), 從而使系統(tǒng)能夠獲得更高的頻譜效率、傳輸速率和通信質(zhì)量。但只有當(dāng)發(fā)射 天線數(shù)為2時(shí)，Alamouti才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，同時(shí)達(dá)到編碼矩陣正交和編 碼速率為l這兩個(gè)效果，當(dāng)發(fā)射天線大于2時(shí)，就必須在編碼矩陣正交和編 碼速率為1這兩個(gè)要求之中選擇一個(gè)，而這都會(huì)降低空頻碼的性能，更為嚴(yán) 重的是，由于信道相關(guān)性的影響，會(huì)產(chǎn)生打孔現(xiàn)象，使系統(tǒng)可靠性下降，增 加了誤碼率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于空頻編碼的發(fā)射分集方法，可 以防止數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的打孔現(xiàn)象對(duì)數(shù)據(jù)的影響。
本發(fā)明結(jié)合當(dāng)前的基于Alamouti方案SFBC編碼的設(shè)計(jì)思想，針對(duì)發(fā)射
天線為2M(M〉1)的MIMO-OFDM系統(tǒng)，提供一種可以最大程度的利用空間 分集增益、時(shí)間分集增益和頻率分集增益的分集設(shè)計(jì)方案。本發(fā)明將子載波 的SFBC編碼推廣到子載波組上去，對(duì)經(jīng)過(guò)SFBC編碼過(guò)的子載波再以組為 單位進(jìn)行SFBC編碼，從而可以克服Alamouti方案SFBC編碼只能應(yīng)用于兩 發(fā)射天線系統(tǒng)的局限性，防止了數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的打孔現(xiàn)象使數(shù)據(jù)丟失，提 高整個(gè)通信系統(tǒng)的可靠性。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于空頻編碼的發(fā)射分集方 法，設(shè)發(fā)射方天線數(shù)為2M,且MM,包括以下步驟
(a) 發(fā)射方對(duì)需要進(jìn)行發(fā)射的數(shù)據(jù)流進(jìn)行空頻編碼后得到兩路數(shù)據(jù)流；
(b) 發(fā)射方從上述兩路數(shù)據(jù)流中每次提取相同長(zhǎng)度的兩組數(shù)據(jù)，每組 中有M個(gè)數(shù)據(jù)，將上述兩組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后，再進(jìn)行變形的空頻 編碼，以使在相同的頻點(diǎn)上，總有兩根天線發(fā)送的數(shù)據(jù)的幅度相同、符號(hào)相 反，總有另兩根天線發(fā)送的數(shù)據(jù)的幅度相同、符號(hào)相同，直到需要進(jìn)行發(fā)射 的數(shù)據(jù)流發(fā)送完畢。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，在所述步驟(b)中，發(fā)射方 在兩路數(shù)據(jù)流中的相同位置提取數(shù)據(jù)。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟
(i)發(fā)射方對(duì)經(jīng)過(guò)信道編碼和星座圖映射后的數(shù)據(jù)進(jìn)行空頻編碼得到兩路
數(shù)據(jù)流，每路數(shù)據(jù)流共有N個(gè)數(shù)據(jù)；(ii)發(fā)射方分別從每路數(shù)據(jù)流中取相
鄰的M個(gè)數(shù)據(jù)組成第一組數(shù)據(jù)，從另一路數(shù)據(jù)流的相同位置取M個(gè)數(shù)據(jù)組
并對(duì)每組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行串并變換；(iii)發(fā)射方將從兩路數(shù)據(jù)流中相同位置 處得到的兩組經(jīng)過(guò)串并變換的數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)過(guò)變形的空頻編碼，在2M根天線 上發(fā)送編碼后的數(shù)據(jù)。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，設(shè)第一組數(shù)據(jù)為A，第二組數(shù)
據(jù)為B,所述變形的空頻編碼采用以下任意列式之一:
<formula>formula see original document page 6</formula>
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，在所述步驟(ii)中，當(dāng)最后 一組數(shù)據(jù)數(shù)量不足M個(gè)時(shí)，用前一組或幾組中的相同或不同位置的數(shù)據(jù)補(bǔ)齊。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，當(dāng)最后一組數(shù)據(jù)數(shù)量不足M
《
個(gè)時(shí)，采用最相鄰的前一組中的數(shù)據(jù)補(bǔ)齊。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，在所述步驟(i)中，設(shè)空頻編碼得到兩路數(shù)據(jù)流如下:
<formula>formula see original document page 6</formula>
;在所述步驟(ii)中，設(shè)發(fā)射
<formula>formula see original document page 6</formula>
方得到的第一組數(shù)據(jù)為
<formula>formula see original document page 6</formula>
，共得到兩^各K組
,第二組數(shù)據(jù)為
數(shù)據(jù)如下[4,4,…,4]和[A,A,…,A];在所述步驟(iii)中，發(fā)射方分別 對(duì)步驟(ii)中得到的每路數(shù)據(jù)中相同位置的元素A和B進(jìn)行變形的空頻編 碼，再將經(jīng)過(guò)編碼后的數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)快速傅里葉逆變換和射頻處理后在2M根 天線上發(fā)送。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，所述天線個(gè)數(shù)為4時(shí)，在所述 步驟(b)中，發(fā)射方從一路數(shù)據(jù)流中提取相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)組成第一組，從另 一路數(shù)據(jù)流相同位置上提取相鄰的兩個(gè)數(shù)據(jù)組成第二組，或者分別從兩路數(shù) 據(jù)流的某一相同位置上各取一個(gè)數(shù)據(jù)組成第 一組，再?gòu)膬陕窋?shù)據(jù)流相同的另 一位置上各取一個(gè)數(shù)據(jù)組成第二組。
本發(fā)明所述的基于SFBC編碼分集方法特別適用于天線數(shù)為偶數(shù)的情 況，既保持了 Alamouti方案SFBC編碼自身的特點(diǎn)，又把SFBC的編碼的思
想推廣到發(fā)射天線個(gè)數(shù)大于2的系統(tǒng)，同時(shí)還有效的解決翁:據(jù)傳輸過(guò)程中的 打孔現(xiàn)象，最大程度的利用空間分集增益、時(shí)間分集增益和頻率分集增益， 使得誤碼率性能有明顯的提高，并且其實(shí)現(xiàn)也比較簡(jiǎn)單。


圖1為本實(shí)施例基于空頻編碼的發(fā)射分集方法的流程圖2是本發(fā)明實(shí)施例采用SFBC發(fā)射分集方式的4天線的MIMO-OFDM
系統(tǒng)的發(fā)射結(jié)構(gòu)圖3為本實(shí)施例的分集方案與SFBC級(jí)聯(lián)循環(huán)延遲分集的性能比較曲線。
具體實(shí)施例方式
設(shè)待傳輸?shù)哪秤脩舻臄?shù)據(jù)為5 = [^&,&,^...，~],發(fā)射天線個(gè)數(shù)為 2M(M>1),所述基于空頻編碼的發(fā)射分集方法如圖1所示，包括以下步驟
步驟110,發(fā)射方對(duì)經(jīng)過(guò)信道編碼和星座圖映射后的數(shù)據(jù)進(jìn)行Alamouti 方案的SFBC編碼得到兩路數(shù)據(jù)流
<formula>formula see original document page 7</formula>步驟120,發(fā)射方對(duì)經(jīng)過(guò)SFBC編碼后得到的兩路數(shù)據(jù)流按照天線個(gè)數(shù) 分別進(jìn)行分組，即從經(jīng)過(guò)SFBC編碼后的兩路數(shù)據(jù)流中分別取K組數(shù)據(jù)，每 組數(shù)據(jù)中有M個(gè)數(shù)據(jù)，具體過(guò)程如下
為了方便理解，將經(jīng)過(guò)編碼后的兩路數(shù)據(jù)流按照子載波位置標(biāo)示開，寫 為如下才各式
<formula>formula see original document page 7</formula>從上述兩路數(shù)據(jù)中提取相同長(zhǎng)度的兩組數(shù)據(jù)，在這兩組數(shù)據(jù)中至少有兩 個(gè)數(shù)據(jù)信息相同(原始數(shù)據(jù)相同、數(shù)據(jù)形式不同)，分別對(duì)這兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行
7
串并變換，由于發(fā)射天線個(gè)數(shù)為2m,在第一路數(shù)據(jù)流中順序選取一組m個(gè)
<formula>formula see original document page 8</formula>
數(shù)據(jù)，取
，在第二路數(shù)據(jù)流中也順序選取一組m個(gè)數(shù)據(jù)，取
<formula>formula see original document page 8</formula>
若最后余下的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度小于M ,則可以采用前一組或幾組中的相 同或不同位置的數(shù)據(jù)來(lái)補(bǔ)齊，以滿足最后一組數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為m的要求，優(yōu)選 地，取最相鄰的前一組中的數(shù)據(jù)。
在取a1和b1時(shí)，如果發(fā)射方天線數(shù)為4，則可以從每路數(shù)據(jù)中取，如
<formula>formula see original document page 8</formula>
,也可以分別從兩路數(shù)據(jù)中取，如<formula>formula see original document page 8</formula>,如果
將本方法應(yīng)用于發(fā)射方天線數(shù)大于4的情況時(shí)，如天線數(shù)為6或8等的情況， 則只能采用第一種方式，即從每路數(shù)據(jù)中取數(shù)據(jù)分組。
經(jīng)過(guò)編碼后的兩路數(shù)據(jù)依次按照上述的規(guī)律分組，分別可得到k組數(shù)
據(jù)H…4和A，^，…&。若原始數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)n剛好可以被m整除，即I
M
=整數(shù)，則每一路數(shù)據(jù)被分的組數(shù)k = !;若原始數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)n無(wú)法被m整
除，即！^整數(shù)，則k
7V
,式中門表示向上取整。
步驟130，發(fā)射方分別依次取兩路k組數(shù)據(jù)([4，A,…4]和[A,A,…&]) 中的元素進(jìn)行轉(zhuǎn)置的sfbc編碼得到2m路數(shù)據(jù)流 4 雙
<formula>formula see original document page 8</formula>
(1)
除了采用上述轉(zhuǎn)置方案外，還可以采用如下的變形公式
<formula>formula see original document page 8</formula>
(2)步驟140,對(duì)上述2M路數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)IFFT (快速傅里葉逆變換)變換和 射頻處理后送到2M根天線上發(fā)射。
以4天線為例，采用SFBC發(fā)射分集方式的MIMO-OFDM系統(tǒng)的發(fā)射 結(jié)構(gòu)如圖2所示，發(fā)射分集方法如下
首先，發(fā)射方對(duì)經(jīng)過(guò)信道編碼和星座圖映射后的數(shù)據(jù)進(jìn)行SFBC編碼，
s， s:
經(jīng)過(guò)編碼后原來(lái)的數(shù)據(jù)流分成兩路，格式為[&，s2
然后，發(fā)射方從經(jīng)過(guò)SFBC編碼后的兩路數(shù)據(jù)流中分別取K組數(shù)據(jù)，每 組有(天線個(gè)數(shù)/2)個(gè)數(shù)據(jù)
如對(duì)
最后，發(fā)射方對(duì)分組后A^ Bi的進(jìn)行如式(1)的變形的SFBC編碼，
一 s' s2
-s; s; _s; s;
-Si -S2」，在4根天線上的發(fā)送數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的四行分別
一& -《 -
—s2選取
得到L
-b; a:
即
在四根天線上發(fā)送，每列數(shù)據(jù)在不同天線的相同頻點(diǎn)的子載波上發(fā)送。
除了采用式(1)的變形SFBC編碼外，在另一實(shí)施例中，還可采用如
式(2)變形SFBC編碼，在4根天線上發(fā)送的數(shù)據(jù)為
_《
在其他實(shí)施例中，在對(duì)
<formula>formula see original document page 9</formula>
分組時(shí)，也可選取4 =<formula>formula see original document page 9</formula>
采用公式(1 )進(jìn)行變形的SFBC編碼后得到:
S1 -S2*S2 S1*S2 S1*-S1 S2*
，采用公式(2)
進(jìn)行變形的SFBC編碼得到
《
S1 -S2*S2 S1*S2 S1*S1 S2*，
從上述兩個(gè)實(shí)施例中天線發(fā)送的數(shù)據(jù)可以看出，在每個(gè)頻點(diǎn)子載波上傳 送的數(shù)據(jù)總有兩個(gè)是相同的，而另兩個(gè)是符號(hào)相反的。如按式(i)計(jì)算得
到發(fā)送數(shù)據(jù)中，在每個(gè)相同頻點(diǎn)的子載波上，第l根天線和第4根天線發(fā)送 的數(shù)據(jù)(以下簡(jiǎn)稱第1路數(shù)據(jù)、第4路數(shù)據(jù))幅值相同符號(hào)相反，而在第2 根天線和第3根天線發(fā)送的數(shù)據(jù)(以下簡(jiǎn)稱第2路數(shù)據(jù)、第3路數(shù)據(jù))幅值、 符號(hào)均相同；再如按式(2)計(jì)算得到發(fā)送數(shù)據(jù)中，第l路數(shù)據(jù)和第4路數(shù) 據(jù)幅值、符號(hào)均相同，第2路數(shù)據(jù)和第3路數(shù)據(jù)幅值相同、符號(hào)相反。這樣 的好處是，無(wú)論信道之間的相關(guān)性如何，在每頻點(diǎn)的一個(gè)子載波上都至少能 保證有一個(gè)數(shù)據(jù)(S,或S2)被正確傳輸，從而避免了由信道之間的相關(guān)性 引起的打孔現(xiàn)象對(duì)數(shù)據(jù)的影響，保證了每一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)信道后在接收端的信號(hào)可以寫為
<formula>formula see original document page 10</formula>式中，R為相鄰兩個(gè)子載波上接收的的信號(hào)矩陣，N表示獨(dú)立白高斯噪 聲矢量矩陣，、表示第i個(gè)接收天線和第j個(gè)發(fā)射天線之間的信道響應(yīng)。
采用本發(fā)明的發(fā)射分集方法，接收方在接收數(shù)據(jù)時(shí)，可以采用現(xiàn)行的檢 測(cè)的算法對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。
圖3是本發(fā)明中論述的分集方案與采用SFBC級(jí)聯(lián)循環(huán)延遲分集方案的 性能比較曲線，從圖中可以看到在該方法下，誤碼率性能提高了 ldB左右。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的 形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
例如，變形的SFBC公式并不限于文中的式(1)和式(2),顯然，分 別將公式(1)和公式(2)中的列向量互換位置(
也可達(dá)到本發(fā)明的效果，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行變形的SFBC的目的在于，發(fā)射方通過(guò) 天線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在相同的頻點(diǎn)上，總有兩根天線發(fā)送的數(shù)據(jù)的幅度相同、 符號(hào)相反，總有另兩根天線發(fā)送的數(shù)據(jù)的幅度相同、符號(hào)也相同，使每頻點(diǎn) 子載波上都至少有一個(gè)數(shù)據(jù)能被正確傳輸，從而解決了打孔現(xiàn)象使數(shù)據(jù)丟失 的問(wèn)題。
再如，在從兩路數(shù)據(jù)中提耳又分組數(shù)據(jù)時(shí)，也可跳躍提取，則此時(shí)接收方 接收數(shù)據(jù)后，需要做相應(yīng)的反處理，以保證還原出原始數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1、一種基于空頻編碼的發(fā)射分集方法，設(shè)發(fā)射方天線數(shù)為2M，且M>1，其特征在于，包括以下步驟:(a)發(fā)射方對(duì)需要進(jìn)行發(fā)射的數(shù)據(jù)流進(jìn)行空頻編碼后得到兩路數(shù)據(jù)流；(b)發(fā)射方從上述兩路數(shù)據(jù)流中每次提取相同長(zhǎng)度的兩組數(shù)據(jù)，每組中有M個(gè)數(shù)據(jù)，將上述兩組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后，再進(jìn)行變形的空頻編碼，以使在相同的頻點(diǎn)上，總有兩根天線發(fā)送的數(shù)據(jù)的幅度相同、符號(hào)相反，總有另兩根天線發(fā)送的數(shù)據(jù)的幅度相同、符號(hào)相同，直到需要進(jìn)行發(fā)射的數(shù)據(jù)流發(fā)送完畢。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在所述步驟(b)中，發(fā)射方在兩路數(shù)據(jù)流中的相同位置提取數(shù)據(jù)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括 以下步驟(i) 發(fā)射方對(duì)經(jīng)過(guò)信道編碼和星座圖映射后的數(shù)據(jù)進(jìn)行空頻編碼得到 兩路數(shù)據(jù)流，每路數(shù)據(jù)流共有N個(gè)數(shù)據(jù)；(ii) 發(fā)射方分別從每路數(shù)據(jù)流中取相鄰的M個(gè)數(shù)據(jù)組成第 一組數(shù)據(jù)，從另一路數(shù)據(jù)流的相同位置取M個(gè)數(shù)據(jù)組成第二組數(shù)據(jù)，得到兩路K組數(shù)據(jù)，其中K=M,式中「1表示向上取整，并對(duì)每組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行串并變換;(iii)發(fā)射方將從兩路數(shù)據(jù)流中相同位置處得到的兩組經(jīng)過(guò)串并變換的 數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)過(guò)變形的空頻編碼，在2M根天線上發(fā)送編碼后的數(shù)據(jù)。
4、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，設(shè)第一組數(shù)據(jù)為A，第二組數(shù)據(jù)為B，所述變形的空頻編碼采用以下任 意列式之一<formula>formula see original document page 2</formula>
5、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步驟(ii)中，當(dāng)最后一組數(shù)據(jù)數(shù)量不足M個(gè)時(shí)，用前一組或幾 組中的相同或不同位置的數(shù)據(jù)補(bǔ)齊。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)最后一組數(shù)據(jù)數(shù)量不足M個(gè)時(shí)，采用最相鄰的前一組中的數(shù)據(jù)補(bǔ)齊。
7、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步驟(i)中，設(shè)空頻編碼得到兩路數(shù)據(jù)流如下:<formula>formula see original document page 3</formula>在所述步驟(ii)中，設(shè)發(fā)射方得到的第一組數(shù)據(jù)為a，，第二組數(shù)據(jù)為,共得到兩路K組數(shù)據(jù)如下[H…，4]和fe,S2,…,&];在所述步驟(iii)中，發(fā)射方分別對(duì)步驟(ii)中得到的每路數(shù)據(jù)中相 同位置的元素A和B進(jìn)行變形的空頻編碼，再將經(jīng)過(guò)編碼后的數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò) 快速傅里葉逆變換和射頻處理后在2M根天線上發(fā)送。
8、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述天線個(gè)數(shù)為4時(shí)，在所述步驟(b)中，發(fā)射方從一路數(shù)據(jù)流中提 取相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)組成第一組，從另一路數(shù)據(jù)流相同位置上提取相鄰的兩個(gè)數(shù) 據(jù)組成第二組，或者分別從兩路數(shù)據(jù)流的某一相同位置上各取一個(gè)數(shù)據(jù)組成 第一組，再?gòu)膬陕窋?shù)據(jù)流相同的另一位置上各取一個(gè)數(shù)據(jù)組成第二組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于空頻編碼的發(fā)射分集方法，可以防止數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的打孔現(xiàn)象對(duì)數(shù)據(jù)的影響。所述發(fā)射分集方法中，設(shè)發(fā)射方天線數(shù)為2M，且M＞1，包括以下步驟(a)發(fā)射方對(duì)需要進(jìn)行發(fā)射的數(shù)據(jù)流進(jìn)行空頻編碼后得到兩路數(shù)據(jù)流；(b)發(fā)射方從上述兩路數(shù)據(jù)流中每次提取相同長(zhǎng)度的兩組數(shù)據(jù)，每組中有M個(gè)數(shù)據(jù)，將上述兩組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后，再進(jìn)行變形的空頻編碼，以使在相同的頻點(diǎn)上，總有兩根天線發(fā)送的數(shù)據(jù)的幅度相同、符號(hào)相反，總有另兩根天線發(fā)送的數(shù)據(jù)的幅度相同、符號(hào)相同，直到需要進(jìn)行發(fā)射的數(shù)據(jù)流發(fā)送完畢。
文檔編號(hào)H04L1/06GK101378301SQ20071014802
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月29日
發(fā)明者孫云鋒, 段亞軍, 王衍文, 瓊 趙, 郝東來(lái) 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司