專利名稱：在mimo電信系統(tǒng)中傳送最佳分集的信息的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在電信系統(tǒng)中傳送數(shù)據(jù)的方法，該電信系統(tǒng)包括至少一個(gè)發(fā)射機(jī) 和至少一個(gè)接收機(jī)，發(fā)射機(jī)帶有至少兩個(gè)發(fā)射天線，接收機(jī)帶有至少一個(gè)接收天線，該方法 包括一個(gè)碼元編碼步驟，產(chǎn)生要在通信信道上發(fā)送的碼元，所述通信信道建立在發(fā)射天線 和接收天線之間。
背景技術(shù)：
在無線鏈路的接收機(jī)端和/或發(fā)射機(jī)端使用多個(gè)天線的電信系統(tǒng)被稱為多輸入 多輸出系統(tǒng)(還被稱為MIM0系統(tǒng))。MIM0系統(tǒng)與單天線系統(tǒng)相比，已經(jīng)顯示出能提供大傳 輸容量。特別地，對(duì)于指定的信噪比以及在滿意的不相關(guān)信道條件下，無論哪個(gè)是最小的， MIM0容量隨發(fā)射或接收天線數(shù)目線性增加。MIM0技術(shù)因此很可能在未來的無線系統(tǒng)中使 用，該無線系統(tǒng)預(yù)定將提供大的頻譜效率，或者可替換地在提供與在當(dāng)前電信系統(tǒng)中獲得 的頻譜效率相當(dāng)?shù)念l譜效率時(shí)，降低所需的發(fā)射功率。該MIM0技術(shù)將很可能和像OFDM(表 示正交頻分復(fù)用)以及MC-CDMA (表示多載波-碼分多址)技術(shù)這樣的多載波調(diào)制技術(shù)相 結(jié)合，所述多載波調(diào)制技術(shù)在未來的無線系統(tǒng)中的使用也被考慮。特定類型的MIM0系統(tǒng)利用比特交織編碼調(diào)制技術(shù)，也稱為BICM，根據(jù)BICM，發(fā) 射機(jī)包括一個(gè)信道編碼器，用來對(duì)未編碼的數(shù)據(jù)比特進(jìn)行編碼，例如，借助卷積碼或Turbo 碼，并向交織器提供二進(jìn)制流。然后該交織器將遞送置換的比特，該置換的比特將被分成預(yù) 定將要被變換成一系列編碼碼元的字序列，每個(gè)碼元包含多個(gè)實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù)分量，同一碼元 的分量預(yù)定將由各自的發(fā)射天線在同一時(shí)間片期間發(fā)送。在此應(yīng)當(dāng)指出，與兩個(gè)不同時(shí)間 片對(duì)應(yīng)的信息可以在兩個(gè)不同的時(shí)刻發(fā)送，但是也可以在同一時(shí)刻由兩個(gè)具有適當(dāng)?shù)牟煌?頻率的不同載波信號(hào)(carrying signal)發(fā)送，例如目的是為了在頻譜域內(nèi)擴(kuò)展所述碼元， 正如在OFDM電信系統(tǒng)中所要進(jìn)行的擴(kuò)展。所傳送的碼元在接收機(jī)端解碼，這在BICM類型的MIM0系統(tǒng)中可以通過迭代空時(shí) 解碼器執(zhí)行，該解碼器預(yù)定將要產(chǎn)生對(duì)構(gòu)成傳送碼元的編碼比特的估計(jì)。使用多個(gè)發(fā)射天 線和多個(gè)接收天線引起的空間分集使該解碼變得容易，因?yàn)樵摲旨峁┑男畔⒘勘韧ㄟ^ 單個(gè)通信信道發(fā)射的單個(gè)信號(hào)所提供的信息量更大。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，增加由包括在空時(shí)解碼器中的前端檢測(cè)器所感知的輸入數(shù)據(jù)的 分集，使得所述的解碼器能夠更快地向編碼比特的可靠估計(jì)收斂，所述的數(shù)據(jù)基于該編碼 比特的估計(jì)產(chǎn)生。這可以解釋為通過向解碼器饋送更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，即更豐富的內(nèi)容，從而 獲得更好的解碼性能。接收天線感知的空間分集通過使用多個(gè)通信信道而獲得，雖然產(chǎn)生上述的優(yōu)點(diǎn)， 但是它也受到接收天線數(shù)目限制，這進(jìn)而又限制了空時(shí)解碼器的性能。
發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，雖然使用多個(gè)發(fā)射和/或接收天線能夠發(fā)射更大量的信息，因此 增加了電信系統(tǒng)的吞吐量，但是所述的吞吐量應(yīng)當(dāng)考慮影響指定的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間建 立的通信信道的不利通信條件。這種不利的條件會(huì)致使傳送的數(shù)據(jù)在其傳送期間以這樣一 種方式被改變，即，所述的數(shù)據(jù)不能安全地被接收機(jī)恢復(fù)，優(yōu)選地，在此情況下，應(yīng)當(dāng)在碼元 編碼步驟和碼元實(shí)際傳輸之間引入某種程度的冗余。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于通過提供一種在MIM0系統(tǒng)中傳送數(shù)據(jù)的方法來解決上述問題， 該方法涉及一種編碼方案，它對(duì)于空間和時(shí)間都能提供較高數(shù)據(jù)分集，如同由在該電信系 統(tǒng)接收機(jī)端的至少一個(gè)接收天線所感知的，所述方法對(duì)于調(diào)整在指定的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之 間的數(shù)據(jù)吞吐量，還提供了額外的自由度，從而允許調(diào)整(time)所述的吞吐量，優(yōu)選地，關(guān) 于所述的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的通信條件來執(zhí)行該調(diào)整。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)開始段落的方法其特征在于，它還包括一個(gè)碼元擴(kuò)展步 驟，在該碼元擴(kuò)展過程中，K個(gè)連續(xù)碼元在所述的通信信道上發(fā)送之前被擴(kuò)展到幾個(gè)時(shí)間片 上，所述K為可調(diào)整整數(shù)，所述可調(diào)整數(shù)目K關(guān)于通信信道的物理特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明使得能夠?qū)⑼ㄟ^使用多個(gè)建立在發(fā)射天線和接收天線之間的通信信道而 獲得空間分集，與由接收天線所感知的數(shù)據(jù)時(shí)間分集相結(jié)合。由本發(fā)明提供的對(duì)連續(xù)碼元 的數(shù)目值K的選擇使得能夠調(diào)整發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的通信吞吐量，多個(gè)連續(xù)碼元指將被 擴(kuò)展到幾個(gè)時(shí)間片上的碼元。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，將被擴(kuò)展到幾個(gè)時(shí)間片上的連續(xù)碼元數(shù)目的可調(diào)整整 數(shù)K，由發(fā)射機(jī)基于接收機(jī)發(fā)送的反饋信息動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，該反饋信息表示所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī) 之間的通信條件質(zhì)量。反饋信息存在于由接收機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算的信噪比或者信號(hào)-干擾比，但是也可以由接 收機(jī)為可調(diào)整數(shù)K計(jì)算的作為該信噪比或者信號(hào)_干擾比的函數(shù)形成的值。根據(jù)本發(fā)明可能的實(shí)施例，碼元擴(kuò)展步驟通過計(jì)算所述K個(gè)連續(xù)碼元的多個(gè)線性 組合執(zhí)行，該線性組合預(yù)定通過發(fā)射天線在預(yù)定數(shù)目的時(shí)間片上發(fā)送。在任何指定時(shí)刻在多個(gè)通信信道上傳送的數(shù)據(jù)不代表單個(gè)碼元，正如在許多已知 的MIM0系統(tǒng)中一樣，而是代表連續(xù)碼元之間的混合，這因此引入了關(guān)于時(shí)間的分集，由本 發(fā)明允許的可調(diào)數(shù)目K的調(diào)整提供可能的數(shù)據(jù)冗余，該可能的數(shù)據(jù)冗余預(yù)定將補(bǔ)償困難的 通信條件。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，碼元擴(kuò)展步驟通過將由一串所述K個(gè)連續(xù)碼元形成矢 量的一方乘以預(yù)定義擴(kuò)展陣的另一方來執(zhí)行。本發(fā)明的這個(gè)特定實(shí)施例特別易于實(shí)現(xiàn)，因此使得能夠以相對(duì)低的成本獲得增加 的分集，相對(duì)低的成本是就發(fā)射端所要求的計(jì)算資源和處理功率而言，在移動(dòng)通信領(lǐng)域，這 是一個(gè)重要的課題，在移動(dòng)通信領(lǐng)域，發(fā)射機(jī)可由諸如移動(dòng)電話之類的移動(dòng)終端構(gòu)成，移動(dòng) 終端必須盡可能小，并由具有有限能量存儲(chǔ)容量的電池供電。如果由所述一串K個(gè)連續(xù)碼元形成矢量的尺寸一方，與由擴(kuò)展矩陣列的列數(shù)的另 一方不同，即在可調(diào)整整數(shù)K被這樣選擇，使得實(shí)際獲得數(shù)據(jù)冗余時(shí)，為了執(zhí)行上述的矩陣 乘法，由一串K個(gè)連續(xù)碼元形成的矢量可由數(shù)目等于所述差的零分量完成。
可替換地，為了執(zhí)行所述的乘法，可以通過壓縮列數(shù)或行數(shù)等于所述差來縮減擴(kuò) 展矩陣的一維。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于在電信系統(tǒng)中傳送數(shù)據(jù)的方法，該電信系統(tǒng)包 括至少一個(gè)發(fā)射機(jī)和至少一個(gè)接收機(jī)，發(fā)射機(jī)包括至少兩個(gè)發(fā)射天線，接收機(jī)包括至少一 個(gè)接收天線，該方法包括在發(fā)射機(jī)上通過調(diào)制數(shù)據(jù)中的多個(gè)比特而將要發(fā)射的數(shù)據(jù)的多個(gè)比特變換為多 個(gè)碼元；在發(fā)射機(jī)上產(chǎn)生由多個(gè)碼元形成的第一矢量；在發(fā)射機(jī)上根據(jù)第一矢量的行數(shù)修正原矩陣，而制作修正矩陣，原矩陣在發(fā)射機(jī) 上被預(yù)先定義；在發(fā)射機(jī)上將第一矢量乘以修正矩陣而產(chǎn)生第二矢量；以及經(jīng)過在發(fā)射機(jī)的所述至少兩個(gè)發(fā)射天線和接收機(jī)的所述至少一個(gè)接收天線之間 建立的通信信道在發(fā)射機(jī)上發(fā)射形成第二矢量的碼元。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種由無線通信裝置執(zhí)行的方法，該無線通信裝置包 括至少兩個(gè)用來發(fā)射數(shù)據(jù)的發(fā)射天線，所述方法包括在無線通信裝置上通過調(diào)制數(shù)據(jù)中的多個(gè)比特而將要發(fā)射的數(shù)據(jù)中的多個(gè)比特 變換為多個(gè)碼元；在無線通信裝置上產(chǎn)生由多個(gè)碼元形成的第一矢量；在無線通信裝置上根據(jù)第一矢量的行數(shù)修正原矩陣，從而制作修正矩陣，原矩陣 在無線通信裝置上被預(yù)先定義；在無線通信裝置上將第一矢量乘以修正矩陣而產(chǎn)生第二矢量；以及經(jīng)過在所述至少兩個(gè)發(fā)射天線和接收設(shè)備的至少一個(gè)接收天線之間建立的通信 信道在無線通信裝置上發(fā)射形成第二矢量的碼元。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，用至少兩個(gè)發(fā)射天線發(fā)射數(shù)據(jù)的無線通信裝置，它包 括調(diào)制單元，配置成通過調(diào)制數(shù)據(jù)的多個(gè)比特，而將要被發(fā)射的數(shù)據(jù)的多個(gè)比特變 換為多個(gè)碼元；第一矢量產(chǎn)生單元，配置成產(chǎn)生由多個(gè)碼元形成的第一矢量；修正矩陣產(chǎn)生單元，配置成根據(jù)第一矢量的行數(shù)修正原矩陣，從而產(chǎn)生修正矩陣， 原矩陣在無線通信裝置上被預(yù)先定義；第二矢量產(chǎn)生單元，配置成將第一矢量乘以修正矩陣而產(chǎn)生第二矢量；以及發(fā)射單元，配置成經(jīng)過在所述至少兩個(gè)發(fā)射天線和接收設(shè)備的至少一個(gè)接收天線 之間建立的通信信道發(fā)射第二矢量所提供的碼元。可基于關(guān)于建立在發(fā)射天線和接收天線之間的通信信道的先驗(yàn)知識(shí)或假設(shè)，選擇 預(yù)定義擴(kuò)展矩陣的特性。根據(jù)上述特定實(shí)施例的第一變形，擴(kuò)展矩陣以這樣的方式構(gòu)成，即它的每行由連 續(xù)組塊(chunk)形成，每個(gè)組塊具有與發(fā)射天線的數(shù)目相對(duì)應(yīng)的尺寸，任何指定行的所有 組塊形成具有完全相同規(guī)格(norm)的各個(gè)矢量。根據(jù)該第一變形的擴(kuò)展矩陣，使得通過遍歷通信信道傳送的碼元所承載的能量在時(shí)間上能夠基本均勻地分布，這確保從一個(gè)時(shí)間片到另一個(gè)時(shí)間片通信條件改變的最佳可 檢測(cè)性。并進(jìn)而使得能夠提供關(guān)于時(shí)間和空間的高的數(shù)據(jù)分集，如同在這種遍歷通信信道 接收機(jī)端的接收天線所能感知的。根據(jù)上述特定實(shí)施例的第二變形，擴(kuò)展矩陣以這樣的方式構(gòu)成，即它的每行由連 續(xù)組塊形成，每個(gè)組塊具有與發(fā)射天線的數(shù)目相對(duì)應(yīng)的尺寸，任何指定行的所有組塊形成 具有完全相同規(guī)格并且相互正交的各個(gè)矢量。由于組塊之間的正交性，根據(jù)第二變形的擴(kuò)展矩陣使得能夠在傳送可調(diào)整整數(shù)K 個(gè)連續(xù)碼元的線性組合所需時(shí)間和/或頻率間隔期間，將遍歷性添加到基本恒定不變的信 道，并額外地提供在該時(shí)間和/或頻率間隔期間能量的基本均勻分布，所述能量是通過所 述通信信道傳送的碼元所承載的能量，這確保從一個(gè)時(shí)間片到另一個(gè)時(shí)間片通信條件改變 的最佳可檢測(cè)性。這進(jìn)而使得能夠提供關(guān)于時(shí)間和空間的高數(shù)據(jù)分集，如同在這種基本恒 定不變的通信信道接收機(jī)端的接收天線所能感知的。根據(jù)上述特定實(shí)施例的第三變形，擴(kuò)展矩陣以這樣的方式構(gòu)成，即它的每一行由 多個(gè)形成各自的具有完全相同規(guī)格的矢量的分段構(gòu)成，每個(gè)分段包括連續(xù)組塊，每個(gè)組塊 具有與發(fā)射天線的數(shù)目相對(duì)應(yīng)的尺寸，任何指定分段的所有組塊形成具有完全相同規(guī)格且 互相正交的各個(gè)矢量。根據(jù)該第三變形的擴(kuò)展矩陣尤其適于所謂的塊衰落通信信道，在傳送預(yù)定數(shù)目的 S個(gè)連續(xù)碼元的整個(gè)期間，該通信信道預(yù)期包含(feature) C個(gè)連續(xù)組通信條件，在S/C個(gè)時(shí) 間片期間，所述塊衰落信道的每組通信條件基本上不變。在同一分段的所有組塊之間的正交性使得能夠在由相應(yīng)的S/C時(shí)間片定義的每 個(gè)恒定不變期間，將遍歷性添加到塊衰落信道，所述組塊規(guī)格的等同額外地提供在每個(gè)相 對(duì)恒定不變期間能量的基本均勻分布，所述能量是在所述的恒定不變期間通過塊衰落信道 傳送的碼元所承載的能量。由于塊衰落信道之中的通信條件從一個(gè)恒定不變期間到另一個(gè) 恒定不變期間發(fā)生改變，可以認(rèn)為所述信道在恒定不變期間的量度上是遍歷的，從而擴(kuò)展 矩陣的每行的分段規(guī)格的額外的等同性足以保證能量在所有連續(xù)恒定不變期間基本均勻 分布，該能量通過塊衰落信道發(fā)送的碼元來承載。這進(jìn)而使得能夠提供關(guān)于時(shí)間和空間的 高的數(shù)據(jù)分集，如同由在這種塊衰落通信信道的接收機(jī)端的接收天線所能感知的。根據(jù)上述第一、第二或第三變形的優(yōu)選實(shí)施例，所述擴(kuò)展矩陣還具有旋轉(zhuǎn)矩陣的 特性，即該矩陣由互相正交并具有相同規(guī)格的行構(gòu)成。通過增強(qiáng)由所述解碼器執(zhí)行的第一迭代步驟的性能，在發(fā)射機(jī)端用旋轉(zhuǎn)矩陣來計(jì) 算連續(xù)碼元的多個(gè)線性組合使得能夠全局優(yōu)化預(yù)定在接收機(jī)端處理所述碼元的迭代空時(shí) 解碼器的性能。根據(jù)有關(guān)其硬件的一方面，本發(fā)明還涉及一種電信系統(tǒng)，該電信系統(tǒng)包括至少一 個(gè)發(fā)射機(jī)和至少一個(gè)接收機(jī)，發(fā)射機(jī)帶有至少兩個(gè)發(fā)射天線，接收機(jī)帶有至少一個(gè)接收天 線，該發(fā)射機(jī)包括一個(gè)碼元編碼裝置，用來產(chǎn)生要在通信信道上發(fā)送的碼元，所述通信信道 建立在發(fā)射天線和接收天線之間，該系統(tǒng)的特征在于，所述發(fā)射機(jī)還包括一個(gè)碼元擴(kuò)展裝 置，用于在K個(gè)連續(xù)碼元在所述的通信信道上發(fā)送之前將所述碼元擴(kuò)展到幾個(gè)時(shí)間片上， 所述K為可調(diào)整整數(shù)，所述系統(tǒng)還包括調(diào)整裝置，用來關(guān)于通信信道的物理特性來調(diào)節(jié)所 述可調(diào)整數(shù)目K。
根據(jù)該關(guān)于硬件方面的一個(gè)可能的實(shí)施例，碼元擴(kuò)展裝置預(yù)定將計(jì)算K個(gè)連續(xù)碼 元的多個(gè)線性組合，該線性組合預(yù)定通過發(fā)射天線在預(yù)定數(shù)目的時(shí)間片上發(fā)射。根據(jù)上述關(guān)于硬件方面的一個(gè)特定實(shí)施例，碼元擴(kuò)展裝置預(yù)定要將由一串所述K 個(gè)連續(xù)碼元形成的矢量一方乘以預(yù)定義擴(kuò)展陣另一方。根據(jù)有關(guān)其硬件的另一方面，本發(fā)明還涉及一種通信設(shè)備，帶有至少兩個(gè)發(fā)射天 線，并包括一個(gè)碼元編碼裝置，用來產(chǎn)生要在所述發(fā)射天線上發(fā)射的碼元，其特征在于還包 括一個(gè)碼元擴(kuò)展裝置，用于在K個(gè)連續(xù)碼元在所述的發(fā)射天線上發(fā)射之前將所述碼元擴(kuò)展 到幾個(gè)時(shí)間片上，所述K為可調(diào)整整數(shù)。


通過閱讀涉及附圖的下列描述，本發(fā)明的上述特征，以及其它特征將顯得更加清 晰，其中圖1為表示高度簡(jiǎn)化的MIM0電信系統(tǒng)的框圖；圖2為表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例在MIM0電信系統(tǒng)所包括的發(fā)射機(jī)中包括的空 時(shí)編碼器的框圖；圖3為表示根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)展步驟如何在這樣的空時(shí)編碼器中執(zhí)行的圖；圖4為表示據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例在MIM0電信系統(tǒng)所包括的發(fā)射機(jī)中包括的空時(shí) 編碼器的框圖；圖5為表示根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)展步驟如何在這樣的空時(shí)編碼器中執(zhí)行的圖；圖6為表示與遍歷通信信道相關(guān)聯(lián)的信道矩陣圖；圖7為表示適于這種遍歷信道的擴(kuò)展矩陣圖；圖8為表示與塊衰落通信信道相關(guān)聯(lián)的信道矩陣圖；圖9為表示適于這種塊衰落信道的擴(kuò)展矩陣圖；圖10和11為表示適于塊衰落通信信道的擴(kuò)展矩陣如何構(gòu)成的具體實(shí)施例圖1用圖形示出了包括至少一個(gè)發(fā)射機(jī)TR和一個(gè)接收機(jī)REC的電信系統(tǒng)，該電信 系統(tǒng)預(yù)定通過多個(gè)分別建立在Nt個(gè)發(fā)射天線(tal，ta2，...taNt)和Nr個(gè)接收天線(ral， ra2. . . raNr)之間的多個(gè)通信信道CHNL交換數(shù)據(jù)。在此描述的實(shí)例中示出的發(fā)射機(jī)TR包括一個(gè)信道編碼器CHENC，預(yù)定借助于卷積 碼或Turbo碼對(duì)未編碼數(shù)據(jù)比特Uncb進(jìn)行編碼，并提供將被傳送的二進(jìn)制流Tb。發(fā)射機(jī) TR包括一個(gè)交織器INTL，預(yù)定生成置換比特Pb，這樣的交織對(duì)于稍后在接收機(jī)側(cè)的處理有 用，因?yàn)樗鼘⒃试S獲得不相關(guān)的數(shù)據(jù)。然后置換比特Pb被分成每個(gè)字至少一個(gè)比特的字， 該字接著被映射，即由映射和調(diào)制模塊MAPMD變換成一系列編碼碼元Zi。接著連續(xù)碼元Zi 被饋送到碼元編碼裝置，該碼元編碼裝置實(shí)質(zhì)上由空時(shí)編碼器SPTENC形成，在傳送所述碼 元Zi之前，碼元編碼裝置對(duì)它們執(zhí)行處理。在已知的現(xiàn)有技術(shù)中，每個(gè)碼元Zi的分量通常預(yù)定在同一時(shí)間片期間由各個(gè)發(fā) 射天線發(fā)射。在此描述的實(shí)例中示出的接收機(jī)REC包括一個(gè)空時(shí)解碼器SPTDEC，預(yù)定產(chǎn)生解碼數(shù)據(jù)比特Decb，它基本上和原始未編碼數(shù)據(jù)比特Uncb相對(duì)應(yīng)。該空時(shí)解碼器SPTDEC包括 一個(gè)空時(shí)檢測(cè)器DET，預(yù)定處理借助接收天線(ral，ra2. . . raNr)收到的信號(hào)所承載的數(shù) 據(jù)，并產(chǎn)生關(guān)于發(fā)送的置換比特Pb估計(jì)的真實(shí)或近似似然值Rib，該似然值預(yù)定由去交織 器DINTL去交織，這將輸出關(guān)于包括在二進(jìn)制流Tb中的比特估計(jì)的軟似然值Rb。包括在接 收機(jī)REC中的比特解碼器也被稱為信道解碼器CHDEC，預(yù)定基于所述似然值Rb生成解碼數(shù) 據(jù)比特Decb。根據(jù)本領(lǐng)域通用的環(huán)形結(jié)構(gòu)，空時(shí)檢測(cè)器DET優(yōu)選利用在前面的解碼步驟中生成 的先驗(yàn)信息Pra，并且由信道解碼器CHDEC通過交織器INTR，以外來(extrinsic)信息Exd 的形式發(fā)布，該交織器與包括在發(fā)射機(jī)TR中的交織器相同。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由空時(shí)檢測(cè)器DET感知的不斷增加的數(shù)據(jù)分集，使所述解碼器 能更快地向編碼比特的可靠估計(jì)收斂，所述的數(shù)據(jù)基于該編碼比特的可靠估計(jì)產(chǎn)生。因 此，發(fā)明人的目的在于借助于將通過使用建立在發(fā)射天線(tal，ta2. . . taNt)和接收天線 (ral,ra2. . . raNr)之間的多個(gè)通信信道CHNL獲得的空間分集與關(guān)于數(shù)據(jù)的時(shí)間分集相組 合，從而增加由接收天線(ral，ra2. . . raNr)收到數(shù)據(jù)的分集，所述的時(shí)間分集是由所述信 道的接收機(jī)端的接收天線所感知的時(shí)間分集。為此目的，根據(jù)本發(fā)明，空時(shí)編碼器SPTENC在通過通信信道CHNL發(fā)送所述碼元之 前，將在幾個(gè)時(shí)間片段上擴(kuò)展K個(gè)連續(xù)碼元Zi，K為可調(diào)整整數(shù)，所述的可調(diào)整數(shù)目K關(guān)于 通信信道CHNL的物理特性調(diào)節(jié)。由本發(fā)明提供的對(duì)連續(xù)碼元Zi的數(shù)目K值的選擇使得能夠調(diào)整發(fā)射機(jī)TR和接收 機(jī)REC之間的通信吞吐量，該連續(xù)碼元Zi的分量將被擴(kuò)展到幾個(gè)時(shí)間片上。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，其分量將被擴(kuò)展到幾個(gè)時(shí)間片上的連續(xù)碼元Zi數(shù)目 的可調(diào)整整數(shù)K的值，由包括在發(fā)射機(jī)中的調(diào)整裝置TUM基于接收機(jī)REC發(fā)送的反饋信息 Fbi動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，該反饋信息表示所述發(fā)射機(jī)TR和接收機(jī)REC之間的通信條件質(zhì)量。這種反饋信息Fbi可與在發(fā)射機(jī)TR之中本地可得到的信息組合。反饋信息比如 可以關(guān)于通信條件定義最大數(shù)據(jù)吞吐量值，相反本地可得到的信息可指示甚至較低的數(shù)據(jù) 吞吐量也足以應(yīng)付正在進(jìn)行的通信，這能夠節(jié)約傳送資源和功率。該反饋信息Fbi存在于由接收機(jī)REC實(shí)時(shí)計(jì)算的信噪比或者信號(hào)_干擾比，但是 也可以由接收機(jī)REC自己作為該信噪比或者信號(hào)_干擾比的函數(shù)計(jì)算出的K的最大值形 成，在此情況下，調(diào)整裝置TUM可以只負(fù)責(zé)將所述值K轉(zhuǎn)送到空時(shí)編碼器SPTENC。圖2圖示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的空時(shí)編碼器SPTENC。在此描述的實(shí)例中，空 時(shí)編碼器SPTENC包括串/并轉(zhuǎn)換器S/P，預(yù)定用來連續(xù)接收多組K個(gè)連續(xù)碼元Zi(i = 1至 K)并將由K個(gè)串聯(lián)的連續(xù)碼元[ZI. . . ZK]形成的矢量遞送到碼元擴(kuò)展裝置SPMD，在碼元擴(kuò) 展裝置SPMD中，所述的矢量預(yù)定將和擴(kuò)展矩陣SM相乘。在此描述的實(shí)例中，一方面由所述一串K個(gè)連續(xù)碼元[ZI. . . ZK]形成矢量的尺寸， 與另一方面擴(kuò)展矩陣SM的列數(shù)之間的差，使數(shù)據(jù)冗余得以實(shí)現(xiàn)，為了執(zhí)行上述的矩陣乘 法，由一串所述的K個(gè)連續(xù)碼元[Z1...ZK]形成的矢量可以由等于所述差的多個(gè)零分量完 成，這得到了下文所述和所示的矢量Z。碼元擴(kuò)展裝置SPMD進(jìn)而又預(yù)定將要計(jì)算碼元矢量Z的分量Zi (i = 1至K)的Ns = S.Nt個(gè)線性組合，所述線性組合在由Nt個(gè)發(fā)射天線(tal，ta2...taNt)在S個(gè)時(shí)間片上發(fā)射之前，由排序裝置SQM排序成預(yù)定數(shù)目S個(gè)連續(xù)的Nt個(gè)分量的組。因此可調(diào)整數(shù)目K 的范圍是1至Ns。因此，在任何指定時(shí)刻，在建立于所述發(fā)射天線(tal，ta2. . . taNt)和上述多個(gè)接 收天線之間的多個(gè)通信信道上傳送的數(shù)據(jù)不代表單個(gè)碼元Zi(i = 1至K)，如同在許多已知 的MIM0系統(tǒng)中的情況一樣，而是將代表K個(gè)連續(xù)碼元之間的組合，這因此引入了正如在接 收機(jī)端感知的關(guān)于正在進(jìn)行的通信條件的最佳數(shù)據(jù)分集。圖3描述碼元Zi (i = 1至K)的線性組合如何由上述擴(kuò)展裝置計(jì)算。根據(jù)本發(fā)明 第一實(shí)施例，矢量Z由一串所述的K個(gè)連續(xù)碼元[Zl. . . ZK]形成，并帶有合適數(shù)目的零分 量。接著該矢量Z與預(yù)定義的擴(kuò)展矩陣SM相乘，在此例中，SM具有NsXNs的尺寸，其中Ns =S. Nt，這使得能夠產(chǎn)生碼元矢量Z的所有分量Zi (i = 1至K)的Ns個(gè)分離的線性組合， 該線性組合以更加顯要(important)的冗余在S個(gè)連續(xù)時(shí)間片期間在Nt個(gè)發(fā)射天線上發(fā) 送，因?yàn)镵和Ns之間的差是顯要的。圖4圖示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的空時(shí)編碼器SPTENC。在此描述的實(shí)例中，空 時(shí)編碼器SPTENC包括串/并轉(zhuǎn)換器S/P,預(yù)定用來連續(xù)接收多組K個(gè)連續(xù)碼元Zi (i = 1至 K)并將由K個(gè)串聯(lián)的連續(xù)碼元[Z1...ZK]形成的矢量Z遞送到碼元擴(kuò)展裝置SPMD，在碼元 擴(kuò)展裝置SPMD中，所述的矢量Z預(yù)定將要和擴(kuò)展矩陣相乘。在此描述的實(shí)例中，一方面由所述一串K個(gè)連續(xù)碼元[Zl. . . ZK]形成矢量的尺寸， 與另一方面原始擴(kuò)展矩陣的列數(shù)之間的差，使數(shù)據(jù)冗余得以實(shí)現(xiàn)，但是要求通過壓縮等于 所述差的行數(shù)或列數(shù)而使原始擴(kuò)展矩陣一個(gè)維縮減為K，結(jié)果縮減的擴(kuò)展矩陣SMr能夠執(zhí) 行上述的矩陣乘法，如下文所述和所示。碼元擴(kuò)展裝置SPMD因此計(jì)算碼元矢量Z的分量[Zl. . . Zk]的Ns = S. Nt個(gè)線性 組合，所述線性組合在由Nt個(gè)發(fā)射天線(tal，ta2...taNt)在S個(gè)時(shí)間片上發(fā)射之前，預(yù)定 由排序裝置SQM排序成預(yù)定數(shù)目S個(gè)連續(xù)的Nt個(gè)分量的組。因此可調(diào)整數(shù)目K的范圍是 1 至 Ns。因此在任何指定時(shí)刻在建立在所述發(fā)射天線(tal，ta2. . . taNt)和上述接收天線 之間的多個(gè)通信信道上傳送的數(shù)據(jù)并不代表單個(gè)碼元Zi(i = 1至K)，而是代表K個(gè)連續(xù)碼 元[Zl. . . ZK]之間的組合，這因此引入了正如在接收機(jī)端感知的關(guān)于正在進(jìn)行的通信條件 的最佳數(shù)據(jù)分集。圖5描述碼元矢量Z的分量[Zl. . . ZK]的線性組合如何由上述擴(kuò)展裝置計(jì)算。根 據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例，矢量Z由一串所述的K個(gè)連續(xù)碼元Zi形成。該矢量Z然后與縮減的 擴(kuò)展矩陣SMr相乘，在此例中，SMr具有Ns行和K列的尺寸，這使得能夠產(chǎn)生碼元矢量Z的 所有分量Zi (i = 1至K)的Ns = S. Nt個(gè)分離的線性組合，該線性組合將以更加顯要的冗 余在S個(gè)連續(xù)時(shí)間片期間在Nt個(gè)發(fā)射天線上發(fā)送，因?yàn)镵和Ns之間的差是顯要的。雖然在此實(shí)例中，尺寸為NsX (Ns-K)的整個(gè)塊已經(jīng)從尺寸為NsXNs的原始擴(kuò)展 矩陣SM中丟棄，但是應(yīng)當(dāng)指出，在本發(fā)明第二實(shí)施例的變型中，可以單獨(dú)選擇將被丟棄的 (Ns-K)列。此外，在發(fā)明的另一個(gè)變型中，矢量Z可以在被縮減的矩陣SMr相乘之前被轉(zhuǎn) 置，在此情況下，可通過從原始擴(kuò)展矩陣SM丟棄(Ns-K)行，而不是上文所述的(Ns-K)列來 獲得所述縮減的矩陣SMr?？苫陉P(guān)于建立在發(fā)射天線和接收天線之間的通信信道的先驗(yàn)知識(shí)或假設(shè)，選擇上述預(yù)定義擴(kuò)展矩陣SM的特性。圖6表示一個(gè)信道矩陣H，描述了在其中通信信道被設(shè)想為遍歷的一種狀況，即所 述信道中的通信條件為預(yù)期在S個(gè)時(shí)間片中的每一個(gè)期間改變，碼元Zi((i = 1至K)的S 個(gè)連續(xù)的Nt個(gè)線性組合的組在該S個(gè)時(shí)間片期間被發(fā)送。這通過S個(gè)不同的對(duì)角排列的 塊HI. . . Hs建模，每個(gè)塊具有NrXNt的尺寸。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果這種遍歷通信信道所載運(yùn)的數(shù)據(jù)量在時(shí)間上基本均勻，則 能獲得高的分集。這能防止大量的數(shù)據(jù)在指定時(shí)刻在所述通信信道輸出端出現(xiàn)，而在指定 的時(shí)刻之后在所述的輸出端幾乎沒有數(shù)據(jù)出現(xiàn)的情況，這意味關(guān)于時(shí)間的信息將易于在所 述指定時(shí)刻檢測(cè)，而在其后幾乎無法檢測(cè)。通過遍歷通信信道傳送的碼元所承載的能量在 時(shí)間上基本均勻地分布，這確保從一個(gè)時(shí)間片到另一個(gè)時(shí)間片通信條件改變的最佳可檢測(cè) 性，因而能提供關(guān)于時(shí)間和空間的高數(shù)據(jù)分集，如同在這種通信信道接收機(jī)端的接收天線 所能感知的。圖7描述了根據(jù)本發(fā)明上述優(yōu)選實(shí)施例第一變型的擴(kuò)展矩陣SM，根據(jù)所述變型， 所述擴(kuò)展矩陣具有特定的適于遍歷通信信道的結(jié)構(gòu)。在此實(shí)例中，擴(kuò)展矩陣SM以這樣的方 式構(gòu)成，即它的每個(gè)行RWk(k= 1至Ns)由S個(gè)連續(xù)組塊Chkl...Chks形成，每個(gè)組塊具有 與發(fā)射天線數(shù)目Nt相應(yīng)的尺寸，任何指定行的所有組塊形成各自具有完全相同規(guī)格的矢 量，這能實(shí)現(xiàn)上述通過遍歷通信信道傳送的碼元所承載的能量的均勻分布。在與上述的遍歷情形幾乎相反的情況下，通信信道基本上不變，即在所述信道中 的通信條件在所有S個(gè)時(shí)間片中預(yù)期保持相同，碼元Zi(i = 1至K)的S個(gè)連續(xù)的Nt個(gè)線 性組合的組在該S個(gè)時(shí)間片期間被發(fā)送。在此情況下，通信信道沒有引入關(guān)于時(shí)間的分集，在信道矩陣H內(nèi)，這可以通過S 個(gè)相同的對(duì)角排列的塊代替圖6中描述的S個(gè)不同的塊HI. . . Hs來建模。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過以這樣的方式構(gòu)成擴(kuò)展矩陣，即它的每個(gè)行由連續(xù)組塊形 成，每個(gè)組塊具有與發(fā)射天線數(shù)目相應(yīng)的尺寸，任何指定行的所有組塊形成各自具有完全 相同規(guī)格并且互相正交的矢量，則能夠獲得如同由該基本上不變的信道的接收機(jī)端的接收 天線所能感知的高的關(guān)于時(shí)間的分集。根據(jù)本發(fā)明上述優(yōu)選實(shí)施例第二變型的擴(kuò)展矩陣從 而可以表示成圖7所示的矩陣SM,并帶有附加條件，即任何指定行RWk的組塊Chkl. . . Chks 互相正交。這樣的正交使得能夠模擬遍歷信道在傳送連續(xù)碼元的線性組合組時(shí)所具有的效 果，因且可以解釋為在傳送所述連續(xù)碼元的所有線性組合所需的時(shí)段期間，執(zhí)行人為變換， 即人為地將基本不變的信道變換成遍歷信道。正如上文中所說明，任何指定行RWk的所有 組塊Chkl. . . Chks具有完全相同的規(guī)格的事實(shí)使得能獲得上述通過人為變換的通信信道 傳送的碼元所承載的能量在時(shí)間上均勻分布。構(gòu)成這種擴(kuò)展矩陣的可能的方式在于，為該擴(kuò)展矩陣的每個(gè)指定行選擇指定的 NtXNt維正方形旋轉(zhuǎn)矩陣，Nt大于或等于S，并選擇該旋轉(zhuǎn)矩陣的S行來構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明 的第二變型的擴(kuò)展矩陣的所述指定行的S個(gè)連續(xù)組塊。圖8表示一個(gè)信道矩陣H，描述了在其中通信信道被設(shè)想為所謂的塊衰落信道的 一種狀況，即在S個(gè)時(shí)間片中預(yù)期包含C個(gè)連續(xù)組的通信條件，碼元Zi((i = 1至K)的S 個(gè)連續(xù)的N t個(gè)線性組合的組在S個(gè)時(shí)間片期間被發(fā)送，然而在S/C個(gè)連續(xù)時(shí)間片形成的 恒定不變期間，所述塊衰落信道的每組通信條件基本上不變。
在此情況下，信道矩陣H包括C個(gè)不同的對(duì)角線排列塊，每個(gè)由S/C個(gè)同樣對(duì)角線 排列的子塊組成，分別為HI. . . Hc，每個(gè)具有NrXNt的尺寸。圖9示出了上述優(yōu)選實(shí)施例的第三種變型，根據(jù)該第三種變型，擴(kuò)展矩陣SM以這 樣的方式構(gòu)成，即它的每行RWk(k= 1至Ns)由形成各自具有相同規(guī)格的矢量的C個(gè)分段 Sgkn (n = 1至C)構(gòu)成，每個(gè)分段Sgkn包括連續(xù)組塊Chkn，1. . . Chkn, s/c,每個(gè)組塊具有與 發(fā)射天線數(shù)目Nt相應(yīng)的尺寸，任何指定分段的所有組塊Chkn，1. . . Chkn, s/c形成各自具有 完全相同規(guī)格的矢量，并且互相正交。在同一分段Sgkn的所有組塊Chkn，1. . . Chkn, s/c之間的正交性使得能夠在由 相應(yīng)的S/C個(gè)時(shí)間片定義的每個(gè)恒定不變期間將遍歷性添加到塊衰落信道中，所述組塊 Chkn, 1. . . Chkn, s/c規(guī)格的等同另外還提供在每個(gè)相對(duì)恒定不變期間能量的基本均勻分 布，所述能量是在所述的恒定不變期間通過塊衰落信道傳送的碼元所承載的能量。由于塊 衰落信道之中的通信條件從一個(gè)恒定不變期間到另一個(gè)恒定不變期間發(fā)生改變，所以可以 認(rèn)為所述信道在恒定不變期間的量度上是遍歷的，從而使得擴(kuò)展矩陣SN的每行RWk(k = 1 至Ns)的C分段Sgkn (n = 1至C)規(guī)格的額外的等同性足以保證能量在S個(gè)時(shí)間片上基本 均勻分布，碼元Zi(i = 1到K)的S個(gè)連續(xù)的Nt個(gè)線性組合的組在該S個(gè)時(shí)間片上被傳送 出去。這進(jìn)而又使得能夠提供數(shù)據(jù)關(guān)于時(shí)間和空間的高分集，如同由在該塊衰落通信信道 的接收機(jī)端的接收天線所能感知的。圖10和11舉例說明了根據(jù)本發(fā)明上述優(yōu)選實(shí)施例的第三變型的擴(kuò)展矩陣如何構(gòu) 成。在圖10所示的第一階段，通過選擇NtXNt維的正方形分割(square cyclotomic) 的旋轉(zhuǎn)矩陣CM來構(gòu)成C個(gè)子矩陣S (w) (w = 1至C)，其中Nt大于或等于S/C，并選擇矩陣 CM的S/C行來構(gòu)成長(zhǎng)為Nt的S/C個(gè)連續(xù)對(duì)角線組塊，預(yù)定形成每個(gè)子矩陣S (W)的對(duì)角線， 因此所有的這種對(duì)角線組塊具有同樣的規(guī)格并且互相正交。分割矩陣CM的每個(gè)分量CM?？杀硎緸?CMml = exp(2y>.m.(Fr^ + ^))其中 表示一個(gè)歐拉函數(shù)。在圖11所示的第二階段，通過以由這種子矩陣S(w) (w= 1至C)的對(duì)角線陣列形 成的Ns XNs維矩陣乘以另一個(gè)Ns XNs維的分割旋轉(zhuǎn)矩陣B而得到擴(kuò)展矩陣S，矩陣B的分 量如下給出Bp,+另外，如上所述構(gòu)成的擴(kuò)展矩陣SM也具有旋轉(zhuǎn)矩陣的特性，即這種擴(kuò)展矩陣將由 互相正交并具有相同規(guī)格的行構(gòu)成，可將它表示成SMXSMh = I，其中I為NsXNs級(jí)單位矩 陣，并且SMh為矩陣SM的轉(zhuǎn)置共軛矩陣。在發(fā)射機(jī)端用旋轉(zhuǎn)矩陣來計(jì)算連續(xù)碼元的多個(gè)線性組合，通過增強(qiáng)由所述解碼器 執(zhí)行的第一迭代步驟的性能，從而使得能夠在全局優(yōu)化用于在接收機(jī)端預(yù)定處理所述碼元 的迭代空時(shí)解碼器的性能。當(dāng)然，該性能優(yōu)化對(duì)于非迭代空時(shí)解碼器也有興趣，其中只執(zhí)行一個(gè)解碼步驟，這 樣的一個(gè)解碼步驟等同于上述第一迭代步驟。
由本發(fā)明提供的對(duì)連續(xù)碼元的數(shù)目值K的選擇，使得能夠根據(jù)實(shí)時(shí)估計(jì)的通信條 件動(dòng)態(tài)地調(diào)整發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的通信吞吐量，所述連續(xù)碼元指將被擴(kuò)展到幾個(gè)時(shí)間片 上的碼元。
權(quán)利要求
一種用于在電信系統(tǒng)中傳送數(shù)據(jù)的方法，該電信系統(tǒng)包括至少一個(gè)發(fā)射機(jī)和至少一個(gè)接收機(jī)，發(fā)射機(jī)包括至少兩個(gè)發(fā)射天線，接收機(jī)包括至少一個(gè)接收天線，該方法包括在發(fā)射機(jī)上通過調(diào)制數(shù)據(jù)中的多個(gè)比特而將要發(fā)射的數(shù)據(jù)的多個(gè)比特變換為多個(gè)碼元；在發(fā)射機(jī)上產(chǎn)生由多個(gè)碼元形成的第一矢量；在發(fā)射機(jī)上根據(jù)第一矢量的行數(shù)修正原矩陣，而制作修正矩陣，原矩陣在發(fā)射機(jī)上被預(yù)先定義；在發(fā)射機(jī)上將第一矢量乘以修正矩陣而產(chǎn)生第二矢量；以及經(jīng)過在發(fā)射機(jī)的所述至少兩個(gè)發(fā)射天線和接收機(jī)的所述至少一個(gè)接收天線之間建立的通信信道在發(fā)射機(jī)上發(fā)射形成第二矢量的碼元。
2.一種由無線通信裝置執(zhí)行的方法，該無線通信裝置包括至少兩個(gè)用來發(fā)射數(shù)據(jù)的發(fā) 射天線，所述方法包括在無線通信裝置上通過調(diào)制數(shù)據(jù)中的多個(gè)比特而將要發(fā)射的數(shù)據(jù)中的多個(gè)比特變換 為多個(gè)碼元；在無線通信裝置上產(chǎn)生由多個(gè)碼元形成的第一矢量；在無線通信裝置上根據(jù)第一矢量的行數(shù)修正原矩陣，從而制作修正矩陣，原矩陣在無 線通信裝置上被預(yù)先定義；在無線通信裝置上將第一矢量乘以修正矩陣而產(chǎn)生第二矢量；以及 經(jīng)過在所述至少兩個(gè)發(fā)射天線和接收設(shè)備的至少一個(gè)接收天線之間建立的通信信道 在無線通信裝置上發(fā)射形成第二矢量的碼元。
3.用至少兩個(gè)發(fā)射天線發(fā)射數(shù)據(jù)的無線通信裝置，它包括調(diào)制單元，配置成通過調(diào)制數(shù)據(jù)的多個(gè)比特，而將要被發(fā)射的數(shù)據(jù)的多個(gè)比特變換為 多個(gè)碼元；第一矢量產(chǎn)生單元，配置成產(chǎn)生由多個(gè)碼元形成的第一矢量； 修正矩陣產(chǎn)生單元，配置成根據(jù)第一矢量的行數(shù)修正原矩陣，從而產(chǎn)生修正矩陣，原矩 陣在無線通信裝置上被預(yù)先定義；第二矢量產(chǎn)生單元，配置成將第一矢量乘以修正矩陣而產(chǎn)生第二矢量；以及 發(fā)射單元，配置成經(jīng)過在所述至少兩個(gè)發(fā)射天線和接收設(shè)備的至少一個(gè)接收天線之間 建立的通信信道發(fā)射第二矢量所提供的碼元。
全文摘要
本發(fā)明在MIMO電信系統(tǒng)中傳送最佳分集的信息的方法。本發(fā)明涉及經(jīng)由通信信道CHNL在發(fā)射機(jī)TR和接收機(jī)REC之間傳送數(shù)據(jù)的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法還包括碼元擴(kuò)展步驟，在該碼元擴(kuò)展過程中，K個(gè)連續(xù)碼元Z1...ZK在發(fā)射之前被擴(kuò)展到幾個(gè)時(shí)間片上，所述K為可調(diào)整整數(shù)，所述可調(diào)整數(shù)K關(guān)于通信信道CHNL的物理特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。在任何指定時(shí)刻發(fā)射的數(shù)據(jù)因此不代表單個(gè)碼元Zi，如同在已知的MIMO系統(tǒng)的情況下，而是代表K個(gè)連續(xù)碼元之間的一個(gè)混合，這引入了在接收端感知的關(guān)于時(shí)間的數(shù)據(jù)分集，從而使得能夠調(diào)整在發(fā)射機(jī)TR和接收機(jī)REC之間的通信吞吐量。
文檔編號(hào)H04L27/34GK101854200SQ20101015704
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月8日
發(fā)明者D·卡斯特萊恩, L·布呂內(nèi)爾 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社