專利名稱：發(fā)射分集無線通信的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過發(fā)射分集無線通信傳輸數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
對于數(shù)據(jù)傳輸，無線通信系統(tǒng)正呈現(xiàn)具有日益增長的重要性，應當理解，數(shù)據(jù)傳輸在其最廣泛的意義上涵蓋了語音或其它聲音以及圖像，例如，還涵蓋抽象數(shù)字信號。
當前提議的在一個固定基站和多個遠端(移動或固定)站之間用于無線通信系統(tǒng)的標準包括3GPP(第三代合作組項目)以及3GPP2標準，它們使用頻分雙工(FDD)或時分雙工(TDD)以及碼分多址(CDMA)。歐洲電信標準協(xié)會(ETSI)的HIPERLAN和HIPERLAN2局域網(wǎng)標準使用時分雙工(TDD)和正交頻分復用(OFDM)。國際電信聯(lián)盟(ITU)IMT-2000標準也使用這些不同類型的多路復用技術(shù)。本發(fā)明可用于這些類型的系統(tǒng)以及其它無線通信系統(tǒng)。
為提高系統(tǒng)的通信容量，同時減少系統(tǒng)對噪聲和干擾的敏感度，并限制發(fā)射功率，獨立或組合使用不同的技術(shù)，包括空間分集，其中相同數(shù)據(jù)在時間上交織的不同物理信道上傳輸，特別是在不同的發(fā)射和/或接收天線元件上；這些技術(shù)還包括頻率擴展，其中相同數(shù)據(jù)在由其副載波頻率區(qū)分的不同信道上擴展。
在接收機端，使用復合信道衰減和相移知識(信道狀態(tài)信息(CSI))執(zhí)行對符號的檢測。在接收機端通過測量和數(shù)據(jù)一起從發(fā)射機發(fā)射的導頻信號的值得到該信道狀態(tài)信息。信道的知識使得接收的信號可以按照最大比率組合技術(shù)被聯(lián)合處理，其中接收到的信號和估計的信道轉(zhuǎn)移矩陣的厄密共軛轉(zhuǎn)置矩陣(Hermitian transpose)相乘。
使用發(fā)射分集的兩種主要方法被分為“閉環(huán)”和“開環(huán)”。
在IEEE學報2000上出現(xiàn)的B.Raghothaman等的名為“用于3GCDMA無需特定用戶導頻的發(fā)射自適應陣列”論文(B.Raghothaman etal.，“Transmit adaptive without user-specific pilot for 3G CDMA”，IEEETransaction 2000)中描述了兩種閉環(huán)方法。在該論文描述的系統(tǒng)中，在基站不同發(fā)射天線元件上發(fā)射的信號按照在接收機端從信道狀態(tài)信息計算的相關(guān)權(quán)重進行加權(quán)，并重新發(fā)射給發(fā)射機。在談到的一個系統(tǒng)中，除對每個發(fā)射天線元件(對所有用戶通用)的導頻外，還發(fā)射專用于各用戶的導頻，這樣就造成了系統(tǒng)通信性能的惡化。在論文公開的另一個系統(tǒng)中，通過使用測量到的信道狀態(tài)信息和計算的權(quán)重來重調(diào)制檢測到的信號，以及使用重調(diào)制信號校正反饋中的錯誤，從而避免了用戶專用導頻；這樣就在接收機上加上了沉重的計算負擔，并且只有當信道狀態(tài)估計與實際信道狀態(tài)足夠相關(guān)以避免一個高檢測錯誤率，其結(jié)果才是可信的。
在純粹的“開環(huán)”方法中，沒有信道狀態(tài)信息被反饋給發(fā)射機。在這樣的系統(tǒng)中，發(fā)射機包括多個發(fā)射天線元件；數(shù)據(jù)編碼到符號塊中，塊中符號在發(fā)射天線元件之間通過各自復本和復共軛和/或反數(shù)(negation)而隨時間排列(permute)。接收機的復雜性取決于矩陣的性質(zhì)，該矩陣決定這個空間-時間分組碼(block code)；特別是如果這個矩陣是正交矩陣，就接收機計算的簡單性來說，執(zhí)行檢測的成本較低。
在國際專利申請公布號是WO 99/14871 Alamouti中描述了一個使用正交檢測矩陣的開環(huán)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，發(fā)射的塊中符號根據(jù)一種方案用各自復本和復共軛和/或反數(shù)在發(fā)射天線元件之間隨時間排列(該方案即通常所說的“Alamouti碼”)，從而在接收機端使用一個正交檢測矩陣方案檢測到接收的信號。
該碼的性能主要基于碼的分集順序。這種分集順序表征發(fā)射和接收天線的數(shù)目的特征，該數(shù)目為該碼所實際了解。對于給定數(shù)目的接收天線元件，使用的發(fā)射天線元件越多，就衰減來說，獲得越多的改善，也獲得了干擾。然而，在1999年7月第45卷的IEEE IT學報上出現(xiàn)的V.Tarokh等的名為“來自正交設計的空間-時間分組碼”的論文(V.Tarokh et al.，“Space-Time Block Codes from Orthogonal Designs”，IEEE Transaction on IT，Vol.45，July 1999)中，說明如果發(fā)射機包括多于兩個全分集的發(fā)射天線元件而不犧牲編碼率(也就是對于用戶有用的數(shù)據(jù)速率)，則不能使用正交檢測碼矩陣。他們提議1/2的編碼速率用于三個到八個發(fā)射天線元件，或3/4編碼速率用于三個或四個發(fā)射天線元件。
Whinnett等的專利說明書WO 00/51265(轉(zhuǎn)讓給了Motorola)描述了另一個發(fā)射分集系統(tǒng)，其中為多于兩個發(fā)射天線元件的陣列保持編碼率，但代價是不能達到最優(yōu)的發(fā)射分集。
在2000年9月IEEE第六屆int.Symp關(guān)于擴頻技術(shù)和應用，NJIT第429-432頁，由O.Tirkkonen等名為“用于3+Tx天線的最小非正交速率1空間-時間分組碼”的論文(O.Tirkkonen et al.，“Minimal Non-Orthogonality Rate 1 Space-time Block Code for 3+Tx Antennas”，IEEE6th Int.Symp.On Spread-Spectrum Tech. & Appli.，NJIT，pp.429-432，Sept 2000)中描述了用于多于兩個發(fā)射天線元件的另一種發(fā)射分集方案(ABBA碼)。這個編碼速率1方案得自兩個Alamouti碼的排列(permutation)，如編碼矩陣 所述。它說明ABBA碼提供了全空間分集，但損害了檢測矩陣的正交性，這意味著相比較于正交方案，檢測步驟的計算成本增加了。此外，由于檢測矩陣的干擾項，ABBA碼并沒有獲得理想碼的全部性能。
在H.Jafarkhani于2000年9月提交給IEEE無線通信和網(wǎng)絡會議的論文中建議了其它折衷方案，使用非正交檢測矩陣，說明這些矩陣不同時獲得最優(yōu)分集和傳輸速率，建議的此類兩個編碼方案用編碼矩陣 和 說明。
然而在A Hottinen等2001年IEEE VTC出現(xiàn)的論文“用于非正交空間-時間碼組的一種隨機技術(shù)”(A Hottinen et al.，“A randomizationtechnique for non-orthogonal space-time code blocks”，IEEE VTC 2001)中描述了另一種折衷方案。然而，此系統(tǒng)仍然沒有采用用于多于兩個發(fā)射天線元件的具有全分集的正交檢測矩陣。
在2001年一個IEEE會議上由C.B.Papadias等提出的名為“用于采用四發(fā)射天線的系統(tǒng)的一個空間-時間編碼方案(A space-time codingapproach for systems employing four transmit antennas)”的論文中描述了另一種折衷方案，它建議一個b1b2*b3b4*b2-b1*-b4b3*b3b4*-b1-b2*b4-b3*b2-b1*]]>類型的編碼方案。該方案也使用一個不同時得到最優(yōu)分集和傳輸速率的非正交檢測矩陣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供如在所附權(quán)利要求中所要求的，一種使用分集無線通信從一個發(fā)射機發(fā)射數(shù)據(jù)到一個遠端接收機的方法以及一種系統(tǒng)，一種發(fā)射機和一種接收機。
附圖簡要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例，用于通過發(fā)射分集無線通信發(fā)射數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖2是按照圖1的系統(tǒng)應用到一個時分雙工(TDD)、正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，以及圖3是按照圖1的系統(tǒng)應用到一個頻分雙工(FDD)、碼分多址(CDMA)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
圖1顯示通過發(fā)射分集無線通信網(wǎng)絡發(fā)射數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的第一實施例，該系統(tǒng)包括一個將被描述為發(fā)射機端的第一站(主要指它的發(fā)射功能)，以及一個將被描述為接收機端的第二站(主要指它的接收功能)。在當前例子中，第一站和第二站都能夠發(fā)射和接收，此外，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，使用相同的天線元件發(fā)射和接收。
發(fā)射機端包括四個發(fā)射天線元件1，2，3，4。系統(tǒng)的接收機端包括一個有M個接收天線元件的陣列5。在經(jīng)濟理由的基礎(chǔ)上選擇接收機端的天線元件5的數(shù)目，以提供增強的信道分集；在移動電話的例子中，一個單個基站服務幾百甚至幾千移動單元，因此，添加天線元件到基站比添加天線元件到移動單元更經(jīng)濟。在局域網(wǎng)(LAN)的例子中，例如，遠端站的成本不重要，在接收機端將選擇較多數(shù)目的天線。
各發(fā)射天線元件1到4在多種路徑上發(fā)射到各接收天線元件5。因此，考慮總計M的第m個接收天線元件，各發(fā)射天線元件1到4在多種路徑上發(fā)射到接收天線元件m，由于多路反射和散射，引入了復合多路經(jīng)衰減；然而，為簡單目的，說明和顯示在接收機端的信號處理，似乎這些信號經(jīng)歷了可用一個復信道轉(zhuǎn)移系數(shù)h1m到h4m表現(xiàn)的平衰落(等價于在一條沒有路徑間干擾的單獨路徑上傳輸)。
在操作中，符號s1，s2，s3，s4得自要發(fā)射的數(shù)據(jù)，并被應用到發(fā)射天線1，2，3和4。系統(tǒng)的接收機端包括一個檢測器6，它接收來自接收天線元件陣列5的信號，并檢測來自接收天線元件的符號s1到s4。
在系統(tǒng)的發(fā)射端，一個信道狀態(tài)信息單元提取權(quán)重w1，w2，w3和w4，概括地說，是對于各發(fā)射天線元件1，2，3，4的信道轉(zhuǎn)移系數(shù)h1，h2，h3和h4的一個復函數(shù)。在發(fā)射前，來自各天線元件1到4的、要發(fā)射的信號和各自權(quán)重w1到w4相乘。該權(quán)重也是一個復系數(shù)，它是轉(zhuǎn)移信道系數(shù)的函數(shù)，因此該信號可作為信道狀態(tài)信息的函數(shù)修改相位和/或幅度。
要發(fā)射的數(shù)據(jù)符號被編碼為符號塊，并且該符號在發(fā)射天線元件1到4之間用各自復本和復共軛和/或反數(shù)在各塊內(nèi)隨時間排列，從而在接收機端使用一個正交檢測矩陣方案可檢測接收的信號。該用于符號塊的編碼矩陣方案顯示在圖1的8處。
符號s1到s4在發(fā)射天線元件上排列數(shù)次，該次數(shù)是2的冪，該冪大于或等于2，在當前例子中，此塊包含四個排列。發(fā)射機也可能包括三個天線元件，在此例子中，符號塊也優(yōu)選的包括四個排列。也可以使用較高數(shù)目的排列，但這將延長符號塊的傳輸。
如圖1所示的，在各塊內(nèi)的符號在各自符號子集內(nèi)成對排列，并在對應的發(fā)射天線元件1到4的子集上發(fā)射，后續(xù)的符號子集在發(fā)射天線元件的子集之間排列。因此，如圖1所示，符號s1，s2開始在發(fā)射天線元件1，2上發(fā)射，符號s3，s4開始在發(fā)射天線元件3，4上發(fā)射。在下一步中，符號s2的反數(shù)和共軛在發(fā)射天線元件1上發(fā)射，符號s1的共軛在發(fā)射天線元件2上發(fā)射，符號s4的反數(shù)和共軛在發(fā)射天線元件3上發(fā)射，符號s3的共軛在發(fā)射天線元件4上發(fā)射。應當懂得，符號s1和s2及其反數(shù)和/或它們的共軛組成在具有排列的發(fā)射天線元件1和2子集上發(fā)射的一個第一符號子集，符號s3和s4及其反數(shù)和/或它們的共軛在具有排列的發(fā)射天線元件3和4子集上發(fā)射。在下一步，包括符號s3和s4的子集在具有排列的發(fā)射天線元件1和2子集上發(fā)射，而包括符號s1和s2的子集在具有排列的發(fā)射天線元件3和4子集上發(fā)射。
此編碼方案是ABBA類型的一種方案。本發(fā)明的此實施例使該編碼方案可被在接收機端的一個正交檢測矩陣方案解碼。還可能對于其它具有類似性質(zhì)的編碼方案使用一個正交檢測矩陣方案進行解碼，例如ABB*-A*，或AB-B*A*。此外，空間-時間碼的整體編碼速率是1(也就是說數(shù)據(jù)速率和在單個天線中的情況一樣高)，系統(tǒng)得到在發(fā)射機和接收機的多個發(fā)射和接收天線元件的空間分集的全部益處。檢測方案使用一個正交矩陣的事實使得該檢測可用低計算成本進行。以非正交檢測矩陣方案出現(xiàn)的干擾項實質(zhì)上通過將權(quán)重w1到w4作為估計的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)的函數(shù)應用到發(fā)射的信號而被抵消。
在符號塊內(nèi)第m個天線在四個時間瞬間接收的信號Ym可寫做 公式1其中ym，1到y(tǒng)m，4分別代表從發(fā)射天線元件1到4接收的信號，Hm代表通過將信道轉(zhuǎn)移函數(shù)和對應的應用到發(fā)射天線元件的權(quán)重相乘得到的矩陣，S代表分別從發(fā)射天線元件1到4發(fā)射的信號s1到s4，bm，1到bm，4代表在第m個接收天線元件上的噪聲和干擾，Bm代表接收的噪聲矩陣。在此等式中，減號表示對應值的反數(shù)，而星號表示該值的共軛。
在接收機端按照最大比例組合技術(shù)處理這些多個接收到的信號。也就是說，用于每個發(fā)射天線元件的接收到的導頻信號被測量，從而估計信道轉(zhuǎn)移系數(shù)h1m到h4m，以及在發(fā)射機端施加的權(quán)重w1到w4，并且計算用于各接收天線元件m的估計信道轉(zhuǎn)移系數(shù)矩陣的厄密共軛轉(zhuǎn)置矩陣 接收的符號塊Ym和對應的厄密共軛轉(zhuǎn)置矩陣 相乘，由此得到的相乘信號在天線上求和，我們最后得到一個新的信號ZZ=Σm=1MHm^HYm=(Σm=1MHm^HHm)S+Σm=1MHm^HBm]]>公式2假定信道估計足夠精確，實際應用到要發(fā)射的信號上的權(quán)重也和計算的權(quán)重精確一致，由此得到的檢測矩陣 和用于數(shù)據(jù)的正確檢測的理想正交速率1編碼方案相似程度足夠一致，也就是說Σm=1MHm^HHm=A0000A0000A0000A]]>其中A=Σm=1MΣn=14|hnm|2,]]>公式3如果發(fā)射權(quán)重至少滿足下述關(guān)系 公式4其中hnm是在第n個發(fā)射天線元件和第m個接收天線元件之間的信道的信道轉(zhuǎn)移系數(shù)，wn是應用到第n個發(fā)射天線元件的信號的權(quán)重， 代表在其上運行的值的實部。
由于編碼方案的正交性，可以用低計算成本執(zhí)行檢測步驟。
根據(jù)本發(fā)明的這個實施例，可以使用幾組發(fā)射權(quán)重來解該方程。在一個例子中，包括選擇四個權(quán)重，w1＝1，w2＝1，w3=exp(j[angle(Σm=1Mh1m*h3m)+π/2])]]>w4=exp(j[angle(Σm=1Mh2m*h4m)+π/2])]]>公式5當這樣選擇權(quán)重時，發(fā)射方獲得了足夠用于四個發(fā)射天線元件中的兩個上的加權(quán)操作的相位信息，例如如果在接收機端測量信道狀態(tài)信息，這樣減少了要從接收機端發(fā)射的反饋信息的數(shù)量。
對于三個發(fā)射天線的檢測方案可以很容易地從這四個天線編碼方案中得出。四個復符號在四個時間瞬間從三個天線上發(fā)射，例如通過關(guān)閉第4個天線，它對應于在先前的等式中設定h4m＝0。在此例子中，當且僅當發(fā)射權(quán)重滿足 公式6整個空間-時間方案是正交的，例如可以選擇w1=w2=1,w3=exp(j[angle(Σm=1Mh1mh*3m)+π/2]).]]>公式7通過這樣選擇權(quán)重，發(fā)射方獲得足夠三個發(fā)射天線元件中的一個上的加權(quán)操作的相位信息。
上述用于能用一個正交檢測矩陣解碼的加權(quán)方案的條件可應用到ABBA類型的編碼方案中，也就是說，根據(jù)矩陣 符號s1，s2和s3，s4以及共軛符號s1*，s2和s3*，s4*和/或反數(shù)共軛符號-s1*，-s2和-s3*，-s4*的子集A和B可在天線元件子集1，2和3，4之間隨時間排列，而無需符號子集的反數(shù)或共軛。
其它編碼方案可以使用 或 或b1b2*b3b4*b2-b1*-b4b3*b3b4*-b1-b2*b4-b3*b2-b1*]]>的形式。在發(fā)射之前缺乏加權(quán)的情況中，這些編碼方案將留下需要一個非正交檢測矩陣 的干擾項。
為能夠使用一個正交檢測矩陣檢測信號，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，應用到要發(fā)射的信號上的加權(quán)被導出，從而 公式8
在該實施例的一個優(yōu)選實現(xiàn)中， 公式9根據(jù)本發(fā)明的又一個另一個實施例，在公式8中， 公式10其中 代表在其上運行的該值的虛部，該方案可使用一個正交檢測矩陣解碼。
優(yōu)選地， 公式11圖2顯示根據(jù)圖1的系統(tǒng)應用到一個基于正交頻分復用(OFDM)調(diào)制的時分雙工(TDD)系統(tǒng)，如在ETSI的Hiperlan/2標準中規(guī)定的，但被修改以包括在圖1中顯示的本發(fā)明的空間-時間發(fā)射分集系統(tǒng)實施例。在圖2中顯示的本發(fā)明的實施例在基站具有四個發(fā)射天線，但基站也可能具有三個發(fā)射天線。系統(tǒng)的基站在13顯示，多個用戶單元之一在14顯示。
在基站13，數(shù)據(jù)被輸入到編碼器15，在此它被編碼，以包括錯誤校正信息。由此得到的數(shù)據(jù)串被提供給一個數(shù)據(jù)映射和塊編碼單元，將數(shù)據(jù)串形成符號，并執(zhí)行反數(shù)和共軛操作以產(chǎn)生按照編碼方案12的符號塊。來自映射和塊編碼單元16的數(shù)據(jù)提供到乘法器8，9，10和11，在此對于每個頻率f的副載波，用各自復加權(quán)系數(shù)w1f到w4f與其相乘，并施加到供給發(fā)射天線1到4的OFDM調(diào)制陣列的各自元件上。還可在編碼器15之后應用數(shù)據(jù)交織。
用于各發(fā)射天線元件的導頻信號包含在發(fā)射信號中，沒有加權(quán)，以估計下行鏈路信道。還添加一個指示符號塊中排列的數(shù)目的排列信號。例如，特別是本發(fā)明的使用中，可能存在僅有兩個發(fā)射天線元件的基站的混合，因此兩個排列/符號塊，而根據(jù)本發(fā)明的具有多于兩個發(fā)射天線元件的基站，就因此會多于兩個排列/符號塊。至少在后一種情況中，排列信號采用不同的值，以使接收機將在檢測信號中執(zhí)行的排列數(shù)目修改成在發(fā)射信號中的數(shù)目。
在基站的計算器7處從一個類似導頻信號計算信道狀態(tài)信息，該類似導頻信號包括在來自各用戶單元14的上行鏈路傳輸中，并在基站處在天線元件1，2，3和4上接收，并被基站的接收機單元14檢測到；由于該系統(tǒng)是一個具有用于下行鏈路和上行鏈路的相同載波頻率的時分雙工系統(tǒng)，認為在上行鏈路導頻上的測量和下行鏈路信號的狀態(tài)足夠接近。
在用戶單元14，在接收天線元件5的陣列上接收發(fā)射的信號，接收天線元件還用于發(fā)射信號給基站。接收的信號在各自OFDM信號解調(diào)器18中解調(diào)。用信道估計器19的陣列從下行鏈路導頻信號中估計信道轉(zhuǎn)移系數(shù)，并將其和指示在檢測符號中要執(zhí)行的排列數(shù)目的排列信號一起應用到陣列20的各自接收機元件。陣列20的接收機元件計算信道轉(zhuǎn)移矩陣的厄密共軛變換 它被用于和接收機20的陣列中的接收信號相乘。
來自接收機20的陣列的處理信號施加到最大比率組合加法器21，它將來自接收機陣列20的信號加到天線元件5上。因為在發(fā)射機處提供發(fā)射權(quán)重w1到w4，檢測矩陣方案是一個正交矩陣。來自最大比率組合起21的信號被傳遞到一個矩陣計算單元22，它從符號塊恢復數(shù)字信號串。該數(shù)字信號串被傳遞到解碼器23，進行錯誤校驗程序，并恢復數(shù)據(jù)。
參考圖2說明的系統(tǒng)是一個使用正交頻分復用的時分雙工系統(tǒng)。這使得使用在上行鏈路信號中的一個導頻信號的測量在基站計算發(fā)射信道的權(quán)重，該導頻信號作為發(fā)射自基站的下行鏈路信號的信道狀態(tài)信息的近似，從用戶站發(fā)射。由于在基站和在用戶站對于接收和發(fā)射使用相同的天線元件，該近似值是有效的，并且實際上，在某些甚至對于上行鏈路和下行鏈路用于發(fā)射和接收的天線元件不同的情況中，該近似值也是有效的。
在圖3中顯示的系統(tǒng)是基于CDMA(碼分多址)標準的一個頻分雙工系統(tǒng)，其作了修改以從移動單元提供某些反饋信息給基站，從而提供有關(guān)下行鏈路信號的某些信道狀態(tài)信息。如果引入一個對標準的修改以容納從移動站反饋到基站的信道狀態(tài)信息，這樣的一個系統(tǒng)和3GPP或3GPP2標準兼容。
現(xiàn)在更詳細地參考圖3，基站包括一個通常在24顯示的發(fā)射機部分和一個接收機部分25。輸入數(shù)據(jù)，和一個導頻信號、指示在空間-時間發(fā)射分集排列期間做出的排列數(shù)目的一個排列信號一起提供到數(shù)據(jù)映射和塊編碼單元16，該單元按照編碼方案將數(shù)字數(shù)據(jù)串裝配到具有排列、反數(shù)以及共軛的符號塊中。乘法器8到11然后將數(shù)據(jù)信號和用于各自天線元件1，2，3和4的各自權(quán)重相乘。根據(jù)CDMA規(guī)范，在傳輸之前用擴展器26的陣列將信號擴展到不同頻率副載波帶寬上。
在發(fā)明的本實施例中，在移動單元處計算信道狀態(tài)信息，并在與用于下行鏈路的天線元件相同的天線元件上在上行鏈路發(fā)射回基站。在優(yōu)選實施例中，如在公式9或10中施加到乘法器8到11的權(quán)重w1到w4的參數(shù)是在移動站計算的，并在上行鏈路上發(fā)射給基站，因為這樣減少了在通信連路上傳遞的反饋信息的數(shù)量，僅有權(quán)重w3和w4的相位信息(w3僅在三個發(fā)射天線元件的情況中)，權(quán)重w1和w2是恒定值。在基站天線元件1到4接收的信號在基站的接收機部分25解碼。檢測器27提取加權(quán)信息信號，并提供到信道狀態(tài)計算器7，以計算施加到乘法器8到11的權(quán)重。
移動單元包括通常在28指示的一個接收機部分和一個發(fā)射機部分29。在移動單元，發(fā)射的信號在天線元件陣列5上接收，并施加到解擴器30的一個對應陣列，該解擴器提供基帶信號給在移動單元處的接收機信道轉(zhuǎn)移函數(shù)估計器和接收機31的陣列，每個“耙指”(finger)或在不同傳輸路徑上接收的信號被分別檢測，耙指被重新裝配。從基站發(fā)射的導頻信號計算信道狀態(tài)信息。該信道狀態(tài)信息一方面被提供到移動單元發(fā)射機部分29，用于在上行鏈路信號中重傳輸?shù)交?上行鏈路信號在一個不同于下行鏈路信號的頻率上)，一方面提供給接收機元件31的陣列。
接收機元件用通過在信道狀態(tài)信息信號上的排列、轉(zhuǎn)置反數(shù)和共軛操作獲得的信道轉(zhuǎn)移矩陣的厄密共軛轉(zhuǎn)換 的系數(shù)和來自解擴陣列30的信號相乘，排列的數(shù)目由接收的排列信號規(guī)定。由此得到的來自各接收機天線元件的信號在最大比率組合器32的陣列中在所有耙指上求和。此外，對應于公式4的發(fā)射權(quán)重的應用確保了檢測矩陣是一個正交矩陣，使得計算大大簡化。來自最大比率組合器21的信號被施加到矩陣計算單元22，并被轉(zhuǎn)化為一系列數(shù)字信號，解碼器23用錯誤檢測解碼并恢復數(shù)據(jù)。
在這種類型的系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例中，移動單元的發(fā)射機部分和基站的發(fā)射機部分24在操作上相似，基站的接收機部分25和移動站的接收機部分28相似。當然可以對在用戶站的陣列5中的天線元件的數(shù)目做出修改。這樣，在從用戶單元到基站的上行鏈路上利用了本發(fā)明的空間-時間發(fā)射分集性能，同時也在從基站到移動單元的下行鏈路上利用了本發(fā)明的空間-時間發(fā)射分集性能。
在本發(fā)明的另一個實施例中，應用在移動單元的天線元件的數(shù)目減少了，例如減少到兩個天線元件，為的是減少移動單元的成本。在此情況中，相較于在陣列5中具有四個發(fā)射天線的系統(tǒng)，空間分集當然降低了。
權(quán)利要求
1.一種使用發(fā)射分集無線通信從發(fā)射機(13，24)傳輸數(shù)據(jù)到遠端接收機(14，28)的方法，所述發(fā)射機至少包括三個發(fā)射天線元件(1，2，3，4)，該方法包括修改在至少所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)之一上將要發(fā)射的信號，使其成為至少近似和發(fā)射信號的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)(h1，h2，h3和h4)有關(guān)的一個信道信息的函數(shù)，在符號塊(12)中編碼所述數(shù)據(jù)，塊中的成對符號(s1，s2，s3，s4)在各自符號和排列符號子集內(nèi)在各自所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)子集之間隨時間、以各自復本和復共軛和/或反數(shù)排列，至少所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)的所述子集之一包括多于一個的所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)，其特征在于，所述符號和排列符號子集隨時間在所述發(fā)射天線元件的子集之間排列，從而在接收機端使用正交檢測矩陣方案檢測接收的信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)上發(fā)射的所述信號在相位上作為所述信道信息的一個函數(shù)被修正。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述信道信息是在所述接收機(14，28)端從所述發(fā)射機(13，24)接收的信號的一個函數(shù)，并從所述接收機發(fā)射到所述發(fā)射機。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述接收機(14，28)還包括用于在類似所述發(fā)射機(13，24)的發(fā)射信道的信道上發(fā)射信號的發(fā)射裝置(13，29)，所述發(fā)射機(13，24)還包括包含所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)、用于接收發(fā)射自所述發(fā)射裝置(13，29)的信號的接收裝置(14，25)，其特征在于，所述信道信息在所述發(fā)射機(13，24)處作為從所述發(fā)射裝置(13，29)發(fā)射到所述接收裝置(14，25)的信號的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)的一個函數(shù)計算。
5.如在任何前面的權(quán)利要求中所述的方法，其特征在于，所述符號(s1，s2，s3，s4)隨時間在所述塊(12)內(nèi)在發(fā)射天線元件(1，2，3，4)之間多次排列，其排列的次數(shù)等于2的冪，該冪大于或等于2。
6.如在權(quán)利要求4中所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射機(13，24)包括三個或四個所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)，并且所述符號在所述塊(12)內(nèi)在發(fā)射天線元件(1，2，3，4)之間隨時間排列4次。
7.如在任何前面的權(quán)利要求中所述的方法，其特征在于，所述符號和排列符號子集隨時間在發(fā)射天線元件(1，2，3，4)的所述子集之間排列，無需共軛或反數(shù)，并且修正在至少所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)之一上發(fā)射的所述信號，從而至少近似滿足方程 其中復數(shù)hm1，hm2，hm3和hm4代表在發(fā)射天線元件(1，2，3和4)上和第m個接收機發(fā)射天線元件上的實際信道轉(zhuǎn)移函數(shù)，復數(shù)w1，w2，w3和w4代表應用在發(fā)射天線元件(1，2，3和4)的信號上的修正，x*代表數(shù)x的復共軛，操作符 代表一個復數(shù)值的實部。
8.如在任何前面的權(quán)利要求中所述的方法，其特征在于，修正在至少所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)之一上發(fā)射的所述信號，從而至少近似滿足方程 或方程 其中復數(shù)hn，m代表在第n個發(fā)射天線元件上以及第m個接收機發(fā)射天線元件上的實際信道轉(zhuǎn)移函數(shù)，復數(shù)wn代表應用到第n個發(fā)射天線元件的信號的修正，x*代表數(shù)x的復共軛， 代表復數(shù)值的實部， 代表復數(shù)值的虛部。
9.如在前面任何權(quán)利要求中所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射機(13，24)包括四個所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)，修正在所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)上發(fā)射的所述信號，從而至少近似滿足方程w1＝1，w2＝1，w3=exp(j[angle{Σm=1Mh^1mh^3m*}+π/2])]]>w4=exp(j[angle{Σm=1Mh^2mh^4m*}+π/2])]]>其中復數(shù) 代表在第n個發(fā)射天線元件和第m個接收機天線元件上測量的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)，M代表在所述接收機處的接收機天線元件的總數(shù)，復數(shù)wn代表應用到第n個發(fā)射天線元件的信號的修正，x*代表數(shù)x的復共軛。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，作為接收的信號的一個函數(shù)來在所述接收機(14，28)計算至少和w3和w4近似相關(guān)的值，并將其從所述接收機(14，28)發(fā)射到所述發(fā)射機(13，24)。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述接收機(14，28)還包括用于在類似所述發(fā)射機(13，24)的發(fā)射信道的信道上發(fā)射信號的發(fā)射裝置(13，29)，所述發(fā)射機(13，24)還包括包含所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)、用于接收發(fā)射自所述發(fā)射裝置(13，29)的信號的接收裝置(14，25)，其特征在于，作為從所述發(fā)射裝置(13，29)發(fā)射到所述接收裝置(14，25)的信號的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)(h1，h2，h3，h4)的一個函數(shù)來在所述發(fā)射機(13，24)計算至少和w3和w4近似相關(guān)的值。
12.如任何前面的權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射機(13，24)包括三個所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)，修正在所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)上發(fā)射的所述信號，從而至少近似滿足方程W1＝W2＝1以及w3=exp(j[angle{Σm=1Mh^1mh^3m*}+π/2])]]>其中復數(shù) 代表在第n個發(fā)射天線元件和第m個接收機天線元件上測量的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)，M代表在所述接收機處的接收機天線元件的總數(shù)，復數(shù)wn代表應用到第n個發(fā)射天線元件的信號的修正，x*代表數(shù)x的復共軛。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，作為接收信號的函數(shù)來在所述接收機(14，28)計算一個和w3近似相關(guān)的值，并將其從所述接收機(14，28)發(fā)射到所述發(fā)射機(13，24)。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述接收機(14，28)還包括用于在類似所述發(fā)射機(13，24)的發(fā)射信道的信道上發(fā)射信號的發(fā)射裝置(13，29)，所述發(fā)射機(13，24)還包括包含所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)、用于接收發(fā)射自所述發(fā)射裝置(13，29)的信號的接收裝置(14，25)，其特征在于，作為從所述發(fā)射裝置(13，29)發(fā)射到所述接收裝置(14，25)的信號的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)(h1，h2，h3，h4)的一個函數(shù)來在所述發(fā)射機(13，24)計算至少和w3近似相關(guān)的值。
15.如在任何前面的權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，一個指示所述符號(s1，s2，s3，s4)在所述塊(12)內(nèi)隨時間的排列次數(shù)的排列信號被從所述發(fā)射機(13，24)發(fā)射到所述接收機(14，28)，所述接收機(14，28)在檢測發(fā)射的數(shù)據(jù)的過程中，在其執(zhí)行的排列次數(shù)響應所述排列信號。
16.一種通過如在任何前面的權(quán)利要求中所述的發(fā)射分級無線通信方法來發(fā)射數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括所述發(fā)射機(13，24)以及多個所述遠端接收機(14，28)，所述發(fā)射機(13，24)包括至少三個所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)以及發(fā)射編碼裝置(15，16，8，9，10，11)，該發(fā)射編碼裝置用于修正在至少所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)之一上發(fā)射的信號，使其作為至少和發(fā)射信號的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)(h1，h2，h3，h4)近似相關(guān)的信道信息的一個函數(shù)，并用于在符號塊(12)內(nèi)對所述數(shù)據(jù)編碼，塊(12)中的成對符號在各自符號和排列符號子集內(nèi)在各自所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)子集之間隨時間、以各自復本和復共軛和/或反數(shù)排列，至少所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)的所述子集之一包括多于一個的所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)，其特征在于，所述發(fā)射編碼裝置(15，16，8，9，10，11)被安排用于隨時間在發(fā)射天線元件的所述子集之間排列所述符號和排列符號的子集，從而可在接收機(14，28)使用正交檢測矩陣方案檢測接收信號。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接收機(14，28)包括用于將所述信道信息作為從所述發(fā)射機(13，24)接收的導頻信號的一個函數(shù)來計算，并用于從所述接收機(14，28)發(fā)射所述信道信息到所述發(fā)射機(13，24)的裝置。
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述接收機(14，28)還包括用于在類似所述發(fā)射機(13，24)的發(fā)射信道的信道上發(fā)射信號的發(fā)射裝置(13，29)，所述發(fā)射機(13，24)還包括包含所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)、用于接收發(fā)射自所述發(fā)射裝置(13，29)的信號的接收裝置(14，25)，其特征在于，在所述發(fā)射機(13，24)的所述發(fā)射編碼裝置(15，16，8，9，10，11)響應于從所述發(fā)射裝置(13，29)發(fā)射到所述接收裝置(14，25)的導頻信號的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)，以計算所述的信道信息。
19.如權(quán)利要求16到18的任何權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼裝置(15，16，8，9，10，11)被安排用于發(fā)射一個指示所述符號隨時間在所述塊內(nèi)排列的次數(shù)的排列信號，所述接收機包括檢測裝置，其在檢測發(fā)射的數(shù)據(jù)過程中，在其執(zhí)行的排列次數(shù)上響應所述排列信號。
20.一種通過如在權(quán)利要求1到15中的任意權(quán)利要求中所述的發(fā)射分集無線通信方法發(fā)射數(shù)據(jù)到遠端接收機的發(fā)射機，其包括至少三個所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)以及發(fā)射編碼裝置(15，16，8，9，10，11)，該裝置用于修正在至少所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)之一上作為至少和發(fā)射信號的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)(h1，h2，h3，h4)近似相關(guān)的信道信息的一個函數(shù)發(fā)射的信號，并用于在符號塊(12)內(nèi)對所述數(shù)據(jù)編碼，塊(12)中的成對符號在各自符號和排列符號子集內(nèi)在各自所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)子集之間隨時間、以各自復本和復共軛和/或反數(shù)排列，至少所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)的所述子集之一包括多于一個的所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)，其特征在于，所述發(fā)射編碼裝置(15，16，8，9，10，11)被安排用于隨時間在發(fā)射天線元件的所述子集之間排列所述符號和排列符號的子集，從而可在接收機(14，28)使用正交檢測矩陣方案檢測接收信號。
21.如權(quán)利要求20所述的發(fā)射機，用于發(fā)射數(shù)據(jù)到接收機，該接收機還包括用于在類似所述發(fā)射機(13，24)的發(fā)射信道的信道上發(fā)射信號的發(fā)射裝置(13，29)，其特征在于，所述發(fā)射機(13，24)還包括包含所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)、用于接收發(fā)射自所述發(fā)射裝置(13，29)的信號的接收裝置(14，25)，在所述發(fā)射機(13，24)的所述發(fā)射編碼裝置(15，16，8，9，10，11)響應于從所述發(fā)射裝置(13，29)發(fā)射到所述接收裝置(14，25)的導頻信號的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)(h1，h2，h3和h4)，以計算所述的信道信息。
22.如權(quán)利要求20或21所述的發(fā)射機，其特征在于，所述編碼裝置(15，16，8，9，10，11)被安排用于發(fā)射一個指示所述符號隨時間在所述塊內(nèi)排列的次數(shù)的排列信號。
23.一種通過如在權(quán)利要求1到15的任何權(quán)利要求中所述的發(fā)射分集無線通信方法來接收從一個包括至少三個所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)的發(fā)射機(13，24)發(fā)射的數(shù)據(jù)的接收機，所述接收機(14，28)包括用于檢測在符號塊(12)內(nèi)編碼的數(shù)據(jù)的檢測裝置(19，20，21，31，32)，塊(12)中的符號(s1，s2，s3，s4)在各自符號和排列符號子集內(nèi)在各自所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)子集之間隨時間、以各自復本和復共軛和/或反數(shù)排列，作為至少和發(fā)射信號的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)(h1，h2，h3和h4)近似相關(guān)的信道信息的一個函數(shù)來修正在至少所述發(fā)射天線元件(1，2，3，4)之一上發(fā)射的所述信號，其特征在于，所述檢測裝置(19，20，21，31，32)被安排用于檢測隨時間在發(fā)射天線元件的所述子集上排列的符號和排列符號子集，從而可以在接收機(14，28)使用正交檢測矩陣方案檢測接收的信號。
24.如權(quán)利要求23所述的接收機，其特征在于，在所述接收機(14，28)的所述檢測裝置(19，20，21，31，32)包括用于作為從所述發(fā)射機(13，24)接收的信號的一個函數(shù)來計算所述信道信息，以及用于從所述接收機(14，28)發(fā)射所述信道信息到所述發(fā)射機(13，24)的裝置。
25.如權(quán)利要求23或24所述的接收機，其特征在于，所述檢測裝置(19，20，21，31，32)在檢測發(fā)射的數(shù)據(jù)的過程中，在其執(zhí)行的排列次數(shù)上響應指示所述符號在所述塊內(nèi)隨時間排列的次數(shù)的排列信號，該信號是從所述發(fā)射機發(fā)射到所述接收機的。
全文摘要
一種使用發(fā)射分集無線通信從發(fā)射機(13，24)發(fā)射數(shù)據(jù)到遠端接收機(14，28)的方法，該發(fā)射機(13，24)包括三個或更多個發(fā)射天線元件(1，2，3，4)。在到符號塊(12)中對數(shù)據(jù)編碼，塊(12)中的符號(s
文檔編號H04L27/26GK1541459SQ02815852
公開日2004年10月27日 申請日期2002年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月13日
發(fā)明者斯蒂芬·帕斯卡爾·魯凱特, 斯蒂芬 帕斯卡爾 魯凱特, 梅里吉奧特, 桑德林·梅里吉奧特 申請人:摩托羅拉公司