專利名稱：使用四個發(fā)射天線的無線通信系統(tǒng)中的發(fā)射器與接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地說，本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)，具體地說，涉及一種發(fā)射器與接收器，其使用發(fā)射天線分集以防止衰落引起的退化。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，時間與頻率分集是減輕多徑衰落效果的有效技術(shù)之一。在與天線分集有關(guān)的技術(shù)中，一項基于由Vahid Tarokh等人提出的時空塊編碼的技術(shù)擴展了由S.M.Alamouti提出的發(fā)射天線分集方案，從而可以使用兩個或更多天線。Vahid Tarokh等人提出并公開了“來自正交設(shè)計的時空塊編碼”(“Space Time Block Coding From Orthogonal Design，”IEEETransactions on Information Theory，Vol.45，pp.1456-1467，July 1999)，而Alamouti提出并公開了“一種用于無線通信的簡單發(fā)射器分集方案”(″ASimple Transmitter Diversity Scheme For Wireless Communications，″IEEEJournal on Selected Area in Communications，Vol.16，pp.1451-1458，Oct.1998)。
圖1的方框圖示出使用由Vahid Tarokh所提出的時空塊編碼的現(xiàn)有發(fā)射器的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，現(xiàn)有發(fā)射器包括S/P(串并)變換器110與編碼器120。此處，發(fā)射器基于使用四個發(fā)射天線130、132、134與136的結(jié)構(gòu)。
參看圖1，S/P變換器110以四個輸入碼元為單位組合碼元，并將組合碼元提供給編碼器120。編碼器120使用四個碼元構(gòu)建八個碼元組合，并將該八個碼元組合在八個時間間隔內(nèi)傳送給四個發(fā)射天線130、132、134與136。該八個碼元組合可以8×4編碼矩陣表示，如以下等式1所示。
等式1
G4=s1s2s3s4-s2s1-s4s3-s3s4s1-s2-s4-s3s2s1s1*s2*s3*s4*-s2*s1*-s4*s3*-s3*s4*s1*-s2*-s4*-s3*s2*s1*]]>在以上等式1中，G4表示與待從四個發(fā)射天線發(fā)射的碼元相關(guān)的編碼矩陣，s1、s2、s3、s4表示待發(fā)射的四個輸入碼元。
如上所述，編碼器120對四個輸入碼元進行求負(fù)與共軛操作，并將求負(fù)與共軛操作后所生成的碼元在八個時間間隔內(nèi)輸出給四個天線130、132、134與136。此處，輸出到各個天線的矩陣行的碼元序列相互正交。
更具體地講，在第一時間間隔，第一行的四個碼元s1、s2、s3與s4被傳送給四個天線130、132、134與136。類似地，在最后一個時間間隔，最后一行的四個碼元-s4*、-s3*、s2*與s1*被傳送給四個天線130、132、134與136。換而言之，編碼器120依次將編碼矩陣的第m列的碼元傳送給第m個天線。
圖2的方框圖示出接收來自圖1的發(fā)射器的信號的接收器的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，該接收器包括多個接收天線140、145等等，信道估算器(channelestimator)150，多信道碼元排列器160與檢測器170。
參看圖2，信道估算器150估算指示從發(fā)射天線130至136到接收天線140、145等等的信道增益的信道系數(shù)。多信道碼元排列器160由接收天線140、145等等接收碼元，并將所收集的碼元提供給檢測器170。檢測器170將接收碼元乘以信道系數(shù)，從而產(chǎn)生假設(shè)碼元(hypotheses symbols)。檢測器170使用假設(shè)碼元為所有可能碼元計算判決統(tǒng)計值(decision statistic value)，并基于閾值檢測的檢測所預(yù)期的碼元。
Alamouti的時空塊編碼技術(shù)，盡管復(fù)數(shù)碼元通過兩個發(fā)射天線發(fā)射，但取得了與發(fā)射天線數(shù)目相對應(yīng)的最大分集重數(shù)(diversity order)，而沒有降低發(fā)射速率。由Tarokh提出的圖1與2所示的發(fā)射器與接收器通過擴展Alamouti的時空塊編碼技術(shù)，使用基于具有正交行的矩陣的時空塊編碼，能夠取得最大分集重數(shù)。然而，由于發(fā)射器在八個時間間隔發(fā)射四個復(fù)數(shù)碼元，所以只能達到一半的發(fā)射速率。因為需要八個時間間隔來完整地發(fā)射通過編碼四個輸入碼元所生成的四碼元塊，所以在快衰落情況中，由于對塊碼元的信道環(huán)境變化，接收性能也變差。
問題在于當(dāng)通過四個或更多天線發(fā)射N個復(fù)數(shù)碼元時，因為需要2N個時間間隔，所以使發(fā)射速率下降，以及由此引起等待時間(latency)增加，。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的產(chǎn)生是基于以上問題，并且本發(fā)明的一個目的在于提供一種發(fā)射器與接收器，其能夠在使用四個發(fā)射天線的無線通信系統(tǒng)中達到最大分集重數(shù)與最高發(fā)射速率而不降低發(fā)射速率。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種發(fā)射器與接收器，其能夠在使用四個發(fā)射天線的無線通信系統(tǒng)中將發(fā)射時延或延遲降到最小而不降低發(fā)射速率。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，以上及其他目的可以通過以下方式達到提供一種在無線通信系統(tǒng)中用于發(fā)射復(fù)數(shù)碼元的發(fā)射器，包括四個發(fā)射天線；以及編碼器，用來為四個輸入碼元構(gòu)建四個組合，以使四個碼元的序列在每一時間間隔中只能由每一天線發(fā)射一次，并且將這些組合傳送給這些發(fā)射天線，其中從該四個輸入碼元中所選擇的至少兩個碼元的每一個都被相位旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位值。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種在無線通信系統(tǒng)中用于接收復(fù)數(shù)碼元的接收器，包括碼元排列器，用來在四個時間間隔中接收從四個發(fā)射天線向至少一個接收天線發(fā)射的信號；信道估算器，用來估算指示從該四個發(fā)射天線到該至少一個接收天線的信道增益的四個信道增益；第一與第二解碼器，每一個都用來使用信道增益與由碼元排列器所接收的信號，來產(chǎn)生與所有可能的碼元子組合相關(guān)的測度值，并且檢測具有最小測度值的兩個碼元，每個碼元子組合都包括兩個碼元；以及并串轉(zhuǎn)換器，用來依次排列并輸出由第一與第二解碼器的每一個所檢測的兩個碼元。


本發(fā)明的以上及其他目的、特征與優(yōu)點將通過下列描述與附圖變得顯而易見，其中圖1的方框圖示出使用時空塊編碼的現(xiàn)有發(fā)射器的結(jié)構(gòu)；圖2的方框圖示出用于接收來自圖1所示的發(fā)射器的信號的接收器的結(jié)構(gòu)；圖3的方框圖示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的使用時空塊編碼的發(fā)射器的結(jié)構(gòu)；圖4的方框圖示出用來接收來自圖3所示的發(fā)射器的信號的接收器的結(jié)構(gòu)；圖5的曲線圖顯示當(dāng)根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例使用QPSK(正交相移鍵控)時與兩個相位值相關(guān)的最小編碼增益的變化；圖6示出當(dāng)碼元被旋轉(zhuǎn)45°相位時的QPSK星位；以及圖7的曲線圖示出所提出的塊編碼技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)之間就SNR(信噪比)與BER而言(比特錯誤率)的比較；具體實施方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細描述本發(fā)明優(yōu)選實施例的工作原理。在下列描述中，對此處所包含的已知功能與構(gòu)造的詳細描述(當(dāng)其可能使本發(fā)明不清晰時)從略。另外，下列描述中的名詞根據(jù)其與本發(fā)明有關(guān)的功能而定義。這些名詞可能會因為用戶或操作人員的意圖或?qū)嵺`而產(chǎn)生變化。因此，必須基于以下說明來確定這些名詞的定義。
根據(jù)將在以下描述的本發(fā)明，一些待發(fā)射的復(fù)數(shù)信號被相位旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位，從而達到最大分集重數(shù)與最高發(fā)射速率。另外，本發(fā)明使用部分正交結(jié)構(gòu)，從而簡化了解碼設(shè)計。下面將描述從待發(fā)射的復(fù)數(shù)碼元中所選出的旋轉(zhuǎn)預(yù)定相位的兩個碼元的結(jié)構(gòu)與操作。當(dāng)然，也可以將多于兩個的碼元旋轉(zhuǎn)預(yù)定相位，從而達到本發(fā)明的目的。
根據(jù)本發(fā)明，四個輸入碼元通過四個天線在四個時間間隔進行發(fā)射。在這種情況中，通過下列等式2給出編碼矩陣。
等式2s1s2s3s4s5s6s7s8s9s10s11s12s13s14s15s16]]>使用ML(最大似然)解碼的接收器基于從發(fā)射天線到接收天線的信道增益，為接收信號產(chǎn)生與所有可能碼元相關(guān)的測度值(metric value)，然后檢測具有最小測度值的碼元。
當(dāng)從第i個發(fā)射天線到接收天線的信道增益表示為hi時，相應(yīng)于任意時間t中生成的碼元組合ct的測度值由以下等式3給出。
等式3Σt=14|rt-Σi=14hict|2]]>在以上等式3中，rt表示在第t時間間隔內(nèi)收到的信號，ct表示在第t時間間隔內(nèi)生成的碼元組合。當(dāng)將上面等式2的編碼矩陣代入上面等式3中，接收器在所有可能的碼元組合中確定能使下面等式4最小的碼元組合。
等式4|r1-h1s1-h2s2-h3s3-h4s4|2+|r2-h1s5-h2s6-h3s7-h4s8|2+|r3-h1s9-h2s10-h3s11-h4s12|2+|r4-h1s13-h2s14-h3s15-h4s16|2在上面等式4中，r1、r2、r3與r4表示由接收器上在四個時間間隔內(nèi)接收的信號。另外h1、h2、h3與h4表示指示從四個發(fā)射天線到接收天線的信道增益的信道系數(shù)。
為了簡化ML檢測設(shè)計，必須將盡可能多的交換項(crossover term)從上面等式4中消去，并且通過發(fā)射天線發(fā)射的碼元序列，即行，必須相互正交。等式5列舉了這些交換項。
等式5h1h2*C1+h1h3*C2+h1h4*C3+h2h3*C4+h2h4*C5+h3h4*C6=]]>h1h2*(s1s2*+s5s6*+s9s10*+s13s14*)+h1h3*(s1s3*+s5s7*+s9s11*+s13s15*)+h1h4*(s1s4*+s5s8*+s9s12*+s13s16*)]]>+h2h3*(s2s3*+s6s7*+s10s11*+s14s15*)+h2h4*(s2s4*+s6s8*+s10s121*+s14s16*)+h3h4*(s3s4*+s6s8*+s11s12*+s15s16*)]]>Tarokh發(fā)現(xiàn)了以下事實當(dāng)使用4×4編碼矩陣發(fā)射四碼元序列時，在進行ML解碼操作時不能消去所有的交換項。然而，可以從上面等式5中消去四項，從而可以簡化ML解碼設(shè)計。
另一方面，在每一時間間隔內(nèi)，四個發(fā)射碼元的序列必須只向每一天線傳送一次，從而達到最大分集重數(shù)。在下面等式6中顯示了四類滿足上述正交條件的4×4編碼矩陣。通過對這四個矩陣的行或列的替代(substitute)操作可以構(gòu)建其他編碼矩陣。
等式6
s1s2s3s4s2s1s4s3s3s4s1s2s4s3s2s1s1s2s3s4s2s1s4s3s3s4s2s1s4s3s1s2s1s2s3s4s2s3s4s1s3s4s1s2s4s1s2s3s1s2s3s4s2s4s1s3s3s1s4s2s4s3s2s1]]>上面等式6所示的編碼矩陣中只有第一個矩陣能夠簡化ML解碼設(shè)計的復(fù)雜度。另外，構(gòu)建編碼矩陣的2×2陪集必須能夠被轉(zhuǎn)換為由Alamouti所提出的矩陣形式，從而可以降低ML解碼設(shè)計的復(fù)雜度。
進行求負(fù)與共軛操作，使可以相對于上面等式6中的第一個矩陣消去上面等式5中所示的四個交換項。例如，下面等式7給出了所產(chǎn)生的編碼矩陣。
等式7x1x2x3*x4*x2*-x1*x4-x3x3x4-x1*-x2*x4*-x3*-x2x1]]>在上面等式7中，x1、x2、x3與x4是基于在對待發(fā)射的s1、s2、s3與s4碼元進行求負(fù)與共軛操作后的任意排列的形式。
如果使用上面等式7所示的編碼矩陣，接收器的ML解碼器必須檢測能夠使下面等式8最小的碼元。
等式8|r1-h1x1-h2x2-h3x3*-h4x4*|2+|r2-h1x2*-h2x1*-h3x4+h4x3|3]]>+|r3-h1x3-h2x4+h3x1*+h4x2*|2+|r4-h1x4*+h2x3*+h3x2-h4x1|2]]>如果重新排列上面等式8，則最小化上面等式8的操作與最小化下面的等式9與10的操作相同。與下面等式9與等式10相關(guān)的測度相互獨立。
等式9Min(x1,x3)(|R1-x1|2+|R3-x3|2+|R13-x1*x3|2-|x1|2|x3|2]]>等式10Min(x2,x4)(|R2-x2|2+|R4-x4|2+|R24-x2*x4|2-|x2|2|x4|2]]>在上面等式9與10中，Min(a，b)(y(a，b))表示以下操作確定“a”與“b”的值，使y(a，b)最小。R1、R3、R13、R2、R4與R24由以下等式11定義。
等式11
R1=(r1h1*+r2*h2+r3*h3-r4h4*K),]]>R3=(r1h4*+r2*h3-r3*h2+r4h1*K),]]>R13=(-h1h4*+r1*h4-r2*h3+r2h3*K)]]>R2=(r1h2*-r2*h1+r3*h4+r4h3*K),]]>R4=(r1h3*+r2*h4+r3*h1-r4h2*K),]]>R24=(-h2h3*-r1*h4+h4*h1+h3h2*K)]]>K＝|h1|2+|h2|2+|h3|2+|h4|2使用上面等式9與10，接收器將根據(jù)上面等式9解碼x1與x3對的步驟與根據(jù)上面等式10解碼x2與X4對的步驟解耦。由此，可以進一步簡化接收器的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)輸入碼元由BPSK(二進制移相鍵控)生成時，即當(dāng)輸入碼元為實數(shù)碼元時，上述的編碼矩陣總具有最大分集重數(shù)。然而，當(dāng)應(yīng)用基于復(fù)數(shù)星位(complex constellation)的三價或更高價的碼元映射方案時，即當(dāng)應(yīng)用QPSK(正交相移鍵控)、8PSK(八相移相鍵控)或16PSK(十六相移相鍵控)時，待發(fā)射的碼元變?yōu)閺?fù)數(shù)碼元，于是分集重數(shù)可能下降。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)將在四個碼元中的兩個碼元中的每個都旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位值時，該兩個碼元是確定不同測度值所需的，可以取得最大分集重數(shù)“4”。如果這樣作的話，通過四個天線發(fā)射的碼元由以下等式12的矩陣表示。
等式12ejθ1s1s2s3*e-jθ4s4*s2*-e-jθ1s1*ejθ4s4-s3s3ejθ4s4-e-jθ1s1*-s2*e-jθ4s4*-s3*-s2ejθ1s1]]>在上面等式l 2顯示的編碼矩陣中，輸入碼元s1、s2、s3與s4中的s1、s4分別旋轉(zhuǎn)相位θ1與θ4?？蛇x地，可以旋轉(zhuǎn)每個都與不同測度值相關(guān)的對s1，s2，s3與s4，或s2與s3。即使用來旋轉(zhuǎn)兩個碼元的相位值相同或不同，但總能保持最大的分集重數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，下面等式13顯示了一些不同的編碼矩陣，其具有最大分集重數(shù)與最小等待時間，并能夠簡化ML解碼設(shè)計。
等式13
x1x2x3*x4*x2*-x1*x4-x3x3x4-x1*-x2*x4*-x3*-x2x1x1x2x3*-x4*x2*-x1*x4x3x3x4-x1*x2*x4*-x3*-x2-x1x1x2x3*-x4*x2*-x1*-x4-x3x3x4-x1*x2*x4*-x3*x2x1]]>x1x2x3*x4*x2*-x1*-x4x3x3x4-x1*-x2*x4*-x3*x2-x1x1x2-x3*-x4*x2*-x1*x4-x3x3x4x1*x2*x4*-x3*-x2x1x1x2-x3*x4*x2*-x1*x4x3x3x4x1*-x2*x4*-x3*-x2-x1]]>x1x2-x3*-x4*x2*-x1*-x4x3x3x4x1*x2*x4*-x3*x2-x1x1x2-x3*x4*x2*-x1*-x4-x3x3x4x1*-x2*x4*-x3*x2x1]]>在上面等式13中，x1、x2、x3與x4是基于在對待發(fā)射的碼元s1、s2、s3與s4的部分或全部進行求負(fù)與共軛操作后的任意排列的形式。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，從待發(fā)射碼元中選出的至少兩個碼元可以被旋轉(zhuǎn)不同的相位。在這種情況下，可以一般化編碼矩陣，如下面等式14所示。
等式14ejθ1s1ejθ2s2e-jθ3s3*e-jθ4s4*e-jθ2s2*-e-jθ1s1*ejθ4s4-ejθ3-s3ejθ3s3ejθ4s4-e-jθ1s1*-e-jθ2-s2*e-jθ4s4*-e-jθ3-s3*-ejθ2-s2ejθ1s1]]>根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，編碼矩陣被乘以任意酉矩陣U。在這種情況下，接收器將所接收的碼元乘以UH，然后進行檢測操作。
等式15Uejθ1x1ejθ2x2e-jθ3x3*e-jθ4x4*e-jθ2x2*-e-jθ1x1*ejθ4x4-ejθ3x3ejθ3x3ejθ4x4-e-jθ1x1*-e-jθ2x2*e-jθ4x4*-e-jθ3x3*-ejθ2x2ejθ1x1]]>UHU＝I在等式15中，U表示任意酉矩陣。等式14中的編碼矩陣乘以任意酉矩陣后變?yōu)榱硪痪哂信c等式14中矩陣相同性質(zhì)的編碼矩陣。
使用上述編碼矩陣的發(fā)射器與接收器在圖3與4中示出。
圖3的方框圖示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的時空塊編碼的發(fā)射器的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，發(fā)射器包括S/P(串并)轉(zhuǎn)換器210、相位旋轉(zhuǎn)器220與225、編碼器230、與四個發(fā)射天線240、242、244與246。
參看圖3，S/P轉(zhuǎn)換器210以一個碼元塊的形式組合四個輸入碼元，然后將組合后的碼元提供給編碼器230。此時，在從一個碼元塊中選出的兩個碼元s1與s4被輸入給編碼器230之前，相位旋轉(zhuǎn)器220與225分別將s1與s4旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位θ1與θ4。此處，由接收器選擇這兩個與不同的測度相關(guān)的碼元。編碼器230使用包括這兩個相位被旋轉(zhuǎn)的碼元的一個塊的碼元構(gòu)建四個碼元組合，然后將這四個碼元組合在四個時間間隔中傳送給四個發(fā)射天線240至246。此處，四個碼元組合中的每一個都包括四個碼元。
此處，編碼器230構(gòu)建組合，使四個碼元序列在每個時間間隔上必須只被傳送到每個天線一次，由此取得最大分集重數(shù)。另外，編碼器230通過對輸入碼元進行求負(fù)與共軛操作，以構(gòu)建組合使至少一些待傳送給各個天線的碼元序列相互正交，即碼元序列對相互正交。對從輸入碼元中所選出的兩個碼元每個都旋轉(zhuǎn)預(yù)定相位的原因是當(dāng)輸入碼元為復(fù)數(shù)碼元時，獲得最大分集重數(shù)。
當(dāng)待傳送給四個天線的四個組合由4×4矩陣表示時，在編碼矩陣第m列的碼元依次被發(fā)射給第m個天線。換而言之，在第n時間間隔，編碼矩陣中第n行的碼元被同時傳射給四個天線。
例如，當(dāng)碼元s1、s2、s3與s4中的兩個碼元編碼s1與s4分別被旋轉(zhuǎn)相位θ1與θ4時，編碼器230的輸出可以由上面等式12的4×4矩陣表示。當(dāng)使用上面等式12所示的編碼矩陣時，在第一時間間隔，第一行的的四個碼元ejθ1s1、s2、s3*與e-jθ4s4*被傳送給四個天線240至246，在第四時間間隔，第四行的碼元e-jθ4s4*、-s3*、-s2與ejθ1s1被傳送給四個天線240至246。
圖4的方框圖示出用來接收來自圖3的發(fā)射器的信號的接收器的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的發(fā)射器包括兩個ML(最大似然)解碼器340與345，這兩個解碼器獨立運行。
參看圖4，信道估算器320估算信道系數(shù)，其指示從四個發(fā)射天線240至246到接收天線310、315等等的信道增益h1、h2、h3與h4的信道系數(shù)。碼元排列器330收集由接收天線310、315等等在四個時間間隔所接收的信號r1、r2、r3與r4。
如果接收器中提供了單一接收天線，則碼元排列器330收集在四個時間間隔上通過該單一接收天線接收的信號r1、r2、r3與r4。這是因為發(fā)射器在四個時間間隔中發(fā)射塊碼元。在另一方面，當(dāng)使用兩個接收天線時，碼元排列器330將接收信號構(gòu)建成矩陣形式。此處，該矩陣的一行具有在一個時間間隔內(nèi)通過接收天線所接收的信號，而該矩陣的一列具有在各個時間間隔內(nèi)接收的信號。時間間隔對應(yīng)于所謂的碼元周期，其為信號帶寬的倒數(shù)。圖4示出了多個接收天線310、315等等，但為方便本發(fā)明的解釋，將描述使用一個接收天線的情況。
當(dāng)恢復(fù)從發(fā)射器發(fā)射的四個碼元s1、s2、s3與s4時，解碼器340與345中的第一解碼器340根據(jù)信道增益與接收信號檢測碼元s1與s3，第二解碼器以同樣方式檢測碼元s2與s4。解碼器340與345同時檢測四個碼元s1、s2、s3與s4。此處，檢測到的碼元由“s’”表示，以區(qū)別于原來的碼元。
就使用上面等式12的編碼矩陣時的情況描述第一解碼器340的運行，第一解碼器340中所包含的碼元生成器350生成s1與s3的所有可能的子組合，并且相位旋轉(zhuǎn)器360通過將所生成的碼元之一s1旋轉(zhuǎn)與發(fā)射器所使用的相同的相位θ1，而輸出ejθ1s1。
測度計算器370使用所估算的信道增益h1、h2、h3與h4以及接收信號r1、r2、r3與r4，根據(jù)包括相位被旋轉(zhuǎn)的碼元的所有可能的碼元子組合，計算上面的等式9，由此產(chǎn)生測度值。然后，檢測器380使用所產(chǎn)生的測度值，檢測具有最小測度值的s1’與s3’。
如上所述，第一解碼器340的運行與第二解碼器345的運行相同。如果第一檢測器380檢測到s1’與s3’，第二檢測器385檢測到s2’與s4’，則P/S(并串)轉(zhuǎn)換器390依次排列檢測到的信號，然后輸出與s1’、s2’、s3’與s4’相關(guān)的碼元組合。
圖3與圖4所示的發(fā)射器與接收器中用來對碼元進行旋轉(zhuǎn)的相位值根據(jù)誤差矩陣的最小編碼增益來確定。此處，每一誤差矩陣都基于指示在錯誤地檢測的碼元與原來被發(fā)射的碼元之間的誤差矩陣，而最小編碼增益表示誤差矩陣所有本征值的積。
圖5的曲線圖示出當(dāng)根據(jù)本發(fā)明一個實施例使用QPSK(正交相移鍵控)時與兩個相位值相關(guān)的最小編碼增益的變化。此處，假設(shè)這兩個相位值相同。水平軸表示相位值，縱軸表示誤差矩陣的最小編碼增益。如果相位值為90°的整數(shù)倍，則最小編碼增益為0。這是因為當(dāng)QPSK星位旋轉(zhuǎn)90°時，生成原來的星位。
根據(jù)圖5所示結(jié)果，當(dāng)相位值在45°左右時，最小編碼增益變平。根據(jù)本發(fā)明，相位值最好為45°。圖6例示出碼元被旋轉(zhuǎn)了45°相位時的QPSK星位。如圖6所示，被相位旋轉(zhuǎn)的碼元位于實軸或虛軸上。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，可以例示出優(yōu)選的相位旋轉(zhuǎn)范圍。當(dāng)使用QPSK時，相位旋轉(zhuǎn)最好基于圍繞以45°為中心的大約21°與69°之間的相位。另外，當(dāng)使用8PSK(8相移相鍵控)時，相位旋轉(zhuǎn)最好基于大約21°與24°之間的相位。還有，當(dāng)使用16PSK(16相移相鍵控)時，相位旋轉(zhuǎn)最好基于大約11.25°的相位。然而，本發(fā)明并不局限于上述這些相位值?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)的特性設(shè)置優(yōu)選的相位旋轉(zhuǎn)范圍。
圖7的曲線圖示出所提出的塊編碼技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)之間就SNR(信噪比)與BER(比特錯誤率)而言的比較。此處，標(biāo)號410表示發(fā)送未被編碼的碼元時的情況，標(biāo)號420表示使用其中由Tarokh所提出的行相互正交的8×4編碼矩陣時的(現(xiàn)有)情況。標(biāo)號430表示使用由Alamouti所提出的使用兩個天線時的效率。標(biāo)號440表示使用具有優(yōu)化的相位45°的4×4編碼矩陣時的效率。標(biāo)號450表示使用具有未優(yōu)化的相位5°的4×4編碼矩陣時的效率。標(biāo)號460表示使用與三個發(fā)射天線相關(guān)的4×3編碼矩陣時的效率。如圖7所示，在給定SNR環(huán)境中，使用根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)化相位值的塊編碼具有相對較低的BER。
從上面描述可以清楚，本發(fā)明具有如下優(yōu)點。
當(dāng)使用復(fù)數(shù)星位時，本發(fā)明可以取得最大分集重數(shù)，降低發(fā)射時延，并降低快衰落的影響。根據(jù)本發(fā)明，編碼矩陣的行可以相互正交，并且解碼設(shè)計可以被簡單地實現(xiàn)。
雖然參照本發(fā)明的特定優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了展示與描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解可以對其形式與細節(jié)進行各種修改而不脫離權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神與范圍。因此，本發(fā)明并不局限于上述實施例，而是由其權(quán)利要求所界定。
權(quán)利要求
1.一種在無線通信系統(tǒng)中用于發(fā)射復(fù)數(shù)碼元的發(fā)射器，包括四個發(fā)射天線；以及編碼器，用來為四個輸入碼元構(gòu)建四個組合，以使四個碼元的序列在每一時間間隔中只能由每一天線發(fā)射一次，并且將這些組合傳送給這些發(fā)射天線，其中從該四個輸入碼元中所選擇的至少兩個碼元的每一個都被旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位值。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中所選碼元的數(shù)目為二，并且所選碼元在接收器進行解碼操作時與不同的測度值相關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中當(dāng)使用QPSK(正交相移鍵控)時，相位值在以45°為中心的21°與69°之間的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中當(dāng)使用8PSK(八相移相鍵控)時，相位值在21°與24°之間的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中當(dāng)使用16PSK(十六相移相鍵控)，相位值為11.25°。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中編碼器進行求負(fù)與共軛操作，并構(gòu)建四個組合，以使將在四個時間間隔中被傳送給各個天線的四個碼元序列中的至少一些序列相互正交。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)射器，其中由四個輸入碼元所構(gòu)建的四個組合構(gòu)成具有四行四列的矩陣，該矩陣如下ejθ1s1s2s3*e-jθ4s4*s2*-e-jθ1s1*ejθ4s4-s3s3ejθ4s4-e-jθ1s1*-s2*e-jθ4s4*-s3*-s2ejθ1s1]]>其中，s1、s2、s3與s4表示輸入碼元，θ1與θ4表示分別用于碼元s1、s4的相位旋轉(zhuǎn)值。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)射器，其中由四個輸入碼元所構(gòu)建的四個組合構(gòu)成具有四行四列的矩陣，該矩陣如下x1x2x3*x4*x2*-x1*x4-x3x3x4-x1*-x2*x4*-x3*-x2x1x1x2x3*-x4*x2*-x1*x4x3x3x4-x1*x2*x4*-x3*-x2-x1x1x2x3*-x4*x2*-x1*-x4-x3x3x4-x1*x2*x4*-x3*x2x1]]>x1x2x3*x4*x2*-x1*-x4x3x3x4-x1*-x2*x4*-x3*x2-x1x1x2-x3*-x4*x2*-x1*x4-x3x3x4x1*x2*x4*-x3*-x2x1x1x2-x3*x4*x2*-x1*x4x3x3x4x1*-x2*x4*-x3*-x2-x1]]>x1x2-x3*-x4*x2*-x1*-x4-x3x3x4x1*x2*x4*-x3*-x2-x1x1x2-x3*x4*x2*-x1*-x4-x3x3x4x1*-x2*x4*-x3*x2x1]]>其中x1、x2、x3與x4表示包括兩個相位被旋轉(zhuǎn)的碼元的四個碼元。
9.如權(quán)利要求6所述的發(fā)射器，其中由四個輸入碼元所構(gòu)建的四個組合構(gòu)成具有四行四列的矩陣，該矩陣如下ejθ1s1ejθ2s2e-jθ3s3*e-jθ4s4*e-jθ2s2*-e-jθ1s1*ejθ4s4-ejθ3-s3ejθ3s3ejθ4s4-e-jθ1s1*-e-jθ2-s2*e-jθ4s4*-e-jθ3-s3*-ejθ2-s2ejθ1s1]]>其中，s1、s2、s3與s4表示輸入碼元，θ1至θ4分別表示用于碼元s1至s4的相位旋轉(zhuǎn)值。
10.一種在無線通信系統(tǒng)中用于接收復(fù)數(shù)碼元的接收器，包括碼元排列器，用來在四個時間間隔中接收從四個發(fā)射天線向至少一個接收天線發(fā)射的信號；信道估算器，用來估算指示從該四個發(fā)射天線到該至少一個接收天線的信道增益的四個信道增益；第一與第二解碼器，每一個都用來通過使用信道增益和由碼元排列器所接收的信號，來產(chǎn)生與所有可能的碼元子組合相關(guān)的測度值，并且檢測具有最小測度值的兩個碼元，每個碼元子組合都包括兩個碼元；以及并串轉(zhuǎn)換器，用來依次排列并輸出由第一與第二解碼器的每一個所檢測的兩個碼元。
11.如權(quán)利要求10所述的接收器，其中第一與第二解碼器中的每一個都包括碼元生成器，用來生成所有可能的碼元子組合，每個該碼元子組合都包括兩個碼元；相位旋轉(zhuǎn)器，用來將從兩個碼元中選出的一個碼元旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位值；測度計算器，用來通過使用由碼元排列器所接收的信號與信道增益，為包括相位被旋轉(zhuǎn)的碼元的碼元子組合產(chǎn)生測度值；以及檢測器，用來通過使用所產(chǎn)生的測度值，檢測具有最小測度值的兩個碼元。
12.如權(quán)利要求11所述的接收器，其中第一解碼器檢測能使等式|R1-ejθ1s1|2+|R3-s3|2+|R13-ejθ1s1*s3|2-|s1|2|s3|2]]>最小的兩個碼元s1與s3，其中R1、R3與R13由下式給出R1=(rh1*+r2*h2+r3*h3-r4h4*K),]]>R3=(r1h4*+r2*h3+r3*h2-r4h1*K)]]>以及R13=(-h1h4*+r1*h4-r2*h3+r2h3*K)]]>并且K＝|h1|2+|h2|2+|h3|2+|h4|2，其中r1、r2、r3與r4表示在四個時間間隔中所接收的信號，h1、h2、h3與h4表示四個天線的信道增益。
13.如權(quán)利要求11所述的接收器，其中第二解碼器檢測能使等式|R2-s2|2+|R4-ejθ4s4|2+|R24-s2*ejθ4s4|2-|s2|2|s4|2]]>最小的兩個碼元s2與s4，其中R2、R4與R24由下式給出R2=(r1h2*-r2*h1+r3*h4+r4h3*K),]]>R4=(r1h3*-r2*h4-r3*h1-r4h2*K)]]>以及R24=(-h2h3*-r1*h4+r4*h1+r3h2*K)]]>并且K＝|h1|2+|h2| 2+|h3|2+|h4|2，其中r1、r2、r3與r4表示在四個時間間隔中所接收的信號，h1、h2、h3與h4表示四個天線的信道增益。
全文摘要
無線通信系統(tǒng)中的一種裝置，其使用發(fā)射天線分集以防止由于衰落引起的退化。通過四個發(fā)射天線要發(fā)射的四個碼元中的至少兩個碼元被旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位值。編碼器為四個輸入碼元構(gòu)建四個組合，以使在每個時間間隔中四個碼元的序列只可以被每一發(fā)射天線發(fā)射一次。這些組合在四個時間間隔中被發(fā)送到四個發(fā)射天線。在該四個輸入碼元被發(fā)送給四個發(fā)射天線前，從該四個輸入碼元中選出的至少兩個碼元被旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位值。因此，可以取得最大的分集重數(shù)，可以降低發(fā)射時延，并且可以減弱快衰退的影響。
文檔編號H04L1/06GK1518264SQ20031011958
公開日2004年8月4日 申請日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月9日
發(fā)明者黃讚洙, 南承勛, 金映秀, 鄭在學(xué), 黃 洙 申請人:三星電子株式會社