專利名稱：利用信道功率發(fā)射/接收差分時空塊碼的設備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及無線通信系統(tǒng)，特別涉及利用發(fā)射天線分集性來處理由于信號衰減而引起的信號降級的發(fā)射/接收設備和方法。
背景技術(shù)：
發(fā)射分集性(transmit diversity)是設計來減少無線通信系統(tǒng)中衰減的很多有效技術(shù)之一。典型的發(fā)射分集性技術(shù)利用從發(fā)射機到接收機信道特征來檢測希望的數(shù)據(jù)符號。但是，因為信道的移動性和變化，不可能正確地檢測發(fā)射機和接收機之間的信道特征。更進一步，反饋給發(fā)射機的信道狀態(tài)信息卻會導致信道容量不希望地減少。因此，對于發(fā)射機沒有信道信息情況下的發(fā)射分集性已作了大量的研究工作。
最近，時空塊碼(space-time block coding，STBC)已經(jīng)引起了公眾的強烈關(guān)注，因為在要求高數(shù)據(jù)速率時它提供了良好的性能。特別是，Tarokh等人提出了當使用多個天線時，能同時獲得良好的編碼增益和分集增益的時空格子結(jié)構(gòu)碼(參見Vahid Tarokh等人發(fā)表在1999年7月IEEE的信息理論分冊(IEEE Trans.on Info..Theory)的第45卷第1456到1467頁上的“從正交設計的時空塊編碼(Space time block coding from orthogonal design)”)。這里，分集增益對應于由衰減信道產(chǎn)生的信道增益的減少。
圖1是表示利用時空塊碼(STBC)的傳統(tǒng)發(fā)射機的方框圖。如圖1中所示，發(fā)射機包括串/并(S/P)轉(zhuǎn)換器10、編碼器20和N個發(fā)射天線30-1、30-2、...、30-N。
參考圖1，S/P轉(zhuǎn)換器10通過將從預定信息源(未示出)接收的符號分組成N個符號來創(chuàng)建一塊符號，并將創(chuàng)建的符號塊提供給編碼器20。編碼器20創(chuàng)建具有N個符號的預定數(shù)量的組合，并在它們相應時間周期中，通過N個發(fā)射天線30-1、30-2、...、30-N發(fā)送這些組合。時間周期表示符號的持續(xù)時間。
當使用4個發(fā)射天線時，從編碼器20輸出的符號可以表示成以下方程(1)中所示的4*4的編碼矩陣。
g44=s1s2s3s4-s2s1-s4s3-s3s4s1-s2-s4-s3s2s1...(1)]]>在方程(1)中，s1、s2、s3和s4是將被發(fā)送的數(shù)據(jù)符號。在每列中的符號發(fā)射時間是在各個時間周期發(fā)射的，而在每行中的符號是通過各個天線發(fā)射的。因為4個時間周期發(fā)射一塊符號，這4個時間周期被稱為“一塊持續(xù)時間”。編碼矩陣的各列是相互正交的，這就簡化了編碼，并有助于解碼和獲得最大的分集增益。
圖2是表示用于接收從圖1所示發(fā)射機發(fā)射的信號的傳統(tǒng)接收機的方框圖。如圖2所示，接收機包括M個接收天線40-1、40-2、...、40-M，信道估計器50、多信道符號排列器60以及檢測器70。
參考圖2，信道估計器50估計信道系數(shù)，這些信道系數(shù)指示從發(fā)射天線30-1至30-N到接收天線40-1至40-M的信道增益，并且，多信道符號排列器60收集由接收天線40-1至40-M接收的符號，并將所收集的符號提供給檢測器70。檢測器70利用將接收信號乘以信道系數(shù)而計算的假設符號，并通過最大似然(maximum likehood，ML)解碼方法來檢測希望的符號。
在接收機中，接收信號x由以下的方程(2)來表示。
ri=Σihist,i+wt...(2)]]>在方程(2)中，t是符號持續(xù)時間下標(t＝0，1，...)，hi指示從第i個發(fā)射天線到接收機的信道增益，并且假設它是在平衰減(flat fading)下每實數(shù)維(per real dimension)具有0.5方差的獨立復數(shù)高斯(Gaussian)隨機變量。另外，st，i指示在第t個符號持續(xù)時間通過第i個發(fā)射天線輸出的符號，wt是在第t個符號持續(xù)時間的噪音，并且具有獨立零均值復數(shù)高斯特征，這種特征的每個復數(shù)維具有1/SNR(信噪比)的偏差。
當在發(fā)射/接收期間使用的符號是PSK(相移鍵控法)符號時，這些符號位于星座的單位圓內(nèi)。這意味著這些符號在振幅上是相同的。于是，發(fā)射符號的ML解碼等同于在所有可能的符號中找到與所接收信號r和信道增益h的線性組合最接近的符號。
為了解碼STBC，要求有信道增益信息。當信道特征變化很快時，很難估計信道增益的正確信息，并且當信道特征沒有被正確測量時，STBC的性能相當差。為了能使接收機有效地估計信道特征，發(fā)射機必須發(fā)射訓練序列，并且發(fā)射訓練序列減少了發(fā)射效率。
為了解決以上述問題，已開發(fā)出不要求關(guān)于信道特征信息的差分STBC(參見H.Jafarkhani和Vahid Tarokh發(fā)表在2001年9月IEEE信息理論分冊第47卷第2626至2631頁的“從一般化的正交設計進行多種發(fā)射天線差分檢測(Multiple Transmit antenna differential Detection from generalizedorthogonal design)”)。
圖3是表示利用差分時空塊碼(STBC)的傳統(tǒng)發(fā)射機的方框圖。如圖3中所示，該發(fā)射機包括串/并(S/P)轉(zhuǎn)換器105、乘法器110-1，...，110-K、加法器115、延遲器120、編碼器125和K個發(fā)射天線130-1，130-2，...，130-K。
參考圖3，S/P轉(zhuǎn)換器105并行轉(zhuǎn)換由延遲器120延遲的先前發(fā)射的符號塊Sv，并輸出K個先前的符號Sv，1，...，Sv，K。乘法器110-1到110-K將K個先前的符號分別乘以將被實際發(fā)射的信息符號Pv+1，1，...，Pv+1，K，并且，加法器115將乘法器110-1到110-K的輸出符號加在一起，并將結(jié)果傳遞給延遲器120，因此能使該結(jié)果被乘以下一次信息符號。更進一步，加法器115將所加的結(jié)果提供給編碼器125。編碼器125創(chuàng)建預定數(shù)量的乘法器110-1到110-K的輸出符號的組合，并在相應的時間周期將該組合通過發(fā)射天線130-1，130-2，...，130-K發(fā)射。
以下將參考當K＝4的實例來說明發(fā)射機的運行。首先，發(fā)射機依據(jù)編碼矩陣發(fā)射沒有信息的特定符號塊S1＝[s1，1～s1，4]。其后，發(fā)射機依據(jù)編碼矩陣以相同的方式發(fā)射Sv＝[sv，1～sv，4]。當在v+1時刻接收到將被發(fā)射的信息符號Pv+1＝(Pv+1，1...Pv+1，4)時，發(fā)射符號Sv+1由以下的方程(3)來確定。
Sv+1=ΣK=14Pv+1,KVK(Sv)+wt...(3)]]>也就是，在v+1時刻將被發(fā)射的信息符號被乘以前一時刻v發(fā)射的符號塊VK(Sv)的各個符號，然后在被發(fā)射之前加起來。這里，信息符號是由BPSK(二進制相移鍵控法)創(chuàng)建的實數(shù)。對于符號塊VK(Sv)，在4個符號持續(xù)時間從編碼器125輸出的符號組合由方程(4)給出。
V1(Sv)＝(sv，1，sv，2，sv，3，sv，4)TV2(Sv)＝(sv，2，-sv，1，sv，4，-sv，3)T(4)V3(Sv)＝(sv，3，-sv，4，-sv，1，sv，2)TV4(Sv)＝(sv，4，sv，3，-sv，2，-sv，1)T其中T表示轉(zhuǎn)置矩陣。
圖4是表示從圖3中所示的發(fā)射機接收發(fā)射信號的傳統(tǒng)接收機的方框圖。如圖4所示，該接收機包括M個接收天線150-1，150-2，...，150-M、K個延遲器155-1，...，155-K、K個乘法器160-1，...，160-K、符號排列器165和檢測器170。
參考圖4，延遲器155-1至155-K將先前接收的信號延遲一塊持續(xù)時間，并將這些延遲的信號輸出給乘法器160-1至160-K。符號排列器165向乘法器160-1至160-K提供在一塊持續(xù)時間內(nèi)從發(fā)射天線130-1至130-K中在接收天線150-1至150-M上接收的信號。乘法器160-1至160-K通過將接收信號乘以先前接收的信號來計算替換信號，并將計算的替換信號提供給檢測器170。檢測器170依據(jù)相應的調(diào)制方案來檢測帶有替換信號的信息序列。
為了說明接收機的運行，如果在方程(1)中所示的接收信號被擴展到多個塊持續(xù)時間，那么rv，t＝h1sv，t，1+h2sv，t，2+h3sv，t，3+h4sv，t，4+wv，t(5)在方程(5)中，t是符號持續(xù)時間下標，v是塊持續(xù)時間下標。在利用4個發(fā)射天線的STBC情況下，一塊持續(xù)時間包括4個符號持續(xù)時間。另外，wv，t是在第v塊持續(xù)時間內(nèi)第t個符號持續(xù)時間中的噪聲。當使用4個發(fā)射天線和方程(1)的編碼矩陣時，方程(5)可以寫作為rv，1＝h1sv，1+h2sv，2+h3sv，3+h4sv，4+wv，1rv，2＝-h1sv，2+h2sv，1-h3sv，4+h4sv，3+wv，2(6)rv，3＝-h1sv，3+h2sv，4+h3sv，1-h4sv，2+wv，3rv，4＝-h1sv，4-h2sv，3+h3sv，2+h4sv，1+wv，4對方程(6)進行排列，可以產(chǎn)生如以下方程(7)的接收信號組合。
RV1=(rv,1,rv,2,rv,3,rv,4)=(sv,1,sv,2,sv,3,sv,4)H⊥+(wv,1,wv,2,wv,3,wv,4)]]>RV2=(-rv,2,rv,1,rv,4,-rv,3)=(sv,2,-sv,1,sv,4,-sv,3)H⊥+(-wv,2,wv,1,wv,4,-wv,3)...(7)]]>RV3=(-rv,3,-rv,4,rv,1,rv,2)=(sv,3,-sv,4,-sv,1,sv,2)H⊥+(-wv,3,-wv,4,wv,1,wv,2)]]>RV4=(-rv,4,rv,3,-rv,2,rv,1)=(sv,4,sv,3.,-sv,2,-sv,1)H⊥+(-wv,4,wv,3,-wv,2,wv,1)]]>接收的信號組合Riv被用來檢測第i個信息符號。這里，H⊥以矩陣形式表示信道特征，并且由以下的方程(8)來定義。
H⊥=h1h2h3h4h2-h1-h4h3h3h4-h1-h2h4-h3h2-h1...(8)]]>在時間v的接收信號和在時間v+1的接收信號的乘積，即替換信號可以由方程(9)確定。
R{Rv+1nRvnH}=R{Sv+1TH⊥H⊥H(Vn(Sv)T)H+Wn}=Σi4|hi|2Pv+1,n+R{Wn}...(9)]]>在方程(9)中，R{·}意味著實部轉(zhuǎn)換，而(·)H意味著厄密共軛轉(zhuǎn)置。方程(9)代表用于計算第n個信息符號Pv+1，n的替換信號。
依據(jù)方程(9)，除信息符號Pv+1，1至Pv+1，4外的所有元素都是實數(shù)。并且噪聲信息是已知的。在每個信息符號作為一個軸的4維超球體中，如果到信息符號原點的距離是相同的，那么，接收機可以檢測信息符號Pv+1，1至Pv+1，4，即使表示信道特征的值h是未知的。
在以上說明的傳統(tǒng)發(fā)射/接收系統(tǒng)中，即使信道特征是未知的也可以執(zhí)行解碼。但是，使用的符號必須是具有相同大小的實數(shù)符號。因此，在差分STBC技術(shù)中，發(fā)射符號是受限于BPSK符號的。BPSK符號每帶寬每秒攜帶1位信息(1位/hz/秒)。但是，通過將發(fā)射符號分組成預定數(shù)量的符號，就可能傳輸PSK調(diào)制數(shù)據(jù)。例如，可以是將4個符號分組成2個符號，然后在每個符號組中攜帶16PSK的調(diào)制數(shù)據(jù)。當2個符號以這種方式來傳輸16PSK調(diào)制數(shù)據(jù)時，4個時間周期發(fā)射兩個16PSK符號。結(jié)果，就可能是每帶寬每秒攜帶2位信息(2位/hz/秒)。
如已知的那樣，從信噪比(SNR)看，多元(M-ary)QAM(正交幅度調(diào)制)比多元PSK更有效。在傳統(tǒng)的差分STBC系統(tǒng)中，甚至當攜帶2位或更多位的信息時必須用PSK。因此，就不能將性能的提高歸結(jié)于QAM的使用。例如，當使用64PSK來代替64QAM時，SNR降低達到9.95dB，這在無線通信系統(tǒng)中具有重大作用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種在發(fā)射天線分集系統(tǒng)中利用信道功率對差分時空塊碼(STBC)解碼的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供在發(fā)射天線分集系統(tǒng)中對信道變化和估計精確性不敏感，并且具有低SNR損失的解碼方法。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種方法，用于在無線通信系統(tǒng)中通過差分時空塊碼(STBC)對信息符號進行編碼，并通過多個發(fā)射分集性的發(fā)射天線發(fā)射所編碼的信息符號。該方法包括步驟接收一塊信息符號；通過將信息符號乘以先前發(fā)射的發(fā)射符號塊來產(chǎn)生歸一化符號，然后將乘積結(jié)果除以歸一化值，該歸一化值被確定為先前發(fā)射的發(fā)射符號大小；將歸一化的符號形成多個組合，以在每個時間周期在每個天線上發(fā)射一次歸一化符號；以及在多個對應符號的持續(xù)時間通過發(fā)射天線發(fā)射該組合。
依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供一種方法，用于在無線通信系統(tǒng)中，在發(fā)射之前，接收由差分時空塊碼(STBC)所編碼的信息符號，并且對所接收的信息符號進行解碼。該方法包括步驟在一塊持續(xù)時間，從多個發(fā)射天線上收集從接收天線所接收的信號；通過將所接收的信號乘以在先前塊持續(xù)時間所接收的信號來計算替換信號；估計從多個發(fā)射天線到接收天線信道的信道功率；利用確定為先前所接收符號大小的歸一化值來歸一化所估計的信道功率；以及通過將替換信號除以歸一化的信道功率來計算信息符號。


結(jié)合附圖，從以下的詳細說明，本發(fā)明的上述和其它目的、特點和優(yōu)點將變得更加明顯，其中圖1是表示利用時空塊碼的傳統(tǒng)發(fā)射機的方框圖。
圖2是表示用于從圖1所示發(fā)射機接收發(fā)射信號的傳統(tǒng)接收機的方框圖。
圖3是表示利用差分時空塊碼的傳統(tǒng)發(fā)射機的方框圖。
圖4是表示用于從圖3所示的發(fā)射機接收發(fā)射信號的傳統(tǒng)接收機的方框圖。
圖5是表示依據(jù)本發(fā)明實施例，利用差分時空塊碼的發(fā)射機的方框圖。
圖6是表示依據(jù)本發(fā)明的實施例，用于從圖5所示發(fā)射機接收發(fā)射的信號的接收機的方框圖。
圖7表示依據(jù)本發(fā)明實施例，基于估計信道功率的符號數(shù)量L的符號錯誤率(SER)與位能噪比(energy-to-noise，Eb/No)關(guān)系曲線。
圖8表示傳統(tǒng)技術(shù)與本發(fā)明的在符號錯誤率(SER)與位能噪比(Eb/No)的關(guān)系曲線上的比較。
具體實施例方式
下面將參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明。在以下的說明中，為簡明起見，省略了對其中包含的已知功能和結(jié)構(gòu)的詳細描述。這里定義了一些使用的術(shù)語，考慮到了這些術(shù)語在本發(fā)明中的功能，并且可以根據(jù)用戶的意愿和通常的使用來改變。因此，應該根據(jù)說明書的整個內(nèi)容來下定義。
本發(fā)明提供一種在發(fā)射分集性系統(tǒng)中用于對不要求訓練序列的部分相干的時空塊碼(STBC)進行解碼的方法，該方法對信道的變化具有魯棒性，并且在對差分時空塊碼(STBC)解碼時僅利用估計的信道功率，從而具有低的SNR。本發(fā)明可以發(fā)射在多維超球體上距原點有不同距離的符號。
圖5是表示依據(jù)本發(fā)明實施例使用差分時空塊碼的發(fā)射機的方框圖。如圖5所示，發(fā)射機包括串/并(S/P)轉(zhuǎn)換器205、乘法器210-1，...，210-K、加法器215、延遲器220、歸一化器225、編碼器230以及K個發(fā)射天線235-1，235-2，...，235-K。
參考圖5，S/P轉(zhuǎn)換器205并行轉(zhuǎn)換由延遲器220延遲的先前發(fā)射的符號塊SV，并輸出先前的符號SV，1，...，SV，K。乘法器210-1至210-K將K個先前的符號分別乘以將實際發(fā)射的信息符號Pv+1，1，...，Pv+1，K，加法器215將乘法器210-1至210-K的輸出加起來，并將所得結(jié)果傳遞給延遲器220，以將加得的結(jié)果乘以下一次的信息符號。更進一步，加法器215將該結(jié)果提供給歸一化器225。這里，當信息符號被分組成預定數(shù)量的符號以發(fā)射PSK或QAM調(diào)制數(shù)據(jù)時才使用加法器215，即加法器215是可選的。
歸一化器225將加得的符號乘以確定為先前符號塊大小的倒數(shù)1/|Sv|，編碼器230依據(jù)預定的發(fā)射編碼矩陣對歸一化器225的輸出創(chuàng)建預定數(shù)量的組合，并且在相應時間周期中，通過發(fā)射天線235-1，235-2，...，235-K來發(fā)射這些組合。
下面將參考使用4個發(fā)射天線和編碼矩陣方程(1)的示例，對發(fā)射機的運行進行詳細說明。首先，發(fā)射機依據(jù)編碼矩陣發(fā)射沒有信息的特定符號塊S1＝[s1，1～s1，4]。當接收到在時刻v+1發(fā)射的信息符號Pv+1＝(Pv+1，1...Pv+1，4)時，通過下面的方程(10)來確定發(fā)射符號Sv+1。
Sv+1=ΣK=14Pv+1,KVK(Sv)|Sv|]]>=ΣK=14Pv+1,KVK(Sv)|sv,1|2+|sv,2|2+|sv,3|2+|sv,4|2...(10)]]>也就是，信息符號被乘上了在前一時刻發(fā)射的符號塊Vk(Sv)，然后，被歸一化之后再發(fā)射。這里，通過方程(11)來確定在第v塊持續(xù)時間的第k個符號持續(xù)時間發(fā)射的符號塊Vk(Sv)。
V1(Sv)＝(sv，1，sv，2，sv，3，sv，4)TV2(Sv)＝(sv，2，-sv，1，sv，4，-sv，3)T(11)V3(Sv)＝(sv，3，-sv，4，-sv，1，sv，2)TV4(Sv)＝(sv，4，sv，3，-sv，2，-sv，1)T在發(fā)射機中用前一符號塊大小|Sv|來歸一化發(fā)射符號塊就防止了由發(fā)射符號功率變化而引起接收機中檢測性能的下降。
圖6是表示依據(jù)本發(fā)明實施例接收從圖5中所示發(fā)射機發(fā)射的信號的接收機的方框圖。如圖6所示，接收機包括M個接收天線305-1，305-2，...，305-M、延遲器310-1，...，310-K、乘法器315-1，...，315-K、符號排列器320、除法器325-1，...，325-K、功率估計器330、歸一化器335以及檢測器340。
參考圖6，延遲器310-1，...，310-K延遲先前塊持續(xù)時間所接收的信號，并將延遲后的信號輸出給乘法器315-1，...，315-K。符號排列器320向乘法器315-1至315-K提供在一塊持續(xù)時間內(nèi)從發(fā)射天線235-1至235-K中在接收天線305-1至305-M上接收的信號。這里，一塊持續(xù)時間包括K個符號持續(xù)時間。乘法器315-1至315-K通過將這些接收信號乘以先前所接收的信號來計算替換信號。
功率估計器330利用所接收的信號來計算信道的總功率，而不計算表示從K個發(fā)射天線235-1至235-K到接收天線305-1至305-M的信道特征的信道增益。然后歸一化器335將信道功率乘以確定為先前接收功率大小的歸一化值，除法器325-1至325-K通過將替換信號除以歸一化的信道功率來檢測信息符號。檢測器340依據(jù)相應的調(diào)制方案來檢測帶有檢測信息信號的信息序列。
如前所述，通過從帶有估計的信道功率的接收信號中消除由信道特征引起的影響，甚至當信息符號具有不同大小時，接收機也能可靠地解碼。實際上，從發(fā)射天線到接收機的信道功率可以由方程(12)來表示。
h1h1*+h2h2*+···+hkhk*...(12)]]>在方程(12)中，hk表示從第k個發(fā)射天線到接收機的信道增益。因為hk是獨立的復數(shù)高斯隨機變量，信道功率遵從χ(chi-square)分布，其自由度是2K。于是，信道估計器330依據(jù)方程(13)，通過接收信號的自相關(guān)值就可以計算信道功率的估計值。
P^B=E{rv+1,i*rv+1,i}=Σi-14|hi|2+σw2...(13)]]>如上所述，因為v是塊持續(xù)時間下標，而i是發(fā)射天線下標，rv+1，i是在第v+1塊持續(xù)時間所接收的第i個信號。相似地，hi是來自第i個發(fā)射天線信道增益，σ2w是噪聲方差。
在另一種情況下，根據(jù)經(jīng)驗的自相關(guān)值，可利用方程(14)來計算信道功率。
P^B=1LΣj=1LΣi=14rv+j-L21,i*rv+j-L2,i...(14)]]>在方程(14)中，L表示用來估計信道功率的符號數(shù)量，即表示符號持續(xù)時間的長度。進一步，不同于方程(13)，方程(14)利用預定符號持續(xù)時間而不是一塊中接收的信號更精確地估計信道功率。
利用在時刻v的接收信號和在時刻v+1的接收信號計算在時刻v+1的信息符號Pv+1，1至Pv+1，4。更具體地說，接收信號表示成上述方程(6)，而接收信號的組合是由符號排列器320依據(jù)方程(7)并利用接收信號而創(chuàng)建的。如上所述，噪聲信息是已知的。
為了檢測信息符號，乘法器315-1至315-K將從延遲器310-1至310-K提供的先前接收信號乘以從符號排列器320來的當前接收信號來計算替換信號。替換信號可表示成方程(15)。
R{Rv+1nRvnH}=Σi=14|hi|2Σi=14|sv,i|2Pv+1,n+R{Wn}...(15)]]>在方程(15)中，R{·}表示實部轉(zhuǎn)換，而(·)H表示厄密共軛轉(zhuǎn)置。方程(15)表示計算第n個信息符號Pv+1，n的替換信號。
平方根項是用于處理信道變量的歸一化值，并且是利用先前接收信號的自相關(guān)值和信道功率的估計值，或利用先前接收信號本身來計算的。先前接收信號的自相關(guān)值被定義在方程(16)中。
R{RvnRvnH}=(Σi=14|hi|2)(Σi=14|sv,i|2)+R{Wn}...(16)]]>也就是通過將方程(16)除以信道功率然后取平方根來計算歸一化值。于是，歸一化器335通過將信道功率乘以歸一化值來輸出歸一化信道功率，而除法器325-1至325-K通過將由方程(15)表示的乘法器315-1至315-K的輸出除以歸一化信道功率來輸出信息符號Pv+1，i。檢測器340依據(jù)相應的調(diào)制方案恢復帶有信息符號的信息序列。
本發(fā)明很容易檢測信息符號，甚至當信息符號距原點具有不同的距離時也是如此。例如，當2個QAM調(diào)制數(shù)據(jù)符號被發(fā)射到P1至P4時，檢測器340包括2個QAM解調(diào)器，并且使用2個QAM調(diào)制數(shù)據(jù)符號恢復信息序列。當按這種方式使用QAM時，與使用PSK時相比可以使SNR損失最小，并且用于解碼信息符號的接收機在結(jié)構(gòu)上簡單，可使用各種調(diào)制方案。
圖7表示依據(jù)本發(fā)明實施例，基于估計信道功率的符號數(shù)量L的符號錯誤率(SER)與位能噪比(Eb/No)關(guān)系曲線。參考數(shù)字410表示在已知精確信道功率的理想情況的性能。參考數(shù)字420至450表示當L分別是100、50、25和10時利用估計的信道功率所確定的性能。如圖7所示，注意到當L是足夠長情況的性能與理想情況的性能不同。
為了依據(jù)本發(fā)明來分析性能，將常規(guī)情況(在此之后稱為“第一種情況”)和本發(fā)明所建議情況(在此之后稱為“第二種情況”)作以比較，第一種情況是對于4個信息符號，對信息符號P1和P2分組以發(fā)射一個16PSK調(diào)制符號，而對信息符號P3和P4分組以發(fā)射一個16PSK，第二種情況是依據(jù)本發(fā)明發(fā)射16QAM的調(diào)制數(shù)據(jù)。這里，為了保證比較的公正，當依據(jù)本發(fā)明來估計信道功率時，使用了不使用訓練序列的方程(14)。
圖8表示關(guān)于符號錯誤率(SER)與位能噪(Eb/No)方面，第一種情況和第二種情況之間的比較。參考數(shù)字560表示當精確的信道功率未知時，依據(jù)本發(fā)明對16QAM調(diào)制數(shù)據(jù)解碼情況的性能。參考數(shù)字550表示利用估計的信道功率來對16QAM調(diào)制數(shù)據(jù)解碼情況的性能。參考數(shù)字540表示利用傳統(tǒng)的差分STBC對16PSK調(diào)制數(shù)據(jù)解碼情況的性能。參考數(shù)字530表示利用精確的信道功率對64QAM調(diào)制數(shù)據(jù)解碼情況的性能。參考數(shù)字520表示利用估計的信道功率對64QAM調(diào)制數(shù)據(jù)解碼情況的性能。參考數(shù)字510表示利用傳統(tǒng)的差分STBC對64PSK調(diào)制數(shù)據(jù)解碼情況的性能。
如圖8所示，在相同的符號錯誤率(SER)下本發(fā)明可以獲得6.2dB的功率增益，這就意味著實現(xiàn)相同的符號錯誤率而將功率減少6.2dB是可能的。也就是說，由信道功率的估計引起的性能降低是可以忽略的。
當與現(xiàn)有技術(shù)比較時本發(fā)明具有很多優(yōu)點。也就是，本發(fā)明可以獲得SNR增益，因為本發(fā)明能使發(fā)射和接收對快速衰減具有魯棒性，不要求用于信道估計的訓練序列，并且可以發(fā)射距原點有不同距離的調(diào)制符號。
盡管參考本發(fā)明的特定優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了表示和說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，在不脫離本發(fā)明所附權(quán)利要求書定義的精神和范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明作出各種形式和細節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種在無線通信系統(tǒng)中利用差分時空塊碼(STBC)對信息符號編碼，并通過用于分集發(fā)射的多個發(fā)射天線發(fā)射所編碼的信息符號的方法，該方法包括步驟接收一塊信息符號；通過將信息符號乘以先前發(fā)射的發(fā)射符號塊，然后將乘積結(jié)果除以確定為先前發(fā)射的發(fā)射符號大小的歸一化值，來產(chǎn)生歸一化符號；將歸一化符號形成多個組合，以便在每個時間周期在每個天線上發(fā)射一次歸一化符號；并且在多個相應符號持續(xù)時間通過發(fā)射天線發(fā)射該組合。
2.權(quán)利要求1的方法，其中歸一化符號是根據(jù)下式產(chǎn)生的Sv+1=Σk=1KPv+1,kVk(Sv)|Sv|]]>其中，Sv+1是第v+1塊持續(xù)時間發(fā)射的符號塊，Sv是第v塊持續(xù)時間發(fā)射的符號塊，Pv+1，k是第v+1塊持續(xù)時間發(fā)射的第k個信息符號，K是信息符號的數(shù)量，Vk(Sv)是在符號塊Sv中發(fā)射的第k個符號組合。
3.權(quán)利要求1的方法，其中歸一化值是依據(jù)下式確定的|Sv|=|Sv,1|2+|Sv,2|2+···+|Sv,Nt|2]]>其中，|Sv|是先前歸一化值，而Sv，Nt是從第Nt個發(fā)射天線先前塊持續(xù)時間發(fā)射的符號。
4.權(quán)利要求1的方法，其中信息符號是實數(shù)，并且被分組成預定數(shù)量的符號，以發(fā)射PSK(相移鍵控法)和QAM(正交幅度調(diào)制)數(shù)據(jù)之一。
5.一種在無線通信系統(tǒng)中，在發(fā)射之前接收利用差分時空塊碼(STBC)編碼的信息符號，并對接收的信息符號解碼的方法，該方法包括步驟在一塊持續(xù)時間從多個發(fā)射天線上采集在接收天線上接收的信號；通過將接收信號乘以先前塊持續(xù)時間接收的信號來計算替換信號，；估計從多個發(fā)射天線到接收天線的信道的信道功率；利用確定為先前接收的符號大小的歸一化值來歸一化所估計的信道功率；以及通過將替換信號除以歸一化信道功率來計算信息符號。
6.權(quán)利要求5的方法，其中信息符號是由下式計算的Pv+1,n=R{Rv+1nRvnH}-R{Wn}p^B|Sv|]]>其中，Pv+1，n是在當前塊持續(xù)時間v+1的第n個信息符號，R{·}表示實部轉(zhuǎn)換，Rnv+1和Rnv分別是利用在當前塊持續(xù)時間v+1和先前塊持續(xù)時間v所接收的信號來計算第n個符號而創(chuàng)建的接收信號組合，(·)H表示厄密共軛轉(zhuǎn)置，Wn是在第n個符號持續(xù)時間的噪聲， 是估計的信道功率，|Sv|是歸一化值。
7.權(quán)利要求5的方法，其中估計的信道功率是由下式計算的p^B=E{rv+1,i*rv+1,i}-σw2]]>其中rv+1，i表示在第v+1塊持續(xù)時間的第i個符號持續(xù)時間所接收的信號，而σ2w表示噪聲方差。
8.權(quán)利要求5的方法，其中所估計的信道功率是由下式計算的p^B=1LΣj=1LΣi=14rv+j-L2,i*rv+j-L2,i]]>其中rv+1i表示在第v+1塊持續(xù)時間的第i個符號持續(xù)時間所接收的信號，σ2w表示噪聲方差，而L是用于估計信道功率的符號持續(xù)時間的長度。
9.權(quán)利要求5的方法，其中歸一化值由下式計算|Sv|=|Sv,1|2+|Sv,2|2+···+|Sv,Nt|2]]>|Sv|=|Sv,1|2+|Sv,2|2+|Sv,3|2+|Sv,4|2]]>其中|Sv|是確定為先前持續(xù)時間v+1接收符號大小的歸一化值，而Sv，Nt是從第Nt個發(fā)射天線在先前塊持續(xù)時間接收的符號。
10.權(quán)利要求5的方法，其中歸一化值是通過將先前接收信號的自相關(guān)值除以估計的信道功率，然后再取平方根來計算的。
11.權(quán)利要求10的方法，其中歸一化值是由下式計算的|sv|=R{RvnRvnH}-R{Wn}p^B]]>其中|Sv|是歸一化值，Sv是在先前持續(xù)時間v接收的符號塊，R{·}表示實部轉(zhuǎn)換，Rnv是利用先前持續(xù)時間v接收的信號來計算第n個信息符號而創(chuàng)建的接收信號組合，(·)H表示厄密共軛轉(zhuǎn)置，Wn是在第n個符號持續(xù)時間的噪聲，而 是估計的信道功率。
12.權(quán)利要求5的方法，其中信息符號是實數(shù)，并且被分組成預定數(shù)量的符號，以攜帶PSK(相移鍵控法)和QAM(正交幅度調(diào)制)數(shù)據(jù)之一。
13.一種在無線通信系統(tǒng)中利用差分時空塊碼(STBC)對信息符號編碼，并通過用于分集發(fā)射的多個發(fā)射天線發(fā)射所編碼的信息符號的發(fā)射機，該發(fā)射機包括延遲組，用于延遲先前發(fā)射的發(fā)射符號塊；串/并轉(zhuǎn)換器，用于收集先前發(fā)射符號，并對所收集的先前發(fā)射符號作并行轉(zhuǎn)換；乘法器組，用于將并行轉(zhuǎn)換的先前發(fā)射符號乘以信息符號；歸一化器，通過將乘法器組的輸出除以被確定為先前發(fā)射的發(fā)射符號大小的歸一化值以輸出歸一化符號；以及編碼器，用于將歸一化符號形成多個組合，以在多個相應符號持續(xù)時間通過發(fā)射天線，在每個時間周期在每個天線上發(fā)射一次歸一化符號。
14.權(quán)利要求13的發(fā)射機，其中歸一化符號是依據(jù)下式產(chǎn)生的Sv+1=Σk=1KPv+1,kVk(Sv)|Sv|]]>其中，Sv+1是第v+1塊持續(xù)時間發(fā)射的符號塊，Sv是第v塊持續(xù)時間發(fā)射的符號塊，Pv1，k是第v+1塊持續(xù)時間發(fā)射的第k個信息符號，K是信息符號的數(shù)量，Vk(Sv)是在符號塊Sv中發(fā)射的第k個符號組合。
15.權(quán)利要求13的發(fā)射機，其中歸一化值是依據(jù)下式確定的|Sv|=|Sv,1|2+|Sv,2|2+···+|Sv,Nt|2]]>其中，|Sv|是先前歸一化值，而Sv是從第Nt個發(fā)射天線先前塊持續(xù)時間發(fā)射的符號。
16.權(quán)利要求13的發(fā)射機，其中信息符號是實數(shù)，并且被分組成預定數(shù)量的符號以發(fā)射PSK(相移鍵控法)和QAM(正交幅度調(diào)制)數(shù)據(jù)之一。
17.一種在無線通信系統(tǒng)中，用于接收在發(fā)射之前利用差分時空塊碼(STBC)編碼的信息符號，并對接收信息符號解碼的接收機，該接收機包括延遲組，用于延遲先前塊持續(xù)時間接收的信號；符號收集器，用于在一塊持續(xù)時間從多個發(fā)射天線收集接收的信號；乘法器組，用于將該接收信號乘以先前接收的信號來輸出替換信號；功率估計器，利用該接收信號，估計從多個發(fā)射天線到接收機的信道的信道功率；歸一化器，通過將所估計的信道功率乘以被確定為先前接收符號大小的歸一化值來輸出歸一化信道功率；除法器，通過將替換信號除以歸一化信道功率來計算信息符號；以及檢測器，利用信息符號恢復信息序列。
18.權(quán)利要求17的接收機，其中信息符號是由下式計算的Pv+1,n=R{Rv+1nRvnH}-R{Wn}p^B|Sv|]]>其中，Pv+1，n是在當前塊持續(xù)時間v+1的第n個信息符號，R{·}表示實部轉(zhuǎn)換，Rnv+1和Rnv分別是利用當前塊持續(xù)時間v+1和先前塊持續(xù)時間v所接收的信號來計算第n個符號而創(chuàng)建的接收信號組合，(·)H表示厄密共軛轉(zhuǎn)置，Wn是在第n個符號持續(xù)時間的噪聲， 是估計的信道功率，|Sv|是歸一化值。
19.權(quán)利要求17的接收機，其中估計的信道功率是由下式計算的p^B=E{rv+1,i*rv+1,i}-σw2]]>其中rv+1，i表示在第v+1個塊持續(xù)時間的第i個符號持續(xù)時間所接收的信號，而σ2w表示噪聲方差。
20.權(quán)利要求17的接收機，其中估計的信道功率是由下式計算的p^B=1LΣj=1LΣi=14rv+j-L2,i*rv+j-L2,i]]>其中rv+1，i表示在第v+1個塊持續(xù)時間的第i個符號持續(xù)時間所接收的信號，σ2w表示噪聲方差，而L是用來估計信道功率的符號持續(xù)時間的長度。
21.權(quán)利要求17的接收機，其中歸一化值由下式計算|SV|=|SV,1|2+|SV,2|2+···+|SV,Nt|2]]>其中|Sv|是確定為先前持續(xù)時間v+1接收符號大小的歸一化值，而Sv是從第Nt個發(fā)射天線在先前塊持續(xù)時間接收的符號。
22.權(quán)利要求17的接收機，其中歸一化值是通過將先前接收信號的自相關(guān)值除以估計的信道功率，然后再取平方根來計算的。
23.權(quán)利要求22的接收機，其中歸一化值是由下式計算的|sv|=R{RvnRvnH}-R{Wn}p^B]]>其中|Sv|是歸一化值，Sv是在先前持續(xù)時間v接收的符號塊，R{·}表示實部轉(zhuǎn)換，Rnv是利用先前持續(xù)時間v接收的信號來計算第n個信息符號而創(chuàng)建的接收信號組合，(·)H表示厄密共軛轉(zhuǎn)置，Wn是在第n個符號持續(xù)時間的噪聲，而 是估計的信道功率。
24.權(quán)利要求18的接收機，其中信息符號是實數(shù)，并且被分組成預定數(shù)量的符號，以攜帶PSK(相移鍵控法)和QAM(正交幅度調(diào)制)數(shù)據(jù)之一。
全文摘要
一種在使用多個發(fā)射天線的無線通信系統(tǒng)中，通過只估計信道功率來發(fā)射/接收差分時空塊碼(STBC)的方法和設備。用于先接收由差分STBC編碼的信息符號并對接收的信息符號解碼的接收機，在一塊持續(xù)時間從多個發(fā)射天線中采集在接收天線上接收的信號；通過將該接收信號乘以先前塊持續(xù)時間接收的信號來計算替換信號；估計從多個發(fā)射天線到接收天線的信道的信道功率；利用確定為先前接收符號大小的歸一化值來歸一化所估計的信道功率；以及通過將替換信號除以歸一化的信道功率來計算信息符號。
文檔編號H04L1/06GK1543084SQ20041003158
公開日2004年11月3日 申請日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者黃 洙, 黃讚洙, 南承勛, 鄭在學, 金映秀 申請人:三星電子株式會社