專利名稱：用于線性預(yù)編碼信號的多天線傳輸?shù)姆椒?、相?yīng)設(shè)備、信號和接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域在于無線數(shù)字通信領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及在也稱作“BLAST(貝爾實驗室分層空間-時間)”系統(tǒng)的MIMO(“多輸入多輸出”)型多天線系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)預(yù)編碼矩陣的信號的發(fā)送/接收。
本發(fā)明還可以應(yīng)用于無線電通信領(lǐng)域，尤其用于第三代、第四代及后續(xù)各代的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
包括多個天線的若干發(fā)送/接收系統(tǒng)已經(jīng)是公知的。一些系統(tǒng)使用空間-時間編碼，通過該空間-時間編碼能夠以最高效率利用它們的空間/時間分集。然而，這些空間-時間編碼的頻譜效率是有限的。
因而，某些研究工作已經(jīng)開始研究使用空間多路復(fù)用技術(shù)的分層空間-時間(LST)系統(tǒng)，以獲得容量隨著發(fā)送和接收機(jī)天線的數(shù)量線性增加的系統(tǒng)。
因而，在“當(dāng)使用多個天線用于衰落環(huán)境下無線通信的分層空間-時間結(jié)構(gòu)(Layered Space-Time Architecture for WirelessCommunication in a Fading Environment When Using MultipleAntennas)”(貝爾實驗室技術(shù)期刊，1996年秋季第1卷第2期第41-59頁)介紹了一種目的在于增加傳輸系統(tǒng)容量的第一空間多路復(fù)用系統(tǒng)。為此，他描述了一種對角線“BLAST”結(jié)構(gòu)(稱作D-BLAST)，其中由每個發(fā)射天線連續(xù)地發(fā)送每層的編碼或未編碼和交織的符號。
隨后，Wolniansky、Foschini、Golden和Valenzuela在“V-BLAST用于在富散射無線信道上實現(xiàn)特高數(shù)據(jù)速率的結(jié)構(gòu)(V-BLASTAnArchitecture for Realizing Very High Data Rates Over theRich-Scattering Wireless Channel)”(1998年9月29日意大利比薩，ISSSE-98文集)中通過在無編碼的情況下將原始“BLAST”系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)修改成垂直系統(tǒng)(“V-BLAST”)，并通過在接收時利用零強(qiáng)制(ZF)標(biāo)準(zhǔn)使用干擾消除算法，簡化了這一技術(shù)。該垂直結(jié)構(gòu)非常簡單地從將信息鏈解復(fù)用成子鏈出發(fā)，每個子鏈由其相應(yīng)天線發(fā)射。
隨后，Baro、Bauch、Pavlic和Semmler(“使用空間-時間塊編碼和Turbo解碼提高BLAST性能(Improving BLAST Performaceusing Space-Time Block Codes and Turbo Decoding)”，Globecom2000，2000年11月)提出了空間-時間編碼和特播(Turbo)解碼與編碼V-BLAST型系統(tǒng)的組合。
最后，Ma和Giannakis(“全分集全速率復(fù)數(shù)域空間-時間編碼(Full-Diversity Full-Rate Complex-Field Space-Time Coding)”，2003年IEEE信號處理學(xué)報)介紹了一種組合線性預(yù)編碼與在發(fā)送時空間多路復(fù)用的MIMO技術(shù)的技術(shù)。在該技術(shù)中，通過使用基于Vandermonde矩陣的特定預(yù)編碼矩陣執(zhí)行線性預(yù)編碼，在發(fā)送時循環(huán)地發(fā)送不同的符號。在接收時根據(jù)最大似然檢測器執(zhí)行解碼。
由Foschini推薦的空間多路復(fù)用的“BLAST”技術(shù)的第一個缺點是它的解碼復(fù)雜性。
這一技術(shù)，隨后修改為“V-BLAST”技術(shù)的另一個缺點是沒有利用該系統(tǒng)的最大空間分集。
對于由Baro、Bauch、Pavlic和Semmler提出的技術(shù)來說，該技術(shù)在于組合空間-時間編碼和V-BLAST系統(tǒng)，它的缺點在于未利用該系統(tǒng)的最大容量。
此外，不能使用不同的現(xiàn)有技術(shù)處理相關(guān)的信道。
通過Ma和Giannakis的技術(shù)部分地解決了這些不同的缺點，所述技術(shù)可以用于通過線性預(yù)編碼利用該系統(tǒng)的空間-時間分集以及它們的最大容量。
然而，該技術(shù)的主要缺點在于所使用的接收機(jī)，它必須是最大似然(縮寫為ML)類型的。這些ML接收機(jī)復(fù)雜得難以實現(xiàn)，由于它們的復(fù)雜性，將預(yù)編碼矩陣的大小限制為系統(tǒng)發(fā)射天線的數(shù)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的尤其是克服現(xiàn)有技術(shù)的這些缺點。
更具體地，本發(fā)明的目的是提供一種信號多天線發(fā)送和接收技術(shù)，用于以比現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)編碼系統(tǒng)更佳的性能實現(xiàn)預(yù)編碼矩陣。
本發(fā)明的另一個目的是實現(xiàn)一種此類的技術(shù)，它比現(xiàn)有技術(shù)具有更低的復(fù)雜性和更大的數(shù)值穩(wěn)定性。更具體地，本發(fā)明的目的是提供一種并不必需空間-時間編碼的一類技術(shù)。
本發(fā)明的又一個目的是實施一種這樣的技術(shù)，它適合于同時用于單載波和多載波(OFDM和MC-CDMA)型調(diào)制的MIMO型多天線系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種這樣的技術(shù)，由此可以使用MIMO系統(tǒng)的最大容量和系統(tǒng)的最大分集。
本發(fā)明還有一個目的是實施一種這樣的技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有改善的二進(jìn)制誤碼率性能，同時推薦了一種在接收時低復(fù)雜性的解決方案。
本發(fā)明的又一個目的是實施一種這樣的技術(shù)，可以用于處理相關(guān)的多天線信道，同時限制性能惡化而不取決于調(diào)制。
通過一種用于發(fā)送由矢量構(gòu)成的信號的方法實現(xiàn)這些目的以及根據(jù)下文將顯而易見的其它目的，每個矢量包括將要被發(fā)送的N個源符號，并實施M個發(fā)送天線，其中M大于或等于2。
根據(jù)本發(fā)明，在所述信號上執(zhí)行線性預(yù)編碼，執(zhí)行由以連續(xù)行排列的所述矢量形成的源矩陣與線性預(yù)編碼矩陣的矩陣乘積，發(fā)送預(yù)編碼矩陣，隨后，連續(xù)地發(fā)送與預(yù)編碼矩陣的列對應(yīng)的預(yù)編碼矢量，在M個天線上分配每個預(yù)編碼矢量的M個符號。
因而，本發(fā)明依靠完全新穎和有創(chuàng)造性的方法以發(fā)送信號，在多天線系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)線性預(yù)編碼。
更具體地，本發(fā)明推薦執(zhí)行轉(zhuǎn)置的空間-時間映射，即它建議在M個天線上發(fā)送經(jīng)受按列相同預(yù)編碼的符號。
因而，該方法完全不同于由Ma和Giannakis推薦的在接收時導(dǎo)致很高復(fù)雜性的循環(huán)發(fā)送。
本發(fā)明的技術(shù)是非常有利的，因為它可以通過線性預(yù)編碼用于利用MIMO信道的最大容量，假定它并不使用空間-時間編碼，和最大空間-時間分集。
發(fā)射天線數(shù)量M對應(yīng)于將要被發(fā)送的矢量數(shù)量，這些矢量構(gòu)成源矩陣的不同行。
有利地，這樣一種發(fā)送方法的預(yù)編碼是塊矩陣。
優(yōu)選地，預(yù)編碼矩陣是具有大于或等于M的大小的單位矩陣。
因而，本發(fā)明不同于現(xiàn)有技術(shù)，因為預(yù)編碼矩陣的大小并不始終等于發(fā)射天線的數(shù)量M。如在本文獻(xiàn)中從下文可以看出的，根據(jù)本發(fā)明，通過執(zhí)行低復(fù)雜性的解碼操作，因而支持簡化解碼，即使使用大型預(yù)編碼矩陣。
該預(yù)編碼矩陣屬于包括Hadamard矩陣、也寫作SU(2)的大小為2×2的特殊單位矩陣、傅立葉矩陣、Vandermonde矩陣和更普通的單位矩陣的組。
在本發(fā)明的一種有利的實施例中，預(yù)編碼矩陣是具有下述形式的塊矩陣ΘL=2L·ΘL/2ΘL/2ΘL/2-ΘL/2T]]>其中Θ2=eiθ1cosηeiθ2sinη-e-iθ2sinηe-iθ1cosη]]>和η=π4+kπ2,θ2=θ1-π2,]]>和對于i∈[1,2],θi=π4+k′π2,]]>其中k，k′是相對整數(shù)。
本發(fā)明還涉及一種用于接收在M個發(fā)射天線上發(fā)送的信號的方法，其中M大于或等于2，實施P個接收機(jī)天線，其中P大于或等于2。
根據(jù)本發(fā)明，在P個天線上接收并在接收矩陣內(nèi)按列地分配接收矢量，在P個天線上分配接收矢量的P個符號。隨后，該方法執(zhí)行處理接收矩陣的操作，包括步驟乘以表示在發(fā)送時使用的線性預(yù)編碼矩陣的線性解預(yù)編碼矩陣，從而獲得解預(yù)編碼矩陣，通過它可以提取所發(fā)送的源符號的估計值。
還應(yīng)當(dāng)指出，對于最佳接收來說，在接收中天線的數(shù)量P大于或等于發(fā)射天線的數(shù)量M。
在此和本文獻(xiàn)的其余部分中，將術(shù)語“解預(yù)編碼”理解為實質(zhì)上是指在發(fā)送階段執(zhí)行的預(yù)編碼操作的逆操作。
在第一實施例中，解預(yù)編碼矩陣是預(yù)編碼矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣。
在這種情況下，使用通過傳輸信道在M個發(fā)射天線和P個接收機(jī)天線之間傳送的發(fā)送信號，在處理操作過程中，將接收矩陣乘以表示傳輸信道的逆信道的矩陣，從而獲得所發(fā)送的估計符號矩陣。隨后，將所發(fā)送的估計符號矩陣乘以解預(yù)編碼矩陣。
實際上，包括多個發(fā)射天線和多個接收機(jī)天線的MIMO系統(tǒng)的實現(xiàn)導(dǎo)致不同發(fā)射天線/接收機(jī)天線路徑的存在，在這些路徑上可以發(fā)送有效負(fù)載信息，其中可以用信道矩陣示意地表示這些不同的路徑。
在接收中，必須反轉(zhuǎn)(invert)在不同路徑上估計的信道編碼從而取回所發(fā)送的符號。假設(shè)該信道是接收機(jī)完全所知的，則足以執(zhí)行信道矩陣的求逆。
該接收方法尤其包括檢測執(zhí)行連續(xù)消除算法的M個發(fā)射天線的預(yù)備步驟。
在第二實施例中，使用通過傳輸信道在M個發(fā)射天線和P個接收機(jī)天線之間傳輸?shù)乃l(fā)送信號，解預(yù)編碼矩陣是使信道矩陣和線性預(yù)編碼矩陣相關(guān)聯(lián)的全部矩陣的逆矩陣。
在該實施例中，該接收方法執(zhí)行順序解碼，它支持具有最佳信噪比的信道的優(yōu)先解碼。
在這種情況下，通過Cholesky分解算法的執(zhí)行來確定解預(yù)編碼矩陣，所述算法可以用于獲得計算成本很低且比現(xiàn)有技術(shù)更為簡單的解碼方法。
該最大似然型技術(shù)是公知的、滿意的，但是很復(fù)雜。
對于MIMO系統(tǒng)的解碼而言，使用利用最小均方誤差(MMSE)標(biāo)準(zhǔn)的Cholesky分解是完全新穎的，并可以用于克服在現(xiàn)有技術(shù)中固有的復(fù)雜性這一缺點。
Cholesky分解的一種替代方式將是使用利用ZF準(zhǔn)則的QR分解。這一技術(shù)還具有低復(fù)雜性，但是顯示較低滿意度的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的一種變型，使用作為塊矩陣的解預(yù)編碼矩陣，該接收方法通過改變塊內(nèi)的符號執(zhí)行距離最小化。這進(jìn)一步改善了本發(fā)明的解碼器。
本發(fā)明還涉及一種由在M個發(fā)射天線上連續(xù)發(fā)送的矢量形成的信號，其中M大于或等于2，每個矢量的M個符號分配在M個天線上。根據(jù)本發(fā)明，這些矢量是與預(yù)編碼矩陣的列對應(yīng)的預(yù)編碼矢量，所述預(yù)編碼矩陣通過使由分別包括將要被發(fā)送的N個源符號的源矢量形成的源矩陣和線性預(yù)編碼矩陣矩陣相乘獲得，在所述源矩陣內(nèi)以連續(xù)行方式排列源矢量。
本發(fā)明還涉及一種用于發(fā)送信號的設(shè)備，該信號由分別包括將要被發(fā)送的N個源符號的矢量形成，并實現(xiàn)M個發(fā)射天線，其中M大于或等于2，用于如上文所述的發(fā)送方法。
本發(fā)明還涉及一種用于接收在M個發(fā)射天線上發(fā)送的信號的設(shè)備，其中M大于或等于2，該設(shè)備包括P個接收機(jī)天線，其中P大于或等于2。


根據(jù)下文通過簡單的說明性和非窮舉性的例子給出的優(yōu)選實施例的描述，并根據(jù)附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得更加明顯，在附圖中圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的實施源矩陣X和預(yù)編碼矩陣Θ的四發(fā)射天線系統(tǒng)；圖2A圖示在稱作無排序(沒有“順序”)實施例的本發(fā)明第一實施例中包括用于接收根據(jù)圖1的系統(tǒng)發(fā)送的信號的四個天線的系統(tǒng)；圖2B圖示在稱作排序(“順序”)實施例的本發(fā)明第二實施例中包括用于接收根據(jù)圖1的系統(tǒng)發(fā)送的信號的四個天線的系統(tǒng)；圖3圖示不同系統(tǒng)的比較性能，即沒有線性預(yù)編碼的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)、帶有用于大小為4的預(yù)編碼矩陣和大小為256的預(yù)編碼矩陣的線性預(yù)編碼的本發(fā)明的系統(tǒng)。
具體實施例方式
本發(fā)明的普通原理基于用于多天線系統(tǒng)的在發(fā)送時線性預(yù)編碼的新穎系統(tǒng)。將由以連續(xù)行排列的將要被發(fā)送的矢量構(gòu)成的源矩陣乘以預(yù)編碼矩陣，此預(yù)編碼矩陣具有大于或等于發(fā)射天線數(shù)量的大小，以構(gòu)成預(yù)編碼矩陣。隨后，在每個發(fā)射天線上同時發(fā)送構(gòu)成預(yù)編碼矩陣同一列的每個符號，每個天線發(fā)送來自預(yù)編碼矩陣的列的不同符號。
現(xiàn)在參見圖1，我們介紹一種根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)源矩陣X和預(yù)編碼矩陣Θ的具有四個發(fā)射天線的系統(tǒng)。
為了簡化，在本申請文件中此處和下文中的描述限制于源方矩陣X和預(yù)編碼方矩陣Θ的特殊情況。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將毫無困難地將此教導(dǎo)擴(kuò)展到所有類型的矩陣X和Θ，將理解X的列數(shù)應(yīng)當(dāng)?shù)扔讦ǖ男袛?shù)，X必須具有M列，其中M是發(fā)射天線數(shù)量。
包括將要被發(fā)送的信息的源矩陣X由構(gòu)成矩陣X的行的四個矢量X1、X2、X3、X4構(gòu)成。
對于i＝1至4，每個矢量Xi由四個符號構(gòu)成X1＝[x1x2x3x4]，X2＝[x5x6x7x8]，X3＝[x9x10x11x12]，X＝[x13x14x15x16]。
因此，將要發(fā)送的符號總數(shù)是16。這對應(yīng)于發(fā)射天線數(shù)量M乘以預(yù)編碼矩陣Θ的行數(shù)L。
預(yù)編碼矩陣Θ的大小是4×4，它是塊矩陣。根據(jù)一種具體實施例，預(yù)編碼矩陣Θ如下ΘL=2L·ΘL/2ΘL/2ΘL/2-ΘL/2T]]>
其中Θ2=eiθ1cosηeiθ2sinη-e-iθ2sinηe-iθ1cosη]]>和η=π4+kπ2,θ2=θ1-π2,]]>和對于i∈[1,2],θi=π4+k′π2i]]>其中k，k′是相對整數(shù)。
在將源矩陣X乘以預(yù)編碼矩陣Θ之后，獲得預(yù)編碼矩陣S(S＝X.Θ)。
該大小為4×4的矩陣S由四個矢量Si(i＝1至4)構(gòu)成S1＝[s1s5s9s13]，S2＝[s2s6s10s14]，S3＝[s3s7s11s15]，S4＝[s4s8s12s16]這些也稱作預(yù)編碼矢量的矢量Si對應(yīng)于將源矩陣X乘以預(yù)編碼矩陣Θ的同一列。因而，S1對應(yīng)于將源矩陣X乘以預(yù)編碼矩陣Θ的第一列獲得的矢量，S2對應(yīng)于將源矩陣X乘以預(yù)編碼矩陣Θ的第二列獲得的矢量，對于矩陣Θ的四列，依此類推。
在給定的時間點上，隨后，四個發(fā)射天線10、11、12和13中的每個天線在同一發(fā)送突發(fā)中發(fā)送同一預(yù)編碼矢量Si的符號之一。
因而，在時刻T0上，第一天線10發(fā)送矢量S1的符號s1?；旧显谕粫r刻T0，第二天線11發(fā)送矢量S1的符號s5，第三天線12發(fā)送矢量S1的符號s9，和第四天線13發(fā)送矢量S1的符號s13。
在對應(yīng)于時間T1、T2和T3的三個發(fā)送突發(fā)中分別發(fā)送其它的預(yù)編碼矢量S2、S3和S4。
隨后，在每個發(fā)射天線上發(fā)送與源矩陣X乘以預(yù)編碼矩陣Θ的同一列對應(yīng)的同一預(yù)編碼矢量的每個符號，每個天線發(fā)送預(yù)編碼矢量的不同符號。
換句話說，如果將矩陣S視為由排列在連續(xù)行內(nèi)的四個矢量S1’，S2’，S3’S4’構(gòu)成，即S1’＝[s1s2s3s4]，S2’＝[s5s6s7s8]，S3’＝[s9s10s11s12]，S4’＝[s13s14s15s16]則-同時在不同發(fā)射天線上發(fā)送每個矢量S1’(i＝1至4)的第一符號，s1在第一天線上和s13在最后一個天線上。
-同時在不同發(fā)射天線上發(fā)送每個矢量S1’的第二符號，s2在第一天線上和s14在最后一個天線上。
-重復(fù)此操作，直到每個矢量S1’的最后一個符號。
最后，該系統(tǒng)在時刻T0上首先發(fā)送[s1s5s9s13]，隨后在T1上發(fā)送[s2s6s10s14]，然后在T2上發(fā)送[s9s7s11s15]，和最后在T3上發(fā)送[s4s8s12s16]。
現(xiàn)在，參見圖2A和圖2B，我們介紹具有四個接收機(jī)天線的系統(tǒng)。
在MIMO信道內(nèi)傳輸之后，所接收的信號由在接收矩陣R內(nèi)以連續(xù)列排列的矢量Ri(i＝1至4)構(gòu)成，其中R1＝[r1r5r9r13]，R2＝[r2r6r10r14]，R3＝[r3r7r11r15]，R4＝[r4r8r12r16]因而，根據(jù)每個發(fā)射天線/接收機(jī)天線路徑的長度，接收矩陣R由基本上在同一時刻T0’在四個接收機(jī)天線上接收到的符號[r1r5r9r13](r1在第一天線20上，r5在第二天線21上，r9在第三天線22上和r13在第四天線23上)、如上述基本上同時在時間T1’在四個接收機(jī)天線上接收到的符號[r2r6r10r14]以及在時間T2’和T3’上接收到的符號[r3r7r11r15]和[r4r8r12r16]構(gòu)成。
根據(jù)如圖2A所示的第一實施例，該過程基于稱作“無排序”技術(shù)的技術(shù)。該技術(shù)首先開始于反轉(zhuǎn)(invert)在不同發(fā)射/接收機(jī)天線信道上估計的編碼信道，從而取回所估計的發(fā)射符號。
因而，執(zhí)行連續(xù)的消除算法以檢測不同的發(fā)射天線。
該算法如下r＝sHRr＝HHH+σ2la＝rHHb=Rr-1a=sHHHHHH+σ2I]]>其中-r對應(yīng)于在P個接收機(jī)天線上接收到的符號，即在接收矩陣R上；-H是大小為(M×P)的信道；-σ2是接收機(jī)天線的平均信噪比；-Rr是自相關(guān)矩陣；-a對應(yīng)于根據(jù)上述等式的大小為M的不同矢量；-b首先對應(yīng)于所發(fā)送的不同符號矢量[s1s5s9s13]的估計值，隨后對應(yīng)于所發(fā)送符號[s2s6s10s14]的估計值，然后對應(yīng)于所發(fā)送符號[s3s7s11s15]的估計值，最后對應(yīng)于所發(fā)送符號[s4s8s12s16]的估計值。
-指數(shù)H表示共軛轉(zhuǎn)置。
該算法在最小均方誤差(MMSE)的意義上類似于在“使用空間-時間塊編碼和Turbo解碼改善BLAST性能(Improving BLASTPerformance using Space-Time Block Codes and Turbo Decoding)”，2000年11月Globecom(Baro，Bauch，Pavlic和Semmeler)中描述的V-BLAST解碼，通過所述MMSE可以取回所發(fā)送的矢量Si的估計值 其中i的范圍是1至4。
這等于將接收矩陣R乘以表示傳輸信道的逆信道的矩陣。
隨后，重新排序所接收的矢量，從而取回所發(fā)送矢量S1，S2，S3，S4，或再次S1’，S2’，S3’，S4’的估計值，將這些估計矢量稱作S^1=s^1s^2s^3s^4,S^2=s^5s^6s^7s^8,S^3=s^9s^10s^11s^12]]>和S^4=s^13s^14s^15s^16,]]>并排列在稱作估計符號矩陣的矩陣的連續(xù)行內(nèi)。
隨后，接收機(jī)將所獲得的估計符號矩陣 乘以解預(yù)編碼矩陣以形成用于提取所發(fā)送的源符號估計值的解預(yù)編碼矩陣 該解預(yù)編碼矩陣對應(yīng)于在發(fā)送時使用的預(yù)編碼矩陣Θ的共軛轉(zhuǎn)置(在圖2A中標(biāo)號為ΘH)。
因為預(yù)編碼矩陣Θ是單位陣，將所獲得的估計符號矩陣 乘以轉(zhuǎn)置和共軛預(yù)編碼矩陣ΘH等于將矩陣 乘以矩陣Θ-1即預(yù)編碼矩陣Θ的逆矩陣Θ:X^=S^.ΘH=S^.Θ-1.]]>因此，在每次V-BLAST迭代中執(zhí)行解預(yù)編碼步驟ΘH＝Θ-1。
在圖2B所示的第二實施例中，在執(zhí)行Cholesky分解算法時，聯(lián)合執(zhí)行信道編碼逆操作和解預(yù)編碼操作。這樣一種算法由Wei Zha和Steven D.Blostein在“BLAST空間-時間系統(tǒng)的改進(jìn)去相關(guān)判決反饋檢測(Modified Decorrelating Decision-Feedback Detection of BLASTSpace-Time System)”(ICC 2002，第1卷，第335至339頁，2002年4月至5月)描述。該技術(shù)稱作“帶有排序”的技術(shù)。
在該實施例中，接收機(jī)將由以連續(xù)列排列的矢量R1＝[r1r5r9r13]，R2＝[r2r6r10r14]，R3＝[r3r7r11r15]，R4＝[r4r8r12r16]構(gòu)成的接收矩陣R乘以全部矩陣G的逆矩陣，該矩陣G對應(yīng)于信道矩陣和預(yù)編碼矩陣Θ的關(guān)聯(lián)。
通過執(zhí)行在其中執(zhí)行排序操作的Cholesky分解，獲得全部矩陣G的逆矩陣，該逆矩陣也稱作解預(yù)編碼矩陣。
該排序操作使得可以首先判決具有最高冪的全部矩陣G的符號。因而，以冪的遞減順序處理這些符號。
該Cholesky算法如下R＝Y(jié)ΘHRr=Pp(ΘHHHΘH+σ2I)PpH]]>Rr＝LLHRr-1=(LH)-1L-1]]>x=RHHΘHPpH]]>y＝x(LH)-1z=PpyL-1=PpXΘHHHΘHPpHPp(ΘHHHΘH+σ2I)PpH]]>其中-r對應(yīng)于在P個接收機(jī)天線上接收到的符號，即對應(yīng)于接收矩陣R；-X對應(yīng)于所發(fā)送的源矩陣；-Θ是大小為4×4的預(yù)編碼矩陣；-H是大小為4×4的信道矩陣；-σ2是接收機(jī)天線的平均信噪比；-Rr是自相關(guān)矩陣；-L是自相關(guān)矩陣Rr的下三角形矩陣；-Pp是關(guān)于該自相關(guān)矩陣的干擾的根據(jù)期望符號的最大冪準(zhǔn)則的置換矩陣；-x和y是大小為16的矢量(發(fā)射天線的數(shù)量乘以預(yù)編碼矩陣Θ的行數(shù))。
在接收時，Cholesky分解算法支持接收機(jī)直接獲取與在解預(yù)編碼矩陣 內(nèi)由源矩陣x發(fā)送的符號估計值對應(yīng)的大小為16的矢量z(發(fā)射天線數(shù)量乘以預(yù)編碼矩陣Θ的行數(shù))。
Cholesky分解是數(shù)字穩(wěn)定分解。
在該實施例中，預(yù)編碼的優(yōu)點在于去相關(guān)信道，如果信道被相關(guān)的話。
因為解預(yù)編碼矩陣是塊矩陣，所以該接收系統(tǒng)還可以通過使用通過改變塊內(nèi)的符號使距離最小化的技術(shù)來改進(jìn)。
現(xiàn)在參見圖3，我們介紹通過使用大小為4×4的預(yù)編碼矩陣和大小為256×256的預(yù)編矩陣的根據(jù)本發(fā)明所獲得的性能水平。
更具體地，圖3圖示根據(jù)無排序的第一實施例的本發(fā)明的性能數(shù)值，即當(dāng)解預(yù)編碼矩陣對應(yīng)于預(yù)編碼矩陣的共軛轉(zhuǎn)置時比較根據(jù)本發(fā)明的使用線性預(yù)編碼的系統(tǒng)與沒有預(yù)編碼的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)。
當(dāng)二進(jìn)制誤碼率(BER)是10-4，頻譜效率8bps/Hz，且當(dāng)在接收時使用MMSE型均衡器時，可以在參考曲線和預(yù)編碼為256的曲線之間觀察到16.0dB的增益，所述參考曲線對應(yīng)于沒有預(yù)編碼的系統(tǒng)，所述預(yù)編碼為256的曲線對應(yīng)于使用大小為256×256的預(yù)編碼矩陣的系統(tǒng)。
因而，本發(fā)明以很高的信噪比改善了性能，同時在O(L3)方面維持復(fù)雜性，其中L是預(yù)編碼矩陣的大小，或者再次，如果該矩陣不是方陣，則是預(yù)編碼矩陣的行數(shù)。
對于它的一部分來說，同樣使用預(yù)編碼矩陣的Ma和Giannakis的現(xiàn)有技術(shù)方法(“全分集全速率復(fù)數(shù)域空間-時間編碼(Full-DiversityFull-Rate Complex-Field Space-Time Coding)”，2003年IEEE信號處理學(xué)報)不能用于獲得大小為256的預(yù)編碼矩陣，因為該方法的計算成本過高。事實上，這一方法的復(fù)雜性是在O(ML)方面的指數(shù)因子，其中M對應(yīng)于調(diào)制大小。
當(dāng)在接收時執(zhí)行排序的第二實施例時，進(jìn)一步地改善本發(fā)明的性能數(shù)值。
實際上，當(dāng)實施這個帶有排序的實施例時，大小為4×4的預(yù)編碼矩陣給出與在沒有排序的實施例中使用大小為256的預(yù)編碼矩陣基本上相同的結(jié)果，即相對于參考曲線接近16.0dB的增益，這對應(yīng)于當(dāng)二進(jìn)制誤碼率(BER)是10-4，頻譜效率8bps/Hz時沒有預(yù)編碼的系統(tǒng)。
當(dāng)預(yù)編碼大小增加時，系統(tǒng)性能隨之改善，對于帶有排序和大小為256×256的預(yù)編碼矩陣的系統(tǒng)，獲得非常好的結(jié)果。
因而，所推薦的發(fā)明支持與現(xiàn)有技術(shù)相比更低復(fù)雜性和更低成本的解碼，同時表現(xiàn)出改善的性能。
此外，本發(fā)明的技術(shù)適合于單載波調(diào)制系統(tǒng)以及多載波調(diào)制系統(tǒng)(例如OFDM或MC-OFDM系統(tǒng))。
可以將本發(fā)明應(yīng)用于給容量的使用提供優(yōu)先選擇的任一多天線系統(tǒng)，即使多天線信道是相關(guān)的，也能夠?qū)崿F(xiàn)此結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)送由矢量構(gòu)成的信號的方法，每個矢量包括要被發(fā)送的N個源符號，并實施M個發(fā)射天線，其中M大于或等于2，其特征在于在所述信號上執(zhí)行線性預(yù)編碼，實施由以連續(xù)行排列的所述矢量構(gòu)成的源矩陣與線性預(yù)編碼矩陣的矩陣乘積，發(fā)送預(yù)編碼矩陣，并在于連續(xù)地發(fā)送與所述預(yù)編碼矩陣的列對應(yīng)的預(yù)編碼矢量，在所述M個天線上分配每個預(yù)編碼矢量的M個符號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)送方法，其特征在于所述預(yù)編碼矩陣是塊矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2之一的發(fā)送方法，其特征在于所述預(yù)編碼矩陣是大小大于或等于M的單位矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求的發(fā)送方法，其特征在于所述預(yù)編碼矩陣的形式為ΘL=2L·ΘL/2ΘL/2ΘL/2-ΘL/2T]]>其中Θ2=eiθ1cosηeiθ2sinη-e-iθ2sinηe-iθ1cosη]]>和η=π4+kπ2,]]>θ2=θ1-π2,]]>和對于i∈[1，2]，θi=π4+k′π2,]]>其中k，k′是相對整數(shù)。
5.一種用于接收在M個發(fā)射天線上發(fā)送的信號的方法，其中M大于或等于2，實施P個接收機(jī)天線，其中P大于或等于2，其特征在于在所述P個天線上接收該接收矢量并按列分配在接收矩陣中，接收矢量的P個符號分配在所述P個天線上，并在于它執(zhí)行所述接收矩陣的處理，包括乘以表示在發(fā)送時使用的線性預(yù)編碼矩陣的線性解預(yù)編碼矩陣的步驟，從而獲得解預(yù)編碼矩陣，由此可以提取所發(fā)送的源符號的估計值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的接收方法，其特征在于所述解預(yù)編碼矩陣是所述預(yù)編碼矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的接收方法，其特征在于通過傳輸信道在所述M個發(fā)射天線和所述P個接收機(jī)天線之間傳送所述發(fā)送信號，所述接收矩陣在所述處理操作過程中乘以表示所述傳輸信道的逆信道的矩陣，從而獲得所發(fā)送的估計符號的矩陣，并在于隨后將所發(fā)送的估計符號的所述矩陣乘以解預(yù)編碼矩陣。
8.根據(jù)權(quán)利要求6和7中任一權(quán)利要求的接收方法，其特征在于它包括檢測實施連續(xù)消除算法的所述M個發(fā)射天線的預(yù)備步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的接收方法，其特征在于通過傳輸信道在所述M個發(fā)射天線和所述P個接收機(jī)天線之間傳送所述發(fā)送信號，所述解預(yù)編碼矩陣是關(guān)聯(lián)所述信道矩陣和所述線性預(yù)編碼矩陣的全部矩陣的逆矩陣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的接收方法，其特征在于通過實施Cholesky分解算法確定所述解預(yù)編碼矩陣。
11.一種由在M個發(fā)射天線上連續(xù)發(fā)送的矢量構(gòu)成的信號，其中M大于或等于2，在所述M個天線上分配每個矢量的M個符號，其特征在于所述矢量是對應(yīng)于預(yù)編碼矩陣的列的預(yù)編碼矢量，所述預(yù)編碼矩陣通過線性預(yù)編碼矩陣和由分別包括將要被發(fā)送的N個源符號的源矢量構(gòu)成的源矩陣的矩陣乘積獲得，所述源矢量排列在所述源矩陣的連續(xù)行內(nèi)。
12.一種設(shè)備，用于發(fā)送由每個包括要被發(fā)送的N個源符號的矢量構(gòu)成的信號，并實施M個發(fā)射天線，其中M大于或等于2，其特征在于它包括用于線性預(yù)編碼所述信號，實施由在連續(xù)行內(nèi)排列的所述矢量構(gòu)成的源矩陣與線性預(yù)編碼矩陣的矩陣乘積，發(fā)送預(yù)編碼矩陣的裝置，和用于連續(xù)發(fā)送與所述預(yù)編碼矩陣的列對應(yīng)的預(yù)編碼矢量的裝置，每個預(yù)編碼矢量的M個符號分配在所述M個天線上。
13.一種設(shè)備，用于接收在M個發(fā)射天線上發(fā)送的信號，其中M大于或等于2，所述設(shè)備包括P個接收機(jī)天線，其中P大于或等于2，其特征在于它包括用于在所述P個天線上接收接收矢量的裝置；和將所述接收矢量按列分配在接收矩陣中的裝置，接收矢量的P個符號分配在所述P個天線上；和在于它包括處理所述接收矩陣的裝置，包括乘以表示在發(fā)送時使用的線性預(yù)編碼矩陣的線性解預(yù)編碼矩陣的裝置；從而獲得解預(yù)編碼矩陣，通過它可以提取所發(fā)送的源符號的估計值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)送由矢量構(gòu)成的信號的方法，每個矢量包括將要發(fā)送的N個源符號，使用M個發(fā)射天線，其中M大于或等于2。本發(fā)明的方法包括下述步驟使用由排列在連續(xù)行內(nèi)的矢量構(gòu)成的源矩陣與線性預(yù)編碼矩陣的矩陣乘積，線性預(yù)編碼該信號，遞送預(yù)編碼矩陣；和連續(xù)地發(fā)送與所述預(yù)編碼矩陣的列對應(yīng)的預(yù)編碼矢量，將每個預(yù)編碼矢量的M個符號分配給M個天線。
文檔編號H04J99/00GK1890908SQ200480035766
公開日2007年1月3日 申請日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者文森特·萊尼爾, 瑪麗萊恩·埃拉爾, 阿爾邦·古皮 申請人:法國電信公司