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)包括至少一個發(fā)射機和至少一個接收機，發(fā)射機帶有至少兩個發(fā)射天線，接收機帶有至少一個接收天線，該方法包括一個碼元編碼步驟，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端和/或發(fā)射機端使用多個天線的電信系統(tǒng)被稱為多輸入多輸出系統(tǒng)(還被稱為MIMO系統(tǒng))。MIMO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，無論哪個是最小的，MIMO容量隨發(fā)射或接收天線數(shù)目線性增加。MIMO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，降低所需的發(fā)射功率。該MIMO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MIMO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)射機包括一個信道編碼器，用來對未編碼的數(shù)據(jù)比特進行編碼，例如，借助卷積碼或Turbo碼，并向交織器提供二進制流。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，每個碼元包含多個實數(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)射天線在同一時間片期間發(fā)送。在此應(yīng)當(dāng)指出，與兩個不同時間片對應(yīng)的信息可以在兩個不同的時刻發(fā)送，但是也可以在同一時刻由兩個具有適當(dāng)?shù)牟煌l率的不同載波信號(carrying signal)發(fā)送，例如目的是為了在頻譜域內(nèi)擴展所述碼元，正如在OFDM電信系統(tǒng)中所要進行的擴展。
所傳送的碼元在接收機端解碼，這在BICM類型的MIMO系統(tǒng)中可以通過迭代空時解碼器執(zhí)行，該解碼器預(yù)定將要產(chǎn)生對構(gòu)成傳送碼元的編碼比特的估計。使用多個發(fā)射天線和多個接收天線引起的空間分集使該解碼變得容易，因為該分集所提供的信息量比通過單個通信信道發(fā)射的單個信號所提供的信息量更大。
發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，增加由包括在空時解碼器中的前端檢測器所感知的輸入數(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收斂，所述的數(shù)據(jù)基于該編碼比特的估計產(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通信信道而獲得，雖然產(chǎn)生上述的優(yōu)點，但是它也受到接收天線數(shù)目限制，這進而又限制了空時解碼器的性能。
發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，雖然使用多個發(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和發(fā)射機之間建立的通信信道的不利通信條件。這種不利的條件會致使傳送的數(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MIMO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，它對于空間和時間都能提供較高數(shù)據(jù)分集，如同由在該電信系統(tǒng)接收機端的至少一個接收天線所感知的，所述方法對于調(diào)整在指定的發(fā)射機和接收機之間的數(shù)據(jù)吞吐量，還提供了額外的自由度，從而允許調(diào)整(tune)所述的吞吐量，優(yōu)選地，關(guān)于所述的發(fā)射機和接收機之間的通信條件來執(zhí)行該調(diào)整。
實際上，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)開始段落的方法其特征在于，它還包括一個碼元擴展步驟，在該碼元擴展過程中，K個連續(xù)碼元在所述的通信信道上發(fā)送之前被擴展到幾個時間片上，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行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明使得能夠?qū)⑼ㄟ^使用多個建立在發(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)時間分集相結(jié)合。由本發(fā)明提供的對連續(xù)碼元的數(shù)目值K的選擇使得能夠調(diào)整發(fā)射機和接收機之間的通信吞吐量，多個連續(xù)碼元指將被擴展到幾個時間片上的碼元。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，將被擴展到幾個時間片上的連續(xù)碼元數(shù)目的可調(diào)整整數(shù)K，由發(fā)射機基于接收機發(fā)送的反饋信息動態(tài)調(diào)節(jié)，該反饋信息表示所述發(fā)射機和接收機之間的通信條件質(zhì)量。
反饋信息存在于由接收機實時計算的信噪比或者信號-干擾比，但是也可以由接收機為可調(diào)整數(shù)K計算的作為該信噪比或者信號-干擾比的函數(shù)形成的值。
根據(jù)本發(fā)明可能的實施例，碼元擴展步驟通過計算所述K個連續(xù)碼元的多個線性組合執(zhí)行，該線性組合預(yù)定通過發(fā)射天線在預(yù)定數(shù)目的時間片上發(fā)送。
在任何指定時刻在多個通信信道上傳送的數(shù)據(jù)不代表單個碼元，正如在許多已知的MIMO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)定將補償困難的通信條件。
根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，碼元擴展步驟通過將由一串所述K個連續(xù)碼元形成矢量的一方乘以預(yù)定義擴展陣的另一方來執(zhí)行。
本發(fā)明的這個特定實施例特別易于實現(xiàn)，因此使得能夠以相對低的成本獲得增加的分集，相對低的成本是就發(fā)射端所要求的計算資源和處理功率而言，在移動通信領(lǐng)域，這是一個重要的課題，在移動通信領(lǐng)域，發(fā)射機可由諸如移動電話之類的移動終端構(gòu)成，移動終端必須盡可能小，并由具有有限能量存儲容量的電池供電。
如果由所述一串K個連續(xù)碼元形成矢量的尺寸一方，與由擴展矩陣列的列數(shù)的另一方不同，即在可調(diào)整整數(shù)K被這樣選擇，使得實際獲得數(shù)據(jù)冗余時，為了執(zhí)行上述的矩陣乘法，由一串K個連續(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展矩陣的一維。
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知識或假設(shè)，選擇預(yù)定義擴展矩陣的特性。
根據(jù)上述特定實施例的第一變形，擴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，每個組塊具有與發(fā)射天線的數(shù)目相對應(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)的各個矢量。
根據(jù)該第一變形的擴展矩陣，使得通過遍歷通信信道傳送的碼元所承載的能量在時間上能夠基本均勻地分布，這確保從一個時間片到另一個時間片通信條件改變的最佳可檢測性。并進而使得能夠提供關(guān)于時間和空間的高的數(shù)據(jù)分集，如同在這種遍歷通信信道接收機端的接收天線所能感知的。
根據(jù)上述特定實施例的第二變形，擴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，每個組塊具有與發(fā)射天線的數(shù)目相對應(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矢量。
由于組塊之間的正交性，根據(jù)第二變形的擴展矩陣使得能夠在傳送可調(diào)整整數(shù)K個連續(xù)碼元的線性組合所需時間和/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，這確保從一個時間片到另一個時間片通信條件改變的最佳可檢測性。這進而使得能夠提供關(guān)于時間和空間的高數(shù)據(jù)分集，如同在這種基本恒定不變的通信信道接收機端的接收天線所能感知的。
根據(jù)上述特定實施例的第三變形，擴展矩陣以這樣的方式構(gòu)成，即它的每一行由多個形成各自的具有完全相同規(guī)格的矢量的分段構(gòu)成，每個分段包括連續(xù)組塊，每個組塊具有與發(fā)射天線的數(shù)目相對應(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矢量。
根據(jù)該第三變形的擴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個連續(xù)碼元的整個期間，該通信信道預(yù)期包含(feature)C個連續(xù)組通信條件，在S/C個時間片期間，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時間片定義的每個恒定不變期間，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相對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恒定不變期間到另一個恒定不變期間發(fā)生改變，可以認為所述信道在恒定不變期間的量度上是遍歷的，從而擴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。這進而使得能夠提供關(guān)于時間和空間的高的數(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)選實施例，所述擴展矩陣還具有旋轉(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。
通過增強由所述解碼器執(zhí)行的第一迭代步驟的性能，在發(fā)射機端用旋轉(zhuǎn)矩陣來計算連續(xù)碼元的多個線性組合使得能夠全局優(yōu)化預(yù)定在接收機端處理所述碼元的迭代空時解碼器的性能。
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)包括至少一個發(fā)射機和至少一個接收機，發(fā)射機帶有至少兩個發(fā)射天線，接收機帶有至少一個接收天線，該發(fā)射機包括一個碼元編碼裝置，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)射機還包括一個碼元擴展裝置，用于在K個連續(xù)碼元在所述的通信信道上發(fā)送之前將所述碼元擴展到幾個時間片上，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)于硬件方面的一個可能的實施例，碼元擴展裝置預(yù)定將計算K個連續(xù)碼元的多個線性組合，該線性組合預(yù)定通過發(fā)射天線在預(yù)定數(shù)目的時間片上發(fā)射。
根據(jù)上述關(guān)于硬件方面的一個特定實施例，碼元擴展裝置預(yù)定要將由一串所述K個連續(xù)碼元形成的矢量一方乘以預(yù)定義擴展陣另一方。
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，帶有至少兩個發(fā)射天線，并包括一個碼元編碼裝置，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碼元擴展裝置，用于在K個連續(xù)碼元在所述的發(fā)射天線上發(fā)射之前將所述碼元擴展到幾個時間片上，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為表示高度簡化的MIMO電信系統(tǒng)的框圖；圖2為表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例在MIMO電信系統(tǒng)所包括的發(fā)射機中包括的空時編碼器的框圖；圖3為表示根據(jù)本發(fā)明的擴展步驟如何在這樣的空時編碼器中執(zhí)行的圖；圖4為表示據(jù)本發(fā)明第二實施例在MIMO電信系統(tǒng)所包括的發(fā)射機中包括的空時編碼器的框圖；圖5為表示根據(jù)本發(fā)明的擴展步驟如何在這樣的空時編碼器中執(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展矩陣圖；圖10和11為表示適于塊衰落通信信道的擴展矩陣如何構(gòu)成的圖；具體實施例圖1用圖形示出了包括至少一個發(fā)射機TR和一個接收機REC的電信系統(tǒng)，該電信系統(tǒng)預(yù)定通過多個分別建立在Nt個發(fā)射天線(ta1，ta2，...taNt)和Nr個接收天線(ra1，ra2...raNr)之間的多個通信信道CHNL交換數(shù)據(jù)。
在此描述的實例中示出的發(fā)射機TR包括一個信道編碼器CHENC，預(yù)定借助于卷積碼或Turbo碼對未編碼數(shù)據(jù)比特Uncb進行編碼，并提供將被傳送的二進制流Tb。發(fā)射機TR包括一個交織器INTL，預(yù)定生成置換比特Pb，這樣的交織對于稍后在接收機側(cè)的處理有用，因為它將允許獲得不相關(guān)的數(shù)據(jù)。然后置換比特Pb被分成每個字至少一個比特的字，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，該碼元編碼裝置實質(zhì)上由空時編碼器SPTENC形成，在傳送所述碼元Zi之前，碼元編碼裝置對它們執(zhí)行處理。
在已知的現(xiàn)有技術(shù)中，每個碼元Zi的分量通常預(yù)定在同一時間片期間由各個發(fā)射天線發(fā)射。
在此描述的實例中示出的接收機REC包括一個空時解碼器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相對應(yīng)。該空時解碼器SPTDEC包括一個空時檢測器DET，預(yù)定處理借助接收天線(ra1，ra2...raNr)收到的信號所承載的數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生關(guān)于發(fā)送的置換比特Pb估計的真實或近似似然值Rib，該似然值預(yù)定由去交織器DINTL去交織，這將輸出關(guān)于包括在二進制流Tb中的比特估計的軟似然值Rb。包括在接收機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)，空時檢測器DET優(yōu)選利用在前面的解碼步驟中生成的先驗信息Pra，并且由信道解碼器CHDEC通過交織器I NTR，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TR中的交織器相同。
發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由空時檢測器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收斂，所述的數(shù)據(jù)基于該編碼比特的可靠估計產(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(ta1，ta2...taNt)和接收天線(ra1，ra2...raNr)之間的多個通信信道CHNL獲得的空間分集與關(guān)于數(shù)據(jù)的時間分集相組合，從而增加由接收天線(ra1，ra2...raNr)收到數(shù)據(jù)的分集，所述的時間分集是由所述信道的接收機端的接收天線所感知的時間分集。
為此目的，根據(jù)本發(fā)明，空時編碼器SPTENC在通過通信信道CHNL發(fā)送所述碼元之前，將在幾個時間片段上擴展K個連續(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TR和接收機REC之間的通信吞吐量，該連續(xù)碼元Zi的分量將被擴展到幾個時間片上。
在本發(fā)明的這個實施例中，其分量將被擴展到幾個時間片上的連續(xù)碼元Zi數(shù)目的可調(diào)整整數(shù)K的值，由包括在發(fā)射機中的調(diào)整裝置TUM基于接收機REC發(fā)送的反饋信息Fbi動態(tài)調(diào)節(jié)，該反饋信息表示所述發(fā)射機TR和接收機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REC實時計算的信噪比或者信號-干擾比，但是也可以由接收機REC自己作為該信噪比或者信號-干擾比的函數(shù)計算出的K的最大值形成，在此情況下，調(diào)整裝置TUM可以只負責(zé)將所述值K轉(zhuǎn)送到空時編碼器SPTENC。
圖2圖示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的空時編碼器SPTENC。在此描述的實例中，空時編碼器SPTENC包括串/并轉(zhuǎn)換器S/P，預(yù)定用來連續(xù)接收多組K個連續(xù)碼元Zi(i＝1至K)并將由K個串聯(lián)的連續(xù)碼元[Z1...ZK]形成的矢量遞送到碼元擴展裝置SPMD，在碼元擴展裝置SPMD中，所述的矢量預(yù)定將和擴展矩陣SM相乘。
在此描述的實例中，一方面由所述一串K個連續(xù)碼元[Z1...ZK]形成矢量的尺寸，與另一方面擴展矩陣SM的列數(shù)之間的差，使數(shù)據(jù)冗余得以實現(xiàn)，為了執(zhí)行上述的矩陣乘法，由一串所述的K個連續(xù)碼元[Z1...ZK]形成的矢量可以由等于所述差的多個零分量完成，這得到了下文所述和所示的矢量Z。
碼元擴展裝置SPMD進而又預(yù)定將要計算碼元矢量Z的分量Zi(i＝1至K)的Ns＝S.Nt個線性組合，所述線性組合在由Nt個發(fā)射天線(ta1，ta2...taNt)在S個時間片上發(fā)射之前，由排序裝置SQM排序成預(yù)定數(shù)目S個連續(xù)的Nt個分量的組。因此可調(diào)整數(shù)目K的范圍是1至Ns。
因此，在任何指定時刻，在建立于所述發(fā)射天線(ta1，ta2...taNt)和上述多個接收天線之間的多個通信信道上傳送的數(shù)據(jù)不代表單個碼元Zi(i＝1至K)，如同在許多已知的MIMO系統(tǒng)中的情況一樣，而是將代表K個連續(xù)碼元之間的組合，這因此引入了正如在接收機端感知的關(guān)于正在進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展裝置計算。根據(jù)本發(fā)明第一實施例，矢量Z由一串所述的K個連續(xù)碼元[Z1...ZK]形成，并帶有合適數(shù)目的零分量。接著該矢量Z與預(yù)定義的擴展矩陣SM相乘，在此例中，SM具有Ns×Ns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個分離的線性組合，該線性組合以更加顯要(important)的冗余在S個連續(xù)時間片期間在Nt個發(fā)射天線上發(fā)送，因為K和Ns之間的差是顯要的。
圖4圖示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的空時編碼器SPTENC。在此描述的實例中，空時編碼器SPTENC包括串/并轉(zhuǎn)換器S/P，預(yù)定用來連續(xù)接收多組K個連續(xù)碼元Zi(i＝1至K)并將由K個串聯(lián)的連續(xù)碼元[Z1...ZK]形成的矢量Z遞送到碼元擴展裝置SPMD，在碼元擴展裝置SPMD中，所述的矢量Z預(yù)定將要和擴展矩陣相乘。
在此描述的實例中，一方面由所述一串K個連續(xù)碼元[Z1...ZK]形成矢量的尺寸，與另一方面原始擴展矩陣的列數(shù)之間的差，使數(shù)據(jù)冗余得以實現(xiàn)，但是要求通過壓縮等于所述差的行數(shù)或列數(shù)而使原始擴展矩陣一個維縮減為K，結(jié)果縮減的擴展矩陣SMr能夠執(zhí)行上述的矩陣乘法，如下文所述和所示。
碼元擴展裝置SPMD因此計算碼元矢量Z的分量[Z1...Zk]的Ns＝S.Nt個線性組合，所述線性組合在由Nt個發(fā)射天線(ta1，ta2...taNt)在S個時間片上發(fā)射之前，預(yù)定由排序裝置SQM排序成預(yù)定數(shù)目S個連續(xù)的Nt個分量的組。因此可調(diào)整數(shù)目K的范圍是1至Ns。
因此在任何指定時刻在建立在所述發(fā)射天線(ta1，ta2...taNt)和上述接收天線之間的多個通信信道上傳送的數(shù)據(jù)并不代表單個碼元Zi(i＝1至K)，而是代表K個連續(xù)碼元[Z1...ZK]之間的組合，這因此引入了正如在接收機端感知的關(guān)于正在進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[Z1...ZK]的線性組合如何由上述擴展裝置計算。根據(jù)本發(fā)明第二實施例，矢量Z由一串所述的K個連續(xù)碼元Zi形成。該矢量Z然后與縮減的擴展矩陣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個分離的線性組合，該線性組合將以更加顯要的冗余在S個連續(xù)時間片期間在Nt個發(fā)射天線上發(fā)送，因為K和Ns之間的差是顯要的。
雖然在此實例中，尺寸為Ns×(Ns-K)的整個塊已經(jīng)從尺寸為Ns×Ns的原始擴展矩陣SM中丟棄，但是應(yīng)當(dāng)指出，在本發(fā)明第二實施例的變型中，可以單獨選擇將被丟棄的(Ns-K)列。此外，在發(fā)明的另一個變型中，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。
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知識或假設(shè)，選擇上述預(yù)定義擴展矩陣SM的特性。
圖6表示一個信道矩陣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個時間片中的每一個期間改變，碼元Zi((i＝1至K)的S個連續(xù)的Nt個線性組合的組在該S個時間片期間被發(fā)送。這通過S個不同的對角排列的塊H1...Hs建模，每個塊具有Nr×Nt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的數(shù)據(jù)量在時間上基本均勻，則能獲得高的分集。這能防止大量的數(shù)據(jù)在指定時刻在所述通信信道輸出端出現(xiàn)，而在指定的時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)于時間的信息將易于在所述指定時刻檢測，而在其后幾乎無法檢測。通過遍歷通信信道傳送的碼元所承載的能量在時間上基本均勻地分布，這確保從一個時間片到另一個時間片通信條件改變的最佳可檢測性，因而能提供關(guān)于時間和空間的高數(shù)據(jù)分集，如同在這種通信信道接收機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)選實施例第一變型的擴展矩陣SM，根據(jù)所述變型，所述擴展矩陣具有特定的適于遍歷通信信道的結(jié)構(gòu)。在此實例中，擴展矩陣SM以這樣的方式構(gòu)成，即它的每個行RWk(k＝1至Ns)由S個連續(xù)組塊Chk1...Chks形成，每個組塊具有與發(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個時間片中預(yù)期保持相同，碼元Zi(i＝1至K)的S個連續(xù)的Nt個線性組合的組在該S個時間片期間被發(fā)送。
在此情況下，通信信道沒有引入關(guān)于時間的分集，在信道矩陣H內(nèi)，這可以通過S個相同的對角排列的塊代替圖6中描述的S個不同的塊H1...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)成擴展矩陣，即它的每個行由連續(xù)組塊形成，每個組塊具有與發(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端的接收天線所能感知的高的關(guān)于時間的分集。根據(jù)本發(fā)明上述優(yōu)選實施例第二變型的擴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Chk1...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Chk1...Chks具有完全相同的規(guī)格的事實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間上均勻分布。
構(gòu)成這種擴展矩陣的可能的方式在于，為該擴展矩陣的每個指定行選擇指定的Nt×Nt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)明的第二變型的擴展矩陣的所述指定行的S個連續(xù)組塊。
圖8表示一個信道矩陣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個時間片中預(yù)期包含C個連續(xù)組的通信條件，碼元Zi((i＝1至K)的S個連續(xù)的Nt個線性組合的組在S個時間片期間被發(fā)送，然而在S/C個連續(xù)時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個不同的對角線排列塊，每個由S/C個同樣對角線排列的子塊組成，分別為H1...Hc，每個具有Nr×Nt的尺寸。
圖9示出了上述優(yōu)選實施例的第三種變型，根據(jù)該第三種變型，擴展矩陣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個分段Sgkn(n＝1至C)構(gòu)成，每個分段Sgkn包括連續(xù)組塊Chkn，1...Chkn，s/c，每個組塊具有與發(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個時間片定義的每個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相對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恒定不變期間到另一個恒定不變期間發(fā)生改變，所以可以認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個時間片上基本均勻分布，碼元Zi(i＝1到K)的S個連續(xù)的Nt個線性組合的組在該S個時間片上被傳送出去。這進而又使得能夠提供數(shù)據(jù)關(guān)于時間和空間的高分集，如同由在該塊衰落通信信道的接收機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)選實施例的第三變型的擴展矩陣如何構(gòu)成。
在圖10所示的第一階段，通過選擇Nt×Nt維的正方形分割(square cyclotomic)的旋轉(zhuǎn)矩陣CM來構(gòu)成C個子矩陣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)成長為Nt的S/C個連續(xù)對角線組塊，預(yù)定形成每個子矩陣S(W)的對角線，因此所有的這種對角線組塊具有同樣的規(guī)格并且互相正交。
分割矩陣CM的每個分量CMm，1可表示為CMm,l=exp(2jπ.m.(1Φ-1(2.Nt)+lNt))]]>其中φ表示一個歐拉函數(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)的對角線陣列形成的Ns×Ns維矩陣乘以另一個Ns×Ns維的分割旋轉(zhuǎn)矩陣B而得到擴展矩陣S，矩陣B的分量如下給出Bp,r=exp(2jπ.p.(1Φ-1(2.Ns)+rNs))]]>另外，如上所述構(gòu)成的擴展矩陣SM也具有旋轉(zhuǎn)矩陣的特性，即這種擴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SM×SMH＝I，其中I為Ns×Ns級單位矩陣，并且SMH為矩陣SM的轉(zhuǎn)置共軛矩陣。
在發(fā)射機端用旋轉(zhuǎn)矩陣來計算連續(xù)碼元的多個線性組合，通過增強由所述解碼器執(zhí)行的第一迭代步驟的性能，從而使得能夠在全局優(yōu)化用于在接收機端預(yù)定處理所述碼元的迭代空時解碼器的性能。
當(dāng)然，該性能優(yōu)化對于非迭代空時解碼器也有興趣，其中只執(zhí)行一個解碼步驟，這樣的一個解碼步驟等同于上述第一迭代步驟。
由本發(fā)明提供的對連續(xù)碼元的數(shù)目值K的選擇，使得能夠根據(jù)實時估計的通信條件動態(tài)地調(diào)整發(fā)射機和接收機之間的通信吞吐量，所述連續(xù)碼元指將被擴展到幾個時間片上的碼元。
權(quán)利要求
1.一種用于在電信系統(tǒng)中傳送數(shù)據(jù)的方法，該電信系統(tǒng)包括至少一個發(fā)射機和至少一個接收機，發(fā)射機帶有至少兩個發(fā)射天線，接收機帶有至少一個接收天線，該方法包括一個碼元編碼步驟，用來產(chǎn)生將在通信信道上發(fā)射的碼元，所述通信信道建立在發(fā)射天線和接收天線之間，該方法其特征在于還包括一個碼元擴展步驟，在該碼元擴展過程中K個連續(xù)碼元要在所述的通信信道上發(fā)射之前被擴展到幾個時間片上，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行調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將被擴展到幾個時間片上的連續(xù)碼元數(shù)目的可調(diào)整整數(shù)數(shù)目K由發(fā)射機基于接收機發(fā)送的反饋信息動態(tài)調(diào)節(jié)，該反饋信息表示所述發(fā)射機和接收機之間的通信條件質(zhì)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于碼元擴展步驟通過計算所述K個連續(xù)碼元的多個線性組合來執(zhí)行，該線性組合預(yù)定將要通過發(fā)射天線在預(yù)定數(shù)目的時間片上發(fā)射。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于碼元擴展步驟通過將由一串所述K個連續(xù)碼元形成的矢量一方乘以預(yù)定義擴展矩陣的另一方來執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于如果由所述一串K個連續(xù)碼元形成的矢量一方的尺寸，與擴展矩陣的列數(shù)的另一方不同，則由一串K個連續(xù)碼元形成的矢量由數(shù)目等于所述差的零分量完成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于如果由所述一串K個連續(xù)碼元形成的矢量一方的尺寸，與擴展矩陣的列數(shù)的另一方不同，可以通過壓縮列或行等于所述差來縮減擴展矩陣的一維。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任何一個所述的方法，其特征在于擴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，每個組塊具有與發(fā)射天線的數(shù)目相對應(yīng)的尺寸，任何指定行的所有組塊形成具有完全相同規(guī)格的各個矢量。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任何一個所述的方法，其特征在于擴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，每個組塊具有與發(fā)射天線的數(shù)目相對應(yīng)的尺寸，任何指定行的所有組塊形成具有完全相同規(guī)格且互相正交的各個矢量。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任何一個所述的方法，其特征在于擴展矩陣以這樣的方式構(gòu)成，即它的每一行由多個形成各自的具有完全相同規(guī)格的矢量的分段構(gòu)成，每個分段包括連續(xù)組塊，每個組塊具有與發(fā)射天線的數(shù)目相對應(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矢量。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9的方法，其特征在于所述擴展矩陣為旋轉(zhuǎn)矩陣。
11.一種電信系統(tǒng)，該電信系統(tǒng)包括至少一個發(fā)射機和至少一個接收機，發(fā)射機帶有至少兩個發(fā)射天線，接收機帶有至少一個接收天線，該發(fā)射機包括一個碼元編碼裝置，用來產(chǎn)生要在通信信道上發(fā)射的碼元，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)射機還包括一個碼元擴展裝置，用于在K個連續(xù)碼元在所述的通信信道上發(fā)射之前將所述碼元擴展到若干個時間片上，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調(diào)節(jié)所述可調(diào)整數(shù)目K。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電信系統(tǒng)，其特征在于碼元擴展裝置預(yù)定計算K個連續(xù)碼元的多個線性組合，該線性組合預(yù)定要通過發(fā)射天線在預(yù)定數(shù)目的時間片上發(fā)射。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電信系統(tǒng)，其特征在于碼元擴展裝置預(yù)定要將由一串所述K個連續(xù)碼元形成矢量一方乘以預(yù)定義擴展陣的另一方。
14.一種通信設(shè)備，帶有至少兩個發(fā)射天線，并包括一個碼元編碼裝置，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碼元擴展裝置，用于在K個連續(xù)碼元在所述的發(fā)射天線上發(fā)射之前將所述碼元擴展到若干個時間片上，所述K為可調(diào)整整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及經(jīng)由通信信道CHNL在發(fā)射機TR和接收機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展步驟，在該碼元擴展過程中，K個連續(xù)碼元Z1...ZK在發(fā)射之前被擴展到幾個時間片上，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的物理特性進行調(diào)節(jié)。在任何指定時刻發(fā)射的數(shù)據(jù)因此不代表單個碼元Zi，如同在已知的MIMO系統(tǒng)的情況下，而是代表K個連續(xù)碼元之間的一個混合，這引入了在接收端感知的關(guān)于時間的數(shù)據(jù)分集，從而使得能夠調(diào)整在發(fā)射機TR和接收機REC之間的通信吞吐量。
文檔編號H04L27/34GK1681223SQ200510063850
公開日2005年10月12日 申請日期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 申請人:三菱電機株式會社