專利名稱：在多載波通信信道中引入分集的裝置和相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方案一般地涉及無線通信系統(tǒng)，并且更具體地，涉及在多載波無線通信系統(tǒng)中引入分集(diversity)的裝置和相關(guān)方法。
背景諸如正交頻分復(fù)用(OFDM)、離散多音(DMT)等多載波通信系統(tǒng)的特征一般在于與通信信道相關(guān)聯(lián)的頻帶被分成多個更小的子帶(本文中被稱為子載波(subcarrier))為特征。在多載波通信系統(tǒng)中，信息在站(station)之間的通信(例如數(shù)據(jù)、音頻、視頻等)是通過將信息內(nèi)容分成多個片(例如符號)并隨后經(jīng)由多個分離的子載波并行傳輸所述多個片來完成的。當(dāng)通過子載波傳輸?shù)姆栔芷诒刃诺乐械淖畲蠖鄰窖舆t要長時，子載波之間的符號間干擾效應(yīng)被顯著地減小。
在信道內(nèi)通過多個子載波來同時傳輸內(nèi)容，多載波通信系統(tǒng)就很有希望提供高吞吐量的無線應(yīng)用，例如無線個人區(qū)域網(wǎng)、局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、固定寬帶無線接入等等。這些網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的每一個存在其自身的挑戰(zhàn)，并且同樣地，被設(shè)計為工作在一個環(huán)境中的系統(tǒng)可能不適于其他環(huán)境。
在寬帶無線接入(Boardband Wireless Access，BWA)網(wǎng)絡(luò)(例如在下面所提及的IEEE802.16a標(biāo)準(zhǔn)中描述的那些網(wǎng)絡(luò))中，可以持續(xù)相當(dāng)一段時間的深度衰落可能發(fā)生。此外，由于多徑傳播，這樣的廣域無線信道遭遇顯著的色散，這限制最大可達到速率。因為BWA旨在與線纜調(diào)制解調(diào)器和xDSL競爭，而在線纜調(diào)制解調(diào)器和xDSL中信道為靜態(tài)并且無衰落，所以這樣的系統(tǒng)設(shè)計必須抵制這些關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，并且以接近有線線路質(zhì)量提供高數(shù)據(jù)率接入。迄今為止，當(dāng)發(fā)射天線的數(shù)目增加到超過兩個(2個)時，諸如空時塊編碼(space-time block encoding)等的常規(guī)技術(shù)不能在維持編碼率的同時提供分集增益。在這方面，用于提供寬帶無線接入的這些常規(guī)技術(shù)通常必須以數(shù)據(jù)速率(或吞吐量)來交換接收的信道質(zhì)量。
附圖簡要說明在附圖中以示例而非限制的方式圖示說明了本發(fā)明的實施方案，其中相近的標(biāo)號代表相近的部件，在附圖中

圖1是根據(jù)一種示例性的實現(xiàn)，采用本發(fā)明教導(dǎo)的示例性多載波無線網(wǎng)絡(luò)的框圖；圖2是根據(jù)一種示例性的實現(xiàn)，采用本發(fā)明教導(dǎo)的示例性收發(fā)機體系結(jié)構(gòu)的框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案，示出用于編碼/解碼內(nèi)容的方法的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施方案，適于使用的示例性碼率1空頻塊碼(rate-one spacefrequency block code)矩陣的圖形表示；圖5、6和7根據(jù)本發(fā)明的實施方案，提供描繪本發(fā)明的實施方案相對于常規(guī)信道編碼技術(shù)的性能優(yōu)勢的圖形表示；以及圖8是包括內(nèi)容的示例性制品的框圖，當(dāng)所述內(nèi)容被訪問機器執(zhí)行時，導(dǎo)致所述機器實現(xiàn)本發(fā)明的一個或多個實施方案的一個或更多個方面。
詳細描述一般性地介紹了將分集引入多載波無線通信信道的裝置和相關(guān)方法的實施方案。更具體地，根據(jù)示例性實施方案，利用創(chuàng)新的編碼方案的分集代理(diversity agent，DA)被引入，以提高頻率選擇性信道上MIMO-OFDM系統(tǒng)中的分集增益，同時還在沒有速率損耗的情況下提供改善的空間多徑分集。如下面將更全面地展開的，該分集代理采用可擴展到任意數(shù)目發(fā)射天線的創(chuàng)新的碼率1空頻編碼機制(mechanism)，并且不要求信道在多個OFDM符號上是恒定的。
在整篇說明書中提及“一個實施方案”或“實施方案”是指關(guān)于該實施方案所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實施方案中。因此，短語“在一個實施方案中”或者“在實施方案中”在說明書不同地方的出現(xiàn)不一定是指同一個實施方案。此外，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以在一個或更多個實施方案中以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合。
示例性網(wǎng)絡(luò)環(huán)境圖1示出其中可以實踐本發(fā)明的教導(dǎo)的無線通信環(huán)境的框圖。如圖所示，網(wǎng)絡(luò)100描繪兩個設(shè)備102、104，每一個包括一個或更多個無線發(fā)射機和接收機(合在一起被稱為收發(fā)機)108、116，基帶和介質(zhì)訪問控制(MAC)處理能力112、114，以及存儲器110、118，每一個的耦合關(guān)系如圖所示。使用在這里，設(shè)備102、104經(jīng)由在收發(fā)機108、116之間通過與所述設(shè)備相關(guān)聯(lián)的一個或更多個天線建立的多載波無線通信信道106來相互傳送信息。根據(jù)一個實施方案，設(shè)備之一102可以例如通過無線和/或有線線路通信介質(zhì)中的一種或更多種被耦合到另一個網(wǎng)絡(luò)120。在這方面，本發(fā)明的實施方案可以適當(dāng)?shù)赜蔀橐粋€或更多個終端用戶提供“最后一英里(last mile)”BWA接入的服務(wù)提供商實現(xiàn)，所述服務(wù)提供商支持其他增值服務(wù)，例如基于因特網(wǎng)協(xié)議的語音傳輸(VoIP)、因特網(wǎng)接入、賬單支付服務(wù)、語音郵件服務(wù)等等。
根據(jù)一個示例性實施方案，一個或多個設(shè)備102、104中的一個或更多個可以使用新穎的分集代理，所述分集代理采用這里所描述的創(chuàng)新的碼率1空頻編碼機制。使用在這里，分集代理可以與多載波發(fā)射機一同工作或者工作在多載波發(fā)射機中，以選擇性地將(例如從主機設(shè)備、應(yīng)用、代理等處接收的)內(nèi)容映射到一個或更多個天線和/或OFDM音調(diào)，來生成MIMO-OFDM通信信道106。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，分集代理可以包括新穎的碼率1空頻(SF)編碼器，所述碼率1空頻編碼器適合在多載波通信系統(tǒng)中與M個發(fā)射天線以及N個接收天線使用，以改進頻率選擇性信道的信道分集。如下面將更全面地展開的，分集代理所采用的碼率1SF碼可以基本上達到在頻率選擇性信道上可得的最大分集增益。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，SF碼符號可以只消耗一個多載波通信信道塊持續(xù)時間，并且因此具有比常規(guī)多載波編碼技術(shù)小的處理延遲。因此，例如，SF碼符號可以持續(xù)僅僅一個OFDM塊(OFDM block)時間。在這方面，分集代理所采用的碼率1空頻編碼器可以適當(dāng)?shù)刈畲蠡诺婪旨?，同時保持頻率選擇性多載波信道上的信道吞吐量，使得它很好地適合于BWA網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
除上述內(nèi)容之外，分集代理可以選擇性地實現(xiàn)用于解碼經(jīng)過以上處理的、來自接收OFDM信道的信息的創(chuàng)新性技術(shù)，盡管本發(fā)明的范圍在這方面不受限制。因此，引入一種接收分集代理，所述接收分集代理可以包括合并器(combiner)和解碼器中的一種或更多種，以解碼所接收信號碼元(signal element)的至少一個子集，所述信號碼元以這里描述的碼結(jié)構(gòu)編碼。根據(jù)一個實施方案，分集代理可以采用最大比例合并器(maximum ratiocombiner)，以接收多個信號并生成信號向量。分集代理還可以包括耦合到合并器的球解碼器(sphere decoder)，以解碼從合并器部件接收的合成信號向量。
使用在這里，一個或多個基帶和MAC處理部件112、114可以被實現(xiàn)在一個或更多個處理器(例如，基帶處理器和應(yīng)用處理器)中，盡管本發(fā)明在這方面不受限制。如圖所示，處理器部件112、114可以分別耦合到存儲器110、118，其中存儲器可以包括諸如DRAM的易失性存儲器、諸如閃存存儲器的非易失性存儲器，或者可替換地，可以包括其他類型的儲存裝置，例如硬盤驅(qū)動器，盡管本發(fā)明的處理在這方面不受限制。存儲器110、118中的一部分或全部可以與處理器部件112、114放置在同一封裝(package)中，或者可以放置在位于部件112、114外部的集成電路或某種其他介質(zhì)上。根據(jù)一個實施方案，基帶和MAC處理部件112、114可以實現(xiàn)以下描述的分集代理的特征的至少一個子集，和/或可以對在相關(guān)聯(lián)的收發(fā)機(108、116)內(nèi)實現(xiàn)的分集代理提供控制，盡管本發(fā)明在這方面不受限制。
雖然未在圖1中具體指明，但是分集代理可以適當(dāng)?shù)卦诨鶐Ш蚆AC處理部件(112、114)和/或收發(fā)機部件(108、116)中的一個或更多個中實現(xiàn)，盡管本發(fā)明并不限于此。使用在這里，要不是下面引入了完全展開的分集代理，設(shè)備102、104想要代表具有無線通信能力的眾多電子設(shè)備中的任何一種，例如膝上型、掌上型或桌面型計算機、蜂窩電話(例如，2G、2.5G、3G或4G手持設(shè)備)、個人數(shù)字助理、WLAN接入點(AP)、WLAN站(STA)等等。
根據(jù)一個實施方案，網(wǎng)絡(luò)100可以代表寬帶無線接入(BWA)網(wǎng)絡(luò)，其中設(shè)備102、104中的一個或更多個可以根據(jù)電氣和電子工程師學(xué)會的規(guī)范IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.16-2001-IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.16-2001用于局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)第16部分用于固定寬帶無線接入系統(tǒng)的空中接口，以及包括例如IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.16a-2003(對IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.16-2001的修正)的它的后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)來建立無線通信信道，盡管本發(fā)明在這方面不受限制。
使用在這里，網(wǎng)絡(luò)120想要代表廣泛范圍的通信網(wǎng)絡(luò)中的任何一種，所述網(wǎng)絡(luò)包括例如普通老式電話系統(tǒng)(POTS)通信網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)(LAN)、城域網(wǎng)(MAN)、廣域網(wǎng)(WAN)、全球網(wǎng)(因特網(wǎng))、蜂窩網(wǎng)絡(luò)等。根據(jù)一種示例性的實現(xiàn)，設(shè)備102代表接入點(AP)，而設(shè)備104代表站(STA)，它們中的每個都適于用在IEEE802.11n無線局域網(wǎng)(WLAN)中，并且每一個使用前面介紹的創(chuàng)新的空頻交織和發(fā)射分集技術(shù)，這些技術(shù)在下面更完全地展開。
示例性體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)而參照圖2，根據(jù)本發(fā)明的實施方案示出示例性發(fā)射機體系結(jié)構(gòu)和示例性接收機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖。為了在兩個設(shè)備之間的通信信道的環(huán)境中圖示說明這些體系結(jié)構(gòu)，描繪了與通信鏈路相關(guān)聯(lián)的來自一個設(shè)備(例如102)的發(fā)射機以及來自另一個設(shè)備(例如104)的接收機。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在任何一個設(shè)備(102、104)中的收發(fā)機都可以適當(dāng)?shù)匕ㄈ鐖D2中描繪的發(fā)射機體系結(jié)構(gòu)和/或接收機體系結(jié)構(gòu)，盡管本發(fā)明的范圍在這方面不受限制。應(yīng)當(dāng)理解，具有更大或更小復(fù)雜度的發(fā)射機和接收機體系結(jié)構(gòu)，只要實現(xiàn)這里所描述的創(chuàng)新的發(fā)射分集和/或空間頻率交織，就是本發(fā)明的范圍和精神所已經(jīng)發(fā)明的內(nèi)容。
根據(jù)圖2的示例性實施方案，發(fā)射機200被描繪為包括一個或多個串并轉(zhuǎn)換器202、包括本發(fā)明實施方案的部件的分集代理204、一個或多個離散傅立葉反變換部件206、一個或多個循環(huán)前綴(cyclical prefix)或保護間隔插入部件208、一個或多個射頻(RF)處理部件210，以及兩個或更多個天線220A…M，每一個的耦合關(guān)系如圖所描繪的。根據(jù)一個實施方案，發(fā)射機體系結(jié)構(gòu)200可以被實現(xiàn)在收發(fā)機108和/或116中。雖然被描繪為多個分離的功能部件，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，發(fā)射機體系結(jié)構(gòu)200中的一個或更多個部件可以適當(dāng)?shù)睾喜⒌蕉喙δ懿考?，并且反之來說，功能部件可以被分為多個功能部件，而不會偏離本發(fā)明。
使用在這里，串并(Serial-to-parallel，S/P)變換202可以接收來自主機設(shè)備(或者在其上執(zhí)行的應(yīng)用，例如電子郵件、音頻、視頻等)的信息(例如位、字節(jié)、幀、符號等)，以進行處理并隨后經(jīng)由通信信道進行發(fā)射。根據(jù)一個實施方案，所接收的信息具有正交幅度調(diào)制(QAM)的符號的形式(即，其中每個符號代表兩位，bi和bj)。即，根據(jù)一個實施方案，所接收的內(nèi)容被調(diào)制為符號(例如QAM、BPSK、QPSK、8-PSK、16-PSK、128-PSK、256-PSK等等)，并且可以以例如1/2、2/3、3/4、5/6、7/8、1、4/3中的一個或更多個碼率被卷積編碼。根據(jù)可替換的實施方案，位映射(調(diào)制)和卷積編碼中的一個或更多個可以適當(dāng)?shù)卦诎l(fā)射機200中進行，并且可以由分集代理204進行。與其中隨天線數(shù)目增加編碼率必須降低的常規(guī)編碼系統(tǒng)不同，這里描述的碼率1空頻塊編碼技術(shù)沒有這樣的限制。
根據(jù)一個實施方案，串并變換202可以生成多個并行符號子流(substream)，所述符號子流被傳遞到分集代理204的一個或更多個實例。雖然被描繪為單獨的功能部件，但是串并變換202可以適當(dāng)?shù)乇话ㄔ诜旨?04的實施方案中，或者被包括在發(fā)射機200的另一部件中。
分集代理204被描繪為包括預(yù)編碼器212A…Z以及一個或多個空頻編碼器214中的一個或更多個，每一個根據(jù)示例性實施方案如所描繪的方式耦合，盡管本發(fā)明在這方面不受限制。根據(jù)一個實施方案，預(yù)編碼器功能性可以適當(dāng)?shù)乇患傻娇疹l編碼器214內(nèi)。在這方面，具有更大或更小復(fù)雜性的一個或多個分集代理204，只要生成編碼符號的空頻矩陣，就是本公開已經(jīng)發(fā)明的內(nèi)容了。
如下面更完全地展開的，分集代理204生成M×Nc空頻矩陣，其中M為發(fā)射天線的數(shù)目，并且Nc是多載波通信信道的子載波的數(shù)目，所述多載波通信信道使用下面參照圖3更完全地描述的碼率1空頻編碼機制。應(yīng)該意識到，應(yīng)用到分集代理204所接收的內(nèi)容的碼率1空頻碼可以基本上達到在頻率選擇性信道上可得的最大分集。此外，因為所述碼在一個OFDM塊持續(xù)時間內(nèi)被發(fā)射，所以它具有比常規(guī)編碼機制(例如空時頻(STF)塊碼)小的處理延遲。
被空頻編碼的內(nèi)容從分集代理204被傳遞到一個或更多個離散傅立葉反變換部件206，所述離散傅立葉反變換部件206將所述內(nèi)容從頻域變換到時域。根據(jù)一個實施方案，一個或多個IDFT206可以是一個或多個快速傅立葉反變換(IFFT)部件，盡管本發(fā)明在這方面不受限制。根據(jù)一個實施方案，IDFT部件206的數(shù)目可以與發(fā)射天線的數(shù)目(M)(例如發(fā)射射頻(RF)鏈的數(shù)目)相稱。
來自一個或多個IDFT部件206的時域內(nèi)容被傳遞給一個或多個CPI部件208，在所述時域內(nèi)容被傳遞到射頻(RF)前端210以在隨后經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的一個或更多個天線220A…M進行發(fā)射前進行例如放大和/或濾波之前，所述CPI部件208可以在信號中引入循環(huán)前綴或保護間隔。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案生成多載波通信信道106的實施方案。
為了提取由遠程發(fā)射機(例如200)處理的內(nèi)容，引入示例性的接收機體系結(jié)構(gòu)250。根據(jù)一個示例性實施方案，接收機250被描繪為包括一個或更多個射頻(RF)前端254、一個或多個循環(huán)前綴(或保護間隔)移除部件256、一個或多個離散傅立葉變換部件258、根據(jù)本發(fā)明的實施方案的接收分集代理260，以及一個或多個并串變換部件262，每一個如所描繪的方式耦合，以生成原始發(fā)射的信息的表示(I’)。
如圖所示的，RF前端254接收到達一個或更多個接收天線252A…N的多個信號。根據(jù)一個實施方案，每個接收天線具有專用接收鏈，其中接收前端部件254、CPR部件256和FFT部件的數(shù)目與接收天線的數(shù)目(N)(例如N)相稱。
RF前端254可以將一個或多個接收信號的至少一個子集傳遞到循環(huán)前綴移除部件256，盡管本發(fā)明在這方面不受限制。根據(jù)一個實施方案，CPR256移除在所述一個或多個接收信號的發(fā)射處理期間可能已經(jīng)引入的任何循環(huán)前綴或保護間隔。
然后，來自CPR256的內(nèi)容被提供給一個或多個離散傅立葉變換(DFT)部件258中相關(guān)聯(lián)的一個或更多個。根據(jù)一個實施方案，DFT部件258可以采用對接收信號的快速傅立葉變換，以將接收信號從時域轉(zhuǎn)換到頻域。這樣，一個或多個接收信號的多個頻域表示被呈現(xiàn)給接收分集代理260。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，接收分集代理260被呈現(xiàn)為包括耦合到一個或更多個解碼器部件266A…Z的合并器部件264。如在圖3中更完全地展開的，分集代理260可以在最大比例合并器(264)處接收一個或更多個信號向量。最大比例合并器264可以對各個信號向量進行相位對齊，應(yīng)用適當(dāng)?shù)募訖?quán)措施(weighting measure)，并且求和所述各個向量的至少一個子集。接著，一個或多個輸出向量被應(yīng)用到一個或更多個球解碼器266A…Y。
使用在這里，多個球解碼器中的任意個可以適當(dāng)?shù)赜米饕粋€或多個球解碼器266A…Y。根據(jù)下面更完全地描述的一個實施方案，球解碼器在以接收點為中心、具有給定半徑的球內(nèi)的格點(lattice point)中查找最近的點。例如，在QAM星座圖(constellation)的情況下，球解碼器可以遍歷(具有足夠大半徑的)球內(nèi)部網(wǎng)格的部分，以識別信號向量，然后過濾出任何距離接收點太遠的任何向量，盡管本發(fā)明的范圍在這方面不受限制。
一旦被解碼，被解碼信道的多個(Y個)并行子流被提供給一個或多個并串變換部件262，所述并串變換部件262生成原始處理的信息內(nèi)容(I)的串行表示(I’)。
示例性碼結(jié)構(gòu)以及分集代理操作轉(zhuǎn)而參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的實施方案，一般性地介紹分集代理操作的示例性方法的流程圖，所述方法用來提高通信信道內(nèi)的分集增益，同時維持編碼率和信道吞吐量。為了易于討論并且不做限制，提供對設(shè)計準(zhǔn)則和碼結(jié)構(gòu)的簡略介紹，作為對分集代理的操作的介紹。
碼設(shè)計準(zhǔn)則根據(jù)一個示例性實施方案，這里采用的碼率1空頻碼考慮用在具有M個發(fā)射天線、N個接收天線以及Nc個子載波的MIMO-OFDM系統(tǒng)中，其中Nc＞＞M，N，盡管本發(fā)明的范圍不限于這樣的系統(tǒng)，并且的確可擴展為具有任意數(shù)目子載波、發(fā)射天線和接收天線的任何多載波通信系統(tǒng)。令C和E為由大小為M×NC的矩陣表示的兩個不同的空頻碼字。假設(shè)MIMO信道包括L個(矩陣)分支(tap)，已導(dǎo)出(在例如一般瑞利衰落信道實現(xiàn)上平均的)預(yù)期成對錯誤概率的上界。對于無空間衰落相關(guān)性和均勻功率延遲分布的特殊情況，上界可以被表達為P(C→E)≤∏i=0rank(S)-1(1+λi(S)ρ4)-N...(1)]]>其中ρ為平均信噪比(SNR)，λi(S)為S的第i個非零特征值。S＝G(C，E)GH(C，E)具有維數(shù)Nc×Nc，其中G(C，E)為Nc×ML矩陣G(C，E)＝[(C-E)TD(C-E)T…DL-1(C-E)T]，并且D={e-j2πNck}k=0Nc-1.]]>對于Nc＞ML，為了達到MNL重分集(MNL-fold diversity)，適當(dāng)?shù)拇a設(shè)計是必須的，以確保不僅M×Nc錯誤矩陣(C-E)在所有距離對{C，E}上是滿秩的，而且堆疊的矩陣(stacked matrix)G(C，E)也是滿秩的。下面在分集代理所采用的碼率1空頻編碼器中介紹這樣的碼設(shè)計。
根據(jù)一個實施方案，對于碼率1空頻塊碼，被映射到空頻碼矩陣的信息符號的數(shù)目可以等于子載波的數(shù)目NC。根據(jù)一個示例性實施方案，Nc＝M×L×G，其中G是子載波被分成的組的數(shù)目(即子載波組的數(shù)目)(例如參見圖4)。
碼率1空頻編碼通過對碼率1空頻塊碼的推導(dǎo)的介紹，我們轉(zhuǎn)向圖3，在圖3中空頻編碼的方法300以框302開始，其中分集代理204(例如從主機設(shè)備或其中執(zhí)行的應(yīng)用)接收輸入，框302。根據(jù)一個實施方案，分集代理接收QAM符號，盡管本發(fā)明在這方面不受限制。
根據(jù)一個實施方案，所述內(nèi)容被分集代理204的一個或更多個預(yù)編碼器212A…Z接收，所述預(yù)編碼器可以通過將所接收的內(nèi)容分成多個(G個)組來開始編碼過程，框304。根據(jù)一個實施方案，輸入符號的Nc×1向量s=[s0Ts1T...sG-1T]T]]>被分為G組大小為ML×1的向量{sG}g=0G-1,]]>盡管本發(fā)明在這方面不受限制。
在框306，至少輸入符號向量的子集sg與(例如預(yù)編碼器212內(nèi)的)星座圖旋轉(zhuǎn)(constellation rotation，CR)預(yù)編碼器Θ相乘。根據(jù)一個實施方案，通過將星座圖旋轉(zhuǎn)左乘輸入符號的Nc×1向量sG的每一個，同一星座圖旋轉(zhuǎn)Θ被應(yīng)用到所述每一個向量，盡管本發(fā)明的范圍在此方面不受限制。根據(jù)一個實施方案，星座圖旋轉(zhuǎn)Θ具有維數(shù)ML×ML，以產(chǎn)塵大小為ML的向量Vg=ΘSg=[ΘlTSg,···ΘMLTSg]T]]>，其中ΘiT表示Θ的第i行。
在框308，至少向量vg的子集被分成L個M×1子向量，所述L個子向量用于生成M×M對角矩陣Dsg,k=diag{ΘM×(k-1)+1TSg,···,ΘM×kTSg}(k=1…L)]]>。根據(jù)一個示例性實施方案，L個子矩陣被認為在相同的組中。
在框3lO，來自G個組的子矩陣(例如所有G×L個對角矩陣)被交織，以生成M×Nc空頻矩陣C=[DSO,l,···,DSG-1,,l,···,DSO,L,···,DSG-1,,L]]]>(2)如圖4中所描繪的，其中{fi}i＝0Nc-1表示Nc個子載波。結(jié)果，對應(yīng)于相同組中連續(xù)符號的子矩陣在碼字C中等距間隔。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，上面所描述的設(shè)計的碼率1空頻碼具有這樣的屬性，即來自發(fā)射自同一天線的同一組的連續(xù)符號所處的頻率“距離”是MG子載波間隔的倍數(shù)，以利用頻率選擇性信道中的分集。因此，對于已知的信道階數(shù)(order)和均勻的功率延遲分布，以MG的倍數(shù)間隔的子載波上的信道頻率響應(yīng)是非相關(guān)的。因此，來自發(fā)射自同一天線的同一組的L個符號經(jīng)歷非相關(guān)衰落。
根據(jù)一個實施方案，上面描述的碼率1空頻編碼器調(diào)節(jié)(leverage)Θ的以下期望的屬性對于所有不同的對{sg,s~g},]]>，以及Vg=ΘSg和V~g=ΘS~g]]>，對應(yīng)的錯誤向量eg=(vg-v~g)]]>基本上具有所有非零元素。結(jié)果，從 生成Ds~g,k(k=1···L)]]>，接著L個對角矩陣(Dsg,k-Ds~g,k)]]>具有所有非零對角線元素。相應(yīng)地，所有不同的對 導(dǎo)致上個滿秩對角錯誤矩陣，所述滿秩對角錯誤矩陣可以用于證明這里所提出的空頻碼可以達到最大分集增益MNL。該證明在下面給出。
回到圖3，關(guān)注解碼內(nèi)容的示例性方法350(在圖3)，所述內(nèi)容用上面介紹的碼率1空頻編碼技術(shù)編碼。根據(jù)一個示例性實施方案，分集代理260所采用的解碼技術(shù)以框352開始，其中分集代理經(jīng)由(N)條接收處理鏈接收多個信號向量。為了易于解釋，令rj、wj分別表示所接收大小為Nc×1的信號向量以及在第j個接收天線處的噪聲向量。根據(jù)一個實施方案，rj被分成LG個大小為M×1的針對g、k的子向量{rj，k，g}，其中g(shù)和k的定義與上面針對編碼器所介紹的定義一致。類似地，wj可以被分成LG個大小為M×1的子向量{wj，k，g}。
如以上，ΘiT表示星座圖旋轉(zhuǎn)矩陣Θ的第i行，并且Hi，lj表示第i個發(fā)射天線和第j個接收天線對在第1個音調(diào)處的信道頻率響應(yīng)。根據(jù)一個實施方案，對角矩陣可以被定義為Λk,gj=diagH1,(k-1)GM+gMjH2,(k-1)GM+gM+1j···HM,(k-1)GM+(g+1)M-1j...(3)]]>因此，對于上面定義的碼率1空頻編碼機制，接收的信號向量可以被表達為rj＝[rj，1，0rj，1，1…rj，L，G-2rj，L，G-1]T＝[bj，1，0bj，1，1…bj，L，G-2bj，L，G-1]T+[wj，1，0wj，1，1…wj，L，G-2wj，L，G-1]T(4)其中bj,k,g=Λk,gjΘ(k-1)M+1TΘ(k-1)M+2T···ΘkMTsg...(5)]]>并且rj，k，g＝bj，k，g+wj，k，g。
在框356，分集代理合并子向量的適當(dāng)子塊。根據(jù)一個實施方案，通過組合第g組的子塊，我們得到rj,g=[rj,1,grj,2,g···rj,L,g]T]]> 根據(jù)一個實施方案，通過使用一個或多個最大比例合并器部件264來執(zhí)行組合來自N個接收天線上第g組的信息的操作，該操作產(chǎn)生
Σg1/2Θsg+ηg...(8)]]>在框358，分集代理使用階數(shù)為2×L×M的最大似然(ML)解碼技術(shù)來從yg解碼sg，盡管本發(fā)明在這方面不受限制。根據(jù)在上面介紹的一個示例性實現(xiàn)，在這方面可以適當(dāng)?shù)夭捎靡粋€或更多個球解碼器部件266A…Y。
因此，已經(jīng)描述了用于實現(xiàn)這里所介紹的碼率1空頻碼的示例性編碼和解碼技術(shù)。通過證明(在上文中給出)可以看到，這里所提出的碼率1空頻塊碼可以達到最大分集增益MNL。
在對支持證明進行研究之前，現(xiàn)在關(guān)注圖4，圖4根據(jù)本發(fā)明的僅一個示例性實施方案，提供碼率1空頻碼矩陣C的結(jié)構(gòu)的圖形表達。參照圖4，矩陣400描繪M個天線、G個子載波組以及L個矩陣信道分支的一般情況。矩陣420描繪具有四(4)各發(fā)射天線(M)、被分裂成兩組的16個子載波(L)。如所示出的，框中的記號(s_i，j，k)代表第i層的第j組中的第k個預(yù)編碼的符號。
轉(zhuǎn)向圖5-7，根據(jù)一個示例性實施方案提供了各種性能比較的圖形表達，將依次闡述其中的每個圖形表達。根據(jù)一個實施方案，出于這些仿真的目的，曾使用遵循802.16.3標(biāo)準(zhǔn)的OFDM系統(tǒng)，其中FFT大小為256。所使用的調(diào)制符號曾為BPSK、4QAM(或者16QAM)，其中M個發(fā)射天線上的總平均符號能量Es＝1。
在圖5中，為針對具有2個發(fā)射天線、1個接收天線以及不同信道分支(L＝2，3，4)的多個系統(tǒng)，吞吐量質(zhì)量(例如量化為誤位率(bit error rate，BER))相對于信噪比(Es/No)的圖示。具體來說，圖5描繪了信道分支越多，則隨Es/No增加BER性能越好。
在圖6中，為所提出的碼率1空頻編碼技術(shù)與多種常規(guī)技術(shù)之間的示例性性能比較的圖示。特別感興趣的是，這里引入的空頻編碼方案提供最好的性能，并且是唯一達到MNL分集增益的方案。
在圖7中，為空頻塊碼與另一種常規(guī)技術(shù)(空時頻編碼)之間的示例性性能比較的圖示。如所示出的，這里描述的碼率1空頻編碼技術(shù)與STF編碼技術(shù)性能相當(dāng)，而碼率1空頻編碼技術(shù)在發(fā)射機和接收機處具有降低的復(fù)雜度。
證明碼率1空頻編碼機制提供MNL分集增益從為BWA通信環(huán)境定義預(yù)期成對錯誤概率的上界的式(1)，證明分集增益基本上等價于證明rank(S)＝ML。因為S＝G(C，E)GH(C，E)，并且rank(S)＝rank(G(C，E))等于rank(G(C，E)T)，所以證明rank(G(C，E)T)＝ML即可，其中G(C，E)T為ML×Nc矩陣G(C,E)T=(C-E)(C-E)D···(C-E)DL-1...(9)]]>并且D=diag{e-j2πNkk}k=0Nc-1]]>。對于該證明，假設(shè)分支數(shù)目(L)為已知。
考慮Nc×1向量[s0Ts1T···sG-1T]T]]>以及s~=[s~0Ts~1T···s~G-1T]T]]>，從而對于{0，…，G-1)的一些元素g來說s≠s~]]>。不失一般性，令s0≠s0~]]>。
定義M×M對角矩陣A(k-1)G+g+1Dsg,k-Ds~g,k(k=1,···,L,g=0,···,G-1)]]>。
因此，C-E＝[A1…AGL]。另一方面，我們可以將對角矩陣D=diag{e-j2πNck}k=0GL]]>分成GL個M×M對角子矩陣{Di}i＝1GL。
結(jié)果，由于Aj和Dji兩者都是對角矩陣，所以可以示為 因此我們可以示為 如之前所示的，在所有不同的對{sg,sg}~]]>上，我們具有L個滿秩對角錯誤矩陣A(k-1)G+1=(Ds0,k-Ds~0,k)(k=1,···,L)]]>。因此，在G(C，E)T中，我們可以找到是兩個其他ML×ML矩陣的積的ML×ML子矩陣，如下
因此，可以看到，滿秩塊范特蒙德(Vandermonde)和上面的滿秩塊對角矩陣的積具有非零行列式，并且因此具有滿秩ML。由于在ML×Nc矩陣G(C，E)T中，我們可以找到維數(shù)ML×ML的滿秩子矩陣，所以我們得出結(jié)論，rank(S)＝rank(G(C，E)T)＝ML是肯定的，并且這里提出的空頻碼可以達到最大分集增益MNL。
替換性的實施方案圖8示出包括內(nèi)容的示例性儲存介質(zhì)的框圖，所述內(nèi)容在被調(diào)用時可以導(dǎo)致訪問的機器實現(xiàn)分集代理204、260和/或相關(guān)聯(lián)方法300的一個或更多個方面。在這方面，儲存介質(zhì)800包括內(nèi)容802(例如，指令、數(shù)據(jù)或它們的組合)，該內(nèi)容802在被執(zhí)行時導(dǎo)致訪問的器件實現(xiàn)上述分集代理204、260的一個或更多個方面。
機器可讀(儲存)介質(zhì)800可以包括但不限于軟盤、光盤、CD-ROM和磁光盤、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、閃存存儲器或其他適于儲存電子指令的機器可讀介質(zhì)。此外，本發(fā)明還可以作為計算機程序產(chǎn)品而被下載，其中所述程序可以利用被實施在載波或其他傳播介質(zhì)中的數(shù)據(jù)信號經(jīng)由通信鏈路(例如，調(diào)制解調(diào)器、無線電或網(wǎng)絡(luò)連接)從遠端計算機傳輸?shù)桨l(fā)出請求的計算機。使用在這里，所有這些介質(zhì)在廣義上被視為儲存介質(zhì)。
應(yīng)該理解，本發(fā)明的實施方案可以在各種應(yīng)用中使用。盡管本發(fā)明在此方面并不受限，此處公開的電路可以在很多裝置中使用，例如在無線電系統(tǒng)的發(fā)射機和接收機中。僅以實施例的方式來表示，期望被包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的無線電系統(tǒng)包括包含無線網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)的無線局域網(wǎng)(WLAN)設(shè)備和無線廣域網(wǎng)(WWAN)設(shè)備、基站、接入點(AP)、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)橋(bridge)、網(wǎng)絡(luò)中心(hub)、蜂窩無線電話通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、雙向無線通信系統(tǒng)、單向?qū)ず魴C、雙向?qū)ず魴C、個人通信系統(tǒng)(PCS)、個人計算機(PC)、個人數(shù)字助理(PDA)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)以及類似系統(tǒng)，盡管在此方面本發(fā)明的范圍不受限制。
期望被包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的無線通線系統(tǒng)類型包括，但不限于無線局域網(wǎng)(WLAN)、無線廣域網(wǎng)(WWAN)、碼分多址(CDMA)蜂窩無線電話通信系統(tǒng)、全球移動通信系統(tǒng)(GSM)蜂窩無線電話通信系統(tǒng)、北美數(shù)字蜂窩系統(tǒng)(NADC)蜂窩無線電話通信系統(tǒng)、時分多址(TDMA)系統(tǒng)、增強型TDMA(E-TDMA)蜂窩無線電話通信系統(tǒng)、第三代(3G)系統(tǒng)如寬帶CDMA(WCDMA)，CDMA-2000等等，盡管在此方面本發(fā)明不受限制。
本發(fā)明的實施方案還可以被包括在被稱為核心存儲器、緩存存儲器或者儲存由微處理器執(zhí)行的電子指令或儲存可用于算術(shù)運算的數(shù)據(jù)的其他類型存儲器的集成電路塊中。總之，根據(jù)所要求保護的主題使用多段多米諾邏輯的實施方案可以為微處理器帶來益處，并且具體地說，可以被包含到用于存儲器設(shè)備的地址譯碼器中。注意，所述實施方案可以被集成到無線電系統(tǒng)或手持便攜設(shè)備中，特別是當(dāng)這些設(shè)備依賴于減少的功耗時。因此，膝上型計算機、蜂窩無線電話通信系統(tǒng)、雙工無線電通信系統(tǒng)、單工尋呼器、雙工尋呼器、個人通信系統(tǒng)(PCS)、個人數(shù)字助理(PDA)、攝像機和其他產(chǎn)品想要被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
本發(fā)明包括多種操作。本發(fā)明的操作可以由硬件組件(例如圖1和/或2中示出的那些組件)來執(zhí)行，或者可以被包括在機器可執(zhí)行內(nèi)容(例如指令)802中，該內(nèi)容可被用來使得用所述指令編程的通用或?qū)Ｓ锰幚砥骰蜻壿嬰娐穲?zhí)行所述操作?？商鎿Q地，可以用硬件和軟件的組合來執(zhí)行操作。此外，雖然本發(fā)明被描述在計算裝置的環(huán)境中，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，這樣的功能可以適當(dāng)?shù)赜枚喾N可替換實施方案中的任何一種來實施，例如被集成在通信裝置(例如蜂窩電話)內(nèi)。
在以上描述中，出于解釋的目的，闡述了大量具體的細節(jié)，以提供對本發(fā)明的完整理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚，沒有這些具體的細節(jié)也可以實現(xiàn)本發(fā)明。此外，公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備是以框圖的形式示出的。發(fā)明性概念的任意多種變體都落入本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。在這方面，所示出的特定示例性實施方案不是用來限制本發(fā)明，而僅僅是用來圖示說明它。因此，本發(fā)明的范圍不是由上面提供的具體實施例來確定，而僅僅是由所附權(quán)利要求書的表述來限定。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括接收用于從多個發(fā)射天線傳輸?shù)膬?nèi)容；以及從所述接收的用于經(jīng)由所述多個發(fā)射天線傳輸?shù)膬?nèi)容，生成碼率1空頻碼矩陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述接收的內(nèi)容是大小為Nc×1的輸入符號向量(s)，其中Nc為所述多載波無線通信信道的子載波數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，生成碼率1空頻碼矩陣的操作的要素包括將所述輸入符號向量分成數(shù)目G個組，以生成子組；以及將所述子組的至少子集乘以星座圖旋轉(zhuǎn)預(yù)編碼器，以產(chǎn)生數(shù)目G個預(yù)編碼的向量(vg)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，還包括將每個所述預(yù)編碼的向量分成多個LM×1子向量；以及從所述子向量創(chuàng)建M×M對角矩陣Dsg,k=diag{ΘM×(k-1)TSg,...,ΘM×kTSg}]]>，其中k＝1，…，L。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，還包括交織來自所述G個組的所述L個子矩陣，以生成M×Nc空頻矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，針對任意的發(fā)射天線數(shù)目M、接收天線數(shù)目N以及信道分支數(shù)目L，所述空頻矩陣提供MNL信道分集，同時保持為1的碼率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，針對任意的發(fā)射天線數(shù)目M、接收天線數(shù)目N以及信道分支數(shù)目L，所述空頻矩陣提供MNL信道分集，同時保持為1的碼率。
8.一種包括內(nèi)容的儲存介質(zhì)，當(dāng)所述內(nèi)容被訪問的通信設(shè)備執(zhí)行時，導(dǎo)致所述通信設(shè)備實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1的方法。
9.一種裝置，包括分集代理，所述分集代理接收用于經(jīng)由多載波無線通信信道傳輸?shù)膬?nèi)容，并且從所述接收的用于從多個發(fā)射天線傳輸?shù)膬?nèi)容，生成碼率1空頻碼矩陣，所述從多個發(fā)射天線傳輸是在所述多載波無線通信信道上進行的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述接收的內(nèi)容是大小為Nc×1的輸入符號向量(s)，其中Nc為所述多載波無線通信信道的子載波數(shù)目。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，所述分集代理還包括預(yù)編碼器部件，所述預(yù)編碼器部件將所述輸入符號向量分成數(shù)目G個組以生成子組，并且將所述子組的至少子集乘以星座圖旋轉(zhuǎn)預(yù)編碼器，以產(chǎn)生數(shù)目G個預(yù)編碼的向量(vg)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，所述分集代理還包括空頻編碼部件，響應(yīng)于所述預(yù)編碼器部件，所述空頻編碼部件將每個所述預(yù)編碼的向量分成多個LM×1子向量，并且從所述子向量創(chuàng)建M×M對角矩陣Dsg,k=diag{ΘM×(k-1)+1TSg,....,ΘM×kTSg}]]>，其中k＝1，…，L。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述空頻編碼部件交織來自所述G個組的所述L個子矩陣，以生成M×Nc空頻矩陣。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中，針對任意的發(fā)射天線數(shù)目M、接收天線數(shù)目N以及信道分支數(shù)目L，所述空頻矩陣提供MNL信道分集，同時保持為1的碼率。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中，針對任意的發(fā)射天線數(shù)目M、接收天線數(shù)目N以及信道分支數(shù)目L，所述空頻矩陣提供MNL信道分集，同時保持為1的碼率。
16.一種系統(tǒng)，包括數(shù)目M個全向天線；以及分集代理，所述分集代理接收用于經(jīng)由多載波無線通信信道傳輸?shù)膬?nèi)容，并且從所述接收的用于從至少所述M個全向天線的子集傳輸?shù)膬?nèi)容，生成碼率1空頻碼矩陣，所述從至少所述M個全向天線的子集傳輸是在所述多載波無線通信信道上進行的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述接收的內(nèi)容是大小為Nc×1的輸入符號向量(s)，其中Nc為所述多載波無線通信信道的子載波數(shù)目。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，所述分集代理還包括預(yù)編碼器部件，所述預(yù)編碼器部件將所述輸入符號向量分成數(shù)目G個組以生成子組，并且將所述子組的至少子集乘以星座圖旋轉(zhuǎn)預(yù)編碼器，以產(chǎn)生數(shù)目G個預(yù)編碼的向量(vg)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng)，所述分集代理還包括空頻編碼部件，響應(yīng)于所述預(yù)編碼器部件，所述空頻編碼部件將每個所述預(yù)編碼的向量分成多個LM×1子向量，并且從所述子向量創(chuàng)建M×M對角矩陣Dsg,k=diag{ΘM×(k-1)+1TSg,...,ΘM×TSg}]]>，其中k＝1，…，L。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中所述空頻編碼部件交織來自所述G個組的所述L個子矩陣，以生成M×Nc空頻矩陣。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中，針對任意的發(fā)射天線數(shù)目M、接收天線數(shù)目N以及信道分支數(shù)目L，所述空頻矩陣提供MNL信道分集，同時保持為1的碼率。
22.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中，針對任意的發(fā)射天線數(shù)目M、接收天線數(shù)目N以及信道分支數(shù)目L，所述空頻矩陣提供MNL信道分集，同時保持為1的碼率。
全文摘要
用于在多載波通信信道中提高分集增益同時保持信道吞吐量的裝置和相關(guān)方法基于碼率1空頻編碼機制，所述碼率1空頻編碼機制可擴展到任意數(shù)目的發(fā)射天線。輸入符號的Nc×1向量被分成G組大小為ML×1的向量。之后，至少輸入符號向量的子集與星座圖旋轉(zhuǎn)預(yù)編碼矩陣(212)相乘。生成的向量被分成多個子向量，所述多個子向量用于從其生成對角矩陣，交織后生成空頻矩陣。
文檔編號H04L27/26GK1938978SQ200580006236
公開日2007年3月28日 申請日期2005年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者L·邵, 薩米特·羅伊, 薩米特·桑胡 申請人:英特爾公司