專利名稱：一種信道編碼和空時編碼級聯(lián)發(fā)射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及系統(tǒng)編碼發(fā)射方法，尤其涉及一種多輸入多輸出正交頻分 復用系統(tǒng)中信道編碼和空時編碼級聯(lián)發(fā)射方法。
背景技術(shù)：
多天線(MIMO)是近幾年發(fā)M來的一種高效的無線傳輸技術(shù)，是 指在發(fā)射端和接收端，分別使用多個發(fā)射天線和接收天線。傳統(tǒng)的通信系 統(tǒng)是單進單出SISO系統(tǒng)，基于發(fā)射分集和接收分集的多進單出MISO方 式和單進多出SIMO方式也是MIMO的特殊情況。MIMO的基本思想是 在發(fā)射、接收或收發(fā)雙端采用多個天線，通過空時處理技術(shù)，充分利用信 道之間的獨立衰落特性，提高頻謙利用率，通信質(zhì)量和系統(tǒng)容量。例如 貝爾實驗室的Foschini等人，提出了 一種分層空時結(jié)構(gòu)(BLAST),它將信 源數(shù)據(jù)分成幾個子數(shù)據(jù)流，獨立進行編碼/調(diào)制。分層空時編碼系統(tǒng)在21 dB的平均信噪比下可以達到42b/s/Hz的帶寬利用率，這樣的帶寬利用率 對于單天線發(fā)射單天線接收系統(tǒng)是不可想象的。OFDM在頻域把頻諳分成若干個正交的子信道，各子信道的栽波相互重疊，提高了頻詳利用率。由于各子信道的帶寬相對較窄，因此對整個發(fā)射帶寬信號來講頻率選擇性信道對于各個子信道信號是平坦衰落的，均衡 可對每個子載波分別進行，大大簡化了接收機結(jié)構(gòu)。由于OFDM具有頻語利用率高、均衡簡單的優(yōu)點，非常適合于高速的有線和無線傳輸，因此 得到了廣泛研究。為了充分保證MIMO+OFDM系統(tǒng)的性能，某些MIMO+OFDM的通 信系統(tǒng)采用信道編碼和空時編碼級聯(lián)的方式，提高整個系統(tǒng)的通信質(zhì)量。但是，MIMO+OFDM系統(tǒng)中的信道編碼和空時編碼級聯(lián)的發(fā)送方 案，卻有一些有待于解決的問題。由于目前的空時編碼技術(shù)，多采用空時分組編碼、空時分層編碼和空時網(wǎng)格編碼以及空時頻編碼。由于每4艮發(fā)送 天線的導頻必須正交，跟單天線相比，兩天線的導頻數(shù)量會減半，四天線 如果要保證像兩天線一樣的導頻數(shù)量的話，則導頻載波的數(shù)量會加倍，其它發(fā)送數(shù)目依次類推。目前16e協(xié)議多天線發(fā)送時，因為導頻載波的增多， 空時編碼后需要進行二次刪余，如圖l所示，避免不了會刪余掉部分攜帶 信息比特的符號，造成CTC譯碼性能的嚴重下降。目前有多天線OFDM系統(tǒng)中的發(fā)送分集，發(fā)射機處理每一對數(shù)據(jù)碼 元以得出兩對發(fā)送碼元，用于在(1)對于空時發(fā)送分集的兩個OFDM碼 元周期內(nèi)或者(2)對于空頻發(fā)送分集的兩個子帶上，從一對天線發(fā)出。 數(shù)據(jù)傳輸使用了 Nr(Nx"l)/2個不同的天線對，為相鄰的子帶使用不同的 天線對，其中Nt是天殘數(shù)目。系統(tǒng)可以支持多個OFDM碼元尺寸。為不 同的OFDM碼元尺寸使用相同的編碼、交織和調(diào)制方案來簡化發(fā)射機和 接收機處理。發(fā)射機按照所選的OFDM碼元尺寸對每根天線的發(fā)送碼元 流進行OFDM調(diào)制。接收機執(zhí)行相反的處理。并沒有給出信道編碼與空 時編碼級聯(lián)進行空時發(fā)送的方案。還有一種正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)中 發(fā)射空時碼的方法，該系統(tǒng)包括n根發(fā)射天線，其中n為至少為3的正整 數(shù)，該方法包括以下步驟對信源輸出的信息比特進行調(diào)制，得到調(diào)制符 號，并對調(diào)制符號進行空時編碼，以得到編碼后碼字；將碼字映射到正交 頻分復用符號的至少兩個子載波上，并且在n才艮發(fā)射天線上發(fā)射碼字。這 樣，通過在時間和子栽波上完成發(fā)射空時碼的操作，雖然〗吏得完成發(fā)射空 時碼所需要的發(fā)射周期減少，從而降低了信道相關(guān)時間對空時碼發(fā)送的影響，避免了由于信道衰落系數(shù)在一次空時編碼操作內(nèi)發(fā)生變化而給空時碼 發(fā)送帶來的性能損失，但同樣也沒有涉及信道編碼與空時編碼級聯(lián)進行空 時發(fā)送的方案。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多輸入多輸出正交頻分復用無 線系統(tǒng)中的信道編碼與空時編碼級聯(lián)發(fā)射方法，即提供一種 MIMO+OFDM通信系統(tǒng)中編碼、刪余、交織和空時發(fā)送的二次刪余(根據(jù)交織方式順序可能不同)、空時編碼、空時編碼碼字和導頻的多天線發(fā)送。從而使得MIMO+OFDM系統(tǒng)既能夠最大程度的獲得信道編碼的編碼 增益，又能獲得空時編碼的分集增益。為解決上述4支術(shù)問題，本發(fā)明 一種多輸入多輸出頻分復用系統(tǒng)中信道 編碼和空時編碼級聯(lián)發(fā)射方法，包括步驟(1) 發(fā)端對信源輸出的信息比特進行信道編碼，得到信息比特位和 校驗比特位；(2) 發(fā)端根據(jù)發(fā)送天線數(shù)量n和每個子帶需要導頻的平均數(shù)量確定 是否需要進行二次刪余并根據(jù)交織方式確定一次刪余、二次刪余和交織的 順利，進行一次刪余、二次刪余和交織，得到二進制比特；所述交織方式 是指是否對信息比特位和校驗比特位分別進行交織；(3) 發(fā)端對步驟(2)中得到的二進制比特進行調(diào)制，得到調(diào)制符號；(4) 發(fā)端對所述調(diào)制符號進行串并變換，并進行空時編碼，得到編 碼后碼字；(5) 發(fā)端將所迷碼字和導頻映射到不同子栽波上，通過所述n根發(fā) 送天線進行發(fā)射。進一步，所述步驟(1)中的信道編碼包括系統(tǒng)編碼。進一步，所迷步稞(2)中每個子帶需要導頻載波的平均數(shù)量由多天 線發(fā)送導頻的方式和要求每根天線上實際發(fā)送導頻的數(shù)量決定。進一步，所述步驟(2)中一次刪余、二次刪余是對校驗比特位進行。進一步，所述步驟(2)中對信源輸出的信息比特進行系統(tǒng)編碼后， 包含系統(tǒng)的信息比特位和校驗比特位。進一步，所述步驟(4)中的空時編碼包括空時分組編碼、空時分層 編碼、空時網(wǎng)格編碼和空時頻編碼。進一步，所述步驟(5)纟艮據(jù)空時編碼的方式和相應發(fā)送天線數(shù)目的 物理層的幀結(jié)構(gòu)，將時空編碼后的碼字按一定的規(guī)則分別映射到不同發(fā)送 天線的數(shù)據(jù)子栽波上，插入導頻到不同發(fā)送天線的相應導頻子栽波位置上 進行發(fā)射。再進一步，所述步驟(4)中進行空時分組編碼時；所述步驟(5)將同一個空時編碼器在同一時刻發(fā)送到不同天線上的 數(shù)據(jù)符號映射到各處正交頻分復用符號的同 一個數(shù)據(jù)子載波上。再進一步，所述發(fā)送天線數(shù)量n為2;如果交織方式是信息比特位與校驗比特位分別進行交織時，則依次進 行一次刪余、交織或者交織、 一次刪余，得到調(diào)制前的二進制比特序列；如果交織方式是信息比特位與校驗比特位聯(lián)合進行時，則依次進行一 次刪余、交織，得到調(diào)制前的比特序列。再進一步，所述發(fā)送天線數(shù)量n大于2;如果交織方式是信息比特位與校驗比特位分別進行交織時，則依次進 行一次刪余、二次刪余、交織，或者一次刪余、交織、二次刪余，或者交 織、 一次刪余、二次刪余，得到調(diào)制前的二進制比特序列；如果交織方式是信息比特位與校驗比特位聯(lián)合進行時，則依次進行一 次刪余、二次刪余、交織，得到調(diào)制前的比特序列。再進一步，所述步驟(2)中，根據(jù)每根發(fā)送天線上發(fā)送的導頻必須 正交，在兩天線發(fā)送的數(shù)據(jù)符號來發(fā)送導頻的數(shù)量來確定需要進行二次刪 余的比特數(shù)目。本發(fā)明中的信道編碼，包括系統(tǒng)編碼，編碼后，包括包含系統(tǒng)的比特 位(即原始的信息位)和校驗位。根據(jù)編碼速率進行打孔和刪余，包括對 校驗比特位進行的，這樣可以提高編碼速率。從上迷的技術(shù)方案可以看出，在本發(fā)明中，首先對信源輸出的信息比 特進行編碼，得到校驗比特。其次根據(jù)發(fā)送天線的數(shù)目進一步判斷是否需 要進行二次刪余，如果不需要二次刪余，進一步判斷交織的方式，如果是 信息比特位與校驗比特位分別進行交織，則直接進行交織、 一次刪余(二 者順序可換)后得到調(diào)制前的二進制序列；如果是信息比特位與校驗比特位聯(lián)合進行，則進行一次刪余、交織(二 者順序不可換)；如果需要二次刪余，進一步判斷交織方式，如果是信息比特位與校驗比特位分別進行交織，則進行一次刪余、二次刪余、交織(順序可換)后就可以得到調(diào)制前的二進制比特序列；如果是倌息比特位與校驗比特位聯(lián)合進行交織，則先進行一次刪余、 二次刪余后再進行交織，得到調(diào)制前的比特序列。然后進行調(diào)制，得到調(diào)制符號，并對調(diào)制符號進行串并變換后進行空 時編碼，以得到編碼后碼字；最后根據(jù)空時編碼的方式和相應發(fā)送天線數(shù) 目的物理層的幀結(jié)構(gòu)，將空時編碼后的碼字按照一定的規(guī)則分別映射到不 同發(fā)送天線的數(shù)據(jù)子栽波上，插入導頻到不同的發(fā)送天線的相應的導頻子 載波位置上進行發(fā)射。如果是空時分組編碼，則要求將同一個空時編碼器， 在同一時刻發(fā)送到不同天線上的數(shù)據(jù)符號映射到各自O(shè)FDM符號的同一 個數(shù)據(jù)子栽波上，這樣可以避免頻率選擇性對空時譯碼性能的影響。應用本發(fā)明后，可以避免多天線發(fā)送在空時編碼后進行二次刪余時， 可能將攜帶信息比特位的符號給刪掉，導致整個MIMO+OFDM系統(tǒng)的抗 干擾能力嚴重下降，甚至不如只有空時編碼的性能。在本發(fā)明中沒有增加 發(fā)送系統(tǒng)的復雜度，而是如果需要二次刪余，將二次刪余的位置做了一些 調(diào)整，以避免將攜帶信息比特的符號刪余掉，最大程度的保證了系統(tǒng)編碼 的編碼增益，從而能夠提高系統(tǒng)的性能。附困說明困1為現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于二次刪余處理的處理流程示意圖；困2為本發(fā)明MIMO + OFDM中信道編碼與空時編碼級聯(lián)的發(fā)送方 法示意圖；圖3為本發(fā)明實施例MIMO + OFDM中信道編碼與空時編碼級聯(lián)的 發(fā)送方法示意圖；圖4為本發(fā)明實施例MIMO + OFDM中信道編碼與空時分組編碼級 聯(lián)的發(fā)送方法示意圖；圍5為現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)刪余的位置和過程示意圖；困6為本發(fā)明實施例中數(shù)據(jù)刪余的位置和過程示意圖；圖7為信息比特和校驗比特分別進行交織時的流程示意圖；圖8為比特和校驗比特聯(lián)合進行交織時的流程示意圖；圖9為本發(fā)明實施例四天線發(fā)送的導頻和數(shù)據(jù)子栽波映射示意圖。

圖10為本發(fā)明實施例OFDM中信道編碼與空時分層編碼級聯(lián)的發(fā) 送方法示意圖；具體實施方式
以下結(jié)合附圖，將對本發(fā)明的具體實施例進行較為詳細的說明。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于二次刪余處理的處理流程示意圖。圖2為本發(fā)明的MIMO + OFDM中信道編碼與空時分組編碼級聯(lián)的 發(fā)送方案的示意圖。包括以下步驟(1) 發(fā)端對信源輸出的信息比特進行編碼，得到信息比特位和校驗 比特位；(2) 發(fā)端根據(jù)發(fā)送天線數(shù)量n和每個子帶需要導頻的平均數(shù)量確定 是否需要進行二次刪余并根據(jù)交織方式確定一次刪余、二次刪余和交織的 順序；(3) 發(fā)端對信道編碼后的信號進行調(diào)制，得到調(diào)制符號；(4) 發(fā)端對所迷調(diào)制符號進行串并變換，并進行空時編碼，得到編 碼后碼字；(5) 發(fā)端將所迷碼字和導頻映射到不同子載波上，通過所述n根發(fā) 送天線進行發(fā)射。圖3為本發(fā)明實施例的流程圖?，F(xiàn)有的技術(shù)中，在空時編碼后，對由 于天線數(shù)目的增加，導致二次刪余時會將攜帶有信息比特信息的符號給刪 余掉，本發(fā)明在系統(tǒng)編碼結(jié)束時提前進行二次刪余，會避免出現(xiàn)這個問題， 從而會最大程度的保證減小二次刪余對譯碼性能的影響，另外如果是空時 分組編碼也可以克服頻率選擇性衰落對譯碼空時譯碼性能的影響。困4為本發(fā)明實施例MIMO + OFDM中信道編碼與空時分組編碼級聯(lián)的發(fā)送方法示意圖。首先，在步驟401中，所述的信道編碼需要產(chǎn)生一個原始的信源序列， 首先進行加擾處理，然后進行碼率為1/3的CTC編碼(巻積Turbo編碼 Convolution Turbo Code),對子塊進行交織，根據(jù)協(xié)議規(guī)定碼率進行刪余。 本實施例以正EE802.16e， QPSK， 1/2CTC編碼，4天線下行的PUSC符 號結(jié)構(gòu)為例。由于在4天線時，每個簇的導頻數(shù)目倍增(由原先的4個導 頻變?yōu)?個)，從而使得每個時頻資源塊(兩個簇)中有用數(shù)據(jù)子載波的實 際數(shù)目由原來的48個變?yōu)?0個。協(xié)議規(guī)定，每個時頻資源塊中的最后8 個數(shù)據(jù)被刪余掉。假設(shè)對于一個CTC-1/2， QPSK調(diào)制的系統(tǒng)，信道編碼 塊的級聯(lián)的數(shù)目為10個時頻資源塊的數(shù)據(jù)的數(shù)目，即每個信道編碼塊有 10個slot，則被刪余掉的數(shù)據(jù)的位置和過程如示意圖5所示如果信息bit為^，。2，…a柳,編碼后的bit為。"^,…"柳A，V.'、其中 """"…"柳為信息位，AA，…6柳為校驗位。則經(jīng)過QPSK映射后的復信號為Cl，C2,…C柳，其中C1,C2，-"C240由"l，"2，…a糊映射得到，C241，C2，'"C480由AA，…6柳 映射得到。這樣一個信道編碼塊經(jīng)過如圖的二次刪余后，攜帶信息位和校驗位的符號都有可能被刪余掉。導致CTC譯碼的性能下降。本發(fā)明的思路為對于編碼后的"1，"2，…"48。 AA8。(已經(jīng)經(jīng)過CTC編碼本身的刪余)， 在校驗位上對數(shù)據(jù)進行二次刪余，這樣可以保證信息位不被刪余掉。對于一個信道編碼塊，在其末端刪余掉的bit數(shù)目為10*8/R,其中R為l/2時 為160。即進入星座映射調(diào)制模塊的bit流為"i，""…"柳A，62，…632。。這樣的 bit流經(jīng)過QPSK調(diào)制前的個數(shù)為800，調(diào)制后的復信號流個數(shù)為 400=40*10。此種方法最大程度的降低了二次刪余對CTC譯碼的影響，保 證了CTC的編碼增益。因此在調(diào)制前，進一步對CTC的校驗位進行相應 大小的二次刪余。具體位置和刪余過程如示意圖6所示。圖7為信息比特和校驗比特分別進行交織時的流程示意圖；圖8為比 特和校驗比特聯(lián)合進行交織時的流程示意圖。接著在步驟302中，所述的調(diào)制，是指對經(jīng)過信道編碼處理后的碼字 進行調(diào)制，得到調(diào)制后的復數(shù)星座圖的符號。接著在步驟303中，所述的串并變換，是指對經(jīng)過調(diào)制后的符號，根據(jù)四天線空時分組編碼器的需要進行串并變換接著在步驟304中，所述的空時分組編碼可以包括兩天線、三天線、 四天線以及更多根發(fā)送天線，此處以四根發(fā)送天線為例。對調(diào)制后的符號 進行空時分組編碼后，得到碼字矩陣為<formula>formula see original document page 11</formula>接著，在步驟305中，按照圖9所示，根據(jù)不同發(fā)送天線的導頻和 數(shù)據(jù)的位置進行導頻和數(shù)據(jù)的映射。所述的空時編碼，可以包括空時分組編碼、空時分層編碼、空時網(wǎng)格 編碼，圖IO為本發(fā)明實施例OFDM中信道編碼與空時編碼級聯(lián)發(fā)送，其 中空時編碼是空時分層編碼的情形。
權(quán)利要求
1. 一種多輸入多輸出頻分復用系統(tǒng)中信道編碼和空時編碼級聯(lián)發(fā)射方法，其特征在于，包括步驟(1)發(fā)端對信源輸出的信息比特進行信道編碼，得到信息比特位和校驗比特位；(2)發(fā)端根據(jù)發(fā)送天線數(shù)量n和每個子帶需要導頻的平均數(shù)量確定是否需要進行二次刪余并根據(jù)交織方式確定一次刪余、二次刪余和交織的順序，進行一次刪余、二次刪余和交織，得到二進制比特；(3)發(fā)端對步驟(2)中得到的二進制比特進行調(diào)制，得到調(diào)制符號；(4)發(fā)端對所述調(diào)制符號進行串并變換，并進行空時編碼，得到編碼后的碼字；(5)發(fā)端將所述編碼后的碼字和導頻映射到不同子載波上，通過所述n根發(fā)送天線進行發(fā)射。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(l)中的信道 編碼包括系統(tǒng)編碼。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中每個子 帶需要導頻栽波的平均數(shù)量由多天線發(fā)送導頻的方式和要求每根天線上 實際發(fā)送導頻的數(shù)量決定。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中一次刪 余、二次刪余是指對校驗比特位進行刪余。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)中的空時 編碼包括空時分組編碼、空時分層編碼、空時網(wǎng)格編碼或空時頻編碼。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(5)根據(jù)空時 編碼的方式和相應發(fā)送天線數(shù)目的物理層的幀結(jié)構(gòu)，將時空編碼后的碼字 按一定的規(guī)則分別映射到不同發(fā)送天線的數(shù)據(jù)子栽波上，插入導頻到不同 發(fā)送天線的相應導頻子載波位置上進行發(fā)射。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，包4舌 所述步驟(4)中進行空時分組編碼；所述步驟(5)將同一個空時編碼器在同一時刻發(fā)送到不同天線上的 數(shù)據(jù)符號映射到各處正交頻分復用符號的同一個數(shù)據(jù)子載波上。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)包括所述發(fā)送天線數(shù)量n為2時，確定不進行二次刪余，這種情況下如果交織方式是信息比特位與校驗比特位分別進行交織時，則依次進 行一次刪余、交織或者交織、 一次刪余，得到調(diào)制前的二進制比特序列；如果交織方式是信息比特位與校驗比特位聯(lián)合進行時，則依次進行一 次刪余、交織，得到調(diào)制前的比特序列。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)包括所述發(fā)送天線數(shù)量n大于2，確定進行二次刪余，這種情況下如果交織方式是信息比特位與校驗比特位分別進行交織時，則依次進 行一次刪余、二次刪余、交織，或者一次刪余、交織、二次刪余，或者交 織、 一次刪余、二次刪余，得到調(diào)制前的二進制比特序列；如果交織方式是信息比特位與校驗比特位聯(lián)合進行時，則依次進行一 次刪余、二次刪余、交織，得到調(diào)制前的比特序列。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所迷的二 次刪余，包括根據(jù)每根發(fā)送天線上發(fā)送的導頻必須正交，在兩天線發(fā)送 的數(shù)據(jù)符號來發(fā)送導頻的數(shù)量來確定需要進行二次刪余的比特數(shù)目。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(l)中包括 加擾處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多輸入多輸出頻分復用系統(tǒng)中信道編碼和空時編碼級聯(lián)發(fā)射方法。本發(fā)明方法先由發(fā)端對信源輸出的信息比特進行信道編碼，得到信息比特位和校驗比特位；發(fā)端再根據(jù)發(fā)送天線數(shù)量n和每個子帶需要導頻的平均數(shù)量確定是否需要進行二次刪余并根據(jù)交織方式確定一次刪余、二次刪余和交織的順序；發(fā)端再對得到的二進制序列進行調(diào)制，得到調(diào)制符號；發(fā)端再對所述調(diào)制符號進行串并變換，并進行空時編碼，得到編碼后碼字；最后發(fā)端將所述碼字和導頻映射到不同子載波上，通過所述n根發(fā)送天線進行發(fā)射。利用本發(fā)明能使MIMO+OFDM系統(tǒng)既可最大程度的獲得信道編碼的編碼增益，又能獲得空時編碼的分集增益。
文檔編號H04L1/00GK101227249SQ200710001298
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月16日
發(fā)明者余秋星, 劉巧艷, 李玉潔, 路 趙 申請人:中興通訊股份有限公司