專利名稱：一種用于多天線通訊系統(tǒng)的自動重傳請求方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于多天線系統(tǒng)的自動重傳請求方法，可用于無線局域網(wǎng)、寬帶無線接入、移動通信、地面數(shù)字電視廣播等系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
隨著無線網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)和Internet的逐漸融合，人們對無線通信業(yè)務(wù)的類型和質(zhì)量的要求越來越高。為滿足無線多媒體和高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，需要開發(fā)新一代無線通信系統(tǒng)，且它將廣泛采用一些新技術(shù)，如多天線(MIMO)等。
MIMO系統(tǒng)是指在發(fā)送和接收端使用多元天線陣列，它能顯著提高系統(tǒng)容量和無線傳輸鏈路質(zhì)量。利用MIMO技術(shù)提高系統(tǒng)容量和傳輸質(zhì)量的方式包括兩類空分復(fù)用和空間分集。空分復(fù)用的典型應(yīng)用是Bell實驗室提出的分層空時結(jié)構(gòu)(BLAST)，它把整個數(shù)據(jù)流分解成若干個單獨的子數(shù)據(jù)流從多副天線并行發(fā)送；在接收天線大于或等于發(fā)送天線數(shù)時，BLAST的信道容量與發(fā)送天線數(shù)成線性關(guān)系。空間分集是利用發(fā)送、接收天線間的多徑傳播而提高傳輸魯棒性，它包括接收分集和發(fā)送分集，如空時格碼和空時分組碼等。
雖然MIMO相對于單天線系統(tǒng)提高了頻譜效率，但各天線支路傳送信號受到信道衰落的影響而降低了吞吐量。采用基于混合自動重復(fù)請求(HARQ)的鏈路自適應(yīng)技術(shù)能提高MIMO傳輸可靠性。HARQ是自動重復(fù)請求(ARQ)和前向糾錯(FEC)相結(jié)合的糾錯方法。FEC的優(yōu)點是只有一個信道，傳輸效率高，等于碼速率；當(dāng)譯碼錯誤時，錯誤的信息也送給用戶，故可靠性不高，為獲得高的系統(tǒng)可靠性必須選用長碼和糾錯能力強的碼組，使得譯碼電路復(fù)雜度高。ARQ技術(shù)比FEC簡單、可靠，但它必須設(shè)置一個反饋信道，當(dāng)信道變差時系統(tǒng)經(jīng)常處于請求狀態(tài)而使傳輸效率較低。
HARQ是在ARQ中引入FEC技術(shù)，利用FEC糾正經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤，以減少重傳次數(shù)，使得只有在極少出現(xiàn)的錯誤才請求重傳，即增加了系統(tǒng)可靠性和傳輸效率。MIMO系統(tǒng)中HARQ的工作原理如圖1，每幅發(fā)射天線支路比特流加入循環(huán)冗余校驗(CRC)比特、調(diào)制形成一數(shù)據(jù)分組后發(fā)射到信道，經(jīng)信道傳播后，接收天線端利用檢測算法恢復(fù)各天線支路的數(shù)據(jù)分組，并利用CRC檢驗是否出錯。若某天線支路的數(shù)據(jù)幀出錯，則從該天線端對應(yīng)的源發(fā)射天線重發(fā)該數(shù)據(jù)分組。數(shù)據(jù)分組發(fā)送時，由于無線信道的廣播特征，使得所有接收端天線均可收到該分組。一般的MIMO ARQ技術(shù)中，接收天線端僅利用來自源發(fā)射天線的分組數(shù)據(jù)信息，而把來自其他天線的數(shù)據(jù)幀信息作為干擾而刪除，如圖2(b)所示。從信息論的角度來看，這種處理方法存在信息損失，沒有完全利用有效信息。同時，數(shù)據(jù)重傳時，只要任一幅天線支路端的數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯，則均需要從這些天線支路端發(fā)送數(shù)據(jù)分組，這耗費MIMO鏈路的傳輸效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能提高MIMO系統(tǒng)吞吐量的混合自動重復(fù)請求發(fā)射方法，該方法能夠提高MIMO系統(tǒng)吞吐量。
本發(fā)明的思想是基于無線信道的廣播特征，即每個接收天線端能獲得從所有發(fā)射天線端傳送的數(shù)據(jù)分組；在接收天線端除了恢復(fù)來自源天線的目的數(shù)據(jù)分組之外，還將檢測并保存來自其他天線端的數(shù)據(jù)分組，如圖2(a)。當(dāng)分組重傳時，把所有待重傳的分組進行編碼為復(fù)合分組后從任一幅天線發(fā)射，其余天線可用作發(fā)送其他數(shù)據(jù)分組，這將提高MIMO系統(tǒng)傳輸效率。
本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。多天線通訊系統(tǒng)主要包括有發(fā)射端、接收端和反饋信道，發(fā)射端和接收端分別安裝有N幅天線，接收端的每幅天線均能接收到來自發(fā)射端的N幅天線的數(shù)據(jù)分組；輸入的信息流被分成N個數(shù)據(jù)分組D1，D2，…，DN，N個數(shù)據(jù)分組D1，D2，…，DN分別被送到發(fā)射天線的1，…，N端發(fā)射，經(jīng)無線信道傳輸后被接收端的接收天線1，…，N端接收；其特征在于
1)接收端的接收天線1，…，N用信號檢測方法恢復(fù)來自源天線的目的數(shù)據(jù)分組，并把檢測出的來自其他N-1個發(fā)射天線的數(shù)據(jù)分組用信號檢測方法恢復(fù)后暫時保存到每幅接收天線端；2)接收端的接收天線1，…，N分別校驗接收到的來自源天線發(fā)射的數(shù)據(jù)分組，若正確，則通過反饋信道發(fā)送確認(rèn)信息數(shù)據(jù)ACK到其發(fā)射端；否則，發(fā)送非確認(rèn)信息數(shù)據(jù)NACK給發(fā)射端；3)發(fā)射端的發(fā)射天線根據(jù)各自接收到的反饋信息數(shù)據(jù)判斷是否需要重新發(fā)送數(shù)據(jù)分組，若收到確認(rèn)信息數(shù)據(jù)則無需重發(fā)數(shù)據(jù)分組，若收到非確認(rèn)信息數(shù)據(jù)則需要重發(fā)數(shù)據(jù)分組；4)接收端把所有需要重發(fā)的數(shù)據(jù)分組編碼后通過發(fā)射端的發(fā)射天線1，…，N中的任一幅天線發(fā)射；5)接收端的接收天線1，…，N分別接收到編碼后的數(shù)據(jù)，每幅接收天線利用暫存的其他天線的數(shù)據(jù)分組數(shù)據(jù)對接收到的數(shù)據(jù)進行譯碼恢復(fù)發(fā)射分組。
所述的數(shù)據(jù)分組編碼和譯碼的方法為模二加(XOR)方法。本發(fā)明的分組編碼、譯碼采用模二加方式，而接收端收到需要重發(fā)的復(fù)合分組后，各接收天線利用已保存的數(shù)據(jù)分組對重發(fā)的復(fù)合分組進行模二加譯碼可恢復(fù)發(fā)射信息，下面以接收天線1為例來說明分組編碼、譯碼操作的原理設(shè)從天線1，…，N發(fā)送的數(shù)據(jù)分組分別為D1，D2，…，DN，接收端的N個天線接收的數(shù)據(jù)均需要重傳，則需要重傳的數(shù)據(jù)在接收端采用模二加的分組編碼后的復(fù)合分組為(D1D2…DN)，接收天線1端接收到重傳的復(fù)合分組后，利用暫存的數(shù)據(jù)分組對其進行譯碼，暫存的數(shù)據(jù)分組為(D2…DN)，則譯碼輸出為(D1D2…DN)(D2…DN)＝D1。
所述的接收端的信號檢測方法為迫零法或者為最大似然法。
采用本發(fā)明提出的方法，所有待重發(fā)的數(shù)據(jù)分組從一幅天線發(fā)射，而其他天線可發(fā)送額外的數(shù)據(jù)分組，從而提高MIMO系統(tǒng)的吞吐量。


圖1MIMO ARQ示例圖2本發(fā)明和現(xiàn)有的接收端操作比較圖3本發(fā)明中的編碼分組發(fā)射圖4本發(fā)明的流程5迫零檢測方法流程6(a)第一次發(fā)送示意6(b)提出的第二次發(fā)送示意6(c)傳統(tǒng)的第二次發(fā)送示意圖具體實施方式
下面結(jié)合圖2～6詳細說明本實施例。
下面以兩幅發(fā)射天線和兩幅接收天線組成的MIMO系統(tǒng)為例說明。在第一次發(fā)送過程中，天線TX1和TX2分別發(fā)射數(shù)據(jù)分組data1和data2；在接收端，天線RX1和RX2檢測對應(yīng)的數(shù)據(jù)data1和data2，這可通過一般的迫零、最大似然檢測等方法來實現(xiàn)。下面以迫零檢測算法為例說明。
設(shè)發(fā)送信號d＝[datat1 data2]T，接收信號為r＝[r1r2]，其中r1、r2分別為天線1、2端的接收數(shù)據(jù)，信道增益系數(shù)H=h11h12h21h22,]]>hij分別表示發(fā)送、接收天線之間的信道衰落，接收天線端噪聲向量w＝[w1w2]，其中w1、w2分別為接收天線1、2端的噪聲，則可得r1r2=h11h12h21h22data1data2+w1w2---(1)]]>寫作矢量形式為r＝Hd+w (2)對上式求H的逆矩陣，可獲得data1和data2的估計值
實現(xiàn)該方法的流程如圖5，描述如下第一步存儲接收數(shù)據(jù)信號r；第二步估計信道向量H和噪聲w；第三步計算接收信號與噪聲的差(r-w)；第四步利用信道矩陣的逆計算H(r-w)獲得發(fā)射信號的估值 假設(shè)接收端的接收天線RX1和RX2均未正確接收到各自的目的分組data1和data2，但都偵聽到來自其他發(fā)射天線的數(shù)據(jù)并保存這些數(shù)據(jù)分組data2和data1，如圖6(a)。通過反饋信道把NACK命令傳送到發(fā)射端后，需要重發(fā)數(shù)據(jù)data1和data2。
這時，在發(fā)送端對分組data1和data2進行比特級的編碼形成編碼數(shù)據(jù)分組后，從TX1和TX2天線中選擇任一幅天線發(fā)射到信道，而另一幅天線可發(fā)送額外數(shù)據(jù)data3。編碼采用模二加(異或)方式，即data1data2，編碼后發(fā)送的復(fù)合數(shù)據(jù)分組為(data1data2)。若接收天線RX1能正確收到數(shù)據(jù)(data1data2)，則利用已保存的數(shù)據(jù)data2對其譯碼，譯碼操作也采用異或方式即(data1data2)data2＝data1，由此可恢復(fù)發(fā)射信號data1。若接收天線RX2能正確收到數(shù)據(jù)(data1data2)，則利用已保存的數(shù)據(jù)data1對其譯碼，譯碼操作也采用異或方式即(data1data2)data1＝data2，由此可恢復(fù)發(fā)射信號data2，如圖6(b)。為了比較，圖6(c)示出了采用一般方法的操作示意圖，它分別從TX1和TX2重發(fā)分組data1和data2。
類似地，對有三幅發(fā)射天線和三幅接收天線組成的MIMO系統(tǒng)，假設(shè)接收端的接收天線RX1、RX2和RX3均未正確接收到各自的目的分組data1、data2和data3，但都偵聽到來自其他發(fā)射天線的數(shù)據(jù)并保存這些數(shù)據(jù)分組(data2、data3)，(data1、data3)和(data1、data2)。通過反饋信道把NACK命令傳送到發(fā)射端后，需要重發(fā)數(shù)據(jù)data1、data2和data3。
這時，在發(fā)送端對分組data1、data2和data3進行比特級的編碼形成編碼數(shù)據(jù)分組(data1data2data3)后，從TX1、TX2和TX2天線中選擇任一幅天線發(fā)射到信道，而另外兩幅天線可以發(fā)送額外數(shù)據(jù)data4、data5。若接收天線RX1能正確收到數(shù)據(jù)(data1data2data3)，則利用已保存的數(shù)據(jù)(data2、data3)對其譯碼。譯碼操作時，先對暫存數(shù)據(jù)編碼為(data2data3)，然后采用異或方式譯碼，即(data1data2data3)(data2data3)＝data1，由此可恢復(fù)發(fā)射信號data1。其他天線端的譯碼操作類似，不再贅述。
可以看到，采用本發(fā)明提出的方法，數(shù)據(jù)重傳過程中在同一時刻傳送了三個數(shù)據(jù)分組，而采用傳統(tǒng)方法只能傳送兩個分組，從而提高了MIMO系統(tǒng)的吞吐量。
權(quán)利要求
1.一種用于多天線通信系統(tǒng)的自動重傳請求方法，多天線通訊系統(tǒng)主要包括有發(fā)射端、接收端和反饋信道，發(fā)射端和接收端分別安裝有N幅天線，接收端的每幅天線能接收到來自發(fā)射端的所有天線的數(shù)據(jù)分組；輸入的信息流被分成N個數(shù)據(jù)分組D1，D2，…，DN，N個數(shù)據(jù)分組D1，D2，…，DN分別被送到發(fā)射天線的1，…，N端發(fā)射，經(jīng)無線信道傳輸后被接收端的接收天線1，…，N端接收；其特征在于1)接收端的接收天線1，…，N用信號檢測方法恢復(fù)來自源天線的目的數(shù)據(jù)分組，并把檢測出的來自其他N-1幅發(fā)射天線的數(shù)據(jù)分組用信號檢測方法恢復(fù)后暫時保存到每幅接收天線端；2)接收端的接收天線1，…，N分別校驗接收到的來自源天線的目的數(shù)據(jù)分組，若正確，則通過反饋信道發(fā)送確認(rèn)信息數(shù)據(jù)到其發(fā)射端；否則，發(fā)送非確認(rèn)信息數(shù)據(jù)NACK給發(fā)射端；3)發(fā)射端的根據(jù)各自接收到的反饋信息數(shù)據(jù)判斷是否需要重新發(fā)送數(shù)據(jù)分組，若收到確認(rèn)信息數(shù)據(jù)則無需重發(fā)數(shù)據(jù)分組，若收到非確認(rèn)信息數(shù)據(jù)則需要重發(fā)數(shù)據(jù)分組；4)接收端把所有需要重發(fā)的數(shù)據(jù)分組編碼后通過發(fā)射端的發(fā)射天線1，…，N中的任一幅天線發(fā)射；5)接收端的接收天線1，…，N分別接收到編碼后的重發(fā)數(shù)據(jù)，每幅接收天線利用暫存的其他天線的編碼后的數(shù)據(jù)分組數(shù)據(jù)對接收到的重發(fā)數(shù)據(jù)進行譯碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于多天線通信系統(tǒng)的自動重傳請求方法，其特征在于所述的數(shù)據(jù)分組編碼和譯碼的方法為模二加方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于多天線通信系統(tǒng)的自動重傳請求方法，其特征在于所述的接收端的信號檢測方法為迫零或者最大似然法。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于多天線系統(tǒng)的自動重傳請求方法，可用于無線局域網(wǎng)、寬帶無線接入、移動通信、地面數(shù)字電視廣播等系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)?；跓o線信道的廣播特征，每幅接收天線端能獲得從所有發(fā)射天線端傳送的數(shù)據(jù)分組；然后，每幅接收天線端除了恢復(fù)出來自源天線的目的數(shù)據(jù)分組之外，還將檢測并保存來自其他天線端的數(shù)據(jù)分組。當(dāng)分組重傳時，把發(fā)送端所有待重傳的分組進編碼為復(fù)合分組后從任一幅天線發(fā)射，其余天線可用作發(fā)送其他數(shù)據(jù)分組，從而提高了MIMO系統(tǒng)吞吐量。
文檔編號H04L1/02GK101079685SQ20071011847
公開日2007年11月28日 申請日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者黎海濤 申請人:北京工業(yè)大學(xué)