專利名稱：一種適用于一通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法與傳輸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多輸入輸出通信系統(tǒng)，特別涉及一種多輸入輸出收發(fā) 器的天線選擇方法。
背景技術(shù)：
從無線通信理論發(fā)展以來，大部分通信系統(tǒng)均使用 一種單輸入單輸出 的傳輸方法，意即在傳送端與接收端均使用單一天線，然而，隨著對通信 系統(tǒng)的傳輸速度與可靠度的要求日益提升，多輸入輸出通信系統(tǒng)因為能在 多路徑傳輸?shù)臒o線通道提供相當(dāng)高速的傳輸速率，所以逐漸成為一個受矚 目的解決方案。
在一個多輸入輸出通信系統(tǒng)中，傳送端與接收端均可使用多個天線， 其中，不同的數(shù)據(jù)串流可由不同的天線進(jìn)行傳輸，因此可以通過多個天線
所提供的空間多工提升數(shù)據(jù)傳輸速率；并且/或者讓同樣的數(shù)據(jù)串流通過不 同天線進(jìn)行傳輸以增加無線通道的多樣性。
對于一個多輸入輸出通信系統(tǒng)來說，要能夠大幅改善誤比特率(Bit
En'orRate, BER)但同時又保有高傳輸速率，就會遇到硬件及與系統(tǒng)復(fù)雜 度的重要的考量，因為每個天線都需要依附于一射頻鏈(RF chain),并包 含調(diào)制器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、低噪音增益器、降頻轉(zhuǎn)頻 器等。
所謂的天線選擇是從所使用的大量低價天線元件中選擇出 一較佳的天 線組合進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送與接收，如此一來，就可以使用較少的射頻鏈元件。 且研究顯示在空間多工系統(tǒng)中使用天線選擇所獲得的多樣性等同于從使用 所有的天線元件的多樣性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，本發(fā)明提供了 一種應(yīng)用在通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳 輸方法，包括以一第一先期編碼方法編碼至少一數(shù)據(jù)符元(symbol),該第一先期編碼方法包括從一第一通道狀態(tài)信息(CSI)中得到一先期編碼器；
選擇能夠最大化上述第一通道狀態(tài)信息的至少一天線，上述天線的選擇由
一第一選擇方法所決定；以及通過上述天線傳輸上述數(shù)據(jù)符元(symbol)。 本發(fā)明的另 一 實施例提出了 一種應(yīng)用在多輸入輸出通信系統(tǒng)的傳輸 器，該傳輸器包括一前期編碼器單元，被耦接以接收至少一數(shù)據(jù)符元，并 且利用一第一通道狀態(tài)信息進(jìn)行以一第一前期編碼方法編碼上述數(shù)據(jù)符 元；以及一天線選擇單元，被耦接以接收上述第一通道狀態(tài)信息，并且被 配置以選擇能夠最大化上述第一通道狀態(tài)信息的至少一天線，其中上述天 線由 一第 一選擇方法所選擇。
上述發(fā)明內(nèi)容和接下來的實施方式僅為本發(fā)明的范例與說明，然其并 非用以限定本發(fā)明的范圍，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求書所 界定者為準(zhǔn)。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的多輸入輸出通信系統(tǒng)100。 圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的多輸入輸出通信系統(tǒng)100的高 階功能方塊圖。
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的實作于天線選擇單元216中基 于格拉姆施密特正交化搜尋法的流程圖。
圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的實作于天線選擇單元216中基 于修改格拉姆施密特正交化搜尋法的流程圖。
圖5a是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的多輸入輸出通信系統(tǒng)100在一 獨立且相同分布的信號衰減通道上的效能曲線圖。
圖5b是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的多輸入輸出通信系統(tǒng)IOO在一 由3GPP-3GPP2所開發(fā)的空間通道模型中的效能曲線圖。
圖5c是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的多輸入輸出通信系統(tǒng)IOO在一 獨立且相同分布的信號衰減通道上的效能曲線圖。
圖5d是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的多輸入輸出通信系統(tǒng)100在一 由3GPP-3GPP2所開發(fā)的空間通道模型中的效能曲線圖。主要元件符號說明
100 ~多輸入輸出通信系統(tǒng)；102 ~-傳輸器；
104 --接收器；
105--無線通道；
106、108、 110 傳輸天線；
112、114、 116~接收天線;
118~-輸入比特串流；
120 '輸出比特串流；
204 ~'調(diào)制與多工單元；
206~-前期編碼單元；
208 ~-天線切換單元；
210、212、 214、 218、 220、 222~射頻單元;
216~-天線選擇單元；
224 ~-檢測單元；
226 ~-解多工與解調(diào)制單元；
228 ~-通道狀態(tài)信息產(chǎn)生器單元；
230 ~'反饋通道。
具體實施例方式
接下來的實施方式中雖然以「耦接」以及「連接」等用詞描述特定元 件之間的關(guān)系，但這兩個用詞并不一定具有相同的意義，尤其是在某些特 別的實施例中?！高B接J和「耦接」可用來指示兩個或兩個以上的元件彼 此之間實質(zhì)上或電子上的相連關(guān)系，然而，「耦接」一詞也可代表兩個或 兩個以上的元件彼此之間并非是實質(zhì)上的相連，但仍能互相配合、溝通、 或互動。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的多輸入輸出通信系統(tǒng)100。多輸 入輸出通信系統(tǒng)100包括一傳輸器102與一接收器104,傳輸器102可為一 基站的部分元件，接收器104可為一無線網(wǎng)絡(luò)接入點的部分元件，相反地， 傳輸器102也可為一無線網(wǎng)絡(luò)接入點的部分元件，而接收器104可為一基 站的部分元件?；究蔀橐还潭ɑ蛞苿邮降氖瞻l(fā)器，在一特定范圍內(nèi)與一 個或一個以上的無線網(wǎng)絡(luò)接入點溝通或交換^:據(jù)，而無線網(wǎng)絡(luò)接入點可為 一固定或移動式的通信設(shè)備，例如一移動電話、 一個人計算機、 一電視收訊器、 一數(shù)字音樂播放器、 一個人數(shù)字助理器(PDA)、或其他具備無線 通信能力的圖像、音頻、或數(shù)據(jù)設(shè)備。
傳輸器102可包括多個傳輸天線106、 108、以及110，接收器104可 包括多個接收天線112、 114、以及116，為了方便描述，圖1中的多輸入 輸出通信系統(tǒng)100包括了三個傳輸天線與接收天線，然而， 一個傳輸器或 一個接收器可包含任何數(shù)量的傳輸天線或接收天線，因此，本發(fā)明的多輸 入輸出通信系統(tǒng)并非局限于此實施例所揭示的天線數(shù)量。為了方便描述， 接下來的敘述假i殳傳輸器102可包括MT個天線元件，且可從該MT天線元 件中選擇出Mt個傳輸天線(Mt《MT),接收器104可包括MR個天線元件， 且可/人該MR天線元件中選4奪出Mr個接收天線(M^Mr)。 一傳輸天線與 一接收天線可被定義為一個耦接在對應(yīng)射頻鏈的天線元件。
數(shù)據(jù)可通過一通道105(例如一無線通道)傳送至接收器104,通道105
可用一通道矩陣H表示，且通道矩陣H由通信路徑hu、 h12.....h，Mt、 h2、
h22..... h2Mt、 hMrl、 hMr2..... hM纖等所組成，hAB也可代表通道矩陣H
的一通信路徑(傳輸天線B至接收天線A)的通道系數(shù)，其中Ae{l, 2,...， Mr}， Be{l, 2,…，Mt}。
傳輸器102可被耦接以接收一輸入比特串流118,以下將說明傳輸器 102可包括各種功能單元以實現(xiàn)處理比特串流118以及產(chǎn)生復(fù)數(shù)傳輸符元 x2， a， ...， xM)，并通過傳輸天線，例如傳輸天線106、 108、以 及IIO,傳輸該傳輸符元。相同地，接收器104可包括各種功能單元用以處 理接收天線，例如接收天線112、 114、以及116,所接收到的符元(乃，》， 力，…，^m.),并產(chǎn)生一輸出比特串流120,在一理想的4b殳傳輸狀態(tài)下， 比特串流118應(yīng)等同于比特串流120。
在接下來的敘述中所提及的傳輸器102與接收器104所包含的各種功 能單元，在實作上可互相獨立或任意組合在硬件或軟件中，執(zhí)行于一或多 個硬件構(gòu)件，例如處理器、特定應(yīng)用集成電路(ASIC)、或其他硬件構(gòu)件， 或上述構(gòu)件的任意組合。
傳輸信號x(x-[x/, x2, A， ...， jcm]t, x是一具有M,個元素的縱列 向量)可通過通道105傳輸至接收器104,傳輸出的信號x可能在其通過通 道105的過程中被修改而產(chǎn)生一修改信號少(少=[》，力，力，…，少臉r， y是一具有M,個元素的縱列向量)，在接收器104端所收到的修改信號y可表示為
少 =Hx + n ( 1 )
上述公式中，H即為上述通道矩陣，而n為一復(fù)數(shù)(complex)加性白 高斯噪聲(additive white Gaussian noise )向量，上述復(fù)數(shù)加性白高斯噪聲 向量具有獨立且相同分布(i丄d)的復(fù)數(shù)元素且每個元素的平均值為0、變 異值為《，而信號噪聲比(Signal to Noise Ratio, SNR)可定義為z=1/ct"2 。
如圖l所示，傳輸出的信號x可被通道矩陣H與噪聲n所修改，因為 通道矩陣H與噪聲n可為非常數(shù)(non-constant),在傳輸器102取得通道 105的通道狀態(tài)信息可協(xié)助將傳輸錯誤率最小化并且提高通道105的傳輸 容量，通道105的通道狀態(tài)信息可在接收器104估算得到，并通過溝通傳 遞給傳輸器102，通道105的通道狀態(tài)信息可包括通道矩陣H的一估計值。
為了進(jìn)一步提升多輸入輸出通信系統(tǒng)100的傳輸容量與誤比特率上的 效能表現(xiàn)，傳輸器102可通過各種前期編碼方法，例如一基于最小均方差 (Minimum Mean Square Error, MMSE )的前期編碼方法、 一基于最大似 然(Maximum likelihood, ML)的前期編碼方法、或其他此類的前期編碼 方法，以編碼輸入比特串流118中的數(shù)據(jù)符元，然后產(chǎn)生傳輸符元(x,, x2, a, xM),上述各種前期編碼方法可使用通道105的通道狀態(tài)信息以 增進(jìn)傳輸信號x的強健度?？蓪嵶饔趥鬏斊?02上的前期編碼方法將于圖2 進(jìn)一步說明。
在某些實施例中，信號x呵a, x2, a，…，xm]t中的每個元素可通 過傳輸器102中M個天線中的不同天線傳輸至接收器104，如圖1所示， 通道105的每個通信路徑可包括一不同的通道系數(shù)，由于通道矩陣H可包 括所有通信路徑(hAB，其中Ae{l， 2， ...， Mr}， Be{l， 2，…，Mt}) 的通道系數(shù)，通道105在傳輸器102的通道狀態(tài)信息可進(jìn)一步用以選擇最 佳的通信路徑(意即從傳輸器102所具有的MT個天線元件中選擇出具有一 或多個天線元件的較佳集合)。
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的多輸入輸出通信系統(tǒng)100的高 階功能方塊圖。如圖2所示，傳輸器102可包括一調(diào)制與多工單元204,調(diào) 制與多工單元204可被耦接以接收輸入比特串流118，并且被配置將輸入比 特串流118分為Mt個比特串流，然后進(jìn)一步使用一調(diào)制群集方法，例如相 位偏移調(diào)制法(Phase Shift Keying, PSK ) 、 16-陣列正交振幅調(diào)制法(16-QAM) 、 64-陣列正交振幅調(diào)制法(64-QAM)、或其它調(diào)制方法，將 Mt個比特串流對應(yīng)至一組數(shù)據(jù)符元(&， …，sM)。
傳輸器102可進(jìn)一步包括一前期編碼單元206,前期編碼單元206可被 耦接以接收數(shù)據(jù)符元(&, &， sM)并且被配置以產(chǎn)生傳輸符元
、X" X" 叉p 。 x她 )。對照至圖1,前期編碼單元206可被配置以各 種前期編碼方法編碼lt據(jù)符元(&, …，^m)而產(chǎn)生傳輸符元(JC/，
X" A， …，義m )。
前期編碼單元206可通過一前期編碼器F編碼^:據(jù)符元"/， &， sM)，使得
x = Fs ( 2 )
其中X二[X/，X2，Xj，…，JCM]T(如先前所述)，《(S二/5/,&，&，…，
^'m/)是一個具有Mt個元素的符元向量，而F是一個M^M,.的矩陣，從方 程式(2)可進(jìn)一步將方程式(1)中的接收信號表示為 _y =肌+ n ( 3 )
前期編碼單元206可被耦接以通過一反饋通道230接受通道105的通
道狀態(tài)信息，反饋通道230包括一通道，可向傳輸器102溝通以傳遞從接
受器104所產(chǎn)生的通道105的一估計值，前期編碼單元206可使用從反饋
通道230所收到的通道狀態(tài)信息去產(chǎn)生前期編碼器F,從方程式(3)可以
發(fā)現(xiàn)，前期編碼單元206可用一種使通道105影響降低的方法產(chǎn)生前期編
碼器F,前期編碼單元206可實作的一種前期編碼方法就是幾何平均分解
方法(Geometric Mean Decomposition, GMD )。
通道矩陣H的幾何平均分解可表示為 H = QRPG"MD (4)
其中通道矩陣H是在接收器104所產(chǎn)生的通道105的一估計值，并且
該估計值通過反饋通道230被傳遞至傳輸器102, Q和Pgmd可為包括復(fù)數(shù)
正交縱列的酉矩陣(unitary matrix),"表示一赫米特轉(zhuǎn)置，而R為一
乘M,的實數(shù)上三角矩陣且其對角線上的元素均等于通道矩陣H的正奇異值
(singular value )的幾何平均值，矩陣R的對角線元素可表示為
i
r', = r" = ... = r" L 二 5 = (cr'cr，…)M'
11 22 a/, \ 1 2 / ( 5 )
其中di是通道矩陣H第i個非零的奇異值。在一實施例中，前期編碼單元206可選4奪前期編碼器F為PGMD以編碼
符元向量s,因此從方程式(3)與(4)可得到 少=QRs + n (6)
既然Q為一酉矩陣，同時把方程式(6)的等號兩邊都乘上QH可得到
<formula>formula see original document page 10</formula>
(7)
當(dāng)使用了 一完美干擾消除(Perfect Interference Cancellation )的連續(xù)干 護(hù)i/消除(Successive Interference Cancellation, SIC)方法時，方禾呈式(7) 可進(jìn)一步表示為
》，=+ & (8)
如先前于圖1所討論到的，傳輸器102可進(jìn)一步包括一天線選擇單元 216,天線選才奪單元216可被耦接以接收通道105的通道狀態(tài)信息，并且被 配置以從MT個天線元件中選擇出具有Mt個天線元件的較佳集合。從方程 式(8)可發(fā)現(xiàn)，天線選擇單元216所選擇的Mt個天線元件必須能夠使矩 陣R的對角線元素得以最大化。天線選擇單元216所實作的天線選擇方法 于稍后再詳加說明。
如圖2所示，傳輸器102可進(jìn)一步包括一天線切換單元208，天線切換 單元208可被耦接以接收從天線選擇單元216所選擇出具有Mt個天線元件 的最佳集合，并且被配置以耦合Mt個適當(dāng)?shù)纳漕l單元(例如射頻單元210、 212、以及214)與其所對應(yīng)的Mt個選擇出的天線元件，然后信號x就可通 過選擇出的Mt個傳輸天線傳送至接收器104。
接收器104可通過耦接至Mr個射頻鏈(例如射頻鏈218、 220、以及 222)的Mr個接收天線接收信號y,接收器104可進(jìn)一步包括一檢測單元 224,檢測單元224可被耦接以接收信號y并且被配置以產(chǎn)生一估計符元向 量？^/^'&'&…、7。在一理想的^艮設(shè)傳輸狀態(tài)下，？是等于s的。接收器
104也可包括一解多工與解調(diào)制單元226,解多工與解調(diào)制單元226可被耦 接以接收估計符元向量？并且被配置以產(chǎn)生輸出比特串流120 。
如先前所提到的，因為通道105于傳輸器102與接收器104的通道狀態(tài)信息可幫助提升多輸入輸出通信系統(tǒng)100的效能，所以接收器104可包 括一通道狀態(tài)信息產(chǎn)生器單元228。通道狀態(tài)信息產(chǎn)生器單元228可被耦接 以接收來自傳輸器102的數(shù)據(jù)，并且被配置以產(chǎn)生通道105的估計值(即 為通道狀態(tài)信息)，舉例說明，通道狀態(tài)信息產(chǎn)生器單元228可從傳輸器
息。由于領(lǐng)航數(shù)據(jù)在接收器104端被視為已知信息(priori information ), 因此通道狀態(tài)信息產(chǎn)生器單元228可經(jīng)由比對所接收的領(lǐng)航數(shù)據(jù)與被視為 已知信息的領(lǐng)航信息而產(chǎn)生通道105的估計值。
檢測單元224可被耦接以從通道狀態(tài)信息產(chǎn)生器單元228接收通道105 的通道狀態(tài)信息，如先前所述，由通道狀態(tài)信息產(chǎn)生器單元228所產(chǎn)生的 通道105的通道狀態(tài)信息可經(jīng)由反饋通道230傳遞至傳輸器102,所以為了 進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)傳輸速率以及降低接收錯誤，檢測單元224可被配置以實 作一利用通道105的通道狀態(tài)信息的檢測方法。在一實施例中，4企測單元 224可被配置以實作一最小均方差的垂直分層空時(Minimum Mean Square Error Vertical Bell Laboratories Layered Space-Time, MMSE-VBLAST )沖全測 器。
可由檢測單元224實作的最小均方差的垂直分層空時檢測器可應(yīng)用連 續(xù)干擾消除方法與一最小均方差矩陣『以檢測符元向量卜用于連續(xù)干擾 消除方法的最小均方差矩陣『相同于擴充通道矩陣H".的上三角矩陣，所 以可得到
w = [Q:F (9) 其中Q:x.是經(jīng)由在擴充通道矩陣H-.執(zhí)行幾何平均分解方法所得到的矩
陣，擴充通道矩陣H"可表示為
<formula>formula see original document page 11</formula>
(10)
其中QL.是一個酉矩陣且R",c 'x '是一個具有正實數(shù)對角線元素的上
三角矩陣，解多工與解調(diào)制單元226可被耦接以接收估計符元向量？并產(chǎn)生 輸出比特串流120。
在某些實施例中，H化可當(dāng)作通道105的通道狀態(tài)信息通過反饋通道 23(^皮傳遞至前期編碼單元206。如方程式(4)和(5)所-提到的方式，前 期編碼單元206可在H仏上實施幾何平均分解方法以取得前期編碼器F,Hex.的幾何平均分解可表示為:
H。
=
0
0
(11)
其中n。eC一'和^^C一竭是酉矩陣，^C^,一'是半酉矩陣，
良eC碼x碼是上三角矩陣，而L是單位矩陣，前期編碼單元206可選擇符 合F-il。-P:D的前期編碼器。因為通道105的通道狀態(tài)信息H:H".且在方
程式(3)的等號兩邊同時前乘(pre-multiply)以" L( 收到的信號就可用方程式(8)所提及的方式(r" = ^ )表示，上三角矩陣
良eC "的對角線元素()可表示為
m, (--L
0
一接
尸=
/二1,2，…，M,
/=i
而6的對角線元素可進(jìn)一步表示為
。,
所以可得到
(1 + A)
(12)
(13)
a/, m, a/,
(m)、(rK,)2二(D
/=i /=i /=i
(14)
其中々'代表信號千擾噪聲比(Signal-to-Interference-and-Noise Ratio， SINR),從方程式(13)與(14)可發(fā)現(xiàn)，誤比特率的效能可通過將巧'最 大化而提升。
如先前所述，為了提升多輸入輸出通信系統(tǒng)100的在誤比特率上的效 能，天線選擇單元216可被配置以從MT個天線元件中選擇出具有Mt個天 線元件的較佳集合。同時，可從方程式(12) 、 (13)、以及(14)發(fā)現(xiàn)' 因為F的值取決于，天線選擇單元216可經(jīng)由選擇一個能夠?qū)?的對角 線元素最大化(意即將5'最大化)的矩陣Hse,而選擇出具有Mt個天線元件 的較佳集合。
在某些實施例中，天線選擇單元216所使用的選擇標(biāo)準(zhǔn)可表示為
仏
其中
pruned
且^primed fc匕
〃 (15)
是一個完整通道矩陣Has e e""x'^的子集合矩陣，Has e C^嗎具有禮個接收天線元件和扒個傳輸天線元件。
從方程式(15 )可發(fā)現(xiàn)，天線選擇單元216選擇出具有Mt個傳輸?shù)淖?佳集合可經(jīng)由以下的方式完成計算所有可能的傳輸天線元件的行列式， 然后選擇出能夠?qū)⒘嫉膶蔷€元素最大化的一矩陣H,ed。所以天線選擇單
〃
AM
元216可在匸《」。!"的條件下估計^MJ個傳輸天線元件組合。
然而，才丸4亍一窮舉4亍列式4叟尋法(Full Exhaustive Determinant Search ),
也就是估計全部的、風(fēng))個傳輸天線元件組合以選擇出具有Mt個傳輸天線 的較佳集合，在某個實施例中，可在天線選擇單元216中實作一基于格拉 姆施密特正交化(Gram-Schmidt Orthogonalization, GSO)的4叟尋方法，以 選擇出具有Mt個傳輸天線的最佳集合。
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的實作于天線選擇單元216中基 于格拉姆施密特正交化搜尋法的流程圖。如圖3所示，天線選擇單元216 可接收通道105的通道狀態(tài)信息(如H".),在步驟302，天線選擇單元 216計算H-中每個縱列的向量長度(2-norm);在步驟304,天線選擇單元 216選擇具有最大向量長度的縱列；在步驟306,天線選擇單元216針對所 有選擇出的縱列的映零空間去選擇另 一具有最大投影距離的縱列；在步驟 308，判斷是否Mt個縱列都已選擇過了，如果否，則回到步驟306，天線選 擇單元216針對所有選擇出的縱列的映零空間再選擇另一具有最大投影距 離的縱列；若在步驟308判斷發(fā)現(xiàn)Mt個縱列都已選擇過了，則該搜尋方法 結(jié)束。然后天線切換單元208可將適當(dāng)?shù)纳漕l單元(例如射頻單元210、212、 以及214)與對應(yīng)至Hp,d中M,個縱列的Mt個天線元件耦合在一起，并且 把數(shù)據(jù)傳送至接收器104 (此步驟未繪示)。
在一實施例中，為了使多輸入輸出通信系統(tǒng)100在信號衰減環(huán)境中的 誤比特率效能能夠提升，可在天線選擇單元216中實作一 ("，M-w)修 改格拉姆施密特正交化(m-GSO)方法以選擇具有Mt個傳輸天線的較佳集 合(w<M)。圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的實作于天線選擇單元 216中基于修改格拉姆施密特正交化搜尋法的流程圖。
如圖4所示，天線選擇單元216可接收通道105的通道狀態(tài)信息，在 一實施例中，天線選l奪單元216可將收到的通道105通道狀態(tài)信息;f見為一擴充矩陣5".:
H
t-as
」(Mr+AQA/r ( 16 )
其中HT_AS e C x，是一個具有A個接收天線元件和仏'個傳輸天線元
件的完整通道矩陣。
在步驟402，天線選擇單元216計算H-中每個縱列的向量長度；在步 驟404,天線選擇單元216選擇具有最大向量長度的縱列；在步驟406，天 線選擇單元216針對所有選擇出的縱列的映零空間去選擇另一具有最大投 影距離的縱列；在步驟408，判斷是否"個縱列都已選4奪過了，如果否，則 回到步驟306,天線選擇單元216針對所有選擇出的縱列的映零空間再選擇 另一具有最大投影距離的縱列；若在步驟408判斷發(fā)現(xiàn)"個縱列都已選擇 過了，則執(zhí)行步驟410,天線選擇單元216根據(jù)如同方程式(15)所使用的
方式計算"一".
個可能的行列式，以針對Hi-As中剩余的(M", — )個縱列進(jìn) 行窮舉行列式搜尋法。然后天線切換單元208可將適當(dāng)?shù)纳漕l單元(例如 射頻單元210、 212、以及214)與對應(yīng)至HT-AS中M^個縱列的Mt個天線元 件耦合在一起，并且把數(shù)據(jù)傳送至接收器104 (此步驟未繪示)。
如圖4所示的基于修改格拉姆施密特正交化搜尋法，其運算(浮點運 算)復(fù)雜度可表示為
步驟404中的實數(shù)乘法運算(RM)次數(shù) 2Af7. +1)
步驟404中的實數(shù)加法運算(RA)次數(shù) 2M, (X+l)
步驟406中的運算次數(shù)
g(Mr - W[(2廚)cm +(2(hl)M)RM +(2&)
+ ((A + 1)M-A)ca+(2(A + 1)H1)
(17)
(18)
(19)
其中(CM)表示復(fù)數(shù)乘法、(CA)表示復(fù)數(shù)加法、(RD)表示實數(shù) 除法，且M二Mr + Ai;另夕卜
步驟410中的運算次數(shù)可表示為M, —w
〔我L+KH剩腿
+ (M, )RA + ("謂6er of CMs for a Af, x M, determinant)
+ ("畫&/- of CAs for a Af, x似,determinant)}. ( ^。)
表格1:比較窮舉行列式搜尋法與修改格拉姆施密特正交化搜尋法的運 算復(fù)雜度
天線數(shù)目4乘64乘7天線選擇方法窮舉行列式 搜尋法修改格拉 姆施密特 正交化搜 尋法窮舉4亍列 式搜尋法修改格拉 姆施密特 正交化搜 尋法
復(fù)數(shù)乘法次數(shù)156072433201172
實數(shù)乘法次數(shù)60284140274
實數(shù)除法次數(shù)010012
復(fù)數(shù)加法次數(shù)10655212485836
復(fù)數(shù)加法次數(shù)60274140362
浮點運算總次數(shù)2745181360852756
上述天線選擇方法若采用窮舉行列式搜尋法或(2, 2)修改格拉姆施密 特正交化搜尋法，其各自的運算復(fù)雜度呈現(xiàn)于表^^各1中。表格l中的結(jié)果 是以一個4乘4的空間多工系統(tǒng)在M,= 4 、似『=6(4乘6),以及M"f4 、 Mr^7(4乘7)的條件下進(jìn)行方程式(17) - (20)的運算而得到。結(jié)果如表 格1所示，修改格拉姆施密特正交化搜尋法所需要的計算復(fù)雜度較低。
圖5a、 5b、 5c、以及5d是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的多輸入輸出 通信系統(tǒng)100的信號噪聲比與誤比特率曲線圖，縱軸為信號噪聲比(單位 分貝)、橫軸為誤比特率。圖中的數(shù)據(jù)是來自于模擬在多輸入輸出通信系 統(tǒng)100中執(zhí)行本發(fā)明的各種天線選擇方法，多輸入輸出通信系統(tǒng)100的模 擬采用(2, 2)的修改格拉姆施密特正交化方法并配合以下設(shè)定4乘4的空 間多工系統(tǒng)、16-陣列正交振幅調(diào)制法、M=4、5, 6， 7、以及"=2。
圖5a是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的多輸入輸出通信系統(tǒng)IOO在一 獨立且相同分布的信號衰減通道上的效能曲線圖。曲線501表示多輸入輸 出通信系統(tǒng)100在未使用任何傳輸天線選擇方法(transmit antenna selection,T-AS)的情形下的系統(tǒng)效能；曲線502、 503、以及504分別表示多輸入輸 出通信系統(tǒng)100在使用4乘5、 4乘6、 4乘7的窮舉行列式搜尋法進(jìn)行傳 輸天線選擇時的系統(tǒng)效能；曲線505、 506、以及507分別表示多輸入輸出 通信系統(tǒng)100在使用4乘5、 4乘6、 4乘7的基于#"拉姆施密特正交化搜 尋法(GSO-based)進(jìn)行傳輸天線選擇時的系統(tǒng)效能。
圖5b是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的多輸入輸出通信系統(tǒng)IOO在一 由3GPP-3GPP2所開發(fā)的空間通道模型(Spatial Channel Model， SCM )中 的效能曲線圖。曲線501表示多輸入輸出通信系統(tǒng)100在未使用任何傳輸 天線選擇方法的情形下的系統(tǒng)效能；曲線502、 503、以及504分別表示多 輸入輸出通信系統(tǒng)100在使用4乘5、 4乘6、 4乘7的窮舉行列式搜尋法 進(jìn)行傳輸天線選4奪時的系統(tǒng)效能；曲線505、 506、以及507分別表示多輸 入輸出通信系統(tǒng)100在使用4乘5、 4乘6、 4乘7的基于格拉姆施密特正 交化搜尋法進(jìn)行傳輸天線選擇時的系統(tǒng)效能。
圖5c是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的多輸入輸出通信系統(tǒng)IOO在一 3蟲立且坤目同分布(independent and identically-distributed, i丄d.)的^f言號衰減 通道上的效能曲線圖。曲線501表示多輸入輸出通信系統(tǒng)100在未使用任 何傳輸天線選擇方法的情形下的系統(tǒng)效能；曲線502、 503、以及504分別 表示多輸入輸出通信系統(tǒng)IOO在使用4乘5、 4乘6、 4乘7的窮舉行列式 搜尋法進(jìn)行傳輸天線選擇時的系統(tǒng)效能；曲線505、 506、以及507分別表 示多輸入輸出通信系統(tǒng)IOO在使用4乘5、 4乘6、 4乘7的基于修改格拉 姆施密特正交化搜尋法(modified GSO-based )進(jìn)行傳輸天線選々奪時的系統(tǒng) 效能。
圖5d是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的多輸入輸出通信系統(tǒng)100在一 由第三代合作伙伴計劃(3rd Generation Partnership Project, 3GPP-3GPP2 ) 所開發(fā)的空間通道模型(SCM)中的效能曲線圖。曲線501表示多輸入輸 出通信系統(tǒng)100在未使用任何傳輸天線選擇方法的情形下的系統(tǒng)效能；曲 線502、 503、以及504分別表示多輸入輸出通信系統(tǒng)100在使用4乘5、 4 乘6、4乘7的窮舉行列式搜尋法進(jìn)行傳輸天線選擇時的系統(tǒng)效能；曲線505、 506、以及507分別表示多輸入輸出通信系統(tǒng)100在4吏用4乘5、 4乘6、 4 乘7的基于修改格拉姆施密特正交化搜尋法進(jìn)行傳輸天線選擇時的系統(tǒng)效 能。比對圖5a與圖5c (獨立且相同分布的信號衰減通道環(huán)境)、以及圖 5b與圖5d (使用空間通道模型的環(huán)境)可發(fā)現(xiàn)，使用基于修改格拉姆施密 特正交化搜尋法實作的傳輸天線選擇法(曲線505、 506、以及507)在一 特定信號噪聲比的程度內(nèi)降低了誤比特率，相較之下，改善了使用基于格 拉姆施密特正交化搜尋法實作的傳輸天線選擇法(曲線502、 503、以及504 ) 的效能。此外，使用基于修改格拉姆施密特正交化搜尋法實作的傳輸天線 選擇法(曲線505、 506、以及507 )與使用窮舉行列式搜尋法實作的傳輸 天線選擇法(曲線502、 503、以及504 )具有相同的效能表現(xiàn)。
本發(fā)明雖以范例和多個實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范 圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動 與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種適用于一通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法，包括以一第一先期編碼方法編碼至少一數(shù)據(jù)符元，該第一先期編碼方法包括從一第一通道狀態(tài)信息中得到一先期編碼器；選擇最大化上述第一通道狀態(tài)信息的至少一天線，上述天線的選擇由一第一選擇方法所決定；以及通過上述天線傳輸上述數(shù)據(jù)符元。
2. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中以上述第一先期編碼方法編 碼上述數(shù)據(jù)符元的步驟還包括以上述先期編碼方法為一幾何平均分解方法。
3. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中以上述第一先期編碼方法編 碼上述數(shù)據(jù)符元的步驟還包括以上述第一通道狀態(tài)信息為一通道的一估計值。
4. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中上述選擇最大化上述第一通 道狀態(tài)信息的上述天線的步驟還包括以上述第 一選擇方法為 一格拉姆施密 特正交化方法。
5. 如權(quán)利要求4所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中上述選擇最大化上述第一通 道狀態(tài)信息的上述天線的步驟還包括計算上述第 一通道狀態(tài)信息中每一縱列的 一向量長度； 選擇具有一最大向量長度的一第一縱列；針對所有選擇出的縱列的映零空間去計算上述第 一通道狀態(tài)信息中每一列的一投影距離；選擇具有一最大投影距離的一第二縱列；以及 選擇對應(yīng)于上述第二縱列的上述天線。
6. 如權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中上述選擇最大化上述第一通 道狀態(tài)信息的上述天線的步驟還包括以上述第 一選擇方法為 一修改格拉姆 施密特正交化方法。
7. 如權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中使用上述修改格拉姆施密特 正交化方法進(jìn)行選擇上述天線的步驟還包括以基于上述格拉姆施密特正交化的方法選擇至少 一第 一天線；以及以 一 窮舉行列式搜尋法選擇至少 一第二天線。
8. —種適用于一多輸入輸出通信系統(tǒng)的傳輸器，包括 一前期編碼器單元，被耦接以接收至少一數(shù)據(jù)符元并且利用一第一通道狀態(tài)信息進(jìn)行以一第一前期編碼方法編碼上述數(shù)據(jù)符元；以及一天線選擇單元，被耦接以接收上述第一通道狀態(tài)信息并且被配置以 選擇最大化上述第一通道狀態(tài)信息的至少一天線，其中上述天線由一第一 選擇方法所選擇。
9. 如權(quán)利要求8所述的傳輸器，其中上述前期編碼器單元還包括以一第 一前期編碼方法編碼上述^:據(jù)符元，并且纟皮配置以上述第一前期編碼方法 為 一幾何平均分解方法進(jìn)行編碼上述數(shù)據(jù)符元。
10. 如權(quán)利要求8所述的傳輸器，其中上述天線選擇單元還包含以上述 第 一 選擇方法為 一格拉姆施密特正交化方法進(jìn)行上述選擇最大化上述第一 通道狀態(tài)信息的上述天線的步驟。
11. 如權(quán)利要求10所述的傳輸器，其中上述天線選擇單元選擇最大化上 述第一通道狀態(tài)信息的上述天線的步驟還包括計算上述第一通道狀態(tài)信息中每一縱列的一向量長度； 選擇具有一最大向量長度的一第一縱列；針對所有選擇出的縱列的映零空間去計算上述第 一通道狀態(tài)信息中每一列的一投影距離；以及選擇具有 一最大投影距離的 一第二縱列，以及選擇對應(yīng)于上述第二縱列的上述天線。
12. 如權(quán)利要求11所述的傳輸器，其中上述天線選擇單元系使用一修改 格拉姆施密特正交化方法為上述第 一選擇方法以進(jìn)行上述選擇最大化上述 第 一通道狀態(tài)信息的上述天線的步驟。
13. 如權(quán)利要求12所述的傳輸器，其中上述天線選擇單元使用上述修改 格拉姆施密特正交化方法選擇上述天線的步驟還包括使用上述格拉姆施密特正交化方法選擇至少 一天線的步驟；以及 使用一窮舉行列式搜尋法選擇至少一第二天線。
全文摘要
一種適用于一通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法與傳輸器。該方法包括以第一前期編碼方法編碼至少一數(shù)據(jù)符元(symbol)、選擇最大化第一通道狀態(tài)信息的至少一天線、以及通過選擇出的天線傳輸編碼后的數(shù)據(jù)符元。其中第一前期編碼方法包括從第一通道狀態(tài)信息中所得到的先期編碼器，選擇至少一天線的步驟由第一選擇方法所決定。
文檔編號H04L1/06GK101582753SQ20091013804
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者丁邦安, 許仁源, 馬席彬, 黃建人 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院