使用空間－時間塊編碼發射和接收數據的裝置和方法
2023-05-13 12:46:56 4
專利名稱：使用空間－時間塊編碼發射和接收數據的裝置和方法
技術領域：
本發明通常涉及在有四個發射(Tx)天線的發射機中的空間-時間-頻率塊(space-time-frequency block)編碼裝置，並且具體地，涉及用於為了提高空間-時間-頻率塊代碼(STFBC)的性能而根據預定的使用從接收機接收的反饋信息或使用所選擇的具有正則性(regularity)的發射(transmission)矩陣的方法通過四個發射天線發射輸入碼元序列的裝置和方法。
背景技術：
在通信(communication)中的基本問題是在信道上發射(transmit)數據的效率和可靠性。由於未來一代的多媒體移動通信要求能夠傳輸除了單獨的語音(voice)信息之外的包括視頻和無線數據的多種信息的高速通信系統，通過使用合適的信道編碼方法來增加系統的效率非常重要。
通常地，在移動通信系統的無線信道環境中，不同於有線信道環境，發射信號由於諸如多徑幹擾、遮蔽、波衰減、時變噪聲和衰落的幾個因素而不可避免地經歷損失。
信息損失導致發射信號的嚴重失真，降低(degrading)了整個系統的性能。為了減少信息損失並且提高系統可靠性，經常採用許多錯誤控制技術。糾錯碼的使用通常被採用。
在無線通信系統中通過分集技術(diversity technique)減輕多徑衰落。分集技術包括時間分集、頻率分集和天線分集。
天線分集使用多個天線。這個分集方案進一步被劃分為使用多個接收(Rx)天線的接收天線分集、使用多個發射天線的發射天線分集、以及使用多個發射天線和多個接收天線多輸入多輸出(MIMO)。
MIMO是空間-時間編碼(STC)的特殊例子，該空間-時間編碼為了達到更低的錯誤率，通過多個發射天線發射以預定的編碼方法編碼的信號而將時域的編碼擴展到空間域(space domain)。
V.Tarokh等提出了用於有效地應用天線分集的空間-時間塊編碼(STBC)(參見「Space-Time Block Coding from Orthogonal Designs」，IEEE Trans.OnInfo.，Theory，Vol.45，pp.1456-1467，July 1999)。Tarokh的STBC方案是S.M.Alamouti的發射天線分集方案(參見「A Simple Transmit DiversityTechnique for Wireless Communication」，IEEE Journal on Selected Area inCommunication，Vol.16，pp.1451-1458，October 1988)的用於2個或者更多個發射天線的擴展。
圖1是在移動通信系統中的使用傳統Tarokh STBC方案的發射機的方框圖。該發發射機包括調製器100、串並(S/P)轉換器102、STBC編碼器104和四個發射天線106、108、110和112。
參考圖1，調製器100以預定的調製方案調製輸入信息數據(或者編碼的數據)，該調製方案可以是二進位相移鍵控(BPSK)、正交相移鍵控(QPSK)、正交幅度調製(QAM)、脈衝幅度調製(PAM)或者相移鍵控(PSK)。
S/P轉換器102將從調製器100接收的串行調製碼元s2、s2、s3、s4轉換為並行碼元。STBC編碼器104通過STBC編碼(STBC-encoding)這四個調製碼元s1、s2、s3、s4創建8個碼元組合，並且順序地通過四個發射天線106到112將它們發射。用於產生8個碼元組合的編碼矩陣如等式(1)所示G4=s1s2s3s4-s2s1-s4s3-s3s4s1-s2-s4-s3s2s1s1*s2*s3*s4*-s2*s1*-s4*s3*-s3*s4*s1*-s2*-s4*-s3*s2*s1*---(1)]]>其中G4表示用於通過四個發射天線106到112發射的碼元的編碼矩陣，s1、s2、s3、s4表示將被發射的輸入的四個碼元。編碼矩陣的列表示發射天線，而行表示被要求發射四個碼元的時間。所以，四個碼元在8個時間間隔通過四個發射天線被發射。
具體而言，在第一時間間隔，s1通過第一發射天線106被發射，s2通過第二發射天線108被發射，s3通過第三發射天線110被發射，並且s4通過第四發射天線112被發射。以這樣的方式，-s4*，-s3*，s2*，-s1*在8個時間間隔分別地通過第一到第四發射天線106到112被發射。即，STBC編碼器104順序地將在編碼矩陣中第i列的碼元提供給第i發射天線。
如上所述，STBC編碼器104使用輸入的四個碼元以及它們的共軛(conjugate)和負數(negative)產生8個碼元序列，並在8個時間間隔通過四個發射天線將它們發射。由於對於各個發射天線的碼元序列是相互正交的，獲得的分集增益(gain)和分集階數一樣高。
圖2是在使用傳統的STBC方案的移動通信系統中的接收機的方框圖。接收機是圖1所示的發射機的對應部分(counterpart)。
接收機包括多個接收天線200到202、信道估計器204、信號組合器206、檢測器208、並串(P/S)轉換器210和解調器212。
參見圖2，第一到第P接收天線200到202將從圖1所示的發射機的四個發射天線接收的信號提供給信道估計器204和信號組合器206。
信道估計器204利用從第一到第P接收天線200到202接收的信號，估計表示從發射天線106到112至接收天線200到202的信道增益的信道係數。
信號組合器206以預定的方法將從第一到第P接收天線200到202接收的信號與所述信道係數相組合。
檢測器208通過將組合的碼元乘以信道係數來產生假定(hypothesis)碼元，使用該假定碼元計算對於來自發射機的所有可能的發射的碼元的決策統計，並通過閾值檢測來檢測實際發射的碼元。
P/S轉換器210將從檢測器208接收的並行碼元轉換成串行碼元。解調器212以預定的解調方法解調該串行碼元序列，由此恢復原始的信息比特。
如更早些所述的，Alamouti STBC技術通過僅兩個發射天線發射複數(complex)碼元提供獲得與發射天線數目一樣高的分集階數(即，全分集階數)的收益(benefit)而不犧牲數據率。
同時，如參考圖1和圖2所描述的，Tarokh STBC方案以具有正交列的矩陣的形式使用STBC實現了完全的分集階數。然而，由於四個複數碼元在8個時間間隔被發射，Tarokh STBC方案導致了數據率降低一半。另外，由於它佔用了8個時間間隔來完整地發射一個具有四個複數碼元的塊(block)，在一個快速衰落信道上接收性能因為塊內的信道變化而被減小。換句話說，通過四個或者更多個發射天線發射複數碼元，N個碼元需要2N個時間間隔，導致更長的等待時間和數據率的降低。
為了在通過3個或者更多個發射天線發射複數信號的MIMO系統中實現完全速率，Giannakis組提出了一種用於四個發射天線的在複數域上使用星座(constellation)旋轉的全分集、全速率(FDFR)的STBC。
圖3是在移動通信系統中的使用傳統Giannakis STBC方案的發射機的方框圖。該發射機包括調製器300、預編碼器302、空間-時間映射器304、以及多個發射天線306、308、310和312。
參考圖3，調製器300以預定的諸如BPSK、QPSK、QAM、PAM、或PSK的調製方案調製輸入信息數據(或編碼的數據)。
預編碼器302預先編碼Nt個從調製器300接收的調製碼元d1、d2、d3、d4以使在信號空間產生信號旋轉，並且輸出作為結果的Nt個碼元。為標記簡單起見，假定為四個發射天線。碼元d表示來自調製器300的四個調製碼元的序列。預編碼器302通過使用等式(2)計算調製信號序列d產生複數向量r。
r=d=1a01a02a031a11a12a131a21a22a231a31a32a33d1d2d3d4=r1r2r3r4---(2)]]>其中，Θ表示預編碼矩陣。Giannakis組使用單位Vandermonde矩陣作為預編碼矩陣。在預編碼矩陣中，αi以等式(3)給出αi＝exp(j2π(i+1/4)/4)，i＝0，1，2，3.....(3)Giannakis STBC方案使用四個發射天線，並且同樣容易地被擴展到多於四個發射天線。空間-時間映射器304以STBC方式編碼在下述等式(4)的矩陣中的預編碼的碼元
S=r10000r20000r30000r4---(4)]]>其中S為用於通過四個發射天線306到312發射的碼元的編碼矩陣。編碼矩陣的列數等於發射天線的數目，且行數對應於要求發射四個碼元的時間。即，四個碼元在四個時間間隔通過四個發射天線被發射。
具體而言，在第一時間間隔，r1通過第一發射天線306被發射。在第二時間間隔，r2通過第二發射天線308被發射。在第三時間間隔，r3通過第三發射天線310被發射。在第四時間間隔，s4通過第四發射天線312被發射。
當接收到在四個時間間隔的無線信道上的四個碼元時，接收機(未示出)通過最大似然性(ML)解碼來恢復調製碼元序列d。
2003年，Tae-Jin Jung和Kyung-Whoon Cheun提出了和Giannakis STBC相比具有優秀的編碼增益的預編碼器和級聯碼(concatenated code)。他們通過級聯Alamouti STBC而不是使用由Giannakis組提出的對角矩陣來提高編碼增益。為方便起見，將他們的STBC稱為「Alamouti FDFR STBC」。
下面將描述Alamouti FDFR STBC。圖4是在使用傳統Alamouti FDFRSTBC的移動通信系統中的用於四個發射天線的發射機的方框圖。如圖4所示，該發發射機包括預編碼器400、映射器402、延遲器404、兩個Alamouti編碼器406和408以及四個發射天線410、412、414和416。
參考圖4，預編碼器400預編碼輸入的四個調製碼元d1、d2、d3、d4以使在信號空間發生信號旋轉。對於輸入的四個調製碼元的序列d，預編碼器400通過根據等式(5)進行計算來產生一複數向量rr=d=1a01a02a031a11a12a131a21a22a231a31a32a33d1d2d3d4=r1r2r3r4---(5)]]>其中，αi＝exp(j2π(i+1/4)/4)，i＝0，1，2，3。
映射器402將四個預編碼的碼元成對地分組，並且輸出兩個各自包含兩個元素的向量[r1，r2]T和[r3，r4]T分別到Alamouti編碼器406和延遲器404。
延遲器404使第二向量[r3，r4]T延遲一個時間間隔。所以，第一向量[r1，r2]T在第一時間間隔被提供給Alamouti編碼器406，而第二向量[r3，r4]T在第二時間間隔被提供給Alamouti編碼器408。Alamouti編碼器是指在Alamouti STBC方案中操作的編碼器。
Alamouti編碼器406編碼[r1，r2]T以便它在第一和第二時間間隔通過第一和第二發射天線410和412被發射。Alamouti編碼器408編碼[r3，r4]T以便它在第三和第四時間間隔通過第三和第四發射天線414和416被發射。下面是用來通過多個天線發射來自映射器402的四個碼元的編碼矩陣，如在等式(6)中所述S=r1r200-r2*r1*0000r3r400-r4*r3*---(6)]]>不同於在等式(4)中示出的編碼矩陣，上面的編碼矩陣被設計為Alamouti STBC矩陣而不是對角矩陣。使用Alamouti STBC方案提高了編碼增益。第i行表示第i個時間間隔，而第j列表示第j個發射天線。
所以，r1和r2在第一時間間隔分別通過第一和第二發射天線410和412被發射，並且-r2*和r1*在第二時間間隔分別通過第一和第二發射天線410和412被發射。
r3和r4在第三時間間隔分別通過第三和第四發射天線414和416被發射，並且-r4*和r3*在第四時間間隔分別通過第三和第四發射天線414和416被發射。
然而，這種Alamouti FDFR STBC具有明顯的編碼複雜度增加的缺點，因為發射機必須在預編碼矩陣的所有元素和輸入向量之間執行預編碼計算。例如，由於在預編碼矩陣的元素中不包含0，計算必須在用於四個發射天線的16個元素上完成。並且，為了解碼由發射機發射的信號d，接收機必須執行具有大量計算的ML解碼。為了減少這樣高的複雜度，三星電子的Chan-Byoung Chae等人提出了下述等式(7)的矩陣 其中，Θ是用於任意偶數個發射天線的預編碼矩陣。隨後的操作以和在Cheun中執行的同樣的方式被執行；然而，和FDFR Alamouti STBC方案相比，Chae的方案通過一系列的刪餘(puncturing)和移位(shifting)操作顯著地減少了在接收機的ML解碼複雜度。
所有上述的方法遭受相對於允許對發射碼元線性解碼的Alamouti方案的高解碼複雜度。所以，已經進行持續的努力來進一步減少解碼複雜度。在這樣的背景下，來自印度的Sundar Rajan教授的組(下文中稱為Sundar Rajan組)提出了可以允許線性解碼的FDFR STBC。
在這個STBC中，在等式(6)中示出的編碼矩陣的每個值ri都被乘以ejθ(即，在複數平面上的旋轉)，並且作為結果的新的值xi+jyi的實數部分和虛數部分被重建。作為結果的編碼矩陣如下面在等式(8)中所示S=x1+jy3x2+jy400-(x2+jy4)*(x1+jy3)*0000x3+jy1x4+jy200-(x4+jy2)*(x3+jy1)*---(8)]]>使用等式(8)允許在接收機線性解碼，所以減少了解碼複雜度。SundarRajan組使用固定的相位旋轉角度θ。這裡，θ＝(1/2)atan2。
使用Sundar Rajan組STBC方案的移動通信系統採用具有在圖5中所示的配置的發射機。信息碼元s1、s2、s3、s4在預編碼器中被乘以exp(jθ)，然後在映射器中被重建。
具體而言，映射器重建預編碼的碼元ci＝ xi+jyi到c1′＝x1+jy3、c2′＝x2+jy4、c3′＝x3+jy1和c4′＝x4+jy2，並且重建的碼元成對地分組到向量[c2′c1′]和[c4′c3′]。向量[c2′c1′]和[c4′c3′]通過它們對應的Alamouti編碼器被發射。
但是，上面描述的編碼方法普遍地在實現具有四個發射天線的FDFR系統中增加接收機的複雜度。
因此，需要可以提高性能而不增加接收機複雜度的系統。所以IEEE802.16系統使用在如圖4所示的預編碼器中被描述為單位矩陣(identitymatrix)的STC。在這種情況下，儘管在具有四個發射天線的系統中分集增益不大於2，現有的Alamouti接收機能夠依然被使用。
然而，這種系統需要在性能上進一步提高以用於更精確的通信。因此，存在用於提高使用表示為用於四個發射天線的單位矩陣的STC的通信系統的比特錯誤率(BER)/幀錯誤率(FER)性能的裝置和方法的需要。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種用於在具有四個發射天線的移動通信系統中提高BER/FER性能的使用STBC方案的發射裝置和方法。
本發明的另外一個目的是提供一種使用STBC方案的發射裝置和方法，該發射裝置和方法通過基於來自接收機的反饋信道信息選擇天線分組模式、將碼元向量乘以該天線分組模式、在具有多個發射天線的移動通信系統中通過四個發射天線發射作為結果的分組碼元向量來提高BER/FER性能。
本發明的進一步的目的是提供一種STBC編碼裝置和方法，該編碼裝置和方法通過將碼元向量乘以預定的置換(permute)天線分組模式並且在具有多個發射天線的移動通信系統中通過四個發射天線發射作為結果的分組碼元向量來提高BER/FER性能。
通過提供用於使用STBC方案發射和接收信號的裝置和方法實現上述的目的。
根據本發明的一個方面，在通信系統中的具有四個發射天線的發射機中，編碼器通過以預定的編碼方法編碼輸入碼元序列來產生編碼碼元向量。分組塊通過將所述編碼碼元向量乘以根據預定的次序從預定的置換天線分組模式中選出的置換天線分組模式來置換所述編碼碼元向量的元素，並且將置換的編碼碼元向量作為分組碼元向量輸出。Alamouti類型編碼器以Alamouti類型方案編碼所述分組碼元向量，並且通過所述四個發射天線發射該Alamouti類型編碼的碼元。
根據本發明的另一個方面，在通信系統中的用於四個發射天線的發射方法中，通過在預定編碼方法中編碼輸入碼元序列產生編碼碼元向量。根據預定的次序選擇預定的置換天線分組模式中的一個，通過將所述編碼碼元向量乘以所述選出的置換天線分組模式來置換所述編碼碼元向量的元素，並且將所述置換的編碼碼元向量作為分組碼元向量輸出。分組碼元向量被以Alamouti類型方案編碼並且通過所述四個發射天線被發射。
根據下面結合附圖對本發明的詳細說明，本發明的上述及其他目的、特徵和優點將變得更為明顯，在附圖中圖1是在使用傳統STBC方案的移動通信系統中的發射機的方框圖；圖2是在使用傳統STBC方案的移動通信系統中的接收機的方框圖；圖3是在使用傳統Giannakis STBC方案的移動通信系統中的發射機的方框圖；圖4是在使用傳統的具有四個發射天線的Alamouti FDFR STBC方案的移動通信系統中的發射機的方框圖；圖5是根據本發明的實施例在使用STBC方案的移動通信系統中的發射機的方框圖；圖6是根據本發明的實施例在使用STFBC方案的移動通信系統中的發射機的方框圖；圖7是根據本發明的實施例在使用STBC方案的移動通信系統中的接收機的方框圖；圖8示出了根據本發明在使用STBC方案的移動通信系統中的發射操作的流程圖；圖9示出了根據本發明在使用STBC方案的移動通信系統中接收機的接收操作的流程圖；圖10為根據本發明使用STBC方案的移動通信系統的未編碼BER性能的曲線圖；以及圖11為根據本發明使用STBC方案的移動通信系統的編碼BER/FER性能的曲線圖。
具體實施例方式
在本文中下面將參考附圖描述本發明的優選實施例。在下面的描述中，對眾所周知的功能或者結構不詳細地描述，因為在不必要的細節中它們可能使本發明不明顯。
本發明是用來提供通過使用預期用於減少接收機複雜度的單位矩陣或從關於STC的單位矩陣衍生的其他矩陣分組發射天線來提高性能的技術，所述矩陣如在通信系統中被描述為下述等式(9)中的矩陣A或者在圖5和圖6中的發射機中被圖示A=s1-s2*00s2s1*0000s3-s4*00s4s3*]]>其中矩陣A的列表示時間，而行表示發射天線。
圖5是根據本發明的實施例在使用STBC方案的移動通信系統中的發射機的方框圖。作為例子示出的該發射機具有四個發射天線。
參考圖5，矩陣A編碼器510位於分組塊(grouping block)520之前，用於產生被表示為矩陣A的STC。分組塊520接收來自矩陣A編碼器510的STC碼元序列和從接收機反饋的CQI(信道質量信息)或分組索引(grouping index)。分組索引指示分組模式，通過該分組模式將特定的天線分組且映射到Alamouti編碼器。接收機根據等式(11)選擇單位矩陣AG1和其他矩陣AG2及AG3中的一個。這些矩陣AG1、AG2和AG3表示如在圖5和圖6所示的天線分組模式。在發射機接收到反饋CQI的情況下，它通過計算等式(11)選擇矩陣AG1、AG2和AG3中的一個。
分組塊520根據CQI或者分組索引選擇矩陣AG1、AG2和AG3中的一個，將矩陣A乘以所選擇的矩陣，並且將作為結果的矩陣的碼元映射到四個發射天線。例如，如果反饋分組索引指示第一和第二發射天線分組被映射到第一Alamouti編碼器並且第三和第四發射天線分組被映射到第二Alamouti編碼器，一些輸入碼元在t1和t2時間通過第一和第二發射天線被發射而其他的輸入碼元在t3和t4時間通過第三和第四發射天線被發射，其中矩陣A的列代表時間並且行代表發射天線。
在圖5中，當接收到來自接收機的反饋CQI或者反饋分組索引時，分組塊520將矩陣A乘以天線分組矩陣AG1、AG2和AG3中的一個，並且Alamouti編碼器530和540編碼從分組塊520接收的碼元。Alamouti編碼碼元被表示為矩陣A1、A2和A3中的一個，其將在稍後描述。
圖6是根據本發明的另一個實施例在使用STFBC方案的移動通信系統中的發射機的方框圖。矩陣A編碼器610位於分組塊620之前。如等式(9)所表示的矩陣A的行代表發射天線而列代表時間和頻率。最前兩列的數據以頻率f1被發射，最後兩列的數據以頻率f2被發射。在每一對中的第一列的數據在時間t1被發射且第二列的數據在時間t2被發射。這種矩陣可以被用於正交頻分復用(OFDM)系統。
分組塊620基於從接收機接收的CQI或者分組索引將輸入信息碼元映射到四個發射天線。例如，如果反饋分組索引指示第一和第二發射天線分組被映射到第一Alamouti編碼器並且第三和第四發射天線分組被映射到第二Alamouti編碼器，則輸入碼元根據等式(9)被發射。即，最前兩列被映射到f1並且在t1和t2時間通過第一和第二發射天線被發射，同時最後兩列被映射到頻率f2並且在t1和t2時間通過第三和第四發射天線被發射。
在圖6，天線分組被應用於STFBC，並且隨後的過程如在圖5中所示的發射機中以同樣的方式被執行。
圖7是根據本發明的在使用STBC方案的移動通信系統中的接收機的方框圖。為了標記的簡潔起見，假定接收機具有單個接收天線。
參考圖7，在接收機中的信道估計器702執行在通過接收天線700所接收的信號上的信道估計，並且輸出作為結果的信道係數作為CQI。所接收的信號經過在檢測器704、並串(P/S)轉換器706和解調器708中處理後，然後被解碼。同時，反饋發射器710將作為CQI的信道係數，或者指示天線分組模式的分組索引發射到發射機的分組塊。
如上所描述的，接收機將由信道估計產生的CQI或者指示天線分組模式的分組索引發射到發射機。
(1)CQI的反饋當從接收機收到CQI(即，信道係數或者信道值)時，發射機的分組塊計算等式(10)arg min|ρ1-ρ2|……(10)其中，ρ1＝|hi|2+|hj|2並且ρ2＝|hm|2+|hn|2(i，j，m，n取值從1到4)。分組塊接收在發射天線和接收天線之間的信道h1、h2、h3和h4的反饋CQI，並且檢測滿足等式(10)的(i，j)和(m，n)對，從而選擇天線分組模式。分組塊將如在等式(9)中描述的矩陣A乘以從天線分組模式AG1、AG2和AG3中選擇的一個模式。作為結果的矩陣是下面等式(11)中矩陣A1、A2和A3中的一個A1=s1-s2*00s2s1*0000s3-s4*00s4s3*]]>A2=s1-s2*0000s3-s4*s2s1*0000s4s3*]]>A3=s1-s2*0000s3-s4*00s4s3*s2s1*00---(11)]]>對於兩個或者多個接收天線，下面的操作被首先執行。假定兩個接收天線，在四個發射天線和兩個接收天線之間定義了8個信道。這些信道被歸納為hi＝(|h1i|2+|h2i|2)/2其中h1i和h2i分別地指示在發射天線i和接收天線1之間以及在發射天線i和接收天線2之間的信道值。所以，h11和h21分別地指示在發射天線1和接收天線1之間以及在發射天線1和接收天線2之間的信道值，並且
h1＝(|h11|2+|h21|2)/2以同樣的方式，計算出h1到h4並且通過使用h1到h4計算等式(10)獲得天線分組模式。
(2)分組索引反饋從系統實現的觀點，許多限制被強加於將在接收機所接收的所有信道的CQI發射到發射機。因此，接收機通過等式(10)計算分組索引並且將分組索引反饋到發射機以便發射機的分組塊基於由分組索引指示的天線分組模式將發射天線分組。分組索引佔用2個比特來代表在圖5和圖6中示出的天線分組模式AG1、AG2和AG3。
圖8示出了根據本發明在使用STBC方案的移動通信系統中的發射操作的流程圖。當在步驟802中接收到發射數據流(即，矩陣A)時，發射機使用在步驟806中從接收機接收的CQI通過等式(10)計算天線分組模式，或者根據在步驟816中從接收機接收的分組索引選擇天線分組模式。也就是說，根據本發明，接收機反饋CQI或者分組索引到發射機。在步驟808中，發射機將天線分組模式乘以數據流(矩陣A)並且產生兩個各自具有兩個碼元的碼元向量。然後發射機在步驟810中通過Alamouti編碼將兩個向量映射到在空間-時間-頻率平面的發射天線，並且在步驟812中通過相應的發射天線將映射的信號發射。
圖9示出了根據本發明在使用STBC方案的移動通信系統中接收機的接收操作的流程圖。當在步驟902中接收到發射數據流時，接收機在步驟904中對所接收的信號執行信道估計並且在步驟914中將作為結果的CQI反饋到發射機。在這種情況下，發射機通過等式(9)基於CQI計算天線分組模式。可替換地，當在發射機和接收機之間取得一致時，接收機通過等式(10)計算天線分組模式而沒有CQI反饋，並且將指示天線分組模式的分組索引發射到發射機。特別地，在發射機自己計算天線分組模式的情況下，發射機通知接收機計算出的天線分組模式來增加通信的準確度(accuracy)。即，當在發射機中計算出的天線分組模式和在接收機中獲得的不同時，發射機在公共信道上將指示天線分組模式的分組索引發射到接收機，因此提高數據發射準確度。然後接收機在步驟906中基於從信道估計所產生的信道係數檢測接收到的信號，在步驟908中將檢測到的信號轉換為串行信號，並且在步驟910中解調該串行信號。
圖10為根據本發明使用STBC方案的移動通信系統的未編碼BER性能的曲線圖。如在圖10中所示，本發明和僅使用沒有天線分組的矩陣A的傳統方法相比，在10-3BER處提供了3dB或者更高的增益。在圖10中，w表示具有而wo表示不具有。在圖10中示出的性能曲線是在Rayleigh平坦衰落(flat fading)信道-QPSK環境下仿真得出。
圖11為根據本發明使用STBC方案的移動通信系統的編碼BER/FER性能的曲線圖。從圖11應當注意到本發明優於僅使用沒有天線分組的矩陣A的傳統方法。圖11中示出的性能曲線是在具有QPSK和速率1/2卷積Turbo編碼的IEEE 802.16系統中仿真得出。對於IEEE 802.16a系統定義了子信道結構、波段AMC和子信道的完全用法(FUSC)。在該仿真中，使用了波段AMC。
在本發明應用到作為OFDM系統的IEEE 802.16系統中，每個具有N個副載波的子信道的平均信道值被反饋以減少反饋信息的數量。在這種情況下，發射機基於平均信道值計算天線分組模式並且將計算出的天線分組模式通知接收機，因此準確地進行雙向通信。
可替換地，接收機反饋分組索引到發射機，並且發射機選擇對應於該分組索引的STBC編碼器。
例如，在下面表1中示出的，當在CQI信道(CQICH)從接收機收到「0b110001」時，發射機發射在等式(11)中描述的A1。當在CQI信道從接收機收到「0b110010」時，發射機發射A2。而當在CQI信道從接收機收到「0b110011」時，發射機發射A3。
表1
如上所述，接收機反饋CQI或者分組索引到接收機。
在沒有來自接收機的反饋信息(即，用戶站(subscriber station))時，本發明的主題仍然可以被實現。在沒有來自接收機的反饋信息的開環系統中，通過在發射機(即，基站)的分組塊中以預定的順序使用下面的天線分組模式以使分組碼元向量如在等式(12)中所示被置換(permute)，實現同樣的性能改善A＝[A1|A2|A3]A1=s1-s2*00s2s1*0000s3-s4*00s4s3*]]>A2=s1-s2*0000s3-s4*s2s1*0000s4s3*]]>
A3=s1-s2*0000s3-s4*00s4s3*s2s1*00---(12)]]>天線分組模式序列的及時置換導致沒有信道反饋的系統性能提高。天線分組模式可以按A1、A2和A3順序的次序或者任意的其他次序被使用。
在OFDMA通信系統中，通過等式(13)確定副載波的置換次序Akk＝mod(floor(Nc-1)/2，3)+1.....(13)其中Nc表示邏輯數據副載波數目，Nc＝{1，2，3，...，副載波總數目}。邏輯數據副載波數目對應於在OFDM FFT中的副載波數目。在等式13中，A1施加到邏輯數據副載波#1和#2，A2施加到邏輯數據副載波#3和#4，並且A3施加到邏輯數據副載波#5和#6。用於其他副載波的天線分組模式也通過等式(13)決定。
如上面所描述的，本發明提供了用於具有四個發射天線的發射機的STFBC編碼裝置。基於從接收機接收的反饋信息或者選擇的具有正則性的矩陣，輸入碼元序列通過四個發射天線以預定的方法被發射。因此，改善了STFBC的性能。
雖然本發明參考本文的一些優選實施例被示出和描述，本領域的技術人員將理解在其中可以在形式和細節上進行各種改變而不脫離如權利要求書所定義的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種在通信系統中的具有四個發射天線的發射機，包括編碼器，用於通過以預定的編碼方法編碼輸入碼元序列來產生編碼碼元向量；分組塊，用於通過將所述編碼碼元向量乘以根據預定的次序從預定的置換天線分組模式中選出的置換天線分組模式，來置換所述編碼碼元向量的元素以產生置換的編碼碼元向量，並且將該置換的編碼碼元向量作為分組碼元向量輸出；以及Alamouti類型編碼器，用於以Alamouti類型方案編碼所述分組碼元向量並且通過所述四個發射天線發射該Alamouti類型編碼的碼元。
2.如權利要求1所述的發射機，其中所述發射機用於具有四個發射天線的空間-時間塊編碼(STBC)通信系統。
3.如權利要求1所述的發射機，其中所述發射機用於具有四個發射天線的空間-時間-頻率塊編碼(STFBC)通信系統。
4.如權利要求1所述的發射機，其中所述編碼碼元向量被表示為如下矩陣A=s1-s2*00s2s1*0000s3-s4*00s4s3*]]>其中該矩陣的列代表時間，而行代表四個發射天線。
5.如權利要求1所述的發射機，其中所述預定的置換天線分組模式被表示為如下矩陣A＝[A1|A2|A3]A1=s1-s2*00s2s1*0000s3-s4*00s4s3*]]>A2=s1-s2*0000s3-s4*s2s1*0000s4s3*]]>A3=s1-s2*0000s3-s4*00s4s3*s2s1*00]]>其中該矩陣的列代表時間，而行代表四個發射天線。
6.如權利要求1所述的發射機，其中所述置換天線分組模式Ak(k＝1，2或者3)通過下式被選擇Akk＝mod(floor(邏輯數據副載波數目-1)/2，3)+1其中邏輯數據副載波數目＝{1，2，3，...，副載波總數目}。
7.如權利要求1所述的發射機，其中所述分組碼元向量為下列矩陣中的一個A1=s1-s2*00s2s1*0000s3-s4*00s4s3*]]>A2=s1-s2*0000s3-s4*s2s1*0000s4s3*]]>A3=s1-s2*0000s3-s4*00s4s3*s2s1*00]]>其中該矩陣的列代表時間，而行代表四個發射天線。
8.一種在通信系統中的用於四個發射天線的發射方法，包括步驟通過以預定的編碼方法編碼輸入碼元序列來產生編碼碼元向量；根據預定的次序從預定的置換天線分組模式中選擇置換天線分組模式；通過將所述編碼碼元向量乘以所述選出的置換天線分組模式來置換所述編碼碼元向量的元素以產生置換的編碼碼元向量，並且將所述置換的編碼碼元向量作為分組碼元向量輸出；以及以Alamouti類型方案編碼所述分組碼元向量並且通過所述四個發射天線發射該Alamouti類型編碼的碼元。
9.如權利要求8所述的發射方法，其中所述發射方法用於具有四個發射天線的空間-時間分組編碼(STBC)通信系統。
10.如權利要求8所述的發射方法，其中所述發射方法用於具有四個發射天線的空間-時間-頻率分組編碼(STFBC)通信系統。
11.如權利要求8所述的發射方法，其中所述編碼碼元向量被表示為如下矩陣A=s1-s2*00s2s1*0000s3-s4*00s4s3*]]>其中該矩陣的列代表時間，而行代表四個發射天線。
12.如權利要求8所述的發射方法，其中所述預定的置換天線分組模式被表示為如下矩陣A＝[A1|A2|A3]A1=s1-s2*00s2s1*0000s3-s4*00s4s3*]]>A2=s1-s2*0000s3-s4*s2s1*0000s4s3*]]>A3=s1-s2*0000s3-s4*00s4s3*s2s1*00]]>其中該矩陣的列代表時間，而行代表四個發射天線。
13.如權利要求8所述的發射方法，其中所述置換天線分組模式選擇步驟包括以下式選擇所述置換天線分組模式Ak(k＝1，2或者3)Akk＝mod(floor(邏輯數據副載波數目-1)/2，3)+1其中邏輯數據副載波數目＝{1，2，3，...，副載波總數目}。
14.如權利要求8所述的發射方法，其中所述分組碼元向量為下列矩陣中的一個A1=s1-s2*00s2s1*0000s3-s4*00s4s3*]]>A2=s1-s2*0000s3-s4*s2s1*0000s4s3*]]>A3=s1-s2*0000s3-s4*00s4s3*s2s1*00]]>其中該矩陣的列代表時間，而行代表四個發射天線。
15.一種在通信系統中的用於四個發射天線的發射方法，包括步驟通過以預定的編碼方法編碼輸入碼元序列來產生編碼碼元向量；根據預定的公式從預定的置換矩陣中選擇置換矩陣，通過將所述編碼碼元向量映射到所述選出的置換矩陣來置換所述編碼碼元向量的元素，並且輸出所置換的編碼碼元向量；以及在Alamouti類型方案中編碼所述置換的編碼碼元向量，並且通過四個發射天線發射該Alamouti類型編碼的碼元。
16.如權利要求15所述的發射方法，其中所述選出的置換矩陣為下列矩陣中的一個A1=s1-s2*00s2s1*0000s3-s4*00s4s3*]]>A2=s1-s2*0000s3-s4*s2s1*0000s4s3*]]>A3=s1-s2*0000s3-s4*00s4s3*s2s1*00]]>其中在該矩陣中四個發射天線被水平地表示，而時間被垂直地表示。
17.如權利要求15所述的發射方法，其中所述預定的公式為通過下式選擇置換矩陣中的一個置換矩陣Ak(k＝1，2或者3)Akk＝mod(floor(邏輯數據副載波數目-1)/2，3)+1其中邏輯數據副載波數目＝{1，2，3，...，副載波總數目}。
18.一種在通信系統中的具有四個發射天線的發射機，包括編碼器，用於通過以預定的編碼方法編碼輸入碼元序列來產生編碼碼元向量；置換塊，用於通過將所述編碼碼元向量映射到根據預定公式從預定的置換矩陣中選出的置換矩陣來置換所述編碼碼元向量的元素，並且輸出所述置換的編碼碼元向量；以及Alamouti類型編碼器，用於以Alamouti類型方案編碼所述置換的編碼碼元向量，並且通過所述四個發射天線發射該Alamouti類型編碼的碼元。
19.如權利要求18所述的發射機，其中所述選出的置換矩陣為下列矩陣中的一個A1=s1-s2*00s2s1*0000s3-s4*00s4s3*]]>A2=s1-s2*0000s3-s4*s2s1*0000s4s3*]]>A3=s1-s2*0000s3-s4*00s4s3*s2s1*00]]>其中該矩陣的列代表時間，而行代表四個發射天線。
20.如權利要求18所述的發射機，其中所述預定的公式為通過下式選擇置換矩陣中的一個置換矩陣Ak(k＝1，2或者3)Akk＝mod(floor(邏輯數據副載波數目-1)/2，3)+1其中邏輯數據副載波數目＝{1，2，3，...，副載波總數目}。
全文摘要
提供了一種用於具有四個發射天線的發射機的STFBC編碼裝置。在該發射機中，編碼器通過以預定的編碼方法編碼輸入碼元序列來產生編碼碼元向量。分組塊通過將所述編碼碼元向量乘以根據預定的次序從預定的置換天線分組模式中選出的置換天線分組模式，來置換所述編碼碼元向量的元素，並且將該置換的編碼碼元向量作為分組碼元向量輸出。Alamouti類型編碼器以Alamouti類型方案編碼所述分組碼元向量並且通過所述四個發射天線發射該Alamouti類型編碼的碼元。
文檔編號H04L27/26GK101053229SQ200580037722
公開日2007年10月10日 申請日期2005年11月3日 優先權日2004年11月4日
發明者尹聖烈, 蔡贊秉, 鄭鴻實, 盧元一, 吳廷泰, 高均秉, 丁英鎬, 南承勳, 鄭在學 申請人:三星電子株式會社