多天線重疊符號發射方法及發射設備的製作方法

2023-07-03 02:44:36

專利名稱：：多天線重疊符號發射方法及發射設備的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種通信系統中的編碼方法，具體地，涉及一種用於高傳輸速率的多天線重疊符號發射編碼方法以及使用該方法的發射設備。
背景技術：
：未來的無線通信系統是一種高傳輸速率和高可靠性的系統。同時，接收機複雜度必須在可以接受的範圍以內。國際電聯組織IEEE802.16系列標準就是專門解決無線接入問題的標準組織。IEEE802.16系列標準被全世界廣為關注和跟蹤研究。在IEEE802.16e提案中，關於OFDMA部分的多天線系統，無論是傳輸速率還是接收機複雜度都有很大的改進空間。以IEEE802.16e中傳輸速率最高的編碼矩陣C為例，編碼矩陣為C=-^i仲知+=^關於該方案，在時刻i，發射天線1和發射天線2分別發送[Si+jr·si+3，si+1-r·si+2]；在時刻i+1，發射天線1和發射天線2分別發送[r·si+1+si+2,jr·Si+Si+3]，此處j=sqrt(-l)，Si為時亥Iji發送的調製符號。對於上述方案，存在以下問題。首先，IEEE802.16e標準中，OFDMA空時編碼方案的編碼傳輸速率R=2，這個傳輸速率較低。其次，IEEE802.16e中，當採用上述方案時，接收機的最大似然序列解碼運算複雜度達到了M4。對於高維調製電平來說，此種解碼方式的實用性較差。如此之高的運算複雜度，對目前器件水平要求太高。
發明內容為了解決上述技術問題，本發明提供了一種傳輸編碼速率R=2.67的符號發射方法和使用該方法的發射設備。根據本發明的一個方面，一種通信系統中的符號發射方法，包括步驟將要一次發送的N個符號分成2組，對第一組中多個符號中的每一個進行第一處理，得到第一組疊加信號，對第二組中多個符號的每一個進行第二處理，得到第二組疊加信號；由第一天線在時間上依次發射第一組疊加信號中的每一個，由第二天線在時間上依次發射相應的第二組疊加信號中的每一個，其中，所述第一處理和第二處理分別包括共軛抵消運算。根據本發明的另一方面，一種通信系統中的發射設備，包括接收裝置，用於接收符號；編碼裝置，用於對接收到的符號進行編碼；以及多個天線，用於發射已編碼的符號；其中所述編碼裝置將要一次發送的N個符號分成2組，對第一組中多個符號中的每一個進行第一處理，得到第一組疊加信號，對第二組中多個符號的每一個進行第二處理，得到第二組疊加信號；第一天線在時間上依次發射第一組疊加信號中的每一個，第二天線在時間上依次發射相應的第二組疊加信號中的每一個，其中，所述第一處理和第二處理分別包括共軛抵消運算。本發明的編碼方案不僅具有很高的編碼傳輸速率，同時在接收機中複雜度僅為4M2。在高維調製情況下，例如M=16的16QAM調製中，4M2<<M40此外，與IEEE802.16e相比，在接收機的誤碼率性方面，本發明的方法好於IEEE802.16e的最大似然序列解碼算法。圖1示出了根據現有技術的IEEE802.16e編碼方法的示意圖；圖2示出了根據本發明的編碼方法的示意圖；圖3示出了AWGN信道下，IEEE802.16e編碼與本發明編碼性能的比較示意圖；圖4示出了Rayleigh信道下，IEEE802.16e與本發明編碼性能的比較示意圖。具體實施例方式IEEE802.16e標準提案中，對於OFDMA系統多天線BS端，其編碼矩陣c方案為⑴formulaseeoriginaldocumentpage4J其中，r=_1+^2該方案把相鄰的兩個發送符號碼元做旋轉後進行疊加，在每個時刻發送疊加後的碼元。這種方法的優點在於能夠提高傳輸速率，使該方案的編碼速率提高到R=2，遠高於Alamounti的編碼方案。此種編碼方案，雖然提高了傳輸速率，但編碼矩陣中的一些潛在的簡化優勢並沒有得到利用。根據本發明，可以在編碼矩陣中加入用於簡化的共軛抵消因子，以利於接收機設計的簡化。加入簡化因子後的編碼矩陣如下所示formulaseeoriginaldocumentpage4其中，a、b、C、d、e、f、g和h為加權因子，是收發雙方都已知的復常數，也可以看作是編碼碼本(codebook)。在公式(2)中，對4個相鄰發送符號做疊加，進一步提高了傳輸速率，使編碼傳輸速率提高到了R=4。參考圖2，根據本發明的多天線重疊發射端可以包括接收裝置，用於接收來自基站的信號；編碼裝置利用編碼矩陣對來自基站的信號進行編碼；以及多個發射天線，用於發射已編碼信號。假定2x2多天線系統的傳輸信道為//=ku，其中，hn是第一根發射天線與第一根接收天線間信道衝擊響應，h12是第一根發射天線與第二根接收天線間信道衝擊響應值；h21是第二根發射天線與第一根接收天線間信道衝擊響應值；h22是第二根發射天線與第二根接收天線間信道衝擊響應值。第一根接收天線上的信號為formulaseeoriginaldocumentpage5第二根接收天線上的接收信號為formulaseeoriginaldocumentpage5其中，Ii11和n12為高斯白噪聲。分析公式(3)和(4)式，如果把常數c和d以及g和h的項都移到等式左邊，則得到公式(7)和(8)，這裡的「*」表示共軛運算=U1=yn-c(hlis3+h12s7)-(Kh11S^h12S8)=a(hI1S^h12S5)+b(hns2+h12s6)+nn(7)formulaseeoriginaldocumentpage5(8)分析(5)和(6)式，如果把常數c和d以及g和h的項都移到等式左邊，則得到公式(9)禾口(10)formulaseeoriginaldocumentpage5觀察(7)和⑶式，由於存在可以抵消的項，在分別乘以一個常數後，得到formulaseeoriginaldocumentpage5(12)通常，U1可以乘以信道衝激響應值hn的共軛i+A22(M2)*=a(|^21|2+|/22|2>1+^21Γ+|Λ22|2)^2+^>21+^2222^16)通常，u'i可以乘以信道h21的共軛Wu'2的共軛(u'2廣可以乘以信道h22。從(13)和(16)式可以看出，原來的4個未知數變成了兩個。如果對(13)和(16)式採用最大似然解碼，複雜度僅為M2，同樣能夠譯出S1和S2符號。繼續對(7)和⑶式化簡，在分別乘以一個常數後，得到h"nux=a(\h]2\2S5+h'nhus,)+b{h[2H1,^2+\hn\2s6)+h'nnu(17)huu2=e(-|/7H|2^5+huhl2s,)+f(-\hu\2s6+huh'ns2)+hun']2(18)觀察(17)和(18)式，將兩式中可以抵消的項全部抵消，如果a=e,b=f，則有K2Ux-huu2=a(\hn\2+|Λη|2>5+b(\hu\2+\hn\2)s6+h'unu-hun]2(19)U1通常，U1乘以信道衝激響應值h12的共軛&，U2的共軛g乘以信道衝激響應值hn繼續對(9)和(10)式化簡，在分別乘以一個常數後，得到K2u\=a(\h22Pi5+h'22h2ls,)+b(h'22h2]s2+\h22\2s6)+h*22n2,(20)^21(W2)*(~\h2i\2S5+^X2S1)+/(-\h2i\2s6+h2lh'22s2)+h2,n22(21)觀察(20)和(21)式，把兩式中可以抵消的項全部抵銷，如果a=e,b=f，則有K2Ui-h2](u2y^a(\h22\2+|//21|2>5+^2212+\h2i\2)s6+h*22n2,-h22n22(22)u'i乘以信道h22的共軛，U2的共軛乘以信道h21。從(20)和(22)式可以看出，4個未知數變成了兩個，對(20)和(22)用最大似然序列解碼，計算複雜度為M2，可以譯出85和S6兩個發送符號。類似地，如果把(3)和⑷式中的帶a，b，e,f因子的項全部移到方程左邊，則V1=yn_aOi11S^h12S5)_b(hns2+h12s6)=c(hns3+h12s7)+d(hns4+h12s8)+nn(23)formulaseeoriginaldocumentpage7如果，c=g，d=h，那麼+Zi22(V2)*=未|2+\h22\2)s3+d(\h2]\2+\h22\2)s4+W1+Zz22「(32)從(29)和(32)式可以看出，原來的4個未知數變成了兩個，對(29)和(32)式進行最大似然遍歷解碼，複雜度為M2，可以譯出83和S4兩個發送符號。類似地，對(23)和(24)式乘以不同係數，得到formulaseeoriginaldocumentpage7(34)如果，(；=8*，(1=11*，那麼KivX-K^i=c(hi|2+\hn\2)si+d(\hu\2+1^12ΓK+12-hUnU(35)類似地，對(25)，(26)式做不同運算，即，ν'！乘以信道衝激響應h22的共軛/4，V2的共軛V〗乘以信道衝激響應值h21得到formulaseeoriginaldocumentpage8從(35)和(38)式可以清楚看出原來的4個未知數抵消成了2個，對這二個未知數進行最大似然遍歷，複雜度為M2，可以譯出s7和s8兩個符號。如上所述，在接收機中，在將4個發送符號疊加在一起後，利用編碼矩陣的數學特性，可以順利的實現8個發送符號的解碼，運算複雜度從原來的#變成了4M2。在大調製星座圖情況下，這種簡化能夠大量節省運算量。從以上推導來看，純數學上這種簡化方法是完全可行的。但是在實際的通信系統中不可能達到這麼高的傳輸速率。這是因為，(5)和(6)式是從(3)和(4)式的帶c，d，g，h的項移到等式的左邊，而在接收機中，這些帶c，d，g，h的項是未知的。因此只能在發射端進行處理，使接收機知道帶c，d，g，h項的精確值。根據本發明，採用的解決方案在於在發射端採用過採樣的方法，在發射編碼矩陣c中的符號以前，在第一個時刻，一個發送時隙專用於發射一個帶c，d，g，h的發射符號cs+ds3^4。這樣，整個發射端的發射矩陣變成了formulaseeoriginaldocumentpage8假定信道是慢變信道，矩陣(39)中的三列依次是前後三個發射符號。在前後三個發射符號內信道沒有變化。對於第一個時刻發送的符號，第一根接收天線上的接收信號為Γ!=h11(cs3+ds4)+h12(cs7+ds8)+n1(40)第二根接收天線上的接收信號為r2=h21(cs3+ds4)+h22(cs7+ds8)+n2(41)此時，接收機不需要知道s3，s4,s5,s6，而只需要知道(cs3+ds4)和(cs7+ds8)的值即可。知道了(cs3+ds4)和(Cs7+ds8)的值，就能夠利用公式(7)、(8)、(9)和(10)。因此，令X1=(cs3+ds4),X2=(cs7+ds8),Μ(40)和(41)式變成了Γ!=K11X^h12X2+rii(42)r2=K21X^h22X2+n2(43)很顯然，由方程(42)(43)構成的二元一次方程組很容易得到具體解。以上操作的代價是把編碼速率從R=4降低到R=8/3=2.67。但優點在於能夠簡化接收機的操作。總體上看，編碼速率仍然要高於IEEE802.16e方案中的編碼速率R=2;複雜度比較如下表所示。表一、IEEE802.16e與本發明比較tableseeoriginaldocumentpage9可以看出，本發明的實現方式較為簡單。當發射端採用2個符號疊加時，編碼矩陣為formulaseeoriginaldocumentpage9第一列為解碼所需的消元項，第二和第三列為疊加的發送符號。兩根發射天線在時刻0發送符號，每根發射天線發射對應的矩陣行。在接下來的兩個時刻，接著發送符號formulaseeoriginaldocumentpage9a,b，c,d為常係數，此處的4個係數示例取值為formulaseeoriginaldocumentpage9如前所述，當發射端釆用4個符號疊加時，發射端釆用formulaseeoriginaldocumentpage9所示的編碼方案。具體過程為開始時，發射機的兩個發射天線上發射的發射符號為formulaseeoriginaldocumentpage9在發射符號1的後兩個時隙，分別發射下面的編碼矩陣formulaseeoriginaldocumentpage9a,b,c,d,e,f,g,h為常係數，表示相位的旋轉，=，b、c、d、e、f、g、h分別在前一個係數相位基礎上增加e々的相位。當發射端採用大於4個符號疊加時，假定疊加符號數為N，N=2*k，k=1，2，3……，則編碼矩陣C為tableseeoriginaldocumentpage10由於採用16QAM調製時，遍歷的最大似然方法，複雜度達到了16、=65535，運算量過大，因此這裡只採用低位的8PSK和QPSK調製仿真。信道模型為JAKES的Rayleigh，此處都卜勒頻移為100Hz。仿真結果如圖(3)和圖(4)所示。可以看出，除了誤碼性能略差一點以外，本發明編碼方法的編碼速率、接收機複雜度均優於IEEE802.16e。權利要求一種通信系統中的符號發射方法，包括步驟將要一次發送的N個符號分成2組，對第一組中多個符號中的每一個進行第一處理，得到第一組疊加信號，對第二組中多個符號的每一個進行第二處理，得到第二組疊加信號；由第一天線在時間上依次發射第一組疊加信號中的每一個，由第二天線在時間上依次發射相應的第二組疊加信號中的每一個，其中，所述第一處理和第二處理分別包括共軛抵消運算。2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述共軛抵消運算包括加權運算和共軛運算。3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，當N等於8時，在時刻i+2、i+l和i由第一天線發射的信號依次分別是CS3+ds4、asi+bs2+cs3+ds4禾口-+/Y+g、7*+，由第二天線發射的信號分別是cs7+ds8、as5+bs6+cs7+ds8^Wes]+fS2^g*s]+h's]，其中a、b、c、d、e、f、g和h分別是復常數，「*」表示共軛運算，S1S8表示要發送的符號的編號。4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，a=e*,b=f*,c=g*,d=h*。5.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，N等於4時，在時刻i+2、i+Ι和i由第一天線發射的信號依次分別是bs3、asi+bs3和-(c^+汐，由第二天線發射的信號分別是bs4、as2+bs4和以X，其中a、b、c和d分別是復常數，「*」表示共軛運算，S1S4表示要發送的符號的編號。6.一種通信系統中的發射設備，包括接收裝置，用於接收符號；編碼裝置，用於對接收到的符號進行編碼；以及多個天線，用於發射已編碼的符號；其中所述編碼裝置將要一次發送的N個符號分成2組，對第一組中多個符號中的每一個進行第一處理，得到第一組疊加信號，對第二組中多個符號的每一個進行第二處理，得到第二組疊加信號；第一天線在時間上依次發射第一組疊加信號中的每一個，第二天線在時間上依次發射相應的第二組疊加信號中的每一個，其中，所述第一處理和第二處理分別包括共軛抵消運算。7.根據權利要求6所述的發射設備，其特徵在於所述共軛抵消運算包括加權運算和共軛運算。8.根據權利要求7所述的發射設備，其特徵在於，當N等於8時，在時刻i+2、i+Ι和i由第一天線發射的信號依次分別是CS3+ds4、asi+bs2+cs3+ds4禾Π-fe、〗+/乂彳+/T^，由第二天線發射的信號分別是CS7+dS8、aS5+bS6+CS7+dS8和Λ;+fs2+gX+h's*4，其中a、b、c、d、e、f、g和h分別是復常數，「*」表示共軛運算，S1S8表示要發送的符號的編號。9.根據權利要求8所述的發射設備，其特徵在於，α=e*,b=f*,c=g*,d=h*。10.根據權利要求7所述的發射設備，其特徵在於，N等於4時，在時刻i+2、i+1和i由第一天線發射的信號依次分別是bs3、asi+bs3和+^)，由第二天線發射的信號分別是bs4、as2+bs4和￥+ds；，其中a、b、c和d分別是復常數，「*」表示共軛運算，S1S4表示要發送的符號的編號。全文摘要一種通信系統中的符號發射方法，包括步驟將要一次發送的N個符號分成2組，對第一組中多個符號中的每一個進行第一處理，得到第一組疊加信號，對第二組中多個符號的每一個進行第二處理，得到第二組疊加信號；由第一天線在時間上依次發射第一組疊加信號中的每一個，由第二天線在時間上依次發射相應的第二組疊加信號中的每一個，其中，所述第一處理和第二處理分別包括共軛抵消運算。本發明的編碼方案不僅具有較高的編碼傳輸速率，同時能夠降低接收機中的解碼複雜度。文檔編號H04L27/26GK101814978SQ20091000756公開日2010年8月25日申請日期2009年2月23日優先權日2009年2月23日發明者周寒冰申請人:三星電子株式會社;北京三星通信技術研究有限公司