在無線通信中用於多天線的空時發射分集(sttd)的製作方法

2023-12-06 11:18:11 2

專利名稱：在無線通信中用於多天線的空時發射分集(sttd)的製作方法
技術領域：
本發明涉及移動(無線電或無線)通信系統，並且更為具體的說涉及在具有多個發射天線的閉環空時發射分集(STTD)系統中的信號發射和接收方法。
背景技術：
通常，在移動(無線電或無線)通信系統中，在高速發射數據時，由於在無線信道上產生的衰減現象(也就是，信號減弱)使得接收的信號相位失真。衰減從幾分貝(dB)到幾十dB地降低接收信號的幅度。因此，如果在接收端上數據解調過程中不補償接收的信號的失真相位，則在接收數據中發生信息錯誤，並且不希望地降低整個移動通信服務的質量。
因此，為了在不降低服務質量的情況下高速發射數據，利用了各類信號發射分集技術。在S.M.Alamouti的題為「A Simple TransmitDiversity Technique for Wireless Communication」，IEEE Jounal on SelectAreas in communications，Vol.16，No8，1451-1458，October 1998中公開了一個例子。另外，在3GPP，「Physical Channels and Mapping ofTransport Channels onto Physical Channels(FDD)」，TS25，211，V4.3.0，Dec.2001能夠發現另外的背景信息。
一般將發射分集技術分類為時間分集和空間分集。時間分集是使用交織和編碼克服衰減，通常用於都卜勒擴展信道。但是，在低速都卜勒擴展信道中時間分集不適用。
空間分集用於具有小的延遲的擴展信道(比如，所謂的用於室內環境的「室內信道」)和具有低速都卜勒擴展的信道(如用於步行者的所謂的「步行者信道」)。空間分集是使用兩個或多個發射/接收天線的發射分集技術。即，在通過兩個發射天線發射相同的信號的情況下，如果接收端確定不希望由於衰減(即信號減弱)降低通過一個天線發射的信號大小時，則接收端選擇並接收通過另一天線發射的信號。
空間分集進一步分類為接收天線分集(使用多個接收天線)和發射天線分集(使用多個發射天線)。對於發射天線分集，用於接收下行鏈路信號和獲得分集增益的算法大體分為開環模式和閉環模式。
第三代夥伴項目(3GPP)目前使用空時發射分集(STTD)技術，它是一種開環模式的發射天線分集。STTD是基於在時間軸幀結構上公共使用的信道編碼技術的，通過空時編碼獲得分集增益，但是不擴展到空間域的技術。即，在使用兩個發射天線時，通過在分別通過每個天線發射的碼元當中執行編碼用STTD獲得空間分集增益和時間分集增益。
除了在WCDMA中使用的同步信道外，STTD可以用於每個類型的下行鏈路物理信道。開環STTD的優點是，因為不需要反饋信號，不引起由於改變的數據發射速度造成的在無線通信中的不利的改變。
下面說明用於在通過兩個天線發射的數據碼元當中執行編碼的STTD技術的總的操作原理。
表1示出兩個天線的STTD編碼和基於時間的發射次序。



其中，「s」是數據碼元，「T」是數據碼元周期參見表1，通過STTD編碼器編碼要發射的碼元(S1，S2)，然後以時間連續的次序分別發送到兩個發射天線(天線1和2)。即，對於天線1，在時間t發送碼元S1，且在稍遲的時間發送碼元s。對天線2，在時間t發送碼元-s2*，並在隨後時間t+T發送碼元s1*。
也就是說，STTD編碼器按著原樣(即，在其編碼後無進一步的改變)向發射天線1輸出s1和s2，但是STTD編碼器將碼元s1和s2分別轉換成-s2*和S1*，然後將它們輸出到天線2。在此，「*」表示共軛。然後將被發送到發射天線的碼元(s1，s2，-s2*，s1*)經由多路徑方式發射到接收端。
假設通過每個發射天線發射的數據碼元分別通過不同的獨立信道，並且假設在時間(t)和(t+T)在信道上沒有變化，則在接收端接收的信號(r1和r2)能夠由下面的方程式(1)定義r1＝r(t)＝h1s1-h2s2*+n1(1)r2＝t(t+T)＝h1s2+h2s1*+n2在此h1(＝α1ejβ1)且h2(＝α2ejβ2)分別表示在一個發射天線(天線1或天線2)和接收天線之間的信道(例如，是信道響應)，而n1和n2是被表示為「附加白高斯噪音」(AWGN)的噪聲因數，其是複合高斯噪聲。另外，β1和β2分別是衰減信道h1和h2的相位。α1和α2分別是衰減信道h1和h2的幅度。
使用從每個發射天線發射的導頻信號能夠估計每個信道(h1和h2)。另外，如果以下面的方程式(2)示出的方式將接收的信號(r1和r2)結合在一起，產生的輸出值(估計的(或導出的)碼元(1，2))等於使用接收分集的最大比值合併方法(MRC)時獲得的輸出值，並因此能夠正確地導出(估計)接收的碼元。
1＝h1*r1+h2r2*＝(α12+α22)s1+h1*n1+h2n2*(2)2＝h1*r2-h2r1*＝(α12+α22)s2+h1n2*+h2*n11)現有技術4天線開環STTD系統圖1是現有技術中使用四個天線的開環STTD發射端的視圖。
如圖1所示，四天線開環STTD發射端包括STTD編碼器10，其用於對要發射的數據碼元進行空時編碼；第一乘法器11和12，其用於將確定的增益因數(χ和ξ)乘以從STTD編碼器10輸出的數據碼元；第二乘法器13和14，其用於將確定的相位旋轉(θ1和θ2)乘以第一乘法器11和12的輸出；和四個發射天線(A1-A4)，其用於發射每個乘法器11-14的輸出。
如圖1所示，在接收要發射的原始數據碼元的情況下，STTD編碼器10進行編碼並產生第一數據碼元(s1、s2、s3和s4)。然後，STTD編碼器10發送原樣(即，在編碼後沒有進一步改變)的第一數據碼元用於進一步處理，並最後發送到天線A1和A2。
另一方面，STTD編碼器10進行編碼和處理，以產生第二數據碼元(-s2*、s1*、-s4*和s3*)。這裡，處理包括分別將第一數據碼元(s1、s2、s3和s4)轉換成共軛數據碼元(-s2*、s1*、-s4*和s3*)。然後，將第二數據碼元(-s2*、s1*、-s4*和s3*)輸出用於進一步處理，並最終發送到天線A3和A4。這裡，「*」表示共軛。
從STTD編碼器10輸出的第一數據碼元(s1、s2、s3和s4)在乘法器11中乘以預定的增益(χ)，並在乘法器13中延遲預定的相位(θ1)。同時，從STTD編碼器10輸出的第二數據碼元(-s2*、s1*、-s4*和s3*)在乘法器12中乘以預定增益(ξ)，然後在乘法器14中延遲預定相位(θ2)。因此，發射天線(A2和A4)分別發射與發射天線A1和A3發射的第二數據碼元相比，分別具有相位差θ1和θ2第一數據碼元。這裡，為了簡化計算僅假設每個增益(χ和ξ)為1。
因此，對每個碼元延續時間(T)包括通過每個發射天線(A1-A4)發射的數據碼元的信號能夠用方程式(3)表示A1A2A3A4=s1s2s3s4ej1s1ej1s2ej1s3ej1s4-s2*s1*-s4*s3*-ej2s2*ej2s1*-ej2s4*ej2s3*---(3)]]>能夠將在具有一個接收天線的接收端上在四個符號碼元時期期間接收的信號表示成方程式(4)r1＝(h1+h2ejθ1)s1-(h3+h4ejθ2)s2*+n1r2＝(h1+h2ejθ1)s2+(h3+h4ejθ2)s1*+n2r3＝(h1+h2ejθ1)s3-(h3+h4ejθ2)s4*+n3(4)r4＝(h1+h2ejθ1)s4+(h3+h4ejθ2)s3*+n4如果分別用「a」和「b」替換h1+h2ejθ1和h3+h4ejθ2，能夠將在四個碼元時期期間接收的信號簡化為方程式(5)r1＝as1-bs2*+n1r2＝as2+bs1*+n2(5)r3＝as3-bs4*+n3r1＝as4+bs3*+n4使用方程式(5)，能夠通過使用方程式(6)導出在接收端從發射端發射的原始數據碼元(即能夠計算原始數據碼元的估計值)1＝a*r1+br2*＝(a2+b2)s1+a*n1+bn2*2＝a*r2-br1*＝(a2+b2)s2+a*n2-bn1*3＝a*r3+br4*＝(a2+b2)s3+a*n3+bn4*(6)4＝a*r4-br3*＝(a2+b2)s4+a*n4-bn3*
上面解釋的現有4天線開環STTD發射方法在終端以高速移動，即快速移動終端(如使用者在移動的車輛中)時顯示出優良的性能，但是如果終端以低速移動，即緩慢移動的終端(如用戶步行)時，其性能變壞。
這裡，術語「高速」和「低速」是相對的，但是，可以按照無線通信環境的需要限定。例如，移動終端的閾值速度可以被設定為10km/h(千米/時)。所以，在這個閾值速度或高於其的任何移動可以被看成為「高速」，而任何在這個閾值下的速度可被看成是「低速」。即，如果終端是慢移動的，在慢移動終端使用的特定發射天線的發射路徑(如信道)上會發生嚴重的衰減(也就是，信號減弱)。因此，如果由於在特定的天線上嚴重的衰減而損失發射信號，必然進一步不希望地耗費發射功率，以向該終端重發信號。
因此，如果該終端以低速移動，則優選地使用利用反饋的閉環STTD發射方法，將發射天線的分集增益最大化。也就是說，通過使用用於慢移動終端的閉環STTD，能夠獲得比開環STTD發射方法更好的性能(如信號的連通性)，這是因為閉環STTD發射方法使用從終端提供的每個天線的接收信息(即，提供反饋)。因此，通過使用開環和閉環STTD技術，不管該終端是快速或慢速移動，都能夠獲得最佳的性能(如信號連通性)。
2)現有技術2天線閉環STTD系統圖2是根據現有技術的使用兩個發射天線的2天線閉環STTD系統。如圖2所示，該2天線閉環STTD系統包括具有兩個發射天線(Tx1，Tx2)的STTD發射端和具有一個接收天線(Rx)的STTD接收端。
STTD發射端能夠包括STTD編碼器20，其用於對要發射的數據碼元進行空時編碼；乘法器21和22，其用於將預定的加權值w1和w2乘以從STTD編碼器20輸出的數據碼元；和兩個發射天線Tx1和Tx2，其用於分別發射乘法器21和22的輸出。
STTD接收端能夠包括一個接收天線(Rx1)；STTD解碼器23，其用於在經由接收天線(Rx1)接收的信號上進行空時解碼；交叉幹擾轉換單元24，其用於處理STTD解碼器23的輸出信號(d1，d2)以產生估計碼元(1，2)；加權計算器25，其用於計算加權值(w1，w2)和將信息反饋到STTD發送端。
下面說明在現有技術2天線閉環STTD中的信號發射方法。
在接收要發射的原始數據碼元時，在發射端中的STTD編碼器20進行編碼並產生第一數據碼元(s1，s2)，它們被發送用於進一步處理並最終被發送到第一天線Tx1。
另一方面，STTD編碼器20進行編碼和處理以產生第二數據碼元(-s2*，s1)。這裡，處理包括將第一數據碼元(s1，s2)分別轉換成共軛的數據碼元(-s2*，s1)。然後，第二數據碼元(-s2*，s1)被發送用於進一步處理，並最終被發送到第二天線Tx2。這裡「*」表示共軛。
從STTD編碼器20輸出的第一數據碼元(s1，s2)在乘法器21中乘以加權值(w1)，然後被發送到第一天線Tx1，同時第二數據碼元(-s2*，s1)在乘法器22中乘以加權值(w2)，然後被發送到第二天線Tx2。
在具有一個接收天線的STTD接收端上，在兩個碼元時期期間(2T)接收的信號能夠被表示為方程式(7)r1＝w1h1s1-w2h2s2*+n1(7)r2＝w1h1s2+w2h2s1*+n2在此h1(＝α1ejθ1)和h2(＝α2ejθ2)表示分別在發射天線Tx1和Tx2和接收天線Rx之間的信道(即，信道響應)，而n1和n2表示附加的白高斯噪聲(AWGN)。
STTD接收端的STTD解碼器23對通過接收天線Rx接收的接收信號(r1，r2)進行空時解碼，然後產生並輸出如下方程式(8)表述的解碼信號(d1，d2)d1＝h1*r1+h2r2*＝(w1|h1|2+w2|h2|2)s1+(w1-w2)h1*h2S2*+(h1*n1+h2n2*)d2＝h1*r2-h2r1*＝(w1|h1|2+w2|h2|2)s2+(w2-w1)h1*h2S1*+(h1*n2-h2n1*)(8)假設(w1|h1|2+w2|h2|2)＝A，(w1-w2)h1*h2＝B，(h1*n1+h2n2*)＝C1和(h1*n2-h2n1*)＝C2，則上述方程式(8)能夠簡化為方程式(9)d1＝AS1+BS2*+C1d2＝AS2-BS1*+C2(9)交叉幹擾轉換單元24處理從STTD解碼器23輸出的解碼信號(d1，d2)，並產生估計(導出)由發射端發射的原始碼元的估計碼元(1，2)。即，為了接收端估計(導出)原始碼元，交叉幹擾轉換單元24使用方程式(10)進行信號處理1＝A*d1-Bd2*＝(|A|2+|B|2)s1+(A*C1-BC2*) (10)2＝A*d2+Bd1*＝(|A|2+|B|2)s2+(A*C2+BC1*)同時，加權計算器25從經由接收天線(Rx1)接收的接收信號(r1，r2)計算加權值(w1，w2)，並將加權值(w1，w2)反饋到STTD發射端的乘法器21和22。這裡，加權計算器25計算在將方程式(w1|h1|2+w2|h2|2)＝A中的值A最大化的加權向量。這樣作的原因是因為，如在方程式(10)所示，值A在確定「每個碼元的功率」，即發送每個數據碼元所需的發射功率中具有最大的影響。也就是說，基於w12+w22＝1和dA/dw2＝0的特性，加權計算器25計算如下方程式(11)所表示的每個加權值(w1，w2)
w1=|h1|2|h1|4+|h2|4,w2=|h2|2|h1|4+|h2|4---(11)]]>鑑於上述情況，本發明人認識到在現有技術方法中的問題。即，加權計算器25計算的加權值不是從最大化估計的碼元發射功率的最佳加權向量導出的。也即，為了最大化在接收端估計(推導)的碼元(1，2)的發射功率，優選地計算將|A|2+|B|2最大化的加權向量。然而，因為現有技術的加權計算方法通過導出僅將A(而不是|A|2+|B|2)最大化的加權向量而產生加權值，現有技術的缺點在於，在接收端估計的碼元(1，2)的發射功率不能夠被最大化。
在使用兩個或多個發射天線時通過使用發射天線分集，不僅通過多個天線的發射單元獲得分集增益，而且也獲得信噪比增益。因此，信噪比增益與使用的發射天線的數目成比例增加。
如圖2所示，目前的UMTS系統一般使用用於兩個發射天線系統的發射分集技術。然而，這個方法限於其中存在進行用於兩個發射天線的發射分集的STTD接收端的情況。因此，如果使用多於兩個發射天線，在適用於兩個發射天線系統的目前標準下工作的STTD接收端可能不能正常工作。
也就是說，現有技術的2天線開環STTD系統和方法(例如，圖2)不能夠直接用於使用兩個以上發射天線的閉環STTD系統。例如，如果要使用四個發射天線而仍使用以兩個天線發送信號的現有技術方法，閉環STTD系統的STTD發射端和STTD接收端的結構需要改變，發射/接收方法也需要改變。
相似地，現有技術4天線開環STTD技術(如圖1)不能夠適用於4天線閉環技術，或至少在試圖進行這樣的應用中會有很多困難。
因此，本發明提供一種閉環STTD的結構和方法，該閉環STTD設計適用於在使用多個(如兩個或更多)發射天線時進行發射天線分集。
在此完全包括上述說明作為參考，其中適於合適地教導附加或替代的細節，特徵和/或技術背景。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種信號發射/接收方法，其中用於四天線發射分集技術的開環STTD能夠用作多天線發射分集技術的閉環STTD。
本發明的另一目的是提供一種信號發射/接收方法，其中即使在使用用於兩個或更多發射天線的發射分集技術時，設計適用於採用兩個天線發射分集技術的閉環STTD系統的STTD接收端能夠正常工作。
本發明的另一目的是提供能夠將在接收端估計的碼元發射功率最大化的加權值計算方法。
為了至少部分或全部實現上述目的，提供在具有多個發射天線的閉環空時發射分集(STTD)系統中的信號發射方法，該方法包括將發射的碼元空時編碼，以將它們分類成確定的組；將加權值乘以每個分類的碼元組，並發射它們；將加權值乘以接收的信號；和空時解碼相乘的信號，以估計發射數據碼元。
優選地，使用兩個或多個發射天線。
優選地，每個發射碼元組包括預定的數據碼元和從預定的數據碼元相移的數據碼元。
優選地，將相同的加權值乘以屬於相同組的數據碼元。
優選地，加權值是與信道向量的信道協方差矩陣的最大本徵值對應的本徵向量。
優選地，在發射中使用的加權值和在接收中使用的加權值是相同的。
該信號發射方法進一步包括本徵分解從接收的信號估計的信道向量的信道協方差矩陣，以計算最大的本徵值和本徵向量；選擇計算的本徵向量作為加權值；和反饋該選擇的加權值到發射端。
優選地，每個接收的信號組包括具有確定的數據碼元的接收信號和具有確定的數據碼元的複數值的接收信號。
為至少部分或整個取得這些優點，進一步提供一種在具有多個發射天線的閉環空時發射分集(STTD)系統中的信號發射方法，其包括空時編碼要發射的碼元；將編碼的碼元分類成確定的組；和用不同的加權值乘以每個發射碼元組，並發射它們。
優選地，使用兩個或多個發射天線。
優選地，每個發射碼元組包括預定的數據碼元和從預定的數據碼元相移的數據碼元。
優選地，基於發射天線的總數確定發射碼元組的數目。
優選地，將相同的加權值乘以屬於相同組的數據碼元。
優選地，加權值是與信道向量的信道協方差矩陣的最大本徵值對應的本徵向量。
為至少部分或全部取得這些優點，進一步提供在具有多個發射天線的閉環空時發射分集(STTD)系統中的信號接收方法，其包括將接收的信號分類成確定的組；和用不同的加權值乘以每個發射碼元組；和空時解碼相乘的信號以估計發射碼元。
優選地，該信號接收方法進一步包括本徵分解從接收信號估計的信道向量的信道協方差矩陣，並計算最大的本徵值和本徵向量；選擇獲得的本徵向量作為加權向量；和將選擇的加權值反饋到發射端。
優選地，加權值與在發射端使用的加權值相同。
優選地，將包括確定的碼元的接收的信號和包括確定的碼元的複數值的接收信號分類成一組。
本發明的其它優點、目的和特徵將在隨後的說明中部分地描述，經過以下檢驗或從本發明的實踐中學習，上述優點、目的和特徵對於本領域的普通技術人員來說是顯而易見的。本發明的目的和優點可以如所附權利要求書中所特別指出的來實現和獲得。


下面參照附圖詳細說明本發明，各圖中的相似的參考數字表示相似的元件。
圖1是採用四天線發射分集技術的普通開環STTD系統；圖2是採用兩天線發射分集技術的普通閉環STTd系統；圖3是根據本發明的實施例的，採用四個天線發射分集技術的閉環STTD系統；圖4是根據本發明實施例的移動通信系統的信號發射方法的流程圖；和圖5是根據本發明實施例的移動通信系統的信號接收方法的流程圖。
具體實施例方式
本發明在例如3GPP開發的通用移動通信系統等移動通信系統(UMTS)中實施。但是，本發明也可以用於根據不同的標準工作的通信系統。另外，本發明也能夠用於使用多個發射天線和多個接收天線的移動通信系統。
具體地說，本發明包括STTD發射端和STTD接收端，並且用在採用天線發射分集技術的閉環STTD中。在這個情況中，STTD發射端可以是基站(或節點B)，並且STTD接收端可以是終端(或用戶設備(UE))在本發明中，如果閉環STTD用於四個發射天線，則每個碼元接收時期從四個發射天線發射的信號被分類成兩個組。
這時，按照需要，通過在STTD發射端中的不同組件能夠進行信號(具有要被發射的數據碼元)的分組。具體的說，能夠使用作為基站(節點B)的一部分的硬體和/或軟體進行需要的分組過程。例如，在發射端的STTD編碼器能夠包括按照希望進行信號分組的硬體和/或軟體。
另外，在接收端(終端)也提供適當的硬體和/或軟體。例如，在接收端的STTD解碼器能夠包括基於接收的分組信號進行處理的硬體和/或軟體。
即，基站(節點B)能夠包括進行處理的信號處理硬體和/或軟體，和將輸入的信號(其中具有數據碼元)分類成包括一個或多個第一碼元和從第一碼元相移的一個或多個碼元的第一組，和包括一個或多個第二碼元和從第二碼元相移的一個或多個碼元的第二組。因此，即使使用四個發射天線，實際上一個碼元間隔發射兩個碼元。因此，本發明實施例提出一種系統和方法，其中，來自四個發射天線的數據碼元被分類成兩組，並且強兩個加權值乘以STTD編碼的信號。
另外，本發明提供一種系統和發射方法，其中即使使用多(兩個或更多)天線發射分集技術，如下面進一步說明的四天線發射分集技術，也能夠正常使用設計適於採用兩天線發射分集技術的閉環STTD系統的STTD接收端。
下面參照

本發明實施例。
圖3是根據本發明實施例的四天線發射分集技術的閉環STTD系統。這裡，能夠理解僅為了示範而說明四天線發射分集技術，並且其它的多天線發射分集技術也在本發明的範圍內。
如圖3所示，閉環STTD系統包括具有四個發射天線(A1-A4)的STTD發射端，和具有一個接收天線(Rx)的STTD接收端。
STTD發射端包括STTD編碼器30，其用於空時編碼發射的碼元；乘法器31和32，用於將確定的增益(χ和ζ)乘以從STTD編碼器30輸出的碼元；乘法器33和34，其用於將從STTD接收端反饋的加權值(w1，w2)乘以乘法器31和32的輸出；發射天線(A1，A3)，其用於發射乘法器31和32的輸出；乘法器35和36，其用於將乘法器31和32的輸出轉移確定的相位(θ1，θ2) 乘法器37和38，其用於將從STTD接收端反饋的加權值(w1，w2)乘以乘法器31和32的輸出；和發射天線A2和A4，其用於發射乘法器37和38的輸出。
STTD的接收端包括一個接收天線(Rx)；加權乘法器單元40，其用於將通過接收天線Rx接收的信號分類成兩個組，並乘以和在STTD發射端使用的相同的加權值；發射碼元估計器41，其用於處理加權乘法器單元40的輸出信號，以估計發射碼元；和加權計算器42，其用於從接收的信號計算加權值，並將其反饋到STTD發射端。
加權乘法器單元40能夠包括兩個加權乘法器40-1和40-2，且發射碼元估計器41能夠包括兩個改型的STTD解碼器41-1和41-2。
下面參照圖3到5說明根據本發明的閉環STTD系統的工作。
如圖3所示，在四碼元時期(即間隔)期間輸入數據碼元時，STTD編碼器30進行編碼，並輸出發送的第一數據碼元(s1、s2、s3、s4)用於處理，並最後經由天線A1和A2發射。同時STTD編碼器30進行編碼，並將輸入的碼元轉換成共軛的值，以產生發送的第二數據碼元(-s2*、s1*、-s4*、s3*)用於進一步處理，並最終經由天線A3和A4發射。這裡「*」表示共軛。
對於從STTD編碼器30輸出的第一數據碼元(s1、s2、s3、s4)，由乘法器31乘以第一增益(χ)以獲得結果值，然後乘法器33將第一加權值(w1)乘以該結果值。然後，乘法器35將乘法器31的輸出延遲相位(θ1)，然後該值由乘法器37乘以加權值(w1)。
對於從STTD編碼器30輸出的第二數據碼元(-s2*、s1*、-s4*、s3*)，乘法器32對其乘以第二增益(ξ)以獲得結果值，然後乘法器34將第二加權值(w2)乘以該結果值。然後，乘法器32的輸出在乘法器36中延遲相位(θ2)，並在乘法器38中乘以加權值(w2).
在上述中，為了方便僅假設增益χ和ξ為」1」。因此，對每個數據碼元時期(T)，通過每個發射天線(A1-A4)發射的信號能夠表達為方程式(12)
A1A2A3A4=s1w1s2w1s3w1s4w1ej1s1w1ej1s2w1ej1s3w1ej1s4w1-s2*w2s1*w2-s4*w2s3*w2-ej2s2*w2ej2s1*w2-ej2s4*w2ej2s3*w2---(12)]]>這裡，對每個數據碼元時期(T)，通過四個發射天線(A1-A4)發射的信號能夠由基站(節點B)中的適當的硬體和/或軟體分類成兩組。例如，數據碼元s1和從數據碼元s1相移的數據碼元ejθ1s1能夠被分類為一組，同時數據碼元s2和從數據碼元s2相移的數據碼元ejθ2s2能夠被分類為一組。
即，通過發射天線A1和A2發射的數據碼元包括一組，同時通過發射天線A3和A4發射的數據碼元包括另一個組。這是因為即使使用四個天線，在一個數據碼元時期實際上僅發射兩個碼元。
因此，在本發明中，要被通過四個天線發射的數據碼元被分類成兩組(步驟S10)，並且向該分類的數據碼元組乘以兩個加權值(w1，w2)，並通過發射天線(A1-A4)發射(步驟S11-S12)。這個操作重複進行直到發射了每個數據碼元(步驟S13)。
此時，在四個碼元時期(4T)期間接收的信號(r1，r2，r3，r4)能夠用方程式(13)表達r1＝w1(h1+h2ejθ1)s1-w2(h3+h4ejθ2)s2*+n1r2＝w1(h1+h2ejθ1)s2+w2(h3+h4ejθ2)s1*+n2(13)r3＝w1(h1+h2ejθ1)s3-w2(h3+h4ejθ2)s4*+n3r4＝w1(h1+h2ejθ1)s4+w2(h3+h4ejθ2)s3*+n4這裡s1-s4是發射的數據碼元，n1-n4是附加的白高斯噪聲(AWGN)，h1-h4分別是在發射天線(A1-A4)和接收天線(Rx)之間的信道(即信道響應)。θ1和θ2是，例如，能夠從短查詢表獲取的旋轉相位。
在方程式(13)中，在分別用「a」和「b」代替h1+h2ejθ1和h3+h4ej θ2時，方程式(14)能夠表示在四個碼元時期接收的信號r1＝w1as1-w2bs2*+n1r2＝w1as2+w2bs1*+n2(14)r3＝w1as3-w2bs4*+n3r4＝w1as4+w2bs3*+n4因此，通過分組接收的信號(r1，r2)能夠正確估計通過發射天線A1和A2發射的原始數據碼元(s1，s2)，同時通過分組接收的信號(r3，r4)能夠正確估計通過發射天線A3和A4發射的原始數據碼元(s3，s4)(步驟S20)。
一旦輸入接收的信號(r1-r4)，STTD接收端的加權乘法器單元40使用兩個乘法器40-1和40-2，分別將加權值(w1，w2)乘以被分類成兩組的接收信號，因此產生信號(z1，z2)和信號(z3，z4)。這裡，僅是為了方便，信號(z1，z2)和信號(z3，z4)被稱為「中間信號」在接收端，與其中信道(如，h1-h4)被乘以接收信號(r1-r4)中的現有技術的STTD解碼不同，在本發明中，加權值(w1，w2)乘以接收信號(r1，r4)。
也就是，使用與在STTD發射端使用的相同的加權值產生各組信號，並且從相應的各組信號最終估計發射碼元。這樣作是因為，在實驗中本發明人發現，在乘以加權值後估計(導出)的發射碼元能夠獲得更好的檢測性能。
從加權乘法器單元40的加權乘法器40-1輸出的中間信號(z1，z2)能夠用方程式(15)表示z1＝w1*r1+w2r2*＝(a|w1|2+b*|w2|2)s1+(a*-b)w1*w2s2*+(w1*n1+w2n2*)z2＝w1*r2-w2r1*＝(a|w1|2+b*|w2|2)s2+(b-a*)w1*w2s1*+(w1*n2-w2n1*)
(15)通過(a|w1|2+b*|w2|2)＝X，(a*-b)w1*w2＝Y，(w1*n1+w2n2*)＝M1，和(w1*n2-w2n1*)＝M2的代換，獲得下面的方程式(16)z1＝Xs1+Ys2*+M1z2＝Xs2-Ys1*+M2(16)因此，發射系統估計器41的改型的STTD解碼器41-1和41-2對從加權乘法器41-1輸出的中間信號(z1，z2)，(z3，z4)進行解碼，並產生在STTD發射端估計的碼元(1，2)，(3，4)(步驟S21)。即，改型的STTD解碼器31-1對從加權乘法器30-1輸出的中間信號(z1，z2)應用方程式(17)，以獲得碼元(1，2)的估計1＝X*z1-Yz2*＝(|X|2+|Y|2)s1+(X*M1-YM2*) (17)2＝X*z2+Yz1*＝(|X|2+|Y|2)s2+(X*M2+YM1*)在上面說明中，僅提及從加權乘法器40-1輸出的中間值(z1，z2)，但是，上述的相同過程也適用於從加權乘法器42-2輸出的中間信號(z3，z4)。
即，使用加權乘法器42-2和改型的STTD解碼器41-2處理另一接收的信號組(r3，r4)，以獲得估計碼元(3，4)，用於導出從STTD發射端發射的原始數據碼元。
同時，加權計算器42接收通過接收天線Rx接收的信號(r1-r4)，選擇與信道矩陣的最大本徵值對應的本徵向量，並且按照如下方程式(18)計算加權值(w1，w2)H＝(α，β)TR＝HHH(18)RW＝λW
這裡，H＝(α，β)T表示被分類成兩組的信道向量的信道協方差矩陣，「R」表示自協方差矩陣，「λ」是自協方差矩陣的最大本徵值，且「W」表示對應於最大本徵值的本徵向量。
即，加權計算器42估計被分成兩組的信道向量 ，並對信道向量 的估計的信道協方差矩陣進行本徵分解，從而獲得最大本徵值(λ)和對應於最大本徵值的本徵向量(W)(步驟S22)。
因此，加權計算器42選擇加權值(w1，w2)作為對應於信道向量的最大本徵值(λ)的本徵向量(W)，並將它們反饋到STTD發射端(步驟S23)。
在上述中，應注意，僅示範地說明了四天線閉環STTD系統和方法，能夠理解，本發明可用於使用偶數發射天線的任何閉環STTD。這是因為，在一個組內的兩個天線之一發射相同但是具有不同相位的信號。因此，對兩組信號僅需考慮兩個加權值。
如上所述，本發明的信號發射和接收方法具有很多優點。
首先，通過擴展現有技術的開環STTD系統能力，以適用於四天線閉環STTD系統，除了STTD的增益，也能夠獲得閉環系統的增益，因此，能夠加強無線電(或無線)通信質量。
第二，不改變STTD發射和接收端的結構，使用兩個天線的現有技術的閉環STTD系統被實現為使用四個天線的閉環STTD系統。
第三，通過對在STTD接收端估計的信道向量進行本徵分解，將對應信道向量的信道協方差矩陣的最大本徵值的本徵向量選擇為加權值，並將其反饋到STTD發射端。因此，能夠最大化在接收端估計的碼元的發射功率。
上述的實施例和優點僅是例示的，不能認為是限定本發明。本發明能夠用於其它類型裝置。本發明的說明是為了解釋，不是限定權利要求的範圍。本領域的普通技術人員可以做出很多替代，修改和變更。在權利要求中，任何裝置加功能的條款是為了涵蓋進行所述功能的在此說明的結構，不僅是結構的等效物而且是等效的結構。
權利要求
1.一種在具有多個發射天線的閉環空時發射分集(STTD)系統中的信號發射方法，其包括將發射的碼元編碼，以將它們分類成確定的碼元組；將加權值乘以每個分類的碼元組，並發射每個碼元組；將加權值乘以接收的信號；和解碼相乘的信號，以估計發射數據碼元。
2.如權利要求1所述的方法，其中，提供兩個或多個發射天線。
3.如權利要求1所述的方法，其中，該每個發射碼元組包括預定碼元和從預定碼元相移的碼元。
4.如權利要求1所述的方法，其中，將相同的加權值乘以屬於相同組的碼元。
5.如權利要求1所述的方法，其中，該加權值是與信道向量的信道協方差矩陣的最大本徵值對應的本徵向量。
6.如權利要求1所述的方法，其中，該在發射中的加權值和該在接收中的加權值是相同的。
7.如權利要求1所述的方法，其進一步包括本徵分解從接收的信號估計的信道向量的信道協方差矩陣，以計算最大的本徵值和本徵向量；選擇計算的本徵向量作為加權值；和反饋該選擇的加權值到發射端。
8.如權利要求1所述的方法，其中，該每個接收的信號組包括具有確定的碼元的接收信號和具有確定的碼元的複數值的接收信號。
9.一種在具有多個發射天線的閉環空時發射分集(STTD)系統中的信號發射方法，包括空時編碼要發射的碼元；將編碼的碼元分類成確定的碼元組；和用不同的加權值乘以每個發射碼元組，並發射每個碼元組。
10.如權利要求9所述的方法，其中，使用兩個或多個發射天線。
11.如權利要求9所述的方法，其中，該每個發射碼元組包括預定碼元和從預定碼元相移的碼元。
12.如權利要求9所述的方法，其中，該發射碼元組的數目基於發射天線的總數。
13.如權利要求9所述的方法，其中，將相同的加權值乘以屬於相同組的碼元。
14.如權利要求9所述的方法，其中，該加權值是與信道向量的信道協方差矩陣的最大本徵值對應的本徵向量。
15.一種在具有多個發射天線的閉環空時發射分集(STTD)系統中的信號接收方法，包括將接收的信號分類成確定的信號組；用不同的加權值乘以每個信號組；和空時解碼相乘的信號，以估計發射碼元。
16.如權利要求15所述的方法，其進一步包括本徵分解從接收信號估計的信道向量的信道協方差矩陣，並計算最大的本徵值和本徵向量；選擇獲得的本徵向量作為加權向量；和將選擇的加權值反饋到發射端。
17.如權利要求15所述的方法，其中，該加權值是與在發射端中使用的加權值相同的。
18.如權利要求15所述的方法，其中，該具有確定的碼元的接收的信號和具有確定的碼元的複數值的接收信號被分類成一個信號組。
19.一種無線通信發射裝置，其包括空時發射分集(STTD)編碼器，其用於編碼數據碼元，並從該編碼的數據碼元產生第一編碼碼元和第二編碼碼元；第一乘法單元，其用於將第一加權值乘以來自STTD編碼器的第一編碼碼元以產生第一加權碼元，該第一加權值是從接收端反饋的；和第二乘法單元，其用於將第二加權值乘以來自STTD編碼器的第二編碼碼元以產生第二加權碼元，該第二加權值是從接收端反饋的。
20.如權利要求19所述的裝置，進一步包括第一天線單元，其具有至少兩個發射天線，以發射從第一乘法單元接收的第一加權碼元；和第二天線單元，其具有至少兩個發射天線，以發射從第二乘法單元接收的第二加權碼元。
21.如權利要求19所述的裝置，其中，該STTD編碼器另外將數據碼元分類成組，並且根據分類的組產生第一和第二編碼碼元。
22.一種無線通信接收裝置，其包括接收天線，其接收從發射端發射的數據碼元；加權計算器，其產生用於接收的數據碼元的加權值，並將該加權值反饋到發射端；加權乘法單元，其將該加權值用於數據碼元的每個組，以產生中間值；和空時發射分集(STTD)解碼器，其解碼中間值，並使用該中間值估計數據碼元。
23.如權利要求22所述的裝置，其中，該加權乘法單元包括多個加權乘法器。
24.如權利要求22所述的裝置，其中，該加權乘法器的總數等於數據碼元組的總數。
全文摘要
公開了從採用四個天線發射分集技術的開環STTD系統擴展的閉環STTD系統及其信號發射方法。在具有多個發射天線的閉環空時發射分集(STTD)系統中的信號發射方法包括空時編碼要發射的碼元；將編碼的碼元分類成確定的組；和用不同的加權值乘以每個發射碼元組，並將它們發射。
文檔編號H04B7/02GK1692572SQ200380100561
公開日2005年11月2日 申請日期2003年10月1日 優先權日2002年10月2日
發明者沈東熙, 金奉會 申請人:Lg電子株式會社