專利名稱：利用多輸入多輸出方案的移動(dòng)通信系統(tǒng)中編碼/解碼時(shí)空塊代碼的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及編碼/解碼代碼的裝置與方法，更具體地涉及利用多輸入多輸出(MIMO)方案的移動(dòng)通信系統(tǒng)中編碼/解碼時(shí)空塊代碼以最大化分集增益與數(shù)據(jù)傳送速度的裝置與方法。
背景技術(shù)：
通信技術(shù)的首要問題是如何能夠通過選定的信道高效可靠地傳送數(shù)據(jù)。在當(dāng)前開發(fā)的下一代多媒體移動(dòng)通信系統(tǒng)中，重要的是根據(jù)用于基于無線數(shù)據(jù)提供除基本語音通信之外的各種服務(wù)的高速通信系統(tǒng)要求，通過采用對于系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)男诺谰幋a方案，來提高系統(tǒng)效率。
但是，與有線信道不同，由于幾個(gè)因素，例如多徑干擾、陰影、傳播衰減、時(shí)變噪聲、干擾、以及衰落，移動(dòng)通信系統(tǒng)中的無線信道條件會(huì)產(chǎn)生不可避免的誤差，由此造成信息丟失。
信息丟失會(huì)造成嚴(yán)重的失真，這會(huì)降低整體性能。一般地，為了減少該信息丟失，根據(jù)信道特性，采用各種誤差控制技術(shù)，由此提高系統(tǒng)可靠性。這些誤差控制技術(shù)中最基本的方案為采用糾錯(cuò)代碼的方案。
另外，采用分集方案，以去除由于衰落的通信不穩(wěn)定性。分集方案分類為時(shí)間分集方案與空間分集方案，例如頻率分集方案或天線分集方案。
此處，天線分集方案表示采用多個(gè)天線的方案，該方案分為具有多個(gè)接收天線的接收天線分集方案、具有多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射天線分集方案、以及具有多個(gè)接收天線與多個(gè)發(fā)射天線的MIMO方案。
MIMO方案表示一種時(shí)空編碼(STC)方案，其為預(yù)定編碼方案，通過該方案借助多個(gè)發(fā)射天線發(fā)射已編碼信號(hào)，從而將時(shí)間域中的編碼擴(kuò)展到空間域，由此達(dá)到較低的誤差率。Vahid Tarokh(參考文件；Vahid Tarokh，″SpaceTime Block Coding From Orthogonal Design，″Institute of Electrical andElectronics Engineers(IEEE)Trans.on Info.，Theory，Vol.45，pp.1456-1467，July1999)提出了時(shí)空塊編碼(STBC)方案(為了高效利用天線分集方案而提出的方案之一)。時(shí)空塊編碼方案為擴(kuò)展方案，使得S.M.Alamouti(參考文件；S.M.Alamouti，″A Simple Transmitter Diversity Scheme For WirelessCommunications″，IEEE Journal on Selected Area in Communications，Vol.16，pp.1451-1458，Oct.1998)提出的發(fā)射天線分集方案可以應(yīng)用到至少兩個(gè)發(fā)射天線。
此后，將參照圖1描述采用Vahid Tarokh提出的STBC方案以及四個(gè)發(fā)射天線(Tx.ANT)的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)。
圖1為顯示采用Vahid Tarokh提出的STBC方案以及四個(gè)發(fā)射天線(Tx.ANT)的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
該發(fā)射機(jī)包括調(diào)制器100、串并(S/P)轉(zhuǎn)換器102、時(shí)空塊編碼器104、以及四個(gè)發(fā)射天線(為第一發(fā)射天線(Tx.ANT 1)106至第四發(fā)射天線(Tx.ANT4)112)。
當(dāng)信息數(shù)據(jù)比特輸入調(diào)制器100時(shí)，調(diào)制器100通過利用預(yù)定調(diào)制方案調(diào)制輸入信息數(shù)據(jù)比特，創(chuàng)建調(diào)制碼元，然后將調(diào)制碼元輸出到S/P轉(zhuǎn)換器102。此處，調(diào)制方案可以為以下中的一個(gè)二相移鍵控(BPSK)方案、正交相移鍵控(QPSK)方案、正交幅度調(diào)制(QAM)方案、脈沖幅度調(diào)制(PAM)方案、相移鍵控(PSK)方案等等。
S/P轉(zhuǎn)換器102接收從調(diào)制器100輸出的串行調(diào)制碼元，將串行調(diào)制碼元轉(zhuǎn)換為并行調(diào)制碼元，然后將轉(zhuǎn)換后的碼元輸出到時(shí)空塊編碼器104。此處，假定從調(diào)制器100輸出的串行調(diào)制碼元為‘s1s2s3s4’。時(shí)空塊編碼器104通過時(shí)空編碼從S/P轉(zhuǎn)換器102接收的四個(gè)調(diào)制碼元(s1，s2，s3，s4)，輸出等式(1)中的調(diào)制碼元。
G4=s1s2s3s4-s2s1-s4s3-s3s4s1-s2-s4-s3s2s1s1*s2*s3*s4*-s2*s1*-s4*s3*-s3*s4*s1*-s2*-s4*-s3*s2*s1*---(1)]]>在等式(1)中，G4表示對于通過四個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的碼元的編碼矩陣。在等式(1)的矩陣中，每行的每個(gè)元素對應(yīng)于時(shí)隙，每列的每個(gè)元素對應(yīng)于對應(yīng)時(shí)隙處的每個(gè)發(fā)射天線。
即，在第一時(shí)隙處，分別通過第一發(fā)射天線106至第四發(fā)射天線112，發(fā)射碼元s1，s2，s3，s4。類似地，在第八時(shí)隙處，分別通過第一發(fā)射天線106至第四發(fā)射天線112，發(fā)射碼元-s4*，-s3*，s2*，s1*。
如參照等式(1)所述，時(shí)空塊編碼器104通過對輸入的調(diào)制碼元進(jìn)行負(fù)運(yùn)算與共軛運(yùn)算，控制輸入的調(diào)制碼元，以通過四個(gè)發(fā)射天線在八個(gè)時(shí)隙處發(fā)射。此處，可以達(dá)到對應(yīng)于分集級(jí)別(order)的分集增益，這是因?yàn)橥ㄟ^四個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的碼元相互正交。
參照圖1描述了采用Vahid Tarokh提出的STBC方案以及四個(gè)發(fā)射天線(Tx.ANT)的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)。此后，將參照圖2描述對應(yīng)于圖1所示發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)的接收機(jī)結(jié)構(gòu)。
在圖2中，接收機(jī)包括多個(gè)接收天線(例如P個(gè)接收天線；第一接收天線(Rx.ANT 1)200至第P接收天線(Rx.ANT P)202)、信道估計(jì)器204、信號(hào)組合器206、檢測器208、并串(P/S)轉(zhuǎn)換器210、以及解調(diào)器212。雖然假定接收機(jī)中接收天線數(shù)目不同于對應(yīng)于圖2接收機(jī)的發(fā)射機(jī)中發(fā)射天線數(shù)目，但是可以設(shè)想接收天線數(shù)目可以等于發(fā)射天線數(shù)目。
如參照圖1所述，在發(fā)射機(jī)中通過四個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的信號(hào)分別通過第一接收天線200至第P接收天線202接收。第一接收天線200至第P接收天線202中的每一個(gè)將每個(gè)收到的信號(hào)輸出到信道估計(jì)器204與信號(hào)組合器206。
信道估計(jì)器204接收從第一接收天線200至第P接收天線202輸入的信號(hào)，估計(jì)表示信道增益的信道系數(shù)，并且將信號(hào)輸出給檢測器208與信號(hào)組合器206。信號(hào)組合器206接收從第一接收天線200至第P接收天線202輸入的信號(hào)、以及從信道估計(jì)器204輸出的信號(hào)，組合信號(hào)以產(chǎn)生接收碼元，然后將接收碼元輸出到檢測器208。
檢測器208通過將從信號(hào)組合器206輸出的接收碼元乘以從信道估計(jì)器204輸出的信道系數(shù)來生成假設(shè)碼元，利用假設(shè)碼元、對可在發(fā)射機(jī)中發(fā)射的所有碼元計(jì)算判決統(tǒng)計(jì)，并且通過門限檢測、檢測在發(fā)射機(jī)中發(fā)射的調(diào)制碼元，從而輸出調(diào)制碼元至并/串轉(zhuǎn)換器210。
P/S轉(zhuǎn)換器210接收并且轉(zhuǎn)換從檢測器208輸出的并行調(diào)制碼元為串行調(diào)制碼元，然后將轉(zhuǎn)換后碼元輸出到解調(diào)器212。解調(diào)器212接收從P/S轉(zhuǎn)換器210輸出的串行調(diào)制碼元，并且利用對應(yīng)于發(fā)射機(jī)中調(diào)制器100所采用的調(diào)制方案的解調(diào)方案，通過解調(diào)串行調(diào)制碼元，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)比特。
如上所述，S.M.Alamouti提出的時(shí)空塊編碼方案不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)率損失，并且可以提供與發(fā)射天線數(shù)目相同的最大分集級(jí)別，即使當(dāng)發(fā)射機(jī)通過兩個(gè)發(fā)射天線發(fā)射復(fù)數(shù)碼元時(shí)也如此。
Vahid Tarokh提出的、通過擴(kuò)展S.M.Alamouti提出的時(shí)空塊編碼方案的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)兩者的結(jié)構(gòu)(參照圖1與2描述)可以在具有相互正交的列的某種矩陣中利用時(shí)空塊代碼，提供最大分集級(jí)別，另外，參照圖1與2描述的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)兩者的結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)率減少一半，這是因?yàn)樗膫€(gè)復(fù)數(shù)碼元在八個(gè)時(shí)隙處發(fā)射。另外，在快速衰落條件下，該結(jié)構(gòu)會(huì)降低接收性能，這是因?yàn)樾枰藗€(gè)時(shí)隙來發(fā)射一個(gè)信號(hào)塊(即四個(gè)碼元)。
當(dāng)基于如上所述的時(shí)空塊編碼方案通過至少四個(gè)發(fā)射天線發(fā)射信號(hào)時(shí)，發(fā)射N個(gè)碼元需要2xn個(gè)時(shí)隙，由此增加了延時(shí)、并且產(chǎn)生了數(shù)據(jù)率損失。
為了設(shè)計(jì)多天線通信系統(tǒng)(其通過至少三個(gè)發(fā)射天線發(fā)射信號(hào))中具有全速率(full rate)的方案，Giannakis小組提出了基于復(fù)數(shù)域星座旋轉(zhuǎn)的、利用四個(gè)發(fā)射天線的全分集全速率(full diversity full rate FDFR)STBC方案。
此后，將參照圖3描述采用Giannakis小組提出的STBC方案以及四個(gè)發(fā)射天線的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)。
在圖3中，該發(fā)射機(jī)包括調(diào)制器300、前置編碼器302、時(shí)空映射器304、以及四個(gè)發(fā)射天線(為第一發(fā)射天線(Tx.ANT 1)306至第四發(fā)射天線(Tx.ANT 4)312)。如果輸入信息數(shù)據(jù)比特，則調(diào)制器300通過利用預(yù)定調(diào)制方案調(diào)制該信息數(shù)據(jù)比特，生成調(diào)制碼元，然后將調(diào)制碼元輸出到前置編碼器302。此處，調(diào)制方案可以為以下中的一個(gè)BPSK方案、QPSK方案、QAM方案、PAM方案、以及PSK方案。
前置編碼器302接收從調(diào)制器300輸出的四個(gè)調(diào)制碼元(即d1，d2，d3，d4)，編碼碼元，從而可以在信號(hào)空間中發(fā)生信號(hào)旋轉(zhuǎn)，并且將編碼信號(hào)輸出到時(shí)空映射器304。此處，假定包含從調(diào)制器300輸出的四個(gè)調(diào)制碼元的輸入調(diào)制碼元流被稱為“d”。前置編碼器302通過對輸入調(diào)制碼元流d進(jìn)行等式(2)的運(yùn)算，生成復(fù)數(shù)向量“r”，并且將向量r輸出到時(shí)空映射器304。
r=Θd=1α01α02α031α11α12α131α21α22α231α31α32α33d1d2d3d4=r1r2r3r4---(2)]]>在等式2中，Θ表示前置編碼矩陣。Giannakis小組提出的時(shí)空塊編碼方案采用Vandermonde矩陣(酉矩陣)作為前置編碼矩陣。另外，等式2中的αi表達(dá)為等式(3)αi＝exp(j2π(i+1/4)/4)，i＝0，1，2，3...(3)Giannakis小組提出的STBC方案不僅適合如上所述的利用四個(gè)發(fā)射天線的情況，而且可以容易地用于利用多于四個(gè)發(fā)射天線的情況。時(shí)空映射器304接收從前置編碼器302輸出的信號(hào)并對其進(jìn)行時(shí)空編碼，然后輸出該信號(hào)作為等式(4)中調(diào)制碼元S=r10000r20000r30000r4---(4)]]>在等式(4)中，S表示通過四個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的碼元的編碼矩陣。在等式(4)的矩陣中，每行的每個(gè)元素對應(yīng)于時(shí)隙，每列的每個(gè)元素對應(yīng)于在對應(yīng)時(shí)隙處的每個(gè)發(fā)射天線。
換言之，在第一時(shí)隙處，通過第一發(fā)射天線306發(fā)射碼元r1，并且不從剩余發(fā)射天線(即第二發(fā)射天線308至第四發(fā)射天線312)發(fā)射信號(hào)。類似地，在第四時(shí)隙處，通過第四發(fā)射天線312發(fā)射碼元r4，并且不從剩余發(fā)射天線(即第一發(fā)射天線306至第三發(fā)射天線310)發(fā)射信號(hào)。
等式(4)中的碼元通過無線信道在接收機(jī)(未顯示)中接收。接收機(jī)通過最大似然(ML)解碼方案恢復(fù)調(diào)制碼元流d。結(jié)果，接收機(jī)恢復(fù)信息數(shù)據(jù)比特。
Tae Jin Jeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)在2003年提出鏈接代碼與前置編碼器，其編碼增益高于Giannakis小組提出的時(shí)空塊編碼方案。Tae JinJeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)通過對S.M.Alamouti提出的時(shí)空塊代碼進(jìn)行鏈接，而非利用Giannakis小組提出的對角矩陣，進(jìn)行了很大提高。
此后，將參照圖4描述采用Tae Jin Jeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的STBC方案以及四個(gè)發(fā)射天線的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)。
圖4為顯示采用Tae Jin Jeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的STBC方案以及四個(gè)發(fā)射天線的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
該發(fā)射機(jī)包括前置編碼器400、映射器402、延遲單元404、Alamouti編碼器406與408、以及第一發(fā)射天線(Tx.ANT 1)410至第四發(fā)射天線(Tx.ANT 4)416)。如果輸入信息數(shù)據(jù)比特，則前置編碼器400接收四個(gè)調(diào)制碼元，編碼調(diào)制碼元，從而可以在信號(hào)空間中發(fā)生信號(hào)旋轉(zhuǎn)，然后將編碼碼元輸出到映射器402。此后，假定包含四個(gè)調(diào)制碼元的輸入調(diào)制碼元流被稱為“d”。前置編碼器400接收輸入調(diào)制碼元流d，并且可以前置編碼該輸入調(diào)制碼元流d，如等式(5)所示r=Θd1α01α02α031α11α12α131α21α22α231α31α32α33d1d2d3d4=r1r2r3r4---(5)]]>在等式(5)中，αi等于‘αi＝exp(j2π(i+1/4)/4)，i＝0，1，2，3’。映射器402接收從前置編碼器400輸出的信號(hào)，并且輸出基于兩個(gè)元素([r1，r2]，[r3，r4])形成的向量。換言之，映射器402輸出([r1，r2]T)與([r3，r4]T。
([r1，r2]T)輸入到Alamouti編碼器406，([r3，r4]T)輸入延遲單元404。延遲單元404延遲([r3，r4]T)一個(gè)時(shí)間段，然后將延遲的([r3，r4]T)輸出到Alamouti編碼器408。此處，Alamouti編碼器表示采用S.M.Alamouti提出的時(shí)空塊編碼方案的編碼器。
Alamouti編碼器406控制從映射器402輸出的([r1，r2]T)，以在第一時(shí)隙處通過第一發(fā)射天線410與第二發(fā)射天線412發(fā)射。Alamouti編碼器408控制從映射器402輸出的([r1，r2]T)，以在第二時(shí)隙處通過第三發(fā)射天線414與第四發(fā)射天線416發(fā)射。用于通過多個(gè)天線發(fā)射Alamouti編碼器406與408的輸出信號(hào)的編碼矩陣由等式(6)表示S=r1r200-r2*r1*0000r3*r4*00-r4*r3*---(6)]]>
等式6所示的編碼矩陣與等式4所示的編碼矩陣不同之處在于等式6所示的編碼矩陣不是對角矩陣，但是通過Alamouti方案實(shí)現(xiàn)。與Giannakis小組提出的時(shí)空塊編碼方案相比，Tae Jin Jeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的時(shí)空塊編碼方案通過采用基于Alamouti方案的發(fā)射類型，增加了編碼增益。
但是，當(dāng)采用Tae Jin Jeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的時(shí)空塊編碼方案時(shí)，接收機(jī)必須對從前置編碼器輸出的所有可能元素進(jìn)行運(yùn)算，以恢復(fù)發(fā)射機(jī)中發(fā)射的信息數(shù)據(jù)比特。例如，當(dāng)發(fā)射天線數(shù)目為四時(shí)，必須對所有16個(gè)元素進(jìn)行運(yùn)算，并且沒有值為零的元素。即，在接收機(jī)中，計(jì)算量所導(dǎo)致的負(fù)擔(dān)增加，這是因?yàn)榘l(fā)射機(jī)中發(fā)射的信息數(shù)據(jù)比特通過ML解碼方案恢復(fù)。
相應(yīng)地，希望提供一種時(shí)空塊編碼的裝置與方法，其通過全分集全速率最小化復(fù)雜度與計(jì)算量。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，作出本發(fā)明以解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)生的上述問題，并且本發(fā)明的目的在于提供一種裝置與方法，用來在MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中編碼/解碼具有全分集全速率的時(shí)空塊代碼。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種裝置與方法，用來在MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中編碼/解碼時(shí)空塊代碼，同時(shí)最小化復(fù)雜度與計(jì)算量。
為了達(dá)到以上目的，提供了一種采用多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)中編碼時(shí)空塊代碼的裝置，該裝置包括前置編碼器，用于如果輸入待發(fā)射的信號(hào)，則根據(jù)預(yù)定編碼方案對該發(fā)射信號(hào)進(jìn)行前置編碼；時(shí)空映射器，用于根據(jù)發(fā)射天線的數(shù)目，時(shí)空映射該前置編碼的信號(hào)，以采用預(yù)定的時(shí)空塊編碼方案；以及多個(gè)編碼器，用于通過將預(yù)定時(shí)空塊編碼方案用于時(shí)空映射的信號(hào)，借助發(fā)射天線發(fā)射該時(shí)空映射的信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種采用包括第一發(fā)射天線、第二發(fā)射天線、第三發(fā)射天線、第四發(fā)射天線的四個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)中編碼時(shí)空塊代碼的裝置，該裝置包含前置編碼器，用于如果輸入待發(fā)射的碼元流‘d1d2d3d4，則根據(jù)預(yù)定前置編碼矩陣前置編碼該輸入碼元流‘d1d2d3d4，以生成前置編碼的碼元流‘r1r2r3r4’；映射器，用于時(shí)空映射前置編碼的‘r1r2r3r4’，以采用預(yù)定的時(shí)空塊編碼方案，以生成時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’；以及兩個(gè)編碼器，用于通過將預(yù)定時(shí)空塊編碼方案用于時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’，借助發(fā)射天線發(fā)射時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種采用至少一個(gè)接收天線的接收機(jī)中解碼時(shí)空塊代碼的裝置，該時(shí)空塊代碼在發(fā)射機(jī)中通過利用預(yù)定前置編碼矩陣由多個(gè)發(fā)射天線發(fā)射，該裝置包含信道響應(yīng)矩陣生成器，用來如果通過接收天線收到信號(hào)，則通過對收到的信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，生成信道響應(yīng)矩陣；信號(hào)組合器，用來在考慮信道響應(yīng)矩陣的情況下組合收到的信號(hào)；以及多個(gè)信號(hào)確定單元，用來在考慮信道響應(yīng)矩陣的情況下，根據(jù)組合的信號(hào)，恢復(fù)在發(fā)射機(jī)中發(fā)射的時(shí)空塊代碼作為信息碼元。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種采用多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)中編碼時(shí)空塊代碼的方法，該方法包含以下步驟如果輸入待發(fā)射的信號(hào)，則根據(jù)預(yù)定編碼方案前置編碼該發(fā)射信號(hào)；根據(jù)發(fā)射天線的數(shù)目，時(shí)空映射該前置編碼的信號(hào)，以采用預(yù)定的時(shí)空塊編碼方案；以及通過將預(yù)定時(shí)空塊編碼方案用于時(shí)空映射的信號(hào)，借助發(fā)射天線發(fā)射時(shí)空映射的信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種采用包括第一發(fā)射天線、第二發(fā)射天線、第三發(fā)射天線、第四發(fā)射天線的四個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)中編碼時(shí)空塊代碼的方法，該方法包含以下步驟如果輸入待發(fā)射的輸入碼元流‘d1d2d3d4，則根據(jù)預(yù)定編碼矩陣前置編碼該輸入碼元流‘d1d2d3d4，以生成前置編碼的碼元流‘r1r2r3r4’；時(shí)空映射該前置編碼的‘r1r2r3r4’，以采用預(yù)定的時(shí)空塊編碼方案，以生成時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’；以及通過將預(yù)定時(shí)空塊編碼方案用于時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’，借助發(fā)射天線發(fā)射時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種采用至少一個(gè)接收天線的接收機(jī)中解碼時(shí)空塊代碼的方法，該時(shí)空塊代碼在發(fā)射機(jī)中通過利用預(yù)定前置編碼矩陣由多個(gè)發(fā)射天線發(fā)射，該方法包含以下步驟如果通過接收天線收到信號(hào)，則通過對收到的信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，生成信道響應(yīng)矩陣；在考慮信道響應(yīng)矩陣的情況下組合收到的信號(hào)；以及在考慮信道響應(yīng)矩陣的情況下，根據(jù)組合的信號(hào)，恢復(fù)在發(fā)射機(jī)中發(fā)射的時(shí)空塊代碼作為信息碼元。


從參照附圖的以下詳細(xì)描述中，可以更清楚地看出本發(fā)明的以上以及其他目的、特征、以及優(yōu)點(diǎn)，其中圖1為顯示采用Vahid Tarokh提出的STBC方案以及四個(gè)Tx.ANT的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2為顯示對應(yīng)于圖1所示發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖3為顯示采用Giannakis小組提出的STBC方案以及四個(gè)Tx.ANT的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖4為顯示采用Tae Jin Jeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的STBC方案以及四個(gè)Tx.ANT的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖5為顯示用來執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功能的、采用時(shí)空塊編碼方案以及四個(gè)Tx.ANT的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖6為顯示圖5前置編碼器中前置編碼矩陣生成器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方框圖；圖7為顯示圖5發(fā)射機(jī)操作過程的流程圖；圖8為顯示對應(yīng)于圖5的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖9為顯示圖8接收機(jī)操作過程的流程圖；圖10為顯示對于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的前置編碼矩陣的α0=exp-jθ0]]>與α1=exp-jθ1]]>(0≤θ0，θ1≤2π)、當(dāng)在0到360度范圍內(nèi)將θ0與θ1改變單個(gè)度數(shù)時(shí)的編碼增益的模擬結(jié)果的圖示；以及圖11為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的STBC方案的性能與典型STBC方案的性能的圖示。
具體實(shí)施例方式
此后，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。請注意只要可能，附圖中相同或類似的組件由相同的附圖標(biāo)記表示，盡管它們在不同的附圖中顯示也如此。在以下對本發(fā)明的描述中，當(dāng)可能使本發(fā)明主題不清楚時(shí)，將省略對融入本文的公知的功能與配置的詳細(xì)描述。
本發(fā)明提出了一種采用多輸入多輸出(MIMO)方案的移動(dòng)通信系統(tǒng)中具有全分集全速率(FDFR)的時(shí)空塊編碼方案。具體地，本發(fā)明提出了一種時(shí)空塊編碼/解碼的裝置與方法，其通過FDFR最小化復(fù)雜度與計(jì)算量。
圖5為顯示用來執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功能的、采用時(shí)空塊編碼方案以及四個(gè)發(fā)射天線的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
在對圖5進(jìn)行詳細(xì)描述之前，將概括地描述采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的時(shí)空塊編碼方案以及四個(gè)發(fā)射天線的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)。以如下方式構(gòu)造該系統(tǒng)，從而對于與常規(guī)技術(shù)中描述的、通過采用Tae JinJeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的時(shí)空塊編碼方案以及四個(gè)發(fā)射天線的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)獲得的分集增益與數(shù)據(jù)率相同的分集增益與數(shù)據(jù)率，最小化復(fù)雜度與計(jì)算量。
換言之，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射機(jī)具有與Tae Jin Jeong與Gyung HoonJeon研究團(tuán)隊(duì)提出的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)相同的硬件結(jié)構(gòu)。但是，本發(fā)明提出了前置編碼器的一種新運(yùn)算，由此最小化復(fù)雜度與計(jì)算量。
參照圖5，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射機(jī)包括前置編碼器500、映射器502、延遲單元504、Alamouti編碼器506與508、以及第一發(fā)射天線(Tx.ANT1)510至第四發(fā)射天線(Tx.ANT 4)516。如果輸入信息數(shù)據(jù)比特，則前置編碼器500接收四個(gè)調(diào)制碼元，編碼調(diào)制碼元，從而可以在信號(hào)空間中發(fā)生信號(hào)旋轉(zhuǎn)，然后將編碼碼元輸出到映射器502。
此處，假定輸入到前置編碼器500的四個(gè)調(diào)制碼元為d1，d2，d3，d4，并且包含四個(gè)調(diào)制碼元的輸入調(diào)制碼元流被稱為“d”。前置編碼器500接收輸入調(diào)制碼元流d，并且基于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的新前置編碼矩陣，通過前置編碼該輸入調(diào)制碼元流d，生成復(fù)數(shù)向量r。以后給出關(guān)于新前置編碼矩陣的描述。
此后，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的新前置編碼矩陣之前，將描述基于Tae JinJeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的前置編碼矩陣的運(yùn)算。
在Tae Jin Jeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)中，前置編碼器400通過進(jìn)行如參照圖4所述的、基于Vandermonde矩陣的、如等式(7)所示的前置編碼，生成復(fù)數(shù)向量r。
r=Θd=1α01α02α031α11α12α131α21α22α231α31α32α33d1d2d3d4=r1r2r3r4---(7)]]>在等式7中，Θ表示前置編碼矩陣。Tae Jin Jeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的時(shí)空塊編碼方案采用Vandermonde矩陣(酉矩陣)作為前置編碼矩陣。另外，等式(7)中的αi表達(dá)為等式(8)αi＝exp(j2π(i+1/4)/4)，i＝0，1，2，3...(8)映射器402接收從前置編碼器400輸出的信號(hào)，并且輸出基于兩個(gè)元素([r1，r2]，[r3，r4])形成的向量。換言之，映射器402輸出([r1，r2]T)與([r3，r4]T)。
([r1，r2]T)輸入到Alamouti編碼器406，([r3，r4]T)輸入到延遲單元404。延遲單元404延遲([r3，r4]T)一個(gè)小時(shí)，然后將延遲的([r3，r4]T)輸出到Alamouti編碼器408。此處，Alamouti編碼器表示采用S.M.Alamouti提出的時(shí)空塊編碼方案的編碼器。Alamouti編碼器406控制從映射器402輸出的([r1，r2]T)，以在第一時(shí)隙處通過第一發(fā)射天線410與第二發(fā)射天線412發(fā)射。Alamouti編碼器408控制從映射器402輸出的([r1，r2]T)，以在第二時(shí)隙處通過第三發(fā)射天線414與第四發(fā)射天線416發(fā)射。用于通過多個(gè)天線發(fā)射Alamouti編碼器406與408的輸出信號(hào)的編碼矩陣S由等式(9)表示S=r1r200-r2*r1*0000r3*r4*00-r4*r3*---(9)]]>在等式(9)中，編碼矩陣S的第i行在第i時(shí)隙處發(fā)射，并且第j列通過第j發(fā)射天線發(fā)射。
換言之，在第一時(shí)隙處，分別通過第一發(fā)射天線410與第二發(fā)射天線412發(fā)射碼元r1與r2，并且不從剩余發(fā)射天線(即第三發(fā)射天線414與第四發(fā)射天線416)發(fā)射信號(hào)。在第二時(shí)隙處，分別通過第一發(fā)射天線410與第二發(fā)射天線412發(fā)射碼元-r2*與r1*，并且不從剩余發(fā)射天線(即第三發(fā)射天線414與第四發(fā)射天線416)發(fā)射信號(hào)。
在第三時(shí)隙處，分別通過第三發(fā)射天線414與第四發(fā)射天線416發(fā)射碼元r3*與r4*，并且不從剩余發(fā)射天線(即第一發(fā)射天線410與第二發(fā)射天線412)發(fā)射信號(hào)。在第四時(shí)隙處，分別通過第三發(fā)射天線414與第四發(fā)射天線416發(fā)射碼元-r4*與r3*，并且不從剩余發(fā)射天線(即第一發(fā)射天線410與第二發(fā)射天線412)發(fā)射信號(hào)。
采用Tae Jin Jeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的方案的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中接收機(jī)使用如等式(10)的向量
y=y1y2*y3y4*=12h1h200-h2*h1*0000h3*h4*00-h4*h3*r1r2r3r4+n1n2*n3n4*=Hr+n---(10)]]>在等式(10)中，y表示包含四個(gè)時(shí)隙處在接收機(jī)處收到的信號(hào)以及所收到信號(hào)的共軛的向量。如果接收機(jī)用矩陣HH乘以等式(10)兩側(cè)、然后檢測調(diào)制碼元，則調(diào)制碼元表示為等式(11)，其中H表示信道響應(yīng)矩陣r^=HHy=r1^r2^r3^r4^=12|h1|2+|h2|20000|h1|2+|h2|20000|h3|2+|h4|20000|h3|2+|h4|2r1r2r3r4+n1^n2*^n3^n4*^---(11)]]>可以看到當(dāng)采用S.M.Alamouti提出的FDFR時(shí)空塊編碼方案時(shí)，不需要采用參照圖4所述的前置編碼器400，這是因?yàn)樗写a元都經(jīng)歷了兩個(gè)信道，如等式(11)所示。
本發(fā)明采用上述前置編碼器，并且提出前置編碼方案，以最小化解碼與編碼時(shí)的復(fù)雜度與計(jì)算量，同時(shí)與采用S.M.Alamouti提出的時(shí)空塊編碼方案的常規(guī)MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)相比，提供了與常規(guī)MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)相同的性能。
此后，將參照圖6描述圖5的前置編碼器500的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖6為顯示圖5的前置編碼器500中前置編碼矩陣生成器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方框圖。
前置編碼器500通過利用預(yù)定前置編碼矩陣，前置編碼輸入調(diào)制碼元。本發(fā)明提出了新的前置編碼矩陣，其最小化復(fù)雜度與計(jì)算量，同時(shí)提供全分集全速率。雖然前置編碼矩陣生成器在圖6的前置編碼器500中是獨(dú)立構(gòu)造的，但是可以設(shè)想前置編碼器500可以利用先前以與圖6所示相同方式生成的前置編碼矩陣進(jìn)行前置編碼。
參照圖6，前置編碼器500的前置編碼矩陣生成器包括Vandermonde矩陣生成器600、打孔單元602、以及移位單元604。Vandermonde矩陣生成器600生成對應(yīng)于發(fā)射機(jī)中發(fā)射天線數(shù)目(即四個(gè)發(fā)射天線)的Vandermonde矩陣，然后將該Vandermonde矩陣輸出到打孔單元602。
打孔單元602接收Vandermonde矩陣生成器600生成的Vandermonde矩陣，對該Vandermonde矩陣的兩個(gè)連續(xù)列(即第三與第四列)進(jìn)行打孔，然后將該打孔的Vandermonde矩陣輸出到移位單元604。此處，通過將Vandermonde矩陣中對應(yīng)列的元素值替換為零，完成打孔單元602的打孔。
移位單元604接收從打孔單元602輸出的打孔的Vandermonde矩陣，并且移動(dòng)打孔的Vandermonde矩陣的偶數(shù)行。該移動(dòng)具有在同一行中移動(dòng)列元素的效果。雖然參照圖6描述了其中移位單元604接收從打孔單元602輸出的打孔的Vandermonde矩陣、并且移動(dòng)打孔的Vandermonde矩陣的偶數(shù)行的例子，但是當(dāng)移位單元604移動(dòng)打孔的Vandermonde矩陣的奇數(shù)行時(shí)，可以獲得相同的效果。
此后，將總結(jié)前置編碼矩陣生成器的運(yùn)算。
(1)Vandermonde矩陣生成生成4x4Vandermonde矩陣。
Θ=1α01α02α031α11α12α131α21α22α231α31α32α33]]>(2)對Vandermonde矩陣打孔打孔所生成的4×4Vandermonde矩陣的 子矩陣。
Θ=1α01001α11001α21001α3100]]>(3)移動(dòng)打孔的4×4Vandermonde矩陣的偶數(shù)行通過移動(dòng)打孔的4×4Vandermonde矩陣的偶數(shù)行，生成前置編碼矩陣。
Θ=1α0100001α111α2100001α31]]>此處，當(dāng)α0＝α1且α2＝α3時(shí)，可以獲得相同的性能。
當(dāng)如上所述地采用四個(gè)發(fā)射天線時(shí)，前置編碼器500接收四個(gè)輸入調(diào)制碼元d1，d2，d3，d4(即輸入調(diào)制碼元流d)，并且進(jìn)行如等式(12)所示的前置編碼r=Θd=1α0100001α011α1100001α11d1d2d3d4=r1r2r3r4---(12)]]>在等式(12)中，α0=exp-jθ0,]]>并且α1=exp-jθ1.]]>等式(12)可以表示為等式(13)r=Θd=1α0100001α01001α111α1100d1d2d3d4=r1r2r3r4---(13)]]>在等式(13)中，α0=exp-jθ0]]>并且α1=exp-jθ1.]]>映射器502從前置編碼器500接收對應(yīng)于與參照圖6所述的相同的前置編碼矩陣的前置編碼的碼元，對前置編碼的碼元進(jìn)行時(shí)空映射以通過Alamouti方案發(fā)射碼元，然后輸出碼元到Alamouti編碼器506與508。換言之，映射器502將前置編碼的碼元分類為待通過四個(gè)發(fā)射天線的兩個(gè)發(fā)射天線組(即包括第一發(fā)射天線510與第二發(fā)射天線512的第一發(fā)射天線組，以及包括第三發(fā)射天線514與第四發(fā)射天線516的第二發(fā)射天線組)中每一個(gè)發(fā)射的碼元，以根據(jù)Alamouti方案發(fā)射碼元。此處，將省略關(guān)于延遲單元504以及Alamouti編碼器506與508的操作的描述，這是因?yàn)檠舆t單元504以及Alamouti編碼器506與508執(zhí)行與參照圖4所述的延遲單元404以及Alamouti編碼器406與408相同的操作。
此后，將參照圖7描述關(guān)于圖5所示的發(fā)射機(jī)的操作，圖7為顯示發(fā)射機(jī)操作過程的流程圖。
在步驟711，發(fā)射機(jī)通過利用與參照圖6所述相同的前置編碼矩陣Θ=1α0100001α111α2100001α31,]]>對輸入調(diào)制碼元流d進(jìn)行前置編碼。在步驟713，發(fā)射機(jī)對前置編碼的碼元進(jìn)行時(shí)空映射，從而將前置編碼的碼元通過第一發(fā)射天線到第四發(fā)射天線發(fā)射。
在步驟715，發(fā)射機(jī)確定經(jīng)歷時(shí)空映射的信號(hào)是否為信號(hào)[r1，r2]T)。如果作為該確定結(jié)果、經(jīng)歷了時(shí)空映射的信號(hào)不是信號(hào)([r1，r2]T)(即如果經(jīng)歷時(shí)空映射的信號(hào)為信號(hào)([r3，r4]T))，則在步驟717，發(fā)射機(jī)將經(jīng)歷時(shí)空映射的信號(hào)延遲一個(gè)時(shí)間段。如果作為步驟715的確定結(jié)果、經(jīng)歷時(shí)空映射的信號(hào)是信號(hào)([r1，r2]T)，則在步驟719，發(fā)射機(jī)控制對應(yīng)于Alamouti方案(即S.M.Alamouti提出的時(shí)空塊編碼方案)的、經(jīng)歷時(shí)空映射的信號(hào)，以通過對應(yīng)的發(fā)射天線發(fā)射，并且結(jié)束操作過程。
參照圖7描述了圖5所示的發(fā)射機(jī)的操作過程。此后，將參照圖8描述對應(yīng)于圖5的發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)，圖8為顯示對應(yīng)于圖5的發(fā)射機(jī)的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
該接收機(jī)包括多個(gè)接收天線(例如P個(gè)接收天線(Rx.ANT)，包括第一接收天線(Rx.ANT 1)800至第P接收天線(Rx.ANT P)804)、信道估計(jì)器806、信道響應(yīng)矩陣生成器808、信號(hào)組合器810、信號(hào)確定單元812與814。雖然假定接收機(jī)中接收天線數(shù)目不同于對應(yīng)于圖8接收機(jī)的發(fā)射機(jī)中的發(fā)射天線數(shù)目，但是可以設(shè)想接收天線數(shù)目能夠等于發(fā)射天線數(shù)目。
如參照圖5所述，在發(fā)射機(jī)中通過四個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的信號(hào)分別通過第一接收天線800至第P接收天線804接收。第一接收天線800至第P接收天線804將收到的信號(hào)輸出到信道估計(jì)器806與信號(hào)組合器810。
信道估計(jì)器806通過第一接收天線800至第P接收天線804中的每一個(gè)接收信號(hào)，并且估計(jì)表示信道增益的信道系數(shù)。如果在接收機(jī)中使用一個(gè)接收天線，則通過一個(gè)接收天線接收的信號(hào)可以表示為等式(14)y=HΘd+n]]>=12h1h1α01h2h2α01h2*h2*α01-h1*-h1*α01h3h3α11h4h4α11h4*h4*α11-h3*-h3*α11d1d2d3d4+n1n2*n3n4*---(14)]]>在等式(14)中，y表示通過接收天線接收的信號(hào)，H表示信道響應(yīng)矩陣，n表示噪聲。
信道估計(jì)器806接收等式(14)所示的信號(hào)以執(zhí)行信道估計(jì)，然后將信道系數(shù)輸出到信道響應(yīng)矩陣生成器808。信道響應(yīng)矩陣生成器808接收從信道估計(jì)器806輸出的信道系數(shù)，生成等式(15)所示的信道響應(yīng)矩陣，然后將信道響應(yīng)矩陣輸出到信號(hào)組合器810、信號(hào)確定單元812與814。
Hnew=h1h1α01h2h2α01h2*h2*α01-h1*-h1*α01h3h3α11h4h4α11h4*h4*α11-h3*-h3*α11---(15)]]>在等式(15)中，Hnew表示信道響應(yīng)矩陣。
信號(hào)組合器810接收來自于第一接收天線800至第P接收天線804的信號(hào)以及在信道響應(yīng)矩陣生成器808中生成的信道響應(yīng)矩陣Hnew，以組合這些信號(hào)，生成接收碼元，然后將接收碼元輸出到信號(hào)確定單元812與814。
信號(hào)確定單元812與814的每一個(gè)接收從信道響應(yīng)矩陣生成器808輸出的信道響應(yīng)矩陣Hnew、以及從信號(hào)組合器810輸出的信號(hào)，并且估計(jì)和輸出發(fā)射機(jī)中發(fā)射的輸入調(diào)制碼元。此后，將描述信號(hào)確定單元812與814的操作。
為了估計(jì)發(fā)射機(jī)中發(fā)射的輸入調(diào)制碼元d＝[d1，d2，d3，d4]而進(jìn)行的HHnew與Hnew的乘法表示為等式(16)HnewH·Hnew=AB00BA0000AB00BA---(16)]]>在等式(16)中，A等于|h1|2+|h2|2+|h3|2+|h1|4，B等于|h1|2(α01)*+|h2|2(α01)*+|h3|2(α11)*+|h1|4(α01)*。相應(yīng)地，HHnew與接收信號(hào)y的乘法可以表示為等式(17)y′=y′y′*y3′y4′*=HnewHy=12AB00BA0000AB00BAd1d2d3d4+HnewHn1n2*n3n4*---(17)]]>可以基于將HHnew乘以接收信號(hào)y之后獲得的y′(如等式(17)所示)中的y1′與y′*2估計(jì)d1與d2，并且可以基于y′中的y3′與y′*4估計(jì)d3與d4?？梢匀绲仁?18)所示地估計(jì)輸入調(diào)制碼元d1，d2，d3，d4d~1,2=argmind1,2||y1,2′-pd1,2||2]]>d~3,4=argmind3.4||y3,4′-pd3,4||2---(18)]]>在等式(18)中，p=ABB*A,]]>d~1,2=d1~d2~,]]>d~3,4=d3~d4~,]]>d1,2=d1d2,]]>d3,4=d3d4,]]>y1,2=y1′y2′*,]]>并且y3,4y3′y4′*.]]>因此，可以通過將輸入調(diào)制碼元分類為輸入調(diào)制碼元d1，d2，d3，d4，估計(jì)輸入調(diào)制碼元d1，d2，d3，d4。
信號(hào)確定單元812與814中的每一個(gè)都如等式(18)所示地估計(jì)信號(hào)。信號(hào)確定單元812確定并且輸出對于輸入信號(hào)d1與d2的估計(jì)碼元 與 信號(hào)確定單元814確定并且輸出對于輸入信號(hào)d3與d4的估計(jì)碼元 與 此后，將參照圖9描述圖8所示接收機(jī)的操作，圖9為顯示圖8的接收機(jī)的操作過程的流程圖。
在步驟911，接收機(jī)通過P個(gè)接收天線接收信號(hào)，并且通過進(jìn)行信道估計(jì)估計(jì)信道增益。在步驟913，發(fā)射機(jī)在考慮所估計(jì)的信道增益的情況下生成信道響應(yīng)矩陣Hnew。在步驟915，接收機(jī)在考慮所生成的信道響應(yīng)矩陣Hnew的情況下組合通過P個(gè)接收天線接收的信號(hào)。在步驟917，接收機(jī)在考慮信道響應(yīng)矩陣Hnew的情況下、基于所組合的信號(hào)、估計(jì)在發(fā)射機(jī)中發(fā)射的調(diào)制碼元，并且輸出估計(jì)碼元 與采用Vandermonde矩陣作為前置編碼矩陣的情況相比，以上描述的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的前置編碼矩陣將復(fù)雜度從大小為4的ML解碼減少到大小為2的ML解碼，由此最小化所需的計(jì)算量。但是，應(yīng)該優(yōu)化大小為2的前置編碼器以最大化編碼增益。此處，用于最大化編碼增益的、對大小為2的前置編碼器的優(yōu)化可以通過仿真達(dá)到。可以通過數(shù)論或者計(jì)算機(jī)搜索實(shí)現(xiàn)仿真。
此后，將參照圖10進(jìn)行關(guān)于對于前置編碼矩陣的α0=exp-jθ0]]>與α1=exp-jθ1]]>(0≤θ0，θ1≤2π)、當(dāng)在0到360度范圍內(nèi)將θ0與θ1改變單個(gè)度數(shù)時(shí)的編碼增益的描述。
圖10為顯示對于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的前置編碼矩陣的α0=exp-jθ0]]>與α1=exp-jθ1]]>(0≤θ0，θ1≤2π)、當(dāng)在0到360度范圍內(nèi)將θ0與θ1改變單個(gè)度數(shù)時(shí)的編碼增益的仿真結(jié)果的圖示。
參照圖10，x軸、y軸、z軸分別表示θ0、θ1、與編碼增益。此處，可以在對應(yīng)于z軸最大值的θ0與θ1中獲得最大編碼增益。相應(yīng)地，應(yīng)該滿足等式(19)的條件，以最大化圖10所示的編碼增益。
|θ1-θ0|＝180n ...(19)在等式(19)中，n表示任意整數(shù)。因此，可以看到，對于滿足等式(19)條件的θ0與θ1的所有值，可以獲得相同的性能。相應(yīng)地，可以看到，存在基于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的前置編碼矩陣的許多類型的時(shí)空塊代碼。
此后，將參照圖11比較根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的時(shí)空塊編碼方案的性能與典型時(shí)空塊編碼方案的性能。
圖11為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的時(shí)空塊編碼方案的性能與典型時(shí)空塊編碼方案的性能的圖示。
圖11顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的時(shí)空塊編碼方案的性能曲線、S.M.Alamouti提出的時(shí)空塊編碼方案的性能曲線、以及Tae Jin Jeong與GyungHoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的時(shí)空塊編碼方案(A-ST-CR)的性能曲線。另外，圖11顯示不采用時(shí)空塊編碼方案情況下的性能曲線(No Div)。
圖11所示的性能曲線表示采用QPSK作為調(diào)制方案情況下的性能曲線。在圖11中，x軸表示信噪比(SNR)，y軸表示比特誤差率(BER)。
此后，將與典型時(shí)空塊編碼方案的復(fù)雜度相比地描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的時(shí)空塊編碼方案的復(fù)雜度。
首先，假定采用2m復(fù)數(shù)信號(hào)。Tae Jin Jeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的前置編碼器具有(2m)4的解碼復(fù)雜度。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的前置編碼器具有2x(2m)2的解碼復(fù)雜度。相應(yīng)地，可以看出，與Tae Jin Jeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的前置編碼器相比，本發(fā)明的前置編碼器大大減少了解碼復(fù)雜度。
例如，假定在發(fā)射機(jī)中采用16QAM作為調(diào)制方案，則Tae Jin Jeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的前置編碼器具有解碼復(fù)雜度Cold＝(24)4＝216，根據(jù)本發(fā)明的前置編碼器具有解碼復(fù)雜度Cnew＝(24)2＝28。相應(yīng)地，可以看出，根據(jù)本發(fā)明的前置編碼器的計(jì)算量大大減少，因?yàn)镃oldCnew=0.0039.]]>作為結(jié)果，如圖11所示，可以看出，本發(fā)明的時(shí)空塊編碼方案最小化復(fù)雜度與計(jì)算量，盡管其具有與Tae Jin Jeong與Gyung Hoon Jeon研究團(tuán)隊(duì)提出的時(shí)空塊編碼方案類似的性能。雖然在本發(fā)明中作為例子只描述了采用四個(gè)發(fā)射天線的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)，但是自然本發(fā)明的時(shí)空塊編碼方案可以用于采用偶數(shù)個(gè)發(fā)射天線的MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)。
如上所述，本發(fā)明提出了一種前置編碼矩陣，由此使之能夠獲得全分集全速率、同時(shí)最小化MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中的復(fù)雜度與計(jì)算量。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施例顯示并且描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的精神與范圍的前提下可以在形式與細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種修改。因此，本發(fā)明的范圍不限于這些實(shí)施例，而是應(yīng)該由權(quán)利要求及其等價(jià)物限定。
權(quán)利要求
1.一種采用多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)中編碼時(shí)空塊代碼的方法，該方法包含以下步驟如果輸入待發(fā)射的信號(hào)，則根據(jù)預(yù)定編碼方案對該發(fā)射信號(hào)進(jìn)行前置編碼；根據(jù)發(fā)射天線的數(shù)目，對前置編碼的信號(hào)進(jìn)行時(shí)空映射，以采用預(yù)定的時(shí)空塊編碼方案；以及通過將預(yù)定時(shí)空塊編碼方案用于時(shí)空映射的信號(hào)，借助發(fā)射天線發(fā)射時(shí)空映射的信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述前置編碼發(fā)射信號(hào)的步驟中，根據(jù)預(yù)定前置編碼矩陣對該發(fā)射信號(hào)進(jìn)行前置編碼。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，在所述時(shí)空映射前置編碼的信號(hào)的步驟中，根據(jù)在其中分類發(fā)射天線的多個(gè)發(fā)射天線組，劃分前置編碼的信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，如果發(fā)射天線數(shù)目為四，則前置編碼矩陣表示為Θ=1α0100001α011α1100001α11,]]>或者Θ=1α0100001α01001α111α1100,]]>其中Θ表示前置編碼矩陣，α0=exp-jθ0]]>與α1=exp-jθ1.]]>
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，如果發(fā)射天線數(shù)目為四，則前置編碼矩陣表示為Θ=1α0100001α011α1100001α11,]]>或者Θ=1α0100001α01001α111α1100,]]>其中Θ表示前置編碼矩陣，α0=exp-jθ0,α1=exp-jθ1,]]>且|θ1-θ0|＝180n，其中n表示任意整數(shù)。
6.一種采用包括第一發(fā)射天線、第二發(fā)射天線、第三發(fā)射天線、第四發(fā)射天線的四個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)中編碼時(shí)空塊代碼的方法，該方法包含以下步驟如果輸入待發(fā)射的輸入碼元流‘d1d2d3d4’，則根據(jù)預(yù)定前置編碼矩陣前置編碼該輸入碼元流‘d1d2d3d4’，以生成前置編碼的碼元流‘r1r2r3r4’；時(shí)空映射前置編碼的碼元流‘r1r2r3r4’，以采用預(yù)定的時(shí)空塊編碼方案，以生成時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’；以及通過將預(yù)定時(shí)空塊編碼方案用于時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’，借助發(fā)射天線發(fā)射時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，在所述時(shí)空映射的步驟中，將前置編碼的碼元流‘r1r2r3r4’分為待通過第一發(fā)射天線與第二發(fā)射天線發(fā)射的碼元流‘r1r2’以及待通過第三發(fā)射天線與第四發(fā)射天線發(fā)射的碼元流‘r3r4’。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述前置編碼該輸入碼元流‘d1d2d3d4’的步驟表示為r=Θd=1α0100001α011α1100001α11d1d2d3d4=r1r2r3r4,]]>或者r=Θd=1α0100001α01001α111α1100d1d2d3d4=r1r2r3r4,]]>其中Θ表示前置編碼矩陣，α0=exp-jθ0]]>與α1=exp-jθ1.]]>
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，在所述通過將時(shí)空塊編碼方案用于時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’、分別通過第一發(fā)射天線與第二發(fā)射天線、以及第三發(fā)射天線與第四發(fā)射天線發(fā)射時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’以及‘r3r4’的步驟中，碼元r1與碼元r2在預(yù)定第一時(shí)隙處通過第一發(fā)射天線與第二發(fā)射天線發(fā)射，碼元-r2*與碼元r1*在第一時(shí)隙之后的第二時(shí)隙處通過第一發(fā)射天線與第二發(fā)射天線發(fā)射，碼元r3*與碼元r4*在第二時(shí)隙之后的第三時(shí)隙處通過第三發(fā)射天線與第四發(fā)射天線發(fā)射，碼元-r4*與碼元r3*在第三時(shí)隙之后的第四時(shí)隙處通過第三發(fā)射天線與第四發(fā)射天線發(fā)射。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述前置編碼該輸入碼元流‘d1d2d3d4’的步驟表示為r=Θd=1α0100001α011α1100001α11d1d2d3d4=r1r2r3r4,]]>或者r=Θd=1α0100001α01001α111α1100d1d2d3d4=r1r2r3r4,]]>其中Θ表示前置編碼矩陣，d表示輸入碼元流‘d1d2d3d4’，r表示前置編碼的碼元流‘r1r2r3r4’，α0=exp-jθ0,α1=exp-jθ1,]]>且|θ1-θ0|＝180n，其中n表示任意整數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在所述通過將時(shí)空塊編碼方案用于時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’、分別通過第一發(fā)射天線與第二發(fā)射天線、以及第三發(fā)射天線與第四發(fā)射天線發(fā)射時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’以及‘r3r4’的步驟中，碼元r1與碼元r2在預(yù)定第一時(shí)隙處通過第一發(fā)射天線與第二發(fā)射天線發(fā)射，碼元-r2*與碼元r1*在第一時(shí)隙之后的第二時(shí)隙處通過第一發(fā)射天線與第二發(fā)射天線發(fā)射，碼元r3*與碼元r4*在第二時(shí)隙之后的第三時(shí)隙處通過第三發(fā)射天線與第四發(fā)射天線發(fā)射，碼元-r4*與碼元r3*在第三時(shí)隙之后的第四時(shí)隙處通過第三發(fā)射天線與第四發(fā)射天線發(fā)射。
12.一種采用多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)中編碼時(shí)空塊代碼的裝置，該裝置包括前置編碼器，用于如果輸入待發(fā)射的信號(hào)，則根據(jù)預(yù)定編碼方案前置編碼該發(fā)射信號(hào)；時(shí)空映射器，用于根據(jù)發(fā)射天線的數(shù)目，時(shí)空映射該前置編碼的信號(hào)，以采用預(yù)定的時(shí)空塊編碼方案；以及多個(gè)編碼器，用于通過將預(yù)定時(shí)空塊編碼方案用于時(shí)空映射的信號(hào)，借助發(fā)射天線發(fā)射該時(shí)空映射的信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述前置編碼器根據(jù)預(yù)定前置編碼矩陣前置編碼該發(fā)射信號(hào)。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述時(shí)空映射器根據(jù)在其中分類發(fā)射天線的多個(gè)發(fā)射天線組，劃分前置編碼的信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，如果發(fā)射天線數(shù)目為四，則前置編碼矩陣表示為Θ=1α0100001α011α1100001α11,]]>或者Θ=1α0100001α01001α111α1100,]]>其中Θ表示前置編碼矩陣，α0=exp-jθ0]]>與α1=exp-jθ1.]]>
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，如果發(fā)射天線數(shù)目為四，則前置編碼矩陣表示為Θ=1α0100001α011α1100001α11,]]>或者Θ=1α0100001α01001α111α1100,]]>其中Θ表示前置編碼矩陣，α0=exp-jθ0,α1=exp-jθ1,]]>且|θ1-θ0|＝180n，其中n表示任意整數(shù)。
17.一種采用包括第一發(fā)射天線、第二發(fā)射天線、第三發(fā)射天線、第四發(fā)射天線的四個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)中編碼時(shí)空塊代碼的裝置，該裝置包含前置編碼器，用于如果輸入待發(fā)射的碼元流‘d1d2d3d4’，則根據(jù)預(yù)定前置編碼矩陣前置編碼該輸入碼元流‘d1d2d3d4’，以生成前置編碼的碼元流‘r1r2r3r4’；映射器，用于時(shí)空映射該前置編碼的碼元流‘r1r2r3r4’，以采用預(yù)定的時(shí)空塊編碼方案，以生成時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’；以及兩個(gè)編碼器，用于通過將預(yù)定時(shí)空塊編碼方案用于時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’，借助發(fā)射天線發(fā)射時(shí)空映射的碼元流‘r1r2’與‘r3r4’。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述映射器將前置編碼的碼元流‘r1r2r3r4’分為待通過第一發(fā)射天線與第二發(fā)射天線發(fā)射的信號(hào)‘r1r2’以及待通過第三發(fā)射天線與第四發(fā)射天線發(fā)射的信號(hào)‘r3r4’。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述前置編碼器通過如下前置編碼輸入碼元流‘d1d2d3d4’生成前置編碼的碼元流‘r1r2r3r4’，r=Θd=1α0100001α011α1100001α11d1d2d3d4=r1r2r3r4,]]>或者r=Θd=1α0100001α01001α111α1100d1d2d3d4=r1r2r3r4,]]>其中Θ表示前置編碼矩陣，α0=exp-jθ0,]]>并且α1=exp-jθ1.]]>
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述兩個(gè)編碼器包括第一編碼器與第二編碼器，該第一編碼器在預(yù)定第一時(shí)隙處通過第一發(fā)射天線與第二發(fā)射天線發(fā)射碼元r1與碼元r2，在第一時(shí)隙之后的第二時(shí)隙處通過第一發(fā)射天線與第二發(fā)射天線發(fā)射碼元-r2*與碼元r1*，該第二編碼器在第二時(shí)隙之后的第三時(shí)隙處通過第三發(fā)射天線與第四發(fā)射天線發(fā)射碼元r3*與碼元r4*，在第三時(shí)隙之后的第四時(shí)隙處通過第三發(fā)射天線與第四發(fā)射天線發(fā)射碼元-r4*與碼元r3*。
21.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述前置編碼器通過如下前置編碼該輸入碼元流‘d1d2d3d4’生成前置編碼的碼元流‘r1r2r3r4’，r=Θd=1α0100001α011α1100001α11d1d2d3d4=r1r2r3r4,]]>或者r=Θd=1α0100001α01001α111α1100d1d2d3d4=r1r2r3r4,]]>其中Θ表示前置編碼矩陣，d表示輸入碼元流‘d1d2d3d4’，r表示前置編碼的碼元流‘r1r2r3r4’，α0=exp-jθ0,α1=exp-jθ1,]]>且|θ1-θ0|＝180n，其中n表示任意整數(shù)。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中，所述兩個(gè)編碼器包括第一編碼器與第二編碼器，該第一編碼器在預(yù)定第一時(shí)隙處通過第一發(fā)射天線與第二發(fā)射天線發(fā)射碼元r1與碼元r2，在第一時(shí)隙之后的第二時(shí)隙處通過第一發(fā)射天線與第二發(fā)射天線發(fā)射碼元-r2*與碼元r1*，該第二編碼器在第二時(shí)隙之后的第三時(shí)隙處通過第三發(fā)射天線與第四發(fā)射天線發(fā)射碼元r3*與碼元r4*，在第三時(shí)隙之后的第四時(shí)隙處通過第三發(fā)射天線與第四發(fā)射天線發(fā)射碼元-r4*與碼元r3*。
23.一種采用至少一個(gè)接收天線的接收機(jī)中解碼時(shí)空塊代碼的方法，該時(shí)空塊代碼在發(fā)射機(jī)中通過利用預(yù)定前置編碼矩陣由多個(gè)發(fā)射天線發(fā)射，該方法包含以下步驟如果通過接收天線收到信號(hào)，則通過對收到的信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，生成信道響應(yīng)矩陣；在考慮信道響應(yīng)矩陣的情況下組合收到的信號(hào)；以及在考慮信道響應(yīng)矩陣的情況下，根據(jù)組合的信號(hào)，恢復(fù)在發(fā)射機(jī)中發(fā)射的時(shí)空塊代碼作為信息碼元。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，如果發(fā)射天線數(shù)目為四，則前置編碼矩陣表示為Θ=1α0100001α011α1100001α11,]]>或者Θ=1α0100001α01001α111α1100,]]>其中Θ表示前置編碼矩陣，α0=exp-jθ0,]]>并且α1=exp-jθ1.]]>
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，在所述恢復(fù)時(shí)空塊代碼的步驟中，將所組合的信號(hào)乘以信道響應(yīng)矩陣，并且將乘以信道響應(yīng)矩陣的所述組合的信號(hào)的每個(gè)元素估計(jì)為信息碼元的每一個(gè)。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，如果發(fā)射天線數(shù)目為四，則前置編碼矩陣表示為Θ=1α0100001α011α1100001α11,]]>或者Θ=1α0100001α01001α111α1100,]]>其中Θ表示前置編碼矩陣，α0=exp-jθ0,α1exp-jθ1,]]>且|θ1-θ0|＝180n，其中n表示任意整數(shù)。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，在所述恢復(fù)時(shí)空塊代碼的步驟中，將所組合的信號(hào)乘以信道響應(yīng)矩陣，并且將乘以信道響應(yīng)矩陣的所述組合的信號(hào)的每個(gè)元素估計(jì)為信息碼元的每一個(gè)。
28.一種采用至少一個(gè)接收天線的接收機(jī)中解碼時(shí)空塊代碼的裝置，該時(shí)空塊代碼在發(fā)射機(jī)中通過利用預(yù)定前置編碼矩陣由多個(gè)發(fā)射天線發(fā)射，該裝置包含信道響應(yīng)矩陣生成器，用來如果通過接收天線收到信號(hào)，則通過對收到的信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，生成信道響應(yīng)矩陣；信號(hào)組合器，用來在考慮信道響應(yīng)矩陣的情況下組合收到的信號(hào)；以及多個(gè)信號(hào)確定單元，用來在考慮信道響應(yīng)矩陣的情況下，根據(jù)組合的信號(hào)，恢復(fù)在發(fā)射機(jī)中發(fā)射的時(shí)空塊代碼作為信息碼元。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中，如果發(fā)射天線數(shù)目為四，則前置編碼矩陣表示為Θ=1α0100001α011α1100001α11,]]>或者Θ=1α0100001α01001α111α1100,]]>其中Θ表示前置編碼矩陣，α0=exp-jθ0,]]>并且α1=exp-jθ1.]]>
30.如權(quán)利要求29所述的裝置，其中，所述信號(hào)確定單元將所組合的信號(hào)乘以信道響應(yīng)矩陣，并且將乘以信道響應(yīng)矩陣的所述組合的信號(hào)的每個(gè)元素估計(jì)為信息碼元的每一個(gè)。
31.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中，如果發(fā)射天線數(shù)目為四，則前置編碼矩陣表示為Θ=1α0100001α011α1100001α11,]]>或者Θ=1α0100001α01001α111α1100,]]>其中Θ表示前置編碼矩陣，α0=exp-jθ0,α1=exp-jθ1.]]>且|θ1-θ0|＝180n，其中n表示任意整數(shù)。
32.如權(quán)利要求31所述的裝置，其中，所述信號(hào)確定單元將所組合的信號(hào)乘以信道響應(yīng)矩陣，并且將乘以信道響應(yīng)矩陣的所述組合的信號(hào)的每個(gè)元素估計(jì)為信息碼元的每一個(gè)。
全文摘要
公開了采用多輸入多輸出方案的移動(dòng)通信系統(tǒng)中編碼/解碼時(shí)空塊代碼的一種裝置與方法。在該移動(dòng)通信系統(tǒng)中，在采用多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)中，如果輸入待發(fā)射的信號(hào)，則根據(jù)預(yù)定編碼方案前置編碼該發(fā)射信號(hào)；根據(jù)發(fā)射天線的數(shù)目，時(shí)空映射前置編碼的信號(hào)，以采用預(yù)定的時(shí)空塊編碼方案；以及通過將預(yù)定時(shí)空塊編碼方案用于時(shí)空映射的信號(hào)，借助發(fā)射天線發(fā)射時(shí)空映射的信號(hào)。
文檔編號(hào)H04L1/06GK1943133SQ200580011013
公開日2007年4月4日 申請日期2005年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月7日
發(fā)明者蔡贊秉, 鄭鴻實(shí), 卡茨·M·丹尼爾, 樸東植, 趙暎權(quán) 申請人:三星電子株式會(huì)社