專利名稱：統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的單速率、多速率的多天線信號發(fā)射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信系統(tǒng)中多發(fā)射多接收(MIMOMultiple Input MultipleOutput)天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的單速率、多速率的多天線信號發(fā)射方法。

背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，為越來越多的移動用戶提供高速率數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務已經(jīng)日益迫切，而基于多個發(fā)送與接收天線的MIMO技術(shù)現(xiàn)已證明是提供高速無線數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務的有潛力的方法。
如圖1所示的是傳統(tǒng)的Nt個發(fā)送天線Nr個接收天線的MIMO通信系統(tǒng)，經(jīng)過前端的信道編碼、交織和調(diào)制后，長為L的發(fā)送符號序列s＝{s1s2…sL}輸入空時處理器，空時處理器輸出Nt個長度為N的符號流v1，v2，…，vNt，分別經(jīng)過Nt天線發(fā)射，其中，i∈[1，Nt]，N·Nt≥L。同時，根據(jù)信道反饋信息，虛框內(nèi)的空時/空頻處理單元可進行自適應選擇，以適應系統(tǒng)的不同需求。
目前，發(fā)送端的空時/空頻處理單元主要采用幾種不同的空時處理模式并存的方式，比如，可以在正交空時分組碼(O-STBC，速率R＝1/2，R＝3/4)，分層復用(V-BLAST，速率為發(fā)送天線數(shù))，波束成型(Beamforming，速率R＝1)三種模式間切換，在接收端，對應三類發(fā)送模式，分別在對應的接收機算法間切換；也可以采用STBC，V-BLAST，混合STBC與V-BLAST三種模式，相應地，接收機根據(jù)選擇的發(fā)送模式在三種接收機中切換。
上述基于不同發(fā)射模式切換的自適應發(fā)射機，可以實現(xiàn)不同速率之間的切換，但由于發(fā)射結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，接收機需要同時配置幾種不同的檢測裝置，增加了接收復雜度，限制了實際應用。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)的單速率的多天線信號發(fā)射方法以及一種基于統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)的多速率的多天線信號發(fā)射方法，這樣發(fā)送端的空時處理可用統(tǒng)一的發(fā)送矩陣表示，從而接收端可以用統(tǒng)一的置信傳播檢測器進行檢測和接收，以實現(xiàn)多速率的自適應切換。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案 首先，提供一種統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的單速率的多天線信號發(fā)射方法對于發(fā)送符號序列s，按照矩陣P定義的空時編碼方式進行映射，從而得到編碼后天線上的輸出符號V，所述的矩陣P由零元素和非零無素組成，每行有q(q≥1)個非零元素ci，每行中所有非零元素滿足總能量歸一化約束 進一步地，所述的矩陣P的非零元素可以為1，此時每行僅有1個非零元素。
進一步地，所述的非零元素也可以是正實數(shù)αi，其中，0＜αi＜1，此時，矩陣P中每行非零元素個數(shù)大于1，假定個數(shù)為p，那么p個非零元素滿足歸一化條件 同時，本發(fā)明還提供一種統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的多速率的多天線信號發(fā)射方法 在發(fā)送和接收端同時存儲多個預先設計好的多速率矩陣集合{P1P2…PK}，根據(jù)信道反饋選擇合適的矩陣Pi，i＝1…k，對于發(fā)送符號序列s，按照選定的矩陣Pi定義的空時編碼方式進行映射，從而得到編碼后天線上的輸出符號V，所述的矩陣Pi由零元素和非零無素組成，每行有q(q≥1)個非零元素ci，每行中所有非零元素滿足總能量歸一化約束 進一步地，行數(shù)為Nt·N，列數(shù)為L的矩陣Pi，對應的多天線符號傳輸速率為 進一步地，所述矩陣Pi的非零元素可以是1或正實數(shù)αi。
本發(fā)明的優(yōu)點是1)采用了多速率結(jié)構(gòu)可以自適應信道狀況，通過不同速率的切換實現(xiàn)吞吐量的最大化；2)統(tǒng)一的發(fā)送矩陣表示，使得接收端可以用統(tǒng)一的置信傳播檢測器進行檢測和接收，可有效降低多速率MIMO系統(tǒng)的接收機復雜度。



圖1是現(xiàn)有的多天線發(fā)射機的示意圖； 圖2是本發(fā)明的統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的單速率的多天線信號發(fā)射方法示意圖； 圖3是本發(fā)明的統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的多速率的多天線信號發(fā)射方法示意圖； 圖4是基于矩陣P1，調(diào)制后符號序列s對應的天線上符號映射關(guān)系； 圖5是基于矩陣P2，調(diào)制后符號序列s對應的天線上符號映射關(guān)系； 圖6是基于矩陣P3，調(diào)制后符號序列s對應的天線上符號映射關(guān)系； 圖7是基于矩陣P4，調(diào)制后符號序列s對應的天線上符號映射關(guān)系； 圖8分別給出采用上述4種速率及其自適應系統(tǒng)的吞吐量仿真曲線。

具體實施例方式 如圖2所示，其中，s＝{s1s2…sL}是圖(1)調(diào)制器的輸出符號序列，長度為L。經(jīng)過矩陣為P的空時編碼，得到天線上的符號序列，…，序列vi是第i個天線上的發(fā)送符號序列，序列長度為N，序列vi中的元素vj(i)表示第i個天線在第j個時刻的發(fā)送符號。
基于圖2，本發(fā)明的統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的單速率的多天線信號發(fā)射方法如下對于發(fā)送符號序列s，按照矩陣P定義的空時編碼方式進行映射，從而得到編碼后天線上的輸出符號V， V(Nt·N)×1＝P(Nt·N)×L·(sT)L×1。(1) 其中，向量v由v1，v2，…，vNt構(gòu)成，如式(2)， 即，向量V的第(Nt·(i-1)+j)個元素對應第j個天線在第i個時刻的發(fā)送符號，其中，i∈[1，N]，j∈[1，Nt]。
其中，所述矩陣P由零元素和非零無素組成，每行有q(q≥1)個非零元素ci，每行中所有非零元素滿足總能量歸一化約束通常矩陣P的非零元素個數(shù)遠遠小于矩陣的維數(shù)，所以矩陣P實際上是一個稀疏矩陣。矩陣P的三個關(guān)鍵量行數(shù)、列數(shù)和矩陣中的元素取值。行數(shù)和列數(shù)的取值與多天線系統(tǒng)的符號傳輸速率直接相關(guān)。行數(shù)為Nt·N，列數(shù)為L的矩陣P，對應的多天線符號傳輸速率為矩陣P的元素最簡單的可以是式(3)的形式，
式(3)中的空白處元素為0，(Nt·(i-1)+j，m)處的元素1表示符號sm在第j個天線的第i個時刻發(fā)射，即，其中，i∈[1，N]，j∈[1，Nt]，m∈[1，L]。矩陣P中非零元素為1時，每行僅有1個非零元素。非零元素也可以是正實數(shù)αi(0＜αi＜1)，此時，矩陣P中每行非零元素個數(shù)大于1， 假定個數(shù)為p，那么p個非零元素滿足歸一化條件 進一步地，本發(fā)明還提供一種統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的多速率發(fā)射方法，其由上述單速率發(fā)射方法演變而來 矩陣P中非零元素取值和位置的不同可得到不同的空時符號映射方法，從而對應不同的多天線發(fā)射結(jié)構(gòu)。同時，對固定的每天線發(fā)送符號個數(shù)N和發(fā)送天線數(shù)Nt，矩陣P列數(shù)L的取值不同，得到不同的空時傳輸速率。
在發(fā)送和接收端同時存儲多個預先設計好的多速率矩陣集合{P1P2…PK}，根據(jù)信道反饋選擇合適的矩陣Pi，i＝1…k，對于發(fā)送符號序列s，按照選定的矩陣Pi定義的空時編碼方式進行映射，從而得到編碼后天線上的輸出符號V，所述的矩陣Pi由零元素和非零無素組成，每行有q(q≥1)個非零元素ci，每行中所有非零元素滿足總能量歸一化約束 從而就可以得到一個基于提出的發(fā)射結(jié)構(gòu)的多速率閉環(huán)自適應系統(tǒng)。圖3中矩陣集合{P1P2…PK)對應發(fā)射速率集合{R1R2…RK}(0＜R1＜R2＜…RK)。圖3中符號意義同圖2，不同的是，發(fā)送端存儲的是一個矩陣集合，矩陣的行數(shù)和列數(shù)不同，從而構(gòu)成了不同速率的多速率發(fā)射機。
選擇一個特定的Pi則對應一個特定的發(fā)射速率，如非零元素取1，若L＝N，則相同的符號序列s同時在Nt個天線上發(fā)送，構(gòu)成一個全分集的MIMO系統(tǒng)，符號發(fā)射速率R＝1；若L＝Nt·N/2，則是一個分集和復用相結(jié)合的系統(tǒng)，符號發(fā)射速率若L＝Nt·N，每個天線發(fā)送不同的符號序列，是一個全復用的MIMO系統(tǒng)，符號發(fā)射速率R＝Nt。
下面結(jié)合一下具體的案例詳細說明本發(fā)明的工作過程，其中具體實施例的參數(shù)取值如表1 表1
對應表1中4種傳輸速率{R1R2R3R4)，矩陣集合{P1P2…PK}中元素矩陣設計形式如式(4)-(7)。
矩陣中坐標為(m，n)＝(4×(i-1)+k，mod(i+k-2,300)+1)，i∈[1，300]，k∈[1，4]的元素對于調(diào)制后符號序列s＝{s1s2…sL}，其對應的天線上符號映射關(guān)系如圖4所示。
矩陣中坐標為(m，n)＝(4×(i-1)+k，mod(2i+k-3,600)+1)，i∈[1，600]，k∈[1，4]的元素對于調(diào)制后符號序列s＝{s1s2…sL}，其對應的天線上符號映射關(guān)系如圖5所示。
k＝4-mod(i-1，4)時，矩陣中行坐標m＝4×(i-1)+k，列坐標n＝{mod(3i-5+L-1，L)+1，mod(3i-4+L-1，L)+1，mod(3i-3+L-1，L)+1}的元素k≠4-mod(i-1，4)且k∈[1，4]時，矩陣中3個行坐標m＝4×(i-1)+k，分別對應3個列坐標n＝{3i-2，3i-1，3i}的元素i∈[1，900]，L＝900。對于調(diào)制后符號序列s＝{s1s2…sL}，其對應的天線上符號映射關(guān)系如圖6所示。
矩陣元素m∈[1，1200]，即P4為單位陣。對于調(diào)制后符號序列s＝{s1s2…sL}，其對應的天線上符號映射關(guān)系如圖8所示。
圖8分別給出采用上述4種速率及其自適應系統(tǒng)的吞吐量仿真曲線。除了表1中所列參數(shù)外，系統(tǒng)仿真所用其他參數(shù)如表2所示。仿真結(jié)果表明，設計的4種矩陣得到4種速率依次增加的傳輸方式(M1，M2，M3，M4)；自適應曲線吞吐量性能優(yōu)于每一種速率的性能，表明，設計得到的多速率模式可以很好的應用于自適應系統(tǒng)。
表2
權(quán)利要求
1.一種統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的單速率的多天線信號發(fā)射方法，其特征在于，對于發(fā)送符號序列s，按照矩陣P定義的空時編碼方式進行映射，從而得到編碼后天線上的輸出符號v， 所述的矩陣P由零元素和非零無素組成，每行有q(q≥1)個非零元素ci，每行中所有非零元素滿足總能量歸一化約束
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的單速率的多天線信號發(fā)射方法，其特征在于，所述矩陣P的非零元素個數(shù)遠遠小于矩陣的維數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的單速率的多天線信號發(fā)射方法，其特征在于，所述的矩陣P為稀疏矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的單速率的多天線信號發(fā)射方法，其特征在于，所述的矩陣P的非零元素可以為1，此時每行僅有1個非零元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的單速率的多天線信號發(fā)射方法，其特征在，所述的非零元素也可以是正實數(shù)αi，其中，0＜αi＜1，此時，矩陣P中每行非零元素個數(shù)大于1， 假定個數(shù)為p，那么p個非零元素滿足歸一化條件
6.一種統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的多速率的多天線信號發(fā)射方法，其特征在于，
在發(fā)送和接收端同時存儲多個預先設計好的多速率矩陣集合{P1P2…PK}，根據(jù)信道反饋選擇合適的矩陣Pi，i＝1…k，對于發(fā)送符號序列s，按照選定的矩陣Pi定義的空時編碼方式進行映射，從而得到編碼后天線上的輸出符號V，所述的矩陣Pi由零元素和非零無素組成，每行有q(q≥1)個非零元素ci，每行中所有非零元素滿足總能量歸一化約束
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的多速率的多天線信號發(fā)射方法，其特征在于，行數(shù)為Nt·N，列數(shù)為L的矩陣Pi，對應的多天線符號傳輸速率為
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的多速率的多天線信號發(fā)射方法，其特征在于，所述矩陣Pi的非零元素可以是1或正實數(shù)αi。
全文摘要
本發(fā)明還提供一種統(tǒng)一發(fā)送結(jié)構(gòu)下的多速率的多天線信號發(fā)射方法在發(fā)送和接收端同時存儲多個預先設計好的多速率矩陣集合{P1P2…PK}，根據(jù)信道反饋選擇合適的矩陣Pi，i＝1…k，對于發(fā)送符號序列s，按照選定的矩陣Pi定義的空時編碼方式進行映射，從而得到編碼后天線上的輸出符號V，所述的矩陣Pi由零元素和非零無素組成，每行有q(q≥1)個非零元素ci，每行中所有非零元素滿足總能量歸一化約束∑‖ci‖2=1。本發(fā)明的優(yōu)點是1)采用了多速率結(jié)構(gòu)可以自適應信道狀況，通過不同速率的切換實現(xiàn)吞吐量的最大化；2)統(tǒng)一的發(fā)送矩陣表示，使得接收端可以用統(tǒng)一的置信傳播檢測器進行檢測和接收，可有效降低多速率MIMO系統(tǒng)的接收機復雜度。
文檔編號H04B7/04GK101106406SQ20061002891
公開日2008年1月16日 申請日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日
發(fā)明者楊秀梅, 勇 熊, 凡 汪, 張小東 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所