專利名稱：基于空頻編碼的mimo-ofdm系統(tǒng)的分集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通訊系統(tǒng)的分集技術(shù)，尤其是涉及采用基于空頻編碼(SFBC)的多輸入多輸出-正交頻分復(fù)用(MIMO-OFDM)系統(tǒng)的分集方法。

背景技術(shù)：
下一代的無線通信系統(tǒng)將提供更好的話音質(zhì)量、更快的數(shù)據(jù)傳輸率。但是，時變的多徑傳輸環(huán)境、有限的帶寬資源以及用戶對服務(wù)的需求使上述要求實現(xiàn)起來非常困難。解決這些問題的一個有效方法是采用分集技術(shù)。
Alamouti方案的空時碼因其設(shè)計簡單，譯碼方便而在MIMO(MultipleInput Multiple Output)系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。Agrawal等提出了將空時碼和正交頻分復(fù)用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)調(diào)制技術(shù)相結(jié)合的方案-空頻編碼(SFBC，Space Frequency Block Codes)，從而使系統(tǒng)能夠獲得更高的頻譜效率、傳輸速率和通信質(zhì)量。但只有當發(fā)射天線數(shù)為2時，Alamouti才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，同時達到編碼矩陣正交和編碼速率為1這兩個效果，當發(fā)射天線大于2時，就必須在編碼矩陣正交和編碼速率為1這兩個要求之中選擇一個，而這都會降低空時碼的性能。因此需要一種適用多個天線的分集方式，來克服Alamouti方案只能在2個發(fā)射天線系統(tǒng)才能完全發(fā)揮其優(yōu)勢的局限。另外，Alamouti方案的SFBC編碼，其對應(yīng)的簡化最大似然譯碼的前提是假設(shè)相鄰子載波間信道變化不大。但當相鄰子載波間的信道變化不大時，是無法體現(xiàn)頻率分集和時間分集的效果的。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于空頻編碼的MIMO-OFDM系統(tǒng)的分集方法，在發(fā)射天線大于2時，仍可以獲得較好的頻率增益效果。
本發(fā)明對于在發(fā)射天線大于2的MIMO-OFDM系統(tǒng)，設(shè)計了一種基于Alamouti方案的SFBC編碼的適用多個天線的分集方法，克服了Alamouti方案只能在2個發(fā)射天線系統(tǒng)才能完全發(fā)揮其優(yōu)勢的局限。本發(fā)明的分集方案是將待編碼的數(shù)據(jù)流首先進行重排，并將經(jīng)過重排的序列和原序列分別進行Alamouti方案的SFBC編碼，從而實現(xiàn)大于2天線時的分集。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于空頻編碼的多輸入多輸出-正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)射分集方法，包括 發(fā)射方對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)進行重排后再進行空頻編碼并發(fā)送，所述重排用于使各天線在相同頻點子載波上發(fā)送的數(shù)據(jù)不同。
進一步地，上述方法還可具有以下特點，發(fā)射方對數(shù)據(jù)進行重排，使各天線在相同頻點子載波上發(fā)送的數(shù)據(jù)不同，且保證發(fā)送同一數(shù)據(jù)的不同子載波至少相差x個相干帶寬周期，其中x≥1。
進一步地，上述方法還可具有以下特點，所述方法進一步包括以下步驟(a)發(fā)射方對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的原始數(shù)據(jù)進行n次重排得到n路數(shù)據(jù)，所述重排次數(shù)n根據(jù)天線個數(shù)m決定，其中n為整數(shù)，且

，式中

表示向下取整；(b)發(fā)射方對所述需要發(fā)送的原始數(shù)據(jù)和所述重排后的n路數(shù)據(jù)進行空頻編碼得到2(n+1)路數(shù)據(jù)；(c)發(fā)射方在天線上發(fā)送經(jīng)過編碼后的數(shù)據(jù)。
進一步地，上述方法還可具有以下特點，所述天線個數(shù)m為偶數(shù)時，在所述步驟(a)中，取重排次數(shù)；在所述步驟(c)中，經(jīng)過編碼后的2(n+1)路數(shù)據(jù)剛好在對應(yīng)的m＝2(n+1)個天線上發(fā)送。
進一步地，上述方法還可具有以下特點，所述天線個數(shù)m為奇數(shù)時，在所述步驟(a)中，取重排次數(shù)

，式中

表示向下取整；在所述步驟(c)中，經(jīng)過編碼后的2(n+1)路數(shù)據(jù)在對應(yīng)的2(n+1)個天線上發(fā)送，同時，發(fā)射方在m-2(n+1)個天線上發(fā)送所述步驟(b)中經(jīng)過編碼后的任意一路數(shù)據(jù)。
進一步地，上述方法還可具有以下特點，在所述步驟(c)中，發(fā)射方在m-2(n+1)個天線上發(fā)送所述步驟(b)中經(jīng)過編碼后的原始數(shù)據(jù)。
進一步地，上述方法還可具有以下特點，所述重排采用頻域循環(huán)移位進行。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種基于空頻編碼的多輸入多輸出-正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的分集方法，包括以下步驟 發(fā)射方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)進行重排后再進行空頻編碼并發(fā)送，所述重排用于使各天線在相同頻點子載波上發(fā)送的數(shù)據(jù)不同；接收方在接收數(shù)據(jù)時，在每個數(shù)據(jù)包接收完成后，根據(jù)發(fā)射方的重排方式進行解重排，從相應(yīng)的子載波上獲取相同的用戶數(shù)據(jù)后再進行空頻解碼，獲得原始用戶數(shù)據(jù)。
進一步地，上述方法還可具有以下特點發(fā)射方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，對數(shù)據(jù)進行重排，使各天線在相同頻點子載波上發(fā)送的數(shù)據(jù)不同，且保證發(fā)送同一數(shù)據(jù)的不同子載波至少相差x個相干帶寬周期，其中x≥1。
進一步地，上述方法還可具有以下特點，發(fā)射方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，進一步包括以下步驟(a)發(fā)射方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的原始數(shù)據(jù)進行n次重排得到n路數(shù)據(jù)，所述重排次數(shù)n根據(jù)天線個數(shù)m決定，其中n為整數(shù)，且

，式中

表示向下取整；(b)發(fā)射方對所述需要發(fā)送的原始數(shù)據(jù)和所述重排后的n路數(shù)據(jù)進行空頻編碼得到2(n+1)路數(shù)據(jù)；(c)發(fā)射方在天線上發(fā)送經(jīng)過編碼后的數(shù)據(jù)。
進一步地，上述方法還可具有以下特點，所述天線個數(shù)m為偶數(shù)時，在所述步驟(a)中，取重排次數(shù)；在所述步驟(c)中，經(jīng)過編碼后的2(n+1)路數(shù)據(jù)剛好在對應(yīng)的m＝2(n+1)個天線上發(fā)送。
進一步地，上述方法還可具有以下特點，所述天線個數(shù)m為奇數(shù)時，在所述步驟(a)中，取重排次數(shù)

，式中

表示向下取整；在所述步驟(c)中，經(jīng)過編碼后的2(n+1)路數(shù)據(jù)在對應(yīng)的2(n+1)個天線上發(fā)送，同時，發(fā)射方在m-2(n+1)個天線上發(fā)送所述步驟(b)中經(jīng)過編碼后的任意一路數(shù)據(jù)。
進一步地，上述方法還可具有以下特點，在所述步驟(c)中，發(fā)射方在m-2(n+1)個天線上發(fā)送所述步驟(b)中經(jīng)過編碼后的原始數(shù)據(jù)。
進一步地，上述方法還可具有以下特點，所述重排采用頻域循環(huán)移位進行。
采用本發(fā)明所述方法，將Alamouti方案的SFBC編碼和天線分組結(jié)合，同時對頻域序列進行重排，使同一個數(shù)據(jù)能夠在不同的子載波傳輸，相對于Alamouti方案的SFBC編碼，本方明的分集方案可以體現(xiàn)頻率分集的效果，可以在一定程度上提高分集增益的效果。



圖1為本實施例分集方法的MIMO-OFDM系統(tǒng)的發(fā)射機原理結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本實施例發(fā)射分集方法的流程圖； 圖3為本實施例分集方法在4天線情況下與現(xiàn)有技術(shù)中SFBC+FSTD(空頻塊編碼+頻率轉(zhuǎn)換發(fā)射分集)分集方法的性能比較曲線。

具體實施例方式 本實施例結(jié)合當前的基于SFBC分集的設(shè)計思想，針對發(fā)射天線大于2的MIMO-OFDM系統(tǒng)，設(shè)計一種適用于天線數(shù)大于2時的分集方法，可以更好的利用頻率分集的效果。
本實施例通過在頻域?qū)υ瓟?shù)據(jù)進行重排，并對重排后的數(shù)據(jù)和原數(shù)據(jù)進行SFBC編碼，從而實現(xiàn)天線數(shù)大于2時的分組SFBC編碼的效果。
圖1為本實施例中基于子載波重排的分集方法中發(fā)射機發(fā)射的示意圖，設(shè)待傳輸?shù)哪秤脩舻臄?shù)據(jù)為S＝[s1，s2，……，sk，……，sN]，其中，k為1至N中任一數(shù)值，并假設(shè)發(fā)射天線個數(shù)為Nt，在本實施例中Nt為偶數(shù)。所述發(fā)射分集方法如圖2所示，包括以下步驟 步驟110，發(fā)射方根據(jù)發(fā)射天線數(shù)目Nt，計算重排的次數(shù)

式中

表示向下取整； 步驟120，發(fā)射方對原始數(shù)據(jù)S進行

次重排(也稱為子載波重排)，得到n路數(shù)據(jù)S1，S2，…，Sn； 重排的方法有很多種，如采用頻域循環(huán)移位。但重排過程中，應(yīng)保證同一個數(shù)據(jù)不應(yīng)在同一個子載波重復(fù)發(fā)送的原則，即同一數(shù)據(jù)應(yīng)在不同的子載波發(fā)送，為了保證獲得最大的頻率分集增益，設(shè)置發(fā)送同一數(shù)據(jù)的不同子載波至少應(yīng)相差x個相干帶寬周期，其中x≥1。重排的方式對收發(fā)雙方是透明的。
步驟130，發(fā)射方對原始數(shù)據(jù)S和經(jīng)過重排的各路數(shù)據(jù)S1，S2，…，Sn分別進行SFBC編碼，得到2(n+1)路天線的發(fā)射數(shù)據(jù)； 步驟140，設(shè)原始數(shù)據(jù)編碼后的數(shù)據(jù)向量為，經(jīng)過重排后的數(shù)據(jù)向量為，其中S的下標n表示該數(shù)據(jù)向量是由第n路數(shù)據(jù)生成的，其中0表示是由原始數(shù)據(jù)生成的；上標1或2表示經(jīng)過SFBC編碼后得到的兩個數(shù)據(jù)，將其組織成如下格式將各行對應(yīng)在對應(yīng)的天線發(fā)射。
當天線個數(shù)為偶數(shù)個時，即Nt＝2(n+1)時，經(jīng)過編碼后的數(shù)據(jù)剛好可以在2(n+1)個天線上發(fā)送；而當天線個數(shù)為奇數(shù)個時，即Nt＝2(n+1)+1時，則可以將步驟130中經(jīng)過SFBC編碼后的任意一路數(shù)據(jù)在剩余的一根天線上發(fā)送，優(yōu)選經(jīng)過編碼后的原始數(shù)據(jù)。例如，天線個數(shù)為3時，重排次數(shù)n＝0，剩余的一根天線上可以發(fā)送經(jīng)過SFBC編碼后的任意一路數(shù)據(jù)。
同一路數(shù)據(jù)經(jīng)過SFBC編碼后得到的兩路數(shù)據(jù)應(yīng)盡量在天線間相關(guān)性小的一組天線發(fā)送。
在其他實施例中，重排次數(shù)也可以小于

，這樣，在步驟140中，發(fā)射方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，剩余的天線可以用來發(fā)送編碼后的任一路或幾路數(shù)據(jù)，只要保證同頻點子載波發(fā)送的數(shù)據(jù)不同即可。
下面以4天線為例進行說明，發(fā)射天線數(shù)目為4，則需要對原始數(shù)據(jù)進行一次重排。對S＝[s1，s2，……，sk，……，sN]進行重排，為分析簡單起見，這里假定重排方式為頻域循環(huán)移位，在經(jīng)過重排后，數(shù)據(jù)變?yōu)閮陕?，格式如? 然后對S＇進行SFBC編碼，編碼的方式有兩種 一種是令，分別對S1和S2進行Alamouti編碼，得到各個天線的發(fā)射數(shù)據(jù)格式為 另外一種方式是令S＇＝[v1，v2，……，vk，……，vN]，其中vi為列向量或矩陣，并對S＇中的v進行Alamouti編碼，得到各個天線的發(fā)射數(shù)據(jù)格式為 最后按照發(fā)射數(shù)據(jù)格式發(fā)射數(shù)據(jù)。
采用為本實施例分集方法在4天線情況下與現(xiàn)有技術(shù)中SFBC+FSTD分集方法的性能比較曲線如圖3所示，其中SFBC+FSTD的分集矩陣為，“SFR_SFBC”表示采用本發(fā)明的分集方法。從仿真結(jié)果來看，本發(fā)明的方法可以獲得比SFBC+FSTD更大的分集增益。
在分集方法中，對應(yīng)于上述發(fā)射分集方法，接收方在接收數(shù)據(jù)時，每個數(shù)據(jù)包接收完成后，根據(jù)發(fā)射方的重排方式進行解重排，從相應(yīng)的子載波上獲取相同的用戶數(shù)據(jù)后再進行SFBC解碼，最終獲得原始用戶數(shù)據(jù)。接收方法可采用現(xiàn)有技術(shù)的如Alamouti、MMSE(最小均方誤差)算法、ZF(迫零)算法、最大似然碼算法等。
當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
例如，本發(fā)明可以適用于天線數(shù)大于2個的情況，并不僅局限于實施例中4天線的情況。
再如，對重排的方式，本文中以循環(huán)重排為例進行說明，這只是為了說明該分集方案的原理，實際系統(tǒng)并不局限于上述循環(huán)重排的方式，只要保證同一數(shù)據(jù)應(yīng)在不同的子載波發(fā)送且發(fā)送同一數(shù)據(jù)的不同子載波至少應(yīng)相差相干帶寬。
權(quán)利要求
1、一種基于空頻編碼的多輸入多輸出-正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)射分集方法，其特征在于，
發(fā)射方對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)進行重排后再進行空頻編碼并發(fā)送，所述重排用于使各天線在相同頻點子載波上發(fā)送的數(shù)據(jù)不同。
2、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
發(fā)射方對數(shù)據(jù)進行重排，使各天線在相同頻點子載波上發(fā)送的數(shù)據(jù)不同，且保證發(fā)送同一數(shù)據(jù)的不同子載波至少相差x個相干帶寬周期，其中x≥1。
3、如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括以下步驟:
(a)發(fā)射方對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的原始數(shù)據(jù)進行n次重排得到n路數(shù)據(jù)，所述重排次數(shù)n根據(jù)天線個數(shù)m決定，其中n為整數(shù)，且
式中
表示向下取整；
(b)發(fā)射方對所述需要發(fā)送的原始數(shù)據(jù)和所述重排后的n路數(shù)據(jù)進行空頻編碼得到2(n+1)路數(shù)據(jù)；
(c)發(fā)射方在天線上發(fā)送經(jīng)過編碼后的數(shù)據(jù)。
4、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述天線個數(shù)m為偶數(shù)時，在所述步驟(a)中，取重排次數(shù)在所述步驟(c)中，經(jīng)過編碼后的2(n+1)路數(shù)據(jù)剛好在對應(yīng)的m＝2(n+1)個天線上發(fā)送。
5、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，
所述天線個數(shù)m為奇數(shù)時，在所述步驟(a)中，取重排次數(shù)
式中
表示向下取整；在所述步驟(c)中，經(jīng)過編碼后的2(n+1)路數(shù)據(jù)在對應(yīng)的2(n+1)個天線上發(fā)送，同時，發(fā)射方在m-2(n+1)個天線上發(fā)送所述步驟(b)中經(jīng)過編碼后的任意一路數(shù)據(jù)。
6、如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，
在所述步驟(c)中，發(fā)射方在m-2(n+1)個天線上發(fā)送所述步驟(b)中經(jīng)過編碼后的原始數(shù)據(jù)。
7、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述重排采用頻域循環(huán)移位進行。
8、一種基于空頻編碼的多輸入多輸出-正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的分集方法，其特征在于，包括以下步驟:
發(fā)射方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)進行重排后再進行空頻編碼并發(fā)送，所述重排用于使各天線在相同頻點子載波上發(fā)送的數(shù)據(jù)不同；
接收方在接收數(shù)據(jù)時，在每個數(shù)據(jù)包接收完成后，根據(jù)發(fā)射方的重排方式進行解重排，從相應(yīng)的子載波上獲取相同的用戶數(shù)據(jù)后再進行空頻解碼，獲得原始用戶數(shù)據(jù)。
9、如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，
發(fā)射方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，對數(shù)據(jù)進行重排，使各天線在相同頻點子載波上發(fā)送的數(shù)據(jù)不同，且保證發(fā)送同一數(shù)據(jù)的不同子載波至少相差x個相干帶寬周期，其中x≥1。
10、如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，發(fā)射方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，進一步包括以下步驟:
(a)發(fā)射方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的原始數(shù)據(jù)進行n次重排得到n路數(shù)據(jù)，所述重排次數(shù)n根據(jù)天線個數(shù)m決定，其中n為整數(shù)，且
式中
表示向下取整；
(b)發(fā)射方對所述需要發(fā)送的原始數(shù)據(jù)和所述重排后的n路數(shù)據(jù)進行空頻編碼得到2(n+1)路數(shù)據(jù)；
(c)發(fā)射方在天線上發(fā)送經(jīng)過編碼后的數(shù)據(jù)。
11、如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，
所述天線個數(shù)m為偶數(shù)時，在所述步驟(a)中，取重排次數(shù)在所述步驟(c)中，經(jīng)過編碼后的2(n+1)路數(shù)據(jù)剛好在對應(yīng)的m＝2(n+1)個天線上發(fā)送。
12、如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，
所述天線個數(shù)m為奇數(shù)時，在所述步驟(a)中，取重排次數(shù)
式中
表示向下取整；在所述步驟(c)中，經(jīng)過編碼后的2(n+1)路數(shù)據(jù)在對應(yīng)的2(n+1)個天線上發(fā)送，同時，發(fā)射方在m-2(n+1)個天線上發(fā)送所述步驟(b)中經(jīng)過編碼后的任意一路數(shù)據(jù)。
13、如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，
在所述步驟(c)中，發(fā)射方在m-2(n+1)個天線上發(fā)送所述步驟(b)中經(jīng)過編碼后的原始數(shù)據(jù)。
14、如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述重排采用頻域循環(huán)移位進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于空頻編碼的MIMO-OFDM系統(tǒng)的分集方法，在發(fā)射天線大于2時，仍可以獲得較好的頻率增益效果。所述分集方法包括發(fā)射方對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)進行重排后再進行空頻編碼并發(fā)送，所述重排用于使各天線在相同頻點子載波上發(fā)送的數(shù)據(jù)不同；接收方在接收數(shù)據(jù)時，在每個數(shù)據(jù)包接收完成后，根據(jù)發(fā)射方的重排方式進行解重排，從相應(yīng)的子載波上獲取相同的用戶數(shù)據(jù)后再進行空頻解碼，獲得原始用戶數(shù)據(jù)。
文檔編號H04L5/06GK101378283SQ200710147960
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月27日
發(fā)明者孫云鋒, 瓊 趙, 段亞軍, 王衍文 申請人:中興通訊股份有限公司