具有增量冗余的空時碼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及可以在無線通信環(huán)境中結(jié)合空間和時間分集來提供增量冗余的空時編碼技術(shù)。一般而言，發(fā)射機通過符號塊以高帶寬效率向接收機發(fā)送分組，如果接收機未正確接收到數(shù)據(jù)分組，則發(fā)射機發(fā)送附加符號來協(xié)助對未被正確接收的分組進行解碼。采用混和型ARQ反饋機制，以便接收機可以就這些分組是否被正確接收通知發(fā)射機。發(fā)射機可以根據(jù)反饋信息確定是發(fā)送新的符號還是啟用增量冗余。通過將對應(yīng)于這些冗余符號的接收碼字與原分組發(fā)送的那些碼字組合，向接收機提供附加分集、編碼增益、信號能量或它們的組合，并利用它們來正確地解碼發(fā)送數(shù)據(jù)。
【專利說明】具有增量冗余的空時碼
[0001]本申請是2003年7月7日提交的題為“具有增量冗余的空時碼”的發(fā)明專利申請03825185.X的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及無線通信，更具體地來說，涉及在空間分集通信環(huán)境中采用空時碼協(xié)助增量冗余。

【背景技術(shù)】
[0003]近年來，對無線數(shù)據(jù)服務(wù)的需求呈爆炸式增長，從無線語音到無線數(shù)據(jù)的演化造成對無線容量的需求呈指數(shù)級增長。由于全世界已經(jīng)有超過十億個用戶，所以可以預(yù)計無線服務(wù)的預(yù)訂量到2005年將超過有線服務(wù)的預(yù)訂量。這已迫使無線服務(wù)提供商和設(shè)備供應(yīng)商不得不尋求提高無線系統(tǒng)數(shù)據(jù)率的途經(jīng)，由此促使大量機構(gòu)對此進行研究。
[0004]無線信道存在諸如路徑損耗、屏蔽效應(yīng)、衰落、噪聲、帶寬有限、移動終端上的電力受限以及來自其它用戶的干擾等缺陷。這些限制使無線信道就像一個狹窄的管道，不允許快速的數(shù)據(jù)流以及使高效利用帶寬的高數(shù)據(jù)率無線通信設(shè)計成為一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。再者，無線系統(tǒng)設(shè)計上的挑戰(zhàn)還包括資源分配的設(shè)計、與快速變化物理信道相關(guān)的移動性問題、便攜性以及提供保密和安全性。
[0005]當(dāng)傳輸信道經(jīng)歷深度衰落時，接收機可能無法確定發(fā)送的信號，除非還向該接收機發(fā)送了該信號的另一個副本或版本。此方法稱為分集，它是實現(xiàn)無線信道上可靠傳輸?shù)淖钪匾呢暙I之一。分集的示例包括:
[0006]1.時間分集:將發(fā)送信號的副本以時域冗余的形式提供給接收機。
[0007]2.頻率分集:利用在不同頻率上發(fā)射的電波引起傳播介質(zhì)中不同的多徑結(jié)構(gòu)這一事實。將發(fā)送信號的副本以頻域冗余的形式提供給接收機。
[0008]3.空間分集:采用空間上分開或具有不同偏振的天線。將發(fā)送信號的副本以空域冗余的形式提供給接收機。這可以在不影響帶寬效率的前提下實現(xiàn)。
[0009]空間分集通常是發(fā)射機與接收機的相關(guān)發(fā)射天線和接收天線的數(shù)量和布局的函數(shù)。用多個發(fā)射天線和接收天線實現(xiàn)空間分集的系統(tǒng)通常稱為多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)。因此，發(fā)送設(shè)備將具有N個發(fā)射天線，而接收設(shè)備具有M個接收天線。空時編碼控制從N個發(fā)射天線的每一個發(fā)送什么數(shù)據(jù)。發(fā)射機上的空時編碼功能處理要發(fā)送的數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建從N個發(fā)射天線發(fā)送的唯一性信息。M個接收天線的每一個接收從N個發(fā)射天線的每一個發(fā)送的信號。接收設(shè)備上的空時解碼功能組合從N個發(fā)射天線發(fā)送的信息以恢復(fù)該數(shù)據(jù)。
[0010]空時編碼(STC)通常采用許多種技術(shù)之一來實現(xiàn)。一種示范技術(shù)是以不同的格式對同一數(shù)據(jù)編碼，以從不同的發(fā)射天線發(fā)送。因此，該同一數(shù)據(jù)以不同的格式從N個發(fā)射天線的每一個發(fā)送出去。另一種示范技術(shù)是從N個發(fā)射天線中不同的天線發(fā)送不同的數(shù)據(jù)，其中避免了第一種技術(shù)的冗余性。第一種技術(shù)即空時發(fā)送分集(STTD)在最大化分集時有效，但由于需要冗余導(dǎo)致效率不高。第二種技術(shù)通常稱為V-BLAST(垂直一貝爾實驗室分層空時)提高了具有足夠多的可用分集的系統(tǒng)的系統(tǒng)吞吐量。一旦達到分集的閾值量，數(shù)據(jù)率就隨BLAST系統(tǒng)的發(fā)送和接收天線的數(shù)量線性增長，而附加的空間分集對STTD系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)率影響很小。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到，其它STC技術(shù)如空時格形碼和空時塊碼。有關(guān)STTD和V-BLAST的更多信息可以參見Siavash M.Alamouti所著的“用于無線通信的簡單發(fā)送分集技術(shù)” (“A Simple Transmit Diversity Technique for WireIessCommunicat1ns,?,IEEE J.Select.Areas Commun.，vol.16，pp.1451-1458，Oct.1998) ；G.J.Foschini 所著的“釆用多單元天線時用于衰落環(huán)境中的無線通信的分層空時體系結(jié)構(gòu)”("LayeredSpace-time Architecture for Wireless Communicat1ns in a Fading Environmentwhen Using Mult1-element antennas,^Bell Labs Tech.J., pp.41-59, Autumnl996 ；G.J.，pp.41-59，Autumn1996) ；G.D.Golden、G.J.Foschin1、R.A.Valenzuela 和P.W.Wolniansky所著的“釆用V-BLAST空時通信體系結(jié)構(gòu)的檢測算法和實驗室初步結(jié)果，，(“Detect1n Algorithm and Initial Laboratory Results Using V-BLASTSpace-time Communicat1n Architecture^Electronics Letters,vol.35，pp.14-16，Jan.1999)；以及 P.W.Wolniansky、G.J.Foschin1、G.D.Golden 和 R.A.Valenzuela 所著的“V-BLAST:用于多散射無線信道上實現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)率的體系結(jié)構(gòu)”(〃V-BLAST:AnArchitecture for Realizing Very High Data Rates Over the Rich-scatteringWireless Channel,"Proc.1EEE ISSSE-98，Pisa, Italy,Sept.1998，pp.295-300}；V.Tarokh等人所著“高數(shù)據(jù)率無線通信的空時碼:性能分析和代碼構(gòu)造”("Space-TimeCodes for High Data Rate Wireless Communicat1n:Performance Analysis andCode Construct1n,^IEEE Trans.1nform.Theory, pp.744-765, Marchl998)；以及 EkoN.0nggosanusi等人所著“高速率空時塊形編碼的方案:相關(guān)衰落信道中的性能和改進，，("High Rate Space-time Block Coded Scheme:Performance and Improvement inCorrelated Fading Channels, 〃IEEE Wireless Communicat1ns and Networking Conference，pp.194-256，Orlando, FLj USA, March 17-21, 2002)，以上文獻通過引用結(jié)合于本文中。
[0011]當(dāng)有N個發(fā)送和M個接收天線時，對于每次發(fā)送時隙，同時從不同的發(fā)射天線發(fā)送N個信號。這些信號具有相同的發(fā)送周期。從不同天線發(fā)送的信號經(jīng)歷各不相干的衰落。每個接收天線上接收到的信號是受噪聲干擾的傳輸信號的線性疊加。
[0012]從數(shù)學(xué)角度來說，如果St-是從天線η發(fā)送的，在天線m上接收到的信號rt m由下式給出:


N
[0013]EiJ.Im — Σ+



η 1
[0014]路徑增益αη，π是從發(fā)射天線η到接收天線m的路徑增益，而^表示噪聲變量。對于平坦衰落，假定該路徑增益在一幀期間保持恒定，但隨幀變化。
[0015]基于此假定，可以推導(dǎo)出空時碼的設(shè)計準(zhǔn)則。為描述該準(zhǔn)則，將任何碼字S書寫為空時矩陣:
[0016]

【權(quán)利要求】
1.一種無線通信設(shè)備，包括: 多個天線； 收發(fā)機，配置為: 響應(yīng)于從遠程發(fā)射機發(fā)送第一組符號，從所述多個天線接收第一信號； 基于第一空時碼解碼所述第一信號以獲得對于所述第一組符號的估計； 響應(yīng)于確定所述第一組符號的解碼的失敗，向所述遠程發(fā)射機發(fā)送請求，其中所述請求包括重發(fā)請求； 響應(yīng)于從所述遠程發(fā)射機發(fā)送第二組符號，從所述多個天線接收第二信號，其中所述遠程發(fā)射機響應(yīng)于所述請求而發(fā)送所述第二組符號，其中所述第二組符號通過一個或多個操作而與所述第一組符號相關(guān)，所述操作至少包括關(guān)于所述遠程發(fā)射機的天線輸出端口對所述第一組符號進行重新排序； 基于所述第一空時碼解碼所述第二信號以獲得對于所述第二組符號的估計；以及基于第二空時碼解碼對于所述第一組符號的估計和對于所述第二組符號的估計以獲得改善的對于所述第一組符號的估計。
2.如權(quán)利要求1所述的無線通信設(shè)備，其中，所述第一空時碼包括貝爾實驗室分層空時碼。
3.如權(quán)利要求1所述的無線通信設(shè)備，其中，所述第一組符號是兩個符號的組。
4.如權(quán)利要求1所述的無線通信設(shè)備，其中，所述第一組符號和所述第二組符號形成Alamouti 碼。
5.如權(quán)利要求1所述的無線通信設(shè)備，其中，所述收發(fā)機還配置為: 響應(yīng)于確定基于所述第二空時碼的解碼的失敗，向所述遠程發(fā)射機發(fā)送第二重發(fā)請求； 響應(yīng)于從所述遠程發(fā)射機重新發(fā)送所述第一組符號，從所述多個天線接收第三信號，其中所述遠程發(fā)射機響應(yīng)于所述第二重發(fā)請求重新發(fā)送所述第一組符號。
6.一種用于操作無線通信設(shè)備的方法，所述方法包括: 響應(yīng)于從遠程發(fā)射機發(fā)送第一組符號，從多個天線接收第一信號； 基于第一空時碼解碼所述第一信號以獲得對于所述第一組符號的估計； 響應(yīng)于確定所述第一組符號的解碼的失敗，向所述遠程發(fā)射機發(fā)送請求，其中所述請求包括重發(fā)請求； 響應(yīng)于從所述遠程發(fā)射機發(fā)送第二組符號，從所述多個天線接收第二信號，其中所述遠程發(fā)射機響應(yīng)于所述請求而發(fā)送所述第二組符號，其中所述第二組符號通過一個或多個操作而與所述第一組符號相關(guān)，所述操作至少包括關(guān)于所述遠程發(fā)射機的天線輸出端口對所述第一組符號進行重新排序； 基于所述第一空時碼解碼所述第二信號以獲得對于所述第二組符號的估計；以及基于第二空時碼解碼對于所述第一組符號的估計和對于所述第二組符號的估計以獲得改善的對于所述第一組符號的估計。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述第一空時碼包括貝爾實驗室分層空時碼。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述第一組符號是兩個符號的組。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述第一組符號和所述第二組符號形成Alamouti碼。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括: 響應(yīng)于確定基于所述第二空時碼的解碼的失敗，向所述遠程發(fā)射機發(fā)送第二重發(fā)請求； 響應(yīng)于從所述遠程發(fā)射機重新發(fā)送所述第一組符號，從所述多個天線接收第三信號，其中所述遠程發(fā)射機響應(yīng)于所述第二重發(fā)請求重新發(fā)送所述第一組符號。
11.一種無線通信設(shè)備，包括: 用于響應(yīng)于從遠程發(fā)射機發(fā)送第一組符號，從多個天線接收第一信號的裝置； 用于基于第一空時碼解碼所述第一信號以獲得對于所述第一組符號的估計的裝置；用于響應(yīng)于確定所述第一組符號的解碼的失敗，向所述遠程發(fā)射機發(fā)送請求的裝置，其中所述請求包括重發(fā)請求； 用于響應(yīng)于從所述遠程發(fā)射機發(fā)送第二組符號，從所述多個天線接收第二信號的裝置，其中所述遠程發(fā)射機響應(yīng)于所述請求而發(fā)送所述第二組符號，其中所述第二組符號通過一個或多個操作而與所述第一組符號相關(guān)，所述操作至少包括關(guān)于所述遠程發(fā)射機的天線輸出端口對所述第一組符號進行重新排序； 用于基于所述第一空時碼解碼所述第二信號以獲得對于所述第二組符號的估計的裝置；以及 用于基于第二空時碼解碼對于所述第一組符號的估計和對于所述第二組符號的估計以獲得改善的對于所述第一組符號的估計的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的無線通信設(shè)備，其中，所述第一空時碼包括貝爾實驗室分層空時碼。
13.如權(quán)利要求11所述的無線通信設(shè)備，其中，所述第一組符號是兩個符號的組。
14.如權(quán)利要求11所述的無線通信設(shè)備，其中，所述第一組符號和所述第二組符號形成 Alamouti 碼。
15.如權(quán)利要求11所述的無線通信設(shè)備，還包括: 用于響應(yīng)于確定基于所述第二空時碼的解碼的失敗，向所述遠程發(fā)射機發(fā)送第二重發(fā)請求的裝置； 用于響應(yīng)于從所述遠程發(fā)射機重新發(fā)送所述第一組符號，從所述多個天線接收第三信號的裝置，其中所述遠程發(fā)射機響應(yīng)于所述第二重發(fā)請求重新發(fā)送所述第一組符號。
【文檔編號】H04L1/06GK104202132SQ201410270497
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2003年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2002年9月20日
【發(fā)明者】V·塔羅克, M·賈, W·童, P·朱, J·馬 申請人:蘋果公司