專利名稱：無線電數據發射方法以及利用所述方法的發射器和接收器的制作方法
無線電數據發射方法以及 利用所述方法的發射器和接收器
本發明涉及無線通信領域，更具體來說，本發明涉及可用在尤其
與OFDM類傳輸方案相結合地使用的MIMO(多輸入多輸出)或MISO (多輸入單輸出)通信情境中的編碼和解碼方案。
正交頻分復用(OFDM )(比如編碼OFDM ( COFDM ))是基于 頻分復用(FDM)的原理，但是其被實施為數字調制方案。將被傳送 的比特流被分成幾個并行比特流，通常是幾十個到幾千個。可用頻譜 被劃分成幾個子信道，并且通過利用諸如PSK、 QAM等之類的標準 調制方案對子載波進行調制而在一個子信道上傳送每個低速率比特 流。所述子載波頻率被選擇成使得已調數據流彼此正交，這意味著各 個子信道之間的串擾被消除。這種正交性在各子載波通過子載波的符 號率均等間隔開時出現。
OFDM的主要優點是其在無需復雜的均衡濾波器的情況下應對 惡劣信道條件(比如多徑和窄帶干擾)的能力。通過使用許多緩慢調 制的窄帶信號以取代一個快速調制的寬帶信號而簡化了信道均衡。
已經開發出 一種被稱作DFT擴展OFDM的變型。在這種系統中， 通過DFT (離散傅里葉變換)把每一個將要傳送的符號擴展在一組傳 送頻率上，并且通過常規的OFDM傳輸系統來發送所得到的信號。
圖1示出對應于發送器的頻域內的編碼實施方式。實際的實施方 式可以在頻域或時域內實施，出于簡單起見并且為了改進在不同頻帶 內進行發射的發射器之間的頻率可分離性，頻域內的實施方式應當是 優選的，特別在使用MIMO方案的情況下尤其如此。通過編碼和調制 模塊1.1把將要傳送的數據編碼及映射在各符號上，從而給出一組符 號xn。隨后通過FFT (快速傅里葉變換)模塊1.2在頻域內擴展所述 信號。隨后執行頻率映射步驟1.3,該步驟可以包括零插入(這等效 于在時域內進行過采樣)、頻率整形、頻率變換以及可能的濾波。在 包括零插入的情況下，所述頻率映射模塊1.3的輸出得到一個尺寸為 N，的矢量，其中N，大于N或者等于N,在下文中為了簡單起見假設N，=N而不會損失一般性。通過IFFT (快速傅里葉逆變換)1.4把所述 信號變換回時域內以供傳輸，從而給回一組符號x，n，其非常接近于 所述符號xn (如果不是相等的話)。在傳輸之前可以應用可選的循環 前綴插入1.5。
圖2示出對應于接收器的頻域內的解碼實施方式。首先在步驟2.1
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在步驟2.2中去除所述循環前綴。隨后應用快速傅里葉變換2.3以便 把所述信號變換到頻域內。隨后利用通過信道估計步驟2.7獲得的關 于信道條件的數據來執行均衡步驟2.4。隨后在解調和信道解碼步驟 2.6之前通過快速傅里葉逆變換2.5對數據進行解擴。
這種系統具有良好的屬性。特別是所傳送的信號保持恒定包絡。 可以簡單地用MMSE (最小均方誤差)線性均衡器在頻域內來實施所 述系統，特別在所述信號中插入了循環前綴時尤其如此。
已經知道在發射器處使用幾個天線將得到MISO系統，或者在發 射器和接收器處同時使用幾個天線將得到MIMO系統，從而允許提高 傳輸的魯棒性。這種得到提高的魯棒性可以被用來增大范圍或帶寬， 這是通過調節傳統的范圍對帶寬折衷來實現的。還可以使用幾種分集 方案來利用發射器處的多個天線。
Alamouti已經開發出一種碼，即空時塊碼(STBC),這是因為 通過不同的天線在空間內擴展將被傳送的信息，并且利用不同的時隙 在時間上擴展將被傳送的信息。關于Alamouti碼的參考文章有"A simple transmit diversity technique for wireless communications" , IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 16， pp. 1451-1458， 1998年10月。在 Alamouti碼的第一種實施方式中設想兩個發射天線(Txl和Tx2 )， 在兩個時隙(Tl和T2)中發送兩個符號a和b，當天線Tx2發射符 號b時，天線Txl在時間Tl處發射符號a。當天線Tx2發射符號af 時，天線Txl在時間T2處發射符號-b*，其中"*"表示復共軛。這 在圖3a中示出。我們才巴這種Alamouti碼稱作傳統時間Alamouti,其 具有提供簡單的編碼和解碼的優點，分集性得到提高，從而導致更好 的性能。應當注意，吞吐量并沒有得到提高。最優的(MAP,最大后 驗)解碼非常簡單，只要所述信道在Tl與T2之間不發生改變，并且 只要所述信道可以用簡單的乘法來表征，所述解碼就不包含矩陣求逆、對H才文舉或J求形解碼。它可以4艮自然地與OFDM或OFDM類的 調制方案良好地組合。
Alamouti碼的第二種實施方式被稱作OSFBC，即正交空頻塊碼， 其在圖3b中示出。這種實施方式是基于在兩個不同的頻率(F1和F2) 上發送數據，而不是在兩個不同的時隙內發送數據。利用2個發射天 線(Txl和Tx2),在兩個頻率(Fl和F2)上發送兩個符號a和b， 當天線Tx2發射符號b時，天線Txl在頻率Fl上發射符號a。當天 線Tx2發射符號aW于，天線Txl在頻率F2上發射符號-b*。我們把這 種Alamouti變型稱作通常頻率碼。在傳統上，所述兩個頻率是相鄰的， 以便限制信道的變化。依照定義，這種方案^皮應用于OFDM或OFDM 類的調制方案。所謂的O F D M類調制包括單載波方案的某種頻域實施 方式，其中優選地(但不是嚴格必須地)添加了循環前綴，比如所描 述的DFT擴展OFDM。與OSTBC相比，其優點在于僅僅使用一個調 制時隙，這從多路復用的角度來看可能是有利的，并且在信道非常快 速地變化的情況下(比如高Doppler)可能導致更好的性能。其缺點 在于，信道可能在兩個頻率之間變化，這可能會導致性能降低，或者 提高接收器的復雜度。由于其簡單的實施方式和良好的性能，Alamouti 碼是將被用在MIMO傳輸中的非常具有吸引力的方案。遺憾的是，在 被應用于OFDM或OFDM類調制方案時，這些碼并不具有對于每一 個天線產生具有恒定包絡屬性的信號這一有價值的特征，其中所述包 絡是復包絡的模量。
本發明的問題是設計一種易于進行編碼和解碼的空頻碼，其以良 好的性能在每一個發射天線處保持恒定的包絡屬性。優選地并且為了 簡化解碼，在接收器側在頻域內實施本發明的一種實施方式。可以在
與該發送器一起使用
為了克服上述問題，本發明提出基于同時使用頻域內的Alamouti 碼的兩種變型的空頻塊碼，其中每 一 種Alamouti碼被應用于精選的頻 率對。所提出的SFBC對于每一個天線保持所述恒定包絡屬性，同時 獲得與純Alamouti STBC性能相等或非常接近的性能。
本發明涉及一種通過包括至少兩個發射天線的發射器進行無線
6電數據發射的方法，每一個天線在至少偶數"N"個不同頻率上進行
發射，其中N嚴格大于4，所述方法包括以下步驟在第一天線上并 且在給定的時隙期間，在每一個頻率"k"上發射代表頻域內的復數 符號"Xk"的信號，其中1^0到N-1;在第二天線上并且在相同的時 隙期間，在每一個頻率"k"上發射代表符號"Yk"的信號，其中k=0 到N-1;其中，對于被選擇為0與N-l閉區間內的偶數值的給定整數 值M，對于每一個頻率k通過公式Yk^(-l)k"X承M.,.k從所述符號Xk 導出符號Yk，其中s是1或-1,乂*是指X的復共軛，以及其中把M-l-k 模N，從而根據配對方案得到頻率配對，并且在將被發射的各符號上 對每一對頻率應用Alamouti碼的一種變型。
在本發明的一個特定實施例中，N能夠被4整除，所選擇的M值 等于N/2。
在本發明的一個特定實施例中，所選擇的M值等于O。 在本發明的一個特定實施例中，所述方法還包括以下步驟在頻 域內獲得關于將被傳送的數據的N個符號Xk;根據所述公式從所述 各符號Xk計算所述N個符號Yk;從所述各Xk符號生成將要在所述第 一天線上發射的N個所述信號；以及從所述各Yk符號生成將要在所 述第二天線上發射的N個所述信號。
在本發明的一個特定實施例中，所述方法還包括以下步驟在時 域內獲得關于將被傳送的數據的N個符號xn;根據公式 yn=sW(M-i 、，從所述各符號Xk計算所述N個符號yn ，其中W^e^N ，
x承代表x的復共軛，以及其中把n-N/2模N;從所述各Xn符號生成將 要在所述第一天線上發射的N個所述信號；以及從所述各yn符號生 成將要在所述第二天線上發射的N個所述信號。
本發明還涉及一種從包括至少兩個發射天線的發送器對至少偶 數個頻率上的信號進行無線電數據接收的方法，其中所述信號是如上 所述地發射的，所述方法包括以下步驟根據所述發射配對方案對于 在所述頻率上接收到的信號進行配對；以及根據由所述發射器使用來 對于在所述頻率對上發射的信號進行編碼的Alamouti編碼代碼的變 型，對每一對所接收到的信號應用空頻碼解碼模塊。
本發明還涉及一種發射設備，其包括至少兩個發射天線；用于 在每一個天線上發射至少偶數"N"個不同頻率的裝置；用于在第一天線上并且在給定的時隙期間、在每一個頻率"k"上發射代表頻域
內的復數符號"Xk"的信號的裝置，其中k岣到N-l;用于在第二天 線上并且在相同的時隙期間、在每一個頻率"k"上發射代表符號"Yk" 的信號的裝置，其中1^0到N-1;其中，對于被選擇在0與N-l閉區 間內的給定整數值M，對于每一個頻率k通過公式Y^s(-l)k"X4M小k 從所述符號Xk導出符號Yk,其中X+是指X的復共軛并且s是1或-1。 本發明還涉及一種接收設備，其包括用于在至少偶數個頻率上 從包括至少兩個發射天線的發送器接收信號的裝置，其中所述信號是 根據上面描述的方法發射的；用于根據所述發射配對方案對于在所述 頻率上接收到的信號進行配對的裝置；用于根椐由所述發射器使用來 對于在所述頻率對上發射的信號進行編碼的Alamouti編碼代碼的變 型對每一對所接收到的信號應用空頻碼解碼模塊的裝置。
通過閱讀下面參照附圖對示例實施例的描述，本發明的特點將會 變得更加清楚，在附圖中
圖1示出對應于具有一個發射天線的發送器的頻域內編碼實施方式。
圖2示出對應于具有一個接收天線的接收器的頻域內解碼實施方式。
圖3給出Alamouti碼，在圖3a中示出時域內的Alamouti碼，在 圖3b、圖3c和圖3d中示出頻域內的Alamouti碼。 圖4示出對應于兩個天線的第一實施例。 圖5示出對應于兩個天線的第二實施例。
圖6示出對應于本發明在頻域內的一個特定實施例的編碼器的體 系結構。
圖7示出對應于本發明在頻域內的另 一 個特定實施例的編碼器的 體系結構。
圖8示出對應于本發明在時域內的另一個特定實施例的編碼器的 體系結構。 '
圖9示出本發明的 一 個特定實施例中的具有 一 個接收天線的設備 的解碼器的體系結構。
圖10示出本發明的一個特定實施例中的具有幾個接收天線的設備的解碼器的體系結構。
圖11示出本發明的一個特定實施例中的發射方法的組織圖。 圖12示出本發明的一個特定實施例中的接收方法的組織圖。
如上所述，在本文獻中解決的問題是在使用至少兩個發射天線的 傳送系統中實施一種空頻塊碼。目標是提出一種能夠提供接近
Alamouti的性能并且同時對于在每一個天線上傳送的信號保持恒定包 絡屬性的空間分集方案。當然，所述實施方式(特別是解碼)的簡單 性也是所述解決方案的一個重點。
本領域中已知的第一種分集方案被稱作DD，即延遲分集。這是 一種非常簡單的多天線傳輸方案。第二天線發射由第一天線發送的信 號的延遲版本。 一個明顯的缺點在于，其增大了由發送器所見的等效 信道長度。在具有循環前綴的系統中，CDD (循環延遲分集)是優選 的。CDD也是已知的，其適用于使用循環前綴的系統，例如OFDM 或DFT擴展OFDM。由第二天線發射的每一個塊是由第一天線發送 的塊的循環旋轉。這就允許在使用非常簡單的解調器的同時提高分集 性。在DFT擴展OFDM的情況下，所述兩個所傳送的信號具有恒定 的包絡。然而其性能沒有例如利用Alamouti碼所獲得的那樣好。
圖3a和圖3b代表Alamouti碼的已知變型，即傳統時域變型和通 常頻域變型，圖3c和圖3d給出Alamouti碼的略微不同的變型。本領 域技術人員可以明顯看出，所述Alamouti變型具有與所述通常變型相 同的屬性。
我們^te所述頻域內的兩種新變型稱作變型1 (圖3c中示出)和變 型2 (圖3d中示出)，應當注意，這兩種新變型都保證由Txl發射的 信號具有恒定包絡，這是因為其對應于在不使用MIMO方案時所傳送 的信號。
在使用根據OFDM類傳輸方案的傳輸時，我們必須在所使用的頻 帶內的不同頻率處傳送幾個載波。本發明提出把這些頻率成對地相關 聯，并且對于每 一 對頻率應用其中 一 種所述Alamouti變型。可以看出， 所述恒定包絡屬性將取決于不同頻率的關聯方案以及對于每一對所 選擇的Alamouti變型。在實施于偶數N個頻率的框架內的本發明的 第一實施例中，所述兩種Alamouti變型與所述DFT擴展OFDM的關
9-首先把索引為0的第一頻率與索引為N-l的最后一個頻率相關 聯，隨后把第二頻率與索引為N-2的第(N-1)個頻率相關聯，后面以此類推。-其次如圖4中所示對于每一對相關l關的頻率交替使用Alamouti 碼的所述兩種變型，即變型1和變型2。圖4示出針對兩個天線Txl和Tx2的本發明的方案。利用八個頻 率來解釋所述方案，而不考慮可能被添加的最終的空子載波，這可以 很自然地擴展到任何偶數個頻率。符號X。到X7代表在給定時間處通 過天線Txl在所述不同頻率上發送的不同符號。對于頻率使用相同的 編號，可以看出，頻率F0與頻率F7相關聯，頻率F2與頻率F5相關 聯，其中使用了 Alamouti碼的變型1。與此同時，頻率Fl與頻率F6 相關聯，頻率F3與頻率F4相關聯，其中使用了 Alamouti碼的變型2。 當然也可以互換地使用所述兩種變型。這種設置導致第二天線Tx2上 的給定傳輸，其按照頻率的順序發射以下符號-X*7、 X*6、 -X*5、 X*4、 -X*3、 X*2、 -X*,、 X*Q。由于規則的符號交替以及所述符號在保 持與第 一 天線上的順序相比的規則順序的情況下被擴展在所述各頻 率上，因此可以證明由第二天線發送的信號具有恒定的包絡。這在頻域內對應于公式Yk=e(-l)k+1X*N+k，其中s代表l或-l。實 際上，s對應于所述兩種Alamouti變型的^f吏用的反轉。必須注意，對 于低于或等于4的N值，所述公式可以得到已知的方案。如果在時域 內實施所述編碼器，則我們沒有頻域內的所述符號Xk,但是代之以我們具有時域內的Xn符號序列。因此，頻域內的Xk與Yk符號之間的給定關系對應于時域內的對偶關系，從而導致生成相同的信號。這種時 域內的關系被表示為y^sW-WN/2,其中W二e127^, s等于1或-l,n-N/2 被模N表示。該公式在忽略可選的零插入操作時是有效的，其中所述 零插入操作并不會顯著修改所述恒定包絡屬性。這種解決方案適用于所有偶數N。相關聯的符號可能在頻率上大 大分開，并且這些頻率可能對應于不同的信道響應。這可能會導致輕 微的性能降低以及基本Alamouti解碼器復雜度的略微增大。當對于蜂 窩傳輸系統的上行鏈路設想這種技術時，所述接收器通常被實施在基 站中，在這種情況下可以忽略相應的復雜度增大。如果N是4的倍數(N=4p),則有可能通過對于所述頻率多路復用的每一半應用先前的方案來減小所述頻率分離，正如圖5中所示出的那樣。這樣就得到了本發明的第二實施例。按照與第 一實施例中相同的約定，該第二實施例在頻域內對應于公式Yk^(-l)k+'X、/2小k，從而在時域內得到對應于yn=s(-l)nW-nxVN/2 的對偶公式，其中W-一27^。 一般而言，在整個文獻中，像n-N/2、 N/2-l-k或M-l-k之類的索引的表達式都是模N表示的。然而，對于0與N-l之間的任何M，也有可能通過下面的一般方 案來推廣全部兩個實施例-頻率表示Yk=s(-l)k+1X*M—,_k,其中在載波k與M-l-k之間執行 一種Alamouti變型方案。-時間表示yn=sW(M-"nx*n-N/2。應當很好地理解，所述時間和頻率實施方式都導致生成將要發射 的完全相同的信號。如果在頻域內解釋的話，所發射的信號可以被視 為代表通過公式Y^e(-l)k"X^.Lk相聯系的Xk和Yk符號，即使其是 利用基于x。和y。符號的時域實施方式所生成的也是如此，其中所述 xn和yn符號在時域內通過公式yn=sW(M-1)nx*n-N/2相聯系。還應當注意，第一實施例對應于M=0，第二實施例對應于M=N/2,這意味著 N/2是偶數，因此N二4p。所有這些實施例都解決了在保持所述恒定包 絡屬性的同時給出接近Alamouti的性能的問題。下面將描述根據本發明的 一個特定實施例的本發明的實施方式。 在圖6中提供編碼器的頻率實施方式的第一變型，在圖7中提供 第二變型。通過編碼和調制模塊6.1和7.1把將要傳送的數據編碼及 映射在各符號上，從而給出一組符號Xn。隨后通過FFT (快速傅里葉 變換)模塊6.2和7.2在頻域內擴展所述信號。隨后執行頻率映射模 塊6.3和7.3，其可以包括零插入、頻率整形等等。通過IFFT (快速 傅里葉逆變換)6.4和7.4 4巴所述信號變換回時域內以供傳輸，從而給 回一組符號x，n，其非常接近于所述第一符號xn(如果不是相等的話)。 在傳輸之前可以應用可選的循環前綴插入6.5和7.5。 4巴由空頻塊碼計 算6.6和7.6計算的數據饋送到第二天線，從而得到具有IFFT 6.7和 7.7的新分支以及與第一分支中一樣的可選的循環前綴插入6.8和7.8。ii這兩種實施方式之間的差別很小，并且所述差別對應于空頻編碼功能6.6和7.6相對于頻率映射功能6.3和7.3的》文置。必須注意，這些實 施方式非常具有一般性，并且適用于任何2乘2空頻編碼。本發明的 核心是根據上面給出的公式被用在功能6.6和7.6中的實際的2乘2 空頻塊碼。在圖8中給出所述編碼器的時域內實施方式。通過編碼調制模塊 8.1把將要傳送的數據編碼及映射在各符號上，從而給出一組符號xn。 隨后可以對所述信號應用可選的循環前綴插入8.5。隨后在傳輸之前 執行頻率整形模塊8.9,其可以包括過采樣、濾波以及頻率變換。模 塊8.6應用所述碼的時間實施方式。該模塊是基于上面給出的時域內 的等效公式。第二分支受到與第一分支相同的對待，其中有可選的循 環前綴插入才莫塊8.8以及過采樣和頻率整形才莫塊8.10。在圖9中給出對應于一個接收天線的頻域內解碼器實施方式，在 圖10中給出對應于Nr個接收天線的實施方式。在圖9中，首先在模 塊9.1中對所接收到的數據進行同步。如果編碼器已經插入了循環前 綴，則在模塊9.2中去除所述循環前綴。隨后應用快速傅里葉變換9.3 以便把所述信號變換到頻域內。隨后利用通過信道估計模塊9.7獲得 的關于信道條件的數據來執行均衡模塊9.4。對于所使用的每一個發 射天線和每一個頻率進行所述信道估計。該均衡模塊根據由所述編碼 器所使用的碼對數據應用空頻塊解碼。隨后在解調和信道解碼模塊9.6 之前通過快速傅里葉逆變換9.5對數據進行解擴。圖10示出在使用幾 個接收天線的情況下的解碼器體系結構。從所述接收天線接收到幾個 信號10.8。同步模塊10.1對所有這些信號進行同步。在同樣被應用于 每一個信號的FFT 10.3之前，對所有經過同步的信號并行地執行可選 的循環前綴去除10.2 (如果使用了循環前綴的話)。Nr個信道估計模 塊10.7 (可能是一個復模塊)將對饋送到一個解碼器模塊10.4的所述 Nr個信號進行操作，該解碼器模塊包括一個R乘2乘2基本空頻塊 解碼器，其順序地處理所述N/2對子載波。逆FFT模塊10.5在傳統 的信道解碼10.6之前處理所得到的信號。為了受益于本發明的特點，優選地在頻率維度內執行解碼。本發 明部分地依賴于所述空頻塊碼解碼模塊本身，而且還依賴于執行這種 簡單解碼的可能性，其中所述空頻塊碼解碼模塊一次只處理一對載波，不同載波對被彼此獨立地解碼。本應在時間維度內被定義在一個 模塊內的大多數方案都不具有這最后一個屬性。另一方面，對于各相鄰子載波所執行的傳統Alamouti方案也將具有這種屬性，但是不具有 恒定包絡特性。在圖IO所示出的多天線情況下的SFBC解碼的復雜度方面，所述 MMSE (最小均方誤差)解碼器例如將存在于匹配濾波器中，也就是 說與尺寸為2x2Nr的復矩陣相乘，或者與尺寸為4x4K的實矩陣相乘， 其后最多求解一個2x2復線性系統，或者求解一個4x4實線性系統。 進一步的研究和仿真將確認是否需要這一求逆。無論如何，相應的復 雜度都是可以負擔的。下面將針對可能非靜態的信道詳細描述對MIMO碼的解碼。首先 將給出在實數域內解碼LD (線性分散)碼的一般方式。隨后將例如 針對可能非靜態的信道把該方法應用于Alamouti碼及其變型。我們定義以下參數.K是每個碼字的信息符號的數目，.N是子載波的數目， L是時間或頻率維度，也就是說在空時或空頻編碼中所涉及到 的時隙的數目或子載波的數目，在Alamouti的情況下L是2,.Nr是接收天線的數目， Nt是發射天線的數目。我們定義下面的矢量和矩陣.x是尺寸為Kxl的復矢量，其代表信息數據；.xr是尺寸為2Kxl的實矢量，其代表信息數據的實數表示；.H是尺寸為L.NrxL.Nt的復矩陣，其代表頻域內的信道響應； Hi是尺寸為Nr x Nt的復矩陣，其代表對應于時隙i或子載波i 的4言道響應；.Hr是尺寸為2L.Nrx2L.Nt的實矩陣，其代表信道的實數表示； .s是尺寸為NtxL的復矩陣，其代表已編碼數據的矩陣表示； .sv是尺寸為Nt丄x 1的復矢量，其代表已編碼數據的矢量表示 sv=vect(s》 A、 B是尺寸為L.NtxK的復矩陣，其代表所述編碼矩陣； Cr是尺寸為2L.Nt x 2K的實矩陣，其代表等效的實數編碼矩陣；.y是尺寸為L.Nrx 1的復矢量，其代表所接收的數據的矢量表示； .yr是尺寸為2L.Nrxl的實矢量，其代表所接收的數據的矢量實 數表示； v是尺寸為L.Nrx 1的復矢量，其代表噪聲矢量； .vr是尺寸為2L.Nrx 1的實矢量，其代表噪聲矢量的實數表示。 在MIMO方案的傳統描述中，假設可以用線性變換來對信道的影 響進行建模。實際上對于寬帶系統來說，這就假設該描述是在頻域內 執行的。在OFDM或DFT擴展OFDM系統中或者在任何特定的多載 波系統中，這意味著所述MIMO方案3皮應用于一個子載波(這對應于 STBC)或者被應用于少數L個子載波(這對應于SFBC)。此時必須 分開考慮STBC和SFBC方案。在STBC方案中，對于N個所傳送的子載波當中的每一個子載波 k，應用通常擴展在L個相繼時隙上的空時ST編碼， 一個時隙在這里 對應于一個OFDM符號。如果我們假設例如有2個發射天線Tx0和 Txl，則N產2，并且1^=2個時隙，對于該子載波k在時隙j期間將在 天線i上發射符號a〖j。在矩陣記法中，這對應于發送下面的矩陣v 、在ST編碼和解碼方面，并行地處理相應的N個流因此出于簡 單起見而又不損失一般性，下面將省略上標k。在SFBC方案中，特定的空頻SF編碼或解碼只涉及到一個時隙， 即一個OFDM符號。然而，N/L項SF編碼/解碼將被并行地獨立處理， 其中每一項SF編碼被擴展在L個不同的子載波上。我們把k稱作SF 編碼的索引，k處于0與N/L-l之間。該編碼被應用在L個子載波ko， k,, ...,kw上。隨后，在SF編碼之后，通過發射天線i在子載波kj上 發射符號《& 。如果我們例如假設有2個發射天線Tx0和Txl ( N產2 ) 并且對于每一項SF編碼4吏用1^=2個子載波，則這對應于發送下面的 矩陣f * A 、、。，jfto a，，fri,14在SF編碼和解碼方面，并4亍地處理相應的N/L個流因此出于 簡單起見而又不損失一般性，下面將省略上標ki,并且我們將認為矩 陣s被發送。00 aoi。lO 可以按照矩陣或矢量形式來表示空時或空頻(ST/SF)碼的已編 碼數據。描述所述編碼的更自然的方式是利用矩陣形式，正如上面所 使用的那樣。實際上，這種矩陣形式通常導致更容易地表示所述編碼 過程本身。然而下面將使用矢量形式，這是因為其可以簡化對信道和 解碼的表示。下面從一個矩陣通過疊加該矩陣的不同各列而獲得一個 矢量。舉例來說，如果s和sv是已編碼數據的矩陣和矢量表示，則有下式這在SFBC實例中可以如下示出flool">天線o， aio ~>天線i,% ~>天線o,。H」—天線1，非常一般來說，所述ST/SF編碼可以用下面的LD碼的復數表示 來表示 rv =爿jc + 5;c*其中x是在ST/SF編碼之前的具有矢量形式的信息。下面在給出針對 Alamouti的解碼時提供A和B矩陣的實例。如果B=0,則所述ST/SF 解碼是所述線性的，這不是對應于所述Alamouti方案的情況。我們將給出信道表示。在頻域內，我們^f叚設在給定時刻和給定頻 率(即給定子載波)下，可以通過一個簡單的乘法系數來對信道進行fl00 。013 <yv =o o 1 1率率率率貞頁負頃^ ^浙歩15建模。在SISO情況下，這意味著在子載波i處所接收到的樣本等于:x = 噪聲其中Hi在該SISO實例中是一個復系數，ai是所傳送的值。對應于MIMO情況的公式可以從該才莫型直接導出。舉例來說，對 于SFBC情況，在子載波i處并且在接收天線j處，所接收到的樣本 等于<formula>formula see original document page 16</formula>是對應于頻率i下的天線1和j之間頻率信道響應的復系數，ak,j是由 發射天線k在子載波i處發射的數據。因此，可以通過以下形式的矩陣來表示信道<formula>formula see original document page 16</formula>其中矩陣Hj是信道在時間i ( STBC情況)或頻率i (子載波kj， SFBC 情況)處的頻率響應，并且矩陣Hj的項(j,l)對應于發射天線1與接收 天線j之間的信道系數。當信道為靜態時，所有Hi矩陣都相等。 于是所接收到的復矢量等于<formula>formula see original document page 16</formula>,其中v是加性白高斯噪聲。 該公式具有等效實數表示<formula>formula see original document page 16</formula>其具有作為線性形式的巨大優點。矢量xr (以及分別還有yr、 vr )是通過疊加原始復矢量的實部和虛部而從x (以及分別還有y、 v)獲得的。例如:
*2
其中上標R和I代表實部和虛部。
可以容易地通過下式獲得矩陣Cr和Hr:
以及
尤其對于Alamouti碼來說，常常可以在實數或復數形式下找到所 述MMSE (最小均方誤差)解碼的相當簡單的表示。復數表示看起來 一般更簡單。然而，這并不意味著其對應于更少的運算。此外，所述 編碼器的一般形式在其復數形式下并不是線性的，并且所述簡單的復 數表示(在其存在時)意味著特定的變換，即取決于碼的變換。為了 保持一般性，我們首先將僅僅給出實數域內的所述MMSE解碼器的描 述，記住對于Alamouti還存在復數域內的簡單表示。下面提供了復數 域內的對Alamouti解碼的這種描述。
從上面可以看出，所述MMSE公式化非常簡單。接收器實矢量可 以-陂如下重新7>式化
yr = F xr + vr，其中F = Hr Cr。
于是直接得到對xr的MMSE估計量等于
:OD"Iftrt2 ./ o /- l / 2
17其中C^是復噪聲V的方差，12K是尺寸為2K的單位矩陣，FT代表F 的轉置。
值得注意的是，不管天線的數目或時隙的數目(或者子載波的數
目)如何，只需要對一個尺寸為2K的實矩陣求逆。當復數表示可用
時，對一個尺寸為K的復矩陣求逆。
在該Alamouti實例中，我們有N產2、 K=2、 L=2、 Nr變量。 對于Alamouti的傳統時間或頻率版本我們得到
4
<formula>formula see original document page 18</formula>
對于Alamouti的第一變型我們得到
<formula>formula see original document page 18</formula>對于Alamouti的第二變型我們得到
<formula>formula see original document page 18</formula>
至此我們已經描述了實數域內的對應于所有LD碼的MMSE解碼 器的一般公式。所述公式可以利用上面的A和B矩陣被應用于 Alamouti碼及其變型。下面將在復數域內給出對應于所述Alamouti 碼及其變型的MMSE解碼器的等效并且稍為更簡單的表示。對于所述 Alamouti碼的每一 個版本，都可以在復數形式下描述所述MMSE檢測
對于傳統的Alamouti,使用上面的記法，所傳送的矢量等于X0
-xj
所接收的矢量y等于
少=
少oL乂.
"o、
+1/
其中yo和y,是尺寸為Nr的矢量。
我們通過取得對應于所述頻率碼的第二時隙或第二子載波的數 據的共軛來定義y，
少=
y0 》*
從而直接獲得下式:
少=
A*
"0 1 o
、V
入入
由于其是線性表達式，因此通過下式簡單地提供對x的MMSE
估計:
其中。h代表D的Hermitian矩陣。
對于頻率內的Alamouti的第一變型，所傳送的矢量等于
1對于頻率內的Alamouti的第二變型，所傳送的矢量等于:
20
*0
-V
LV
我們通過下式來定義x，
.*。'
于是所傳送的矢量現在等于
V
—v*
LV*.
在像先前段落中那樣對第二部分取共軛之后，所接收到的矢量現 在一皮表示為下式
卩一r
1 0
V
V
由于其同樣是復線性表達式，因此可以通過下式簡單地提供對X，
的MMSE估計
對x的MMSE估計如下
I-_
， J-X， *
我們通過下式來定義x":
、-
-V-乂
于是所傳送的矢量現在等于
V
V
《
一r "*
■ ，
在像先前段落中那樣對第二部分取共軛之后，所接收到的矢量現
在^皮表示為下式
少'=
"0
、一1 o,
;"」
由于其同樣是復線性表達式，因此可以通過下式簡單地提供對x，的MMSE估計
-(五^ + ct2/《)、、.
對x的MMSE估計如下
V
*，
圖11示出根據本發明一個特定實施例的頻域內的發射方法的組織圖。在步驟11.1中獲得關于將被傳送的數據的頻域內的N個符號
21Xk。在步驟11.2中，根據公式Yk-S(-l)k"X^小k從所述各符號Xk計
算N個符號Yk。在步驟11.4中，從所述各Xk符號生成將在第一天線上發射的N個所述信號，或者在已經提到的零插入的情況下生成N，個所述信號，其中N，大于N。在步驟11.3中，從所述各Yk符號生成將在第二天線上發射的N個或N，個所述信號yn。在步驟11.6中，在第一天線上發射代表所述各x。符號的信號，而在步驟11.5中，在第二天線上發射代表所述各yn符號的信號。
圖12示出本發明的一個特定實施例中的在一個接收天線的情況下的接收方法的組織圖。在步驟12.1中，獲得關于已經被傳送的數據的頻域內的N個所接收到的符號。在步驟12.2中，根據由所述發射器使用來對在所述頻率對上發射的信號進行編碼的Alamouti編碼代碼的變型在每一對所接收到的信號上應用Alamouti解碼模塊。在步驟12.3中，從上面在頻域內估計的符號獲得對時域內的Xn符號的估計。
所描述的具有兩個天線的MIMO方案可以擴展到任何偶數個天
在本發明中定義的其中一種編碼方案而實現的。
本發明可以被應用于將使用幾個發送器的任何傳輸系統。本發明非常可能涉及無線系統；然而本發明例如可以被用于其中將發生交叉干擾的線路傳輸。此外，本發明是在DFT擴展OFDM情境下來描述的。然而，任何調制方案都可以使用所提出的本發明，即使在只有對于具有恒定包絡的調制才會有實際益處的情況下也是如此。在循環前綴方面，本發明簡化了頻域內的接收器實施方式。然而，沒有所述循環前綴的接收器的其他頻域實施方式也應當是可能的，雖然這將更為復雜。這種實施方式的例子有重疊方法(例如重疊相加或重疊保存)。在重疊保存方法中，將在頻域內處理N個樣本并且變換到時域內，并且只有其中的一些將被保持在時域內。相應的處理窗重疊，以便確保
所有接收5 'j的樣本都被處理。
2權利要求
1.通過包括至少兩個發射天線的發射器進行無線電數據發射的方法，每一個天線在至少偶數“N”個不同頻率上進行發射，其中N嚴格大于4，所述方法包括以下步驟-在第一天線上并且在給定的時隙期間，在每一個頻率“k”上發射代表頻域內的復數符號“Xk”的信號，其中k＝0到N-1；-在第二天線上并且在相同的時隙期間，在每一個頻率“k”上發射代表符號“Yk”的信號，其中k＝0到N-1；其特征在于-對于被選擇為0與N-1閉區間內的偶數值的給定整數值M，對于每一個頻率k通過公式Yk＝ε(-1)k+1X*M-1-k從所述符號Xk導出符號Yk，其中ε是1或-1，X*是指X的復共軛，以及其中把M-1-k模N；根據配對方案得到頻率配對，并且在將被發射的各符號上對每一對頻率應用Alamouti碼的一種變型。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，N能夠被4整除，所選擇的M值等于N/2。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所選擇的M值等于0。
4. 根據權利要求1到3中的任何一項所述的方法，還包括以下步驟-在頻域內獲得關于將被傳送的數據的N個符號Xk;-根據所述公式從所述各符號Xk計算所述N個符號Yk;-從所述各Xk符號生成將要在所述第一天線上發射的N個所述信號；-從所述各Yk符號生成將要在所述第二天線上發射的N個所述信號。
5. 根據權利要求1到3中的任何一項所述的方法，還包括以下步驟-在時域內獲得關于將被傳送的數據的N個符號xn;畫根據公式y^sW^,xVw2從所述各符號&計算所述N個符號yn,其中W二eJ^N， x承代表x的復共軛，以及其中把n-N/2模N;-從所述各Xn符號生成將要在所述第一天線上發射的N個所述信—， -從所述各yn符號生成將要在所述第二天線上發射的N個所述信
6. 從包括至少兩個發射天線的發送器對至少偶數個頻率上的信號進行無線電數據接收的方法，其中所述信號是根據權利要求l發射的，其特征在于所述方法包括以下步驟-根據所述發射配對方案對在所述頻率上接收到的信號進行配對； 、；、'r' 、 、；乂、"，、… °'—編碼的Alamouti編碼代碼的變型，對每一對所接收到的信號應用空頻碼解碼模塊。
7. 發射設備，包括-至少兩個發射天線；-用于在每一個天線上發射至少偶數"N"個不同頻率的裝置；-用于在第一天線上并且在給定的時隙期間、在每一個頻率"k"上發射代表頻域內的復數符號"Xk"的信號的裝置，其中k^0到N-l;-用于在第二天線上并且在相同的時隙期間、在每一個頻率"k"上發射代表符號"Yk"的信號的裝置，其中ki到N-l;其特征在于-對于被選4爭在0與N-l閉區間內的給定整凄t值M，對于每一個頻率k通過公式Yk二e(-l)k"X、小k從所述符號Xk導出符號Yk,其中乂*是指X的復共軛并且s是1或-1。
8. 接收設備，其特征在于所述接收設備包括-用于在至少偶數個頻率上從包括至少兩個發射天線的發送器接收信號的裝置，其中所述信號是根據權利要求l發射的；-用于根據所述發射配對方案對在所述頻率上接收到的信號進行配對的裝置；進行編碼的Alamouti編碼代碼的變型對每一對所接收到的信號應用空頻碼解碼模塊的裝置。
全文摘要
本發明涉及無線通信領域，更具體來說，本發明涉及可用在尤其與OFDM類傳輸方案相結合地使用的MIMO(多輸入多輸出)或MISO(多輸入單輸出)通信情境中的編碼和解碼方案。本發明提出一種基于同時使用頻域內的Alamouti碼的兩種變型的空頻塊碼，其中每一種Alamouti碼被應用于精心選擇的頻率對。所提出的SFBC對于每一個天線保持恒定包絡屬性，同時獲得與純Alamouti STBC性能相等或非常接近的性能。
文檔編號H04L1/06GK101669315SQ200880004976
公開日2010年3月10日 申請日期2008年1月24日 優先權日2007年2月15日
發明者C·西奧奇納, D·卡斯特萊因, D·莫蒂爾, L·布魯尼爾 申請人:三菱電機信息技術中心歐洲有限公司;三菱電機株式會社