專利名稱：用于通信系統(tǒng)中的空間頻率塊編碼/解碼的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種用于在無線通信系統(tǒng)中提供發(fā)送天線分集的裝置和方法，具體上，本發(fā)明涉及一種用于在使用多個(gè)天線的移動(dòng)通信系統(tǒng)中的空間頻率塊編碼(SFBC)以獲得全分集增益和全速率的裝置和方法背景技術(shù)在通信中的基本問題是如何有效地和可靠地在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。除了滿足高速通信系統(tǒng)——其除了傳統(tǒng)的語音服務(wù)之外還能夠處理和發(fā)送視頻和無線數(shù)據(jù)——的要求之外，現(xiàn)在正在積極研究的未來一代的多媒體移動(dòng)通信系統(tǒng)使用適當(dāng)?shù)男诺谰幋a方案而提高了系統(tǒng)效率。
一般，在移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線信道環(huán)境中，不像有線信道環(huán)境那樣，由于諸如多徑干擾、遮蔽、波形衰減、隨著時(shí)間改變的噪聲和衰落之類的幾個(gè)因素，傳輸信號(hào)不可避免地經(jīng)歷損失。
作為結(jié)果的信息損失對(duì)于實(shí)際的傳輸信號(hào)引起嚴(yán)重的失真，使得整個(gè)系統(tǒng)性能變差。為了降低信息損失，根據(jù)信道的特性而通常采用許多錯(cuò)誤控制技術(shù)，由此提高系統(tǒng)可靠性。一種基本技術(shù)是使用糾錯(cuò)碼。
通過在無線通信系統(tǒng)中的分集技術(shù)來減輕多徑衰落。所述分集技術(shù)被分類為時(shí)間分集、頻率分集和天線分集，天線分集使用多個(gè)天線。這種分集方案被進(jìn)一步劃分為使用多個(gè)接收(Rx)天線的接收天線分集、使用多個(gè)發(fā)送(Tx)天線的發(fā)送天線分集和使用多個(gè)發(fā)送天線和多個(gè)接收天線的多輸入多輸出(MIMO)。MIMO是時(shí)空編碼(STC)的特殊情況，它通過經(jīng)由多個(gè)發(fā)送天線發(fā)送以預(yù)定編碼方法編碼的信號(hào)而將在時(shí)域中的編碼擴(kuò)展到空間域中，以實(shí)現(xiàn)較低的誤差率。
V.Tarokh等提出STBC來作為有效地應(yīng)用天線分集方案的方法之一(參見‘Space-Time Block Coding from Orthogonal Design’，IEEE Trans.On Info.，Theory，Vol.45，pp.1456-1467，July 1999。所述Tarokh的STBC方案是S.M.Alamouti的發(fā)送天線分集方案(參見‘A Simple Transmit Diversity Technique forWireless Communications’，IEEE Journal on Selected Area in Communications，Vol.16，pp.1451-1458，October 1988的擴(kuò)展，用于兩個(gè)或多個(gè)發(fā)送天線。
圖1是使用傳統(tǒng)STBC的移動(dòng)通信系統(tǒng)中的發(fā)送器的方框圖。如Tarokh所建議的那樣，發(fā)送器包括調(diào)制器100、串-并(S/P)轉(zhuǎn)換器102、STBC編碼器104和四個(gè)發(fā)送天線106、108、110和112。參見圖1，調(diào)制器100以預(yù)定的調(diào)制方案來調(diào)制輸入信息數(shù)據(jù)(或編碼數(shù)據(jù))。所述調(diào)制方案可以是二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)、正交相移鍵控(QPSK)、正交調(diào)幅(QAM)、脈沖幅度調(diào)制(PAM)和相移鍵控(PSK)之一。
串-并轉(zhuǎn)換器102并行化從調(diào)制器100接收的串行調(diào)制碼元s1、s2、s3、s4。STBC編碼器104通過STBC編碼所述四個(gè)調(diào)制碼元s1、s2、s3、s4而建立8個(gè)碼元組合，并且通過四個(gè)發(fā)送天線106-112來依序發(fā)送它們。用于產(chǎn)生8個(gè)碼元組合的編碼矩陣被表達(dá)為方程(1)G4=s1s2s3s4-s2s1-s4s3-s3s4s1-s2-s4-s3s2s1s1*s2*s3*s4*-s2*s1*-s4*s3*-s3*s4*s1*-s2*-s4*-s3*s2*s1*]]>.....(1)其中，G4表示通過四個(gè)發(fā)送天線106-112發(fā)送的碼元的編碼矩陣，并且s1、s2、s3、s4表示要發(fā)送的輸入的4個(gè)碼元。所述編碼矩陣的列的數(shù)量等于發(fā)送天線的數(shù)量，并且行的數(shù)量對(duì)應(yīng)于發(fā)送所述四個(gè)碼元所需要的時(shí)間間隔。因此，將所述四個(gè)碼元通過所述四個(gè)發(fā)送天線發(fā)送8個(gè)時(shí)間間隔。具體上，對(duì)于第一時(shí)間間隔，通過第一發(fā)送天線106來發(fā)送s1，通過第二發(fā)送天線108來發(fā)送s2，通過第三發(fā)送天線110來發(fā)送s3，通過第四發(fā)送天線112來發(fā)送s4。類似地，在第八時(shí)間間隔，分別通過第一到第四發(fā)送天線106-112來發(fā)送-s4*，-s3*，s2*，-s1*即，STBC編碼器104依序向第i個(gè)發(fā)送天線提供在編碼矩陣的第i列的碼元。
如上所述，STBC編碼器104使用四個(gè)輸入碼元和它們的共軛和負(fù)數(shù)來產(chǎn)生8個(gè)碼元序列，并且在8個(gè)時(shí)間間隔通過四個(gè)發(fā)送天線106-112發(fā)送它們。因?yàn)橄鄳?yīng)的發(fā)送天線的碼元序列、即編碼矩陣的列相互正交，因此實(shí)現(xiàn)了與分集數(shù)量級(jí)(diversity order)一樣高的分集增益。
圖2是使用傳統(tǒng)的STBC方案的移動(dòng)通信系統(tǒng)中的接收器的方框圖。所述接收器是在圖1中圖解的發(fā)送器的對(duì)應(yīng)方。所述接收器包括多個(gè)接收天線200-202、信道估計(jì)器204、信號(hào)合成器206、檢測(cè)器208、并-串(P/S)轉(zhuǎn)換器210和解調(diào)器212。第一到第P個(gè)接收天線200-202向信道估計(jì)器204和信號(hào)合成器206提供從在圖1中圖解的發(fā)送器的四個(gè)發(fā)送天線接收的信號(hào)。信道估計(jì)器204使用從第一到第P個(gè)接收天線200-202接收的信號(hào)來估計(jì)信道系數(shù)，用于表示從發(fā)送天線106-112到接收天線200-202的信道增益。信號(hào)合成器206以預(yù)定方法將從第一到第P個(gè)接收天線200-202接收的信號(hào)與所述信道系數(shù)組合。檢測(cè)器208通過將所述組合碼元與信道系數(shù)相乘而產(chǎn)生假設(shè)碼元，使用所述假設(shè)碼元來計(jì)算來自發(fā)送器的所有可能的發(fā)送碼元的確定統(tǒng)計(jì)，并且通過門限值檢測(cè)來檢測(cè)實(shí)際發(fā)送的碼元。并-串轉(zhuǎn)換器210串行化從檢測(cè)器208接收的并行碼元。解調(diào)器212以預(yù)定解調(diào)方法來解調(diào)所述串行碼元序列，由此恢復(fù)原始信息比特。
如上所述，所述Alamouti的STBC技術(shù)提供了下述益處僅僅通過兩個(gè)發(fā)送天線發(fā)送復(fù)合碼元來獲得與發(fā)送天線的數(shù)量一樣高的分集數(shù)量級(jí)、即全分集數(shù)量級(jí)，而不犧牲數(shù)據(jù)率。通過比較，從所述Alamouti的STBC方案擴(kuò)展的所述Tarokh的STBC方案使用具有正交列的矩陣形式的STBC來獲得全分集數(shù)量級(jí)，如參見圖1和2所述。但是，因?yàn)樵?個(gè)時(shí)間間隔中發(fā)送四個(gè)復(fù)合碼元，因此所述Tarokh的STBC方案使得數(shù)據(jù)率降低一半。另外，因?yàn)樾枰?個(gè)時(shí)間間隔來完全地發(fā)送具有四個(gè)復(fù)合碼元的一個(gè)塊，因此由于在快速衰落信道上在信息塊內(nèi)的信道改變，接收性能變差。換句話說，通過4個(gè)或更多的發(fā)送天線的復(fù)合碼元的發(fā)送對(duì)于N個(gè)碼元需要2N個(gè)時(shí)間間隔，引起更長(zhǎng)的等待時(shí)間和數(shù)據(jù)率的降低。
為了在通過三個(gè)或更多的發(fā)送天線而發(fā)送復(fù)合信號(hào)的MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)全速率，Giannakis組使用在復(fù)合場(chǎng)上的星座旋轉(zhuǎn)提供了用于4個(gè)發(fā)送天線的全分集、全速率的(FDFR)STBC。下面說明這個(gè)FDFR STBC方案。
圖3是使用傳統(tǒng)的Giannakis STBC方案的移動(dòng)通信系統(tǒng)中的發(fā)送器的方框圖。如圖3中所示，發(fā)送器包括調(diào)制器300、預(yù)編碼器302、時(shí)空映射器304和多個(gè)發(fā)送天線306、308、310和312。調(diào)制器300以諸如BPSK、QPSK、QAM、PAM或PSK之類的預(yù)定調(diào)制方案來調(diào)制輸入信息數(shù)據(jù)(或編碼數(shù)據(jù))。預(yù)編碼器302預(yù)編碼從調(diào)制器300接收的Nt個(gè)調(diào)制碼元d1、d2、d3、d4以便在信號(hào)空間中發(fā)生信號(hào)旋轉(zhuǎn)，并且輸出作為結(jié)果的Nt個(gè)碼元。為了簡(jiǎn)單，假定四個(gè)發(fā)送天線。設(shè)由d表示來自調(diào)制器300的四個(gè)調(diào)制碼元的序列。預(yù)編碼器302通過使用方程(2)計(jì)算調(diào)制碼元序列d來產(chǎn)生復(fù)矢量rr=Θd=1α01α02α031α11α12α131α21α22α231α31α32α33d1d2d3d4=r1r2r3r4]]>.....(2)其中，Θ表示預(yù)編碼矩陣。所述Giannakis組使用作為酉矩陣的Vandermonde矩陣來作為預(yù)編碼矩陣。在所述預(yù)編碼中，αi如方程(3)給出αi＝exp(j2π(i+1/4)/4)，i＝0，1，2，3 (3)Ginannakis STBC方案使用四個(gè)發(fā)送天線，并且也容易被擴(kuò)展到多于4個(gè)發(fā)送天線。時(shí)空映射器304按照方程(4)以下面的方法來STBC編碼所述預(yù)編碼碼元S=r10000r20000r30000r4]]>.....(4)其中，S是通過四個(gè)發(fā)送天線306-312發(fā)送的碼元的編碼矩陣。編碼矩陣的列的數(shù)量等于發(fā)送天線的數(shù)量，行的數(shù)量對(duì)應(yīng)于發(fā)送四個(gè)碼元所需要的時(shí)間。即，在四個(gè)時(shí)間間隔中通過四個(gè)發(fā)送天線來發(fā)送所述四個(gè)碼元。
具體上，對(duì)于第一時(shí)間間隔，通過第一發(fā)送天線306來發(fā)送r1，并且沒有信號(hào)通過其他的發(fā)送天線308、310和312。對(duì)于第二時(shí)間間隔，通過第二發(fā)送天線308來發(fā)送r2，并且沒有信號(hào)通過其他發(fā)送天線306、310和312，對(duì)于第三時(shí)間間隔，通過第三發(fā)送天線310來發(fā)送r3，并且沒有信號(hào)通過其他發(fā)送天線306、308和312。對(duì)于第四時(shí)間間隔，通過第四發(fā)送天線310來發(fā)送r4，并且沒有信號(hào)通過其他發(fā)送天線306、308和310。在四個(gè)時(shí)間間隔中在無線信道上接收到所述四個(gè)碼元時(shí)，接收器(未示出)通過最大似然性(ML)解碼來恢復(fù)調(diào)制碼元序列d。
與Ginannakis STBC相比較，Taejin Jung和Kyungwhoon Cheun在2003年提出了預(yù)編碼器和具有良好的編碼增益的級(jí)聯(lián)碼。Jung和Cheun通過級(jí)聯(lián)Alamouti STBC而不是使用由Giannakis組提出的對(duì)角矩陣來增強(qiáng)編碼增益。為了方便，它們的STBC被稱為“Alamouti FDFR STBC”。
下面說明Alamouti FDFR STBC。圖4是使用用于四個(gè)發(fā)送天線的傳統(tǒng)Alamouti FDFR STBC的移動(dòng)通信系統(tǒng)中的發(fā)送器的方框圖。如圖4中所示，所述發(fā)送器包括預(yù)編碼器400、映射器402、延遲器404、兩個(gè)Alamouti編碼器406和408以及四個(gè)發(fā)送天線410、412、414和416。
參見圖4，預(yù)編碼器400預(yù)編碼四個(gè)輸入調(diào)制碼元d1、d2、d3、d4，以便在信號(hào)空間中發(fā)生信號(hào)旋轉(zhuǎn)。對(duì)于四個(gè)調(diào)制碼元序列的輸入d，預(yù)編碼器400按照方程(5)來產(chǎn)生復(fù)矢量rr=Θd=1α01α02α031α11α12α131α21α22α231α31α32α33d1d2d3d4=r1r2r3r4]]>.....(5)其中αi＝exp(j2π(i+1/4)/4)，i＝0，1，2，3映射器402將所述四個(gè)預(yù)編碼的碼元以2個(gè)為一組進(jìn)行分組，并且分別向Alamouti編碼器406和延遲器404輸出2個(gè)矢量，每個(gè)包括兩個(gè)元素[r1，r2]T和[r3，r4]T。延遲器404將第二矢量[r3，r4]T延遲一個(gè)時(shí)間間隔。因此，在第一時(shí)間間隔中向Alamouti編碼器406提供第一矢量[r1，r2]T，并且在第二時(shí)間間隔中向Alamouti編碼器408提供第二矢量[r3，r4]T。Alamouti編碼器指的是以Alamouti STBC方案工作的編碼器。
Alamouti編碼器406編碼[r1，r2]T，以便在第一和第二時(shí)間間隔中通過第一和第二發(fā)送天線410和412來發(fā)送它，Alamouti編碼器408編碼[r3，r4]T，以便在第三和第四時(shí)間間隔中通過第三和第四發(fā)送天線414和416來發(fā)送它。在方程(6)中示出了用于通過多個(gè)天線從映射器402發(fā)送所述四個(gè)碼元的編碼矩陣S=r1r200-r2*r1*0000r3r400-r4*r3*]]>.....(6)不像在方程(4)中圖解的編碼矩陣那樣，上述的編碼矩陣被設(shè)計(jì)為Alamouti STBC而不是對(duì)角矩陣。Alamouti STBC方案的使用提高了編碼增益。
在矩陣S中，第i行表示在第i個(gè)時(shí)間間隔中的發(fā)送，第j列表示通過第j個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送。具體上，在第一時(shí)間間隔中分別通過第一和第二發(fā)送天線410和412來發(fā)送r1和r2。
在第二時(shí)間間隔中分別通過第一和第二發(fā)送天線410和412來發(fā)送-r2*和r1*。對(duì)于第三時(shí)間間隔，分別通過第三和第四發(fā)送天線414和416來發(fā)送r3和r4。對(duì)于第四時(shí)間間隔，分別通過第三和第四發(fā)送天線414和416來發(fā)送-r4*和r3*。
但是，這個(gè)Alamouti FDFR STBC具有增大編碼復(fù)雜度的顯著缺點(diǎn)，因?yàn)榘l(fā)送器需要在預(yù)編碼矩陣的所有元素和輸入矢量之間執(zhí)行計(jì)算以進(jìn)行預(yù)編碼。例如，對(duì)于四個(gè)發(fā)送天線，因?yàn)樵陬A(yù)編碼矩陣中不包括0，因此必須對(duì)于16個(gè)元素執(zhí)行計(jì)算。而且，接收器需要以大量的計(jì)算來執(zhí)行最大似然性(ML)解碼，以便解碼由發(fā)送器發(fā)送的信號(hào)d。雖然FDFR STBC處理具有缺陷，但是FDFR SFBC仍有待開發(fā)。因此，需要開發(fā)一種具有最小復(fù)雜度和最小計(jì)算量的FDFR SFBC技術(shù)。
正交頻分復(fù)用(OFDM)是有前途的技術(shù)，用于減少在第四代(4G)移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信道衰落。特別考慮支持多用戶的多用戶OFDM，其中，在頻域中識(shí)別每個(gè)用戶。因?yàn)镺FDM系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)涉及考慮在頻域中的信道改變，因此必須也使用空間頻率天線分集。即，SFBC方案需要被開發(fā)來用于OFDM系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是實(shí)質(zhì)地解決至少是現(xiàn)有編碼技術(shù)的上述問題和/或缺陷，并且提供至少是用于改善的編碼/解碼技術(shù)的下述優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于在MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中的FDFR SFBC編碼/解碼的裝置和方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于SFBC編碼/解碼的裝置和方法，用于最小化在MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中的計(jì)算量和復(fù)雜度。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于FDFR SFBC編碼/解碼的裝置和方法，用于降低在MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)中的編碼和解碼復(fù)雜度。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使用SFBC來提供天線分集的裝置和方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于SFBC編碼/解碼的裝置和方法，用于應(yīng)用到OFDM通信系統(tǒng)。上述目的通過提供一種在使用多個(gè)發(fā)送天線的OFDM系統(tǒng)中用于SFBC編碼和解碼的裝置和方法來實(shí)現(xiàn)。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，在OFDM通信系統(tǒng)中使用多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的發(fā)送器中，預(yù)編碼器使用通過以預(yù)定方法刪截(puncture)酉矩陣而產(chǎn)生的預(yù)編碼矩陣來預(yù)編碼輸入碼元序列?？臻g頻率編碼器使用預(yù)定的編碼矩陣來空間頻率編碼預(yù)編碼的碼元序列。優(yōu)選的是，通過下述方式來產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣刪截在NtxNtVandermonde矩陣中的預(yù)定的 列，依序?qū)⒈粍h截的矩陣的行以2行為一組進(jìn)行分組，并且每個(gè)組移位一行。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，在其中發(fā)送器使用多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的OFDM通信系統(tǒng)的接收器中，至少一個(gè)OFDM解調(diào)器OFDM解調(diào)通過至少一個(gè)接收天線而接收的信號(hào)。矩陣產(chǎn)生器通過將信道系數(shù)矩陣(H)乘以預(yù)定預(yù)編碼矩陣(Θ)來產(chǎn)生信道響應(yīng)矩陣。信號(hào)合成器計(jì)算信道響應(yīng)矩陣的Hermitian矩陣，并且通過將所述Hermitian矩陣乘以O(shè)FDM解調(diào)信號(hào)而計(jì)算大小為Nt的矢量，并且將所述矢量劃分為兩個(gè)矢量。優(yōu)選的是，通過下述方式來產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣刪截在NtxNtVandermonde矩陣中的預(yù)定的 列，依序?qū)⒈粍h截的矩陣的行以2行為一組進(jìn)行分組，并且每個(gè)組移位一行。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，在使用多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的OFDM通信系統(tǒng)的發(fā)送方法中，使用通過以預(yù)定方法刪截酉矩陣而產(chǎn)生的預(yù)編碼矩陣來預(yù)編碼輸入復(fù)合碼元序列。使用預(yù)定編碼矩陣來空間頻率編碼所述預(yù)編碼碼元序列。優(yōu)選的是，通過下述方式來產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣刪截在NtxNtVandermonde矩陣中的預(yù)定的 列，依序?qū)⒈粍h截的矩陣的行以2行為一組進(jìn)行分組，并且每個(gè)組移位一行。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，在其中發(fā)送器使用多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的OFDM通信系統(tǒng)的接收方法中，OFDM解調(diào)通過至少一個(gè)接收天線而接收的信號(hào)。通過將信道系數(shù)矩陣(H)乘以預(yù)定預(yù)編碼矩陣(Θ)來產(chǎn)生信道響應(yīng)矩陣。計(jì)算信道響應(yīng)矩陣的Hermitian矩陣，并且通過將所述Hermitian矩陣乘以O(shè)FDM解調(diào)信號(hào)而計(jì)算大小為Nt的矢量，并且將所述矢量劃分為兩個(gè)矢量。通過以預(yù)定解碼方法解碼所述兩個(gè)矢量的每個(gè)來估計(jì)從發(fā)送器發(fā)送的碼元。優(yōu)選的是，通過下述方式來產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣刪截在NtxNtVandermonde矩陣中的預(yù)定的 列，依序?qū)⒈粍h截的矩陣的行以2行為一組進(jìn)行分組，并且每個(gè)組移位一行。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，在其中預(yù)編碼然后空間頻率編碼傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣的方法中，產(chǎn)生酉矩陣。刪截所述酉矩陣的列的一半。通過下述方式來產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣依序?qū)⒈粍h截矩陣的行以2行為一組進(jìn)行分組，并且每個(gè)組移位一行。


通過下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述和其他點(diǎn)、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中圖1是使用傳統(tǒng)的Tarokh STBC方案的移動(dòng)通信系統(tǒng)中的發(fā)送器的方框圖；圖2是對(duì)應(yīng)于在圖1中圖解的發(fā)送器的接收器的方框圖；圖3是在使用傳統(tǒng)的Giannakis STBC方案的移動(dòng)通信系統(tǒng)中的發(fā)送器的方框圖；圖4是在由Taejin Jung和Kyungwhoon Cheun提出的使用具有四個(gè)發(fā)送天線的傳統(tǒng)Alamouti FDFR STBC方案的移動(dòng)通信系統(tǒng)中的接收器的方框圖；圖5是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的使用用于多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的SFBC方案的OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中的發(fā)送器的方框圖；圖6是在圖5中圖解的預(yù)編碼器中的預(yù)編碼矩陣產(chǎn)生器的詳細(xì)方框圖；圖7是圖解在圖5中圖解的發(fā)送器中的發(fā)送操作的流程圖；
圖8是按照本發(fā)明的所述實(shí)施例的、使用用于多個(gè)發(fā)送天線的SFBC方案的OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中的接收器的方框圖；圖9是圖解在圖8中圖解的接收器中的接收操作的流程圖；圖10是圖解在下述情況下的模擬編碼增益的圖在所述情況中，對(duì)于在本發(fā)明的預(yù)編碼矩陣中的α0=exp-jθ0]]>和α1=exp-jθ1,(0≤θ0,θ1≤2π),]]>θ0和θ1從0度改變到360度，每次改變1度；以及圖11是在性能上將本發(fā)明的SFBC方案與傳統(tǒng)的STBC方案相比較的圖。
具體實(shí)施例方式
以下參見附圖來說明本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在下面的說明中，不詳細(xì)說明公知的功能或結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儗⒃诓槐匾募?xì)節(jié)上混淆本發(fā)明。
本發(fā)明意欲在使用多個(gè)天線的OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中提供FDFR SFBC方案。具體上，本發(fā)明提供具有降低的計(jì)算量和低復(fù)雜度的一種FDFR SFBC編碼/解碼的裝置和方法。
圖5是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的使用用于多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的SFBC方案的OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中的發(fā)送器的方框圖。假定，Nt＝4。如所示，發(fā)送器包括預(yù)編碼器500、SFBC編碼器502、多個(gè)OFDM調(diào)制器504、506、508和510以及多個(gè)發(fā)送天線512、514、516和518。信息數(shù)據(jù)通常在編碼器中被編碼，并且在調(diào)制器中被調(diào)制。預(yù)編碼器500預(yù)編碼四個(gè)調(diào)制碼元，x1，x2，x3，x4以便信號(hào)旋轉(zhuǎn)在信號(hào)空間中發(fā)生，并且輸出具有四個(gè)碼元r1，r2，r3，r4的矢量。
具體上，預(yù)編碼器500按照本發(fā)明以預(yù)編碼矩陣來編碼輸入碼元，并且因此產(chǎn)生復(fù)矢量r。下面更詳細(xì)地說明所述預(yù)編碼矩陣。
SFBC編碼器502將所述四個(gè)預(yù)編碼碼元以2個(gè)為一組進(jìn)行分組，由此產(chǎn)生兩個(gè)矢量，其中每個(gè)具有兩個(gè)元素[r1，r2]和 。
它然后以Alamouti編碼方案來編碼所述兩個(gè)矢量的每個(gè)，以用于空間頻率映射。在SFBC編碼器502的操作中涉及的編碼矩陣如方程(7)所示r1-r2*00r2r1*0000r3-r4*00r4r3*]]>.....(7)所述編碼矩陣的列的數(shù)量等于發(fā)送天線的數(shù)量，并且行的數(shù)量等于所使用的副載波的數(shù)量。例如，被映射到從預(yù)定基準(zhǔn)計(jì)數(shù)的第二副載波并通過第二發(fā)送天線發(fā)送的碼元是r1*。具體上，SFBC編碼器502產(chǎn)生四個(gè)天線信號(hào)或矢量[r1，r2，0，0]，[-r2*，r1*，0，0]，
，和
，并且向第一OFDM調(diào)制器504輸出[r1，r2，0，0]，向第二OFDM調(diào)制器506輸出[-r2*，r1*，0，0]，向第三OFDM調(diào)制器508輸出
，并且向第四OFDM調(diào)制器510輸出
。
第一OFDM調(diào)制器504通過向預(yù)定的4個(gè)連續(xù)副載波分配編碼碼元[r1，r2，0，0]而快速傅立葉逆變換(IFFT)處理所述編碼碼元，將IFFT信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻(RF)信號(hào)，并且通過第一發(fā)送天線512來發(fā)送RF信號(hào)。實(shí)際上，向第一和第二副載波映射r2和r1，并且向在所述四個(gè)連續(xù)副載波中的第三和第四副載波映射0(null)。第二OFDM調(diào)制器506通過將編碼碼元[-r2*，r1*，0，0]分配到預(yù)定的四個(gè)連續(xù)副載波來IFFT處理所述編碼碼元，將IFFT信號(hào)轉(zhuǎn)換為RF信號(hào)，并且通過第二發(fā)送天線514來發(fā)送所述RF信號(hào)。所述第三OFDM調(diào)制器508通過將編碼碼元
分配到預(yù)定的四個(gè)連續(xù)副載波而IFFT處理所述編碼碼元，將IFFT信號(hào)轉(zhuǎn)換為RF信號(hào)，并且通過第三發(fā)送天線516來發(fā)送RF信號(hào)。第四OFDM調(diào)制器510通過將編碼碼元
分配到預(yù)定的四個(gè)連續(xù)副載波而IFFT處理所述編碼碼元，將IFFT信號(hào)轉(zhuǎn)換為RF信號(hào)，并且通過第四發(fā)送天線518來發(fā)送RF信號(hào)。附圖標(biāo)號(hào)(a)、(b)、(c)和(d)在數(shù)據(jù)頻率平面上指示通過第一到第四發(fā)送天線512-518而發(fā)送的碼元的表示。
如上所述，本發(fā)明特征性地在預(yù)編碼器中預(yù)編碼傳輸數(shù)據(jù)，使用Alamouti編碼方案在空間和頻率上映射預(yù)編碼碼元，并且在一個(gè)時(shí)間間隔中通過多個(gè)發(fā)送天線來發(fā)送所述空間頻率映射的碼元。
在圖5中圖解的預(yù)編碼器500的操作之前，將說明在使用Taejin Jung和Kyungwhoon Cheun的Alamouti FDFR SFBC方案的移動(dòng)通信系統(tǒng)中的接收器。
在方程(8)中示出了在接收器接收的信號(hào)y=y1y2*y3y4*=12h1h200-h2*h1*0000h3*h4*00-h4*h3*r1r2r3r4n1n2*n3n4*=Hr+n]]>...(8)如方程(8)所示，可以將信號(hào)y表達(dá)為包括在四個(gè)時(shí)間間隔中在接收器接收的信號(hào)和它們的共軛的矢量。所述矢量y被乘以HH以估計(jì)從發(fā)送器發(fā)送的信號(hào)。H是信道響應(yīng)矩陣。這個(gè)操作被表達(dá)為方程(9)r^=HHy=r^1r^2r^3r^4=12|h1|2+|h2|20000|h1|2+|h2|20000|h3|2+|h4|20000|h3|2+|h4|2r1r2r3r4+n^1n^2n^3n^4]]>...(9)方程(9)顯示因?yàn)樗械拇a元經(jīng)歷兩個(gè)信道，因此不需要在圖4中圖解的預(yù)編碼器400。在此上下文中，本發(fā)明提出了預(yù)編碼器，它與由Taejin Jung和Kyungwhoon Cheun提出的系統(tǒng)相比較，最小化了編碼和解碼復(fù)雜度，即計(jì)算量，實(shí)現(xiàn)了相同的性能。
圖6是按照本發(fā)明的實(shí)施例的在預(yù)編碼器500中的預(yù)編碼矩陣產(chǎn)生器的詳細(xì)方框圖。如所示，所述預(yù)編碼矩陣產(chǎn)生器包括矩陣產(chǎn)生器600、刪截器602和移位器604。矩陣產(chǎn)生器600按照發(fā)送天線的數(shù)量來產(chǎn)生Vandermonde矩陣。對(duì)于Nt個(gè)發(fā)送天線，產(chǎn)生NtxNt的Vandermonde矩陣。刪截器602刪截在所述NtxNt的Vandermonde矩陣中的 列。所述刪截用于用0替代 列的元素。移位器604移位在被刪截的Vandermonde矩陣中的偶數(shù)行，由此向被刪截的位置移動(dòng)未刪截的元素。為了獲得相同的效果，可以移位奇數(shù)行，或者可以將行以2行為一組進(jìn)行分組，并且移位每個(gè)組的一行。
如上所述，通過刪截在NtxNt矩陣中的Nt×Nt2]]>元素來產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣，由此顯著的降低按照本發(fā)明的編碼和解碼復(fù)雜度(計(jì)算量)。雖然預(yù)編碼器500在本發(fā)明的上述實(shí)施例中產(chǎn)生了預(yù)編碼矩陣，但是可以將下述情況考慮為另一個(gè)實(shí)施例預(yù)先產(chǎn)生的預(yù)編碼矩陣被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并且當(dāng)需要時(shí)被讀出以便由預(yù)編碼器500進(jìn)行預(yù)編碼。
所述預(yù)編碼矩陣產(chǎn)生器的操作被總結(jié)如下(1)產(chǎn)生Vandermonde矩陣產(chǎn)生在下面的方程(10)中示出的NtXNt的Vandermonde矩陣。Nt是發(fā)送天線的數(shù)量，如上所述。
.....(10)其中，αi＝exp(j2π(i+1/4)/Nt)，i＝0，1，2，...，Nt-1。
(2)Vandermonde矩陣的刪截通過將 元素替換為0，而在NtxNt的Vandermonde矩陣中刪截 元素。在方程(11)中示出了作為結(jié)果的刪截矩陣 (3)在刪截的矩陣中的偶數(shù)行的移位通過移位在被刪截的NtxNt的Vandermonde矩陣中的偶數(shù)行來產(chǎn)生最終的預(yù)編碼矩陣。所述移位用于向在偶數(shù)編號(hào)的行中的被刪截的位置移動(dòng)非刪截的元素。因此，如方程(12)中所示 ...(12)即使設(shè)置αi以便α0＝α1，α2＝α3，和αNt-2=αNt-1]]>在性能上也沒有改變。取代偶數(shù)行，可以移位奇數(shù)行，取得相同的效果。
如上所述，對(duì)于Nt個(gè)發(fā)送天線，通過方程(13)來實(shí)現(xiàn)預(yù)編碼器500的操作 .....(13)其中，[x1，x2，...，xNt-1，xNt]是到預(yù)編碼器500的輸入碼元序列，并且，[r1，r2，...，rNt-1，rNt]是來自預(yù)編碼器500的輸出碼元序列。
如此設(shè)計(jì)的預(yù)編碼矩陣Θ的元素必須被優(yōu)化以最大化編碼增益。這是通過數(shù)學(xué)知識(shí)或模擬來進(jìn)行的。按照本發(fā)明的所述實(shí)施例，可以通過模擬來獲得具有最大編碼增益的預(yù)編碼矩陣Θ。這些預(yù)編碼矩陣被圖解在下。
對(duì)于具有四個(gè)天線的Alamouti FDFR SFBC系統(tǒng)，可以獲得下面的預(yù)編碼矩陣Θ。
Θ=121e-jθ000001e-jθ01e-jθ100001e-jθ1]]>.....(14)其中，0≤θ0，θ1≤2π，并且|θ1-θ2|＝180°。
對(duì)于具有6個(gè)天線的Alamouti FDFR SFBC系統(tǒng)，可以如在方程(15)中所示獲得下面的預(yù)編碼矩陣Θ。
Θ=131e-j59πe-j109π0000001e-j59πe-j109π1e-j119πe-j49π0000001e-j119πe-j49π1e-j179πe-j169π0000001e-j179πe-j169π]]>.....(15)對(duì)于具有8個(gè)或更多天線的Alamouti FDFR SFBC系統(tǒng)，可以如在方程(16)中所示獲得下面的預(yù)編碼矩陣Θ。
.....(16)其中，αi＝exp(j2π(i+1/4)/Nt)，i＝0，1，2，...，Nt/2-1。
現(xiàn)在參見圖7來說明在圖5中圖解的發(fā)送器的操作。圖7是圖解按照本發(fā)明的所述實(shí)施例的、在使用用于多個(gè)發(fā)送天線的SFBC方案的OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中的發(fā)送器的發(fā)送操作的流程圖。在四個(gè)發(fā)送天線的環(huán)境中進(jìn)行下面的說明。發(fā)送器在步驟700接收要發(fā)送的數(shù)據(jù)流x([x1，x2，x3，x4])。x可以是編碼和調(diào)制的復(fù)合碼元序列。在步驟702中，發(fā)送器的預(yù)編碼器通過使用預(yù)定的預(yù)編碼矩陣Θ預(yù)編碼輸入數(shù)據(jù)流而產(chǎn)生預(yù)編碼的碼元序列r([r1，r2，r3，r4])。通過刪截Vandermonde矩陣的一半并且移位預(yù)定行而建立預(yù)編碼矩陣Θ，如上所述。由于一半的刪截，預(yù)編碼矩陣大大地降低了編碼和解碼復(fù)雜度。
在步驟704中，編碼器將所述序列r的碼元以2個(gè)為一組進(jìn)行分組。因此產(chǎn)生兩個(gè)矢量[r1，r2]和[r3，r4]。SFBC在步驟706通過在Alamouti編碼方案中編碼它們而在空間和頻率上映射兩個(gè)矢量。結(jié)果，產(chǎn)生四個(gè)天線信號(hào)，[r1，r2，0，0][-r2*，r1*，0，0]
和
。形成每個(gè)天線信號(hào)的具有0的四個(gè)碼元被分配給預(yù)定的四個(gè)連續(xù)副載波。
在步驟7-8中，所述四個(gè)天線信號(hào)被分配到副載波，被IFFT處理，被轉(zhuǎn)換為RF信號(hào)，以用于OFDM調(diào)制。發(fā)送器然后在步驟710中通過對(duì)應(yīng)的發(fā)送天線來發(fā)送RF信號(hào)。具體上，通過向四個(gè)預(yù)定副載波分配[r1，r2，0，0]并且通過第一發(fā)送天線512來發(fā)送而OFDM調(diào)制[r1，r2，0，0]。通過向四個(gè)預(yù)定副載波分配[-r2*，r1*，0，0]并且通過第二發(fā)送天線514發(fā)送而OFDM調(diào)制[-r2*，r2*，0，0]。通過向四個(gè)預(yù)定副載波分配
并且通過第三發(fā)送天線516發(fā)送而OFDM調(diào)制
。通過向四個(gè)預(yù)定副載波分配
并且通過第四發(fā)送天線518發(fā)送而OFDM調(diào)制
。
將參見圖8來說明作為在圖5中圖解的發(fā)送器的對(duì)應(yīng)方的接收器。圖8是按照本發(fā)明的所述實(shí)施例的在使用SFBC方案的OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中的接收器的方框圖。在所述發(fā)送器中的發(fā)送天線的數(shù)量被假定為4。如所示，接收器包括多個(gè)第一到第P接收天線800-802、多個(gè)OFDM解調(diào)器804-806、信道估計(jì)器808、信道響應(yīng)矩陣產(chǎn)生器810、信號(hào)合成器812以及第一和第二信號(hào)確定器814和815。雖然在發(fā)送器中的發(fā)送天線的數(shù)量與接收器中的接收天線的數(shù)量不同的假設(shè)下說明本發(fā)明的所述實(shí)施例，但是顯然它們可以相同。
參見圖8，從在發(fā)送器中的發(fā)送天線512-518發(fā)送的信號(hào)到達(dá)第一到第P個(gè)接收天線800-802。接收天線800-802向它們對(duì)應(yīng)的OFDM解調(diào)器804-806提供所接收的信號(hào)。所述OFDM解調(diào)器804-806每個(gè)將所接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)，并且快速傅立葉變換(FFT)處理所述基帶信號(hào)以用于OFDM解調(diào)，并且向信道估計(jì)器808和信號(hào)合成器812輸出所述OFDM解調(diào)的數(shù)據(jù)。所述信道估計(jì)器808從所述OFDM解調(diào)的數(shù)據(jù)估計(jì)表示信道增益的信道系數(shù)。
對(duì)于一個(gè)接收天線，所接收的信號(hào)y如方程(17)所示y=HΘx+n]]>=12h1h1α01h2h2α01h2*h2*α01-h1*-h1*α01h3h3α11h4h4α11h4*h4*α11-h3*-h3*α11x1x2x3x4+n1n2*n3n4*]]>.....(17)其中，y是通過接收天線接收的矢量，H是信道系數(shù)矩陣，Θ是預(yù)編碼矩陣，n是噪聲矢量。
信道估計(jì)器808信道估計(jì)所接收的信號(hào)y，并且向信道響應(yīng)矩陣產(chǎn)生器810輸出信道估計(jì)結(jié)果(信道系數(shù))。信道響應(yīng)矩陣產(chǎn)生器810通過方程(18)使用信道系數(shù)來產(chǎn)生信道響應(yīng)矩陣Hnew。如從方程(18)注意到，信道響應(yīng)矩陣Hnew是信道系數(shù)矩陣H和已知預(yù)編碼矩陣Θ的乘積。所述信道響應(yīng)矩陣Hnew被提供到信號(hào)合成器812和信號(hào)確定器814和815。
Hnew=h1h1α01h2h2α01h2*h2*α01-h1*-h1*α01h3h3α11h4h4α11h4*h4*α11-h3*-h3*α11]]>.....(18)信號(hào)合成器812以預(yù)定方法將所述OFDM解調(diào)的數(shù)據(jù)與信道響應(yīng)矩陣Hnew合成，并且輸出大小為Nt的矢量。具體上，信號(hào)合成器812計(jì)算所述信道響應(yīng)矩陣Hnew的Hermitian矩陣HnewH，將HnewH乘以從OFDM解調(diào)器804-806接收的信號(hào)y，并且輸出作為結(jié)果的矢量y’。在矢量y’具有Nt個(gè)碼元的假設(shè)下，向第一信號(hào)確定器814提供第一到第(Nt/2)碼元，并且向第二信號(hào)確定器815提供第(Nt/2+1)到第Nt碼元。
第一信號(hào)確定器814通過使用所述信道響應(yīng)矩陣Hnew對(duì)于從信號(hào)合成器812接收的矢量執(zhí)行例如ML解碼而估計(jì)從發(fā)送器發(fā)送的碼元。第二信號(hào)確定器815通過使用所述信道響應(yīng)矩陣Hnew對(duì)于從信號(hào)合成器810接收的矢量執(zhí)行例如ML解碼而估計(jì)從發(fā)送器發(fā)送的碼元。與用于大小為Nt的ML解碼相比較，用于大小為 的ML解碼大大地降低了計(jì)算量。
現(xiàn)在以數(shù)學(xué)形式來總結(jié)接收器的操作。如下面的方程(19)中那樣，將Hermitian矩陣HnewH乘以所述信道響應(yīng)矩陣HnewHnewHHnew=AB00BA0000AB00BA]]>.....(19)其中，A＝|h1|2+|h2|2+|h3|2+|h1|4，并且B=|h1|2(α01)*+|h2|2(α01)*+|h3|2(α11)*+|h1|4(α01)*.]]>繼續(xù)，在方程(20)中給出了HnewH在信號(hào)合成器812中計(jì)算的y的乘積y′=y′1y′2*y′3y′4*=HnewHy=12AB00BA0000AB00BAx1x2x3x4+HnewHn1n2*n3n4*]]>.....(20)方程(20)示出了可以從y′1和y′2*估計(jì)x1和x2，并且可以從y′3和y′4*估計(jì)x3和x4。因此通過下面的方程(21)來估計(jì)由發(fā)送器發(fā)送的碼元x1，x2，x3，x4x~1,2=argx1,2min||y′1,2-px1,2||2]]>x~3,4=argx3,4min||y′3,4-px3,4||2]]>.....(21)其中，p=ABB*A,]]>x~1,2=x~1x~2,]]>x~3,4=x~3x~4,]]>x1,2=x1x2,]]>x3,4=x3x4,]]>y′1,2=y′1y′2*,]]>并且y′3,4=y′3y′4*.]]>以這種方式，可以將被發(fā)送的碼元x1，x2，x3，x4獨(dú)立地估計(jì)為組x1，x2和x3，x4。
以上述方式，第一信號(hào)確定器814估計(jì)x1，x2，并且輸出所估計(jì)的碼元 第二信號(hào)確定器815估計(jì)x3，x4，并且輸出所估計(jì)的碼元 所估計(jì)的碼元集通過解調(diào)和解碼而被恢復(fù)為原始信息數(shù)據(jù)。
下面參見圖9來說明在圖8中圖解的接收器的操作。圖9是按照本發(fā)明的所述實(shí)施例的、在使用SFBC方案的OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)的接收器中的接收操作的流程圖。所述接收器在步驟900中OFDM解調(diào)通過接收天線接收的信號(hào)，并且從所述OFDM解調(diào)的數(shù)據(jù)估計(jì)表示在發(fā)送器和接收器之間的信道增益的信道系數(shù)。在步驟902中，接收器使用所述信道系數(shù)來產(chǎn)生信道響應(yīng)矩陣Hnew。如上所述，所述信道響應(yīng)矩陣Hnew是使用所述信道系數(shù)產(chǎn)生的信道系數(shù)矩陣H和預(yù)定預(yù)編碼矩陣Θ的乘積。所述接收器在步驟904中通過以預(yù)定方法組合所述OFDM解調(diào)的數(shù)據(jù)與信道響應(yīng)矩陣Hnew來產(chǎn)生包括Nt個(gè)碼元的矢量。計(jì)算所述信道響應(yīng)矩陣Hnew的Hermitian矩陣，并且通過將所述Hermitian矩陣與OFDM解調(diào)的數(shù)據(jù)相乘來獲得由發(fā)送器發(fā)送的矢量。在步驟906中，接收器將所述矢量劃分為2個(gè)矢量，并且通過ML解碼獨(dú)立矢量而確定從發(fā)送器發(fā)送的碼元。這些碼元通過解調(diào)和解碼而被恢復(fù)為原始信息數(shù)據(jù)。
如上所述，當(dāng)現(xiàn)有Vandermonde矩陣用作預(yù)編碼矩陣需要用于大小為4的ML解碼時(shí)，用于大小為2的ML解碼對(duì)于本發(fā)明的預(yù)編碼矩陣就足夠了，導(dǎo)致大大降低了復(fù)雜度(計(jì)算量)。為了最大化編碼增益，需要優(yōu)化所述預(yù)編碼矩陣。通過數(shù)學(xué)知識(shí)或模擬來進(jìn)行所述預(yù)編碼矩陣的優(yōu)化，如上所述。下面評(píng)估例如用于四個(gè)發(fā)送天線的預(yù)編碼矩陣的優(yōu)化。
圖10是圖解按照本發(fā)明的在下述情況下的模擬編碼增益的圖在所述情況中，相對(duì)于在方程(14)的預(yù)編碼矩陣中的α0=exp-jθ0]]>和α1=exp-jθ1,(0≤θ1,θ1≤2π),]]>θ0和θ1從0度改變到360度，每次改變1度。參見圖10，x軸表示θ0的值，y軸表示θ1的值，并且z軸(未示出)表示編碼增益。粗線表示具有最大編碼增益的θ0的值和θ1的值。如圖10中所示，必須滿足在方程(22)中所示的下面的條件以最大化所述編碼增益。
|θ1-θ0|＝180°.....(22)對(duì)于滿足方程(22)的所有θ0和θ1值獲得相同的性能。因此，可以使用本發(fā)明的預(yù)編碼矩陣來設(shè)計(jì)許多SFBC。
下面提供傳統(tǒng)STBC方案和本發(fā)明的SFBC方案在解碼復(fù)雜度上的比較。圖11是圖解本發(fā)明的SFBC方案和傳統(tǒng)的STBC方案之間在性能上的比較的圖。在圖11中所示的所述性能曲線是關(guān)于本發(fā)明的SFBC方案、AlamoutiSTBC方案(Alamouti)、Taejin Jung和Kyungwhoon Cheun的Alamouti FDFRSTBC方案(A-ST-CR)和無分集(No Div)的。
用于所述性能比較的調(diào)制方案是QPSK。x軸表示信噪比(SNR)，并且y軸表示誤碼率(BER)。如所示，與其他方案相比較，對(duì)于同一信道或相同SNR，本發(fā)明和Alamouti FDFR STBC方案在BER上獲得了良好性能。與AlamoutiFDFR STBC方案相比較，本發(fā)明顯著地降低了編碼和解碼復(fù)雜度，即計(jì)算量。
對(duì)于2m個(gè)復(fù)合信號(hào)，在Alamouti FDFR STBC方案中的預(yù)編碼器具有解碼復(fù)雜度(2m)4，而本發(fā)明的預(yù)編碼器具有低得多的解碼復(fù)雜度2x(2m)2。對(duì)于例如16QAM，解碼復(fù)雜度在傳統(tǒng)預(yù)編碼器中是Cold＝(24)4＝216，并且在本發(fā)明的預(yù)編碼器中是Cnew＝2(24)2＝29。因此，
CnewCold=0.0078,]]>這表示本發(fā)明大大地降低了計(jì)算量。
如上所述，本發(fā)明提出了一種用于應(yīng)用到OFDM系統(tǒng)的SFBC方案。所述SFBC方案有益地最小化編碼和解碼復(fù)雜度(計(jì)算量)，實(shí)現(xiàn)了全分集增益和全速率。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的特定實(shí)施例具體示出和說明了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)明白，在不脫離所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1.在通信系統(tǒng)中使用多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的一種發(fā)送器，包括預(yù)編碼器，用于使用預(yù)編碼矩陣來預(yù)編碼輸入碼元序列，通過以預(yù)定方法刪截酉矩陣而產(chǎn)生所述預(yù)編碼矩陣；以及空間頻率編碼器，用于使用預(yù)定的編碼矩陣來空間頻率編碼預(yù)編碼的碼元序列。
2.按照權(quán)利要求1的發(fā)送器，其中，所述空間頻率編碼器通過將所述預(yù)編碼的碼元序列的碼元以2個(gè)為一組進(jìn)行分組來產(chǎn)生多個(gè)矢量，通過以Alamouti編碼方案編碼每個(gè)矢量來空間頻率映射每個(gè)矢量，并且向預(yù)定的正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制器提供每個(gè)空間頻率映射的碼元。
3.按照權(quán)利要求1的發(fā)送器，其中，所述編碼矩陣是 其中，r1，r2，...，rNt是從所述預(yù)編碼器輸出的碼元序列，矩陣S的第i行被映射到從預(yù)定基準(zhǔn)計(jì)數(shù)的第i個(gè)副載波，并且第j列被映射到第j個(gè)發(fā)送天線。
4.按照權(quán)利要求1的發(fā)送器，還包括多個(gè)OFDM調(diào)制器，用于通過將每個(gè)矢量分配給預(yù)定的連續(xù)副載波來快速傅立葉逆變換(IFFT)處理從空間頻率編碼器接收的矢量中的每個(gè)，將所述IFFT信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻(RF)信號(hào)，并且向預(yù)定的發(fā)送天線發(fā)送所述RF信號(hào)。
5.按照權(quán)利要求4的發(fā)送器，還包括編碼器，用于通過編碼傳輸數(shù)據(jù)而產(chǎn)生代碼碼元；以及調(diào)制器，用于調(diào)制所述代碼碼元，并且向所述預(yù)編碼器提供所述調(diào)制的代碼碼元。
6.按照權(quán)利要求1的發(fā)送器，其中，通過下述方式來產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣通過刪截在NtxNtVandermonde矩陣中的預(yù)定的 列，依序?qū)⒈粍h截的矩陣的行以2行為一組進(jìn)行分組，并且每個(gè)組移位一行。
7.按照權(quán)利要求1的發(fā)送器，其中，如果發(fā)送天線的數(shù)量是4(Nt＝4)，則預(yù)編碼矩陣是Θ=121e-jθ000001e-jθ01e-jθ100001e-jθ1]]>其中0≤θ0，θ1≤2π并且|θ1-θ2|＝180°。
8.按照權(quán)利要求1的發(fā)送器，其中，如果發(fā)送天線的數(shù)量是6(Nt＝6)，則預(yù)編碼矩陣是Θ=131e-j59πe-j109π0000001e-j59πe-j109π1e-j119πe-j49π0000001e-j119πe-j49π1e-j179πe-j169π0000001e-j179πe-j169π]]>
9.按照權(quán)利要求1的發(fā)送器，其中，如果發(fā)送天線的數(shù)量是偶數(shù)(Nt＝偶數(shù))，則所述預(yù)編碼矩陣是 其中，αi＝exp(j2π(i+1/4)/Nt)，i＝0，1，2，...，Nt/2-1。
10.一種在預(yù)編碼隨后空間頻率編碼傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中的預(yù)編碼矩陣產(chǎn)生器，包括矩陣產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生酉矩陣；刪截器，用于刪截所述酉矩陣的列的一半；以及移位器，用于通過依序?qū)⒈粍h截的矩陣的行以2行為一組進(jìn)行分組并且移位每個(gè)組的一行來產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣。
11.按照權(quán)利要求10的預(yù)編碼矩陣產(chǎn)生器，其中，所述酉矩陣是Vandermonde矩陣。
12.按照權(quán)利要求10的預(yù)編碼矩陣產(chǎn)生器，其中，如果所述系統(tǒng)具有四個(gè)發(fā)送天線，則所述預(yù)編碼矩陣是Θ=121e-jθ000001e-jθ01e-jθ100001e-jθ1]]>其中，0≤θ0，θ1≤2π，并且|θ1-θ2|＝180°。
13.按照權(quán)利要求10的預(yù)編碼矩陣產(chǎn)生器，其中如果所述系統(tǒng)具有6個(gè)發(fā)送天線，則所述預(yù)編碼矩陣是Θ=131e-j59πe-j109π0000001e-j59πe-j109π1e-j119πe-j49π0000001e-j119πe-j49π1e-j179πe-j169π0000001e-j179πe-j169π]]>
14.按照權(quán)利要求10的預(yù)編碼矩陣產(chǎn)生器，其中，如果所述系統(tǒng)具有Nt個(gè)發(fā)送天線，則所述預(yù)編碼矩陣是 其中，αi＝exp(j2π(i+1/4)/Nt)，i＝0，1，2，...，Nt/2-1。
15.在其中發(fā)送器使用多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的通信系統(tǒng)中的接收器，包括至少一個(gè)解調(diào)器，用于解調(diào)通過至少一個(gè)接收天線接收的信號(hào)；矩陣產(chǎn)生器，用于通過將信道系數(shù)矩陣(H)乘以預(yù)定預(yù)編碼矩陣(Θ)來產(chǎn)生信道響應(yīng)矩陣；以及信號(hào)合成器，用于計(jì)算信道響應(yīng)矩陣的Hermitian矩陣，通過將所述Hermitian矩陣乘以解調(diào)信號(hào)來計(jì)算大小為Nt的矢量，并且將所述矢量劃分為2個(gè)矢量。
16.按照權(quán)利要求15的接收器，還包括信號(hào)確定器，用于通過以預(yù)定解碼方法解碼從所述信號(hào)合成器接收的兩個(gè)矢量的每個(gè)來估計(jì)從發(fā)送器發(fā)送的碼元。
17.按照權(quán)利要求16的接收器，其中，所述解碼方法是最大似然性(ML)解碼。
18.按照權(quán)利要求16的接收器，還包括信道估計(jì)器，用于使用所述解調(diào)信號(hào)來計(jì)算信道系數(shù)，并且向所述矩陣產(chǎn)生器提供所述信道系數(shù)；解調(diào)器，用于解調(diào)從所述信號(hào)確定器接收的估計(jì)碼元；以及解碼器，用于解碼從所述解調(diào)器接收的解調(diào)碼元。
19.按照權(quán)利要求15的接收器，其中，通過下述方式來產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣刪截在NtxNtVandermonde矩陣中的預(yù)定的 列，依序?qū)⒈粍h截的矩陣的行以2行為一組進(jìn)行分組，并且每個(gè)組移位一行。
20.按照權(quán)利要求15的接收器，其中，如果發(fā)送天線的數(shù)量是4(Nt＝4)，則所述預(yù)編碼矩陣是Θ=121e-jθ000001e-jθ01e-jθ100001e-jθ1]]>其中，0≤θ0，θ1≤2π，并且|θ1-θ2|＝180°。
21.按照權(quán)利要求15的接收器，其中，如果發(fā)送天線的數(shù)量是6(Nt＝6)，則所述預(yù)編碼矩陣是Θ=131e-j59πe-j109π0000001e-j59πe-j109π1e-j119πe-j49π0000001e-j119πe-j49π1e-j179πe-j169π0000001e-j179πe-j169π]]>
22.按照權(quán)利要求15的接收器，其中，如果發(fā)送天線的數(shù)量是偶數(shù)(Nt＝偶數(shù))，則所述預(yù)編碼矩陣是 其中，αi＝exp(j2π(i+1/4)/Nt)，i＝0，1，2，...，Nt/2-1。
23.在通信系統(tǒng)中使用多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的一種發(fā)送方法，包括步驟使用預(yù)編碼矩陣來預(yù)編碼輸入碼元序列，通過以預(yù)定方法刪截酉矩陣而產(chǎn)生所述預(yù)編碼矩陣；以及使用預(yù)定的編碼矩陣來空間頻率編碼預(yù)編碼的碼元序列。
24.按照權(quán)利要求23的發(fā)送方法，其中，所述編碼矩陣是 其中，r1，r2，...，rNt是預(yù)編碼的碼元序列，矩陣S的第i行被映射到從預(yù)定基準(zhǔn)計(jì)數(shù)的第i個(gè)副載波，并且第j列被映射到第j個(gè)發(fā)送天線。
25.按照權(quán)利要求23的發(fā)送方法，還包括步驟通過將每個(gè)矢量分配給預(yù)定的連續(xù)副載波來快速傅立葉逆變換(IFFT)處理由空間頻率編碼而產(chǎn)生的多個(gè)矢量中的每個(gè)，將所述IFFT信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻(RF)信號(hào)，并且向預(yù)定的發(fā)送天線發(fā)送所述RF信號(hào)。
26.按照權(quán)利要求25的發(fā)送方法，還包括步驟通過編碼傳輸數(shù)據(jù)而產(chǎn)生代碼碼元；并且通過調(diào)制所述代碼碼元來產(chǎn)生復(fù)合碼元序列。
27.按照權(quán)利要求23的發(fā)送方法，其中，通過下述方式來產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣刪截在NtxNtVandermonde矩陣中的預(yù)定的 列，依序?qū)⒈粍h截的矩陣的行以2行為一組進(jìn)行分組，并且每個(gè)組移位一行。
28.按照權(quán)利要求23的發(fā)送方法，其中，如果發(fā)送天線的數(shù)量是4(Nt＝4)，則預(yù)編碼矩陣是Θ=121e-jθ000001e-jθ01e-jθ100001e-jθ1]]>其中0≤θ0，θ1≤2π，并且|θ1-θ2|＝180°。
29.按照權(quán)利要求23的發(fā)送方法，其中，如果發(fā)送天線的數(shù)量是6(Nt＝6)，則預(yù)編碼矩陣是Θ=131e-j59πe-j109π0000001e-j59πe-j109π1e-j119πe-j49π0000001e-j119πe-j49π1e-j179πe-j169π0000001e-j179πe-j169π]]>
30.按照權(quán)利要求23的發(fā)送方法，其中，如果發(fā)送天線的數(shù)量是偶數(shù)(Nt＝偶數(shù))，則所述預(yù)編碼矩陣是 其中，αi＝exp(j2π(i+1/4)/Nt)，i＝0，1，2，...，Nt/2-1。
31.一種在預(yù)編碼然后空間頻率編碼傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣的方法，包括步驟產(chǎn)生酉矩陣；刪截所述酉矩陣的列的一半；以及通過依序?qū)⒈粍h截的矩陣以2行為一組進(jìn)行分組并且移位每個(gè)組的一行來產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣。
32.按照權(quán)利要求31的方法，其中，所述酉矩陣是Vandermonde矩陣。
33.按照權(quán)利要求31的方法，其中，如果所述系統(tǒng)具有四個(gè)發(fā)送天線，則所述預(yù)編碼矩陣是Θ=121e-jθ000001e-jθ01e-jθ100001e-jθ1]]>其中，0≤θ0，θ1≤2π，并且|θ1-θ2|＝180°。
34.按照權(quán)利要求31的方法，其中如果系統(tǒng)具有6個(gè)發(fā)送天線，則所述預(yù)編碼矩陣是Θ=131e-j59πe-j109π0000001e-j59πe-j109π1e-j119πe-j49π0000001e-j119πe-j49π1e-j179πe-j169π0000001e-j179πe-j169π]]>
35.按照權(quán)利要求31的方法，其中，如果所述系統(tǒng)具有Nt個(gè)發(fā)送天線，則所述預(yù)編碼矩陣是 其中，αi＝exp(j2π(i+1/4)/Nt)，i＝0，1，2，...，Nt/2-1。
36.在其中發(fā)送器使用多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的通信系統(tǒng)中的接收方法，包括解調(diào)通過至少一個(gè)接收天線接收的信號(hào)；通過將信道系數(shù)矩陣(H)乘以預(yù)定預(yù)編碼矩陣(Θ)來產(chǎn)生信道響應(yīng)矩陣；計(jì)算信道響應(yīng)矩陣的Hermitian矩陣，通過將所述Hermitian矩陣乘以解調(diào)信號(hào)來計(jì)算大小為Nt的矢量，并且將所述矢量劃分為2個(gè)矢量；以及通過以預(yù)定解碼方法解碼所述兩個(gè)矢量的每個(gè)來估計(jì)從發(fā)送器發(fā)送的碼元。
37.按照權(quán)利要求36的接收方法，其中，所述解碼方法是最大似然性(ML)解碼。
38.按照權(quán)利要求36的接收方法，還包括步驟通過使用所述解調(diào)信號(hào)來計(jì)算信道系數(shù)，產(chǎn)生所述信道系數(shù)矩陣；解調(diào)所估計(jì)的碼元；并且通過解碼所述解調(diào)碼元而恢復(fù)原始信息。
39.按照權(quán)利要求36的接收方法，其中，通過下述方式來產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣刪截在NtxNtVandermonde矩陣中的預(yù)定的 列，依序?qū)⒈粍h截的矩陣的行以2行為一組進(jìn)行分組，并且每個(gè)組移位一行。
40.按照權(quán)利要求36的接收方法，其中，如果發(fā)送天線的數(shù)量是4(Nt＝4)，則所述預(yù)編碼矩陣是Θ=121e-jθ000001e-jθ01e-jθ100001e-jθ1]]>其中，0≤θ0，θ1≤2π，并且|θ1-θ2|＝180°。
41.按照權(quán)利要求36的接收方法，其中，如果發(fā)送天線的數(shù)量是6(Nt＝6)，則所述預(yù)編碼矩陣是Θ=131e-j59πe-j109π0000001e-j59πe-j109π1e-j119πe-j49π0000001e-j119πe-j49π1e-j179πe-j169π0000001e-j179πe-j169π]]>
42.按照權(quán)利要求36的接收方法，其中，如果發(fā)送天線的數(shù)量是偶數(shù)(Nt＝偶數(shù))，則所述預(yù)編碼矩陣是 其中，αi＝exp(j2π(i+1/4)/Nt)，i＝0，1，2，...，Nt/2-1。
43.在正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中使用多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的一種發(fā)送器，包括預(yù)編碼器，用于使用預(yù)編碼矩陣來預(yù)編碼輸入碼元序列，通過以預(yù)定方法刪截酉矩陣而產(chǎn)生所述預(yù)編碼矩陣；以及空間頻率編碼器，用于使用預(yù)定的編碼矩陣來空間頻率編碼預(yù)編碼的碼元序列。
44.在發(fā)送器使用多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)中的接收器，包括至少一個(gè)OFDM解調(diào)器，用于OFDM解調(diào)通過至少一個(gè)接收天線接收的信號(hào)；矩陣產(chǎn)生器，用于通過將信道系數(shù)矩陣(H)乘以預(yù)定預(yù)編碼矩陣(Θ)來產(chǎn)生信道響應(yīng)矩陣；以及信號(hào)合成器，用于計(jì)算信道響應(yīng)矩陣的Hermitian矩陣，通過將所述Hermitian矩陣乘以O(shè)FDM解調(diào)的信號(hào)來計(jì)算大小為Nt的矢量，并且將所述矢量劃分為2個(gè)矢量。
45.在正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中使用多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的一種發(fā)送方法，包括步驟使用預(yù)編碼矩陣來預(yù)編碼輸入碼元序列，通過以預(yù)定方法刪截酉矩陣而產(chǎn)生所述預(yù)編碼矩陣；以及使用預(yù)定的編碼矩陣來空間頻率編碼預(yù)編碼的碼元序列。
46.在發(fā)送器使用多個(gè)(Nt)發(fā)送天線的正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中的接收方法，包括步驟OFDM解調(diào)通過至少一個(gè)接收天線接收的信號(hào)；通過將信道系數(shù)矩陣(H)乘以預(yù)定預(yù)編碼矩陣(Θ)來產(chǎn)生信道響應(yīng)矩陣；以及計(jì)算信道響應(yīng)矩陣的Hermitian矩陣，通過將所述Hermitian矩陣乘以O(shè)FDM解調(diào)的信號(hào)來計(jì)算大小為Nt的矢量，并且將所述矢量劃分為2個(gè)矢量；并且通過以預(yù)定解碼方法解碼所述兩個(gè)矢量的每個(gè)來估計(jì)從所述發(fā)送器發(fā)送的碼元。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于在使用多個(gè)(N)發(fā)送天線的通信系統(tǒng)中進(jìn)行SFBC編碼和解碼的裝置和方法。在使用N個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送器中，預(yù)編碼器使用預(yù)編碼矩陣來預(yù)編碼輸入碼元序列。通過以預(yù)定方法刪截(puncture)酉矩陣(unitary matix)而產(chǎn)生所述預(yù)編碼矩陣。編碼器通過將所述預(yù)編碼碼元序列的碼元以2個(gè)為一組進(jìn)行分組來產(chǎn)生多個(gè)矢量，通過以Alamouti編碼方案編碼每個(gè)矢量來空間頻率映射每個(gè)矢量，并且向預(yù)定的OFDM調(diào)制器提供所述空間頻率映射的碼元中的每個(gè)。
文檔編號(hào)H04J99/00GK1969522SQ200580019906
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月18日
發(fā)明者蔡贊秉, 鄭鴻實(shí), 趙暎權(quán), 樸東植, 卡茨·M·丹尼爾 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社