專利名稱：用于多入多出無(wú)線通信系統(tǒng)的通用多入多出－聯(lián)合檢測(cè)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信方法和裝置，尤其涉及一種用于多入多出(MIMO)無(wú)線通信系統(tǒng)中的通用聯(lián)合檢測(cè)(GJD)方法和裝置。
背景技術(shù)：
在無(wú)線通信過(guò)程中，當(dāng)信號(hào)在復(fù)雜的無(wú)線信道中傳播時(shí)，同一傳輸信號(hào)將會(huì)沿兩個(gè)或多個(gè)路徑傳播，并以微小的時(shí)間差到達(dá)接收機(jī)。這些歷經(jīng)多個(gè)傳播路徑到達(dá)的信號(hào)彼此干涉，造成接收信號(hào)的衰落，這種衰落就是多徑衰落。
多入多出系統(tǒng)是在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中采用多天線或陣列天線來(lái)收發(fā)數(shù)據(jù)。由于多天線在不同的空間位置上，衰落特性不盡相同，因而只要MIMO系統(tǒng)中用于收發(fā)信號(hào)的相鄰天線間的間隔足夠大，就可近似認(rèn)為相鄰天線的接收信號(hào)完全不相關(guān)。多入多出系統(tǒng)正是充分利用了多徑信道的這一空間特性來(lái)實(shí)現(xiàn)空間上的分集發(fā)射與接收。


圖1示出了一個(gè)由M個(gè)發(fā)射天線和J個(gè)接收天線構(gòu)成的簡(jiǎn)單MIMO系統(tǒng)。如上所述，為了保證信號(hào)的空間非相關(guān)性，圖1示出的MIMO系統(tǒng)的發(fā)射天線和接收天線的天線間隔距離一般都比較大。如圖1所示，在發(fā)射機(jī)中，首先，MIMO結(jié)構(gòu)單元101將一路待發(fā)送數(shù)據(jù)碼流轉(zhuǎn)換成M路并行的子數(shù)據(jù)流；然后，在多址(multiple access)變換單元102中完成復(fù)用處理；最后由對(duì)應(yīng)的M個(gè)發(fā)射天線103將信號(hào)同時(shí)發(fā)射到無(wú)線空間。其中，MIMO結(jié)構(gòu)單元101可以是空時(shí)格碼(STTCSpace Time Trellis Code)，空時(shí)塊碼、空時(shí)Turbo編碼，以及貝爾實(shí)驗(yàn)室分層時(shí)空(BLASTBell Layered Space Time)編碼等MIMO處理方法中的一種。而多址變換單元102則既可以是時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用，或碼分多址變換中的一種。
M路發(fā)射信號(hào)經(jīng)由多徑信道(即，MIMO衰落信道)到達(dá)接收機(jī)時(shí)，每個(gè)接收天線104所接收的信號(hào)都相當(dāng)于M個(gè)發(fā)射信號(hào)的疊加，例如圖1中實(shí)線箭頭所示。由圖1可見(jiàn)，在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間，存在著以任意一個(gè)發(fā)射天線和一個(gè)接收天線為端點(diǎn)的無(wú)線信道。假設(shè)從發(fā)射天線i到接收天線j的信道的沖激響應(yīng)表示為hji(i＝1，2…M，j＝1，2…J，其中，M和J分別為發(fā)射天線和接收天線的個(gè)數(shù))，那么第j個(gè)接收天線所接收的時(shí)間離散的接收信號(hào)r可以表示為rj,t=Σi=1MEihj,iΦ(si,t)+nj,t---(1)]]>其中，Ei是每個(gè)符號(hào)在第i個(gè)發(fā)射天線處發(fā)射的能量。將所有M個(gè)天線的發(fā)射功率疊加在一起，即為總的發(fā)射功率E0，Σi=1MEi=E0.]]>式(1)中si，t為待發(fā)射符號(hào)。Φ(.)是多址變換函數(shù)，例如，在CDMA系統(tǒng)中，多址變換就是將待發(fā)射的符號(hào)乘上擴(kuò)頻碼。nj，t是具有N0/2方差的附加高斯白噪聲的復(fù)數(shù)形式，其中N0為噪聲的功率譜密度值。由(1)式不難看出，每個(gè)接收天線上所收到的信號(hào)不僅是M個(gè)發(fā)射天線信號(hào)的疊加，同時(shí)還包含有M*J個(gè)無(wú)線衰落信道的信道特性hji。
為了能夠無(wú)誤地恢復(fù)出發(fā)射機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，接收機(jī)在對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行多址逆變換105后，必須利用無(wú)線信道中的非相關(guān)性來(lái)區(qū)分各個(gè)發(fā)射天線發(fā)來(lái)的子數(shù)據(jù)流，這就是MIMO檢測(cè)單元106所完成的工作。同時(shí)MIMO檢測(cè)106還需將解出的M路子數(shù)據(jù)流合并成一路，從而恢復(fù)出原發(fā)送的數(shù)據(jù)。
在圖1示出的MIMO系統(tǒng)中，M個(gè)子數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)相同的多址變換后，同時(shí)發(fā)送到無(wú)線空間，因此各發(fā)射信號(hào)占用同一頻帶。同時(shí)，由于各發(fā)射、接收天線間的信道相互獨(dú)立，相當(dāng)于在收、發(fā)設(shè)備之間構(gòu)造了多個(gè)并行的空間信道。因此，MIMO技術(shù)實(shí)際上是在不增加系統(tǒng)帶寬的前提下，大大提高了頻譜的利用率，且其通信容量可以隨著發(fā)射天線和接收天線個(gè)數(shù)的增加而線性增加。MIMO技術(shù)的這一特點(diǎn)使之被認(rèn)為是新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
MIMO技術(shù)憑借其容量大速率高的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用于各種無(wú)線通信系統(tǒng)中。例如，MIMO技術(shù)可以應(yīng)用于各種多址方式的無(wú)線通信系統(tǒng)，如時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)或正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexed，OFDM)等。MIMO技術(shù)與具體多址方式相結(jié)合，就構(gòu)成了相應(yīng)的如MIMO TDMA、MIMOCDMA、MIMO OFDM等具體的MIMO系統(tǒng)。
無(wú)論是上述MIMO CDMA系統(tǒng)還是其他多址方式的MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)，都不可避免地存在著系統(tǒng)干擾。在MIMO系統(tǒng)中，與其他系統(tǒng)一樣，也存在由多徑衰落信道中的無(wú)線傳輸引起的多址干擾(Multiple Access Interference，MAI)和符號(hào)間干擾(Inter SymbolInterference，ISI)，此外，還存在由MIMO本身的多天線結(jié)構(gòu)造成的干擾稱為共天線干擾(Co-Antenna Interference，CAI)。這些干擾因素的存在降低了MIMO系統(tǒng)的處理能力。
為了改善系統(tǒng)性能，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)采用了多種方法來(lái)消除MAI、ISI和CAI所造成的影響。例如，在MIMO TDMA系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)使用空時(shí)格碼作為MIMO結(jié)構(gòu)，即，將原有的格碼調(diào)制(TCMTrellisCode Modulation)擴(kuò)展到空間域，分別由不同的天線發(fā)送編碼后的碼字。這樣，在接收機(jī)中，則可利用空時(shí)解碼(如采用最大似然序列法)來(lái)削弱CAI的影響，同時(shí)利用均衡方法(如，采用最大似然序列檢測(cè)器，或最大后驗(yàn)概率的符號(hào)檢測(cè)器)來(lái)削弱ISI的干擾。但是，由于空時(shí)格碼方法在發(fā)射信號(hào)中加入了大量冗余信息，當(dāng)信道質(zhì)量良好時(shí)，就不能充分體現(xiàn)MIMO系統(tǒng)增容的特點(diǎn)。
再比如，在MIMO CDMA系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)使用BLAST技術(shù)來(lái)生成并行的多個(gè)子數(shù)據(jù)碼流。BLAST技術(shù)的特點(diǎn)是BLAST處理僅僅是在空間域和時(shí)間域?qū)π盘?hào)進(jìn)行重新構(gòu)造，并不加入冗余信息，因而可以充分利用MIMO系統(tǒng)所構(gòu)造的多路并行無(wú)線信道，從而提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速率。但在接收機(jī)中也只能利用MIMO信道的非相關(guān)性來(lái)解調(diào)出所有發(fā)射天線上的信號(hào)，為此接收機(jī)中的接收天線個(gè)數(shù)不得少于發(fā)射天線的個(gè)數(shù)。在現(xiàn)有的接收機(jī)中，通常利用BLAST檢測(cè)來(lái)削弱CAI，再利用多用戶檢測(cè)(如迫零ZF、最小均方差MMSE、串行干擾消除(SIC)、并行干擾消除(PIC)、判決反饋均衡DFE等)來(lái)抑制MAI和ISI的干擾。因此BLAST技術(shù)雖然具有處理高速率數(shù)據(jù)的能力，但只有在信道質(zhì)量較好的情況下才能充分發(fā)揮其特點(diǎn)。
由以上所述的兩個(gè)例子可見(jiàn)，目前已經(jīng)提出的MIMO結(jié)構(gòu)及檢測(cè)方法雖然在干擾消除方面獲得了一定的效果，但都是針對(duì)一個(gè)特定的多址系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，并且，不論信道質(zhì)量如何都只能采用所選定的唯一的處理方法，其結(jié)果是在不同信道條件下，系統(tǒng)性能起伏不定，這大大降低了系統(tǒng)的適應(yīng)性。此外，在通常情況下，現(xiàn)有技術(shù)總是將對(duì)CAI、MAI和ISI的干擾消除分離開(kāi)來(lái)，一一進(jìn)行處理的。這樣的結(jié)果是降低了整個(gè)系統(tǒng)的性能。
為此，在實(shí)際應(yīng)用中需要一種適合于各種多址方式的MIMO系統(tǒng)的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一是提出一種用于MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法和裝置，使之可以自適應(yīng)地根據(jù)傳輸信道質(zhì)量選擇相應(yīng)的GMIMO-JD結(jié)構(gòu)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率，改善通信質(zhì)量。
本發(fā)明的目的之二是提出一種用于MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)(GMIMO-JD)方法和裝置，使之可以適用于各種類型的多址方式，例如，TDMA、CDMA、OFDM等。
本發(fā)明的目的之三是提出一種用于MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)(GMIMO-JD)方法和裝置，使之既可以同時(shí)消除，也可以分布式地消除CAI、MAI和ISI的干擾，從而改善系統(tǒng)性能。
按照本發(fā)明的一種由一個(gè)接收機(jī)執(zhí)行的用于多入多出(MIMO)系統(tǒng)的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)(GMIMO-JD)方法，包括步驟接收來(lái)自一個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)送的無(wú)線信號(hào)；估計(jì)該無(wú)線信號(hào)傳輸信道的質(zhì)量；根據(jù)該估計(jì)結(jié)果，向該發(fā)射機(jī)發(fā)送一個(gè)反饋信息，以使得該發(fā)射機(jī)根據(jù)該反饋信息選擇一個(gè)適合該傳輸信道的通用多入多出(GMIMO)結(jié)構(gòu)(architecture)；根據(jù)該估計(jì)結(jié)果，重配一個(gè)適合該接收機(jī)的通用聯(lián)合檢測(cè)(GJD)結(jié)構(gòu)；利用該選擇的GJD結(jié)構(gòu)，對(duì)接收的來(lái)自該發(fā)射機(jī)的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行處理。
按照本發(fā)明的一種由一個(gè)發(fā)射機(jī)執(zhí)行的用于多入多出(MIMO)無(wú)線通信系統(tǒng)的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)(GMIMO-JD)方法，包括步驟發(fā)送一個(gè)無(wú)線信號(hào)；接收來(lái)自一個(gè)接收機(jī)的一個(gè)反饋信息，該反饋信息是該接收機(jī)對(duì)該無(wú)線信號(hào)的傳輸信道的質(zhì)量進(jìn)行估計(jì)得到的；根據(jù)該反饋信息，重配一個(gè)適合該傳輸信道的通用多入多出(GMIMO)結(jié)構(gòu)(architecture)；利用該GMIMO結(jié)構(gòu)，對(duì)欲發(fā)送的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行處理；發(fā)送經(jīng)過(guò)該GMIMO結(jié)構(gòu)處理的無(wú)線信號(hào)。
通過(guò)參考以下結(jié)合附圖的說(shuō)明及權(quán)利要求書的內(nèi)容，并且隨著對(duì)本發(fā)明的更全面理解，本發(fā)明的其他目的及結(jié)果將更加明白及易于理解。
附圖簡(jiǎn)述以下將通過(guò)參考附圖和結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)地解釋和說(shuō)明，其中圖1是一般MIMO通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是按照本發(fā)明的實(shí)施例提出的支持GMIMO-JD的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖3是按照本發(fā)明的實(shí)施例提出的GMIMO-JD方法中的反饋信息的傳遞過(guò)程；圖4是按照本發(fā)明的實(shí)施例提出的GMIMO-JD方法中用來(lái)傳遞反饋信息的消息封裝格式；圖5是按照本發(fā)明的實(shí)施例提出的GMIMO-JD模式選擇列表；圖6是當(dāng)GMIMO-JD模式為反饋模式時(shí)，發(fā)射機(jī)的MIMO結(jié)構(gòu)和接收機(jī)中聯(lián)合檢測(cè)結(jié)構(gòu)的框圖；圖7是當(dāng)GMIMO-JD模式為并行模式時(shí)，發(fā)射機(jī)的MIMO結(jié)構(gòu)和接收機(jī)的聯(lián)合檢測(cè)結(jié)構(gòu)的框圖；圖8是當(dāng)GMIMO-JD模式為優(yōu)選模式時(shí)，發(fā)射機(jī)的MIMO結(jié)構(gòu)和接收機(jī)的聯(lián)合檢測(cè)結(jié)構(gòu)的框圖；圖9是在UMTS FDD系統(tǒng)中應(yīng)用本發(fā)明的GMIMO-JD方法后的信令傳遞過(guò)程；
圖10是在UMTS FDD系統(tǒng)中，按照本發(fā)明提出的GMIMO-JD方法，用來(lái)傳遞信道沖激響應(yīng)的信息封裝格式；圖11是在UMTS FDD系統(tǒng)中，當(dāng)GMIMO-JD模式為反饋模式時(shí)，發(fā)射機(jī)的MIMO結(jié)構(gòu)框圖；圖12是在UMTS FDD系統(tǒng)中，當(dāng)GMIMO-JD模式為優(yōu)選模式時(shí)，發(fā)射機(jī)的MIMO結(jié)構(gòu)框圖；圖13是在UMTS FDD系統(tǒng)中，當(dāng)GMIMO-JD模式為并行模式時(shí)，發(fā)射機(jī)的MIMO結(jié)構(gòu)框圖。
在所有附圖中相同的標(biāo)號(hào)指示相似或相應(yīng)的特征或功能。
發(fā)明詳述本發(fā)明提出的GMIMO-JD方法的核心思想是接收端的接收機(jī)根據(jù)接收信號(hào)中的已知信號(hào)，估計(jì)出自發(fā)射端到接收端的無(wú)線信道的質(zhì)量，并將信道質(zhì)量的估計(jì)結(jié)果反饋給發(fā)射端的發(fā)射機(jī)；然后，發(fā)射端的發(fā)射機(jī)和接收端的接收機(jī)，根據(jù)信道質(zhì)量的估計(jì)結(jié)果，分別選擇最適合當(dāng)前信道條件的多入多出結(jié)構(gòu)和聯(lián)合檢測(cè)方法來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而最優(yōu)地實(shí)現(xiàn)自發(fā)射端到接收端的數(shù)據(jù)傳輸。
這里還需指出，由于在時(shí)分復(fù)用(TDD)模式下，信道估計(jì)在建立上行鏈路過(guò)程中就已執(zhí)行，因而基站發(fā)射機(jī)不需上行反饋就可以了解到下行信道特性信息。然而，TDD模式只有在用戶終端移動(dòng)速度相對(duì)較低情況下才有較好的性能，其應(yīng)用范圍受到一定的限制，所以在本發(fā)明的實(shí)施例中，MIMO系統(tǒng)采用適用范圍更廣的頻分復(fù)用(FDD)方式。
基于以上假設(shè)，下面將以FDD MIMO系統(tǒng)中基站發(fā)射機(jī)和用戶終端接收機(jī)為例，首先結(jié)合附圖2-4描述本發(fā)明的總體構(gòu)想，然后再詳細(xì)描述本發(fā)明提出的三種GMIMO-JD模式的具體實(shí)施例，最后給出在UMTS FDD系統(tǒng)中，本發(fā)明所提出的GMIMO-JD方法如何通過(guò)信令來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖2所示是支持GMIMO-JD方法的基站(發(fā)射端)發(fā)射機(jī)300和用戶終端(接收端)的接收機(jī)400的結(jié)構(gòu)框圖。如圖所示，基站發(fā)射機(jī)300和用戶終端(UE)接收機(jī)400都具有多付天線，分別是M個(gè)發(fā)射天線341和J個(gè)接收天線441。
在基站發(fā)射機(jī)300中，用戶數(shù)據(jù)碼流，首先需要經(jīng)過(guò)前向糾錯(cuò)編碼器(FEC)311、交織編碼器312和符號(hào)映射器313的處理，得到待發(fā)送的原始數(shù)據(jù)碼流。這三部分的處理也可以作為一個(gè)整體來(lái)看待，即視為一個(gè)信道編碼單元310。
用戶數(shù)據(jù)碼流經(jīng)過(guò)信道編碼單元310處理后，送入通用多入多出(GMIMOGeneralized MIMO)結(jié)構(gòu)(architecture)320中。GMIMO結(jié)構(gòu)320可以具有若干種可供選擇的MIMO功能模塊，如空時(shí)格碼、空時(shí)分組碼或BLAST等。GMIMO 320根據(jù)用戶終端經(jīng)由上行鏈路發(fā)送來(lái)的反饋信息350，選擇并重配一種與反饋信息350中所指示的內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的MIMO結(jié)構(gòu)，并對(duì)欲發(fā)送的原始數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行處理，從而將一路串行的數(shù)據(jù)碼流轉(zhuǎn)換為并行的經(jīng)過(guò)空時(shí)格碼處理或空時(shí)分組碼處理或BLAST處理的M個(gè)子數(shù)據(jù)碼流。
接著，這M個(gè)子數(shù)據(jù)碼流送入到多址處理單元330中，進(jìn)行各個(gè)支路的多址變換，例如完成CDMA、OFDM等復(fù)用處理。最后，M個(gè)支路信號(hào)在分別經(jīng)過(guò)脈沖成形器340的濾波處理之后，經(jīng)由對(duì)應(yīng)的M個(gè)發(fā)射天線341發(fā)射到無(wú)線空間。
M個(gè)發(fā)射信號(hào)經(jīng)由下行鏈路到達(dá)用戶終端接收機(jī)400，由J個(gè)接收天線441接收下來(lái)。與圖1所示情況相同，用戶終端接收機(jī)400的每個(gè)接收天線所接收的信號(hào)都相當(dāng)于經(jīng)由不同路徑傳播的M個(gè)發(fā)射信號(hào)的總和。J個(gè)天線的接收信號(hào)分別在對(duì)應(yīng)的匹配濾波和采樣單元440中完成濾波和采樣處理，從而得到J路時(shí)間離散信號(hào)，其中，在第j個(gè)接收天線上(j＝1，2，…J，J是接收天線的總個(gè)數(shù))的接收信號(hào)可以用公式(1)的rj,t=Σi=1MEihj,iΦ(si,t)+nj,t]]>來(lái)表示。
隨后，信道估計(jì)單元430根據(jù)得到的J路時(shí)間離散信號(hào)中的導(dǎo)頻信號(hào)來(lái)估計(jì)各個(gè)下行無(wú)線信道的特性(信道路徑如圖1所示)，也就是根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)計(jì)算并得出公式(1)中給出各個(gè)信道的沖激響應(yīng)函數(shù)hji，以及用于評(píng)價(jià)信道優(yōu)劣的信干噪聲比SINR和SINR隨時(shí)間的變化量ΔSINR。
信道估計(jì)單元430可以直接將信道估計(jì)結(jié)果SINR和ΔSINR作為反饋信息發(fā)送給基站，但是這樣處理的缺點(diǎn)是使得反饋信息負(fù)荷過(guò)重，同時(shí)還增加了基站發(fā)射機(jī)的復(fù)雜度。在本發(fā)明實(shí)施例中，反饋信息主要包括通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)(GMIMO-JD)模式信息，分別包括反饋模式、并行模式和優(yōu)選模式(這三種模式將在下文結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明)。這里所說(shuō)的三種GMIMO-JD模式是由基站和用戶終端預(yù)先設(shè)定的，用來(lái)標(biāo)識(shí)在特定信道質(zhì)量條件下，發(fā)射機(jī)中的MIMO結(jié)構(gòu)和接收機(jī)中的聯(lián)合檢測(cè)方法的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。也就是說(shuō)，一旦確定了GMIMO-JD模式，發(fā)射機(jī)中的MIMO結(jié)構(gòu)和接收機(jī)中的聯(lián)合檢測(cè)方法也就唯一地確定下來(lái)。
因此，接下來(lái)，信道估計(jì)單元430可以根據(jù)SINR和ΔSINR的數(shù)值選擇適合的GMIMO-JD模式，并將所選的GMIMO-JD模式信息作為反饋信息350，經(jīng)由從用戶終端到基站的上行鏈路發(fā)送給基站發(fā)射機(jī)。這樣，在發(fā)射機(jī)中就可以依據(jù)GMIMO-JD模式選擇對(duì)應(yīng)的MIMO結(jié)構(gòu)。而在接收機(jī)中，信道估計(jì)單元430也將所選的GMIMO-JD模式信息傳送給包含有多種聯(lián)合檢測(cè)處理模塊的通用聯(lián)合檢測(cè)單元(GJDGeneral Joint Detection)420。通用聯(lián)合檢測(cè)單元420根據(jù)所選模式，選擇并重配與之對(duì)應(yīng)的GJD結(jié)構(gòu)，對(duì)收到的J路離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行處理(例如，最大似然法檢測(cè)處理或迫零-線性塊均衡等處理)，以消除信號(hào)中的MAI、ISI和CAI等干擾。
GJD單元420在完成對(duì)信號(hào)的處理后，將J個(gè)并行支路信號(hào)轉(zhuǎn)換成一路串行碼流，輸出給信道單元410。在信道解碼單元410中，碼流依次經(jīng)過(guò)符號(hào)解映射器413、解交織器412，最后傳遞到FEC解碼器411中做最終的數(shù)據(jù)糾錯(cuò)，從而恢復(fù)出所需的用戶數(shù)據(jù)。
以上所述的基站發(fā)射機(jī)和用戶終端接收機(jī)結(jié)構(gòu)，通過(guò)反饋信息350聯(lián)系在一起，從而可以共同根據(jù)當(dāng)前信道質(zhì)量選擇最為適合的信號(hào)處理方法。因而，反饋信息的獲得和傳遞是GMIMO-JD方案的關(guān)鍵。
圖3中總結(jié)了GMIMO-JD方法中傳遞反饋信息的一般過(guò)程。如圖3所示，首先，用戶終端接收機(jī)400接收到基站發(fā)射機(jī)300中經(jīng)由各個(gè)發(fā)射天線341發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)(步驟S310)；用戶終端接收機(jī)400中的信道估計(jì)單元430按照傳統(tǒng)方法對(duì)接收到的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行信道特性估計(jì)，并計(jì)算出信道的SINR和ΔSINR，同時(shí)估計(jì)出各傳輸信道的沖激響應(yīng)hji(步驟S320)。接著，用戶終端接收機(jī)400根據(jù)SINR和ΔSINR的大小，如根據(jù)圖5所示的模式選擇列表，選擇一種適合的GMIMO-JD模式，并將其構(gòu)造成反饋信息350經(jīng)由上行鏈路發(fā)送給基站發(fā)射機(jī)300(步驟S330)。其中，反饋信息350在傳遞過(guò)程中的消息封裝格式如圖4所示。用于承載反饋信息350的消息的主要部分是GMIMO-JD模式指示信息，此外在特定的GMIMO-JD模式下，還可以包含傳輸信道信息，即傳輸信道的沖激響應(yīng)hji。最后，基站發(fā)射機(jī)300收到反饋信息350后，立即選擇一種與所選GMIMO-JD模式對(duì)應(yīng)的MIMO結(jié)構(gòu)，并利用該MIMO結(jié)構(gòu)對(duì)欲發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和發(fā)射(步驟S340)。用戶終端接收機(jī)在得知基站已經(jīng)配置好該MIMO結(jié)構(gòu)之后，立即配置自身的聯(lián)合檢測(cè)結(jié)構(gòu)，這樣收發(fā)兩端就共同構(gòu)建了適合當(dāng)前信道特性的數(shù)據(jù)處理方法。
上已述及GMIMO-JD模式標(biāo)識(shí)的是一種MIMO結(jié)構(gòu)和聯(lián)合檢測(cè)方法的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)前文對(duì)各種MIMO結(jié)構(gòu)和MIMO檢測(cè)方法的介紹可知，針對(duì)不同的信道特點(diǎn)這種對(duì)應(yīng)關(guān)系的選擇可以各式各樣。以下，將分別描述針對(duì)三種特定信道質(zhì)量的GMIMO-JD模式反饋模式(模式I)、優(yōu)選模式(模式II)和并行模式(模式III)。然而，本發(fā)明所提出的GMIMO-JD方法并不局限于這三種模式，還可以根據(jù)具體的信道情況選擇其他的GMIMO-JD組合方式。
MIMO系統(tǒng)根據(jù)信道估計(jì)單元430中測(cè)得的導(dǎo)頻信號(hào)的SINR和ΔSINR來(lái)確定選擇反饋模式、優(yōu)選模式還是并行模式，具體對(duì)照關(guān)系如圖5所示。
1、當(dāng)SINR和ΔSINR均較低時(shí)，GMIMO-JD模式選擇模式I——反饋模式(見(jiàn)圖5)此時(shí)，SINR偏小表示當(dāng)前無(wú)線信道的質(zhì)量不是很好，信號(hào)的誤幀率相對(duì)較高。同時(shí)，ΔSINR很低，則說(shuō)明用戶終端的運(yùn)動(dòng)速度緩慢，雖然信道質(zhì)量不理想，但信道特性比較穩(wěn)定。因而，在用戶終端接收機(jī)內(nèi)，信道估計(jì)單元430中估計(jì)出的傳輸信道的沖激響應(yīng)可以在一段時(shí)間內(nèi)保持有效性。此外，由于尺寸、成本和功耗的嚴(yán)格限制，用戶終端內(nèi)通常只能有一個(gè)接收天線(J＝1)，所以無(wú)法利用接收端的分集增益?；谝陨咸攸c(diǎn)，為了提高接收分集增益，GMIMO-JD模式選擇為反饋模式，即將下行鏈路各信道的沖激響應(yīng)反饋給基站發(fā)射機(jī)。選擇反饋模式可以在有限的條件下比較理想地提高天線的分集增益。
在反饋模式下，用戶終端接收機(jī)400中測(cè)量得到的傳輸信道的沖激響應(yīng)hji作為反饋信息350的一部分，按照?qǐng)D4所示的格式，裝載到反饋信息350的傳輸信道信息部分，發(fā)送給基站發(fā)射機(jī)。反饋模式下，基站發(fā)射機(jī)和用戶終端接收機(jī)的具體結(jié)構(gòu)由圖6示出。
如圖6所示，基站發(fā)射機(jī)300中的串/并轉(zhuǎn)換單元610首先將待發(fā)送信息符號(hào)碼流Si轉(zhuǎn)換成多路并行信號(hào)，再送入多址變換處理單元620中完成復(fù)用處理。接著，根據(jù)反饋信息350中的各傳輸信道沖激響應(yīng)hi(由于在此模式下接收機(jī)中只有一個(gè)接收天線，所以沖激響應(yīng)hji中用來(lái)區(qū)分不同接收天線的腳標(biāo)j可以省去，簡(jiǎn)化為hi，其中下腳標(biāo)i標(biāo)識(shí)的是不同的發(fā)射天線。)，對(duì)每個(gè)支路符號(hào)進(jìn)行預(yù)加權(quán)(pre-weighting)處理。也就是，每一路并行待發(fā)送符號(hào)都乘上歸一化后的信道沖激響應(yīng)的共軛量hj*/ρ，其中ρ=Σi=1M|hi|2,]]>這里的上標(biāo)*是指復(fù)共軛。由圖6中不難看出，從基站發(fā)射機(jī)300的每個(gè)發(fā)射天線發(fā)出的信號(hào)都帶有對(duì)應(yīng)信道特性的共軛成份。這里，可以將串/并轉(zhuǎn)換單元610和對(duì)各支路符號(hào)進(jìn)行預(yù)加權(quán)處理的部分視為反饋模式下的GMIMO結(jié)構(gòu)。
M路發(fā)射信號(hào)經(jīng)由MIMO衰落信道傳到用戶終端。由公式(1)可知，用戶終端接收機(jī)400中接收天線所收到的信號(hào)為發(fā)射信號(hào)和信道沖激響應(yīng)的乘積，且為多個(gè)發(fā)射信號(hào)的線性疊加，加之用戶終端接收機(jī)400只有一個(gè)接收天線，所以此時(shí)的接收信號(hào)自然為一路串行信號(hào)，表示為
rt=Σi=1MEihiΦ(si,t)*hi*/ρ+nt---(2)]]>由公式(2)可見(jiàn)，信道沖激響應(yīng)部分與其共軛部分相乘后得到hi的幅度的平方值，再經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算即可得到接收信號(hào)rt實(shí)際為ρФ(si)。這樣，由傳輸信道所造成的影響就已經(jīng)轉(zhuǎn)化為多天線的分集增益，效果是提高了接收信號(hào)的能量。因此，在用戶終端接收機(jī)中，GJD結(jié)構(gòu)630中只需完成多址逆變換Φ-1(.)，和一些與單發(fā)射天線系統(tǒng)相同的干擾消除操作就可以恢復(fù)出原信息符號(hào)。比如，在OFDM系統(tǒng)中，GJD結(jié)構(gòu)630可以是快速傅立葉變化(FFT)，再加上一些必要的干擾消除方法，如串行干擾消除等；而在CDMA系統(tǒng)中，GJD結(jié)構(gòu)630只需完成聯(lián)合檢測(cè)或其他多用戶檢測(cè)就可以消除MAI或ISI。
2、當(dāng)SINR較高而ΔSINR較低時(shí)，GMIMO-JD模式選擇模式III——并行模式(見(jiàn)圖5)此時(shí)，由于SINR較高，無(wú)線信道的質(zhì)量很好(如室內(nèi)準(zhǔn)靜態(tài)衰落情況)，且由于ΔSINR較低，信道特性非常穩(wěn)定，可以確保誤幀率理想，因此無(wú)需通過(guò)反饋信道沖激響應(yīng)來(lái)提高系統(tǒng)性能。然而，由于諸如網(wǎng)頁(yè)瀏覽和連續(xù)動(dòng)態(tài)視頻播放等應(yīng)用服務(wù)對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笥罒o(wú)止境，所以在信道質(zhì)量良好的情況下，實(shí)現(xiàn)較高速率的數(shù)據(jù)傳輸成為系統(tǒng)選擇GMIMO-JD模式的期望目標(biāo)。為此，在這種信道條件下最為適合的GMIMO-JD模式為并行模式，即，利用BLAST技術(shù)，來(lái)提高系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的速率。
利用BLAST技術(shù)的GMIMO-JD的具體結(jié)構(gòu)如圖7所示。圖7中，基站發(fā)射機(jī)300中的BLAST處理單元710可以視為并行模式下的GMIMO結(jié)構(gòu)，該BLAST處理單元710將待發(fā)送的串行符號(hào)轉(zhuǎn)換為多路并行信號(hào)，再經(jīng)過(guò)多址變換單元720的復(fù)用處理，最后經(jīng)由多個(gè)發(fā)射天線發(fā)射出去。多路發(fā)射信號(hào)經(jīng)由MIMO衰落信道到達(dá)用戶終端接收機(jī)400，多付接收天線將接收到的信號(hào)送入GJD 730中進(jìn)行信號(hào)的判決恢復(fù)。
為了便于描述通用聯(lián)合檢測(cè)的處理過(guò)程，將公式(1)給出的接收信號(hào)改用矢量形式表示，為r＝As+n (3)其中，A=E0ΦH;]]>E0是能量矩陣；Φ是多址變換矩陣；H是通過(guò)對(duì)接收的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行估計(jì)得出的MIMO衰落信道的信道響應(yīng)矩陣；s是待發(fā)送的符號(hào)矢量；n是復(fù)數(shù)形噪音矢量。
如前所述在現(xiàn)有接收機(jī)中，通常將對(duì)MAI的消除和BLAST解調(diào)處理分成兩步依次完成。然而，在MIMO系統(tǒng)中，MAI的消除和BLAST的解調(diào)在方法上是相似的，因此，這種先消除干擾，再執(zhí)行BLAST檢測(cè)的方法使得系統(tǒng)總體性能下降。
在本發(fā)明中，由于系統(tǒng)具有較強(qiáng)的處理能力，因而可以根據(jù)信道估計(jì)單元測(cè)定的信道特性矩陣，直接將傳統(tǒng)的聯(lián)合檢測(cè)算法，例如迫零-分塊線性均衡(ZF-BLE)和最小均方差-分塊線性(MMSE-BLE)均衡等，應(yīng)用到GJD 730中。例如，如果使用ZF-BLE，s的判決矢量可以表示為＝(A′A)-1A′r (4)如果使用MMSE-BLE，s的判決矢量可以表示為＝(A′A+N0I/2)-1A′r (5)其中，上標(biāo)’是指共軛轉(zhuǎn)置；-1是準(zhǔn)逆變換。
采用這種聯(lián)合檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)在于GJD 730可以同時(shí)進(jìn)行BLAST檢測(cè)和對(duì)MAI和ISI的干擾消除，即將MAI、ISI、CAI同時(shí)消除，從而提高了系統(tǒng)性能。
3、ΔSINR較高時(shí)，無(wú)論SINR高低如何，GMIMO-JD模式選擇模式II——優(yōu)選模式(見(jiàn)圖5)此時(shí)，由于ΔSINR較高，表明信道特性隨時(shí)間變化劇烈，無(wú)線信道可能受到嚴(yán)重的多徑衰落的影響。因而在這種信道質(zhì)量下，很難確保測(cè)量出的信道特性在反饋到發(fā)射機(jī)時(shí)依然有效，所以不能使用反饋信道沖激響應(yīng)的方法。但卻可以通過(guò)一些預(yù)先完成的必要測(cè)量(諸如對(duì)導(dǎo)頻信號(hào)的估計(jì))得知無(wú)線信道的統(tǒng)計(jì)特性，如符合瑞利衰落信道特性。然后，在基站發(fā)射機(jī)的MIMO結(jié)構(gòu)中選擇符合該信道統(tǒng)計(jì)特性的MIMO結(jié)構(gòu)，在用戶終端接收機(jī)中也使用適合該信道統(tǒng)計(jì)特性的檢測(cè)方法。這樣，雖然無(wú)法獲得準(zhǔn)確的信道特性信息，卻可以基于無(wú)線信道的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)設(shè)計(jì)MIMO結(jié)構(gòu)和聯(lián)合檢測(cè)方法，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的信道傳輸。此外，為了達(dá)到較好的性能，還需要盡量提高收發(fā)雙方的天線分集增益。因而，為了提高接收分集增益，最好能夠降低對(duì)用戶終端的尺寸、成本和功耗的限制，使用多個(gè)接收天線來(lái)接收信號(hào)。
例如，如果經(jīng)過(guò)預(yù)先的估計(jì)得出信道統(tǒng)計(jì)特性為瑞利/萊斯衰落信道時(shí)，則可將空時(shí)格碼作為MIMO TDMA系統(tǒng)中的MIMO結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，該結(jié)構(gòu)也可以推廣應(yīng)用到其他多址系統(tǒng)中，例如CDMA、OFDM等。
圖8給出了利用空時(shí)格碼的GMIMO-JD結(jié)構(gòu)。如圖8所示，基站發(fā)射機(jī)300首先在空時(shí)格碼編碼器810中進(jìn)行編碼處理，從而將串行信號(hào)轉(zhuǎn)換為多路并行信號(hào)，再通過(guò)多址變換單元820的復(fù)用處理，最后經(jīng)由多個(gè)發(fā)射天線將信號(hào)發(fā)射出去。
信號(hào)經(jīng)由MIMO衰落信道到達(dá)用戶終端接收機(jī)400。在用戶終端接收機(jī)400中，多付接收天線將接收到的信號(hào)送入MIMO最大似然檢測(cè)器830中完成信號(hào)的判決恢復(fù)。此過(guò)程中，接收天線處的接收信號(hào)可由公式(1)表示，為了便于分析，這里仍以矢量形式來(lái)表示接收信號(hào)，則公式(1)轉(zhuǎn)換為r=EsCHs+n---(6)]]>其中，r為接收信號(hào)矢量；Es是每個(gè)發(fā)射符號(hào)的能量；C是擴(kuò)頻碼矩陣；H是預(yù)先通過(guò)估計(jì)得到的信道統(tǒng)計(jì)特性，該信道統(tǒng)計(jì)特性表示為將共天線效應(yīng)和多徑效應(yīng)考慮在內(nèi)的信道響應(yīng)矩陣。s是待發(fā)射符號(hào)的矢量；n是復(fù)數(shù)形噪聲矢量。用戶終端接收機(jī)400所采用的通用聯(lián)合檢測(cè)方法是MIMO最大似然檢測(cè)算法。研究表明，最大似然解碼器在解碼時(shí)，將發(fā)射符號(hào)矢量s中出現(xiàn)的符號(hào)錯(cuò)判為的成對(duì)誤判概率具有一個(gè)上限，可由下式表示
P(s→|H)≤exp(-D2(s,)·Es/4N0) (7)其中，D2(s,s^)=Σi=1L||CH(l)(s-s^)||2,]]>且L是符號(hào)s的編碼長(zhǎng)度。由公式(7)不難看出，只要讓P(s→|H)最小化，就可得到最小的誤判概率，這樣STTC在進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)時(shí)，需要使得D2(s，)最大化。為此，可以根據(jù)信道統(tǒng)計(jì)特性H，選擇最佳的STTC的編碼方式，從而設(shè)計(jì)出滿足D2(s，)最大化要求的最佳STTC編碼方案，使得誤判概率最小，也就是同時(shí)消除了各種類型的干擾。
在具體實(shí)施時(shí)，用戶終端的接收機(jī)通過(guò)對(duì)導(dǎo)頻信號(hào)的檢測(cè)得知當(dāng)前信道的質(zhì)量，如果此時(shí)信道的ΔSINR較高時(shí)，則通過(guò)反饋消息告知基站當(dāng)前GMIMO-JD模式為模式II?；景l(fā)射機(jī)則按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的針對(duì)瑞利/萊斯衰落信道的空時(shí)格碼編碼方法處理待發(fā)送數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送出去。用戶終端接收機(jī)則利用最大似然法檢測(cè)接收到的數(shù)據(jù)。
以上不僅從總體上描述了GMIMO-JD的實(shí)現(xiàn)方法，還在圖6-8中詳細(xì)介紹了圖5中列出的三種信道條件下，GMIMO-JD的處理方法，在實(shí)際應(yīng)用中還可以根據(jù)具體的無(wú)線環(huán)境使用其他MIMO結(jié)構(gòu)和MIMO檢測(cè)方法。此外，如上所述，由于GMIMO-JD方法并不局限于某一種多址方式，因而可以應(yīng)用于各種無(wú)線通信系統(tǒng)中，只不過(guò)各自的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程存在一定的差異，例如對(duì)于FDD系統(tǒng)而言，用戶終端可根據(jù)導(dǎo)頻信道信號(hào)來(lái)估計(jì)信道質(zhì)量，而對(duì)于TD-SCDMA系統(tǒng)而言，用戶終端則要通過(guò)對(duì)訓(xùn)練序列信號(hào)的估計(jì)來(lái)獲得信道質(zhì)量信息。再比如，用來(lái)承載反饋信息350的物理信道和上層信令的傳遞過(guò)程也會(huì)有所不同。
以下就以UMTS FDD無(wú)線通信系統(tǒng)協(xié)議為基礎(chǔ)，依然以基站發(fā)射機(jī)和用戶終端(UE)接收機(jī)為例，具體給出在UMTS FDD系統(tǒng)中GMIMO-JD方法是如何實(shí)現(xiàn)的，其中著重探討信令的傳遞過(guò)程和物理層中消息封裝格式。
UMTS FDD系統(tǒng)中，UE與UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)(UTRAN)之間實(shí)現(xiàn)通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)的信令傳遞過(guò)程如圖9所示，圖中Uu是節(jié)點(diǎn)B(基站)與UE之間的無(wú)線接口，Iub是節(jié)點(diǎn)B與服務(wù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器(SRNC)之間的接口。以下，就結(jié)合附圖9詳細(xì)描述UE與UTRAN之間實(shí)現(xiàn)通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)的完整過(guò)程。
1、UE確定GMIMO-JD模式本領(lǐng)域技術(shù)人員都了解，在UMTS FDD系統(tǒng)中，公共導(dǎo)頻信道(CPICH)伴隨其他公共下行信道傳送，以提供這些下行信道的相位參考，因而，無(wú)論是否與UTRAN建立連接，UE總可以在接收系統(tǒng)廣播信息的同時(shí)，通過(guò)接收CPICH的信號(hào)來(lái)檢測(cè)下行信道的質(zhì)量。
基于這一點(diǎn)，在應(yīng)用了GMIMO-JD的UMTS FDD系統(tǒng)中，當(dāng)UE啟動(dòng)RRC連接過(guò)程來(lái)發(fā)起呼叫或響應(yīng)尋呼時(shí)，首先通過(guò)物理層的信道估計(jì)單元檢測(cè)CPICH信道的質(zhì)量。UE的信道估計(jì)單元可以估計(jì)出CPICH中信號(hào)的SINR和ΔSINR。同時(shí)該信道估計(jì)單元還需要估計(jì)出下行信道的信道沖激響應(yīng)，以便在如前所述的GMIMO-JD模式I——反饋模式下，可將該信道沖激響應(yīng)作為反饋信息發(fā)送給UTRAN。然后，UE的物理層將估計(jì)出的下行信道質(zhì)量信息封裝在物理信道測(cè)量消息中發(fā)送給UE的無(wú)線資源控制(RRC)層(步驟S900)。該物理信道測(cè)量消息中包括下行傳輸信道的數(shù)目、下行傳輸信道的SINR和ΔSINR、以及下行信道沖激響應(yīng)(CIR)。
UE的RRC層(網(wǎng)絡(luò)層)(簡(jiǎn)稱UE-RRC)從物理信道測(cè)量消息中獲得當(dāng)前最近一次的信道測(cè)量信息后，根據(jù)信道質(zhì)量，即SINR和ΔSINR的大小，例如按照?qǐng)D5所示的GMIMO-JD模式對(duì)照關(guān)系，選擇相應(yīng)的GMIMO-JD模式，如反饋模式、優(yōu)選模式或并行模式。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中還可以針對(duì)信道質(zhì)量的不同使用其他的模式，或使用其他GMIMO結(jié)構(gòu)和聯(lián)合檢測(cè)結(jié)構(gòu)的組合方式來(lái)處理數(shù)據(jù)。
UE-RRC確定了GMIMO-JD模式后，將GMIMO-JD模式信息包含在物理信道配置請(qǐng)求中，發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)側(cè)SRNC的RRC層(簡(jiǎn)稱為SRNC-RRC)，以指示節(jié)點(diǎn)B選擇適合的MIMO結(jié)構(gòu)(步驟S910)。該物理信道配置請(qǐng)求屬于RRC層間交互的消息，可由物理層的上行專用物理控制信道(DPCCH)承載。也就是說(shuō)，GMIMO-JD模式信息是由DPCCH來(lái)承載的。
其中當(dāng)GMIMO-JD模式確定為反饋模式時(shí)，還需要將信道沖激響應(yīng)(CIR)裝載到DPCCH中發(fā)送給UTRAN。這里，CIR的封裝格式將在下文中結(jié)合圖10進(jìn)行說(shuō)明。
2、UTRAN配置GMIMO結(jié)構(gòu)SRNC-RRC接收到UE發(fā)來(lái)的物理信道配置請(qǐng)求后，從該物理信道配置請(qǐng)求中分離出GMIMO-JD模式信息，如果GMIMO-JD模式為反饋模式，則還需分離出CIR信息。然后，SRNC-RRC向節(jié)點(diǎn)B的物理層發(fā)送物理信道建立請(qǐng)求消息(步驟S920)，例如通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間的控制原語(yǔ)CPHY-RL-Setup-REQ來(lái)傳遞該消息。該物理信道建立請(qǐng)求中，不僅包含常規(guī)的用來(lái)配置物理信道的信息，如時(shí)隙結(jié)構(gòu)、傳輸格式集、傳輸格式組合集，還特別包括GMIMO-JD模式信息，此外，當(dāng)GMIMO-JD模式為反饋模式時(shí)，還包括信道沖激響應(yīng)信息。
節(jié)點(diǎn)B的物理層接收到SRNC-RRC發(fā)送的物理信道建立請(qǐng)求后，立即根據(jù)請(qǐng)求中所配置的無(wú)線資源配置物理信道，同時(shí)根據(jù)GMIMO-JD模式信息配置發(fā)射機(jī)中用于處理待發(fā)送數(shù)據(jù)(如專用物理信道(DPDCH)的數(shù)據(jù))的GMIMO結(jié)構(gòu)。
其中，節(jié)點(diǎn)B發(fā)射機(jī)中的GMIMO結(jié)構(gòu)可以針對(duì)不同的GMIMO-JD模式采用不同的數(shù)據(jù)處理方法。這里仍以附圖5中列出的三種GMIMO-JD模式為例。在UMTS FDD系統(tǒng)中，對(duì)應(yīng)反饋模式、優(yōu)選模式以及并行模式的GMIMO結(jié)構(gòu)是如何處理DPDCH中的數(shù)據(jù)信息的，將在下文中結(jié)合圖11-13進(jìn)行說(shuō)明。
接著，節(jié)點(diǎn)B在按照上述三種結(jié)構(gòu)成功配置了發(fā)射機(jī)中的GMIMO結(jié)構(gòu)之后，啟動(dòng)物理層數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收(步驟S930)。最后，節(jié)點(diǎn)B的物理層向SRNC-RRC發(fā)送物理信道建立確認(rèn)消息(步驟S940)，以告知SRNC-RRC該物理信道已經(jīng)配置完成并可以使用。
SRNC-RRC收到物理信道建立確認(rèn)消息后，立即向發(fā)起RRC連接建立請(qǐng)求的UE的RRC層發(fā)送物理信道配置響應(yīng)消息，作為對(duì)UE所發(fā)出的物理信道配置請(qǐng)求的應(yīng)答(步驟S950)。
3、UE配置GJD并建立與UTRAN的RRC連接。
UE-RRC接收到物理信道配置響應(yīng)后，通過(guò)向物理層發(fā)送物理信道建立請(qǐng)求(步驟S960)，利用節(jié)點(diǎn)B分配的無(wú)線資源來(lái)配置自身的物理信道。該請(qǐng)求可以使用物理層與網(wǎng)絡(luò)層之間的控制原語(yǔ)CPHY-RL-Setup-REQ來(lái)傳遞消息。其中，該物理信道建立請(qǐng)求的參數(shù)與UTRAN側(cè)相似，不僅包括時(shí)隙結(jié)構(gòu)、傳輸格式設(shè)置、傳輸格式組設(shè)置，還特別包括GMIMO-JD模式信息。UE在配置物理信道的同時(shí)，按照GMIMO-JD模式信息設(shè)置通用聯(lián)合檢測(cè)的具體結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)GMIMO-JD模式為反饋模式時(shí)，UE可選擇與單天線情況相同的干擾消除方法來(lái)完成信號(hào)的恢復(fù)檢測(cè)。當(dāng)GMIMO-JD模式為優(yōu)選模式時(shí)，UE可選擇最大似然法來(lái)處理接收信號(hào)。當(dāng)GMIMO-JD模式為并行模式時(shí)，利用如迫零-分塊線性均衡(ZF-BLE)或最小均方差-分塊線性(MMSE-BLE)均衡等方法來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)。
UE的物理層在成功完成物理信道配置之后，啟動(dòng)物理層的信息發(fā)射與接收(步驟S970)。這樣，UE與UTRAN之間物理層的鏈接就建立起來(lái)(步驟S980)。隨后，UE物理層向UE-RRC發(fā)送物理信道建立確認(rèn)消息，以告知物理連接建立成功(步驟S990)。
最后，UE-RRC向SRNC-RRC發(fā)送物理信道配置完畢消息，告知RRC連接已經(jīng)成功建立(步驟S995)，可以進(jìn)行通話。
由以上所描述的UMTS FDD系統(tǒng)中RRC連接建立過(guò)程中不難看出，GMIMO-JD模式信息都是通過(guò)控制原語(yǔ)CPHY-RL-Setup-REQ來(lái)傳遞的。此外，在上述過(guò)程中，確定GMIMO-JD模式的步驟還可以在UE的物理層，而不是RRC層中完成，這樣，UE的物理層就不必向RRC層發(fā)送用于衡量信道質(zhì)量的SINR等信息，而只需發(fā)送GMIMO-JD模式信息即可，從而簡(jiǎn)化了信息傳遞的負(fù)荷。
以下，將結(jié)合圖10描述在上述步驟S910中，當(dāng)GMIMO-JD模式為反饋模式時(shí)，將信道沖激響應(yīng)CIR裝載到DPCCH中發(fā)送給UTRAN時(shí)的CIR的封裝格式。如圖10所示，CIR的封裝格式可以與用于閉環(huán)發(fā)射分集的反饋信息(FBI)的D字段的格式相似，F(xiàn)SMpo部分，即CIR的幅度大小，占用低位比特(LSB)，用于發(fā)送功率設(shè)置，F(xiàn)SMph部分，即CIR的相位信息，占用高位比特(MSB)，用于發(fā)送相位設(shè)置。UE-RRC將各個(gè)下行信道的信道沖激響應(yīng)都按照?qǐng)D10所示的格式封裝并發(fā)送給UTRAN。
以下，將結(jié)合圖11-13來(lái)描述，當(dāng)SRNC-RRC在上述步驟S920中向節(jié)點(diǎn)B的物理層發(fā)送物理信道建立請(qǐng)求消息后，節(jié)點(diǎn)B的物理層如何根據(jù)該物理信道建立請(qǐng)求中包括的GMIMO-JD模式信息配置相應(yīng)的GMIMO結(jié)構(gòu)。
當(dāng)GMIMO-JD模式為反饋模式時(shí)，UMTS FDD系統(tǒng)中MIMO結(jié)構(gòu)如圖11所示，其基本功能與圖6所示的GMIMO結(jié)構(gòu)相似，都是將反饋信息中的CIR作為權(quán)重因子對(duì)各天線的待發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)加權(quán)處理。不同之處在于，在UMTS FDD中，DPDCH數(shù)據(jù)首先經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻和加擾處理，也就是圖6中的多址變換處理之后，再送入串/并轉(zhuǎn)換單元510中，實(shí)現(xiàn)一路串行信號(hào)到多路并行信號(hào)的轉(zhuǎn)換。多路并行信號(hào)分別經(jīng)過(guò)預(yù)加權(quán)處理后，還需要在各合并單元520中加入與各天線對(duì)應(yīng)的CPICHi，以便在UE中估計(jì)下行信道質(zhì)量的變化。最后將各路信號(hào)分別從對(duì)應(yīng)的發(fā)射天線發(fā)射出去。
當(dāng)GMIMO-JD模式為優(yōu)選模式時(shí)，節(jié)點(diǎn)B發(fā)射機(jī)中的MIMO結(jié)構(gòu)與圖8示出的GMIMO結(jié)構(gòu)相似，都是使用空時(shí)格碼方法，具體結(jié)構(gòu)如圖12所示。由圖12可見(jiàn)，DPDCH信道的數(shù)據(jù)首先經(jīng)過(guò)空時(shí)編碼處理，將一路串行數(shù)據(jù)編碼為多路并行數(shù)據(jù)流。各個(gè)并行數(shù)據(jù)流分別經(jīng)過(guò)包括擴(kuò)頻和加擾的多址處理后，同樣還要加入CPICH信號(hào)，才能經(jīng)由對(duì)應(yīng)的發(fā)射天線將各支路信號(hào)發(fā)射到無(wú)線空間。
當(dāng)GMIMO-JD模式為并行模式時(shí)，節(jié)點(diǎn)B發(fā)射機(jī)中的MIMO結(jié)構(gòu)與圖7所示的GMIMO結(jié)構(gòu)相似，都采用BLAST技術(shù)來(lái)處理待發(fā)送數(shù)據(jù)，具體結(jié)構(gòu)如圖13所示。由圖13可見(jiàn)，與前面兩種模式相同，在UMTS FDD系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)DPDCH數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻和加擾來(lái)完成多址變換，并添加上對(duì)應(yīng)于各支路的CPICH信號(hào)，才可由對(duì)應(yīng)的發(fā)射天線發(fā)送到無(wú)線空間。
這里需要指出，在本發(fā)明實(shí)施例中雖然都是以DPDCH中的數(shù)據(jù)作為GMIMO結(jié)構(gòu)的處理對(duì)象，但在實(shí)際應(yīng)用中，GMIMO結(jié)構(gòu)還可以處理其他信道的數(shù)據(jù)，并且處理方式并不局限于以上所介紹的三種方式。
以上以UMTS FDD系統(tǒng)為例詳細(xì)描述了本發(fā)明所提出的GMIMO-JD方法在具體無(wú)線通信系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，當(dāng)然，本發(fā)明所提出的方法還可以應(yīng)用于其他類型的系統(tǒng)之中，并不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)類型的改變而影響系統(tǒng)的性能。
此外，本發(fā)明所提出的方法并不局限于在基站發(fā)射機(jī)和用戶終端接收機(jī)中應(yīng)用，還可以用于改善用戶終端與基站之間的上行鏈路質(zhì)量，甚或進(jìn)一步擴(kuò)展到一般意義的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中。
有益效果由以上對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施例的描述不難看出本發(fā)明提出的應(yīng)用于MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)的通用多入多出聯(lián)合檢測(cè)方法和裝置，通過(guò)由用戶終端接收機(jī)向基站發(fā)射機(jī)反饋信道質(zhì)量估計(jì)結(jié)果(即GMIMO-JD模式)的方法，可以自適應(yīng)地在該接收機(jī)和發(fā)射機(jī)中選擇并重配適當(dāng)?shù)腉MIMO-JD結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同信道質(zhì)量條件下系統(tǒng)的需求。同時(shí)本發(fā)明所提出的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法和裝置并不局限于某種多址方式的系統(tǒng)，而是廣泛地適用于諸如CDMA、TDMA或OFDM等各種系統(tǒng)，方便靈活。此外，在并行模式和優(yōu)選模式下，GMIMO-JD結(jié)構(gòu)能夠以集成的方式一次性地消除CAI、MAI和ISI的干擾，從總體上提高了系統(tǒng)的性能。由本發(fā)明在UMTS FDD系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程可見(jiàn)，本發(fā)明提出的反饋機(jī)制可以方便地嵌入到現(xiàn)有系統(tǒng)的信令中，并不會(huì)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)做過(guò)多的改變，卻可以從總體上改善通信質(zhì)量，提高傳輸速度，尤其是使系統(tǒng)具良好的適應(yīng)性。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)上述本發(fā)明所公開(kāi)的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法和裝置，還可以在不脫離本發(fā)明的內(nèi)容的基礎(chǔ)上做出各種改進(jìn)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容確定。
權(quán)利要求
1.一種由一個(gè)接收機(jī)執(zhí)行的用于多入多出(MIMO)無(wú)線通信系統(tǒng)的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)(GMIMO-JD)方法，包括步驟(a)接收來(lái)自一個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)送的無(wú)線信號(hào)；(b)估計(jì)該無(wú)線信號(hào)傳輸信道的質(zhì)量；(c)根據(jù)該估計(jì)結(jié)果，向該發(fā)射機(jī)發(fā)送一個(gè)反饋信息，以使得該發(fā)射機(jī)根據(jù)該反饋信息選擇一個(gè)適合該傳輸信道的通用多入多出(GMIMO)結(jié)構(gòu)(architecture)；(d)根據(jù)該估計(jì)結(jié)果，重配一個(gè)適合該接收機(jī)的通用聯(lián)合檢測(cè)(GJD)結(jié)構(gòu)；(e)利用該選擇的GJD結(jié)構(gòu)，對(duì)接收的來(lái)自該發(fā)射機(jī)的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行處理。
2.如權(quán)利要求1所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中步驟(c)包括(c1)根據(jù)所述估計(jì)結(jié)果，確定相應(yīng)的GMIMO-JD模式；(c2)將該確定的GMIMO-JD模式作為所述反饋信息，發(fā)送給所述發(fā)射機(jī)。
3.如權(quán)利要求2所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中步驟(d)包括根據(jù)所述GMIMO-JD模式，重配所述GJD結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中所述估計(jì)結(jié)果包括接收信號(hào)的信干噪聲比(SINR)和信干噪聲比隨時(shí)間的變化量(ΔSINR)。
5.如權(quán)利要求4所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中步驟(b)包括根據(jù)所述無(wú)線信號(hào)中的導(dǎo)頻信號(hào)，估計(jì)該無(wú)線信號(hào)傳輸信道的質(zhì)量。
6.如權(quán)利要求5所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中若所述SINR和ΔSINR均低于一個(gè)預(yù)定數(shù)值，則所述GMIMO-JD模式是反饋模式，且所述反饋信息還包括對(duì)所述傳輸信道進(jìn)行估計(jì)得到的信道沖激響應(yīng)。
7.如權(quán)利要求6所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中，若所述GMIMO-JD模式是反饋模式，則在所述接收機(jī)中的所述GJD結(jié)構(gòu)中，對(duì)所述接收的來(lái)自所述發(fā)射機(jī)的無(wú)線信號(hào)執(zhí)行多址逆變換處理。
8.如權(quán)利要求5所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中若所述SINR高于一個(gè)預(yù)定數(shù)值，而所述ΔSINR低于一個(gè)預(yù)定數(shù)值時(shí)，則所述GMIMO-JD模式是并行模式。
9.如權(quán)利要求8所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中，若所述GMIMO-JD模式是并行模式，則在所述接收機(jī)中的所述GJD結(jié)構(gòu)中，對(duì)所述接收的來(lái)自所述發(fā)射機(jī)的無(wú)線信號(hào)執(zhí)行迫零-線性塊均衡處理和最小均方差-線性塊均衡處理之中任意一種。
10.如權(quán)利要求5所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中若所述ΔSINR高于一個(gè)預(yù)定數(shù)值，則所述GMIMO-JD模式是優(yōu)選模式。
11.如權(quán)利要求10所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中，若所述GMIMO-JD模式是優(yōu)選模式，則在所述接收機(jī)中的所述GJD結(jié)構(gòu)中，對(duì)所述接收的來(lái)自所述發(fā)射機(jī)的無(wú)線信號(hào)執(zhí)行最大似然檢測(cè)處理。
12.如權(quán)利要求5所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中，所述導(dǎo)頻信號(hào)在UMTS FDD(通用移動(dòng)通信系統(tǒng)頻分雙工)系統(tǒng)中是公共導(dǎo)頻信道(CPICH)中傳輸?shù)男盘?hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中，所述步驟(c)包括經(jīng)由上行專用物理控制信道(DPCCH)，所述發(fā)送機(jī)發(fā)送所述反饋信息。
14.如權(quán)利要求13所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中，所述步驟(c)還包括在RRC(無(wú)線資源控制器)在通信連接建立過(guò)程中使用的物理信道配置請(qǐng)求信令中，嵌入所述反饋信息。
15.一種由一個(gè)發(fā)射機(jī)執(zhí)行的用于多入多出(MIMO)無(wú)線通信系統(tǒng)的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)(GMIMO-JD)方法，包括步驟(a)發(fā)送一個(gè)無(wú)線信號(hào)；(b)接收來(lái)自一個(gè)接收機(jī)的一個(gè)反饋信息，該反饋信息是該接收機(jī)對(duì)該無(wú)線信號(hào)的傳輸信道的質(zhì)量進(jìn)行估計(jì)得到的；(c)根據(jù)該反饋信息，重配一個(gè)適合該傳輸信道的通用多入多出(GMIMO)結(jié)構(gòu)(architecture)；(d)利用該GMIMO結(jié)構(gòu)，對(duì)欲發(fā)送的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行處理；(e)發(fā)送經(jīng)過(guò)該GMIMO結(jié)構(gòu)處理的無(wú)線信號(hào)。
16.如權(quán)利要求15所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中，所述反饋信息至少包括GMIMO-JD模式，且該GMIMO-JD模式是所述接收機(jī)通過(guò)對(duì)所述無(wú)線信號(hào)的傳輸信道的質(zhì)量進(jìn)行估計(jì)而確定的。
17.如權(quán)利要求16所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中，若所述GMIMO-JD模式是反饋模式，則所述反饋信息中還包括所述傳輸信道的沖激響應(yīng)，且所述步驟(d)包括將欲發(fā)送的一路信號(hào)轉(zhuǎn)換成多路并行信號(hào)；根據(jù)該傳輸信道的沖激響應(yīng)，分別對(duì)該多路并行信號(hào)進(jìn)行加權(quán)處理。
18.如權(quán)利要求17所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中，若所述GMIMO-JD模式是并行模式，則所述步驟(d)包括對(duì)所述欲發(fā)送的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行分層空時(shí)編碼處理。
19.如權(quán)利要求18所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中，若所述GMIMO-JD模式是優(yōu)選模式，則所述步驟(d)包括對(duì)所述欲發(fā)送的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行空時(shí)格碼編碼處理。
20.如權(quán)利要求16-19中任意一個(gè)權(quán)利要求所述的通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)方法，其中所述發(fā)送的無(wú)線信號(hào)中還包括一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)，以供所述接收機(jī)對(duì)所述無(wú)線信號(hào)的傳輸質(zhì)量進(jìn)行估計(jì)。
21.一種接收機(jī)，能夠在多入多出(MIMO)無(wú)線通信系統(tǒng)中執(zhí)行通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)(GMIMO-JD)方法，該接收機(jī)包括一個(gè)接收單元，用于接收來(lái)自一個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)送的無(wú)線信號(hào)；一個(gè)信道估計(jì)單元，用于估計(jì)該無(wú)線信號(hào)傳輸信道的質(zhì)量，并將估計(jì)結(jié)果作為一個(gè)反饋信息，發(fā)送給該發(fā)射機(jī)，以使得該發(fā)射機(jī)根據(jù)該反饋信息能夠選擇一個(gè)適合該傳輸信道的通用多入多出(GMIMO)結(jié)構(gòu)(architecture)；一個(gè)通用聯(lián)合檢測(cè)(GJD)處理單元，用于根據(jù)該估計(jì)結(jié)果，重配一個(gè)適合該接收機(jī)的GJD結(jié)構(gòu)，以對(duì)接收的來(lái)自該發(fā)射機(jī)的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行處理。
22.如權(quán)利要求21所述的接收機(jī)，其中，所述信道估計(jì)單元根據(jù)所述估計(jì)結(jié)果確定相應(yīng)的GMIMO-JD模式，并將確定的GMIMO-JD模式作為所述反饋信息，發(fā)送給所述發(fā)射機(jī)，并且所述估計(jì)結(jié)果包括接收信號(hào)的信干噪聲比(SINR)和信干噪聲比隨時(shí)間的變化量(ΔSINR)。
23.如權(quán)利要求22所述的接收機(jī)，其中，所述信道估計(jì)單元根據(jù)所述無(wú)線信號(hào)中的導(dǎo)頻信號(hào)，估計(jì)該無(wú)線信號(hào)傳輸信道的質(zhì)量。
24.如權(quán)利要求23所述的接收機(jī)，其中，所述通用聯(lián)合檢測(cè)處理單元，根據(jù)所述GMIMO-JD模式所重配的所述GJD結(jié)構(gòu)，對(duì)來(lái)自所述發(fā)射機(jī)的無(wú)線信號(hào)執(zhí)行多址逆變換處理、迫零-線性塊均衡處理、最小均方差-線性塊均衡處理和最大似然檢測(cè)處理中的任意一種。
25.一種發(fā)射機(jī)，能夠在多入多出(MIMO)無(wú)線通信系統(tǒng)中執(zhí)行通用多入多出-聯(lián)合檢測(cè)(GMIMO-JD)方法，該發(fā)射機(jī)包括一個(gè)發(fā)送單元，用于發(fā)送一個(gè)無(wú)線信號(hào)；一個(gè)通用多入多出(GMIMO)處理單元，用于接收來(lái)自一個(gè)接收機(jī)的一個(gè)反饋信息，并根據(jù)該反饋信息，重配一個(gè)適合該無(wú)線信號(hào)的傳輸信道的GMIMO結(jié)構(gòu)(architecture)，和利用該GMIMO結(jié)構(gòu)，對(duì)欲發(fā)送的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行處理；其中該發(fā)送單元，發(fā)送經(jīng)過(guò)該GMIMO結(jié)構(gòu)處理的無(wú)線信號(hào)；該反饋信息是該接收機(jī)對(duì)該無(wú)線信號(hào)的傳輸信道的質(zhì)量進(jìn)行估計(jì)得到的。
26.如權(quán)利要求25所述的發(fā)射機(jī)，其中，所述GMIMO處理單元利用選擇的所述GMIMO結(jié)構(gòu)，對(duì)欲發(fā)送的無(wú)線信號(hào)執(zhí)行串并轉(zhuǎn)換和加權(quán)處理、分層空時(shí)編碼處理、空時(shí)格碼編碼處理中的任意一種。
全文摘要
一種由一個(gè)接收機(jī)執(zhí)行的用于多入多出(MIMO)系統(tǒng)的通用多入多出－聯(lián)合檢測(cè)(GMIMO－JD)方法，包括步驟接收來(lái)自一個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)送的無(wú)線信號(hào)；估計(jì)該無(wú)線信號(hào)傳輸信道的質(zhì)量；根據(jù)該估計(jì)結(jié)果，向該發(fā)射機(jī)發(fā)送一個(gè)反饋信息，以使得該發(fā)射機(jī)根據(jù)該反饋信息選擇并重配一個(gè)適合該傳輸信道的通用多入多出(GMIMO)結(jié)構(gòu)；根據(jù)該估計(jì)結(jié)果，重配一個(gè)適合該接收機(jī)的通用聯(lián)合檢測(cè)(GJD)結(jié)構(gòu)；利用該選擇的GJD結(jié)構(gòu)，對(duì)接收的來(lái)自該發(fā)射機(jī)的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行處理。
文檔編號(hào)H04L1/06GK1691539SQ20041004222
公開(kāi)日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
發(fā)明者鄔鋼, 李岳衡, 杜永剛 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司