專利名稱：靜態(tài)mimo信道的數(shù)據(jù)編碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及其中接收器從多個(gè)發(fā)射天線接收信號的通信系統(tǒng)中的編碼設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序代碼。
背景技術(shù)：
在采用具有一個(gè)以上發(fā)射天線的發(fā)射器的通信鏈路中產(chǎn)生特殊的問題，因?yàn)閺牟煌l(fā)射天線接收的信號相互干擾。這導(dǎo)致所謂的多流干擾(MSI)，并導(dǎo)致解碼困難。不過，潛在的優(yōu)點(diǎn)是對于這樣的通信鏈路，吞吐量大大增大(即，位速率更高)。在這種MIMO(多進(jìn)多出)通信鏈路中，(給矩陣信道的)“輸入”由發(fā)射器的多個(gè)發(fā)射天線提供，(來自矩陣信道的)“輸出”由多個(gè)接收天線提供。從而，每個(gè)接收天線從發(fā)射器的發(fā)射天線接收必須被譯出的信號的組合。
典型的無線網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)移動(dòng)終端(MT)，每個(gè)移動(dòng)終端與網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)(AP)或基站無線電通信。接入點(diǎn)還與中央控制器(CC)通信，中央控制器又可具有與其它網(wǎng)絡(luò)，例如固定以太網(wǎng)的連接。直到最近，投入大量的工作來設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以便減輕認(rèn)識到的多路徑傳播的有害影響，尤其是在在無線LAN(局域網(wǎng))和其它移動(dòng)通信環(huán)境中流行的多路徑傳播的影響。但是，G.J.Foschini和M.J.Gans的“On limits ofwirelesss communications in fading enviroment when using multipleantennas”Wireless Personal Communications vol.6，no.3，pp.311-335，1998已說明通過在發(fā)射器和接收器利用多天線體系結(jié)構(gòu)(所謂的多進(jìn)多出(MIMO)體系結(jié)構(gòu))，大大增大的信道容量是可能的。另外已開始注意把空-時(shí)編碼技術(shù)(在OFDM中，空-頻編碼)用于寬帶信道。一般通過訓(xùn)練序列獲得這種編碼的最大似然檢測的信道狀態(tài)信息(CSI)，所得到的CSI估計(jì)值隨后被提供給Viterbi解碼器。
圖1表示了典型的MIMO通信系統(tǒng)100。信息源101在時(shí)間1把信息符號s(1)提供給空-時(shí)編碼器102，空-時(shí)編碼器102把符號編碼成N個(gè)代碼符號c1(1)，c2(1)，...，cN(1)，同時(shí)從發(fā)射天線104之一發(fā)射每個(gè)代碼符號。M個(gè)接收天線106分別接收信號r1(1)，...，cM(1)，這些信號被輸入接收器108。接收器108在輸出端110提供編碼的發(fā)射符號(1)的估計(jì)值(1)。在發(fā)射天線和接收天線之間存在多個(gè)信道，例如所有信道具有兩個(gè)發(fā)射天線和兩個(gè)接收天線。
第三代移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)使用CDMA(碼分多址訪問)擴(kuò)頻信號跨越移動(dòng)站和基站之間的無線電接口通信。這些3G網(wǎng)絡(luò)由國際移動(dòng)電信IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)(www.ituint)包含。總起來說，3G網(wǎng)絡(luò)的無線電接入部分被稱為UTRAN(通用陸地?zé)o線電接入網(wǎng)絡(luò))，包含UTRAN接入網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)被稱為UMTS(通用移動(dòng)通信系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)。UMTS系統(tǒng)是第三代伙伴計(jì)劃(3GPP，3GPP2)產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)的主題，有關(guān)其的技術(shù)規(guī)范可在www.3gpp.org找到。第四代移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)(雖然還未被定義)可要用基于MIMO的技術(shù)。
在實(shí)際的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，信道內(nèi)的多路徑導(dǎo)致符號間干擾(ISI)，通常利用均衡和前向差錯(cuò)編碼的組合來校正符號間干擾。例如，改線均衡器有效地卷積接收的數(shù)據(jù)和信道脈沖響應(yīng)的倒數(shù)，從而在基本除去ISI的情況下產(chǎn)生數(shù)據(jù)估計(jì)。最佳的均衡器可采用最大似然(ML)序列估計(jì)或最大先驗(yàn)估計(jì)(MAP)，例如利用Viterbi算法。
常規(guī)的MIMO系統(tǒng)采用信道編碼器，信道交錯(cuò)器和空-時(shí)解碼器。接收器通常包含空-時(shí)解碼器，信道解交錯(cuò)器和信道解碼器。有時(shí)信道可以是這樣的，以致在接收器難以分離信號。如果信道矩陣的各列幾乎線性相關(guān)，那么會(huì)發(fā)生這種情況。如果信道也隨著時(shí)間而變化，那么可減輕這種問題，因?yàn)檫@在接收器形成時(shí)間分集。
但是，如果在信道編碼塊內(nèi)，信道基本恒定，即，幾乎不隨時(shí)間而變化，那么不能獲得時(shí)間分集。如果如同前一段中所述，該基本恒定的信道“不良”，那么編碼將不會(huì)提供許多優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種供采用多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器使用的信道加擾器，加擾器包含用于輸入信號的至少兩個(gè)信號輸入端，對每個(gè)信號應(yīng)用時(shí)間變化，從而產(chǎn)生加擾信號的處理器，和把每個(gè)加擾信號輸出給天線的輸出級。最好通過對每個(gè)信號應(yīng)用時(shí)變加擾矩陣來實(shí)現(xiàn)所述時(shí)間變化。
時(shí)變矩陣有效地產(chǎn)生代替恒定信道的人工衰落，隨時(shí)間變化的有效信道。這意味著接收器“看見的”信道隨著時(shí)間而變化，從而它有時(shí)好于原始信道，有時(shí)壞于原始信道。這些變化可被信道解碼器使用，在信道解碼器，強(qiáng)信號將幫助弱信號，從而降低出錯(cuò)概率。在發(fā)射器不需要了解信道。
對于信號的信道塊的長度來說，可以是偽隨機(jī)矩陣的加擾矩陣最好隨時(shí)間而變化。加擾矩陣可以在一個(gè)符號周期是固定的，在每個(gè)后續(xù)符號周期發(fā)生變化。
加擾矩陣最好是旋轉(zhuǎn)矩陣，可采取Qk＝Pk的形式，這里P是旋轉(zhuǎn)矩陣，k是表示符號周期的時(shí)間指數(shù)，它可以在1一直到塊中的符號間隔的數(shù)目之間變化。P最好是單位矩陣(unitary)。
本發(fā)明還提供一種包括如上所述的信道加擾器和用于發(fā)射加擾信號的至少兩個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種在采用具有至少一個(gè)接收天線的接收器和具有多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器的通信系統(tǒng)中，對數(shù)據(jù)編碼的方法，所述方法包括準(zhǔn)備用于從發(fā)射天線發(fā)射的信號，對準(zhǔn)備的信號應(yīng)用時(shí)變信道加擾矩陣，從而產(chǎn)生時(shí)間加擾信號，并從發(fā)射天線發(fā)射加擾信號。


下面將參考附圖，舉例說明本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1表示已知的MIMO空-時(shí)編碼通信系統(tǒng)；圖2表示包括信道加擾器的MIMO通信系統(tǒng)；
圖3表示包含信道加擾的系統(tǒng)的模擬結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
圖2圖解說明具有發(fā)射器201和接收器202的MIMO通信系統(tǒng)。如同平常那樣，發(fā)射器201包括信道編碼器203，信道交錯(cuò)器204，和空-時(shí)編碼器205。數(shù)據(jù)通過信道208，從兩個(gè)天線206、207被發(fā)射給安裝在接收器201上的天線209、210。接收器包括空-時(shí)解碼器211，信道解交錯(cuò)器212和信道解碼器213。
在窄帶信道中，接收信號和發(fā)射信號之間的輸入-輸出關(guān)系通常可被寫成rk＝Hxk+vk這里rk∈CN×1是接收的信號，H∈CN×M是信道，xk∈CM×1是發(fā)射的信號，vk∈CN×1是信道噪聲，k表示時(shí)間指數(shù)。
在圖2中所示的例子中，發(fā)射器還包括信道加擾器214，在數(shù)據(jù)已被空-時(shí)編碼器205編碼之后，但是在數(shù)據(jù)被天線206、207發(fā)射到信道208中之前，信道加擾器214作用于所述數(shù)據(jù)。信道加擾器把時(shí)變分量引入發(fā)射的信號中，現(xiàn)在圖2的結(jié)構(gòu)的輸入-輸出關(guān)系為rk＝HQkxk+vk這里，k，H，rk，xk和vk如上定義，Qk∈CM×M是信道加擾器214。信道加擾器Qk的引入有效地產(chǎn)生新的等同信道H~k=HQk,]]>即使信道H是恒定的，所述等同信道 也是時(shí)變的。從而如果信道H“不良”，意味著在接收器難以分離信號，新的偽隨機(jī)信道 的提供將幫助信道解碼器。要認(rèn)識到該技術(shù)將適用于寬帶信道，以及圖解說明的窄帶信道。
產(chǎn)生信道加擾器Qk的可能途徑有幾種。一種簡單的方法涉及對每個(gè)符號應(yīng)用一次的旋轉(zhuǎn)矩陣P的使用。這產(chǎn)生信道加擾器Qk＝Pk，k＝1...Nsym，這里Nsym是塊中的符號間隔的數(shù)目。如果P是單位矩陣，那么對于所有k，Pk也將是單一的?？砂凑贞P(guān)于線性預(yù)編碼的相同方式，例如Y.Xin，Z.Wang和G.Giannakis在“Space-timeconstellation-rotating codes maximizing diversity and coding gains”，Globecom 2001，vol.1，pp.455-459，2001(其目的是在所有天線內(nèi)擴(kuò)展(spread)數(shù)據(jù)符號，以便獲得最大分集)中說明的方式設(shè)計(jì)矩陣P。但是，在本申請中，始終應(yīng)用相同的矩陣P，即Qk＝P，k＝1...Nsym，從而不實(shí)現(xiàn)信道的偽隨機(jī)加擾。
下面說明信道加擾器214的一個(gè)操作例子?？紤]具有由H=1110.9]]>描述的信道矩陣的MIMO系統(tǒng)。
該矩陣的各列(表示接收器如何看見不同的發(fā)射符號)是相當(dāng)類似的。這兩列之間的歸一化相關(guān)性是1×1+1×0.912+12×12+0.92=0.9986.]]>這意味著在接收器很難分離信號。
現(xiàn)在假定在發(fā)射之前，對數(shù)據(jù)應(yīng)用如上所述的信道加擾器，由下述矩陣給出P=cosφsinφ-sinφcosφ]]>現(xiàn)在等同的信道為H~=HP=cosφ-sinφsinφ+cosφcosφ-0.9sinφsinφ+0.9cosφ]]>該等同信道具有和帶有這些值的真實(shí)信道相同的效果。
如果角度由＝2π×0.38給出，那么等同的信道矩陣是H~=-1.4135-0.0444-1.34510.0285]]>它具有下述相關(guān)性-1.4135×-0.0444-1.3451×0.0285(-1.4135)2+(-1.3451)2×(-0.0444)2+0.02852=0.2379]]>從而在發(fā)射器的加擾矩陣的使用導(dǎo)致各列的解相關(guān)。
由于在發(fā)射器不了解信道，當(dāng)然可想到加擾實(shí)際會(huì)增大相關(guān)性。但是，在下一符號間隔，加擾矩陣P已變成P2，從而相關(guān)性將再次不同。不同的加擾矩陣隨后被用于每個(gè)后續(xù)的符號間隔。
從而，將至少存在信道的變化將顯著改進(jìn)解碼，向信道解碼器213提供更好的輸入信號的一些情況。對于多數(shù)信道來說，在存在和不存在加擾矩陣的情況下編碼的數(shù)據(jù)之間將不存在任何差別。但是，對于恒定的“不良”信道，即各列之間具有高相關(guān)性的信道來說，加擾矩陣將產(chǎn)生大的差異。
數(shù)據(jù)由接收器按照標(biāo)準(zhǔn)方式解碼。接收器202將知道信道加擾器214應(yīng)用的加擾矩陣Qk。如果信道H也被接收器已知(通常就是這樣)，那么對于接收器來說，確定有效信道H~k=HQk]]>并仿佛其是數(shù)據(jù)經(jīng)過的實(shí)際信道似的對數(shù)據(jù)解碼是一件簡單的事情。
所述系統(tǒng)在多數(shù)環(huán)境中將提高性能，但是在準(zhǔn)靜態(tài)環(huán)境，例如室內(nèi)和辦公室內(nèi)特別有用。另外還特別適合于發(fā)射器和接收器不能長時(shí)間地彼此相對移動(dòng)的系統(tǒng)，例如無線局域網(wǎng)(LAN)。復(fù)雜性很低，因?yàn)樵诎l(fā)射器和接收器，每個(gè)符號間隔只涉及一個(gè)額外的矩陣乘法。另外，如上所述，信道估計(jì)器的操作不受信道加擾的影響，使系統(tǒng)復(fù)雜性的整體影響降至最小。
圖3表示具有信道加擾的系統(tǒng)的模擬結(jié)果。該系統(tǒng)是圖2中所示的那種系統(tǒng)，在利用貝爾實(shí)驗(yàn)室分層空時(shí)體系結(jié)構(gòu)(BLAST)，具有5和7次多項(xiàng)式的比率1/2卷積碼和10000位的塊長度的空間多路復(fù)用方案中，具有兩個(gè)發(fā)射天線和兩個(gè)接收天線。接收器使用具有四次迭代的迭代解碼方案，來自卷積解碼器的非本征信息被反饋給后驗(yàn)概率(APP)空時(shí)解碼器?？煽闯龊彤?dāng)不使用加擾時(shí)(302)相比，使用加擾時(shí)(301)，誤碼率較低。
要認(rèn)識到對上述實(shí)施例的變化仍然落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，上面關(guān)于具有兩個(gè)發(fā)射天線和兩個(gè)接收天線的系統(tǒng)說明了信道加擾器，但是信道加擾器將應(yīng)用于具有任意數(shù)目的天線和信道抽頭的系統(tǒng)。類似地，信道加擾器可被用于具有多個(gè)天線的任何應(yīng)用，不論是寬帶應(yīng)用還是窄帶應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種供采用多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器使用的信道加擾器，所述加擾器包括用于輸入信號的至少兩個(gè)信號輸入端；對每個(gè)信號應(yīng)用時(shí)間變化，從而產(chǎn)生加擾信號的處理器；和把每個(gè)加擾信號輸出給天線的輸出級。
2.按照權(quán)利要求1所述的信道加擾器，其中處理器被這樣安排，以致通過對每個(gè)信號應(yīng)用時(shí)變加擾矩陣，對每個(gè)信號應(yīng)用所述時(shí)間變化。
3.按照權(quán)利要求2所述的信道加擾器，其中對于每個(gè)輸入信號的信道塊的長度，加擾矩陣隨著時(shí)間而變化。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的信道加擾器，其中加擾矩陣在一個(gè)符號周期是固定的，在每個(gè)后續(xù)符號周期發(fā)生變化。
5.按照權(quán)利要求4所述的信道加擾器，其中加擾矩陣是旋轉(zhuǎn)矩陣。
6.按照權(quán)利要求5所述的信道加擾器，其中加擾矩陣采取Qk＝Pk的形式，其中P是旋轉(zhuǎn)矩陣，k是表示符號周期的時(shí)間指數(shù)。
7.按照權(quán)利要求6所述的信道加擾器，其中k在1一直到塊中的符號間隔的數(shù)目之間變化。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的信道加擾器，其中P是單位矩陣。
9.按照權(quán)利要求2、3或4所述的信道加擾器，其中加擾矩陣是偽隨機(jī)矩陣。
10.一種包括按照權(quán)利要求1-9任意之一所述的信道加擾器和用于發(fā)射加擾信號的至少兩個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器。
11.一種在采用具有至少一個(gè)接收天線的接收器和具有多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器的通信系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)編碼的方法，所述方法包括準(zhǔn)備用于從發(fā)射天線發(fā)射的信號；對準(zhǔn)備的信號應(yīng)用時(shí)變信道加擾矩陣，從而產(chǎn)生時(shí)間加擾信號；和從發(fā)射天線發(fā)射加擾信號。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中對于每個(gè)輸入信號的信道塊的長度，加擾矩陣隨著時(shí)間而變化。
13.按照權(quán)利要求11或12所述的方法，其中加擾矩陣在一個(gè)符號周期內(nèi)是固定的，在每個(gè)后續(xù)符號周期內(nèi)發(fā)生變化。
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，其中加擾矩陣是旋轉(zhuǎn)矩陣。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中加擾矩陣采取Qk＝Pk的形式，其中P是旋轉(zhuǎn)矩陣，k是表示符號周期的時(shí)間指數(shù)。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，其中k在1一直到塊中的符號間隔的數(shù)目之間變化。
17.按照權(quán)利要求15或16所述的方法，其中P是單位矩陣。
18.按照權(quán)利要求11、12或13所述的方法，其中加擾矩陣是偽隨機(jī)矩陣。
19.按照權(quán)利要求11-18任意之一所述的方法，還包括發(fā)射加擾信號。
全文摘要
一種供采用多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器使用的信道加擾器，所述加擾器包括用于輸入信號的至少兩個(gè)信號輸入端，和對每個(gè)輸入信號應(yīng)用時(shí)變加擾矩陣，從而產(chǎn)生加擾信號的處理器。提供一個(gè)輸出級，用于把每個(gè)加擾信號輸出給天線。對于信道塊的每個(gè)符號周期，加擾矩陣最好是不同的。
文檔編號H04L1/06GK1706114SQ200480001138
公開日2005年12月7日 申請日期2004年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月23日
發(fā)明者馬格努斯·桑德爾 申請人:株式會(huì)社東芝