專利名稱：用于構(gòu)成呈現(xiàn)時空冗余度的信號的設(shè)備及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及在容易受準(zhǔn)靜態(tài)或其它衰落影響的信道，例如在蜂窩通信系統(tǒng)操作期間用于傳輸數(shù)據(jù)的無線信道中的數(shù)據(jù)通信。更加具體而言，本發(fā)明涉及到用于改善信道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的時間分集的設(shè)備及其相關(guān)方法，使得在接收站接收到數(shù)據(jù)時便于數(shù)據(jù)的恢復(fù)。通過本發(fā)明實施例的操作，可以提供時空冗余度，而且不會相應(yīng)地增加所要求的信道帶寬。
背景技術(shù)：
通信技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使無線通信系統(tǒng)得到廣泛地應(yīng)用。蜂窩通信系統(tǒng)以及其它類型的多用戶無線通信系統(tǒng)可以穩(wěn)定地供大量用戶使用，進(jìn)行語音和非語音信息的通信。
一個通信系統(tǒng)最少由經(jīng)過通信信道相互連接的發(fā)射站和接收站構(gòu)成。在無線通信系統(tǒng)內(nèi)，發(fā)射站與接收站之間的通信信道可以構(gòu)成在部分電磁頻譜中定義的無線信道。由于利用無線信道構(gòu)成發(fā)射站與接收站之間的通信鏈路，因此可以避免使用有線通信系統(tǒng)內(nèi)常規(guī)要求使用的有線連接。由此，可以借助于上述的無線信道，在不可能構(gòu)成有線連接的位置處或者位置之間利用無線通信系統(tǒng)進(jìn)行通信。而且，由于不再需要使用發(fā)射站與接收站之間的有線連接，因此可以降低與通信系統(tǒng)(但不是常規(guī)的有線通信系統(tǒng))安裝有關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)備的成本。
蜂窩通信系統(tǒng)就是無線多用戶無線通信系統(tǒng)的示范實例。蜂窩通信系統(tǒng)已經(jīng)被安裝在廣闊的地理區(qū)域內(nèi)，并且已經(jīng)得到廣泛地使用。蜂窩通信系統(tǒng)一般包括安裝在通信系統(tǒng)所包含的地理區(qū)域內(nèi)的固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備。在整個地理區(qū)域內(nèi)所選擇位置上，安裝多個固定站址基站。固定站址基站經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備的附加部分，連接到例如PSTN(公共交換電話網(wǎng))等的公共網(wǎng)絡(luò)。被稱作移動臺的便攜式收發(fā)機(jī)可以通過無線鏈路與基站進(jìn)行通信。
由于基站的定位在空間上是相互分離的，因此在移動臺與基站進(jìn)行通信時，只要求移動臺生成相對低功率的信號。這樣的結(jié)果是，蜂窩通信系統(tǒng)可以典型地、有效地利用為其分配的在其中定義無線信道的電磁頻譜的部分。這也就是說，由于只要求生成低功率的信號，因此在通信系統(tǒng)所覆蓋的地理區(qū)域內(nèi)的不同的位置上，可以重用相同的無線信道。
在理想通信系統(tǒng)中，當(dāng)接收站接收到通信信號時，該信號應(yīng)該與由發(fā)射站發(fā)出的相應(yīng)的通信信號基本上相同。然而在非理想通信系統(tǒng)中，其中通信信號必須經(jīng)過非理想通信信道進(jìn)行傳輸，因此接收站所接收到的信號就與發(fā)射站發(fā)送出的相應(yīng)的通信信號不同。在通信信號傳播過程中造成的通信信號的畸變將會導(dǎo)致這種不一致的結(jié)果。如果畸變非常嚴(yán)重，則接收站就不能準(zhǔn)確地恢復(fù)信號的信息內(nèi)容。
在經(jīng)過通信信道傳輸信號期間，由多徑傳輸所造成的衰落(例如瑞利衰落)可以改變承載通信信號比特的信息的取值。例如，準(zhǔn)靜態(tài)平衰落可以表示如下情況即衰落在頻率上是平坦的，而且在一組被發(fā)送符號(通常被稱作幀)周期內(nèi)是恒定的。相反，快速平衰落則表示另一種情況即衰落在頻率上是平坦的，但是衰落的變化會快到從被一個發(fā)送符號的時間周期到下一個。如果不能正確地糾正傳播畸變，則至少會降低通信的通信質(zhì)量級別。
可以利用各種技術(shù)去克服由于在非理想通信信道中傳輸而造成的通信信號的畸變。
經(jīng)常采用通過在信號傳輸之前對信號進(jìn)行時間編碼的冗余度來對抗由信號在通信信道中傳輸所引入的信號畸變。通過提高信號的時間冗余度，就會提高在接收站接收到信號時，恢復(fù)信號中的信息內(nèi)容的可能性。在信號內(nèi)引入時間冗余度通常被稱作建立時間分集。
我們還通常利用空間分集去對抗通信信號中所引入的畸變。典型地，空間分集就是指利用多個發(fā)射天線變換器去發(fā)送通信信號，由此提供空間冗余度。天線變換器的距離必須足夠大，以確保從各個天線變換器發(fā)出的信號所經(jīng)歷的衰落是不相關(guān)的。
空間和時間分集通常被聯(lián)合使用，由此進(jìn)一步改善發(fā)送分集，可以對抗由例如多徑傳輸所引起的信號衰落。
組合使用空間和時間編碼，還可以改善發(fā)送分集效果，以對抗由于多徑傳輸而造成的信號衰落。在任意符號時間周期內(nèi)，從每個發(fā)送天線只精確地發(fā)出一個符號。每個被發(fā)送的符號可以從表征與特定天線相關(guān)的調(diào)制器的信號星座點中選擇。注意到，屬于不同發(fā)送天線的星座通?？梢允遣煌?，但是實際上最好為所有的發(fā)送天線使用相同的信號星座?？梢愿鶕?jù)編碼器的輸出符號，適當(dāng)?shù)卮_定在任意(多個)傳輸期間，選擇通過不同發(fā)射天線發(fā)送的特定星座點。通?？梢赃x用網(wǎng)格編碼去實施時空編碼。但是也可以選用分組編碼。在前一種情況中，從編碼器的輸出符號起始，星座點的選擇可以由稱作網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)確定，該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中描述了所有可能的給定的、有限數(shù)量的狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移。狀態(tài)就是某些用于網(wǎng)格編碼器輸入的某些最近符號(例如比特)的元組。例如，如果輸入序列由原始信息比特構(gòu)成，則該元組反映提供給網(wǎng)格編碼器的信息比特序列的最近的過去歷史，而且該網(wǎng)格描述從輸入比特序列到輸出序符號序列(被稱作編碼符號序列)的變換。注意到，編碼符號也可以是非二進(jìn)制的。網(wǎng)格由連續(xù)的列表示，其中包含所有的正確狀態(tài)，而且狀態(tài)之間的(在連續(xù)的列中的)時間演變過程被稱作轉(zhuǎn)移。每個分支對應(yīng)于給定狀態(tài)條件下，新的輸入符號的特定組合。利用映射器把每個編碼符號映射為信號星座點，由此為載波信號確定調(diào)制參數(shù)。
在網(wǎng)格和映射器的結(jié)構(gòu)中，一個主要的目標(biāo)就是優(yōu)化為把哪個標(biāo)號分配給網(wǎng)絡(luò)分支的方式，并且優(yōu)化把哪個星座點分配給網(wǎng)格分支標(biāo)號中所使用的符號的方式。分配最優(yōu)化的特征在于被稱作兩個不同碼字之間的距離的測量。該距離最終是接收站把一個碼字誤判決為另一個碼字的物理意義上的概率。錯誤概率越小，在通信實施過程中使用的時空編碼的性能就會越好。為了確保兩個碼字之間的距離能夠盡量大，在網(wǎng)格的初始構(gòu)成階段必須要仔細(xì)地從星座中確定由網(wǎng)格所指示的傳輸過程中的連續(xù)點。做到這一點的一種方案就是使得被發(fā)送碼字對之間的所有可能距離中的最小值最大化。為了做到這一點，選擇其網(wǎng)格具有碼字之間盡可能大的對方式的距離的碼。但是這種距離頻譜也是十分重要的；如果該距離很少出現(xiàn)，則接受較小的最小距離是可以接受的。
選擇在有意義的時間間隔內(nèi)通過多個發(fā)射天線傳輸?shù)乃行盘柦M，并且根據(jù)輸入符號的所有可能圖樣，可以構(gòu)成時空碼。在構(gòu)成時空碼之后，在發(fā)射站內(nèi)將時空編碼實現(xiàn)為編碼器，并且在接收站內(nèi)實現(xiàn)為譯碼器。一個重要的問題就是確定利用有效地從給定信號星座中選擇點的方式，以這種方式可以實現(xiàn)傳輸方案的整體性能的最優(yōu)化。例如，可以按照幀差錯概率(FEP)來定義性能。
然而，利用分集去對抗衰落的影響一般都會增加傳遞到達(dá)接收站的通信信號的信息內(nèi)容的無線信道的帶寬要求。由于無線通信系統(tǒng)，以及其它類型的通信系統(tǒng)上通信信道的帶寬限制會限制系統(tǒng)的通信容量，因此一般都要求限制在發(fā)射和接收站之間傳遞信息所需要的帶寬要求。
提高通信信號中的分集通常都會要求增加帶寬消耗，以傳遞通信信號，但這又與將發(fā)射和接收站之間傳遞信息所要求帶寬最小化的競爭性目標(biāo)相矛盾。
如果可以提供如下方式，即能夠為通信信號帶來改善的時空冗余度，而且又不要求增加在發(fā)射站和接收站之間傳遞特定數(shù)量的信息所要求的帶寬，則可以在給定通信容量條件下獲得改善的通信質(zhì)量。
根據(jù)發(fā)射站和接收站之間的信息通信有關(guān)的背景信息，發(fā)展出了本發(fā)明的顯著改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明可以有益地提供設(shè)備及其相關(guān)方法，以改善在容易受到準(zhǔn)靜態(tài)或快速衰落影響的通信信道中傳遞的信息的發(fā)送分集。通過改善數(shù)據(jù)的發(fā)送分集，有助于在接收站接收到數(shù)據(jù)時對數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。
通過本發(fā)明實施例的操作，可以在通過通信信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中引入提高的時空冗余度，而不會相應(yīng)地增加在發(fā)射站和接收站之間傳遞數(shù)據(jù)所要求的信道帶寬要求。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，為發(fā)射站提供可以操作發(fā)送表示將要被傳遞的信息的通信信號的設(shè)備。在發(fā)射機(jī)中，通過對形成數(shù)據(jù)的符號進(jìn)行信道編碼而將時間分集(冗余度)給予發(fā)送的信號，以便提高它們的冗余度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供如下設(shè)備即對信道編碼符號進(jìn)行調(diào)制，并且把經(jīng)過調(diào)制的符號提供給兩個或多個天線變換器，這些天線被以可以為經(jīng)過發(fā)射站發(fā)出的信號提供空間分集的方式而定位。由調(diào)制器構(gòu)成的符號的規(guī)模與只使用耦合到調(diào)制器的單一天線變換器生成的符號規(guī)模一樣。這也就是說，傳輸速率是值為1時的速率。
因此，通過本發(fā)明實施例的操作，可以按如下方式為線性調(diào)制提供時空編碼的設(shè)計即在發(fā)射站內(nèi)為將要被發(fā)送的數(shù)據(jù)實現(xiàn)空間和時間冗余度，則可以在衰落信道中獲得分集。在時間方向以及發(fā)射站的天線變換器之間都提供編碼。
在一個實現(xiàn)內(nèi)，為在蜂窩通信系統(tǒng)內(nèi)操作的發(fā)射站提供設(shè)備，例如移動臺的發(fā)射部分或基站的發(fā)射部分。通過把符號用于信道編碼器，可以在將要傳輸?shù)姆栔幸霑r間冗余度。數(shù)量要大于用于信道編碼器的符號的數(shù)量的信道編碼符被映射到調(diào)制器的星座點，在映射操作之后，這些星座點可以確定到達(dá)發(fā)射站的天線變換器的被發(fā)送信號。由此可以有助于改善通信質(zhì)量，而不必增加傳輸符號所需要的帶寬，這些符號構(gòu)成從發(fā)射站傳送到接收站的數(shù)據(jù)。
因此，根據(jù)這些以及其它方面，為在無線通信系統(tǒng)內(nèi)操作的發(fā)射站提供設(shè)備及其相關(guān)方法，以便在容易收到畸變的通信信道中傳輸數(shù)據(jù)。發(fā)射站具有由至少一個天線變換器構(gòu)成的天線變換器組，天線變換器把數(shù)據(jù)變換為電磁波的形式。把數(shù)據(jù)放置到易于在通信信道中傳輸?shù)男问街?，以便于其在通信信道上的通信。調(diào)制器被耦合以便接收編碼器的一組輸出符號。編碼器的輸出符號就是在通信信道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的編碼表示。調(diào)制器可以構(gòu)成調(diào)制序列，其中包含調(diào)制器輸出符號。調(diào)制器輸出符號的數(shù)量對應(yīng)于構(gòu)成所述編碼器的一組輸出符號的編碼器輸出符號的數(shù)量以及構(gòu)成天線變換器組的天線變換器的數(shù)量。
從下面簡單總結(jié)的附圖、隨后本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述以及附加權(quán)利要求中，可以更近全面地理解本發(fā)明，并且體會其覆蓋范圍。
附圖簡述

圖1說明實現(xiàn)本發(fā)明實施例的通信系統(tǒng)的功能框圖；圖2說明表示圖1所示通信系統(tǒng)中的發(fā)射站的一部分的操作的網(wǎng)格圖的圖形示意圖。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述首先參考圖1，其中一般以10說明通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以利用通信信道16，在發(fā)射站12與接收站14之間傳遞數(shù)據(jù)。發(fā)射站利用至少一個發(fā)送天線，以便必須能確保從所有發(fā)射天線發(fā)出的信號是相互不相關(guān)的。類似地，接收站也利用至少一個接收天線。通信信道容易受到衰落的影響，或者在某種程度上要求在所有的發(fā)送天線中進(jìn)行信道編碼。具有多徑傳播的無線信道通常被稱作衰落信道，例如信道可以呈現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)衰落。
通信系統(tǒng)10表示例如蜂窩通信系統(tǒng)，其中發(fā)射站12組成移動臺的發(fā)射部分，而且接收站14組成基站系統(tǒng)的接收部分。盡管下面針對其中發(fā)射站12可以組成移動臺的發(fā)射部分以及接收站14可以組成基站系統(tǒng)的接收部分的實現(xiàn)進(jìn)行示范實施方案的描述，但是發(fā)射站1 2和接收站14也可以分別類似地表示在蜂窩通信系統(tǒng)內(nèi)操作的基站系統(tǒng)和移動臺的發(fā)射和接收部分。因此，也可以類似地針對這種操作進(jìn)行隨后的描述。而且，發(fā)射站和接收站也表示可在其它類型的通信系統(tǒng)內(nèi)操作的發(fā)射部分和接收部分，這些通信系統(tǒng)中包括在一個或多個并行的非相關(guān)信道中實現(xiàn)通信的有線和非有線通信系統(tǒng)。本發(fā)明的實施例還可以類似地工作在這樣的其它類型的通信系統(tǒng)中。
此處給出的發(fā)射站12中包括數(shù)據(jù)源22，它提供由發(fā)射站傳遞到接收站的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)源中例如可以包括由移動臺(發(fā)射站是其中的一部分)的用戶生成的語音數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)源22也可以表示非語音數(shù)據(jù)，例如由處理設(shè)備生成的數(shù)據(jù)。當(dāng)語音信號構(gòu)成數(shù)據(jù)源生成的數(shù)據(jù)時，需要利用適當(dāng)?shù)奶幚黼娐防鐚υ催M(jìn)行編碼，把語音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。
由數(shù)據(jù)源22生成的數(shù)據(jù)被應(yīng)用到信道編碼器24。信道編碼器根據(jù)所選擇的編碼方案對應(yīng)用到編碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。編碼方案對應(yīng)用到編碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，以增加信息的時間冗余度(時間分集)。信道編碼器在線26中生成編碼器輸出符號。由信道編碼器組成的每個編碼器輸出符號都占據(jù)一個時間段，在此被稱作(信道)編碼器輸出符號時間周期。
編碼器輸出符號被用于調(diào)制器28，它部分地構(gòu)成符號分配器。調(diào)制器還被耦合到映射器/路由器34。把一個或多個編碼器輸出符號用于調(diào)制器之后，可以在每個符號時間周期內(nèi)，從屬于所有發(fā)射天線的每個信號星座中確切地選擇一個星座點，用于同時傳輸。根據(jù)被所有發(fā)送天線使用的相應(yīng)的調(diào)制方案，可以由指向適當(dāng)調(diào)制參數(shù)值的索引來表示這種選擇。在示范實現(xiàn)中，使用QPSK(正交相移鍵控)調(diào)制方案，并且在每次傳輸中，正確數(shù)量的編碼器輸出符號被指定為QPSK星座內(nèi)定義的四個星座點中的一個。
被編碼器輸出符號指定到的調(diào)制器符號被用于映射器/路由器34。按照本發(fā)明的實施例，映射器34可以操作把應(yīng)用于其中的符號映射到一組一個或多個天線變換器36中。在如圖所示的實現(xiàn)中，天線變換器組中包括Lt個天線變換器36-1到36-Lt。在一個示范實現(xiàn)中，映射器由串并轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，它把應(yīng)用到其中的串行符號流變換為用于天線變換器的并行輸出符號。映射器34可操作把應(yīng)用于其中的所選擇的那些符號進(jìn)行映射，經(jīng)過天線變換器36-1到36-n中相應(yīng)的被選擇的那些進(jìn)行發(fā)送。出于簡化的目的，在圖中沒有給出定位于調(diào)制器28和天線變換器之間的常規(guī)發(fā)射站電路，例如放大元件和上變換元件。
每個天線變換器36-1到36-Lt可以操作把提供給它的符號變換為電磁形式，由此通過通信信道向接收站14發(fā)送符號。圖中給出屬于天線變換器36-1的路徑42和43。這種路徑表示將電磁信號傳遞到接收站的多條路徑。由于存在多條不同的傳遞通信信號的路徑，因此來自每個天線變換器的信號就會易于受到衰落的影響。來自不同天線變換器的信號經(jīng)歷的衰落相互之間缺乏互相關(guān)；這也就是說，影響來自不同天線變換器的信號的衰落是相互不相關(guān)的。
由構(gòu)成接收站14的一部分的天線變換器46去探測通過路徑42和44發(fā)送的信號。在示范實現(xiàn)中，使用單一天線變換器。在一個替代實現(xiàn)中，接收站內(nèi)可以包括一個以上的天線變換器。天線變換器操作去把其接收到的電磁信號轉(zhuǎn)換為電信號的形式，并且把電信號提供給接收站的接收部分的接收機(jī)電路。接收電路中包括操作執(zhí)行解調(diào)操作的解調(diào)器50，其操作方式基本上與信道編碼器24的操作方式相反。解調(diào)的符號被用于譯碼器48，該譯碼器可以對應(yīng)用于其中的符號進(jìn)行譯碼，其操作方式與信道編碼器24的操作方式基本上相反。在一個實現(xiàn)中，譯碼器和解調(diào)器被組合在一起，執(zhí)行聯(lián)合解調(diào)和譯碼操作。
圖中沒有單獨給出接收站的附加電路，而且這些實質(zhì)上都是常規(guī)電路。在接收站14構(gòu)成基站系統(tǒng)的接收部分的實現(xiàn)中，一旦由接收站14對信號進(jìn)行操作，則可以通過例如PSTN(公共交換電話網(wǎng)絡(luò))54向目的站提供典型信號。
在操作中，一旦編碼器輸出符號由符號分配器32指定，則通過線33將其應(yīng)用于映射器34。分配器生成碼字，它可以被認(rèn)為是在1個符號時間周期內(nèi)，由所有天線變換器發(fā)送的所有符號的級連。碼字c被定義為由應(yīng)用于映射器34的符號構(gòu)成，并且數(shù)學(xué)上可以表示為如下形式c=[ck(1)ck(2)···ct(Lt)ck+1(1)ck+1(2)···ck+1(Lt)···ck+l-1(1)···ck+l-1(Lt)]T]]>=[ckT,...,ck+l-1T]T]]>其中Lt是發(fā)送天線變換器36-1到36-Lt的數(shù)量，即構(gòu)成天線變換器組36的天線變換器的數(shù)量；l是跨越所有發(fā)送天線進(jìn)行聯(lián)合編碼的調(diào)制器符號時間周期的塊長度；k是對調(diào)制器輸出符號進(jìn)行聯(lián)合編碼(跨越所有發(fā)送天線)的離散時間時刻；以及ck(i)是在時刻k，通過天線變換器36-i發(fā)送的復(fù)數(shù)符號，它來自屬于第i個天線變換器的被符號分配器32指定的復(fù)數(shù)信號星座。
此處我們假設(shè)l＞＝Lt；否則隨后討論的乘積DecHDec應(yīng)該被DecDecH代替。
碼字c還可以被表示為矩陣形式，作為下面的碼字矩陣Dc，k 其中元素的定義如上。
矩陣的每一列表示應(yīng)用于獨立天線的復(fù)數(shù)符號。這也就是說，第一列表示應(yīng)用于第一天線的復(fù)數(shù)符號，第二列表示應(yīng)用于第二天線的復(fù)數(shù)符號，以及第Lt列表示應(yīng)用于第Lt個天線的符號。而且如矩陣所示，在調(diào)制符號塊的聯(lián)合編碼期間，k+1-1個符號被用于每個天線。如上給出的矩陣是碼字c的碼矩陣表示?？梢哉业较鄳?yīng)的碼矩陣去表示另一個碼字，例如碼字e。此外，通過獲得碼矩陣De和Dc之間的分量方式的差，可以構(gòu)成碼字差矩陣Dec，其中差矩陣還由復(fù)數(shù)符號的列和行表示，而且每個天線變換器一列。
如果假設(shè)任意發(fā)送天線上的每個被發(fā)送符號的能量為Es，則在一個符號周期內(nèi)的所有Lt發(fā)送天線發(fā)出的能量為LtEs。如果比較具有Lt個發(fā)送天線的系統(tǒng)與只利用一個發(fā)送天線的系統(tǒng)，則對于單發(fā)送天線和多發(fā)送天線系統(tǒng)來說，每個符號周期內(nèi)發(fā)送的能量應(yīng)該是相同的。在這種情況中，多天線系統(tǒng)中的每個天線應(yīng)該發(fā)送的能量是每(調(diào)制其)星座符號Es/Lt，并且在隨后的所有公式中，Es應(yīng)該被Es/Lt代替。
通常，在接收天線j以及在時刻t所接收到的信號為χ(j)(t)=Σi=1Ltαi,j(t)s(i)(t)Es.+η(j)(t)]]>如果假設(shè)衰落是快衰落，相應(yīng)的時間相關(guān)，則公式s(i)(t)=Σncn(i)u(t-nT)]]>可以表示連續(xù)的脈沖波形的符號cn(i)，其中u(·)是單位能量脈沖；u(0)＝1；以及η(j)(t)是零均值、每維方差為N0/2的復(fù)高斯噪聲。在隨后的討論中，假設(shè)所選擇的脈沖波形能提供可以忽略的符號間干擾(ISI)，即全響應(yīng)信令并且同時產(chǎn)生。然后在時刻t＝kT對符號進(jìn)行采樣，而且檢測器被提供χk(j)=Σi=1Ltαi,j[k]ck(i)Es+ηk(j).]]>一般都有益地把 和αi，j(t)組合在一起。因此表達(dá)式γk(i,j)=Esαi,j[k]]]>被用于連續(xù)情況，并且具有公認(rèn)已知的自相關(guān)函數(shù)Rγ(τ)=E{γ(i,j)(·)γ(i,j)*(·-τ)=EsJ0(2πfD(i,j)τ).]]>得到χk(j)=Σi=1Ltck(i)γk(i,j)+ηk(j).]]>單一接收天線假設(shè)把上述公式簡化為χk=Σi=1Ltck(i)γk(i)+ηk.]]>以上所給出的碼字在準(zhǔn)靜態(tài)(塊)衰落和快速衰落條件下都可以獲得顯著的性能改善。塊衰落意味著αi，j(f)在一個碼字周期內(nèi)，或者一個符號時間周期內(nèi)是保持恒定的，但是從一個碼字到另一個碼字之間是變化的。本質(zhì)上講，在秩準(zhǔn)則可以確定分集級別的意義上，秩準(zhǔn)則是與準(zhǔn)靜態(tài)衰落相關(guān)的。在快速衰落條件下，就分集而論，一個重要的參數(shù)就是符號的漢明距離。
如果假設(shè)衰落是準(zhǔn)靜態(tài)的γk(i)=γk+l(i)=...=γk+l-1(i)=defγ(i),∀i∈{1,...,Lt}.]]>以矩陣形式就是χ＝Dcγ+η其中下標(biāo)k被省略，并且使用明顯的符號χ＝[χk…χk+l-1]T，γ=[γ(i)···γ(Lt)]T,η=[η(i)···η(Lt)]T]]>很清楚，當(dāng)不同發(fā)送天線的衰落不相關(guān)時，則 是零均值、方差為Es的獨立同分布的復(fù)高斯變量。一般都公認(rèn)，在信道估計準(zhǔn)確而且處于準(zhǔn)靜態(tài)衰落條件下，當(dāng)De被實際上發(fā)出時，接收機(jī)對碼字矩陣Dc譯碼的概率 以一個量為上界 其中R(·)是用于表示自變量的實部的常用符號，上標(biāo)“H”表示共軛轉(zhuǎn)置，而且Dec＝De-Dc是碼字e和c的碼差矩陣。
在特定假設(shè)條件下，CSI準(zhǔn)確的Lt個發(fā)送天線瑞利衰落的 可以做到盡量小。上述條件中包括對于所有的對Dc，De∈C來說，歐氏平方距離Tr(DecHDec)要盡可能地大，而且在DecHDec=(tr(DecHDec)/Lt)ILt]]>的意義上，非方形矩陣Dec表現(xiàn)為單位矩陣，直到某些比例因子。
次優(yōu)碼的特征在于矩陣DecHDec，其主對角線元件都盡可能互相接近，并且接近tr(DecHDec)/Lt，而且對每一行來說，主對角線元素絕對值的逐行之和要盡可能地小。
隨后是上述討論的直接結(jié)果。
假設(shè)L＝Lt除以1。令Dc、De、Dec是塊向量，即(1/L)×1的矩陣，其中的項目都是L×L的子矩陣，這些子矩陣的元件來自調(diào)制器星座。那么，任意碼矩陣可以被稱作長度為1/L個L×L塊子矩陣的序列，它由其分支跨過L個調(diào)制器符號時間周期的網(wǎng)格構(gòu)成，而且每個都由有效L×L的子矩陣標(biāo)記?？梢赃x擇通過網(wǎng)格的路徑作為當(dāng)前狀態(tài)以及一組新的輸入符號的函數(shù)。則在1的命題的意義上，對盡可能大的k′，以及對k＞k′更可行地接近最佳，屬于長度為k≤k′次轉(zhuǎn)移(kL個調(diào)制器符號)的錯誤事件路徑(EEP)的差碼矩陣應(yīng)該是最佳的。在常規(guī)的Alamouti發(fā)送分集方案(被稱作Alamouti方案)中，基于Hurwitz-Radon(HR)變換的Lt＝2的發(fā)送天線遵循上述給出的結(jié)構(gòu)，并且提供簡單的裝置來實施此處所討論的準(zhǔn)則；經(jīng)過HR變換之后，把從編碼符號到星座點的映射器添加到編碼器的輸出中。類似地，時空分組編碼與上述構(gòu)成命題相一致。
提供與本發(fā)明實施例相一致的改進(jìn)的時空調(diào)制器。該調(diào)制器在呈現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)衰落的環(huán)境中進(jìn)行工作。由于準(zhǔn)靜態(tài)衰落與中斷概率的基本概念相關(guān)，因此這種準(zhǔn)靜態(tài)衰落是特別相關(guān)的。所提出的時空碼的設(shè)計要遵循上述討論的準(zhǔn)則。
此外，還提供用于4PSK以及Lt＝2個發(fā)送天線的新型網(wǎng)格時空編碼，它同樣遵循上述的準(zhǔn)則。
圖2說明了網(wǎng)格圖70，在圖中左邊列出以72標(biāo)明的分支標(biāo)號。分支的標(biāo)號以4元組為一組，分別對應(yīng)于一組四個并行的從每個狀態(tài)出發(fā)的轉(zhuǎn)移，并且表示矩陣Ci(i＝0，...，31)的下標(biāo)索引。該矩陣中的每個矩陣的規(guī)模都是2×2。
項目Ci(i＝0，...，31)表示4PSK星座中的復(fù)數(shù)點的索引。每個Ci定義將要在兩個連續(xù)符號周期內(nèi)，通過L＝2個發(fā)射天線發(fā)送的4PSK符號。因此，每個網(wǎng)格分支都覆蓋兩個連續(xù)的4PSK符號周期，其構(gòu)成與兩個鄰近符號周期內(nèi)的多網(wǎng)格編碼調(diào)制(MTCM)的相似性。然而通常來講，從32個矩陣Ci中選擇的兩個任意矩陣之間的平方歐氏距離并不與它們各自第一列之間的平方歐氏距離成正比。利用這一事實，很容易看到圖1中描述的時空網(wǎng)格并不是MTCM網(wǎng)格編碼。
在一個接收天線的情況中，圖2比較這種網(wǎng)格時空編碼相對于Alamouti方案和根據(jù)[27]得到的其它兩種網(wǎng)格時空編碼的那些的平均幀錯誤概率曲線，上述所有都處于準(zhǔn)靜態(tài)衰落中，而且頻譜效率都是2比特每秒每赫茲。
選擇分配的分支標(biāo)號，以驗證給定狀態(tài)的數(shù)量以及傳輸如圖1所示。
任意兩個離開(到達(dá))給定狀態(tài)的分支之間的最小歐氏距離被最大化。對與長度k＜＝2(即最多是4個4PSK符號)的EEP相對應(yīng)的所有差碼矩陣來說，DecHDec具有相同的特征值。
對于長度k＝3的所有EEP來說，DecHDec的兩個特征值是平衡的，并且由p+2(2-3),p+2(2+3)]]>給出，其中p＞＝4。由此，長度k＝3(6個4PSK符號周期)的EEP之間的平方歐氏距離，以及相應(yīng)的正確路徑最小為16。
任意兩個并行轉(zhuǎn)移之間的符號漢明距離是2，由此確保在快衰落環(huán)境中的分集為2。
在操作過程中，由符號分配器生成的符號構(gòu)成一系列符號流，當(dāng)在通信信道中傳輸時，其被編碼以克服衰落。當(dāng)符號傳遞到天線變換器并且在此進(jìn)行變換時，從多個天線變換器發(fā)送符號所要求的帶寬不會大于從單一天線變換器傳遞非時空編碼符號所要求的帶寬。
由此提供一種方式，以最大限度地確保發(fā)射臺12操作期間生成的信號的傳輸在衰落環(huán)境中具有最大的發(fā)送分集。當(dāng)接收臺14接收到信號時，最大的發(fā)送分集可以更好地確保能夠恢復(fù)信息。
此處的優(yōu)選描述只是用于實施本發(fā)明的優(yōu)選實例，并且本發(fā)明的范圍不應(yīng)該被限制于本描述中。本發(fā)明的范圍可以由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1.在無線通信系統(tǒng)中操作的發(fā)射站，通過易受畸變影響的通信信道發(fā)送數(shù)據(jù)，該發(fā)射站配備至少由一個天線變換器構(gòu)成的天線變換器組，由天線變換器把將要被數(shù)據(jù)變換為電磁波形式，用于以便于經(jīng)過通信信道進(jìn)行通信的形式放置數(shù)據(jù)的設(shè)備的改進(jìn)，該設(shè)備中包括耦合去接收一組編碼器輸出符號的調(diào)制器，該編碼器輸出符號是經(jīng)過通信信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的編碼表示，該調(diào)制器用于構(gòu)成調(diào)制器輸出符號的調(diào)制序列，調(diào)制器輸出符號的數(shù)量對應(yīng)于構(gòu)成一組編碼器輸出符號的編碼器輸出符號的數(shù)量以及構(gòu)成天線變換器組的天線變換器的數(shù)量。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中構(gòu)成調(diào)制器輸出符號的調(diào)制序列的調(diào)制器輸出符號的數(shù)量對應(yīng)于編碼器輸出符號的數(shù)量與天線變換器的數(shù)量的乘積。
3.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中調(diào)制器輸出符號的調(diào)制序列中包含串行生成的序列。
4.權(quán)利要求3的設(shè)備，還包含耦合在該調(diào)制器與所述天線變換器組之間的路由器，該路由器有選擇地把所選的一些調(diào)制器輸出符號傳遞到所述天線變換器組中的至少一個天線變換器。
5.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中所述天線變換器組包含第一天線變換器和至少一個第二天線，其中該路由器構(gòu)成用于把串行生成的序列進(jìn)行變換的串并變換器，其中由該調(diào)制器構(gòu)成的調(diào)制序列被組成應(yīng)用于第一和至少第二天線變換器的第一和至少第二并行序列。
6.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該調(diào)制器包含時空調(diào)制器，它呈現(xiàn)調(diào)制的單一速率，以便當(dāng)其中形成的調(diào)制序列由一組天線變換器變換到通信信道上時，呈現(xiàn)與通過單一天線變換器變換時傳遞編碼輸出符號所要求的帶寬基本相對應(yīng)的帶寬。
7.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中由該調(diào)制器形成的調(diào)制序列構(gòu)成QPSK(正交相移鍵控)調(diào)制序列。
8.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中應(yīng)用于該調(diào)制器的編碼器輸出符號中包含信道編碼符號，該信道編碼符號被編碼使得在編碼器輸出符號表示的數(shù)據(jù)中引入時間冗余度。
9.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中調(diào)制器輸出符號的調(diào)制序列中包含多個序列部分，該多個序列部分被安排來形成碼矩陣的列，其中由級連在一起的碼矩陣所定義的連續(xù)行來定義碼字。
10.在權(quán)利要求1中的無線通信系統(tǒng)中，其中經(jīng)過通信信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被發(fā)送到接收站，用于接收站的設(shè)備的進(jìn)一步改進(jìn)，該設(shè)備中包含耦合去接收一旦在接收站接收到的數(shù)據(jù)的標(biāo)記的解調(diào)器，該解調(diào)器用于對提供給它的標(biāo)記進(jìn)行解調(diào)。
11.權(quán)利要求10的設(shè)備，其中該解調(diào)器耦合去接收的數(shù)據(jù)標(biāo)記中包含信道譯碼的標(biāo)記。
12.權(quán)利要求10的設(shè)備，其中該解調(diào)器執(zhí)行聯(lián)合解調(diào)和譯碼操作。
13.通過在無線通信系統(tǒng)中操作的發(fā)射站，在易受畸變影響的通信信道發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，該發(fā)射站配備至少由一個天線變換器構(gòu)成的天線組，由天線變換器把將要被的數(shù)據(jù)變換為電磁形式，用于以便于經(jīng)過通信信道進(jìn)行通信的形式放置數(shù)據(jù)的方法的改進(jìn)，該方法中包括向調(diào)制器提供一組編碼器輸出符號，編碼器輸出符號表示經(jīng)過經(jīng)過通信信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；以及在調(diào)制器內(nèi)構(gòu)成調(diào)制器輸出符號的調(diào)制序列，調(diào)制器輸出符號的數(shù)量對應(yīng)于構(gòu)成編碼器輸出符號組的編碼器輸出符號的數(shù)量以及構(gòu)成天線變換器組的天線變換器的數(shù)量。
14.權(quán)利要求13的方法，其中在該構(gòu)成操作過程期間構(gòu)成的調(diào)制器輸出符號的數(shù)量對應(yīng)于編碼器輸出符號的數(shù)量與天線變換器的數(shù)量的乘積。
15.權(quán)利要求14的方法，其中在該構(gòu)成操作過程期間構(gòu)成的調(diào)制器輸出符號的調(diào)制序列中包含串行生成的序列。
16.權(quán)利要求15的方法，其中還包括把所選的一些調(diào)制器輸出符號傳遞到所述天線變換器組中的至少一個天線變換器的額外操作。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述天線變換器組中包含第一天線變換器以及至少一個第二天線變換器，其中所述傳遞操作中包括對串行生成的序列進(jìn)行變換，其中調(diào)制序列被組成第一和至少第二并行序列。
18.權(quán)利要求13的方法，其中在該構(gòu)成操作期間構(gòu)成調(diào)制序列，當(dāng)由所述天線變換器組變換到通信信道中時，呈現(xiàn)與通過單一天線變換器變換時傳遞編碼輸出符號所要求的帶寬基本相對應(yīng)的帶寬。
19.權(quán)利要求13的方法，其中在該構(gòu)成操作期間構(gòu)成的調(diào)制序列中包含多個序列部分，該多個序列部分被安排來組成碼矩陣的列，其中由級連在一起的0碼矩陣所定義的連續(xù)行來定義碼字。
20.權(quán)利要求1-9的方法，其中還包括如下額外操作經(jīng)過通信信道向接收站發(fā)送調(diào)制符號；以及對一旦在接收站接收到的調(diào)制符號進(jìn)行解調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在具有容易受到衰落，例如準(zhǔn)靜態(tài)衰落影響的通信信道通信系統(tǒng)(10)中操作的發(fā)射站(12)的設(shè)備(28)及其相關(guān)方法?？梢愿纳朴砂l(fā)射站(12)發(fā)出的符號的發(fā)送分集效果，而不必相應(yīng)地增加傳輸符號所要求的帶寬。
文檔編號H04L1/06GK1473394SQ01818045
公開日2004年2月4日 申請日期2001年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月25日
發(fā)明者D·M·約內(nèi)斯庫, D M 約內(nèi)斯庫 申請人:諾基亞有限公司