專利名稱：使用四個(gè)發(fā)射天線的無(wú)線通信系統(tǒng)中的發(fā)射器與接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地說(shuō)，本發(fā)明涉及無(wú)線通信系統(tǒng)，具體地說(shuō)，涉及一種發(fā)射器與接收器，其使用發(fā)射天線分集以防止衰落引起的退化。
背景技術(shù)：
在無(wú)線通信系統(tǒng)中，時(shí)間與頻率分集是減輕多徑衰落效果的有效技術(shù)之一。在與天線分集有關(guān)的技術(shù)中，一項(xiàng)基于由Vahid Tarokh等人提出的時(shí)空塊編碼的技術(shù)擴(kuò)展了由S.M.Alamouti提出的發(fā)射天線分集方案，從而可以使用兩個(gè)或更多天線。Vahid Tarokh等人提出并公開了“來(lái)自正交設(shè)計(jì)的時(shí)空塊編碼”(“Space Time Block Coding From Orthogonal Design，”IEEETransactions on Information Theory，Vol.45，pp.1456-1467，July 1999)，而Alamouti提出并公開了“一種用于無(wú)線通信的簡(jiǎn)單發(fā)射器分集方案”(″ASimple Transmitter Diversity Scheme For Wireless Communications，″IEEEJournal on Selected Area in Communications，Vol.16，pp.1451-1458，Oct.1998)。
圖1的方框圖示出使用由Vahid Tarokh所提出的時(shí)空塊編碼的現(xiàn)有發(fā)射器的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，現(xiàn)有發(fā)射器包括S/P(串并)變換器110與編碼器120。此處，發(fā)射器基于使用四個(gè)發(fā)射天線130、132、134與136的結(jié)構(gòu)。
參看圖1，S/P變換器110以四個(gè)輸入碼元為單位組合碼元，并將組合碼元提供給編碼器120。編碼器120使用四個(gè)碼元構(gòu)建八個(gè)碼元組合，并將該八個(gè)碼元組合在八個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)傳送給四個(gè)發(fā)射天線130、132、134與136。該八個(gè)碼元組合可以8×4編碼矩陣表示，如以下等式1所示。
等式1
G4=s1s2s3s4-s2s1-s4s3-s3s4s1-s2-s4-s3s2s1s1*s2*s3*s4*-s2*s1*-s4*s3*-s3*s4*s1*-s2*-s4*-s3*s2*s1*]]>在以上等式1中，G4表示與待從四個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的碼元相關(guān)的編碼矩陣，s1、s2、s3、s4表示待發(fā)射的四個(gè)輸入碼元。
如上所述，編碼器120對(duì)四個(gè)輸入碼元進(jìn)行求負(fù)與共軛操作，并將求負(fù)與共軛操作后所生成的碼元在八個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)輸出給四個(gè)天線130、132、134與136。此處，輸出到各個(gè)天線的矩陣行的碼元序列相互正交。
更具體地講，在第一時(shí)間間隔，第一行的四個(gè)碼元s1、s2、s3與s4被傳送給四個(gè)天線130、132、134與136。類似地，在最后一個(gè)時(shí)間間隔，最后一行的四個(gè)碼元-s4*、-s3*、s2*與s1*被傳送給四個(gè)天線130、132、134與136。換而言之，編碼器120依次將編碼矩陣的第m列的碼元傳送給第m個(gè)天線。
圖2的方框圖示出接收來(lái)自圖1的發(fā)射器的信號(hào)的接收器的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，該接收器包括多個(gè)接收天線140、145等等，信道估算器(channelestimator)150，多信道碼元排列器160與檢測(cè)器170。
參看圖2，信道估算器150估算指示從發(fā)射天線130至136到接收天線140、145等等的信道增益的信道系數(shù)。多信道碼元排列器160由接收天線140、145等等接收碼元，并將所收集的碼元提供給檢測(cè)器170。檢測(cè)器170將接收碼元乘以信道系數(shù)，從而產(chǎn)生假設(shè)碼元(hypotheses symbols)。檢測(cè)器170使用假設(shè)碼元為所有可能碼元計(jì)算判決統(tǒng)計(jì)值(decision statistic value)，并基于閾值檢測(cè)的檢測(cè)所預(yù)期的碼元。
Alamouti的時(shí)空塊編碼技術(shù)，盡管復(fù)數(shù)碼元通過兩個(gè)發(fā)射天線發(fā)射，但取得了與發(fā)射天線數(shù)目相對(duì)應(yīng)的最大分集重?cái)?shù)(diversity order)，而沒有降低發(fā)射速率。由Tarokh提出的圖1與2所示的發(fā)射器與接收器通過擴(kuò)展Alamouti的時(shí)空塊編碼技術(shù)，使用基于具有正交行的矩陣的時(shí)空塊編碼，能夠取得最大分集重?cái)?shù)。然而，由于發(fā)射器在八個(gè)時(shí)間間隔發(fā)射四個(gè)復(fù)數(shù)碼元，所以只能達(dá)到一半的發(fā)射速率。因?yàn)樾枰藗€(gè)時(shí)間間隔來(lái)完整地發(fā)射通過編碼四個(gè)輸入碼元所生成的四碼元塊，所以在快衰落情況中，由于對(duì)塊碼元的信道環(huán)境變化，接收性能也變差。
問題在于當(dāng)通過四個(gè)或更多天線發(fā)射N個(gè)復(fù)數(shù)碼元時(shí)，因?yàn)樾枰?N個(gè)時(shí)間間隔，所以使發(fā)射速率下降，以及由此引起等待時(shí)間(latency)增加，。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的產(chǎn)生是基于以上問題，并且本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種發(fā)射器與接收器，其能夠在使用四個(gè)發(fā)射天線的無(wú)線通信系統(tǒng)中達(dá)到最大分集重?cái)?shù)與最高發(fā)射速率而不降低發(fā)射速率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種發(fā)射器與接收器，其能夠在使用四個(gè)發(fā)射天線的無(wú)線通信系統(tǒng)中將發(fā)射時(shí)延或延遲降到最小而不降低發(fā)射速率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，以上及其他目的可以通過以下方式達(dá)到提供一種在無(wú)線通信系統(tǒng)中用于發(fā)射復(fù)數(shù)碼元的發(fā)射器，包括四個(gè)發(fā)射天線；以及編碼器，用來(lái)為四個(gè)輸入碼元構(gòu)建四個(gè)組合，以使四個(gè)碼元的序列在每一時(shí)間間隔中只能由每一天線發(fā)射一次，并且將這些組合傳送給這些發(fā)射天線，其中從該四個(gè)輸入碼元中所選擇的至少兩個(gè)碼元的每一個(gè)都被相位旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位值。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種在無(wú)線通信系統(tǒng)中用于接收復(fù)數(shù)碼元的接收器，包括碼元排列器，用來(lái)在四個(gè)時(shí)間間隔中接收從四個(gè)發(fā)射天線向至少一個(gè)接收天線發(fā)射的信號(hào)；信道估算器，用來(lái)估算指示從該四個(gè)發(fā)射天線到該至少一個(gè)接收天線的信道增益的四個(gè)信道增益；第一與第二解碼器，每一個(gè)都用來(lái)使用信道增益與由碼元排列器所接收的信號(hào)，來(lái)產(chǎn)生與所有可能的碼元子組合相關(guān)的測(cè)度值，并且檢測(cè)具有最小測(cè)度值的兩個(gè)碼元，每個(gè)碼元子組合都包括兩個(gè)碼元；以及并串轉(zhuǎn)換器，用來(lái)依次排列并輸出由第一與第二解碼器的每一個(gè)所檢測(cè)的兩個(gè)碼元。


本發(fā)明的以上及其他目的、特征與優(yōu)點(diǎn)將通過下列描述與附圖變得顯而易見，其中圖1的方框圖示出使用時(shí)空塊編碼的現(xiàn)有發(fā)射器的結(jié)構(gòu)；圖2的方框圖示出用于接收來(lái)自圖1所示的發(fā)射器的信號(hào)的接收器的結(jié)構(gòu)；圖3的方框圖示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的使用時(shí)空塊編碼的發(fā)射器的結(jié)構(gòu)；圖4的方框圖示出用來(lái)接收來(lái)自圖3所示的發(fā)射器的信號(hào)的接收器的結(jié)構(gòu)；圖5的曲線圖顯示當(dāng)根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例使用QPSK(正交相移鍵控)時(shí)與兩個(gè)相位值相關(guān)的最小編碼增益的變化；圖6示出當(dāng)碼元被旋轉(zhuǎn)45°相位時(shí)的QPSK星位；以及圖7的曲線圖示出所提出的塊編碼技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)之間就SNR(信噪比)與BER而言(比特錯(cuò)誤率)的比較；具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的工作原理。在下列描述中，對(duì)此處所包含的已知功能與構(gòu)造的詳細(xì)描述(當(dāng)其可能使本發(fā)明不清晰時(shí))從略。另外，下列描述中的名詞根據(jù)其與本發(fā)明有關(guān)的功能而定義。這些名詞可能會(huì)因?yàn)橛脩艋虿僮魅藛T的意圖或?qū)嵺`而產(chǎn)生變化。因此，必須基于以下說(shuō)明來(lái)確定這些名詞的定義。
根據(jù)將在以下描述的本發(fā)明，一些待發(fā)射的復(fù)數(shù)信號(hào)被相位旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位，從而達(dá)到最大分集重?cái)?shù)與最高發(fā)射速率。另外，本發(fā)明使用部分正交結(jié)構(gòu)，從而簡(jiǎn)化了解碼設(shè)計(jì)。下面將描述從待發(fā)射的復(fù)數(shù)碼元中所選出的旋轉(zhuǎn)預(yù)定相位的兩個(gè)碼元的結(jié)構(gòu)與操作。當(dāng)然，也可以將多于兩個(gè)的碼元旋轉(zhuǎn)預(yù)定相位，從而達(dá)到本發(fā)明的目的。
根據(jù)本發(fā)明，四個(gè)輸入碼元通過四個(gè)天線在四個(gè)時(shí)間間隔進(jìn)行發(fā)射。在這種情況中，通過下列等式2給出編碼矩陣。
等式2s1s2s3s4s5s6s7s8s9s10s11s12s13s14s15s16]]>使用ML(最大似然)解碼的接收器基于從發(fā)射天線到接收天線的信道增益，為接收信號(hào)產(chǎn)生與所有可能碼元相關(guān)的測(cè)度值(metric value)，然后檢測(cè)具有最小測(cè)度值的碼元。
當(dāng)從第i個(gè)發(fā)射天線到接收天線的信道增益表示為hi時(shí)，相應(yīng)于任意時(shí)間t中生成的碼元組合ct的測(cè)度值由以下等式3給出。
等式3Σt=14|rt-Σi=14hict|2]]>在以上等式3中，rt表示在第t時(shí)間間隔內(nèi)收到的信號(hào)，ct表示在第t時(shí)間間隔內(nèi)生成的碼元組合。當(dāng)將上面等式2的編碼矩陣代入上面等式3中，接收器在所有可能的碼元組合中確定能使下面等式4最小的碼元組合。
等式4|r1-h1s1-h2s2-h3s3-h4s4|2+|r2-h1s5-h2s6-h3s7-h4s8|2+|r3-h1s9-h2s10-h3s11-h4s12|2+|r4-h1s13-h2s14-h3s15-h4s16|2在上面等式4中，r1、r2、r3與r4表示由接收器上在四個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)接收的信號(hào)。另外h1、h2、h3與h4表示指示從四個(gè)發(fā)射天線到接收天線的信道增益的信道系數(shù)。
為了簡(jiǎn)化ML檢測(cè)設(shè)計(jì)，必須將盡可能多的交換項(xiàng)(crossover term)從上面等式4中消去，并且通過發(fā)射天線發(fā)射的碼元序列，即行，必須相互正交。等式5列舉了這些交換項(xiàng)。
等式5h1h2*C1+h1h3*C2+h1h4*C3+h2h3*C4+h2h4*C5+h3h4*C6=]]>h1h2*(s1s2*+s5s6*+s9s10*+s13s14*)+h1h3*(s1s3*+s5s7*+s9s11*+s13s15*)+h1h4*(s1s4*+s5s8*+s9s12*+s13s16*)]]>+h2h3*(s2s3*+s6s7*+s10s11*+s14s15*)+h2h4*(s2s4*+s6s8*+s10s121*+s14s16*)+h3h4*(s3s4*+s6s8*+s11s12*+s15s16*)]]>Tarokh發(fā)現(xiàn)了以下事實(shí)當(dāng)使用4×4編碼矩陣發(fā)射四碼元序列時(shí)，在進(jìn)行ML解碼操作時(shí)不能消去所有的交換項(xiàng)。然而，可以從上面等式5中消去四項(xiàng)，從而可以簡(jiǎn)化ML解碼設(shè)計(jì)。
另一方面，在每一時(shí)間間隔內(nèi)，四個(gè)發(fā)射碼元的序列必須只向每一天線傳送一次，從而達(dá)到最大分集重?cái)?shù)。在下面等式6中顯示了四類滿足上述正交條件的4×4編碼矩陣。通過對(duì)這四個(gè)矩陣的行或列的替代(substitute)操作可以構(gòu)建其他編碼矩陣。
等式6
s1s2s3s4s2s1s4s3s3s4s1s2s4s3s2s1s1s2s3s4s2s1s4s3s3s4s2s1s4s3s1s2s1s2s3s4s2s3s4s1s3s4s1s2s4s1s2s3s1s2s3s4s2s4s1s3s3s1s4s2s4s3s2s1]]>上面等式6所示的編碼矩陣中只有第一個(gè)矩陣能夠簡(jiǎn)化ML解碼設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。另外，構(gòu)建編碼矩陣的2×2陪集必須能夠被轉(zhuǎn)換為由Alamouti所提出的矩陣形式，從而可以降低ML解碼設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。
進(jìn)行求負(fù)與共軛操作，使可以相對(duì)于上面等式6中的第一個(gè)矩陣消去上面等式5中所示的四個(gè)交換項(xiàng)。例如，下面等式7給出了所產(chǎn)生的編碼矩陣。
等式7x1x2x3*x4*x2*-x1*x4-x3x3x4-x1*-x2*x4*-x3*-x2x1]]>在上面等式7中，x1、x2、x3與x4是基于在對(duì)待發(fā)射的s1、s2、s3與s4碼元進(jìn)行求負(fù)與共軛操作后的任意排列的形式。
如果使用上面等式7所示的編碼矩陣，接收器的ML解碼器必須檢測(cè)能夠使下面等式8最小的碼元。
等式8|r1-h1x1-h2x2-h3x3*-h4x4*|2+|r2-h1x2*-h2x1*-h3x4+h4x3|3]]>+|r3-h1x3-h2x4+h3x1*+h4x2*|2+|r4-h1x4*+h2x3*+h3x2-h4x1|2]]>如果重新排列上面等式8，則最小化上面等式8的操作與最小化下面的等式9與10的操作相同。與下面等式9與等式10相關(guān)的測(cè)度相互獨(dú)立。
等式9Min(x1,x3)(|R1-x1|2+|R3-x3|2+|R13-x1*x3|2-|x1|2|x3|2]]>等式10Min(x2,x4)(|R2-x2|2+|R4-x4|2+|R24-x2*x4|2-|x2|2|x4|2]]>在上面等式9與10中，Min(a，b)(y(a，b))表示以下操作確定“a”與“b”的值，使y(a，b)最小。R1、R3、R13、R2、R4與R24由以下等式11定義。
等式11
R1=(r1h1*+r2*h2+r3*h3-r4h4*K),]]>R3=(r1h4*+r2*h3-r3*h2+r4h1*K),]]>R13=(-h1h4*+r1*h4-r2*h3+r2h3*K)]]>R2=(r1h2*-r2*h1+r3*h4+r4h3*K),]]>R4=(r1h3*+r2*h4+r3*h1-r4h2*K),]]>R24=(-h2h3*-r1*h4+h4*h1+h3h2*K)]]>K＝|h1|2+|h2|2+|h3|2+|h4|2使用上面等式9與10，接收器將根據(jù)上面等式9解碼x1與x3對(duì)的步驟與根據(jù)上面等式10解碼x2與X4對(duì)的步驟解耦。由此，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化接收器的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)輸入碼元由BPSK(二進(jìn)制移相鍵控)生成時(shí)，即當(dāng)輸入碼元為實(shí)數(shù)碼元時(shí)，上述的編碼矩陣總具有最大分集重?cái)?shù)。然而，當(dāng)應(yīng)用基于復(fù)數(shù)星位(complex constellation)的三價(jià)或更高價(jià)的碼元映射方案時(shí)，即當(dāng)應(yīng)用QPSK(正交相移鍵控)、8PSK(八相移相鍵控)或16PSK(十六相移相鍵控)時(shí)，待發(fā)射的碼元變?yōu)閺?fù)數(shù)碼元，于是分集重?cái)?shù)可能下降。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)將在四個(gè)碼元中的兩個(gè)碼元中的每個(gè)都旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位值時(shí)，該兩個(gè)碼元是確定不同測(cè)度值所需的，可以取得最大分集重?cái)?shù)“4”。如果這樣作的話，通過四個(gè)天線發(fā)射的碼元由以下等式12的矩陣表示。
等式12ejθ1s1s2s3*e-jθ4s4*s2*-e-jθ1s1*ejθ4s4-s3s3ejθ4s4-e-jθ1s1*-s2*e-jθ4s4*-s3*-s2ejθ1s1]]>在上面等式l 2顯示的編碼矩陣中，輸入碼元s1、s2、s3與s4中的s1、s4分別旋轉(zhuǎn)相位θ1與θ4。可選地，可以旋轉(zhuǎn)每個(gè)都與不同測(cè)度值相關(guān)的對(duì)s1，s2，s3與s4，或s2與s3。即使用來(lái)旋轉(zhuǎn)兩個(gè)碼元的相位值相同或不同，但總能保持最大的分集重?cái)?shù)。
根據(jù)本發(fā)明，下面等式13顯示了一些不同的編碼矩陣，其具有最大分集重?cái)?shù)與最小等待時(shí)間，并能夠簡(jiǎn)化ML解碼設(shè)計(jì)。
等式13
x1x2x3*x4*x2*-x1*x4-x3x3x4-x1*-x2*x4*-x3*-x2x1x1x2x3*-x4*x2*-x1*x4x3x3x4-x1*x2*x4*-x3*-x2-x1x1x2x3*-x4*x2*-x1*-x4-x3x3x4-x1*x2*x4*-x3*x2x1]]>x1x2x3*x4*x2*-x1*-x4x3x3x4-x1*-x2*x4*-x3*x2-x1x1x2-x3*-x4*x2*-x1*x4-x3x3x4x1*x2*x4*-x3*-x2x1x1x2-x3*x4*x2*-x1*x4x3x3x4x1*-x2*x4*-x3*-x2-x1]]>x1x2-x3*-x4*x2*-x1*-x4x3x3x4x1*x2*x4*-x3*x2-x1x1x2-x3*x4*x2*-x1*-x4-x3x3x4x1*-x2*x4*-x3*x2x1]]>在上面等式13中，x1、x2、x3與x4是基于在對(duì)待發(fā)射的碼元s1、s2、s3與s4的部分或全部進(jìn)行求負(fù)與共軛操作后的任意排列的形式。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，從待發(fā)射碼元中選出的至少兩個(gè)碼元可以被旋轉(zhuǎn)不同的相位。在這種情況下，可以一般化編碼矩陣，如下面等式14所示。
等式14ejθ1s1ejθ2s2e-jθ3s3*e-jθ4s4*e-jθ2s2*-e-jθ1s1*ejθ4s4-ejθ3-s3ejθ3s3ejθ4s4-e-jθ1s1*-e-jθ2-s2*e-jθ4s4*-e-jθ3-s3*-ejθ2-s2ejθ1s1]]>根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，編碼矩陣被乘以任意酉矩陣U。在這種情況下，接收器將所接收的碼元乘以UH，然后進(jìn)行檢測(cè)操作。
等式15Uejθ1x1ejθ2x2e-jθ3x3*e-jθ4x4*e-jθ2x2*-e-jθ1x1*ejθ4x4-ejθ3x3ejθ3x3ejθ4x4-e-jθ1x1*-e-jθ2x2*e-jθ4x4*-e-jθ3x3*-ejθ2x2ejθ1x1]]>UHU＝I在等式15中，U表示任意酉矩陣。等式14中的編碼矩陣乘以任意酉矩陣后變?yōu)榱硪痪哂信c等式14中矩陣相同性質(zhì)的編碼矩陣。
使用上述編碼矩陣的發(fā)射器與接收器在圖3與4中示出。
圖3的方框圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的時(shí)空塊編碼的發(fā)射器的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，發(fā)射器包括S/P(串并)轉(zhuǎn)換器210、相位旋轉(zhuǎn)器220與225、編碼器230、與四個(gè)發(fā)射天線240、242、244與246。
參看圖3，S/P轉(zhuǎn)換器210以一個(gè)碼元塊的形式組合四個(gè)輸入碼元，然后將組合后的碼元提供給編碼器230。此時(shí)，在從一個(gè)碼元塊中選出的兩個(gè)碼元s1與s4被輸入給編碼器230之前，相位旋轉(zhuǎn)器220與225分別將s1與s4旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位θ1與θ4。此處，由接收器選擇這兩個(gè)與不同的測(cè)度相關(guān)的碼元。編碼器230使用包括這兩個(gè)相位被旋轉(zhuǎn)的碼元的一個(gè)塊的碼元構(gòu)建四個(gè)碼元組合，然后將這四個(gè)碼元組合在四個(gè)時(shí)間間隔中傳送給四個(gè)發(fā)射天線240至246。此處，四個(gè)碼元組合中的每一個(gè)都包括四個(gè)碼元。
此處，編碼器230構(gòu)建組合，使四個(gè)碼元序列在每個(gè)時(shí)間間隔上必須只被傳送到每個(gè)天線一次，由此取得最大分集重?cái)?shù)。另外，編碼器230通過對(duì)輸入碼元進(jìn)行求負(fù)與共軛操作，以構(gòu)建組合使至少一些待傳送給各個(gè)天線的碼元序列相互正交，即碼元序列對(duì)相互正交。對(duì)從輸入碼元中所選出的兩個(gè)碼元每個(gè)都旋轉(zhuǎn)預(yù)定相位的原因是當(dāng)輸入碼元為復(fù)數(shù)碼元時(shí)，獲得最大分集重?cái)?shù)。
當(dāng)待傳送給四個(gè)天線的四個(gè)組合由4×4矩陣表示時(shí)，在編碼矩陣第m列的碼元依次被發(fā)射給第m個(gè)天線。換而言之，在第n時(shí)間間隔，編碼矩陣中第n行的碼元被同時(shí)傳射給四個(gè)天線。
例如，當(dāng)碼元s1、s2、s3與s4中的兩個(gè)碼元編碼s1與s4分別被旋轉(zhuǎn)相位θ1與θ4時(shí)，編碼器230的輸出可以由上面等式12的4×4矩陣表示。當(dāng)使用上面等式12所示的編碼矩陣時(shí)，在第一時(shí)間間隔，第一行的的四個(gè)碼元ejθ1s1、s2、s3*與e-jθ4s4*被傳送給四個(gè)天線240至246，在第四時(shí)間間隔，第四行的碼元e-jθ4s4*、-s3*、-s2與ejθ1s1被傳送給四個(gè)天線240至246。
圖4的方框圖示出用來(lái)接收來(lái)自圖3的發(fā)射器的信號(hào)的接收器的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的發(fā)射器包括兩個(gè)ML(最大似然)解碼器340與345，這兩個(gè)解碼器獨(dú)立運(yùn)行。
參看圖4，信道估算器320估算信道系數(shù)，其指示從四個(gè)發(fā)射天線240至246到接收天線310、315等等的信道增益h1、h2、h3與h4的信道系數(shù)。碼元排列器330收集由接收天線310、315等等在四個(gè)時(shí)間間隔所接收的信號(hào)r1、r2、r3與r4。
如果接收器中提供了單一接收天線，則碼元排列器330收集在四個(gè)時(shí)間間隔上通過該單一接收天線接收的信號(hào)r1、r2、r3與r4。這是因?yàn)榘l(fā)射器在四個(gè)時(shí)間間隔中發(fā)射塊碼元。在另一方面，當(dāng)使用兩個(gè)接收天線時(shí)，碼元排列器330將接收信號(hào)構(gòu)建成矩陣形式。此處，該矩陣的一行具有在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)通過接收天線所接收的信號(hào)，而該矩陣的一列具有在各個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)接收的信號(hào)。時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于所謂的碼元周期，其為信號(hào)帶寬的倒數(shù)。圖4示出了多個(gè)接收天線310、315等等，但為方便本發(fā)明的解釋，將描述使用一個(gè)接收天線的情況。
當(dāng)恢復(fù)從發(fā)射器發(fā)射的四個(gè)碼元s1、s2、s3與s4時(shí)，解碼器340與345中的第一解碼器340根據(jù)信道增益與接收信號(hào)檢測(cè)碼元s1與s3，第二解碼器以同樣方式檢測(cè)碼元s2與s4。解碼器340與345同時(shí)檢測(cè)四個(gè)碼元s1、s2、s3與s4。此處，檢測(cè)到的碼元由“s’”表示，以區(qū)別于原來(lái)的碼元。
就使用上面等式12的編碼矩陣時(shí)的情況描述第一解碼器340的運(yùn)行，第一解碼器340中所包含的碼元生成器350生成s1與s3的所有可能的子組合，并且相位旋轉(zhuǎn)器360通過將所生成的碼元之一s1旋轉(zhuǎn)與發(fā)射器所使用的相同的相位θ1，而輸出ejθ1s1。
測(cè)度計(jì)算器370使用所估算的信道增益h1、h2、h3與h4以及接收信號(hào)r1、r2、r3與r4，根據(jù)包括相位被旋轉(zhuǎn)的碼元的所有可能的碼元子組合，計(jì)算上面的等式9，由此產(chǎn)生測(cè)度值。然后，檢測(cè)器380使用所產(chǎn)生的測(cè)度值，檢測(cè)具有最小測(cè)度值的s1’與s3’。
如上所述，第一解碼器340的運(yùn)行與第二解碼器345的運(yùn)行相同。如果第一檢測(cè)器380檢測(cè)到s1’與s3’，第二檢測(cè)器385檢測(cè)到s2’與s4’，則P/S(并串)轉(zhuǎn)換器390依次排列檢測(cè)到的信號(hào)，然后輸出與s1’、s2’、s3’與s4’相關(guān)的碼元組合。
圖3與圖4所示的發(fā)射器與接收器中用來(lái)對(duì)碼元進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的相位值根據(jù)誤差矩陣的最小編碼增益來(lái)確定。此處，每一誤差矩陣都基于指示在錯(cuò)誤地檢測(cè)的碼元與原來(lái)被發(fā)射的碼元之間的誤差矩陣，而最小編碼增益表示誤差矩陣所有本征值的積。
圖5的曲線圖示出當(dāng)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例使用QPSK(正交相移鍵控)時(shí)與兩個(gè)相位值相關(guān)的最小編碼增益的變化。此處，假設(shè)這兩個(gè)相位值相同。水平軸表示相位值，縱軸表示誤差矩陣的最小編碼增益。如果相位值為90°的整數(shù)倍，則最小編碼增益為0。這是因?yàn)楫?dāng)QPSK星位旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，生成原來(lái)的星位。
根據(jù)圖5所示結(jié)果，當(dāng)相位值在45°左右時(shí)，最小編碼增益變平。根據(jù)本發(fā)明，相位值最好為45°。圖6例示出碼元被旋轉(zhuǎn)了45°相位時(shí)的QPSK星位。如圖6所示，被相位旋轉(zhuǎn)的碼元位于實(shí)軸或虛軸上。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，可以例示出優(yōu)選的相位旋轉(zhuǎn)范圍。當(dāng)使用QPSK時(shí)，相位旋轉(zhuǎn)最好基于圍繞以45°為中心的大約21°與69°之間的相位。另外，當(dāng)使用8PSK(8相移相鍵控)時(shí)，相位旋轉(zhuǎn)最好基于大約21°與24°之間的相位。還有，當(dāng)使用16PSK(16相移相鍵控)時(shí)，相位旋轉(zhuǎn)最好基于大約11.25°的相位。然而，本發(fā)明并不局限于上述這些相位值?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)的特性設(shè)置優(yōu)選的相位旋轉(zhuǎn)范圍。
圖7的曲線圖示出所提出的塊編碼技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)之間就SNR(信噪比)與BER(比特錯(cuò)誤率)而言的比較。此處，標(biāo)號(hào)410表示發(fā)送未被編碼的碼元時(shí)的情況，標(biāo)號(hào)420表示使用其中由Tarokh所提出的行相互正交的8×4編碼矩陣時(shí)的(現(xiàn)有)情況。標(biāo)號(hào)430表示使用由Alamouti所提出的使用兩個(gè)天線時(shí)的效率。標(biāo)號(hào)440表示使用具有優(yōu)化的相位45°的4×4編碼矩陣時(shí)的效率。標(biāo)號(hào)450表示使用具有未優(yōu)化的相位5°的4×4編碼矩陣時(shí)的效率。標(biāo)號(hào)460表示使用與三個(gè)發(fā)射天線相關(guān)的4×3編碼矩陣時(shí)的效率。如圖7所示，在給定SNR環(huán)境中，使用根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)化相位值的塊編碼具有相對(duì)較低的BER。
從上面描述可以清楚，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)使用復(fù)數(shù)星位時(shí)，本發(fā)明可以取得最大分集重?cái)?shù)，降低發(fā)射時(shí)延，并降低快衰落的影響。根據(jù)本發(fā)明，編碼矩陣的行可以相互正交，并且解碼設(shè)計(jì)可以被簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。
雖然參照本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了展示與描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解可以對(duì)其形式與細(xì)節(jié)進(jìn)行各種修改而不脫離權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神與范圍。因此，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，而是由其權(quán)利要求所界定。
權(quán)利要求
1.一種在無(wú)線通信系統(tǒng)中用于發(fā)射復(fù)數(shù)碼元的發(fā)射器，包括四個(gè)發(fā)射天線；以及編碼器，用來(lái)為四個(gè)輸入碼元構(gòu)建四個(gè)組合，以使四個(gè)碼元的序列在每一時(shí)間間隔中只能由每一天線發(fā)射一次，并且將這些組合傳送給這些發(fā)射天線，其中從該四個(gè)輸入碼元中所選擇的至少兩個(gè)碼元的每一個(gè)都被旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位值。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中所選碼元的數(shù)目為二，并且所選碼元在接收器進(jìn)行解碼操作時(shí)與不同的測(cè)度值相關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中當(dāng)使用QPSK(正交相移鍵控)時(shí)，相位值在以45°為中心的21°與69°之間的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中當(dāng)使用8PSK(八相移相鍵控)時(shí)，相位值在21°與24°之間的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中當(dāng)使用16PSK(十六相移相鍵控)，相位值為11.25°。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中編碼器進(jìn)行求負(fù)與共軛操作，并構(gòu)建四個(gè)組合，以使將在四個(gè)時(shí)間間隔中被傳送給各個(gè)天線的四個(gè)碼元序列中的至少一些序列相互正交。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)射器，其中由四個(gè)輸入碼元所構(gòu)建的四個(gè)組合構(gòu)成具有四行四列的矩陣，該矩陣如下ejθ1s1s2s3*e-jθ4s4*s2*-e-jθ1s1*ejθ4s4-s3s3ejθ4s4-e-jθ1s1*-s2*e-jθ4s4*-s3*-s2ejθ1s1]]>其中，s1、s2、s3與s4表示輸入碼元，θ1與θ4表示分別用于碼元s1、s4的相位旋轉(zhuǎn)值。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)射器，其中由四個(gè)輸入碼元所構(gòu)建的四個(gè)組合構(gòu)成具有四行四列的矩陣，該矩陣如下x1x2x3*x4*x2*-x1*x4-x3x3x4-x1*-x2*x4*-x3*-x2x1x1x2x3*-x4*x2*-x1*x4x3x3x4-x1*x2*x4*-x3*-x2-x1x1x2x3*-x4*x2*-x1*-x4-x3x3x4-x1*x2*x4*-x3*x2x1]]>x1x2x3*x4*x2*-x1*-x4x3x3x4-x1*-x2*x4*-x3*x2-x1x1x2-x3*-x4*x2*-x1*x4-x3x3x4x1*x2*x4*-x3*-x2x1x1x2-x3*x4*x2*-x1*x4x3x3x4x1*-x2*x4*-x3*-x2-x1]]>x1x2-x3*-x4*x2*-x1*-x4-x3x3x4x1*x2*x4*-x3*-x2-x1x1x2-x3*x4*x2*-x1*-x4-x3x3x4x1*-x2*x4*-x3*x2x1]]>其中x1、x2、x3與x4表示包括兩個(gè)相位被旋轉(zhuǎn)的碼元的四個(gè)碼元。
9.如權(quán)利要求6所述的發(fā)射器，其中由四個(gè)輸入碼元所構(gòu)建的四個(gè)組合構(gòu)成具有四行四列的矩陣，該矩陣如下ejθ1s1ejθ2s2e-jθ3s3*e-jθ4s4*e-jθ2s2*-e-jθ1s1*ejθ4s4-ejθ3-s3ejθ3s3ejθ4s4-e-jθ1s1*-e-jθ2-s2*e-jθ4s4*-e-jθ3-s3*-ejθ2-s2ejθ1s1]]>其中，s1、s2、s3與s4表示輸入碼元，θ1至θ4分別表示用于碼元s1至s4的相位旋轉(zhuǎn)值。
10.一種在無(wú)線通信系統(tǒng)中用于接收復(fù)數(shù)碼元的接收器，包括碼元排列器，用來(lái)在四個(gè)時(shí)間間隔中接收從四個(gè)發(fā)射天線向至少一個(gè)接收天線發(fā)射的信號(hào)；信道估算器，用來(lái)估算指示從該四個(gè)發(fā)射天線到該至少一個(gè)接收天線的信道增益的四個(gè)信道增益；第一與第二解碼器，每一個(gè)都用來(lái)通過使用信道增益和由碼元排列器所接收的信號(hào)，來(lái)產(chǎn)生與所有可能的碼元子組合相關(guān)的測(cè)度值，并且檢測(cè)具有最小測(cè)度值的兩個(gè)碼元，每個(gè)碼元子組合都包括兩個(gè)碼元；以及并串轉(zhuǎn)換器，用來(lái)依次排列并輸出由第一與第二解碼器的每一個(gè)所檢測(cè)的兩個(gè)碼元。
11.如權(quán)利要求10所述的接收器，其中第一與第二解碼器中的每一個(gè)都包括碼元生成器，用來(lái)生成所有可能的碼元子組合，每個(gè)該碼元子組合都包括兩個(gè)碼元；相位旋轉(zhuǎn)器，用來(lái)將從兩個(gè)碼元中選出的一個(gè)碼元旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位值；測(cè)度計(jì)算器，用來(lái)通過使用由碼元排列器所接收的信號(hào)與信道增益，為包括相位被旋轉(zhuǎn)的碼元的碼元子組合產(chǎn)生測(cè)度值；以及檢測(cè)器，用來(lái)通過使用所產(chǎn)生的測(cè)度值，檢測(cè)具有最小測(cè)度值的兩個(gè)碼元。
12.如權(quán)利要求11所述的接收器，其中第一解碼器檢測(cè)能使等式|R1-ejθ1s1|2+|R3-s3|2+|R13-ejθ1s1*s3|2-|s1|2|s3|2]]>最小的兩個(gè)碼元s1與s3，其中R1、R3與R13由下式給出R1=(rh1*+r2*h2+r3*h3-r4h4*K),]]>R3=(r1h4*+r2*h3+r3*h2-r4h1*K)]]>以及R13=(-h1h4*+r1*h4-r2*h3+r2h3*K)]]>并且K＝|h1|2+|h2|2+|h3|2+|h4|2，其中r1、r2、r3與r4表示在四個(gè)時(shí)間間隔中所接收的信號(hào)，h1、h2、h3與h4表示四個(gè)天線的信道增益。
13.如權(quán)利要求11所述的接收器，其中第二解碼器檢測(cè)能使等式|R2-s2|2+|R4-ejθ4s4|2+|R24-s2*ejθ4s4|2-|s2|2|s4|2]]>最小的兩個(gè)碼元s2與s4，其中R2、R4與R24由下式給出R2=(r1h2*-r2*h1+r3*h4+r4h3*K),]]>R4=(r1h3*-r2*h4-r3*h1-r4h2*K)]]>以及R24=(-h2h3*-r1*h4+r4*h1+r3h2*K)]]>并且K＝|h1|2+|h2| 2+|h3|2+|h4|2，其中r1、r2、r3與r4表示在四個(gè)時(shí)間間隔中所接收的信號(hào)，h1、h2、h3與h4表示四個(gè)天線的信道增益。
全文摘要
無(wú)線通信系統(tǒng)中的一種裝置，其使用發(fā)射天線分集以防止由于衰落引起的退化。通過四個(gè)發(fā)射天線要發(fā)射的四個(gè)碼元中的至少兩個(gè)碼元被旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位值。編碼器為四個(gè)輸入碼元構(gòu)建四個(gè)組合，以使在每個(gè)時(shí)間間隔中四個(gè)碼元的序列只可以被每一發(fā)射天線發(fā)射一次。這些組合在四個(gè)時(shí)間間隔中被發(fā)送到四個(gè)發(fā)射天線。在該四個(gè)輸入碼元被發(fā)送給四個(gè)發(fā)射天線前，從該四個(gè)輸入碼元中選出的至少兩個(gè)碼元被旋轉(zhuǎn)預(yù)定的相位值。因此，可以取得最大的分集重?cái)?shù)，可以降低發(fā)射時(shí)延，并且可以減弱快衰退的影響。
文檔編號(hào)H04L1/06GK1518264SQ20031011958
公開日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月9日
發(fā)明者黃讚洙, 南承勛, 金映秀, 鄭在學(xué), 黃 洙 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社