CN100344076C - 使用多天线分集方案发送/接收数据的装置和方法 - Google Patents

使用多天线分集方案发送/接收数据的装置和方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种在移动通信系统中使用多天线方案发送/接收数据的装置和方法。第一和第二代码符号序列是通过以预定的编码方法对用于传送的数据符号序列编码生成的。控制两个代码符号序列经由第一和第二发送天线的发送,以使得如果该数据符号序列是被初始发送,则第一代码符号序列被经由第一发送天线发送和第二代码符号序列被经由第二发送天线发送,以及如果该数据符号序列是被重发,则第一代码符号序列被经由第二发送天线发送和第二代码符号序列被经由第一发送天线发送。

Description

使用多天线分集方案发送/接收数据的装置和方法
发明领域
本发明通常涉及一种移动通信系统。具体地说,本发明涉及一种使用多天线分集方案发送/接收数据的装置和方法。
背景技术
移动通信系统已经从话音通信系统逐渐发展为分组业务通信系统。该分组业务通信系统发送突发分组数据给多个移动站。它们被设计成用于大量的数据发送。这些分组业务通信系统已经被开发用于高速分组业务。为了提供高速分组业务,用于异步系统的标准化工作小组、即第三代合作关系项目(3GPP)提出了高速下行链路分组访问(HSDPA),但是,用于同步系统的标准化工作小组、即第三代合作关系项目2(3GPP2)提出1xEvolution DataOnly(1xEV-DO)和1xEvolution Data and Voice(1xEV-DV)。HSDPA、1xEV-DO和1xEV-DV全都支持高速分组传输以确保可靠的诸如Web的因特网业务。对于高速分组业务,通过优化最大信息流量和平均信息流量有效提供诸如话音业务的电路数据发送和分组数据发送。
现在将描述HSDPA。HSDPA是涉及使用用于支持高速率的下行链路分组数据发送的高速下行链路共享信道(HS-DSCH)和在宽带码分多址(W-CDMA)中的控制信道的设备、系统和方法的通用术语。下面将借助于举例描述由SGPP建议并被用做第三代异步移动通信系统的标准而采用的HSDPA。
三种技术被引入HSDPA通信系统以支持高速分组数据传输:自适应调制和编码(AMC)、混合自动重发请求(HARQ)和快速小区选择(FCS)。
AMC:根据在小区、即节点B和用户设备(UE)之间的信道状态而选择用于数据信道的调制方案和编码方法,从而提高了整个小区的带宽效率。调制方案和编码被结合使用。每个调制和编码组合被称为调制和编码方案(MCS)。MCS可以从等级1至等级N来标注。利用根据在UE和其通信节点B之间信道状态而自适应选择的MCS对数据信道信号进行调制和编码。因此,节点B的系统效率被提高。
HARQ,特别是N-信道停止和等待HARQ(SAW HARQ):根据典型的自动重发请求(ARQ),在UE和无线网络控制器(RNC)之间交换确认(ACK)信号和重发分组数据。同时,HARQ方案采用以下两个新的过程来提高ARQ传输效率。一个是在UE和节点B之间交换重发请求和其相关的应答,另一个是临时存储不良数据,并且将存储数据与该数据的重发版本合并。在HSDPA通信系统中,在UE和节点B的MAC HS-DSCH之间交换ACK信号和重发分组数据,和N-信道SAW HARQ建立N个逻辑信道,并且无需接收一个用于在前发送分组的ACK信号而发送多个分组。与N-信道SAW HARQ相比,SAW ARQ需要接收一个用于在前发送的分组数据的ACK信号以便发送下一个分组数据。因此,不管发送当前分组数据的能力如何,必须接收用于在前分组的ACK信号。相反,无需接收用于在前发送分组数据的ACK信号,N-信道SAW HARQ允许发送连续的分组,导致了信道使用效率的提高。也就是说,可以在UE和节点B之间建立能够通过指定给它们的次数和信道号来识别的N个逻辑信道,从而使得UE可以确定已经传送所接收的分组的信道,并且采取诸如以正确的顺序重新排列分组或者相应分组数据的软合并的适当措施,。
FCS:当支持HSDPA的UE被置于软切换区域的时候,其迅速地选择具有良好信道状态的小区。具体地,如果UE进入第一节点B和第二节点B之间的软切换区域,其与多个节点B建立无线链路。与其建立无线链路的一组节点B被称作有效集。UE仅从具有最好信道状态的小区接收HSDPA分组数据,因此降低了整体干扰。UE还周期性地监视来自有效节点B的信道。在存在具有比当前最好小区更好信道状态的小区的情况下,UE发送一个最好小区指示符(BCI)给所有的有效节点B,以便以新的最好小区代替老的最好小区。BCI包括新的最好小区的ID。有效的节点B检查包括在所接收BCI中的小区ID,并且仅新的最好小区在HS-DSCH上发送分组数据给UE。
如上所述,已经提出了许多新的技术,以便在HSDPA通信系统中提高数据速率。已经设计了诸如HSDPA,1xEV-DO和1xEV-DV用于提高数据速率。因此,提高数据速率是一个有挑战性的问题。除了AMC、HARQ和FCS以外,多天线方案也被用于提高数据速率。由于多天线方案工作在空间域,所以,克服了在频域中带宽资源受到限制的问题。
现在将描述多天线分集方案。
在无线信道环境中,由于诸如多路径干扰、屏蔽、传播衰减、随时间变化的噪声和干扰等各种各样的因素的影响,移动通信系统遭受信号失真的损害。由多路径干扰所引起的衰减与反射物体或者用户的移动性、即UE的移动性密切相关。衰减导致实际发送信号和干扰信号的混合接收。所接收的信号具有严重的失真,这降低了整个移动通信系统的性能。
衰减在无线信道环境中对于高速数据通信造成严重阻碍,因为在无线信道环境中,这种衰减将导致所接收信号的幅度和相位失真。许多的研究旨在克服衰减。因此,移动通信系统必须将无线信道诸如衰减的固有的损失和用户干扰减到最小,以便以高速率发送数据。分集被用作衰减的解决方案。在分集方案之中,空间分集使用多天线。
发送天线分集已经作为防止衰减有效的方法涌现。发送天线分集方案接收在无线信道环境之下经历独立的衰减的多个发送信号,并且应付由于衰减而引起的失真。发送天线分集被分类为时间分集、频率分集、多路径分集和空间分集。换句话说,移动通信系统必须克服严重影响通信性能的衰减,以便可靠地执行高速数据发送。衰减将所接收信号的幅度降低几分贝至几十分贝。因此,上述分集方案被用于防止衰减。例如,码分多址(CDMA)通信系统在信道延迟扩展的基础上使用用于执行分集接收的搜索(rake)接收机。搜索接收机为所接收的多路径信号提供分集增益。但是,如果信道延迟扩展相对较小,则搜索接收机无法提供想要的分集增益。
通过利用交织和编码,时间分集有效地应付在无线信道环境中生成的突发误差。通常,时间分集应用于多普勒扩展信道。时间分集的特有缺点是很难根据慢衰减多普勒信道实现分集效应。
空间分集被用于具有小延迟扩展的信道,例如是作为慢衰减多普勒信道的室内信道和一般(pedestrian)信道。空间分集方案使用两个或更多天线实现分集增益。如果经由一个天线发送的信号由于衰减而衰减,分集增益是通过接收经由另一个天线发送的信号而获得的。空间分集被转移为使用多个接收天线的接收天线分集和使用多个发送天线的发送天线分集。考虑在硬件小型化或者制造成本方面对于UE采用接收分集的困难,发送天线被推荐用于节点B。
频率分集根据以不同的频率发送和从不同的路径传送的信号获得分集增益。在这个多路径分集方案中,多路径信号具有不同的衰减信息。因此,分集是通过分解多路径信号获得的。
为了解决上述问题,已经提出了多个方法,在这些方法中获得相同的分集增益,就好像是多个接收天线都被用于抗击无线信道上的衰减,例如,节点B经由多个发送天线发送信号,UE经由一个或者两个接收天线接收信号。使用两个或更多个发送天线执行空间分集的技术对于由3GPP提出的未来一代移动通信系统很感兴趣。上述的发送天线分集方案可以闭环方式或者开环方式加以执行。
闭环发送天线分集不同于开环发送天线分之处在于在前者中UE向节点B提供返回的下行链路信道信息,而在后者中不需要反馈信息。空间分集的空时发送分集(STTD)是一种主要的开环发送天线分集技术。在STTD中,空时编码被用于代替有关无线信道状态的信息。
主要的闭环发送天线分集方案是发送天线阵列列(TxAA),其使用从UE接收的有关无线信道状态的反馈信息。在本发明可应用于采用使用多天线和HARQ的分集方案和开环发送分集以及闭环发送分集的所有的移动通信系统的同时,将对开环发送分集进行描述。
下面将参考图1描述在使用多天线分集方案的移动通信系统中的发射机的结构。
图1的框图示出了在使用传统多天线分集方案的移动通信系统中的一个发射机。
假设这里所描述的范例性发射机支持双空时发送分集(DSTTD)。DSTTD是STTD的扩展。其提供比STTD较高的空间分集增益。参考图1,该发射机通常包括循环冗余检查(CRC)加法器111、turbo编码器113、速率匹配器115、交织器117、调制器119、串-并转换器(SPC)121、STTD编码器123和125、多个扩展器131、141、151和161、多个发送天线133、143、153和163,和自适应调制和编码方案(AMCS)控制器150。
关于信息比特的输入,CRC加法器111将一个CRC加到该信息比特上,以用于误差检查。turbo编码器113对从CRC加法器111接收的信号进行turbo编码。如可以理解的,在传统的设备中可以使用包括例如卷积编码在内的许多可以接受的编码方案。turbo编码器113以预定的编码速率编码。在系统比特和从turbo编码器113输出的奇偶比特之间的比值是根据编码速率确定的。例如,如果编码速率是均衡的编码速率1/2(r=1/2),turbo编码器113对于一个比特的输入,输出一个系统比特和一个奇偶检查比特。对于另一个例子,如果编码速率是不均衡的编码速率3/4(r=3/4),turbo编码器113对于三个比特的输入,输出三个系统比特和一个奇偶检查比特。当然,可以采用所有的可以接受的编码速率。速率匹配器115根据在移动通信系统中实际的物理信道的传输容量打孔或者重复从turbo编码器接收的编码比特。交织器117以预定的交织方式交织速率匹配器115的输出,以防止突发误差。调制器119使用诸如二进制相移键控(BPSK)、4相相移键控(QPSK)、或者16正交幅度调制(16QAM)的预定调制方案调制交织后的比特。在16QAM中,4个编码的比特被映射到一个调制符号上。在QPSK中,两个编码比特被映射到一个调制符号上。
SPC 121将串行调制符号序列转换为并行符号序列。具体地,SPC 121将从调制器119接收的每两个调制符号配对,并且将每两个调制符号对提供给STTD编码器123和125。稍后将详述SPC 121和STTD编码器123和125的操作。STTD编码器123以STTD方式编码所接收的调制符号对,并将编码符号发送给扩展器131和141两者。扩展器131以预定的扩展码扩展接收的符号,并且经由发送天线133发送扩展的符号。扩展器141以预定的扩展码扩展接收的符号,并且经由发送天线143发送扩展的符号。STTD编码器125编码在STTD中接收的调制符号对,并且发送编码符号给扩展器151和161两者。扩展器151以预定的扩展码扩展接收的符号,并且经由发送天线153发送扩展的符号。扩展器161以预定的扩展码扩展接收的符号,并且经由发送天线163发送扩展的符号。
AMC控制器150控制速率匹配器115和调制器119的操作。AMCS控制器150通过考虑当前的无线信道状态确定用于该发射机的编码速率和调制方案。例如,如果当前的无线信道状态相对较好,则AMCS控制器150选择较高的编码速率和较高级的调制方案,然而,如果当前的无线信道状态相对较差,则AMCS控制器150选择较低的编码速率和较低级的调制方案。如前所述的,因为turbo编码器113的编码速率是固定的,所以,AMCS控制器150控制速率匹配器115使来自turbo编码器113的编码比特的数量与在AMCS控制器150中确定的编码速率相匹配。此外,AMCS控制器150根据选择的调制方案控制调制器119。AMCS控制器150经来自较高层的信令察觉到无线信道状态。此外,AMCS控制器150控制数据重发。
下面将详细描述SPC 121和STTD编码器123和125的操作。
虽然未示出,来自调制器119的4个调制符号可以被表示为“S1、S2、S3和S4”。SPC 121并行化S1、S2、S3和S4,并且将S1和S2提供给STTD编码器123,,将S3和S4提供给STTD编码器125。STTD编码器123和125以STTD方式编码S1&S2以及S3&S4。在STTD编码之后,(S1,S2)被以如在下面的表1中举例说明的(S1,S2)和(-S2 *,S1 *)的形式发送。
                  表1
  t   t+T
  发送天线133   S1   S2
  发送天线143   -S2 *   S2 *
如在表1中表明的,使用STTD编码,在时间t处,STTD编码器123经由发送天线133发送S1,和经由发送天线143发送-S2 *,并且在时间(t+T)处,经由发送天线133发送S2,和经由发送天线143发送S1 *
在STTD编码之后,(S3,S4)被以如下表2中举例说明的(S3,S4)和(-S4 *,S3 *)的形式发送。
                 表2
  t   t+T
  发送天线153   S3   S4
  发送天线163   -S4 *   S3 *
如在表2中表明的,使用STTD编码,在时间t处,STTD编码器125经由发送天线153发送S3,和经由发送天线163发送-S4 *,并且在时间(t+T)处,经由发送天线153发送S4,和经由发送天线163发送S3 *。在上面已经与图1结合描述了在使用多天线分集方案的移动通信系统中的发射机的结构。现在,将参考图2描述在使用多天线分集方案的移动通信系统中的接收机的结构。
图2是一个在使用传统的多天线分集方案的移动通信系统中的接收机的方框图。
图2所示接收机是根据图1所示的发射机构成的,因此它可以接收来自发射机的DSTTD信号。参考图2,范例性的传统接收机包括多个接收天线211、221、231和241、多个解扩器213、223、233和243、STTD解码器251和253、并行-串行转换器(PSC)255、解调器257、去交织器259、去速率(de-rate)匹配器261、合并器263、turbo解码器265和CRC检查器267。
在接收天线211、221、231和241上接收的信号被分别地施加到解扩器213、223、233和243的输入端。也就是说,经由接收天线211接收的信号被提供给解扩器213,经由接收天线221接收的信号被提供给解扩器223,经由接收天线231接收的信号被提供给解扩器233,并且经由接收天线241接收的信号被提供给解扩器243。解扩器213、223、233和243使用在发射机的扩展器中使用的扩展码解扩其所接收的信号。
STTD解码器251以STTD方式解码从解扩器213和223接收的信号,和STTD解码器253以STTD方式解码从解扩器233和243接收的信号。下面将详述在STTD解码器251和253中的这些操作。
如参考图1所述,由于在表1和表2中所示的4个STTD编码的符号经由4个发送天线被发送,所以,在接收机处接收的信号可以表示为:
         r1=h1s1+h2s2+h3s3+h4s4+n1
         r2=-h1s2 *+h2s1 *-h3s4 *+h4s3 *+n2
                                              ....(1)
其中,r1和r2是在相应时间点处接收的信号,h1、h2、h3和h4是来自4个相应的发送天线的信道应答,并且n1和n2是加性高斯白噪声(AWGN)。
STTD解码器251以STTD方式解码表示为等式(1)的接收的信号,并且输出信号表示为:
s ~ 1 = h 1 * r 1 + h 2 r 2 *
s ~ 2 = h 2 * r 1 - h 1 r 2 *
                                         .....(2)
并且STTD解码器253以STTD方式解码表示为等式(1)的接收的信号,并且输出信号表示为:
s ~ 3 = h 3 * r 3 + h 4 r 4 *
s ~ 4 = h 4 * r 3 - h 3 r 4 *
                                         .....(3)
等式(1)和等式(2)被展开为:
s ~ 1 = ( α 1 2 + α 2 2 ) s 1 + n 1 ′
s ~ 2 = ( α 1 2 + α 2 2 ) s 2 + n 2 ′
s ~ 3 = ( α 3 2 + α 4 2 ) s 3 + n 3 ′
s ~ 4 = ( α 3 2 + α 4 2 ) s 4 + n 4 ′
                                              .....(4)
其中,n是噪声分量和aj是从第j个发送天线中获得的分集增益。
在等式(4)中应当注意,信号分量与噪声分量是彼此分离的,并且接收具有分集增益
Figure C20041007143800141
的4个信号分量。
因此,STTD解码器251输出
Figure C20041007143800142
Figure C20041007143800143
并且STTD解码器253输出
Figure C20041007143800144
Figure C20041007143800145
因此,PSC255串行化从STTD解码器251和253接收的信号,并且输出
Figure C20041007143800146
给解调器257。解调器257相对于在发射机中使用的调制方案解调所接收的信号。去交织器259和在发射机中使用的交织方法相一致地去交织解调的比特。去速率匹配器261相对于在发射机中执行的速率匹配去速率匹配去交织后的比特。
合并器263将从去速率匹配器261接收的当前编码比特与该编码比特已经存储的版本进行合并。这意味着初始从发射机发送的数据有误差并且未能正常接收。因此,如果接收机请求重发并且发射机重发数据,重发的数据与在前有缺陷的数据在合并器263中合并。如果当前的数据是初始发送数据,编码比特被旁路合并器263而没有被合并。turbo解码器265相对于在发射机中执行的turbo编码对从合并器263接收的信号进行turbo解码。turbo解码器265从合并器263接收编码的比特,即系统比特和奇偶比特,并且解码所述系统比特。CRC检查器267在分组基础上从来自turbo解码器265的系统比特(即,信息比特)中提取CRC比特,并基于CRC比特确定该分组是否存在误差。由于确定在分组中没有发生误差,所以,CRC检查器267输出该分组,并且将一个用于该分组的ACK信号发送给发射机,以便指出正常接收该分组。相反,如果CRC检查结果指出在分组中发生了误差,则CRC检查器267将一个NACK信号发送给发射机,以请求重发有缺陷的分组。
如果CRC检查器267输出ACK信号,在合并器263中的缓存器被初始化,同时删除存储在缓存器中的编码比特。相反,如果CRC检查器267输出NACK信号,则该编码比特被保留在合并器263的缓存器中。
在数据重发的情况下,S1和S2通过a1a2提供分集增益,并且S3和S4通过a3a4提供分集增益。因为发射机在初始发送和重发时都是经由相同的发送天线发送相同的符号,所以,接收机在初始发送和重发时接收处于相同信道状态的信道上的符号。例如,如果S1和S2在处于误差或者失真状态的信道上被传送和由此未被正常接收,接收机请求重发S1和S2。然后,发射机经由相同的发送天线、即在相同的信道上重发S1和S2。因此,S1和S2被再次以误差或者失真状态传送,从而增加了出错概率。在这种情况下,只有能够被实现的部分分集是可用的,这导致了资源的减少和效率的降低。
发明内容
本发明的一个目的主要是解决至少是以上所述的问题和/或缺点,并且至少提供下列的优点。因此,本发明的一个目的是提供一种用于在移动通信系统中以多天线分集方案发送/接收数据的装置和方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于在移动通信系统中根据信道状态发送/接收数据的装置和方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于在移动通信系统中在用于初始发送和重发的不同发送路径中发送/接收数据的装置和方法。
上述目的是通过提供一种用于在移动通信系统中使用多天线方案发送/接收数据的装置和方法实现的。
根据本发明的一个方面,在具有第一发送天线和第二发送天线的移动通信系统的数据发送装置中,在接收到一个数据符号序列的基础上,一个编码器以预定的编码方法编码该数据符号序列和输出第一和第二代码符号序列。一个控制器控制两个代码符号序列经由第一和第二发送天线的发送,从而使得如果数据符号序列是初始发送,则经由第一发送天线发送第一代码符号序列,和经由第二发送天线发送第二代码符号序列,以及如果该数据符号序列被重发,则经由第二发送天线发送第一代码符号序列,和经由第一发送天线发送第二代码符号序列。
根据本发明的另一方面,在具有第一接收天线和第二接收天线的移动通信系统的数据接收装置中,第一解码器通过以预定的解码方法对经由第一接收天线所接收的信号解码生成第一数据符号序列,和第二解码器通过以预定的解码方法对经由第二接收天线所接收的信号解码生成第二数据符号序列。一个控制器控制第一和第二数据符号序列的解调,从而使得如果第一和第二数据符号序列是初始发送,则解调第一符号序列,和如果第一和第二数据符号序列是重发,则解调第二符号序列。
根据本发明的另一个方面,在具有第一发送天线和第二发送天线的移动通信系统的数据发送方法中,以预定的编码方法编码用于传输的数据符号序列,并输出第一和第二代码符号序列。控制两个代码符号序列经由第一和第二发送天线的发送,从而使得如果数据符号序列是初始发送,则经由第一发送天线发送第一代码符号序列,和经由第二发送天线发送第二代码符号序列,以及如果数据符号序列被重发,则经由第二发送天线发送第一代码符号序列,和经由第一发送天线发送第二代码符号序列。
根据本发明的再一个目的,在具有第一接收天线和第二接收天线的移动通信系统的数据接收方法中,通过以预定的解码方法解码经由第一接收天线所接收的信号生成第一数据符号序列,和通过以预定的解码方法解码经由第二接收天线所接收的信号生成第二数据符号序列。控制第一和第二数据符号序列的解调,从而使得如果第一和第二数据符号序列是初始发送,则解调第一符号序列,和如果第一和第二数据符号序列是重发,则解调第二符号序列。
附图说明
从下面结合附图的详细说明中,本发明的上述和其它的目的、特点以及优点将变得更明显,其中:
图1示出了一个在使用传统的多天线分集方案的移动通信系统中的发射机的方框图;
图2示出了一个在使用传统的多天线分集方案的移动通信系统中的接收机的方框图;
图3示出了一个在使用根据本发明实施例的多天线分集方案的移动通信系统中的发射机的方框图;
图4示出了一个在使用根据本发明实施例的多天线分集方案的移动通信系统中的接收机的方框图;和
图5示出了举例说明根据本发明的一个实施例在传统的多天线分集方案和多天线分集方案之间的分集增益方面对比的图形。
在下面的描述中,公知的功能或者结构不做详细描述,因为不必要的细节将使本发明难以理解。
具体实施方式
下面,参考附图描述本发明的优选实施例。
本发明的实施例提供一种装置和方法,用于实现例如高速下行链路分组访问(HSDPA)的多天线分集方案,其中,根据移动通信系统中信道的状态使用多个信道。对于本领域技术人员来讲很明显,本发明还可应用于经由多个发送天线发送数据的任一其它移动通信系统。虽然本发明将在双空时发送分集(DSTTD)的背景下描述,这也仅仅是为解释的目的,并且不应该被看作是对本发明的限制。除了DSTTD之外,本发明可以在所有使用多个发送天线的移动通信系统中实现。
现在将参考图3描述在使用根据本发明一个实施例的多天线分集方案的移动通信系统中的发射机的结构。
图3示出了一个在使用根据本发明实施例的多天线分集方案的移动通信系统中的发射机的方框图。
这里假设该发射机支持DSTTD。DSTTD是空时发送分集(STTD)的扩展,它提供比STTD较高的空间分集增益。参考图3,该发射机包括循环冗余检查(CRC)加法器311、turbo编码器313、速率匹配器315、交织器317、调制器319、串-并转换器(SPC)321、天线组选择器323、STTD编码器325和327、多个扩展器331、341、351和361、多个发送天线333、343、353和363以及控制器330。
关于信息比特的输入,CRC加法器311将给一个CRC添加到信息比特上以执行误差检查。turbo编码器313对从CRC加法器311接收的信号进行turbo编码。很明显,如果移动通信系统使用例如卷积编码的除turbo编码以外的编码方法,则用卷积编码器替换turbo编码器313。turbo编码器313以预定的编码速率编码。在从turbo编码器313输出的系统比特和奇偶比特之间的比值是根据编码速率确定的。例如,如果编码速率是均衡的编码速率1/2(r=1/2),则turbo编码器313输出一个系统比特和一个奇偶检查比特以用于一个比特的输入。对于另一个例子,如果编码速率是非均衡的编码速率3/4(r=3/4),则turbo编码器输出三个系统比特和一个奇偶检查比特以用于三个比特的输入。由于turbo编码器313的编码速率不在本发明的范围之内,所以,对于本领域技术人员来讲很明显,在不考虑编码速率的情况下能够实现本发明,并且这种情况仍然在本发明的范围之内。
速率匹配器315根据在移动通信系统中物理信道的传输容量打孔或者重复从turbo编码器接收的编码比特。交织器317以预定的交织方法交织速率匹配器315的输出以防止突发误差。调制器319以诸如二进制相移键控(BPSK)、4相相移键控(QPSK)或者16正交振幅调制(16QAM)的预定的调制方案调制交织的比特。在16QAM中,4个编码的比特被映射到一个调制符号上。在QPSK中,两个编码的比特被映射到一个调制符号上。
SPC 321将串行调制符号序列转换为并行符号序列。具体地,SPC 321将每两个从调制器319接收的调制符号配对,并将每两个调制符号对分离地提供给天线组选择器323。稍后将描述天线组选择器323的操作。来自SPC 321的并行信号被分别地施加于STTD编码器325和327。稍后将描述SPC 321和STTD编码器325和327的操作。STTD编码器325在STTD中编码从天线组选择器323接收的代码符号对,并且将编码符号发送给扩展器331和341。扩展器331以预定的扩展码扩展所接收的符号,并且经由发送天线333发送扩展的符号。扩展器341以预定的扩展码扩展所接收的符号,并且经由发送天线343发送扩展的符号。STTD编码器327在STTD中编码从天线组选择器323接收的代码符号对,并且发送编码的符号给扩展器351和361两者。扩展器351以预定的扩展码扩展所接收的符号,并且经由发送天线353发送扩展的符号。扩展器361以预定的扩展码扩展所接收的符号,并且经由发送天线363发送扩展的符号。
控制器330控制速率匹配器315、调制器319和天线组选择器323的操作。控制器330通过考虑当前的无线信道状态确定用于发射机的编码速率和调制方案。例如,如果当前无线信道的状态相对较好,那么,控制器330选择较高的编码速率和高级的调制方案,然而,如果当前的无线信道状态相对较差,则控制器330选择较低的编码速率和较低级的调制方案。如前所述的,由于turbo编码器313的编码速率是固定的,所以,控制器330控制速率匹配器315使来自turbo编码器313的编码比特的数量与在控制器330确定的编码速率相匹配。此外,控制器330根据所选择的调制方案控制调制器319。控制器330经来自较高层的信令知道无线信道状态。此外,控制器330控制数据重发。如果来自较高层的信令指出数据重发,控制器330经由除初始发送所使用以外的天线组重发数据。稍后将描述控制器330对天线组选择器323就数据重发的控制操作。
下面将详细描述SPC 321和STTD编码器325和327的操作。下面的描述假设,天线组选择器323选择位于从SPC 321接收并用于STTD编码器325的两个代码符号对之间的引导码符号对,和用于STTD编码器327的尾码符号对。
虽然未示出来自调制器319的4个调制符号,但它们可以被表示为“S1、S2、S3和S4”。SPC 321并行化S1、S2、S3和S4,并将S1和S2输出给STTD编码器325,将S3和S4输出给STTD编码器327。STTD编码器325和327以STTD方式编码S1和S2以及S3和S4。在STTD编码之后,(S1,S2)被以(S1,S2)和(-S2 *,S1 *)的形式发送,如下表3所示。
                表3
  t   t+T
  发送天线333   S1   S2
  发送天线343   -S2 *   S1 *
如在表3中表明的,通过STTD编码,在时间t处,STTD编码器325经由发送天线333发送S1和经由发送天线343发送-S2 *,并在时间(t+T)处,经由发送天线333发送S2和经由发送天线343发送S1 *
在STTD编码之后,(S3,S4)被以(S3,S4)和(-S4 *,S3 *)的形式发送,如下表4所示。
(表4)
  t   t+T
  发送天线353   S3   S4
  发送天线363   -S4 *   S3 *
如在表4中表明的,通过STTD编码,在时间t处,STTD编码器327经由发送天线353发送S3,和经由发送天线363发送-S4 *,并且在时间(t+T)处,经由发送天线353发送S4,和经由发送天线363发送S3 *
来自STTD编码器325和327的信号被经由相应的扩展器和相应的发送天线与所述发射机一致地发送给接收机。在从接收机接收到指出数据异常接收、即请求重发有缺陷数据的NACK信号的基础上,该发射机重发有缺陷的数据。重发数据和在前的数据相同,或者是根据相同信息比特生成的奇偶比特,但是不同于包括在在前数据内的奇偶比特。考虑到在前数据所重发数据的种类是根据在移动通信系统中采用的重发方案确定的。
当控制器330识别重发请求的时,其控制天线组选择器323选择除发送在前有缺陷数据所使用天线组以外的一个天线组。在前的数据、即根据S1和S2的STTD编码信号被经由发送天线333和343发送,和根据S3和S4的STTD编码信号被经由发送天线353和363发送。在下文中,发送天线333和343被统称为第一发送天线组,并且发送天线353和363被统称为第二发送天线组。实际上,S1和S2的STTD编码信号被经由第一发送天线组发送,并且S3和S4的STTD编码信号被经由第二发送天线组发送。如果发射机从接收机接收一个用于发送数据的NACK信号,这暗示着第一或者第二天线组处于差的信道状态之中。确定选择在前使用的相同发送天线组将导致传输误差,控制器330选择除在前发送所使用天线组以外的一个天线组。也就是说,控制器330控制天线组选择器323去选择用于S1和S2的STTD编码信号的第二天线组,和用于S3和S4的STTD编码信号的第一天线组。
下面描述用于重发的调制符号S1和S2以及S3和S4的STTD编码。因为如上所述在控制器330的控制下,用于调制符号对的发送天线组被改变,所以,从SPC 321输出的S1和S2被施加于STTD编码器327的输入端,从SPC 321输出的S3和S4被施加于STTD编码器325的输入端。
在STTD编码之后,(S1,S2)被以(S1,S2)和(-S2 *,S1 *)的形式发送,如下表5所示。
                 表5
  t   t+T
  发送天线353   S1   S2
  发送天线363   -S2 *   S1 *
如在表5中表明的,通过STTD编码,在时间t处,STTD编码器327经由发送天线353发送S1,和经由发送天线363发送-S2 *,并且在时间(t+T)处,经由发送天线353发送S2,和经由发送天线363发送S1 *
在STTD编码之后,(S3,S4)被以(S3,S4)和(-S4 *,S3 *)的形式发送,如下表6所示。
                    表6
  t   t+T
  发送天线333   S3   S4
  发送天线343   -S4 *   S3 *
如在表6中表明的,通过STTD编码,在时间t处,STTD编码器325经由发送天线333发送S3,和经由发送天线343发送-S4 *,并且在时间(t+T)处,经由发送天线333发送S4,和经由发送天线343发送S3 *
上面已经结合图3描述了根据本发明一个实施例的在使用多天线分集方案的移动通信系统中的发射机的结构。现在,将参考图4描述根据本发明一个实施例的在使用多天线分集方案的移动通信系统中的接收机的结构。
图4的框图示出了一个在使用根据本发明实施例的多天线分集方案的移动通信系统中的接收机。
图4所示的接收机是相对图3所示发射机结构的,所以它能够从所述发射机接收DSTTD信号。参考图4,该接收机包括:多个接收天线411、421、431和441;多个解扩器413、423、433和443;STTD解码器451和453;天线组选择器455;PSC 457;解调器459;去交织器461;去速率匹配器463;合并器465;turbo解码器467和CRC检查器469。在接收机具有多个接收天线411、421、431和441的同时,本发明该实施例不受限于接收天线的数量。因此,应当理解,实现本发明不必考虑接收天线的数量。
在接收天线411、421、431和441上接收的信号被分别地施加到解扩器413、423、433和443的输入端。也就是说,经由接收天线411接收的信号被提供给解扩器413,经由接收天线421接收的信号被提供给解扩器423,经由接收天线431接收的信号被提供给解扩器433,以及经由接收天线441接收的信号被提供给解扩器443。解扩器413、423、433和443以在发射机的扩展器中使用的扩展码解扩它们所接收的信号。
STTD解码器451以STTD方式解码从解扩器413和423接收的解扩的信号,STTD解码器453以STTD方式解码从解扩器433和443接收的解扩的信号。下面将详述在STTD解码器451和453中的操作。
如结合图3所述,因为发射机经由4个发送天线发送4个在表3和表4中所示的STTD编码符号,所以,在接收机处接收的信号可以表示为:
         r1=h1s1+h2s2+h3s3+h4s4+n1
       r2=-h1s2 *+h2s1 *-h3s4 *+h4s3 *+n2
                                                  .....(5)
这里,r1和r2是在相应的时间点上所接收的信号,h1、h2、h3和h4是来自4个相应的发送天线的信道应答,以及n1和n2是AWGN(加性高斯白噪声)。
STTD解码器451以STTD方式解码表示为等式(5)的接收信号,并且输出如下表示的信号:
s ~ 1 = h 1 * r 1 + h 2 r 2 *
s ~ 2 = h 2 * r 1 - h 1 r 2 *
                                          .....(6)
并且,STTD解码器453以STTD方式解码表示为等式(5)的接收信号,并输出如下表示的信号:
s ~ 3 = h 3 * r 3 + h 4 r 4 *
s ~ 4 = h 4 * r 3 - h 3 r 4 *
                                          .....(7)
等式(6)和等式(7)被展开为:
s ~ 1 = ( α 1 2 + α 2 2 ) s 1 + n 1 ′
s ~ 2 = ( α 1 2 + α 2 2 ) s 2 + n 2 ′
s ~ 3 = ( α 3 2 + α 4 2 ) s 3 + n 3 ′
s ~ 4 = ( α 3 2 + α 4 2 ) s 4 + n 4 ′
                                          .....(8)
这里,n是噪声分量,并且αj是从第j个发送天线中获得的分集增益。
在等式(8)中应当注意,信号分量被与噪声分量分离,并且具有分集增益
Figure C20041007143800227
的4个信号分量被接收。
因此,STTD解码器451输出
Figure C20041007143800228
Figure C20041007143800229
并且STTD解码器453输出
Figure C200410071438002210
Figure C200410071438002211
因此,天线组选择器455在控制器470的控制下确定STTD解码器451和453输出中的哪一个被首先发送给PSC 457。如参考图3描述的,假设发射机发送了起始数据,那么,天线组选择器455向PSC457输出从STTD解码器451接收的信号早于从STTD解码器453接收的信号。
PSC 457串行化从天线组选择器455接收的信号,并且将
Figure C200410071438002212
输出给解调器459。解调器459相对于在发射机中使用的调制方案解调所接收的信号。去交织器461相对于在发射机中使用的交织方法去交织解调的比特。去速率匹配器463相对于在发射机中执行的速率匹配去速率匹配去交织的比特。
合并器465将当前从去速率匹配器463接收的编码比特与已经存储的编码比特的版本合并。这表示初始从发射机发送的数据有错,并且未被正常地接收。因此,如果接收机请求重发并且发射机重发该数据,那么,在合并器465中合并重发的数据与在前有缺陷的数据。如果当前的数据是初始发送数据,那么,编码比特被旁通合并器465而没有被合并。turbo解码器467相对于在发射机中执行的turbo编码对从合并器465接收的信号turbo解码。turbo解码器467接收编码比特,即来自合并器263的系统比特和奇偶比特,并且解码系统比特。CRC检查器469以分组为基础在从turbo解码器467接收的系统比特(即,信息比特)中提取CRC比特,并且基于该CRC比特确定是否分组有错。由于确定在分组中没有发生误差,所以,CRC检查器469输该分组,并向发射机发送一个用于分组的ACK信号,以指出该分组被正常接收。如果CRC检查结果指出在该分组中发生了误差,则CRC检查器469向发射机发送一个NACK信号,以请求重发有缺陷的分组。
如果CRC检查器469输出ACK信号,在合并器465中的缓存器被初始化,同时删除存储在缓存器中的编码比特。相反,如果CRC检查器469输出NACK信号,则编码比特保留在合并器465的缓存器中。
由于上述是在假设发送初始数据的情况下进行的,所以,编码比特被保留在合并器465的缓存器中。如果初始发送数据有误差,接收机向发射机发送一个NACK信号,以请求重发有缺陷的数据。然后,发射机重发初始发送数据。为了数据重发,发射机选择除初始发送所使用发射天线组以外的发送天线组。也就是说,发射机以结合表5和表6描述的方式重发数据。
由于发射机如结合图3所述经由4个发送天线发送在表5和表6中所示的4个STTD编码的符号,需要,在接收机处接收的信号可以表示为:
        r1=h1s3+h2s4+h3s1+h4s2+n1
        r2=-h1s4 *+h2s3 *-h3s2 *+h4s1 *+n2
                                                 .....(9)
STTD解码器451以STTD方式解码表示为等式(9)的接收信号,并且输出如下表示的信号:
s ~ 1 = h 3 * r 1 + h 4 r 2 *
s ~ 2 = h 4 * r 1 - h 3 r 2 *
                                                .....(10)
并且,STTD解码器453以STTD方式解码表示为等式(9)的接收信号,并且输出如下表示的信号:
s ~ 3 = h 1 * r 3 + h 2 r 4 *
s ~ 4 = h 2 * r 3 - h 1 r 4 *
                                                 ....(11)
等式(10)和等式(11)被展开为:
s ~ 1 = ( α 3 2 + α 4 2 ) s 1 + n 1 ′ ′
s ~ 2 = ( α 3 2 + α 4 2 ) s 2 + n 2 ′ ′
s ~ 3 = ( α 1 2 + α 2 2 ) s 3 + n 3 ′ ′
s ~ 4 = ( α 1 2 + α 2 2 ) s 4 + n 4 ′ ′
                                            .....(12)
因为初始发送数据存在于合并器465的缓存器中,所以,在合并器465中的合并信号是:
s ~ 1 = ( α 1 2 + α 2 2 + α 3 2 + α 4 2 ) s 1 + n 1 ′
s ~ 2 = ( α 1 2 + α 2 2 + α 3 2 + α 4 2 ) s 2 + n 2 ′ ′
s ~ 3 = ( α 1 2 + α 2 2 + α 3 2 + α 4 2 ) s 3 + n 3 ′ ′
s ~ 4 = ( α 1 2 + α 2 2 + α 3 2 + α 4 2 ) s 4 + n 4 ′ ′
                                            .....(13)
如在等式(13)中表明的,在本发明的实施例中,选择除用于初始发送(S1,S2)和(S3,S4)的发送天线组以外用于重发(S1,S2)和(S3,S4)的发送天线组(即,信道状态)提高了分集增益的效率。在传统的方法中,分集增益分别是利用a1a2和a3a4从(S1,S2)和(S3,S4)中获得的,但是在本发明中,分集增益是利用a1a2a3a4从(S1,S2)和(S3,S4)两者中获得的。因此,本发明的实施例在分集增益方面提供极好的性能。
下面参考图5比较根据传统方法和本发明实现的分集增益。
图5的曲线示出了通常多天线分集方案和根据本发明的一个实施例的多天线分集方案的分集增益。
如图5所示,在通常DSTTD和本发明的STTD之间比特误差(BE)对每比特信噪比(SNR/比bit)的概率比较展示了本发明的STTD产生了良好的性能。
根据本发明上述的一个实施例,使用多天线分集方案的移动通信系统通过根据信道状态发送数据最佳化分集增益。因此,空间分集资源效率被最佳化,结果是整个的系统性能被改善。
虽然已经借助于在初始发送和重发处调制符号对(S1,S2)和(S3,S4)的天线转换描述了本发明的一个实施例,其它仅仅是一个范例性的应用。很明显,对发送数据对的组合可以进行许多的改进。此外,天线转换方法也可以各种方式实施。例如,在每次重发时或根据重发请求的数量执行天线转换。另外,当使用4个或4个以上的发送天线时,可以有效地实现本发明的实施例。应当理解,通过本发明提供的增益还可以通过在每次重发时给每个发送天线分配不同的发送符号来实现,也就是说,在发送天线阵列(TxAA)方案或者其它发送分集方案以及STTD方案中,在每次重发时将不同的天线加权给予多个符号。
虽然已经参考某些实施例示出和描述了本发明,但本领域技术人员应当理解,在不脱离由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下,可以在形式和细节方面进行各种各样的变化。

Claims (24)

1.一种在具有第一发送天线和第二发送天线的移动通信系统中的数据发送装置,包括:
一个编码器,用于在接收数据符号序列的基础上,以一个预定的编码方法编码该数据符号序列并输出第一和第二代码符号序列;和
一个控制器,用于控制经由第一和第二发送天线发送两个代码符号序列,从而使得如果该数据符号序列是被初始发送,则第一代码符号序列被经由第一发送天线发送,第二代码符号序列被经由第二发送天线发送,和如果该数据符号序列是被重发,则第一代码符号序列被经由第二发送天线发送,第二代码符号序列被经由第一发送天线发送。
2.根据权利要求1的数据发送装置,其中,该编码方法包括空时发送分集编码。
3.一种在具有第一发送天线和第二发送天线的移动通信系统中的数据发送方法,包括下述步骤:
以预定的编码方法编码用于发送的数据符号序列,和输出第一和第二代码符号序列;和
控制经由第一和第二发送天线发送两个代码符号序列,从而使得如果该数据符号序列是被初始发送,则第一代码符号序列被经由第一发送天线发送和第二代码符号序列被经由第二发送天线初始发送,以及如果该数据符号序列是被重发,则第一代码符号序列被经由第二发送天线发送和第二代码符号序列被经由第一发送天线发送。
4.根据权利要求3的数据发送方法,其中该编码方法包括空时发送分集编码。
5.一种在具有第一接收天线和第二接收天线的移动通信系统中的数据接收装置,包括:
第一解码器,用于以预定的解码方法解码经由第一接收天线接收的信号生成第一数据符号序列;
第二解码器,用于以预定的解码方法解码经由第二接收天线接收的信号生成第二数据符号序列;和
控制器,用于控制第一和第二数据符号序列的解调,从而使得如果第一和第二数据符号序列是被初始发送,则解调第一符号序列,和如果第一和第二数据符号序列是被重发,则解调第二符号序列。
6.根据权利要求5的数据接收装置,其中,该解码方法包括空时发送分集解码。
7.一种在具有第一接收天线和第二接收天线的移动通信系统中的数据接收方法,包括如下步骤:
通过以预定的解码方法解码经由第一接收天线接收的信号生成第一数据符号序列;
通过以预定的解码方法解码经由第二接收天线接收的信号生成第二数据符号序列;和
控制第一和第二数据符号序列的解调,以便使得如果第一和第二数据符号序列是被初始发送,则解调第一符号序列,和如果第一和第二数据符号序列是被重发,则解调第二符号序列。
8.根据权利要求7的数据接收方法,其中,该解码方法包括空时发送分集解码。
9.一种在具有第一发送天线组和第二发送天线组的移动通信系统中的数据发送装置,该第一发送天线组具有第一和第二发送天线,该第二发送天线组具有第三和第四发送天线,所述装置包括:
调制器,用于在接收用于发送的数据序列的基础上,通过以预定的调制方法调制该数据序列,生成第一、第二、第三和第四调制符号序列;
第一编码器,用于在预定控制之下接收第一和第二调制符号序列,以预定的编码方法编码第一和第二调制符号序列,和将编码的第一和第二调制符号序列输出给第一发送天线组;
第二编码器,用于在预定控制之下接收第三和第四调制符号序列,以预定的编码方法编码第三和第四调制符号序列,和将编码的第三和第四调制符号序列输出给到第二发送天线组;和
控制器,用于如果该数据序列是被始发送,则控制将第一和第二调制符号序列提供给第一编码器和将第三和第四调制符号序列提供给第二编码器,和如果该数据序列是被重发,则控制将第三和第四调制符号序列提供给第一编码器和将第一和第二调制符号序列提供给第二编码器。
10.根据权利要求9的数据发送装置,其中,该编码方法包括空时发送分集编码。
11.一种在具有第一发送天线组和第二发送天线组的移动通信系统中的数据发送方法,该第一发送天线组具有第一和第二发送天线,该第二发送天线组具有第三和第四发送天线,所述方法包括步骤:
在接收到用于发送的数据序列的基础上,通过以预定的调制方法调制该数据序列以生成第一、第二、第三和第四调制符号序列;
如果该数据序列是被初始发送,则以预定的编码方法编码第一和第二调制符号序列,输出该编码的第一和第二调制符号序列给第一发送天线组,和以该预定的编码方法编码第三和第四调制符号序列,输出该编码的第三和第四调制符号序列给第二发送天线组初始;和
如果该数据序列是被重发,则以预定的编码方法编码第三和第四调制符号序列,输出该编码的第三和第四调制符号序列给第一发送天线组,和以预定的编码方法编码第一和第二调制符号序列,输出该编码的第一和第二调制符号序列给第二发送天线组。
12.根据权利要求11的数据发送方法,其中,该编码方法包括空时发送分集编码。
13.一种在具有第一接收天线组和第二接收天线组的移动通信系统中的数据接收装置,该第一接收天线组具有第一和第二接收天线,该第二接收天线组具有第三和第四接收天线,所述装置包括:
第一解码器,用于通过以预定的解码方法解码经由第一接收天线组接收的信号生成第一和第二数据符号序列;
第二解码器,用于通过以该预定的解码方法解码经由第二接收天线组接收的信号,生成第三和第四数据符号序列;和
控制器,用于控制第一、第二、第三和第四数据符号序列的解调,以使得如果该数据符号序列是被初始发送,那么,在解调第三和第四数据符号序列之前解调第一和第二数据符号序列,和如果该数据符号序列是被重发,则在解调第一和第二数据符号序列之前解调第三和第四数据符号序列。
14.根据权利要求13的数据接收装置,其中,该解码方法包括空时发送分集解码。
15.一种在具有第一接收天线组和第二接收天线组的移动通信系统中的数据接收方法,该第一接收天线组具有第一和第二接收天线,该第二接收天线组具有第三和第四接收天线,该方法包括步骤:
通过以预定的解码方法解码经由第一接收天线组接收的信号生成第一和第二数据符号序列;
通过以该预定的解码方法解码经由第二接收天线组接收的信号生成第三和第四数据符号序列;和
如果该数据符号序列是被初始发送,则首先解调第一和第二数据符号序列,然后解调第三和第四数据符号序列;和
如果该数据符号序列是被重发,则首先解调第三和第四数据符号序列,然后解调第一和第二数据符号序列。
16.根据权利要求15的数据接收方法,其中,该解码方法包括空时发送分集解码。
17.一种在具有多个天线的移动通信系统中的数据发送装置,包括:
多个信号处理器,用于在接收用于发送的数据符号序列的基础上,以预定的信号处理方法处理该数据符号序列,并将经处理的符号序列输出给相应的天线;和
控制器,用于如果该数据符号序列是被初始发送,则控制经由相应的天线发送所述经处理的符号序列,和如果该数据符号序列是被重发,则通过预定的天线转换控制所述经处理符号序列经由相应的天线被发送。
18.根据权利要求17的数据发送装置,其中,该信号处理方法包括空时发送分集处理,或者发送天线阵列处理。
19.一种在具有多个天线的移动通信系统中的数据发送方法,包括步骤:
以预定的信号处理方法处理数据符号序列;和
如果该数据符号序列是被初始发送,则控制该经处理的符号序列经由相应的天线被发送,并且如果该数据符号序列是被重发,则通过预定的天线转换控制所述经处理的符号序列经由相应的天线被发送。
20.根据权利要求19的数据发送方法,其中,该信号处理方法包括空时发送分集处理,或者发送天线阵列处理。
21.一种在具有多个天线的移动通信系统中的数据接收装置,包括:
多个信号处理器,用于在每一天线基础上以预定的信号处理方法接收和处理经由多个天线发送的数据符号序列;和
控制器,用于如果该数据符号序列是被初始发送,则控制该信号处理器利用该信号处理方法以每一天线基础处理所述数据符号序列,和如果该数据符号序列是被重发,则控制所述信号处理器以和在发射装置中执行的天线转换相一致地以每个天线为基础对该符号序列进行处理。
22.根据权利要求21的数据接收装置,其中,该信号处理方法包括空时发送分集处理,或者发送天线阵列处理。
23.一种在具有多个天线的移动通信系统中的数据接收方法,包括步骤:
以每一天线为基础以预定的信号处理方法接收和处理经由多个天线发送的数据符号序列;和
如果该数据符号序列是被初始发送,则以该信号处理方法以每一天线为基础控制对所述数据符号序列的处理,和如果该数据符号序列是被重发,则以和在发送装置中执行的天线转换相一致地以每一天线为基础控制对所述数据符号序列的处理。
24.根据权利要求23的数据接收方法,其中,该信号处理方法包括空时发送分集处理,或者发送天线阵列处理。
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