CN100438392C

CN100438392C - 采用自适应空时编码、调制和差错编码的方法和通信设备

Info

Publication number: CN100438392C
Application number: CNB038122316A
Authority: CN
Inventors: M·贾; J·马; P·朱; D·-S·余; W·董
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd; Apple Inc
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: KR20050003348A; KR100976878B1; EP1495570A1; WO2003085875A1; US7103325B1; EP2824859A1; CN1656726A; AU2003209935A1; AU2003209935A8; WO2003085875A8

Abstract

本发明选择在利用基于与接收机设备相关的分集的空间分集和基于从所述接收机设备回馈的信息的传输信道质量来发送时要使用的空时编码模式。最好可选择的空时编码模式最好是空时发送分集编码以及某个版本的BLAST类型编码。再者，还可以基于传输信道的质量和接收机设备的可用分集来确定调制模式、纠错编码速率或它们的组合。

Description

采用自适应空时编码、调制和差错编码的方法和通信设备

发明领域

本发明涉及无线通信，更具体地说，涉及在采用空时编码的无线通信系统中对编码和调制进行自适应控制。

发明背景

干扰和衰落是目前无线通信系统中实现高数据率的很大障碍。假设信道状况趋于偶尔会显著地衰落，则以保守的方式分配通信资源，致使大量通信资源大多数时间处于未用状态。对抗衰落的措施包括根据信道条件采用发送分集或控制调制和编码技术。

空间分集通常取决于有关发送天线和接收天线的发射机和接收机的数量和布置。采用具有多个发送和接收天线的空间分集的系统通常称为多输入多输出(MIMO)系统。因此，发送设备将具有N个发送天线，而接收设备具有M个接收天线。空时编码控制从N个发送天线中的每一个天线发送什么数据。发射机上的空时编码功能处理待发送的数据，并创建要从N个发送天线发送的唯一性信息。M个接收天线中的每一个天线接收从N个发送天线中的每一个天线发送的信号。接收设备上的空时译码功能合并从N个发送天线发来的信息以恢复数据。

空时编码通常采用两种技术之一来实现。第一种技术以不同的格式对相同数据编码，以从不同的发送天线发送。因此，所述相同数据从N个发送天线中的每一个天线以不同的格式发送。第二种技术从N个发送天线中不同的天线发送不同的数据，第二种技术避免了冗余性。第一种技术(通常称为空时发送分集(STTD))在最大化分集方面是有效的，但由于需要冗余而效率低下。第二种技术通常称为V-BLAST(垂直-贝尔实验室分层空时编码)，它提高了具有充分可用分集的系统的系统吞吐量。一旦达到分集的阈值量，数据率随BLAST系统的发送和接收天线的数量线性增长，而附加的空间分集对STTD系统中的数据率影响很小。因此，STTD和BLAST系统具有独特的优缺点。历史上，尚未在同一系统中采用STTD和BLAST空间编码技术。有关STTD和V-BLAST的更多信息可以参见Siavash M.Alamouti所著的“用于无线通信的简单发送分集”(“ASimple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications”，《IEEE J.Select.Areas Commun.》，vol.16，pp.1451-1458，Oct.1998)；G.J.Foschini所著的“使用多单元天线时用于衰落环境中无线通信的空时体系结构”(“Layered Space-time Architecture for WirelessCommunications in a Fading Environment when Using Multi-elementantennas”，《Bell Labs Tech.J.》，vol.16，pp.41-59，Autumn 1996)；G.D.Golden、G.J.Foschini、R.A.Valenzuela和P.W.Wolniansky所著的“采用V-BLAST空时通信体系结构的检测算法和实验室初步结果”(“Detection Algorithm and Initial Laboratory Results Using V-BLAST Space-time Communication Architecture，”，《ElectronicsLetters》，vol.35，pp.14-16，Jan.1999)；以及P.W.Wolniansky、G.J.、Foschini、G.D.Golden和R.A.Valenzuela所著的“V-BLAST：用于在多散射(rich-scattering)无线信道上实现甚高数据率的体系结构”(“V-BLAST：An Architecture for Realizing Very High Data RatesOver the Rich-scattering Wireless Channel”，《Proc.IEEE ISSSE-98》，Pisa，Italy，Sept.1998，pp.295-300)；这些文献通过引用结合于本文中。

在空时编码之前，对待发送的数据进行编码，以利于纠错并调制或采用任何数量的可用调制技术(如正交相移键控(QPSK)和x-正交幅度调制(QAM))映射到符号。纠错编码类型和调制技术对数据率有很大的影响，它们的适用性由信道条件决定。

因为常规技术中并未将STTD与BLAST空时编码技术相结合，所以许多系统无法充分利用可用的资源，即使在根据信道条件对纠错编码和调制技术进行控制时。随着时间推移，通信环境中的最优空间编码技术可能在STTD和BLAST之间发生更换。此外，对于STTD或BLAST空时编码，纠错编码的最优类型或调制技术也会随时间变化。因此，需要自适应控制空时编码、误码率编码和调制技术，以随信道条件变化优化通信设备之间的通信效率。

发明概述

本发明选择在利用基于与接收机设备相关的分集的空间分集和基于从所述接收机设备回馈的信息的传输信道质量来发送时要使用的空时编码模式。最好可选择的空时编码模式最好是空时发送分集编码以及某个版本的BLAST类型编码。再者，还可以基于传输信道的质量和接收机设备的可用分集来确定调制模式、纠错编码速率或它们的组合。还可以将有关各个不同传输信道的相干性或平衡的信息从接收机设备回馈到发射机，以协助选择调制模式和纠错编码速率。

在操作过程中，发射机持续地监视信道条件质量，并将根据接收设备的分集，动态地选择最适合于当前条件的空时编码模式、调制模式和纠错编码。本发明在上行和下行模式下都适用于各种各样的无线通信环境。因此，基站和移动终端都可以利用本发明的自适应调制和编码技术。

在阅读如下结合附图对本发明实施例所作的详细说明之后，本领域技术人员将理解本发明的范围并认识到本发明的其它方面。

附图简介

本说明书包括附图，附图与本说明书一起用于解释本发明的各方面。

图1以框图形式显示一个蜂窝通信系统；

图2以框图形式显示根据本发明一个实施例的基站；

图3以框图形式显示根据本发明一个实施例的移动终端；

图4是根据本发明一个实施例的发射机结构的逻辑分解图；

图5是根据本发明一个实施例的接收机结构的逻辑分解图；

图6是说明用于具有两个发射机和两个接收机的通信链路的自适应调制和编码矩阵的表格；

图7是说明用于具有两个发射机和四个接收机的通信链路的自适应调制和编码矩阵的表格。

优选实施例的详细说明

以下给出的实施例提供了使本领域技术人员可以实施本发明的必要信息，并说明了实施本发明的最佳方式。通过参考附图阅读如下说明，本领域技术人员将逐渐理解本发明的概念，并将认识到这些概念还有一些这里未具体提出的应用。应该明确的是，这些概念和应用落于本发明公开和所附权利要求书范围内。

在采用空间分集的系统中，本发明根据可用空间分集和用于传输的一个或多个信道的质量自适应地控制用于发送的编码和调制技术。动态地选择编码和调制技术，以最小化误码率和最大化数据率。在一个实施例中，将可用接收天线的数量和信道质量指示用于确定用于发送的空时编码模式和调制技术。通常，差错编码率与发送技术和可用调制技术相关。如以下将更详细讨论的那样，诸如不同信道之间的互相关关系等其它因素也可能影响编码和调制选择。下面首先概述无线通信环境、基站(或类似接入点)和移动终端的体系结构。

参考图1，基站控制器(BSC)10控制多个小区12内的无线通信，其中这些小区由对应的基站(BS)14提供服务。一般来说，每个基站14协助与该对应基站14相关联的小区12内的移动终端16进行通信。移动终端16相对于基站14的移动导致信道条件出现很大波动。如图所示，基站14和移动终端16包括多个天线，以提供用于通信的空间分集。

在深入研究优选实施例的结构和功能细节之前，先提供对本发明的移动终端16和基站14的高层概述。参考图2，其中显示了根据本发明一个实施例配置的基站14。基站14一般包括控制系统20、基带处理器22、发送电路24、接收电路26、多个天线28和网络接口30。接收电路26通过天线28从移动终端16提供的一个或多个远程发射机接收承载信息的射频信号(如图3所示)。可优选的是，由低噪声放大器和滤波器(未显示)协作，以放大并去除信号的宽带干扰以便处理。然后，下变频和数字化电路(未显示)将滤波后的接收信号下变频成中频或基带频率信号，然后再数字化成一个或多个数字流。

基带处理器22处理经数字化处理的接收信号，并提取该接收信号中传送的信息或数据比特。此处理过程通常包括解调、译码和纠错。因此，基带处理器22通常在一个或多个数字信号处理器(DSP)中实现。接收到的信息随后通过网络接口30在无线网络上发送，或者传送给基站14服务的另一个移动终端16。网络接口30通常会与基站控制器10和作为无线网络组成部分的电路交换网进行交互，所述电路交换网可以连接到公众交换电话网(PSTN)。

在发送侧，基带处理器22在控制系统20的控制下从网络接口30接收数字化的数据(可表示语音、数据或控制信息)，并对该数据编码以便发送。编码后的数据输出到发送电路24，在该电路中通过由具有期望发射频率的载波信号进行调制。功率放大器(未显示)将调制后的载波信号放大到适合于发射的电平，并将调制过的载波信号通过匹配网络(未显示)传递到天线28。多个天线28以及复设的发送和接收电路24、26提供空间分集。下文将对调制和处理的细节作更详细的说明。

参考图3，其中显示了根据本发明一个实施例配置的移动终端16。与基站14相似，移动终端16包括控制系统32、基带处理器34、发送电路36、接收电路38、多个天线40和用户接口电路42。接收电路38通过天线40从一个或多个基站14接收承载信息的射频信号。可优选的是，由低噪声放大器和滤波器(未显示)协作，以放大并去除信号的宽带干扰以便处理。然后，下变频和数字化电路(未显示)将滤波后的接收信号下变频成中频或基带频率信号，然后再数字化成一个或多个数字流。

基带处理器34对数字化后的接收信号进行处理，以提取该接收信号中传送的信息或数据比特。此处理通常包括解调、译码和纠错等操作，下文将对此作更为详细的讨论。基带处理器34一般在一个或多个数字信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)中实现。

为了传输，基带处理器34从控制系统32接收数字化后的数据(其可表示语音、数据或控制信息)，以对该数据编码以便传输。编码数据输出到发送电路36，以便由调制器用于调制在一个或多个期望发送频率上的载波信号。功率放大器(未显示)将调制的载波信号放大到适合于发射的电平，并将调制的载波信号通过匹配网络(未显示)传递到天线40。多个天线40以及复设的发送和接收电路36、38提供空间分集。下文将对调制和处理细节作更详细的说明。

参考图4，它提供了一个实施例的逻辑传输体系结构。该传输体系结构描述成基站14的传输体系结构，但本领域技术人员应该认识到所示体系结构也适用性于上行和下行通信。此外，该传输体系结构用于表示多种多址体系结构，包括但不限于码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)以及正交频分多址(OFDM)。

基站控制器10首先将以移动终端16为目的地的数据44发送到基站14以进行调度。利用数据扰码逻辑46以降低与调度数据(即比特流)相关的峰值平均功率的方式对调度数据进行扰码处理。利用CRC逻辑48确定加扰数据的循环冗余校验码(CRC)，并将其附加到加扰数据中。接下来，利用信道编码器逻辑50执行信道编码，以有效地对数据增加冗余，以便于移动终端16上的恢复和纠错。在一个实施例中，信道编码器逻辑50采用Turbo编码技术。编码数据随后由速率匹配逻辑52加以处理，以补偿与编码相关的数据扩展。

比特交织器逻辑54系统地将编码数据中的比特重新排序，以使连续数据比特的损失最小。所得的数据比特由映射逻辑56根据所选的基带调制系统地映射到对应的符号。最好是采用正交幅度调制(QAM)或正交相移键控(QPSK)调制。可以由符号交织器逻辑58系统地将符号重新排序，以进一步地增强传输信号抗频率选择性衰落所致的周期性数据损失的能力。

此时，已将比特组映射到表示振幅和相位星座中的位置的符号。然后，符号块由空时块码(STC)编码器逻辑60进行处理，STC编码器逻辑60以使传输信号更能抗干扰并且容易在移动终端16上译码的方式对这些符号进行修改。STC编码器逻辑60根据选择的STC编码模式处理输入符号，并提供对应于基站14的发送天线28的数量的n个输出。稍后会就STC编码作进一步的详细说明。此时，假定这n个输出的符号表示待发送并可以被移动终端16恢复的数据。参见A.F.Naguib，N.Seshadri和A.R.Calderbank所著的“空时码和干扰抑制在大容量和高数据率无线系统中的应用”(“Applications ofspace-time codes and interference suppression for high capacity and highdata rate wireless systems”，Thirty-Second Asilomar Conference onSignals，Systems&Computers》，Vol.2，pp.1803-1810，1998)，此文献通过引用全部结合于本文中。

对于本实例，假定基站14具有两个天线28(n＝2)，并且STC编码器逻辑60提供两个输出符号流。相应地，STC编码器逻辑60输出的每个符号流发送到对应的多址调制功能62，为便于理解，这些功能分开显示。本领域技术人员应承认，可以采用一个或多个处理器独立或结合本文所述的其它处理操作来提供模拟或数字信号处理。例如，CDMA功能中的多址调制功能62会提供必需的PN码乘法，其中OFDM功能将采用IDFT或类似处理来处理各个符号，以执行逆傅立叶变换。有关OFDM的其它详细信息，可参见2002年3月22日提交的共同转让的、标题为“OFDM的软切换(SOFTHANDOFF FOR OFDM)”；有关CDMA和其它多址技术的信息，可参见Behzad Razavi于1998年所著的“RF微电子(RFMicroelectronics)”，这些文献通过引用全部结合于本文中。

所到的符号组成帧，它们由同样的插入逻辑64用前缀和导频信头关联起来(在OFDM型系统中)。每个所得信号在频域通过对应的数字上变频(DUC)上变频成中频，并由对应的数模(D/A)转换电路66转换成模拟信号。所得模拟信号随后通过RF电路68和天线28同时调制在期望的RF频率上，并加以放大和发送。注意，在发送数据之前有导频信号，此导频信号是目的移动终端16已知的。移动终端16(下面将对此作详细讨论)可以利用导频信号进行信道估计和干扰抑制，以及利用信头识别基站14。

在传输过程中，控制系统20和/或基带处理器22将提供自适应调制和编码，并根据从基站14反馈的自适应调制和编码指示(AMCI)70选择期望的STC编码技术。因此，从基站14传来的AMCI 70经接收电路26恢复，而后由基带处理器22和/或控制系统20处理，以生成一个或多个自适应和编码(AMC(TX))信号72，以用于选择差错编码率、调制技术和STC模式。在一个实施例中，从基站14反馈来的AMCI 70包含信道质量指示(CQI)，或许还含有有关各不同信道的均衡或相关的互相关指示。如果基站14不知道移动终端16所用接收天线40的数量，这种信息也在AMCI 70中提供。

根据CQI、移动终端16上接收天线40的数量和AMC(TX)72、控制系统20将为STC编码器60确定STC模式和差错编码和调制集。在优选实施例中，STC编码可以是空时发送分集(STTD)或V-BLAST型编码。STTD编码方法将数据编码成多个格式，从对应天线28使用空间分集同时发送多种格式。V-BLAST编码方法将数据分成不同的组，并分别编码，从天线28中不同的一个天线发送。

通常，差错编码和调制技术是相互关联的，需要整个数据路径上各功能的协作。在所示实施例中，AMC(TX)信号72控制CRC添加功能48，设置供信道编码器50使用的码率，并且将所选码率通知给码率匹配功能52和比特交织功能54。AMC(TX)信号72还将根据所选调制技术利用QPSK/QAM映射功能56提供的调制控制数据到符号的映射。再者，AMC(TX)信号72还可以将所选调制技术通知给符号交织功能58。STC编码的选择及其与调制和差错编码技术之间的关系将在描述移动终端体系结构之后予以讨论。

现在参考图5，其中说明移动终端16接收发送的信号。当发送的信号到达移动终端16的每个天线40时，由对应的RF电路74将各信号解调并放大。为了简洁起见，只详细显示和描述了接收机中多条接收路径之一。模数(A/D)转换器和下变频电路(DCC)76将模拟信号数字化和下变频，以便进行数字处理。所得数字化信号可以由自动增益控制电路(AGC)78用于根据接收到的信号电平控制RF电路70中放大器的增益。

数字化的信号还馈送到同步电路80和多址解调功能82，它们将在每条接收路径上恢复从对应天线40接收的输入信号。同步电路80有助于输入信号与多址解调功能82同步或相关，以便恢复输入信号，然后将其提供给信令处理功能84和信道估计功能86。信号处理功能84处理基本信令和头信息，以便提供足够由CQI功能90生成信道质量测量值的信息(88)。CQI功能最好涉及链路的总信噪比，即将每条接收路径的信道条件和/或信噪比纳入考虑。

因此，对于每条接收路径，CQI功能90收集来自信令处理功能84的信息(88)并进行处理，然后向基带处理器34提供CQI信息92，以便转发给基站14。CQI信息是或构成AMCI 70的组成部分，该信息由基站14用于确定AMC(TX)72，AMC(TX)72控制STC编码选择以及编码和调制集。CQI信息92可以由CQI功能90进行充分处理，或者可以原始数据的形式发送以在基站14进行处理。关键是向基站14提供表示信道质量或足够确定信道质量的CQI信息92。

对应每条接收路径的信道估计功能86提供对应于信道条件的信道响应以供STC译码器100使用，并向信道特征值指示(CEI)功能96提供信道矩阵94，该功能可以生成CEI值98。信道矩阵94(稍后本文会对此作更详细的讨论)是包含每对发送和接收天线之间信道响应的矩阵。同CQI信息92一样，CEI值98(或类似的信道相干信息)可以在移动终端16上计算，也可以在基站14上计算。因此，将CEI值98或足以创建CEI值的信息发送到基带处理器34，以通过移动终端16的发送电路36转发到基站14。

来自输入信号的符号以及每条接收路径的信道估计值被提供给STC译码器100，该STC译码器100在接收路径上提供STC译码以恢复传来的符号。信道估计值提供足够的信道响应信息，以允许STC译码器100根据基站14所用的STC编码方法将符号译码。

使用符号去交织器逻辑102将恢复的符号按顺序排回原位，所述符号去交织器逻辑102与基站14的符号交织器逻辑58相对应。随后利用去映射逻辑104将去交织的符号解调或去映射为对应的比特流。之后，利用比特去交织逻辑106将这些比特去交织，所述比特去交织器逻辑106与发射机结构的比特交织器逻辑54相对应。然后由码率去匹配逻辑108对去交织后的比特进行处理，并提供给信道译码器逻辑110以恢复最初的加扰数据和CRC校验和。相应地，CRC逻辑112去除CRC校验和，以常规方法检查加扰数据，并将其提供给解扰逻辑114，以利用已知的基站解扰码进行解扰，恢复原始发送的数据116。

为了使移动终端16(接收机)和基站14(发射机)之间的STC模式、差错编码和调制技术同步，基站14将向移动终端16提供相应的控制信令。移动终端16响应该信息，提供一个或多个自适应调制和编码(AMC(RX))信号120，以控制译码和解调。因此，AMC(RX)信号120用于为STC编码器60选择STC模式以及适当的差错译码和解调集。

CQI值可以根据恢复的数据确定。可以沿数据恢复路径(功能块102至116)的任何位置上设置额外的CQI功能118或备选的CQI功能118，以监视信噪比、误码率等，以导出有关单独的或总的信道质量的信息。有关确定CQI值的一种示范方法的其它信息，可参见2001年10月17日提交的共同转让的、标题为“用于自适应调制和编码的信道质量测量的方法和装置(METHOD AND APPARATUSFOR CHANNEL QUALITY MEASUREMENT FOR ADAPTIVEMODULATION AND CODING)”的申请No.60/329511。

在优选实施例中，AMC(RX)信号120还控制CRC功能112，设置由信道译码器110使用的译码率，以及将所选码率通知给速率去匹配功能108和比特去交织功能106。AMC(RX)信号120还将根据所选调制技术控制符号至数据的去映射。再者，AMC(RX)信号120还会将所选调制技术通知给符号去交织功能102。

下面描述本发明的整体功能，并涉及作为发射机用于发送的基本设备和作为接收机用于接收的设备。在任何给定时间，基站14和移动终端16都可能是发射机或接收机，或者是收发机器，具体取决于基本通信方向。根据接收天线的数量、CQI值92以及可能的CEI值98，发射机动态地选择STC模式及编码和调制集。最好是持续地测量至少CQI值92以及(需要时的)CEI参数98，并将其从接收机发送到发射机，以允许发射机调整参数来跟踪与给定接收机相关联的信道条件。注意，接收机所用接收天线数量可由发射机存储，或者可以与CQI值92一起重复提供。

例如，可以采用如下逻辑。如果在接收机侧只有一个天线，则根据CQI值92选择STTD型STC编码方式以及选择编码和调制方式。如果有个两个接收天线，则根据CQI92和CEI值98选择STC编码方式。图6的表中显示有两个可用接收天线时的示范配置集。CQI值92归一化为从1到10，其中信道质量随CQI值92增加而提高。对于5或以下的CQI值92，STC编码模式设为STTD，并选择4-QAM。对于5或以下的CQI值92，可变的是差错编码方式，在本例中是Turbo编码。随着CQI值92从1递增到5，Turbo编码速率按如下方式递增：1/5、1/3、1/2、2/3和4/5。再者，CEI值98不影响决策。

对于从6至10的CQI值92，将CEI值98分类为具有高相关指数或低相关指数。相关性越高，各个传输信道之间越均衡，分集提供的好处越少。因此，低值会触发选择STTD型STC编码方式，而高值会触发V-BLAST型STC编码方式。如表所示，编码率和调制技术趋于随信道质量增加，其中调制技术由CEI值98决定。一般，数据率随CQI 92递增，而且在所有其它参数相等的情况下，BLAST型STC编码方式提供比STTD型STC编码方式高得多的数据率，其原因在于后者存在相关的冗余。

在优选实施例中，具有两个以上接收天线的接收机的决策不由CEI值98决定，原因在于与具有附加接收天线相关的有效分集。因此，已证明接收天线数和CQI值92足以用于选择STC编码方式以及编码和调制集。图7所示表中显示了具有四个接收天线的接收机的示范配置集。

对于5或以下的CQI值92，STC编码模式设为STTD，并选择4-QAM。对于5或以下的CQI值92，可变的是差错编码方式，在本例中是Turbo编码。随着CQI值92从1递增到5，Turbo编码速率按如下方式递增：1/5、1/3、1/2、2/3和4/5。如表所示，编码率和调制技术趋于随信道质量增加。

在本发明的一个实施例中，考虑一个包括N_t个发送天线和N_r个接收天线的无线系统，并且令H是N_r×N_t的传播信道复矩阵，用于确定CEI 98。如果信道矩阵H在接收机上是已知的，则由如下等式给出BLAST系统的香农容量：

C = \log_{2} \det (I_{N_{r}} + \frac{ρ}{N_{t}} {HH}^{*}) bps / Hz - - - (1)

其中ρ是每个接收天线的信噪比(SNR)。参见G.J.Foschini和M.J.Gans所著“使用多天线时衰落环境中无线通信的限制”(“On Limitsof Wireless Communications in a Fading Environment when UsingMultiple Antennas”《Wireless Personal Communications》，Vol.6，pp.311-335，Mar.1998)，此文献通过引用结合于本文中。

如果N_r＝N_t＝N，则根据大数法则，随着N的递增，HH^*/N＝I_N。相应地，大N值的容量逼近于：

C＝Nlog₂(1+ρ)bps/Hz (2)

从等式(2)可以看出，对于高信噪比(SNR)以及N_r＝N_t＝N，SNR每提高3dB，容量比(scaling of capacity)可能超过N bps/Hz(比特/(赫兹×秒))。BLAST的吞吐量与检测算法相关。MMSE(最小均方误差)和ZF(迫零)算法广泛应用于多用户检测，对这两种方法而言，分集阶数(diversity order)限于N_r-N_t+1。进一步可参考

J.H.Winters，J.Salz和R.D.Gitlin所著的“天线分集对无线通信系统容量的影响”(“The Impact of Antenna Diversity on the Capacityof Wireless Communication Systems”，《IEEE Trans.onCommunications》，vol.42，pp.1740-1751，Feb./Mar./Apr.1994)；G.D.Golden、G.J.Foschini、R.A.Valenzuela和P.W.Wolniansky所著的“采用V-BLAST空时通信体系结构的检测算法和实验室初步结果”(“Detection Algorithm and Initial Laboratory Results Using V-BLASTSpace-time Communication Architecture，”，《Electronics Letters》，vol.35，pp.14-16，Jan.1999)；以及P.W.Wolniansky、G.J.、Foschini、G.D.Golden和R.A.Valenzuela所著的“V-BLAST：用于在多散射(rich-scattering)无线信道上实现甚高数据率的体系结构”(“V-BLAST：An Architecture for Realizing Very High Data Rates Over theRich-scattering Wireless Channel”，《Proc.IEEE ISSSE-98》，Pisa，Italy，Sept.1998，pp.295-300)；这些文献通过引用结合于本文中。以上两种算法要有效，必须满足如下条件：

N_t≤N_r (3)

BLAST检测的最优算法是最大似然译码(MLD)。MLD获得等于接收天线数量，但与发送天线数量无关的分集阶数。因此，与其它技术比较，MLD具有显著的信噪比优势，且SNR增益随发送天线的数量而增加。最大似然译码的一个缺点是，其复杂度随发送天线数量呈指数级的增加。但是，可以以性能下降为代价，进行某些简化来降低复杂度。进一步的信息可参见Richard van Nee、AllertvanZelst和Geert Awater所著的“空分多路复用系统中的最大似然译码”(“Maximum Likelihood Decoding in a Space Division MultiplexingSystem”，《IEEE VTC 2000》，Tokyo，Japan，May 2000)以及AndrejStefanov和Tolga M.Duman所著的“用于具有针对块衰落信道的发送和接收天线分集的系统的Turbo编码调制：系统模型、译码方法和实际考虑”(“Turbo-coded Modulation for Systems with Transmit andReceive Antenna Diversity over Block Fading Channels：System Model，Decoding Approaches，and PracticalConsiderations”，《IEEE J.Select.Areas Commun.》，vol.19，pp.958-968，May 2001)，这些文献通过引用结合于本文中。

在以下讨论中，假定对BLAST采用MLD。对于两个发送天线的情况(N_t＝2)，假定发射功率相同，则与STTD相比，BLAST模式下会有3dB的SNR损失。此外，如果采用最大似然检测算法，则BLAST模式的分集损失约为N_t倍。同时，因为BLAST始终发送N_t个独立的数据流，所以符号吞吐量较之STTD高一倍。但是，要使BLAST在同样的比特误码率(BER)要求下有效，必须降低QAM的调制阶数，以便补偿SNR和分集损失。这有效地降低了BLAST吞吐量。随着发送天线数量的增加，STTD的分集增益逐渐减小，但是BLAST的吞吐量增益与N_t保持线性关系。

通过观察等式(1)，信道容量可通过如下两个系数来确定：ρ(SNR)和HH^*(信道矩阵)。假定

为HH^*的N_r特征值，则在给定相同ρ的情况下，该容量随

的增长而增加。注意，λ_i携带信道衰减信息，对于各并行本征模式(each individual eigen mode)，它通常是SNR，且反映在CQI 92的测量值中，对STTD和BLAST二者均会产生影响。但是，对于给定的CQI 92，散射信道的条件由λ_i的分布确定。

下面概括确定CEI 98的一种示范方法。例如，以[2T 2R]的情况为例，解释何种信道矩阵可为BLAST系统提供最大容量。如果信道矩阵H为

[\begin{matrix} h_{11} & h_{21} \\ h_{12} & h_{22} \end{matrix}],

则

H H^{*} = [\begin{matrix} {| h_{11} |}^{2} + {| h_{21} |}^{2} & h_{11} * h_{12} + h_{21} * h_{22} \\ h_{11} * h_{12} + h_{21} * h_{22} & {| h_{12} |}^{2} + {| h_{22} |}^{2} \end{matrix}] . - - - (4)

假定接收到的信号强度为常量，即|h₁₁|²+|h₂₁|²+|h₁₂|²+|h₂₂|²＝c，则为了得到最大det(HH^*)，应该遵循如下关系：

|h₁₁|²+|h₂₁|²＝|h₁₂|²+|h₂₂|²

[\begin{matrix} h_{11} & h_{21} \end{matrix}] [\begin{matrix} h_{12} & * \\ h_{22} & * \end{matrix}] = 0 - - - (5)

第一个等式表示两个接收天线具有相等的信号强度，第二个等式表示每个接收天线的信道向量彼此正交。对于两个发送天线和两个接收天线(2T，2R)的情况，cond(HH^*)是λ_i的分布指示器。在实际应用中，直接计算cond(HH^*)是不可行的。为了降低计算的复杂度，可以代之以采用如下等式：

η = \frac{\underset{i, j}{Σ} {| {\tilde{h}}_{ij} |}^{2}}{N_{t}^{2} \det ({HH}^{*})},

其中

是HH^*的第i行第j列元素。当计算η的平均效应时，可以将它的值削减到预设水平。这是因为η是一个可以覆盖非常大范围的比值，因此，由一些大η值支配的η的平均值并未反映其真实效应。注意效应η是非线性的。当η达到某个阈值时，η进一步增大不会对输出有多大影响。在一个实施例中，η是CEI的测量值，并且可用作选择STC编码(STTD/BLAST)的一个准则。注意，CQI和CEI是两个不同的测量值。对于STTD和BLAST两种模式，CQI均可用于确定编码和调制的选择。CEI最好是不影响STTD模式，并且只指示BLAST相对于STTD的性能。

本领域技术人员会认识到针对本发明优选实施例的各种改进和修改。所有这些改进和修改均视为落于本文所公开的概念以及所附权利要求书的范围内。

Claims

1.一种方法，包括如下步骤：

从接收机接收信道质量指示，所述信道质量指示与用于向所述接收机传输的信道的质量有关；

利用反映接收天线具有相等的信号强度以及所述接收天线的信道向量彼此正交的传播信道复矩阵来确定信道特征值指示；

根据所述信道质量指示和所述信道特征值指示从多个空时编码模式中选择空时编码模式用于将数据传输到所述接收机；以及

利用所选的空时编码模式通过多个发送天线向所述接收机发送所述数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：根据所述接收机的接收天线的数量和所述信道质量指示，选择调制模式。

3.如权利要求2的方法，其特征在于还包括：根据所述接收机的所述接收天线的数量和所述信道质量指示，选择差错编码模式。

4.如权利要求3的方法，其特征在于：与传输相关的数据率随所述信道质量指示的提高而提高。

5.如权利要求1的方法，其特征在于还包括：根据所述接收机的所述接收天线的数量和所述信道质量指示，选择差错编码模式。

6.如权利要求1的方法，其特征在于还包括：根据所述信道特征值指示选择调制模式。

7.如权利要求6的方法，其特征在于还包括：根据所述信道特征值指示选择差错编码模式。

8.如权利要求2的方法，其特征在于还包括：当所述接收机的所述接收天线的数量是两个时，根据所述信道特征值指示选择调制模式。

9.如权利要求1的方法，其特征在于：从第一模式和第二模式中选择所述空时编码模式，其中，在所述第一模式下从所述多个发送天线以不同格式发送所述数据，在所述第二模式下从所述多个天线的不同天线发送所述数据的不同部分。

10.如权利要求9的方法，其特征在于：所述第一模式包括空时发送分集编码，而所述第二模式包括BLAST编码。

11.如权利要求10的方法，其特征在于：所述BLAST编码是V-BLAST编码。

12.如权利要求2的方法，其特征在于还包括：从所述接收机接收有关所述接收机的所述接收天线的数量的信息。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于：传播信道复矩阵H给出为

[\begin{matrix} h_{11} & h_{21} \\ h_{12} & h_{22} \end{matrix}]

并且所述矩阵H满足等式：

|h₁₁|²+|h₂₁|²＝|h₁₂|²+|h₂₂|²

和

[\begin{matrix} h_{11} & h_{21} \end{matrix}] [\begin{matrix} {h_{12}}^{*} \\ {h_{22}}^{*} \end{matrix}] = 0 .

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于：给出传播信道复矩阵H并通过确定

η = \frac{\underset{i, j}{Σ} {| {\tilde{h}}_{ij} |}^{2}}{N_{t}^{2} \det ({HH}^{*})}

来计算所述信道特征值指示，其中

是HH^*的第i行第j列元素，N_t是发送天线的数量，η是信道特征值指示的测量值。

15.一种无线通信设备，包括：

用于从远程设备接收信息的接收电路；

发送电路，其与多个天线相关联，并且适于提供空间分集，以便向所述远程设备发送；以及

处理电路，其与所述接收电路和发送电路相关联且适于：

从所述远程设备接收信道质量指示，所述信道质量指示有关用于向所述远程设备传输的信道的质量；

根据所述信道质量指示和所述信道特征值指示从多个空时编码模式中选择空时编码模式用于将数据传输到所述远程设备；以及

利用所选的空时编码模式通过多个发送天线向所述远程设备发送数据。

16.如权利要求15所述的无线通信设备，其特征在于：所述处理电路还适于根据所述远程设备的接收天线的数量和所述信道质量指示选择调制模式。

17.如权利要求16所述的无线通信设备，其特征在于：所述处理电路还适于根据所述远程设备的接收天线的数量和所述信道质量指示选择差错编码模式。

18.如权利要求17所述的无线通信设备，其特征在于：与发送相关联的数据率随所述信道质量指示的提高而提高。

19.如权利要求15所述的无线通信设备，其特征在于：所述处理电路还适于根据所述远程设备的接收天线的数量和所述信道质量指示选择差错编码模式。

20.如权利要求15所述的无线通信设备，其特征在于：所述处理电路还适于根据所述信道特征值指示选择调制模式。

21.如权利要求20所述的无线通信设备，其特征在于：所述处理电路还适于根据所述信道特征值指示选择差错编码模式。

22.如权利要求16所述的无线通信设备，其特征在于：所述处理电路还适于在所述远程设备的接收天线的数量是两个时，根据所述信道特征值指示选择调制模式。

23.如权利要求15所述的无线通信设备，其特征在于：从第一模式和第二模式中选择所述空时编码模式，其中，在所述第一模式下从所述多个天线以不同格式发送所述数据，在所述第二模式下从所述多个天线的不同天线发送所述数据的不同部分。

24.如权利要求23所述的无线通信设备，其特征在于：所述第一模式包括空时发送分集编码，而所述第二模式包括BLAST编码。

25.如权利要求24所述的无线通信设备，其特征在于：所述BLAST编码是V-BLAST编码。

26.如权利要求16所述的无线通信设备，其特征在于：所述处理电路还适于从所述远程设备接收有关所述远程设备的接收天线的数量的信息。

27.一种无线通信设备，包括：

用于从接收机接收信道质量指示的装置，所述信道质量指示有关用于向所述接收机传输的信道的质量；

用于利用反映接收天线具有相等的信号强度以及所述接收天线的信道向量彼此正交的传播信道复矩阵来确定信道特征值指示的装置；

用于根据所述信道质量指示和所述信道特征值指示从多个空时编码模式中选择空时编码模式以用于将数据传输到所述接收机的装置；以及

用于利用所选空时编码模式通过多个发送天线向所述接收机发送所述数据的装置。

28.如权利要求27所述的无线通信设备，其特征在于还包括：用于根据所述接收机的所述接收天线的数量和所述信道质量指示选择调制模式的装置。

29.如权利要求28所述的无线通信设备，其特征在于还包括：用于根据所述接收机的所述接收天线的数量和所述信道质量指示选择差错编码模式的装置。

30.如权利要求27所述的无线通信设备，其特征在于还包括：用于根据所述接收机的所述接收天线的数量和所述信道质量指示选择差错编码模式的装置。

31.如权利要求27所述的无线通信设备，其特征在于还包括：用于根据所述信道特征值指示选择调制模式的装置以及用于根据所述信道特征值指示选择差错编码模式的装置。