CN100574170C - 实现多模网络共存的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现多模网络共存的系统。该系统主要包括多模发射机，用于将各个网络模式中的经过信道编码、符号映射及调制处理后的信号通过一组发射天线同时或分时进行发送；以及多模接收机，用于接收多模发射机发送的信号，进行水平分层空间复用解码处理，以及解调、符号解映射和信道解码处理获得各网络模式下的接收信号；而且，所述的发射机和接收机还包括空时/空频/空时频编解码单元。本发明所述基站可同时同频或分时同频以多模式接入所述用户站，用户站亦可同时同频或分时同频以多模式接入所述基站，异种网络可以共存，用户站可以软切换的方式在异种网络间移动切换。因此，本发明中可以在不牺牲带宽的情况下获得较高的编码增益，提高了抗干扰和抗噪声的能力。

Description

实现多模网络共存的系统及方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种实现多模网络共存的系统及方法。

背景技术

在无线通信系统中，采用多个发射天线能把无线信道分割成多个并行的窄带信道，可以有效提高信道比特传输率，且研究结果显示，信道容量随天线数量增加而线性增大。与接收分集和智能天线相比，MIMO(多输入多输出)系统不但能够提供分集增益和阵列增益，而且可以采用SDM(空间复用)的方式提高系统容量。

由于发射机还是接收机的天线数有限，因此增加分集增益和提高发射速率是一对矛盾。STC(空时码)和SFC(空频码)能较好地解决这一矛盾。

所述的空时码利用了多天线系统所能提供的空间分集，其性能取决于系统的天线数和信号在空间和时间上的编码，所述的空时码主要包括STTC(空时分组码)和STBC(空时网格码)。空时码的设计假设了非多径信道条件，属于窄带码，最大可获得的分集增益等于发射天线数和接收天线数的乘积。由于空时码只利用了空间分集，而未能利用多径提供的信道频率分集，因此，在宽带多径信道条件下，空时码的性能并不是最佳的。

所述的空频码是在多径环境下，基于OFDM(正交频分复用)的多天线系统的编码问题提出的编码方案，主要包括SFTC(空频网格码)和SFBC(空频分组码)。空频码潜在能实现的分集增益是发射天线数、接收天线数和信道冲击响应长度(信道多径数)的乘积。

从衰落信道的相干时间和相干带宽来看，空时码要求在跨越几个OFDM字符的一个码块周期内信道衰落时间响应保持近似不变，即相干时间越大越好；而空频码要求跨越几个子载波的一个码块的信道衰落频率响应保持近似不变，即相干带宽越大越好。

从约束条件上看，空时码在平坦衰落信道中具有较好性能，而空频码在快衰落信道中具有较好性能。

然而，实际上发射机是无法预知信道状态信息的，为此可以整合空时码和空频码的优势，又提出STFC(空时频码)方案，在空间域、时间域和频率域上联合考虑，从而实现了多天线衰落信道下的最大分集增益。

所述的空时频码主要包括：STFTC(空时频网格码)和STFBC(空时频分组码)。

目前，802.16标准的宽带固定无线接入版本(简称“16d”)中有三种实现模式，具体为：SC(单载波)调制模式、256FFT OFDM调制模式和2048 FFT OFDMA调制模式。802.16标准的宽带移动无线接入版本(简称“16e”)中有两种实现模式，具体为：128/512/1024FFT SOFDMA调制模式和2048 FFT OFDMA调制模式。802.11标准采用的则是64FFT OFDM调制技术。DAB、DVB和Hiperlan/II标准也采用OFDM调制技术。3G标准采用的则是扩频调制技术。

若一个多模网络系统需要同时支持16d和16e的各种模式的用户站的接入，或一个异模网络系统要同时支持802.16和802.11等OFDM终端的接入，或几个异模网络系统要共存，则不同模式的网络系统很可能采用相同频段工作，在这种情况下，将出现如图1至图8的8种情况的相互干扰。其中，模i TX表示模式i的发送模块，模i RX表示模式i的接收模块；BS为基站，SS为用户站，因此，在现有技术中，不同模式的网络系统共存时为避免相互干扰必须采用不同工作频段。

由上述描述不难看出，在现有技术对频谱需求较宽。而频谱恰恰是运营商稀缺的资源；另外，有几种模式的用户站就需要有几个频段，假设各种模式的频宽要求相同，若某一种模式的用户站数量多，而其它的用户站数量很少，由于用户站数量少的模式相应的频段并无法调整给用户站数量多的模式用，频谱资源浪费较大。

另外，由于各种模式网络要分别占用不同的频段，用户站无法以软切换的方式在异种网络间移动切换。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种实现多模网络共存的系统及方法，从而能够以较少的频率资源实现通信可靠的多模网络的无线通信系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种实现多模网络共存的多模发射机，包括：

一组信号发送处理单元：每种网络模式对应相应的信号发送处理单元，分别用于对发送的信号进行信道编码、符号映射及调制处理；

一组发射天线：每种网络模式对应相应的发射天线，分别用于将各模式下的信号发送处理单元处理后的信号进行发送处理。

所述的发射机还包括：

空时/空频/空时频编码单元：用于对各个网络模式的发送信号进行空时/空频/空时频编码处理。

所述的信号发送处理单元包括信道编码模块、符号映射模块和调制器，且所述的空时/空频/空时频编码单元用于对经信道编码模块、符号映射模块或调制器处理前或处理后的信号进行编码处理。

所述的发射机还包括：

置换矩阵单元：与所述的一组发射天线连接，用于对发送信号进行同时或分时发送处理，并根据处理结果将发送信号发送给各个发射天线。

本发明还提供了一种实现多模网络共存的多模接收机，包括：

一组接收天线：用于接收各个模式的信号，并交给信号接收处理单元或空间复用解码单元；

一组信号接收处理单元：分别用于对各个模式下的接收信号进行处理；

水平分层空间复用解码单元：用于对接收信号进行水平空间解复用和干扰抑制或抵消处理。

本发明中，当发射机包括空时/空频/空时频编码单元时，则该接收机还包括：

空时/空频/空时频解码单元：用于对各个模式的接收信号进行空时/空频/空时频解码处理。

所述的信号接收处理单元包括信道解码模块、符号解映射模块和解调器，且所述的空时/空频/空时频解码单元与发射机侧对应的用于对信道解码模块、符号解映射模块或解调器处理前或处理后的信号进行解码处理。

所述的接收机还包括：

空间波束成形或选择单元：与所述的一组接收天线连接，用于对接收信号进行同时或分时接收处理。

本发明还提供了一种实现多模网络共存的系统，包括：

多模发射机：将各个网络模式中的经过信道编码、符号映射及调制处理后的信号通过一组发射天线同时或分时进行发送；

多模接收机：接收多模发射机发送的信号，进行水平分层空间复用解码处理，以及解调、符号解映射和信道解码处理获得各网络模式下的接收信号。

本发明中：

所述的发射机还包括空时/空频/空时频编码单元：用于对发送信号进行空时/空频/空时频编码处理；

而且，与所述的发射机侧对应，所述的接收机还包括空时/空频/空时频解码单元：用于对接收信号进行空时/空频/空时频解码处理。

所述系统中还包括：

单模发射机：将某一网络模式下的信号进行信道编码、符号映射及调制处理，并通过发射天线发送；

单模接收机：接收发射机发送来的信号，进行解调、符号解映射和信道解码处理获得一种网络模式下的接收信号。

所述系统中需要共址设置的各个模式的基站采用多模发射机和多模接收机实现。

所述系统中需要同时同频接入同一用户站或基站时，则所述同时同频接入的同一用户站或基站中需要采用多模接收机实现。

本发明所述的系统包括基站和用户站，并且，

所述的基站和用户站采用多模发射机和多模接收机；

或者，

所述基站采用多模发射机和多模接收机，所述用户站采用多模接收机和单模发射机；

或者，

所述基站采用多模发射机和多模接收机，所述用户站采用单模接收机和单模发射机；

或者，

所述基站采用单模发射机和多模接收机，所述用户站采用多模接收机和单模发射机；

或者，

所述基站采用单模发射机和多模接收机，所述用户站采用单模接收机和单模发射机；

或者，

所述基站和用户站均采用单模发射机和单模接收机。

本发明中，在多模接收机侧，可从接收到的各种不同模式的信号中选择出一种或多种模式的信号作为有用的接收信号。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明能够有效克服现有技术中描述的8种情况的相互干扰。所述基站可同时同频或分时同频以N种模式接入所述用户站，用户站亦可同时同

频或分时同频以N种模式接入所述基站，异种网络可以共存，用户站可以软切换的方式在异种网络间移动切换。多模或异模基站可以共址，避免不同模式或异种网络的每种基站都要租用土地、建设机房。

本发明中，发射机和接收机使用多个天线进行数据传输的多输入多输出技术，并通过空间复用，如同在原有频段上建立了多个互不干扰、并行的子信道，避免不同模式或异种网络的每种基站都要申请不同的频段。因此，本发明可以在不增加带宽和天线发送功率的情况下，成倍地提高频谱利用率，进而成倍地提高无线信道容量、系统容量和数据通信速率。

本发明的实现是采用MIMO构成多路信道可以在一定程度上对抗信道衰落，因为多个信道同时处于深衰落的可能性较小，从而改善链路可靠性。

另外，本发明中采用的空时/空频/空时频编码将编码技术和天线阵技术结合在一起，实现了空分多址，提高了系统的抗衰落性能，且能通过发射分集增益和接收分集增益提供高速率、高质量的数据传输。与不使用空时/空频/空时频编码的编码系统相比，空时/空频/空时频编码可以在不牺牲带宽的情况下获得较高的编码增益，进而提高了抗干扰和抗噪声的能力。

附图说明

图1至图8为现有技术中多模网络中存在干扰的场景；

图9为本发明所述的收发系统的结构示意图1；

图10为本发明所述的收发系统的结构示意图2；

图11为本发明所述的收发系统的结构示意图3；

图12为本发明所述的收发系统的结构示意图4；

图13为本发明所述的收发系统的结构示意图5；

图14为单模收发系统的结构示意图；

图15为本发明所述的多模通信系统结构示意图1；

图16为本发明所述的多模通信系统结构示意图2；

图17为本发明所述的多模通信系统结构示意图3；

图18为本发明所述的多模通信系统结构示意图4；

图19为本发明所述的多模通信系统结构示意图5；

图20为本发明所述的多模通信系统结构示意图6；

图21为本发明所述的多模通信系统结构示意图7；

图22为本发明所述的多模通信系统结构示意图8；

图23为本发明所述的多模通信系统结构示意图9；

图24为本发明所述的多模通信系统结构示意图10；

图25为基于空时码的双模收发系统结构示意图1；

图26为基于空时码的双模收发系统示意图2；

图27为基于空频码的双模收发系统结构示意图1；

图28为基于空频码的双模收发系统示意图2；

图29为基于空时频码的双模收发系统示意图；

图30为图29中的16e模式下的发射机具体实现方式示意图。

图31为基于水平分层空间复用技术的双模系统结构示意图；

图32为水平分层空间复用编码过程示意图。

具体实施方式

本发明的核心是采用空时/空频/空时频编码技术及分层空间复用技术使得在多模无线通信系统中的基站和用户站之间可以同时同频或分时同频以多种模式进行通信。

本发明所述的系统中包括多模共存的发射机和接收机，下面将结合附图分别进行说明。

如图9至图12所示，本发明所述的系统中的多模共存发射机，主要包括以下各组成单元：

(1)信号发送处理单元：

该单元具体包括以下各个模块：

信道编码模块：每种模式通信系统对应一个信道编码模块，用于基于本系统的传输模式进行编码处理；

符号映射模块：用于对各个模式下的信号进行符号映射处理；

调制模块：用于对各个模式下的信号进行调制处理。

相应N种不同模式的信源信号的T条发送支路，具体可以采用不同模式的信道编码方式、符号映射方式和调制方式，例如，SC调制、OFDM调制、OFDMA调制和扩频调制可以分别用于不同的支路；

(2)空时/空频/空时频编码单元：

用于对来源于N种不同模式信源的发送信号进行编码处理，具体为对N个不同模式的信源信号分别进行空时编码形成T＝(T1+T2+…+Tq)条发送支路，其中q＝N；所述的空时/空频/空时频编码包括：空时/空频/空时频编码网格编码和/或空时/空频/空时频编码分组编码，即可以为所有模式的信源信号都采用一种空时/空频/空时频编码，也可以是某几种模式的信源信号采用空时/空频/空时频编码网格编码，而另几种模式的信源信号采用空时/空频/空时频编码分组编码；

所述的空时/空频/空时频编码单元可以设置于不同的位置，用于对信道编码、符号映射及调制处理前或处理后的信号进行处理；根据该单元设置的位置的不同，具体包括：

基于比特级空时/空频/空时频码的多模发射机，如图9或图10、基于符号级空时/空频/空时频码的多模发射机，如图11或图12、基于信源比特级和信道比特级混合、基于信源符号级和信道符号级混合及基于比特级(信源或信号)和符号级(信源或信号)混合的多模或异模发射机，如图13；比特级空时/空频/空时频编码器的编码最小单位为比特，而符号级空时/空频/空时频编码器的编码最小单位为符号，例如，图11中编码最小单位可以为经QAM符号映射后的符号；图12中编码最小单位可以为经OFDM调制后的OFDM符号。

(3)加权置换矩阵单元用于：

N种模式发射机同时工作时，从T个发射天线中，为每个每种模式的信号选择Ti(i＝1，..，q)个发射天线；当有信道状态信息反馈回路存在时，加权置换矩阵还可以做发射波束成形器。该矩阵单元并非是系统必须的。

N种模式发射机分时发送时，通过置换矩阵作为切换开关使N种模式发送支路共亨同一组发射天线，可以使发射天线数量极大减少。

(4)一组发射天线

用于将加权转换矩阵单元处理后的信号通过各个发射天线进行发送。

本发明所述的系统中的多模共存接收机的结构仍如图9至图12所示，具体包括：

(1)空间波束成形或选择单元

N种模式接收机同时工作时，一是接收波束成形；二是，可以用于从R(R1+R2+…+Rq)个接收天线中为每种模式的信号选择Ri(i＝1，...，q)个接收天线，或是从R个接收天线所形成的若干个波束中为每个支路选择一个接收波束；该单元并非是系统必须的；

N种模式接收机分时接收时，通过选择单元作为切换开关使N种模式接收支路共享同一组接收天线，可以使接收天线数量极大减少。

(2)信号接收处理单元

该单元具体包括：

解调器：用于对各个模式下的信号进行解调制处理；

符号解映射模块：用于对各个模式下的信道符号进行解映射处理；

信道解码模块：用于对各个模式下的信道信号进行解码处理；

相应N种不同模式的接收信号的R条接收支路采用N种不同模式的信道解码方式、符号解映射方式和解调方式，例如，SC解调、OFDM解调、OFDMA解调和扩频解调可以分别用于不同的支路；

(3)空时/空频/空时频解码单元

对N个不同模式的接收信号分别进行空时/空频/空时频解码形成R条接收支路，具体可以为空时/空频/空时频网格解码和/或空时/空频/空时频分组解码)；可以是所有模式的信源信号都采用一种空时/空频/空时频解码，也可以是某几种模式的信源信号采用空时/空频/空时频网格解码，而另几种模式的信源信号采用空时/空频/空时频分组解码；当解码第i模式的接收信号时，第1、2、...、(i-1)、(i+1)、...、N模式的支路信号被看作干扰信号处理，即除第i模式外的其他支路信号当作干扰信号；

与发射机侧对应，按空时/空频/空时频解码器放置的位置的不同，可以有基于比特级空时码的多模或异模接收机，如图9或图10，基于符号级空时码的多模或异模接收机，如图11或图12，基于信源比特级和信道比特级混合、基于信源符号级和信道符号级混合及基于比特级(信源或信号)和符号级(信源或信号)混合的多模或异模接收机，如图13；比特级空时/空频/空时频解码器的编码最小单位为比特，而符号级空时/空频/空时频解码器的解码最小单位为符号，例如，图11中解码最小单位可以为经QAM符号解映射之前的符号；图12中解码最小单位可以为经OFDM解调之前的OFDM符号。

(4)水平分层空间复用解码单元

水平分层空间复用解码单元位于空时/空频/空时频解码器之后，但不一定紧随其后，用于对N个信号接收支路统一进行水平分层空间复用解码，例如可以采用水平分层空间复用解码进行各路信号的提取和干扰抑制或抵消；当解码第i模式的支路信号时，第1、2、...、(i-1)、(i+1)、...、N模式的支路信号被看作干扰信号处理。

经上述接收机各单元处理后，便可以获得N种不同模式的信号，并可以从接收到的N种不同模式的信号中选择出一种或多种模式的信号作为有用接收信号，具体的选择方式本发明中不作限定。

在接收机中的水平分层空间复用解码单元进行水平分层空间复用解码过程中，理论上，可采用ML(最大似然)译码能得到最大的空间分集度(为Ri)，但其译码复杂度大；也可采用次最佳的算法：包括线性算法{如迫零(ZF)算法和最小均方误差(MMSE)算法等}和非线性算法{包括SUC(SUccessive Cancellation，一种逐次抵消算法)，OSUC(Ordered SUccessive Cancellation，另一种逐次抵消算法)，即ZF V-BLAST(迫零贝尔实验室分层空时结构)，等}；其中的线性算法译码复杂度低，但由于没有充分利用接收信号中的有用信息，能得到的分集度只有Ri-Ti+1，远低于方法ML方法，空时特性较差(虽然MMSE的性能较ZF好)；非线性方法的特性虽不如ML方法，但其译码复杂度大大低于ML方法，在性能和复杂度之间做了很好的折中；在非线性方法中，SUC的性能只比线性方法略好，而OSUC却远远优于线性方法。

由于本发明提供的多模发射机或接收机在实际应用中可能需要与现有的单模发射机或接收机同时组网应用，例如，在用户侧采用单模发射机，在网络侧采用多模接收机，或者，在用户侧采用单模接收机，而在网络侧采用多模发射机，等等，因此，下面将对单模发射机和接收机的结构进行说明。

现有的单模发射机或接收机的结构如图14所示，本质上即为普通的空时/空频/空时频码发射机或接收机。同样，根据按空时/空频/空时频编解码器放置的位置的不同，可以有基于比特级(信源或信号)空时/空频/空时频码和基于符号级(信源或信号)空时/空频/空时频码的第j模发射机和接收机。

为对本发明有进一步理解，将对本发明在具体组网应用中的实现方式进行说明，下面将对本发明应用于基站和用户站中为例进行说明。

本发明的第一种应用方案如图15所示：

该方案适用于TDD(时分双工模式)和FDD(频分双工模式)方式；对于TDD方式，基于各模式网络收发同步的假设。

在图15中，基站发射机和接收机为多模发射机和多模接收机，基站有N模同时工作，而用户站发射机和接收机也为多模发射机和多模接收机，即用户站也有N模同时工作，在这种情况下，N模网络可以同时同频共存，即所述基站可同时同频以N种模式接入所述用户站，用户站可以软切换的方式在异种网络间移动切换，不同模式的所述基站可共址。

以TDD为例，仍参见图15，为克服图1至图4所示干扰的系统示意图。其中，各幅附图中的t0、t1、tr、tk和tk+1表示不同的时刻；模i TX表示模式i的发送模块，模i RX表示模式i的接收模块；BS为基站，SS为用户站；其中，DLi为模式i的下行帧，ULi为模式i的上行帧。

BS1和BS2按无线网络规划置于不同的蜂窝做频率复用，基站间干扰可忽略不计；由于各模式网络收发同步，基站的不同模式收发器间、用户站间都不会引入图4所示的干扰。

本发明的第二种应用方案如图16所示：

同样，该方案也适用于TDD和FDD方式；对于TDD方式，基于各模式网络收发同步的假设。

如果基站发射机和接收机为多模发射机和多模接收机，即基站N模同时工作；而用户站发射机采用如图14的单模发射机，用户站接收机则采用多模接收机，即用户站发射机单模工作，用户站接收机N模同时工作，但一次只选择一种模式作为当前的有效工作模式；则N模网络可以同时同频共存，即所述基站可同时同频以N种模式接入所述用户站，用户站可以每次一种或多种模式接入所述基站，用户站可以软切换的方式在异种网络间移动切换。该方式用户站发射天线数量较少，不同模式的所述基站可共址。

以TDD为例，参见图16，为克服图1到图4所示干扰的系统示意图。BS1和BS2按无线网络规划置于不同的蜂窝做频率复用，基站间干扰可忽略不计。由于各模式网络收发同步，基站的不同模式收发器间、用户站间都不会引入图4所示干扰。

本发明的第三种应用方案如图17所示：

该方案适用于TDD和FDD方式；对于TDD方式，基于各模式网络收发同步的假设。

在图17中，基站发射机和接收机为多模发射机和多模接收机，即基站发射机N模分时工作，基站接收机N模同时工作；用户站可采用单模发射机和单模接收机；这种情况下，所述基站可同时同频接收来自不同种模式的所述用户站信号，所述基站可分时同频发送不同种模式信号到不同种模式的所述用户站。该方式用户站最简单，基站发射天线数量较少，不同模式的所述基站可共址。

以TDD为例，参见图17，为克服图1至图4所示的干扰的系统示意图。BS1和BS2按无线网络规划置于不同的蜂窝做频率复用，基站间干扰可忽略不计。由于各模式网络收发同步，基站的不同模式收发器间、用户站间都不会引入图4所示干扰。

本发明的第四种应用方案如图18所示：

该方案适用于TDD和FDD方式；对于TDD方式，基于各模式网络收发同步的假设。

图18中，基站发射机和接收机为多模发射机和多模接收机，即基站发射机N模分时工作，基站接收机N模分时工作；而用户站可采用单模发射机和单模接收机，则所述基站可分时同频接收来自不同种模式的所述用户站信号，所述基站可分时同频发送不同种模式信号到不同种模式的所述用户站。该方式用户站最简单，基站发射和接收天线数量都较少，不同模式的所述基站可共址。

以TDD为例，参见图18，为克服图1至图4所示干扰的系统示意图。BS1和BS2按无线网络规划置于不同的蜂窝做频率复用，基站间干扰可忽略不计。由于各模式网络收发同步，基站的不同模式收发器间、用户站间都不会引入图4所示的干扰。

本发明的第五种应用方案如图19和图20所示：

该方案适用于TDD和FDD方式；对于TDD方式，基于各模式网络发送同步的假设。

如果基站发射机采用如图15的单模发射机，且基站接收机采用多模接收机，即基站发射机单模工作，基站接收机N模同时工作，但一次只选择一种模式作为当前的有效工作模式；用户站发射机采用如图14的单模发射机，且用户站接收机采用多模接收机，即用户站发射机单模工作，用户站接收机N模同时工作，但一次只选择一种模式作为当前的有效工作模式；则N种不同模式的用户站可同时同频以N种模式接入N种不同模式的所述基站，用户站可以软切换的方式在异种网络间移动切换。该方式基站发射机最简单，不同模式的所述基站不能共址，但覆盖范围可部分叠加。

以TDD为例，参见图19和图20，在FDD下不存在图19的情况。图19为克服图5和图6所示的干扰的系统示意图，图20为克服图7和图8所示干扰的系统示意图。

本发明的第六种应用方案如图21所示：

该方案基于各模式网络发送同步的假设，适用于TDD方式。

如果基站发射机采用如图14的单模发射机，且基站接收机采用多模接收机，即基站发射机单模工作，基站接收机N模同时工作，但一次只选择一种模式作为当前的有效工作模式，且N种不同模式的所述基站分时发送；用户站发射机采用如图14所示的单模发射机，且用户站接收机采用多模接收机，即用户站发射机单模工作，用户站接收机N模同时工作，但一次只选择一种模式作为当前的有效工作模式；则N种不同模式的所述基站可同时同频接收来自N种不同种模式的所述用户站信号，N种不同模式的所述基站可分时同频发送N种不同模式的信号到N种模式的所述用户站。该方式基站发射机最简单，基站发射天线数量较少，不同模式的所述基站不能共址，但覆盖范围可部分叠加。

参见图21和图22。图21为克服图5和图6所示干扰的系统示意图，图22为克服图7和图8所示干扰的系统示意图。

本发明的第七种应用方案如图23所示：

该方案适用于TDD和FDD方式；对于TDD方式，基于各模式网络收发同步的假设。

如果基站采用如图14所示的单模发射机，且基站接收机采用多模接收机，即基站发射机单模工作，基站接收机N模同时工作，但一次只选择一种模式作为当前的有效工作模式，且N种不同模式的所述基站分时发送；用户站采用如图14所示的单模发射机和单模接收机；则N种不同模式的所述基站可同时同频接收来自N种不同种模式的所述用户站信号，N种不同模式的所述基站可分时同频发送N种不同模式的信号到N种模式的所述用户站。该方式基站发射机和用户站都最简单，且基站发射天线数量较少，不同模式的所述基站不能共址，但覆盖范围可部分叠加。

以TDD为例，参见图23，为克服所述干扰e和干扰f的系统示意图。由于各模式网络收发同步，不会引入干扰g和干扰h。

本发明的第八种应用方案如图24所示：

该方案适用于TDD和FDD方式；对于TDD方式，基于各模式网络收发同步的假设。

如果基站和用户站皆采用单模发射机和单模接收机，且N种不同模式的所述基站分时发送并分时接收，则N种不同模式的所述基站可分时同频接收来自N种不同种模式的所述用户站信号，N种不同模式的所述基站可分时同频发送N种不同模式的信号到N种模式的所述用户站。该方式基站和用户站都最简单，不同模式的所述基站不能共址，但覆盖范围可部分叠加。

以TDD为例，参见图24，为克服图5和图6所示干扰的系统示意图。而且，由于各模式网络收发同步，因此，在此情况下，不会引入图7和图8所示的干扰。

下面再以空时码为例，以两个具体的实例说明本发明的具体实现方式。

第一个实施例如图25所示，具体包括：

空时码主要针对平坦衰落信道，而在实际高速数据传输系统中信道特性通常为频率选择性衰落。OFDM(正交频分复用)技术能把频率选择性衰落信道划分为多个并行的相关的平坦衰落信道，因而各载波上呈现非频率选择性衰落。802.16将空时码与正交频分复用技术组合运用。

该实施例将空时码与正交频分复用技术的组合用于802.16d OFDM系统和802.16eOFDMA系统的双模共存上。

基于双天线发射分集、单天线接收的简单空时码技术的802.16d OFDM和802.16eOFDMA双模共存系统，如图25所示。对于每种模式，在发射端有2根发射天线，相距至少为λ/2(λ为波长)，即发送信号在不同路径种传播的过程应能够被近似认为是相互独立的衰减过程，在接收端有1根接收天线，这种方案接收短的空时解码器需要MISO(多输入单输出)的信道估计。

802.16d信源和802.16e信源分别通过802.16d信道编码/符号映射和802.16e信道编码/符号映射；然后，两路发送信号分别进行符号级简单空时编码；输出的四路信号再分别经过802.16d OFDM调制和802.16e OFDMA调制；最后，由置换矩阵为每个支路信号选择一个发射天线。

在802.16d发送支路，假设置换矩阵为802.16d发送支路选择发射天线1和2。空时编码器输入成对符号(Si，Si+1)，即在时刻i，符号Si和Si+1分别从天线1和天线2发射；在时刻i+1，符号(-Si+1*)和(Si*)分别从天线1和天线2发射。其中(*)表示复共轭。这样可保证欲发射符号具有正交空时结构，构成完全时域分集。该结构已经被IS136、WCDMA和CDMA2000等移动通信标准所采纳。

802.16e发送支路处理过程与802.16d发送支路处理过程相同。

接收机则正好相反，由空间波束成形或选择单元为每个支路选择一个接收天线；然后，两路信号分别经过802.16d OFDM解调和802.16e OFDMA解调；输出的OFDM信号或ONDMA信号经符号级简单空时解码和水平分层空间复用解码，再分别经802.16d或802.16e信道解码/符号解映射；最后，得到802.16d信号和802.16e信号输出。

在802.16d接收支路，假设空间波束成形或选择单元为802.16d接收支路选择接收天线1；

接收机按下述公式估计发送的信号，获得Ti×Ri阶分集，本例中Ti＝2，Ri＝1，所述公式如下：

S^i＝hi*×Ri*+hi+1*×Ri+1*；

S^i+1＝hi+1*×Ri*-hi*×Ri+1*；

其中，符号Ri为接收天线1在时刻i接收到的信号；符号Ri+1为接收天线1时刻i+1接收到的信号；hi为发射天线1到接收天线1的多径衰落信道的频率响应；hi+1为发射天线2到接收天线1的多径衰落信道的频率响应。

802.16e接收支路采用同样的处理。

第二个空时码应用实施例如图26所示，具体包括：

基于双天线发射分集、双天线接收的简单空时码技术的3G和802.16e(简称16e)OFDMA双模共存系统，如图26所示。对于每种模式，在发射端有2根发射天线，在接收端有2根接收天线，这种方案接收短的空时解码器需要多输入多输出(MIMO)的信道估计。

3G信源和16e信源分别通过3G信道编码/符号映射和16e信道编码/符号映射。然后两路发送信号分别进行符号级空时编码。在本例中，3G和16e OFDMA分别采用空时格状编码和空时分组编码。输出的四路信号再分别经过3G扩频调制和16e OFDMA调制。最后由置换矩阵为每个支路信号选择一个发射天线。

在16e发送支路，假设置换矩阵为16e发送支路选择发射天线1和2。空时编码器输入成对符号(Si，Si+1)，即在时刻i，符号Si和Si+1分别从天线1和天线2发射；在时刻i+1，符号(-Si+1*)和(Si*)分别从天线1和天线2发射。其中(*)表示复共轭。3G扩频发送支路同理。

接收机则正好相反，由空间波束成形或选择单元为每个支路选择一个接收天线。然后，两路信号分别经过3G扩频解调和16e OFDMA解调。输出的3G解扩信号或OFDMA信号经符号级空时解码，再分别经3G或16e信道解码/符号解映射和水平分层空间复用解码。最后得到3G信号和16e信号输出。相应，16e OFDMA用户站如图11所示，图11的16e OFDMA部分换为3G即得到3G用户站系统。

在16e接收支路，假设空间波束成形或选择单元为16e接收支路选择接收天线1和2。接收机按下式估计发送的信号，获得Ti×Ri(本例中Ti＝2，Ri＝2)阶分集：

S^i＝hi*×Ri*+hi+1*×Ri+1*+hi+2*×Ri+2*+hi+3*×Ri+3*；

S^i+1＝hi+1*×Ri*-hi*×Ri+1*+hi+3*×Ri+2*-hi+2*×Ri+3*；

其中，符号Ri为接收天线1在时刻i接收到的信号；符号Ri+1为接收天线1时刻i+1接收到的信号；符号Ri+2为接收天线2在时刻i接收到的信号；符号Ri+3为接收天线2时刻i+1接收到的信号；hi为发射天线1到接收天线1的多径衰落信道的频率响应；hi+1为发射天线2到接收天线1的多径衰落信道的频率响应；hi+2为发射天线1到接收天线2的多径衰落信道的频率响应；hi+3为发射天线2到接收天线2的多径衰落信道的频率响应。

3G扩频接收支路同理。

下面再以空频码为例，以两个具体实施例对本发明进行说明。

第一个具体实施例如图27所示，具体包括：

基于双天线发射分集、单天线接收的简单空频码技术的16d OFDM和16e OFDMA双模共存系统，如图27所示。对于每种模式，在发射端有2根发射天线，相距至少应能使发送信号在不同路径种传播的过程能够被近似认为是相互独立的衰减过程，在接收端有1根接收天线，这种方案接收短的空频解码器需要多输入单输出(MISO)的信道估计。

16d信源和16e信源分别通过16d信道编码/符号映射和16e信道编码/符号映射。然后两路发送信号分别进行分层空间复用编码和符号级简单空频编码。输出的四路信号再分别经过16d OFDM调制和16e OFDMA调制。最后由置换矩阵为每个支路信号选择一个发射天线。

在16d发送支路，假设置换矩阵为16d发送支路选择发射天线1和2。空频编码器将成对符号(Si，Si+1)进行编码，即在子载波i，符号Si和Si+1分别从天线1和天线2发射；在子载波i+1，符号(-Si+1*)和(Si*)分别从天线1和天线2发射。其中(*)表示复共轭。这样可保证欲发射符号具有正交空频结构，构成完全频域分集。16e发送支路同理。

接收机则正好相反，由空间波束成形或选择单元为每个支路选择一个接收天线。然后，两路信号分别经过16d OFDM解调和16e OFDMA解调。输出的OFDM信号或OFDMA信号经符号级简单空频解码和水平分层空间复用解码，再分别经16d或16e信道解码/符号解映射。最后得到16d信号和16e信号输出。

在16d接收支路，假设空间波束成形或选择单元为16d接收支路选择接收天线1。接收机按下式估计发送的信号：

S^i＝hi*×Ri*+hi+1*×Ri+1*；

S^i+1＝hi+1*×Ri*-hi*×Ri+1*；

其中，符号Ri为接收天线1在子载波i接收到的信号；符号Ri+1为接收天线1子载波i+1接收到的信号；hi为发射天线1到接收天线1的多径衰落信道的频率响应；hi+1为发射天线2到接收天线1的多径衰落信道的频率响应。

16e接收支路同理。

第二个具体实施例如图28所示，具体包括：

基于双天线发射分集、双天线接收的简单空频码技术的802.11 OFDM和802.16e OFDMA双模共存系统，如图28所示。对于每种模式，在发射端有2根发射天线，在接收端有2根接收天线，这种方案接收短的空频解码器需要多输入多输出(MIMO)的信道估计。

802.11信源和802.16e信源分别通过802.11信道编码/符号映射和802.16e信道编码/符号映射。然后两路发送信号分别进行分层空间复用编码和符号级空频编码。在本例中，802.11 OFDM和802.16e OFDMA分别采用空频格状编码和空频分组编码。输出的四路信号再分别经过802.11 OFDM调制和802.16e OFDMA调制。最后由置换矩阵为每个支路信号选择一个发射天线。

在802.16e发送支路，假设置换矩阵为802.16e发送支路选择发射天线1和2。空频编码器将成对符号(Si，Si+1)进行编码，即在子载波i，符号Si和Si+1分别从天线1和天线2发射；在子载波i+1，符号(-Si+1*)和(Si*)分别从天线1和天线2发射。其中(*)表示复共轭。802.11发送支路同理。

接收机则正好相反，由空间波束成形或选择单元为每个支路选择一个接收天线。然后，两路信号分别经过802.11 OFDM解调和802.16e OFDMA解调。输出的802.11 OFDM信号或802.16e OFDMA信号经符号级空频解码和水平分层空间复用解码，再分别经802.11或802.16e信道解码/符号解映射。最后得到802.11信号和802.16e信号输出。

在802.16e接收支路，假设空间波束成形或选择单元为802.16e接收支路选择接收天线1和2。

接收机按下式估计发送的信号：

S^i＝hi*×Ri*+hi+1*×Ri+1*+hi+2*×Ri+2*+hi+3*×Ri+3*

S^i+1＝hi+1*×Ri*-hi*×Ri+1*+hi+3*×Ri+2*-hi+2*×Ri+3*

其中，符号Ri为接收天线1在子载波i接收到的信号；符号Ri+1为接收天线1子载波i+1接收到的信号；符号Ri+2为接收天线2在子载波i接收到的信号；符号Ri+3为接收天线2在子载波i+1接收到的信号；hi为发射天线1到接收天线1的多径衰落信道的频率响应；hi+1为发射天线2到接收天线1的多径衰落信道的频率响应；hi+2为发射天线1到接收天线2的多径衰落信道的频率响应；hi+3为发射天线2到接收天线2的多径衰落信道的频率响应。

802.11接收支路同理。

下面再以空时频码为例对本发明进行说明，相应的具体实施例如图29和图30所示，具体包括：

基于四天线发射分集、单天线接收的简单空时频码技术的16d OFDM和16e OFDMA双模共存系统，如图30所示。对于每种模式，在接收端有4根发射天线，相距至少应能使发送信号在不同路径种传播的过程能够被近似认为是相互独立的衰减过程，在接收端有1根接收天线，这种方案接收短的空时频解码器需要多输入单输出(MISO)的信道估计。

16d信源和16e信源分别通过16d信道编码/符号映射和16e信道编码/符号映射。然后两路发送信号分别进行符号级简单空时频编码。输出的四路信号再分别经过16d OFDM调制和16e OFDMA调制。最后由置换矩阵为每个支路信号选择一个发射天线。

在16e发送支路，假设置换矩阵为16e发送支路选择发射天线1、2、3和4。空时频编码器将成对符号(S1，S2，S3，S4)按以下正交矩阵A3进行进行编码，如图16所示。

$A_3=\left[\begin{array}{cccc}{S}_1& -S_2^{*}& 0& 0\\ 0& 0& S_3& -S_4^{*}\\ 0& 0& S_4& S_3^{*}\\ S_2& S_1^{*}& 0& 0\end{array}\right];$

16e 4发射天线空时频编码器由空时分组编码单元和映射单元组成，16e OFDMA调制器由IFFT处理单元和串并转换单元组成。空时分组编码单元先将成对符号(S1，S2，S3，S4)按正交矩阵A3的不同列码元按时间顺序由不同的发射天线发送。例如，正交矩阵A3的第1列码元(S1，0，0，S2)按时间顺序由发射天线1发送；正交矩阵A3的第2列码元(-S2*，0，0，S1*)按时间顺序由发射天线2发送；以此类推。然后，映射单元将空时分组编码单元的输出进一步在频率域进行编码映射。例如，空时分组编码单元的输出(S1，0，0，S2)经映射单元，(S1，0)映射到16e OFDMA调制器1的子载波1，(0，S2)映射到16e OFDMA调制器1的子载波2，以此类推。空时分组编码单元和映射单元共同完成空时频编码。然后经IFFT处理和串并转换后，由相应的发射天线发送出去。

16d发送支路同理。

接收机则正好相反，由空间波束成形或选择单元为每个支路选择一个接收天线。然后，两路信号分别经过16d OFDM解调和16e OFDMA解调。输出的OFDM信号或OFDMA信号经符号级简单空时频解码和水平分层空间复用解码，再分别经16d或16e信道解码/符号解映射。最后得到16d信号和16e信号输出。

本发明中主要是采用水平空间复用技术实现，下面再对该技术作进一步的说明。

基于水平分层空间复用技术的16d OFDM和16e OFDMA双模共存系统，如图31所示，通过串并变换将16d信源分发到两个支路，然后分别通过16d信道编码/符号映射。同样，16e信源也通过另一个串并变换分发到另两个支路，然后分别通过16e信道编码/符号映射。之后，四路信号作符号级水平分层空间复用编码，输出的四路信号再分别经过16d OFDM调制和16e OFDMA调制。最后由置换矩阵为每个支路信号选择一个发射天线。

接收机则正好相反，由空间波束成形或选择单元为每个支路选择一个接收天线。然后，四路信号分别经过16d OFDM解调和16e OFDMA解调。输出的OFDM信号或OFDMA信号经符号级水平分层空间复用解码，再分别经16d或16e信道解码/符号解映射。最后，上两路信号支路通过串并变换汇聚为16d信号输出；下两路信号支路通过串并变换汇聚为16e信号输出。

其中，水平分层空间复用编码过程，如图32所示，方框中的数字j表示时刻，字母表示不同的编码器(A：16d信道编码器1；B：16d信道编码器2；C：16e信道编码器1；D：16e信道编码器2)，例如B2表示在第2个时刻从16d信道编码器2输出的码元。

水平分层空间复用编码的过程如下：水平分层空间复用编码器接收从并行信道编码器的输出，按水平方向进行空间编码，16d信道编码器1输出的开始n个(此处n＝3)码元排在第1行，16d信道编码器2输出的开始n个码元排在第2行，16e信道编码器1输出的开始n个码元排在第3行，16e信道编码器2输出的开始n个码元排在第4行。编码后的空时码元矩阵的每一列，经4个发射天线同时发射。

综上所述，本发明所述基站可同时同频或分时同频以N种模式接入所述用户站，用户站亦可同时同频或分时同频以N种模式接入所述基站，异种网络可以共存，用户站可以软切换的方式在异种网络间移动切换。多模或异模基站可以共址，避免不同模式或异种网络的每种基站都要租用土地、建设机房。并可以在不增加带宽和天线发送功率的情况下，成倍地提高频谱利用率，进而成倍地提高无线信道容量、系统容量和数据通信速率。因此，本发明中，空时/空频/空时频编码可以在不牺牲带宽的情况下获得较高的编码增益，进而提高了抗干扰和抗噪声的能力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1、一种实现多模网络共存的多模发射机，其特征在于，包括：

一组信号发送处理单元：每种网络模式对应相应的信号发送处理单元，该组信号发送处理单元用于分别地对各个网络模式发送的信号进行信道编码、符号映射及调制处理；

一组空时/空频/空时频编码单元：分别用于对各个网络模式发送的经调制处理前的信号进行空时/空频/空时频编码处理；

一组发射天线：每种网络模式对应相应的发射天线，该组发射天线分别用于将经各个网络模式下的信号发送处理单元处理且经空时/空频/空时频编码单元处理后的各网络模式的信号进行同时同频发送处理。

2、根据权利要求1所述的实现多模网络共存的多模发射机，其特征在于，所述的信号发送处理单元包括信道编码模块、符号映射模块和调制器，且所述的空时/空频/空时频编码单元用于对经调制器处理前的信号进行编码处理。

3、根据权利要求1或2所述的实现多模网络共存的多模发射机，其特征在于，该发射机还包括：

置换矩阵单元：与所述的一组发射天线连接，用于对发送信号进行同时发送处理，并根据处理结果将发送信号发送给各个发射天线。

4、一种实现多模网络共存的多模接收机，其特征在于，包括：

一组接收天线：用于同时同频接收各个网络模式的信号，并交给信号接收处理单元；

一组信号接收处理单元：分别用于对各个网络模式下的接收信号进行与发射机侧对应的信道解码、符号解映射及解调处理；

一组空时/空频/空时频解码单元：分别用于对经过解调处理后的各个网络模式的接收信号进行空时/空频/空时频解码处理；

水平分层空间复用解码单元：位于空时/空频/空时频解码单元之后，用于对各个网络模式的接收信号通过最大似然ML译码或者线性算法或者非线性算法进行信号提取和干扰抑制或抵消处理，当对一种网络模式的接收信号进行信号提取时，其他网络模式的接收信号为干扰信号。

5、根据权利要求4所述的实现多模网络共存的多模接收机，其特征在于，所述的信号接收处理单元包括信道解码模块、符号解映射模块和解调器，且所述的空时/空频/空时频解码单元与发射机侧对应地用于对解调器处理后的信号进行解码处理。

6、根据权利要求4或5所述的实现多模网络共存的多模接收机，其特征在于，该接收机还包括：

空间波束成形或选择单元：与所述的一组接收天线连接，用于对接收信号进行同时接收处理。

7、一种实现多模网络共存的系统，其特征在于，包括上述权利要求1～3任意一项所述的多模发射机，和上述权利要求4～6任意一项所述的多模接收机。

8、根据权利要求7所述的实现多模网络共存的系统，其特征在于，该系统中还包括：

单模发射机：将某一网络模式下的信号进行信道编码、符号映射及调制处理，并通过发射天线发送；

单模接收机：接收发射机发送来的信号，进行解调、符号解映射和信道解码处理获得一种网络模式下的接收信号。

9、根据权利要求8所述的实现多模网络共存的系统，其特征在于，在系统中需要在同一地点设置的各个模式的基站采用多模发射机和多模接收机实现。

10、根据权利要求8所述的实现多模网络共存的系统，其特征在于，在系统中需要同时同频接入同一用户站或基站时，则所述同时同频接入的同一用户站或基站中需要采用多模接收机实现。

11、根据权利要求8所述的实现多模网络共存的系统，其特征在于，包括基站和用户站，并且，

所述的基站和用户站均采用多模发射机和多模接收机；

或者，

所述基站采用多模发射机和多模接收机，所述用户站采用多模接收机和单模发射机。

12、根据权利要求7所述的实现多模网络共存的系统，其特征在于，在多模接收机侧，从接收到的各种不同模式的信号中选择出一种或多种模式的信号作为有用的接收信号。

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