CN100578963C - 一种多天线通信中发射信号的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多天线通信中发射信号的方法及系统。该方法在一个传输时间间隔TTI内，采用B＝N+K个发射天线中的N个作为发射天线发射信号，所述B≥3，K≥0，将所述N个发射天线分成G组，每组包括Fi个发射天线，每组内的Fi个发射天线用于发射一组空时码，所述Fi＞0，所述i≤G；在所述TTI的所有符号周期内，第一组采用(见右式)个发射天线组合中的至少3种发射天线组合发射信号，其中，F_J＞0，所述J＝1，2，…，G。本发明的方法，可以消除信道矩阵各列的排列改变所造成的有效信噪比的值的波动，从而减小各个数据包的各路发射信号的有效信噪比的波动，取得更好的误包率性能。

Description

一种多天线通信中发射信号的方法及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种多天线通信中发射信号的方法及系统。

背景技术

多输入多输出(MIMO，Muliti-Input Multi-Output)技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收，从而改善每个用户的服务质量(误比特率或数据速率)。而传统的通信系统是单进单出(Single-InputSingle-Output，SISO)系统。基于发射分集和接收分集的多进单出(Multiple-Input Single-Output，MI2SO)方式和单进多出(Single-InputMultiple-Output，SIMO)方式也是MIMO的一部分。

空时编码(Space-Time Coding，STC)，简称为空时码。有一类空时码利用了MIMO信道提供的空间分集(Diversity)增益，在常用的BER-SNR曲线中，表现为能得到较陡的斜率。STC中根据编码方式的不同，又可以分为STTC(Space TimeTrellisCoding)空时网格码，ST Turbo Code(Space Time TurboCode)空时Turbo码，STBC(Space Time Block Coding)空时分组码，差分空时分组码(DSTBC)等等。Alamouti方案是STBC的一个简单而经典的例子。

空时码还可以用来利用空间复用获得更大的MIMO信道容量，比如Foschini提出的分层空时编码(Layered Space-Time Coding，LST)。

目前在MIMO技术中，使用Alamouti空时分组码传输信号，以获得分集增益。在Alamouti空时分组码技术中，同时使用两个发射天线，用图1所示的方式发射信号。在接收端可以使用一个或者多个接收天线。在发射端同时使用两个发射天线，对于接收端而言可以获得这两个发射天线的分集(diversity)增益。

这里假设发射天线数目M＝2，接收天线数目N＝2，则接收端收到的信号可以表示为如下形式：

$r=H\·a+v=\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{a}_1& -a_2^{*}\\ a_2& a_1^{*}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}{v}_{11}& v_{12}\\ v_{21}& v_{22}\end{array}\right]$

这里的r，H和a的定义都是跨越2个符号周期的。即第一个符号周期，两个发射天线分别发射a₁和a₂，第二个周期则分别发射-a^* ₂和a^* ₁，而H的各个分量在2个符号周期内保持不变。Alamouti方案除了提供空间分集增益外，另一个引人之处在于它的解码非常简单，无需进行联合检测，可以对每一个符号分别进行最大似然估计。这里简单说明一下，设第j个接收天线上的接收信号为：

r_j1＝h_j1a₁+h_j2a₂+v₁

$r_{j2}=-h_{j1}{a}_2^{*}+h_{j2}{a}_1^{*}+v_2$

根据最大似然估计的准则，需要使下式最小：

$\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({|r_{j1}-h_{j1}{\hat{a}}_1-h_{j2}{\hat{a}}_2|}^2+{|r_{j2}+h_{j1}{\hat{a}}_2^{*}-h_{j2}{\hat{a}}_1^{*}|}^2)$

把其中各项展开合并同类项后，由于|r_j1|²和|r_j2|²与a₁、a₂的取值无关，所以可以转化为求取a使下式最小：

$[-\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(r_{j1}{h}_{j1}^{*}{\hat{a}}_1^{*}+r_{j1}^{*}{h}_{j1}{\hat{a}}_1+r_{j2}{h}_{j2}^{*}{\hat{a}}_1+r_{j2}^{*}{h}_{j2}{\hat{a}}_1^{*})+{\left|{\hat{a}}_1\right|}^2\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\left|h_{j1}\right|}^2+{\left|h_{j2}\right|}^2)]+$

$[-\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(r_{j1}{h}_{j2}^{*}{\hat{a}}_2^{*}+r_{j1}^{*}{h}_{j2}{\hat{a}}_2+r_{j2}{h}_{j1}^{*}{\hat{a}}_2+r_{j2}^{*}{h}_{j1}{\hat{a}}_2^{*})+{\left|{\hat{a}}_2\right|}^2\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\left|h_{j1}\right|}^2+{\left|h_{j2}\right|}^2)]$

不难看出，该式第一行仅与a₁有关，第二行仅与a₂有关，所以可以分别检测，这就使采用最大似然估计成为可能，进一步进行简化还可以得到a₁、a₂的判别式分别为

a₁：使 ${\left|\right[\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(r_{j1}{h}_{j1}^{*}+r_{j2}^{*}{h}_{j2})]-{\hat{a}}_1|}^2+(-1+\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\left|h_{j1}\right|}^2+{\left|h_{j2}\right|}^2)){\left|{\hat{a}}_1\right|}^2$ 最小；

a₂：使 ${\left|\right[\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(r_{j1}{h}_{j2}^{*}+r_{j2}^{*}{h}_{j1})]-{\hat{a}}_2|}^2+(-1+\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\left|h_{j1}\right|}^2+{\left|h_{j2}\right|}^2)){\left|{\hat{a}}_2\right|}^2$ 最小；

这两个判别式与a₁、a₂的调制方式无关，所以可以采用不同方式的调制，如果是PSK调制，由于星座图上各点幅度值一样，则两个判别式的后一项可以进一步忽略，检测将更为简单。

检测到a₁、a₂后，也可以分别得到每个符号对应的信噪比：

${\mathrm{SINR}}_i=\frac{\left(\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\left|h_{j1}\right|}^2+{\left|h_{j2}\right|}^2)\right)\·({\left|a_i\right|}^2/M)}{{\mathrm{\σ}}^2}$

可以看出，得到a₁、a₂的方法实质上是一种硬判决。

同样的原理，容易看出，在接收天线数目N＝1的情况下，每个符号对应的信噪比：

${\mathrm{SINR}}_i=\frac{\left({\left|h_{11}\right|}^2+{\left|h_{12}\right|}^2\right)\·({\left|a_i\right|}^2/M)}{{\mathrm{\σ}}^2}.$

在某公司提案C30-20060116-027中，提出了一种使用Alamouti空时分组码传输信号的方案，用于开环(Open Loop)MIMO系统中。该方案同时使用4个发射天线，而接收天线的数目可以是2或者4。该方案所使用的MIMO模式是：

$B^{\′}=\begin{array}{}\left[\begin{array}{cccc}{s}_i& s_{i+1}& s_{i+2}& s_{i+3}\\ -s_{i+1}^{*}& s_i^{*}& -s_{i+3}^{*}& s_{i+2}^{*}\\ s_{i+4}& s_{i+6}& s_{i+5}& s_{i+7}\\ -s_{i+5}^{*}& -s_{i+7}^{*}& s_{i+4}^{*}& s_{i+6}^{*}\\ s_{i+8}& s_{i+10}& s_{i+11}& s_{i+9}\\ -s_{i+9}^{*}& -s_{i+11}^{*}& s_{i+10}^{*}& s_{i+8}^{*}\\ & & & \end{array}\right]\end{array}$

把发射天线编号为天线1，2，3，4。可以看到在该方案中，两个符号内是天线1，2的发射信号组成一组Alamouti空时分组码，天线3，4的发射信号组成一组Alamouti空时分组码；接下来的两个符号内是天线1，3的发射信号组成一组Alamouti空时分组码，天线2，4的发射信号组成一组Alamouti空时分组码；接下来的两个符号内是天线1，4的发射信号组成一组Alamouti空时分组码，天线2，3的发射信号组成一组Alamouti空时分组码。

上述方案中，Alamouti空时分组码通常用于开环(Open Loop)MIMO系统中。在开环(Open Loop)MIMO系统中，发射端只知道信道的长期统计特性，不知道当前时刻的信道情况，从而无法使用自适应调制和编码方案(daptivemodulation and coding schemes)根据当前的信道情况选择较优的调制和信道编码方案(The modulation and channel coding scheme)，而只能使用固定的调制和信道编码方案。

调制和信道编码方案固定下来以后，通常一个采用所述调制和信道编码方案的数据包(data block)在一个TTI(Transmission Time Interval传输时间间隔)内传输。因为信道情况的变化，各个数据包对应的信道情况不同，相应的接收端接收信噪比也不同，从而所传输的各个数据包的误包率也将随之变化。系统设计的目标是降低平均误包率，即多个数据包的误包率的均值。

在多个数据包的接收信噪比的均值相同的情况下，多个数据包的接收信噪比的方差越小即各个数据包的接收信噪比的波动越小，则多个数据包的误包率的均值越小。2003的会议”Information，Communications and Signal Processing”上的论文“On interference cancellation ordering ofV-BLAST detectors“给出了支持这个结论的仿真结果。

3GPP的提案R1-030777，“Link Error Prediction for E-DCH”中也指出，在各帧(frame)的平均信噪比相同的情况下，和波动较大的信道相比，波动较小的信道有更好的误帧率性能。从而该提案指出，和快变信道相比，加性白高斯噪声(AWGN)信道和慢变信道有更好的误帧率性能。所述的误帧率，相当于我们讨论的误包率。

上述现有技术方案中，多个数据包内的各路发射信号的接收信噪比的波动较大，可以加以降低，使多个数据包内的各路发射信号解码错误概率的均值变小。

发明内容

本发明提供一种多天线通信中发射信号的方法，用以解决现有技术中存在的多个数据包内的各路发射信号的接收信噪比的波动较大的问题。

本发明方法包括：

一种多天线通信中发射信号的方法，在一个TTI内，采用B＝N+K个发射天线中的N个作为发射天线发射信号，所述B≥3，K≥0，

将所述N个发射天线分成G组，每组包括Fi个发射天线，每组内的Fi个发射天线用于发射一组空时码或者一路发射信号，所述Fi＞0，所述i＝1，2，...，G；在所述TTI的所有符号周期内，第一组采用

个发射天线组合中的至少3种发射天线组合发射信号，其中，第一组包括F_J个发射天线，F_J＞0，所述J＝1，2，...，G。

当B≥4时，所述TTI内，第一组采用至少4种发射天线组合发射信号。

所述TTI内，第一组采用所有

个发射天线组合发射信号。

所述TTI内，第二组采用

个发射天线组合中的至少3种发射天线组合发射信号，其中，第二组包括F_K个发射天线，F_K＞0，所述K＝1，2，...，G。

所述TTI内，第二组采用所有

个发射天线组合发射信号，其中，第二组包括F_K个发射天线，F_K＞0，所述K＝1，2，...，G。

所述TTI内，所有组都分别采用所有

个发射天线组合发射信号，其中，每组包括FI个发射天线，FI＞0，所述I＝1，2，...，G。

所述第一组发射天线与第二组发射天线的发射信号，分别独立编码。

所述的方法，在接收端接收所述信号时：

对所述TTI内第一组发射天线的发射信号进行联合解码；

根据所述第一组发射天线的发射信号解码结果进行干扰消除，然后再解码第二组发射天线的发射信号。

所述符号周期，为频率域周期或者时间域周期。

所述的发射天线为物理发射天线，或虚拟发射天线。

本发明系统包括：

一种多天线通信中发射信号的系统，包括B＝N+K个发射天线，所述B≥3，在一个TTI内，采用B＝N+K个发射天线中的N个作为发射天线发射信号，所述K≥0，所述N个发射天线分成G组，每组包括Fi个发射天线，每组内的Fi个发射天线用于发射一组空时码，所述Fi＞0，所述i＝1，2，...，G；还包括：

第一发射天线组合选取单元，用于对发射天线第一组合进行选取，选取

个发射天线组合中的至少3种发射天线组合发射信号，其中，第一组包括F_J个发射天线， $F_J>0,$ 所述_J＝1，2，...，G。

所述的系统，还包括：

第二发射天线组合选取单元，用于对发射天线第二组和进行选取，选取

个发射天线组合中的至少3种发射天线组合发射信号，其中，第二组包括F_K个发射天线，F_K＞0，所述K＝1，2，...，G。

所述的系统，还包括：

第一编码单元，用于对第一发射信号进行编码；

第二编码单元，用于对第二发射信号进行编码。

所述的系统，还包括：

第一解码单元，用于对第一发射信号进行解码；

第二解码单元，用于对第二发射信号进行解码。

所述的系统，还包括：

判决单元，对第一发射信号进行判决，并将判决结果发送给第一解码单元。

所述的系统，还包括：

干扰消除单元，接收第一解码单元的解码结果，并进行干扰消除后，发送给第二解码单元。

所述的发射天线为物理发射天线，或，虚拟发射天线。

本发明有益效果如下：

本发明的方法，可以消除信道矩阵各列的排列改变所造成的有效信噪比的值的波动，从而减小各个数据包的各路发射信号的有效信噪比的波动，取得更好的误包率性能。

另外，本发明方案，在一个TTI内的各个符号周期遍历所有的不同的各个发射天线组合，这样可以减少对其它用户的干扰，即减少闪光灯效应”flashlight effect”。

附图说明

图1为现有技术中使用两个发射天线发射Alamouti空时分组码的示意图；

图2为本发明方案的流程示意图；

图3为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。

本发明在一个TTI内，采用B＝N+K个发射天线中的N个作为发射天线发射信号，所述K≥0，

S11、把N个天线分成一组或者几组，每组都包括一个或者几个发射天线。每组内的一个或者几个发射天线，用于发射同一组空时码或者同一路发射信号。

假设有G组，每组有Fi个发射天线，其中i＝1，2，...，G。从B个发射天线中选取Fi个发射天线，共有

种组合方式。

上述各组分别发射不同的信息，是利用空间复用获得更大的MIMO信道容量；而组内的多个发射天线所采用的空时码是利用MIMO信道提供的空间分集(Diversity)增益。

S12、在开始的几个符号周期，G组中的每一组都使用这种组合中的一种组合，从B个发射天线中选取Fi个发射天线发射信号，这里选取需要满足各组所用发射天线均不相同；

S13、在随后的几个符号周期，至少有一组所使用的发射天线组合发生变化，即有一组，设为第j组，使用相应

种组合中与紧邻的上一个符号周期所采用的组合不同的一种组合发射天线组合，从N个发射天线中选取Fj个发射天线发射信号，和上一个符号周期相比，这个符号周期用的组合改变了。

S14、重复步骤S13至少一次，使得在一个TTI内的所有符号周期，至少有一组，其总共经历的不同的组合，不少于所有可能组合中的三种。

进一步，所述TTI内，步骤S13中的一组采用所有

个发射天线组合发射Alamouti空时分组码。

进一步，所述TTI内步骤S13中的另一组采用

个发射天线组合中的至少3种发射天线组合发射Alamouti空时分组码。

进一步，所述TTI内步骤S13中的另一组采用个发射天线组合中的所有

个发射天线组合发射Alamouti空时分组码。

进一步，所述TTI内，所有组都分别采用所有个发射天线组合发射Alamouti空时分组码。

上述方案中，可以对两组Alamouti空时分组码分别采用Turbo码独立编码。把需要传输的数据流串并转换成两路数据流，每路数据流分别使用不同的Turbo编码器进行Turbo编码，得到两路Turbo编码后的数据流，其中的每一路都有多个符号，对每一路内部的多个符号，在接收端使用Turbo解码器进行联合判决。两路分别独立Turbo编码的数据流的每一路，分别使用Alamouti空时分组码进行空时编码，空时编码后的信号送到各个发射天线上传输。

在信号接收端接收到所述两路独立Turbo编码再分别Alamouti空时分组编码的发射信号后，接收端可以先得到数据包内两路独立Turbo编码的数据流中的一路的各个数据的软判决，再进行turbo解码得到该路数据流的各个数据的硬判决，即该路数据流内的各个数据的检测判决结果。然后，使用已经检测判决的这一路数据流的检测判决结果，在接收信号中进行干扰消除，以提高解码另一路独立Turbo编码的数据流时的接收信躁比，然后再解码另一路独立Turbo编码的数据流。

本发明所指的发射天线，可以是物理天线，也可以是上述提案中所述的虚拟天线。

另外，本发明方案，在一个TTI内的各个符号周期遍历所有的不同的各个发射天线组合，这样可以减少对其它用户的干扰，即减少闪光灯效应”flashlighteffect”。

下面以4个发射天线为例进行方案说明，使用两个发射天线作为一组发送Alamouti空时分组码。

为描述方便，本发明对发射天线发射信号方式，采用矩阵形式进行说明，本发明采用MIMO模式为：

${B1}^{\′}=\left[\begin{array}{cccc}{s}_i& s_{i+1}& t_i& t_{i+1}\\ -s_{i+1}^{*}& s_i^{*}& -t_{i+1}^{*}& t_i^{*}\\ s_{i+2}& t_{i+2}& s_{i+3}& t_{i+3}\\ -s_{i+3}^{*}& -t_{i+3}^{*}& s_{i+2}^{*}& t_{i+2}^{*}\\ s_{i+4}& t_{i+4}& t_{i+5}& s_{i+5}\\ -s_{i+5}^{*}& t_{i+5}^{*}& -t_{i+4}^{*}& s_{i+4}^{*}\\ t_{i+6}& s_{i+7}& s_{i+6}& t_{i+7}\\ -t_{i+7}^{*}& s_{i+6}^{*}& -s_{i+7}^{*}& t_{i+6}^{*}\\ t_{i+8}& t_{i+9}& s_{i+8}& s_{i+9}\\ -t_{i+9}^{*}& t_{i+8}^{*}& -s_{i+9}^{*}& s_{i+8}^{*}\\ t_{i+10}& s_{i+10}& t_{i+11}& s_{i+11}\\ -t_{i+11}^{*}& -s_{i+11}^{*}& t_{i+10}^{*}& s_{i+10}^{*}\end{array}\right]$

以上的矩阵有12行4列，其4列与4个发射天线对应，每1列对应1个不同的发射天线。以上矩阵的12行对应于在时间域上，或者在频率域上，或者在时间和频率域上的12个连续的点，两个连续的点组成一个Alamouti空时分组码周期，则这12个连续的点分别对应Alamouti空时分组码周期1、Alamouti空时分组码周期2......Alamouti空时分组码周期6。以上矩阵中的s_i和t_i表示两路信号，其中的每一路信号都是独自进行Turbo编码的，这便于接收端利用连续干扰消除(SIC：successive interference cancellation)技术提高接收信躁比。比如，接收端可以先得到数据包内所有的s_i的软判决，再turbo解码s_i，用turbo解码s_i的结果在接收信号中进行干扰消除，然后再解码t_i，以提高解码t_i时的接收信躁比。

由上述发射矩阵可以看到，该发射过程如下：

在Alamouti空时分组码周期1，以发射天线1和发射天线2组合发射信号s_i，以发射天线3和发射天线4组合发射信号t_i；

在Alamouti空时分组码周期2，以发射天线1和发射天线3组合发射信号s_i，以发射天线2和发射天线4组合发射信号t_i；

在Alamouti空时分组码周期3，以发射天线1和发射天线4组合发射信号s_i，以发射天线2和发射天线3组合发射信号t_i；

在Alamouti空时分组码周期4，以发射天线2和发射天线3组合发射信号s_i，以发射天线1和发射天线4组合发射信号t_i；

在Alamouti空时分组码周期5，以发射天线3和发射天线4组合发射信号s_i，以发射天线1和发射天线2组合发射信号t_i；

在Alamouti空时分组码周期6，以发射天线2和发射天线4组合发射信号s_i，以发射天线1和发射天线3组合发射信号t_i。

在信号接收端接收到两路独立Turbo编码再分别Alamouti空时分组编码的信号后，可以先得到数据包内两路独立Turbo编码的信号中一路的各个信号的软判决，再进行turbo解码得到该信号的各个数据的硬判决，即该路信号内的各个信号的检测判决结果。并使用已经检测判决的这一路信号的检测判决结果，在接收信号中进行干扰消除，以提高解码另一路独立Turbo编码的信号的接收信躁比，然后再解码另一路独立Turbo编码的信号。

很容易在理论上说明本发明有益效果：

如果现有技术所使用的MIMO模式中，s_i是统一编码的，也就是一个数据包传输的所有符号统一Turbo编码，没有分成每一路独自Turbo编码的两路信号，那么接收端无法充分利用连续干扰消除技术，以获得接收信躁比的增益。如果现有技术一所使用的MIMO模式中，一个数据包传输的所有符号分成每一路独自Turbo编码的两路信号，如下：

$B^{\′}=\begin{array}{c}\left[\begin{array}{cccc}{s}_i& s_{i+1}& t_i& t_{i+1}\\ -s_{i+1}^{*}& s_i^{*}& -t_{i+1}^{*}& t_i^{*}\\ s_{i+2}& t_{i+2}& s_{i+3}& t_{i+3}\\ -s_{i+3}^{*}& -t_{i+3}^{*}& s_{i+2}^{*}& t_{i+2}^{*}\\ s_{i+4}& t_{i+4}& t_{i+5}& s_{i+5}\\ -s_{i+5}^{*}& t_{i+5}^{*}& {-t}_{i+4}^{*}& s_{i+4}^{*}\\ & & & \end{array}\right]\end{array}$

其中s_i和t_i表示两路信号，其中的每一路信号都是独自进行Turbo编码的。那么使用现有技术时各个数据包的各路发射信号的有效接收信噪比的波动，必然大于使用本发明的各个数据包的各路发射信号的有效接收信噪比的波动。具体分析如下。

假设接收天线数目N＝2的情况。则相应的信道矩阵 $H=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& h_{13}& h_{14}\\ h_{21}& h_{22}& h_{23}& h_{24}\end{array}\right].$ 容易看出，如果交换信道矩阵H的各列，使用现有技术时，两路发射信号s_i和t_i的有效信噪比的值必然改变；但是交换信道矩阵H的各列，使用本发明的技术时，两路发射信号s_i和t_i的有效信噪比的值不会改变。

本发明的方法，可以消除信道矩阵各列的排列改变所造成的有效信噪比的值的波动，从而减小各个数据包的各路发射信号的有效信噪比的波动，取得更好的误包率性能。

还可以用3个发射天线为例进行方案说明，使用两个发射天线作为一组发送Alamouti空时分组码，同时使用另一个发射天线发射一路发射信号。

为描述方便，本发明对发射天线发射信号方式，采用矩阵形式进行说明，本发明采用MIMO模式为：

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{cccc}{s}_i& s_{i+1}& t_i& \\ -s_{i+1}^{*}& s_i^{*}& t_{i+1}& \\ s_{i+2}& t_{i+2}& s_{i+3}& \\ -s_{i+3}^{*}& t_{i+3}& s_{i+2}^{*}& \\ t_{i+4}& s_{i+4}& s_{i+5}& \\ t_{i+5}& {-s}_{i+5}^{*}& s_{i+4}^{*}& \\ & & & \end{array}\right]\end{array}$

以上的矩阵有6行3列，其3列与3个发射天线对应，每1列对应1个不同的发射天线。以上矩阵的6行对应于在时间域上，或者在频率域上，或者在时间和频率域上的6个连续的点，两个连续的点组成一个Alamouti空时分组码周期，则这6个连续的点分别对应Alamouti空时分组码周期1、Alamouti空时分组码周期2，Alamouti空时分组码周期3。以上矩阵中的s_i和t_i表示两路信号，其中的每一路信号都是独自进行Turbo编码的，这便于接收端利用连续干扰消除(SIC：successive interference cancellation)技术提高接收信躁比。比如，接收端可以先得到数据包内所有的s_i的软判决，再turbo解码s_i，用turbo解码s_i的结果在接收信号中进行干扰消除，然后再解码t_i，以提高解码t_i时的接收信躁比。

由上述发射矩阵可以看到，该发射过程如下：

在Alamouti空时分组码周期1，以发射天线1和发射天线2组合发射信号s_i，以发射天线3发射信号t_i；

在Alamouti空时分组码周期2，以发射天线1和发射天线3组合发射信号s_i，以发射天线2发射信号t_i；

在Alamouti空时分组码周期3，以发射天线2和发射天线3组合发射信号s_i，以发射天线1发射信号t_i；

本发明方案在信号接收端接收到两路独立Turbo编码，而其中的一路s_i在Alamouti空时分组编码的信号后，可以先得到数据包内两路独立Turbo编码的信号中一路的各个信号的软判决，再进行turbo解码得到该信号的各个数据的硬判决，即该路信号内的各个信号的检测判决结果。并使用已经检测判决的这一路信号的检测判决结果，在接收信号中进行干扰消除，以提高解码另一路独立Turbo编码的信号的接收信躁比，然后再解码另一路独立Turbo编码的信号。

针对本发明所述的4个发射天线，使用两个发射天线作为一组发送Alamouti空时分组码的实施例，说明接收端的处理方法如下。

在1998年的国际会议“Signals，Systems & Computers，1998.ConferenceRecord of the Thirty-Second Asilomar Conference on“上发表的论文“Applicationsof space-time block codes and interference suppression for high capacity and highdata rate wireless systems“中给出了一种接收端使用硬判决(hard decision)接收信号的方法。在国际会议IEEE VTC 2003上发表的论文″Soft decision-basediterative interference cancellation(IIC)in group-wise STBC(G-STBC)MIMOsystems，″给出了另一种接收端使用软判决(soft decision)接收信号的方法。所述1998年的国际会议的论文给出的一种接收端使用硬判决(hard decision)接收信号的方法如下：

假设发射端共有4个发射天线，接收端有2个接收天线。发射端使用两个发射天线作为一组发送Alamouti空时分组码。第一组发送Alamouti空时分组码的两个发射天线与2个接收天线之间的信道矩阵是： $\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right),$ 其中h_ij表示第i个发射天线和第j个接收天线之间的信道系数；这一组天线发射的符号是{c1，c2}。第二组发送Alamouti空时分组码的两个发射天线与2个接收天线之间的信道矩阵是： $\left(\begin{array}{cc}{g}_{11}& g_{12}\\ g_{21}& g_{22}\end{array}\right),$ 其中g_ij表示第i个发射天线和第j个接收天线之间的信道系数；这一组天线发射的符号是{s1，s2}。

第一个接收天线上相邻两个符号周期的接收信号分别是

r₁₁＝h₁₁c₁+h₂₁c₂+g₁₁s₁+g₂₁s₂+η₁₁

$r_{12}=-h_{11}{c}_2^{*}+h_{21}{c}_1^{*}-g_{11}{s}_2^{*}+g_{21}{s}_1^{*}+{\mathrm{\η}}_{12}$

这里*表示复数的共轭，或者表示矩阵的共轭转置。r_ij表示第i个接收天线上的第j个符号周期的接收信号。

定义 $r_1={\left[\begin{array}{cc}{r}_{11}& r_{12}^{*}\end{array}\right]}^T,$ c＝[c₁ c₂]^T，s＝[s₁ s₂]^T，and ${\mathrm{\η}}_1={\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\η}}_{11}& {\mathrm{\η}}_{12}^{*}\end{array}\right]}^T.$ 上面的接收信号可以写成：

r₁＝H₁·c+G₁·s+η₁

其中

$H_1=\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{21}\\ h_{21}^{*}& {-h}_{11}^{*}\end{array}\right],$ $G_1=\left[\begin{array}{cc}{g}_{11}& g_{21}\\ g_{21}^{*}& {-g}_{11}^{*}\end{array}\right].$

同理，第一个接收天线上相邻两个符号周期的接收信号分别是

r₂＝H₂·c+G₂·s+η₂

其中 $r_2={\left[\begin{array}{cc}{r}_{21}& r_{22}^{*}\end{array}\right]}^T$ and ${\mathrm{\η}}_2={\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\η}}_{21}& {\mathrm{\η}}_{22}^{*}\end{array}\right]}^T$

$H_2=\left[\begin{array}{cc}{h}_{12}& h_{22}\\ h_{22}^{*}& {-h}_{12}^{*}\end{array}\right],$ $G_2=\left[\begin{array}{cc}{g}_{12}& g_{22}\\ g_{22}^{*}& {-g}_{12}^{*}\end{array}\right].$

定义接收信号向量

$r=\left[\begin{array}{c}{r}_1\\ r_2\end{array}\right]=H\·\tilde{c}+\mathrm{\η}=\left[\begin{array}{cc}{H}_1& G_1\\ H_2& G_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}c\\ s\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\η}}_1\\ {\mathrm{\η}}_2\end{array}\right]$

这里：

$H=\left[\begin{array}{cc}{H}_1& G_1\\ H_2& G_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{21}& g_{11}& g_{21}\\ h_{21}^{*}& -h_{11}^{*}& g_{21}^{*}& -g_{11}^{*}\\ h_{12}& h_{22}& g_{12}& g_{22}\\ h_{22}^{*}& -h_{12}^{*}& g_{22}^{*}& -g_{12}^{*}\end{array}\right].$

抑制一组Alamouti空时分组码的发射信号的干扰，检测另一组Alamouti空时分组码的发射信号的流程，比如抑制s的干扰，检测c的流程是：

1)先求得M＝HH^*+(1/Γ)I₄

这里In表示n行n列的单位矩阵，Γ＝Es/N0是信噪比(SNR)。

2)再求得

α₁＝M^-1h₁

α₂＝M^-1h₂

其中^-1表示求矩阵的逆矩阵，h₁和h₂分别是H的第一列和第二列。

3)然后选择使

最小的 $\hat{c}={\left[\begin{array}{cc}{\hat{c}}_1& {\hat{c}}_2\end{array}\right]}^T$ 即 $\hat{c}=\underset{\hat{c}\∈C}{\arg \min }\{{\left|\right|{\mathrm{\α}}_1^{*}r-{\hat{c}}_1\left|\right|}^2+{\left|\right|{\mathrm{\α}}_2^{*}r-{\hat{c}}_2\left|\right|}^2\},$ 作为c的估计值。

4)再求得 $\mathrm{\Δ}={\left|\right|{\mathrm{\α}}_1^{*}r-{\hat{c}}_1\left|\right|}^2+{\left|\right|{\mathrm{\α}}_2^{*}r-{\hat{c}}_2\left|\right|}^2$ 是估计误差值。

该文献中还提出了利用干扰消除技术检测c和s的流程，用文字描述如下。

1、抑制s的干扰，检测c，由接收信号向量得到c的估计值

再用在接收信号向量r中做干扰消除，消除c的干扰。对干扰消除后的接收信号向量，使用通常的Alamouti空时分组码解码的方法得到s的估计值

2、抑制c的干扰，检测s，由接收信号向量得到s的估计值再用

在接收信号向量r中做干扰消除，消除s的干扰。对干扰消除后的接收信号向量，使用通常的Alamouti空时分组码解码的方法得到c的估计值

3、计算各个估计误差值

${\mathrm{\Δ}}_{\hat{c}\left(0\right)}={\left|\right|{\mathrm{\α}}_1^{*}r-{\hat{c}}_1\left(0\right)\left|\right|}^2{+\left|\right|{\mathrm{\α}}_2^{*}r-{\hat{c}}_2\left(0\right)\left|\right|}^2$

${\mathrm{\Δ}}_{\hat{s}\left(0\right)}={\left|\right|{\mathrm{\α}}_1^{*}r-{\hat{s}}_1\left(0\right)\left|\right|}^2{+\left|\right|{\mathrm{\α}}_2^{*}r-{\hat{s}}_2\left(0\right)\left|\right|}^2$

${\mathrm{\Δ}}_{\hat{c}\left(1\right)}={\left|\right|{\mathrm{\α}}_1^{*}r-{\hat{c}}_1\left(1\right)\left|\right|}^2{+\left|\right|{\mathrm{\α}}_2^{*}r-{\hat{c}}_2\left(1\right)\left|\right|}^2$

${\mathrm{\Δ}}_{\hat{s}\left(1\right)}={\left|\right|{\mathrm{\α}}_1^{*}r-{\hat{s}}_1\left(1\right)\left|\right|}^2{+\left|\right|{\mathrm{\α}}_2^{*}r-{\hat{s}}_2\left(1\right)\left|\right|}^2$

4、比较

与

如果

较小，则最后的估计值取

和

否则，最后的估计值取和

从上述的接收端接收信号的方法可以看出，如果交换信道矩阵H的各列，两组分别Alamouti空时分组码编码的发射信号的接收信噪比将会改变。一个很明显的例子是，第一组Alamouti空时分组码编码的发射信号用天线1和2发射，第二组Alamouti空时分组码编码的发射信号用天线3和4发射，假设第一组Alamouti空时分组码编码的发射信号的接收信噪比为a，而第二组Alamouti空时分组码编码的发射信号的接收信噪比为b。如果交换信道矩阵H的各列，等效于第一组Alamouti空时分组码编码的发射信号用天线3和4发射，第二组Alamouti空时分组码编码的发射信号用天线1和2发射，那么第一组Alamouti空时分组码编码的发射信号的接收信噪比变为b，而第二组Alamouti空时分组码编码的发射信号的接收信噪比变为a。

假设一个数据包有100个符号周期，即有50个Alamouti空时分组码周期，每个Alamouti空时分组码周期从4个发射天线发射两组分别Alamouti空时分组码编码的发射信号。通常有两种模式，单码字(single codeword)模式和多码字(multiple codeword)模式。分别介绍如下。

在单码字模式下，需要传输的信息通过信道编码，再映射为100个发射信号，然后每个Alamouti空时分组码周期发射其中的两个。接收端得到各个Alamouti空时分组码周期的两个发射信号的估计值，再利用信道编码的纠错技术，纠正这50 2＝100个发射信号的估计值中的错误估计值。

在多码字模式下，需要传输的信息通过串并转换成两路，每一路分别用不同的信道编码器进行信道编码，再映射为50个发射信号，然后每个Alamouti空时分组码周期发射每一路中的1个发射信号。接收端得到两路中的一路的50个发射信号的估计值，再利用信道编码的纠错技术，纠正这50个发射信号的估计值中的错误估计值；然后利用已经正确解码的这一路的50个发射信号的估计值，在各个接收信号向量中消除这一路的50个发射信号的干扰，再利用干扰消除后的各个接收信号向量，得到另外一路的50个发射信号的估计值，再利用信道编码的纠错技术，纠正这50个发射信号的估计值中的错误估计值。

从上述的接收端接收信号的方法还可以看出，和单码字模式相比，多码字模式的接收性能较好。因为单码字模式下，接收端如果用1个发射信号的估计值进行干扰消除，所利用的这个发射信号的估计值，本身错误的概率比较高，这样不能够完全消除这个发射信号的干扰；而在多码字模式下，接收端利用信道编码的纠错技术，极大的降低了首先被检测的第一路的50个发射信号的估计值的错误概率，从而用首先被检测的第一路的50个发射信号的估计值进行干扰消除，近似认为可以完全消除这一路的50个发射信号的干扰，从而第二路的50个发射信号的解码性能得到了提高。

这样就说明了本发明分成s_i和t_i两路信号，每路信号分别用不同的信道编码器(比如Turbo编码器)进行信道编码，这样做的有益效果。

如图3所示，是本发明多天线通信中发射信号的系统结构示意图，从图中可见，其包括B＝N+K个发射天线，在一个TTI内，采用B＝N+K个发射天线中的N个作为发射天线发射信号，所述K≥0，所述N个发射天线分成G组，每组包括Fi个发射天线，用于发射一组空时码，所述Fi＞0，所述i≤G；还包括：

第一发射天线组合选取单元101，用于对发射天线第一组合进行选取，选取个发射天线组合中的至少3种发射天线组合发射信号；

第二发射天线组合选取单元201，用于对发射天线第二组和进行选取，选取个发射天线组合中的至少3种发射天线组合发射信号；

第一编码单元102，用于对第一发射信号进行编码；

第二编码单元202，用于对第二发射信号进行编码。

与此相对应还包括：

第一解码单元301，用于对第一发射信号进行解码；

第二解码单元401，用于对第二发射信号进行解码；

判决单元302，对第一发射信号进行判决，并将判决结果发送给第一解码单元301；

干扰消除单元303，接收第一解码单元的解码结果，并进行干扰消除后，发送给第二解码单元401。

该系统中的发射天线，可以为物理发射天线，也可以为虚拟发射天线。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (17)

1、一种多天线通信中发射信号的方法，在一个传输时间间隔TTI内，采用B＝N+K个发射天线中的N个作为发射天线发射信号，所述B≥3，K≥0，其特征在于，

将所述N个发射天线分成G组，每组包括Fi个发射天线，每组内的Fi个发射天线用于发射一组空时码或者一路发射信号，所述Fi＞0，所述i＝1，2，...，G；

在所述传输时间间隔TTI的所有符号周期内，第一组采用个发射天线组合中的至少3种发射天线组合发射信号，其中，第一组包括F_J个发射天线，F_J＞0，所述J＝1，2，...，G。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，当B≥4时，所述传输时间间隔TTI内，第一组采用至少4种发射天线组合发射信号。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输时间间隔TTI内，第一组采用所有

个发射天线组合发射信号。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输时间间隔TTI内，第二组采用

个发射天线组合中的至少3种发射天线组合发射信号，其中，第二组包括F_K个发射天线，F_K＞0，所述K＝1，2，...，G。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输时间间隔TTI内，第二组采用所有

个发射天线组合发射信号，其中，第二组包括F_K个发射天线，F_K＞0，所述K＝1，2，...，G。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述传输时间间隔TTI内，所有组都分别采用所有个发射天线组合发射信号，其中，每组包括FI个发射天线，FI＞0，所述I＝1，2，...，G。

7、如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述第一组发射天线与第二组发射天线的发射信号，分别独立编码。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，在接收端接收所述信号时：

对所述传输时间间隔TTI内第一组发射天线的发射信号进行联合解码；

根据所述第一组发射天线的发射信号解码结果进行干扰消除，然后再解码第二组发射天线的发射信号。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述符号周期，为频率域周期或者时间域周期。

10、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的发射天线为物理发射天线，或，虚拟发射天线。

11、一种多天线通信中发射信号的系统，其特征在于，包括B＝N+K个发射天线，所述B≥3，在一个传输时间间隔TTI内，采用B＝N+K个发射天线中的N个作为发射天线发射信号，所述K≥0，所述N个发射天线分成G组，每组包括Fi个发射天线，每组内的Fi个发射天线用于发射一组空时码，所述Fi＞0，所述i＝1，2，...，G；还包括：

第一发射天线组合选取单元，用于对发射天线第一组合进行选取，选取个发射天线组合中的至少3种发射天线组合发射信号，其中，第一组包括F_J个发射天线，F_J＞0，所述J＝1，2，...，G。

12、如权利要求11所述的系统，其特征在于，还包括：

第二发射天线组合选取单元，用于对发射天线第二组进行选取，选取

个发射天线组合中的至少3种发射天线组合发射信号，其中，第二组包括F_K个发射天线，F_K＞0，所述K＝1，2，...，G。

13、如权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括：

第一编码单元，用于对第一发射信号进行编码；

第二编码单元，用于对第二发射信号进行编码。

14、如权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括：

第一解码单元，用于对第一发射信号进行解码；

第二解码单元，用于对第二发射信号进行解码。

15、如权利要求14所述的系统，其特征在于，还包括：

判决单元，对第一发射信号进行判决，并将判决结果发送给第一解码单元。

16、如权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括：

干扰消除单元，接收第一解码单元的解码结果，并进行干扰消除后，发送给第二解码单元。

17、如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述的发射天线为物理发射天线，或，虚拟发射天线。

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