CN100581076C - 发射分集无线通信的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种使用发射分集无线通信从发射机(13，24)发射数据到远端接收机(14，28)的方法，该发射机(13，24)包括三个或更多个发射天线元件(1，2，3，4)。在到符号块(12)中对数据编码，块(12)中的符号(s₁，s₂，s₃，s₄)在各自符号和排列符号子集内在发射天线元件(1，2，3，4)各自子集的发射天线元件(1；2；3；4)之间随时间、以各自复本和复共轭和/或反数排列。至少所述发射天线元件(1，2，3，4)的子集之一包括多于一个的发射天线元件(1，2，3，4)。在至少所述发射天线元件(1，2，3，4)之一上发射的信号作为至少和发射信号的信道转移函数(h₁，h₂，h₃和h₄)近似相关的信道信息的一个函数被修正，符号和排列符号的子集随时间在发射天线元件的所述子集之间排列，从而可在接收机(14，28)端使用一个正交检测矩阵方案检测接收的信号。

Description

发射分集无线通信的方法和系统

技术领域

本发明涉及通过发射分集无线通信传输数据。

背景技术

对于数据传输，无线通信系统正呈现具有日益增长的重要性，应当理解，数据传输在其最广泛的意义上涵盖了语音或其它声音以及图像，例如，还涵盖抽象数字信号。

当前提议的在一个固定基站和多个远端(移动或固定)站之间用于无线通信系统的标准包括3GPP(第三代合作组项目)以及3GPP2标准，它们使用频分双工(FDD)或时分双工(TDD)以及码分多址(CDMA)。欧洲电信标准协会(ETSI)的HIPERLAN和HIPERLAN2局域网标准使用时分双工(TDD)和正交频分复用(OFDM)。国际电信联盟(ITU)IMT-2000标准也使用这些不同类型的多路复用技术。本发明可用于这些类型的系统以及其它无线通信系统。

为提高系统的通信容量，同时减少系统对噪声和干扰的敏感度，并限制发射功率，独立或组合使用不同的技术，包括空间分集，其中相同数据在时间上交织的不同物理信道上传输，特别是在不同的发射和/或接收天线元件上；这些技术还包括频率扩展，其中相同数据在由其副载波频率区分的不同信道上扩展。

在接收机端，使用复合信道衰减和相移知识(信道状态信息(CSI))执行对符号的检测。在接收机端通过测量和数据一起从发射机发射的导频信号的值得到该信道状态信息。信道的知识使得接收的信号可以按照最大比率组合技术被联合处理，其中接收到的信号和估计的信道转移矩阵的厄密共轭转置矩阵(Hermitian transpose)相乘。

使用发射分集的两种主要方法被分为“闭环”和“开环”。

在IEEE学报2000上出现的B.Raghothaman等的名为“用于3GCDMA无需特定用户导频的发射自适应阵列”论文(B.Raghothaman etal.，“Transmit adaptive without user-specific pilot for 3G CDMA”，IEEETransaction 2000)中描述了两种闭环方法。在该论文描述的系统中，在基站不同发射天线元件上发射的信号按照在接收机端从信道状态信息计算的相关权重进行加权，并重新发射给发射机。在谈到的一个系统中，除对每个发射天线元件(对所有用户通用)的导频外，还发射专用于各用户的导频，这样就造成了系统通信性能的恶化。在论文公开的另一个系统中，通过使用测量到的信道状态信息和计算的权重来重调制检测到的信号，以及使用重调制信号校正反馈中的错误，从而避免了用户专用导频；这样就在接收机上加上了沉重的计算负担，并且只有当信道状态估计与实际信道状态足够相关以避免一个高检测错误率，其结果才是可信的。

在纯粹的“开环”方法中，没有信道状态信息被反馈给发射机。在这样的系统中，发射机包括多个发射天线元件；数据编码到符号块中，块中符号在发射天线元件之间通过各自复本和复共轭和/或反数(negation)而随时间排列(permute)。接收机的复杂性取决于矩阵的性质，该矩阵决定这个空间-时间分组码(block code)；特别是如果这个矩阵是正交矩阵，就接收机计算的简单性来说，执行检测的成本较低。

在国际专利申请公布号是WO 99/14871 Alamouti中描述了一个使用正交检测矩阵的开环系统。在该系统中，发射的块中符号根据一种方案用各自复本和复共轭和/或反数在发射天线元件之间随时间排列(该方案即通常所说的“Alamouti码”)，从而在接收机端使用一个正交检测矩阵方案检测到接收的信号。

该码的性能主要基于码的分集顺序。这种分集顺序表征发射和接收天线的数目的特征，该数目为该码所实际了解。对于给定数目的接收天线元件，使用的发射天线元件越多，就衰减来说，获得越多的改善，也获得了干扰。然而，在1999年7月第45卷的IEEE IT学报上出现的V.Tarokh等的名为“来自正交设计的空间-时间分组码”的论文(V.Tarokh et al.，“Space-Time Block Codes from Orthogonal Designs”，IEEE Transaction on IT，Vol.45，July 1999)中，说明如果发射机包括多于两个全分集的发射天线元件而不牺牲编码率(也就是对于用户有用的数据速率)，则不能使用正交检测码矩阵。他们提议1/2的编码速率用于三个到八个发射天线元件，或3/4编码速率用于三个或四个发射天线元件。

Whinnett等的专利说明书WO 00/51265(转让给了Motorola)描述了另一个发射分集系统，其中为多于两个发射天线元件的阵列保持编码率，但代价是不能达到最优的发射分集。

在2000年9月IEEE第六届int.Symp关于扩频技术和应用，NJIT第429-432页，由O.Tirkkonen等名为“用于3+Tx天线的最小非正交速率1空间-时间分组码”的论文(O.Tirkkonen et al.，“Minimal Non-Orthogonality Rate 1 Space-time Block Code for 3+Tx Antennas”，IEEE6^thInt.Symp.On Spread-Spectrum Tech.&Appli.，NJIT，pp.429-432，Sept 2000)中描述了用于多于两个发射天线元件的另一种发射分集方案(ABBA码)。这个编码速率1方案得自两个Alamouti码的排列(permutation)，如编码矩阵 $\left[\begin{array}{cc}A& B\\ B& A\end{array}\right]$ 所述。它说明ABBA码提供了全空间分集，但损害了检测矩阵的正交性，这意味着相比较于正交方案，检测步骤的计算成本增加了。此外，由于检测矩阵的干扰项，ABBA码并没有获得理想码的全部性能。

在H.Jafarkhani于2000年9月提交给IEEE无线通信和网络会议的论文中建议了其它折衷方案，使用非正交检测矩阵，说明这些矩阵不同时获得最优分集和传输速率，建议的此类两个编码方案用编码矩阵 $\left[\begin{array}{cc}A& B\\ B^{*}& -A^{*}\end{array}\right]$ 和 $\left[\begin{array}{cc}A& B\\ -B^{*}& A^{*}\end{array}\right]$ 说明。

然而在A Hottinen等2001年IEEE VTC出现的论文“用于非正交空间-时间码组的一种随机技术”(A Hottinen et al.，“A randomizationtechnique for non-orthogonal space-time code blocks”，IEEE VTC 2001)中描述了另一种折衷方案。然而，此系统仍然没有采用用于多于两个发射天线元件的具有全分集的正交检测矩阵。

在2001年一个IEEE会议上由C.B.Papadias等提出的名为“用于采用四发射天线的系统的一个空间-时间编码方案(A space-time codingapproach for systems employing four transmit antennas)”的论文中描述了另一种折衷方案，它建议一个 $\left[\begin{array}{cccc}{b}_1& b_2^{*}& b_3& b_4^{*}\\ b_2& -b_1^{*}& -b_4& b_3^{*}\\ b_3& b_4^{*}& -b_1& -b_2^{*}\\ b_4& -b_3^{*}& b_2& -b_1^{*}\end{array}\right]$ 类型的编码方案。该方案也使用一个不同时得到最优分集和传输速率的非正交检测矩阵。

发明内容

本发明提供如在所附权利要求中所要求的，一种使用分集无线通信从一个发射机发射数据到一个远端接收机的方法以及一种系统，一种发射机和一种接收机。

附图简要说明

图1是根据本发明一个实施例，用于通过发射分集无线通信发射数据的系统的结构图，

图2是按照图1的系统应用到一个时分双工(TDD)、正交频分复用(OFDM)系统的结构图，以及

图3是按照图1的系统应用到一个频分双工(FDD)、码分多址(CDMA)系统的结构图。

具体实施方式

图1显示通过发射分集无线通信网络发射数据的系统的第一实施例，该系统包括一个将被描述为发射机端的第一站(主要指它的发射功能)，以及一个将被描述为接收机端的第二站(主要指它的接收功能)。在当前例子中，第一站和第二站都能够发射和接收，此外，在本发明的优选实施例中，使用相同的天线元件发射和接收。

发射机端包括四个发射天线元件：1，2，3，4。系统的接收机端包括一个有M个接收天线元件的阵列5。在经济理由的基础上选择接收机端的天线元件5的数目，以提供增强的信道分集；在移动电话的例子中，一个单个基站服务几百甚至几千移动单元，因此，添加天线元件到基站比添加天线元件到移动单元更经济。在局域网(LAN)的例子中，例如，远端站的成本不重要，在接收机端将选择较多数目的天线。

各发射天线元件1到4在多种路径上发射到各接收天线元件5。因此，考虑总计M的第m个接收天线元件，各发射天线元件1到4在多种路径上发射到接收天线元件m，由于多路反射和散射，引入了复合多路经衰减；然而，为简单目的，说明和显示在接收机端的信号处理，似乎这些信号经历了可用一个复信道转移系数h_1m到h_4m表现的平衰落(等价于在一条没有路径间干扰的单独路径上传输)。

在操作中，符号s₁，s₂，s₃，s₄得自要发射的数据，并被应用到发射天线1，2，3和4。系统的接收机端包括一个检测器6，它接收来自接收天线元件阵列5的信号，并检测来自接收天线元件的符号s₁到s₄。

在系统的发射端，一个信道状态信息单元提取权重w₁，w₂，w₃和w₄，概括地说，是对于各发射天线元件1，2，3，4的信道转移系数h₁，h₂，h₃和h₄的一个复函数。在发射前，来自各天线元件1到4的、要发射的信号和各自权重w₁到w₄相乘。该权重也是一个复系数，它是转移信道系数的函数，因此该信号可作为信道状态信息的函数修改相位和/或幅度。

要发射的数据符号被编码为符号块，并且该符号在发射天线元件1到4之间用各自复本和复共轭和/或反数在各块内随时间排列，从而在接收机端使用一个正交检测矩阵方案可检测接收的信号。该用于符号块的编码矩阵方案显示在图1的8处。

符号s₁到s₄在发射天线元件上排列数次，该次数是2的幂，该幂大于或等于2，在当前例子中，此块包含四个排列。发射机也可能包括三个天线元件，在此例子中，符号块也优选的包括四个排列。也可以使用较高数目的排列，但这将延长符号块的传输。

如图1所示的，在各块内的符号在各自符号子集内成对排列，并在对应的发射天线元件1到4的子集上发射，后续的符号子集在发射天线元件的子集之间排列。因此，如图1所示，符号s₁，s₂开始在发射天线元件1，2上发射，符号s₃，s₄开始在发射天线元件3，4上发射。在下一步中，符号s₂的反数和共轭在发射天线元件1上发射，符号s₁的共轭在发射天线元件2上发射，符号s₄的反数和共轭在发射天线元件3上发射，符号s₃的共轭在发射天线元件4上发射。应当懂得，符号s₁和s₂及其反数和/或它们的共轭组成在具有排列的发射天线元件1和2子集上发射的一个第一符号子集，符号s₃和s₄及其反数和/或它们的共轭在具有排列的发射天线元件3和4子集上发射。在下一步，包括符号s₃和s₄的子集在具有排列的发射天线元件1和2子集上发射，而包括符号s₁和s₂的子集在具有排列的发射天线元件3和4子集上发射。

此编码方案是ABBA类型的一种方案。本发明的此实施例使该编码方案可被在接收机端的一个正交检测矩阵方案解码。还可能对于其它具有类似性质的编码方案使用一个正交检测矩阵方案进行解码，例如ABB^*-A^*，或AB-B^*A^*。此外，空间-时间码的整体编码速率是1(也就是说数据速率和在单个天线中的情况一样高)，系统得到在发射机和接收机的多个发射和接收天线元件的空间分集的全部益处。检测方案使用一个正交矩阵的事实使得该检测可用低计算成本进行。以非正交检测矩阵方案出现的干扰项实质上通过将权重w₁到w₄作为估计的信道转移函数的函数应用到发射的信号而被抵消。

在符号块内第m个天线在四个时间瞬间接收的信号Y_m可写做：

公式1

其中y_m，1到y_m，4分别代表从发射天线元件1到4接收的信号，H_m代表通过将信道转移函数和对应的应用到发射天线元件的权重相乘得到的矩阵，S代表分别从发射天线元件1到4发射的信号s₁到s₄，b_m，1到b_m，4代表在第m个接收天线元件上的噪声和干扰，B_m代表接收的噪声矩阵。在此等式中，减号表示对应值的反数，而星号表示该值的共轭。

在接收机端按照最大比例组合技术处理这些多个接收到的信号。也就是说，用于每个发射天线元件的接收到的导频信号被测量，从而估计信道转移系数h_1m到h_4m，以及在发射机端施加的权重w₁到w₄，并且计算用于各接收天线元件m的估计信道转移系数矩阵的厄密共轭转置矩阵

接收的符号块Y_m和对应的厄密共轭转置矩阵

相乘，由此得到的相乘信号在天线上求和，我们最后得到一个新的信号Z：

$Z=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{^H}{H}\mathrm{mYm}=\left(\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{^H}{H}\mathrm{mHm}\right)S+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{^H}{H}\mathrm{mBm}$ 公式2

假定信道估计足够精确，实际应用到要发射的信号上的权重也和计算的权重精确一致，由此得到的检测矩阵

和用于数据的正确检测的理想正交速率1编码方案相似程度足够一致，也就是说：

$\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{^H}{H}\mathrm{mHm}=\left[\begin{array}{cccc}A& 0& 0& 0\\ 0& A& 0& 0\\ 0& 0& A& 0\\ 0& 0& 0& A\end{array}\right]$ 其中 $A=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_{\mathrm{nm}}\right|}^2,$ 公式3

如果发射权重至少满足下述关系：

公式4

其中h_nm是在第n个发射天线元件和第m个接收天线元件之间的信道的信道转移系数，w_n是应用到第n个发射天线元件的信号的权重，

代表在其上运行的值的实部。

由于编码方案的正交性，可以用低计算成本执行检测步骤。

根据本发明的这个实施例，可以使用几组发射权重来解该方程。在一个例子中，包括选择四个权重，

w₁＝1，w₂＝1，

$w_3=\exp \left(j\right[\mathrm{angle}\left(\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{1m}^{*}{h}_{3m}\right)+\mathrm{\π}/2\left]\right)$

$w_4=\exp \left(j\right[\mathrm{angle}\left(\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{2m}^{*}{h}_{4m}\right)+\mathrm{\π}/2\left]\right)$ 公式5

当这样选择权重时，发射方获得了足够用于四个发射天线元件中的两个上的加权操作的相位信息，例如如果在接收机端测量信道状态信息，这样减少了要从接收机端发射的反馈信息的数量。

对于三个发射天线的检测方案可以很容易地从这四个天线编码方案中得出。四个复符号在四个时间瞬间从三个天线上发射，例如通过关闭第4个天线，它对应于在先前的等式中设定h_4m＝0。在此例子中，当且仅当发射权重满足公式6

整个空间-时间方案是正交的，例如可以选择

w₁＝w₂＝1， $w_3=\exp \left(j\right[\mathrm{angle}\left(\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{1m}{h^{*}}_{3m}\right)+\mathrm{\π}/2\left]\right).$ 公式7

通过这样选择权重，发射方获得足够三个发射天线元件中的一个上的加权操作的相位信息。

上述用于能用一个正交检测矩阵解码的加权方案的条件可应用到ABBA类型的编码方案中，也就是说，根据矩阵 $\left[\begin{array}{cc}A& B\\ B& A\end{array}\right],$ 符号s₁，s₂和s₃，s₄以及共轭符号s₁ ^*，s₂和s₃ ^*，s₄ ^*和/或反数共轭符号-s₁ ^*，-s₂和-s₃ ^*，-s₄ ^*的子集A和B可在天线元件子集1，2和3，4之间随时间排列，而无需符号子集的反数或共轭。

其它编码方案可以使用 $\left[\begin{array}{cc}A& B\\ B^{*}& -A^{*}\end{array}\right]$ 或 $\left[\begin{array}{cc}A& B\\ -B^{*}& A^{*}\end{array}\right]$ 或 $\left[\begin{array}{cccc}{b}_1& b_2^{*}& b_3& b_4^{*}\\ b_2& -b_1^{*}& -b_4& b_3^{*}\\ b_3& b_4^{*}& -b_1& -b_2^{*}\\ b_4& -b_3^{*}& b_2& -b_1^{*}\end{array}\right]$ 的形式。在发射之前缺乏加权的情况中，这些编码方案将留下需要一个非正交检测矩阵

的干扰项。

为能够使用一个正交检测矩阵检测信号，根据本发明的另一个实施例，应用到要发射的信号上的加权被导出，从而

公式8

在该实施例的一个优选实现中，

$\left\{\begin{array}{c}{w}_p=w_q=1\\ w_r=\exp (j\×[\mathrm{angle}\left\{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{pm}}{h}_{\mathrm{rm}}^{*}\right\}+\mathrm{\π}/2\left]\right)\\ w_s=\exp (j\×[\mathrm{angle}\left\{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{qm}}{h}_{\mathrm{sm}}^{*}\right\}+\mathrm{\π}/2\left]\right)\end{array}\right.$ 公式9

根据本发明的又一个另一个实施例，在公式8中，

公式10

其中

代表在其上运行的该值的虚部，该方案可使用一个正交检测矩阵解码。

优选地，

$\left\{\begin{array}{c}{w}_p=w_q=1\\ w_r=\exp (j\×\mathrm{angle}\{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{pm}}{h}_{\mathrm{rm}}^{*}\left\}\right)\\ w_s=\exp (j\×\mathrm{angle}\{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{qm}}{h}_{\mathrm{sm}}^{*}\left\}\right)\end{array}\right.$ 公式11

图2显示根据图1的系统应用到一个基于正交频分复用(OFDM)调制的时分双工(TDD)系统，如在ETSI的Hiperlan/2标准中规定的，但被修改以包括在图1中显示的本发明的空间-时间发射分集系统实施例。在图2中显示的本发明的实施例在基站具有四个发射天线，但基站也可能具有三个发射天线。系统的基站在13显示，多个用户单元之一在14显示。

在基站13，数据被输入到编码器15，在此它被编码，以包括错误校正信息。由此得到的数据串被提供给一个数据映射和块编码单元，将数据串形成符号，并执行反数和共轭操作以产生按照编码方案12的符号块。来自映射和块编码单元16的数据提供到乘法器8，9，10和11，在此对于每个频率f的副载波，用各自复加权系数w_1f到w_4f与其相乘，并施加到供给发射天线1到4的OFDM调制阵列的各自元件上。还可在编码器15之后应用数据交织。

用于各发射天线元件的导频信号包含在发射信号中，没有加权，以估计下行链路信道。还添加一个指示符号块中排列的数目的排列信号。例如，特别是本发明的使用中，可能存在仅有两个发射天线元件的基站的混合，因此两个排列/符号块，而根据本发明的具有多于两个发射天线元件的基站，就因此会多于两个排列/符号块。至少在后一种情况中，排列信号采用不同的值，以使接收机将在检测信号中执行的排列数目修改成在发射信号中的数目。

在基站的计算器7处从一个类似导频信号计算信道状态信息，该类似导频信号包括在来自各用户单元14的上行链路传输中，并在基站处在天线元件1，2，3和4上接收，并被基站的接收机单元14检测到；由于该系统是一个具有用于下行链路和上行链路的相同载波频率的时分双工系统，认为在上行链路导频上的测量和下行链路信号的状态足够接近。

在用户单元14，在接收天线元件5的阵列上接收发射的信号，接收天线元件还用于发射信号给基站。接收的信号在各自OFDM信号解调器18中解调。用信道估计器19的阵列从下行链路导频信号中估计信道转移系数，并将其和指示在检测符号中要执行的排列数目的排列信号一起应用到阵列20的各自接收机元件。阵列20的接收机元件计算信道转移矩阵的厄密共轭变换

它被用于和接收机20的阵列中的接收信号相乘。

来自接收机20的阵列的处理信号施加到最大比率组合加法器21，它将来自接收机阵列20的信号加到天线元件5上。因为在发射机处提供发射权重w₁到w₄，检测矩阵方案是一个正交矩阵。来自最大比率组合起21的信号被传递到一个矩阵计算单元22，它从符号块恢复数字信号串。该数字信号串被传递到解码器23，进行错误校验程序，并恢复数据。

参考图2说明的系统是一个使用正交频分复用的时分双工系统。这使得使用在上行链路信号中的一个导频信号的测量在基站计算发射信道的权重，该导频信号作为发射自基站的下行链路信号的信道状态信息的近似，从用户站发射。由于在基站和在用户站对于接收和发射使用相同的天线元件，该近似值是有效的，并且实际上，在某些甚至对于上行链路和下行链路用于发射和接收的天线元件不同的情况中，该近似值也是有效的。

在图3中显示的系统是基于CDMA(码分多址)标准的一个频分双工系统，其作了修改以从移动单元提供某些反馈信息给基站，从而提供有关下行链路信号的某些信道状态信息。如果引入一个对标准的修改以容纳从移动站反馈到基站的信道状态信息，这样的一个系统和3GPP或3GPP2标准兼容。

现在更详细地参考图3，基站包括一个通常在24显示的发射机部分和一个接收机部分25。输入数据，和一个导频信号、指示在空间-时间发射分集排列期间做出的排列数目的一个排列信号一起提供到数据映射和块编码单元16，该单元按照编码方案将数字数据串装配到具有排列、反数以及共轭的符号块中。乘法器8到11然后将数据信号和用于各自天线元件1，2，3和4的各自权重相乘。根据CDMA规范，在传输之前用扩展器26的阵列将信号扩展到不同频率副载波带宽上。

在发明的本实施例中，在移动单元处计算信道状态信息，并在与用于下行链路的天线元件相同的天线元件上在上行链路发射回基站。在优选实施例中，如在公式9或10中施加到乘法器8到11的权重w₁到w₄的参数是在移动站计算的，并在上行链路上发射给基站，因为这样减少了在通信连路上传递的反馈信息的数量，仅有权重w₃和w₄的相位信息(w₃仅在三个发射天线元件的情况中)，权重w₁和w₂是恒定值。在基站天线元件1到4接收的信号在基站的接收机部分25解码。检测器27提取加权信息信号，并提供到信道状态计算器7，以计算施加到乘法器8到11的权重。

移动单元包括通常在28指示的一个接收机部分和一个发射机部分29。在移动单元，发射的信号在天线元件阵列5上接收，并施加到解扩器30的一个对应阵列，该解扩器提供基带信号给在移动单元处的接收机信道转移函数估计器和接收机31的阵列，每个“耙指”(finger)或在不同传输路径上接收的信号被分别检测，耙指被重新装配。从基站发射的导频信号计算信道状态信息。该信道状态信息一方面被提供到移动单元发射机部分29，用于在上行链路信号中重传输到基站(上行链路信号在一个不同于下行链路信号的频率上)，一方面提供给接收机元件31的阵列。

接收机元件用通过在信道状态信息信号上的排列、转置反数和共轭操作获得的信道转移矩阵的厄密共轭转换

的系数和来自解扩阵列30的信号相乘，排列的数目由接收的排列信号规定。由此得到的来自各接收机天线元件的信号在最大比率组合器32的阵列中在所有耙指上求和。此外，对应于公式4的发射权重的应用确保了检测矩阵是一个正交矩阵，使得计算大大简化。来自最大比率组合器21的信号被施加到矩阵计算单元22，并被转化为一系列数字信号，解码器23用错误检测解码并恢复数据。

在这种类型的系统的一个优选实施例中，移动单元的发射机部分和基站的发射机部分24在操作上相似，基站的接收机部分25和移动站的接收机部分28相似。当然可以对在用户站的阵列5中的天线元件的数目做出修改。这样，在从用户单元到基站的上行链路上利用了本发明的空间-时间发射分集性能，同时也在从基站到移动单元的下行链路上利用了本发明的空间-时间发射分集性能。

在本发明的另一个实施例中，应用在移动单元的天线元件的数目减少了，例如减少到两个天线元件，为的是减少移动单元的成本。在此情况中，相较于在阵列5中具有四个发射天线的系统，空间分集当然降低了。

Claims (25)

1.一种使用发射分集无线通信从发射机(13，24)传输数据到远端接收机(14，28)的方法，所述发射机至少包括三个发射天线元件(1，2，3，4)，该方法包括修改在至少所述发射天线元件(1，2，3，4)之一上将要发射的信号，使其成为和发射信号的信道转移函数(h₁，h₂，h₃和h₄)有关的一个信道信息的函数，在符号块(12)中编码所述数据，至少所述发射天线元件(1，2，3，4)的所述子集之一包括多于一个的所述发射天线元件(1，2，3，4)，

其特征在于，块中的成对符号(s1，s2，s3，s4)在各自符号和排列符号子集内在各自所述发射天线元件(1，2，3，4)子集的发射天线元件(1，2，3，4)之间随时间、以各自复本和复共轭和反数排列，所述符号和排列符号子集随时间在所述发射天线元件的子集之间排列，从而在接收机端通过使用正交检测码矩阵的检测方案检测接收的信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述发射天线元件(1，2，3，4)上发射的所述信号在相位上作为所述信道信息的一个函数被修正。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信道信息是在所述接收机(14，28)端从所述发射机(13，24)接收的信号的一个函数，并从所述接收机发射到所述发射机。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述接收机(14，28)还包括用于在具有与所述发射机(13，24)的发射信道相同特性的信道上发射信号的发射装置(13，29)，所述发射机(13，24)还包括包含所述发射天线元件(1，2，3，4)、用于接收发射自所述发射装置(13，29)的信号的接收装置(14，25)，其特征在于，作为从所述发射装置(13，29)发射到所述接收装置(14，25)的信号的信道转移函数(h₁，h₂，h₃和h₄)的一个函数在所述发射机(13，24)处计算与w₃和w₄相关的值。

5.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述符号(s1，s2，s3，s4)随时间在所述块(12)内在发射天线元件(1，2，3，4)之间多次排列，其排列的次数等于2的幂，该幂大于或等于2。

6.如在权利要求4中所述的方法，其特征在于，所述发射机(13，24)包括三个或四个所述发射天线元件(1，2，3，4)，并且所述符号在所述块(12)内在发射天线元件(1，2，3，4)之间随时间排列4次。

7.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述符号和排列符号子集随时间在发射天线元件(1，2，3，4)的所述子集之间排列，无需共轭或反数，并且修正在至少所述发射天线元件(1，2，3，4)之一上发射的所述信号，从而满足方程：

其中复数h_1m，h_2m，h_3m和h_4m代表在发射天线元件(1，2，3和4)上和第m个接收机发射天线元件上的实际信道转移函数，复数w₁，w₂，w₃和w₄代表应用在发射天线元件(1，2，3和4)的信号上的修正，*代表其关联的数的复共轭，操作符代表一个复数值的实部。

8.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，修正在至少所述发射天线元件(1，2，3，4)之一上发射的所述信号，从而满足方程：

或方程：

其中复数h_nm代表在第n个发射天线元件上以及第m个接收机发射天线元件上的实际信道转移函数，复数w_n代表应用到第n个发射天线元件的信号的修正，*代表其关联的数的复共轭，

代表复数值的实部，

代表复数值的虚部。

9.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述发射机(13，24)包括四个所述发射天线元件(1，2，3，4)，修正在所述发射天线元件(1，2，3，4)上发射的所述信号，从而至少近似满足方程：

w₁＝1，w₂＝1，

$w_3=\exp \left(j\right[\mathrm{angle}\left\{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{h}}_{1m}{\hat{h}}_{3m}^{*}\right\}+\mathrm{\π}/2\left]\right)$

$w_4=\exp \left(j\right[\mathrm{angle}\left\{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{h}}_{2m}{\hat{h}}_{4m}^{*}\right\}+\mathrm{\π}/2\left]\right)$

其中复数

代表在第n个发射天线元件和第m个接收机天线元件上测量的信道转移函数，M代表在所述接收机处的接收机天线元件的总数，复数w_n代表应用到第n个发射天线元件的信号的修正，*代表其关联的数的复共轭。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，作为接收的信号的一个函数来在所述接收机(14，28)计算与w₃和w₄相关的值，并将其从所述接收机(14，28)发射到所述发射机(13，24)。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述接收机(14，28)还包括用于在具有与所述发射机(13，24)的发射信道相同特性的信道上发射信号的发射装置(13，29)，所述发射机(13，24)还包括包含所述发射天线元件(1，2，3，4)、用于接收发射自所述发射装置(13，29)的信号的接收装置(14，25)，其特征在于，作为从所述发射装置(13，29)发射到所述接收装置(14，25)的信号的信道转移函数(h₁，h₂，h₃，h₄)的一个函数来在所述发射机(13，24)计算与w₃和w₄相关的值。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射机(13，24)包括三个所述发射天线元件(1，2，3，4)，修正在所述发射天线元件(1，2，3，4)上发射的所述信号，从而满足方程：

w₁＝w₂＝1以及 $w_3=\exp \left(j\right[\mathrm{angle}\left\{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{h}}_{1m}{\hat{h}}_{3m}^{*}\right\}+\mathrm{\π}/2\left]\right)$

其中复数

代表在第n个发射天线元件和第m个接收机天线元件上测量的信道转移函数，M代表在所述接收机处的接收机天线元件的总数，复数w_n代表应用到第n个发射天线元件的信号的修正，*代表其关联的数的复共轭。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，作为接收信号的函数来在所述接收机(14，28)计算一个与w₃相关的值，并将其从所述接收机(14，28)发射到所述发射机(13，24)。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述接收机(14，28)还包括用于在具有与所述发射机(13，24)的发射信道相同特性的信道上发射信号的发射装置(13，29)，所述发射机(13，24)还包括包含所述发射天线元件(1，2，3，4)、用于接收发射自所述发射装置(13，29)的信号的接收装置(14，25)，其特征在于，作为从所述发射装置(13，29)发射到所述接收装置(14，25)的信号的信道转移函数(h₁，h₂，h₃，h₄)的一个函数来在所述发射机(13，24)计算与w₃相关的值。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，一个指示所述符号(s₁，s₂，s₃，s₄)在所述块(12)内随时间的排列次数的排列信号被从所述发射机(13，24)发射到所述接收机(14，28)，所述接收机(14，28)在检测发射的数据的过程中，在其执行的排列次数响应所述排列信号。

16.一种通过如在权利要求1中所述的发射分级无线通信方法来发射数据的系统，该系统包括所述发射机(13，24)以及多个所述远端接收机(14，28)，所述发射机(13，24)包括至少三个所述发射天线元件(1，2，3，4)以及发射编码装置(15，16，8，9，10，11)，该发射编码装置用于修正在至少所述发射天线元件(1，2，3，4)之一上发射的信号，使其作为与发射信号的信道转移函数(h₁，h₂，h₃，h₄)相关的信道信息的一个函数，并用于在符号块(12)内对所述数据编码，至少所述发射天线元件(1，2，3，4)的所述子集之一包括多于一个的所述发射天线元件(1，2，3，4)，

其特征在于，块(12)中的成对符号在各自符号和排列符号子集内在各自所述发射天线元件(1，2，3，4)子集的发射天线元件(1，2，3，4)之间随时间、以各自复本和复共轭和反数排列，所述发射编码装置(15，16，8，9，10，11)被安排用于随时间在发射天线元件的所述子集之间排列所述符号和排列符号的子集，从而在接收机(14，28)通过使用正交检测码矩阵的检测方案检测接收信号。

17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述接收机(14，28)包括用于将所述信道信息作为从所述发射机(13，24)接收的导频信号的一个函数来计算，并用于从所述接收机(14，28)发射所述信道信息到所述发射机(13，24)的装置。

18.如权利要求16所述的系统，其中所述接收机(14，28)还包括用于在与所述发射机(13，24)的发射信道具有相同特性的信道上发射信号的发射装置(13，29)，所述发射机(13，24)还包括包含所述发射天线元件(1，2，3，4)、用于接收发射自所述发射装置(13，29)的信号的接收装置(14，25)，其特征在于，在所述发射机(13，24)的所述发射编码装置(15，16，8，9，10，11)响应于从所述发射装置(13，29)发射到所述接收装置的导频信号的信道转移函数，以计算所述的信道信息。

19.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述编码装置(15，16，8，9，10，11)被安排用于发射一个指示所述符号随时间在所述块内排列的次数的排列信号，所述接收机包括检测装置，其在检测发射的数据过程中，在其执行的排列次数上响应所述排列信号。

20.一种通过如在权利要求1中所述的发射分集无线通信方法发射数据到远端接收机的发射机，其包括至少三个所述发射天线元件(1，2，3，4)以及发射编码装置(15，16，8，9，10，11)，该装置用于修正在至少所述发射天线元件(1，2，3，4)之一上作为与发射信号的信道转移函数(h₁，h₂，h₃，h₄)相关的信道信息的一个函数发射的信号，并用于在符号块(12)内对所述数据编码，至少所述发射天线元件(1，2，3，4)的所述子集之一包括多于一个的所述发射天线元件(1，2，3，4)，

其特征在于，块(12)中的成对符号在各自符号和排列符号子集内在各自所述发射天线元件(1，2，3，4)子集的发射天线元件(1，2，3，4)之间随时间、以各自复本和复共轭和反数排列，所述发射编码装置(15，16，8，9，10，11)被安排用于随时间在发射天线元件的所述子集之间排列所述符号和排列符号的子集，从而在接收机(14，28)通过使用正交检测码矩阵的检测方案检测接收信号。

21.如权利要求20所述的发射机，用于发射数据到接收机，该接收机还包括用于在与所述发射机(13，24)的发射信道具有相同特性的信道上发射信号的发射装置(13，29)，其特征在于，所述发射机(13，24)还包括包含所述发射天线元件(1，2，3，4)、用于接收发射自所述发射装置(13，29)的信号的接收装置(14，25)，在所述发射机(13，24)的所述发射编码装置(15，16，8，9，10，11)响应于从所述发射装置(13，29)发射到所述接收装置(14，25)的导频信号的信道转移函数(h₁，h₂，h₃和h₄)，以计算所述的信道信息。

22.如权利要求20所述的发射机，其特征在于，所述编码装置(15，16，8，9，10，11)被安排用于发射一个指示所述符号随时间在所述块内排列的次数的排列信号。

23.一种通过如在权利要求1中所述的发射分集无线通信方法来接收从一个包括至少三个所述发射天线元件(1，2，3，4)的发射机(13，24)发射的数据的接收机，所述接收机(14，28)包括用于检测在符号块(12)内编码的数据的检测装置(19，20，21，31，32)，作为与发射信号的信道转移函数(h₁，h₂，h₃和h₄)相关的信道信息的一个函数来修正在至少所述发射天线元件(1，2，3，4)之一上发射的所述信号，

其特征在于，块(12)中的符号(s₁，s₂，s₃，s₄)在各自符号和排列符号子集内在各自所述发射天线元件(1，2，3，4)子集的发射天线元件(1，2，3，4)之间随时间、以各自复本和复共轭和反数排列，所述检测装置(19，20，21，31，32)被安排用于检测随时间在发射天线元件的所述子集上排列的符号和排列符号子集，从而在接收机(14，28)通过使用正交检测码矩阵的检测方案检测接收的信号。

24.如权利要求23所述的接收机，其特征在于，在所述接收机(14，28)的所述检测装置(19，20，21，31，32)包括用于作为从所述发射机(13，24)接收的信号的一个函数来计算所述信道信息，以及用于从所述接收机(14，28)发射所述信道信息到所述发射机(13，24)的装置。

25.如权利要求23所述的接收机，其特征在于，所述检测装置(19，20，21，31，32)在检测发射的数据的过程中，在其执行的排列次数上响应指示所述符号在所述块内随时间排列的次数的排列信号，该信号是从所述发射机发射到所述接收机的。

Images