CN101057417B - 用于使用发射分集方案进行空间扩展的设备和方法 - Google Patents

Abstract

描述了使用多个发射分集方案的组合来发送数据的技术。这些发射分集方案包括空间扩展、连续波束形成、循环延时分集、空时发射分集(STTD)、空频发射分集(SFTD)以及正交发射分集(OTD)。发射实体基于发射分集方案(例如STTD、SFTD或OTD)处理一个或多个(N_D个)数据符号流，以生成多个(N_C个)编码符号流。每个数据符号流可以作为单个编码符号流或多个(例如两个)编码符号流而使用STTD、SFTD或OTD进行发送。发射实体可以使用不同的矩阵对N_C个编码符号流执行空间扩展以生成多个(N_T个)发射符号流，以便从N_T个天线进行传输。附加地或可选地，发射实体可以在时域或频域中对N_T个发射符号流执行连续波束形成。

Description

用于使用发射分集方案进行空间扩展的设备和方法

基于35U.S.C.§119要求优先权

本专利申请要求于2004年9月3日递交的名称为“SteeringDiversity with Space-Time Transmit Diversity for a WirelessCommunication System”的临时申请No.60/607,371的优先权；以及于2004年9月8日递交的名称为“Steering Diversity with Space-Timeand Space-Frequency Transmit Diversity Schemes for a WirelessCommunication System”的临时申请No.60/608,226的优先权，上述申请均转让给本申请的受让人，因而在此通过引用将其纳入本申请中。

技术领域

本公开文件一般涉及通信，特别涉及在多天线通信系统中发送数据的技术。

背景技术

多天线通信系统使用多个(N_T个)发射天线以及一个或多个(N_R个)接收天线进行数据传输。可将N_T个发射天线用于通过从天线发送不同的数据来提高系统吞吐率或者用于通过冗余地发送数据来改善可靠性。

在多天线通信系统中，在每对发射和接收天线之间存在传播路径。在N_T个发射天线和N_R个接收天线之间形成N_T·N_R个不同的传播路径。这些传播路径可能经历不同的信道状况(例如不同的衰落、多径和干扰效应)，而且可能获得不同的信号-噪声干扰比(SNR)。从而，N_T·N_R个传播路径的信道响应可能彼此不同，对于时变无线信道所述信道响应可能随时间改变，而对于色散无线信道所述信道响应可能随频率改变。传播路径的变化特性阻碍了高效可靠方式的数据发送。

发射分集是指在空间、频率、时间或者这些维度的组合上进行数据的冗余传输，以改善数据传输的可靠性。发射分集的一个目的是在尽可能多的维度上使数据传输的差异最大化，以获得较强的性能。另一个目的是简化在发射机和接收机处的发射分集处理。

因此，本领域需要在多天线通信系统中使用发射分集来发送数据的技术。

发明内容

本文描述了使用多个发射分集方案的组合来发送数据的技术。这些发射分集方案包括空间扩展、连续波束形成、循环延时分集、空时发射分集(STTD)、空频发射分集(SFTD)以及正交发射分集(OTD)，下面对这些方案进行说明。

在一个实施例中，发射实体对一个或多个(N_D个)数据流进行处理(例如编码、交织和符号映射)，以生成N_D个数据符号流。发射实体还基于发射分集方案(例如STTD、SFTD或OTD)处理N_D个数据符号流，以生成多个(N_C个)编码符号流。每个数据符号流可以作为单个编码符号流或多个(例如两个)编码符号流而使用STTD、SFTD或OTD进行发送。发射实体可以使用不同的矩阵对N_C个编码符号流进行空间扩展，以生成将从N_T个天线发送的多个(N_T个)发射符号流。附加地或者可选地，发射实体可以在时域或频域中对N_T个发射符号流执行连续波束形成。接收实体执行互逆的处理以恢复N_D个数据流。

本发明的一个方面涉及一种设备，包括：

至少一个处理器，其被配置为基于发射分集方案处理多个数据符号以生成多个编码符号；对所述多个编码符号执行空间处理以生成经由多个天线传输的多个发射符号，其中，对所述多个编码符号执行空间处理包括：利用多个导引矩阵执行空间扩展，以及将不同的导引矩阵用于不同的频率子带、不同的时间间隔或者其两者；以及，利用多个矩阵执行波束形成以及将不同的矩阵用于不同的频率子带；

以及存储器，其连接到所述至少一个处理器。

本发明的另一个方面涉及一种方法，包括：

基于发射分集方案处理多个数据符号，以生成多个编码符号；

对所述多个编码符号执行空间处理，以生成经由多个天线传输的多个发射符号，其中，对所述多个编码符号执行空间处理的步骤包括：利用多个导引矩阵执行空间扩展，以及将不同的导引矩阵用于不同的频率子带、不同的时间间隔或者其两者；以及

利用多个矩阵执行波束形成以及将不同的矩阵用于不同的频率子带。

本发明的另一个方面涉及一种设备，包括：

基于发射分集方案处理多个数据符号以生成多个编码符号的模块；

对所述多个编码符号执行空间处理以生成经由多个天线传输的多个发射符号的模块，其中，对所述多个编码符号执行空间处理的模块包括：利用多个导引矩阵执行空间扩展的模块，以及将不同的导引矩阵用于不同的频率子带、不同的时间间隔或者其两者的模块；以及

利用多个矩阵执行波束形成以及将不同的矩阵用于不同的频率子带的模块。

本发明的另一个方面涉及一种设备，包括：

至少一个处理器，其被配置为基于发射分集方案处理至少一个数据符号流以生成至少两个编码符号流；对所述至少两个编码符号流执行空间处理以生成经由多个天线传输的多个发射符号流，其中，对所述至少两个编码符号流执行空间处理包括：利用多个导引矩阵执行空间扩展，以及将不同的导引矩阵用于不同的频率子带、不同的时间间隔或者其两者；以及，利用多个矩阵执行波束形成以及将不同的矩阵用于不同的频率子带；以及

存储器，其连接到所述至少一个处理器。

本发明的另一个方面涉及一种方法，包括：

基于发射分集方案处理至少一个数据符号流，以生成至少两个编码符号流；

对所述至少两个编码符号流执行空间处理，以生成经由多个天线传输的多个发射符号流，其中，对所述至少两个编码符号流执行空间处理的步骤包括：利用多个导引矩阵对所述至少两个编码符号流执行空间扩展，以及将不同的导引矩阵用于不同的频率子带、不同的时间间隔或者其两者；以及

利用多个矩阵执行波束形成以及将不同的矩阵用于不同的频率子带

本发明的另一个方面涉及一种设备，包括：

基于发射分集方案处理至少一个数据符号流以生成至少两个编码符号流的模块；

对所述至少两个编码符号流执行空间处理以生成经由多个天线传输的多个发射符号流的模块，其中，对所述至少两个编码符号流执行空间处理的模块包括：利用多个导引矩阵对所述至少两个编码符号流执行空间扩展的模块，以及将不同的导引矩阵用于不同的频率子带、不同的时间间隔或者其两者的模块；以及

利用多个矩阵执行波束形成以及将不同的矩阵用于不同的频率子带的模块

下面进一步详细说明本发明的各个方案和实施例。

附图说明

图1示出了多天线发射实体的框图。

图2示出了发射实体处的发射(TX)数据处理器、TX STTD处理器和空间扩展器的框图。

图3示出了发射实体处的N_T个调制器的框图。

图4示出了单天线接收实体和多天线接收实体的框图。

具体实施方式

词语“示例性的”在本文中用来表示“作为实例、例子或例证的”。不应将本文描述为“示例性的”任何实施例解释为优选于或优于其它实施例。

本文所述的传输技术可以用于多输入单输出(MISO)和多输入多输出(MIMO)传输。MISO传输使用多个发射天线和单个接收天线。MIMO传输使用多个发射天线和多个接收天线。

所述传输技术可以用于单载波和多载波通信系统。多载波系统可以使用正交频分复用(OFDM)、其它多载波调制方案或其它概念。OFDM将整个系统带宽有效地划分成多个(N_F个)正交频率子带，所述正交频率子带也被称作音调(tone)、子载波、频段(bin)、频道等等。通过OFDM，每个子带与可调制有数据的相应子载波相关联。单载波系统可以使用单载波频分多址(SC-FDMA)、码分多址(CDMA)或者其它单载波调制方案。SC-FDMA系统可以：(1)使用交织的FDMA(IFDMA)在分布于整个系统带宽中的子带上发送数据和导频(pilot)；(2)使用局部FDMA(LFDMA)在一组相邻子带上发送数据和导频；或者(3)使用增强的FDMA(EFDMA)在多组相邻子带上发送数据和导频。总之，在时域中使用SC-FDMA(例如IFDMA、LFDMA和EFDMA)发送调制符号，而在频域中使用OFDM发送调制符号。为了清楚，以下的大部分描述针对使用OFDM的系统，其中全部N_F个子带都可用于传输。

可以使用多种方案实现发射分集，这些方案包括STTD、SFTD、OTD、空间扩展、连续波束形成等等。STTD在两个符号周期中在一个子带上从两个天线发送一对数据符号，以实现空间和时间分集。SFTD在一个符号周期中在两个子带上从两个天线发送一对数据符号，以实现空间和频率分集。OTD使用N_O个正交码在N_O个符号周期中在一个子带上从N_O个天线发送多个(N_O个)数据符号，以实现空间和时间分集，其中N_O≥2。如本文所使用的，数据符号是业务/分组数据的调制符号，导频符号是导频(其是发射和接收实体预先已知的数据)的调制符号，调制符号是调制方案(例如M-PSK或M-QAM)信号星座图中的点的复数值，传输符号(例如OFDM符号)是在一个符号周期中由单载波或多载波调制方案生成的时域采样序列，以及符号通常是复数值。

空间扩展是指从多个发射天线同时发送符号，所述符号可能具有由用于该符号的导引(steering)向量所确定的不同幅度和/或相位。空间扩展还可被称作导引分集、发射导引、伪随机发射导引、空时扰码等等。空间扩展可以与STTD、SFTD、OTD和/或连续波束形成一起用于改善性能和/或扩充这些发射分集方案的常规操作。例如，STTD通常从两个天线发送一个数据符号流。空间扩展可以与STTD一起用于从两个以上的天线同时发送一个以上的数据符号流。

连续波束形成是指在N_F个子带上使用不同的波束。由于波束在子带上以渐进的方式而不是突发的方式发生变化，所以波束形成是连续的。通过将相应于每个子带的符号乘以相应于该子带的波束形成矩阵，可以在频域中实现连续波束形成。还可以通过将不同的循环延时应用于不同的发射天线而在时域中实现连续波束形成。时域连续波束形成也被称作循环延时分集。

可以使用多个发射分集方案的组合实现发射分集。例如，可以使用STTD、SFTD或OTD与空间扩展或连续波束形成的组合来实现发射分集。作为另一个实例，可以使用STTD、SFTD或OTD与空间扩展和循环延时分集的组合来实现发射分集。为了清楚，以下的大部分描述假设使用STTD。

图1示出了多天线发射实体110的实施例的框图，该发射实体110可以是接入点或用户终端的一部分。接入点也可以被称作基站、基站收发机系统或其它术语。用户终端也可以被称作移动台、无线装置或其它术语。

对于图1所示的实施例，发射实体110可以将STTD、空间扩展和连续波束形成的组合用于数据传输。TX数据处理器112接收并处理N_D个数据流，并且提供N_D个数据符号流，其中N_D≥1。TX数据处理器112可以独立地处理每个数据流，或者可以一起处理多个数据流。例如，TX数据处理器112可以根据为每个数据流选择的编码和调制方案，对该数据流进行格式化、扰码、编码、交织和符号映射。TX STTD处理器120接收N_D个数据符号流，对零个、一个或多个数据符号流进行STTD编码，并且提供N_C个编码符号流，其中N_C≥N_D。总之，TX STTD处理器120可以使用STTD、SFTD、OTD或其它发射分集方案来处理任意数量的数据符号流。如下所述，每个数据符号流可以作为一个编码符号流或多个编码符号流进行发送。

空间扩展器130接收编码符号并将编码符号与导频符号复用，通过将编码符号和导频符号乘以不同的导引矩阵来进行空间扩展，以及向N_T个发射天线提供N_T个发射符号流，其中N_T≥N_C。每个发射符号是将要在一个符号周期中在一个子带上从一个发射天线发送的复数值。N_T个调制器(MOD)132a至132nt接收N_T个发射符号流。对于基于OFDM的系统，每个调制器132对其发射符号流进行OFDM调制，并提供时域采样流。如下所述，每个调制器132还可以对其天线应用不同的循环延时。N_T个调制器132a至132nt将N_T个采样流分别提供给N_T个发射机单元(TMTR)134a至134nt。每个发射机单元134对其采样流进行调整(例如转换为模拟、放大、滤波和上变频)并且生成调制信号。来自N_T个发射机单元134a至134nt的N_T个调制信号分别从N_T个发射天线136a至136nt进行发送。

控制器140控制发射实体110处的操作。存储器142存储用于发射实体110的数据和/或程序代码。

发射实体110可以使用STTD发送任意数量的数据符号流以及不使用STTD发送任意数量的数据符号流，这取决于可用于数据传输的发射和接收天线的数量。可以对一个数据符号流进行STTD编码，如下所述。对于将要在两个符号周期中发送的每对数据符号s_a和S_b，TXSTTD处理器120生成两个向量s ₁＝[s_a s_b]^T和

其中，“*”表示复数共轭，“T”表示转置。或者，对于所述一对数据符号s_a和s_b，TX STTD处理器120可以生成两个向量和

对于两种STTD编码方案，每个向量s _t(t＝1，2)包括两个编码符号，以在一个符号周期中从N_T个发射天线进行发送，其中，N_T≥2。向量s ₁在第一符号周期中发送，向量s ₂在下一个符号周期中发送。每个数据符号包括在两个向量中，从而，在两个符号周期中进行发送。第m个编码符号流由两个向量s ₁和s ₂的第m个元素形成。为了清楚，以下描述针对具有s ₁＝[s_a s_b]^T和的STTD编码方案。对于这种STTD编码方案，第一编码符号流包括编码符号s_a和第二编码符号流包括编码符号s_b和

表1列出可用于数据传输的四种配置。N_D×N_C配置表示将N_D个数据符号流作为N_C个编码符号流进行的传输，其中，N_D≥1以及N_C≥N_D。第一列表示四种配置。对于每种配置，第二列指示所发送数据符号流的数量，第三列指示编码符号流的数量。第四列列出每种配置的N_D个数据符号流，第五列列出每个数据符号流的编码符号流，第六列给出对于每个编码符号流将要在第一符号周期(t＝1)中发送的编码符号，以及第七列给出对于每个编码符号流将要在第二符号周期(t＝2)中发送的编码符号。在每个2-符号(2-symbol)间隔中发送的数据符号数量等于数据符号流数量的两倍或2N_D。第八列指示每种配置所需的发射天线的数量，并且第九列指示每种配置所需的接收天线的数量。

表1

如表1所示，数据符号流可以在使用STTD的情况下作为两个编码符号流发送或者在不使用STTD的情况下作为一个编码符号流发送。对于表1所示的实施例，对于未使用STTD发送的每个数据符号流，对在第二符号周期(t＝2)中发送的数据符号取共轭，以匹配对使用STTD发送的数据符号流所执行的共轭。

对于1×2配置，对一个数据符号流进行STTD编码，以生成两个编码符号流。对于每个2-符号间隔，利用数据符号s_a和s_b生成向量s ₁＝[s_a s_b]^T以及

在第一符号周期中从至少两个发射天线发射向量s ₁，以及在第二符号周期中从相同的天线发射向量s ₂。接收实体使用至少一个接收天线来恢复数据符号流。

对于2×3配置，两个数据符号流作为三个编码符号流发送。对第一数据符号流进行STTD编码，以生成两个编码符号流。第二数据符号流在不使用STTD的情况下作为第三编码符号流发送。对于每个2-符号间隔，使用数据符号s_a、s_b、s_c和s_b生成向量s ₁＝[s_a s_b s_c]^T和

其中s_a和s_b来自第一数据符号流，s_c和s_b来自第二数据符号流。在第一符号周期中从至少三个发射天线发射向量s ₁，在第二符号周期中从相同的天线发射向量s ₂。接收实体使用至少两个接收天线来恢复两个数据符号流。

对于2×4配置，两个数据符号流作为四个编码符号流发送。对每个数据符号流进行STTD编码，以生成两个编码符号流。对于每个2-符号间隔，使用数据符号s_a、s_b、s_c和s_b生成向量s ₁＝[s_a s_b s_c s_d]^T和其中s_a和s_b来自第一数据符号流，s_c和s_b来自第二数据符号流。在第一符号周期中从至少四个发射天线发射向量s ₁，在第二符号周期中从相同的天线发射向量s ₂。接收实体使用至少两个接收天线来恢复两个数据符号流。

对于3×4配置，三个数据符号流作为四个编码符号流发送。对第一数据符号流进行STTD编码，以生成两个编码符号流。第二数据符号流在不使用STTD编码的情况下作为第三编码符号流发送，并且第三数据符号流在不使用STTD编码的情况下作为第四编码符号流发送。对于每个2-符号间隔，使用数据符号s_a、s_b、s_c、s_d、s_e和s_f生成向量s ₁＝[s_a s_b s_c s_e]^T和

其中s_a和s_b来自第一数据符号流，s_c和s_b来自第二数据符号流，以及s_e和s_f来自第三数据符号流。在第一符号周期中从至少四个发射天线发射向量s ₁，以及在第二符号周期中从相同的天线发射向量s ₂。接收实体使用至少三个接收天线来恢复三个数据符号流。

表1示出了可以用于数据传输的四种示例性配置，其中每种配置具有使用STTD发送的至少一个数据符号流。也可将其它配置用于数据传输。配置还可以使用STTD、SFTD和OTD的组合。

总之，任意数量的数据符号流可以作为任意数量的编码符号流从任意数量的发射天线进行发送，其中N_D≥1、N_C≥N_D、N_T≥N_C且N_R≥N_D。每个数据符号流可以使用或者可以不使用STTD、SFTD、OTD或其它发射分集方案来进行编码。每个数据符号流可以作为一个编码符号流或多个(例如两个)编码符号流进行发送。

发射实体可以处理编码符号以进行空间扩展和连续波束形成，如下：

x _t(k)＝B(k)·V(k)·G(k)·s _t(k)，t＝1，2，     方程(1)其中，s _t(k)是在符号周期t中在子带k上发送的具有N_C个编码符号的N_C×1向量；

G(k)是沿着对角线具有相应于s _t(k)中N_C个编码符号的N_C个增益值而其它位置为零的N_C×N_C对角矩阵；

V(k)是用于子带k的空间扩展的N_T×N_C导引矩阵；

B(k)是用于子带k的连续波束形成的N_T×N_T对角矩阵；以及

x _t(k)是具有将要在符号周期t中在子带k上从N_T个发射天线发送的N_T个发射符号的N_T×1向量。

向量s ₁包含将要在第一符号周期中发送的N_C个编码符号，向量s ₂包含将要在第二符号周期中发送的N_C个编码符号。如表1所示，可以形成相应于表中的四种配置的向量s ₁和s ₂。

增益矩阵G(k)确定用于N_C个编码符号流中每个编码符号流的发射功率量。增益矩阵可以是子带索引k的函数(如方程(1)所示)1或者可以是独立于索引k的函数。将可用于发射的总发射功率表示为P_total。在一个实施例中，对N_C个编码符号流使用相同的发射功率，从而G(k)的对角线元素具有相同的值

在另一个实施例中，对N_D个数据符号流使用相同的发射功率，从而可将沿着G(k)对角线的N_C个增益值定义为等于用于N_D个数据符号流的发射功率。可以根据配置将N_C个增益值定义为相同或不同。作为一个实例，对于2×3配置，第一数据符号流作为两个编码符号流进行发送，第二数据符号流作为一个编码符号流进行发送。为了对于两个数据符号流获得相同的发射功率，3×3增益矩阵G(k)可以沿着对角线包括相应于三个编码符号流的增益值

和

从而，利用

对第三编码符号流中的每个编码符号进行缩放(scale)，并且以在相同符号周期中发送的其它两个编码符号的功率的两倍功率发送所述每个编码符号。对于两个实施例，可以对每个符号周期中的N_C个编码符号进行缩放，以使用每个发射天线可用的最大发射功率。一般而言，可以选择G(k)的对角线元素，以对N_C个编码符号流使用任意的发射功率量，以及获得N_D个数据符号流的任意期望的SNR。也可以通过利用适当的增益对导引矩阵V(k)的列进行缩放来实现对N_C个编码符号流的功率缩放。

给定数据符号流(表示为{s})可以按照多种方式作为一个编码符号流(表示为

)进行发送。在一个实施例中，增益矩阵G(k)沿着对角线包含多个一，编码符号流

以与其它编码符号流相同的功率电平进行发送。对于该实施例，数据符号流{s}以低于STTD编码数据符号流的发射功率发送，从而在接收实体处获得较低的接收SNR。可以选择用于数据符号流{s}的编码和调制，以获得预期的性能，例如，预期的分组误差率。在另一个实施例中，数据符号流{s}中的每个数据符号在两个符号周期中进行重复和发送。作为一个实例，对于2×3配置，数据符号s_c在两个符号周期中发送，然后数据符号s_d在两个符号周期中发送，等等。该实施例可以实现与N_D个数据符号流相接近的接收SNR，这可以简化发射实体处的编码和调制以及接收实体处的解调和解码。

导引矩阵V(k)在每个符号周期中对N_C个编码符号进行空间扩展，从而将每个编码符号从全部N_T个发射天线进行发送，从而获得空间分集。可以使用按照如下所述生成的多种类型的导引矩阵来进行空间扩展，所述导引矩阵例如沃尔什矩阵、傅立叶矩阵、伪随机矩阵等等。将相同的导引矩阵V(k)用于相应于每个子带k的两个向量s ₁(k)和s ₂(k)。可将不同的导引矩阵用于不同的子带和/或不同的时间间隔，其中，每个时间间隔跨越两个STTD符号周期的整数倍。

矩阵B(k)在频域中进行连续波束形成。对于基于OFDM的系统，可对每个子带使用不同的波束形成矩阵。每个子带k的波束形成矩阵可以是具有下列形式的对角矩阵：

$\underset{\‾}{B}\left(k\right)=\left[\begin{array}{cccccc}{b}_1\left(k\right)& 0& \·& \·& \·& 0\\ 0& b_2\left(k\right)& \·& \·& \·& 0\\ \·& \·& \·& & & \·\\ \·& \·& & \·& & \·\\ \·& \·& & & \·& \·\\ 0& 0& \·& \·& \·& b_{N_T}\left(k\right)\end{array}\right],$

k＝1，...，N_F，                                 方程(2)

其中，b_i(k)是发射天线i的子带k的权重。权重b_i(k)可被定义为：

b_i(k)＝e^{-j2πΔT(i)·e(k)·Δf}，i＝1，...，N_T且k＝1，...，N_F，    方程(3)其中，ΔT(i)是发射天线i上的时间延时；

Δf是相邻子带之间的频率间隔；以及

l(k)·Δf是相应于子带索引k的实际频率。

例如，如果N_F＝64，则子带索引k从1变到64，而e(k)可以等于k-33并且其范围可以是-32至+31。如果总系统带宽是20MHz且N_F＝64，则Δf＝20MHz/64＝3.125kHz。e(k)·Δf对每个k值提供实际频率(以赫兹为单位)。方程(3)中所示的权重b_i(k)相应于每个发射天线的全部N_F个子带上的渐进相位偏移，其中，对于N_T个发射天线，相位偏移以不同的速率发生改变。这些权重有效地为每个子带形成不同的波束。

也可在时域中进行连续波束形成，如下所述。对于每个符号周期，对将要在每个发射天线i的N_F个子带上发送的N_F个发射符号执行N_F点离散傅立叶逆变换(IDFT)或快速傅里叶逆变换(IFFT)，以生成相应于该发射天线的N_F个时域采样。将相应于每个发射天线i的N_F个时域采样循环延时T_i。例如，T_i可被定义为：T_i＝(i-1)·ΔT，i＝1，...，N_T，其中，ΔT可以等于一个采样周期、一个采样周期的一部分或者大于一个采样周期。从而，利用不同的量对相应于每个天线的时域采样进行循环延时。

在方程(1)中，通过设置G(k)＝I，可以省略增益矩阵G(k)的缩放；通过设置V(k)＝I，可以省略空间扩展；以及通过设置B(k)＝I，可以省略连续波束形成，其中，I是单位矩阵，其沿着对角线为一而其它位置为零。因而，发射实体可以通过使用适当的矩阵，选择性地执行缩放、空间扩展以及连续波束形成。用于空间扩展和连续波束形成的矩阵也可以被合并为V _B(k)＝B(k)·V(k)。用于缩放、空间扩展和连续波束形成的矩阵也可以被合并为V _BG(k)＝B(k)·V(k)·G(k)。从而，发射实体可以使用V _B(k)或V _BG(k)对数据向量s _t(k)执行空间处理。

发射实体还可以使用SFTD、空间扩展和可能的连续波束形成的组合。对于SFTD，发射实体可以生成上述的用于STTD的两个向量s ₁和s ₂，并且可以在一个符号周期中在两个子带上发送这些向量。对于1×2配置，可以为将要在一个数据符号流的一个符号周期中在两个子带上发送的每对数据符号生成两个向量s ₁＝[s_a s_b]^T和对于2×3配置，可以为将要在两个数据符号流的一个符号周期中在两个子带上发送的两对数据符号生成两个数据符号向量s ₁＝[s_a s_b s_c]^T和

对于2×4配置，可以为将要在两个数据符号流的一个符号周期中在两个子带上发送的两对数据符号生成两个向量s ₁＝[s_a s_b s_c s_d]^T和

对于3×4配置，可以为将要在三个数据符号流的一个符号周期中在两个子带上发送的三对数据符号生成两个向量s ₁＝[s_a s_b s_c s_e]^T和

对于所有配置，发射实体可以在一个符号周期中在一个子带上对向量s ₁进行空间扩展和发送，并且可以在相同符号周期中在另一子带上对向量s ₂进行空间扩展和发送。这两个子带通常彼此相邻。

发射实体还可以使用OTD、空间扩展和可能的连续波束形成的组合。对于OTD，发射实体可以生成多个(N_O个)向量s ₁和

并且可以在N_O个符号周期中在一个子带上发送这些向量。对于N_O＝2，发射实体可以通过以下方式生成相应于两个数据符号s_a和s_b的两个向量s ₁和s ₂，所述方式为：(1)将数据符号s_a乘以第一正交码{+1+1}，以生成相应于一个发射天线的两个编码符号s_a和s_a；(2)将数据符号s_b乘以第二正交码{+1-1}，以生成相应于另一个发射天线的两个编码符号s_b和-s_b；以及(3)形成s ₁＝[s_a s_b]^T和s ₂＝[s_a-s_b]^T。总之，可以将N_O个数据符号乘以N_O个不同正交码，以生成相应于N_O个发射天线的N_O个编码符号序列。每个编码符号序列包含N_O个编码符号，并且通过将一个数据符号乘以长度为N_O的特定正交码来生成所述编码符号序列。正交码可以是沃尔什码、OVSF码等等。

总之，可以在时域、频域和/或空间域中以各种方式实现发射分集。在一个实施例中，如方程(1)所示，通过将向量s _t(k)乘以导引矩阵V(k)以生成发射向量x _t(k)，来实现发射分集。在另一个实施例中，通过对相应于每个发射天线的时域采样进行周期性地延时来实现发射分集。在又一个实施例中，通过利用V(k)进行的空间处理和对时域采样的循环延时的组合来实现发射分集。对于所有实施例，可以用STTD、SFTD、OTD或其它发射分集方案来形成向量s _t(k)。

图2示出了发射实体110处的TX数据处理器112、TX STTD处理器120和空间扩展器130的实施例的框图。对于图2所示的实施例，TX数据处理器112包括独立地处理N_D个数据流的N_D个数据流处理器210a至210nd。在每个数据流处理器210内，编码器212根据编码方案对业务数据进行编码并生成编码比特。编码方案可以包括卷积码、Turbo码、低密度奇偶校验(LDPC)码、循环冗余校验(CRC)码、分组码等或者其组合。交织器214根据交织方案对编码比特进行交织(或重排)。符号映射器216根据调制方案对交织比特进行映射并提供数据符号。可以利用为每个数据流选择的速率来确定用于该数据流的编码和调制。数据流处理器210a至210nd提供N_D个数据符号流。

在图2未示出的另一个实施例中，TX数据处理器112一起处理将使用STTD发送的数据符号流以及不使用STTD发送的数据符号流。例如，TX数据处理器112可以接收单个数据流，根据编码方案对数据流进行编码，将编码比特解复用为N_D个编码比特流，并且对N_D个编码比特流分别执行交织和符号映射以生成N_D个数据符号流。在图2未示出的又一个实施例中，TX数据处理器112单独处理将使用STTD发送的数据符号流以及未使用STTD发送的数据符号流。例如，TX数据处理器112可以接收将使用STTD发送的第一数据流以及未使用STTD发送的第二数据流。TX数据处理器112可以对第一数据流进行编码、交织、符号映射和解复用，以生成将使用STTD发送的(N_C-N_D)个数据符号流。TX数据处理器112还可以对第二数据流进行编码、交织、符号映射和解复用，以生成未使用STTD发送的(2N_D-N_C)个数据符号流。TX数据处理器112还可以按其它方式处理数据流，其也落入本发明的范围之内。

对于图2所示的实施例，TX STTD处理器120包括相应于N_D个数据符号流的N_D个STTD编码器220a至220nd。每个STTD编码器220对其数据符号流执行STTD编码，并向复用器(Mux)222提供两个编码符号流。复用器222接收来自TX数据处理器112的N_D个数据符号流以及来自STTD编码器220a至220nd的N_D对编码符号流。对于每个数据符号流，复用器222提供该数据符号流或相关的编码符号流对。复用器224a至224nc从复用器222接收N_C个符号流，并且分别用增益g₁至对所述N_C个符号流进行缩放，从而提供N_C个编码符号流。也可以在发射路径内的其它位置处执行缩放。

对于图2所示的实施例，空间扩展器130包括相应于N_F个子带的N_F个空间处理器230a至230nf。解复用器(Demux)228接收N_C个编码符号流和导频符号，在用于数据传输的子带和符号周期上提供编码符号，并且在用于导频传输的子带和符号周期上提供导频符号。每个空间处理器230接收在一个符号周期中在关联的子带k上发送的N_C个编码符号和/或导频符号，将编码符号和/或导频符号乘以导引矩阵V(k)，并且在子带k上提供将从N_T个发射天线发送的N_T个发射符号。复用器232从全部N_F个空间处理器230a至230nf接收发射符号，并将来自每个空间处理器230的N_T个发射符号映射为N_T个发射符号流。每个发射符号流包括相应于一个发射天线的来自N_F个空间处理器230a至230nf的N_F个发射符号。

图3示出了发射实体110处的调制器132a至132nt的实施例的框图。在每个调制器132内，IDFT单元312对将要在一个符号周期中在N_F个子带上发送的N_F个发射符号执行N_F点IDFT或IFFT，并且提供N_F个时域采样。并行-串行变换器(P/S Conv)314使N_F个时域采样串行化。循环移位单元316利用T_i＝(i-1)·ΔT对N_F个时域采样执行循环或周期移位，其中，ΔT是固定周期(例如一个采样周期)，且T_i是相应于发射天线i的循环移位量。循环前缀生成器318从单元316接收N_F个循环移位采样，添加N_cp个采样的循环前缀，并提供包含N_F+N_cp个采样的OFDM符号(或传输符号)。通过使循环移位单元316a至316nt仅仅将时域采样从P/S变换器314a至3164nt传至循环前缀生成器318a至318nt，可以停止时域连续波束形成。循环移位单元316a至316nt也可以仅仅将来自P/S变换器314a至3164nt的时域采样延时(而不是循环延时)不同的量，从而将来自天线136a至136nt的传输延时不同的量。

图4示出了单天线接收实体150x和多天线接收实体150y的实施例的框图。每个接收实体可以是基站或用户终端的一部分。

在单天线接收实体150x处，天线152x接收发射实体110发射的N_T个调制信号，并向接收机单元(RCVR)154x提供接收信号。接收机单元154x对接收信号进行调整(例如放大、滤波、下变频和数字化)，并向解调器(Demod)156x提供接收采样流。对于基于OFDM的系统，解调器156x对接收采样执行OFDM解调以获得接收符号，将接收数据符号提供给检测器158，并且将接收导频符号提供给信道估计器162。信道估计器162导出对相应于用于数据传输的每个子带的、发射实体110与接收实体150x之间的单输入单输出(SISO)信道的有效信道响应估计。检测器158基于对每个子带的有效SISO信道响应估计，对相应于该子带的接收数据符号执行数据检测(例如均衡)，并提供相应于该子带的恢复数据符号。RX数据处理器160处理(例如符号解映射、解交织和解码)恢复数据符号并提供解码数据。

在多天线接收实体150y处，N_R个天线152a至152nr接收N_T个解调信号，并且每个天线152向相应的接收机单元154提供接收信号。每个接收机单元154调整其接收信号，并向相关的解调器(Demod)156提供接收采样流。每个解调器156对其接收采样流执行OFDM解调(如果适用)，向RX空间处理器170提供接收数据符号，并且向信道估计器166提供接收导频符号。

信道估计器166获得相应于全部N_R个接收天线的接收导频符号，并导出相应于用于数据传输的每个子带的、发射实体110与接收实体150y之间的实际或有效MIMO信道的信道响应估计。如果发射实体110以与数据符号相同的方式对导频符号执行空间处理，则如图1所示，可以将导引矩阵看作是无线信道的一部分。在这种情况下，接收实体150y可以导出对有效MIMO信道的估计，其包括实际MIMO信道响应以及导引矩阵的效果。如果发射实体110不对导频符号执行空间处理，则接收实体150y可以导出对实际MIMO信道的估计，从而可以基于实际MIMO信道响应估计和导引矩阵导出对有效MIMO信道的估计。

匹配滤波器生成器168基于对每个子带的信道响应估计，导出相应于用于传输的每个子带的空间滤波器矩阵M(k)。RX空间处理器170获得相应于全部N_R个接收天线的接收数据符号，并且对接收数据符号执行预处理以用于发射实体110所使用的STTD方案。RX空间处理器170还使用相应于每个子带的空间滤波器矩阵对该子带的预处理数据符号执行接收机空间处理(或空间匹配滤波)，并提供相应于该子带的检测符号。RX STTD处理器172基于发射实体110使用的STTD方案对检测符号执行后处理，并且提供恢复数据符号。RX数据处理器174处理(例如符号解映射、解交织和解码)恢复数据符号，并提供解码数据。

控制器180x和180y分别控制接收实体150x和150y处的操作。存储器182x和182y分别存储用于接收实体150x和150y的数据和/或程序代码。

可以将多种导引矩阵用于空间扩展。例如，导引矩阵V(k)可以是沃尔什矩阵、傅立叶矩阵或者其它矩阵。2×2沃尔什矩阵W _2×2可被表示为 ${\underset{\‾}{W}}_{2\×2}=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right].$ 可以从较小的沃尔什矩阵W _N×N形成较大的沃尔什矩阵W _2N×2N，如下：

${\underset{\‾}{W}}_{2N\×2N}=\left[\begin{array}{cc}{\underset{\‾}{W}}_{N\×N}& {\underset{\‾}{W}}_{N\×N}\\ {\underset{\‾}{W}}_{N\×N}& -{\underset{\‾}{W}}_{N\×N}\end{array}\right],$ 方程(4)

N×N傅立叶矩阵D _N×N在第m列第n行中具有元素d_n，m，其可被表示为：

n＝1，...，N且m＝1，...，N，                         方程(5)可形成任意方形维度(例如2、3、4、5等)的傅立叶矩阵。

可以将沃尔什矩阵W _N×N×N、傅立叶矩阵D _N×N或者其它矩阵用作基本矩阵B _N×N，以形成其它导引矩阵。对于N×N基本矩阵，该基本矩阵的第2至第N行中的每行可以独立地乘以M个不同的可能缩放比例中的一个。对于N-1个行，可以从M个缩放比例的M^N-1个不同排列中获得M^N-1个不同的导引矩阵。例如，第2至第N行中的每行可以独立地乘以缩放比例+1、-1、+j或者-j，其中，对于N＝4，可以使用四个不同的缩放比例来从基本矩阵B _4×4中生成64个不同的导引矩阵。可以使用例如e^±j3π/4、e^±jπ/4、e^±jπ/8等其它缩放比例来生成附加的导引矩阵。一般而言，基本矩阵的每行可以乘以具有e^jθ形式的任意缩放比例，其中，θ可以是任意相位值。可以从N×N基本矩阵中生成N×N导引矩阵集合，如

其中

且

是使用基本矩阵B _N×N生成的第i个导引矩阵。利用

来进行缩放将保证V(i)的每列具有单位功率。所述集合中的导引矩阵可以用于不同子带和/或时间间隔。

还可以采用伪随机方式生成导引矩阵。导引矩阵通常是具有彼此正交的多个列的酉矩阵。导引矩阵还可以是具有正交的列且每列具有单位功率的正交矩阵，使得V ^H·V＝I。可以通过删除方形导引矩阵的一列或多列来获得非方形维度的导引矩阵。

可以将不同的导引矩阵用于不同的时间间隔。例如，可以将不同的导引矩阵用于SFTD的不同符号周期以及STTD和OTD的不同2-符号间隔。对于基于OFDM的系统，可将不同的导引矩阵用于STTD和OTD的不同子带以及SFTD的不同子带对。还可将不同的导引矩阵用于不同的子带和不同的符号周期。通过使用了不同导引矩阵的导引分集而提供的随机性(在时间和/或频率上)可以减轻无线信道的有害效应。

可以利用多种方式实现本文所述的传输技术。例如，这些技术可在硬件、软件或者这两者的组合中实现。对于硬件实现方式，发射实体处的处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用来执行本文所述功能的其它电子单元或者其组合内。

对于软件实现方式，可以使用执行本文所述功能的模块(例如程序、函数等)实现所述技术。软件代码可存储在存储器中，并且由处理器执行。存储器可实现在处理器内部或者处理器外部，在这种情况下，可以经由本领域已知的各种手段将存储器可通信地连接到处理器。

提供了对所公开实施例的以上描述，以使本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员而言，对这些实施例的各种变型是显而易见的，并且在不偏离本发明精神或者范围的前提下，本文定义的一般原理可应用于其它实施例。从而，本发明并不旨在限制于本文所示的实施例，而应给予与本文所公开的原理和新颖特性相一致的最宽范围。

Claims (25)

1.一种发射实体，用于使用发射分集方案进行空间扩展，包括：

发射分集处理器，其被配置为基于发射分集方案处理多个数据符号以生成多个编码符号；

空间扩展器，其被配置为对所述多个编码符号执行空间处理以生成经由多个天线传输的多个发射符号，其中，对所述多个编码符号执行空间处理包括：利用多个导引矩阵执行空间扩展，以及将不同的导引矩阵用于不同的频率子带、不同的时间间隔或者其两者；以及，

其中所述发射实体利用多个矩阵执行波束形成以及将不同的矩阵用于不同的频率子带。

2.根据权利要求1所述的发射实体，其中，所述发射分集处理器被配置为基于空时发射分集（STTD）方案处理所述多个数据符号，以生成所述多个编码符号。

3.根据权利要求1所述的发射实体，其中，所述发射分集处理器被配置为基于空频发射分集（SFTD）方案处理所述多个数据符号，以生成所述多个编码符号。

4.根据权利要求1所述的发射实体，其中，所述发射分集处理器被配置为基于正交发射分集（OTD）方案处理所述多个数据符号，以生成所述多个编码符号。

5.根据权利要求1所述的发射实体，其中，所述发射分集处理器被配置为获得将在两个符号周期中在一个频率子带上发送的至少两个数据符号，基于所述发射分集方案处理所述至少两个数据符号以生成两组编码符号，以及提供所述两组编码符号以在两个符号周期中在所述频率子带上进行传输。

6.根据权利要求1所述的发射实体，其中，所述发射分集处理器被配置为获得将在一个符号周期中在两个频率子带上发送的至少两个数据符号，基于所述发射分集方案处理所述至少两个数据符号以生成两组编码符号，以及提供所述两组编码符号以在所述符号周期中在所述两个频率子带上进行传输。

7.根据权利要求1所述的发射实体，其中，所述多个调制器被配置为对相应于每个天线的所述多个发射符号执行正交频分复用（OFDM）调制，以生成相应于所述天线的多个传输符号。

8.根据权利要求1所述的发射实体，其中，所述多个调制器被配置为对相应于每个天线的所述多个发射符号执行单载波频分多址（SC-FDMA）调制，以生成相应于所述天线的多个传输符号。

9.根据权利要求1所述的发射实体，其中，所述多个调制器被配置为对所述多个天线应用不同的循环延时。

10.根据权利要求1所述的发射实体，其中，所述多个调制器被配置为基于所述多个发射符号生成相应于所述多个天线的多个传输符号，以及利用不同的非负整数个采样对相应于所述多个天线的所述多个传输符号进行循环延时。

11.一种用于使用发射分集方案进行空间扩展的方法，包括：

基于发射分集方案处理多个数据符号，以生成多个编码符号；

对所述多个编码符号执行空间处理，以生成经由多个天线传输的多个发射符号，其中，对所述多个编码符号执行空间处理的步骤包括：利用多个导引矩阵执行空间扩展，以及将不同的导引矩阵用于不同的频率子带、不同的时间间隔或者其两者；以及

利用多个矩阵执行波束形成以及将不同的矩阵用于不同的频率子带。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，基于所述发射分集方案处理所述多个数据符号的步骤包括：

基于空时发射分集（STTD）方案、空频发射分集（SFTD）方案或者正交发射分集（OTD）方案处理所述多个数据符号，以生成所述多个编码符号。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括：

对所述多个天线应用不同的循环延时。

14.一种用于使用发射分集方案进行空间扩展的设备，包括：

基于发射分集方案处理多个数据符号以生成多个编码符号的模块；

对所述多个编码符号执行空间处理以生成经由多个天线传输的多个发射符号的模块，其中，对所述多个编码符号执行空间处理的模块包括：利用多个导引矩阵执行空间扩展的模块，以及将不同的导引矩阵用于不同的频率子带、不同的时间间隔或者其两者的模块；以及

利用多个矩阵执行波束形成以及将不同的矩阵用于不同的频率子带的模块。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，基于所述发射分集方案处理所述多个数据符号的模块包括：

基于空时发射分集（STTD）方案、空频发射分集（SFTD）方案或者正交发射分集（OTD）方案处理所述多个数据符号以生成所述多个编码符号的模块。

16.根据权利要求14所述的设备，还包括：

对所述多个天线应用不同的循环延时的模块。

17.一种发射实体，用于使用发射分集方案进行空间扩展，包括：

发射分集处理器，其被配置为基于发射分集方案处理至少一个数据符号流以生成至少两个编码符号流；

空间扩展器，其被配置为对所述至少两个编码符号流执行空间处理以生成经由多个天线传输的多个发射符号流，其中，对所述至少两个编码符号流执行空间处理包括：利用多个导引矩阵执行空间扩展，以及将不同的导引矩阵用于不同的频率子带、不同的时间间隔或者其两者；以及，

其中所述发射实体利用多个矩阵执行波束形成以及将不同的矩阵用于不同的频率子带。

18.根据权利要求17所述的发射实体，其中，所述发射分集处理器被配置为基于空时发射分集（STTD）方案、空频发射分集（SFTD）方案或者正交发射分集（OTD）方案处理所述至少一个数据符号流，以生成所述至少两个编码符号流。

19.根据权利要求17所述的发射实体，还包括：

发射数据处理器，其被配置为生成将不使用所述发射分集方案发送的至少一个附加数据符号流，其中，

所述空间扩展器被配置为利用所述多个矩阵对所述至少两个编码符号流和所述至少一个附加数据符号流执行空间处理以生成所述多个发射符号流。

20.根据权利要求19所述的发射实体，其中，所述发射分集处理器被配置为利用为所述至少两个编码符号流选择的至少两个增益对所述至少两个编码符号流进行缩放，以及利用为所述至少一个附加数据符号流选择的至少一个增益对所述至少一个附加数据符号流进行缩放。

21.根据权利要求17所述的发射实体，还包括：

发射数据处理器，其被配置为基于至少一个编码和调制方案处理至少一个数据流，以生成所述至少一个数据符号流。

22.一种用于使用发射分集方案进行空间扩展的方法，包括：

基于发射分集方案处理至少一个数据符号流，以生成至少两个编码符号流；

对所述至少两个编码符号流执行空间处理，以生成经由多个天线传输的多个发射符号流，其中，对所述至少两个编码符号流执行空间处理的步骤包括：利用多个导引矩阵对所述至少两个编码符号流执行空间扩展，以及将不同的导引矩阵用于不同的频率子带、不同的时间间隔或者其两者；以及

利用多个矩阵执行波束形成以及将不同的矩阵用于不同的频率子带。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，基于所述发射分集方案处理所述至少一个数据符号流的步骤包括：

基于空时发射分集（STTD）方案、空频发射分集（SFTD）方案或者正交发射分集（OTD）方案处理所述至少一个数据符号流，以生成所述至少两个编码符号流。

24.一种用于使用发射分集方案进行空间扩展的设备，包括：

基于发射分集方案处理至少一个数据符号流以生成至少两个编码符号流的模块；

对所述至少两个编码符号流执行空间处理以生成经由多个天线传输的多个发射符号流的模块，其中，对所述至少两个编码符号流执行空间处理的模块包括：利用多个导引矩阵对所述至少两个编码符号流执行空间扩展的模块，以及将不同的导引矩阵用于不同的频率子带、不同的时间间隔或者其两者的模块；以及

利用多个矩阵执行波束形成以及将不同的矩阵用于不同的频率子带的模块。

25.根据权利要求24所述的设备，其中，基于所述发射分集方案处理所述至少一个数据符号流的模块包括：

基于空时发射分集（STTD）方案、空频发射分集（SFTD）方案或者正交发射分集（OTD）方案处理所述至少一个数据符号流以生成所述至少两个编码符号流的模块。

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