CN101080893B - 用于多天线传输的重传方法及发送装置 - Google Patents

Abstract

一种发送装置，可以提供一种能够提高MIMO系统的数据传输的可靠性且能够提高系统的处理能力的，适用于多天线传输的重传技术。该装置中，串/并变换单元(300)对等待发送的数据进行串/并变换，分成n_T个数据子流。数据重排单元(301)基于反馈信息，将n_T个数据子流重排。CRC编码单元(302)，分别对子流进行CRC编码。调制及编码单元(303)相应地对数据子流进行调制及编码。n_T个发送天线(304)将数据子流发送。

Description

用于多天线传输的重传方法及发送装置

技术领域

本发明涉及用于多天线传输的重传方法及发送装置。 

背景技术

在下一代无线通信系统中，对于信息速率和传输质量提出了更高的需求。以往的研究对象主要为如何利用时域资源与频域资源，近年来，由于多天线技术(MIMO)的提出，给研究者们提供了一个新的思路。在MIMO系统中，发送端利用多个天线进行信号的发送，接收端利用多个天线进行信号的接收。相比于传统的单天线传输方法，MIMO技术可以显著地提高信道容量，提高信息传输速率。另外，由于空间资源相比较于时域和频域资源几乎是无限可利用的，因此MIMO技术有效突破了传统研究中的瓶颈，成为下一代无线通信系统的核心技术。 

图1表示通常采用的MIMO系统结构。在该结构中，发送端和接收端分别采用n_T和n_R个天线进行信号的发送和接收。在发送端，待发送的数据首先经过串/并变换单元101的串/并变换后，被分成n_T 个数据流。n_T个数据流分别对应一个发送天线。进行发送之前，通过调制及编码单元102-1～102-n_T，对这些数据流进行调制及编码。然后，由n_T个天线103-1～103-n_T进行发送。在接收端，首先由n_R个接收天线104-1～104n_R接收空间所有的信号，然后由信道估计单元105，根据天线104-1～104n_R接收的接收信号的导频信号，或通过其它方法进行信道估计，估计出当前的信道特性矩阵H。在MIMO系统中，可以用矩阵来表示信道特性。MIMO检测单元106根据信道估计单元105估计出的信道特性矩阵H，通过一般的干扰抵消检测方法，对各子流进行检测，并进行发送端发送的信息比特的解调，获得原来的发送数 据。依次检测子流1，2，…，n_T时，对获得的各子流检测后的等效SINR值(信号与干扰噪声比)(SINR(1)，SINR(2)，…，SINR(n_T))进行预先计算。 

下面给出了MIMO系统的模型： 

令s＝[s₁，…，s_nt]^T表示传送符号的维向量。其中s_i为第i个天线发送的符号。相应的nr×1个接收天线的信号向量为y＝[y₁，…，y_nr]^T，则 

y＝Hs+n  (1) 

在式(1)中n＝[n₁，…，n_nr]^T表示在nr个接收天线上的零均值(zeromean)白高斯噪声。H为nr×nt信道矩阵。 

为了能从接收向量y中恢复发送符号s，需要采用MIMO接收检测对信号进行检测。 

传统的检测方法有最大似然检测、ZF检测、MMSE检测及BLAST检测等等。 

最大似然检测方法可以通过充分统计向量的噪声方差直接推导出来，但是最大似然检测方法的复杂度随发送天线的数目呈指数增长，而存在难以实现的问题。 

ZF检测器可以完全消除发送天线之间的干扰，但是存在增强背景噪声的问题。 

MMSE检测器的基本思想是使估计出的数据与真正的数据之间的均方误差最小化。MMSE检测器考虑了背景噪声的影响，在消除各个天线之间的干扰和增强背景噪声之间得到一个折衷，性能要优于ZF检测器。 

BLAST检测器(ZF-BLAST和MMSE-BLAST)主要包括：一个线性变换器和一个串行干扰消除器。首先通过线性变换得到信噪比最强的第I个发送天线上的数据判决，通过此数据，重建第I个天线的发送数据，然后再从接收信号中消除符号的影响。接着计算余下的数据中信噪比最强的天线上的数据估计，并消除干扰。然后一直重复此操作直到得到所有的数据估计。 

在现有的移动通信中，由于恶劣的无线信道环境，而导致了无线 信道的不可靠和容易变化的问题。MIMO系统中亦存在同样的问题。为了降低误码率，提高系统的处理能力，需要采用信道编码和纠错技术。信道编码是在原有信息中加入冗余信息，以便接收端能够检测并纠正错误信息。目前比较常用的纠错技术是混合请求重传(HARQ)技术。混合请求重传技术基于自动请求重传(ARQ)技术和前向纠错(FEC)技术，来进行检测和纠错。混合请求重传技术，有以下所示三种。第一类，接收端丢弃无法正确接收的分组，并通过反馈信息向发送端发送重传原分组的拷贝的请求，对重新接收的分组独立地进行解码。第二类，接收端不丢弃错误的分组，而是与重传的信息相结合进行解码。这种结合也称作软结合(Soft Combining)。第三类，可以将重传的信息与以前传输的分组相结合，但是重传的分组中包括正确接收数据所需要的全部信息。 

使用HARQ进行信道纠错时，首先发送端将编码后的信息发送给接收端，接收端收到信息后进行纠错解码。如果可以正确接收数据，则信息被接收端接收，同时给发送端发送ACK确认信息。如果错误无法纠正，则接收端向发送端发送NACK信息，和重传数据的请求，然后接收端再对根据接收的重传数据进行解码。 

但是，基于以往的HARQ技术的重传方法为用于单天线的方法，在多天线的环境下，存在无法通过HARQ技术来提高系统的传输可靠性，及提高系统的处理能力的问题。 

发明内容

需要解决的问题 

本发明的目的在于，提供一种用于多天线传输的重传方法及发送装置，其可以提供一种能够提高MIMO系统的数据传输的可靠性且能够提高系统的处理能力的，适用于多天线传输的重传技术。 

解决该问题的方案 

本发明的用于多天线传输的重传方法，包括以下步骤：接收端通过接收信号检测各子流的接收质量；将每个所述子流的接收质量从所述接收端反馈给发送端；所述发送端将发送了反馈回来的前一次发送时的所述接收质量在阈值以上的所述子流的天线，作为重传子流时的天线来选择；以及所述发送端用选择的天线重传所述子流。 

本发明的用于多天线传输的重传方法，包括以下步骤：接收端通过接收信号检测各子流的接收质量；将每个所述子流的接收质量从所述接收端反馈给发送端；所述发送端选择反馈回来的前一次发送时的所述接收质量为第nT-L+1位的天线，作为重传在由nT个天线发送了 的所述子流中的、反馈回来的前一次发送时的所述接收质量为第L位的所述子流时的天线，其中nT≥2，1≤L≤nT；以及所述发送端用选择的天线重传所述子流。 

本发明的发送装置，包括：变换单元，将发送数据变换成多个并行的子流；数据重排单元，将由所述变换单元变换的并行的所述子流重排，以使所述子流通过不同于前一次发送时的天线、并且为发送了在前一次发送时的接收质量在阈值以上的所述子流的天线来重传；以及发送单元，将由所述数据重排单元重排过的所述子流，通过与每个所述子流对应的天线发送。 

本发明的发送装置，包括：变换单元，将发送数据变换成多个并行的子流；数据重排单元，进行重排以使，通过nT个天线发送的所述子流中的前一次发送时在通信对象中的信号与干扰信号的比为第L位的所述子流，从发送了前一次发送时在所述通信对象中的信号与干扰信号的比为第nT-L+1位的所述子流的所述天线上发送，其中nT≥2，1≤L≤nT；以及发送单元，将由所述数据重排单元重排过的所述子流，通过与每个所述子流对应的天线发送。 

发明的有益效果 

根据本发明，能够提供一种能够提高MIMO系统的数据传输的可靠性且能够提高系统的处理能力的适用于多天线传输的重传技术。 

附图说明

图1为表示通常的MIMO系统结构的方框图。 

图2为表示SIC检测方法的流程图。 

图3为表示本发明的实施方式1的HARQ技术的MIMO系统结构的方框图。 

图4为表示本发明的实施方式1的采用固定检测顺序的重传过程的流程图。 

图5为表示本发明的实施方式2的HARQ技术的MIMO系统结构的方框图。 

图6为表示本发明的实施方式2的采用可变检测顺序的重传过程的实施例的流程图。 

具体实施方式

本发明将HARQ技术与MIMO技术结合，通过HARQ技术提高MIMO系统的性能。 

(实施方式1) 

图2为本实施方式1的SIC检测方法的流程图。 

在步骤20 1，检测开始。然后在步骤202，根据当前信道的特性矩阵H，采用检测子ZF或MMSE从总的接收信号中检测第1个发送子 流。检测出来以后，在步骤203将第1个发送子流的作用从总的接收信号中去掉。 

然后，在步骤204，在去除发送子流后的接收信号中，再采用检测子检测出下一个发送子流。检测出以后，在步骤205，再将此发送子流的作用从总的接收信号中去掉。接下来在步骤206判断发送子流是否检测完。 

如果在步骤206判断为子流未检测完，则流程返回到步骤204，继续进行检测。重复上述过程，直至检测出第n_T个发送子流。全部的发送子流检测完后，在步骤207，结束检测。 

图3为本发明的实施方式1的HARQ技术的MIMO系统结构的方框图。 

在该结构中，发送端和接收端分别采用n_T和n_R个天线进行信号的发送和接收。在发送端，首先作为变换部件的串/并变换单元300，对待发送的数据进行串/并变换，分成n_T个数据子流。接着，数据重排单元301，根据反馈信息将n_T个数据子流重排。然后，CRC编码单元302-1～302-n_T对每个子流分别进行CRC编码。每个数据子流对应一个发送天线和一个独立的ARQ过程。然后，调制及编码单元303-1～303-n_T，对相应的数据子流进行调制及编码处理，n_T个发送天线304-1～304-n_T发送数据子流。 

在接收端，首先由n_R个接收天线305-1～305-n_R将空间的全部信号接收下来。然后，由信道估计单元306根据接收信号中的导频信号或采用其他方法进行信道估计，估计出当前的信道特性矩阵H。然后，子流检测部件的MIMO检测单元307根据信道特性矩阵H，采用一般的干扰抵消检测方法对各子流进行检测，得到各子流检测后的等效SINR值。这些等效SINR值的信息作为接收质量信息，通过反馈信道311反馈给发送端。CRC校验单元308-1～308-n_R，对检测完的数据子流进行CRC校验，并将校验的结果送给反馈信息处理器310。反馈信息处理器310生成各子流的反馈信息，通过反馈信道311反馈给发送端。 

如果数据中有错误而且采用固定的检测顺序进行检测，则发送端 根据得到的各子流的SINR值来判断相应的数据在哪个天线上传输。 

子流检测一般采用基于SIC(串行干扰抵消)的检测方法。SIC检测的基本思想是，先利用某一检测子(如，最大似然检测方法的检测子、MMSE(最小均方误差)检测方法的检测子或者ZF(迫零)检测方法的检测子)来检测某一个发送子流，随后将这一子流的作用从总的接收信号中去掉，然后再检测下一个子流，依此类推，直到所有的子流都检测出来为止。 

这里有一点需要说明的是，这里进行检测的目的并不是为了得到最终的子流数据，而是为了确定各个发送子流在按此方法检测后的SINR。在这个检测结束以后，根据信道特性矩阵H、每个检测步骤中所采用的检测子以及信道噪声的估计值，能够方便的计算各子流检测后的等效SINR值：(SINR(1)，SINR(2)，...，SINR(n_T))。其中信道噪声的估计值是根据接收的信号来计算的，接收的信号是有用信号和噪声的叠加值，由于有用信号的功率是已知的，从而能够根据接收的信号来计算出信道噪声。 

MIMO检测中，一般按照固定的子流检测顺序来进行。比如按照发送天线由1到n_T的顺序，对各子流进行SIC检测、计算SINR。同时MIMO检测也按照同样的固定顺序，对各子流依次检测并得到最终数据。 

各子流检测后得到的等效SINR通过反馈信道发送给发送端。同时对各子流检测后得到的最终数据进行纠错解码，如果数据不能正确被接收，则向发送端发送重传请求。接着，发送端根据各子流的等效SINR值来决定选择哪个天线来重传数据。选择天线的原则是，如果第一次传输时使用的天线的SINR值较高，则重传时就选择一个SINR值较低的天线；反之，如果第一次传输时使用的天线的SINR值较低，则重传时就选择一个SINR值较高的天线。例如，在第一次传输时将使用的天线的SINR值与阈值相比较，在第二次传输时，对于SINR值小于阈值的数据，则通过发送了SINR值为阈值以上的数据的天线来重传。 

另外，如果发送天线为n_T个，某一数据子流无法正确接收，其等 效SINR值在所有数据子流中排列第L位(按SINR值由小到大排列)，则重传时选择SINR值排列在第n_T-L+1位的天线进行重传。例如，如果有4个发送天线，第一次传输数据时的等效SINR值的排序(按由小到大的顺序排列)为3，1，4，2。即第一个天线的SINR值在4个天线中的排序为第3，第二个天线的SINR值在四个天线中的排序为最后。如果在接收端，第三个天线上的数据无法正确接收需要重传，则根据n_T-L+1＝4-4+1＝1，得知通过在重传时的SINR排序为第一的天线上，即第二个天线重传数据。根据这种方法可以使接收的数据子流的SINR值趋于一个均衡的值，而能够提高系统的平均误码率性能。 

图4为本发明中采用固定检测顺序的重传过程的流程图。 

在图4中，流程由步骤401开始，接收端在步骤402计算接收到的各子流检测后的等效SINR值，然后在步骤403将检测后的等效SINR值返回给发送端。在步骤404接收端继续对检测后得到的数据进行纠错解码，然后在步骤405判断由一个或几个天线接收的数据是否有错误，如果在步骤405判断为存在错误，则在步骤406向发送端发送重传数据的请求。 

如果接收的数据中没有错误，则不需重传，在步骤410结束流程。重传数据的情况下，在步骤407，需要对由接收端返回的数据子流的等效SINR值按照由小到大的顺序或者从大到小的顺序进行重排。 

在步骤408，如果发生错误的数据子流的SINR值排序为L，而且总的发送子流为n_T，则选取SINR值排序为n_T-L+1的天线作为重传的天线，然后在步骤409重传出错的数据。 

接下来，接收端继续检测流程，如果数据被正确接收了，则该流程在步骤410结束。如果数据没有被正确接收，则继续进行数据的重传。另外，对于天线n_T、n_R的各单天线，也可以进行独立冗余验证编码及自动请求重传。 

这样，根据本实施方式1，由于在重传数据子流时，基于等效SINR值来改变发送天线，而可以提供一种能够提高MIMO系统的数据传输的可靠性且能够提高系统的处理能力的，适用于多天线传输的重传技术。 

(实施方式2) 

图5是表示本发明的实施方式2的HARQ技术的MIMO系统结构的方框图。实施方式2涉及的HARQ技术的MIMO系统，在图3所示的实施方式1涉及的HARQ技术的MIMO系统中，如图5所示，删除数据重排单元301，且具有MIMO检测单元501以代替MIMO检测单元307。另外，在图5中，对与图3相同的部分赋予相同的标号，并省略其说明。另外，本实施方式2的SIC检测方法，与图2的相同，因此省略其说明。 

MIMO检测单元501，在重传数据子流时，选择不同于前一次接收时的检测顺序的检测顺序，进行数据子流的检测。 

如果数据中有错误，且接收端按照可变的检测顺序进行检测，则出错的数据通过最初使用的天线来传送。接着，在CRC校验单元308-1～308-n_R中，数据经过CRC校验，正确接收的数据经过并/串变换单元309的处理，得到最终的数据。 

如果MIMO检测以固定的子流检测顺序进行，会导致严重的误码传播。误码传播是指，在SIC检测中一层层地进行发送子流的检测，这样，在前面的子流的检测不能正确进行的情况下，错误就会传播到各个层。误码传播会导致系统的BER性能的急剧恶化。另一方面，由于分集重数(Diversity Order)的影响，之后进行检测的子流的分集重数较高，因此后进行检测的信号的性能比先进行检测的信号的性能要好。基于误码传播和分集重数双方的影响，检测顺序对检测结果会有很大影响。对于同一个发送子流，由于先进行检测还是后进行检测的差别，会得出不同的检测后的SINR，即子流的检测顺序影响各子流检测后的SINR值。由此，通过将子流最优化可以改善各子流检测后的SINR值，因而也能够改善系统的BER性能。 

图6为本实施方式2的采用可变检测顺序的重传过程的流程图。 

在图6中，流程由步骤601开始。在步骤602接收端选择预定的检测顺序，例如，3，2，1，4的顺序。然后在步骤603按照所选择的检测顺序对数据子流进行检测。 

在对子流进行检测之后，在步骤604对检测后得到的各个子流的 数据进行纠错解码，然后在步骤605判断各个子流的数据中是否有错误。 

如果判断为没有错误，则流程在步骤609结束。如果判断为有错误，则在步骤606向发送端发出重传出错的数据子流的请求。然后在步骤607将出错的数据子流在与前一次相同的天线上重传。 

接下来，在步骤608接收端接收重传的数据子流，并且选择与上次检测相反的检测顺序，即如果上次是按照3，2，1，4(这些数字为天线的标号)的顺序来进行检测的，则此次就选择4，1，2，3的顺序。然后流程返回到步骤603，继续进行后续的动作，直到检测出正确的数据。 

在上述的步骤608，接收端还可以选择随机的检测顺序，也就是在除3，2，1，4之外的顺序中选择一种随机的顺序来进行再次检测，这样同样也可以得到均衡数据子流的SINR值的效果。 

如果接收端按照可变的检测顺序进行检测，则在最初使用的天线上进行传输，然而在接收端进行MIMO检测的时候，改变原有的检测顺序。改变检测顺序有多种方法，一种方法是采用和原有检测顺序相反的顺序进行检测；此外还可以采用随机的检测顺序进行检测。在第一种方法中，如果第一次的检测顺序是1，2，3，4，则第二次就可以采用4，3，2，1的检测顺序来进行检测，下一次传输时可以继续采用1，2，3，4的顺序。这样同样也可以得到均衡数据子流的SINR值的效果。对于随机的检测顺序，第一次可以采用1，2，3，4的检测顺序，第二次可以采用3，1，2，4的检测顺序，第三次可以采用4，1，2，3的检测顺序进行检测。 

这样，根据本实施方式2，由于在重传数据子流时，相对于上次接收时的顺序改变数据子流的检测顺序，而可以提供一种能够提高MIMO系统的数据传输的可靠性且能够提高系统处理能力的，适用于多天线传输的重传技术。 

另外，在本实施方式2中通过最初使用的天线来重传出错的数据，不过并不局限于此，也可以将本实施方式2适用于实施方式1，在重传时改变发送天线。 

上述实施方式1及实施方式2并不限制本发明，只是本发明的一种形态。本发明可以容易地应用于其它类型的设备。同样，本发明的上述实施方式1及实施方式2的描述被定为说明性的，而非限制权利要求的范围，并且本领域技术人员可以进行各种替换、更改。 

产业上的利用可能性 

本发明涉及的用于多天线传输的重传方法及发送装置，尤其适用于多天线传输。 

Claims (8)

1.一种用于多天线传输中的重传方法，包括以下步骤：

接收端通过接收信号检测各子流的接收质量；

将每个所述子流的接收质量从所述接收端反馈给发送端；

所述发送端将发送了反馈回来的前一次发送时的所述接收质量在阈值以上的所述子流的天线，作为重传子流时的天线来选择；以及

所述发送端用选择的天线重传所述子流。

2.一种用于多天线传输中的重传方法，包括以下步骤：

接收端通过接收信号检测各子流的接收质量；

将每个所述子流的接收质量从所述接收端反馈给发送端；

所述发送端选择反馈回来的前一次发送时的所述接收质量为第nT-L+1位的天线，作为重传在由nT个天线发送了的所述子流中的、反馈回来的前一次发送时的所述接收质量为第L位的所述子流时的天线，其中nT≥2，1≤L≤nT；以及

所述发送端用选择的天线重传所述子流。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的用于多天线传输中的重传方法，其中，

通过当前信道的特性矩阵及规定的检测子，从所有的接收信号中检测所述各子流，并且根据信道的所述特性矩阵、所述检测子及信道噪音的估计值，计算每个所述子流的等效信号与干扰噪音之比，由此检测每个所述子流的接收质量。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的用于多天线传输中的重传方法，还包括以下步骤：

所述接收端使用所述各子流对应的天线，接收由所述发送端使用选择的天线重传的所述子流；以及

所述接收端以固定的所述天线的顺序，顺次地检测由所述天线接收的所述子流。

5.根据权利要求3所述的用于多天线传输中的重传方法，其中，

所述规定的检测子为，最大似然检测子、ZF检测子和最小均方误差检测子中的任意一种。

6.根据权利要求4所述的用于多天线传输中的重传方法，其中，

对所述发送端及所述接收端各自的单一的天线，进行独立冗余验证编码及独立自动重传请求。

7.一种发送装置，包括：

变换单元，将发送数据变换成多个并行的子流；

数据重排单元，将由所述变换单元变换成并行的所述子流重排，以使所述子流通过不同于前一次发送时的天线、并且为发送了在前一次发送时的接收质量在阈值以上的所述子流的天线来重传；以及

发送单元，将由所述数据重排单元重排过的所述子流，通过与每个所述子流对应的天线发送。

8.一种发送装置，包括：

变换单元，将发送数据变换成多个并行的子流；

数据重排单元，进行重排以使，通过nT个天线发送的所述子流中的前一次发送时在通信对象中的信号与干扰信号的比为第L位的所述子流，从发送了前一次发送时在所述通信对象中的信号与干扰信号的比为第nT-L+1位的所述子流的所述天线上发送，其中nT≥2，1≤L≤nT；以及

发送单元，将由所述数据重排单元重排过的所述子流，通过与每个所述子流对应的天线发送。

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