CN101141232A - 一种多输入多输出系统中的信号发射方法及信号发射系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多输入多输出系统中的信号发射方法及信号发射系统，所述方法包括步骤：发射端根据接收端反馈的信道状态信息，包括空间信道响应矩阵和对应各子信号流的接收信干噪比，选择发射信号采用的空间信道编码矩阵及各子信号流的发射天线，以此向接收端发射信号，接收端对接收到的信号进行检测及解码，得到空间信道的状态信息，将空间信道响应矩阵和对应各子信号流的接收信干噪比反馈至发射端；所述系统包括发射端和接收端。本发明更加有效的利用了发射功率，提高了接收端的解码能力，同时获得了较高容量性能。

Description

一种多输入多输出系统中的信号发射方法及信号发射系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种MIMO(multiple-inputmultiple-output，多输入多输出)系统中的信号发射方法及信号发射系统。

背景技术

根据信息论可知，MIMO系统在不增加带宽的情况下可成倍的提高系统容量，并且能够利用各个天线间独立的多径传输衰落来提高频带利用率。作为MIMO系统的关键技术之一，空时编码为在空间和时间进行联合信号处理的技术，可同时获得分集增益、编码增益和很高的频谱利用率。

使用空时编码是达到或接近MIMO无线信道容量的一种可行、有效的方法。空时编码是一种用于多发射天线的编码技术，该编码在多根发射天线和各个时间周期的发射信号之间能产生空域和时域的相关性。这种空时相关性可以使接收机克服MIMO信道衰落和减少发射误码。对于空间未编码系统，空时编码可以在不牺牲带宽的情况下起到发射分集和功率增益作用。空时编码在编码结构上有多种方法，包括STBC(space-time block coding，空时分组编码)、空时网格编码和BLAST(bell-labs layered space time，分层空时编码)。所有这些编码方案的核心思想是使用多径能力来获得较高的频谱利用率和性能增益。

STBC编码方式以最大分集为目标，对发射的码字矩阵进行正交设计，能够通过简单的译码算法实现最大可能的分集增益，其编码简单，但不能提供编码增益，且正交设计带来的冗余信息会影响系统的传输效率，同时非全速率的空时分组码可能引入带宽扩展。

请参阅图1，该图为现有技术中使用STBC编码方式的发射端示意图，图中的发射端有两根天线，两天线发射的空时分组编码矩阵如下：

$\left[\begin{array}{cc}{x}_1& -x_2^{*}\\ x_2& x_1^{*}\end{array}\right]$

即在连续的两个相邻传输时隙，两根天线同时传输两个信号。在第一个传输时隙，第一个天线传输信号x₁，同时第二个天线传输信号x₂；在第二个天线传输时隙，第一个天线传输信号-x₂ ^*，同时第二个天线传输信号x₁ ^*。

BLAST编码方式的码字矩阵设计以最大发射速率为目标，在多根天线上发射相互独立的数据，在高信噪比时可以获得很大的系统容量。然而，由于分层空时编码没有利用多天线系统的发射分集，因此其抗衰落性能较差。两天线的分层空时编码矩阵如下：

$\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right]$

请参阅图2，该图为现有技术中使用BLAST编码方式的发射端的示意图，由图中可见，一个单一的数据流被分成两个子数据流被编码成符号串之后，进入两个发射支路，在每个发射支路中进行QPSK(quadrature phase shift keying，正交相移键控)或QAM(quadrature amplitude modulation，正交幅度调制)，然后插入导频，最后通过天线将调制信号发射出去。

发明内容

本发明针对空时分组编码方式和/或分层空时编码方式提供了一种多输入多输出系统中的信号发射方法及信号发射系统，用以使得发射端能够根据接收端反馈的信道状态信息自适应的选择空时编码矩阵及各子信号流的发射天线，以提高系统的接收性能。

一种多输入多输出系统中的信号发射方法，包括步骤：

A、发射端根据接收端反馈的信道状态信息，包括空间信道响应矩阵和对应各子信号流的接收信干噪比，选择发射信号时采用的空间信道编码矩阵及各子信号流的发射天线，以此向接收端发射信号；

B、接收端对接收到的信号进行检测及解码，得到空间信道的状态信息，将空间信道响应矩阵和对应各子信号流的接收信干噪比反馈至发射端。

所述步骤A中还包括：

发射端根据接收端反馈的信道状态信息，按照预先设定的信干噪比的门限值调整各个发射天线的发射功率。

所述空间编码矩阵中的编码方式为空时分组编码方式和/或分层空时编码方式。

若发射端确定的发射信号采用的空间编码矩阵中包括分层空时编码方式，则发射端进一步根据所述空间信道响应矩阵和对应每个子信号流的接收信干噪比，确定出各层采用的调制方式。

若发射端确定的发射信号采用的空间编码矩阵中包括空时分组编码方式和分层空时编码方式，则采用分层空时编码方式的发射天线的信号衰减应小于采用空时分组编码方式的发射天线的信号衰减。

所述接收端向发射端反馈时，根据反馈开销，可以选择反馈全部或部分的信道状态信息，也可以选择反馈进行量化后的信道状态信息。

一种多输入多输出系统中的信号发射系统，包括发射端和接收端，其中，

发射端，用于根据接收端反馈的信道状态信息，包括空间信道响应矩阵和对应各子信号流的接收信干噪比，选择发射信号时采用的空间信道编码矩阵及各子信号流的发射天线，以此向接收端发送信号；

接收端，用于对接收到的信号进行检测及解码，得到空间信道的状态信息，将其反馈至发射端。

所述发射端还用于根据接收端反馈的信道状态信息，按照预先设定的信干噪比的门限值调整各个发射天线的发射功率。

本发明公开了一种多输入多输出系统中的信号发射方法及信号发射系统，本发明中，发射端利用接收端反馈的信道状态信息，包括空间信道响应矩阵和对应各子信号流的接收信干噪比，自适应的选择发射信号时采用的空间信道编码矩阵及各子信号流的发射天线，在分集发送和传输效率中取折中，以此向接收端发送信号，与现有技术相比，本发明能够灵活的进行编码矩阵的选择，更加有效的利用了发射功率，提高了接收端的解码能力，同时获得了较高容量性能。

附图说明

图1为现有技术中使用STBC编码方式的发射端示意图；

图2为现有技术中使用BLAST编码方式的发射端的示意图；

图3为本发明多输入多输出系统中的信号发射方法的流程图；

图4为本发明中采用STBC与BLAST混合编码方式的信号发射系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种多输入多输出系统中的信号发射方法及信号发射系统，其核心思想是：发射端根据接收端反馈的信道状态信息，包括空间信道响应矩阵和对应各子信号流的接收信干噪比，能够自适应的选择发射信号时采用的空间信道编码矩阵及各子信号流的发射天线，以此向接收端发送信号。本发明有效的利用了反馈信道的状态参数，调整发射端的空间信道编码矩阵，与现有技术相比，具有灵活选择编码矩阵、有效利用发射功率、提高接收性能的功能。

请参阅图3，该图为本发明多输入多输出系统中的信号发射方法的流程图，主要包括步骤：

步骤10、发射端根据接收端反馈的信道状态信息，包括空间信道响应矩阵和对应各子信号流的接收信干噪比，确定出发射信号时采用的空间信道编码矩阵及各子信号流的发射天线，同时调整各个发射天线的发射功率，以此向接收端发送信号；

本步骤中，所述接收端向发射端反馈时，根据反馈开销，可以选择反馈全部或部分的信道状态信息，也可以选择反馈进行量化后的信道状态信息。

步骤11、接收端对接收到的信号进行检测及解码，得到空间信道的状态信息，包括空间信道响应矩阵和对应各子信号流的接收信干噪比，将其反馈至发射端。

在上述过程中，所述空间信道编码矩阵中的编码方式为STBC编码方式，或者BLAST编码方式，或者STBC与BLAST混合的编码方式，发射端能够根据当前的信道状态自适应的选择合适的空间信道编码矩阵及各子信号流的发射天线，更好的利用STBC和BLAST两种编码方式各自的特性。当发射端收到的接收端反馈的信道状态信息显示当前信道质量较好时，则可选择速率高的编码矩阵，当发射端收到的接收端反馈的信道状态信息显示当前信道质量较差时，则可选择传输速率较低的编码矩阵。

进一步，由于BLAST编码方式中不同层可采用不同的调制方式，因此当发射端选择的空间信道编码矩阵中包括BLAST编码方式时，发射端可根据接收端反馈的信道状态信息确定各层采用的调制方式，以使得接收端在满足通信质量要求的情况下总体性能达到最优。

若发射端选择的空间信道编码矩阵中既包含STBC编码方式又包含了BLAST编码方式，在这种情况下，由于STBC编码方式利用了发射分集，因此在接收端采用STBC编码方式的信号的解码性能要高于采用BLAST编码方式的信号的解码特性。根据接收端反馈的信道状态信息，发射端可以将控制信道的信息采用STBC编码方式进行传输，同时在发射天线中选择信号衰减较小的天线采用BLAST编码方式发射信号，在发射天线中选择信号衰减较大的天线采用STBC编码方式发射信号，从而提高接收端的整体解码性能。

在上述过程中，发射端可根据预先设定的信噪比的门限值调整不同天线上的发射功率，如在保证接收端解码性能的条件下减小STBC编码信号的发射功率，从而减小对BLAST编码信号的干扰。

相应于本发明上述方法，本发明进而提出了一种多输入多输出系统中的信号发射系统，该信号发射系统包括发射端和接收端，其中，发射端和接收端的具体功能如下：

发射端，用于根据接收端反馈的信道状态信息，包括空间信道响应矩阵和对应各子信号流的接收信干噪比，选择发射信号时采用的空间信道编码矩阵及各子信号流的发射天线，以及按照预先设定的信干噪比的门限值调整各个发射天线的发射功率，以此向接收端发送信号；

接收端，用于对接收到的信号进行检测及解码，得到空间信道的状态信息，将其反馈至发射端。

本发明中，所述空间信道编码矩阵中的编码方式为STBC编码方式，或者BLAST编码方式，或者STBC与BLAST混合的编码方式，当发射端采用的空间信道编码矩阵为STBC与BLAST混合的编码方式时，如图4所示，该图为本发明中采用STBC与BLAST混合编码方式的信号发射系统的结构示意图，由图中可见，发射端将发射信号分为两组，一组进行STBC编码，另一组采用BLAST方式编码，最终所有信号从不同的天线上同时发射出去，接收端在收到信号后，对接收到的信号进行检测及解码，得到空间信道的状态信息，包括空间信道响应矩阵和对应各子信号流的接收信干噪比，将其反馈至发射端。

下面通过一具体实施例对本发明的具体实现过程做进一步详细的阐述。

本实施例中发射端具有四个发射天线，其可使用的空间信道编码矩阵包括以下四组，其中，行序号表示不同的发射天线，列序号表示不同的发射时刻。

$G_3{b}_1=\left[\begin{array}{cccccccc}{x}_1& -x_2& -x_3& -x_4& x_1^{*}& -x_2^{*}& -x_3^{*}& -x_4^{*}\\ x_2& x_1& x_4& -x_3& x_2^{*}& x_1^{*}& x_4^{*}& -x_3^{*}\\ x_3& -x_4& x_1& x_2& x_3^{*}& -x_4^{*}& x_1^{*}& x_2^{*}\\ x_5& x_6& x_7& x_8& x_9& x_{10}& x_{11}& x_{12}\end{array}\right],$

$G_2{G}_2=\left[\begin{array}{cc}{x}_1& -x_2^{*}\\ x_2& x_1^{*}\\ x_3& -x_4^{*}\\ x_4& x_3^{*}\end{array}\right],$

$G_2{b}_2=\left[\begin{array}{cc}{x}_1& -x_2^{*}\\ x_2& x_1^{*}\\ x_3& x_5\\ x_4& x_6\end{array}\right],$

$b_4=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ x_3\\ x_4\end{array}\right]$

上述矩阵中，对于矩阵G₃b₁，从前三根天线上发射的信号采用STBC编码，从第四根天线上发射的信号采用BLAST编码。对于矩阵G₂G₂，从前两根天线和后两根天线上发射的数据分别采用STBC编码。对于矩阵G₂b₂，从前两根天线上发射的信号采用STBC编码，从后两根天线上发射的信号采用BLAST编码方式。对于矩阵b₄，采用BLAST编码方式从四根天线上同时发射。

上述四个空间信道编码矩阵具有不同的传输速率，如下表所示：

编码矩阵	G3b1	G2G2	G2b2	b2
					码速率	3/2	2	3	4

当发射端收到的接收端反馈的信道状态信息显示当前信道质量较好时，则可选择码速率高的编码矩阵，当发射端收到的接收端反馈的信道状态信息显示当前信道质量较差时，则可选择码速率较低的编码矩阵。进一步，由于BLAST编码方式中不同层可采用不同的调制方式，因此当发射端选择的空间信道编码矩阵中包括BLAST编码方式时，发射端可根据接收端反馈的信道状态信息确定各层采用的调制方式，以使得接收端在满足通信质量要求的情况下总体性能达到最优。

由于采用STBC编码方式的信号利用了发射分集，因此对于具有相同调制及信道编码模式的信号，在接收端，STBC的解码性能要高于BLAST。根据接收端反馈的信道状态信息，发射端可以自适应的选择四根发射天线中信号衰减最小的天线发射采用BLAST编码的数据，从而提高接收端的整体解码性能。

在接收到反馈的信道状态信息时，发射端可根据预先设定的信噪比的门限值调整不同天线上的发射功率，如在保证接收端解码性能的条件下减小STBC编码信号的发射功率，从而减小对BLAST编码信号的干扰。

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 (8)

1.一种多输入多输出系统中的信号发射方法，其特征在于，包括步骤：

A、发射端根据接收端反馈的信道状态信息，包括空间信道响应矩阵和对应各子信号流的接收信干噪比，选择发射信号时采用的空间信道编码矩阵及各子信号流的发射天线，以此向接收端发射信号；

B、接收端对接收到的信号进行检测及解码，得到空间信道的状态信息，将其反馈至发射端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中还包括：

发射端根据接收端反馈的信道状态信息，按照预先设定的信干噪比的门限值调整各个发射天线的发射功率。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空间编码矩阵中的编码方式为空时分组编码方式和/或分层空时编码方式。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，若发射端确定的发射信号采用的空间编码矩阵中包括分层空时编码方式，则发射端进一步根据所述空间信道响应矩阵和对应每个子信号流的接收信干噪比，确定出各层采用的调制方式。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，若发射端确定的发射信号采用的空间编码矩阵中包括空时分组编码方式和分层空时编码方式，则采用分层空时编码方式的发射天线的信号衰减应小于采用空时分组编码方式的发射天线的信号衰减。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收端向发射端反馈时，根据反馈开销，可以选择反馈全部或部分的信道状态信息，也可以选择反馈进行量化后的信道状态信息。

7.一种多输入多输出系统中的信号发射系统，其特征在于，包括发射端和接收端，其中，

发射端，用于根据接收端反馈的信道状态信息，包括空间信道响应矩阵和对应各子信号流的接收信干噪比，选择发射信号时采用的空间信道编码矩阵及各子信号流的发射天线，以此向接收端发送信号；

接收端，用于对接收到的信号进行检测及解码，得到空间信道的状态信息，将其反馈至发射端。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述发射端还用于根据接收端反馈的信道状态信息，按照预先设定的信干噪比的门限值调整各个发射天线的发射功率。

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