CN101176290B - 用于通信系统的动态空时编码 - Google Patents

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Abstract

本说明书描述了采用动态空时编码传输数据的技术。动态空时编码是指基于以动态方式(例如时变方式)改变的映射方案，将数据映射到空间和时间这两个维度。发射器生成至少一个数据流并以动态方式对该至少一个数据流执行空时编码以生成用于从至少两个天线发射的至少两个输出流。空时编码可以以各种方式执行。例如，每个数据流可以基于各自的空时码集而被空时编码，例如通过在码集中的空时码之间循环或者使用基于来自接收器的反馈而选择的空时码。用于每个数据流的码集也可以从可用于该数据流的多个码集中选择。

Description

用于通信系统的动态空时编码
根据35U.S.C.§119要求的优先权
本专利申请要求2005年3月18日提交的标题为“PSEUDORANDOMSPACE-TIME(ST)CODING”的临时申请第60/663,516号以及2005年8月22日提交的标题为“DYNAMICSPACE-TIMECODINGFORACOMMUNICATIONSYSTEM”的临时申请第60/710,420号的优先权，这两个临时申请已被转让给其受让人，并通过引用将其特意结合在本文中。
技术领域
本公开一般涉及通信，并更特别地涉及用于在通信系统中传输数据的技术。
背景技术
蜂窝系统是能同时与多个终端(例如蜂窝电话)通信的无线多址通信系统。蜂窝系统可采用空时编码以便获得对终端的传输的空间和时间分集。空时编码是指对数据(例如，调制符号)进行处理以使数据通过多个物理天线并跨时地发送以获得空间和时间分集。例如，第三代(3G)蜂窝系统可采用诸如空时传输分集(STTD)或正交传输分集(OTD)的空时编码方案来在两个符号周期内从两个天线上发射每一对符号。STTD和OTD虽然是不同的方案，但却是用于在两个符号周期内将两个符号映射到两个天线上的固定的方案。STTD和OTD一般会将性能改善成优于未采用空时编码的情况。
然而，STTD和OTD具有几个主要的缺点。首先，STTD和OTD在时间色散多路径环境中通常会遭受性能损失，这会引起频率选择性衰落和正交性损失。其次，STTD和OTD局限于在两个发射天线上进行操作。再次，STTD和OTD是固定的空时编码。在一些情形下，诸如终端静止或慢速移动的情形下，无线信道可能会处于与STTD或OTD的固定的空时码不十分匹配的状态，并保持该不良状态一段延续的时间。所有这些缺点限制了STTD和OTD的使用和/或阻碍了STTD和OTD的性能。
因此，在本领域需要能在多路径环境中提供良好性能的传输技术。
发明内容
在本文中将描述采用动态空时编码来传输数据的技术。这些技术可为对接收器的数据传输提供更高度的分集，而无需使用来自接收器的任何反馈或者仅需使用来自接收器的少量反馈。
根据本发明的一个实施例，描述了一种设备，其包括至少一个处理器和存储器。至少一个处理器生成至少一个数据流并以动态方式(例如时变方式)对该至少一个数据流执行空时编码以生成用于从至少两个天线发射的至少两个输出流。存储器存储用于至少一个处理器的数据和/或程序代码。
根据另一实施例，提供了一种方法，在该方法中生成至少一个数据流。然后以动态方式对该至少一个数据流执行空时编码以生成用于从至少两个天线发射的至少两个输出流。
根据另一实施例，描述了一种设备，其包括用于生成至少一个数据流的装置和以动态方式对该至少一个数据流执行空时编码以生成用于从至少两个天线发射的至少两个输出流的装置。
根据另一实施例，描述了一种设备，其包括至少一个处理器和存储器。至少一个处理器获得至少一个接收天线的至少一个接收符号流，并对该至少一个接收符号流执行空时解码以获得至少一个空时解码后的符号流(其是采用动态空时编码传输的至少一个数据流的估计)。空时解码与空时编码是互补的。存储器存储用于至少一个处理器的数据和/或程序代码。
根据另一实施例，提供了一种方法，在该方法中获得至少一个接收天线的至少一个接收符号流。然后以与发射器执行的动态空时编码互补的方式，对该至少一个接收符号流执行空时解码，以获得至少一个空时解码后的符号流。
根据另一实施例，描述了一种设备，其包括获得至少一个接收天线的至少一个接收符号流的装置，以及以与发射器执行的动态空时编码互补的方式对该至少一个接收符号流执行空时解码以获得至少一个空时解码后的符号流的装置。
下面将对本发明的各个方面和实施例进行更详细的描述。
附图说明
图1显示出一基站和两个终端的框图。
图2显示出在无反馈情况下对一个数据流执行的空时编码。
图3显示出在慢反馈情况下对一个数据流执行的空时编码。
图4显示出在快反馈情况下对一个数据流执行的空时编码。
图5显示出在无反馈情况下对多个数据流执行的空时编码。
图6显示出在慢反馈情况下对多个数据流执行的空时编码。
图7显示出在快反馈情况下对多个数据流执行的空时编码。
图8A显示出用于一个数据流的空时编码器。
图8B显示出两个示例性空时码。
图9显示出用于一个数据流的另一种空时编码器。
图10显示出采用空时编码传输数据的处理。
图11显示出接收采用空时编码发送的数据的处理。
具体实施方式
“示例性的”这个词在本文中用来指“作为实例、例子或例证”。本文中描述为“示例性的”任何实施例不是必须要被看作比其它实施例更加优选或优越。
在本文中将描述采用动态空时编码传输数据的技术。动态空时编码是指基于以动态方式改变的映射方案，将数据映射到空间和时间维度。例如，映射方案可通过在不同时间间隔中使用不同的空时码来以时变方式改变，其中空时码可以在有或没有来自接收器的反馈的情况下选择。作为另一实例，映射方案可基于事件的发生(例如定时器期满、诸如分组错误率的增加等的性能退化)来改变。映射方案还可通过对不同的发射天线使用不同的代码(例如卷积码或涡轮(Turbo)码)来以动态方式改变。下面将对空时编码动态变化的各种可能的方式进行详细描述。
本文中描述的技术可被用于多输入多输出(MIMO)和多输入单输出(MISO)传输。MIMO传输是从多个(T＞1)发射天线到多个(R＞1)接收天线的传输。MISO传输是从多个(T＞1)发射天线到单个(R＝1)接收天线的传输。该技术可用于从发射器到接收器发送一个或多个数据流。可同时发送至给定接收器的数据流的数目(D)由发射器处的天线数目(T)和终端处的天线数目(R)确定，或者D≤min{T，R}。
本文中描述的技术可用于下行链路和上行链路上的传输。下行链路(或前向链路)是指从基站到终端的通信链路，上行链路(或反向链路)是指从终端到基站的通信链路。基站通常是固定站，并且也可称为基站收发系统(BTS)、节点B、接入点或一些其它术语。终端可以是固定的或移动的，并且可以是无线装置、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、无线调制解调器卡等。为了清楚起见，下面就下行链路上的传输对这些技术进行描述。
图1显示出无线通信系统100中的一基站110和两个终端150x和150y的实施例的框图。基站110配备有多个(T＞1)天线134a至134t，终端150x配备有单个(R＝1)天线152x，终端150y配备有多个(R＞1)天线152a至152r。为了简单起见，图1仅显示出用于下行链路上的数据传输和上行链路上的信令传输的处理单元。
在基站110，发射(TX)数据处理器120从数据源112接收业务数据，处理(例如信道编码、交织和调制)业务数据，并生成一个或多个(D≥1)数据流。每个数据流可基于卷积码、涡轮码、块码或它们的组合而被分别进行信道编码。可选地，可对单个输入流进行信道编码，然后将其解复用为D个数据流。空时编码器130对D个数据流执行如下所述的空时编码，并提供多个(T)输出流给T个发射器(TMTR)132a至132t。空时编码可被选择性地执行(例如对特定终端、特定类型的数据、特定物理信道、特定时隙、特定信道条件等)，或者可被始终都执行。也可以以相同或不同的方式对单天线终端150x和多天线150y执行空时编码。每个发射器132处理(例如转换成模拟信号、滤波、放大和上变频)其输出流并生成射频(RF)调制信号。来自发射器132a至132t的RF调制信号分别从天线134a至134t被发射。
在每个终端150处，一个或多个天线152接收发射的信号，并且每个天线向各自的接收器(RCVR)154提供接收到的信号。每个接收器154处理(例如滤波、放大、下变频、数字化、潜在地均衡)其接收到的信号并提供接收到的符号流。对于单天线终端150x，空时解码器160x对接收到的符号执行空时解码并提供空时解码后的符号。空时解码也可与均衡器结合在一起。然后，接收(RX)数据处理器170x处理(例如解调、去交织和信道解码)空时解码后的符号并提供解码后的数据给数据宿172x。对于多天线终端150y，空时解码器160y对接收到的符号执行空时解码并提供空时解码后的符号。然后，RX数据处理器170y处理空时解码后的符号并提供解码后的数据给数据宿172y。
终端150x和/或150y可发送信令给基站110。对于每个终端，TX信令处理器184可从控制器/处理器180接收信令，然后根据所选择的信号发送方案来处理信令。已处理的信令由一个或多个发射器154调节并由一个或多个天线152发射。在基站110，来自终端150x和/或150y的信号由天线134a至134t接收，由接收器132a至132t处理，并由RX信令处理器144进一步处理以恢复由终端150x和/或150y发送的信令(如果有的话)。控制器/处理器140可基于恢复的信令，控制对终端150x和150y的数据传输。
控制器/处理器140、180x和180y分别控制基站110以及终端150x和150y上的各种处理单元的操作。存储器142、182x和182y分别存储用于基站110以及终端150x和150y的数据和程序代码。
基站110可利用空时编码来改善对单天线终端150x和多天线终端150y的数据传输的性能。在一个实施例中，基站110基于一个或多个(M≥1)空时码的集合来执行空时编码。每一个码集包括多个空时码。每个空时码定义从符号到发射天线和符号周期的特定映射。如下所述，基站110可以以各种方式执行空时编码。
图2显示出在无反馈情况下对一个数据流执行的采用动态空时编码的传输方案200。在空时编码器130a(其是图1中的空时编码器130的一个实施例)内，存储器240存储包含多个(N＞1)空时(ST)码的码集。复用器(Mux)242接收N个空时码并基于来自控制单元244的选择信号提供N个空时码中的一个。每个被选的空时码被用于在预定的时间间隔内进行空时编码。空时编码器230接收来自TX数据处理器120的数据流和来自复用器242的被选的空时码，采用被选的空时码对数据流执行空时编码，并提供多个(T)输出流。T个输出流被进一步调节并由T个发射天线发射给终端150(其可以是单天线终端150x或多天线终端150y)。
对于图2中所示的实施例，空时码是在没有来自终端150的反馈的情况下由基站110选择的。控制单元244可以以循环方式在N个空时码之间循环，例如选择ST码1、然后选择ST码2等等、然后选择ST码N、然后回到ST码1、等等。控制单元224也可以以伪随机方式(例如基于伪随机数(PN)序列)选择空时码。控制单元224也可以以其它方式选择空时码。无论如何，空时码是以确定性的方式(即基站110和终端150二者都知道的方式)选择的。因此，终端150知道在每个时间间隔中使用的空时码。
码集中的空时码可以以各种方式来定义。在一个实施例中，码集包括用于所有T个发射天线的不同的空时码。在另一实施例中，码集包括用于不同数目的发射天线的空时码。在另一实施例中，码集包括具有不同天线波束的空时码。天线波束由对T个发射天线应用的复增益确定。通过对T个发射天线应用不同的复增益集合，可形成不同的天线波束。空时码可设计成为预期的信道条件提供较好的性能。例如，可以定义能比STTD或OTD更好地处理特定多路径概况的空时码，并将其用于空时编码。下面将对一些示例性的空时码进行描述。
图3显示出在有来自终端150的慢反馈的情况下对一个数据流执行的采用动态空时编码的传输方案300。对于图3中所示的实施例，慢反馈从可供使用的多个(M＞1)码集中选择一个码集。
在时空编码器130b(其是图1中的空时编码器130的另一实施例)内，存储器340存储M个码集，其中每个码集包含一个或多个(N≥1)空时码。在一个实施例中，控制单元346选择与终端150的信道概况最匹配的码集。信道概况指示无线信道的长期特性，例如无线信道中多路径的长期时间平均能量。复用器342接收被选的码集的N个空时码，并基于来自控制单元344的选择信号提供N个空时码中的一个。控制单元344可以以循环/顺序方式、伪随机方式等方式在被选的码集中的N个空时码之间循环。每个被选的空时码被用于在预定时间间隔内进行空时编码。空时编码器330接收数据流和被选的空时码，采用被选的空时码对数据流执行空时编码，并提供多个(T)输出流以用于由T个发射天线发射至终端150。
可将M个码集设计成为不同的信道概况提供良好的性能。码集可以以各种方式定义。
在一个实施例中，为不同数目的发射天线定义码集。例如，可为基站110上可用的所有T个天线定义一个或多个码集，并且可为少于T个天线定义一个或多个码集。在具有低信噪比(SNR)的信道环境较差的情况下，可通过从较少的天线发射(这会导致从活动的天线发送的传输之间的较小的串扰)来获得较好的性能。例如，对于低于特定SNR阈值的SNR，采用很少的(例如一个或两个)天线执行空时编码可能是理想的。在具有高信噪比的良好信道环境中，可通过从更多的天线发射以获得更大的空间分集，来获得更好的性能。无论如何，可通过选择用于空时编码的适当的码集，来实现发射天线数目的动态选择。
在另一实施例中，为不同的移动性环境定义码集。例如，可为所有静止的或低移动性环境定义一个或多个码集，并为高移动性(例如高多普勒)环境定义一个或多个码集。不同的移动性环境可具有不同的信道特性。可为不同的移动性环境定义码集以获得良好的性能。
在另一实施例中，将码集定义成具有不同的天线波束。例如，可定义一个或多个码集以使空时码有效地形成天线波束。可以选择与当前信道概况匹配良好的具有天线波束的码集来使用。在该被选的码集内，可以确定天线波束在其中是优选的时间间隔，并且可在这些时间间隔期间将数据发送给终端。
可以以各种方式选择与当前信道概况匹配最佳的码集。在一个实施例中，终端150确定其信道概况，选择与信道概况最匹配的码集，并发送信令给基站110以指示被选的码集。在另一实施例中，基站110从终端150接收反馈，并基于接收到的反馈选择匹配最佳的码集。在另一实施例中，基站110在用于对终端150的数据传输的M个码集中循环，接收来自终端150的反馈，并基于接收到的反馈选择匹配最佳的码集。反馈可以以各种形式给出，诸如信道质量指示符(CQI)、SNR估计、数据速率、对终端150正确解码的分组的确认(ACK)、对错误解码的分组的否定确认(NAK)等。CQI、SNR估计和数据速率指示终端150处接收信号的质量，其可基于基站110所发送的导频确定。匹配最佳的码集还可以以其它方式来选择。
在具有慢反馈的空时编码的另一实施例中，使用了一个空时码集，并且基于慢反馈来发送数据。例如，如上面针对图2描述的那样，可在N个空时码之间进行循环。采用连续变化的空时码的动态空时编码，在由空时编码器和无线信道组成的有效信道中引入人为的时变性(artificialtimevariance)。终端可确定一个或多个空时码与当前信道条件匹配最佳的时间间隔，并将该信息报告给基站。然后，基站可调度终端在这些时间间隔期间进行数据传输，这可改善下行链路上的调度增益。
图4显示出在有来自终端150的快反馈的情况下对一个数据流进行的采用动态空时编码的传输方案400，也被称为选择性空时(SST)编码。对于图4中所示的实施例，使用一个码集来执行空时编码，并且快反馈从该码集中的多个空时码中选择特定的空时码。
在空时编码器130c(其是图1中的空时编码器130的另一实施例)内，存储器440存储码集的多个(N＞1)空时码，并且复用器442基于来自控制单元444的选择信号提供N个空时码中的一个或多个。控制单元444从终端150接收反馈。该反馈可指示码集中的哪个或哪些空时码与当前信道条件最匹配。然后，控制单元444指示复用器442提供被选的空时码。
在完全自适应的传输方案中，终端可基于观测到的信道条件定义空时码。传输方案400与完全自适应的传输方案的不同在于终端不定义空时码，而是从预先定义的空时码中选择匹配最佳的空时码。因此，终端不需要定义空时码(这简化了操作)，且不需要将定义的空时码发送给基站(这减少了信号发送)。相反，终端可发送少量的信令来指示被选择的空时码。对于每个被选择的空时码，这种信令可以与[log2N]比特一样少，其中[x]表示提供等于或大于x的整数值的取上限运算。
传输方案400使用更快但有限的反馈来允许更快地适应于当前信道条件。由于仅发送回少量信令，所以反馈需求可以相对微不足道。
传输方案可基于快反馈和慢反馈的组合来执行动态空时编码。慢反馈可基于信道概况，从多个可用的码集中选择一个码集。快反馈可从被选的码集中的多个空时码中选择一个或多个空时码。由于对于每个时间间隔，终端仅需评估N个不同的空时码(而不是M·N个空时码)，所以操作得以简化。由于对于被选择的空时码，终端发送回[log2N]比特(而不是[log2(M·N)]比特)，所以信令也得以减少。
传输方案200、300和400使用空时编码从多个(T)天线发射单个数据流以获得空间和时间分集。多个数据流也可同时发送给多天线终端150y或多个终端。可以为具有高SNR的良好信道环境发送MIMO传输。
图5显示出在无任何反馈的情况下对多个(D＞1)数据流执行的采用动态空时编码的传输方案500。在空时编码器130d(其是图1中的空时编码器130的另一实施例)内，D个存储器540a至540d存储D个数据流的D个码集。每个码集包含一个或多个(N≥1)空时码。D个复用器542a至542d分别连接于D个存储器540a至540d。每个复用器542接收来自相关的存储器540的N个空时码，并基于来自控制单元544的选择信号提供N个空时码中的一个。控制单元544可以以循环/顺序方式、伪随机方式等方式在每个码集中的N个空时码之间循环。
D个空时编码器530a至530d分别接收来自图1中的TX数据处理器120的数据流1至D。这些数据流可以不经过信道化而被发送，或者可以采用不同的信道化码(例如Walsh或OVSF码)而被信道化以减小数据流之间的干扰，或者可以通过重新使用相同的信道化码而被信道化。空时编码器530a至530d还分别接收来自复用器542a至542d的被选的空时码。每个空时编码器530采用其被选的空时码对其数据流执行空时编码，并提供多个(T)编码流。加法器532a至532t接收来自所有D个空时编码器530a至530d的T个编码流。每个加法器532为相关的天线将来自D个空时编码器530a至530d的D个编码流相加，并为该天线提供输出流。
D个码集可以以各种方式定义。每个码集可使用上面针对图2中的传输方案200描述的任何实施例来定义。在一个实施例中，定义了N个空时码的单一集合，并且D个码集中的每个码集由这N个空时码的不同置换(permutation)来形成。在另一实施例中，为可用的发射天线的不同分割定义了D个码集，这可减小数据流之间的干扰。例如，每个奇数编号的码集可为奇数编号的发射天线定义，并且每个偶数编号的码集可为偶数编号的发射天线定义。在另一实施例中，为发射天线的不同组合定义D个码集。例如，码集1可为总共四个天线中的发射天线2、3和4定义，码集2可为发射天线1、3和4定义，码集3可为发射天线1、2和4定义，并且码集4可为发射天线1、2和3定义。通常，D个码集可包括相同或不同数目的空时码及相同或不同的空时码。
图6显示出在慢反馈情况下对多个(D＞1)数据流执行的采用动态空时编码的传输方案600。对于图6中所示的实施例，每个数据流的慢反馈从可用于该数据流的多个(M＞1)码集中选择一个码集。
在空时编码器130e(其是图1中的空时编码器130的另一实施例)内，D个存储器640a至640d存储用于D个数据流的码集。每个存储器640存储用于一个数据流的多个(M＞1)码集，其中每个码集包含一个或多个(N≥1)空时码。控制单元646接收来自终端150的反馈并从可用于每个数据流的码集中选择用于该数据流的码集。例如，控制单元646可为每个数据流选择与终端150所报告的信道概况匹配最佳的码集。
D个复用器642a至642d分别连接于D个存储器640a至640d。每个复用器642接收来自相关的存储器640的被选的码集的N个空时码，并基于来自控制单元644的选择信号提供N个空时码中的一个。控制单元644可以以循环/顺序方式、伪随机方式等方式在被选的码集中的N个空时码之间循环。D个空时编码器630a至630d分别接收数据流1至D，以及分别接收来自复用器642a至642d的被选的空时码。空时编码器630a至630d和加法器632a至632t，如上面对图5中的空时编码器530a至530d及加法器532a至532描述的那样进行操作。
用于每个数据流的M个码集可设计成为不同的信道概况提供良好的性能，如上面对图3中的传输方案300描述的那样。用于每个数据流的码集也可使用上面对传输方案300描述的任何实施例来选择。用于D个数据流的码集可被独立地选择，例如基于这些数据流的信道条件和/或性能。用于D个数据流的码集也可被共同地选择，例如基于所有D个数据流的来自终端的单个反馈。
图7显示出在快反馈情况下对多个(D＞1)数据流进行的采用动态空时编码的传输方案700。对于图7中所示的实施例，一个码集被用于每个数据流的空时编码，并且用于每个数据流的快反馈从用于该数据流的码集中的多个空时码中选择特定的空时码。
在空时编码器130f(其是图1中的空时编码器130的另一实施例)内，存储器740a至740d存储用于D个数据流的N个空时码集。复用器742a至742d分别连接于存储器740a至740d。每个复用器742基于用于相关的数据流的选择信号来提供用于该数据流的N个空时码中的一个或多个。控制单元744接收来自终端150的反馈。该反馈可以指示对于每个数据流，用于该数据流的码集中的哪个或那些空时码与当前信道条件最匹配。然后，控制单元744指示每个复用器742提供用于相关的数据流的被选的空时码。
传输方案700支持多个数据流，并使用快速但有限的反馈来允许更快地适应于当前信道条件。传输方案700具有上面对图4中的传输方案400描述的优点。
用于每个数据流的空时编码为该数据流提供平均效果。此外，用于多个并行数据流的空时编码(其是高SNRMIMO情况下的目标)，由于平均效果而导致这些数据流获得相似的SNR。对于多个数据流的数据速率控制，可利用相似的SNR来减少来自终端的反馈速率。
图8A显示出用于一个数据流的空时编码器800的实施例。空时编码器800可被用作图2至图7中的空时编码器230、330、430、530、630和730。在空时编码器800内，块分割单元810接收并将数据流分成块。每个块可包含预定数目的数据符号，例如P个数据符号，其中P≥1。取决于TX数据处理器120所执行的处理，数据符号可以是基于调制方案生成的调制符号，在信道化(即扩展(spreading))和/或加扰后生成的数据码片，或一些其它数据单元。
映射单元820基于映射方案，将每个块中的数据符号映射到不同的符号周期和天线上，并为T个发射天线提供码符号。映射单元820可直接映射数据符号，或者可在映射前对数据符号执行算数和/或其它操作。映射单元820可为每个天线生成相同数目的码符号(例如Q个数据符号，其中Q≥1)，在这种情况下编码率为P/Q。值为1、大于1和小于1的编码率，可以采用不同的映射方案灵活地获得。相反，STTD和OTD具有固定的编码率1。可选地，映射单元820可为不同的天线生成不同数目的码符号。例如，映射单元820可接收由3个数据符号构成的块，并为天线1生成8个码符号，为天线2生成5个码符号，为天线3生成8个码符号，等等。无论如何，对每个数据符号块，映射单元820为T个天线提供T个码符号序列(或T个码字)。
可以使用各种映射方案来将数据符号映射到符号周期和天线。这些映射方案可使用线性映射、非线性映射或这二者。下面将描述示例性的映射方案。
图8B显示出采有四个发射天线的用于两个空时码的示例性映射方案。对于该实例，块分割单元810将数据流分成由四个数据符号构成的块。基于特定映射将每个块中的数据符号映射到每个发射天线上。每个空时码对四个发射天线使用不同的映射集合。对于图8B中所示的实例，用于每个空时码的对四个发射天线的映射使得：(1)每个数据符号块在4个符号的间隔内发送，(2)块中的每个数据符号在4个符号的间隔期间从所有四个发射天线发送，并且(3)四个数据符号在4个符号的间隔中从每个发射天线发送。所有四个数据符号可在给定的符号周期内从四个发射天线发送。给定的数据符号也可以在一个符号周期内从多个发射天线发送。可以选择用于不同空时码的不同映射来例如为不同的操作情形获得良好的性能。
对于图8B中所示的示例性空时码，接收器可在发射器所发送的每个数据符号块的4个符号的间隔内，从每个接收天线获得四个接收到的符号{r1，r2，r3和r4}。单天线接收器可基于四个接收到的符号的不同线性组合来恢复每个发射的数据符号。单天线接收器可基于接收到的符号的四个不同的等式来恢复四个发射的数据符号{s1，s2，s3和s4}。多天线接收器可基于所有接收天线的接收到的符号的不同线性组合，来恢复每个发射的数据符号。每个接收器用以恢复发射的数据符号的等式/线性组合，是由发射器用以发送数据符号的映射来确定的。接收器可导出发射和接收天线之间的信道增益的估计值，并且可在组合接收到的符号之前使用信道增益估计值来依比例改变接收到的符号。接收器还可使用非线性技术来恢复发射的数据符号。例如，接收器可执行最大似然检测并对发射的数据符号的所有可能的组合进行评估。接收器可基于发射器所使用的ST码，来对发射的数据符号的不同组合构造假定的接收信号，将接收信号与假定的接收信号进行比较，然后基于比较结果确定最可能已经被发射的数据符号的组合。
图9显示出用于一个数据流的空时编码器900的一个实施例。空时编码器900也可被用于图2至图7中的空时编码器230、330、430、530、630和730。空时编码器900包括用于T个发射天线的T个构成编码器910a至910t和T个交织器920a至920t。在空时编码器900内，数据流被提供给所有T个构成编码器910a至910t。每个构成编码器910基于为该构成编码器选择的多项式发生器来对其输入符号进行编码，并将码符号提供给相关的交织器920。可以为T个构成编码器910a至910t选择T个发生器多项式来提供良好的性能。每个交织器920基于特定的交织方案对其码符号进行交织(或重新排序)，并为相关的发射天线提供交织的符号。
图9中的空时编码与速率为1/T的涡轮编码相似。在另一实施例中，交织器910b至910t被省略，并且数据流被提供给所有T个构成编码器920a至920t。用于该实施例的空时编码然后与速率为1/T的卷积编码相似。可以采用不同的发生器多项式和/或从发生器多项式到天线的不同分配，来获得不同的空时码。
空时码还可以以其它方式来定义，并且这在本发明的范围内。
对于上述实施例，空时码是预先定义的并且是静态的，是基站和终端都已知的。在其它实施例中，空时码可以例如由接收终端基于信道概况来定义。这样，能提供良好性能的良好的空时码可以在相当长的时间段上得到定义并被发送到基站。这种空时码的动态定义在空时码在相对较长的时间段内不改变的情形下(例如当终端长时间静止在同一位置时)会是有益的。
可以在调度终端进行数据传输时利用由于使用不同的空时码而产生的不同的有效信道。例如，期望进行数据传输的每个终端可在每个时间间隔中估计接收到的信号质量。由于不同空时码的使用，对于每个终端而言，接收到的信号质量会随着时间间隔的不同而变化。每个终端可以：(1)在每个时间间隔中发送CQI给基站，(2)发送关于哪些时间间隔或空时码会产生最好的接收信号质量的指示，或者(3)发送一些其它类型的反馈。对于每个时间间隔，基站可基于从所有终端接收到的反馈，选择一个或多个终端用于数据传输。例如，服从任何服务质量(QoS)的需求，在每个时间间隔内，基站可以发送数据给在该时间间隔内具有最佳接收信号质量的终端。以这种方式，利用通过动态空时编码而获得的空间分集来调度终端进行数据传输。
图10显示出由发射器(例如基站)执行的采用动态空时编码来发射数据的处理1000。最初，数据被处理(例如信道编码、交织和符号映射)以生成至少一个数据流(流程块1012)。至少一个空时(ST)码被选择来使用(流程块1014)。ST码的选择可以以各种方式执行，诸如(1)以没有反馈的预定方式，例如通过在码集中的空时码之间循环，(2)基于来自接收器的反馈信息，例如其可以指示码集或者一个或多个特定的空时码，或者(3)二者的组合，例如通过在反馈信息所指示的码集中的空时码之间循环。每个数据流基于为该数据流选择的编码和调制方案而被独立地进行信道编码和符号映射。然后，采用至少一个被选的空时码以动态(例如时变)方式对至少一个数据流执行空时编码，以生成至少两个输出流(流程块1016)。可以采用至少一个空时码集(例如用于每个数据流的一个或多个空时码集)执行空时编码。也可以使用无反馈(例如通过在用于每个数据流的空时码之间循环)，使用慢反馈(例如从可用于该数据流的多个码集中选择用于每个数据流的码集)，或者使用快反馈(例如从可用于该数据流的多个空时码中选择用于每个数据流的空时码)，来执行空时编码。然后至少两个输出流被处理并经由至少两个天线被发射(流程块1018)。
图11显示出由接收器(例如终端)执行的接收采用动态空时编码发送的传输的处理1100。为至少一个天线获得至少一个接收到的符号流(流程块1112)。然后对至少一个接收到的符号流执行空时解码以获得至少一个空时解码后的符号流(流程块1114)。
空时解码取决于并且与发射器所执行的空时编码互补。空时解码可以以各种方式执行。在一个实施例中，通过基于发射器所使用的空时码，线性组合接收到的符号来执行空时解码。在另一实施例中，通过评估发射的数据符号的不同假定(例如基于使错误度量最小化的最大似然解码器)来执行空时解码。在另一实施例中，通过接连地或迭代地识别具有高可靠性的接收到的符号并限制待评估的假定的数目来执行空时解码。
无论如何，空时解码提供了至少一个空时解码后的符号流，其被进一步处理(例如解扩展和检测)以获得数据符号估计(流程块1116)。数据符号估计是发射器所发送的数据符号的估计，并被进一步处理(例如解调、去交织和信道解码)以获得至少一个解码后的数据流(流程块1118)。空时解码和信道解码也可以一起执行，例如通过对信道编码、交织、符号映射和空时编码执行最大似然解码。
不同空时码和/或不同码集的性能可被评估(流程块1120)。提供良好性能的码集和/或空时码可被选择。指示被选的码集和/或空时码的反馈信息可被生成并发送回给发射器(流程块1122)。
本文中描述的动态空时编码具有各种合乎需要的特性，包括：
·无来自终端的反馈或仅需很少的来自终端的反馈来简化操作；
·允许使用任意数目的天线并允许多于两个发射天线，这是STTD和OTD所不支持的；
·支持每发射天线的不同码率，包括大于或小于1的码率；
·避免了接收器得到空时码的需要，这潜在地并非微不足道；
·由于使用了连续改变的空时码，所以即使终端处于静止或慢速移动，也能避免不良的“信道状态与空时码的对应”的情形延续一段时间；
·在终端的有效信道中引入人为的时变性，这可用在调度终端进行数据传输的过程中；
·由于使用了不同空时码，提供了链路质量的平均效果，这可产生数据传输的额外的分集；以及
·由于平均效果，而导致为同时发送的多个数据流获得相似的SNR，这会潜在地为多个数据流的数据速率控制减小反馈速率。
不良的“信道状态与空时码的对应”的情形在空时码与信道状态不匹配时发生并会导致差的性能。
本文中描述的采用动态空时编码来传输数据的技术可用于各种通信系统，诸如蜂窝系统、广域系统、局域系统等。蜂窝系统可利用码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、正交频分多址(OFDMA)或一些其它多址方案。CDMA系统可实现一种或多种CDMA无线技术，诸如宽带-CDMA(W-CDMA)、cdma2000等。cdma2000包括IS-2000、IS-856和IS-95标准。TDMA系统可实现一种或多种TDMA无线技术，诸如全球移动通信系统(GSM)、数字先进移动电话系统(D-AMPS)等。这些各种无线技术和标准在本领域是已知的。W-CDMA和GSM被记述在来自名为“第三代伙伴计划”(3GPP)的协会的文献中。cdma2000被记述在来自名为“第三代伙伴计划2”(3GPP2)的协会的文献中。3GPP和3GPP2文献是可公开获得的，例如通过ETSI、TIA和其它标准化组织。
本文中描述的技术可以通过各种方式来实现。例如，这些技术可以以硬件、软件、固件或其组合来实现。对于硬件实现方案，发射器上的空时编码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)、数字信号处理器件(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、电子器件、设计成执行本文中描述的功能的其它电子单元或其组合内。接收器处的空时解码也可以实现在一个或多个ASIC、DSP、处理器等内。
对于软件/固件实现方案，这些技术可以采用执行本文中描述的功能的模块(例如程序、函数等)来实现。软件/固件代码可存储在存储器(例如图1中的存储器142、182x或182y)中，并由处理器(例如处理器140、180x或180y)执行。存储器可实现在处理器内或在处理器外部(在这种情况下存储器可通过本领域已知的各种方式可通信地连接到处理器)。
对所公开的实施例的上述说明，是为了使本领域的任何专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，应用于其它实施例。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点一致的最宽的范围。

Claims (25)

1.一种方法，包括：
生成至少一个数据流，以及
以动态方式对所述至少一个数据流执行空时编码以生成用于从至少两个天线发射的至少两个输出流；
其中执行空时编码包括基于指示从发射器到终端的无线信道的长期特性的信道概况，从可用于空时编码的多个空时码集中选择一个空时码集，所述信道概况包括无线信道中多路径的长期时间平均能量，所述多个空时码集中的每一个集合包括多个空时码，处理器可操作地在选择所述空时码集之后，通过在用于所述至少一个数据流的每个的空时码集中循环来在多个时间间隔的每个中选择用于多个时间间隔的每个的所述至少一个数据流的每个的空时码，并基于对应选择的空时码在所述多个时间间隔的每个中为所述至少一个数据流的每个执行空时编码。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述选择用于每个数据流的空时码集包括：
接收来自接收器的反馈；以及
基于接收到的反馈，选择用于每个数据流的空时码集。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述执行空时编码包括：
接收从用于每个数据流的空时码集中选择用于每个数据流的空时码的反馈，以及
基于为每个数据流选择的空时码对每个数据流执行空时编码。
4.如权利要求1所述的方法，其中通过，以动态方式对所述至少一个数据流执行空时编码进一步包括在不同的时间间隔中使用不同的空时码。
5.如权利要求1所述的方法，其中对所述至少一个数据流执行空时编码进一步包括：
为不同的时间间隔选择不同的空时码；和
基于为每个时间间隔选择的至少一个空时码来为每个时间间隔执行空时编码。
6.如权利要求1所述的方法，其中，进一步包括接收来自接收器的反馈，并基于接收到的反馈执行空时编码。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括接收指示更适合于数据传输的时间间隔的反馈，并在接收到的反馈所指示的时间间隔期间发射所述至少一个数据流。
8.如权利要求1所述的方法，其中，对所述至少一个数据流执行空时编码进一步包括：接收在至少一个空时码集中选择至少一个空时码的反馈，并基于所述至少一个空时码对所述至少一个数据流执行空时编码。
9.如权利要求1所述的方法，其中每个空时码与从数据符号到天线和符号周期的不同映射相对应。
10.如权利要求1所述的方法，其中每个空时码与用于对所述至少两个天线的所述至少一个数据流进行编码的不同的发生器多项式集合相对应。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述多个空时码集是为不同的天线数目或不同的天线集合设计的。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述多个空时码集是为不同的信道概况设计的。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述多个空时码集与不同的天线波束相关。
14.如权利要求1所述的方法，其中对所述至少一个数据流执行空时编码进一步包括：
接收来自接收器的反馈信息；和
基于所述反馈信息，选择性地执行空时编码。
15.如权利要求1所述的方法，进一步包括为所述至少一个数据流执行信道编码。
16.一种设备，包括：
生成至少一个数据流的装置；以及
以动态方式对所述至少一个数据流执行空时编码以生成用于从至少两个天线发射的至少两个输出流的装置；
其中，用于执行空时编码的装置包括：
基于指示从设备到终端的无线信道的长期特性的信道概况从可用于空时编码的多个空时码集中选择一个空时码集的装置，所述信道概况包括无线信道中多路径的长期时间平均能量，所述多个空时码集中的每一个集合包括多个空时码；
在选择所述空时码集之后，通过在用于所述至少一个数据流的每个的空时码集中循环来在多个时间间隔的每个中选择用于多个时间间隔的每个的所述至少一个数据流的每个的空时码的装置；以及
基于对应选择的空时码在所述多个时间间隔的每个中为所述至少一个数据流的每个执行空时编码的装置。
17.如权利要求16所述的设备，其中所述选择用于每个数据流的空时码集的装置包括：
接收来自接收器的反馈的装置，以及
基于接收到的反馈为每个数据流选择空时码集的装置。
18.如权利要求16所述的设备，其中所述执行空时编码的装置包括：
接收从用于每个数据流的空时码集中选择用于每个数据流的空时码的反馈的装置，以及
基于为每个数据流选择的空时码对每个数据流执行空时编码的装置。
19.一种方法，包括：
获得至少一个接收天线的至少一个接收符号流；以及
对所述至少一个接收符号流执行空时解码以获得至少一个空时解码后的符号流，其中所述至少一个空时解码后的符号流是采用动态空时编码发射的至少一个数据流的估计，并且其中空时解码与空时编码互补；
其中，执行空时编码包括：
通过基于指示从发射器到终端的无线信道的长期特性的信道概况从可用于空时编码的多个空时码集中选择一个空时码集，并在选择所述空时码集之后，通过在可用于所述至少一个数据流的每个的空时码集中循环来在多个时间间隔的每个中选择空时码，确定在多个时间间隔的每个中用于所述至少一个数据流的每个的空时码，其中，所述信道概况包括无线信道中多路径的长期时间平均能量，所述多个空时码集中的每一个集合包括多个空时码；以及
基于对应选择的空时码，在多个时间间隔的每个中对至少一个数据流中的每个执行空时解码。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：
从可用于每个数据流的多个空时码集中选择用于每个数据流的空时码集；以及
生成指示为每个数据流选择的空时码集的反馈。
21.如权利要求19所述的方法，还包括：
从可用于每个数据流的多个空时码中选择用于每个数据流的空时码；以及
生成指示为每个数据流选择的空时码的反馈。
22.如权利要求21所述的方法，其中对所述至少一个接收符号流执行空时解码进一步包括：基于为每个数据流选择的空时码，对每个数据流执行空时解码。
23.一种设备，包括：
获得至少一个接收天线的至少一个接收符号流的装置；以及
对所述至少一个接收符号流执行空时解码以获得至少一个空时解码后的符号流的装置，其中所述至少一个空时解码后的符号流是采用动态空时编码发射的至少一个数据流的估计，并且其中空时解码与空时编码互补；
其中用于执行空时编码的装置包括：
通过基于指示从发射器到终端的无线信道的长期特性的信道概况从可用于空时编码的多个空时码集中选择一个空时码集，并在选择所述空时码集之后，通过在可用于所述至少一个数据流的每个的空时码集中循环来在多个时间间隔的每个中选择空时码，确定在多个时间间隔的每个中用于所述至少一个数据流的每个的空时码的装置，其中，所述信道概况包括无线信道中多路径的长期时间平均能量，所述多个空时码集中的每一个集合包括多个空时码；以及
基于对应选择的空时码，在多个时间间隔的每个中对至少一个数据流中的每个执行空时解码。
24.如权利要求23所述的设备，还包括：
生成指示为每个数据流选择的空时码集的反馈的装置。
25.如权利要求23所述的设备，还包括：
从可用于每个数据流的多个空时码中选择用于每个数据流的空时码的装置，以及
生成指示为每个数据流选择的空时码的反馈的装置。
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