CN101227215A - Mimo系统中以非平衡功率传输多路信号的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于MIMO通信系统中的可以使得该系统以一种简单的方式同时获得分集增益和空间复用增益，而且接收端的信号检测的复杂度又很低的方法和装置。本发明以非平衡功率分层发送信号，即对各层的信号在进行空时编码之前分别以不同的增益进行功率放大，然后将编码后的信号经由多个天线进行发送。同时，本发明还提供了基于接收机反馈信息的检测最佳发射功率的方法。

Description

MIMO系统中以非平衡功率传输多路信号的方法与装置

技术领域

本发明涉及多入多出(MIMO)通信系统，尤其涉及在MIMO系统中传输空时编码信号的方法与装置。

背景技术

当前，MIMO技术因其在传输容量与频谱效率方面的优势，正得到广泛的研究与应用，人们已经开发出了许多种不同类型的MIMO系统，如采用空时块编码(STBC)、垂直分层空时码(VBLAST)等的系统，其中的一些技术已在许多先进的宽带无线通信标准中得到应用，例如3G长期演进技术(LTE， Long Term Evolution)和全球微波互操作性技术(WIMAX，World Interoperabilityfor Microwave Access)。

现有的MIMO方案中，其性能各有优劣，例如，STBC方案可以得到完全的分集性能以及简单的最大相似(ML)检测方法，但却无法获得空间复用增益；VBLAST方案则可以获得完整的空间复用增益，却不能获得分集增益，而且其ML检测又非常复杂。

最接近于本发明的一种技术是双空时传输多址技术(DSTTD，Double Space-Time Transmit Diversity)，其将信源信号分成两路子信号，分别用Alamouti码对每路子信号进行编码，编码后得到4路编码信号，并分别通过天线发送，这样可以同时获得空间复用增益和分集增益。

但在空间相关信道上，DSTTD通信系统会产生严重的性能下降；另外，在DSTTD通信系统的接收端，只能采用常规的MIMO系统的解码方式，例如最大相似(ML)等方法来对接收信号进行解码，通常这种解码方式是比较复杂的；最后，这种方式只能采用4天线的方式，却不能满足常用的2天线的形式。

因此，希望提供一种新的在MIMO系统中传输多路信号的方案，其既能获得空间复用增益，又能获得分集增益，同时还能在接收端采用简单的检测方式检测出所传输的多路信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在MIMO系统中传输多路信号的技术方案，可以使得MIMO系统可同时获得分集增益和空间复用增益，而且在接收端可采用简单的检测方式检测出所传输的多路信号。

为了实现上述目的，本发明采用一种以非平衡功率的方式发送多路信号，即在进行空时编码之前对多路待传输信号分别以不同的增益进行功率放大，并进行编码(例如空时编码)处理，然后将编码后的多路信号经由多个天线进行发送。

这样做可以使得接收端的解码方式非常简单，特别是在发射机中使用Alamouti码进行编码时，接收机就可以利用Alamouti码的简单的解码方法对接收信号进行解码，另外，还可以使用SIC(SignalInterfere Cancelling，信号干扰消除)技术，使得接收方法进一步简单化。

根据本发明的一个方面，提供一种在采用MIMO技术的无线通信网络的发射机中用于对多路信号进行编码处理的方法，其包括以下步骤：将每路信号分别按一个功率增益组合中的相应功率增益进行放大，以生成对应的一路功率放大信号，其中所述功率增益组合包括每路信号的功率增益；对所述多路功率放大信号分别进行编码，以获得各自的多个编码输出信号；将多路功率放大信号的多个编码输出信号通过多个天线进行发送。

优选地，所述的将多路功率放大信号的多个编码输出信号通过多个天线进行发送的步骤还包括以下步骤：将所述多路功率放大信号的多个编码输出信号分别通过不同的天线进行发送，或者分别将不同功率放大信号的编码输出信号进行线性合并，以生成多个线性合并信号。

优选地，所述的在采用MIMO技术的无线通信网络的发射机中用于对多路信号进行编码处理的方法，还包括以下步骤：按多个不同功率增益组合对测试信号进行功率放大，并经过编码后，然后经由多个天线进行发送；接收来自接收机的最佳功率指示信息，用于确定一个最佳功率增益组合。

优选地，所述的在采用MIMO技术的无线通信网络的发射机中用于对多路信号进行编码处理的方法，其中所述每个功率增益组合中至少有一个功率增益强于其他功率增益。

更优选地，所述的在采用MIMO技术的无线通信网络的发射机中用于对多路信号进行编码处理的方法，其中所述编码为空时编码。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在采用MIMO技术的无线通信网络的发射机中用于对多路信号进行编码处理的编码处理装置，其包括：多个功率放大装置，用于分别将每路信号分别按一个功率增益组合中的相应功率增益进行放大，以生成对应的多路功率放大信号，其中所述功率增益组合包括每路信号的功率增益；和多个编码装置，用于对所述每路功率放大信号分别进行编码，以获得各自的多个编码输出信号；以及多个发送控制装置，将多路功率放大信号的多个编码输出信号通过多个天线进行发送。

优选地，所述发送控制装置还用于将所述多路功率放大信号的多个编码输出信号分别通过不同的天线进行发送。

优选地，所述发送控制装置还包括：多个合并装置，用于分别将不同功率放大信号的编码输出信号进行线性合并，以生成多个线性合并信号；和多个发射装置，用于分别将所述多个线性合并信号通过不同的天线发送。

优选地，所述的用于对多路信号进行编码处理的编码处理装置还包括：多个测试放大装置，用于分别依次按多个不同功率增益组合对测试信号进行功率放大，以生成与不同功率增益组合相对应的多组功率放大测试信号，其中，每组功率放大测试信号包括多个按相应功率增益组合中的相应功率增益进行放大的测试信号；多个测试编码装置，用于将所述多组功率放大测试信号依次进行编码，以获得各自的多个编码测试信号；多个测试发送控制装置，用于将所述多路功率放大信号的多个编码测试信号通过所述多个天线进行发送；测试接收装置，用于接收来自接收机的最佳功率指示信息，其用于指示一个最佳功率增益组合。

优选地，所述的用于对多路信号进行编码处理的编码处理装置，其中所述的每个功率增益组合中至少有一个功率增益强于其他功率增益。

优选地，所述的用于对多路信号进行编码处理的编码处理装置，其中所述编码装置为空时码编码器。

根据本发明的第三个方面，提供了一种在采用MIMO技术的无线通信网络的接收机中用于向发送端反馈信息的方法，其包括以下步骤：对来自发射机的采用不同功率增益组合的多个功率测试信号进行检测，以确定最佳功率增益组合；将用于指示最佳功率增益组合的信息发送给所述发射机。

优选地，所述对来自发射机的采用不同功率增益组合的多个功率测试信号进行检测，以确定具有最佳功率增益组合的步骤还包括以下步骤：对来自发射机的采用不同功率增益组合的多个功率测试信号进行相应解码，以生成多个经解码的测试信号；测量所述多个经解码的测试信号的误码率；对所述多个经解码的测试信号的误码率及其功率总和进行比较，以确定最佳功率增益组合。

优选地，所述确定最佳功率增益组合的步骤包括：选取误码率小于一个预定阈值而功率总和最小的功率增益组合作为最佳功率增益组合。

根据本发明的第四个方面，提供了一种在采用MIMO技术的无线通信网络的接收机中用于向发送端反馈信息的装置，其包括：最佳发射功率组合的判定装置，用来确定具有最佳功率增益的组合；以及反馈装置，用来向发送端反馈最佳发射功率组合的信息。

优选地，所述最佳发射功率组合的判定装置还包括：解码装置，用来对来自发射机的采用不同功率增益组合的多个功率测试信号进行相应解码，以生成多个经解码的测试信号；和误码率的测试装置，用来测量所述多个经解码的测试信号的误码率；以及误码率及发射功率的比较和判定的装置，用来对所述多个经解码的测试信号的误码率及其功率总和进行比较，以确定最佳功率增益组合。

优选地，所述最佳发射功率组合的判定装置还用来选取误码率小于一个预定阈值而功率总和最小的功率增益组合作为最佳功率增益组合。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

1. 通过多天线采用时间和载频相同的信道发送和接收信号，能够获得空间复用增益，可以获得完整的空间复用增益，并且使用Alamouti等空时码，使得接收机可以获得完整的分集增益；

2. 接收端在进行解码时，可以采用SIC技术，先将功率较弱的信号当作噪声看待，直接对功率最强的信号进行检测和解码，然后在其余各路信号中消除功率较强信号的干扰后再单独解码，这样一次仅对一路信号进行空时码的解码，可以使得解码方法及装置简单化，特别是Alamouti码的解码尤为简单，这样就降低了接收机的复杂度。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为根据本发明一个具体实施方式的，在发射机中用于对待传输信号进行编码处理的编码处理装置的框图；

图2为根据本发明一个具体实施方式的，在发射机中对待传输信号进行编码处理的流程图；

图3为根据本发明一个具体实施方式的，在接收机中对所接收的信号进行处理并反馈最佳发射功率指示信息的辅助处理装置的框图；

图4为根据本发明一个具体实施方式的，在接收机中用于对所接收的信号进行处理以判定最佳发射功率的判定装置的框图；

图5为根据本发明的另一个具体实施方式的，在接收机中用于对所接收的信号进行处理以判定最佳发射功率的判定装置的框图；

图6为根据本发明一个具体实施方式，在接收机中用于对所接收的信号进行解码处理的解码装置的框图；

图7为根据本发明一个具体实施方式的，在接收机中用于对所接收的信号进行解码处理的流程图；

图8为根据本发明一个具体实施方式的，在接收机中对解码信号进行处理以确定最佳发射功率组合并发送出去的流程图；

图9为根据本发明的另一个具体实施方式的，在接收机中对解码信号进行处理以确定最佳发射功率组合并发送出去的流程图；

图10为根据本发明一个具体实施方式的，在发射机中生成功率测试信号并发送出去的测试信号生成装置的框图；

图11A为根据本发明一个具体实施方式的，在发射机中用于对测试信号进行编码处理的流程图；

图11B为根据本发明另一个具体实施方式的，在发射机中用于对测试信号进行编码处理的流程图；

图12为本发明与贝尔实验室垂直分层空时码(VBLAST)系统在空间不相关的平瑞利衰减信道上的仿真性能的比较图，其中在每个STBC块期间衰减系数保持不变，并且在不同STBC块之间独立地改变；

图13为本发明与DSTTD系统在空间不相关的平瑞利衰减信道上的仿真性能的比较图，其中在每个STBC块期间衰减系数保持不变，并且在不同STBC块之间独立地改变；以及

图14为在N_T＝2，N_R＝1及2时，在空间相关的平瑞利衰落信道上，本发明和VBALST系统之间的性能的比较图，二者都采用QPSK调制和1/3码率的Turbo码，且发射天线和接收天线之间间距0.5个波长。

具体实施方式

下面参考附图，并结合具体实施例对本发明作详细描述。

图1为根据本发明一个具体实施方式的，在发射机中用于对待传输信号进行编码处理的编码处理装置的框图。

如图1所示，两路输入信号(分别命名为第一路输入信号和第二路输入信号)被分别送入第一功率放大装置11和第二功率放大装置13，其中每路输入信号可以包含用于测试信道特性的信号，例如前导信号或导频信号等参考信号，每路输入信号还可以包含专门用来测试信号传输的误码率的测试信号。

第一功率放大装置11对第一路输入信号进行功率放大，并且可以根据一个功率增益控制信号来确定其功率增益，在发射机刚开始工作或者还没有出现功率增益控制信号时，它以缺省的功率增益来对信号功率进行放大；当第一功率放大装置11收到功率控制信号时，例如接收到测试接收装置10所输出的功率增益控制信号时，第一功率放大装置11便根据该功率增益控制信号来确定其对该路输入信号的功率增益。

第一功率放大装置11将功率放大后的信号送到第一编码装置12，第一编码装置12为空时编码器，优选地，其采用Alamouti码对所接收的信号进行编码，并输出两路编码信号。

同样，第二功率放大装置13对第二路输入信号进行功率放大，其功率放大倍数是可控的，同样地，可以根据一个功率增益控制信号来确定其功率增益，在发射机刚开始工作或者还没有出现功率增益控制信号时，它以缺省的功率增益来对信号功率进行放大；当第二功率放大装置13收到功率增益控制信号时，例如接收到测试接收装置10所输出的功率增益控制信号时，第二功率放大装置13便根据该功率增益控制信号来确定其对该路信号的功率增益。

第二功率放大装置13将功率放大后的信号送到第二编码装置14，第二编码装置14为空时编码器，优选地，其采用Alamouti码对所接收的信号进行编码，并输出两路编码信号。

这里采用一种以非平衡功率分配的方式来发送各个输入信号，即第一功率放大装置11和第二功率放大装置13对信号的功率增益是不同的。

在上述发射过程中，假设两路输入信号序列为x_k＝{x_k，j}k＝1，2，l＝0，1，...其中每个输入信号x_k由增益因子

进行功率放大，经Alamouti编码后可以得到编码输出信号序列，如下式1)所示：

$C_{k,l}=\sqrt{p_k}\·{\mathrm{\Φ}}_{k,l}---1)$

其中，C_k，l为经过Alamouti编码后的编码输出信号序列；

Φ_k，l为Alamouti编码矩阵，

${\mathrm{\Φ}}_{k,l}=\left[\begin{array}{cc}{x}_{k,2l}& -x_{k,2l+1}^{*}\\ x_{k,2l+1}& x_{k,2l}^{*}\end{array}\right],$ k＝1，2，l＝0，1，...

第一编码装置12及第二编码装置14分别输出2路编码输出信号，因此，共有四路编码输出信号，这些编码输出信号全部被送到发送控制装置15，在发送控制装置15内部，第一编码装置12的一路输出信号与第二编码装置14的一路输出信号一起被送至第一合并装置150，而第一编码装置12的另一路输出信号与第二编码装置14的另一路输出信号则一起被送至第二合并装置151。优选地，第一合并装置150和第二合并装置151为线性合并装置，也即，将输入的两路编码输出信号进行线性叠加后输出，这样，第一合并装置150和第二合并装置151分别输出一路合并信号。

然后，第一合并装置150输出的合并信号被送到第一发射装置152，第一发射装置152对该合并信号进行调制、上变频等处理后通过第一发射天线16发射出去。

第二合并装置151输出的合并信号被送到第二发射装置153，第二发射装置153对该信号进行调制、上变频等处理后通过第二发射天线17发射出去。

图1中的测试接收装置10接收由接收机反馈回来的用于表示一组能使系统传输性能最佳的各路待传输信号的最佳发射功率值的最佳发射功率组合指示信号，并由该指示信号中获取各路待传输信号上的最佳发射功率增益。优选的，可先由该指示信号来获取各路待传输信号的最佳发射功率值，然后结合各路待传输信号的原功率值及原功率增益值来导出相应的最佳功率增益。随后，测试接收装置10将用于指示各路待传输信号的最佳发射功率增益值的各个功率增益控制信号分别送至第一功率放大装置11和第二功率放大装置13，使得二者按照相应的最佳发射功率增益来对各自的输入信号进行放大。

在根据本发明的另一种具体实施方式中，第一编码装置12和第二编码装置14可以是除Alamouti码以外的其它类型的空时编码，第一编码装置12或第二编码装置14可能具有多于2路(假设为N路，N为大于2的整数)的编码输出。相应地，发送控制装置内包含N个合并装置，优选地，每个合并装置可为线性合并装置，也即对两个输入信号进行线性叠加。每个合并装置将分别来自两个编码装置的两个编码输出信号进行线性叠加，并且每个编码装置输出的每个信号只能送到一个合并装置，然后经由各自对应的发射装置处理后，再由各自对应的天线发射出去，此时发射天线数也是N个。

在根据本发明的另一种实施方式中，具有多于两路(假定为M路，M为大于2的正整数)的输入信号，相应地，对于每路输入信号，都有一个功率放大装置和编码装置，各路上的功率放大装置的功率增益是不同的，每路输入信号经过功率放大后被送入相应的编码装置，各路上的编码装置可采用相同的编码方式，且每个编码装置输出N路编码信号，N是大于或等于2的整数，然后将这些编码信号进行线性叠加后再发射，线性叠加过程的具体方法可为：将分别来自各个编码装置的单路编码输出信号进行线性叠加，其中每个编码装置输出的每路信号只能送到一个完成线性叠加功能的合并装置，然后各合并装置线性叠加后的信号经由各自对应的发射装置处理后，再由各自对应的天线发射出去。

在本发明的另一个具体的实施方式中，与上述几个实施方式的区别主要在于对第一编码装置12和第二编码装置14的输出信号不再进行合并操作，而直接将各编码装置的各个编码输出送至各自对应的发射装置，经发射装置处理后，再经由各自对应的天线发送。

图2为根据本发明一个具体实施方式的，在发射机中对待传输信号进行编码处理的流程图。

当发射机开始工作时，在步骤S10中，判断是否出现功率增益控制信号，该功率增益控制信号包括通过对接收机反馈回的信号进行处理后得到的最佳发射功率增益控制信号；

当检测到有功率增益控制信号，则在步骤S11中以该信号所指示的发射功率增益组合来控制各路输入信号的功率增益；

可选地，如果没有功率增益控制信号出现，则在步骤S12中采用缺省的功率增益来分别对各路信号进行功率放大；

然后，在步骤S13中对各个经过功率放大之后的信号进行编码，每路经过功率放大之后的信号经过编码后，得到多路编码信号，优选地，该编码方式是Alamouti编码或其它空时编码。

随后，在步骤S14中，控制上述编码输出信号的发射方式，一种发射方式是将分别来自各编码输出的单路信号进行合并处理，优选为线性叠加，且每路编码输出信号只能进行一次线性叠加处理，然后将线性叠加处理后的信号输出；另一种发射方式则不对各路编码输出信号进行任何处理而直接输出。

随后，在步骤S15中，将在步骤S14中输出的信号经由各自对应的天线发射出去。

本领域技术人员应能理解，在通过发射天线进行发射之前，还需要对待发射信号进行调制、上变频等处理，在此不作赘述。

图3为根据本发明一个具体实施方式的，在接收机中对所接收的信号进行处理并反馈最佳发射功率指示信息的辅助处理装置的框图。

接收机通过天线接收发射机发送的无线信号，对该无线信号进行处理后得到基带信号，辅助处理装置20中的判定装置201接收到该基带信号，利用该基带信号中的一些特殊的信号(例如导频信号、测试功率信号等)，判断出发射机中各路上的信号的最佳发射功率，即能够使系统中的信号传输性能最佳(误码率达到一定要求，且信号的总功率最低)的发射机中各路上的信号的发射功率，称之为最佳发射功率组合，并生成表示该最佳发射功率组合的最佳发射功率组合指示信息，然后，反馈装置202对最佳发射功率组合信息处理后，再将其经由天线发射出去。

接收机在得到基带信号的过程中，对所接收的无线信号所做的处理包括下变频、解调等，反馈装置202对最佳发射功率组合信息进行处理的过程包括调制、上变频等操作，这是本技术领域的技术人员所知晓的，在此不再赘述。

图4为根据本发明一个具体实施方式的，在接收机中用于对所接收的信号进行处理以判定最佳发射功率的判定装置的框图。

图4中，信道估计装置2011根据发射机所发送的前导信号或导频信号等参考信号来估计传输信号的信道的特性，该信道估计装置2011接收经过解码的基带信号，并提取出发射机所发送的前导信号或导频信号等参考信号，由于这些参考信号的真实信号是已知的，所以就可以依据这些信息计算出传输信号的信道的特征函数，并且在此过程中也能得到信号传输过程中的误码率。

而最佳功率判定装置2013接收到来自信道估计装置2011的传输信号的信道的特征函数以及信号传输过程中的误码率，通过计算，就可以判断出最佳发射功率组合，方法如下：

参看下面的公式，

${\mathrm{snr}}_1=\frac{{\left|{\mathrm{\α}}_1\right|}^2{p}_1}{{2\mathrm{\α}}_1{\mathrm{\σ}}^2+p_2{\left|\underset{m=1}{\overset{N_R}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_1^{\left(m\right)}{\mathrm{\β}}_1^{\left(m\right)}\right|}^2}---6)$

${\mathrm{snr}}_2=\frac{{\mathrm{\β}}_1{p}_2}{{2\mathrm{\σ}}^2}---7)$

其中，α₁、β₁是信道特征函数，σ²是噪声信号的方差，σ²可以接收的前导或测试信号计算得到，而其中的snr₁和snr₂分别是两个源信号的信噪比，分别对应于两个源信号的误码率，利用上述已经得到的误码率值，通过计算就可以得知snr₁和snr₂。

这样，通过已知的snr₁、snr₂、α₁、β₁、σ²，通过公式6)和公式7)，就可以计算得出p₁和p₂，这就是对应于发射机中两路发送信号的最佳的发射功率组合。

图5为根据本发明的另一个具体实施方式的，在接收机中用于对所接收的信号进行处理以判定最佳发射功率的判定装置的框图。

解码装置2015接收基带信号，经过判定和解码处理之后，得到解码信号，该解码信号中包含了用于测试的、具有不同发射功率组合的测试信号，而这些测试信号是接收机与发射机所预知的。

误码率测试装置2012接收解码装置2015输出的解码信号，并从中提取出测试信号，并将所提取出的测试信号与其预知的测试信号(即真实的测试信号)相比较，以计算对应于不同发射功率组合的误码率，再将这些对应于不同发射功率组合的测试信号的误码率送至最佳功率判定装置2013。

最佳功率判定装置2013接收到所述的对应于不同发射功率组合的测试信号的误码率，并计算出不同发射功率组合的测试信号的总功率(即各路信号功率之和)，依据满足误码率的前提下信号总功率最小的原则选择出最佳发射功率组合，生成指示该最佳发射功率组合的指示信号，并将其反馈给发射端。

图6为根据本发明一个具体实施方式，在接收机中用于对所接收的信号进行解码处理的解码装置的框图。

由于在发射机中采用了不同的功率发送不同的信号，使得在接收机中能以比较简单的方式完成对接收信号的判定和解码。

发射机中对发送信号的进行放大的功率增益组合，或者是根据缺省设置的，或者是由接收机反馈告知的，即接收机是确知发射机所采用的信号功率组合的，在以下说明中，我们假定接收机已经确知了哪路接收信号的功率是最大的。

参看图6，解码装置2015接收到该基带信号(该基带信号由接收机的天线接收的信号经过射频、解调等处理后得到)，第一信号检测装置231对该基带信号进行处理，将其余信号当作高斯白噪声看待，采用最大相似原理对其中的功率最大的信号进行检测。

假设在每个Alamouti码的传输过程中信道保持不变，在接收第l个数据块时，相应地，第n个传输天线和第m个接收天线之间的信道衰减系数记为h_n，l ^(m)，则N_R个天线在此期间接收的信号为：

$Y_l=\sqrt{p_1}{H}_{1,l}{\mathrm{\Φ}}_{1,l}+\sqrt{p_2}{H}_{2,l}{\mathrm{\Φ}}_{2,l}+W_l$

其中，p₁、p₂分别为发射机中两路被功率放大了的信号的功率；

H_k，l是对应于第k个信号的信道矩阵；

W_l则是具有零均值、各维的方差为σ²＝N₀/2的复高斯白噪声(AWGN)的采样点的N_R×2噪声矩阵，参看图1，其中N_T＝2，Φ_k，l为Alamouti编码矩阵，其中

${\mathrm{\Φ}}_{k,l}=\left[\begin{array}{cc}{x}_{k,2l}& -x_{k,2l+1}^{*}\\ x_{k,2l+1}& x_{k,2l}^{*}\end{array}\right],$ k＝1，2，l＝0，1，...则

$H_{1,l}=H_{2,l}=\left[\begin{array}{cc}{h}_{1,l}^{\left(1\right)}& h_{2,l}^{\left(1\right)}\\ h_{1,l}^{\left(2\right)}& h_{2,l}^{\left(2\right)}\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ h_{1,l}^{\left(N_R\right)}& h_{2,l}^{\left(N_R\right)}\end{array}\right],---2)$

对图1，其中N_T＝4，

则有

$H_{1,l}=\left[\begin{array}{cc}{h}_{1,l}^{\left(1\right)}& h_{2,l}^{\left(1\right)}\\ h_{1,l}^{\left(2\right)}& h_{2,l}^{\left(2\right)}\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ h_{1,l}^{\left(N_R\right)}& h_{2,l}^{\left(N_R\right)}\end{array}\right],$ 及

$H_{2,l}=\left[\begin{array}{cc}{h}_{3,l}^{\left(1\right)}& h_{4,l}^{\left(1\right)}\\ h_{3,l}^{\left(2\right)}& h_{4,l}^{\left(2\right)}\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ h_{3,l}^{\left(N_R\right)}& h_{4,l}^{\left(N_R\right)}\end{array}\right]$

将Y_l  的两列记为y_l，1和y_l，2，则接收信号就可以表示为

${\tilde{y}}_l=\left[\begin{array}{c}{y}_{l,1}\\ y_{l,2}^{*}\end{array}\right]$

$=\sqrt{p_1}\left[\begin{array}{cc}{h}_{1,l,1}& h_{1,l,2}\\ h_{1,l,2}^{*}& -h_{1,l,1}^{*}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{1,2}l}\\ x_{\mathrm{1,2}l+1}\end{array}\right]+\sqrt{p_2}\left[\begin{array}{cc}{h}_{2,l,1}& h_{2,l,2}\\ h_{2,l,2}^{*}& -h_{2,l,1}^{*}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{2,2}l}\\ x_{\mathrm{2,2}l+1}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{w}_{l,1}\\ w_{l,2}^{*}\end{array}\right]$

$=\sqrt{p_1}{\tilde{H}}_{1,l}{x}_{1,l}+\sqrt{p_2}{\tilde{H}}_{2,l}{x}_{2,l}+{\tilde{w}}_l---3)$

其中，h_k，l，n是H_k，l的第n列；

w_l，n是W_l的第n列。

假设x_2，l功率较小，将其看作高斯白噪声，对功率最大的信号x_1，l进行检测时，第一信号检测装置231的输出可写为：

${\tilde{y}}_{1,l}=\sqrt{p_1}{\tilde{H}}_{1,l}{x}_{1,l}+{\mathrm{\ξ}}_l---4)$

其中， ${\mathrm{\ξ}}_l=\sqrt{p_2}{\tilde{H}}_{2,l}{x}_{2,l}+{\tilde{w}}_l,$ 其包括另一个信号的干扰以及高斯白噪声，这样就可以得到一路功率最大的信号

第一信号解码装置232包括空时解码装置(优选地，为Alamouti解码装置)，其中，空时解码装置根据所接收的由第一信号检测装置231输出的一路功率最大的接收信号的估计值

，以及已知的信道特性

，对该路功率最大的信号进行Alamouti解码，得到在发射端所对应的一路功率较强的待传输信号的估计值

在干扰消除装置233中，接收到基带信号和第一解码装置232输出的信号，在基带信号中消除功率较大的信号其对功率较小的信号的干扰，参看公式3)，可以得到消除了功率较强的信号干扰的功率较弱信号，即

${\tilde{y}}_{2,l}={\tilde{y}}_l-\sqrt{p_1}{\tilde{H}}_{1,l}{x}_{1,l}---5)$

第二信号检测装置234对上述消除了功率较强的信号干扰的功率较弱的信号

进行检测，得到其估计值

第二信号解码装置235包括空时解码装置(优选地，为Alamouti解码装置)，其中，空时解码装置根据所接收的由第二信号检测装置231输出的功率较小的信号的估计值

，以及已知的信道特性

，对该信号进行Alamouti解码，得到在发射端所对应的一路功率较弱的待传输信号的估计值

假如发射机发送了多于两路的信号，即采用非平衡功率方式来以不同功率增益对各路待传输信号进行功率放大，并对各路待传输信号进行空时编码，再通过天线发送，那么，接收机也同样采用SIC技术，依照信号功率的强弱次序，来逐个对基带信号中的各路信号进行检测、消除较强信号的干扰、空时解码，以得到在发射端所对应的各路待传输信号的估计值。

图7为根据本发明一个具体实施方式的，在接收机中用于对所接收的信号进行解码处理的流程图。

在接收机开始接收信号后，经过天线及射频处理而得到基带信号，在步骤S20中，直接对基带信号中的功率最大的信号进行检测，根据最大相似原理得到其估计值，记为

在步骤S21中，对所述功率最大的信号进行空时解码(优选地，为Alamouti解码)，得到解码输出，即在发射端所对应的一路功率最强的待传输信号的估计值，记为

随后，在步骤S22中，在基带信号中消除功率最大的信号其对功率较小的信号的干扰。

在步骤S23中，对所述消除了功率最大的信号的干扰的功率较小的信号进行检测，得到功率较小信号的估计值，即在发射端所对应的一路功率最弱的待传输信号的估计值，记为

在步骤S24中，对所述功率较小信号的估计值进行空时解码(优选地，为Alamouti解码)，得到解码输出，记为

假如发射机发送了多于两路的信号，也采用非平衡功率方式来以不同功率增益对各路待传输信号进行功率放大，并对各路待传输信号进行空时编码，再通过天线发送，那么，接收机也同样采用SIC技术，依照信号功率的强弱次序，来逐个对基带信号中的各路信号进行检测和空时解码，在上述步骤中就会重复多个分别对应于步骤S22、S23和S24的消除较强信号的干扰、信号检测和解码的步骤，这样就可以得到在发射端所对应的各路待传输信号的估计值。

图8为根据本发明一个具体实施方式的，在接收机中对解码信号进行处理以确定最佳发射功率组合并发射出去的流程图。

在步骤S30中，对接收机得到的基带信号进行处理，提取出发射机所发送的测试信号，例如前导信号或导频信号等参考信号，再将所提取出的测试信号及其预知的测试信号(例如真实的测试信号)进行比较，估计出信号传输的信道的特征函数。

在步骤S31中，根据所述前导信号或导频信号等参考信号及其真实的测试信号，统计信号传输的误码率。

在步骤S32中，根据公式6)和公式7)，利用从上述步骤中得到的信道特征函数、误码率以及进一步计算出的信噪比等参数就可以计算出对应于发射机中两个源信号的最佳的发射功率组合，并生成指示最佳发射功率组合的指示信号。

在步骤S33中，对所述的指示该发射功率组合的指示信号进行处理后，将其经由天线发射出去。

图9为根据本发明的另一个具体实施方式的，在接收机中对解码信号进行处理以确定最佳发射功率组合并发射出去的流程图。

在步骤S40中，接收机接收发射机所发送的信号，经处理后得到其中的多组对应于不同发射功率组合的信号，并测试各组对应于不同功率组合的信号的总功率。

在步骤S41中，将所接收的信号中的测试信号与各自对应的真实信号比较，得到不同发射功率组合的测试信号的误码率。

在步骤S42中，检测测试信号的功率，得到不同发射功率组合的测试信号的功率。

随后，在步骤S43中，根据所得到的对应于不同功率组合的测试信号的总功率和误码率，依据满足误码率的前提下信号总功率最小的原则选择出最佳发射功率组合，并生成指示该最佳发射功率组合的指示信号。

最后，在步骤44中，对所述的指示该最佳发射功率组合的指示信号进行处理后，将其经由天线发射出去。

图10为根据本发明一个具体实施方式的，在发射机中生成功率测试信号并发送出去的测试信号生成装置的框图。

图10中所示的发射机中的第一测试放大装置31与第二测试放大装置33分别接收一个测试信号序列，并按一定的功率增益组合对各自的测试信号序列进行功率放大，每个功率增益组合包含一组分别作用于第一测试放大装置31与第二测试放大装置33的功率增益，从而得到一组功率放大测试信号。

第一测试编码装置32接收第一测试放大装置31输出的功率放大测试信号，并对其进行空时编码(优选地，为Alamouti编码)，输出相应的编码测试信号；第二测试编码装置34接收第二测试放大装置33输出的功率放大测试信号，并对其进行空时编码(优选地，为Alamouti编码)，输出相应的编码测试信号。

测试发送控制装置35接收第一测试编码装置32和第二测试编码装置34输出的编码测试信号，或者将这些编码输出信号直接经由各自的天线发送出去，或者将不同的测试编码装置的输出信号线性叠加，且每个编码装置的每个输出信号只能线性叠加一次，然后，将各路线性叠加后的信号经由各自的天线发送出去。

当改变功率增益组合时，就可以在各路上生成另外一组功率放大测试信号，经过相同的编码处理过程再由天线发射出去，这样就可以生成多组具有不同功率组合的测试信号。

根据本发明的另一个实施方式，按照不同的功率增益组合，第一测试编码装置32和第二测试编码装置34分别对各自的输入信号序列进行功率增益放大，每个功率增益组合包含第一测试放大装置31与第二测试放大装置33上的功率增益，从而得到各路上的具有不同增益组合的测试信号序列。

上述两路测试信号序列分别送至第一测试编码装置32和第二测试编码装置34，经过编码后得到各路上的编码后的具有不同增益组合的测试信号序列。

然后将上述两路编码后的具有不同增益组合的测试信号序列送至发送控制装置15，再经由多个天线发送出去，或者将这些编码输出信号直接经由各自的天线发送出去；或者将不同的测试编码装置的输出信号线性叠加，且每个编码装置的每个输出信号只能线性叠加一次，然后，将线性叠加后的信号经由各自的天线发送出去。

需要说明的是，在上述实施方式中，输入了两路信号，分别对这两路信号进行功率放大、编码等处理，但如果输入信号多于两路，也可以按照类似的方式对各路输入信号分别进行功率放大、编码等处理。

图11A为根据本发明一个具体实施方式的，在发射机中用于对测试信号进行编码处理的流程图。

当开始生成测试信号时，在步骤S50中，依次按不同的功率增益组合对多个测试信号进行放大，生成一个包含多种不同增益组合的测试信号序列。

在步骤S51中，对所生成的多个与不同增益组合对应的功率放大的测试信号序列进行空时编码(优选地，为Alamouti编码)，得到对应于各输入信号的多路编码测试信号。

在步骤S52中，控制上述多路编码测试信号，或者将这些编码输出信号直接输出，或者将不同的测试编码装置的输出信号线性叠加，且每个编码装置的每个输出信号只能线性叠加一次，然后，将线性叠加后的信号输出。

在步骤S53中，上述经过控制后送出的信号经由各自的天线发送出去。

图11B为根据本发明另一个具体实施方式的，在发射机中用于对测试信号进行编码处理的流程图。

在步骤S60中，采用一种功率增益组合对各路待传输信号进行功率增益放大，得到各路上的功率放大后的信号。

在步骤S61中，对各路上的功率放大后的信号分别进行编码处理，优选地，采用Alamouti码进行编码，从而使得每路输入信号经过编码后得到多路编码输出。

在步骤S62中，控制上述多路编码测试信号，或者将这些编码输出信号直接输出，或者将不同的测试编码装置的输出信号线性叠加，且每个编码装置的每个输出信号只能线性叠加一次，然后，将线性叠加后的信号输出。

在步骤S63中，上述经过控制后输出的信号经由各自的天线发送出去。

如果改变发射功率增益组合，重复上述步骤，就可以得到多个具有不同发射功率组合的测试信号。

实验结果

这里，我们将采用几个实验仿真结果来说明本发明的优越性，同时还能说明本发明相比于VBLAST和DSTTD，具有更好的性能和更低的解码复杂度。

参看图1，其中采用QPSK调制，一种情况是发射天线数N_T＝2，接收天线数N_R＝1或2；另一种情况是在图1中，编码输出信号不经过线性叠加处理而直接通过各自的天线发射，其中发射天线数N_T＝4，接收天线数N_R＝1或2，在这两种情况中，都采用相同的输入信号，其中所使用的纠错编码是信息码长为200、码率为1/3的(11，13)₈的Turbo码。

下面参看图12与图13，图12为本发明与贝尔实验室垂直分层空时码(VBLAST)系统在空间不相关的平瑞利衰减信道上的仿真性能的比较图，其中在每个STBC块期间衰减系数保持不变，并且在STBC块与STBC块之间独立地改变；图13为本发明与DSTTD系统在空间不相关的平瑞利衰减信道上的仿真性能的比较图，其中在每个STBC块期间衰减系数保持不变，并且在不同STBC块之间独立地改变。

上述两个系统中的两路信号的相对功率示于表1中：

表1

	p1	p2
			(NT，NR)＝(2，1)	0.6863P	0.3137P
(NT，NR)＝(2，2)	0.66421P	0.3359P
			(NT，NR)＝(4，1)	0.6607P	0.3396P
(NT，NR)＝(4，2)	0.6071P	0.3929P

为了比较，我们在图12中示出了发射天线数N_T＝2的本发明及VBLAST方案的仿真性能，在图13中示出了发射天线数N_T＝4的本发明及DSTTD方案的仿真性能，它们都采用QPSK调制和码率为1/3的Turbo码，所以具有同样的码率。

在N_R＝1时，VBLAST和DSTTD采用最大相似(ML)检测方式，而在N_R＝2时则采用基于M-算法的ML(QRM-ML)检测算法，这样就可以以很低的复杂度获得与ML检测相似的性能(注：QRM-ML算法不适用于接收天线数少于独立数据流的数量的系统)。

从这两幅图中可以看出，本发明的方案在性能上优于VBLAST和DSTTD。这种优越性在在接收天线数N_R＝1时最明显，因为在这种情形中，接收天线数少于独立数据流(即各路输入发射机的编码处理装置的信号)的数量，所以在最大相似检测器中独立数据流之间的干扰是不能被完全消除的，这正是使得VLAST和DSTTD性能恶化的原因。

另一方面，本发明的方案是基于非平衡功率分配，而不是基于接收天线来消除干扰的，所以它不会受到接收天线数少而带来的影响。

在N_R＝2时，接收天线数等于数据流的数量，使得不同功率的信号之间的干扰可以通过恰当的检测技术来有效地消除，此时非平衡功率分配所带来的好处就变得不明显了。

表2示出了图12和图13的系统复杂度的比较

表2

如表2所示，其中不包含对所有系统来讲都是一样的用于纠错解码的解码部分，从中可以看出，本发明方案具有更低的解码复杂度，它为具有2个或4个发射天线的空时码系统提供了一个高性能、低复杂度的解决方案。

本发明的另一个优越性在于具有更强的抗空间相关的性能，图14示出了在发射天线数N_T＝2，接收天线数N_R＝1及2时，在空间相关的平衰落信道上，本发明方案和VBALST方案之间的性能比较，两个方案都采用QPSK调制和1/3码率的Turbo码，发射天线和接收天线之间间距0.5个波长，可以看出，VBLAST在空间相关信道上有严重的性能下降，而本发明的方案则显示出相对强的抗空间相关的性能。在存在空间相关时，本发明方案比VBLAST表现出更大的优越性。

以上对本发明的具体实施方式进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (25)

1.一种在采用MIMO技术的无线通信网络的发射机中用于对多路信号进行编码处理的方法，包括以下步骤：

a将每路信号分别按一个功率增益组合中的相应功率增益进行放大，以生成对应的一路功率放大信号，其中所述功率增益组合包括每路信号的功率增益；

b对所述多路功率放大信号分别进行编码，以获得各自的多个编码输出信号；

c将多路功率放大信号的多个编码输出信号通过多个天线进行发送。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c还包括以下步骤：

将所述多路功率放大信号的多个编码输出信号分别通过不同的天线进行发送。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c还包括：

-分别将不同功率放大信号的编码输出信号进行线性合并，以生成多个线性合并信号；

-将所述多个线性合并信号分别通过不同的天线发送。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

i.按多个不同功率增益组合对测试信号进行功率放大，并经过编码后，然后经由多个天线进行发送；

ii.接收来自接收机的最佳功率指示信息，用于确定一个最佳功率增益组合；

其中，所述步骤a为将每路信号分别按所述功率增益组合中的相应功率增益进行放大，以生成对应的一路功率放大信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤i还包括以下步骤：

-依次按多个不同功率增益组合对测试信号进行功率放大，以生成与不同功率增益组合相对应的多组功率放大测试信号，其中，每组功率放大测试信号包括多个按相应功率增益组合中的相应功率增益进行放大的测试信号；

-将所述多组功率放大测试信号依次进行编码，并经由多个天线进行发送。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤i还包括以下步骤：

i1.按照一组功率增益组合对功率测试信号进行功率放大，以生成与该组功率增益组合相对应的多个功率放大测试信号；

i2.对所述多个功率放大测试信号进行编码，以生成编码信号；

i3.将所述编码信号经天线发送；

i4.分别采用其余的功率增益组合，重复所述i1至i3的步骤。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，

所述每个功率增益组合中至少有一个功率增益强于其他功率增益。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，

所述编码为空时编码。

9.一种在采用MIMO技术的无线通信网络的发射机中用于对多路信号进行编码处理的编码处理装置，该编码处理装置包括：

-多个功率放大装置，用于分别将每路信号分别按一个功率增益组合中的相应功率增益进行放大，以生成对应的多路功率放大信号，其中所述功率增益组合包括每路信号的功率增益；

-多个编码装置，用于对所述每路功率放大信号分别进行编码，以获得各自的多个编码输出信号；

-发送控制装置，将多路功率放大信号的多个编码输出信号通过多个天线进行发送。

10.根据权利要求9所述的编码处理装置，其特征在于，所述发送控制装置还用于将所述多路功率放大信号的多个编码输出信号分别通过不同的天线进行发送。

11.根据权利要求9所述的编码处理装置，其特征在于，所述发送控制装置还包括：

多个合并装置，用于分别将不同功率放大信号的编码输出信号进行线性合并，以生成多个线性合并信号；

多个发射装置，用于分别将所述多个线性合并信号通过不同的天线发送。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的编码处理装置，其特征在于：

所述功率放大装置还用于依次按多个不同功率增益组合对测试信号进行功率放大，以生成与不同功率增益组合相对应的多组功率放大测试信号，其中，每组功率放大测试信号包括多个按相应功率增益组合中的相应功率增益进行放大的测试信号；

所述编码装置还用于将所述多组功率放大测试信号依次进行编码，以获得各自的多个编码测试信号；

所述发射控制装置还用于将所述多路功率放大信号的多个编码测试信号通过所述多个天线进行发送；

所述接收装置还用于接收来自接收机的最佳功率指示信息，其用于指示一个最佳功率增益组合；

其中，所述功率放大装置还用于将每路输入信号分别按所述功率增益组合中的相应功率增益进行放大，以生成相应的一路功率放大信号。

13.根据权利要求9-11中任一项所述的编码处理装置，其特性在于，还包括：

多个测试放大装置，用于分别依次按多个不同功率增益组合对测试信号进行功率放大，以生成与不同功率增益组合相对应的多组功率放大测试信号，其中，每组功率放大测试信号包括多个按相应功率增益组合中的相应功率增益进行放大的测试信号；

多个测试编码装置，用于将所述多组功率放大测试信号依次进行编码，以获得各自的多个编码测试信号；

测试发送控制装置，用于将所述多路功率放大信号的多个编码测试信号通过所述多个天线进行发送；

测试接收装置，用于接收来自接收机的最佳功率指示信息，其用于指示一个最佳功率增益组合；

其中，所述功率放大装置还用于将每路输入信号分别按所述功率增益组合中的相应功率增益进行放大，以生成相应的一路功率放大信号。

14.根据权利要求9-13中任一项所述的装置，其特性在于：

所述每个功率增益组合中至少有一个功率增益强于其他功率增益。

15.根据权利要求9-14中任一项所述的装置，其特性在于，包括所述编码装置为空时码编码器。

16.一种在采用MIMO技术的无线通信网络中的发射机，其特征在于，包括根据权利要求9-15中任一项所述的用于对多路信号进行编码处理的编码处理装置。

17.一种在采用MIMO技术的无线通信网络的接收机中用于通过向发送端反馈信息以辅助对多路信号进行编码处理的方法，包括以下步骤：

i对来自发射机的信号进行检测，以确定具有最佳功率增益组合；

ii.将用于指示最佳功率增益组合的信息发送给所述发射机。

18.根据权利要求17所述的方法，所述步骤i还包括以下步骤：

-根据所述来自发射机的信号，估计信道特性；

-根据所述来自发射机的信号，测试信号的误码率；

-根据信道特性计算出最佳功率增益组合。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述步骤i还包括以下步骤：

-对来自发射机的采用不同功率增益组合的多个功率测试信号进行相应解码，以生成多个经解码的测试信号；

-测量所述多个经解码的测试信号的误码率；

-对所述多个经解码的测试信号的误码率及其功率总和进行比较，以确定最佳功率增益组合。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述确定最佳功率增益组合的步骤包括：

选取误码率小于一个预定阈值而功率总和最小的功率增益组合作为最佳功率增益组合。

21.一种在采用MIMO技术的无线通信网络的接收机中用于通过向发送端反馈信息以辅助对多路信号进行编码处理的辅助处理装置，包括，

-判定装置，用来确定最佳功率增益组合；

-反馈装置，用来向发送端反馈最佳发射功率组合的信息。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述最佳发射功率组合的判定装置还包括：

-信道估计装置，用于根据所述来自发射机的信号，估计信道特性；

-最佳功率判定装置，用于根据信道特性计算出最佳功率增益组合。

23.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述最佳发射功率组合的判定装置还包括：

-解码装置，用来对来自发射机的采用不同功率增益组合的多个功率测试信号进行相应解码，以生成多个经解码的测试信号；

-误码率测试装置，用来测量所述多个经解码的测试信号的误码率；

-最佳功率判定装置，用来对所述多个经解码的测试信号的误码率及其功率总和进行比较，以确定最佳功率增益组合。

24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述最佳发射功率组合的判定装置还用来选取误码率小于一个预定阈值而功率总和最小的功率增益组合作为最佳功率增益组合。

25.一种在采用MIMO技术的无线通信网络中的接收机，其特征在于，包括根据权利要求21-23中任一项所述的用于通过向发送端反馈信息以辅助对多路信号进行编码处理的辅助处理装置。

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