CN101374032A - 无线通信系统、无线通信设备以及无线通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线通信系统、无线通信设备以及无线通信方法。该无线通信系统包括：发送设备和接收设备，各自包括多个天线。对多个流进行空间复用并且在传输包从发送设备传输到接收设备的下行链路中进行传输。在发送设备中，多个传输流中的每一个被划分为具有分配了优先级的解码特性的多个位序列组，根据优先级对位序列组进行编码处理或调制处理，并进一步进行加权和合成，并且对将多个位序列项互相合成的多个传输流中的每一个进行空间复用并进行传输。

Description

无线通信系统、无线通信设备以及无线通信方法
相关申请的交叉引用
本发明包含与2007年8月24日在日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-218841相关的主题，其全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及无线通信系统、无线通信设备以及无线通信方法，能够使用成对的发送天线和接收天线的信道传递函数基于信道矩阵对多个流进行空间复用传输。本发明尤其涉及实现空间复用通信中传输容量的增加的无线通信系统、无线通信设备以及无线通信方法。
具体来说，本发明涉及一种无线通信系统、无线通信设备以及无线通信方法，实现空间复用通信中传输容量的增加，而不加宽频率的范围、增大调制多值数以及增加电路大小。本发明尤其涉及利用MIMO传输方法的算法来实现传输容量的增加的无线通信系统、无线通信设备以及无线通信方法。
背景技术
近年来，作为没有在相关技术的有线通信方法中使用的配线的系统，无线网络越来越受到关注。无线LAN(局域网)的标准的例子包括IEEE(电气电子工程师协会)802.11标准和IEEE 802.15标准。
例如，IEEE 802.11a/g标准采用作为多载波方法之一的OFDM(正交频分复用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)调制方法。在OFDM调制方法中，因为发送数据块以使其分配到具有互相正交的预定频率的多个载波，所以载波具有窄带，实现了高频率效率，并获得了高的频率选择性衰减抵抗力(resistance)。
此外，尽管IEEE 802.11a/g标准支持实现最大54Mbp的通信速度的调制方法，但是存在对实现更高比特率的下一代无线LAN标准的需求。
作为实现无线通信的加速的一种技术，MIMO(多路输入多路输出，Multi-Input Multi-Output)通信越来越受到关注。MIMO通信是一种采用各自包括多个天线元件以实现空间复用的流的发送设备和接收设备的通信方法。在发送设备中，通过执行空间/时间编码对多个发送数据块进行复用，并将复用的发送数据块分配到多个发送天线，以便发送到各信道。另一方面，在接收设备中，对使用多个接收天线经由各信道接收的信号进行空间/时间解码，以便获得接收数据块，而不存在流之间的串扰。
根据MIMO通信方法，通过增加天线的数量而不扩宽频率的范围来获得增加的传输容量。因此，实现了提高的通信速度。此外，因为采用了空间复用，所以实现了高频率效率。MIMO方法是利用信道特性的通信方法，因此MIMO方法与简单的发送/接收自适应阵列是不同的。
这里，为了进一步增加无线通信系统的传输容量(即，为了提高频率效率)，可以采用以下3种方法。
(1)扩宽频率的范围。
(2)增加调制多值数。
(3)增加接收天线的数量，以增加经过空间复用的流的数量。
然而，在相关技术的MIMO通信系统中采用这3种方法中的每一种时，产生了下面的技术问题。
(1)根据频率分配方法，不能使用在新近系统中使用的ISM(Industrial Scientific and Medical，工业科学和医学)带的频带之外的频带。例如，在相关技术的无线LAN系统中使用的频带是20MHz或40MHz。
(2)由于RF电路的缺陷，没有获得256QAM(Quadrature AmplitudeModulation，正交振幅调制)或更大的振幅调制相位调制方法所需的EVM(Error Vector Magnitude，误差向量幅度)值。因此，因为在相关技术的无线通信系统中，使用达到64 QAM的QAM值，所以难以增加调制多值数。
(3)在MIMO发送设备中，根据要进行空间复用的流的数量N，用来执行空间复用或空间解复用的电路的大小线性增加N倍或更多。此外，在发送距离小且到达角小的发送环境，例如室内空间中，MIMO预期的独立信道的数目至多是4。
即，在3种方法(1)到(3)中的任何一个中，不能期望传输容量的增加。
例如，提出了能够在保持通信质量的同时进一步提高频率效率和发送速率的无线发送设备(例如，参考日本未审专利申请公报No.2003-204317)。在该无线发送设备中，为了根据发送信道的状况控制多个天线的发送频率和要从该多个天线发送的信息项的数量，例如，根据各发送信道的状况，在彼此之间适当地切换使用相同频率从多个天线发送不同的信息项(空间复用)、使用不同的频率从多个天线发送不同的信息项(频率复用)、使用相同的频率从多个天线发送相同的信息项(空间分集)、以及使用不同的频率从多个天线发送相同的信息项(频率分集)。
此外，提出了一种接收设备，通过使用实现宽带移动通信的MIMO信道在相同频率上对多个不同的信息信号系统进行复用并通过抵消使用接收设备的干扰，来实现与发送信号的复用数相同倍数地增加的频率效率、高速以及增加的传输容量(例如，参考日本未审专利申请公报No.2005-252602)。
此外，提出了一种用于在整个MIMO通信系统中获得增加的传输容量的方法，该MIMO通信系统通过分配对各个流最优的调制方法进行空间复用传输来传输多个流(例如，参考日本未审专利申请公报No.2005-323217)。
然而，在上面所述的MIMO通信系统中，应该增加天线的数量或应该提高各个流的调制度，以便实现增加的传输容量。然而，由于RF电路的能力和成本问题，存在对增加传输容量的限制。
发明内容
期望提供一种良好的无线通信系统、良好的无线通信设备以及良好的无线通信方法，能够增加空间复用通信中的传输容量。
此外，期望提供一种良好的无线通信系统、良好的无线通信设备以及良好的无线通信方法，能够增加空间复用通信中的传输容量，而不扩宽频率的范围、增加调制多值数并增加电路大小。
此外，期望提供一种良好的无线通信系统、良好的无线通信设备以及良好的无线通信方法，能够使用MIMO传输的算法增加传输容量。
根据本发明实施例，提供了一种无线通信系统，包括:发送设备和接收设备，各自包括多个天线。对多个流进行空间复用并且在将包从所述发送设备传输到所述接收设备的下行链路中进行传输。在所述发送设备中，多个传输流中的每一个被划分为具有分配了优先级的解码特性的多个位序列组，根据所述优先级对所述位序列组进行编码处理和调制处理，并进一步进行加权和合成，并且对将多个位序列项互相合成的多个传输流中的每一个进行空间复用并进行传输。
注意，术语“系统”在这里指多个设备(或实现特定功能的功能模块)的逻辑集合，各设备或功能模块是否容纳在单个壳体中并不重要。
为了进一步增加MIMO通信系统中的传输容量，作为示例，可以采用扩宽频率范围的方法、增加调制多值数的方法、以及增加接收天线数从而增加进行空间复用的流数的方法。然而，由于频率分配的问题和模拟电路实现的问题，可能不能期望得到足够的效果。
另一方面，根据本发明的实施例的无线通信系统，通过利用MIMO传输的算法增加了传输容量，在MIMO传输算法中，传输流中的每一个被分为根据优先级划分成组的多个位序列项，并根据优先级对各组进行数据复用(即，在传输流的每一个中复用调制信号)。因此，无线通信系统没有受到由频率分配问题和模拟电路实现问题引起的限制。
具体来说，在发送设备中，多个传输流中的每一个被分为多个具有分配了优先级的解码特性的位序列组，根据优先级对位序列组中的每一个进行编码处理和调制处理。对已经并行地并对各组独立地进行了编码和调制处理的多个位序列组进一步进行加权和合成，从而获得单个传输流。对如此获得的传输流进行空间复用，以便为各个发送天线分支生成空间复用的流信号，并从各发送天线输出信号。
另一方面，在通过对使用所述接收设备中的接收天线分支接收的信号进行空间解复用而获得的接收流中，根据所述优先级对所述位序列组依次进行解调处理和解码处理。例如，在接收设备中，重复执行下列处理:根据所述优先级，对通过对使用所述接收设备中的接收天线分支接收的信号进行空间解复用而获得的所述接收流执行解调处理或解码处理，以及将解调和解码处理的结果提供到所述接收流以执行抵消操作，使得根据所述优先级获得每一个组中的位序列项，并将位序列项互相合成以再现原始数据序列。
这里，所述发送设备可以包括将信号信息项插入传输包的物理层的头部分中并将所述信号信息项发送到所述接收设备的功能，所述信号信息项表示用于各个位序列组的编码方法、编码速率、调制方法或加权信息。所述接收设备可以根据插入到接收的包的物理层的头部分中的所述信号信息项来解码接收信号。
此外，针对所述发送设备和所述接收设备之间的通信，可以设置用于传输包的诸如编码方法、编码速率、调制方法和加权信息的预定调制信息项中的至少一个，或者可以选择并设置预定的调制信息项对。
可选择地，可以在所述发送设备和所述接收设备之间交换每一个由一般位序列项构成的训练信息项。所述发送设备可以参考所述训练信息项检测用于所述下行链路的传输信道的状态，适当执行位序列分组，以及对各个位序列组的编码方法的分配、编码速率的分配、调制方法的分配或权重值的设置。
此外，在用来从所述发送设备到所述接收设备传输包的下行链路和用来从所述接收设备到所述发送设备传输包的上行链路之间建立所述传输信道的状态可逆性的情况下，所述发送设备和所述接收设备可以在各自检测所述传输信道的状态的同时，适当执行位序列分组，以及对各个位序列组的编码方法的分配、编码速率的分配、调制方法的分配或权重值的设置，以分别执行包发送和包接收。
在所述接收设备中，可以根据每一个所述接收流中的所述位序列组的优先级，对所述位序列组执行解调处理和解码处理，所述接收流是通过利用迫零法、MMSE法、BLAST法以及MLD法中的一个对使用所述接收设备中的接收天线分支接收的信号进行空间解复用而获得的。
注意，迫零法是空间解复用方法，用于用信道矩阵的逆矩阵乘以接收向量，以便抑制从其它天线发送的信号，所述信道矩阵具有与发送天线数(发送信号数)相对应的行数以及与接收天线数相对应的列数。
此外，MMSE方法基于信号功率与均方误差之比(串扰功率和噪声功率之和)最大化的逻辑，采用接收设备的噪声功率的概念，并有意地生成串扰，以获得接收权重矩阵。在噪声环境下，MMSE法优于迫零法。
此外，BLAST法是空间/时间复用方法，用于在发送设备中对要进行复用的多个发送数据块进行空间/时间编码，并将该多个发送数据块分配到各发送天线并将它们发送到信道；并且用于在接收设备中对与使用多个接收天线通过信道接收的数据块相对应的信号进行空间/时间解码，从而获得与原始数据块的数目相同的接收数据块。
此外，MLD法是用于输出通过估计与相对于接收信号的最大似然相对应的发送信号获得的信号的方法。
当在接收设备中采用上述空间解复用方法时，使用例如涡轮(turbo)解码器和LDPC解码器的重复解码器来提高接收准确度。
涡轮编码方法是通过使用交织器(interleaver)连接两个RSC(Recursive Systematic Convolution，递归系统卷积)编码器来生成相当长的代码字的编码方法。涡轮解码器被配置为针对RSC编码器使用的解码器，并通过发送和接收对数似然比高效地进行解码处理。
此外，LDPC代码(Low-Density Parity-Check Code，低密度奇偶校验码)是使得减少了包括在奇偶校验矩阵中的值“1”的数目的受限的线性代码，由示出可变节点和校验节点之间关系的因子图(factor graph)表示。当LDPC具有大的长度和随机性时，实现接近香农极限的性能。
在接收设备中，因为当与具有高优先级的位序列组进行比较时，使用解码器对具有低优先级的位序列组执行重复的次数减小，所以实现了功率消耗的减小。可选择地，在接收设备中，当与具有低优先级的位序列组相比较，使用解码器对具有高优先级的位序列组执行重复的次数减小，实现了解码特性的提高。此外，接收设备可以基于分层抵消方法执行空间解复用，并按照SN比率的降序对接收流进行解码处理。
此外，在根据本发明的实施例的无线通信系统中，可以对具有高优先级的位序列组应用具有良好解码特性的编码方法，例如涡轮编码和LDPC编码；可以对具有低优先级的位序列组应用采用具有高编码速率的奇偶校验编码或卷积编码的编码方法。
此外，在根据本发明的实施例的无线通信系统中，例如，可以对具有高优先级的位序列组执行具有低调制度的加权或具有高振幅水平的加权，可以对具有低优先级的位序列组执行具有高调制度的加权或具有低振幅水平的加权，从而通过对具有不同优先级的位序列组分配用于根据优先级获得位的权重的调制方法来执行无线通信。
此外，在根据本发明的无线通信系统中，将作为对其具有低优先级的位序列组执行了编码和调制处理的信号的功率水平和噪声水平的总和而获得的值假设为具有高优先级的位序列组中的噪声水平。相应地，所述发送设备可以将振幅水平设定到使用所述接收设备对所述位序列项进行解调的程度，并在传输之前对所述位序列项执行加权。
这里，在所述发送设备和所述接收设备之间进行数据包的发送和接收之前，可以执行RTS/CTS通信过程，使得使用RTS/CTS过程在所述发送设备和所述接收设备之间通知噪声水平。此外，可以对具有高优先级的位序列组执行具有低解调水平和高振幅水平的加权，可以对具有低优先级的位序列组执行具有高解调水平和低振幅水平的加权。
根据本发明的实施例，提供了能够增加空间复用通信中的传输容量的良好的无线通信系统、良好的无线通信设备以及良好的无线通信方法。
此外，根据本发明的实施例，提供了能够增加空间复用通信中的传输容量而不扩宽频率范围、增加调制多值数并增加电路大小的良好的无线通信系统、良好的无线通信设备以及良好的无线通信方法。
此外，根据本发明的实施例，提供了能够使用MIMO传输算法增加传输容量的良好的无线通信系统、良好的无线通信设备以及良好的无线通信方法。
在相关技术的MIMO通信系统中，为了实现增加的传输容量，应该增加天线的数量，或应该增加各个流的调制度。然而，由于RF电路的能力和成本问题，存在对增加传输容量的限制。为了克服该缺点，按照根据本发明的实施例的无线通信系统，使用复用传输流中的调制信号的MIMO传输算法来实现传输容量的增加。
根据本发明的实施例，实现了具有高SN比率的MIMO传输链路。此外，使用接收设备中的例如涡轮解码器和LDPC解码器的重复解码器对每一个传输流中复用的信号进行解复用。
从下面参考附图对示例性实施例的说明，本发明的其它特征和优点将变得明显。
附图说明
图1是示意性地示出MIMO通信系统的结构的图；
图2A是示出MIMO通信系统中的发送设备的结构的图，该发送设备并行地对各个流独立执行编码和调制处理；
图2B是示出MIMO通信系统中的接收设备的结构的图，该接收设备并行地对各个流独立执行解调和解码处理；
图3是主要示出在发送设备中的编码和调制处理的功能块附近的部分的结构的图，其中针对各个传输流采用根据优先级的多级编码方法和根据优先级的多级调制方法；
图4是示出在接收设备中的解调和解码处理的功能块附近的部分的结构的图，其中接收设备接收从图3所示的发送设备发送的空间复用的流；
图5是详细示出图3所示的发送设备中包括的多级编码器和多级调制器的结构的图；
图6是详细示出图4所示的接收设备中包括的多阶解调器和重复解码器的结构的图；
图7是示出在接收设备中在空间解复用中采用MLD的情况下发送设备的结构的变形例的图；
图8是示出在接收设备中在空间解复用中采用MLD的情况下接收设备的结构的变形例的图；
图9是示出当进行多级QAM调制时相空间中信号点的映射例子的图；
图10是示出当进行多级PSK调制时相空间中信号点的映射例子的图；以及
图11是示出当进行多级PSK/QAM调制时相空间中信号点的映射例子的图。
具体实施方式
下文中，将参考附图说明本发明的各实施例。
图1是示意性地示出MIMO通信系统的结构的图。图1所示的系统包括各自包括多个天线的发送设备和接收设备。
在包传输方面，发送设备对应于发起方，接收设备对应于接收方，而在聚束(beam forming)方面，发送设备(发起方)与对多个流执行空间复用以发送包的聚束器(beamformer)相对应，接收设备(接收方)与接收进行了聚束(空间复用)的包的聚束接收器(beamformee)相对应。下文中，将从聚束器到聚束接收器进行通信的方向称为“正常方向”或“下行链路”，将从聚束接收器到聚束器进行通信的方向称为“相反方向”或“上行链路”。
在发送设备中，将响应于来自上层协议(未示出)的发送请求发送的发送数据序列分为与多个发送流相对应的数据序列项，并且在空间复用部中对发送流进行空间复用，使得针对各个发送天线分支生成空间复用的流信号。将这些空间复用的流信号从发送天线分支发送到发送信道。
另一方面，在接收设备中，在接收天线分支中接收到信号之后，对接收到的信号进行空间解复用，从而获得多个接收流。然后，将多个接收流互相合成，从而再现原始数据序列，将该数据序列发送到上层协议(未示出)。在接收设备中，例如利用迫零(zero forcing)法、MMSE(MinimumMean Squared Error，最小均方误差)法、BLAST(Bell LaboratoriesLayered Space-Time，贝尔实验室分层空时)法或MLD(MaximumLikelihood Detection，最大似然检测)法来对接收到的信号进行空间解复用。
注意，迫零法是空间解复用方法，用于用信道矩阵的逆矩阵乘以接收向量，以便抑制从其它天线发送的信号，所述信道矩阵具有与发送天线数(发送信号数)相对应的行数，以及与接收天线数相对应的列数。
MMSE方法基于使信号功率与均方误差之比(串扰功率和噪声功率之和)最大化的逻辑，采用接收设备的噪声功率的概念，并有意地生成串扰，以获得接收权重矩阵。在噪声环境下，MMSE法优于迫零法。
BLAST法是空间/时间复用方法，用于在发送设备中对要进行复用的多个发送数据块进行空间/时间编码，并将该多个发送数据块分配到各发送天线并将它们发送到信道；并且用于在接收设备中对与使用多个接收天线通过信道接收的数据块相对应的信号进行空间/时间解码，从而获得与原始数据块的数目相同的接收数据块。
此外，MLD法是用于输出通过估计与相对于接收信号的最大似然相对应的发送信号而获得的信号的方法。
在根据本发明的实施例的无线通信系统中，并行地执行并且针对各个流执行编码和调制处理或解调和解码处理。图2A是示出MIMO通信系统中的发送设备的结构的图，该发送设备并行地对各个流独立执行编码和调制处理。图2B是示出MIMO通信系统中的接收设备的结构的图，该接收设备并行地对各个流独立执行解调和解码处理。
在发送设备中，将要响应于来自上层协议(未示出)的发送请求发送的发送数据序列分为与多个发送流相对应的数据序列项，并针对各个发送流并行地对该多个发送流进行编码和调制处理。随后，针对比与信息发送速率相对应的周期长的每个符号(symbol)周期，对串行发送的数据序列项进行串/并转换，从而获得其多个数据块被分配到子载波的OFDM符号。在每个符号周期中这些子载波具有互相正交的频率。(注意，术语“互相正交的频率”意味着任意子载波的频谱的峰点对应于另一个子载波的频谱的零点并且不发生串扰的状况。)通过进行空间复用将各自包括多个子载波的发送流互相合成，从而生成要发送到相应的发送天线分支的空间复用的流信号。之后，通过IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，逆快速傅立叶变换)将信号从频率轴上的子载波转换为时间轴上的信号，并通过DA转换和RF转换进一步上转换(up-convert)为无线信号。然后，将无线信号从发送天线分支发送到发送信道。
另一方面，在接收设备中，通过RF转换对在接收天线分支中接收到的接收信号进行下转换(down-convert)，并进一步进行AD转换。之后，通过FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)方法将时间轴上的信号转换为频率轴上的多个子载波，通过并/串转换再现用于各个接收天线分支的数据序列项，并通过空间解复用(上面说明)获得各个接收流的数据序列项。并行地对接收流单独进行解调和解码处理并互相合成，从而再现原始数据序列。该数据序列被提供给上层协议(未示出)。
根据本发明的实施例的无线通信系统采用根据优先级执行的多级编码方法和根据优先级执行的多级调制方法，因此增加了传输容量。根据本发明的实施例，因为由于使用MIMO传输算法而增加了传输容量(或提高了频率效率)，所以无线通信系统不受由频率分配问题和模拟电路的实现问题引起的限制。
图3是主要示出在发送设备中的编码和调制处理功能块附近的部分的结构的图，其中对各个发送流应用根据优先级的多级编码方法和根据优先级的多级调制方法。
在图3所示的发送设备中，使用位分离单元11将响应于来自上层协议(未示出)的发送请求而发送的数据序列分为对应于多个发送流的数据序列项，根据优先级使用多级编码器12对发送流分别进行多级编码处理，并根据优先级使用多级调制器13对发送流分别进行多级调制处理。
随后，针对比与信息发送速率相对应的周期长的每个符号周期，对串行发送的数据序列项进行串/并转换，从而获得其多个数据块被分配到子载波的OFDM符号。在每个符号周期中子载波具有互相正交的频率(如上所述)。
图4是示出在接收设备中的解调和解码处理功能块附近的部分的结构的图，其中接收设备接收从图3所示的发送设备发送的空间复用的流。
在接收设备中，对使用接收天线分支接收到的接收信号进行RF处理、AD转换以及FFT，此外对其进行空间解复用(如上所述)，从而获得多个接收流。接收流的数据序列项与将多个数据块分配到子载波的OFDM符号相对应。多阶解调器21并行地单独执行解调处理，重复解码器22并行地单独执行解码处理。
重复解码器22可以采用涡轮编码方法或LDPC编码方法。涡轮编码方法是通过使用交织器连接两个RSC(递归系统卷积)编码器来生成相当长的代码字的编码方法。涡轮解码器被配置为针对RSC编码器使用的解码器，通过发送和接收对数似然比高效地进行解码处理。此外，LDPC代码是使得包括在奇偶校验矩阵中的值“1”的数目减少的受限的线性代码，由示出可变节点和校验节点之间的关系的因子图表示。当LDPC具有大的长度和随机性时，实现接近香农极限的性能。
经由缓冲器23将已经进行了解调和解码的接收流的数据序列项提供给位综合部24。位综合部24将接收流的数据序列项互相合成，以获得原始数据序列，并将该数据序列发送到上层协议(未示出)。
图5是详细示出图3所示的发送设备中包括的多级编码器12和多级调制器13的结构的图。注意，尽管在图5中将第一发送流作为例子，但是其它发送流具有与第一发送流的编码和调制处理功能块相同的编码和调制处理功能块。
位分离单元11将响应于来自上层协议的发送请求发送的数据序列分为对应于多个发送流的数据序列项。另外，位分离单元11将与多个发送流相对应的数据序列项中的每一个分为具有1到N优先级的N个位序列组(注意，N是大于等于2的整数)。
在每一个发送流中，使用第一优先级编码器到第N优先级编码器根据优先级并行地对具有不同优先级的位序列组进行编码处理，并且使用第一优先级调制器到第N优先级调制器根据优先级并行地进行调制处理。每一个优先级调制器根据相应的优先级具有编码方法和编码速率。每一个优先级调制器根据相应的优先级采用具有调制度和振幅水平的调制方法。
在每一个位序列组中，根据位序列项的优先级，使用权重因子W1 (i)到WN (i)(注意，“i”表示发送流的序列号)进一步对根据优先级并行地进行了编码处理和调制处理的具有第一到第N优先级的位序列项进行加权处理，之后，将位序列项互相合成，从而获得单个流。即，通过将具有不同优先级的位序列项互相合成，进一步对发送流执行数据复用。
如上所述，通过对已经进行了数据复用的发送流进行空间复用，针对各个发送天线分支生成空间复用的流信号，并将该流信号从发送天线分支发送到发送信道。
图6是详细示出图4所示的接收设备中包括的多阶解调器21和重复解码器22的结构的图。注意，尽管在图6中将第一发送流作为例子，其它发送流也具有与第一发送流的解码和解调处理功能块相同的解码和解调处理功能块。
图4所示的多阶解调器21中的每一个包括第一优先级解调器到第N优先级解调器。优先级解调器针对在相应的第一到第N调制器中采用的调制方法执行解调处理。
图4所示的重复解码器22包括第一解码器到第N解码器。解码器针对在相应的第一到第N优先级编码器中采用的编码方法进行解码处理。
对使用接收天线分支接收到的接收信号进行RF处理、AD转换以及FFT，此外，进行空间解复用，从而获得多个接收流(如上所述)。
根据优先级对接收流进行解码处理和解调处理，并重复执行下列处理:将解码和解调处理的结果提供给接收流，使得执行抵消(cancel)操作。由此，获得成组的位序列项并将其互相合成，从而再现原始数据序列。
具体来说，当输入接收流中的一个时，第一优先级解调器对输入的接收流进行解调，并且第一解码器对解调后的接收流进行解码，由此获得具有第一优先级的位序列项。此外，将输入的流临时存储在缓冲器中，使用从第一解码器输出的首先执行的解调和解码处理的结果对其进行抵消，并将其输入到第二优先级解码器中。使用第二解码器对使用第二优先级解调器进行解调的结果进行解码，从而获得第二优先级的位序列项。
相似地，将通过使用第i-1解码和解调处理的结果抵消第i-1输入流而获得的信号输入到第i优先级解调器，并使用第i解码器对使用第i优先级解调器执行解调的结果进行解码，从而获得第i优先级的位序列组。重复执行与该处理相似的处理，直到获得具有第N优先级的位序列项(注意，“i”是从2到N之间选择的整数)。然后，将第一到第N优先级的位序列项互相合成，从而再现接收流中的相应一个的原始数据序列。
如上所述，根据包括图5所示的发送设备和图6所示的接收设备的无线通信系统，通过利用MIMO传输算法增加了传输容量，其中每一个传输流被分为根据优先级分成组的多个位序列项，并根据优先级对各组执行数据复用(即，在每一个传输流中对调制信号进行复用)。另外，实现了具有高SN比率的MIMO传输链路。此外，在接收设备中使用例如涡轮解码器和LDPC解码器的重复解码器对在每一个传输流中复用的信号进行解复用。
注意，对于各个位序列组，发送设备的编码方法、编码速率、解调方法和加权信息应该与接收设备相对应。
因此，发送设备可以包括将表示各个位序列组的编码方法、编码速率、调制方法和加权信息的信号信息项插入到发送包的物理层的头部、并将该信号信息项发送到接收设备的功能。在这种情况下，接收设备根据插入在接收包的物理层的头部分中的信号信息项对接收信号进行解码。
可选择地，可以在发送设备和接收设备之间设置发送包的预定调制信息项(编码方法、编码速率、调制方法和加权信息)。
可选择地，可以在发送设备和接收设备之间交换各自由一般位序列项构成的训练信息项。在这种情况下，发送设备参考训练信息项检测下行链路的通信信道的状态，并适当地执行位序列分组、对各个位序列组的编码方法的分配、编码法速率的分配、调制方法的分配以及权重值的设置。
此外，在用来将包从发送设备传输到接收设备的下行链路和用来将包从接收设备传输到发送设备的上行链路之间建立了传输信道的状态可逆性的情况下，发送设备和接收设备在各自检测传输信道的状态的同时，适当地执行位序列分组、对各位序列组的编码方法的分配、编码速率的分配、调制方法的分配以及权重值的设置，以便分别执行包发送和包接收。
如上所述，作为空间解复用方法，可以采用迫零法、MMSE法、BLAST法或MLD法，并且在每个接收流中，根据优先级对位序列组进行解调处理和解码处理。
此外，当在接收设备中采用如上所述的空间解复用方法时，使用例如涡轮解码器和LDPC解码器的重复解码器提高了接收准确度。
在接收设备中，因为当与具有高优先级的位序列组相比时，使用解码器对具有低优先级的位序列组执行重复的次数减小，所以实现了功率消耗的减小。可选择地，在接收设备中，当与具有低优先级的位序列组相比，使用解码器对具有高优先级的位序列组执行重复的次数减小时，实现了解码特性的改进。此外，接收设备可以基于分层抵消方法执行空间解复用，并按SN比率的降序对接收流进行解码处理。
此外，在根据本发明的实施例的无线通信系统中，可以对具有高优先级的位序列组应用例如涡轮编码和LDPC编码的具有良好解码特性的编码法方法，可以对具有低优先级的位序列组应用具有高编码率的采用奇偶校验编码或卷积编码的编码方法。
此外，在根据本发明的实施例的无线通信系统中，例如，可以对具有高优先级的位序列组执行具有低调制度的加权或具有高振幅水平的加权，可以对具有低优先级的位序列组执行具有高调制度的加权或具有低振幅水平的加权，从而通过对具有不同优先级的位序列组分配用于根据优先级获得位的权重的调制方法来执行无线通信。
此外，在根据本发明的无线通信系统中，将作为对其具有较低优先级的位序列组执行了编码和调制处理的信号的功率水平和噪声水平的总和而获得的值假设为具有更高优先级的位序列组的噪声水平。因此，发送设备可以将振幅水平设定到使用接收设备对各位序列项进行解调的程度，并在发送之前对各位序列项执行加权。
这里，在发送设备和接收设备之间进行数据包的发送和接收之前，可以执行RTS/CTS(request to send/clear to send，请求发送/清除发送)通信过程，以便使用RTS/CTS过程在发送设备和接收设备之间通知噪声水平。RTS/CTS过程是在基于载波检测执行随机访问的通信环境中保持通信质量的方法之一。
此外，可以对具有高优先级的位序列组执行具有低解调水平和高振幅水平的加权，可以对具有低优先级的位序列组执行具有高解调水平和低振幅水平的加权。
如上所述，作为空间解复用方法，可以采用迫零法、MMSE法、BLAST法或MLD法。特别地，MLD方法是相对于接收信号估计具有大的似然性的发送信号、并输出该发送信号的方法。
图5示出发送设备的结构例子，图7示出当在接收设备中使用MLD方法进行空间解复用时所采用的发送设备的结构的变形例。注意，尽管在图7中采用第一发送流作为例子，其它发送流也具有与第一发送流的编码和调制处理功能块相同的编码和调制处理功能块。
位分离单元11将响应于来自上层协议的发送请求而发送的数据序列分为与多个发送流相对应的数据序列项。另外，位分离单元11将与多个发送流相对应的数据序列项中的每一个分为具有1到N优先级的N个位序列组(注意，N是大于等于2的整数)。
图7所示的发送设备的结构与图5中的相同之处在于，从具有不同优先级的不同组中逐个提取位序列项，并以N个位序列项作为一组对其进行编码和调制处理。
在图5所示的例子中，位分离单元11将逐个从具有不同优先级的不同组中提取的作为一组的N个位序列项分配到发送流中相应的一个。另一方面，在图7所示的发送设备中，位分离单元11将M组逐个从具有不同优先级的不同组中提取的N个位序列项分配到各发送流中相应的一个(注意，M是大于等于2的整数)。
根据优先级，分别使用第一到第N优先级编码器对第一到第M组中的每一组中具有不同优先级的位序列项进行编码处理，并且使用第一到第N优先级调制器进行调制处理。
然后，根据位序列项的优先级使用加权因子W1 (i，j)到WN (i，j)对已经进行了编码和调制处理的第一到第M组中的每一组中的N个位序列项进行加权(注意，(i，j)表示第j位序列项分配到第i发送流的组)，之后，进一步互相合成通过合成每一个组中的位序列项而获得的流，从而获得发送流。在这种情况下，同样因为合成了具有不同优先级的位序列项，所以进一步对发送流进行数据复用。
因此，通过对发送流执行空间复用进行数据复用来生成针对各个发送天线分支的空间复用流信号，并将该流信号从发送天线分支发送到发送信道(如上所述)。
图6示出接收设备的结构例子，图8示出当在接收设备中使用MLD方法进行空间解复用时所采用的接收设备的结构的变形例。注意，尽管在图8中采用第一发送流作为例子，其它发送流具有与第一发送流的编码和调制处理功能块相同的编码和调制处理功能块。
图8所示的接收设备的结构与图6中的相同之处在于，从不同的组中逐个提取具有不同优先级的位序列项，并对N个位序列项作为一组执行解码和解调处理。
在图6所示的例子中，根据优先级对每一个接收流执行解码和解调处理，并重复执行下列处理:将解码和解调处理的结果提供给接收流，从而进行抵消操作。以这种方式，获得从具有不同优先级的组中逐个再现的N个位序列项作为每个接收流的一组。另一方面，在图8所示的接收设备中，因为互相复用通过互相合成加权后的N个位序列项而获得的M组流，所以根据每个组的优先级执行解码处理或解调处理，并针对各个接收流获得包括N个位序列项的M个组。然后，将各自包括N个位序列项的M个组互相合成，再现单个原始流。
在第一到第M组中的每一个中，图4所示的多阶解调器21包括第一优先级解调器到第N优先级解调器，此外，优先级解调器分别针对第一优先级调制器到第N优先级调制器中采用的调制方法进行解调处理。
此外，在第一到第M组中的每一个中，图4所示的重复解码器22包括第一优先级解码器到第N优先级解码器，此外，优先级解码器分别针对在第一优先级编码器到第N优先级编码器中采用的编码方法进行解码处理。
对使用接收天线分支接收到的接收信号进行RF处理、AD转换以及FFT，此外对其进行空间解复用，从而获得多个接收流(如上所述)。
根据优先级对每一个接收流中的第一到第M组进行解码处理和解调处理，并重复执行下列处理:将解码和解调处理的结果提供给接收流，从而执行抵消操作。由此，获得每个组中的位序列项，并将位序列项互相合成，从而再现原始数据序列。
具体来说，在第一到第M组中的每一个中，当输入接收流中的一个时，第一优先级解调器对输入的接收流进行解调，并且第一解码器对解调后的接收流进行解码，从而获得具有第一优先级的位序列项。此外，将输入流临时存储在缓冲器中，使用从第一解码器输出的首先执行的解调和解码处理的结果对其进行抵消，并将其输入到第二优先级解码器中。使用第二解码器对使用第二优先级解调器进行解调的结果进行解码，从而获得具有第二优先级的位序列项。
相似地，在第一到第M组中的每一个中，将通过使用第i-1解码和解调处理的结果来抵消第i-1个输入流所获得的信号输入到第i优先级解调器，并使用第i解码器对使用第i优先级解调器执行解调的结果进行解码，从而获得具有第i优先级的位序列组。重复执行与该处理相似的处理，直到获得具有第N优先级的位序列项(注意，“i”是从2到N中选择的整数)。然后，将在第一到第M组中的每一个中获得的具有第一到第N优先级的位序列项互相合成，从而再现感兴趣的接收流的原始数据序列。
如上所述，根据包括图7所示的发送设备和图8所示的接收设备的无线通信系统，通过利用MIMO传输算法增加了传输容量，其中根据优先级将每一个传输流分为多个位序列项，并根据优先级执行数据复用(即，在每一个传输流中对调制信号进行复用)。另外，实现了具有高SN比率的MIMO传输链路。此外，在接收设备中使用例如涡轮解码器和LDPC解码器的重复解码器对在每一个传输流中复用的信号进行解复用。
最后，说明对每一个传输流中具有不同优先级的解码特性的多个位序列项进行复用的方法，即对每一个传输流中的多个调制信号进行复用的方法。
图9是示出当执行多级QAM调制时相空间中的信号点的映射的例子的图。QAM调制是使用载波的振幅和相位的数字调制方法。对具有高优先级的解码特性的位序列组进行高振幅水平的加权。因此，如图9所示，在传输流中，根据优先级将具有高优先级的位序列组从外线侧向相空间内映射。即，图9示出在以不同的振幅水平对不同的位序列组进行QPSK(quadrature-phase shift keying，正交相移键控)调制、在相同信号点上将其互相相加并且将相加的结果作为单个流发送的情况下的信号映射的例子。当与对应于高优先级的位序列项的信号点相比较时，在解码处理中映射为具有小振幅的信号点(对应于较低优先级的位序列项)显示为噪声分量或干扰分量。
此外，图10是示出当执行多级PSK(相移键控)调制时信号点在相空间中的映射的例子的图。PSK调制是只使用具有恒定调制输出的相位的数字调制方法，使用两相位来表示位的BPSK(binary PSK，二进制相移键控)以及使用四相位来表示位的QPSK(正交PSK)是已知的。对具有高优先级的解码特性的位序列组执行高振幅水平的加权。因此，如图10所示，在传输流中，根据优先级将具有高优先级的位序列组从外线侧向相空间内映射。即，图10示出在以不同的振幅水平对不同的位序列组进行多相位调制、在相同信号点上将其互相相加并且将相加的结果作为单个流发送的情况下的信号映射的例子。当与对应于高优先级的位序列项的信号点相比较时，在解码处理中映射为具有小振幅的信号点(对应于较低优先级的位序列项)显示为噪声分量或干扰分量。
图11是示出当执行多级PSK/QAM调制时信号点在相空间中的映射的例子的图。对具有高优先级的解码特性的位序列组执行高振幅水平的加权，因此，如图11所示，在传输流中，根据优先级将具有高优先级的位序列组从外线侧向相空间内映射。即，图11示出在以不同振幅水平对不同的位序列组进行多相位调制或QAM调制、在相同信号点上将其互相相加并且将相加的结果作为单个流发送的情况下的信号映射的例子。当与对应于高优先级的位序列项的信号点相比较时，在解码处理中映射为具有小振幅的信号点(对应于较低优先级的位序列项)显示为噪声分量或干扰分量。对各个位序列组执行调制的方法可以不相同，图9到图11仅仅是例子。
本领域技术人员应该理解，基于设计要求和其它因素，可以进行各种变形、组合、子组合和变化，而它们在所附权利要求或其等同方案的范围内。

Claims (22)

1.一种无线通信系统，包括:
发送设备和接收设备，各自包括多个天线；
其中对多个流进行空间复用并且在传输包从所述发送设备传输到所述接收设备的下行链路中进行传输；以及
在所述发送设备中，多个传输流中的每一个被划分为具有分配了优先级的解码特性的多个位序列组，根据所述优先级对所述位序列组进行编码处理或调制处理，并进一步进行加权和合成，并且对将多个位序列项互相合成的多个传输流中的每一个进行空间复用并进行传输。
2.根据权利要求1所述的无线通信系统，
其中所述发送设备包括将信号信息项插入传输包的物理层的头部分中并将所述信号信息项发送到所述接收设备的功能，所述信号信息项表示用于各个位序列组的编码方法、编码速率、调制方法或加权信息；以及
所述接收设备根据插入到接收的包的物理层的头部分中的所述信号信息项来解码接收的信号。
3.根据权利要求1所述的无线通信系统，
其中针对所述发送设备和所述接收设备之间的通信，设置用于传输包的诸如编码方法、编码速率、调制方法和加权信息的预定调制信息项中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的无线通信系统，
其中在所述发送设备和所述接收设备之间交换每一个由已知位序列项构成的训练信息项；以及
所述发送设备参考所述训练信息项检测用于所述下行链路的传输信道的状态，适当执行位序列分组，并对各个位序列组执行编码方法的分配、编码速率的分配、调制方法的分配或权重值的设置。
5.根据权利要求1所述的无线通信系统，
其中，在用来从所述发送设备到所述接收设备传输包的下行链路和用来从所述接收设备到所述发送设备传输包的上行链路之间建立所述传输信道的状态可逆性的情况下，所述发送设备和所述接收设备在各自检测所述传输信道的状态的同时，适当执行位序列分组，并对各个位序列组执行编码方法的分配、编码速率的分配、调制方法的分配或权重值的设置，以分别执行包发送和包接收。
6.根据权利要求1所述的无线通信系统，
其中在通过对使用所述接收设备中的接收天线分支接收的信号进行空间解复用而获得的接收的流中，根据所述优先级对所述位序列组依次进行解调处理和解码处理。
7.根据权利要求6所述的无线通信系统，
其中重复执行下列处理:根据所述优先级，对通过对使用所述接收设备中的接收天线分支接收的信号进行空间解复用而获得的所述接收的流执行解调处理或解码处理，以及将解调和解码处理的结果提供到所述接收的流以执行抵消操作，使得根据所述优先级获得每一个组中的位序列项，并将位序列项互相合成以再现原始数据序列。
8.根据权利要求6所述的无线通信系统，
其中在所述接收设备中，根据每一个所述接收的流中的所述位序列组的优先级，对所述位序列组执行解调处理和解码处理，所述接收的流是通过利用迫零法、MMSE法、BLAST法以及MLD法中的一个对使用所述接收设备中的接收天线分支接收的信号进行空间解复用而获得的。
9.根据权利要求8所述的无线通信系统，
其中所述接收设备包括诸如涡轮解码器或LDPC解码器的重复解码器。
10.根据权利要求8所述的无线通信系统，
其中在所述接收设备中，使用所述解码器对具有低优先级的位序列组执行的重复次数小于对具有高优先级的位序列组执行的重复次数。
11.根据权利要求8所述的无线通信系统，
其中在所述接收设备中，使用所述解码器对具有高优先级的位序列组执行的重复次数小于对具有低优先级的位序列组执行的重复次数。
12.根据权利要求8所述的无线通信系统，
其中在所述接收设备中，基于分层抵消方法执行空间解复用，并按照所述接收的流的SN比率的降序对所述接收的流依次进行解码处理。
13.根据权利要求1所述的无线通信系统，
其中对具有高优先级的位序列组应用具有良好解码特性的编码方法，例如涡轮编码和LDPC编码；而对具有低优先级的位序列组应用采用具有高编码速率的奇偶校验编码或卷积编码的编码方法。
14.根据权利要求1所述的无线通信系统，
其中通过对具有不同优先级的所述位序列组分配用于根据所述位序列组的优先级获得位的权重的调制方法来执行无线通信。
15.根据权利要求1所述的无线通信系统，
其中对具有高优先级的位序列组执行具有低调制度的加权或具有高振幅水平的加权，而对具有低优先级的位序列组执行具有高调制度的加权或具有低振幅水平的加权。
16.根据权利要求1所述的无线通信系统，
其中基于对其具有低优先级的位序列组执行了编码和调制处理的信号的功率水平的总和以及噪声水平的总和的值来假设具有高优先级的位序列组中的噪声水平，以及使用在所述发送设备侧对所述位序列项进行解调的程度的振幅水平，对所述位序列项执行加权并发送。
17.根据权利要求16所述的无线通信系统，
其中在所述发送设备和所述接收设备之间进行数据包的发送和接收之前，执行RTS/CTS通信过程，使得使用RTS/CTS过程在所述发送设备和所述接收设备之间通知噪声水平。
18.根据权利要求16所述的无线通信系统，
其中对具有高优先级的位序列组执行具有低解调水平和高振幅水平的加权，而对具有低优先级的位序列组执行具有高解调水平和低振幅水平的加权。
19.一种无线通信设备，对多个传输流进行空间复用，并从多个发送天线发送所述多个传输流，所述无线通信系统包括:
位分离装置，用于将对各传输流分配的传输数据序列项划分为具有不同优先级的多个位序列组；
编码和调制装置，用于根据所述传输流中的所述位序列组的优先级，对所述位序列组执行编码、调制或加权；
空间复用装置，用于对使用所述编码和调制装置进行处理的传输流进行空间复用，以针对各发送天线分支生成空间复用的流信号；以及
发送装置，用于从所述发送天线分支发送所述空间复用的流信号。
20.一种无线通信设备，包括多个接收天线，并且从根据权利要求19所述的无线通信设备接收通过空间复用发送的无线信号，所述无线通信设备包括:
空间解复用装置，用于对使用接收天线分支接收到的接收信号进行空间解复用，以获得多个接收流；以及
解码和解调装置，用于重复执行下列处理:根据优先级对所述接收流执行解调处理或解码处理，以及将解调和解码处理的结果提供到所述接收流以执行抵消操作，使得获得并互相合成每一个位序列组中的位序列项，以便再现原始数据序列。
21.一种无线通信设备，对多个传输流进行空间复用，并且从多个发送天线发送所述多个传输流，所述无线通信系统包括:
位分离单元，被配置为将对各传输流分配的传输数据序列项划分为具有不同优先级的多个位序列组；
编码和调制单元，被配置为根据所述传输流中的所述位序列组的优先级，对所述位序列组执行编码、调制或加权；
空间复用单元，被配置为对使用所述编码和调制单元进行了处理的传输流进行空间复用，以针对各发送天线分支生成空间复用的流信号；以及
发送单元，被配置为从所述发送天线分支发送所述空间复用的流信号。
22.一种无线通信设备，包括多个接收天线，并且从根据权利要求21所述的无线通信设备接收通过空间复用发送的无线信号，所述无线通信设备包括:
空间解复用单元，被配置为对使用接收天线分支接收到的接收信号进行空间解复用，以获得多个接收流；以及
解码和解调单元，被配置为重复执行下列处理:根据优先级对所述接收流执行进行解调处理或解码处理，以及将解调和解码处理的结果提供到所述接收流以执行抵消操作，使得获得并互相合成每一个位序列组中的位序列项，以便再现原始数据序列。
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