CN101383648B - 一种增强无线通信系统分集效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强无线通信系统分集效果的方法，在对二进制序列进行调制后，将要传输的符号序列进行变换，使要传输的符号序列中的每一个符号全部或其部分存在于分集编码块所占的每一空间资源单元、每一频率资源单元以及每一时间资源单元上。本发明是一种分集的增强技术，可以与任一种分集方法联合使用。本发明使得采用分集方法的每一传输符号可以获得整个分集编码块所占用的空时频上的分集增益，从而整个地提高传输链路的质量。

Description

一种增强无线通信系统分集效果的方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体地涉及到一种增强无线通信系统分集效果的方法。

背景技术

在无线通信中，因为无线信道的复杂性，在接收端接收到的信号是一种带有噪声的衰变信号，其信噪比(Signal To Noise Ratio)是一个随机过程。在采用单天线发射情况下，当信噪比变得较低时，接收效果就差，信道链路就变得不可靠；在采用多天线的分集发送情况下，接收端接收到的是多路的同一信号，多路同一信号信噪比变低的可能性比单天线发射的单路信号要小，从而提高了链路的可靠性，也就是获得了分集的增益。

通常分集发射的过程是这样的：待发射的二进制信号经过调制转变成符号(复数)，再将要传输的符号进行空时频维度上的分集编码获得分集编码块，再将分集编码块中符号分配到不同的天线中发射出去。通常的分集编码块中每一空时频资源单元上只包含有一个要传输的符号。

无线通信系统中经常使用的分集方式主要有：TSTD(Time SwitchTransmission Diversity，时间切换发射分集)，FSTD(Frequency SwitchTransmission Diversity，频率切换发射分集)，STBC(Spatial Time Block Code，空时分组码)，SFBC(Spatial Frequency Block Code，空频分组码)，CDD(Cyclic Delay Diversity，循环延迟分集)等以及其组合方式。其中3GPP(3rdGeneration Partnership Project，第三代合作伙伴计划)的LTE(Long TermEvolution，长期演进)标准将SFBC选为2天线的分集方法，SFBC+FSTD作为4天线的分集方法；在后续的版本中会用到大于4天线的分集方式；在其它标准组织的B3G，4G标准中也把多天线的分集技术列为其要采用的技术。

在大于2天线的SFBC+FSTD(STBC+TSTD)发射分集中存在如下的一个不足，就是其传输的每个符号仅能获得2个天线上的增益，而不能全得所有天线上的增益，并且只能获得编码块中所占频率(时间)资源中2个单元上的增益，而不能获得编码块中所占各频率(时间)资源所有单元上的增益；事实上其它的分集方法诸如TSTD，FSTD，其传输编码块能获得各天线上的增益，但是，传输的每一符号只能获得一天线上的增益，而不能获得其它天线上的增益。也就是说这些方法无法获得各天线的发射增益。其它分集方式与这些分集方法的组合里也存在类似的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是提供一种增强无线通信系统分集效果的方法，解决现有的分集方法无法同时获得各天线的发射增益以及编码块中所占各频率(时间)资源单元上的增益的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种增强无线通信系统分集效果的方法，在对二进制序列进行调制后，将要传输的符号序列进行变换，使要传输的符号序列中的每一个符号全部或其部分存在于分集编码块所占的每一空间资源单元、每一频率资源单元以及每一时间资源单元上。

进一步地，所述方法包括如下步骤：

(1)将待发射的二进制序列信号进行调制，转变成符号序列；

(2)将调制后要传输的符号序列进行变换，使要传输的符号序列中的每一个符号全部或其部分存在于分集编码块所占的每一空间资源单元、每一频率资源单元以及每一时间资源单元上；

(3)将变换后所得的符号序列进行分集编码；

(4)将分集编码后的符号序列分配到各发射天线上，发射出去。

进一步地，所述空间资源为发射天线；所述频率资源为子载波；所述时间资源为发射周期。

进一步地，所述将要传输的符号序列进行变换为：对将要传输的符号序列进行酉变换，构造成新的符号序列。

进一步地，所述将要传输的符号序列进行变换为：对将要传输的符号序列进行吉文斯旋转，构造成新的符号序列。

进一步地，所述将要传输的符号序列进行变换为：对将要传输的符号序列进行离散傅氏变换，构造成新的符号序列。

进一步地，对于发射天线为4根的情况，

所述步骤(1)中，转变成符号序列称为S＝[S₁，S₂，S₃，S₄]^T；

在所述步骤(2)中，对S进行酉变换，X＝A*S，得到X序列，其中A为一4 × 4的酉矩阵，X＝[X₁，X₂，X₃，X₄]^T，

$A=\frac{\sqrt{2}}{2}\left[\begin{array}{cccc}1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1\\ 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1\end{array}\right]$

在所述步骤(3)中，采用空频块码SFBC+FSTD的分集方式进行分集编码。

进一步地，对于发射天线为6根的情况，

所述步骤(1)中，转变成符号序列称为S＝[S₁，S₂，S₃，S₄，S₅，S₆]^T；

在所述步骤(2)中，对S进行酉变换，X＝A*S，得到X序列，其中A为一6×6的酉矩阵，X＝[X₁，X₂，X₃，X₄，X₅，X₆]^T，

$A=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& -1& -1& 0& -1\\ 0& 1& -1& 0& -1& 1\\ 0& 1& 1& 0& -1& -1\\ 1& -1& 0& 1& -1& 0\\ 1& 1& 0& 1& 1& 0\\ 1& 0& 1& -1& 0& 1\end{array}\right]$ 或 $A=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccccc}1& -1& 0& -1& -1& 0\\ 0& 1& -1& 0& -1& 1\\ 0& 1& 1& 0& -1& -1\\ 1& 0& -1& 1& 0& -1\\ 1& 1& 0& -1& 1& 0\\ 1& 0& 1& 1& 0& 1\end{array}\right]$

在所述步骤(3)中，采用SFBC+FSTD的分集方式进行分集编码。

进一步地，对于发射天线为8根的情况，

所述步骤(1)中，转变成符号序列称为S＝[S₁，S₂，S₃，S₄，S₅，S₆，S₇，S₈]^T；

在所述步骤(2)中，对S进行酉变换，X＝A*S，得到X序列，其中A为一8×8的酉矩阵，X＝[X₁，X₂，X₃，X₄，X₅，X₆，X₇，X₈]^T，

$A=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccccccc}1& 0& -1& 0& -1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& -1& 0& -1& 0& 1\\ 1& 0& 1& 0& -1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& 1& 0& -1& 0& -1\\ 1& 0& -1& 0& 1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1& 0& 1& 0& -1\\ 1& 0& 1& 0& 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1& 0& 1& 0& 1\end{array}\right]$

在所述步骤(3)中，采用SFBC+FSTD的分集方式进行分集编码。

本发明是一种分集的增强技术，可以与任一种分集方法联合使用。本发明使得采用分集方法的每一传输符号可以获得整个分集编码块所占用的空时频上的分集增益，从而整个地提高传输链路的质量。

附图说明

图1是现有技术的分集发送示意图；

图2是现有技术在4天线情况下的SFBC+FSTD分集发送示意图；

图3是现有技术在4天线情况下SFBC+FSTD分集编码示意图；

图4是本发明实施例的分集发送示意图；

图5是本发明应用实例的4天线的SFBC+FSTD分集发送示意图；

图6是本发明应用实例的一种4天线情况下的SFBC+FSTD分集编码示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，现有技术的分集发送包括如下步骤：

步骤1，将待发射的二进制序列信号进行调制，转变成符号序列，假设要传输的符号有N个，记为一个矢量S＝[S₁，S₂，…，S_N]^T，其中T表示矩阵的转置；

步骤2，将要传输的符号序列S应用某种分集方法进行编码，获得分集编码块；

步骤3，将分集编码块中各符号分配到各发射天线上发射。

以3GPP LTE中的开环发射分集为例，在LTE中，当发射天线为4天线时，采用SFBC+FSTD这种分集方式，设经过调制后要传输的调制符号序列为S＝[S₁，S₂，S₃，S₄]^T，图2表示了采用这种发射分集方法的示意图，图3表示了SFBC+FSTD这种方法的编码方式，其中，A1、A2、A3、A4分别表示不同的天线；F1，F2，F3，F4表示不同的子载波；*表示矩阵的共轭；从中可以看到要传输的S序列中的每一个符号只在2根天线上发送，同时也只在2个频率资源单元(子载波)上发送。这表明了S中的每一个符号只能获得2根天线上的增益，也只能获得2个频率单元上的增益。

如图4所示，本发明实施例的分集发送方法包括如下步骤：

步骤1，在发射端，将待发射的二进制序列信号进行调制，转变成符号序列；

步骤2，将调制后要传输的符号序列进行变换，使要传输的符号序列中的每一个符号全部或其部分存在于分集编码块所占的每一空间资源单元、每一频率资源单元以及每一时间资源单元上；

其中每一个符号一般用复数表示，可以认为由实部和虚部的组成，也可以认为由幅度和相位组成，或者对于不同维度，可能有不同的表示方式；上文所述的“部分”即指符号的某一部分，如实部或虚部、幅度或相位等等。只要是代表该符号的某个部分即可。

设要传输的符号有N个，记为一个矢量S＝[S₁，S₂，…，S_N]^T。将要传输的符号矢量S进行一次变换，得到X矢量，X＝[X₁，X₂，…，X_L]^T，这一过程可以记为X＝F(S)；F表示对S的一种运算或变换，可以是线性的，也可以是非线性的。变换后的结果，应当使S中的每一个符号的全部或部分被X中的多个符号包含，并且X中的一个符号成分中包含了S中多个符号的全部或部分，保证要传输的S中的每一个符号的全部或部分都会存在于分集编码块所占的每一空间资源(天线)单元上，每一频率资源(如子载波)单元上，及每一时间资源单元(指发射的一个或多个周期)上。符合条件的变换方法有很多，如基于Givens(吉文斯)旋转构造的矩阵或基于DFT(Discrete FourierTransform，离散傅氏变换)式的构造矩阵显然可以做到这一点。

步骤3，将变换后所得的符号序列进行分集编码；

这里选取的分集方法，可以是任一种分集方法，不拘限于在本文中提到的。也就是说，本发明可以与任一种分集方法联合使用。只要这种方法存在着如下的缺点，本发明就能发挥功用，产生增益；这个缺点就是：使用的这种分集方法不能保证每一个被传输的符号都可以获得分集编码块所占用的每一频率单元上的增益，或者不能保证每一个被传输的符号都可以获得分集编码块所占用的空间单元上的增益，或者不能保证每一个被传输的符号都可以获得分集编码块所占用的时间单元上的增益。

步骤4，将分集编码后的符号序列分配到各发射天线上，然后进行发射。

在上述的增强无线通信系统分集效果的方法中，由于对要传输的符号序列进行了一个变换，使得要传输的每一个符号的全部或部分被包含于变换后得到的多个符号中。从而保证进行分集编码后，要传输的每一个符号的全部或部分都会存在于分集编码块所占的每一空间资源单元上，每一频率资源单元上，及每一时间资源单元上。也就保证了每一被传输的符号可以获得分集编码块所占的每一空间资源单元上的增益，每一频率资源单元上的增益，及每一时间资源单元上的增益。

图5表示的是本发明应用实例的SFBC+FSTD的分集传输示意图，图6表示本发明应用实例的SFBC+FSTD这种方法的编码方式示意图。二进制序列经过调制产生符号序列S，再经过变换X＝A*S，得到X序列，再将X序列按照通常的SFBC+FSTD方式进行分集编码，然后再将编码块中的符号分配到各天线上发射出去。这里采用的变换X＝A*S为酉变换，其中A为一4×4的酉矩阵，X＝[X₁，X₂，X₃，X₄]^T。

$A=\frac{\sqrt{2}}{2}\left[\begin{array}{cccc}1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1\\ 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1\end{array}\right]$

由图6我们可以看到经过变换后，S序列中的每一个符号都包含于X序列中的多个符号中；并且我们也看到了，S中的每一个符号都可以在每一根天线上发射，并且也可以在每一个频率资源单元上发射。从而S中的每一个符号都可以获得每一根发射天线上的增益，并且同时获得每一发射频率资源单元上的增益。

对于发射天线为6根的情况，采用SFBC+FSTD的分集传输，则二进制序列经过调制产生符号序列S＝[S₁，S₂，S₃，S₄，S₅，S₆]^T，再经过变换X＝A*S，得到X序列，X＝[X₁，X₂，X₃，X₄，X₅，X₆]^T，再将X序列按照通常的SFBC+FSTD方式进行分集编码，然后再将编码块中的符号分配到各天线上发射出去。这里采用的变换X＝A*S为酉变换，其中A为一6×6的酉矩阵，可以是：

$A=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& -1& -1& 0& -1\\ 0& 1& -1& 0& -1& 1\\ 0& 1& 1& 0& -1& -1\\ 1& -1& 0& 1& -1& 0\\ 1& 1& 0& 1& 1& 0\\ 1& 0& 1& -1& 0& 1\end{array}\right]$ 或 $A=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccccc}1& -1& 0& -1& -1& 0\\ 0& 1& -1& 0& -1& 1\\ 0& 1& 1& 0& -1& -1\\ 1& 0& -1& 1& 0& -1\\ 1& 1& 0& -1& 1& 0\\ 1& 0& 1& 1& 0& 1\end{array}\right].$

对于发射天线为8根的情况，采用SFBC+FSTD的分集传输，则二进制序列经过调制产生符号序列S＝[S₁，S₂，S₃，S₄，S₅，S₆，S₇，S₈]^T，再经过变换X＝A*S，得到X序列，X＝[X₁，X₂，X₃，X₄，X₅，X₆，X₇，X₈]^T，再将X序列按照通常的SFBC+FSTD方式进行分集编码，然后再将编码块中的符号分配到各天线上发射出去。这里采用的变换X＝A*S为酉变换，其中A为一8×8的酉矩阵，可以是：

$A=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccccccc}1& 0& -1& 0& -1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& -1& 0& -1& 0& 1\\ 1& 0& 1& 0& -1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& 1& 0& -1& 0& -1\\ 1& 0& -1& 0& 1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1& 0& 1& 0& -1\\ 1& 0& 1& 0& 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1& 0& 1& 0& 1\end{array}\right].$

熟悉本技术领域的人员应理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明作等效变化与修改，都被本发明的所述权利要求范围所涵盖。

Claims (8)

1.一种增强无线通信系统分集效果的方法，其特征在于，在对二进制序列进行调制后，将要传输的符号序列进行变换，使要传输的符号序列中的每一个符号全部或其部分存在于分集编码块所占的每一空间资源单元、每一频率资源单元以及每一时间资源单元上；

其中，所述空间资源为发射天线；所述频率资源为子载波；所述时间资源为发射周期。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)将待发射的二进制序列信号进行调制，转变成符号序列；

(2)将调制后要传输的符号序列进行变换，使要传输的符号序列中的每一个符号全部或其部分存在于分集编码块所占的每一空间资源单元、每一频率资源单元以及每一时间资源单元上；

(3)将变换后所得的符号序列进行分集编码；

(4)将分集编码后的符号序列分配到各发射天线上，发射出去。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将要传输的符号序列进行变换为：对将要传输的符号序列进行酉变换，构造成新的符号序列。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将要传输的符号序列进行变换为：对将要传输的符号序列进行吉文斯旋转，构造成新的符号序列。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将要传输的符号序列进行变换为：对将要传输的符号序列进行离散傅氏变换，构造成新的符号序列。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于发射天线为4根的情况，

所述步骤(1)中，转变成符号序列称为S＝[S₁，S₂，S₃，S₄]^T；

在所述步骤(2)中，对S进行酉变换，X＝A*S，得到X序列，其中A为一4×4的酉矩阵，X＝[X₁，X₂，X₃，X₄]^T，

$A=\frac{\sqrt{2}}{2}\left[\begin{array}{cccc}1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1\\ 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1\end{array}\right]$

在所述步骤(3)中，采用空频块码SFBC+FSTD的分集方式进行分集编码。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于发射天线为6根的情况，

所述步骤(1)中，转变成符号序列称为S＝[S₁，S₂，S₃，S₄，S₅，S₆]^T；

在所述步骤(2)中，对S进行酉变换，X＝A*S，得到X序列，其中A为一6×6的酉矩阵，X＝[X₁，X₂，X₃，X₄，X₅，X₆]^T，

$A=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& -1& -1& 0& -1\\ 0& 1& -1& 0& -1& 1\\ 0& 1& 1& 0& -1& -1\\ 1& -1& 0& 1& -1& 0\\ 1& 1& 0& 1& 1& 0\\ 1& 0& 1& -1& 0& 1\end{array}\right]$ 或 $A=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccccc}1& -1& 0& -1& -1& 0\\ 0& 1& -1& 0& -1& 1\\ 0& 1& 1& 0& -1& -1\\ 1& 0& -1& 1& 0& -1\\ 1& 1& 0& -1& 1& 0\\ 1& 0& 1& 1& 0& 1\end{array}\right]$

在所述步骤(3)中，采用SFBC+FSTD的分集方式进行分集编码。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于发射天线为8根的情况，

所述步骤(1)中，转变成符号序列称为S＝[S₁，S₂，S₃，S₄，S₅，S₆，S₇，S₈]^T；

在所述步骤(2)中，对S进行酉变换，X＝A*S，得到X序列，其中A为一8×8的酉矩阵，X＝[X₁，X₂，X₃，X₄，X₅，X₆，X₇，X₈]^T，

$A=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccccccc}1& 0& -1& 0& -1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& -1& 0& -1& 0& 1\\ 1& 0& 1& 0& -1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& 1& 0& -1& 0& -1\\ 1& 0& -1& 0& 1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1& 0& 1& 0& -1\\ 1& 0& 1& 0& 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1& 0& 1& 0& 1\end{array}\right]$

在所述步骤(3)中，采用SFBC+FSTD的分集方式进行分集编码。

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