CN101432984A - 用于最大发射分集的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种通信系统，其包括多输入多输出系统中的信号编码。所述通信系统包括无线通信网络。所述通信系统包括在速率1复数符号每秒每赫兹传输系统中编码并发射符号、同时实现最大分集的方法。所述通信系统进一步包括交错所述复数符号，使得每个交错符号包括至少两个复数符号的信息的方法，其中所述复数符号从旋转星座中取值。

Description

用于最大发射分集的方法和系统
相关申请数据
本申请要求享有2005年7月5日提交的、名称为“A Method andSystem for Maximum Transmit Diversity”的美国专利申请no.11/175,621的优先权，并且是该美国专利申请的部分继续申请。本申请还要求享有2004年8月16日提交的、名称为“Communication Systemand Methods”的美国临时申请no.60/602082以及2004年8月31日提交的、名称为“Communication System and Methods”的美国临时申请no。60/606358的优先权。本申请与2005年7月5日提交的、名称为“AMethod and System for Rate-2 Transmission”的美国专利申请no.11/175,430相关。
技术领域
本发明总体涉及无线通信网络中的多输入多输出系统中的信号编码领域。本发明更具体地涉及在发射系统中以速率1复数符号每秒每赫兹来编码和发射符号、同时实现最大分集的方法。
背景技术
为了满足增长的用户需求，无线网络中通信的可靠性和速度变得日渐重要。这使技术的不断改进成为必要。
无线通信系统可以使用单发射和单接收天线来部署。无线信道使接收的信号失真并对其带来了其他损害。这些损害包括加性噪声、干扰、时间选择性、频率选择性和空间选择性衰落。衰落意味着信号可在不同的天线、频率或时间处在不同的水平。因此重要的是，从空间、频率或时间方面等多个维度发射和/或接收信号的多个复制，以增加总体的链路可靠性。这种方法被称为分集，并且是确保在衰落信道上进行可靠无线通信的重要技术。通过在发射机和/或接收机中使用多个天线来获得空间分集。
典型地，使用发射数据的数字调制。这样的调制方案的例子包括M进制(M-ary)正交幅度调制(QAM)、M进制相移键控(PSK)等等。还使用多址(multiple access)方案以支持多用户。多址方案包括码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、正交频分调制(orthogonal frequencydivision modulation，OFDM)和正交频分调制多址(orthogonalfrequency division modulation access，OFDMA)。多天线方案可以和任意调制与多址方案一起使用。在OFDM系统中，工作频带被有效地划分成若干“频率子信道”或频率仓(frequency bin)。每个子信道与在其上调制数据的一个或多个子载波相关联。
用选择的编码方案来编码待发射的数据(亦即信息位)以生成编码位。对于多个发射天线，编码包括空间维度连同时间或频率维度，并且对于发射和接收天线的数目是特定的。编码方案确定可以捕获的分集、传输率和接收机处的解码复杂性。尽管在现有技术中可获得不同的编码方案，但是需要这样的新编码方案，其能够使接收机处的解码更加简单，具有良好的分集性能，并且可以用于不同的多发射机-接收机天线组合。
例如，美国专利号6,185,258公开了Alamouti码，其是一种这样的简单编码布置方案，其中，利用仅包括诸如求反和共轭之类的简单算术运算的编码，在一组两个时隙或频率子信道上、从两个发射天线发射符号。Alamouti码实现了满发射分集。如果来自发射天线的分集组成等于发射天线的数目，则实现满发射分集。Alamouti码是速率1方案，亦即，它以平均一个复数符号每时隙或频率仓发送。在两个频率仓而不是两个时隙上编码的Alamouti码的使用在现有技术中也是已知的。在Alamouti码中没有规定接收天线的数目。该码可以用于任意数目的接收天线。
然而，Alamouti专利公开了仅使用两个天线的编码和传输的方法。在多于两个传输天线上使用Alamouti码不能有效地捕获分集。用于多于两个发射天线的其它现有技术使用Alamouti码作为基础成分并使用星座预编码。然而，它们未能实现最大发射分集，并且如果它们实现了最大发射分集，则由于它们没有通过符号解码来提供符号，所以它们在计算上费用浩大。
因此需要这样的编码方案，其可以部署在具有多于两个的发射天线和任意数目的接收天线的无线通信系统中，其既以使用速率1复数符号每信道的方式实现最大发射分集，又通过符号解码提供低复杂性符号。
附图说明
附图当结合说明书阅读时示出用于最大发射分集的方法和系统的多个实施例。
图1是根据一个实施例的多输入多输出(“MIMO”)通信系统的框图。
图2是根据一个实施例的MIMO通信系统的天线系统的框图。
图3是根据一个实施例的用于对MIMO通信系统中的输入信号组进行编码的流程图。
图4是根据一个实施例的用于MIMO通信系统中的统一天线载荷的流程图。
图5(a)是根据一个实施例的规则正交幅度调制(“QAM”)星座。
图5(b)是根据一个实施例的旋转QAM星座。
具体实施方式
图1是根据一个实施例的多输入多输出(“MIMO”)通信系统的框图。MIMO通信系统100是无线通信系统，但不限于此。MIMO通信系统在此也被称为“MIMO系统”或“MIMO系统100”，但不限于此。尽管MIMO通信系统容许有许多不同形式的实施例，但是仅在附图中显示并在此详细地描述特定实施例。然而可以理解的是，在此的描述包括了本发明原理的例子，并且没有将MIMO通信系统限于所显示和描述的特定实施例。另外，在此使用的术语和措词不应被认为是限制，而仅仅是描述性的。还将认识到的是，为了说明的简单和清楚起见，可能不描绘在商业上可行的实施例中有用或有必要的普通和很好理解的元件，以便有利于较少妨碍地查看这些不同实施例。而且，附图中显示的元件未必按比例绘制。例如，一些元件的尺度相对于彼此被放大。另外，在认为适当的地方，在附图之中重复参考数字以指示相应的元件。可以以几种形式和方式来实施MIMO通信系统，它们没有全部在此描述或显示。本发明应该具有权利要求的完全范围，而不应受以下所示的实施例所限制。
无线系统可以从多个发射天线发射信号，并且在多个接收天线处接收发射的信号。这样的系统被称为MIMO系统。MIMO系统的使用受包括例如链路中的发射分集和传输速率等因素的推动。在此描述的MIMO系统不限于并且不依赖于接收机系统和/或接收机系统天线。一个实施例的MIMO系统因此也可以用在像多输入单输出(“MISO”)系统那样的单天线接收系统中。
一个实施例的MIMO系统使用一个或多个信号传输方案。信号在传输之前经历编码。编码通常支配解码机制。一旦编码过程已完成，就使用发射天线来发射信号。一个实施例的MIMO系统包括这样的传输方案，其以使用速率1复数符号每信道的方式对传输系统进行编码，其中编码的符号可以以实现满分集的方式在多于两个的发射天线上发射。关于在接收机天线处的解码过程，一个实施例的MIMO系统允许在接收机处逐符号或线性解码，这显著减小了解码过程的复杂性。在接收机端的逐符号解码可以是优选形式的解码，因为它防止信号纠缠并因而使简单而快速的解码成为可能。根据一个实施例的编码符号的传输产生最大分集。
参考图1，一个实施例的MIMO系统耦合到无线通信信道135的一个或多个分量，无线通信信道135可替选地被称为传输信道135或传输介质135。一个实施例的MIMO系统包括数目“n”的发射天线105、110、115和数目“m”的接收天线120、125、130，供在传输信道135上发射或传送信号之用。数目n的发射天线可以包括任意数目的天线，并且同样地，数目m的接收天线可以包括任意数目的天线。发射天线的数目可以与接收天线的数目相同或不同。接收天线可以位于和/或耦合到驻留在基站上的任意无线接收机，以及位于任意的无线电塔、接入点或集线器或站和/或任意无线使能客户装置，诸如无线计算机、无线膝上型电脑和/或手持装置之类，所述手持装置诸如移动电话或个人数字助理(PDA)之类。发射天线可以处在任意无线发射机上，所述无线发射机驻留在基站上，并且位于无线电塔、访问点或集线器或站，和/或任意无线激活客户装置，诸如无线计算机、无线膝上型电脑和/或手持装置之类，所述手持装置诸如移动电话或个人数字助理(PDA)之类。待使用MIMO系统的部件来发射的数据被映射到用于从发射天线传输的信号，并且一旦被接收到，就在接收机上解释，在那里接收机对接收信号的信息进行解码以取回原始数据。发射的信号可以包括视频、音频、语音或其它形式的数据。
为了有效地编码信号，一个实施例的每个信号都以复数符号的形式表示。编码过程中使用的复数符号包括实部和虚部，但不限于此。编码过程中的冗余度与传输中寻找的分集有关。这种冗余可以作为空间、时间或频率块码而引入。
图2是根据一个实施例的MIMO系统的天线系统205的框图。一个实施例的MIMO通信系统——其为无线通信系统——包括至少一个发射机天线系统205。一个实施例的发射机天线系统205包括n个发射天线105、110、115，如以上参考图1所述的那样。发射机天线系统205接收用于传输的位串。位串表示待发射并且在传输之前待经历编码的数据。发射机天线系统耦合到多个发射天线，以使MIMO传输成为可能。在一个实施例中，天线系统205包括三个发射天线，并且由于编码和传输技术而实现三个分集，其在下面更加详细地解释。发射机天线系统包括编码模块206。编码模块206进一步包括旋转模块208和交错模块207，其耦合以便相互通信。编码模块对被表示为复数符号的位串进行编码，并且将编码的位传送到发射模块209。类似地，接收机系统包括解码模块215，解码模块215耦合到多个接收机天线以便接收编码的位。正在被解码的编码位在接收机处提供原始数据。
例子实施例的发射机天线系统205耦合到三个发射天线250，发射天线250使用速率1复数符号每秒每赫兹(四个复数符号)传输方案。位串被映射到复数符号星座上。位的生成和映射到复数星座上使用例如正交幅度调制(QAM)星座或相移键控(PSK)星座，但是可以使用其它星座。发射的复数符号，速率1方案中的四个复数符号，从星座中取值。位串表示基带信号，其使用载波频率在传输信道上发射。稍后解释使用四个发射天线来发射(从星座中选择的)四个复数符号的MIMO系统的一个实施例。
编码模块206接收一组四个符号(速率1)，所述一组四个符号从表示星座的一组符号中获得值。复数符号是二维的，并且可以放置在由实数轴(水平)和虚数轴(竖直)所限定的数平面上。因此复数具有以a+jb的形式书写的实部和虚部，其中，变量“a”表示沿着实轴的位置，而变量“b”则表示沿着虚轴的位置。二维值涉及穿过自由空间的电磁波的幅度和相位。在一个实施例中，星座中的任意两个符号都具有不同的实部和不同的虚部，但不限于此。因此，星座中没有两个符号位于相同的竖直或水平线上。在没有以这种方式表示星座的情况下，将星座旋转例如0.5＊tan-1(2)的角度，这导致具有上述性质的星座。满足上述性质的星座被称为旋转星座。如果星座满足上述性质，则可以不旋转星座。
从星座中选择的待发射的所述组四个复数符号被表示为x1、x2、x3和x4。然后交错所述符号。交错是这样的过程，其中，第一复数符号的实部与第二复数符号的虚部组合，并且第二复数符号的实部与第一复数符号的虚部组合。例如，使用以上的符号，复数符号x1的实部与复数符号x3的虚部组合，并且x3的实部与x1的虚部组合。例如，根据一个实施例，交错可以为如下：
~X1＝x1I+j x3Q
~X2＝x2I+j x4Q
~X3＝x3I+j x1Q
~X4＝x4I+j x2Q
其中，~X1、~X2、~X3、~X4是所述组四个交错符号，其对应于所述组四个复数符号，xi＝x1I+j xiQ，i＝1，2，3，4，......，并且 j = - 1 。交错模块207以这样的方式组合符号，其中，每个交错符号包括来自所述组四个符号的两个符号的信息。
编码模块206将所述组四个交错符号传送到发射模块209用于发射。发射模块209使用三个发射天线来发射所述组四个交错符号。一个实施例的交错符号以矩阵的格式布置，其中，矩阵的每个行表示发射机天线，并且使用发射机天线来发射符号。如先前所述，所述组四个交错符号经受这样的过程，该过程产生每个交错符号的复共轭和负复共轭，以在传输期间引入冗余。以诸如交错符号的复共轭和负复共轭之类的不同形式冗余地发射所述组四个交错符号中选择的几个，向解码模块提供了另外的支持，以在符号信息由于噪声或信道衰落的存在而在传输信道210中丢失的情况下，准确地取回原始数据。
在一个实施例中，三个发射天线250中的两个发射天线在发射机信道210的第一传输信道(未示出各个传输信道)上发射来自所述组四个交错符号的第一两个交错符号、第一两个交错符号的复共轭和第一两个交错符号的负复共轭的预定组合。发射天线还以一种方式在发射机信道210的第二传输信道上发射来自所述组四个交错符号的第二两个交错符号、第二两个交错符号的复共轭和第二两个交错符号的负复共轭的预定组合。所述传输确保三个发射机天线中的每个发射机天线在发射机信道210的两个传输信道上发射关于来自所述组四个符号的每个符号的信息(实部和/或虚部)。某些发射天线可能什么也不发射或发射零而不是交错符号，以便传输矩阵保持正交性质。
交错符号的布置是这样的：两组Alamouti码相互交错，并且使用三个或四个天线在两个传输信道上发射。用于产生Alamouti码的Alamouti编码方案和Alamouti码的布置在本领域中是已知的。依照以上公开的实施例的布置在图3中更加详细地解释，所述布置描绘了在特定传输信道上发射交错符号的天线和发射零的天线。
发射机信道210的传输信道包括在其上发射符号的频率子载波。发射机信道210可以包括适合于MIMO通信系统的任意数目的传输信道。由于交错模块207确保了每个交错符号包括两个复数符号的信息，所以发射机天线在发射每个交错符号时发射两个复数符号的信息。交错过程同样增强了分集。另外，由于每个复数符号已经被旋转并且具有不同的实部和虚部(亦即，一个符号的实部与另一个符号的实部不相同，或者一个符号的虚部与另一个符号的虚部不相同)，所以解码模块可以通过在解码过程期间去交错所述交错符号来取回原始符号。交错符号可以基于各种排列来发射，只要每个发射机天线以速率1传输方案从所述组四个符号中发射每个符号的信息。
在四个天线发射系统的情况下，该传输确保了四个发射机天线中的每个发射机天线在发射机信道210的两个传输信道上发射关于来自所述组四个符号的每个符号的信息(实部或虚部)。
图3是根据一个实施例的用于编码和发射300输入信号组的所述组四个符号的流程图。在一个实施例中，天线系统205(图2)的部件执行或控制编码和发射300。一个实施例的MIMO系统将位串映射到星座上。MIMO系统的部件选择305至少一组四个符号，所述四个符号从星座(星座可以被旋转)中取值。可以针对来自所述组四个符号的全部四个符号获得相同的值。可替选地，可以针对每个符号获得不同的值，并且/或者可以针对每个符号获得相同值与不同值的组合。星座中的每个符号具有与其它符号相比不同的表示。如果符号的表示相同(至少一个符号的实部和虚部与另一个符号的实部和虚部相同)，则旋转该符号，以便它不具有与其它符号相同的表示。用于旋转的例子角度为0.5＊tan-12，但是所述实施例不限于此。
假定例如所述组四个符号被表示为x1、x2、x3、x4，那么x1、x2、x3、x4可以是相同的符号(具有相同的值)或者不同的符号(具有不同的值)。在一个实施例中，x1、x2、x3、x4是从一旋转星座中选择的具有不同值的不同符号。所述组四个符号然后被交错310。符号的交错310确保了每个交错符号都包括来自所述组四个符号的两个符号的信息。这有助于在传输期间提供最大分集。在一个实施例中，交错过程将一个符号的实部与另一个符号的虚部组合。结果是，每个交错信号都包括一个信号的实部与另一个信号的虚部。对于所述组符号x1、x2、x3、x4，可以以几种方式进行交错过程。例如，
~X1＝x1I+j x3Q
~X2＝x2I+j x4Q
~X3＝x3I+j x1Q
~X4＝x4I+j x2Q
其中，~X1、~X2、~X3、~X4是所述组四个交错符号，其对应于所述组四个复数符号，xi＝xi1+j xiQ，i＝1，2，3，4，......，并且 j = - 1 。交错符号~X1、~X2、~X3、~X4可以以几种不同的方式交错，并且所有这样的方式都处于在此描述的MIMO系统的范围之内。例如，
~X1＝x1I+j x4Q
~X2＝x2I+j x3Q
~X3＝x3I+j x2Q
~X4＝x4I+j x1Q
为了在传输期间引入冗余以解决由传输信道衰落、噪声、干扰和/或任意其它形式的信号损耗所引起的丢失，以复共轭和负复共轭的形式复制每个交错符号。执行复共轭和负复共轭改变了复数符号中某项的正负号，并且万一在传输信道中发生信号损耗的话可以用于取得复数符号的附加信息。例如，如果包括复数符号x2和x4的信息的交错符号~X2遭到干扰，则被表示为~X2 ＊的~X2的复共轭可以有助于取回原始符号的信息。
在一个实施例中，一旦复数符号已被交错，它们就被布置在矩阵中，其中，所述矩阵的每个行对应于发射机天线。依照一个实施例，对于三个发射天线系统，矩阵可以表示如下。该矩阵被表示为描绘用于交错符号传输的表示，并且实现在此描述的方式传输的任意结构都可以使用，并且处于一实施例的MIMO系统的范围之内。
 
~X1 ~-(X2)＊ 0 0
~X2 ~(X1)＊ ~X3 ~-(X4)＊
0 0 ~X4 ~(X3)＊
矩阵的每个行表示发射机天线，矩阵的前两列表示第一传输子载波(以用于传输的特定频率)，并且矩阵的后两列表示第二传输子载波信道。在一个实施例中，第一列和第三列中的交错符号在第一时间发射，并且第二列和第四列中的交错符号在第二时间发射。然而，来自前两列的交错符号在第一传输子载波信道上发射，并且来自后两列的交错符号在第二子载波传输信道上发射。所述编码同时引入时分复用、空分复用和频分复用，但不限于此。
在上述矩阵中，应注意的是，第二天线(矩阵的第二行)在两个子载波信道上发射信号，而第一和第三发射天线(分别为矩阵的第一和第三行)则没有在两个子载波信道上发射信号。这会导致第二发射天线上的较高功率载荷。为了避免较高的功率载荷，可以使用以下传输矩阵。
 
~X1 ~-(X2)＊ 0 0
~X2 ~(X1)＊ 0 0
0 0 ~X3 ~X4
然而这种布置可能没有提供最大分集。如果处于两个频率的子载波信道完全相关，则通过该码实现的分集为最大可能分集，其为三。在处于两个频率的两个子载波信道没有完全相关的情况下，最大可能分集为四，这不可以通过该码来实现。为了改善在后者的情况下的性能，可以用比第一和第二天线更高的功率加权第三天线中的传输。通过用以下矩阵从左边乘该码来进行这样的加权的例子。
3 / 4 0 0 0 3 / 4 0 0 0 3 / 2
通过MIMO系统的部件生成或形成315来自所述组四个交错符号的第一两个交错符号、第一两个交错符号的复共轭和第一两个交错符号的负复共轭的组合。使用三个发射天线中的两个发射天线在第一传输信道上发射325所生成的组合。
另外，通过MIMO系统的部件生成或形成320来自所述组四个交错符号的第二两个交错符号、第二两个交错符号的复共轭和第二两个交错符号的负复共轭的组合。使用三个发射天线中的两个发射天线在第二传输子载波信道上发射330所生成的组合。
例如，在以上提供的矩阵的实施例中，第一天线在第一传输子载波信道上发射交错符号~X1和被表示为-(~X2)＊的~X2的负复共轭，并且在第二传输子载波信道上发射零。因此，~X1包括复数符号x1和复数符号x3的信息，而-(~X2)＊则包括复数符号x2和复数符号x4的信息。所公开的传输信道下零的传输使逐符解码成为可能，从而显著减小了复杂性。第二发射天线在第一传输子载波信道上发射交错符号~X2和交错符号~X1的复共轭，并且在第二传输子载波信道上发射交错符号~X3和被表示为-(~X4)＊的~X4的负复共轭。用于传输的交错符号的布置是这样的，使得在第一传输子载波信道上发射的第一行的交错符号和第二行的交错符号保持正交性质，这使在接收机端的更快解码成为可能。类似于第一发射天线，使用第二发射天线发射的所述组四个交错符号也包括每个复数符号的信息，并且另外用交错符号的复共轭和负复共轭的传输来引入冗余。第三发射天线在第一传输子载波上发射零，并且在第二传输子载波上发射交错符号~X4和被表示为(~X3)＊的~X3的复共轭。另外，在第一传输信道上发射的零使逐符号解码成为可能。交错符号在矩阵中的布置是这样的，使得矩阵包括彼此交错的两个Alamouti码。用于产生Alamouti码的Alamouti编码方案和Alamouti码的布置在本领域中是已知的。
在解码过程期间，在每个接收机天线251处存在在第j时间和第j子载波或传输子载波信道所接收的复数符号Yi(j)为：
Y ( 1 ) = Y 1 ( 1 ) Y 2 ( 1 ) = h 1 ( 1 ) h 2 ( 1 ) h 3 ( 1 ) X 1 ~ - ( X 2 ) * ~ X 2 ~ ( X 1 ) * ~ 0 0 + n 1 ( 1 ) n 2 ( 1 )
Y ( 2 ) = Y 1 ( 2 ) Y 2 ( 2 ) = h 1 ( 2 ) h 2 ( 2 ) h 3 ( 2 ) 0 1 0 X 3 ~ ( X 4 ) * ~ ( X 4 ) ~ ( X 3 ) * ~ + n 1 ( 2 ) n 2 ( 2 )
其中，ni(j)表示传输信道中的噪声。矩阵H可以被形成为
Figure A200580028178D00183
矩阵H表示等效信道矩阵，所述等效信道矩阵为正交矩阵。用H的复共轭转置矩阵乘上述方程的两边，得到
Y’1＝(|h1(1)|2+|h2(1)|2)~X1+n’1
Y’2＝(|h1(1)|2+|h2(1)|2)~X2+n’2
Y’3＝(|h2(2)|2+|h3(2)|2)~X3+n’3
Y’4＝(|h2(2)|2+|h3(2)|2)~X4+n’4
去交错Y’is的实部和虚部，得到
Y＂1＝x1+n＂1
Y”2＝x2+n”2
Y”’3＝x3+n”3
Y”4＝x4+n”4
因此，从上述实施例中，复数符号可以逐符号地解码，并且如果传输信道在统计上独立的话，对于三个发射天线，分集增益等于四，而对于四个发射天线，分集增益等于四。
在使用四个发射天线的一个实施例的MIMO系统中，矩阵的布置将为如下，其中矩阵的每个行表示一发射天线。
 
~X2 ~(X1)＊ 0 0
0 0 ~X3 ~-(X4)＊
0 0 ~X4 ~(X3)＊
每个发射天线在两个传输信道上发射全部符号的信息。上述编码和传输的方法类似于针对三个发射天线所描述的方法。然而，使用上述编码方法的四个发射天线系统的分集为最大，亦即四。所述组四个交错符号可以以任意方式由其它交错符号替换，以便每个发射机天线发射全部四个符号的信息，同时引入冗余。所公开的传输信道下的零的传输使逐符号解码成为可能。
每个发射天线在不同频率的两个子载波信道上、以两个时间的使用来发射信号(例如，第一和第二发射天线在一个子载波信道上发射信号，而第三和第四发射天线在另一个子载波信道上发射信号)。这可以产生峰均功率比(PAPR)，峰均功率比可以通过用以下矩阵W从左边乘传输矩阵而减少：
Figure A200580028178D00201
矩阵W被称为4×4Hadamard矩阵。所得到的传输将具有减小的PAPR。
图4是根据一个实施例的用于MIMO系统中的统一天线载荷400(跨天线地近似均等共享功率)的流程图。在一个实施例中，天线系统205(图2)的部件执行或控制天线载荷400。在交错符号的传输期间，MIMO系统的部件在发射天线之间切换405。通过天线发生传输410，以便每个天线在所述时间周期上消耗相等的功率。在一个实施例中，切换可以是循环的，但不限于此。例如，在以上公开的三个发射天线矩阵的情况下，第二天线发射四个交错符号，而第一和第三发射天线则在两个传输信道上发射仅两个交错符号。
 
~X2 ~(X1)＊ ~X3 --(X4)＊
~X1 ~-(X2)＊ 0 0
0 0 ~X4 ~(X3)＊
在一个可替选的实施例中，天线可以被切换，其中，在随后的时间周期中，第一发射天线发射四个交错符号，并且其它两个发射天线发射两个交错符号，如以上所示的那样。在天线之间切换使每个天线的功率和载荷能够随着时间的过去而近似均匀地分配。
图5(a)是根据一个实施例的规则QAM星座500。通过信号点表示的来自所述组符号的一些符号具有与来自所述组符号的另一符号相同的实部或虚部。水平轴525表示实轴，而竖直轴520表示虚轴。例如，复数符号505具有与复数符号510相同的实部，而复数符号510具有与复数符号515相同的虚部。
图5(b)是根据一个实施例的旋转QAM星座530。该例子的旋转星座530将规则QAM星座500旋转预定角度，例如0.5＊tan-1(2)，以获得旋转星座530。可替选的实施例可以将规则QAM星座500旋转任意量。旋转星座530包括这样的点，使得没有来自所述组符号的两个符号具有与另一符号相同的实部或虚部。例如，复数符号505在旋转之后具有与复数符号510不同的实部和与星座的所有复数符号不同的实部，并且复数符号510在旋转之后具有与复数符号515不同的虚部和与星座的所有复数符号不同的虚部。一个复数符号的实部可以与另一个复数符号的虚部相同。
在此描述的MIMO通信系统包括这样的方法，所述方法包括以下步骤的至少一个：从表示数据的一组符号中选择一组四个符号；编码表示所述组四个符号的一组四个交错符号，来自所述组四个交错符号的每个交错符号通过将一个符号的第一部分与一个其它符号的第二部分进行组合而生成；以及使用多个发射天线来发射所述组四个交错符号，其中多个发射天线中的两个发射天线在第一传输子载波信道上发射所述组四个交错符号的信息的第一组合，并且在第二传输子载波信道上发射所述组四个交错符号的第二组合，其中多个发射机天线中的每个发射机天线在至少两个传输信道上发射所述组四个符号中的每个符号的信息。
一个实施例的信息的第一组合包括来自所述组四个交错符号的第一两个交错符号、第一两个交错符号的复共轭和第一两个交错符号的负复共轭的组合。
一个实施例的信息的第二组合包括来自所述组四个交错符号的第二两个交错符号、第二两个交错符号的复共轭和第二两个交错符号的负复共轭的组合。
一个实施例的所述组四个符号包括所述符号和所述一个其它符号。
一个实施例的来自所述组符号的每个符号从旋转星座中取值。一个实施例的方法进一步包括以下步骤的至少一个：生成包括数据的星座；以及当所述星座的一个符号的实部和虚部中的至少一个具有与所述星座的另一个符号相同的至少一个实部和虚部时，通过旋转所述星座来生成所述旋转星座。一个实施例的旋转包括将所述星座旋转近似0.5＊tan-1(2)。
一个实施例的方法进一步包括：使用来自所述组四个交错符号的交错符号的共轭，而在所述组四个交错符号中引入冗余。
一个实施例的方法进一步包括：通过针对来自所述组四个交错符号的每个交错符号来形成交错符号的负复共轭，而在所述组四个交错符号中引入冗余。
一个实施例的发射进一步包括：以循环的方式在所述发射机天线之间切换，使得每个发射天线在至少一个时间周期上发射基本上相等数目的交错符号，其中每个发射机天线在所述时间周期上使用基本上相等量的功率。
一个实施例的方法进一步包括：使用逐符号解码而在接收机处对所述多个交错符号进行解码。
在此描述的MIMO通信系统包括用于发射的设备，所述设备包括以下部分的至少一个：编码器，其配置为接收对应于表示数据的一组四个符号的一组四个交错符号；模块，其耦合到所述编码器，并且配置为以矩阵布置所述组四个交错符号；以及发射机，其耦合到所述编码器和所述模块，其中所述矩阵的内容通过使用多个发射天线发射所述组四个交错符号来控制所述数据的传输，其中所述多个发射天线中的两个发射天线在第一传输子载波信道上发射所述组四个交错符号的信息的第一组合，并且在第二传输子载波信道上发射所述组四个交错符号的第二组合，其中所述多个发射机天线中的每个发射机天线在至少两个传输信道上发射所述组四个符号中的每个符号的信息。
一个实施例的所述组四个交错符号中的每个交错符号通过将第一符号的第一部分与第二符号的第二部分、每个交错符号的共轭的复制和每个交错符号的负复共轭进行组合而生成。一个实施例的所述组四个符号包括所述第一和第二符号。
一个实施例的矩阵包括至少三行和四列，所述矩阵的每个行对应于发射机天线。
一个实施例的矩阵包括以下的至少一个：第一行，其具有所述矩阵的前两列中的来自所述组四个交错符号的第一两个交错符号，和所述矩阵的后两列中的零；第二行，其具有所述矩阵的前两列中的来自所述组四个交错符号的第一两个交错符号的复共轭和负复共轭，和所述矩阵的后两列中的来自所述组四个交错符号的第二两个交错符号；以及第三行，其具有所述矩阵的前两列中的零，和所述矩阵的后两列中的第二两个交错符号的复共轭和负复共轭，所述前两列表示第一传输子载波信道，而后两列表示第二传输子载波信道。
一个实施例的所述组四个符号包括来自至少一个星座的值。一个实施例的设备进一步包括：当来自星座的一个符号的实部和虚部中的至少一个与星座中的另一个符号的实部和虚部中的至少一个相同时，旋转所述星座以形成旋转星座。
一个实施例的矩阵包括以下的至少一个：第一行，其具有所述矩阵的前两列中的来自所述组四个交错符号的第一两个交错符号，和所述矩阵的后两列中的零；第二行，其具有所述矩阵的前两列中的来自所述组四个交错符号的第一两个交错符号的复共轭和负复共轭，和所述矩阵的后两列中的零；以及第三行，其具有所述矩阵的前两列中的零，和所述矩阵的后两列中的第三和第四交错符号，所述矩阵的前两列表示第一传输子载波信道，而所述矩阵的后两列表示第二传输子载波信道。
一个实施例的发射机利用对多个发射天线的功率加权来控制传输，其中，与前两个天线相比，所述功率加权在第三天线上提供了相对较高的功率。一个实施例的矩阵进一步包括第四行，其表示以预定方式使用以发射所述组四个交错符号的第四发射机天线。
一个实施例的所述组四个交错符号可以使用逐符号解码技术而在接收机处解码。
一个实施例的第一部分为所述符号的实部，并且第二部分为所述其它符号的虚部。
一个实施例的正交加扰矩阵(orthogonal scrambling matrix)用于将输出符号混合到多个天线，其中信号的峰均比在多个天线处减小。一个实施例的正交加扰矩阵为4×4 Hadamard矩阵。
在此所述的MIMO通信系统包括这样的系统，所述系统包括以下部分的至少一个：编码模块，其配置成接收来自一组符号的至少一组四个符号；交错模块，其耦合到编码模块，并且配置成用相应的组合符号使来自所述组四个符号的每个符号交错，以获得对应于所述组四个符号的一组四个交错符号；以及发射机，其耦合到所述编码模块和所述交错模块，并且配置成使用多个发射天线来发射所述组四个交错符号，其中多个发射天线中的至少两个发射天线在第一传输信道上发射所述组四个交错符号的信息的第一组合，并且在第二传输信道上发射所述组四个交错符号的信息的第二组合，其中多个发射机天线中的每个发射机天线在至少两个传输信道上发射所述组四个符号中的每个符号的信息。
一个实施例的信息的第一组合包括来自所述组四个交错符号的第一两个交错符号、第一两个交错符号的复共轭和第一两个交错符号的负复共轭的组合。
一个实施例的信息的第二组合包括来自所述组四个交错符号的第二两个交错符号、所述第二两个交错符号的复共轭和所述第二两个交错符号的负复共轭的组合。
一个实施例的所述组符号中的每个符号以与所述组符号中的每个其它符号不同的方式表示。
一个实施例的来自所述组四个交错符号的每个交错符号包括符号和相应组合符号的信息，其中所述组四个符号包括所述符号和所述相应组合符号。
一个实施例的所述系统进一步包括旋转模块，当来自星座的一个符号的实部和虚部中的至少一个等于来自星座的另一个符号的实部和虚部中的至少一个时，旋转模块将所述星座旋转预定角度。
一个实施例的编码模块和发射模块被集成为单个模块。一个实施例的单个模块可以是基站和用户站中的至少一个的部件。一个实施例的单个模块是基于处理器的模块。
一个实施例的编码模块和发射模块被配置成以预定方式使用另外的发射机天线来发射所述组四个交错符号。
一个实施例的所述至少一组四个符号在无线介质上发射。
一个实施例的所述组四个交错符号通过以循环的方式在所述多个发射机天线之间切换而发射，使得每个发射天线在至少一个时间周期上发射基本上相等数目的交错符号，每个发射机天线在所述时间周期上使用基本上相等量的功率。
一个实施例的MIMO通信系统使用三个或四个天线来应对编码和传输方法。为了保持最大分集并使逐符号解码成为可能，四个之外的任意发射天线都将需要在两个传输信道上发射零。
本说明书中提到的每个公布和专利申请都以同样的程度通过整体引用而结合于此，如同每个单独的公布或专利申请被具体地并单独地指示为通过引用结合于此一样。
在此所述的MIMO通信系统的各方面可以被实现为编程到多种电路的任意一种中的功能性，所述电路包括可编程逻辑器件(PLD)，诸如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程阵列逻辑(PAL)器件、电可编程逻辑与存储器件和基于标准单元的器件，以及专用集成电路(ASIC)。用于实现MIMO通信系统的各方面的一些其它可能事物包括微控制器，其具有存储器(诸如电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM))、嵌入式微处理器、固件、软件等等。另外，MIMO通信系统的各方面可以嵌入在微处理器中，所述微处理器具有基于软件的电路仿真、离散逻辑(序贯的(sequential)和组合的)、定制器件、模糊(神经)逻辑、量子器件以及任意上述器件类型的混合。当然，可以在多种部件类型中提供基础的器件技术，例如像互补金属氧化物半导体(CMOS)的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)技术、像发射极耦合逻辑(ECL)的双极技术、聚合物技术(例如硅共轭聚合物和金属共轭聚合物金属结构)、混合模拟与数字等等。
应当注意的是，在此公开的各种系统和方法的组成部分，在它们的性状、功能和/或其它特性方面，可以使用计算机辅助设计工具来描述，并且/或者被表达(或表示)为嵌入各种计算机可读介质中的数据和/或指令。其中可以嵌入这样的格式化的数据和/或指令的计算机可读介质包括但不限于各种形式的非易失性存储介质(例如光学、磁性或半导体存储介质)，以及载波，其可以用于通过无线、光学或有线信号介质或其任意组合来传送这样的格式化的数据和/或指令。由载波传送这样的格式化的数据和/或指令的例子包括但不限于经由一种或多种数据传送协议(例如HTTP、FTP、SMTP等等)在因特网和/或其它计算机网络上传送(上传、下载、电子邮件等等)。当经由一个或多个计算机可读介质在计算机系统内接收时，上述系统和方法的这样的基于数据和/或指令的表达可以由计算机系统内的处理实体(例如一个或多个处理器)结合一个或多个其它计算机程序的执行来处理。
除非上下文明确需要，否则，在整个说明书中，与排他或穷举的意义相反，措词“包括”应在包含的意义上解释，换言之，应在“包括但不限于”的意义上解释。使用单数或复数的措词也分别包括复数或单数。另外，措词“在此”、“在下面”、“以上”、“以下”以及类似意思的措词指的是作为整体的该申请，而不是该申请的任意具体部分。当关于两个或多个条目的列表使用措词“或”时，该措词覆盖所有的以下措词的解释：列表中的任意条目、列表中全部的条目以及列表中条目的任意组合。
MIMO通信系统的图示实施例的上述描述并不意图要穷举或将所述系统和方法限制为所公开的精确形式。尽管为了说明性的目的在此描述了MIMO通信系统的特定实施例和例子，但是，如本领域技术人员将认识到的，在其它系统和方法的范围之内，各种等同形式的修改是可能的。在此提供的MIMO通信系统的教导可以应用于其它处理系统和方法，而不仅仅用于上述系统和方法。
上述各种实施例的元件和动作可以组合以提供另外的实施例。根据以上详细的描述，可以对MIMO通信系统进行这些和其它改变。

Claims (37)

1.一种方法，包括：
从表示数据的一组符号中选择一组四个符号；
编码表示所述组四个符号的一组四个交错符号，来自所述组四个交错符号的每个交错符号通过将一个符号的第一部分与一个其它符号的第二部分进行组合而生成；以及
使用多个发射天线来发射所述组四个交错符号，其中所述多个发射天线中的两个发射天线在第一传输子载波信道上发射所述组四个交错符号的信息的第一组合，并且在第二传输子载波信道上发射所述组四个交错符号的第二组合，其中所述多个发射机天线中的每个发射机天线在至少两个传输信道上发射所述组四个符号中的每个符号的信息。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述信息的第一组合包括来自所述组四个交错符号的第一两个交错符号、所述第一两个交错符号的复共轭和所述第一两个交错符号的负复共轭的组合。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述信息的第二组合包括来自所述组四个交错符号的第二两个交错符号、所述第二两个交错符号的复共轭和所述第二两个交错符号的负复共轭的组合。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述组四个符号包括所述符号和所述一个其它符号。
5.如权利要求1所述的方法，其中，来自所述组符号的每个符号从旋转星座中取值。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括：
生成包括所述数据的星座；以及
当所述星座的一个符号的实部和虚部中的至少一个具有与所述星座的另一个符号相同的至少一个实部和虚部时，通过旋转所述星座来生成所述旋转星座。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述旋转包括将所述星座旋转近似0.5＊tan-1(2)。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：使用来自所述组四个交错符号的交错符号的共轭，在所述组四个交错符号中引入冗余。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：通过针对来自所述组四个交错符号的每个交错符号形成交错符号的负复共轭，在所述组四个交错符号中引入冗余。
10.如权利要求1所述的方法，其中，发射进一步包括以循环的方式在所述发射机天线之间切换，使得每个发射天线在至少一个时间周期上发射基本上相等数目的交错符号，其中每个发射机天线在所述时间周期上使用基本上相等量的功率。
11.如权利要求1所述的方法，进一步包括：使用逐符号解码，在接收机处解码所述多个交错符号。
12.一种用于发射的设备，所述设备包括：
编码器，其配置成接收对应于表示数据的一组四个符号的一组四个交错符号；
模块，其耦合到所述编码器，并且配置成以矩阵来布置所述组四个交错符号；以及
发射机，其耦合到所述编码器和所述模块，其中所述矩阵的内容通过使用多个发射天线发射所述组四个交错符号来控制所述数据的传输，其中所述多个发射天线中的两个发射天线在第一传输子载波信道上发射所述组四个交错符号的信息的第一组合，并且在第二传输子载波信道上发射所述组四个交错符号的第二组合，其中所述多个发射机天线中的每个发射机天线在至少两个传输信道上发射所述组四个符号中的每个符号的信息。
13.如权利要求12所述的设备，其中，所述组四个交错符号中的每个交错符号通过将第一符号的第一部分与第二符号的第二部分、每个交错符号的共轭的复制和每个交错符号的负复共轭进行组合而生成。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述组四个符号包括所述第一和第二符号。
15.如权利要求12所述的设备，其中，所述矩阵包括至少三行和四列，所述矩阵的每个行对应于发射机天线。
16.如权利要求12所述的设备，其中，所述矩阵包括：
第一行，其具有所述矩阵的前两列中的来自所述组四个交错符号的第一两个交错符号以及所述矩阵的后两列中的零；
第二行，其具有所述矩阵的所述前两列中的来自所述组四个交错符号的所述第一两个交错符号的复共轭和负复共轭以及所述矩阵的所述后两列中的来自所述组四个交错符号的第二两个交错符号；以及
第三行，其具有所述矩阵的所述前两列中的零以及所述矩阵的所述后两列中的所述第二两个交错符号的复共轭和负复共轭，所述前两列表示所述第一传输子载波信道，而所述后两列表示所述第二传输子载波信道。
17.如权利要求12所述的设备，其中，所述组四个符号包括来自至少一个星座的值。
18.如权利要求17所述的设备，进一步包括：当来自所述星座的一个符号的实部和虚部中的至少一个与所述星座中的另一个符号的实部和虚部中的至少一个相同时，旋转所述星座以形成旋转星座。
19.如权利要求12所述的设备，其中，所述矩阵包括：
第一行，其具有所述矩阵的前两列中的来自所述组四个交错符号的第一两个交错符号以及所述矩阵的后两列中的零；
第二行，其具有所述矩阵的所述前两列中的来自所述组四个交错符号的所述第一两个交错符号的复共轭和负复共轭以及所述矩阵的所述后两列中的零；以及
第三行，其具有所述矩阵的所述前两列中的零以及所述矩阵的所述后两列中的第三和第四交错符号，所述矩阵的所述前两列表示所述第一传输子载波信道，而所述矩阵的所述后两列表示所述第二传输子载波信道。
20.如权利要求12所述的设备，其中，所述发射机利用所述多个发射天线上的功率加权来控制传输，其中，与前两个天线相比，所述功率加权在第三天线上提供了相对较高的功率。
21.如权利要求16所述的设备，其中，所述矩阵进一步包括第四行，所述第四行表示以预定方式被使用以发射所述组四个交错符号的第四发射机天线。
22.如权利要求12所述的设备，其中，所述组四个交错符号可以使用逐符号解码技术而在接收机处被解码。
23.如权利要求13所述的设备，其中，所述第一部分为所述符号的实部，而所述第二部分为所述其它符号的虚部。
24.如权利要求12所述的设备，其中，正交加扰矩阵用于将输出符号混合到所述多个天线，其中在所述多个天线处减少信号的峰均比。
25.如权利要求12所述的设备，其中，所述正交加扰矩阵为4×4Hadamard矩阵。
26.一种系统，包括：
编码模块，其配置成接收来自一组符号的至少一组四个符号；
交错模块，其耦合到所述编码模块，并且配置成用相应的组合符号来交错来自所述组四个符号的每个符号，以获得对应于所述组四个符号的一组四个交错符号；以及
发射机，其耦合到所述编码模块和所述交错模块，并且配置成使用多个发射天线来发射所述组四个交错符号，其中所述多个发射天线中的至少两个发射天线在第一传输信道上发射所述组四个交错符号的信息的第一组合，并且在第二传输信道上发射所述组四个交错符号的信息的第二组合，其中所述多个发射机天线中的每个发射机天线在至少两个传输信道上发射所述组四个符号中的每个符号的信息。
27.如权利要求26所述的系统，其中，所述信息的第一组合包括来自所述组四个交错符号的第一两个交错符号、所述第一两个交错符号的复共轭和所述第一两个交错符号的负复共轭的组合。
28.如权利要求26所述的系统，其中，所述信息的第二组合包括来自所述组四个交错符号的第二两个交错符号、所述第二两个交错符号的复共轭和所述第二两个交错符号的负复共轭的组合。
29.如权利要求26所述的系统，其中，所述组符号中的每个符号以与所述组符号中的每个其它符号不同的方式表示。
30.如权利要求26所述的系统，其中，来自所述组四个交错符号的每个交错符号包括所述符号和所述相应组合符号的信息，其中所述组四个符号包括所述符号和所述相应组合符号。
31.如权利要求26所述的系统，进一步包括旋转模块，当来自一星座的一个符号的实部和虚部中的至少一个等于来自所述星座的另一个符号的实部和虚部中的至少一个时，所述旋转模块将所述星座旋转预定角度。
32.如权利要求26所述的系统，其中，所述编码模块和所述发射模块被集成为单个模块。
33.如权利要求32所述的系统，其中，所述单个模块可以是基站和用户站中的至少一个的部件。
34.如权利要求32所述的系统，其中，所述单个模块是基于处理器的模块。
35.如权利要求26所述的系统，其中，所述编码模块和所述发射模块被配置成以预定方式使用另外的发射机天线来发射所述组四个交错符号。
36.如权利要求26所述的系统，其中，所述至少一组四个符号在无线介质上发射。
37.如权利要求26所述的系统，其中，所述组四个交错符号通过以循环的方式在所述多个发射机天线之间切换来发射，使得每个发射天线在至少一个时间周期上发射基本上相等数目的交错符号，每个发射机天线在所述时间周期上使用基本上相等量的功率。
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