CN101527622A - Mimo-harq通信系统和通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及MIMO－HARQ通信系统和通信方法。接收机在对接收到的数据流进行CRC校验从而检测到一个数据流存在差错时，向发送机进行反馈以请求重发该数据流，发送机按照使得通过原先发送了存在差错的所述一个数据流的发送天线之外的其它发送天线来重发所述一个数据流的方式，来确定要发送的数据流与所述多个发送天线之间的对应关系。同一数据流的发送和重发经历了不同的空间衰落信道，从而不仅通过重发获得了时间分集增益，而且通过交换发送顺序获得了附加的空间分集增益，由此可以提高发送成功的概率。

Description

MIMO-HARQ通信系统和通信方法
技术领域
本发明涉及MIMO(多输入多输出)通信系统中的HARQ(混合自动请求重传)，更具体来说，涉及用于MIMO(包括单用户MIMO，即发送到多天线上的数据来自同一个用户，和多用户MIMO，即发送到多天线上的数据来自不同的用户)通信系统的HARQ。
背景技术
MIMO通信方案已被接受为许多行业标准(如3GPP LTE、IEEE802.16E[1])的一部分，其通过在发送机处对多个数据流进行空间复用而在接收机处对这些数据流进行解复用，由此在不多占用频率和时间资源的情况下就可提高数据传送速率，从而可以显著提高频谱效率。通常，需要将FEC(前向纠错编码)与MIMO相结合来改进恶劣无线环境下的传输质量。在这些将FEC和MIMO相结合的方案中，有两种结合方法，一种称为垂直编码MIMO，即先对数据流进行FEC和调制，然后进行串/并变换分成多个子数据流发送到多个天线上去；另一种称为水平编码MIMO，即先对数据流进行串/并变换，对每个子流进行FEC和调制，然后发送到各个天线上。在结合HARQ时，垂直编码MIMO在FEC前加CRC(循环冗余校验)，而水平MIMO在串/并变换后加CRC。如图1所示的水平编码方案比垂直编码方案相比更有吸引力，这是因为，在水平编码方案中，每个数据流都有自己独立的FEC&MOD(调制)模块，因而，每个数据流的数据传送速率可以根据其对应的信道状态而改变，并且，每个数据流可设置单独的CRC，在接收端检测发现某个CRC校验错误时可以只要求重发该数据流，而不必重发其它数据流。
图1示出了具有2个发送天线的2Tx水平编码MIMO通信系统。下面对其进行详细描述。
在单用户MIMO系统中，在发送机处，首先由S/P(串/并)转换部将源数据块输入部输入的源数据块分解为两个数据流；在多用户MIMO系统中，来自两个用户的数据流直接进入下一个模块，接着，分别由两个FEC&MOD模块对这两个数据流进行前向纠错编码和调制，最后分别由两个发送天线将经编码调制后的数据流发送出去。
在单用户MIMO系统中，假定接收机具有至少两个接收天线。这意味着在接收机处，可以通过诸如MMSE(最小均方误差准则)或ZF(迫零准则)的线性检测方法或者诸如MLD(最大似然准则)的非线性检测方法来检测发送机所发送的两个数据流。具体而言，接收机中的MIMO检测部对由接收天线接收到的数据流进行检测。之后，分别由每个支路上的DEM&DEC部对检测到的数据流进行解调和解码。将经解调和解码后的数据流一起输入到P/S(并/串)转换部中，在此，判断两个数据流的解码输出(在很多系统如3GPP LTE、IEEE 802.16E中采用CRC校验)是否正确。若解码输出(例如，CRC校验)正确，则对两个解码后的数据流进行复用，从而恢复出原始的源数据块。类似的是，在多用户MIMO系统中，各个用户侧接收机同样利用各种MIMO检测算法，来检测出属于该用户自己的数据流。
为了适应在无线多径信道中传输，需要利用OFDM(正交频率复用)技术，在这种情况下MIMO技术仍然适用，图2示出了带有OFDM结构的水平编码2Tx MIMO通信系统。
和图1相比，在发送机处，增加了IFFT&CP添加部，以对经FEC&MOD部处理后的数据流进行快速傅利叶逆变换并添加CP(循环前缀)，从而消除多径衰落效应。之后，将经快速傅利叶逆变换并添加了CP后的数据流通过相应的发送天线发送出去。而且，和图1相比，在接收机处，增加了FFT&CP去除部，以对每个接收天线接收到的信号进行傅利叶变换并去除CP。其它组成部分以及相应的处理与图1中所示的单载波情形相同，在此不再详细描述。
在包传输系统中，数据流经发送端发送后需要等待接收端告知是否正确接收的消息，如果接收端正确接收，则发送ACK(确认)，或不发送任何消息，发送端收到ACK或者没收到反馈后可以发送下一个数据包；如果接收端不能正确接收，则发送NACK(否定确认)，发送端收到NACK后需要重新发送该数据包。接收端判断接收正确与否是根据数据包尾部的CRC(循环冗余校验)来实现的。这种重发请求机制在MIMO系统中的应用可以用图3表示，考虑到水平编码的MIMO优于垂直编码的MIMO，因此只给出水平编码的2Tx MIMO通信系统的常规HARQ机制的接收处理。
如果通过一个发送天线发送的一个数据块在接收机处经CRC校验后被检测为是正确的，则可以缓冲该数据块并等待其他数据块。如果检测出有一个数据块存在差错，则通过NACK反馈来请求在同一发送天线上重发该数据块。在此情况下，第一次发送和随后的重发可能经历同样的空间衰落信道，从而重发的差错率可能依然很高，在慢变衰落环境下尤其如此。因此，需要考虑新的重发方案以尽可能减少重发的次数。
文献[2-5]研究了用于改进重发质量的方案，其中一些针对两路重发数据流设计了STC(空时正交编码)或其它的空时编码方案。但是所有这些方案都只适用于垂直编码MIMO通信系统，其中，如果在CRC校验后检测数据块中有差错，即便是只有一个数据块存在差错，也需要重发全部两路数据流。对于水平编码MIMO通信系统，现在还没有用于优化重发质量的方法。
[参考文献]
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发明内容
鉴于现有技术中的上述问题，提出了本发明。本发明的目的在于，提供一种改进的用于水平编码MIMO通信系统的HARQ(混合自动请求重发)方法以及应用了该方法的MIMO通信系统，其中，在发送机处，按照使得通过原先发送了在接收机处被检测出存在差错的数据流的发送天线之外的其它发送天线来重发所述数据流的方式，来确定要发送的数据流与多个发送天线之间的对应关系。
根据本发明的第一方面，提供了一种MIMO-HARQ通信系统，其包括发送机和接收机，所述发送机包括多个发送天线，对于单用户MIMO在将该针对用户的源数据块经串/并转换分解成多个数据流并进行编码调制后，或者对于多用户MIMO，在将针对每个用户的数据流直接进行编码调制后，通过所述多个发送天线并行发送经编码调制后的所述多个数据流，所述接收机在接收到所述多个数据流并对各数据流分别进行解调和解码处理后，分别对各数据流进行CRC校验，在检测到一个数据流存在差错时，向所述发送机进行反馈以请求重发存在差错的所述一个数据流，其中，所述发送机包括重发顺序确定部，所述重发顺序确定部按如下方式确定要发送的数据流与所述多个发送天线之间的对应关系，即，使得通过原先发送了存在差错的所述一个数据流的发送天线之外的其它发送天线来重发所述一个数据流。
优选的是，在上述MIMO-HARQ通信系统中，所述发送机还包括重发顺序通知部，该重发顺序通知部将所述重发顺序确定部所确定的重发顺序通知给所述接收机，以使所述接收机能够按正确的顺序来恢复数据。
优选的是，在上述MIMO-HARQ通信系统中，所述重发顺序确定部按照所述发送机和所述接收机共知的方式来确定新的发送顺序，并在发送顺序被修改的情况下向所述接收机发送一标志以通知修改了发送顺序。
优选的是，在上述MIMO-HARQ通信系统中，在所述发送机中，分别对所述多个数据流应用不同的编码调制方案。
优选的是，在上述MIMO-HARQ通信系统中，所述重发顺序确定部按照循环方式来确定要发送的数据流与所述多个发送天线之间的对应关系。
优选的是，上述MIMO-HARQ通信系统还被与OFDM发送模式或单载波发送模式相结合。
优选的是，在上述MIMO-HARQ通信系统中，所述接收机还向所述发送机反馈预编码矢量或矩阵索引或者量化信道信息，以指示对每个数据流进行预编码。
根据本发明的第二方面，提供了一种在MIMO-HARQ通信系统中使用的重发顺序确定方法，所述MIMO-HARQ通信系统包括发送机和接收机，所述发送机包括多个发送天线，对于单用户MIMO，在将该针对用户的源数据块经串/并转换分解成多个数据流并进行编码调制后，或者对于多用户MIMO，在将针对每个用户的数据流直接进行编码调制后，通过所述多个发送天线并行发送经编码调制后的所述多个数据流，所述接收机在接收到所述多个数据流并对各数据流分别进行解调和解码处理后，分别对各数据流进行CRC校验，在检测到一个数据流存在差错时，向所述发送机进行反馈以请求重发该数据流，其特征在于，所述重发顺序确定方法包括以下步骤：按照使得通过原先发送了存在差错的所述一个数据流的发送天线之外的其它发送天线来重发所述一个数据流的方式，来确定要发送的数据流与所述多个发送天线之间的对应关系。
根据本发明的上述技术方案，通过除原先发送在接收机处被检测出存在差错的数据流的发送天线之外的其它发送天线来重发所述数据流，从而，同一数据流的发送和重发经历了不同的空间衰落信道，从而不仅通过重发获得了时间分集增益，而且通过交换发送顺序获得了附加的空间分集增益，由此可以提高发送成功的概率。
附图说明
以下附图构成了本说明书的一部分，并与文字描述一起用于阐释本发明的原理。其中：
图1示意性地示出了具有2个发送天线的2Tx水平编码MIMO通信系统；
图2示意性地示出了带有OFDM结构的2Tx水平编码MIMO通信系统；
图3示出了针对水平解码2Tx MIMO通信系统的常规HARQ机制的接收处理；以及
图4示意性地示出了本发明的MIMO-HARQ通信系统中的发送机的结构框图。
具体实施方式
下面参照图4来对本发明的MIMO-HARQ通信系统进行说明。
和前面对现有技术的描述一样，以两个发送天线和两层数据流为例对本发明的水平编码MIMO通信系统进行说明。然而，本发明并不限于这种情况，也可以采用两个以上的发送天线和两层以上的数据流或者采用垂直编码MIMO通信系统。
在初始发送时，分别通过发送天线1和2来发送数据块Block1，0和Block2，0。如果在接收机处通过CRC校验检测出接收到的数据流1存在差错(也可以是接收到的数据流2存在差错，对此的处理与下面的类似)，则在下一发送时隙通过发送天线2来重发数据块Block1，0，并通过发送天线1来发送新产生的数据块Block2，1。如果数据块Block1，0还存在差错，则在第2个重发时隙，通过发送天线1来重发数据块Block1，0。类似地，如果数据流2存在差错，则通过发送天线1来重发它。
总之，如果在接收机处检测出接收到的一个数据块存在差错，则在发送机出的两个发送天线处交换发送顺序来对存在差错的数据块进行重发。相应地，在接收机处，按照与发送机处的发送顺序相同的顺序来对接收到的数据流进行组合。
具体来说，和现有技术的水平编码MIMO通信系统不同的是，如图4所示，在本发明的MIMO-HARQ通信系统的发送机中还包括重发顺序确定部和重发顺序通知部，所述重发顺序确定部用于执行上面描述的交换重发顺序的处理，而所述重发顺序通知部将所述重发顺序确定部所确定的重发顺序通知给所述接收机，以使所述接收机能够按正确的顺序来恢复数据。
下表示出了水平编码MIMO通信系统的常规HARQ重发方案和本发明的HARQ重发方案的比较。其中，Tx1、Tx2分别代表不同的发送天线。
Figure A20081008292300111
根据本发明的HARQ重发方案，同一数据块的发送和重发经历了不同的空间衰落信道，从而不仅通过重发获得了时间分集增益，而且通过交换发送顺序获得了附加的空间分集增益，由此可以提高发送成功的概率。而按照常规方案，始终在同一发送天线上发送同一数据块，从而无法获得重发的空间分集增益，因而其发送成功的概率受到限制。
此外，在本发明的上述MIMO-HARQ通信系统中，重发顺序确定部可以按发送机和接收机共知的预定方式来交换重发顺序，在此情况下，发送机仅需要在修改了发送顺序时通过重发顺序通知部向接收机发送一标志以通知修改了发送顺序。
此外，在本发明的上述MIMO-HARQ通信系统中，针对各数据流的各个FEC&MOD部可以采用相同的编码和调制方案，也可以采用不同的编码和调制方案。优选的是，各个FEC&MOD部采用不同的编码和调制方案，这样可以进一步提高重发的质量。在不同数据流采用不同编码调制方案时，对于改变了发送天线的数据流，也必须相应改变编码调制方案以及数据块大小以适应当前发送天线上的信道质量。另外，在采用闭环MIMO系统时，还可以调整MIMO预编码矢量(矩阵)来适应当前信道状态。
此外，可以将本发明的上述MIMO-HARQ通信系统与OFDM或单载波发送相结合来使用，以用于不同通信环境。
此外，本发明的上述MIMO-HARQ通信系统，除了可以用ACK或NACK对接收到的数据块是否存在差错进行反馈外，还可反馈预编码矢量(矩阵)索引或量化信道信息等，以指示对每个数据流进行预编码。相应地，对应于每一个发送天线可以具有预编码权重。
此外，在本发明的上述MIMO-HARQ通信系统中，可以基于发送要求来确定多个数据流与多个发送天线之间的映射关系。
此外，在本发明的上述MIMO-HARQ通信系统中，在发送机处，可以存在两个以上的发送天线，相应地存在两个以上的数据流。当在接收机处检测出接收到的一个数据块存在差错时，重发顺序确定部循环交换发送天线处的发送顺序。例如，如果在发送天线1上发送的数据块1在经接收机的检测后被反馈以NACK，则在发送天线2上重发该数据块1；如果在发送天线2上发送的数据块2在经接收机的检测后也被反馈以NACK，则在发送天线3上重发该数据块2，或者如果反馈的是ACK，则产生新的数据块2并在发送天线3上发送；依此类推，对于最后一个数据块N，当接收中存在差错时，在发送天线1上重发它，而当正确接收时，在发送天线1上发送新的数据块N。然而，本发明并不限于上述交换发送方式，而可以按在原发送天线之外的其它发送天线处重发在接收中被检测出存在差错的数据块的方式来组织重发/新产生的数据块与发送天线之间的映射关系。
需要说明的是，本发明还可通过用于实现上述HARQ方法的计算机程序以及记录有该程序的计算机可读记录介质。作为记录介质，这里可以使用计算机可读的软盘、硬盘、半导体存储器、CD-ROM、DVD、磁光盘(MO)以及其它介质。
尽管以上仅选择了优选实施例来例示本发明，但是本领域技术人员根据这里公开的内容，很容易在不脱离由所附权利要求限定的发明范围的情况下进行各种变化和修改。上述实施例的说明仅是例示性的，而不构成对由所附权利要求及其等同物所限定的发明的限制。

Claims (14)

1、一种MIMO-HARQ通信系统，其包括发送机和接收机，所述发送机包括多个发送天线，在将来自同一数据源的源数据块经串/并转换分解成多个数据流分别对各数据流进行编码调制后，或者在对来自不同数据源的多个数据流分别进行编码调制后，通过所述多个发送天线并行发送经编码调制后的所述多个数据流，所述接收机在接收到所述多个数据流并对各数据流分别进行解调和解码处理后，分别对各数据流进行CRC校验，在检测到一个数据流存在差错时，向所述发送机进行反馈以请求重发存在差错的所述一个数据流，
其特征在于，
所述发送机包括重发顺序确定部，所述重发顺序确定部按如下方式确定要发送的数据流与所述多个发送天线之间的对应关系，即，使得通过原先发送了存在差错的所述一个数据流的发送天线之外的其它发送天线来重发所述一个数据流。
2、如权利要求1所述的MIMO-HARQ通信系统，其特征在于，所述发送机还包括重发顺序通知部，该重发顺序通知部将所述重发顺序确定部所确定的重发顺序通知给所述接收机，以使所述接收机能够按正确的顺序来恢复数据。
3、如权利要求2所述的MIMO-HARQ通信系统，其特征在于，所述重发顺序确定部按照所述发送机和所述接收机共知的方式来确定新的发送顺序，并且重发顺序通知部在发送顺序被修改的情况下向所述接收机发送一标志以通知修改了发送顺序。
4、如权利要求1所述的MIMO-HARQ通信系统，其特征在于，在所述发送机中，分别对所述多个数据流应用不同的编码调制方案。
5、如权利要求4所述的MIMO-HARQ通信系统，其特征在于，在所述多个数据流与所述多个发送天线之间的对应关系被改变后，各数据流的编码调制方案和数据块大小以及预编码矢量或矩阵被相应改变以与该数据流当前的发送天线相对应。
6、如权利要求1所述的MIMO-HARQ通信系统，其特征在于，所述重发顺序确定部按照循环方式来确定要发送的数据流与所述多个发送天线之间的对应关系。
7、如权利要求1所述的MIMO-HARQ通信系统，其特征在于，该MIMO-HARQ通信系统被与OFDM发送模式或单载波发送模式相结合。
8、如权利要求1所述的MIMO-HARQ通信系统，其特征在于，所述接收机还向所述发送机反馈预编码矢量或矩阵索引或者量化信道信息，以指示对每个数据流进行预编码。
9、一种在MIMO-HARQ通信系统中使用的重发顺序确定方法，所述MIMO-HARQ通信系统包括发送机和接收机，所述发送机包括多个发送天线，在将来自同一数据源的源数据块经串/并转换分解成多个数据流并对各数据流进行编码调制后，或者在对来自不同数据源的多个数据流分别进行编码调制后，通过所述多个发送天线并行发送经编码调制后的所述多个数据流，所述接收机在接收到所述多个数据流并对各数据流分别进行解调和解码处理后，分别对各数据流进行CRC校验，在检测到一个数据流存在差错时，向所述发送机进行反馈以请求重发该数据流，
其特征在于，
所述重发顺序确定方法包括以下步骤：
按照使得通过原先发送了存在差错的所述一个数据流的发送天线之外的其它发送天线来重发所述一个数据流的方式，来确定要发送的数据流与所述多个发送天线之间的对应关系。
10、如权利要求9所述的重发顺序确定方法，
其特征在于，所述重发顺序确定方法还包括以下步骤：
将确定的重发顺序通知给所述接收机，以使所述接收机能够按正确的顺序来恢复数据。
11、如权利要求9所述的重发顺序确定方法，其特征在于，按照所述发送机和所述接收机共知的方式来确定新的发送顺序，并在发送顺序被修改的情况下向所述接收机发送一标志以通知修改了发送顺序。
12、如权利要求9所述的重发顺序确定方法，其特征在于，在所述发送机中，分别对所述多个数据流应用不同的编码调制方案。
13、如权利要求12所述的重发顺序确定方法，其特征在于，在所述多个数据流与所述多个发送天线之间的对应关系被改变后，相应改变各数据流的编码调制方案和数据块大小以及预编码矢量或矩阵以与该数据流当前的发送天线相对应。
14、如权利要求9所述的重发顺序确定方法，其特征在于，按照循环方式来确定要发送的数据流与所述多个发送天线之间的对应关系。
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