CN101635614B - 在多输入多输出系统中的重传方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在多输入多输出系统中的重传方法和设备，其主要方案为：将已执行过的传输指定数据操作时采用的等效信道相关矩阵，分别与当前确定的多个等效信道相关矩阵相加，得到多个重传等效信道相关矩阵；从得到的多个重传等效信道相关矩阵中选择一个满足设定条件的重传等效信道相关矩阵；利用选择的重传等效信道相关矩阵对应的空时编码矩阵对所述指定数据执行空时编码操作后发送。通过本发明，在信噪比一定的情况下，降低了重传的误码率，提高了重传性能，增大了重传成功的可能性。

Description

在多输入多输出系统中的重传方法和设备

技术领域

本发明涉及通信领域的数据传输技术，尤其涉及一种在多输入多输出（Multi Input Multi Output，MIMO）系统中的重传方法和设备。

背景技术

MIMO技术是现代通信技术中的一个重要技术，通过MIMO技术可以在通信系统的发送端和接收端分别安装多个天线，利用各天线之间独立的多径衰落来提高系统的容量和可靠性。

传统的在MIMO系统中进行重传的方法是利用混合自动重传请求（HybridAutomatic Repeat reQuest，HARQ）实现的，HARQ是3GPP标准中的一项重要的服务质量保证（Quality ofService，QoS）措施，是长期演进标准（Long termevaluation，LTE）的一项关键技术。HARQ是指同时利用前向纠错（Forward ErrorCorrection，FEC）和自动重传请求（Automatic Repeat reQuest，ARQ）两种差错控制技术来降低系统的误码率，以确保服务质量。在第一次发送的符号无法正确解调的情况下，通过请求重传，发送端发送冗余信息，接收端通过合并重传的信息来提高接收的正确率，从而保证正确解调。

在MIMO系统中实现的传统HRAQ技术中没有考虑到当前的信道状态对重传的影响，在每一次重传时都采用固定的空时编码矩阵进行传输，使每一次重传都很难达到较好的传输性能；并且，接收端必须具备对多种空时编码矩阵进行处理后的数据进行解码的能力，增加了接收端的复杂度。

发明内容

本发明实施例提供了在MIMO系统中重传的方法和设备，以提高重传的性能。

一种在多输入多输出系统中的重传方法，该方法包括：

将已执行过的传输指定数据操作时采用的等效信道相关矩阵，分别与当前确定的多个等效信道相关矩阵相加，得到多个重传等效信道相关矩阵，其中，所述多个等效信道相关矩阵是根据当前信道条件和预先设置的多组离散矩阵确定的；

根据重传等效信道相关矩阵的信号功率元素值和干扰功率元素值，从得到的多个重传等效信道相关矩阵中选择一个满足设定条件的重传等效信道相关矩阵；

利用选择的重传等效信道相关矩阵对应的空时编码矩阵对所述指定数据执行空时编码操作后发送。

一种在多输入多输出系统中的重传设备，该设备包括：

等效信道相关矩阵确定模块，用于根据当前信道条件和预先设置的多组离散矩阵，计算确定多个等效信道相关矩阵，并发送给重传等效信道相关矩阵获得模块；

重传等效信道相关矩阵获得模块，用于将已执行过的传输指定数据操作时采用的等效信道相关矩阵，分别与当前确定的多个等效信道相关矩阵相加，得到多个重传等效信道相关矩阵；

选择模块，用于根据重传等效信道相关矩阵的信号功率元素值和干扰功率元素值，从得到的多个重传等效信道相关矩阵中选择一个满足设定条件的重传等效信道相关矩阵；

重传模块，用于利用选择的重传等效信道相关矩阵对应的空时编码矩阵对所述指定数据执行空时编码操作后发送。

本发明实施例综合考虑了本次重传之前，已执行过的传输指定数据时采用的等效信道相关矩阵对当前重传的影响后，得到多个重传等效信道相关矩阵，并从中选择一个合适的重传等效信道相关矩阵，利用选择的该矩阵对应的空时编码矩阵对指定数据进行空时编码操作后发送，在信噪比一定的情况下，降低了重传的误码率，提高了重传性能，增大了重传成功的可能性。

附图说明

图1为本发明实施例一中在MIMO系统中的重传方法步骤流程示意图；

图2为仿真实例中误码率随信噪比变化的对比示意图；

图3（a）和图3（b）为本发明实施例二中在多输入多输出系统中的重传设备结构示意图。

具体实施方式

为了实现本发明目的，预先设置由多个空时编码矩阵组成的矩阵组，计算获得每个空时编码矩阵对应的等效信道相关矩阵，得到等效信道相关矩阵组，根据瞬时信道条件确定各等效信道相关矩阵中的信号功率元素值和干扰功率元素值，结合之前传输相同的数据时所采用的等效信道相关矩阵，自适应地确定一个合适的重传等效信道相关矩阵，利用其对应的空时编码矩阵进行空时编码操作后将所述数据重传，在信噪比一定的情况下，可以降低重传的误码率，提高了传输性能，并且一定程度上可以降低接收端的复杂度。

在本发明实施例中，等效信道相关矩阵和重传等效信道相关矩阵中的对角线元素表示信号功率元素，此对角线元素值的平方等于该对角线元素表示的信号功率元素的元素值；非对角线元素表示干扰功率元素，某一个非对角线元素值的平方等于该非对角线元素表示的干扰功率元素的元素值。

下面结合说明书附图对本发明进行详细的描述。

如图1所示，为本发明实施例一中在MIMO系统中的重传方法步骤流程示意图，从图中可以看出，该方法包括以下步骤：

步骤101：设置多个等效信道相关矩阵。

设置的多个等效信道相关矩阵是通过对多个空时编码矩阵和当前的信道衰落系数进行计算获得的。

这里的空时编码矩阵组成了矩阵组，下面以发射天线数是4的情况为例，说明矩阵组的组成方法：

发射天线数为4的意思是在4个符号周期内总共要传输4个复数符号。根据线性扩散码的原理，将这4个复数符号的实虚部拆分后得到8个实数符号，利用8个不同的基矩阵对这8个实数符号进行加权求和即可得到一个空时编码矩阵。假如设定的基矩阵总个数为32个，这32个基矩阵可以对32个实数进行加权求和，得到任意的4×4的复数矩阵。在本实施例中，可以从这32个基矩阵中任取8个，存在

种取出8个基矩阵的方案，理论上可以得到

个空时编码矩阵。但这

个空时编码矩阵不一定要全部作为矩阵组中的矩阵，为了减少计算量，可以对这

个空时编码矩阵按照一定的条件预先进行选择，保留部分空时编码矩阵作为矩阵组中的矩阵。

步骤102：根据当前的瞬时信道条件和预先设置的多组离散矩阵计算确定多个等效信道相关矩阵。

在本发明实施例中可以根据信道衰落系数来计算等效信道相关矩阵中的元素，也可以根据信道衰落系数和信噪比来计算等效信道相关矩阵中的元素，还可以根据其他的信道条件中的参数进行计算。

在本步骤中，可以确定每一个获得的等效信道相关矩阵中的各信号功率元素值和干扰功率元素值，也可以根据实际情况，确定部分等效信道相关矩阵中的各信号功率元素值和干扰功率元素值。

步骤103：确定已执行过的传输指定数据操作时采用的等效信道相关矩阵中的信号功率元素值和干扰功率元素值。

所述已执行过的传输指定数据操作时采用的等效信道相关矩阵，可以是与当前重传相邻的前一次传输指定数据时采用的等效信道相关矩阵；也可以是当前重传之前每一次传输指定数据时采用的等效信道相关矩阵之和。若当前重传是第一次重传，在当前重传之前，已经对指定数据进行了首次传输，此时已执行过的传输指定数据操作时采用的等效信道相关矩阵是指首次传输时采用的等效信道相关矩阵；若当前是第N（N＞1）次重传，在当前重传之前，已经对指定数据进行了首次传输和N-1次重传，则已执行过的传输指定数据操作时采用的等效信道相关矩阵可以是指第N-1次重传时采用的等效信道相关矩阵，也可以是指首次传输和已执行过的每次重传中分别采用的等效信道相关矩阵之和，还可以是首次传输和已执行过的每次重传中任意几次采用的等效信道相关矩阵之和。

步骤104：将步骤103中确定的等效信道相关矩阵，分别与步骤102中计算获得的多个等效信道相关矩阵相加，得到多个重传等效信道相关矩阵。

例如：步骤102中得到10个等效信道相关矩阵分别是矩阵₁₀、矩阵₁₁......矩阵₁₉，步骤103中确定出2个等效信道相关矩阵，分别是矩阵₂₀和矩阵₂₁，则执行完本步骤中可以得到10个重传等效信道相关矩阵，分别是矩阵₃₀=矩阵₁₀+矩阵₂₀+矩阵₂₁、矩阵₃₁=矩阵₁₁+矩阵₂₀+矩阵₂₁......矩阵₃₉=矩阵₁₉+矩阵₂₀+矩阵₂₁。

步骤105：根据重传等效信道相关矩阵的信号功率元素值和干扰功率元素值，选择一个满足设定条件的重传等效信道相关矩阵。

若满足设定条件的重传等效信道相关矩阵有多个，则可以从中选择一个，将选择的重传等效信道相关矩阵对应的空时编码矩阵作为对当前待重传的数据进行重传时执行空时编码操作的矩阵。

步骤106：利用选择的重传等效信道相关矩阵对应的空时编码矩阵对待重传的数据执行空时编码操作后发送。

通过以上步骤101至步骤106的描述，实现了在MIMO系统中的一次重传过程，下面再对各步骤的具体实现方式进行详细阐述。

在步骤101中，根据本发明思想，是将

种可能性中的部分空时编码矩阵作为矩阵组中的矩阵，按照一定的条件确定这部分空时编码矩阵作为矩阵组中的矩阵方法可以用以下例子来说明。

利用所选的8个基矩阵可计算得到

个空时编码矩阵，由于每个空时编码矩阵对应一个等效信道相关矩阵，因此可以得到

个等效信道相关矩阵。观察得到的每个等效信道相关矩阵中信号功率元素和干扰功率元素的排列位置，挑选出非零干扰功率的对应元素的排列位置相同的等效信道相关矩阵。例如，挑选出的等效信道相关矩阵都具有公式（1）所示的形式，则可以将挑选出的等效信道相关矩阵对应的空时编码矩阵作为矩阵组中的矩阵。

${\tilde{H}}_c=\left[\begin{array}{cccccccc}t& a& & & & & & \\ a& t& & & & & & \\ & & t& a& & & & \\ & & a& t& & & & \\ & & & & t& a& & \\ & & & & a& t& & \\ & & & & & & t& a\\ & & & & & & t& a\end{array}\right]---\left(1\right)$

在公式（1）中，

表示等效信道相关矩阵，对角元素t表示等效信道相关矩阵一行中的信号功率元素；非对角元素a表示同一行中的干扰功率元素。公式（1）中每行的干扰功率元素即非对角线元素相同，并且得到的每一个2×2分块矩阵形式相同，等效信道相关矩阵

与其转置

相同。本发明实施例一中不限于2×2分块矩阵这种形式，挑选出的等效信道相关矩阵中的分块矩阵可以是n×n的形式，其中n≥1。

通过上述方法设置出矩阵组后，由于矩阵组中每一个空时编码矩阵对应的等效信道相关矩阵的结构类似，因此接收端只要支持相应的同一种解码操作即可，而不必全部支持每次重传发送端可能采用的完全不同的空时编码方式对应的解码操作，降低了接收端的复杂度。

为了使空时编码的性能进一步提高，还可以尽量选择干扰功率很小甚至干扰功率元素值为零的等效信道相关矩阵对应的空时编码矩阵。例如，采用2根发射天线时，Alamouti编码的等效信道相关矩阵是对角阵，干扰功率元素值全部为零，但在其他条件下，不一定存在干扰功率元素值全为零的等效信道相关矩阵，因此，选择的等效信道相关矩阵中非零干扰功率对应的元素个数应尽量少。

另外，在步骤101中还需要通过空时编码矩阵确定出设置的等效信道相关矩阵，具体的确定过程如下：

任何一种空时编码矩阵都可以归结为线性离散码（LDC）的一种特例，LDC的码字构成方法可以通过公式（2）表示如下：

$S=\underset{q=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}({x_q}^R{A}_q+{x_q}^I{B}_q)---\left(2\right)$

其中：x_q＝x_q ^R+jx_q ^I是由2m个比特数据调制后的符号，m为构成一个调制符号的比特个数的一半，()^R和()^I分别表示一个符号的实部和虚部，A_q,B_q被称作离散矩阵，均是维度为N_t×T的矩阵，N_t表示发射天线数，T是传输这个编码块的过程中所用的符号周期，Q表示码字矩阵中所包含的调制符号的个数。对于给定的天线数，LDC码字的设计与T、Q和离散矩阵{A_q,B_q}的选择有很大的关系。

根据公式（2）可以看出，利用当前信道条件确定与发射天线条数N_t相同个数的复数符号，每个复数符号可以拆分为实部和虚部，得到2N_t个符号，每个符号分别与一组离散矩阵中的一个离散相乘作为加权，再将得到的2N_t个加权后的矩阵相加，得到一个空时编码矩阵。预先设置了多组离散矩阵，则可以得到多个空时编码矩阵，由于每个空时编码矩阵对应一个等效信道相关矩阵，因此，可以根据当前信道条件和预先设置的多组离散矩阵确定多个等效信道相关矩阵。

具体地，LDC系统模型可以描述为公式（3）的形式：

$R=\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{N_t}}\mathrm{HS}+V---\left(3\right)$

其中，H表示N_r×N_t维的信道矩阵，其中，N_r表示接收天线数，N_t表示发射天线数，S表示公式（2）中生成的N_t×T维的空时编码矩阵，V和R分别为N_r×T维的矩阵，其元素表征了每根接收天线在每个符号周期的接收信号和噪声。R、H、S、V均为复数矩阵，其中每一个元素都是复数。ρ表示接收天线上的信噪比。

通过维度扩展，可以将公式（3）中复数形式的系统模型转化为公式（4）所示的实数形式的系统模型：

$\tilde{r}=\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{N_t}}\tilde{H}\tilde{x}+\widetilde{\mathrm{\η}}---\left(4\right)$

其中：

$\tilde{r}=\left[\begin{array}{c}{\left[R^R\right]}_1\\ {\left[R^I\right]}_1\\ .\\ .\\ .\\ {\left[R^R\right]}_T\\ {\left[R^I\right]}_T\end{array}\right],$ $\tilde{x}=\left[\begin{array}{c}{x_1}^R\\ {x_1}^I\\ .\\ .\\ .\\ {x_Q}^R\\ {x_Q}^I\end{array}\right],$ $\widetilde{\mathrm{\η}}=\left[\begin{array}{c}{\left[V^R\right]}_1\\ {\left[V^I\right]}_1\\ .\\ .\\ .\\ {\left[V^R\right]}_T\\ {\left[V^I\right]}_T\end{array}\right],$

上角标R和I表示对矩阵取实数和取虚数，[R^R]_n,[R^I]_n,[V^R]_n,[V^I]_n分别代表R^R,R^I,V^R,V^I的第n列。而的表达式中 $A_q=\left[\begin{array}{cc}{A}_q^R& A_q^I\\ -A_q^I& A_q^R\end{array}\right],$ $B_q=\left[\begin{array}{cc}{B}_q^R& B_q^I\\ -B_q^I& B_q^R\end{array}\right],$ h _n＝[(H^R)_n(H^I)_n]，(H^R)_n,(H^I)_n分别代表H^R，H^I的第n行。

公式（4）中

可以称为”等效信号项”，它是一个实数列向量，是将调制后的符号的实部与虚部进行拆分后，将其按序在列方向上交替排列而构成。

也是一个实数列向量，表征等效接收信号。

表示等效的噪声矢量。而

是等效系统模型中的“等效信道矩阵”，等效信道矩阵中体现着瞬时的信道信息和空时编码矩阵的离散状态信息。

通过公式（4）式可知，空时编码的相关信息从空时编码矩阵S中转移到了

中。即空时编码矩阵S的形式与

的形式一一对应，通过分析

的特征可以得到空时编码的相关特征。

接收端译码时，需要先经过匹配滤波器H^T，则：

公式（5）中的

是等效信号项，

矩阵就是等效信道相关矩阵

其中的对角线元素表征信号功率的幅值，即有效信号的幅值，而非对角线元素则代表干扰功率的幅值。等效信号项中对应每个实数符号的信道增益可以通过

体现出来。

在步骤102中，获得各等效信道相关矩阵中信号功率元素值和干扰功率元素值之后，还可以直接将干扰功率元素值取负数，可以让用户后续可使用的等效信道相关矩阵的个数增加一倍。在本发明中，由于干扰功率元素值的正负号不会影响单次传输的检测性能，因此，仅仅是干扰功率元素值的正负号不同的等效信道相关矩阵可以看作是完全等价的。例如，根据当前的瞬时信道条件计算出了4个等效信道相关矩阵中的全部元素值，此时，将每个等效信道相关矩阵中的干扰功率元素值取负数，就又得到了4个新的等效信道相关矩阵，可以将最终得到的8个等效信道相关矩阵用于后续的操作。

在步骤104中，将多个等效信道相关矩阵进行相加时，实际上就是将每个矩阵之间相同位置的信号功率元素值和干扰功率元素值相加。

在步骤105中，选择满足设定条件的重传等效信道相关矩阵的方法包括但不限于以下两种方法：

第一种方法：确定步骤104中得到的每个重传等效信道相关矩阵的信干比，从中选择信干比不小于第一门限值的矩阵，在这里的信干比是指：一个重传等效信道相关矩阵中各对角线元素的和与各非对角元素绝对值的和之比。由于非对角元素值的平方等于干扰功率元素值，因此，所述信干比也可以是指：一个重传等效信道相关矩阵中各信号功率元素值的和与各干扰功率元素值的和之比。信干比的计算方式不同采用的第一门限值也可以相应的改变。

另外，若存在多个重传等效信道相关矩阵的信干比不小于第一门限值，则可以任意选择其中一个重传等效信道相关矩阵，也可以选择信干比最大的重传等效信道相关矩阵。

对于同一个重传等效信道相关矩阵而言，虽然利用对角线元素的和与非对角元素绝对值的和之比得到的信干比与利用信号功率元素值的和与干扰功率元素值的和之比得到的信干比在数值上不同，但是对于多个重传等效信道相关矩阵而言，只要采用相同的信干比计算方法，在按照信干比由小至大的顺序排列时，不论以哪种方式获得信干比，矩阵之间排列的顺序都相同。

这种情况适用于任何形式的重传等效信道相关矩阵，例如：执行步骤104后得到的重传等效信道相关矩阵为如下的

和

则可以通过分别确定

和

的信干比来选择合适的重传等效信道相关矩阵。

第二种方法：这里的第二种方法是第一种方法的特例，它的前提是步骤104中获得的多个重传等效信道相关矩阵之间，非零干扰功率的对应元素的排列位置相同，本方法包括以下三步：1、从获得的多个重传等效信道相关矩阵中确定第一矩阵组，该第一矩阵组中任意两个等效信道相关矩阵之间，每行的信号功率元素值相同；2、从所述第一矩阵组中进一步确定第二矩阵组，该第二矩阵组中任意一个重传等效信道相关矩阵中每行的信号功率元素值相同；3、从所述第二矩阵组中选择一个干扰功率元素值之和不大于第二门限值的重传等效信道相关矩阵。例如：重传等效信道相关矩阵为如下的

和

其对角线中的元素都是t，非零干扰功率在

和

中的位置相同，则从中选择每行中干扰功率绝对值的和不大于第二门限值的矩阵。由于在这种情况下的重传等效信道相关矩阵存在对称性，因此第一行非对角线元素的绝对值的和与其他行相同，所以只需要计算一行非对角线元素的绝对值的和。由于可能存在多个每行中干扰功率绝对值的和不大于第二门限值的重传等效信道相关矩阵，因此，可以从中任意选择一个，也可以选择每行中干扰功率绝对值的和最小的矩阵。

在第一种和第二种获得满足设定条件的等效信道相关矩阵的方法中涉及了第一门限值和第二门限值，这两个值的确定方法包括但不限于：根据经验值确定、根据当前的信道条件确定或其他可能的确定方法。

如果本实施例一中的当前重传是第一次重传，判断当前的信道衰落系数与相邻的前一次传输所述指定数据时的信道衰落系数之差是否小于阈值，若不小于，则执行以上步骤101至步骤106的方案；若衰落系数之差小于阈值，则可以执行以上步骤101至步骤106的方案，也可以直接将相邻的前一次传输时确定的等效信道相关矩阵

中的非对角线元素值取负，得到的等效信道相关矩阵

作为本次的等效信道相关矩阵，则本次的重传等效信道相关矩阵

${\tilde{H}}_c^{1+2}={\tilde{H}}_c^1+{\tilde{H}}_c^2.$

下面以4根发射天线和1根接收天线为例，说明判断信道状态改变量是否较小的方法。假设h_i表示第i根发射天线到接收天线的信道衰落系数，上一次传输相同数据时信道衰落系数为：h₁、h₂、h₃和h₄，当前重传时的信道衰落系数为：h′₁、h′₂、h′₃和h′₄，依次比较上一次传输和当前重传时的信道衰落系数，若两次传输的每一根天线的信道衰落系数之差都小于阈值，则认为信道状态改变量较小；否则，认为信道状态改变量较大。

下面通过一个仿真实例说明利用本发明实施例一的重传方法。

在本仿真实例中，设定发射天线数Nt=4，接收天线数Nr=1，编码块符号周期T=4，空时编码矩阵为4×4的矩阵。根据当前信道条件计算并调制后的符号的实部与虚部进行拆分后得到：

这8个符号。

第一步：确定16组正交基C₁至C₁₆作为调制得到的8个符号的离散矩阵，这16个正交基的复数加权可以构成任意的4×4矩阵。这16组正交基C如下：

$C_1=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$ $C_2=\left[\begin{array}{cccc}j& 0& 0& 0\\ 0& -j& 0& 0\\ 0& 0& j& 0\\ 0& 0& 0& -j\end{array}\right]$

$C_3=\left[\begin{array}{cccc}0& -1& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& -1\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right]$ $C_4=\left[\begin{array}{cccc}0& j& 0& 0\\ j& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& j\\ 0& 0& j& 0\end{array}\right]$

$C_5=\left[\begin{array}{cccc}j& 0& 0& 0\\ 0& j& 0& 0\\ 0& 0& -j& 0\\ 0& 0& 0& -j\end{array}\right]$ $C_6=\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& -1\end{array}\right]$

$C_7=\left[\begin{array}{cccc}0& j& 0& 0\\ -j& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& -j\\ 0& 0& j& 0\end{array}\right]$ $C_8=\left[\begin{array}{cccc}0& -1& 0& 0\\ -1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right]$

$C_9=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& -1& 0\\ 0& 0& 0& -1\\ -1& 0& 0& 0\\ 0& -1& 0& 0\end{array}\right]$ $C_{10}=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& j& 0\\ 0& 0& 0& -j\\ -j& 0& 0& 0\\ 0& j& 0& 0\end{array}\right]$

$C_{11}=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 1\\ 0& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ -1& 0& 0& 0\end{array}\right]$ $C_{12}=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& j\\ 0& 0& j& 0\\ 0& j& 0& 0\\ j& 0& 0& 0\end{array}\right]$

$C_{13}=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& j& 0\\ 0& 0& 0& -j\\ j& 0& 0& 0\\ 0& -j& 0& 0\end{array}\right]$ $C_{14}=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& -1& 0\\ 0& 0& 0& 1\\ -1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\end{array}\right]$

$C_{15}=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& j\\ 0& 0& -j& 0\\ 0& j& 0& 0\\ -j& 0& 0& 0\end{array}\right]$ $C_{16}=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0\end{array}\right]$

通过以上16个正交基C和16个正交基的复数即jC，可以得到32个基矩阵，从中选择8个作为4个复数符号的系数矩阵，得到空时编码矩阵。

第二步：为了达到减少符号间干扰的目的，可以找到12种空时编码矩阵以及等效信道相关矩阵，其形式可以完全相同。例如，可以得到一个空时编码矩阵的形式如公式（6）所示。

$S=\left(\begin{array}{cccc}{x}_1^R+j{x}_3^R& -x_2^R+j{x}_4^R& -x_1^I+j{x}_3^I& x_2^I+j{x}_4^I\\ x_2^R+j{x}_4^R& x_1^R-j{x}_3^R& -x_2^I+j{x}_4^I& -x_1^I-{\mathrm{jx}}_3^I\\ -x_1^I+j{x}_3^I& x_2^I+j{x}_4^I& x_1^I+{\mathrm{jx}}_3^R& -x_2^R+{\mathrm{jx}}_4^R\\ -x_2^I+{\mathrm{jx}}_4^I& -x_1^I-{\mathrm{jx}}_3^I& x_2^R+{\mathrm{jx}}_4^R& x_1^R-{\mathrm{jx}}_3^R\end{array}\right)---\left(6\right)$

公式（6）所示的空时编码矩阵中，选取的基矩阵是C₁，因此，公式（6）中对角线中元素的实部为

选取的基矩阵是C₉；

选取的基矩阵是C₃；

选取的基矩阵是C₁₁；

选取的基矩阵是C₂；

选取的基矩阵是C₁₃；选取的基矩阵是C₄；

选取的基矩阵是C₁₂。

公式（6）的等效信道相关矩阵的形式与公式（1)相同，其中：t＝|h₁|²+|h₂|²+|h₃|²+|h₄|²，

和

分别表示第j根发射天线到接收天线的信道衰落系数的实部和虚部。

除了公式（6）所示的空时编码矩阵的形式之外，还可以从这32个基矩阵中做选择，写出另外11种不同的空时编码矩阵，其等效信道相关矩阵的形式都与公式（1）相同，只是a值的绝对值不同。

另外，也存在其它空时编码矩阵的等效信道相关矩阵的形式与公式（1）相同，a的幅度相同，但有正负号差异，如公式（7）所示：

${\tilde{H}}_c=\left[\begin{array}{cccccccc}t& -a& & & & & & \\ -a& t& & & & & & \\ & & t& -a& & & & \\ & & -a& t& & & & \\ & & & & t& -a& & \\ & & & & -a& t& & \\ & & & & & & t& -a\\ & & & & & & -a& t\end{array}\right]---\left(7\right)$

在本发明中，认为公式（7）与公式（1）的空时编码矩阵是完全等价的，因为a值的正负号不会影响单次传输的检测性能。

通过对12个空时编码矩阵的计算可以得到12个等效信道相关矩阵，这12个等效信道相关矩阵的形式相同，所不同在于a的绝对值，通过计算可得12个干扰功率分别如下：

$a_1=2|(h_1^R{h}_3^R+h_1^I{h}_3^I)+(h_2^R{h}_4^R+h_2^I{h}_4^I)|$

$a_3=2|(h_1^R{h}_2^R+h_1^I{h}_2^I)+(h_3^R{h}_4^R+h_3^I{h}_4^I)|$

$a_4=2|(h_1^R{h}_3^R+h_1^I{h}_3^I)-(h_2^R{h}_4^R+h_2^I{h}_4^I)|$

$a_5=2|(h_1^R{h}^4+h_1^I{h}_4^I)-(h_2^R{h}_3^R+h_2^I{h}_3^I)|$

$a_6=2|(h_1^R{h}_2^R+h_1^I{h}_2^I)-(h_3^R{h}_4^R+h_3^I{h}_4^I)|$

$a_7=2|(h_1^R{h}_2^I+h_1^I{h}_2^R)+(h_3^R{h}_4^I+h_3^I{h}_4^R)|$

$a_8=2|(h_1^R{h}_3^I+h_1^I{h}_3^R)+(h_2^R{h}_4^I+h_2^I{h}_4^R)|$

$a_9=2|(h_1^R{h}_4^I+h_1^I{h}_4^R)+(h_2^R{h}_3^I+h_2^I{h}_3^R)|$

$a_{10}=2|(h_1^R{h}_2^I-h_1^I{h}_2^R)-(h_3^R{h}_4^I-h_3^I{h}_4^R)|$

$a_{11}=2|(h_1^R{h}_3^I-h_1^I{h}_3^R)-(h_2^R{h}_4^I-h_2^I{h}_4^R)|$

$a_{12}=2|(h_1^R{h}_4^I-h_1^I{h}_4^R)-(h_2^R{h}_3^I-h_2^I{h}_3^R)|$

第三步：假设当前为第一次重传，并且上一次传输时采用的等效信道相关矩阵为 ${\tilde{H}}_c^{\′}\left[\begin{array}{cccccccc}t& a^{\′}& & & & & & \\ a^{\′}& t& & & & & & \\ & & t& a^{\′}& & & & \\ & & a^{\′}& t& & & & \\ & & & & t& a^{\′}& & \\ & & & & a^{\′}& t& & \\ & & & & & & t& a^{\′}\\ & & & & & & a^{\′}& t\end{array}\right],$ 其中的干扰项为a’，则从第二步中确定的等效信道相关矩阵中选择一个，如选择： ${\tilde{H}}_{\mathrm{ci}}=\left[\begin{array}{cccccccc}t& a_i& & & & & & \\ a_i& t& & & & & & \\ & & t& a_i& & & & \\ & & a_i& t& & & & \\ & & & & t& a_i& & \\ & & & & a_i& t& & \\ & & & & & & t& a_i\\ & & & & & & a_i& t\end{array}\right],$ 其中，i表示1至24(包括a分别是正号和负号的情况)中的一个，a′与a_i之和最小。

第四步：将与之和作为重传等效信道相关矩阵

并进行本次重传。

${\tilde{H}}_c=\left[\begin{array}{cccccccc}t+t& a_i+a^{\′}& & & & & & \\ a_i+a^{\′}& t+t& & & & & & \\ & & t+t& a_i+a^{\′}& & & & \\ & & a_i+a^{\′}& t+t& & & & \\ & & & & t+t& {a_i+a}^{\′}& & \\ & & & & a_i+a^{\′}& t+t& & \\ & & & & & & t+t& {a_i+a}^{\′}\\ & & & & & & a_i+a^{\′}& t+t\end{array}\right]---\left(8\right)$

如图2所示，为分别利用本发明方案、传统的Chase合并（ChaseCombining）、部分递增冗余（Partial IR）和干扰相消（Cancel）方案分别在快变的信道条件下得到的误码率（BER）随信噪比（SNR）变化的对比示意图，假设在turbo编码码率为1/2，编码方式为四相相移键控（QPSK），并且当前执行的是第一次重传操作。

Cancel方案是指当前的重传采用的等效信道相关矩阵中的干扰项与上一次传输时采用的等效信道相关矩阵中的干扰项大小相同，符号相反，在接收端进行公式（8）的合并方式，这一方案可以省略等效信道相关矩阵的计算和选择模块，减少运算复杂度；Chase Combining方案是当前重传和上一次传输采用固定的空时编码方式，接收端采用与Cancel方案相同的合并方式；Partial IR方案中，两次传输时的等效信道相关矩阵分别独立求解，最后进行bit级的合并。在快变信道条件下的本发明方案采用线性的最大似然检测译码（直接在实数的接收信号矢量上除以信号功率t），其他的均采用单个复数符号的最大似然检测译码（Single-Symbol Decodable ML）。

从图2中可以看出，在信噪比由小变大的过程中，利用本发明方案得到的曲线图对应的误码率都明显小于其他方案，特别是信噪比达到4dB以后，利用本发明方案得到的误码率比利用Chase Combining和Partial IR方案得到的误码率至少小2个数量级。

与本发明实施例一对应的，本发明实施例二还提供了一种在多输入多输出系统中的重传设备，如图3（a）和图3（b）所示，该设备包括：重传等效信道相关矩阵获得模块11、选择模块12和重传模块13，其中：重传等效信道相关矩阵获得模块11用于将已执行过的传输指定数据操作时采用的等效信道相关矩阵，分别与根据当前信道条件计算获得的多个等效信道相关矩阵相加，得到多个重传等效信道相关矩阵；选择模块12用于从得到的多个重传等效信道相关矩阵中选择一个满足设定条件的重传等效信道相关矩阵；重传模块13用于利用选择的重传等效信道相关矩阵对应的空时编码矩阵对所述指定数据执行空时编码操作后发送。

所述设备还包括等效信道相关矩阵确定模块14，用于根据当前信道条件和预先设置的多组离散矩阵，计算确定所述多个等效信道相关矩阵，并发送给重传等效信道相关矩阵获得模块11。

本发明实施例二中的选择模块可以有两种选择满足设定条件的重传等效信道相关矩阵的形式，分别如图3（a）和图3（b）所示。

如图3（a）所示，所述选择模块12包括：信干比确定单元21和第一选择执行单元22，其中：信干比确定单元21用于确定每个重传等效信道相关矩阵的信干比，所述信干比为：重传等效信道相关矩阵中各信号功率元素值的和与各干扰功率元素值的和之比；第一选择执行单元22用于选择一个信干比不小于第一门限值的重传等效信道相关矩阵。

如图3（b）所示，所述选择模块12包括：第一矩阵组确定单元31、第二矩阵组确定单元32和第二选择执行单元33，其中：第一矩阵组确定单元31用于从所述多个重传等效信道相关矩阵中确定第一矩阵组，该第一矩阵组中任意两个重传等效信道相关矩阵之间，每行的信号功率元素值相同；第二矩阵组确定单元32用于从所述第一矩阵组中进一步确定第二矩阵组，该第二矩阵组中任意一个重传等效信道相关矩阵中每行的信号功率元素值相同；第二选择执行单元33用于从所述第二矩阵组中选择一个干扰功率元素值之和不大于第二门限值的重传等效信道相关矩阵。

通过本发明实施例方法和设备，在进行重传时充分考虑当前的信道条件和之前传输时采用的等效信道相关矩阵，在信噪比一定的情况下，降低了重传的误码率，提高了重传性能，增大了重传成功的可能性；由于可供发射端选择的空时编码矩阵具有结构类似的等效信道相关矩阵，因此，接收端只需要具有相应的同一种解码能力即可，降低了对接收端能力的要求，使得接收端的复杂度较低；另外，为了进一步减少系统的计算量，在当前传输是第一次重传时且当前的信道条件与相邻的上一次传输的信道条件改变较小时，直接将为上一次传输计算获得的等效信道相关矩阵中的非对角线元素取负后作为本次等效信道相关矩阵进行后续操作。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种在多输入多输出系统中的重传方法，其特征在于，该方法包括：

将已执行过的传输指定数据操作时采用的等效信道相关矩阵，分别与当前确定的多个等效信道相关矩阵相加，得到多个重传等效信道相关矩阵，其中，所述多个等效信道相关矩阵是根据当前信道条件和预先设置的多组离散矩阵确定的；

根据重传等效信道相关矩阵的信号功率元素值和干扰功率元素值，从得到的多个重传等效信道相关矩阵中选择一个满足设定条件的重传等效信道相关矩阵；

利用选择的重传等效信道相关矩阵对应的空时编码矩阵对所述指定数据执行空时编码操作后发送。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述已执行过的传输指定数据操作时采用的等效信道相关矩阵是：

与当前重传相邻的前一次传输所述指定数据时采用的等效信道相关矩阵，或者，

已执行过的每次传输所述指定数据操作时采用的等效信道相关矩阵之和。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，选择一个满足设定条件的重传等效信道相关矩阵，具体包括以下步骤：

确定每个重传等效信道相关矩阵的信干比，所述信干比为：重传等效信道相关矩阵中各信号功率元素值的和与各干扰功率元素值的和之比；

选择一个信干比不小于第一门限值的重传等效信道相关矩阵。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，得到的多个重传等效信道相关矩阵中的非零干扰功率的对应元素的排列位置相同。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，选择一个满足设定条件的重传等效信道相关矩阵，具体包括以下步骤：

从得到的多个重传等效信道相关矩阵中确定第一矩阵组，该第一矩阵组中任意两个重传等效信道相关矩阵之间，每行的信号功率元素值相同；

从所述第一矩阵组中进一步确定第二矩阵组，该第二矩阵组中任意一个重传等效信道相关矩阵中每行的信号功率元素值相同；

从所述第二矩阵组中选择一个干扰功率元素值之和不大于设定第二门限值的重传等效信道相关矩阵。

6.一种在多输入多输出系统中的重传设备，其特征在于，该设备包括：

等效信道相关矩阵确定模块，用于根据当前信道条件和预先设置的多组离散矩阵，计算确定多个等效信道相关矩阵，并发送给重传等效信道相关矩阵获得模块；

重传等效信道相关矩阵获得模块，用于将已执行过的传输指定数据操作时采用的等效信道相关矩阵，分别与当前确定的多个等效信道相关矩阵相加，得到多个重传等效信道相关矩阵；

选择模块，用于根据重传等效信道相关矩阵的信号功率元素值和干扰功率元素值，从得到的多个重传等效信道相关矩阵中选择一个满足设定条件的重传等效信道相关矩阵；

重传模块，用于利用选择的重传等效信道相关矩阵对应的空时编码矩阵对所述指定数据执行空时编码操作后发送。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述选择模块，包括：

信干比确定单元，用于确定每个重传等效信道相关矩阵的信干比，所述信干比为：重传等效信道相关矩阵中各信号功率元素值的和与各干扰功率元素值的和之比；

第一选择执行单元，用于选择一个信干比不小于第一门限值的重传等效信道相关矩阵。

8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述选择模块，包括：

第一矩阵组确定单元，用于从得到的多个重传等效信道相关矩阵中确定第一矩阵组，该第一矩阵组中任意两个重传等效信道相关矩阵之间，每行的信号功率元素值相同；

第二矩阵组确定单元，用于从所述第一矩阵组中进一步确定第二矩阵组，该第二矩阵组中任意一个重传等效信道相关矩阵中每行的信号功率元素值相同；

第二选择执行单元，用于从所述第二矩阵组中选择一个干扰功率元素值之和不大于第二门限值的重传等效信道相关矩阵。

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