CN101789814A - 采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的方法及装置，应用于多发射天线的基站中，该方法包括：基站对待发射数据进行带有旋转因子的准正交空时分组码空时编码，生成与天线数相对应的多路编码数据；同时，基站根据终端反馈的速度选择相应的预编码方式并结合天线数从基站内保存的预编码码本表中选出对应的预编码码本；基站对多路编码数据按照选择的预编码码本进行预编码后输出。本发明克服了在进行准正交空时分组码空时编码时带来的星座扩展，从而使基站从发射天线发送的数据能够自适应于信道状况。

Description

采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信领域，具体地说，涉及一种采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的方法及装置。

背景技术

下一代(LTE-Advanced，长期演进高级系统)的无线通信系统将提供更好的话音质量，更快的数据传输率。但是时变的多径传输环境、有限的带宽资源以及用户对服务的需求使上述要求实现起来非常困难。解决这些问题的一个有效方法是采用空时处理技术。

文献[Jafarkhaui H，Seshadri N.Super-orthogonal space-time trellis codesIEEE，Trans on Information Theory，2003，2(4).](加珐考珲，一种超正交空时网格码(SOSTTC，Super-Orthogonal space-time trellis code))，这种超正交空时网格码是把空时分组码(STBC，Space-Time Block Code)和空时网格码(STTC，Space-Time trellis Code)结合起来，可以提供比单纯的网格码和分组码更好的分集增益和编码增益；它的主要思想是通过星座旋转和超正交码的最佳分区设计出全速率、全分集并且解码相对简单的超正交空时网格码，同时提供了速率和编码增益之间的权衡；但是这种超正交空时网格码在发射天线数大于2时，它不能达到全速率。这是因为它的内码采用的是正交空时分组码(OSTBC，Orthogonal Space-Time Block Code)，而正交分组码的复正交设计在发射天线数大于2的情况下，其最大速率只能达到3/4。

为了解决这个问题，可以考虑采用准正交空时分组码(QOSTBC，Quasi-Orthogonal Space-Time Block Code)来替代其中的正交空时分组码做内码。准正交分组设计可以使编码速率达到最大，并且由于准正交空时分组码具有成对符号最大似然解码特性，所以仍然保留了解码的简单性。

在此基础上，文献[Jafarkhani H，Hassanpour N.Super-quasi-orthogonalspace-time trellis codes for four transmit antennas.IEEE Trans.on Wire.Comm，2005，4.](加珐考珲，适用于4天线的超准正交设计与空时网格码设计)其中，超准正交空时网格码(SQOSTTC，Super-quasi-orthogonal space-time trelliscode)是通过旋转部分信号星座和乘以不同旋转矩阵，以准正交空时分组码作内码，空时网格码作外码，从而可以提供各种状态下的全速率、全分集和高编码增益的编码，同时也提供了编码增益与速率之间的权衡；但是这种通过对信号旋转达到全速率和全分集的准正交空时分组码会带来星座扩展。

此外，准正交空时分组码在进行空时编码时并未考虑当前发射端的信道状况。在对待发射数据进行处理过程中为了获得良好的系统性能，现有技术一般是通过空时编码结合预编码(即对信道进行预处理)对待发射数据进行处理，如：文献[Optimal Linear Precoding Design Based the Quasi-OrthogonalSTBC，Journal of Electronics&Information Technology，Feb.2008](一种基于准正交空时分组码的最优线性预编码矩阵设计方法)，该方法利用信道信息来改善应用准正交空时分组码的多输入多输出(MIMO，Multiple-InputMultiple-Output)系统的性能，它利用预编码矩阵和准正交空时分组码相结合的发射机制，待发射的数据经过准正交空时分组码空时编码后，再经过线性的预编码矩阵进行处理，然后从发射天线发送，该方法中的预编码矩阵利用了MIMO信道的非零均值矩阵和相关矩阵，并采用成对差错概率作为其最优化设计准则；但是由于在进行准正交空时分组码空时编码时会带来星座扩展，因此待发射的数据经过准正交空时分组码空时编码后，再经过预编码处理时，该预编码中的设计准则就会非常复杂，一般在实际系统中难以实现，所以造成基站从发射天线发送处理后的数据时无法自适应于信道状况。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供了一种采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的方法及装置，以克服在进行准正交空时分组码空时编码时带来的星座扩展，从而使基站从发射天线发送的数据能够自适应于信道状况。

为了实现上述目的，本发明提供了一种采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的方法，应用于多发射天线的基站中，该方法包括：

所述基站对所述待发射数据进行带有旋转因子的准正交空时分组码空时编码，生成与天线数相对应的多路编码数据；同时，所述基站根据终端反馈的速度选择相应的预编码方式并结合所述天线数从所述基站内保存的预编码码本表中选出对应的预编码码本；

所述基站对所述多路编码数据按照选择的所述预编码码本进行预编码后输出。

本发明所述的方法，其中，所述待发射数据为所述基站内经过信道编码和星座图映射处理后的待发射数据。

进一步地，其中，所述旋转因子为调整所述待发射数据相位的旋转因子。

进一步地，其中，在所述基站对所述待发射数据进行带有旋转因子的准正交空时分组码空时编码，生成与天线数相对应的多路编码数据的同时或之前还包括：

所述基站根据天线数和预编码方式在基站内构建并存储所述预编码码本表。

进一步地，其中，所述基站根据终端反馈的速度选择相应的预编码方式，进一步包括：

所述基站将所述终端的速度划分为若干个等级，并对不同的等级设置相对应的所述预编码方式，所述基站根据所述终端反馈的速度识别所属等级，并选择与该等级相对应的预编码方式。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的装置，应用于多发射天线的基站中，该装置包括：空时编码单元和预编码处理单元；其中，

所述空时编码单元，用于将所述基站内的所述待发射数据进行带有旋转因子的准正交空时分组码空时编码，生成与天线数相对应的多路编码数据传送给所述预编码单元；

所述预编码单元，用于根据所述终端反馈的速度选择相应的预编码方式并结合所述天线数从保存的预编码码本表中选出对应的预编码码本，并根据该预编码码本对接收的所述多路编码数据进行预编码后输出。

本发明所述的装置，其中，所述基站内的待发射数据为所述基站内经过信道编码和星座图映射处理后的待发射数据。

进一步地，其中，所述旋转因子为调整所述待发射数据相位的旋转因子。

进一步地，其中，所述预编码单元，进一步还用于根据天线数和预编码方式构建并存储所述预编码码本表。

进一步地，其中，所述预编码单元用于根据所述终端反馈的速度选择相应的预编码方式，进一步为所述预编码单元将所述终端的速度划分为若干个等级，并对不同的等级设置相对应的所述预编码方式，所述预编码单元根据所述终端反馈的速度识别所属等级，并选择与该等级相对应的预编码方式。

与现有技术相比，本发明可以在基站的天线数较多(大于2)时获得全速率、全分集，且使准正交空时分组码空时编码并不会带来星座扩展；同时，在基站的发射端利用完整或部分信道信息，即在发射端对空时编码后的数据进行预编码并量化码本，从而使基站从发射天线发送的数据能够自适应于信道状况；此外，基于预编码码本使用的频繁性和长期性，预先构建预编码码本表并按一定方式存储，在实现中只需根据预先设计的方式从预编码码本表中得到相应的预编码码本，从而在降低实时计算的复杂度的同时，提高了预编码的处理速度。

附图说明

图1为本发明实施例所述的采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的方法流程图；

图2为本发明实施例所述的采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的装置结构示意图；

图3为本发明实施例所述的一般情况下的预编码码本表的大致示意图。

具体实施方式

以下对具体实施方式进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的方法，应用于多发射天线的基站中，具体步骤如下：

步骤101，基站对经过信道编码和星座图映射处理后的待发射数据进行带有旋转因子的准正交空时分组码空时编码，生成v路编码数据。

其中，v是与实际应用中基站的天线数量相对应的，这里本实施例以4根天线为例对该步骤进行详细说明：

基站对经过信道编码和星座图映射处理后的待发射数据X进行带有一个旋转因子的准正交空时分组码空时编码，生成4路编码数据。即将1路待发射数据X进行带有旋转因子的准正交空时分组码空时编码后，生成4路编码数据，设：X＝[x₁，x₂，x₃，x₄]；则待发射数据X经过带有旋转因子的准正交空时分组码空时编码处理后的数据XD为：

$\mathrm{XD}=\left[\begin{array}{cccc}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_1}{x}_1& e^{{\mathrm{j\θ}}_2}{x}_2& x_3& x_4\\ -e^{{\mathrm{j\θ}}_1}{x}_2^{*}& e^{{\mathrm{j\θ}}_2}{x}_1^{*}& -x_4^{*}& x_3^{*}\\ e^{j\frac{\mathrm{\π}}{2}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_1}{x}_3& e^{{\mathrm{j\θ}}_2}{x}_4& x_1& e^{j\frac{\mathrm{\π}}{2}}{x}_2\\ -e^{{\mathrm{j\θ}}_1}{x}_4^{*}& -e^{j\frac{\mathrm{\π}}{2}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_2}{x}_3^{*}& -e^{j\frac{\mathrm{\π}}{2}}{x}_2^{*}& x_1^{*}\end{array}\right];$

其中，XD的每一列表示4根天线中不同天线上要发送的1路数据，每一行表示不同时刻要发送的数据；x_i ^*表示x_i的共轭，i＝1，2，...，4；本发明对待发射数据X进行准正交空时分组码空时编码过程中引入了一个参数(c，旋转因子)，该参数是单位圆上的一个复数，该旋转因子为调整待发射数据X相位的旋转因子，旋转因子的取值要根据具体实际情况进行设置，只要保证准正交空时分组码空时编码处理后的每一列数据准正交，并不产生星座扩展即可。上面所述矩阵XD中的

等均为旋转因子，其中θⁱ取

这种对待发射数据X进行准正交空时分组码空时编码后就能够获得全分集和最大编码增益，同时当准正交空时分组码空时编码中的调制方式为QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移调制)，这样也能够避免在对待发射数据X进行准正交空时分组码空时编码时产生星座扩展；

由XD可以看出，第1列的数据

第2列的数据

第3列的数据第4列的数据

为准正交关系。

步骤102，在基站内构建并存储预编码码本表。

其中，在基站内构建预编码码本表时，可以根据基站的天线数、预编码方式(预编码方式分为三种方式，即0延迟方式、小延迟方式和大延迟方式)构建并存储预编码码本表。

由于预编码码本表是复数表，需要对数据进行定点化的处理；例如：对于2根天线构建的预编码码本表为W2_precode，该预编码码本表的实虚部只有0，0.5，0.70711，1四种数值，W2_precode表中定点分析如下：

这里本发明只是对2根天线构建的预编码码本表中的定点化处理进行了分析，但这并不能作为对本发明的限定，对预编码码本表中的定点化处理的方式可以根据具体的实际情况来确定。如图3所示，是一般情况下的预编码码本表的构造，其中CS(a，b)表示定点数，a表示整数位数，b表示小数点后的位数，图3中对应纵坐标是码本索引(0，1，2，...，m)，码本索引是根据当前的LTE系统中的相关标准给出的或自定义的排列；对应的横坐标是层数(1，2，...，n)，该层数是根据终端反馈的信道状态等信息确定的。

该步骤102也可以在步骤101之前执行，具体执行顺序这里不进行限定，根据实际操作来执行。

步骤103，基站根据终端反馈的速度选择相应的预编码方式。

其中，根据终端的通信质量要求，可以将终端的速度划分为若干个等级；假定终端的速度等级为三个等级：0～5km/h，5～60km/h，60～350km/h；0～5km/h为步行和静止的用户终端情况，5～60km/h为低速的车载的用户终端情况，60～350km/h为高速的车载的用户终端情况；每个终端的速度等级对应预编码方式的一种方式。

在本发明实施例中，步骤103具体可以是：

当终端反馈的速度≤5km/h时，基站选择的预编码方式为0延迟方式；

当5km/h＜终端反馈的速度≤60km/h时，基站选择的预编码方式为小延迟方式；

当60km/h＜终端反馈的速度≤350km/h时，基站选择的预编码方式为大延迟方式。

另外，在终端和基站接通过程中，终端还可以周期性判断自己当前的速度是否超过之前记录的速度等级，如果超过，则向基站反馈新的速度，基站根据终端的新的速度来调整相应的预编码方式。

步骤104，基站根据天线数和选择的预编码方式从保存的预编码码本表中选出对应的预编码码本。

在本发明的实施例中，步骤104具体是：基站根据天线数、终端反馈的信道状态得到的层数(该层数可认为是基站已知的)、码本索引(也可以认为是基站已知的)并结合选择的预编码方式，从预先加载在基站内不同的预编码码本表中选出对应的预编码码本；

例如：基站根据当前的天线数是2根天线、层数为2、码本索引为1，再根据终端反馈的速度所选择的预编码方式为0延迟方式，则可以从预先加载在基站内不同的预编码码本表中选出对应的预编码码本。

步骤105，基站对经过准正交空时分组码空时编码生成的v路编码数据按照选择的预编码码本进行预编码后输出。

在本发明的实施例中，步骤105具体是：

当基站选择的预编码方式是0延迟方式或小延迟方式的预编码码本时，按照该预编码码本中记录的

${\left[\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ y^{(P-1)}\left(i\right)\end{array}\right]}_{p\×1}=[{D\left(k_i\right)}_{p\×p}\·{W\left(i\right)}_{p\×v}]\·{\left[\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ x^{(\mathrm{\υ}-1)}\left(i\right)\end{array}\right]}_{v\×1}$

这种模式对准正交空时分组码空时编码生成的v路编码数据进行基于循环延迟分集(CDD，cyclic delay diversity)的预编码后输出。

其中，该模式中的p表示天线数，v表示根据天线数对应得到预编码码本表的层数，k_i表示分配承载第i个调制符号的资源在频域中的索引；W(i)是预编码矩阵，D(k_i)是支持0延迟方式或小延迟方式的预编码码本中的对角矩阵，针对各种不同层进行映射。

当基站选择的预编码方式是大延迟方式的预编码码本时，按照该预编码码本中记录的

${\left[\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ y^{(p-1)}\left(i\right)\end{array}\right]}_{p\×1}=[{{W\left(i\right)}_{p\×v}\·D\left(i\right)}_{v\×v}\·U_{v\×v}]\·{\left[\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ x^{(\mathrm{\υ}-1)}\left(i\right)\end{array}\right]}_{v\×1}$

这种模式对准正交空时分组码空时编码生成的v路编码数据进行基于循环延迟分集(CDD，cyclic delay diversity)的预编码后输出。其中，D(i)和U是支持大延迟方式的预编码码本中的对角矩阵。

如图2所示，为本发明实施例提供的一种采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的装置，应用于多发射天线的基站中，该装置包含：空时编码单元203和预编码处理单元204；

空时编码单元203，用于将基站内经过信道编码和星座图映射处理后的待发射数据进行带有旋转因子的准正交空时分组码空时编码，生成v路编码数据传送给预编码单元204；其中，旋转因子为调整待发射数据相位的旋转因子；

预编码单元204，用于根据终端反馈的速度选择相应的预编码方式并结合天线数从保存的预编码码本表中选出对应的预编码码本，并根据该预编码码本对接收v路编码数据进行预编码后输出。

另外，预编码单元204进一步还用于根据天线数和预编码方式构建并存储预编码码本表。

另外，该装置中的空时编码单元203是接收基站内经过信道编码单元201和星座图映射单元202处理后的待发射数据；具体是信道编码单元201对待发射数据进行信道编码并输出给星座图映射单元202，星座图映射单元202再对信道编码单元201输出的待发射数据进行星座图映射并输出给空时编码单元203；这里由于信道编码单元201和星座图映射单元202为该领域技术人员所熟知，所以不再详述。

进一步地，基站内的天线组205，用于将预编码单元204输出的数据经虚拟天线端口映射到相应的实际天线组后发射。

与现有技术相比，本发明可以在基站的天线数较多(大于2)时获得全速率、全分集，且使准正交空时分组码空时编码并不会带来星座扩展；同时，在基站的发射端利用完整或部分信道信息，即在发射端对空时编码后的数据进行预编码并量化码本，从而使基站从发射天线发送的数据能够自适应于信道状况；此外，现有技术在选择预编码码本进行预编码的方式上很复杂且并没有量化预编码码本，而且由于预编码码本使用的频繁性和长期性，本发明预先构建预编码码本表并按一定方式存储，在实现中只需根据预先设计的方式从预编码码本表中得到相应的预编码码本，从而在降低实时计算的复杂度的同时，提高了预编码的处理速度。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的方法，应用于多发射天线的基站中，该方法包括：

所述基站对所述待发射数据进行带有旋转因子的准正交空时分组码空时编码，生成与天线数相对应的多路编码数据；同时，所述基站根据终端反馈的速度选择相应的预编码方式并结合所述天线数从所述基站内保存的预编码码本表中选出对应的预编码码本；

所述基站对所述多路编码数据按照选择的所述预编码码本进行预编码后输出。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待发射数据为所述基站内经过信道编码和星座图映射处理后的待发射数据。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋转因子为调整所述待发射数据相位的旋转因子。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基站对所述待发射数据进行带有旋转因子的准正交空时分组码空时编码，生成与天线数相对应的多路编码数据的同时或之前还包括：

所述基站根据天线数和预编码方式在基站内构建并存储所述预编码码本表。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站根据终端反馈的速度选择相应的预编码方式，进一步包括：

所述基站将所述终端的速度划分为若干个等级，并对不同的等级设置相对应的所述预编码方式，所述基站根据所述终端反馈的速度识别所属等级，并选择与该等级相对应的预编码方式。

6.一种采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的装置，应用于多发射天线的基站中，该装置包括：空时编码单元和预编码处理单元；其中，

所述空时编码单元，用于将所述基站内的所述待发射数据进行带有旋转因子的准正交空时分组码空时编码，生成与天线数相对应的多路编码数据传送给所述预编码单元；

所述预编码单元，用于根据所述终端反馈的速度选择相应的预编码方式并结合所述天线数从保存的预编码码本表中选出对应的预编码码本，并根据该预编码码本对接收的所述多路编码数据进行预编码后输出。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述基站内的待发射数据为所述基站内经过信道编码和星座图映射处理后的待发射数据。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述旋转因子为调整所述待发射数据相位的旋转因子。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预编码单元，进一步还用于根据天线数和预编码方式构建并存储所述预编码码本表。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预编码单元用于根据所述终端反馈的速度选择相应的预编码方式，进一步为所述预编码单元将所述终端的速度划分为若干个等级，并对不同的等级设置相对应的所述预编码方式，所述预编码单元根据所述终端反馈的速度识别所属等级，并选择与该等级相对应的预编码方式。

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