CN101796790B - 增加qam调制的通信系统分集的系统、发射器和方法 - Google Patents

Abstract

分集技术通常被用在无线通信中，以防止多路径衰落。最近，对超宽频带技术的兴趣集中在多频带OFDM上，该OFDM系统探测使用由独立频带所引起的高的分集。为实现具有高数据速率的完全分集，提供一种使用利用传输信号的扩展旋转的编码调制的系统(800)、装置(500)和方法。提供QAM信号的2×2整数旋转矩阵、3×3整数旋转矩阵和4×4整数旋转矩阵。与实旋转矩阵的非规则QAM形状相比，这些整数旋转矩阵的每一个都在旋转后产生了规则的QAM形状。这些扩展矩阵的系统设计可以被用于简化接收器结构，例如，简化的ML、MMSE和ZF，并因此减少其译码复杂性。另外，本发明不仅从分布式用户实现协作分集，而且从每个用户的信号空间分集实现协作分集。实施例提供协作系统(100)，其中，源和多个中继使用整数旋转矩阵的不同的行作为调制方案来增加协作分集。

Description

增加QAM调制的通信系统分集的系统、发射器和方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过使用特别推得的扩展旋转矩阵来增加QAM通信的分集的系统、装置和方法。在协作中继方案(其中中继节点解码-重调制-转发(D-ReM-F)所传输的QAM信号)中应用这些扩展旋转矩阵实现了额外的信号空间分集以及来自所分配的用户的协作分集。 

背景技术

分集通常被用在无线通信系统中，以防止多路径衰落并改善系统性能。最近，对超宽频带技术的兴趣集中在多频带OFDM系统，该OFDM系统使用由多个独立频带所引起的高的分集。为实现具有高数据速率的完全分集，一个可以使用的技术是利用所传输信号的扩展旋转的编码调制，例如，用于4-QAM信号和旋转DFT扩展矩阵的MBOA PHY规范中所提出的双载波调制(DCM)。此外，文献中已经建议了许多来自网格编码技术的信号空间分集。 

虽然DCM方案可以为4-QAM(QPSK)信号实现分集2，但在最大化编码增益这个意义上来讲，尚没有建立其最优性。对于旋转的DFT矩阵而言，编码增益可能不被最大化，这是因为它们的设计目的是实现全分集。另外，它们的复合结构也增加了接收器的译码复杂性。 

对于4-QAM信号而言，用于设计整数旋转矩阵以实现分集3或4的方法仍然是悬而未决的问题。 

最近，用于无线网络的协作策略吸引了人们许多注意力，这是因为它们可以促进网络中的节点间的通信，而无需任何固定的基础结构。所谓的协作分集与用户分布式地共享他们的天线的能力和从不同版本的传输信号实现更多的分集增益的能力相关。 

图1示出典型的中继方案，其由源节点S、至少一个中继节点R和目的节点D组成。各种实际的方案已经被建议利用节点间协作的优点，这些方案通常被分为两类：放大转发(AF)和解码转发(DF)。在AF模式中，中继节点简单地缩放和转发从源所正确接收的信号波形。在DF模式中，在传输之前对来自源的正确接收的信号进行解调和解码。由于解码错误的可能性，在失败的循环冗余校验(CRC)的情况下，DF可以被切换到非协作模式。AF要求在中继节点处具有低的数字信号处理的实现复杂度，并且，它可以在所有源中继(S-R)信道的条件下运转。然而，AF同时也放大噪声功率。当S-R信道的质量良好且信号在中继节点处可以被正确地解码时，DF可以实现较高的增益以及给更复杂的方案提供空间，例如编码协作，其中在中继处对数据进行再编码，以获得不同组的奇偶校验位。 

最近，已经提出了几种混杂的或混合的方式，如放大-解码-转发或者解码-放大-转发，以更好地利用来自两种模式的增益。需要一种利用信号空间分集并将其应用到协作通信的方式，作为对现有这些建议的可能更好的替代方案。 

发明内容

本发明的系统、装置和方法提供整数2×2、3×3和4×4的扩展旋转矩阵，以实现QAM通信中的更多分集。也就是说，在第一优选方案中，从以下角度提供2×2、3×3和4×4集的旋转矩阵：在用于单个源-目标通信的一些独立信道中，使用这些之一来构建线性调制方案。由于在接收器处对传输信号的联合解码，这个线性调制方案实现较高阶的分集。 

将这个技术应用到由观察所激发的协作通信，其在无线局域网或个人网络中协同定位的设备具有同样的编码或解码过程，即，位交织编码调制，而且，可以通过组合″使用扩展旋转矩阵技术的再调制″和DF模式来实现符号级上的协作。因此，除了DF模式所提供的协作分集之外，信号空间分集被用来进一步改善总体系统性能。 

附图说明

图1示出典型的中继方案； 

图2示出将两个16-QAM符号扩展到非均匀256-QAM符号； 

图3示出将三个4-QAM符号扩展并旋转到非均匀64-QAM符号； 

图4示出将四个4-QAM符号扩展到非均匀256-QAM符号； 

图5示出发射器，其使用3×3扩展旋转矩阵，以在三个子信道上传输扩展并旋转的符号； 

图6示出现有DMF和本发明的D-ReM-F的性能； 

图7示出根据本发明的D-ReM-F方案的性能优点；和 

图8示出包括图5的发射器的系统。 

具体实施方式

本领域的普通技术人员可以理解，下面的描述是出于说明而不是出于限制的目的而提供的。技术人员可以理解在本发明的精神和权利要求的范围内有许多变更。当前的描述可能省略了已知函数和结构的不必要的细节，以使本发明易于理解。 

为了得到QAM符号的2×2旋转矩阵，基本的系统模型是 

$\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{h}_1& 0\\ 0& h_2\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{cc}\cos \left(\mathrm{\θ}\right)& \sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ \sin \left(\mathrm{\θ}\right)& -\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\end{array}\right],x_1,x_2\∈\{\±3\±3i\}$

接着，将其变为 

$\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{x}_1\cos \left(\mathrm{\θ}\right)+x_2\sin \left(\mathrm{\θ}\right)& 0\\ 0& x_1\sin \left(\mathrm{\θ}\right)-x_2\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{h}_1\\ h_2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\end{array}\right],x_1,x_2\∈\{\±3\±3i\}$

为每个角度θ计算 

$\underset{\mathrm{\Δ}{x}_1,\mathrm{\Δ}{x}_2}{\min }{|{\mathrm{\Δx}}_1\cos \left(\mathrm{\θ}\right)+\mathrm{\Δ}{x}_2\sin \left(\mathrm{\θ}\right)|}^2\·{|\mathrm{\Δ}{x}_1\sin \left(\mathrm{\θ}\right)-\mathrm{\Δ}{x}_2\cos \left(\mathrm{\θ}\right)|}^2$

其中Δx₁＝x₁-x₁’，Δx₂＝x₂-x₂’，并得到使得编码增益最大化的那一个。 

为了得到QAM符号的3×3矩阵，欧拉旋转矩阵被用作模板： 

$\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \left(\mathrm{\α}\right)& \sin \left(\mathrm{\α}\right)\\ 0& \sin \left(\mathrm{\α}\right)& -\cos \left(\mathrm{\α}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \left(\mathrm{\β}\right)& \sin \left(\mathrm{\β}\right)& 0\\ \sin \left(\mathrm{\β}\right)& -\cos \left(\mathrm{\β}\right)& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \left(\mathrm{\θ}\right)& 0& \sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ 0& 1& 0\\ \sin \left(\mathrm{\θ}\right)& 0& -\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\end{array}\right]$

或者使用下列循环矩阵作为模板 

$\left[\begin{array}{ccc}a& b& -c\\ -c& a& b\\ b& -c& a\end{array}\right]$ 其中a²+b²+c²＝1. 

为了得到QAM符号的4×4矩阵，下列实正交矩阵被用作模板： 

$\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ {-x}_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& -x_2\\ -x_4& -x_3& x_2& x_1\end{array}\right].$

可以得到两个QAM符号的2×2实旋转矩阵，如 

$R_{\mathrm{16,2}}=\left[\begin{array}{cc}0.8507& 0.5257\\ 0.5257& -0.8507\end{array}\right]$

举例来说，如图2所示，可以将两个16-QAM符号扩展到非均匀256-QAM符号。 

在第一优选实施例中，得到可以将两个16-QAM符号扩展到规则的256-QAM符号的整数扩展旋转矩阵，如 

$I_{\mathrm{16,2}}=\frac{1}{\sqrt{17}}\left[\begin{array}{cc}4& 1\\ 1& -4\end{array}\right].$

类似地，分别得到可以扩展64-QAM符号和256-QAM符号的2×2整数扩展旋转矩阵，如 

$I_{\mathrm{64,2}}=\frac{1}{\sqrt{65}}\left[\begin{array}{cc}8& 1\\ 1& -8\end{array}\right],$ $I_{\mathrm{256,2}}=\frac{1}{\sqrt{257}}\left[\begin{array}{cc}16& 1\\ 1& -16\end{array}\right],$

可以得到三个QAM符号的3×3实旋转矩阵，如 

$R_{\mathrm{4,3}}=\left[\begin{array}{ccc}0.5910& 0.7370& -0.3280\\ -0.3280& 0.5910& 0.7370\\ 0.7370& -0.3280& 0.5910\end{array}\right]$

如图3所示，其将4-QAM符号扩展到非均匀64-QAM符号。在第一优选式实例中，从图3的实际样式中获得整数近似，其将4-QAM符号扩展到规则的64-QAM符号： 

$I_{\mathrm{4,3}}=\frac{1}{\sqrt{21}}\left[\begin{array}{ccc}4& 2& -1\\ -1& 4& 2\\ 2& -1& 4\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{21}}\left[\begin{array}{ccc}4& -2& 1\\ 1& 4& -2\\ -2& 1& 4\end{array}\right]$

上述两个矩阵在行或列之间的任意置换也是有效的旋转矩阵。类似地，分别得到可以扩展三个16-QAM符号、三个64-QAM符号和三个256-QAM符号的3×3整数扩展旋转矩阵，如 

$I_{\mathrm{16,3}}=\frac{1}{\sqrt{273}}\left[\begin{array}{ccc}16& 4& -1\\ -1& 16& 4\\ 4& -1& 16\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{273}}\left[\begin{array}{ccc}16& -4& 1\\ 1& 16& -4\\ -4& 1& 16\end{array}\right]$

$I_{\mathrm{64,3}}=\frac{1}{\sqrt{4161}}\left[\begin{array}{ccc}64& 8& -1\\ -1& 64& 8\\ 8& -1& 64\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{4161}}\left[\begin{array}{ccc}64& -8& 1\\ 1& 64& -8\\ -8& 1& 64\end{array}\right]$

$I_{\mathrm{256,3}}=\frac{1}{\sqrt{65793}}\left[\begin{array}{ccc}256& 16& -1\\ -1& 256& 16\\ 16& -1& 256\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{65793}}\left[\begin{array}{ccc}256& -16& 1\\ 1& 256& -16\\ -16& 1& 256\end{array}\right]$

上述每个矩阵在行或列之间的任意置换也是有效的旋转矩阵。 

可以得到QAM符号的4×4实旋转矩阵，如 

$R_{\mathrm{4,4}}=\left[\begin{array}{cccc}0.2334& 0.7469& 0.4752& 0.4023\\ -0.7469& 0.2334& -0.4023& 0.4752\\ -0.4752& 0.4023& 0.2334& -0.7469\\ -0.4023& -0.4752& 0.7469& 0.2334\end{array}\right]$

如图4所示，其将4-QAM符号扩展到非均匀的256-QAM符号。 

在第一优选方案中，四个QAM符号的所有4×4整数旋转矩阵为下列类型： 

$I_{\mathrm{4,4}}=\frac{1}{\sqrt{85}}\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ {-x}_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& -x_2\\ -x_4& -x_3& x_2& x_1\end{array}\right]$

其中，x₁，x₂，x₃，x₄∈{±1，±2，±4，±8}并且它们的绝对值必须彼此不同。举例来说，可为 

$I_{\mathrm{4,4}}=\frac{1}{\sqrt{85}}\left[\begin{array}{cccc}8& 4& 2& 1\\ -4& 8& -1& 2\\ -2& 1& 8& -4\\ -1& -2& 4& 8\end{array}\right]$

其将4-QAM符号扩展到规则的256-QAM符号。类似地，分别得到可以扩展四个16-QAM符号、四个64-QAM符号和四个256-QAM符号的4×4整数扩展旋转矩阵，如下： 

16-QAM符号的所有4×4整数旋转矩阵为下列类型： 

$I_{\mathrm{16,4}}=\frac{1}{\sqrt{4369}}\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ -x_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& -x_2\\ -x_4& -x_3& x_2& x_1\end{array}\right]$

其中，x₁，x₂，x₃，x₄∈{±1，±4，±16，±64}并且它们的绝对值必须彼此不同。64-QAM符号的所有4×4整数旋转矩阵为下列类型： 

$I_{\mathrm{64,4}}=\frac{1}{\sqrt{266305}}\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ -x_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& -x_2\\ -x_4& -x_3& x_2& x_1\end{array}\right]$

其中，x₁，x₂，x₃，x₄∈{±1，±8，±64，±512}并且它们的绝对值必须彼此不同。256-QAM符号的所有4×4整数旋转矩阵为下列类型： 

$I_{\mathrm{256,4}}=\frac{1}{\sqrt{16843009}}\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ -x_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& {-x}_2\\ -x_4& -x_3& x_2& x_1\end{array}\right]$

其中，x₁，x₂，x₃，x₄∈{±1，±16，±256，±4096}并且它们的绝对值必须彼此不同。 

需要说明的是，整数旋转矩阵和实旋转矩阵的性能差异是非常小的，但是整数旋转矩阵的计算复杂性要低得多。为使用这些整数扩展旋转矩阵，将输入的QAM符号与这些矩阵的任意一个相乘，接着，在不同的独立子信道上传输来自这个乘法的输出符号。图8示出系统800的实例，系统800使用3×3旋转矩阵并在三个独立的子信道506上传输500和接收801旋转符号。图5示出使用3×3旋转矩阵的发射器的实例，其包括用于将所述符号乘以扩展旋转3×3矩阵的扩展和旋转分量505。 

本发明的第一实施例提供2×2、3×3和4×4整数扩展旋转矩阵，其使得使用QAM调制的通信系统能够实现高的分集，同时以较低的计算复杂性保持同样的速率。一个直接的应用是下一代(千兆位)多频带OFDM UWB系统。本发明的整数扩展旋转矩阵的应用允许1Gbps模式，与先有技术系统相比，该模式具有更长的范围。另外，第一实施例也使得扩展旋转技术和MIMO传输方案可能被组合来获得更高的分集。也就是说，在第一优选方案中，从以下角度提供2×2、3×3和4×4集的整数旋转矩阵：对于单个源-目标通信，其为一些独立信道上的线性调制方案。由于在接收器处对传输信号的联合解码，这个线性调制方案实现较高阶的分集。 

然而，如果这些整数扩展旋转矩阵被认为是网格码，则这些扩展 旋转矩阵同样适用于协作通信的情形，例如图1中所示的单中继的情况，或具有多个中继的情况。在包括协作通信系统的第二优选实施例中，扩展旋转″母″码被转换为分布式调制方案，其中，通过使用旋转矩阵的第一行乘以源信号，所述源传输了旋转信号的第一分量，其中该旋转矩阵是通过使用第一实施例而获得的。然后，每一个中继对源的传输进行接收和解码，并且(如果正确的话)通过使用旋转矩阵的另一行和预指派的行乘以解码信号，来对解码信号进行再调制；并转发该再调制信号(D-ReM-F)。例如，假设中继节点被排列与整数一一对应，则中继1乘以行2，而中继n乘以行n+1。该目标执行了所有中继信号的联合解码。因为从每个中继到目的地的链接彼此都无关，所以，仍然象在单个源-目的地(无中继)的情形中一样，目的地在几个独立信道上享有同样的分集。下文将说明解码-再调制-转发方案的细节。通过使每个中继节点使用不同的行(这样没有两个中继使用同一行)，优选的第二实施例使用预定的扩展旋转矩阵以在中继节点处进行再调制。 

考虑基于QAM的调制，其在无线通信系统中普遍使用。对在源的位置有四个位b₀b₁b₂b₃的优选实施例而言，希望将其调制成16-QAM符号。典型地，非协作通信系统使用下列葛雷映射(Gray-mapping)： 

$x=\left[\begin{array}{cccc}2& -1& 2i& -i\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}2b_0-1\\ {2b}_1-1\\ {2b}_2-1\\ {2b}_3-1\end{array}\right],$ 其中x是16-QAM符号。 

对于具有一个中继的协作通信系统的情形，如果这四个位在中继节点处被正确地解码，则对传输所转发的符号的中继而言，上述映射并不是必须的。在优选方案中，代之以使用下列映射： 

$\left[\begin{array}{c}{x}_s\\ x_r\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}2& -1& 2i& -i\\ 1& 2& i& 2i\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{2b}_0-1\\ {2b}_1-1\\ {2b}_2-1\\ {2b}_3-1\end{array}\right]$

其中，x_s是为源所调制的符号，而x_r是为中继所调制的符号。 

考虑信号星座图，可以看出源符号和中继符号具有不同的结构，其提供另一种信号空间分集，该分集优于基于重复的分集。这是第二优选实施例的″解码-再调制-转发″(D-ReM-F)的推动力，其中，再调 制意味着在″母″扩展旋转矩阵的一行的情况下，中继与源使用不同的调制。 

类似地，在优选方案中，如果存在六个位b₀b₁b₂b₃b₄b₅且希望在源和中继处将它们映射到64-QAM符号，则使用下列映射： 

$\left[\begin{array}{c}{x}_s\\ x_r\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}4& 2& -1& 4i& 2i& -i\\ -1& 4& 2& -i& 4i& 2i\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{2b}_0-1\\ {2b}_1-1\\ {2b}_2-1\\ {2b}_3-1\\ {2b}_4-1\\ {2b}_5-1\end{array}\right]$

其中，x_s是为源所调制的符号，而x_r是为中继所调制的符号。如果存在两个中继，则可以由第二中继再进行一次映射 

$\left[\begin{array}{c}{x}_s\\ x_{r1}\\ x_{r2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}4& 2& -1& 4i& 2i& -i\\ -1& 4& 2& -i& 4i& 2i\\ 2& -1& 4& 2i& -i& 4i\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{2b}_0-1\\ {2b}_1-1\\ {2b}_2-1\\ {2b}_3-1\\ {2b}_4-1\\ {2b}_5-1\end{array}\right]$

其中，x_s是为源所调制的符号，x_r1是为第一中继所调制的符号，而x_r2 是为第二中继所调制的符号。 

然而，对于具有QSPK(4-QAM)传输的两个位，由于特殊的信号星座图，故中继要么保持与源相同的4-QAM，要么使用不同的一个。这并不改变总体系统性能。 

$\left[\begin{array}{c}{x}_s\\ x_r\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& i\\ 1& -i\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{2b}_0-1\\ {2b}_1-1\end{array}\right]$ 或 $\left[\begin{array}{c}{x}_s\\ x_r\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& i\\ 1& i\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{2b}_0-1\\ {2b}_1-1\end{array}\right]$

其中，x_s是为源所调制的符号，而x_r是为中继所调制的符号。 

为块衰落和快速衰落这两种情形提供了模拟结果。对块衰落的情形，包大小为130位，且由(15.17)比率1/2卷积码来编码并由块交织器来交织。源与中继之间的距离为0.1，中继与目的地之间的距离为0.9，而源与目的地之间的距离为1。将通常基于重复的解码-转发(D-M-F)的16-QAM性能与具有直接QPSK传输的解码-再调制-转发(D-ReM-F)的优选实施例进行比较。从图6可以看出，两个协作方案都优于直接传输，但是，由于来自信号空间的调制增益，D-ReM-F的PER性能要优于D-M-F。 

对快速衰落的情形，如果内部用户信道SNR为20dB且它们到目的地的距离相等，则从图7可以看出，一般的16-QAM AF和基于重复的DF并不优于直接QPSK传输。然而，所建议的方案(在图中由DMF所表示)优于直接QPSK传输。 

虽然已经说明和描述了本发明的优选方案，但是本领域的普通技术人员可以理解：这里所描述的系统、装置和方法是示例性的，而且，可以进行各种变更和修改以及用等价物代替其中的元件，而不脱离本发明的真实范围。此外，在特定的情形下，可以在不偏离本发明的中心范围的条件下，进行许多修改以适应本发明的教导。因此，本发明并不局限于作为用于执行本发明实现的最佳模式所公开的特定实施例，而是包括所有落入权利要求范围内的实施例。 

Claims (11)

1.一种用于增加使用QAM调制的通信系统的分集的系统(800)，包括：

接收器设备(801)，用于接收在N个不同的独立信道上所接收的N个扩展QAM符号并对其进行联合解码；和

发射器设备(500)，用于扩展和旋转(505)N个QAM符号，并接着在N个不同的独立信道(506)上传输该N个扩展和旋转的QAM符号，其中，发射器进一步包括扩展旋转分量(505)，以将每个QAM符号与预定的NxN整数扩展旋转矩阵相乘，其中，所述通信系统为协作通信(100)系统，其包括源节点S、至少一个中继节点R和目的节点D，

其中在该预定的NxN整数扩展旋转矩阵为2x2整数旋转矩阵的情况下，该2x2整数旋转矩阵被用作分布式调制方案，其中，源节点S将源信号与该整数旋转矩阵的第一行相乘；中继节点R接收并解码旋转信号，并且，如果正确的话，通过将解码信号与整数旋转矩阵的第二行相乘来对解码信号进行再调制，并转发该再调制的旋转信号；目的节点D执行所有接收信号的联合解码，

其中在该预定的NxN整数扩展旋转矩阵为3x3整数旋转矩阵的情况下，该3x3整数旋转矩阵被用作分布式调制方案，其中，源节点S将源信号与该整数旋转矩阵的第一行相乘；中继节点R₁接收并解码旋转信号，并且，如果正确的话，每个中继节点通过将解码信号与对于每个中继节点和源节点不同的3x3整数旋转矩阵的一行相乘来对解码信号进行再调制，并且每个中继节点转发该再调制的旋转信号；目的节点D执行所有接收信号的联合解码，

其中在该预定的NxN整数扩展旋转矩阵为4x4整数旋转矩阵的情况下，该4x4整数旋转矩阵被用作分布式调制方案，其中，源节点S将源信号与该整数旋转矩阵的第一行相乘；中继节点R₁接收并解码旋转信号，并且，如果正确的话，每个中继节点通过将解码信号与对于每个中继节点和源节点不同的4x4整数旋转矩阵的一行相乘来对解码信号进行再调制，并且每个中继节点转发该再调制的旋转信号，目的节点D执行所有接收信号的联合解码

2.如权利要求1所述的系统(800)，其中，通信系统为多频带正交频分复用超宽带(MB OFDM UWB)系统。

3.如权利要求1或2所述的系统(800)，其中，该预定的NxN整数扩展旋转矩阵为整数2x2整数扩展旋转矩阵：

$I_{\mathrm{16,2}}=\frac{1}{\sqrt{17}}\left[\begin{array}{cc}4& 1\\ 1& -4\end{array}\right]$

其将16-QAM符号扩展到规则的256-QAM符号，而扩展64-QAM符号和256-QAM符号的2x2整数扩展旋转矩阵分别为

$I_{\mathrm{64,2}}=\frac{1}{\sqrt{65}}\left[\begin{array}{cc}8& 1\\ 1& -8\end{array}\right]$ 和 $I_{\mathrm{256,2}}=\frac{1}{\sqrt{257}}\left[\begin{array}{cc}16& 1\\ 1& -16\end{array}\right].$

4.如权利要求1或2所述的系统(800)，其中，该预定的NxN整数扩展旋转矩阵为：

从一组矩阵中选出的整数3x3旋转矩阵，该组矩阵由

$I_{\mathrm{4,3}}=\frac{1}{\sqrt{21}}\left[\begin{array}{ccc}4& 2& -1\\ -1& 4& 2\\ 2& -1& 4\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{21}}\left[\begin{array}{ccc}4& -2& 1\\ 1& 4& -2\\ -2& 1& 4\end{array}\right]$

和这两个矩阵在行或列之间的任意置换组成，其将4-QAM符号扩展到规则的64-QAM符号，和

能够扩展16-QAM符号、64-QAM符号和256-QAM符号的3x3整数扩展旋转矩阵分别选自由

$I_{\mathrm{16,3}}=\frac{1}{\sqrt{273}}\left[\begin{array}{ccc}16& 4& -1\\ -1& 16& 4\\ 4& -1& 16\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{273}}\left[\begin{array}{ccc}16& -4& 1\\ 1& 16& -4\\ -4& 1& 16\end{array}\right]$

$I_{\mathrm{64,3}}=\frac{1}{\sqrt{4161}}\left[\begin{array}{ccc}64& 8& -1\\ -1& 64& 8\\ 8& -1& 64\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{4161}}\left[\begin{array}{ccc}64& -8& 1\\ 1& 64& -8\\ -8& 1& 64\end{array}\right]$

$I_{\mathrm{256,3}}=\frac{1}{\√65793}\left[\begin{array}{ccc}256& 16& -1\\ -1& 256& 16\\ 16& -1& 256\end{array}\right],\frac{1}{\√65793}\left[\begin{array}{ccc}256& -16& 1\\ 1& 256& -16\\ -16& 1& 256\end{array}\right]$

和上述每个矩阵在行或列之间的任意置换所组成的各个组。

5.如权利要求1或2所述的系统(800)，其中，该NxN整数扩展旋转矩阵为：

4x4整数扩展矩阵，使得四个QAM符号的所有4x4整数传播矩阵的类型为：

$I_{\mathrm{4,4}}=\frac{1}{\sqrt{85}}\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ {-x}_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& {-x}_2\\ {-x}_4& {-x}_3& x_2& x_1\end{array}\right]$

其中，x₁，x₂，x₃，x₄∈{±1，±2，±4，±8}并且它们的绝对值必须彼此不同，和

16-QAM符号的所有4x4整数旋转矩阵为下列类型：

$I_{\mathrm{16,4}}=\frac{1}{\sqrt{4369}}\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ {-x}_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& {-x}_2\\ {-x}_4& {-x}_3& x_2& x_1\end{array}\right]$

其中，x₁，x₂，x₃，x₄∈{±1，±4，±16，±64}并且它们的绝对值必须彼此不同，和

64-QAM符号的所有4x4整数旋转矩阵为下列类型：

$I_{\mathrm{64,4}}=\frac{1}{\sqrt{266305}}\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ {-x}_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& {-x}_2\\ {-x}_4& {-x}_3& x_2& x_1\end{array}\right]$

其中，x₁，x₂，x₃，x₄∈{±1，±8，±64，±512}并且它们的绝对值必须彼此不同，和

256-QAM符号的所有4x4整数旋转矩阵为下列类型：

$I_{\mathrm{256,4}}=\stackrel{1}{\sqrt{16843009}}\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ {-x}_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& {-x}_2\\ {-x}_4& {-x}_3& x_2& x_1\end{array}\right]$

其中，x₁，x₂，x₃，x₄∈(±1，±16，±256，±4096}并且它们的绝对值必须彼此不同。

6.如权利要求5所述的系统(600)，其中，该4x4旋转矩阵为整数矩阵，其由下式给定：

$I_{\mathrm{4,4}}=\frac{1}{\sqrt{85}}\left[\begin{array}{cccc}8& 4& 2& 1\\ -4& 8& -1& 2\\ -2& 1& 8& -4\\ -1& -2& 4& 8\end{array}\right]$

其将4-QAM符号扩展到规则的256-QAM符号。

7.一种用于增加使用QAM调制的通信系统的分集的方法，包括步骤：

通过将每个符号与预定的NxN扩展旋转矩阵R相乘，来扩展和旋转(505)N个QAM符号；和

在N个不同的独立信道(506)上传输该N个扩展和旋转的符号，其中，发射器包括扩展旋转分量(505)，以将每个QAM符号与预定的NxN整数扩展旋转矩阵相乘，并且其中，所述通信系统为协作通信(100)系统，其包括源节点S、至少一个中继节点R和目的节点D，

其中在该预定的NxN整数扩展旋转矩阵为2x2整数旋转矩阵的情况下，该2x2整数旋转矩阵被用作分布式调制方案，其中，源节点S将源信号与该整数旋转矩阵的第一行相乘；中继节点R接收并解码旋转信号，并且，如果正确的话，通过将解码信号与整数旋转矩阵的第二行相乘来对解码信号进行再调制，并转发该再调制的旋转信号；目的节点D执行所有接收信号的联合解码，

其中在该预定的NxN整数扩展旋转矩阵为3x3整数旋转矩阵的情况下，该3x3整数旋转矩阵被用作分布式调制方案，其中，源节点S将源信号与该整数旋转矩阵的第一行相乘；中继节点R₁接收并解码旋转信号，并且，如果正确的话，每个中继节点通过将解码信号与对于每个中继节点和源节点不同的3x3整数旋转矩阵的一行相乘来对解码信号进行再调制，并且每个中继节点转发该再调制的旋转信号；目的节点D执行所有接收信号的联合解码，

其中在该预定的NxN整数扩展旋转矩阵为4x4整数旋转矩阵的情况下，该4x4整数旋转矩阵被用作分布式调制方案，其中，源节点S将源信号与该整数旋转矩阵的第一行相乘；中继节点R₁接收并解码旋转信号，并且，如果正确的话，每个中继节点通过将解码信号与对于每个中继节点和源节点不同的4x4整数旋转矩阵的一行相乘来对解码信号进行再调制，并且每个中继节点转发该再调制的旋转信号；目的节点D执行所有接收信号的联合解码。

8.如权利要求7所述的方法，其中，对于16-QAM符号的2x2矩阵R：

该2x2整数旋转矩阵为

$I_{\mathrm{16,2}}=\frac{1}{\sqrt{17}}\left[\begin{array}{cc}4& 1\\ 1& -4\end{array}\right]$

其将16-QAM符号扩展到规则的256-QAM符号，和

扩展64-QAM符号和256-QAM符号的2x2整数扩展旋转矩阵分别为

$I_{\mathrm{64,2}}=\frac{1}{\sqrt{65}}\left[\begin{array}{cc}8& 1\\ 1& -8\end{array}\right]$ 和 $I_{\mathrm{256,2}}=\frac{1}{\sqrt{257}}\left[\begin{array}{cc}16& 1\\ 1& -16\end{array}\right].$

9.如权利要求7所述的方法，其中，对于4-QAM符号的3x3矩阵R：

该3x3整数旋转矩阵是从一组矩阵中选出的，该组矩阵由

$I_{\mathrm{4,3}}=\frac{1}{\sqrt{21}}\left[\begin{array}{ccc}4& 2& -1\\ -1& 4& 2\\ 2& -1& 4\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{21}}\left[\begin{array}{ccc}4& -2& 1\\ 1& 4& -2\\ -2& 1& 4\end{array}\right]$

和这两个矩阵在行或列之间的任意置换组成，其将4-QAM符号扩展到规则的64-QAM符号，和

扩展16-QAM符号、64-QAM符号和256-QAM符号的3x3整数扩展旋转矩阵分别为

$I_{\mathrm{16,3}}=\frac{1}{\sqrt{273}}\left[\begin{array}{ccc}16& 4& -1\\ -1& 16& 4\\ 4& -1& 16\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{273}}\left[\begin{array}{ccc}16& -4& 1\\ 1& 16& -4\\ -4& 1& 16\end{array}\right]$

$I_{\mathrm{64,3}}=\frac{1}{\sqrt{4161}}\left[\begin{array}{ccc}64& 8& -1\\ -1& 64& 8\\ 8& -1& 64\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{4161}}\left[\begin{array}{ccc}64& -8& 1\\ 1& 64& -8\\ -8& 1& 64\end{array}\right].$

10.如权利要求7所述的方法，其中对于QAM符号的4x4矩阵来说，矩阵R为

四个QAM符号的所有4x4整数旋转矩阵为下列类型：

$I_{\mathrm{4,4}}=\frac{1}{\sqrt{85}}\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ {-x}_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& {-x}_2\\ {-x}_4& {-x}_3& x_2& x_1\end{array}\right]$

其中，x₁，x₂，x₃，x₄∈{±1，±2，±4，±8}并且它们的绝对值必须彼此不同，和

16-QAM符号的所有4x4整数旋转矩阵为下列类型：

$I_{\mathrm{16,4}}=\frac{1}{\sqrt{4369}}\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ {-x}_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& {-x}_2\\ {-x}_4& {-x}_3& x_2& x_1\end{array}\right]$

其中，x₁，x₂，x₃，x₄∈{±1，±4，±16，±64}并且它们的绝对值必须彼此不同，和

64-QAM符号的所有4x4整数旋转矩阵为下列类型：

$I_{\mathrm{64,4}}=\frac{1}{\sqrt{266305}}\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ {-x}_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& {-x}_2\\ {-x}_4& {-x}_3& x_2& x_1\end{array}\right]$

其中，x₁，x₂，x₃，x₄∈{±1，±8，±64，±512}并且它们的绝对值必须彼此不同，和

256-QAM符号的所有4x4整数旋转矩阵为下列类型：

$I_{\mathrm{256,4}}=\frac{1}{\sqrt{16843009}}\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ {-x}_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& {-x}_2\\ {-x}_4& {-x}_3& x_2& x_1\end{array}\right]$

其中，x₁，x₂，x₃，x₄∈{±1，±16，±256，±4096}并且它们的绝对值必须彼此不同。

11.一种用于增加使用QAM调制的通信系统的分集的发射器(500)，包括：

扩展器，其用于扩展和旋转(505)N个QAM符号；和

分配分量，其用于在N个不同的独立信道(506)上分配该N个扩展和旋转的QAM符号，以在其上进行传输，和

扩展旋转分量(505)，其用于将每个QAM与预定的NxN整数扩展旋转矩阵相乘，其中，所述通信系统为协作通信(100)系统，其包括源节点S、至少一个中继节点R和目的节点D，

其中在该预定的NxN整数扩展旋转矩阵为2x2整数旋转矩阵的情况下，该2x2整数旋转矩阵被用作分布式调制方案，其中，源节点S将源信号与该整数旋转矩阵的第一行相乘；中继节点R接收并解码旋转信号，并且，如果正确的话，通过将解码信号与整数旋转矩阵的第二行相乘来对解码信号进行再调制，并转发该再调制的旋转信号；目的节点D执行所有接收信号的联合解码，

其中在该预定的NxN整数扩展旋转矩阵为3x3整数旋转矩阵的情况下，该3x3整数旋转矩阵被用作分布式调制方案，其中，源节点S将源信号与该整数旋转矩阵的第一行相乘；中继节点R₁接收并解码旋转信号，并且，如果正确的话，每个中继节点通过将解码信号与对于每个中继节点和源节点不同的3x3整数旋转矩阵的一行相乘来对解码信号进行再调制，并且每个中继节点转发该再调制的旋转信号；目的节点D执行所有接收信号的联合解码，

其中在该预定的NxN整数扩展旋转矩阵为4x4整数旋转矩阵的情况下，该4x4整数旋转矩阵被用作分布式调制方案，其中，源节点S将源信号与该整数旋转矩阵的第一行相乘；中继节点R₁接收并解码旋转信号，并且，如果正确的话，每个中继节点通过将解码信号与对于每个中继节点和源节点不同的4x4整数旋转矩阵的一行相乘来对解码信号进行再调制，并且每个中继节点转发该再调制的旋转信号；目的节点D执行所有接收信号的联合解码。

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