CN102017443B - 在多天线系统中实现传输分集的方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于在多天线系统中实现传输分集的方法。该传输分集方法包括从按照资源索引和当前的秩而确定的矩阵中选择列向量，和将选择的列向量乘以传输符号。

Description

在多天线系统中实现传输分集的方法

技术领域

本发明涉及多天线正交频分多路复用(OFDM)系统，尤其是，涉及通过除了码字循环分集之外应用循环延迟分集(CDD)来提高分集增益的方法。

背景技术

多天线OFDM系统需要各种技术去提高数据的传输可靠性。在它们之中，空时码(STC)、码字循环分集和CDD目的在于提高空间分集增益，并且波束成形(BF)和预编码被设计成能提高信噪比(SNR)。STC、码循环分集和CDD在开环系统中主要用于提高传输可靠性，而BF和预编码用于在闭环系统中通过反馈信息使SNR最大化，在开环系统中反馈信息对于发射机不可用，在闭环系统中反馈信息对于发射机可用。

CDD对于不同的天线使用不同的延迟τ₀、...、τ_Nt-1，如在图1中举例说明的。

在传输之前，每个天线将其特定的不同延迟应用于时域传输信号。如果在它们被延迟之前要经由天线传送的信号是相同的，则多径被增加，以使得信道的频率选择性被提高。空频块码(SFBC)是在多天线传输技术之中秩1传输方案的一个。建议SFBC对频率域使用Alamouti空时块码(STBC)。

码字循环方案将不同的预编码向量或者矩阵应用于不同的时间或者频率资源，以使得传输信号经历多个等效信道，从而实现分集增益。

典型地，分集方案需要与天线数目同样多的信道估计导频。因此，导频开销增加了。

发明内容

设计为解决该问题的本发明的目的在于按照秩使用适宜的码字循环，提高分集增益而不损害(impair)高秩的支持，降低导频开销，以及通过另外使用CDD而实现额外的传输分集的传输分集方法。

本发明的目的可以通过在多天线系统中提供传输分集方法来实现，该方法包括：从按照资源索引和当前的秩而确定的矩阵中选择列向量，和将选择的列向量乘以传输符号。

如果当前的秩是1和2中的一个，则选择列向量可以包括从矩阵中选择两个列向量。

如果当前的秩是3，则选择列向量可以包括从矩阵中选择三个列向量，并且如果当前的秩是4，则选择列向量可以包括从矩阵中选择四个列向量。

如果当前的秩是1，则传输符号可以是空时块码调制的符号和空频块码调制的符号中的一个。

如果当前的秩是2或者更大，则传输符号可以是空间复用的独立符号(spatially multiplexed independent symbol)。

该矩阵可以根据资源索引而改变。

该矩阵可以按照非连续分配的物理资源单位的结构而改变。

在本发明的另一个方面中，在此处提供的是一种在开环多输入多输出(MIMO)系统中的传输分集方法，包括：如果当前的秩是1，则使用空时块码或者空频块码中的一个来产生数据流，并且如果当前的秩是2或者更大，则通过空间复用来产生数据流，按照当前的秩从由资源索引确定的矩阵中选择列向量，将选择的列向量乘以数据流。该传输分集方法进一步包括将乘以列向量的数据流乘以CDD对角矩阵。

选择列向量可以包括如果当前的秩是1和2中的一个，则从矩阵中选择两个列向量。

选择列向量可以包括如果当前的秩是3，则从矩阵中选择三个列向量，并且如果当前的秩是4，则从矩阵中选择四个列向量。

该矩阵可以按照资源索引而改变。

该矩阵可以按照非连续分配的物理资源单位的结构而改变。

该传输分集方法可以进一步包括按照当前的秩有选择地传送导频。

该传输分集方法可以进一步包括仅仅在两个数据流中传送分配给分布式资源单位的导频。

该传输分集方法可以进一步包括选择在两个数据流中传送导频和在四个数据流中传送导频中的一个。

有益效果

本发明的示范实施例有利地提高分集增益，便于信道估计，并且通过除了码字循环分集之外应用CDD而减少用于信道估计的导频的数目。

附图说明

所附附图被包括进来以提供对本发明进一步的理解，附图举例说明本发明的实施例，并且与说明书一起起到解释本发明原理的作用。

在附图中：

图1举例说明在CDD中将不同的延迟应用于不同天线的方框。

图2是举例说明应用了本发明的一个示范实施例的发射机的配置的方框图。

图3是举例说明按照本发明一个示范实施例的传输分集方法的流程图。

图4举例说明应用了本发明的一个示范实施例的非连续分配的物理资源单位(PRU)的结构。

具体实施方式

现在将详细介绍本发明的优选实施例，在所附附图中举例说明其例子。

让CDD对角矩阵由D表示，并且传输符号向量由x表示。然后，D和x可以分别表示为公式1和公式2。

[公式1]

这里D是N_t×N_t矩阵，θ_i表示第i个发射天线的相移值，N_t表示发射天线的数目，并且k表示子载波索引、资源索引或者子载波组索引。

如果每个θ是零，则D是单位矩阵并且其可以不乘以传输符号向量x。如果至少一个θ_i值是非零的，则矩阵D可以带来额外的传输分集。此外，对于延迟值τ和快速傅里叶变换(FFT)大小N_fft，如果θ＝-2π/N_fft·τ，并且k是子载波索引，则可以在时间域中处理矩阵D，如图1中举例说明的。

在这里，D是CDD矩阵。为了减少用于信道估计的导频开销，τ可以被设置为小的值，例如，在0和4之间。

[公式2]

$x=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ \·\·\·\\ x_R\end{array}\right]$

这里R表示一次传送的数据流的数目。

如果x是STBC或者SFBC，则其可以表示为：

[公式3]

$x=\left[\begin{array}{cc}{x}_1& {-x}_2^{*}\\ x_2& x_1^{*}\end{array}\right]$

这里行表示数据流索引，列表示时间资源索引(在STBC的情况下)或者频率资源索引(在SFBC的情况下)。

如果采用空间复用，则给出x如下：

[公式4]

$x=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ \·\·\·\\ x_M\end{array}\right]$

这里M表示复用速率。当采用空间复用的时候，M等于R。

传输符号向量y可以表示为：

[公式5]

y＝DUx

这里U表示N_t×R矩阵，其可以取决于子频带而改变。

图2是举例说明应用了本发明的一个示范实施例的发射机的配置的方框图。

参考图2，MIMO编码器220将从串行-并并转换器210接收的数据转换为数据流230。如果当前的秩是1，则MIMO编码器220使用STBC或者SFBC中的一个来产生数据流230。如果当前的秩是2或者更高，MIMO编码器220通过空间复用来产生数据流230。

矩阵块240从MIMO编码器220接收数据流230，并且按照天线的数目和复用速率将不同的矩阵应用于数据流230。然后，可以另外地使用对角矩阵块250。

让最终的传输符号由DUx表示。如果秩是1或者2，则矩阵U是：

[公式6]

U＝[v₁ v₂]

如果秩是3，则矩阵U是：

[公式7]

U＝[v₁ v₂ v₃]

如果秩是4，则矩阵U是：

[公式8]

U＝[v₁ v₂ v₃ v₄]

也就是说，v₁和v₂被选择用于秩1或者2，v₁、v₂和v₃被选择用于秩3，并且v₁、v₂、v₃和v₄被选择用于秩4。所选择的矩阵乘以x。

v_n表示矩阵U的第n个列向量，并且列向量v_n的维度是N_t×1。公式6、公式7和公式8描述了按照资源索引而确定的矩阵的子集。

图3是举例说明按照本发明一个示范实施例的传输分集方法的流程图。

参考图3，在步骤S310至S350中，按照当前的秩和资源索引为矩阵U选择列向量。

更具体地说，在步骤S310和S330中，如果当前的秩小于或等于2，则通过从按照资源索引而确定的矩阵中选择两个列向量而产生矩阵U。在步骤S320和S340中，如果当前的秩为3，则通过从按照资源索引而确定的矩阵中选择三个列向量而产生矩阵U。在步骤S320和S350中，如果当前的秩为4，则通过从按照资源索引而确定的矩阵中选择四个列向量而产生矩阵U。

在步骤S360中，通过乘以CDD对角矩阵D、所选择的列向量和传输符号向量x来计算DUx。如果在矩阵D中每个θ是零，则该过程无需乘以矩阵D就可以结束。

如上所述，矩阵U可以取决于子频带或者任何其它因素而改变。在这种情况下，在不同的子频带中生成不同的等效信道，从而实现更高的分集增益。预定数目的RU可以被分配给子频带中的每一个。或者矩阵U可以按照非连续分配的PRU的结构而改变，如在图4中举例说明的。图4举例说明每当RU后继之以非连续的RU时，矩阵U从U₁到U₂，然后到U₃的变化。以图4中举例说明的方式进行的矩阵U的变化比用于连续的PRU的矩阵U的变化能够得到更好的信道估计。

同时，U应为发射机和接收机两者所知。发射机和接收机中的每一个需要用于存储U的存储器。做为选择，当U是从闭环MIMO(CL-MIMO)码本的一部分中选择出来的时候，额外的存储器不是必需的。

传输导频是导致大开销的因素中的一个。传输导频可以在数目方面有效地减少，如下所述。

当特定的资源被分配给移动站的时候，所有导频可以被设置为专用于该移动站。然后，可以通过将相同的DU矩阵乘以导频而降低导频的开销。例如，如果传输秩是1或者2，则U是N_t×2矩阵，如之前所描述的。导频乘以DU，并被在每个数据流中在预定的位置上传送。换句话说，D_v1p1(这里p₁是第一导频信号)被在第一数据流中在导频位置上传送，并且D_v1p2(这里p₂是第二导频信号)被在第二数据流中在导频位置上传送。接收机使用乘以了矩阵的导频D_v1p1和D_v1p2执行信道估计，并且基于该信道估计来解码接收的信号。以相同的方式，U是用于秩3的N_t×3矩阵。D_v1p1被在第一数据流中在导频位置上传送，D_v1p2被在第二数据流中在导频位置上传送，并且D_v1p3被在第三数据流中在导频位置上传送。在其它情况下，导频可以被以相同的方式传送。

当信号被传送给多个移动站的时候，尤其在分布式RU中的传输导频指的是用于所有移动站。在这种情况下，可以以下述方法减少导频开销。

一个导频开销减少方法是仅在两个数据流中传送导频。也就是说，D_v1p1被在第一数据流中在导频位置上传送，并且D_v1p2被在第二数据流中在导频位置上传送。具有传输秩1或者2的接收机使用该两个数据流的导频来解码信号。

可以使用预先确定的矩阵D和U执行较高秩(秩3和秩4)信道估计。

另一个导频开销减少方法是在两个数据流中选择导频传输，或者在四个数据流中选择导频传输。基站可以通知移动站所选择的导频模式。这个方法是可能的，因为在大多数情况下不选择高秩。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，不脱离本发明的精神或者范围，可以在本发明中进行各种修改和变化。因此，本发明意欲覆盖归入所附权利要求和其等效范围之内的本发明的改进和变化。

工业实用性

本发明提供一种当在多天线OFDM系统中使用CDD的时候用于提高分集增益的方法。该分集提高方法适用于类似电气与电子工程师协会(IEEE)802.16m的系统中的基站和移动站。

Claims (6)

1.一种在开环多输入多输出系统中的传输分集方法，包括：

在当前的秩是1时，使用空时块码或空频块码来产生数据流，此后称为第一数据流，在当前的秩是2或者更大时，通过空间复用来产生数据流，此后称为第二数据流；以及

在当前的秩是1时，将所述第一数据流乘以来自由资源索引确定的矩阵的两个列向量，在当前的秩是2或者更大时，将所述第二数据流乘以与所述当前的秩相同数目的来自所述矩阵的列向量。

2.根据权利要求1的传输分集方法，其中从对于闭环多输入多输出定义的码本的子集来选择所述矩阵。

3.根据权利要求1的传输分集方法，其中在所述当前的秩是1和2中的一个时，所述两个列向量是来自所述矩阵的最先的两个列向量。

4.根据权利要求1的传输分集方法，其中所述第二数据流所乘以的、与所述当前的秩相同数目的列向量在所述当前的秩是3时是来自所述矩阵的最先三个列向量，并且在所述当前的秩是4时是来自所述矩阵的最先四个列向量。

5.根据权利要求1的传输分集方法，进一步包括：

仅在两个数据流中传送分配给分布式资源单位的导频。

6.根据权利要求1的传输分集方法，进一步包括：

在两个数据流中传送导频或者在四个数据流中传送导频。

Images