CN1484899A - 差分空时块编码 - Google Patents

Abstract

一个差分空时块编码器依据一个正交矩阵和一个标准化因子，从要被编码的M－PSK符号中产生连续的空时块符号。用于经由一个无线通信系统的多个传输天线(16，18)传输的差分编码空时输出块，通过把来自空时块编码器(40)的每一空时块和相应的先前(44)差分编码空时输出块相乘(42)来产生。解码与信道估算无关，而且该方案是简单的、避免了错误传播、而且适用于不同数量的传输天线。

Description

差分空时块编码

这个发明涉及例如用于一个无线通信系统的差分空时块编码。

发明背景技术

众所周知，无线通讯信道常遭受随时间变化的多路径衰减，而且增加一个多信道衰减信道的质量、或者降低它的有效出错率是相对困难的。虽然有各种已知的用于减轻该多信道衰减影响的技术，但是这些中的部分(例如，增加发射机功率或者带宽)趋向于与一个无线通信系统的其它要求不一致。一种已经被发现是有利的技术是在该系统的一个发送器和/或接受器处使用两个或更多天线(或者符号极化)的天线分集。

在一个蜂窝无线通信系统中，每个基站一般都为许多远程(固定或者移动)单元服务而且它的特征(例如，大小和位置)更加有助于天线分集，以致至少在一个基站实现天线分集，以及在远程单元有或者没有天线分集是所希望的。至少对于在这种情况下来自该基站的通信，导致传输分集即，一个符号从两个或更多传输天线中传送过来。

S.M.Alamouti所著、在1998年10月，Vol.16，No.8的IEEEJournal on Selected Areas in Communications的页1451-1458中的“A Simple Transmit Diversity Technique for WirelessCommunications”中描述了一个使用空时编码(STBC)的简单传输分集方案。对于两个传输天线的情况，复数符号s0和-s1*连续地从一个天线中传送过来，而且同时复数符号s1和s0*连续地从另一个天线中传送过来，其中*表示复数共轭。这些传输的符号构成称为一个空时块。

由Alamouti描述的STBC技术的一个缺点是需要通信信道的估算。虽然这能够例如使用导频符号插入和提取来进行，但是例如因为导频符号需要系统总传输功率的一个显著部分，这不是所希望的。

V.Tarokh等人在1998年IEEE International Conference onUniversal Personal Communications的“New Detection Schemesfor Transmit Diversity with no Channel Estimation”中描述了Alamouti的STBC技术检测方案，其中从最初的已知传输符号和后续检测到的数据符号有效地计算该信道。然而，这种技术导致不期望的错误传播。这个出版物还注意到Alamouti的技术已经被推广到超过两个传输天线。

V.Tarokh等人在2000年7月、IEEE Journal on Selected Areasin Communications，Vol.18、No.7，第1169-1174页的“ADifferential Detection Scheme for Transmit Diversity”中描述了一种用于使用两个传输天线和一条或多条接收天线的STBC技术的差分检测方案，其不需要信道计算或者导频符号传输。如这个出版物的1171页所述以及图1所示，对于一个2^b-PSK(相移键控)，b＝1，2，3，...，组，该发送器包含一个2b位块的双射映射M，从中一个差分编码产生用于传输的符号。接受器包含一个逆映射M^-1。虽然这个方案避免了错误传播的问题，但是它是相对复杂而且因此实现更加复杂，而且它的应用被限制在仅仅两个传输天线。在这方面该出版物在页1174上进行了叙述：“把在这篇文章中描述的差分检测传输分集方法扩展到n＞2的传输天线是一件非同寻常的任务”。

因此存在一个提供一种用于差分空时块编码的改进方法和编码器以及一种相应的用于解码的方法和解码器的需要。

发明概述

依据一个方面，这个发明提供了一个差分空时块编码的方法，包含步骤：从要被编码的符号中，依据一个T乘T正交矩阵H_x、产生在每一个T路径上以连续的符号间隔的每一个T符号的连续空时块H_x(X_i)，其中T是一个大于1的整数，X_i表示要在一个空时块中编码的符号，以及i是一个标识每个空时块的整数；产生在每条T输出路径上以连续的符号间隔的每个T符号的差分编码的空时输出块H_z，i；以及延迟该差分编码的空时输出块H_z，i以产生相应的延迟块H_z，i-1；每个差分编码的空时输出块H_z，i由块H_x(X_i)和延迟的块H_z，i-1的矩阵相乘产生。

例如，在如下所述的本发明一个实施例中，T＝2而且在每个空时块中编码两个符号。在如下所述的本发明另一个实施例中，T＝4而且在每个空时块中编码三个符号。更可取地是在每种情况中，产生连续空时块H_x(X_i)的步骤包含把要被编码的符号和一个标准化因子相乘。便利地，要被编码的符号包含M元相移键控符号，其中M是一个大于一的整数。

本发明的另一方面提供了一个差分空时块编码器，其包含：一个响应于要被编码的符号产生连续的空时编码块的空时块编码器；一个矩阵乘法器，具有一个第一输入用于所述连续的空时编码块、一个第二输入、以及一个提供差分编码的空时块的输出；以及一个用于从该矩阵乘法器的输出提供每个都具有一个空时块延迟的差分编码空时块到该矩阵乘法器的第二输入的延迟单元；矩阵乘法器把每个空时编码的块和一个紧接着其前面的分编码空时块相乘以产生一个当前的、差分编码的空时块。

本发明还提供了一种响应于来自由上述方法产生的差分编码空时块的T形天线的发送、解码在相应符号间隔中接收的符号的方法，该方法包含步骤：提供每个编码的空时块的T接收的符号；以及依据 $Y_i=k{H}_x\left({\hat{X}}_i\right)Y_{i-1}$ 产生解码的符号

其中Y_i是一个当前编码的空时块i的T符号的一个向量，Y_i-1是紧接着前面的编码空时块i-1的T符号的一个向量，i是一个整数、k一个缩放常数、以及H_x是T乘以T正交空时块编码矩阵。

本发明进一步提供了一个响应于由上述编码器产生的差分编码空时块的发送、解码在相应符号间隔中接收的符号的编码器，其包含：用于提供由向量Y_i表示的、每个编码空时块i的接收的符号的装置；一个用于提供一个空时块延迟以提供由向量Y_i-1表示的、一个紧接着前面的编码空时块i-1的接收符号的延迟单元；以及用于依据方程 $Y_i=k{H}_x\left({\hat{X}}_i\right)Y_{i-1}$ 产生解码符号X_i的装置，其中k是一个缩放常数，以及H_x是表示由编码器进行编码的空时块的正交矩阵。

附图简要说明

通过以下参考附图进行的描述，本发明将得到进一步的理解，其中举例来说：

图1说明了一个已知空时块代码(STBC)发送器的一部分；

图2说明了一个相应的已知接受器的一部分；

图3说明了一个使用映射和差分编码的已知STBC发送器的一部分；

图4说明了一个依据本发明的一个实施例、使用差分编码的STBC发送器的一部分；以及

图5说明了一个依据本发明一个实施例的相应接受器的一部分。

详细说明

参见附图，图1说明了一个已知空时块代码(STBC)发送器的一部分，而且图2说明了一个相应的已知接受器的一部分。为简单和清楚起见，这些以及其它的附图仅仅显示了为充分理解这个发明的现有技术和实施例所必须的发送器和接受器中的哪些部分，而且相同的索引在不同的附图中使用来指示相似的单元。

图1中的发送器包含一个串联-到-并联(S-P)转换器10、一个M-PSK(M元相移键控)调制器或者映射函数12、以及一个经由诸如没有显示但是在图1中由虚线表示的上变频器和功率放大器的发送器，向提供传输分集的至少两条天线16和18提供输出的空时块编码器(STBC)14。该S-P转换器10具备有要被传输的信息的输入位并且在两条或更多并行线上产生输出位到M-PSK映射函数12，其从并行位中产生连续的M-PSK符号x₁、x₂、...。

例如，映射函数12可以提供一个在所有情况下，把来自S-P转换器10的3个输入位映射到一个8-PSK信号点组的M＝8符号点中的相应一个的葛莱码映射。通常，能够理解：映射函数12能够提供一个或多个输入位到一个信号点组的任何期望的映射，其中该信号点组具有任何适当和期望的等能相态(equal-energy phase)数目M；举例来说M＝2(其中不需要S-P转换器10)、4、或者8。

由复数表示的符号x₁、x₂、...，被提供给STBC 14，其为简单起见在图1中显示为具有两个用于相应的传输天线16和18的输出，但是作为代替可以具有超过两个的输出用于相应更多数量的传输天线。对于如图所示两条天线的情况，STBC 14从提供给它的输入的每个连续符号对x₁和x₂中形成一个空时符号块，如图1中所示。

更具体地说，STBC功能由T乘以T正交矩阵Hx表示，其中T是传输天线的数目以及因此Hx是STBC 14的符号输出。对于如图1所示T＝2的情况，

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

依据这个矩阵H_x，对于每一对提供给STBC 14输入端的PSK符号x₁和x₂，在第一符号间隔中符号x₁提供给天线16以及符号x₂提供给第二天线18，而且在第二符号间隔中，符号-X₂ ^*被提供给第一天线16以及符号x₁ ^*被提供给第二天线18，其中*表示复共轭。因此在每一对中的PSK符号都以不同的形式、从不同的天线以及在不同的时间传输两次以提供空间与时间分集。能够看出：矩阵Hx的每一列指示从一个相应的天线中以连续间隔传输的符号，以及每一行表示一个相应的符号发送间隔。

用一个表示符号对数目(或者，等同于时间)的附加整数i标识每一对符号x₁和x₂，即标识为一个相应的符号对x_1，i和x_2，i或者等同于标识为X_i，矩阵H_x能够更一般地表示为：

$H_x\left(X_i\right)=H_x(x_{1,i},x_{2,i})=\left[\begin{array}{cc}{x}_{1,i}& x_{2,i}\\ {-x}_{2,i}^{*}& x_{1,i}^{*}\end{array}\right].$

从天线16和18传输过来的空时块由如图2所示的接受器的天线20接收，在一个接收信道22上产生再次由复数表示的接收符号y₁、y₂、...。这些接收的符号对，y_1、i和y_2，i，或者表示为Y_i，被提供给显示在图2的一个虚线方框中的最大似然解码器24。解码器24包含一个STBC解码器26和一个M-PSK解调器28。STBC解码器被提供了符号对Y_i并且具有信道估算α₁和α₂，并且分别产生传输的PSK符号x₁、x₂、...的估算 ...(脱字符号^表示估算)。这些估算被提供给MPSK解调器28，其产生原有输入位的估算。

信道估算α₁和α₂表示分别从传输天线16和18到接收天线20的信道参数或者增益(振幅和相位)，并且被合理地假定为是在每一空时块的持续期上的常数。能够以任何已知的期望方式，举例来说也使用经由相同的信道从发送器传输到接受器的导频，产生该信道估算。

如果 $A_i=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_{1,i}\\ {\mathrm{\α}}_{2,i}\end{array}\right]$ 是一个用于相应空时块i的信道估算的向量，则排除噪音和干扰之外，能够看出：

$Y_i=\left[\begin{array}{c}{y}_{1,i}\\ y_{2,i}\end{array}\right]=H_x(x_{1,i},x_{2,i})A_i=\left[\begin{array}{cc}{x}_{1,i}& x_{2,i}\\ {{-x}_{2,i}}^{*}& {-x}_{1,i}^{*}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_{1,i}\\ {\mathrm{\α}}_{2,i}\end{array}\right],i=\mathrm{1,2},\·\·\·\left(1\right)$

引入一个转换向量 ${\hat{Y}}_i=\left[\begin{array}{c}{y}_{1,i}\\ {{-y}_{2,i}}^{*}\end{array}\right],$ 如Alamouti发表的出版物中所示，能够确定：

${\hat{X}}_i=\left[\begin{array}{c}{\hat{x}}_{1,i}\\ {\hat{x}}_{2,i}\end{array}\right]H_{\mathrm{\α}}{({\mathrm{\α}}_{1,i},{\mathrm{\α}}_{2,i})}^{\′}{\hat{Y}}_i=({\left|{\mathrm{\α}}_{1,i}\right|}^2+{\left|{\mathrm{\α}}_{2,i}\right|}^2)X_i$

其中矩阵H_α(α_1，i，α_2，i)是矩阵H_α(α_1，i，α_2，i)的共轭转置。因为部分(|α_1，i|²+|α_2，i|²)是实数，所以它没有改变M-PSK符号的相位，其因此能够通过一个查表操作被解码为信息位。

如上所述，Alamouti出版物也把这个传输分集方案扩展到超过一个接收天线的情况，而且这个方案也已经被扩展到用于超过两个传输天线的情况。这种已知的方案提供了简单性和分集的优点，而是具有需要信道估算的缺点。

图3说明了由Tarokh等人在上面标题为“ A DifferentialDetection Scheme for Transmit Diversity”的出版物中提出的一个STBC发送器的一部分。这个方案避免了如在上述的图1和2的方案中那样、需要信道估算的缺点，并且也力图避免在诸如由Tarokh等人在上述标题为“New Detection Schemes for Transmit Diversitywith no Channel Estimation”的出版物中提出的方案中发生的错误传播。

参见图3，发送器包含一个映射函数30、一个差分符号计算块32、一个延迟34、以及两个由块36表示的传输天线。如Tarokh等人描述的那样，对于一个2^b-PSK，b＝1，2，...，的符号点组，发送器在2b位B_2t+1的一个输入块上使用函数30的映射M并且计算M(B_2t+1)＝(A(B_2t+1)B(B_2t+1))，其中A和B在出版物的1171页上的IIIA部分中进行了解释。发送器然后使用延迟34和计算块32来计算(S_2t+1 S_2t+2)＝A(B_2t+1)(s_2t-1 S_2t)+B(B_2t+1)(-S_2t ^* s_2t-1 ^*)，在时间2t+1处分别从第一和第二传输天线发送s_2t+1和s_2t+2、以及在时间2t+2处分别从第一和第二传输天线发送S_2t+2 ^*和s_2t+1 ^*。在一个发送序列的头两个符号提供一个差分编码参考并且不传送任何信息的情况下，为2b位中的每一个后续块重复这个映射、差分计算、以及空时块代码发送。

虽然图3中的发送器避免了信道估算的需要以及避免了错误传播问题，但是它引入了不期望地复杂化该发送器的计算，而且如在该出版物所承认的那样，这个方案的应用被限制在仅仅具有两个传输天线的情况。因此这个方案具有有限的应用以及一个所不期望的复杂的实施。

图4说明了依据这个发明的一个实施例，使用差分编码的两个天线STBC发送器的一部分。类似于上述图1中的发送器，这个发送器包含一个向其提供了输入位的S-P转换器10，它的输出位被提供给一个M PSK映射函数12，其产生由复数表示的连续M-PSK符号x₁，X₂，...。也如上参考图1所述，这些符号对x_1，i和x_2，i，或者X_i被提供给一个STBC函数40，其形成一个如上所述的2乘2正交STBC矩阵H_x(X_i)，在这种情况下如下面进一步描述的那样，它由一个预定归一化因数k进行缩放。

STBC函数40的输出被提供给一个矩阵乘法器42的一个输入，该乘法器的一个输出构成如下所述的一个STBC矩阵H_z，i，并且被提供给两个传输天线16和18来以和参考图1为矩阵H_x(X_i)描述的方式类似的方式进行传输。矩阵H_z，i也被提供给延迟单元44的一个输入，该延迟单元44的一个输出矩阵H_z，i-1被提供给矩阵乘法器42的另一个输入。

以类似于用于矩阵H_x(X_i)的方式表示矩阵H_z，i，即包含一符号对z_1，i和Z_2，i，则对于符号对i，矩阵H_z，i被给定为：

$H_{z,i}=H_z(z_{1,i},z_{2,i})=\left[\begin{array}{cc}{z}_{1,i}& z_{2,i}\\ {-z}_{2,i}^{*}& z_{1,i}^{*}\end{array}\right]$

其中的分量由两个天线16和18作为一个空时块进行传输。

能够看出图4中的发送器的函数40到44构成了一个具有如下所示的编码器方程的STBC编码器：

                  H_z，i＝kH_x(X_i)H_z，i-1

换句话说，每一个由天线16和18传输的空时块H_z，i等于由函数40产生的正规化矩阵kH_x(X_i)在矩阵乘法器42中和先前传输的空时块矩阵H_z，i-1相乘，其中后者经由延迟44被反馈到乘法器42(其在这种情况下提供了一个对应于一个空时块，即两个符号的延迟)。

更详细地说，能够看出：

${\mathrm{kH}}_x(x_{1,i},x_{2,j})H_z(z_{1,i-1},z_{2,i-1})=k\left[\begin{array}{cc}{x}_{1,i}& x_{2,i}\\ {{-x}_{2,i}}^{*}& {x_{1,i}}^{*}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{z}_{1,i-1}& z_{2,i-1}\\ {{-z}_{2,i-1}}^{*}& {z_{1,i-1}}^{*}\end{array}\right]$

$=k\left[\begin{array}{cc}{x}_{1,i}{z}_{1,i-1}-x_{2,i}{z_{2,i-1}}^{*}& x_{1,i}{z}_{2,i-1}+{x_{2,i}{z}_{1,i-1}}^{*}\\ {{-x}_{2,i}}^{*}{z}_{1,i-1}-{x_{1,i}}^{*}{z_{2,i-1}}^{*}& -{x_{2,i}}^{*}{z}_{2,i-1}+{x_{1,i}}^{*}{z_{1,i-1}}^{*}\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{cc}{z}_{1,i}& z_{2,i}\\ {{-z}_{2,i}}^{*}& {z_{1,i}}^{*}\end{array}\right]H_z(z_{1,i},z_{2,i})$

其中z_1，i≡k(x_1，iz_1，i-1-x_2，iz_2，i-1 ^*)以及z_2，i≡k(x_1，iz_2，i-1+x_2，iz_1，i-1 ^*)。

利用|x_1，i|²＝|x_2，i|²＝1和 $k=1/\sqrt{2},$ 矩阵H_z，i具有和矩阵H_z，i-1相同的属性而且这些连续的矩阵每一个都能够如上所述作为一个空时块进行传输。

如上参考图4所述，从天线16和18中传输的空时块导致接受器接收成对并且由如上所述的Y_i表示的符号y₁，y₂，...。再次用对应于上述信道估算的向量Ai表示信道参数，则接收的符号具有形式：

Y_i＝H_x(z_1，i，z_2，i)A_i＝kH_x(x_1，i，x_2，i)Hz(z_1，i-1，z_2，i-1)A_i

因为这个方程的最后两项近似与在前面接收的符号对Y_i-1相同，可见：

$Y_i\≅k{H}_x(x_{1,i},x_{2,i})Y_{i-1}=k{H}_x\left(X_i\right)Y_{i-1}--\left(2\right)$

这个近似基于合理的假定，即在两个连续的空时块之间信道参数不会发生显著的变化。

能够看出：这个方程(2)具有一个和上面的方程(1)类似的形式，除了方程(1)中的信道参数矢量A_i在方程(2)中被替换为kY_i-1。由于这个替换，一个用于检测传输的信息的方案能够对应于上面参考图2描述的那个。因此任务为求解上述方程(2)的解码处理过程在这种情况下被给定为：

${\hat{X}}_i=\left[\begin{array}{c}{\hat{x}}_{1,i}\\ {\hat{x}}_{2,i}\end{array}\right]H{(y_{1,i-1},y_{2,i-1})}^{\′}{\tilde{Y}}_i=\left[\begin{array}{cc}{y_{1,i-1}}^{*}& {-y}_{2,i-1}\\ {y_{2,i-1}}^{*}& y_{1,i-1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{y}_{1,i}\\ {{-y}_{2,i}}^{*}\end{array}\right]$

其中转换向量 ${\tilde{Y}}_i=\left[\begin{array}{c}{y}_{1,i}\\ {{-y}_{2,i}}^{*}\end{array}\right]$ 以及矩阵H(y_1，i-1，y_2，i-1)是矩阵H(y_1，i-1，y_2，i-1)的共轭转置。

能够从上述方程中看出，由于图4中的发送器提供的编码，接收的符号对Y_i仅仅取决于预定和常数的标准化因子k、当前的空时块代码矩阵H_x(X_i)、以及紧在其前面的接收的符号对Y_i-1。产生估算的解码符号

的解码接收的符号对Y_i不取决于信道参数矢量A_i，其因此不需要为了让接受器再现传输的信息而被估算。此外，能够理解这里存在有差分编码：估算的解码符号 取决于当前接收的符号对Y_i和紧接在其前面的接收符号对Y_i-1，而且因为每一接收符号对Y_i的解码不取决于先前的解码信息，所以避免了在解码信息中的错误传播。

图5说明了一个相应接受器的一部分，其中，如在图2中的已知接受器中那样，从图4的发送器的天线16和18传输的空时块由天线20接收以在接收路径22上产生接收的符号y₁，y₂，...。从这些接收符号对，y_1，i和y_2，i或者Y_i中，转换向量 ${\tilde{Y}}_i=\left[\begin{array}{c}{y}_{1,i}\\ {{-y}_{2,i}}^{*}\end{array}\right]$ 由单元50产生并且，经由一个延迟单元52，由单元54产生矩阵 $H{(y_{1,i-1},y_{2,i-1})}^{\′}=\left[\begin{array}{cc}{y_{1,i-1}}^{*}& {-y}_{2,i-1}\\ {y_{2,i-1}}^{*}& y_{1,i-1}\end{array}\right].$ 在图5中的一个虚线方框中显示的一个解码器56中，单元50和54的输出被提供给执行上述方程(3)中的相乘的乘法器58，由此分别产生传输的PSK符号x₁，x₂，...的估算

...。类似于在图2中的接受器，这些估算被提供给M PSK解调器28，其产生原有输入位的估算。能够理解：解码器56不使用信道参数矢量Ai，所以它不需要和不取决于信道估算，以及该解码器从两个连续的接收符号块中产生传输的PSK符号的估算，所以不存在错误传播。

虽然在具有两个天线的发送器和具有一个天线的接受器的上下文环境中，在上面描述了图4中的发送器和图5中的接受器，但是要理解本发明的实施例不局限于这个情况。接受器作为替代可以具有两个或更多的天线，来自于其中的符号可以以一种期望和适当的方式，例如使用最大比值组合，来进行组合。此外，发送器可以具有超过两个天线，STBC矩阵H_x(X_i)仍然是T乘T正交矩阵，其中T是传输天线的数目。举例来说，以下描述涉及T＝4的情况，即发送器具有四个天线而且STBC矩阵H_x(X_i)被要求是一个4乘4正交矩阵。

因为还没有为编码率1确定STBC 4乘4正交矩阵(即，具有4个连续的M PSK符号x₁，x₂，x₃，和x₄被并入到该矩阵中)，能够使用一个较低的编码率。例如，利用一个3/4的编码率，该4乘4正交矩阵仅仅从3个连续M-PSK符号x₁，x₂，和x₃中导出。则该STBC矩阵H_x(X_i)能够是，例如，矩阵：

$H_x(x_1,x_2,x_3)=\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& \frac{x_3}{\sqrt{2}}& \frac{x_3}{\sqrt{2}}\\ -{x_2}^{*}& {x_1}^{*}& \frac{x_3}{\sqrt{2}}& \frac{x_3}{\sqrt{2}}\\ \frac{{x_3}^{*}}{\sqrt{2}}& \frac{{x_3}^{*}}{\sqrt{2}}& \frac{(-x_1-x_1^{*}+x_2-x_2^{*})}{2}& \frac{(x_1-x_1^{*}-x_2-x_2^{*})}{2}\\ \frac{x_3}{\sqrt{2}}& \frac{{x_3}^{*}}{\sqrt{2}}& \frac{(x_1+x_1^{*}+x_2+x_2^{*})}{2}& \frac{(-x_1-x_1^{*}-x_2-x_2^{*})}{2}\end{array}\right]$

其是正交的，即：

H_x(X₁)H_x(X₁)＝(|x₁|²+|x₂|²+|x₃|²)I

其中I是单位矩阵。用于这个矩阵标准化因子k是

除了准备四个传输天线而不是两个、依据如上所述的4乘4矩阵修改STBC编码器40，以及相应增加单元40到44的输入和输出数目之外，用于这个示例的发送器能够与如上参考图4所述的相同。

在相应的接收器中，解码器的任务再次是求解方程：

$Y_i\≅{\mathrm{kH}}_x\left(X_i\right)Y_{i-1}$

其对应于上述的方程(2)，其中在这种情况下每一向量Y_i和Y_i-1具有四个元素而且矩阵H_x(X_i)是一个四乘四矩阵，所以这个方程表示一组四个线性联立方程。接收器能够具有一个和如上参考图5所述大略相似的相似，除了单元50和54以及乘法器58由用于向这个解码器方程提供一个显式解法的单元所代替之外。能够看出由这个解码器方程表示的线性联立方程组的大小对应于传输天线的数目T以及空时块的相应大小，而且能够总是发现这个方程的一个显式解法而不论传输天线的数目T。

通过进一步说明和示例，如上所述的4乘4正交矩阵STBC方案可以和QPSK(即，M＝4)调制和Gray编码一起使用，该QPSK符号以下列形式进行表示：

$x_m=({\mathrm{\θ}}_{m,r}+{\mathrm{\θ}}_{m,j})/\sqrt{2}$

其中m＝1，2，3以及θ_r和θ_j表示相应符号的实数和虚数相分量。因此，STBC矩阵H_x(x₁，x₂，x₃)能够在下列形式描述：

$H_x(x_1,x_2,x_3)=(M_{1,r}{\mathrm{\θ}}_{1,r}+M_{1,j}{\mathrm{\θ}}_{1,j}+M_{2,r}{\mathrm{\θ}}_{2,r}+M_{2,j}{\mathrm{\θ}}_{2,j}+M_{3,r}{\mathrm{\θ}}_{3,r}+M_{3,j}{\mathrm{\θ}}_{3,j})/\sqrt{2}$

其中：

$M_{1,r}=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& -1& 0\\ 0& 0& 0& -1\end{array}\right],$ $M_{1,j}=\left[\begin{array}{cccc}j& 0& 0& 0\\ 0& -j& 0& 0\\ 0& 0& 0& j\\ 0& 0& j& 0\end{array}\right],$

$M_{2,r}=\left[\begin{array}{cccc}0& 1& 0& 0\\ -1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& -1\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right]$

$M_{2,j}=\left[\begin{array}{cccc}0& j& 0& 0\\ j& 0& 0& 0\\ 0& 0& j& 0\\ 0& 0& 0& -j\end{array}\right],$ $M_{3,r}=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 1& 1\\ 0& 0& 1& -1\\ 1& 1& 0& 0\\ 1& -1& 0& 0\end{array}\right],$

$M_{3,j}=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cccc}0& 0& j& j\\ 0& 0& j& -j\\ -j& -j& 0& 0\\ -j& j& 0& 0\end{array}\right].$

相应的解码算法由下列方程描述：

θ_m，r＝sign(real(Y_i′M_m，rY_i-1))，θ_m，j＝sign(real(Y_i′M_m，jY_i-1))，m＝1，2，3

例如如上所述的、依据本发明实施例的发送器和接收器方案的模拟已经显示出：这就误码率(BER)和帧错误率(FER)而言提供了一个期望的性能，这比具有最佳信道估算的空时块编码方案的那些低3dB。能够理解：后者是一个不能实现的理论理想状态，因为实际上会发生能够导致已知STBC系统性能大幅度降低的信道估计错误，而且在这样的系统中也需要该资源中的一个重要部分用于该导频信道，或者需要符号用于同步和信道估算。因此，有可能让依据本发明的方案提供比使用信道估算的实际STBC系统更好的BER性能，以及提供一种能够容易地在发送器和接收器中实现的解决方案，而且其适用于具有不同数量的传输天线的发送器。

还能够理解：包含依据本发明的一个方案的系统的性能能够通过把如上所述的差分STBC编码和一个信道编码器串联起来来得到进一步的改进，其例如可以包含一个已知形式的增强编码器。例如在这种情况下，在发送器中，被串联提供给S-P转换器10或者被并联提供给M-PSK映射函数12的输入的输入位可以，例如经由一个已知形式的块数字复用器，从一个也是已知形式的一个增强编码器的输出中导出。在该接收器中，相应地从解码器56中输出的估算位能够包含，例如经由一个已知形式的块去交错器提供到一个也是已知形式的信道解码器的软值(概率或者概率比率)。增强和STBC编码的串联(concatenation)例如可以从G.Bauch所著的、1999年六月的Proceedings of theInternational Conference on Communications，ICC′99，的第1202-1206页中的“Concatenation of Space Time Block Codesand″Turbo″-TCM″”中得知。

虽然在上面详细描述了本发明的特定实施例，能够理解可以在如权利要求定义的发明范围中构造这些和许多其它的修改、变化、和改进。

Claims (14)

1.一种差分空时块编码的方法，包含步骤：

从要被编码的符号中，依据一个T乘T正交矩阵H_x、产生在每一个T路径上以连续的符号间隔的每一个T符号的连续空时字块H_x(X_i)，其中T是一个大于1的整数，X_i表示要在一个空时块中编码的符号，以及i是一个标识每个空时块的整数；

产生在每条T输出路径上以连续的符号间隔的每个T符号的差分编码的空时输出块H_z，i；以及

延迟该差分编码的空时输出块H_z，i以产生相应的延迟块H_z，i-1；

每个差分编码的空时输出块H_z，i由块H_x(X_i)和延迟的块H_z，i-1的矩阵乘法产生。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：T＝2以及在每一个空时块中编码两个符号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：T＝4以及在每一个空时块中编码三个符号。

4.如在权利要求1到3任何一个中所述的方法，其特征在于：产生连续空时块H_x(X_i)的步骤包含把要被编码的符号和一个标准化因子相乘。

5.如在权利要求1到4任何一个中所述的方法，其特征在于：要被编码的符号包含M元相移键控符号，其中M是一个大于一的整数。

6.一个差分空时块编码器，包含：

一个响应于要被编码的符号产生连续的空时编码块的空时块编码器；

一个具有一个用于所述连续空时代码块的第一输入、一个第二输入、以及一个提供差分编码空时块的输出的矩阵乘法器；以及

一个延迟单元，用于以一个空时块的延迟、把来自矩阵乘法器输出的每一个差分编码空时块提供到矩阵乘法器的第二输入；

矩阵乘法器把每个空时编码块和一个紧接着其前面的分编码空时块相乘以产生一个当前的差分编码空时块。

7.如权利要求6所述的编码器，其特征在于：该空时块编码器被安排为响应于要被编码的两个符号，在两个路径中的每一个上以连续的符号间隔产生每一个具有两个符号的空时代码块。

8.如权利要求6所述的编码器，其特征在于：该空时块编码器被安排为响应于要被编码的三个符号，在四个路径中的每一个上以连续的符号间隔产生每一个具有四个符号的空时代码块。

9.如权利要求6到8中任何一个所述的编码器，其特征在于：该空时块编码器是安排为把要被编码的符号和一个标准化因子相乘。

10.如权利要求6到9任何一个中所述而且进一步包含一个M元相移键控函数的编码器安排来产生要被编码的符号，其中M是一个大于一的整数。

11.一种响应于来自由如权利要求1所述的方法产生的差分编码空时块的T形天线发送、解码在相应符号间隔中接收的符号的方法，包含步骤：

提供每一编码空时块的T个接收符号；以及

依据下式产生解码符号

$Y_i=k{H}_x\left({\hat{X}}_i\right)Y_{i-1}$

其中Y_i是当前编码空时块i的T个符号的一个向量，Y_i-1是一个紧接其前面的编码空时块i-1的T个符号的一个向量，i是一个整数，k是一个定比例常数，以及H_x是T乘T正交空时块编码矩阵。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：T＝2，y₁，i和y₂，i是编码空时块i的接收符号，以及产生解码符号的步骤包含把矩阵 $H{(y_{1,i-1},y_{2,j-1})}^{\′}=\left[\begin{array}{cc}{y_{1,i-1}}^{*}& {-y}_{2,i-1}\\ {y_{2,i-1}}^{*}& y_{1,i-1}\end{array}\right]$ 和向量 ${\tilde{Y}}_i=\left[\begin{array}{c}{y}_{1,i}\\ {{-y}_{2,i}}^{*}\end{array}\right]$ 相乘。

13.一个响应于由如权利要求6所述的编码器产生的差分编码空时块的发送、解码在相应符号间隔中接收的符号的编码器，其包含：

用于提供由向量Y_i表示的、每个编码空时块i的接收符号的装置；

一个用于提供一个空时块延迟以提供由向量Y_i-1表示的、一个紧接着其前面的编码空时块i-1的接收符号的延迟单元；以及

用于依据以下的方程产生解码符号

的装置：

$Y_i=k{H}_x\left({\hat{X}}_i\right)Y_{i-1}$

其中k是一个定比例常数以及H_x是一个表示通过该编码器编码的空时块的正交矩阵。

14.如权利要求13所述的解码器，其特征在于：用于产生解码符号X_i的装置包含一个被安排来把矩阵 $\left[\begin{array}{cc}{y_{1,i,1}}^{*}& {-y}_{2,i-1}\\ {y_{2,i-1}}^{*}& y_{1,i-1}\end{array}\right]$ 和一个向量 $\left[\begin{array}{c}{y}_{1,i}\\ {{-y}_{2,i}}^{*}\end{array}\right]$ 相乘的乘法器

其中y_1，i和y_2，i是编码空时块i的接收符号。

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