CN1692572A - 在无线通信中用于多天线的空时发射分集(sttd) - Google Patents

Abstract

公开了从采用四个天线发射分集技术的开环STTD系统扩展的闭环STTD系统及其信号发射方法。在具有多个发射天线的闭环空时发射分集(STTD)系统中的信号发射方法包括：空时编码要发射的码元；将编码的码元分类成确定的组；和用不同的加权值乘以每个发射码元组，并将它们发射。

Description

在无线通信中用于多天线 的空时发射分集(STTD)

技术领域

本发明涉及移动(无线电或无线)通信系统，并且更为具体的说涉及在具有多个发射天线的闭环空时发射分集(STTD)系统中的信号发射和接收方法。

背景技术

通常，在移动(无线电或无线)通信系统中，在高速发射数据时，由于在无线信道上产生的衰减现象(也就是，信号减弱)使得接收的信号相位失真。衰减从几分贝(dB)到几十dB地降低接收信号的幅度。因此，如果在接收端上数据解调过程中不补偿接收的信号的失真相位，则在接收数据中发生信息错误，并且不希望地降低整个移动通信服务的质量。

因此，为了在不降低服务质量的情况下高速发射数据，利用了各类信号发射分集技术。在S.M.Alamouti的题为“A Simple TransmitDiversity Technique for Wireless Communication”，IEEE Jounal on SelectAreas in communications，Vol.16，No8，1451-1458，October 1998中公开了一个例子。另外，在3GPP，“Physical Channels and Mapping ofTransport Channels onto Physical Channels(FDD)”，TS25，211，V4.3.0，Dec.2001能够发现另外的背景信息。

一般将发射分集技术分类为时间分集和空间分集。时间分集是使用交织和编码克服衰减，通常用于多普勒扩展信道。但是，在低速多普勒扩展信道中时间分集不适用。

空间分集用于具有小的延迟的扩展信道(比如，所谓的用于室内环境的“室内信道”)和具有低速多普勒扩展的信道(如用于步行者的所谓的“步行者信道”)。空间分集是使用两个或多个发射/接收天线的发射分集技术。即，在通过两个发射天线发射相同的信号的情况下，如果接收端确定不希望由于衰减(即信号减弱)降低通过一个天线发射的信号大小时，则接收端选择并接收通过另一天线发射的信号。

空间分集进一步分类为接收天线分集(使用多个接收天线)和发射天线分集(使用多个发射天线)。对于发射天线分集，用于接收下行链路信号和获得分集增益的算法大体分为开环模式和闭环模式。

第三代伙伴项目(3GPP)目前使用空时发射分集(STTD)技术，它是一种开环模式的发射天线分集。STTD是基于在时间轴帧结构上公共使用的信道编码技术的，通过空时编码获得分集增益，但是不扩展到空间域的技术。即，在使用两个发射天线时，通过在分别通过每个天线发射的码元当中执行编码用STTD获得空间分集增益和时间分集增益。

除了在WCDMA中使用的同步信道外，STTD可以用于每个类型的下行链路物理信道。开环STTD的优点是，因为不需要反馈信号，不引起由于改变的数据发射速度造成的在无线通信中的不利的改变。

下面说明用于在通过两个天线发射的数据码元当中执行编码的STTD技术的总的操作原理。

表1示出两个天线的STTD编码和基于时间的发射次序。

[表1]

	时间(t)	时间(t+T)
			天线1	S1	S2

天线2

-S2 *

S1 *

其中，“s”是数据码元，“T”是数据码元周期

参见表1，通过STTD编码器编码要发射的码元(S₁，S₂)，然后以时间连续的次序分别发送到两个发射天线(天线1和2)。即，对于天线1，在时间t发送码元S₁，且在稍迟的时间发送码元s。对天线2，在时间t发送码元-s₂ ^*，并在随后时间t+T发送码元s₁ ^*。

也就是说，STTD编码器按着原样(即，在其编码后无进一步的改变)向发射天线1输出s₁和s₂，但是STTD编码器将码元s₁和s₂分别转换成-s₂ ^*和S₁ ^*，然后将它们输出到天线2。在此，“*”表示共轭。然后将被发送到发射天线的码元(s₁，s₂，-s₂ ^*，s₁ ^*)经由多路径方式发射到接收端。

假设通过每个发射天线发射的数据码元分别通过不同的独立信道，并且假设在时间(t)和(t+T)在信道上没有变化，则在接收端接收的信号(r1和r2)能够由下面的方程式(1)定义：

r₁＝r(t)＝h₁s₁-h₂s₂ ^*+n₁                     (1)

r₂＝t(t+T)＝h₁s₂+h₂s₁ ^*+n₂

在此h₁(＝α₁e^jβ1)且h₂(＝α₂e^jβ2)分别表示在一个发射天线(天线1或天线2)和接收天线之间的信道(例如，是信道响应)，而n₁和n₂是被表示为“附加白高斯噪音”(AWGN)的噪声因数，其是复合高斯噪声。另外，β₁和β₂分别是衰减信道h₁和h₂的相位。α₁和α₂分别是衰减信道h₁和h₂的幅度。

使用从每个发射天线发射的导频信号能够估计每个信道(h₁和h₂)。另外，如果以下面的方程式(2)示出的方式将接收的信号(r₁和r₂)结合在一起，产生的输出值(估计的(或导出的)码元(₁，₂))等于使用接收分集的最大比值合并方法(MRC)时获得的输出值，并因此能够正确地导出(估计)接收的码元。

₁＝h₁ ^*r₁+h₂r₂ ^*＝(α₁ ²+α₂ ²)s₁+h₁ ^*n₁+h₂n₂ ^*         (2)

₂＝h₁ ^*r₂-h₂r₁ ^*＝(α₁ ²+α₂ ²)s₂+h₁n₂ ^*+h₂ ^*n₁

1)现有技术4天线开环STTD系统

图1是现有技术中使用四个天线的开环STTD发射端的视图。

如图1所示，四天线开环STTD发射端包括STTD编码器10，其用于对要发射的数据码元进行空时编码；第一乘法器11和12，其用于将确定的增益因数(χ和ξ)乘以从STTD编码器10输出的数据码元；第二乘法器13和14，其用于将确定的相位旋转(θ₁和θ₂)乘以第一乘法器11和12的输出；和四个发射天线(A₁-A₄)，其用于发射每个乘法器11-14的输出。

如图1所示，在接收要发射的原始数据码元的情况下，STTD编码器10进行编码并产生第一数据码元(s₁、s₂、s₃和s₄)。然后，STTD编码器10发送原样(即，在编码后没有进一步改变)的第一数据码元用于进一步处理，并最后发送到天线A₁和A₂。

另一方面，STTD编码器10进行编码和处理，以产生第二数据码元(-s₂ ^*、s₁ ^*、-s₄ ^*和s₃ ^*)。这里，处理包括分别将第一数据码元(s₁、s₂、s₃和s₄)转换成共轭数据码元(-s₂ ^*、s₁ ^*、-s₄ ^*和s₃ ^*)。然后，将第二数据码元(-s₂ ^*、s₁ ^*、-s₄ ^*和s₃ ^*)输出用于进一步处理，并最终发送到天线A₃和A₄。这里，“*”表示共轭。

从STTD编码器10输出的第一数据码元(s₁、s₂、s₃和s₄)在乘法器11中乘以预定的增益(χ)，并在乘法器13中延迟预定的相位(θ1)。同时，从STTD编码器10输出的第二数据码元(-s₂ ^*、s₁ ^*、-s₄ ^*和s₃ ^*)在乘法器12中乘以预定增益(ξ)，然后在乘法器14中延迟预定相位(θ₂)。因此，发射天线(A₂和A₄)分别发射与发射天线A₁和A₃发射的第二数据码元相比，分别具有相位差θ₁和θ₂第一数据码元。这里，为了简化计算仅假设每个增益(χ和ξ)为1。

因此，对每个码元延续时间(T)包括通过每个发射天线(A₁-A₄)发射的数据码元的信号能够用方程式(3)表示：

$\left[\begin{array}{c}A1\\ A2\\ A3\\ A4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{s}_1& s_2& s_3& s_4\\ e^{\mathrm{j\θ}1}{s}_1& e^{\mathrm{j\θ}1}{s}_2& e^{\mathrm{j\θ}1}{s}_3& e^{\mathrm{j\θ}1}{s}_4\\ {{-s}_2}^{*}& {s_1}^{*}& {{-s}_4}^{*}& {s_3}^{*}\\ {-e}^{\mathrm{j\θ}2}{s_2}^{*}& e^{\mathrm{j\θ}2}{s_1}^{*}& {-e}^{\mathrm{j\θ}2}{s_4}^{*}& e^{\mathrm{j\θ}2}{s_3}^{*}\end{array}\right]---\left(3\right)$

能够将在具有一个接收天线的接收端上在四个符号码元时期期间接收的信号表示成方程式(4)

r₁＝(h₁+h₂e^jθ1)s₁-(h₃+h₄e^jθ2)s₂ ^*+n₁

r₂＝(h₁+h₂e^jθ1)s₂+(h₃+h₄e^jθ2)s₁ ^*+n₂

r₃＝(h₁+h₂e^jθ1)s₃-(h₃+h₄e^jθ2)s₄ ^*+n₃          (4)

r₄＝(h₁+h₂e^jθ1)s₄+(h₃+h₄e^jθ2)s₃ ^*+n₄

如果分别用“a”和“b”替换h₁+h₂e^jθ1和h₃+h₄e^jθ2，能够将在四个码元时期期间接收的信号简化为方程式(5)：

r₁＝as₁-bs₂ ^*+n₁

r₂＝as₂+bs₁ ^*+n₂             (5)

r₃＝as₃-bs₄ ^*+n₃

r₁＝as₄+bs₃ ^*+n₄

使用方程式(5)，能够通过使用方程式(6)导出在接收端从发射端发射的原始数据码元(即能够计算原始数据码元的估计值)：

₁＝a^*r₁+br₂ ^*＝(a²+b²)s₁+a^*n₁+bn₂ ^*

₂＝a^*r₂-br₁ ^*＝(a²+b²)s₂+a^*n₂-bn₁ ^*

₃＝a^*r₃+br₄ ^*＝(a²+b²)s₃+a^*n₃+bn₄ ^*        (6)

₄＝a^*r₄-br₃ ^*＝(a²+b²)s₄+a^*n₄-bn₃ ^*

上面解释的现有4天线开环STTD发射方法在终端以高速移动，即快速移动终端(如使用者在移动的车辆中)时显示出优良的性能，但是如果终端以低速移动，即缓慢移动的终端(如用户步行)时，其性能变坏。

这里，术语“高速”和“低速”是相对的，但是，可以按照无线通信环境的需要限定。例如，移动终端的阈值速度可以被设定为10km/h(千米/时)。所以，在这个阈值速度或高于其的任何移动可以被看成为“高速”，而任何在这个阈值下的速度可被看成是“低速”。即，如果终端是慢移动的，在慢移动终端使用的特定发射天线的发射路径(如信道)上会发生严重的衰减(也就是，信号减弱)。因此，如果由于在特定的天线上严重的衰减而损失发射信号，必然进一步不希望地耗费发射功率，以向该终端重发信号。

因此，如果该终端以低速移动，则优选地使用利用反馈的闭环STTD发射方法，将发射天线的分集增益最大化。也就是说，通过使用用于慢移动终端的闭环STTD，能够获得比开环STTD发射方法更好的性能(如信号的连通性)，这是因为闭环STTD发射方法使用从终端提供的每个天线的接收信息(即，提供反馈)。因此，通过使用开环和闭环STTD技术，不管该终端是快速或慢速移动，都能够获得最佳的性能(如信号连通性)。

2)现有技术2天线闭环STTD系统

图2是根据现有技术的使用两个发射天线的2天线闭环STTD系统。如图2所示，该2天线闭环STTD系统包括具有两个发射天线(Tx1，Tx2)的STTD发射端和具有一个接收天线(Rx)的STTD接收端。

STTD发射端能够包括：STTD编码器20，其用于对要发射的数据码元进行空时编码；乘法器21和22，其用于将预定的加权值w₁和w₂乘以从STTD编码器20输出的数据码元；和两个发射天线Tx1和Tx2，其用于分别发射乘法器21和22的输出。

STTD接收端能够包括：一个接收天线(Rx1)；STTD解码器23，其用于在经由接收天线(Rx1)接收的信号上进行空时解码；交叉干扰转换单元24，其用于处理STTD解码器23的输出信号(d₁，d₂)以产生估计码元(₁，₂)；加权计算器25，其用于计算加权值(w₁，w₂)和将信息反馈到STTD发送端。

下面说明在现有技术2天线闭环STTD中的信号发射方法。

在接收要发射的原始数据码元时，在发射端中的STTD编码器20进行编码并产生第一数据码元(s₁，s₂)，它们被发送用于进一步处理并最终被发送到第一天线Tx1。

另一方面，STTD编码器20进行编码和处理以产生第二数据码元(-s₂ ^*，s₁)。这里，处理包括将第一数据码元(s₁，s₂)分别转换成共轭的数据码元(-s₂ ^*，s₁)。然后，第二数据码元(-s₂ ^*，s₁)被发送用于进一步处理，并最终被发送到第二天线Tx2。这里“*”表示共轭。

从STTD编码器20输出的第一数据码元(s₁，s₂)在乘法器21中乘以加权值(w₁)，然后被发送到第一天线Tx1，同时第二数据码元(-s₂ ^*，s₁)在乘法器22中乘以加权值(w₂)，然后被发送到第二天线Tx2。

在具有一个接收天线的STTD接收端上，在两个码元时期期间(2T)接收的信号能够被表示为方程式(7)：

r₁＝w₁h₁s₁-w₂h₂s₂ ^*+n₁          (7)

r₂＝w₁h₁s₂+w₂h₂s₁ ^*+n₂

在此h₁(＝α₁e^jθ1)和h₂(＝α₂e^jθ2)表示分别在发射天线Tx1和Tx2和接收天线Rx之间的信道(即，信道响应)，而n₁和n₂表示附加的白高斯噪声(AWGN)。

STTD接收端的STTD解码器23对通过接收天线Rx接收的接收信号(r₁，r₂)进行空时解码，然后产生并输出如下方程式(8)表述的解码信号(d₁，d₂)：

d₁＝h₁ ^*r₁+h₂r₂ ^*＝(w₁|h₁|²+w₂|h₂|²)s₁+(w₁-w₂)h₁ ^*h₂S₂ ^*+(h₁ ^*n₁+h₂n₂ ^*)

d₂＝h₁ ^*r₂-h₂r₁ ^*＝(w₁|h₁|²+w₂|h₂|²)s₂+(w₂-w₁)h₁ ^*h₂S₁ ^*+(h₁ ^*n₂-h₂n₁ ^*)

              (8)

假设(w₁|h₁|²+w₂|h₂|²)＝A，(w₁-w₂)h₁ ^*h₂＝B，(h₁ ^*n₁+h₂n₂ ^*)＝C₁和(h₁ ^*n₂-h₂n₁ ^*)＝C₂，则上述方程式(8)能够简化为方程式(9)：

d₁＝AS₁+BS₂ ^*+C₁

d₂＝AS₂-BS₁ ^*+C₂             (9)

交叉干扰转换单元24处理从STTD解码器23输出的解码信号(d₁，d₂)，并产生估计(导出)由发射端发射的原始码元的估计码元(₁，₂)。即，为了接收端估计(导出)原始码元，交叉干扰转换单元24使用方程式(10)进行信号处理：

₁＝A^*d₁-Bd₂ ^*＝(|A|²+|B|²)s₁+(A^*C₁-BC₂ ^*)          (10)

₂＝A^*d₂+Bd₁ ^*＝(|A|²+|B|²)s₂+(A^*C₂+BC₁ ^*)

同时，加权计算器25从经由接收天线(Rx1)接收的接收信号(r₁，r₂)计算加权值(w₁，w₂)，并将加权值(w₁，w₂)反馈到STTD发射端的乘法器21和22。这里，加权计算器25计算在将方程式(w₁|h₁|²+w₂|h₂|²)＝A中的值A最大化的加权向量。这样作的原因是因为，如在方程式(10)所示，值A在确定“每个码元的功率”，即发送每个数据码元所需的发射功率中具有最大的影响。也就是说，基于w₁ ²+w₂ ²＝1和dA/dw₂＝0的特性，加权计算器25计算如下方程式(11)所表示的每个加权值(w₁，w₂)：

$w_1=\frac{{\left|h_1\right|}^2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^4+{\left|h_2\right|}^4}},w_2=\frac{{\left|h_2\right|}^2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^4+{\left|h_2\right|}^4}}---\left(11\right)$

鉴于上述情况，本发明人认识到在现有技术方法中的问题。即，加权计算器25计算的加权值不是从最大化估计的码元发射功率的最佳加权向量导出的。也即，为了最大化在接收端估计(推导)的码元(₁，₂)的发射功率，优选地计算将|A|²+|B|²最大化的加权向量。然而，因为现有技术的加权计算方法通过导出仅将A(而不是|A|²+|B|²)最大化的加权向量而产生加权值，现有技术的缺点在于，在接收端估计的码元(₁，₂)的发射功率不能够被最大化。

在使用两个或多个发射天线时通过使用发射天线分集，不仅通过多个天线的发射单元获得分集增益，而且也获得信噪比增益。因此，信噪比增益与使用的发射天线的数目成比例增加。

如图2所示，目前的UMTS系统一般使用用于两个发射天线系统的发射分集技术。然而，这个方法限于其中存在进行用于两个发射天线的发射分集的STTD接收端的情况。因此，如果使用多于两个发射天线，在适用于两个发射天线系统的目前标准下工作的STTD接收端可能不能正常工作。

也就是说，现有技术的2天线开环STTD系统和方法(例如，图2)不能够直接用于使用两个以上发射天线的闭环STTD系统。例如，如果要使用四个发射天线而仍使用以两个天线发送信号的现有技术方法，闭环STTD系统的STTD发射端和STTD接收端的结构需要改变，发射/接收方法也需要改变。

相似地，现有技术4天线开环STTD技术(如图1)不能够适用于4天线闭环技术，或至少在试图进行这样的应用中会有很多困难。

因此，本发明提供一种闭环STTD的结构和方法，该闭环STTD设计适用于在使用多个(如两个或更多)发射天线时进行发射天线分集。

在此完全包括上述说明作为参考，其中适于合适地教导附加或替代的细节，特征和/或技术背景。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种信号发射/接收方法，其中用于四天线发射分集技术的开环STTD能够用作多天线发射分集技术的闭环STTD。

本发明的另一目的是提供一种信号发射/接收方法，其中即使在使用用于两个或更多发射天线的发射分集技术时，设计适用于采用两个天线发射分集技术的闭环STTD系统的STTD接收端能够正常工作。

本发明的另一目的是提供能够将在接收端估计的码元发射功率最大化的加权值计算方法。

为了至少部分或全部实现上述目的，提供在具有多个发射天线的闭环空时发射分集(STTD)系统中的信号发射方法，该方法包括：将发射的码元空时编码，以将它们分类成确定的组；将加权值乘以每个分类的码元组，并发射它们；将加权值乘以接收的信号；和空时解码相乘的信号，以估计发射数据码元。

优选地，使用两个或多个发射天线。

优选地，每个发射码元组包括预定的数据码元和从预定的数据码元相移的数据码元。

优选地，将相同的加权值乘以属于相同组的数据码元。

优选地，加权值是与信道向量的信道协方差矩阵的最大本征值对应的本征向量。

优选地，在发射中使用的加权值和在接收中使用的加权值是相同的。

该信号发射方法进一步包括：本征分解从接收的信号估计的信道向量的信道协方差矩阵，以计算最大的本征值和本征向量；选择计算的本征向量作为加权值；和反馈该选择的加权值到发射端。

优选地，每个接收的信号组包括具有确定的数据码元的接收信号和具有确定的数据码元的复数值的接收信号。

为至少部分或整个取得这些优点，进一步提供一种在具有多个发射天线的闭环空时发射分集(STTD)系统中的信号发射方法，其包括：空时编码要发射的码元；将编码的码元分类成确定的组；和用不同的加权值乘以每个发射码元组，并发射它们。

优选地，使用两个或多个发射天线。

优选地，每个发射码元组包括预定的数据码元和从预定的数据码元相移的数据码元。

优选地，基于发射天线的总数确定发射码元组的数目。

优选地，将相同的加权值乘以属于相同组的数据码元。

优选地，加权值是与信道向量的信道协方差矩阵的最大本征值对应的本征向量。

为至少部分或全部取得这些优点，进一步提供在具有多个发射天线的闭环空时发射分集(STTD)系统中的信号接收方法，其包括：将接收的信号分类成确定的组；和用不同的加权值乘以每个发射码元组；和空时解码相乘的信号以估计发射码元。

优选地，该信号接收方法进一步包括：本征分解从接收信号估计的信道向量的信道协方差矩阵，并计算最大的本征值和本征向量；选择获得的本征向量作为加权向量；和将选择的加权值反馈到发射端。

优选地，加权值与在发射端使用的加权值相同。

优选地，将包括确定的码元的接收的信号和包括确定的码元的复数值的接收信号分类成一组。

本发明的其它优点、目的和特征将在随后的说明中部分地描述，经过以下检验或从本发明的实践中学习，上述优点、目的和特征对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。本发明的目的和优点可以如所附权利要求书中所特别指出的来实现和获得。

附图说明：

下面参照附图详细说明本发明，各图中的相似的参考数字表示相似的元件。

图1是采用四天线发射分集技术的普通开环STTD系统；

图2是采用两天线发射分集技术的普通闭环STTd系统；

图3是根据本发明的实施例的，采用四个天线发射分集技术的闭环STTD系统；

图4是根据本发明实施例的移动通信系统的信号发射方法的流程图；和

图5是根据本发明实施例的移动通信系统的信号接收方法的流程图。

具体实施方式

本发明在例如3GPP开发的通用移动通信系统等移动通信系统(UMTS)中实施。但是，本发明也可以用于根据不同的标准工作的通信系统。另外，本发明也能够用于使用多个发射天线和多个接收天线的移动通信系统。

具体地说，本发明包括STTD发射端和STTD接收端，并且用在采用天线发射分集技术的闭环STTD中。在这个情况中，STTD发射端可以是基站(或节点B)，并且STTD接收端可以是终端(或用户设备(UE))

在本发明中，如果闭环STTD用于四个发射天线，则每个码元接收时期从四个发射天线发射的信号被分类成两个组。

这时，按照需要，通过在STTD发射端中的不同组件能够进行信号(具有要被发射的数据码元)的分组。具体的说，能够使用作为基站(节点B)的一部分的硬件和/或软件进行需要的分组过程。例如，在发射端的STTD编码器能够包括按照希望进行信号分组的硬件和/或软件。

另外，在接收端(终端)也提供适当的硬件和/或软件。例如，在接收端的STTD解码器能够包括基于接收的分组信号进行处理的硬件和/或软件。

即，基站(节点B)能够包括进行处理的信号处理硬件和/或软件，和将输入的信号(其中具有数据码元)分类成包括一个或多个第一码元和从第一码元相移的一个或多个码元的第一组，和包括一个或多个第二码元和从第二码元相移的一个或多个码元的第二组。因此，即使使用四个发射天线，实际上一个码元间隔发射两个码元。因此，本发明实施例提出一种系统和方法，其中，来自四个发射天线的数据码元被分类成两组，并且强两个加权值乘以STTD编码的信号。

另外，本发明提供一种系统和发射方法，其中即使使用多(两个或更多)天线发射分集技术，如下面进一步说明的四天线发射分集技术，也能够正常使用设计适于采用两天线发射分集技术的闭环STTD系统的STTD接收端。

下面参照附图说明本发明实施例。

图3是根据本发明实施例的四天线发射分集技术的闭环STTD系统。这里，能够理解仅为了示范而说明四天线发射分集技术，并且其它的多天线发射分集技术也在本发明的范围内。

如图3所示，闭环STTD系统包括具有四个发射天线(A₁-A₄)的STTD发射端，和具有一个接收天线(Rx)的STTD接收端。

STTD发射端包括：STTD编码器30，其用于空时编码发射的码元；乘法器31和32，用于将确定的增益(χ和ζ)乘以从STTD编码器30输出的码元；乘法器33和34，其用于将从STTD接收端反馈的加权值(w₁，w₂)乘以乘法器31和32的输出；发射天线(A₁，A₃)，其用于发射乘法器31和32的输出；乘法器35和36，其用于将乘法器31和32的输出转移确定的相位(θ₁，θ₂)  乘法器37和38，其用于将从STTD接收端反馈的加权值(w₁，w₂)乘以乘法器31和32的输出；和发射天线A₂和A₄，其用于发射乘法器37和38的输出。

STTD的接收端包括：一个接收天线(Rx)；加权乘法器单元40，其用于将通过接收天线Rx接收的信号分类成两个组，并乘以和在STTD发射端使用的相同的加权值；发射码元估计器41，其用于处理加权乘法器单元40的输出信号，以估计发射码元；和加权计算器42，其用于从接收的信号计算加权值，并将其反馈到STTD发射端。

加权乘法器单元40能够包括两个加权乘法器40-1和40-2，且发射码元估计器41能够包括两个改型的STTD解码器41-1和41-2。

下面参照图3到5说明根据本发明的闭环STTD系统的工作。

如图3所示，在四码元时期(即间隔)期间输入数据码元时，STTD编码器30进行编码，并输出发送的第一数据码元(s₁、s₂、s₃、s₄)用于处理，并最后经由天线A₁和A₂发射。同时STTD编码器30进行编码，并将输入的码元转换成共轭的值，以产生发送的第二数据码元(-s₂ ^*、s₁ ^*、-s₄ ^*、s₃ ^*)用于进一步处理，并最终经由天线A₃和A₄发射。这里“*”表示共轭。

对于从STTD编码器30输出的第一数据码元(s₁、s₂、s₃、s₄)，由乘法器31乘以第一增益(χ)以获得结果值，然后乘法器33将第一加权值(w₁)乘以该结果值。然后，乘法器35将乘法器31的输出延迟相位(θ₁)，然后该值由乘法器37乘以加权值(w₁)。

对于从STTD编码器30输出的第二数据码元(-s₂ ^*、s₁ ^*、-s₄ ^*、s₃ ^*)，乘法器32对其乘以第二增益(ξ)以获得结果值，然后乘法器34将第二加权值(w₂)乘以该结果值。然后，乘法器32的输出在乘法器36中延迟相位(θ₂)，并在乘法器38中乘以加权值(w₂).

在上述中，为了方便仅假设增益χ和ξ为”1”。因此，对每个数据码元时期(T)，通过每个发射天线(A₁-A₄)发射的信号能够表达为方程式(12)：

$\left[\begin{array}{c}A1\\ A2\\ A3\\ A4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{s}_1{w}_1& s_2{w}_1& s_3{w}_1& s_4{w}_1\\ e^{\mathrm{j\θ}1}{s}_1{w}_1& e^{\mathrm{j\θ}1}{s}_2{w}_1& e^{\mathrm{j\θ}1}{s}_3{w}_1& e^{\mathrm{j\θ}1}{s}_4{w}_1\\ {{-s}_2}^{*}{w}_2& {s_1}^{*}{w}_2& {{-s}_4}^{*}{w}_2& {s_3}^{*}{w}_2\\ {-e}^{\mathrm{j\θ}2}{s_2}^{*}{w}_2& e^{\mathrm{j\θ}2}{s_1}^{*}{w}_2& {-e}^{\mathrm{j\θ}2}{s_4}^{*}{w}_2& e^{\mathrm{j\θ}2}{s_3}^{*}{w}_2\end{array}\right]---\left(12\right)$

这里，对每个数据码元时期(T)，通过四个发射天线(A₁-A₄)发射的信号能够由基站(节点B)中的适当的硬件和/或软件分类成两组。例如，数据码元s₁和从数据码元s₁相移的数据码元e^jθ1s₁能够被分类为一组，同时数据码元s₂和从数据码元s₂相移的数据码元e^jθ2s₂能够被分类为一组。

即，通过发射天线A₁和A₂发射的数据码元包括一组，同时通过发射天线A₃和A₄发射的数据码元包括另一个组。这是因为即使使用四个天线，在一个数据码元时期实际上仅发射两个码元。

因此，在本发明中，要被通过四个天线发射的数据码元被分类成两组(步骤S10)，并且向该分类的数据码元组乘以两个加权值(w₁，w₂)，并通过发射天线(A₁-A₄)发射(步骤S11-S12)。这个操作重复进行直到发射了每个数据码元(步骤S13)。

此时，在四个码元时期(4T)期间接收的信号(r₁，r₂，r₃，r₄)能够用方程式(13)表达：

r₁＝w₁(h₁+h₂e^jθ1)s₁-w₂(h₃+h₄e^jθ2)s₂ ^*+n₁

r₂＝w₁(h₁+h₂e^jθ1)s₂+w₂(h₃+h₄e^jθ2)s₁ ^*+n₂            (13)

r₃＝w₁(h₁+h₂e^jθ1)s₃-w₂(h₃+h₄e^jθ2)s₄ ^*+n₃

r₄＝w₁(h₁+h₂e^jθ1)s₄+w₂(h₃+h₄e^jθ2)s₃ ^*+n₄

这里s₁-s₄是发射的数据码元，n₁-n₄是附加的白高斯噪声(AWGN)，h₁-h₄分别是在发射天线(A₁-A₄)和接收天线(Rx)之间的信道(即信道响应)。θ₁和θ₂是，例如，能够从短查询表获取的旋转相位。

在方程式(13)中，在分别用“a”和“b”代替h₁+h₂e^jθ1和h₃+h₄e^{j θ2}时，方程式(14)能够表示在四个码元时期接收的信号

r₁＝w₁as₁-w₂bs₂ ^*+n₁

r₂＝w₁as₂+w₂bs₁ ^*+n₂           (14)

r₃＝w₁as₃-w₂bs₄ ^*+n₃

r₄＝w₁as₄+w₂bs₃ ^*+n₄

因此，通过分组接收的信号(r₁，r₂)能够正确估计通过发射天线A₁和A₂发射的原始数据码元(s₁，s₂)，同时通过分组接收的信号(r₃，r₄)能够正确估计通过发射天线A₃和A₄发射的原始数据码元(s₃，s₄)(步骤S20)。

一旦输入接收的信号(r₁-r₄)，STTD接收端的加权乘法器单元40使用两个乘法器40-1和40-2，分别将加权值(w₁，w₂)乘以被分类成两组的接收信号，因此产生信号(z₁，z₂)和信号(z₃，z₄)。这里，仅是为了方便，信号(z₁，z₂)和信号(z₃，z₄)被称为“中间信号”

在接收端，与其中信道(如，h₁-h₄)被乘以接收信号(r₁-r₄)中的现有技术的STTD解码不同，在本发明中，加权值(w₁，w₂)乘以接收信号(r₁，r₄)。

也就是，使用与在STTD发射端使用的相同的加权值产生各组信号，并且从相应的各组信号最终估计发射码元。这样作是因为，在实验中本发明人发现，在乘以加权值后估计(导出)的发射码元能够获得更好的检测性能。

从加权乘法器单元40的加权乘法器40-1输出的中间信号(z₁，z₂)能够用方程式(15)表示：

z₁＝w₁ ^*r₁+w₂r₂ ^*＝(a|w₁|²+b^*|w₂|²)s₁+(a^*-b)w₁ ^*w₂s₂ ^*+(w₁ ^*n₁+w₂n₂ ^*)

z₂＝w₁ ^*r₂-w₂r₁ ^*＝(a|w₁|²+b^*|w₂|²)s₂+(b-a^*)w₁ ^*w₂s₁ ^*+(w₁ ^*n₂-w₂n₁ ^*)

              (15)

通过(a|w₁|²+b^*|w₂|²)＝X，(a^*-b)w₁ ^*w₂＝Y，(w₁ ^*n₁+w₂n₂ ^*)＝M₁，和(w₁ ^*n₂-w₂n₁ ^*)＝M₂的代换，获得下面的方程式(16)：

z₁＝Xs₁+Ys₂ ^*+M₁

z₂＝Xs₂-Ys₁ ^*+M₂           (16)

因此，发射系统估计器41的改型的STTD解码器41-1和41-2对从加权乘法器41-1输出的中间信号(z₁，z₂)，(z₃，z₄)进行解码，并产生在STTD发射端估计的码元(₁，₂)，(₃，₄)(步骤S21)。即，改型的STTD解码器31-1对从加权乘法器30-1输出的中间信号(z₁，z₂)应用方程式(17)，以获得码元(₁，₂)的估计：

₁＝X^*z₁-Yz₂ ^*＝(|X|²+|Y|²)s₁+(X^*M₁-YM₂ ^*)           (17)

₂＝X^*z₂+Yz₁ ^*＝(|X|²+|Y|²)s₂+(X^*M₂+YM₁ ^*)

在上面说明中，仅提及从加权乘法器40-1输出的中间值(z₁，z₂)，但是，上述的相同过程也适用于从加权乘法器42-2输出的中间信号(z₃，z₄)。

即，使用加权乘法器42-2和改型的STTD解码器41-2处理另一接收的信号组(r₃，r₄)，以获得估计码元(₃，₄)，用于导出从STTD发射端发射的原始数据码元。

同时，加权计算器42接收通过接收天线Rx接收的信号(r₁-r₄)，选择与信道矩阵的最大本征值对应的本征向量，并且按照如下方程式(18)计算加权值(w₁，w₂)：

H＝(α，β)^T

R＝HH^H              (18)

RW＝λW

这里，H＝(α，β)^T表示被分类成两组的信道向量的信道协方差矩阵，“R”表示自协方差矩阵，“λ”是自协方差矩阵的最大本征值，且“W”表示对应于最大本征值的本征向量。

即，加权计算器42估计被分成两组的信道向量

，并对信道向量 的估计的信道协方差矩阵进行本征分解，从而获得最大本征值(λ)和对应于最大本征值的本征向量(W)(步骤S22)。

因此，加权计算器42选择加权值(w₁，w₂)作为对应于信道向量的最大本征值(λ)的本征向量(W)，并将它们反馈到STTD发射端(步骤S23)。

在上述中，应注意，仅示范地说明了四天线闭环STTD系统和方法，能够理解，本发明可用于使用偶数发射天线的任何闭环STTD。这是因为，在一个组内的两个天线之一发射相同但是具有不同相位的信号。因此，对两组信号仅需考虑两个加权值。

如上所述，本发明的信号发射和接收方法具有很多优点。

首先，通过扩展现有技术的开环STTD系统能力，以适用于四天线闭环STTD系统，除了STTD的增益，也能够获得闭环系统的增益，因此，能够加强无线电(或无线)通信质量。

第二，不改变STTD发射和接收端的结构，使用两个天线的现有技术的闭环STTD系统被实现为使用四个天线的闭环STTD系统。

第三，通过对在STTD接收端估计的信道向量进行本征分解，将对应信道向量的信道协方差矩阵的最大本征值的本征向量选择为加权值，并将其反馈到STTD发射端。因此，能够最大化在接收端估计的码元的发射功率。

上述的实施例和优点仅是例示的，不能认为是限定本发明。本发明能够用于其它类型装置。本发明的说明是为了解释，不是限定权利要求的范围。本领域的普通技术人员可以做出很多替代，修改和变更。在权利要求中，任何装置加功能的条款是为了涵盖进行所述功能的在此说明的结构，不仅是结构的等效物而且是等效的结构。

Claims (24)

1.一种在具有多个发射天线的闭环空时发射分集(STTD)系统中的信号发射方法，其包括：

将发射的码元编码，以将它们分类成确定的码元组；

将加权值乘以每个分类的码元组，并发射每个码元组；

将加权值乘以接收的信号；和

解码相乘的信号，以估计发射数据码元。

2.如权利要求1所述的方法，其中，提供两个或多个发射天线。

3.如权利要求1所述的方法，其中，该每个发射码元组包括预定码元和从预定码元相移的码元。

4.如权利要求1所述的方法，其中，将相同的加权值乘以属于相同组的码元。

5.如权利要求1所述的方法，其中，该加权值是与信道向量的信道协方差矩阵的最大本征值对应的本征向量。

6.如权利要求1所述的方法，其中，该在发射中的加权值和该在接收中的加权值是相同的。

7.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：

本征分解从接收的信号估计的信道向量的信道协方差矩阵，以计算最大的本征值和本征向量；

选择计算的本征向量作为加权值；和

反馈该选择的加权值到发射端。

8.如权利要求1所述的方法，其中，该每个接收的信号组包括具有确定的码元的接收信号和具有确定的码元的复数值的接收信号。

9.一种在具有多个发射天线的闭环空时发射分集(STTD)系统中的信号发射方法，包括：

空时编码要发射的码元；

将编码的码元分类成确定的码元组；和

用不同的加权值乘以每个发射码元组，并发射每个码元组。

10.如权利要求9所述的方法，其中，使用两个或多个发射天线。

11.如权利要求9所述的方法，其中，该每个发射码元组包括预定码元和从预定码元相移的码元。

12.如权利要求9所述的方法，其中，该发射码元组的数目基于发射天线的总数。

13.如权利要求9所述的方法，其中，将相同的加权值乘以属于相同组的码元。

14.如权利要求9所述的方法，其中，该加权值是与信道向量的信道协方差矩阵的最大本征值对应的本征向量。

15.一种在具有多个发射天线的闭环空时发射分集(STTD)系统中的信号接收方法，包括：

将接收的信号分类成确定的信号组；

用不同的加权值乘以每个信号组；和

空时解码相乘的信号，以估计发射码元。

16.如权利要求15所述的方法，其进一步包括：

本征分解从接收信号估计的信道向量的信道协方差矩阵，并计算最大的本征值和本征向量；

选择获得的本征向量作为加权向量；和

将选择的加权值反馈到发射端。

17.如权利要求15所述的方法，其中，该加权值是与在发射端中使用的加权值相同的。

18.如权利要求15所述的方法，其中，该具有确定的码元的接收的信号和具有确定的码元的复数值的接收信号被分类成一个信号组。

19.一种无线通信发射装置，其包括：

空时发射分集(STTD)编码器，其用于编码数据码元，并从该编码的数据码元产生第一编码码元和第二编码码元；

第一乘法单元，其用于将第一加权值乘以来自STTD编码器的第一编码码元以产生第一加权码元，该第一加权值是从接收端反馈的；和

第二乘法单元，其用于将第二加权值乘以来自STTD编码器的第二编码码元以产生第二加权码元，该第二加权值是从接收端反馈的。

20.如权利要求19所述的装置，进一步包括：

第一天线单元，其具有至少两个发射天线，以发射从第一乘法单元接收的第一加权码元；和

第二天线单元，其具有至少两个发射天线，以发射从第二乘法单元接收的第二加权码元。

21.如权利要求19所述的装置，其中，该STTD编码器另外将数据码元分类成组，并且根据分类的组产生第一和第二编码码元。

22.一种无线通信接收装置，其包括：

接收天线，其接收从发射端发射的数据码元；

加权计算器，其产生用于接收的数据码元的加权值，并将该加权值反馈到发射端；

加权乘法单元，其将该加权值用于数据码元的每个组，以产生中间值；和

空时发射分集(STTD)解码器，其解码中间值，并使用该中间值估计数据码元。

23.如权利要求22所述的装置，其中，该加权乘法单元包括多个加权乘法器。

24.如权利要求22所述的装置，其中，该加权乘法器的总数等于数据码元组的总数。

Images