CN1781265A - 移动通信系统中的信号发送方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用多天线的移动通信系统中发送信号的方法，其包括基于多天线间的相关性将比特映射码元分配给多天线。此外，分配比特映射码元的步骤分配从彼此间具有较高相关性的天线发送的比特映射码元，使其从彼此间具有较低相关性的天线重发，并且分配从彼此间具有较低相关性的天线发送的比特映射码元，使其从彼此间具有较高相关性的天线重发。在另一实例中，分配比特映射码元的步骤除了多天线间的相关性之外，还根据每个码元的检测效率将比特映射码元分配给多天线。

Description

移动通信系统中的信号发送方法
技术领域
本发明涉及使用多天线的移动通信系统中的信号发送方法和设备。
背景技术
在无线环境中使用的大多数编码调制系统中，在8PSK(相移键控)或16QAM(正交幅度调制)的数据上进行格雷映射。例如，图1示出使用用于16QAM的格雷映射的星座图。
如图1中所示，当使用格雷映射时，需要四比特形成16QAM的一个码元。在使用HARQ(混合自动重复请求)功能的HSDPA(高速下行链路分组接入)系统中，经天线发送数据并且由接收器接收数据。如果需要重发，改变第一次发送的数据的比特顺序并重发数据。这样的操作被称为星座重排。
现有技术的信号发送方法应用于具有一个发送/接收天线的通信系统。然而，当前存在具有多个发送天线和多个接收天线的多输入多输出(MIMO)通信系统。在这些类型的系统中，必须保持从每个发送天线发送的码元的独立性以适当地检测所发送的码元。然而，无法总是保持信道的独立性导致无法适当地检测码元。
发明内容
因此，本发明的目标是至少解决上述问题和/或缺点并至少提供以下所述的优点。
本发明的另一目标是提供具有改进的码元检测性能的新颖的信号发送方法和设备。
技术方案
为整体或部分地实现至少上述目标，本发明提供了使用多个天线的移动通信系统中发送信号的新颖的方法，其包括：基于多天线之间的相关性将比特映射码元分配给多个天线。此外，分配比特映射码元的步骤分配从在彼此之间具有较高相关性的天线发送的比特映射码元，使其从彼此之间具有较低相关性的天线重发，并且分配从彼此之间具有较低相关性的天线发送的比特映射码元，使其从彼此之间具有较高相关性的天线重发。另外，在另一实例中，除多个天线中的相关性之外，分配比特映射码元的步骤根据每个码元的检测效率将比特映射码元分配给多个天线。本发明同样提供新颖的发送设备。
本发明的其它优点、目标，和特征将在下面的描述中部分地阐明，并且在下述的考察的基础上或从本发明的实践中学习，对本领域的技术人员来说将部分地变得明显。将如附加的权利要求中所特别指出的实现和获得本发明的目标和优点。
附图说明
将参考附图具体描述本发明，其中相似的数字表示相似的元件。其中：
图1示出使用格雷映射的16QAM星座图；
图2和图3分别示出用于16QAM星座图中的第一发送和重发(第二发送)的比特映射顺序的实例；
图4和图5分别示出用于16QAM星座图中的其它重发(第三和第四发送)的比特映射顺序；
图6是示出根据本发明的使用多个天线的移动通信系统中的信号发送设备的透视图；
图7是根据本发明的信号发送方法的流程图；
图8示出另一16QAM星座图；
图9和图10示出根据天线中的相关性和16QAM星座图中的点的检测效率的每个天线的比特映射码元的排列的实例；
图11和图12示出根据天线中的相关性和16QAM星座图中的点的检测效率的每个天线的比特映射码元的排列的另一实例；和
图13和图14示出根据天线中的相关性和16QAM星座图中的点的检测效率的每个天线的比特映射码元的排列的又一实例。
具体实施方式
假设16QAM中四个比特的顺序是i1、q1、i2和q2，比特的检测可靠性依据为每个比特分配的值而不同。即，考虑位置，不管比特的值，i1和q1具有比i2和q2更高的可靠性，并且i2和q2具有相比i1和q1相对低的可靠性。例如，参考图1中的16QAM星座图，i1、q1的比特可靠性大于i2、q2的比特可靠性。也就是，在每个象限I、II、III和IV中第一对的两个比特相同，并且从而更可能的是，映射码元的第一对两个比特进象限之一是正确的。例如，如图1中所示，假设在第一象限中检测到数据点“x”，并且试图确定所检测的数据点的比特值(也就是，比特值为0011、0001、0000或0010？)。注意，象限I中的每个数据点的第一对两个比特是00。比特值i2、q2则不同。这样，在这个16QAM星座图中，i1、q1的比特可靠性大于i2、q2的比特可靠性。
如先前所解释的，如果需要重发，改变第一次发送的数据的比特顺序并且然后重发数据。可以使用混合自动重复请求(HARQ)功能请求这样的数据重发。
现在转到图2、3、4和5，其依次示出在第一发送，和在星座图中的第二、第三和第四重发期间的比特映射顺序的实例。如上所注，在图2中i1(q1)的比特可靠性高于i2(q2)(注意图2是与图1相同的星座图)。假设接收到HARQ，例如NACK信号，可将16QAM星座图变为图3中所示的16QAM星座图。注意在图3中，i2(q2)的比特可靠性高于i1(q1)。也就是，如图所示的，已经将i1(q1)关于重发的初始发送进行了转换映射。
接下来，图4示出用于第二重发的16QAM星座图，在第二重发中比特概率i1(q1)比i2(q2)更可靠并且存在i2(q2)关于第一发送的反转映射。也就是，数据点0011与数据点0000互换，并且数据点0001与数据点0010互换(见象限I)。用于其它象限的数据点被以类似的方式反转。另外，图5说明了用于第三重发的16QAM星座图，在第三重发中比特概率i2(q2)比i1(q1)更可靠，且存在i2(q2)关于第一发送的反转映射
如上所注，将16QAM星座图的转换映射应用于包括单个发送器的通信系统。然而，在MIMO系统中，转换映射方案并非总是导致数据的适当检测，因为存在多个发送天线中的相关性。例如，如果存在四个天线，可能在天线阵列中位于外侧的天线具有比天线阵列中位于内侧的天线更大的独立性(也就是，外侧天线彼此具有较少的相关性)。
参考图6，其示出根据本发明的使用多个天线的移动通信系统中的信号发送设备。如图6中所示，信号发送设备包括第一比特映射单元20，其用于在发送系统上进行比特映射；多个发送天线26A-26D；发送HARQ处理器22，其用于根据发送天线之间的相关性排列比特映射码元；解多路复用器24，其用于解多路复用在发送HARQ处理器22中处理过的码元并且将该码元分配至每个发送天线(26A-26D)；多个接收天线28A-28F；接收HARQ处理器30，其用于检查经接收天线28A-28F接收的信号中是否发生错误并且用于进行重发操作；码元检测器32，其用于处理从接收HARQ处理器30输出的信号并且用于估计/检测发送码元；第二比特映射单元34，其用于反向地映射由码元检测器32所检测的码元；和多路复用器36，其用于多路复用在第二比特映射单元34中被反向映射的码元并且用于以发送顺序排列码元。
另外，除码元排列(或重排)功能之外，发送和接收HARQ处理器22和30包括HARQ功能。此外，码元检测器32通过使用，例如迫零、最小均方误差(MMSE)和V-BLAST之一来处理接收信号以检测码元。更具体的说，MIMO无线通信系统通过开发多路信道的空间性质，在富多路环境中使用多振子天线阵列增加用户容量。一个这样的系统是相对于D-BLAST系统的对角分层的空时结构的使用垂直分层空时结构的垂直BLAST(贝尔实验室分层时空)系统。在P.W.Wolniansky，G.J.Foschini，G.D.Golden，和R.A.Valenzuela的“V-BLAST：An Architecture for Realizing Very High Data Rates Over theRich-Scattering Wireless Channel”(V-BLAST：用于在强散射无线信道上实现超高数据率的结构)(ISSE’98，1998年10月)，以及“Detectionalgorithm and initial laboratory results using V-BLAST space-timecommunication architecture”(IEEE，Vol.35，No.1，1999年1月)中描述了V-BLAST系统，将这两个文件在此完全包括并作为参考。
首先，当输入待发送的码元时(步骤S101)，第一比特映射单元20在输入码元上进行比特映射(步骤S103)。发送HARQ处理器22然后将已经在第一比特映射单元20中比特映射的码元与用于错误控制的CRC(循环冗余码校验)码或FEC(前向纠错)码连接，并且基于发送天线26A-26D中的相关性排列发送码元(步骤S105)。注意步骤S105也示出基于码元的检测效率排列发送码元。稍后讨论这个附加特征。
然后，在步骤S107中，解多路复用器24将由发送HARQ处理器22排列的发送码元分配给每个发送天线24A-24D。发送天线24A-24D然后通过MIMO信道将相应的码元发送至接收端(步骤S109)。
接收HARQ处理器30然后检查经每个接收天线28A-28F接收的码元是否存在错误。如果未在充足状态中接收所接收的码元(即，存在错误)，接收HARQ处理器30请求重发码元(步骤Si1111中的是)。发送HARQ处理器22然后基于发送天线中的相关性重发码元(步骤S113)并且经解多路复用器24分配重发的码元给每个发送天线26A-26D，从而进行重发(步骤S115)。
例如，经外部天线26A和26D发送的码元可以经内部天线26B和26C重发，并且经内部天线26B和26C发送的码元可以经外部天线26A和26D重发。
另外，天线可以是任何数目的天线(例如，六个天线等)并且基于天线之间的相关性进行码元的重排序。例如，如果天线3和天线5具有高相关性，并且天线1和天线6具有低相关性，最初从天线3和5发送的码元可以经天线1和6重发等。最初从天线2和4发送的码元可以从相同的天线重发。根据天线数目，可以使用基于天线的相关性的其它分配。
然而，如果在充足状态中接收所接收的码元(步骤Si1111中的否)，接收HARQ处理器30将所接收的信号传输给码元检测器32。码元检测器32然后基于例如迫零、MMSE和V-BLAST方法处理传输来的信号，以估计/检测发送码元。
接下来，第二比特映射单元34反向地映射所检测的码元，并且多路复用器36多路复用该反向映射的码元，并且以发送顺序排列码元。在这种情况中，由于接收端知道发送端中使用的调制方法(例如，QPSK或QAM)，可以进行码元检测器32的码元检测和第二比特映射单元34的比特的反向映射。
如此，当发送HARQ处理器22发送并重发发送码元时，处理器22基于发送天线26A-26D中的相关性将每个码元分配给每个天线。此外，接收HARQ处理器30将发送的(或重发的)码元连接至先前发送的码元，从而改进接收效率和码元检测的精确性。
现在将描述根据另一实施例的在每个发送天线处排列发送码元的方法。
即，根据本发明，当使用在码元中具有相同的检测效率的调制方案，比如BPSK(二进制相移键控)或QPSK时，可以仅基于天线中的相关性重排码元然后发送。然而，当使用具有不同的码元检测效率的高阶调制方案，比如QAM时，可以基于天线中的相关性和检测效率重排码元然后发送。也就是，在这个实例中的发送HARQ处理器22除了码元的检测效率之外还根据发送天线中的相关性排列比特映射码元。
更具体的说，图8示出16QAM星座图的实例，其中最外面的码元1、4、13和16比起最里面的码元6、7、10和11更容易被检测。这样，码元1、4、13和16对于由接收端进行的码元检测具有更大的稳定性。使用这样的性质用于根据本发明的MIMO移动通信系统中的信号处理。
也就是，将在图8的星座图中距离原点位置最远的码元对分配给具有较高相关性的天线对(例如，彼此相邻安装的或有些彼此接近的天线对)。此外，将星座图中接近原点位置的码元对分配给具有较低相关性的天线对(例如，彼此远离安装的天线对，比如在天线阵列外面的天线)。在这种情况中，码元对指比特映射码元对。
换言之，当天线阵列具有如图6中所示的四个发送天线26A-26D时，可以将图8的16QAM码元星座图的码元1、4、13和16分配给具有比天线对26A和26D更高相关性的天线对26B和26C。另外，可以将位于内侧的码元6、7、10和11(也就是，彼此具有最短距离的码元)分配给具有比天线26B和26C更低的相关性的天线对26A和26D。可以将位于距原点位置相同距离的剩余码元2、3、5、8、9、12、14和15平均地分布至四个天线26A-26D。
另外，如果分配给每个发送天线的码元数目不同，将具有较高检测效率的尽可能多的码元分配给具有高相关性的天线对，并且将具有低检测效率的尽可能多的码元分配给具有较低相关性的天线对。
现在将讨论其它码元的排列。例如，图9到图14示出码元分配方法的实例，其中在16QAM星座图上发送码元指比特映射码元并且假设发送天线为26A-26D。
更具体地说，在图9至图14中，可以将黑色码元分配给天线26A和26D并且可以将白色码元分配给天线26B和26C。也就是，可以将距离原点最远并且因而具有高检测效率的码元1、4、13和16分配给天线26B和26C，而可以将接近原点并且因而具有低检测相关性的码元6、7、10和11分配给天线26A和26D。
依据如何将剩余的码元2、3、5、8、9、12、14和15分布至天线对26B和26C与天线对26A和26D，可以作出如图9至14中示出的各种分配表格。
此外，当将距星座图的原点最远的码元1、4、13和16分配给发送天线26B和26C时，分配码元对1和16与码元对4和13使得最大程度地彼此远离地排列码元。即，如果将码元对1和16分配给天线26B，则将码元对4和13分配给天线26C，或反之亦然。
以相同的原则，当将距星座图的原点最近的码元6、7、10和11分配给发送天线26A和26D时，分配码元对6和11与码元对7和10使得最大程度地彼此远离地排列码元。即，如果码元对6和11分配给天线24A，将码元对7和10分配给天线26D，反之亦然。
此外，当由发送端和接收端使用所有天线时，改进了数据的传输率和通信质量。
此外，实施例和优点仅是示例性的并且不解释为对本发明的限制。本发明可以容易地应用于其它类型的设备。将本发明的描述确定为说明性的，并且不限制权利要求的范围。多种替换、修正和变更对本领域的技术人员来说是明显的。
工业应用性
如上所述，本发明的移动通信系统中的信号发送方法和设备具有以下优点。
当通过使用根据本发明的第一实施例的码元排列方法，根据天线间的相关性比特映射码元时，接收端的码元检测性能相比于未考虑天线间的相关性的情况时得到改进。
另外，在另一实例中，基于码元的检测效率和星座图中的天线间的相关性将待发送的码元分配给天线，从而提供独立的码元发送。因此，改进了天线间的独立性，导致改进了通过接收进行的码元检测的准确性和系统的信号发送容量。
另外，由于在使用HARQ的系统中基于码元检测效率和/或天线间的相关性重发码元，改进了通信质量。

Claims (18)

1.一种使用多天线发送信号的方法，其包括：基于多天线间的相关性将比特映射码元分配给多天线。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该分配比特映射码元的步骤发生在比特映射码元的重发期间。
3.如权利要求1所述的方法，其中，该分配比特映射码元的步骤分配从彼此间具有较高相关性的天线发送的比特映射码元，使其从彼此间具有较低相关性的天线重发，并且分配从彼此间具有较低相关性的天线发送的比特映射码元，使其从彼此间具有较高相关性的天线重发。
4.如权利要求1所述的方法，其中，该多天线包括四个天线的阵列，并且从内侧的两个天线初始发送的码元被从外侧的两个天线重发，且从外侧的两个天线初始发送的码元被从内侧的两个天线重发。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括在分配比特映射码元之前，基于比特映射码元中比特的比特可靠性映射比特映射的码元。
6.如权利要求1所述的方法，其中，该分配比特映射码元的步骤将星座图中彼此距离最远的码元对分配给彼此间具有较高相关性的天线对，并且将星座图中彼此距离最近的码元对分配给彼此间具有较低相关性的天线对。
7.如权利要求6所述的方法，其中，该分配比特映射码元的步骤将星座图中任何剩余的码元平均地分配给所有多天线。
8.如权利要求1所述的方法，其中，该分配比特映射码元的步骤除了多天线间的相关性之外，还根据每个码元的检测效率将比特映射码元分配给多天线。
9.如权利要求8所述的方法，其中，该分配比特映射码元的步骤将具有较高检测效率的比特映射码元分配给彼此间具有较高相关性的天线，并且将具有较低检测效率的比特映射码元分配给彼此间具有较低相关性的天线。
10.一种使用多天线的发送设备，其包括：
处理器，配置其以基于多天线间的相关性将比特映射码元分配给多天线。
11.如权利要求10所述的设备，其中，该处理器在比特映射码元的重发期间分配比特映射码元。
12.如权利要求10所述的设备，其中，该处理器分配从彼此间具有较高相关性的天线发送的比特映射码元，使其从彼此间具有较低相关性的天线重发，并且分配从彼此间具有较低相关性的天线发送的比特映射码元，使其从彼此间具有较高相关性的天线重发。
13.如权利要求10所述的设备，其中，该多天线包括四个天线的阵列，并且从内侧的两个天线初始发送的码元被从外侧的两个天线重发，且从外侧的两个天线初始发送的码元被从内侧的两个天线重发。
14.如权利要求10所述的设备，进一步包括比特映射单元，配置其以在处理器分配比特映射码元之前，基于比特映射码元中比特的比特可靠性映射比特映射的码元。
15.如权利要求10所述的设备，其中，该处理器将星座图中彼此距离最远的码元对分配给具有彼此间较高相关性的天线对，并且将星座图中彼此距离最近的码元对分配给具有彼此间较低相关性的天线对。
16.如权利要求15所述的设备，其中，该处理器将星座图中任何剩余的码元平均地分配给所有多天线。
17.如权利要求10所述的设备，其中，该处理器除了多天线间的相关性之外，还根据每个码元的检测效率将比特映射码元分配给多天线。
18.如权利要求17所述的设备，其中，该处理器将具有较高检测效率的比特映射码元分配给彼此间具有较高相关性的天线，并且将具有较低检测效率的比特映射码元分配给彼此间具有较低相关性的天线。
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