CN1781276B - 在多载波通信信道中引入分集的装置和相关方法 - Google Patents

Abstract

一种改善多载波通信信道中的分集增益同时维持信道吞吐量的装置和有关方法基于码率为1的空间频率编码机制，其可扩展到任何数量的发送天线。输入码元的Ncx1矢量被分成大小为MLx1的G组矢量。此后，输入码元矢量的至少一个子集乘以星座图旋转预编码矩阵(212)。所形成的矢量被分成一定数量的子矢量，其用于生成对角矩阵，在交织后生成空间频率矩阵。

Description

在多载波通信信道中引入分集的装置和相关方法

相关申请的对照

本申请要求Shao等人于2003年2月27日提交的美国临时申请序号No.60/451110的权益，其标题为“RATE-ONE SPACE FREQUENCY BLOCK CODES WITHMAXIMUM DIVERSITY GAIN FOR MIMO-OFDM”，其为本发明的受让人共同拥有。其揭示内容结合在此作为参考。

技术领域

本发明的实施例一般涉及无线通信系统，尤其涉及在多载波无线通信系统中引入分集的装置和相关方法。

背景

诸如正交频分复用(OFDM)、离散多音频(DMT)等的多载波通信系统的特点在于：与通信信道有关的频带被划分成多个更小的子频带(这里的子载波)。通过将信息内容分成多段(例如，码元)，随后经由多个分开的子载波并行传送这些段，来进行多载波通信系统中站之间的信息(例如，数据、音频、视频等)通信。当通过子载波传送的码元周期大于信道中的最大多路径延迟时，会显著减少子载波之间的码间串扰的影响。

通过在信道内的多个子载波上同时发送内容，多载波通信系统提供高吞吐量的无线应用，诸如无线个人区域网络、局域网、城域网、固定宽带无线接入等的宽广前景。这些连网环境中的每一个都呈现出其自身的挑战，这使得被设计用于在一种环境中运行的系统不适于其它环境。

在宽带无线接入(BWA)网络(例如，IEEE 802.16a标准中所描述的那些，参考以下)中，会出现在有效时间周期上持续的深衰落。此外，由于限制最大的可实现速率的多路径传播，这种广域无线信道遇到显著的弥散。由于BWA企图与其中信道是静态且非衰退的电缆调制解调器和xDSL竞争，这种系统设计必须对抗这些关键挑战并以几乎有线线路的品质提供高数据率接入。迄今，在发送天线的数量增加超过2时，诸如时空分组编码等的常规技术不能在维持码率的同时提供分集增益。在这点上，用于提供宽带无线接入的这种常规技术通常必须为接收信道品质而牺牲数据率(或，吞吐量)。

本发明提供了一种方法，包括：接收用于从多个发送天线发送的内容，其中所述接收的内容是大小为Ncx1的输入码元的矢量，其中Nc是多载波无线通信信道的子载波的数量；以及通过将输入码元的矢量划分成数量G的组以生成子组s_g，以及将所述子组的至少一个子集乘以星座图旋转预编码器Θ形成数量G的预编码矢量v_g，从用于经由所述多个发送天线发送的接收内容生成码率为1的空间频率码矩阵，其中g＝0，…，G-1，并且其中所述空间频率码矩阵提供MNL信道分集，同时为任意数量的发送天线M、接收天线N和信道抽头L保持1的码率。

本发明还提供了一种装置，包括：分集代理，该分集代理用于接收经由多载波无线通信信道发送的内容，该内容是大小为Ncx1的输入码元的矢量的内容，其中Nc是多载波无线通信信道的子载波数量，以及用于通过来自多个发送天线并在多载波无线通信信道上进行发送的接收内容生成码率为1的空间频率码矩阵，其中所述空间频率码矩阵提供MNL信道分集，同时为任意数量的发送天线M、接收天线N和信道抽头L保持1的码率；以及其中所述分集代理包括预编码器元件，该预编码器元件用于将输入码元的矢量划分成数量G的组，以产生子组s_g，以及将子组的至少一个子集乘以星座图旋转预编码器Θ，以便形成数量G的预编码矢量v_g，其中g＝0，…，G-1。

本发明还提供了一种系统，包括：数量M的全方向天线；以及分集代理，该分集代理用于接收用于经由多载波无线通信信道发送的内容，该内容是大小为Ncx1的输入码元的矢量的内容，其中Nc是多载波无线通信信道的子载波数量，以及用于通过来自M个全方向天线中的至少一个子集并在多载波无线通信信道上进行发送的接收内容生成码率为1的空间频率码矩阵，其中所述空间频率码矩阵提供MNL信道分集，同时为任意数量的发送天线M、接收天线N和信道抽头L保持1的码率；以及其中所述分集代理包括预编码器元件，该预编码器元件用于将输入码元的矢量划分成数量G的组，以产生子组s_g，以及将子组的至少一个子集乘以星座图旋转预编码器Θ，以便形成数量G的预编码矢量v_g，其中g＝0，…，G-1。

附图说明

作为实例说明本发明的实施例，而非作为限制，在附图中相同的标号表示相似的元件，其中：

图1是根据一个实例的结合本发明教导的实例性多载波无线网络的框图；

图2是根据一个实例的结合本发明教导的实例性收发器架构的框图；

图3是示出根据本发明一个实施例的用于编码/解码内容的方法的流程图；

图4是适于根据本发明实施例使用的实例性码率为1的空间频率分组码矩阵的示图；

图5、6和7根据本发明实施例提供了描述与常规信道编码技术相比的本发明实施例的性能优点的示图；以及

图8是包含内容的实例性制造制品的框图，所述内容在接入机器执行时使得该机器实现本发明实施例的一个或多个方面。

具体实施方式

呈现了将分集引入多载波无线通信信道的装置和有关方法的实施例。更特别地，根据实例性实施例，引入分集代理(DA)，它使用创新的编码方案来改善频率选择信道上MIMO-OFDM系统中的分集增益，同时改善空间多径分集而没有码率损失。如以下更完整描述的，分集代理采用创新的可扩展到任何数量发送天线的码率为1(rate-one)空间频率编码机制，且不要求在多个OFDM码元上信道是恒定的。

本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着结合实施例描述的特殊特点、结构或特征包含于本发明的至少一个实施例中。因此，说明书中各处的短语“一个实施例中”或“一实施例中”的出现不必都涉及相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中可以按任何合适的方式组合特殊特点、结构或特征。

实例网络环境

图1说明其中实施了本发明教导的无线通信环境的框图。如图所示，网络100示出两个装置102、104，每个都包括一个或多个无线发送器和接收器(收发器)108、116，基带和媒体接入控制(MAC)处理性能112、114，和存储器110、118，它们都如图所示地耦合。如这里所使用的，装置102和104经由多载波无线通信信道106彼此之间通信信息，所述多载波无线通信信道106通过与装置相关联的一个或多个天线建立于收发器108、116之间。根据一个实施例，装置102之一可耦合到另一个网络120，例如通过一个或多个无线和/或有线通信媒介。在这点上，本发明的实施例可由服务供应商实现，以提供对一个或多个终端用户的“最后路程”BWA接入，支持其它增值服务，例如IP语音(VoIP)、因特网接入、账单支付服务、语音邮件服务等等。

根据一个实例性实施例，一个或多个装置102、104可使用新颖的分集代理，其采用这里所述的创新的码率为1的空间频率编码机制。如这里所使用的，分集代理可与多载波发送器一起使用以选择性地将内容(例如，从主机装置、应用、代理等接收的)映入一个或多个天线和/或OFDM音调，以生成MIMO-OFDM通信信道106。

根据本发明的一个方面，分集代理可包括新颖的码率为1的空间频率(SF)编码器，适合于在具有M个发送天线和N个接收天线的多载波通信系统内使用以改善频率选择信道的信道分集。如以下更完整地描述的，分集代理所采用的码率为1的SF码可基本实现频率选择信道上可达到的最大分集增益。

根据本发明的一个方面，SF码码元仅消耗一个多载波通信信道分组持续时间，这样与常规多载波编码技术相比具有更小的处理延迟。因此，例如，SF码码元可仅持续一个OFDM分组时间。在这点上，分集代理所采用的码率为1的空间频率编码器能较好地最大化信道分集，同时保留频率选择性多载波信道中的信道吞吐量，使其较好地适于BWA网络环境。

除了前述的，分集代理可选择性地执行用于解码如上处理的来自接收OFDM信道的信息的新颖技术，尽管本发明的范围不限于此。因此，引入接收分集代理，它可以包括一个或多个组合器以及解码器，用于解码用这里描述的代码结构编码的接收信号元件的至少一个子集。根据一个实施例，分集代理可采用最大比率组合器，以接收信号数并生成信号矢量。分集代理还可包括与组合器耦合的球解码器，以解码从组合器元件接收的合成信号矢量。

如这里所使用的，基带和MAC处理元件112、114可以在一个或多个处理器(例如，基带处理器和应用处理器)中实现，尽管本发明不限于此。如图所示，处理器元件112和114可分别耦合到存储器110、118，其可包括诸如DRAM的易失性存储器、诸如闪存的非易失性存储器，或者可选地包括诸如硬盘驱动器的其它类型的存储装置，尽管本发明的范围不限于此。存储器110、118的某些部分或全部可较好地设置于与处理器元件112、114相同的包装内或者可以设置于集成电路上或元件112、114外部的某些其它媒介上。根据一个实施例，基带和MAC处理元件112、114可实现以下描述的分集代理特点的至少一个子集，和/或提供有关收发器(108、116)内实现的分集代理上的控制，尽管本发明不限于此。

虽然图1中未专门标注，分集代理可较好地实现于一个或多个基带和MAC处理元件(112，114)和/或收发器元件(108，116)中，尽管本发明不限于此。如这里所使用的，若非以下更完整描述的分集代理的引入，装置102、104期望表示具有无线通信性能的任何较宽范围的电子装置，例如膝上计算机、掌上电脑或台式计算机、蜂窝电话(例如，2G，2.5G，3G或4G手机)、个人数字助理、WLAN接入点(AP)、WLAN站(STA)等等。

根据一个实施例，网络100可表示宽带无线接入(BWA)网络，其中一个或多个装置102、104可根据电气和电子工程师协会的标准IEEE Std 802.16-2001 IEEEStd.802.16-2001用于局域网和城域网的IEEE标准Part 16：Air Interface forFixed Broadband Wireless Access Systems，及其后代，例如包括IEEE Std802.16a-2003(对IEEE Std 802.16-2001的修改)来建立无线通信信道，尽管本发明不限于此。

如这里所使用的，网络120期望表示任何宽范围的通信网络，例如包括普通(plain-old)电话系统(POTS)通信网络、局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、全局区域网(因特网)、蜂窝网络等。根据一个实例性实现，装置102表示接入点(AP)，而装置104表示站(STA)，其每一个都适于在IEEE 802.11n无线局域网(WLAN)内使用，且每一个都使用以上引入的新颖的空间频率交错和发送分集技术，且以下将更完整地展开。

实例架构

转到图2，根据本发明实施例，呈现了实例发送器架构和实例接收器架构的框图。为了说明两个装置间通信信道环境内的这些架构，描述来自一个装置(例如102)的发送器和来自与通信链接有关的另一个装置(例如104)的接收器。本领域的熟练技术人员将理解，任一装置(102、104)中的收发器可包括发送器架构和/或接收器架构，如图2中所详细示出的，尽管本发明的范围不限于此。应理解，实现新颖的发送分集和/或空间频率交错的其它或多或少复杂程度的发送器和接收器架构也是所要求的本发明的范围和精神所预期的。

根据图2的实例性实施例，描述了发送器200，它包括串行到并行转换器202、结合本发明实施例元件的分集代理204、离散傅里叶反变换元件206、循环前缀或保护间隔插入元件208、射频(RF)处理元件210以及两个或更多天线220A…M，它们都如图所示地耦合。根据一个实施例，发送器架构200可以在收发器108和/或116内实现。尽管示作许多不同的功能性元件，但本领域的熟练技术人员将理解，发送器架构200的一个或多个元件也可组合成一多功能元件，且相反地，功能元件也可分成多个功能元件而不背离本发明。

如这里所使用的，串行到并行(S/P)变换202可从主机装置(或者，其上执行的应用程序，例如电邮、音频、视频等)接收信息(例如，比特、字节、帧、码元等)，用于处理和经由通信信道的后续发送。根据一个实施例，接收信息是以正交幅度调制(QAM)码元(即，其中每个码元表示两个比特，bi和bj)形式。这样，根据一个实施例，接收内容被调制成码元(例如，QAM，BPSK，QPSK，8-PSK，16-PSK，128-PSK，256-PSK等等)，并可以以例如1/2，2/3，3/4，5/6，7/8，1，4/3等中的一个或多个码率卷积编码。根据可选实施例，在发送器200内进行比特映射(调制)和卷积编码中的一个或多个，且可以由分集代理204执行。与常规编码系统不同，其中在码率必须随天线数量的增加而减少的情况下，这里描述的码率为1的空间频率分组编码技术没有这种限制。

根据一个实施例，串行到并行变换202可产生多个码元的并行子流，其可以被传递到分集代理204的一个或多个实例。虽然被描述成分开的功能性元件，但串行到并行变换202可包含于分集代理204的实施例或者发送器200的其它元件内。

分集代理204被描述成包括预编码器212A…Z和空间频率编码器214中的一个或多个，每一个都根据实例性实施例所描述地耦合，尽管本发明不限于此。根据一个实施例，预编码器功能可较好地集成于空间频率编码器214内。在这点上，这里的揭示内容预期产生编码码元的空间频率矩阵的复杂性不同的分集代理204。

如以下更完整地展开的，分集代理204利用参考图3更完整描述的码率为1的空间频率编码机制生成MxNc空间频率矩阵，其中M是发送天线数而Nc是多载波通信信道的子载波数。可以理解，应用于分集代理204接收的内容上的码率为1的空间频率代码可基本实现频率选择信道上可达到的最大分集。此外，由于代码在一个OFDM分组持续时间中发送，所以它具有比常规编码机制(例如，空间时间频率(STF)分组代码)更小的处理延迟。

空间频率编码内容从分集代理204传递到一个或多个离散傅里叶反变换元件206，它将内容从频域变换成时域。根据一个实施例，IDFT206可以是快速傅里叶反变换(IFFT)元件，尽管本发明不限于此。根据一个实施例，IDFT元件206的数量可以与发送天线的数量(M)相当，例如，发送射频(RF)链的数量。

在经由有关一个或多个天线220A…M的后续发送前被传递到射频(RF)前端210例如用于放大和/或过滤之前，来自IDFT元件206的时域内容可传递到CPI元件208，其可在信号中引入循环前缀或保护间隔。因此，根据本发明的一个实例性实施例，生成多载波通信信道106的实施例。

为了提取由远程发送器(例如，200)处理的内容，引入实例性接收器架构250。根据一个实例性实施例，接收器250被描述成包括一个或多个射频(RF)前端254、循环前缀(或，保护间隔)移除元件256、离散傅里叶变换元件258、根据本发明实施例的接收分集代理260以及并行到串行变换元件262，每一个都如所描述地耦合，以生成原始发送信息的表示(I’)。

如图所示，RF前端254接收激励一个或多个接收天线252A…N的多个信号。根据一个实施例，每一个接收天线都具有专用接收链，其中接收前端元件254、CPR元件256和FFT元件的数量与接收天线(例如N)的数量(N)相当。

RF前端254可将接收信号的至少一个子集传递到循环前缀移除元件256，尽管本发明不限于此。根据一个实施例，CPR256移除在接收信号的发送处理期间引入的任何循环前缀或保护间隔。

来自CPR256的内容随后被提供给离散傅里叶变换(DFT)元件258中的有关一个或多个。根据一个实施例，DFT元件258可将快速傅里叶变换用于接收信号，以便将接收信号从时域转换成频域。因此，接收信号的多个频域表示被给予接收分集代理260。

根据本发明的一个方面，接收分集代理260呈现出包括与一个或多个解码器元件266A…Z相耦合的组合器元件264。如图3中更完整地展开的，分集代理260可在最大比率组合器264处接收一个或多个信号矢量。最大比率组合器264可相位对准各种信号矢量，应用合适的加权度量并合计各种矢量的至少一个子集。随后，将输出矢量应用于一个或多个球解码器266A…Y。

如这里所使用的，多个球编码器中的任一个都可用作球解码器266A…Y。根据一个实施例，如以下更完整地描述的，球解码器搜索以接收点为中心的给定半径的球内格点之中的最接近点。例如，在QAM星座图的情况中，球解码器可遍历球(足够的半径)内格子的一部分，以识别信号矢量，随后滤出离开接收点太远的任何矢量，尽管本发明的范围不限于此。

一旦被解码，则解码信道的数量(Y)的并行子流被提供给并行到串行变换元件262，其生成原始处理信息内容(I)的串行表示(I’)。

实例代码结构和分集代理操作

转到图3，根据本发明实施例，示出了用于改善通信信道内的分集增益同时维持码率和信道吞吐量的分集代理操作的实例性方法的流程图。为便于讨论而非限制，提供设计准则和代码结构的简要介绍作为对分集代理操作的介绍。

代码设计准则

根据一个实例性实施例，这里所采用的码率为1的空间频率代码预期在具有M个发送和N个接收天线和Nc个子载波的MIMO-OFDM系统内使用，其中Nc＞＞M，N，尽管本发明的范围不限于这类系统，且事实上可以扩展为具有任意数量的子载波、发送天线(e)和接收天线(e)任何多载波通信系统。使C和E是由尺寸MxNc的矩阵表示的两个不同的空间频率码字。假定MIMO信道由L个(矩阵)分接头(tap)组成，派生出预期成对出错概率(例如在普通Rayleigh衰落信道实现上求平均)的上限。对于无空间衰落相关和均匀延迟特征(power delay profile)，上限可表达为：

$P(C\→E)\≤\underset{i=0}{\overset{\mathrm{rank}\left(S\right)-1}{\mathrm{\Π}}}{(1+{\mathrm{\λ}}_i\left(S\right)\frac{\mathrm{\ρ}}{4})}^{-N}---\left(1\right)$

其中ρ是平均信噪比(SNR)，λ_i(S)是S的第i个非零本征值。S＝G(C，E)G^H(C，E)具有维度NcxNc，其中G(C，E)是NcxML矩阵G(C，E)＝[(C-E)^TD(C-E)^T…D^L-1(C-E)^T]且 $D={\left\{e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{Nc}}k}\right\}}_{k=0}^{\mathrm{Nc}-1}.$ 对于Nc＞ML，为了实现MNL重分集，合适的代码设计是必要的，以确保不仅MxNc误差矩阵(C-E)在所有不同{C，E}对上是满秩的，且层叠矩阵G(C，E)也享有满秩。以下在分集代理所采用的码率为1的空间频率编码器中引入这种代码设计。

根据一个实施例，对于码率为1的空间频率分组码，映入空间频率码矩阵的信息码元的数量可等于子载波Nc的数量。根据一个实例性实施例，Nc＝MxLxG，其中G是子载波被分成的组数(即，子载波的组数)(例如，参见图4)。

码率为1的空间频率编码

随着对码率为1的空间频率分组码的发展的介绍，转到图3，其中空间频率编码300的方法从框302开始，其中分集代理204接收输入(例如，从主机装置或其上执行的应用程序)，框302。根据一个实施例，分集代理接收QAM码元，尽管本发明不限于此。

根据一个实施例，内容由分集代理204的一个或多个预编码器212A…Z接收，其可以通过将接收内容分成一定数量(G)的组开始编码过程，框304。根据一个实施例，输入码元s＝[s^T ₀s^T ₁…s^T _G-1]^T的Ncx1矢量被分成大小MLx1矢量{s_G}_g＝0 ^G-1的G个组，尽管本发明不限于此。

框306中，输入码元矢量的至少一个子集s_g乘以星座图旋转(CR)预编码器(例如，在预编码器212内)Θ。根据一个实施例，通过将星座图旋转左乘矢量，将相同的星座图旋转Θ应用于输入符号s_G的Ncx1矢量的每一个，尽管本发明不限于此。根据一个实施例，星座图旋转Θ是维度MLxML，以形成大小ML-矢量v_g＝Θs_g＝[Θ^T ₁s_g，…，Θ^T _MLs_g]^T，其中Θ^T _i表示Θ的第i行。

框308中，矢量v_g的至少一个子集被分成L，Mx1子矢量，其用于生成MxM对角矩阵 $D_{s_g,k}=\mathrm{diag}\{{{\mathrm{\Θ}}^T}_{M\×(k-1)+1}{s}_g,...,{{\mathrm{\Θ}}^T}_{M\×k}{s}_g\},$ 其中k＝1…L。根据一个实例性实施例，L子矩阵被认为在相同组中。

框310中，将来自G组(例如，GxL对角矩阵的总数)的子矩阵交错，以生成MxNc空间频率矩阵：

$C=[D_{s_0,1},\·\·\·,D_{s_{G-1},1},\·\·\·,D_{s_0,L},\·\·\·,D_{s_{G-1},L}]---\left(2\right)$

如图4所示，其中{f_i}_i＝0 ^Nc～1表示Nc子载波。结果，与相同组中的连续码元相对应的子载波在码字C中被相等隔开。

本领域的熟练技术人员将理解，如上所述地设计的码率为1的空间频率拥有一性质，即来自从相同天线所发送的相同组的连续码元处于作为MG子载波间距倍数的一频率“距离”，以便利用频率选择信道的分集。因此，对于已知的信道级和均匀功率延迟特性，对以MG倍数隔开的子载波的信道频率响应是不相关的。因此，来自从相同天线发送的相同组的L个码元经受不相关衰落。

根据一个实施例，上述码率为1的空间频率编码器影响Θ的以下期望性质：对于所有不同的对

和v_g＝Θs_g，且 ${\tilde{v}}_g=\mathrm{\Θ}{\tilde{s}}_g,$ 相应的错误矢量 $e_g=(v_g-{\tilde{v}}_g)$ 基本具有全部非零元素。结果，对于k＝1…L从生成随后，L个对角矩阵

具有非零的所有对角元素。因此，所有不同对

产生L个满秩对角误差矩阵，其可用于证明这里所提议的空间频率码可以实现MNL的最大分集增益。该证明在以下提供。

回到图3，注意解码用上述码率为1的空间频率编码技术所编码的内容的实例方法350(图3上)。根据一个实例性实施例，分集代理260所采用的解码技术从框352开始，其中分集代理经由(N)接收处理链接收一定数量的信号矢量。为便于说明，用r^j，w^j分别表示第j个接收天线处的大小为Ncx1接收信号矢量和噪声矢量。根据一个实施例，对于g和k，r^j被分成LG个大小为Mx1的子矢量{r^j，k，g}，其中g和k的定义保持与以上针对编码器所介绍的一致。类似地，w^j可以被分成LG个大小为Mx1的子矢量{w^j，k，g}。

如上所述，Θ^T _i表示星座图旋转矩阵Θ的第i行，且H^j _i，1表示第1个音调处的第i个发送和第j个接收天线对的信道频率响应。根据一个实施例，对角矩阵可以被定义为：

${\mathrm{\Λ}}_{k,g}^j=\mathrm{diag}\left\{\begin{array}{c}{H}_{1,(k-1)\mathrm{GM}+\mathrm{gM}}^j\\ H_{2,(k-1)\mathrm{GM}+\mathrm{gM}+1}^j\\ .\\ .\\ .\\ H_{M,(k-1)\mathrm{GM}+(g+1)M-1}^j\end{array}\right\}---\left(3\right)$

因此，对于以上定义的码率为1的空间频率编码机制，接收信号矢量可以表示为：

r^j＝[r^j，1，0 r^j，1，1…r^j，L，G-2 r^j，L，G-1]^T

(4)

＝[b^j；1，0 b^j，1，1…b^j，L，G-1 b^j，L，G-1]^T+[w^j，1，0 w^j，1，1…w^j，L，G-1 w^j，L，G-1]^T

其中

$b^{j,k,g}={\mathrm{\Λ}}_{k,g}^j\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Θ}}_{(k-1)M+1}^T\\ {\mathrm{\Θ}}_{(k-1)M+2}^T\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\Θ}}_{\mathrm{kM}}^T\end{array}\right]s_g---\left(5\right)$

以及r^j，k，g＝b^j，k，g+w^j，k，g

在框356中，分集代理组合子矢量的合适的子分组。根据一个实施例，组合第g组的子分组，给出：

$r^{j,g}={\left[\begin{array}{cccc}{r}^{j,1,g}& r^{j,2,g}& ...& r^{j,L,g}\end{array}\right]}^T$

根据一个实施例，利用最大比率组合器元件(264)组合N个接收天线上来自第g组的信息，其形成：

$={\mathrm{\Σ}}_g^{1/2}\mathrm{\Θ}{s}_g+{\mathrm{\η}}_g---\left(8\right)$

在框358中，分集代理可使用次数2xLxM的最大似然(ML)解码技术来从y_g解码s_g，尽管本发明不限于此。根据一个实例性实现，如以上介绍的，在这点上可以采用一个或多个球解码器元件266A…Y。

因此，已描述了实现这里介绍的码率为1的空间频率代码的实例性编码和解码技术。证明(以下提供)可以示出：这里提出的码率为1的空间频率分组码可以实现MNL的最大分集增益。

在钻研支持证明之前，现在注意图4，其提供了根据本发明一个实施例的码率为1的空间频率码矩阵C的结构表示。参考图4，矩阵400描述了M个天线、G个子载波组和L个矩阵信道分接头的一般情况。矩阵420描述了具有四个(4)发送天线(M)、分成两组的16个子载波(L)的实例性实现。如图所示，框中的符号(s_i，j，k)表示第i层的第j组中的第k个预编码符号(s)。

转到图5-7，根据一个实例性实施例，提供了各种性能比较的图示表示，其每一个都将依次涉及。根据一个实施例，对于这些模拟，符合802.16.3标准的OFDM系统使用大小为256的FFT。所使用的调制码元是BPSK，4QAM(或者，16QAM)，其中M个发送天线的总平均码元能量Es＝1。

图5中，针对具有两个发送天线、1个接收天线和不同信道分接头(L＝2，3，4)的多个系统模型，吞吐量品质的图示说明(例如，量化为误比特率(BER))相对于信噪比(Es/No)绘制。特别是，图5描述了信道分接头越多，随着Es/No数字增加，BER性能越好。

图6中，图示说明了提议的码率为1的空间频率编码技术和多种常规技术之间的实例性能比较。特别关心的是：这里介绍的空间频率编码方案提供了最佳性能，且只有它实现了MNL分集增益。

图7中，图示说明了空间频率分组码和另一种常规技术(空间-时间-频率编码)之间的实例性能比较。如图所示，这里描述的码率为1的空间频率编码技术与STF编码技术同等执行，但具有发送器和接收器中的较小复杂性。

证明：码率为1的空间频率编码机制提供MNL分集增益

从定义BWA通信环境的期望成对出错概率的上限的等式(1)中，证明分集增益基本等效于证明rank(S)＝ML。由于S＝G(C，E)G^H(C，E)且rank(S)＝rank(G(C，E))等效于rank(G(C，E)^T)，注意显示出rank(G(C，E)^T)＝ML，其中G(C，E)^T是MLxNc矩阵：

$G{(C,E)}^T=\left|\begin{array}{c}(C-E)\\ (C-E)D\\ .\\ .\\ .\\ (C-E)D^{L-1}\end{array}\right|---\left(9\right)$

且 $D=\mathrm{diag}{\left\{e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{Nc}}k}\right\}}_{k=0}^{\mathrm{Nc}-1}.$ 为了证明，假定分接头(L)的数量是已知的。

考虑Ncx1矢量s＝[s^T ₀s^T ₁…s^T _G-1]^T，且 $\tilde{s}={\left[\begin{array}{cccc}{{\tilde{s}}_0}^T& {{\tilde{s}}_1}^T& ...& {{\tilde{s}}_{G-1}}^T\end{array}\right]}^T,$ 以使对于作为{0，…，G-1}的元素的某些g来说 $s\≠\tilde{s}.$ 不失一般性地，使得 $s_0\≠{\tilde{s}}_0.$

对于k＝1，…，L以及g＝0，…，G-1，定义对角MxM矩阵 $A_{(k-1)G+g+1}=D_{s_g,k}-D_{{\tilde{s}}_g,k}.$

因此，C-E＝[A₁…A_GL]。另一方面，可以将对角矩阵 $D=\mathrm{diag}{\left\{e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{Nc}}k}\right\}}_{k=0}^{\mathrm{GL}}$ 分成GL MxM对角子矩阵{D_i}_i＝1 ^GL。

结果，可以示出：

由于A_j和D_j ⁱ两者都是对角矩阵。因此，可以示出：

如前所示，在所有不同对

中，对于k＝1，…L，具有L个满秩对角误差矩阵 $A_{(k-1)G+1}=D_{s_0,k}-D_{{\tilde{s}}_0,k}.$ 因此，在G(C，E)^T中，可以找到MLxML子矩阵，其是两个其它MLxML矩阵的乘积，如下：

因此，可以示出：满秩分组Vandermonde和以上的满秩分组对角矩阵的乘积具有非零行列式，且因此是满秩ML。由于在MLxNc的G(C，E)^T中，可以发现满秩的维度MLxML的子矩阵，我们断定确保rank(S)＝rank(G(C，E)^T)＝ML，且这里提议的空间频率码可以实现MNL的最大分集增益。

可选实施例

图8说明了包含内容的实例性存储媒介的框图，所述内容在调用时使得访问机器实现分集代理204、260一个或更多方面和/或相关联的方法300。在这点上，存储媒介800包括内容802(例如，指令、数据或其任何组合)，其在被执行时使得访问装置实现上述分集代理204、260的一个或多个方面。

机器可读(存储)媒介800可包括，但不限于，软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁或光卡、闪存或适于存储电子指令的其它类型的媒体/机器可读媒介。此外，本发明还可作为计算机程序产品下载，其中该程序可经由通信链接(例如，调制解调器、无线电或网络连接)作为载波或其它传播媒介中嵌入的数据信号从远程计算机传送到请求计算机。如这里所使用的，所有这些媒体都被广泛地认为是存储媒体。

应理解，本发明的实施例可用于各种应用中。尽管本发明不限于此，这里所揭示的电路可用于许多装置中，诸如无线电系统的发送器和接收器。仅作为实例，期望包含在本发明范围之内的无线电系统包括含无线网络接口装置和网络接口卡(NIC)的无线局域网(WLAN)装置和无线广域网(WWAN)装置，基站，接入点(AP)，网关，桥路，集线器，蜂窝电话通信系统，卫星通信系统，双向无线电通信系统，单向寻呼机，双向寻呼机，个人通信系统(PCS)，个人计算机(PC)，个人数字助理(PDA)，传感器网络，个人区域网络(PAN)等等，尽管本发明不限于此。

尽管本发明不限于此，期望在本发明范围内的无线通信系统类型包括无线局域网(WLAN)和无线广域网(WWAN)，码分多址(CDMA)蜂窝电话通信系统，全球移动通信系统(GSM)蜂窝电话系统，北美数字蜂窝(NADC)电话系统，时分多址(TDMA)系统，扩展TDMA(E-TDMA)蜂窝电话系统，类似于宽带CDMA(WCDMA)和CDMA-2000的第三代(3G)系统等等，尽管本发明的范围不限于此。

本发明的实施例也可包含于集成电路块中，称作核心存储器、高速缓存存储器或者其它类型的存储器，它们存储由微处理器执行的电子指令或者存储算法操作中使用的数据。一般，根据所要求主题使用多级多米诺逻辑的实施例有利于微处理器，且特别是可结合入用于存储装置的地址解码器。应注意，实施例可集成入无线电系统或手持便携式装置，特别是当装置取决于减少的功耗时。因此，膝上计算机、蜂窝电话通信系统、双向无线电通信系统、单向寻呼机、双向寻呼机、个人通信系统(PCS)、个人数字助理(PDA)、照相机和其它产品也期望在本发明的范围之内。

本发明包括各种操作。本发明的操作由诸如图1和/或2所示的那些硬件部件执行，或者可以以机器可执行的内容(例如，指令)802实现，它们被用于使得由这些指令编程的通用或专用处理器或逻辑电路执行操作。或者，操作可由硬件和软件的组合执行。此外，尽管在计算应用的环境下描述本发明，但本领域的熟练技术人员将理解，这种功能也可较好地体现于大量可选实施例中，诸如集成在通信应用(例如，蜂窝电话)内。

在以上描述中，为便于说明，阐述了大量具体细节，以提供本发明的透彻理解。但本领域的熟练技术人员将理解，本发明可在没有某些具体细节的情况下实施。在其它情况中，按框图形式示出公知结构或装置。发明概念的大量变型也在本发明的精神和范围之内。在这点上，特别说明的实例性实施例不提供用于限制本发明，而仅仅用于说明之。因此，本发明的范围并非由以上提供的具体实例确定，而是由以下权利要求书的明语确定。

Claims (2)

1.一种空间频率编码的方法，其特征在于，包括：

接收用于从多个发送天线发送的内容，其中所接收的内容是大小为Ncx1的输入码元的矢量，其中Nc是多载波无线通信信道的子载波的数量；以及

通过以下方式从用于经由所述多个发送天线发送的接收内容生成码率为1的空间频率码矩阵，其中所述空间频率码矩阵提供MNL信道分集，同时为任意数量的发送天线M、接收天线N和信道抽头L保持1的码率：

将输入码元的矢量划分成数量G的组以生成子组s_g，

将所述子组的至少一个子集乘以星座图旋转预编码器Θ形成数量G的预编码矢量v_g，其中g＝0，…，G-1，

将所述预编码矢量中的每一个划分成一定数量的LMx1子矢量，

从所述子矢量中形成MxM对角矩阵

其中k＝1...L，其中Θ^T _M×(k-1)+1表示Θ的第M×(k-1)+1行，且Θ^T _M×k表示Θ的第M×k行，以及

交织来自G组的L个子矩阵，以生成MxNc空间频率码矩阵。

2.一种空间频率编码的设备，其特征在于，包括：

用于接收用于多个发送天线发送的内容的装置，其中所接收的内容是大小为Ncx1的输入码元的矢量，其中Nc是多载波无线通信信道的子载波数量；以及

用于从用于经由所述多个发送天线发送的接收内容生成码率为1的空间频率码矩阵的装置，其中所述空间频率码矩阵提供MNL信道分集，同时为任意数量的发送天线M、接收天线N和信道抽头L保持1的码率，所述用于生成的装置进一步包括：

用于将输入码元的矢量划分成数量G的组以产生子组s_g的装置，

用于将该子组的至少一个子集乘以星座图旋转预编码器Θ形成数量G的预编码矢量v_g的装置，其中g＝0，…，G-1，

用于将所述预编码矢量中的每一个划分成一定数量的LMx1子矢量的装置，

用于从所述子矢量形成MxM对角矩阵

的装置，其中k＝1...L，其中Θ^T _M×(k-1)+1表示Θ的第M×(k-1)+1行，且Θ^T _{M ×k}表示Θ的第M×k行，以及

用于交织来自G组的L个子矩阵，以生成MxNc空间频率码矩阵的装置。

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