CN1815939A - Mimo多重发送装置及mimo多重发送方法 - Google Patents

Mimo多重发送装置及mimo多重发送方法 Download PDF

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Abstract

MIMO多重发送装置及MIMO多重发送方法。本发明的课题是，可以恰当地进行AMC以及混合ARQ，并且重发分组数据块时的浪费少、信道解码所引起的接收侧的负担少。作为解决手段，具有：分别在1个或多个数据路径内依次连接的、生成成为混合ARQ的重发单位的分组数据块的分组数据块生成部、附加误差检测码的CRC附加部、进行信道编码的信道编码部；将上述信道编码部的输出转换为串行形式的并串转换部；将上述并串转换部的输出交织成多个发送流的发送流间交织部；将上述发送流间交织部的输出转换为并行形式的串并转换部；以及分别在从上述串并转换部开始分支的多个数据路径内依次连接的、变更编码率的编码率变更部以及进行数据调制的数据调制部。

Description

MIMO多重发送装置及MIMO多重发送方法
技术领域
本发明涉及MIMO多重发送装置及MIMO多重发送方法。
背景技术
一般，增大通信的数据率时，容易发生发送误差。例如，将数据调制方式从2比特/1码元的QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)改变为4比特/1码元的16QAM(Quadrature AmplitudeModulation，正交调幅)或者6比特/1码元的64QAM时，虽然增大了数据率，但是数据误差率也将增大。
作为根据通信状态来适当地控制数据率和数据误差率之间的关系的技术之一，有自适应调制解调/信道编码(AMC：Adaptive Modulation andChannel Coding)，该方法根据通信状态适当地控制数据调制方式和信道编码率。
图1是一般的自适应调制解调/信道编码(AMC)的概念图，假设从基站100以相同的发送功率进行发送时，位于基站100附近的用户#1的终端201因接收功率大，信道状态良好，所以选择高数据率的调制方式(例如，16QAM)和信道编码率(大)。另外，位于远方的用户#2的终端202因接收功率小，信道状态差，所以选择虽为低数据率但数据误差率也低的调制方式(例如，QPSK)和信道编码率(小)。
图2是示出数据调制方式和信道编码率的组合的例子的图，其示出了虽然数据率随着箭头方向(下)增大，但数据误差率也增大的情况。因此，若信道状态好，则应用下方的数据调制方式和信道编码率的组合，若信道状态差，则应用上方的数据调制方式和信道编码率的组合。实际上，先准备将成为信道状态指标的SIR(Signal to Interference PowerRatio，信号干扰功率比)等与数据调制方式及信道编码率对应起来的表，根据所测量的信道状态来参照表，通过切换成相应的数据调制方式和信道编码率，来实现AMC。
此外，作为应对数据误差的技术之一，有混合ARQ(Automatic RepeatRequest，自动重发请求)。其结合了通过误差检测码(CRC：CyclicRedundancy Check，循环冗余校验)实现的检测到误差时的分组重发请求和通过纠错编码(信道编码)实现的纠错解码。
图3是示出一般的混合ARQ处理的图，其示出了：在发送侧进行CRC比特附加(步骤S1)和纠错编码(步骤S2)，在接收侧进行纠错解码(步骤S3)之后，使用CRC比特进行误差检测(步骤S4)，在有误差时，向发送侧进行重发请求，如果没有误差，则结束发送(接收)(步骤S5)。
此外，图4是示出混合ARQ处理类型的图，有如下类型：如(a)所示，在分组P1内有解调误差时，抛弃分组P1，接收相同内容的分组P2的重发，再次进行解调处理的类型；和如图(b)和(c)所示，在分组P1内有解调误差时，不抛弃分组P1而进行保持，对该分组P1和接受了重发的分组P2进行分组合成，生成分组P3，对该分组P3进行解调处理的类型。这里，(b)是接受相同的分组的重发的情况，通过分组合成来改善接收SIR。另外，(c)是接受进行了不同模式下的穿孔(puncturing)的分组重发的情况，通过分组合成来改善编码增益。
图5是应用了上述的AMC和混合ARQ的单天线发送时的发送帧生成部的结构图，其具有将以下部分串联连接的结构，分别是：分组数据块生成部101，其生成成为混合ARQ的重发单位的分组数据块(在3GPP(3rdGeneration Partnership Project，第三代合作项目)中被称为传输块)；CRC附加部102，其附加CRC；信道编码部103，其进行信道编码；编码率变更部104，其执行通过速率匹配(穿孔、重复)实现的编码率变更以及混合ARQ中的重发时的穿孔、重复模式控制；交织部105，其进行发送流内的交织(在OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)中包括频率方向的交织)；以及数据调制部106，其进行数据调制。
一方面，作为实现大容量高速信息通信的技术之一，有MIMO(MultiInput Multi Output，多输入多输出)多重方式。图6是示出MIMO多重方式的概要的图，如(a)所示，在发送侧，在对数据进行串并转换(步骤S11)之后，从多个不同的发送天线#1～#N采用相同的频率同时发送不同的信息，在接收侧，在对由多个不同的接收天线#1～#M接收的信号进行信号分离(步骤S12)之后，进行并串转换(步骤S13)，从而得到信息。该MIMO多重方式中，因为可以同时收发不同的信息，所以能够大幅增大信息比特率。(b)是示出发送天线数量为2时的数据A～D的流的示意图。
另外，图7是示出MIMO多重方式的类型的图，具有如下的类型，一种是，如(a)所示，使发送数据(发送流)#1、#2分别流向各发送天线#1、#2；另一种是，如图(b)所示，在将发送数据(发送流)#1、#2乘上权重w1，1、w1，2、w2，1、w2，2后流向发送天线#1、#2，从而形成对应于各个发送数据(发送流)#1、#2的天线波束模式(beam pattern)。后述的本发明是以两者的类型为对象。
但是，作为在MIMO多重方式中应用了上述的AMC和混合ARQ的现有技术，存在图8～图10(例如参照非专利文献1)。
图8是示出MIMO多重方式情况下的发送帧生成部的第1现有例的图，如(a)所示，具有以下部分并联的结构：分组数据块生成部101-1、CRC附加部102-1、信道编码部103-1、编码率变更部104-1、交织部105-1、数据调制部106-1串联连接而形成发送流#1的部分；以及分组数据块生成部101-2、CRC附加部102-2、信道编码部103-2、编码率变更部104-2、交织部105-2、数据调制部106-2串联连接而形成发送流#2的部分。在该情况下，具有如(b)所示的特征。
图9是示出MIMO多重方式情况下的发送帧生成部的第2现有例的图，如(a)所示，在依次经过了分组数据块生成部101、CRC附加部102、信道编码部103、编码率变更部104之后，从串并转换部107分支成形成发送流#1的交织部105-1、数据调制部106-1，形成发送流#2的交织部105-2、数据调制部106-2。在该情况下，具有如(b)所示的特征。
图10示出MIMO多重方式情况下的发送帧生成部的第3现有例的图，如(a)所示，在依次经过了分组数据块生成部101、CRC附加部102、信道编码部103之后，从串并转换部107分支成形成发送流#1的编码率变更部104-1、交织部105-1、数据调制部106-1，形成发送流#2的编码率变更部104-2、交织部105-2、数据调制部106-2。在该情况下，具有如(b)所示的特征。
【非专利文献1】LGE，“Multiplexing Chain for MIMO System，”3 GPP TSG RAN WG1，R1-040259，Malagua，Spain，February 2004。
在MIMO多重方式中应用了AMC和混合ARQ的现有例具有如图8～图10所示的结构，但存在如下问题。
即，在MIMO多重方式的情况下，因为每个发送流的信道状态不同，所以针对每个发送流进行AMC才可以实现比一同控制发送流时更优异的接收特性(吞吐量、分组误差率)，在图8所示的第1现有例和图10所示的第3现有例中已满足了这点，但在图9所示的第2现有例中无法针对每个发送流进行信道编码率的控制。
另外，在MIMO多重方式的情况下，从增大信道解码中的分集效果的观点来看，优选为对于所有发送流的信道编码以及混合ARQ，在图9所示的第2现有例和图10所示的第3现有例中已满足了这点，但在图8所示的第1现有例中则无法实现分集效果。
另外，由于分组数据块的尺寸增大，发生接收误差时的重发的浪费会增多，然而这点在图9所示的第2现有例和图10所示的第3现有例中是不利的。
而且，如果信道解码的速度快，则接收侧的负担增大，然而这点在图9所示的第2现有例和图10所示的第3现有例中是不利的。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供能够恰当地进行AMC以及混合ARQ，并且重发分组数据块时的浪费少、信道解码所引起的接收侧的负担少的MIMO多重发送装置以及MIMO多重发送方法。
为了解决上述课题，本发明的技术方案1的MIMO多重发送装置具有：分别在1个或多个数据路径内依次连接的：分组数据块生成部，其生成成为混合ARQ的重发单位的分组数据块、CRC附加部，其附加误差检测码、以及信道编码部，其进行信道编码；并串转换部，其将上述信道编码部的输出转换为串行形式；发送流间交织部，其将上述并串转换部的输出交织成多个发送流；串并转换部，其将上述发送流间交织部的输出转换为并行形式；以及分别在从上述串并转换部开始分支的多个数据路径内依次连接的：变更编码率的编码率变更部、以及进行数据调制的数据调制部。
另外，在技术方案2中，可以针对多个用户的每个发送数据序列设置：分别在1个或多个数据路径内依次连接的、分组数据块生成部，其生成成为混合ARQ的重发单位的分组数据块、CRC附加部，其附加误差检测码、以及信道编码部，其进行信道编码；并串转换部，其将上述信道编码部的输出转换为串行形式；发送流间交织部，其将上述并串转换部的输出交织成多个发送流；串并转换部，其将上述发送流间交织部的输出转换为并行形式；以及分别在从上述串并转换部开始分支的多个数据路径内依次连接的、变更编码率的编码率变更部以及进行数据调制的数据调制部，并且，具有针对上述多个发送流分别对上述数据调制部的输出进行合成的用户间复用部。
另外，在技术方案3中，上述用户间复用部可以对应于上述多个发送流的相同位置而配置上述用户的发送数据序列的码元。
另外，在技术方案4中，可以具有设置在上述编码率变更部和上述数据调制部之间、进行发送流内的交织的交织部。
另外，在技术方案5中，上述发送流间交织部可以向存储区域中并行地写入分组数据块，并且跨越多个分组数据块而依次读取分组数据。
另外，在技术方案6中，上述发送流间交织部可以输入分组数据块数、分组数据块长、或者发送流数作为控制信息。
另外，在技术方案7中，上述信道编码部可以是进行Turbo编码的Turbo编码部。
另外，在技术方案8中，上述编码率变更部可以是对Turbo编码率进行调节的Turbo编码率调节部。
另外，在技术方案9中，可构成为如下的MIMO多重发送方法，其具有：分别在1个或多个数据路径内依次生成分组数据块、附加误差检测码、进行信道编码的步骤；将上述的信道编码后的输出转换为串行形式的步骤；将上述并串转换后的输出交织成多个发送流的步骤；将上述交织后的输出转换成并行形式的步骤；以及分别在通过上述串并转换而分支的多个数据路径内依次变更编码率、进行数据调制的步骤。
本发明的MIMO多重发送装置及MIMO多重发送方法可以针对每个发送流进行AMC，对发送流一同进行混合ARQ，所以能够恰当地进行AMC和混合ARQ。并且，因为将分组数据块分为1个或多个路径，并在该路径内进行信道编码，所以重发分组数据块时的浪费少，且信道解码所引起的接收侧的负担也少。
附图说明
图1是一般的自适应调制解调/信道编码(AMC)的概念图。
图2是示出数据调制方式和信道编码率的组合的示例的图。
图3是示出一般的混合ARQ处理的图。
图4是示出混合ARQ处理的类型的图。
图5是单天线发送时的发送帧生成部的结构图。
图6是示出MIMO多重方式的概要的图。
图7是示出MIMO多重方式的类型的图。
图8是示出MIMO多重方式情况下的发送帧生成部的第1现有例的图。
图9是示出MIMO多重方式情况下的发送帧生成部的第2现有例的图。
图10是示出MIMO多重方式情况下的发送帧生成部的第3现有例的图。
图11是示出本发明的一种实施方式的发送帧生成部的图。
图12是示出并串转换部的动作例的图。
图13是示出串并转换部的动作例的图。
图14是示出发送流间交织部周边的动作例的图。
图15是使用了块交织器的发送流间交织部的详细图。
图16是示出向发送流间交织部写入分组数据块的动作例的图。
图17是示出从发送流间交织部读取分组数据的动作例的图。
图18是示出发送流间交织部的另一结构例的图。
图19A是示出应用了本发明的发送机的结构例的图(之一)。
图19B是示出应用了本发明的发送机的结构例的图(之二)。
图20是示出对多个用户的数据进行复用时的发送机的结构例的图。
图21是示出对多个用户的数据进行复用时的OFDM的码元配置的示例的图。
图22A是示出与应用了本发明的发送机对应的接收机的结构例的图(之一)。
图22B是示出与应用了本发明的发送机对应的接收机的结构例的图(之二)。
具体实施方式
下面，对本发明的优选实施方式进行说明。
图11是示出本发明的一种实施方式的发送帧生成部的图。在图11(a)中，在上游侧的2个数据路径内，分别依次连接设置有以下部分：分组数据块生成部111-1、111-2，其生成成为混合ARQ的重发单位的分组数据块；CRC附加部112-1、112-2，其附加误差检测码；以及信道编码部113-1、113-2，其进行信道编码。并且，路径数可以为1个，也可以为大于等于2个的多个。
接着，设有以下部分：并串转换部114，其将信道编码部113-1、113-2的输出转换成串行形式；发送流间交织部115，其将该并串转换部114的输出交织成多个发送流；以及串并转换部116，其将该发送流间交织部115的输出转换成并行形式。
而且，在从串并转换部116开始分支的2个数据路径内，分别依次连接设有以下部分：编码率变更部117-1、117-2，其执行通过速率匹配(穿孔、重复)实现的编码率变更以及在混合ARQ中的重发时的穿孔、重复模式控制；交织部118-1、118-2，其进行发送流内的交织(在OFDM中包括频率方向上的交织)；以及数据调制部119-1、119-2，其进行数据调制。这里，发送流的数量为2个，但并不限于此。
图11(b)示出了上述的实施方式中的特征。关于AMC，进行数据调制控制的数据调制部119-1、119-2以及进行信道编码率控制的编码率变更部117-1、117-2均设在发送流内，并针对每个发送流进行，所以能够进行与每个发送流的不同信道状态对应的恰当的控制。关于混合ARQ，进行CRC附加的CRC附加部112-1、112-2以及进行信道编码的信道编码部113-1、113-2设置在跨越所有流的位置上，所以可以期待通过发送流间的交织实现的分集效果。
另外，因为由多个路径内的分组数据块生成部111-1、111-2生成成为混合ARQ的重发单位的分组数据块，所以即使检测出分组的误差，重发分组数据块时的浪费也较少。而且，因为在该路径内通过信道编码部113-1、113-2进行信道编码，所以信道解码所引起的接收侧的负担也较少。
图12是示出并串转换部114的动作例的图，其具有将并行输入的分组数据块转换成串行并输出的功能。另外，图13是示出串并转换部116的动作例的图，其具有将串行输入的分组数据块转换成并行并输出的功能。
图14是示出发送流间交织部115周边的动作例的图，其示出：通过并串转换部114将分组数据块#1～#3转换成串行的分组数据序列，并行地写入到发送流间交织部115的存储区域内。然后，在发送流间交织部115中跨越多个分组数据块而依次读取分组数据，通过串并转换部116对该分组数据列进行并行化，并提供给各个发送流的编码率变更部。
图15是使用了块交织器的发送流间交织部115的详细图，其示出：横向大小为分组数据块长T，纵向大小为分组数据块数P。另外，所读入的分组数据是以从0到T-1的列编号来识别位置。写入是在横向上针对每个分组数据块进行。读取是在由上至下的纵向上，首先在“列编号mod发送流数N＝0”的列中从最小的列编号开始依次进行，接着在“列编号mod发送流数N＝1”的列中从最小的列编号开始依次进行，反复进行上述过程，如果完成“列编号mod发送流数N＝N-1”的列的读取，则结束。mod表示余数运算(“A mod B”是A除以B的余数)。
图16是示出向发送流间交织部115写入分组数据块的动作例的图，这里，将分组数据块长T设为12，将分组数据块数P设为3。图17是示出从发送流间交织部115读取分组数据的动作例的图，在由上至下的纵向上在以黑三角表示的列位置处依次进行读取。而且，通过串并转换部116，以各个发送流的流长(这里，#1→6、#2→9、#3→9、#4→12)为单位，对所读取的分组数据序列进行并行化并提供给每个发送流的编码率变更部。
图18是示出发送流间交织部115的另一结构例的图，其示出：可以根据控制信息控制写入以及读取的动作。并且，作为控制信息，包括分组数据块数P、分组数据块长T、以及发送流数N。
接着，图19A和图19B是示出应用了本发明的发送机(MIMO多重发送装置)的结构例的图。在图19A和图19B中，分组数据块生成部121对应于分组数据块生成部111-1、111-2(图11)，CRC附加部122-1、122-2、…对应于CRC附加部112-1、112-2(图11)，Turbo编码部123-1、123-2、…对应于信道编码部113-1、113-2(图11)。并串转换部124、发送流间交织部125、串并转换部126分别对应于并串转换部114(图11)、发送流间交织部115(图11)、串并转换部116(图11)。
另外，Turbo编码率调节部127-1、127-2、…对应于编码率变更部117-1、117-2(图11)，发送流内交织部128-1、128-2、…对应于交织部118-1、118-2(图11)，数据调制部129-1、129-2、…对应于数据调制部119-1、119-2(图11)。OFDM调制部130-1、130-2、…用于进行OFDM调制，在不采用OFDM时不需要。自适应调制解调/信道编码控制部131根据每个发送流的信道状态的信息对Turbo编码率调节部127-1、127-2、…以及数据调制部129-1、129-2、…进行控制。
接着，图20是示出对多个用户的数据进行复用时的发送机的结构例的图，针对每个用户设置与图19A和图19B所示的从分组数据块生成部121到数据调制部129-1、129-2、…相同的结构，通过数据调制部129-11、129-12、…的后级设置的用户间复用部132-1、132-2、…，对于各个发送流的调制后的数据进行复用合成。
图21是示出对多个用户的数据进行复用时的OFDM的码元配置的示例的图，如(a)～(d)所示，对应于多个发送流#1～#3的相同位置而布置用户的发送数据序列的码元。这样，可通过在所有发送流中在相同的地方对相同的用户进行复用，避免因不同用户间的信号分离引起的特性劣化及接收处理复杂化。
接着，图22A和图22B是示出与应用了本发明的发送机对应的接收机的结构例的图。在图22A和图22B中，接收机具有：OFDM解调部211-1、211-2、…(不采用OFDM时，不需要)，其根据各接收天线的接收信号进行OFDM解调；信道估计部212，其根据接收信号中包含的导频信号进行每个发送流的信道估计；信道状态信息生成部213，其生成用于自适应调制解调/信道编码的每个发送流的信道状态信息，通过相反的链路通知给发送机侧；控制信道解调部214，其根据接收信号对控制信道进行解调；信号分离部215，其根据从控制信道解调部214提供的各发送流的调制方法信息以及从信道估计部212提供的信道估计值，从接收信号中分离出信号；各比特似然度计算部216-1、216-2、…，其根据信号分离部215的每个发送流的信号，计算每个比特的似然度；以及发送流内解交织部217-1、217-2、…，其根据各比特似然度计算部216-1、216-2、…的输出，进行发送流内的解交织。
另外，具有：并串转换部218，其对发送流内解交织部217-1、217-2、…的输出进行串行化；发送流间解交织部219，其根据并串转换部218的输出，进行发送流之间的解交织；串并转换部220，其对发送流间解交织部219的输出进行并行化；分组合成部221-1、221-2、…，其在重发时，合成串并转换部220所并行化的分组数据块(不进行重发时，通过)；缓存222，其根据是否重发分组的信息，对分组数据进行缓存；Turbo解码部223-1、223-2、…，其对分组合成部221-1、221-2、…的输出进行解码；CRC检查部224-1、224-2、…，其在根据Turbo解码部223-1、223-2、…的输出检查CRC而发现误差时，向发送机侧通知重发；以及分组数据块合成部225，其合成Turbo解码部223-1、223-2、…的输出，作为再生的发送数据序列输出。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明。这里示出特定的具体例来说明本发明，但很显然，在不脱离权利要求所定义的本发明的广范的要旨及范围的情况下，可以对这些具体例进行各种修改或变更。即，不可解释为本发明被具体实施方式和附图所限定。

Claims (9)

1.一种MIMO多重发送装置，具有：
分组数据块生成部(111)，用于生成作为混合ARQ的重发单位的分组数据块；
CRC附加部(112)，用于附加误差检测码；
信道编码部(113)，用于进行信道编码，所述分组数据生成部、CRC附加部和信道编码部在1个或多个数据流中依次连接；
并串转换部(114)，用于将所述信道编码部的输出转换为串行形式；
发送流间交织部(115)，用于对所述并串转换部的输出进行发送流间的交织；
串并转换部(116)，用于将所述发送流间交织部的输出转换为并行形式；
编码率变更部(117)，用于改变编码率；以及
数据调制部(119)，用于进行数据调制，所述编码率变更部和数据调制部在由所述串并转换部划分的多个数据流中依次连接。
2.一种MIMO多重发送装置，包括：
分组数据块生成部(111)，用于生成作为混合ARQ的重发单位的分组数据块；
CRC附加部(112)，用于附加误差检测码；
信道编码部(113)，用于进行信道编码，所述分组数据块生成部、CRC附加部和信道编码部在1个或多个数据流中依次连接；
并串转换部(114)，用于将所述信道编码部的输出转换为串行形式；
发送流间交织部(115)，用于对所述并串转换部的输出进行发送流间的交织；
串并转换部(116)，用于将所述发送流间交织部的输出转换为并行形式；
编码率变更部(117)，用于改变编码率；以及
数据调制部(119)，用于进行数据调制，所述编码率变更部和数据调制部在由所述串并转换部划分的多个数据流中依次连接；
针对多个用户数据流中的每一个提供所有的上述部分；
还包括：
多个用户间复用部(132)，分别针对各个发送流对所述多个数据调制部的输出进行合成。
3.根据权利要求2所述的MIMO多重发送装置，其特征在于，所述用户间复用部在不同发送流中的相同位置处布置所述用户的发送序列的码元。
4.根据权利要求1所述的MIMO多重发送装置，还包括：
设置在所述编码率变更部和所述数据调制部之间、进行发送流之间的交织的交织部。
5.根据权利要求1所述的MIMO多重发送装置，其特征在于：
所述发送流间交织部在存储区域中写入分组数据块，并且跨越多个分组数据块而依次读取分组数据。
6.根据权利要求1所述的MIMO多重发送装置，其特征在于：
所述发送流间交织部输入分组数据块数、分组数据块长、或者发送流数作为控制信息。
7.根据权利要求1所述的MIMO多重发送装置，其特征在于：
所述信道编码部是进行Turbo编码的Turbo编码部。
8.根据权利要求1所述的MIMO多重发送装置，其特征在于：
所述编码率变更部是Turbo编码率调节部。
9.一种MIMO多重发送方法，包括以下步骤：
生成分组数据块；
附加误差检测码；
进行信道编码，在1个或多个数据流中依次执行上述步骤；
将所述信道编码步骤后的输出转换为串行形式；
对所述转换步骤后的输出进行发送流间的交织；
将所述交织步骤后的输出转换成并行形式；
改变编码率；以及
进行数据调制，在通过所述串并转换步骤而划分的多个数据流中依次执行所述改变编码率的步骤和所述数据调制步骤。
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