CN1852280A

CN1852280A - 一种正交频分复用系统中发射空时码的方法

Info

Publication number: CN1852280A
Application number: CN 200510108372
Authority: CN
Inventors: 陈莉娜; 蒋培刚
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2006-10-25

Abstract

本发明公开了一种正交频分复用(OFDM)系统中发射空时码的方法，该系统包括n根发射天线，其中n为至少为3的正整数，该方法包括以下步骤：对信源输出的信息比特进行调制，得到调制符号，并对调制符号进行空时编码，以得到编码后码字；将码字映射到正交频分复用符号的至少两个子载波上，并且在n根发射天线上发射码字。应用本发明后，通过在时间和子载波上完成发射空时码的操作，使得完成发射空时码所需要的发射周期减少，从而降低了信道相关时间对空时码发送的影响，所以避免了由于信道衰落系数在一次空时编码操作内发生变化而给空时码发送带来的性能损失。

Description

一种正交频分复用系统中发射空时码的方法

技术领域

本发明属于正交频分复用(OFDM)技术领域，更准确地说，涉及一种OFDM系统中发射空时码的方法。

背景技术

目前，随着移动通信系统的发展，移动通信业务已经从单纯的语音业务扩展到多媒体业务。这些业务通常需要传输大量的数据，所以移动通信系统要求更高的比特传输速率。在常规的单载波系统中，如果使用更高的比特传输速率，会因为符号间干扰(ISI)和无线信道的深度频率选择性衰落而给信号的有效接收带来困难。

由于能够很好地克服无线信道的多径特性并且能够进行频域的调度，OFDM技术成为近来的研究热点。OFDM技术已经在数字用户环路、数字音频/视频广播、无线局域网和无线城域网等诸多领域得到了广泛应用，并被视为下一代无线移动通信系统最有可能采用的传输技术之一。

空时编码(STC)是近年来移动通信领域出现的一种新的编码和信号处理技术。在STC技术中，发射端和接收端同时使用多个天线进行信息的发射和接收，在不同天线发射信号之间引入时域和空域相关，综合利用时域和空域二维信息，在接收端进行分集接收。STC技术对信道编码和多发射天线进行结合，经过空时编码后的数据被串并转换成n个数据流，每一路数据流经脉冲形成、调制，然后通过n个天线同时发送到无线空间。在接收端，可以用单一天线，也可以用多个天线进行接收，每一个接收天线接收到的是n个发送信号与干扰噪声线性的叠加(衰落系数为权重)，然后通过最大似然检测的方法，正确地识别出发送信号。

目前，空时码基本上有空时分组码(STBC)、空时格状码和空时级联码等多种，其中STBC由于构造容易、译码简单得到了广泛的应用。

图1为现有技术在OFDM中发射空时码的方法示意图。如图1所示，包括以下步骤：

步骤101：对信源输出的信息比特进行调制，得到调制符号，并对调制符号进行空时编码，以得到编码后码字；

在这里，进行空时编码的方式可以为多种，一般采用STBC进行空时编码。

步骤102：将编码后得到的码字映射到OFDM符号的单个子载波上，并且在发射天线上发射码字。

在这里，由于是将码字映射到OFDM符号的单个子载波上，也就说只在时间的一维上进行码字映射，所以占用了较多的OFDM符号时间，从而会造成发射周期较长。

图2为现有技术中空时编码完成后的时间和子载波映射的示意图。在图2所示实例中：发射天线为三根；空时编码为STBC编码；C_i，j ^l表示第l根发射天线在第i个子载波和第j个OFDM符号上发送的经过STBC编码后的码字。如图2所示，在四个OFDM符号的某个子载波i上的调制符号进行STBC编码，并且经过4个发射周期而从3根发射天线上发送出去，此时的每个发射周期为四个OFDM符号时间。

由图2可见，由于在现有技术中将码字映射到OFDM符号的单个子载波进行发射，例如，传统的三发射天线在一个子载波上需要四个OFDM符号时间才能完成一次编码操作。而且，在接收端进行空时编码的译码时，需要假设四个OFDM符号时间内信道是不变的。但是在实际的情况下，在四个OFDM符号时间内，信道变化可能较快，此时可认为终端移动速度非常高，这种情况下将导致接收性能的下降。因此现有技术中发射周期过程过长，导致了由于信道衰落系数的变化而对接收性能造成极大损失。

以上虽然具体以三天线为例说明了现有技术的缺点，但是该缺点对于四天线的OFDM系统仍然存在。而且，多于四天线的OFDM系统仍然具有该缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提出一种在OFDM系统中发射空时码的方法，以减少发射周期，从而避免由信道衰落系数的变化而造成的接收性能损失。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种OFDM系统中发射空时码的方法，该系统包括n根发射天线，其中n为至少为3的正整数，该方法包括以下步骤：

A、对信源输出的信息比特进行调制，得到调制符号，并对所述调制符号进行空时编码，以得到编码后码字；

B、将所述码字映射到正交频分复用符号上的至少两个子载波上，并且在所述n根发射天线上发射码字。

所述n的值为三，步骤B所述将码字映射到正交频分复用符号的至少两个子载波上为：将码字映射到正交频分复用符号的两个子载波上。

所述n的值为三，步骤B所述将码字映射到正交频分复用符号的至少两个子载波上为：将码字映射到正交频分复用符号的四个子载波上。

所述n的值为四，步骤B所述将码字映射到正交频分复用符号的至少两个子载波上为：将码字映射到正交频分复用符号的两个子载波上。

所述n的值为四，步骤B所述将码字映射到正交频分复用符号的至少两个子载波上为：将码字映射到正交频分复用符号的四个子载波上。

步骤A所述对调制符号进行空时编码为：采用STBC对所述调制符号进行空时编码。

步骤A所述对调制符号进行空时编码为：采用空时格状码或空时级联码对所述调制符号进行空时编码。

从上述技术方案可以看出，在本发明中，首先对信源输出的信息比特进行调制，得到调制符号，并对调制符号进行空时编码，以得到编码后码字；然后将码字映射到正交频分复用符号上的至少两个子载波上，并且在发射天线上发射码字。由此可知，应用本发明后，在时间和子载波二维上完成发射空时码的操作，使得完成发射空时码所需要的发射周期减少，从而降低了信道相关时间对空时码发射的影响，避免由于信道衰落系数发生变化给空时码发射带来的性能损失。另外，在本发明中，通过比较信道的时间选择性和频率选择性的严重程度，可以找到一种最优的方案，使得在整个空时码发射时间内信道衰落系数尽量保持不变，从而保证空时码的发射性能不受影响。

附图说明

图1为现有技术中OFDM中发射空时码的方法示意图；

图2为现有技术中空时编码完成后的时间和子载波映射的示意图；

图3为根据本发明的OFDM中发射空时码的方法示意图；

图4为根据本发明一实施例的空时编码完成后的时间和子载波映射的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的主要思想是：相对于现有技术中只在OFDM符号时间上完成空时编码后的码字映射，本发明在时间和子载波二维上完成空时编码后的码字映射，从而减少发射码字的发射周期，进而避免由于信道衰落系数的变化而造成的接收性能损失。

图3为根据本发明的OFDM中发射空时码的方法示意图。如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤301：对信源输出的信息比特进行调制，得到调制符号，并对调制符号进行空时编码，以得到编码后码字；

在这里，进行空时编码的方式可以为多种，一般可以采用STBC进行空时编码。

步骤302：将码字映射到OFDM符号的至少两个子载波上，并且在发射天线上发射码字。

在这里，在OFDM系统中，数据是调制在每个子载波上，每个子载波上的信道可看成是平坦的，并且相邻的几个子载波的信道可看成相关的，即信道衰落系数相同。为了减小完成发射空时码操作所需要的时间，在时间和子载波上共同完成空时分组编码。

假设发射天线个数为n，完成一次空时码的操作共需要p个发射周期，共发送了k个调制符号。那么可将p分解为p＝a×b，从而在a个OFDM符号时间和b个子载波上共同完成码字映射并发射。

表1为根据本发明的空时编码后的时间和子载波映射的示意表，其中C_i，j ^l表示在第l根发射天线在第i个子载波和第j个OFDM符号上发送的空时编码后的码字。

根据本发明的空时编码后的时间和子载波映射的示意表

	子载波1			……	子载波b
	子载波1				子载波b			OFDM符号1	……	OFDM符号a	OFDM符号1	……	OFDM符号a
	天线1	C_1，1 ¹	C_1，a ¹		C_b，1 ¹	C_b，a ¹		OFDM符号1		OFDM符号a	OFDM符号1		OFDM符号a
	天线1	C_1，1 ¹	C_1，a ¹		C_b，1 ¹	C_b，a ¹					
	天线l	C_1，1 ^l	C_1，a ^l		C_b，1 ^l	C_b，a ^l					
	天线l	C_1，1 ^l	C_1，a ^l		C_b，1 ^l	C_b，a ^l					
	天线n	C_1，1 ⁿ	C_l，a ⁿ		C_b，1 ⁿ	C_b，a ⁿ					

表1

在本发明中，a和b的取值可以有多种组合，具体的取值应考虑到频率选择性和时间选择性的严重程度进行折中。

当一个OFDM符号时间远小于信道相干时间，而子载波宽度接近信道相干带宽时，应优先在时间维上完成空时编码操作及发射。以四天线为例，可以在一个子载波上通过四个OFDM符号完成空时编码，也就是说，此时a选取为4，b选取为1。

当一个OFDM符号时间接近于信道相干时间，而子载波宽度远小于信道相干带宽时，应优先在频率维上完成空时编码操作及发射。以四天线为例，可以在一个OFDM符号内的四个不同子载波上进行空时编码，也就是说，此时a选取为1，b选取为4。

当一个OFDM符号时间和子载波宽度分别与信道相关时间和相关带宽接近时，则应分别在时间和子载波上完成空时编码操作及发射，以减小信道系数发生较大变化带来的空时编码性能下降。以四天线为例，可以在两个OFDM符号时间和两个子载波上完成空时编码，也就是说，此时a选取为2，b选取为2。

下面以STBC为例详细阐述本发明。在各种不同发射天线数的STBC中，两天线、三天线和四天线的STBC的实用性最强。因为在大于四天线的情况下只存在编码速率为1/2的编码，并且完成一次编码的所需要的发射周期很长。

图4为根据本发明一实施例的空时编码完成后的时间和子载波映射的示意图。在该实施例中：发射天线为三根；空时编码为STBC编码；C_i，j ^l表示第l根发射天线在第i个子载波和第j个OFDM符号上发送的经过STBC编码后的码字。如图4所示，相对于图2，本发明将原来每根天线在OFDM符号3和OFDM4发送的码字，从OFDM符号1和2的另一个子载波上发送。

因此，在图2和图3中，

C_{i, 3}^{1} = C_{i + 1,1}^{1}, C_{i, 4}^{1} = C_{i + 1,2}^{1}, C_{i, 3}^{2} = C_{i + 1,1}^{2}, C_{i, 4}^{2} = C_{i + 1,2}^{2}, C_{i, 3}^{3} = C_{i + 1,1}^{3},

C_{i, 4}^{3} = C_{i + 1,2}^{3} .

由此可见，本发明只需要两个OFDM符号，就可以将完成空时码的发射，从而极大地缩小了发射周期。

下面结合具体的空时编码矩阵对本发明进行说明。

第一实施例

在第一实施例中，说明发射天线为三根，并采用STBC进行空时编码的情况。

根据图3所示流程，首先对信源输出的信息比特进行调制，得到调制符号，并对调制符号进行STBC空时编码，以得到编码后码字；然后将码字映射到OFDM符号的至少两个子载波上，并且在发射天线上发射码字。在三天线的STBC空时编码中，每次编码操作取三个调制符号x₁，x₂和x₃，x_i ^*是x_i的复共轭，i＝1，2，3。

表2为根据本发明第一实施例的OFDM系统中的三天线空时分组编码第一映射方式示意表。其中，将空时编码后各个天线上的码字分别映射到对应天线的两个OFDM符号的两个子载波上，从而完成一次空时编码操作，然后从三个天线上发射出去。

OFDM系统中的三天线空时分组编码第一映射方式示意表

表2

表3为根据本发明第一实施例的OFDM系统中的三天线空时分组编码第二映射方式示意表。其中，将空时编码后各个天线上的码字分别映射到对应天线的一个OFDM符号的四个子载波上，从而完成一次空时编码操作，然后从三个天线上发射出去。

OFDM系统中的三天线空时分组编码第二映射方式示意表

表3

第二实施例

下面以发射天线为四根，并采用STBC进行空时编码来描述根据本发明的第二实施例。

根据图3所示流程，首先对信源输出的信息比特进行调制，得到调制符号，并对调制符号进行空时编码，以得到编码后码字；然后将码字映射到OFDM符号的至少两个子载波上，并且在发射天线上发射码字。在四天线的STBC空时编码中，每次编码操作取三个调制符号x₁，x₂和x₃。x_i ^*是x_i的复共轭，i＝1，2，3。

表4为根据本发明第二实施例的OFDM系统中的四天线空时分组编码第一映射方式示意表。其中，将空时编码后各个天线上的码字分别映射到对应天线的两个OFDM符号的两个子载波上，从而完成一次空时编码操作，然后从四个天线上发射出去。

OFDM系统中的四天线空时分组编码第一映射方式示意表

表4

表5为根据本发明第二实施例的OFDM系统中的四天线空时分组编码第二映射方式示意表。其中，将空时编码后各个天线上的码字分别映射到对应天线的一个OFDM符号的四个子载波上，从而完成一次空时编码操作，然后从三个天线上发射出去。

OFDM系统中的四天线空时分组编码第二映射方式示意表

表5

以上过程中，虽然以STBC为例描述了发送空时码的过程，但是本发明并不局限于此，还可以适用于空时格状码或空时级联码等其它的编码方式。

同样，上述实施例中虽然具体描述了发射天线为三根和四根的情形，但是本发明并不局限于此，而是可以适用于大于等于三根的任意天线数目。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种正交频分复用系统中发射空时码的方法，该系统包括n根发射天线，其中n为至少为3的正整数，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述n的值为三，步骤B所述将码字映射到正交频分复用符号的至少两个子载波上为：将码字映射到正交频分复用符号的两个子载波上。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述n的值为三，步骤B所述将码字映射到正交频分复用符号的至少两个子载波上为：将码字映射到正交频分复用符号的四个子载波上。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述n的值为四，步骤B所述将码字映射到正交频分复用符号的至少两个子载波上为：将码字映射到正交频分复用符号的两个子载波上。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述n的值为四，步骤B所述将码字映射到正交频分复用符号的至少两个子载波上为：将码字映射到正交频分复用符号的四个子载波上。

6、根据权利要求1或2或3或4或5所述的方法，其特征在于，步骤A所述对调制符号进行空时编码为：采用空时分组码对所述调制符号进行空时编码。

7、根据权利要求1或2或3或4或5所述的方法，其特征在于，步骤A所述对调制符号进行空时编码为：采用空时格状码或空时级联码对所述调制符号进行空时编码。