CN1879341B - 利用多路输出移动通信系统的信号处理装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了移动通信系统中的信号处理方法和将HARQ应用到MIMO系统的在移动通信系统中使用的相应的发射系统，通过它，附加了用于传输的能够确定是否接收信号是错误的差错检验信息。本发明将CRC(S31)附加到从较高层传送的数据块，以使HARQ能够有效地应用到MIMO系统。本发明分段附加了CRC的数据块(S35)，并然后经多个天线发送该分段的数据块。从分段的数据块中产生的数据流在编码方案和调制中是彼此独立的。

Description

利用多路输出移动通信系统的信号处理装置和方法
技术领域
本发明涉及移动通信系统，特别涉及在使用多个天线发送/接收的多路输入多路输出(MIMO)系统中用于分段附加有差错检验信息的数据块的信号处理装置。
背景技术
根据如下解释的现有技术，HARQ(混合自动请求)，被应用于作为MIMO(多路输入多路输出)系统和HSDPA(高速下行链路分组接入)系统的其中之一的V-BLAST(垂直的贝尔实验室分层的空间时间)系统。
图1是利用MIMO天线处理的V-BLAST系统的方框图。参考图1，传输数据11被输入到发送侧中的矢量编码器12。该矢量编码器12配备串行-并行电路，用于通过N个天线13并行地传送该传输数据。经该N个天线13传送的数据的调制系统和信道化编码数可以被不同的设置。具有正交性例如OVSF(正交可变扩展因子)代码的一个代码被用作为信道化代码。
当使用具有正交性的代码来执行信道化编码时，尽管使用了多个发射天线13，但不使用单独的信号处理或时空代码。就是说，该输入的数据通过多个天线独立的发送。
当经N个天线发送信号时，对于每个天线，调制方案和信道化代码数可以是不同的。就是说，如果发射端配备用于经每个天线发送的信道状态的信息，则QAM(正交调幅)被用于具有良好信道状态的天线并且多-代码被分配于该传输。另一方面，QPSK(四相移键控)被用于差的信道状态中的天线并且更少的多-代码被分配到该传输。
在发送端，比如基站，在调制方案和多编码数不同的每个信号经每个天线独立的发送，并且利用天线之间的互用性不执行用于传输质量增强的单独的信号处理。因此，发送端使用多个天线13并且各个天线独立的发射信号。同时，接收端使用其分别从多个发射天线接收发射的信号的多个接收天线14来接收信号。该接收端的V-BLAST信号处理单元15检测这些信号，这些信号经各个发射天线独立的被发射，且经各个接收天线14被接收。
在接收端，比如移动终端，为了检测从特定的一个发射天线发送的信号，从其他发射天线发送的其他的信号被当作干扰信号。对从相应的一个发射天线发送的每个信号计算接收阵列天线的权矢量，并且在接收端中去除先前检测的信号的干扰。同时，也可以使用按照信号对干扰噪声比率的大小的顺序检测从各个发射天线发送的信号的方法。
V-BLAST公开在P.W.Wolniansky，G.J.Foschini，G.D.Golden和R.A.Valenzuela，“V-BLAST：An Architecture for Realizing Very High DataRates Over the Rich-Scattering Wireless Channel”，IEE ElectronicsLetters，vol.35，no.1pp.14～16，1999，1月。
在HSDPA系统中，AMC(自适应调制和编码)和HARQ被用于下行链路高速数据率分组传输。在AMC中，按照信道状态，以改变调制或可变的编码率的方式，可以根据当前的信道状态以最佳的数据率传送数据。
HARQ组合信道编码和ARQ(自动重复请求)。该ARQ在接收端中检查传送的分组的存在或不存在差错，并把相应的结果反馈给发射端，借此重发具有分组传输差错的分组。在反馈存在或不存在分组传输差错给发射端的情况下，发送接收成功的ACK(确认)或接收失败的NACK(否定确认)。即使在已经接收的分组中存在差错，HARQ不丢弃错误的分组而把它与重发的分组相组合以解码。因此，HARQ增加了分集或编码增益。
在应用HARQ到V-BLAST系统的情况下，需要用于确定传输成功或失败的差错检验方法。
然而，现有技术的方法没有建议如何把差错检验比特附加到数据块，如何分段数据以便经各个天线发射。因此，HARQ不能应用于V-BLAST系统。
发明内容
因而，本发明提出一种多输入多输出(MIMO)系统中的信号处理方法，其基本上克服了由于现有技术的限制和缺点所引起的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供一种应用HARQ到MIMO系统的信号处理，通过它，能够附加用于传输的确定是否接收的信号是错误的差错检测信息。
下面的和部分的描述将使前述的本发明的附加的优点，目的和特点更加显而易见，根据下述内容本领域普通技术人员将可以学习本发明的实践。通过所述的说明书和权利要求以及附图所特别指出的结构可以实现本发明的目的和其它的优点。
为了实现这些目的和其他的优点以及根据本发明的目的，如在此具体和广义所述的，根据本发明的一个实施例，公开了一种在移动通信系统中用于使用多个天线来发送数据的信号处理方法，该方法包括：接收传送块数据，并且将纠错比特附加到该传送块数据；从附加了纠错比特的传送块数据中产生信道编码的数据；在信道编码的数据上执行空间分段以提供多个空间分段的数据块；为了向多个数据流的每一个独立地提供调制方案，对多个空间分段的数据块的每一个独立地执行速率匹配以产生多个数据流；对所产生的多个数据流的每一个独立地执行调制，其中，对所产生的多个数据流中的每一个是独立地应用调制方案的；和对多个将被通过多个天线的每一个发送到接收端的数据流的每一个独立地执行物理信道映射，其中，所述多个分段的数据块的每一个的尺寸是与编码率相关的输出比特数的倍数。
根据本发明的另一个实施例，一种在移动通信系统中的用于使用多个天线来发送数据的信号处理方法，该方法包括：将纠错比特附加到传送块数据；在附加有纠错比特的传送数据块上执行空间分段以提供多个空间分段的数据块；对多个空间分段的数据块的每一个独立地执行信道编码以产生多个信道编码的数据块；为了向多个数据流的每一个独立地提供调制方案，对多个信道编码的数据块的每一个独立地执行速率匹配以产生多个数据流；对所产生的多个数据流的每一个独立地执行调制，其中，对所产生的多个数据流中的每一个是独立地应用调制方案的；以及对多个将被通过多个天线的每一个发送到接收端的数据流的每一个独立地执行物理信道映射，其中，所述多个分段的数据块的每一个的尺寸是与编码率相关的输出比特数的倍数。
根据本发明的一个方面，在执行空间分段之前或之后可以执行比特扰码(scrambling)。
因而，本发明把纠错信息附加到将被发送的数据块上，分段附加了信息的数据块，并然后发送分段的数据块。因此，本发明能够有效的把HARQ应用到MIMO系统。
应该理解的是，本发明的前面的一般性描述和下面的详细描述是示例性的，并意在提供如权利要求的本发明的进一步的解释。
附图说明
所包括的附图提供本发明的进一步解释并结合和构成本申请的一部分，本发明的实施例连同说明书当作解释本发明的原理。在附图中：
图1是结合本发明的V-BLAST系统的方框图。
图2是处理流程图，用于根据本发明的第一实施例从较高层传送的数据块中产生多个数据流。
图3是处理流程图，用于根据本发明的第二实施例从较高层传送的数据块中产生多个数据流。
图4是处理流程图，用于根据本发明的第三实施例从较高层传送的数据块中产生多个数据流。
图5是处理流程图，用于根据本发明的第四实施例从较高层传送的数据块中产生多个数据流。
图6是根据本发明优选实施例的执行空间分段的处理过程图。
具体实施方式
在此所示的各种实施例最好在发送系统的物理层中实现，比如基站或移动终端。该物理层提供到较高层的信息传送业务并经传送信道被链接到媒体访问控制层。
现在将详细作出本发明的一些实施例，例子被示例在附图中。只要可能的话，整个附图中使用的相同的参考数字涉及相同或类似的部分。图2是处理流程图，用于根据本发明的第一实施例从传送的数据块中产生多个数据流。在该实施例中，假设每个TTI(传输时间间隔)只有一个传送块正在被处理。在图2中，在速率匹配之前，执行空间分段和信道编码。空间分段需要把一个输入块分段成多个块以便同时传输多个数据流。
参考图2，从发送系统的较高层传送的数据块被附加有差错检验信息以便在接收系统中被使用(S31)。优选的，CRC(循环冗余码校验)可以被当作差错检验信息。优选的，较高层选择每个流的调制方案，比如QPSK或16QAM，和多代码(multicodes)的个数，比如CDMA系统中的Walsh代码。此外，较高层把输入到每个速率匹配块的比特数通知给物理层。
在附加了CRC比特的数据块上完成比特扰码(S32)、编码块分段(S33)和信道编码(S34)。为了从信道编码的数据块中产生总数为‘N’的独立的数据流，在数据块上执行分段(S35)。根据常规的空间规则，以分段一个数据块的方式完成数据块的分段，在下面这将称作‘空间分段’。
在完成了空间分段之后(S35)，在每个分段的数据块上独立的完成速率匹配(S36)。优选的，为了对每个数据流(例如，流1到流N)提供不同的调制和编码方案，对每个数据流执行速率匹配。如果在每个分段的数据块上独立的执行速率匹配(S36)，则分段的数据块可以分别提供不同的编码率。编码率通常表示为r＝k/n，其中k是输入比特序列和n是输出比特的个数。
经分别在速率匹配的数据块上执行的物理信道分段(S37)来形成多个数据流。接着在各个流上完成交织(S38)。当执行16QAM时，完成星座(constellation)重新安排(S39)。可替换的，当执行QPSK时，不需要星座重新安排，并因此该步骤可以被绕过。每个数据流被映象到物理信道(S40)。
图3是处理流程图，用于根据本发明的第二实施例从较高层传送的数据块中产生多个数据流。在图3中，优选地在信道编码和速率匹配之后执行空间分段。
在第二实施例中，在TTI期间在物理信道中发送的比特数取决于每个流的调制方案和多代码的个数。速率匹配的数据块按每个流的比特数的比率的比例来被分段。由于传送块通过一个速率匹配块，所有流的码率是相同的。换句话说，每个流可以分别控制调制方案和多代码的个数，但不能单独地控制每个流的码率。
参考图3，在步骤S41，在接收端中用差错检验信息附加从系统的上层传送的数据块。优选的，CRC(循环冗余码校验)可以被当作差错检验信息。
在附加了CRC比特的数据块上完成比特扰码(S42)、码块分段(S43)和信道编码(S44)。在数据块上完成速率匹配(S45)。然后在数据块上完成空间分段(S46)以便从信道编码的和速率匹配的数据块中产生总数为‘N’的独立的数据流。因为在完成了一个数据块上的速率匹配之后执行空间分段，每个数据流可以被提供有相同的调制和编码方案。
多个数据流(被速率匹配)接着进行物理信道分段(S47)。然后在各个流上进行交织(S48)。当执行16QAM时，进行星座重新安排(S29)。可替换的，当执行QPSK时，不需要星座重新安排，并因此该步骤可被绕过。每个数据流被映射到物理信道(S30)。
图4是处理流程图，用于根据本发明的第三实施例从较高层传送的数据块中产生多个数据流。在图4中，对于每个数据流的信道编码和速率匹配最好在空间分段之后被执行。
参考图4，一旦数据块从较高层被传送，接收端中的差错检验信息被附加到数据块中(S61)。CRC(循环冗余码校验)可以被当作用于差错检验的信息。
依次的，在附加了CRC-比特的数据块上完成比特扰码(S62)和空间分段(S63)。空间分段(S63)从较高层传送的一个数据块中产生总数为‘N’的独立的数据流。在完成空间分段之后(S63)，在各个分段的数据流上完成码块分段(S64)和信道编码(S65)。
在信道编码的数据块上执行了速率匹配之后(S66)，在速率匹配的数据块上执行物理信道分段(S67)。此后，在各个流上完成数据交织(S68)。当执行16QAM时，完成星座重新安排(S29)。可替换的，当使用QPSK时，不需要星座重新安排。数据流被分别映射到物理信道(S60)。
图5是处理流程图，用于根据本发明的第四实施例从较高层传送的数据块中产生多个数据流。图5所示的实施例类似于图4所示的实施例，除了在空间分段之后执行比特扰码。
参考图5，一旦数据块从较高层被传送，接收端中的差错检验信息被附加到数据块中(S81)。CRC(循环冗余码校验)可以被当作用于差错检验的信息。
在附加了CRC-比特的数据块上完成空间分段(S82)。空间分段(S82)从较高层传送的一个数据块中产生总数为‘N’的独立的数据流。在完成空间分段之后(S82)，在各个分段的数据流上完成比特扰码(S83)、码块分段(S84)和信道编码(S85)。
在信道编码的数据块上执行了速率匹配(S86)之后，在速率匹配的数据块上执行物理信道分段(S87)。此后，在各个流上执行数据交织(S88)。当执行16QAM时，完成星座重新安排(S99)。可替换的，当使用QPSK时，不需要星座重新安排。数据流被分别映射到物理信道(S90)。
图6是根据本发明优选实施例的数据块的空间分段的示例图。图6显示了经一个天线发射的多个数据流的其中之一。可替换的，经一个天线可以发送多个多路复用的数据流。
参考图6，一个差错检验比特92被附加到从较高层传送的一个数据块91。假设从较高层传送具有大小为‘N’的数据块，具有24-比特长度的CRC被附加到数据块。如果其上执行具有1/3编码率的信道编码，数据块的尺寸变为Nd-比特。通过公式1得到Nd的大小。而且，在公式1中的‘12’表示添加在turbo编码中的turbo码尾码。公式1涉及图2。
[公式1]
Nd＝3(N+24)+12
如果在数据块上执行速率匹配，通过公式2可以得到数据块的尺寸Nd。而且，如果速率匹配需要穿孔(以减少过多的比特)，则公式2中的‘Δ’是负值，或者如果速率匹配需要重复(以增加比特数)则为正值。公式2涉及图3。
[公式2]
Nd＝3(N+24)+12+Δ
如果有M个发射天线，调制和多代码个数可以被表示为(mj，cj)(j＝1，2，...，M)。在此情况下，mj表示第jth天线的调制方案。在QPSK的情况下，确定mj＝1。在16QAM的情况下，确定mj＝2。同时，cj表示经第jth天线发射的发送数据中所使用的多代码的个数。
优选的，多代码的数可以被变换为编码率。就是说，在HSDPA中，SF(扩展因子)是16，而且使用QPSK或16QAM。因此，经一个HS-DSCH子帧发射的数据是960比特或1920比特。用经HS-DSCH子帧发射的数据比特乘以多代码的个数cj得到基本上所发射的数据比特的个数。因此，QPSK情况下编码率变为N/(960*c)或者16QAM情况下为N/(1920*c)。
因此，在附加了CRC的数据块91上执行空间分段成为各个数据流的情况下，应该考虑在全部数据传送量中分配到特定数据流的数据量的比率。就是说，应该分段数据块以对应于施加到每个数据流的调制和多代码的个数。在把数据块91分段成各个数据流中，公式3确定分段的数据块的尺寸。
[公式3]
N data , j = | N d m j c j Σ j = 1 M m j c j | , j = 1 , . . . , M
在公式3中，‘j’表示对于每个分段的数据流的指数(index)和Ndata，j表示第jth数据流的尺寸。使用分段之前数据块的尺寸Nd中的全部数据传送率
Figure GSB00000005997400102
中分配到第jth流的数据传送率(mjcj)的比率来计算Ndata，j。同时，由于每个流由正数的比特组成，因此，执行
Figure GSB00000005997400103
操作。
在具有1/3编码率的turbo编码的情况下，用于速率匹配输入的数据块的尺寸变为‘3’的倍数。因此，如果通过公式2计算的Ndata，j值不是‘3’的倍数，则第jth数据流的尺寸可以被确定成不超过Ndata，j的‘3’的倍数。例如，如果公式2计算的Ndata，j值是14，则第jth数据流的尺寸能被确定成12。
通过运算或使Ndata，j为“3”的倍数的运算，会出现因此，需要把总计
Figure GSB00000005997400112
(剩余比特)的比特分布到各个流。在此情况下，剩余比特可以被逐一分布到每个流，直到不存在更多被分布的比特为止。可替换的，通过每次3比特，剩余比特可以被分布到各个数据流。
通过参考图2的例子可以最好的解释上述的方案。假设数据块的尺寸Nd是30和编码率是1/3。对该30-比特数据块进行空间分段(S35)。让我们假设有3个数据流，其中流1能处理10比特，流2能处理5比特，而流3能处理25比特。因此可以通过流1、流2和流3能被处理的比特总数是40比特(10+5+25)。然后，空间分段模块确定和把30比特分段成这三个流，其中到每个流的输入必须是3的倍数(因为编码率是1/3)。
对于流1，空间模块确定Ndata，1为6比特：(10比特x30输入比特)/(40总的流比特)＝7.5；并因此下一个3的倍数的低位是“6”。
对于流2，空间分段模块确定Ndata，2为3比特：(5比特x30输入比特)/(40总的流比特)＝3.8；并因此是3的倍数的下一个低位是“3”。
对于流3，空间分段模块确定Ndata，3为18比特：(25比特x30输入比特)/(40总的流比特)＝18.8；并因此是3的倍数的下一个低位是“18”。
作为结果，比特总数是：
[6比特(对流1)+3比特(对流2)+18比特(对流3)]＝27比特。
剩余比特是3比特(Nd和27比特之间的差)。并且通过空间分段模块，剩余比特必须被分配给数据流的其中之一(S35)。优选的，剩余3比特被分配给流1，因此允许流1处理总数9比特，始终是3的倍数。
下面解释本发明的接收端的操作。首先，接收数据经过下面的步骤以便检测经各个发射天线所发送的信号。当在接收端中检测到经特定发射天线发送的信号时，经其他的发射天线所发送的其他的信号被认为是干扰信号。就是说，对于从相应的一个发射天线发送的每个信号计算接收阵列天线的权矢量并且去除对于接收端中先前检测的信号的干扰。同时，可以使用以信号强度对干扰噪声比率的顺序检测从各个发射天线发送的信号的方法。
以上面解释的方式检测的用于发射天线的信号被分别双工的分成数据流。该数据流经过并行-串行电路被合并成一个数据块并然后被解码。
在发送端，用于差错检验的一个信息(CRC)被附加到一个数据块，并然后该附加了CRC的数据块被分段以便被发射。因此，只有在分段的数据块已经被再次合并成一个数据块之后，才能够检查接收的数据块是否是错误的。对于差错检验，在数据块上已经执行了解码之后，使用附加到数据块的CRC来决定是否接收的数据块是错误的。
按照HARQ算法，成功接收情况下的确认(ACK)信号或接收失败情况下的非确认(NACK)信号被反馈到发送端来作为差错检验的结果。如果发送端接收了ACK信号，则发射新的数据块。如果发送端接收了NACK信号，则先前发送的相同的数据块被重新发送到接收端。
因而，本发明把差错检验信息附加到将被发送的数据块中，分段附加了信息的数据块，并接着发送该分段的数据块。因此，本发明能够有效的把HARQ应用到MIMO系统。
尽管本发明以移动通信的内容来描述，但本发明也可用于使用移动设备的任何无线通信系统，比如PDA和配备了无线通信能力的膝上型计算机。而且，描述本发明的使用的某些术语不应该把本发明的范围限制于某些类型的无线通信系统，比如UMTS。本发明也可以应用于使用不同的空中接口和/或物理层的其他的无线通信系统，例如，TDMA、CDMA、FDMA、WCDMA等等。
优选实施例可以被实现成方法，装置或使用标准编程和/或工程技术制造的物件以产生软件、固件、硬件或它们的任何组合。在此使用的术语“制造的物件”涉及在硬件逻辑中实现的代码或逻辑(例如，集成电路芯片，现场可编程门阵列(FPGA)，特定用途集成电路(ASIC)，等等)或计算机可读介质(例如磁存储介质(例如硬盘驱动器，软盘，磁带等等)，光存储器(CD-ROM，光盘等等)，易失性和非易失性存储设备(例如EEPROM，ROM，PROM，RAM，DRAM，SRAM，固件，可编程逻辑等等)。
通过处理器访问和执行计算机可读介质中的代码。其中实现优选实施例的代码可以进一步通过传输介质存取或经网络从文件服务器访问。在此情况下，其中实现代码的制造的物件可以包括传输介质，比如网络传输线，无线传输介质，通过空间、无线电波、红外信号等等传播的信号。当然，本领域技术人员将认识到在不脱离本发明的范围的情况下，可以对该结构作出许多修改，而且制造的物件可以包括承载现有技术的介质的任何信息。
图示的逻辑实现方式以特殊的顺序出现来描述特定的操作。在可替换的实现方式中，可以以不同的顺序、修改的或省略的方式来执行确定的逻辑操作，只要能实现本发明的优选实施例。而且，在上述的逻辑中可以添加步骤并直到满足本发明的实现方案。
对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的优选实施例可以被容易地实现，例如使用处理器或其他的数据或数字处理设备，单独的或组合驻留在发送系统的矢量编码器12中的外部支持逻辑(图1)。
对于本领域技术人员来说显而易见的是，在本发明中可以作出各种修改和变化。因此，本发明意在覆盖所附权利要求和它们的等效物范围内所提供的该发明的修改和变化。

Claims (13)

1.一种在移动通信系统中用于使用多个天线来发送数据的信号处理方法，该方法包括：
接收传送块数据，并且将纠错比特附加到该传送块数据；
从附加了纠错比特的传送块数据中产生信道编码的数据；
在信道编码的数据上执行空间分段以提供多个空间分段的数据块；
为了向多个数据流的每一个独立地提供调制方案，对多个空间分段的数据块的每一个独立地执行速率匹配以产生多个数据流；
对所产生的多个数据流的每一个独立地执行调制，其中，对所产生的多个数据流中的每一个是独立地应用调制方案的；和
对多个将被通过多个天线的每一个发送到接收端的数据流的每一个独立地执行物理信道映射，
其中，所述多个分段的数据块的每一个的尺寸是与编码率相关的输出比特数的倍数。
2.如权利要求1所述的信号处理方法，其中基于多个数据流的每一个的数据率额度，来按比例地确定多个分段的数据块的每一个的尺寸。
3.如权利要求2的所述信号处理方法，其中该多个分段的数据块的每一个的尺寸对应于信道编码器的编码率。
4.如权利要求1所述的信号处理方法，其中该多个分段的数据块的每一个的尺寸对应于信道编码器的编码率，当编码率是1/3时，该分段的数据块的尺寸是3的倍数。
5.如权利要求1所述的信号处理方法，其中多个编码率同时被用于该多个将通过使用多个天线被发送的数据流。
6.如权利要求1所述的信号处理方法，进一步包括：
对于该多个将通过使用多个天线被发送的数据流的每一个，产生物理信道分段数据。
7.一种在移动通信系统中的用于使用多个天线来发送数据的信号处理方法，该方法包括：
将纠错比特附加到传送块数据；
在附加有纠错比特的传送数据块上执行空间分段以提供多个空间分段的数据块；
对多个空间分段的数据块的每一个独立地执行信道编码以产生多个信道编码的数据块；
为了向多个数据流的每一个独立地提供调制方案，对多个信道编码的数据块的每一个独立地执行速率匹配以产生多个数据流；
对所产生的多个数据流的每一个独立地执行调制，其中，对所产生的多个数据流中的每一个是独立地应用调制方案的；以及
对多个将被通过多个天线的每一个发送到接收端的数据流的每一个独立地执行物理信道映射，
其中，所述多个分段的数据块的每一个的尺寸是与编码率相关的输出比特数的倍数。
8.如权利要求7所述的信号处理方法，其中在执行空间分段之前执行比特扰码。
9.如权利要求7所述的信号处理方法，其中在执行空间分段之后来执行比特扰码。
10.如权利要求7所述的信号处理方法，其中该多个分段的数据块的每一个的尺寸基于多个数据流的每一个的数据率额度来按比例确定的，并且该多个分段的数据块的每一个的尺寸是编码器的编码率的倍数。
11.如权利要求7所述的信号处理方法，其中当编码率是1/3时，该分段的数据块的尺寸是3的倍数。
12.如权利要求7所述的信号处理方法，其中该多个编码率被同时用于多个将通过使用多个天线被发送的数据流。
13.如权利要求7所述的信号处理方法，进一步包括：
对于多个将通过使用多个天线被发送的数据流的每一个，产生物理信道分段数据。
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