CN1898894A - 用于mimo设备的空分复用 - Google Patents

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CN1898894A CNA2005800000763A CN200580000076A CN1898894A CN 1898894 A CN1898894 A CN 1898894A CN A2005800000763 A CNA2005800000763 A CN A2005800000763A CN 200580000076 A CN200580000076 A CN 200580000076A CN 1898894 A CN1898894 A CN 1898894A
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Abstract

一种包括发射器和接收器的通信系统可操作以使用空分复用方法来传送信息。所述发射器可操作以将待发射的数据分成两个类别，对第一类别的符号进行Alamouti编码，并在偶数个天线上发射其，以及对第二类别的符号不进行编码，而仅使用例如QAM的调制方案，以及在一个或多个其它的天线上发射其。相应的接收器可操作以连续地检测在相应的空间移置的天线上所接收到信号分量，以及然后从所述信号分量中确定估计的信道响应。然后，加权函数被得出以从所接收的信号中提取数据流，由于Alamouti STBC编码的信号将具有最高的信噪比，其通常是后者，而没有根据Alamouti而被编码的其它数据之后被检测。

Description

用于MIMO设备的空分复用
技术领域
本发明涉及在无线通信系统中使用多输入、多输出(MIMO)设备中的空分复用而进行的信息通信。
背景技术
发射用于多个天线的数据的通行方法是使用空分复用处理，特别是被称为V-BLAST的方法，其被描述在“V-BLAST：an architecturefor realizing very high data rates over the rich-scattering wirelesschannel”(Wolniansky，P.W.；Foschini，G.J.；Golden，G.D.；Valenzuela，R.A：1998 URSI International Symposium on Signals，Systems，andElectronics，1998；ISSSE 98.，29Sept.-2Oct.1998，pp.295-300)
在V-BLAST中，每个发射天线(Tx)包括包括传统的正交幅度调制(QAM)调制器。接收机可以采用与迫零(ZF)或者与最小均方误差(MMSE)相耦合的排序连续干扰抵消(OSIC)算法，以便在空间上分离发射流，其以线性的复杂度来提供合理的性能，同时获得高的数据速率。
结合所述OSIC算法的处理的操作原理是，检测具有最高信号干扰噪声比(SINR)的流并且从所接收的信号中将其减去。这之后，检测并减去具有下一最高SINR的未解码的发射数据流，并且重复地进行直到每个发射数据流被检测到。然而，与OSIC算法相耦合的所述发射技术仅在接收天线(Rx)的数量大于发射天线Tx的数量时可以工作良好。另外，时间(temporal)分集不能被用于所述发射方案。
“A simple transmit diversity technique for wirelesscommunications”(Alamouti，S.M.；IEEE Journal on Select Areas inCommunications：Vol.16，No.8，Oct.1998，pp 1451-1458)描述了空时块编码方案(STBC)，其是一种可以实现时间和空间分集的多天线发射分集方案。在所述出版物中，所述方案就两个发射天线而被描述，以及两个发射符号被安排在所述两个天线上，以使得其在两个发射符号的期间是彼此正交的。此后，所述发射方案被称为“AlamoutiSTBC”，以及相应的检测器被称为Alamouti检测器。
由于所述正交的结构，所接收的信号可以通过最大似然(ML)检测器以线性的复杂度而被合并及检测。与所述V-BLAST方案相比较，Alamouti STBC对于相关衰落更加鲁棒(robust)，因为，其不需要ZF和MMSE检测器以在空间上分离所述发射流用于检测。为了实现额外的时间分集，Alamouti STBC在数据速率上有所让步；对于给出的调制方案，与V-BLAST相比，使用Alamouti提供较低的数据速率。
在“Increasing data rate over wireless channels”(Naguib，A.F.；Seshadri，N.；Calderbank，A.R.Signal Processing Magazine，IEEE，Vol.17，No.3，May 2000，pp.76-92)以及“Spatial divisionmultiplexing of space-time block codes”(Rouquette-Leveil，S.；Gosse，K.；Xiangyang Zhuang；Vook，F.W.；International Conference onCommunication Technology Proceedings，2003；ICCT 2003，Vol.2，9-11 April 2003)中建议了进一步的改进，以使得能够在包括多于两个发射天线的使用的系统中提供Alamouti STBC的鲁棒性。
如在所述两篇文档中所描述的那样，通过连接Alamouti发射器，OSIC算法可以被用于所接收的信号，其中，在第一步骤，检测具有最高SINR的Alamouti对；然后，所述流从所接收的信号中被消去，并且然后，检测第二对。这不仅提供额外的时间分集，而且对两对Alamouti STBC编码的发射器进行连续检测所需的接收天线的最小数量是V-BLAST安排中所需数量的一半。
然而，由于所述方法涉及连接Alamouti对，因此，需要偶数个发射天线。这不能通过奇数个天线来提供用于经济上有吸引力的配置的方案。奇数个天线的吸引力涉及以下事实，即，如果通过奇数个天线，发射信道的容量是足够的，则额外的成本需要被消耗在另外的天线上以使天线的总数为偶数，从而允许上述技术进行操作。这在系统由于容量原因而需要三个发射天线的情况下特别明显，其中，使总数为四的额外的天线表示就相关成本和维护问题在硬件中增加33％。
因此，本发明的一个方面的目的是提供一种空分复用方案，其与V-BLAST相比提供改进的时间分集。
另外，本发明的一个方面的目的是提供一种适合用在包括3个和更高数量的发射天线的系统中的空分复用方案。
另外，本发明的一个方面的目的是提供一种能够被用在包括奇数个发射天线的系统中的空分复用方案。
发明内容
本发明的一个方面提供一种在通信系统中从发射器发射信号的方法，所述信号包括多个用于发射的调制信号，所述方法包括以下步骤：将待发射的数据符号分成两个类别，使用Alamouti空时块编码(STBC)编码方案对第一类别的符号进行编码，而不以所述相同的Alamouti方案对第二类别进行编码，然后使用空间发射来发射所有的符号。
优选地，所述方法包括：接收以未调制形式的符号，以及将调制处理应用于待发射的符号。在一个优选实施例中，所述符号是使用QAM而被调制的。
在一个实施例中，所述第二类别中的符号被处理用于通过有选择地以其复共轭来替换符号而进行发射。在本发明的一个实施例中，所述第二类别中的交替(alternate)符号由其复共轭所替换。
优选地，分离符号的所述步骤包括：选择符号流的连续符号对用于发射。
在一个优选的实施例中，分离符号的所述步骤包括：将用于编码的交替的连续符号对选入所述第一和第二类别中。
使用Alamouti方案对所述第一类别的符号中的符号对进行编码的步骤可以包括以下步骤：对所述符号对进行编码用于在空间上相对移置的(displaced)天线上同时进行发射。可以提供两个相对空间移置的天线。根据所述Alamouti方案的另一步骤可以包括：对所述符号的复共轭进行编码用于在所述空间相对移置的天线上于随后的符号发射期间进行发射。可以在与相应的原始符号之前直接被发射的天线不同的另一个天线上，为符号的每个复共轭实现随后发射。因此，在提供两个空间移置的天线的情况下，可以在所述两个天线中与早先发射所述符号的天线不同的另一个天线上进行符号的复共轭的随后发射。
本发明的另一个方面提供一种接收空分复用信号的方法，包括以下步骤：识别在空间移置的天线上所接收的至少两个信号分量，从所述信号分量中确定估计的信道响应，从所述估计的信道响应中直接确定应用于所接收的信号以提取数据流的加权函数，应用所述加权函数以便提取所述流，以及从所接收的信号中去除所述数据流的影响，然后重复所述加权函数确定及数据流提取的步骤，以便提取之后的其它数据流。
本发明的另一个方面提供一种在通信系统中从发射器发射信号给接收器的方法，包括以下步骤：通过以下步骤来发射信号：将待发射的数据符号分成两个类别，使用Alamouti编码方案对第一类别的符号进行编码，以及不使用所述相同的Alamouti方案对第二类别的符号进行编码，然后使用空间发射来发射所有符号，然后，通过任何适合的处理来接收和解码信号。
本发明的另一个方面提供一种发射器，其包括：分离装置，用于将待发射的数据符号分成两个类别；Alamouti编码装置，用于使用Alamouti编码方案对第一类别的符号进行编码；以及发射装置，用于使用空间发射来发射所述第一类别的所有编码的符号以及所述第二类别的符号。
本发明的另一个方面提供一种接收器，其包括：信号分量识别装置，用于识别空间移置的天线上所接收的至少三个信号分量；信道响应估计装置，用于从所述信号分量中确定估计的信道响应；加权确定装置，用于从所述估计的信道响应中确定应用于所接收的信号以提取数据流的加权函数，这样，在使用中，所述加权函数被应用于所接收的信号以提取所述流，以及另外的加权函数可以之后被确定并且被重新应用于所接收的信号，所述信号已经使早先确定的数据流的影响从其上被去除掉。
本发明的另一个方面提供一种包括发射器和接收器的通信系统，所述发射器包括：分离装置，用于将待发射的数据符号分成两个类别；Alamouti编码装置，用于使用Alamouti编码方案对第一类别的符号进行编码；以及发射装置，用于使用空间发射来发射所述第一类别的所有编码的符号以及所述第二类别的所有符号。
本发明的另一个方面提供一种计算机程序产品，包括其上存储有信息的计算机可读存储媒介，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机执行一种在通信系统中从发射器发射信号的方法，包括以下步骤：将待发射的数据符号分成两个类别，使用Alamouti编码方案对第一类别的符号进行编码，而不以所述相同的Alamouti方案对第二类别进行编码，使用空间发射来发射所有编码和未编码的符号。
本发明的另一个方面提供一种计算机程序产品，包括其上存储有信息的计算机可读存储媒介，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机执行一种接收空分复用信号的方法，包括以下步骤：识别在空间移置的天线上所接收的至少三个信号分量，从所述信号分量中确定估计的信道响应，从所述估计的信道响应中确定应用于所接收的信号以提取数据流的加权函数，应用所述加权函数以便提取所述流，以及从所接收的信号中去除所述数据流的影响，然后重复所述加权函数确定及数据流提取的步骤，以便提取之后的其它数据流。
本发明的另一个方面提供一种计算机程序产品，包括其上存储有信息的计算机可读存储媒介，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机作为发射器而进行操作，所述发射器包括：分离装置，用于将待发射的数据符号分成两个类别；Alamouti编码装置，用于使用Alamouti编码方案对第一类别的符号进行编码；以及发射装置，用于使用空间发射来发射所有符号，编码的符号以及未编码的符号。
本发明的另一个方面提供一种计算机程序产品，包括其上存储有信息的计算机可读存储媒介，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机作为接收器而进行操作，所述接收器包括：信号分量识别装置，用于识别空间移置的天线上所接收的至少三个信号分量；信道响应估计装置，用于从所述信号分量中确定估计的信道响应；加权确定装置，用于从所述估计的信道响应中确定应用于所接收的信号以提取数据流的加权函数，这样，在使用中，所述加权函数被应用于所接收的信号以提取所述流，以及另外的加权函数可以之后被确定并且被重新应用于所接收的信号，所述信号已经使早先确定的数据流的影响从其上被去除掉。
本发明的另一个方面提供一种承载信息的计算机可接收信号，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机执行一种在通信系统中从发射器发射信号的方法，包括以下步骤：将待发射的数据符号分成两个类别，使用Alamouti编码方案对第一类别的符号进行编码，而不以所述相同的Alamouti方案对第二类别进行编码，使用空间发射来发射所有符号。
本发明的另一个方面提供一种承载信息的计算机可接收信号，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机作为发射器而进行操作，所述发射器包括：分离装置，用于将待发射的数据符号分成两个类别；Alamouti编码装置，用于使用Alamouti编码方案对第一类别的符号进行编码；以及发射装置，用于使用空间发射来发射所有符号，编码的符号以及未编码的符号。
本发明的另一个方面提供一种承载信息的计算机可接收信号，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机作为接收器而进行操作，所述接收器包括：信号分量识别装置，用于识别空间移置的天线上所接收的至少三个信号分量；信道响应估计装置，用于从所述信号分量中确定估计的信道响应；加权确定装置，用于从所述估计的信道响应中确定应用于所接收的信号以提取数据流的加权函数，这样，在使用中，所述加权函数被应用于所接收的信号以提取所述流，以及另外的加权函数可以之后被确定并且被重新应用于所接收的信号，所述信号已经使早先确定的数据流的影响从其上被去除掉。
根据本发明的发射的优点在于，这样所产生的信号能够使用现有技术中已知的设备而被接收。
然而，根据本发明来接收信号的优点在于，根据本发明的检测与具有OSIC算法的V-BLAST相比在性能上提供实质的增加。首先，与后者相比，可以获得额外的时间分集增益。其次，在这种环境中的通信对于相关衰落信道更加鲁棒。
本发明的一个方面的其它优点在于，发射能够将Alamouti STBC的鲁棒性引入发射器，而不会有对偶数个天线及相关硬件的规定的限制。在提供三个发射天线而不是四个天线的情况下，所述优点特别地明显，其中，就天线硬件而言的节约比例是25％。
根据本发明的一个方面所提供的检测方面的优点在于，由于省略了SINR计算，因此，与根据OSIC算法的检测相比，其需要较少的处理。
如将从下面本发明具体实施例的描述中明显看出的那样，包括三个发射天线的发射器可以提供与使用根据上面所提及的由Naguib等以及Rouquette-Leveil等所公开的内容的方法而可以获得的频谱效率相类似的频谱效率，而仅需要所述相同的最小数量的接收天线来以线性的复杂度连续地解码所述符号。然而，提供所述频谱效率所需的发射天线的数量小于所述公开中所说明的安排的数量，因此，就设备、成本、空间及功率消耗的规定方面而言，其提供了节约。
参考附图，根据下面仅通过例子的方式所描述的本发明的具体实施例、及其变化和修改，本发明的其它方面及优点将变得显而易见，其中：
附图说明
图1是示出了通信系统中的发射器和接收器的示意图；
图2是图1中所说明的发射器的示意图；
图3是示出了图2所说明的发射器中的数据分段(fragmentation)的示意数据时序图；
图4说明了图2所说明的发射器的Alamouti编码器的流程图；
图5说明了由图2中所说明的发射器的QAM调制器所执行的处理的流程图；
图6示意地说明了图2中所描述的接收器；
图7说明了由图6中所描述的接收器的解码器所执行的处理的流程图；
图8说明了由图2中所描述的接收器的可选择的实施例的解码器所执行的处理；以及
图9A和9B说明了将作为所述处理的连续部分而被对待的步骤，其说明了在根据与本发明一致的另一种安排的接收器中所执行的处理，其中，提供六个天线，以接收两个Alamouti编码的信号和两个仅使用QAM进行调制而未编码的信号。
具体实施方式
首先参考图1，图中说明了通信系统10，在该例子中，为了方便起见包括两个通信单元12。每个通信单元12包括一个或多个与发射器16和接收器18进行通信的应用单元14。所述发射器16和接收器18被认为通过天线单元20进行通信，所述天线单元包括多个天线元件以使得能够与其它通信单元12建立多输入多输出(MIMO)通信。所述系统10处在散射的环境中，以使得能够有利地采用多条路径用于在两个所描述的通信单元12之间进行通信。
在使用中，应用14会将用于发射的数据传递给发射器16，所述发射器然后会处理所述数据，并且驱动天线单元20以建立电磁辐射，所述电磁辐射然后可以由另一个通信单元12的天线单元20所检测。
当以这种方式接收到电磁辐射时，天线单元20产生信号，所述信号然后可以由通信单元12的接收器18所检测。所述接收器18对所述信号进行解码，以检测将然后被传递给所述通信单元12的应用14的数据。图2中描述了发射器16的结构。
发射器16包括QAM调制器21，其可操作以接收待发射的信息，以及将所述信息转换为QAM调制符号流。分段器(fragmenter)22可操作以接收来自于所述QAM调制器21的QAM调制符号，以及识别所述用于发射的信息中的符号，所述符号将被传递给Alamouti编码器24或者符号处理器26。所述Alamouti编码器24和符号处理器26都把被传递给其的信息处理成编码的波形用于传递给三个发射天线驱动器28，所述发射天线驱动器驱动所述天线单元20的相应天线元件。所述Alamouti编码器24将波形传递给两个发射器天线驱动器28，而所述符号处理器26将波形传递给单个大发射天线驱动器28。以这种方式，所述发射器可以处理被传递给其的信息，而仅需要三个发射天线驱动器28。
如图3所述，在使用中，所述分段器22识别被传递给其的信息中的符号流，所述符号在图3中按顺序地由x1，x2，x3，...xn所说明，其中x1是最先遇到的符号。连续的符号对交替地被传递给Alamouti编码器24和符号处理器26。如图3所说明的那样，符号x1和x2被传递给Alamouti编码器24而符号x3和x4被发送给符号处理器26，用于进一步处理。
在使用中，所述Alamouti编码器24发送符号对给两个发射天线元件20，以及然后在下一符号期间重新发送根据Alamouti而被反转(reverse)及处理的两个相同的符号。在所述两个相同的符号的期间，所述符号处理器26发送其最先的两个符号给相应当发射天线元件20，以及然后在第二符号期间发送其后的下一符号的处理形式。
通过将符号作为对发送以及然后将符号反转以使得所述符号在相对的空间信道被发送，相对于仅发射数据一次而言，所述数据发射的鲁棒性自然被提高。
现在，将参考图4和5来描述通过其实现这个的处理，图4说明了编码器24的操作，而同时，图5说明了这样的处理，通过所述处理，符号处理器26处理符号并且然后将其发送给相应的发射天线元件20。
参考图4，在步骤S1-2，接收用于发射的符号对。然后，在步骤S1-4，通过相应的发射天线驱动器28，在相应的天线元件上发射所述符号对(在该例子中，x1和x2)。这结束了所述处理的第一符号期间中的操作。
然后，在步骤S1-6，于是取所述符号的复共轭，以及在步骤S1-8，取第二符号x的复共轭的负数。在步骤S1-10，在与之前的符号期间内其相应未处理的形式相对的发射天线20上发射所处理的符号x1 *和-x2 *。在步骤S1-12，Alamouti编码器24检查以确定是否还有任何其它的符号要被处理。如果有其它的符号要被发射，则所述处理前面的步骤S1-2重新开始；否则，所述处理终止。
同时，图5所说明的处理由符号处理器26来执行。在步骤S2-2，接收到符号对(在该例子中，x3和x4)。然后，通过与所述符号处理器26相对应的发射天线驱动器28，在相应的发射天线元件上发射第一符号x3。在步骤S2-6，以及在下一符号期间，确定第二符号x4的复共轭x4 *。在步骤S2-8，在相应的发射天线上发射所述复共轭x4 *。
为了确定是否还有任何其它符号要被处理，在步骤S2-10进行检查；如果有其它符号，则所述处理从前面的步骤S2-2就新的符号对重新开始，如果没有，则所述处理终止。
为了在所发射的数据中接收和检测符号，如图6所说明的那样，所述通信单元12的接收器18包括三个被连接到所述天线单元20的相应天线元件的接收天线检测器30，以及解码器32。所述解码器32可操作以处理通过接收天线检测器30所产生的信号，检测并解码其中的信息，以及将所述信息传递给接收器18的输出用于通信单元12。
现在将描述根据包括本领域普通技术人员所熟悉的告知(impart)过程的第一实施例的解码器32的操作。所述首先描述的实施例证明，根据本发明所编码和发射的信号能够使用现有的设备而被检测及解码，而另一个实施例也将在合适的时候被描述，其提供根据本发明的特定实施例的解码器32。
在三个接收天线所接收的信号可以被表示为：
r 11 r 12 r 21 r 22 r 31 r 32 = h 11 h 12 h 13 h 21 h 22 h 23 h 31 h 32 h 33 x 1 - x 2 * x 2 x 1 * x 3 x 4 * + η 11 η 12 η 21 η 22 η 31 η 32 - - - ( 1 )
其中：
rnτ表示在时刻τ从第n个天线元件所接收到信号，
hnm是由于发射天线元件m所产生的第n个接收天线元件的信道响应，
xm是所发射的符号，以及
ηnτ是在时刻τ来自于第n个天线元件的噪声。
其可以表示如下：
r＝Hx+η                                 (2)
假设在两个连续符号期间的信道响应H是不变的。
为了能够提取所述四个符号x1、x2、x3及x4，所述等式于是可以通过向量等式而被重新表示如下：
r 11 r 12 * r 21 r 22 * r 31 r 32 * = h 11 h 12 h 13 0 h 12 * - h 11 * 0 h 13 * h 21 h 22 h 23 0 h 22 * - h 21 * 0 h 23 * h 31 h 32 h 33 0 h 32 * - h 31 * 0 h 33 * x 1 x 2 x 3 x 4 + η 11 η 12 * η 21 η 22 * η 31 η 32 * - - - ( 3 )
考虑到所述接收的信号的结构，可以采用与ZF或MMSE检测器相耦合的OSIC算法，以便基于在接收器所估计的信道来检测等式(3)的四个信号。由于x1和x2的正交结构以及还由于x3和x4之间的非干扰符号，因此，所述Alamouti编码的符号(x1和x2)和两个未通过Alamouti STBC编码的符号(x3和x4)的所得到的SINR将类似。
因此，所述OSIC算法可以通过ZF或MMSE线性检测器来分离所述信号对，确定较强的流，检测并从所接收的信号中减去。然后，后面的对可以被检测。
图7说明了对所接收信号进行解码的方法，其在接收器的解码器中被执行，如在上面由Wolniansky等所提及的文档中之前所公开的那样采用OSIC算法，其被应用于使用上面根据本发明的实施例所描述的方法而在之前所编码的信号。这说明，前面所实现的接收方法可以被用于对根据本发明所编码的信号进行接收和解码。
为了简单起见，这里仅讨论所述解码方法的ZF解决方案，尽管应当理解，可以对所述解码方法进行适当的修改，以实现所述MMSE解决方案作为代替。
首先，在步骤S3-2，所述信道响应矩阵H的伪逆G被确定：
G＝H+                                   (4)
然后，在步骤S3-4，确定用于G的第(2i)行的范数，其中i＝0和1。应当知道，该行编号方案被设计以使得第一行具有行号0。然后，用于具有两个所计算的范数中的较小值的行的行号被选择。
k＝arg min‖G2i‖2                     (5)
具有较小范数的行表示所述Alamouti STBC或非Alamouti流中的哪个具有较高的信噪比(SNR)。在这个阶段，不计算第(2i+1)行的范数，因为，这由于所述Alamouti STBC和非Alamouti STBC编码的符号在两个时间期间的正交结构而会等于第(2i)行的范数。
在已经确定了哪个行k具有最低的范数的情况下，用于第k和第(k+1)行的加权矩阵w于是在步骤S3-6被确定：
w＝Gk:k+1                                (6)
其中Gk:k+1表示G中从行k到行k+1的行向量。
这之后，在步骤S3-8，所述解码器检测第k和k+1个流yk:k+1:
yk:k+1＝wr                                (7)
以及然后，在步骤S3-10，yk:k+1被量化：
k:k+1＝Q(yk:k+1)                        (8)
在步骤S3-12，从所接收的信号r中减去k:k+1的影响：
r′＝r-Hk:k+1k:k+1                      (9)
其中Hk:k+1表示从k至k+1的列向量。
在步骤S3-12之后，在步骤S3-14，考虑步骤S3-4中所考虑的行中的其它行，以及，从前面的步骤S3-6继续所述处理，确定新的加权矩阵如下：
w＝(Hk:k+1)H                           (10)
使用所述加权矩阵，所述检测器能够检测所接收的信号r′中的相关流(先前所考虑的流的影响已经从其中被减去)，以及然后还量化所述第二检测的流。
图8说明了根据本发明的图7中所说明的方法的另一种选择，以对之前所描述的发射器中所编码的信号进行解码。尽管，如前面所证明的那样，现有的方法可以被用于检测在接收信号中所发射的符号，但是，这里所描述的方法是对所发射的信号特定的。
首先，在步骤S4-2，确定信道响应矩阵H的伪逆G：
G＝H+                                 (11)
然后，在步骤S4-4，通过设置k＝0，所述Alamouti编码的流首先被考虑。这有利地假设，Alamouti STBC编码的流具有比未编码的流高的信噪比。因此，必然会首先检测Alamouti流。然后，在步骤S4-6，对于第k和(k+1)行(对应于所述信道响应矩阵的第k和(k+1)列)确定加权矩阵：
w＝Gk:k+1                               (12)
在步骤S4-8，第k和k+1个流被检测：
yk:k+1＝wr                              (13)
以及然后，在步骤S4-10，yk:k+1被量化：
k:k+1＝Q(yk:k+1)                      (14)
然后，在步骤S4-12从所接收的信号中减去k:k+1的影响：
r′＝r-Hk:k+1k:k+1                    (15)
其中，Hk:k+1表示从k至k+1的列向量。
在步骤S4-14，k被设置为2，以指示涉及非Alamouti流的第三(列2)和第四(列3)列。然后，通过确定MRC加权矩阵，从步骤S4-6继续所述过程，用于检测所述非Alamouti编码的符号：
w＝(Hk:k+1)H                            (16)
该加权矩阵被使用，因为，其可以操作以便根据所述MRC技术来提取数据。
然后，从步骤S4-8继续所述过程，从已经使Alamouti STBC编码的信号从其中被减去的所述接收的信号r′中解码所述非Alamouti流，以及然后，在所述过程结束之前于步骤S4-10量化所得到的流。
应当知道，根据本发明的实施例的后面所描述的方法可以通过修改的形式而被提供，从而实现MMSE解决方案。然而，为了在这种环境中确定k，需要计算全部SINR，而在所述ZF解决方案中，G的范数就足以确定最高的SNR以及因此确定应当从所接收的信号中首先提取哪个信号。
在图7所说明的方法里所使用的OSIC算法中，可以看出，需要计算每个流的SINR，以及从所述计算中选择最高的量值。然而，在图4里所说明的方法里所使用的算法中，由于Alamouti STBC的鲁棒性，因此，不需要所述计算，后者的算法通过首先检测Alamouti STBC编码的流而利用所述鲁棒性。因此，尽管本发明提供编码的信号，所述信号可以被检测，以及，可以通过传统的方法从所述信号中提取数据，但是，还有下面的情况，即，上面的描述还提供一种在例如接收器中对这种数据进行解码的改进方法。
尽管这里参考具有三个接收天线及相关检测器的接收器来描述本发明，但是，应当知道，这仅是一个例子；其它的实施例可以采用两个天线，或者多于三个天线。
在其中接收器处采用两个天线的例子的情况下，可以有得出加权函数的处理步骤的简化形式。首先，涉及所接收的信号向量的等式1被重新表示如下：
r 11 r 12 r 21 r 22 = h 11 h 12 h 13 h 21 h 22 h 23 x 1 - x 2 * x 2 x 1 * x 3 x 4 * + η 11 η 12 η 21 η 22 - - - ( 17 )
等式3因此被重新表示如下：
r 11 r 12 * r 21 r 22 * = h 11 h 12 h 13 0 h 12 * - h 11 * 0 h 13 * h 21 h 22 h 23 0 h 22 * - h 21 * 0 h 23 * x 1 x 2 x 3 x 4 + η 11 η 12 * η 21 η 22 * - - - ( 18 )
其余的分析和上面一样。
图9A和9B(说明了将作为所述同样的处理的顺序部分而被对待的步骤)说明了根据符合本发明的其它安排在接收器中所执行的处理，其中提供六个天线，以接收两个Alamouti编码的信号和两个仅使用QAM进行调制而未进行编码的信号。应当知道，通过描述提供多个及偶数个天线的处理，该例子证明，本发明可适用于使用具有多个空间移置天线的空间发射的设备和处理。
所述处理通过确定信道响应矩阵H的伪逆G而在步骤S5-2开始。
然后，在步骤S5-4，首先考虑Alamouti编码的流。具有最高信号干扰噪声比(SINR)的伪逆矩阵的行对(i:i+1)被确定。
然后，在步骤S5-6，加权矩阵被确定用于所标识的行：
w＝Gi:i+1                                 (19)
在步骤S5-8，与所标识的行相对应的流被检测：
yi:i+1＝wr                                (20)
以及然后，在步骤S5-10，yi:i+1被量化：
i:i+1＝Q(yi:i+1)                        (21)
在步骤S5-12，从所接收的信号中减去i:i+1的影响：
r′＝r-Hi:i+1i:i+1                      (22)
其中Hi:i+1表示从i至i+1的列向量。
在步骤S5-14，所述处理确定是否还有其它Alamouti编码的流要被提取和解码。这是基于简单的计数而被执行的，因为，已经预先确定了所述接收器以便预期信号的特定结构。
如果有其它行由于其表示Alamouti编码的数据符号而要被考虑，则在步骤S5-16，表示下一最强信号的行被选择用于步骤S5-6中的考虑。所述处理的这部分进行重复，直到在步骤S5-14中确定没有其它Alamouti编码的数据要从所述信号中被提取为止。在这一点上，所述处理继续到步骤S5-18(图9B)，其中，对应于非Alamouti编码的流，信道响应矩阵中的两列被选择用于考虑。
在步骤S5-20，用于所述列的加权矩阵被确定：
w＝(Hi:i+1)H                             (23)
如前面那样，然后，在步骤S5-22，所述加权矩阵被应用于所接收的信号以检测相应的QAM调制的数据流。然后，在步骤S5-24，所检测的流被量化，以及在步骤S5-26，从所接收的信号中减去所检测的流的影响。
在步骤S5-28，所述处理确定是否有其它非Alamouti编码的流要被提取及解码。再有，这是基于简单的计数而被执行的。如果有其它的行由于其表示Alamouti编码的数据符号而要被考虑，则在步骤S5-30，表示下一最强信号的信道响应矩阵的列被选择用于考虑，以及从前面的步骤S5-20继续这些的处理。
一旦所有的流都被考虑，以及数据被提取，并且没有其它信道响应矩阵的列要被考虑，不管是通过Alamouti解码的还是仅通过QAM调制的，则所述处理终止。
应当知道，在上面所描述的例子中，所述接收器可以适合于操作以接收单个Alamouti STBC编码的流(在两个天线上)以及四个QAM调制的流(在另外四个天线上)。
因此，在一般的情况下，应当知道，包括多个被隔开用于接收根据空间调制方案所发射的信号的接收天线的接收器可以被配置成接收两种类型的流，一组天线被设置以接收Alamouti STBC编码的流，而其它的一个或多个天线被设置以接收非Alamouti编码的流，例如，通过QAM所调制的流。
在图9所说明的例子的另一种选择中，可以省略SINR的计算。在这种选择中，仅通过连续地检测和提取所述两个Alamouti流，在每种情况下从所接收的信号中去除所述流的影响，以及然后在其后检测和去除所述未编码的QAM调制的流，可以执行提取数据流的处理。
优选地，在所有所描述的例子中，所述发射器的配置是这样的，以使得Alamouti STBC编码被应用于邻近的发射天线。在这种情况下，邻近的发射天线是物理上最接近的天线，或者是在发射器中具有比其它天线高的相关性的天线。以这种方式，相关衰落的鲁棒性被加强，因为，非Alamouti流对所述两个Alamouti流的平均相关性将会小于其中非Alamouti流邻近两个Alamouti STBC天线的情况下的相关性。
然而，应当强调的是，参考所说明的实施例在这里所描述混合发射处理及设备对于任何天线配置都将有效地进行操作，而不管邻近的状态。
作为对于根据本发明参考图8和9所描述的接收方法的一种选择，可以通过相反的顺序来检测所述流；这也就是说，所述非Alamouti流可以首先被检测，之后是所述Alamouti STBC流。在这种情况下，根据所使用的QAM星座(constellation)，与所提出的算法相比较的性能差异将是不同的。
尽管为了方便起见从图1的说明中被省略了，但是，应当知道，所述通信单元12可以包括被配置有传统类型的通信设备的通用计算机。
根据本发明所配置的发射器的所说明的实施例显示了三个发射天线；然而，应当知道，这是最小的数量，以及另外可以提供其它的发射天线，具有Alamouti STBC和非Alamouti流的适当组合。
另外，尽管所描述的实施例示出，以处理的顺序，在发射器中QAM调制器在分段器之前，但是，同样有可能在分段之后提供QAM调制功能给Alamouti STBC编码器和符号处理器。
另外，可选的实施例提供发射器，在所述发射器中，所述符号处理器被完全省略——交替地以共轭形式来发射所述第二类别的符号，这是允许更好地利用该实现中所使用的QAM星座的不同部分的优选特征。
其它调制系统可以被用于对QAM的另外的选择中。PSK是可以根据本发明而被实现的适当选择的一个例子。
应当知道，这里所描述的分段器仅是各种选择性实施例中的一个，所述分段器将交替遇到的连续符号对分成两个类别。例如，分段器可以通过交替将符号分配到类别中来对四个符号x1、x2、x3、x4的序列进行分段——第一类别因此接收x1和x3，而第二类别接收x2和x4。可以根据本发明来提供符号序列的任何所选符号的任何分段数量。
根据本发明的发射器中的Alamouti STBC和非Alamouti天线的配置可以根据那一个对于相关衰落更鲁棒而以各种组合被实现。尽管所说明的实施例以这样的分配来安排天线，在所述分配中，两个邻近的天线发射Alamouti数据，而第三个发射非Alamouti数据，但是，可选地，所述非Alamouti分配的天线可以介于两个被分配以发射Alamouti数据的天线之间。
为了进一步提高系统性能，可以实现发射天线上的功率改变。这意味着，给定相关系统中的主要条件，根据需要，可以将相对高的功率的信号应用于Alamouti分配的天线或非Alamouti分配的天线。
为了进一步提高系统性能，可以在上述实施例的变形中应用发射天线上的自适应调制。在所述情况下，调制单元被放置在符号的分段之后的处理中，因此允许提供不同的发射天线调制方案给不同的天线。在这种情况下，优选的配置包括将较高的星座分配给Alamouti流，因为，其是两个类别中较鲁棒的类别。这种分配的优点是省略了将较高的星座分配给较强的信道所需的信道反馈信息。
由于其正交的结构，本发明消除了对ZF或MMSE解决方案中对逆矩阵的大量处理的需要，如上面由Rouquette-Leveil等所提及的文档中所描述的那样。
按照惯例，扩展Alamouti STBC用于多于2个发射天线的想法仅适用于偶数个天线。在这里所描述的设备和方法中，在有奇数(大于1)个发射天线的情况下，可以获得Alamouti的鲁棒性。
另外，尽管在这里示出，可以在接收器使用传统的OSIC算法来解码所得到的信号，但是，所述OSIC算法的使用还可以由根据本发明所提供的接收及解码方法所替代，所述方法具有Alamouti流的内在特性的全部优点，即，与其非Alamouti的相应部分相比更加鲁棒。
利用在空间时间域中，在发射器对数据进行编码，以及在接收器对数据进行解码，即，在两个和多个相对空间移置的天线处进行发射和接收，以及在时间上被隔开的两个符号上进行编码和解码，而通过例子的方式描述了本发明。本发明的可选的实施例提供，在空间频率域，即，在频域对数据进行编码用于在两个相对隔开的发射天线处进行发射，以及相应地对来自于两个或多个相对隔开的接收天线的数据进行解码，以及对频域中所调制和编码的数据进行解码，可以实现数据编码和解码以及相应的发射和接收。根据前面的描述，如何调整发射器和接收器的结构及其操作方法来使用这种可选的方法进行操作是显而易见的。典型的例子是将所述符号编码到两个邻近的OFDM子载波中。

Claims (54)

1.一种在通信系统中从发射器发射信号的方法，所述方法包括以下步骤：将待发射的数据符号分成两个类别，使用Alamouti编码方案对第一类别的符号进行编码，准备第二类别的符号而不进行Alamouti编码，以及使用空间发射来发射所有符号。
2.根据权利要求1的发射信号的方法，其中，分离符号的所述步骤包括：选择符号流的连续符号对用于发射。
3.根据权利要求1或2的发射信号的方法，其中，分离符号的所述步骤包括：将交替的连续符号对选入所述第一和第二类别中。
4.根据权利要求1至3中的任何一个的发射信号的方法，其中，使用Alamouti方案对所述第一类别的符号中的符号对进行编码的步骤包括以下步骤：对所述符号对进行编码用于在空间上相对移置的天线上同时进行发射。
5.根据权利要求1至4中的任何一个的发射信号的方法，其中，使用Alamouti方案对所述第一类别的符号中的符号对进行编码的步骤包括以下步骤：对所述符号的复共轭进行编码用于在所述空间相对移置的天线上于随后的符号发射期间进行发射。
6.根据权利要求5的发射信号的方法，其中，在与相应的原始符号之前直接被发射的天线不同的另一个天线上，为符号的每个复共轭实现复共轭的随后发射。
7.根据权利要求6的发射信号的方法，其中，提供两个空间移置的天线，以及，在所述两个天线中与早先发射所述符号的天线不同的另一个天线上实现符号的复共轭的随后发射。
8.根据权利要求1至7中的任何一个的发射信号的方法，其中，准备所述第二类别的符号中的符号对的步骤包括以下步骤：确定所述符号之一的复共轭用于以连续的符号发射来发射所述准备的符号。
9.根据权利要求1至8中的任何一个的发射信号的方法，包括以下步骤：接收以未调制形式的符号，以及将调制处理应用于待发射的符号。
10.根据权利要求9的发射信号的方法，其中，所述符号是使用QAM而被调制的。
11.根据权利要求9或10的发射信号的方法，包括以下步骤：将第一调制处理应用于所述第一类别的符号，以及将第二调制处理应用于所述第二类别的符号。
12.根据权利要求11的发射信号的方法，其中，所述第一和第二调制处理包括：通过可获得的符号的相应第一和第二星座来调制数据。
13.根据权利要求12的发射信号的方法，其中，所述第一星座具有比所述第二星座高的阶。
14.一种在包括三个空间移置的发射器天线的发射器中根据权利要求1至13中的任何一个来发射信号的方法，其中，使用空间邻近的发射器天线来实现发射所述第一类别的所述步骤。
15.根据权利要求1至14中的任何一个的发射信号的方法，其中，在空间时间域中执行所述发射步骤。
16.一种接收空分复用信号的方法，包括以下步骤：识别在空间移置的天线上所接收的至少两个信号分量，然后执行数据流提取步骤，包括：
从所述信号分量中确定估计的信道响应；
从所述估计的信道响应中，直接确定应用于所接收的信号以提取数据流的加权函数；
应用所述加权函数以便提取所述流；以及
从所述接收的信号中去除所述数据流的影响；然后重复所述数据流提取步骤至少一次，以便提取至少一个之后的其它数据流。
17.根据权利要求16的接收信号的方法，其中，执行所述数据流提取步骤中的一个以提取通过Alamouti STBC所编码的数据，以及，执行所述数据流提取步骤中的另一个以提取没有进行Alamouti编码而被发射的数据。
18.根据权利要求17的接收信号的方法，其中，执行第一数据流提取步骤以提取通过Alamouti STBC所编码的数据，以及，执行随后执行的数据流提取步骤以提取没有进行Alamouti编码而被发射的数据。
19.根据权利要求16至18中的任何一个的接收信号的方法，还包括以下步骤：对所述提取步骤里的一个中所提取的数据流进行量化，以便产生符号串。
20.根据权利要求16至19中的任何一个的接收信号的方法，还包括以下步骤：从由所述两个提取步骤及相应量化步骤所产生的所述符号串中组装接收的符号序列。
21.一种接收根据权利要求1至15中的任何一个所发射的空分复用信号的方法，包括以下步骤：检测具有最高信号干扰噪声比的所述信号的分量，从所述分量中提取符号，以及从所述信号中去除所述检测的分量的影响，然后重复所述检测和提取步骤直到所有符号都被检测。
22.一种在通信系统中将信号从发射器传送给接收器的方法，包括以下步骤：使用根据权利要求1至15中的任何一个的方法来发射信号，以及然后，通过任何适合的处理来对信号进行接收和解码。
23.根据权利要求22的在通信系统中传送信号的方法，其中，通过执行根据权利要求16至20中的任何一个的方法来实现接收和解码的所述步骤。
24.一种用于发射信号的发射器，其包括：分离装置，用于将待发射的数据符号分成两个类别；符号编码装置，用于使用Alamouti编码方案对第一类别的符号进行编码；以及发射准备装置，用于准备没有进行Alamouti编码的第二类别的符号；以及发射装置，用于使用空间发射来发射所有符号。
25.根据权利要求24的发射器，其中，所述分离装置可操作以选择符号流的连续符号对用于发射。
26.根据权利要求24或25的发射器，其中，所述分离装置可操作以便将交替的连续符号对选入所述第一和第二类别。
27.根据权利要求24至26中的任何一个发射器，其中，所述编码装置可操作以便对所述符号对进行编码用于在空间相对移置的天线上同时进行发射。
28.根据权利要求24至27中的任何一个发射器，其中，所述编码装置可操作以便对所述符号的复共轭进行编码用于在所述空间相对移置的天线上于随后的符号发射期间进行发射。
29.根据权利要求28的发射器，其中，所述编码装置可操作以便在与相应的原始符号之前被发射的天线不同的另一个天线上，为符号的每个复共轭实现复共轭的随后发射。
30.根据权利要求29的发射器，包括两个空间移置的天线被提供，其中，所述发射器可操作以便在所述两个天线中与早先发射所述符号的天线不同的另一个天线上实现符号的复共轭的随后发射。
31.根据权利要求24至30中的任何一个的发射器，其中，所述发射准备装置可操作以便准备所述第二类别的符号中的符号对，包括通过确定所述符号之一的复共轭用于以连续的符号发射来发射所述准备的符号。
32.根据权利要求24至31中的任何一个的发射器，还包括调制装置，其可操作以便接收以未调制形式的符号，以及将调制处理应用于待发射的符号。
33.根据权利要求32的发射器，其中，所述调制装置可操作以便将QAM方案应用于待发射的符号。
34.根据权利要求32或33的发射器，其中，所述调制装置包括第一和第二分类调制装置，所述第一分类调制装置可操作以便将第一调制处理应用于所述第一类别的符号，以及所述第二分类调制装置可操作以便将第二调制处理应用于所述第二类别的符号。
35.根据权利要求34的发射器，其中，所述第一和第二分类调制装置每个可操作以便通过可获得的符号的相应第一和第二星座来调制数据。
36.根据权利要求35的发射器，其中，所述第一星座具有比所述第二星座高的阶。
37.根据权利要求24至36中的任何一个的发射器，包括三个空间移置的发射器天线，其中，所述发射装置可操作以便使用空间邻近的发射器天线来发射所述第一类别的符号。
38.根据权利要求24至37中的任何一个的发射器，其中，所述发射装置可操作以便在空间时间域进行发射。
39.一种用于接收空分复用信号的接收器，其包括：分量识别装置，用于识别空间移置的天线上所接收的至少两个信号分量；信道响应确定装置，用于从所述信号分量中确定估计的信道响应；加权函数确定装置，用于从所述估计的信道响应中，直接确定应用于所接收的信号以提取数据流的加权函数；流提取装置，用于应用所述加权函数以提取所述流，以及用于从所述接收信号中去除所述数据流的影响；所述加权函数确定装置以及所述流提取装置可操作以便重复地被应用于所述信号，从而提取至少一个之后的其它数据流。
40.根据权利要求39的接收器，其中，所述加权函数确定装置和流提取装置可操作以便提取通过Alamouti STBC所编码的数据或者没有进行Alamouti编码而被发射的数据，以及其中，所述接收器可操作以便将所述加权函数确定装置和流提取装置应用至少一次来提取通过Alamouti STBC所编码的流以及应用至少一次来提取没有进行Alamouti编码而被发射的流。
41.根据权利要求40的接收器，其中，所述接收器可操作以便应用所述加权函数确定装置和流提取装置在第一情况下提取通过Alamouti STBC所编码的流以及在第二情况下提取没有进行Alamouti编码而被发射的流。
42.根据权利要求40或41的接收器，还包括抽样装置，用于量化在所述提取步骤之一中所提取得数据流，以便产生符号串。
43.根据权利要求42的接收器，还包括符号排序装置，用于从由所述提取装置及相应抽样装置所产生的所述符号串中组装接收的符号序列。
44。一种用于接收根据权利要求24至38中的任何一个的发射器中所发射的空分复用信号的接收器，包括：检测装置，用于检测具有最高信号干扰噪声比的所述信号的分量；符号提取装置，用于从所述分量中提取符号，以及从所述信号中去除所述检测的分量的影响，所述接收器可操作以便进行所述检测装置和所述符号提取装置的应用直到所述信号中的所有符号被检测。
45.一种包括发射器和接收器的通信系统，所述发射器是根据权利要求24至38中的任何一个的。
46.根据权利要求45的通信系统，其中，所述接收器是根据权利要求39至44中的任何一个的。
47.一种计算机程序产品，包括其上存储有信息的计算机可读存储媒介，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机执行根据权利要求1至15中的任何一个的发射信号的方法。
48.一种计算机程序产品，包括其上存储有信息的计算机可读存储媒介，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机执行根据权利要求16至23中的任何一个的接收空分复用信号的方法。
49.一种计算机程序产品，包括其上存储有信息的计算机可读存储媒介，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机作为根据权利要求24至38中的任何一个的发射器而进行操作。
50.一种计算机程序产品，包括其上存储有信息的计算机可读存储媒介，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机作为根据权利要求39至44中的任何一个的接收器而进行操作。
51.一种承载信息的计算机可接收信号，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机执行根据权利要求1至15中的任何一个的发射信号的方法。
52.一种承载信息的计算机可接收信号，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机执行根据权利要求16至23中的任何一个的接收空分复用信号的方法。
53.一种承载信息的计算机可接收信号，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机作为根据权利要求24至38中的任何一个的发射器而进行操作。
54.一种承载信息的计算机可接收信号，当被加载进计算机时，所述信息使所述计算机作为根据权利要求39至44中的任何一个的接收器而进行操作。
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