TW200816730A

TW200816730A - Communication system and method for selecting codeword thereof

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Publication number: TW200816730A
Application number: TW095134428A
Authority: TW
Inventors: Chung-Lien Ho; Ta-Sung Lee
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2008-04-01
Also published as: US20080069054A1; US7764745B2; DE102007022262A1

Description

200816730 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係有關於一種多輸入多輸出通訊系統以及其空 -時字碼（space-time (ST) codeword)選擇方法，特別是有關於一種使用群組式空-時區塊碼（grouped space-time block code, G-STBC)編碼方式設計，並在有限回傳資訊下之群組空-時字碼（group-wise ST codeword)選擇方法及相關系統。【先前技#ί】無線通訊系統需要越來越大量的資料流通，因此如何做有效率的編碼、調變和訊號處理以改善無線通訊的品質與效能，都是研究上極欲解決的課題。為了有效提升資料傳輸率及通訊鏈結品質，愈來愈多的無線通訊系統採用多輸入多輸出（ΜΙΜΟ)的多重天線系統設計方式，亦即，在傳送端及接收端使用多根天線，以達成下世代無線通訊系統強大的服務品質需求。多重天線系統的編碼，一般採用空一時碼（space-time code，STC)。這種編碼是一種橫跨於時間與空間的傳輸設計，利用傳輸天線與傳送時間之關係來達到最大多樣性（full diversity)，甚至可以提供編碼增益 (coding gain)。空-時碼主要的運作模式可分為空間多樣 (spatial diversity，SD)及空間多工（spatial multiplexing， SM)。高鏈結品質可經由空間多樣方式在不同的傳送天線上傳送冗餘(redundant)的訊號來獲取，例如空_時區塊編碼 (space-time block code，STBC)及空，時格狀編碼（st trellis 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 5 200816730 code，STTC)。高頻譜效益則可以經由空間多工方式在不同的傳送天線上同時傳送不同的資料來獲取，例如多層次空_ 時碼（layered STC，LSTC)或熟知的 Bell Labs layered ST (BLAST)技術。第1圖係為一習知的空-時區塊編碼的系統示意圖，很明顯的，傳送的兩個符元橫跨了空間與時間（空-時碼）。第 2圖顯示另一結合g = 2 Alamouti’s空-時碼於傳送端的習知編碼技術’此稱為雙空_時傳送分集（d〇ubie st transmit diversity，DSTTD)技術。其空_時字碼為 [=^ 〜，1 - <，2 ^2,1

此時的編碼率為及=2，且可得到多樣性增益為2。然而，此一編碼技術的編碼方式雖較簡單，但其解碼方式較STBC 複雜，且字碼結構遭受許多限制，使得編碼設計較不具彈性，因此效能較差。然而’空間多樣雖能改善通訊鏈結品質但其頻譜使用效盈低；相反的，空間多工雖能提升資料傳輸率，但其對抗通道衰落能力較差。因此，為了要獲取最大的效益，必須要在空間多樣與空間多工之間取得一個最佳的損益點。此外，接收器的運算必須愈簡單愈好，以達到快速的解碼，也可簡化接收器的設計。相對於傳送端的空時碼，接收為也必須具有空•時碼的解碼能力，同時需作干擾消除與訊號偵測。一種接收器常用的最佳解碼方法採用聯合最 0960-A21599TWF(N2);P52950005TW；jasonkung 200816730 大似然（maximum likelihood，ML)偵測法，其係採用機率統計的方式對接收到的訊號進行解碼。然而，聯合最大似然估測法雖然具有較佳的性能’但所需的運算複雜度確也較高。另一種解碼方式採用排序漸進式干擾消除（〇rdered successive interference cancellation，以下簡稱 qsi^) 貞測，係利用排序方式以及利用前一次的疊代運算結果，一一對接收到的訊號進行干擾的消除及訊號的偵測。舉例來說，假設接收器接到來自行動用戶1以及行動用戶2的訊號，則OSIC偵測法將可先針對行動用戶1進行訊號偵測，再扣掉（消除）行動用戶1的干擾，而得判行動用戶2的訊號。0SIC偵測法為一種比聯合ML法運算量較低但效能卻相當的技術，然而，卻沒有進一步利用空、時碼的正交特性簡化訊號偵測器。此外’無線通訊環境是一個時變響應，傳送與接收端需要適當地可適性傳輸機制，以處理訊號的失真，達到最佳的服務品質。因此，對於ΜΙΜΟ系統也需要好的可適性傳輸機制調整方案。【發明内容】本發明提供一種ΜΙΜΟ通訊系統及其字碼選擇方法，可以利用正交式空·時區塊碼（orthogonal STBC，以下稱 0_STBC)的代數特性，進行G-STBC編碼設計，並在有限回傳資訊下，基於最小位元錯誤率（bit error rate,以下稱 BER)的條件，選擇一用以傳輸之最佳字碼結構。本發明提供一種字碼（codeword)選擇方法。此群組字碼 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 7 200816730 選擇方法適用於具有多重傳送天線與多重接收天線的通訊系統。此方法包括下列步驟。首先，發射器提供複數字碼形式。接著，接收器接收該等字碼形式，並依據一解碼方式，計算或查表得到每一該等字碼之一對應的位元錯誤率 (BER)〇其次，接收器選出一具有最小位元錯誤率的字碼形式，並回傳給發射器。最後，發射器根據具有最小位元錯誤率的字碼形式，決定用以進行資料傳輸的空-時字碼。本發明也提供一種ΜΙΜΟ通訊系統。發射器首先，發射器提供複數字碼形式。接收器接收字碼形式，並依據一解碼方式，計算或查表得到每一字碼形式之一對應的位元錯誤率。其中，接收器選出一具有最小位元錯誤率的字碼形式，並回傳給發射器，發射器再根據具有最小位元錯誤率的字碼形式，決定用以進行資料傳輸的空-時字碼。為使本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。【實施方式】第3圖顯示一個依據本發明實施例之通訊系統示意圖。通訊系統300中包含了至少一個發射器310與一個接收器320。請注意，本發明之通訊系統即為一包含接收器以及發射器設計的收發機架構，可用於ΜΙΜΟ系統。發射器310中包含了一個解多工模組312、一個調變模組314、一個群組式空-時區塊碼（group-wise STBC，G-STBC)編碼器316、一個控制器318以及TV根傳送天線T1〜TN。其中， 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；]asonkung 8 200816730 N根傳送天線T1〜TN係分辕天線群組，且每一天線群組由2〜4根天線所組成。接收器32〇中則包含了一個* 時碼通道匹配濾波器（matched fm 奶工 OSK：偵測器324、—個）個群組式 R1〜RN，且…q。 ” 326以及Μ根接收天線首先，於傳送端，輸入資料串經解多工模組312產峰數個子資料串’經由調變器314調變成f料符邮㈣⑽，再經由群組式空·時區塊碼編碼器W依據選定的字碼結構進行空·時編碼，最後由天線T1〜TN傳送至接㈣:立中，於此實_巾，字聽構包純㈣ f ς 需的傳送符元時間。双曰以及所由二:= 端:接收器320接收此傳送的訊號，經由空-日守通運匹配濾波器322進行訊號解調。其中* 士通道匹配濾波器似為-個匹配濾波通道矩陣MFc^ = -時碼通迢匹配濾波器322可據此MFCM降低接收气號= 空間維度，以供後續的群組式0SIC偵測器324進行^一步的解碼。關於匹配濾波通道矩_ MFCM白勺解碼原=以及形式，將詳細說明於下。接著，群組式〇Slc偵測哭接收經^時碼通道匹配濾波器322後的訊號，再根據⑽C 债測法則’對其進行干擾消除以及訊號偵測。上述偵測方式對應至傳送端所用的調變方式，舉例來說，當傳送端使用BPSK調變時，接收端的偵測方式便為針對二=二測，當傳送端使用QPSK調變時，接收端的偵測方式便為針對QPSK偵測。換言之，不同的調變方式，將對應不同 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 200816730 的偵測方法。由於，BPSK與QPSK的解碼分別屬於實數與複數符元的偵測，因此以下也將分別針對實數與複數符元的偵測方式進行討論。舉例來說，對於實數符元的偵測，可以直接使用天線群組式OSIC偵測法進行偵測，亦即每次疊代運算中可同時偵測出某一天線群組的全部符元資料。對於複數符元的偵測，則必須配合天線群組式偵測法則、二階段式偵測法則以及遞迴(recursive)方式進行偵測。這是因為對於複數符元的偵測而言，只有由個實數符元為單位區塊的一半符元（i.e。&個）能在OSIC的某一次疊代處理中能同時被偵測出，而這些符元若不是屬於某一天線群組中之複數符元的實數部分(Re)就是其虛數部分 (Im)。對於複數符元的天線群組式偵測法則，係指將同一天線群組的實數部分（Re)與虛數部分（Im)的結果進行平均，產生類似實數符元的矩陣結構，便可利用上述天線群組式OSIC偵測法進行偵測。二階段式偵測法則作法為先偵測具有較高鏈結能力的天線群組（乂 = 4或乂二3)，再’偵測具有較低鏈結能力的天線群組= 2)，以降低其運算複雜度。遞迴方式則是結合二階段式偵測法則，利用前一次的運算結果得到下一階段的偵測符元，可有效降低其運算複雜度。配合上述的解碼方式，將使接收器的運算複雜度降低，也簡化的接收器的設計複雜度。此外，於此實施例中，群組式OSIC偵測器324將依據給定的環境參數，——計算或查表得到每一個天線群組所對應的位元錯誤率（BER)。群組式OSIC偵測器324於計 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 10 200816730 將，貝_用選擇訊號328回傳給發射器3]0。土於上述的低複雜度的群組式0SIC偵明將發展—套無總傳送天線數目群式= 碼。在要麵舰功較資㈣輸率聞下，

的判斷條件，提供空_時丰踩fi、、隹w 據取小BER 的字碼。行碼選擇準則以適當地選擇出最佳值得注意的是，本發财用轉輸決r:收器的回傳資訊。因此，初始時，可:二。二，：气的訓練符元 -(接收為计异出最小BER的字碼後器再以此最小BER對應的字碼社播、#一—耵°。/、接收輸。此外，由於傳送端具有不同的σ字碼結料傳 ::因此設計上也可設計成可於傳輸的效能較低或由傳送端發出一個重選訊號，以要求接收組具有較小的BER值的字瑪結構來進行傳輪。因此發明可以提供可適性的傳輸調整機制。第4圖顯示-個依據本發明實施例之字碼選擇圖。百先’發射器310根據傳送天線數目"，分割成: 天線群組，提供可能的空_時字碼形式（步驟S4ig)。/ 由於本發明中訊號採用〇_STBC編碼，為符合正交的’ 性，每個天線群組内天線數只可以是2根、3根或寸此字碼形式選擇中包含了不同的天線配置方式。舉❹ 說’假設總傳送天線數N41()，财中—種字碼形式所$ 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 200816730 定的天線配置方式可能為2根天線為一組，因此，丘可分 =_天，群組，以21=(2,2,2,2,2)表示。同樣地，假設 :'m 3根、4根為_群組的天線配置方式，可 ==，4)表7Γ假設共有T1〜T1G根天線，依據心的子ΤΙ # T2將為—組同時用來傳应丁^ =日_傳送f料；純據&的字碼格式，則個天線群組形式傳送給接收器32〇。接收器 =線群組形式)(步驟，，並計算或查表得到^一空 =子碼對應的BER值（步驟_)。上述下:接著，接收器购綱）。於曰二此貝5fL的選擇訊號回傳給發射器31〇(步驟石弓社構ΊΓ射器310便根據此選擇訊號中所指定的字馬、、·。構，決疋傳輸用的字碼結構（步驟s 器與接收哭#剌6 / L 取俊表射 S460)。利用此子碼結構進行資料的傳輸（步驟請參見第5圖以及第6圖，分別顯 :選擇:法於傳送端以及接收端的流程示意圖。如第= 所不，發射器310根據總傳送天線數# =圖群組，產生可沪&枒刀J成2個天線性，候遣子碼（步驟⑽）。空-時字碼的特 ^包含編碼率、多樣增益及接收器運算複雜戶，牌# 線數，既使ill Γ 響。對於則固總傳送天便在具有相同的天線群組數目下，組結構可提供不同的編同的天線群不Π的摘率。再者，不同的天線群組結構〇96〇'A21599TWF(N2}^52^〇〇5TW;jasonkung 12 200816730 可提供不同的多樣增益，導致不同的通訊鏈結性能。此外，基於群組式OSIC偵測法則，不同的天線群組結構也將導致不同的接收器運算複雜度。因此，最佳之空-時字碼的選擇應同時考慮上述三個特性。表三列出從總天線數#= 2 至16的所有可能的空時字碼選擇2斤以及對應的編碼率及〃。表三中，/表示在總天線數#時的可能字碼數， /表示每個字碼的天線配置方式，^則表示OSIC偵測所需要的疊代運算次數。因此，不同的總傳送天線數#將具有不同的可能字碼結構。 8a-8e圖分別為依據本發明實施例在總傳送天線數為 10 時的 5 種可能的字碼(3,3,4)、（2,4,4)、（2,2,3,3)、（2,2,2,4) 以及（2,2,2,2,2)的示意圖。舉例來說，以第8c圖為例，表不在總傳送天線數I= 10、分割為Q = 4個天線群組以及字碼（天線群組結構）結構為（2,2,3，3)時的G-STBC字碼結構示意圖，其中，2根天線的部分為使用2 X 2的STBC，3 根天線的部分則使用3 X 8的STBC，並且每個群組内所使用的STBC為正交式STBC (Ο-STBC)，此字碼結構以符元時間長度W = 8為單位。由第8a-8e圖可知，在每個群組内的空-時碼必須為正交的條件下，決定天線群組結構，也將決定子碼結構。接著，傳送這些可能的空-時字碼形式到接收器320(步驟S520)。接著，等待接收器320回傳一資訊。於是，判斷接收器320是否已回傳資訊（步驟S530)。若接收器320 尚未回傳資訊（步驟S530的否），則返回步驟S530，繼續判 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；]asonkung 13 200816730 畊。右接收器320已經回傳資訊（步驟S530的是），則發射器3丨〇根據此回傳資訊中所具有的最佳字碼，決定以此最佳字碼為傳輪用的空-時字碼（步驟S540)。最後，再以此最佳空-時字碼將資料編碼後傳給接收端，進行資料 (步驟 S550)。、、於接收端，如第6圖所示，接收器320接收發射器31〇送出的空-時字碼形式（步驟1 〇)。此字碼格式中包含了不同的天線配置方式。舉例來說，假設總傳送天線數汉為1〇, 則由表三可知，其包含了 5種可能的字碼結構。接著，根據解碼方式，計算（查表）得到每一種空-時字碼對應的一個 BER值（步驟§620)。參考表三可知，於總傳送天線數為 1〇時，執行步驟S620後將得到5個BER值BER1〜BER5，以上例而言，字碼ΣΚ2,2,2,2,2)將有一對應的BER值 BER1 ’字碼Σ2(3,3,4)有一對應的BER值BER2，以此類推。接著，找到具有最小BER值的字碼格式（步驟S630)。對一糸統需求的頻譜效益Α(Μ )’），若給定位元傳輸率(即調變形式），則將定義其所對應的空_時字碼。因此，在給定的總傳送功率/V以及所需求之資料傳輸率的限制下，若選擇第y·個字碼，則需滿足其中A表示第7個字碼的整體BER值，其可計算如下：上式中，⑺為第）個模式(m〇de)下的第7個天線群組之BER ’而模式定義為一特定的空_時字碼與其所使用的 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 14 200816730 調變形式的組合。假設在osic的疊代運算過程中忽略其錯誤傳播效應（error propagation effect) ’尸％⑺可近似為偵測後的訊號對干擾及雜訊比 (signal-to-interference-plus-noise ratio, SINR) 及傳輸資料率及以的函數 P(uq ^ ? 其中 ί XI σΐυ),若爲ZF法則時 Y(iU) ^ \{l-sq{j))/sq{j)^MMMSEmjm ./ 而

U V 各為第7個天線群組之偵測後的雜訊功率及符元均方誤差。其中Η%定義如Hc，/ ( Hc，z•將於後面介紹），e/則是在於中第/個單位標準向量（unit standard vector)。本發明假設使用iaryQAM調變，則第g個天線群組之BER可近 I 似如下其中，=M，erfc〇為一互補誤差函數 (complementary error function) 〇由上式可知，在要求的傳送功率及資料傳輸率^ 限制下，根據BER性能，可選擇出具有最小BER性能所對應的字碼。假設在所有計算出的BER值中，BER2為最小BER值。此具有最小BER值所對應的字碼格式將被視 0960-A21599TWF(N2) ；P52950005TW；jasonkung 15 200816730 為最佳空-時字碼格式，因此最佳字碼格式即為其所對應的字碼，式& ,亦即，（3,3,4)將為最佳的字碼格式。於^，接收器320產生選擇訊號，此訊號中包含了最佳字碼格式為Σ2的貢訊，將此選擇訊號回傳給發射器31〇(步驟§6如）。最後，發射器310會根據此最佳字碼格式（Σ〗)進行編碼，然後與接收器進行資料的傳輸（步驟S650)。綜上述可知，依據本發明之傳輸系統及其傳輸方法可改善鏈結品質與增加資料率，並且也可使兩者之間有較好的平衡點。此外，因為傳送端使用〇-STBc編碼方式，可有效降低接收器的運算複雜度。為了說明上述天線群組的決定方式以及各種相關運算之間的關係與影響，以下將以數學公式進行說明。請注意，以下引用本發明同一發明人之博士論文“Space-time signal processing for ΜΙΜΟ wireless communications: Space-time signaling and interference suppression”（以下簡稱文獻一）部分結果，詳細的推導過程可參考發明人之論文，以下僅摘錄其部分結果，並加以改良以輔助說明。首先定義資料的格式，考慮在Rayleigh flat-fading環境下的G-STBC系統，如第3圖所示，其中傳送端放置# 個天線，接收端放置Μ個天線。7V個傳送天線將分成δ個天線群組，每個天線群組則使用2〜4根天線，使得A^i +…+ 二W。對於第7個群組，將連續個資料符元以0-STBC編碼方式進行編碼，並在心個符元時間内由乂個天線傳送出去。 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 16 200816730 若定義p max{Ud，則尤ϋν其中卜尤/心。在[個符元時間内每個天線群組將可傳送出ζ二灸厶個:立符it ’因此，在《個符元時間内由㈣天線^組y 共

Lfp

K

Kfi 個資料符元。每一個天線群組的字碼，稱為群紅字碼 (group code)，可以由' 4的空_時字碼矩陣（c〇dew〇rd matrix) 全描述。將“個群組資料符元⑽)劃資料串區塊如

Sq，偶=Sq{Lqk + I — 、丄則第g個群組的空-時字碼可寫為

Xq{k) i=l ( 1 ) 其中Ay為空-時調變矩陣(m〇dulati〇n職恤）。為了後) 續分析方便，以下定義％，/W = Rek/(叫，/ = i，…心，及 '秦吨,、㈣，1 =々+ i，.為。假設在接收端使用从個天線，則在尤個符元時間内Μ個天線上所收到的訊號為 Y(fc) - [y(fc),y(A： +1),..,y(^ ,/r ^ 1}] ^ ^ Mn^k) + v(a：< ㈣ (2) 其中= #C(7，A為第q個群組的傳送功率，並滿足 A +…+ /¾二而Pr為總傳送功率；另外，q為第^ 個群組到接收器的ΜΙΜΟ通道矩陣，最後v(々）e cMx尤為雜訊矩陣。以下的假設將在後面的討論中使用： (al)資料符元~⑷，g =丨，·』，為u d，其平均值 0960 A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 200816730 為 0 (zero-mean)，變 i 齡氣 w · . 的調變技術。“數為“咖™一’且採用相同

PQ (a 2)每—個天線群組傳送相同的功率，即Λ =. · 二 Ρτ丨 Q 0 一 q ^ ，矩陣中的每一個元素為i.i.d·複教 ff隨卿數且其平均值為〇,變異數為！，並假設在尤個付元時間内保持不變。、⑽）V⑷為空_時白色雜訊，且其平均值為〇，而變異數為4。一、、（a5)根據〇-STBC，當使用實數符元且2 $ # 4，或使用稷數符元且& = 2冑況下，採用編碼率為工 (.ate)的正父空-時區塊碼；而當使用複數符元且3 $ q 丨月’兄下，採用編碼率為1/2 (half-rate)的正交空_時區塊碼。工、實數向量模型為了分析方便，將（2)改寫成下列X }線性向量模 (3) y,(fc) :== [f {k), yT(k + 1),... ;yT(A： + K ^ 1)]T = Hcsc(k) +vc(k) 其中 y(k) ：- [R.e{yT(Ar)} Im {yT{A:)}]1 e R2M sg(k) [Re{s^(A;)} Im{s^(fc)}]y e R2^ S^(/b) ：= [l^qA · * - »

TT ^2KMx2LT Hc e K 為等效通道矩陣，且 0960 A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 200816730 s“⑽:=[§[(々)，§『(*)，…§5⑻]j e V<：{k) e R為雜訊向量。將yc(A)等式左右各乘上Hc將產生匹配濾波(matched-filtered，MF)資料向量 z(k) ：= ye(fc) = Fsc(k) + v(k) … ’ (4) 其中w為匹配濾波通道矩陣 (matched-filtered channel matrix, MFCM)，咐)⑷。以下將基於模型（4)來偵測訊號。使用實數符元下的OSIC偵測法以下採用文獻一所提出之演算法偵測傳送訊號。藉由利用匹配濾波通道矩陣F所具有的特殊結構，〇SIc偵測器可在每一次疊代運算中同時偵測出某一個天線群組的全部心=尤個符元資料，稱之為『天線群組〇SIc偵測』法。 A·匹配濾波通道矩陣為了要使OSIC法則能有效偵測出傳送訊號，必須對F 的結構進行分析。由於其偵測法則已由文獻一中提出並有完整分析’可適用於此實數符元情況，因此此處只陳述其結果。疋義Ο(ΑΓ)為一組所有具尤個獨立變數之[x火的實數正父矩陣之集合；0(Κ，Ζ)為一組所有具2個獨立變數之[x 尤的實數正交矩陣之集合。結果II.1:考慮實數符元，且2<乂，乂<4。根據 0-STBC，可知[€{2, 4}。定義為F的第㈣)個[X A： 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 200816730 區塊矩陣，其中F定義於(4)。則可得知aqI[且 eO(K)，若 p 关q。，將結果II.1的結果整理於表一，其中，為FVe的第〇，/)個區塊矩陣。F的結構圖則顯示於第7圖。 B·群組式OSIC偵測演算法接下來將發現F ―1，以粗略來說，將具有與F相同的結構。首先定義Φηβ)為一組所有可反逆(invertible)之 X的實數對稱（symmetric)矩陣之集合，使得對於 XecDn(L)而言，其中Xy為X的第队/)個尺X尤的子矩陣，可得X/，/ =馬1[且心，/ e Ο(幻當A #/。事實ΙΙ·1:若Fe〇^z(L)，則F1亦有相同結果（可參見文獻一）。，根據事實II. 1，可得到以下的結果II.2 : 結果II.2:考慮實數符元，且2^/\^，乂 <4,可知尤e{2, 4}。卩定義於(4)。則每一個F·1的尤X A：之區塊對角（diagonal)子矩陣是一個常數單位矩陣；每一個f1的非對角（off-diagonal)尤X叉區塊子矩陣屬於0(尤）。由此可知 Γ1之所有個對角線上的元素具有Z = 2個不同層級 (level)这/，/= 1，···，_/>，亦即 — \β'，· ·，，β'，β:，"·，β:，，··，βl，···，βl\ (5)，其中，（5)中每個層級这/的個數皆有尤個。由（5)可知，基於零強制（zero-forcing，ZF)準則（或最小均方誤差 (minimum mean square error，MMSE)準則），OSIC 债測器 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 20 200816730 可在初始疊代運算中同時偵測出尺個符元。基於OSIC的偵測-扣除程序，可得知在OSIC的第/ 次疊代運算中，1，…，Z -/，雜訊協方差（covariance)矩陣為1，其中

Fi = ⑹ 為OSIC第/次疊代運算中的匹配濾波通道矩陣，可藉由從中刪除由尺個行（columns)為單位的/個區塊（亦即Hy)(對應於前一次疊代運算中偵測出的訊號）。由此可知 F/ eFfX- 。結果ΙΙ·3:根據事實Π.1，可f)，且 — \β”···，β'，β2，···，β2，···，β^，···，βι\ (7) 其中氐，/為分佈於F；:1對角線上第1不同的層級，每個色各有尺個。，由以上分析可知，上述演算法可執行天線群組OSIC 偵測。使用複數符元下的OSIC偵測法雖然在使用實數符元下，可進行天線群組式OSIC偵測。然而，在複數符元使用下，將無法進行天線群組式OSIC 偵測。只有由2心個實數符元為單位區塊的一半符元（i.e.， &個）能在OSIC白勺某一次疊代處理中能同時被偵測出，而這些符元若不是屬於某一天線群組中之複數符元的實數部分就是其虛數部分。 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 21 200816730 A•匹配濾波通道矩陣任果/ 同於結果IU的結果。結果III.1:考慮複數符元，衣 0-STBC，可知夂e(2以〜 hNp，Nq H粮藏 2T ± ，}。疋義心，《為F的第0^)個2Z χ 2心區塊矩陣，苴中F宏差 zLq χ u μ於⑷。則可獲得如表二的結果。 β·群組式OSIC偵測演算法 =結果IIL1’可推哟，不再具有類似前，需要定 ?弟ζ:人璺代運算中，針對某-天線群組之—半的實二中G為弟次疊代運算中的總決策群組數目。因此，線群組將具有二個決策群組，而每—個決策群組所：，dex)的集合，因此〜=〜及％ =丨、丨，為各集合中所^的錄數目。最後定義If:=IuuI/,i/2為第z•次疊代，异中的總決策群組標號之集合，因此^丨小根據上述疋義，可知宜代運异中編碼率為i及編碼率為1/2的空_時碼之決策群及(7. 組標號.ΠπγΙρυ、在人 m 工—丨工ij il Ίι Π ϊ^ι/2 = 0, 1 Άλ/2 if Ά Π Tij — 0. (8) 此=，若將Fz•之對角線上的元素分割成。個決策群組，而每一個決策群組具有相同非零的數值，亦即〇960-A21599TWF(N2)；P52950〇〇5TW；jasonkung 〇〇 (9) 200816730 假設k，gC具有A，(G〇個不同的層級，則可得知 s/)/(Gz) SGi。接下來定義々❹)為一組所有可反逆之/ X J的實數對稱矩陣之集合，使得對於xe^(G,，切而言，可得：）X 的每-個區塊對角子矩陣為—個常數單位矩陣队，厂 1，·.·Α，其中乂 q2, 4, 8}。（K具有乃個§宮級，其中「蛛〈㈣）對於…一 X约區塊非對角子轉中的每—個4 χ4區塊子，)或是零矩陣。其中，# d = G 加』 ::或 ^j(G) W將改寫為〇結果ΠΙ.2:考慮複數符元。假設編碼率為】及編碼率為1/2的空-時碼同時存在於OSIC的/次疊代運算中即 Ζ/ίΊ # β 且石 /2 #0 .差疋義1/(幻，尽=1，...,巧，為1/中第又的元素’而Fz. 為〇ςτΓ笛7· a田、 g A為〇SIC弟,次《代運算中的匹配滹波通道矩陣，其中 “ 〇?

Jt：^J2Lwn^Y^L\Zi(9)m 托工i g~l 而 Lg e{2,4,8}。（1〇) 因此，若’則& €岛，捣)。由結果m 2可知 2 G㈤⑽不同的層級g (其中F,只有a•個不同的層級），亦即 {QiA 5 ♦ » « * Qi.Gj }

Umg(V卜也.，』邊，…务·，.,▲、} 01)

〇960-A21599TWF(N2)；P52950〇〇5TW；]asonkunS 23 200816730 由（11)可知，只有以2心個實數符元為單位區塊的一半符元（i.e·，個）能在OSIC的某一次疊代處理中同時被债測出，而這些符元若不是屬於某一天線群組中之複數符元的實數部分就是其虛數部分。因此，如此的一個偵測特性將會造成運算負擔。為解決上述之問題，隨後將開發一些降低運算複雜度的技術。在使用複數符元情況下之群組式OSIC偵測技術的實現議題此處，將討論一些群組式OSIC偵測的實現議題，包含天線群組式偵測法則、二階段式（two-stage)偵測法則及遞迴(recursive)實現。由於在使用實數符元情況下之群組式 OSIC偵測的實現，可由文獻一所提出的方法完成，因此，以下只探討如何實現在使用複數符元下之群組式OSIC偵測技術。 A.天線群組式偵測方法如結果III.2所述，分佈於F；:1對角線上的某一天線群組中共2\個元素將具有二個不同的層級/^及八」。為實現天線群組式偵測，一種最簡單的方法即是直接搜尋F；: 1對角線上決策群組的標號，檢查其哪一個標號所對應的層級最小。此一方法雖簡單但性能也較差。因此，將對應於某一天線群組的二層級久及I進行平均 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 24 (12) 200816730 並將f； 1之對角線上共個元素改寫為 diagiFr1) ~~~ [/-4,1 ? * · » ? / ^1,1·! · * * 5 ^ 可根據H…，歲Q4,搜尋其標號，檢查其哪一個標號所對應的層級最小。此一搜尋標號的方法並非是最佳的方法，因此其性能也會有所衰減，但電腦模擬中顯示此一性能衰減並不嚴重。 B. 二階段式偵測方法 …理論上，對於具有較高多樣增益的天線群組（亦即具有較多的天線數目或較低的編碼率）對抗通道衰落較為強健，性能也較優異。有鑑於此，本發明提出一種二階段式的偵測法則。其作法為先偵測具有較低編碼率的天線群組 (乂 = 4或乂 = 3)再偵測具有較高編碼率的天線群組（乂二2)，以降低其運算複雜度。相同地，此一搜尋標號的方法並非是最佳的方法，因此其性能也會有所衰減，但電腦模擬中顯示此一性能衰減並不嚴重。 \ C. 遞迴形式實現為了要進一步減緩接收器計算量，採用類似文獻一所提出的遞迴法則實現群組式OSIC偵測器。但文獻一所提出的方法無法直接並完全地適用在此發明中，需做一些修改才能予以使用。由結果III.2可知，在中能夠形成正交矩陣的最小維度為4 X 4，其中，為F;1的第(ρ，α)個子矩陣。因為此 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 25 200816730 一基於遞迴法則的實現，一次只能處理一個區塊正交矩 =，因此當Fz•的維度彳艮大時，直接對其群組式〇SI(：偵測 =以遞迴方式實現將需要較多的遞迴次數，造成較大的計 #里但幸運地，若結合二階段式偵測法則，將可輔助降低其運算量。假設在5 !對角線上屬於某一天線群組的元素具有二個不同的層級。若①為第z•個疊代運算中的匹配濾波通道矩陣。則F/m可分割如下

fv F?； ί BL d. 2L (13)、 ^ 而Aw為常數。進一步’右假设2(4 -2:乂)x2(i：r _亡乂 )維度的L為巧 ' 的 principle子矩陣，且F〇1 = F ,。由（13)並利用⑴觀——腦 for block matrix，F; i 可表示如下 KFr bm: 由（14)可得知 .· + (15) 利用matrix inversion lemma，並經推導可獲得 (16)

其中，D

JB (14) 其中，Ε;·_ , :：= F ,Β.，且 yi-\ 0, (u-\ (】i-\ (li-\ <7/-l 其中’ ’ j = 1，2，為常數。上述的推導利用Fw及u的資訊下，提供了一個簡單的遞沿么式异出F；· 1，而不具有任何直接反矩陣運算， 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 26 200816730 因此可有效地降低其運算複雜度。上述說明提供數種不同實施例或應用本發明之不同特性的實施例。實例中的特定裝置以及方法係用以幫助闡釋本發明之主要精神及目的，當然本發明不限於此。因此，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 27 200816730 【圖式簡單說明】第1圖係顯示一習知的空-時區塊編碼系統示意圖。第2圖係顯示另一習知的空-時區塊編碼系統示意圖。第3圖顯示一依據本發明實施例之通訊系統示意圖。第4圖係顯示一依據本發明實施例之字碼選擇流程圖。第5圖以及第6圖，分別顯示依據第4圖之字碼選擇方法於傳送端以及接收端的流程示意圖。第7圖顯示一依據本發明實施例之匹配濾波通道矩陣 (MFCM)示意圖。第8a-8e圖，分別顯示依據本發明實施例在總傳送天線數為10時的5種可能的群組式空-時字碼不意圖。【主要元件符號說明】 300〜通訊系統； 310〜發射器； 312〜解多工模組； 314〜調變模組； 316〜0-8丁8(3編碼器； 318〜控制器； 320〜接收器； 322〜空-時碼匹配濾波器； 324〜群組式OSIC偵測器； 326〜多工器； 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 28 200816730 328〜選擇訊號； T1-TN〜傳送天線； R1-RM〜接收天線； S410-S460〜步驟； S510-S550〜步驟； S610-S650〜步驟； 0(尤)〜正交矩陣； #〜總傳送天線數；尤〜符元時間。 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung

Claims

200816730 十、申請專利範圍： .卞,（c〇aeworc〇選擇方法，出通訊系統，該通訊系統具有多、夕輸入多輸線，該方法包括·· 傳迗天線與多重接收天一發射器提供複數字碼形式；並依據一解碼方式，計之一對應的位元錯誤率接收态接收該等字碼形式，异或查表得到每一該等字碼形式 (bit error rate, BER); 該接收器選出回傳給該發射器；一具有最小位元以及錯誤率的字碼形式並 —越射為根據該具有最小位元錯誤率的字碼疋用以進行資料傳輸的字碼。，、、/式决歸2::。1請專利靖1項所述之字碼選擇方法，其中忒叙射為執行下列步驟： τ 式產:r碼形式依據接收之該字碼形式 d亥決疋之字碼進行傳輸。 3·如申請專利範圍第1 6亥接收裔執行下列步驟： ’決定用以傳輸之字碼，並用項所述之字碼選擇方法，其中接收該發射器之該等字碼形式；根據。亥解碼方式，計算出每一該等字碼形式之該對應的位元錯誤率（BER);以及 W 傳送該選擇訊號至該發射器，用以決定該發射器傳輸〇960-A21599TWF(N2)；P5295〇〇〇5Tw；jas〇nkung 30 200816730 用之字碼，之資ί:該選擇訊號中包括具有最小位元錯誤率之該字瑪該字4碼Γ擇利1i㈣1項所述之字碼選擇方法，其令、擇係為一空-時(ST)字碼選擇。每一第1項所狀字闕擇方法，其中 6.如由Λ白^木用正交式空_時碼（〇_STBC)編碼。该等备利範圍第1項所述之字韻擇方法，盆令 …7 士―由该主等字碼内包含^根天線，且〜為2、3或4。母-該等字碼内的天線數目物同。、擇方法其中請專利範圍第1項所述之字碼選擇方法，盆中 Λ 排軸進式干擾消除（〇SIC)偵测方法。 °月專利範圍第1項所述之字碼該偵測方式為兩階段式_法。 k擇方法’其甲讥如申請專利範圍第9項所述之字碼該兩階段式摘測方法包括先偵測具有3或4^ =的群組’再偵測具有2根天線的字碼群組。〃子碼中^貞專利範㈣1G項所叙字觸擇方法，盆中遞迴偵測方式進行兩階段:、 ^如申凊專利範圍第8項所述之字碼選擇方法，並中法;行==/刚利_序漸進式干嶋 13.如申請專利範圍第8項所述之字碼選擇方法，其中〇960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；]asonkung ^ 200816730 在複數符兀下，接收器採用將每一 — 與—虛數部分的信號進行平均，以之一貫數部分仃十构，以進仃天線群組式偵 4-種通訊“，其具有多重傳送天線，至少包括：里妖Η又大一發射态，用以提供複數字碼形式；以及接收該等字碼形式，並依據—解碼方式， ^了或查表^1母—該等字碼形式之—對應的位元錯誤其中1接收||選出—具有最小位元錯誤率的字碼形 :亚回（給錢射器’該發射隸據該誤率的字碼形式，決定心進行㈣傳輸的字碼。认 15.如申請專利範圍第14項所述之通訊系統，發射器更包括：〃一解多工杈組，用以將輸入資料產生多重子資料串；凋义杈組，用以將該等子資料串調變為複數調元（symbol) ; 了一群組式空-時區塊碼（group_wise space_t職⑽沙 e, G STBC)編石馬态’用以將調變後之該等調變符元群組式空-時區塊編碼；以及一控制器’心提供該等字碼形式，並依據該接收哭回傳之該具有最小位元錯誤率的字碼形式’決定用以資料傳輸的字碼。 16.如申請專利範圍第15項所述之通訊系統，其中訪接收器更包括： ^ 0960-A21599TWF(N2);P52950005TW；iasonkung 32 200816730 工寸馬通道匹配濾波器（space-time matched filter, MF)’用崎低該發射器傳送之編碼訊號空間維度；偵測态，用以偵測該編碼訊號；以及多工為，用以將偵測後之該訊號還原成原來資料。一」亡申請專利範圍第16項所述之通訊系統，其中每孩等字碼内皆採用正交式空_時碼（〇_stbc)編碼。一^Μ請專利範圍第Π項所述之通訊⑽，其中每。亥等子碼内包含乂根天線，且％為2、3或4。一上！!亡中請專利範圍第18項所述之通訊系統’其中每一該等字碼内的天線數目乂係不同。 …20·如申請專利範圍第14項所述之通訊系統，其中該 Μ偵財式為排序漸進式干擾;肖除(qsic)偵測方法。 21·如申請專利範圍第14項所述之通訊系統，其中該偵測方式為兩階段式偵測法。 22·如申請專利範圍第21項所述之通訊系統，其中該兩階段式偵測法包括先解碼具有3或4根天線的字碼群組，再解碼具有2根天線的字碼群組。 23·如申請專利範圍第22項所述之通訊系統，其中該偵劂方式包括利用遞迴偵測方式進行偵測。 —24·如申凊專利範圍第16項所述之通訊系統，其中在 ^寸元的角午碼下，该偵測器係為一執行排序漸進式干擾消除進行天線群組式偵測之偵測器。 ' 、—25’如申請專利範圍第17項所述之通訊系統，其中在、—數付元下，该偵測器係為一執行將每一該等字碼之一實 1599TWF(N2);P5295〇〇〇5Tw；]asonkung 200816730 以進行天線群組式數部分與一虛數部分的信號進行平均偵測之偵測器。 0960-A21599TWF(N2)；P52950005TW；jasonkung 34