TWI390873B - 在無線通訊系統中多天線之階層式編碼 - Google Patents
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Description
本申請案主張優先於2003年9月25日提出申請之美國臨時專利申請案第60/506,466號，該申請案之全部內容皆以引用方式併入本文中。
本發明概言之係關於通訊，更具體而言，係關於用於在無線通訊系統中實施階層式編碼之技術。
無線通訊系統廣泛用於提供諸如語音、封包資料、廣播等各種通訊服務。該等系統可藉由共用可用系統資源之方式同時為多個使用者提供通訊。此等系統之某些實例包括分碼多向進接(CDMA)系統、分時多向進接(TDMA)系統、及分頻多向進接(FDMA)系統。
無線通訊系統可提供廣播服務，此通常需要將廣播資料傳輸至一指定廣播區域中之使用者而非具體使用者。由於廣播傳輸旨在供廣播區域中之多個使用者接收到，因而廣播資料速率通常取決於通道狀態最差之使用者。通常，最差情況使用者之位置遠離一發射基地台且具有低的訊號雜訊比(SNR)。
廣播區域中之各使用者通常會經歷不同之通道狀態，獲得不同之SNR，並能夠以不同之資料速率接收資料。因此，可使用階層式傳輸來改良廣播服務。藉助階層式傳輸，可將廣播資料劃分成一「基本流」及一「增強流」。該基本流
之傳輸方式使廣播區域中之所有使用者皆可恢復該基本流，而增強流之傳輸方式僅使經歷較佳通道狀態之使用者可恢復該增強流。階層式傳輸亦稱作階層式編碼，其中此處所用術語「編碼」係指通道編碼而非在發射機處實施之編碼。
一種執行階層式編碼之習知方法係藉助非一致性調變。在此種方法中，係使用一第一調變方案來調變基本流之資料，而使用一疊置於該第一調變方案上之第二調變方案來調變增強流之資料。該第一調變方案通常係一諸如QPSK等低階調變方案，第二調變方案亦可為QPSK。在此種情況下，所得到的兩個流之已調變資料皆可類似於16-QAM調變資料。廣播區域中之所有使用者皆能夠使用QPSK解調變來恢復基本流。具有較佳通道狀態之使用者亦能夠藉由移除由基本流引起之調變來恢復增強流。使用非一致性調變之階層式編碼係由諸如直接視訊廣播標準T(DVB-T)系統(Direct Video Broadcasting standard T(DVB-T)system)等某些習知系統來執行。
階層式編碼通常用於單輸入單輸出(SISO)系統。SISO系統在發射機處使用一單個天線，在接收機處亦使用一單個天線。對於SISO系統而言，可使用(舉例而言)如上所述之非一致性調變來執行階層式編碼。
無線通訊系統亦可在發射機或接收機處，或同時在發射機及接收機二者處使用多個天線。該等多個天線可用於提供分集以防出現有害之路徑效應，及/或用於提高傳輸容
量，該兩種作用皆為吾人所欲。在此項技術中，需要提供一種在無線通訊系統中執行多天線之階層式編碼之技術。
本文提供在一多天線通訊系統中執行階層式編碼之技術。該系統可為一在發射機處具有多個天線之多輸出單輸入(MISO)系統、一在接收機處具有多個天線之單輸入多輸出(SIMO)系統、或者一在發射機及接收機處皆具有多個天線之多輸入多輸出(MIMO)系統。該等技術可用於向能夠獲得不同SNR之不同接收實體發射多個資料流(例如一基本流及一增強流)。
在MISO或MIMO系統中之發射機處，分別對基本流及增強流實施編碼及調變，以分別獲得第一及第二資料符號流。然後，根據一第一空間處理方案(例如一發射分集方案或一空間多工方案)來處理第一資料符號流，以獲得一第一組符號子流。並根據一第二空間處理方案(例如一發射分集方案或一空間多工方案)來處理第二資料符號流，以獲得一第二組符號子流。各種發射分集方案及空間多工方案將在下文中闡述。然後，將第一組符號子流與第二組符號子流相組合，從而獲得多個發射符號流以供自多個發射天線發射。此種組合作業可藉由將第一組符號子流與第二組符號子流進行時分多工(TDM)以獲得多個發射符號流來達成。或者，亦可藉由如下使用疊加來達成組合作業：(1)以一第一比例因數按比例縮放第一子符號子流，(2)以一第二比例因數按比例縮放第二組符號子流，及(3)將第一組按比例縮
放之符號子流與第二組按比例縮放之符號子流相加以獲得多個發射符號流。該第一及第二比例因數分別確定對基本流及增強流使用的發射功率大小。
視基本流及增強流係使用TDM還是使用疊加來傳輸而定，可使用不同之接收機架構來恢復該等流。若使用TDM，則SIMO或MIMO系統中之接收機首先將經由多個接收天線獲得之多個接收符號流實施解時分多工，以提供對應於基本流之第一組接收符號子流及對應於增強流之第二組接收符號子流。然後，根據第一空間處理方案來處理第一組接收符號子流，以獲得一第一已恢復資料符號流，並進一步解調變及解碼該第一已恢復資料符號流，以獲得一已解碼基本流。並根據第二空間處理方案來處理第二組接收符號子流，以獲得一第二已恢復資料符號流，然後，進一步解調變及解碼該第二已恢復資料符號流，以獲得一已解碼增強流。
而若使用疊加，則SIMO或MIMO系統中之接收機首先根據第一空間處理方案來處理該等多個接收符號流，以獲得第一已恢復資料符號流，然後解調變及解碼該第一已恢復資料符號流，以獲得已解碼基本流。然後，估計並自接收符號流中消除由該已解碼基本流引起之干擾，以獲得已修正符號流。接下來，根據第二空間處理方案來處理已修正符號流，以獲得第二已恢復資料符號流，然後，解調變及解碼該第二已恢復資料符號流以獲得已解碼增強流。亦可以多個階段來恢復增強流，其中在每一階段中恢復對應於
其中一個發射天線之已解碼增強子流。
本發明之各種態樣及實施例將在下文中予以詳述。
本文所用措辭「實例性」意指「用作一實例、範例或例解」。本文中描述為「實例性」之任何實施例或設計皆未必應視為較其他實施例或設計為佳或有利。
本文所述用於執行階層式編碼之技術可用於各種類型之無線通訊系統，包括單載波及多載波通訊系統。多載波系統之實例包括正交分頻多向進接(OFDMA)通訊系統、正交分頻多工(OFDM)系統等等。為清晰起見，下文中將針對一單載波系統來具體闡述該等技術。
圖1顯示一SISO系統100，該SISO系統100具有一發射機110及兩個使用者A及B所用之兩個接收機120a及120b。一般而言，一SISO系統可包括任意數量之發射機及任意數量之使用者所用的任意數量之接收機。為簡明起見，在圖1中僅示出且在下文中僅考量一個發射機及兩個使用者所用之兩個接收機。對應SISO系統100，發射機110配備有一單一天線，每一接收機120a及120b亦分別配備有一單一天線。發射機110與接收機120a之間的通訊通道具有一複通道增益h a
及一雜訊變異σ a
。發射機110與接收機120b之間的通訊通道則具有一複通道增益h b
及一雜訊變異σ b
，其中σ b
>σ a
。因此，使用者A會獲得一較使用者B為高之SNR。
可構建一將廣播資料劃分成一基本流及一增強流之雙層
式廣播服務。該基本流係以一可使使用者A及B皆可接收到的速率進行發送，該增強流則以一可使具有較佳SNR之使用者A接收到的速率進行發送。使用者A及B代表兩個不同的使用者組，該等兩個不同的使用者組能夠獲得兩個不同的SNR範圍。該等兩個流可使用一時分多工(TDM)方案或一疊加方案來發送。
對應時分多工方案，係在一部分時間中發送基本流，而在其餘時間中發送增強流。在使用TDM方案情況下，SISO系統100中使用者A及B之信號模型可表示為：y a
=s
+n a
，及y b
=s
+n b
， 方程式(1)
其中s
係發射機所發送之資料符號，其可對應於基本流或增強流；y a
及y b
分別係使用者A及B所接收之符號；及n a
及n b
係使用者A及B分別觀測到的雜訊的獨立高斯隨機變數，其變異分別為及。
方程組(1)假定每一使用者A及B皆具有一加性白高斯雜訊(AWGN)。AWGN通道之主要特徵在於其具有一恒定之通道增益，在方程組(1)中假定該通道增益等於1(即h a
=h b
=1)。
使用者A及B所用最大速率可表示為：
其中P
為該等資料符號所用發射功率；及C a
及C b
分別為使用者A及B所用最大速率。
方程組(2)係基於向農容量函數，向農容量函數給出了可在一具有一既定通道響應及一既定雜訊變異之通訊通道上可靠傳輸的理論最大資料速率。向農容量假定一AWGN通道模型及一不受約束之字母：其中資料符號並不侷限於一信號星象圖上的各特定點。向農容量亦稱作無約束容量。容量亦稱作頻譜效率，二者之單位皆為位元/秒/赫茲(bps/Hz)。
由方程組(2)可見，通訊通道可支援一用於使用者B之速率C b
，該速率C b
亦可被使用者A接收到。通訊通道亦可支援一用於使用者A之速率C a
，由於σ b
>σ a
，因而該速率C a
大於用於使用者B之速率C b
。速率單位元通常為位元元/秒(bps)。為簡明起見，在下文說明中以歸一化單位元bps/Hz來表示速率。
對於TDM方案，基本流係在一部分時間中發送並需要使使用者A及B二者皆接收到，其中由於σ b
>σ a
，因而使用者B之SNR最差。增強流則在其餘時間中發送，且僅需由使用者A接收到，亦即未考慮使用者B。在TDM方案中，使用者A及B可獲得之總速率可表示為：R b
=α
．C b
，及R a
=α
．C b
+(1-α
)．C a
=R b
+R e
， 方程式(3)其中，α為發射基本流的時間部分，其中1α0；(1-α)為發射增強流之時間部分；R b
及R e
分別為基本流及增強流之速率；及R a
及R b
分別為使用者A及B之總速率。
方程組(3)表明，使用者B之速率R b
等於基本流之速率，而使用者A之速率R a
等於基本流之速率R b
加上增強流之速率R e
。
對於疊加方案，則係將基本流及增強流相組合並同時發送之。發射功率P
係在該等兩個流之間進行劃分。在SISO系統100中，在疊加方案情況下使用者A及B之信號模型可表示為：
其中，s b
及s e
分別為基本流及增強流之資料符號；α為基本流所用之發射功率部分；及(1-α)為增強流所用之發射功率部分。
在接收機處，首先藉由將增強流視為加性資訊，自一接收信號中恢復出基本流。一旦已恢復出基本流，即估計並自接收信號中移除由基本流引起之干擾。然後，藉由移除基本流來恢復增強流。在疊加方案中，使用者A及B可獲得之總速率可表示為：
方程組(5)亦基於向農容量函數及使用一AWGN通道模型及一無約束字母表此一假定。
在方程式(5a)中，基本流之速率R b
係根據基本流之發射功
率α
．P
及總雜訊(1-α
)．P
+來確定，其中項(1-α
)．P
為由增強流引起之干擾。在方程式(5b)中，增強流之速率R e
係根據增強流之發射功率(1-α
)．P
及總雜訊來確定，其中假定由基本流引起之干擾已徹底消除。使用者B之速率R b
等於基本流之速率，而使用者A之速率R a
等於基本流之速率R b
加上增強流之速率R e
。
圖12顯示在一具有AWGN通道之SISO系統中，在使用TDM方案及疊加方案情況下速率區域之曲線圖。其中豎直軸代表使用者B之速率R b
，其亦為基本流之速率。水平軸代表使用者A之速率R a
，其為基本流與增強流之組合速率。在圖12中，速率R a
及R b
二者皆以單位bps/Hz來表示。圖12表示瑞立衰落通道情況下之效能。儘管本文所述階層式編碼技術可用於不同之通道類型，然而其效能可相依於通道類型之統計資料。
曲線1210表示在TDM方案情況下，對於不同的α值可獲得之速率R a
及R b
。該等速率係使用方程組(2)及(3)計算得出，其中P
/=20 dB且P
/=5 dB。當α=1時，僅發射基本流，此時R a
=R b
=2.06 bps/Hz且R e
=0。當α=0時，僅發射增強流，此時R a
=R e
=6.66 bps/Hz且R b
=0。在TDM方案情況下，對應於其他α值之速率R a
及R b
由曲線1210表示。
曲線1220表示在疊加方案情況下，對於不同的α值可獲得之速率R a
及R b
。該等速率係使用方程組(5)計算得出，其中P
/=20 dB且P
/=5 dB。
TDM方案情況下之速率區域為曲線1210下方之區域，而
疊加方案情況下之速率區域為曲線1220下方之區域。速率區域愈大，即癒合吾人之意。圖12表明，疊加方案之速率區域大於TDM方案，因而疊加方案具有更佳之效能。
上文對TDM及疊加方案之說明係假定具有一AWGN通道。對於一平坦衰落通道，自發射機至每一使用者之複通道增益可由一通道變數h
表示，如圖1所示。該通道變數假定為一平均值為0、變異為1且對於兩個使用者同等分佈之複高斯隨機變數。
在SISO系統100中使用疊加方案情況下，當為一平坦衰落通道時，使用者A及B可達成之總速率可表示為：
其中E
{v
}表示v
之預期值。方程組(6)係基於一遍歷容量函數，其可在假定有通道變數h
之條件下給出預期的最大資料速率。在使用一平坦衰落通道時，在TDM方案情況下使用者A及B可獲得之速率亦可以類似方式得出。
圖2A顯示一SIMO系統200a，該SIMO系統200a具有一發射機210a及兩個使用者A及B所用之兩個接收機220a及220b。對應一(1,N R
)SIMO系統，發射機配備有一單個天線，接收機配備有N R
個天線，其中N R
>1。為簡明起見，圖2A顯示一其中每一接收機220a及220b皆配備有兩個天線之(1,2)SIMO系統。發射機210a與接收機220a之間的通訊通道
具有一通道響應向量h a
及一雜訊變異σ a
。發射機210a與接收機220b之間的通訊通道具有一通道響應向量h b
及一雜訊變異σ b
，其中σ b
>σ a
。對應於每一使用者之通道響應向量h
皆包含N R
個元素，該等N R
個元素對應於該單個發射天線與該使用者之N R
個接收天線中每一接收天線之間的複通道增益，亦即 h
=[h 1 h 2
...] T
，其中" T
"表示轉置。
對於SIMO系統，可使用接收機處之多個天線來獲得更大的分集。SIMO系統200a中使用者A及B之信號模型可表示為： y a
= h a s
+ n a
，及 y b
= h b s
+ n b
， 方程式(7)其中，h a
及h b
分別為使用者A及B之通道響應向量；n a
及n b
分別為使用者A及B之雜訊向量；及y a
及y b
分別為具有對應於使用者A及B之N R
個接收天線之N R
個接收符號之向量。
使用者i
之一接收機可按下式所示來恢復一發射資料符號s
：
其中，G simo
為使用者i之總通道增益；為對發射機所發送資料符號s
之估計值；及為對應於使用者i之經後處理之雜訊。
N R
個接收天線之總通道增益為G simo
=|h 1
|2
+|h 2
|2
+...+||2
。對於一其中N R
=2之(1,2)SIMO系統而言，G simo
為一具有兩個自由度之卡方變數(其假定使用一瑞立衰落通道)，且獲得
二階分集。本文所述之階層式編碼技術並不相依於任何具體之通道統計模型，而是亦可應用於其他通道類型。方程式(8)表示對於M階相移鍵控(M-PSK)信號星象圖的接收機處理。亦可對M階正交調幅(M-QAM)信號星象圖進行類似之接收機處理。在發射機及接收機處對基本流及增強流實施的處理將在下文中進一步詳述。
當為一平坦衰落通道時，在SIMO系統中使用TDM方案情況下，使用者A及B可獲得之速率可表示為：
當為一平坦衰落通道時，在SIMO系統中使用疊加方案情況下，使用者A及B可獲得之速率可表示為：
圖2B顯示一MISO系統200b，該MISO系統200b具有一發射機210b及兩個使用者A及B所用之兩個接收機220c及220d。對於一(N T
,1)MISO系統，發射機配備有N T
個天線，接收機配備有一單個天線，其中N T
>1。為簡明起見，圖2B顯示一其中發射機210b配備有兩個天線且每一接收機220c及220d皆配備有一單個天線之(2,1)MISO系統。發射機210b與接收機220c之間的通訊通道具有一通道響應向量及一
雜訊變異σ a
。發射機210b與接收機220d之間的通訊通道具有一通道響應向量及一雜訊變異σ b
，其中σ b
>σ a
。
對於MISO系統，可使用發射機處之多個天線來獲得更大的分集。具體而言，可如下文所述，使用一發射分集方案在多個發射天線上發送基本流及增強流。MISO系統200b中使用者A及B之信號模型可表示為：
其中，x
為一向量，其由該發射機處之N T
個天線所發送之N T
個發射符號組成；及分別為對應於使用者A及B之通道響應向量；n a
及n b
分別為使用者A及B所觀測到的雜訊；及y a
及y b
分別為使用者A及B之接收符號。
由發射符號組成之向量x
係藉由對資料符號執行空間處理而獲得。在MISO系統中在發射機及接收機處執行之空間處理將在下文中進一步詳述。
圖2C顯示一MIMO系統200c，該MIMO系統200c具有一發射機210c及兩個使用者A及B所用之兩個接收機220e及220f。對於一(N T
,N R
)MIMO系統，發射機配備有N T
個天線，接收機配備有N R
個天線，其中N T
>1且N R
>1。為簡明起見，圖2C顯示一其中發射機210c配備有兩個天線且每一接收機220e及220f亦皆配備有兩個天線之(2,2)MIMO系統。
圖3顯示一發射機210x及一接收機220x之方塊圖。發射機
210x係圖2B所示發射機210b及圖2C所示發射機210c之一實施例。接收機220x係圖2A所示接收機220a和220b以及圖2C所示接收機220e和220f之一實施例。
在發射機210x處，一TX資料處理器310接收、編碼、交插及調變基本流資料{d b
}並提供一調變符號流{s b
}。TX資料處理器310亦接收、編碼、交插及調變增強流資料{d e
}並提供一調變符號流{s e
}。在本文中，該等調變符號亦稱作資料符號。一TX空間處理器320對該等兩個資料符號流{s b
}及{s e
}執行空間處理並多工於引示符號中，然後提供兩個發射符號流{x 1
}及{x 2
}。發射單元(TMTR)322a及322b分別接收及處理該等兩個發射符號流{x 1
}及{x 2
}，以獲得兩個已調變信號，然後，自天線324a及324b發射之。
在接收機220x處，由天線352a及352b接收到發射機210x所發射之該等兩個已調變信號。然後，由接收單元(RCVR)354a及354b分別調節、數位化及處理自天線352a及352b接收到的信號，並提供兩個接收符號流{y 1
}及{y 2
}。然後，由一RX空間處理器360處理該等兩個接收符號流{y 1
}及{y 2
}，以獲得兩個已恢復資料符號流及，該等兩個已恢復資料符號流及係對發射機210x所發送之兩個資料符號流{s b
}及{s e
}之估計值。一RX資料處理器370解調變、解交插及解碼已恢復資料符號流，以獲得一已解碼基本流。RX資料處理器370亦解調變、解交插及解碼已恢復資料符號流，以獲得一已解碼增強流。發射機210x及接收機220x處之該等處理單元將在下文中進一步詳述。
控制器330及380分別控制發射機210x及接收機220x處之作業。記憶體332及382分別儲存控制器330及380所用程式碼及資料。
圖4A顯示發射機210x內TX資料處理器310及TX空間處理器320之一實施例之方塊圖。在TX資料處理器310內，一編碼器412a接收基本流資料{d b
}並根據一所選編碼方案將其編碼，以提供碼位元。下文中將闡述編碼器412a之一實例性設計。藉由編碼，可提高資料傳輸之可靠性。所選編碼方案可包括卷積碼、turbo碼、CRC碼、區塊碼、或其一組合。一通道交插器414a根據一具體交插方案對來自編碼器412a之碼位元進行交插(即重排)。藉由交插，可為碼位元提供時間、頻率及/或空間分集。然後，一調變器416a根據一或多個調變方案來調變(即符號映射)來自交插器414a之已交插資料，以提供調變符號。該調變作業可藉由如下來達成：(1)劃分成若干由B個已解交插位元組成之組，以形成B-位元二進制值，其中B1，及(2)將每一B-位元二進制值映射至所選調變方案之信號星象圖中一點之複數值。調變器416a提供一調變符號(即資料符號)流，其中每一資料符號皆為一複數值。可對基本流中之每一資料封包執行編碼、通道交插及調變。
增強流資料{d e
}係由一編碼器412b編碼、由一通道交插器414b交插、然後由一調變器416b映射成調變符號。增強流之編碼、交插及調變方案既可相同於亦可不同於基本流。為達成下文所述之某些傳輸方案，可將增強流解多工
成對應於兩個發射天線之兩個資料子流。然後，分別對每一資料子流實施編碼、交插及調變，以使接收機可分別恢復該等兩個資料子流。為簡明起見，未將此繪示於圖4A中。
圖4B顯示一平行並置卷積編碼器412x，其可用於圖4A中之每一編碼器412a及412b。編碼器412x包含兩個組成卷積編碼器452a及452b、一碼交插器454及一多工器(MUX)456。碼交插器454用於根據一具體之碼交插方案來交插基本流或增強流之資料位元{d
}。
組元編碼器452a接收各資料位元{d
}並以一第一組元碼對其編碼，並提供第一同位位元{c p
1
}。同樣地，組元編碼器452b自碼交插器454接收已交插資料位元並以一第二組元碼對其編碼，並提供第二同位位元{c p
2
}。組元編碼器452a及452b可分別以碼率R 1
及R 2
構建兩個遞回系統性組元碼，其中R 1
既可等於亦可不等於R 2
。多工器456接收並多工複用資料位元{d
}(亦表示為{c data
})、來自編碼器452a之第一同位位元{c p
1
}、來自編碼器452b之第二同位位元{c p
2
}，然後提供基本流或增強流之碼位元{c
}。通常係每次對一個資料封包執行編碼。
圖4B顯示該編碼器之一實例性設計。亦可使用其他類型之編碼器，此亦歸屬於本發明之範疇內。此外，亦可對基本流及增強流使用相同或不同類型之編碼器。
編碼器412、通道交插器414及調變器416之其他實例性設計闡述於2002年10月25日提出申請且名稱為「MIMO WLAN系統(MIMO WLAN System)」的共同受讓之美國臨時專利
申請案第60/421,309號中。
在TX空間處理器320內，一TX發射分集/空間多工(Div/SM)處理器420a對基本流之資料符號{s b
}執行空間處理，並為兩個發射天線提供兩個符號子流。一TX Div/SM處理器420b對增強流之資料符號{s e
}執行空間處理，並為兩個發射天線提供兩個符號子流。對於MISO系統，TX Div/SM處理器420a及420b係如下文所述，針對一發射分集方案執行空間處理。而對於MIMO系統，TX Div/SM處理器420a及420b可針對一發射分集方案、空間多工方案或某些其他發射方案來執行空間處理。TX Div/SM處理器420a及420b所執行空間處理將在下文中詳述。一組合器440接收並將基本流之兩個符號子流與增強流之兩個符號子流相組合，以獲得兩個發射符號流{x 1
}及{x 2
}。組合器440可執行一TDM方案、一疊加方案或某些其他方案，且亦將在下文中予以詳述。然後，將發射符號流{x 1
}及{x 2
}分別提供至發射單元322a及322b。
重新參見圖2C，MIMO系統200c中使用者A及B之信號模型可表示為： y a
= H a x
+ n a
，及 y b
= H b x
+ n b
， 方程式(12)其中H a
及H b
為分別對應於使用者A及B之N R
×N T
階通道響應矩陣，所有其他項皆已在上文中進行了定義。
對應於每一使用者之通道響應矩陣H
皆包括N R
×N T
個元，該等元分別對應於該等N T
個發射天線中每一發射天線與該
使用者之N R
個接收天線中每一接收天線之間的複通道增益。在下文說明中，假定(1)該通道響應矩陣在接收機處係已知，及(2)該等通道增益已歸一化以使對應於每一接收天線之N T
個通道增益的變異之和等於1。
對於MIMO系統，發射機之N T
個發射天線與彼使用者之N R
個接收天線皆可針對每一使用者構成一MIMO通道。該MIMO通道由N s
個空間通道構成，其中N s min{N T ,N R
}。若利用該等N s
個空間通道，則MIMO系統之效能可得到改良(例如傳輸容量增大及/或可靠性提高)。
MIMO系統中之多個發射天線及多個接收天線可用於支援各種空間處理方案，包括發射分集方案、空間多工方案、環形發射方案及各別天線發射方案。下文將對該等空間處理方案加以闡述。
A.發射分集
對於發射分集方案，每一資料符號皆係由多個發射天線進行冗餘發送，以提高可靠性。就錯誤機率而言，發射分集方案通常較其他空間處理方案更為健壯。
圖5A顯示一發射分集處理器510之方塊圖，該發射分集處理器510執行一空間-時間發射分集(STTD)方案。發射分集處理器510可用於圖4A所示TX Div/SM處理器420a及/或TX Div/SM處理器420b。發射分集處理器510亦可用於MISO系統及MIMO系統。
在發射分集處理器510內，一解多工器(Demux)512接收並將資料符號流{s
}(其可為基本流之資料符號流或增強流之
資料符號流)解多工成兩個資料符號子流{s 1
}及{s 2
}。然後，一空間-時間編碼器520對該等兩個子流{s 1
}及{s 2
}執行STTD編碼，並提供兩個經STTD編碼之符號子流及。資料符號流{s
}係以符號速率提供，該等兩個資料符號子流{s 1
}及{s 2
}係以符號速率之一半來提供，經STTD編碼之符號子流及則係以符號速率提供。
STTD編碼可使用若干種方式執行。對於圖5A所示實施例，係將資料符號子流{s 1
}及{s 2
}分別提供至多工器(Mux)528a及528b的一「0」輸入端。子流{s 1
}還會由一延遲單元522b延遲一個符號週期，在經由一單元526反相及共軛後，提供至多工器528b之一「1」輸入端。子流{s 2
}亦會由一延遲單元522a延遲一個符號週期，在經由一單元524共軛後，提供至多工器528a之一「1」輸入端。每一多工器528a及528b皆以符號速率在「0」與「1」輸入端之間雙態觸變，並提供一相應的經STTD編碼之符號子流。
對於圖5A所示實施例，對於在兩個資料符號子流{s 1
}及{s 2
}上接收到的每一對資料符號(s 1
,s 2
)，空間-時間編碼器520皆提供符號對(s 1
,s 2
)並隨後提供符號對，其中「＊
」表示複共軛。符號對(s 1
,s 2
)係由兩個發射天線在第一符號週期中發送，而符號對則係在第二符號週期中發送。對於方程組(12)，向量 x
(1)=[s 1 s 2
] T
係在第一符號週期中發送，而向量 x
(2)=則在第二符號週期中發送。舉例而言，若將資料符號流表示為{s
}=s 1 s 2 s 3 s 4 s 5 s 6
...，則資料符號子流將為{s 1
}=s 1 s 3 s 5
....及{s 2
}=s 2 s 4 s 6
...，且經STTD編碼之符號子流為
若接收機配備有一單個接收天線(例如圖2B所示MISO系統200b中之接收機220c及220d)，則所接收符號可表示為：
其中，y
(1)及y
(2)為兩個接收符號，其對應於兩個連續之符號週期；h 1
及h 2
為自兩個發射天線至該接收天線之通道增益，假定其在該2-符號週期中恒定不變；及n
(1)及n
(2)分別為兩個接收符號y
(1)及y
(2)之雜訊。
然後，接收機可按下式推導出該等兩個所發射資料符號s 1
及s 2
之估計值：
其中及分別為資料符號s 1
及s 2
之估計值。
若接收機配備有多個接收天線(例如圖2C所示MIMO系統200c中之接收機220e及220f)，則所接收符號可表示為：
其中，y
(1)及y
(2)為接收向量，其對應於兩個連續之符號週期，其中每一向量皆包括兩個接收天線之兩個接收符號；h 1
及h 2
為分別對應於發射天線1及2之通道增益向量(即 H
=[ h 1 h 2
])，其中每一向量皆包括自該發射天線至兩個接收
天線之兩個通道增益；及n
(1)及n
(2)分別為兩個接收向量y
(1)及y
(2)之雜訊向量。
接收機可按下式推導出該等兩個所發射資料符號s 1
及s 2
之估計值：
STTD由S.M.Alamouti進一步詳述於一篇題為「一種用於無線通訊之簡單發射分集技術(A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications)」的論文中(IEEE Journal on Selected Areas in Communications，第16卷，No.8，1998年10月，第1451-1458頁)。STTD亦在如下專利申請案中有所闡述：2001年1月5日提出申請之美國專利申請案第09/737,602號，其名稱為「用於提高多輸入多輸出通道中頻帶效率之方法及系統(Method and System for Increased Bandwidth Efficiency in Multiple Input-Multiple Output Channels)」；2002年6月24日提出申請之美國專利申請案第10/179,439號，其名稱為「MIMO OFDM通訊系統之分集發射模式(Diversity Transmission Modes for MIMO OFDM Communication Systems)」；及前述美國臨時專利申請案第60/421,309號，所有該等申請案皆讓渡予本發明之受讓人。
發射分集亦可以其他方式來實施，例如以延遲分集來實施。為簡明起見，在下文說明中，假定使用圖5A所示STTD
方案來實施發射分集。
B.空間多工
對於空間多工方案而言，每一資料符號皆發送一次，且係使用N s
個空間通道自多個發射天線發送不同之資料符號，以獲得更大之容量。對於一既定之SNR，空間多工方案通常可獲得較其他空間處理方案更高之資料速率。
圖5B顯示一空間多工處理器530之方塊圖，其構建空間多工方案之一實施例。空間多工處理器530可在MIMO系統中用於圖4A所示之TX Div/SM處理器420a及/或TX Div/SM處理器420b。在空間多工處理器530內，一解多工器532接收並將資料符號流{s
}解多工成兩個資料符號子流{s 1
}及{s 2
}。該等符號子流{s 1
}及{s 2
}指定用於分別自發射天線324a及324b發射。該等兩個符號子流{s 1
}及{s 2
}既可使用相同之速率亦可使用不同之速率。
通訊通道中之散射使自兩個發射天線發送之兩個資料符號子流{s 1
}及{s 2
}在接收機220x處相互干擾。每一所發射資料符號子流皆會由接收天線352a及352b二者接收到，儘管係以不同之幅值及相位接收到。該等兩個所接收符號流{y 1
}及{y 2
}中之每一符號流皆包含該等兩個所發射資料符號子流{s 1
}及{s 2
}中每一資料符號子流之一分量。
在接收機220x處，可使用各種處理技術來處理兩個所接收符號流{y 1
}及{y 2
}，以恢復該等兩個所發射資料符號子流{s 1
}及{s 2
}。該等接收機處理技術包括逼零技術(其亦稱作通道相關矩陣反相(CCMI)技術)、最小均方誤差(MMSE)技
術、MMSE線性等化器(MMSE-LE)技術、決策回饋等化器(DFE)技術、順序性等化及干擾消除(SIC)技術。其中，逼零技術力圖將各單獨之所發射資料符號子流解相關，以消除來自另一資料符號子流之干擾。MMSE技術則力圖在存在雜訊加上來自另一資料符號子流之干擾的情況下使每一已恢復資料符號子流之SNR最大化。該等接收機處理技術詳述於如下專利申請案中：2001年11月6日提出申請之美國專利申請案第09/993,087號，其名稱為「多向進接多輸入多輸出(MIMO)通訊系統(Multiple-Access Multiple-Input Multiple-Output(MIMO)Communication System)」；及2001年9月18日提出申請之美國專利申請案第09/956,449號，其名稱為「於無線通訊系統中利用通道狀態資訊之方法及裝置(Method and Apparatus for Utilizing Channel State Information in a Wireless Communication System)」，其二者皆受讓於本申請案之受讓人。
亦可以其他方式實施空間多工。為簡明起見，在下文說明中，假定使用圖5B所示實施例來實施空間多工。
C.其他空間處理方案
環形發射方案提供發射分集與空間多工之組合。環形發射方案係按下式所示將資料符號流乘以一發射基礎矩陣M
，以獲得發射符號向量x
： x
= MΛs
。 方程式(17)
其中，M
為一{N T
×N T
}階發射基礎矩陣，其為一麽正矩陣；及Λ
為一{N T
×N T
}階對角矩陣。
對角矩陣Λ
在對角線上包含及，而在其他所有位置處皆為零。該等對角元用於確定欲用於基本流及增強流之發射功率值。
發射基礎矩陣M
使每一資料符號流皆能夠自所有N T
個發射天線發送，並進一步使每一發射天線之全部功率皆能夠用於資料傳輸。該發射基礎矩陣M
可使用多種方式來定義，例如：，其中W
為一沃爾什哈達馬德矩陣；或，其中Q
為一離散傅立葉(DFT)矩陣。
接收機可按下式所示來恢復所發射資料符號：
其中， H eff
為有效通道響應矩陣，其為 H eff
= HM
， R eff
為 H eff
之相關矩陣，其為 R eff
=，及為後處理雜訊。
環形發射方案亦稱作速率適應性發射方案。用於單載波通訊系統之環形發射方案詳述於2003年2月14日提出申請且名稱為「用於MIMO系統之速率適應性發射方案(Rate Adaptive Transmission Scheme for MIMO Systems)」的共同受讓之美國專利申請案第10/367,234號中。
對於各別天線發射方案，係自一個發射天線發送基本流，自另一發射天線發送增強流。各別天線發射方案可視為空間多工方案的一種形式，其中自多個發射天線發送之
不同資料符號對應於不同的流。
亦可構建其他空間處理方案，此仍歸屬於本發明之範疇內。
藉由使用多個發射天線及/或多個接收天線，可提供不同選擇來對基本流及增強流實施階層式編碼。舉例而言，以下選擇可供用於使用多個發射天線及多個接收天線來實施階層式編碼：1.可藉由TDM或疊加來發送基本流及增強流；2.可藉由發射分集或空間多工來發送基本流；及3.可藉由發射分集或空間多工來發送增強流。
可單獨選擇上面所列三個選擇中之每一選擇。由於該等三個選擇中之每一選擇皆具有至少兩個可能的選項，因而該等三個選擇可存在至少八種不同之組態。亦可存在不基於該等三個選擇之其他組態。下文將進一步詳述以下七種組態：1. TDM-對兩個流皆使用發射分集(Div)；2. TDM-對基本流使用發射分集，對增強流使用空間多工(SM)；3.疊加-對兩個流皆使用發射分集；4.疊加-對基本流使用發射分集，對增強流使用空間多工；5.疊加-對兩個流皆使用空間多工；6.對兩個流皆使用發射分集，而不使用TDM或疊加；及
7.對兩個流皆使用各別天線方案。
其中組態6及7並非基於上述三種選擇。對於每一種使用疊加之組態，使用者B之接收機皆僅恢復基本流。使用者A之接收機則在恢復基本流、估計基本流並自所接收信號中移除基本流後，恢復增強流。
A. TDM-對兩個流皆使用發射分集
圖6A顯示一TX空間處理器320a之方塊圖，該TX空間處理器320a支援一種其中將基本流及增強流按時間多工且兩個流皆使用發射分集來發射之組態。TX空間處理器320a包含發射分集處理器510a和510b及一組合器440a。每一發射分集處理器510a和510b皆可使用圖5A所示發射分集處理器510來構建。
發射分集處理器510a接收對應於基本流之資料符號{s b
}並將其解多工成兩個資料符號子流{s b
1
}及{s b
2
}。然後，發射分集處理器510a對該等子流{s b
1
}及{s b
2
}實施STTD編碼，以獲得兩個經STTD編碼之符號子流及，該等符號子流及提供至組合器440a。同樣地，發射分集處理器510b接收對應於增強流之資料符號{s e
}並將其解多工成兩個資料符號子流{s e
1
}及{s e
2
}，並進一步對該等子流實施STTD編碼，以獲得兩個經STTD編碼之符號子流{s e
1
}及{s e
2
}，該等符號子流及亦提供至組合器440a。
在組合器440a內，一多工器540a分別自發射分集處理器510a及510b接收子流及，並根據一TDM控制信號將該等子流進行時分多工，然後提供發射符號流{x 1
}。同樣地，
一多工器540b分別自發射分集處理器510a及510b接收子流及，並根據同一TDM控制信號將該等子流進行時分多工，然後提供發射符號流{x 2
}。
圖7A顯示TDM方案之時序圖。來自TX空間處理器320a之每一發射符號流皆由基本流之資料符號{s b
}與增強流之資料符號{s e
}時分多工構成。該TDM控制信號會確定何時提供該等兩個流中每一流之資料符號作為發射符號{x
}。該TDM控制信號之週期為T P
秒。
在發射基本流期間，藉由在第一符號週期中自兩個發射天線發送符號對(s b
1
,s b
2
)、然後在第二符號週期中發送符號對，來發射該流中之每一對資料符號s b
1
及s b
2
。同樣地，在發射增強流期間，藉由在第一符號週期中自兩個發射天線發送符號對(s e
1
,s e
2
)、然後在第二符號週期中發送符號對，來發射該流中之每一對資料符號s e
1
及s e
2
。
在接收機處，按上文所述使用適當之通道響應矩陣來處理兩個接收天線之兩個接收信號，以恢復兩個流之資料符號。使用者A及B之最大速率可表示為：
其中G為MIMO通道之總增益。對於一(2,2)MIMO系統，G為一自由度為4、平均值為2之卡方隨機變數，其可表示為：G
=0.5．(|h 11
|2
+|h 12
|2
+|h 21
|2
+|h 22
|2
)。對於該(2,2)MIMO系統中之資料傳輸，可獲得四階分集。
對於TDM方案，基本流係以可使兩個使用者A及B皆能接收到的速率C b
,div
在一部分時間內發送。而增強流則在其餘時間內以速率C a
,div
發送，乃因其僅需由使用者A接收到。在該(2,2)MIMO系統中使用TDM方案情況下，使用者A及B可獲得之總速率可表示為方程組(3)所示形式：其中使用速率C a
,div
及C b
,div
分別代換速率C a
及C b
。
B. TDM-對基本流使用Div，對增強流使用SM
圖6B顯示一TX空間處理器320b之方塊圖，該TX空間處理器320b支援一種其中將基本流及增強流按時間多工且使用發射分集來發送基本流、使用空間多工來發送增強流之組態。TX空間處理器320b包含發射分集處理器510、空間多工處理器530及組合器440a。
發射分集處理器510接收並處理對應於基本流之資料符號{s b
}，以獲得兩個經STTD編碼之符號子流及，該等符號子流及提供至組合器440a。空間多工處理器530接收對應於增強流之資料符號{s e
}並將其解多工成兩個資料符號子流{s e
1
}及{s e
2
}，該等符號子流{s e
1
}及{s e
2
}亦提供至組合器440a。在組合器440a內，多工器540a分別自處理器510及530接收子流及，並根據該TDM控制信號將該等子流進行時分多工，然後提供發射符號流{x 1
}。同樣地，多工器540b分別自處理器510及530接收子流及{s e
2}
，並根據該TDM控制信號將該等子流進行時分多工，然後提供發射符號流{x 2
}。
對於該種組態，可如上文所述來發射基本流。增強流係
指向具有較高SNR之使用者A，並可由該使用者成功地恢復。在發射增強流期間，藉由在一個符號週期中自兩個發射天線發送符號對(s e
1
,s e
2
)來發射該流中之每一對資料符號s e
1
及s e
2
。
若每一藉由空間多工發送至使用者A之資料符號皆使用相同之發射功率，則增強流之最大速率可表示為：
其中H a
為對應於使用者A之通道響應矩陣。
對於TDM方案，基本流係以速率C b
,div
在一部分時間內發送。而增強流則在其餘時間內以速率C a
,sm
發送。在使用TDM方案情況下，使用者A及B可獲得之總速率可表示為方程組(3)所示形式：其中使用速率C a
,sm
及C b
,div
分別代換速率C a
及C b
。
C.疊加-對兩個流皆使用發射分集
圖6C顯示一TX空間處理器320c之方塊圖，該TX空間處理器320c支援一種其中將基本流及增強流相疊加(即相組合)且使用發射分集來發送組合流之組態。TX空間處理器320c包含發射分集處理器510a及510b及一組合器440b。
發射分集處理器510a接收並處理對應於基本流之資料符號{s b
}，以獲得兩個經STTD編碼之符號子流及，該等符號子流及提供至組合器440b。同樣地，發射分集處理器510b接收並處理對應於增強流之資料符號{s e
}，以獲得兩個經STTD編碼之符號子流{s e
2
}及，該等符號子流及亦提供至組合器440b。
在組合器440b內，一乘法器542接收並將經STTD編碼之符號子流乘以一比例因數K b
，一乘法器544接收並將經STTD編碼之符號子流乘以一比例因數K b
，一乘法器546接收並將經STTD編碼之符號子流乘以一比例因數K e
，一乘法器548接收並將經STTD編碼之符號子流乘以一比例因數K e
。比例因數K b
及K e
分別確定基本流及增強流所用發射功率大小，其可定義為：
其中，兩個發射天線使用相同之發射功率；α為用於基本流之發射功率部分；及(1-α)為用於增強流之發射功率部分。
通常，發射功率P中分配給基本流之部分較大。然而，如下文所述，分配給每一流之發射功率大小可能相依於各種因素。一加法器550接收並累加來自乘法器542及546之輸出，以獲得發射符號流{x 1
}。一加法器552接收並累加來自乘法器544及548之輸出，以獲得發射符號流{x 2
}。
在本組態之一另一實施方案中，則首先實施組合，然後再進行STTD編碼。對於每一兩符號週期，皆按下式所示組合對應於基本流之兩個資料符號s b
1
及s b
2
與對應於增強流之兩個資料符號s e
1
及s e
2
，以獲得兩個經組合之符號s c
1
及s c
2
：s c
1
=K b
．s b
1
+K e
．s e
1
，及s c
2
=K b
．s b
2
+K e
．s e
2
。 方程式(22)
然後，由兩個發射天線在第一符號週期中發送符號對(s c
1
,s c
2
)，隨後在第二符號週期中發送符號對。
對於該種組態之兩種實施方案，使用者A及B可獲得之總速率皆可表示為：
方程組(23)類似於方程組(6)及(10)，但其具有不同之通道增益G。具體而言，當具有兩個接收天線時，通道增益G之平均值為2，而當僅具有一個接收天線時，通道增益G之平均值為1。由於一(2,2)MIMO系統中G之平均值為2，因而方程組(6)，(10)及(23)之平均SNR相等。然而，藉助兩個發射天線及兩個接收天線，可獲得四階分集，而對於SISO系統，僅可獲得一階分集，對於(1,2)SIMO系統，僅可獲得二階分集。
圖7B顯示疊加方案之時序圖。來自TX空間處理器320c之每一發射符號流皆由基本流之資料符號{s b
}疊加於(即加至)增強流之資料符號{s e
}上而構成。
D.疊加-對基本流使用Div，對增強流使用SM
圖6D顯示一TX空間處理器320d之方塊圖，該TX空間處理器320d支援一種其中將基本流及增強流相疊加且使用發射分集來發送基本流、使用空間多工來發送增強流之組態。TX空間處理器320d包含發射分集處理器510、空間多工處理器530及組合器440b。
發射分集處理器510接收並處理對應於基本流之資料符號{s b
}，以獲得兩個經STTD編碼之符號子流及，該等符號子流及提供至組合器440b。空間多工處理器530接收並處理對應於增強流之資料符號{s e
}，以獲得兩個資料符號子流{s e
1
}及{s e
2
}，該等符號子流{s e
1
}及{s e
2
}亦提供至組合器440b。組合器440b將子流及乘以比例因數K b
，將子流{s e
1
}及{s e
2
}乘以一比例因數K e
，然後，將經比例換算之子流與經比例換算之子流{s e
1
}組合以獲得發射符號流{x 1
}，並將經比例換算之子流與經比例換算之子流{s e
2
}組合以獲得發射符號流{x 2
}。
對於基本流，係藉由自兩個發射天線在第一符號週期中發送符號對(s b
1
,s b
2
)隨後在第二符號週期中發送符號對，來發射每一對資料符號s b1
及s b2
。對於增強流，則係藉由自兩個發射天線在第一符號週期中發送符號對(s e
1
,s e
2
)並隨後在第二符號週期中發送另一符號對(s e
3
,s e
4
)，在同一兩符號間隔中發射兩對資料符號。對應於基本流之兩個資料符號s b1
及s b2
及對應於增強流之四個資料符號s e1
至s e4
可按下式進行組合：
其中發射符號x 1
及x 3
包含於流{x 1
}中，發射符號x 2
及x 4
包含於流{x 2
}中。其中係自兩個發射天線在第一符號週期中發送
符號對(x 1
,x 2
)，並隨後在第二符號週期中發送符號對(x 3
,x 4
)。
對於該種組態，使用者A及B可獲得之總速率可表示為：
方程式(25a)所示基本流速率之表達式R b
具有下限，乃因由增強流引起之實際干擾略小於G。亦可推導出基本流速率之精確表達式。然而，方程式(25a)中之下限已非常嚴格，可提供對該種組態之容量的保守估計。
E.疊加-對於兩個流皆使用SM
圖6E顯示一TX空間處理器320e之方塊圖，該TX空間處理器320e支援一種其中將基本流及增強流相疊加且使用空間多工來發送該等兩個流之組態。TX空間處理器320e包含空間多工處理器530a和530b及組合器440b。
空間多工處理器530a接收並處理對應於基本流之資料符號{s b
}，以獲得兩個資料符號子流{s b
1
}及{s b
2
}，該等符號子流{s b
1
}及{s b
2
}提供至組合器440b。空間多工處理器530b接收並處理對應於增強流之資料符號{s e
}，以獲得資料符號子流{s e
1
}及{s e
2
}，該等符號子流{s b
1
}及{s b
2
}亦提供至組合器440b。組合器440b將子流{s b
1
}及{s b
2
}乘以比例因數K b
，將子流{s e
1
}及{s e
2
}乘以比例因數K e
，然後，將經比例換算之子流{s b
1
}與經比例換算之子流{s e
1
}組合以獲得發射符號流{x 1
}，並將經比例換算之子流{s b
2
}與經比例換算之子流{s e
2
}組合以獲得發射符號流{x 2
}。
對於每一符號週期，皆按方程組(22)所示將對應於基本流之兩個資料符號s b1
及s b2
與對應於增強流之兩個資料符號s e1
及s e2
相組合，以獲得兩個發射符號x 1
=s c1
及x 2
=s c2
。然後，在一個符號週期中自兩個發射天線發送符號對(x 1
,x 2
)。
在接收機處，可使用逼零技術、MMSE技術或某些其他接收機處理技術將自該等兩個發射天線接收到的資料符號分離。使用者A及B皆可藉由將增強流作為干擾處理，來恢復對應於基本流之資料符號s b1
及s b2
。使用者A可估計並自接收符號中消去由資料符號s b1
及s b2
引起之干擾，以獲得第一已修改符號，然後處理該第一已修改符號以恢復對應於增強流之第一資料符號s e1
。接下來，使用者A可估計並自第一已修改符號中消去由資料符號s e1
引起之干擾，以獲得第二已修改符號，然後處理該第二已修改符號，以恢復對應於增強流之第二資料符號s e2
。在使用者A恢復兩個流之同時，使用者B僅恢復基本流。
對於該種組態，使用者A及B可獲得之總速率可表示為：
F.兩個流皆使用發射分集
圖6F顯示一TX空間處理器320f之方塊圖，該TX空間處理器320f支援一種其中發射分集來發送基本流及增強流且不使用TDM或疊加之組態。TX空間處理器320f包含空間-時間編碼器520。
在空間-時間編碼器520內，將對應於基本流之資料符號{s b
}及對應於增強流之資料符號{s e
}分別提供至多工器528a及528b的「0」輸入端。資料符號流{s b
}還會由延遲單元522b延遲一個符號週期，在經由單元526反相及共軛後，提供至多工器528b之「1」輸入端。資料符號流{s e
}亦會由延遲單元522a延遲一個符號週期，在經由單元524共軛後，提供至多工器528a之「1」輸入端。多工器528a及528b皆以符號速率在「0」與「1」輸入端之間雙態觸變，並分別提供發射符號流{x 1
}及{x 2
}。
對於圖6F所示實施例，對於在兩個資料符號流{s b
}及{s e
}上接收到的每一對資料符號s b
及s e
，空間-時間編碼器520皆提供符號對(s b
,s e
)並隨後提供符號對。符號對(s b
,s e
)係由兩個發射天線在第一符號週期中發送，而符號對則係在第二符號週期中發送。舉例而言，若資料符號流{s b
}由{s b
}=s b
1 s b
2 s b
3
...構成，且資料符號流{s e
}由{s e
}=s e
1 s e
2 s e
3
...構成，則發射符號流為，且。
對於此種組態而言，係使用STTD同時發送基本流及增強流二者。因而在恢復該等兩個流時依賴於在接收機處所實施之STTD處理。然而，由於每一資料符號皆係藉由STTD在兩個符號週期中發送，因而每一資料符號流之速率皆降低一因數2。此種組態之速率區域有可能會差於其中對兩個流使用TDM方案及發射分集方案之組態之速率區域。
G.各別天線-對兩個流皆使用發射分集方案
圖6G顯示一TX空間處理器320g之方塊圖，該TX空間處理器320g支援一種其中自一個發射天線發送基本流而自另一發射天線發送增強流之組態。TX空間處理器320g包含若干乘法器560a及560b。乘法器560a接收並將基本流之資料符號{s b
}乘以比例因數K b
，以獲得發射符號流{x 1
}。乘法器560b接收並將增強流之資料符號{s e
}乘以比例因數K e
，以獲得發射符號流{x 2
}。
對於此種組態，用於基本流之發射功率為α
．P
，用於增強流之發射功率為(1-α
)．P
，即用於兩個發射天線之功率可以不同。接收機可使用逼零技術、MMSE或某些其他接收機處理技術分離出該等兩個流。
對於該種組態，使用者A及B可獲得之總速率可表示為：
其中h 1
為用於發送基本流之發射天線1之通道增益向量，h 2
為用於發送增強流之發射天線2之通道增益向量，其中 H
=[ h 1 h 2
]。
該種組態之速率區域與對基本流使用TDM、發射分集而對增強流使用空間多工之組態之速率區域相當。
H.效能
圖13顯示在具有一AWGN通道之(1,2)SIMO系統及(2,2)MIMO系統中，對應於六種不同之階層式編碼組態之速率區域曲線圖。其中豎直軸表示對應於使用者B之速率R b
，其為基本流速率。水平軸表示使用者A之速率R a
，其為基本流及增強流之組合速率。速率R a
及R b
二者皆以單位bps/Hz來表示。該等速率R a
及R b
亦係在P
/=20 dB且P
/=5 dB時針對瑞立衰落通道計算得出。圖13顯示如下五條可獲得之速率R a
及R b
之曲線，此對應於(2,2)MIMO系統中之五種不同之階層式編碼組態：．曲線1310-TDM，其中對兩個流皆使用發射分集(Div)，．曲線1312-疊加(SC)，其中對兩個流皆使用發射分集，．曲線1320-TDM，其中對基本流使用發射分集，對增強流使用空間多工(SM)，．曲線1322-疊加，其中對基本流使用發射分集，對增強流使用空間多工，及．曲線1324-疊加，其中對兩個流皆使用空間多工。
如圖13中各曲線所示，當基本流及增強流進行時分多工時，對增強流之空間多工(曲線1320)會提供一較發射分集(曲線1310)更大之速率區域。當使用疊加時，對兩個流皆使用空間多工(曲線1324)會提供一較僅對增強流使用空間多工(曲線1322)更大之速率區域，而僅對增強流使用空間多工(曲線1322)又會提供一較對兩個流皆使用發射分集(曲線1312)更大之速率區域。當α
為介於0.5與1.0之間的某些值時，對兩個流皆使用疊加發射分集(曲線1312)較僅對增強流使用TDM空間多工(曲線1320)為佳。可使曲線1312優於曲線1320之具體α
值取決於SNR。
如圖13所示，疊加方案通常優於TDM方案。對於TDM方案，速率R a
及R b
為α
之線性函數。對於疊加方案，速率R a
會在α
<0.5時急劇下降，乃因此時增強流占主導並嚴重干擾基本流。用於發射基本流及增強流之最佳組態可視諸如以下(舉例而言)等各種因素而定：該等兩個流之相對速率，使用者所獲得之SNR，基本流及增強流之所需健壯性，該等流之所需速率等等。
在(1,2)SIMO系統中使用疊加方案情況下可獲得之速率R a
及R b
之曲線1330亦顯示於圖13中。該等速率係根據方程組(10)計算得出。
TDM方案及疊加方案可使用不同之接收機架構。下文將闡述該等兩種方案所用之實例性接收機設計。
A.用於TDM方案之接收機
圖8A顯示一接收機220h之方塊圖，該接收機220h為圖3所示接收機220x之一實施例，其可用於TDM方案。接收機220h包含一RX空間處理器360a及一RX資料處理器370a，RX空間處理器360a及RX資料處理器370a分別為圖3所示RX空間處理器360及RX資料處理器370之一實施例。
在RX空間處理器360a中，一解多工器810a接收來自天線352a之接收符號流{y 1
}並根據TDM控制信號將其解多工，然後提供分別對應於基本流及增強流之兩個接收符號子流{y b
1
}及{y e
1
}。同樣地，一解多工器810b接收來自天線352b之接收符號流{y 2
}並根據TDM控制信號將其解多工，然後提供
分別對應於基本流及增強流之兩個接收符號子流{y b
2
}及{y e
2
}。
一RX Div/SM處理器820a接收並處理基本流子流{y b
1
}及{y b
2
}，然後提供已恢復資料符號流。若對基本流使用發射分集，則RX Div/SM處理器820a在接收機配備有一單個天線時執行方程組(14)所示空間處理，或者在接收機配備有多個天線時執行方程組(16)所示空間處理。而若對基本流使用空間多工，則RX Div/SM處理器820a可執行逼零技術或基於MMSE之順序性干擾消除技術或某些其他接收機處理技術。同樣地，一RX Div/SM處理器820b接收並處理增強流子流{y e
1
}及{y e
2
}，然後提供已恢復資料符號流。若對增強流使用發射分集，則RX Div/SM處理器820b亦執行方程組(14)或(16)所示處理。而若對增強流使用空間多工，則RX Div/SM處理器820b可執行逼零技術或基於MMSE之順序性干擾消除技術或某些其他接收機處理技術。一般而言，RX Div/SM處理器820a及820b所執行之處理分別與圖4A中TX Div/SM處理器420a及420b所執行之處理互補。
在RX資料處理器370a內，一解調器832a用於將對應於基本流之已恢復資料符號解調變，一通道解交插器834a用於將來自解調器832a之已解調變資料解交插，一解碼器836a用於將來自解交插器834a之已解交插資料解碼，以獲得對應於基本流之已解碼資料。同樣地，一解調器832b用於將對應於增強流之已恢復資料符號解調變，一通道解交插器834b用於將來自解調器832b之已解調變資料解交
插，一解碼器836b用於將來自解交插器834b之已解交插資料解碼，以獲得對應於基本流之已解碼資料。一般而言，接收機220x對每一流執行解調變、解交插及解碼，且其執行方式與發射機210x對彼流執行調變、交插及編碼之方式互補。
圖8B顯示一接收機220i之方塊圖，該接收機220i為圖3所示接收機220x之另一實施例，其亦可用於TDM方案。接收機220i執行一疊代偵測及解碼(IDD)方案來恢復基本流及增強流。該IDD方案可與圖4B所示編碼方案一同使用，圖4B所示編碼方案係將基本流或增強流之每一資料封包編碼成三部分：資料位元元{c data
}，第一同位位元{c p
1
}及第二同位位元{c p
2
}。
接收機220i包含一偵測器及一解碼器，該偵測器及解碼器用於對每一資料流的來自所有接收天線之接收符號執行疊代偵測及解碼，以獲得彼資料流之已解碼資料。該疊代偵測及解碼作業係利用通道碼之錯誤校正能力來提高效能。此藉由如下文所進一步詳述，在偵測器與解碼器之間疊代性地傳送軟先驗資訊來達成。疊代偵測及解碼係每一針對一個接收資料封包來執行。
接收機220i包含一RX空間處理器360b及一RX資料處理器370b。為清楚起見，下文將針對基本流來具體闡述該種疊代偵測及解碼。在RX空間處理器360b內，解多工器810a及810b分別如上文針對圖8A所述來接收及解多工所接收符號流{y 1
}及{y 2
}。一偵測器822a獲得對應於基本流之接收符號
子流{y b
1
}及{y b
2
}，並對該等資料執行空間處理。偵測器822a可在發射分集情況下如上所述執行處理，或者可在空間多工情況下執行逼零技術、MMSE技術或某些其他接收機處理技術。偵測器822a可為正恢復之資料封包提供資料符號估計值。中之上標i
表示偵測/解碼疊代編號。對於第一次疊代(即i
=1)，僅根據所接收符號{y b
1
}及{y b
2
}來偵測資料符號估計值，乃因此時尚無來自解碼器之回饋資訊。
在RX資料處理器370b內，一對數似然比(LLR)計算單元842a接收資料符號估計值並計算構成正在恢復之資料封包中每一資料符號的各碼位元之LLR。然後，一通道解交插器844a將來自單元842a之LLR解交插，並提供該資料封包之LLR。一解碼器846a用於如下文所述來接收並解碼來自通道解交插器844a之LLR。
圖8C顯示一Turbo解碼器846x之方塊圖，該Turbo解碼器846x可用於圖8B中之每一解碼器846a及846b。Turbo解碼器846x對平行並置卷積碼(例如圖4B中所示者)執行疊代解碼。
在Turbo解碼器846x內，一解多工器(Demux)852接收並將來自通道解交插器844之LLR{b i
}(即所輸入LLR)解多工成資料位元LLR、第一同位位元LLR、及第二同位位元LLR。一軟輸入軟輸出(SISO)解碼器860a自解多工器852接收資料位元LLR及第一同位位元LLR並自一碼解交插器864接收已解交插之資料位元LLR。然後，SISO解碼器860a根據第一組元卷積碼導出該資料及第一同位位
元之新LLR：{b data
1
}及{b p
1
}。一碼解交插器862根據在發射機處所使用之碼交插方案對資料位元LLR{b data
1
}實施交插，並提供已交插資料位元LLR。同樣地，一SISO解碼器860b自解多工器852接收資料位元LLR及第二同位位元LLR並接收已交插資料位元。然後，SISO解碼器860b根據第二組元卷積碼導出該資料及第二同位位元之LLR：{b data
2
}及{b p
2
}。碼解交插器864以與碼交插作業互補之方式將資料位元元LLR{b data
2
}解交插，並提供已交插資料位元LLR。SISO解碼器860a及860b可執行一BCJR SISO最大經驗(MAP)演算法或其較低複雜度導數或一軟輸出維特比(SOV)演算法，所有該等演算法皆為此項技術所習知。
由SISO解碼器860a及860b所執行之解碼作業可執行一次，或者可針對當前之偵測/解碼疊代i
疊代多次。在所有解碼疊代皆已完成後，一組合器/多工器866自SISO解碼器860a接收最終之資料位元LLR{b data
1
}及最終之第一同位位元、自碼解交插器864接收已解交插之最終資料位元LLR、並自SISO解碼器860b接收最終之第二同位位元LLR。然後，組合器/多工器866將用於下一偵測/解碼疊代i
+1之回饋LLR提供至偵測器822。該等回饋LLR係按計算得出。該等回饋LLR用於更新偵測器作業以便進行下一疊代。在所有偵測/解碼疊代皆已完成後，組合器/多工器866提供最終之資料位元LLR{b data
}，最終之資料位元LLR{b data
}係根據得出，其中為由偵測器822提供用於第一次偵測/解碼疊代之資料
位元LLR(即)。一削波器868用於對最終之資料位元LLR{b data
}實施削波，並提供對應於正在恢復之資料封包之已解碼資料。
重新參見圖8B，由一通道交插器848a對來自解碼器846a之回饋LLR進行交插，經交插之回饋LLR提供至偵測器822a。然後，偵測器822a根據所接收之基本流符號{y b
1
}和{y b
2
}及回饋LLR導出新的資料符號估計值。該等資料符號估計值由RX資料處理器370b按上文所述方式再次進行解碼。該偵測及解碼過程可疊代多次。在該疊代偵測及解碼過程中，每進行一次疊代，資料符號估計之可靠性皆會隨之提高。
該疊代偵測及解碼方案可提供各種優點。舉例而言，IDD方案可支援對基本流使用一個資料速率，而對增強流使用一個資料速率。該IDD方案可與MIMO-OFDM發射技術相組合，用於克服頻率選擇性衰落。此外，該疊代偵測及解碼過程可靈活地與任一編碼器及一對應之軟輸入軟輸出解碼器(包括圖4B所示之平行並置卷積碼)共同使用。用於MIMO系統中之疊代偵測及解碼更詳細地闡述於2001年12月3日提出申請且名稱為「用於MIMO-OFDM系統之疊代偵測及解碼(Iterative detection and decoding for a MIMO-OFDM system)」的共同讓渡之美國專利申請案第10/005,104號中。
B.用於疊加方案之接收機
圖9A顯示一接收機220j之方塊圖，該接收機220j為圖3所示接收機220x之另一實施例，並可用於疊加方案。接收機
220j包含一RX空間處理器360c，及一RX資料處理器370c。RX空間處理器360c及RX資料處理器370c(其為圖3所示RX空間處理器360及RX資料處理器370之另一實施例)執行順序性等化及干擾消除技術。RX空間處理器360c及RX資料處理器370c包含兩個順序性(即並置之)接收機處理階段。其中階段1包含一空間處理器920a、一干擾消除器930a、一RX資料處理器940a及一TX資料處理器950a。階段2則僅包含空間處理器920b及RX資料處理器940b。
對於階段1而言，空間處理器920a用於處理兩個接收符號流{y 1
}及{y 2
}，以獲得對應於基本流之已恢復資料符號流。空間處理器920a可執行逼零技術或基於MMSE之順序性干擾消除技術、或某些其他接收機處理技術。RX資料處理器940a用於解調變、解交插及解碼已恢復資料符號流，以獲得對應於基本流之已解碼資料。TX資料處理器950a用於編碼、交插及調變已解碼基本流資料，以獲得一重新調變符號流，該重新調變符號流為基本流之資料符號流{s b
}之估計值。TX資料處理器950a執行與圖4A所示發射機210x中之編碼器412a、通道交插器414a、及調變器416a相同之處理。干擾消除器930a接收並以與發射機210x相同之執行方式對對應於基本流之再調變符號流進行空間處理(例如使用發射分集方案或空間多工方案)，以獲得發射符號流及，該等發射符號流及僅含有兩個發射天線中對應於基本流資料之發射符號分量。干擾消除器930a進一步使用通道響應矩陣來處理符號流及，以獲得因基本流而引起之干擾分量{i b
1
}及{i b
2
}。然後，自接收符號流{y 1
}及{y 2
}中減去干擾分量{i b
1
}及{i b
2
}，以獲得經修改之符號流及，該等經修改之符號流及係提供至階段2。
對於階段2而言，空間處理器920b用於處理經修改之符號流及以獲得對應於增強流之已恢復資料符號流。空間處理器920b可執行逼零技術、MMSE、或某些其他接收機處理技術。然後，RX資料處理器940b解調變、解交插及解碼已恢復資料符號流，以獲得對應於增強流之已恢復資料符號流。
接收機220x之兩個階段會執行順序性等化/空間處理。詳言之，階段1對接收符號流{y 1
}及{y 2
}執行空間處理，階段2對經修改之符號流及執行空間處理。在每一階段內皆藉由空間處理來執行干擾消除，以恢復自多個發射天線發送的對應於正在該階段中恢復之基本流或增強流的多個資料符號子流。在該等兩個階段之間(即對階段1之接收符號流{y 1
}及{y 2
})亦執行干擾消除，以獲得階段2之經修改之符號流及。該順序性等化及干擾消除技術詳述於2001年5月11日提出申請且名稱為「利用通道狀態資訊在多輸入多輸出(MIMO)系統中處理資料之方法及裝置(Method and Apparatus for Processing Data in a Multiple-Input Multiple-Output(MIMO)Communication System Utilizing Channel State Information)」的共同受讓之美國專利申請案第09/854,235號中。
圖9B顯示一接收機220k之方塊圖，該接收機220k為圖3
所示接收機220x之又一實施例，其可用於疊加方案。接收機220k用於(1)執行疊代偵測及解碼，以獲得基本流及增強流中之每一流，及(2)在恢復增強流之前執行干擾消除。
接收機220k包含一RX空間處理器360d及一RX資料處理器370d，RX空間處理器360d及RX資料處理器370d包含兩個順序性(即並置之)接收機處理階段。其中階段1包含一偵測器960a、干擾消除器930a、一RX資料處理器970a及TX資料處理器950a。階段2則僅包含一偵測器960b及一RX資料處理器970b。RX資料處理器970a包括如圖8所示相耦合之LLR計算單元842a、通道解交插器844a、解碼器846a及通道交插器848a。RX資料處理器970b則包含LLR計算單元842b、通道解交插器844b、解碼器846b及通道交插器848b。
對於階段1而言，偵測器960a用於處理兩個接收符號流{y 1
}及{y 2
}，以獲得對應於基本流之資料符號流。偵測器960a可執行逼零技術、MMSE技術、或某些其他接收機處理技術。RX資料處理器970a用於接收對應於當前疊代i之資料符號估計值、為該等資料符號估計值計算各碼位元之LLR、對該等LLR執行通道解交插、並將已解交插之LLR解碼，以獲得用於下一疊代i+1之回饋LLR。RX資料處理器970a進一步對該等回饋LLR執行通道交插，並將經交插之回饋LLR提供至偵測器960a。該偵測及解碼作業可疊代多次，直至對資料位元LLR獲得足夠之信任。此時，再由RX資料處理器970a對最終之資料位元LLR{b data
,b
}實施削波，並提供對應於基本流之已解碼資料。
TX資料處理器950a編碼、交插及調變該等已解碼資料，以獲得經再調變之符號流。干擾消除器930a接收並處理經再調變之符號流，以獲得由基本流引起之干擾分量{i b
1
}及{i b
2
}。然後，干擾消除器930a自接收符號流{y 1
}及{y 2
}中減去干擾分量{i b
1
}及{i b
2
}，以獲得用於階段2之經修改之符號流及。
對於階段2而言，偵測器960b用於處理經修改之符號流及，以獲得對應於增強流之資料符號估計值。然後，RX資料處理器970b將該等資料符號估計值解交插及解碼，以獲得對應於增強流之已解碼資料。偵測器960b及RX資料處理器970b之運作方式分別類似於偵測器960a及RX資料處理器970a。使用順序性等化及干擾消除之疊代偵測及解碼亦闡述於前述美國專利申請案第10/005,104號中。
圖8A、8B、9A及9B顯示了四種可用於恢復基本流及增強流之實例性接收機設計。亦可使用其他接收機設計，此仍歸屬於本發明之範疇。
圖10顯示一在MISO或MIMO系統中由發射機執行的用於對(例如用於廣播服務之)基本流及增強流實施階層式編碼之過程1000之流程圖。
首先，由一第一資料處理器(例如由圖4A中之編碼器412a、通道交插器414a及調變器416a構成)來編碼及調變基本流，以獲得一第一資料符號流{s b
}步驟1010)。然後，由一
第二資料處理器(例如由編碼器412b、通道交插器414b及調變器416b)來編碼及調變增強流，以獲得一第二資料符號流{s e
}(步驟1012)。
然後，由一第一空間處理器(例如TX Div/SM處理器420a)使用一第一空間處理方案來處理第一資料符號流{s b
}，以獲得一第一組符號子流(步驟1020)。由一第二空間處理器(例如TX Div/SM處理器420b)使用一第二空間處理方案來處理第二資料符號流{s e
}，以獲得一第二組符號子流(步驟1022)。該第一空間處理方案可為一發射分集方案(在此種情況下，第一組符號子流為及)或一空間多工方案(在此種情況下，第一組符號子流為{s b
1
}及{s b
2
})。該第二空間處理方案亦可為一發射分集方案(在此種情況下，第二組符號子流為及))或一空間多工方案(在此種情況下，第二組符號子流為{s e
1
}及{s e
2
}))。
然後，將第一組符號子流與第二組符號子流相組合，從而獲得多個發射符號流{x 1
}及{x 2
}，以供自多個發射天線發射(步驟1030)。該組合作業可藉由將第一組符號子流與第二組符號子流時分多工從而獲得發射符號流來達成。另一選擇為，可使用疊加藉由如下方式來達成：(1)以一第一比例因數K b
來按比例縮放第一組符號子流，(2)以一第二比例因數K e
來按比例縮放第二組符號子流，及(3)將第一組已按比例縮放之符號子流與第二組已按比例縮放之符號子流相加，以獲得發射符號流。
基本流可由獲得一第一SNR或更佳SNR之接收實體來編
碼、調變及實施空間處理，以便得以恢復。增強流則可由獲得一第二SNR或更佳SNR之接收實體來編碼、調變及實施空間處理以便得以恢復，其中第二SNR大於第一SNR。
對於廣播服務而言，發射機通常並不知曉接收機之通道現況(即通道響應)。在此種情況下，對基本流及增強流之編碼及調變並不相依於接收機之通道現況。此時，可根據該系統中接收機之預期通道狀態(而非經量測之通道狀態)依據所選用於該等流之速率來實施編碼及調變。對於廣播服務而言，對基本流及增強流之空間處理亦不相依於接收機之通道現況。
對於某些服務而言，發射機可知曉關於接收機之(瞬時的、平均的或預期的)通道現況之資訊。在此種情況下，可根據該等已知之通道現況、依據所選用於該等流之速率對基本流及增強流實施編碼及調變。
圖11A顯示一在SIMO或MIMO系統中由接收機執行的用於接收使用階層式編碼所發射之基本流及增強流之過程1100之流程圖。該過程1100可用於TDM方案。
首先，將經由多個接收天線獲得之多個接收符號流(例如{y 1
}及{y 2
})解時分多工，以提供一對應於基本流之第一組接收符號子流(例如{y b
1
}及{y b
2
})及一對應於增強流之第二組接收符號子流(例如{y e
1
}及{y e
2
})(步驟1110)。然後，由一第一空間處理器(例如圖8A中之RX Div/SM處理器820a)根據一第一空間處理方案(例如發射分集方案或空間多工方案)處理第一組接收符號子流，以獲得一第一已恢復資料符號流(步驟1120)。並由一第二空間處理器(例如RX Div/SM處理器820b)根據一第一空間處理方案(例如發射分集方案或空間多工方案)處理第二組接收符號子流，以獲得一第二已恢復資料符號流(步驟1122)。然後，由一第一資料處理器(例如由解調器832a、通道解交插器834a及解碼器836a)將第一已恢復資料符號流解調變及解碼，以獲得一已解碼基本流(步驟1130)。並由一第二資料處理器將第二已恢復資料符號流解調變及解碼，以獲得一已解碼增強流(步驟1132)。
圖11B顯示一在SIMO或MIMO系統中由接收機執行的用於接收使用階層式編碼所發射之基本流及增強流之過程1150之流程圖。該過程1150可用於疊加方案。
首先，根據一第一空間處理方案(例如發射分集方案或空間多工方案，由圖9A中之空間處理器920a執行)來處理經由多個接收天線獲得之多個接收符號流(例如{y 1
}及{y 2
})，以提供一對應於基本流之第一已恢復資料符號流(步驟1160)。然後，將該第一已恢復資料符號流解調變及解碼(例如由RX資料處理器940a執行)，以獲得一已解碼基本流(步驟1162)。然後，估計由該已解碼基本流引起之干擾，並自接收符號流中消除該干擾(例如由TX資料處理器950a及干擾消除器930a執行)，以獲得經修改之符號流(例如及)(步驟1164)。
接下來，根據一第二空間處理方案(例如發射分集方案或空間多工方案，由空間處理器920b執行)來處理該等經修改
之符號流，以獲得一第二已恢復資料符號流(步驟1170)。並將該第二已恢復資料符號流解調變及解碼(例如由RX資料處理器940b執行)，以獲得一已解碼增強流(步驟1172)。
為清楚起見，在上文之許多說明中，皆針對一(2,2)MIMO系統來具體闡述階層式編碼技術。一般而言，該等技術可用於具有任意數量接收天線之SIMO系統、具有任意數量發射天線之MISO系統、及具有任意數量發射天線及任意數量接收天線之MIMO系統。在每一符號週期中，STTD皆自兩個發射天線發射兩個符號。亦可使用其他可在每一符號週期中自多於兩個發射天線發射多於兩個符號之發射分集方案，此闡述於前述美國專利申請案第10/179,439號中。在接收機處，可將STTD之空間處理擴展至任意數量之接收天線。對於空間多工方案，逼零技術、MMSE技術及其他接收機處理技術亦可容納任意數量之接收天線。
亦為清楚起見，上文係針對一單載波通訊系統來具體闡述階層式編碼技術。然而，該等技術亦可用於一可用於資料傳輸的、具有多個(N F
個)副載波或次頻帶之多載波通訊系統。多載波系統可係OFDMA系統、OFDM系統等等。對於多載波系統而言，可分別對基本流及增強流實施編碼及調變，以獲得兩個資料符號流。然後可將每一資料符號流解多工成多個資料符號子流，其中該等N F
個副載波中每一副載波皆對應於一個子流。對於每一副載波，皆提供一對對應於基本流及增強流之資料符號子流。然後，可以上文
針對單載波系統所述之方式對對應於每一副載波的資料符號子流對實施空間處理(例如使用發射分集方案或空間多工方案)，以獲得一對對應於彼副載波之發射符號子流(若使用兩個發射天線)。對於該對發射天線之N F
個副載波，會獲得N F
對發射符號子流。然後，處理(例如根據OFDM或某些其他多載波調變技術)每一發射天線之N F
個發射符號子流，以獲得一對應於彼發射天線之已調變信號。並在接收機處執行互補之處理，以恢復基本流及增強流。在發射機及接收機處所執行之OFDM處理詳述於前述臨時美國專利申請案第60/421,309號中。
上文係針對發射及接收廣播服務中之基本流及增強流來具體闡述階層式編碼技術。一般而言，該等技術可用於發射及接收任意數量之資料流，其中對於每一資料流，皆可以一能使獲得一指定目標SNR或更佳SNR之接收實體接收到該資料流之方式來實施編碼、調變及空間處理。因此，該等技術可用於支援多層式廣播服務(即兩或多層)。
階層式編碼技術亦可用於單播及多播服務。對於單播服務而言，可向多個使用者中之每一使用者發射一不同之符號流。其中每一符號流皆可以一特定之速率及使用一特定之發射方案(例如發射分集方案或空間處理方案)來發射。同時發射至多個使用者之多個符號流之速率及/或發射方案可根據使用者所提供的回饋來確定。若對該等多個符號流使用疊加方案，則(1)發射機會通知各使用者正用於每一使用者之發射方案，及(2)具有較高SNR之較佳使用者會在偵
測及解碼發送給該較佳使用者之符號流之前接收、偵測、解碼及刪除不佳使用者之符號流。對於多播服務而言，可向每一組使用者發送一不同之符號流。每一符號流所用之速率及/或發射方案取決於該組中最差使用者之通道。
本文所述之技術亦可用於支援將資料發射至不同類型之接收實體。舉例而言，可將基本流編碼、調變及空間處理(例如使用發射分集方案)為由配備有一單個接收天線之接收實體接收，並可將增強流編碼、調變及空間處理(例如使用發射分集方案或空間處理方案)為由配備有多個接收天線之接收實體接收。
本文所述之階層式編碼技術可藉由各種方法來構建。舉例而言，該等技術可在發射機及接收機處構建於硬體、軟體、或其一組合中。對於硬體構建方案，在發射機處執行階層式編碼所用之處理單元(例如TX資料處理器310及TX空間處理器320)及在接收機處執行階層式編碼所用之處理單元(例如RX空間處理器360及RX資料處理器370)可構建於一或多個應用專用積體電路(ASIC)、數位信號處理器(DSP)、數位信號處理裝置(DSPD)、可程式化邏輯裝置(PLD)、現場可程式化閘陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、其他設計用於執行本文所述功能之電子單元、或其一組合中。
對於軟體構建方案而言，可使用能執行本文所述功能之模組(例如程式、功能等等)來構建該等階層式編碼技術。軟體碼可儲存於一記憶單元(例如圖3中之記憶單元332及382)
中並由一處理器(例如控制器330及380)來執行。該記憶單元既可構建於該處理器內部亦可構建於該處理器外部，在其構建於該處理器外部情況下，其可經由此項技術中所習知之各種方法以可通訊方式耦合至處理器。
本文中所包含之標題旨在方便查閱並幫助確定某些章節之位置。該等標題並非意欲限定該等標題下所述概念之範疇，該等概念亦可適用於整篇說明書中之其他章節。
上文對所揭示實施例之說明旨在使任一熟習此項技術者皆能夠製作或利用本發明。熟習此項技術者將易於得出該等實施例之各種修改形式，且本文所界定之一般原理亦可適用於其他實施例，此並不背離本發明之精神或範疇。因此，本發明並非意欲限定為本文所示實施例，而是應符合與本文所揭示之原理及新穎特徵相一致之最廣範疇。
100‧‧‧SISO系統
110‧‧‧發射機
120a‧‧‧接收機
120b‧‧‧接收機
200a‧‧‧SIMO系統
200b‧‧‧MISO系統
200c‧‧‧MIMO系統
210a‧‧‧發射機
210b‧‧‧發射機
210c‧‧‧發射機
220a‧‧‧接收機
220b‧‧‧接收機
220c‧‧‧接收機
220d‧‧‧接收機
220e‧‧‧接收機
220f‧‧‧接收機
220h‧‧‧接收機
220i‧‧‧接收機
220j‧‧‧接收機
220k‧‧‧接收機
210x‧‧‧發射機
220x‧‧‧接收機
310‧‧‧TX資料處理器
320‧‧‧TX空間處理器
320a‧‧‧TX空間處理器
320b‧‧‧TX空間處理器
320c‧‧‧TX空間處理器
320d‧‧‧TX空間處理器
320e‧‧‧TX空間處理器
320f‧‧‧TX空間處理器
320g‧‧‧TX空間處理器
322a‧‧‧發射單元
322b‧‧‧發射單元
324a‧‧‧天線
324b‧‧‧天線
330‧‧‧控制器
332‧‧‧記憶體
352a‧‧‧天線
352b‧‧‧天線
354a‧‧‧接收單元
354b‧‧‧接收單元
360‧‧‧RX空間處理器
360a‧‧‧RX空間處理器
360b‧‧‧RX空間處理器
360c‧‧‧RX空間處理器
360d‧‧‧RX空間處理器
370‧‧‧RX資料處理器
370a‧‧‧RX資料處理器
370b‧‧‧RX資料處理器
370c‧‧‧RX資料處理器
370d‧‧‧RX資料處理器
380‧‧‧控制器
382‧‧‧記憶體
412a‧‧‧編碼器
412b‧‧‧編碼器
412x‧‧‧編碼器
414a‧‧‧通道交插器
414b‧‧‧通道交插器
416a‧‧‧調變器
416b‧‧‧調變器
420a‧‧‧TX發射分集/空間多工(Div/SM)處理器
420b‧‧‧TX發射分集/空間多工(Div/SM)處理器
440‧‧‧組合器
440a‧‧‧組合器
440b‧‧‧組合器
452a‧‧‧組元卷積編碼器
452b‧‧‧組元卷積編碼器
454‧‧‧碼交插器
456‧‧‧多工器
510‧‧‧發射分集處理器
510a‧‧‧發射分集處理器
510b‧‧‧發射分集處理器
512‧‧‧解多工器
520‧‧‧空間-時間編碼器
522a‧‧‧延遲單元
522b‧‧‧延遲單元
524‧‧‧單元
526‧‧‧單元
528a‧‧‧多工器
528b‧‧‧多工器
530‧‧‧空間多工處理器
530a‧‧‧空間多工處理器
530b‧‧‧空間多工處理器
532‧‧‧解多工器
540a‧‧‧多工器
540b‧‧‧多工器
542‧‧‧乘法器
544‧‧‧乘法器
546‧‧‧乘法器
548‧‧‧乘法器
550‧‧‧加法器
552‧‧‧加法器
560a‧‧‧乘法器
560b‧‧‧乘法器
810a‧‧‧解多工器
810b‧‧‧解多工器
820a‧‧‧RX Div/SM處理器
820b‧‧‧RX Div/SM處理器
822a‧‧‧偵測器
832a‧‧‧解調器
832b‧‧‧解調器
834a‧‧‧通道解交插器
834b‧‧‧通道解交插器
836a‧‧‧解碼器
836b‧‧‧解碼器
842a‧‧‧對數似然比(LLR)計算單元
842b‧‧‧LLR計算單元
844a‧‧‧通道解交插器
844b‧‧‧通道解交插器
846a‧‧‧解碼器
846b‧‧‧解碼器
846x‧‧‧解碼器
848a‧‧‧通道交插器
848b‧‧‧通道交插器
852‧‧‧解多工器
860a‧‧‧軟輸入軟輸出(SISO)解碼器
860b‧‧‧SISO解碼器
862‧‧‧碼交插器
864‧‧‧碼解交插器
866‧‧‧組合器/多工器
868‧‧‧削波器
920a‧‧‧空間處理器
920b‧‧‧空間處理器
930a‧‧‧干擾消除器930
940a‧‧‧RX資料處理器
940b‧‧‧RX資料處理器
950a‧‧‧TX資料處理器
960a‧‧‧偵測器
960b‧‧‧偵測器
970a‧‧‧RX資料處理器
970b‧‧‧RX資料處理器
1210‧‧‧曲線
1220‧‧‧曲線
1310‧‧‧曲線
1312‧‧‧曲線
1320‧‧‧曲線
1322‧‧‧曲線
1324‧‧‧曲線
1330‧‧‧曲線
結合附圖閱讀上文之詳細說明，將更易得知本發明之特徵、性質及優點，在所有附圖中，相同參考字元之表示含義皆相同，附圖中：圖1顯示一SISO系統；圖2A至2C分別顯示一SIMO系統、一MISO系統及一MIMO系統；圖3顯示MIMO系統中之一發射機及一接收機；圖4A顯示該發射機內的一發射(TX)資料處理器及一TX空間處理器；圖4B顯示一平行並置卷積編碼器之方塊圖；
圖5A及5B顯示用於該TX空間處理器的一發射分集處理器及一空間多工處理器；圖6A顯示一TX空間處理器之方塊圖，其中將該基本流與增強流在時間上多工並使用發射分集發射之；圖6B顯示一TX空間處理器之方塊圖，其中將該基本流與增強流係在時間上多工，該基本流係使用發射分集進行發射，該增強流則係使用空間多工；圖6C顯示一TX空間處理器之方塊圖，其中將該基本流與增強流相組合並使用發射分集來發射組合流；圖6D顯示一TX空間處理器之方塊圖，其中將該基本流與增強流相組合，該基本流係使用發射分集進行發送，該增強流則係使用空間多工；圖6E顯示一TX空間處理器之方塊圖，其中將該基本流與增強流相組合並使用空間多工來發射組合流；圖6F顯示一TX空間處理器之方塊圖，其中該基本流與增強流皆使用發射分集來發射，且未進行TDM或組合；圖6G顯示一TX空間處理器之方塊圖，其中該基本流係由一個發射天線來發射，而該增強流則係由一第二發射天線來發射；圖7A及7B分別顯示TDM方案及疊加方案之時序圖；圖8A及8B顯示兩個用於TDM方案的接收機設計；圖8C顯示一Turbo解碼器之方塊圖；圖9A及9B顯示兩種用於疊加方案之接收機設計；圖10顯示一由發射機執行的用於階層式編碼之過程；
圖11A及11B分別顯示由接收機執行的用於以TDM方案及疊加方案進行階層式編碼之過程；圖12顯示一關於在SISO系統中進行階層式編碼所用速率區域之曲線圖；及圖13顯示一關於在SIMO及MIMO系統中進行階層式編碼所用速率區域之曲線圖。
210x‧‧‧發射機
220x‧‧‧接收機
310‧‧‧TX資料處理器
320‧‧‧TX空間處理器
322a‧‧‧發射單元
322b‧‧‧發射單元
324a‧‧‧天線
324b‧‧‧天線
330‧‧‧控制器
332‧‧‧記憶體
352a‧‧‧天線
352b‧‧‧天線
354a‧‧‧接收單元
354b‧‧‧接收單元
360‧‧‧RX空間處理器
370‧‧‧RX資料處理器
380‧‧‧控制器
382‧‧‧記憶體
Claims (31)
- 一種在一無線通訊系統中發射一基本資料流及一增強資料流之方法，其包括：編碼及調變該基本流，以獲得一第一資料符號流，其中該基本流係指定為由複數個接收實體接收；編碼及調變該增強流，以獲得一第二資料符號流，其中該增強流係指定為由至少一個接收實體接收，且其中對該基本流及增強流之該編碼及調變並不相依於接收實體對該基本流及增強流之通道實現；根據一發射分集方案來處理該第一資料符號流，以獲得一第一複數個符號子流；根據一空間多工方案來處理該第二資料符號流，以獲得一第二複數個符號子流，其中對該第一及第二資料符號流之該處理並不相依於該等接收實體對該基本流及增強流之通道實現；及將該等第一複數個符號子流與該等第二複數個符號子流相組合，從而獲得複數個發射符號流，以供自複數個發射天線發射。
- 如請求項1之方法，其中該基本流及該增強流係發射用於一廣播服務。
- 如請求項2之方法，其中將該基本流編碼、調變及空間處理為可由獲得一第一訊號雜訊比(SNR)或更佳訊號雜訊比之接收實體所恢復，且其中將該增強流編碼、調變及空間處理為可由獲得一第二SNR或更佳SNR之接收實體 所恢復，其中該第二SNR係高於該第一SNR。
- 如請求項1之方法，其中該組合包括：將該等第一複數個符號子流與該等第二複數個符號子流時分多工，以獲得該等複數個發射符號流。
- 如請求項1之方法，其中該組合包括：以一第一比例因數按比例縮放該等第一複數個符號子流，以獲得一第一複數個已按比例縮放之符號子流，以一第二比例因數按比例縮放該等第二複數個符號子流，以獲得一第二複數個已按比例縮放之符號子流，及將該等第一複數個已按比例縮放之符號子流與該等第二複數個已按比例縮放之符號子流相加，以獲得該等複數個發射符號流。
- 如請求項1之方法，其中該無線通訊系統為一單載波通訊系統。
- 如請求項1之方法，其中該無線通訊系統為一多載波通訊系統。
- 如請求項1之方法，其中該無線通訊系統執行正交頻分多工(OFDM)。
- 一種在一無線通訊系統中發射一基本資料流及一增強資料流之方法，其包括：編碼及調變該基本流，以獲得一第一資料符號流，其中該基本流係指定為由複數個接收實體接收；編碼及調變該增強流，以獲得一第二資料符號流，其中該增強流係指定為由至少一個接收實體接收； 根據一發射分集方案來處理該第一資料符號流，以獲得一第一複數個符號子流；根據一空間多工方案來處理該第二資料符號流，以獲得一第二複數個符號子流；及將該等第一複數個符號子流與該等第二複數個符號子流相組合，從而獲得複數個發射符號流，以供自複數個發射天線發射。
- 如請求項9之方法，其中對該基本流及增強流之該編碼及調變並不相依於接收實體對該基本流及增強流之通道實現。
- 如請求項9之方法，其中係依據基於該基本流及增強流之接收實體之通道現況所選擇的速率來對該基本流及增強流實施該編碼及調變。
- 一種用於一無線通訊系統中之裝置，其包括：一構件，其用於編碼及調變一基本資料流以獲得一第一資料符號流；一構件，其用於編碼及調變一增強資料流以獲得一第二資料符號流；一構件，其用於根據一發射分集方案來處理該第一資料符號流，以獲得一第一複數個符號子流；一構件，其用於根據一空間多工方案來處理該第二資料符號流，以獲得一第二複數個符號子流；及一構件，其用於將該等第一複數個符號子流與該等第二複數個符號子流相組合，從而獲得複數個發射符號 流，以供自複數個發射天線發射。
- 一種用於一無線通訊系統中之裝置，其包括：一第一資料處理器，其可操作以編碼及調變一基本資料流以獲得一第一資料符號流；一第二資料處理器，其可操作以編碼及調變一增強資料流以獲得一第二資料符號流；一第一空間處理器，其可操作以根據一發射分集方案來處理該第一資料符號流，以獲得一第一複數個符號子流；一第二空間處理器，其可操作以根據一空間多工方案來處理該第二資料符號流，以獲得一第二複數個符號子流；及一組合器，其可操作以將該等第一複數個符號子流與該等第二複數個符號子流相組合，從而獲得複數個發射符號流，以供自複數個發射天線發射。
- 如請求項13之裝置，其中該組合器可操作以將該等第一複數個符號子流與該等第二複數個符號子流時分多工，以獲得該等複數個發射符號流。
- 如請求項13之裝置，其中該組合器可操作以：以一第一比例因數按比例縮放該等第一複數個符號子流，以一第二比例因數按比例縮放該等第二複數個符號子流，並將第一複數個已按比例縮放之符號子流與第二複數個已按比例縮放之符號子流相加，以獲得該等複數個發射符號流。
- 一種在一無線通訊系統中發射至少兩個資料流之方法，其包括：編碼及調變該等至少兩個資料流中之每一資料流，以獲得至少兩個資料符號流中一對應之資料符號流；根據一所選之空間處理方案對該等至少兩個資料符號流中每一資料符號流實施空間處理，以獲得一組對應於該資料符號流之符號子流，其中該所選之空間處理方案包含一發射分集方案或一空間多工方案中之至少一者，且其中對於該等至少兩個資料符號流，獲得至少兩組符號子流；及將對應於該等至少兩個資料符號流之該等至少兩組符號子流相組合，從而獲得複數個發射符號流，以供自複數個發射天線發射，且其中對該等至少兩個資料流中之每一資料流進行編碼、調變及空間處理，以藉由接收實體獲得一不同之目標訊號雜訊比(SNR)或更佳訊號雜訊比而得以恢復。
- 一種在一無線通訊系統中發射用於一廣播服務的一基本資料流及一增強資料流之方法，其包括：編碼及調變該基本流，以獲得一第一資料符號流；編碼及調變該增強流，以獲得一第二資料符號流；根據一發射分集處理方案來處理該第一資料符號流，以獲得一第一複數個符號子流；根據一空間多工方案來處理該第二資料符號流，以獲得一第二複數個符號子流；及 以一第一比例因數按比例縮放該等第一複數個符號子流，以獲得一第一複數個已按比例縮放之符號子流；以一第二比例因數按比例縮放該等第二複數個符號子流，以獲得一第二複數個已按比例縮放之符號子流；及將該等第一複數個已按比例縮放之符號子流與該等第二複數個已按比例縮放之符號子流相加，以獲得複數個發射符號流，以供自複數個發射天線發射。
- 如請求項17之方法，其中將該基本流編碼、調變及空間處理為由獲得一第一訊號雜訊比(SNR)或更佳訊號雜訊比之接收實體恢復，且其中將該增強流編碼、調變及空間處理為由獲得一第二SNR或更佳SNR之接收實體恢復，其中該第二SNR係高於該第一SNR。
- 如請求項17之方法，其中該基本流及該增強流係發射用於一廣播服務。
- 如請求項17之方法，其中該基本流係指定由複數個接收實體接收，且該增強流係指定由該等複數個接收實體中至少一個接收實體接收。
- 如請求項17之方法，其中該基本流係指定由一第一接收實體接收，且該增強流係指定由一第二接收實體接收。
- 一種在一無線通訊系統中接收一基本資料流及一增強資料流之方法，其包括：根據一第一空間處理方案對經由複數個接收天線獲得之複數個接收符號流實施處理，以提供一第一已恢復資 料符號流；解調變及解碼該第一已恢復資料符號流，以獲得一已解碼基本流；估計由該已解碼基本流引起之干擾；自該等複數個接收符號流中消除由該已解碼基本流引起之該所估計干擾，以獲得複數個已修改之符號流；根據一第二空間處理方案來處理該等複數個已修改之符號流，以獲得一第二已恢復資料符號流；及解調變及解碼該第二已恢復資料符號流，以獲得一已解碼增強流，其中該第一空間處理方案為一發射分集方案，且其中該第二空間處理方案為該發射分集方案或一空間多工方案。
- 如請求項22之方法，其中該基本流及該增強流係接收用於一廣播服務，且其中在一發射實體處將該基本流編碼、調變及空間處理為由獲得一第一訊號雜訊比(SNR)或更佳訊號雜訊比之接收實體來恢復，且其中在該發射實體處將該增強流編碼、調變及空間處理為由獲得一第二SNR或更佳SNR之接收實體來恢復，其中該第二SNR係高於該第一SNR。
- 如請求項22之方法，其進一步包括：重複對該等複數個接收符號流之該處理及對該第一已恢復資料符號流之該解調變及解碼，以進行複數次疊代來獲得該已解碼基本流。
- 一種用於一無線通訊系統中之裝置，其包含： 一構件，其用於根據一第一空間處理方案對經由複數個接收天線獲得之複數個接收符號流實施處理，以提供一對應於一基本資料流之第一已恢復資料符號流；一構件，其用於解調變及解碼該第一已恢復資料符號流，以獲得一已解碼基本流；一構件，其用於估計由該已解碼基本流引起之干擾；一構件，其用於自該等複數個接收符號流中消除由該已解碼基本流引起之該所估計干擾，以獲得複數個已修改之符號流；一構件，其用於根據一第二空間處理方案來處理該等複數個已修改之符號流，以獲得一對應於一增強資料流之第二已恢復資料符號流；及一構件，其用於解調變及解碼該第二已恢復資料符號流，以獲得一已解碼增強流，其中該第一空間處理方案為一發射分集方案，且其中該第二空間處理方案為該發射分集方案或一空間多工方案。
- 如請求項25之裝置，其進一步包括：一構件，其用於重複對該等複數個接收符號流之該處理及對該第一已恢復資料符號流之該解調變及解碼，以進行複數次疊代來獲得該已解碼基本流。
- 一種用於一無線通訊系統之裝置，其包括：一第一空間處理器，其可操作以根據一第一空間處理方案來處理經由複數個接收天線獲得之複數個接收符號 流，以提供一對應於一基本資料流之第一已恢復資料符號流；一第一資料處理器，其可操作以解調變及解碼該第一已恢復資料符號流，以獲得一已解碼基本流；一干擾消除器，其可操作以估計由該已解碼基本流引起之干擾並自該等複數個接收符號流中消除由該已解碼基本流引起之該所估計干擾，以獲得複數個已修改之符號流；一第二空間處理器，其可操作以根據一第二空間處理方案來處理該等複數個已修改之符號流，以獲得一對應於一增強資料流之第二已恢復資料符號流；及一第二資料處理器，其可操作以解調變及解碼該第二已恢復資料符號流，以獲得一已解碼增強流，其中該第一空間處理方案為一發射分集方案，且其中該第二空間處理方案為該發射分集方案或一空間多工方案。
- 一種在一無線通訊系統中接收一基本資料流及一增強資料流之方法，其包括：將經由複數個接收天線獲得之複數個接收符號流解時分多工，以提供對應於該基本流的一第一複數個接收符號子流及對應於該增強流的一第二複數個接收符號子流，其中將該基本流指定為由複數個接收實體接收，並將該增強流指定為由該等複數個接收實體中至少一個接收實體接收； 根據一第一空間處理方案處理該等第一複數個接收符號子流，以獲得一第一已恢復資料符號流；根據一第二空間處理方案處理該等第二複數個接收符號子流，以獲得一第二已恢復資料符號流；解調變及解碼該第一已恢復資料符號流，以獲得一已解碼基本流；及解調變及解碼該第二已恢復資料符號流，以獲得一已解碼增強流，其中該第一空間處理方案為一發射分集方案，且其中該第二空間處理方案為該發射分集方案或一空間多工方案。
- 如請求項28之方法，其中該基本流及該增強流係接收用於一廣播服務，其中在一發射實體處將該基本流編碼、調變及空間處理為由獲得一第一訊號雜訊比(SNR)或更佳訊號雜訊比之接收實體來恢復，且其中在該發射實體處將該增強流編碼、調變及空間處理為由獲得一第二SNR或更佳SNR之接收實體來恢復，其中該第二SNR係高於該第一SNR。
- 一種用於一無線通訊系統中之裝置，其包括：一構件，其用於將經由複數個接收天線獲得之複數個接收符號流解時分多工，以提供對應於一基本資料流的一第一複數個接收符號子流及對應於一增強資料流的一第二複數個接收符號子流；一構件，其用於根據一第一空間處理方案處理該等第 一複數個接收符號子流，以獲得一第一已恢復資料符號流；一構件，其用於根據一第二空間處理方案處理該等第二複數個接收符號子流，以獲得一第二已恢復資料符號流；一構件，其用於解調變及解碼該第一已恢復資料符號流，以獲得一已解碼基本流；及一構件，其用於解調變及解碼該第二已恢復資料符號流，以獲得一已解碼增強流，其中該第一空間處理方案為一發射分集方案，且其中該第二空間處理方案為該發射分集方案或一空間多工方案。
- 一種用於一無線通訊系統中之裝置，其包括：至少一解多工器，其可操作以將經由複數個接收天線獲得之複數個接收符號流解時分多工，以提供對應於一基本資料流的一第一複數個接收符號子流及對應於一增強資料流的一第二複數個接收符號子流；一第一空間處理器，其可操作以根據一第一空間處理方案處理該等第一複數個接收符號子流，以獲得一第一已恢復資料符號流；一第二空間處理器，其可操作以根據一第二空間處理方案處理該等第二複數個接收符號子流，以獲得一第二已恢復資料符號流；一第一資料處理器，其可操作以解調變及解碼該第一 已恢復資料符號流，以獲得一已解碼基本流；及一第二資料處理器，其可操作以解調變及解碼該第二已恢復資料符號流，以獲得一已解碼增強流，其中該第一空間處理方案為一發射分集方案，且其中該第二空間處理方案為該發射分集方案或一空間多工方案。
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