TWI465083B - 在一具有多天線之無線通訊系統中用於編碼時空碼之方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種編碼時空碼之方法，且特別言之，係關於在一具有多天線之無線通訊系統中編碼時空碼的方法。
隨著結合引入多媒體及高品質服務之電訊服務的普遍，針對通訊服務之需求已迅速增加。在無線通訊系統中，頻率資源係有限且與其他使用者共享。為了對需求積極地回應，通訊系統的容量扮演重要角色。因此，重要的係發現可用頻寬及/或改進使用現存頻率資源時之效率。為了克服此有限頻率資源問題，已進行有關時空域編碼之研究來改進無線資源效率。例如，有關在傳輸及接收側二者具有多天線之系統的研究係積極地研究，使得通訊可靠性可透過分集增益使用現存資源增加，及/或使用並列傳輸以增加傳輸容量。
第1圖顯示一用於傳輸/接收之通訊裝置的結構圖。第1圖中更明確指出傳輸端包括一通道編碼器101、一映射器102、一串列/並列(S/P)轉換器103、一多天線編碼器104及多傳輸天線105。
通道編碼器101藉由增加重複位元(如，循環冗餘位元)至資料位元來減少雜訊效應。映射器102施行群集映射，其中資料位元被分配/映射成為資料符號。S/P轉換器103將串列輸入資料轉換成為並列資料。多天線編碼器104將資料符號編碼成為時空信號。多天線105將時空編碼信號傳輸給複數通道。
接收端包括多接收天線106、一多天線解碼器107、一並列/串列(P/S)轉換器108、一解映射器109、及一通道解碼器110。多接收天線106經由複數通道接收信號。多天線解碼器107將由多天線編碼器104編碼之時空信號解碼，及將解碼信號轉換成資料符號。此外，P/S轉換器108將並列符號轉換成串列符號。解映射器109將串列資料符號轉換成位元。最後，通道解碼器將透過通道編碼器101處理的通道碼解碼然後估計該資料。
如上述，多天線編碼器104施行時空編碼。表1顯示從二或四傳輸天線推出之時空碼。
表1之時空碼(即(1)、(2)及(3))係有關二(2)傳輸天線之時空碼，而(4)、(5)及(6)係有關四(4)傳輸天線之時空碼。
為了增加無線通訊系統的容量、輸出及/或覆蓋之目的，已提議使用多天線。多天線係用來利用諸如空間區分多工(SDM或SM)及時空碼(STC)之方案。更明確言之，SM方案將不同資料發送至多天線之各者以使傳輸率最大。此外，STC方案將橫跨空間域(如天線)及時域之符號編碼來達到分集增益及編碼增益，以增加鏈結位準能力。此外，SM及STC方案之組合的一通用形式係一線性分散編碼(LDC)。LDC矩陣可用於多天線之編碼/解碼操作，及同時呈現多天線的各種技術。
依據LDC矩陣的多天線編碼技術可藉由以下方程式表示。
在方程式1中，Q指一些在LDC間隔期間傳輸的資料，T指示該LDC間隔，S q
指第q傳輸資料且S q
＝α q
＋j
*β q
，M q
指一分散矩陣，其具有TxNt
之大小，其係乘以第q傳輸資料，而S指一傳輸矩陣。在此，S傳輸矩陣之第i行表示在第i時間週期或時槽期間傳輸之符號，且第j列表示由第j天線傳輸之符號。
更一般言之，若S q
的一實數部分(α q
)及一虛數部分(β q
)中各者係藉由不同分散矩陣橫跨時空平面展開，此可用方程式2表示。
在方程式2中，A q
及B q
各指示一具有TxNt
大小的分散矩陣，其係分別乘以S q
之實數部分及虛數部分。
若資料符號係依據如上述方案經由傳輸天線傳輸，則藉由接收天線接收之接收信號可表示如下。若接收信號藉由相同或相等LDC矩陣相乘，則其可依據以下方程式表示。
若應用如方程式1中顯示之LDC，則一等效通道回應可藉由方程式4表示。
在方程式3及4中，Nr指一些接收天線，y Nr
指示第Nr接收天線之信號值，n Nr
指來自第Nr接收天線的雜訊，H
指等效通道回應，且H指一具有Nr
xNt
大小之通道回應矩陣。
若接收信號係應用方程式2之LDC，則接收信號可表示如下。
在方程式5中，R
(下標)指信號的實數部分，而I
(下標)指該信號的虛數部分。在本文中，該等效通道回應表示為方程式6中所示。
在方程式6中，h R,n
指經由第n接收天線接收之通道回應向量的實數部分，而h I,n
指經由第n接收天線接收之通道回應向量的虛數部分。換句話說，多天線解碼係一傳輸信號使用如方程式3或方程式5之方程式解碼的過程。不同的係，多天線解碼係一估計S q
或α q
及β q
的過程。
在克服容量問題方面，一種多輸入多輸出(MIMO)可用來增加無線通訊系統的傳輸容量。此外，一由Alamouti提出(「用於無線通訊之簡單傳輸分集技術(A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications
)」，IEEE JSAC，第16卷，第8號，1998年10月)之時空區塊編碼方案係一範例性傳輸分集技術，其使用複數傳輸/接收天線來克服無線通道之衰落。Alamouti提出之方案使用二(2)傳輸天線，且分集行列數等於傳輸天線數及接收天線數的一乘積。在此，Alamouti提出之方案在二(2)時槽期間經由二(2)傳輸天線傳輸二(2)資料符號，且結果傳輸率(空間多工率)係僅1。因而，不管多少接收天線係可用，均不可能達到空間多工增益。在此，Alamouti提議方案不討論有關三(3)或更多傳輸天線之傳輸技術。
此外，Bell實驗室引入另一稱為垂直bell實驗室層疊時空(V－BLAST)系統(「使用V－BLAST時空通訊架構之偵測演算法及初始實驗結果(Detection Algorithm and Initial Laboratory Results Using V－BLAST Space－Time Communication Architechture
)」，IEEE，第35卷，第1號，第14至16頁，1999年)的空間多工技術。在本文中技術中，各傳輸天線使用相同傳輸功率及速率同時獨立地傳輸信號。在接收端處，傳輸信號係透過偵測排序、零化干擾、及干擾抵消程序處理。藉由使用V－BLAST系統，可消除或減少不必要之干擾信號，因此增加信號雜訊比(SNR)。若接收天線數係等於或大於傳輸天線數，因為獨立資料信號(對應於傳輸天線數)可被同時傳輸，此技術可用於達到最大空間多工增益。在此，可能之缺點係接收天線必須多於傳輸天線。此外，若通道條件差且因此接收信號係未成功地解碼，則偵測及解碼後續信號很可能受到影響以及影響系統效能。
此外，不同於上述二技術，Yao及Wornwell(以下稱「Yao」)提出稱為傾斜正交振幅多工(QAM)(「具有最佳分集多工折衷方案及最小延遲之結構化時空區塊(Structured Space－Time Block Codes with Optimal Diversity－Multiplexing Tradeoff and Minimum Delay
)」，Globecom，第1941至1945頁，2003年)的另一空間多工技術。此技術係補充由Zheng及Tse提出之最佳分集多工折衷之完全分集及完全速率(FDFR)STC。Yao之技術係用於一具有二(2)傳輸天線及二(2)接收天線之系統，其中短時空區塊碼具有2之最小碼長度。此外，該技術使用QAM群集旋轉以達到空間多工增益以及完全分集增益。然而，使用此技術之缺點係分別因為該旋轉係信號之簡單旋轉，且此技術係應用及限於具有二(2)傳輸及接收天線的系統，故編碼增益無法完全實現。
因此，本發明係有關一種在一具有多天線之無線通訊系統中編碼時空碼的方法，其實質上消除由於相關技術之限制及缺點產生的一或多數問題。
本發明之一目的在於提供一種在一具有複數天線之無線通訊系統中傳輸時空編碼資料的方法。
本發明之另一目的在於提供一種用於在一具有複數天線之無線通訊系統中傳輸時空編碼資料的設備。
本發明之額外優點、目的及特徵將部分在以下說明中提出，且部分可由熟習此項技術人士自審視下文時瞭解或實現本發明時習得。本發明之目的及其他優點可藉由在本發明之書面說明與其申請專利範圍以及附圖中特別指出之結構來實現與達成。
為達成此等目的及其他優點且依據本發明之目的(如本文涵蓋及廣義地描述)，一種在一具有複數天線之無線通訊系統中傳輸時空編碼資料之方法，包括將與複雜加權組合之資料符號在至少一規定時槽期間分配予至少二傳輸天線，及在該至少一規定時槽期間經由該至少二傳輸天線將與複雜加權組合之資料符號傳輸至一接收端。
在本發明之另一特點中，一種在一具有複數天線之無線通訊系統中傳輸時空編碼資料之方法，包括在至少一規定時槽期間將資料符號分配予至少二傳輸天線，及在該至少一規定時槽期間經由該至少二傳輸天線，將該等資料符號傳輸至一接收端，其中該等資料符號係與複雜加權組合。
在本發明之進一步特點中，一種用於在一具有複數天線之無線通訊系統中傳輸時空編碼資料之設備，包括一多天線編碼器，其係用於將複雜加權與資料符號組合，且在至少一規定時槽期間將與複雜加權組合之資料符號分配到至少二傳輸天線；及複數天線，其係用於在該至少一規定時槽期間經由該至少二傳輸天線，將與複雜加權組合之資料符號傳輸至一接收端。
應瞭解本發明之前述一般性說明及以下詳細說明二者係範例性及說明性，且係意於提供本發明申請專利範圍之進一步解說。
現將詳細參考本發明之較佳具體實施例，其實例係顯示於附圖中。盡可能在全部圖式中，相同參考數字將用以指相同或相似部分。
在本發明之第一具體實施例中，該無線通訊系統具有二(2)傳輸天線。有關第一具體實施例而以時空碼來編碼，可在規定數目之時槽單元內傳輸資料符號。換句話說，時空編碼係應用於規定數目之時槽或時槽單元。在規定時槽期間傳輸之資料符號數係藉由系統中可用的傳輸天線數及/或藉由依據時空編碼之空間多工率決定。
更明確言之，在規定數目之時槽期間，Nt
(表示傳輸天線數)xR(空間多工率)數目之資料符號(或該資料符號之共軛複數)及用於資料符號傳輸之線性組合加權或加權值。
加權或加權值可與資料符號線性組合。此等加權或加權值亦可稱為複雜加權。較佳的係，加權值可依據欲用於傳輸資料符號之傳輸天線改變(或設定)。此外，可修改第一具體實施例以適應四(4)傳輸天線。
此時，係呈現於具有二(2)傳輸天線之系統中時空編碼的討論。首先，可將空間多工率設定成1。方程式7顯示一具有二(2)傳輸天線及空間多工率1之通訊系統。在此，在相同列上呈現之信號係由相同天線傳輸，而在相同行上呈現之信號係在相同時槽期間傳輸。換句話說，列表示天線而行表示時間。參考方程式7，用於傳輸位於第一列之信號的天線稱為天線#1，而用於傳輸位於第二列之信號的天線稱為天線#2。
在本申請案中，時空編碼之一實例將指為。在此，a
指示傳輸天線數，且b
指依據時空編碼之空間時間率。
在方程式7中，資料符號係在二(2)時槽或時槽單元期間傳輸。即，時空編碼係在二(2)時槽期間施行。若施行第一具體實施例之時空編碼，即係在一規定數目之時槽中施行時空編碼，則欲在規定數目之時槽期間傳輸的資料符號可在各時槽期間傳輸，且可將加權值應用於在規定數目之時槽期間傳輸的資料符號。
參考方程式7，二(2)資料符號係在二(2)時槽期間傳輸。資料符號s 1
及s 2
可在二(2)時槽期間傳輸。即，可在各時槽期間傳輸所有s 1
及s 2
。再者，可將規定加權或加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
應用於各資料符號s 1
及s 2
。以下將描述加權/加權值的細節。
更明確言之，第一傳輸天線(即天線#1)可在第一時槽期間傳輸資料符號s 1
及s 2
，且對各資料符號應用加權值。此外，第一傳輸天線(即天線#1)可在第二時槽期間傳輸資料符號s 1
及s 2
，且對各資料符號應用加權。此外，第二傳輸天線(即天線#2)可在第一時槽期間傳輸資料符號s 1
及s 2
，及對各資料符號應用加權值，且可在第二時槽期間傳輸資料符號s 1
及s 2
，及應用加權值於各資料符號。加權值可隨著不同時槽及不同傳輸天線而異。再者，在相同時槽期間，傳輸天線之總功率係相同。
在依據第一具體實施例之時空編碼方案中，一欲在一規定時槽期間傳輸的一整組資料符號，可在一單一時槽期間傳輸。再者，加權或加權值係應用於在單一時槽期間傳輸的所有資料符號。較佳的係，線性組合的規定加權向量及資料符號之結果係在單一時槽期間傳輸。
加權或加權值可表示為方程式8中所示。
方程式8係用以描述用於方程式7中之加權值的方程式。因此，加權值可依不同形式建構且不限於方程式8。即，方程式7之加權值可為具有不同值的複數，且不限於方程式8。
加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
可使用相位值θ a
、θ b
、θ c
、θ d
及實數r
決定。此等變數可為不同值。換句話說，變數可基於該系統而有一不同最佳值，且若傳輸/接收端缺少通道資訊，變數可藉由滿足方程式9而具有最佳能力。
[方程式9]θ a
＋θ b
＝θ c
＋θ d
,r
＝1
較佳的係，應用於方程式7之各加權值具有相同振幅，且任何二(2)加權值之相位的和係與剩餘二(2)加權值之相位的和相同。若滿足方程式9，則可參考方程式7將一最小乘積距離(如表1中的「dp.min」所指)最佳化。
方程式10係一依據滿足方程式9之條件的第一具體實施例之時空編碼的實例。
第2圖顯示一使用時空編碼且具有二(2)傳輸天線及一(1)接收天線之系統的效應之實例。在第2圖中，係比較方程式7之時空編碼(STC)方案及Alamouti編碼方案(表1的時空編碼方案(1))。若資料符號係未編碼(如，未應用通道編碼或加速編碼)，方程式7之STC方案顯示與Alamouti方案相同之最佳結果。如上述參考表1之Alamouti編碼僅提供一種編碼方法。然而，方程式7之STC方案可使用不同值用於方程式8的各參數。即，方程式8之各參數可具有不同值，以依據不同通訊系統之特徵/能力提供各種類型的時空編碼。因此在一些通訊環境中，STC方案可具有比Alamouti編碼方案更佳之效能。
在本發明之具體實施例中，多資料符號係使用二或以上傳輸天線傳輸。此外，可依據例如調變及編碼設定(MCS)位準來將各資料符號調變及編碼。MCS位準可從接收端回饋或另可在傳輸端決定。
如上述，一完全分集增益可使用方程式7之時空編碼達到。更明確言之，若分集行列數係4，依據方程式7時空編碼的各資料符號可達到最大分集增益。換句話說，方程式7之STC對於各資料符號提供相等或類似數量之分集。較佳的係，資料符號係分配MCS位準。較佳的係，依據方程式7之STC傳輸的各資料符號係應用相同調變方法(即所有資料符號皆使用16QAM映射)及相同編碼方法(即使用相同編碼率之通道編碼)。
此時，將解釋依據本發明之第一具體實施例，在一具有二(2)傳輸天線之通訊系統中的另一實例。在此，第一具體實施例係應用於具有2之空間多工率的二(2)天線系統。在以下方程式11中，用於傳輸位於第一列之信號的天線稱為天線#1。同樣地，用來傳輸第二列之信號的天線稱為天線#2。
參考方程式11，資料符號係在二(2)時槽中傳輸。換句話說，資料符號係在二(2)時槽期間時空編碼。若資料符號係依據第一具體實施例在一規定數目之時槽期間時空編碼，則欲在該規定數目之時槽期間傳輸的所有資料符號可在各時槽期間傳輸，且可將加權值應用於此等資料符號。
在方程式11中，四(4)資料符號係在二(2)時槽期間傳輸。更明確言之，資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
係在二(2)時槽期間傳輸，且在各時槽期間係傳輸所有資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
。再者，可將加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
、w 5
、w 6
、w 7
、w 8
應用於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
。
在第一時槽期間，資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
係連同應用至其之加權值從天線#1傳輸。同樣地，資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
係連同應用至其之加權值在第一時槽期間經由天線#2傳輸。在第二時槽期間，資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
係連同應用於其之加權值從天線#1及天線#2傳輸。加權值可基於時槽及/或各傳輸天線改變或變化。
如上述，依據第一具體實施例之STC方案傳輸所有資料符號，其係欲在一規定數目之時槽期間在各時槽期間排程以待傳輸。此外，加權值係在各時槽期間應用於傳輸的所有資料符號。較佳的係，線性組合之規定加權向量及資料符號的結果係在單一時槽期間傳輸。
方程式12顯示與方程式11關聯之加權值。
在此，方程式12係一用以描述用於方程式11之加權值的方程式。因此，可依不同形式建構加權值且不限於方程式12。即，方程式11之加權值可為具有不同值的複數，且不限於方程式12。
參考方程式12的加權值，w 1
、w 2
、w 3
、w 4
、w 7
、w8
係純實數，w 5
、w6
係純虛數，且r
乘以在w 1
、w 3
、w 6
、w 8
及w 2
、w 4
、w 5
、w 7
間之規定振幅。在此，r
可為或。
如以上有關MCS位準之討論，一完全分集增益可使用方程式11之時空編碼達到。更明確言之，若分集行列數係4，依據方程式11時空編碼的各資料符號可達到最大分集增益。換句話說，方程式11之STC對於各資料符號提供相等或類似數量之分集。較佳的係，資料符號係分配相同MCS位準。較佳的係，依據方程式11之STC傳輸的各資料符號係應用相同調變方法(即，所有資料符號皆使用16QAM映射)及相同編碼方法(即，使用相同編碼率之通道編碼)。
第3圖及第4圖顯示一使用STC方案之通訊系統的效能比較，其具有二(2)傳輸天線及一(1)接收天線。第3圖之圖表顯示無STC之4－QAM群集映射方案的效能。第4圖之圖表顯示具有加速碼之4－QAM群集映射方案的效能。
更明確言之，第3圖係比較表1之空間多工(SM)方案(2)，表1之通用最佳分集方案(3)，及方程式11之時空編碼(STC)方案的結果。方程式11之STC方案使用具有2之SM率的二(2)傳輸天線方案。在此，表1之STC方案(2)及表1之GOD方案(3)係用來顯示方程式11的效能。如所示，若未使用STC，則方程式11之STC顯示優於SM編碼的效能，同時顯示類似GOD編碼的相等效能。
第4圖顯示在表1之方案(3)及方程式11之STD方案間之GOD方案的比較。如第3圖所示，甚至當不使用通道編碼時，二方案亦顯示相同效能結果。然而，當將加速碼用於通道編碼時，方程式11之STC方案顯示更佳效能。此外，用於依據方程式11之時空編碼的加速碼亦顯示比GOD編碼方案更佳的效能。
總之，依據第一具體實施例之STC在某些情況中顯示相等效能。然而，依據第一具體實施例之STC係能操縱應用於資料符號的加權值。如參考第2至4圖所討論，即使STC相同，可基於通道條件表示不同特徵。依據本發明具體實施例之STC於某些情況下可具有比習知STC更佳之效能。
在本發明中的第二具體實施例中，可將時空編碼應用於一具有四(4)傳輸天線之通訊系統中。在此，STC方案可藉由在一規定數目之時槽期間傳輸之資料符號表示。此外，加權值係在欲傳輸至接收端前應用至各資料符號(或至該資料符號之共軛複數)。應用於資料符號之加權值最好基於係用以傳輸該等資料符號之天線改變或修改。再者，該等加權值最好基於係用以傳輸已應用加權之資料符號的時槽改變或修改。
第二具體實施例之討論係基於具有四(4)天線的無線通訊系統，其係來自第一具體實施例之延伸修改。
方程式14顯示一具有四(4)天線及空間多工率1之通訊系統的STC方案。在此，位於相同列之信號係由相同天線傳輸，而位於相同行之信號係在相同時槽期間傳輸。換句話說，列表示天線且行表示時間。參考方程式14，用於傳輸位於第一列上之信號天線的稱為天線#1，而用於傳輸位於第二列上之信號的天線稱為天線#2，用於傳輸位於第三列上之信號的天線稱為天線#3，且用於傳輸位於第四列上之信號的天線稱為天線#4。
參考方程式14，資料符號係在四(4)時槽期間傳輸。在依據第二具體實施例之時空編碼中，若時空編碼使用一規定數目之時槽施行，則各傳輸天線傳輸一特定資料符號，所有欲經由特定天線傳輸之資料符號，係在規定數目之時槽期間傳輸，且加權值係在規定數目之時槽期間應用於所傳輸的資料符號。
參考方程式14，四(4)傳輸天線係在四(4)時槽期間傳輸四(4)資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
。資料符號s 1
及s 2
係分別在四(4)時槽中之前二(2)時槽期間經由天線#1及天線#2傳輸傳輸。再者，加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
係應用於各資料符號s 1
及s 2
。此外，資料符號s3
及s4
係分別在第三及第四時槽期間，經由天線#3及天線#4傳輸傳輸。同樣地，加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
係應用於各資料符號s 3
及s 4
。如上述，應用於資料符號之加權值可隨著不同時槽，同時隨著不同天線而變化/改變。
方程式14所示之加權或加權值可依據方程式15表示。
方程式15係用來描述用於方程式14中之加權值的方程式。因此，加權值可依不同形式建構且不限於方程式14。即，方程式15之加權值可為具有不同值的複數，且不限於方程式15。
加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
可使用相位值θ a
、θ b
、θ c
、θ d
及實數r
決定。此等變數可為不同值。換句話說，變數可基於該系統而有一不同之最佳值，且若傳輸/接收端缺少通道資訊，變數可藉由滿足方程式16而具有最佳能力。
[方程式16]θ a
＋θ b
＝θ c
＋θ d
,r
＝1
較佳的係，應用於方程式14的各加權值具有相同振幅，且任何二(2)加權值之相位的和係與剩餘二(2)加權值之相位的和相同。若滿足方程式16，則可參考方程式7將一最小乘積距離(如表1中「dp.min」所指)最佳化。
方程式14之STC方案對應於由表1之(5)所指的STC方案。在此，方程式14之STC方案顯示出類似於表1的方案(5)相等效果。此外，方程式14之STC方案可用以操縱加權值，以提供各種STC組合用於進一步效果。
檢視經由天線#1傳輸之信號，例如資料符號s 1
及s 2
係在組合後傳輸。同樣地，經由天線#2傳輸之資料符號s 1
及s 2
係在傳輸前組合。此外，資料符號s 3
及s 4
係組合且分別經由天線#3和天線#4傳輸。
資料符號s 1
及s 2
係經由相同通道(即第一通道)傳輸，而資料符號s 3
及s 4
係經由相同通道(即第二通道)傳輸。在此，可將相同MCS位準應用於在相同規定時槽期間傳輸的資料符號。即，一第一MCS位準係指定子資料符號s 1
及s 2
，且將一第二MCS位準係指定子資料符號s 3
及s 4
。第一MCS位準及第二MCS位準可相同或不同。
若使用未提供完全分集之時空編碼，則最好將相同MCS位準指定予在一規定時槽期間傳輸之加權組合資料符號。
以下係在其中空間多工率係1之四(4)天線系統中時空編碼的另一實例。
在方程式17中，資料符號在四(4)時槽期間傳輸。即時空編碼係在四(4)時槽期間施行。參考方程式17，，其中i＝1、2、3、4，且，，而。在此，上標R表示複數中之實數，且I
表示複數中之虛數。
此外，所有四(4)天線在四(4)時槽期間傳輸對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之信號,,,。此外，因為信號,,,係自各資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
推衍出，各傳輸天線在四(4)時槽期間傳輸對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
的信號。更明確言之，對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之及係分別經由天線#1及天線#2傳輸，該等信號係在四(4)時槽的前二時槽期間傳輸，且應用特定加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
。此外，對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之及係分別經由天線#3及天線#4傳輸，該等信號係在四(4)時槽的後二時槽期間傳輸，且應用特定加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
。
換句話說，天線#1及天線#2可分別用來傳輸對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之及，且天線#3及天線#4可分別用來傳輸對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之及。應用於信號,,,之加權值，或應用於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之加權值可隨不同時槽而異，且亦可隨不同天線而改變。
加權或加權值可表示如方程式18中所示。
方程式18係用來描述用於方程式17之加權值的一方程式。因此，加權值可依不同形式建構且不限於方程式18。即，方程式17之加權值可為具有不同值的複數，且不限於方程式18。
加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
可使用相位值θ a
、θ b
、θ c
、θ d
及實數r
決定。此等變數可為不同值。換句話說，變數可基於該系統而有一不同最佳值，且若傳輸/接收端缺少通道資訊，變數可藉由滿足方程式19和方程式20而具有最佳能力。
[方程式19]θ a
＋θ b
＝θ c
＋θ d
,r
＝1
較佳的係，應用於方程式18的各加權值具有相同振幅，且任何二(2)加權值之相位的和係與剩餘二(2)加權值之相位的和相同。
θ r
可用來決定x i
及s i
。
方程式17之STC可用來改進方程式14的STC。方程式17之STC具有4秩(rank)，及0.25的最小乘積距離。該秩對應於基於時空編碼的分集增益，且該最小乘積距離對應於編碼增益。
如上述，一完全分集增益可藉由依據方程式17之STC方案達到。相同MCS位準最好指定子依據方程式17之STC方案傳輸的資料符號。換句話說，相同STC位準係應用於依據方程式17之STC方案傳輸的各資料符號。
以下係可應用於一空間多工率係1之四(4)天線系統的時空編碼之另一實例。
在方程式21中，資料符號係在四(4)時槽期間傳輸。即，時空編碼係在四(4)時槽期間施行。
在方程式21中，四(4)資料符號係在四(4)時槽期間經由四(4)天線傳輸。換句話說，各傳輸天線在四(4)時槽期間傳輸四(4)資料符號。若資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
係經由天線#1及天線#2傳輸，此等信號係在四(4)時槽的前二(2)時槽期間傳輸，且加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
係應用於各資料符號。此外，若資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
係經由天線#3及天線#4傳輸，此等信號係在四(4)時槽之後二(2)時槽期間傳輸，且加權值w 5
、w6
、w 7
、w 8
應用於各資料符號。
依據第二具體實施例的各天線可用來傳輸特定資料符號。同時，所有傳輸天線可用來傳輸資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
。此外，應用於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
的加權值可從一時槽變化成另一時槽，且隨著不同天線而異。
方程式22顯示有關方程式21之加權值。
在此，方程式22係用來描述用於方程式21中之加權值的方程式。因此，加權值可依不同形式建構且不限於方程式22。即，方程式21之加權值可為具有不同值的複數，且不限於方程式22。
參考方程式22之加權值，w 1
、w 2
、w 3
、w 4
、w 7
、w8
係藉由相位值θ a
、θ b
、θ c
、θ d
、θ e
、θ f
、θ g
、θ h
及實數r
決定。因此，此等變數可為不同值。換句話說，變數可基於該系統而有一不同最佳值，且若傳輸/接收端缺少通道資訊，變數可藉由滿足方程式23而具有最佳能力。
即，參考方程式23，較佳的係，w 1
、w 2
、w 3
、w 4
、w 7
、w8
係實數，w 5
、w6
係虛數，且r
乘以在w 1
、w 3
、w 6
、w 8
及w 2
、w 4
、w 5
、w 7
間之規定振幅。在此，r
可為或。
如以上有關MCS位準之討論，一完全分集增益可使用方程式21之時空編碼達到。較佳的係，依據方程式21之STC傳輸之資料符號係分配相同MCS位準。較佳的係，依據方程式21之STC傳輸的各資料符號係應用相同調變方法及相同編碼方法。
第5圖顯示一在習知STC方案及依據第二具體實施例的STC方案間之效能比較。第5圖之結果係基於將加速碼用在時空編碼，且若使用4－QAM，表1之一般化最佳分集(GOD)方案(3)，表1之擬正交碼STC方案(4)、表1之A矩陣(在IEEE 802.16提出)STC方案(5)、方程式17之結果、及方程式21的結果。
如上述，STC效能可基於通道環境改變。此外，如第5圖中所示，方程式17之結果係自習知最佳STC方案的改進。
以下係可應用於一四(4)天線系統之時空編碼的實例。
在方程式24中，資料符號係在二(2)時槽期間傳輸。即，時空編碼係在二(2)時槽期間施行。參考方程式24，其總共有四(4)傳輸天線。在此，此等四(4)天線係用以在二(2)時槽期間傳輸四(4)資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
。再者，各天線在二(2)時槽期間傳輸二(2)資料符號。資料符號s 1
及s 2
係分別經由天線#1及天線#2傳輸。此外，加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
係應用於各資料符號s 1
及s 2
。此外，資料符號s 3
及s 4
係分別經由天線#3及天線#4傳輸。同樣地，加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
係應用於各資料符號s 3
及s 4
。如上述，加權值可隨著不同時槽及不同傳輸天線變化。
方程式24所示之加權或加權值可依據方程式25表示。
方程式25係用來描述用於方程式24中之加權值的方程式。因此，加權值可依不同形式建構且不限於方程式24。即，方程式25之加權值可為具有不同值的複數，且不限於方程式25。
加權值(w 1
、w 2
、w 3
、w 4
)可使用相位值(θ a
、θ b
、θ c
、θ d
)及實數r
決定。此等變數可為不同值。換句話說，變數可基於該系統而有一不同之最佳值，且若傳輸/接收端缺少通道資訊，變數可藉由滿足方程式26而具有最佳能力。
[方程式26]θ a
＋θ b
＝θ c
＋θ d
,r
＝1
較佳的係，應用於方程式24的各加權值具有相同振幅，且任何二(2)加權值之相位的和係與剩餘二(2)加權值之相位的和相同。若滿足方程式26，則可參考方程式24將一最小乘積距離(如表1中「dp.min」所指)最佳化。
方程式24之STC方案不提供完全分集。此外，最好將相同調變位準及相同編碼位準應用於資料符號，其係在一規定時槽期間線性組合特定加權值。例如，資料符號s 1
及s 2
、係指定第一MCS位準，而資料符號s3
及s4
係指定第二MCS位準。
以下係可應用於一四(4)天線系統之時空編碼的另一實例。
在方程式27中，資料符號係在二(2)時槽期間傳輸。即，時空編碼係在二(2)時槽期間施行。參考方程式27，，其中
i＝1、2、3、4，且，，而。在此，上標R表示複數中之實數，且I
表示複數中之虛數。
此外，所有四(4)天線在四(4)時槽期間傳輸對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之信號,,,。此外，因為信號,,,係自各資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
推衍出，各傳輸天線在四(4)時槽期間傳輸對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
的信號。更明確言之，對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之及係分別經由天線#1及天線#2傳輸，該等信號係在四(4)時槽的前二時槽期間傳輸，且應用特定加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
。此外，對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之及係分別經由天線#3及天線#4傳輸，該等信號係在四(4)時槽的後二時槽期間傳輸，且應用特定加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
。
換句話說，天線#1及天線#2可分別用來傳輸對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之及，且天線#3及天線#4可分別用來傳輸對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之及。應用於信號,,,之加權值，或應用於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之加權值可隨不同時槽而異，且亦可隨不同天線而改變。
加權或加權值可表示為方程式28中所示。
方程式28係用來描述用於方程式27中之加權值的方程式。因此，加權值可依不同形式建構且不限於方程式28。即，方程式27之加權值可為具有不同值的複數，且不限於方程式28。
加權值(w 1
、w 2
、w 3
、w 4
)可使用相位值(θ a
、θ b
、θ c
、θ d
)及實數r
決定。此等變數可為不同值。換句話說，變數可基於系統而有一不同最佳值，且若傳輸/接收端缺少通道資訊，變數可藉由滿足方程式29和方程式30而具有最佳能力。
[方程式29]θ a
＋θ b
＝θ c
＋θ d
,r
＝
1
較佳的係，應用於方程式28的各加權值具有相同振幅，且任何二(2)加權值之相位的和係與剩餘二(2)加權值之相位的和相同。
θ r
可用來決定x i
及s i
。
方程式27之STC方案不提供完全分集。然而，對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之及係分別經由天線#1及天線#2傳輸，且信號被傳輸。此外，對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之及係分別經由天線#3及天線#4傳輸。此外，所有資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
係在一規定時槽期間組合然後傳輸。較佳的係，將相同MCS位準指定予所有資料符號。
以下係可用於其中空間多工率係2之四(4)天線系統的時空編碼之另一實例。以下係面基於方程式11。
在方程式31中，總共四(4)天線在四(4)時槽期間傳輸對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
、s 5
、s 6
、s 7
、s 8
之信號,,,,,,,。再者，因為信號,,,,,,,係自各資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
、s 5
、s 6
、s 7
、s 8
推衍出，各傳輸天線在四(4)時槽期間傳輸對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
、s 5
、s 6
、s 7
、s 8
之信號。
更明確言之，對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
、s 5
、s 6
、s 7
、s 8
之,,,係分別經由天線#1及天線#2傳輸，該等信號係在四(4)時槽的前二時槽期間傳輸，且係應用特定加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
、w 5
、w 6
、w 7
、w 8
。此外，對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
、s 5
、s 6
、s 7
、s 8
之,,,係分別經由天線#3及天線#4傳輸，該等信號係在四(4)時槽的後二時槽期間傳輸，且應用特定加權值w 1
、w 2
、w 3
、w 4
、w 5
、w 6
、w 7
、w 8
。
換句話說，天線#1及天線#2可分別用來傳輸對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
、s 5
、s 6
、s 7
、s 8
之,,,，且天線#3及天線#4可分別用來傳輸對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
、s 5
、s 6
、s 7
、s 8
之,,,。應用於信號,,,之加權值，或應用於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
之加權值可隨不同時槽而異，且亦可隨不同天線而改變。
方程式32顯示有關方程式21之加權值。
在此，方程式32係用來描述用於方程式31中之加權值的方程式。因此，加權值可依不同形式建構且不限於方程式32。即，方程式31之加權值可為具有不同值的複數，且不限於方程式32。
參考方程式32之加權值，w 1
、w 2
、w 3
、w 4
、w 5
、w 6
、w 7
、w 8
係藉由相位值θ a
、θ b
、θ c
、θ d
、θ e
、θ f
、θ g
、θ h
及實數r
決定。因此，此等變數可為不同值。換句話說，變數可基於該系統而有一不同最佳值，且若傳輸/接收端缺少通道資訊，該等變數可藉由滿足方程式33而具有最佳能力。
即，參考方程式33，較佳的係，w 1
、W 2
、w 3
、w 4
、w 7
、w 8
係實數，w 5
、w 6
係虛數，且r
乘以在w 1
、w 3
、w 6
、w 8
及w 2
、w 4
、w 5
、w 7
間之規定振幅。在此，r
可為或。
較佳的係，θ r
可用來決定x i
及s i
。
若使用參考方程式24、27及31討論之STC方案，相同效能結果可針對表1之STC方案(6)獲得。時空編碼可能基於加權值而為不同類型，且依據通道條件與習知編碼比較，可獲得改進的結果。
方程式27之STC方案不提供完全分集。然而，對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
、s 5
、s 6
、s 7
、s 8
之,,,係分別經由天線#1及天線#2傳輸，且信號被傳輸。此外，對應於資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
、s 5
、s 6
、s 7
、s 8
之,,,係分別經由天線#3及天線#4傳輸。另外，所有資料符號s 1
、s 2
、s 3
、s 4
、s 5
、s 6
、s 7
、s 8
係在一規定時槽期間組合然後傳輸。較佳的係將相同MCS位準指定予所有資料符號。
如上述，依據本發明之具體實施例的STC方案可用時空編碼矩陣C進一步解釋。即，時空編碼可使用方程式7、11、14、17、21、24、27及31之STC方案施行。上述方程式係STC方案之實例，且此等方程式之STC可藉由一單位矩陣修改成為新或不同STC矩陣。即，可將一單位矩陣乘以STC矩陣以形成一不同或新STC矩陣。
單位矩陣(U)可依據方程式35顯示。
[方程式35]UxU H
＝I
,det(U
)＝1
若將在本發明之具體實施例中討論的STC矩陣稱為C
，U
矩陣乘以STC矩陣可表示如下。
[方程式36]det(CxU
)＝det(C
)det(U
)＝det(C
)
換句話說，若將單位矩陣乘以STC矩陣，原始STC矩陣的行列式係不受影響或不改變。因此，原始STC矩陣的效能不改變。
一藉由乘以單位矩陣而修改之STC矩陣的實例可在方程式37中顯示。在此，單位矩陣係乘以方程式10之STC矩陣。
參考方程式37，用於,之行列式係如下。
如上述，可將單位矩陣乘以一特定STC矩陣，以形成一顯示於方程式38中之實例的修改矩陣。
關於本發明之具體實施例，可將時空碼之加權值(也稱為複雜加權)應用於正交分頻多工(OFDM)系統。若STC之加權值係應用於OFDM系統，則可基於載波頻率索引應用不同加權值。第6圖顯示在一OFDM頻域內之副載波。在此，可用N－1數目之副載波表示該系統。
應瞭解熟習此項技術人士可在不脫離本發明之精神或範疇下進行各種修改及變化。因此，本發明係意於涵蓋修改及變化，只要其係在隨附申請專利範圍及其等同者之範疇內。
101．．．通道編碼器
102．．．映射器
103．．．串列/並列(S/P)轉換器
104．．．多天線編碼器
105．．．多傳輸天線
106．．．多接收天線
107．．．多天線解碼器
108．．．並列/串列(P/S)轉換器
109．．．解映射器
110．．．通道解碼器
本文所包括之附圖提供對本發明的進一步瞭解，且係併入與構成此說明書之一部分，其示範本發明之具體實施例且連同說明書用以解說本發明之原理。圖式中：第1圖係用於傳輸/接收之通訊裝置的結構圖；第2圖顯示一使用時空編碼具有二(2)傳輸天線及一(1)接收天線之系統的效應之實例；第3圖顯示一使用STC方案具有二(2)傳輸天線及一(1)接收天線之通訊系統的效能比較；第4圖顯示一使用STC方案具有二(2)傳輸天線及一(1)接收天線之通訊系統的另一效能比較；第5圖顯示在習知STC方案及依據第二具體實施例之STC方案間之效能比較；及第6圖顯示在一OFDM頻域內之副載波。
Claims (20)
- 一種在一具有複數天線之無線通訊系統中傳輸時空編碼資料之方法，該方法包含以下步驟：在至少一規定時槽期間，將以複數加權組合之資料符號分配予該等複數天線之至少二傳輸天線，及在該至少一規定時槽期間，經由該等至少二傳輸天線將以複數加權組合之該等資料符號傳輸至一接收端，其中在一相同時槽期間，該等至少二傳輸天線的每一者之傳輸的資料符號的功率和係相同。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中當再傳輸(retransmitted)時，與該等資料符號組合之該等複數加權係相同。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中當再傳輸(retransmitted)時，與該等資料符號組合之該等複數加權係不同。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等複數加權係藉由被指定用於傳輸該等資料符號之該等至少二傳輸天線來決定。
- 一種在一具有複數天線之無線通訊系統中傳輸時空編 碼資料之方法，該方法包含以下步驟：在至少一規定時槽期間，將資料符號分配予該等複數天線之至少二傳輸天線；及在該至少一規定時槽期間，經由該等至少二傳輸天線將該等資料符號傳輸至一接收端，其中該等資料符號係以複數加權組合，其中該等資料符號係依據一時空編碼矩陣C在二時槽期間分配予二傳輸天線，該矩陣C表示為：
- 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該等複數加權w 1 、w 2 、w 3 、w 4 具有相同振幅，且w 1 及w3 之一相位和與w 2 及w 4 之一相位和係相同。
- 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該等複數加權w 1 、w 2 、w 3 、w 4 具有不同振幅，且w 1 及w3 之一相位和與w 2 及w 4 之一相位和係相同。
- 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該等複數加權w 1 、w 2 、w 3 、w 4 係定義為，其中r 表示一實數，且該等相位之值係指θ a 、θ b 、θ c 、θ d ，且j 表示一虛數單位。
- 一種在一具有複數天線之無線通訊系統中傳輸時空編碼資料之方法，該方法包含以下步驟：在至少一規定時槽期間，將資料符號分配予該等複數天線之至少二傳輸天線；及在該至少一規定時槽期間，經由該至少二傳輸天線將該等資料符號傳輸至一接收端，其中該等資料符號係以複數加權組合，且其中該等資料符號係依據一時空編碼矩陣C在二時槽期間分配予該等複數天線之四傳輸天線，該矩陣C 係表示為其中、、、係指對應於該等資料符號之天線傳輸信號，且其中w 1 、w 2 、w 3 、及w 4 係指該等複數加權。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中,,,係個 別定義為，，及其中R表示一複數的實數部份，其中I表示該複數的虛數部份， 其中j表示一虛數單位，其中，且其中s i 代表該等資料符號。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該等複數加權w 1 、w 2 、w 3 、w 4 具有相同振幅，且w 1 及w3 之一相位和與w 2 及w 4 之一相位和係相同，且 其中該相位之值係θ r ，其係定義為
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該等複數加權w 1 、w 2 、w 3 、w 4 係定義為，其中r 表示實數，且該等相位之值係指θ a 、θ b 、θ c 、θ d ，及j表示一虛數單位。
- 一種用於在一具有複數天線之無線通訊系統中傳輸時空編碼資料之設備，該設備包含：一多天線編碼器，其係用於將複數加權與資料符號組合，且在至少一規定時槽期間，將以複數加權組合之該等資料符號分配予該等複數天線之至少二傳輸天線；及該等複數天線，其係用於在該至少一規定時槽期 間，經由該至少二傳輸天線，將以複數加權組合之資料符號傳輸至一接收端，其中在一相同時槽期間，該等至少二傳輸天線的每一者之傳輸的資料符號的功率和係相同。
- 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中當再傳輸(retransmitted)時，與該等資料符號組合之該等複數加權係相同。
- 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中當再傳輸(retransmitted)時，與該等資料符號組合之該等複數加權係不同。
- 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中每一個複數加權係藉由被指定用於傳輸該相對應資料符號之該傳輸天線來決定。
- 一種用於在一具有複數天線之無線通訊系統中傳輸時空編碼資料之設備，該設備包含：一多天線編碼器，其係用於將複數加權與資料符號組合，且在至少一規定時槽期間，將以複數加權組合之該等資料符號分配予該等複數天線之至少二傳輸天線；及 該等複數天線，其係用於在該至少一規定時槽期間，經由該至少二傳輸天線，將以複數加權組合之資料符號傳輸至一接收端，其中該等資料符號係依據一時空編碼矩陣C在二時槽期間分配予二傳輸天線，該矩陣C表示為：
- 如申請專利範圍第17項所述之設備，其中該等複數加權w 1 、w 2 、w 3 、w 4 具有相同振幅，且w 1 及w3 之一相位和與w 2 及w 4 之一相位和係相同。
- 如申請專利範圍第17項所述之設備，其中該等複數加權w 1 、w 2 、w 3 、w 4 具有不同振幅，且w 1 及w3 之一相位和與w 2 及w 4 之一相位和係相同。
- 如申請專利範圍第17項所述之設備，其中該等複數加權w 1 、w 2 、w 3 、w 4 係定義為，其中r 表示一實數，且該等相位之值係指θ a 、θ b 、θ c 、θ d ，且j 表示一虛數虛數單位。
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