專利名稱：用于在多輸入多輸出系統(tǒng)中時(shí)空編碼和解碼正交頻分復(fù)用信號(hào)的準(zhǔn)正交時(shí)空塊編碼器 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)。某些實(shí)施例涉及利用多個(gè)天線傳輸和接收多載
波信號(hào)。某些實(shí)施例涉及多輸入、多輸出(MIMO)正交頻分復(fù)用(OFDM) 系統(tǒng)。
背景
某些無線通信系統(tǒng)采用多發(fā)射天線和/或多接收天線來增加可發(fā)射的數(shù)據(jù) 量。在諸如OFDM之類的某些采用多載波信號(hào)的MIMO系統(tǒng)中，每個(gè)發(fā)射天 線可被配置成在同一組副載波上發(fā)射單獨(dú)編碼的信息流。當(dāng)使用兩個(gè)以上的發(fā) 射天線時(shí)，在接收器處解碼單個(gè)副載波變得越來越難，對(duì)于較高的編碼率則尤 其困難。
因此，通常需要以降低的復(fù)雜度在多載波系統(tǒng)中編碼和解碼的編碼器、解 碼器及方法。
附圖簡(jiǎn)述


圖1是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的多載波發(fā)射機(jī)的功能框圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的時(shí)空編碼器的功能圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的多載波接收機(jī)的功能框圖；以及 圖4是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的時(shí)空解碼器的功能圖。
發(fā)明詳述
以下的描述和附圖充分地示出了本發(fā)明的具體實(shí)施例以使本領(lǐng)域中的技 術(shù)人員能夠?qū)嵤┧鼈?。其它的?shí)施例可結(jié)合結(jié)構(gòu)、邏輯、電、進(jìn)程和其它改變。 某些實(shí)施例的部分和特征可被包括在其它實(shí)施例的部分和特征中，或代替其它實(shí)施例的部分和特征。在權(quán)利要求中陳述的本發(fā)明的實(shí)施例包括這些權(quán)利要求 的所有可用的等效技術(shù)方案。在本文中，如果實(shí)際公開了一個(gè)以上的發(fā)明，則 可單獨(dú)地或共同地由術(shù)語"發(fā)明"指代本發(fā)明的各實(shí)施例，這僅僅是為了方便 而不是旨在將本申請(qǐng)的范圍限于任何單個(gè)發(fā)明或發(fā)明概念。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的多載波發(fā)射機(jī)的功能框圖。多載波發(fā)射 機(jī)100利用多個(gè)發(fā)射天線114發(fā)射從輸入比特流101生成的多載波信號(hào)。在某
些實(shí)施例中，多載波發(fā)射機(jī)100可以是多輸入、多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)的 一部分，且每個(gè)發(fā)射天線114可發(fā)送不同的信息碼元。多載波發(fā)射機(jī)100可包 括用于編碼輸入比特流101的糾錯(cuò)編碼器102、用于從經(jīng)編碼的比特流103生 成星座碼元并將經(jīng)時(shí)空編碼的星座碼元提供給傅立葉逆變換(IFT)電路110 的時(shí)空編碼器108?？蓪⑿亲a元視為頻域碼元。IFT電路110可執(zhí)行離散傅 立葉逆變換以將這些頻域信號(hào)的塊轉(zhuǎn)換至?xí)r域。這些經(jīng)轉(zhuǎn)換塊中的每一個(gè)可被 稱為多載波碼元或OFDM碼元。
多載波發(fā)射機(jī)110還可包括射頻(RF)電路112，該電路112用于從由IFT 電路110提供的數(shù)字時(shí)域基帶信號(hào)生成RF信號(hào)，以供發(fā)射天線114中相應(yīng)的 一個(gè)傳輸。多載波發(fā)射機(jī)100還可包括其它功能元件(為了便于理解而未在圖 1中示出)。
根據(jù)某些實(shí)施例，時(shí)空編碼器108通過從初始比特流103生成星座集并映 射該星座集的比特以形成與多個(gè)發(fā)射天線114對(duì)應(yīng)的多個(gè)復(fù)碼元來時(shí)空編碼多 載波信號(hào)。時(shí)空編碼器108還可用所選的線性變換矩陣線性變換星座集的碼元 以生成經(jīng)線性變換的碼元。時(shí)空編碼器108還可從經(jīng)線性變換的碼元形成與多 個(gè)發(fā)射天線114相對(duì)應(yīng)的復(fù)碼元。時(shí)空編碼器108還可從復(fù)碼元形成諸如 Alamouti (阿拉穆緹)代碼矩陣之類的代碼矩陣，且可從代碼矩陣生成準(zhǔn)正交 時(shí)空矩陣，以在生成供發(fā)射天線114傳輸?shù)亩噍d波信號(hào)時(shí)使用。下面更詳細(xì)地 討論這些實(shí)施例。
在某些實(shí)施例中，由準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣的一維(例如，行)表示的碼元序列 可被進(jìn)一步處理，用于隨后通過發(fā)射天線114在包括多載波信號(hào)的多個(gè)副載波 上傳輸。下面還將更詳細(xì)地討論這些實(shí)施例。
在某些實(shí)施例中，對(duì)于每一個(gè)發(fā)射天線114，可通過IFT電路110對(duì)準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣的一維(例如，行)的碼元中的每一個(gè)進(jìn)行傅立葉逆變換以生成時(shí)
域波形。對(duì)于每個(gè)發(fā)射天線114，時(shí)域波形可通過RF電路112上變頻，以供 發(fā)射天線114中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)傳輸。每個(gè)發(fā)射天線114可并發(fā)發(fā)射由準(zhǔn)正交時(shí) 空矩陣的一維(例如，行)的碼元組所表示的信息。下面還將更詳細(xì)地討論這 些實(shí)施例。
在某些實(shí)施例中，由經(jīng)線性變換的碼元生成的代碼矩陣可包括Alamouti 代碼矩陣，且準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣可包括Alamouti代碼矩陣的矩陣。在某些實(shí)施例 中，星座集可包括從比特流103生成的正交調(diào)幅(QAM)星座集。下面還將 更詳細(xì)地討論這些實(shí)施例。
盡管本發(fā)明的某些實(shí)施例是利用四個(gè)發(fā)射天線114描述的，但本發(fā)明的范 圍不限于此方面，因?yàn)檫€可使用其它數(shù)目的發(fā)射天線。發(fā)射天線114可包括一 個(gè)或多個(gè)定向天線或全向天線，包括例如偶極天線、單極天線、接線天線、環(huán) 形天線、微帶天線或適用于傳輸RF信號(hào)的其他類型的天線。在某些MIMO實(shí) 施例中，可使用具有多個(gè)孔徑的單個(gè)天線來代替兩個(gè)或更多個(gè)天線。在這些實(shí) 施例中，可將每個(gè)孔徑視為單獨(dú)天線。在某些實(shí)施例中，可有效地分離每個(gè)天 線以利用可在每一個(gè)發(fā)射天線114與另一個(gè)無線通信設(shè)備之間得到的空間分集 和不同的信道特性。在某些實(shí)施例中，發(fā)射天線114可按波長(zhǎng)的1/10或更高分 離。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的時(shí)空編碼器的功能圖。時(shí)空編碼器200 可適于用作時(shí)空編碼器108 (圖1)，盡管其它時(shí)空編碼器配置也可能是適當(dāng) 的。
在這些實(shí)施例中，時(shí)空編碼器200包括用于從比特流103生成星座集(S) 211的星座集生成器210,以及用于將星座集2U的比特映射到多個(gè)復(fù)碼元(Zi) 221的碼元映射器220?？蓪?fù)碼元Zi表示為ri+jv復(fù)碼元221的數(shù)目可對(duì)應(yīng) 于諸如發(fā)射天線114 (圖1)之類的發(fā)射天線的數(shù)目。在這些實(shí)施例中，時(shí)空 編碼器200還包括線性變換電路230以用所選變換矩陣261 (例如，U,、 112或 U3)線性變換復(fù)碼元221以生成經(jīng)線性變換的碼元(pi， qi) 231。時(shí)空編碼器 200還可包括復(fù)碼元形成器240以由經(jīng)線性變換的碼元231形成用于每個(gè)發(fā)射 天線的復(fù)碼元241。在這些實(shí)施例中，時(shí)空編碼器200還包括用于由復(fù)碼元241
8形成代碼矩陣(A,B) 243的代碼矩陣形成器242，以及準(zhǔn)正交時(shí)間-空間矩陣 生成器244，該生成器244用于從代碼矩陣243生成準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣(Q) 246， 以在生成用于在發(fā)射天線上傳輸?shù)亩噍d波信號(hào)時(shí)使用。
在某些實(shí)施例中，時(shí)空編碼器200還可包括選擇電路250，以選擇由準(zhǔn)正 交時(shí)空矩陣246的一維(例如，行)表示的碼元序列，以供發(fā)射天線進(jìn)一步處 理和隨后傳輸。每個(gè)發(fā)射天線可并發(fā)發(fā)射由時(shí)空矩陣246的一維(例如，行) 的碼元組所表示的信息。
在某些實(shí)施例中，當(dāng)使用四個(gè)發(fā)射天線時(shí)，每個(gè)發(fā)射天線可在多個(gè)副載波 上發(fā)射OFDM信號(hào)。在某些實(shí)施例中，副載波的數(shù)目可以是52，但可在從少 至10到100以上的范圍中變化。每個(gè)OFDM碼元包括多個(gè)副載波。在具有四 個(gè)發(fā)射天線的某些實(shí)施例中，四個(gè)OFDM碼元可由時(shí)空編碼器200 —起編碼， 且可由諸如多載波接收機(jī)300 (圖3)之類的多載波接收機(jī)一起解碼，每個(gè)副 載波使用碼率為1的經(jīng)最優(yōu)變換的4X4準(zhǔn)正交時(shí)空塊碼(即4個(gè)獨(dú)立的信息 碼元，每個(gè)天線一個(gè))。在這些實(shí)施例中， 一個(gè)信息碼元被各個(gè)發(fā)射天線并發(fā) 發(fā)射。
在這些實(shí)施例中，星座集生成器210可從比特流103生成星座集211。在 這些實(shí)施例中，星座集211可表示具有總共N1乘N2個(gè)點(diǎn)的QAM信號(hào)星座。 可將星座集211表示如下
S - {手+ 乂fl ",■ e {-(2W, —1), — (2W,. -3), ..,U…,2W, -3,2W, 一l)^ = l斗
在該方程中，d表示各個(gè)方向上的閉合點(diǎn)的距離，且可基于多載波發(fā)射機(jī)
100 (圖1)所使用的平均發(fā)射功率來確定。Nl和N2可包括諸如2、 4、 8等
正整數(shù)，且可依賴于調(diào)制水平(即每個(gè)碼元的比特?cái)?shù))和/或傳輸速率。
在使用四個(gè)發(fā)射天線的某些實(shí)施例中，碼元映射器220可將二迸制信息比
特映射到星座集S中的四個(gè)復(fù)碼元(Zi)。在這些實(shí)施例中， z, e & / = 1,2,3,4.其中^ =+力/ 。
在這些方程中，ri和Si表示復(fù)碼元Zi的實(shí)部和虛部。在四個(gè)發(fā)射天線的情 形中，索引i在l至4的范圍內(nèi)，這對(duì)應(yīng)于發(fā)射天線的數(shù)目。
如下所述，這些信息碼元(即&和Si)在4X4準(zhǔn)正交時(shí)空塊碼矩陣內(nèi)被 連續(xù)編碼，在該矩陣中一維(例如，行)被映射到四個(gè)發(fā)射天線中的每一個(gè)。其它維(即列)可表示頻域中的碼元。
在具有四個(gè)發(fā)射天線的這些實(shí)施例中，線性變換電路230可通過施加線性 變換矩陣261來將由碼元映射器220生成的8個(gè)實(shí)碼元(S卩，對(duì)于i-l， 2, 3， 4的ri禾Bsi)線性變換成另外的8個(gè)實(shí)碼元(即，對(duì)于1=1， 2， 3， 4的p;和 qi),該線性變換矩陣261可以是以下詳細(xì)討論的4X4實(shí)矩陣。由線性變換電 路230執(zhí)行的線性變換的示例由以下的方程示出-
在這些方程中，T代表轉(zhuǎn)置運(yùn)算，且U表示所選的線性變換矩陣261。以 下討論線性變換矩陣261的生成。
在某些實(shí)施例中，當(dāng)使用四個(gè)發(fā)射天線時(shí)，復(fù)碼元形成器240可形成另一 組四個(gè)復(fù)碼元241，可將其表示如下
對(duì)于i=l,2,3,4 x產(chǎn)/ ,+力,。
從這些形成的四個(gè)復(fù)碼元，代碼矩陣形成器242可形成2X2代碼矩陣 243，諸如以下示出的Alamouti代碼矩陣
2 =x25 =x3X4 —
x2、—一一 X4
在使用四個(gè)發(fā)射天線的某些實(shí)施例中，準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣生成器244可從兩 個(gè)Alamouti代碼矩陣生成4X4準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣(Q) 246。準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣246 可例示如下
「j萬_
在這些實(shí)施例中，準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣246的每個(gè)行可用于生成發(fā)射天線之一 的時(shí)域信號(hào)，盡管本發(fā)明的范圍不限于此方面。在某些替換實(shí)施例中，準(zhǔn)正交 時(shí)空矩陣246的每個(gè)列可用于生成發(fā)射天線之一的時(shí)域信號(hào)。在某些實(shí)施例中， 選擇電路250可選擇由準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣246的一維(例如，行)表示的經(jīng)時(shí)空 編碼的碼元序列，以供在傳輸前進(jìn)一步處理。
由以上討論的線性變換電路230使用的線性變換矩陣261可被定義為4X 4實(shí)矩陣U。在某些實(shí)施例中，線性變換矩陣生成器260可基于以下方程生成 一個(gè)或多個(gè)線性變換矩陣《一]
2<formula>formula see original document page 11</formula>在這些方程中，Nl和N2對(duì)應(yīng)于由星座集生成器210使用的整數(shù)。對(duì)稱 矩陣S的對(duì)角線化可表示為-
2>^DF，其中D-力'ag(2〃義"，s,和S2是2的本征值，且V是2X2正交 矩陣。
在這些實(shí)施例中，
<formula>formula see original document page 11</formula>，
可根據(jù)以下的三個(gè)矩陣Ui， i=l,2,3之一選擇線性變換矩陣U:
<formula>formula see original document page 11</formula>其中P2和P3是定義如下的置換矩陣:
<formula>formula see original document page 11</formula>在這些實(shí)施例中，線性變換矩陣U1、 U2和U3之一的使用可有助于利用 最小的最大似然(ML)解碼實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)正交時(shí)空塊碼的增加和/或優(yōu)化的分集乘積 (即增加的行列式距離和/或編碼優(yōu)點(diǎn)/增益)。
在某些實(shí)施例中，當(dāng)星座集211是QAM方陣(即NbN2)時(shí)，線性變換 矩陣Ul變?yōu)檎徊⒕哂幸韵滦问?
<formula>formula see original document page 11</formula>
在這些情況下，由線性變換電路230執(zhí)行的線性變換也可以是正交的。 圖3是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的多載波接收機(jī)的功能框圖。多載波接收 機(jī)300可包括接收天線302，用于從諸如多載波發(fā)射機(jī)100 (圖1)之類的多載 波發(fā)射機(jī)接收多載波通信信號(hào)。由多載波接收機(jī)300所使用的接收天線302的 數(shù)目可至少與多載波發(fā)射機(jī)100 (圖1)所使用的發(fā)射天線114 (圖1)的數(shù)目一樣大。多載波接收機(jī)300還可包括用于每個(gè)接收天線302的RF電路304， 以下變頻所接收的信號(hào)并生成數(shù)字基帶信號(hào)。多載波接收機(jī)300還可包括用于 每個(gè)接收天線302的傅立葉變換(FT)電路306，以對(duì)由RF電路304提供的 信號(hào)執(zhí)行諸如快速傅立葉變換(FFT)之類的離散傅立葉變換(DFT)并生成 頻域信號(hào)。在某些實(shí)施例中，可針對(duì)由多載波接收機(jī)300接收的多載波通信信 號(hào)的每個(gè)副載波生成頻域信號(hào)。多載波接收機(jī)300還可包括時(shí)空解碼器308以 解碼由FT電路306提供的頻域信號(hào)并生成判定標(biāo)準(zhǔn)，諸如以下詳細(xì)討論的經(jīng) 解碼的軟比特315和表示為硬比特317的經(jīng)解碼碼元。軟比特315可表示與硬 比特317中的相應(yīng)一個(gè)相關(guān)聯(lián)的概率，該軟比特315可由以下討論的糾錯(cuò)解碼 器312用來精確地生成經(jīng)解碼比特流321的比特。
多載波接收機(jī)300還可包括信道估計(jì)器320，以生成由時(shí)空解碼器308使 用的信道估計(jì)(H)等。在某些實(shí)施例中，時(shí)空解碼器308的輸出包括表示QAM 星座點(diǎn)的每個(gè)子載波的一對(duì)碼元，盡管本發(fā)明的范圍不限于此方面。多載波接 收機(jī)300還可包括碼元解映射器310，以解映射硬比特317從而生成比特組。 多載波接收機(jī)300還可包括糾錯(cuò)解碼器312，以解碼由碼元映射器310生成的 比特組從而生成經(jīng)解碼的比特流321。多載波接收機(jī)300還可包括其它功能元 件(為了便于理解而未具體示出)。
在某些實(shí)施例中，由信號(hào)估計(jì)器320執(zhí)行的信道估計(jì)可基于OFDM訓(xùn)練 碼元(即前同步碼)。在這些實(shí)施例中，從前同步碼生成的信道估計(jì)可用于在 隨后的傳輸猝發(fā)中處理OFDM碼元，盡管本發(fā)明的范圍不限于此方面。
在某些實(shí)施例中，糾錯(cuò)解碼器312可以是諸如Turbo解碼器之類的前向糾 錯(cuò)(FEC)解碼器，且可利用軟比特315解碼經(jīng)編碼的比特319。在某些實(shí)施 例中，糾錯(cuò)解碼器312可采用巻積解碼或里德-所羅門(Reed-Solomon)解碼 或其組合，盡管本發(fā)明的范圍不限于此方面。在某些其它實(shí)施例中，糾錯(cuò)解碼 器312可采用Turbo解碼或低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)解碼以及其它使用軟比特 315的編碼/解碼技術(shù)。
根據(jù)某些實(shí)施例，對(duì)于每個(gè)接收天線302，時(shí)空解碼器308可從接收到的 信號(hào)矩陣(yj311推導(dǎo)出目標(biāo)函數(shù)，并可使目標(biāo)函數(shù)最小化以生成硬比特317， 并可求解一組目標(biāo)函數(shù)的線性方程以生成軟比特315。在這些實(shí)施例中，時(shí)空解碼器308可針對(duì)通過每個(gè)接收天線302接收的多載波信號(hào)的每個(gè)副載波，利 用諸如線性變換矩陣261 (圖2)(即U。 U2或U3)之類的所選線性變換矩 陣中的所選一個(gè)執(zhí)行準(zhǔn)正交時(shí)空塊解碼。所選的線性變換矩陣可對(duì)應(yīng)于由多載 波發(fā)射機(jī)100 (圖1)所使用的線性變換矩陣以供時(shí)空編碼用于傳輸?shù)亩噍d波 信號(hào)。在某些實(shí)施例中，時(shí)空解碼器308可使用信道估計(jì)矩陣(H)，它可以 是針對(duì)多載波發(fā)射機(jī)100 (圖1)的每個(gè)發(fā)射天線114和多載波接收機(jī)300的 每個(gè)接收天線之間的多個(gè)無線信道估計(jì)的。下面更詳細(xì)地討論這些實(shí)施例。
盡管本發(fā)明的某些實(shí)施例是利用四個(gè)接收天線302描述的，但本發(fā)明的范 圍不限于此，因?yàn)檫€可使用其它數(shù)目的發(fā)射天線。接收天線302可包括一個(gè)或 多個(gè)定向天線或全向天線，包括例如偶極天線、單極天線、接線天線、環(huán)形天 線、微帶天線或適用于傳輸RF信號(hào)的其他類型的天線。在某些MIMO實(shí)施例 中，可使用具有多個(gè)孔徑的單個(gè)天線來代替兩個(gè)或更多個(gè)天線。在這些實(shí)施例 中，可將每個(gè)孔徑視為單獨(dú)天線。在某些實(shí)施例，可有效地分離每個(gè)天線以利 用可在每一個(gè)接收天線302與另一個(gè)無線通信設(shè)備之間得到的空間分集和不同 的信道特性。在某些實(shí)施例中，接收天線302可按波長(zhǎng)的1/10或更高分離。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的時(shí)空解碼器的功能圖。時(shí)空編碼器400 可適于用作時(shí)空解碼器308 (圖3)，盡管其它時(shí)空解碼器308的配置也可以 是適當(dāng)?shù)?。時(shí)空解碼器400包括用于推導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)的處理電路402、用于最小 化目標(biāo)函數(shù)的處理電路406和用于求解線性方程的處理電路404'。在這些實(shí)施 例中，處理電路402可從所接收的信號(hào)矩陣(yn) 411利用線性變換矩陣410 之一推導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)413。處理電路406可利用信道估計(jì)矩陣(H) 412最小化目 標(biāo)函數(shù)413以生成經(jīng)解碼的硬比特417。處理電路404可基于目標(biāo)函數(shù)413和 信道估計(jì)矩陣(H)412求解一組線性方程以生成經(jīng)解碼的軟比特415。在某些 實(shí)施例中，時(shí)空解碼器400可對(duì)所接收到的多載波信號(hào)的每個(gè)副載波執(zhí)行這些 運(yùn)算。在這些實(shí)施例中，所接收的信號(hào)矩陣411可與通過所有的接收天線302 (圖3)針對(duì)每個(gè)副載波生成的所接收的信號(hào)矩陣311 (圖3)之一相對(duì)應(yīng)，從 而允許每個(gè)所接收的信號(hào)矩陣411包括來自每個(gè)接收天線302 (圖3)的輸入。 在這些實(shí)施例中，經(jīng)解碼的軟比特415可對(duì)應(yīng)于軟比特315 (圖3)，且經(jīng)解 碼的硬比特417可對(duì)應(yīng)于硬比特317 (圖3)。在這些實(shí)施例中，信道估計(jì)矩
13陣(H) 412可由信道估計(jì)器320 (圖3)生成，且線性變換矩陣410之一可對(duì)應(yīng)于線性變換矩陣261之一 (圖2)。
根據(jù)某些實(shí)施例，所接收的信號(hào)矩陣411可由以下方程表示
& = #"。4 (氣","2,", A,", ) +『
在該方程中，Yn表示第n副載波上的接收信號(hào)，H表示第n副載波的信道矩陣，Q表示用于編碼發(fā)射機(jī)處的信號(hào)的準(zhǔn)正交時(shí)空塊代碼，x表示經(jīng)解碼信號(hào)而W表示加性信道噪聲。
通過施加以上討論的線性變換矩陣之一，并去除副載波索引n，可基于以下方程之一通過時(shí)空解碼器400實(shí)現(xiàn)最大似然解碼
(=1.2.3,4(=1,2. '42,.i=l,2, '=1,2,
在這些方程中，,&，W表示目標(biāo)函數(shù)，其中ri和Si表示軟比特415。如以
上的方程所示，最初的8元實(shí)變量搜索變?yōu)?次2元實(shí)變量搜索。這可與一個(gè)
復(fù)碼元搜索具有相同的復(fù)雜度，即當(dāng)變換矩陣Ul用于U時(shí)與Alamouti編碼相
同的復(fù)雜度。在這些實(shí)施例中，以上方程可變?yōu)?br> argminr ...r s…改 『一ff240v"，r4,Si,…,S4)lloargm^;^ /i(C》，！'-m4,
基于上述內(nèi)容，處理電路402可推導(dǎo)出如下的目標(biāo)函數(shù)413。在某些實(shí)施例中，可執(zhí)行以上討論的利用針對(duì)方QAM信號(hào)星座的R！和U,的旋轉(zhuǎn)。在這些實(shí)施例中，可將MIMO系統(tǒng)中的信道估計(jì)(H)表示為
丑=(h/M)l:S"iW,lSiW以及
可將所接收的信號(hào)矩陣(Y)表示為
在這些方程中，M表示發(fā)射天線的數(shù)目，N表示接收天線的數(shù)目而T表示時(shí)隙的數(shù)目(例如，T個(gè)OFDM碼元)。在使用四個(gè)發(fā)射天線(M-4)和四個(gè)接收天線(N-4)的某些實(shí)施例中，對(duì)于四個(gè)時(shí)隙(丁=4)，以下的方程可表示由四個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的信號(hào)。<formula>formula see original document page 15</formula>以及
=( 2 - ^ ) cos a + 2/^ sin or 通過代數(shù)操作，目標(biāo)函數(shù)413可由處理電路402推導(dǎo)如下
<formula>formula see original document page 15</formula>處理電路406可對(duì)這些目標(biāo)函數(shù)運(yùn)算以生成經(jīng)解碼的硬比特417，它可表
示最大似然解碼的輸出。在某些實(shí)施例中，處理電路406可利用以下方程使目
標(biāo)函數(shù)最小化以生成經(jīng)解碼的硬比特417:
/fr"A)， "1,2,3,4.
在這些實(shí)施例中，&和rs表示與在四個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射的碼元相對(duì)應(yīng)的經(jīng) 解碼的硬比特417。
另一方面，處理電路404可根據(jù)最大似然解碼通過按照實(shí)行上而不是在可 作為離散信號(hào)星座集的星座集S上的實(shí)值n和Si最小化目標(biāo)函數(shù)413 (例如， 表示為如上所示的fi(ri,Si)的四個(gè)目標(biāo)函數(shù))來生成軟比特415。因?yàn)槟繕?biāo)函數(shù) fi(ri，Si)是實(shí)變量n和Si的二次齊式，且最大似然解碼的軟輸出可由處理電路404 通過求解以下的2X2線性方程來確定<formula>formula see original document page 16</formula>從求解這些方程得到的經(jīng)解碼軟比特415可由諸如糾錯(cuò)解碼器312(圖3)之類的糾錯(cuò)解碼器使用。在一些實(shí)施例中，對(duì)以上2X2線性方程的求解可通過使用最小均方估計(jì)(MMSE)來增強(qiáng)，盡管本發(fā)明的范圍不限于此方面。
在上述的某些實(shí)施例中，利用復(fù)雜度與Alamouti解碼大致相同的快速最大似然解碼，在用于帶有四個(gè)發(fā)射天線的MEMO OFDM系統(tǒng)的時(shí)空編碼中，編碼增益可被最大化。
參照?qǐng)Dl-4，盡管多載波發(fā)射機(jī)100、時(shí)空編碼器200、多載波接收機(jī)300和時(shí)空解碼器400被示為具有數(shù)個(gè)分離的功能元件，但這些功能元件中的一個(gè)或多個(gè)可被組合，并可由諸如包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的處理元件和/或其它硬件元件等軟件配置元件的組合來實(shí)現(xiàn)。例如，某些元件可包括一個(gè)或多個(gè)微處理器、DSP、專用集成電路(ASIC)以及用于至少執(zhí)行本文所述功能的各種硬件和邏輯電路的組合。在某些實(shí)施例中，所示的功能元件可涉及在一個(gè)或多個(gè)處理元件上運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程。
在某些實(shí)施例中，多載波發(fā)射機(jī)100和/或多載波接收機(jī)300可以是可在多載波通信信道上傳達(dá)OFDM通信信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)無線通信設(shè)備的一部分。多載波通信信道可在預(yù)定頻譜內(nèi)并可包括多個(gè)正交副載波。在某些實(shí)施例中，多載波信號(hào)可由間隔緊密的OFDM副載波定義。每個(gè)副載波基本上在其它副載波的中頻頻率處具有空(null),和/或每個(gè)副載波在碼元周期內(nèi)具有整數(shù)次循環(huán)，盡管本發(fā)明的范圍不限于這方面。在某些實(shí)施例中，多載波發(fā)射機(jī)100和/或多載波接收機(jī)300可根據(jù)諸如正交頻分多址(OFDMA)之類的多址技術(shù)來通信，盡管本發(fā)明的范圍不限于這方面。在某些實(shí)施例中，多載波發(fā)射機(jī)100和/或多載波接收機(jī)300可以是通信 站的一部分，諸如包括無線保真(Wi-Fi)通信站、接入點(diǎn)(AP)或移動(dòng)站(MS) 的無線局域網(wǎng)(WLAN)通信站。在某些其它實(shí)施例中，多載波發(fā)射機(jī)100 和/或多載波接收機(jī)300可以是寬帶無線接入(BWA)網(wǎng)絡(luò)通信站的一部分， 諸如微波接入全球互通(WiMax)通信站，盡管本發(fā)明的范圍不限于這方面， 因?yàn)槎噍d波發(fā)射機(jī)100和/或多載波接收機(jī)300可以是幾乎任何無線通信設(shè)備的 一部分。
在一些實(shí)施例中，多載波發(fā)射機(jī)100和/或多載波接收機(jī)300可以是便攜 無線通信設(shè)備的一部分，諸如個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、具有無線通信能力的膝 上型或便攜計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)平板設(shè)備、無線電話、無線耳機(jī)、尋呼機(jī)、即時(shí)通信 設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、接入點(diǎn)、電視機(jī)、醫(yī)療設(shè)備(例如，心率監(jiān)視器、血壓監(jiān)視 器等)或可無線接收和/或發(fā)射信息的其它設(shè)備。
在某些實(shí)施例中，由多載波發(fā)射機(jī)100和/或多載波接收機(jī)300接收的通 信信號(hào)的頻譜可包括5千兆赫(GHz)頻譜或2.4GHz頻譜。在這些實(shí)施例中， 5千兆赫(GHz)頻譜可包括從約4.9至5.9GHz范圍的頻率，而2.4GHz頻譜 可包括從約2.3至2.5GHz范圍的頻率，盡管本發(fā)明的范圍不限于這方面，因 為其它的頻譜也同樣適用。在某些BMA網(wǎng)絡(luò)實(shí)施例中，通信信號(hào)的頻譜可包 括2至llGHz之間的頻率，盡管本發(fā)明的范圍不限于此方面。
在某些方面，多載波發(fā)射機(jī)100和/或多載波接收機(jī)300可根據(jù)特定的通 信標(biāo)準(zhǔn)傳達(dá)信號(hào)，這些特定通信標(biāo)準(zhǔn)諸如包括IEEE 802.11 (a)、 802.11(b)、 802.11(g)、 802.11(h)和/或802.1 l(n)標(biāo)準(zhǔn)的電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE) 標(biāo)準(zhǔn)，和/或用于無線局域網(wǎng)的建議規(guī)范，盡管本發(fā)明的范圍不限于這方面， 因?yàn)槎噍d波發(fā)射機(jī)100和/或多載波接收機(jī)300還可適用于根據(jù)其它技術(shù)和標(biāo) 準(zhǔn)發(fā)射和/或接收通信。
在某些寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)實(shí)施例中，多載波發(fā)射機(jī)100和/或多載波接收 機(jī)300可根據(jù)用于無線城域網(wǎng)(WMAN)的正EE 802.16-2004和IEEE 802.16(e) 標(biāo)準(zhǔn)一包括其變體和演進(jìn)—傳達(dá)信號(hào)，盡管本發(fā)明的范圍不限于這方面， 因?yàn)槎噍d波發(fā)射機(jī)100和/或多載波接收機(jī)300還可適于根據(jù)其它技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)發(fā) 射和/或接收通信。對(duì)于有關(guān)IEEE 802.11和正EE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的更多信息，請(qǐng)
17參考"IEEE Standards for Information Technology — Telecommunications and
Information Exchange between Systems (信息技術(shù)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)-系統(tǒng)之間的
電信和信息交換)"-局域網(wǎng)-特殊要求-第11部分"Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)， ISO/IEC 8802-11: 1999 (無線 LAN媒體接入控制(MAC)和物理層(PHY)， ISO/IEC 8802-11: 1999)"，和城 域網(wǎng)-特殊要求-第16部分"Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems (固定寬帶無線接入系統(tǒng)的空中接口 ) " ， 2005年5月，及相關(guān)的修 訂/版本。
除非另外具體說明，諸如處理、計(jì)算、推算、確定、顯示等術(shù)語可指一個(gè) 或多個(gè)處理或計(jì)算系統(tǒng)或類似設(shè)備的以下動(dòng)作和/或進(jìn)程將處理系統(tǒng)寄存器和 存儲(chǔ)器內(nèi)表示為物理(例如，電子)量的數(shù)據(jù)處理和變換成處理系統(tǒng)寄存器、存 儲(chǔ)器或其他這種信息存儲(chǔ)、傳輸或顯示設(shè)備內(nèi)類似地表示為物理量的其他數(shù) 據(jù)。此外，如本文所使用的，計(jì)算設(shè)備包括與計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器耦合的一個(gè)或 多個(gè)處理元件，該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器可以是易失性或非易失性存儲(chǔ)器或其組 合。
本發(fā)明的某些實(shí)施例可被實(shí)現(xiàn)在硬件、固件和軟件之一或其組合中。本發(fā) 明的某些實(shí)施例還可被實(shí)現(xiàn)為存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)上的指令，其可由至少一個(gè) 處理器讀取和執(zhí)行以執(zhí)行本文所述的操作。機(jī)器可讀介質(zhì)可包括用于存儲(chǔ)或傳 送機(jī)器(例如計(jì)算機(jī))可讀形式的信息的任何機(jī)制。例如，機(jī)器可讀介質(zhì)可包 括只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、磁盤存儲(chǔ)介質(zhì)、光存儲(chǔ) 介質(zhì)、閃存設(shè)備、電、光、聲或其它形式的傳播信號(hào)(例如，載波、紅外信號(hào)、 數(shù)字信號(hào)等)等等。
遵照37 C.F.R.部分1.72(b)提供了摘要，其要求使讀者能夠確定技術(shù)公 開的屬性和要點(diǎn)的摘要。其主張這樣的理解它將不用于限制或解釋權(quán)利要求 的范圍或含義。
在以上的詳細(xì)描述中，為了使公開內(nèi)容簡(jiǎn)化，各個(gè)特征有時(shí)被一起組合在 單個(gè)實(shí)施例中。這種公開方法不應(yīng)被解釋為反映了所要求保護(hù)主題的實(shí)施例需 要比各個(gè)權(quán)利要求中明確敘述的有更多特征的意圖。相反，如以下權(quán)利要求所 反映的，發(fā)明可具有少于單個(gè)公開實(shí)施例的全部特征。因此，以下的權(quán)利要求 由此結(jié)合在詳細(xì)的描述中，且每個(gè)權(quán)利要求自身可作為單獨(dú)的優(yōu)選實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于時(shí)空編碼多載波信號(hào)的方法，包括利用所選的變換矩陣線性變換星座集的輸入碼元以生成經(jīng)線性變換的碼元；從所述經(jīng)線性變換的碼元形成用于多個(gè)發(fā)射天線中的每一個(gè)的復(fù)碼元；從所述復(fù)碼元形成代碼矩陣；以及從所述代碼矩陣生成準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣，以在生成供所述發(fā)射天線傳輸?shù)亩噍d波信號(hào)時(shí)使用。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括處理由準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣的一維表示的碼元序列，以供隨后由所述發(fā)射天線中的對(duì)應(yīng)一個(gè)在包括所述多載波信號(hào)的多個(gè)副載波上傳輸。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)一步處理包括，對(duì)于所述多個(gè)發(fā)射天線的每一個(gè)對(duì)所述準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣的一維的碼元中的每一個(gè)執(zhí)行傅立葉逆變換以生成時(shí)域波形；以及上變頻所述時(shí)域波形，以供所述發(fā)射天線中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)傳輸，其中所述多個(gè)發(fā)射天線的每一個(gè)并發(fā)發(fā)射由所述準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣的一維的碼元組表示的信息。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，生成所述代碼矩陣包括從所述經(jīng)線性變換碼元生成阿拉穆緹代碼矩陣，以及其中所述準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣包括阿拉穆緹代碼矩陣的矩陣。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括從初始比特流生成正交調(diào)幅星座集；以及將所述星座集的比特映射到與多個(gè)所述發(fā)射天線對(duì)應(yīng)的多個(gè)復(fù)碼元，其中所述線性變換包括利用所選變換矩陣線性變換所述多個(gè)經(jīng)映射的復(fù)碼元以生成多個(gè)實(shí)碼元。
6. —種時(shí)空編碼器，包括線性變換電路，用于利用所選變換矩陣線性變換星座集的輸入碼元以生成經(jīng)線性變換的碼元；復(fù)碼元形成器，用于從所述經(jīng)線性變換的碼元形成用于多個(gè)發(fā)射天線中的每一個(gè)的復(fù)碼元；代碼矩陣形成器，用于從所述復(fù)碼元形成代碼矩陣；以及準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣生成器，用于從所述代碼矩陣生成準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣，以供在生成由所述發(fā)射天線傳輸?shù)亩噍d波信號(hào)時(shí)使用。
7. 如權(quán)利要求6所述的時(shí)空編碼器，其特征在于，由所述準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣的一維表示的碼元序列被處理，以供隨后由所述發(fā)射天線中的對(duì)應(yīng)一個(gè)在包括所述多載波信號(hào)的多個(gè)副載波上傳輸。
8. 如權(quán)利要求7所述的時(shí)空編碼器，其特征在于，對(duì)于所述多個(gè)發(fā)射天線的每一個(gè)，對(duì)所述準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣的一維的碼元中的每一個(gè)執(zhí)行傅立葉逆變換以生成時(shí)域波形，其中所述時(shí)域波形被上變頻，以供所述發(fā)射天線中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)傳輸，以及其中所述多個(gè)發(fā)射天線的每一個(gè)并發(fā)發(fā)射由所述準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣的一維的碼元編組表示的信息。
9. 如權(quán)利要求7所述的時(shí)空編碼器，其特征在于，所述代碼矩陣形成器從所述經(jīng)線性變換的碼元生成阿拉穆緹代碼矩陣，以及其中所述準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣生成器生成包括阿拉穆緹代碼矩陣的矩陣的所述準(zhǔn)正交時(shí)空矩陣。
10. 如權(quán)利要求6所述的時(shí)空編碼器，其特征在于，還包括星座集生成器，用于從初始比特流生成星座集；以及碼元映射器，用于將所述星座集的比特映射到與多個(gè)所述發(fā)射天線對(duì)應(yīng)的多個(gè)復(fù)碼元，其中所述星座集包括正交調(diào)幅星座集；以及其中所述線性變換電路利用所選變換矩陣線性變換所述多個(gè)經(jīng)映射的復(fù)碼元以生成多個(gè)實(shí)碼元。
11. 一種解碼所接收的多載波信號(hào)的方法，包括從所接收的信號(hào)矩陣推導(dǎo)出目標(biāo)函數(shù)；最小化所述目標(biāo)函數(shù)以生成經(jīng)解碼的硬比特；以及求解所述目標(biāo)函數(shù)的一組線性方程以生成經(jīng)解碼的軟比特。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述推導(dǎo)、最小化和求解包括對(duì)通過與多載波接收機(jī)耦合的多個(gè)天線接收的多載波信號(hào)的每個(gè)副載波執(zhí)行準(zhǔn)正交時(shí)空塊解碼，其中所述推導(dǎo)包括利用多個(gè)變換矩陣中所選的一個(gè)，以及其中所選的變換矩陣對(duì)應(yīng)于由多載波發(fā)射機(jī)使用的變換矩陣，用于對(duì)傳輸?shù)剿龆噍d波接收機(jī)的所述多載波信號(hào)進(jìn)行時(shí)空編碼。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述最小化和求解包括利用針對(duì)所述多載波發(fā)射機(jī)和所述多載波接收機(jī)之間的多個(gè)無線信道估計(jì)的信號(hào)估計(jì)矩陣。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述多載波信號(hào)包括通過多個(gè)天線接收的正交頻分復(fù)用信號(hào)。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括去除循環(huán)前綴并對(duì)在所述時(shí)空塊解碼之前通過每個(gè)所述天線接收的所述多載波信號(hào)執(zhí)行多點(diǎn)傅立葉變換，以生成用于每個(gè)副載波的所接收的信號(hào)矩陣。
16. —種多載波接收機(jī)，包括傅立葉變換電路，用于從所接收的多載波信號(hào)生成用于每個(gè)副載波的所接收的信號(hào)矩陣；以及時(shí)空解碼器，用于從所接收的信號(hào)矩陣生成經(jīng)解碼的軟比特和經(jīng)解碼的硬比特，其中所述時(shí)空解碼器包括處理電路，用于從所接收的信號(hào)矩陣推導(dǎo)出目標(biāo)函數(shù)，最小化所述目標(biāo)函數(shù)以生成經(jīng)解碼的硬比特，并求解所述目標(biāo)函數(shù)的一組線性方程以生成經(jīng)解碼的軟比特。
17. 如權(quán)利要求16所述的多載波接收機(jī)，其特征在于，還包括碼元解映射器，用于解映射所述經(jīng)解碼的硬比特以生成經(jīng)解映射的比特塊；以及糾錯(cuò)解碼器，用于利用所述經(jīng)解碼的軟比特對(duì)所述解映射的比特塊執(zhí)行糾錯(cuò)解碼運(yùn)算以生成經(jīng)解碼的比特流。
18. 如權(quán)利要求16所述的多載波接收機(jī)，其特征在于，所述處理電路-針對(duì)通過耦合至多載波接收機(jī)的多個(gè)天線接收的多載波信號(hào)的每個(gè)副載波執(zhí)行準(zhǔn)正交時(shí)空塊解碼；以及使用多個(gè)變換矩陣中所選的一個(gè)，其中所選的變換矩陣對(duì)應(yīng)于由多載波發(fā)射機(jī)使用的變換矩陣，用于對(duì)傳輸?shù)剿龆噍d波接收機(jī)的所述多載波信號(hào)進(jìn)行時(shí)空編碼。
19. 如權(quán)利要求18所述的多載波接收機(jī)，其特征在于，所述處理電路使用針對(duì)所述多載波發(fā)射機(jī)和所述多載波接收機(jī)之間的多個(gè)無線信道估計(jì)的信號(hào)估計(jì)矩陣，以最小化目標(biāo)函數(shù)并求解所述一組線性方程。
全文摘要
本文公開了用于在多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中時(shí)空編碼和解碼正交頻分復(fù)用(OFDM)信號(hào)的準(zhǔn)正交時(shí)空塊編碼器、解碼器及方法?？擅枋霾⒁蟊Ｗo(hù)其它的實(shí)施例。在某些實(shí)施例中，解碼所接收的多載波信號(hào)的方法包括從所接收的信號(hào)矩陣中推導(dǎo)出目標(biāo)函數(shù)，最小化目標(biāo)函數(shù)以生成經(jīng)解碼的硬比特，并求解目標(biāo)函數(shù)的一組線性方程以生成經(jīng)解碼的軟比特。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101529836SQ200680056175
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2006年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
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