專利名稱：空時編碼方法、無線信號的發(fā)送、接收和解碼方法及裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及無線多天線通信技術(shù)領域，尤其涉及一種空時編碼方法、無線信號的
發(fā)送、接收和解碼方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著以太網(wǎng)(Internet)和多媒體業(yè)務的普及，越來越多的應用需要高速無線接
入。由于無線傳輸受到信號衰落和干擾的影響，為了實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率和高業(yè)務質(zhì)量，要求采
用新技術(shù)來提高頻譜效率和改善鏈路可靠性。在發(fā)射機和接收機使用多個天線進行數(shù)據(jù)傳
輸?shù)亩噍斎攵噍敵?MIMO，Multiple InputMultiple Output)技術(shù)，可以在不增加帶寬和天
線發(fā)送功率的情況下，成倍地提高頻譜利用率，進而成倍地提高無線信道容量。 空時編碼(STC， Space-Time Coding)是在空間域和時間域兩維方向上對信號
進行編碼，現(xiàn)有的空時編碼主要包括空時格碼(STTC， Space Time TrellisCoding)、空時
分組碼(STBC， Space Time Block Coding)和貝爾實驗室分層空時(BLAST, Bell Labs
Layered Space-Time)碼等。BLAST碼主要包括對角分層空時(D-BLAST)碼和垂直分層空
時(V-BLAST)碼。其中，V-BLAST系統(tǒng)實現(xiàn)相對于D-BLAST系統(tǒng)要簡單。V-BLAST通過空間復用(SDM， Spatial Dimension Multiplexing)的方式，可以提
高無線通信系統(tǒng)的容量，能夠提供復用增益但不能提供分集增益。而STBC和STTC主要針
對分集增益，可以獲得分集增益和編碼增益。STBC編碼在高編碼增益(全分集)的情況下
其碼率一般小于l。 理論上已經(jīng)證明，采用多個發(fā)射天線能把無線信道分割成多個并行的窄帶信道， 具有提高信道比特傳輸率的潛能，且研究結(jié)果顯示，信道容量隨天線數(shù)量增加而線性增大。 但由于無論發(fā)射機還是接收機的天線數(shù)都是有限的，因此增加分集增益和提高復用增益總 是一對矛盾。到目前為止，無論是STBC還STTC，大數(shù)量發(fā)射天線的編碼設計問題還是一個 難點。因此，如何尋找到一種空時編碼，能夠取得分集增益和復用增益的平衡，從而達到較 高的頻譜效率和獲得較好的傳輸可靠性，是目前STC研究領域的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種空時編碼方法、無線信號的發(fā)送、接收和 解碼方法及裝置，通過在空時編碼過程中折衷考慮分集增益和復用增益，使得MIM0通信系 統(tǒng)達到了較高的頻譜效率，并能夠獲得較好的傳輸可靠性。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供方案如下
—種空時編碼方法，包括以下步驟 步驟A:在發(fā)射端，將串行碼流中的符號以m個符號為一組進行串并轉(zhuǎn)換，得到m 個并行碼流，所述m二 (2XNt-l)，Nt > 2，Nt為發(fā)送天線的數(shù)目； 步驟B，根據(jù)所述m個符號，組成一個Nt XNt的編碼矩陣，所述編碼矩陣中各行的 Nt個符號，分別對應于各個發(fā)送天線在Nt個符號周期內(nèi)發(fā)送的符號，其中，所述m個符號中屬于第1個并行碼流中的符號在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復Nt次，所述m個符號中屬于第2a和(2a+l)個并行碼流中的符號分別在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復(Nt-a)次，其中，l《a《Nt-l。 優(yōu)選地，上述方法中，所述步驟A中，第i個并行碼流中的第n個符號是所述串行碼流中的第(mX (n-l)+i)個符號。 優(yōu)選地，上述方法中，當Nt = 2，所述m個符號分別為第1個并行碼流的符號第2個并行碼流的符號S2和第3個并行碼流的符號S3時，所述編碼矩陣為
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優(yōu)選地，上述方法中，當Nt = 3，所述m個符號分別為第l個并行碼流的符號Sp第2個并行碼流的符號S2和第3個并行碼流的符號&、第4個并行碼流的符號S4和第5個并行碼流的符號S5時，所述編碼矩陣為
<formula>formula see original document page 6</formula> 本發(fā)明還提供了一種無線信號的發(fā)送方法，包括 發(fā)射端對待發(fā)送的串行碼流進行空時編碼得到編碼矩陣，并通過多根天線向接收端發(fā)送經(jīng)空時編碼得到的編碼矩陣，其中，所述進行空時編碼是
發(fā)射端獲取所述發(fā)射端與接收端之間無線信道的信噪比 在所述信噪比大于第一預定值時，根據(jù)垂直分層空時V-BLAST編碼算法對所述串行碼流進行空時編碼； 在所述信噪比小于或等于第二預定值時，根據(jù)空時分組碼STBC編碼算法對所述串行碼流進行空時編碼； 在所述信噪比大于第二預定值且小于或等于第一預定值時，按照以下方式對所述串行碼流進行空時編碼將串行碼流中的符號以m個符號為一組進行串并轉(zhuǎn)換，得到m個并行碼流，所述m二 (2XNt-l)，Nt > 2，Nt為發(fā)送天線的數(shù)目；根據(jù)所述m個符號，組成一個Nt XNt的編碼矩陣，所述編碼矩陣中各行的Nt個符號，分別對應于各個發(fā)送天線在Nt個符號周期內(nèi)發(fā)送的符號，其中，所述m個符號中屬于第l個并行碼流中的符號在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復Nt次，所述m個符號中屬于第2a和(2a+l)個并行碼流中的符號分別在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復(Nt-a)次，其中，1《a《Nt-l。
優(yōu)選地，上述方法中，還包括 發(fā)射端進一步根據(jù)所述信噪比，采用自適應調(diào)制編碼方式對將要發(fā)送的二進制比特流進行編碼調(diào)制，得到所述待發(fā)送的串行碼流。
優(yōu)選地，上述方法中，所述第一預定值和第二預定值按照以下方式確定獲取仿真得到的不同空時編碼算法在所述發(fā)射端和接收端之間的無線信道環(huán)境下的信噪比_頻譜效率曲線；根據(jù)所有頻譜效率曲線，選擇其中具有最高頻譜效率的曲線段，根據(jù)各個曲線段的端點所對應的信噪比，確定所述第一預定值和第二預定值。
本發(fā)明還提供了一種空時編碼裝置，包括 串并轉(zhuǎn)換單元，用于將串行碼流中的符號以m個符號為一組進行串并轉(zhuǎn)換，得到m個并行碼流，所述m二 (2XNt-l)，Nt > 2，為發(fā)送天線的數(shù)目； 空時編碼單元，用于根據(jù)所述m個符號，組成得到一個NtXNt的編碼矩陣，所述編碼矩陣中各行的Nt個符號，分別對應于各個發(fā)送天線在Nt個符號周期內(nèi)發(fā)送的符號，其中，所述m個符號中屬于第1個并行碼流中的符號在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復Nt次，所述m個符號中屬于第2a和(2a+l)個并行碼流中的符號分別在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復(Nt-a)次，其中，1《a《Nt-l。
本發(fā)明還提供了一種發(fā)射機，包括
基于V-BLAST編碼算法的第一空時編碼裝置；
基于STBC編碼算法的第二空時編碼裝置； 第三空時編碼裝置，該第三空時編碼裝置具體包括串并轉(zhuǎn)換單元，用于將待編碼的串行碼流中的符號以m個符號為一組進行串并轉(zhuǎn)換，得到m個并行碼流，所述m二(2XNt-l)， Nt > 2，為發(fā)送天線的數(shù)目；空時編碼單元，用于根據(jù)所述m個符號，組成得到一個NtXNt的編碼矩陣，所述編碼矩陣中各行的Nt個符號，分別對應于各個發(fā)送天線在Nt個符號周期內(nèi)發(fā)送的符號，其中，所述m個符號中屬于第l個并行碼流中的符號在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復Nt次，所述m個符號中屬于第2a和(2a+l)個并行碼流中的符號分別在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復(Nt-a)次，其中，1《a《Nt-l ; 發(fā)射單元，用于將所述第一空時編碼裝置、第二空時編碼裝置或第三空時編碼裝置編碼后得到的編碼矩陣通過發(fā)送天線發(fā)送出去； 空時編碼選擇單元，用于根據(jù)接收端反饋的所述發(fā)射端與接收端之間無線信道的信噪比在所述信噪比大于第一預定值時，選擇所述第一空時編碼裝置對待發(fā)送串行碼流進行空時編碼；在所述信噪比大于第二預定值且小于或等于第一預定值時，選擇所述第三空時編碼裝置對待發(fā)送的串行碼流進行空時編碼；在所述信噪比小于或等于第二預定值時，選擇所述第二空時編碼裝置對待發(fā)送的串行碼流進行空時編碼。
優(yōu)選地，上述發(fā)射機中，還包括 自適應編碼調(diào)制單元，用于根據(jù)所述信噪比，采用自適應調(diào)制編碼方式對將要發(fā)送的二進制比特流進行編碼調(diào)制，得到所述待發(fā)送的串行碼流。 本發(fā)明還提供了一種無線信號接收和解碼方法，應用于接收和解碼發(fā)射端通過多
根發(fā)送天線發(fā)送按照圖1所述的空時編碼方法得到的編碼矩陣，包括以下步驟 步驟C，在接收端，將接收到的m個并行碼流轉(zhuǎn)換成一個NrXNt接收符號矩陣，所
述m二 (2XNt-l)，Nt > 2，Nt為發(fā)送天線的數(shù)目，Nr > 2， Nr為接收天線的數(shù)目，其中，該
接收符號矩陣中每一行的Nt個符號，分別對應于各個接收天線在Nt個符號周期內(nèi)接收的
符號；
7
步驟D，根據(jù)所述NrXNt接收符號矩陣，估計出發(fā)射端的編碼符號。 優(yōu)選地，上述無線信號接收和解碼方法中，所述步驟D中，進一步采用串行干擾消
除SIC檢測接收機或者最大似然ML檢測接收機來估計出發(fā)射端的編碼符號。 優(yōu)選地，上述無線信號接收和解碼方法中，所述步驟D具體包括 步驟Dl，將接收端的NrXNt接收符號矩陣表示成NrXNt的信道矩陣和發(fā)射端
NtXNt編碼矩陣的乘積再加上NrXNt的噪聲矩陣； 步驟D2，將接收端的NrXNt接收符號矩陣矢量化成(NrXNt， 1)的接收符號矢量，該接收符號矢量為(NrXNt， m)的信道矩陣和(m， 1)的編碼矢量的乘積再加上(NrXNt，1)的噪聲矢量，其中，所述(NrXNt， m)的信道矩陣是根據(jù)所述NrXNt的信道矩陣變化得到的，所述(m，l)的編碼矢量是根據(jù)所述發(fā)射端NtXNt編碼矩陣矢量化得到的，所述(NrXNt，l)的噪聲矢量是對所述Nr XNt的噪聲矩陣矢量化得到的； 步驟D3，采用串行干擾消除SIC檢測接收機或者最大似然ML檢測接收機對所述(NrXNt， 1)的接收符號矢量進行檢測，估計出發(fā)射端的編碼符號。 本發(fā)明還提供了一種空時編碼的解碼裝置，應用于接收和解碼發(fā)射端通過Nt根發(fā)送天線發(fā)送按照圖1所述的空時編碼方法得到的編碼矩陣，該解碼裝置包括
并行碼流轉(zhuǎn)換單元，用于將接收到的m個并行碼流轉(zhuǎn)換成一個NrXNt接收符號矩陣，所述m二 (2XNt-l)，Nt > 2，Nt為發(fā)射天線的數(shù)目，Nr > 2， Nr為接收天線的數(shù)目，其中，該接收符號矩陣中每一行的Nt個符號(即該接收符號矩陣每一行的Nt個元素)，分別對應于各個接收天線在Nt個符號周期內(nèi)接收的符號； 估計單元，用于根據(jù)所述NrXNt接收符號矩陣，估計出發(fā)射端的編碼符號。
優(yōu)選地，上述空時編碼的解碼裝置中，所述估計單元進一步用于采用串行干擾消除檢測接收機或者最大似然檢測接收機來估計出發(fā)射端的編碼符號。 優(yōu)選地，上述空時編碼的解碼裝置中，所述估計單元進一步用于根據(jù)所述NrXNt接收符號矩陣得到(NrXNt，l)的接收符號矢量，并根據(jù)該接收符號矢量，利用串行干擾消除檢測接收機或最大似然檢測接收機來估計出發(fā)射端的編碼符號。 從以上所述可以看出，本發(fā)明提供的一種空時編碼方法及裝置，將每組m個符號中的一個符號通過不同天線在不同的時間單元上被反復發(fā)送了Nt次，使得該符號在接收端被正確解調(diào)的概率大大增大，從而有利于接收端使用串行干擾消除技術(shù)對接收數(shù)據(jù)進行正確解調(diào)，可以減少誤差傳播，增加了傳輸系統(tǒng)的魯棒性；同時，由于本發(fā)明提供的空時編碼方法，在分集增益和復用增益的取得平衡，即有一定的分集增益又有一定的復用增益，從而達到了高的頻譜效率，并獲得了較好的傳輸可靠性；并且，本發(fā)明還提供了一種將本發(fā)明的空時編碼與現(xiàn)有技術(shù)的空時編碼相結(jié)合使用的無線信號的發(fā)送方法，通過根據(jù)接收端反饋的信道信噪比，選擇當前適合的空時編碼算法，甚至自適應地調(diào)節(jié)發(fā)射端的編碼調(diào)制方式，從而能夠適用于無線信道環(huán)境的變化，達到較好的傳輸性能；另外，本發(fā)明也提出了針對本發(fā)明所提出的空時編碼的接收方法及裝置。


圖1為本發(fā)明實施例所述空時編碼方法的流程 圖2為本發(fā)明實施例所述空時編碼裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明實施例中某個特定的無線信道環(huán)境下仿真得到的多個空時編碼的頻譜效率-信噪比的曲線圖； 圖4為本發(fā)明實施例中在某個特定的無線信道環(huán)境下仿真得到的不同編碼調(diào)制
方式下的多個空時編碼的頻譜效率-信噪比的曲線圖； 圖5為本發(fā)明實施例所述無線信號接收和解碼方法的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出了一種特殊的空時編碼的結(jié)構(gòu)，該空時編碼能夠在分集增益和復用增益之間取得良好的平衡，并有利于接收端正確解碼和接收，從而能夠使得MIMO通信系統(tǒng)達到較高的頻譜效率，并獲得較好的傳輸可靠性。以下結(jié)合附圖通過具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。 本實施例首先提供了一種空時編碼方法，如圖1所示，該方法包括 步驟10，在發(fā)射端，將串行碼流中的符號以m個符號為一組進行串并轉(zhuǎn)換，得到m
個并行碼流，所述m二 (2XNt-l)，Nt > 2，Nt為發(fā)送天線的數(shù)目。 上述步驟中，串行碼流可以是由待發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)編碼調(diào)制后得到的符號所組成，具體調(diào)制方式可以是移相鍵控(如QPSK)、正交幅度調(diào)制(如16QAM)等調(diào)制方式。上述步驟中，發(fā)送天線是指發(fā)射端用來發(fā)送該串行碼流的天線。上述步驟中，第i個并行碼流中的第n個符號是所述串行碼流中的第(mX (n-l)+i)個符號，這里1《i《Nt。
以Nt = 2(此時m二 3)為例，假設所述串行碼流中的符號依次為S^ S2、 S3、 S4、
S5、 S6、 S7、 S8、 S9......，則可以將該串行碼流串并轉(zhuǎn)換成3個并行碼流，其中，S2和S3劃
分到一組，S4、S5和S6劃分到一組，S7、S8和S9劃分到一組，最后得到如下所示的3個并行碼
流 并行碼流1 : Si 、 S4 、 S7 、 S1Q...... 并行碼流2 :S2、S5、S8、Sn...... 并行碼流3 :S3、 S6、 S9、 S12...... 步驟ll，對于每組的m個符號，按照一定的原則，構(gòu)造一個NtXNt的編碼矩陣。其中，該編碼矩陣中每一行的Nt個符號(即該編碼矩陣每一行的Nt個元素)，分別對應于各個發(fā)送天線在Nt個符號周期內(nèi)發(fā)送的符號。上述構(gòu)造編碼矩陣的原則是將所述m個符號中屬于第l個并行碼流中的符號在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復Nt次，所述m個符號中屬于第2a和(2a+l)個并行碼流中的符號分別在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復(Nt-a)次，其中，1《a《Nt-l。 延續(xù)上述Nt = 2 (此時m = 3)的例子，這里以S2和S3這一組符號進行說明根據(jù)SpS2和S^組成一個2X2的編碼矩陣，其中，S工在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復Nt = 2次，S2和S3分別在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復(Nt-a)=1次，可以得到以下幾種可能的編碼矩陣
、<formula>formula see original document page 9</formula>
類似的，在當Nt = 3，所述m個符號分別為第1個并行碼流的符號S"第2個并行碼流的符號S2和第3個并行碼流的符號&、第4個并行碼流的符號S4和第5個并行碼流的 符號S5時，可以得到可能的編碼矩陣分別為
、《5152^5、、1、、、
一&《5
、&
&、和&
<s5^2 以上所示只是部分在Nt = 3時可以使用的編碼矩陣。在Nt = 3時，還包括有符 合上述編碼矩陣的原則的其它類似的編碼矩陣，這里不再一一示出。對于Nt > 3的情況， 編碼矩陣可以按照以上原則得到。 上述編碼矩陣中，每一行分別對應一個發(fā)射天線，每一列分別對應發(fā)射的時間單 元(符號周期)。因此，在第一個時間單元到第Nt時間單元的時間段內(nèi)，并行碼流中的第 一個并行碼流的符號將在不同的天線和不同的時間單元上重復傳輸Nt次；第二個和第三 并行碼流的符號將在不同的天線和不同的時間單元上傳輸(Nt-1)次；依此類推，第2a和第
(2a+l)個并行碼流的符號將在不同的天線和不同的時間單元上傳輸(Nt-a)次，......，一
直最后一個并行碼流。 從以上編碼矩陣的結(jié)構(gòu)可以看出，本實施例的空時編碼得到的編碼矩陣，其中一 個對角線上的元素(符號)都是相同的，該編碼矩陣具有一定的對稱性，因此，本實施例中 又將上述空時編碼方法稱為斜對稱(skew-symmetric)空時編碼方法，上述編碼矩陣稱為 斜對稱編碼矩陣。 空時碼編碼速率可以通過每根天線在每一時隙傳輸?shù)姆枖?shù)來表示，也可以表示 為信道利用率(PCU，Per Channel Use)。對于Nt = 2，在2個時隙共傳輸3個數(shù)據(jù)符號，即 PCU = 3/2 = (2XNt-l)/Nt = 1. 5 ;對于Nt = 3，在3個時隙共傳輸5個數(shù)據(jù)符號，即PCU =5/3= (2XNt-l)/Nt = 1. 67?？梢钥闯?，PCU二 (2XNt_l)/Nt，隨著Nt的增力口，信道 利用率將得到提高。而對于STBC編碼，其在Nt = 2時PCU = 1，在Nt = 3和4時，PCU = 0. 5。顯然，本實施例所述的斜對稱編碼方法相對于STBC編碼具有更高的信道利用率，獲得 了一定的復用增益。 對斜對稱編碼矩陣分析可知，每組符號中，總有一個符號(第1個并行碼流的符 號，如上述的舉例中的符號S》通過不同天線在不同的時間單元上被反復發(fā)送了Nt次，該 符號的發(fā)送次數(shù)最多，因此，在每組所有的m個符號中，該符號具有最高的空間和時間分集 特性，從而使得該符號在接收端被正確解調(diào)的概率大大增大。特別是在接收端使用串行干 擾消除(SIC， Successivelnterference Cancellation)技術(shù)對接收數(shù)據(jù)進行解調(diào)時，使 用本實施例所述的空時編碼方法，可以減少誤差傳播，增加了傳輸系統(tǒng)的魯棒性，其原因在 于SIC通過串行的檢測方法，其解調(diào)性能嚴重依賴于第一階的檢測結(jié)果；而本實施例所述 編碼方法能夠顯著提高第一個符號被正確檢測出來的概率，從而能夠減少誤差傳播，提高 接收端的解調(diào)性能。
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基于上述的空時編碼，本實施例還相應地提供了一種空時編碼裝置，如圖2所示，包括 串并轉(zhuǎn)換單元，用于將串行碼流中的符號以m個符號為一組進行串并轉(zhuǎn)換，得到m個并行碼流，所述m二 (2XNt-l)，Nt > 2，為發(fā)送天線的數(shù)目； 空時編碼單元，用于根據(jù)所述m個符號，組成得到一個NtXNt的編碼矩陣，所述編碼矩陣中各行的Nt個符號，分別對應于各個發(fā)送天線在Nt個符號周期內(nèi)發(fā)送的符號，其中，所述m個符號中屬于第1個并行碼流中的符號在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復Nt次，所述m個符號中屬于第2a和(2a+l)個并行碼流中的符號分別在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復(Nt-a)次，其中，1《a《Nt-l。 本實施例提出的空時編碼裝置，可以取得分集增益和復用增益的平衡，從而達到高的頻譜效率，并獲得較好的傳輸可靠性。對于不同的發(fā)射天線數(shù)，其信道利用率(PCU)為(2 XNt-l)/Nt，基本保持不變，具有很好的適用性。 本實施例還提供了一種無線信號的發(fā)送方法，將上述斜對稱空時編碼方法和現(xiàn)有技術(shù)已有的其它一些空時編碼相配合使用，該方法包括 發(fā)射端對待發(fā)送的串行碼流進行空時編碼得到編碼矩陣，并通過多根天線向接收端發(fā)送經(jīng)空時編碼得到的編碼矩陣，其中，所述進行空時編碼是
發(fā)射端獲取所述發(fā)射端與接收端之間無線信道的信噪比 在所述信噪比大于第一預定值時，根據(jù)V-BLAST編碼算法對所述串行碼流進行空時編碼； 在所述信噪比小于或等于第二預定值時，根據(jù)STBC編碼算法對所述串行碼流進行空時編碼； 在所述信噪比大于第二預定值且小于或等于第一預定值時，按照以下方式對所述串行碼流進行空時編碼將串行碼流中的符號以m個符號為一組進行串并轉(zhuǎn)換，得到m個并行碼流，所述m二 (2XNt-l)， Nt > 2，為發(fā)送天線的數(shù)目；根據(jù)所述m個符號，組成一個NtXNt的編碼矩陣，所述編碼矩陣中各行的Nt個符號，分別對應于各個發(fā)送天線在Nt個符號周期內(nèi)發(fā)送的符號，其中，所述m個符號中屬于第l個并行碼流中的符號在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復Nt次，所述m個符號中屬于第2a和(2a+l)個并行碼流中的符號分別在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復(Nt-a)次，其中，1《a《Nt-l。
上述發(fā)送方法中，所述第一預定值和第二預定值都是按照以下方式確定的通過仿真，得到不同空時編碼算法在所述發(fā)射端和接收端之間的無線信道環(huán)境下的信噪比_頻譜效率曲線；根據(jù)所有頻譜效率曲線，選擇其中具有最高頻譜效率的曲線段，根據(jù)各個曲線段的端點所對應的信噪比，確定所述第一預定值和第二預定值。具體的是通過對包括斜對稱空時編碼在內(nèi)的多種空時編碼，在不同信噪比的無線信道環(huán)境下的頻譜效率分別進行仿真，根據(jù)仿真得到的頻譜效率曲線，選擇在當前無線信道的實際信噪比下具有最高頻譜效率的空時編碼算法作為發(fā)射端當前的空時編碼算法，其中，所述實際信噪比可以通過是接收端測量得到后反饋給所述發(fā)射端的。 舉例說明，請參考圖3，為某個特定的無線信道環(huán)境下仿真得到的多個空時編碼的頻譜效率-信噪比的曲線圖，圖中示出了本實施例所述的斜對稱空時編碼(SS-MIM0)、V-BLAST和STBC三種空時編碼的曲線，且空時編碼的對象都是由QPSK符號組成的串行碼流。可以看出，在某個特定的信噪比區(qū)間，可能存在某個空時編碼的頻譜效率優(yōu)于其它的空時編碼，從而可以根據(jù)上述信噪比區(qū)間，確定空時編碼算法的切換點(第一預定值和第二預定值)，進而可以根據(jù)當前信道的實際信噪比，選擇使用最優(yōu)的空時編碼方式對串行碼流進行空時編碼。具體的，對于圖3來說，在信噪比(SNR， signal-noise-ratio)較低(0< SNR《6. 5)時，由于分集作用起支配地位，STBC曲線具有最高頻譜效率，此時可以使用STBC(即第二預定值為6.5);當信噪比增加(6.5<SNR《12)時，復用漸漸起重要作用，SS-MIM0曲線具有最高頻譜效率，此時可以使用SS-MIM0，當SNR再升高(12 < SNR)時，V-BLAST曲線具有最高頻譜效率，可以使用V-BLAST(即第一預定值為12)。具體的切換點可以參考表l :
SNR范圍(dB)0 < SNR《6. 56. 5 < SNR《1212 < SNR
調(diào)制方式QPSKQPSKQPSK
空時編碼的信道利用率(PCU)11. 52
使用傳輸方式STBCSS-MMOV-BLAST
頻譜效率234 表1 從以上所述可以看出，隨信噪比不同，空時碼的編碼方式也在自適應變化。比如在低信噪比時選擇具有低信道利用率(PCU)的空時碼以獲得好的誤碼率性能；在信噪比較大時逐步增大空時碼的信道利用率，以在保證一定信號傳輸質(zhì)量的前提下提高系統(tǒng)的頻譜利用率，從而可獲得高的頻譜效率和好的傳輸可靠性。 上述發(fā)送方法中，發(fā)射端還可以進一步根據(jù)接收端反饋的所述信噪比，采用自適應調(diào)制編碼(AMC， Adaptive Modulation and Coding)方式對將要發(fā)送的二進制比特流進行編碼調(diào)制，得到待發(fā)送的串行碼流；在通過空時編碼算法對待發(fā)送的串行碼流進行空時編碼，然后通過發(fā)送天線發(fā)送出去。請參照圖4，在某個特定的無線信道環(huán)境下，通過仿真，獲取在不同編碼調(diào)制方式下的多個空時編碼的頻譜效率-信噪比的曲線圖。圖4中采用的調(diào)制方式包括QPSK、16QAM和64QAM，其中，對于SS-MM0曲線，在信噪比4 10的區(qū)間段上使用的是16QAM調(diào)制方式；對于V-BLAST曲線，在信噪比10以上時使用的是64QAM調(diào)制方式；對于STBC曲線，在信噪比-10 4的區(qū)間段上使用的是QPSK調(diào)制方式。可以看出，在信噪比較大時采用了 64QAM調(diào)制以攜帶更多的信息量，并同時采用V-BLAST進行空時編碼以獲取復用增益，可以使得頻譜效率得到大幅度提高。在信噪比較小(如圖4中的信噪比4 IO的區(qū)間段上)時，則可以采用攜帶信息量較小的16QAM調(diào)制方式，采用斜對稱空時編碼方法SS-MMO進行空時編碼，從而對復用增益和分集增益進行折衷考慮；在信噪比更小(信噪比小于4)時，則可以采用攜帶信息量更小的QPSK調(diào)制和采用STBC空時編碼，有利于在較惡劣的通信環(huán)境下獲得較好的傳輸可靠性。這樣，在不同信噪比條件下，發(fā)射端可以切換使用不同的調(diào)制方式(如QPSK、16QAM、64QAM等)，信道編碼方式，和空時編碼算法，從而，調(diào)制方式和空時碼的編碼方式都在自適應變化，也就能夠獲得更為理想的傳輸性能。
12
最后，本實施例基于上述發(fā)送方法，相應地還提供了一種發(fā)射機，包括
基于V-BLAST編碼算法的第一空時編碼裝置；
基于STBC編碼算法的第二空時編碼裝置； 第三空時編碼裝置，該第三空時編碼裝置具體包括串并轉(zhuǎn)換單元，用于將待編 碼的串行碼流中的符號以m個符號為一組進行串并轉(zhuǎn)換，得到m個并行碼流，所述m二 (2XNt-l)， Nt > 2，為發(fā)送天線的數(shù)目；空時編碼單元，用于根據(jù)所述m個符號，組成得 到一個NtXNt的編碼矩陣，所述編碼矩陣中各行的Nt個符號，分別對應于各個發(fā)送天線 在Nt個符號周期內(nèi)發(fā)送的符號，其中，所述m個符號中屬于第l個并行碼流中的符號在該 編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復Nt次，所述m個符號中屬于第2a和(2a+l)個 并行碼流中的符號分別在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復(Nt-a)次，其中， 1《a《Nt-l ; 發(fā)射單元，用于將所述第一空時編碼裝置、第二空時編碼裝置或第三空時編碼裝 置編碼后得到的編碼矩陣通過發(fā)送天線發(fā)送出去； 空時編碼選擇單元，用于根據(jù)接收端反饋的所述發(fā)射端與接收端之間無線信道的 信噪比在所述信噪比大于第一預定值時，選擇所述第一空時編碼裝置對待發(fā)送串行碼流 進行空時編碼；在所述信噪比大于第二預定值且小于或等于第一預定值時，選擇所述第三 空時編碼裝置對待發(fā)送的串行碼流進行空時編碼；在所述信噪比小于或等于第二預定值 時，選擇所述第二空時編碼裝置對待發(fā)送的串行碼流進行空時編碼。 本實施例所述的發(fā)射機，還可以包括自適應編碼調(diào)制單元，用于根據(jù)所述信噪 比，采用自適應調(diào)制編碼方式對將要發(fā)送的二進制比特流進行編碼調(diào)制，得到所述待發(fā)送 的串行碼流。 另外，本實施例提供了一種無線信號接收和解碼方法，應用于接收和解碼發(fā)射端 通過Nt根發(fā)送天線發(fā)送按照圖l所述的空時編碼方法得到的編碼矩陣。如圖5所示，該接 收和解碼方法具體包括以下步驟 步驟12，在接收端，將接收到的m個并行碼流轉(zhuǎn)換成一個NrXNt接收符號矩陣。 所述m二 (2XNt-l)，Nt > 2，Nt為發(fā)射天線的數(shù)目，Nr > 2，Nr為接收天線的數(shù)目。其中， 該接收符號矩陣中每一行的Nt個符號(即該接收符號矩陣每一行的Nt個元素)，分別對應 于各個接收天線在Nt個符號周期內(nèi)接收的符號。 步驟13，根據(jù)所述NrXNt接收符號矩陣，估計出發(fā)射端的編碼符號。
上述步驟13中，接收端在得到接收符號矩陣后，可以采用串行干擾消除(SIC， Successive Interference Cancellation)檢測接收機或者最大似然(ML， Maximum Likelyhood)檢測接收機來估計出發(fā)射端的編碼符號。 另外，在步驟13中，為了方便接收端的解碼，還可以對所述NrXNt接收符號矩陣 作進一步處理，得到接收符號矢量；然后，根據(jù)該接收符號矢量，利用SIC檢測接收機或ML 檢測接收機來估計出發(fā)射端的編碼符號?？梢园凑找韵路绞綄rXNt接收符號矩陣進行 處理以得到接收符號矢量 (1)將接收端的NrXNt接收符號矩陣表示成NrXNt的信道矩陣和發(fā)射端NtXNt 編碼矩陣的乘積再加上NrXNt的噪聲矩陣； (2)將接收端的NrXNt接收符號矩陣矢量化成(NrXNt， 1)的接收符號矢量，該接收符號矢量為(NrXNt，m)的信道矩陣和(m， 1)的編碼矢量的乘積再加上(NrXNt，l)的噪聲矢量，其中，所述(NrXNt，m)的信道矩陣是根據(jù)所述Nr XNt的信道矩陣變化得到的，所述(m，l)的編碼矢量是根據(jù)所述發(fā)射端NtXNt編碼矩陣矢量化得到的，所述(NrXNt，l)的噪聲矢量是對所述NrXNt的噪聲矩陣矢量化得到的，所述m = (2XNt_l) ，Nt > 2，Nt為發(fā)射天線的數(shù)目。 以Nt = 2 (此時m = 3) ， Nr = 2為例進行說明 在接收端，將3個并行碼流轉(zhuǎn)換成一個2X2接收符號矩陣
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，該接
收符號矩陣中每一行的2個符號，分別對應于各個接收天線在2個符號周期內(nèi)接收的符號，例如巧和r3分別對應于接收天線1在兩個符號周期內(nèi)接收到的符號，而r2和r4分別對應于接收天線2在兩個符號周期內(nèi)接收到的符號。
<formula>formula see original document page 14</formula> 接收端的2X2接收符號矩陣可以表示成下面的2X2的信道矩陣
<formula>formula see original document page 14</formula>和發(fā)射端2X2編碼矩陣<formula>formula see original document page 14</formula>
的乘積再加上2X2的噪聲矩陣
<formula>formula see original document page 14</formula> 接收端的2X2接收符號矩陣可以矢量化成(4，1)的接收符號矢量。該矢量表示成經(jīng)過變換后(4， 3)的信道矩陣和發(fā)射端(3，1)的編碼矢量的乘積再加上(4，1)的噪聲矢
<formula>formula see original document page 14</formula> 最后，本實施例還相應地提供了一種空時編碼的解碼裝置，應用于接收和解碼發(fā)射端通過Nt根發(fā)送天線發(fā)送按照圖l所述的空時編碼方法得到的編碼矩陣。該解碼裝置包括 并行碼流轉(zhuǎn)換單元，用于將接收到的m個并行碼流轉(zhuǎn)換成一個NrXNt接收符號矩陣，所述m二 (2XNt-l)，Nt > 2，Nt為發(fā)射天線的數(shù)目，Nr > 2， Nr為接收天線的數(shù)目，其中，該接收符號矩陣中每一行的Nt個符號(即該接收符號矩陣每一行的Nt個元素)，分別對應于各個接收天線在Nt個符號周期內(nèi)接收的符號； 估計單元，用于根據(jù)所述NrXNt接收符號矩陣，估計出發(fā)射端的編碼符號。
具體的，所述估計單元可以進 一 步用于采用串行干擾消除(SIC，Successivelnterference Cancellation)檢測接收機或者最大似然(ML，Maxim咖Likelyhood)檢測接收機來估計出發(fā)射端的編碼符號。
另外，為了方便接收端的解碼，所述估計單元，還可以進一步用于根據(jù)所述Nr X Nt接收符號矩陣得到(NrXNt，l)的接收符號矢量，并根據(jù)該接收符號矢量，利用SIC檢測接收機或ML檢測接收機來估計出發(fā)射端的編碼符號。 綜上所述，本發(fā)明實施例所述空時編碼方法及裝置、無線信號的發(fā)送和接收方法及裝置，通過在分集增益和復用增益之間取得平衡，達到了較高的頻譜效率，并獲得了較好的傳輸可靠性。 最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
一種空時編碼方法，其特征在于，包括以下步驟步驟A在發(fā)射端，將串行碼流中的符號以m個符號為一組進行串并轉(zhuǎn)換，得到m個并行碼流，所述m＝(2×Nt-1)，Nt≥2，Nt為發(fā)送天線的數(shù)目；步驟B，根據(jù)所述m個符號，組成一個Nt×Nt的編碼矩陣，所述編碼矩陣中各行的Nt個符號，分別對應于各個發(fā)送天線在Nt個符號周期內(nèi)發(fā)送的符號，其中，所述m個符號中屬于第1個并行碼流中的符號在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復Nt次，所述m個符號中屬于第2a和(2a+1)個并行碼流中的符號分別在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復(Nt-a)次，其中，1≤a≤Nt-1。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A中，第i個并行碼流中的第n個 符號是所述串行碼流中的第(mX (n-l)+i)個符號。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當Nt = 2，所述m個符號分別為第1個并行 碼流的符號S^第2個并行碼流的符號S2和第3個并行碼流的符號S3時，所述編碼矩陣為<formula>formula see original document page 2</formula>
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當Nt = 3，所述m個符號分別為第1個并行 碼流的符號S^第2個并行碼流的符號S2和第3個并行碼流的符號&、第4個并行碼流的 符號S4和第5個并行碼流的符號S5時，所述編碼矩陣為<formula>formula see original document page 2</formula>
5. —種無線信號的發(fā)送方法，其特征在于，包括發(fā)射端對待發(fā)送的串行碼流進行空時編碼得到編碼矩陣，并通過多根天線向接收端發(fā) 送經(jīng)空時編碼得到的編碼矩陣，其中，所述進行空時編碼是發(fā)射端獲取所述發(fā)射端與接收端之間無線信道的信噪比在所述信噪比大于第一預定值時，根據(jù)垂直分層空時V-BLAST編碼算法對所述串行碼 流進行空時編碼；在所述信噪比小于或等于第二預定值時，根據(jù)空時分組碼STBC編碼算法對所述串行 碼流進行空時編碼；在所述信噪比大于第二預定值且小于或等于第一預定值時，按照以下方式對所述串行 碼流進行空時編碼將串行碼流中的符號以m個符號為一組進行串并轉(zhuǎn)換，得到m個并行 碼流，所述m二 (2XNt-l)， Nt > 2， Nt為發(fā)送天線的數(shù)目；根據(jù)所述m個符號，組成一個 Nt XNt的編碼矩陣，所述編碼矩陣中各行的Nt個符號，分別對應于各個發(fā)送天線在Nt個符 號周期內(nèi)發(fā)送的符號，其中，所述m個符號中屬于第l個并行碼流中的符號在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復Nt次，所述m個符號中屬于第2a和(2a+l)個并行碼流中的 符號分別在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復(Nt-a)次，其中，1《a《Nt-l。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括發(fā)射端進一步根據(jù)所述信噪比，采用自適應調(diào)制編碼方式對將要發(fā)送的二進制比特流 進行編碼調(diào)制，得到所述待發(fā)送的串行碼流。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一預定值和第二預定值按照以下方 式確定獲取仿真得到的不同空時編碼算法在所述發(fā)射端和接收端之間的無線信道環(huán)境下 的信噪比_頻譜效率曲線；根據(jù)所有頻譜效率曲線，選擇其中具有最高頻譜效率的曲線段， 根據(jù)各個曲線段的端點所對應的信噪比，確定所述第一預定值和第二預定值。
8. —種空時編碼裝置，其特征在于，包括串并轉(zhuǎn)換單元，用于將串行碼流中的符號以m個符號為一組進行串并轉(zhuǎn)換，得到m個并 行碼流，所述m二 (2XNt-l)， Nt > 2，為發(fā)送天線的數(shù)目；空時編碼單元，用于根據(jù)所述m個符號，組成得到一個Nt XNt的編碼矩陣，所述編碼矩 陣中各行的Nt個符號，分別對應于各個發(fā)送天線在Nt個符號周期內(nèi)發(fā)送的符號，其中，所 述m個符號中屬于第1個并行碼流中的符號在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復 Nt次，所述m個符號中屬于第2a和(2a+l)個并行碼流中的符號分別在該編碼矩陣的不同 行和不同列的位置上重復(Nt-a)次，其中，1《a《Nt-l。
9. 一種發(fā)射機，其特征在于，包括基于V-BLAST編碼算法的第一空時編碼裝置； 基于STBC編碼算法的第二空時編碼裝置；第三空時編碼裝置，該第三空時編碼裝置具體包括串并轉(zhuǎn)換單元，用于將待編碼的串行碼流中的符號以m個符號為一組進行串并轉(zhuǎn)換，得到m個并行碼流，所述m二 (2XNt-l)， Nt > 2，為發(fā)送天線的數(shù)目；空時編碼單元，用于根據(jù)所述m個符號，組成得到一個NtXNt 的編碼矩陣，所述編碼矩陣中各行的Nt個符號，分別對應于各個發(fā)送天線在Nt個符號周期 內(nèi)發(fā)送的符號，其中，所述m個符號中屬于第l個并行碼流中的符號在該編碼矩陣的不同行 和不同列的位置上重復Nt次，所述m個符號中屬于第2a和(2a+l)個并行碼流中的符號分 別在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復(Nt-a)次，其中，1《a《Nt-l ;發(fā)射單元，用于將所述第一空時編碼裝置、第二空時編碼裝置或第三空時編碼裝置編 碼后得到的編碼矩陣通過發(fā)送天線發(fā)送出去；空時編碼選擇單元，用于根據(jù)接收端反饋的所述發(fā)射端與接收端之間無線信道的信噪 比在所述信噪比大于第一預定值時，選擇所述第一空時編碼裝置對待發(fā)送串行碼流進行 空時編碼；在所述信噪比大于第二預定值且小于或等于第一預定值時，選擇所述第三空時 編碼裝置對待發(fā)送的串行碼流進行空時編碼；在所述信噪比小于或等于第二預定值時，選 擇所述第二空時編碼裝置對待發(fā)送的串行碼流進行空時編碼。
10. 如權(quán)利要求9所述的發(fā)射機，其特征在于，還包括自適應編碼調(diào)制單元，用于根據(jù)所述信噪比，采用自適應調(diào)制編碼方式對將要發(fā)送的 二進制比特流進行編碼調(diào)制，得到所述待發(fā)送的串行碼流。
11. 一種無線信號接收和解碼方法，應用于接收和解碼發(fā)射端通過多根發(fā)送天線發(fā)送 按照權(quán)利要求1所述的空時編碼方法得到的編碼矩陣，其特征在于，包括以下步驟步驟C，在接收端，將接收到的m個并行碼流轉(zhuǎn)換成一個Nr XNt接收符號矩陣，所述m =(2 XNt-1) ， Nt > 2， Nt為發(fā)送天線的數(shù)目，Nr > 2， Nr為接收天線的數(shù)目，其中，該接收符 號矩陣中每一行的Nt個符號，分別對應于各個接收天線在Nt個符號周期內(nèi)接收的符號；步驟D，根據(jù)所述NrXNt接收符號矩陣，估計出發(fā)射端的編碼符號。
12. 如權(quán)利要求11所述的無線信號接收和解碼方法，其特征在于，所述步驟D中，進一 步采用串行干擾消除SIC檢測接收機或者最大似然ML檢測接收機來估計出發(fā)射端的編碼 符號。
13. 如權(quán)利要求11所述的無線信號接收和解碼方法，其特征在于，所述步驟D具體包括步驟Dl，將接收端的Nr XNt接收符號矩陣表示成Nr XNt的信道矩陣和發(fā)射端Nt XNt 編碼矩陣的乘積再加上NrXNt的噪聲矩陣；步驟D2，將接收端的NrXNt接收符號矩陣矢量化成(NrXNt， 1)的接收符號矢量，該 接收符號矢量為(NrXNt，m)的信道矩陣和(m， 1)的編碼矢量的乘積再加上(NrXNt，l)的 噪聲矢量，其中，所述(NrXNt， m)的信道矩陣是根據(jù)所述NrXNt的信道矩陣變化得到的， 所述(m， 1)的編碼矢量是根據(jù)所述發(fā)射端NtXNt編碼矩陣矢量化得到的，所述(NrXNt， 1) 的噪聲矢量是對所述NrXNt的噪聲矩陣矢量化得到的；步驟D3，采用串行干擾消除SIC檢測接收機或者最大似然ML檢測接收機對所述 (NrXNt， 1)的接收符號矢量進行檢測，估計出發(fā)射端的編碼符號。
14. 一種空時編碼的解碼裝置，應用于接收和解碼發(fā)射端通過Nt根發(fā)送天線發(fā)送按照 權(quán)利要求1所述的空時編碼方法得到的編碼矩陣，該解碼裝置包括并行碼流轉(zhuǎn)換單元，用于將接收到的m個并行碼流轉(zhuǎn)換成一個NrXNt接收符號矩陣， 所述m二 (2XNt-l)，Nt > 2，Nt為發(fā)射天線的數(shù)目，Nr > 2， Nr為接收天線的數(shù)目，其中， 該接收符號矩陣中每一行的Nt個符號(即該接收符號矩陣每一行的Nt個元素)，分別對應 于各個接收天線在Nt個符號周期內(nèi)接收的符號；估計單元，用于根據(jù)所述NrXNt接收符號矩陣，估計出發(fā)射端的編碼符號。
15. 如權(quán)利要求14所述的空時編碼的解碼裝置，其特征用于，所述估計單元進一步用 于采用串行干擾消除檢測接收機或者最大似然檢測接收機來估計出發(fā)射端的編碼符號。
16. 如權(quán)利要求14所述的空時編碼的解碼裝置，其特征用于，所述估計單元進一步用 于根據(jù)所述NrXNt接收符號矩陣得到(NrXNt，l)的接收符號矢量，并根據(jù)該接收符號矢 量，利用串行干擾消除檢測接收機或最大似然檢測接收機來估計出發(fā)射端的編碼符號。
全文摘要
本發(fā)明提供了空時編碼方法、無線信號的發(fā)送、接收和解碼方法及裝置。所述空時編碼方法包括在發(fā)射端，將串行碼流中的符號以m個符號為一組進行串并轉(zhuǎn)換，得到m個并行碼流，所述m＝(2×Nt-1)，Nt≥2，為發(fā)送天線的數(shù)目；根據(jù)所述m個符號，組成一個Nt×Nt的編碼矩陣，其中，所述m個符號中屬于第1個并行碼流中的符號在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復Nt次，所述m個符號中屬于第2a和(2a+1)個并行碼流中的符號分別在該編碼矩陣的不同行和不同列的位置上重復(Nt-a)次。按照本發(fā)明，能夠達到較高的頻譜效率，并獲得較好的傳輸可靠性。
文檔編號H04L1/06GK101729211SQ20081016963
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者佘小明, 戴曉明, 白勇, 陳嵐 申請人:株式會社Ntt都科摩