CN1578192A - 移动通信系统中的发射分集设备和方法 - Google Patents
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Abstract
一种移动通信系统的发射分集设备,包括接收器,对来自多根接收天线接收信号进行BLAST解码以评估每根发射天线的前向信道的信道特征。然后,该接收器根据评估的前向信道特征反馈用于选择好状态的发射天线的天线选择信息。发射机根据反馈天线选择信息选择好状态发射天线并对所选择发射天线的发射符号进行BLAST解码。
Description
发明背景
1.发明领域
本发明涉及移动通信系统中的发射分集设备和方法。
2.相关技术背景
移动通信系统中,如各种多媒体业务所要求,需处理大容量传输数据并提高数据传送速率。因此,急需发现一种通过使用有限无线资源提高系统容量的方法。而且,前向链路与反向链路相比,通常要求大容量,因而已提出各种提高前向链路容量的方法。
一种提高系统容量的技术是使用多天线,BLAST(贝尔叠式分层空间时间(Bell Lap Layered Space-Time))技术是一种实现多天线技术的方法。BLAST技术涉及使用多发射接收天线,其中每根发射天线同时接收不同的数据且每个接收天线检测不同的数据。与使用单天线相比,BLAST技术可增强发射性能,因为同一时段发射的数据量随使用的天线数量成比例地上升。
BLAST分为D(对角线)-BLAST和V(纵向)-BLAST。两种方法将顺序输入传输数据转换成与发射天线数量成比例的并行数据并执行调制和编码。连续输入传输数据时,形成与发射天线同数的比特流(即,层)。D-BLAST和V-BLAST的不同在于是否周期性改变用来发射形成的每层的发射天线。
图1示出通过不同发射天线周期性发射特定层输出的数据的相关技术D-BLAST发射机的概要工作方法。具体说,在时空轴上对角线地发射每层的数据。
图2示出通过固有发射天线周期性发射每层数据的相关技术V-BLAST发射机的概要工作方法。具体说,在时空轴上每层数据具有纵向形式。
图3示出在用两发射天线并且用QPSK调制的情况下BLAST技术的误码性能图。在该图中,采用BLAST的接收系统使用归零(ZF)、MMSE(最小均方误差)、INV等检测从每根发射天线接收的传输数据。
接收机补偿因检测接收信号而致的对信道的影响时,INV方法(只执行零位)和既执行零位又执行取消的MMSE及ZF方法表现出不同的误码性能,这取决于接收天线数量。也就是说,接收天线数量上升则SER(符号差错率)下降。SER与接收天线数量因此成反比。
图4示出用四发射天线并且用QPSK调制的BLAST的误码性能。
在使用BLAST的移动通信系统中,多个不同的数据通过多天线并行发射接收以提高传输速率。不过,这样的系统有缺点。例如,即使每根发射天线对时空区中的独立层的传输数据进行简单信道编码从而提高传输速率,误码性能未得到大幅改善。
同时,在支持多媒体业务的移动通信系统中,为提高前向链路容量,可使用增加移动终端的天线数量的方法。然而,就移动终端来说,功率、尺寸、重量和价格的限制使其难以有许多天线。另一方面,基站不是如此受限,因此,作为替代方案,可增加基站天线数量。
研究人员试图设计出通过提高发射机(即基站)而非接收机(即移动终端)的复杂性来提高前向链路的通信容量的方法。发射分集技术便是其中之一。
发射分集技术是一种方法,在该方法中,多天线安装在前向链路的发射机(基站)以生成发射机(基站)和接收机(移动终端)间的多路径,从而获得分集增益。
发射分集技术分为开环发射分集和闭环发射分集。所用技术取决于反馈数据是否存在。在开环发射分集方法中,发射机使用多根发射天线而不用反馈数据每隔一定时间便改变发射天线,或使用简单编码技术。在闭环发射分集方法中,发射机(基站)使用反馈信道上的信息执行发射。通常,在移动终端(接收机)的移动速率低且有许多根发射天线和接收天线的情况下,采用闭环发射分集方法而不用开环发射分集方法。
一种闭环发射分集方法称为选择性发射分集(STD)。在该方法中,接收机(移动终端)反馈前向信道的每个状态时,发射机(基站)选择好状态发射天线,通过选择发射天线发射传输数据(传输时隙)。
例如,如图5所示,如果有两发射天线,当表明第一天线(Ant0)在最好状态的前向信道状态得到反馈时,发射机通过第一天线(Ant0)发射第零个传输时隙。同时,当表明第二天线(Ant1)在最好状态的前向信道状态得到反馈时,发射机通过第二天线(Ant1)发射第一个传输时隙。按此方式,通过最好状态发射天线发射传输时隙,发射机(基站)获得分集增益。
然而,在有两发射天线的发射机(基站)发射传输数据的情况下,通过最佳发射天线发射一个传输数据所花时间是T,而发射两个传输数据所花时间是2T。另外,在使用STD的接收机(移动终端)的情况下,解调一个数据和两个数据所花时间分别是T和2T。因此,尽管STD技术可通过获得分集增益来改进误码性能,却不能提高传输率。
图6示出根据相关技术用STD接收SNT。在该图中,使用STD的接收机从两发射天线(Ant0和Ant1)中较好状态的一天线接收信号,这样接收SNR变得稳定。
图7示出根据相关技术的STD的误码性能。在该图中,应注意的是,STD接收机有好的接收SNR,因为它接收的信号是通过多根发射天线中最好状态发射天线发射的。
如上所述,使用STD的移动通信系统可通过获得分集增益改进误码性能,但在该系统中,几乎不能预期多媒体业务的传输速率得到大的改进。
发明概要
本发明的一目标是解决一或多个上述问题并实现现有技术的下列目标和优点中的至少一个。
本发明的另一目标是提供一种移动通信系统中的发射分集设备和方法,该发射分集设备和方法提高传输速率和误码性能以增加用于提供高速多媒体业务的前向链路容量。
本发明的另一目标是提供一种移动通信系统中的发射分集设备和方法,该发射分集设备和方法通过耦合BLAST方法和STD方法来提高前向链路的传输速率和误码性能。
为实现至少这些和其他目标和优点,根据一实施例,本发明提供一种移动通信系统的发射分集设备,该发射分集设备包括一接收机及一发射机,该接收机对来自多根接收天线接收信号进行BLAST解码以评估每根发射天线的前向信道的信道特征并根据所评估的前向信道特征反馈用于选择好状态发射天线的天线选择信息,该发射机按照反馈天线选择信息选择好状态发射天线并对所选发射天线的发射符号进行BLAST编码。
根据另一实施例,本发明提供一种移动通信系统的发射分集方法,该发射分集方法包括对由多根接收天线接收的接收信号进行BLAST解码,评估每根发射天线的前向信道的信道特征并根据所评估的前向信道特征反馈用于选择好状态发射天线的天线选择信息,按照反馈天线选择信息从多根发射天线中选择一些好状态发射天线并对所选发射天线的发射符号进行BLAST编码。
附图简述
图1说明D-BLAST发射机的工作方法;
图2说明V-BLAST发射机的工作方法;
图3示出在有两发射天线和QPSK的情况下按照BLAST的误码性能;
图4示出在有四发射天线和QPSK的情况下按照BLAST的误码性能;
图5说明STD的基本工作;
图6说明根据STD的接收SNR;
图7说明根据STD的误码性能;
图8说明根据本发明的一较佳实施例的移动通信系统中的发射分集设备的结构;及
图9示出根据本发明耦合STD和BLAST的方法的BER性能。
较佳实施例详述
图8说明根据本发明的一较佳实施例的移动通信系统中的发射分集设备的结构。该发射分集设备包括接收机200,该接收机对来自多根接收天线接收信号进行BLAST解码以评估每根发射天线的前向信道的信道特征。该接收机还根据所评估的前向信道特征反馈用于选择好状态发射天线的天线选择信息。发射机100按照反馈天线选择信息选择好状态发射天线并对所选发射天线的发射符号进行BLAST编码。
接收机200较佳地位于移动终端,而发射机100较佳地位于基站。接收机包括BLAST解码器210、信道状态评估器220、解调器230、信道去交织器240及解码器250。BLAST解码器210对通过多根接收天线接收的接收符号进行BLAST解码并由发射天线检测符号。信道状态评估器220使用由发射天线检测到的符号评估每根发射天线的前向信道特征并根据所评估的前向信道特征生成用于从多根发射天线中选择好状态发射天线的天线选择信息。解调器230根据所评估的前向信道特征对由BLAST解码器210检测到的符号解调。信道去交织器240对每根发射天线的经解调符号进行信道去交织,解码器对每根发射天线的经信道去交织数据进行解码。
发射机100包括编码器110、信道交织器120、调制器130、天线选择器140及BLAST处理器150。编码器110对发射数据编码,信道交织器120对经编码发射数据进行信道交织,调制器130对经信道交织发射数据调制。天线选择器140根据从接收机200反馈的天线选择信息从多根发射天线中选择好状态发射天线,并输出所选发射天线的经调制发射符号。而且,BLAST处理器150对发射符号进行BLAST编码以通过所选发射天线在时空域中以纵向形式被发射。
现在描述根据本发明的移动通信系统中的发射分集设备的工作。移动终端的接收机的BLAST解码器210在检测特定符号以评估特定符号的同时,将通过多根接收天线接收的接收信号构建为接收矢量并将其他符号视为干扰信号。然后,解码器210从接收矢量中减去第一检测信号分量,从而在使每个符号的影响最小化的同时评估每个天线的符号。
接收机的信道状态评估器220用从BLAST解码器输出的每根发射天线的符号评估每根发射天线的前向信道的SNR,并生成用于从每根发射天线的所评估前向信道中选择好状态前向信道的发射天线的天线选择信息。然后,接收机将天线选择信息反馈至基站的发射机100。
随后,接收机的解调器230根据经评估前向信道特征对从BLAST解码器检测到的符号解调,信道去交织器对每根发射天线的经解调符号进行信道去交织,解码器250对每根发射天线的经信道去交织数据进行解码。
同时,基站的发射机100顺序地对发射数据进行编码、信道去交织和调制,并且当移动终端的接收机200反馈天线选择信息时,发射机100的天线选择器140根据天线选择信息从多根发射天线选择好状态发射天线。
例如,如果有四发射天线的发射机100选择两发射天线并应用STD,发射机100的天线选择器140根据天线选择信息选择最佳状态的两发射天线。然后,BLAST处理器150通过BLAST编码与所选两发射天线并行地同时发射发射信号。此时,对两选择发射天线去复用发射符号以形成两发射符号层,两发射符号层通过各自选择的发射天线在时空域中同时以纵向形式被发射。
图9示出根据本发明耦合STD和BLAST的方法的BER性能。
应注意的是,图9中,耦合STD的发射分集设备从四发射天线中选择两发射天线且其BLAST的BER(比特差错率)优于BLAST设备的BER。
就目前所述,移动通信系统中的发射分集设备和方法至少有下列优点。
因为从使用STD的多根发射天线中选择最佳状态的发射天线且发射符号同时发射至使用BLAST的所选发射天线,传输速率和误码性能得到大大提高。
以上实施例和优点仅仅是示例性的,不能把它看作为限制本发明。本发明的主旨可容易地用于其他类型的设备。对本发明的描述是说明性的,不限制权利要求的范围。许多替换方案、修改和变体对本领域的技术人员是显而易见的。在权利要求中,设备加功能条款旨在包括本文所述的执行所述功能的结构,且不仅包括结构等同物还包括等同结构。
Claims (36)
1.一种移动通信系统的发射分集设备,包括:
接收机,所述接收机对来自多根接收天线的接收信号进行BLAST解码以评估多根发射天线张每根发射天线的前向信道的信道特征,并根据评估前向信道特征反馈用来选择一根或多根发射天线的天线选择信息;及
发射机,所述发射机根据反馈天线选择信息选择一根或多根好状态发射天线并对所选发射天线的发射符号进行BLAST编码。
2.如权利要求1所述设备,其特征在于,所述接收机在移动终端,所述发射机在基站。
3.如权利要求1所述设备,其特征在于,所述接收机包括:
BLAST解码器,所述解码器对通过接收天线接收的接收符号进行BLAST解码并由发射天线检测符号;
信道状态评估器,所述信道状态评估器用发射天线检测到的符号评估每根发射天线的前向信道特征并根据评估前向信道特征生成用于从多根发射天线中选择好状态发射天线的天线选择信息;
解调器,所述解调器根据评估前向信道特征对BLAST解码器检测到的符号解调;
信道去交织器,所述信道去交织器对每根发射天线的经解调符号进行信道去交织;及
解码器,所述解码器对每根发射天线的经信道去交织数据进行解码。
4.如权利要求1所述设备,其特征在于,所述发射机包括:
对发射数据编码的编码器;
对经编码发射数据进行信道交织的信道交织器;
对经信道交织发射数据调制的调制器;
天线选择器,所述天线选择器根据接收机反馈的天线选择信息从多根发射天线选择好状态发射天线并输出所选发射天线的经调制发射符号;及
BLAST处理器,所述BLAST处理器对发射符号进行BLAST编码以通过所选发射天线在时空域中以纵向形式被发射。
5.一种移动通信系统的发射分集方法,其特征在于,所述方法包括:
对由多根接收天线接收的接收信号进行BLAST解码;
评估多根发射天线中每根发射天线的前向信道的信道特征;
根据评估前向信道特征反馈用于选择好状态发射天线的天线选择信息;
根据反馈天线选择信息选择一根或多根好状态发射天线;及
对所选发射天线的发射符号进行BLAST编码。
6.如权利要求5所述方法,其特征在于,所述BLAST解码步骤包括:
将通过接收天线接收的接收信号构建为接收矢量,且在检测特定符号的同时,将其他符号视为干扰信号以评估特定符号,及从接收矢量中减去第一检测信号分量。
7.如权利要求5所述方法,其特征在于,所述BLAST编码步骤包括:
形成所选发射天线的发射符号层,在时空域中以纵向形式同时将发射符号层发射至所选发射天线。
8.一种接收机,其特征在于,所述接收机包括:
对多个信号进行BLAST解码的解码器;及
根据经BLAST解码信号评估多根发射天线的前向信道特征的评估器。
9.如权利要求8所述接收机,其特征在于,所述多个信号是通过相应多根接收天线接收的。
10.如权利要求9所述接收机,其特征在于,接收天线数量等于发射天线数量。
11.如权利要求8所述接收机,其特征在于,所述解码器对通过多根接收天线接收的符号进行BLAST解码并检测来自发射天线的符号。
12.如权利要求11所述接收机,其特征在于,所述评估器根据检测符号评估每根发射天线的前向信道特征。
13.如权利要求8所述接收机,其特征在于,所述评估器根据评估前向信道特征生成表明至少一根发射天线的状态的信息。
14.如权利要求13所述接收机,其特征在于,所述接收机还包括:
将状态信息反馈至发射机的反馈单元。
15.如权利要求8所述接收机,其特征在于,所述前向信道特征包括与每根发射天线相关的前向信道的信噪比。
16.如权利要求15所述接收机,其特征在于,评估器根据所述信噪比生成每根发射天线的前向信道的状态信息。
17.如权利要求16所述接收机,其特征在于,状态信息只指定由相应信噪比决定的那些好状态发射天线。
18.一种移动终端,其特征在于,所述移动终端包括权利要求8的接收机。
19.一种发射机,其特征在于,所述发射机包括:
根据接收机接收的状态信息选择多根天线中至少一根天线的选择器;及
对将通过所选天线发射的信号进行BLAST编码的编码器。
20.如权利要求19所述发射机,其特征在于,所述状态信息表明与每个所选天线相关的前向信道处于好状态。
21.如权利要求20所述发射机,其特征在于,好状态是根据与每个所选天线相关的前向信道的信噪比确定的。
22.一种基站,其特征在于,所述基站具有权利要求19的发射机。
23.一种控制数据传输的方法,其特征在于,所述方法包括:
BLAST解码多个信号;及
根据经BLAST解码信号评估多根发射天线的前向信道特征。
24.如权利要求23所述方法,其特征在于所述方法还包括:
通过相应多根接收天线接收多个信号。
25.如权利要求24所述方法,其特征在于,接收天线数量等于发射天线数量。
26.如权利要求23所述方法,其特征在于,解码步骤包括:
对通过多根接收天线接收的符号进行BLAST解码;及
检测来自发射天线的符号。
27.如权利要求26所述方法,其特征在于,评估步骤包括:
根据检测符号评估每根发射天线的前向信道特征。
28.如权利要求23所述方法,其特征在于,评估步骤包括:
根据评估前向信道特征生成表明多根发射天线中至少一根发射天线的状态的信息。
29.如权利要求28所述方法,其特征在于,所述方法还包括:
向发射机反馈状态信息。
30.如权利要求28所述方法,其特征在于,前向信道特征包括与每根发射天线相关的前向信道的信噪比。
31.如权利要求23所述方法,其特征在于,前向信道特征包括与每根发射天线相关的前向信道的信噪比。
32.如权利要求31所述方法,其特征在于,评估器根据所述信噪比生成每根发射天线的前向信道的状态信息。
33.如权利要求32所述方法,其特征在于,状态信息只指定由相应信噪比决定的那些好状态发射天线。
34.一种控制数据传输的方法,其特征在于,所述方法包括:
根据从接收机接收的状态信息选择多根天线中至少一根天线;及
对将通过所选天线发射的信号进行BLAST编码。
35.如权利要求34所述方法,其特征在于,所述状态信息表明与每个所选天线相关的前向信道处于好状态。
36.如权利要求35所述方法,其特征在于,好状态是根据与每个所选天线相关的前向信道的信噪比确定的。
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