专利名称：多输入多输出通信系统的信号处理装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种在被称为多输入多输出系统(MIMO)的通信系统中的信号处理装置和方法，其中在所述多输入多输出系统中发射和接收端通常使用多路天线。
现有技术在现有技术的领域内，比起单个天线系统(即，单个天线对单个天线或者多路天线对单个天线系统)来说，已经知道MIMO移动通信系统可以获得提高的容量。
然而，为获得这样的改进，应当提供充裕的散射环境以致到达多路接收天线的信号不能相关。如果忽视了信号间的相关性，则性能将会下降且容量将会减小。
图1和2示出了使用PARC(每天线率控制)方法的现有技术的MIMO通信系统。
PARC指的是一种基于V-BLAST(垂直—贝尔实验室分层空时)系统(一种MIMO系统的常规技术)的结构的方法，其中参考在接收端处确定的信道信息，根据发射端中的每一发射天线来对信号的码元进行不同地信道编码和调制，并随后经由每一发射天线来发射对应的信号。
图1示出了使用PARC方法的现有技术的MIMO通信系统的发射端结构。现在将参考图1对使用PARC方法的MIMO通信系统的操作进行描述。
从发射端顺序产生的高速数据流通过解复用器DEMUX 110进行解复用，以便从每个多路发射天线发射。这里，所述解复用是指根据确定的规则将连贯的数据划分为多个子数据。为了便于说明，图1示出了两个天线。
每个发射天线的解复用后的子流在信号处理器121和122中进行编码和交织，然后分别映射到码元。
映射后的码元被输入到展频器131中，并在所述展频器131中与展频码1相乘、编码为扰码、并且随后被发送到相应的发射天线161和162。
如果用户占用了由展频码所区分的10个信道，则所述各被划分的子流将再次被分别划分为10个子流。已划分过的各数据码元被输入到展频器131-133中，并在其中与各个展频码1-10相乘、在加法器141和142中相加、编码为扰码、并随后通过相应的发射天线161和162发射。此处，通常为每个用户分配一个扰码。根据指定的数据速率，分配给发射天线161和162的位的数目可以不同。
由于仅仅在时间维度中进行编码，因此其数据恢复性能并没有像用在单一速率系统中的空时编码的数据恢复性能那样高。时间维度中的编码能够实现解码后的干扰抵消，从而提高接收机的性能。
图2示出了使用PARC方法的现有技术的MIMO通信系统的接收端结构。现在将参考图2描述使用PARC方法的MIMO通信系统的接收端的操作。
如图2所示，在发射端中将数据解复用并随后编码为扰码之后，可以在接收端中对每个发射天线的信号独立地进行解码。
换句话说，当接收天线211和212接收到码元时，根据最小均方误差(MMSE)方法在码元检测器中估算每个信道的码元，通过解展频器241和242以及多路复用器250对其进行解展频和多路复用，以使得可以检测到与一个天线相关的信号，并且在信号处理器260中对检测到的信号进行重新分配(去映射)、去交织、并随后对其解码。
此后根据解码后的位，在信号消除器270中重构与所述天线相关的信号，然后从在缓冲器中存储的接收信号中除去该重构的信号。
以同样的方式以及按照相同的途径处理其他天线的信号，并随后通过耦合器280耦合其他天线的信号。
PARC是一种由Lucent提出的高速下行链路分组访问(HSDPA)的MIMO系统技术，不同于V-BLAST，其允许每个发射天线使用不同的数据传输速率，由此增加传输容量。在这种情况下，发射端通过发射天线独立地发送编码信号。
PARC系统与现有的单一速率MIMO技术V-BLAST系统不同之处在于，每一天线具有不同的数据传输速率(调制和编码)。
即，PARC系统允许每个天线更精密地独立控制数据传输速率，这提高了整个系统的实质传输容量。在这种情况下，尽管与为单一速率的MIMO系统提出的技术相比，需要更多的位来向每一天线通知信道状态，但可以确定参引集(reference set)。
换句话说，在PARC系统中，为了确定对于每一天线有效的MCS(调制与编码方案)集，而对每一接收天线接收的每一发射天线的SINR(信号与干扰噪声比)进行计算。
此时，为了选择将在每一天线处使用的信道编码和调制方法，对经由每一天线接收的SINR进行测量，并基于测量的SINR来选择将在每一天线处使用的信道编码方法和调制方法的组合。
表1和表2示出了在具有四个发射天线和四个接收天线的MIMO系统中的发送数据的传输率和MCS的组合的范例。
表1
表2
如[表1]所示，当以16QAM执行调制方法并且编码率为3/4时数据速率最大，该数据速率对应于每单位频率的发射位数3。并且这种情况可以与在接收天线处计算的SINR最大的情况相匹配。
其次快的数据速率是当以16QAM执行调制方法并且编码率为1/2时的数据速率，该数据速率对应于每单位频率的发射位数2。用这样的方式，每单位频率的发射位数是根据调制方法和编码率确定的，并且每单位频率的发射位数被分配给[表2]的四个发射天线。
示出了使用四个发射天线和四个接收天线的系统中的传输速率组合的例子。在表2中，索引1表明四个发射天线的每一个的每单位频率发射位数为3，且数据传输速率最高，即28.8。
在上述的4×4 PARC系统(即，具有四个发射天线和四个接收天线的PARC系统)中，对于由于发射端和接收端之间距离相对较短因而具有良好信道状况的索引1至38，四个发射天线可以全部用于发送数据，然而对于由于发射端和接收端之间距离相对较长因而具有恶劣信道状况的索引39至54，从四个发射天线中选出具有较大的每单位频率发射位数的两个天线来用于通过其发送数据。
然而，在上述的现有技术中，考虑到每一天线的信道状况而分别在每一天线上执行编码率和调制方法，并且当执行编码时还进行交织，但在此上下文中的交织仅仅在时域中在每一天线处来执行。由此，现有技术不能在与将要通过多路天线发送的信号相关的空间域中执行交织，因为不能额外地获得空间分集增益。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于在多输入多输出(MIMO)通信系统中处理信号的装置和方法，其能够通过在使用PARC(每天线率控制)方法的MIMO通信系统中执行空间交织，来获得空间域中的分集增益，并由此提高通信质量。
为了全部或部分实现至少上述目的，在MIMO通信系统中提供一种信号接收单元，其中根据各个接收天线对通过每一接收天线分别接收的数据进行不同地解码和去交织，并随后再次对其进行全体地去交织。
所述信号接收单元包括用于对通过多路发射天线接收的信号的每一信道状况进行估计并将其反馈给发射端的单元。
所接收的数据已经经历了由每一发射天线分别执行的交织步骤以及在全部多路发射天线上全体地执行的交织步骤。
所述信号接收单元还包括用于通过分别从每一发射天线发射的导频信号来对信道进行估计的单元。
为了全部或部分地实现至少上述优点，还提供了一种多输入多输出(MIMO)通信系统中的信号发射方法，包括对每一解复用后的数据进行编码和交织；再次对编码和交织后的多个数据全部地进行交织；以及对每一数据进行调制，对调制后的数据进行展频和加扰，并随后通过多路发射天线对其进行发射。
考虑到每一发射天线的信道状况，以不同的速率对数据进行编码并为各个发射天线不同地调制数据。
为了全部或部分地实现至少上述优点，还提供了一种多输入多输出(MIMO)通信系统中的信号接收方法，包括通过多路接收天线接收数据，对其进行解展频和去扰，随后对解展频和去扰后的数据进行解调和估算；对每一数据全部地进行去交织；并且对每一数据分别地进行解码和去交织。
MIMO通信系统中的信号接收方法还包括使用在每一接收天线处估算的数据的SINR(信号与干扰噪声比)，将发射表的一个索引作为反馈信号发射，所述索引包括可在每一发射天线处发射的信号块的每一尺寸、调制方法和编码率，该索引已被确定并与发射端达成意见一致。
为了全部或部分地实现至少上述优点，还提供了一种多输入多输出(MIMO)通信系统中的信号处理方法，包括对将经由每一发射天线发射的编码位进行交织；再次对编码位进行全体地交织；对编码位进行调制，对调制后的数据进行展频和加扰，并随后通过多路发射天线发射该数据；经由多路接收天线接收数据，对所述数据进行解展频并去扰，并对其进行解调和估算；对经由每一接收天线接收的数据进行全体地(空间地)去交织；以及为每一接收天线，对数据进行解码和去交织。
根据本发明，对于在每一发射天线处使用不同的编码率和调制方法的情形，可以通过执行空间交织来获得空间域上的分集增益，并由此可以提高通信质量。
本发明的其他的优点、目的和特征将在以下说明书部分地阐述，之后，当研究了以下内容后对于本领域普通技术人员而言本发明将变得明显，或者可以从本发明的实践中获知。按照所附的权利要求书所具体指出的，可以实现和获得本发明的目的和优点。
将要参考以下附图详细描述本发明，其中相同的引用数字指代的是相同的部件，其中图1示出了根据现有技术的使用PARC(每个天线数率控制)方法的多输入多输出(MIMO)通信系统的发射端的结构图；
图2示出根据现有技术的使用PARC(每个天线数率控制)方法的多输入多输出(MIMO)通信系统的接收端的结构图；图3示出了根据本发明的第一实施例而使用的MIMO通信系统的发射端的结构的框图；图4示出了根据本发明的第一实施例而使用的MIMO通信系统的接收端的结构的框图；图5示出了根据本发明的第二实施例而使用的MIMO通信系统的发射端的结构的框图；以及图6示出了根据本发明的第二实施例而使用的MIMO通信系统的接收端的结构的框图。
具体实施例方式
现在将参考附图描述本发明的优选实施例。
图3示出了根据本发明的第一实施例来使用的多输入/多输出(MIMO)通信系统的发射端的结构的框图，而图4示出了根据本发明的第一实施例来使用的MIMO通信系统的接收端的结构的框图。
现在将参考图3和4对使用根据本发明的第一实施例的信号处理单元的MIMO通信系统的结构与操作进行描述。
本发明假定了闭环的MIMO移动通信系统和FDD系统，并且由于不能获知从发射端到接收端的移动信道状况，因此接收端对正向信道的状况进行反馈。然而，在TDD系统中，由于正向信道和反向信道是相同的，因此尽管接收端不进行反馈，发射端仍然可以对正向信道进行估计。
在本发明的优选实施例中，假定MIMO系统具有M个发射天线310和N个接收天线410(在该情形下，N≥M)。
参考图3，MIMO系统的发射端包括数据生成单元(未示出)，用于生成将要发送的数据；解复用器(DMUX)310，用于将所述数据分配到每一天线；交织单元320，用于对每一编码的位进行交织；空间交织单元330，用于对交织的位进行全体地交织；调制单元340，用于对交织的数据进行调制；单元350，用于对调制后的数据进行展频和加扰；以及M个发射天线360，用于分别发送调制后的数据。
考虑到每一发射天线的信道状况，发射端以不同的编码率对每一数据进行编码并进行不同的调制，对每一编码的位执行交织，对交织的位全体地执行(空间的)交织；并随后发射数据。
根据从接收端反馈的信息确定每一发射天线的信道状况，并且反馈信息可以是通过从每一天线分别发射的导频信号来估计得出的信道状况，或者可以是包括由接收天线接收的每一发射天线的计算的SINR的信息，以便确定对每一发射天线有效的MCS。在这种情况下，为了对用于每一发射天线的信道编码方法和调制方法进行选择，而对经由每一发射天线发射的SINR进行测量，并随后根据测得的SINR值对用于每一发射天线的信道编码方法和调制方法的组合进行选择。
此外，在本发明的发射端中，在为每一发射天线交织了编码的位之后，再对交织的位全体地进行交织。由此，由于是在空间域中对将经由多路天线发射的全部信号执行了交织，因此可以额外地获得空间分集增益。
所述发射端的操作如下。首先，通过解复用器(DEMUX)310对由数据生成单元顺序生成的高速数据流进行解复用，以便通过多路发射天线分别进行发射。这里，所述解复用是指根据预定的规则将连贯的数据划分为多个子数据。所述的高速数据流是位级的信号。此时，如上所述，假定关于有多少数据待被分配给每一发射天线的信息是基于从接收端发射的反馈信号。或者，发射端可以在接收到表明每一发射的信道状况的反馈信号时，确定有多少数据待被分配给每一发射天线。
此后，通过信号处理器，即通过对由发射天线发射的编码位进行交织的交织单元320，对每一发射天线的各解复用的子流进行编码和交织。同样，在这种情况下，假定在每一发射天线处将使用哪一种编码率是基于从接收端接收的反馈信号。或者，发射端本身可以直接根据从接收端接收的、表明每一发射天线的信道状况的反馈信号，来确定将要在各个发射天线处使用的编码率。
此处，对经由每一发射天线分别发射的每一编码位执行交织，该交织仅仅在每一发射天线的时域中进行。
就此而言，在本发明中，在时域中的交织之后对编码后的位再次进行全体地(空间地)交织。即，在空间域中附加地执行交织，由此可以获得空间分集增益。
接下来，每一数据通过调制被映射到码元，并且映射后的码元被输入到展频器，即展频/加扰单元350，并与展频码1相乘，其随后被编码为扰码，并随后通过每一发射天线360发射。
同样，在这种情况下，如上所述，假定在每一发射天线处将使用哪一种调制方法是基于从接收端接收的反馈信号。或者，根据从接收端接收的、表明每一发射天线的信道状况的反馈信号，发射端自身可以直接确定将要在各个发射天线处使用的调制方法。
现在将参考图4描述根据本发明第一实施例的MIMO系统的接收端。
如图所示，接收端包括接收信号的多个接收天线410；单元420，用于对所接收的数据进行解展频和去扰；用于对解展频和去扰的数据进行估算和解调的单元；单元440，用于对估算和解调的数据进行空间(全体地)去交织；单元450，用于对全体地去交织的数据分别地进行去交织；以及复用器460，用于将所述分别地去交织后的数据相加。接收端可以额外地包括单元470，用于通过从发射端的每一发射天线分别接收到的导频信号来对信道进行估计。
由于发射端具有用于对编码位全体地执行空间交织的去交织单元330，因此注意到接收端同样包括用于对编码位全体地执行去交织的去交织单元440。
本发明的接收端操作如下。
当在发射端处对数据进行解复用并随后将其编码为扰码时，每一发射天线的信号可通过接收端的多路接收天线独立地进行解码。即，如图3所示，经由各个发射天线发射的数据通过多个接收天线来独立地接收，并被解展频和去扰，估算它们的码元，随后被解调。
此后，对已解调的信号进行全体地去交织。该步骤对应于在发射端中对编码位执行的交织步骤。通过在空间域中执行的这一附加的交织步骤，可以获得空间分集增益。
随后，对全体地去交织后的数据进行解码和去交织。此时，表的一个索引被作为反馈信号发送，该索引包括可在每一发射天线处发射的信号块的大小、调制方法和编码率，该索引已被预先确定并且已经基于每一接收天线处估算的数据的SINR而与发射端达成意见一致。
接下来，根据解码的数据，对已经从每一发射天线发射的码元的位进行检测，随后通过复用器找到已经从发射端发射的位流。
图5示出了根据本发明第二实施例而使用的MIMO通信系统的发射端的结构框图，而图6示出了根据本发明第二实施例而使用的MIMO通信系统的接收端的结构框图。
参考图5和6，本发明第二实施例的发射和接收端是用与本发明第一实施例的发射和接收端相同的部件来构造的。
本发明第一和第二实施例之间的唯一区别在于，用于对编码位交织的单元320和用于对编码位全体地交织的单元330在发射端中互换了位置，并且用于对编码位全体地去交织的单元440和用于对编码位分别地去交织的单元450在接收端中互换了位置。
因此，与在本发明的第一实施例中相似，在本发明的第二实施例中同样在空间域中额外地执行交织以获得空间分集增益，这与第一实施例相似；然而，由每一发射天线执行的交织步骤和由全部发射天线执行的交织步骤的顺序改变了，并且因此，由每一接收天线执行的去交织步骤和由全部接收天线执行的去交织步骤的顺序也改变了。
即，与根据本发明第一实施例的信号处理装置和方法相比，根据本发明第二实施例的MIMO通信系统中的信号处理装置和方法被构造为在发射端中在时域的交织步骤和空间域的交织步骤互换，且因此，在接收端中的去交织步骤也互换了。其他结构与操作是相同的，因此省略了对其的说明。
如以上描述，用于在MIMO通信系统中处理信号的装置和方法具有这样的优点当在每一发射天线处使用不同的编码率和调制方法时，执行专门的交织来获得空间域中的分集增益，并由此可以提高通信质量。
上述的实施例和优点仅仅是示例性的而并非是对本发明作出限制。本教导可以容易地应用于其他类型的装置。本发明的说明书是说明性的，而并非用于限制权力要求书的保护范围。
对于本领域技术人员来说，许多替代、变化和改变都是显而易见的。在权利要求书中，装置加功能的条款旨在覆盖此处描述的执行所述功能的结构，且不仅覆盖结构上的等同物，而且也覆盖是具有等同功能的结构。
权利要求
1.MIMO通信系统中的信号接收机，其中根据每一接收天线来对通过每一接收天线分别接收的数据进行不同地解码和去交织，随后对其再次进行全体地(空间地)去交织。
2.如权利要求1的信号接收机，包括用于对通过多个发射天线发射的信道状况进行估计并将其反馈到发射端的单元。
3.如权利要求1的信号接收机，其中所接收的数据已经经历了由每一发射天线分别执行的交织步骤以及在全部多路发射天线上全体地执行的交织步骤。
4.如权利要求1的信号接收机，进一步包括用于通过从每一发射天线分别接收的导频信号来对信道进行估计的单元。
5.多输入多输出(MIMO)通信系统中的信号发射方法，包括对每一解复用的数据进行编码和交织；再次对所述编码且交织后的多个数据进行全体地(空间地)交织；以及调制每一数据，对调制后的数据进行展频和加扰，并随后通过多路发射天线对其进行发射。
6.如权利要求5的方法，其中考虑到每一发射天线的信道状况，以不同的速率对数据进行编码，并为每一发射天线不同地调制数据。
7.多输入多输出(MIMO)通信系统中的信号接收方法，包括通过多路接收天线接收数据，对其进行解展频并去扰，并随后对解展频和去扰后的数据进行解调和估算；对数据进行全体地(空间地)去交织；以及对数据分别地进行解码和去交织。
8.如权利要求7的方法，进一步包括通过使用在每一接收天线处估算的数据的SINR(信号与干扰噪声比)，将表的一个索引作为反馈信号发射，所述索引包括可在每一发射天线处发射的信号块的每一尺寸、调制方法和编码率，该索引已被确定并与发射端达成意见一致。
9.一种多输入多输出(MIMO)通信系统中的信号处理方法，包括对将经由每一发射天线发射的编码位进行交织；再次对编码位进行全体地交织；对编码位进行调制，对调制后的数据进行展频和加扰，并随后通过多路发射天线发射该数据；经由多路接收天线接收数据，对所述数据进行解展频并去扰，并对其进行解调和估算；对经由每一接收天线接收的数据进行全体地(空间地)去交织；以及为每一接收天线，对数据进行解码和去交织。
全文摘要
一种多输入多输出(MIMO)通信系统中的信号处理装置，包括发射端，其中考虑到每一发射天线的信道状况，不同地设置编码率并分别在各个天线处执行不同的调制方法，并随后进行全体地交织以发送数据；以及接收端，其中根据每一接收天线来全体地去交织所接收的数据并随后分别进行解码和去交织，并估计从多路发射天线接收到的各个信号的信道状况并反馈到发射端。在每一发射天线处使用不同的编码率和调制方法，并执行空间交织以获得空间域中的分集增益，并由此可以提高通信质量。
文档编号H04B7/06GK1879314SQ200480033016
公开日2006年12月13日 申请日期2004年4月7日 优先权日2004年4月7日
发明者沈东熙, 徐东延, 金奉会 申请人:Lg电子株式会社