专利名称：用于无线通信系统的空时频率分组编码装置和方法
技术领域：
本发明通常涉及多入多出(MIMO)无线通信系统，由其涉及用于多入多出正交频分复用(MIMO-OFDM)通信系统的空时频率分组编码(STFBC)装置和方法。
背景技术：
通信的根本问题是怎样有效并可靠地在信道上发送数据。近些年正在研究的下一代多媒体移动通信需要能够发送除语音服务之外的、包括视频和无线数据的各种信息的高速通信系统。因此通过使用适于系统的信道编码方法来提高系统效率是非常重要的。
通常，在移动通信系统中的无线信道环境中，与有线信道环境不同，由于诸如多径干扰、阴影(shadowing)、波形衰减、时变噪声和衰落之类的几种因素，发送信号不可避免地受到损失。该信息损失引起发送信号的严重失真，降低整个系统的性能。为了降低该信息损失，通常采用许多差错控制技术来提高系统可靠性。基本差错控制技术使用纠错码。
通过无线通信系统中的分集技术减轻多径衰落。该分集技术分为时间分集、频率分集和天线分集。
天线分集使用多个天线。该分集模式还分为使用多个接收(Rx)天线的Rx天线分集、使用多个发送(Tx)天线的Tx天线分集，和使用多个Tx天线和多个Rx天线的MIMO。
MIMO是通过多个Tx天线发送以预定编码方法编码的信号、来将时域编码扩展到空域的空时编码(STC)的特殊情况，其目的在于获得更低的差错率。
V.Tarokh等人提出了空时分组编码(STBC)作为有效应用天线分集的方法之一(见“Space-Time Block Coding from Orthogonal Designs”，IEEE Trans.On Info.，Theory，Vol.45，pp.1456-1467，July 1999)。Tarokh STBC模式是用于两个或更多Tx天线的S.M Alamoti的发射天线分集模式(见，“ASimple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications”，IEEEJournal on Selected Area in Communications，Vol.16，pp.1451-1458，October1988)的扩展。
图1是使用常规Tarokh STBC模式的无线通信系统中的发射机的方框图。发射机由调制器100、串行-并行(S/P)转换器102、STBC编码器104和4个Tx天线106、108、110和112组成。
参照图1，调制器100以预定的调制模式调制输入信息数据(或编码的数据)。调制模式可以是二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、正交幅度调制(QAM)、脉冲幅度调制(PAM)和相移键控(PSK)。
S/P转换器102将从调制器100接收到的串行调制符号s1、s2、s3、s4并行化。STBC编码器104通过STBC编码4个调制符号s1、s2、s3、s4来产生8个符号组合，并且通过Tx天线106到112顺序发送它们。用于产生8个符号组合的编码矩阵表示为方程(1)G4=s1s2s3s4-s2s1-s4s3-s3s4s1-s2-s4-s3s2s1s1*s2*s3*s4*-s2*s1*-s4*s3*-s3*s4*s1*-s1*-s4*-s3*s2*s1*---(1)]]>其中G4表示通过4个天线106至112发送符号的编码矩阵，并且s1、s2、s3、s4表示要发送的4个输入符号。编码矩阵的列表示Tx天线，而行表示发送4个符号所需要的时间间隔。因此，通过4个Tx天线在8个时间间隔发送4个符号。
特别地，对于第一时间间隔，通过第一Tx天线106发送s1，通过第二Tx天线108发送s2，通过第三Tx天线110发送s3，通过第四Tx天线112发送s4。以这种方式，在第8时间间隔分别通过第一到第四Tx天线106到112发送-s4*、-s3*、s2*、s1*。即，STBC编码器104将编码矩阵中的第i列的符号顺序提供给第iTx天线。
如上所述，STBC编码器104使用输入的4个符号以及它们的共轭和负数产生8个符号序列，并且通过4个Tx天线106到112在8个时间间隔发送它们。由于各个天线的符号序列，即编码矩阵的列相互正交，获得与分集阶同样高的分集增益。
图2是使用常规STBC模式的无线通信系统中的接收机的方框图。该接收机是图1所示的发射机的另一方。
该接收机包括多个Rx天线200到202、信道估计器204、信号组合器206、检测器208、并行-串行(P/S)转换器210和解调器212。
参照图2、第一到第P Rx天线200到202将从图1所示的发射机的Tx天线接收的信号提供给信道估计器204和信号组合器206。信道估计器204使用从第一到第P Rx天线200到202接收的信号估计表示从Tx天线106至112到Rx天线200至202的信道增益的信道系数。信号组合器206以预定的方法将从第一到第P Rx天线200到202接收的信号与信道系数组合。检测器208通过将组合的符号与信道系数相乘来产生假设符号(hypothesis symbol)，使用假设符号计算所有可能从发射机发送的符号的判决统计(decisionstatistics)，并且通过阈值检测来检测实际发送的符号。P/S转换器210将从检测器208接收的并行符号串行化。解调器212以预定的解调方法解调串行符号序列，由此恢复原始信息位。
如上所述，如参照图1和2所述，从Alamouti STBC模式扩展的TarokhSTBC模式使用具有正交列的矩阵形式STBC获得完全的分集阶。然而，由于在8个时间间隔发送4个复数符号，所以Tarokh STBC模式在数据率方面降低一半。此外，由于它需要8个时间间隔来完全发送4个复数符号的一个分组，所以在快衰落信道上分组中的信道变化导致接收性能降低。换句话说，对于N个符号，通过4个或更多Tx天线的复数符号的发送需要2N个时间间隔，引起更长的延时和数据率降低。
为了在通过三个或更多Tx天线发送复数信号的MIMO系统中获得完全的数据率，Giannakis小组使用在复数域上的星座旋转(constellation rotation)提供了用于4个Tx天线的完全分集、完全速率(FDFR)STBC。
图3是使用常规Giannakis STBC模式的移动通信系统中的发射机的方框图。如图3所示，发射机包括调制器300、预编码器302、空时映射器304和多个Tx天线306、308、310和312。调制器300以诸如BPSK、QPSK、QAM、PAM或PSK之类的预定的调制模式调制输入信息数据(或编码的数据)。
预编码器302预编码从调制器300接收的Nt个调制符号d1、d2、d3、d4，使得在信号空间中出现信号旋转并且输出得到的Nt个符号。为了说明简便，假设4个Tx天线。将来自调制器300的四个调制符号的序列表示为d。预编码器302使用方程(2)通过计算调制符号序列产生复向量rr=Θ=1α01α02α031α11α12α131α21α22α231α31α32α33d1d2d3d4=r1r2r3r4---(2)]]>其中Θ表示预编码的矩阵。Giannakis组使用归一(unitary one)的Vandermonde矩阵作为预编码矩阵。在预编码矩阵中，αi在方程3中给出αi＝exp(j2π(i+1/4)/4)，i＝0，1，2，3 .....(3)Giannakis STBC模式使用4个Tx天线，并且也很容易扩展到多于4个Tx天线。空时映射器304根据方程(4)STBC编码经预编码的符号S=r10000r20000r30000r4---(4)]]>其中S是用于通过4个Tx天线306到312发送的符号的编码矩阵。编码矩阵的列表示Tx天线，并且行表示发送4个符号所需的时间间隔。即，通过4个Tx天线在4个时间间隔发送4个符号。
特别地，对于第一时间间隔，通过第一Tx天线306发送r1，不通过其它Tx天线308、310、312发送信号。对于第二时间间隔，通过第二Tx天线308发送r2，不通过其它Tx天线306、310、312发送信号。对于第三时间间隔，通过第三Tx天线310发送r3，不通过其它Tx天线306、308、312发送信号。对于第四时间间隔，通过第四Tx天线312发送r4，不通过其它Tx天线306、308、310发送信号。
一旦在无线信道上在4个时间间隔接收到4个符号，接收机(未示出)通过最大似然(ML)解码恢复调制符号序列d。
如上所述，空间分集(SD)通过多个Tx天线发送相同数据获得发射分集。SD的明显缺点在于Tx天线增加，以增益增加速度下降的代价增加分集阶。换句话说，当天线数量增加时，分集阶饱和而不是继续线性增加。
与SD模式相比，空间复用(SM)是在发射机和接收机使用多个天线同时发送不同数据的模式。因此，可以以更高的速率发送数据而不增加系统的带宽。
图4是使用常规SM模式的无线通信系统的方框图。发射机包括调制器400、S/P转换器402、4个Tx天线404、406、408和410。接收机包括4个Rx天线414、416、418和420和接收部件412。
调制器400调制以预定的调制模式输入信息数据(编码的数据)。从调制器400输出的4个调制符号表示为s1，s2，s3和s4。
S/P转换器402使用方程(5)的编码矩阵空间复用从调制器400接收的符号序列S=s1s2s3s4---(5)]]>其中矩阵的行表示Tx天线，并且列表示发送4个符号所需的时间间隔。由于在一个时间间隔中发送4个符号，所以数据率是4。
同时，接收机的接收部件412使用通过4个Rx天线414、416、418和420接收的信号估计从发射机发送的四个符号s1、s2、s3和s4。
SM模式的要求是Rx天线的数量必须等于或大于Tx天线的数量。因此，在图4所示的系统中，为4个Tx天线提供4个Rx天线。
作为SM模式的一个实例，垂直贝尔实验室分层空时(V-BLAST)与Tx天线数成比例地增加数据率。然而，由于没有产生分集增益，所以性能降低。此外，V-BLAST还需要Rx天线的数量等于或大于Tx天线的数量。
为了克服SD和SM模式的缺点，组合使用它们。该方法是双空时发射分集(STTD)(即，速率2STC)。速率2STC模式是SD和SM的组合，其相对于SD和SM改善分集增益和数据率。该双STTD模式使用反馈信道信息来改善性能。
图5是采用使用信道信息的常规速率2STC模式的无线通信系统的方框图。发射机包括调制器500、S/P转换器502、两个STBC编码器504、506、加权矩阵乘法器508和4个Tx天线510、512、514和516。接收机包括两个Rx天线518和520以及接收部件522。
调制器500以预定的调制模式调制输入信息数据(或编码的数据)。从调制器500输出的4个调制符号表示为s1、s2、s3和s4。S/P转换器502将4个调制符号并行化，并且将头两个符号输出到STBC编码器504，并将后两个符号输出到STBC编码器506。
STBC编码器504和506以S.M.Alamouti提出的STBC模式编码它们接收的符号。在SM和SD处理后，从STBC编码器504和506输出的信号矩阵表示为方程(6)A=s1-s2*s2s1*s3-s4*s4s3*---(6)]]>其中矩阵的行表示Tx天线，并且列表示发送4个符号所需的时间间隔。由于在两个时间间隔中发送4个符号，数据率是2。
加权矩阵乘法器508通过将方程(6)中描述的信号矩阵与从接收机接收的反馈信道信息(即，加权矩阵)相乘来产生4个天线信号，并且将天线信号提供给对应的Tx天线。特别地，加权矩阵乘法器508将STBC编码的信号与反馈加权矩阵相乘来获得对抗相关信道的健壮性。
同时，接收机的接收部件522使用通过两个Rx天线518和520接收的信号估计发射机发送的4个符号s1、s2、s3和s4。接收部件522还计算信道信息(即，加权矩阵)，并且将其反馈到发射机。
如上所述，尽管相对于SD和SM模式具有改善分集增益和数据率的优点，但速度2STC模式需要信道信息(即，加权矩阵)来改善性能。需要大量计算来获得加权矩阵，增加了无差错地向发射机发送信道估计的负担，并且由发送产生额外开销。此外，不能期望在信道状态快速改变的环境中性能改善。
发明内容
本发明的目的是至少实际上解决上述问题和/或缺点来至少提供下面的优点。因此，本发明的目的是提供在无线通信系统中用于改善速率2STBC性能的设备和方法。
本发明的另一目的是提供用于在无线通信系统中不使用信道信息改善速率2STBC性能的设备和方法。
本发明的又一目的是提供用于应用到OFDM无线通信系统中的空时频率分组编码(STFBC)编码设备和方法。
本发明的又一目的是提供用于在OFDM通信系统中不使用信道信息改善速率2STBC性能的设备和方法。
通过提供用于无线通信的STFBC编码设备和方法获得上述目的。
根据本发明一个方面，在使用多个发射天线的发射机中，编码器根据预定的空时编码矩阵编码输入的符号序列。天线循环器根据预定的公式选择一个预定的置换矩阵，并且通过根据所选择的置换矩阵置换经空时编码的符号来产生多个符号向量。
根据本发明的另一方面，在速率2空时编码设备的使用四个发射天线的发射机中，空间复用器通过空间复用输入的符号来产生预定数量的符号序列。多个编码器以Alamouti模式编码从复用器接收的符号序列。天线循环器通过根据由子载波的索引(index)选择的置换矩阵置换使用从多个编码器接收的代码符号形成的信号矩阵来产生多个天线信号。多个OFDM调制器OFDM调制从天线循环器接收的多个天线信号，并且通过发射天线发送经OFDM调制的信号。
根据本发明的另一方面，在使用多个发射天线的发射机中的发送方法中，根据预定的空时编码矩阵编码输入的符号序列。根据预定的公式选择预定的置换矩阵。通过根据所选择的置换矩阵置换经空时编码的符号来产生多个符号向量。
根据本发明的另一方面，在使用四个发射天线的发射机中的速率2空时编码方法中，通过空间复用输入的符号来产生预定数量的符号序列。通过以Alamouti模式编码符号序列产生信号矩阵。通过根据由子载波的索引选择的置换矩阵置换信号矩阵来产生多个天线信号。OFDM调制多个天线信号，并且通过发射天线发送。
通过结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述目的和优点将会变得更加清楚，其中图1是在无线通信系统中使用常规STBC模式的发射机的方框图；图2是在无线通信系统中使用常规STBC模式的接收机的方框图；图3是在无线通信系统中使用常规Giannakis组STBC模式的发射机的方框图；图4是使用常规SD模式的无线通信系统的方框图；图5是使用常规双STTD模式的无线通信系统的方框图；图6是根据本发明实施例的在OFDM无线通信中使用速率2空时频率分组编码(STFBC)模式的发射机的方框图；以及图7是根据本发明实施例的在OFDM无线通信中使用速率2STFBC模式的发送操作的流程图；具体实施方式
将在这里参照附图描述本发明的优选实施例。在下面的描述中，由于公知的功能和结构的不必要的详细内容可能混淆本发明，所有不描述它们。
本发明意欲提供在无线通信系统中用于不使用信道信息而改善性能(如，误比特率(BER)性能)的速率2STBC模式。特别地，将详细描述用于OFDM无线通信系统的速率2STFBC模式。
将在具有包含4个Tx天线的发射机和包含2个Rx天线的接收机的通信系统(作为用于第四代通信的建议通信系统)的上下文中描述本发明。
虽然本发明可以应用到频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和OFDM中的任意一个中，但在下面的描述中使用OFDM通信系统作为例子进行描述。
图6是根据本发明实施例的在OFDM无线通信系统中使用速率2STFBC模式的发射机的方框图。
该发射机包括调制器602、空间复用器(MUX)604、两个STBC编码器606和608、天线循环器610、四个OFDM调制器612、614、616和618以及四个Tx天线620、622、624和626。
调制器602以预定的调制模式(诸如BPSK、QPSK、QAM、PAM或PSK)调制输入的信息数据(或编码数据)。来自调制器602的8个调制符号表示为s1，s2，s3，s4，s5，s6，s7，s8。
空间MUX604通过空间复用将8个调制符号分为两个具有四个元素的向量{s1，s2，s5，s6}和{s3，s4，s7，s8}。向量{s1，s2，s5，s6}和{s3，s4，s7，s8}分别提供给第一和第二STBC编码器606和608。
第一和第二STBC编码器606和608以Alamouti模式编码接收到的向量，并且以方程(7)的信号矩阵B的形式输出STBC编码的信号。
B=s1-s2*s5-s6*s2s1*s6s5*s3-s4*s7-s8*s4s3*s8s7*---(7)]]>从第一STBC编码器606输出头两行，并且从第二STBC编码器608输出后两行。方程(7)的信号矩阵的行表示Tx天线620到626，而列表示时间和频率。在子载波#1(f1)上发送头两个列，而在子载波#2(f2)上发送后两个列。在第一时间间隔(t＝t1)中发送第一和第三列，而在第二时间间隔(t＝t2)中发送第二和第四列。例如，-s2*映射到子载波#(f1)并通过第一Tx天线在第二时间间隔发送，而s7映射子载波#2(f2)并通过第三Tx天线在第一时间间隔发送。
在方程(7)的信号矩阵B中，关于f1和f2，第一和第二Tx天线分为一组，而第三和第四Tx天线分为另一组。然而，该矩阵B将根据使用的天线分组模式而变化。
因此，可以假设，关于f1，第一和第二Tx天线分为一组，而第三和第四Tx天线分为另一组，同时关于f2，第一和第三Tx天线分为一组，而第二和第四Tx天线分为一组。因此，用于该天线分组的信号矩阵B可以表示为方程(8)。
B=s1-s2*s5-s7*s2s1*s7s5*s3-s4*s6-s8*s4s3*s8s6*---(8)]]>通过置换在表示为方程(8)的信号矩阵B中映射到f2的符号的序列，可以获得方程(9)的下列信号矩阵B。
B=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*---(9)]]>天线循环器610根据由子载波索引确定的天线循环模式置换表示为方程(7)的信号矩阵中的符号的序列，并且输出置换的矩阵的天线信号到相对应的OFDM调制器。由STBC编码器606和608产生的信号矩阵的逐行置换称为“天线循环”。该天线循环能够改善性能而不使用信道信息。
更加明确的是，如果置换信号矩阵假定为方程(7)，天线循环器610将第一天线信号{s1，-s2*，s5，-s6*}提供给第一OFDM调制器612，将第二天线信号{s2，s1*，s6，s5*}提供给第二OFDM调制器614，将第三天线信号{s3，-s4*，s7，-s8*}提供给第三OFDM调制器616，将第四天线信号{s4，s3*，s8，s7*}提供给第四OFDM调制器618。
第一OFDM调制器612通过以预定的规则将接收的符号映射到对应的子载波来以快速傅立叶逆变换(IFFT)处理所接收的符号，将IFFT信号上变频成RF信号，并且通过第一Tx天线620发送RF信号。在IFFT操作期间，如果接收的符号是{s1，-s2*，s5，-s6*}，符号s1和s5在第一时间间隔分别映射到子载波#1(f1)和子载波#2(f2)，并且，符号-s2*和-s6*在第二时间间隔分别映射到子载波#1(f1)和子载波#2(f2)。
第二OFDM调制器614通过以预定的规则将接收的符号映射到对应的子载波来IFFT处理所接收的符号，将IFFT信号上变频成RF信号，并且通过第二Tx天线622发送RF信号。在IFFT操作期间，如果接收的符号是{s2，s1*，s6，s5*}，符号s2和s6在第一时间间隔分别映射到子载波#1(f1)和子载波#2(f2)，并且，符号s1*和s5*在第二时间间隔分别映射到子载波#1(f1)和子载波#2(f2)。
以相同方式，第三和第四OFDM调制器616和618以预定的规则将接收的符号映射到对应的子载波来IFFT处理所接收的符号，将IFFT信号上变频成RF信号，并且通过对应的Tx天线发送RF信号。
在图6中，附图标记(A)、(B)、(C)和(D)表示(在时间频率域中表示)要通过第一到第四Tx天线620到626发送的符号。
如上所述，每次将预定数量(8个)的符号空间复用为两组，根据子载波索引确定天线循环模式来置换由STBC编码这两组而创建的信号矩阵，并且根据本发明的置换矩阵以对应的时间-空间-频率域发送符号。
在本发明，天线循环器610根据子载波索引置换由两个STBC编码器606和608产生的信号矩阵，并且按置换矩阵的行将天线信号输出到对应的OFDM调制器612到618。
在本发明另一实施例中，天线循环器610配置来在对应的时间间隔输出置换矩阵的符号。例如，如果置换矩阵假定为方程(7)，天线循环器610在第一时间间隔将符号s1和s5提供给第一OFDM调制器612，将符号s2和s6提供给第二OFDM调制器614，将符号s3和s7提供给第三OFDM调制器616，将符号s4和s8提供给第四OFDM调制器618。在第二时间间隔，天线循环器610将符号-s2*和-s6*提供给第一OFDM调制器612，将符号s1*和s5*提供给第二OFDM调制器614，将符号-s4*和-s8*提供给第三OFDM调制器616，并且将符号s3*和s7*提供给第四OFDM调制器618。OFDM调制器612至618每一个通过将接收的两个符号映射到预定的相邻子载波来IFFT处理所接收的两个符号，将IFFT信号上变频成RF信号，并且通过预定的天线发送RF信号。
在本发明的第三实施例中，天线循环器610根据所选择的天线循环模式将由两个STBC编码器606和608产生的信号矩阵的每一行(即，每个天线信号)输出到OFDM调制器。例如，如果信号矩阵假定为方程(7)，并且所选择的天线循环模式是B2(参照下面的表1)，则天线循环器610将信号矩阵的第一行输出到第一OFDM调制器612，将第二行输出到第二OFDM调制器614，将第三行输出到第四OFDM调制器618，将第四行输出到第三OFDM调制器616。
现在将详细描述本发明的主元素“天线循环”。
对于四个Tx天线，可以以下面的方式通过天线循环产生置换模式。假定方程(7)的4×4矩阵，通过逐行置换4！种置换模式 到 是可能的。然而，在下面的特性下仅有6种置换模式是有效的。在括号中的数字表示行索引。因此 意味着第一行和第四行交换和第二行和第三行交换的置换。
特性1不论STBC分组的位置如何，均方差(MSE)都相等。例如， 分组为[(12)(34)]，并且[(12)(34)]的MSE等于[(34)(12)]的MSE。
特性2即使每个STBC对的元素位置改变，MSE也相等。例如， 分组为[(12)(34)]并且[(12)(34)]的MSE等于[(21)(34)]的MSE。
由于以上特性，在使用4个Tx天线和2个Rx天线的系统中，在表1中所示的6个置换模式(即，天线置换模式)是有效的。
表1
根据这些天线循环模式B1至B6，因此，表示为方程(7)的信号矩阵B被置换为方程(10)B1=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*]]>B2=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*]]>B3=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*]]>B4=s1-s2*s5-s7*s4s3*s8s6*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*]]>B5=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*s2s1*s6-s8*]]>B6=s1-s2*s5-s7*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*---(10)]]>
如方程(10)和表1所示，天线循环模式B1表示使用由两个STBC编码器606和608产生的信号矩阵。天线循环模式B2表示在信号矩阵中将第三行与第四行交换，并且天线循环模式B3表示在信号矩阵中将第二行与第三行交换。
对于方程(9)描述的信号矩阵，对应于天线循环模式的置换矩阵B1至B6表示为方程(11)B1=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*]]>B2=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*]]>B3=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*]]>B4=s1-s2*s5-s7*s4s3*s8s6*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*]]>B5=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*s2s1*s6-s8*]]>B6=s1-s2*s5-s7*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*---(11)]]>本发明根据方程(12)表示的子载波索引来特征性地确定天线循环模式Bkk＝mod(floor(Nc-1)/2，6)+1 .....(12)其中Nc表示逻辑数据子载波的索引，并且Nc＝{1，2，3...N}。如方程(9)所示，每两个子载波确定一个天线循环模式。即，模式B1用于f1和f2，模式B2用于f3和f4，模式B3用于f5和f6。
图7是根据本发明实施例的在OFDM无线通信中使用速率2STFBC模式的发送操作的流程图。发射机在步骤700接收发送符号。在步骤702，发射机将所接收的符号按8个编组{s1，s2，s3，s4，s5，s6，s7，s8}，并且通过空间复用为每个符号组产生两个向量{s1，s2，s5，s6}和{s3，s4，s7，s8}。发射机在步骤704通过Alamouti编码在时间-空间-频率域映射两个向量并因此产生4个天线信号。例如，由空间-时间-频率映射得到的信号矩阵是方程(7)。
在步骤S706，发射机确定符号所映射的子载波，通过使用子载波索引计算方程(12)来确定天线循环模式，并且根据天线循环模式置换信号矩阵。假设8个符号映射到f1和f2，则天线循环模式为表1中的B1。
在置换后，对于在步骤708中的OFDM调制，发射机通过以预定的规则将天线信号分配给子载波来IFFT处理置换矩阵的4个天线信号，然后将IFFT信号上变频为RF信号。四个天线信号中的每一个具有4个符号。在IFFT操作中，在第一时间间隔4个符号的第一个和第三个分别分配给f1和f2，并且在第二时间间隔第二个和第四个符号分别分配给f1和f2。
在步骤710中，发射机通过对应的Tx天线发送四个OFDM调制信号。这些信号在信道上到达接收机。已经了解在发射机中使用的天线循环模式的接收机可以恢复接收的信号。
在以上述算法发送信号的情况下，输入信号、子载波和天线循环模式是表2的映射关系。
表2
表2显示了在本发明中不同天线循环模式用于不同子载波。因此，可以分散由Tx天线(或信道)中的某些缺陷引起的深度衰落。
如上所述，本发明通过简单的天线循环而不需要使用从接收机接收的反馈信息(或信道信息)就能有利地改善STFBC的性能。特别地，通过两个Tx天线发送每个符号在速率2STFBC中不需要额外的信道信息获得性能的改善，其中速率2STFBC提供每单元时间等于Tx天线数量一半的SM增益，并且还提供2的发射分集增益。
尽管已参照本发明的确定优选实例表示和描述了本发明，但本领域内的普通技术人员将理解的是，可在不背离由所附权利要求书限定的本发明宗旨和范围的前提下对本发明进行各种形式和细节上的修改。
权利要求
1.一种使用多个发射天线的发射机，包括编码器，用于根据预定的空时编码矩阵编码输入的符号序列；天线循环器，用于根据预定的公式选择预定的置换矩阵之一，并且通过根据所选择的置换矩阵置换经空时编码的符号来产生多个符号向量。
2.如权利要求1所述的发射机，还包括多个正交频分复用(OFDM)调制器，用于将从天线循环器接收的多个符号向量映射到预定的时间间隔和预定的子载波，并通过发射天线发送经映射的符号向量。
3.如权利要求2所述的发射机，其中，多个OFDM调制器通过OFDM调制、在第一时间间隔将形成每个符号向量的四个符号中以奇数编号的符号分配给两个预定的子载波，并且在第二时间间隔将以偶数编号的符号分配给两个子载波。
4.如权利要求1所述的发射机，其中，编码器包括空间复用器，用于通过空间复用输入的符号来产生两个符号向量；和两个Alamouti编码器，用于以Alamouti模式编码两个符号向量。
5.如权利要求1所述的发射机，其中，预定的空时编码矩阵是B=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*.]]>
6.如权利要求1所述的发射机，其中，所选择的置换矩阵是下列矩阵之一B1=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*]]>B2=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*]]>B3=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*]]>B4=s1-s2*s5-s7*s4s3*s8s6*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*.]]>B5=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*s2s1*s6-s8*]]>B6=s1-s2*s5-s7*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*.]]>
7.如权利要求1所述的发射机，其中，如果逻辑数据子载波的索引是Nc(＝1，2，3，…，全部子载波的数量)，则根据以下公式选择置换矩阵BkBkk＝mod(floor(Nc-1)/2，6)+1。
8.一种在使用四个发射天线的发射机中的速率2空时编码装置，包括空间复用器，用于通过空间复用输入的符号来产生预定数量的符号序列；多个编码器，用于以Alamouti模式编码从空间复用器接收的符号序列；天线循环器，用于通过根据由子载波的索引选择的置换矩阵置换使用从多个编码器接收的编码符号形成的信号矩阵来产生多个天线信号；和多个正交频分复用(OFDM)调制器，用于OFDM调制从天线循环器接收的多个天线信号，并且通过发射天线发送经OFDM调制的信号。
9.如权利要求8所述的速率2空时编码装置，其中，使用编码符号形成的信号矩阵是B=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*.]]>
10.如权利要求8所述的速率2空时编码装置，其中，如果逻辑数据子载波的索引是Nc(＝1，2，3，…，全部子载波的数量)，则根据下列公式选择置换矩阵BkBkk＝mod(floor(Nc-1)/2，6)+1B1=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*]]>B2=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*]]>B3=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*]]>B4=s1-s2*s5-s7*s4s3*s8s6*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*.]]>B5=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*s2s1*s6-s8*]]>B6=s1-s2*s5-s7*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*.]]>
11.一种在使用多个发射天线的发射机中的发送方法，包括步骤根据预定的空时编码矩阵编码输入的符号序列；根据预定的公式选择预定的置换矩阵之一；和通过根据所选择的置换矩阵置换经空时编码的符号来产生多个符号向量。
12.如权利要求11所述的发送方法，还包括步骤将多个符号向量映射到预定的时间间隔和预定的子载波，并通过发射天线发送经映射的符号向量。
13.如权利要求12所述的发送方法，其中，映射步骤包括步骤通过正交频分复用(OFDM)调制，在第一时间间隔将形成每个符号向量的四个符号中以奇数编号的符号分配给两个预定的子载波，并且在第二时间间隔将以偶数编号的符号分配给这两个子载波。
14.如权利要求11所述的发送方法，其中，根据子载波的索引选择置换矩阵。
15.如权利要求11所述的发送方法，其中，预定的空时编码矩阵是B=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*.]]>
16.如权利要求11所述的发送方法，其中，所选择的置换矩阵是下列矩阵之一B1=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*]]>B2=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*]]>B3=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*]]>B4=s1-s2*s5-s7*s4s3*s8s6*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*.]]>B5=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*s2s1*s6-s8*]]>B6=s1-s2*s5-s7*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*.]]>
17.如权利要求11所述的发送方法，其中，如果逻辑数据子载波的索引是Nc(＝1，2，3，…，全部子载波的数量)，则根据下列公式选择置换矩阵BkBkk＝mod(floor(Nc-1)/2，6)+1。
18.一种在具有4个发射天线的发射机中的速率2空时编码方法，包括通过空间复用输入的符号来产生预定数量的符号序列；通过以Alamouti模式编码符号序列来产生信号矩阵；通过根据由子载波的索引选择的置换矩阵置换信号矩阵来产生多个天线信号；和正交频分复用(OFDM)调制多个天线信号，并且通过发射天线发送经OFDM调制的信号。
19.如权利要求18所述的速率2空时编码方法，其中，OFDM调制步骤包括在第一时间间隔将形成每个天线信号的四个符号中以奇数编号的符号分配给两个预定的相邻子载波，并且在第二时间间隔将以偶数编号的符号分配给这两个相邻的子载波。
20.如权利要求18所述的速率2空时编码方法，其中，信号矩阵是B=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*.]]>
21.如权利要求18所述的速率2空时编码方法，其中，如果逻辑数据子载波的索引是Nc(＝1，2，3，…，全部子载波的数量)，则根据下列公式选择置换矩阵BkBkk＝mod(floor(Nc-1)/2，6)+1B1=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*]]>B2=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*]]>B3=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*]]>B5=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*s2s1*s6-s8*]]>B6=s1-s2*s5-s7*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*.]]>
22.一种在使用多个发射天线的发射机中的发送方法，包括步骤根据预定的公式选择一个预定的空时编码矩阵；通过使用所选择的空时编码矩阵编码要发送的调制符号来产生多个符号向量；和将多个符号向量映射到预定的时间间隔和预定的子载波，并且通过发射天线发送经映射的符号向量。
23.如权利要求22所述的发送方法，其中，预定的空时编码矩阵是B1=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*]]>B2=s1-s2*s5-s7*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*]]>B3=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*s4s3*s8s6*]]>B4=s1-s2*s5-s7*s4s3*s8s6*s2s1*s6-s8*s3-s4*s7s5*.]]>B5=s1-s2*s5-s7*s3-s4*s7s5*s4s3*s8s6*s2s1*s6-s8*]]>B6=s1-s2*s5-s7*s4s3*s8s6*s3-s4*s7s5*s2s1*s6-s8*.]]>
24.如权利要求23所述的发送方法，其中，选择步骤包括如果逻辑数据子载波的索引是Nc(＝1，2，3，…，全部子载波的数量)，则根据下列公式选择置换矩阵BkBkk＝mod(floor(Nc-1)/2，6)+1。
25.如权利要求23所述的发送方法，其中，映射步骤包括步骤通过正交频分复用(OFDM)调制，在第一时间间隔将形成每个符号向量的四个符号中以奇数编号的符号分配给两个预定的子载波，并且在第二时间间隔将以偶数编号的符号分配给两个子载波。
全文摘要
提供用于无线通信系统的空时频率分组编码(STFBC)装置和方法。在使用多个发射天线的发射机中，编码器根据预定的空时编码矩阵编码输入的符号序列。天线循环器根据预定的公式选择一个预定的置换矩阵，并且通过根据所选择的置换矩阵置换经空时编码的符号来产生多个符号向量。
文档编号H04L1/06GK1801665SQ20061000363
公开日2006年7月12日 申请日期2006年1月9日 优先权日2005年1月7日
发明者尹圣烈, 蔡赞秉, 郑鸿实, 卢元一, 吴廷泰, 高均秉, 丁英镐, 南承勋, 郑在学 申请人:三星电子株式会社