专利名称：多输入多输出系统信号收发方法及收发装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，特别涉及多输入多输出(Multiple InputMultiple Output，简称“MIMO”)技术。
背景技术：
当前的无线局域网(Wireless Local Area Network，简称“WLAN”)技术正在面临着一些限制，例如有限的带宽与发射功率、干扰、信号衰减，以及多径效应(造成干扰的回波与反射)。随着时势的发展，未来移动通信宽带无线移动和无线接入融合系统成为当前热门的研究课题，而MIMO系统是人们研究较多的方向之一，MIMO技术将成为解决这些问题的有效手段，它可以改进WLAN的吞吐量、传输距离和可靠性，是目前无线领域中一项最重要的技术。
MIMO系统比传统的天线系统具有成倍的系统容量，信号通过发射端和接收端的多个天线发送和接收，从而改善每个用户的服务质量，例如，误比特率或数据速率。然而，传统的通信系统采用的是单输出和单输入(Single-Input and Single-Output，简称“SISO”)天线系统。另外，基于发射分集和接收分集的多输入单输出(Multiple-Inputs and Single-Output，简称“MIS0”)方式和单输入多输出(Single-Input and Multiple-Outputs，简称“SIMO”)方式也属于是MIMO系统的实现方式，但是在通信的两端都实现真正的MIMO，才能取得最佳的效果。
时空编码是MIMO系统的基础，而新一代无线通信系统将计划采用时空处理技术。人们也正在不断地提出新的或改进的时空码(Space-Time Coding，简称“STC”)方式，以改善MIMO系统的性能，减少时空编码系统的复杂性，更好地适合新一代无线通信系统的要求和信道的实际情况。
STC技术是一个重要的课题，它利用时间和空间的二维编码，能最大限度提高无线信道中的传输速率，以满足新一代无线通信的技术需求，STC技术的一般结构如图1所示。
STC技术的物理实质在于利用存在于空域与时域之间的正交或准正交特性，按照某种设计准则，把编码冗余信息尽量均匀映射到时空二维平面，以减弱无线多径传播所引起的空间选择性衰落及时间选择性衰落的消极影响，从而实现无线信道中高可靠性的高速数据传输。
STC主要包括以下四类分层时空码(Layered Space-Time Coding，简称“LSTC”)、时空分组码(Space-Time Block Coding，简称“STBC”)、时空格形码(Space-Time Trellis Coding，简称“STTC”)和时空“Turbo”码等。更复杂的STC方案是上述几类STC的各种级联结构，各类STC的实现复杂度和性能各不相同。
另外，为了达到高速率传输，在MIMO系统中的发射端和接收端都应用了天线分集技术，来降低传输路径的相关性以达到较高的通道容量。
在无线环境当中，多重路径传播现象是导致通道衰落的主要原因，而天线分集(Antenna Diversity)技术是一个典型抵抗通道衰落的技术。传统上，天线分集技术为处理来自于多根空间不相关联的接收天线所接收的信号，而这些信号是从发射端发射后经过不同的路径(path)传播的，因此，采用天线分集技术同时接收到严重衰落失真的信号的机率很小，可以有效提高信号的传输品质，抵抗通道衰落。
“Alamouti”时空码是一个简单而有效的差分时空编码，它应用于二个发射天线和多个接收天线，如图2所示，达到码率为1和全分集效果，如图3所示。其中，全分集效果即分集度为发射天线数目2；码率的定义为码元符号数与发射时隙数之比。研究表明，当发射天线数大于2时，如果码率为1且能获得全分集增益的STC方案难以实现。
当天线数为2时，STC采用“Alamouti”时空码，如图2和图3所示，可以达到发射天线的码率为1，并达到全分集的效果。其中，输入信号“S1，S2，...”首先通过串并转换得到二个并行的数据流，对于每对并行数据S1和S2，分别在二个码元符号里和二个发射天线上发送。具体地说，在天线1的二个码元符号里分别发送数据S1和S2*，在天线2的二个码元符号里分别发送数据S2和-S1*，其中，S1*是S1的共轭，S2*是S2的共轭。
当天线数为4时，采用正交时空码和准正交时空码，其中，正交时空码可以达到全分集效果，但码率为3/4；而准正交时空码可以达到码率为1和全分集效果，但码字不正交。
目前对于四个或四个以上的发射天线，无法做到同时达到全分集效果和码率等于2。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多输入多输出系统信号收发方法及收发装置，使得对于四个或四个以上的发射天线，全分集的码率可以达到2。
为实现上述目的，本发明提供了一种多输入多输出系统信号发送方法，发射端预先将4N个天线以2个为1组分成2N组，其中N为大于0的整数；发送时，所述发射端对待发送的4N个信号进行线性变换，将生成的4N个变换结果以2个1组重组为2N个结果组；对2N个结果组分别以码率为1的双天线时空码进行编码，将2N组经编码的信号分别通过所述2N组天线轮流发送，其中在每2个码元符号时间内同时在2组天线各发送1组经编码的信号。
所述线性变换可以用正交变换，包括快速傅里叶变换、哈达码变换和余弦变换等。
所述线性变换可以分2组进行，具体包含以下步骤待发送的4N个信号均分为2个变换组分别进行线性变换，每个变换组生成2N个变换结果，将4N个变换结果以2个1组重组为2N个结果组，其中每个结果组内的2个变换结果来自不同的变换组。
此外，还包含以下步骤先将待发送的串行信号流转换为4N个并行信号流，每次从这4N个并行信号流中各取1个信号形成4N个信号进行所述线性变换。
所述码率为1的双天线时空码是“Alamouti”时空码。
本发明还提供了一种多输入多输出系统信号发送装置，包含以2个为1组的2N组天线、与2N组天线一一对应的2N个编码模块、和线性变换模块，其中N为大于0的整数；每个所述线性变换模块用于将4N个输入的待发送信号线性变换成4N个变换结果，以2个为1组分别输出到所述2N个编码模块；每个所述编码模块用于以码率为1的双天线时空码进行编码，并输出到对应的1组天线；2N组天线轮流发送来自对应编码模块的信号，其中在每2个码元符号时间内同时在2组天线各发送1组经编码的信号。
还包含串转并模块，用于将待发送的串行信号流转换为4N个并行信号流，输出到所述线性变换模块。
所述线性变换可以为正交变换；
所述码率为1的双天线时空码是“Alamouti”时空码。
本发明还提供了一种多输入多输出系统信号接收方法，通过以下公式检测所收到的信号X^=(HOTHHCHHHCHHOT+σn2In)-1HOTHHCHHR]]>其中，R=r11r12*r21r22*Mr2,4N-1r2,4N*,]]>rij是第i个接收天线在码元符号j内收到的信号，i＝1、2，1≤j≤4N，N为大于0的整数，rij*代表rij的共轭，X=x1x2Mx4N-1x4N]]>是需要检测的信号， 代表X的估计值，HCH是各天线所对应的信道参数矩阵，HOT是发射端的线性变换矩阵，HOTH代表HOT的共轭转置，HCHH代表HCH的共轭转置，σn2代表零均值高斯分布噪声的方差，上标“-1”代表对矩阵求逆。
当发射天线数为4时，HCH=h11h21h31h41-h21*h11*-h41*h31*h12h22h32h42-h22*h12*-h42*h32*,]]>当发射天线数为8时，HCH=h11h21h31h410000-h21*h11*-h41*h31*0000h12h22h32h420000-h22*h12*-h42*h32*00000000h51h61h71h810000-h61*h51*-h81*h71*0000h52h62h72h820000-h62*h52*-h82*h72*;]]>其中hti为发射天线t与接收天线i相对应的信道参数。
所述HOT是正交变换矩阵。
本发明还提供了一种多输入多输出系统的信号接收装置，包含二个接收天线；串转并模块，用于将所述天线串行接收的4N个码元符号中的信号rij转为并行信号输出，其中rij是第i个接收天线在码元符号j内收到的信号；共轭处理模块，用于对来自所述串转并模块的并行信号中序号j为偶数的rij取共轭，维持序号j为奇数的rij不变，将处理结果作为矢量R输出；矩阵计算模块，用于计算并输出矩阵C=(HOTHHCHHHCHHOT+σn2In)-1HOTHHCHH;]]>矩阵相乘模块，用于将矩阵C乘以矢量R后得到检测结果；其中，i＝1、2，1≤j≤4N，N为大于0的整数，HCH是各天线所对应的信道参数矩阵，HOT是发射端的线性变换矩阵，HOTH代表HOT的共轭转置，HCHH代表HCH的共轭转置，σn2代表零均值高斯分布噪声的方差，上标“-1”代表对矩阵求逆。
本发明还提供了另一种多输入多输出系统信号接收方法，包含以下步骤对于每个可能的检测结果Xk计算其所对应的Zk＝(R-HCHHOTX)H(R-HCHHOTX)；在所有的Zk中搜索最小值，将该最小值所对应的X作为检测结果输出；其中，上标“H”代表对矩阵进行共轭转置操作，R=r11r12*r21r22*Mr2,4N-1r2,4N*,]]>rij是第i个接收天线在码元符号j内收到的信号，i＝1、2，1≤j≤4N，N为大于0的整数，rij*代表rij的共轭，X=x1x2Mx4N-1x4N]]>是需要检测的信号，HCH是各天线所对应的信道参数矩阵，HOT是发射端的线性变换矩阵。
当发射天线数为4时，HCH=h11h21h31h41-h21*h11*-h41*h31*h12h22h32h42-h22*h12*-h42*h32*;]]>当发射天线数为8时，HCH=h11h21h31h410000-h21*h11*-h41*h31*0000h12h22h32h420000-h22*h12*-h42*h32*00000000h51h61h71h810000-h61*h51*-h81*h71*0000h52h62h72h820000-h62*h52*-h82*h72*,]]>其中，hti为发射天线t与接收天线i相对应的信道参数。
所述HOT是正交变换矩阵。
本发明还提供了另一种多输入多输出系统的信号接收装置，包含二个接收天线；串转并模块，用于将所述天线串行接收的4N个码元符号中的信号rij转为并行信号输出，其中rij是第i个接收天线在码元符号j内收到的信号；共轭处理模块，用于对来自所述串转并模块的并行信号中序号j为偶数的rij取共轭，维持序号j为奇数的rij不变，将处理结果作为矢量R输出；矩阵计算模块，用于计算并输出矩阵C=(HOTHHCHHHCHHOT+σn2In)-1HOTHHCHH;]]>
ML算法模块，用于对于每个可能的检测结果Xk计算其所对应的Zk＝(R-HCHHOTX)H(R-HCHHOTX)，在所有的Zk中搜索最小值，将该最小值所对应的X作为检测结果输出；其中，i＝1、2，1≤j≤4N，N为大于0的整数，HCH是各天线所对应的信道参数矩阵，HOT是发射端的线性变换矩阵，上标“H”代表对矩阵进行共轭转置操作。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，将待发送的4N(N为大于0的整数)个信号进行线性变换，生成4N个变换结果，将4N个变换结果以2个为1组重组为2N个结果组，对2N个结果组各以码率为1的双天线时空码(如“Alamouti”时空码)进行编码，将2N组经编码的信号分别通过2N对天线轮流发送，其中在每码元符号时间内同时在2组天线各发送1组经编码的信号，每组天线连续发两个码元符号。因为每一个时间段有2对天线分别发送一组经“Alamouti”时空码编码的信号，所以可以使得全分集的码率为2。因为对待发的4N个信号进行了线性变换，并重组为2N组进行“Alamouti”时空码编码，最终送入一对天线发射，所以每一个信号都是经由4N个天线发送的，具有4N个天线的全分集效果，传输性能较好。
线性变换也可以分成2个变换组进行，2N个结果组中每一组的两个信号分别来自一个变换组。
如果线性变换使用正交变换，就可以使变换后的4N个信号具有正交性，便于在接收端在作逆变换时抑制噪声，从而进一步提升传输性能。
通过串并转换使本发明适用于串行或并行信号流的发送和接收。
有两种接收方法，一种基于MMSE准则，具体公式为X^=(HOTHHCHHHCHHOT+σn2In)-1HOTHHCHHR.]]>另一种是ML算法，先对每一种可能的检测结果Xk计算其所对应的Zk＝(R-HCHHOTX)H(R-HCHHOTX)，再在所有的Zk中搜索最小值，将该最小值所对应的X作为检测结果输出。通过这两种方法可以高效地接收全分集的码率为2的时空码编码信号。
图1是现有技术中MIMO系统的STC技术的一般结构图；图2是现有技术中MIMO系统的“Alamouti”时空码方案原理图；图3是现有技术中根据图2所示的MIMO系统的“Alamouti”时空码示意图；图4是根据本发明第一实施方式的MIMO系统信号发送方法流程图；图5是根据本发明第一实施方式的4天线系统的发送方案原理图；图6是根据图5所示的本发明第一实施方式的4天线系统的STC示意图；图7是根据本发明第二实施方式的MIMO系统信号发送方法流程图；图8是根据本发明第二实施方式的4天线系统的STC方案原理图；图9是根据本发明第三实施方式的MIMO系统信号发送方法流程图；图10是根据本发明第三实施方式的8天线系统的STC方案原理图；图11是根据图10所示的本发明第三实施方式的8天线系统的STC示意图；图12是根据本发明第四实施方式的MIMO系统信号发送方法流程图；图13是根据本发明第四实施方式的8天线系统的STC方案原理图；图14是根据本发明第五实施方式的MIMO系统信号发送装置结构图；图15是根据本发明第七实施方式的MIMO系统的信号接收装置结构图；
图16是根据本发明第十实施方式的MIMO系统的信号接收装置结构图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明提出了一种用于四个或四个以上发射天线的码率为2并且达到全分集的时空编码方案，首先将需要发送的信号分别进行线性变换，将变换后的信号每2个组成一组，通过码率为1的双天线时空码编码后由一对天线输出，其中，在每2个码元符号时间内同时在2组天线各发送1组经编码的信号。在接收端采用与发射端对应的解码和逆变换，得到所传输的信号。
本发明第一实施方式的MIMO系统信号发送方法如图4所示。预先设置4N个发射天线，将4N个天线以2个为1组分成2N组，其中N为大于0的整数。当N＝1时，4个发射天线天线1和天线2为一组、天线3和天线4为一组，该MIMO系统的STC方案如图5所示。
在步骤401中，MIMO系统的发射端将待发送的串行信号流中的4个(4N个)串行信号，例如，信号X1、X2、X3和X4，经过串并转换后，得到相应的4个信号并行的并行信号，后续信号每4个进行同样地转换，得到并行信号流。通过串转并使本发明适用于串行信号流的发送。
在步骤402中，将每个并行信号流中的4个并行信号均分为2个变换组，例如，X1和X2为第一组，X3、X4为第二组。
在步骤403中，将两组信号分别进行线性变换，每个变换组生成2个变换结果。其中，第一组的信号X1和X2的变换结果为S1和S3；第二组的信号X3和X4得到的变换结果为S2和S4。每个结果组中每一组的两个信号分别来自一个变换组。
其中，所进行的线性变换如果是正交变换，例如快速傅里叶变换(Fast FourierTransform，简称“FFT”)、哈达码变换(Hadamard Transform)、余弦变换等，就可以使发出的信号码字正交，从而进一步提升传输性能，还使得在接收端进行反变换获得信号X1、X2、...X4时有良好的性能。
以哈达码变换为例，变换结果为S1＝(X1+X2)/，S3＝(X1-X2)/，S2＝(X3+X4)/，S4＝(X3-X4)/。
在步骤404中，将两组信号所得到的4个变换结果以2个1组重组为2个结果组，S1和S2组成第一结果组，S3和S4组成第二结果组。重组时的原则是每个结果组内的2个变换结果要求来自不同的变换组。
在步骤405中，对这两个结果组分别以码率为1的双天线时空码进行编码，例如，“Alamouti”时空码。
在步骤406中，两组发射天线分别将这两组经过码率为1的双天线时空码编码后的信号连续发射2个码元符号，这4个发射天线所输出的STC如图6所示。因为每一个时间段有2对天线分别发送一组经“Alamouti”时空码编码的信号，所以可以使得全分集的码率为2。因为对待发的4个信号进行了线性变换，并重组为N组进行“Alamouti”时空码编码，最终送入一对天线发射，例如，S1和S2由一对天线发送，S3和S4由另一对天线发送，而S1＝(X1+X2)/，S2＝(X3+X4)/；S3＝(X1-X2)/，S4＝(X3-X4)/，所以X1、X2、X3和X4中的每一个信号都是经由4N个天线的每一个天线发送的，具有4N个天线的全分集效果，传输性能较好。
本发明第二实施方式的MIMO系统信号发送方法如图7所示。预先设置4N个发射天线，将4N个天线以2个为1组分成2N组，其中N为大于0的整数。当N＝1时，4个发射天线天线1和天线2为一组、天线3和天线4为一组，该MIMO系统的STC方案如图8所示。
在步骤701中，MIMO系统的发射端将待发送的串行信号流中的4个(4N个)串行信号，例如，信号X1、X2、X3和X4，经过串并转换后，得到相应的4个信号并行的并行信号，后续信号每4个进行同样地转换，得到并行信号流。通过串转并使本发明适用于串行信号流的发送。
在步骤702中，将每个并行信号流中的4个并行信号分别进行线性变换将生成的变换结果均分为2个变换结果组，其中，信号X1和X2的变换结果为第一组的S1和S3；信号X3和X4得到的变换结果为第二组的S2和S4。
其中，所进行的线性变换如果是正交变换，例如快速傅里叶变换(Fast FourierTransform，简称“FFT”)、哈达码变换(Hadamard Transform)、余弦变换等，就可以使发出的信号码字正交，从而进一步提升传输性能，还使得在接收端进行反变换获得信号X1、X2、...X4时有良好的性能。
以哈达码变换为例，变换结果为S1＝(X1+X2)/，S3＝(X1-X2)/，S2＝(X3+X4)/，S4＝(X3-X4)/。
步骤703到步骤705分别与步骤404到步骤406相类似，在此不再赘述。
本发明第三实施方式的MIMO系统信号发送方法如图9所示，当N＝2时，8个(4N个)发射天线天线1和天线2为一组、天线3和天线4为一组、天线5和天线6为一组、天线7和天线8为一组，该MIMO系统的STC方案如图10所示。
在步骤901中，MIMO系统的发射端将待发送的串行信号流中的8个(4N个)串行信号，例如，信号X1、X2、...X8，经过串并转换后，得到相应的8个信号并行的并行信号，后续信号每8个进行同样地转换，得到并行信号流。通过串转并使本发明适用于串行信号流的发送。
在步骤902中，将每个并行信号流中的8个并行信号均分为2个变换组，例如，X1、X2、X3和X4为第一组，X5、X6、X7和X8为第二组。
在步骤903中，将两组信号分别进行线性变换，每个变换组生成4个变换结果。其中，第一组的信号X1、X2、X3和X4的变换结果为S1、S3、S5和S7；第二组的信号X5、X6、X7和X8得到的变换结果为S2、S4、S6和S8。
其中，所进行的线性变换为正交变换，例如FFT、哈达码变换或正弦变换等。
在步骤904中，将两组信号所得到的8个变换结果以2个1组重组为4个结果组，S1和S2组成第一结果组，S3和S4组成第二结果组，S5和S6组成第三结果组，S7和S8组成第四结果组。重组时的原则是每个结果组内的2个变换结果要求来自不同的变换组。
在步骤905中，对这4个结果组分别以码率为1的双天线时空码进行编码，例如，“Alamouti”时空码。
在步骤906中，4组发射天线分别将这4组经过码率为1的双天线时空码编码后的信号轮流进行发送，其中，每2组天线连续发射2个码元符号，这8个发射天线所输出的STC如图11所示。同样，不同组的编码后的信号在不同的天线组和不同时间里发送，因此相互之间不干扰。
本发明第四实施方式的MIMO系统信号发送方法如图12所示，当N＝2时，8个(4N个)发射天线天线1和天线2为一组、天线3和天线4为一组、天线5和天线6为一组、天线7和天线8为一组，该MIMO系统的STC方案如图13所示。
在步骤1201中，MIMO系统的发射端将待发送的串行信号流中的8个(4N个)串行信号，例如，信号X1、X2、...X8，经过串并转换后，得到相应的8个信号并行的并行信号，后续信号每8个进行同样地转换，得到并行信号流。通过串转并使本发明适用于串行信号流的发送。
在步骤1202中，将每个并行信号流中的8个并行信号分别进行线性变换，将变换结果均分为2个变换结果组，例如，信号X1、X2、X3和X4的第一变换结果组为S1、S3、S5和S7；信号X5、X6、X7和X8得到的第二变换结果组为S2、S4、S6和S8。
其中，所进行的线性变换为正交变换，例如FFT、哈达码变换或正弦变换等。
步骤1203步骤1205分别与步骤904到步骤906相类似，此处不再赘述。
本发明第五实施方式的MIMO系统信号发送装置如图14所示。其中，包含以2个为1组的2N组天线、与2N组天线一一对应的2N个编码模块、和线性变换模块，还包含串转并模块，其中N为大于0的整数。
具体地说，串转并模块，用于将待发送的串行信号流转换为4N个并行信号流，输出到线性变换模块；每个线性变换模块用于将4N个输入的待发送信号线性变换成4N个变换结果，以2个为1组分别输出到2N个编码模块；每个编码模块用于以码率为1的双天线时空码进行编码，例如，“Alamouti”时空码，并输出到对应的1组天线；而2N组天线轮流发送来自对应编码模块的信号，其中在每2个码元符号时间内同时在2组天线各发送1组经编码的信号。
其中，线性变换为正交变换，例如，FFT、哈达码变换或余弦变换等。
本发明第六实施方式的MIMO系统包含四个发射天线和二个接收天线，用于接收第一和第二实施方式所发射的信号。假定四个发送天线与二个接收天线所对应的信道为hTR，这里T是第T个发送天线，R是第R个接收天线，那么二个码元符号内二个接收天线的信号可表示为r11=h11s1+h21s2+h31s3+h41s4+n11r12=h11s2*-h21s1*+h31s4*-h41s3*+n12r21=h12s1+h22s2+h32s3+h42s4+n21r22=h12s2*-h22s1*+h32s4*-h42s3*+n22---(1)]]>
这里r11是第一个接收天线在第一个符号内的接收信号；r12是第一个接收天线在第二个符号内的接收信号；r21是第二个接收天线在第一个符号内的接收信号；r22是第二个接收天线在第二个符号内的接收信号；n11，n12，n21，n22为噪声采样值，假定都是高斯分布，零均值和相同方差σn2。上式可进一步表示为r11r12*r21r22*=h11h21h31h41-h21*h11*-h41*h31*h21h22h32h42-h22*h12*-h42*h32*s1s2s3s4+n11n12*n21n22*---(2)]]>假定线性变换(典型的为正交变换)，我们有R＝HCHHOTX+N (3)这里，R=r11r12*r21r22*,]]>X=x1x2x3x4,]]>N=n11n12*n21n22*,]]>HOT=w11w12w13w14w21w22w23w24w31w32w33w34w41w42w43w44,]]>HCH=h11h21h31h41-h21*h11*-h41*h31*h12h22h32h42-h22*h12*-h42*h32*,]]>HOT=w11w12w13w14w21w22w23w24w31w32w33w34w41w42w43w44.]]>基于最小均方差估计(Minimum mean-square error，简称“MMSE”)准则的接收机，对信号的检测为X^=(HOTHHCHHHCHHOT+σn2In)-1HOTHHCHHR---(4)]]>这里，X=x1x2Mx4N-1x4N]]>是需要检测的信号， 代表X的估计值；HCH是各天线所对应的信道参数矩阵；HOT是发射端的线性变换矩阵，例如，是正交变换矩阵，HOTH代表HOT的共轭转置；HCHH代表HCH的共轭转置；上标“-1”代表对矩阵求逆。通过上述方法可以高效地接收全分集的码率为2的时空码编码信号。
本发明第七实施方式的MIMO系统是针对四个发射天线和二个接收天线的信号接收装置，如图15所示，用于接收第一和第二实施方式所发送的信号。其中，包含二个接收天线、串转并模块、共轭处理模块、矩阵计算模块和矩阵相乘模块。
其中，串转并模块用于将天线串行接收的4N个码元符号中的信号rij转为并行信号输出，其中rij是第i个接收天线在码元符号j内收到的信号，i＝1、2，1≤j≤4N，N为大于0的整数。例如，将天线1所接收的信号r11，r12，r13，...和天线2所接收的信号r21，r22，r23，...，转换成4个信号并行输出，得到并行信号r11，r12，r21，r22。
共轭处理模块用于对来自串转并模块的并行信号中序号j为偶数的rij取共轭，维持序号j为奇数的rij不变，将处理结果作为矢量R输出。对于并行信号r11，r12，r21，r22，将r12和r22取共轭，分别得到r12*和r22*。
矩阵计算模块用于计算并输出矩阵C=(HOTHHCHHHCHHOT+σn2In)-1HOTHHCHH.]]>其中，HCH是各天线所对应的信道参数矩阵，HCH=h11h21h31h41-h21*h11*-h41*h31*h12h22h32h42-h22*h12*-h42*h32*;]]>HOT是发射端的线性变换矩阵，HOT=w11w12w13w14w21w22w23w24w31w32w33w34w41w42w43w44.]]>HOTH代表HOT的共轭转置，HCHH代表HCH的共轭转置，σn2代表零均值高斯分布噪声的方差，上标“-1”代表对矩阵求逆。
而矩阵相乘模块则用于将矩阵C乘以矢量R后得到检测结果。
本发明第八实施方式的MIMO系统包含八个发射天线和二个接收天线，用于接收第三和第四实施方式所发射的信号。假定八个发送天线与二个接收天线所对应的信道为hTR，这里T是第T个发送天线，R是第R个接收天线，那么八个码元符号内二个接收天线的信号可表示为r11=h11s1+h21s2+h31s3+h41s4+n11r12=h11s2*-h21s1*+h31s4*-h41s3*+n12r21=h12s1+h22s2+h32s3+h42s4+n21r22=h12s2*-h22s1*+h32s4*-h42s3*+n22r13=h51s5+h61s6+h71s7+h81s8+n13r14=h51s6*-h61s5*+h71s8*-h81s7*+n14r23=h51s5+h61s6+h71s7+h81s8+n23r24=h51s6*-h61s5*+h71s8*-h81s7*+n24---(5)]]>这里r1k是第一个接收天线在第k个符号内的接收信号；r2k是第二个接收天线在第k个符号内的接收信号；n1k和n2k分别为第一个接收天线和第一个接收天线在第k个符号内的噪声采样值，假定都是高斯分布，零均值和相同方差σn2。上式可进一步表示为r11r12*r11r12*r13r14*r23r24*=h11h21h31h410000-h21*h11*-h41*h31*0000h12h22h32h420000-h22*h12*-h42*h32*00000000h51h61h71h810000-h61*h51*-h81*h71*0000h52h62h72h820000-h62*h52*-h82*h72*s1s2s3s4s5s6s7s8+n11n12*n11n12*n13n14*n23n24*---(6)]]>假定线性变换(典型的为正交变换)，我们得R＝HCHHOTX+N (7)
这里，R=r11r12*r11r12*r13r14*r23r24*,]]>N=n11n12*n11n12*n13n14*n23n24*,]]>HCH=h11h21h31h410000-h21*h11*-h41*h31*0000h12h22h32h420000-h22*h12*-h42*h32*00000000h51h61h71h810000-h61*h51*-h81*h71*0000h52h62h72h820000-h62*h52*-h82*h72*,]]>HOT=w11w12w13w14w15w16w17w18w21w22w23w24w25w26w27w28w31w32w33w34w35w36w37w38w41w42w43w44w45w46w47w48w51w52w53w54w55w56w57w58w61w62w63w64w65w66w67w68w71w72w73w74w75w76w77w78w81w82w83w84w85w86w7w88]]>基于MMSE准则的接收机，对信号的检测为X^=(HOTHHCHHHCHHOT+σn2In)-1HOTHHCHHR---(8)]]>本发明第九实施方式的MIMO系统信号接收方法通过对于每个可能的检测结果Xk计算其所对应的Zk＝(R-HCHHOTX)H(R-HCHHOTX)，然后，在所有的Zk中搜索最小值，将该最小值所对应的X作为检测结果输出。通过这种方法也可以高效地接收全分集的码率为2的时空码编码信号。
其中，上标“H”代表对矩阵进行共轭转置操作，R=r11r12*r21r22*Mr2,4N-1r2,4N*,]]>rij是第i个接收天线在码元符号j内收到的信号，i＝1、2，1≤j≤4N，N为大于0的整数，rij*代表rij的共轭，X=x1x2Mx4N-1x4N]]>是需要检测的信号，HCH是各天线所对应的信道参数矩阵，HOT是发射端的线性变换矩阵，例如，正交变换矩阵。
当发射天线数为4时，HCH=h11h21h31h41-h21*h11*-h41*h31*h12h22h32h42-h22*h12*-h42*h32*,]]>HOT=w11w12w13w14w21w22w23w24w31w32w33w34w41w42w43w44;]]>当发射天线数为8时，HCH=h11h21h31h410000-h21*h11*-h41*h31*0000h12h22h32h420000-h22*h12*-h42*h32*00000000h51h61h71h810000-h61*h51*-h81*h71*0000h52h62h72h820000-h62*h52*-h82*h72*,]]>HOT=w11w12w13w14w15w16w17w18w21w22w23w24w25w26w27w28w31w32w33w34w35w36w37w38w41w42w43w44w45w46w47w48w51w52w53w54w55w56w57w58w61w62w63w64w65w66w67w68w71w72w73w74w75w76w77w78w81w82w83w84w85w86w7w88,]]>其中，hti为发射天线t与接收天线i相对应的信道参数。
本发明第十实施方式的MIMO系统的信号接收装置如图16所示，包含二个接收天线、串转并模块、共轭处理模块、矩阵计算模块和ML算法模块。
其中，串转并模块用于将天线串行接收的4N个码元符号中的信号rij转为并行信号输出，其中rij是第i个接收天线在码元符号j内收到的信号，i＝1、2，1≤j≤4N，N为大于0的整数。例如，N＝1时，表明发射端为四个发射天线，将来自接收天线1所接收的信号r11，r12，r13，...和来自接收天线2所接收的信号r21，r22，r23，...，转换成4个信号并行输出，得到并行信号r11，r12，r21，r22。
共轭处理模块用于对来自串转并模块的并行信号中序号j为偶数的rij取共轭，维持序号j为奇数的rij不变，将处理结果作为矢量R输出。对于并行信号r11，r12，r21，r22，将r12和r22取共轭，分别得到r12*和r22*。
矩阵计算模块用于计算并输出矩阵C=(HOTHHCHHHCHHOT+σn2In)-1HOTHHCHH.]]>而ML算法模块则用于对于每个可能的检测结果Xk计算其所对应的Zk＝(R-HCHHOTX)H(R-HCHHOTX)，在所有的Zk中搜索最小值，将该最小值所对应的X作为检测结果输出。
其中，HCH是各天线所对应的信道参数矩阵，HCH=h11h21h31h41-h21*h11*-h41*h31*h12h22h32h42-h22*h12*-h42*h32*.]]>HOT是发射端的线性变换矩阵，HOT=w11w12w13w14w21w22w23w24w31w32w33w34w41w42w43w44,]]>上标“H”代表对矩阵进行共轭转置操作。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种多输入多输出系统信号发送方法，其特征在于，发射端预先将4N个天线以2个为1组分成2N组，其中N为大于0的整数；发送时，所述发射端对待发送的4N个信号进行线性变换，将生成的4N个变换结果以2个1组重组为2N个结果组；对2N个结果组分别以码率为1的双天线时空码进行编码，将2N组经编码的信号分别通过所述2N组天线轮流发送，其中在每2个码元符号时间内同时在2组天线各发送1组经编码的信号。
2.根据权利要求1所述的多输入多输出系统信号发送方法，其特征在于，所述线性变换为正交变换。
3.根据权利要求2所述的多输入多输出系统信号发送方法，其特征在于，所述正交变换包括快速傅里叶变换、哈达码变换和余弦变换。
4.根据权利要求1所述的多输入多输出系统信号发送方法，其特征在于，所述线性变换进一步包含以下步骤待发送的4N个信号均分为2个变换组分别进行线性变换，每个变换组生成2N个变换结果，将4N个变换结果以2个1组重组为2N个结果组，其中每个结果组内的2个变换结果来自不同的变换组。
5.根据权利要求1所述的多输入多输出系统信号发送方法，其特征在于，还包含以下步骤先将待发送的串行信号流转换为4N个并行信号流，每次从这4N个并行信号流中各取1个信号形成4N个信号进行所述线性变换。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多输入多输出系统信号发送方法，其特征在于，所述码率为1的双天线时空码是“Alamouti”时空码。/*天线，线性变换模块，编码模块*/
7.一种多输入多输出系统信号发送装置，其特征在于，包含以2个为1组的2N组天线、与2N组天线一一对应的2N个编码模块、和线性变换模块，其中N为大于0的整数；每个所述线性变换模块用于将4N个输入的待发送信号线性变换成4N个变换结果，以2个为1组分别输出到所述2N个编码模块；每个所述编码模块用于以码率为1的双天线时空码进行编码，并输出到对应的1组天线；2N组天线轮流发送来自对应编码模块的信号，其中在每2个码元符号时间内同时在2组天线各发送1组经编码的信号。
8.根据权利要求7所述的多输入多输出系统信号发送装置，其特征在于，还包含串转并模块，用于将待发送的串行信号流转换为4N个并行信号流，输出到所述线性变换模块。
9.根据权利要求7或8所述的多输入多输出系统信号发送装置，其特征在于，所述线性变换为正交变换；所述码率为1的双天线时空码是“Alamouti”时空码。
10.一种多输入多输出系统信号接收方法，其特征在于，通过以下公式检测所收到的信号X^=(HOTHHCHHHCHHOT+σn2In)-1HOTHHCHHR]]>其中，R=r11r12*r21r22*Mr2,4N-1r2,4N*,]]>rij是第i个接收天线在码元符号j内收到的信号，i＝1、2，1≤j≤4N，N为大于0的整数，rij*代表rij的共轭，X=x1x2Mx4N-1x4N]]>是需要检测的信号， 代表X的估计值，HCH是各天线所对应的信道参数矩阵，HOT是发射端的线性变换矩阵，HOTH代表HOT的共轭转置，HCHH代表HCH的共轭转置，σn2代表零均值高斯分布噪声的方差，上标“-1”代表对矩阵求逆。
11.根据权利要求10所述的多输入多输出系统信号接收方法，其特征在于，当发射天线数为4时，HCH=h11h21h31h41-h21*h11*-h41*h31*h12h22h32h42-h22*h12*-h42*h32*,]]>当发射天线数为8时，HCH=h11h21h31h410000-h21*h11*-h41*h31*0000h12h22h32h420000-h22*h12*-h42*h32*00000000h51h61h71h810000-h61*h51*-h81*h71*0000h52h62h72h820000-h62*h52*-h82*h72*;]]>其中hti为发射天线t与接收天线i相对应的信道参数。
12.根据权利要求10所述的多输入多输出系统信号接收方法，其特征在于，所述HOT是正交变换矩阵。
13.一种多输入多输出系统的信号接收装置，其特征在于，包含二个接收天线；串转并模块，用于将所述天线串行接收的4N个码元符号中的信号rij转为并行信号输出，其中rij是第i个接收天线在码元符号j内收到的信号；共轭处理模块，用于对来自所述串转并模块的并行信号中序号j为偶数的rij取共轭，维持序号j为奇数的rij不变，将处理结果作为矢量R输出；矩阵计算模块，用于计算并输出矩阵C=(HOTHHCHHHCHHOT+σn2In)-1HOTHHCHH;]]>矩阵相乘模块，用于将矩阵C乘以矢量R后得到检测结果；其中，i＝1、2，1≤j≤4N，N为大于0的整数，HCH是各天线所对应的信道参数矩阵，HOT是发射端的线性变换矩阵，HOTH代表HOT的共轭转置，HCHH代表HCH的共轭转置，σn2代表零均值高斯分布噪声的方差，上标“-1”代表对矩阵求逆。
14.一种多输入多输出系统信号接收方法，其特征在于，包含以下步骤对于每个可能的检测结果Xk计算其所对应的Zk＝(R-HCHHOTX)H(R-HCHHOTX)；在所有的Zk中搜索最小值，将该最小值所对应的X作为检测结果输出；其中，上标“H”代表对矩阵进行共轭转置操作，R=r11r12*r21r22*Mr2,4N-1r2,4N*,]]>rij是第i个接收天线在码元符号j内收到的信号，i＝1、2，1≤j≤4N，N为大于0的整数，rij*代表rij的共轭，X=x1x2Mx4N-1x4N]]>是需要检测的信号，HCH是各天线所对应的信道参数矩阵，HOT是发射端的线性变换矩阵。
15.根据权利要求14所述的多输入多输出系统信号接收方法，其特征在于，当发射天线数为4时，HCH=h11h21h31h41-h21*h11*-h41*h31*h12h22h32h42-h22*h12*-h42*h32*;]]>当发射天线数为8时，HCH=h11h21h31h410000-h21*h11*-h41*h31*0000h12h22h32h420000-h22*h12*-h42*h32*00000000h51h61h71h810000-h61*h51*-h81*h71*0000h52h62h72h820000-h62*h52*-h82*h72*,]]>其中，hti为发射天线t与接收天线i相对应的信道参数。
16.根据权利要求14所述的多输入多输出系统信号接收方法，其特征在于，所述HOT是正交变换矩阵。
17.一种多输入多输出系统的信号接收装置，其特征在于，包含二个接收天线；串转并模块，用于将所述天线串行接收的4N个码元符号中的信号rij转为并行信号输出，其中rij是第i个接收天线在码元符号j内收到的信号；共轭处理模块，用于对来自所述串转并模块的并行信号中序号j为偶数的rij取共轭，维持序号j为奇数的rij不变，将处理结果作为矢量R输出；矩阵计算模块，用于计算并输出矩阵C=(HOTHHCHHHCHHOT+σn2In)-1HOTHHCHH;]]>ML算法模块，用于对于每个可能的检测结果Xk计算其所对应的Zk＝(R-HCHHOTX)H(R-HCHHOTX)，在所有的Zk中搜索最小值，将该最小值所对应的X作为检测结果输出；其中，i＝1、2，1≤j≤4N，N为大于0的整数，HCH是各天线所对应的信道参数矩阵，HOT是发射端的线性变换矩阵，上标“H”代表对矩阵进行共轭转置操作。
全文摘要
本发明涉及无线通信领域，公开了一种多输入多输出系统信号收发方法及收发装置，使得对于四个或四个以上的发射天线，全分集的码率可以达到2。本发明中，将待发送的4N个信号进行正交变换，生成4N个变换结果，将4N个变换结果以2个为1组重组为2N个结果组，对2N个结果组各以码率为1的双天线时空码，如“Alamouti”时空码，进行编码，将2N组经编码的信号分别通过2N对天线轮流发送，其中在每码元符号时间内同时在2组天线各发送1组经编码的信号，每组天线连续发两个码元符号。接收时可以基于MMSE准则或ML算法。
文档编号H04B7/08GK101060356SQ20061009390
公开日2007年10月24日 申请日期2006年6月23日 优先权日2006年6月23日
发明者李斌, 杜颖钢 申请人:华为技术有限公司