一种在mimo系统中实现全速率传输的方法与装置的制作方法

专利名称：一种在mimo系统中实现全速率传输的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及MIMO通信系统，尤其涉及在MIMO系统中进行编 码与解码的方法与装置。
背景技术：
多入多出(MIMO)技术是无线通信领域的一个重大突破，是新一代移 动通信系统必须采用的关键技术之一，该技术能在不增加带宽的情况下 成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。现有的MIMO技术的设计目标主要有两类 一是通过利用空间分集 以获得较高的抗衰落性能，二是通过采用提升MIMO衰落信道的容量的 方式以获得高速率的数据传输。例如，空时正交码以及空时格形码属于 针对第一个目标的性能导向类编码；而垂直贝尔实验室分层空时码 (V-BLAST)及线性弥散码(LD)则属于针对第二个目标的码率导向 类编码。设计编码信号以获得高速率的数据传输的一个指标是达到全速率发 射，即在一个M个发射天线的系统中,对KM个待编码信号进行编码得到 多个编码信号，并在K个时隙里将这些编码信号发射出去，其中K和M为 正整数。在LD码中发送的码字是由某些弥散矩阵的线形组合而成，例如一种 用于双发射天线的LD码为
la)<formula>formula see original document page 5</formula>公式la)中的各行中的元素将通过各自对应的发射天线发射出去， 并且不同列中的元素将在不同的时隙被发射出去。全分集全速率(FDFR)码也可以使MIMO系统的发射达到全速率，例 如一种用于双发射天线的FDFR码为<formula>formula see original document page 6</formula> lb) 其中，x" = + s(e-;e + s4e;e _ s:e书，x12 = + s;e-J> + s3e> _ s;e力》， x21 = - s;e * + + s;e -J> , x22 = _ s;e -" + s4e" + s:e -" ， s;代表s,的 复数共轭，参数^和^可以根据某些准则来加以选取， 一种典型的选择是 0 = 2^/3和p-5;r/12。但这些现有的可以使MIMO系统的发射达到全速率的编码都有各自 的缺陷V-BLAST码实际上是直接将待编码信号通过多个发射天线发射，没 有经过空时编码处理，其性能尤其在空间相关信道条件下还有待提高。LD码存在较大的传输延迟，并且需要联合检测多个符号，所以译码 复杂度较高，另外，LD码的性能不够理想。FDFR码的译码延迟比较长(通常正比于发射天线数)，译码复杂度 比较高，如果为了获得最佳性能而采用最大似然(ML)译码则更加复 杂。特别地，对于一具有NT个发射天线和NR个接收天线的MIMO系统， FDFR码需要对N^个符号进行联合解码，这样即使是中等数量的发射 天线数(例如4)以及中等阶数的调制方式(例如16QAM)，釆用ML 解码也显得太复杂而不实用。发明内容针对上述现有技术的缺陷，本发明为MIMO系统提供了一种新的 编码方法，其综合了上述几种编码的优点 一方面对多个待编码信号 进行编码，这与LD码和FDFR码相似；另一方面将各编码信号在一 个时隙内通过不同的发射天线发射，这与V-BLAST在形式上相似。 所以，通过这种新的编码方法，使得MIMO系统可以以全速率的方 式发射数据，同时还能提高数据传输的可靠性而不增加译码延时和译 码复杂度。根据本发明的一个方面，提供一种在MIMO系统的发射机中用于对待编码信号进行编码的方法，其中包括如下步骤分别采用m个编码方 式对该m个待编码信号进行编码，以得到m个编码信号；并在相同时 隙内通过m个发射天线分别发射所述m个编码信号，m为大于1的整数。优选地，所述m个编码信号中至少有一个包含多个待编码信号的分 量，且至少有两个所述编码方式是不同的。优选地，所述编码采用由两个m行m列的广义正交矩阵(其中至少一个不是单位矩阵)并行排列而成的编码矩阵G对包含m个元素的向 量(Cl,c2，…，c )的待编码信号进行编码，即<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，Re()和Im()分别表示括号内的复数的实部和虚部，/ = V^ 表示虚数单位，上标T表示转置运算符，得到一个m维的列向量，其中 的每个元素为 一个编码信号。根据本发明的第二个方面，还提供了 一种在MIMO系统的发射机 中用于对信号进行编码和发射的装置，其中包括编码装置，用于分别 采用m个编码方式对m个信号进行编码，得到m个编码信号；发射装 置，用于在相同时隙内，将所述m个编码信号分别通过m个发射天线 发射出去，m为大于1的整数。优选地，假设编码矩阵G为m行2m列的矩阵，待编码信号为包含 m个元素的向量(Ci，c2，…,cJ,其中，所述编码装置利用G对c进行编码，即<formula>formula see original document page 7</formula> . . ^m(cm)]T 得到一个m维的列向量，其中的每个元素为 一个编码信号。 根据本发明的第三个方面，还提供了一种在MIMO系统的接收机中 用于对所接收的基带信号进行解码的方法，其特征在于采用对应于发 射机的编码方法的方法对所述基带信号进行解码处理，以生成解码信号根据本发明的第四个方面，还提供了一种在MIMO系统的接收机 中用于对所接收的基带信号进行解码的解码装置，其特征在于采用对应于发射机的编码方法的方法对所述基带信号进行解码处理，以生成解 码信号。与现有技术相比，本发明至少具有以下优点1. 由于本发明在一个时隙里发送所有的编码信号，使得接收端 在接收到这个时隙的信号后就可以进行解码，所以仅有 一个时隙的解 码时延，这与V-BLAST相似，但优越于LD码和FDFR码；2. 对本发明的编码进行解码，只需要关联一个时隙里所接收的 信号便可进行解码，使得解码复杂度相对较低，与V-BLAST相似(或 仅有少量增加)，但明显低于LD码和FDFR码，因为LD码和FDFR码 必须联合多个时隙的符号来进行译码；3. 本发明的编码融合了 V-BLAST码低解码复杂度和FDFR码 高性能的优点，从而在空间相关信道上的误码率性能明显优于 V-BLAST码，在结合信道编码和解码(如Turbo码)的情况下，甚至 优于FDFR码。4. 本发明以这样的方式来实现全速率发射在具有M个发射天线 的系统中，分别对M个待编码信号进行编码得到M个编码信号，该M 个编码信号在一个时隙里分别通过M个发射天线发射出去，M为大于1 的正整数。这种全速率的发射方式有特别的益处，因为可以有更多的空 闲时隙来发射其它的信号，以提高通信系统的容量。


通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明 的其它特征、目的和优点将会变得更明显图1为根据本发明的一个实施方式，在MIMO系统中用于对待 编码信号进行编码和发射的发射机的内部结构示意图；图2为根据本发明的一个实施方式，在MIMO系统的发射机中 用于对待编码信号进行编码的编码装置的内部结构示意图；图3为根据本发明的一个实施方式，在MIMO系统的发射机中用于对待编码信号进行编码并发射的方法的流程图；图4为根据本发明的一个实施方式，在MIMO系统的发射机中 对待编码信号进行编码的方法的流程图；图5为根据本发明的一个实施方式，在MIMO系统的中对发射 机发射的信号信号进行处理的接收机的内部结构示意图；图6为根据本发明的一个实施方式，在MIMO系统的接收机中 对待解码信号进行解码的解码装置的内部结构示意图；图7为根据本发明的一个实施方式，在MIMO系统的接收机中 对待解码信号进行解码的方法的流程图；图8显示了在双发射天线、双接收天线、16QAM的MIMO系统 中，在空间非相关信道上的4种全速率编码的误码率性能，其中Turbo 码的码率为0.75，码长为204比特；图9显示了在双发射天线、双接收天线、16QAM的MIMO系统 中，在空间相关信道上的4种全速率码的误码率性能，其中Turbo码 的码率为0.75，码长为204比特。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。图1为根据本发明的一个实施方式的在MIMO系统中用于对待 编码信号进行编码和发射的发射机的内部结构示意图。如图1所示，发射机1中包含一个编码装置IO和一个发射控制 装置11。该编码装置lO接收m个待编码信号(m为大于1的整数)， 分别采用m个编码方式(例如线性变换、巻积编码等)对所述m个 待编码信号进行编码，以得到m个编码信号，也即，利用第1个编码 方式对所述m个待编码信号进行编码，获得第1个编码信号...同样地， 利用第m个编码方式对所述m个待编码信号进行编码，获得第m个 编码信号。随后，将该m个编码信号传送至发射控制装置11。发射控制装置ll接收所述m个编码信号，再将该m个编码信号 分别传送至m个发射天线(如图中的天线21、天线22、...、天线2m )，然后，在相同时隙内，该m个编码信号分别经由该m个发射天线发 射出去。其中，与V-BLAST编码直接将信道编码后的待编码信号经由多 个发射天线发送的情形不同，所述m个编码信号中至少有一个编码信 号包含两个或两个以上的待编码信号的分量，即至少有一个编码信号 是通过对两个或两个以上的待编码信号的分量进行编码变换而得。在发射机1中，由于在同一个时隙里通过m个发射天线发送了 m 个待编码信号，因此达到了全速率的发射速率。优选地，所述m个编 码方式中至少有两个是不相同的，因此通过釆用适当的编码方式，可 提高信号在传输过程中的抗干扰能力，使得系统具有优良的检测性 能。本领域的技术人员应理解，编码装置10所接收的待编码信号可 能是信源信号经信道编码后的信号；发射控制装置11输出的待发射 的信号还要经过调制、上变频等处理后再送至各自对应的发射天线， 然后通过这些天线发射出去。为筒明起见，与所述处理过程相对应的 信道编码装置、调制装置、上变频装置等在附图中并未示出。图2为根据本发明的一个实施方式，在MIMO系统的发射机中 对信号进行编码的编码装置的内部结构示意图。以下采用数学公式的方式来解释和说明根据本发明的对待编码信 号进行的编码过程假设编码矩阵G为m行2m列的矩阵，；降编码信号为包含m个元素 的向量(c,A，...,^), m为大于l的整数，其中，所述编码装置利用矩阵G对向量c进行编码，如以下7>式1)所示G,[Rb(c》&(c2) ■ Fte(cm)力m(c》ylm(c2). /'lm(cm)]T 1)从而得到一个m维的列向量，其中的每个元素为一个编码信号。其 中，编码矩阵G中的每一行对应于前述m个编码方式中的一种编码方 式。优选地，上述编码矩阵G是由两个m行m列的广义正交矩阵(其 中至少一个不是单位矩阵)并行排列而成。应该理解，利用上述公式l)，编码装置可以采用软件方式来对待编码信号进行编码，例如，编码装置可用微处理装置或DSP来实现， 通过运行相应的程序来对接收信号进行信号处理，以完成上述公式1 ) 所示运算过程，从而实现对待编码信号的编码处理。编码装置也可采用硬件方式来实现上述编码过程，即采用硬件模 块或装置来对待编码信号进行编码处理，下面参照图2分别描述了编 码装置的三种硬件实现方式。当然，还有许多类似的硬件实现方式， 在此不一一列举。如图2所示，该编码装置10包括分离装置101与分量编码装置 103。其中，分离装置101接收m个待编码信号(m为大于1的整数)， 其中每个待编码信号都是由实部和虚部组成的信号，分离装置101分 别从每个待编码信号中分离出实部信号和虚部信号，我们将这些实部 信号和虚部信号统称为待编码信号分量， 一共得到2m个待编码信号 分量，并将这些待编码信号分量输出到分量编码装置103。分量编码装置103接收所述2m个待编码信号分量，并对这些待 编码信号分量进行编码处理，具体地，使用m个编码方式(例如线性 变换等)分别对2m个待编码信号分量进行编码，在每种编码方式分 别对2m个待编码信号分量进行编码时，只生成一个编码信号，这样 一共可以生成m个编码信号，然后将这m个编码信号输出。优选地，采用由两个m行m列的广义正交矩阵(其中至少一个 不是单位矩阵)并行排列而成的矩阵的m个行向量分别对所述待编码 信号分量进行编码处理，即将每个行中的每个元素分别与所述待编码 信号分量中相同位置上的一个分量相乘，我们将一个列向量中的某个 元素的行号或一个行向量中的某个元素的列号统称为该元素在该向 量中的位置，再将这些乘法结果相加便得到对应的一个编码信号。优选地，对所述由两个m行m列的广义正交矩阵(其中至少一个 不是单位矩阵)并行排列而成的矩阵进行行变换或列变换，也可以采用 变换后的矩阵来对所述待编码信号分量进行编码处理。参看图2,在根据本发明的另一实施方式的编码装置的另一硬件实现方式中，编码装置10中没有分离装置101，待编码的m个待编码信 号直接送入分量编码装置103,分量编码装置103分别以m个编码方式 对该m个待编码信号进行编码，共得到m个编码信号，再将这m个编 码信号输出。参看图2，根据本发明的另一个实施方式的编码装置的另一个硬 件实现方式中，编码装置10包括分离装置101、分量编码装置103 以及一个放置于分离装置101和分量编码装置103之间的排列装置 (未示出)。所述排列装置对分离装置101输出的所述待编码信号分量进行排 序，可以得到一个待编码信号分量向量，并将该待编码信号分量向量送 至分量编码装置103。优选地，该排列装置将所述从待编码信号中分离出的实部信号排列 在所述待编码信号向量的上半部分，而将从待编码信号中分离出的虚部 信号排列在所述待编码信号向量的下半部分，从而组成一个包含2m个 元素的待编码信号列向量。当然，如果将待编码信号列向量进行转置，便可以得到待编码信号 行向量，二者包含相同的元素，为便于描述，我们将二者统称为待编码 信号分量向量，同时将一个列向量中的某个元素的行号或一个行向量中 的某个元素的列号统称为该元素在该向量中的位置。分量编码装置103接收到所述待编码信号分量向量，对该待编码信 号分量向量进行编码，编码方法与上一个实施方式一样，这里不再重复。以一个双发射天线的情形为例，其中，编码矩阵G为<formula>formula see original document page 12</formula>其中，假设待编码信号为sl和s2,则待编码信号分量向量为 <formula>formula see original document page 12</formula>(>2)_其中，Re(sl)和Re(s2)分别代表待编码信号sl和s2的实部信号，而Im(sl)和Im(s2)则分别代表待编码信号sl和s2的虚部信号。那么，该编码矩阵G对该待编码信号的编码就可以写为<formula>formula see original document page 13</formula>于是可以得到编码结果为<formula>formula see original document page 13</formula>其中每行的元素就是一个编码信号。本领域的技术人员应能理解，对所述由两个m行m列的广义正交矩 阵(其中至少一个不是单位矩阵)并行排列而成的编码矩阵进行变换 可以得到新的编码矩阵，例如进行行交换、列交换等变换，若采用这样 变换后的编码矩阵中的行向量来对待编码信号进行编码，也可以达到相 同的技术效果。优选地，图2中的分量编码装置103所釆用一个编码矩阵是一个 由两个m行m列的广义正交矩阵(其中至少一个不是单位矩阵)并 行排列而成的m行2m列的矩阵。在本说明书中，如果一个矩阵与其共轭转置相乘的结果是一个对 角矩阵，并且所有的对角元素均不为零，则称该矩阵为广义正交矩阵； 如果一个矩阵与其共辄转置相乘的结果是一个单位矩阵，则称该矩阵 为正交矩阵。从上述定义可以看出，由于所有的对角元素均不为零的 对角矩阵包括单位矩阵，所以广义正交矩阵包括正交矩阵。如果组成编码矩阵的两个广义正交矩阵都是单位矩阵，那么该编 码就是V-BLAST编码。与V-BLAST编码不同，组成本发明的编码 矩阵的两个广义正交矩阵中至少一个不是单位矩阵。可以保证经过编码后的信号功率与未经编码的信号的功率相同，如果组后的信号的功率与未经编码的信号的功率不相同，但采用这两种形式的编码矩阵都可以使发射机达到全速率的发射速率。在本发明的编码矩阵中，还可以设置一个或多个未知变量，并采用诸如达到或逼近最大似然解码误码率的低边界的准则来优化，使得釆用该编码矩阵进行编码的数据传输达到最佳性能。例如，根据本发明的 一 个具体实现方式的编码矩阵G为 a 々々 a—①=々 一a -a 々其中，编码矩阵0)中的系数;的作用是归 一化编码信号的功率，使得经力过编码后的信号的功率与未经编码的信号的功率相同a "々 or 〃 -a -a / -々 a 一a々再来看O中包含的矩阵 矩阵并行排列而成 々 々 一a和,其可以看为由如下两个 ，分别记为0,和0>2,这两个矩阵具有如下特征A. 和o2都是广义正交矩阵，即a>1*(o1*)T =2 0 0 202.(《)T =2 0 0 2但如果加上归 一化系凄t,则和;(D2都是正交々 々1 0 0 11 1w 々1 0 0 1矩阵，即;^^*(*<)7 =B. 无论^取何值，^和(^两者之一可以是单位矩阵但其两者不 可以同时为单位矩阵，这一点与V-BLAST编码相区别；C. d),和^具有相同的列向量；D. 0),和(^中包含一个未知变量伊，该未知变量可以根据一定的准 则来加以优化，例如，优化p以使得系统的误码率性能尽可能地接近于 最大似然解码误码率的低边界。在实践中，可通过直接计算方式或通过 筛选方式来选择较佳的^值。按照上述的方法，对QPSK和QAM调制， 我们可以得到一个优化的^值0.5tan"(0.5)。再例如，当编码矩阵G为o-;cos夕 —sin^ —sin6> cos61 sin6> cos0 cos61 sin^,其中^是一个未知变量，它具有上述类似的特征。再例如，对一个4发射天线的情形，根据本发明的一个具体实施 方式的编码矩阵G为<formula>formula see original document page 15</formula>3)其中，wl = cos(伊卜Sn(沐 v， - cos(炉》+ sin(沐从该编码矩阵G中同样可以看出，该矩阵是由两个广义正交矩阵 并行排列而成，且这两个广义正交矩阵不全为单位矩阵，二者具有相 同的列向量。如公式3)所示，编码矩阵G中包含2个未知变量^和e，同样可 以根据一定的准则来对这两个未知变量加以优化，例如，采用逼近最大 似然误码率的低边界的原则来获得^和e的优化值，如果不能够通过计算 直接得到p和0的优化值，我们可以通过筛选方式来选择4交佳的p和6值。图3为根据本发明的一个实施方式，在MIMO系统的发射机中 用于对信号进行编码并发射的方法的流程图。如图3中所示，在步骤S01中，接收m个待编码信号，m为大 于1的整数。然后，在步骤S02中，分别采用m个编码方式对所接收的m个 待编码信号进行编码， 一共得到m个编码信号。本发明的编码方法区别于V-BLAST编码，因为所述m个编码信 号中至少有一个包含多个待编码信号的分量，而V-BLAST编码不对多 个待编码信号作任何处理而直接经由各待编码信号对应的发射天线 发射出去。而且，本发明也区别于现有的LD码和FDFR码，因为所述m个编码信号会在 一个时隙经由m个发射天线发射出去，而LD码和FDFR 码采用1112个编码方式对1112个待编码信号进行编码，得到的1112个编 码信号会在m个时隙经由m个发射天线发射出去。所述编码方法可以直接对m个待编码信号进4亍编码，或者对m 个待编码信号的实部信号和虚部信号(即待编码信号分量)进行编码， 其中每个编码方式对m个待编码信号或待编码信号分量进行编码后只得到一个编码信号。优选地，采用如下方式来对待编码信号进行编石马编码矩阵G为 m行2m列的矩阵，待编码信号为包含m个元素的向量(q， ..., )，其中，所述编码装置利用G对c进行编码，即<formula>formula see original document page 16</formula>得到一个m维的列向量，其中的每个元素为一个编码信号，而编码 矩阵G的每行对应于所述m个编码方式中的一种。优选地，编码矩阵G是一个由两个m 4亍m列的广义正交矩阵(其 中至少一个不是单位矩阵)并行排列而成的m行2m列的矩阵。随后，在步骤S03中，将在步骤S02中生成的m个编码信号分 别经由m个发射天线，在相同时隙内发射出去。图4为^4居本发明的一个实施方式，在MIMO系统的发射机中 对待编码信号进行编码的方法的流程图。原则上，根据本发明，可以采用如下方式来对待编码信号进行编 码编码矩阵G为m行2m列的矩阵，待编码信号为包含m个元素的 向量(q,C2,…,cJ,其中，所述编码装置利用G对c进^f亍编码，即<formula>formula see original document page 16</formula>得到一个m维的列向量，其中的每个元素为一个编码信号。 无论采用何种方式，只要能够进行上述运算，就可以完成本发明的编码，图4只是显示了根据本发明的一个具体实施方式
，当然还存在其它的实现方式，这里不一一列举。在图4中的步骤S021中，分别从m个待编码信号中分离出实部信号和虚部信号，得到2m个待编码信号分量。然后，在步骤S022中，采用上述编码矩阵G对所得到的m个待编码信号进行编码，具体地，将编码矩阵G与2m个待编码信号分量 G.[f^(q) fe(c2) . ■ Fte(O力m(q) yim(c2) ■ 力m(of相乘，得到一个m维的列向量，其中的每个元素为一个编码信号。优选地，在步骤S022中，可以将所得到的2m个待编码信号分 量排列成一个列向量，其中，待编码信号的实部被排列在该向量的上 半部分，待编码信号的虚部被排列在该向量的下半部分，或者将所得 到的2m个待编码信号分量排列成一个行向量，其中，待编码信号的 实部被排列在该向量的左半部分，待编码信号的虚部^皮排列在该向量 的右半部分。我们将由所得到的2m个待编码信号分量排列成的向量 统称为待编码信号分量向量。优选地，分别采用一个由两个m行m列的广义正交矩阵(其中 至少一个不是单位矩阵)并行排列而成的m行2m列的编码矩阵的各 行向量来对所述待编码信号分量向量进行编码，即将分属于这两个向 量的同一位置上的元素相乘，再将各位置上的元素乘积相加，即可得 到对应于该编码矩阵的该行向量的编码信号，从另一个角度来看，该 编码信号是由该编码矩阵的该行向量与所述待编码信号分量向量进 行点乘的结果。有关所述由两个m 4亍m列的广义正交矩阵并行4非列而成的m行 2m列的编码矩阵的特征及采用这样的编码矩阵对待编码信号进行编 码的例子，可以参看参照图2所做的说明，这里不再赘述。图5为根据本发明的一个实施方式，在MIMO系统的中对发射 机发射的信号进行处理的接收机的内部结构示意图。如图5所示，该接收机包括m'个接收天线，即天线31、天线32.....天线3m、这些接收天线所接收的信号都送至射频处理及解调装置31，该射频处理及解调装置31对这些接收信号分别进行下变 频处理和解调制处理，得到多路(具体地为m'路)基带信号，该基 带信号还未经过信道均衡处理，以下将其简称为"第二基带信号"，再将该第二基带信号送至信道均衡装置33，信道均衡装置33对所述 第二基带信号进行信道均衡处理后，得到经过信道均4軒处理后的基带 信号，以下将其简称为"第一基带信号"，然后该第一基带信号被送 至解码装置32，该解码装置32便对该第一基带信号进行解码处理， 从而得到解码信号，然后就将该解码信号输出。优选地，图5中的接收机2中没有信道均衡装置33，射频处理及 解调装置31直接将其输出的第二基带信号送至解码装置32，然后， 该解码装置32就对该第二基带信号进行解码，从而得到解码信号， 然后就将该解码信号输出。图6为才艮据本发明的一个实施方式，在MIMO系统的接收机中 对待解码信号进行解码的解码装置的内部结构示意图。从图6中可以看出，解码装置32包括理想编码信号存储装置、 比较装置312和选择装置313,其中，比较装置312将输入的基带信 号与各种可能的理想编码信号进行比较，得到一些比4^结果，例如所述基带信号与各种可能的理想编码信号之间的相似度，将比较结果分 别送入选择装置313。其中，理想编码信号存储装置中预先存储了各 种可能的理想编码信号，各种可能的理想编码信号可能是对各种可能 的原始信号执行与发射机的编码方法相同的编码处理后获得的，以下 称之为"第一理想编码信号"，所述各种可能的理想编码信号还可能 是所述第一理想编码信号进一步执行等效信道传输处理后获得的，以 下称之为"第二理想编码信号"。本领域的技术人员应能理解，接收机可以根据所4妻收的发射机发 射的前导信号、导频信号等特征信号，并结合已知的这些特征信号的 真实信号进行计算而得到将信号从发射机传输到接收机的信道的特 征函数，从而可以根据该信道的特征函数对第二基带信号进行信道均 衡而得到第一基带信号，并可以根据该信道的特征函数对第一理想编 码信号进行等效信道传输处理而得到第二理想编码信号。具体地，在解码装置32中，选择装置313根据所输入的比较结 果可选择出最接近于基带信号的理想编码信号，并利用理想编码信号与其对应的原始信号之间的关联映射关系来确定生成该最接近于基 带信号的一种理想编码信号的原始信号，并将其作为解码信号输出。在一个具体实施方式
中，输入比较装置312的基带信号是第一基 带信号，相应地，输入比较装置312的理想编码信号则是第一理想编 码信号。在该实施方式中，比较装置312采用最大似然或最小均方等判决 方法，将所接收的第一基带信号与各种可能的第一理想编码信号相比 较，得到表示第一基带信号与各种可能的第一理想编码信号之间的相 似度的信号，再将这些表示第一基带信号与各种可能的第一理想编码 信号之间相似度的信号发送到选择装置313,然后，选择装置313根 据这些表示相似度的信号选择出最接近于第一基带信号的一种第一 理想编码信号，并从各种原始信号中选择出生成该最4妄近于第一基带 信号的第一理想编码信号的原始信号，并将该原始信号作为解码信号 输出。在另一具体实施方式
中，输入比较装置312的基带信号是所述第 二基带信号，相应地，输入比较装置312的理想编码信号则是第二理 想编码信号。在该实施方式中，比较装置312采用最大似然或最小均方等判决 方法，将所接收的第二基带信号与各种可能的第二理想编码信号相比 较，得到表示第二基带信号与各种可能的第二理想编码信号之间相似 度的信号，再将这些表示第二基带信号与各种可能的第二理想编码信 号之间相似度的信号发送到选择装置313,然后，选择装置313根据 这些表示相似度的信号选择出最接近于第二基带信号的一种第二理 想编码信号，并从各种原始信号中选择出生成该最接近于第二基带信 号的第二理想编码信号的原始信号，并将该原始信号作为解码信号输 出。在根据本发明的接收机的另外一种实施方式，参看图6,其中， 所述解码装置32仅接收第一基带信号，并釆用与发射机中对待编码 信号进行的编码的方法相逆的方法对所接收的第一基带信号进行解码，从而得到解码信号。图7为根据本发明的一个实施方式，在接收机中对所接收的基带 信号进行解码的方法的流程图。在图7中的步骤S31中，将基带信号与各种可能的理想编码信号 比较，选择最接近于所述基带信号的理想编码信号。具体的，在此步骤S31中，将该基带信号与各种可能的理想编码信号分别进行比较，得到一些比较结果，例如所述基带信号与各种可能的理想编码信号之间的相似度，然后根据该比较结果判定最接近于所述基带信号的一种理想编码信号。然后，在步骤S32中，根据最接近于基带信号的一种理想编码信号，确定解码信号。具体的，在该步骤S32中，利用预先建立的理想编码信号与其对 应的原始信号之间的关联映射关系，选择出生成最接近于基带信号的 一种理想编码信号的原始信号，并将其作为解码信号l俞出。本领域的技术人员应能理解，所述基带信号是接收机的接收天线 所接收的信号经过下变频处理和解调制处理后得到的基带信号。其 中，接收信号经过下变频处理和解调制处理，得到多if各(具体地为m' 路)基带信号，该基带信号还未经过信道均衡处理，以下将其简称为 "第二基带信号"，再将该第二基带信号进行信道均^f处理后，得到经过信道均衡处理后的基带信号，以下将其筒称为"第一基带信号"。 在一个具体实施方式
中，图7中的各步骤中所述的基带信号是第 一基带信号，相应地，所述理想编码信号为各种可能的第一理想编码 信号。具体地，在步骤S31中，采用诸如最大似然或最小均方等判决 方法，将第一基带信号与各种可能的第一理想编码信号分别进行比 较，得到表示所述第一基带信号与各种可能的第一理想编码信号之间 的相似度的比较结果，从而根据该比较结果，确定最4妄近于所述第一 基带信号的一种第一理想编码信号。然后，在步骤S32中，根据预先建立的第一理想编码信号与其对应的原始信号之间的关联映射关系，选择出生成最接近于所述第 一基 带信号的一种第一理想编码信号的原始信号，并将该原始信号作为解码 信号输出。在另一个具体实施方式
中，图7中的各实施步骤中所述的基带信 号是第二基带信号，相应地，所述理想编码信号就是各种可能的第二 理想编码信号。具体地，在步骤S31中，可采用诸如最大似然或最小 均方等判决方法，将第二基带信号与各种可能的第二理想编码信号分 别进行比较，得到表示所述第二基带信号与各种可能的第二理想编码 信号之间的相似度的比较结果，从而根据该比较结果，就可以确定最 接近于所述第二基带信号的一种第二理想编码信号。然后，在步骤S32中，根据预先建立的第二理想编码信号与原始 信号之间的映射关系，选择出生成最接近于所述第二基带信号的 一种第 二理想编码信号的原始信号，并将该原始信号作为解码信号输出。根据本发明的另外一个实施方式，在接收机中完成解码功能的部 分接收第一基带信号，可采用与发射机对待编码信号进行编码的方法 相逆的方法对该第一基带信号直接进行解码，从而得到解码信号。实验结果参看表1，明显地，本发明的编码方法的复杂度与V-BLAST相似(或仅有少量增 加)，但明显低于LD码和FDFR码，这是因为LD码和FDFR码必须联 合4个符号而不是联合2个符号进行译码，而且，LD码和FDFR码的 译码延迟是V-BLAST及本发明的编码的2倍。 表中所涉及的编码矩阵如下<formula>formula see original document page 21</formula>其中，r=(Vi-i)/2<formula>formula see original document page 22</formula>其中<formula>formula see original document page 22</formula>表1. 5种全速率编码的复杂度比较(发射天线数为2)编码方法编码矩阵译码延迟 (时隙)译码关联符号数 (符号)V-BLAST公式4)12公式5)24第一种 FDFR公式6)24第二种 FDFR公式7)24本发明编码公式8)122图8显示了在双发射天线、双接收天线、16QAM条件下，在空 间非相关信道上，表1中的4种全速率编码的误码率性能，其中信道 编码所采用的Turbo码的码率为0.75,码长为204比特。图9显示了在双发射天线、双接收天线、16QAM条件下，在空 间相关信道上，表l中的4种全速率编码的误码率性能，其中信道编 码所采用的Turbo码的码率为0.75,码长为204比特。其中，采用下面的发送相关矩阵和接收相关矩阵来生成相关信道— 0.733981 0.679170&卞.461217 + 0'498549i 0.498436 + 0.538783i。^厂0.9880780.153956 - 0.000473279厂 —L-0.153957 -0.988073 + 0.00303746i上述相关矩阵对应的信道条件是发射机上的发射天线间距和接收 机上的接收天线间距都为0.5波长，发射才几上的角度扩展(angle spread, AS)为2度，到达角度(angle of arrival, AOA)为50度，接收机上 的AS为360度，AOA为67.5度。从图8和图9中，我们可以看到1. 在空间非相关信道中，不论是否使用信道编码，本发明所提供的 码与V-BLAST码的性能相同；若无信道编码，则本发明所提供的编码 的性能比所述两种FDFR码差，但在信道编码采用码率为0.75的Turbo 码时，图8中所显示的几种码的性能差异几乎可以忽略(在BER-O.Ol 时，性能差异小于0.2dB)。2. 在空间相关信道，本发明所提供的码的性能优于其余3种码，在 无信道编码时，在BER二0.01时，本发明所提供的码与两种FDFR相比 有大约1.2dB的增益，与V-BLAST相比，有10dB的增益；若信道编码 采用码率为0.75的Turbo码，则在BER-O.Ol时，本发明所提供的码与 两种FDFR相比有4dB的增益，与V-BLAST相比有13dB的增益。因此，可以看出本发明设计的全速率码融合了现有的几种全速率 码的优点V-BLAST码的低译码延时和低解码复杂度，尤其是FDFR 码在空间相关信道下的高性能。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明 并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在所附权利要求 的范围内做出各种变形或修改。
权利要求
1. 一种在MIMO系统的发射机中用于对待编码信号进行编码的方法，其中包括如下步骤a.分别采用m个编码方式对m个待编码信号进行编码，得到m个编码信号，m为大于1的整数；b.在相同时隙内通过m个天线分别发射所述m个编码信号。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤a包括所述m个编码 信号中至少有一个包含多个待编码信号的分量，且至少有两个所述编码 方式是不同的。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，假设编码矩阵G为m行2m 列的矩阵，待编码信号为包含m个元素的向量(q， ..., )，其中，所述步骤a包括利用G对c进行编码，即<formula>formula see original document page 2</formula>]得到一个m维的列向量，其中的每个元素为一个编码信号。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，编码矩阵G是由两个m 行m列的广义正交矩阵并行排列而成。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述两个广义正交矩阵 中至少一个不是单位矩阵。
6. 根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其中，所述编码矩阵 包含一个或多个待优化的未知变量。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，采用达到或逼近最大似然 误码率的低边界的原则来对所述未知变量进行优化。
8. —种在MIMO系统的发射机中用于对信号进行编码的装置，其 中包括编码装置，用于分别采用m个编码方式对m个待编码信号进行编码， 得到m个编码信号，m为大于1的整数；发射控制装置，用于在相同时隙内通过m个天线分别发射所述m个 编码信号。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中，由所述编码装置得到的m个编码信号中至少有一个包含多个待编码信号的分量，且至少有两个编 码方式是不同的。
10. 根据权利要求8或9所述的装置，假设编码矩阵G为m行2m 列的矩阵，待编码信号为包含m个元素的向量(q, ..., )，其中，所述编码装置利用G对c进行编码，即G,[Ffe(q) Fte(c2) ■ Fte(cm)力m(q) y'lm(c2) ■ yim(cm)「得到一个m维的列向量，其中的每个元素为一个编码信号。
11. 根据权利要求IO所述的装置，其中，编码矩阵G是由两个m 行m列的广义正交矩阵并行排列而成。
12. 根据权利要求11所述的装置，其中，所述两个广义正交矩阵 中至少一个不是单位矩阵。
13. 根据权利要求10至12中任一项所述的装置，其中，所述编 码矩阵包含一个或多个待优化的未知变量。
14. 根据权利要求13所述的装置，其中，采用达到或逼近最大似 然误码率的低边界的原则来对所述未知变量进行优化。
15. —种在MIMO系统的接收机中用于对所接收的基带信号进行 解码的方法，其特征在于采用对应于发射机的编码方法的方法对所述基 带信号进行解码处理，以生成解码信号。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中包括-将所述基带信号分别与各种可能的理想编码信号进行比较，以选 择最接近所述基带信号的理想编码信号；-将所选4奪的理想编码信号所对应的原始信号作为所述解码信号。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中，所述基带信号包括经信 道均衡后的基带信号中的第一基带信号，相应地，所述理想编码信号包 括采用发射机的编码方法对各种可能的原始信号进行编码后得到的第 一理想编码信号。
18. 根据权利要求16所述的方法，其中，所述基带信号包括未经 信道均衡的基带信号中的第二基带信号，相应地，所述理想编码信号包 括用传输信号的信道特征函数对所述第一理想编码信号进行处理后得到的第二理想编码信号。
19. 根据权利要求15所述的方法，其中包括-采用发射机的编码方法的逆变换对所接收的基带信号进行变换， 以生成解码信号。
20. —种在MIMO系统的接收机中用于对所接收的基带信号进行 解码的解码装置，其特征在于采用对应于发射机的编码方法的方法对 所述基带信号进行解码处理，以生成解码信号。
21. 根据权利要求20的解码装置,其包括比较装置，用于将所述基带信号分别与各种可能的理想编码信号进 行比较，得到所述基带信号与各种可能的理想编码信号之间相似的程 度；选择装置，用于根据所述基带信号与各种可能的理想编码信号之间 相似的程度，选择最接近所述基带信号的理想编码信号作为解码信号。
22. 根据权利要求21的解码装置，其中，所述基带信号包括经信 道均衡后的基带信号中的第一基带信号，相应地，所述理想编码信号包 括采用发射机的编码方法对各种可能的原始信号进行编码后得到的第 一理想编码信号。
23. 根据权利要求21的解码装置，其中，所述基带信号包括未经 信道均衡的基带信号中的第二基带信号，相应地，所述理想编码信号包 括用传输信号的信道特征函数对所述第一理想编码信号进行处理后得 到的第二理想编码信号。
24. 根据权利要求20所述的解码装置，所述解码装置包括 译码装置，用于采用发射机的编码方法的逆变换对所接收的基带信号进行变换，得到解码信号。
全文摘要
本发明涉及在MIMO系统中实现全速率传输的编码与解码的方法与装置，其中，发射机分别采用m个编码方式对m个待编码信号进行编码(m为大于1的整数)，得到m个编码信号，并将这些编码信号在相同时隙内分别经由m个发射天线发射出去，以实现全速率的发射，特别地，本发明提供了一种特殊的编码方法，采用该编码方法对待编码信号进行编码，不仅可以实现全速率的发射，而且可以提高数据传输的可靠性而不增加译码延时和译码复杂度。
文档编号H04L25/49GK101272225SQ20071003849
公开日2008年9月24日 申请日期2007年3月24日 优先权日2007年3月24日
发明者吴克颖, 朱孝龙, 杨红卫 申请人:上海贝尔阿尔卡特股份有限公司