专利名称：在无线通信系统中使用叠加调制来发送和接收数据的方法
技术领域：
本发明涉及一种发送和接收数据的方法，更具体地，涉及一种在无线通信系统中使用叠加(superposition)调制来发送和接收数据的方法。
背景技术：
现今，无线通信用户享受移动的自由。也就是说，具有移动终端的用户能够从一个地方行进到另一个地方同时与某人通话而并不失去连接。用户常常从一个服务覆盖区域移动到另一个服务覆盖区域(例如，从一个小区到另一个小区)。换句话说，该用户接收从由一个基站(BS) (或一个接入网络)所服务的一个覆盖区域到由另一个BS所服务的不同的覆盖区域的服务。这是必须的，因为移动终端每次只能被连接到一个BS。
当从一个服务覆盖区域移动到另一个服务覆盖区域时，很重要的是，用户能够继续接收服务而不中断或失去连接。这通常被称为切换(或移交)。此外，在更传统的意思上讲，在不涉及切换情形用户在当前服务覆盖区域中继续有效地接收服务，也是非常重要的。
为此，重要的是，来自BS的信号被更有效和更可靠地发送到至少一个接收端(例如，移动站或接入终端)。
发明内容
因此，本发明提出一种在无线通信系统中使用叠加调制来发送和接收数据的方法，其基本上消除了由于现有技术中的限制和缺点所带来的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供一种在具有多个天线的无线通信系统中发送至少一个数据流的方法。
本发明的另一个目的是提供一种在具有多个天线的无线通信系统中由至少一个用户接收至少一个数据流的方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于在具有多个天线的移动通信系统中由至少一个用户发送和接收至少一个数据流的系统。
本发明的另一个目的是提供一种在无线通信系统中分配资源给多个用户以用于同时发送数据的方法。
本发明的另一个目的是提供一种在无线通信系统中使用叠加调制方案来调制信号的方法。
本发明的其他优点、目的和特征将被部分陈述在随后的说明书中，并且部分将在本领域普通技术人员检查过以下内容后变得明显或从对本发明的实践中获得理解。本发明的目的和其他优点可通过本说明书及其权利要求和附图中具体指出的结构来实现和获得。
为了实现这些目的和其他优点，并且依照本发明的意图，如在此具体实施和广泛描述的，一种在具有多个天线的无线通信系统中发送至少一个数据流的方法包括通过信道编码方案对至少一个输入的数据流进行编码，将该至少一个输入的编码的数据流穿孔(puncture)为至少两个子流，使用分层调制(layer-modulation)方案对该至少两个子流进行分层调制，经由多个天线发送分层调制的子流，其中每个天线的发射功率都基于信道状态，以及由至少一个用户接收该分层调制的子流，其中每个用户都使用不同的解调方案。
在本发明的另一方面，一种在具有多个天线的无线通信系统中发送至少一个数据流的方法包括通过信道编码方案对至少一个输入的数据流进行编码，将该至少一个输入的编码的数据流穿孔为至少两个子流，使用分层调制方案对该至少两个子流进行调制，在该分层调制方案中至少一个层被相对于至少另一个层进行旋转，经由多个天线发送该分层调制的子流，其中每个天线的发射功率都基于信道状态，以及由至少一个用户接收该分层调制的子流，其中每个用户都使用不同的解调方案。
在本发明的另一方面，一种在具有多个天线的无线通信系统中由至少一个用户接收至少一个数据流的方法包括接收经由至少一个天线所发送的分层调制的子流。这里，分层调制的子流包括至少两个于流，它们被使用分层调制方案进行分层调制，并且该至少两个子流是通过穿孔至少一个编码的数据流而得到的。此外，所述至少一个天线中的每一个都使用基于信道状态的独立发射功率。
另外，在本发明的另一方面，一种用于在具有多个天线的无线通信系统中由至少一个用户发送和接收至少一个数据流的系统包括至少一个发射机和至少一个接收机。更具体地，该至少一个发射机包括信道编码器，用于通过信道编码方案编码至少一个输入的数据流；穿孔单元，用于将该至少一个输入的编码的数据流穿孔为至少两个子流；调制单元，用于使用分层调制方案对该至少两个子流进行分层调制；以及至少一个天线，用于经由多个天线发送该分层调制的子流，其中每个天线的发射功率都基于信道状态。另外，该至少一个接收机用于由至少一个用户接收该分层调制的子流，其中每个用户都使用不同的解调方案。
在本发明的另一方面，一种在无线通信系统中分配资源给多个用户以用于同时发送数据的方法包括通过信道编码方案编码至少一个输入的数据流，将该至少一个输入的编码的数据流穿孔为至少两个子流，使用分层调制方案对该至少两个子流进行调制，在该分层调制方案中至少一层被相对于至少一个其他层旋转，经由多个天线发送分层调制的子流，其中每个天线的发射功率都基于信道状态，以及由至少一个用户接收该分层调制的子流，其中每个用户使用不同的解调方案。
在本发明的另一方面，一种在具有多个天线的无线通信系统中发送和接收至少一个数据流的方法包括通过信道编码方案编码至少一个输入的数据流，将该至少一个编码的数据流穿孔为两个子流，使用不同的调制方案对该至少两个子流进行叠加调制，其中每个用户的调制方案都不同，基于信道状态对每个天线使用不同的发射功率发送叠加调制的子流，以及由至少一个用户接收叠加调制的子流，其中每个用户使用不同的解调方案。
仍然，在本发明的另一方面，一种用于在具有多个天线的无线通信系统中由至少一个用户发送和接收至少一个数据流的系统包括至少一个发射机和至少一个接收机。该至少一个发射机进一步包括信道编码器，用于通过信道编码方案对至少一个输入的数据流进行编码；穿孔单元，用于将该至少一个输入的编码的数据流穿孔为至少两个子流；调制单元，用于使用不同的调制方案对该至少两个子流进行叠加调制，其中每个用户的调制方案都不同；以及至少一个天线，用于基于信道状态对每个天线使用不同的发射功率来发送叠加调制的子流。该至少一个接收机被用于由至少一个用户接收该叠加调制的子流，其中每个用户使用不同的解调方案。
在本发明的另一方面，一种在具有多个天线的无线通信系统中发送和接收至少一个数据流的方法包括使用信道编码方案对来自多个用户的输入数据流进行编码，将该至少一个编码的数据流穿孔为至少两个子流，使用不同的调制方案对该至少两个子流以及来自至少一个其他用户的子流进行叠加预编码，基于信道状态对每个天线使用不同的发射功率来经由多个天线发送每个叠加预编码的子流，由特定用户经由至少两个天线接收发送的叠加预编码的子流，其中该特定用户从包含用于至少两个用户的数据的叠加预编码的子流中提取其数据，以及由该特定用户组合所提取的经由该至少两个天线接收的数据。
在本发明的另一方面，一种在具有多个天线的无线通信系统中发送和接收至少一个数据流的方法包括使用信道编码方案对来自多个用户的输入数据流进行编码，将来自第一用户的至少一个编码的数据流穿孔为至少两个子流，使用不同的调制方案对来自第一用户的该至少两个子流以及来自第二用户和第三用户的子流进行叠加预编码，基于信道状态对每个天线使用不同的发射功率来经由多个天线发送叠加预编码的来自第一用户、第二用户和第三用户的子流，其中第一用户的子流包括被包含在第二用户的子流中的以及包含在第三用户的子流中的数据，由第一用户经由至少两个天线接收所发送的叠加预编码的子流，其中该第一用户从包含用于第二用户和第三用户的数据的叠加预编码子流中提取其数据，以及由第一用户组合所提取的经由该至少两个天线接收的数据。
仍然，在本发明的另一方面，一种在具有多个天线的无线通信系统中接收至少一个数据流的方法包括由第一用户经由至少两个天线接收所发送的叠加预编码的子流，其中该特定用户从所接收的包含用于至少一个其他用户的数据的叠加预编码的子流中提取寻址于该特定用户的数据，以及由该特定用户组合所提取的经由至少两个天线所接收的数据。
在本发明的另一方面，一种在无线通信系统中使用叠加调制方案调制信号的方法包括从第一组调制码元中选择参考调制码元，从第二组中选择至少两个调制码元，其中该至少两个调制码元在距离上比第二组中的其他调制码元更接近于该参考调制码元，确定这些调制码元将被旋转以用于发送的旋转角，其中当第一组的参考调制码元和第二组的至少两个调制码元中的第一调制码元之间的距离等于第一组的参考调制码元和第二组的至少两个调制码元中的第二调制码元时，该旋转角被确定，以及根据该旋转角旋转至少一组调制码元。
在本发明的另一方面，一种在无线通信系统中使用叠加调制方案对至少一个数据流进行调制的方法包括确定调制码元将被旋转以用于发送的旋转角，其中当第一组的参考调制码元和第二组的至少两个调制码元中的第一调制码元之间的距离等于第一组的参考调制码元和第二组的至少两个调制码元中的第二调制码元时，该旋转角被确定。
应理解，前面对本发明的概述和随后的详细描述都是示意性和说明性的，并且意在提供对所要求的本发明的进一步阐述。
被包括进来以提供对本发明的进一步理解、并被结合进来以构成本申请一部分的附示了本发明的实施例，并与说明书一起服务于解释本发明的原理。在附图中 图1是图示在软切换/移交中，在无线通信系统中发送和接收数据的示意性框图； 图2是图示在多天线无线通信系统中发送和接收数据的示意性框图； 图3是图示叠加调制或分层调制的示意性框图； 图4图示了用于每个都使用QPSK星座(constellation)的两个用户的示意性叠加预编码方案； 图5是叠加调制的示意性框图； 图6是图示叠加调制的另一个示意性框图； 图7是另一个示意性框图，其中层1和层2都被根据BPSK调制； 图8是另一个示意性框图，其中层2信号调制星座的部分或全部都在对其执行叠加前被适当地旋转的； 图9是图示在无线通信系统中由多个用户发送和接收数据的示意性框图； 图10是图示天线之间的功率分离(splitting)的示意性框图；以及 图11是图示用于在具有多个天线的无线通信系统中由至少一个用户发送和接收至少一个数据流的系统的示意性框图。
具体实施例方式 现在将具体参照本发明的优选实施例，附图中图示了其例子。在任何可能的地方，将在所有附图中使用相同的参考数字来表示相同或相似的部分。
在无线通信系统中，数据或数据流(或多个数据流)可经由被表示为一个或多个天线的终端(或多个终端)而从单个用户或多个用户发送。换句话说，数据流可经由单个发射机或多个发射机从单个源或多个源被发送到一个或多个用户(或接收机)。也就是，相同的发射机可用于从单个源或多个源发送数据流(或信号)。可选地，不同的发射机可被用于从单个源或多个源发送该数据流。此外，从单个源发送的数据流可承载来自单个应用或多个不同应用的相同数据。而且，从不同源发送的数据流可承载相同数据或不同数据。
在发送数据流时，可以对每个天线(或发射机)应用相同或不同编码以及不同调制。相同数据流可被编码并被穿孔为至少两个不同子流。这里，每个子流可使用低阶调制。这样，该子流就可被预编码/调制(例如叠加编码)并在经由多个天线发送前被调制。
接收端可具有单个天线或多个天线，经由该单个或多个天线接收子流。接收端(例如移动终端)接收该复合信号以估计用于每个天线的信道响应并解码两个分别的子流。如果必要，该接收端可使用连续的干扰消除方案，其将首先检测/解码一个数据子流，从接收的复合信号中将其消除并从余下的部分中检测/解码另一个数据子流，依此类推。另一个方法叫做联合(joint)检测，其中多个数据子流被同时检测和解码。另一个方法叫做迭代(iterative)检测/解码或多阶段检测/解码，其中某些数据子流首先被暂时检测或解码。这些暂时输出的输出将被用作输入以检测其他数据子流，并且其他数据子流的连续暂时输出可被用作对当前数据子流的下一暂时/阶段检测/解码。这种暂时过程将被重复直到最终输出满足了预定的标准。
图1是图示在软切换/移交时，在无线通信系统中发送和接收数据的示意性框图。从发送端(例如基站、接入网络、节点B、移动站或接入终端)，数据流被使用比如turbo编码、卷积编码和里德-所罗门编码的各种信道编码方案中的任何一种进行信道编码。编码的数据流然后被穿孔为至少两个分别的数据子流。之后，这两个数据子流被使用比如叠加预编码(例如分层调制)的预编码方案预编码。在子流被叠加预编码之后，预编码的子流经由位于发射机(或多个发射机)中的每个天线被发送到接收机。这里，每个发射机或基站可具有一个以上的天线。
在图1中，每个天线代表一个基站，预编码的或分层调制的子流被从其发送。也就是说，每个基站发送相同的预编码的数据子流到接收端(例如移动站、接入终端或移动终端)。该接收端接收并组合该子流，并解码/解调以提取原始数据流。在必要时，在后面的通信中，该接收机还可以反馈比如传输成功或失败的检测结果给发射机。
如图1所示，所接收的数据流被以这样的方式组合，其中，数据流大小或长度大于/长于原始数据流。在这种情况下，长度成为两倍。长度变长的原因是被穿孔和预编码的子流被接收端组合，如图1所示。
此外，如果子流被合适地预编码/叠加调制，那么接收端能够更好地解码所接收的信号，换句话说，接收端能够使用更高的采样频率和/或多个接收天线进行过采样(over-sample)，和/或解调所接收的复合信号。此外，接收端能够接收该复合信号以估计用于每个天线的信道响应并解码两个分别的子流。
在接收端，可以应用不同的解调方案。如果可能，可以使用直接解调而不需要信道估计和均衡。然而，如果存在信道失真，可以基于每个信道和/或每个天线，或联合地，执行信道估计。
在执行了信道估计之后，能够使用包括信道均衡和联合检测(jointdetection)、连续干扰消除(SIC)、最大相似度检测和最小均方检测的方式来执行检测。信道均衡和联合检测涉及对每个信道执行信道均衡，随后进行联合检测。SIC涉及对最强信道执行信道均衡和检测，也就是说该信道更可能被成功检测/解码。之后，该最强信道在对下一个最强信道执行均衡和检测之前被从总的接收信号中减去。最大相似度检测涉及基于最大相似度标准对所有信道的联合信道均衡和检测。最小均方错误检测/解码涉及使用最小均方标准分别或联合地检测/解码信道。这样，接收端能够使用许多可用检测方案中的任何一种，包括上述方案。
在通过天线发送预编码的子流时，能够对天线之间的最优功率分离应用注水法(water-filling)，特别是在数据流从具有多于一个天线的发射机发射的情况下，以允许不同天线使用不同的发射功率。还能够对每个天线基于该天线的信道状态使用不同的编码和/或调制方案。
对于被称作分层调制的叠加预编码，其还可被称为叠加调制。该叠加预编码可被描述为一种调制类型，其中每个调制码元具有对应于流的基础部分和增强部分的比特。更具体地，叠加调制将数据流划分为所有用户都可以解码的基础部分，以及只有具有搞信噪比(SNR)或较好信道状态的用户可以解码的增强部分。例如，均一或非均一的16-QAM星座具有两(2)个比特用于基础部分以及两(2)个比特被用于增强部分。此外，对于基础部分和增强部分可以独立地执行外部编码和内部编码。
对该子流执行叠加预编码。在执行预编码(或叠加调制)时，可以使用各种调制方案。这些调制方案包括相移键控(PSK)和旋转的PSK，其可被进一步定义为二进制相移键控(BPSK)和旋转的BPSK，正交相移键控(QPSK)和旋转的QPSK，以及16PSK和旋转的16PSK。此外，其他调制方案包括具有不同幅度的正交幅度调制(QAM)、QPSK和16QAM、QPSK和64QAM、高斯最小移位键控(GMSK)和PSK、以及GMSK和QAM。优选地，对于每个发射天线应用不同调制方案。
图2是图示在多天线无线通信系统中发送和接收数据的示意性框图。为了以示区别，图2示出了在多输入多输出(MIMO)系统中使用分层调制的数据的发送和接收。更多的细节参照Byung Kwan Yi的“编码和软切换技术” (“Coding and Soft Handoff Techniques”)，美国专利申请号No.6094427。
由于图2的过程类似于图1的过程，因此以下讨论涉及那些不同于图1的过程。参考图2，直到分层调制的过程与图1中的过程是相同的。然而，在图2中，在这个例子中，预编码子流的发送是由具有多个天线--两个天线的单个发射机执行的。
对于接收端，其接收并组合叠加或分层调制的子流。这里，所接收的子流的大小/长度与每个预编码的子流的相同，也就是说所接收的子流是分层调制的。
参考上面关于叠加编码(或分层调制)的讨论，来自不同用户的数据流可被复用为在该调制级别的相同分组。为此，如所讨论的，穿孔的数据流或子流可被应用不同的调制方案并然后被复用为一个码元。
图3是图示叠加调制或分层调制的示意性框图。更具体地，参考图3，每个用户的信号或数据流可被使用低阶调制方案进行调制。之后，叠加调制的或分层调制的子流可再次通过其他复用方案复用(或叠加)。因此，该数据流可被有效地复用而不需要额外的再次处理和/或额外的频率/时间。
如图3所示，信道编码的数据流被使用低速率调制来调制，随后是预编码(或叠加/复用)。这里，每个信道编码的数据流都被通过正交相移键控(QPSK)调制，并且它们被预编码或叠加为16正交幅度调制(QAM)。该预编码包括功率分离和相位调整。
当多个用户同时被分配到指定的时间-频率隙中时，可以各种复用方案及其组合。这样，通过叠加，单个码元可服务于多个用户。
更具体地，例如，信道的用户容量通常受码元速率(或波特率)的限制。通常一个码元只能服务于一个用户。而且，复用数据流的数目不能超过每个物理信道或音调(tone)的处理增益，GP。然而，通过使用叠加，一个码元可以服务于Nm个用户，允许信道用户容量的增加。简单地表示为N≤NM x GP。
为了图示关于叠加预编码的这一点，考虑使用单个发射机来同时发送数据流到多个接收端(或用户)。该数据流可以是相同的(例如TV广播)或其可以对每个用户不同(例如发送用户专用信息的基站)。此外，还可以做出这样的假设，即可从具有多个天线的发射机发送独立数据流到每个用户。
也就是说，在发送复用的或叠加的子流(或码元)时，相同的组合的码元可通过整个波束成形(beamforming)阵列发送。这可被称作相干波束成形。可选地，每个码元或子流(例如码元星座的一些子集或每个用户的子码元)可通过不同的天线分别地或独立地发送。这可被称作相干多输入多输出(MIMO)。
而且，如果存在可用于传输的多个波束，那么可以通过空间复用实现更多的用户容量增益。更具体地，每个波束可以承载复合码元(例如单个波束成形或相干波束成形)。可选地，每个低阶调制的码元或子流例如可通过单个波束发送。可选地，可以使用波束成形方案的组合，其可被描述为一些波束能够承载复合码元而一些波束能够通过单个波束发送。
此外，可以使用空时块编码(STBC)。更具体地，在单个流STBC的情况下，STBC可在调制复用或叠加之后执行，和/或对多个输入的低阶调制的码元或子流执行。在多个流STBC的情况下，每个子流可被作为单个STBC处理，每个低阶调制码元或子流可通过单个STBC流发送，和/或一些STBC流可使用前述方案的组合，其中这些流中的每一个都被作为单个流STBC处理并且这些低阶调制的流中的每一个都通过单个STBC流被发送。
为了成功执行叠加方案，例如需要来自发送端的对于每个用户的预定速率/功率分离和来自接收端的SIC。关于功率分离的进一步讨论在下面做出。如果速率或功率分离没有预先确定的，那么发射机将使用上层信令、或前置码(preamble)或不同的导频图案提前或同时发信号给接收机(或多个接收机)。
图4示出了用于每个都使用QPSK星座的两个用户的示意性叠加预编码方案。在图3中，在时刻k发送的信号xk是这两个用户信号的和，并且可被表示为xk＝x1k+x2k。这里，每个用户都独立地解码该数据流。可以被接收端使用的解码方案可以是连续干扰消除(SIC)方案。
这里一个主要的思想是如果第一用户能够从x1成功解码其数据流，那么如果第二用户，其总SNR是与第一用户的总SNR相同或不同，应该能够从x2解码第一用户的数据。然后，该第二用户能够通过从第二用户的码字中减去第一用户的码字而更好地解码其数据流。
然而，由于来自层2调制的类似噪声的污染，对于层1码元的信道容量和解调性能(例如较高误比特率)可被降低。通过图示信道容量损耗，举例来说，该容量可由表示。然而，作为容量损耗的结果，层1的信道容量可被表示为此外，层2信道容量可被表示为而不是其中ε是由于层1能量的残余而引起的层间干扰能量。
此外，作为类似噪声污染的结果，解调性能可能被以高误比特的形式被降低。下面通过示例的方式讨论高误比特率。假设在接收端使用最大相似度检测方案。对应的码元错误概率可被表示为其中γ代表平均信噪比(SNR)，N是最近相邻者的数量，而dmin是组合调制星座的最小欧几里德(Euclid)距离。这里，由于来自层2的干扰，层1信号的最小欧几里德距离小于原始信号的。
重要的是最大化分层的或叠加的信号星座的欧几里德距离
而不改变信号功率分布。为此，信号旋转方法可被实施来使最小欧几里德距离
最大化。
图5是叠加调制的示意性框图。在图5中，层1(内层)和层2(外层)被根据QPSK方案进行调制。这里，很可能叠加调制导致了几乎非均一的16QAM。层1和层2的发射功率可被分别表示为和其中A1>A2。
叠加编码调制星座可被表示为而且，点a的位置为点b的位置为这样，叠加编码的星座的最小欧几里德距离就与被表示为的a和b之间的距离相同。
图6是图示叠加调制的另一个示意性框图。类似于图5，层1(内层)和层2(外层)被根据QPSK方案调制。然而，在图6中，层2调制星座被旋转以最大化分层的或叠加的信号星座的最小欧几里德距离。
通过旋转的层2调制星座， 点a的位置可被表示为点b的位置可被表示为点c的位置可被表示为 基于这些位置，
和
之间的欧几里德距离为此外，
和
之间的欧几里德距离为因此，对于发送数据流到两个用户的用户的最小欧几里德距离，例如可在时被最大化。
上面关于如在图4-6中描述的叠加预编码方案的讨论还可被进一步描述如下。可以选择来自第一组调制码元的参考调制码元。该参考调制码元可被定位在第一层中，并且可以是基于功率或功率级别的。这样，第一组调制码元的就能与第一层相关联。
此外，可以选择来自第二组的多个调制码元。该多个调制码元到参考调制码元的距离比第二组中其他调制码元到该参考调制码元的距离更近。这样，第二组的调制码元的可与第二层相关联。此外，每组调制码元，比如第一组和第二组，都包括多于一个的调制码元。
之后，可确定这些调制码元将被旋转以用于发射的旋转角。在此，当第一组的参考调制码元和第二组的多个调制码元中的第一调制码元之间的距离等于第一组的该参考调制码元和第二组的多个调制码元中的第二调制码元时，可以确定该旋转角。最后，调制码元的至少一个组根据该旋转角旋转。
上述讨论涉及其中两个层都使用QPSK方案时的示例。然而，上述思想并不局限于两个层都使用QPSK方案，其也可被应用于相同或不同调制类型的任何其他可能组合。例如，如图7所示，层1和层2都被根据BPSK方案调制。在此，层2 BPSK星座被旋转。因此，叠加调制导致了QPSK的结果。
而且，如图8所示，层2的信号调制星座的一些或全部可在叠加之前被适当旋转，以使得分层的或叠加的信号的最小欧几里德距离可被最大化。该思想可被应用于不同或相同调制类型的任何其他可能组合。
如所讨论的，可以基于信道状态对于不同天线使用不同发射功率。这是假设信道状态是已知的。在其中不知道信道状态的可能情况中，可对每个天线应用相等的发射功率。可选地，可以对每个天线应用预定的发射功率方案。例如，假设存在两个天线，第一天线使用指定发射功率进行发射，而第二天线使用比第一天线的发射功率更高的发射功率进行发射。
通过这样，作为示例，两个子流可通过不同的天线被独立地发送，从而允许系统实现空间复用增益(或空间分集)。而且，通过两个接收机/天线联合地解码所接收的复合流可以实现空间复用增益。
在发送端发送预编码的子流之后，接收端能够应用不同的解调方案来提取原始数据。在执行解调时，如所讨论的，优选使用直接解调而不进行信道估计和均衡。然而，如果信道状态不好或者存在信道失真，那么信道估计和均衡是必要的。这样，如果存在信道失真，那么可以每个信道和/或每个天线地执行信道估计。在信道估计之后，可执行各种检测方案。
例如，信道均衡可被执行于每个信道，随后是联合检测。而且，可使用连续干扰消除方案，其中对具有最强或最好状态的信道执行信道均衡和检测。接下来，在下一个最强信道的均衡和检测之前，将该信道从总接收的信号中减去。此外，可以使用最大相似度检测方案，其中对所有信道执行联合信道均衡和检测。
如果发射机用于同时或在相同码元(或相同时隙)中服务多个用户，那么该发射机可基于不同的服务质量(QoS)需求分配信道资源给其他被服务的用户。在此，信道资源包括发射功率、频率子带(例如OFDM音调)、子码元时间和扩展序列(例如PN码)。
例如，基于最优香农容量，对于所有用户的吞吐量和的最大化，该发射机通常发送更多功率给具有更好信道状态的用户并发送相对少的功率该具有较差信道状态的用户。作为另一个示例，对于每个用户数据速率的延迟(例如最优延迟限制容量)，该发射机可分配更多的信道资源给具有较差信道状态的较弱用户(或多个用户)，以使得该较弱用户可获得更高的数据速率。相比而言，第一示例的发射机的较强发射功率是基于具有较好/更好信道状态的用户的，而第二示例的发射机的较强发射功率是基于具有差/更弱信道状态的用户的。
发射机能够使用这两个示例的组合。更具体地，对于对延迟敏感的用户，该发射机可以使用更多的功率给具有较弱信道状态的用户进行发送。可选地，对于对吞吐量敏感的用户，该发射机可使用更多的功率给具有较强信道状态的用户进行发送。
这样，重要的是，能够准确估计用户或接收机的信道状态。为此，发射机能够在每个用户发送信号回到该发射机时估计信道状态。这种情况可应用在时分多工(TDD)情况中。可选地，每个用户或接收机可估计信道状态并通过反馈信道(例如数据速率控制(DRC)信道或信道质量指示符(CQI)信道)发送回该发射机。这种情况可应用在码分多址(CDMA)2000仅数据演进(EV-DO)中。
通常，用于较弱用户的信号可与用于具有更好信道状态的较强用户的信号一起被叠加预编码。每个用户可通过DRC信道反馈其信道状态信息到该发射机。典型地，较弱用户的数据将使用较低数据速率形式以及可能的高速信道编码和/或低阶调制来发送。例如，总发射功率的较大部分(例如2/3)可分配给具有更好信道状态的用户，而总发射功率的较小部分(例如1/3)可分配给具有较差信道状态的用户。
在该过程中，发射机可在分配信道资源给每个用户之前考虑每个用户的延迟、前向误码率(FER)和/或误比特率(BER)或其他QoS要求。如果用户具有较高数据速率要求或低延迟要求或高QoS要求，该发射机将可能使用更多的信道资源，比如更大的发射功率、更多数据音调(如果使用OFDMA的话)或更多的扩展序列(如果使用CDMA或MC-CDMA的话)。
如果相同的发射功率被使用来以叠加编码发送给两个用户，和/或这两个用户的发射功率互相接近，使得对于用户/接收机来说信号分离变得困难，那么可以使用两个不同的调制方案。例如，第一用户使用BPSK方案，而第二用户使用
旋转的BPSK方案。可选地，第一用户使用BPSK方案，而第二用户使用QPSK方案。此外，第一用户使用
BPSK方案，而第二用户使用QPSK方案，或者第一用户使用标准BPSK方案，而第二用户使用
旋转的QPSK方案。
此外，可以应用调制分集。该调制分集可被用于对现有传统调制方案的可能替换。其可被用于叠加编码(或叠加调制)或分层编码(或分层调制)方案，以使得每一层都可利用调制分集调制，或一些层(或用户)可被使用调制分集进行调制。此外，调制分集可被用在多发射机情况中，比如MIMO或多输入、单输出(MISO)，以使得来自每个天线/发射机或某些天线/发射机的信号能够被使用调制分集进行调制。
此外，调制分集还可被用于OFDM、OFDMA、MC-CDMA、CDMA频分多址(FDMA)或时分多址(TDMA)。而且，调制分集可被用于时分复用(TDM)、码分复用(CDM)或频分复用(FDM)以使得每个码元/代码/频率或某些码元/代码/频率能够被使用调制分集进行调制。
图9是图示无线通信系统中由多个用户发送数据和接收数据的示意性框图。在图9中，用户B从两个不同天线(例如，两个分别的天线阵列、两个基站、两个接入点、或它们的任何组合)接收信号，而用户A和用户C每个仅由一个天线(例如，一个天线阵列、一个基站或一个接入点)服务。在用于各个用户的数据被编码后，用于用户B的数据被穿孔，并且用户B的数据的一部分被与用户A的数据一起以单个数据分组(例如数据帧、OFDM码元、CDM码元、MC-CDMA码元或多用户分组)发送。用户B的数据的其他部分或剩余部分被与用户C的数据一起以单个数据分组(例如数据帧、OFDM码元、CDM码元、MC-CDMA码元或多用户分组)发送。
然后，寻址于所有用户的数据在被经由两个天线发送到各个用户之前被叠加编码、复用并调制。然后用户B从在两个天线接收的两个信号中减去它的数据。在用户B提取它的数据之后，其在解调之前或解码之前将它们组合。可选地，用户B还可在解调之后或解码之后将它们组合。换句话说，所提取的数据可在解调/解码之前或之后被组合。
如所讨论的，组合的子流的长度或大小可以比所发送的子流的更长，如根据图1所描述的。可选地，组合的子流的长度或大小可以与所发送的子流的长度/大小相同，如根据图2所描述的。
图10是图示天线之间的功率分离的示意性框图。在此，功率分离涉及每个天线使用不同发射功率发送子流或信号。也就是，基于发射功率的总量，每个天线地独立地分离或分配发射功率。该功率分离例如可基于信道状态。
图11是图示在具有多个天线的无线通信系统中由至少一个用户发送和接收至少一个数据流的方法的示意性框图。参考图11，该系统可包括至少一个发射机1100和至少一个接收机1105。更具体地，该至少一个发射机1100可包括信道编码器1101，用于通过信道编码方案编码至少一个输入的数据流；以及穿孔单元1102，用于将该至少一个输入的编码的数据流穿孔为至少两个子流。
此外，该发射机1100还可包括调制单元1103，用于使用分层调制方案分层调制该至少两个子流，或可选地，用于使用不同调制方案叠加调制该至少两个子流，其中每个用户的调制方案不同。此外，发射机1100还可包括至少一个天线1104，用于经由多个天线发送该分层调制的子流，其中每个天线的发射功率都是基于信道状态的，或可选地，用于基于信道状态对每个天线使用不同的发射功率来发送叠加调制的子流。
在接收端1105，可以存在至少一个接收机，用于由至少一个用户接收该分层调制的子流，其中每个用户使用不同的解调方案。
工业实用性 对本领域技术人员来说，明显的是，可以在不脱离本发明精神和范围的情况下对本发明做出各种修改和变型。因此，本发明意在覆盖处于所附权利要求及其等同体的范围之内的本发明的各种修改和变型。
权利要求
1.一种在具有多个天线的无线通信系统中发送和接收至少一个数据流的方法，该方法包括
通过信道编码方案对该至少一个输入的数据流编码；
将该至少一个输入的编码的数据流穿孔为至少两个子流；
使用分层调制方案对该至少两个子流进行分层调制；
经由多个天线发送该分层调制的子流，其中每个天线的发射功率都是基于信道状态的；以及
由至少一个用户接收该分层调制的子流，其中每个用户使用不同的解调方案。
2.如权利要求1所述的方法，其中该至少一个输入的数据流与至少一个用尸对应。
3.如权利要求1所述的方法，其中该至少一个输入的数据流被使用turbo编码、卷积编码或里德-所罗门编码中的任意一种进行编码。
4.如权利要求1所述的方法，其中叠加调制方案包括以下任意一个相移键控(PSK)和旋转的PSK、具有不同幅度的正交幅度调制(QAM)、正交PSK(QPSK)和16QAM、QPSK和64QAM、高斯最小移位键控(GMSK)和PSK、以及GMSK和QAM。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述PSK和旋转的PSK被进一步由以下任意之一定义二进制PSK(BPSK)和旋转的BPSK、QPSK和旋转的QPSK、以及16PSK和旋转的16PSK。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述解调方案包括直接解调而不进行信道估计和均衡。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述解调方案包括每个天线或每个信道的信道估计。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述解调方案进一步包括这样的检测方案其中在估计了每个信道之后执行对每个信道的信道均衡和联合检测。
9.如权利要求6所述的方法，其中所述解调方案进一步包括这样的检测方案其中在估计了每个信道之后对具有最佳信道状态的信道执行信道均衡和检测。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述检测方案在对具有其次的最佳信道状态的信道执行信道均衡和检测之前将所述具有最佳信道状态的信道从总的接收信号中减去。
11.如权利要求6所述的方法，其中所述解调方案进一步包括这样的检测方案其中在估计了每个信道之后对所有信道执行联合信道均衡和检测。
12.如权利要求6所述的方法，其中基于每个信道或基于每个天线地执行所述解调方案。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述分层调制的子流被使用不同的分层调制方案进行调制。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述分层调制的子流被使用不同发射功率发射。
15.如权利要求1所述的方法，其中所接收的分层调制的子流的长度比至少一个输入的数据流长。
16.如权利要求1所述的方法，其中利用对每个天线使用不同发射功率将所述分层调制的子流从至少一个天线发射，每个发射机具有至少一个天线。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述至少一个天线的每一个都基于每个天线的信道状态使用独立于其他天线的调制方案。
18.如权利要求1所述的方法，其中用于调制子流的传输的调制方案每个天线都不同。
19.如权利要求1所述的方法，其中在接收端所接收的分层调制的子流与每个分层调制的子流的长度相同。
20.如权利要求1所述的方法，其中所述多个天线被包括在单个发射机中。
21.一种在具有多个天线的无线通信系统中发送和接收至少一个数据流的方法，该方法包括
通过信道编码方案编码至少一个输入的数据流；
将该至少一个输入的编码的数据流穿孔为至少两个子流；
使用分层调制方案对该至少两个子流进行分层调制，在该分层调制方案中，至少一个层被相对于至少一个其他层进行旋转；
经由多个天线发送该分层调制的子流，其中每个天线的发射功率都是基于信道状态的；以及
由至少一个用户接收该分层调制的子流，其中每个用户使用不同的解调方案。
22.一种在具有多个天线的无线通信系统中由至少一个用户接收至少一个数据流的方法，该方法包括
接收经由至少一个天线发送的分层调制的子流，
其中该分层调制的子流包括至少两个子流，它们被使用分层调制方案分层调制，并且其中该至少两个子流被从至少一个编码的数据流进行穿孔而得，以及
其中所述至少一个天线的每一个都基于信道状态使用独立发射功率。
23.一种用于在具有多个天线的无线通信系统中由至少一个用户发送和接收至少一个数据流的系统，该系统包括
至少一个发射机，包括
信道编码器，用于通过信道编码方案编码该至少一个输入的数据流；
穿孔器，用于将该至少一个输入的编码的数据流穿孔为至少两个子流；
调制器，用于使用分层调制方案对该至少两个子流进行分层调制；以及
至少一个天线，用于经由多个天线发送该分层调制的子流，其中每个天线的发射功率都是基于信道状态的；以及
至少一个接收机，用于由至少一个用户接收该分层调制的子流，其中每个用户使用不同的解调方案。
24.一种在无线通信系统中分配资源给多个用户以用于同时发送数据的方法，该方法包括
对于每个用户使用不同分层调制方案调制至少两个子流；
基于从接收端发送的反馈信息，分配信道资源给每个用户以用于发送该至少两个分层调制的子流；以及
基于所分配的信道资源发送该分层调制的子流。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述反馈信息包括信道质量信息(CQI)和数据速率控制(DRC)。
26.如权利要求24所述的方法，其中在一个码元持续时间期间，所述信道资源被分配给多个用户以用于发送数据。
27.如权利要求24所述的方法，其中该分层调制的子流经由至少一个天线发送。
28.如权利要求27所述的方法，其中该至少两个天线位于一个基站或不同基站中。
29.如权利要求24所述的方法，其中所述分层调制方案包括以下任意之一相移键控(PSK)和旋转的PSK、具有不同幅度的正交幅度调制(QAM)、正交PSK(QPSK)和16QAM、QPSK和64QAM、高斯最小移位键控(GMSK)和PSK、以及GMSK和QAM。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述PSK和旋转的PSK进一步被以下任意之一定义二进制PSK(BPSK)和旋转的BPSK、QPSK和旋转的QPSK、以及16PSK和旋转的16PSK。
31.如权利要求24所述的方法，其中所述信道资源分配包括分配更多的发射功率给具有相对更强信道状态的一个或多个用户，分配更少的发射功率给具有相对较弱信道状态的一个或多个用户。
32.如权利要求24所述的方法，其中所述信道资源分配包括分配更多的发射功率给具有相对较弱信道状态的一个或多个用户，分配更少的发射功率给具有相对较强信道状态的一个或多个用户。
33.如权利要求24所述的方法，其中，对于对延迟敏感的用户或多个用户，所述信道资源分配包括分配更多的发射功率给具有相对较弱信道状态的一个或多个用户。
34.如权利要求24所述的方法，其中，对于对吞吐量敏感的用户或多个用户，所述信道资源分配包括分配更多的发射功率给具有相对较强信道状态的一个或多个用户。
35.如权利要求24所述的方法，其中所述信道资源分配考虑以下至少之一延迟、前向误码率(FER)或误比特率(BER)。
36.如权利要求24所述的方法，其中如果至少两个用户以分层调制来以用相同发射功率发送、或者如果它们的发射功率互相接近，则使用不同的分层调制方案。
37.如权利要求36所述的方法，其中所述不同的分层调制方案包括以下任意之一二进制相移键控(BPSK)用于第一用户，而
旋转的BPSK用于第二用尸；BPSK用于第一用户，而正交相移键控(QPSK)用于第二用尸；
BPSK用于第一用户，而QPSK用于第二用户；或者BPSK用于第一用户，而
BPSK用于第二用户。
38.如权利要求24所述的方法，其中该调制被应用到以下任意之一正交频分复用(OFDM)、OFDM接入(OFDMA)、码分多址(CDMA)、多载波CDMA(MC-CDMA)、频分多址(FDMA)、或时分多址(TDMA)。
39.如权利要求24所述的方法，其中该无线通信系统为码分多址(CDMA)2000仅数据演进(EV-DO)系统。
40.一种在具有多个天线的无线通信系统中发送和接收至少一个数据流的方法，该方法包括
通过信道编码方案编码至少一个输入的数据流；
将该至少一个输入的编码的数据流穿孔为至少两个子流；
使用不同调制方案对该至少两个子流进行叠加调制，其中每个用户调制方案都不同；
基于信道状态对每个天线使用不同的发射功率发送该叠加调制的子流；以及
由至少一个用户接收该叠加调制的子流，其中每个用户使用不同的解调方案。
41.如权利要求40所述的方法，其中每个调制方案都是低速率调制方案。
42.如权利要求40所述的方法，其中所述叠加调制的子流的数目少于或等于每个物理信道。
43.如权利要求40所述的方法，其中所述叠加调制的子流通过整个波束成形阵列发送。
44.如权利要求40所述的方法，其中所述叠加调制的子流的每个子流都经由不同天线独立发送。
45.如权利要求40所述的方法，其中每个所述叠加调制的子流都通过单个波束发送。
46.如权利要求40所述的方法，进一步包括在叠加调制之后执行空-时块编码(STBC)。
47.如权利要求40所述的方法，进一步包括对叠加调制子流执行空-时块编码(STBC)。
48.如权利要求40所述的方法，其中每个叠加调制的子流都是单个流空-时块编码(STBC)。
49.如权利要求40所述的方法，其中每个叠加调制的子流都通过单个空-时块编码(STBC)流发送。
50.如权利要求40所述的方法，其中一些叠加调制的子流中的每一个都是单个流空-时块编码(STBC)，或者一些叠加调制的子流中的每一个都通过STBC流发送。
51.如权利要求40所述的方法，其中由每个天线使用的发射功率都是为每个用户预先确定的。
52.一种用于在具有多个天线的无线通信系统中由至少一个用户发送或接收至少一个数据流的系统，该系统包括
至少一个发射机，包括
信道编码器，用于通过信道编码方案编码该至少一个输入的数据流；
穿孔单元，用于将该至少一个输入的编码的数据流穿孔为至少两个子流；
调制单元，用于使用不同的调制方案对该至少两个子流进行叠加调制，其中每个用户的调制方案是不同的；以及
至少一个天线，用于基于信道状态对每个天线使用不同的发射功率来发送叠加调制的子流；以及
至少一个接收机，用于由至少一个用户接收该叠加调制的子流，其中每个用户使用不同的解调方案。
53.一种在具有多个天线的无线通信系统中发送和接收至少一个数据流的方法，该方法包括
使用信道编码方案编码来自多个用户的输入的数据流；
将至少一个编码的数据流穿孔为至少两个子流；
使用不同的调制方案对该至少两个子流与来自至少一个其他用户的子流一同进行叠加预编码；
基于信道状态对每个天线使用不同的发射功率来经由多个天线发射每个叠加预编码的子流；
由特定用户经由至少两个天线接收所发送的叠加预编码的子流，其中该特定用户从包含用于至少两个用户的数据的叠加预编码的子流中提取其数据；以及
由该特定用户组合所提取的经由所述至少两个天线接收的数据。
54.如权利要求53所述的方法，其中该特定用户处于软切换中。
55.如权利要求53所述的方法，其中所述分层调制的子流被对于每个天线使用不同发射功率地从至少一个天线发射，每个发射机具有至少一个天线。
56.如权利要求55所述的方法，其中所述至少一个天线的每一个都基于每个天线的信道状态使用独立于其他天线的调制方案。
57.如权利要求53所述的方法，其中用于发送调制的子流的调制方案每个天线都不同。
58.如权利要求53所述的方法，其中在接收端所接收的分层调制的子流的长度与每个分层调制的子流的长度相同。
59.如权利要求53所述的方法，其中所述至少两个天线被包括在至少两个发射机中。
60.如权利要求53所述的方法，其中所述多个天线由以下任意之一表示多个天线阵列、多个波束、多个基站、以及多个通信信道。
61.如权利要求53所述的方法，其中所提取的数据在解调之前或解码之前被组合。
62.如权利要求53所述的方法，其中所提取的数据在解调之后或解码之后被组合。
63.一种在具有多个天线的无线通信系统中发送和接收至少一个数据流的方法，该方法包括
使用信道编码方案编码来自多个用户的输入的数据流；
将来自第一用户的至少一个编码的数据流穿孔为至少两个子流；
使用不同的调制方案对来自第一用户的所述至少两个子流与来自第二用户和第三用户的子流一同进行叠加预编码；
基于信道状态对每个天线使用不同的发射功率来经由多个天线发送叠加预编码的来自第一用户、第二用户和第三用户的子流，其中所述第一用户的子流包括被包含在所述第二用户的子流中以及在所述第三用户的子流中的数据；
由第一用户经由至少两个天线接收所发送的叠加预编码的子流，其中第一用户从包含用于第二用户和第三用户的数据的叠加预编码的子流中提取其数据；以及
由第一用户组合所提取的经由所述至少两个天线接收的数据。
64.一种在具有多个天线的无线通信系统中接收至少一个数据流的方法，该方法包括
由第一用户经由至少两个天线接收所发送的叠加预编码的子流，其中该特定用户从所接收的包含用于至少一个其他用户的数据的叠加预编码的子流中提取寻址于该特定用户的数据；以及
由该特定用户组合所提取的经由所述至少两个天线接收的数据。
65.如权利要求64所述的方法，其中使用不同的调制方案执行所述叠加预编码。
66.如权利要求65所述的方法，其中所述叠加预编码的子流是基于信道状态对每个天线使用不同的发射功率来经由多个天线发送的。
67.一种在无线通信系统中使用叠加调制方案调制信号的方法，该方法包括
从第一组调制码元中选择参考调制码元；
从第二组中选择至少两个调制码元，其中该至少两个调制码元在到所述参考调制码元的距离上比第二组中其他调制码元更近，
确定这些调制码元将被旋转以用于传输的旋转角，其中当第一组的所述参考调制码元和第二组的所述至少两个调制码元中的第一调制码元之间的距离等于第一组的所述参考调制码元和第二组的所述至少两个调制码元中的第二调制码元时，该旋转角被确定；以及
根据该旋转角，旋转至少一组所述调制码元。
68.如权利要求67所述的方法，其中每一组调制码元包括至少一个调制码元。
69.如权利要求67所述的方法，其中所述参考调制码元位于层1中。
70.如权利要求67所述的方法，其中所述参考调制码元基于功率位于层1中。
71.如权利要求67所述的方法，其中所述第一组调制码元与第一层相关联，而所述第二组调制码元与第二层相关联。
72.如权利要求71所述的方法，进一步包括发送复用的调制码元，其是从所述第一组和第二组复用的调制码元。
73.如权利要求67所述的方法，其中所述第二组调制码元被旋转以使叠加的信号星座的最小距离最大化。
74.如权利要求67所述的方法，其中叠加调制的星座被表示为其中第一点a的位置为第二点b的位置为其中最小化欧几里德距离与a和b之间的距离相同，表示为
75.如权利要求74所述的方法，其中与所述第二组相关联的星座被旋转，由此，第一点a的位置变成第二点b的位置变成第三点c的位置变成
76.如权利要求75所述的方法，其中
和
之间的欧几里德距离为而
和
之间的欧几里德距离为
77.如权利要求76所述的方法，其中当时，最小欧几里德距离被最大化。
78.一种在无线通信系统中使用叠加调制方案来调制至少一个数据流的方法，该方法包括
确定调制码元将被旋转以用于传输的旋转角，其中当第一组的参考调制码元和第二组的至少两个调制码元中的第一调制码元之间的距离等于第一组的所述参考调制码元和第二组的所述至少两个调制码元中的第二调制码元时，该旋转角被确定。
79.如权利要求78所述的方法，进一步包括
从第一组的调制码元中选择所述参考调制码元；以及
从第二组中选择至少两个调制码元，其中该至少两个调制码元在到所述参考调制码元的距离上比第二组中其他调制码元更近。
80.如权利要求79所述的方法，进一步包括根据该旋转角旋转至少一组调制码元。
全文摘要
公开了一种在具有多个天线的无线通信系统中使用叠加调制发送和接收数据的方法。更具体地，该方法包括通过信道编码方案对至少一个输入的数据流编码，将该至少一个输入的编码的数据流穿孔为至少两个子流，使用分层调制方案对该至少两个子流进行分层调制，经由多个天线发送该分层调制的子流，其中每个天线的发射功率都基于信道状态，以及由至少一个用户接收该分层调制的子流，其中每个用户使用不同的解调方案。
文档编号H04L27/34GK101444060SQ200780004284
公开日2009年5月27日 申请日期2007年2月1日 优先权日2006年2月1日
发明者述 王, 尹永哲, 金相国, 孙立相, 权纯逸, 李锡雨, 金浩彬, 易炳宽 申请人:Lg电子株式会社