专利名称：空时编码发射方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种空时编码发射方法和装置。
背景技术：
下一代无线通信系统将提供更好的语音质量和更快的数据传输率，但是，时变的 多径传输环境、有限的带宽资源以及用户对服务的需求使得下一代无线通信系统难以实现 其上述功能，目前，解决该问题的一个有效方法是采用空时处理技术。 在相关技术中，已经提出了一种超正交空时网格码，这种编码结合了空时分组码 和空时网格码，可以提供比单纯的网格码和分组码更好的分集增益和编码增益。该超正交 空时网格码的主要思想是通过星座旋转和超正交码的最佳分区设计出全速率、全分集并 且解码相对简单的超正交空时网格码，同时提供了速率和编码增益之间的权衡。但是在发 射天线数大于2时，这种超正交空时网格码不能达到全速率。这是因为超正交空时网格码 的内码采用正交分组码，而正交分组码的复正交设计在发射天线数大于2的情况下，最大 速率只能达到全速率的3/4。 为了解决在发射天线数大于2时超正交空时网格码不能达到全速率的问题，可以 考虑采用准正交分组码来替代其中的正交分组码做内码。准正交分组设计可以使编码速率 达到最大，并且由于准正交分组码具有成对符号最大似然解码特性，所以仍然保留了解码 的简单性。基于此，在相关技术中提出了基于星座旋转的准正交设计与空时网格码相结合 的编码设计，称之为超准正交空时网格码(Quasi-Orthogonal Space-Time Blocks Codes, 简称为Q0STBC)。超准正交空时网格码通过旋转部分信号星座并乘以不同旋转矩阵，以准正 交分组码作内码，网格码作外码，从而可以提供各种状态下的全速率、全分集和高编码增益 的编码，同时也提供了编码增益与速率之间的权衡。但是，通过对信号旋转而达到全速率和 全分集的准正交空时网格码会带来星座扩展。 在目前的多天线移动通信系统中，通常根据基站端不同的天线配置情况来设计不 同的发射分集方案，即，在设置有两根天线的基站采用两天线空时处理方案，在设置有四根 天线的基站采用四天线空时处理方案等。目前对于不同天线数采用不同的空时处理方案不 仅增加了系统的复杂度和成本，并且一旦在基站端出现一根或者几根天线不能正常工作的 情况，整个基站就会瘫痪。
发明内容
针对目前全速率、全分集的准正交空时网格码中会带来星座扩展，以及对于不同 天线数采用不同的空时处理方案会增加系统的复杂度和成本的问题而提出本发明，为此， 本发明旨在提供一种多天线空时处理方法和装置，以解决上述问题至少之一。
根据本发明的一个方面，提供了 一种空时编码发射方法。 根据本发明的空时编码发射方法，应用于基于准正交空时编码方案的多天线通信 系统，包括如下操作设置多个权值矩阵，其中，根据信道编码速率设置多个权值矩阵的个数，根据天线个数和多个权值矩阵的个数设置各权值矩阵的权值向量的维数，并将各权值 矩阵设置为正交矩阵；根据多个权值矩阵的个数对待发射数据进行编码，得到分集编码数 据矩阵，并分别使用多个权值矩阵对分集编码数据矩阵中将在预定时刻发送的多路分集编 码数据进行加权运算，得到多个多路加权分集编码数据；对于多个多路加权分集编码数据 中的每个多路加权分集编码数据，分别在不同的天线组进行发射，其中，一个天线组对应于 一个多路加权分集编码数据。 优选地，根据信道编码速率设置多个权值矩阵的个数包括将多个权值矩阵的个 数设置为对信道编码速率的倒数进行向上取整得到的数值。 优选地，根据天线个数和多个权值矩阵的个数设置各权值矩阵的权值向量的维数 包括将权值矩阵的维数设置为天线个数除以多个权值矩阵的个数得到的数值，其中，天线 个数为大于4的偶数。 优选地，在根据信道编码速率设置多个权值矩阵的个数之后，上述方法还包括根 据多个权值矩阵的个数将天线进行分组，其中，天线的组数与多个权值矩阵的个数相同。
优选地，将各权值矩阵设置为正交矩阵包括将每个权值矩阵中不同的权值向量 设置为相互正交，将各权值矩阵设置为相互正交。 优选地，使用多个权值矩阵对分集编码数据矩阵中将在预定时刻发送的多路分集 编码数据进行加权运算包括对于多路分集编码数据中的每路分集编码数据，分别将其与 预定时刻该路分集编码数据对应的权值矩阵的权值向量相乘。 优选地，对于多个多路加权分集编码数据中的每个多路加权分集编码数据，分别
在不同的天线组进行发射包括对于多路加权分集编码数据中的每路加权分集编码数据，
分别在多路加权分集编码数据对应的天线组中的一根天线上进行发射。 优选地，待发射数据为经过信道编码和星座图调制的数据。 根据本发明的另一方面，提供了一种空时编码发射装置。
根据本发明的空时编码发射装置包括设置模块，用于设置多个权值矩阵；编码
模块，用于根据设置模块设置的多个权值矩阵的个数对待发射数据进行编码，得到分集编
码数据矩阵；加权运算模块，用于分别使用设置模块设置的多个权值矩阵对分集编码数据
矩阵将在预定时刻发送的多路分集编码数据进行加权运算，得到多个多路加权分集编码数
据；发射模块，用于对于多个多路加权分集编码数据中的每个多路加权分集编码数据，分别
在不同的天线组进行发射，其中，一个天线组对应于一个多路加权分集编码数据。 优选地，设置模块包括第一设置子模块，用于根据信道编码速率设置多个权值矩
阵的个数；第二设置子模块，用于根据天线个数和多个权值矩阵的个数设置各权值矩阵的
权值向量的维数；第三设置子模块，用于将各权值矩阵设置为正交矩阵。 通过本发明，根据设置的编码矩阵对待发射数据生成的分集编码数据进行加权运 算，然后将加权运算后的分集编码数据在天线组上发射，解决了目前全速率、全分集的准正 交空时网格码中会带来星座扩展，以及对于不同天线数采用不同的空时处理方案会增加系 统的复杂度和成本的问题，进而获得全分集和最大编码增益以及较低的编码复杂度，并且 没有带来附加的星座扩展。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发
明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中 图1是根据本发明实施例的空时编码发射方法的流程图； 图2是根据本发明实施例的空时编码发射方法的详细流程图； 图3是根据本发明实施例的空时编码发射装置的结构框图； 图4是根据本发明实施例的空时编码发射装置的具体结构框图； 图5是根据本发明实施例的包括空时编码发射装置的系统的结构框图。
具体实施方式
功能概述 本发明实施例提供了空时编码发射方法和装置，上述方法适用于多种天线配置的
统一的基于虚拟天线的准正交空时编码进行发射的通信系统，本发明实施例还提供一种天
线较多(大于4)时的多天线发射方法。本发明实施例采用准正交码的设计中引入旋转因
子(也可以称为权值矩阵，这并不影响发明的本质)，即，单位圆上的一个复数，一旦旋转因
子被正确选择，这种编码就可以获得全分集和最大编码增益。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 方法实施例 根据本发明的实施例，提供了一种空时编码发射方法，应用于基于准正交空时编 码方案的多天线通信系统。图1是根据本发明实施例的空时编码发射方法的流程图，如图 1所示，该方法包括步骤S102至步骤S106，具体操作如下 步骤S102，设置多个权值矩阵，其中，根据信道编码速率设置多个权值矩阵的个 数，根据天线个数和多个权值矩阵的个数设置各权值矩阵的权值向量的维数，并将各权值 矩阵设置为正交矩阵； 步骤S104，根据多个权值矩阵的个数对待发射数据进行编码，得到分集编码数据 矩阵，并分别使用多个权值矩阵对分集编码数据矩阵中将在预定时刻发送的多路分集编码 数据进行加权运算，得到多个多路加权分集编码数据； 步骤S106，对于多个多路加权分集编码数据中的每个多路加权分集编码数据，分
别在不同的天线组进行发射，其中，一个天线组对应于一个多路加权分集编码数据。 通过该实施例，可以把不同天线配置系统的发射分集方法进行统一，增加了信号
的覆盖范围；采用准正交码的设计获得全分集和最大编码增益和较低的编码复杂度，并且
没有带来附加的星座扩展。 此外，本发明实施例提供的空时编码发射方法对天线的间距没有要求，在大天线 间距下也可以正常工作，与QOSTBC相比，这种方法有更大的编码增益和较低的编码复杂 度，且没有带来附加的星座扩展。 下面将结合实例对本发明实施例进行详细描述。 图2是根据本发明实施例的空时编码发射方法的详细流程图，如图2所示，该实施 例以设置有四根天线、并采用准正交分组空时发射分集编码方案的基站为例，对本发明实 施例的实现过程进行详细说明，该方法包括步骤S202至步骤S210，具体操作如下
6
步骤S202 :发射端根据信道编码速率来确定权值矩阵的个数，即，将多个权值矩 阵的个数设置为对信道编码速率的倒数进行向上取整得到的数值，每一个权值矩阵可以包 括W个权值向量；此后，根据多个权值矩阵的个数将天线进行分组，其中，天线的组数与多 个权值矩阵的个数相同；
乂
水
权值矩阵与分集编码后的四路数 具体地，若信道编码速率为K/N，则选择
据相乘，其中，N、K为正整数，「 "l表示向上取整；例如，K二 1，N = 4，即信道编码速率为1/4， 权值矩阵的个数为4 ;因此，将天线分为四个天线组第11 、 12、 13、 14号天线为第一天线组， 第21、22、23、24号天线为第二天线组，第31、32、33、34号天线为第三天线组，第41、42、43、 44号天线为第四天线组； 步骤S204 :发射端根据天线个数和多个权值矩阵的个数设置各权值矩阵的权值 向量的维数，即，将权值矩阵的维数设置为天线个数除以多个权值矩阵的个数得到的数值， 其中，天线个数为大于4的偶数； 具体地，若基站端天线个数为M，其中，M为大于4的偶数；则将M根天线分4组，每 一组的天线数为M/4 ;每一个权值矩阵中4个权值向量的维数分别和这四组天线的个数相 等；例如，天线个数M = 16，即权值向量的维数为4 ; 步骤S206 :发射端确定各个权值矩阵及权值向量；即，将各权值矩阵设置为正交 矩阵，也就是说，将每个权值矩阵中不同的权值向量设置为相互正交，将各权值矩阵设置为 相互正交； 具体地，在设计权值矩阵时遵循正交的选择，每一组权值矩阵中4个不同的权值 向量是正交的，不同的权值矩阵也是正交的，这样就能够使不同权值向量对应的波束的波 瓣重合的面积很小，四组权值矩阵产生的波束覆盖范围达到最大；
例如，假设这四个权值矩阵分别为W、W2、W3、W4 ;其中， <formula>formula see original document page 7</formula> <formula>formula see original document page 7</formula> 以上步骤S202至步骤S206即上述的步骤S102 ; 步骤S208 :发射端对经过信道编码和星座图调制的待发射数据X根据天线的发射 方案(即，上述多个权值矩阵的个数)进行编码，得到分集编码数据矩阵，其中，上述分集编 码数据矩阵包括多路分集编码数据(即，上述步骤S104); 例如，以4天线准正交空时分组编码处理方案为基准，该实施例的数据路数为4， 即将1路待发射数据编码为4路分集编码数据；假设X = [Xl， X2， X3， X4];则经过准正交空 时分组编码处理后的数据XD为
由XD可以看出，第1列的数据
<formula>formula see original document page 8</formula>第2列的数据<formula>formula see original document page 8</formula>为准正交关系； 步骤S210 :发射端交替使用各个权值矩阵中的一个权值矩阵依次对分集编码数 据矩阵中将在各时刻发送的多路分集编码数据进行加权运算后在各天线组进行发射，其 中，各权值矩阵中的每个权值向量分别对应一个天线组，每个天线组对应一路分集编码数 据(即，上述步骤S106); 具体地，上述的加权运算是指对于多路分集编码数据中的每路分集编码数据，分 别将其与预定时刻该路分集编码数据对应的权值矩阵的权值向量相乘；也就是说，将在某 一时刻发送的一路数据与该时刻该路数据对应的权值向量相乘，并在对应的天线组发送; 对于多路加权分集编码数据中的每路加权分集编码数据，分别在多路加权分集编码数据对 应的天线组中的一根天线上进行发射，也就是说，天线组内的每根天线发送权值向量的一 个权值与该数据相乘所得的加权数据； 例如第一时刻发送的分集编码数据为X"[1]:<formula>formula see original document page 8</formula>
，= 其中，XD的每一列表示不同天线上要发送的1路数据，每一行表示不同时刻要发 送的数据；x一表示Xi的共轭，i = 1，2，3，4;假设调制方式为QPSK，为避免QPSK星座扩展，
可以取^ =丁 = ' = 1,2.<formula>formula see original document page 8</formula>XD[l]中的第l路数据对应<formula>formula see original document page 9</formula>
第2路数据对应<formula>formula see original document page 9</formula>
第3路数据对应<formula>formula see original document page 9</formula>
第4路数据
对应:<formula>formula see original document page 9</formula> 将<formula>formula see original document page 9</formula>送入第一天线组发送，即第11根天线发送 第12根天线发送v^e^、.第13根天线发送w"e"、第14根天线发送w^"、
<formula>formula see original document page 9</formula>
将<formula>formula see original document page 9</formula>
送入第二天线组发送，即第21根天线发送
—A一 < ，第22根天线发送—m42,'& ，第23根天线发送—h43,' & ，第24根天线发送
<formula>formula see original document page 9</formula>送入第三天线组发送，即第31根天线发送
<formula>formula see original document page 9</formula>
第32根天线发送w;/V、第33根天线发送"/V、第34根天线发送 将-<formula>formula see original document page 9</formula>，第42根天线发送-& ,第43根天线发送-^ x4 ，第44根天线发送
<formula>formula see original document page 9</formula>送入第四天线组发送，即第41根天线发送《《《
《W242W342W442
《W243W3 w443
《《
w w21 w31 w41
《《 w332 w〗2
《《《《
Wl34 《《《
《《《《
《《W322《
《《《
《《《《 第二时刻发送的分集编码数据为X"[2]:
与第二时刻对应的第二
水
权值矩阵『2 =
的权值向量分别为W2的各列； 第三时刻发送的分集编码数据为义"[3]:
与第三时刻对应的第三个
权值矩阵『3 =
的权值向量分别为W3的各列； 第四时刻发送的分集编码数据为^。[4]=
;与第四时刻对应的第四个权
值矩阵『4
的权值向量分别为W4的各列；后续时刻的加权运算和发
送方法可依此类推，在此不再赘述。 通过该实施例，采用本发明实施例的准正交空时编码发射方法可以把不同天线配 置系统的发射分集方法进行统一，当发射端一组天线中有少数天线出现故障时，并不影响 整个系统的正常运行；例如，在该实施例中，假设第一组发射天线的第12号出现故障无法 发射信号；在接收端，只是该天线所对应的信道响应矩阵的分量为O，但系统仍然可以照常使用。 装置实施例 根据本发明的实施例，提供了一种空时编码发射装置。图3是根据本发明实施例 的空时编码发射装置的结构框图，如图3所示，该装置包括设置模块30、编码模块32、加权 运算模块34、发射模块36，下面对上述结构进行描述。 设置模块30，用于设置多个权值矩阵。编码模块32，连接至设置模块30，用于根据 设置模块30设置的多个权值矩阵的个数对待发射数据进行编码，得到分集编码数据矩阵。
加权运算模块34，连接至设置模块30和编码模块32，用于分别使用设置模块30 设置的多个权值矩阵对编码模块32编码得到的分集编码数据矩阵将在预定时刻发送的多 路分集编码数据进行加权运算，得到多个多路加权分集编码数据。 发射模块36，连接至加权运算模块34，用于对于加权运算模块34得到的多个多路 加权分集编码数据中的每个多路加权分集编码数据，分别在不同的天线组进行发射，其中， 一个天线组对应于一个多路加权分集编码数据。 图4是根据本发明实施例的空时编码发射装置的具体结构框图，如图4所示，设置 模块30包括第一设置子模块302，用于根据信道编码速率设置多个权值矩阵的个数；第二 设置子模块304，用于根据天线个数和多个权值矩阵的个数设置各权值矩阵的权值向量的 维数；第三设置子模块306，用于将各权值矩阵设置为正交矩阵。 通过该实施例，提供了空时编码发射装置，可以把不同天线配置系统的发射分集 方法进行统一，增加了信号的覆盖范围；采用准正交码的设计获得全分集和最大编码增益 和较低的编码复杂度，并且没有带来附加的星座扩展。 图5是根据本发明实施例的包括空时编码发射装置的系统的结构框图，如图5所 示，该系统包括信道编码单元50、星座图映射单元52、准正交空时编码单元54、加权处理 单元56和天线组58，下面对上述结构进行描述。 信道编码单元50，用于对待发射数据进行信道编码并输出。星座图映射单元52， 连接至信道编码单元50，用于对信道编码单元50输出的待发射数据进行星座图映射并输 出。 准正交空时编码单元54(即，上述编码模块32)，连接至星座图映射单元52，用于 按照设定的发射分集编码方案(即，上述设置模块30设置的多个权值矩阵)将经信道编码 单元编码50，并经星座图映射单元52映射处理后的待发射数据进行准正交空时编码，生成
L路编码数据
.1
.2
Xi 乂i
Xj 乂l
，其中，x/为在t(t = 1，2，
T)时刻
发射的第l路编码数据。 加权处理单元56 (即，上述加权运算模块34)，连接至准正交空时编码单元54，用 于接收准正交空时编码单元54输出的L路编码数据。 天线组58，包括第1天线组，......第L天线组，分别连接至加权处理单元56，(上
述发射模块36)通过天线组58发射加权处理单元56处理后的编码数据。 具体地，加权处理单元56对于编码数据中的每一个进行如下操作将权值矩
阵中的第1(1 = 1，2，…，L)个权值向:
<formula>formula see original document page 11</formula>
的各元素分别与X/相乘获得k个加权编
码数据；将k个加权编码数据分别在第1个天线组58的k个天线发射；上述加权处理单元 56使用的各权值矩阵相互正交，并且权值矩阵中的各权值向量相互正交；权值矩阵的个数为. <formula>formula see original document page 11</formula>
，其中，V为信道编码单元50的信道编码速率，「"]表示向上取整。
通过本发明的上述实施例，根据设置的编码矩阵对待发射数据生成的分集编码数 据进行加权运算，然后将加权运算后的分集编码数据在天线组上发射，解决了目前全速率、 全分集的准正交空时网格码中会带来星座扩展，以及对于不同天线数采用不同的空时处理 方案会增加系统的复杂度和成本的问题，进而获得全分集和最大编码增益以及较低的编码 复杂度，并且没有带来附加的星座扩展。 显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用 的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成 的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储 在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们 中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的 硬件和软件结合。 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1权利要求
一种空时编码发射方法，应用于基于准正交空时编码方案的多天线通信系统，其特征在于，所述方法包括设置多个权值矩阵，其中，根据信道编码速率设置所述多个权值矩阵的个数，根据天线个数和所述多个权值矩阵的个数设置各权值矩阵的权值向量的维数，并将所述各权值矩阵设置为正交矩阵；根据所述多个权值矩阵的个数对待发射数据进行编码，得到分集编码数据矩阵，并分别使用所述多个权值矩阵对所述分集编码数据矩阵中将在预定时刻发送的多路分集编码数据进行加权运算，得到多个多路加权分集编码数据；对于所述多个多路加权分集编码数据中的每个多路加权分集编码数据，分别在不同的天线组进行发射，其中，一个天线组对应于一个多路加权分集编码数据。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据信道编码速率设置所述多个权 值矩阵的个数包括将所述多个权值矩阵的个数设置为对所述信道编码速率的倒数进行向上取整得到的 数值。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据天线个数和所述多个权值矩阵 的个数设置各权值矩阵的权值向量的维数包括将所述权值矩阵的维数设置为所述天线个数除以所述多个权值矩阵的个数得到的数 值，其中，所述天线个数为大于4的偶数。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据信道编码速率设置所述多个 权值矩阵的个数之后，所述方法还包括根据所述多个权值矩阵的个数将天线进行分组，其中，所述天线的组数与所述多个权 值矩阵的个数相同。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述各权值矩阵设置为正交矩阵 包括将每个权值矩阵中不同的权值向量设置为相互正交，将各权值矩阵设置为相互正交。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用所述多个权值矩阵对所述分集 编码数据矩阵中将在预定时刻发送的多路分集编码数据进行加权运算包括对于所述多路分集编码数据中的每路分集编码数据，分别将其与所述预定时刻该路分 集编码数据对应的权值矩阵的权值向量相乘。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述多个多路加权分集编码数据中 的每个多路加权分集编码数据，分别在不同的天线组进行发射包括对于所述多路加权分集编码数据中的每路加权分集编码数据，分别在所述多路加权分 集编码数据对应的天线组中的一根天线上进行发射。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待发射数据为经过信道编码和星座 图调制的数据。
9. 一种空时编码发射装置，其特征在于，包括 设置模块，用于设置多个权值矩阵；编码模块，用于根据所述设置模块设置的所述多个权值矩阵的个数对待发射数据进行 编码，得到分集编码数据矩阵；加权运算模块，用于分别使用所述设置模块设置的所述多个权值矩阵对所述分集编码 数据矩阵将在预定时刻发送的多路分集编码数据进行加权运算，得到多个多路加权分集编 码数据；发射模块，用于对于所述多个多路加权分集编码数据中的每个多路加权分集编码数 据，分别在不同的天线组进行发射，其中，一个天线组对应于一个多路加权分集编码数据。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述设置模块包括 第一设置子模块，用于根据信道编码速率设置所述多个权值矩阵的个数； 第二设置子模块，用于根据天线个数和所述多个权值矩阵的个数设置各权值矩阵的权 值向量的维数；第三设置子模块，用于将所述各权值矩阵设置为正交矩阵。
全文摘要
本发明公开了一种空时编码发射方法和装置，上述方法包括设置多个权值矩阵，其中，根据信道编码速率设置多个权值矩阵的个数，根据天线个数和多个权值矩阵的个数设置各权值矩阵的权值向量的维数，并将各权值矩阵设置为正交矩阵；根据多个权值矩阵的个数对待发射数据进行编码，得到分集编码数据矩阵，并分别使用多个权值矩阵对分集编码数据矩阵中将在预定时刻发送的多路分集编码数据进行加权运算，得到多个多路加权分集编码数据；对于多个多路加权分集编码数据中的每个多路加权分集编码数据，分别在不同的天线组进行发射。本发明获得全分集和最大编码增益以及较低的编码复杂度，并且没有带来附加的星座扩展。
文档编号H04L1/06GK101729210SQ200810168360
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月28日 优先权日2008年10月28日
发明者刘文豪, 李岩, 王衍文 申请人:中兴通讯股份有限公司