CN100571101C - 高传输速率的分集发射与接收 - Google Patents

Abstract

通过利用变换的正交代码，以代码对信道统计鲁棒并且在Ricean信道和(相关)Rayleigh信道内都能良好运行的方式，形成传输代码矩阵，来提高无线移动系统的性能和码元速率。此外，本发明使用多发射天线以及一个或多个接收天线来实现高码元速率传输，同时，可以获得高分集数量级和高码元速率或数据速率。

Description

高传输速率的分集发射与接收

有关专利申请的交叉参考

本专利申请要求2002年1月4日提交的美国临时专利申请60/346482的优先权。

技术领域

本发明涉及用于在通信系统中在空间和时间/频率上实现联合高数据传输和分集的方法和系统。

背景技术

无线通信系统中的信号传输容易受到衰落，这种衰落通常降低可实现的吞吐量和数据速率，或者可实现的服务质量。具有障碍物的传输环境产生多径信号传播，并且有效接收信号功率组合在一起的功率可以显著减小链路容量。此外，因为发射机与接收机之间的相对速度，或者发射机与接收机之间的中间物体，这种衰落在时间和空间上动态变化。

对衰落信道的典型对策是采用具有多个接收天线的接收机分集。实现多个接收天线通常昂贵，随后开始寻找替换解决方案。发射分集(transmit diversity)是替换解决方案，在该解决方案中，使用不止一个发射天线发射信号。这两种技术均建立人工多径信道，并且显著降低所有信道同时失败的概率，从而提高接收信号的质量。

授予Alamouti等人的美国专利6,185,258公开了一种发射分集解决方案，在此引用该专利供参考。下面的等式(1)示出Alamouti的矩阵C_Ala，其中每行对应于发射天线，或射束(beam)，而每列对应于码元周期。

$C_{\mathrm{Ala}}(z_1,z_2)=\left[\begin{array}{cc}{z}_1& -{z_2}^{*}\\ z_2& {z_1}^{*}\end{array}\right]---\left(1\right)$

Alamouti的解决方案被称为2×2时空块码(space-time blockcode)，因为在两个码元周期期间，它采用了两个发射天线或射束。作为在不同码元周期期间发射不同列的时分的替换方法，可以使用可用传输资源的任何大致正交的分割，例如，可以使用不同频率的副载波或傅里叶/小波波形(空间频率代码)或不同的(扩展)码(空间码代码)。为了强调大量使用给定代码矩阵，应该将术语“发射分集代码”用于上述类型的代码，当空间(天线或射束)维度(dimension)可用时，其可以与其它传输资源的任何大致正交的分割(包括时间和带宽)一起使用。Alamouti代码的发射分集是两个，正如6,185,258所描述的那样。码元速率是1，因为在两个时隙内发射两个码元。就当与其Hermitian转置相乘时，它产生缩放的单位矩阵(scaled identitymatrix)而言，根据等式(1)形成的代码是正交的。矩阵A的Hermitian转置被表示为A^H，它是A的复共轭转置。矩阵的转置是通过互换该矩阵中的行指数和列指数获得的。单位矩阵被表示为“I”，它是其对角线上的每个元素均等于1，而所有其它元素均等于0的矩阵。因此，对于基于正交的矩阵A，对于某个实数值k，它保持A^HA＝AA^H＝KI。Alamouti矩阵的正交性使得可以这样解码两个码元，以致这两个码元不互相干扰。

对其中在信道上几乎不存在或者不存在码元间干扰(ISI)的信道，优化Alamouti发射分集。ISI使接收信号失真，并恶化接收过程，因此降低了信号质量。还被称为临时多径分量的延时信号也有利。在CDMA系统中，作为例子，可以对每个多径分量采用单独发射分集块码解码器，然后，利用任何适当的分集组合方法(包括例如等增益组合或最大比例组合)组合输出。作为一种选择，可以利用均衡器组合多径传播信号，并且有可能同时消除码元间干扰。Lindskog和Paulrai在“A Transmit Diversity Scheme for Channels with IntersymbolInterference”，Proc.IEEE ICC2000，2000，vol.1，pp.307-311中建议了一种正交发射分集块码，该正交发射分集块码与Alamouti代码不同，它在ISI信道上有效。在此引用该论文供参考。

正交发射分集代码存在速率限制问题，正如O.Tirkkonen和A.Hottinen在“Complex space-time block codes for four Tx antennas”inProc.Globecom 2000，San Francisco，USA，NOV/DEC 2000中所描述的那样，在此引用该论文供参考。例如，利用4个发射天线或射束的正交发射分集代码的最高码元速率是3/4。当不希望率损失时，必须牺牲代码的正交性。的确，O.Tirkkonen，A.Boariu，A.Hottinen在“Minimal non-orthogonality space-time code for 3+transmitantennas”，in Proc.IEEE ISSSTA 2000，September，NJ，USA中描述了这样一种方法(例如，ABBA代码)。在这种代码中，利用发射分集代码矩阵，发射信号

$C_{\mathrm{NOSTBC}}=\left[\begin{array}{cccc}{Z}_1& -Z_2^{*}& Z_3& -Z_4^{*}\\ Z_2& Z_1^{*}& Z_4& Z_3^{*}\\ Z_3& -Z_4^{*}& Z_1& -Z_2^{*}\\ Z_4& Z_3^{*}& Z_2& Z_1^{*}\end{array}\right]---\left(2\right)$

可以看出，该代码包括作为子矩阵的Almouti代码。在此引用上述论文供参考。在衰落信道中，上述代码产生良好性能，但是因为非正交性的结构，所以在其中已知的正交发射分集代码执行得更好的相关信道中或者在Ricean信道中，存在固有的性能损失。通过进行可能的矩阵值星座图旋转，可以提高以等式(2)作为例子说明的非正交代码的性能，正如O.Tirkkonen在“Optimizing space-time block codesby constellation rotations”，Finnish Wireless CommunicationsWorkshop，October 2001中描述的那样，在此引用该论文供参考。其理论是，如果从不同的星座图中取出以等式(2)中的对z1、z2和z3、z4作为例子说明的不同的正交编码块中的码元，则可以显著提高代码的性能。这可以通过星座图旋转实现。

对WCDMA系统建议了一种更简单的、有限分集时空代码结构。在3GPP文献TSGR1#20(01)-0578中，将正交代码称为STTD-OTD，在此引用该文献供参考。它以码元速率为1(具有4个发射天线)的方式组合两个Almouti代码，因此该系统仅享有有限的分集数量级(limited diversity order)。传输代码矩阵是：

$C_{\mathrm{STTD}-\mathrm{OTD}}=\left[\begin{array}{cccc}{Z}_1& Z_1& Z_2& Z_2\\ -Z_2^{*}& -Z_2^{*}& Z_1^{*}& Z_1^{*}\\ Z_3& -Z_3& Z_4& -Z_4\\ -Z_4^{*}& Z_4^{*}& Z_3^{*}& -Z_3^{*}\end{array}\right]$

利用4个天线，当4是最大可实现的时，分集数量级仅是2。请注意，上述STTD-OTD代码含有两个Almouti块，并且在改变列指数2和3后，可以利用先前给出的Almouti矩阵写它。作为一种选择，为了从本质上与利用STTD-OTD获得同样的分集，可以将天线跳频与Almouti代码组合在一起，在这种情况下，时空矩阵是：

$C_{\mathrm{STTD}-\mathrm{AHOP}}=\left[\begin{array}{cccc}{Z}_1& -Z_2^{*}& & \\ Z_2& Z_1^{*}& & \\ & & Z_3& -Z_4^{*}\\ & & Z_4& Z_3^{*}\end{array}\right]---\left(3\right)$

可以看出，该矩阵含有4个码元，并且占据4个时隙，因此，码元速率为1，尽管不是所有码元通过所有天线发射，由此将可实现分集限制为2。

发射分集块代码也已经用于通过衰落信道的并行高速传输，正如O.Tirkkonen和A.Hottinen在“Improved MIMO transmission usingnon-orthogonal space-time block codes”，in Proc.Globecom 2001，NOV/DEC 2001，San Antonio，Texas，USA中所描述的那样，在此引用该论文供参考。在该方法中，使用两个发射天线和两个接收天线是有利的，可以获得发射/接收分集的好处以及提高的数据或码元速率。

还对未来的WCDMA系统考虑了高速率时空传输概念。的确，在第三代协力项目(3GPP)文献“Improved Double-STTD schemesusing asymmetric modulation and antenna shuffling”TSG-RANWorking Group 1(TSGR1#20(01)-0459)by Texas Instruments(在此引用该文献供参考)中建议，利用4个发射天线和2个或4个接收天线并行传输Almouti代码。尽管该方法使码元速率提高了2倍，但是它仅获得有限的分集数量级，这样就限制了性能和可实现的数据速率。

发明内容

本发明实施例的目标是解决以上讨论的一个或者多个问题。

本发明提供了一种利用传输矩阵(transmission matrix)发射复数码元的方法，所述方法包括：将一个复数码元流转换为至少两个至少部分不同的复数码元流，调制所述至少两个复数码元流，以形成至少两个代码矩阵，两个代码矩阵的至少之一的维度大于1，利用线性变换来变换所述代码矩阵，以构建至少两个变换的发射分集代码矩阵(transmit diversity code matrix)，利用至少两个变换的发射分集代码矩阵，构建传输代码矩阵，利用基本正交的信令资源以及至少3个不同的发射天线路径，至少部分并行地发射所述传输代码矩阵。

根据本发明的优选实施方式，传输代码矩阵扩展到T个基本正交的信令资源上，并且其中T个以上的复数码元被用于构建传输代码矩阵。

此外，本发明的目的是提供一种用于接收信号的方法和设备，该方法和设备包括：信道估计模块，用于输出从每个发射天线路径到每个接收天线的冲激响应估计的估计值，检测模块，使用一个传输矩阵的结构，所述矩阵包括两个正交时空代码矩阵或信道码元的至少一个线性组合，以及信道冲激响应估计，以计算一个或多个发射的信号流的位或码元估计。

本发明的又一个目的是提供一种利用传输矩阵发射复数码元的设备，所述设备包括：转换装置，用于将一个复数码元流转换为至少两个至少部分不同的复数码元流，调制装置，用于调制所述至少两个复数码元流，以形成至少两个代码矩阵，两个代码矩阵的至少之一的维度大于1，变换装置，用于利用线性变换来变换所述代码矩阵，以构建至少两个变换的发射分集代码矩阵，代码建立装置，用于利用至少两个变换的发射分集代码矩阵，建立传输代码矩阵，传输装置，用于利用基本正交的信令资源以及至少3个不同的发射天线路径，至少部分并行地发射所述传输代码矩阵。

根据以下结合有关附图所作的详细说明，本发明的其它目的和特征是显而易见的。附图仅用于说明本发明原理，而决不限制本发明的应用，关于本发明应用，应该参考所附权利要求。

附图说明

在附图中：

图1示出根据本发明的典型发射分集系统；

图2示出用于建议的高速传输方法的典型接收机系统；

图3示出根据本发明的多单元天线发射机接收机对。

具体实施方式

参考图1和图3，图1示出高速率发射机分集系统，该高速率发射机分集系统包括：发射设备101，例如基站；以及接收机102，例如移动电话(如图3所示)。发射设备101包括串行-并行(S/P)模块103；多个发射分集调制模块，用于构造正交矩阵104；至少一个变换模块105；代码构造模块106；信令/扩展(spreading)模块107；以及多个RF(射频)模块，用于将信号转换为模拟波形108；以及发射天线109。接收机102有可能包括一个以上的接收天线。

S/P模块103将可能进行了信道编码(ENC)的(例如Turbo编码的或卷积编码的)和调制(MOD)的复数值码元流转换为至少两个并行复数值码元流，在该复数值码元流中，至少一些复数码元互相不同。在模块104中，利用分别具有任意维度和速率的正交(发射分集)代码矩阵C1和C2，对两个码元流进行独立的发射分集编码。利用模块105内的线性变换U，混合(发射分集)代码矩阵C1和C2中的码元，或(发射分集)代码矩阵本身，以产生变换的(transformed)发射分集代码矩阵X1和X2。变换的代码矩阵X1和X2被用于在C代码构造模块106内构造传输代码矩阵。使用任何基本正交的信令，利用至少3个发射天线或路径或射束109，传输代码矩阵，例如，可以使用不同的正交代码(例如，哈达玛代码)或不同的时隙或不同的傅里叶波形(OFDM波形/副载波)或不同的频带。如果利用可选的并行传输提高码元速率，则S/P模块可以输出2个以上的码元流110，从而最终在代码构造模块106内，与其它并行流或代码矩阵组合在一起。

例如，可以在变换模块105内形成下面的变换的代码矩阵：

X1＝C1+C2

X2＝C1-C2            (4)

其中C1和C2是2个正交发射分集代码，例如2×2Almouti矩阵。应该强调的是，为了简洁起见，省略了通过除以

保持目标码元能量的归一化过程。

为了进一步提高性能，可以从不同的调制字母表中取出相应正交发射分集代码C1、C2内的码元，这是通过进行例如星座图旋转实现的。这可以纳入串行-并行模块(103)，通常，更将串行-并行模块(103)看作用于将复数码元流转换为多个复数码元的流的转换装置。作为一种选择，或者此外，可以使变换模块105一般化(generalized)，以便利用单式(unitary)变换矩阵U形成传输矩阵，如：

X＝UC    (5)

其中(假定仅变换两个代码矩阵)

$C=\left[\begin{array}{c}C1\\ C2\end{array}\right]$

例如U的形式为：

$U=V\⊗I$

其中V是单式矩阵，而I是单位矩阵。矩阵V可以假定参数化形式

$V=\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\μ}& \mathrm{\γ}\\ -{\mathrm{\γ}}^{*}& {\mathrm{\μ}}^{*}\end{array}\right]$

当与单位矩阵组合时，Kronecker乘积使变换矩阵上0元素的数量达到最多，并且这样降低了发射机的峰值对平均值比，并有助于简单实现。可以进一步参数化

$\mathrm{\μ}=\sqrt{\mathrm{\α}}$

$\mathrm{\γ}=\sqrt{1-\mathrm{\α}}\exp (-\mathrm{j\φ\π})$

其中α确定线性组合矩阵内的相对功率，而φ确定复数相量的相位。通过设置α＝1/2，φ＝0，获得简单变换(4)。

为了简洁起见，返回等式(4)提供的特殊情况。代码构造模块106获取通过线性组合获得的变换的发射分集矩阵X1和X2，并构造传输代码矩阵。为此，代码构造模块106将矩阵X1和X2嵌入双倍维度的传输代码矩阵。可以利用使用发射分集传输代码矩阵的4个发射天线，在不同的时隙(时间正交信令)中有利地发射变换的代码矩阵

$C_{\mathrm{TR}-\mathrm{AHOP}}=\left[\begin{array}{cc}X1& \\ & X2\end{array}\right]---\left(6\right)$

作为一种选择，为了保持更好的功率平衡，可以利用例如发射分集传输代码矩阵

$c_{\mathrm{Tr}-\mathrm{OTD}}=\left[\begin{array}{cc}X1& X2\\ X1& -X2\end{array}\right]---\left(7\right)$

连续发射。可以对传输代码矩阵进行列和/行置换(permutation)，而不影响代码属性。还可以使这些传输代码矩阵从左侧和/或右侧与常数矩阵进行乘法运算。

为了理解使用所述线性(单式)组合的好处，我们记得，可以将接收信号(为了简洁起见，是在平衰落信道)表示为y＝Ch+n，其中h是送到给定接收天线的信道系数的矢量。当重新排列X1和X2内的码元和信道矩阵/矢量时，等效模型信号模型为y’＝Hb+n’，其中H取决于代码矩阵和信道，b是码元或位矢量，其中不同的维度对应于不同的发射码元或位流。当码元是利用格雷(Gray)标号调制的QPSK时，可以认为b包括每个码元的I分量和Q分量，因此使该矢量的维度增加2倍。

当对接收信号y’应用时空匹配滤波器(即，H的共轭转置)以在时空匹配滤波器之后形成等效信号模型时，当检测码元或位时可以使用的接收的等效相关矩阵为z＝Rb+n”，其中R被称为等效信道相关矩阵。可以使用此模型，只要相应的接收机例如可能在有色噪声情况下通过最小化(wrt.b)

||z-Rb||²

来估计码元或位，或者作为一种选择，可以直接求解

||y-Hb||²

其中，如上所述，H是取决于传输矩阵的等效信道矩阵。求解该等式的检测器是公知的。然而，为了实现这些模型，需要确保该模型与信道矢量/矩阵以及传输代码矩阵的特性匹配。例如，当利用等效信道相关矩阵估计位或码元时，需要知道所述矩阵。例如，对于代码(6)和(7)，其中α＝1/2，φ＝0，并且具有4个发射天线，这样就产生了具有如下结构的代码相关矩阵

$R={\mathrm{aI}}_{\mathrm{NT}}+\left[\begin{array}{cc}0& b\\ b& 0\end{array}\right]\⊗I_2---\left(8\right)$

其中

$a=\underset{j=1:\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}\underset{i=1:\mathrm{NT}}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{ij}}\right|}^2$

$b=\underset{j=1:\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}\underset{i=1:\mathrm{NT}/2}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{ij}}\right|}^2-\underset{j=1:\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}\underset{i=\mathrm{NT}/2+1:\mathrm{NT}}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{ij}}\right|}^2---\left(9\right)$

因此，上述代码不是正交的，因为对角线之外的相关值不等于0。因此，当α＝1/2，φ＝0时(在这种特殊情况下，传输代码矩阵降低到现有技术中公知的STTD-OTD)，

$R=\left[\begin{array}{cc}{a}_1{I}_2& 0\\ 0& a_2{I}_2\end{array}\right]$

其中

$a_1=\underset{j=1:\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}\underset{i=1:\mathrm{NT}/2}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{ij}}\right|}^2$

$a_2=\underset{j=1:\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}\underset{i=1:\mathrm{NT}/2+1:\mathrm{NT}}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{ij}}\right|}^2$

这反映了不同的码元仅获得部分发射分集的事实，而在(8)-(9)中，对角线上的元素是相同的，因此，所有码元获得同样的功率，而与信道实现过程无关。当检测码元或位时，可以使用等效相关矩阵。必需注意，所建议代码的代码相关矩阵不同于现有技术的代码相关矩阵(例如，ABBA)，因此前者明确取决于信道功率差值，而后者取决于信道的复数相位。当在传输系统的该传输质量下提高数据速率时，使用本发明代码的这种特性更有利。特别是，当信道完全相关时，本发明的代码是正交的，并且，通常，随着信道相关性提高，相关系数减小。因此，该代码还适于相关信道，可以被描述为例如相关Rayleigh信道或Ricean信道。相反，现有技术的非正交代码(ABBA)在这些信道中保持非正交。物理信道的相关特性取决于环境，但是，众所周知，当发射天线或接收天线互相接近时，天线相关性提高。利用小基站，特别是利用小终端(移动台)，在未来的无线系统中，情况可能就是这样。

为了概括说明，通用线性变换矩阵U保持上述变换(4)以及现有技术代码(被称为具有4个发射天线的STTD-OTD)，作为特殊情况：通过设置α＝1/2，φ＝0，获得变换(4)，而通过设置α＝1，获得STTD-OTD代码。当1/2＜α＜1时，该代码提供较小的发射分集好处，因为代码相关矩阵的对角线值与等式(8)中的对角线值更不相同。优点是，代码相关值的量值小。这样就简化了接收单元的检测过程。在极端情况下，就代码相关值(代码相关矩阵的对角线之外的值)为0而言，代码降低到象正交STTD-OTD那样的代码。应该注意，当将所建议的代码用于正确均衡的ISI信道时，该代码的相关矩阵还产生有利特性；多径分量衰减该代码的非正交性。为此，可以将各码元解释为多个码元的矢量。

请注意，当组成矩阵C1和C2均是Alamouti矩阵时，所获得的代码的码元速率至少为1(在4个时隙内，可以发射至少4个不同码元)。也可以在提高发射设备的码元速率时使用本发明的传输原理。在这种情况下，并行发射变换的发射分集代码矩阵，最好还是连续发射，以将发射机中的功率波动降低到最小(即，将RF功率放大器内的峰值对平均值比降低到最小)。为此目的，特别有利的实施例是以如下方式填充上述TRAHOP矩阵的非对角线部分

$C_{2\mathrm{TR}-\mathrm{AHOP}}=\left[\begin{array}{cc}X1& X3\\ X4& X2\end{array}\right]---\left(10\right)$

其中利用线性变换，采用模拟方法，形成矩阵X3和X4。有利的是，用于建立X3和X4的线性变换不同于用于建立X1和X2的线性变换。例如，用于建立X3和X4的码元的调制字母表不同于用于建立X1和X2的码元的调制字母表。实际上，形成4个并行复数码元流，分别对两个流进行变换，并且两个变换的发射分集代码矩阵被同时、连续地从发射机发射，以致X1和X2对以及X3和X4对均获得全部分集好处，并且通常互相干扰。

本发明决不限制将Alamouti发射分集代码用作变换代码的子矩阵。通常，可以使用对任何数量的天线定义的任何正交发射分集代码。在专利申请WO/63826 A1中建立了所有可能的正交发射分集代码矩阵，在此引用该专利申请供参考。例如，代码C1和C2可以是分别对4个发射路径或天线定义的3/4速率发射分集代码，在这种情况下，所得到的代码是为8个发射路径或天线定义的，其中总码元速率为3/4。因此，与正交发射分集代码(其中利用8个天线不可能超过码元速率1/2，这在现有技术中众所周知)相比，可以提高码元速率。作为一种选择，可以定义代码C2(正如在现有技术中描述的那样)，以具有例如速率1/2，而C1具有速率3/4，在这种情况下，总速率为5/8。

因此，不需要时空代码矩阵C1和C2相同，以实现大量不同的码元速率。此外，甚至不需要它们具有同样的维度。因此，(我们记得代码维度取决于天线的数量的事实)，通过利用不同的代码维度可以对变换的代码X1和X2不对称分割发射单元(天线)。例如，如果C1是2维Alamouti代码，而C2是速率为3/4的4维代码(附录1，等式(4))，则实际上具有码元速率7/8和6个天线传输，而将C2定义为：

$C2=\left[\begin{array}{cc}C1& {C2}^{\′}\\ {C1}^{\′}& -{C2}^{\′}\end{array}\right]---\left(11\right)$

其中C1’和C2’是由两个不同码元构成的两个Alamouti代码(实际上是STTD-OTD发射分集传输矩阵)。如果大小不同，应该明白，在变换代码时对较小维度的矩阵正则填充0，或者收缩(puncture)较大矩阵(例如，删除列)，以允许使用任意数量的发射天线，例如，在上述典型情况下使用6个。

图2示出相应接收机，该接收机包括：一个或者多个接收天线；以及RF前端模块201，去扩展或信道分割单元202，用于将该信号转换到基带，其中203提供的时空匹配滤波器和信道估计以及用于检测嵌入传输代码矩阵内的码元或位的适当检测装置204。信道估计单元203对每个发射天线-接收天线对确定复数信道系数。在优选实施例中，根据所使用的变换矩阵，接收单元利用信道估计(或许还可以利用信噪比估计)建立有效的相关矩阵。上面的等式(8)和(9)示出变换(4)的一个明显例子。检测装置204可以是任何解码器或联合解码器以及信道估计单元，从而例如利用例如维特比算法获得发射码元的最小均方误差(MMSE)估计或最大似然估计，或者利用优化或次优化MAP算法获得软输出(后验概率)。通过允许在检测、信道估计和信道解码单元提供的输出之间经由206进行反馈和前馈连接来实现联合检测。最后，信道解码器(例如，Turbo解码器)将该判定转发到其它接收机单元，或者转发到特定信源的目标信宿(sink)。通常，这些接收机的原理众所周知，但是例如，当应用本发明原理时，接收机可以采用发射机采用的代码结构，并且代码相关矩阵还可能与等式(8)的矩阵相同。

尽管已经对本发明进行了描述和说明，并且指出了其基本新颖特征，正如对其优选实施例所作的说明，但是，本技术领域内的熟练技术人员明白，在本发明的实质范围内，可以在形式和细节方面对所描述的方法和所示的装置及其运行过程进行各种省略、替换和修改。例如，显然，意图在于，该方法可以在通过信道发射变换的发射分集代码矩阵时用于任何基本正交的信令。这包括使用OFDM波形、小波、时间正交波形、FDMA以及任意基本正交的扩展码。此外，复数码元可以调制发射分集代码矩阵中的项可以依据任意复数调制字母表(QPSK，8-PSK，16-QAM，4-PSK)或它们的(可能的矩阵值)星座图旋转形式，并且不同的字母表可以用于不同的复数码元流。此外，还可以对在复数码元中编码的位进行信道编码和/或交织。信道码可以是块码、格码、卷积码、turbo码、低密度奇偶校验码或这些代码的任意组合或本技术领域内公知的任何其它代码。交织器可以是位、码元或坐标交织器。向其发射发射分集代码矩阵的各列的发射路径可以通过使用至少两个发射单元的射束、或使用例如Butler矩阵的固定射束、或者通过使用由接收机利用某个反馈回路进行控制的射束、或者利用现有技术公知的形成从发射机到接收机的发射路径的其它方法来形成。此外，显然，尽管本发明的方法仅需要一个信道化波形或代码，但是如果不止一个可用，则可以使用多代码传输直接提高数据速率。此外，显然，例如可以通过使用公用信道导频或专用信道导频，或者利用判定反馈，或者利用它们的任意组合来获得检测复数码元流所需的信道估计。此外，对于ISI信道，可以利用复数共轭的正确解释(interpretation)来发射码元矢量而不是发射码元，这并不超出本发明范围。因此，意在使本发明范围局限于所附权利要求所述的本发明范围。

Claims (43)

1.一种利用传输代码矩阵发射复数码元的方法，所述方法包括：

●构建所述传输代码矩阵；以及

●利用基本正交的信令资源以及至少3个不同的发射天线路径，至少部分并行地发射所述传输代码矩阵；

其中所述传输代码矩阵是使用至少两个变换的发射分集代码矩阵构建的；

其中所述变换的发射分集代码矩阵是对至少两个发射分集代码矩阵的线性变换；

其中所述发射分集代码矩阵是对至少两个至少部分不同的复数码元流的调制，所述至少两个至少部分不同的复数码元流是从单个复数码元流转换的，其中至少一个所述发射分集代码矩阵的维度大于1；并且

其中传输代码矩阵的两个矩阵维度均大于变换的发射分集代码矩阵的相应矩阵维度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个线性变换不同于单位变换。

3.根据权利要求1所述的方法，其中至少两个发射分集代码矩阵是正交发射分集代码矩阵。

4.根据权利要求1所述的方法，其中传输代码矩阵是利用将低维度矩阵嵌入高维度矩阵的方法从变换的发射分集代码矩阵构建的。

5.根据权利要求1所述的方法，其中传输代码矩阵是利用与矩阵的重复、求反、共轭、置换、相乘的方法中的至少一种而从变换的发射分集代码矩阵构建的。

6.根据权利要求1所述的方法，其中第一变换的发射分集代码矩阵是两个发射分集代码矩阵的和，而至少第二变换的发射分集代码矩阵是所述两个发射分集代码矩阵的差。

7.根据权利要求3所述的方法，其中传输代码矩阵的码元速率与被应用了线性变换的正交发射分集代码矩阵的平均码元速率相同。

8.根据权利要求1所述的方法，其中传输代码矩阵扩展到T个基本正交的信令资源上，并且其中T个以上的复数码元被用于构建传输代码矩阵。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述转换包括串行并行转换。

10.根据权利要求1所述的方法，其中在至少两个复数码元流中，复数码元是从由星座图旋转实现的不同调制字母表中取出的。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述星座图旋转通过不同于单位矩阵的码元旋转矩阵实现，并且它含有至少两个0元素。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述星座图旋转通过作为两个单式矩阵的Kronecker乘积而形成的码元旋转矩阵实现，其中至少一个单式矩阵与单位矩阵不同。

13.根据权利要求11所述的方法，其中码元旋转矩阵是对角矩阵，其中至少一个对角元素是复数。

14.根据权利要求8所述的方法，其中并行发射至少两个变换的发射分集代码矩阵，并且其中这两个变换的发射分集代码矩阵含有至少部分不同的码元。

15.根据权利要求8所述的方法，其中在传输代码矩阵内的块对角子矩阵上发射一部分码元，而在传输代码矩阵内的非块对角子矩阵上发射与在传输代码矩阵内的块对角子矩阵上发射的码元至少部分不同的码元。

16.根据权利要求8所述的方法，其中存在4个子流，并且其中调制每个子流，以形成纳入了两个复数码元的2×2正交发射分集代码矩阵，并且其中传输代码矩阵扩展到至少4个基本正交的信令资源上。

17.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个发射分集代码矩阵具有与另一个发射分集代码矩阵不同的码元速率。

18.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个发射分集代码矩阵具有与另一个发射分集代码矩阵不同的维度。

19.根据权利要求1所述的方法，其中利用与另一个发射分集代码矩阵不同的功率发射至少一个发射分集代码矩阵。

20.根据权利要求1所述的方法，其中基本正交的信令资源包括下面至少之一：不重叠的时隙、不同的扩展码、不同的OFDM副载波、不同的小波波形以及不同的FDMA信道。

21.根据权利要求1所述的方法，其中所述传输代码矩阵是由存在于所述传输代码矩阵的对角块上的两个变换的发射分集代码矩阵构建的，其中一个所述变换的发射分集代码矩阵是两个发射分集代码矩阵的和，并且其中另一个所述变换的发射分集代码矩阵是所述两个发射分集代码矩阵的差，并且其中所述两个发射分集代码矩阵是对两个不同复数码元流的调制，所述两个不同复数码元流是从单个复数码元流转换的。

22.一种利用传输代码矩阵发射复数码元的设备，所述设备包括：

●转换装置，用于将一个复数码元流转换为至少两个至少部分不同的复数码元流；

●调制装置，用于调制所述至少两个至少部分不同的复数码元流，以形成至少两个发射分集代码矩阵，所述至少两个发射分集代码矩阵的至少之一的维度大于1；

●变换装置，用于利用线性变换来变换所述至少两个发射分集代码矩阵，以构建至少两个变换的发射分集代码矩阵；

●代码构建装置，用于利用至少两个变换的发射分集代码矩阵，构建传输代码矩阵；以及

●适应于利用基本正交的信令资源以及至少3个不同的发射天线路径，至少部分并行地发射所述传输代码矩阵的传输装置；

其中传输代码矩阵的两个矩阵维度均大于变换的发射分集代码矩阵的相应矩阵维度。

23.根据权利要求22所述的设备，其中至少一个线性变换与单位变换不同。

24.根据权利要求22所述的设备，其中至少两个发射分集代码矩阵是正交发射分集代码矩阵。

25.根据权利要求22所述的设备，其中所述传输代码矩阵是由存在于所述传输代码矩阵的对角块上的两个变换的发射分集代码矩阵构建的，其中一个所述变换的发射分集代码矩阵是两个发射分集代码矩阵的和，并且其中另一个所述变换的发射分集代码矩阵是所述两个发射分集代码矩阵的差，并且其中所述两个发射分集代码矩阵是对两个不同复数码元流的调制，所述两个不同复数码元流是从单个复数码元流转换的。

26.一种系统，包括利用传输代码矩阵发射复数码元的发射机以及用于接收所发射的复数码元的接收机，所述发射机包括：

●转换装置，用于将一个复数码元流转换为至少两个至少部分不同的复数码元流；

●调制装置，用于调制所述至少两个至少部分不同的复数码元流，以形成至少两个发射分集代码矩阵，所述至少两个发射分集代码矩阵的至少之一的维度大于1；

●变换装置，用于利用线性变换来变换所述至少两个发射分集代码矩阵，以构建至少两个变换的发射分集代码矩阵；

●代码构建装置，用于利用至少两个变换的发射分集代码矩阵，构建传输代码矩阵；以及

●适应于利用基本正交的信令资源以及至少3个不同的发射天线路径，至少部分并行地发射所述传输代码矩阵的传输装置；

其中传输代码矩阵的两个矩阵维度均大于变换的发射分集代码矩阵的相应矩阵维度。

27.根据权利要求26所述的系统，其中所述传输代码矩阵是由存在于所述传输代码矩阵的对角块上的两个变换的发射分集代码矩阵构建的，其中一个所述变换的发射分集代码矩阵是两个发射分集代码矩阵的和，并且其中另一个所述变换的发射分集代码矩阵是所述两个发射分集代码矩阵的差，并且其中所述两个发射分集代码矩阵是对两个不同复数码元流的调制，所述两个不同复数码元流是从单个复数码元流转换的。

28.一种用于接收信号的方法，该方法包括：

●估计从每个发射天线路径到每个接收天线的冲激响应估计，

●使用传输代码矩阵的结构以及所述信道冲激响应估计，计算一个或多个发射的信号流的位或码元估计；其中所述传输代码矩阵是使用至少两个变换的发射分集代码矩阵构建的，所述变换的发射分集代码矩阵是对至少两个发射分集代码矩阵的线性变换，并且其中所述发射分集代码矩阵是对至少两个至少部分不同的复数码元流的调制，所述至少两个至少部分不同的复数码元流是从单个复数码元流转换的，其中至少一个所述发射分集代码矩阵的维度大于1；

其中传输代码矩阵的两个矩阵维度均大于变换的发射分集代码矩阵的相应矩阵维度。

29.根据权利要求28所述的方法，其中位或码元估计是对应于调制器中使用的码元字母表的硬判决。

30.根据权利要求28所述的方法，其中位或码元判决是反映判决的可靠性的软判决。

31.根据权利要求30所述的方法，其中从位或码元后验概率获得可靠性。

32.根据权利要求28所述的方法，其中发射的位或码元流被信道编码，并且检测器通过传输代码矩阵和信道代码解码器进行联合检测和解码。

33.根据权利要求32所述的方法，其中联合检测和解码方法使用对发射的码元或位计算的可靠性估计。

34.根据权利要求28所述的方法，其中所述传输代码矩阵包括两个正交空时代码矩阵的至少一个线性组合。

35.根据权利要求28所述的方法，其中所述传输代码矩阵是由存在于所述传输代码矩阵的对角块上的两个变换的发射分集代码矩阵构建的，其中一个所述变换的发射分集代码矩阵是两个发射分集代码矩阵的和，并且其中另一个所述变换的发射分集代码矩阵是所述两个发射分集代码矩阵的差，并且其中所述两个发射分集代码矩阵是对两个不同复数码元流的调制，所述两个不同复数码元流是从单个复数码元流转换的。

36.一种用于接收信号的设备，该设备包括：

●信道估计模块，用于输出从每个发射天线路径到每个接收天线的冲激响应估计的估计值；以及

●检测模块，其使用传输代码矩阵的结构以及信道冲激响应估计，以计算一个或多个发射的信号流的位或码元估计；其中所述传输代码矩阵是使用至少两个变换的发射分集代码矩阵构建的，其中所述变换的发射分集代码矩阵是对至少两个发射分集代码矩阵的线性变换，并且其中所述发射分集代码矩阵是对至少两个至少部分不同的复数码元流的调制，所述至少两个至少部分不同的复数码元流是从单个复数码元流转换的，其中至少一个所述发射分集代码矩阵的维度大于1；

其中传输代码矩阵的两个矩阵维度均大于变换的发射分集代码矩阵的相应矩阵维度。

37.根据权利要求36所述的设备，其中位或码元估计是对应于调制器中使用的码元字母表的硬判决。

38.根据权利要求36所述的设备，其中位或码元判决是反映判决的可靠性的软判决。

39.根据权利要求38所述的设备，其中从位或码元后验概率获得可靠性。

40.根据权利要求36所述的设备，其中发射的位或码元流被信道编码，并且检测器通过传输代码矩阵和信道代码解码器进行联合检测和解码。

41.根据权利要求40所述的设备，其中联合检测和解码方法使用对发射的码元或位计算的可靠性估计。

42.根据权利要求36所述的设备，其中所述传输代码矩阵包括两个正交空时代码矩阵的至少一个线性组合。

43.根据权利要求36所述的设备，其中所述传输代码矩阵是由存在于所述传输代码矩阵的对角块上的两个变换的发射分集代码矩阵构建的，其中一个所述变换的发射分集代码矩阵是两个发射分集代码矩阵的和，并且其中另一个所述变换的发射分集代码矩阵是所述两个发射分集代码矩阵的差，并且其中所述两个发射分集代码矩阵是对两个不同复数码元流的调制，所述两个不同复数码元流是从单个复数码元流转换的。

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