CN101222258B - Mimo多码字通信方法、装置及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于MIMO***的MIMO多码字通信方法、装置及***,包括:MIMO***发射端有M个发射天线,由其中的K个发射天线发射K路数据流;K路数据流的各路分别独立进行信道编码,在一个TTI的各个符号周期,K路数据流中的至少一路轮流使用K个发射天线的各个发射;MIMO***接收端采用干扰消除的检测技术进行接收;以及其干扰没有通过干扰消除技术被消除从而仍然对一路数据流的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号被发射所使用的一个或多个天线的组合,随着不同的符号周期而变化至少一次,以实现干扰分集,可以使得受到干扰分集效应影响的各路数据流的瞬时信道容量变化的方差变小,从而在CQI反馈擦除的概率较大的信道环境中,在CQI反馈擦除发生从而发射端根据接收端在先前的一个或者多个TTI反馈的CQI估计当前TTI的CQI进而确定当前TTI相应的一路或者多路数据流所用的MCS的时候,估计的误差较小,所以造成的损失也较小。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,更具体而言,涉及应用干扰分集改进MIMO(Multiple-InputMultiple-Output,多输入多输出)通信技术多码字(Multiple Code Word,缩写为MCW)方案。
背景技术
根据信息论,在通信***的发射端和接收端或者这两端同时使用多天线阵列,可以显著地提高传输比特率。
图1示出了在发射端和接收端同时使用多天线阵列的具有空-时架构的无线通信***的示意图。该***工作在瑞利散射环境,信道矩阵的各个元素可以近似看作是统计独立的。
在图1所示的***中,一个数据序列分成M个不相关的码元子序列,每个子序列由M个发射天线中的一个发射。M个子序列在经过一个信道矩阵为H的信道的影响后,在接收端由N个接收天线接收。发射信号s1,…,sM分别通过M个不同的天线单元a-1,…,a-M发射,相应的接收信号x1,…,xN分别从N个不同的天线单元b-1,…,b-N接收。
该***中,发射天线单元数M最少是2,而接收天线单元数N最少是M。信道矩阵H是一个N×M的矩阵,矩阵中第i行j列的元素表示第i个接收天线和第j个发射天线通过传输信道的耦合。接收信号x1,…,xN在数字信号处理器中被处理以产生恢复的发射信号…,此图中也显示了求和成分c-1,c-2,…,c-N,它们代表无法避免必然包含的噪声信号w1,w2,…,wN,这些噪声信号分别加入到接收天线单元b-1,b-2,…,b-N接收到的信号中。
一般的,信号发射和接收的数学表达式如下:
2006年7月31日的3GPP2 AIE标准化组织的***C30-20060731-040_HKLLMNQRSUZ_PP2Phase2_FDD_Proposal_v1.9(Joint Proposal for 3GPP2 PhysicalLayer for FDD Spectra)介绍了一种MIMO的多码字(MCW)通信方案。在MIMO的MCW通信方案中,有多路发射信号,各路都采用各自独立的Turbo编码方案。对于多码字模式,接收端使用干扰消除技术可以获得很大的增益,所以多码字模式通常使用干扰消除的非线性接收机。接收端根据接收信号,先Turbo解码一路发射信号,解码后,根据校验位判断这一路信号的解码是否正确,如果正确,则用解码的结果,从接收信号中消除这一路已经被正确解码的发射信号的影响,再根据所述消除了影响后的接收信号,Turbo解码另一路发射信号;就这样迭代地进行上述的步骤,直到解码所有的多路发射信号。
AIE标准化组织的***所述多码字模式通信方案中,发射端使用多个虚拟天线端口向接收端发射信号。上述的虚拟天线,是指发射信号组成的列向量的左边乘一个矩阵后,再送到各个物理天线上发射。相应的,每个发射信号,都与矩阵中的一列相乘,得到的各个结果分别送到各个物理天线,将这称为该发射信号通过一个虚拟天线进行发射,所述的一个虚拟天线,相当于一个空间的波束。
多码字模式通信方案还可以与MIMO预编码技术同时使用。现有的一种MIMO预编码技术方案和预编码矩阵的设计方案中定义了多个预编码矩阵,接收端反馈其中最优的一个预编码矩阵的序号,发射端使用该预编码矩阵,对发射信号进行预编码之后再送到各个虚拟天线或者物理天线发射。假设对发射信号进行预编码之后再送到各个物理天线发射,则表达式(1)所表示的信号发射和接收的数学表达式变为:
上面的表达式中,t1,t2,…,tM是送到物理天线发射的信号,实际的发射信号s1,s2,…,sM组成的向量与预编码矩阵相乘,得到t1,t2,…,tM送到物理天线发射,相应数学表达式如下:
在上述的MIMO预编码技术中,发射信号组成的列向量的左边乘一个矩阵后,再送到各个物理天线或者虚拟天线上发射。相应的,每个发射信号,都与矩阵中的一列相乘,得到的各个结果分别送到各个物理天线或者虚拟天线,将这称为该发射信号通过一层进行发射,所述的一层,相当于一个空间的波束。
如上所述,多码字模式通信方案的多路数据流,可以通过多个虚拟天线,或者多个物理天线,或者预编码技术中的多个层发射。
下面详细介绍3GPP2 AIE(即UMB)标准化组织的***所述多码字模式通信方案的细节,该方案可以用在图1所示的MIMO***中。在多码字模式下,发射端使用M个虚拟天线端口向接收端发射信号,所述的M大于等于2小于等于4。在多个虚拟发射天线上,每一个时刻传输K(K小于等于M)路编码后的数据流,K路数据流的各路再分到各个虚拟发射天线上发射。
在MIMO技术中,为了更有效地传输数据,需要对发射端的数据速率进行控制,并告诉发射端各路数据是否已经被接收端正确解码.在每一个TTI(Transition Time Interval,传输时间间隔),接收端反馈K个CQI(信道质量指示)信息和K个ACK/NACK信息,其中CQI信息告诉发射端在相应的一个TTI传输的K路中的每一路编码后的数据采用什么样的MCS(The modulation and channel coding scheme,调制与信道编码方案),而ACK/NACK信息告诉发射端在相应的一个TTI传输的K路中的每一路编码后的数据是否已经被接收端正确解码。
这里介绍上述的TTI的概念。为了对抗信道衰落,以及信道的干扰和噪声带来的传输错误,发射端把需要传输的数据分成多个数据包(Block),对同一个数据包中的信息比特进行信道编码和交织,再调制成多个符号通过信道传输,而传输这样一个数据包所需要的时间的长度决定了一个TTI的长度。接收端先接收同一个数据包内包含的所有符号,再进行解交织和解码。在本发明中,一个TTI就是指传输这样一个数据包的时间间隔。
而一个TTI内所传输的一个数据包内的各个符号,可以分布在时域上的不同区间,或者分布在频域上的不同区间,或者分布在时域和频域的二维平面上的不同区间。下文所述的一个符号周期,就是指通过信道传输的一个符号在时域上占用的区间,或者在频域上占用的区间,或者在时域和频域的二维平面上占用的区间。例如,IEEE 802.20标准2006-01-06的文献“MBFDD and MBTDD:Proposed Draft Air Interface Specification”所描述的MIMO OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)通信方案中,一个数据包使用时域上连续的8个OFDM符号,每个OFDM符号占用频域上连续的16个子载波,那么一个符号周期,就是指时域和频域的二维平面上的一个区间,也就是时域上1个OFDM符号上的1个子载波,而这个数据包共有8×16=128个符号周期。
MCW模式中,接收端反馈K(K小于等于M)个CQI,分别指示K路编码后的数据流的MCS。MCW模式也有两种方案:
1、方案甲:K路编码后的数据流中的每一路,固定在某一个虚拟天线或者物理天线传输。
2、方案乙:K路数据流中的每一路,都通过所有被选择使用的K个虚拟天线或者物理天线传输,即该路在某一个符号周期使用这个天线,下一个符号周期使用另一个天线,通过这种方法,每一路都遍历所有的天线。
在某公司提交给3GPP2 AIE标准化组织的提案中,通过方案甲和方案乙的比较,说明了方案乙的优越性.在方案甲和方案乙中,若采用a、b、c、d分别表示K=4路各自独立编码的数据流,并且假设这4路数据依照a、b、c、d的先后顺序被检测.这就是说,接收端根据接收信号,先解码数据流a,如果解码正确,则用解码的结果,从接收信号中消除数据流a的发射信号对检测后续数据流的影响;其次,根据所述消除了影响后的接收信号,解码数据流b,如果解码正确,则用解码的结果,再从接收信号中消除数据流b的发射信号对检测后续数据流的影响;然后,根据所述消除了影响后的接收信号,解码数据流c,如果解码正确,则用解码的结果,再从接收信号中消除数据流c的发射信号对检测后续数据流的影响;最后,根据所述消除了影响后的接收信号,解码数据流d.在下面的示意图中,矩阵的每一行表示一个虚拟天线,或者一个物理天线,或者预编码技术中的一层.将矩阵的第1、2、3、4行分别记为天线1、2、3、4.矩阵的各列,表示各个不同的符号周期,而矩阵相邻的两列,所对应的两个符号周期通常是在频率域或者时间域相邻的,至少,矩阵相邻的两列所对应的两个符号周期的信道情况变化较小从而相似.下述矩阵的各列表示OFDM通信***中各个不同的子载波,相邻的两列,对应两个相邻的子载波.
示意矩阵表示如下:
方案甲示意矩阵:
如上矩阵所示,在方案甲中,数据流a、b、c、d的每一个分别固定由一个发射天线发射。
方案乙示意矩阵:
如上矩阵所示,在方案乙中,数据流a、b、c、d的各个符号循环使用各个天线发射。即在某个子载波,数据流a、b、c、d的符号分别由天线1、2、3、4发射;在紧邻的下一个子载波,循环为数据流d、a、b、c的符号分别由天线1、2、3、4发射;在紧邻的下一个子载波,再循环为数据流c、d、a、b的符号分别由天线1、2、3、4发射;最后在紧邻的下一个子载波,循环为数据流b、c、d、a的符号分别由天线1、2、3、4发射,由此完成一个循环周期,从而在下一个子载波又从数据流a、b、c、d的符号分别由天线1、2、3、4发射的情况开始一个新的循环周期。从矩阵的对角线看,每一条对角线都由同一个数据流的各个符号所占据。
可见,随着MIMO信道的变化,MCW模式中各个数据流在各个TTI的瞬时信道容量(即瞬时数据吞吐率)随时间变化,而与有循环的方案乙相比,没有循环的方案甲下各数据流的瞬时信道容量变化的方差较大。同时,在方案甲和方案乙下,各数据流的瞬时信道容量的均值相同。
在3GPP2 AIE(即UMB)标准所定义的MCW模式中,接收端反馈K个CQI,而CQI反馈的擦除概率(the CQI feedback erasure rate)比较高,在典型的信道环境中CQI反馈的擦除概率达到50%。而所谓CQI反馈的擦除概率,就是指因为CQI反馈的信噪比(SNR)比较低,发射端判定接收端当前反馈的CQI不可靠,从而在当前的TTI,不根据当前反馈的CQI确定相应的一路数据流所采用的调制与信道编码方案,而是根据以前反馈的CQI推测当前的CQI以确定相应的一路数据流所采用的调制与信道编码方案。而所述当前最合适的调制与信道编码方案,由当前的瞬时信道容量决定。与方案甲相比,方案乙下各数据流的瞬时信道容量变化的方差较小,即瞬时的最优调制与信道编码方案和瞬时CQI变化的方差较小,从而在CQI反馈擦除的情况发生时,根据以前反馈的CQI推测当前的CQI的误差较小,造成的损失也较小,因此,不难看出方案乙的优势。方案甲和方案乙的瞬时信道容量的概率分布图的对比得到的仿真结果如图2所示。
在图2中,横坐标表示信道容量,而纵坐标表示概率密度函数。从图中可以看出,与Non Cycling的方案甲相比,Cycling的方案乙下瞬时信道容量具有更集中的分布。数据分析表明,Cycling的方案乙下瞬时信道容量的方差,比Non Cycling的方案甲下瞬时信道容量的方差的小76%。
在实现本发明过程中,发明人发现:若通过采用干扰分集的方法,方案乙可以被进一步改进,从而某些数据流的瞬时信道容量的分布可以更加集中。
发明内容
本发明实施例提供了一种MIMO多码字通信方法、装置及***,旨在通过采用干扰分集的方法,从而使某些数据流的瞬时信道容量的分布可以更加集中。
一种用于MIMO***的MIMO多码字通信方法,包括:
所述MIMO***发射端有M个发射天线,由其中的K个发射天线发射K路数据流;
所述K路数据流的各路数据流分别独立进行信道编码,在一个传输时间间隔TTI的各个符号周期,K路数据流中的至少一路数据流轮流使用K个发射天线的各个发射天线发射;
所述MIMO***接收端采用干扰消除的检测技术进行接收;以及
在发射端,对于其干扰没有被接收端通过干扰消除技术消除从而仍然对某一路数据流的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号使用一个或多个天线的组合发射,所述一个或多个天线的组合随着不同的符号周期而变化至少一次,以实现干扰分集。
一种MIMO多码字通信***,包括:
发射端,包括M个发射天线,由其中的K个发射天线发射K路数据流,所述K路数据流的各路数据流分别独立进行信道编码,在一个传输时间间隔TTI的各个符号周期,K路数据流中的至少一路数据流轮流使用K个发射天线的各个发射天线发射;以及,对于在接收端没有通过干扰消除技术消除从而仍然对某一路数据流的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号使用一个或多个天线的组合发射,所述一个或多个天线的组合随着不同的符号周期而变化至少一次,以实现干扰分集;
接收端,所述MIMO***接收端采用干扰消除的检测技术进行接收。
通过上述技术方案可以看出,本发明实施例实现了如下技术效果:
通过干扰分集技术的采用,使得数据流的瞬时信道容量的分布可以更加集中,从而能将提高MIMO多码字通信的性能。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明实施例而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明实施例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示出了在发射端和接收端同时使用多天线阵列的具有空-时架构的无线通信***的示意图;
图2示出了方案甲和方案乙的瞬时信道容量的概率分布仿真结果的对比图;
图3示出了根据本发明实施例的MIMO多码字通信方法的流程图;
图4示出了本发明实施例和方案乙的瞬时信道容量的概率分布仿真结果的对比图;
图5为本发明实施例提供的***结构示意图一;
图6为本发明实施例提供的***结构示意图二。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种用于MIMO***的MIMO多码字通信方法,包括以下步骤:MIMO***发射端有M个发射天线,选择其中的K个发射天线发射K路数据流;K路数据流的各路分别独立进行信道编码,在一个TTI的各个符号周期,K路数据流的每一路都轮流使用K个发射天线的各个发射;MIMO***接收端采用干扰消除的检测技术进行接收;
其中,在一个TTI的各个符号周期,K路数据流的每一路轮流使用K个发射天线的各个发射的模式满足以下的条件:
在由K个发射天线中任意确定的一个(设为天线i)发射K路数据流中任意确定的一路数据流(设为数据流x)的符号的各个符号周期内,在接收端采用干扰消除的检测技术消除了一路或多路已经被检测的数据流的符号的干扰以后,其干扰没有通过干扰消除技术被消除从而仍然对该路数据流x的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号被发射所使用的一个或多个天线的组合可以随着不同的符号周期而变化,且至少变化一次,从而可以达到干扰分集的效果;具体可以采用以下两种方式实现所述变化:
(1)方式一:在上述的MIMO多码字通信方法中,在由K个发射天线中任意确定的一个(设为天线m)发射K路数据流中任意确定的一路数据流(设为数据流x)的符号的各个符号周期内,其干扰没有通过干扰消除技术被消除从而仍然对该路数据流x的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号被发射所使用的一个或多个天线的组合,遍历所有可能的组合,并且每个组合被使用的次数尽可能相同,以达到最优干扰分集的效果。
在上述的MIMO多码字通信方法中,达到上述最优干扰分集的效果的一种方法可以包括:在一个TTI内,遍历数据流D1,D2,…Dk与天线1,2,…k对应关系的所有可能排列(即多个天线的排列)。
在上述的MIMO多码字通信方法中,天线数量M=5,遍历的排列为120种;天线数量M=4,遍历的排列为24种;天线数量M=3,遍历的排列为6种。
在上述的MIMO多码字通信方法中,达到上述最优干扰分集的效果的一种方法还可以包括:在一个TTI内的各个符号周期内,使用每一种排列的次数尽可能相等。
(2)方式二:本发明实施例提供的方法也可以不遍历所有可能排列而达到上述最优干扰分集的效果,而是遍历较少的排列(即部分排列)以达到相应的最优干扰分集的效果。在上述的MIMO多码字通信方法中,天线数量M=5,遍历的排列为60种即可;天线数量M=4,遍历的排列为12种即可,在后续描述中将给出具体的选择部分排列的具体实现方式。这样做可以使得实现过程更加简单,同时,在一个TTI内的各个符号周期内,还可以令使用每一种排列的次数相等的程度更高。
可见,采用本发明实施例的MIMO***,M=3时,在接收端第2个被检测的数据流b的瞬时信道容量的概率分布比现有技术中的方案乙更集中;M=4时,在接收端第2个被检测的数据流b和第3个被检测的数据流c的瞬时信道容量的概率分布比现有技术中的方案乙更集中;M=5时,在接收端第2个被检测的数据流b、第3个被检测的数据流c和第4个被检测的数据流d的瞬时信道容量的概率分布比现有技术中的方案乙更集中。注意,所述提案中,只给出了M=4时方案乙的实施例,而M=3与M=5时的实施例没有给出,但是容易类推得到。
本发明实施例中,接收端还可以向发射端反馈K个CQI(信道质量指示)的信息,所述K个CQI与所述K路数据流一一对应,用于指示所述K路数据流的各路在当前TTI所经历的信道质量。其中,接收端发射的K个CQI的信息经过一个有噪声的信道后到达发射端。
发射端在接收由接收端反馈的K个CQI后,便可以根据所接收到的K个CQI值,决定相应的发射端所发射的K路数据流的各路在当前TTI的MCS(调制与信道编码方案);具体可以采用以下方案进行当前TTI的MCS的估计:
发射端接收由接收端反馈的K个CQI后,若判定所接收到的K个CQI值中的至少一个不可靠,则相应的发射端将不根据所述的不可靠的至少一个CQI值决定相应的至少一路数据流在当前TTI的MCS,而是根据发射端在此前的一个或者几个TTI的接收到的CQI值估计所述的至少一路数据流在当前TTI的MCS,或者,也可以根据所述至少一路数据流在此前的一个或者几个TTI的MCS估计所述的至少一路数据流在当前TTI的MCS。可选地,相应的判定所接收到的K个CQI值中的至少一个不可靠是指发射端判定所接收到的K个CQI值中的至少一个的信噪比低于一个给定的阀值。
本发明实施例中,所述发射端判定所接收到的K个CQI值中的至少一个不可靠的事件发生的概率,大于一个给定的值;其中,该给定的值可以为:5%,或者,10%,或者,40%,或者,50%。
下面将参考附图并结合实施例,来详细说明本发明实施例。
图3示出了根据本发明实施例的MIMO多码字通信方法的流程图,其包括以下步骤:
步骤S10,MIMO***发射端有M个发射天线,选择其中的K个发射天线发射K路数据流,而且,对于其干扰没有在接收端通过干扰消除技术消除从而仍然对一路数据流形成干扰的一个或多个数据流在被发射时所使用的一个或多个天线的组合需要随着不同的符号周期至少变化一次;
在该步骤中,在发射K路数据流过程中需要满足的条件具体可以包括:
由K个发射天线中任意确定的一个(设为天线i)发射K路数据流中任意确定的一路数据流(设为数据流x)的符号的各个符号周期内,在接收端采用干扰消除的检测技术消除了一路或多路已经被检测的数据流的符号的干扰以后,其干扰没有通过干扰消除技术被消除从而仍然对该路数据流x的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号被发射所使用的一个或多个天线的组合,遍历所有或部分可能的组合;
可选地,在采用所述所有或部分可能的组合发送数据流的过程中,可以令每个组合被使用的次数尽可能相同,以达到最优干扰分集的效果。
在该步骤中,假定发射端有M个发射天线,选择其中的K个天线发射K路信号,其中K小于等于M(K不小于3)。所述K路信号的各路分别独立进行信道编码。在一个TTI的各个符号周期,K路发射信号的每一路都轮流使用被选择的K个发射天线的各个发射。
步骤S20,K路数据流的各路分别独立进行信道编码,在一个TTI的各个符号周期,K路数据流中的至少一路轮流使用K个发射天线的各个发射;
步骤S30,MIMO***接收端采用干扰消除的检测技术进行接收,由于在步骤S10中采用的发射方式使得在接收端可以达到较佳的干扰分集的效果。
在现有技术的MIMO多码字通信方法中,接收端采用干扰消除的检测技术,依照约定的顺序,检测K路发射信号中还没有被检测的各路中的一路,对这路信号进行信道解码并且校验正确后,消除这一路发射信号对后续检测的干扰;重复本步骤,直到检测出所有的K路发射信号。这样,在接收端采用干扰消除的检测技术接收的情况下,K路信号的任意一路在某个特定符号周期使用某个天线发射时,如果对该路信号形成干扰的各路信号(实际上每一路都受到所有其它的K-1路的干扰,只有接收端采用干扰消除技术,干扰信号的路数才会依次减少)所使用的发射天线组合多于1种(首先被检测的1路信号,可能的干扰天线组合只有1种,最后被检测的1路信号,没有受到干扰),那么在一个TTI的各个符号周期内,在K路信号的任意确定的某路使用任意确定的某个天线发射的各个符号周期,对该路信号形成干扰的各路信号(实际上每一路都受到所有其它的K-1路的干扰,只有接收端干扰消除,干扰信号的路数才会依次减少)所使用的发射天线组合如果可以变化,则变化至少一次(即用到至少2种组合),从而可以达到干扰分集(多样性)的效果。
在本发明实施例中,若遍历所有可能的组合,即达到变化最大次数,则可以达到较优干扰分集的效果。
进一步地:1个TTI的各个符号周期内每个组合被使用的次数相同,或尽可能相同,也可以达到最优干扰分集的效果。
如前所述,方案乙示意图中所示的数据流a、b、c、d依照a、b、c、d的先后顺序被检测,下面针对这种情形描述本发明实施例的应用。
在检测数据流a时,存在数据流b、c、d的干扰;在检测数据流b时,因为已经用数据流a的解码结果从接收信号中消除了数据流a的发射信号对检测后续数据流的影响,所以只存在数据流c、d的干扰;在检测数据流c时,因为已经依次用数据流a和b的解码结果从接收信号中消除了数据流a和b的发射信号对检测后续数据流的影响,所以只存在数据流d的干扰;而在检测数据流d时,因为已经依次用数据流a、b和c的解码结果从接收信号中消除了数据流a、b和c的发射信号对检测后续数据流的影响,所以不存在其它数据流的干扰。
考察检测数据流b的情况,因为已经用数据流a的解码结果从接收信号中消除了数据流a的发射信号对检测后续数据流的影响,所以在示意图中,把数据流a的符号去掉,得到检测数据流b时方案乙的示意矩阵如下,
由上述矩阵可以看出,当数据流b的符号由天线2发射时,对它形成干扰的两个数据流的符号总是由天线3和4发射;当数据流b的符号由天线3发射时,对它形成干扰的两个数据流的符号总是由天线1和4发射;当数据流b的符号由天线4发射时,对它形成干扰的两个数据流的符号总是由天线1和2发射;当数据流b的符号由天线1发射时,对它形成干扰的两个数据流的符号总是由天线2和3发射。即,当数据流b的符号由某一个确定的天线发射时,对它形成干扰的两个数据流c和d的符号总是由固定不变的两个天线发射。如果当数据流b的符号由某一个确定的天线发射时,发射对它形成干扰的两个数据流的符号所使用的天线随着不同的符号周期而变化,那么就可以达到干扰分集的效果,从而让数据流b的瞬时信道容量具有更集中的分布。
考察检测数据流c的情况,因为已经依次用数据流a和b的解码结果从接收信号中消除了数据流a和b的发射信号对检测后续数据流的影响,所以在示意图中,把数据流a和b的符号去掉,得到检测数据流c时方案乙的示意矩阵如下,
容易看出,当数据流c的符号由某一个确定的天线发射时,对它形成干扰的一个数据流d的符号总是由固定不变的一个天线发射。如果当数据流c的符号由某一个确定的天线发射时,发射对它形成干扰的一个数据流d的符号所使用的天线随着不同的符号周期而变化,那么就可以达到干扰分集的效果,从而让数据流c的瞬时信道容量具有更集中的分布。
在检测数据流d时,不存在其它数据流的干扰,所以不应用上述的干扰分集技术;而在检测数据流a时,因为当发射数据流a的符号所用的天线确定以后,发射对它形成干扰的三个数据流b、c和d的符号所使用的天线必然是余下的三个天线,不可能变化,所以也不应用上述的干扰分集技术。
针对AIE提案C30-20061030-070中所述的MCW方案,即上述的方案乙,本发明实施例中,可以通过采用干扰分集的方法进一步对其进行改进,从而使得某些数据流的瞬时信道容量的分布可以更加集中。
如上所述,在由K个发射天线中任意确定的一个(设为天线m)发射K路数据流中任意确定的一路数据流(设为数据流x)的符号的各个符号周期内,其干扰没有通过干扰消除技术被消除从而仍然对该路数据流x的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号被发射所使用的一个或多个天线的组合,如果能够变化至少一次,则可以达到干扰分集的效果;若遍历所有可能的组合,并且每个组合被使用的次数尽可能相同,则可以达到最优干扰分集的效果.
下面以前述的方案乙为例,说明本发明实施例的具体实施方式。
前述的方案乙示意矩阵如下:
一种改进方案乙以达到最好干扰分集效果的方法,就是数据流a、b、c、d的符号分别使用各个天线1、2、3、4发射时,在一个TTI内,数据流a、b、c、d与天线1、2、3、4的对应关系,遍历所有可能的排列(4的排列有24种),而且,一个TTI内的各个符号周期,每一种排列被用到的次数尽可能相等。因为所有的排列都被用到,那么显然当某个数据流的符号由某一个确定的天线发射时,发射其干扰没有通过干扰消除技术被消除从而仍然对它形成干扰的一个或多个数据流的符号所使用的一个或多个天线,会遍历所有可能的组合。这种方案的示意矩阵如下,矩阵中,所有的24种排列都被列出:
可以看出,在该24种排列中,当数据流b采用天线2发送时,相应的数据流c、d不再固定由天线3、4发送,而是由其他各天线1、3、4构成的各种二天线组合进行发送。
上述的遍历所有可能的排列的方法,会使实现的复杂度较高,同时,一个TTI包括的符号周期数目必须是24的整数倍,才能使每种排列被使用的次数相等而达到最好的效果。实际上,不需要遍历所有可能的排列,而仅采用其中的部分排列,就可以保证当某个数据流的符号由某一个确定的天线发射时,发射其干扰没有通过干扰消除技术被消除从而仍然对它形成干扰的一个或多个数据流的符号所使用的一个或多个发射天线组合随着不同的符号周期而变化,并且遍历所有可能的组合,以实现较佳的干扰分集效果,下面将推导这种方法的具体实现过程:
考察检测数据流b的情况,由上所述,这时存在未检测的两个数据流c和d的符号的干扰。因为只需要b的符号由某一个确定的天线发射时,发射对它形成干扰的两个数据流的符号所使用的两个天线遍历所有可能的组合,这里用*表示作为干扰的数据流c和d的符号。从以下示意图的前三列可以看出,当b的符号由天线2发射时,发射对它形成干扰的两个数据流的符号所使用的两个天线遍历所有可能的组合(从余下的三个天线中取两个,有三种组合);容易看出当b的符号分别由天线3、4、1发射时,发射对它形成干扰的两个数据流的符号所使用的两个天线也遍历所有可能的组合。而作为干扰的数据流c和d的符号,可以随意放入每一列的两个*的位置。
对数据流b达到最好干扰分集效果的方案的示意矩阵:
上面示意矩阵表示的方案,对检测数据流b的情况达到了最好干扰分集效果。在上述方案的基础上,通过把作为干扰的数据流c和d的符号,依照一定的规则放入每一列的两个*的位置,使得对检测数据流c的情况也达到最好干扰分集效果,具体的设计思路如下:
需要做到c的符号由某一个确定的天线发射时,发射对它形成干扰的一个数据流d的符号所使用的一个天线遍历所有可能的组合。下表列出了所有可能的12种情况。由下表的前3列可以看出,当数据流c的符号由天线3发射时,发射对它形成干扰的一个数据流d的符号所使用的一个天线遍历所有可能的组合(从余下的三个天线中取一个,有三种组合);容易看出当c的符号分别由天线4、1、2发射时,发射对它形成干扰的1个数据流d的符号所使用的1个天线也遍历所有可能的组合。
对数据流c达到最好干扰分集效果的方案的示意表格:
数据流c | 天线3 | 天线3 | 天线3 | 天线4 | 天线4 | 天线4 | 天线1 | 天线1 | 天线1 | 天线2 | 天线2 | 天线2 |
干扰数据流d | 天线1 | 天线2 | 天线4 | 天线1 | 天线2 | 天线3 | 天线2 | 天线3 | 天线4 | 天线1 | 天线3 | 天线4 |
上表中的12种情况,正好可以全部填入前述的对数据流b达到最好干扰分集效果的方案的示意图的*中。填入的一种方法如下:
把数据流c由天线m发射而数据流d由天线n发射的情况,与数据流c由天线n发射而数据流d由天线m发射的情况,称为一个匹配对,记为匹配对(m,n)。
一个匹配对的例子如下表格所示:
数据流c | 天线3 |
干扰数据流d | 天线1 |
数据流c | 天线1 |
干扰数据流d | 天线3 |
对数据流c达到最好干扰分集效果的方案的示意表格中的12种情况,正好组成了6个匹配对.可以把每个匹配对用以下的方法填入,在对数据流b达到最好干扰分集效果的方案的示意图中找两个*占位相同的列,依次填入和这样的操作进行6次后,刚好填满。注意匹配对(m,n)所包含的和与对数据流b达到最好干扰分集效果的方案的示意图中的两个*占位相同的列的对应关系可以是任意的。详细的过程如下:
(1)把匹配对(3,4)填入示意矩阵
本发明实施例使用上面这个方案。如前所述,匹配对(m,n)所包含的和与对数据流b达到最好干扰分集效果的方案的示意矩阵中的两个*占位相同的列的对应关系可以是任意的,所以把匹配对(3,4)填入示意矩阵的方式也可以是:
(2)再把匹配对(1,4)填入示意矩阵
本发明实施例使用上面这个方案。如前所述原理,把匹配对(1,4)填入示意矩阵的方式也可以是
(3)再把匹配对(1,3)填入示意矩阵
本发明的实施例使用上面这个方案。如前所述原理,把匹配对(1,3)填入示意矩阵的方式也可以是另一种,如将第3列的数据流c、d使用的天线修改天线3和天线1,并将第8列的数据流c、d使用的天线修改天线1和天线3,对于本领域的专业人士来说很容易得到这一种,就不再赘述。
(4)再把匹配对(2,4)填入示意矩阵
本发明的实施例使用上面这个方案。如前所述原理,把匹配对(2,4)填入示意矩阵的方式也可以是另一种,如将第4列的数据流c、d使用的天线修改天线4和天线2,并将第11列的数据流c、d使用的天线修改天线2和天线4,对于本领域的专业人士来说很容易得到这一种,就不再赘述。
(5)再把匹配对(1,2)填入示意矩阵
本发明的实施例使用上面这个方案。如前所述原理,把匹配对(1,2)填入示意矩阵的方式也可以是另一种,如将第6列的数据流c、d使用的天线修改天线2和天线1,并将第9列的数据流c、d使用的天线修改天线1和天线2,对于本领域的专业人士来说很容易得到这一种,就不再赘述。
(6)再把匹配对(2,3)填入示意矩阵
本发明的实施例使用上面这个方案。如前所述原理,把匹配对(2,3)填入示意矩阵的方式也可以是另一种,如将第7列的数据流c、d使用的天线修改天线3和天线2,并将第12列的数据流c、d使用的天线修改天线2和天线3,对于本领域的专业人士来说很容易得到这一种,就不再赘述。
这样得到了最后的实施例的方案,从该方案的构造过程可以知道,它既对数据流b达到最好干扰分集效果,也对数据流c达到最好干扰分集效果.表达上述方案的矩阵中的空白位置由数据流a的符号占据.为了表达得清楚,把数据流a的符号填入,得到达到最好干扰分集效果的方案的示意矩阵如下:
上述的方案只需要遍历12种不同的排列,实现的复杂度较低,同时,一个TTI包括的符号周期数目只需要是12的整数倍,就可以使每种排列被使用的次数相等而达到最好的效果。
从上述最后的实施例的方案的构造过程可以知道,把每一个匹配对(m,n)所包含的和填入对数据流b达到最好干扰分集效果的方案的示意矩阵时,都有两种可能的实现。所以把上述的6个匹配对(m,n)所包含的和填入对数据流b达到最好干扰分集效果的方案的示意矩阵时,可能的实现方案有2×2×2×2×2×2=64种,这64种方案都是使用本发明实施例的原理得到,从而都在本发明的保护范围之内。
这64种方案是这样得到的,把第1个匹配对填入示意矩阵时,有两种可能的实现,记为(I1、I2)。把第2个匹配对填入示意矩阵时,有两种可能的实现,记为(II1、II2)。相应的把第3、4、5和6个匹配对填入示意矩阵时,各自有两种可能的实现,分别记为(III1、III2),(IV1、IV2),(V1、V2),(VI1、VI2)。容易看到,填入第1个和第2个匹配对后,可能的方案有2×2=4种,即方案I1II1、I1II2、I2II1、I2II2,例如其中的I2II1表示填入第1个匹配对用I2实现而填入第2个匹配对用II1实现的方案;填入第1个、第2个和第3个匹配对后,可能的方案有2×2×2=8种,即方案I1II1III1、I1II2III1、I2II1III1、I2II2III1、I1II1III2、I1II2III2、I2II1III2、I2II2III2,例如其中的I2II1III2表示填入第1个匹配对用I2实现,填入第2个匹配对用II1实现的方案,并且填入第3个匹配对用III2实现的方案。由此可以类推到把更多的配对匹配对填同时,容易验证,在所有的24种不同的排列中,去掉上述达到最好干扰分集效果的方案所必须的一群的至少12种不同的排列以后,所余下的12种排列,必然还是达到最好干扰分集效果的方案所必须的另外一群的至少12种不同的排列,即遍历上述余下的12种排列的方案,仍旧是达到最好干扰分集效果的方案。我们可以举例验证这一点。
在所有的24种不同的排列:去掉上述达到最好干扰分集效果的方案所必须的至少12种不同的排列,即下面的12种排列,记为群一,
然后我们得到余下的12种排列,记为群二,即
因为在接收端采用干扰消除技术以后,第一个被检测并消除其干扰的数据流a,对后续的数据流b和c的检测不构成干扰,所以把a用□代替,而□表示对当前待检测数据流的符号不形成干扰,由此得到不考虑a的干扰的示意矩阵如下
数据流c和d都对数据流b的检测构成干扰,所以把c和d用*代替,而*表示对当前待检测数据流的符号形成干扰,由此得到
由上图可以看出,对于数据流b的检测,这个方案达到了最优干扰分集的效果,即在b使用某一固定的天线发射时,对b形成干扰的发射信号所使用的发射天线组合遍历所有可能的组合。
数据流d对数据流c的检测构成干扰,而数据流b对数据流c的检测不构成干扰,所以在不考虑a的干扰的示意图中把d用*代替并且把b用□代替,得到:
由上述矩阵可以看出,对于数据流c的检测,这个方案也达到了最优干扰分集的效果,即在c使用某一固定的天线发射时,对c形成干扰的发射信号所使用的发射天线组合遍历所有可能的组合。从而我们验证了在所有的24种不同的排列中,去掉上述达到最好干扰分集效果的方案所必须的至少12种不同的排列以后,所余下的12种排列,必然还是达到最好干扰分集效果的方案所必须的至少12种不同的排列。
综上所述,可以看出,本发明实施例对于发射4个数据流的情况,共有两个可以选择应用的实现方案:一个是遍历所有的24种排列,并且在一个TTI内每种排列使用的次数尽可能相等,记为方案A;另一种是遍历上述的特定的12种排列,并且在一个TTI内每种排列使用的次数尽可能相等,记为方案B。
在实际的实现中,还可以把上述的两种方案结合起来,现在举一个实施例如下:假设1个TTI内包含24*4+12=108个符号周期,那么,可以在1个TTI内,先遍历所有的24种排列4次,占用24*4=96个符号周期,然后在余下的12个符号周期,遍历上述的特定的12种排列。容易看出,这种方案达到了最优干扰分集的效果,因为在所述24*4=96个符号周期内,按照第一种方案遍历了所有的24种排列且每种排列使用的次数相等;而在余下的12个符号周期内,按照第二种方案遍历了上述的特定的12种排列且每种排列使用的次数相等。
通常1个TTI内包含的符号周期数y不一定是24或者12的整数倍。如上所述,如果采用遍历所有的24种排列的方案,那么在遍历多次以后,当余下的符号周期数目不足24但是大于12,那么可以再按照第二种方案遍历上述的特定的12种排列1次,这样余下的符号周期数必然小于12;而如果采用上述的特定的12种排列的方案,那么在遍历多次以后,当余下的符号周期数目不足以再遍历一次时,余下的符号周期数必然也小于12。所以对于1个TTI内包含的符号周期数y不是24或者12的整数倍的情况,我们只需要考虑遍历多次以后余下的符号周期数小于12的情况。
此时,我们把余下的符号周期数记为x,x是y除以12得到的余数,必然小于12。下文给出在余下的x个符号周期内遍历排列的方案,该方案可以达到最优的效果。
该方案需要满足,在这x个符号周期内,所经历的x种排列,必然是遍历上述的特定的12种排列的方案B包含的12种排列中不同的x种。如前所述,方案B可以有不同的64种实现,取其中任意一种实现所采用的12种排列即可。
在x大于等于4的情况下,在所述x个符号周期,每4个符号周期遍历的4个排列还需要满足这样的原则:在这4个排列中,每一个数据流都遍历了所有的4个发射天线,即每一个数据流在这4个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同。下面以本发明实施例所举的方案B的一种实现所遍历的特定的12种排列为例,给出上述技术的实施例。
本发明实施例所举的方案B的一种实现所遍历的特定的12种排列,即如前文所述记为群一的12种排列,如下:
假设上述所述x个符号周期(x>4)中某4个符号周期遍历的第1个排列是那么根据每一个数据流在这4个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则,在这4个符号周期遍历的其它3个排列,必然不会在任意一行的元素与排列在该行的元素相同,由此排除掉的各个排列,如下图所示,被排除掉的排列所对应的列中打-的元素就是与排列在相同行的元素相同的元素。
删除上述所在列有-被排除掉的各个排列后,得到
矩阵中把选定的第1个排列放在[ ]外。
在[ ]中,相同行的元素相同的排列不可以共存,它们是列(1)(3)、列(1)(4)、列(1)(2)、列(1)(4)(5)、列(2)(5)、列(3)(5)、列(4)(5)。因为(1)与所有的列不能共存,排除(1),那么剩下的列(2)(3)(4)(5)中,不能共存的是列(2)(5)、列(3)(5)、列(4)(5),因为(5)与所有剩下的列不能共存,排除(5),所以得到4个排列
它们满足每一个数据流在这4个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则。
上述方案B的一种实现所遍历的特定的12种排列中,去掉上述的4个排列后,余下的8个排列如下:
采用求得上述的4个排列的方法类似的方法,则可以求得这8个排列可以分成2组,每组有4个排列且组内的4个排列满足每一个数据流在这4个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则。这两组分别是:
由上面的叙述可以知道,在x大于4的情况下,在所述x个符号周期,每4个符号周期遍历的4个排列可以是上述的组一、组二和组三中任意一组所包含的4个排列。
更具体的,在x大于等于8的情况下,在4个符号周期遍历上述的组一、组二和组三中任意一组所包含的4个排列例如组二,再在另4个符号周期遍历除了已经遍历的组(例如组二)以外上述的组一、组二和组三中任意一组所包含的4个排列例如组一,最后的(x-8)个符号周期,遍历除了已经遍历的两个组(例如组二、组一)以外上述的组一、组二和组三中任意一组所包含的4个排列中任意的(x-8)个。
在x大于等于4小于8的情况下,在4个符号周期遍历上述的组一、组二和组三中任意一组所包含的4个排列例如组二,最后的(x-4)个符号周期,遍历除了已经遍历的两个组(例如组二、组一)以外上述的组一、组二和组三中任意一组所包含的4个排列中任意的(x-4)个。
在x小于4的情况下,在x个符号周期,遍历上述的组一、组二和组三中任意一组所包含的4个排列中任意的x个。
上述在4个符号周期是指在时间域或者频率域相邻的某4个符号周期内(即不是任意的4个符号周期,而是相邻的4个符号周期),每个数据流使用的发射天线各不相同,相应的具体处理可以包括:在一个TTI内,从某个符号周期开始所经历的时间域或者频率域相邻的4个符号周期内,每个数据流使用的发射天线各不相同;从与上述4个符号周期中至少一个在时间域或者频率域相邻的某一个符号周期开始所经历的时间域或者频率域相邻的4个符号周期内,每个数据流使用的发射天线各不相同;如此依次经历的多组时间域或者频率域相邻的4个符号周期都满足上述条件,直到所述的一个TTI内剩余的符号周期数目小于4。
同样还可以对如前文所述记为群二的12种排列进行相应的划分处理,所述群二的12种排列如下:
采用与把群一的12种排列分成上述三组的方法相同的方法,还可以把群二的12种排列分成3组,具体如下:
可见,该群二的三组也满足每组有4个排列且组内的4个排列满足每一个数据流在这4个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则。
此外,在实际的MIMO+OFDM信道中,信道情况是沿时间域和频率域逐渐变化的。即,时间域和频率域相邻的多个符号周期,虽然可以近似认为在这些符号周期内信道情况不变,实际上是两个符号周期在时间域和频率域上距离越小,这两个符号周期的信道情况差别越小。比如在前述一个数据包使用时域上连续的8个OFDM符号,每个OFDM符号占用频域上连续的16个子载波的通信方案中,虽然可以近似的认为信道情况在所述的8个OFDM符号和16个子载波上的128个符号周期内的变化可以忽略,实际上,在位于同一OFDM符号和相邻子载波的两个符号周期内,以及在位于同一子载波和相邻OFDM符号的两个符号周期内,信道的变化非常小;而在时域或者频域间隔较大的两个符号周期内,信道的变化较大。
从而,为了达到更好的分集效果,在遍历所有的24种排列多次的过程中,或者在遍历达到最优干扰分集效果的12种排列多次的过程中,每一次遍历24种排列或者12种排列时,所包含的24种或者12种排列不是按照任意顺序被遍历,而是满足在频率域或者时间域连续的4个符号周期内所经历的4个排列中的各个,每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则。注意在实际的通信***中,有些符号周期被用来发射导频符号,从而不能用来发射数据符号;对于某两个数据符号所占用的两个符号周期在物理上并不相邻,而是间隔有用于发射导频符号的一个或者多个符号周期(一般是一个符号周期)的情况,我们也认为所述的两个数据符号所占用的两个符号周期是连续的。
采用方案B时,在连续的12个符号周期遍历达到最优干扰分集效果的12种排列多次的过程中,满足上述原则的方法在下文介绍。当所用的12种排列就是前文所述本发明实施例所举方案B的一种实现所遍历的特定的12种排列,即,
由前文所述,这12种排列可以分成3组,每组包括4个不同的排列,并且每组内的4个排列满足每一个数据流在这4个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则。这三个组如下:
那么,在遍历达到最优干扰分集效果的12种排列多次的过程中的每一次,都在时间域或者频率域连续的4个符号周期内遍历以上三个组中的任意一组的4个排列,再在接下来的时间域或者频率域连续的4个符号周期内遍历以上三个组中除掉已经被遍历的一组以外余下的组中的任意一组的4个排列,最后在接下来的时间域或者频率域连续的4个符号周期内遍历以上三个组中除掉已经被遍历的两组以外余下的唯一一组中的4个排列,以完成对所述12种排列的一次遍历。
在时间域或者频率域连续的4个符号周期内遍历以上三个组中的某一组的4个排列时,这4个排列的顺序可以任意变化而对***性能的影响比较小。然而,为了达到更好的分集效果,需要满足两个相邻的组之间的两个相邻的符号周期内所用的两个排列,也满足每一个数据流在这两个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则。
如下图所示,假设组内各个排列遍历的顺序就是按照上图中的顺序,而在一段连续的符号周期内按照组一、组二和组三的先后顺序遍历12个排列,而在下一段连续的符号周期内再按照组一、组二和组三的先后顺序遍历12个排列,那么其示意矩阵如下:
由上述矩阵可以看出,两个相邻的组之间的两个相邻的符号周期包括:组一的第4个符号周期和组二的第1个符号周期、组二的第4个符号周期和组三的第1个符号周期、组三的第4个符号周期和组一的第1个符号周期。容易看到,其中只有在组三的第4个符号周期和组一的第1个符号周期的两个排列,不满足每一个数据流在这两个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则。所以我们相应的通过交换组三的第4个符号周期所用排列和组三的第2个符号周期所用排列,以调整组三的4个符号周期所用4个排列的顺序,使得在组三的第4个符号周期和组一的第1个符号周期的两个排列,也满足每一个数据流在这两个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则。调整后的结果如下:
类似的,如前所述,在遍历前述的12种排列或者24种排列多次以后,在余下的不足12的数目的符号周期内,如前所述遍历0个或者若干个组,再遍历某个组中的0个或若干个排列的情况下,两个相邻的组之间的两个相邻的符号周期内所用的两个排列,也满足每一个数据流在这两个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则.
总而言之,为了达到更好的分集效果,需要时域或者频域相邻的任意两个符号周期内所用的两个排列,尽量满足每一个数据流在这两个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则。
接下来介绍采用方案A时,遍历所有的24种排列多次的过程中,满足在连续的4个符号周期内所经历的4个排列中的各个,每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则的方法。由前文所述,可以在所有的24种不同的排列中,找出达到最好干扰分集效果的方案所必须的至少12种不同的排列,把它们记为群一,然后在所有的24种不同的排列中去掉群一的12种排列以后所余下的12种排列,必然还是达到最好干扰分集效果的方案所必须的另外一群的至少12种不同的排列,记为群二。
从而,遍历所有的24种排列多次的过程中,可以先遍历上述的两个群中的一个,再遍历上述的两个群中的另外一个,比如依照群二、群一、群二、群一…的方式遍历。如前所述,两个群中的每一个所包含的12种排列可以分成3组,每组包括4个不同的排列,并且每组内的4个排列满足每一个数据流在这4个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则。
从而,在连续的12个符号周期遍历某一个群中的12个排列的各个过程中的每一个,都在时间域或者频率域连续的4个符号周期内遍历上述三个组中的任意一组的4个排列,再在接下来的时间域或者频率域连续的4个符号周期内遍历以上三个组中除掉已经被遍历的一组以外余下的组中的任意一组的4个排列,最后在接下来的时间域或者频率域连续的4个符号周期内遍历以上三个组中除掉已经被遍历的两组以外余下的唯一一组中的4个排列,以完成对所述12种排列的一次遍历。
在时间域或者频率域连续的4个符号周期内遍历任意一个群包含的三个组中的某一组的4个排列时,这4个排列的顺序可以任意变化而对***性能的影响比较小。然而,为了达到更好的分集效果,需要满足两个相邻的组之间的两个相邻的符号周期内所用的两个排列,也满足每一个数据流在这两个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则。注意因为采用了依照群二、群一、群二、群一…的方式遍历,所以需要满足两个相邻的群之间的两个相邻的符号周期内所用的两个排列,也满足每一个数据流在这两个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则;即在群二的最后一个符号周期的排列与群一的第一个符号周期的排列之间每一个数据流所使用的发射天线各不相同,以及群一的最后一个符号周期的排列与群二的第一个符号周期的排列之间每一个数据流所使用的发射天线各不相同。作为对比,注意方案B下12个排列遍历多次时,由于12个排列遍历一次后紧接着开始遍历第二次,这12个排列的最后一个与这12个排列的第一个在时间或者频率域上相邻,从而需要满足每一个数据流在这两个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同。
如前所述,在遍历所述24种排列多次以后当剩余的符号周期数目不足24时,如果剩余的符号周期数目大于12,则遍历前述的满足最优干扰分集的12种排列一次,直到余下符号周期的数目不足12.此时两个相邻的组之间的两个相邻的符号周期内所用的两个排列,也尽量满足每一个数据流在这两个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则.
下面给出依据以上的这些原则,总结出在前述一个数据包使用时域上连续的8个OFDM符号,每个OFDM符号占用频域上连续的16个子载波的通信方案中,本发明的优选实施例。下图表示一种把所述8个OFDM符号和16个子载波上的128个符号周期编号的一种方式,这种编号只表示序号相邻的两个符号周期必然在时间上或者频域上相邻,满足这个条件的编号方式有很多种,本文只就其中的一种编号方式,给出实施例。
128个符号周期编号的方式一
首先给出本发明方案B的优选实施例。128个符号周期内,可以在第1到第120个符号周期,遍历所述的达到最优干扰分集的12种排列10次,在每次遍历所述的12种排列时,如前所述,依次遍历前述的群一的组一、组二和组三,注意组三的4个符号周期所用4个排列的顺序做了前述的调整,以满足相邻的两个符号周期每个流使用的发射天线都不同。
然后在余下的128-120=8个符号周期,遍历组一一次,再遍历组二一次.这个实施例中没有剩余的数目小于4的x个符号周期,如果有,则再依照符号周期从小到大的序号依次遍历组三中的第1个直到第x个符号周期.之所以不从组三任意取x个排列,而是只依次取前面的x个排列,是因为组三的4个符号周期所用4个排列的顺序已经调整到满足相邻的两个符号周期每个流使用的发射天线都不同.
下面再给出本发明方案A的优选实施例。128个符号周期内,可以在第1到第120个符号周期,遍历所有的24种排列5次。每次遍历24种排列时,都是先遍历所述的群一,再遍历所述的群二,详细的一种实现如下:
由上可见,下述位于相邻符号周期的两个排列,即群一的组三的最后一个排列与群二的组一的第一个排列,以及群二的组一的最后一个排列与群二的组二的第一个排列,不满足相邻的两个符号周期每个流使用的发射天线都不同的要求。为此,需要调整群二的组一内各个排列被遍历的顺序,调整后得到改进后的方案如下:
上述改进后的方案满足相邻的两个符号周期每个流使用的发射天线都不同的要求。
之后,在余下的128-120=8个符号周期,遍历群一的组一一次,再遍历群一的组二一次。这个实施例中没有剩余的数目小于4的x个符号周期,如果有,则再依照符号周期从小到大的序号依次遍历群一的组三中的第1个直到第x个符号周期。或者,在所述余下的8个符号周期,也可以遍历群二的若干个组,只需要满足相邻的两个符号周期每个流使用的发射天线都不同即可。
前述的实施例中,群一的12种排列是达到最优干扰分集效果的12种排列,是在所述4路数据流依照a、b、c、d的先后顺序被检测的情况下才被验证成立的。而容易验证,在所述4路数据流依照完全相反的先后顺序,即依照d、c、b、a的先后顺序被检测的情况下,群一的12种排列仍然是达到最优干扰分集效果的12种排列。所述依照d、c、b、a的先后顺序被检测,是指接收端首先检测数据流d并使用检测结果消除d的干扰,其次接收端检测数据流c并使用检测结果消除c的干扰,此后接收端检测数据流b并使用检测结果消除b的干扰,最后接收端检测数据流a。验证的过程在下面的段落中详述。
如前所述,群一的12种排列如下:
因为在接收端采用干扰消除技术以后,第一个被检测并消除其干扰的数据流d,对后续的数据流c的检测不构成干扰,所以把d用□代替,而□表示对当前待检测数据流的符号不形成干扰,由此得到不考虑d的干扰的示意矩阵如下
数据流b和a都对数据流c的检测构成干扰,所以把b和a用*代替,而*表示对当前待检测数据流的符号形成干扰,由此得到
由上述矩阵可以看出,对于数据流c的检测,这个方案达到了最优干扰分集的效果,即在c使用某一固定的天线发射时,对c形成干扰的发射信号所使用的发射天线组合遍历所有可能的组合。
数据流a对数据流b的检测构成干扰,而数据流c对数据流b的检测不构成干扰,所以在不考虑d的干扰的示意图中把a用*代替并且把c用□代替,得到:
由上述矩阵可以看出,对于数据流b的检测,这个方案也达到了最优干扰分集的效果,即在b使用某一固定的天线发射时,对b形成干扰的发射信号所使用的发射天线组合遍历所有可能的组合。从而我们验证了在所述4路数据流依照完全相反的先后顺序,即依照d、c、b、a的先后顺序被检测的情况下,群一的12种排列仍然是达到最优干扰分集效果的12种排列。
而此前我们已经验证了在所有的24种不同的排列中,去掉达到最好干扰分集效果的方案所必须的至少12种不同的排列以后,所余下的12种排列,必然还是达到最好干扰分集效果的方案所必须的至少12种不同的排列.所以,容易推理得到,并且也容易验证,在所述4路数据流依照完全相反的先后顺序,即依照d、c、b、a的先后顺序被检测的情况下,群二的12种排列也仍然是达到最优干扰分集效果的12种排列.而如前所述,群二的12种排列如下:
需要说明的是,在上述的符号周期1和32、2和31,以及3和30等各对符号周期,虽然序号不是连续的,但实际上在时域是相邻的,为更加优化实施方案,则可以达到在这样的时域上连续的符号周期,也满足本发明实施例所述的上述原则,具体的实施例不再赘述。
在无线通信标准中,通常还有使用3发射天线的情况,本发明实施例也为这种情况设计相应的达到最好干扰分集效果的方案。
以使用4个天线中的3个的情况为例,3个数据流a、b、c的各个符号循环使用被选择的3个天线中的每一个的方案,其示意图如下,在此,仍然假设数据流a、b、c在接收端按照a、b、c的先后顺序被检测,并且假设天线3没有被选择使用。
当数据流a已经被正确检测并消除其干扰后,相应的示意矩阵是,
容易看到,在上述矩阵中,当数据流b的符号由某一个确定的天线发射时,对它形成干扰的一个数据流c的符号总是由固定不变的一个天线发射。而如果当数据流b的符号由某一个确定的天线发射时,发射对它形成干扰的一个数据流c的符号所使用的天线随着不同的符号周期而变化,那么就可以达到干扰分集的效果,从而让数据流b的瞬时信道容量具有更集中的分布。而为了达到最好的干扰分集效果,需要做到当数据流b的符号由某一个确定的天线发射时,发射对它形成干扰的一个数据流的符号所使用的一个随着不同的符号周期而变化并遍历所有可能的组合,而且在一个TTI内,每个组合被使用的次数尽可能相同。
本发明实施例提供了一种达到最好干扰分集效果的方法,就是数据流a、b、c的符号分别使用各个天线1、2、4发射时,在一个TTI内,数据流a、b、c与天线1、2、4对应关系,遍历所有可能的排列(3的排列有6种),而且,一个TTI内的各个符号周期,每一种排列被用到的次数尽可能相等.因为所有的排列都被用到,那么显然当某个数据流的符号由某一个确定的天线发射时,发射对它形成干扰的一个或多个数据流的符号所使用的一个或多个天线,会遍历所有可能的组合.
上述方案的示意矩阵如下,矩阵中,所有的6种排列都被列出:
在上述方案中,所使用的排列数目已经较少,故可以不再进一步减少。此外,分析也表明,对于使用3发射天线的情况,可以不再如使用4发射天线的情况那样,减少所需要使用的排列的数目。
对于使用3发射天线的情况,在1个TTI内包含的符号周期数y不是6的整数倍时,考虑遍历上述的6种排列多次直到余下的符号周期数小于6的情况。
此时,我们把余下的符号周期数记为x,x是y除以6得到的余数,必然小于6。下文给出在余下的x个符号周期内遍历排列的方案,该方案可以达到最优的效果。
该方案需要满足,在这x个符号周期内,所经历的x种排列,必然是遍历上述的6种排列中不同的x种。
在x大于等于3的情况下,在所述x个符号周期,每3个符号周期遍历的3个排列还需要满足这样的原则:在这3个排列中,每一个数据流都遍历了所有的3个发射天线,即每一个数据流在这3个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同。
上述的6种排列可以分为两组,
容易看出,每组都满足在该组内的3个排列中,每一个数据流都遍历了所有的3个发射天线,即每一个数据流在这3个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同。
在x大于等于3的情况下,在3个符号周期遍历上述的组一和组二中任意一组所包含的3个排列例如组二,再在最后的(x-3)个符号周期,遍历除了已经遍历的一个组(例如组二)以外的一组所包含的3个排列中任意的(x-3)个。
在x小于3的情况下,在x个符号周期,遍历上述的组一和组二中任意一组所包含的3个排列中任意的x个。
与前面所述发射4个流的情况的最优方案的原理相同,为了达到更好的分集效果,发射3个流的情况下,在遍历所有的6种排列多次的过程中,每一次遍历时,所包含的6种排列不是按照任意顺序被遍历,而是满足在连续的3个符号周期内所经历的3个排列中的各个,每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则.具体的实施方式就是,每次遍历所有的6种排列,都是先遍历两个组中的任意一组的3种排列,再遍历两个组中的余下一组的3种排列,比如两次遍历所有的6种排列,可以按照组一、组二、组一、组二的方式进行.组内各个排列的顺序可以任意,因为两组间在相邻符号周期的两个排列,都必然有且仅有一个发射天线上发相同的数据流,不能通过组内排列顺序的调整避免.
上述在3个符号周期是指在时间域或者频率域相邻的某3个符号周期内(即不是任意的3个符号周期,而是相邻的3个符号周期),每个数据流使用的发射天线各不相同,相应的具体处理过程可以包括:在一个TTI内,从某个符号周期开始所经历的时间域或者频率域相邻的3个符号周期内,每个数据流使用的发射天线各不相同;从与上述3个符号周期中至少一个在时间域或者频率域相邻的某一个符号周期开始所经历的时间域或者频率域相邻的3个符号周期内,每个数据流使用的发射天线各不相同;如此依次经历的多组时间域或者频率域相邻的3个符号周期都满足上述条件,直到所述的一个TTI内剩余的符号周期数目小于3。
本发明实施例描述的干扰分集的思想,也可以用于更多发射天线的情况下的方案设计。假定在有5个发射天线的情况下,5个数据流a、b、c、d、e依照a、b、c、d、e的先后顺序被检测。下面针对这种情形描述本发明实施例的应用。
在检测数据流a时,存在数据流b、c、d、e的干扰;在检测数据流b时,因为已经用数据流a的解码结果从接收信号中消除了数据流a的发射信号对检测后续数据流的影响,所以只存在数据流c、d、e的干扰;在检测数据流c时,因为已经依次用数据流a和b的解码结果从接收信号中消除了数据流a和b的发射信号对检测后续数据流的影响,所以只存在数据流d、e的干扰;在检测数据流d时,因为已经依次用数据流a、b和c的解码结果从接收信号中消除了数据流a、b和c的发射信号对检测后续数据流的影响,所以只存在数据流e的干扰;在检测数据流e时,因为已经依次用数据流a、b、c和d的解码结果从接收信号中消除了数据流a、b、c和d的发射信号对检测后续数据流的影响,所以不存在其它数据流的干扰。
5个发射天线的情况下,有120种不同的排列。应用上面的方法可以求出,实际只需要遍历较少数目的排列,就可以达到最好的干扰分集效果。
考察检测数据流b的情况,由上所述,这时存在未检测的3个数据流c、d和e的符号的干扰。因为只需要b的符号由某一个确定的天线发射时,发射对它形成干扰的3个数据流的符号所使用的3个天线遍历所有可能的组合,所以用×表示作为干扰的数据流c、d和e的符号。从以下示意图(注意图中各列表示各个发射天线,而各行表示各个符号周期)的前4行可以看出,当b的符号由天线1发射时,发射对它形成干扰的3个数据流的符号所使用的3个天线遍历所有可能的组合(从余下的4个天线中取3个,有4种组合);容易看出当b的符号分别由天线2、3、4、5发射时,发射对它形成干扰的3个数据流的符号所使用的3个天线也遍历所有可能的组合。而作为干扰的数据流c、d和e的符号,可以随意放入每一行的3个×的位置。
对数据流b达到最好干扰分集效果的方案的示意矩阵如下:
考察检测数据流c的情况,由上所述,这时存在未检测的2个数据流d和e的符号的干扰。因为只需要c的符号由某一个确定天线发射时,发射对它形成干扰的2个数据流的符号所使用的2个天线遍历所有可能的组合,所以用×表示作为干扰的数据流d和e的符号。从以下示意图的前6行可以看出,当c的符号由天线1发射时,发射对它形成干扰的2个数据流的符号所使用的2个天线遍历所有可能的组合(从余下的4个天线中取2个,有6种组合);容易看出当c的符号分别由天线2、3、4、5发射时,发射对它形成干扰的2个数据流的符号所使用的2个天线也遍历所有可能的组合。而作为干扰的数据流d和e的符号,可以随意放入每一行的2个×的位置。
对数据流c达到最好干扰分集效果的方案的示意矩阵
考察检测数据流d的情况,由上所述,这时存在未检测的1个数据流e的符号的干扰。因为只需要d的符号由某一个确定天线发射时,发射对它形成干扰的1个数据流的符号所使用的1个天线遍历所有可能的组合,所以用×表示作为干扰的数据流e的符号。从以下示意图的前6行可以看出,当d的符号由天线1发射时,发射对它形成干扰的1个数据流的符号所使用的1个天线遍历所有可能的组合(从余下的4个天线中取1个,有4种组合);容易看出当d的符号分别由天线2、3、4、5发射时,发射对它形成干扰的1个数据流的符号所使用的1个天线也遍历所有可能的组合。而作为干扰的数据流e的符号,可以随意放入每一行的1个×的位置。
对数据流d达到最好干扰分集效果的方案的示意矩阵
在对数据流b达到最好干扰分集效果的方案的示意图,考察对b形成干扰的3个天线是天线组合1、2、3的情况,把×用$代替,表示这种情况。可以看到共有2种情况。
然后在对数据流c达到最好干扰分集效果的方案的示意矩阵,考察所使用的3个天线是天线组合1、2、3的情况,把×用$代替,表示这种情况。可以看到共有3种情况。
对比上面两矩阵示意可以看出,对数据流b达到最好干扰分集效果的20种情况第1次循环时,对b形成干扰的3个天线是天线组合1、2、3的情况共有2种;而在对数据流c达到最好干扰分集效果的方案的矩阵示意图中,所使用的3个天线是天线组合1、2、3的情况共有3种。所以不可能在对数据流b达到最好干扰分集效果的20种情况第1次循环时,把在对数据流c达到最好干扰分集效果的方案的示意图中所使用的3个天线是天线组合1、2、3的3种情况完全填入,而只能填入其中的2种。对于使用的3个天线是天线组合1、2、3的情况以外的其它9种组合的任意一种的情况,这一点都是成立的(5取3共有10种组合)。
所以在对数据流b达到最好干扰分集效果的20种情况第1次循环时,只填入而在对数据流c达到最好干扰分集效果的方案的示意图中所使用的3个天线是天线组合1、2、3的3种情况中的2种,如下矩阵(矩阵示意a)所示:
然后在对数据流b达到最好干扰分集效果的20种情况第2次循环时,填入而在对数据流c达到最好干扰分集效果的方案的示意图中所使用的3个天线是天线组合1、2、3的3种情况中除了先前被填入的2种以外的余下1种,并且填入两次,如下矩阵(矩阵示意b)所示:
而为了保证在对数据流c达到最好干扰分集效果的方案的示意矩阵中,所使用的3个天线是天线组合1、2、3的3种情况被使用的次数相等,实际中可以按照矩阵示意a、矩阵示意b、矩阵示意a的周期循环,即按照矩阵示意a、矩阵示意b、矩阵示意a、矩阵示意a、矩阵示意b、矩阵示意a的方式循环。这样相当于每一个循环周期包括60种情况,并且在一个循环周期内,对数据流b达到最好干扰分集效果的方案的20种情况循环3次,而对数据流c达到最好干扰分集效果的方案的30种情况循环2次。
然后在对数据流c达到最好干扰分集效果的方案的示意图中,考察对c形成干扰的2个天线是天线组合1、2的情况,把×用#代替,表示这种情况。相应的可以看到共有3种情况,如下所示:
然后在对数据流d达到最好干扰分集效果的方案的示意矩阵,考察所使用的2个天线是天线组合1、2的情况,把×用#代替,表示这种情况。可以看到共有2种情况,如下所示:
所以,在对数据流c达到最好干扰分集效果的30种情况第1次循环时,填入在对数据流d达到最好干扰分集效果的方案的示意矩阵中所使用的2个天线是天线组合1、2的2种情况,并且把其中的情况1重复填入一次;然后,在对数据流c达到最好干扰分集效果的30种情况第2次循环时,填入在对数据流d达到最好干扰分集效果的方案的示意图中所使用的2个天线是天线组合1、2的2种情况,并且把其中的情况2重复填入一次。
综上所述,每一个循环周期包括60种排列,就可以达到整体的最好干扰分集效果,这比遍历5发射天线情况下所有的120种不同的排列的方案要简单。以上所述是本发明实施例针对5发射天线MIMO***所使用的一个优选实施例。当然,遍历所有的120种不同的排列也能实现本发明实施例的目的,可以构成本发明的次优实施例,但其复杂度要大于遍历60种排列的本发明优选实施例。
如前所述,我们给出了一个数据包使用时域上连续的8个OFDM符号,每个OFDM符号占用频域上连续的16个子载波的通信方案中,本发明实施例的方案B和方案A的优选实施例.这些优选实施例主要是满足在频域上连续的4个符号周期内所经历的4个排列中的各个,每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则.这些优选实施例也满足在两个相邻的组之间的两个频域上相邻的符号周期内所用的两个排列,每一个数据流在这两个排列中各自所使用的发射天线都各不相同的原则,注意这就相当于满足在任意两个频域上相邻的符号周期内所用的两个排列,每一个数据流在这两个排列中各自所使用的发射天线都各不相同的原则,因为一个组内的4个排列,已经满足每一个数据流在这两个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则.可以找到另一种优选实施例,除了满足上述的条件以外,还尽量满足在时域上连续的4个符号周期内所经历的4个排列中的每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则,以及在任意两个时域上相邻的符号周期内所用的两个排列中的每一个数据流在这两个排列中的各个所使用的发射天线都各不相同的原则.所述另一种优选实施例的设计过程和结果在下面介绍.
首先考虑方案B的另一种优选实施例。如前文所述,遍历达到最优干扰分集效果的12种排列,是依照下图所示的各个排列的顺序,在连续的12个符号周期内遍历。即按照下图中的顺序,在一段连续的符号周期内按照组一、组二和组三的先后顺序遍历12个排列,而在下一段连续的符号周期内再按照组一、组二和组三的先后顺序遍历12个排列。
具体可以采用“组m-n”,表示组m中的第n个排列。如果采用下图所示的实施例,就可以尽量满足在时域上连续的4个符号周期内所经历的4个排列中的各个,每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则。
上述矩阵中的组m-?,表示确定使用组m,但是使用组m内的哪一个排列,还需要优化.从上图可以看出,在6个使用方框“□”圈示的4个连续的子载波以及4个连续的OFDM符号组成的块以内,都满足在所有的时域上连续的4个符号周期内所经历的4个排列中的各个,每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则,同时还满足先前所述的在所有的频域上连续的4个符号周期内所经历的4个排列中的各个,每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则.例如,在第1到第4个子载波以及第1到第4个OFDM符号组成的块以内,在该4×4的矩阵块的任意一行的4个符号周期即为时域上连续的4个符号周期,而在该4×4的矩阵块的任意一列的4个符号周期即为频域上连续的4个符号周期.容易看到,在矩阵块每一行的4个符号周期内所经历的4个排列中都满足每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则,同时在矩阵块每一列的4个符号周期内所经历的4个排列中都满足每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则.在这个实施例中,在多次遍历每一组的4种排列的每一次,这4种排列的相对顺序略有变化,然而这带来的复杂度的增加很小.
在上述实施例中,与先前的方案B的一种优选实施例中相同,组1-4与组2-1所在的符号周期在频域相邻,组2-4与组3-1所在的符号周期在频域相邻。此外,下面的这些排列所在的符号周期也相邻,即组1-1与组2-2相邻、组1-2与组2-3相邻、组1-3与组2-4相邻、组2-1与组3-2相邻、组2-2与组3-3相邻、组2-3与组3-4相邻。可以调整每个组内各个排列的相对顺序,使得在上述的各个相邻符号周期内的排列,都满足每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则。
调整后的各组内各个排列的相对顺序的结果如下:
此后优化组m-?的各项具体使用组m内的哪一个排列。依据的原则是,先保证频域上在连续的4个符号周期内所经历的4个排列中的每一个数据流所使用的发射天线都各不相同,以及频域上在各个相邻符号周期内的排列中的每一个数据流所使用的发射天线都各不相同;其次,尽量保证时域上在连续的4个符号周期内所经历的4个排列中的每一个数据流所使用的发射天线都各不相同,以及时域上在各个相邻符号周期内的排列中的每一个数据流所使用的发射天线都各不相同。根据上述原则设计的一个实施例如下:
其次,再设计方案A的另一种优选实施例。我们用“I组m-n”,表示群一的组m中的第n个排列,用“II组m-n”,表示群二的组m中的第n个排列。如果采用下矩阵所示的实施例,就可以尽量满足在时域上连续的4个符号周期内所经历的4个排列中的每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则。
如前所述,可以调整群一的各组内的各个排列的相对顺序,使得在各个相邻符号周期内的排列都满足每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则。调整后群一的各组内各个排列的相对顺序的结果如下:
也可以用同样的方法,调整群二的各组内的各个排列的相对顺序,使得在各个相邻符号周期内的排列,都满足每一个数据流所使用的发射天线都各不相同的原则。这里就不赘述相应的结果。
采用同样的原理,还可以先保证时域上在连续的4个符号周期内所经历的4个排列中的每一个数据流所使用的发射天线都各不相同,以及时域上在各个相邻符号周期内的排列中的每一个数据流所使用的发射天线都各不相同;其次,尽量保证频域上在连续的4个符号周期内所经历的4个排列中的每一个数据流所使用的发射天线都各不相同,以及频域上在各个相邻符号周期内的排列中的每一个数据流所使用的发射天线都各不相同。根据以上的原则,还可以设计出本发明实施例的方案B和方案A的其它种的优选实施例,这里就不赘述相应的结果。
在多码字模式中,存在天线选择,即发射端有M个发射天线,接收端反馈告知发射端使用其中较好的K(K小于等于M)个天线,发射K路信号.天线选择方案确定后,这就等价于K个天线发射K路信号的情况,从而可以应用本发明实施例的方法,以达到整体的最好干扰分集效果.
需要说明的是,上述各本发明实施例提供的所有矩阵示意中,相应矩阵的各列的顺序可以在满足相应原则的条件下任意交换,而矩阵的各行的顺序也可以在满足相应原则的条件下任意交换,且得到的新方案其效果仍然相同。这是因为,本发明的实施例中,矩阵的各列表示一个TTI内的各个符号周期而矩阵的各行表示各个发射天线,或者矩阵的各行表示一个TTI内的各个符号周期而矩阵的各列表示各个发射天线,所以矩阵的各行或者各列的顺序,即一个TTI内的各个符号周期的顺序或者各个发射天线的顺序,是可以任意交换而达到的效果相同。
针对MIMO***4发射天线***的情况,现有技术中的方案乙遍历4种排列;而本发明实施例的方案遍历12种排列;或者遍历24种排列。
现有技术中的方案乙的第二层或者第三层的信号在某一固定的天线上发射时,对它形成干扰的天线集合是固定的,只有一种组合;本发明实施例遍历所有可能的组合,或至少经历了两种组合。
现有技术中的方案乙与本发明实施例的方案的瞬时信道容量的概率分布图的对比,仿真结果图如图4所示。采用本发明实施例的MIMO***,瞬时信道容量的概率分布比现有技术中的方案乙更集中。
上图中,横坐标表示信道容量,而纵坐标表示概率密度函数。从图中可以看出,与Qualcomm Cycling的方案乙相比,Huawei Cycling的本发明实施例的方案下瞬时信道容量具有更集中的分布。数据分析表明,本发明实施例的方案下瞬时信道容量的方差,比方案乙下瞬时信道容量的方差的小9%。
本发明实施例还提供了一种MIMO多码字通信***,其具体实现结构如图5和图6所示,可以包括以下组成部分:
(一)发射端,包括M个发射天线,由其中的K个发射天线发射K路数据流,所述K路数据流的各路分别独立进行信道编码,在一个传输时间间隔TTI的各个符号周期,K路数据流中的至少一路轮流使用K个发射天线的各个发射;以及,对于在接收端无法通过干扰消除技术消除从而仍然对某一路数据流的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号被发射所使用的一个或多个天线的组合,随着不同的符号周期而变化至少一次,以实现干扰分集;
在该发射端还可以包括信道编码方案确定单元,用于接收由接收端反馈的K个CQI,并根据所接收到的K个CQI值,决定相应的发射端所发射的K路数据流的各路在当前TTI的调制与信道编码方案MCS;该信道编码方案确定单元具体可以包括:
判断单元,用于在判定所接收到的K个CQI值中是否存在至少一个不可靠;
第一确定单元,用于在所述判断单元确定存在至少一个不可靠时,根据发射端在之前的一个或者几个TTI接收到的CQI值确定所述的至少一个不可靠的CQI值对应的至少一路数据流在当前TTI的MCS,或者,根据所述至少一路数据流在之前的一个或者几个TTI的MCS确定所述的至少一路数据流在当前TTI的MCS;
第二确定单元,用于在所述判断单元确定不存在至少一个不可靠时,则根据发射端当前的TTI接收到的CQI值确定当前的MCS.
所述发射端具体包括:
干扰数据流确定单元,用于在由K个发射天线中的任意确定的一个发射K路数据流中任意确定的某一路数据流的符号的各个符号周期内,确定在接收端采用干扰消除的检测技术消除了一路或多路已经被检测的数据流的符号的干扰以后,其干扰没有被接收端通过干扰消除技术消除而仍对所述某一路数据流的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号;
发射控制单元,用于将所述干扰数据流确定单元确定的所述仍对所述某一路数据流的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号被发射所使用的一个或多个发射天线的组合,在所述的一个TTI内随着不同的符号周期变化至少一次,以实现干扰分集。
在发射端,为实现最优干扰分集,相应的发射控制单元具体可以包括以下单元:
组合获取单元,用于获取多个发射天线的所有可能的组合;
控制单元,用于遍历组合获取单元获取的所有可能的组合,发射所述仍对所述某一路数据流的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号,并且每个组合被使用的次数尽可能相同,以实现最优干扰分集。
在该***实施例中,根据发射天线数目的不同(即K值的不同),相应的控制单元将采用不同的方案实现,下面将以K=4和K=3为例,对所述控制单元进行具体描述:
(1)如图5所示,在K=4时,所述控制单元可以包括:
第一控制单元,用于在一个TTI的各个符号周期内,遍历数据流D1,D2,…D4与天线1,2,…4对应关系的所有可能的24种排列多次,直到余下的符号周期数x小于24,即不足以遍历数据流D1,D2,…D4与天线1,2,…4对应关系的所有可能的24种排列一次。
可选地,该控制单元还可以包括第二控制单元,用于在所述小于24的x个符号周期内遍历的各个排列,如果x大于等于12,则遍历能够达到最优干扰分集效果12种排列一次,然后x的值减小12以致x小于12;在小于12的x个符号周期内,遍历能够达到最优干扰分集效果的12种排列中的x种各不相同的排列;如果x大于等于8,则遍历所述的12种排列中满足特定条件的4种排列一次,在使用所述的这4种排列发射数据时,满足每个数据流使用的发射天线各不相同,然后x的值减小4以致x小于8;如果x大于等于4,则遍历所述的12种排列中满足特定条件的4种排列一次,在使用所述的这4种排列发射数据时,满足每个数据流使用的发射天线各不相同,然后x的值减小4以致x小于4;在小于4的x个符号周期内,遍历x种排列,在使用所述的这x种排列发射数据时,满足每个数据流使用的发射天线各不相同。
(2)如图6所示,在K=3时,所述控制单元可以包括:
第三控制单元,用于在一个TTI的各个符号周期内,遍历数据流D1,D2,…D3与天线1,2,…3对应关系的所有可能的6种排列多次,直到余下的符号周期数x小于6,即不足以遍历数据流D1,D2,…D3与天线1,2,…3对应关系的所有可能的6种排列一次。
可选地,所述控制单元还可以包括第四控制单元,用于在所述小于6的x个符号周期内遍历的各个排列,所遍历的x种排列是所有可能的6种排列中的各不相同的x种;如果x大于等于3,则遍历所有可能的6种排列中的满足特定条件的3种排列一次,在使用所述的这3种排列发射数据时,满足每个数据流使用的发射天线各不相同,然后x的值减小3以致x小于3;在小于3的x个符号周期内,遍历x种排列,在使用所述的这x种排列发射数据时,满足每个数据流使用的发射天线各不相同.
(二)接收端,所述MIMO***接收端采用干扰消除的检测技术进行接收。
在该接收端可以包括信息反馈单元,用于向所述发射端反馈K个信道质量指示CQI的信息,所述K个CQI与所述K路数据流一一对应,用于指示所述K路数据流的各路在当前TTI所经历的信道的信道质量,以便于发射端能够根据相应的CQI确定各TTI对应的MCS。
显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本发明实施例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。应该明白,这些具体实施中的变化对于本领域的技术人员来说是显而易见的,不脱离本发明的精神保护范围。
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。
Claims (30)
1.一种用于MIMO***的MIMO多码字通信方法,其特征在于,包括:
所述MIMO***发射端有M个发射天线,由其中的K个发射天线发射K路数据流;
所述K路数据流的各路数据流分别独立进行信道编码,在一个传输时间间隔TTI的各个符号周期,K路数据流中的至少一路数据流轮流使用K个发射天线的各个发射天线发射;
所述MIMO***接收端采用干扰消除的检测技术进行接收;以及
在发射端,对于其干扰没有被接收端通过干扰消除技术消除从而仍然对某一路数据流的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号使用一个或多个天线的组合发射,所述一个或多个天线的组合随着不同的符号周期而变化至少一次,以实现干扰分集。
2.根据权利要求1所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,该方法还包括:
所述接收端进行所述接收后反馈K个信道质量指示CQI的信息给发射端,所述K个信道质量指示CQI与所述K路数据流一一对应,用于指示所述K路数据流的各路数据流在当前传输时间间隔TTI所经历的信道的信道质量。
3.根据权利要求2所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,该方法还包括:
发射端接收由接收端反馈的K个信道质量指示CQI,并根据所接收到的K个信道质量指示CQI值,决定相应的发射端所发射的K路数据流的各路数据流在当前传输时间间隔TTI的调制与信道编码方案MCS。
4.根据权利要求2所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,发射端接收由接收端反馈的K个信道质量指示CQI后,该方法还包括:
若判定所接收到的K个信道质量指示CQI值中的至少一个不可靠,则发射端根据发射端在之前的一个或者几个传输时间间隔TTI接收到的信道质量指示CQI值确定所述的至少一个不可靠的信道质量指示CQI值对应的至少一路数据流在当前传输时间间隔TTI的调制与信道编码方案MCS,或者,根据所述至少一路数据流在之前的一个或者几个传输时间间隔TTI的调制与信道编码方案MCS确定所述的至少一路数据流在当前传输时间间隔TTI的调制与信道编码方案MCS。
5.根据权利要求5所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,判定所接收到的K个信道质量指示CQI值中的至少一个不可靠,是指发射端判定所接收到的K个信道质量指示CQI值中的至少一个的信噪比低于一个给定的阀值。
6.根据权利要求1至5任一项所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,在一个传输时间间隔TTI的各个符号周期,K路数据流中的每一路轮流使用K个发射天线的各个发射天线发射,并且K路数据流的每一路轮流使用K个发射天线的各个发射天线发射的模式满足以下的条件:
在由K个发射天线中的任意确定的一个发射K路数据流中任意确定的某一路数据流的符号的各个符号周期内,在接收端采用干扰消除的检测技术消除了一路或多路已经被检测的数据流的符号的干扰以后,其干扰没有被接收端通过干扰消除技术消除从而仍然对所述的某一路数据流的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号使用一个或多个发射天线的组合发射,在所述的一个传输时间间隔TTI内所述一个或多个天线的组合随着不同的符号周期变化至少一次,以实现干扰分集。
7.根据权利要求6所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,所述在一个传输时间间隔TTI的各个符号周期,K路数据流的每一路轮流使用K个发射天线的各个发射天线发射的模式满足以下的条件:
在由K个发射天线中任意确定的一个发射K路数据流中任意确定的一路数据流的符号的各个符号周期内,其干扰没有被接收端通过干扰消除技术消除从而仍然对该路数据流x的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号所使用一个或多个发射天线的组合发射,遍历所有可能的组合,并且每个组合被使用的次数尽可能相同,以实现最优干扰分集。
8.根据权利要求7所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,所述实现最优干扰分集的方法包括以下步骤:
在一个传输时间间隔TTI内,遍历数据流D1,D2,…Dk与天线1,2,…k对应关系的所有可能排列。
9.根据权利要求8所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,K=5,遍历的排列为120种;K=4,遍历的排列为24种;K=3,遍历的排列为6种。
10.根据权利要求8所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,所述实现最优干扰分集的方法还包括:
在一个传输时间间隔TTI内的各个符号周期内,使用每一种排列的次数尽可能相等。
11.根据权利要求7所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,所述实现所述最优干扰分集的方法包括:
在一个传输时间间隔TTI内,遍历数据流D1,D2,…Dk与天线1,2,…k对应关系的所有可能排列中的部分排列。
12.根据权利要求11所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,K=5,遍历的排列为60种;K=4,遍历的排列为12种。
13.根据权利要求11所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,所述实现最优干扰分集的方法还包括:
在一个传输时间间隔TTI内的各个符号周期内,使用被遍历的每一种排列的次数尽可能相等。
14.根据权利要求7所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,在K=4时,所述实现最优干扰分集的方法包括:
在一个传输时间间隔TTI的各个符号周期内,遍历数据流D1,D2,…D4与天线1,2,…4对应关系的所有可能的24种排列多次,直到余下的符号周期数x小于24。
15.根据权利要求14所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,在所述小于24的x个符号周期内遍历的各个排列,满足以下的特征:
如果x大于等于12,则对能够达到最优干扰分集效果的12种排列遍历一次,然后x的值减小12以致x小于12;
在小于12的x个符号周期内,对能够达到最优干扰分集效果的12种排列中的x种各不相同的排列遍历;
如果x大于等于8,则对所述的12种排列中满足满足每个数据流使用的发射天线各不相同的4种排列遍历一次,在使用所述的这4种排列发射数据时,然后x的值减小4以致x小于8;
如果x大于等于4,则对所述的12种排列中满足满足每个数据流使用的发射天线各不相同的4种排列遍历一次,在使用所述的这4种排列发射数据时,然后x的值减小4以致x小于4;
在小于4的x个符号周期内,遍历x种排列,在使用所述的这x种排列发射数据时,满足每个数据流使用的发射天线各不相同。
16.根据权利要求14所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,在时间域或者频率域的某些相邻的4个符号周期内,每个数据流使用的发射天线各不相同。
17根据权利要求16所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,所述在时间域或者频率域的某些相邻的4个符号周期内,每个数据流使用的发射天线各不相同,具体包括:
在一个传输时间间隔TTI内,从某个符号周期开始所经历的时间域或者频率域相邻的4个符号周期内,每个数据流使用的发射天线各不相同;
从与上述4个符号周期中至少一个在时间域或者频率域相邻的某一个符号周期开始所经历的时间域或者频率域相邻的4个符号周期内,每个数据流使用的发射天线各不相同;
如此依次经历的多组时间域或者频率域相邻的4个符号周期都满足上述条件,直到所述的一个传输时间间隔TTI内剩余的符号周期数目小于4。
18.根据权利要求14所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,在时间域或者频率域的所有相邻的2个符号周期内,每个数据流使用的发射天线各不相同。
19.根据权利要求7所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,在K=3时,所述实现最优干扰分集的方法包括:
在一个传输时间间隔TTI的各个符号周期内,对数据流D1,D2,…D3与天线1,2,…3对应关系的所有可能的6种排列遍历多次,直到余下的符号周期数x小于6。
20.根据权利要求19所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,在所述小于6的x个符号周期内遍历的各个排列,满足以下的特征:
所遍历的x种排列是所有可能的6种排列中的各不相同的x种;
如果x大于等于3,则对所有可能的6种排列中的满足满足每个数据流使用的发射天线各不相同的3种排列遍历一次,在使用所述的这3种排列发射数据时,然后x的值减小3以致x小于3;
在小于3的x个符号周期内,遍历x种排列,在使用所述的这x种排列发射数据时,满足每个数据流使用的发射天线各不相同。
21.根据权利要求19所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,在时间域或者频率域的某些相邻的3个符号周期内,每个数据流使用的发射天线各不相同。
22.根据权利要求21所述的MIMO多码字通信方法,其特征在于,所述在时间域或者频率域的某些相邻的3个符号周期内,每个数据流使用的发射天线各不相同,具体包括:
在一个传输时间间隔TTI内,从某个符号周期开始所经历的时间域或者频率域相邻的3个符号周期内,每个数据流使用的发射天线各不相同;
从与上述3个符号周期中至少一个在时间域或者频率域相邻的某一个符号周期开始所经历的时间域或者频率域相邻的3个符号周期内,每个数据流使用的发射天线各不相同;
如此依次经历的多组时间域或者频率域相邻的3个符号周期都满足上述条件,直到所述的一个传输时间间隔TTI内剩余的符号周期数目小于3。
23.一种MIMO多码字通信***,其特征在于,包括:
发射端,包括M个发射天线,由其中的K个发射天线发射K路数据流,所述K路数据流的各路数据流分别独立进行信道编码,在一个传输时间间隔TTI的各个符号周期,K路数据流中的至少一路数据流轮流使用K个发射天线的各个发射天线发射;以及,对于在接收端没有通过干扰消除技术消除从而仍然对某一路数据流的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号使用一个或多个天线的组合发射,所述一个或多个天线的组合随着不同的符号周期而变化至少一次,以实现干扰分集;
接收端,所述MIMO***接收端采用干扰消除的检测技术进行接收。
24.根据权利要求23所述的***,其特征在于,所述接收端还包括信息反馈单元,用于向所述发射端反馈K个信道质量指示CQI的信息,所述K个信道质量指示CQI与所述K路数据流一一对应,用于指示所述K路数据流的各路数据流在当前传输时间间隔TTI所经历的信道的信道质量;所述的发射端还包括信道编码方案确定单元,用于接收由接收端反馈的K个信道质量指示CQI,并根据所接收到的K个信道质量指示CQI值,决定相应的发射端所发射的K路数据流的各路在当前传输时间间隔TTI的调制与信道编码方案MCS。
25.根据权利要求24所述的***,其特征在于,所述信道编码方案确定单元包括:
判断单元,用于在判定所接收到的K个信道质量指示CQI值中是否存在至少一个不可靠;
第一确定单元,用于在所述判断单元确定存在至少一个不可靠时,根据发射端在之前的一个或者几个传输时间间隔TTI接收到的信道质量指示CQI值确定所述的至少一个不可靠的信道质量指示CQI值对应的至少一路数据流在当前传输时间间隔TTI的调制与信道编码方案MCS,或者,根据所述至少一路数据流在之前的一个或者几个传输时间间隔TTI的调制与信道编码方案MCS确定所述的至少一路数据流在当前传输时间间隔TTI的调制与信道编码方案MCS;
第二确定单元,用于在所述判断单元确定不存在至少一个不可靠时,则根据发射端当前的传输时间间隔TTI接收到的信道质量指示CQI值确定当前的调制与信道编码方案MCS。
26.根据权利要求23、24或25所述的***,其特征在于,所述发射端具体包括:
干扰数据流确定单元,用于在由K个发射天线中的任意确定的一个发射K路数据流中任意确定的某一路数据流的符号的各个符号周期内,确定在接收端采用干扰消除的检测技术消除了一路或多路已经被检测的数据流的符号的干扰以后,其干扰没有被接收端通过干扰消除技术消除而仍对所述某一路数据流的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号;
发射控制单元,用于将所述干扰数据流确定单元确定的所述仍对所述某一路数据流的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号被发射所使用的一个或多个发射天线的组合,在所述的一个传输时间间隔TTI内随着不同的符号周期变化至少一次,以实现干扰分集。
27.根据权利要求26所述的***,其特征在于,所述发射控制单元包括:
组合获取单元,用于获取多个发射天线的所有可能的组合;
控制单元,用于遍历组合获取单元获取的所有可能的组合,发射所述仍对所述某一路数据流的符号形成干扰的一个或多个数据流的符号,并且每个组合被使用的次数尽可能相同,以实现最优干扰分集。
28.根据权利要求27所述的***,其特征在于,在K=4时,所述控制单元包括:
第一控制单元,用于在一个传输时间间隔TTI的各个符号周期内,对数据流D1,D2,…D4与天线1,2,…4对应关系的所有可能的24种排列遍历多次,直到余下的符号周期数x小于24,即不足以遍历数据流D1,D2,…D4与天线1,2,…4对应关系的所有可能的24种排列一次。
29.根据权利要求28所述的***,其特征在于,所述控制单元还包括:
第二控制单元,用于在所述小于24的x个符号周期内遍历的各个排列,如果x大于等于12,则对能够达到最优干扰分集效果12种排列遍历一次,然后x的值减小12以致x小于12;在小于12的x个符号周期内,对能够达到最优干扰分集效果的12种排列中的x种各不相同的排列遍历;如果x大于等于8,则对所述的12种排列中满足特定条件的4种排列遍历一次,在使用所述的这4种排列发射数据时,满足每个数据流使用的发射天线各不相同,然后x的值减小4以致x小于8;如果x大于等于4,则对所述的12种排列中满足特定条件的4种排列遍历一次,在使用所述的这4种排列发射数据时,满足每个数据流使用的发射天线各不相同,然后x的值减小4以致x小于4;在小于4的x个符号周期内,遍历x种排列,在使用所述的这x种排列发射数据时,满足每个数据流使用的发射天线各不相同。
30.根据权利要求27所述的***,其特征在于,在K=3时,所述控制单元包括:
第三控制单元,用于在一个传输时间间隔TTI的各个符号周期内,对数据流D1,D2,…D3与天线1,2,…3对应关系的所有可能的6种排列遍历多次,直到余下的符号周期数x小于6,即不足以对数据流D1,D2,…D3与天线1,2,…3对应关系的所有可能的6种排列遍历一次。
31.根据权利要求30所述的***,其特征在于,所述控制单元还包括:
第四控制单元,用于在所述小于6的x个符号周期内遍历的各个排列,所遍历的x种排列是所有可能的6种排列中的各不相同的x种;如果x大于等于3,则对所有可能的6种排列中的满足特定条件的3种排列遍历一次,在使用所述的这3种排列发射数据时,满足每个数据流使用的发射天线各不相同,然后x的值减小3以致x小于3;在小于3的x个符号周期内,遍历x种排列,在使用所述的这x种排列发射数据时,满足每个数据流使用的发射天线各不相同。
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