CN101317356B - 一种空时编解码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多天线无线通信***中的空时编解码方法，包括根据待传输的发射信号生成正交矩阵；根据接收的信道状态信息，生成对应正交矩阵的系数矩阵；根据正交矩阵和系数矩阵生成发射信号矩阵；根据发射信号矩阵，进行信号发射。在接收端，获取接收信号，其中，接收信号对应的发射信号矩阵具有正交性，根据信道状态信息，对所述接收信号进行加权合并；检测加权合并后的接收信号，根据信道状态信息，获取发射信号的估计值。本发明还提供了一种空时编解码装置。应用本发明能够降低***的误码率，提高***的误码性能，当待传输的发射信号为两个或两个以上的复数信号时，显著的提高了***的传输速率。

Description

一种空时编解码方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种空时编解码方法和装置。

发明背景

随着无线通信技术的发展，对无线通信***的通信质量和传输速率提出了更高的要求。在无线通信***中，时间和频率资源有限，因此产生了多天线***(MIMO，Multiple Input Multiple Output)，其具有优越的信道容量性能，从而受到广泛的关注。

在MIMO***中，通常采用分集技术实现更好的信号传输质量。但是，由于移动终端的体积的受到限制，没有足够的空间设置多个天线以保证通信信道的独立性，使得下行信道中无法实现接收分集。由于基站具有多天线处理能力，在多天线无线通信***中，通常由空时编码技术实现发射分集。

目前，STBC(空时分块编码)以其较低的实现复杂度，成为实现发射分集的主流技术。

但是，使用现有的STBC算法时，***的误码率仍然较高，导致***的接收性能较差，限制了多天线无线通信***的发展。

另外，当***中待传输的发射信号是两个或两个以上的复数时，***的传输速率较低。

以两天线的STBC为例，该算法的发射信号矩阵为：

$\left(\begin{array}{cc}{x}_1& x_2\\ -x_2^{*}& x_1^{*}\end{array}\right),$ 其中，x₁和x₂分别表示基站两个待传输的发射信号，*表示共轭运算。

该算法的***结构如图1所示，下面对该算法的具体实现进行说明。

在时刻1，基站的天线1和天线2分别向移动终端发射x₁和x₂，此时，移动终端的接收信号为：

r₁＝h₁x₁+h₂x₂+n₁；

在时刻2，基站的天线1和天线2分别向移动终端发射

和

此时，移动终端的接收信号为：

$r_2=-h_1{x}_2^{*}+h_2{x}_1^{*}+n_2,$

其中，h₁和h₂分别表示基站上的天线1和天线2到移动终端的平坦衰落信道参数，即信道状态信息，r_m和n_m分别表示移动终端在时刻m(m＝1，2)接收到的信号和加性高斯(Gaussian)白噪声。

接收端对被检测信号

和

的计算分别如下：

${\hat{x}}_1=h_1^{*}{r}_1+h_2{r}_2^{*};$

${\hat{x}}_2=h_2^{*}{r}_1-h_1{r}_2^{*};$

最后，移动终端可以利用最大似然准则对基站所发射的两个原始信号x₁和x₂分别进行检测判决(detection)。

下面以四发射天线的***为例，对STBC算法的实现方式进行说明。这时，***的发射矩阵结构为：

$\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ -x_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& -x_2\\ -x_4& -x_3& x_2& x_1\\ x_1^{*}& x_2^{*}& x_3^{*}& x_4^{*}\\ -x_2^{*}& x_1^{*}& -x_4^{*}& x_3^{*}\\ -x_3^{*}& x_4^{*}& x_1^{*}& -x_2^{*}\\ -x_4^{*}& -x_3^{*}& x_2^{*}& x_1^{*}\end{array}\right],$ 其中，x₁、x₂、x₃、x₄分别表示四个待传输的发射信号，*表示共轭运算。

具体来说，移动终端在相邻8个时刻对应的接收信号如下：

r₁＝h₁x₁+h₂x₂+h₃x₃+h₄x₄+n₁，

r₂＝-h₁x₂+h₂x₁-h₃x₄+h₄x₃+n₂，

r₃＝-h₁x₃+h₂x₄+h₃x₁-h₄x₂+n₃，

r₄＝-h₁x₄-h₂x₃+h₃x₂+h₄x₁+n₄，

$r_5=h_1{x}_1^{*}+h_2{x}_2^{*}+h_3{x}_3^{*}+h_4{x}_4^{*}+n_5,$

$r_6={-h}_1{x}_2^{*}+h_2{x}_1^{*}-h_3{x}_4^{*}+h_4{x}_3^{*}+n_6,$

$r_7={-h}_1{x}_3^{*}+h_2{x}_4^{*}+h_3{x}_1^{*}-h_4{x}_2^{*}+n_7,$

$r_8={-h}_1{x}_4^{*}-h_2{x}_3^{*}+h_3{x}_2^{*}+h_4{x}_1^{*}+n_8,$

其中，h_m表示基站上的天线m(m＝1，2，3，4)到移动终端的平坦衰落信道参数，r_m和n_m分别表示移动终端在时刻m(m＝1，2，3，4，5，6，7，8)接收到的信号和加性Gaussian白噪声；

四发射天线***对于被检测信号

的计算分别为：

${\hat{x}}_1=h_1^{*}{r}_1+h_2^{*}{r}_2+h_3^{*}{r}_3+h_4^{*}{r}_4+h_1{r}_5^{*}+h_2{r}_6^{*}+h_3{r}_7^{*}+h_4{r}_8^{*};$

${\hat{x}}_2=h_2^{*}{r}_1-h_1^{*}{r}_2-h_4^{*}{r}_3+h_3^{*}{r}_4+h_2{r}_5^{*}-h_1{r}_6^{*}-h_4{r}_7^{*}+h_3{r}_8^{*};$

${\hat{x}}_3=h_3^{*}{r}_1+h_4^{*}{r}_2-h_1^{*}{r}_3-h_2^{*}{r}_4+h_3{r}_5^{*}+h_4{r}_6^{*}-h_1{r}_7^{*}-h_2{r}_8^{*};$

${\hat{x}}_4=-h_4^{*}{r}_1-h_3^{*}{r}_2+h_2^{*}{r}_3-h_1^{*}{r}_4-h_4{r}_5^{*}-h_3{r}_6^{*}+h_2{r}_7^{*}-h_1{r}_8^{*}.$

不难看出，当待传输的发射信号为复数信号时，如果发射天线数目多于两个，则***的等效传输速率只能达到单天线***(SISO)***传输速率的一半，降低了MIMO***的等效传输速率。

可见，使用现有的STBC算法时，***的误码率较高。另外，当***中的待传输的发射信号是两个或两个以上的复数时，***的传输速率较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种多天线无线通信***中的空时编解码方法及装置，可以降低***的误码率。

一种空时编码方法，***中设置有M个发射天线，待传输的发射信号是复数信号，该方法包括：

由M个待传输的发射信号生成M×M维正交矩阵X，所述正交矩阵的第一行元素为M个待传输的发射信号x₁、x₂、…、x_M，其余各行由所述待传输的发射信号或者所述待传输的发射信号的相反数的不同换序排列组成；

根据获取的信道状态信息，生成对应所述正交矩阵的系数矩阵，所述系数矩阵包括：

或

其中，h_m为发射端的第m(m＝1，2，…，M)个发射天线到接收端的信道状态信息；

将所述正交矩阵X左乘所述系数矩阵，使正交矩阵X中的各个元素与其对应的系数矩阵中的元素相乘，生成发射信号矩阵；

根据所述发射信号矩阵，进行信号发射。

一种空时解码方法，包括：

获取接收信号，所述接收信号对应的发射信号矩阵具有正交性，根据信道状态信息，对所述接收信号进行加权合并；

其中，由M个待传输的发射信号生成M×M维正交矩阵X，所述正交矩阵的第一行元素为M个待传输的发射信号x₁、x₂、…、x_M，其余各行由所述待传输的发射信号或者所述待传输的发射信号的相反数的不同换序排列组成，所述待传输的发射信号是复数信号，

所述接收信号对应的发射信号矩阵是由所述正交矩阵左乘根据信道状态信息生成的系数矩阵、使正交矩阵中的各个元素与其对应的系数矩阵中的元素相乘得到的，

所述系数矩阵包括

或

其中，h_m为发射端的第m(m＝1，2，…，M)个发射天线到接收端的信道状态信息；

检测所述加权合并后的接收信号，根据信道状态信息，获取与所述接收信号对应的发射信号的估计值。

一种空时编码装置，包括：

正交矩阵构造模块，所述的正交矩阵构造模块包括：待传输信号分组单元，用于根据所述发射天线的数量，对所述待传输的发射信号进行分组；正交矩阵生成单元，用于根据所述分组后的待传输的发射信号生成正交矩阵，所述正交矩阵的第一行元素为待传输的发射信号，其余各行由所述待传输的发射信号或者所述待传输发射信号的相反数的不同换序排列组成，所述待传输的发射信号是复数信号；

系数矩阵确定模块，用于根据信道状态信息，生成对应所述正交矩阵的系数矩阵，所述系数矩阵包括：

或

其中，h_m为发射端的第m(m＝1，2，…，M)个发射天线到接收端的信道状态信息；

发射信号矩阵形成模块，用于将所述正交矩阵左乘所述系数矩阵，使正交矩阵中的各个元素与其对应的系数矩阵中的元素相乘，生成发射信号矩阵；

信号发射模块，将根据所述发射信号矩阵，通过发射天线进行信号发射。

一种空时解码装置，包括：

接收信号合并模块，用于获取接收信号，所述接收信号对应的发射信号矩阵具有正交性，对所述接收信号进行加权合并；

其中，由M个待传输的发射信号生成M×M维正交矩阵X，所述正交矩阵的第一行元素为M个待传输的发射信号x₁、x₂、...、x_M，其余各行由所述待传输的发射信号或者所述待传输的发射信号的相反数的不同换序排列组成，所述待传输的发射信号是复数信号，

所述接收信号对应的发射信号矩阵是由所述正交矩阵左乘根据信道状态信息生成的系数矩阵、使正交矩阵中的各个元素与其对应的系数矩阵中的元素相乘得到的，

所述系数矩阵包括

或

其中，h_m为发射端的第m(m＝1，2，…，M)个发射天线到接收端的信道状态信息，h_m ^*是信道状态信息h_m的共轭运算结果；

信号检测判决模块，用于检测判决所述加权合并后的接收信号，根据信道状态信息，获取与所述接收信号对应的发射信号的估计值。

由上述技术方案可以看出，在本发明实施例中，利用发射端获取的信道状态信息，对待传输的发射信号进行空时编码，降低了***的误码率，提高了***的误码性能。

另外，本发明实施例利用发射端获取的信道状态信息，对待传输的发射信号进行空时编码，避免了对待传输的发射信号进行共轭运算，当待传输的发射信号为两个或两个以上的复数信号时，显著的提高了***的传输速率。

附图简要说明

图1为现有两天线STBC***的结构示意图；

图2为本发明实施例中空时编解码方法的流程图；

图3为本发明实施例应用于两发射天线***的误码率仿真结果示意图；

图4为本发明实施例应用于四发射天线***的误码率仿真结果示意图；

图5为本发明实施例中空时编解码装置的结构示意图。

实施本发明的方式

本发明实施例提供的空时编码技术利用发射端已知的信道状态信息，对待传输的信息符号进行空时编码，不仅能够提高***的误码率性能，而且当***中设置的发射天线数目多于两个时，如果***的输入信号是复数信号，本发明实施例还可以提高***的等效传输速率。

应用本发明实施例，无论***设置的发射天线数目是多少，其等效传输速率都与SISO(单输入单输出)***的传输速率之比相等。

图2示出了本发明实施例中空时编解码方法实施例的流程。假设多天线无线通信***中设置有M个发射天线和1个接收天线，其中，M是大于2的整数，如2，3，4……。如图2所示，本发明实施例中的空时编码及译码处理过程具体包括以下步骤。

步骤201：根据M个待传输的发射信号生成一个M×M维的正交矩阵X。

假设***中设置有M个发射天线，根据M个待传输的发射信号生成正交矩阵，其中，正交矩阵的第一行是M个待传输的发射信号x₁、x₂、…、x_M，其余各行由M个待传输的发射信号或者M个待传输的发射信号的相反数的不同换序排列组成，即由±x₁、±x₂、…、±x_M构成M×M维的正交矩阵。

步骤202：根据发射端获取的信道状态信息计算发射信号矩阵中各个元素所对应的系数，生成系数矩阵。在本实施例中，系数矩阵为：

或

其中，h_m为发射端的第m(m＝1，2，…，M)个发射天线到接收端的平坦衰落信道参数，作为信道状态信息。上述矩阵均满足最大比合并原则。

步骤203：将正交矩阵X左乘系数矩阵，使正交矩阵中的各个元素与其对应的系数矩阵中的元素相乘，生成发射信号矩阵。在本实施例中，发射信号矩阵为：

或

其中，发射信号矩阵中的行对应同一时刻M个发射天线上发射的信号，发射信号矩阵中的列对应同一发射天线在相邻M个时刻发射的信号。

步骤204：根据发射信号矩阵，进行信号发射。

M个发射天线在M个相邻的时刻分别将发射信号矩阵中的信号发送到无线信道。其中，不同发射天线上所发射的信号依次对应发射信号矩阵中的行中的不同元素；同一发射天线在相邻时刻所发射的信号依次对应发射信号矩阵的列中的元素。

在本发明实施例中，可以预先对待传输的发射信号进行分组，形成待发射信号组，进而针对每个待发射信号组进行空时编码操作。

接收端接收到发射信号后执行下述步骤。

步骤205：获取接收信号，根据接收端已知的信道状态信息以及发射信号矩阵具有的正交性，对M个相邻时刻的接收信号进行加权合并。

在本实施例中，可以根据信道状态信息，利用最大比合并的原则计算接收信号的加权系数，之后，利用加权系数及发射信号矩阵的正交性对接收信号进行加权合并。

步骤206：对加权合并后的接收信号分别进行检测判决，获取与接收信号对应的发射信号的估计值。

在本发明实施例中，接收端同时接收来自发射端的训练序列，用于估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈给发射端。

下面分别以发射天线数目不同的***为例，分别对本发明实施例的最佳实施方式进行描述。

实施例一：***设置两发射天线，接收端为单天线移动终端。

根据图2所示实施例中的发射信号矩阵，当M的值为2，即两发射天线***中的发射信号矩阵如下：

$\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2}}\left(\begin{array}{cc}{x}_1& x_2\\ -x_2& x_1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}{h}_1^{*}& 0\\ 0& h_2^{*}\end{array}\right),$

即：

$\left(\begin{array}{cc}\frac{\sqrt{2}{h}_1^{*}}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2}}{x}_1& \frac{\sqrt{2}{h}_2^{*}}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2}}{x}_2\\ \frac{-\sqrt{2}{h}_1^{*}}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2}}{x}_2& \frac{\sqrt{2}{h}_2^{*}}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2}}{x}_1\end{array}\right);$

其中，该发射信号矩阵中的每一行的2个元素分别对应于在该行对应的时刻2个发射天线上发射的信号，发射信号矩阵中的每一列的2个元素分别对应于该列对应的发射天线在相邻2个时刻发射的信号。在该x₁和x₂分别表示两个待传输的发射信号，h_m表示基站的第m(m＝1，2)个发射天线到接收端的平坦衰落信道参数，即信道状态信息。

也就是说，在时刻1，发射天线1和发射天线2向移动终端发射的信号分别为

和此时移动终端的接收信号为：

$r_1=\frac{\sqrt{2}{\left|h_1\right|}^2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2}}{x}_1+\frac{\sqrt{2}{\left|h_2\right|}^2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2}}{x}_2+n_1,$ 其中，r₁和n₁分别表示移动终端在时刻1接收到的信号和加性Gaussian白噪声；

在时刻2，发射天线1和发射天线2向移动终端发射的信号分别为

和

此时移动终端的接收信号为：

$r_2=-\frac{\sqrt{2}{\left|h_1\right|}^2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2}}{x}_2+\frac{\sqrt{2}{\left|h_2\right|}^2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2}}{x}_1+n_2,$ 其中，r₂和n₂分别表示移动终端在时刻2接收到的信号和加性Gaussian白噪声。

在移动终端中，对接收信号进行加权合并，得到信号

和

分别为：

${\tilde{x}}_1=\frac{\sqrt{2}{\left|h_1\right|}^2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2}}{r}_1+\frac{\sqrt{2}{\left|h_2\right|}^2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2}}{r}_2;$

和

${\tilde{x}}_2=\frac{\sqrt{2}{\left|h_2\right|}^2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2}}{r}_1-\frac{\sqrt{2}{\left|h_1\right|}^2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2}}{r}_2.$

最后，移动终端可以利用最大似然准则对

和

分别进行检测判决，得到来自发射天线的两个发射信号的估计值。

图3示出了本发明实施例应用于两发射天线***的实施例的误码率仿真结果，如图3所示，虚线表示现有STBC算法在两发射天线***中的误码率性能，实线表示本发明实施例在两发射天线***中的误码率性能。从图3可以看出，在两发射天线***中，本发明实施例提供的空时编码方法与传统的STBC算法相比，其信噪比增益大于1dB，也就是说，在误码率相同的情况下，本发明实施例较之STBC算法，节约了大于1dB的发射功率；在发射功率相同的条件下，本发明实施例提供的方法具有较低的误码率。

实施例二：***设置四发射天线，接收端为单天线移动终端。

根据图2所示实施例中的发射信号矩阵，当M的值为4，即四发射天线***中的发射信号矩阵如下：

$\frac{\sqrt{4}}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2+{\left|h_3\right|}^2+{\left|h_4\right|}^2}}\left(\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4\\ -x_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_3& x_4& x_1& -x_2\\ -x_4& -x_3& x_2& x_1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cccc}{h}_1^{*}& & & \\ & h_2^{*}& & \\ & & h_3^{*}& \\ & & & h_4^{*}\end{array}\right);$

其中，x₁、x₂、x₃、x₄分别表示四个待传输的发射信号，h_m表示基站的第m(m＝1，2，3，4)个发射天线到接收端的平坦衰落信道参数，即信道状态信息。

该发射信号矩阵中每一行的4个元素分别对应于在该行对应的时刻4个发射天线上发射的信号，发射信号矩阵中的每一列的4个元素分别对应于该列对应的发射天线在相邻4个时刻发射的信号。

这样一来，移动终端在相邻四个时刻的接收信号分别如下：

$r_1=\frac{2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2+{\left|h_3\right|}^2+{\left|h_4\right|}^2}}({\left|h_1\right|}^2{x}_1+{\left|h_2\right|}^2{x}_2+{\left|h_3\right|}^2{x}_3+{\left|h_4\right|}^2{x}_4)+n_1;$

$r_2=\frac{2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2+{\left|h_3\right|}^2+{\left|h_4\right|}^2}}(-{\left|h_1\right|}^2{x}_2+{\left|h_2\right|}^2{x}_1-{\left|h_3\right|}^2{x}_4+{\left|h_4\right|}^2{x}_3)+n_2;$

$r_3=\frac{2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2+{\left|h_3\right|}^2+{\left|h_4\right|}^2}}(-{\left|h_1\right|}^2{x}_3+{\left|h_2\right|}^2{x}_4+{\left|h_3\right|}^2{x}_1-{\left|h_4\right|}^2{x}_2)+n_3;$

$r_4=\frac{2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2+{\left|h_3\right|}^2+{\left|h_4\right|}^2}}(-{\left|h_1\right|}^2{x}_4-{\left|h_2\right|}^2{x}_3+{\left|h_3\right|}^2{x}_2+{\left|h_4\right|}^2{x}_1)+n_4;$

其中，r₁、r₂、r₃、r₄、和n₁、n₂、n₃、n₄分别表示移动终端在时刻1、时刻2、时刻3、时刻4接收到的信号和加性Gaussian白噪声。

在移动终端中，对接收信号进行加权合并，得到信号

分别为：

${\tilde{x}}_1=\frac{2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2+{\left|h_3\right|}^2+{\left|h_4\right|}^2}}({\left|h_1\right|}^2{r}_1+{\left|h_2\right|}^2{r}_2+{\left|h_3\right|}^2{r}_3+{\left|h_4\right|}^2{r}_4);$

${\tilde{x}}_2=\frac{2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2+{\left|h_3\right|}^2+{\left|h_4\right|}^2}}({\left|h_2\right|}^2{r}_1-{\left|h_1\right|}^2{r}_2-{\left|h_4\right|}^2{r}_3+{\left|h_3\right|}^2{r}_4);$

${\tilde{x}}_3=\frac{2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2+{\left|h_3\right|}^2+{\left|h_4\right|}^2}}({\left|h_3\right|}^2{r}_1+{\left|h_4\right|}^2{r}_2-{\left|h_1\right|}^2{r}_3-{\left|h_2\right|}^2{r}_4);$

${\tilde{x}}_4=\frac{2}{\sqrt{{\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2+{\left|h_3\right|}^2+{\left|h_4\right|}^2}}({\left|h_4\right|}^2{r}_1-{\left|h_3\right|}^2{r}_2+{\left|h_2\right|}^2{r}_3-{\left|h_1\right|}^2{r}_4);$

最后，移动终端可以利用最大似然准则对

和

分别进行检测判决，得到来自发射天线的四个发射信号的估计值。

图4示出了本发明实施例应用于四发射天线***的实施例的误码率仿真结果，如图4所示，虚线表示现有STBC算法在四发射天线***中的误码率性能，实线表示本发明实施例在四发射天线***中的误码率性能。从图4可以看出，在四发射天线***中，本发明实施例提供的空时编码方案与传统的STBC算法相比，其信噪比增益约为2dB。也就是说，在误码率相同的情况下，本发明实施例较之STBC算法，节约了约2dB的发射功率，在发射功率相同的条件下，本发明实施例提供的方法具有较低的误码率。

实施例三：***设置八发射天线，接收端为单天线移动终端

根据图2所示实施例中的发射信号矩阵，当M的值为8，即八发射天线***中的发射信号矩阵如下：

$\frac{\sqrt{8}}{\sqrt{\underset{m=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_m\right|}^2}}\left(\begin{array}{cccccccc}{x}_1& x_2& x_3& x_4& x_5& x_6& x_7& x_8\\ -x_2& x_1& x_4& -x_3& x_6& -x_5& -x_8& x_7\\ -x_3& -x_4& x_1& x_2& x_7& x_8& -x_5& -x_6\\ -x_4& x_3& -x_2& x_1& x_8& -x_7& x_6& -x_5\\ -x_5& -x_6& -x_7& -x_8& x_1& x_2& x_3& x_4\\ -x_6& x_5& -x_8& x_7& -x_2& x_1& -x_4& x_3\\ -x_7& x_8& x_5& -x_6& -x_3& x_4& x_1& -x_2\\ -x_8& -x_7& x_6& x_5& -x_4& -x_3& x_2& x_1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cccccccc}{h}_1^{*}& & & & & & & \\ & h_2^{*}& & & & & & \\ & & h_3^{*}& & & & & \\ & & & h_4^{*}& & & & \\ & & & & h_5^{*}& & & \\ & & & & & h_6^{*}& & \\ & & & & & & h_7^{*}& \\ & & & & & & & h\end{array}\right.$

其中，x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆、x₇、x₈分别表示八个待传输的发射信号，h_m表示基站的第m(m＝1，2，3，4，5，6，7，8)个发射天线到接收端的平坦衰落信道参数，即信道状态信息。

该发射信号矩阵中每一行的8个元素分别对应于在该行对应的时刻8个发射天线上发射的信号，发射信号矩阵中每一列的8个元素分别对应于该列对应的发射天线在相邻8个时刻发射的信号。

在本实施例的八天线***中，移动终端在八个时刻的接收信号，以及移动终端获得的来自发射天线的八个发射信号的估计值均可以依据之前描述的两发射天线***和四发射天线***的处理方式类推获得，故不再赘述。

可见，在本发明实施例中的空时编解码方法，提高了***的误码性能，无论待传输的发射信号是复数信号或者实数信号，均能够降低***的误码率。

另外，本发明实施例中的空时编解码方法，避免了对待传输的发射信号进行共轭运算，当待传输的发射信号为复数信号时，采用本发明实施例，能够显著提高***的等效传输效率。

基于上述在多天线无线通信***中空时编解码方法，本发明实施例还提供了一种多天线无线通信***中实现空时编解码装置。

图5示出了本发明实施例中空时编解码装置的结构，该装置包括空时编码装置，即发射装置以及空时解码装置，即接收装置。

在本实施例中，空时编码装置包括：

正交矩阵构造模块，用于根据待传输的发射信号生成正交矩阵。

系数矩阵确定模块，用于根据信道状态信息，生成对应正交矩阵的系数矩阵。

发射信号矩阵形成模块，用于利用系数矩阵对正交矩阵中的各元素进行加权，生成发射信号矩阵。

信号发射模块，将根据发射信号矩阵，通过发射天线进行信号发射。

其中，正交矩阵构造模块进一步包括：

待传输信号分组单元，用于根据***中发射天线的数量，对待传输的发射信号进行分组。

正交矩阵生成单元，用于根据分组后的待传输的发射信号生成正交矩阵，正交矩阵的第一行元素为待传输的发射信号，其余各行由待传输的发射信号或者待传输发射信号的相反数的不同换序排列组成。

系数矩阵确定模块进一步包括：

信道状态信息获取单元，用于接收信道状态信息。

系数矩阵计算单元，用于根据信道状态信息，生成系数矩阵。

系数矩阵计算单元根据如下所述公式，生成系数矩阵，

或

其中，M发射天线的数目，h_m为发射端的第m(m＝1，2，…，M)个天线到接收端的信道状态信息。

在本实施例中，空时解码装置包括：

接收信号合并模块，用于获取接收信号，其中，接收信号对应的发射信号矩阵具有正交性，对接收信号进行加权合并。

信号检测判决模块，用于检测判决加权合并后的接收信号，根据信道状态信息，获取与接收信号对应的发射信号的估计值。

信道状态信息估计模块，用于估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈至发射端。

空时解码装置进一步包括：

加权系数计算模块，用于根据信道状态信息，计算接收信号的加权系数。

接收信号合并模块，进一步用于根据加权系数，对接收信号进行加权合并。

上述各模块具体采用的处理方式参见前面的描述，在此不再赘述。

综上所述，在本发明实施例中，利用发射端获取的信道状态信息，对待传输的发射信号进行空时编码，降低了***的误码率，提高了***的误码性能。

另外，本发明实施例利用发射端获取的信道状态信息，对待传输的发射信号进行空时编码，避免了对待传输的发射信号进行共轭运算，当待传输的发射信号为两个或两个以上的复数信号时，采用本发明实施例，能够显著提高***的等效传输效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可以想到的变化或替换，例如设计其它形式的正交矩阵结构以及改变正交矩阵中各元素所对应的系数等，都不脱离本发明保护的精神与内涵。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种空时编码方法，其特征在于，***中设置有M个发射天线，待传输的发射信号是复数信号，该方法包括：

由M个待传输的发射信号生成M×M维正交矩阵X，所述正交矩阵的第一行元素为M个待传输的发射信号x₁、x₂、...、x_M，其余各行由所述待传输的发射信号或者所述待传输的发射信号的相反数的不同换序排列组成；

根据获取的信道状态信息，生成对应所述正交矩阵的系数矩阵，所述系数矩阵包括：

或

其中，h_m为发射端的第m(m＝1，2，…，M)个发射天线到接收端的信道状态信息，h_m ^*是信道状态信息h_m的共轭运算结果；

将所述正交矩阵X左乘所述系数矩阵，使正交矩阵X中的各个元素与其对应的系数矩阵中的元素相乘，生成发射信号矩阵；

根据所述发射信号矩阵，进行信号发射。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述发射信号矩阵中每一行中的各元素表示，在该行对应的时刻各发射天线上所发射的信号；所述发射信号矩阵中每一列中的各元素表示，该列对应的发射天线，在相邻M个时刻所发射的信号。

3.根据权利要求1所述的空时编码方法，其特征在于，所述根据待传输的发射信号生成正交矩阵之前进一步包括：

根据所述***中发射天线的数量，对所述待传输的发射信号进行分组。

4.一种空时解码方法，其特征在于，包括：

获取接收信号，所述接收信号对应的发射信号矩阵具有正交性，根据信道状态信息，对所述接收信号进行加权合并；

其中，由M个待传输的发射信号生成M×M维正交矩阵X，所述正交矩阵的第一行元素为M个待传输的发射信号x₁、x₂、...、x_M，其余各行由所述待传输的发射信号或者所述待传输的发射信号的相反数的不同换序排列组成，所述待传输的发射信号是复数信号，

所述接收信号对应的发射信号矩阵是由所述正交矩阵左乘根据信道状态信息生成的系数矩阵、使正交矩阵中的各个元素与其对应的系数矩阵中的元素相乘得到的，

所述系数矩阵包括

或

其中，h_m为发射端的第m(m＝1，2，…，M)个发射天线到接收端的信道状态信息，h_m ^*是信道状态信息h_m的共轭运算结果；

检测所述加权合并后的接收信号，根据信道状态信息，获取与所述接收信号对应的发射信号的估计值。

5.根据权利要求4所述的空时解码方法，其特征在于，该方法进一步包括：

估计并发送所述信道状态信息。

6.一种空时编码装置，其特征在于，包括：

正交矩阵构造模块，所述的正交矩阵构造模块包括：待传输信号分组单元，用于根据发射天线的数量，对待传输的发射信号进行分组；正交矩阵生成单元，用于根据所述分组后的待传输的发射信号生成正交矩阵，所述正交矩阵的第一行元素为待传输的发射信号，其余各行由所述待传输的发射信号或者所述待传输发射信号的相反数的不同换序排列组成，所述待传输的发射信号是复数信号；

系数矩阵确定模块，用于根据信道状态信息，生成对应所述正交矩阵的系数矩阵，所述系数矩阵包括：

或

其中，h_m为发射端的第m(m＝1，2，…，M)个发射天线到接收端的信道状态信息，h_m ^*是信道状态信息h_m的共轭运算结果；

发射信号矩阵形成模块，用于将所述正交矩阵左乘所述系数矩阵，使正交矩阵中的各个元素与其对应的系数矩阵中的元素相乘，生成发射信号矩阵；

信号发射模块，用于根据所述发射信号矩阵，通过发射天线进行信号发射。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的系数矩阵确定模块包括：

信道状态信息获取单元，用于接收信道状态信息；

系数矩阵计算单元，用于根据所述信道状态信息生成所述系数矩阵。

8.一种空时解码装置，其特征在于，包括：

接收信号合并模块，用于获取接收信号，所述接收信号对应的发射信号矩阵具有正交性，对所述接收信号进行加权合并；

其中，由M个待传输的发射信号生成的M×M维正交矩阵X，所述正交矩阵的第一行元素为M个待传输的发射信号x₁、x₂、...、x_M，其余各行由所述待传输的发射信号或者所述待传输的发射信号的相反数的不同换序排列组成，所述待传输的发射信号是复数信号，

所述接收信号对应的发射信号矩阵是由所述正交矩阵左乘根据信道状态信息生成的系数矩阵、使正交矩阵中的各个元素与其对应的系数矩阵中的元素相乘得到的，

所述系数矩阵包括

或

其中，h_m为发射端的第m(m＝1，2，…，M)个发射天线到接收端的信道状态信息，h_m ^*是信道状态信息h_m的共轭运算结果；

信号检测判决模块，用于检测判决所述加权合并后的接收信号，根据信道状态信息，获取与所述接收信号对应的发射信号的估计值。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，进一步包括：

信道状态信息估计模块，用于估计所述信道状态信息，并将所述信道状态信息反馈至发射端。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，进一步包括：

加权系数计算模块，用于根据所述信道状态信息，计算所述接收信号的加权系数；

所述接收信号合并模块，进一步用于根据所述加权系数，对所述接收信号进行加权合并。

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