CN101455044B - 对数据符号进行编码的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对数据符号进行编码的方法，所述数据符号在OFDM无线电传输的范围中通过至少两个发射天线被传输。在此，借助DSTBC编码和DSTFBC编码对数据符号编码。在第一改进方案中，所选择的子载波的两个相邻的数据符号被设置用于针对在子载波方向上进行的DSTFBC编码的初始化。所选择的子载波的两个相邻的数据符号被用于对其它子载波的位置相同的数据符号进行DSTFBC编码，其中，DSTFBC编码在子载波方向上从第一子载波的数据符号出发在相邻的子载波上进行。在每个子载波中，通过DSTFBC编码构成的两个数据符号被用于针对在OFDM符号方向上进行的DSTBC编码的初始化。在第二改进方案中，以相反的顺序在所选择的第一子载波上的选定数量的数据符号上进行在OFDM符号方向上进行的DSTBC编码。第一子载波的两个连续的DSTBC编码过的数据符号被设置用于针对在子载波方向上进行的DSTFBC编码的初始化。第一子载波的两个连续的数据符号被用于对其它子载波的位置相同的数据符号进行DSTFBC编码，其中，DSTFBC编码在子载波方向上从第一子载波(ST1)的数据符号出发在相邻的子载波上进行。

Description

对数据符号进行编码的方法

本发明涉及一种用于对数据符号进行编码的方法，所述数据符号在OFDM无线电传输的范围中通过至少两个发射天线被传输。

在未来的宽带无线电通信***中，为了以高数据速率进行传输，使用多载波传输方法。

特别适用的是，与多天线***、尤其是与MIMO-天线***组合地使用公知的“正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)”传输方法。

基于无线电波多路径传播以及基于移动无线电信道特性的与时间有关的变化，无线电信号在传输期间失真。为了能够无失真地接收所发送的数据，公知的是，在接收器侧使用所谓的相干检测。为此，每隔一定时间借助所传输的、在接收侧已知的(vorbekannt)训练序列或者导频符号来测量所使用的无线电信道。由此，接收器可以通过信道估计来确定无线电信道的当前失真并且又矫正所传输的数据。

可是，这样的信道估计具有下列缺点：

-通过传输训练序列或导频符号引起可观的信令开销，

-在传输训练序列或导频符号期间，不能传输(有效)数据，并且

-在接收侧必须采用用于进行信道估计的复杂的、费时的算法。

在MIMO无线电传输***中，无线电信道估计以大数量的天线为条件而仅仅能够以大的时间成本来执行，因为必需的信道估计的数量由发射侧的天线数量与接收侧的天线数量的乘积得出。

在例如快速运动的移动无线电通信终端设备所经历的快速的环境变化的情况下，信道情况或信道特性同样快速变化。在此，所谓的“相干时间”基本上通过移动无线电通信终端设备的速度来确定，所述“相干时间”被用作无线电信道特性的时变的度量。

为了达到用于后续无线电信道估计的当前基础，所使用的用于进行无线电信道估计的时间间隔必须明显在相干时间以下。通常，当终端设备速度较高时，相应地较频繁的无线电信道估计应被执行。训练符号而不是(有效)数据必须相应频繁地被发送，这又导致了无线电传输***的效率降低。

为了避免无线电信道估计，针对MIMO无线电传输***限定所谓的“差分空时分组码DSTBC(Differential Space Time Block Code)”，所述“差分空时分组码DSTBC”例如在“A Differential Detection Scheme for Transmit Diversity”(Tarokh，Jafarkhani，IEEE Journal on Selected Areas in Communications，第18卷，第7期，2000年7月)中被描述。

在此，信息或数据通过当前信号与在前信号之间的差别被调制。前提是，无线电信道在两个连续的数据符号的时间间隔中基本上没有变化，即相干时间比符号持续时间大数倍。在这种情况下，两个连续传输的数据符号(从任意时刻t0开始被观察)近似经历相同的失真。

换句话说，仅仅不重要地由无线电信道的失真影响两个连续传输的符号的差别。所发送的信息因此无需额外的信道修正就可以被重新获得。

用于具有两个发射天线的MIMO无线电通信***的差分编码例如能通过如下的矩阵乘法被说明：

S_k＝S_k-1·C_k

$\left[\begin{array}{cc}{s}_{2k+1}& s_{2k+2}\\ -s_{2k+2}^{*}& s_{2k+1}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{s}_{2k-1}& s_{2k}\\ -s_{2k}^{*}& s_{2k-1}^{*}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{cc}{c}_{2k+1}& c_{2k+2}\\ {-c}_{2k+2}^{*}& c_{2k+1}^{*}\end{array}\right],$

其中，矩阵S_k和S_k-1的录入项包括发送符号，而矩阵C_k包括在时刻k的信息符号。

在发送矩阵的一列中分别有连续通过天线被发送或被传输的那些发送符号。矩阵S_k中的两个行向量是互相正交的，由此在接收器中能够实现非相干检测。与相干检测不同，非相干检测不是按照无线电信道估计被指示，因此不需要任何发送侧的训练序列。

为了初始化无线电传输或为了接收侧的解码，在数据传输之前，在使用两个发送侧天线的情况下，必须相应地传输两个已知符号。

图1示出在具有两个发送侧天线的OFDM无线电通信***中的利用“差分空时分组码DSTBC”的无线电传输。在此，符号s串行/并行地被变换，对符号s进行DSTBC编码，符号s被映射到N子载波上并且通过两个发射天线彼此正交地被传输。

参考图1，图2示出了在时间上绘出的、由初始化引起的信令开销以及每个子载波在差分编码(DSTBC)中的行为方式。可见，由于在OFDM无线电传输中借助DSTBC进行编码，对于每个子载波，自身的初始化都是必需的。此外可见，基于所使用的两个发射天线以及基于每个子载波的DSTBC，分别使用两个符号进行初始化。

根据标准3GPPTR25.814(“Physical LayerAspects for Evolved UTRA”，第7版，第17页，2005年11月)，在子载波间隔为15kHz时，在持续时间为500μsec的子帧中最多有七个符号。在此，在OFDM***中，子载波间隔与OFDM符号的持续时间成反比，并且每个OFDM符号都具有保护间隔。

基于正交进行的符号传输和DSTBC编码，所观察的OFDM符号的传输也参与决定了紧接着的OFDM符号的传输，以致在子帧中最终只传输七个符号中的六个符号。这在图3中被示例性示出。

连同第一OFDM符号中的初始化，在500μsec子帧和15kHz的子载波间隔的情况下，开销共计33％，也就是仅有66％的帧被用于(有效)数据传输。

对于多个用户的情况，在帧中时间复用地(例如在TDMA中)传输数据，其中给每个用户分配一个子帧。这在图4A中示出。

如图4B中所示，如果在下行链路中在帧的起始仅仅使用共同的初始化，以便能够降低总开销，则用户T2必须额外地检测用户T1的数据，以便能够非相干地检测针对其所确定的数据。在所使用的功率调节的情况下，这在必要时会导致：用户T2强度不足地接收了针对用户T1所确定的数据信号。

为了更有效地构造用于组合MIMO天线***和OFDM无线电传输的差分编码，由G.Bauch在2003年10月在日本横须贺的无线个人多媒体通信国际研讨会(WPMC，Proc.of International Symposium on Wireless Personal MultimediaCommunications)的“Differential Space-Time-Frequency Transmit Diversity inOFDM”中介绍了所谓的“差分空时频分组码DSTFBC(Differential Space TimeFrequency Block Code)”，该“差分空时频分组码DSTFBC”可被用在符号编码中。

在此，在核心中涉及借助DSTBC的编码，然而发送符号不仅仅被分布到时间上，而且还被分布到频率上。

发送矩阵S_k的录入项在子载波上以两个连续的OFDM符号被发送，下一矩阵的录入项在相应下一子载波上以同样两个OFDM符号被发送。

图5示出借助DSTFBC的编码原理，而图6通过频率和时间示出用于初始化的最后得到的开销以及在差分编码DSTFBC的情况下的行为方式。

借助DSTFBC的编码为了初始化在一个子载波上仅必需两个数据符号，这两个数据符号根据图5分别通过两个发射天线被发出。

由此能明显地减少开销。在子载波间隔为15kHz并且时间上的帧持续时间为500μsec时，从256个子载波起，整个开销仅为0.1％。因此，99.9％的帧可供数据传输使用。相对于开头所述的借助DSTBC的编码，这相当于提高了49.5％。

可是，根据所选的OFDM参数化和/或根据移动无线电信道的占优势的波动特性，借助DSTFBC的编码具有性能较差的重要缺陷。在涉及子载波间隔的频率选择性强并且涉及符号持续时间的时变小的情况下，在频率方向上的编码比在时间轴上的编码差。原因在于，对于借助DSTFBC的有成功希望的编码，应该有在一定边界中恒定的移动无线电信道存在。

移动无线电信道的特性虽然在时间上缓慢变化，可是移动无线电信道的传输函数在频域上指示由多路径传播引起的明显的频率选择性。频率选择性表现为短促的、但是很深的陷落(Einbruch)或零位。在这些陷落或零位上，对于借助DSTFBC在频域上的编码必要的、相邻子载波的信道的相似性仅仅不再充分地被给出。由此，与借助DSTBC的编码相比，在借助DSTFBC进行编码时得到高的比特误差率。

与OFDM参数化无关地，例如上面所提到的信道特性通常出现在所谓的宽带“固定无线接入(Fixed Wireless Access)”***中，其中，由于信道的宽带性而期待相应高的频率选择性，并且发射站和接收站不移动或仅短时移动。

因此，本发明的任务是说明一种用于对符号进行编码的方法，所述符号通过至少两个发射天线在OFDM无线电传输的范围中被发送，其中在同时抗干扰性高的情况下可达到高的有效数据流量。

在本发明中，借助DSTBC的编码以及借助DSTFBC的编码相互组合，以便得到两种方法的“混合(hybride)”类型的编码组合。

由于使用OFDM无线电传输，所以能实现以下两种改进方案或编码顺序：

在根据本发明的方法的第一改进方案中，在通过两个发射天线实现的OFDM无线电传输的范围中，所选择的第一子载波的两个相邻符号被用作在子载波方向上借助DSTFBC的编码的初始化符号。

任意事先确定的第一子载波的两个相邻符号被用于对其它子载波的符号进行编码，其中，从第一子载波的符号出发，DSTFBC编码在子载波方向或频率方向上利用相邻子载波的符号来执行。

每个单个子载波因此在两个符号位置上具有两个相邻的符号，这两个相邻的符号借助DSTFBC编码根据第一子载波的两个符号被构成。

在每个子载波中，两个通过DSTFBC编码构成的符号被用于针对在时间方向或符号方向上进行的借助DSTBC的编码的初始化，该借助DSTBC的编码从第三符号起被执行。

通过本发明，通过两种编码的“混合(hybrid)”组合，由借助DSTFBC的编码而得到的高数据流量的优点与由借助DSTBC的编码而得到的改进的比特误差特性的优点相互结合。

通过使用借助DSTFBC的编码，实现了小的初始化开销，并且由此实现了高的有效数据流量。

通过附加地使用沿符号轴或时间轴进行的借助DSTBC的编码，从第三OFDM符号起，有利地渐隐或降低了无线电传输信道的选频相关性。

在本发明的有利的第二改进方案中，在事先定义的持续时间上，即在预先确定数量的符号上，进行借助DSTBC的编码。所述借助DSTBC的编码在任意事先确定的子载波上沿符号轴或时间轴进行，由此在所选择的子载波的时间上相邻的符号之间产生了相关性。

借助DSTFBC的编码紧接着以下编码：该编码总是沿频率轴或子载波轴越过两个连续的OFDM符号进行。为了初始化借助DSTFBC的编码，使用总是在第一子载波上借助DSTBC的编码而得到的符号。

该方法可以有利地在以下信道状态中被采样：这些信道状态通常是选频少许但时变强烈的。具有这样的特性的信道例如出现在高速火车的无线电连接中。这里，在发射器与接收器之间一般存在直视通信，即基本上仅存在传播路径，并且因此不出现值得一提的频率选择性，其中该信道在时间上非常强烈地变化。

关于存在于发射器或接收器上或通过估计得到的信道特性的认知可以被用于判决在所描绘的两个方法之间转换。

转换判决在一方面为发射器与在另一方面为接收器之间用信号通知。

信道特性可以例如利用对移动终端设备的速度的认知而通过估计获得。

在此，可能根据信道特性在本发明的两个所描绘的改进形式之间转换。

相应地可能根据信道特性在第一或者第二改进形式的混合编码方法与其它编码方法之间转换。

例如，公知的DSTBC编码或DSTFBC编码可以分别单独地被用作其它编码方法，因此实现了在编码方法的混合组合到单一编码方法之间的转换。相应地，公知的编码方法可被用作“其它”编码方法。

在本发明的两个变型或改进形式中，对于初始化所必要的数据符号的传输以及对于数据符号的传输，

-所述数据符号在第一变型中通过DSTFBC来编码，并且被用于针对在各个子载波上的DSTBC编码的初始化，或

-所述数据符号在第二变型中通过DSTBC来编码，并且被用于在子载波方向上的DSTFBC编码的初始化。

有利的是，使用了一种尽可能稳健的调制方法。

为了针对进行初始化所必要的数据保证稳健的传输，BPSK调制对此是特别适用的。

接下来借助附图详细说明本发明。在此：

图1示出了根据现有技术的用于OFDM无线电传输的“差分空时分组码DSTBC”，

图2参照图1示出了利用DSTBC编码时的信令开销，

图3示出了根据现有技术的OFDM子帧，

图4A示出了根据现有技术的时分复用的具有三个子帧的帧，

图4B示出了根据现有技术的具有三个用户的数据以及在起始具有共同初始化的帧，

图5以原理图示出了借助DSTFBC的编码，

图6针对图5对于DSTFBC示出了最终得到的初始化开销以及DSTFBC编码中的行为，

图7示出了根据本发明的方法的原理图，以及

图8针对图7示出了根据本发明的混合编码的初始化和方向。

图1至图6作为现有技术在说明书前言部分已经被详细说明了。

图7以框图示出了根据本发明的方法的原理图。

针对图7，图8示出了根据本发明的混合编码的初始化和方向，其在频率和时间上被示出。

第一子载波ST1的两个相邻的符号SYM1及SYM2被设置用于针对在子载波方向上进行的DSTFBC编码的初始化。该第一子载波ST1的两个相邻的符号SYM1和SYM2被用于对其它子载波ST2、ST3、......的位置相同的符号SYM1和SYM2的DSTFBC编码，其中DSTFBC编码在子载波方向上从第一子载波ST1的符号SYM1、SYM2出发而在相邻的子载波ST2、ST3、......上进行。

最后，每个子载波ST1、ST2、ST3、......在两个符号位置t1和t2上具有两个相邻的符号SYM1和SYM2，这两个相邻的符号SYM1和SYM2借助根据第一子载波ST1的两个相邻的符号SYM 1和SYM2的DSTFBC编码被构成。

在每个子载波中，两个通过DSTFBC编码构成的符号SYM1、SYM2被用于针对在符号方向或时间方向上进行的DSTBC编码的初始化，该DSTBC编码从第三符号SYM3起被执行。

任意地在频率轴上和/或在时间轴上执行初始化。

在DSTBC编码的初始化阶段期间，数据可以已经有利地被发送了。

基于两个码的正交结构，DSTBC编码可以使用DSTFBC编码的前两个OFDM符号作为参考。

Claims (5)

1.一种用于对数据符号进行编码的方法，所述数据符号在OFDM无线电传输的范围中通过至少两个发射天线被传输，

-其中，所选择的第一子载波(ST1)的两个相邻的数据符号(SYM1，SYM2)被设置用于针对在子载波方向上进行的差分空时频分组码DSTFBC编码的初始化，

-其中，第一子载波(ST1)的两个相邻的数据符号(SYM1，SYM2)被用于对其它子载波(ST2，ST3，......)的位置相同的数据符号进行DSTFBC编码，其中，DSTFBC编码在子载波方向上从第一子载波(ST1)的数据符号出发在相邻的子载波上进行，

-使得每个子载波在两个符号位置上具有两个相邻的数据符号，所述两个相邻的数据符号借助DSTFBC编码根据第一子载波(ST1)的两个相邻的数据符号(SYM1，SYM2)被构成，

-其中，在每个子载波中，两个通过DSTFBC编码构成的数据符号被用于针对在OFDM符号方向上进行的差分空时分组码DSTBC编码的初始化，该DSTBC编码从第三OFDM数据符号起被执行。

2.一种用于对数据符号进行编码的方法，所述数据符号在OFDM无线电传输的范围中通过至少两个发射天线被传输，

-其中，在所选择的第一子载波上的选定数量的数据符号上进行在OFDM符号方向上进行的差分空时分组码DSTBC编码，

-其中，第一子载波的两个连续的DSTBC编码过的数据符号被设置用于针对在子载波方向上进行的差分空时频分组码DSTFBC编码的初始化，

-其中，第一子载波的两个连续的数据符号被用于对其它子载波的位置相同的数据符号进行DSTFBC编码，其中，该DSTFBC编码在子载波方向上从第一子载波(ST1)的数据符号出发在相邻的子载波上进行，

-使得每个子载波在两个符号位置上具有两个相邻的数据符号，所述两个相邻的数据符号借助DSTFBC编码根据第一子载波的两个连续的数据符号被构成。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，稳健的调制方法被用于传输为了初始化必要的数据符号和/或用于传输编码过的数据符号。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，BPSK调制被用作调制方法。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据已知的或所估计的无线电信道特性，在两级编码方法与其它编码方法之间进行转换。

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