TWI258939B - Method and receiver for receiving data transmitted using block space time transmit diversity (BSTTD), and code division multiple access (CDMA) communication system - Google Patents

Description

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五、發明說明（d 本發明係有關於一種請炎八 通訊系統。更特別地，本二;=;存取_技術的 C扉通，的傳輸多樣化方案月係有關於-種可應用於一 統中的：高資：：: k第三咚寬頻分碼多重存取系 刪較佳之增益及鏈結品質，’該系統 量。典型地，章已鲈A 4f 1 將k成增大的系統容 利用多樣化。〃 '二 光束偏轉或經由多樣化組合來 近來，業已實現經由使用空問—眭 多樣化。這種系統理論上可使容』：力間；^成協同使用 輸及接收天線數量的一因數。空間―日加達相專於陣列中傳 過天線及時間之# I 蚪間碼係在產生一通 上運作。 輸出的—區塊輸人符號碼（symbol) 瑪時ΪΪ傳輸多/化系統係在傳輸連續符號 造成符號2疊共；；攄=系統可能在接收端 長度：疋。在多樣化雙工(TDD)模式下，必須在接合 (jcnnt)探測接收器中補償該符號 將必須估計該重疊之傭鈐詩石“"±这接°探測器 探測的複雜性提:傳輸^碼及其共輛’這將使該接合 資 為了舒緩這種接合探測複雜性的增加，已建立出可傳 輸兩相似但不相同之資料場的系統。具有一第一部份D 、 及一第二部份D2的一資料場係由第一天線傳輸。一第二1 料場係藉由修飾該第一資料場而產生，％之共輕負值、 Ϊ258939 五、發明說明⑵ *係該第二資料場之第一部份 #份。該第二資料場係由第二； 且0丨之共軛、D!*係第 線同步傳輸。 儘管這種多樣化傳輸方案將降低接收器之複雜性，但 人Ϊ該方案之接收器仍非常複雜。這種接收器係利用兩接 二采剛裝置。每一接合探測裝置可復原其中一天線單獨傳 :的資料場。這種器具係藉由分離地處理每一天線之傳輸 ^處理兩傳輸資料場之間的交叉干涉。結果，每一接合探 ’則裝置係將其他天線之傳輸視為雜訊。由每一接合探測裝 置復原之符號碼係使用一解碼器結合來決定ί及义。第一 圖中係顯示這種系統之一方塊圖。這種系統中之接收器將 口使用兩接合探測器而具有一高度複雜性，以致造成較高 之接收器費用。 π是，亟 本發明係 接收使用區塊 及系統。該系 及使用一第二 一接收器。該 場的一天線、 型及一近似柯 第二傳輸資料 第一圖係 訊系統的方塊 需一種變型之接收器器具。 一種在一分碼多重存取（CDMA)系統中，用於 空間傳輸多樣化（BSTTD)傳輸之資料的方法 統包括使用一第一天線來傳輸一第一資料場 天線來傳輸一第二資料場的一發射器、以及 接收器包括用於接收該第一及第二傳輸資料 以及使用表小均方誤差區塊線性等化器模 列斯基（Choi esky)分解模型來決定該第一及 場的一BSTTD接合探測器。 運用空間-時間傳輸多樣化之—先 圖。

五、發明說明 本發 施例之一接收器的方 具 第二 塊圖。 第二圖係依據較佳具體每 輸多樣化（BSTTD)的矩陣結構5圖也示'之近似區塊空間時間傳 第四圖係依據較佳具許眘° :' 樣化，合探測方法的流程圖。' & ^之區塊空間時間傳輸多 -上通訊系統中、較佳地位於-…端 方塊圖。儘管最好使兮接胳 、 接收的1 0的 位於基地台且於上鏈通 1 =於該卯處，但接收器10可

接合探測裝置(BSTTD JD°)；；㈣頻;:，10包括一BSTTD 16之天線16係接收包括來 兮第一 A * St)的各種無線電頻率（RF)信號。 第1%^ 通訊短脈衝串包括分別如上述之第一及 二=一資料場包括第-部份1)1及第二ί份 „ ^ ^ ^ ^ - D2*,D1 典型之通訊短脈衝串具有藉由一中間石馬 =編竭成第_資料場D1、D2。另 貝枓 貪料場#绝施丄、松 < 机姐版衝串之母一 該等資料ί 賢料場—州、D1*。展開各資料場且 短脈衝串。每中間碼以分別生成該第-及第二通訊 母一該荨通訊短脈衝串皆由一各別之第一及第 1258939

接收器1 0。 衝串之該接收到的無線 估計裝置13及BSTTD JD 變之信號並且將該頻道 二天線、以無線電頻率信號傳輸至 將包括該第一及第二通訊短脈 電頻率信號解調變並且遞送至頻道 1 2。通常估計裝置1 3係處理該解調 資訊遞送至BSTTD JD 12。 BSTTD JD 12係接收來自頻道估計襄置13之包括第一 衝串以及頻道資訊的解調變㈣。使用該 頻运#號及該發射器之展開碼，BSTTD JD12即可估計每 -通訊短脈衝串之第—及第二資料場的資料符號碼D1、 D2、- D2*、- Dl，並且結 _、D2 …D2*、_ di 以 原始資料場D。 、…依據^發明之較佳具體實施例，BSTTD JD 12係利用 以簡化之最小均方誤差區塊線性等化器（MMSE-BLE)為基礎 的探測器來估計每一接收到之資料場的資料符號碼。 BSTTD JD 1 2係依據下述者動作。a與6係分別相關於天線i 之頻道1、與相關於天線2之頻道2的傳播矩陣區塊聚合 (banded)變體。將其改寫為如下之2χ 2區塊矩陣。 Α= Άι 〇" ，B= ~BU 0 - _Α·21 A b22 緣是’以方程式1表示區塊空間時間傳輸多樣化的接 收信號模型。

1258939 五、發明說明（5) r— ~ .^ * Λιι 〇 0 〜厶1 11 d2 -V U2」 * 氺氺 . lB22 ~ b21 a21 a22 d： 3： + Λ*_ 由於該等區塊之長度遠大於該頻道— 忽略相鄰區塊A 之間的 、 方程式 程 方 成 化 ri -* *

▼ 廷遲展開，因此可 儿砂接收信號模型可簡

方程式2

To t+ 估 T 為 一MMSE BLE t c h e d 資料區塊。 叚式3 程办

，口么守貝竹扭現，可使用BSTTD之 r去。利用變辛音 fitering)，Λ 過濾(Whltening ma 了由以下之方程式3及4表示該等 fj +(B2f?2)l

A dwmf2^A22H r2 +(B]friy

以方程式5表示MMSE-BLE輸出。 d mmsel HEHE 切2iyl —/V 一 ^wmfl d L mmse2 _ 一 dwmf2 一 mm

W

1258939 五、發明說明（6) E係於方程式1中顯示。σ2係平均雜訊變異且I係單位 矩陣。 在單一天線BLE中，區塊STTD之複雜性主要係由反矩 陣造成，其較佳地係以一近似Ch〇le§ky分解實施。

Dn D，

D

D 22 方程式

Cholesky分解之相關矩陣的區塊 6。 "早表不可寫成方程式

Du、D22及D21分別為方程式7、8及9。 方程式7 方程式8 A； = AiH Ajj + (B22h B22 / + σ21 D22 = b]iH BU+(A22H A22)* +σ2ι υ 方程式9 Ch〇leSky分解⑽之下三角形矩陣係寫為方程式 D2i= (A22hB22) -BjjHA1s

G 21 ^ 22 方程式11、12及13係G 的關係。 Η 11 方程式 10 i21、G22、D”、 D21與^之間 G11G11

D 11 方程式 11 1258939 五、發明説明（7) G21GnH =D21 方程式 12 G22G22H=D22_G21G21H 方程式 13 解以下方程式1 4、1 5、1 6及1 7之三角形系統，將可得 到估計之符號碼序列。

Gn*, = dwmfl 方程式 14 G22A2 = C - 0211^ 方程式 15 G22Hdmmse2 =m2 方程式 16 G,Hd 11 mmsel 方程式17 在〆單一天線系統中，需要一 Cholesky分解。使用一 多樣化天線將因需要兩Choi esky分解（方程式11及13)及一 前向代入（方程式12)而增加解碼符號碼（symb〇1 )之複雜 ，。這將使一BSTTD系統之複雜性較一單一天線系統者增 加^過兩倍。此外，該系統中之bsttd 一子區塊對第二子區塊之千爷^价a 益…、/云肩I示乐 差。 ^ ’足將在探測時造成更多誤 平表不Aw及β如下

可4低複雜性。由傳 了错Απ及Bll之區塊矩陣 得. 1258939 五、發明說明（8) A 22 "Απ — 及 B 22 =： \ Βπ Ί 0 A, L 3 一 、〇 β3_ A22 A22 = AuhAu 0 0 0 A3«A 方程式18 b22hb22

Bii

G VB 方程式19 a22hb22

AnHBn 方程式20 0 0 .° a3«b3 熟於此項技藝之人士將可了解-、ΒΗΒΑΑΗβ 係區塊Toeplitz矩陣，但Α ΗΑ 、R Hd 22 22心屯及“ 18 + " 11 BuHBu 及ΑηΗΒη 係因方程式 „!二！ 下角之子區塊而並非如此。 代人方程式18後m4將成為方程式21。

Du = Α22ΗΑ22+(Β22ΗΒ22)* +σ2Ι- 〇 ο 0 α3ηα3 方程式21 方牙王式21係區塊厄米特（Hermitian)。可夢匆略s 一項之Cholesky分解重複變體來近似方程式7 θ二 最後 程式22。 π <解’即方

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五、發明說明（9) πΗ =όιι方程式22

GnG

Du依照方程式23 A! = Α22ΗΑ22 + (Β22ΗΒ22) * 21 方程式 23 ^ = 係區塊TGepHtZ矩陣近似。其複雜性係與單 ^線m之近似分解相#。熟於此 ；：:複::方程式將造成⑴之-近似，而減丽：; 性 可在I2之近似中發現進一步減低Bsttd几12之複雜 由方程式11及12 ’方程式將成為方程式μ。 ” G. D22 - 〇2私 122^22 ~ ^22 假設norm(D22 ASnornKDMDn 程式2 5。 Η 1 ^21"v) 方程式24 方程式24將成為方 Η ^ D22 方程式25 G 22 G 22 此外，由方程式8、9及12，將達成方程式26。0

D 22

D 11 0 b3hb 方程式 26 相似於上述之Gu近似，可藉忽略最後一項2Ch〇lesky 分解重複變體來近似上述之解而成為方程式27。

第13頁 1258939 五、發明說明(10) ----» ^22 = ^ η 方程式 27 藉此近似，G22、及因此D22 (方程式8及丨3 )無需顯 算。是以，BSTTD之Cholesky分解之皞雜性將與單二叶 系統者相同。 ， 一 天線 BSTTD較單一天線複雜之主要複雜性係方程式12、 及17的矩陣h相關。方程式丨5及17中之複數運算次數 GZ1之非零元素數量相同。較少非零元素將降低方程式丨5 1 7之複雜性。減低複雜性之方法係假設乞=〇。然而，這 ，近似將引入一誤差至方程式之解中，而典型上、並 1 如此。 1 因此，減少複雜性之另一方法係依據下述者來近 Λ D21 = (A 22 Β22)* —Β22ΗΑ22 方程式 29 巧·。由方程式9及12,將造成方程式28。 ά 21 ά ^ = D 21 方程式 28 乂係依照方程式2 9。 方程式29將造成一區塊Toeplitz矩陣。然而，其一般 將口 ’、為夕重鈾向二角形系統解而過於複雜，無法輕易 執行。但，可使用以下之性質來簡化。 … Λ性質1 :矩陣Αι係反對稱區塊Toeplitz，即A, =-Α·Γ 。 之對角項必然為零。

1258939 五、 發明說明（11) 陣是^質2/ 之所有項目（entry)皆為零，除了子區塊矩 4 一行或最後一列中之元素以外（請參閱第二圖A )。 性質3:¾•之具有一區塊T〇eplitz結構。 參閱nur: 第寬相列等戈於义二^ L係第一列或订區塊處之非零區塊數量。

其相專於符號碼間干涉長度加1，亦即uL +1，豆中L =:Uw/SF)、w係頻道長度且ceil⑴係指s示大於;之^小 正數:Ka係主動碼（實體頻道）之總數，譬如Ka = K + i且其中 BCH呀間槽中具有κ個dch。 使用上述特性及近似成具有相同於特性2中〜之子區 塊結構的區塊聚合矩陣將可大幅簡化複雜性。第三圖C中 即顯示該近似結構。第三圖D係顯示具有不同於第三圖6之 頸圈部尺寸（collar scale)的確食，。藉由以上之特性及 以下之近似將可簡化含，之計算。 陣。近似…係具有頻寬(L 之上及下區域聚合矩 近似2 : Α之具有與相同之結構。 精由近似1 ’間化之先可表示為·

第15頁 1258939 五、發明說明（12) 11 •21 12 ^21

1L 12

1L L1 L1 L1

1L 11 x12 f 21 111 相關矩陣Ai及下方三角形矩陣I之區塊矩陣表示可 寫為方程式30及31。 11 §11 0 … ...... ® §21 S22 0 ... … S32 ^33 Sli … 0 0 0 ° NJ^-L+l Sn,.\t 0 〇 Sn,n-l+\ Sn,n 方程式30

第16頁 1258939 五、發明說明（13) d 11 v\2 d τ 12 ^11 Τ d 12 '12 d\L Ο ...d

1L Ο Ο d'

τ \L Ο Ο —d... Ο

1L d

IL 方程式31 Ο Ο 一 di ^li du ...—d: ^12 ·*· ^12 ^11 dn相等於-dnT : 及fh·依照性質1及近似2而具有以下結構。 _0 0 ... 0 X 一 0 0 ...0 aiKa 0 0 0 X 0 0 0 a2Ka • · · • · · X 及fjj = • · · · · · • * * X 0 0 ... 0 X 0 0 ...0 aKa-\，Ka X X X X X _ dKaA ^Ka-2 X X d}CaJCa 一 之解係由計算方程式32及33之第一行區塊及第一列區塊而 得。 fnxSu = -dl n = l，2，··丄方程式 32

第17頁

F G Η 11

D 21 1258939

九公⑽=《-乞，η = 2，···，L 方程式33 /=1 V^^k=[aii]Kai'M Ad=u ' = 角^矩陣G=[glj]'jM可滿足矩陣方程式AGH=I) eK係 迢（DCH)之數量且Ka = Kd + 1係廣播頻道（BCH)時間槽中之實體 頻道總數。最後一行向量之第一 &元素係由複數值除以實 數值而得，如方程式34。 、 η = 1，2，··” Kd -1 方程式 34 ^ ΚαΚα 藉一次前向代入Ka，可得矩陣Α之最後一列矩陣，由 方程式35表示之。

G 一 * -Q Κα 1 "dKa：' * * Q Κα 2 ^ Κα 2 • · · * * ^ α ΚαΚ a 一 一 0 Κα Ka 一 方程式 35 此外’方程式33之右手側包含矩陣乘法。每一矩陣乘 法可因零元素而視為Kd + (Kd + l )2之複數乘數。 可使用上述之近似來簡化BSTTD演算法，如下： 運算 方程式 •匹配過濾器： （3 )、（ 4 ) •相關計算： （2 3 )、（ 2 9 )

第18頁 1258939 五、發明說明（15) •Cholesky 分解 （2 2 )、（ 3 2 )、（ 3 3 ) •前向代入係依照方程式3 6及3 7 : 〇 11 ^ 1 = d wmf x 方程式 36

Gnfh2 = dwmf2 -{ό1λπιλ) 37 • 反向代入依照方程式3 8及3 9 : 6 11 歷2 =所2方程式 38 4 =而-方程式39 結合第二圖之流程圖來說明較佳具體實施例。可藉由 忽略該等資料區塊之間的干涉來模擬該接收到之信號，链 如依照方程式2 (步驟4 0 1 )。該接收到之向量係譬如依照方 程式3及4(步驟40 2)變素音匹配過濾。決定方程\1〇型''式 之一 Cholesky因數以作為MMSE BLE的解（步驟4〇3)。再^ 照方私式2 2 ’藉计异（方程式7) —子矩陣D、Du之一 Cholesky因數來計异G、Gu之一子矩陣（步驟4〇4)。依照 程式26，使用Gu之共軛複數、Gn*來計算g、G22 —子矩^ 另一近似（步驟40 5 )。使用方程式31及32將g、h之另一之 矩陣近似成一上方及下方區塊聚合矩陣（步驟4 〇 子 前向及反向代.，藉方程式35、36、37及38來二使資用料 第19頁 1^· 1258939 五、發明說明（16) 場之符號碼及^(步驟407)。接著再使用解 碼器1 5，藉解碼^及^⑽&來決定原始之傳輸資料 (步驟408 )。 儘管已就較佳具體實施例來說明本發明，然而熟於此 項技藝之人士將可清楚發現屬於以下專利申請範圍所概述 之本發明範圍内的其他變型。

第20頁 1258939 圖式簡單說明

第一圖係運用空間 訊系統的方塊圖。 第二圖係依據本發 塊圖。 '時間傳輪多樣化之一先前技藝通 明較佳具體實施例之一接收器的方 第三圖係依據較佳具，' 輸多樣化（BSTTD)的矩陣結構圖也示歹之近似區塊空間時間傳 樣化係依據較佳具體實施例之區塊空間時間傳幹-樣化接合探測方法的流程圖。 吁間傅輸夕 元件符號 、2、16 :天線 1 〇 :接收器 ·ΒδΤΤί)接合探測裝置（BSTTD JD) 13 :頻道估計裝置

第21頁

Claims (1)

1258939 六、申請專利範圍 1 德一種用於接收使用區塊空間時間傳輸多樣化（B s τ τ d ^輸=資料的方法，一BSTTD發射器係使用一第一天線傳 料場且使用一第二天線傳輸-第二資料場，該 方法包括： “4场之區塊而產生’該 包括該第-及第二傳輸資料場兩者的一接收向量； 、交素音（whiten)匹配過濾該接收向量； =用一最小均方誤差區塊線性等化器模型來決定該第一 巴f 場之符號碼(symb〇1)，該模型係忽略該等資料 區塊之間的干涉；及 該模型之一近似Cholesky(柯列斯基）分解、前向及 β代入來決定該第一及第二傳輸資料場之符號碼。 2丄如β申請專利範圍第1項之方法，其中解碼該第一及第二 貝料％傳輪符號碼以估計該第一資料場之資料。 =如申請專利範圍第1項之方法，其中用於該近似 olesky分解之一Ch〇lesky因數包括四個區塊矩陣，該四 一:塊矩陣之一第一區塊係近似為該四個區塊矩陣之一 一區塊的一複數共輊。 笛如=申。請專利範圍第3項之方法，其中該四個區塊矩陣之 ^ —區塊係近似為一上方及下方區塊聚合矩陣。 笛一如申請專利範圍第4項之方法，其中該四個區塊矩陣之 ^二區塊包括全為零之元素。 發細^種用於接收來自一區塊空間時間傳輸多樣化（bsttd) "w且使用BSTTD傳輪之資料的接收器，並且該BSTTD發

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，、申請專利範圍 ----------- 射器係使用一筮—$ # & 線傳輸一第-次、,、/線傳輸一第一資料場且使用一第二天 資料場之區塊^ ^ ^第二f料場係由重新安排該第一 一 Μ 產 該接收器包括： 量；、接收包括§亥第一及第二傳輸資料場兩者的一向 —BSTTD ^ · ♦ , X . 反向代入來決定1當:尘之一近&Cholesky分解、刖向及 該模型係忽略;;傳輸資料場之符號碼；及 7.如申★青表二 枓區塊之間的干涉。 解碼該第—及第軌二圍傳7項之接收器，丨中該接合議係 場之資料。 一傳輸貝料場之符號碼以估計該第一資料 ChoLt^ 個區塊矩陣之—第一=:因數包括四個區塊矩陣，該四 二區塊的一複數共軛。糸近似為該四個區塊矩陣之—第 如申明專利範圍第8項之接收器其中該四 係近似為-上方及下方區塊聚合4 陣 陣之第圍第9項之接收器’其中該四個區塊矩 干心乐一 IHE塊包括全為零之元素。 死 π· —種分石馬多重存取（CDMA)通訊系統，包括： 一區塊空間時間傳輸多樣化（BSTTD)發射器，其利 塊空間時間傳輪多樣化，以一第一天線傳輸一第—次區e 且使用-第二天線傳輸一第二資料場，該第二資料：：

第23頁 1258939 六、申請專利範圍 重新安排該第一資料場之區塊而產生，及 一接收器，用於接收使用BSTTD所傳輸之資料，包括： 一天線，接收包括該第一及第二傳輸資料場兩者的一向 量； 一BSTTD接合摘測器，利用一最小均方誤差區塊線性等 化器模型、該模型之一近似Choi esky分解、前向及反向代 入來決定該第一及第二傳輸資料場之符號碼；及 該模型係忽略該等資料區塊之間的千涉。 12·如申請專利範圍第11項之系統，其中該接合偵測器係 解碼該第一及第二傳輸資料場之符號瑪以估計該第一資料 場之資料。 13·如申請專利範圍第11項之系統，其中用於該近似 Cholesky刀解之一 cholesky因數包括四個區塊矩陣，該四 個區塊矩陣之一第一區塊係近似為該四個區塊矩陣之一第 二區塊的一複數共軛。 … 14.如申請專利範圍第1 3項之系統，其中該四個區塊矩陣 之一第二區塊係近似為一上方及下方區塊聚合矩陣。 15·如申請專利範園第1 4項之系統，其中該四個區塊矩陣 之第三區塊包括全為零之元素。、