устройство и способ частотно-пространственно-временного блочного кодирования для повышения производительности

Формула изобретения

1. Передатчик с тремя передающими антеннами в системе связи, использующей схему частотно-пространственно-временного блочного кодирования, содержащий предварительный кодировщик для предварительного кодирования вектора символов последовательности входных символов посредством умножения вектора символов на е^j , где является углом поворота фазы; и блок отображения частотно-пространственно-временного блочного кода (ЧПВБК) для выбора ЧПВБК на основании индикаторов качества каналов (ИКК) обратной связи, принятых от приемника, отображения предварительно кодированных символов на передающие антенны в соответствии с выбранным ЧПВБК и передачи отображенных символов через передающие антенны.

2. Передатчик по п.1, в котором блок отображения ЧПВБК содержит блок отображения для отображения предварительного кодированных символов на передающие антенны согласно выбранному ЧПВБК и передачи отображенных символов через передающие антенны.

3. Передатчик по п.1, в котором блок отображения ЧПВБК выбирает ЧПВБК на основании ИКК обратной связи в соответствии с формулой:

если ИКК_ант1=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать Матрицу В

если ИКК_ант2=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу А

если ИКК_ант3=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу С

где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антенн, а матрицы А, В и С имеют вид

где строка представляет символы для соответствующей антенны, а столбец представляет символы, отображенные на поднесущую.

4. Передатчик по п.2, в котором блок отображения ЧПВБК выбирает ЧПВБК на основании ИКК обратной связи в соответствии с формулой:

если ИКК_ант1=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать Матрицу В

если ИКК_ант2=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу А

если ИКК_ант3=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу С

где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антенн, а матрицы А, В и С имеют вид

,

где строка представляет символы для соответствующей антенны, а столбец представляет символы, отображенные на поднесущую.

5. Передатчик по п.1, в котором блок отображения ЧПВБК выбирает ЧПВБК на основании ИКК обратной связи в соответствии с формулой:

выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) так, чтобы больше символов могло быть передано через передающую антенну, имеющую наибольший ИКК, где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антен.

6. Передатчик по п.2, в котором блок отображения ЧПВБК выбирает ЧПВБК на основании ИКК обратной связи в соответствии с формулой:

выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) так, чтобы больше символов могло быть передано через передающую антенну, имеющую наибольший ИКК, где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антен.

7. Передатчик по п.1, в котором выбранный ЧПВБК передается приемнику.

8. Передатчик по п.2, в котором выбранный ЧПВБК передается приемнику.

9. Передатчик по п.1, в котором каждый из ИКК обратной связи является средней информацией о канале для множества поднесущих.

10. Передатчик по п.2, в котором каждый из ИКК обратной связи является средней информацией о канале для множества поднесущих.

11. Передатчик с тремя передающими антеннами в системе связи, использующей схему частотно-пространственно-временного блочного кодирования, содержащий

предварительный кодировщик для предварительного кодирования вектора символов последовательности входных символов посредством умножения вектора символов на е ^j , где является углом поворота фазы; и

блок отображения частотно-пространственно-временного блочного кода (ЧПВБК) для выбора ЧПВБК на основании индекса ЧПВБК, полученного от приемника, отображения предварительно кодированных символов на передающие антенны согласно выбранному ЧПВБК и передачи отображенных символов через передающие антенны.

12. Передатчик по п.11, в котором блок отображения ЧПВБК содержит блок отображения для отображения предварительно кодированных символов на передающие антенны согласно выбранному ЧПВБК и передачи отображенных символов через передающие антенны.

13. Передатчик по п.11, в котором индекс ЧПВБК получают в приемнике в соответствии с формулой:

если ИКК_ант1=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать Матрицу В

если ИКК_ант2=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу А

если ИКК_ант3=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу С,

где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антенн, а матрицы А, В и С имеют вид

где строка представляет символы для соответствующей антенны, а столбец представляет символы, отображенные на поднесущую.

14. Передатчик по п.12, в котором индекс ЧПВБК получают в приемнике в соответствии с формулой:

если ИКК_ант1=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать Матрицу В

если ИКК_ант2=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу А

если ИКК_ант3=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу С,

где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антенн, а матрицы А, В и С имеют вид

где строка представляет символы для соответствующей антенны, а столбец представляет символы, отображенные на поднесущую.

15. Передатчик по п.11, причем индекс ЧПВБК получают в приемнике в соответствии с формулой:

выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3)

так, чтобы больше символов могло быть передано через передающую антенну, имеющую наибольший ИКК, где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антенн.

16. Передатчик по п.12, причем индекс ЧПВБК получают в приемнике в соответствии с формулой:

выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) так, чтобы больше символов могло быть передано через передающую антенну, имеющую наибольший ИКК, где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антенн.

17. Передатчик по п.11, в котором выбранный ЧПВБК передается приемнику.

18. Передатчик по п.12, в котором выбранный ЧПВБК передается приемнику.

19. Приемник в системе связи с тремя передающими антеннами, использующей схему частотно-пространственно-временного блочного кодирования, содержащий блок оценки каналов для оценки поканально сигналов, принятых через приемную антенну, и выдачи индикаторов качества каналов (ИКК); и передатчик информации обратной связи для передачи ИКК блоку отображения частотно-пространственно-временного блочного кода (ЧПВБК) передатчика.

20. Приемник по п.19, в котором каждый ИКК является средней информацией канала для множества поднесущих.

21. Приемник в системе связи с тремя передающими антеннами, использующей схему частотно-пространственно-временного блочного кодирования, содержащий блок оценки каналов для оценки поканально сигналов, принятых через приемную антенну, и выдачи индикаторов качества канала (ИКК); и передатчик информации обратной связи для передачи индекса частотно-пространственно-временного блочного кода (ЧПВБК), полученного с использованием ИКК, блоку отображения ЧПВБК передатчика.

22. Приемник по п.21, в котором индекс ЧПВБК получают в соответствии с формулой:

если ИКК_ант1=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать Матрицу В

если ИКК_ант2=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу А

если ИКК_ант3=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу С,

где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антенн, а матрицы А, В и С имеют вид

где строка представляет символы для соответствующей антенны, а столбец представляет символы, отображенные на поднесущую.

23. Передатчик с тремя передающими антеннами в системе связи, использующей схему частотно-пространственно-временного блочного кодирования, содержащий предварительный кодировщик для предварительного кодирования вектора символов последовательности входных символов; и блок отображения частотно-пространственно-временного блочного кода (ЧПВБК) для выбора ЧПВБК на основании индикаторов качества канала (ИКК) обратной связи, принятых от приемника, отображения предварительно кодированных символов на передающие антенны согласно выбранному ЧПВБК и передачи отображенных символов через передающие антенны.

24. Передатчик по п.23, в котором блок отображения ЧПВБК выбирает ЧПВБК на основании ИКК обратной связи в соответствии с формулой:

выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3)

так, чтобы больше символов могло быть передано через передающую антенну, имеющую наибольший ИКК, где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антенн.

25. Передатчик с тремя передающими антеннами в системе связи, использующей схему частотно-пространственно-временного блочного кодирования, содержащий предварительный кодировщик для предварительного кодирования вектора символов последовательности входных символов; и блок отображения частотно-пространственно-временного блочного кода (ЧПВБК) для выбора ЧПВБК на основании индекса ЧПВБК, полученного от приемника, отображения предварительно кодированных символов на передающие антенны согласно выбранному ЧПВБК и передачи отображенных символов через передающие антенны.

26. Передатчик по п.25, в котором индекс ЧПВБК получают в приемнике в соответствии с формулой:

выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) так, чтобы больше символов могло быть передано через передающую антенну, имеющую наибольший ИКК, где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антенн.

27. Способ частотно-пространственно-временного блочного кодирования в передатчике с тремя передающими антеннами, содержащий этапы, на которых предварительно кодируют вектор символов последовательности входных символов посредством умножения вектора символов на e^j , где является углом поворота фазы; выбирают частотно-пространственно-временной блочный код (ЧПВБК) на основании индикаторов качества каналов (ИКК) обратной связи, принятых от приемника, для отображения предварительно кодированных символов.

28. Способ частотно-пространственно-временного блочного кодирования по п.27, дополнительно содержащий этап, на котором отображают предварительно кодированные символы на передающие антенны в соответствии с выбранным ЧПВБК и передают отображенные символы через передающие антенны.

29. Способ частотно-пространственно-временного кодирования по п.27, в котором этап выбора ЧПВБК содержит этап выбора ЧПВБК на основании ИКК обратной связи в соответствии с формулой:

если ИКК_ант1=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать Матрицу В

если ИКК_ант2=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу А

если ИКК_ант3=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу С,

где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антенн, а матрицы А, В и С имеют вид

где строка представляет символы для соответствующей антенны, а столбец представляет символы, отображенные на поднесущую.

30. Способ частотно-пространственно-временного кодирования по п.28, в котором этап выбора ЧПВБК содержит этап выбора ЧПВБК на основании ИКК обратной связи в соответствии с формулой:

если ИКК_ант1=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать Матрицу В

если ИКК_ант2=выбрать максимум (ИКК_ант1,ИКК_ант2,ИКК_ант3) использовать матрицу А

если ИКК_ант3=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу С,

где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антенн, а матрицы А, В и С имеют вид

где строка представляет символы для соответствующей антенны, а столбец представляет символы, отображенные на поднесущую.

31. Способ частотно-пространственно-временного кодирования по п.27, в котором этап выбора ЧПВБК содержит этап выбора ЧПВБК на основании ИКК обратной связи в соответствии с формулой:

выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) так, чтобы больше символов могло быть передано через передающую антенну, имеющую наибольший ИКК, где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антенн.

32. Способ частотно-пространственно-временного кодирования по п.27, в котором каждый ИКК обратной связи является усредненной информацией о канале для множества поднесущих.

33. Способ частотно-пространственно-временного кодирования по п.28, в котором каждый ИКК обратной связи является усредненной информацией о канале для множества поднесущих.

34. Способ передачи частотно-пространственно-временного блочного кода (ЧПВБК) в передатчике с тремя передающими антеннами, содержащий этапы, на которых предварительно кодируют вектор символов последовательности входных символов посредством умножения вектора символов на е^j , где является углом поворота фазы и выбирают ЧПВБК на основании индекса ЧПВБК, принятого от приемника.

35. Способ по п.34, дополнительно содержащий этап, на котором отображают предварительно кодированные символы на передающие антенны согласно выбранному ЧПВБК и передают отображенные символы через передающие антенны.

36. Способ приема символов, кодированных частотно-пространственно-временным блочным кодом, в системе связи с тремя передающими антеннами, использующей схему частотно-пространственно-временного блочного кодирования, содержащий этапы, на которых оценивают поканально сигналы, принятые через приемную антенну, и выдают индикаторы качества канала (ИКК); и передают ИКК блоку отображения частотно-пространственно-временного блочного кода передатчика.

37. Способ приема символов, кодированных частотно-пространственно-временным блочным кодом, в системе связи с тремя передающими антеннами, использующей схему частотно-пространственно-временного блочного кодирования, содержащий этапы, на которых оценивают поканально сигналы, принятые через приемную антенну, и выдают индикаторы качества канала (ИКК); и передают индекс частотно-пространственно-временного блочного кода, полученный при помощи ИКК, схеме отображения ЧПВБК передатчика.

38. Способ по п.37, в котором индекс ЧПВБК получают в соответствии с формулой:

если ИКК_ант1=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать Матрицу В

если ИКК_ант2=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу А

если ИКК_ант3=выбрать максимум (ИКК_ант1, ИКК_ант2, ИКК_ант3) использовать матрицу С,

где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют, соответственно, ИКК для первой, второй и третьей передающих антенн, а матрицы А, В и С имеют вид

где строка представляет символы для соответствующей антенны, а столбец представляет символы, отображенные на поднесущую.

39. Способ передачи частотно-пространственно-временного блочного кода (ЧПВБК) в передатчике с тремя передающими антеннами, содержащий этапы, на которых предварительно кодируют вектор символов последовательности входных символов; и

выбирают частотно-пространственно-временной блочный код на основании индикаторов качества канала (ИКК) обратной связи, принятых от приемника, отображают предварительно кодированные символы на передающие антенны в соответствии с выбранным ЧПВБК и передают отображенные символы через передающие антенны.

40. Способ передачи частотно-пространственного-временного блочного кода (ЧПВБК) в передатчике с тремя передающими антеннами, содержащий этапы, на которых предварительно кодируют вектор символов последовательности входных символов; и выбирают частотно-пространственно-временной блочный код на основании индекса ЧПВБК, принятого от приемника, отображают предварительно кодированные символы на передающие антенны в соответствии с выбранным ЧПВБК и передают отображенные символы через передающие антенны.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится в целом к устройству частотно-пространственно-временного блочного кодирования в передатчике с тремя передающими (Tx) антеннами и, в частности, к устройству для передачи последовательности входных символов посредством трех Tx антенн с использованием информации обратной связи, принятой от приемника, с целью повышения производительности частотно-пространственно-временного блочного кода (ЧПВБК).

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Фундаментальная проблема связи заключается в том, как эффективно и надежно передать данные по каналам. Поскольку мультимедийная мобильная связь будущих поколений требует систем высокоскоростной связи, способных помимо предоставления услуг голосовой связи передавать разнообразную информацию, в том числе видео и данные беспроводной связи, важно повысить эффективность системы посредством способа канального кодирования, подходящего для такой системы.

В среде беспроводных каналов системы мобильной связи, в отличие от среды проводных каналов, передаваемый сигнал неизбежно испытывает потери вследствие нескольких факторов, таких как многолучевая интерференция, затенение, затухание волны, переменный по времени шум и замирание. Потеря информации ведет к сильному искажению передаваемого сигнала, ухудшая производительность системы в целом. Для уменьшения потерь информации обычно применяют многочисленные приемы защиты от ошибок с целью повышения надежности системы. Один из этих приемов заключается в использовании кода исправления ошибок.

Многолучевое затухание снижают при помощи различных способов разнесения, применяемых в системе беспроводной связи. К способам разнесения относятся временное разнесение, частотное разнесение и разнесение антенн.

При разнесении антенн используют множество антенн. Этот способ разнесения в свою очередь делят на разнесение приемных (Rx) антенн, когда используют множество Rx антенн, разнесение Tx антенн, когда используют множество Tx антенн, и систему со многими входами и многими выходами (MIMO), когда используют множество Tx антенн и множество Rx антенн.

MIMO является особым случаем пространственно-временного кодирования (ПВК), в котором распространение кодирования временной области на пространственную область осуществляется посредством передачи сигнала, закодированного в соответствии с установленным способом кодирования, при помощи множества Tx антенн с целью обеспечения низкой частоты ошибок.

V. Tarokh и др. предложили пространственно-временное блочное кодирование (ПВБК) в качестве одного из способов эффективного применения разнесения антенн (см. "Space-Time Coding from Orthogonal Designs", IEEE Trans. On Info, Theory, Vol. 45, pp. 1456-1467, July 1999). Схема ПВБК Tarokh'а является развитием схемы разнесения передающих антенн S.M. Alamouti (см. "A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications", IEEE Journal on Selected Area in Communications, Vol. 16, pp.1451-1458, October 1988) для двух или более Tx антенн.

На фиг.1 приведена блок-схема передатчика в системе мобильной связи, использующей традиционную схему ПВБК Tarokh. Передатчик содержит модулятор 100, последовательно-параллельный (S/P) преобразователь 102, кодировщик 104 ПВБК и четыре Tx антенны 106, 108, 110 и 112.

На фиг.1 модулятор 100 модулирует входные информационные данные (или кодированные данные) в соответствии со схемой модуляции. Схема модуляции может быть схемой из группы, включающей в себя двоичную фазовую манипуляцию (ДФМн), квадратурную фазовую манипуляцию (КФМн), квадратурную амплитудную манипуляцию (КАМн), амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ) и фазовую манипуляцию (ФМн).

S/P преобразователь 102 преобразует в параллельное представление последовательные символы модуляции, принятые от модулятора 100, s₁, s₂ , s₃, s₄. Кодировщик 104 ПВБК создает восемь комбинаций символов посредством ПВБК-кодирования четырех символов s₁, s₂ , s₃, s₄ модуляции и последовательно передает их при помощи четырех Tx антенн 106-112. Кодирующая матрица, используемая для генерации восьми комбинаций символов, имеет вид

(1)

где G₄ обозначает кодирующую матрицу для символов, переданных посредством четырех Tx антенн 106-112, а s₁, s ₂, s₃, s₄ обозначают четыре входных символа. Число столбцов кодирующей матрицы равно числу Tx антенн, а число строк соответствует времени, требуемому для передачи четырех символов. Таким образом, передача четырех символов посредством четырех Tx антенн осуществляется за восемь временных интервалов.

В частности, в первый временной интервал символ s₁ передается посредством первой Tx антенны 106, символ s₂ - посредством второй Tx антенны 108, символ s₃ - посредством третьей Tx антенны 110 и символ s₄ - посредством четвертой Tx антенны 112. Аналогично символы -s ₄ ^*, -s₃ ^*, s₂ ^*, -s ₁ ^* передаются соответственно посредством с первой по четвертую Tx антенн 106-112, в течение восьмого временного интервала. То есть кодировщик 104 ПВБК последовательно подает символы i-го столбца кодирующей матрицы на i-ю Tx антенну.

Как уже говорилось, кодировщик 104 ПВБК генерирует восемь последовательностей символов, используя входные символы, сопряженные им символы и символы с обратным знаком, и передает их посредством четырех Tx антенн 106-112 за восемь временных интервалов. Поскольку последовательности символов для соответствующих Tx антенн, которые являются столбцами кодирующей матрицы, взаимно ортогональны, можно получить выигрыш от разнесения, равный порядку разнесения.

На фиг.2 приведена блок-схема приемника в системе мобильной связи, использующей традиционную схему ПВБК. Приемник является ответным устройством для передатчика, изображенного на фиг.1.

Приемник состоит из множества Rx антенн 200-202, блока 204 оценки каналов, схемы 206 сложения сигналов, детектора 208, параллельно-последовательного (P/S) преобразователя 210 и демодулятора 212.

Как показано на фиг.2, Rx антенны 200-202 с первой по P-ю выдают сигналы, принятые от четырех Tx антенн передатчика, изображенного на фиг.1, на блок 204 оценки каналов и схему 206 сложения сигналов. Блок 204 оценки каналов оценивает коэффициенты каналов, представляющие коэффициенты усиления в каналах от Tx антенн 106-112 до Rx антенн 200-202, при помощи сигналов, принятых Rx антеннами 200-202 с первой по P-ю. Схема 206 сложения сигналов объединяет сигналы, принятые Rx антеннами 200-202 с первой по P-ю, применяя заданным способом коэффициенты каналов. Детектор 208 генерирует гипотетические символы, умножая объединенные символы на коэффициенты каналов, вычисляет при помощи гипотетических символов статистические величины решения для всех возможных символов, переданных от передатчика, и определяет действительные переданные символы посредством порогового определения. P/S преобразователь 210 преобразует параллельные символы, принятые от детектора 208, в последовательное представление. Демодулятор 212 демодулирует эту последовательность символов в соответствии со способом демодуляции, тем самым извлекая биты первоначальной информации.

Как указывалось выше, метод ПВБК, предложенный Alamouti, обладает тем преимуществом, что позволяет достичь порядка разнесения, равного числу Tx антенн, то есть порядка полного разнесения, не принося в жертву скорость передачи данных из-за передачи комплексных символов только посредством двух Tx антенн.

Схема ПВБК, предложенная Tarokh, являющаяся дальнейшим развитием схемы ПВБК, предложенной Alamouti, обеспечивает порядок полного разнесения при помощи ПВБК в виде матрицы с ортогональными столбцами, как описано со ссылкой на фиг.1 и 2. Однако поскольку передача четырех комплексных символов осуществляется за восемь временных интервалов, схема ПБВК, предложенная Tarokh, приводит к снижению скорости передачи данных в два раза. Кроме того, поскольку для полной передачи одного блока с четырьмя комплексными символами требуется восемь временных интервалов, качество приема ухудшается из-за изменений канала за время приема блока в канале с быстрым замиранием. Иными словами, передача комплексных символов посредством четырех или более Tx антенн требует 2N временных интервалов для N символов, что приводит к большему времени запаздывания и снижению скорости передачи данных.

Для достижения полной скорости в системе MIMO, передающей комплексный сигнал посредством трех или более Tx антенн, группа под руководством Giannakis представила схему ПБВК с полным разнесением и полной скоростью (ПРПС) для четырех Tx антенн, использующую констелляционное вращение в комплексном поле.

На фиг.3 приведена блок-схема передатчика в системе мобильной связи, использующей традиционную схему ПБВК, предложенную Giannakis. Как показано на фиг.3, передатчик содержит модулятор 300, предварительный кодировщик 302, схему 304 пространственно-временного отображения и множество Tx антенн 306, 308, 310 и 312.

Как показано на фиг.3, модулятор 300 модулирует входные информационные данные (или кодированные данные) в соответствии со схемой модуляции, такой как ДФМн, КФМн, КАМн, АИМ или ФМн. Предварительный кодировщик 302 предварительно кодирует N_t символов модуляции, принятых от модулятора 300, d₁ , d₂, d₃, d ₄, таким образом, что в пространстве сигналов происходит вращение сигналов, и выдает N_t результирующих символов. Для простоты записи предполагается наличие четырех Tx антенн. Обозначим буквой d четыре символа модуляции от модулятора 300. Предварительный кодировщик 302 генерирует комплексный вектор r, вычисляя последовательность d символов модуляции при помощи формулы (2).

(2)

где обозначает матрицу предварительного кодирования. В качестве матрицы предварительного кодирования группа Giannakis использует унитарную матрицу Вандермонда. В матрице предварительного кодирования выражение для _i имеет следующий вид

_i=exp(j2 (i+1/4)/4), i=0,1,2,3 (3)

Схема ПВБК, предложенная Giannakis, использует четыре Tx антенны и легко может быть распространена на более чем четыре Tx антенны. Схема 304 пространственно-временного отображения кодирует предварительно кодированные символы в соответствии со следующим способом.

(4)

где S - кодирующая матрица для символов, переданных посредством четырех Tx антенн 306-312. Число столбцов кодирующей матрицы равно числу Tx антенн, а число строк соответствует времени, требуемому для передачи четырех символов. То есть передача четырех символов посредством четырех Tx антенн осуществляется за четыре временных интервала.

В частности, за первый временной интервал через первую Tx антенну 306 передается сигнал r ₁, а через другие Tx антенны 308, 310 и 312 не передается никаких сигналов. За второй временной интервал через вторую Tx антенну 308 передается сигнал r₂, а через другие Tx антенны 306, 310 и 312 не передается никаких сигналов. За третий временной интервал через третью Tx антенну 310 передается сигнал r₃, а через другие Tx антенны 306, 308 и 312 не передается никаких сигналов. За четвертый временной интервал через четвертую Tx антенну 312 передается сигнал r ₄, а через другие Tx антенны 306, 308 и 310 не передается никаких сигналов.

После получения четырех символов по радиоканалу за четыре временных интервала приемник (не показан) восстанавливает последовательность d модулирующих символов при помощи декодирования по методу максимального правдоподобия (МП).

В 2003 г. Tae-Jin Jung и Kyung-Whoon Cheun предложили предварительный кодировщик и каскадный код с превосходной эффективностью кодирования по сравнению со схемой ПВБК, предложенной Giannakis. Они повысили эффективность кодирования посредством каскадирования ПВБК Alamouti вместо использования диагональной матрицы, предложенной группой Giannakis. Для удобства эта схема ПВБК будет в дальнейшем называться "ПВБК ПРПС Alamouti".

На фиг.4 приведена блок-схема передатчика в системе мобильной связи, использующего традиционную схему ПВБК ПРПС Alamouti и четыре Tx антенны. Как показано на фиг.4, передатчик содержит предварительный кодировщик 400, схему 402 отображения, схему 404 задержки, два кодировщика 406 и 408 Alamouti и четыре Tx антенны 410, 412, 414 и 416.

Как показано на фиг.4, предварительный кодировщик 400 предварительно кодирует четыре входных символа d₁ модуляции, d ₂, d₃, d₄ таким образом, что в сигнальном пространстве происходит вращение сигналов. В случае, если на вход поступает последовательность d из четырех символов модуляции, предварительный кодировщик 400 генерирует комплексный вектор r, вычисляя его по формуле

(5)

где _i=exp(j2 (i+1/4)/4), i=0,1,2,3.

Схема 402 отображения группирует попарно четыре предварительно кодированных символа и выдает два вектора, каждый из которых включает два элемента [r₁, r₂] ^T и [r₃, r₄ ]^T соответственно, на кодировщик 406 Alamouti и схему 404 задержки. Схема 404 задержки задерживает второй вектор [r₃, r₄] ^T на один временной интервал. Таким образом, в первый временной интервал подается первый вектор [r₁, r ₂]^T на кодировщик 406 Alamouti, а во второй временной интервал подается второй вектор [r ₃, r₄]^T на кодировщик 408 Alamouti. Кодировщиком Alamouti называется кодировщик, который работает по схеме ПВБК Alamouti. Кодировщик 406 Alamouti кодирует вектор [r₁, r₂ ]^T, так чтобы он передавался через первую и вторую Tx антенны 410 и 412 в течение первого и второго временных интервалов. Кодировщик 408 Alamouti кодирует вектор [r ₃, r₄]^T, так чтобы он передавался через третью и четвертую Tx антенны 414 и 416 в течение третьего и четвертого временных интервалов. Кодирующая матрица, используемая для передачи четырех символов от схемы 402 отображения через множество антенн, имеет вид

(6)

В отличие от кодирующей матрицы из формулы (4) вышеприведенная кодирующая матрица является не диагональной матрицей, а матрицей ПВБК Alamouti. Применение схемы ПБВК Alamouti повышает эффективность кодирования.

Однако эта схема ПВБК ПРПС Alamouti имеет явный недостаток, связанный с повышенной сложностью кодирования, поскольку для предварительного кодирования передатчик должен выполнить вычисления между всеми элементами матрицы предварительного кодирования и входного вектора. Например, для четырех Tx антенн, поскольку 0 не входит в число элементов матрицы предварительного кодирования, необходимо выполнить вычисления на 16 элементах. Кроме того, для декодирования сигнала d, переданного передатчиком, приемнику нужно выполнить НП декодирование с большим объемом вычислений.

Для снижения столь высокой степени сложности Chan-Byoung Chae и др. из компании "Samsung Electronics" предложили новую схему ПВБК.

(7)

где - матрица предварительного кодирования для произвольного четного числа Tx антенн. Дальнейшие операции выполняются так же, как в группе Cheun. При этом по сравнению со схемой ПВБК ПРПС Alamouti схема Chae значительно снижает сложность декодирования по методу НП в приемнике посредством ряда операций, а именно прокалывания и сдвига.

Однако недостатком всех описанных выше подходов является большая сложность декодирования по сравнению со схемой Alamouti, которая допускает линейное декодирование переданных символов, и потому непрерывно прилагаются усилия, направленные на дальнейшее снижение сложности декодирования. В такой обстановке группа профессора Sundar Rajan (далее называемая группой Sundar Rajan) представила схему ПВБК ПРПС, которая допускает линейное декодирование.

Для ПВБК группы Sundar Rajan каждое значение r_i кодирующей матрицы, приведенной в формуле (6), умножается на e^j (то есть вращение на комплексной плоскости), и восстанавливаются вещественная и мнимая части полученного нового значения x _i+jy_i. Кодирующая матрица, полученная таким образом, имеет вид

(8)

Использование формулы (8) позволяет провести линейное декодирование в приемнике, снижая тем самым сложность декодирования. Профессор Sundar Rajan использует угол поворота на фиксированную фазу. В данном случае =(1/2) arctg 2.

Система мобильной связи, использующая схему ПВБК Sundar Rajan, содержит передатчик с конфигурацией, изображенной на фиг.5. Информационные символы s ₁, s₂, s₃, s₄ умножаются на exp (j ) в предварительном кодировщике 500, а затем восстанавливаются в схеме 502 отображения.

Более конкретно, схема 502 отображения восстанавливает предварительно кодированные символы c _i=x_i+jy_i в c₁ ^'=x ₁+jy₃, c₂ ^'=x₂+jy₄ , c₃ ^'=x ₃+jy₁ и c₄ ^'=x₄+jy ₂ и группирует восстановленные символы попарно в векторы [c₂ ^'c ₁ ^'] и [c₄ ^'c₃ ^']. Векторы [c₂ ^'c₁ ^' ] и [c₄ ^'c ₃ ^'] передаются через соответствующие кодировщики 506 и 508 Alamouti. Схема 504 задержки используется для задержки вектора [c₄ ^'c₃ ^' ].

Чтобы показать, что эффективность ПВБК группы Sundar Rajan можно сделать еще выше, ниже приводится краткий обзор ортонормированного пространственно-временного кода и ортогонального пространственно-временного кода.

Для демодуляции ортонормированного пространственно-временного кода S, предложенного Tarokh и др., код S умножается на эрмитово-сопряженный код S^H. Таким образом,

(9)

где является константой. Если пространственно-временной код удовлетворяет формуле (9), было установлено, что доступная полная скорость

(10)

Число Tx антенн N=2^a . Следовательно, для системы с четырьмя Tx антеннами a=2 и R _max=3/4.

Группа Sundar Rajan доказала, что ее ортогональный пространственно-временной код также обеспечивает полное разнесение. В этом случае

(11)

где

и

(h - коэффициент канала). Здесь следует заметить, что этот ортогональный пространственно-временной код приводит к скорости

(12)

Из этой формулы следует, что для системы с четырьмя Tx антеннами можно достичь скорости R _max=1, так как N=2^a. То есть использование ортогонального пространственно-временного кода обеспечивает полное разнесение и полную скорость.

Для достижения полного разнесения и полной скорости в системе мультиплексирования с ортогональным разделением частот (МОРЧ) с тремя Tx антеннами группа Sundar Rajan предложила следующую кодирующую матрицу.

(13)

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

Приведенная выше кодирующая матрица A содержит частоту и время в качестве переменных в системе связи с тремя Tx антеннами. Строки кодирующей матрицы представляют соответствующие Tx антенны. Первые два столбца (s₁ и -s ₂ ^* в первой строке) отображаются на первую частоту, а последние два столбца (0 и 0 в первой строке) - на вторую частоту. Первый столбец в каждой паре из двух столбцов (s₁ в первой строке) отображается на первый временной интервал, а последний столбец (-s₂ ^* в первой строке) отображается на второй временной интервал. Следовательно, символ, передаваемый во второй временной интервал на второй частоте через вторую антенну, - это s₁ ^*, а символ, передаваемый в первый временной интервал на второй частоте через третью антенну, - это s₄.

ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

Однако для более точных передач данных существует потребность в повышении эффективности вышеописанного ПВБК.

Целью настоящего изобретения является в значительной степени решение, по меньшей мере, вышеназванных проблем и (или) устранение вышеназванных недостатков и получение, по меньшей мере, нижеприведенных преимуществ. Соответственно, целью настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа частотно-пространственно-временного блочного кодирования для повышения производительности системы мобильной связи с тремя Tx антеннами.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа частотно-пространственного-временного блочного кодирования для повышения производительности системы мобильной связи с тремя Tx антеннами, когда векторные символы вращаются на комплексной плоскости, а вещественные и мнимые части полученных новых символов x_i+jy _i восстанавливаются до передачи.

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа частотно-пространственно-временного блочного кодирования посредством выбора матрицы передачи в системе мобильной связи, использующей множество антенн, когда векторные символы вращаются на комплексной плоскости и вещественные и мнимые части полученных новых символов x_i+jy_i восстанавливаются до передачи.

Достижение вышеуказанных целей обеспечивается устройством и способом частотно-пространственно-временного блочного кодирования в системе связи с тремя Tx антеннами.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения в передатчике с тремя Tx антеннами в системе связи, использующей схему частотно-пространственно-временного блочного кодирования, предварительный кодировщик предварительно кодирует вектор символов последовательности входных символов посредством умножения вектора символов на e^j . Угол - это угол поворота фазы. Схема отображения ЧПВБК выбирает ЧПВБК на основе ИКК обратной связи, полученных от приемника, отображает (устанавливает соответствие) предварительно кодированные символы на передающие антенны согласно выбранному ЧПВБК и передает отображенные символы через передающие антенны.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения в передатчике с тремя Tx антеннами в системе связи, использующей схему частотно-пространственно-временного блочного кодирования, предварительный кодировщик предварительно кодирует вектор символов последовательности входных символов посредством умножения символьного вектора на e ^j . Угол - это угол поворота фазы. Схема отображения ЧПВБК выбирает ЧПВБК на основе индекса ПВБК, принятого от приемника, отображает предварительно кодированные символы на передающие антенны согласно выбранному ЧПБВК и передает отображенные символы через передающие антенны.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеописанные и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из нижеследующего подробного описания, взятого в сочетании с прилагаемыми чертежами, в числе которых:

фиг.1 - блок-схема передатчика в системе мобильной связи, использующей традиционную схему ПВБК;

фиг.2 - блок-схема приемника в системе мобильной связи, использующей традиционную схему ПВБК;

фиг.3 - блок-схема передатчика в системе мобильной связи, использующей традиционную схему ПВБК Giannakis;

фиг.4 - блок-схема передатчика в системе мобильной связи, использующей традиционную схему ПВБК ПРПС Alamouti с четырьмя Tx антеннами, предложенную Tae-Jin Jung и Kyung-Whoon Cheun;

фиг.5 - блок-схема передатчика в системе мобильной связи, использующей схему ПВБК группы Sundar Rajan;

фиг.6 - блок-схема передатчика в системе мобильной связи, использующей схему ЧПВБК согласно настоящему изобретению;

фиг.7 - блок-схема приемника в системе мобильной связи, использующей схему ЧПВБК согласно настоящему изобретению;

фиг.8 иллюстрирует работу схемы отображения ЧПВБК, изображенной на Фиг.6;

фиг.9 - блок-схема, иллюстрирующая работу передатчика в системе мобильной связи, использующей схемы ЧПВБК согласно настоящему изобретению;

фиг.10 - блок-схема, иллюстрирующая работу приемника в системе мобильной связи, использующей схему ЧПВБК согласно настоящему изобретению.

ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Ниже описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. В дальнейшем описании хорошо известные функции и конструкции подробно не описаны, поскольку они скрыли бы суть изобретения ненужными подробностями.

Замысел настоящего изобретения заключается в предоставлении схемы частотно-пространственно-временного блочного кодирования, предназначенной для повышения производительности системы, использующей ортогональное ЧПВБК с ПРПС.

На фиг.6 приведена блок-схема передатчика в системе мобильной связи, использующей схему ЧПВБК согласно настоящему изобретению. Предполагается, что передатчик использует три Tx антенны.

Как показано на фиг.6, предварительный кодировщик 600 умножает каждый символ входной информации s ₁, s₂, s₃, s₄ на e^j , то есть поворачивает s₁, s₂, s₃, s ₄ на комплексной плоскости на угол , что дает новые символы c₁, c ₂, c₃, c₄, выраженные в виде x_i+jy _i. Схема отображения ЧПВБК группирует символы c ₁, c₂, c₃, c₄ посредством выбора ЧПВБК на основе информации от приемника по каналу обратной связи или на основе индекса ЧПВБК, вычисленного в приемнике. Схема 604 отображения отображает сгруппированные символы на Tx антенны 606, 608 и 610 для их передачи. Схема 602 отображения ЧПВБК и схема 604 отображения могут быть объединены в одном устройстве.

На фиг.7 приведена блок-схема приемника в системе мобильной связи, использующей схему ЧПВБК согласно настоящему изобретению. Для простоты записи предполагается, что у приемника одна Rx антенна.

Как показано на фиг.7, блок 702 оценки канала выполняет оценку канала на сигнале, принятом через Rx антенну 700. После оценки канала принятый сигнал декодируется в соответствии со способом декодирования. Передатчик 710 обратной связи передает индикаторы качества канала (ИКК), принятые от блока 702 оценки канала, на схему 602 отображения ЧПВБК передатчика. В альтернативном варианте приемник вычисляет индекс ЧПВБК и передает его на передатчик через передатчик 710 обратной связи. Работа передатчика 710 обратной связи подробно описана ниже.

В соответствии с настоящим изобретением приемник по каналу обратной связи передает передатчику ИКК всех каналов или передает передатчику индекс ЧПВБК для использования в схеме отображения ЧПВБК.

1) Передача по каналу обратной связи информации обо всех каналах

После получения коэффициентов каналов, оцененных в приемнике, схема 602 отображения ЧПВБК вычисляет следующее: выбрать максимум (ИКК_ант1,ИКК_ант2,ИКК_ант3) (14),

где ИКК_ант1, ИКК_ант2 и ИКК_ант3 представляют ИКК соответственно для первой, второй и третьей Tx антенн.

2) Передача индекса ЧПВБК

Передача приемником передатчику ИКК для всех принятых каналов нерациональна. Поэтому приемник передает по каналу обратной связи индекс ЧПВБК, вычисленный по формуле (14), схеме 602 отображения ЧПВБК передатчика.

Далее приводится описание работы схемы 602 отображения ЧПВБК со ссылкой на фиг.8. Фиг.8 описывает ЧПВБК для трех Tx антенн. Поскольку используются три Tx антенны, возможны следующие три варианта ЧПВБК:

	(15)

здесь строка представляет символы соответствующей антенны, а столбец представляет символы, отображенные с поднесущей.

В приведенном случае отображение ЧПВБК выполнено в контексте матрицы A. Предварительно кодированные символы c ₁, c₂, c₃, c₄ отображаются в соответствии с матрицей A. На фиг.8 s в матрице A соответствует c. Схема 602 отображения ЧПВБК отображает символы на Tx антенны, используя одну из матриц A, B и C. В настоящем изобретении выбирается одна из матриц A, B и C, которая обеспечивает оптимальную эффективность, на основе информации обратной связи, принятой от передатчика 710 обратной связи приемника. Если наилучшее состояние канала соответствует первой антенне, то выбирают матрицу B для передачи большего количества символов через первую антенну. Если наилучшее состояние канала соответствует второй антенне, то выбирают матрицу A для передачи большего количества символов через вторую антенну. Если наилучшее состояние канала соответствует третьей антенне, то выбирают матрицу C для передачи большего количества символов через третью антенну. Адаптивный выбор матрицы можно выразить следующей формулой:

если ИКК_ант1 = выбрать максимум (ИКК_ант1,ИКК_ант2,ИКК_ант3),

использовать матрицу B,

если ИКК_ант2 = выбрать максимум (ИКК_ант1,ИКК_ант2,ИКК_ант3),

использовать матрицу A,

если ИКК_ант3 = выбрать максимум (ИКК_ант1,ИКК_ант2,ИКК_ант3),

использовать матрицу C (16).

На фиг.9 приведена блок-схема, иллюстрирующая работу передатчика в системе мобильной связи с использованием схемы ЧПВБК согласно настоящему изобретению.

Как показано на Фиг.9, после получения потока данных s ₁, s₂, s₃, s₄ на этапе 902, предварительный кодировщик предварительно кодирует поток данных на этапе 904. То есть предварительный кодировщик умножает поток данных s₁, s ₂, s₃, s₄ на exp(j ), восстанавливает полученные символы и выдает предварительно кодированные символы c₁, c ₂, c₃, c₄ (c ₁ =x₁ +jy₃, c₂=x₂ +jy ₄, c₃=x₃ +jy ₁ и c₄=x₄ +jy ₂). Передатчик выбирает ЧПВБК на основе ИКК, принятых от приемника в соответствии с формулой (16), или в соответствии с индексом ЧПВБК, принятым от приемника на этапе 910. На этапе 906 схема отображения ЧПВБК отображает предварительно кодированные символы в соответствии с выбранным ЧПВБК и на этапе 908 передает отображенные символы через соответствующие Tx антенны.

На фиг.10 приведена блок-схема, иллюстрирующая приемную работу приемника в системе мобильной связи, использующей схему ЧПВБК согласно настоящему изобретению.

Как показано на фиг.10, после получения потока данных от передатчика на этапе 1002 поток данных на этапе 1004 подвергается процедуре оценки каналов, и на этапе 1014 осуществляется передача ИКК передатчику в качестве информации о каналах. В этом случае передатчик рассчитывает по формуле (16) ЧПВБК, который надлежит использовать. В альтернативном варианте приемник вычисляет по формуле (16) код ЧПВБК, вместо того чтобы передавать передатчику коэффициенты каналов, и передает его индекс передатчику.

В случае прямой передачи по каналу обратной связи информации о канале передатчик сообщает приемнику выбранный передатчиком индекс ЧПВБК для повышения точности связи. В случае, если выбранный передатчиком ЧПВБК отличается от выбранного приемником, передача приемнику индекса выбранного передатчиком ЧПВБК по общему каналу делает передачу данных между ними более точной.

Затем тем же способом, что и в имеющихся системах, проводят детектирование на этапе 1006, параллельно-последовательное преобразование на этапе 1008 и демодуляцию на этапе 1010.

Для лучшего понимания настоящего изобретения в качестве примера будет рассмотрена реальная система. В системе с множественным доступом с ортогональным разделением частот (OFDMA), основанной на стандарте IEEE 802.16, приемник вычисляет среднее значение канала для каждого подканала, включающего N поднесущих, для сокращения объема информации, передаваемой по каналу обратной связи. Передатчик выбирает ЧПВБК на основании средних значений канала для подканалов. Затем передатчик сообщает приемнику о выбранном ЧПВБК. Эта двунаправленная связь обеспечивает точность передачи.

В другом варианте осуществления передатчик может группировать Tx антенны согласно установленному правилу без использования информации обратной связи от приемника. Группу антенн можно выразить в виде:

(17)

Вышеприведенная матрица D является объединением матриц, приведенных в формуле (15) [A|B|C].

Комбинация матриц определяется порядком следования матриц, в отношении которого нет ограничений. Поэтому возможны следующие матрицы D:

D=[A|B|C], D=[A|C|B], D=[B|A|C], D=[B|C|A], D=[C|A|B] и D=[C|B|A].

В матрице D строки представляют Tx антенны аналогично матрице А в формуле (13). Столбцы группируются последовательно по два. Так, первый и второй столбцы отображаются на первую поднесущую, третий и четвертый столбцы - на вторую поднесущую, а остальные столбцы - аналогичным образом на третью-шестую поднесущие. Первый и второй символы в каждой паре столбцов отображаются на поднесущую и представляют, соответственно, момент времени для первого и второго символа.

Обозначим матрицы A, B и C соответственно A₁, A₂ и A ₃. В системе связи OFDMA порядок поднесущих изменяется в соответствии с формулой:

A_k: k=mod(floor((N _c-1)/2),3)+1 (18),

где N_c - индекс поднесущей логических данных. N = {1, 2, 3,..., полное число поднесущих}. Индекс поднесущей логических данных означает индекс поднесущей быстрого преобразования Фурье (БПФ) в OFDM. Согласно формуле (18) поднесущие логических данных с индексами 1 и 2 отображаются на Tx антенны в схеме группировки антенн A ₁, поднесущие логических данных с индексами 3 и 4 отображаются на Tx антенны в схеме группировки антенн A₂ , и поднесущие логических данных с индексами 5 и 6 отображаются на Tx антенны в схеме группировки антенн A₃ . Таким образом, схемы группировки антенн для остальных поднесущих определяются формулой (18).

Как описано выше, в устройстве частотно-пространственно-временного блочного кодирования для передачи последовательности входных символов через множество Tx антенн в соответствии со способом в передатчике системы связи согласно настоящему изобретению выбирают подходящую матрицу передачи, имеющую закономерности, на основании информации, принятой по каналу обратной связи от приемника, или в соответствии с ЧПВБК, вычисленным в передатчике, тем самым повышая эффективность ЧПВБК.

Хотя изобретение было представлено и описано со ссылкой на определенные предпочтительные варианты осуществления, специалистам в данной области техники понятно, что могут быть внесены различные изменения в форму и частности, не отступая от духа и объема притязаний изобретения, определяемого прилагаемой формулой.