Патент на изобретение №2341021

(54) УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ/ДЕКОДИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО БЛОЧНОГО КОДА В СИСТЕМЕ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ СХЕМУ С МНОГИМИ ВХОДАМИ И МНОГИМИ ВЫХОДАМИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройству и способу для кодирования/декодирования пространственно-временного блочного кода в системе мобильной связи, использующей схему с многими входами и многими выходами. В передатчике, применяющем множество передающих антенн, в системе мобильной связи, если вводится сигнал, который должен передаваться, передаваемый сигнал предварительно кодируется согласно заранее заданной схеме кодирования, предварительно кодированный сигнал пространственно-временным образом преобразуется согласно количеству передающих антенн для применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования, и пространственно-временным образом преобразованный сигнал передается через передающие антенны посредством применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования к пространственно-временным образом преобразованному сигналу. Технический результат – обеспечение с помощью матрицы предварительного кодирования возможности получения полного разнесения и полной скорости, при этом минимизируя сложность и объем вычислений в системе мобильной связи МИМО. 6 н. и 25 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству и способу для кодирования/декодирования кода и, более конкретно, к кодированию/декодированию пространственно-временного блочного кода, который максимизирует усиление разнесения и скорость передачи данных в системе мобильной связи, использующей схему с многими входами и многими выходами (MIMO).

2. Уровень техники

Основная задача, решаемая технологией передачи данных, – это эффективная и надежная передача данных через выбранные каналы. В системах мобильной передачи данных мультимедиа следующего поколения, в текущее время находящихся в разработке, является существенным усилить эффективность системы с помощью применения подходящих схем кодирования канала для систем согласно требованиям систем высокоскоростной связи для предоставления различных услуг, базирующихся на беспроводных данных, за пределами базовой передачи речи.

Однако в отличие от проводных каналов, условия беспроводных каналов в системах мобильной связи порождают неизбежные ошибки вследствие нескольких факторов, таких как помехи между компонентами многолучевого распространения, затенение, затухание распространения, изменяющиеся со временем шумы, помехи и замирание, тем самым, вызывая потерю информации.

Потеря информации вызывает серьезное искажение, которое может ухудшать общую производительность. В общем, для уменьшения этой потери информации применяется многообразие технологий управления ошибками согласно характеристикам канала, тем самым улучшая надежность систем. Наиболее базовой схемой в этих технологиях управления ошибками является схема применения кода с исправлением ошибок.

В дополнение, применяется схема разнесения для удаления неустойчивости связи вследствие замирания. Схема разнесения разделяется на схему разнесения по времени и схему пространственного разнесения, как схема частотного разнесения или схема разнесения антенн.

Здесь схема разнесения антенн представляет схему применения многочисленных антенн, разделенную на схему разнесения приемных антенн с множеством приемных антенн, схему разнесения передающих антенн с множеством передающих антенн и схему MIMO с множеством приемных антенн и множеством передающих антенн.

Схема MIMO обозначает тип схемы пространственно-временного кодирования (STC), которая является заранее заданной схемой кодирования, через которую кодированные сигналы передаются через многочисленные передающие антенны, так что кодирование во временной области расширяется до пространственной области, тем самым достигая более низкой частоты появления ошибок. Схема пространственно-временного блочного кодирования (STBC) (одна из схем, предложенных, чтобы эффективно применять схему разнесения антенн) была предложена Вахидом Тарохом (Vahid Tarokh) (ссылка; Vahid Tarokh, “Space Time Block Coding From Orthogonal Design”, Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE) Trans, on Info., Theory, Vol. 45, pp. 1456-1467, July 1999). Схема пространственно-временного блочного кодирования является схемой, расширенной так, что разнесение передающих антенн, предложенное С.М.Аламоути (S.M.Alamouti) (ссылка; S.M.Alamouti, “A Simple Transmitter Diversity Scheme For Wireless Communications”, IEEE Journal on Selected Area in Communications, Vol. 16, pp. 1451-1458, Oct. 1998) может применяться к, по меньшей мере, двум передающим антеннам.

Ниже структура передатчика в системе мобильной связи MIMO, применяющей четыре передающие антенны (Tx.ANT) и схему STBC, предложенную Вахидом Тарохом, будет описываться со ссылкой на фиг.1.

Фиг.1 – это блок-схема, показывающая структуру передатчика в системе мобильной связи MIMO, использующей четыре передающие антенны (Tx.ANT) и схему STBC, предложенную Вахидом Тарохом.

Передатчик включает в себя модулятор 100, последовательно-параллельный (S/P) конвертер 102, пространственно-временной блочный кодировщик 104 и четыре передающие антенны, которые являются первой передающей антенной (Tx.ANT 1) 106 по четвертую передающую антенну (Tx. ANT 4) 112.

Когда биты данных информации вводятся в модулятор 100, модулятор 100 создает модулированные символы посредством модулирования вводимых битов данных информации с помощью заранее заданной схемы модуляции и затем выводит модулированные символы в S/P конвертер 102. Здесь, схема модуляции может быть одной из: схемой двоичной фазовой манипуляции (BPSK), схемой четвертичной фазовой манипуляции (QPSK), схемой квадратурной амплитудной модуляции (QAM), схемой амплитудно-импульсной модуляции (PAM), схемой фазовой манипуляции (PSK) и т.д.

S/P конвертер 102 принимает последовательные модулированные символы, выводимые из модулятора 100, преобразует последовательные модулированные символы в параллельные модулированные символы и затем выводит преобразованные символы в пространственно-временной блочный кодировщик 104. Здесь, предполагается, что последовательные модулированные символы, выводимые из модулятора 100, – это ‘s₁s₂s₃s₄‘. Пространственно-временной блочный кодировщик 104 выводит модулированные символы в уравнении (1) посредством пространственно-временного кодирования четырех модулированных символов (s₁, s₂, s₃, s₄), принятых из S/P конвертера 102:

В уравнении (1) G₄ обозначает матрицу кодирования для символов, передаваемых через четыре передающие антенны. В матрице из уравнения (1) каждый элемент каждой строки соответствует интервалу времени, и каждый элемент каждого столбца соответствует каждой передающей антенне в соответствующий интервал времени.

То есть в первый интервал времени символы s₁, s₂, s₃ и s₄ передаются через первую передающую антенну 106 по четвертую передающую антенну 112, соответственно. Аналогично, в восьмом интервале времени символы , , и передаются через первую передающую антенну 106 по четвертую передающую антенну 112, соответственно.

Как описывается со ссылкой на уравнение (1), пространственно-временной блочный кодировщик 104 управляет вводимыми модулированными символами, которые должны передаваться через четыре передающие антенны в восьми интервалах времени, посредством выполнения операции отрицания и операции сопряжения по отношению к вводимым модулированным символам. Здесь, усиления разнесения, соответствующие порядкам разнесения, могут быть достигнуты, так как символы, передаваемые через четыре передающие антенны, являются ортогональными друг другу.

Структура передатчика в системе мобильной связи MIMO, применяющей четыре передающие антенны (Tx.ANT) и схему STBC, предложенную Вахидом Тарохом, описывается со ссылкой на фиг.1. Ниже, структура приемника, соответствующего структуре передатчика, показанной на фиг.1, будет описываться со ссылкой на фиг.2.

На фиг.2 приемник включает в себя многочисленные приемные антенны (например, количество P приемных антенн; первую приемная антенна (Rx. ANT 1) 200 по P-ю приемную антенну (Rx. ANT P) 202), модуль 204 оценивания канала, комбинатор 206 сигналов, детектор 208, параллельно-последовательный (P/S) конвертер 210 и демодулятор 212. Хотя предполагается, что количество приемных антенн в приемнике отличается от количества передающих антенн в передатчике, соответствующем приемнику на фиг.2, ожидается, что количество приемных антенн может быть равным количеству передающих антенн.

Как описывается со ссылкой на фиг.1, сигналы, переданные через четыре передающие антенны в передатчике, принимаются через первую приемную антенну 200 по P-ю приемную антенну 202, соответственно. Каждая из первой приемной антенны 200 по P-ю приемную антенну 202 выводит каждый из принятых сигналов в модуль 204 оценивания канала и комбинатор 206 сигналов.

Модуль 204 оценивания канала принимает сигналы, вводимые через первую приемную антенну 200 по P-ю приемную антенну 202, оценивает коэффициенты канала, представляющие усиления канала, и выводит сигналы в детектор 208 и комбинатор 206 сигналов. Комбинатор 206 сигналов принимает сигналы, вводимые через первую приемную антенну 200 по P-ю приемную антенну 202, и сигналы, выводимые из модуля 204 оценивания канала, комбинирует эти сигналы, чтобы создать принимаемые символы, и затем выводит принимаемые символы в детектор 208.

Детектор 208 генерирует символы гипотез посредством умножения принимаемых символов, выводимых из комбинатора 206 сигналов, на коэффициенты канала, выведенные из модуля 204 оценивания канала, вычисляет статистику решения по отношению ко всем символам, передаваемым в передатчике, используя символы гипотез, и обнаруживает модулированные символы, переданные в передатчике, через обнаружение порога так, чтобы вывести модулированные символы в параллельный/последовательный конвертер 210.

P/S конвертер 210 принимает и преобразует параллельные модулированные символы, выведенные из детектора 208, в последовательные модулированные символы и затем выводит преобразованные символы в демодулятор 212. Демодулятор 212 принимает последовательные модулированные символы, выведенные из P/S конвертера 210, и восстанавливает начальные биты данных информации посредством демодуляции последовательных модулированных символов с помощью схемы демодуляции, соответствующей схеме модуляции, примененной для модулятора 100 в передатчике.

Как описано выше, схема пространственно-временного блочного кодирования, предложенная С.М.Аламоути, не генерирует потери скорости передачи данных и может предоставлять максимальный порядок разнесения, идентичный количеству передающих антенн, даже когда передатчик передает сложные символы через две передающие антенны.

Структуры как передатчика, так и приемника (описанные со ссылкой на фиг.1 и 2), предложенные Вахидом Тарохом через расширение схемы пространственно-временного блочного кодирования, предложенной С.М.Аламоути, могут предоставлять максимальный порядок разнесения, используя пространственно-временной блочный код в типе матрицы, имеющей взаимно ортогональные столбцы. В дополнение, структуры как передатчика, так и приемника, описанные со ссылкой на фиг.1 и 2, уменьшают скорость передачи данных на половину, так как четыре сложные символа передаются в восьми интервалах времени. В дополнение, упомянутые структуры ухудшают производительность приема в состоянии быстрого замирания, так как восемь интервалов времени требуются для передачи одного блока сигналов (т.е. четырех символов).

Когда сигналы передаются через, по меньшей мере, четыре передающие антенны, базируясь на схеме пространственно-временного блочного кодирования, как описано выше, передача N символов требует 2×n количества интервалов времени, тем самым увеличивая задержку и генерируя потерю скорости передачи данных.

Чтобы спроектировать схему, имеющую полную скорость в системе связи с многочисленными антеннами, передающей сигналы через, по меньшей мере, три передающие антенны, группа Гианнакиса (Giannakis) предлагает схему STBC с полным разнесением и полной скоростью (FDFR), использующую четыре передающие антенны, базируясь на вращении дозового созвездия в комплексной плоскости.

Ниже со ссылкой на фиг.3 будет описываться структура передатчика в системе мобильной связи MIMO, использующей четыре передающие антенны и схему STBC, предложенную группой Гианнакиса.

На фиг.3 передатчик включает в себя модулятор 300, предварительный кодировщик 302, пространственно-временной преобразователь 304 и четыре передающие антенны (первая передающая антенна (Tx.ANT 1) 306 по четвертую передающую антенну (Tx. ANT 4) 312). Если вводятся биты данных информации, модулятор 300 генерирует модулированные символы посредством модулирования битов данных информации, базируясь на заранее заданной схеме модуляции, и затем выводит модулированные символы в предварительный кодировщик 302. Здесь, схема модуляции может применяться как одна из: схема BPSK, схема QPSK, схема QAM, схема PAM и схема PSK.

Предварительный кодировщик 302 принимает четыре модулированных символа (т.е. d₁, d₂, d₃, d₄), выведенные из модулятора 300, кодирует символы так, что вращение сигнала может происходить в пространстве сигнала, и выводит кодированные сигналы в пространственно-временной преобразователь 304. Здесь предполагается, что поток вводимых модулированных символов, включающий в себя четыре модулированных символа, выведенные из модулятора 300, указывается как ‘d‘. Предварительный кодировщик 302 генерирует комплексный вектор ‘r‘ посредством выполнения операции из уравнения (2) по отношению к потоку d вводимых модулированных символов и выводит вектор r в пространственно-временной преобразователь 304:

В уравнении 2 обозначает матрицу предварительного кодирования. Схема пространственно-временного блочного кодирования, предложенная группой Гианнакиса, применяет матрицу Вандермонда (Vandermonde) (унитарную матрицу) в качестве матрицы предварительного кодирования. В дополнение, _i в уравнении (2) выражается как уравнение (3):

_I = exp(j2(i+1/4)/4), I = 0, 1, 2, 3…(3)

Схема STBC, предложенная группой Гианнакиса, является не только подходящей для случая использования четырех передающих антенн, как описано выше, но также может быть легкоприменима к случаю использования более чем четырех передающих антенн. Пространственно-временной преобразователь 304 принимает и пространственно-временным образом кодирует сигналы, выведенные из предварительного кодировщика 302, и затем выводит сигналы как модулированные символы в уравнении (4):

В уравнении (4) S обозначает матрицу кодирования для символов, передаваемых через четыре передающие антенны. В матрице из уравнения (4) каждый элемент каждой строки соответствует интервалу времени, и каждый элемент каждого столбца соответствует каждой передающей антенне в соответствующем интервале времени.

Другими словами, в первом интервале времени, символ r₁ передается через первую передающую антенну 306, и никакой сигнал не передается через оставшиеся передающие антенны (т.е. вторую передающую антенну 308 по четвертую передающую антенну 312). Аналогично, в четвертом интервале времени символ r₄ передается через четвертую передающую антенну 312, и никакой сигнал не передается через оставшиеся передающие антенны (т.е. первую передающую антенну 308 по третью передающую антенну 310).

Символы в уравнении (4) принимаются в приемнике (не показан) через беспроводной канал. Приемник восстанавливает поток d модулированных символов с помощью схемы декодирования максимального правдоподобия (ML). Как результат, приемник восстанавливает биты данных информации.

Исследовательская команда Тая Джина Джеонга (Tae Jin Jeong) и Гиунга Хоона Джеона (Gyung Hoon Jeon) предложила конкатенированный код и предварительный кодировщик, имеющий эффективность кодирования, превосходящее эффективность кодирования схемы пространственно-временного блочного кодирования, предложенной группой Гианнакиса в 2003. Исследовательская команда Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона осуществила значительное улучшение посредством выполнения конкатенации по отношению к пространственно-временному блочному коду, предложенному С.М.Аламоути, вместо использования диагональной матрицы, предложенной группой Гианнакиса.

Ниже структура передатчика в системе мобильной связи MIMO, использующей четыре передающие антенны и схему STBC, предложенную исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона, будет описываться со ссылкой на фиг.4.

Фиг.4 – это блок-схема, показывающая структуру передатчика в системе мобильной связи MIMO, использующей четыре передающие антенны и схему STBC, предложенную исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона.

Передатчик включает в себя предварительный кодировщик 400, преобразователь 402, модуль 404 задержки, кодировщики 406 и 408 Аламоути и первую передающую антенну (Tx.ANT 1) 410 по четвертую передающую антенну (Tx.ANT 4) 416. Если вводятся биты данных информации, предварительный кодировщик 400 принимает четыре модулированных символа, кодирует модулированные символы, так что вращение сигнала может происходить в пространстве сигнала, и затем выводит кодированные символы в преобразователь 402. Здесь предполагается, что поток вводимых модулированных символов, включающий в себя четыре модулированных символа, указывается как ‘d‘. Предварительный кодировщик 400 принимает поток d вводимых модулированных символов и может предварительно кодировать поток d вводимых модулированных символов, как показано в уравнении (5):

В уравнении (5) _i равняется ‘_I = exp(j2(i+1/4)/4), I = 0, 1, 2, 3′. Преобразователь 402 принимает сигналы, выведенные из предварительного кодировщика 400, и выводит векторы, сформированные, базируясь на двух элементах ([r₁,r₂], [r₃,r₄]). Другими словами, преобразователь 402 выводит([r₁,r₂]^T) и ([r₃,r₄]^T).

([r₁,r₂]^T) вводится в кодировщик 406 Аламоути, и ([r₃,r₄]^T) вводится в модуль 404 задержки. Модуль 404 задержки задерживает ([r₃,r₄]^T) на один временной интервал и затем выводит задержанный ([r₃,r₄]^T) в кодировщик 408 Аламоути. Здесь, кодировщик Аламоути представляет кодировщик, применяющий схему пространственно-временного блочного кодирования, предложенную С.М.Аламоути.

Кодировщик 406 Аламоути управляет выводом ([r₁,r₂]^T) из преобразователя 402, который должен передаваться через первую передающую антенну 410 и вторую передающую антенну 412 в первом интервале времени. Кодировщик 408 Аламоути управляет выводом ([r₁,r₂]^T) из преобразователя 402, который должен передаваться через третью передающую антенну 414 и четвертую передающую антенну 416 во второй интервал времени. Матрица кодирования, используемая для передачи выходных сигналов кодировщиков 406 и 408 Аламоути через многочисленные антенны, выражается как уравнение (6):

Матрица кодирования, показанная в уравнении (6), отличается от матрицы кодирования, показанной в уравнении (4), в том, что матрица кодирования, показанная в уравнении (6), не является диагональной матрицей, а реализована посредством схемы Аламоути. Схема пространственно-временного блочного кодирования, предложенная исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона, увеличивает эффективность кодирования по сравнению с эффективностью схемы пространственно-временного блочного кодирования, предложенной группой Гианнакиса, посредством применения типа передачи, базирующегося на схеме Аламоути.

Однако, когда применяется схема пространственно-временного блочного кодирования, предложенная исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона, приемник должен выполнять некоторую операцию по отношению ко всем возможным элементам, выводимым из предварительного кодировщика, для восстановления битов данных информации, переданных в передатчике. Например, когда количество передающих антенн равно четырем, эта операция должна выполняться по отношению ко всем 16 элементам, и нет элементов, имеющих значение нуль. То есть в приемнике, увеличиваются нагрузки вследствие объема вычислений, так как биты данных информации, переданные в передатчике, восстанавливаются посредством ML схемы декодирования.

Соответственно, желательно предоставить устройство и способ для пространственно-временного блочного кодирования, которые минимизируют сложность и вычисления с полным разнесением и полной скоростью.

Сущность изобретения

Соответственно, настоящее изобретение было создано для решения вышеупомянутых проблем, встречающихся в предшествующем уровне техники, и цель настоящего изобретения – предоставление устройства и способа для декодирования/кодирования пространственно-временного блочного кода, имеющего полное разнесение и полную скорость в системе мобильной связи MIMO.

Другая цель настоящего изобретения – предоставление устройства и способа для декодирования/кодирования пространственно-временного блочного кода при минимизации сложности и объема вычислений в системе мобильной связи MIMO.

Для достижения вышеперечисленных целей предоставляется устройство для кодирования пространственно-временного блочного кода в передатчике, применяющем множество передающих антенн, причем устройство включает в себя предварительный кодировщик для предварительного кодирования передаваемого сигнала, согласно заранее заданной схеме кодирования, если вводится сигнал, который должен передаваться; пространственно-временной преобразователь для пространственно-временного преобразования предварительно кодированного сигнала согласно количеству передающих антенн для применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования; и множество кодировщиков для передачи пространственно-временным образом преобразованного сигнала через передающие антенны посредством применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования в пространственно-временным образом преобразованный сигнал.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставляется устройство для кодирования пространственно-временного блочного кода в передатчике, применяющем четыре передающие антенны, включающие в себя первую передающую антенну, вторую передающую антенну, третью передающую антенну и четвертую передающую антенну, причем устройство включает в себя предварительный кодировщик для предварительного кодирования потока ‘d₁ d₂ d₃ d₄‘ вводимых символов, согласно заранее заданной матрице предварительного кодирования, если вводится поток ‘d₁ d₂ d₃ d₄‘ символов, который должен передаваться с тем, чтобы сгенерировать поток ‘r₁ r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов; преобразователь для пространственно-временного преобразования потока ‘r₁ r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов для применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования для генерирования потоков ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов; и два кодировщика для передачи потоков ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов через передающие антенны посредством применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования к потокам ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставляется устройство для декодирования пространственно-временного блочного кода в приемнике, применяющем, по меньшей мере, одну приемную антенну, причем пространственно-временной блочный код передается через множество передающих антенн посредством использования заранее заданной матрицы предварительного кодирования в передатчике, причем устройство включает в себя генератор матрицы отклика канала для генерирования матрицы отклика канала посредством выполнения оценивания канала по отношению к принятым сигналам при приеме сигналов через приемные антенны; комбинатор сигналов для комбинирования принятых сигналов, с учетом матрицы отклика канала; и множество модулей определения сигналов для восстановления пространственно-временного блочного кода, переданного в передатчике, как символов информации, базируясь на комбинированных сигналах, с учетом матрицы отклика канала.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставляется способ для кодирования пространственно-временного блочного кода в передатчике, применяющем множество передающих антенн, причем способ включает в себя этапы: предварительное кодирование передаваемого сигнала согласно заранее заданной схеме кодирования, при вводе сигнала, который должен передаваться; пространственно-временное преобразование предварительно кодированного сигнала согласно количеству передающих антенн для применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования; и передачу пространственно-временным образом преобразованного сигнала через передающие антенны посредством применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования к пространственно-временным образом преобразованному сигналу.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставляется способ для кодирования пространственно-временного блочного кода в передатчике, применяющем четыре передающие антенны, включающие в себя первую передающую антенну, вторую передающую антенну, третью передающую антенну и четвертую передающую антенну, причем способ включает в себя этапы: предварительное кодирование потока ‘d₁ d₂ d₃ d₄‘ вводимых символов, согласно заранее заданной матрице предварительного кодирования при вводе потока ‘d₁ d₂ d₃ d₄‘ вводимых символов, который должен передаваться для генерирования потока ‘r₁ r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов, пространственно-временное преобразование потока ‘r₁ r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов для применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования для генерирования потоков ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов, и передачу потоков ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов через передающие антенны посредством применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования к потокам ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставляется способ для декодирования пространственно-временного блочного кода в приемнике, применяющем, по меньшей мере, одну приемную антенну, причем пространственно-временной блочный код передается через множество передающих антенн посредством использования заранее заданной матрицы предварительного кодирования в передатчике, причем способ включает в себя этапы: генерирование матрицы отклика канала посредством выполнения оценивания канала по отношению к принятым сигналам при приеме сигналов через приемные антенны; комбинирование принятых сигналов, принимая во внимание матрицу отклика канала, и восстановление пространственно-временного блочного кода, переданного в передатчике, как символов информации, базируясь на комбинированных сигналах, принимая во внимание матрицу отклика канала.

Краткое описание чертежей

Вышеописанные и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из последующего подробного описания, взятого в соединении с сопровождающими чертежами, на которых:

Фиг.1 – это блок-схема, показывающая структуру передатчика в системе мобильной связи MIMO, применяющей 4 антенны Tx. ANTS и схему STBC, предложенную Вахидом Тарохом;

Фиг.2 – это блок-схема, показывающая структуру приемника, соответствующую структуре передатчика, показанной на фиг.1;

Фиг.3 – это блок-схема, показывающая структуру передатчика в системе мобильной связи MIMO, применяющей 4 антенны Tx. ANTS и схему STBC, предложенную группой Гианнакиса;

Фиг.4 – это блок-схема, показывающая структуру передатчика в системе мобильной связи MIMO, применяющей 4 антенны Tx. ANTS и схему STBC, предложенную исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона;

Фиг.5 – это блок-схема, показывающая структуру передатчика в системе мобильной связи MIMO, применяющей 4 антенны Tx. ANTS и схему STBC, для выполнения функций согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.6 – это блок-схема, показывающая внутреннюю структуру генератора матрицы предварительного кодирования в предварительном кодировщике фиг.5;

Фиг.7 – это блок-схема последовательности операций, показывающая рабочую процедуру передатчика из фиг.5;

Фиг.8 – это блок-схема, показывающая структуру приемника, соответствующую структуре передатчика из фиг.5;

Фиг.9 – это блок-схема последовательности операций, показывающая рабочую процедуру приемника из фиг.8;

Фиг.10 – это график, показывающий результат моделирования усиления кодирования, когда ₀ и ₁ изменяются по единичным градусам внутри диапазона от 0 градусов до 360 градусов по отношению к ₀=exp и ₁=exp (0 ₀, ₁ 2) матрицы предварительного кодирования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.11 – это график, показывающий производительность для схемы STBC согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения и производительность для обычных схем STBC.

Осуществление изобретения

Ниже будет подробно описываться предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи. Отметим, что одинаковые или аналогичные компоненты на чертежах обозначаются одинаковыми ссылочными позициями, насколько это возможно, хотя они показываются на разных чертежах. В последующем описании настоящего изобретения подробное описание известных функций и конфигураций, включенных сюда, будет опускаться, когда это может сделать предмет обсуждения настоящего изобретения неясным.

Настоящее изобретение предлагает схему пространственно-временного блочного кодирования, имеющую полное разнесение и полную скорость (FDFR) в системе мобильной связи, использующей схему с многими входами и многими выходами (MIMO). В частности настоящее изобретение предлагает устройство и способ для пространственно-временного блочного кодирования/декодирования, который минимизирует сложность и объем вычислений с FDFR.

Фиг.5 – это блок-схема, показывающая структуру передатчика в системе мобильной связи MIMO, применяющей четыре передающие антенны и схему пространственно-временного блочного кодирования для выполнения функций согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

До подробного описания из фиг.5, в общем, описывается структура передатчика в системе мобильной связи MIMO, применяющей четыре передающие антенны и схему пространственно-временного блочного кодирования, предложенную согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Система сконструирована таким образом, что сложность и объем вычислений минимизируются с усилением разнесения и скоростью передачи данных, идентичными полученным с помощью структуры передатчика в системе мобильной связи MIMO, применяющей четыре передающие антенны и схему пространственно-временного блочного кодирования, предложенную исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона, описанную в стандартной технологии.

Другими словами, передатчик согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения имеет такую же аппаратную структуру, что и передатчик в системе мобильной связи MIMO, предложенной исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона. Однако настоящее изобретение предлагает новую операцию предварительного кодировщика, тем самым минимизируя сложность и объем вычислений.

Ссылаясь на фиг.5, передатчик согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя предварительный кодировщик 500, преобразователь 502, модуль 504 задержки, кодировщики 506 и 508 Аламоути, и первую передающую антенну (Tx.ANT 1) 510 по четвертую передающую антенну (Tx. ANT 4) 516. Если вводятся биты данных информации, предварительный кодировщик 500 принимает четыре модулированных символа, кодирует модулированные символы, так что вращение сигнала может происходить в пространстве сигнала, и затем выводит кодированные символы в преобразователь 502.

Здесь предполагается, что четыре модулированных символа, вводимых в предварительный кодировщик 500, это d₁, d₂, d₃ и d₄, и поток вводимых модулированных символов, включающий в себя четыре модулированных символа, указывается как ‘d‘. Предварительный кодировщик 500 принимает поток d вводимых модулированных символов и генерирует комплексный вектор r посредством предварительного кодирования потока d введенных модулированных символов, базируясь на новой матрице предварительного кодирования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Описание новой матрицы предварительного кодирования будет дано ниже.

До введения новой матрицы предварительного кодирования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, описана операция, базирующаяся на матрице предварительного кодирования, предложенной исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона.

В структуре передатчика в системе мобильной связи MIMO, предложенной исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона, предварительный кодировщик 400 генерирует комплексный вектор r посредством выполнения предварительного кодирования, как показано в уравнении (7), базируясь на матрице Вандермонда, как описано со ссылкой на фиг.4:

В уравнении 7 обозначает матрицу предварительного кодирования.

Схема пространственно-временного блочного кодирования, предложенная исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона, применяет матрицу Вандермонда (унитарную матрицу) в качестве матрицы предварительного кодирования. В дополнение, _i в уравнении (7) выражается как уравнение (8):

Преобразователь 402 принимает сигналы, выведенные из предварительного кодировщика 400, и выводит векторы, сформированные, базируясь на двух элементах ([r₁,r₂], [r₃,r₄]). Другими словами, преобразователь 402 выводит ([r₁,r₂]^T) и ([r₃,r₄]^T).

([r₁,r₂]^T) вводится в кодировщик 406 Аламоути, и ([r₃,r₄]^T) вводится в модуль 404 задержки. Модуль 404 задержки задерживает ([r₃,r₄]^T) на один час и затем выводит задержанный ([r₃,r₄]^T) в кодировщик 408 Аламоути. Здесь кодировщик Аламоути представляет кодировщик, применяющий схему пространственно-временного блочного кодирования, предложенную С.М.Аламоути. Кодировщик 406 Аламоути управляет выводом ([r₁,r₂]^T) из преобразователя 402, который должен передаваться через первую передающую антенну 410 и вторую передающую антенну 412 в первый интервал времени. Кодировщик 408 Аламоути управляет выводом ([r₁,r₂]^T) из преобразователя 402, который должен передаваться через третью передающую антенну 414 и четвертую передающую антенну 416 во второй интервал времени. Матрица кодирования S, используемая для передачи выходных сигналов кодировщиков 406 и 408 Аламоути через многочисленные антенны, выражается в уравнении (9):

В уравнении (9) i^ая строка матрицы S кодирования передается в i^ый интервал времени, и j^ый столбец передается через j^ую передающую антенну.

Другими словами, в первый интервал времени символы r₁ и r₂ передаются через первую передающую антенну 410 и вторую передающую антенну 412, соответственно, и никакой сигнал не передается через оставшиеся передающие антенны (т.е. третью передающую антенну 414 и четвертую передающую антенну 416). Во втором интервале времени символы и передаются через первую передающую антенну 410 и вторую передающую антенну 412, соответственно, и никакой сигнал не передается через оставшиеся передающие антенны (т.е. третью передающую антенну 414 и четвертую передающую антенну 416).

В третьем интервале времени символы и передаются через третью передающую антенну 414 и четвертую передающую антенну 416, соответственно, и никакой сигнал не передается через оставшиеся передающие антенны (т.е. первую передающую антенну 410 и вторую передающую антенну 412). В четвертом интервале времени символы и передаются через третью передающую антенну 414 и четвертую передающую антенну 416, соответственно, и никакой сигнал не передается через оставшиеся передающие антенны (т.е. первую передающую антенну 410 и вторую передающую антенну 412).

Приемник в системе мобильной связи MIMO, применяющей схему, предложенную исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона, использует вектор, аналогичный вектору из уравнения (10):

В уравнении (10) y обозначает вектор, включающий в себя сигналы, принятые в приемнике в четырех интервалах времени, и сопряженные принятых сигналов. Если приемник умножает обе стороны уравнения (10) на матрицу H^H и затем обнаруживает модулированные символы, модулированные символы выражаются как уравнение (11), где H представляет матрицу отклика канала:

Можно отметить, что, когда применяется FDFR схема пространственно-временного блочного кодирования, предложенная С.М.Аламоути, нет необходимости применять предварительный кодировщик 400, описанный со ссылкой на фиг.4, так как все символы проходят два канала, как показано в уравнении (11).

Настоящее изобретение применяет предварительный кодировщик, как описано выше, и предлагает схему предварительного кодирования для минимизации сложности и вычислений в декодировании и кодировании, при этом предоставляя такую же производительность как стандартная система мобильной связи MIMO при сравнении со стандартной системой мобильной связи MIMO, применяющей схему пространственно-временного блочного кодирования, предложенную С.М.Аламоути.

Ниже описание внутренней структуры предварительного кодировщика 500 из фиг.5 будет дано со ссылкой на фиг.6, которая является блок-схемой, показывающей внутреннюю структуру генератора матрицы предварительного кодирования в предварительном кодировщике 500 из фиг.5.

Предварительный кодировщик 500 предварительно кодирует вводимые модулированные символы посредством использования заранее заданной матрицы предварительного кодирования. Настоящее изобретение предлагает новую матрицу предварительного кодирования, которая минимизирует сложность и объем вычислений, при этом предоставляя полное разнесение и полную скорость. Хотя генератор матрицы предварительного кодирования строится независимо в предварительном кодировщике 500 на фиг.6, ожидается, что предварительный кодировщик 500 может выполнять предварительное кодирование с помощью матрицы предварительного кодирования, ранее сгенерированной таким же способом, как показано на фиг.6.

Ссылаясь на фиг.6, генератор матрицы предварительного кодирования предварительного кодировщика 500 включает в себя генератор 600 матрицы Вандермонда, модуль 602 прокалывания и модуль 604 сдвига. Генератор 600 матрицы Вандермонда генерирует матрицу Вандермонда, соответствующую количеству передающих антенн (т.е. четырем передающим антеннам) в передатчике, и затем выводит матрицу Вандермонда в модуль 602 выкалывания.

Модуль 602 выкалывания принимает матрицу Вандермонда, сгенерированную генератором 600 матрицы Вандермонда, выполняет выкалывание по отношению к двум последовательным столбцам (т.е. третьему столбцу и четвертому столбцу) матрицы Вандермонда и затем выводит выколотую матрицу Вандермонда в модуль 604 сдвига. Здесь выкалывание в модуле 602 выкалывания достигается посредством подстановки нулей для значений элементов соответствующих столбцов в матрице Вандермонда.

Модуль 604 сдвига принимает выколотую матрицу Вандермонда, выведенную из модуля 602 выкалывания, и сдвигает четные строки выколотой матрицы Вандермонда. Сдвиг имеет эффект перемещения элементов столбцов в одной и той же строке. Хотя пример, в котором модуль 604 сдвига принимает выколотую матрицу Вандермонда, выведенную из модуля 602 выкалывания, и сдвигает четные строки выколотой матрицы Вандермонда описывается со ссылкой на фиг.6, такой же эффект может получаться, когда модуль 604 сдвига сдвигает нечетные строки выколотой матрицы Вандермонда.

Ниже будет дано итоговое описание операции генератора матрицы предварительного кодирования.

(1) Генерирование матрицы Вандермонда

Генерируется 4Ч4 матрица Вандермонда.

(2) Выкалывание для матрицы Вандермонда

подматрица сгенерированной 4×4 матрицы Вандермонда выкалывается.

(3) Сдвиг для четных строк выколотой 4×4 матрицы Вандермонда

Матрица предварительного кодирования генерируется посредством сдвига четных строк выколотой 4×4 матрицы Вандермонда.

Здесь, когда ₀=₁ и ₂=₃, может быть получена такая же производительность.

Когда применяются четыре передающие антенны, как описано выше, предварительный кодировщик 500 принимает четыре вводимых модулированных символа d₁, d₂, d₃ и d₄ (т.е. поток d вводимых модулированных символов) и выполняет предварительное кодирование, как показано в уравнении (12):

В уравнении (12) ₀=exp и ₁=exp. Уравнение (12) может быть выражено как уравнение (13):

В уравнении (13) ₀ =exp и ₁ =exp.

Преобразователь 502 принимает предварительно кодированные символы, соответствующие такой же матрице предварительного кодирования, как описано со ссылкой на фиг.6, из предварительного кодировщика 500, выполняет пространственно-временное преобразование по отношению к предварительно кодированным символам для передачи этих символов через схему Аламоути и затем выводит символы в кодировщики 506 и 508 Аламоути. Другими словами, преобразователь 502 разделяет предварительно кодированные символы на символы, которые должны передаваться через каждую из двух групп передающих антенн с четырьмя передающими антеннами (т.е. первая группа передающих антенн включает в себя первую передающую антенну 510 и вторую передающую антенну 512, и вторая группа антенн включает в себя третью передающую антенну 514 и четвертую передающую антенну 516), для передачи символов согласно схеме Аламоути. Здесь описание операций модуля 504 задержки и кодировщиков 506 и 508 Аламоути будет пропущено, так как модуль 504 задержки и кодировщики 506 и 508 Аламоути выполняют такие же операции, что и модуль 404 задержки и кодировщики 406 и 408 Аламоути, описанные со ссылкой на фиг.4.

Ниже описание операции передатчика, показанного на фиг.5, будет дано со ссылкой на фиг.7, которая является блок-схемой последовательности операций, показывающей рабочую процедуру передатчика.

На этапе 711 передатчик предварительно кодирует поток d вводимых модулированных символов посредством использования такой же матрицы предварительного кодирования, что описана со ссылкой на фиг.6,

.

На этапе 713 передатчик выполняет пространственно-временное преобразование по отношению к предварительно кодированным символам, так что предварительно кодированные символы передаются через первую передающую антенну по четвертую передающую антенну.

На этапе 715 передатчик определяет, является ли сигнал, подвергшийся пространственно-временному преобразованию, сигналом ([r₁,r₂]^T). Если сигнал, подвергшийся пространственно-временному преобразованию, не является сигналом ([r₁,r₂]^T) как результат определения (т.е., если сигнал, подвергшийся пространственно-временному преобразованию, является сигналом ([r₃,r₄]^T)), передатчик задерживает сигнал, подвергшийся пространственно-временному преобразованию, на один временной интервал на этапе 717. Если сигнал, подвергшийся пространственно-временному преобразованию, является сигналом ([r₁,r₂]^T) как результат определения на этапе 715, передатчик управляет сигналом, подвергшимся пространственно-временному преобразованию, соответственно схеме Аламоути (т.е. схеме пространственно-временного блочного кодирования, предложенной С.М.Аламоути), который должен передаваться через соответствующие передающие антенны на этапе 719, и заканчивает рабочую процедуру.

Рабочая процедура передатчика, показанного на фиг.5, описывается со ссылкой на фиг.7. Ниже, структура приемника, соответствующего структуре передатчика из фиг.5, будет описываться со ссылкой на фиг.8, которая является блок-схемой, показывающей структуру приемника, соответствующего передатчику из фиг.5.

Приемник включает в себя множество приемных антенн (например, P приемных антенн (Rx. ANT), включающих в себя первую приемную антенну (Rx. ANT 1) 800 по P-ю приемную антенну (Rx. ANT P) 804), модуль 806 оценивания канала, генератор 808 матрицы отклика канала, комбинатор 810 сигналов и модули 812 и 814 определения сигналов. Хотя предполагается, что количество приемных антенн в приемнике отличается от количества передающих антенн в передатчике, соответствующем приемнику на фиг.8, ожидается, что количество приемных антенн может быть равным количеству передающих антенн.

Сигналы, передаваемые через четыре передающие антенны в передатчике, как описывается со ссылкой на фиг.5, принимаются первой приемной антенной 800 по P-ю приемную антенну 804, соответственно. Первая приемная антенна 800 по P-ю приемную антенну 804 выводят принятые сигналы в модуль 806 оценивания канала и комбинатор 810 сигналов.

Модуль 806 оценивания канала принимает сигналы через каждую из: первую приемную антенну 800 по P-ю приемную антенну 804, и оценивает коэффициенты канала, представляющие усиления канала. Если в приемнике применяется одна приемная антенна, сигнал, принятый через одну приемную антенну, может быть выражен как уравнение (14):

В уравнении (14) y обозначает сигнал, принятый через приемную антенну, H обозначает матрицу отклика канала, и n обозначает шумы.

Модуль 806 оценивания канала принимает сигнал, показанный в уравнении (14), для выполнения оценивания канала и затем выводит коэффициенты канала в генератор 808 матрицы отклика канала. Генератор 808 матрицы отклика канала принимает коэффициенты канала, выведенные из модуля 806 оценивания канала, генерирует матрицу отклика канала, показанную в уравнении (15), и затем выводит матрицу отклика канала в комбинатор 810 сигналов и модули 812 и 814 определения сигналов

В уравнении (15) H_new обозначает матрицу отклика канала.

Комбинатор 810 сигналов принимает сигналы из первой приемной антенны 800 по P-ю приемную антенну 804 и матрицу H_new отклика канала, сгенерированную в генераторе 808 матрицы отклика канала, для комбинирования сигналов, чтобы создать приемные символы, и затем выводит приемные символы в модули 812 и 814 определения сигналов.

Каждый из модулей 812 и 814 определения сигналов принимает матрицу H_new отклика канала, выведенную из генератора 808 матрицы отклика канала, и сигналы, выведенные из комбинатора 810 сигналов, и оценивает и выводит вводимые модулированные символы, переданные в передатчике. Ниже будут описываться операции модулей 812 и 814 определения сигналов.

Умножение и H_new, выполненное для оценивания потока d = [d₁, d₂, d₃, d₄] вводимых модулированных символов, переданного в передатчике, выражается как уравнение (16)

В уравнении (16) A равняется |h₁|²+|h₂|²+|h₃|²+|h₁|⁴, и B равняется |h₁|²()^*+|h₂|²()^*+|h₃|²()^*+|h₁|⁴()^*. Соответственно, умножение и принятого сигнала y может быть выражено как уравнение (17)

d₁ и d₂ могут быть оценены, базируясь на и в y’, полученном после умножения на принятый сигнал y, как показано в уравнении (17), и d₃ и d₄ могут быть оценены, базируясь на и в y. Вводимые модулированные символы d₁, d₂, d₃ и d₄ могут быть оценены, как показано в уравнении (18):

В уравнении (18)

Поэтому возможно оценить вводимые модулированные символы d₁, d₂, d₃, d₄ посредством разделения вводимых модулированных символов на d₁, d₂ и d₃, d₄.

Каждый из модулей 812 и 814 определения сигналов оценивает сигналы, как показано в уравнении (18). Модуль 812 определения сигналов определяет и выводит символы и оценки для вводимых сигналов d₁ и d₂, и модуль 814 определения сигналов определяет и выводит символы и оценки для вводимых сигналов d₃ и d₄.

Ниже операция приемника, показанного на фиг.8, будет описываться со ссылкой на фиг.9, которая является блок-схемой последовательности операций, показывающей рабочую процедуру приемника из фиг.8.

На этапе 911 приемник принимает сигналы через P приемных антенн и оценивает усиления канала посредством выполнения оценивания канала. На этапе 913 передатчик генерирует матрицу H_new отклика канала, принимая во внимание оцененные усиления канала. На этапе 915 приемник комбинирует сигналы, принятые через P приемных антенн, принимая во внимание сгенерированную матрицу H_new отклика канала. На этапе 917 приемник оценивает модулированные символы, переданные в передатчике, базируясь на скомбинированных сигналах, принимая во внимание матрицу H_new отклика канала, и выводит символы , , , оценки.

При сравнении со случаем применения матрицы Вандермонда в качестве матрицы предварительного кодирования, матрица предварительного кодирования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, описанному выше, уменьшает сложность от ML декодирования размера 4 до ML декодирования размера 2, тем самым минимизируя объем необходимых вычислений. Однако предварительный кодировщик размера 2 должен быть оптимизирован, чтобы максимизировать эффективность кодирования. Здесь оптимизация предварительного кодировщика размера 2 для максимизации эффективности кодирования может быть достигнута через моделирование. Моделирование может реализовываться с помощью некоторого количества теорий или компьютерного поиска.

Ниже, со ссылкой на фиг.10 будет дано описание усиления кодирования, когда ₀ и ₁ изменяются по единичным градусам внутри диапазона от 0 до 360 градусов по отношению к ₀=exp и ₁=exp (0 ₀, ₁ 2) матрицы предварительного кодирования.

Фиг.10 – это график, показывающий результат моделирования для усиления кодирования, когда ₀ и ₁ изменяются по единичным градусам внутри диапазона от 0 до 360 градусов по отношению к ₀=exp и ₁=exp (0 ₀, ₁ 2) матрицы предварительного кодирования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Ссылаясь на фиг.10, ось x, ось y и ось z представляют ₀, ₁ и эффективность кодирования, соответственно. Здесь наибольшая эффективность кодирования может быть получена в ₀ и ₁, соответствующих максимальному значению оси z. Соответственно, для максимизации эффективности кодирования должно удовлетворяться условие в уравнении (19), как показано на фиг. 10.

В уравнении 19 n обозначает любое целое число. Поэтому можно отметить, что такая же производительность может быть получена по отношению ко всем значениям ₀ и ₁, удовлетворяющим условию уравнения (19). Соответственно, можно отметить, что имеются многочисленные типы пространственно-временных блочных кодов, базирующиеся на матрице предварительного кодирования, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Ниже, производительность для схемы пространственно-временного блочного кодирования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения будет сравниваться с производительностью для обычных схем пространственно-временного блочного кодирования со ссылкой на фиг.11.

Фиг.11 – это график, показывающий производительность для схемы пространственно-временного блочного кодирования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения и производительность для обычных схем пространственно-временного блочного кодирования.

Фиг.11 показывает кривые производительности схемы пространственно-временного блочного кодирования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, схемы пространственно-временного блочного кодирования, предложенной С.М.Аламоути, и схемы пространственно-временного блочного кодирования, предложенной исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона (A-ST-CR). В дополнение, фиг.11 показывает кривую производительности в случае, в котором схема пространственно-временного блочного кодирования не применяется (No Div).

Кривые производительности, показанные на фиг.11, представляют кривые в случае применения QPSK в качестве схемы модуляции. На фиг.11 ось x показывает отношение сигнала к шуму (SNR), и ось y показывает частоту появления ошибочных битов (BER).

Ниже сложность схемы пространственно-временного блочного кодирования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения будет описываться в сравнении со сложностью обычных схем пространственно-временного блочного кодирования.

Первое, предполагается, что применяется сложный сигнал 2^m. Предварительный кодировщик, предложенный исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона, имеет сложность декодирования, равную (2^m)⁴. Предварительный кодировщик согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения имеет сложность декодирования, равную 2×(2^m)². Соответственно, можно отметить, что предварительный кодировщик настоящего изобретения заметно уменьшает сложность декодирования по сравнению с предварительным кодировщиком, предложенным исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона.

Например, при предположении, что в качестве схемы модуляции в передатчике применяется 16QAM, предварительный кодировщик, предложенный исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона, имеет сложность декодирования, равную C_old=(2⁴)⁴= 2¹⁶, и предварительный кодировщик согласно настоящему изобретению имеет сложность декодирования, равную C_new=(2⁴)²=2⁸. Соответственно, можно отметить, что объем вычислений предварительного кодировщика согласно настоящему изобретению заметно уменьшен, так как

Как результат, как показано на фиг.11, можно отметить, что схема пространственно-временного блочного кодирования настоящего изобретения минимизирует сложность и объем вычислений, даже когда она имеет производительность, аналогичную производительности схемы пространственно-временного блочного кодирования, предложенной исследовательской командой Тая Джина Джеонга и Гиунга Хоона Джеона. Хотя в качестве примера в настоящем изобретении описана только система мобильной связи MIMO, применяющая четыре передающие антенны, естественно, что схема пространственно-временного блочного кодирования настоящего изобретения может применяться к системе мобильной связи MIMO, применяющей четное количество передающих антенн.

Как описано выше, настоящее изобретение предлагает матрицу предварительного кодирования, тем самым делая возможным получение полного разнесения и полной скорости, при этом минимизируя сложность и объем вычислений в системе мобильной связи MIMO.

Наряду с тем, что это изобретение было показано и описано со ссылкой на некоторые его предпочтительные варианты осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что могут делаться различные изменения в форме и деталях без отхода от сущности и объема этого изобретения. Следовательно, объем этого изобретения не должен ограничиваться упомянутыми вариантами осуществления, но должен определяться приложенной формулой изобретения и ее эквивалентами.

Формула изобретения

1. Способ для кодирования пространственно-временного блочного кода в передатчике, применяющем множество передающих антенн, причем способ содержит этапы:

предварительное кодирование передаваемого сигнала согласно заранее заданной матрице кодирования, если вводится сигнал, который должен передаваться;

пространственно-временное преобразование предварительно кодированного сигнала согласно количеству передающих антенн для применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования; и

передачу пространственно-временным образом преобразованного сигнала через передающие антенны посредством применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования к пространственно-временным образом преобразованному сигналу.

2. Способ по п.1, где на этапе пространственно-временного преобразования предварительно кодированного сигнала предварительно кодированный сигнал разделяется согласно множеству групп передающих антенн, на которые разделяются передающие антенны.

3. Способ по п.2, где, если количество передающих антенн равно четырем, матрица предварительного кодирования выражается как

или ,

где обозначает матрицу предварительного кодирования, и

4. Способ по п.2, где, если количество передающих антенн равно четырем, матрица предварительного кодирования выражается как

или ,

где обозначает матрицу предварительного кодирования, , и , где n обозначает любое целое число.

5. Способ для кодирования пространственно-временного блочного кода в передатчике, применяющем четыре передающие антенны, включающих в себя первую передающую антенну, вторую передающую антенну, третью передающую антенну и четвертую передающую антенну, причем способ содержит этапы:

предварительное кодирование потока ‘d₁, d₂, d₃, d₄‘ вводимых символов согласно заранее заданной матрице предварительного кодирования для генерирования потока ‘r₁ r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов, если вводится поток ‘d₁, d₂, d₃, d₄‘ вводимых символов, который должен передаваться;

пространственно-временное преобразование потока ‘r₁ r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов для применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования для генерирования потоков ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов; и

передачу потоков ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов через передающие антенны посредством применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования к потокам ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов.

6. Способ по п.5, где на этапе пространственно-временного преобразования поток ‘r₁; r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов разделяется на поток ‘r₁ r₂‘ символов, который должен передаваться через первую передающую антенну и вторую передающую антенну, и поток ‘r₃ r₄‘ символов, который должен передаваться через третью передающую антенну и четвертую передающую антенну.

7. Способ по п.6, где этап предварительного кодирования потока ‘d₁, d₂, d₃, d₄‘ вводимых символов выражается посредством

или ,

где обозначает матрицу предварительного кодирования, и

8. Способ по п.7, где на этапе передачи потоков ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов через первую и вторую передающие антенны и третью и четвертую передающие антенны, соответственно, посредством применения схемы пространственно-временного блочного кодирования к потокам ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов, символ r₁ и символ r₂ передаются через первую передающую антенну и вторую передающую антенну в заданный первый интервал времени, символ и символ передаются через первую передающую антенну и вторую передающую антенну во второй интервал времени, следующий за первым интервалом времени, символ и символ передаются через третью передающую антенну и четвертую передающую антенну в третий интервал времени, следующий за вторым интервалом времени, и символ и символ передаются через третью передающую антенну и четвертую передающую антенну в четвертый интервал времени, следующий за третьим интервалом времени.

9. Способ по п.6, где этап предварительного кодирования потока ‘d₁, d₂, d₃, d₄‘ вводимых символов выражается посредством

или ,

где обозначает матрицу предварительного кодирования, d обозначает поток ‘d₁, d₂, d₃, d₄‘ вводимых символов, r обозначает поток ‘r₁ r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов, , и , где n обозначает любое целое число.

10. Способ по п.9, где на этапе передачи потоков ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов через первую и вторую передающие антенны и третью и четвертую передающие антенны, соответственно, посредством применения схемы пространственно-временного блочного кодирования к потокам ‘r₁ r₂ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов, символ r₁ и символ r₂ передаются через первую передающую антенну и вторую передающую антенну в заданный первый интервал времени, символ и символ передаются через первую передающую антенну и вторую передающую антенну во второй интервал времени, следующий за первым интервалом времени, символ и символ передаются через третью передающую антенну и четвертую передающую антенну в третий интервал времени, следующий за вторым интервалом времени, и символ и символ передаются через третью передающую антенну и четвертую передающую антенну в четвертый интервал времени, следующий за третьим интервалом времени.

11. Устройство для кодирования пространственно-временного блочного кода в передатчике, применяющем множество передающих антенн, причем устройство содержит предварительный кодировщик для предварительного кодирования передаваемого сигнала согласно заранее заданной матрице кодирования, если вводится сигнал, который должен передаваться; пространственно-временной преобразователь для пространственно-временного преобразования предварительно кодированного сигнала согласно количеству передающих антенн для применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования; и множество кодировщиков для передачи пространственно-временным образом преобразованного сигнала через передающие антенны посредством применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования к пространственно-временным образом преобразованному сигналу.

12. Устройство по п.11, где предварительный кодировщик предварительно кодирует передаваемый сигнал согласно заранее заданной матрице предварительного кодирования.

13. Устройство по п.12, где пространственно-временной преобразователь разделяет предварительно кодированный сигнал согласно множеству групп передающих антенн, на которые разделяются передающие антенны.

14. Устройство по п.13, где, если количество передающих антенн равно четырем, матрица предварительного кодирования выражается как

или ,

где обозначает матрицу предварительного кодирования, , и

15. Устройство по п. 13, где, если количество передающих антенн равно четырем, матрица предварительного кодирования выражается как

или ,

где обозначает матрицу предварительного кодирования, , и , где n обозначает любое целое число.

16. Устройство для кодирования пространственно-временного блочного кода в передатчике, применяющем четыре передающие антенны, включающие в себя первую передающую антенну, вторую передающую антенну, третью передающую антенну и четвертую передающую антенну, причем устройство содержит

предварительный кодировщик для предварительного кодирования потока ‘d₁, d₂, d₃, d₄‘ вводимых символов согласно заранее заданной матрице предварительного кодирования, если вводится поток ‘d₁, d₂, d₃, d₄‘ символов, который должен передаваться с тем, чтобы сгенерировать поток ‘r₁ r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов;

преобразователь для пространственно-временного преобразования потока r₁‘ r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов для применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования для генерирования потоков ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов; и

два кодировщика для передачи потоков ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов через передающие антенны посредством применения заранее заданной схемы пространственно-временного блочного кодирования к потокам ‘r₁ r₂‘ и ‘r₃ r₄‘ пространственно-временным образом преобразованных символов.

17. Устройство по п.16, где преобразователь разделяет поток ‘r₁ r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов на сигналы ‘r₁ r₂‘, которые должны передаваться через первую передающую антенну и вторую передающую антенну, и сигналы ‘r₃ r₄‘, которые должны передаваться через третью передающую антенну и четвертую передающую антенну.

18. Устройство по п.17, где предварительный кодировщик генерирует поток ‘r₁ r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов посредством предварительного кодирования потока ‘d₁, d₂, d₃, d₄‘ вводимых символов как

или

где обозначает матрицу предварительного кодирования, и

19. Устройство по п. 18, где два кодировщика включают в себя первый кодировщик и второй кодировщик, причем первый кодировщик передает символы r₁ и r₂ через первую передающую антенну и вторую передающую антенну в заданный первый интервал времени и символы и через первую передающую антенну и вторую передающую антенну во второй интервал времени, следующий за первым интервалом времени, причем второй кодировщик передает символы и через третью передающую антенну и четвертую передающую антенну в третий интервал времени, следующий за вторым интервалом времени, и символы и через третью передающую антенну и четвертую передающую антенну в четвертый интервал времени, следующий за третьим интервалом времени.

20. Устройство по п.17, где предварительный кодировщик генерирует поток ‘r₁ r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов посредством предварительного кодирования потока ‘d₁, d₂, d₃, d₄‘ вводимых символов как

или

где обозначает матрицу предварительного кодирования, d обозначает поток ‘d₁, d₂, d₃, d₄‘ вводимых символов, r обозначает поток ‘r₁ r₂ r₃ r₄‘ предварительно кодированных символов, , и , где n обозначает любое целое число.

21. Устройство по п.20, где два кодировщика включают в себя первый кодировщик и второй кодировщик, причем первый кодировщик передает символы r₁ и r₂ через первую передающую антенну и вторую передающую антенну в заданный первый интервал времени и символы и через первую передающую антенну и вторую передающую антенну во второй интервал времени, следующий за первым интервалом времени, причем второй кодировщик передает символы и через третью передающую антенну и четвертую передающую антенну в третий интервал времени, следующий за вторым интервалом времени, и символы и через третью передающую антенну и четвертую передающую антенну в четвертый интервал времени, следующий за третьим интервалом времени.

22. Способ для декодирования пространственно-временного блочного кода в приемнике, применяющем, по меньшей мере, одну приемную антенну, причем пространственно-временной блочный код передается через множество передающих антенн посредством использования заранее заданной матрицы предварительного кодирования в передатчике, причем способ содержит этапы: через приемные антенны генерирование матрицы отклика канала посредством выполнения оценивания канала по отношению к принятым сигналам при приеме сигналов;

комбинирование принятых сигналов с учетом матрицы отклика канала и

восстановление пространственно-временного блочного кода, переданного в передатчике, как символов информации, базируясь на скомбинированных сигналах, с учетом матрицы отклика канала.

23. Способ по п.22, где, если количество передающих антенн равно четырем, матрица предварительного кодирования выражается как

или ,

где обозначает матрицу предварительного кодирования, ,

24. Способ по п.23, где на этапе восстановления пространственно-временного блочного кода скомбинированные сигналы умножаются на матрицу отклика канала, и каждый элемент комбинированных сигналов, умноженных на матрицу отклика канала, оценивается как каждый из символов информации.

25. Способ по п.22, где, если количество передающих антенн равно четырем, матрица предварительного кодирования выражается как

где обозначает матрицу предварительного кодирования, , и , где n обозначает любое целое число.

26. Способ по п.25, где на этапе восстановления пространственно-временного блочного кода комбинированные сигналы умножаются на матрицу отклика канала, и каждый элемент комбинированных сигналов, умноженных на матрицу отклика канала, оценивается как каждый из символов информации.

27. Устройство для декодирования пространственно-временного блочного кода в приемнике, применяющем, по меньшей мере, одну приемную антенну, причем пространственно-временной блочный код передается через множество передающих антенн посредством использования заранее заданной матрицы предварительного кодирования в передатчике, причем устройство содержит генератор матрицы отклика канала для генерирования матрицы отклика канала посредством выполнения оценивания канала по отношению к принятым сигналам при приеме сигналов через приемные антенны; комбинатор сигналов для комбинирования принятых сигналов с учетом матрицы отклика канала и множество модулей определения сигналов для восстановления пространственно-временного блочного кода, переданного в передатчике, как символов информации, базируясь на скомбинированных сигналах, с учетом матрицы отклика канала.

28. Устройство по п.27, где, если количество передающих антенн равно четырем, матрица предварительного кодирования выражается как

или

где обозначает матрицу предварительного кодирования, , и

29. Устройство по п.28, где модули определения сигналов умножают комбинированные сигналы на матрицу отклика канала и оценивают каждый элемент комбинированных сигналов, умноженных на матрицу отклика канала, как каждый из символов информации.

30. Устройство по п.27, где, если количество передающих антенн равно четырем, матрица предварительного кодирования выражается как

, или,

где обозначает матрицу предварительного кодирования, , и , где n обозначает любое целое число.

31. Устройство по п.30, где модули определения сигналов умножают комбинированные сигналы на матрицу отклика канала и оценивают каждый элемент комбинированных сигналов, умноженных на матрицу отклика канала, как каждый из символов информации.

РИСУНКИ