CN1207852C - 使用多个天线和自适应控制最大化通信参数的方法和无线系统 - Google Patents

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Abstract

一种最大化通信参数的方法，通信参数比如在有M个发送天线(18A…18M)的发送单元(12)和有N个接收天线(34A…34N)的接收单元之间(14)的信道的数据容量、信号特性或吞吐量以及使用这个方法的通信系统。首先处理数据以产生并行空间多路复用流SMi，其中i＝1…k，它被转换为或被映射为发送信号TSp，其中p＝1…M，分配它们以从M个发送天线(18A…18M)的发送。通过接收器的N个接收天线(34A…34N)以接收相应的接收信号RSj，其中j＝1…N，并被用于估算特性参数，比如统计信号参数或数据的参数。特性参数被用于自适应调节k以及其他到发送天线的参数以最大化信道的通信参数。

Description

使用多个天线和自适应控制最大化通信参数的方法和无线系统
发明领域
此项发明一般与使用带有多个天线的发送和接收单元使发送适应信道状态并最大化通信参数的无线通信系统和方法有关。
发明背景
服务固定和移动无线用户的无线通信系统正快速得到普及。开发了许多系统布局和通信协议以在这样的无线通信系统中提供覆盖范围。
在发送和接收设备间的无线通信信道本质上是可变的，并从而有了它们性能的波动。因此，它们的性能参数也是时刻变化的。在优良的条件下，无线信道呈现优良的通信参数，例如高信噪比、大数据容量和/或吞吐量。在这些时候大量数据可通过信道可靠地发送。然而，由于信道时刻改变，所以通信参数也会改变。在改变的条件下，先前的数据率、编码技术和数据格式会不再可行。例如，当信道性能下降了，发送的数据会经受过多的讹误而产生无法接受的通信参数。比如，发送数据会显示过多的误码率或数据包错误率。信道的恶化是由于多种因素引起的，比如在信道中的总噪声、多路径衰落、视线路径损失、过多的同信道干扰(CCI)和其他因素。
通过减少CCI，可以改进载波—干扰(C/I)比并使频谱效率增加。特别地，改进的C/I比产生更高的每链路比特率、允许更主动的频率复用结构以及增加系统的覆盖范围。
在通信技术中也已知装备有天线阵列而不是单个天线的发送单元和接收单元能改进接收器性能。天线阵列既能减少期望信号的多路径衰落又能抑制干扰信号或CCI。这样的阵列能因此增加无线系统的范围和容量。这对于无线蜂窝电话和其他移动系统是正确的，对于固定无线接入(FWA)系统也是正确的。
在移动系统中，多种因素导致信号恶化和讹误。这些包括来自在特定单元内或在其附近的其他蜂窝用户的干扰。信号恶化的另一个来源是多路径衰落，其中信号接收幅度和相位在时间上是改变的。对于以每小时60英里行进的移动用户在大约1.9GHz的PCS频率衰落速率可以达到200Hz之多。在这样的环境中，问题是从接收的噪声、CCI和在阵列的天线上相加的期望信号部分的集合中清楚地提取所跟踪的用户信号。
在FWA系统中，比如接收器保持固定的地方，信号衰落速率比在移动系统中小。在这种情况下，信道相干时间或信号估算保持稳定的时间更长了，这是由于接收器是不动的。尽管如此，在FWA系统中经过一定时间上也会失去信道相干性。
天线阵列系统设计者增加总接收信号功率，这使得期望信号的提取更容易。例如在1997年11月IEEE信号处理杂志第49-83页Theodore S.Rappaport的《智能天线、自适应阵列、算法和无线定位》的手册和Paulraj、A.J以及其他人的《无线通信的空间-时间处理》中详细描述使用自适应天线阵列的信号恢复技术。
原有技术的无线系统使用了利用从接收器的反馈的发送信号的自适应调制，也使用了自适应编码和接收器反馈使数据发送适应变化的信道条件。然而，只用自适应调制和/或编码使具有多个发送和接收天线的信道容量有效最大化是不可能的。
在美国专利号Barratt以及其他人的5592490、Ottersten以及其他人的5828658和Roy III的5642353中讲述了关于在发送器处使用多个天线的频谱有效的高容量无线通信系统；这里就是用于空分多址(SDMA)的收发信机基站(BTS)。在这些系统中，用户或接收单元不得不在空间上被足够的分离并且BTS使用它的发送天线形成直接针对每个接收单元的波束。为了正确地形成波束发送器在发送之前需要了解信道状态信息比如“空间标识”。在这种情况下空间多路技术就意味着数据流被同时发送到空间上足够分离的的多个用户。
由Barratt以及其他人、Ottersten以及其他人和Roy III讲述的波束形成方法的缺点就是用户不得不在空间上有效地分离并且要已知它们的空间标识。信道信息也得提前可供发送单元使用且不能有效地考虑变化的信道条件。最后，形成的波束只发送一个数据流到每个用户，这样不能好好利用这段时间，这时特定的信道能显出很好的通信参数并有更高的数据容量以发送更多的数据或有更好的信噪比使得数据能以较不稳健的格式传输。
Paneth以及其他人的美国专利号5687194描述了使用多个天线作为分集的时分多址(TDMA)通信系统。所提出的这个系统使用了自适应发送功率和调制的概念。根据反馈到发送器的信号特性指示符选择功率和调制的电平。
与Paneth以及其他人设计同样问题，Avidor以及其他人的美国专利号5914946讲述了用自适应天线波束的系统。随着信道变化动态地调节波束。特别地，为了最大化信号特性并减少系统干扰按照接收信号指示符的函数调节波束。
最后两个专利确实有助于自适应改变多个天线系统以优化变化信道条件中的性能。然而，更进一步的改进是可取的。特别地，期望开发一个系统，其中发送单元和接收单元都很好地利用多个天线，来不仅自适应地改变调制和/或编码而且都在同时使用适合的分集方案，以及空间多路复用阶数。这些自适应的变化将会帮助确保在信道变化时保持信道通信参数保持最大化。此外，在这项技术中成为一项发展的是开发了一个通信系统，它在发送和接收单元利用多个天线以适应变化的信道条件并最大化一些期望的通信参数中的任何一个，比如数据容量、信噪比和吞吐量。这将会允许系统不断适应于通过信道发送的数据种类。
发明目的和优点
因此，此项发明的主要目的就是提供一种方法最大化在都使用多个天线的无线发送单元和接收单元之间信道中的通信参数。特别地，该方法应该允许系统在信道改变时不断地优化数据容量、信噪比、信号特性、吞吐量和其他的期望参数。
本发明的进一步目的是提供一种方法，它充分利用在发送单元和接收单元处的多个天线使用从接收信号导出的特性参数优化信道的通信参数。
本发明还有一个目的就是在使用多址技术比如TDMA、FDMA、CDMA和OFDMA的任意组合的任何无线通信系统中提供以上所示的方法。
本发明也有一个目的就是提供利用自适应编码、空间多路技术和天线分集以在变化信道条件下不断最大化期望通信参数的无线通信系统。
以下会指出以上目的和优点以及发明的方法和设备实现的许多其他改进。
发明概述
通过最大化在有M个发送天线的发送单元和有N个接收天线的接收单元之间的信道的通信参数如数据容量、信号特性或吞吐量的方法达到发明的目的和优点。首先处理数据以产生并行的空间多路复用流SMi，其中i＝1…k。然后空间多路复用流SMi被转换为或被映射为发送信号TSp，其中p＝1…M，分配它们以从M个发送天线发送。
发送信号通过信道发送并通过接收器的N个接收天线以接收信号RSj的形式接收，其中j＝1…N。接收信号RSj被用于估算特性参数。特性参数被用于自适应调节k以最大化信道的通信参数。
在较佳实施例中，每个空间多路复用流SMi通过编码处理产生码流CSh，其中h＝1…k’。在发送器中使用特性参数调节编码，例如通过改变由编码单元使用的k’。编码单元可以是空间-时间编码器、空间-频率编码器、自适应调制速率编码器或其他适合的编码装置。空间-时间和空间-频率编码器可以使用不同的编码和调制速率。
在接收器处接收处理接收信号RSj重新产生空间多路复用流SMi。从接收处理流SMi可以得到特性参数。这可以通过检查流SMi的统计单元完成。在这种情况下，特性参数可以是信号-干扰比、信噪比、功率电平、电平交叉速率、在预定阈值和接收阈值的信号电平交叉持续时间。此外可选择地，特性参数可以通过重构数据得到。在这种情况下特性参数可以是误码率(BER)或数据包错误率。
在发送器的映射步骤较佳地还包括有发送处理块实现的发送处理步骤。然后特性参数较佳地被用于调节发送处理块的处理。
虽然通常在接收器估算特性参数并以任何适合的方法反馈或发送到发送器，例如在象用于时分双工(TDD)系统中的互易信道上，但是要通过发送器进行接收信号的分析以得到特性参数。这是有利的，例如当接收器没有足够的计算资源来导出特性参数。
可以通过使用任何适合的编码技术在发送器进行处理数据的步骤。例如，可以使用空间-时间编码或空间-频率编码。同时，根据至少一项多址技术比如TDMA、FDMA、CDMA、OFDMA格式化发送信号TSp。
在包括便携式和固定设备的任何发送和接收单元之间使用发明的方法。在一个实施例中，在无线网络中比如蜂窝通信系统使用这个方法。在这种情况下可以使用这个方法改善在向下链路和向上链路通信中的通信参数。
在已有的有多个接收和发送天线的系统中可使用本发明的方法。这个方法也允许同时使用其它方法。特别地，与干扰对消技术一起使用发明的技术是有利的。
使用本发明方法的通信系统达到了在其发送和接收单元之间的通信参数的自适应最大化。发送单元具有处理数据以产生并行空间多路复用流SMi的处理设备和把流SMi转换成发送信号TSp并把它们映射到M个发送天线的天线映射设备。通信系统装备有估算接收信号RSj特性参数的单元。此外，通信系统有根据特性参数自适应调节k以最大化通信参数的设备。这个设备可被置于发送单元里。
估算特性参数的单元是统计单元并且较佳地被置于接收单元。当然，统计单元可以置于发送单元，因为当接收单元没有足够的资源或功率支持统计单元时这样是有利的。
通信系统还具有处理流SMi以产生编码流CSh(h＝1…k’)的编码单元。然后用于调节k的设备也具有调节k’的机制。编码单元可以是空间-时间编码器、空间-频率编码器或自适应调制和编码率的编码器。较佳地，编码和发送处理参数的数据库被连接于编码单元和天线映射设备。
自适应控制器被连接到处理设备、编码单元和天线映射设备。自适应控制器根据特性参数调节这些设备。可选择地，自适应控制器就被连接到处理设备和天线映射设备并根据特性参数调节它们。
通信系统可以使用任何一个或更多种可用的多址技术比如TDMA、FDMA、CDMA、OFDMA。这可以在无线系统中例如蜂窝通信系统完成。
以下参考所附图提出发明和较佳及可选实施例的详细描述。
附图简述
图1是说明应用本发明之方法的通信系统的简图。
图2是说明根据本发明的发送和接收单元的方框简图。
图3是依照本发明的示例发送单元的框图。
图4是依照本发明的示例接收单元的框图。
图5A是说明导出特性参数的统计单元操作的框图。
图5B是说明的从重构数据导出特性参数的另一种数据分析块操作的框图。
图6是依照本发明的发送单元的另一个实施例的部分框图。
图7是从图6发送单元接收接收信号的接收单元的部分框图。
图8说明依照本发明的S-T码选择的性能曲线图。
详细描述
在首先考虑图1和图2的高层次图以后就会更好地理解发明的方法和无线系统。图1说明了无线通信系统10例如蜂窝无线系统的一部分。为了解释的目的，将考虑下行通信，其中发送单元12是基站(BTS)而接收单元14是移动或固定无线用户设备。示例用户设备包括移动接收单元14A、14B、14C，它们是移动电话和汽车电话，以及固定接收单元14D，它可以是用在住所或任何其他固定无线单元的无线调制解调器单元。当然，在从无线单元14到BTS12的上行通信可以使用同样的方法。
BTS12有包括多个发送天线18A、18B、…、18M的天线阵列16。接收单元14装备有N个接收天线的天线阵列20(详细情况参见图2、4)。BTS12通过信道22A和22B把发送信号TS发送到所有接收单元14。为了简便，只指出BTS12和接收单元14A、14B之间的信道20A、20B，虽然BTS12把TS信号发送到所有显示的单元。在这个特别情况下，接收单元14A、14B都被置于一个单元24内。然而，就本技术中已知的，在合适的信道条件下BTS12可以把TS信号发送到单元24以外的单元。
信道22A、22B的时间变化使得发送的TS信号经历衰减、干扰、多路径衰落和其他有害影响的波动电平。因此，信道22A、22B的特性参数比如数据容量、信号特性或吞吐量遭受暂时的变化。这样，信道22A、22B不能一直支持高数据率信号RS或没有用稳健的编码算法格式化过的信号的有效传播。在BTS12的天线阵列16可用于空间多路复用技术、发送分集、波束形成以减少干扰、增加阵列增益并达到其他有利的效果。在接收单元14的天线阵列20被用于空间多路复用、干扰对除、接收分集、增加的阵列增益和其他有利作用。所有这些方法改进信道22A、22B的容量。本发明的方法发现了随着信道22A、22B的变化条件自适应选择的这些技术的最佳组合。换句话说，本发明的方法实现了发送天线阵列16到天线阵列20上的空间多路复用的阶数、分集的阶数以及编码和比特加载率的自适应最佳选择。
特别地，发明的方法通过根据特性参数自适应最大化一个或更多通信参数解决了这些变化的信道条件。图2说明使用这个方法必需的发送单元12和一个接收单元145的基本块。发送单元12有连接到数据处理块28的用于接收要格式化、编码并被映射到天线18A、18B、…、18M以从那里发送的数据的控制单元26。上变频和RF放大块30把发送信号TS送到天线18A、18B、…、18M。
在连路的另一边，接收单元14在它的阵列20中有N个天线34A、34B、…、34N以接收信号RS。RF放大和向下变频块36处理RS信号并把它们发送到数据处理块38。信号统计单元40估算RS信号的特性参数和/或恢复数据并把特性参数反馈到发送器12的控制单元26。以虚线42表示反馈。使用这个特性参数，单元26控制数据处理28以确保适当的空间多路复用、分集处理、编码和数据30的映射以不断最大化选择的通信参数。
实现发明方法的发送单元50的较佳实施例细节在图3中所示。被发送的数据52被送到数据处理块54，在那里它首先通过交织器和预编码器56。就本技术中已知的，交织器和预编码器56交织并预编码数据流52并把经交织和预编码的串发送到串并转换器58。转换器58从单个数据流中产生k个空间多路复用流SMi，其中i＝1…k并且k是可变的，也就是流SMi的数量是可变的，符合l≤k≤N且k≤M的条件。换句话说，流SMi的最大数量k受发送天线TA1、TA2、…、TAM的数量M和接收天线RA1、RA2、…、RAN的数量N(见图4)的较小值限制。
k的值受自适应控制器60控制，它是控制单元62的一部分并连接到串并转换器58。如下所述，可以局部地通过自适应控制器60确定流SMi的数量k或它可从接收器进行通信得知。在大多数系统中，这个决定依赖于来自指示特性参数或从其中自适应控制器60可以导出特性参数的信息的接收器的反馈64。在其他系统中，例如时分双工(TDD)系统，其中信道是互易的，额外的反馈就没有必要了。在那种情况下就从发送单元自己的接收单元得到反馈，如虚线中所表示的。
k个流SMi的每一个通过S-T编码单元66相应的空间-时间编码器65(S-T编码器)。每个S-T编码器产生k’个编码流CSh，其中h＝1…k’。根据自适应控制器60选择流SMi的数量，数量k’最少为1，最多为M。事实上，自适应控制器60也连接于S-T编码单元66也控制数量k’。
空间-时间编码是已知的技术，它结合了传统信道编码和天线分集。S-T编码分离编码数据流，在这种情况下每个空间多路流SMi变为k’个相关的数据串，在这种情况下就是编码流CSh，其中每一个被调制并同时从不同的发送天线TA发送。可以使用不同对于发送天线TA1、TA2、…、TAM数据映射的选择。所有发送天线TA可以用同样的调制形式和载波频率。可选择地，可以使用不同的调制或码元延迟。其他方法包括不同载波频率(多载频技术)或扩展编码的使用。在文献(见例如1998年3月IEEE信息论会刊第2号44卷V.Tarokh及其他人的《高数据率无线通信的空间-时间编码：性能指标和代码结构》和1998年10月IEEE关于通信所选领域期刊16卷第1451-58页S.A.Alamouti的《无线通信的简单发送分集技术》)中进一步描述了S-T编码的概念。
根据本发明的方法，通过相应的S-T编码器65使用每个S-T编码并以k’个流CSh的形式输出。编码的约束长度和值k’可以根据在通信系统的操作中可以提供的计算复杂度确定。应该根据信道特性也就是根据特性参数值所反映的通信参数选择编码率和调制率。
在较佳实施例中控制单元62中的数据库68包含这组S-T编码以便根据数量k’和特性参数来使用。数据库68被连接到S-T编码单元以把这些编码提供给后面。自适应控制器60被连接到数据库68以控制S-T编码到S-T编码单元的传输。
每个存储在数据库68的S-T编码具有一个相关联的编码方案和调制方案。不同S-T编码的的编码率和调制率已被选择为不同的，以使每个S-T编码适应于由特性参数所指示的特定信道条件。可以进一步通过所优化的信道通信参数确定S-T编码编码率和调制率的选择。特别地，通信参数比如数据吞吐量需要选择具有较高速率的调制和编码的S-T码。
例如，如果反馈的特性参数是SINR并且目的是改进吞吐量，那么数据库68将包含按照发送天线TA1、TA2、…、TAM的数量M和接收天线RA1、RA2、…、RAN的数量N的所有可能的发送/接收配置的不同S-T编码的性能曲线(BER对SINR)。图8显示了三个典型S-T编码的性能。如所见，为了达到适合应用的(例如声音数据发送)BER值q，当主要平均SINR就不得不为值p或更小，只有S-T编码1和2是合适的。S-T编码3是不合适的因为在SINR值为p它的BER太高了。现在，当要最大化的通信参数是吞吐量时，就要在S-T编码1和S-T编码2之间进行附加的选择并选择最大化吞吐量的那个。本技术的普通技术人员明白可以使用这个过程或简单的过程最大化任何通信参数。此外，更佳地，数据库68包含必要的性能曲线以选择正确的S-T编码、k的值和G(z)矩阵组来使用。然而，也可以使用经验收集数据。
在较佳实施例中，k’等于发送天线TA1、TA2、…、TAM数量M。每个S-T编码器65使用自适应控制器60指示的S-T编码，并且各个S-T编码器65所使用的编码可以是相同或不同的。可选择地，k个空间多路复用流SMi也可以被S-T编码联合地提供只有一组k’个编码串CSh。联合S-T编码相对于单独的S-T编码会引起更高的计算复杂度。如果计算复杂度是可接受的，那么联合S-T编码是更好的。本技术的普通技术人员能在任何给定情况下作出适当的设计选择。
发送处理单元72接收编码串CSh并产生M个发送信号TS1、TS2、…、TSM发送。就本技术中众所周知的，上变频和RF放大单元74接收这M个发送信号TSp，对他们进行必要准备并从天线TA发送它们。
通过对所有输入k个M×M空间-时间(或可选的空间-频率)滤波矩阵组G(z)(M＝k’)的应用进行编码流CSh的变换。矩阵组G(z)的选择是根据特性参数。为了这个原因自适应控制器60被连接到单元72以自适应控制矩阵组G(z)的选择。
更佳地，数据库68也被连接到单元72并包含对任何特定信道条件合适的矩阵组G(z)的存储参数或矩阵组G(z)本身。在后面的情况中也被连接到数据库68的自适应控制器60指令数据库在信道条件变化时把适当的矩阵组G(z)下载进发送处理单元72。进行矩阵组的选择以利于在接收器k个空间多路复用流SMi的可分离性。矩阵组G(z)可以结合分集技术比如延迟/转换分集或任何其他本技术中已知的组合技术。例如，当没有信道信息可用于发送单元50，例如在系统初始化时或任何其他时候，那么矩阵组G(z)(包括k个M×M的矩阵)由k个秩为M*k的矩阵组成以使这些矩阵所复盖的子空间是互相正交的以确保在接收单元80处k个流的可分离性。由本技术的普通技术人员就可以完成发现这样矩阵的任务。在操作期间，当特性参数变化时，就可使用其它矩阵组G(z)。
值得重要注意的是，S-T编码单元66和发送处理单元72一起对空间多路复用流SMj进行操作把它们映射为发送信号TSp，其中p＝1…M，它们被分配给相应的发送天线TA1、TA2、…、TAM。换句话说，S-T编码单元66与发送处理单元72联合形成根据以上所述规则把流SMi映射到发送天线TA1、TA2、…、TAM的天线映射单元。通过自适应控制器60并借助于S-T编码和存储在数据库68中的矩阵G(z)按照由信道条件指示的特性参数的函数对映射调节。
就本技术中已知的，发送单元50较佳地还具有以虚线绘出的包括训练用数据的训练单元。训练用数据可以被插入到S-T编码单元66之前或之后的任何适当位置并被送到发送处理单元72。训练用数据可以在单独的控制信道中传送或与数据52一起传送。本技术的普通技术人员熟悉必要的技术和要求。
图4显示接收从发送单元50发送的信号的相应接收器80的框图。特别地，接收器80有N个接收天线RA1、RA2、…、RAN组成的阵列接收RSj接收信号，其中j＝1…N。RF放大和向下变频块82发达和转换信号RSj并进行任何其他所需操作(例如抽样、模拟到数字转换)。然后，信号RSj被传递到矩阵信道估计器84和接收处理单元86两者中。
矩阵信道估算器84使用已知的训练模式，例如根据已知技术通过训练单元70提供的训练模式估计信道系数。在现在情况下，估计器84的输出是
Figure C0081893700131
A ^ ( z ) = G ( z ) H ( z ) ,
其中G(z)发送处理块72使用的矩阵，而H(z)是纯信道系数的矩阵。G(z)是一组M×M的矩阵而H(z)是一个M×N的矩阵。结果矩阵
Figure C0081893700133
是一个M×N的矩阵，表示在数字化后的接收信号RS1、RS2、…、RSN信道估算。后面使用通过估算器84提供给接收处理块86的信道估算来恢复k个空间多路复用流SMi。事实上，任何已知的接收处理技术比如迫零(ZF)、MMSE、LS、ML等等都可用于处理接收信号RS1、RS2、…、RSN。
恢复的k个编码流被提供给S-T解码单元88和接收流单元90的信号统计。S-T解码器有将发送单元50的S-T编码器65反向的S-T解码器。使用的S-T编码由数据库92提供给单元88。以下参照图5将会更详细地讨论S-T解码。
信号统计单元90分析通过接收处理块86转换为k个流的接收信号RSj以估算特性参数。在较佳实施例中，单元90是在时间上平均信号统计量的平均单元。单元90计算k个流中每一个的信号统计量，包括信号-干扰噪声比(SINR)、信噪比(SNR)、功率电平、电平交叉速率(LCR)、在特定阈值和接收阈值的信号电平交叉持续时间或其他信号参数。
例如，当用ZF(迫零)方法进行接收处理时，单元90根据以下算法计算SINR：
SINR = ⟨ | | A ^ - 1 * Y - X | | 2 ⟩ ,
其中括号表示期望值，X是发送序列而Y是接收序列。LCR是信号电平下降到设定电平以下的速率。LCR能被计算以用于不同信号电平阈值。SINR和LCR都给出了信道差错特性的指示。通过单元90计算和平均这些统计量所在的窗尺寸(持续时间)可以根据接收单元80所看到的信道种类改变。
对于特定的阈值电平和LCR差错可能性将根据使用的S-T码的种类(它包括S-T码编码和调制方面)和发送单元50使用的空间多路复用流SMi的数量k。k的值由在接收单元50处的空间标识的可分离性指定。
这样，对于k个可分离的空间多路复用流SMi的S-T码的选择是根据在特定阈值电平和最大可接受错误率的LCR和LC的持续时间。平均SINR也给出相似的信息种类。这个差错信息被单元90作为特性参数直接使用或被用于导出特性参数。其他信号准则可以相似的方式用于由单元90直接用作特性参数或被用于导出特性参数。
可选择地并且更佳地，除了单元90输出流单元94的信号统计量被用于分析从S-T解码单元88得到的重构流SMi。单元94再一次对重构流SMi进行相同的统计计算以得到信号统计量，包括号-干扰噪声比(SINR)、信噪比(SNR)、功率电平、电平交叉速率(LCR)、信号电平交叉持续时间和接收阈值或其他信号参数。同时，重构流SMi通过并串转换器96被转换为串行流。然后，它们通过去交织器和解码器98去交织和解码以恢复原先从发送单元50发送的数据52’(撇’表示由于传输差错恢复数据可能与原始数据不同)。
本发明的方法使用特性参数或如上所述得到的参数来调节至少由发送单元50的串并转换器58产生的空间多路复用流SMi的数量k。更好地，特性参数也被用于控制单元66的S-T编码(例如数量k’的选择)以及发送处理，也就是发送单元50的发送处理单元72的矩阵组G(z)的选择。
在正常的操作期间，发送单元50在系统初始化时选择G(z)、k、k’和S-T码。然后当信道变化时这些参数也被更新。发送单元50把控制信息102(见图5A)，包括使用的S-T码、值k、发送处理单元应用的矩阵组G(z)等等，有规律地发送到接收单元80。可选择地，在系统初始化的时间内信息只被发送一次，然后根据需要再更新(例如只当其中一条信息变化时)。
图5A更详细地说明了如何完成G(z)、k、k’和S-T码的自适应控制。串S1到Sk被提供给单元90，同时重构的空间多路复用流SM1到SMk被提供到单元94。单元90、94都照以上所述计算信号统计量。然后，单元90、94把它们的信号统计或特性参数经通信传送给S-T码查询块100。根据这些块100作出最适宜S-T码和使用的k值的决定。这个决定以反馈64的形式传送到发送器50。可选择地，块100传送以反馈64的形式把信号统计量传送到发送单元50的自适应控制60。在这种情况下，自适应控制60选择适合的S-T码和k值。通过基于反馈64由自适应控制60确定合适的矩阵组G(z)的使用。
当然，为了恢复数据52，接收器80必须使用合适的S-T码以及知道数量k。如以上提到的，这个信息可用于它，信息或者来自块100，它能提供这个信息到被连接于S-T解码单元88的S-T码数据库92(见图4)，或者来自由发送单元50发送的控制信道信息102。假如使用了控制信道信息102，那么S-T码、k值指示器104接收信息把它通信传送给数据库92。在系统启动期间指示器104以最后所用的配置开始，或以k＝1和特定的S-T码与G(z)矩阵组开始。可选择地，它可以以任何同意的配置开始。当然，在最大化通信参数的过程期间将会更新配置。
确定k、S-T码的调整和矩阵组G(z)的选择、是通过块100建议还是通过自适应控制60决定来最大化或最优化在变化信道条件下的通信参数。通常要最大化的通信参数是信道容量、信号特性、SNR或吞吐量。通过选择选择k可能的最大值和高吞吐量的S-T码(高调制率和低编码开销)最大化信道容量。k的减少增加了分集的阶数。在这种情况下，信号特性改进了但通过量减少了。如果k＝1就最大化了SNR，但这样最小化了信道容量。因此如果信道容量和信号特性都要最大化，那么自适应控制块60(或块100)必需确定最优的k。
此外，假如在使用频率再利用的系统(例如使用频率再利用的蜂窝网络)中实现本发明的方法，那么接收单元就可能遇到干扰。此外，就本技术已知的，更好地是与干扰减轻结合实现发明的方法。在那种情况下，要在干扰减轻一起执行的方式中进行S-T码、数量k和矩阵组G(z)的选择。当与干扰减轻一起实现本发明的方法时，会引起分集或空间多路化的阶数的一些减少。
在可选实施例中，S-T解码单元88可以是产生k个重构流SMi的联合S-T解码器，而不是如图4中所示的S-T解码器组89。联合或单独的解码方案是根据发送单元50使用的编码策略以及可以被重新配置。
在可选实施例中不同种类的编码器可以代替S-T编码器。例如，解码单元可以是空间-频率编码器和自适应调制率编码器或其他合适的编码设备。空间-时间和空间-频率编码器可以使用不同的编码和调制率。
在另一个实施例中，如图5B中所示，接收单元80可以利用附加的数据分析块110和122在并串转换后并在去交织和最后解码步骤后计算附加的数据统计量。这些数据统计可以是BER或数据包错误率。这个信息可以被反馈到发送单元50以调节参数k、k’、S-T编码和矩阵组G(z)的选择。可选择地，这个信息可被送到单元100以局部确定参数。
系统是基于任何多址技术包括TDMA、FDMA、CDMA和OFDMA。例如，在图6和7中说明了对于在OFDM系统中实现发送单元50和接收单元80必要的适配。特别的，图6说明了在OFDM系统中操作的发送单元50的适配。在这种情况下，来自发送处理单元72的发送信号必须被串并转换器(S/P)120转换到并行。在这种情况下训练单元70也把训练模式直接提供到S/P转换器120。接下来，并行发送信号通过IFFT元件122进行快速傅立叶反变换并再由并串转换器(P/S)124转换成串行。然后，信号被向上变频及放大以从发送天线TA1、TA2、…、TAM进行RF发送。
图7说明了对于接收由如图6中所示适配的发送单元50发送的OFDM信号的接收单元80必要的适配。特别地，通过接收天线RA1、RA2、…、RAN接收接收信号并通过相应的块进行下变频和放大。然后信号通过S/P转换器126从串行转换成并行。快速傅立叶变换(FFT)块1281到N随后变换信号并把它们传送到空间-频率(S-F)矩阵信道估算器130和接收处理块132。从那里，接收信号的处理就如在接受单元80那样进行。
对于本技术的普通技术人员清楚的是以上实施例可以不离开发明的范围以许多方式修改。因此，应该通过以下权利要求和合法的等价物确定发明的范围。

Claims (31)

1.一种使在有M个发送天线的发送单元和有N个接收天线的接收单元之间的信道的通信参数最大化的方法，所述方法包含以下步骤：
a)处理所述数据以产生并行空间多路复用流SMi，其中i＝1...k；
b)把所述空间多路复用流SMi映射到发送信号TSp，其中p＝1...M，以从所述M个发送天线通过所述信道发送到所述接收器，其中所述映射包含通过编码单元处理每个所述空间多路复用流SMi以产生编码流CSh，其中h＝1...k’；
c)由所述N个接收天线接收接收信号RSj，其中j＝1...N；
d)估算所述接收信号RSj的特性参数；
e)使用所述特性参数来调节k以使所述信道的所述通信参数最大化；以及
f)在所述发送单元使用所述特性参数以调整k’。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述发送单元处使用所述特性参数来调节所述编码单元的编码。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于从包括空间-时间编码器、空间-频率编码器、自适应调制率编码器的组中选择所述编码单元。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述空间-时间编码器和所述空间-频率编码器使用不同的编码率和调制率。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包含处理所述接收信号RSj以再产生所述空间多路复用流SMi的接收步骤。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于从所述接收处理的空间多路复用流SMi中得到所述特性参数。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于估算所述特性参数的步骤由一统计单元完成。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于从包括信号-干扰噪声比、信噪比、功率电平、电平交叉率、电平交叉持续时间的组中选择所述特性参数。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包含处理所述接收信号RSj以重构所述数据并从所述数据中得到所述特性参数的步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于从包括误码率和数据包错误率的组中选择所述特性参数。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述映射步骤进一步包含由发送处理块进行发送处理的步骤，并且使用所述特性参数以调节所述发送处理块的发送处理。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述特性参数被反馈到所述发送单元。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述处理所述数据的步骤包含从包括自适应调制、自适应编码、空间-时间编码和空间-频率编码的组中选择的技术。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于根据至少一种从包括TDMA、FDMA、CDMA、OFDMA的组中选择的多路技术格式化所述发送信号TSp。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于从包括数据容量、信号特性和吞吐量的组中选择所述通信参数。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述接收单元和所述发送单元都属于蜂窝通信系统。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于在所述蜂窝通信系统的下行链路中使用。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于在所述蜂窝通信系统的上行链路中使用。
19.一种具有适应最大化的信道通信参数的通信系统，在其中数据在有M个发送天线的发送单元和有N个接收天线的接收单元之间传输，所述的发送单元包含：
a)处理所述数据以产生并行空间多路复用流SMi的处理装置，其中i＝1...k；
b)天线映射装置用于把所述空间多路复用流SMi转换成发送信号TSp，其中p＝1...M，并通过所述信道从所述M个发送天线发送所述发送信号TSp；
所述接收单元接收接收信号RSj，其中j＝1...N，并且所述通信系统包含：
a)估算所述接收信号RSj的特性参数的装置；
b)根据所述特性参数来调节k以使所述信道的所述通信参数最大化的装置；以及
c)与所述处理装置和所述天线映射装置进行通信的自适应控制器，所述自适应控制器根据所述特性参数调节所述处理装置和所述天线映射装置。
20.如权利要求19所述的通信系统，其特征在于所述估算所述特性参数的装置包含统计单元。
21.如权利要求19所述的通信系统，其特征在于所述估算所述特性参数的装置被置于所述接收单元中。
22.如权利要求19所述的通信系统，其特征在于所述估算所述特性参数的装置被置于所述发送单元中。
23.如权利要求19所述的通信系统，其特征在于进一步包含在所述发送单元中的处理所述空间多路复用流SMi以产生编码流CSh，其中h＝1...k’的编码单元。
24.如权利要求23所述的通信系统，其特征在于所述调节k的装置进一步包含调节k’的机制。
25.如权利要求23所述的通信系统，其特征在于从包括空间-时间编码器、空间-频率编码器、自适应调制率编码器的组中选择所述编码单元。
26.如权利要求23所述的通信系统，其特征在于进一步包含与所述编码单元和所述天线映射装置进行通信的码和天线映射参数的数据库。
27.如权利要求23所述的通信系统，其特征在于进一步包含与所述处理装置、所述编码单元和所述天线映射装置进行通信的自适应控制器，所述自适应控制器根据所述特性参数调节所述处理装置、所述编码单元和所述天线映射装置。
28.如权利要求19所述的通信系统，其特征在于所述调节k的装置被置于所述发送单元。
29.如权利要求19所述的通信系统，其特征在于所述通信系统根据至少一种从包括TDMA、FDMA、CDMA、OFDMA的组中选择的多路技术进行操作。
30.如权利要求19所述的通信系统，其特征在于所述通信系统是蜂窝通信系统。
31.如权利要求19所述的通信系统，其特征在于使用了多载波调制。
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