[发明专利]高速率编码发射波束形成技术及近似最佳低复杂度接收机

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于通过发射波束形成的MIMO信道(transmit beamformed MIMO channel)从发射机发射数据到接收机的系统，所述发射机包括至少两个发射天线、遵循错误校正码结构(error correcting code structure)和发射波束形成技术的编码器，所述接收机包括至少两个接收天线和根据所述错误校正码结构限定的解码器。 

背景技术

在下文中，信道资源意味着频率带宽、时间间隔和可能地由放置在不同的空间位置的发射天线和接收天线带来的若干空间维度(spatial dimension)。 

由于信道变化(例如衰减(fading)和遮蔽(shadowing))，通过无线信道发射的信号遭受严重的劣化，这允许把信道当作随机变量。在下文中，关于信息字发射所需要的时间来考虑慢的信道变化，但信道的实现在信息字的两次发射之间应该已经改变。防止被称为准静态(quasi-static)衰减的一种重要方法是，提供在时间、频率或空间中的分集(diversity)。 

信道分集度被限定为在用于传输的信道资源中观察到的独立衰减随机变量的数量。传输/接收方案能够收集分集的给定量，被称为系统的分集度(diversity order)，由信道分集度决定其上界，也叫做全分集度。 

当信息字被接收机不正确的估计，就发生了错误事件。允许计算与给定错误事件相关联的错误的概率的主参数是在与发射的信息字相关联的无噪声接收信号和与解码的信息字相关联的重建的无噪声接收信号之间的欧几里德距离(Euclidean distance)。错误事件的分集度被限定为在与错误事件相关联的欧几里德距离中涉及的独立随机变量的数量。最后，系统分集度等于所有可能的错误事件的最小分集度，或相当于所有可能的信息字对。 

在无线链路的接收机端和/或发射机端使用多个天线的电信系统叫做多输入多输出系统(也被称为MIMO系统)。MIMO系统相对于单一天线系统所提供的传输容量被示出为提供了更大的传输容量(transmission capacity)。特别是， 对于给定信噪比和在适宜的不相关信道条件下，MIMO容量随着发射或接收天线的数量而增长，无论哪一个是最小的。MIMO技术从而很可能用于未来无线系统，该无线系统意在提供大的频谱效率或者可替代地减少获得与当前电信系统中获得的频谱效率相当的频谱效率(spectral efficiency)所需要的发射功率。MIMO技术很可能与类似于OFDM的多载波调制技术相结合，这允许将MIMO信道模型考虑为没有符号间干扰。 

MIMO系统的发射机包括数字调制器，该数字调制器用于将编码比特流(coded bits stream)转换成调制符号的空间流，该数字调制器的输入是编码比特，该数字调制器的输出是N_s≤min(N_t，N_r)个调制符号的向量。该系统随后在发射MIMO信道上发射N_s个空间流。 

特征向量发射波束形成方案(eigenvector transmit beamforming scheme)可用于改进MIMO信道的性能。发射波束形成的MIMO信道的矩阵是该信道的N_t×N_r矩阵H和N_s×N_t波束形成矩阵的级联(concatenation)。所述N_s×N_t波束形成矩阵是从与信道的N_t×N_r矩阵的N_s个最佳特征值(best eigenvalue)相关联的特征向量得出的。随后，发射波束形成技术需要在发射机处的矩阵H的不完全知识以便应用预滤波(pre-filtering)，该预滤波允许在接收机处的低复杂度最优监测。例如，不完全知识是在接收机处处理的并且从接收机向发射机反馈的信道估计的量化版本。 

假定单一发射的空间流时，特征向量发射波束形成方案达到全分集度。当为了增加该方案的数据速率而发射多个空间流时，该方案的分集度大幅度减少。 

本发明的目的在于在保持接收机低复杂度的同时获得高的数据速率，并保证目标分集和高的性能。实际上，在发射机侧，通过包括线性组合(combine)调制符号的代数线性预编码器(algebraic linear precoder)可以克服分集减少。然而，在接收机侧，这样的代数线性预编码器通常包括高复杂度检测。