通讯系统及其字码选择方法

专利名称：通讯系统及其字码选择方法
技术领域：
本发明涉及一种多输入多输出通讯系统以及其空-时字码(space-time(ST)codeword)选择方法，特别是涉及一种使用群组式空-时区块码(groupedspace-time block code，G-STBC)编码方式设计，并在有限回传信息下的群组空-时字码(group-wise ST codeword)选择方法及相关系统。

背景技术：
无线通讯系统需要越来越大量的数据流通，因此如何做有效率的编码、调制和讯号处理以改善无线通讯的品质与效能，都是研究上极欲解决的课题。为了有效提升数据传输率及通讯链接品质，愈来愈多的无线通讯系统采用多输入多输出(MIMO)的多重天线系统设计方式，亦即，在传送端及接收端使用多根天线，以实现下世代无线通讯系统强大的服务品质需求。多重天线系统的编码，一般采用空-时码(space-time code，STC)。这种编码是一种横跨于时间与空间的传输设计，利用传输天线与传送时间的关系来达到最大多样性(full diversity)，甚至可以提供编码增益(coding gain)。空-时码主要的运作模式可分为空间多样(spatial diversity，SD)及空间多任务(spatialmultiplexing，SM)。高链接品质可经由空间多样方式在不同的传送天线上传送冗余(redundant)的讯号来获取，例如空-时区块编码(space-time block code，STBC)及空-时格状编码(ST trellis code，STTC)。高频谱效益则可以经由空间多任务方式在不同的传送天线上同时传送不同的数据来获取，例如多层次空-时码(layered STC，LSTC)或熟知的Bell Labs layered ST(BLAST)技术。
图1为一现有的空-时区块编码的系统示意图，很明显的，传送的两个码元横跨了空间与时间(空-时码)。图2显示另一结合Q＝2 Alamouti’s空-时码于传送端的现有编码技术，此称为双空-时传送分集(double ST transmitdiversity，DSTTD)技术。其空-时字码为 此时的编码率为R＝2，且可得到多样性增益为2。然而，此一编码技术的编码方式虽较简单，但其译码方式较STBC复杂，且字码结构遭受许多限制，使得编码设计较不具弹性，因此效能较差。
然而，空间多样虽能改善通讯链接品质但其频谱使用效益低；相反，空间多任务虽能提升数据传输率，但其对抗通道衰落能力较差。因此，为了要获取最大的效益，必须要在空间多样与空间多任务之间取得一个最佳的损益点。
此外，接收器的运算必须愈简单愈好，以达到快速的译码，也可简化接收器的设计。相对于传送端的空时码，接收器也必须具有空-时码的解码能力，同时需作干扰消除与讯号检测。一种接收器常用的最佳译码方法采用联合最大似然(maximum likelihood，ML)检测法，其采用机率统计的方式对接收到的讯号进行译码。然而，联合最大似然估测法虽然具有较佳的性能，但所需的运算复杂度确也较高。另一种译码方式采用排序渐进式干扰消除(ordered successive interference cancellation，以下简称OSIC)检测，是利用排序方式以及利用前一次的迭代运算结果，一一对接收到的讯号进行干扰的消除及讯号的检测。举例来说，假设接收器接到来自行动用户1以及行动用户2的讯号，则OSIC检测法将可先针对行动用户1进行讯号检测，再扣掉(消除)行动用户1的干扰，而得到行动用户2的讯号。OSIC检测法为一种比联合ML法运算量较低但效能却相当的技术，然而，却没有进一步利用空-时码的正交特性简化讯号检测器。
此外，无线通讯环境是一个时变响应，传送与接收端需要适当地可适性传输机制，以处理讯号的失真，达到最佳的服务品质。因此，对于MIMO系统也需要好的可适性传输机制调整方案。


发明内容
本发明提供一种MIMO通讯系统及其字码选择方法，可以利用正交式空-时区块码(orthogonal STBC，以下称O-STBC)的代数特性，进行G-STBC编码设计，并在有限回传信息下，基于最小位错误率(bit error rate，以下称BER)的条件，选择一用以传输的最佳字码结构。
本发明提供一种字码(codeword)选择方法。此群组字码选择方法适用于具有多重传送天线与多重接收天线的通讯系统。此方法包括下列步骤。首先，发射器提供复数字码形式。接着，接收器接收所述字码形式，并依据一译码方式，计算或查表得到每一所述字码的一对应的位错误率(BER)。其次，接收器选出一具有最小位错误率的字码形式，并回传给发射器。最后，发射器根据具有最小位错误率的字码形式，决定用以进行数据传输的空-时字码。
本发明也提供一种MIMO通讯系统。发射器首先提供复数字码形式。接收器接收字码形式，并依据一译码方式，计算或查表得到每一字码形式的一对应的位错误率。其中，接收器选出一具有最小位错误率的字码形式，并回传给发射器，发射器再根据具有最小位错误率的字码形式，决定用以进行数据传输的空-时字码。
为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并结合附图详细说明如下。



图1示出了一现有的空-时区块编码系统示意图。
图2示出了另一现有的空-时区块编码系统示意图。
图3显示一依据本发明实施例的通讯系统示意图。
图4示出了一依据本发明实施例的字码选择流程图。
图5以及图6，分别显示依据图4的字码选择方法于传送端以及接收端的流程示意图。
图7显示一依据本发明实施例的匹配滤波通道矩阵(MFCM)示意图。
图8a-8e，分别显示依据本发明实施例在总传送天线数为10时的5种可能的群组式空-时字码示意图。
附图符号说明 300～通讯系统； 310～发射器； 312～解多任务模块； 314～调制模块； 316～G-STBC编码器； 318～控制器； 320～接收器； 322～空-时码匹配滤波器； 324～群组式OSIC检测器； 326～多任务器； 328～选择讯号； T1-TN～传送天线； R1-RM～接收天线； S410-S460～步骤； S510-S550～步骤； S610-S650～步骤； (K)～正交矩阵； N～总传送天线数； K～码元时间。

具体实施例方式 图3显示一个依据本发明实施例的通讯系统示意图。通讯系统300中包含了至少一个发射器310与一个接收器320。请注意，本发明的通讯系统即为一包含接收器以及发射器设计的收发机架构，可用于MIMO系统。发射器310中包含了一个解多任务模块312、一个调制模块314、一个群组式空-时区块码(group-wise STBC，G-STBC)编码器316、一个控制器318以及N根传送天线T1～TN。其中，N根传送天线T1～TN分成Q个天线群组，且每一天线群组由2～4根天线所组成。接收器320中则包含了一个空-时码通道匹配滤波器(matched filter，MF)322、一个群组式OSIC检测器324、一个多任务器326以及M根接收天线R1～RN，且M≥Q。
首先，于传送端，输入数据串经解多任务模块312产生数个子数据串，经由调制器3 14调制成数据码元(symbol)，再经由群组式空-时区块码编码器316依据选定的字码结构进行空-时编码，最后由天线T1～TN传送至接收器328。其中，于此实施例中，字码结构包括使用的天线数目以及所需的传送码元时间。
于是，于接收端，接收器320接收此传送的讯号，经由空-时信道匹配滤波器322进行讯号解调。其中，空-时通道匹配滤波器322为一个匹配滤波通道矩阵MFCM，空-时码通道匹配滤波器322可据此MFCM降低接收讯号的空间维度，以供后续的群组式OSIC检测器324进行进一步的译码。关于匹配滤波信道矩阵MFCM的译码原理以及形式，将详细说明如下。接着，群组式OSIC检测器324接收经空-时码通道匹配滤波器322后的讯号，再根据OSIC检测法则，对其进行干扰消除以及讯号检测。上述检测方式对应至传送端所用的调制方式，举例来说，当传送端使用BPSK调制时，接收端的检测方式便为针对BPSK的检测，当传送端使用QPSK调制时，接收端的检测方式便为针对QPSK检测。换言之，不同的调制方式，将对应不同的检测方法。由于，BPSK与QPSK的译码分别属于实数与复数码元的检测，因此以下也将分别针对实数与复数码元的检测方式进行讨论。举例来说，对于实数码元的检测，可以直接使用天线群组式OSIC检测法进行检测，亦即每次迭代运算中可同时检测出某一天线群组的全部码元数据。对于复数码元的检测，则必须配合天线群组式检测法则、二阶段式检测法则以及递归(recursive)方式进行检测。这是因为对于复数码元的检测而言，只有由2Lq个实数码元为单位区块的一半码元(i.e.，Lq个)能在OSIC的某一次迭代处理中能同时被检测出，而这些码元若不是属于某一天线群组中的复数码元的实数部分(Re)就是其虚数部分(Im)。对于复数码元的天线群组式检测法则，是指将同一天线群组的实数部分(Re)与虚数部分(Im)的结果进行平均，产生类似实数码元的矩阵结构，便可利用上述天线群组式OSIC检测法进行检测。二阶段式检测法则作法为先检测具有较高链接能力的天线群组(Nq＝4或Nq＝3)，再检测具有较低链接能力的天线群组(Nq＝2)，以降低其运算复杂度。递归方式则是结合二阶段式检测法则，利用前一次的运算结果得到下一阶段的检测码元，可有效降低其运算复杂度。结合上述的译码方式，将使接收器的运算复杂度降低，也简化的接收器的设计复杂度。
此外，于此实施例中，群组式OSIC检测器324将依据给定的环境参数，一一计算或查表得到每一个天线群组所对应的位错误率(BER)。群组式OSIC检测器324于计算后找到所有BER中具有最小BER的那一个天线群组，并将此信息利用选择讯号328回传给发射器310。
基于上述的低复杂度的群组式OSIC检测架构，本发明将发展一套无总传送天线数目限制的群组式空-时编码。在要求的传送功率及数据传输率限制下，根据最小BER的判断条件，提供空-时字码选择准则以适当地选择出最佳的字码。
值得注意的是，本发明中用以传输的最佳空-时字码结构取决于接收器的回传信息。因此，初始时，可由发射器先发送带有字码形式的训练码元(training symbol)至接收器，待接收器计算出最小BER的字码后，发射器与接收器再以此最小BER对应的字码结构进行实际的数据传输。此外，由于传送端具有不同的字码结构以供传输的选择，因此设计上也可设计成可于传输的效能较低或环境改变时，由传送端发出一个重选讯号，以要求接收器选择另一组具有较小的BER值的字码结构来进行传输。因此，本发明可以提供可适性的传输调整机制。
图4显示一个依据本发明实施例的字码选择流程图。首先，发射器310根据传送天线数目N，分割成Q个天线群组，提供可能的空-时字码形式(步骤S410)。其中，由于本发明中讯号采用O-STBC编码，为符合正交的特性，每个天线群组内天线数只可以是2根、3根或4根。此字码形式选择中包含了不同的天线配置方式。举例来说，假设总传送天线数N为10，则其中一种字码形式所指定的天线配置方式可能为2根天线为一组，因此，共可分为5组的天线群组，以∑1＝(2，2，2，2，2)表示。同样地，假设另一字码形式以3根、4根为一群组的天线配置方式，可以∑2＝(3，3，4)表示。假设共有T1～T10根天线，依据∑1的字码格式，T1与T2将为一组同时用来传送数据，T3与T4将为一组同时用来传送数据；若依据∑2的字码格式，则T1、T2与T3将为一组同时用来传送数据。接着，将此Q个天线群组形式传送给接收器320。接收器320接收这字码(天线群组形式)(步骤S420)，并计算或查表得到每一空-时字码对应的BER值(步骤S430)。上述的计算或查表的方式，将详细说明如下。接着，接收器320找到具有最小BER的字码，将包含此信息的选择讯号回传给发射器310(步骤S440)。于是，发射器310便根据此选择讯号中所指定的字码结构，决定传输用的字码结构(步骤S450)。最后，发射器与接收器便利用此字码结构进行数据的传输(步骤S460)。
请参见图5以及图6，分别显示依据图4的字码选择方法于传送端以及接收端的流程示意图。如图5所示，发射器310根据总传送天线数N，分割成Q个天线群组，产生可能的候选字码(步骤S510)。空-时字码的特性，包含编码率、多样增益及接收器运算复杂度，将受天线群组结构(亦即字码结构)的影响。对于N个总传送天线数，既使在具有相同的天线群组数目下，不同的天线群组结构可提供不同的编码率。再者，不同的天线群组结构可提供不同的多样增益，导致不同的通讯链接性能。此外，基于群组式OSIC检测法则，不同的天线群组结构也将导致不同的接收器运算复杂度。因此，最佳的空-时字码的选择应同时考虑上述三个特性。表三列出从总天线数N＝2至N＝16的所有可能的空时字码选择LN则表示以及对应的编码率RN。表三中，JN表示在总天线数N时的可能字码数，SN表示每个字码的天线配置方式，LN则表示OSIC检测所需要的迭代运算次数。因此，不同的总传送天线数N将具有不同的可能字码结构。
表三 图8a-8e分别为依据本发明实施例在总传送天线数为10时的5种可能的字码(3，3，4)、(2，4，4)、(2，2，3，3)、(2，2，2，4)以及(2，2，2，2，2)的示意图。举例来说，以第8c图为例，表示在总传送天线数N＝10、分割为Q＝4个天线群组以及字码(天线群组结构)结构为(2，2，3，3)时的G-STBC字码结构示意图，其中，2根天线的部分为使用2×2的STBC，3根天线的部分则使用3×8的STBC，并且每个群组内所使用的STBC为正交式STBC(O-STBC)，此字码结构以码元时间长度N＝8为单位。由第8a-8e图可知，在每个群组内的空-时码必须为正交的条件下，决定天线群组结构，也将决定字码结构。
接着，传送这些可能的空-时字码形式到接收器320(步骤S520)。接着，等待接收器320回传一信息。于是，判断接收器320是否已回传信息(步骤S530)。若接收器320尚未回传信息(步骤S530的否)，则返回步骤S530，继续判断。若接收器320已经回传信息(步骤S530的是)，则发射器310根据此回传信息中所具有的最佳字码，决定以此最佳字码为传输用的空-时字码(步骤S540)。最后，再以此最佳空-时字码将数据编码后传给接收端，进行数据的传输(步骤S550)。
于接收端，如图6所示，接收器320接收发射器310送出的空-时字码形式(步骤S610)。此字码格式中包含了不同的天线配置方式。举例来说，假设总传送天线数N为10，则由表三可知，其包含了5种可能的字码结构。接着，根据译码方式，计算(查表)得到每一种空-时字码对应的一个BER值(步骤S620)。参考表三可知，于总传送天线数N为10时，执行步骤S620后将得到5个BER值BER1～BER5，以上例而言，字码∑1(2，2，2，2，2)将有一对应的BER值BER1，字码∑2(3，3，4)有一对应的BER值BER2，以此类推。接着，找到具有最小BER值的字码格式(步骤S630)。对一系统需求的频谱效益h(MjN)，若给定位传输率Rb(即调制形式)，则将定义其所对应的空-时字码。因此，在给定的总传送功率PT以及所需求的数据传输率Rb的限制下，若选择第j个字码，则需满足 其中Pe表示第j个字码的整体BER值，其可计算如下 上式中，Pe，q(j)为第j个模式(mode)下的第q个天线群组的BER，而模式定义为一特定的空-时字码与其所使用的调制形式的组合。假设在OSIC的迭代运算过程中忽略其错误传播效应(error propagation effect)，Pe，q(j)可近似为检测后的讯号对干扰及噪声比(signal-to-interference-plus-noise ratio，SINR)γq及传输数据率Rb，q的函数 Pe，q≈gγ，Rb(γq，Rb，q)， 其中
而 各为第q个天线群组的检测后的噪声功率及码元均方误差。其中Hc，qi定义如Hc，i(Hc，i将于后面介绍)，el则是在RLT中第l个单位标准向量(unit standardvector)。本发明假设使用M-ary QAM调制，则第q个天线群组的BER可近似如下 其中，erfc()为一互补误差函数(complementary errorfunction)。
由上式可知，在要求的传送功率PT及数据传输率Rb限制下，根据BER性能，可选择出具有最小BER性能所对应的字码。假设在所有计算出的BER值中，BER2为最小BER值。此具有最小BER值所对应的字码格式将被视为最佳空-时字码格式，因此最佳字码格式即为其所对应的字码格式∑2，亦即，(3，3，4)将为最佳的字码格式。于是，接收器320产生选择讯号，此讯号中包含了最佳字码格式为∑2的信息，将此选择讯号回传给发射器310(步骤S640)。最后，发射器310会根据此最佳字码格式(∑2)进行编码，然后与接收器进行数据的传输(步骤S650)。
综上述可知，依据本发明的传输系统及其传输方法可改善链接品质与增加数据率，并且也可使两者之间有较好的平衡点。此外，因为传送端使用O-STBC编码方式，可有效降低接收器的运算复杂度。
为了说明上述天线群组的决定方式以及各种相关运算之间的关系与影响，以下将以数学公式进行说明。请注意，以下引用本发明同一发明人的博士论文“Space-time signal processing for MIMO wireless communicationsSpace-time signaling and interference suppression”(以下简称文献一)部分结果，详细的推导过程可参考发明人的论文，以下仅摘录其部分结果，并加以改良以辅助说明。
首先定义数据的格式，考虑在Rayleigh flat-fading环境下的G-STBC系统，如图3所示，其中传送端放置N个天线，接收端放置M个天线。N个传送天线将分成Q个天线群组(N1，...，NQ)，每个天线群组则使用2～4根天线，使得N1+...+NQ＝N。对于第q个群组，将连续Bq个数据码元以O-STBC编码方式进行编码，并在Kq个码元时间内由Nq个天线传送出去。
若定义K＝max{K1，...，KQ}，则K＝kqKq，其中kq＝K/Kq。在K个码元时间内每个天线群组将可传送出Lq＝kqBq个独立码元，因此，在K个码元时间内由Q个天线群组传送共 个数据码元。每一个天线群组的字码，称为群组字码(group code)，可以由Nq×K的空-时字码矩阵(codeword matrix)Xq完全描述。将第q个群组数据码元sq(k)划分成数据串区块如 l＝1，...，Lq 则第q个群组的空-时字码可写为 其中Aq，l为空-时调制矩阵(modulation matrix)。为了后续分析方便，以下定义l＝1，...，Lq，及1＝Lq+1，...，2Lq。
假设在接收端使用M(≥Q)个天线，则在K个码元时间内M个天线上所收到的讯号为 其中，Pq为第q个群组的传送功率，并满足P1+...+PQ＝PT，而PT为总传送功率；另外，Cq为第q个群组到接收器的MIMO通道矩阵，最后V(k)∈CM×K为噪声矩阵。以下的假设将在后面的讨论中使用 (a1)数据码元sq(k)，q＝1，...，Q，为i.i.d.，其平均值为0(zero-mean)，变异数为1(unit-variance)，且采用相同的调制技术。
(a2)每一个天线群组传送相同的功率，即P1＝...＝PQ＝PT/Q。
(a3)Cq，q＝1，...，Q，矩阵中的每一个元素为i.i.d.复数高斯随机变量且其平均值为0，变异数为1，并假设在K个码元时间内保持不变。
(a4)V(k)为空-时白色噪声，且其平均值为0，而变异数为sv2。
(a5)根据O-STBC，当使用实数码元且2≤Nq≤4，或使用复数码元且Nq＝2情况下，采用编码率为1(unit-rate)的正交空-时区块码；而当使用复数码元且3≤Nq≤4情况下，采用编码率为1/2(half-rate)的正交空-时区块码。
实数向量模型 为了分析方便，将(2)改写成下列2KM×1线性向量模型 其中 为等效通道矩阵，且 vc(k)∈R2KM为噪声向量。将yc(k)等式左右各乘上Hc将产生匹配滤波(matched-filtered，MF)数据向量 其中为匹配滤波通道矩阵(matched-filtered channelmatrix，MFCM)，以下将基于模型(4)来检测讯号。
使用实数码元下的OSIC检测法 以下采用文献一所提出的算法检测传送讯号。藉由利用匹配滤波通道矩阵F所具有的特殊结构，OSIC检测器可在每一次迭代运算中同时检测出某一个天线群组的全部Lq＝K个码元数据，称之为『天线群组OSIC检测』法。
A.匹配滤波通道矩阵 为了要使OSIC法则能有效检测出传送讯号，必须对F的结构进行分析。由于其检测法则已由文献一中提出并有完整分析，可适用于此实数码元情况，因此此处只陈述其结果。
定义O(K)为一组所有具K个独立变量的K×K的实数正交矩阵的集合；(K，L)为一组所有具L个独立变量的K×K的实数正交矩阵的集合。
结果II.1考虑实数码元，且2≤Np，Nq≤4。根据O-STBC，可知K∈{2，4}。定义Fp，q，q为F的第(p，q)个K×K区块矩阵，其中F定义于(4)。则可得知Fq，q＝αqIK且Fp，q∈(K)，若p≠q。， 将结果II.1的结果整理于表一，其中，Fp，q(s，t)为Fq，q的第(s，t)个区块矩阵。F的结构图则显示于图7。

表一 B.群组式OSIC检测算法 接下来将发现F-1，以粗略来说，将具有与F相同的结构。首先定义ΦKL(L)为一组所有可反逆(invertible)的KL×KL的实数对称(symmetric)矩阵的集合，使得对于X∈ΦKL(L)而言，其中Xk，l为X的第(k，l)个K×K的子矩阵，可得Xl，l＝βqIK且Xk，l∈O(K)当k≠l。
事实II.1若F∈ΦKL(L)，则F-1亦有相同结果(可参见文献一)。， 根据事实II.1，可得到以下的结果II.2 结果II.2考虑实数码元，且2≤Np，Nq≤4，可知K∈{2，4}。F∈RLT×LT定义于(4)。则每一个F-1的K×K的区块对角(diagonal)子矩阵是一个常数单位矩阵；每一个F-1的非对角(off-diagonal)K×K区块子矩阵属于O(K)。由此可知F-1的所有KL个对角在线的元素具有L＝Q个不同层级(level)βl，l＝1，..．，L，亦即 diag(F-1)＝{β1，...，β1，β2，...，β2，...，βL，...，βL}(5)， 其中，(5)中每个层级βl的个数皆有K个。由(5)可知，基于零强制(zero-forcing，ZF)准则(或最小均方误差(minimum mean square error，MMSE)准则)，OSIC检测器可在初始迭代运算中同时检测出K个码元。
基于OSIC的检测-扣除程序，可得知在OSIC的第i次迭代运算中，i＝1，...，L-1，噪声协方差(covariance)矩阵为Fi-1，其中 (6) 为OSIC第i次迭代运算中的匹配滤波通道矩阵，可藉由从Hc中删除由K个行(columns)为单位的i个区块(亦即Hc，i)(对应于前一次迭代运算中检测出的讯号)。由此可知Fi∈F(L-i)。
结果II.3根据事实II.1，可知

且 其中βi，l为分布于Fi-1对角在线第l不同的层级，每个βl各有K个。， 由以上分析可知，上述算法可执行天线群组OSIC检测。
使用复数码元下的OSIC检测法 虽然在使用实数码元下，可进行天线群组式OSIC检测。然而，在复数码元使用下，将无法进行天线群组式OSIC检测。只有由2Lq个实数码元为单位区块的一半码元(i.e.，Lq个)能在OSIC的某一次迭代处理中能同时被检测出，而这些码元若不是属于某一天线群组中的复数码元的实数部分就是其虚数部分。
A.匹配滤波通道矩阵 在复数码元下，有下列不同于结果II.1的结果。
结果III.1考虑复数码元，且2≤Np，Nq≤4。根据O-STBC，可知K∈{2，8)。定义Fp，q为F的第(p，g)个2Lq×2Lq区块矩阵，其中F定义于(4)。则可获得如表二的结果。

表二 B.群组式OSIC检测算法 根据结果III.1，可推测Fi-1将不再具有类似Fi的结构。在分析Fi-1的结构的前，需要定义下列参数。首先定义在OSIC的第i次迭代运算中，针对某一天线群组的一半的实数码元为一个决策群组(decision group)Γi，g，g＝1，...，Gi，其中，Gi为第i次迭代运算中的总决策群组数目。因此，每一个天线群组将具有二个决策群组，而每一个决策群组具有Lq个实数码元。进一步定义Ii，1及Ii，1/2分别为第i次迭代运算中编码率为1及编码率为1/2的空-时码的决策群组标号(index)的集合，因此Gi，1＝|Ii，1|及Gi，2＝|Ii，2|，为各集合中所包含的参数数目。最后定义Ii＝Ii，1∪Ii，1/2为第i次迭代运算中的总决策群组标号的集合，因此Gi＝|Ii|。根据上述定义，可知
此外，若将Fi的对角在线的元素分割成Gi个决策群组，而每一个决策群组具有相同非零的数值，亦即 假设{ai，g}g＝1Gi具有Di(Gi)个不同的层级，则可得知
接下来定义

为一组所有可反逆的J×J的实数对称矩阵的集合，使得对于

而言，可得(1)X的每一个区块对角子矩阵为一个常数单位矩阵αgIMg，g＝1，...，G，其中Mg∈{2，4，8}。(2){ag}g＝1G具有D个不同的层级，其中

。(3)对于i，j＝1，...，G，i≠j，X的Mi×mj区块非对角子矩阵中的每一个4×4区块子矩阵属于(4)或是零矩阵。其中，当D＝G，则

将改写为
结果III.2考虑复数码元。假设编码率为1及编码率为1/2的空-时码同时存在于OSIC的i次迭迭代运中，亦即

且

。定义i(g)，g＝1，...，Gi，为i中第g的元素，而Fi∈RJi×Ji为OSIC第i次迭代运算中的匹配滤波通道矩阵，其中
而Lg∈{2，4，8}。， 因此，若

则

由结果III.2可知Fi-1具有Gi(≥Di)个不同的层级{βi，g}g＝1Gi(其中Fi只有Di个不同的层级)，亦即
由(11)可知，只有以2Lq个实数码元为单位区块的一半码元(i.e.，Lq个)能在OSIC的某一次迭代处理中同时被检测出，而这些码元若不是属于某一天线群组中的复数码元的实数部分就是其虚数部分。因此，如此的一个检测特性将会造成运算负担。为解决上述的问题，随后将开发一些降低运算复杂度的技术。
在使用复数码元情况下的群组式OSIC检测技术的实现议题 此处，将讨论一些群组式OSIC检测的实现议题，包含天线群组式检测法则、二阶段式(two-stage)检测法则及递归(recursive)实现。由于在使用实数码元情况下的群组式OSIC检测的实现，可由文献一所提出的方法完成，因此，以下只探讨如何实现在使用复数码元下的群组式OSIC检测技术。
A.天线群组式检测方法 如结果III.2所述，分布于Fi-1对角在线的某一天线群组中共2Lqi个元素将具有二个不同的层级βqi，1及βq2，1。为实现天线群组式检测，一种最简单的方法即是直接搜寻Fi-1对角在线决策群组的标号，检查其哪一个标号所对应的层级最小。此一方法虽简单但性能也较差。因此，将对应于某一天线群组的二层级βqi，1及βq2，1进行平均 并将Fi-1的对角在线共

个元素改写为
可根据βi，1，βi，2，...，βi，Q-i，搜寻其标号，检查其哪一个标号所对应的层级最小。此一搜寻标号的方法并非是最佳的方法，因此其性能也会有所衰减，但计算机仿真中显示此一性能衰减并不严重。
B.二阶段式检测方法 理论上，对于具有较高多样增益的天线群组(亦即具有较多的天线数目或较低的编码率)对抗信道衰落较为强健，性能也较优异。有鉴于此，本发明提出一种二阶段式的检测法则。其作法为先检测具有较低编码率的天线群组(Nq＝4或Nq＝3)再检测具有较高编码率的天线群组(Nq＝2)，以降低其运算复杂度。相同地，此一搜寻标号的方法并非是最佳的方法，因此其性能也会有所衰减，但计算机仿真中显示此一性能衰减并不严重。
C.递归形式实现 为了要进一步减缓接收器计算量，采用类似文献一所提出的递归法则实现群组式OSIC检测器。但文献一所提出的方法无法直接并完全地适用在此发明中，需做一些修改才能予以使用。
由结果III.2可知，在Fpi，qi-1中能够形成正交矩阵的最小维度为4×4，其中，Fpi，qi-1为Fi-1的第(p，q)个子矩阵。因为此一基于递归法则的实现，一次只能处理一个区块正交矩阵，因此当Fi的维度很大时，直接对其群组式OSIC检测器以递归方式实现将需要较多的递归次数，造成较大的计算量。但幸运地，若结合二阶段式检测法则，将可辅助降低其运算量。假设在Fi-1对角在线属于某一天线群组的元素具有二个不同的层级。若Fi为第i个迭代运算中的匹配滤波通道矩阵。则Fi1-可分割如下
其中而di-1为常数。进一步，若假设维度的Fi-1为Fi-1-1的principle子矩阵，且由(13)并利用inversion lemma for block matrix，Fi-1可表示如下 由(14)可得知 利用matrix inversion lemma，并经推导可获得 其中，且 其中，cj，i-1，j＝1，2，为常数。
上述的推导利用Fi-1及Fi-1-1的信息下，提供了一个简单的递归公式以计算出Fi-1，而不具有任何直接反矩阵运算，因此可有效地降低其运算复杂度。
上述说明提供数种不同实施例或应用本发明的不同特性的实施例。实例中的特定装置以及方法用以帮助阐释本发明的主要精神及目的，当然本发明不限于此。
因此，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可做若干更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。
权利要求
1.一种字码选择方法，适用于一多输入多输出通讯系统，该通讯系统具有多重传送天线与多重接收天线，该方法包括
一发射器提供复数字码形式；
一接收器接收所述字码形式，并依据一译码方式，计算或查表得到每一所述字码形式的一对应的位错误率；
该接收器选出一具有最小位错误率的字码形式，并回传给该发射器；以及
该发射器根据该具有最小位错误率的字码形式，决定用以进行数据传输的字码。
2.如权利要求1所述的字码选择方法，其中该发射器执行下列步骤
依据所述传送天线的数目，产生所述字码形式；
接收该接收器的一字码形式；以及
依据接收的该字码形式，决定用以传输的字码，并用该决定的字码进行传输。
3.如权利要求1所述的字码选择方法，其中该接收器执行下列步骤
接收该发射器的所述字码形式；
根据该译码方式，计算出每一所述字码形式的该对应的位错误率；以及
传送该选择讯号至该发射器，用以决定该发射器传输用的字码，
其中该选择讯号中包括具有最小位错误率的该字码的信息。
4.如权利要求1所述的字码选择方法，其中该字码选择为一空-时字码选择。
5.如权利要求1所述的字码选择方法，其中每一所述字码内皆采用正交式空-时码编码。
6.如权利要求1所述的字码选择方法，其中所述每一所述字码内包含Nq根天线，且Nq为2、3或4。
7.如权利要求6所述的字码选择方法，其中每一所述字码内的天线数目Nq不同。
8.如权利要求1所述的字码选择方法，其中该译码方式为一排序渐进式干扰消除检测方法。
9.如权利要求1所述的字码选择方法，其中该检测方式为两阶段式检测法。
10.如权利要求9所述的字码选择方法，其中该两阶段式检测方法包括先检测具有3或4根天线的字码群组，再检测具有2根天线的字码群组。
11.如权利要求10所述的字码选择方法，其中该检测方式包括利用递归检测方式进行两阶段式检测。
12.如权利要求8所述的字码选择方法，其中在实数码元的检测下，接收器利用该排序渐进式干扰消除法进行天线群组式检测。
13.如权利要求8所述的字码选择方法，其中在复数码元下，接收器采用将每一所述字码的一实数部分与一虚数部分的信号进行平均，以进行天线群组式检测。
14.一种通讯系统，其具有多重传送天线与多重接收天线，至少包括
一发射器，用以提供复数字码形式；以及
一接收器，接收所述字码形式，并依据一译码方式，计算或查表得到每一所述字码形式的一对应的位错误率，
其中该接收器选出一具有最小位错误率的字码形式，并回传给该发射器，该发射器根据该具有最小位错误率的字码形式，决定用以进行数据传输的字码。
15.如权利要求14所述的通讯系统，其中该发射器还包括
一解多任务模块，用以将输入数据产生多重子数据串；
一调制模块，用以将所述子数据串调制为复数调制码元；
一群组式空-时区块码编码器，用以将调制后的所述调制码元进行群组式空-时区块编码；以及
一控制器，用以提供所述字码形式，并依据该接收器回传的该具有最小位错误率的字码形式，决定用以进行数据传输的字码。
16.如权利要求15所述的通讯系统，其中该接收器还包括
一空时码通道匹配滤波器，用以降低该发射器传送的编码讯号空间维度；
一检测器，用以检测该编码讯号；以及
一多任务器，用以将检测后的该讯号还原成原来数据。
17.如权利要求16所述的通讯系统，其中每一所述字码内皆采用正交式空-时码编码。
18.如权利要求17所述的通讯系统，其中每一所述字码内包含Nq根天线，且Nq为2、3或4。
19.如权利要求18所述的通讯系统，其中每一所述字码内的天线数目Nq系不同。
20.如权利要求14所述的通讯系统，其中该讯号检测方式为排序渐进式干扰消除检测方法。
21.如权利要求14所述的通讯系统，其中该检测方式为两阶段式检测法。
22.如权利要求21所述的通讯系统，其中该两阶段式检测法包括先解码具有3或4根天线的字码群组，再译码具有2根天线的字码群组。
23.如权利要求22所述的通讯系统，其中该检测方式包括利用递归检测方式进行检测。
24.如权利要求16所述的通讯系统，其中在实数码元的译码下，该检测器为一执行排序渐进式干扰消除进行天线群组式检测的检测器。
25.如权利要求17所述的通讯系统，其中在复数码元下，该检测器为一执行将每一所述字码的一实数部分与一虚数部分的信号进行平均，以进行天线群组式检测的检测器。
全文摘要
本发明提供一种字码选择方法。此字码选择方法适用于多输入多输出通讯系统。此方法包括下列步骤。首先，发射器提供复数字码形式。接着，接收器接收所述字码形式，并依据一译码方式，计算或查表得到每一所述字码形式的一对应的位错误率(BER)。其次，接收器选出一具有最小位错误率的群组字码格式，并回传给发射器。最后，发射器根据具有最小位错误率的字码形式，决定用以进行数据传输的群组字码。
文档编号H04L27/26GK101163121SQ200610131798
公开日2008年4月16日 申请日期2006年10月12日 优先权日2006年10月12日
发明者何从廉, 李大嵩 申请人:财团法人工业技术研究院