基于时空分组编码的发送天线分集编码方法和分集发送机

摘要

STTD编码是当基站以开环模式向移动台进行分集发送时执行的信号处理。本发明的STTD编码方法对不应进行STTD编码的导频信号预先进行逆STTD编码。然后,多路复用器对导频信号与发送数据和控制数据进行时分复用,来构成发送帧。然后,对包括在发送帧中的所有数据进行STTD编码。在成帧之前进行逆编码便不需要在STTD编码的过程中区分要进行编码的数据和不要进行编码的数据。

说明书

本发明涉及STTD编码方法和分集发送机。

STTD(Space time block coding based transmit antenna diversity，基于发射天线分集的时空分组编码)是在CDMA通信方式的基站以开环模式向移动台发送关于下行链路专用物理信道(Downlink DPCH)的信息时基站任选地采取的信号处理。

根据第三代蜂窝电话全球标准系统IMT2000(International mobiletelecommunication 2000，国际移动电信2000)技术规范，要求基站的发送机具有进行STTD编码的功能。

在3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作项目)指定的技术规范(3G TS 25.211 V3.1.1(1999-12))的第15页(5.3下行链路物理信道)上对STTD编码功能进行了说明。

如上所述，当基站以开环模式向移动台进行分集发送时进行STTD编码。

例如基站使用两个发送天线进行发送。此时，从一个天线发送的数据进行了预定的编码。从另一个开线发送的数据没有进行编码。

作为一个例子，我们假定发送完码元S1后紧接着发送S2的情况。

从一个天线把数据S1和S2直接发送。

从另一个天线，把发送码元的虚部的极性颠倒并且把相邻的发送码元交换位置后来发送数据。即，发送S3(=-S2^*)并且S4(=S1^*)。这里，星号代表共轭复数关系。

移动台(接收端)接收一个天线(或多个天线)发送的信号。接收信号的电压电平受衰落的影响而波动。

从基站的一个天线发送的信号(即，使要发送的码元保持原样的信号)和从另一个天线发送的发送信号(即，颠倒了发送码元的虚部的极性并且交换了相邻码元的位置的信号)具有不同的衰落模式。

此外，通过对接收信号施加预定的解码处理，便有可能区分接收信号是从基站的一个天线发送的还是从另一个天线发送的。

因此，移动台可以选择较大信号幅度的接收信号或者把两个接收信号进行组合，以补偿由于衰落而造成的接收信号幅度的减小。

即，即使接收端只有一个天线，它实质上也可以进行分集接收。

导频码元不应进行STTD编码。

这是因为导频信号是接收端获得接收同步所需要的，而对导频信号本身进行编码会使获得该初始的同步变得困难。

因此，有必要对除了导频码元以外的所有码元进行STTD编码。

在技术规范(3GPP TS 25.211 V2.4.0(1999-09)的第15页的图8中对执行STTD编码的系统的结构进行了说明。

图8对结构进行了说明(图8的细节将在后边说明)。

技术规范中示出的系统把发送帧的构成分成了两个阶段。

即，在第一阶段，系统对应进行STTD编码的数据进行多路复用，并对多路复用的数据进行STTD编码。

然后，在第二阶段，对经过STTD编码的数据与不需要进行STTD编码的数据(即导频信号)进行多路复用。这样就完成了一个帧的构成。

然而，进行这种处理的系统具有分成两个阶段的成帧过程。因此，需要两个多路复用器对数据进行多路复用，这就增加了电路的规模。

而且，成帧要求严格的定时控制。尤其是使用两个多路复用器要求精确的定时控制，这就对基站的系统设计构成了很大的限制。

例如，要求两个多路复用器和STTD编码器之间的距离必须很近。这就减小了系统板的设计的自由度和每个系统板的位置的自由度。

这里，还可以设想另外一种结构，使用一个多路复用器，在多路复用器中区分经过STTD编码的输入数据和没有经过STTD编码的输入数据。

然而，运又需要区分输入数据和仅对需要进行STTD编码的数据进行编码的结构，这增加了电路的规模。

对不要进行STTD编码的数据与要进行STTD编码的数据进行多路复用需要严格的定时控制，这使电路变得复杂。而且，严格的定时控制会对系统设计构成很大的限制。

本发明就是为了解决这些问题而提出的，并且本发明的目的是减小进行STTD编码的系统的电路规模和避免对系统的设计加上很大的限制。

本发明预先对不需要经过STTD编码的数据部分进行逆STTD编码。

然后，使用多路复用器对经过逆STTD编码的码元与其它要进行STTD编码的码元进行多路复用来构成帧。

然后，对包括在构成的帧中的所有数据进行STTD编码。

结果，经过逆STTD编码的数据还原成了没有经过STTD编码的状态。

使用该方法便不需要在STTD编码器中区分要进行编码的数据和不要进行编码的数据。而且，只要一个多路复用器就足够了。

逆STTD编码遵循的原则与STTD编码完全相反。

假定有两个相邻的QPSK码元S1和S2。使用逆STTD编码使得码元S1和S2作为对应于一个发送天线的信号直接输出。此外，产生S3和S4，作为对应于另一个发送天线的信号输出，并且具有下述关系：S3=S2^*和S4=-S1^*(这里，“^*”代表共轭复数关系)。

本发明可以简化移动通信中基站系统(发送系统)的结构。

另外，即使移动台(接收端)只有一个天线，使用STTD编码进行分集发送也能使移动台实际上进行分集接收，从而提高了接收信号的质量。

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加充分，其中：

图1是说明本发明的实施例的基站系统(发送系统)的结构的方框图；

图2A说明输入到图1中的STTD编码器中的、包括在一个时隙中的数据内容；

图2B说明从图1中的STTD编码器中输出的、包括在一个时隙中的数据内容；

图3说明图1中的逆STTD编码器和STTD编码器的基本结构和数据处理过程；

图4A是说明本发明的逆STTD编码器的结构示例方框图；

图4B是说明本发明的逆STTD编码器的另一结构示例方框图；

图5是说明本发明的STTD编码处理的典型操作的流程图；

图6A说明STTD编码的内容和发送信号的路径；

图6B说明进行STTD编码之前的QPSK码元和进行STTD编码之后的QPSK码元在相位平面上的位置的例子；

图6C是说明STTD编码效果的图；

图7说明IMT2000技术规范指定的下行链路物理信道的结构；以及

图8是说明进行IMT2000技术规范(3G TS 25.211 V3.1.1(1999-12))的第15页(5.3下行链路物理信道)所描述的STTD编码的系统的方框图。

下面参考附图详细说明本发明的实施例。

图1说明本发明的实施例的、CDMA通信中基站系统的结构。

如图中所示，基站系统(发送机)100包括信道编码器104、速率匹配电路106、交织器108、逆STTD编码器102、多路复用器110、STTD编码器112、码乘法器114和116以及两个天线118和120。

两个天线118和120彼此之间相隔预定的距离。

码乘法器114和116把发送数据乘以各种扩频码，像信道化码和扰码。比如，信号从两个天线118和120以相同的功率进行发送。

本实施例的特点是对不应时行STTD编码的导频信号进行逆STTD变换，然后构成一个发送帧。

对所有的构成的发送帧进行STTD编码。

图1中的多路复用器110对以预定的依次输入的多种类型的信息进行时分复用，并构成如图7所示的下行链路物理信道的帧。

如图7所示，一个超帧包括72个帧。一个帧包括15个时隙。一个时隙包括2560个码片。

把包含在一个时隙中的信息分类成专用物理控制信道(DPCCH)和专用物理数据信道(DPDCH)。

发送格式组合信息(TFCI)是关于发送格式的信息。根据该TFCI便能区分出发送数据的类型，例如，是声音数据还是非声音数据(例如，图像数据)。

而且，当同时使用多个信道来发送非声音数据等数据时，能根据TFCI知道发送数据的属性。

发送功率控制命令(TPC)是用于发送功率控制的信息。

导频信号(Pilot)是用于在接收端获得同步的信号。发送数据(数据1和数据2)是QPSK码元(2位)构成的数据。

这里，对导频信号(Pilot)、发送格式组合信息(TFCI)和发送功率控制命令(TPC)进行QPSK调制。

在图1中，信道编码器104给发送数据附加纠错码。速率匹配电路106进行调节，以便使数据的位数成为预定的位数。

交织器108对数据进行交织处理，防止在接收端发生突发错误。

当输入了导频码元，逆STTD编码器102便输出两个信号。一个是要从天线118发送的信号。该信号在图1中标记为“PL”。“PL”是导频码元输入，并且然后按原样输出。

从逆STTD编码器输出的另一个信号是要从天线120发送的信号，在图1中标记为“R-PL”。对该“R-PL”进行“逆变换”。

即，如果导频码元输入是S1和S2，则逆变换后的码元(PL)是S2^*和-S1^*。

这里，^“*”代表共轭复数关系。即，“逆变换”处理是计算两个输入码元的输入数据的共轭复数，重新排列码元的发送顺序，并把第二码元乘以“-1”。

多路复用器110对从逆STTD编码器102输出的导频信号与TPC、TFCI以及发送数据进行时分复用，来构成如图2A中所示的时隙。

在图2A的上一行所示的时隙是对应于天线118的发送时隙，下一行所示的时隙是对应于天线120的发送时隙。下一行中的导频码元以影线表示。

这表示这是一个要由逆STTD编码器102进行逆变换的码元(R-PL)。

STTD编码器112对从多路复用器110输出的所有数据进行编码处理。然后，输出如图2B所示的两行发送信号。

图2B的上一行中所示的时隙是对应于天线118的发送时隙，下一行中所示的时隙是对应于天线120的发送时隙。

通过直接把没有经过逆变换的导频信号(PL)与TFCI、TPC、DATA1和DATA2进行多路复用来构成对应于天线118的发送时隙。

另一方面，对应于天线120的发送时隙要由STTD编码器112进行编码处理(正变换)。如果输入的导频码元是S1和S2，正变换后的码元是-S2^*和S1^*。这里，“^*”代表共轭复数。

即，“正变换”指计算两个输入码元的输入数据的共轭复数，交换码元发送的顺序，并把第一个要发送的码元乘以“-1”。

构成图2B中下一行的发送时隙的TFCI、TPC、DATA1和DATA2以影线表示。

这表示这些数据要经过正常的“正变换”。

另一方面，如果对已经经过了逆变换的导频信号(R-PL)进行正变换，便得到了逆变换之前的导频信号(PL)。这等效于把导频信号(PL)输入STTD编码器然后不进行任何处理而输出导频信号(PL)。即，导频信号与没有经过STTD编码之前相同。

如上所述，本发明对不经过STTD编码的部分预先进行逆STTD编码。

然后，多路复用器把已经过逆STTD编码的码元和其它的要经过STTD编码的码元进行多路复用，来构成一个帧。

然后，对包括在构成的帧中的所有数据进行STTD编码。

如上所述，本发明在构成发送帧之前对不需要STTD编码的数据进行逆STTD编码，然后再构成发送帧。

使用这样的方法便不需要在STTD编码器中区分要进行编码的数据和不要进行编码的数据。而且只要一个多路复用器就足够了。

下面，与一个比较例进行比较来说明本实施例的系统的优点。

图8说明了要经过在3GPP(第三代合作项目)的技术规范(3GPP TS 25.211V2.4.0(1999-09))的第15页说明的STTD编码的系统(比较例)的结构。图8中的结构使用两个多路复用器506和510。

第一多路复用器506对TPC、TFCI、和发送数据(DATA)进行多路复用。然后，STTD编码器508对多路复用的信号进行STTD编码处理。

然后，第二多路复用器510加上导频信号(Pilot)。

然而，具有图8中示出的结构的系统需要两个多路复用器对数据进行多路复用，这增加了电路的规模。

另一方面，成帧需要严格的定时控制。使用两个多路复用器尤其需要精确的定时控制，这对基站系统的设计构成了很大的限制。

例如，要求两个多路复用器506和510与STTD编码器508(图8中虚线包围的部分)彼此必须相距很近。

这就减小了系统板的设计的自由度和每个系统板的位置的自由度。

这里，还可以有另外一种结构(另一比较例)，该结构使用一个多路复用器，在多路复用器中区分要进行STTD编码的数据和不要进行STTD编码的数据。

然而，运又需要区分输入数据、并只对需要STTD编码的数据进行编码的结构，这增加了电路的规模。

对不要进行STTD编码的数据与要进行STTD编码的数据进行多路复用需要严格的定时控制，这使电路变得复杂。而且，严格的定时控制对系统的设计构成了很大的限制。

相反，本发明的结构(图1)不需要在STTD编码器中区分要进行编码的数据和不要进行编码的数据。而且，只需要一个多路复用器就足够了。这样，用于STTD编码系统的电路可以简化。

这使得能够减小电路的规模并避免对系统的设计构成很大的限制。

下面更详细地说明STTD编码和逆STTD编码。首先说明STTD编码。

如图6A所示，把码元S1和S2连续地输入到STTD编码器112中。图中的T和2T分别表示一段时间。

STTD编码器112并行输出用于天线118的发送码元和用于天线120的发送码元。

用于天线118的发送码元是“S1,S2”，它们与输入的码元完全相同。

另一方面，用于天线120的发送码元是“-S2^*,S1^*”。这里，“^*”代表共轭复数。

即，用于天线118的发送码元是通过计算两个输入码元的输入数据的共轭复数、改变码元的发送顺序并把第一个要发送的码元乘以“-1”得到的。

如图6B所示，四相相移键控码元(QPSK码元)由指示相位平面(I,Q平面)上的位置的2位数据组成。第一位表示I分量，第二个数据表示Q分量。I分量和Q分量分别对应于已调制波的复包络的实部和虚部。

假设QPSK码元以Sn表示，码元Sn由2位数据组成，每一位对应于实部和虚部。每一位可以取“+1”或“-1”。

即，Sn=(±1,±1)。在下面的说明中，作为例子，假定S1=(1,1)并且S2=(-1,1)。

则S1^*=(1,-1)并且-S2^*=S1^*=(1,-1)。

如图6A所示，从天线118发送的信号经过路径①和路径③到达接收机(移动台)168的一个天线166。

另一方面，从天线120发送的信号经过路径②和路径④到达接收机(移动台)168的一个天线166。

如图6C所示，把经过路径①的信号和经过路径③的信号进行组合得到的接收信号与把经过路径②的信号和经过路径④的信号进行组合得到的接收信号的衰落状态不同。

即，两个接收信号的峰和谷一致的概率很小。在图6C中，两个接收信号在时间t1和时间t2具有不同的幅度。

而且，接收机168通过对接收信号进行预定的解码处理能够区分接收到的信号波是从天线118发出的还是从天线120发出的。

这样，便有可能通过选择较大幅度的接收信号或对接收信号进行组合来提高接收信号的质量。

这样，即使接收机(移动台)168只有一个天线166，它也能以与分集接收相同的方式提高接收质量。

下面说明逆STTD编码。

假定发送码元是S1和S2。这里，假定S1=(1,1)和S2=(-1,1)。

如果把码元S1和S2经过逆STTD编码，则输出两行码元。即，作为对应于天线118的码元，输出的码元与输入的码元S1和S2相同。

另一方面，作为对应于天线120的码元，S3和S4具有如下的关系：S3=S2^*和S4=-S1^*。

在本说明书中，计算码元S3和S4的操作称为逆STTD编码中的“逆变换”。这就是逆STTD编码的内容。

则，S2^*=(-1,-1)和-S1^*=-(1,-1)=(-1,-1)。

对通过逆STTD编码得到的每个码元“S2^*”和“-S1^*”进行STTD编码得到进行STTD编码之前的码元“S1”和“S2”。

下面使用图3进行更详细的说明。

图3是说明逆STTD编码器和STTD编码器的基本结构的图。

把导频码元S1和S2输入到逆STTD编码器102中。这里，S1=(1,1)和S2=(-1,1)。

符号S1(1,1)表示组成QPSK码元S1的两位数据是“1”和“1”。

把输入导频码元S1和S2存储在类似于移位寄存器的临时存储电路118和120中。

存储在临时存储电路119中的导频码元S1和S2是对应于天线118的码元，并且按原样输出。

存储在临时存储电路121中的导频码元S1和S2是对应于天线120的码元，它们要经过以下的处理：

首先，把每个码元的虚部的极性颠倒，改变每个码元的位置，并把这些码元存储在临时存储电路122中。

在存储在临时存储电路122中的两个码元中，使用乘法器124把右边的码元(S1^*)乘以“-1”。

然后，把码元存储在临时存储电路126中。这是对码元“S2”进行逆STTD编码得到的、用于天线120的码元“S4(=-S1^*)”。

另一方面，在存储在临时存储电路122中的码元中，把左边的码元(S2^*)直接移到临时存储电路126中。这是对码元“S1”进行逆STTD编码得到的、用于天线120的码元“S3(=S2^*)”。

然后把存储在临时存储电路119和126中的码元数据(S1,S2和S3,S4)以相同的定时输出。

如使用图1所做的说明那样，用多路复用器110把经过逆STTD编码的导频码元与TPC信息、TFCI信息和发送数据进行时分复用。

然后，STTD编码器112进行STTD编码。

下面对STTD编码进行更具体的说明。

在图3的右侧示出了STTD编码器112的基本结构。该图只示出了导频码元。

把导频码元S1(=(1,1)),S2(=(-1,1))存储在临时存储电路128中。

这些码元S1和S2是要从天线118发送的码元。把这些码元S1和S2按原样输出。

另一方面，把导频码元S3(=(1,-1)),S4(=(1,-1))存储在临时存储电路130中。

这些码元S3和S4是要从天线120发送的码元。对这些码元S3和S4进行以下的处理。

下面说明的处理过程在本说明书中称为STTD编码的“正变换”。“正变换”是与逆STTD编码器的“逆变换”完全相反的处理。

首先，把每个码元的虚部的极性颠倒，改变每个码元的位置，并把这些码元(S4^*,S3^*)存储在临时存储电路132中。

然后，在存储在临时存储电路132中的码元中，使用乘法器134把左边的码元(S4^*)乘以“-1”。

然后，把该码元存储在临时存储电路136中。这是对码元“S3”进行逆STTD编码得到的、用于天线120的码元“-S4^*”。

则，该码元-S4^*(=(1,1))与进行逆STTD编码之前的码元“S1”的值相同。

另一方面，在存储在临时存储电路132中的码元中，把右边的码元(S3^*)移到临时存储电路136中。这是对码元“S4”进行STTD编码得到的、用于天线120的码元“S3^*”。

则，S3^*(=(-1,1))与进行逆STTD编码前的码元“S2”相同。

这样，如果事先对导频码元进行了逆STTD编码，则在进行STTD编码之后能得到没有进行STTD编码的导频信号。

那么，从图3中可以清楚地看出，进行每次STTD编码和逆STTD编码的结构可以用使用一个临时存储电路和一个“-1”乘法器的简单的电路来实现。而且，还可以容易地由软件来处理。

此外，逆STTD编码器还可以由如图4A和图4B所示的ROM构成。即，有可能使用查表系统建立必要的数据。

在图4A中，把逆STTD编码之后的数据存储在ROM 140a中。

即，ROM 140a在相同的地址上存储与输入的数据相同的数据(S1,S2)、和对数据S1和S2进行了“逆变换”后得到的数据(S3=S2^*,S4=-S1^*)。

然后，使用输入码元(S1,S2)的两位数据作为地址变量(指定ROM地址的信息)访问ROM 140a，来输出相应的数据。

图4B中示出的用于ROM 140b的数据读取定时由从外部提供的读取定时控制信号控制。

用在CDMA通信中的导频信号图案(数据排列)是预定的。因此，按导频信号数据排列的顺序把数据存储在ROM 140b中。

即，把组成导频信号的数据本身(S1,S2…)和对数据(S1,S2)进行逆变换得到的数据(S3=S2^*,S4=-S1^*…)按顺序存储。

然后，如果读取定时控制信号发出了读取定时，ROM 140b中的读取地址便按顺序更新。这就使存储数据能按顺序输出。

这样的使用存储器(查表系统)的数据生成方法也适用于STTD编码。

如上所述，图1中本发明的系统具有简单的电路结构。这与图8中的系统相比可以大大减小电路的规模。

而且，在图1的系统中，在数据输入到STTD编码器112之前就已经完成了成帧。

即，STTD编码器112与成帧处理无关。这使得在不同的板上构造多路复用器110和STTD编码器112有较大的自由度。

这简化了基站系统的设计，提高了构造基站系统的效率。

图5概括了以上所述的本发明的STTD编码方法的特征操作。

即，对不需要进行STTD编码的发送信号序列进行逆编码(步骤150)。

然后，对需要进行STTD编码的发送信号序列与经过了逆STTD编码的发送信号序列进行时分复用，来构成发送帧(步骤152)。

然后，对包括在构成的发送帧中的所有数据进行STTD编码(步骤154)。

如上所述，本发明不需要提供两个多路复用器。它也不需要在STTD编码器中确定是否需要STTD编码或改变处理内容。

这样，本发明可以减小执行STTD编码的电路的规模。

它还可以提高构造发送系统的自由度，并节约能源和减小基站系统的费用。

本发明不限于上述的实施例，在不脱离本发明的范围的前提下可以有各种变化和修改。本发明还适用于与其它通信信道相关的数据的STTD编码。

该申请基于2000年3月22日提交的日本专利申请No.2000-080384，其内容全部包含于此作为参考。