CN1414803A - 移动通信系统中利用天线阵发送和接收数据的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种移动通信系统中利用天线阵的数据发送/接收设备和方法。节点B测量每个发送天线的发送状态，根据优先级分类发送数据，和通过处于相对良好发送状态的发送天线向UE发送高优先级数据和通过处于相对差的发送状态的发送天线发送低优先级数据。

Description

移动通信系统中利用天线阵发送和接收数据的设备和方法

本申请要求2001年8月18日在韩国工业产权局申请的申请号为No.2001-49831、名称为“在移动通信系统中利用天线阵发送和接收数据的设备和方法”的申请的优先权，该申请的内容援引于此以资参考。

技术领域

本发明一般涉及包含天线阵的移动通信系统中的数据发送/接收设备和方法，并且更具体地涉及具有天线分集的天线阵的移动通信系统中的数据发送/接收设备和方法。

背景技术

一般，由于多径衰落、阴影、传播衰减、时变噪声和干扰，无线电信道相对于有线信道具有低的可靠性。这是增加数据速率的障碍并因此已经提出许多技术来克服无线信道的限制。主要例子是抑制信号失真和噪声影响的差错控制编码以及克服衰落的天线分集。

用于差错控制编码的代码主要是无记忆码(memoryless code)和有记忆码(memory code)。无记忆码包括线性块码和有记忆码包括卷积码和快速码。根据使用的差错控制编码的类型，编码器的输出被分为系统比特(信息比特)奇偶比特。虽然系统比特和奇偶比特也利用系统卷积码被分别输出，用于分开系统比特和奇偶比特使用的主要码是快速(turbo)码。这里，系统比特是要发送的纯用户信息和奇偶比特是在解码时补偿传输期间产生的差错的附加比特。但是，即使差错控制编码信号也不能排除系统比特或奇偶比特中的突发差错。突发差错经常出现在衰落信道。防止突发差错的技术，即交错，是一种分配有缺陷数据的处理。

一般，各个传输数据在较高层被分组为预定长度的传输块作为编码器的输入单元。编码器编码传输块并输出系统比特和奇偶比特。交错器按预定规则交错编码比特序列的序列。交错器的输出按照诸如CDMA(码分多址)、FDM(频分复用)、或OFDM(正交频分复用)之类的传输方案进行适当处理。产生的射频信号通过天线进行发送。

天线分集是用于克服衰落的接收多个分别经受衰落的信号的技术。分集技术包括时间分集、频率分集、多径分集和空间分集。时间分集是通过组合交错和信道编码实现的。在频率分集中，以不同频率发送的信号经受不同的多径衰落。多径分集是利用不同衰落信息区别多径信号实现的。空间分集是单独或组合利用一个发送机和接收机中的天线阵实现的，以利用相互独立的衰落信号实现分集。

但是，用于无线信道的差错控制编码和分集技术在满足类似互联网接入的高速率数据服务和多媒体服务的需要方面尚存在着限制，除非增加频率效率。因此，具有天线阵的移动通信系统已经适合于实现高频率效率。

具有多个天线的天线阵系统包括在发送机/接收机中，以利用空间增加频率效率。考虑到时域和频域的限制，利用空间可以容易地实现较高的数据速率。BLAST(贝尔实验室分层的空间时间，Bell Lab Layered Space Time)或空分复用适合于这种天线阵系统。因为每个天线发送独立信息，这些天线阵系统基本是MIMO(多输入多输出)系统。

在发送天线与接收天线之间的各信道之间小的校正系数导致频率效率并因此天线阵系统的系统容量的增加。如果仅校正系数小，从各发送天线的每个发送的信息采取不同的信道，使得UE(用户设备)可以可以区别来自每个发生天线的信息。换言之，只要具有不同空间特性，就可以识别来自每个发送天线的信号并且增加信道容量。天线阵系统适合于多径信号具有不同空间特性的环境。在LOS(视距)环境下，也是多发送/接收天线系统的天线阵系统不如单发送/接收天线系统那么有效。因此，天线阵系统在由于发送机与接收机之间存在许多散射物产生多信号路径的环境下，即发送与接收天线信道之间的校正系数小的环境下是有效的，并因此可以实现分集效果。

在发送机/接收机中使用天线阵增加了信道容量。信道容量是根据是否接收机/发送机要求关于从发送机发送到接收机的信道信息确定的。当发送机与接收机两者知道信道信息时信道容量最大，和当它们不知道该信息消息时信道容量最小。在仅接收机要求信道信息情况下信道信息处于上述两种情况的信道容量之间的中等。为了获得信道信息，发送机估计信道状态或从接收机接收关于信道状态的反馈信息。在天线阵系统中要求的信道信息是发送天线与接收天线之间的信道响应，并且与发送/接收天线的数量成比例增加。因此，天线阵系统有利地与发送机/接收机可用天线数量成比例地增加了信道容量。但是，如果信道信息需要反馈，则天线在数量上的增加意味着很多反馈信息。从而存在着增加信道容量、从而降低反馈信息的需要。

上述信道容量增加方法应用到HSDPA(高速下行链路分组接入)移动通信系统。

图2是HSDPA移动通信系统中发送机的框图。参照图2，该发送机包括：尾比特发生器40、信道编码器42、比率匹配器44、交错器46、调制器48、控制器50、串并(S/P)变换器52和发送/接收天线阵54、56、58和60。尾比特发生器40将尾比特加到N个传输块中的每个。信道编码器42通过预定编码以诸如1/2或1/3的预定码比率编码从尾比特发生器40接收到的传输块。信道编码器42可以这样进行配置，即具有主编码器的1/5或1/6的码比率并且穿孔(pucturing)或重复来自主编码器的编码比特，从而支持多种码比率。在这种情况下，各码速率之一的选择是重要的并且在控制器50中执行。

比率匹配器44匹配编码比特的比率为希望的比率。当传送信道要进行复用，或从信道编码器42输出的编码比特的数量不同于物理信道上的可传输的比特数量时要求比率匹配。交错器46交错比率匹配的比特和调制器48按预定调制方案调制交错器的输出。S/P变换器52变换从调制器48接收的串行调制码元序列为适合多路传输的并行序列。经变换的并行序列通过发送天线54、56、58和60进行发送。

控制器50根据当前无线信道状态控制编码和调制。在HSDPA移动通信系统中，控制器50通过选择性地利用QPSK、8PSK、16QAM和64QAM采用AMCS(自适应调制和编码方案)。虽然在图2中没有表示出，CDMA移动通信系统使用用于信道化的沃尔什码W和识别发送节点B(BS)的PN(伪噪声)码。

从信道编码器42输出的编码比特可以分为系统比特和奇偶比特。系统比特和奇偶比特对接收性能的影响不同。如果差错以相同比率发生在系统比特和奇偶比特中，系统比特的差错对移动通信系统的整个性能的影响比奇偶比特的影响严重。如果相同差错率保持为一个整体，更多的差错发生在奇偶比特而不是系统比特，接收机比相反情况下解码更为精确。这是因为系统比特基本影响解码器而奇偶比特仅仅是附加补偿在数据传输期间传输的差错。

交错器46不考虑系统比特和奇偶比特的优先级地进行交错。即，常规发送机不区分地混合系统比特和奇偶比特和分配系统比特和奇偶比特到天线。在这种情况下，如果发送天线具有不同的发送能力，并且其结果是一个特定的发送天线的发送能力小，在系统比特和奇偶比特情况下以类似比率产生一些差错，这样可能影响到整个系统的性能。即，系统性能可能比在差错仅产生在奇偶比特的情况下更严重地恶化。因此，存在着一种通过考虑从每个发送天线发送信号的信道状态降低系统比特的差错率增加整个系统系统性能的需要。

发明内容

因此，本发明的第一目的是提供一种包括天线阵的数据发送/接收设备及其方法，以增加移动通信系统的整体性能。

本发明的第二目的是提供一种新颖的数据发送/接收设备及其方法，用于增加具有天线阵的移动通信系统的接收可靠性。

本发明的第三目的是提供一种用于通过处于良好状态的天线发送/接收具有较高优先级的数据比特/码元和通过处于差的状态的天线发送/接收具有较低优先级的数据比特/码元的设备和方法。

本发明的第四目的是提供一种数据发送/接收设备及其方法，其中整个传输的数据根据服务类型或数据类型被分类为不同传输数据组，并且分配各传输数据组到处于不同状态的天线。

本发明的第五目的是提供一种设备和方法，通过处于良好状态的天线发送/接收如同系统比特之类的对接收机更重要的数据比特并且通过处于差的状态的天线发送/接收如同奇偶比特之类的对接收机不太重要的数据比特。

本发明的第六目的是提供一种根据天线阵中对天线分配的功率确定要分配给每个发送天线的数据类型的设备和方法。

本发明的第七目的是提供一种设备和方法，当对接收机更重要的数据比特与对接收机不太重要的如奇偶比特之类的传输数据比特进行复用用于传输时，通过处于良好状态的天线发送如同系统比特之类的对接收机更重要的具有较大数量数据比特的数据组。

本发明的第八目的是提供一种设备和方法，如果系统比特的数量大于奇偶比特，在发送之前复用一些系统比特部分与奇偶比特。

本发明的第九目的是提供一种利用多个发送/接收天线同时发送至少两个系统和奇偶比特的设备和方法。

本发明的第十目的是提供一种设备和方法，用于使用于STTD(空间时间发送分集)的发送天线成对，在STTD编码后通过一对处于良好状态的天线发送具有由STTD编码器编码的较高优先级数据，并通过一对处于差的状态的天线发送具有由另一STTD编码编码的较低优先级数据。

本发明的第十一目的是提供一种设备和方法，当对多个系统比特和多个奇偶比特进行发送时，用于分开编码比特为系统比特和奇偶比特，分别交错这些比特、通过不同天线发送经交错的各个比特。

本发明的第十二目的是提供一种在多个交错器的每个中按不同交错模式交错数据的设备和方法。

本发明的第十三目的是提供一种设备和方法，其中当通过不同发送天线发送具有不同优先级数据时，要通过每个发送天线发送的数据由预定调制方案独立地进行调制。

为了实现上述和其它目的，提供一种在移动通信系统中利用天线阵的数据发送/接收设备和方法。根据本发明的一个方面，节点B测量每个发送天线的发送状态，根据优先级分类发送数据，并且通过处于相对良好发送状态的发送天线发送高优先级数据到UE，并且通过处于相对差的发送状态的天线发送低优先级数据。

根据本发明的另一个方面，节点B测量每个发送天线的状态，并且在建立它们之间的信道发送关于发送状态的信息到UE。因此，节点B和UE两者共享分配给每个发送天线的关于发送数据的信息。

根据本发明的再一个方面，UE测量通过天线接收的各信道的状态，并反馈关于信道状态的信息到BS。然后，节点BS根据反馈信息通过不同发送天线发送具有不同优先级的数据。

根据本发明的还再一个方面，UE将关于该BS的每个发送天线的发送状态的反馈信息发送到节点B。然后节点B分配具有不同优先级的数据到各发送天线并且发送关于数据发送的信息到MS。

附图说明

从下面的结合附图的详细描述中，本发明的上述和其它目的、特点和优点将变得更清楚，其中

图1是典型具有发送/接收天线阵的移动通信系统的示意框图；

图2是具有天线阵的常规移动通信系统中的发送机的框图；

图3是按照本发明的一个实施例的移动通信系统中的发送机的框图；

图4是表示在图3中的交错器的详细框图；

图5是表示在图3中的调制器的详细框图；

图6是表示对应于在图3中的发送机的接收机的框图；

图7是表示在图6中的解调器的详细框图；

图8是表示在图6中的去交错器的详细框图；

图9是表示在图3中的信道估计器和发送天线分配器的详细框图；

图10是表示在图9中的数据分配器的详细框图；

图11是按照本发明的另一个实施例的移动通信系统中的发送机的框图；

图12是表示对应于在图11中的发送机的接收机的框图；

图13是按照本发明的第三实施例的移动通信系统中的发送机的框图；

图14是表示对应于在图13中的发送机的接收机的框图；

图15是按照本发明的第四实施例的移动通信系统中的发送机的框图；

图16是表示对应于在图15中的发送机的接收机的框图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的各个优选实施例。在下面的描述中，不对公知的功能和结构进行详细地描述，因为不必要的细节会混淆本发明。

本发明提供用于在利用空间发送分集的多发送/接收天线的移动通信系统中增加发送数据的接收可靠性的方法和设备的各个实施例。为了增加在无线信道上发送的整个数据的接收性能并因此增加整个系统性能的目的，发送机通过处于良好无线电发送状态的天线发送更重要的数据并通过处于差的无线电发送状态的天线发送不太重要的数据。数据重要性，即数据优先级是根据数据对接收机中数据接收的影响确定的。即，在整个数据接收中较高的优先级分配给更多受影响的数据和较低的优先级分配给较少受影响的数据。

如上所述，根据数据的优先级，发送数据被分类为不同的数据组。数据优先级是根据服务类型、数据类型和信道编码比特的类型确定的。

当诸如语音和数据服务进行同时发送时，根据服务类型确定优先级。要求低差错率的数据服务的数据分配到具有高优先级的数据组。相反，允许相对高差错率的语音服务的数据分配到具有低优先级的数据组。

系统比特分配到具有高优先级的数据组，而奇偶比特分配到低优先级的数据组。这就变成根据信道编码比特类型的优先级的确定。

如图1所示，典型移动通信系统包括一个节点B10和多个(k个)UE20、22和24。在本发明中，节点B和UE每个具有多个间隔开的发送/接收天线。发送/接收天线集合地形成一个天线阵。因此，节点B经发送天线阵发送数据和UE经接收天线阵接收数据。对于这种数据发送，根据由节点B作出的发送状态测量或根据从MS接收的关于发送状态的反馈信息，节点B确定通过每个发送天线要发送的数据的优先级，而且，还确定某个发送天线的无线电发送状态。无线电发送状态等效于发送可靠性。根据数据组的优先级和发送天线的发送状态，节点B分配多个数据组给各个发送天线。具体地，节点B分配具有高优先级的数据组给处于良好发送状态的发送天线和具有低优先级的数据组给处于差的发送状态的发送天线。

各个发送天线的无线电发送状态可以按各种方法确定。在一个实施例中，节点B测量每个发送天线的发送状态和根据发送状态测量分配数据组给各个发送天线。在另一个实施例中，UE和节点B测量建立在UE与节点B之间的信道的状态并反馈关于发送状态的信息给BS。

根据本发明，整个传输数据被分类为与发送天线一样多的数据组，并且各个数据组根据各发送天线的发送状态可变地分配给各个发送天线。常规移动通信系统虽然不区分地根据接收性能发送更重要数据和不太重要数据同时不分配发送数据的优先级，并且增加丢失更重要数据的可能性，但在本发明中，在提出的方案中的可能性被减小，这增加了系统性能和信道容量。

在下面描述的本发明的四个实施例中，数据优先级是根据编码比特的类型，即系统比特或奇偶比特确定的。节点B信道编码发送数据和根据它们影响接收性能有多大来分类编码的比特为不同数据组。根据各个天线的发送状态，这些数据组逐一地分配到发送天线。

如果高优先级数据和低优先级数据相对于整个发送数据的比率是不同的，一个数据组与另一个具有不同优先级的数据组进行多路复用并且通过一个发送天线发送。在这种情况下，一个具有相对更高优先级数据的数据组通过处于良好发送状态的发送天线进行发送。如上所述，本发明的这四个实施例是根据每个发送天线的发送状态以及是否节点B发送发送天线分配信息给UE进行限定的。

为了便于描述本发明，作如下假设：

信道编码器按1/2和3/4码比率编码数据，并且全部或部分地支持QPSK、8PSK、16QAM和64QAM。

(表1)

码速率	调制
		1/2	QPSK
8PSK
	16QAM
64QAM
	3/4		QPSK
8PSK
		16QAM
64QAM

当码比率是1/2时，信道编码器对于一个比特输入输出两个编码比特。在这种情况下，两个编码比特中的一个是作为纯用户数据的系统比特和另一个是奇偶比特。当码比率是3/4时，信道编码器对于3个比特输入输出4个编码比特。4个编码比特中的3个是系统比特和另一个是奇偶比特。

如上所述，本发明是关于利用多天线阵，即发送天线阵的移动通信系统。发送天线阵通过多个发送天线发送发送帧数据。因为来自每个发送天线的数据是在不同的无线电信道上发送的，所以各个发送天线处于不同的发送状态。在两个发送天线的情况下，它们的发送模式是[H、L]或反之。在4个发送天线的情况下，它们的发送状态模式是[H、M、M、L]、[H、M、L、L]、[H、L、M、L、L]、[H、L、x、x]、或[1、2、3、4]。在模式中的H代表良好(高)的发送状态，M代表中等发送状态，和L代表差(低)的发送状态。良好的发送状态或高发送可靠性等效于低误码率。在模式中的x代表对发送数据来讲太差的发送状态。1、2、3、4代表相对的各发送状态的次序。无论发送状态模式是用H、M和L表示的还是用1、2、3、4表示的，处于两个最好的发送状态的发送天线发送系统比特和其它两个发送天线发送奇偶比特。也就是说，更重要的数据(例如，系统比特或控制信息比特)被分配给处于良好发送状态的发送天线，和不太重要的数据(例如，奇偶比特)分配给处于差的发送状态的发送天线。因此提高了系统性能。

例如，如果码比率是1/2，系统比特和奇偶比特是按相同比率产生的，并且发送状态模式是[H、x、x、L]，系统比特是通过处于发送状态H的发送天线(下文称为H-发送天线)发送和奇偶比特是通过处于发送状态L的发送天线(下文称为L-发送天线)发送。发送机可以对相同数据组的数据应用相同信道交错和调制。如果接收机事先知道在发送机走使用的交错和调制，则接收机可以应用不同的信道交错和不同的调制。

如果码比率是3/4，对于3个输入信息比特的输入，产生3个系统比特流和1个奇偶比特流。在对于4个发送天线发送模式为[H、M、M、L]时，3个信息比特通过1个H-发送天线和2个M-发送天线进行发送。奇偶比特流通过一个L-发送天线进行发送。

即使发送天线的数量增加，信息比特流和奇偶比特流根据发送天线的发送状态也被分配到发送天线。

在按照本发明的移动通信系统中，信道编码器、解调器、信道估计器和发送天线分配器产生发送数据并确定对每个发送天线的数据。在节点B中的发送天线阵发送根据在无线电信道环境下对接收性能的影响程度分类的数据组，并且UE中的接收天线阵接收从发送天线阵发送的数据。这里，每个发送天线的发送状态是由节点B或MS测量的。在后者的情况下，UE在上行链路信道发送关于发送状态的反馈信息到节点B。

节点B根据它的测量或反馈信息，确定每个发送天线的发送状态。发送状态的次序是一个判据，利用这个判据各数据组被分配给发送天线。在发送数据组中，节点B随同数据一起发送公共导频信道信号给UE，使得UE可以鉴别发送天线。

在根据发送天线的发送状态UE向节点B发送关于发送天线的次序的反馈信息的情况下，节点B根据反馈信息确定每个发送天线的发送状态并分配下一帧的代码码元到发送天线。因为UE发送的反馈信息，可以根据发送天线鉴别下一帧的码比特。因此，UE可以多路分解和解码来自各个发送天线的信号。

下面将描述本发明的各个实施例。

1.第一实施例

在本发明的第一实施例中，发送机确定发送天线阵中每个发送天线的发送状态并且根据发送状态发送数据。接收机确定接收天线阵中每个接收天线的接收状态并且根据接收状态接收数据。

对于上述操作，移动通信系统按如下进行配置和操作。

(1)测量发送天线阵中的每个发送天线的发送状态并产生对应于发送状态的控制信息。

(2)根据优先级各个发送天线被分类为数据组并且根据控制信息将各个数据组分配给发送天线。

(3)利用接收的信号测量每个下行链路信道的状态并且根据发送状态的测量恢复接收天线阵中每个接收天线的接收信号。

在这个实施例中，节点B在TDMA(时分复用)中执行信道估计，而在FDMA(频分复用)中，节点B测量上行链路信道的状态并根据上行链路信道状态估计下行链路信道的状态。

将参照图3到10描述本发明的第一实施例。

1.1发送机

图3是按照本发明的第一实施例的移动通信系统中发送机的框图。对于所有实施例公共的部件将首先参照图3进行描述，节点B10用由CAI(公共空中接口)确定的方法测量发送天线阵的发送天线90、92、94和96的发送状态。

信道编码器80接收N个传送块，按由控制器86提供的预定码率编码数据，并输出系统比特S和奇偶比特P。如果码率是1/2，信道编码器80按一对一的比率输出系统比特S和奇偶比特。另外，如果码率是3/4，按3对1的比率输出系统比特S和奇偶比特。

交错器82分别交错系统比特S和奇偶比特P。交错器82可以组成为有多个内部交错器。当使用单交错器82时，系统比特S和然后奇偶比特P被交错，或者按相反的次序。在这种情况下，要求一个缓冲器在交错系统比特S期间暂时存储奇偶比特P。当使用多个交错器时，有可能独立地交错系统比特S和奇偶比特P。

调制器84按预定调制方案调制交错器输出。对系统比特S和奇偶比特P可以应用相同或不同的调制。例如，两个交错的系统比特S和奇偶比特P均用QPSK调制，或交错的系统比特S和奇偶比特P分别是由QPSK和16QAM调制的。下面，通过调制系统比特S和奇偶比特P获得的调制码元分别称为系统调制码元和奇偶调制码元。信道估计器和发送天线分配器88估计对应于相应发送天线90、92、94和96建立的发送信道的发送状态。在时分双工中，各个发送天线的发送状态可以通过测量这些接收信道进行估计。

信道估计器和发送天线分配器88向控制器86报告发送信道H的发送状态。同时，信道估计器和发送天线分配器88分类系统调制码元S和奇偶调制码元P为对应于发送天线90、92、94和96的数据组并在控制器86的控制下分配在各数据组中的调制码元到对应的发送天线。例如，如果第一和第二发送天线90和92是良好发送状态的并且第三和第四发送天线94和96是差的发送状态的，信道估计器和发送天线分配器88分配具有系统调制码元S的数据组到第一和第二发送天线90和92并且具有奇偶调制码元P的数据组到第三和第四发送天线94和96。

控制器86控制信道估计器和发送天线分配器88根据发送状态信息H适当地分配各数据组到对应的发送天线。

虽然信道估计器和发送天线分配器88根据上述的优先级分配发送数据，但是还可以在调制前或交错前完成数据的分类。

虽然没有在图3中表示出，比率匹配器还可以设置在发送机中，用于通过穿孔或重复编码比特控制信道编码器80的输出端的数据比率。

如果在编码或交错后进行数据分类，调制器84根据各个数据组调制数据。在这种情况下，相同调制或不同调制可以应用到各个数据组。信道估计器和发送天线分配器88在控制器86的控制下向对应的发送天线简单分配各数据组中的调制码元。

图4是当包括多个内部交错器时交错器82的框图。从信道编码器区别输出的系统比特流和奇偶比特流被分别分配到交错器82-2和82-4，以便分别交错。

参照图4，第一和第二交错器82-2和82-4分别按由控制器提供的交错模式交错系统比特流和奇偶比特流。因此，交错的系统比特和奇偶比特分别被施加到调制器84的输入端。

但是，如果交错前编码比特被分类为数据组，必须使用新的交错器。即，为每个数据组准备一交错器，或者在单交错器中进行与发送天线那么多次数的交错。在每个数据组的独立交错后，交错器分配比特给对应的各个发送天线。这里，在分别交错数据组时，相同交错模式或不同交错模式都可以使用。交错模式或各模式预置在发送机与接收机之间。

图5是当包括多个内部调制器时调制器88的框图。从交错器82区分输出的经交错的系统和奇偶比特流被分别分配到内部调制器84-2和84-4以便分别调制。调制器84-2和84-4可以使用相同调制方案或不同调制方案。还可以利用一个单调制器顺序地调制交错的系统和奇偶比特流。

参照图5，第一和第二调制器84-2和84-4分别按由控制器86提供的预定调制方案调制系统和奇偶比特流。因此，系统和奇偶调制码元被分别施加到信道估计器和发送天线分配器88的输入端。

但是，如果数据分类发生在交错前或调制前，必须相应使用新的调制器。即，为每个数据组准备一调制器，在单调制器中进行与发送天线那么多次数的调制。在每个数据组独立调制后，调制器分配各个调制码元到对应的发送天线。

图9是表示在图3的信道估计器和发送天线分配器88的详细框图。参照图9，数据分类器120根据调制码元的优先级分类分别从调制器84接收的系统调制码元和奇偶调制码元为发送天线那么多的数据组，并且然后根据发送天线的发送状态确定分配数据组到发送天线90、92、94和96的各数据组的次序。因此，数据分类器120按数据组输出数据，即按第一到第四数据组的第一到第四数据的递降优先级次序。

数据分配器122在一对一的基础上根据数据组的优先级和发送天线的发送状态映射数据组到发送天线90、92、94和96。关于发送状态的信息是由控制器86提供的。较高优先级的数据组被映射到处于良好发送状态的发送天线，并且较低优先级数据组被映射到处于差的发送状态的发送天线。

图10是表示在图9中的数据分配器122的详细框图。参照图10，4个开关142、144、145和148接收其优先级由数据分类器120确定的4个数据组。每个开关142、144、145和148具有一个输入口和4个输出口。每个开关的各输出口连接到4个天线90、92、94和96。开关142、144、145和148根据从控制器86接收的对应于各天线的发送状态的控制信息转换数据组到对应的各个天线。不同的控制信息可以提供给每个开关。因此，接收具有高优先级的数据组的开关转换该数据组到处于良好状态的发送天线，和接收具有低优先级的数据组的开关转换该数据组到处于差的状态的发送天线。缓冲器或发送线路被用来连接各个数据组到发送天线90、92、94和96

1.2接收机

图6是对应表示在图3的发送机的接收机。参照图6，通过发送天线90、92、94和96的发送数据在接收机中经天线100、102、104和106进行接收。接收的信号被馈送到信道估计器和数据分类器108。信道估计器和数据分类器108估计对应于接收天线100、102、104和106的下行链路信道的发送状态并发送发送信息H到控制器112。信道估计器和数据分类器108还根据映射到在发送机中的发送天线的数据组分类各个接收信号，多路复用各个数据组，并且区别地输出高优先级调制码元和低优先级调制码元。高优先级调制码元和低优先级调制码元分别是系统调制码元和奇偶调制码元。

解调器110按照由控制器112提供的对应于在发送机中采用的调制方案的解调方案分别解调系统调制码元和奇偶调制码元。取决于发送机的调制器是使用相同的还是不同的调制，解调器110可以对系统和奇偶调制码元应用相同解调或不同解调。

去交错器114分别按从控制器112接收的交错模式区别地去交错从解调器110接收的系统比特和奇偶比特。控制器112知道在发送机的交错器中使用的交错模式。交错模式是一种标准化的模式或者是在通信前作为系统信息发送给接收机的。

最后，信道解码器116通过对应于发送机中的编码的预定解码，解码去交错的系统和奇偶比特流。

图7是表示在图6中的包括多个内部解码器的解调器110的框图。解调器110分配在信道估计器和数据分类器108中根据其优先级已经被分为系统调制码元和奇偶调制码元给内部解调器110-2和110-4。因此，解调器110-2和110-4可以使用相同解调方案或不同解调方案。或者系统和奇偶调制码元可利用单解调器顺序地进行解调。第一和第二解码器110-2和110-4在控制器112的控制下利用对应于发送机中执行的调制方法的相同解调或不同解调方案解调从信道估计器和数据分类器108接收的系统调制码元和奇偶调制码元。因此，解调的系统信息比特流和解调的奇偶比特流被分别馈送到去交错器114。

图8是表示在图6中利用内部去交错器114-2和114-4去交错从解调器110接收的多个编码比特流的去交错器114的详细框图。即，第一和第二去交错器114-2和114-4根据发送机与接收机之间预置的交错模式分别去交错信息和奇偶比特流。

2.第二实施例

在本发明的第二实施例中，节点B确定天线阵中每个发送天线的发送状态并且发送发送状态信息到每个MS，使得发送状态信息是在节点B和MS的相同控制下的。发送状态是按与本发明第一实施例相同的方式确定的。

图11是按照本发明的第二实施例的移动通信系统中的发送机的框图。如图11所示，该发送机除了如图3所示的发送机的部件外还具有发送状态信息发送机258。发送状态信息发送机258利用发送天线250、252、254和256发送从控制器246接收的关于每个发送天线的发送状态信息到UE。

图12是对应于表示在图11的发送机的接收机的框图。如图12所示，该接收机除了如图6所示的接收机部件外还具有发送状态信息接收机270。发送状态信息接收机270提供从数据分类器272接收的关于每个发送天线的发送状态信息到控制器276。控制器276根据发送状态信息控制数据分类器272产生两组要输入到调制器274的调制码元。

3.第三实施例

在本发明的第三实施例中，每个UE确定通过天线阵的接收天线接收的下行链路信道的状态并反馈发送状态信息到BS，使得发送状态信息是在节点B和MS的相同控制下。

图13是按照本发明的第三实施例的移动通信系统的发送机的框图。参照图13，信道估计器和发送天线分配器308从每个UE接收关于发送天线阵的发送天线312、314、316和318的发送状态的反馈信息H。反馈信息接收机310反馈发送状态信息H到控制器306。控制器306根据发送状态信息H控制发送天线分配器308适当地分配数据组到发送天线312、314、316和318。

图14是对应于表示在图13的发送机的接收机的框图。参照图14，信道估计器和数据分类器332估计对应于接收天线阵的接收天线320、322、324和326的下行链路信道的发送状态。反馈信息发生器328根据从信道估计器和数据分类器332接收的发送状态信息H产生反馈信息。反馈信道信息发送机330按适合的格式变换反馈信息并且将其发送到BS。

参照图13和14，在操作中，信道估计器和数据分类器332从通过UE(图1中的20、22、...、或24)中的接收天线320、322、324和326接收的信号中产生信道信息H。利用信道信息H，反馈信息发生器328计算发送机可以分配给每个发送天线312、314、316和318的发送功率，产生发送机用于分配数据到发送天线312、314、316和318的控制信息，并输出作为反馈信息的控制信息到反馈信道信息发送机330。反馈信道信息发送机330按适合的格式发送反馈信息到发送机。

同时，在节点B中的发送机从UE 20、22、...、或24通过发送天线312、314、316和318接收信号。信道估计器和发送天线分配器308利用输入信号估计各个天线的发送状态。反馈信息接收机310利用输入信号和从信道估计器和发送天线分配器308接收的发送状态信息提取指示每个发送天线的发送状态的反馈信息。控制器306根据反馈信息控制信道估计器和发送天线分配器308，以分配数据组到发送天线312、314、316和318。

下面将描述按照本发明的第三实施例在UE中测量下行链路信道特性。

通过下式UE获得下行链路信道特性H_DL： $H_{\mathrm{DL}}=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& h_{13}& h_{14}\\ h_{21}& h_{22}& h_{23}& h_{24}\\ h_{31}& h_{32}& h_{33}& h_{34}\\ h_{41}& h_{42}& h_{43}& h_{44}\end{array}\right]...\left(1\right)$

下行链路信道特性H_DL是在信道估计器和数据分类器332测量的并且馈送到反馈信息发生器328。反馈信息发生器328产生指示发送机的每个发送天线的状态的反馈信息。在这种情况下，在包括天线阵的系统中发送/接收端可以模拟为：

Y(t)＝H(t)*X(t)+N(t)...(2)

其中*代表卷积，和Y(t)、X(t)和N(t)是AWGN(加性白高斯噪声)矢量。这里，Y(t)＝(y₁(t)y₂(t)...y_mR(t))′和X(t)＝(x₁(t)x₂(t)...x_mR(t))′。

同时，反馈信息发生器328利用Water Pouring(泼水算法)计算每个发送天线的发送功率以产生反馈信息。这意味着发送机与接收机知道信道状态，因此增加发送机中的信道容量。通过上述操作，通过线性变换MIMO系统改变为多个等效SISO(单输入单输出)系统。按照本发明，MIMO系统被变换为多个SISO系统并计算出每个单天线的发送功率。产生的每个发送天线的发送状态用于确定哪些数据组分配到发送天线312、314、316和318。

为此，执行SVD(奇异值沉积Singular Value Deposition)，通过下式变换MIMO系统为SISO系统：

H＝UDV^H    ...(3)

其中U和V是奇异矩阵和D是将是除对角线以外元素全为0的矩阵。因为一个矩阵的逆始终存在奇异矩阵，通过每个发送和接收端分别乘以V和U^H，一个MIMO信道被分为与发送天线数与接收天线数之间较小的数一样多的SISO信道。因此：

Y＝U^H(HVX+N)→Y＝DX+U^HN    ...(4)

其中矩阵D的对角线元素是H^HH的奇异值的平方根。包含噪声的项具有与AWGN相同的分布。在运算后，产生SISO系统并且MIMO系统的信道容量是SISO系统容量的和，并可以通过下式计算： $C=\underset{k=1}{\overset{n,M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Log}}_2(1+{\mathrm{\ρ}}_k{\mathrm{\λ}}_k)...\left(5\right)$ 其中λ₁、λ₂、...、λ_n，m是H^HH的奇异值，ρ_k是可用于每个发送天线的发送功率，和n和m分别表示发送天线312、314、316和318的数和接收天线320、322、324和326的数。各奇异值的数等于发送天线和接收天线的数量之间的较小的数，并且产生与奇异值一样多的发送功率值。在天线阵系统中各给定信道的信道容量利用下式通过Water Pouring计算而最大化： $P_k=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_0}-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_k}...\left(6\right)$

仅当λ_k＞λ₀时，公式(6)有效，并且否则分配的发送功率为O₀。其中λ₀是总的平均功率限制。Water Pouring计算分配较高发送功率给较好信道，因此增加信道容量。在利用公式(6)计算每个发送天线的发送功率后，反馈信息发生器328输出指示分配给每个发送天线的发送功率与全部发送功率之比的信息到反馈信道信息发送机330。反馈信道信息发送机330按预定格式变换接收的信息并将其发送到节点B10。

4.第四实施例

在本发明的第四实施例中，发送机和接收机两者确定对应于发送天线阵中的各个发送天线建立的下行链路信道的状态。因此，可能从发送机发送发送状态信息到接收机并且反之亦然。在本说明书中，第四实施例是第二和第三实施例的组合。

图15是按照本发明的第四实施例的移动通信系统中的发送机的框图。如图15所示，该发送机包括两个与第二实施例中一样的发送状态信息发送机372和与第三实施例中一样的反馈信息接收机370，因此，节点B可以发送/接收发送状态信息到/从各个UE。

参照图15，节点B10根据发送天线374、376、378和380的数通过优先级划分发数数据为多个数据组并且分配数据组到各个天线。节点B10从各UE20到24接收指示发送天线374、376、378和380的状态的反馈信息。反馈信息被馈送到信道估计器和发送天线分配器368。反馈信息370利用信道信息和从信道估计器和发送天线分配器368接收的输入信号提取反馈信息。控制器366根据反馈信息控制信道估计器和发送天线分配器368，分配各个数据组到发送天线374、376、378和380。发送状态信息发送机372向各UE20到24发送用于数据组分配的控制信息。

图16是对应于表示在图15的发送机的接收机的框图。如图16所示，该接收机包括与第二实施例一样的发送状态信息接收机394和与第三实施例一样的反馈信息发生器390及反馈信道信息发送机392。因此，该接收机可以接收/发送发送状态信息从/到节点B。

参照图16，UE20、22、...、或24通过接收天线阵中的接收天线380、382、384和386接收信号。信道估计器和数据分类器388估计由节点B10确定的信道状态。反馈信息发生器390按照与第三实施例相同的方式，利用从信道估计器和数据分类器388接收的信道估计信息产生指示每个发送天线的发送状态的反馈信息。反馈信道信息发送机392发送按预定格式的反馈信息到节点B10。

发送状态信息接收机394在事先反馈后从输入信号和从信道估计器和数据分类器388接收的信道信息中提取用于确定节点B中每个发送天线的发送状态的控制信息。控制器398通过比较控制信息与以前的反馈信息，按照各个发送天线分类数据。信道估计器和数据分类器388在控制器398的控制下按对于解调器306的输入格式复用接收的数据。

参照图15和16，在操作中，UE在信道估计器和数据分类器388测量与节点B建立的各个信道的发送状态。同时，UE在反馈信息发生器390从发送状态测量中产生控制信息。该控制信息通过反馈信道信息发送机392反馈到节点B。

节点B10在反馈信息接收机370中提取反馈信息。控制器366根据反馈信息确定各个发送天线的发送次序。发送状态的次序被用于分配各个数据组到发送天线374、376、378和380。节点B10通过发送状态信息到发送天线374、376、378和380的发送机372发送用于分配发送数据的控制信息到UE20到24。UE20到24使用从节点B10接收的控制信息分类接收的数据为映射到发送天线374、376、378和380的各个数据组。

按照本发明，在具有天线阵的移动通信系统中，高优先级数据被分配给处于良好发送状态的发送天线。因此，在差错控制编码、调制/解调、和数据传输各个领域中增加了传输效率。从而，降低了BER(误码率)并且改善了整个系统性能。本发明可以应用到无论无线/有线通信的所有发送机和接收机，并且特别是应用到第三代移动通信(IMT-2000)，将会增加整个系统性能。

虽然本发明已参照其某些优选实施例进行了表示和描述，但是在不脱离由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，本专业的技术人员在形式上和细节上可以作出各种变化。

Claims (26)

1.一种在移动通信系统中在多个无线信道上从具有多个第一天线的发送机向具有多个第二天线的接收机发送数据的方法，包括以下步骤：

确定各无线信道的状态；

通过具有相对良好信道状态的各第一天线发送高优先级数据和通过具有相对差的信道状态的各第一天线发送低优先级数据。

2.权利要求1的方法，其中无线信道是下行链路信道。

3.权利要求1的方法，其中发送机确定各无线信道的状态和发送关于信道状态的信息到接收机。

4.权利要求1的方法，其中接收机确定各无线信道的状态和反馈关于信道状态的信息到发送机。

5.权利要求1的方法，还包括在接收机中根据信道状态分类从第二天线接收的数据和解调分类数据的步骤。

6.权利要求1的方法，其中高优先级数据是系统编码比特和低优先级数据是奇偶编码比特。

7.一种在移动通信系统中在多个无线信道上从具有多个第一天线的发送机发送数据到具有多个第二天线的接收机的设备，包括：

信道估计器，用于确定多个无线信道的状态，和

发送天线分配器，用于通过具有相对良好信道状态的第一天线发送高优先级数据和通过具有相对差的信道状态的第一天线发送低优先级数据。

8.权利要求7的设备，其中无线信道是下行链路信道。

9.权利要求7的设备，还包括发送状态信息发送机，用于发送关于信道状态的信息到接收机。

10.权利要求7的设备，还包括发送状态信息接收机，用于从接收机接收关于信道状态的信息。

11.权利要求7的设备，其中高优先级数据是系统编码比特和低优先级数据是奇偶编码比特。

12.权利要求7的设备，还包括交错器，用于分别交错高优先级数据和低优先级数据。

13.权利要求12的设备，还包括调制器，用于分别调制经交错的高优先级数据和经交错的低优先级数据。

14.权利要求13的设备，其中调制器按不同调制方案调制经交错的高优先级数据和经交错的低优先级数据。

15.一种在移动通信系统中在多个无线信道上在具有多个第二天线的接收机中从具有多个第一天线的发送机进行接收的方法，包括以下步骤：

确定各个无线信道的状态；和

根据各个信道状态分类通过第二天线接收的高优先级数据和低优先级数据并解调高优先级数据和低优先级数据。

16.权利要求15的方法，其中无线信道是下行链路信道。

17.权利要求15的方法，其中发送机确定各无线信道的状态和发送关于信道状态的信息到接收机。

18.权利要求15的方法，其中接收机确定各无线信道的状态和反馈关于信道状态的信息到发送机。

19.权利要求15的方法，其中高优先级数据是系统编码比特和低优先级数据是奇偶编码比特。

20.一种在移动通信系统中在多个无线信道上在具有多个第二天线的接收机中从具有多个第一天线的发送机接收数据的设备，包括：

信道估计器，用于确定无线信道的状态；

发送天线分配器，根据信道状态用于分类通过第二天线接收的高优先级数据和低优先级数据；和

解调器，用于分别解调高优先级数据和低优先级数据。

21.权利要求20的设备，其中无线信道是下行链路信道。

22.权利要求20的设备，还包括反馈信息发生器，用于按预定格式产生指示信道状态的反馈信息；和

反馈信道信息发送机，用于发送反馈信息到发送机。

23.权利要求20的设备，还包括发送状态信息接收机，用于从发送机接收关于信道状态的信息。

24.权利要求20的设备，其中高优先级数据是系统编码比特和低优先级数据是奇偶编码比特。

25.权利要求20的设备，还包括其交错器，用于分别交错高优先级数据和低优先级数据。

26.权利要求20的设备，其中解调器以不同解调方案解调高优先级数据和低优先级数据。

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