CN101427505A - 用于在mimo无线通信系统中实施h-arq的方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于在多输入多输出(MIMO)无线通信系统中实施混合自动重复请求(H－ARQ)的方法和设备。发射机经由两个或更多个天线来发射至少两个数据分组。如果所述数据分组中的至少一个未被成功发射，那么发射机将会重传所述数据分组，同时会以正交扩展方式来重新排列所述数据分组。可替换地，所述发射机可以随着新的数据分组仅仅重传未被成功发射的数据分组，同时所述新的数据分组替换被成功发射的数据分组。所述未被成功发射的数据分组可以不改变格式而被简单地重复。在随着所述新的数据分组仅仅重传未被成功发射的数据分组时，这些传输可以合并在一起，以便同时恢复所述重传的数据分组以及所述新的数据分组。

Description

用于在MIMO无线通信系统中实施H-ARQ的方法和设备

技术领域

本发明涉及无线通信系统。特别地，本发明涉及一种用于在多输入多输出(MIMO)无线通信系统中实施混合自动重复请求(H-ARQ)的方法和设备。

背景技术

H-ARQ是一种为了确保成功的数据传输而在众多无线通信系统中被广泛使用的传输方案。在H-ARQ中，接收机向发射机发送反馈，以便指示成功或未成功接收到数据分组，由此发射机重传失败的数据分组。

MIMO是一种用于提高数据速率和系统吞吐量的技术。在MIMO系统中，发射机和接收机使用多个天线来进行传输和接收，以便经由多个天线来同时传送多个数据流。

目前已经为MIMO系统提出了不同的H-ARQ传输方案。在用于MIMO系统的常规的简单重复性H-ARQ方案中，如果初始传输失败，那么会在后续传输中简单地重复符号。表1显示了用于2×2MIMO系统的根据常规的简单重复性H-ARQ的信号传输。

表1

 

	天线1	天线2
			第一次传输	x1	x2
第二次传输	x1	x2

对于演进型通用陆地无线接入(EUTRA)来说，目前为其提出的是基于空时分组码(STBC)的H-ARQ方案。表2显示了用于2×2MIMO系统的根据基于STBC的H-ARQ的信号传输。

表2

在作为示例MIMO系统的2×2MIMO系统中，接收的信号可以如下表述：

$\left(\begin{array}{c}{y}_1\left(t\right)\\ y_2\left(t\right)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}\left(t\right)& h_{12}\left(t\right)\\ h_{21}\left(t\right)& h_{22}\left(t\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1\left(t\right)\\ n_2\left(t\right)\end{array}\right)$            等式(1)

其中t是时间索引，y_i，i＝1，2是在接收天线i接收的信号，h_ij，i，j＝1，2是接收天线i与发射天线j之间的信道系数，x_j，j＝1，2是发射天线j发射的信号，n_i，i＝1，2则是接收天线i上的噪声。假设该信号是准静态的，由此在下文中，信道系数在失败分组重传过程中是相同的，而信道系数的时间索引则会降低。

在处于高信噪比(SNR)时，在经过线性最小均方误差(LMMSE)检测之后，这两个数据流的SNR可以如下表述：

$\mathrm{SNR}\left(x_1\right)=(d_1-\frac{{\left|c\right|}^2}{d_2})\frac{E_s}{N_0}$                   等式(2)

以及

$\mathrm{SNR}\left(x_2\right)=(d_2-\frac{{\left|c\right|}^2}{d_1})\frac{E_s}{N_0}$                       等式(3)

其中E_s是符号能量，N₀是噪声功率谱密度，以及

d₁＝|h₁₁|²+|h₂₁|²        等式(4)

d₂＝|h₁₂|²+|h₂₂|²        等式(5)

$c=h_{11}^{*}{h}_{12}+h_{22}{h}_{21}^{*}$                       等式(6)

两个数据流之间的SNR比值是：

$\frac{\mathrm{SNR}\left(x_1\right)}{\mathrm{SNR}\left(x_2\right)}=\frac{d_1}{d_2}$                   等式(7)

在为每个数据流指定调制编码方案(MCS)的过程中，等式(7)中的SNR或其变体是作为标准来使用的。

对常规的简单重复性H-ARQ传输来说，处于重传中的接收的信号可以如下表述：

$\left(\begin{array}{c}{y}_1(t+1)\\ y_2(t+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1(t+1)\\ n_2(t+1)\end{array}\right)$           等式(8)

通过组合等式(1)和等式(8)可以得出：

$\left(\begin{array}{c}{y}_1\left(t\right)\\ y_2\left(t\right)\\ y_1(t+1)\\ y_2(t+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\\ h_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1\left(t\right)\\ n_2\left(t\right)\\ n_1(t+1)\\ n_2(t+1)\end{array}\right)$        等式(9)

在处于高SNR时，在经过LMMSE检测之后，这两个数据流的SNR将会如下：

$\mathrm{SNR}\left(x_1\right)=2(d_1-\frac{{\left|c\right|}^2}{d_2})\frac{E_s}{N_0}$                       等式(10)

以及

$\mathrm{SNR}\left(x_2\right)=2(d_2-\frac{{\left|c\right|}^2}{d_1})\frac{E_s}{N_0}$                     等式(11)

与初始传输相比，SNR高出了3dB。而这两个数据流之间的SNR比值则与初始传输中是相同的。

对基于STBC的H-ARQ来说，重传时接收的信号可以表述如下：

$\left(\begin{array}{c}{y}_1(t+1)\\ y_2(t+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_2^{*}\\ {-x}_1^{*}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1(t+1)\\ n_2(t+1)\end{array}\right)$           等式(12)

通过组合等式(12)和等式(1)可以得到：

$\left(\begin{array}{c}{y}_1\left(t\right)\\ y_2\left(t\right)\\ y_1^{*}(t+1)\\ y_2^{*}(t+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\\ -h_{12}^{*}& h_{11}^{*}\\ -h_{22}^{*}& h_{21}^{*}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1\left(t\right)\\ n_2\left(t\right)\\ n_1^{*}(t+1)\\ n_2^{*}(t+1)\end{array}\right)$          等式(13)

在处于高SNR时，在经过LMMSE检测器之后，这两个数据流的SNR将会如下：

$\mathrm{SNR}\left(x_1\right)=\mathrm{SNR}\left(x_2\right)\≈(d_1+d_2)\frac{E_s}{N_0}$               等式(14)

通过比较等式(10)、(11)和(14)，可以看出与简单重复性H-ARQ相比，当交叉项|c|≠0时，与简单重复性H-ARQ相比基于STBC的H-ARQ将会增大这两个数据流的总的SNR，这一点对随机MIMO信道通常是成立的。

但是在很多实际系统中，为了实现MIMO信道所提供的最大容量，指定给每个空间数据流的数据速率是根据其自身的SNR而被单独控制。这种方案通常被称为对每个天线的速率控制(PARC)。在初始传输时，发射机(例如节点-B)会为具有较高SNR的天线分配较高的调制编码方案(MCS)，并且会为具有较低SNR的天线分配较低的MCS。由于MCS在重传发生时对每个天线而言通常是保持相同的，因此所期望的是在重传之后在天线之间保持相同的SNR比值。但是，在经过了等式(14)所示的分组合并之后，基于STBC的H-ARQ方案将会均衡所有数据流上的SNR。由此，基于STBC的H-ARQ方案并不适合那些自适应改变每个空间流上的数据速率(例如PARC)的系统。

发明内容

本发明涉及一种用于在MIMO无线通信系统中实施H-ARQ的方法和设备。发射机经由两个或更多个天线来发射至少两个数据分组。如果其中数据分组中的至少一个未被成功发射，那么发射机将会重传所述数据分组，同时会以正交扩展方式来重新排列所述数据分组。作为替换，发射机可以随着新的数据分组仅仅重传未被成功发射的数据分组，同时所述新的数据分组替换被成功发射的数据分组。未被成功发射的数据分组可以不改变格式而被简单地重复。在随着新的数据分组仅仅重传未被成功发射的数据分组时，这些传输可以合并在一起，以便同时恢复重传的数据分组以及新的数据分组。

附图说明

从以下关于优选实施例的描述中可以更详细地了解本发明，这些优选实施例是作为实例给出的，并且是结合附图而被理解的，其中：

图1是根据本发明配置的发射机的框图；以及

图2是根据本发明配置的接收机的框图。

具体实施例方式

本发明可以在任何类型的无线通信系统中实施，其中包括但不局限于宽带码分多址(WCDMA)、频分双工(FDD)、时分双工(TDD)、第三代(3G)系统的长期演进(LTE)、正交频分复用(OFDM)或是其他任何无线通信系统。

图1和2是根据本发明配置的发射机100和接收机200的框图。发射机100和接收机200可以是无线发射/接收单元(WTRU)或基站。术语“WTRU”包括但不局限于用户设备(UE)、移动站、固定或移动用户单元、寻呼机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、计算机或是任何能在无线环境中工作的其他类型的用户设备。术语“基站”包括但不局限于节点-B、站点控制器、接入点(AP)或是任何能在无线环境中工作的其他类型的接口设备。

发射机100包括至少两个天线102、H-ARQ发射机104以及控制器106。通过实施H-ARQ机制，H-ARQ发射机104借助天线102来同时发射至少两个数据分组。如果其中数据分组中的至少一个未被成功发射，那么H-ARQ发射机104将会重传数据分组。根据本发明，控制器106根据正交扩展H-ARQ方案、修改的重复性H-ARQ方案或是修改的基于STBC的H-ARQ方案来排列用于重传的数据分组，这会在下文中详细说明。

接收机200包括至少两个天线202、H-ARQ接收机204以及数据处理器206。可选择地，接收机200可以包括数据合并器208。由发射机100发射的数据将会由天线202接收。H-ARQ接收机204通过实施H-ARQ机制来接收数据。而数据处理器206则恢复发射机100发射的数据分组。在初始传输时，当数据分组中的至少一个未被成功传递到接收机200时，如果发射机随着替换了被成功发射的数据分组的新的数据分组重传未被成功发射的数据分组，那么数据合并器208可以在从初始接收的数据中减去了成功接收的数据分组之后合并重传的数据以及初始接收的数据。然后，数据处理器206将会同时处理未被成功发射的数据分组以及在重传中一起发射的新的数据分组。在下文中将会详细描述发射和接收处理。

对根据本发明的基于正交扩展的H-ARQ方案进行说明。表3显示的是根据本发明中基于正交扩展的H-ARQ方案为示例的2×2MIMO系统实施的数据传输。应该指出的是，这个2×2MIMO系统是作为示例而不是限制给出的，并且本发明可以应用于使用了多于两(2)个天线的系统。

表3

 

	天线1	天线2
			第一次传输	x1	x2
第二次传输	x1	-x2

用于重传分组的接收的信号可以表述如下：

$\left(\begin{array}{c}{y}_1(t+1)\\ y_2(t+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ -x_2\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1(t+1)\\ n_2(t+1)\end{array}\right)$              等式(15)

通过组合等式(15)和等式(1)可以得到：

$\left(\begin{array}{c}{y}_1\left(t\right)\\ y_2\left(t\right)\\ y_1(t+1)\\ y_2(t+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\\ h_{11}& -h_{12}\\ h_{21}& -h_{22}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1\left(t\right)\\ n_2\left(t\right)\\ n_1(t+1)\\ n_2(t+1)\end{array}\right)$                 等式(16)

LMMSE接收机以如下方式从等式(16)中估计x₁和x₂：

$\left(\begin{array}{c}{\hat{x}}_1\\ {\hat{x}}_2\end{array}\right)={({\stackrel{\‾}{H}}^H\stackrel{\‾}{H}+\frac{N_0}{E_s}I)}^{-1}{\stackrel{\‾}{H}}^H\left(\begin{array}{c}{y}_1\left(t\right)\\ y_2\left(t\right)\\ y_1(t+1)\\ y_2(t+1)\end{array}\right)$               等式(17)

其中

$\stackrel{\‾}{H}=\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\\ h_{11}& -h_{12}\\ h_{21}& -h_{22}\end{array}\right)$

在处于高SNR时，两个数据流的后期MMSE SNR将会如下：

$\mathrm{SNR}\left(x_1\right)=2d_1\frac{E_s}{N_0}$                         等式(18)

以及

$\mathrm{SNR}\left(x_2\right)=2d_2\frac{E_s}{N_0}$                        等式(19)

与常规的简单重复性H-ARQ方案相比，所有数据流的总的SNR将会增大。在等式(18)和(19)中显示的是重传之后的SNR。这两个数据流之间的SNR比值与初始传输是相同的，而这正是具有PARC功能的MIMO系统所期望的特性。

基于正交扩展的H-ARQ方案很容易扩展到具有两个以上天线的系统。假设将要在N个天线上发射的符号矢量是X₀＝(x₁，x₂，...x_N)。那么基于正交扩展的H-ARQ传输图可以如下确定：

$X=\sqrt{N}\mathrm{Diag}\left(X_0\right)U_N$                等式(20)

其中U_N是N×N的单位矩阵。矩阵X的第n列是在第n次传输中发射的。表4显示的是根据本发明为示例的4×4 MIMO系统实施的信号传输。

表4

 

	天线1	天线2	天线3	天线4
					第一次传输	x1	x2	x3	x4
第二次传输	x1	-x2	x3	-x4
					第三次传输	x1	x2	-x3	-x4
第四次传输	x1	-x2	-x3	x4

根据本发明的另一个实施例，当被发射数据分组之一未被成功接收时，这时随着新的数据分组仅仅重传失败的数据分组。所述新的数据分组将会取代被成功发射的数据分组。举例来说，在2×2MIMO系统中，数据分组x₁和x₂是经由两个天线发射的，其中数据分组x₁被成功接收，而数据分组x₂则未被成功接收。在常规系统中，这两个分组x₁和x₂后续都会重传。而根据本发明，只有失败分组x₂会被重传，被成功发射的分组x₁则不会被发射。取而代之的是，新的数据分组x₃会随着失败分组x₂发射。

表5显示的是根据本发明以及常规的基于STBC的H-ARQ方案为示例的2×2MIMO系统实施的信号传输。在常规的基于STBC的H-ARQ中，分组x₁和x₂是以表5所示的不同格式重传的。根据本发明，新的数据分组x₃将会取代常规的基于STBC的H-ARQ系统中的成功接收分组x₁，并且如表5所示，失败数据分组x₂会与新的数据分组x₃如在基于STBC的H-ARQ方案中那样发射。假设在这种情况下没有使用PARC类型的速率自适应。为了简化接收机设计，新的数据分组x₃的格式可以与第二次传输中的数据分组x₁的格式相同(也就是共轭和求逆)。作为替换，新的数据分组x₃的格式也可以不同于数据分组x₁。

表5

在接收机上，由于成功接收到数据分组x₁，因此数据分组x₁的解码比特将会重新构建，并且会被从第一次传输的接收的数据中被减去。然后，经过修改的接收数据会被与第二次传输的接收数据合并。在重传的数据分组(也就是数据分组x₂)中实现空间分集。这种排列提高了新的数据分组x₃的SNR，这将会在下文中进行说明。

第一次传输的接收的信号如等式(1)所示。在从接收的数据中减去了成功接收的数据分组x₁之后，它将会变成如下：

$\left(\begin{array}{c}{\tilde{y}}_1\left(t\right)\\ {\tilde{y}}_2\left(t\right)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{y}_1\left(t\right)\\ y_2\left(t\right)\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}{h}_{11}\left(t\right)\\ h_{12}\left(t\right)\end{array}\right)x_1=\left(\begin{array}{cc}0& h_{12}\left(t\right)\\ 0& h_{22}\left(t\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_3\\ x_2\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1\left(t\right)\\ n_2\left(t\right)\end{array}\right)$        等式(21)

在下文中会将分组x₃添加到等式(21)中，以便帮助描述。

第二次传输的接收的信号可以表述如下：

$\left(\begin{array}{c}{y}_1(t+1)\\ y_2(t+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}(t+1)& h_{12}(t+1)\\ h_{21}(t+1)& h_{22}(t+1)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x^{*}}_2\\ -{x^{*}}_3\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1(t+1)\\ n_2(t+1)\end{array}\right)$       等式(22)

通过合并等式(21)和(22)可以得到：

$\left(\begin{array}{c}{\tilde{y}}_1\left(t\right)\\ {\tilde{y}}_2\left(t\right)\\ y_1^{*}(t+1)\\ y_2^{*}(t+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{12}\left(t\right)& 0\\ h_{22}\left(t\right)& 0\\ -h_{12}^{*}(t+1)& h_{11}^{*}(t+1)\\ -h_{22}^{*}(t+1)& h_{21}^{*}(t+1)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right)+N$ 等式(23)

等式(23)将两个2×2系统转换成虚拟的2×4系统。通过应用常规的LMMSE，可以以如下方式来解调分组x₂和x₃：

$\left(\begin{array}{c}{\hat{x}}_2\\ {\hat{x}}_3\end{array}\right)={({\stackrel{\‾}{H}}^H\stackrel{\‾}{H}+\frac{N_0}{E_s}I)}^{-1}{\stackrel{\‾}{H}}^H\left(\begin{array}{c}{\tilde{y}}_1\left(t\right)\\ {\tilde{y}}_2\left(t\right)\\ y_1^{*}(t+1)\\ y_2^{*}(t+1)\end{array}\right)$           等式(24)

其中

$\stackrel{\‾}{H}=\left(\begin{array}{cc}{h}_{12}\left(t\right)& 0\\ h_{22}\left(t\right)& 0\\ -h_{12}^{*}(t+1)& h_{11}^{*}(t+1)\\ -h_{22}^{*}(t+1)& h_{21}^{*}(t+1)\end{array}\right)$

在准静态信道中，在重传数据分组x₂上将会实现空间分集，并且干扰也会因为上述矩阵中的零元素而减小。假设准静态信道以及降低时间索引t，当处于高SNR时，第二次传输的数据流所具有的SNR将会表述如下：

$\mathrm{SNR}\left(x_2\right)\≈(d_1-\frac{{\left|c\right|}^2}{d_2})\frac{E_s}{N_0};$ 以及                       等式(25)

$\mathrm{SNR}\left(x_3\right)\≈(d_2-\frac{{\left|c\right|}^2}{d_1})\frac{E_s}{N_0}$                            等式(26)

其中d₁＝|h₁₁|²+|h₁₂|²+|h₂₁|²+|h₂₂|²，d₂＝|h₁₂|²+|h₂₂|²，并且 $c={-h_{11}h}_{12}^{*}-h_{21}{h}_{22}^{*}.$

对新的数据分组x₃来说，常规检测技术是可以使用的，其中分组x₂是在独立于最大比合并(MRC)之前的两次传输之后检测的，并且分组x₃是只用于第二次传输的检测的。换句话说，常规技术是单独求解等式(21)和(22)，然后则执行合并。在等式(21)中，由于与x₃相对应的所有有效信道系数全都等于零(0)，因此只有x₂的信息是可以从等式(21)得到的。借助这种检测技术，SNR将会如下所示：

$\mathrm{SNR}\left(x_2\right)\≈(d_1-\frac{{\left|c\right|}^2}{d_2})\frac{E_s}{N_0}$                    等式(27)

$\mathrm{SNR}\left(x_3\right)\≈(d_2-\frac{{\left|c\right|}^2}{d_1^{\′}})\frac{E_s}{N_0}$                    等式(28)

其中 $d_1^{\′}={\left|h_{11}\right|}^2+{\left|h_{21}\right|}^2.$ 在这两种技术中，分组x₂的SNR都是相同的。但是，与等式(26)和(28)相比，在考虑了 $d_1>d_1^{\′}$ 的情况下，根据本发明可以在x₃上实现更好的SNR。

本发明可以扩展到具有两个以上的天线的系统。下文中的表6和7显示了扩展到四个天线系统的示例。表6显示的是常规的基于STBC的H-ARQ方案，表7显示的则是基于STBD的H-ARQ方案，其中根据本发明被成功发射的分组被新分组所取代。

表6

 

	天线1	天线2	天线3	天线4
					时间1	x1	x2	x3	x4
时间2	-x2 *	x1 *	-x4 *	x3 *
					时间3	-x3 *	-x4 *	x1 *	x2 *
时间4	x4	-x3	-x2	x1

表7

 

	天线1	天线2	天线3	天线4
					时间1	x1(失败)	x2(失败)	x3	x4(失败)
时间2	-x2 *	x1 *(失败)	-x4 *(失败)	x5 *(失败)
					时间3	-x5 *	-x4 *	x1 *	x6 *(失败)

 

时间4

x7

-x8

-x6

x9

作为替换，失败的分组x₂可以被简单地重复，并且新分组x₃会随着分组x₂同时发射。表8显示了根据本发明以及常规的简单重复性H-ARQ方案为示例的2×2MIMO系统实施的信号传输。在常规的简单重复性H-ARQ方案中，成功接收的空间流会在重传中保持空白。根据本发明，新的数据分组x₃将会取代空白分组而被发射。由此可以实现更高的频谱效率。

表8

 

	天线1	天线2
			第一次传输	x1(成功)	x2(失败)
第二次传输(常规的简单重复性H-ARQ)	0	x2
			第二次传输(本发明)	x3	x2

第一次传输的接收的信号与等式(1)中是相同的。在从初始接收的数据中减去了成功接收的数据分组x₁的数据比特之后，它会变成如下形式：

$\left(\begin{array}{c}{\tilde{y}}_1\left(t\right)\\ {\tilde{y}}_2\left(t\right)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{y}_1\left(t\right)\\ y_2\left(t\right)\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}{h}_{11}\left(t\right)\\ h_{12}\left(t\right)\end{array}\right)x_1=\left(\begin{array}{cc}0& h_{12}\left(t\right)\\ 0& h_{22}\left(t\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_3\\ x_2\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1\left(t\right)\\ n_2\left(t\right)\end{array}\right)$             等式(29)

第二次传输的接收的信号可以表述如下：

$\left(\begin{array}{c}{y}_1(t+1)\\ y_2(t+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}(t+1)& h_{12}(t+1)\\ h_{21}(t+1)& h_{22}(t+1)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_3\\ x_2\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1(t+1)\\ n_2(t+1)\end{array}\right)$                    等式(30)

通过组合等式(29)和(30)可以得到：

$\left(\begin{array}{c}{\tilde{y}}_1\left(t\right)\\ {\tilde{y}}_2\left(t\right)\\ y_1(t+1)\\ y_2(t+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{12}\left(t\right)& 0\\ h_{22}\left(t\right)& 0\\ h_{12}(t+1)& h_{11}(t+1)\\ h_{22}(t+1)& h_{21}(t+1)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_2\\ x_3\end{array}\right)+N$          等式(31)

与合并器之后求解等式(29)和(30)所不同，本发明会以如下方式来应用LMMSE，以便求解等式(31)：

$\left(\begin{array}{c}{\hat{x}}_2\\ {\hat{x}}_3\end{array}\right)={({\stackrel{\‾}{H}}^H\stackrel{\‾}{H}+\frac{N_0}{E_s}I)}^{-1}{\stackrel{\‾}{H}}^H\left(\begin{array}{c}{\tilde{y}}_1\left(t\right)\\ {\tilde{y}}_2\left(t\right)\\ y_1(t+1)\\ y_2(t+1)\end{array}\right)$             等式(32)

其中

$\stackrel{\‾}{H}=\left(\begin{array}{cc}{h}_{12}\left(t\right)& 0\\ h_{22}\left(t\right)& 0\\ h_{12}(t+1)& h_{11}(t+1)\\ h_{22}(t+1)& h_{21}(t+1)\end{array}\right)$

在处于高SNR时，x₂和x₃的后期MMSE SNR如下所示：

$\mathrm{SNR}\left(x_2\right)\≈(d_1-\frac{{\left|c\right|}^2}{d_2})\frac{E_s}{N_0}$                          等式(33)

$\mathrm{SNR}\left(x_3\right)\≈(d_2-\frac{{\left|c\right|}^2}{d_1})\frac{E_s}{N_0}$                           等式(34)

其中d₁＝₂(|h₁₂|²+|h₂₂|²)，d₂＝|h₁₁|²+|h₂₁|²，并且 $c={h_{11}h}_{12}^{*}+h_{21}{h}_{22}^{*}.$

对常规接收机来说，数据是在被合并之前为每一次传输单独检测的。换句话说，常规的检测将会单独求解等式(29)和(30)，然后合并后期的检测信号。假设使用了LMMSE接收机来求解等式(31)并且使用了最大比合并(MRC)来合并后期检测信号，那么在处于高SNR时，数据x₂和x₃的SNR可以表述如下：

$\mathrm{SNR}\left(x_2\right)\≈(d_1-\frac{{\left|c\right|}^2}{d_2})\frac{E_s}{N_0}$                  等式(35)

$\mathrm{SNR}\left(x_3\right)\≈(d_2-\frac{{\left|c\right|}^2}{d_1^{\′}})\frac{E_s}{N_0}$                   等式(36)

其中 $d_1^{\′}=({\left|h_{12}\right|}^2+{\left|h_{22}\right|}^2),$ d₂＝|h₁₁|²+|h₂₁|²，并且 $c={h_{11}h}_{12}^{*}+h_{21}{h}_{22}^{*}.$

通过比较等式(33)和(35)，可以看出，重传的数据分组x₂的SNR在常规方案和本发明中相同。但是，通过比较等式(34)和(36)，可以看出，由于 $d_1>d_1^{\′},$ 因此，通过使用本发明，新的数据分组x₃的SNR将会得到提高。

实施例

1.一种用于在MIMO无线通信系统中实施H-ARQ的方法。

2.根据实施例1的方法，包括：发射机向接收机发射至少两个数据分组。

3.根据实施例2的方法，包括：如果数据分组中的至少一个未被成功发射，那么发射机向接收机重传所述数据分组，同时以正交扩展方式来重新排列所述数据分组以便进行重传。

4.根据实施例2-3中任一实施例的方法，其中为了发射数据分组而执行PARC。

5.根据实施例2-4中任一实施例的方法，其中发射机和接收机都包含两个天线，发射机在初始传输时经由两个天线来发射数据符号x₁和x₂，并且在重传时发射数据符号x₁和-x₂。

6.根据实施例2-4中任一实施例的方法，其中发射机和接收机都包含四个天线，发射机在初始传输时经由四个天线来发射数据符号x₁、x₂、x₃和x₄，并且在第一次重传时发射数据符号x₁、-x₂、x₃和-x₄。

7.根据实施例6的方法，其中发射机在第二次重传时发射数据符号x₁、x₂、-x₃和-x₄。

8.根据实施例7的方法，其中发射机在第三次重传时发射数据符号x₁、-x₂、-x₃和x₄。

9.根据实施例2的方法，包括：如果在初始传输时数据分组中的至少一个未被成功发射，那么发射机随着新的数据分组重传该未被成功发射的数据分组，所述新的数据分组替换被成功发射的数据分组。

10.根据实施例9的方法，包括：接收机构建被成功发射的数据分组。

11.根据实施例10的方法，包括：接收机从初始接收的数据中减去被成功发射的数据分组。

12.根据实施例11的方法，包括：接收机在减去了被成功发射的数据分组之后将重传数据与初始接收的数据合并。

13.根据实施例12的方法，包括：接收机执行处理来同时获取初始传输时未被成功发射的数据分组以及新的数据分组。

14.根据实施例9-13中任一实施例的方法，其中未被成功发射的数据分组被简单地重复而不改变初始传输中的格式。

15.根据实施例9-13中任一实施例的方法，其中未被成功发射的数据分组和新的数据分组是根据基于STBC的H-ARQ方案来排列的。

16.根据实施例9-15中任一实施例的方法，其中新的数据分组的格式与被成功发射的数据分组的格式相同。

17.根据实施例9-15中任一实施例的方法，其中新的数据分组的格式与被成功发射的数据分组的格式不同。

18.根据实施例9-17中任一实施例的方法，其中为了发射数据分组而执行PARC。

19.一种用于在MIMO无线通信系统中实施H-ARQ的发射机。

20.根据实施例19的发射机，包括：至少两个天线。

21.根据实施例20的发射机，包括：H-ARQ发射机，用于经由天线来同时发射至少两个数据分组，并且如果数据分组中的至少一个未被成功发射，则重传所述数据分组。

22.根据实施例19-21中任一实施例的发射机，包括：控制器，用于以正交扩展的方式来重新排列所述数据分组以便进行重传。

23.根据实施例19-22中任一实施例的发射机，其中为了发射数据分组而执行PARC。

24.根据实施例19-23中任一实施例的发射机，其中发射机和接收机都包含两个天线，控制器在初始传输时经由两个天线来发射数据符号x₁和x₂，并且在重传时发射数据符号x₁和-x₂。

25.根据实施例19-23中任一实施例的发射机，其中发射机和接收机都包含四个天线，控制器在初始传输时经由四个天线来发射数据符号x₁、x₂、x₃和x₄，并且在第一次重传时发射数据符号x₁、-x₂、x₃和-x₄。

26.根据实施例25的发射机，其中发射机在第二次重传时发射数据符号x₁、x₂、-x₃和-x₄。

27.根据实施例26的发射机，其中发射机在第三次重传时发射数据符号x₁、-x₂、-x₃和x₄。

28.根据实施例20的发射机，包括：H-ARQ发射机，用于经由天线来发射至少两个数据分组，并且如果在初始传输时数据分组中的至少一个未被成功发射，则重传数据分组。

29.根据实施例28的发射机，包括：控制器，用于对H-ARQ发射机进行控制，由此只有未被成功发射的数据分组随着新的数据分组被重传，所述新的数据分组替换被成功发射的数据分组。

30.根据实施例28-29中任一实施例的发射机，其中未被成功发射的数据分组被简单地重复而不改变格式。

31.根据实施例28-30中任一实施例的发射机，其中新的数据分组的格式与被成功发射的数据分组的格式相同。

32.根据实施例28-30中任一实施例的发射机，其中新的数据分组的格式与被成功发射的数据分组的格式不同。

33.根据实施例28-31中任一实施例的发射机，其中为了发射数据分组而执行PARC。

34.一种用于在MIMO无线通信系统中实施H-ARQ的接收机。

35.根据实施例34的接收机，包括：至少两个天线。

36.根据实施例35的接收机，包括：H-ARQ接收机，用于接收来自发射机的数据，当在初始传输时数据分组中的至少一个未被成功传递到接收机时，该发射机随着新的数据分组重传该未被成功发射的数据分组，所述新的数据分组替换被成功发射的数据分组。

37.根据实施例36的接收机，包括：数据处理器，用于恢复由发射机发射的数据分组。

38.根据实施例37的接收机，包括：数据合并器，用于在从初始接收的数据中减去了成功接收的数据分组之后将重传数据与初始接收的数据合并，其中数据处理器对在重传中一起发射的未被成功发射的数据分组以及新的数据分组同时进行处理。

39.根据实施例36-38中任一实施例的接收机，其中未被成功发射的数据分组被简单地重复而不改变格式。

40.根据实施例36-39中任一实施例的接收机，其中新的数据分组的格式与被成功发射的数据分组的格式相同。

41.根据实施例36-39中任一实施例的接收机，其中新的数据分组的格式与被成功发射的数据分组的格式不同。

虽然本发明的特征和元素在优选的实施方式中以特定的结合进行了描述，但每个特征或元素可以在没有所述优选实施方式的其他特征和元素的情况下单独使用，或在与或不与本发明的其他特征和元素结合的各种情况下使用。本发明提供的方法或流程图可以在由通用计算机或处理器执行的计算机程序、软件或固件中实施，其中所述计算机程序、软件或固件是以有形的方式包含在计算机可读存储介质中的，。关于计算机可读存储介质的实例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、寄存器、缓冲存储器、半导体存储设备、内部硬盘和可移动磁盘之类的磁介质、磁光介质以及CD-ROM碟片和数字多用途通用光盘(DVD)之类的光介质。

举例来说，恰当的处理器包括：通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何一种集成电路(IC)和/或状态机。

与软件相关联的处理器可以用于实现一个射频收发信机，以便在无线发射接收单元(WTRU)、用户设备、终端、基站、无线电网络控制器或是任何一种主机计算机中加以使用。WTRU可以与采用硬件和/或软件形式实施的模块结合使用，例如相机、摄像机模块、食品电路可视电话、扬声器电话、振动设备、扬声器、麦克风、电视收发信机、免提耳机、键盘、蓝牙

模块、调频(FM)无线电单元、液晶显示器(LCD)显示单元、有机发光二极管(OLED)显示单元、数字音乐播放器、媒体播放器、视频游戏机模块、因特网浏览器和/或任何一种无线局域网(WLAN)模块。

Claims (28)

1.一种用于在多输入多输出(MIMO)无线通信系统中实施混合自动重复请求(H-ARQ)的方法，该方法包括：

发射机向接收机发射至少两个数据分组；以及

如果所述数据分组中的至少一个未被成功发射，那么所述发射机向所述接收机重传所述数据分组，同时以正交扩展方式来重新排列所述数据分组以便进行重传。

2.根据权利要求1所述的方法，其中为发射所述数据分组而执行对每个天线的速率控制(PARC)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述发射机和所述接收机都包含两个天线，所述发射机在初始传输时经由两个天线来发射数据符号x₁和x₂，并且在重传时发射数据符号x₁和-x₂。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述发射机和所述接收机都包含四个天线，所述发射机在初始传输时经由四个天线来发射数据符号x₁、x₂、x₃和x₄，并且在第一次重传时发射数据符号x₁、-x₂、x₃和-x₄。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述发射机在第二次重传时发射数据符号x₁、x₂、-x₃和-x₄。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述发射机在第三次重传时发射数据符号x₁、-x₂、-x₃和x₄。

7.一种用于在多输入多输出(MIMO)无线通信系统中实施混合自动重复请求(H-ARQ)的方法，该方法包括：

发射机向接收机发射至少两个数据分组；以及

如果在初始传输时数据分组中的至少一个未被成功发射，那么所述发射机随着新的数据分组重传该未被成功发射的数据分组，所述新的数据分组替换所述被成功发射的数据分组。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

所述接收机构建所述被成功发射的数据分组；

所述接收机从初始接收的数据中减去所述被成功发射的数据分组；

所述接收机在减去了所述被成功发射的数据分组之后将重传的数据与初始所接收的数据合并；以及

所述接收机执行处理以同时获取在所述初始传输时所述未被成功发射的数据分组以及所述新的数据分组。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述未被成功发射的数据分组被简单地重复而不改变初始传输中的格式。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述未被成功发射的数据分组和所述新的数据分组是根据基于空时分组编码(STBC)的H-ARQ方案来排列的。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述新的数据分组的格式与所述被成功发射的数据分组的格式相同。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述新的数据分组的格式与所述被成功发射的数据分组的格式不同。

13.根据权利要求7所述的方法，其中为发射所述数据分组而执行对每个天线的速率控制(PARC)。

14.一种用于在多输入多输出(MIMO)无线通信系统中实施混合自动重复请求(H-ARQ)的发射机，该发射机包括：

至少两个天线；

H-ARQ发射机，用于经由所述天线来同时发射至少两个数据分组，并且如果所述数据分组中的至少一个未被成功发射，则重传所述数据分组；以及

控制器，用于以正交扩展的方式来重新排列所述数据分组以便进行重传。

15.根据权利要求14所述的发射机，其中为了发射所述数据分组而执行对每个天线的速率控制(PARC)。

16.根据权利要求14所述的发射机，其中所述发射机和所述接收机都包含两个天线，并且所述控制器在初始传输时经由两个天线来发射数据符号x₁和x₂，并且在重传时发射数据符号x₁和-x₂。

17.根据权利要求14所述的发射机，其中所述发射机和所述接收机都包含四个天线，并且所述控制器在初始传输时经由四个天线来发射数据符号x₁、x₂、x₃和x₄，并且在第一次重传时发射数据符号x₁、-x₂、x₃和-x₄。

18.根据权利要求17所述的发射机，其中所述发射机在第二次重传时发射数据符号x₁、x₂、-x₃和-x₄。

19.根据权利要求18所述的发射机，其中所述发射机在第三次重传时发射数据符号x₁、-x₂、-x₃和x₄。

20.一种用于在多输入多输出(MIMO)无线通信系统中实施混合自动重复请求(H-ARQ)的发射机，该发射机包括：

至少两个天线；

H-ARQ发射机，用于经由所述天线来发射至少两个数据分组，并且如果在初始传输时数据分组中的至少一个未被成功发射，则重传数据分组；以及

控制器，用于对所述H-ARQ发射机进行控制，由此只有所述未被成功发射的数据分组随着新的数据分组被重传，所述新的数据分组替换所述被成功发射的数据分组。

21.根据权利要求20所述的发射机，其中所述未被成功发射的数据分组被简单地重复而不改变格式。

22.根据权利要求20所述的发射机，其中所述新的数据分组的格式与所述被成功发射的数据分组的格式相同。

23.根据权利要求20所述的发射机，其中所述新的数据分组的格式与所述被成功发射的数据分组的格式不同。

24.根据权利要求20所述的发射机，其中为发射数据分组而执行对每个天线的速率控制(PARC)。

25.一种用于在多输入多输出(MIMO)无线通信系统中实施混合自动重复请求(H-ARQ)的接收机，该接收机包括：

至少两个天线；

H-ARQ接收机，用于接收来自发射机的数据，当在初始传输时数据分组中的至少一个未被成功传递到所述接收机时，所述发射机随着新的数据分组重传该未被成功发射的数据分组，所述新的数据分组替换被成功发射的数据分组；

数据处理器，用于恢复由所述发射机发射的数据分组；以及

数据合并器，用于在从初始接收的数据中减去了所述成功接收的数据分组之后将被重传的数据与初始接收的数据合并，其中所述数据处理器对在重传中一起发射的所述未被成功发射的数据分组以及所述新的数据分组同时进行处理。

26.根据权利要求25所述的接收机，其中所述未被成功发射的数据分组被简单地重复而不改变格式。

27.根据权利要求25所述的接收机，其中所述新的数据分组的格式与所述被成功发射的数据分组的格式相同。

28.根据权利要求25所述的接收机，其中所述新的数据分组的格式与所述被成功发射的数据分组的格式不同。

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