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CN1790976A - 用于多天线传输中的重传方法 - Google Patents

用于多天线传输中的重传方法 Download PDF

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CN1790976A
CN1790976A CNA2004101045326A CN200410104532A CN1790976A CN 1790976 A CN1790976 A CN 1790976A CN A2004101045326 A CNA2004101045326 A CN A2004101045326A CN 200410104532 A CN200410104532 A CN 200410104532A CN 1790976 A CN1790976 A CN 1790976A
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李继峰
于小红
佘小明
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

公开了一种用于多天线传输中的重传方法，包括步骤：在接收端计算接收的子流集合中各子流的等效信号与干扰噪声比值；通过反馈信道将计算的等效信号与干扰噪声比值反馈回发送端；在发送端根据各子流的等效信号与干扰噪声比值为出错的子流选取重传的天线；以及利用选择的天线重传所述出错的子流。如果接收端采用可变的检测顺序，则数据出错时把重传的数据依旧分配到原来的天线上进行传输，但接收端改变数据检测的顺序。本发明提出的方法可以有效提高多天线传输的效率。

Description

用于多天线传输中的重传方法
技术领域
本发明涉及多天线无线通信系统中的重传技术。
背景技术
下一代无线通信系统对于信息速率和传输质量这两方面提出了更高的需求。以往的研究主要集中在如何利用时域资源与频域资源上，近年来，多天线技术(MIMO)的提出，给研究者们提供了一个新的思路。在MIMO系统中，发送端利用多根天线进行信号的发送，接收端利用多根天线进行信号的接收。研究表明，相比于传统的单天线传输方法，MIMO技术可以显著地提高信道容量，从而提高信息传输速率。另外，由于空间资源相比较于时频资源几乎是无限可利用的，因此MIMO技术有效突破了传统研究中的瓶颈，成为了下一代无线通信系统的核心技术之一。
图1所示为通常的采用的MIMO系统结构示意图。在该结构中，发端和收端分别采用nT和nR个天线进行信号的发送和接收。在发送端，待发送的数据首先经过串并变换101分成nT个数据流，每个数据流对应一个发送天线。在接收端，首先由nR个接收天线104将信号接收下来，然后由信道估计模块105根据该接收信号进行信道估计，估计出当前的信道特性矩阵H。MIMO检测模块106利用该信道特性矩阵H对接收信号进行检测，解调出发端发送的信息比特。
下面给出了MIMO系统的模型：
令s＝[s1，...，snt]T表示传送符号的nt×1维向量。其中si为第i根天线发送的符号。相应的nr×1根接收天线的信号向量为y＝[y1，...，ynr]T，则
                  y＝Hs+n(1)
在(1)中n＝[n1，...，nnr]T表示在nr根接收天线上的零均值，方差为σ2的白高斯噪声。H为nr×nt信道矩阵。
为了能从接收向量y中恢复发送符号s，需要采用MIMO接收检测器对信号进行检测。
传统的检测方法有最大似然检测，ZF检测，MMSE检测，BLAST检测等等。
最大似然检测方法可以通过充分统计向量的噪声方差直接推导出来，但是最大似然检测的复杂度是随发送天线的数目呈指数增长，难以实现。
ZF(迫零)检测器的特点是完全消除了各个发送天线之间的干扰，其代价是增强了背景噪声。
MMSE检测器的基本思想是使估计的数据与真正的数据之间的均方误差最小化。它考虑了背景噪声的影响，在消除各个天线之间和增强背景噪声之间得到一个折衷，性能要优于迫零检测器。
BLAST检测器(ZF-BLAST和MMSE-BLAST)包括两部分：一个线性变换和一个串行干扰消除器。首先通过线性变换得到信噪比最强的第I根发送天线上的数据判决，通过此数据，重建第I个天线的发送数据。然后再从接收信号中减去此符号的影响。接着计算余下的数据中信噪比最强的天线上的数据估计进行干扰消除。然后一直重复此过程直到得到所有数据的估计。
在现有的移动通信中，由于恶劣的无线信道环境，导致了无线信道的不可靠和时变的特性，MIMO系统中亦是如此。为了降低误码率，提高系统的吞吐量，需要采用信道编码和纠错技术。信道编码是在原有信息中加入一些冗余信息，以便接收端能够检测并纠正错误信息。目前比较常用的纠错技术是混合请求重发(HARQ)技术，该技术结合了自动请求重传(ARQ)技术和前向纠错(FEC)技术来检测和纠正错误。目前有三种混合请求重传技术：第一类，收端丢弃无法正确接收的分组，并通过返回信道通知发端重发原分组的拷贝，新收到的分组独立地进行解码。第二类，收端不丢弃错误的分组，而是与重传的信息相结合进行解码，这种结合也称作软结合(Soft Combining)。第三类，重发的信息可以与以前传输的分组相结合，但是重发的分组包括正确接收数据所需要的全部信息。
使用HARQ进行信道的纠错时，首先发端将编码后的信息发送给接收端，接收端收到信息后对信息进行纠错解码。如果可以正确接收数据，则信息被收端接收，同时给发端发一个ACK确认信息；如果错误无法纠正，则收端给发端发送NACK信息，要求发端重发数据，然后收端再根据接收的重发数据进行解码。
以往的HARQ技术基本上是用于单天线系统，在多天线的环境下，如何利用HARQ技术来提高系统传输的可靠性，提高系统的吞吐量，是本发明想要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种用于多天线传输中的重传技术，用于提高MIMO系统数据传输的可靠性，提高系统的吞吐量。
本发明是这样来实现的：
本发明将HARQ技术与MIMO技术相结合，通过HARQ技术来提高MIMO系统的性能。
在传统的MIMO结构中，发端和收端分别采用nT和nR个天线进行信号的发送和接收。在发送端，待发送的数据首先经过串并变换分成nT个数据流，每个数据流对应一个发送天线。在接收端，首先由nR个接收天线将信号接收下来，然后由信道估计模块根据该接收信号进行信道估计，估计出当前的信道特性矩阵H。MIMO检测模块利用该信道特性矩阵H对接收信号进行检测，预先计算依次检测子流1，2，...，nT时所得的各个子流检测后的等效SINR值(信号与干扰噪声比)：SINR(1)，SINR(2)，...，SINR(nT)。
其中的检测一般采用基于SIC(串行干扰抵消)的检测方法。SIC检测的基本思想是，先利用某一检测子(如MMSE(最小均方误差)或者ZF(迫零))来检测某一个发送子流，随后将这一子流的作用从总的接收信号中去掉，然后再检测下一个子流，依此类推，直到所有的子流都检测出来为止。
需要明确的是，这里进行检测的目的并不是为了得到最终的子流数据，而是为了确定各个发送子流在按此方法检测后的SINR。在这个检测过程完成以后，根据信道特性矩阵H、每步检测中所采用的检测子，以及对信道噪声的估计值，可以方便的计算各个子流检测后的等效SINR值：SINR(1)，SINR(2)，...，SINR(nT)，其中信道噪声的估计值是根据接收的信号来计算的，接收的信号是有用信号和噪声的叠加值，有用信号的功率是已知的，从而可以根据接收的信号来计算出信道噪声的估计值。
在通常的MIMO检测中，一般采用固定的子流检测顺序，比如就按照发送天线由1到nT的顺序，对各子流进行SIC检测、计算SINR。同时MIMO检测按照同样的固定顺序，对各子流依次检测并得到最终数据。
MIMO检测采用固定的子流检测顺序会带来很大的误码传播。所谓的误码传播，指的是在SIC检测中，对发送子流一级一级的进行检测，这样如果前面检测子流没有检测正确的话，错误就会一级级传播下去。误码传播将会带来系统BER性能的急剧恶化。另一方面，由于分级重数的影响，后检测的子流的分级重数较高，导致后检测的信号的性能比先检测的信号的信能要好。由于误码传播和分级重数两方面的影响，使检测顺序对检测结果有较大的影响。对于同一发送数据子流来说，对其进行先检测还是后检测会得到不同的检测后SINR，也就是说，子流检测顺序会影响各子流的检测后SINR，为此，对子流检测顺序的合理优化还可以改善各子流的检测后SINR，从而改善系统的BER性能。
各子流检测后得到的等效SINR通过反馈信道传给发送端。同时各子流检测后得到的最终数据进行纠错译码，如果数据不能正确被接收，则需要通知发送端重传数据。发送端根据各子流的等效SINR值来确定到底由哪根天线来重传数据。选择天线的基本原则是如果第一次传输时使用的天线的SINR值较高，则重传时就选择一个SINR值较小的天线；反之，如果上一次传输时使用的天线的SINR值较低，则重传时就选择一个SINR值较高的天线。如果发送天线为nT个，某一数据子流无法正确接收，其等效的SINR值在所有数据子流中排列L位(按SINR值由小到大排列)，则重传时选择SINR值排列在nT-L+1位置的天线进行重传。例如，如果有4根发送天线，第一次传输数据时其等效的SINR值排序(按由小到大的顺序排列)为3，1，4，2。即第一根天线的SINR值在四根天线中排列第3，第二根天线的SINR值在四根天线中的值最小......。如果在接收端，第三根天线上的数据无法正确接收需要重传，则根据nT-L+1＝4-4+1＝1，得知在重传时，应该在SINR排序为第一的天线上，即第二根天线上重传数据。这种方法可以使接收的数据子流的SINR值趋于一个均衡的值，提高系统的平均误码率性能。
在本发明的另一方面，如果接收端采用可变的检测顺序，则依然在最初使用的天线上进行传输，在接收端进行MIMO检测的时候，改变原有的检测顺序。改变检测顺序有多种方法，一种方法是采用和原有检测顺序完全相反的顺序进行检测；此外还可以采用随机的检测顺序进行检测。在第一种方法中，如果第一次采用的是1，2，3，4的检测顺序，则第二次就可以采用4，3，2，1的检测顺序来进行，下一次传输时可以继续采用1，2，3，4的顺序。这样同样可以起到均衡数据支流的SINR值的效果。如果采用随机的检测顺序，则第一次可以采用1，2，3，4的检测顺序，第二次可以采用3，1，2，4的检测顺序，第三次可以采用4，1，2，3的检测顺序等等。
附图说明
通过参考附图来描述本发明的某些实施例，本发明的以上方面和特征将变得更明显，在附图中：
图1为通常的MIMO系统结构示意图。
图2为SIC检测方法的流程图。
图3为本发明的采用HARQ技术的MIMO系统结构示意图。
图4为本发明中采用固定检测顺序的重传过程的实施例的流程图。
图5为本发明中采用可变检测顺序的重传过程的实施例的流程图。
具体实施方式
图1为通常的MIMO系统结构示意图。
在该结构中，发端和收端分别采用nT和nR个天线进行信号的发送和接收。在发送端，待发送的数据首先经过串并变换模块101的处理分成nT个数据子流，每个数据子流对应一个发送天线。在发送之前，需要在调制和编码模块102对这些数据子流进行调制和编码。然后通过nT个发送天线103发送出去。
在接收端，首先由nR个接收天线104将空间全部信号接收下来，然后由信道估计模块105根据该接收信号中的导频信号或采用其他方法进行信道估计，估计出当前的信道特性矩阵H(对于MIMO系统来说，其信道特性可以用一个矩阵来描述)。然后，MIMO检测模块106根据信道特性矩阵H，采用一般的干扰抵消检测方法对各个发送数据子流进行检测，并得到原始的发送数据。
图2为SIC检测方法的流程图。
在步骤201，检测过程开始。然后在步骤202，根据当前信道的特性矩阵H，采用检测子ZF或MMSE从总的接收信号中检测第1个发送子流。检测出来以后，在步骤203将第1个发送子流的作用从总的接收信号中去掉。
然后，在步骤204，在去除发送子流1后的接收信号中，再采用检测子检测出下一个发送子流。检测出以后，在步骤205，再将此发送子流的作用从总的接收信号中去掉。接下来在步骤206判断发送子流是否检测完。
如果在步骤206判断子流未检测完，则流程返回到步骤204，继续进行检测。重复上述过程，直至检测出第nT个发送子流，全部发送子流检测完后，在步骤207，检测过程结束。
图3为本发明的采用HARQ技术的MIMO系统结构示意图。
在该结构中，发送端和接收端分别采用nT和nR个天线进行信号的发送和接收。在发送端，待发送的数据首先经过串并变换模块301分成nT个数据子流，然后在CRC编码模块302对每个数据子流分别进行CRC编码，每个数据子流对应一个发送天线和一个独立的ARQ过程。然后在调制与编码模块303进行相应的调制与编码处理，在nT个发送天线304上发送出去。
在接收端，首先由nR个接收天线305将空间全部信号接收下来，然后由信道估计模块306根据该接收信号中的导频信号或采用其他方法进行信道估计，估计出当前的信道特性矩阵H(对于MIMO系统来说，其信道特性可以用一个矩阵来描述)。然后，MIMO检测模块307根据信道特性矩阵H，采用一般的干扰抵消检测方法对各个发送数据子流进行检测，得到各子流检测后的等效SINR值，这些SINR值通过反馈信道311反馈回发送端。检测完的数据进行在CRC校验模块308进行CRC校验，校验的结果送给反馈信息处理器310。反馈信息处理器310生成各数据子流的反馈信息，通过反馈信道311反馈给发送端。
如果有出错的数据而且接收端采用的是固定的检测顺序，则发送端根据得到的各数据子流的SINR值来确定相应的数据在哪根天线上传输。如果有出错的数据且接收端采用的是可变的检测顺序，则出错的数据继续在原来使用的天线上进行传输。经过CRC校验后正确接收的数据经过并串变换模块309的处理，得到最终的数据。
图4为本发明中采用固定检测顺序的重传过程的流程图。
在图4中，过程在步骤401开始，接收端在步骤402计算接收到的各子流检测后的等效SINR值，然后在步骤403将检测后的等效的SINR值返回到发送端。在步骤404接收端继续对检测后得到的数据进行纠错译码，然后在步骤405判断接收到的数据(一个或几个天线接收的数据)是否有错误，如果在步骤405判断存在错误，则在步骤406通知发送端重传数据。
如果接收的数据没有错误，则不需重传，在步骤410流程结束。在步骤407，数据重传的时候，需要对由接收端返回的数据子流的等效SINR值按照由小到大的顺序或者从大到小的顺序进行排序。
在步骤408，如果发生错误的数据子流的SINR值排序为L，而且总的发送数据子流为nT，则选取SINR值排序为nT-L+1的天线作为重传的天线，然后在步骤409重传出错的数据。
接下来，接收端接着进行检测的过程，如果这次数据正确接收了，则此次流程在步骤410结束。否则继续进行数据的重传。
图5为本发明中采用可变检测顺序的重传过程的流程图。
在图5中，流程在步骤501开始后，接收端在步骤502选择预定的检测顺序，例如，3，2，1，4的顺序。然后在步骤503按照所选择的检测顺序对数据子流进行检测。
在对子流进行检测之后，在步骤504对检测后得到的各个子流的数据进行纠错译码，然后在步骤505判断各个子流的数据中是否有错误。
如果没有错误，则流程在步骤509结束。否则，在步骤506向发送端发出通知，请求重传存在错误的数据子流。然后发送端在步骤507将有错误的数据子流在与前一次相同的天线上重传。
接下来，在步骤508接收端接收重传的数据子流，并且选择与上次检测相反的检测顺序，即如果上次是按照3，2，1，4(这些数字为天线的标号)的顺序来进行检测的，则此次就选择4，1，2，3的顺序。然后流程返回到步骤504，继续进行后续的动作，直到检测到正确的数据。
在上述的步骤508，接收端还可以随机选择检测顺序，也就是在除3，2，1，4之外的顺序中随机选择一种顺序来进行再次检测，这样同样可以起到均衡数据支流的SINR值的效果。
上述实施例和优点只是示范性的，并非被认为是限制本发明。本教导可以容易地应用于其它类型的设备。同样，本发明的实施例的描述被定为说明性的，而非限制权利要求的范围，并且许多替换、更改和变化对于本领域技术人员都是显而易见的。

Claims (9)

1、一种用于多天线传输中的重传方法，其特征在于包括步骤：
在接收端计算接收的子流集合中各子流的等效信号与干扰噪声比值；
通过反馈信道将计算的等效信号与干扰噪声比值反馈回发送端；
在发送端根据各子流的等效信号与干扰噪声比值为出错的子流选取重传的天线；以及
利用选择的天线重传所述出错的子流。
2、根据权利要求1所述的重传方法，其特征在于，所述在接收端计算接收的子流集合中各子流的等效信号与干扰噪声比值的步骤包括：
根据当前信道的特性矩阵，采用预定的检测子从总的接收信号中逐个检测各个发送子流；
根据信道所述特性矩阵、所述预定的检测子、以及对信道噪声的估计值，计算各个子流的等效信号与干扰噪声比值。
3、根据权利要求2所述的重传方法，其特征在于，在接收端使用了固定的检测顺序并且所述出错的子流的等效信号与干扰噪声比值高的情况下，为所述出错的子流选择信号与干扰噪声比值低的天线。
4、根据权利要求2所述的重传方法，其特征在于，在接收端使用了固定的检测顺序并且所述出错的子流的等效信号与干扰噪声比值低的情况下，为所述出错的子流选择信号与干扰噪声比值高的天线。
5、根据权利要求3或者4所述的重传方法，其特征在于，如果发送端包括nT个天线，nT大于等于2，并且所述出错的子流的等效的信号与干扰噪声比值在所有数据子流中排列第L位，则选择信号与干扰噪声比值排列在nT-L+1位置的天线进行重传。
6、根据权利要求5所述的重传方法，其特征在于，所述预定的检测子是最大似然检测子、迫零检测子、最小均方误差检测子。
7、根据权利要求5所述的重传方法，其特征在于，对每个天线单独地进行冗余校验编码，并对每个天线执行独立的自动请求重发过程。
8.一种用于多天线传输中的重传方法，其特征在于包括步骤：
接收端以第一顺序对子流集合中各子流进行检测，以得到各个子流的检测数据；
对所述检测数据进行纠错译码；
在数据有错误的情况下，发送端在与前一次相同的天线上重传存在错误的子流；
接收端接收从发送端重传的子流；
接收端以与第一顺序不同的第二顺序检测重传的子流。
9.根据权利要求8所述的重传方法，其特征在于，所述第二顺序与第一顺序完全相反或者是与第一顺序不同的随机检测顺序。
CNA2004101045326A 2004-12-17 2004-12-17 用于多天线传输中的重传方法 Pending CN1790976A (zh)

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