一種多天線系統的數據發送、接收方法及裝置的製作方法

2023-09-17 19:16:15

專利名稱：一種多天線系統的數據發送、接收方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域，尤其涉及一種多天線系統的數據發送、接收方法及裝置。

背景技術：
為增強移動通信系統的性能，在3G(the 3rd Generation MobileCommunication，第三代移動通信)/4G(the 4th Generation MobileCommunication，第四代移動通信)的多天線數字通信系統中引入了MIMO(Multiple Input Multiple Output，多輸入多輸出)技術。MIMO技術是指在發送端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，信號通過發送端和接收端的多個天線發射和接收，從而改善數據傳輸速率和/或誤比特率。MIMO技術中使用的發射天線，可以是物理天線，也可以是虛擬天線。在3GPP TR 25.876V1.7.1中提出了虛擬天線(Virtual Antenna)技術，該技術提供了多個虛擬天線埠，多路發射信號分別送到多個虛擬天線埠後，對發射信號向量依次乘以一個或者多個矩陣後，再分別送到各個物理天線埠進行發射。MIMO系統包括SU-MIMO(Single User MIMO，單用戶-多輸入多輸出)系統和MU-MIMO(Multiple User MIMO，多用戶-多輸入多輸出)系統，SU-MIMO系統是指單個發送端的多個天線與單個接收端的多個天線間發射和接收信號的系統。MU-MIMO系統是指單個(或多個)發送端的多個天線與多個接收端的多個天線間發射和接收信號的系統。MU-MIMO系統的發送端的多個天線可以是一個天線的不同極化方向或不同波束等。
如上所述，MU-MIMO系統不僅僅指一個發送端(如基站)與多個接收端(如多個移動終端、多個中繼站)進行通信的系統，同樣包括多個發送端通過相互協調通信與多個接收端進行通信的系統，比如，多個小區通過基站之間協調通信之後與多個用戶之間形成的MU-MIMO系統。圖1示出了一個MU-MIMO的示意圖。圖中示出了一個發送端和兩個接收端(用戶#1和用戶#2)。發送端的數據信號經過通過天線M1和M2在同一時頻資源上發送給用戶#1和用戶#2。如圖所示，用戶#1通過N1和N2接收信號，用戶#2通過N3和N4接收信號。具體的，用戶#1接收到的信號中不僅包含了發送端發送給用戶#1的信號，而且包含了發送端發送給用戶#2的信號，這種幹擾也稱為MAI(Multiple Access Interference，多址幹擾)。同理，用戶#2接收到的信號中不僅包含了發送端發送給用戶#2的信號，而且包含了發送端發送給用戶#1的信號，稱用戶#1和用戶#2間的信號存在幹擾為MAI(Multiple AccessInterference，多址幹擾)。在現有技術中，接收端用戶#1和用戶#2通過上行信道的CSI(Channel Status Indicator，信道狀態指示)通知發送端其受多址幹擾影響的狀態，即用戶#1通過其上行的CSI通知發送端用戶#2對其的MAI程度，而用戶#2通過其上行的CSI通知發送端用戶#1對其的MAI程度。同時，接收端用戶#1和用戶#2也會把經量化後的信道參數反饋給發送端。當發送端接收到不同用戶發送的CSI和信道參數後，採用波束成形、預編碼或預濾波等預處理技術來達到降低接收端用戶間的MAI幹擾的目的，從而使接收端用戶正確解碼發送端發送給該用戶的信息。在現有技術中，MU-MIMO系統很好地應用了空間復用技術，較大的提高了無線通信系統的容量，在MU-MIMO系統的發送端對發射給多個用戶的信號首先進行了預處理(預編碼、預濾波等)，以抑制或者消除接收端的MAI和ISI(Inter-Symbol Interference，符號間幹擾)。但在實際系統中，由於CSI和信道響應參數都是經過量化之後反饋給發送端，發送端再根據這些反饋信息進行預處理。由反饋信息數目的限制和量化誤差的存在，使接收端必然存在MAI和ISI，因此現有的MU-MIMO系統的系統性能仍有進步提升的空間。


發明內容
鑑於此，本發明實施例提供了一種多天線系統的數據發送、接收方法及裝置。可提高多天線系統接收端接收到的信號的信幹噪比，改善系統的性能。
具體的，本發明實施例提供的一種多輸入多輸出系統的數據發送方法包括 對發送給多個接收端的數據信息進行信道編碼、交織以及調製處理，其中，發送給每個接收端的數據信息分別採用不同的交織圖樣進行交織； 將所述調製處理後的數據信息以及所述數據信息採用的交織圖樣信息發送給所述多個接收端。
相應的，本發明實施例提供的一種多輸入多輸出系統的數據發送裝置包括 編碼單元，用於對對發送給多個接收端的數據信息進行信道編碼處理； 交織單元，用於對所述編碼處理後的數據信息進行交織處理，發送給每個接收端的數據信息分別採用不同的交織圖樣進行交織； 調製單元，用於對所述交織處理後的數據信息進行調製處理； 發送單元，用於將所述調製處理後的數據信息以及所述數據信息採用的交織圖樣信息發送給所述多個接收端。
相應的，本發明實施例提供的一種多輸入多輸出系統的數據接收方法包括 接收發送給多個接收端的數據信息以及所述數據信息採用的交織圖樣信息； 對所述接收到的數據信息進行基本信號檢測、解交織、信道解碼處理後獲得所述信道解碼處理後的數據信息，所述解交織採用的圖樣由所述接收到的交織圖樣信息確定。
相應的，本發明實施例提供的一種多輸入多輸出系統的數據接收裝置包括 接收單元，用於接收發送給多個接收端的數據信息以及所述數據信息採用的交織圖樣信息； 基本信號檢測單元、用於對所述接收單元接收到的所述數據信息進行基本信號檢測處理； 解交織單元，用於對所述信號檢測單元進行基本信號檢測處理後的數據信息進行解交織處理，所述解交織採用的圖樣由所述交織圖樣信息確定； 解碼單元，用於對所述解交織後的數據信息進行信道解碼處理； 獲得單元，用於獲得所述解碼單元處理後的數據信息。
本發明實施例在發送端對發送個多個接收端的數據信息分別進行交織並採用不同的交織圖樣，打亂了原編碼序列的順序，使相鄰的碼片近似無關，使得碼片與碼片之間的多接收端信號的檢測變得比較容易；在接收端通過多次循環迭代接收到的數據，有效地提高接收信號的信幹噪比，降低了誤碼率和誤比特率，有效地改善了多輸入多輸出系統的性能。



圖1是現有的MU-MIMO系統發送和接收數據的一個簡要示意圖； 圖2是本發明的MU-MIMO系統的一個實施例結構示意圖； 圖3是本發明的MU-MIMO系統的一個數據發送方法的實施例流程示意圖； 圖4是本發明的MU-MIMO系統的一個數據接收方法的實施例流程示意圖； 圖5是本發明的MU-MIMO系統的數據發送方案的一個實施例原理示意圖； 圖6是本發明的MU-MIMO系統的數據接收方案的一個實施例原理示意圖； 圖7是本發明的MU-MIMO系統發送和接收數據的一個實施例簡要示意圖； 圖8是基於IEEE802.16e協議的OFDMA MU-MIMO系統的數據發送方案的一個實施例原理示意圖； 圖9是基於IEEE802.16e協議的OFDMA MU-MIMO系統的數據接收方案的一個實施例原理示意圖。

具體實施例方式 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述。
本發明實施例提供了一種多天線系統的數據傳輸技術，通過提高接收信號的SINR(Signal Interference Noise Ratio，信幹噪比)，提高接收端的信道解碼性能，從而可以進一步提高多天線系統的容量，減少誤比特率和誤碼率，達到有效改善系統性能的目的。
本發明實施例提供的多天線系統中數據發送及對應的數據接收基本流程包括在多天線系統的發送端，對發送給多個接收端的數據信息進行信道編碼，編碼後採用不同交織圖樣進行交織，然後將分別調製後的數據符號由天線發送到信道中；同時通過控制信令通知所述多個接收端所述發送端對接收端數據交織時分別採用的交織圖樣。在接收端，對接收到的多路信號首先進行基本信號檢測，以抑制或消除ISI和信道環境幹擾；之後根據控制信令指示的交織圖樣對基本信號檢測後得到的至少兩組信號信息對應進行解交織和信道解碼得到所述多路信號數據的估計值；為獲得高質量的數據估計值，對估計值分別交織後作為第二次基本信號檢測迭代輸入值，以從各路信號信息中消除或抑制其它路信號信息的幹擾。經過多次循環迭代，直到循環迭代次數達到預設的最大循環次數，或所述解碼器解碼後的數據信息通過了CRC(Cyclic Redundancy Check，循環冗餘校驗)校驗檢測。通過多次循環迭代處理後，通常能夠將各路信號信息中其它路信號信息的幹擾完全消除，從而可以提高接收信號的信幹噪比，改善接收端的信道解碼性能。
以下以多天線系統中的MU-MIMO系統為例進行詳細描述。
本發明實施例的MU-MIMO系統的發送端包括基站、中繼站等設備，接收端包括移動終端、中繼站、PC軟電話以及固定終端等設備。
圖2是本發明的MU-MIMO系統的一個實施例結構示意圖；如圖2所示，本實施例中，發送裝置10包括編碼單元101、擴頻單元102、交織單元103、調製單元104、預處理單元105以及發送單元106，其中， 所述編碼單元101，用於對發送給多個接收端的數據信息進行信道編碼處理； 擴頻單元102，用於對所述編碼單元101進行信道編碼處理後的數據信息進行擴頻處理後發送給所述交織單元103，並將對所述數據信息採用的擴頻因子、擴頻碼以及偏移量參數發送給所述發送單元106；具體實現中，發送裝置也可以不包括擴頻單元。編碼單元和擴頻單元構成了低碼率編碼器，通過該兩個單元處理降低了發送數據的碼率。
所述交織單元103，用於對所述擴頻單元102擴頻後的數據信息進行交織處理，交織單元103對每個接收端的數據信息採用不同的交織圖樣進行交織處理；具體實現中，交織單元103可為隨機交織器，不同的交織圖樣通過不同的隨機種子產生；交織單元103也可以為塊交織器、卷積交織器或者截斷比特反轉交織器等。一般情況下，交織圖樣按照預先定義的規則生成，但交織圖樣也可以由發送端生成後通過特定方式通知接收端。但無論採用哪種方式生成交織圖樣，發送端都需要通過控制信令將對每個接收端的數據信息採用的交織圖樣信息發送給所述多個接收端。交織處理打亂了原來編碼序列的順序，使相鄰的碼片近似無關，使接收端對基於碼片的多用戶數據檢測變得容易。
所述調製單元104，用於對所述交織單元103交織處理後的數據信息進行調製處理； 所述預處理單元105，用於對所述調製單元104調製處理後的數據信息進行預處理，並將所述預處理的預處理方式信息發送給所述發送單元106。具體實現中，預處理單元105包括預編碼處理單元、預均衡處理單元、預幹擾消除處理單元、波束成形處理單元以及空時編碼處理單元中的一種或多種，具體的，預編碼處理單元通過預編碼技術對調製後的數據信息進行預處理、預均衡處理單元通過預均衡技術對調製後的數據信息進行預處理、所述預幹擾消除處理單元用於預先對信號在物理信道中傳輸時可能存在的幹擾和噪聲剔除出去、所述波束成形處理單元用於對所述調製單元調製處理後的數據信息進行波束成形處理。在實際系統中，各接收端會將信道的CSI和量化後的信道參數反饋給發送端。發送端的預處理單元105即可根據所述反饋信息進行相應的預處理。比如，在接收端利用信道參數計算獲得預編碼矩陣，並通過反饋信息通知發送端所述預編碼所使用碼字的索引信息，發送端接收到所述索引信息後，即可選擇相應的預編碼矩陣參數，以對待發送的數據進行預編碼處理。
所述發送單元106，用於將所述預處理單元105處理後的數據信息發送給所述多個接收端，並將所述交織單元103對每個接收端的數據信息採用的交織圖樣信息、所述擴頻單元102對所述每個接收端的數據信息採用的擴頻因子、擴頻碼以及偏移量參數以及所述預處理單元105對所述每個接收端的數據信息採用的預處理方式信息發送給所述多個接收端；具體實現中，發送單元106包含多個物理或者虛擬天線。具體實現中擴頻時採用的相關參數可以由發送端和接收端預先商定，而不需要在數據傳輸過程中進行傳輸。
相應的，接收端的數據接收裝置20包括接收單元201、信道均衡單元202、基本信號檢測單元203、解交織單元204、解碼單元205、交織單元206、獲得單元207以及循環控制單元208，其中， 所述接收單元201，用於接收發送給多個接收端的數據信息以及所述數據信息採用的交織圖樣信息、對發送給所述多個接收端的數據信息進行擴頻處理時採用的擴頻因子、擴頻碼以及偏移量參數以及對發送給所述多個接收端的數據信息進行預處理的預處理方式信息。具體實現中擴頻時採用的相關參數可以由發送端和接收端預先商定，而不需要在數據傳輸過程中進行接收。
所述信道均衡單元202，用於對所述接收單元201接收到的所述數據信息進行信道均衡處理；使用信道均衡技術後，可以從一定程度上抑制或消除ISI和MAI，進一步提高系統的性能。具體實現中，信道均衡單元202包括最小均方誤差(Linear Minimum Mean-Squared Error，L-MMSE)均衡單元、迫零(Zero-Forcing，ZF)均衡單元、最大似然(Maximum Likelihood，ML)均衡單元、串行幹擾消除(Successive Interference Cancellation，SIC)均衡單元、並行幹擾消除(Parallel Interference Cancellation，PIC)均衡單元中的一種多種。具體實現中，接收裝置也可以不包括信道均衡單元。具體實現中，在對接收的信號進行信號均衡時，結合發送端發送的預處理方式信息，計算系統的信道響應參數、CSI等相關參數，並通過量化後反饋給發送端，發送端即可根據這些信息進一步進行相應的預處理。
所述基本信號檢測單元203，用於對所述接收單元201接收到的數據信息進行基本信號檢測處理； 所述解交織單元204，用於對所述信號檢測單元203進行基本信號檢測處理後的數據信息進行解交織處理，所述解交織採用的圖樣由所述交織圖樣信息確定； 所述解碼單元205，用於對所述解交織處理後的數據信息進行信道解碼處理； 所述交織單元206，用於對所述解碼單元205解碼處理後的數據信息進行交織處理，並將交織處理後的數據發送給所述基本信號檢測單元，所述交織採用的圖樣由所述接收到的交織圖樣信息確定； 所述獲得單元207，用於獲得所述解碼單元205解碼處理後的數據信息； 所述循環控制單元208，用於判斷是否需停止數據處理，如果判斷為是，則通知所述獲得單元207獲得所述解碼處理後的數據信息；否則，通知所述交織單元206對所述解碼單元205信道解碼處理後的數據進行交織處理。循環控制單元208包括最大循環次數控制單元和解碼驗證單元中至少一個，其中，所述最大循環次數控制單元用於判斷循環次數是否達到預設的最大循環次數，如果判斷為是，則通知所述獲得單元207獲得所述解碼單元205處理後的數據信息；所述解碼驗證單元用於判斷所述信道解碼後的數據信息是否通過CRC校驗檢測，如果判斷為是，則通知所述獲得單元207獲得所述解碼單元205處理後的數據信息。
相應的，圖3和圖4分別是本發明的MU-MIMO系統的數據發送方法和數據接收方法的實施例流程示意圖。
如圖3所示，本實施例的數據發送方法具體包括 步驟S400，對發送給多個接收端的數據信息進行信道編碼處理； 步驟S401，對所述編碼處理後的數據信息進行擴頻處理；數據的發送端也可以不包括擴頻處理流程。擴頻處理降低了發送數據的碼率。
步驟S402，對所述擴頻處理後的數據信息進行交織處理；不同接收端的數據採用不同的交織圖樣進行交織。具體實現中，交織處理可以採用為隨機交織處理的方式，不同的交織圖樣通過不同的隨機種子產生；交織處理也可以採用塊交織處理方式、卷積交織處理方式或者截斷比特反轉交織處理方式等。一般情況下，交織圖樣按照預先定義的規則生成，但交織圖樣也可以由發送端生成後通過特定方式通知接收端。但無論採用哪種方式生成交織圖樣，發送端都需要通過控制信令將對每個接收端的數據信息採用的交織圖樣信息發送給所述多個接收端。交織處理打亂了原來編碼序列的順序，使相鄰的碼片近似無關，使接收端對基於碼片的多用戶數據檢測變得容易。
步驟S403，對所述交織處理後的數據信息進行調製處理； 步驟S404，對所述調製處理後的數據信息進行預處理；具體實現中，預處理包括預編碼處理、預均衡處理、預幹擾消除處理、波束成形處理以及空時編碼處理等方式中的一種或多種，具體的，預編碼處理通過預編碼技術對調製後的數據信息進行預處理、預均衡處理通過預均衡技術對調製後的數據信息進行預處理、所述預幹擾消除處理用於預先對信號在物理信道中傳輸時可能存在的幹擾和噪聲剔除出去、所述波束成形處理用於對所述調製單元調製處理後的數據信息進行波束成形處理。在實際系統中，各接收端會將信道的CSI和量化後的信道參數反饋給發送端。發送端即可根據所述反饋信息進行相應的預處理。比如，在接收端利用信道參數計算獲得預編碼矩陣，並通過反饋信息通知發送端所述預編碼所使用碼字的索引信息，發送端接收到所述索引信息後，即可選擇相應的預編碼矩陣參數，以對待發送的數據進行預編碼處理。
步驟S405，將所述預處理單元後的數據信息發送給所述多個接收端，並將對每個接收端的數據信息採用的交織圖樣信息、對所述每個接收端的數據信息採用的擴頻因子、擴頻碼以及偏移量參數以及所述對所述每個接收端的數據信息採用的預處理方式信息發送給所述多個接收端；具體實現中擴頻時採用的相關參數可以由發送端和接收端預先商定，而不需要在數據傳輸過程中進行傳輸。
如圖4所示，本實施例的數據接收方法具體包括 步驟S500，接收發送給多個接收端的數據信息以及所述數據信息採用的交織圖樣信息、對發送給所述多個接收端的數據信息進行擴頻處理時採用的擴頻因子、擴頻碼以及偏移量參數以及對發送給所述多個接收端的數據信息進行預處理的預處理方式信息；具體實現中擴頻時採用的相關參數可以由發送端和接收端預先商定，而不需要在數據傳輸過程中進行接收。
步驟S501，對所述接收到的數據信息進行信道均衡處理；具體實現中，信道均衡的方法包括最小均方誤差(Linear Minimum Mean-Squared Error，L-MMSE)均衡、迫零(Zero-Forcing，ZF)均衡、最大似然(Maximum Likelihood，ML)均衡、串行幹擾消除(Successive Interference Cancellation，SIC)均衡、並行幹擾消除(Parallel Interference Cancellation，PIC)均衡中的一種多種。具體實現中，在對接收的信號進行信號均衡時，結合發送端發送的預處理方式信息，信道響應參數等相關參數，計算系統的信道響應參數、CSI等相關參數，並通過量化後反饋給發送端，發送端即可根據這些信息進一步進行相應的預處理。
步驟S502，對所述信道均衡處理後的數據信息進行基本信號檢測處理； 步驟S503，對所述基本信號檢測處理後的數據信息進行解交織處理；所述解交織採用的圖樣由所述交織圖樣信息確定； 步驟S504，對所述解交織處理後的數據信息進行信道解碼處理； 步驟S505，判斷是否需停止數據處理，如果判斷為是，執行步驟S507；否則，執行步驟S506；具體實現中，判斷是否停止數據處理的步驟具體包括判斷循環次數是否達到預設的最大循環次數，如果判斷為是，則執行步驟S507；否則，執行步驟S506；或者判斷所述信道解碼後的數據信息是否通過CRC校驗檢測，如果判斷為是，則執行步驟S507；否則，執行步驟S506； 步驟S506，對所述信道解碼處理後的數據信息進行交織處理，後執行步驟S502；所述交織採用的圖樣由所述交織圖樣信息確定； 步驟S507，獲得所述信道解碼處理後的數據信息。
下面詳細介紹本發明實施例的MU-MIMO系統的數據發送以及對應的數據接收方案。
首先介紹數據發送方案 發送端將發送給多個接收端的數據信息進行信道編碼後，所得到的各編碼塊分別採用不同的交織圖樣進行交織，並對交織後的數據進行調製後由天線發送到信道中，具體實現如圖5所示。假設有發送給K個用戶終端的K組數據，也可稱為有K個數據流，以第k個用戶的數據流的處理過程為例說明發送端的處理過程設第k個用戶的數據流的信息碼元序列為其中，I為信息碼元序列的長度；然後經過信道編碼單元編碼後成為編碼序列

設編碼序列的長度為J；再經過交織單元{πk}，不同數據流的交織單元不同，編碼序列

被打亂順序重新排列為碼片序列碼片序列的長度與編碼序列的長度相同也為J。將交織單元輸出序列中的元素稱為碼片(Chips)，是遵循CDMA系統的約定。經交織後的碼片序列進入調製單元，調製後表示為M為一組數據符號的長度。調製後的多組數據符號通過多天線系統發送出去，每個天線上發送一路信號。
其中，不同用戶的不同數據流使用不同的交織圖樣進行交織，即各個數據流的交織單元{πk}不同。交織單元打亂了原編碼序列的順序，使相鄰的碼片近似無關，使得碼片與碼片之間的信號檢測變得比較容易。為了達到最好的交織性能，交織單元可以採用隨機交織單元，不同的交織圖樣通過不同的隨機種子產生。另外，為了簡化交織單元的複雜度，也可以採用塊交織單元或者卷積交織單元或者截斷比特反轉交織(Pruned Bit-Reversal Interleave)單元等等。一般情況下，交織圖樣按照預先定義的規則生成，也可以由發送端生成後通知接收端。無論採用哪種方式，發送端都要通過控制信令指示接收端其對各數據流交織時分別採用的交織圖樣。
較優的，經過信道編碼單元編碼的編碼序列

設編碼序列的長度為L，再經過擴頻單元進行擴頻，進一步降低碼率，每個編碼碼元

經擴頻之後被編碼成為低碼率碼序列其中，J為低碼率碼序列的長度。編碼單元和擴頻單元合併構成了低碼率編碼單元。當採用擴頻單元時，發送端需要通過控制信令指示接收端其對各數據流擴頻時採用的相關參數，如擴頻因子、擴頻碼的起始參數和擴頻碼偏移量參數等，具體實現中擴頻時採用的相關參數可以由發送端和接收端預先商定，而不需要在數據傳輸過程中進行傳輸。
較優的，多個用戶的數據流被調製後的數據符號經過預處理單元處理之後通過多天線系統發送出去，其中，預處理單元可能包括以下幾種處理情況[1]MIMO的波束成形處理，具體方式可為對數據符號乘以一個加權矩陣，然後再影射到物理層發射天線上發射出去，以降低發送給多個用戶之間的幹擾；[2]預編碼處理，具體方式可為對數據符號乘以一個預編碼矩陣，以使接收端接收到信號的SNR/SINR/信道容量/信號功率最大等；當發送端進行預編碼處理時，預編碼矩陣的選擇是由接收端通過信道相應矩陣和一定的規則產生。通常，在發送端和接收端預存碼字(Codeword)集合，可以降低反饋量。[3]預均衡技術，具體方式為在信號發送前進行信號的均衡或者進行幹擾抑制，以達到使發送給某個用戶的數據發送給指定用戶的目的；[4]預幹擾消除(InterferencePre-Subtraction)技術，具體方式為通過預先對信號在物理信道中傳輸可能來自外界的幹擾和噪聲從發送端的發送信號中剔除，從而達到多用戶能正確接收其各自信號的目的；[5]常規的MIMO處理。典型地，空時編碼技術。空時編碼技術包括空間發射分集技術和空間復用技術。其中，空間發射分集技術是指在不同的天線上發送同一數據流的數據符號，從而達到發射分集的效果，有很強的抗衰落能力。空時分組碼(Space Time Block Coding，STBC)是空間發射分集技術的典型應用。空間復用技術與空間發射分集技術不同，是指在不同的天線上發送不同數據流的數據符號，空間復用技術真正體現了MIMO系統提高容量的本質，分層空時碼(BLAST)是空間復用技術的典型應用。典型的空時編碼技術有STBC、空時網格碼(Space Time Trellis Coding，STTC)、BLAST等。當然，本發明實施例不僅僅採用這三種典型的空時編碼技術，還包括基於此三種空時編碼技術的變形編碼技術。另外，空時編碼技術還可以在不同發射天線引入不同的相位偏移，如PSD(Phase shift diversity，相位偏移分集)；或者引入時間延遲，如CDD(Cyclic delay diversity，循環延遲分集)等技術。空頻分組碼(SpaceFrequency Block Coding，SFBC)作為空頻編碼的典型應用，其與空時分組碼相對應，即空時分組碼的時間域變為了空頻分組碼的頻域。注意，上述5種處理模式可以一種或多種混合使用。經預處理後的信號調製到系統的頻點上發送。同時，發射端通過控制信令通知接收端其採用的交織圖樣和預處理的處理方式。例如，發射端採用預編碼技術時，發射端應該通過控制信令通知接收端使用的預編碼矩陣索引號。下面以具體例子對預處理中的預均衡處理方式和預幹擾消除處理方式進行較詳細描述。假設，發射端有MT個天線，用戶接收端天線MRk＝1(k＝1，…，K)，其中，K表示接收端的個數，也即每個接收端只有一個接收天線。則系統的信道響應矩陣H表示為 其中，hij代表從第j個發射天線到第i個接收端的信道響應參數。基於上述信道相應矩陣H，預均衡方案中的ZF(Zero Forcing，迫零)預濾波方案的預濾波因子W表示為 其中，(hi)H代表矩陣H的共軛轉置矩陣的第i列。‖‖代表Frobenius範式。當每個接收端多於一個接收天線時，其推導過程類似。
相應地，預幹擾消除方案是在發射端使用DPC(Dirty Paper Coding，髒紙編碼)編碼。DPC編碼的思想是在信號發射之前，首先將幹擾和噪聲從信號中除去。在MU-MIMO系統中，發射端為不同的接收端選擇不同的預處理權重因子(稱為碼字)。發射端首先為接收端1分配一個碼字(Codeword)，接著為接收端2分配碼子，但分配給接收端2的碼字滿足去掉接收端1對其幹擾的條件。同理，分配給接收端3的碼字要滿足去掉接收端1和接收端2對其幹擾的條件。當各接收端只有一個接收天線時，DPC編碼變為基于波束成形的分層編碼(Scalar coding)。
假設，信道響應矩陣H採用QR分解，即H＝QR。其中，R是一個K×K下三角矩陣，Q是一個K×MT矩陣，滿足QQH＝IK×K。
預編碼因子W表示為 W＝QH 接收信號表示為

表示接收信號，

表示發送信號，

表示幹擾信號。
接收端k的接收信號表示為(4)式 k＝1，…，K (4) 因此該信道被分解成K個並列幹擾信道。由於R是一個下三角矩陣，所以第1個接收端的信道是一個SISO(Single-Input Single-Output)信道，第2個接收端的信道是包含第1個接收端的信號的幹擾信道，而第3個接收端的信道是包含第1個接收端和第2個接收端幹擾的信道，依此類推。基於上述原因，在發射端預先消除K個並列信道之間的影響。該方案在發射端採用如下符號發射 k＝1，…，K(5) 使用(5)式的預處理後，接收信號可以重新表示為(6)式 yk＝[R]k，ksk+nk，k＝1，…，K(6) 接著介紹數據接收方案 在發射端通過對發送給指定接收端的信息進行預處理，如前所述的預濾波、預編碼、MIMO波束成形技術等。進行預處理後的信號理想情況是消除了多個接收端信號之間的幹擾，最理想的情況是完全消除了多個接收端信號之間的幹擾，但是通常受限於反饋時量化存在的誤差、信道變化較快等因素的影響，發射端的預處理只能部分消除接收端多個接收端信號之間的幹擾。因此，當一個接收端在接收到發射端發射給它的信息的同時，也接收到了發射端發射給其他接收端的信息。為了進一步降低多用戶之間幹擾，接收端對接收到的多個接收端的信號進行多次迭代以實現幹擾消除，每次迭代過程中將通過信號檢測的各個接收端的信號進行解交織、解碼、交織後重新進行信號檢測，從每個接收端信號中消除掉其它接收端信號的幹擾後進行下一次迭代。經過多次迭代以後通常能夠將每個接收端中其它接收端的信號的幹擾完全消除，從而可以提高信號的SINR，改善接收性能，具體實現如圖6所示。接收端至少包括一個基本信號檢測單元(Elementary Signal Estimator，ESE)，作為接收單元的接收天線獲得多個接收端的信號後，將所述多個接收端的信號作為先驗信息送入基本信號檢測單元。假設，接收天線共接收到發送給K個用戶終端的信號，將這K個用戶的信號稱之為共有K路信號，以第k路信號為例進行說明，基本信號檢測單元輸出關於{xk(j)}的非本徵對數似然信息(Log-Likelihood Ratio，LLR)，也就是通常說的外信息(Extrinsic Information)，表示為eESE(xk(j))；eESE(xk(j))解交織後作為第k路信道解碼單元(Decoder，DEC)輸入的先驗信息，然後信道解碼單元也產生一個相應的外信息，表示為eDEC(xk(j))；eDEC(xk(j))經過與發送端相同的交織圖樣進行交織後返回給基本信號檢測單元，更新噪聲的均值和方差，作為第二次迭代中基本信號檢測單元輸入的先驗信息。經過多此迭代以後，多個數據流的信道解碼單元分別產生相應信號信息的硬判決值，也即多個數據流的估計值。由基本信號檢測單元和信道解碼單元產生的外信息，完成了一個全局的碼片到碼片的Turbo類型的迭代接收過程。
較優的，本實施例的MU-MIMO系統的數據接收裝置還包括信道均衡單元，接收單元接收到的多路信號首先通過信道均衡單元，以消除或降低數據符號間的幹擾，經過信道均衡單元後的多路信號再進入基本信號檢測單元，進行多次迭代。進行後續各次迭代的過程中，可以每次都經過信道均衡單元也可以不再經過該單元。
常用的信道均衡技術包括最小均方誤差(Linear Minimum Mean-SquaredError，L-MMSE)、迫零(Zero-Forcing，ZF)、最大似然(Maximum Likelihood，ML)、串行幹擾消除(Successive Interference Cancellation，SIC)、並行幹擾消除(Parallel Interference Cancellation，PIC)等。具體實現中，在對接收的信號進行信號均衡時，結合發送端發送的預處理方式信息，計算系統的信道響應參數、CSI等相關參數，並通過量化後的信息反饋給發送端，發送端即可根據這些信息進一步進行相應的預處理。
最典型的信號均衡技術為L-MMSE和ZF。
下面以具體例子說明接收端接收信號的原理，假設在某個發射周期內，MU-MIMO系統的發射端經過預處理後經多個(至少一個)發射天線向用戶P(P＝1，…，K)發射信號(假設P＝1，且P有2個接收天線)。具體實現中，每個用戶也可以是多於2個接收天線。具體參考圖7，MU-MIMO系統中共有K個用戶，發射端一個交織塊內有L個調製符號。發射端發送給用戶k的數據流表示為用戶P的2個接收天線在第1個接收周期內接收信號表示為
其中，rij(i＝1，2.j＝1，…，L)表示用戶P在第j個接收周期內第i根天線接收到的信號。

表示從第j個數據流到第i個接收天線在發射第l(l＝1，…，L)個符號時經過預處理後的等效信道響應係數。在理想情況下，通過預處理後的等效信道響應係數，在i與j不等時在實際情況下，並不總為零，所以就存在著多用戶之間的幹擾。nij(i＝1，2.j＝1，…，L)表示用戶P在第j個接收周期內第i個接收天線上的幹擾和噪聲。
用戶P的2個接收天線在第m(m＝1，…，L)個接收周期內接收信號表示為
由(7)式可得
由(8)式可得
同理可得
其中，m＝1，…，L表示是發送給一個用戶的一個交織塊的數據長度。
下面介紹分別介紹通過ZF均衡器和L-MMSE均衡器對信號序列進行均衡的基本原理。
(1)通過ZF均衡器對信號序列進行均衡 對於(9)-(11)式，對信號序列

分別進行均衡，對應的均衡因子分別為 … … 其中，(*)H代表矩陣*的共軛轉置，[*]-1代表矩陣*的逆矩陣。
同理，對於(9)-(11)式，對信號序列

分別進行均衡，對應的均衡因子分別為 … … 對於(9)-(11)式，對信號序列

分別進行均衡，得到發送個給用戶1數據的估計值。

同理，對信號序列

分別進行均衡，得到發送個給用戶K的數據的估計值。

(2)通過L-MMSE均衡器對信號序列進行均衡 對於(9)-(11)式，對信號序列

分別進行均衡，對應的均衡因子分別為 … … 其中，(*)H代表矩陣*的共軛轉置，[*]-1代表矩陣*的逆矩陣。其中

σ2表示噪聲方差，Ps表示發送信號功率，σ2表示接收信號的噪聲功率，I2×2為2×2的單位矩陣。
同理，對於(9)-(11)式，對信號序列

分別進行均衡，對應的均衡因子分別為 … … 對於(9)-(11)式，對信號序列

分別進行均衡，得到發送個給用戶1數據的估計值。

同理，對信號序列

分別進行均衡，得到發送個給用戶K的數據的估計值。

如上所述，使用ZF信道均衡接收機時，得到發送給用戶1和用戶K的數據估計值如式(18)和(19)；使用L-MMSE信道均衡接收機時，得到發送給用戶1和用戶K的數據估計值如式(26)和(27)。依次類推，通過信道均衡接收機得到每個用戶的數據流

該數據是包含噪聲和幹擾的估計值。

送入基本信號檢測器計算相關的外信息等參數，同時將相關參數和信號經解交織器送入解碼器；解碼器產生一個相應的外信息，經交織器返還給信道均衡接收機，同時更新相應的噪聲均值和方差，作為第二次迭代信道均衡檢測器輸入的先驗信息。直到循環控制單元判定循環迭代次數達到預設的最大循環次數，或者循環控制單元判定所述解碼器解碼後的數據信息是否通過CRC校驗檢測。此時，解碼器輸出的數據流

消除了他序列的影響。
為了進一步闡述本發明實施例提供的方案，以IEEE802.16e協議為基礎介紹MU-MIMO系統中數據發送以及對應的接收方案。
為了表述方便並便於理解，首先定義兩個基本概念，即「層」和「流」。所謂「層」，指輸入預處理單元的信息的路徑，如M路數據流進入預處理單元，那麼則發送端有M層數據；所謂「流」，指從預處理單元輸出的信息路徑，如M層數據經預處理單元後有N路輸出信號，則發送端有N路數據流。
圖8是基於IEEE802.16e協議的OFDMA MU-MIMO系統的數據發送方案的一個實施例原理示意圖；如圖8所示，在OFDMAMU-MIMO系統中，發送端有K個數據流發送給K個用戶，發射端有MT個發射天線。K個數據流分別經過信道編碼器進行信道編碼，再經過擴頻器進行擴頻，降低碼率後，K個數據流再經過不同的交織器。經交織後的數據進入調製模塊，調製模塊即實現星座映射的功能。調製後的K層數據，進行預處理。可採用預編碼處理、預均衡處理、預幹擾消除處理、波束成形處理以及空時編碼處理等方式中的一種或多種預處理方式進行處理。進行預處理後的信號形成MT路數據流，之後分別進行子載波映射和子載波隨機化等操作。其中，子載波的映射即實現邏輯子載波向物理子載波的映射過程，在載波的隨機化主要目的是降低子載波的PAPR(Peak toAverage Power Ratio，功率峰均比)。在子載波映射過程中，如果需要，還包括數據分段或者數據的打孔、導頻信號的插入以及每個子載波乘於一個特定因子等過程。之後，進行IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，逆快速傅立葉變換)變換，生成OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplex Access，正交頻分復用接入)符號。然後，在每個OFDM符號前插入CP(Cyclic Prefix，循環前綴)以消除由無線信道的多徑時延擴展引入的ISI和載波間幹擾(Inter-CarrierInterference)。接著，MT路數據流的ODFMA符號數據流分別通過濾波器，經濾波器進行加速帶外洩漏信號的衰減，以防止對其他信號的幹擾。經濾波之後的信號，通過數模轉換模塊，實現數位訊號到模擬信號的轉換。該模擬信號進入發射模塊，進行高頻調製之後通過天線向外發射。
本發明方案中的對不同層的數據流使用的交織器的映射規則不同，其規則的產生必須是隨機和對立產生。交織器打亂了原理編碼序列的順序，使相鄰的碼片近似無關，使得接收端對基於碼片與碼片之間的多用戶信號檢測變得容易。同時，發射端通過控制信令通知接收端採用交織圖樣的相關信息。
圖9是基於IEEE802.16e協議的OFDMA MU-MIMO系統的數據接收方案的一個實施例原理示意圖；如圖9所示，假設第k個用戶的有MRk個接收天線。所述MRk個接收天線接收信號，首先在接收模塊從高頻載波中提取信號的模擬信號，之後通過模數轉換模塊，將模擬信號轉換為數位訊號。然後，兩路信號分別通過濾波器去除幹擾邊帶分量。接著，分別去掉MRk路中每個OFDMA符號的CP，以消除ISI和ICI。之後，MRk路信號分別進行FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立葉變換)，實現OFDMA符號的解調功能。經OFDMA符號解調後的信號通過子載波的映射和子載波的隨機化的逆操作。然後，經過處理的信號進入信號檢測模塊。信號檢測模塊包括信道均衡接收模塊和ESE基本信號檢測模塊。信道均衡模塊主要數據符號之間的幹擾和信道的影響；ESE基本信號檢測模塊根據接收到的信號產生相應的外信息，該外信息經過解交織後作為信道解碼器輸入端的先驗信息，然後信道解碼器產生一個相應的外信息，經過交織後返還給信號檢測模塊(包括ESE和信道均衡接收機)，更新噪聲的均值和方差，作為第二次迭代基本信號檢測器輸入的先驗信息。經過多此迭代以後，多層數據流的解碼器分別產生相應信息序列的硬判決值。
在接收端，所使用的交織器圖樣要與發送端的交織器相同，即發送端採用的交織器{πk}和接收端的交織器{πk}相同，其同步過程由下行控制信令實現。同時，同一路使用的交織器與其解解交織器相對應，即{πk}交織器與

解交織器相對應。
本發明實施例提供的多天線系統中數據發送以及對應的數據接收方法及裝置，在發送端對發送個多個接收端的數據信息分別進行交織並採用不同的交織圖樣，打亂了原編碼序列的順序，使相鄰的碼片近似無關，使得碼片與碼片之間的多接收端信號的檢測變得比較容易；在接收端通過多次循環迭代接收到的數據，有效地提高接收信號的信幹噪比，降低了誤碼率和誤比特率，有效地改善了多天線系統的性能。
以上所列舉的僅為本發明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。
權利要求
1、一種多天線系統的數據發送方法，其特徵在於，包括
對發送給多個接收端的數據信息進行信道編碼、交織以及調製處理，其中，發送給每個接收端的數據信息分別採用不同的交織圖樣進行交織；
將所述調製處理後的數據信息以及所述數據信息採用的交織圖樣信息發送給所述多個接收端。
2、如權利要求1所述的多天線系統的數據發送方法，其特徵在於，還包括
在對發送給多個接收端的數據信息進行信道編碼和交織之間，進行擴頻處理；
並將所述數據信息採用的擴頻因子、擴頻碼以及偏移量參數發送給所述多個接收端。
3、如權利要求1或2所述的多天線系統的數據發送方法，其特徵在於還包括
對所述調製處理後的數據信息進行預處理；
並將所述預處理的預處理方式信息發送給所述多個接收端。
4、如權利要求3所述的多天線系統的數據發送方法，其特徵在於，所述的預處理包括預編碼處理、預均衡處理、預幹擾消除處理、多輸入多輸出的波束成形處理以及空時編碼處理中的一種或多種。
5、一種多天線系統的數據發送裝置，其特徵在於，包括
編碼單元，用於對發送給多個接收端的數據信息進行信道編碼處理；
交織單元，用於對所述編碼處理後的數據信息進行交織處理，發送給每個接收端的數據信息分別採用不同的交織圖樣進行交織；
調製單元，用於對所述交織處理後的數據信息進行調製處理；
發送單元，用於將所述調製處理後的數據信息以及所述數據信息採用的交織圖樣信息發送給所述多個接收端。
6、如權利要求5所述的多天線系統的數據發送裝置，其特徵在於，還包括
擴頻單元，用於對所述編碼單元進行信道編碼處理後的數據信息進行擴頻處理後發送給所述交織單元，並將對所述數據信息採用的擴頻因子、擴頻碼以及偏移量參數發送給所述發送單元。
7、如權利要求5或6所述的多天線系統的數據發送裝置，其特徵在於，還包括
預處理單元，用於對所述調製單元調製處理後的數據信息進行預處理，並將所述預處理的預處理方式信息發送給所述發送單元。
8、如權利要求7所述的多天線系統的數據發送裝置，其特徵在於，所述預處理單元包括預編碼處理單元、預均衡處理單元、預幹擾消除處理單元、波束成形處理單元以及空時編碼處理單元中的一種或多種；
預編碼處理單元，用於對所述調製單元調製處理後的數據信息進行預編碼處理，並將所述預編碼處理的處理方式信息發送給所述發送單元；
預均衡處理單元，用於對所述調製單元調製處理後的數據信息進行預均衡處理，並將所述預均衡處理的處理方式信息發送給所述發送單元；
預幹擾消除處理單元，用於對所述調製單元調製處理後的數據信息進行預幹擾消除處理，並將所述預幹擾消除處理的處理方式信息發送給所述發送單元；
波束成形處理單元，用於對所述調製單元調製處理後的數據信息進行波束成形處理，並將所述波束成形處理的處理方式信息發送給所述發送單元；
空時編碼處理單元，用於對所述調製單元調製處理後的數據信息進行空時編碼處理，並將所述空時編碼處理的處理方式信息發送給所述發送單元。
9、一種多天線系統的數據接收方法，其特徵在於，包括
接收發送給多個接收端的數據信息以及所述數據信息採用的交織圖樣信息；
對所述接收到的數據信息進行基本信號檢測、解交織、信道解碼處理後獲得所述信道解碼處理後的數據信息，所述解交織採用的圖樣由所述接收到的交織圖樣信息確定。
10、如權利要求9所述的多天線系統的數據接收方法，其特徵在於，在進行信道解碼處理後還包括
判斷是否需停止數據處理，如果判斷為是，則獲得所述解碼處理後的數據信息；否則，對所述信道解碼處理後的數據進行交織後，進行基本信號檢測處理，所述交織採用的圖樣由所述接收到的交織圖樣信息確定。
11、如權利要求9所述的多天線系統的數據接收方法，其特徵在於，還包括
接收對發送給所述多個接收端的數據信息進行擴頻處理時採用的擴頻因子、擴頻碼以及偏移量參數。
12、如權利要求9所述的多天線系統的數據接收方法，其特徵在於，還包括
接收對發送給所述多個接收端的數據信息進行預處理的預處理方式信息。
13、如權利要求9所述的多天線系統的數據接收方法，其特徵在於，在對所述接收到的數據信息進行基本信號檢測處理之前還包括
對所述接收到的數據信息進行信道均衡處理。
14、如權利要求10所述的多天線系統的數據接收方法，其特徵在於，所述的判斷是否需停止數據處理的步驟具體包括
判斷循環次數是否達到預設的最大循環次數，如果判斷為是，則獲得所述解碼處理後的數據信息；否則，對所述信道解碼處理後的數據進行交織後，進行基本信號檢測處理；
或者判斷所述信道解碼後的數據信息是否通過CRC校驗檢測，如果判斷為是，則獲得所述解碼處理後的數據信息；否則，對所述信道解碼處理後的數據進行交織後，進行基本信號檢測處理。
15、一種多天線系統的數據接收裝置，其特徵在於，包括
接收單元，用於接收發送給多個接收端的數據信息以及所述數據信息採用的交織圖樣信息；
基本信號檢測單元、用於對所述接收單元接收到的所述數據信息進行基本信號檢測處理；
解交織單元，用於對所述信號檢測單元進行基本信號檢測處理後的數據信息進行解交織處理，所述解交織採用的圖樣由所述交織圖樣信息確定；
解碼單元，用於對所述解交織後的數據信息進行信道解碼處理；
獲得單元，用於獲得所述解碼單元處理後的數據信息。
16、如權利要求15所述的多天線系統的數據接收裝置，其特徵在於，還包括
交織單元，用於對所述解碼單元進行信道解碼處理後的數據信息進行交織處理，並將交織處理後的數據發送給所述基本信號檢測單元，所述交織採用的圖樣由所述接收到的交織圖樣信息確定；
循環控制單元，用於判斷是否需停止數據處理，如果判斷為是，則通知所述獲得單元獲得所述解碼處理後的數據信息；否則，通知所述交織單元對所述解碼單元信道解碼處理後的數據進行交織處理。
17、如權利要求15所述的多天線系統的數據接收裝置，其特徵在於，所述接收單元還用於接收對發送給所述多個接收端的數據信息進行擴頻處理時採用的擴頻因子、擴頻碼以及偏移量參數。
18、如權利要求15所述的多天線系統的數據接收裝置，其特徵在於，所述接收單元還用於接收對發送給所述多個接收端的數據信息進行預處理的預處理方式信息。
19、如權利要求15所述的多天線系統的數據接收裝置，其特徵在於，還包括
信道均衡單元，用於對所述接收單元接收到的所述數據信息進行信道均衡處理後發送給所述基本信號檢測單元。
20、如權利要求16所述的多天線系統的數據接收裝置，其特徵在於，所述循環控制單元包括
最大循環次數控制單元，用於判斷循環次數是否達到預設的最大循環次數，如果判斷為是，則通知所述獲得單元獲得所述解碼單元處理後的數據信息；否則通知所述交織單元對所述解碼單元信道解碼處理後的數據進行交織處理；
或者，解碼驗證單元，用於判斷所述信道解碼後的數據信息是否通過CRC校驗檢測，如果判斷為是，則通知所述獲得單元獲得所述解碼單元處理後的數據信息；否則通知所述交織單元對所述解碼單元信道解碼處理後的數據進行交織處理。
全文摘要
本發明實施例公開了一種多天線系統的數據發送方法，其特徵在於，包括對發送給多個接收端的數據信息進行信道編碼、交織以及調製處理，其中，發送給每個接收端的數據信息分別採用不同的交織圖樣進行交織；將所述調製處理後的數據信息以及所述數據信息採用的交織圖樣信息發送給所述多個接收端。本發明實施例還公開了一種多天線系統的數據接收方法及裝置。採用本發明，可提高多天線系統接收端接收到的信號的信幹噪比，改善系統的性能。
文檔編號H04L1/00GK101442389SQ200710031610
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月23日 優先權日2007年11月23日
發明者晟 劉, 趙印偉 申請人:華為技術有限公司