CN100558002C - 分集发送信号的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分集发送信号的方法，包括以下步骤：A、输入信号依次进行串并变换以及傅立叶变换；B、将所述傅立叶变换得到的输入信号等长划分为两路信号，分别对两路信号空频编码；空频编码得到的两路信号中的第一路信号的奇偶位置分别由划分得到的两信号的数据序列构成；第二路信号的奇偶位置分别由划分得到的两路信号的数据共轭序列构成，且该路信号的奇数或偶数位置是由对应于第一路信号的偶数或奇数位置上的数据共轭后取负构成；C、对空频编码后的两路信号分别调制处理后，分别由两天线发出。同时本发明还提出一种分集发送信号的装置。本发明的方案经过仿真实验证明可以保证输出信号的低峰均比特性。

Description

分集发送信号的方法及其装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是指一种分集发送信号的方法及其装置。

背景技术

通信领域中的正交频分复用(OFDM)技术是将所传输的数据符号并行调制在相互之间重叠正交的多个子载波上传输。一方面，数据符号进行串并变换会使每个子载波上的符号周期相对增长，可以最大限度地减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响，避免频率选择性衰落；另一方面，子载波之间正交，可以有效利用带宽，提高系统容量。同时，为了避免符号之间的符号干扰，在符号之间插入循环前缀或者保护间隔，消除由于多径效应而引起的符号间干扰。总的来说，OFDM系统适用于多径无线信道环境下高速率数据的传输。但是，OFDM系统的一个主要缺点就是峰均比(Peak toAverage Power Ratio，PAPR，峰值与平均功率之比)过高，因此在3GPP的空口长期演进中，当采用OFDM作为上行(反向)链路多址方式，其峰均比高的特性将会降低终端的有效发射功率，对移动终端的通话和待机时间产生影响；另外，采用线性范围大的转换部件(功放等)将会导致终端造价增加。

因此，为了适应网络进步，在LTE(Long term evolution，长期演进计划)空口演进中采用了单载波频分多路复用技术(SC-FDMA)做为上行多址接入技术，SC-FDMA技术作为一种加入循环前缀(CP)的单载波传输方案，具有低峰均比、正交多址和接收端容易实现频域均衡等优点，SC-FDMA产生方法包括时域和频域方法，通常称频域实现的SC-FDMA为DFT-spread OFDM(DFT-s OFDM)，其实现框架见图1。为了保证SC-FDMA的低峰均比，子载波映射方式需要限制，如图2所示，其中左图采用连续的子载波，右图采用等间隔的子载波映射。

为了能实现单载波的多天线分集技术，在SC-FDMA中提出了空频分组码(Space-Frequency Block code，SFBC)技术，该技术通过两根发射天线和一根接收天线(两发一收)实现发分集。下面结合图3对SFBC技术进行具体说明：

SFBC结合DFT-s OFDM编码方式如表1：

表1：SFBC编码方式

	天线1	天线2
			f	s<sub>0</sub>	s<sub>1</sub>
f+Δf	-s<sub>1</sub><sup>*</sup>	s<sub>0</sub><sup>*</sup>

表1中的f和f+Δf，表示一个OFDM符号的相邻子载波。如图3所示，将发送的输入信号串并变换得到d₀，经过FFT变换后得到S₀(这里d₀和S₀都为N_u×1的列向量，N_u必须为偶数)：

S₀＝DFT(d₀)

例如，将S₀按照奇偶划分成等长两部分S₀ ⁰和S₀ ¹，然后分别对S₀ ⁰和S₀ ¹进行编码处理，输出A₀和B₀(A₀和B₀都为N_u×1的列向量)，其中序列A₀的偶数位置数据等于序列S₀ ⁰数据，奇数位置数据等于序列S₀ ¹数据共轭后取负数；序列B₀的偶数位置数据等于序列S₀ ¹，序列B₀的奇数位置数据等于序列S₀ ⁰数据共轭，用公式表示成：

$A_0\left(2k\right)=S_0^0\left(k\right),$ $A_0(2k+1)=-{\left(S_0^1\left(k\right)\right)}^{*}$ $(k\∈[0,\frac{N_u}{2}-1\left]\right)$

$B_0\left(2k\right)=S_0^1\left(k\right),$ $B_0(2k+1)=-{\left(S_0^0\left(k\right)\right)}^{*}$ $(k\∈[0,\frac{N_u}{2}-1\left]\right)$

A₀经过子载波映射、IFFT变换和加上保护间隔后，再经由并串转换、数模转换以及射频处理后，按照先后顺序从天线一发射出去，同样B₀经过一样的处理后从天线二发射。

综上所述，上述的DFT-s OFDM处理方式是对频域数据进行SFBC处理，而由于SFBC处理将DFT变换输出数据一部分进行了置换和共轭处理，破坏其经过IFFT变换输出的低峰均比特性，使输出信号的低峰均比特点无法保证。

发明内容

本发明提供一种分集发送信号的方法及其装置，用以解决现有技术中存在DFT-s OFDM结合SFBC技术不能保证低峰均比的问题。

本发明方法包括以下步骤：

A、输入信号依次进行串并变换以及傅立叶变换；

B、将所述傅立叶变换得到的输入信号等长划分为两路信号，分别对两路信号空频编码；空频编码得到的两路信号中的第一路信号的奇偶位置分别由划分得到的两路信号的数据序列构成；第二路信号的奇数位置是由对应的第一路信号的偶数位置上的数据共轭构成，其偶数位置是由对应的第一路信号的奇数位置上的数据共轭后取负构成；或者

所述第二路信号的奇数位置是由对应的第一路信号的偶数位置上的数据共轭后取负构成，其偶数位置是由对应的第一路信号的奇数位置上的数据共轭构成；

C、对空频编码后的两路信号分别调制处理后，分别由两天线发出。

本方法中，在所述步骤B中，输入信号的等长划分为奇偶等长划分或前后划分。

本方法中，在所述步骤C中，对空频编码得到的两路信号的调制处理包括：分别对编码得到的两路信号依次进行子载波映射、反傅立叶变换、对不具有数据的子载波以零填充、添加保护间隔、并串转换、数模转换以及射频处理。

本发明还提供一种分集发送信号的装置，包括：

串并变换单元，用于对输入信号进行串并变换；

傅立叶变换单元，用于对串并变换后的信号做傅立叶变换；

信号划分单元，用于对傅立叶变换单元传递的信号序列进行等长划分；

空频编码单元，用于对信号划分单元传递的两路等长信号分别进行空频编码，使两等长信号中的第一路信号的奇偶位置分别由划分得到的两路信号的数据序列构成，第二路信号的奇数位置是由对应的第一路信号的偶数位置上的数据共轭构成，其偶数位置是由对应的第一路信号的奇数位置上的数据共轭后取负构成；或者所述第二路信号的奇数位置是由对应的第一路信号的偶数位置上的数据共轭后取负构成，其偶数位置是由对应的第一路信号的奇数位置上的数据共轭构成；

信号调制单元，用于对空频编码单元传递的两路编码信号分别进行调制处理；

信号发送单元，用于发送信号调制单元传递的调制信号。

所述信号划分单元包括：奇偶划分单元，用于对输入的傅立叶变换的信号进行奇偶数据划分；或/和前后划分单元，用于对输入的傅立叶变换的信号前后进行等长划分。

所述信号调制单元包括分别对编码得到的两路信号依次处理的子载波映射单元、反傅立叶变换单元、加入保护间隔单元、并串转换单元、数模转换单元以及射频处理单元。

所述信号发送单元包括至少两天线。

本发明有益效果如下：

本发明引入SFBC技术来实现频域发分集，改变现有技术的单元之间的连接以及信号处理过程，本发明的空频编码的方式得到的两路信号为：两等长信号中的一路信号的奇偶位置分别由划分得到的两路信号的数据序列构成，另一路信号的奇偶位置分别由划分得到的两路信号的数据共轭序列构成，且该信号奇数或偶数位置序列为数据共轭后取负。采用这种编码方式经过仿真实验证明可以保证输出信号的低峰均比特性。

附图说明

图1为现有技术中SC-FDMA的频域实现架构；

图2A为现有技术中连续子载波映射示意图；

图2B为现有技术中分布子载波映射示意图；

图3为传统结合SFBC的SC-FDMA方案结构框图；

图4为本发明的实施例的方案结构框图；

图5为本发明的实施例的峰均比仿真结果示意图；

图6为本发明的装置的结构框图。

具体实施方式

本发明提出一种分集发送信号的方法及其装置，其原理在于，在对输入信号进行一系列变换和信号划分后，采用空频编码的方式进行编码处理，并且编码得到的两路信号的第一路信号的奇偶位置分别由划分得到的两信号的数据序列构成；第二路信号的奇偶位置分别由划分得到的两路信号的数据共轭序列构成，且该信号奇数或偶数位置是由对应于第一路信号的偶数或奇数位置上的数据共轭后取负构成，通过仿真可以证实采用这样的方式在信号传输中保证了输出信号的低峰均比。

本发明所述的方法，包括以下步骤：

A、输入信号依次进行串并变换以及傅立叶变换；其中，所述傅立叶变换为离散傅立叶变换或快速离散傅立叶变换；

B、将所述傅立叶变换得到的输入信号等长划分为两路信号，分别对两路信号空频编码，空频编码得到的两路信号中的第一路信号的奇偶位置分别由划分得到的两信号的数据序列构成；第二路信号的奇偶位置分别由划分得到的两路信号的数据共轭序列构成，且该信号奇数或偶数位置是由对应于第一路信号的偶数或奇数位置上的数据共轭后取负构成；

其中对信号的等长划分可为奇偶等长划分或前后划分；

C、对空频编码后的两路信号分别调制处理后，分别由两天线发出；在本步骤C中，对空频编码得到的两路信号的调制处理包括：分别对编码得到的两路信号依次进行子载波映射、反傅立叶变换、对不具有数据的子载波以零填充、添加保护间隔、并串转换、数模转换以及射频处理。

下面结合图4对本发明的方案进行具体的说明：

1、输入信号s(k)送入串并变换(S/P)处理单元311得到d₀(d₀为N_u×1的列向量，表示时刻0的发送序列，N_u必须为偶数)：

d₀＝[s(0)s(1)s(2)…s(N_u-1)]

d₀经过N_u点FFT变换单元312后得到D₀(这里D₀也是N_u×1的列向量)。

2、将经过FFT变换的信号D₀送入空频编码单元313，空频编码单元313首先将D₀分成两部分D₀ ⁰和D₀ ¹，划分方法包括奇偶划分(按照奇偶序号划分成等长的两部分)：

$D_0^0\left(k\right)=D_0\left(2k\right),$ $D_0^1\left(k\right)=D_0(2k+1)$ $(k\∈[0,\frac{N_u}{2}-1\left]\right)$

或者也可以采用前后划分(中间截取为等长的前后两部分)的方式：

$D_0^0\left(k\right)=D_0\left(k\right),$ $D_0^1\left(k\right)=D_0(k+\frac{N_u}{2})$ $(k\∈[0,\frac{N_u}{2}-1\left]\right)$

由信号D₀划分的两路信号D₀ ⁰和D₀ ¹经过编码处理得到S₀和S₁。其中空频编码后，信号序列S₀的偶数位置数据等于序列D₀ ⁰数据，奇数位置数据等于序列D₀ ¹数据；序列S₁的偶数位置数据等于序列D₀ ¹数据共轭后取负数，序列S₁的奇数位置数据等于序列D₀ ⁰数据共轭，用公式表示成：

$S_0\left(2k\right)=D_0^0\left(k\right),$ $S_0(2k+1)=D_0^1\left(k\right)$ $(k\∈[0,\frac{N_u}{2}-1\left]\right)$

$S_1\left(2k\right)=-{\left(D_0^1\left(k\right)\right)}^{*},$ $S_1(2k+1)={\left(D_0^0\left(k\right)\right)}^{*}$ $(k\∈[0,\frac{N_u}{2}-1\left]\right)$

当然编码后的两路信号的序列也可以表示为：信号序列S₀的奇数位置数据等于序列D₀ ⁰数据，偶数位置数据等于序列D₀ ¹数据；序列S₁的奇数位置数据等于序列D₀ ¹数据共轭后取负数，序列S₁的偶数位置数据等于序列D₀ ⁰数据共轭。

3、编码得到的信号S₀送入子载波映射单元314，将编码得到的数据映射到对应的子载波后，进行N点IFFT变换315，其中没有数据的子载波以零填充，和加上保护间隔316后，通常保护间隔采用循环前缀形式，最后按照图3所示的P/S，D/A和RF等单元处理，从天线一发射出去。

编码得到的信号S₁经过与步骤3相同的处理后从天线二发射，即编码得到的信号S₁送入子载波映射单元317，将编码得到的数据映射到对应的子载波后，进行N点IFFT变换318，其中没有数据的子载波以零填充，和加上保护间隔319后，通常保护间隔采用循环前缀形式，最后按照图3所示的P/S，D/A和RF等单元处理，从天线二发射出去。

图5为上述实施方式的峰均比仿真结果，取子载波数N＝512，数据占用的有用子载波数N_u＝64，数据的星座映射方式为QPSK，随机生成10⁴个OFDM符号，对这些OFDM符号的峰均比进行分布统计，其中信号的峰均比定义为：

$\mathrm{PAPR}=\frac{\max \left({\left|S\right|}^2\right)}{E\left({\left|S\right|}^2\right)},$ E表示数学期望

图中采用峰均比的互补累积分布函数(CCDF)衡量其分布：

P_r(PAPR＞α)＝β

表示峰均比大于α的概率为β。

从图5可以看到SC-FDMA系统的峰均比要远远小于OFDM系统的峰均比，SC-FDMA系统的峰均比大于8dB的概率是10^-4，而OFDM是0.2。当采用现有技术中的结合SFBC的SC-FDMA方案(参考图3)，两根天线输出信号的峰均比要比单天线的SC-FDMA系统高2dB(概率为10^-3时)。按照本发明的上述实施方式，当对信号采用奇偶划分方式时，天线一的峰均比与单天线的SC-FDMA系统相同，天线二的峰均比只提高1dB；当对信号采用前后划分方式时两根天线的峰均比和单天线的SC-FDMA系统相比，只提高0.3dB(概率为10^-3时)，由此可见，本发明的方案可以保证输出信号的低峰均比。

本实施例中，还提出了一种分集发送信号的装置，参考图6，该装置包括：对输入信号进行串并变换的串并变换单元，对串并变换后的信号做傅立叶变换的傅立叶变换单元，对傅立叶变换单元传递的信号序列进行等长划分的信号划分单元，对信号划分单元传递的两等长信号分别进行空频编码的空频编码单元，其中编码得到的两等长信号中的一路信号的奇偶位置分别由划分得到的两信号的数据序列构成，另一路信号的奇偶位置分别由划分得到的两路信号的数据共轭序列构成，且该信号奇数或偶数位置序列为数据共轭后取负；对空频编码单元传递的两路编码信号分别进行调制处理的信号调制单元，发送信号调制单元传递的调制信号的信号发送单元。

本实施例中的信号划分单元包括：对输入的傅立叶变换的信号进行奇偶数据划分的奇偶划分单元，或/和对输入的傅立叶变换的信号前后进行等长划分的前后划分单元。

本实施例中的信号调制单元包括分别对编码得到的两路信号依次处理的子载波映射单元、反傅立叶变换单元、加入保护间隔单元、并串转换单元、数模转换单元以及射频处理单元。

有关本发明的装置进行信号发送过程可以参考上述方法的说明，在此不再进行赘述。

综上所述，本发明提出的结合SFBC的SC-FDMA实现方案，在保证SC-FDMA低峰均比特性的同时，由SFBC技术实现发分集，接收端依然可以在频域进行均衡和解码。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1、一种分集发送信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、输入信号依次进行串并变换以及傅立叶变换；

B、将所述傅立叶变换得到的输入信号等长划分为两路信号，分别对两路信号空频编码；空频编码得到的两路信号中的第一路信号的奇偶位置分别由划分得到的两路信号的数据序列构成；第二路信号的奇数位置是由对应的第一路信号的偶数位置上的数据共轭构成，其偶数位置是由对应的第一路信号的奇数位置上的数据共轭后取负构成；或者

所述第二路信号的奇数位置是由对应的第一路信号的偶数位置上的数据共轭后取负构成，其偶数位置是由对应的第一路信号的奇数位置上的数据共轭构成；

C、对空频编码后的两路信号分别调制处理后，分别由两天线发出。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤B中，输入信号的等长划分为奇偶等长划分或前后划分。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤C中，对空频编码得到的两路信号的调制处理包括：分别对编码得到的两路信号依次进行子载波映射、反傅立叶变换、对不具有数据的子载波以零填充、添加保护间隔、并串转换、数模转换以及射频处理。

4、一种分集发送信号的装置，其特征在于，包括：

串并变换单元，用于对输入信号进行串并变换；

傅立叶变换单元，用于对串并变换后的信号做傅立叶变换；

信号划分单元，用于对傅立叶变换单元传递的信号序列进行等长划分；

空频编码单元，用于对信号划分单元传递的两路等长信号分别进行空频编码，使两等长信号中的第一路信号的奇偶位置分别由划分得到的两信号的数据序列构成，第二路信号的奇数位置是由对应的第一路信号的偶数位置上的数据共轭构成；其偶数位置是由对应的第一路信号的奇数位置上的数据共轭后取负构成；或者所述第二路信号的奇数位置是由对应的第一路信号的偶数位置上的数据共轭后取负构成；其偶数位置是由对应的第一路信号的奇数位置上的数据共轭构成；

信号调制单元，用于对空频编码单元传递的两路编码信号分别进行调制处理；

信号发送单元，用于发送信号调制单元传递的调制信号。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述信号划分单元包括：

奇偶划分单元，用于对输入的傅立叶变换的信号进行奇偶数据划分；或/和，

前后划分单元，用于对输入的傅立叶变换的信号前后进行等长划分。

6、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述信号调制单元包括分别对编码得到的两路信号依次处理的子载波映射单元、反傅立叶变换单元、加入保护间隔单元、并串转换单元、数模转换单元以及射频处理单元。

7、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述信号发送单元包括至少两天线。

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