CN101442389B - 一种多天线系统的数据发送、接收方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种多天线系统的数据发送方法，其特征在于，包括：对发送给多个接收端的数据信息进行信道编码、交织以及调制处理，其中，发送给每个接收端的数据信息分别采用不同的交织图样进行交织；将所述调制处理后的数据信息以及所述数据信息采用的交织图样信息发送给所述多个接收端。本发明实施例还公开了一种多天线系统的数据接收方法及装置。采用本发明可提高多天线系统接收端接收到的信号的信干噪比，改善系统的性能。

Description

一种多天线系统的数据发送、接收方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种多天线系统的数据发送、接收方法及装置。

背景技术

为增强移动通信系统的性能，在3G(the 3rd Generation MobileCommunication，第三代移动通信)/4G(the 4th Generation MobileCommunication，第四代移动通信)的多天线数字通信系统中引入了MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)技术。MIMO技术是指在发送端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，信号通过发送端和接收端的多个天线发射和接收，从而改善数据传输速率和/或误比特率。MIMO技术中使用的发射天线，可以是物理天线，也可以是虚拟天线。在3GPP TR 25.876V1.7.1中提出了虚拟天线(Virtual Antenna)技术，该技术提供了多个虚拟天线端口，多路发射信号分别送到多个虚拟天线端口后，对发射信号向量依次乘以一个或者多个矩阵后，再分别送到各个物理天线端口进行发射。MIMO系统包括SU-MIMO(Single User MIMO，单用户-多输入多输出)系统和MU-MIMO(Multiple User MIMO，多用户-多输入多输出)系统，SU-MIMO系统是指单个发送端的多个天线与单个接收端的多个天线间发射和接收信号的系统。MU-MIMO系统是指单个(或多个)发送端的多个天线与多个接收端的多个天线间发射和接收信号的系统。MU-MIMO系统的发送端的多个天线可以是一个天线的不同极化方向或不同波束等。

如上所述，MU-MIMO系统不仅仅指一个发送端(如基站)与多个接收端(如多个移动终端、多个中继站)进行通信的系统，同样包括多个发送端通过相互协调通信与多个接收端进行通信的系统，比如，多个小区通过基站之间协调通信之后与多个用户之间形成的MU-MIMO系统。图1示出了一个MU-MIMO的示意图。图中示出了一个发送端和两个接收端(用户#1和用户#2)。发送端的数据信号经过通过天线M1和M2在同一时频资源上发送给用户#1和用户#2。如图所示，用户#1通过N1和N2接收信号，用户#2通过N3和N4接收信号。具体的，用户#1接收到的信号中不仅包含了发送端发送给用户#1的信号，而且包含了发送端发送给用户#2的信号，这种干扰也称为MAI(Multiple Access Interference，多址干扰)。同理，用户#2接收到的信号中不仅包含了发送端发送给用户#2的信号，而且包含了发送端发送给用户#1的信号，称用户#1和用户#2间的信号存在干扰为MAI(Multiple AccessInterference，多址干扰)。在现有技术中，接收端用户#1和用户#2通过上行信道的CSI(Channel Status Indicator，信道状态指示)通知发送端其受多址干扰影响的状态，即用户#1通过其上行的CSI通知发送端用户#2对其的MAI程度，而用户#2通过其上行的CSI通知发送端用户#1对其的MAI程度。同时，接收端用户#1和用户#2也会把经量化后的信道参数反馈给发送端。当发送端接收到不同用户发送的CSI和信道参数后，采用波束成形、预编码或预滤波等预处理技术来达到降低接收端用户间的MAI干扰的目的，从而使接收端用户正确解码发送端发送给该用户的信息。在现有技术中，MU-MIMO系统很好地应用了空间复用技术，较大的提高了无线通信系统的容量，在MU-MIMO系统的发送端对发射给多个用户的信号首先进行了预处理(预编码、预滤波等)，以抑制或者消除接收端的MAI和ISI(Inter-Symbol Interference，符号间干扰)。但在实际系统中，由于CSI和信道响应参数都是经过量化之后反馈给发送端，发送端再根据这些反馈信息进行预处理。由反馈信息数目的限制和量化误差的存在，使接收端必然存在MAI和ISI，因此现有的MU-MIMO系统的系统性能仍有进步提升的空间。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供了一种多天线系统的数据发送、接收方法及装置。可提高多天线系统接收端接收到的信号的信干噪比，改善系统的性能。

具体的，本发明实施例提供的一种多输入多输出系统的数据发送方法包括：

对发送给多个接收端的数据信息进行信道编码、交织以及调制处理，其中，发送给每个接收端的数据信息分别采用不同的交织图样进行交织；

将所述调制处理后的数据信息以及所述数据信息采用的交织图样信息发送给所述多个接收端。

相应的，本发明实施例提供的一种多输入多输出系统的数据发送装置包括：

编码单元，用于对对发送给多个接收端的数据信息进行信道编码处理；

交织单元，用于对所述编码处理后的数据信息进行交织处理，发送给每个接收端的数据信息分别采用不同的交织图样进行交织；

调制单元，用于对所述交织处理后的数据信息进行调制处理；

发送单元，用于将所述调制处理后的数据信息以及所述数据信息采用的交织图样信息发送给所述多个接收端。

相应的，本发明实施例提供的一种多输入多输出系统的数据接收方法包括：

接收发送给多个接收端的数据信息以及所述数据信息采用的交织图样信息；

对所述接收到的数据信息进行基本信号检测、解交织、信道译码处理后获得所述信道译码处理后的数据信息；

在进行信道译码处理后还包括：

判断是否需停止数据处理，如果判断为是，则获得所述译码处理后的数据信息；否则，对所述信道译码处理后的数据进行交织后，再次进行基本信号检测处理；

其中，所述交织采用的图样由所述接收到的交织图样信息确定。

相应的，本发明实施例提供的一种多输入多输出系统的数据接收装置包括：

接收单元，用于接收发送给多个接收端的数据信息以及所述数据信息采用的交织图样信息；

基本信号检测单元、用于对所述接收单元接收到的所述数据信息进行基本信号检测处理；

解交织单元，用于对所述信号检测单元进行基本信号检测处理后的数据信息进行解交织处理，所述解交织采用的图样由所述交织图样信息确定；

译码单元，用于对所述解交织后的数据信息进行信道译码处理；

获得单元，用于获得所述译码单元处理后的数据信息；

交织单元，用于对所述译码单元进行信道译码处理后的数据信息进行交织处理，并将交织处理后的数据发送给所述基本信号检测单元，所述交织采用的图样由所述接收到的交织图样信息确定；

循环控制单元，用于判断是否需停止数据处理，如果判断为是，则通知所述获得单元获得所述译码处理后的数据信息；否则，通知所述交织单元对所述译码单元信道译码处理后的数据进行交织处理。

本发明实施例在发送端对发送给多个接收端的数据信息分别进行交织并采用不同的交织图样，打乱了原编码序列的顺序，使相邻的码片近似无关，使得码片与码片之间的多接收端信号的检测变得比较容易；在接收端通过多次循环迭代接收到的数据，有效地提高接收信号的信干噪比，降低了误码率和误比特率，有效地改善了多输入多输出系统的性能。

附图说明

图1是现有的MU-MIMO系统发送和接收数据的一个简要示意图；

图2是本发明的MU-MIMO系统的一个实施例结构示意图；

图3是本发明的MU-MIMO系统的一个数据发送方法的实施例流程示意图；

图4是本发明的MU-MIMO系统的一个数据接收方法的实施例流程示意图；

图5是本发明的MU-MIMO系统的数据发送方案的一个实施例原理示意图；

图6是本发明的MU-MIMO系统的数据接收方案的一个实施例原理示意图；

图7是本发明的MU-MIMO系统发送和接收数据的一个实施例简要示意图；

图8是基于IEEE802.16e协议的OFDMA MU-MIMO系统的数据发送方案的一个实施例原理示意图；

图9是基于IEEE802.16e协议的OFDMA MU-MIMO系统的数据接收方案的一个实施例原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种多天线系统的数据传输技术，通过提高接收信号的SINR(Signal Interference Noise Ratio，信干噪比)，提高接收端的信道译码性能，从而可以进一步提高多天线系统的容量，减少误比特率和误码率，达到有效改善系统性能的目的。

本发明实施例提供的多天线系统中数据发送及对应的数据接收基本流程包括：在多天线系统的发送端，对发送给多个接收端的数据信息进行信道编码，编码后采用不同交织图样进行交织，然后将分别调制后的数据符号由天线发送到信道中；同时通过控制信令通知所述多个接收端所述发送端对接收端数据交织时分别采用的交织图样。在接收端，对接收到的多路信号首先进行基本信号检测，以抑制或消除ISI和信道环境干扰；之后根据控制信令指示的交织图样对基本信号检测后得到的至少两组信号信息对应进行解交织和信道译码得到所述多路信号数据的估计值；为获得高质量的数据估计值，对估计值分别交织后作为第二次基本信号检测迭代输入值，以从各路信号信息中消除或抑制其它路信号信息的干扰。经过多次循环迭代，直到循环迭代次数达到预设的最大循环次数，或所述译码器译码后的数据信息通过了CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)校验检测。通过多次循环迭代处理后，通常能够将各路信号信息中其它路信号信息的干扰完全消除，从而可以提高接收信号的信干噪比，改善接收端的信道译码性能。

以下以多天线系统中的MU-MIMO系统为例进行详细描述。

本发明实施例的MU-MIMO系统的发送端包括基站、中继站等设备，接收端包括移动终端、中继站、PC软电话以及固定终端等设备。

图2是本发明的MU-MIMO系统的一个实施例结构示意图；如图2所示，本实施例中，发送装置10包括编码单元101、扩频单元102、交织单元103、调制单元104、预处理单元105以及发送单元106，其中，

所述编码单元101，用于对发送给多个接收端的数据信息进行信道编码处理；

扩频单元102，用于对所述编码单元101进行信道编码处理后的数据信息进行扩频处理后发送给所述交织单元103，并将对所述数据信息采用的扩频因子、扩频码以及偏移量参数发送给所述发送单元106；具体实现中，发送装置也可以不包括扩频单元。编码单元和扩频单元构成了低码率编码器，通过该两个单元处理降低了发送数据的码率。

所述交织单元103，用于对所述扩频单元102扩频后的数据信息进行交织处理，交织单元103对每个接收端的数据信息采用不同的交织图样进行交织处理；具体实现中，交织单元103可为随机交织器，不同的交织图样通过不同的随机种子产生；交织单元103也可以为块交织器、卷积交织器或者截断比特反转交织器等。一般情况下，交织图样按照预先定义的规则生成，但交织图样也可以由发送端生成后通过特定方式通知接收端。但无论采用哪种方式生成交织图样，发送端都需要通过控制信令将对每个接收端的数据信息采用的交织图样信息发送给所述多个接收端。交织处理打乱了原来编码序列的顺序，使相邻的码片近似无关，使接收端对基于码片的多用户数据检测变得容易。

所述调制单元104，用于对所述交织单元103交织处理后的数据信息进行调制处理；

所述预处理单元105，用于对所述调制单元104调制处理后的数据信息进行预处理，并将所述预处理的预处理方式信息发送给所述发送单元106。具体实现中，预处理单元105包括预编码处理单元、预均衡处理单元、预干扰消除处理单元、波束成形处理单元以及空时编码处理单元中的一种或多种，具体的，预编码处理单元通过预编码技术对调制后的数据信息进行预处理、预均衡处理单元通过预均衡技术对调制后的数据信息进行预处理、所述预干扰消除处理单元用于预先对信号在物理信道中传输时可能存在的干扰和噪声剔除出去、所述波束成形处理单元用于对所述调制单元调制处理后的数据信息进行波束成形处理。在实际系统中，各接收端会将信道的CSI和量化后的信道参数反馈给发送端。发送端的预处理单元105即可根据所述反馈信息进行相应的预处理。比如，在接收端利用信道参数计算获得预编码矩阵，并通过反馈信息通知发送端所述预编码所使用码字的索引信息，发送端接收到所述索引信息后，即可选择相应的预编码矩阵参数，以对待发送的数据进行预编码处理。

所述发送单元106，用于将所述预处理单元105处理后的数据信息发送给所述多个接收端，并将所述交织单元103对每个接收端的数据信息采用的交织图样信息、所述扩频单元102对所述每个接收端的数据信息采用的扩频因子、扩频码以及偏移量参数以及所述预处理单元105对所述每个接收端的数据信息采用的预处理方式信息发送给所述多个接收端；具体实现中，发送单元106包含多个物理或者虚拟天线。具体实现中扩频时采用的相关参数可以由发送端和接收端预先商定，而不需要在数据传输过程中进行传输。

相应的，接收端的数据接收装置20包括接收单元201、信道均衡单元202、基本信号检测单元203、解交织单元204、译码单元205、交织单元206、获得单元207以及循环控制单元208，其中，

所述接收单元201，用于接收发送给多个接收端的数据信息以及所述数据信息采用的交织图样信息、对发送给所述多个接收端的数据信息进行扩频处理时采用的扩频因子、扩频码以及偏移量参数以及对发送给所述多个接收端的数据信息进行预处理的预处理方式信息。具体实现中扩频时采用的相关参数可以由发送端和接收端预先商定，而不需要在数据传输过程中进行接收。

所述信道均衡单元202，用于对所述接收单元201接收到的所述数据信息进行信道均衡处理；使用信道均衡技术后，可以从一定程度上抑制或消除ISI和MAI，进一步提高系统的性能。具体实现中，信道均衡单元202包括最小均方误差(Linear Minimum Mean-Squared Error，L-MMSE)均衡单元、迫零(Zero-Forcing，ZF)均衡单元、最大似然(Maximum Likelihood，ML)均衡单元、串行干扰消除(Successive Interference Cancellation，SIC)均衡单元、并行干扰消除(Parallel Interference Cancellation，PIC)均衡单元中的一种多种。具体实现中，接收装置也可以不包括信道均衡单元。具体实现中，在对接收的信号进行信号均衡时，结合发送端发送的预处理方式信息，计算系统的信道响应参数、CSI等相关参数，并通过量化后反馈给发送端，发送端即可根据这些信息进一步进行相应的预处理。

所述基本信号检测单元203，用于对所述接收单元201接收到的数据信息进行基本信号检测处理；

所述解交织单元204，用于对所述信号检测单元203进行基本信号检测处理后的数据信息进行解交织处理，所述解交织采用的图样由所述交织图样信息确定；

所述译码单元205，用于对所述解交织处理后的数据信息进行信道译码处理；

所述交织单元206，用于对所述译码单元205译码处理后的数据信息进行交织处理，并将交织处理后的数据发送给所述基本信号检测单元，所述交织采用的图样由所述接收到的交织图样信息确定；

所述获得单元207，用于获得所述译码单元205译码处理后的数据信息；

所述循环控制单元208，用于判断是否需停止数据处理，如果判断为是，则通知所述获得单元207获得所述译码处理后的数据信息；否则，通知所述交织单元206对所述译码单元205信道译码处理后的数据进行交织处理。循环控制单元208包括最大循环次数控制单元和译码验证单元中至少一个，其中，所述最大循环次数控制单元用于判断循环次数是否达到预设的最大循环次数，如果判断为是，则通知所述获得单元207获得所述译码单元205处理后的数据信息；所述译码验证单元用于判断所述信道译码后的数据信息是否通过CRC校验检测，如果判断为是，则通知所述获得单元207获得所述译码单元205处理后的数据信息。

相应的，图3和图4分别是本发明的MU-MIMO系统的数据发送方法和数据接收方法的实施例流程示意图。

如图3所示，本实施例的数据发送方法具体包括：

步骤S400，对发送给多个接收端的数据信息进行信道编码处理；

步骤S401，对所述编码处理后的数据信息进行扩频处理；数据的发送端也可以不包括扩频处理流程。扩频处理降低了发送数据的码率。

步骤S402，对所述扩频处理后的数据信息进行交织处理；不同接收端的数据采用不同的交织图样进行交织。具体实现中，交织处理可以采用为随机交织处理的方式，不同的交织图样通过不同的随机种子产生；交织处理也可以采用块交织处理方式、卷积交织处理方式或者截断比特反转交织处理方式等。一般情况下，交织图样按照预先定义的规则生成，但交织图样也可以由发送端生成后通过特定方式通知接收端。但无论采用哪种方式生成交织图样，发送端都需要通过控制信令将对每个接收端的数据信息采用的交织图样信息发送给所述多个接收端。交织处理打乱了原来编码序列的顺序，使相邻的码片近似无关，使接收端对基于码片的多用户数据检测变得容易。

步骤S403，对所述交织处理后的数据信息进行调制处理；

步骤S404，对所述调制处理后的数据信息进行预处理；具体实现中，预处理包括预编码处理、预均衡处理、预干扰消除处理、波束成形处理以及空时编码处理等方式中的一种或多种，具体的，预编码处理通过预编码技术对调制后的数据信息进行预处理、预均衡处理通过预均衡技术对调制后的数据信息进行预处理、所述预干扰消除处理用于预先对信号在物理信道中传输时可能存在的干扰和噪声剔除出去、所述波束成形处理用于对所述调制单元调制处理后的数据信息进行波束成形处理。在实际系统中，各接收端会将信道的CSI和量化后的信道参数反馈给发送端。发送端即可根据所述反馈信息进行相应的预处理。比如，在接收端利用信道参数计算获得预编码矩阵，并通过反馈信息通知发送端所述预编码所使用码字的索引信息，发送端接收到所述索引信息后，即可选择相应的预编码矩阵参数，以对待发送的数据进行预编码处理。

步骤S405，将所述预处理单元后的数据信息发送给所述多个接收端，并将对每个接收端的数据信息采用的交织图样信息、对所述每个接收端的数据信息采用的扩频因子、扩频码以及偏移量参数以及所述对所述每个接收端的数据信息采用的预处理方式信息发送给所述多个接收端；具体实现中扩频时采用的相关参数可以由发送端和接收端预先商定，而不需要在数据传输过程中进行传输。

如图4所示，本实施例的数据接收方法具体包括：

步骤S500，接收发送给多个接收端的数据信息以及所述数据信息采用的交织图样信息、对发送给所述多个接收端的数据信息进行扩频处理时采用的扩频因子、扩频码以及偏移量参数以及对发送给所述多个接收端的数据信息进行预处理的预处理方式信息；具体实现中扩频时采用的相关参数可以由发送端和接收端预先商定，而不需要在数据传输过程中进行接收。

步骤S501，对所述接收到的数据信息进行信道均衡处理；具体实现中，信道均衡的方法包括最小均方误差(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、串行干扰消除(Successive Interference Cancellation，SIC)均衡、并行干扰消除(Parallel Interference Cancellation，PIC)均衡中的一种多种。具体实现中，在对接收的信号进行信号均衡时，结合发送端发送的预处理方式信息，信道响应参数等相关参数，计算系统的信道响应参数、CSI等相关参数，并通过量化后反馈给发送端，发送端即可根据这些信息进一步进行相应的预处理。

步骤S502，对所述信道均衡处理后的数据信息进行基本信号检测处理；

步骤S503，对所述基本信号检测处理后的数据信息进行解交织处理；所述解交织采用的图样由所述交织图样信息确定；

步骤S504，对所述解交织处理后的数据信息进行信道译码处理；

步骤S505，判断是否需停止数据处理，如果判断为是，执行步骤S507；否则，执行步骤S506；具体实现中，判断是否停止数据处理的步骤具体包括判断循环次数是否达到预设的最大循环次数，如果判断为是，则执行步骤S507；否则，执行步骤S506；或者判断所述信道译码后的数据信息是否通过CRC校验检测，如果判断为是，则执行步骤S507；否则，执行步骤S506；

步骤S506，对所述信道译码处理后的数据信息进行交织处理，后执行步骤S502；所述交织采用的图样由所述交织图样信息确定；

步骤S507，获得所述信道译码处理后的数据信息。

下面详细介绍本发明实施例的MU-MIMO系统的数据发送以及对应的数据接收方案。

首先介绍数据发送方案：

发送端将发送给多个接收端的数据信息进行信道编码后，所得到的各编码块分别采用不同的交织图样进行交织，并对交织后的数据进行调制后由天线发送到信道中，具体实现如图5所示。假设有发送给K个用户终端的K组数据，也可称为有K个数据流，以第k个用户的数据流的处理过程为例说明发送端的处理过程：设第k个用户的数据流的信息码元序列为

其中，I为信息码元序列的长度；然后经过信道编码单元编码后成为编码序列

设编码序列的长度为J；再经过交织单元{π_k}，不同数据流的交织单元不同，编码序列

被打乱顺序重新排列为码片序列

码片序列的长度与编码序列的长度相同也为J。将交织单元输出序列中的元素称为码片(Chips)，是遵循CDMA系统的约定。经交织后的码片序列进入调制单元，调制后表示为

M为一组数据符号的长度。调制后的多组数据符号通过多天线系统发送出去，每个天线上发送一路信号。

其中，不同用户的不同数据流使用不同的交织图样进行交织，即各个数据流的交织单元{π_k}不同。交织单元打乱了原编码序列的顺序，使相邻的码片近似无关，使得码片与码片之间的信号检测变得比较容易。为了达到最好的交织性能，交织单元可以采用随机交织单元，不同的交织图样通过不同的随机种子产生。另外，为了简化交织单元的复杂度，也可以采用块交织单元或者卷积交织单元或者截断比特反转交织(Pruned Bit-Reversal Interleave)单元等等。一般情况下，交织图样按照预先定义的规则生成，也可以由发送端生成后通知接收端。无论采用哪种方式，发送端都要通过控制信令指示接收端其对各数据流交织时分别采用的交织图样。

较优的，经过信道编码单元编码的编码序列

设编码序列的长度为L，再经过扩频单元进行扩频，进一步降低码率，每个编码码元经扩频之后被编码成为低码率码序列

其中，J为低码率码序列的长度。编码单元和扩频单元合并构成了低码率编码单元。当采用扩频单元时，发送端需要通过控制信令指示接收端其对各数据流扩频时采用的相关参数，如扩频因子、扩频码的起始参数和扩频码偏移量参数等，具体实现中扩频时采用的相关参数可以由发送端和接收端预先商定，而不需要在数据传输过程中进行传输。

较优的，多个用户的数据流被调制后的数据符号经过预处理单元处理之后通过多天线系统发送出去，其中，预处理单元可能包括以下几种处理情况：[1]MIMO的波束成形处理，具体方式可为：对数据符号乘以一个加权矩阵，然后再影射到物理层发射天线上发射出去，以降低发送给多个用户之间的干扰；[2]预编码处理，具体方式可为：对数据符号乘以一个预编码矩阵，以使接收端接收到信号的SNR/SINR/信道容量/信号功率最大等；当发送端进行预编码处理时，预编码矩阵的选择是由接收端通过信道相应矩阵和一定的规则产生。通常，在发送端和接收端预存码字(Codeword)集合，可以降低反馈量。[3]预均衡技术，具体方式为：在信号发送前进行信号的均衡或者进行干扰抑制，以达到使发送给某个用户的数据发送给指定用户的目的；[4]预干扰消除(InterferencePre-Subtraction)技术，具体方式为：通过预先对信号在物理信道中传输可能来自外界的干扰和噪声从发送端的发送信号中剔除，从而达到多用户能正确接收其各自信号的目的；[5]常规的MIMO处理。典型地，空时编码技术。空时编码技术包括空间发射分集技术和空间复用技术。其中，空间发射分集技术是指在不同的天线上发送同一数据流的数据符号，从而达到发射分集的效果，有很强的抗衰落能力。空时分组码(Space Time Block Coding，STBC)是空间发射分集技术的典型应用。空间复用技术与空间发射分集技术不同，是指在不同的天线上发送不同数据流的数据符号，空间复用技术真正体现了MIMO系统提高容量的本质，分层空时码(BLAST)是空间复用技术的典型应用。典型的空时编码技术有STBC、空时网格码(Space Time Trellis Coding，STTC)、BLAST等。当然，本发明实施例不仅仅采用这三种典型的空时编码技术，还包括基于此三种空时编码技术的变形编码技术。另外，空时编码技术还可以在不同发射天线引入不同的相位偏移，如PSD(Phase shift diversity，相位偏移分集)；或者引入时间延迟，如CDD(Cyclic delay diversity，循环延迟分集)等技术。空频分组码(SpaceFrequency Block Coding，SFBC)作为空频编码的典型应用，其与空时分组码相对应，即空时分组码的时间域变为了空频分组码的频域。注意，上述5种处理模式可以一种或多种混合使用。经预处理后的信号调制到系统的频点上发送。同时，发射端通过控制信令通知接收端其采用的交织图样和预处理的处理方式。例如，发射端采用预编码技术时，发射端应该通过控制信令通知接收端使用的预编码矩阵索引号。下面以具体例子对预处理中的预均衡处理方式和预干扰消除处理方式进行较详细描述。假设，发射端有M_T个天线，用户接收端天线M_Rk＝1(k＝1，…，K)，其中，K表示接收端的个数，也即每个接收端只有一个接收天线。则系统的信道响应矩阵H表示为：

$H={\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& \·\·\·& h_{{1M}_T}\\ h_{21}& h_{22}& \·\·\·& h_{{1M}_T}\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& & \·\\ h_{K1}& h_{K2}& \·\·\·& h_{{\mathrm{KM}}_T}\end{array}\right]}_{K\×M_T}---\left(1\right)$

其中，h_ij代表从第j个发射天线到第i个接收端的信道响应参数。基于上述信道相应矩阵H，预均衡方案中的ZF(Zero Forcing，迫零)预滤波方案的预滤波因子W表示为：

$W_i=\frac{{\left(h_i\right)}^H}{\sqrt{{\left|\right|{\left(h_i\right)}^H\left|\right|}^2}}---\left(2\right)$

其中，(h_i)^H代表矩阵H的共轭转置矩阵的第i列。|| ||代表Frobenius范式。当每个接收端多于一个接收天线时，其推导过程类似。

相应地，预干扰消除方案是在发射端使用DPC(Dirty Paper Coding，脏纸编码)编码。DPC编码的思想是在信号发射之前，首先将干扰和噪声从信号中除去。在MU-MIMO系统中，发射端为不同的接收端选择不同的预处理权重因子(称为码字)。发射端首先为接收端1分配一个码字(Codeword)，接着为接收端2分配码子，但分配给接收端2的码字满足去掉接收端1对其干扰的条件。同理，分配给接收端3的码字要满足去掉接收端1和接收端2对其干扰的条件。当各接收端只有一个接收天线时，DPC编码变为基于波束成形的分层编码(Scalar coding)。

假设，信道响应矩阵H采用QR分解，即H＝QR。其中，R是一个K×K下三角矩阵，Q是一个K×M_T矩阵，满足QQ^H＝I_K×K。

预编码因子W表示为：

W＝Q^H。

接收信号表示为： $\stackrel{\→}{y}=R\stackrel{\→}{s}+\stackrel{\→}{n}.---\left(3\right)$

表示接收信号，

表示发送信号，

表示干扰信号。

接收端k的接收信号表示为(4)式：

$y_k=\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\left[R\right]}_{k,j}{s}_j+n_k,k=1,\·\·\·,K---\left(4\right)$

因此该信道被分解成K个并列干扰信道。由于R是一个下三角矩阵，所以第1个接收端的信道是一个SISO(Single-Input Single-Output)信道，第2个接收端的信道是包含第1个接收端的信号的干扰信道，而第3个接收端的信道是包含第1个接收端和第2个接收端干扰的信道，依此类推。基于上述原因，在发射端预先消除K个并列信道之间的影响。该方案在发射端采用如下符号发射：

$s_k^{\′}=s_k-\frac{1}{{\left[R\right]}_{i,i}}\underset{j=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left[R\right]}_{i,j}{s}_j^{\′},k=1,\·\·\·,K---\left(5\right)$

使用(5)式的预处理后，接收信号可以重新表示为(6)式：

y_k＝[R]_k，ks_k+n_k，k＝1，…，K    (6)

接着介绍数据接收方案：

在发射端通过对发送给指定接收端的信息进行预处理，如前所述的预滤波、预编码、MIMO波束成形技术等。进行预处理后的信号理想情况是消除了多个接收端信号之间的干扰，最理想的情况是完全消除了多个接收端信号之间的干扰，但是通常受限于反馈时量化存在的误差、信道变化较快等因素的影响，发射端的预处理只能部分消除接收端多个接收端信号之间的干扰。因此，当一个接收端在接收到发射端发射给它的信息的同时，也接收到了发射端发射给其他接收端的信息。为了进一步降低多用户之间干扰，接收端对接收到的多个接收端的信号进行多次迭代以实现干扰消除，每次迭代过程中将通过信号检测的各个接收端的信号进行解交织、译码、交织后重新进行信号检测，从每个接收端信号中消除掉其它接收端信号的干扰后进行下一次迭代。经过多次迭代以后通常能够将每个接收端中其它接收端的信号的干扰完全消除，从而可以提高信号的SINR，改善接收性能，具体实现如图6所示。接收端至少包括一个基本信号检测单元(Elementary Signal Estimator，ESE)，作为接收单元的接收天线获得多个接收端的信号后，将所述多个接收端的信号作为先验信息送入基本信号检测单元。假设，接收天线共接收到发送给K个用户终端的信号，将这K个用户的信号称之为共有K路信号，以第k路信号为例进行说明，基本信号检测单元输出关于{x_k(j)}的非本征对数似然信息(Log-Likelihood Ratio，LLR)，也就是通常说的外信息(Extrinsic Information)，表示为e_ESE(x_k(j))；e_ESE(x_k(j))解交织后作为第k路信道译码单元(Decoder，DEC)输入的先验信息，然后信道译码单元也产生一个相应的外信息，表示为e_DEC(x_k(j))；e_DEC(x_k(j))经过与发送端相同的交织图样进行交织后返回给基本信号检测单元，更新噪声的均值和方差，作为第二次迭代中基本信号检测单元输入的先验信息。经过多此迭代以后，多个数据流的信道译码单元分别产生相应信号信息的硬判决值，也即多个数据流的估计值。由基本信号检测单元和信道译码单元产生的外信息，完成了一个全局的码片到码片的Turbo类型的迭代接收过程。

较优的，本实施例的MU-MIMO系统的数据接收装置还包括信道均衡单元，接收单元接收到的多路信号首先通过信道均衡单元，以消除或降低数据符号间的干扰，经过信道均衡单元后的多路信号再进入基本信号检测单元，进行多次迭代。进行后续各次迭代的过程中，可以每次都经过信道均衡单元也可以不再经过该单元。

常用的信道均衡技术包括：最小均方误差(Linear Minimum Mean-SquaredError，L-MMSE)、迫零(Zero-Forcing，ZF)、最大似然(Maximum Likelihood，ML)、串行干扰消除(Successive Interference Cancellation，SIC)、并行干扰消除(Parallel Interference Cancellation，PIC)等。具体实现中，在对接收的信号进行信号均衡时，结合发送端发送的预处理方式信息，计算系统的信道响应参数、CSI等相关参数，并通过量化后的信息反馈给发送端，发送端即可根据这些信息进一步进行相应的预处理。

最典型的信号均衡技术为L-MMSE和ZF。

下面以具体例子说明接收端接收信号的原理，假设在某个发射周期内，MU-MIMO系统的发射端经过预处理后经多个(至少一个)发射天线向用户P(P＝1，…，K)发射信号(假设P＝1，且P有2个接收天线)。具体实现中，每个用户也可以是多于2个接收天线。具体参考图7，MU-MIMO系统中共有K个用户，发射端一个交织块内有L个调制符号。发射端发送给用户k的数据流表示为：

用户P的2个接收天线在第1个接收周期内接收信号表示为：

其中，r_ij(i＝1，2.j＝1，…，L)表示用户P在第j个接收周期内第i根天线接收到的信号。

表示从第j个数据流到第i个接收天线在发射第l(l＝1，…，L)个符号时经过预处理后的等效信道响应系数。在理想情况下，通过预处理后的等效信道响应系数，在i与j不等时在实际情况下，

并不总为零，所以就存在着多用户之间的干扰。n_ij(i＝1，2.j＝1，…，L)表示用户P在第j个接收周期内第i个接收天线上的干扰和噪声。

用户P的2个接收天线在第m(m＝1，…，L)个接收周期内接收信号表示为：

由(7)式可得

由(8)式可得

同理可得

其中，m＝1，…，L表示是发送给一个用户的一个交织块的数据长度。

下面介绍分别介绍通过ZF均衡器和L-MMSE均衡器对信号序列进行均衡的基本原理。

(1)通过ZF均衡器对信号序列进行均衡

对于(9)-(11)式，对信号序列

分别进行均衡，对应的均衡因子分别为

$W_1^1={[{\left(H_{11}\right)}^H\·\left(H_{11}\right)]}^{-1}\·{\left(H_{11}\right)}^H---\left(12\right)$

$W_m^1={[{\left(H_{m1}\right)}^H\·\left(H_{m1}\right)]}^{-1}\·{\left(H_{m1}\right)}^H---\left(13\right)$

$W_L^1={[{\left(H_{L1}\right)}^H\·\left(H_{L1}\right)]}^{-1}\·{\left(H_{L1}\right)}^H---\left(14\right)$

其中，(*)^H代表矩阵*的共轭转置，[*]^-1代表矩阵*的逆矩阵。

同理，对于(9)-(11)式，对信号序列

分别进行均衡，对应的均衡因子分别为

$W_1^k={[{\left(H_{1k}\right)}^H\·\left(H_{1k}\right)]}^{-1}\·{\left(H_{1k}\right)}^H---\left(15\right)$

$W_m^k={[{\left(H_{\mathrm{mk}}\right)}^H\·\left(H_{\mathrm{mk}}\right)]}^{-1}\·{\left(H_{\mathrm{mk}}\right)}^H---\left(16\right)$

$W_L^K={[{\left(H_{\mathrm{LK}}\right)}^H\·\left(H_{\mathrm{LK}}\right)]}^{-1}\·{\left(H_{\mathrm{LK}}\right)}^H---\left(17\right)$

对于(9)-(11)式，对信号序列

分别进行均衡，得到发送个给用户1数据的估计值。

同理，对信号序列

分别进行均衡，得到发送个给用户K的数据的估计值。

(2)通过L-MMSE均衡器对信号序列进行均衡

对于(9)-(11)式，对信号序列

分别进行均衡，对应的均衡因子分别为

$W_1^1={[{\left(H_{11}\right)}^H\·\left(H_{11}\right)+\mathrm{\α}{I}_{2\×2}]}^{-1}\·{\left(H_{11}\right)}^H---\left(20\right)$

$W_m^1={[{\left(H_{m1}\right)}^H\·\left(H_{m1}\right)+\mathrm{\α}{I}_{2\×2}]}^{-1}\·{\left(H_{m1}\right)}^H---\left(21\right)$

$W_L^1={[{\left(H_{L1}\right)}^H\·\left(H_{L1}\right)+\mathrm{\α}{I}_{2\×2}]}^{-1}\·{\left(H_{L1}\right)}^H---\left(22\right)$

其中，(*)^H代表矩阵*的共轭转置，[*]^-1代表矩阵*的逆矩阵。其中

σ²表示噪声方差，P_s表示发送信号功率，σ²表示接收信号的噪声功率，I_2×2为2×2的单位矩阵。

同理，对于(9)-(11)式，对信号序列

分别进行均衡，对应的均衡因子分别为

$W_1^k={[{\left(H_{1k}\right)}^H\·\left(H_{1k}\right)+\mathrm{\α}{I}_{2\×2}]}^{-1}\·{\left(H_{1k}\right)}^H---\left(23\right)$

$W_m^k={[{\left(H_{\mathrm{mk}}\right)}^H\·\left(H_{\mathrm{mk}}\right)+\mathrm{\α}{I}_{2\×2}]}^{-1}{\·\left(H_{\mathrm{mk}}\right)}^H---\left(24\right)$

$W_L^K={[{\left(H_{\mathrm{LK}}\right)}^H\·\left(H_{\mathrm{LK}}\right)+\mathrm{\α}{I}_{2\×2}]}^{-1}\·{\left(H_{\mathrm{LK}}\right)}^H---\left(25\right)$

对于(9)-(11)式，对信号序列

分别进行均衡，得到发送个给用户1数据的估计值。

同理，对信号序列

分别进行均衡，得到发送个给用户K的数据的估计值。

如上所述，使用ZF信道均衡接收机时，得到发送给用户1和用户K的数据估计值如式(18)和(19)；使用L-MMSE信道均衡接收机时，得到发送给用户1和用户K的数据估计值如式(26)和(27)。依次类推，通过信道均衡接收机得到每个用户的数据流

该数据是包含噪声和干扰的估计值。

送入基本信号检测器计算相关的外信息等参数，同时将相关参数和信号经解交织器送入译码器；译码器产生一个相应的外信息，经交织器返还给信道均衡接收机，同时更新相应的噪声均值和方差，作为第二次迭代信道均衡检测器输入的先验信息。直到循环控制单元判定循环迭代次数达到预设的最大循环次数，或者循环控制单元判定所述译码器译码后的数据信息是否通过CRC校验检测。此时，译码器输出的数据流

消除了他序列的影响。

为了进一步阐述本发明实施例提供的方案，以IEEE802.16e协议为基础介绍MU-MIMO系统中数据发送以及对应的接收方案。

为了表述方便并便于理解，首先定义两个基本概念，即“层”和“流”。所谓“层”，指输入预处理单元的信息的路径，如M路数据流进入预处理单元，那么则发送端有M层数据；所谓“流”，指从预处理单元输出的信息路径，如M层数据经预处理单元后有N路输出信号，则发送端有N路数据流。

图8是基于IEEE802.16e协议的OFDMA MU-MIMO系统的数据发送方案的一个实施例原理示意图；如图8所示，在OFDMA MU-MIMO系统中，发送端有K个数据流发送给K个用户，发射端有M_T个发射天线。K个数据流分别经过信道编码器进行信道编码，再经过扩频器进行扩频，降低码率后，K个数据流再经过不同的交织器。经交织后的数据进入调制模块，调制模块即实现星座映射的功能。调制后的K层数据，进行预处理。可采用预编码处理、预均衡处理、预干扰消除处理、波束成形处理以及空时编码处理等方式中的一种或多种预处理方式进行处理。进行预处理后的信号形成M_T路数据流，之后分别进行子载波映射和子载波随机化等操作。其中，子载波的映射即实现逻辑子载波向物理子载波的映射过程，在载波的随机化主要目的是降低子载波的PAPR(Peak toAverage Power Ratio，功率峰均比)。在子载波映射过程中，如果需要，还包括数据分段或者数据的打孔、导频信号的插入以及每个子载波乘于一个特定因子等过程。之后，进行IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，逆快速傅立叶变换)变换，生成OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplex Access，正交频分复用接入)符号。然后，在每个OFDM符号前插入CP(Cyclic Prefix，循环前缀)以消除由无线信道的多径时延扩展引入的ISI和载波间干扰(Inter-CarrierInterference)。接着，M_T路数据流的ODFMA符号数据流分别通过滤波器，经滤波器进行加速带外泄漏信号的衰减，以防止对其他信号的干扰。经滤波之后的信号，通过数模转换模块，实现数字信号到模拟信号的转换。该模拟信号进入发射模块，进行高频调制之后通过天线向外发射。

本发明方案中的对不同层的数据流使用的交织器的映射规则不同，其规则的产生必须是随机和对立产生。交织器打乱了原理编码序列的顺序，使相邻的码片近似无关，使得接收端对基于码片与码片之间的多用户信号检测变得容易。同时，发射端通过控制信令通知接收端采用交织图样的相关信息。

图9是基于IEEE802.16e协议的OFDMA MU-MIMO系统的数据接收方案的一个实施例原理示意图；如图9所示，假设第k个用户的有M_Rk个接收天线。所述M_Rk个接收天线接收信号，首先在接收模块从高频载波中提取信号的模拟信号，之后通过模数转换模块，将模拟信号转换为数字信号。然后，两路信号分别通过滤波器去除干扰边带分量。接着，分别去掉M_Rk路中每个OFDMA符号的CP，以消除ISI和ICI。之后，M_Rk路信号分别进行FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)，实现OFDMA符号的解调功能。经OFDMA符号解调后的信号通过子载波的映射和子载波的随机化的逆操作。然后，经过处理的信号进入信号检测模块。信号检测模块包括信道均衡接收模块和ESE基本信号检测模块。信道均衡模块主要数据符号之间的干扰和信道的影响；ESE基本信号检测模块根据接收到的信号产生相应的外信息，该外信息经过解交织后作为信道译码器输入端的先验信息，然后信道译码器产生一个相应的外信息，经过交织后返还给信号检测模块(包括ESE和信道均衡接收机)，更新噪声的均值和方差，作为第二次迭代基本信号检测器输入的先验信息。经过多此迭代以后，多层数据流的译码器分别产生相应信息序列的硬判决值。

在接收端，所使用的交织器图样要与发送端的交织器相同，即发送端采用的交织器{π_k}和接收端的交织器{π_k}相同，其同步过程由下行控制信令实现。同时，同一路使用的交织器与其解解交织器相对应，即{π_k}交织器与

解交织器相对应。

本发明实施例提供的多天线系统中数据发送以及对应的数据接收方法及装置，在发送端对发送个多个接收端的数据信息分别进行交织并采用不同的交织图样，打乱了原编码序列的顺序，使相邻的码片近似无关，使得码片与码片之间的多接收端信号的检测变得比较容易；在接收端通过多次循环迭代接收到的数据，有效地提高接收信号的信干噪比，降低了误码率和误比特率，有效地改善了多天线系统的性能。

以上所列举的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种多天线系统的数据接收方法，其特征在于，包括：

接收发送给多个接收端的数据信息以及所述数据信息采用的交织图样信息，其中，发送给每个接收端的数据信息分别采用不同的交织图样进行交织；

对所述接收到的数据信息进行基本信号检测、解交织、信道译码处理后获得所述信道译码处理后的数据信息，所述解交织采用的图样由所述接收到的交织图样信息确定；

在进行信道译码处理后还包括：

判断是否需停止数据处理，如果判断为是，则获得所述译码处理后的数据信息；否则，对所述信道译码处理后的数据进行交织后，则返回执行基本信号检测的步骤以及基本信号检测后续的解交织、信道译码处理、判断是否需停止数据处理的步骤，直至判断是否需停止数据处理的判断结果为是；

其中，所述交织采用的图样由所述接收到的交织图样信息确定。

2.如权利要求1所述的多天线系统的数据接收方法，其特征在于，还包括：

接收对发送给所述多个接收端的数据信息进行扩频处理时采用的扩频因子、扩频码以及偏移量参数。

3.如权利要求1所述的多天线系统的数据接收方法，其特征在于，还包括：

接收对发送给所述多个接收端的数据信息进行预处理的预处理方式信息。

4.如权利要求1所述的多天线系统的数据接收方法，其特征在于，在对所述接收到的数据信息进行基本信号检测处理之前还包括：

对所述接收到的数据信息进行信道均衡处理。

5.如权利要求1所述的多天线系统的数据接收方法，其特征在于，所述的判断是否需停止数据处理的步骤具体包括：

判断循环次数是否达到预设的最大循环次数，如果判断为是，则获得所述译码处理后的数据信息；否则，对所述信道译码处理后的数据进行交织后，则返回执行基本信号检测的步骤以及基本信号检测后续的解交织、信道译码处理、判断是否需停止数据处理的步骤，直至判断是否需停止数据处理的判断结果为是；

或者判断所述信道译码后的数据信息是否通过CRC校验检测，如果判断为是，则获得所述译码处理后的数据信息；否则，对所述信道译码处理后的数据进行交织后，则返回执行基本信号检测的步骤以及基本信号检测后续的解交织、信道译码处理、判断是否需停止数据处理的步骤，直至判断是否需停止数据处理的判断结果为是。

6.一种多天线系统的数据接收装置，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收发送给多个接收端的数据信息以及所述数据信息采用的交织图样信息，其中，发送给每个接收端的数据信息分别采用不同的交织图样进行交织；

基本信号检测单元，用于对所述接收单元接收到的所述数据信息进行基本信号检测处理；

解交织单元，用于对所述信号检测单元进行基本信号检测处理后的数据信息进行解交织处理，所述解交织采用的图样由所述交织图样信息确定；

译码单元，用于对所述解交织后的数据信息进行信道译码处理；

获得单元，用于获得所述译码单元处理后的数据信息；

交织单元，用于对所述译码单元进行信道译码处理后的数据信息进行交织处理，并将交织处理后的数据发送给所述基本信号检测单元，所述交织采用的图样由所述接收到的交织图样信息确定；

循环控制单元，用于判断是否需停止数据处理，如果判断为是，则通知所述获得单元获得所述译码处理后的数据信息；否则，通知所述交织单元对所述译码单元信道译码处理后的数据进行交织处理。

7.如权利要求6所述的多天线系统的数据接收装置，其特征在于，所述接收单元还用于接收对发送给所述多个接收端的数据信息进行扩频处理时采用的扩频因子、扩频码以及偏移量参数。

8.如权利要求6所述的多天线系统的数据接收装置，其特征在于，所述接收单元还用于接收对发送给所述多个接收端的数据信息进行预处理的预处理方式信息。

9.如权利要求6所述的多天线系统的数据接收装置，其特征在于，还包括：

信道均衡单元，用于对所述接收单元接收到的所述数据信息进行信道均衡处理后发送给所述基本信号检测单元。

10.如权利要求6所述的多天线系统的数据接收装置，其特征在于，所述循环控制单元包括：

最大循环次数控制单元，用于判断循环次数是否达到预设的最大循环次数，如果判断为是，则通知所述获得单元获得所述译码单元处理后的数据信息；否则通知所述交织单元对所述译码单元信道译码处理后的数据进行交织处理；

或者，译码验证单元，用于判断所述信道译码后的数据信息是否通过CRC校验检测，如果判断为是，则通知所述获得单元获得所述译码单元处理后的数据信息；否则通知所述交织单元对所述译码单元信道译码处理后的数据进行交织处理。

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