CN101594177A - 上行系统多天线的信号处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种上行系统多天线的信号处理方法及装置，本发明对上行信号的预编码处理在时域中实现，而保证发送信号具有低的PAPR的时频转换在预编码之后，这样，在设计预编码矩阵的码本时，不需要考虑PAPR方面的因素，相对于现有技术来讲，对于码本设计来说少了一个约束条件，保证了预编码的性能方面不会损失，从而保证了系统整体传输性能。
Description
技术领域
本发明涉及多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)技术，尤指一种上行系统多天线的信号处理方法及装置。
背景技术
在无线通信中，如果在发送端和接收端都采用多根天线收发，那么，可以采用空间复用技术来获取更高的数据速率，即在发射端使用相同的时频资源发送多个数据流，而在接收端可以通过信道估计得到信道系数矩阵，进而解调出各个数据流上的数据。
预编码(Precoding)技术，是一种利用信道状态信息(CSI，Channel StatusInformation)在发射端对信号进行预处理，以提高多天线系统性能的技术。图1为现有采用预编码的多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)通信系统的架构示意图，如图1所示，发射端需要基于CSI信息对信号进行预编码，发射端获取CSI的一种途径是通过接收端的反馈。为了降低反馈开销，一般采用的方式是在接收端和发射端保存相同的码书(codebook)即预编码矩阵集。接收端根据当前信道状况，在码书中选择适合的预编码矩阵并将其在集合中的预编码矩阵索引值反馈回发射端，发射端根据反馈的预编码矩阵索引值找到预编码矩阵，并对发送信号进行预编码。数据预编码的数学模型为y＝HWs+n，其中y为接收信号矢量，H为信道系数矩阵，W为预编码矩阵，s为信号矢量，n为噪声矢量。通常发射端到接收端的方向是指下行方向。
在LTE系统的下一代演进系统(LTE-Advanced，Long TermEvolution-Advanced系统，简称LTE-A系统)中，为了获得更高的数据速率，LTE-A系统上行使用了单用户的空间复用(SU-MIMO，single user MIMO)技术，此时，终端作为发射端，而基站作为接收端，发射端到接收端的方向为上行方向。图2为上行采用SU-MIMO的发射端的信号处理过程示意图，如图2所示，终端上行信号数据流1～数据流K分别经过编码调制模块，对终端上行信号进行编码生成码字，并分别对各码字进行调制生成调制后的码字1～码字K；码字1～码字K进行码字到层的映射后得到层1～层N，经过层交织后进行傅里叶变换(DFT)从时域信号转换为频域信号；然后在频域进行预编码处理后，经过傅里叶逆变换(IDFT)到时域在多天线上发射出去。
其中，码字到层的映射模块利用简单的串/并转换完成码字到层的映射。以2个码字、4根发射天线为例，来简单说明码字到层的映射模块的功能。图3为码字到层的映射的实施例的示意图，如图3所示，虚框表示包括码字到层的映射。层交织及DFT处理，当输入为一个码字即码字1、层为1时，码字1经过码字到层的映射、层交织及DFT处理后直接输出进行预编码；当输入为两个码字即码字1和码字2、层为2时，码字1和码字2分别经过码字到层的映射、层交织及DFT处理后输出进行预编码；当输入为两个码字即码字1和码字2、层为3时，先对码字2进行串并转换得到码字21和码字22，然后码字1、码字21和码字22分别经过码字到层的映射、层交织及DFT处理后输出进行预编码；当输入为两个码字即码字1和码字2、层为3时，先对码字2进行串并转换得到码字21和码字22，然后码字1、码字21和码字22分别经过码字到层的映射、层交织及DFT处理后输出进行预编码；当输入为两个码字即码字1和码字2、层为4时，先分别对码字1和码字2进行串并转换得到码字11、码字12、码字21和码字22，然后码字11、码字12、码字21和码字22分别经过码字到层的映射、层交织及DFT处理后输出进行预编码。
预编码模块完成层到天线的映射。
层交织模块可以以调制符号或者时隙为时间单位，将每一时间单位上的所有层进行打散交织，图4为层交织前后的效果的实施例的示意图，如图4所示。层交织模块在发射端是可选配置，即在某些情况下可以关闭此功能模块。
为了获取更高的传输速率，LTE-Advanced系统支持上行4根发送天线的配置。由于用户终端发射功率受限，对上行传输技术的选择有很大的影响。多载波技术，如正交频分复用(OFDM)，采用很多独立的子载波连贯在一起使用，发送信号具有非常高的峰均比(PAPR，Peak-to-Average Power Ratio)。然而，高的PAPR带来了诸多不利因素，如增加了模数转换和数模转换的复杂度、降低了无线功率放大器的效率，这就增加了发射机功放的成本和耗电量，不利于在上行链路实现(因为终端成本和耗电量受到限制)。因此，为了保证发送信号具有低的PAPR，LTE-Advanced选定采用单载波频分多址(SC-FDMA)技术作为上行多址技术，而具体的实现方式上，则是采用基于离散傅立叶扩展的正交频分复用技术(DFT-S-OFDM)。
在LTE-Advanced系统的上行链路发射端进行预编码，如图2所示，通常的做法是在离散傅立叶扩展后进行预编码。为了保证发送信号具有低的PAPR，在设计预编码矩阵的码本时，就需要考虑PAPR方面的因素，对于码本设计来说就多了一个约束条件，这样必然会在预编码的性能方面有所损失，最终导致了系统整体传输性能的下降。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种上行系统多天线的信号处理方法，能够保证发送信号保持低的PAPR，同时保证系统高效的传输性能。
本发明的另一目的在于提供一种上行系统多天线系统的信号处理装置，能够保证发送信号保持低的PAPR，同时保证系统高效的传输性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种上行系统多天线的信号处理方法，该方法包括：
终端分别对各码字的数据进行调制；
终端对调制后的数据进行码字到层的映射，并在时域进行预编码处理，得
到各天线上发送的数据。
该方法之前还包括：
对终端上行信号进行编码生成所述码字。
该方法之后还包括：将所述预编码处理后的各天线上发送的数据信号，从时域信号转换为频域信号，经过频域的信号处理后变换到时域在多天线上发射。
在所述码字到层的映射后，预编码处理之前，该方法还包括：对所述进行码字到层的映射后的数据进行预编码前的信号处理。
所述预编码前的信号处理包括：层交织，和/或载波间数据交织。
在所述预编码处理之后，所述将预编码处理后的信号从时域信号转换为频域信号之前，该方法还包括：对所述预编码处理后的信号进行预编码后的信号处理。
所述预编码后的信号处理包括：层交织，和/或载波间数据交织。
所述频域信号的处理包括：插入导频，和/或子载波映射。
对所述码字进行调制之前，该方法还包括：终端分别对各码字的数据进行加扰处理。
所述在加扰之后，所述调制之前，该方法还包括：对所述加扰后的数据进行加扰后处理。
所述加扰后数据处理包括：载波间数据交织。
一种上行系统多天线的信号处理装置，包括多输入多输出MIMO信号处理单元和时频转换模块，其中，
MIMO信号处理单元包括码字到层的映射模块和预编码模块，其中，
码字到层的映射模块，用于将接收到的码字映射到层；
预编码模块，用于对层进行预编码处理，并将经过预编码处理的信号输出给时频转换模块；
时频转换模块，用于将经过预编码处理后的时域信号转换为频域信号，得到各天线上发送的数据。
还包括编码调制模块、频域信号处理模块和频时转换模块，其中，
编码调制模块，用于对终端上行信号进行编码调制处理，将得到的调制后的码字输出给所述MIMO信号处理单元；
频域信号处理模块，用于对来自所述时频转换模块的频域信号进行处理后，再所述经频时转换模块变换到时域在多天线上发射。
所述MIMO信号处理单元还包括预编码前的时域信号处理模块，用于对所述预编码模块的输入信号进行时域信号处理后，再输出给所述预编码模块。
所述MIMO信号处理单元还包括预编码后的时域信号处理模块，用于对所述预编码模块的输出信号进行时域信号处理后，再输出给所述时频转换模块。
所述编码调制模块，还用于在所述码字进行调制之前，对各码字的数据进行加扰处理。
所述编码调制模块，还用于在所述码字进行调制之前，对所述加扰后的数据进行加扰后处理。
从上述本发明提供的技术方案可以看出，对上行信号的预编码处理在时域中实现，而保证发送信号具有低的PAPR的时频转换在预编码之后，这样，在设计预编码矩阵的码本时，不需要考虑PAPR方面的因素，相对于现有技术来讲，对于码本设计来说少了一个约束条件，保证了预编码的性能方面不会损失，从而保证了系统整体传输性能。
附图说明
图1为现有采用预编码的MIMO通信系统的架构示意图；
图2为现有上行采用SU-MIMO的发射端的信号处理示意图；
图3为码字到层的映射的实施例的示意图；
图4为层交织前后的效果的实施例的示意图；
图5为本发明上行系统多天线的信号处理方法的流程图；
图6为本发明上行系统多天线的信号处理装置的组成结构示意图。
具体实施方式
图5为本发明上行系统多天线号处理方法的流程图，如图5所示，包括：
步骤500：对终端上行信号进行编码生成码字，并分别对各码字进行调制。
本步骤的具体实现属于现有技术，这里不再赘述。
步骤501：对调制后的数据进行码字到层的映射后，在时域进行预编码处理，得到各天线上发送的数据。
本步骤中码字到层的映射属于现有技术，这里不再赘述。
本步骤强调的是，在时域进行预编码处理，而预编码的具体实现属于本领域技术人员惯用技术手段，这里不再详述，也就是说，预编码的具体实现方法不用与限制本发明的保护范围。
进一步地，本步骤中，在码字到层的映射后，预编码处理前，还可以包括对进行码字到层的映射后的层预编码前的信号处理比如层交织，和/或载波间数据交织等；在预编码处理之后，还可以包括对预编码处理后的信号预编码后的信号处理比如层交织，和/或载波间数据交织等。
对码字进行调制之前，该方法还包括：终端分别对各码字的数据进行加扰处理。在加扰之后，所述调制之前，该方法还包括：对所述加扰后的数据进行加扰后处理。其中，加扰后数据处理包括：载波间数据交织等。
步骤502：将预编码处理后的信号从时域信号转换为频域信号，经过频域的信号处理后变换到时域在多天线上发射。
其中频域的信号处理可以包括插入导频，和/或子载波映射等。
通过DFT变换可以实现从时域信号转换为频域信号，通过IDFT变换可以实现频域到时域的转换。本步骤的具体实现属于现有技术，这里不再赘述。
从本发明的方法可以看出，对上行信号的预编码处理在时域中实现，而保证发送信号具有低的PAPR的时频转换在预编码之后，这样，在设计预编码矩阵的码本时，不需要考虑PAPR方面的因素，相对于现有技术来讲，对于码本设计来说少了一个约束条件，保证了预编码的性能方面不会损失，从而保证了系统整体传输性能。
图6为本发明上行系统多天线的信号处理装置的组成结构示意图，本发明装置设置在终端中，如图6所示，包括MIMO信号处理单元和时频转换模块，其中，
MIMO信号处理单元包括码字到层的映射模块和预编码模块，其中码字到层的映射模块，用于将接收到的码字映射到层，预编码模块用于对层进行预编码处理，并将经过预编码处理的信号输出给时频转换模块。
时频转换模块，用于将经过预编码处理后的时域信号转换为频域信号，得到各天线上发送的数据。
本发明装置还包括编码调制模块、频域信号处理模块和频时转换模块，其中，编码调制模块，用于对终端上行信号进行编码调制处理，将得到的调制后的码字输出给MIMO信号处理单元。
频域信号处理模块，用于对来自时频转换模块的频域信号进行处理后，再经频时转换模块变换到时域在多天线上发射。
所述编码调制模块，还用于在所述码字进行调制之前，对各码字的数据进行加扰处理。还用于对所述加扰后的数据进行加扰后处理。
本发明的预编码模块在视频转换模块之前，也就是说，对上行信号的预编码处理在时域中实现，而保证发送信号具有低的PAPR的时频转换在预编码之后，这样，在设计预编码矩阵的码本时，不需要考虑PAPR方面的因素，相对于现有技术来讲，对于码本设计来说少了一个约束条件，保证了预编码的性能方面不会损失，从而保证了系统整体传输性能。
其中，MIMO信号处理单元还包括预编码前的时域信号处理模块，用于对预编码模块的输入信号进行时域信号处理后，再输出给预编码模块。
MIMO信号处理单元还包括预编码后的时域信号处理模块，用于对预编码模块的输出信号进行时域信号处理后，再输出给时频转换模块。
MIMO信号处理单元还包括层交织模块，用于对来自码字到层的映射模块的层进行层交织处理后输出给预编码模块。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (17)
1、一种上行系统多天线的信号处理方法，其特征在于，该方法包括：
终端分别对各码字的数据进行调制；
终端对调制后的数据进行码字到层的映射，并在时域进行预编码处理，得到各天线上发送的数据。
2、根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，该方法之前还包括：对终端上行信号进行编码生成所述码字。
3、根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，该方法之后还包括：将所述预编码处理后的各天线上发送的数据信号，从时域信号转换为频域信号，经过频域的信号处理后变换到时域在多天线上发射。
4、根据权利要求1、2或3所述的上行信号处理方法，其特征在于，在所述码字到层的映射后，预编码处理之前，该方法还包括：对所述进行码字到层的映射后的数据进行预编码前的信号处理。
5、根据权利要求4所述的上行信号处理方法，其特征在于，所述预编码前的信号处理包括：层交织，和/或载波间数据交织。
6、根据权利要求1、2或3所述的上行信号处理方法，其特征在于，在所述预编码处理之后，所述将预编码处理后的信号从时域信号转换为频域信号之前，该方法还包括：对所述预编码处理后的信号进行预编码后的信号处理。
7、根据权利要求6所述的上行信号处理方法，其特征在于，所述预编码后的信号处理包括：层交织，和/或载波间数据交织。
8、根据权利要求3所述的上行信号处理方法，其特征在于，所述频域信号的处理包括：插入导频，和/或子载波映射。
9、根据权利要求1所述的上行信号处理方法，其特征在于，对所述码字进行调制之前，该方法还包括：终端分别对各码字的数据进行加扰处理。
10、根据权利要求9所述的上行信号处理方法，其特征在于，所述在加扰之后，所述调制之前，该方法还包括：对所述加扰后的数据进行加扰后处理。
11、根据权利要求10所述的上行信号处理方法，其特征在于，所述加扰后数据处理包括：载波间数据交织。
12、一种上行系统多天线的信号处理装置，其特征在于，包括多输入多输出MIMO信号处理单元和时频转换模块，其中，
MIMO信号处理单元包括码字到层的映射模块和预编码模块，其中，
码字到层的映射模块，用于将接收到的码字映射到层；
预编码模块，用于对层进行预编码处理，并将经过预编码处理的信号输出给时频转换模块；
时频转换模块，用于将经过预编码处理后的时域信号转换为频域信号，得到各天线上发送的数据。
13、根据权利要求12所述的信号处理装置，其特征在于，还包括编码调制模块、频域信号处理模块和频时转换模块，其中，
编码调制模块，用于对终端上行信号进行编码调制处理，将得到的调制后的码字输出给所述MIMO信号处理单元；
频域信号处理模块，用于对来自所述时频转换模块的频域信号进行处理后，再所述经频时转换模块变换到时域在多天线上发射。
14、根据权利要求12或13所述的上行信号处理装置，其特征在于，所述MIMO信号处理单元还包括预编码前的时域信号处理模块，用于对所述预编码模块的输入信号进行时域信号处理后，再输出给所述预编码模块。
15、根据权利要求12或13所述的上行信号处理装置，其特征在于，所述MIMO信号处理单元还包括预编码后的时域信号处理模块，用于对所述预编码模块的输出信号进行时域信号处理后，再输出给所述时频转换模块。
16、根据权利要求12或13所述的上行信号处理装置，其特征在于，所述编码调制模块，还用于在所述码字进行调制之前，对各码字的数据进行加扰处理。
17、根据权利要求16所述的上行信号处理装置，其特征在于，所述编码调制模块，还用于在所述码字进行调制之前，对所述加扰后的数据进行加扰后处理。
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