CN101615942B - 一种数据通信方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种数据通信方法、装置及系统，方法步骤为：测量信道矩阵，计算合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵变换获得虚拟信道矩阵；向数据发射装置发送所述虚拟信道矩阵；接收信号，所述信号包括经过所述数据发射装置进行预编码处理的数据信号，所述预编码处理使用的预编码矩阵是数据发射装置基于所述虚拟信道矩阵得到的；使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取所述数据信号。采用所述方法，在多用户多入多出的系统中，能够利用数据接收装置的所有接收天线对数据信号进行接收。

Description

一种数据通信方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种数据通信方法、装置及系统。

背景技术

随着通信领域数据传输技术的发展，多入多出(MIMO：Multiple InputMultiple Output)技术已成为无线通信领域研究的热点，MIMO技术的基本特征是多个发射天线和多个接收天线，假设发射天线数为M_T，接收天线数为M_R，则可将MIMO传输模型表示为式(1)。

或者简记为Y＝HS+N。

其中y_i代表第i个接收天线上收到的数据信号，h_ij代表第i个接收天线与第j个发射天线之间的信道响应，s_j代表第j个发射天线上发射的发射符号，而n_i代表第i个接收天线上收到的噪声。当接收天线数不少于被发射符号数时，数据接收装置能够通过一定的MIMO均衡算法尽可能消除或抑制多个发射符号之间的干扰，从而恢复出M_T个发射符号，常见的线性MIMO均衡算法有线性最小均方误差(LMMSE：Linear Minimum Mean Squared Error)和迫零(ZF：Zero forcing)等；另外数据接收装置也可以将所有M_T个发射符号当成一个完整码字使用最大似然检测(MLD：Maximum Likelihood Detection)方法进行检测，从而估计出M_T个发射符号。也可以使用MIMO均衡算法结合串行干扰消除(SIC，Successive Interference Cancellation)进行接收，即首先使用线性MIMO均衡方法估计其中一个发射符号，然后将其作为已知干扰进行消除后再使用线性MIMO均衡方法估计另外一个发射符号，然后依次迭代，直到所有发射符号都检测接收完毕。以上MIMO接收方法中，线性MIMO均衡的计算复杂度最低，所以应用最广。

图1为以线性数据接收装置为例的MIMO发送接收过程的示意图。根据接收用户数的不同，MIMO技术又可以分为单用户MIMO(SU-MIMO：Single UserMIMO)技术和多用户MIMO(MU-MIMO：Multi-User MIMO)技术。其中SU-MIMO是指一个数据发射装置在相同资源上同时向一个用户即数据接收装置发射多个数据信号。而MU-MIMO则是指一个数据发射装置在相同资源上同时向多个用户发射多个数据信号，图2以基站作为发射端为例的示意图。

由于每个用户都同时收到所有发射天线发送的数据信号，而每个用户的接收天线数可能少于总的数据信号数，因此不能通过MIMO均衡算法在接收端消除或抑制用户间干扰。为了尽可能减少用户间干扰，MU-MIMO技术通常在数据发射装置进行预处理(或称为预编码)，例如对数据信号进行线性变换后再映射到发射天线上进行发射，这种预处理方法被称为线性预编码技术(Linear Pre-coding)。假设有K个用户，在发射端进行线性预编码后，其中第k个用户(k＝1，2，…，K)的接收的信号模型可表示为式(2)：

$Y_k=H_k\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_k{S}_k+N_k=H_k{P}_k{S}_k+\underset{j\≠k}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_k{P}_j{S}_j+N_k---\left(2\right)$

其中H_k为第k个用户的信道矩阵，P_k为第k个用户的预编码矩阵，而S_k为发射端向第k个用户传送的数据信号向量，N_k为第k个用户接收到的噪声向量。而P_k的各列也被称为第k个用户的预编码向量，特别地，当P_k只有一列时，也可直接称P_k为该用户的预编码向量。

将整个MU-MIMO系统的数据信号模型则可表示为式(3)：

$Y=\left[\begin{array}{c}{Y}_1\\ Y_2\\ .\\ .\\ .\\ Y_K\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{H}_1\\ H_2\\ .\\ .\\ .\\ H_K\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}{P}_1& P_2& ...& P_K\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{S}_1\\ S_2\\ .\\ .\\ .\\ S_K\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{N}_1\\ N_2\\ .\\ .\\ .\\ N_K\end{array}\right]---\left(3\right)$

为了使每个用户接收到来自其他用户数据的干扰为0，则需要对任意的k≠j都满足H_kP_j＝0，为了满足这一条件，用户所使用的接收天线数目将受到限制。例如在LTE系统中，使用基于码本的MU-MIMO技术，预设一组预编码向量作为码本，要求每个用户只能使用一根接收天线，依据其信道从码本中选择一个最优预编码向量。

除了基于码本的MU-MIMO技术之外，还有基于接收端已知信道的MU-MIMO线性预编码技术，典型的方法有块对角化(BD：BlockDiagonalization)和迫零(ZF：Zero Forcing)两种。BD算法中，对每个用户，选择其他所有被调度用户的信道的零空间作为其预编码矩阵，使等效信道为块对角矩阵从而消除掉用户间干扰。BD算法要求被调度的K个用户中任意K-1个用户的接收天线数之和小于总的发射天线数。ZF算法则是直接使用所有用户的信道矩阵的伪逆作为整个MU-MIMO的预编码矩阵，使等效信道为单位矩阵从而消除用户间干扰，ZF算法要求所有被调度的K个用户的接收天线数之和不超过总的发射天线数。

在当前的MU-MIMO系统中，如果用户所配置的接收天线数较多，则只能根据其中几个接收天线的信道矩阵来确定最终的预编码矩阵，这就要求接收端也只能使用被选中的几个接收天线进行接收处理，不能获取更多的分集增益，如果使用全部的接收天线进行处理，则不能消除其他用户的干扰。

发明内容

本发明实施例提供了一种数据通信方法、装置及系统，使用本发明实施例提供的技术方案，能够利用数据接收装置的所有接收天线。

本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种数据通信方法，包括：

测量信道矩阵，计算合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵变换获得虚拟信道矩阵；

向数据发射装置发送所述虚拟信道矩阵；

接收信号，所述信号包括经过所述数据发射装置进行预编码处理的数据信号，所述预编码处理使用的预编码矩阵是数据发射装置基于所述虚拟信道矩阵得到的；

使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取所述数据信号。

本发明实施例还提供另一种数据通信方法，包括：

测量信道矩阵，计算合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵进行变换获得虚拟信道矩阵；

遍历预先设置的预编码向量，基于所述虚拟信道矩阵选择一个预编码向量作为用于数据发射装置进行预编码处理的预编码向量；

向数据发射装置发送所述用于预编码处理的预编码向量；

接收信号，所述信号包括经过数据发射装置使用所述预编码向量进行预编码处理的数据信号；

使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取所述数据信号。

本发明实施例还提供一种数据接收装置，包括：计算单元、发送单元、接收单元、变换单元；

所述计算单元，用于测量信道矩阵，计算合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵进行变换获得虚拟信道矩阵；

所述发送单元，用于向数据发射装置发送所述计算单元获得的所述虚拟信道矩阵；

所述接收单元，用于接收信号，所述信号包括经过所述数据发射装置进行预编码处理的数据信号，所述预编码处理使用的预编码矩阵是数据发射装置基于所述虚拟信道矩阵得到的；

所述变换单元，用于使用所述计算单元计算的合并矩阵对所述信号进行变换获取数据信号。

本发明实施例还提供另一种数据接收装置，包括：计算单元、选择单元、发送单元、接收单元、变换单元；

所述计算单元，用于测量信道矩阵，计算合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵进行变换获得虚拟信道矩阵；

所述选择单元，用于遍历预先设置的预编码向量，基于所述计算单元获得的所述虚拟信道矩阵选择一个预编码向量作为用于预编码处理的预编码向量；

发送单元，用于向数据发射装置发送所述选择单元所选择的所述用于预编码处理的预编码向量；

接收单元，接收信号，所述信号包括经过数据发射装置使用所述发送单元发送的所述预编码向量进行预编码处理的数据信号；

变换单元，用于使用所述计算单元计算的所述合并矩阵对所述信号进行变换获取所述数据信号。

本发明实施例提供一种数据通信系统，包括：数据发射装置、多个数据接收装置；

所述数据发射装置，用于接收每个数据接收装置发送的虚拟信道矩阵，根据虚拟信道矩阵确定与每个数据接收装置相对应的预编码矩阵，使用预编码矩阵对与每个数据接收装置相对应的数据信号进行预编码处理，将经过所述预编码处理的数据信号映射到多根发射天线，向数据接收装置同时发射所述经过所述预编码处理的数据信号；

所述数据接收装置，用于测量信道矩阵，计算合并矩阵，将信道矩阵经过所述合并矩阵进行变换获得虚拟信道矩阵，向所述数据发射装置发送所述虚拟信道矩阵，接收信号，所述信号包括经过所述数据发射装置进行预编码处理的数据信号，使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取数据信号。

本发明实施例还提供另一种数据通信系统，包括：数据发射装置、至少两个数据接收装置；

所述数据发射装置，用于接收每个数据接收装置发送的预编码向量，使用每个预编码向量对与每个数据接收装置相对应的数据信号进行预编码处理，将经过所述预编码向量处理的数据信号映射到多根发射天线，向数据接收装置同时发射所述经过所述预编码向量处理的数据信号；

所述数据接收装置，用于测量信道矩阵，计算合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵进行变换获得虚拟信道矩阵，遍历预先设置的预编码向量，基于所述虚拟信道矩阵选择一个预编码向量作为用于预编码处理的预编码向量，向所述数据发射装置发送所述用于预编码处理的预编码向量，接收信号，所述信号包括经过所述数据发射装置进行预编码处理的数据信号，使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取数据信号。

从本发明实施例提供的上述技术方案可以看出，由于数据接收装置对信道矩阵进行过具有使接收天线进行合并效果的变换，每个数据接收装置的所有的接收天线都可以全部用于接收数据信号，因此，能获取更多的分集增益并消除数据接收装置间的干扰。

附图说明

图1是现有技术中以线性数据接收装置为例的MIMO发送接收过程的示意图；

图2是现有技术中以基站作为数据发射装置的示意图；

图3是本发明实施例中数据通信方法实施例一的示意图；

图4是本发明实施例中数据通信方法实施例二的示意图；

图5是本发明实施例中数据通信方法实施例三的示意图；

图6是本发明实施例中数据通信方法实施例四的示意图；

图7是本发明实施例中数据通信方法实施例五的示意图；

图8是本发明实施例中数据发射装置实施例一的示意图；

图9是本发明实施例中数据发射装置实施例二的示意图；

图10是本发明实施例中数据发射装置实施例三的示意图；

图11是本发明实施例中数据接收装置实施例一的示意图；

图12是本发明实施例中数据接收装置实施例二的示意图；

图13是本发明实施例中数据通信系统实施例一的示意图；

图14是本发明实施例中数据通信系统实施例二的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明中的数据接收装置可以是用户终端、中继站或基站等，当数据接收装置是用户终端的时候，数据发射装置可以是中继站或基站等，当数据接收装置是中继站时，数据发射装置可以是用户终端或基站等，当数据接收装置是基站时，数据发射装置可以是用户终端或中继站等。本发明实施例不对数据接收装置和数据发射装置的具体类型构成限定。

本发明实施例提供的数据通信方法的实施例一如图3所示：

步骤301：数据发射装置分别以预编码矩阵P_k(k＝1，2，…，K)对第k(k＝1，2，…，K)个数据接收装置对应的数据信号S_k进行预编码处理，预编码矩阵P_k分别基于第k(k＝1，2，…，K)个数据接收装置的虚拟信道矩阵H′_k所确定，所述虚拟信道矩阵H′_k基于第k(k＝1，2，…，K)个数据接收装置的信道矩阵H_k经过具有接收天线合并效果的合并矩阵Q_k进行变换所确定，即H′_k＝Q_kH_k；

步骤302：数据发射装置将步骤301中所得的多个分别经过预编码矩阵P_k(k＝1，2，…，K)处理的数据信号S_k映射到多根发射天线；

步骤303：数据发射装置向多个数据接收装置同时发射步骤302中已映射到发射天线的经过预编码处理的数据信号S_k。

在本发明实施例中，数据发射装置以预编码矩阵P_k对数据信号S_k进行预编码处理，预编码矩阵P_k由于是基于虚拟信道矩阵H′_k所确定，并且所述虚拟信道矩阵H′_k基于信道矩阵H_k经过具有接收天线合并效果的合并矩阵Q_k进行变换所确定，即H′_k＝Q_kH_k，对于接收天线数较多、超过限制的数据接收装置，由于合并矩阵Q_k对信道矩阵进行了变换，使等效的接收天线数变少，因而，可以使用数据接收装置的所有接收天线对数据信号进行接收，能获取更多的分集增益并消除数据接收装置间的干扰。

本发明实施例提供的数据通信方法的实施例二如图4所示：

步骤401：数据发射装置进行调度，确定通过多用户MIMO技术复用在一起的K个数据接收装置，根据所有K个数据接收装置反馈的各自的虚拟信道矩阵H′_k确定第k(k＝1，2，…，K)个数据接收装置的预编码矩阵P_k；

步骤402：数据发射装置以步骤401中所得的多个预编码矩阵P_k分别对第k(k＝1，2，…，K)个数据接收装置对应的数据信号S_k进行预编码处理，所述虚拟信道矩阵H′_k基于信道矩阵H_k经过具有接收天线合并效果的合并矩阵Q_k进行变换所确定，即H′_k＝Q_kH_k；

步骤403：参照数据发射装置的实施例一中的步骤302进行。

步骤404：参照数据发射装置的实施例一中的步骤303进行。

在本发明实施例中，数据发射装置以预编码矩阵P_k对数据信号S_k进行预编码处理，预编码矩阵P_k由于是基于虚拟信道矩阵H′_k所确定，并且所述虚拟信道矩阵H′_k基于信道矩阵H_k经过具有接收天线合并效果的合并矩阵Q_k进行变换所确定，即H′_k＝Q_kH_k，对于接收天线数较多、超过限制的数据接收装置，由于合并矩阵Q_k对信道矩阵进行了变换，使等效的接收天线数变少，因而，可以使用数据接收装置的所有接收天线对数据信号进行接收，能获取更多的分集增益并消除数据接收装置间的干扰。

本发明实施例提供的数据通信方法的实施例三如图5所示：

步骤501：数据发射装置进行调度，确定通过多用户MIMO技术复用在一起的K个数据接收装置，数据发射装置接收K个数据接收装置反馈的各自的预编码向量P_k，所述预编码向量P_k基于第k(k＝1，2，…，K)个数据接收装置的虚拟信道矩阵H′_k所确定，所述虚拟信道矩阵H′_k基于第k(k＝1，2，…，K)个数据接收装置的信道矩阵H_k经过具有接收天线合并效果的合并矩阵Q_k进行变换所确定，即H′_k＝Q_kH_k；

步骤502：分别以步骤501中所得的第k(k＝1，2，…，K)个数据接收装置反馈的预编码向量P_k对该数据接收装置对应的数据信号S_k进行预编码处理；

步骤503参照数据发射装置的实施例一中的步骤302进行。

步骤504参照数据发射装置的实施例一中的步骤303进行。

在本发明实施例中，数据发射装置以预编码向量P_k对数据信号S_k进行预编码处理，预编码向量P_k由于是基于虚拟信道矩阵H′_k所确定，并且所述虚拟信道矩阵H′_k基于信道矩阵H_k经过具有接收天线合并效果的合并矩阵Q_k进行变换所确定，即H′_k＝Q_kH_k，对于接收天线数较多、超过限制的数据接收装置，由于合并矩阵Q_k对信道矩阵进行了变换，使等效的接收天线数变少，因而，可以使用数据接收装置的所有接收天线对数据信号进行接收，能获取更多的分集增益并消除数据接收装置间的干扰。

本发明实施例提供的数据通信方法的实施例四如图6所示：

步骤601：数据接收装置测量信道矩阵H_k，计算具有使信道矩阵H_k产生接收天线合并效果的合并矩阵Q_k，获得虚拟信道矩阵H′_k，所述H′_k＝Q_kH_k；

步骤602：数据接收装置向数据发射装置发送步骤601所得的所述虚拟信道矩阵H′_k；

步骤603：数据接收装置接收数据发射装置发送的包含经过预编码矩阵P_k处理的数据信号S_k的信号，信号中还包括经过信道传输而产生的噪声干扰，所述预编码矩阵P_k基于步骤601所得虚拟信道矩阵H′_k所确定；

步骤604：数据接收装置使用所述合并矩阵Q_k对步骤603中接收到的所述信号变换获得所述数据信号S_k。

在本发明实施中，以基于信道信息的线性预编码技术为例，具体分析如下：

在步骤601中，数据接收装置测量下行的信道矩阵H_k，假设系统允许的数据接收装置的等效接收天线数为N_{R_eff}，取H_k最大的N_{R_eff}个奇异值所对应的左奇异向量构成的矩阵的共轭转置作为接收端线性合并矩阵Q_k。以上过程的数学表达为：

H_k＝U∑V^H

其中 $U=\left[\begin{array}{cccc}{u}_1& u_2& ...& u_{N_{R_k}}\end{array}\right],$ $V=\left[\begin{array}{cccc}{v}_1& v_2& ...& v_{N_T}\end{array}\right],$ U和V为酉矩阵；

${\mathrm{\λ}}_1\≥{\mathrm{\λ}}_2\≥...\≥{{\mathrm{\λ}}_N}_R$

$Q_k={\left[\begin{array}{cccc}{u}_1& u_2& ...& {{u_N}_R}_{\_\mathrm{eff}}\end{array}\right]}^H---\left(4\right)$

在步骤602中，每个数据接收装置向数据发射装置发送经过后处理的虚拟信道矩阵H′_k＝Q_kH_k。

在步骤603中，数据发射装置选择一组数据接收装置(假设共K个)进行调度，并根据所有数据接收装置发送的H′_k使用BD或ZF等方法来确定第k(k＝1，2，…K)个数据接收装置的预编码矩阵P_k，通知被调度的所有数据接收装置，分别使用预编码矩阵P_k对将要发送给第k(k＝1，2，…K)个数据接收装置的数据信号S_k进行线性处理并映射到所有发射天线上进行发送。每个收到所述调度通知数据接收装置接收到经过预编码矩阵P_k处理的数据信号S_k；

在步骤604中，每个收到所述调度通知的数据接收装置对接收到的包括经过预编码矩阵P_k处理的数据信号S_k的信号使用事先确定的合并矩阵Q_k进行线性变换后获取数据信号S_k，并在必要时使用MIMO均衡算法获取数据信号S_k。

在本发明实施例中，数据接收装置测量信道矩阵H_k，计算具有使信道矩阵H_k产生接收天线合并效果的合并矩阵Q_k，获得虚拟信道矩阵H′_k，所述H′_k＝Q_kH_k，数据发射装置以虚拟信道矩阵H′_k为基础对数据信号进行预编码处理并发送。对于接收天线数较多、超过限制的数据接收装置，由于合并矩阵Q_k对信道矩阵进行了变换，使等效的接收天线数变少，因而，可以使用数据接收装置的所有接收天线对数据信号进行接收，能获取更多的分集增益并消除数据接收装置间的干扰。

本发明实施例提供的数据通信方法的实施例五如图7所示：

步骤701：数据接收装置测量信道矩阵H_k，计算具有使信道矩阵H_k产生接收天线合并效果的合并矩阵Q_k，获得虚拟信道矩阵H′_k，所述H′_k＝Q_kH_k；

步骤702：数据接收装置遍历预先设置的预编码向量，根据步骤701所得的虚拟信道矩阵H′_k选择一个适合的预编码向量作为预编码向量P_k；

步骤703：数据接收装置向数据发射装置发送步骤702所得的预编码向量P_k；

步骤704：数据接收装置接收数据发射装置发射的包括经过预编码向量P_k处理包含数据信号S_k的信号；

步骤705：数据接收装置使用合并矩阵Q_k对步骤704中接收的信号进行变换获取数据信号S_k。

在本发明实施例中，以基于码本的线性预编码技术为例，具体分析如下：

预设一组预编码向量{V₁，V₂，…V_N}，其中每个向量的维数等于数据发射装置的发射天线数。

在步骤701中，每个数据接收装置测量下行的信道矩阵H_k，并取H_k最大奇异值所对应的左奇异向量的共轭转置作为数据接收装置的接收端线性合并矩阵Q_k。以上过程的数学表达为：

H_k＝U∑V^H

其中 $U=\left[\begin{array}{cccc}{u}_1& u_2& ...& {{u_N}_R}_k\end{array}\right],$ $V=\left[\begin{array}{cccc}{v}_1& v_2& ...& {v_N}_T\end{array}\right],$ U和V为酉矩阵；

Q_k＝u₁ ^H                                       (5)

在步骤702中，每个数据接收装置遍历所有的预编码向量，选择其中使‖Q_kH_kV_t‖_F ²最大的预编码向量V_i作为数据接收装置的预编码向量P_k，即 $P_k=\arg \underset{V\∈\{V_1,V_2,...,V_N\}}{\max }{\left|\right|Q_k{H}_{k}V\left|\right|}_F^2.$

在步骤703中，每个数据接收装置向数据发射装置发送所选择的预编码向量P_k，同时还发送信道质量等信息。

在步骤704中，数据发射装置选择一组数据接收装置进行调度，通知被调度的数据接收装置，并使用各个数据接收装置发送的预编码向量对其数据信号S_k进行线性处理并映射到所有发射天线上进行发送。

在步骤705中，每个收到调度通知的数据接收装置对接收到包括经过预编码矩阵P_k处理的数据信号S_k的信号使用预先确定的合并矩阵Q_k进行线性变换后，得到被发射数据信号S_k。

在本发明实施例中，数据接收装置测量信道矩阵H_k，计算具有使信道矩阵H_k产生接收天线合并效果的合并矩阵Q_k，获得虚拟信道矩阵H′_k，所述H′_k＝Q_kH_k，数据接收装置基于所得的H′_k选择一个适合的预编码向量作为所述预编码向量P_k。数据发射装置以预编码向量P_k为基础对数据信号进行预编码处理并发送。对于接收天线数较多、超过限制的数据接收装置，由于合并矩阵Q_k对信道矩阵进行了变换，使等效的接收天线数变少，因而，可以使用数据接收装置的所有接收天线对数据信号进行接收，能获取更多的分集增益并消除数据接收装置间的干扰。

在实施例四和实施例五中，也可以在接收装置预先设置一组合并矩阵，数据接收装置从中随机选择一个作为合并矩阵，或者每次轮流使用其中一个作为合并矩阵，而不是固定使用某个合并矩阵进行变换。

本发明实施例提供的数据发射装置的实施例一如图8所示：

数据发射装置包括：处理单元801、映射单元802、发射单元803；

所述处理单元801，用于以多个预编码矩阵P_k分别对数据信号S_k进行预编码处理，其中每个预编码矩阵P_k基于每个数据接收装置的虚拟信道矩阵H′_k所确定，所述虚拟信道矩阵H′_k由每个数据接收装置将相应的信道矩阵H_k经过具有接收天线合并效果的合并矩阵Q_k进行变换所确定，即H′_k＝Q_kH_k；

所述映射单元802，用于将多个分别经过所述处理单元801进行了预编码处理的数据信号S_k映射到多根发射天线；

所述发射单元803，用于向多个数据接收装置同时发射所述映射单元802映射到发射天线上的所述数据信号S_k。

在本发明实施例中，数据发射装置中的处理单元以预编码矩阵P_k对数据信号S_k进行预编码处理，预编码矩阵P_k由于是基于虚拟信道矩阵H′_k所确定，并且所述虚拟信道矩阵H′_k基于信道矩阵H_k经过具有接收天线合并效果的合并矩阵Q_k进行变换所确定，即H′_k＝Q_kH_k，数据发射装置以虚拟信道矩阵H′_k为基础对数据信号进行预编码处理并发送。对于接收天线数较多、超过限制的数据接收装置，由于合并矩阵Q_k对信道矩阵进行了变换，使等效的接收天线数变少，因而，可以使用数据接收装置的所有接收天线对数据信号进行接收，能获取更多的分集增益并消除数据接收装置间的干扰。

本发明实施例提供的数据发射装置的实施例二如图9所示：

数据发射装置除包括与数据发射装置的实施例一中的处理单元801、映射单元802、发射单元803用途相同的处理单元902、映射单元903、发射单元904以外，还包括接收单元901，用于接收数据接收装置发送的虚拟信道矩阵H′_k，根据虚拟信道矩阵H′_k确定预编码矩阵P_k，转发所述预编码矩阵P_k给所述处理单元902。

在本发明实施例中，数据发射装置中的处理单元以预编码矩阵P_k对数据信号S_k进行预编码处理，预编码矩阵P_k由于是基于虚拟信道矩阵H′_k所确定，并且所述虚拟信道矩阵H′_k基于信道矩阵H_k经过具有接收天线合并效果的合并矩阵Q_k进行变换所确定，即H′_k＝Q_kH_k，数据发射装置以虚拟信道矩阵H′_k为基础对数据信号进行预编码处理并发送。对于接收天线数较多、超过限制的数据接收装置，由于合并矩阵Q_k对信道矩阵进行了变换，使等效的接收天线数变少，因而，可以使用数据接收装置的所有接收天线对数据信号进行接收，能获取更多的分集增益并消除数据接收装置间的干扰。

本发明实施例提供的数据发射装置的实施例三如图10所示：

数据发射装置除包括与数据发射装置的实施例二中的处理单元902、映射单元903、发射单元904用途相同的处理单元1002、映射单元1003、发射单元1004以外，还包括接收单元1001，用于接收数据接收装置发送的预编码向量P_k，转发所述预编码向量P_k给所述处理单元1002，所述预编码向量P_k基于每个数据接收装置的虚拟信道矩阵H′_k所确定，所述虚拟信道矩阵H′_k由每个数据接收装置将相应的信道矩阵H_k经过合并矩阵Q_k进行接收天线合并变换所确定。

在本发明实施例中，数据发射装置中的处理单元以预编码向量P_k对数据信号S_k进行预编码处理，预编码向量P_k由于是基于虚拟信道矩阵H′_k所确定，并且所述虚拟信道矩阵H′_k基于信道矩阵H_k经过具有接收天线合并效果的合并矩阵Q_k进行变换所确定，即H′_k＝Q_kH_k，数据发射装置以预编码向量P_k为基础对数据信号进行预编码处理并发送。对于接收天线数较多、超过限制的数据接收装置，由于合并矩阵Q_k对信道矩阵进行了变换，使等效的接收天线数变少，因而，可以使用数据接收装置的所有接收天线对数据信号进行接收，能获取更多的分集增益并消除数据接收装置间的干扰。

本发明实施例提供的数据接收装置的实施例一如图11所示：

数据接收装置包括：计算单元1101、发送单元1102、接收单元1103、变换单元1104；

所述计算单元1101，用于测量信道矩阵H_k，计算具有使信道矩阵H_k产生接收天线合并效果的合并矩阵Q_k，获得虚拟信道矩阵H′_k，所述H′_k＝Q_kH_k；

所述发送单元1102，用于向数据发射装置发送计算单元1101获得的虚拟信道矩阵H′_k；

所述接收单元1103，用于接收数据发射装置发送的包括经过预编码矩阵P_k处理的数据信号S_k的信号，所述预编码矩阵P_k基于所述计算单元获得的所述虚拟信道矩阵H′_k所确定；

所述变换单元1104，用于使用计算单元1101计算的合并矩阵Q_k对所述包括经过预编码矩阵P_k处理的数据信号S_k的信号进行变换后获取所述数据信号S_k，或在必要时使用多入多出均衡算法获得所述数据信号S_k。

在本发明实施例中，数据接收装置测量信道矩阵H_k，计算具有使信道矩阵H_k产生接收天线合并效果的合并矩阵Q_k，获得虚拟信道矩阵H′_k，所述H′_k＝Q_kH_k，数据接收装置将虚拟信道矩阵H′_k发送给数据发射装置，数据发射装置以虚拟信道矩阵H′_k为基础对数据信号进行预编码处理并发送。对于接收天线数较多、超过限制的数据接收装置，由于合并矩阵Q_k对信道矩阵进行了变换，使等效的接收天线数变少，因而，可以使用数据接收装置的所有接收天线对数据信号进行接收，能获取更多的分集增益并消除数据接收装置间的干扰。

本发明实施例提供的数据接收装置的实施例二如图12所示：

数据接收装置包括：计算单元1201、选择单元1202、发送单元1203、接收单元1204、变换单元1205；

所述计算单元1201，用于测量信道矩阵H_k，计算具有使信道矩阵H_k产生接收天线合并效果的合并矩阵Q_k，将信道矩阵H_k经过合并矩阵Q_k进行变换获得虚拟信道矩阵H′_k，所述H′_k＝Q_kH_k；

所述选择单元1202，用于遍历预先设置的预编码向量，根据计算单元1201获得的虚拟信道矩阵H′_k选择一个适合的预编码向量作为用于预编码处理预编码向量P_k；

发送单元1203，用于向数据发射装置发送所述选择单元1202所选择的预编码向量P_k；

接收单元1204，用于接收经过所述发送单元1203发送的包括经过预编码向量P_k处理的数据信号S_k的信号；

变换单元1205，用于使用所述计算单元1201计算的合并矩阵Q_k对所述包括经过预编码P_k处理的数据信号S_k的信号进行变换获取数据信号S_k。

其中，选择单元1203，具体用于遍历预先设置的预编码向量，选择使基于虚拟信道矩阵H′_k与预先设置的预编码向量所得的等效信噪比最大的预编码向量P_k作为用于预编码处理的预编码向量。

变换单元1205具体用于使用合并矩阵Q_k对接收单元1204接收的信号进行变换后，使用多输入多输出均衡算法获取数据信号。

在本发明实施例中，数据接收装置测量信道矩阵H_k，计算具有使信道矩阵H_k产生接收天线合并效果的合并矩阵Q_k，获得虚拟信道矩阵H′_k，所述H′_k＝Q_kH_k，数据接收装置基于所得的H′_k选择一个适合的预编码向量作为所述预编码向量P_k。数据发射装置以预编码向量P_k为基础对数据信号进行预编码处理并发送。对于接收天线数较多、超过限制的数据接收装置，由于合并矩阵Q_k对信道矩阵进行了变换，使等效的接收天线数变少，因而，可以使用数据接收装置的所有接收天线对数据信号进行接收，能获取更多的分集增益并消除数据接收装置间的干扰。

本发明实施例提供的数据通信系统的实施例一如图13所示：

包括：数据发射装置1301、至少两个数据接收装置1302；

所述数据发射装置1301，用于接收每个数据接收装置1302发送的虚拟信道矩阵H′_k，根据虚拟信道矩阵H′_k确定相应的预编码矩阵P_k，使用预编码矩阵P_k对数据信号S_k进行预编码处理，将多个分别经过所述预编码矩阵P_k处理的数据信号S_k映射到多根发射天线，向数据接收装置1302同时发射所述经过所述预编码处理的数据信号S_k；

所述数据接收装置1302，用于测量信道矩阵H_k，计算具有使信道矩阵H_k产生接收天线合并效果的合并矩阵Q_k；将信道矩阵H_k经过合并矩阵H_k进行变换获得虚拟信道矩阵H′_k，向数据发射装置发送虚拟信道矩阵H′_k，接收信号，所述信号包括所述数据发射装置1301发射的经过预编码向量P_k处理的数据信号S_k；使用合并矩阵Q_k对所述信号进行变换获取所述数据信号S_k。

在本发明实施例中，数据发射装置以预编码矩阵P_k对数据信号S_k进行预编码处理，预编码矩阵P_k由于是基于虚拟信道矩阵H′_k所确定，并且所述虚拟信道矩阵H′_k基于信道矩阵H_k经过具有接收天线合并效果的合并矩阵Q_k进行变换所确定，即H′_k＝Q_kH_k，对于接收天线数较多、超过限制的数据接收装置，由于合并矩阵Q_k对信道矩阵进行了变换，使等效的接收天线数变少，因而，可以使用数据接收装置的所有接收天线对数据信号进行接收，能获取更多的分集增益并消除数据接收装置间的干扰。

本发明实施例提供的数据通信系统的实施例二如图14所示：

包括：数据发射装置1401、至少两个数据接收装置1402；

所述数据发射装置1401，用于接收数据接收装置1402发送的预编码向量，使用每个预编码向量对与每个数据接收装置相对应的数据信号进行预编码处理，将经过所述预编码向量处理的数据信号映射到多根发射天线，向数据接收装置同时发射所述经过所述预编码向量处理的数据信号。

所述数据接收装置，用于测量信道矩阵，计算具有使所述信道矩阵产生接收天线合并效果的合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵进行变换获得虚拟信道矩阵，遍历预先设置的预编码向量，基于所述虚拟信道矩阵选择一个较优的或最优的预编码向量作为用于预编码处理的预编码向量，向数据发射装置1401发送用于预编码处理的预编码向量，接收信号，所述信号包括数据发射装置1401发射的经过所述预编码向量处理的数据信号，使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取所述数据信号。

在本发明实施例中，数据发射装置以预编码矩阵P_k对数据信号S_k进行预编码处理，预编码矩阵P_k由于是基于虚拟信道矩阵H′_k所确定，并且所述虚拟信道矩阵H′_k基于信道矩阵H_k经过具有接收天线合并效果的合并矩阵Q_k进行变换所确定，即H′_k＝Q_kH_k，对于接收天线数较多、超过限制的数据接收装置，由于合并矩阵Q_k对信道矩阵进行了变换，使等效的接收天线数变少，因而，可以使用数据接收装置的所有接收天线对数据信号进行接收，能获取更多的分集增益并消除数据接收装置间的干扰。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：

测量信道矩阵，计算合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵变换获得虚拟信道矩阵；

向数据发射装置发送所述虚拟信道矩阵；

接收信号，所述信号包括经过所述数据发射装置进行预编码处理的数据信号，所述预编码矩阵是数据发射装置基于所述虚拟信道矩阵得到的；

使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取所述数据信号。

和/或以下步骤：

测量信道矩阵，计算合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵进行变换获得虚拟信道矩阵；

遍历预先设置的预编码向量，基于所述虚拟信道矩阵选择一个预编码向量作为用于预编码处理的预编码向量；

向数据发射装置发送所述用于预编码处理的预编码向量；

接收信号，所述信号包括经过数据发射装置使用所述预编码向量进行预编码处理的数据信号；

使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取所述数据信号。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的一种数据通信方法、装置及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种数据通信方法，其特征在于，包括：

测量信道矩阵，计算合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵变换获得虚拟信道矩阵；

向数据发射装置发送所述虚拟信道矩阵；

接收信号，所述信号包括经过所述数据发射装置进行预编码处理的数据信号，所述预编码处理使用的预编码矩阵是所述数据发射装置基于所述虚拟信道矩阵得到的；

使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取所述数据信号；

其中，所述计算合并矩阵的步骤具体为：取所述信道矩阵与被允许的等效接收天线数相等的奇异值所对应的左奇异向量构成的矩阵的共轭转置作为合并矩阵。

2.根据权利要求1中所述的数据通信方法，其特征在于，使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取所述数据信号的步骤具体为：

使用所述合并矩阵对所述信号进行变换后，使用多输入多输出均衡算法获取所述数据信号。

3.一种数据通信方法，其特征在于，包括：

测量信道矩阵，计算合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵进行变换获得虚拟信道矩阵；

遍历预先设置的预编码向量，基于所述虚拟信道矩阵选择一个预编码向量作为用于数据发射装置进行预编码处理的预编码向量；向数据发射装置发送所述用于预编码处理的预编码向量；

接收信号，所述信号包括经过数据发射装置使用所述预编码向量进行预编码处理的数据信号；

使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取所述数据信号；

其中，所述计算合并矩阵的步骤具体为：取所述信道矩阵与被允许的等效接收天线数相等的奇异值所对应的左奇异向量构成的矩阵的共轭转置作为合并矩阵。

4.根据权利要求3所述的数据通信方法，其特征在于，基于所述虚拟信道矩阵选择一个预编码向量作为用于预编码处理的预编码向量的步骤具体为：

选择使基于所述虚拟信道矩阵与预先设置的预编码向量所得的等效信噪比最大的预编码向量作为用于预编码处理的预编码向量。

5.根据权利要求3中所述的数据通信方法，其特征在于，使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取所述数据信号的步骤具体为：

使用所述合并矩阵对所述信号进行变换后，使用多输入多输出均衡算法获取所述数据信号。

6.一种数据接收装置，其特征在于，包括：计算单元、发送单元、接收单元、变换单元；

所述计算单元，用于测量信道矩阵，计算合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵进行变换获得虚拟信道矩阵，其中，所述计算合并矩阵具体为取所述信道矩阵与被允许的等效接收天线数相等的奇异值所对应的左奇异向量构成的矩阵的共轭转置作为合并矩阵；

所述发送单元，用于向数据发射装置发送所述计算单元获得的所述虚拟信道矩阵；

所述接收单元，用于接收信号，所述信号包括经过所述数据发射装置进行预编码处理的数据信号，所述预编码处理使用的预编码矩阵是所述数据发射装置基于所述虚拟信道矩阵得到的；

所述变换单元，用于使用所述计算单元计算的合并矩阵对所述信号进行变换获取数据信号。

7.根据权利要求6所述的数据接收装置，其特征在于：所述变换单元具体用于使用所述合并矩阵对所述信号进行变换后，使用多输入多输出均衡算法获取数据信号。

8.一种数据接收装置，其特征在于，包括：计算单元、选择单元、发送单元、接收单元、变换单元；

所述计算单元，用于测量信道矩阵，计算合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵进行变换获得虚拟信道矩阵，其中，所述计算合并矩阵具体为取所述信道矩阵与被允许的等效接收天线数相等的奇异值所对应的左奇异向量构成的矩阵的共轭转置作为合并矩阵；

所述选择单元，用于遍历预先设置的预编码向量，基于所述计算单元获得的所述虚拟信道矩阵选择一个预编码向量作为用于预编码处理的预编码向量；

发送单元，用于向数据发射装置发送所述选择单元所选择的所述用于预编码处理的预编码向量；

接收单元，接收信号，所述信号包括经过数据发射装置使用所述发送单元发送的所述预编码向量进行预编码处理的数据信号；

变换单元，用于使用所述计算单元计算的所述合并矩阵对所述信号进行变换获取所述数据信号。

9.根据权利要求8所述的数据接收装置，其特征在于，

所述选择单元，具体用于选择使基于所述虚拟信道矩阵与预先设置的预编码向量所得的等效信噪比最大的预编码向量作为用于预编码处理的预编码向量。

10.根据权利要求8所述的数据接收装置，其特征在于：所述变换单元具体用于使用所述合并矩阵对所述信号进行变换后，使用多输入多输出均衡算法获取数据信号。

11.一种数据通信系统，其特征在于，包括：数据发射装置、至少两个数据接收装置；

所述数据发射装置，用于接收每个数据接收装置发送的虚拟信道矩阵，根据虚拟信道矩阵确定与每个数据接收装置相对应的预编码矩阵，使用预编码矩阵对与每个数据接收装置相对应的数据信号进行预编码处理，将经过所述预编码处理的数据信号映射到多根发射天线，向数据接收装置同时发射所述经过所述预编码处理的数据信号；

所述数据接收装置，用于测量信道矩阵，计算合并矩阵，将信道矩阵经过所述合并矩阵进行变换获得虚拟信道矩阵，向所述数据发射装置发送所述虚拟信道矩阵，接收信号，所述信号包括经过所述数据发射装置进行预编码处理的数据信号，使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取数据信号，其中，所述计算合并矩阵具体为取所述信道矩阵与被允许的等效接收天线数相等的奇异值所对应的左奇异向量构成的矩阵的共轭转置作为合并矩阵。

12.一种数据通信系统，其特征在于，包括：数据发射装置、至少两个数据接收装置；

所述数据发射装置，用于接收每个数据接收装置发送的预编码向量，使用每个预编码向量对与每个数据接收装置相对应的数据信号进行预编码处理，将经过所述预编码向量处理的数据信号映射到多根发射天线，向数据接收装置同时发射所述经过所述预编码向量处理的数据信号；

所述数据接收装置，用于测量信道矩阵，计算合并矩阵，将所述信道矩阵经过所述合并矩阵进行变换获得虚拟信道矩阵，遍历预先设置的预编码向量，基于所述虚拟信道矩阵选择一个预编码向量作为用于预编码处理的预编码向量，向所述数据发射装置发送所述用于预编码处理的预编码向量，接收信号，所述信号包括经过所述数据发射装置进行预编码处理的数据信号，使用所述合并矩阵对所述信号进行变换获取数据信号，其中，所述计算合并矩阵具体为取所述信道矩阵与被允许的等效接收天线数相等的奇异值所对应的左奇异向量构成的矩阵的共轭转置作为合并矩阵。

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