CN101771508B - Mimo传输方式转换方法、系统、发送以及接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多输入多输出传输方式转换方法、系统、发送装置以及接收装置，其中，该方法包括：发送方将长度为N的数据通过矩阵映射为长度为M的数据，并将长度为M的数据以预定的多输入多输出方式进行发送；接收方接收并检测长度为M的数据，通过矩阵的共轭转置将长度为M的数据解映射为长度为N的数据。通过上述处理，可以实现不同传输速率下多输入多输出传输方式的转换，并可以灵活的配置多输入多输出传输方式。

Description

MIMO传输方式转换方法、系统、发送以及接收装置

技术领域

本发明涉及通信领域，并且特别地，涉及一种多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，简称为MIMO)传输方式转换方法、MIMO传输方式转换系统、发送装置、接收装置。

背景技术

在目前的MIMO技术中，在信道环境进行变化时，需要根据信道条件的不同，采用不同的MIMO模式进行传输，并在多种MIMO传输模式之间切换。

当信道的相关性较弱、天线间相互独立性较强、且信道条件较差的情况下，可以采用空时编码的分集传输方法；当信道的相关性较弱、且信道条件较好的情况下，可以采用空分复用的传输方法；在具有强直达径且采用线性天线阵列的环境中，可以采用传统的波束成形技术；当信道为静态信道时，可以利用空间注水传输；当信道变化速度较快、闭环反馈失效的情况下，可以采用开环的MIMO传输方法。

目前，在MIMO传输方法中，当终端接入系统，并确定MIMO传输格式后，很少进行变化。此外，切换MIMO格式需要相应的反馈开销，会增加发射端MIMO模式切换的复杂度。因此，对于终端来说，不能达到最大化的MIMO切换的增益。然而，在相关技术中，急需一种适用于各种信道环境的统一的自适应开环MIMO传输方法。

发明内容

考虑到相关技术中没有适用于各种信道环境的统一的自适应MIMO传输方法的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种改进的多输入多输出传输方式转换方案，以解决相关技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多输入多输出传输方式转换方法。

根据本发明的多输入多输出传输方式转换方法包括：发送方将长度为N的数据通过矩阵映射为长度为M的数据，并将长度为M的数据以预定的多输入多输出方式进行发送；接收方接收并检测长度为M的数据，通过矩阵的共轭转置将长度为M的数据解映射为长度为N的数据。

此外，发送方将长度为N的数据通过矩阵映射为长度为M的数据之前，方法进一步包括：发送方构造矩阵，其中，矩阵为M*N矩阵，并且，矩阵的各行向量正交；发送方将待传输数据划分为一个或多个长度为N的数据。

其中，发送方将长度为M的数据以预定的多输入多输出方式进行发送的处理包括：发送方以预定传输速率将长度为M的数据以分集发射方式进行发送；或者，发送方以预定传输速率将长度为M的数据以复用发射方式进行发送。

其中，预定传输速率由发送方的天线个数与接收方的天线个数确定。

其中，接收方接收并检测长度为M的数据的处理包括：接收方以与预定的多输入多输出方式相应的多输入多输出方式对长度为M的数据进行数据检测，获取长度为M的数据。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种多输入多输出传输方式转换系统。

根据本发明的多输入多输出传输方式转换系统包括：发送方，包括：映射模块，用于将长度为N的数据通过矩阵映射为长度为M的数据；发送模块，用于将长度为M的数据以预定多输入多输出方式进行发送；接收方，包括：接收模块，用于接收长度为M的数据；检测模块，用于检测长度为M的数据；解映射模块，用于通过矩阵的共轭转置将长度为M的数据解映射为长度为N的数据。

此外，映射模块进一步包括：构造模块，用于构造矩阵，其中，矩阵为M*N矩阵，并且，矩阵的各行向量正交；划分模块，用于将待传输数据划分为一个或多个长度为N的数据。

其中，发送模块具体用于：以预定传输速率将长度为M的数据以分集发射方式进行发送，其中，预定传输速率由发送方的天线个数与接收方的天线个数确定；或者，以预定传输速率将长度为M的数据以复用发射方式进行发送，其中，预定传输速率由发送方的天线个数与接收方的天线个数确定。

为了实现上述目的，根据本发明的再一方面，提供了一种发送装置。

根据本发明的发送装置包括：映射模块，用于将长度为N的数据通过矩阵映射为长度为M的数据；发送模块，用于将长度为M的数据以预定多输入多输出方式进行发送。

为了实现上述目的，根据本发明的再一方面，提供了一种接收装置。

根据本发明的接收装置包括：接收模块，用于接收发送方发送的长度为M的数据；检测模块，用于检测长度为M的数据；解映射模块，用于通过矩阵的共轭转置将长度为M的数据解映射为长度为N的数据。

借助于本发明的技术方案至少之一，采用统一的方式通过矩阵对传输数据进行转换，解决了相关技术中没有适用于各种信道环境的统一的自适应MIMO传输方法的问题，可以实现不同传输速率下MIMO传输方式的转换，并可以灵活的配置MIMO传输方式。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明实施例的多输入多输出传输方式转换方法的流程图；

图2是根据本法实施例的多输入多输出传输方式转换系统的框图；

图3是根据本发明实施例的发射方进行MIMO处理的示意图；

图4是根据本发明实施例的发送装置的框图；

图5是根据本发明实施例的发送装置处理的示意图；

图6是根据本发明实施例的接收装置的框图；

图7是根据本发明实施例的接收装置处理的示意图。

具体实施方式

功能概述

在相关技术中，存在没有适用于各种信道环境的统一的自适应MIMO传输方法的问题，为此，本发明实施例提供了一种改进的MIMO传输方式转换方法，利用不同维度的不同映射矩阵对传输数据进行转换，使用统一的方式实现了不同数据速率的传输以及多种MIMO传输格式的传输。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

在以下的描述中，为了解释的目的，描述了多个特定的细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，很显然，在没有这些特定细节的情况下，也可以实现本发明，此外，在不背离所附权利要求阐明的精神和范围的情况下，下述实施例以及实施例中得各个细节可以进行各种组合。

方法实施例

根据本发明的实施例，提供了一种MIMO传输方式转换方法，图1是根据本发明实施例的MIMO传输方式转换方法的流程图，在进行如图1所示的处理之前，发送方首选需要构造M*N的矩阵，并且，尽可能地使矩阵的各行向量正交；此外，发送方还需要将待传输数据划分为一个或多个长度为N的数据(即，将待传输的数据以N为间隔进行分段)。进行了上述处理之后，就可以执行如图1所示处理，包括步骤S102-步骤S104：

步骤S102，发送方使用构造的M*N矩阵将长度为N的数据映射为长度为M的数据，并将长度为M的数据以预定的MIMO方式进行发送；

在步骤S102中，具体地，在本实施例中，预定的MIMO方式可以包括：分集发射方式、复用发射方式。也就是说，发送方可以以预定传输速率将长度为M的数据以分集发射方式进行发送，采用分集发射的方式，可以提高长度为M的数据传输的可靠性；此外，当信道条件较好时，发送方还可以以预定传输速率将长度为M的数据以复用发射方式进行发送。例如，可以采用预编码(precoding)方式或者波束形成(beamforming)方式。

在上述处理中，通过将映射后的数据进行分集发送，可以获得分集增益，该增益可以在进行解映射过程中维持信道的增益，有利于后续的信道译码操作。

此外，上述描述中的预定传输速率是由发送方的天线个数与接收方的天线个数所确定的。也就是说，可支持的最大传输速率是由发送方和接收方中天线的最小个数决定，即，传输速率不能大于发射天线和接收天线个数中的最小值。

步骤S104，在接收方接收长度为M的数据之后，对长度为M的数据进行检测，在检测通过后，接收方使用矩阵的共轭转置将长度为M的数据再解映射为长度为N的数据。

具体地，在步骤S104中，接收方是以相应的MIMO方式对长度为M的数据进行检测，并获取长度为M的数据。例如，如果发送方采用分集发射方式，则接收方就采用相应的分集方式进行检测，如果发送方采用复用发射方式，则接收方就采用相应的复用方式进行检测。

下面将结合实例，对本发明的上述技术方案进行说明。

假设：M＝4、N＝6，本发明的实施例包括以下处理：

第一步，数据的映射和发送：发送方首先构造一个4*6的矩阵U；将待发送的数据划分为每6个为一组，并使用矩阵U将其映射为长度为4的数据组，将映射后的数据进行发送，其中，矩阵U的各行应该尽量保持正交。

具体的，设将待发送的数据划分为[s₁，s₂，s₃，s₄，s₅，s₆]^H，通过矩阵U映射为4个符号[x₁，x₂，x₃，x₄]^H，其中H表示转置，可以具体描述为：

$\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ x_3\\ x_4\end{array}\right]=U\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\\ s_3\\ s_4\\ s_5\\ s_6\end{array}\right]$

在经过上述处理后，就可以将映射后的数据进行MIMO发送，其中，可以通过空频分组编码(Space Frequency Block Coding，简称为SFBC)+频移时间分集(Frequency Shift Time Diversity，简称为FSTD)进行分集发送，也可以使用其他方式进行发送。其中，当采用SFBC+FSTD方式发送时，可以表示为：

$\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& -x_2^{*}& 0& 0\\ x_2& x_1^{*}& 0& 0\\ 0& 0& x_3& {-x}_4^{*}\\ 0& 0& x_4& x_3^{*}\end{array}\right]$

第二步，接收方首先检测[x₁，x₂，x₃，x₄]^H；并将检测得到的[x₁，x₂，x₃，x₄]^H通过矩阵U进行解映射，得到[s₁，s₂，s₃，s₄，s₅，s₆]^H。

具体的，在第二步中，接收方首先根据发送方的MIMO传输方式恢复[x₁，x₂，x₃，x₄]^H，当发送方采用SFBC+FSTD的发送方式时，接收方可以采用空时分组码(Alamouti)的方式进行检测。其中，接收方利用检测得到的数据[x₁，x₂，x₃，x₄]^H解映射得到[s₁，s₂，s₃，s₄，s₅，s₆]^H，可以具体描述为：

$\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\\ s_3\\ s_4\\ s_5\\ s_6\end{array}\right]=\left(U^{T}U\right)U^T\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ x_3\\ x_4\end{array}\right]$

其中，T表示共轭转置，通过上述方式可以实现3/2传输速率的MIMO传输。

在上述的处理中，通过统一的方法架构进行MIMO的转换，减小了MIMO方式切换的复杂度，此外，在本发明的技术方案中，可以根据信道的状态信息配置MIMO的传输方式，减小了反馈开销，实现了灵活的MIMO传输方式的转换，最终达到MIMO的最大化信道传输增益。

系统实施例

根据本发明的实施例，提供了一种MIMO传输方式转换系统，图2是根据本法实施例的MIMO传输方式转换系统的框图，如图2所示，根据本法实施例的MIMO传输方式转换系统包括发送方20和接收方22，其中，发送方20包括：映射模块202、发送模块204；接收方22包括：接收模块220、检测模块222、解映射模块224。下面，对上述模块进行说明。

发送方20

具体地，发送方20中的映射模块202首先需要将长度为N的数据通过M*N的矩阵映射为长度为M的数据；具体地，映射模块202中还包括构造模块和划分模块，其中，映射模块202中的构造模块的功能为构造一个M*N的矩阵，并尽量使该矩阵中的各行向量正交；映射模块202中的划分模块的功能为将待传输数据划分为一个或多个长度为N的数据(即，将待传输的数据以N为间隔进行分段)，在经过构造模块和划分模块的处理后，映射模块202就可以将划分模块划分的长度为N的数据通过构造模块构造的矩阵映射为长度为M的数据。

此外，发送方20还包括用于将长度为M的数据以预定MIMO方式进行发送的发送模块204；其中，预定的MIMO方式可以包括：分集发射方式、复用发射方式。也就是说，发送模块204可以以预定传输速率将长度为M的数据以分集发射方式进行发送，采用分集发射的方式，可以提高长度为M的数据传输的可靠性；此外，当信道条件较好时，发送模块204也可以以预定传输速率将长度为M的数据以复用发射方式进行发送，例如，可以采用precoding或者beamforming方式。

发射方20通过将映射后的数据进行分集发送，可以获得分集增益，该增益可以在进行解映射过程中维持信道的增益，有利于后续的信道译码处理。

此外，上述描述中的预定传输速率是由发送方20的天线个数与接收方22的天线个数确定。也就是说，可支持的最大传输速率是由发送方20和接收方22中天线的最小个数决定，即，传输速率不能大于发射天线和接收天线个数中的最小值。

图3是根据本发明实施例的发射方20进行MIMO处理的示意图，如图3所示，首先，发送方20对多个码字流(codeword)分别进行信道编码，在进行了信道编码后，就可以对编码后的codeword进行调制(将待传输的数据以N为间隔进行分段)以及映射操作，具体地，在映射操作中，映射模块202将长度为N的数据通过矩阵映射为长度为M的数据，例如，通过M*N的行正交矩阵，将S₁、S₂、S₃、S₄...S_N映射为X₁、X₂、X₃、X₄...X_M；将S₁’、S₂’、S₃’、S₄’...S_N’映射为X₁’、X₂’、X₃’、X₄’...X_M’；将S₁”、S₂”、S₃”、S₄”...S_N”映射为X₁”、X₂”、X₃”、X₄”...X_M”。在对codeword进行了上述处理后，再经过MIMO处理，发送方20就可以将长度为M的数据(X₁、X₂、X₃、X₄...X_M；X₁’、X₂’、X₃’、X₄’...X_M’；X₁”、X₂”、X₃”、X₄”...X_M”)以预定MIMO方式进行发送。

接收方22

具体地，接收方22包括用于接收长度为M的数据的接收模块220，以及用于检测长度为M的数据的检测模块222；当检测模块对长度为M的数据进行检测后，接收方22的解映射模块224就可以通过矩阵的共轭转置将长度为M的数据解映射为长度为N的数据。

其中，接收方22的检测模块222是以相应的MIMO方式对长度为M的数据进行检测，并获取长度为M的数据。例如，如果发送方20的发送模块204采用分集发射方式，则接收方22的检测模块222就采用相应的分集方式进行检测，如果发送方20的发送模块204采用复用发射方式，则接收方22的检测模块222就采用相应的复用方式进行检测。

通过发送方20和接收方22的上述处理，能够方便地实现对MIMO传输方式的转换。

装置实施例一

根据本发明的实施例，提供了一种发送装置，图4是根据本发明实施例的发送装置的框图，如图4所示，包括映射模块40、发送模块42。

具体地，发送方中的映射模块40首先需要将长度为N的数据通过矩阵映射为长度为M的数据；映射模块40中还包括构造模块和划分模块，其中，映射模块40中的构造模块的功能为构造一个M*N的矩阵，并尽量使该矩阵中的各行向量正交；映射模块40中的划分模块的功能为将待传输数据划分为一个或多个长度为N的数据(即，将待传输的数据以N为间隔进行分段)，在经过构造模块和划分模块的处理后，映射模块40就可以将划分模块划分的长度为N的数据通过构造模块构造的矩阵映射为长度为M的数据。

此外，发送方还包括用于将长度为M的数据以预定MIMO方式进行发送的发送模块42；其中，预定的MIMO方式可以包括：分集发射方式、复用发射方式。也就是说，发送模块42可以以预定传输速率将长度为M的数据以分集发射方式进行发送，采用分集发射的方式，可以提高长度为M的数据传输的可靠性；此外，当信道条件较好时，发送模块42也可以以预定传输速率将长度为M的数据以复用发射方式进行发送，例如，可以采用precoding或者beamforming方式。

此外，上述描述中的预定传输速率是由发送方的天线个数与接收方的天线个数确定。也就是说，可支持的最大传输速率是由发送方和接收方中天线的最小个数决定，即，传输速率不能大于发射天线和接收天线个数中的最小值。

图5是根据本发明实施例的发送装置处理的示意图，如图5所示，codeword在经过信道编码、调制、映射、MIMO处理后，就可以由长度为N的数据转换为长度为M的数据，并进行发送。发送机的处理过程在上述方法实施例中已经进行了详细的说明，在此不再赘述。

通过上述处理，使得发送装置能够方便的对MIMO方式进行转换。

装置实施例二

根据本发明的实施例，提供了一种接收装置，图6是根据本发明实施例的接收装置的框图，如图6所示，包括接收模块60、检测模块62、解映射模块64。

具体地，接收方包括用于接收长度为M的数据的接收模块60，以及用于检测长度为M的数据的检测模块62；当检测模块62对长度为M的数据进行检测后，接收方的解映射模块64就可以通过矩阵的共轭转置将长度为M的数据解映射为长度为N的数据。例如，解映射模块64利用检测模块62检测得到的数据[x₁，x₂，x₃，x₄]^H解映射得到[s₁，s₂，s₃，s₄，s₅，s₆]^H，可以具体描述为：

$\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\\ s_3\\ s_4\\ s_5\\ s_6\end{array}\right]=\left(U^{T}U\right)U^T\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ x_3\\ x_4\end{array}\right]$

其中，T表示共轭转置。

具体地，检测模块62是以相应的MIMO方式对长度为M的数据进行检测，并获取长度为M的数据。例如，如果发送方采用分集发射方式，则接收方的检测模块62就采用相应的分集方式进行检测，如果发送方采用复用发射方式，则接收方的检测模块62就采用相应的复用方式进行检测。

图7是根据本发明实施例的接收装置处理的示意图，如图7所示，接收模块60接收到数据后，首先发送到信道估计模块进行相应的处理，在信道估计模块进行了相应的处理后，检测模块62就可以进行空时频联合检测，并在检测完成后通过矩阵进行传输速率的映射，最后，执行解符号映射和译码。这样，接收机就可以将接收到的X₁、X₂、X₃、X₄...X_M转换为S₁、S₂、S₃、S₄...S_N；将X₁’、X₂’、X₃’、X₄’...X_M’转换为S₁’、S₂’、S₃’、S₄’...S_N’；将X₁”、X₂”、X₃”、X₄”...X_M”转换为S₁”、S₂”、S₃”、S₄”...S_N”。

需要说明的是，在不背离所附权利要求阐明的精神和范围的情况下，可以对上述各个模块进行各种改变以及组合。

综上所述，借助于本发明的技术方案，采用统一的方式通过矩阵对传输数据进行转换，解决了相关技术中没有适用于各种信道环境的统一的自适应MIMO传输方法的问题，可以实现不同传输速率下MIMO传输方式的转换，并可以灵活的配置MIMO传输方式。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多输入多输出传输方式转换方法，其特征在于，利用不同维度的不同映射矩阵对传输数据进行转换，使用统一的方式实现不同数据速率的传输以及多种MIMO传输格式的传输，包括：

发送方构造矩阵，其中，所述矩阵为M*N矩阵，并且，所述矩阵的各行向量正交；

所述发送方将待传输数据划分为一个或多个长度为N的数据；

所述发送方将所述长度为N的数据通过所述矩阵映射为长度为M的数据，并将所述长度为M的数据以预定的多输入多输出方式进行发送；

接收方接收并检测所述长度为M的数据，通过所述矩阵的共轭转置将所述长度为M的数据解映射为所述长度为N的数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送方将所述长度为M的数据以预定的多输入多输出方式进行发送的处理包括：

所述发送方以预定传输速率将所述长度为M的数据以分集发射方式进行发送；或者

所述发送方以预定传输速率将所述长度为M的数据以复用发射方式进行发送。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定传输速率由所述发送方的天线个数与所述接收方的天线个数确定。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收方接收并检测所述长度为M的数据的处理包括：

所述接收方以与所述预定的多输入多输出方式相应的多输入多输出方式对所述长度为M的数据进行数据检测，获取所述长度为M的数据。

5.一种多输入多输出传输方式转换系统，其特征在于，利用不同维度的不同映射矩阵对传输数据进行转换，使用统一的方式实现不同数据速率的传输以及多种MIMO传输格式的传输，包括：

发送方，包括：

映射模块，用于将长度为N的数据通过矩阵映射为长度为M的数据，其中，所述映射模块进一步包括：构造模块，用于构造所述矩阵，其中，所述矩阵为M*N矩阵，并且，所述矩阵的各行向量正交；划分模块，用于将待传输数据划分为一个或多个所述长度为N的数据；

发送模块，用于将所述长度为M的数据以预定多输入多输出方式进行发送；

接收方，包括：

接收模块，用于接收所述长度为M的数据；

检测模块，用于检测所述长度为M的数据；

解映射模块，用于通过所述矩阵的共轭转置将所述长度为M的数据解映射为所述长度为N的数据。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述发送模块具体用于：

以预定传输速率将所述长度为M的数据以分集发射方式进行发送，其中，所述预定传输速率由所述发送方的天线个数与所述接收方的天线个数确定；或者

以预定传输速率将所述长度为M的数据以复用发射方式进行发送，其中，所述预定传输速率由所述发送方的天线个数与所述接收方的天线个数确定。

7.一种发送装置，其特征在于，利用不同维度的不同映射矩阵对传输数据进行转换，使用统一的方式实现不同数据速率的传输以及多种MIMO传输格式的传输，包括：

映射模块，用于将长度为N的数据通过矩阵映射为长度为M的数据，其中，所述映射模块进一步包括：构造模块，用于构造所述矩阵，其中，所述矩阵为M*N矩阵，并且，所述矩阵的各行向量正交；划分模块，用于将待传输数据划分为一个或多个所述长度为N的数据；

发送模块，用于将所述长度为M的数据以预定多输入多输出方式进行发送。

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