CN101826901A - 信号发射方法、装置以及通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种信号发射方法、装置以及通信系统，其中信号发射方法包括：根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，所述第一约束条件用于使接收端接收属于本接收端的信号；将编码处理后的信号发送给所述接收端。本发明实施例还提供了一种信号发射装置，包括：编码处理模块，用于根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，所述第一约束条件用于使接收端接收属于本接收端的信号；发射模块，用于发送所述编码处理模块编码处理后的信号。本发明实施例还提供了一种通信系统。本发明实施例提供的上述方法、装置及系统，能够减少信号间的干扰，提高接收端接收信号的质量。

Description

信号发射方法、装置以及通信系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种信号发射方法、装置以及通信系统。

背景技术

随着无线通信业务的飞速发展，未来网络需要考虑以低成本来支持盲点地区或热点地区的通信，提供更好的覆盖和系统吞吐率。基于中继站(RelayStation，以下简称：RS)的多跳通信方式，以其灵活的系统设置和较低的成本为这类问题提供了解决方案。另外，多输入多输出(multi-inputmulti-output，以下简称：MIMO)技术能够充分利用空间资源，提高系统的数据传输速率和传输链路质量，在有限的频谱资源上提高系统性能，可以满足未来移动通信对高速率、高质量的要求。

结合MIMO技术和中继技术优点的MIMO Relay技术在再生和非再生Relay系统中成为下一代无线关键技术的研究热点，在具有一个基站(BaseStation，以下简称：BS)、多个RS和多个移动站(Mobile Station，以下简称：MS)的多天线蜂窝系统中，BS以广播的形式将各个用户的信息在相同的时频资源上发射，这些信息通过RS的中继处理后再发送给每一个对应的MS。承载上述信息的信号在传输过程中，采用BS-多个RS-多个MS的传输流程，BS将多个MS信息向RS发射，每一个MS的信息都由多个RS转发，每一个RS为多个MS服务。另外上述的信号在处理方法上，是根据前向链路和后项链路的矩阵简单求逆的方法在RS上对接收信号进行进一步处理。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在如下的技术问题：现有技术中在通信过程中，接收端可能接收到来自多个发送端的信号，从而容易引起各个信号间的干扰，影响接收端的信号质量。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种信号发射方法、装置以及通信系统，以实现降低信号之间的干扰，提高接收端的信号质量。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种信号发射方法，包括：

根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，所述第一约束条件用于使接收端接收属于本接收端的信号；

将编码处理后的信号发送给接收端。

本发明实施例还提供了一种信号发射装置，包括：

编码处理模块，用于根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，所述第一约束条件用于使接收端接收属于本接收端的信号；

发射模块，用于发送所述编码处理模块编码处理后的信号。

本发明实施例还提供了一种通信系统，包括位于通信网络中的基站、中继站；

所述基站用于根据用于第一约束条件对发射信号进行编码处理，将编码处理后的信号向中继站发射，所述第一约束条件用于使所述中继站接收属于本中继站的信号。

本发明实施例提供的上述信号发射方法、装置以及通信系统，通过在数据的发送端根据用于限制接收端接收信号的第一约束条件对发射信号进行编码处理，能够使得接收端只接收到属于本接收端的信号，从而能够减少信号间的干扰，提高接收端接收的信号质量。

附图说明

图1为本发明信号发射方法实施例的流程示意图；

图2为本发明信号发射技术方案第一具体实施例的系统框架图；

图3为本发明信号发射装置实施例的结构示意图；

图4为本发明通信系统实施例的结构示意图；

图5为本发明信号发射技术方案第二具体实施例的系统架构图；

图6为图5所示实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例提供的信号发射方法、装置和通信系统，在对信号进行发射前先进行预编码处理，通过预编码处理使得接收端仅能接收到属于本端接收范围的信号，具体可见以下的实施例。

图1为本发明信号发射方法实施例的流程示意图，如图1所示，包括如下步骤：

步骤101、发送端根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，上述第一约束条件用于限制接收端对信号的接收，使接收端接收属于本接收端的信号；本步骤中通过设置第一约束条件，在发送端将向多个接收端发送的信号进行编码处理，以限制接收端只能接收到属于本接收端的信号；

步骤102、将编码处理后的信号发送给接收端。

上述实施例中通过数据发送端将要发射的信号根据第一约束条件进行编码处理，能够使得接收端在接收到信号时，只接收发送给本接收端的信号，而不接收发送给其他接收端的信号，进而能够减少信号之间的干扰。

上述实施例中的第一约束条件，可以通过接收接收端反馈的从发送端到接收端的信道信息，再由发送端根据上述的信道信息生成。

上述实施例中提到的信号发射方法，可以使用在一个信号发送端向多个接收端发射信号的过程中，例如可以应用在多天线中继系统中，基站向多个中继站发送信号的过程中，基站首先根据用于限制接收端接收信号的第一约束条件对向中继站发送的信号进行预编码处理，然后再将编码处理后的信号向中继站发射。

另外在一个中继站向多个终端发射信号的过程中，中继站也可以是根据第一约束条件对发射的信号进行编码处理后再发送。

本实施例中的基站以及中继站在进行信号发射前先根据第一约束条件对信号进行编码处理，能够使得中继站以及终端只接收到的属于本接收端的信号，进而能够消除各个信号之间的干扰。

图2为本发明信号发射技术方案第一具体实施例的系统框架图，如图2所示，该系统为两跳非再生中继系统，其中的非再生是指中继站不对信号进行译码，而仅对信号进行转发等基本处理。RS用于进行基带信号处理，在本实施例中BS上配置M根发射天线，有N个RS，其中M大于等于N；N个RS中，每个RS上收发天线个数相同，为K_i；有N个MS，第j个MS上配置了L_j根接收天线。各个节点上收发天线个数满足如下关系：M＞K_i＞L_j，其中i＝1，2......N，j＝1，2......N。

本实施例中，根据BS服务的RS与该BS之间的信道信息，该BS对要发射的信号进行预编码处理，以使得每一个RS只接收其要服务的用户的信息，而不受BS发射的其他用户信息的干扰，在编码时可以使每一个BS-RS链路等效的信道矩阵对角化。

具体的可以设BS发射的信号为：[S₁，S₂，…，S_N]，其中S_j为发送给第j个用户的信息，并且假设第i个RS为第i个MS服务，BS对每个MS的信息所采用的预编码矩阵为：[M₁，M₂，…，M_N]。

可以令BS到第i个RS的信道矩阵为H_i，该信道矩阵可根据接收端反馈的信道信息获得，则发送到第i个RS的信号为：

其中N_i为噪声。

对于BS-RS链路，可以设置如下约束条件：

此时，仅当i＝j时，H_iM_jS_j才不为零，第i个RS接收到的信号为：Y_i＝H_iM_iS_i+N_i。由此可见在设置上述约束条件的前提下，第i个RS只接收到发送给本RS的信号，即S_i；而不能接收到发送给其他RS的数据，进而能够在RS上减少BS发送的多个信号之间的干扰。

本实施例中的中继站在接收到上述的信号之后，需要向MS发送，在向多个MS发送时也可以首先对要发送的信号进行预编码处理，例如在上述RS接收信号的基础上，第i个RS利用预编码矩阵F_i，对接收到的信号进行预编码处理：

X_i＝F_iY_i＝F_iH_iM_iS_i与F_iN_i；

在RS使用相同的时频资源向其服务的MS发射信号时，发送到第i个用户的信号不仅包括第i个RS向其发射的信息，还包括其他N-1个RS发送的信号的干扰，发送到第i个MS的信号为：

$R_i=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{ij}}{X}_j+Z_i=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{ij}}{F}_j{H}_j{M}_j{S}_j+\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{ij}}{F}_j{N}_j+Z_i;$

其中G_ij表示第j个RS到第i个MS的信道矩阵，F_i为第i个RS的预编码矩阵F_i，Z_i为噪声。

可以通过设置如下的约束条件：

其中A_i为非零矩阵，使得第i个MS只能接收发送给本MS的信号，进而能够减少信号之间的干扰。

另外也可以进一步设置第三约束条件：W_iG_ijF_jH_jM_j＝对角矩阵，其中B_i＝G_ijF_jH_jM_j为第i个MS接收到的信号，W_i为译码处理矩阵，通过设置上述的第三约束条件，能够方便接收端对接收到的信号进行检测，具体可以见如图6所示的实施例。

本发明上述实施例中通过在信号发送端(例如基站或中继站)根据第一约束条件进行编码处理，该第一约束条件能够限制接收端对信号的接收，并使得接收端仅接收属于本接收端的信号。本实施例中能够实现在信号接收端仅能接收到属于本接收端的信号，从而减少接收端接收到的多个信号之间干扰。本实施例中是以两跳非再生中继系统为例进行说明，基站和中继站在进行信号的发射之前，对发射的信号进行编码处理，另外对于其他多跳的形式同样适用，可以通过接收端反馈的信道信息生成信道矩阵，在信号的发送端根据如同上述实施例的第一约束条件进行编码，即可保证接收端只能接收到属于本接收端的信号。

图3为本发明信号发射装置实施例的结构示意图，如图3所示，包括编码处理模块11和发射模块12，其中编码处理模块11用于根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，所述第一约束条件用于使所述接收端接收属于本接收端的信号；本实施例中编码处理模块11可以通过设置具体的编码矩阵对发送的信息进行编码，使得其中一个接收端仅能接收到属于本接收端的信号；发射模块12用于将上述经过编码处理模块11编码处理后的信号发送给接收端。

本实施例中的信号发射装置，通过根据第一约束条件对信号进行编码处理，该第一约束条件通过在发送端对发射的信号进行编码，实现对接收端接收信号的限制，使得接收端仅能接收到属于本接收端的信号，而不会接收到发送给其他接收端的信号，进而能够减少接收端在接收信号时各个信号间的干扰。

上述实施例中的信号发射装置可以进一步包括约束条件生成模块13，约束条件生成模块13用于根据接收端反馈的信道信息生成限制接收端接收信号的第一约束条件。

图4为本发明通信系统实施例的结构示意图，如图4所示，包括位于通信网络中的基站21和中继站22，其中基站21用于根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，将编码处理后的信号向中继站发射，上述的第一约束条件用于使所述中继站接收属于本中继站的信号，本实施例中基站在向中继站发射信号之前先选择合适的编码矩阵对信号进行编码处理，使得其中一个基站仅能接收到属于本中继站的信号，而不能接收发送给其他中继站的信号，从而能够减少中继站在接收信号时受到的多个信号之间的干扰。

进一步的在中继站向终端发送信号之前，也可以使中继站根据第二约束条件对接收到的信号进行编码处理，将编码处理后的信号进行发射，该第二约束条件如同上述的第一约束条件，也能够限制接收端对信号的接收，使其接收属于本接收端的信号，其中的具体的编码矩阵由于信号情况的不同可以有所变化。

本实施例中可以进一步包括终端，终端用于接收中继站根据第二约束条件进行编码处理后发送的信号，并根据用于检测信号的第三约束条件进行译码处理。该第三约束条件为：W_iB_i＝对角矩阵，其中B_i为终端接收到的信号，W_i为译码处理矩阵。

图5为本发明信号发射技术方案第二具体实施例的系统架构图，本实施例中包括由一个BS，两个RS，两个MS构成的通信系统，两个RS分别为RS₁、RS₂，两个MS分别为MS₁、MS₂。其中BS上配置四根发射天线，每个RS上配置两个接收天线和两个发射天线，MS上配置一根接收天线，BS同时在RS₁、RS₂的协助下与MS₁和MS₂通信，其中，RS₁负责BS与MS₁的通信，RS₂负责BS与MS₂的通信，不存在BS与MS之间的直达路径。该系统为非再生中继系统，RS只进行基带信号处理，而不进行译码处理。

图6为图5所示实施例的流程示意图，如图6所示，包括如下步骤：

步骤201、BS根据第一约束条件进行信号处理。本步骤中BS要发送的MS₁、MS₂的两个信号为

BS到RS₁，RS₂的信道矩阵分别为H₁，H₂，其中H₁，H₂都为2×4的矩阵，该信道矩阵可以通过两个RS反馈给BS。BS根据上述的中继链路的信道信息进行处理以获取预编码权值，具体处理过程如下：

首先BS对BS-RS₁的信道矩阵H₁进行奇异值(singular valuedecomposition，以下简称：SVD)分解：

$H_1\stackrel{\mathrm{SVD}}{=}{U}_1{\mathrm{\Σ}}_1{V_1}^H$

其中U₁为一个2×2的酉矩阵，∑₁为一个2×4的对角阵，V_i为一个4×4的酉矩阵。

令K₁＝H₂V₁，并对K₁进行SVD分解：

$K_1\stackrel{\mathrm{SVD}}{=}{\tilde{U}}_1{\widetilde{\mathrm{\Σ}}}_1{{\tilde{V}}_1}^H$

且

的后两列构成K₁的零向量空间，取

后两列中的任意一列构成一个4×1权值向量，记为P₁，则

令M₁＝V₁P₁作为BS针对MS₁发送信号s₁的加权向量，其中M₁为一个4×1的向量。

根据以上推导可知，M₁满足

时，

此时BS针对MS₁的发送的信号不会被RS₂接收到。

同理可求出BS针对MS₂发送信号s₂的加权向量M₂，求解过程为：

对BS-RS₁的信道矩阵H₂进行SVD分解：

$H_2\stackrel{\mathrm{SVD}}{=}{U}_2{\mathrm{\Σ}}_2{V_2}^H$

其中U₂为一个2×2的酉矩阵，∑₂为一个2×4的对角阵，V₂为一个4×4的酉矩阵。

令K₂＝H₁V₂，对K₂进行SVD分解

$K_2\stackrel{\mathrm{SVD}}{=}{\tilde{U}}_2{\widetilde{\mathrm{\Σ}}}_2{{\tilde{V}}_2}^H$

且

的后两列构成K₂的零向量空间，取

后两列中的任意一列构成一个4×1权值向量，记为P₂，则

令M₂＝V₂P₂作为BS针对MS₂发送信号s₂的加权向量，其中M₂为一个4×1的向量。

根据以上推导可以知，M₂满足

时，

此时BS针对MS₂的发送信号不会被RS1接收到。

分别采用M₁，M₁对发射信号s₁，s₂经过加权处理后，BS的发射信号变为S＝M₁s₁+M₂s₂，其中S为包含s₁，s₂信息的2×1维向量。

步骤202、BS将上述预编码处理后得到的信号进行发射。

步骤203、RS接收到BS的信号后，经过处理后转发给MS。本步骤中RS根据MS反馈得来的接入链路的信道信息对接收到的信号进行处理，其中RS₁接收到的信号为：

R₁＝H₁S+N₁＝H₁(M₁s₁+M₂s₂)+N₁＝U₁∑₁P₁s₁+N₁，其中N₁为噪声。

RS₁到MS₁、MS₂的信道矩阵分别为G₁，G₂，其中G₁，G₂均为1×2维向量。该信道矩阵可以通过两个MS反馈给RS。RS根据反馈得来的接入链路的信道信息进行求预编码权值的处理：

首先对RS1-MS1的信道矩阵G₁进行SVD分解：

$G_1\stackrel{\mathrm{SVD}}{=}{\hat{U}}_1{\widehat{\mathrm{\Σ}}}_1{{\hat{V}}_1}^H$

其中为一个常量(为1)，

为一个1×2的向量，

为一个2×2的酉矩阵。

令

则

为1×2维向量，对

进行SVD分解，可得：

${\stackrel{\‾}{K}}_1\stackrel{\mathrm{SVD}}{=}{\stackrel{\‾}{U}}_1{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Σ}}}_1{{\stackrel{\‾}{V}}_1}^H$

且

的后一列构成

的零向量空间，取

后一列作为基准向量，扩张为一个2×2的矩阵满足

令

F₁为一个2×2矩阵，则有：

$G_1{F}_1={\hat{U}}_1{\widehat{\mathrm{\Σ}}}_1{{\hat{V}}_1}^H{\hat{V}}_1{\stackrel{\‾}{P}}_1{U_1}^H={\hat{U}}_1{\widehat{\mathrm{\Σ}}}_1{\stackrel{\‾}{P}}_1{U_1}^H$

$G_2{F}_1=G_2{\hat{V}}_1{\stackrel{\‾}{P}}_1{U_1}^H={\stackrel{\‾}{K}}_1{\stackrel{\‾}{P}}_1{U_1}^H=\left[\begin{array}{cc}0& 0\end{array}\right]$

RS₁用权向量F₁对接收信号进行处理，得到发射信号：

$T_1=F_1{R}_1={\hat{V}}_1{\stackrel{\‾}{P}}_1{U_1}^H(U_1{\mathrm{\Σ}}_1{P}_1{s}_1+N_1)={\hat{V}}_1{\stackrel{\‾}{P}}_1{\mathrm{\Σ}}_1{P}_1{s}_1+F_1{N}_1$

在RS₂对接收到来自BS的信号进行相同的处理，同时也保证RS₂发送的信号不会对MS₁带来任何的干扰。RS₁、RS₂向MS发送经过处理后的信号。

步骤204、MS对接收到的信号进行处理，以MS₁为例，MS₁只会接收到RS₁发送的信号，不会受到RS₂发送信号的干扰。MS₁接收到的信号为：

$y=G_1{T}_1+z={\hat{U}}_1{\widehat{\mathrm{\Σ}}}_1{{\hat{V}}_1}^H{\hat{V}}_1{\stackrel{\‾}{P}}_1{\mathrm{\Σ}}_1{P}_1{s}_1+G_1{F}_1{N}_1+z={\widehat{\mathrm{\Σ}}}_1{\stackrel{\‾}{P}}_1{\mathrm{\Σ}}_1{P}_1{s}_1+G_1{F}_1{N}_1+z$

其中z为噪声。由于

为一个常量，因此令MS上的信号处理矩阵便可实现对接收信号的简单译码。MS₂接收的信号形式以及检测处理方法都和MS₁相同。

本发明实施例提供的信号发射方法、装置以及通信系统，在数据的发送端根据用于限制接收端接收信号的第一约束条件对发射信号进行编码处理，能够保证接收端只接收到属于本接收端的信号，上述实施例中的方法可以具体的应用的无线中继系统中，例如在基站向中继站发送信号的过程以及中继站向终端发送信号的过程，最终能够减少每个终端接收到的信号间的干扰，提高终端接收到的信号质量。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

权利要求的内容记载的方案也是本发明实施例的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例方法中的全部或部分处理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。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种信号发射方法，其特征在于，包括：

根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，所述第一约束条件用于使接收端接收属于本接收端的信号；

将编码处理后的信号发送给接收端。

2.根据权利要求1所述的信号发射方法，其特征在于，所述第一约束条件由发送端根据反馈的信道信息生成。

3.根据权利要求1所述的信号发射方法，其特征在于，所述根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，所述第一约束条件用于使接收端接收属于本接收端的信号包括：

基站根据第一约束条件对向中继站发送的信号进行预编码处理，所述第一约束条件用于使所述中继站接收属于本中继站的信号。

4.根据权利要求3所述的信号发射方法，其特征在于，所述第一约束条件为：

其中M_j为基站对向第j个中继站发送的信号的编码矩阵，H_i为基站到第i个中继站的信道矩阵，其中i＝1，2......N；j＝1，2......N，N为中继站数目。

5.根据权利要求3或4所述信号发射方法，其特征在于，还包括：

中继站根据第二约束条件对向终端发送的信号进行预编码处理，所述第二约束条件用于使所述终端接收到属于本终端的信号。

6.根据权利要求1所述的信号发射方法，其特征在于，所述根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，所述第一约束条件用于使接收端接收属于本接收端的信号包括：

中继站根据第一约束条件对向终端发送的信号进行预编码处理，所述第一约束条件用于使所述终端接收属于本终端的信号。

7.根据权利要求6所述的信号发射方法，其特征在于，所述第一约束条件为：

其中G_ij为第j个中继站到第i个终端的信道矩阵，F_j为第j个中继站的编码矩阵，其中i＝1，2......N；j＝1，2......N，N为中继站数目。

8.根据权利要求6所述的信号发射方法，其特征在于，还包括：

接收到信号的终端根据用于检测信号的第三约束条件进行译码处理；所述第三约束条件为：

W_iB_i＝对角矩阵，其中B_i为终端接收到的信号，W_i为译码处理矩阵。

9.一种信号发射装置，其特征在于，包括：

编码处理模块，用于根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，所述第一约束条件用于使接收端接收属于本接收端的信号；

发射模块，用于发送所述编码处理模块编码处理后的信号。

10.根据权利要求9所述的信号发射装置，其特征在于，还包括：

约束条件生成模块，用于根据接收端反馈的信道信息生成限制接收端接收信号的第一约束条件。

11.一种通信系统，其特征在于，包括位于通信网络中的基站、中继站；

所述基站用于根据用于第一约束条件对发射信号进行编码处理，将编码处理后的信号向中继站发射，所述第一约束条件用于使所述中继站接收属于本中继站的信号。

12.根据权利要求11所述的通信系统，其特征在于，所述中继站用于接收信号，还用于根据限制终端接收信号的第二约束条件对接收到的信号进行编码处理，将编码处理后的信号进行发射，所述第二约束条件用于使终端接收属于本终端的信号。

13.根据权利要求12所述的通信系统，其特征在于，还包括终端，所述终端用于接收中继站根据第二约束条件进行编码处理后发送的信号，并根据用于检测信号的第三约束条件进行译码处理；所述第三约束条件为：

W_iB_i＝对角矩阵，其中B_i为终端接收到的信号，W_i为译码处理矩阵。

Images