CN101997650B - 多天线系统数据信号的发射方法、装置和系统 - Google Patents

多天线系统数据信号的发射方法、装置和系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及一种多天线系统数据信号的发射方法、装置和系统。该方法包括：将数据信号的符号流划分成K个正交成份，其两两内积的模等于零或小于设定值，K个正交成份能够恢复数据信号，且去掉其中任意一个非零正交成份后剩余的K-1个正交成份无法恢复数据信号；将K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线；将K个虚拟天线的K个发射信号映射到M个物理天线进行发射。本发明在物理天线上发送的正交成份之间不会发生干涉效应，从而实现全向覆盖。每个物理天线的发射能力都得到充分的利用，可以采用小功率的功率放大器，降低系统成本。

Description

多天线系统数据信号的发射方法、装置和系统
技术领域
本发明实施例涉及无线通信技术，尤其涉及一种多天线系统数据信号的发射方法、装置和系统。
背景技术
随着无线通信业务的发展，对无线通信系统带宽的需求越来越高，这导致可用的频带资源日益紧张。因此，如何提高频谱利用率成为无线通信研究的一个关键问题。能有效提高频谱利用率的技术包括：多址接入、信号检测、调制和信道编码等，其中，多天线系统(Multiple Antennas System；以下简称：MAS)在无线通信技术中的地位日益重要。
在蜂窝移动通信系统中，各蜂窝小区的基站中可以设置多天线系统，包括用于发射信号的多个物理天线，物理天线又可称为天线阵元。多天线系统将多个天线阵元和信号处理单元有机结合起来，根据信道环境的变化，自适应地优化发射和接收方式。在多天线系统所提供的通信业务中，既包括基于专用信道发射的针对特定移动终端的单播信号，也包括基于公共信道发射的针对全部移动终端的广播多播信号，例如，多媒体广播多播业务(MultimediaBroadcast Multicast Service；以下简称：MBMS)、广播信道中的系统信息、同步信道中的参考信号、前向接入信道(Forward Access Channel；以下简称：FACH)中的导频、寻呼和公共控制消息等。
对于单播信号，多天线系统可以采用波束赋形或预编码等技术来实现。例如，智能天线(Smart Antennas；以下简称：SA)，又称为阵列天线系统(Antenna Array System；以下简称：AAS)，是多天线系统的一种。SA的天线阵元间距小于信道的相关距离，利用天线阵元间的信号相关性，可以实现波束赋形，自适应地把高增益的窄波束指向通信中的移动终端，同时调整零陷对准干扰方向，尽量降低对其他用户的干扰。
对于实现波束赋形的SA系统来说，由于波束赋形可以把发射信号能量集中到很窄的波束上，在指定的方向上产生增益，因此若M个物理天线在专用信道实现与全向单天线相同的小区覆盖范围时，每个物理天线所需的发射功率仅是单天线发射功率的1/M2，M为至少等于2的自然数，所以可以采用低功率放大器分别实现各物理天线的信号功率放大。
但是，在进行本发明的研究过程中，发明人发现现有技术通过多天线系统来发射广播多播信号的技术存在如下缺陷：若要SA系统的物理天线在公共信道实现小区全向覆盖，则需要以高功率放大器对信号进行放大，显著提高了设备成本；且采用空时频编码技术时，需要对天线阵列配置情况严格限定，接收机的硬件结构也须固定，导致扩展性差。
发明内容
本发明实施例提供了一种多天线系统数据信号的发射方法、装置和系统，以低成本的多天线系统实现高质量的数据信号发送。
本发明实施例提供了一种多天线系统数据信号的发射方法，包括：
将数据信号的符号流划分成K个正交成份，所述K个正交成份中两两内积的模等于零或小于设定值，所述K个正交成份能够恢复所述数据信号，且去掉其中任意一个非零正交成份后剩余的K-1个正交成份无法恢复所述数据信号，其中，K为大于或等于2的自然数；
将K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线；
将K个虚拟天线的K个发射信号映射到M个物理天线进行发射，其中，M为大于或等于2的自然数。
本发明实施例还提供了一种多天线系统数据信号的发射装置，包括：
转换模块，用于将数据信号的符号流划分成K个正交成份，所述K个正交成份中两两内积的模等于零或小于设定值，所述K个正交成份能够恢复所述数据信号，且去掉其中任意一个非零正交成份后剩余的K-1个正交成份无法恢复所述数据信号，其中，K为大于或等于2的自然数；
传送模块，用于将K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线；
映射模块，用于将K个虚拟天线的K个发射信号映射到M个物理天线进行发射，其中，M为大于或等于2的自然数。
本发明实施例又提供了一种多天线系统数据信号的发射系统，其中，包括至少一个发射机和至少一个接收机，其中，
所述发射机，用于将数据信号的符号流划分成K个正交成份，所述K个正交成份中两两内积的模等于零或小于设定值，所述K个正交成份能够恢复所述数据信号，且去掉其中任意一个非零正交成份后剩余的K-1个正交成份无法恢复所述数据信号，其中，K为大于或等于2的自然数；将K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线；将K个虚拟天线的K个发射信号映射到M个物理天线进行发射，其中，M为大于或等于2的自然数；
所述接收机，用于接收所述发射机发射的K个正交成份的信号，进行解调处理后获取所述数据信号。
由以上技术方案可知，本发明实施例中，K个正交成份是正交或近乎正交的，如果典型地把虚拟天线的发射信号一一映射到物理天线进行发射，通过物理天线发送的正交成份之间不会发生干涉效应或干涉效应在可接受范围之内，从而实现小区全向覆盖。并且每个物理天线的发射能力都得到充分的利用，从而可以使用低功率的功率放大器。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的多天线系统数据信号的发射方法的流程图；
图2为本发明实施例一提供的多天线系统数据信号的发射方法的原理框图；
图3为本发明实施例二提供的多天线系统数据信号的发射方法流程图；
图4为本发明实施例二提供的多天线系统数据信号的发射方法的原理框图；
图5为本发明实施例二中基于空时频编码方法的流程图；
图6为适用于本发明实施例二的接收机的结构示意图；
图7为本发明实施例三提供的多天线系统数据信号的发射方法流程图；
图8为本发明实施例三提供的多天线系统数据信号的发射方法的原理框图；
图9为适用于本发明实施例三的接收机的结构示意图；
图10为本发明实施例四提供的多天线系统数据信号的发射方法的原理框图；
图11为本发明实施例五提供的多天线系统数据信号的发射方法的原理框图；
图12为一种码流复用系统为2的分配方案；
图13为本发明实施例六提供的多天线系统数据信号的发射装置的结构示意图；
图14为本发明实施例七提供的多天线系统数据信号的发射装置的结构示意图；
图15为本发明实施例八提供的多天线系统数据信号的发射装置的结构示意图；
图16为本发明实施例九提供的多天线系统数据信号的发射系统的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的多天线系统数据信号的发射方法的流程图，本实施例的发射方法具体可以由设置在无线通信系统中基站侧的发射机来执行，包括如下步骤：
步骤101、发射机将数据信号的符号流划分成K个正交成份，K个正交成份当中两两正交成份内积的模等于零或小于设定值。其中，K为大于或等于2的自然数，并且，K个正交成份能够通过确定的方法精确地恢复原有的数据信号的符号流，且去掉其中任意一个非零正交成份后剩余的K-1个正交成份无法精确地恢复原有的数据信号；
K个两两内积等于零的完全正交的成份可完全避免干涉效应，而两两内积的模小于一定值的K个正交成份，其干涉效应也能够被接受，本领域技术人员可以理解其也能够实现本发明的技术方案，以下各实施例为清楚起见，以完全正交的K个正交成份为例进行说明。本实施例中的数据信号包括需要通过多天线系统发射的广播多播信号和单播信号，并且，本发明各实施例的技术方案应用于广播多播信号的发射时具有更高的实用价值，以下各实施例均以处理广播多播信号为例进行说明，但本领域技术人员可以理解，将本发明实施例的技术方案应用于单播信号等各种数据信号也同样适用。
在步骤101中，符号流是待发射前要处理的数据流，例如可以是将“0”、“1”形式的信息比特流经过信道编码和星座映射处理之后的复数符号流。
步骤102、发射机将K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线；
步骤103、发射机分别将K个虚拟天线的K个发射信号映射到M个物理天线进行发射，其中，M为大于或等于2的自然数。
上述技术方案可实现广播多播信号的全向覆盖，即物理天线将自身所发射的信号向当前小区中的所有移动终端发射。可以是将K个正交成份从K个物理天线上进行全向发射，也可以从M个物理天线上进行全向发射，则步骤103具体可以为：
步骤1031、发射机根据M×K维天线映射矩阵，将K个虚拟天线的K个发射信号映射为M个发射信号；
步骤1032、发射机将M个发射信号分别从M个物理天线进行发射。
上述技术方案可以通过引入虚拟天线的概念来理解。天线映射矩阵可以如下式所示：
x 1 x 2 M x M = w 1 ( 1 ) w 1 ( 2 ) L w 1 ( K ) w 2 ( 1 ) w 2 ( 2 ) L w 2 ( K ) M M O M w M ( 1 ) w M ( 2 ) L w M ( K ) x 1 ′ x 2 ′ M x K ′
其中，x′1 x′2 L x′K为K个虚拟天线的发射信号，x1 x2 L xM为M个物理天线上的发射信号，两者之间通过一个天线映射矩阵联系起来，如上式所示。可以看出每个虚拟天线k对应一个加权向量[w1 (k) w2 (k) L wM (k)]T，其中，k为虚拟天线的序号。例如，当物理天线的数量为4时，则一个4维的加权向量可以为[1 0 0 0]T，则该虚拟天线对应于一个物理天线。优选的是虚拟天线与物理天线的数量相等，即K＝M，设置天线映射矩阵使虚拟天线与物理天线一一对应，此时即为通常的直接将待发射信号提供给物理天线的情况，默认虚拟天线与物理天线是一一固定对应的。或者，也可以是K＝2M，设置天线映射矩阵使一个虚拟天线与两个交叉极化的物理天线对应。具体应用中，天线映射矩阵中矩阵点的数值可以为任意数值，将虚拟天线的发射信号经过加权向量的系数加权后，从对应的一个或多个物理天线发送。
采用天线映射矩阵可以更加灵活地配置物理天线的数量，通过调整天线映射矩阵即可适应物理天线的数量，易于扩展。本申请下述实施例将从虚拟天线的角度具体描述信号的编码、发射方式。
图2为本发明实施例一提供的多天线系统数据信号的发射方法的原理框图，在本实施例中，可以通过广义滤波器的形式将复数符号流划分为K个正交成份。如图2所示，符号流分别进入K个滤波器，形成K个正交成份提供给K个虚拟天线，再经过天线映射单元基于天线映射矩阵的处理，分别通过M个物理天线来发射。
广义滤波器的具体形式有多种，例如，每个滤波器典型地可以为正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing；以下简称：OFDM)系统中的一个子载波组，或者可以是码分多址(Code Division MultipleAccess；以下简称：CDMA)中的一个码组。实现正交划分的方式具体可以为将广播多播信号的符号流采用相互正交的频带、相互正交的子载波组或相互正交的码组划分成K个正交成份。
采用本实施例的技术方案，K个正交成份是正交或近乎正交的，如果典型地把虚拟天线的发射信号一一映射到物理天线进行发射，通过物理天线发送的正交成份之间不会发生干涉效应或干涉效应在可接受范围之内，从而实现小区全向覆盖。并且每个物理天线的发射能力都得到充分的利用，从而可以使用低功率的功率放大器。对于接收机来说，并不需要识别出所接收的信号是由多个物理天线发送的，与接收单物理天线发射的信号相类似，具有较好的兼容性。
因此，相比于现有技术，本实施例技术方案的优点在于：1)以多天线系统完成了小区全向覆盖，即实现了广播多播信号的发送，并且，无须使用高功率的功率发大器，只需为各个物理天线提供低功率的功率放大器即可，所以成本显著降低；2)对于接收机而言，不用区分正交成份的信号是从单物理天线发射的，还是从多物理天线发射的，所以对于接收机来说，当物理天线的数量变化时，接收机的硬件结构不用发生变化。
本实施例的技术方案还进一步使用虚拟天线的概念使物理天线和编码方式的设计更加灵活。天线映射矩阵可以是固定的，提供固定的映射关系，也可以是变化的，即监测到产生映射矩阵更新触发条件时，可以更新天线映射矩阵中的数值，使虚拟天线与物理天线的映射关系发生变化。例如，映射矩阵更新触发条件可以为自上一次天线映射矩阵更新后开始计时的计时值达到设定门限值，即，使映射关系随时间变化。当K＝M，虚拟天线与物理天线一一对应时，更新天线映射矩阵的操作可以具体为将虚拟天线与物理天线的对应关系进行循环移位，使虚拟天线按预设的顺序顺次映射到预先设定顺序的物理天线上。
实施例二
图3为本发明实施例二提供的多天线系统数据信号的发射方法流程图，图4为本发明实施例二提供的多天线系统数据信号的发射方法的原理框图。本实施例的方法是在将广播多播信号的符号流划分为K个正交成份之前，首先对获取到的广播多播信号进行一次空时频编码，形成k1个空时频码流，每个空时频码流作为一个广播多播信号的符号流，其中，k1为大于或等于2的自然数。为表述清楚起见，本实施例以“A1amouti”编码技术为例进行说明。则本实施例包括如下步骤：
步骤301、发射机首先对广播多播信号“0”、“1”形式的信息比特流进行信道编码和星座映射等处理，形成s1、s2、......形式的符号流；
步骤302、发射机对广播多播信号进行“Alamouti”空时频编码，则每两个符号码为一个符号块，例如，符号块[s1，s2]编码后形成两个相互正交的空时频码流 s 1 s 2 * s 2 - s 1 * , 表示从两个时间-频率通过两个天线发射，其中任何一个天线的空时频码流都可以完整地恢复出编码前的符号流，将经过同一次空时频编码形成的空时频码流的数量记为k1，此处k1＝2；
而后，将作为广播多播信号的符号流的空时频码流划分成K个正交成份具体可以执行下述操作，且可以对其中一个或多个空时频码流进行划分，优选的是对全部空时频码流进行操作。
步骤303、发射机将两个空时频码流分别划分为K个正交成份，即获得两组K个正交成份。具体应用中，可以以该空时频码流后续的多个符号块来组成一个设定长度的复数符号流进行一次划分。
上述技术方案中的“Alamouti”编码可以直接扩展到输出任意多个空时频码流的空时频编码技术，即可以执行下述操作：
对广播多播信号进行空时频编码，形成k1个空时频码流，并将每个空时频码流作为符号流划分为一组K个正交成份。
本实施例的步骤303中，仍然可以采用相互正交的频带、子载波组或码组来划分正交成份，本实施例中，每个空时频码流被划分成K个相互正交的频带，分别提供给K个虚拟天线。将一个空时频码流划分成不同频率成份可以通过滤波器组来实现，具体可以采用快速傅立叶变换/快速傅立叶逆变换(FFT/IFFF)来实现，则将广播多播信号的复数符号流划分成K个正交成份的流程具体可以包括下述步骤，如图5所示，可参见图4的实例来理解：
步骤501、对获取到的广播多播信号进行空时频编码，形成k1个空时频码流，如图4所示的实例，k1＝2；
步骤502、将每个空时频码流进行串并转换，形成K个并行符号流，其中，对于各空时频码流，划分为K个正交成份的操作是独立的，所以各个空时频码流对应的K的数值可以相等也可以不等。如图4所示的实例中，各个空时频码流所对应的K值相等；
步骤503、对每个空时频码流对应的K个并行符号流分别进行FFT，具体应用中，该步骤也可以省略；
步骤504、将每个空时频码流对应的K个并行符号流承载于相互正交的子载波组中的不同子载波，并分别对各子载波组承载的并行符号流进行IFFT，每个空时频码流的并行符号流对应形成一组K个正交成份，在进行IFFT时，承载数据的子载波组在图4中标记为“1”，其他子载波组设置为“0”。
上述技术方案中，每个空时频码流的数据经过串并转换被划分成K个数据块，每个数据块放在OFDM的一组子载波上，其他子载波置“0”，经过IFFT之后，就得到了相应频率成份的正交成份，类似于正交频分多址(OrthogonalFrequency Division Multiple Access；以下简称：OFDMA)技术。在IFFT之前，也可以选择作一次FFT，类似于单载波频分复用(Single Carrier FDMA；以下简称：SC-FDMA)技术。
采用本实施例的技术方案，其与实施例一的优点类似，可以利用低功率的功率放大器进行功率放大，以不相关的正交成份相互叠加进行小区全向覆盖，从而能实现广播多播信号的发射。另外，本实施例还可以利用成熟的空时频编码技术，提高频带利用率。接收机不用预先确定物理天线的数量，当需要对基站侧的多天线系统进行调整时，接收机侧的硬件结构无须进行调整。
适用于本实施例技术方案的接收机结构可以如图6所示，从物理天线接收到的信号，先进行FFT转换到频域，如果发射机采用了SC-FDMA，则需要利用信道估计的结果作频域均衡，并通过IFFT转换到时域，如果发射机采用的是OFDMA，则这一步骤可以省略。随后经过并串转换，并经过空时频解码、星座解调信道译码后得到“0”、“1”形式的信息比特流。
实施例三
图7为本发明实施例三提供的多天线系统数据信号的发射方法流程图，图8为本发明实施例三提供的多天线系统数据信号的发射方法的原理框图。本实施例与实施例二的区别在于：实施例二对符号流采用了统一的空时频编码，编码后的每个空时频码流划分成K个正交成份分别在K个子载波组上进行传输。本实施例中可以是先将广播多播信号经星座映射后的符号流经过串并转换，形成K个并行符号流，每个并行符号流分别对应形成K个正交成份中的一个正交成份。每个并行符号流可以单独进行空时频编码获得多个空时频码流，再承载于一个子载波组上在多个虚拟天线上进行传输。则对广播多播信号的符号流进行串并转换，形成K个并行符号流，且每个并行符号流分别对应形成K个正交成份中的一个正交成份的流程具体包括如下步骤：
步骤701、发射机对广播多播信号经过信号编码和星座映射等处理后的复数符号流进行串并转换，形成K个并行符号流；
步骤702、发射机将K个并行符号流分别进行空时频编码，形成多个空时频码流，其中，每个并行符号流至少形成k1个空时频码流，且k1为大于或等于2的自然数，如图8所示的实例中，采用“Alamouti”编码技术，每个并行符号流所形成的空时频码流数量相等，即k1＝2；
步骤703、发射机将每个空时频码流进行FFT，具体应用中，该步骤也可以省略；
步骤704、发射机将每个并行符号流对应的各空时频码流承载于同一个子载波组，各子载波组之间是相互正交的。分别对每个并行符号流对应的k1个空时频码流进行IFFT，这k1个空时频码流承载在该并行符号流对应的同一子载波组上，其他的子载波组设置为零，形成k1个正交成份，分别在k1个虚拟天线上传输。如图8所示，承载数据的子载波组标记为“1”，其他子载波组设置为“0”。从每个并行符号流选取任意的一个空时频码流对应的正交成份形成一组K个正交成份，且K个并行符号流的空时频码流的任意组合形成多组K个正交成份。
适用于本实施例技术方案的接收机结构可以如图9所示，从物理天线接收到的信号，先进行FFT转换到频域，并利用信道估计的结果作频域均衡，如果发射机采用了SC-FDMA，则需要采用IFFT转换到时域，如果发射机采用的是OFDMA，则这一步骤可以省略。然后进行空时频解码，随后经过并串转换、星座解调信道译码后得到“0”、“1”形式的信息比特流。
实施例四
在上述实施例二和三中，均将全部空时频编码的所有码流通过一个基站的物理天线进行发射为例进行说明。本发明实施例四提供的多天线系统数据信号的发射方法可以上述实施例二为基础，通过多个基站的物理天线发送信号。则将k1个空时频码流各自对应的K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线具体为：
将经过信道编码和星座映射后得到的符号流进行空时频编码，获得k1个空时频码流。将k1个空时频码流各自对应的K个正交成份作为发射信号分别提供给X个基站的虚拟天线，且每个空时频码流对应的K个正交成份提供给一个基站的K个虚拟天线，其中，X为大于或等于2且小于或等于k1的自然数，即同一基站可以发送一组或多组K个正交成份。
本实施例以k1＝X＝2举例说明。图10为本发明实施例四提供的多天线系统数据信号的发射方法的原理框图，进行统一的一次空时频编码，将形成的两个空时频码流分别提供给第一基站和第二基站。在第一基站和第二基站中的进行FFT/IFFT处理与实施例二中相类似，此处不再赘述。
实施例五
本发明实施例五提供的多天线系统数据信号的发射方法是以实施例三为基础，发射机对广播多播信号经过信号编码和星座映射等处理后的复数符号流进行串并转换，形成K个并行符号流，对应形成多组K个正交成份。则将多组K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线的流程具体包括如下步骤：
将每个并行符号流分别进行空时频编码得到多个空时频码流，并把该多个空时频码流分为Y组，对应地提供给Y个基站，且每组K个正交成份分别提供给一个基站的K个虚拟天线进行发射，其中，Y为大于或等于2的自然数。
图11为本发明实施例五提供的多天线系统数据信号的发射方法的原理框图，此处以每个并行符号流形成k1个空时频码流，且k1＝2为例进行说明。当首先进行串并转换形成K个并行符号流，再分别进行空时频编码。每一次空时频编码所形成的两个空时频码流分别提供给第一基站和第二基站。即，K个并行符号流的第一个空时频码流组成一组K个正交成份，提供给第一基站，K个并行符号流的第二个空时频码流组成另一组K个正交成份，提供给第二基站。在第一基站和第二基站中的进行FFT/IFFT处理与实施例三中相类似，此处不再赘述。对于同一个基站，可以发射一组或多组K个正交成份。
通过单基站发射空时频编码的所有码流的形式可称为集中式空时频编码，每个基站只发射空时频编码的所有码流当中的一部分码流形式可称为分布式空时频编码。集中式空时频编码的每个频带需要占用基站的两个虚拟天线，而分布式空时频编码的一个频带只需要占用一个虚拟天线，这就意味着分布式空时频编码可以划分成更多的频带，从而使得每个物理天线上的信号频带更窄，这样可以实现更低的功率峰均比。
在采用了分布式空时频编码方案之后，自然产生了空时频码流在不同基站的分配问题，这个问题与频率复用类似。图12为一种码流复用系统为2的分配方案，即产生两个空时频码流，第一基站1发射第一空时频码流的K个正交成份，第二基站2发射第二空时频码流的K个正交成份。优选的是发射不同空时频码流的基站能够相互间隔设置，该复用分配方案可应用于采用“Alamouti”编码的系统当中。当移动终端位于小区边界A点时，接收信号的强度比较弱，但可收到两个基站发射的空时频码流的正交成份信号，利用空时频编码提供的分集增益可有效地提高接收质量。当移动终端位于小区中心B点时，主要接收的是本小区发送的空时频码流的正交成份信号，而此时信号强度很好，只靠一个空时频码流也可以保证可靠的解调。在小区边界和小区中心两种情况下，移动终端的接收机的硬件结构和算法并不需要做任何改变。这也意味着不同的码流规划方案，即哪些基站分配哪些空时频码流，只会在一定程度上影响接收机的接收质量，而不会造成接收机完全不能正确解调信号，这个特性为复杂传播环境的网络部署带来方便。类似的，码流复用系数为N的空时频编码可适用于输出N个空时频码流的空时频编码，其中N为大于或等于2的自然数。
本发明各实施例所提供的技术方案具有使多天线系统以低成本提供高质量广播多播信号发射的优点，具体优势在于：
1)每个符号流的K个正交成份由K个虚拟天线发送，K个虚拟天线上的发射信号相互正交，不会发生干涉效应，从而可以以低功率的功率放大器进行放大，通过信号叠加提高增益，实现全小区覆盖；
2)一个符号流的K个虚拟天线的信号在空中进行了叠加，接收机并不能区别有K个虚拟天线的存在，接收机结构与单发射天线所对应的接收机结构相同，实现了良好的兼容性；
3)每个物理天线的功率都被充分利用，可以采用多个低功率的功率放大器，而避免使用昂贵的高功率放大器，极大降低了系统成本；
4)该方法适用于任意物理天线数量和排列的多天线系统，具有优秀的系统扩展性；
5)峰均比问题是OFDMA的一个重要问题，过高的峰均比将降低功率放大器的有效输出功率。OFDMA的峰均比是由于很多个子载波叠加引起的，如果在每个射频通道上降低带宽，减少子载波的数量，就可以有效降低峰均比。极限的情况是每个物理天线只发送一个子载波，则彻底解决OFDMA系统的峰均比问题。本发明实施例提供的方案正是通过这一方法实现降低OFDMA系统的峰均比；
6)分布式空时频编码技术比集中式空时频编码技术在峰均比性能上更有优势。
本发明实施例提供的技术方案可广泛适用于多天线系统发射广播多播信号，例如公共信道信号，数字广播网或者数字电视网等广播网中所发射的信号等。
实施例六
图13为本发明实施例六提供的多天线系统数据信号的发射装置的结构示意图。该发射装置包括：转换模块10、传送模块20和映射模块30。其中，转换模块10用于将数据信号的符号流划分成K个正交成份，所述K个正交成份中两两内积的模等于零或小于设定值，所述K个正交成份能够恢复所述数据信号，且去掉其中任意一个非零正交成份后剩余的K-1个正交成份无法恢复所述数据信号，其中，K为大于或等于2的自然数；传送模块20用于将K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线；映射模块30用于将K个虚拟天线的K个发射信号映射到M个物理天线进行发射，其中，M为大于或等于2的自然数。
该映射模块30具体可以包括：天线映射单元31和发射单元32。其中，天线映射单元31用于根据M×K维天线映射矩阵，将K个虚拟天线的K个发射信号映射为M个发射信号；发射单元32用于将M个发射信号分别从M个物理天线进行发射。
本实施例的发射装置可以执行本发明实施例一的技术方案，K个正交成份是正交或近乎正交的，如果典型地把虚拟天线的发射信号一一映射到物理天线进行发射，通过物理天线发送的正交成份之间不会发生干涉效应或干涉效应在可接受范围之内，从而实现小区全向覆盖。并且每个物理天线的发射能力都得到充分的利用，从而可以使用低功率的功率放大器。对于接收机来说，并不需要识别出所接收的信号是由多个物理天线发送的，与接收单物理天线发射的信号类似，具有良好的兼容性。
实施例七
图14为本发明实施例七提供的多天线系统数据信号的发射装置的结构示意图。本实施例中，转换模块10具体包括：第一空时频编码单元11、第一串并转换单元12和第一IFFT单元13。其中，第一空时频编码单元11用于对获取到的数据信号进行空时频编码，形成k1个空时频码流，每个所述空时频码流作为一个所述数据信号的符号流，其中，k1为大于或等于2的自然数；第一串并转换单元12用于将每个所述空时频码流进行串并转换，形成K个并行符号流；第一IFFT单元13用于将每个所述空时频码流对应的K个并行符号流承载于相互正交的子载波组，并分别对各子载波组承载的并行符号流进行快速傅立叶逆变换，形成所述K个正交成份。
进一步的，转换模块10还可选的包括一第一FFT单元14，设置在第一串并转换单元12和第一IFFT单元13之间对并行符号流进行FFT。
上述发射装置可执行本发明实施例二提供的发射方法，引入空时频编码技术，可以进一步提高频带利用率。
本实施例中的传送模块20具体可以包括：第一分配单元21。第一分配单元21用于将所述k1个空时频码流各自对应的K个正交成份作为发射信号分别提供给X个基站的虚拟天线，且每个空时频码流对应的K个正交成份提供给一个基站的K个虚拟天线，其中，X为大于或等于2且小于或等于k1的自然数。
上述发射装置可执行本发明实施例四提供的发射方法，采用分布式空时频编码方式，比集中式空时频编码技术在峰均比性能上更有优势。
实施例八
图15为本发明实施例八提供的多天线系统数据信号的发射装置的结构示意图。本实施例中，转换模块10具体包括：第二串并转换单元15、第二空时频编码单元16和第二IFFT单元17。其中，第二串并转换单元15用于对所述数据信号的符号流进行串并转换，形成K个并行符号流；第二空时频编码单元16用于将所述K个并行符号流分别进行空时频编码，形成多个空时频码流，每个并行符号流至少形成k1个空时频码流，且k1为大于或等于2的自然数；第二IFFT单元17用于将每个并行符号流对应的各空时频码流承载于同一个子载波组，并分别对每个并行符号流对应的多个空时频码流进行快速傅立叶逆变换形成多个正交成份，从每个并行符号流选取任意一个空时频码流对应的正交成份形成一组所述K个正交成份，所述K个并行符号流的空时频码流的任意组合形成多组所述K个正交成份。
进一步的，转换模块10还可选的包括一第二FFT单元18，设置在第二串并转换单元16和第二IFFT单元17之间对空时频码流进行FFT。
上述发射装置可执行本发明实施例三提供的发射方法，引入空时频编码技术，可以进一步提高频带利用率。
本实施例中的传送模块20具体可以包括：第二分配单元22。第二分配单元22用于将每个并行符号流的多个空时频码流分别提供给Y个基站的虚拟天线，且每组所述K个正交成份分别提供给一个基站的K个虚拟天线，其中，Y为大于或等于2的自然数。
上述发射装置可执行本发明实施例五提供的发射方法，采用分布式空时频编码方式，比集中式空时频编码技术在峰均比性能上更有优势。
实施例九
图16为本发明实施例九提供的多天线系统数据信号的发射系统的结构示意图。该发射系统包括至少一个发射机100和至少一个接收机200，其中，发射机100用于将数据信号的符号流划分成K个正交成份，所述K个正交成份中两两内积的模等于零或小于设定值，所述K个正交成份能够恢复所述数据信号，且去掉其中任意一个非零正交成份后剩余的K-1个正交成份无法恢复所述数据信号，其中，K为大于或等于2的自然数；将K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线；将K个虚拟天线的K个发射信号映射到M个物理天线进行发射，其中，M为大于或等于2的自然数。接收机200用于接收所述发射机发射的K个正交成份的信号，进行解调处理后获取所述数据信号。
本实施例的发射系统中的发射机可以采用本发明实施例所提供的发射装置，并执行本发明实施例提供的发射方法。发射机发射的K个正交成份通过虚拟天线的正交成份映射到物理天线进行发射，通过物理天线发送的正交成份之间不会发生干涉效应或干涉效应在可接受范围之内，从而实现小区全向覆盖。并且每个物理天线的发射能力都得到充分的利用，从而可以使用低功率的功率放大器。对于接收机来说，并不需要识别出所接收的信号是由多个物理天线发送的，与接收单物理天线发射的信号类似，具有良好的兼容性。
上述实施例中的数据信号包括需要通过多天线系统发射的广播多播信号和单播信号，并且，本发明各实施例的技术方案应用于广播多播信号的发射时具有更高的实用价值。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多天线系统数据信号的发射方法，其特征在于，包括： 
将数据信号的符号流划分成K个正交成份，所述K个正交成份中两两内积的模等于零或小于设定值，所述K个正交成份能够恢复所述数据信号，且去掉其中任意一个非零正交成份后剩余的K-1个正交成份无法恢复所述数据信号，其中，K为大于或等于2的自然数； 
将K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线； 
将K个虚拟天线的K个发射信号映射到M个物理天线进行发射，其中，M为大于或等于2的自然数； 
其中，在将数据信号的符号流划分成K个正交成份之前，还包括： 
对获取到的数据信号进行空时频编码，形成k1个空时频码流，每个所述空时频码流作为一个所述数据信号的符号流，其中，k1为大于或等于2的自然数； 
其中，将作为数据信号的符号流的空时频码流划分成K个正交成份包括： 
将每个所述空时频码流进行串并转换，形成K个并行符号流； 
将每个所述空时频码流对应的K个并行符号流承载于相互正交的子载波组，并分别对各子载波组承载的并行符号流进行快速傅立叶逆变换，形成所述K个正交成份； 
其中，将k1个空时频码流各自对应的K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线包括： 
将所述k1个空时频码流各自对应的K个正交成份作为发射信号分别提供给X个基站的虚拟天线，且每个空时频码流对应的K个正交成份提供给一个基站的K个虚拟天线，其中，X为大于或等于2且小于或等于k1的自然数。 
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将K个虚拟天线的K个发射信号映射到M个物理天线进行发射包括： 
根据M×K维天线映射矩阵，将K个虚拟天线的K个发射信号映射为M个 发射信号； 
将M个发射信号分别从M个物理天线进行发射。 
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：当监测到自上一次天线映射矩阵更新后开始的计时值达到设定门限值时，更新所述天线映射矩阵中的数值。 
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：K等于M，所述虚拟天线与所述物理天线一一对应；或K等于2M，一个所述虚拟天线与两个交叉极化的物理天线对应。 
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：当K等于M时，更新所述天线映射矩阵为将虚拟天线与物理天线的对应关系进行循环移位。 
6.一种多天线系统数据信号的发射方法，其特征在于，包括： 
将数据信号的符号流划分成K个正交成份，所述K个正交成份中两两内积的模等于零或小于设定值，所述K个正交成份能够恢复所述数据信号，且去掉其中任意一个非零正交成份后剩余的K-1个正交成份无法恢复所述数据信号，其中，K为大于或等于2的自然数； 
将K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线； 
将K个虚拟天线的K个发射信号映射到M个物理天线进行发射，其中，M为大于或等于2的自然数；其中，将数据信号的符号流划分成K个正交成份包括： 
对所述数据信号的符号流进行串并转换，形成K个并行符号流，每个并行符号流分别对应形成所述K个正交成份中的一个正交成份； 
其中，对所述数据信号的符号流进行串并转换，形成K个并行符号流，每个并行符号流分别对应形成所述K个正交成份中的一个正交成份包括： 
对所述数据信号的符号流进行串并转换，形成K个并行符号流； 
将所述K个并行符号流分别进行空时频编码，形成多个空时频码流，每个并行符号流至少形成k1个空时频码流，且k1为大于或等于2的自然数； 
将每个并行符号流对应的各空时频码流承载于同一个子载波组，并分别对每个并行符号流对应的多个空时频码流进行快速傅立叶逆变换形成多个正交成份，从每个并行符号流选取一个空时频码流对应的正交成份形成一组所述K个正交成份，所述K个并行符号流的空时频码流的任意组合形成多组所述K个正交成份； 
其中，将多组所述K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线包括： 
将每个并行符号流的多个空时频码流分别提供给Y个基站的虚拟天线，且每组所述K个正交成份分别提供给一个基站的K个虚拟天线，其中，Y为大于或等于2的自然数。 
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：进行空时频编码为采用Almouti编码技术进行空时频编码。 
8.一种多天线系统数据信号的发射装置，其特征在于，包括： 
转换模块，用于将数据信号的符号流划分成K个正交成份，所述K个正交成份中两两内积的模等于零或小于设定值，所述K个正交成份能够恢复所述数据信号，且去掉其中任意一个非零正交成份后剩余的K-1个正交成份无法恢复所述数据信号，其中，K为大于或等于2的自然数； 
传送模块，用于将K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线； 
映射模块，用于将K个虚拟天线的K个发射信号映射到M个物理天线进行发射，其中，M为大于或等于2的自然数； 
其中，所述转换模块包括：第一空时频编码单元，用于对获取到的数据信号进行空时频编码，形成k1个空时频码流，每个所述空时频码流作为一个所述数据信号的符号流，其中，k1为大于或等于2的自然数； 
第一串并转换单元，用于将每个所述空时频码流进行串并转换，形成K个并行符号流； 
第一快速傅立叶逆变换单元，用于将每个所述空时频码流对应的K个并 行符号流承载于相互正交的子载波组，并分别对各子载波组承载的并行符号流进行快速傅立叶逆变换，形成所述K个正交成份； 
其中，所述传送模块包括： 
第一分配单元，用于将所述k1个空时频码流各自对应的K个正交成份作为发射信号分别提供给X个基站的虚拟天线，且每个空时频码流对应的K个正交成份提供给一个基站的K个虚拟天线，其中，X为大于或等于2且小于或等于k1的自然数。 
9.根据权利要求8所述的发射装置，其特征在于，所述映射模块包括： 
天线映射单元，用于根据M×K维天线映射矩阵，将K个虚拟天线的K个发射信号映射为M个发射信号； 
发射单元，用于将M个发射信号分别从M个物理天线进行发射。 
10.一种多天线系统数据信号的发射装置，其特征在于，包括： 
转换模块，用于将数据信号的符号流划分成K个正交成份，所述K个正交成份中两两内积的模等于零或小于设定值，所述K个正交成份能够恢复所述数据信号，且去掉其中任意一个非零正交成份后剩余的K-1个正交成份无法恢复所述数据信号，其中，K为大于或等于2的自然数； 
传送模块，用于将K个正交成份作为发射信号分别提供给K个虚拟天线； 
映射模块，用于将K个虚拟天线的K个发射信号映射到M个物理天线进行发射，其中，M为大于或等于2的自然数； 
其中，所述转换模块包括： 
第二串并转换单元，用于对所述数据信号的符号流进行串并转换，形成K个并行符号流； 
第二空时频编码单元，用于将所述K个并行符号流分别进行空时频编码，形成多个空时频码流，每个并行符号流至少形成k1个空时频码流，且k1为大于或等于2的自然数； 
第二快速傅立叶逆变换单元，用于将每个并行符号流对应的各空时频码 流承载于同一个子载波组，并分别对每个并行符号流对应的多个空时频码流进行快速傅立叶逆变换形成多个正交成份，从每个并行符号流选取一个空时频码流对应的正交成份形成一组所述K个正交成份，所述K个并行符号流的空时频码流的任意组合形成多组所述K个正交成份； 
其中，所述传送模块包括： 
第二分配单元，用于将每个并行符号流的多个空时频码流分别提供给Y个基站的虚拟天线，且每组所述K个正交成份分别提供给一个基站的K个虚拟天线，其中，Y为大于或等于2的自然数。 
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