CN102104439B - 一种传输方法及其设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种信号传输方法及其设备，该方法包括对用户的信息比特矢量进行调制，形成调制符号；以预定的相位序列与每一个用户的调制符号相乘，产生优化调制符号；将优化调制符号解析成多个时域信号矢量，通过DFT调制获得频域信号矢量。通过以上的技术方案，在获得最大分集增益的同时，还能获得最大编码增益。

Description

一种传输方法及其设备

技术领域

本发明大致涉及移动通信领域，更具体地，涉及一种传输方法及其设备。

背景技术

单载波频分多址(SC-FDMA)系统时第三代伙伴计划长期演进(3GPP LTE)中使用的上行链路空中接口。使用最大似然(ML)检测的常规SC-FDMA系统不能完全利用多径信道所带来的频率分集，因此得不到很好的误码性能。

因此，需要一种能够获得良好误码性能的传输方案。

发明内容

本发明的实施方式公开了一种传输方法及其设备，以解决上述问题。

根据本发明的一方面，提供了一种信号传输方法，包括对用户的信息比特矢量进行调制，形成调制符号；以预定的相位序列与每一个用户的调制符号相乘，产生优化调制符号；将优化调制符号解析成多个时域信号矢量，通过DFT调制获得频域信号矢量。

根据本发明的另一方面，提供了一种信号传输方法，包括对接收到的信号进行信道估计以获得用户的频域响应矩阵；根据所获取的频率响应矩阵对用户的频域信号矢量进行最大似然检测，以恢复调制符号矢量，该频域信号调制矢量是发送端进行发送前调制符号矢量与预定的相位序列相乘的产物；对解调符号矢量进行解调，恢复用户的信息比特矢量。

根据本发明的再一方面，提供了一种发射机，包括调制单元，用于对用户的信息比特矢量进行调制，形成调制符号；乘法器，用于以预定的相位序列与每一个用户的调制符号相乘，产生优化调制符号；DFT单元，用于将优化调制符号解析成多个时域信号矢量，通过DFT调制获得频域信号矢量。

根据本发明的又一方面，提供了一种接收机，包括频响矩阵获取电路，用于获取用户的频率响应矩阵；最大似然检测单元，用于根据所获取的频率响应矩阵对用户的频域信号矢量进行最大似然检测，以恢复调制符号矢量，该频域信号调制矢量是发送端进行发送前调制符号矢量与预定的相位序列相乘的产物；解调单元，用于对解调符号矢量进行解调，恢复用户的信息比特矢量。

通过以上的技术方案，在获得最大分集增益的同时，还能获得最大编码增益。

附图说明

结合附图对本发明的实施方式进行详细的描述，可更好地理解本发明，其中：

图1示出了根据本发明实施方式的发射机的结构方框图；

图2示出了根据本发明实施方式的接收机的结构流程图；

图3示出了根据本发明实施方式的信号发送方法流程图；

图4示出了根据本发明实施方式的信号接收方法流程图；

图5至图7分别示出了在不同的仿真条件下，本发明实施方式的技术方案的仿真结果示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。

图1示出了一种发射机，包括调制单元110，用于对用户的信息比特矢量进行调制，以形成调制符号。在此，调制方法可采用相移键控(PSK)或正交幅度调制(QAM)的方式进行。乘法器120用于以预定的相位序列与每一个用户的调制符号相乘，产生优化调制符号。离散傅里叶变换(DFT)单元130，用于将优化调制符号解析成多个时域信号矢量，并通过DFT调制获得频域信号矢量。

该发射机还包括子载波映射单元140，用于将频域信号矢量映射到整个频谱上，以获得SC-FDMA频域信号矢量。

该发射机还包括数字傅里叶逆变换IDFT单元150，用于将SC-FDMA频域信号矢量转变到时域，以获得SC-FDMA发送信号矢量。

该发射机还包括循环前缀(CP)插入单元160，用于在SC-FDMA发送信号矢量中插入CP。

该发射机还包括发送赋形单元170，以用于对插入CP的SC-FDMA发送信号矢量进行脉冲赋形，形成数字基带信号。

该发射机还包括射频发送单元180，用于将数字基带信号转变成适于无线传输的模拟信号。

图2示出了一种接收机，包括频响矩阵获取电路290，用于获取用户的频率响应矩阵。最大似然检测单元260，用于根据所获取的频率响应矩阵对用户的频域信号矢量进行最大似然检测，以恢复调制符号矢量，该频域信号矢量是发送端进行发送前调制符号矢量与预定的相位序列相乘的产物。解调单元270，用于对调制符号矢量进行解调，恢复用户的信息比特矢量。

该接收机还包括射频接收单元210，用于将接收到的信号转变成数字基带信号。接收赋形单元220，用于对数字基带信号进行脉冲赋形，产生具有CP的SC-FDMA时域信号矢量。CP移除单元230，用于移除CP，产生SC-FDMA时域信号矢量。DFT调制单元240，还用于将SC-FDMA时域信号矢量变换到频域，获得SC-FDMA频域信号矢量。子载波逆映射单元250，还用于对SC-FDMA频域信号矢量进行逆映射，获得针对用户的频域信号矢量。

频响矩阵获取电路290包括信道估计单元280，用于根据数字基带信号进行信道估计。DFT单元240，还用于将信道估计结果DFT变换到频域。子载波逆映射单元250，还用于对DFT变换结果进行逆映射，以获得用户的频域响应矩阵。

虽然上面以分离的功能模块的形式描述了本发明实施例的消息处理装置，但是图1和图2示出的每一个组件在实际应用中可以用多个器件实现，示出的多个组件在实际应用中也可以集成在一块芯片或一个设备中。该发射机或接收机也可包括用于其它目的的任何单元和装置。

下面结合图3的流程图对图1所示的发射机的工作流程进行描述。

步骤310中，调制单元110通过例如相移键控(PSK)或正交幅度调制(QAM)的方式对第k个用户的信息比特矢量b^(k)进行调制，以形成调制符号矢量。

步骤320中，乘法器120使用如下的特定相位序列与每一个用户的调制符号矢量相乘，以产生优化调制符号：

Φ＝diag(α)α＝[1，β，...，β^N-1]^T

其中，β＝exp(-j2π/4N)，N是每个用户的子载波数。

在步骤330中，DFT单元130将优化调制符号解析成N个符号块 ${\stackrel{\‾}{d}}^{\left(k\right)}={[{\stackrel{\‾}{d}}_0^{\left(k\right)},{\stackrel{\‾}{d}}_1^{\left(k\right)},...,{\stackrel{\‾}{d}}_{N-1}^{\left(k\right)}]}^T,$ 称之为时域信号矢量，其中，[·]^T表示转置操作。

接下来对第k个用户的每一个用户数据块应用N点DFT调制，以获得频域信号矢量D_k：

$D^{\left(k\right)}={[D_0^{\left(k\right)},D_1^{\left(k\right)},...,D_{N-1}^{\left(k\right)}]}^T=Q_N{\stackrel{\‾}{d}}^{\left(k\right)}$

在步骤340中，子载波映射单元140将频域信号矢量映射到整个频谱上，以获得SC-FDMA频域信号矢量：

$S^{\left(k\right)}=T_{M,N}^{\left(k\right)}{D}^{\left(k\right)}$

在步骤350中，IDFT单元150将SC-FDMA频域信号矢量转变到时域，以获得SC-FDMA发送信号矢量：

$s^{\left(k\right)}=Q_M^{*}{T}_{M,N}^{\left(k\right)}{Q}_N\mathrm{\Φ}{d}^{\left(k\right)}$

在步骤360中，循环前缀(CP)插入单元160在SC-FDMA发送信号矢量的顶部插入CP用作保护间隔。

在步骤370中，发送赋形单元170对插入CP的SC-FDMA发送信号矢量进行脉冲赋形，形成数字基带信号。

在步骤380中，射频(RF)发送单元180对数字基带信号进行数模转换(DAC)和上变频等操作，形成适于无线传输的模拟信号进行发送。

接下来，结合图4的流程图对图2所示的接收机的工作流程进行描述。

在步骤410中，射频接收单元210对接收到的信号进行下变频和模数装换等操作，形成数字基带信号。

在步骤420中，接收赋形单元220对数字基带信号进行脉冲赋形，产生具有CP的SC-FDMA时域信号矢量。

在步骤430中，CP移除单元230移除CP，产生SC-FDMA时域信号矢量r。对第k个用户而言，可如下表示r。

$r=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}^{\left(k\right)}{Q}_M^{*}{T}_{M,N}^{\left(k\right)}{Q}_N\mathrm{\Φ}{d}^{\left(k\right)}+z$

其中，z是加性高斯白噪声(AWGN)，等式右方的第一项是K个用户的、步骤350所产生的SC-FDMA发送信号矢量经过无线信道传输后的被接收到的形式之和。

在步骤440中，DFT调制单元240将SC-FDMA时域信号矢量变换到频域，获得SC-FDMA频域信号矢量R。

从步骤410到440的操作是针对所有用户进行的，以下的操作针对单个用户进行。

在步骤450中，子载波逆映射单元250对R进行逆映射，获得针对第k个用户的频域信号矢量：

$Y^{\left(k\right)}=T_{M,N}^{\left(k\right)}{Q}_{M}r$

在步骤460中，最大似然检测单元260对Y^(k)进行最大似然检测，以恢复调制符号矢量：

${\hat{d}}_{\mathrm{ML}}^{\left(k\right)}=\arg \underset{\hat{d}\∈\mathrm{\Ψ}}{\min }{\left|\right|Y^{\left(k\right)}-{\mathrm{\Λ}}^{\left(k\right)}{Q}_N\mathrm{\Φ}{\hat{d}}^{\left(k\right)}\left|\right|}_F^2$

其中， ${\mathrm{\Λ}}^{\left(k\right)}=T_{M,N}^{\left(k\right)T}{Q}_M[h^{\left(k\right)};0_{(M-L)\×1}]$ 是第k个用户的频域响应矩阵，并可通过信道估计单元280对接收赋形单元220所输出的具有CP的SC-FDMA时域信号矢量进行信道估计，并通过DFT单元240和逆映射单元250的处理来获得的。在此，信道估计单元280、DFT单元240和逆映射单元250组成了频响矩阵获取电路290。

在步骤470中，解调单元270对调制符号矢量进行解调，恢复出第k个用户的信息比特矢量b^(k)。

下面对本发明实施方式的技术方案的优势进行详细阐述。

成对误差率(PEP)为高信噪比(SNR)处的误码率(BER)性能提供了很好的近似，从而在很多场合中应用很广。假定在接收机处可得到理想的信道状态信息，通过最大似然检测，可使用Chernoff限来近似取决于频率响应H的PEP：

$P(d^c\→d^e|H)\≤\exp \left(\frac{d^2(R^c,R^e)}{{4N}_0}\right),$

其中，信号矢量R^c代表发送的被错误地解码成R^e的矢量(R^e≠R^c)。d²(R^e，R^c)表示两个N维的信号符号矢量R^c和R^e的欧氏距离的平方，对应于没有加性高斯白噪声z的情况下，当R^c＝Hd^c以及R^e＝Hd^e时的两个原始矢量是d^c和d^e。

明显地，可将欧氏距离d²(R^e，R^c)写为：

d²(R^e，R^c)＝‖H(d^c-d^e)‖².

将频率响应H与信道矢量h＝[h₀，h₁，...，h_D-1]^T联系起来，在高SNR处，可以推导出对随机信道h求平均后的误差率P(d^c→d^e)：

$P(d^c\→d^e)\≤{\left[{\mathrm{GC}}_e\frac{1}{{4N}_0}\right]}^{-{\mathrm{GD}}_e}$

其中，GD_e是分集增益，而GC_e表示步骤310中编码的编码增益。可知，GD_e确定当SNR增加时，平均PEP下降的速度，而GC_e确定SNR中该PEP曲线相对于的基准误差率曲线的偏移。

基于之前的讨论，如下关于所有符号误差率e≠0，e∈Ψ定义分集增益GD和编码增益GC：

$\mathrm{GD}=\underset{\∀e\≠0,e\∈\mathrm{\Ψ}}{\min }{\mathrm{GD}}_e$

$\mathrm{GC}=\underset{\∀e\≠0,e\∈\mathrm{\Ψ}}{\min }{\mathrm{GC}}_e$

从而，SC-FDMA的BER性能由分集增益GD和编码增益GC来决定。在常规的SC-FDMA中，当使用ML检测时只能得到最大分集增益。而使用本发明实施方式所提供的技术方案，当每一个用户的子载波数N大于或等于信道通道的数目时，即N≥L时，不仅可以获得最大分集增益N，还能够得到最大编码增益d_Φ，min ²。下面根据仿真结果对此进行阐述。

在仿真中，假设SC-FDMA系统中总的子载波数M＝512，并使用了正交相移键控(QPSK)调制。

图5示出了当每一个用户的子载波数目N＝L时的BER性能比较，可以看出，由于将预定的相位序列与傅里叶变换矩阵相结合来产生最大的分集增益，本发明实施方式的技术方案对经过球形解码算法的常规SC-FDMA方案好得多。

图6示出了当使用与cost207信道相似的模拟参数，然而信道的数目是12条通道时的性能比较。可以看出，当每一个用户的子载波数N≤L时，相对于现有技术的常规技术方案，本发明实施方式的技术方案仍具有明显的优势。

图7示出了当多径通道变为L＝32时的性能比较。在低计算复杂度方面，本发明实施方式的技术方案显著地提高了BER性能。当用户数据长度增加到N＝16时，可以看出，相应的BER曲线与AWGN上的BER性能几乎平行，这表明与现有技术的常规技术方案相比的显著进步。

本领域技术人员应该很容易认识到，可以通过编程计算机实现上述方法的不同步骤。在此，一些实施方式同样包括机器可读或计算机可读的程序存储设备(如，数字数据存储介质)以及编码机器可执行或计算机可执行的程序指令，其中，该指令执行上述方法的一些或全部步骤。例如，程序存储设备可以是数字存储器、磁存储介质(如磁盘和磁带)、硬件或光可读数字数据存储介质。实施方式同样包括执行上述方法的所述步骤的编程计算机。

描述和附图仅示出本发明的原理。因此应该意识到，本领域技术人员能够建议不同的结构，虽然这些不同的结构未在此处明确描述或示出，但体现了本发明的原理并包括在其精神和范围之内。此外，所有此处提到的示例明确地主要只用于教学目的以帮助读者理解本发明的原理以及发明人所贡献的促进本领域的构思，并应被解释为不是对这些特定提到的示例和条件的限制。此外，此处所有提到本发明的原则、方面和实施方式的陈述及其特定的示例包含其等同物在内。

上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种信号传输方法，包括：

对用户的信息比特矢量进行调制，形成调制符号；

以预定的相位序列与每一个用户的调制符号相乘，产生优化调制符号；

将所述优化调制符号解析成多个时域信号矢量，通过数字傅里叶变换DFT调制获得频域信号矢量。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

将所述频域信号矢量映射到整个频谱上，以获得单载波频分多址SC-FDMA频域信号矢量；

将所述SC-FDMA频域信号矢量转变到时域，以获得SC-FDMA发送信号矢量；

在所述SC-FDMA发送信号矢量中插入循环前缀CP；

对插入CP的SC-FDMA发送信号矢量进行脉冲赋形，形成数字基带信号；以及

将所述数字基带信号转变成适于无线传输的模拟信号。

3.一种信号传输方法，包括：

通过接收到的信号获得用户的频域响应矩阵；

根据所获取的频率响应矩阵对用户的频域信号矢量进行最大似然检测，以恢复调制符号矢量，所述频域信号矢量是发送端进行发送前将每一个用户的调制符号矢量与预定的相位序列相乘产生的优化调制符号解析成多个时域信号矢量，通过数字傅里叶变换DFT调制获得的；

对所述调制符号矢量进行解调，恢复用户的信息比特矢量。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：

将接收到的信号转变成数字基带信号；

对所述数字基带信号进行脉冲赋形，产生具有CP的SC-FDMA时域信号矢量；

移除所述CP，产生SC-FDMA时域信号矢量；

将所述SC-FDMA时域信号矢量变换到频域，获得SC-FDMA频域信号矢量；

对所述SC-FDMA频域信号矢量进行逆映射，获得针对用户的频域信号矢量。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

根据所述数字基带信号进行信道估计；

将信道估计结果DFT变换到频域；

对DFT变换结果进行逆映射，以获得所述用户的频域响应矩阵。

6.一种发射机，包括：

调制单元，用于对用户的信息比特矢量进行调制，形成调制符号；

乘法器，用于以预定的相位序列与每一个用户的调制符号相乘，产生优化调制符号；

傅里叶变换DFT单元，用于将所述优化调制符号解析成多个时域信号矢量，通过DFT调制获得频域信号矢量。

7.根据权利要求6所述的发射机，还包括：

子载波映射单元140，用于将频域信号矢量映射到整个频谱上，以获得SC-FDMA频域信号矢量；

数字傅里叶逆变换IDFT单元150，用于将所述SC-FDMA频域信号矢量转变到时域，以获得SC-FDMA发送信号矢量；

CP插入单元160，用于在所述SC-FDMA发送信号矢量中插入CP；

发送赋形单元170，用于对插入CP的SC-FDMA发送信号矢量进行脉冲赋形，形成数字基带信号；以及

射频发送单元180，用于将所述数字基带信号转变成适于无线传输的模拟信号。

8.一种接收机，包括频响矩阵获取电路，用于获取用户的频率响应矩阵；

最大似然检测单元，用于根据所获取的频率响应矩阵对用户的频域信号矢量进行最大似然检测，以恢复调制符号矢量，所述频域信号矢量是发送端进行发送前将每一个用户的调制符号矢量与预定的相位序列相乘产生的优化调制符号解析成多个时域信号矢量，通过数字傅里叶变换DFT调制获得的；

解调单元，用于对所述调制符号矢量进行解调，恢复用户的信息比特矢量。

9.根据权利要求8所述的接收机，还包括：

射频接收单元210，用于将接收到的信号转变成数字基带信号；

接收赋形单元220，用于对所述数字基带信号进行脉冲赋形，产生具有CP的SC-FDMA时域信号矢量；

CP移除单元230，用于移除所述CP，产生SC-FDMA时域信号矢量；

DFT调制单元240还用于将所述SC-FDMA时域信号矢量变换到频域，获得SC-FDMA频域信号矢量；

子载波逆映射单元250还用于对所述SC-FDMA频域信号矢量进行逆映射，获得针对用户的频域信号矢量。

10.根据权利要求9所述的接收机，其中，所述频响矩阵获取电路包括：

信道估计单元，用于根据所述数字基带信号进行信道估计；

DFT单元，用于将信道估计结果DFT变换到频域；

子载波逆映射单元，用于对DFT变换结果进行逆映射，以获得所述用户的频域响应矩阵。