CN102332966A - 基于空间复用模式的数据传输方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空间复用模式的数据传输方法和系统，该方法包括：对于每个发射天线，发送方对经预编码处理后需要由该发射天线发送的数据进行重复处理；对每个发射天线，发送方根据资源映射方案将参考信号及重复处理得到的数据映射到该发射天线的物理资源块，并进行发送；每个接收天线根据预定的资源映射方案对各自接收到的数据和参考信号进行资源抽取，并根据资源抽取得到的参考信号计算出接收方所属的服务基站以及干扰基站的空间信道矢量，得到空间信道矩阵；接收方根据空间信道矩阵，构造基于空间复用模式的干扰消除矩阵，根据干扰消除矩阵以及预定的检测准则消除干扰基站发送的数据，并根据预编码处理的逆处理得到服务基站发送的数据。

Description

基于空间复用模式的数据传输方法和系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于空间复用模式的数据传输方法和系统、以及基于空间复用模式的数据发送装置和基于空间复用模式的数据接收装置。

背景技术

现有的蜂窝移动通信系统提供的数据率在小区中心和小区边缘存在很大的差异，这种差异不仅会影响整个系统的容量，而且会导致用户在不同的位置得到的服务质量出现较大差异，从而影响用户体验。因此，很多无线通信系统都将提高小区边缘性能作为主要的需求指标之一。

小区之间的干扰(Inter-Cell Interference，简称为ICI)是蜂窝移动通信系统的一个固有问题，传统的解决办法主要是采用频率复用的方式。在进行频率复用时，复用系数只有特定的几个值可供选择，例如，可以选择1、3、7等。其中，当复用系数等于1时，表示相邻小区都使用相同的频率资源，此时，在小区边缘的干扰会很严重，如果采用较大的复用系数，例如，采用3或7，则可以有效的抑制ICI，但是此时的频谱效率将会相应地降低至原频谱效率的1/3或1/7。

由于宽带移动通信系统对频谱效率的要求很高，因此希望频率复用系数能够尽可能接近1，所以，通过采用较大复用系数来抑制干扰的方式并不能满足移动通信系统的需求。

为了保证移动通信系统能够满足频谱效率的要求，目前已经提出了很多种抑制或消除干扰的方式，例如，针对长期演进(Long Term Evolution，简称为LTE)系统，主要提出了以下干扰消除方式：

方式(1)：小区干扰随机化，该方式具体是将干扰信号随机化，这种随机化的方式虽然不能够降低干扰信号的能量，但能够使干扰信号的特性接近近似于白噪声，从而使终端可以依赖处理增益对干扰信号进行抑制。目前LTE已经采用了504个小区扰码(和504个小区ID绑定)进行干扰随机化。然而，在采用干扰随机化的方式后，终端需要的压缩干扰的增益很高，因此，该方式并不能够针对小区边缘的强干扰进行有效抑制；

方式(2)：小区干扰消除，在该方式中，主要是对小区的干扰信号进行某种程度的解调甚至解码，然后利用接收机的处理增益从接收信号中消除干扰信号分量。但是，在多天线系统中采用小区干扰消除方式时，由于该小区干扰消除方式不能够与多天线系统下的多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术有效兼容，因此，需要增加额外的天线才能达到干扰消除的目的，从而会增加通信设备的复杂度，并且会明显增大接收端处理过程的复杂性。

方式(3)：小区干扰协调/回避，该方式的基本原理是对下行资源管理设置一定的限制，以协调多个小区的动作，从而避免产生严重的小区间干扰。借助于该方式，可以在一定程度上改善小区边缘区域的服务质量，但是，由于采用该方式会涉及到动态的资源分配，因此需要在不同小区之间进行协调，从而引入额外的处理过程，并且还会降低频谱利用率，有悖于无线通信系统的需求。

以LTE系统为例，为了满足LTE在高数据率和高系统容量方面的需求，LTE系统支持下行应用MIMO技术。MIMO技术的应用可以结合空间复用技术，其中，空间复用技术利用了空间信道的弱相关性，该技术的主要原理是在多个相互独立的空间信道上传输不同的数据流，从而提高数据传输的峰值速率。

对于下行链路的空间复用，LTE系统既支持开环方式的空间复用，也支持闭环方式的空间复用。其中，开环空间复用不需要用户向基站反馈信道质量信息，基站本身会选择相应的预编码矩阵W进行预编码，例如，可以通过以下公式来表示预编码的过程：

$\left[\begin{array}{c}{X}^1\\ X^2\end{array}\right]=W*D*U*\left[\begin{array}{c}{S}_i^1\\ S_i^2\end{array}\right],$

其中，D为对角循环延迟矩阵，U是酉矩阵，Xⁿ表示在发射天线n上发送的空间复用信号，

表示层m上序号为i的数据。

而对于闭环空间复用，预编码矩阵则在用户端获得，用户根据估计和预测的信道状态信息，在预定的预编码矩阵码本中选择预编码矩阵W，并将选定的预编码矩阵的序号反馈给基站，预编码过程表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{X}^1\\ X^2\end{array}\right]=W*\left[\begin{array}{c}{S}_i^1\\ S_i^2\end{array}\right].$

虽然空间复用技术能够提高数据传输的峰值速率，但是在小区边缘强干扰的环境中，会由于参考信号(Reference Signals，简称为RS)和数据信号在强干扰的影响下无法正常的解调，使得空间复用不能获得满足通信指标的误码率。

此外，在LTE系统之外的其他通信系统(例如，3G通信系统、2G通信系统、2.5G通信系统等)中，同样存在上述技术问题。目前，对于如何抑制或消除小区边缘的小区间干扰，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中无法有效降低小区边缘的小区间干扰的问题，本发明提供了一种基于空间复用模式的数据传输方法和系统、以及基于空间复用模式的数据发送装置和基于空间复用模式的数据接收装置，能够有效降低或消除小区边缘的小区间干扰。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于空间复用模式的数据传输方法，用于实现空间复用模式下数据的多天线发送以及多天线接收。

该方法包括：对于每个发射天线，发送方对经预编码处理后需要由该发射天线发送的数据进行重复处理，其中，所述预编码处理的方式基于空间复用模式确定；

对于每个发射天线，所述发送方根据预定的资源映射方案，将参考信号以及经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块，并发送映射后的所述数据和参考信号；

接收方的每个接收天线根据所述预定的资源映射方案对各自接收到的数据和参考信号进行资源抽取；

所述每个接收天线根据资源抽取得到的参考信号计算出所述接收方所属的服务基站以及干扰基站到接收方该接收天线的空间信道矢量，并根据所述服务基站以及干扰基站到接收方的所有或部分接收天线的空间信道矢量得到空间信道矩阵；

所述接收方根据所述空间信道矩阵，构造基于空间复用模式的干扰消除矩阵，其中，所述干扰消除矩阵根据空间复用模式、发射天线、接收天线、重复处理、服务基站以及干扰基站为特征进行建模得到；

所述接收方根据所述干扰消除矩阵以及预定的检测准则消除所述干扰基站发送的数据，并根据所述预编码处理的逆处理得到所述服务基站发送的数据。

具体地，根据所述服务基站以及干扰基站到接收方的所有或部分接收天线的空间信道矢量得到空间信道矩阵包括：所述每个接收天线对资源抽取得到的服务基站和干扰基站的参考信号进行分离和估计，得到所有发射天线到接收方该接收天线的物理信道，根据重复处理方式对估计的物理信道进行排列，构成该接收天线对应的空间信道矢量；所述接收方根据接收天线的序号对所有或部分的接收天线对应的空间信道矢量进行排列，构成所述空间信道矩阵。

并且，在将参考信号以及经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块之前，所述方法还包括：根据预定交织方案对重复处理后的数据进行交织，并将交织后的数据作为待映射的数据；

并且，所述每个接收天线根据所述预定的资源映射方案对各自接收到的数据和参考信号进行资源抽取包括：所述接收方对接收的数据进行资源抽取，并根据所述预定交织方案对所述资源抽取的数据进行逆交织；

并且，在所述接收方根据重复处理方式对每个接收天线的物理信道进行排列之前，该方法进一步包括：根据所述预定的交织方案对估计的物理信道进行逆交织。

具体地，构造基于空间复用模式的所述干扰消除矩阵包括：根据空间复用模式、所述发送方发射天线的个数、所述接收方接收天线的个数、对预编码处理后的数据进行重复处理的次数、以及所述干扰基站的个数确定所述干扰消除矩阵的维度；以及对于所述空间信道矩阵中的每个信道元素，根据该信道元素的接收天线的序号和重复处理的序号确定该信道元素在所述干扰消除矩阵中的第一维度序号，并根据该信道元素的基站序号和发射天线的序号确定该信道元素在所述干扰消除矩阵中的第二维度序号。

该方法还可以包括：根据所述干扰基站的个数，预先确定对所述预编码处理后的数据进行重复处理的次数N，其中，N≥B+1，B为干扰基站的个数。

此外，将参考信号以及经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块包括：

将经重复处理得到的数据映射到多个物理资源块，其中，所述多个物理资源块位于同一时间单位内的不同频域位置、或者位于不同时间单位内的相同频域位置、或者位于不同时间单位内的不同频域位置。

可选地，在所述发送方将经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块之前，该方法还包括：所述发送方根据所述预定的资源映射方案对所述服务基站以及干扰基站的参考信号所需映射的资源位置进行预留，其中，在映射过程中，预留的资源位置仅用于映射参考信号。

可选地，所述空间复用模式包括以下之一：开环空间复用，闭环空间复用。

优选地，上述预定检测准则包括以下之一：最大似然，最小均方误差、最小二乘法。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于空间复用模式的数据传输系统，用于实现空间复用模式下数据的多天线发送以及多天线接收。

该系统包括发送装置和接收装置，其中，

所述发送装置包括重复模块，用于对于每个发射天线，对经预编码处理后需要由该发射天线发送的数据进行重复处理，其中，所述预编码处理的方式基于空间复用模式确定；映射模块，用于对于每个发射天线，根据预定的资源映射方案，将参考信号以及经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块，并发送映射后的所述数据和参考信号；多个发射天线，用于发送映射后的所述数据和参考信号；

所述接收装置包括：多个接收天线，其中，每个接收天线根据所述预定的资源映射方案对各自接收到的数据和参考信号进行资源抽取；并且，所述每个接收天线根据资源抽取得到的参考信号计算出所述接收装置所属的服务基站以及干扰基站到接收装置的该接收天线的空间信道矢量；构造模块，用于根据所述服务基站以及干扰基站到所有或部分接收天线的空间信道矢量得到空间信道矩阵，并根据所述空间信道矩阵，构造基于空间复用模式的干扰消除矩阵，其中，所述干扰消除矩阵根据空间复用模式、发射天线、接收天线、重复处理、服务基站以及干扰基站为特征进行建模得到；消除模块，用于根据所述干扰消除矩阵以及预定的检测准则消除所述干扰基站发送的数据，并根据所述预编码处理的逆处理得到所述服务基站发送的数据。

根据本发明的再一方面，提供了一种基于空间复用模式的数据发送装置，用于实现空间复用模式下数据的多天线发送。

该发送装置包括：重复模块，用于对于每个发射天线，对经预编码处理后需要由该发射天线发送的数据进行重复处理，其中，所述预编码处理的方式基于空间复用模式确定；映射模块，用于对于每个发射天线，根据预定的资源映射方案，将参考信号以及经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块，并发送映射后的所述数据和参考信号；多个发射天线，用于发送映射后的所述数据和参考信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于空间复用模式的数据接收装置，用于实现空间复用模式下数据的多天线接收。

该接收装置包括：多个接收天线，其中，每个接收天线根据预定的资源映射方案对各自接收到的数据和参考信号进行资源抽取；并且，所述每个接收天线根据资源抽取得到的参考信号计算出所述接收装置所属的服务基站以及干扰基站到接收装置的该接收天线的空间信道矢量；构造模块，用于根据所述服务基站以及干扰基站到所有或部分接收天线的空间信道矢量得到空间信道矩阵，并根据所述空间信道矩阵，构造基于空间复用模式的干扰消除矩阵，其中，所述干扰消除矩阵根据空间复用模式、发射天线、接收天线、重复处理、服务基站以及干扰基站为特征进行建模得到；消除模块，用于根据所述干扰消除矩阵以及预定的检测准则消除所述干扰基站发送的数据，并根据所述预编码处理的逆处理得到所述服务基站发送的数据。

借助于本发明的上述技术方案，通过对预编码处理后的数据进行重复处理并发送、以及在接收方构建干扰消除矩阵，能够结合空间复用模式的特点，有效消除其他基站对服务基站的干扰，改善小区边缘的服务质量，提高用户体验。

附图说明

图1是根据本发明实施例的基于空间复用模式的数据传输方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的基于空间复用模式的数据传输方法应用于LTE系统后发送方的处理示意图；

图3是根据本发明实施例的基于空间复用模式的数据传输方法应用于LTE系统后接收方的处理示意图；

图4是根据本发明实施例的基于空间复用模式的数据传输方法应用于LTE系统时进行数据和参考信号映射的示意图；

图5是根据本发明实施例的基于空间复用模式的数据传输方法与传统采用HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)方案时误包率的对比示意图；

图6是根据本发明实施例的基于空间复用模式的数据传输系统的框图。

具体实施方式

针对相关技术中无法有效降低小区边缘的小区间干扰的问题，本发明提出在空间复用模式下对数据进行重复，对参考信号和重复后的数据进行映射后发送，由接收方根据空间信道矩阵构建基于空间复用模式的干扰消除矩阵，并利用干扰消除矩阵和检测准则消除其他基站的干扰，得到服务基站发送的数据，该方法能够结合空间复用的特点，达到降低或消除干扰的目的。

下面将结合附图详细描述本发明的实施例。

根据本发明的实施例，提供了一种基于空间复用模式的数据传输方法，用于实现空间复用模式下数据的多天线发送以及多天线接收。

如图1所示，根据本发明实施例的基于空间复用模式的数据传输方法包括：

步骤S101，对于每个发射天线，发送方对经预编码处理后需要由该发射天线发送的数据进行重复处理，其中，预编码处理的方式基于空间复用模式确定；

步骤S103，对于每个发射天线，发送方根据预定的资源映射方案，将参考信号以及经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块，并发送映射后的数据和参考信号；

步骤S105，接收方的每个接收天线根据预定的资源映射方案对各自接收到的数据和参考信号进行资源抽取；

步骤S107，每个接收天线根据资源抽取得到的参考信号计算出接收方所属的服务基站以及干扰基站到该接收天线的空间信道矢量，并根据服务基站以及干扰基站到部分或全部接收天线的空间信道矢量得到空间信道矩阵；

步骤S109，接收方根据空间信道矩阵，构造基于空间复用模式的干扰消除矩阵，其中，干扰消除矩阵根据空间复用模式、发射天线、接收天线、重复处理、服务基站以及干扰基站为特征进行建模得到；

步骤S111，接收方根据干扰消除矩阵以及预定的检测准则消除干扰基站发送的数据，并根据预编码处理的逆处理得到服务基站发送的数据。

借助于本发明的上述技术方案，通过对预编码处理后的数据进行重复处理并发送、以及在接收方构建基于空间复用模式的干扰消除矩阵，能够结合空间复用的特点，有效消除其他基站对服务基站的干扰，改善小区边缘的服务质量，提高用户体验。

其中，根据所述服务基站以及干扰基站到接收方的所有或部分接收天线的空间信道矢量得到空间信道矩阵的处理具体可以包括：所述每个接收天线对资源抽取得到的服务基站和干扰基站的参考信号进行分离和估计，得到所有发射天线到接收方该接收天线的物理信道，根据重复处理方式对估计的物理信道进行排列，构成该接收天线对应的空间信道矢量；所述接收方根据接收天线的序号对所有或部分的接收天线对应的空间信道矢量进行排列，构成所述空间信道矩阵。

并且，在将参考信号以及经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块之前，发送方可以根据预定交织方案对重复处理后的数据进行交织，并将交织后的数据作为待映射的数据；

并且，所述每个接收天线根据所述预定的资源映射方案对各自接收到的数据和参考信号进行资源抽取包括：所述接收方对接收的数据进行资源抽取，并根据所述预定交织方案对所述资源抽取的数据进行逆交织；

并且，在所述接收方根据重复处理方式对每个接收天线的物理信道进行排列之前，需要根据所述预定的交织方案对估计的物理信道进行逆交织。

此外，上述空间信道矩阵由发送方的所有发射天线发送到所有接收天线或部分接收天线的空间信道矢量构成。例如，假设发射天线的数量和接收天线的数量均为4个，则4个接收天线中的每个接收天线均能够得到来自所有4个发射天线的空间信道矢量，构成的空间信道矩阵可以包括所有接收天线得到的所有空间信道矢量，也可以包括其中部分接收天线得到的所有空间信道矢量(即，仅选择4个接收天线中2个接收天线得到的所有空间信道矢量构成空间信道矩阵)。优选地，为了进一步提高干扰消除的效果，构成空间信道矩阵所参照的接收天线的数量应当大于或等于空间信道矩阵的秩数。

此外，在构造基于空间复用模式的干扰消除矩阵时，可以根据空间复用模式、发送方发射天线的个数、接收方接收天线的个数、对预编码处理后的数据进行重复处理的次数、以及干扰基站的个数确定干扰消除矩阵的维度；对于空间信道矩阵中的每个信道元素，根据该信道元素的接收天线的序号和重复处理的序号确定该信道元素在干扰消除矩阵中的第一维度序号(该序号可以是行序号)，并根据该信道元素的基站序号和发射天线的序号确定该信道元素在干扰消除矩阵中的第二维度序号(该序号可以是列序号)。

此外，上述第一维度序号也可以是干扰消除矩阵的列序号，此时，第二维度序号为干扰消除矩阵的行序号。

在进行重复处理之前，该方法还可以包括：根据干扰基站的个数，预先确定对预编码处理后的数据进行重复处理的次数N，其中，N≥B+1，B为干扰基站的个数。

此外，在将经重复处理后得到的数据以及参考信号映射到一个发射天线的物理资源块时，如果将经重复处理得到的数据映射到多个物理资源块，则这多个物理资源块位于同一时间单位内的不同频域位置、或者位于不同时间单位内的相同频域位置、或者位于不同时间单位内的不同频域位置。

可选地，在发送方将经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块之前，发送方可以根据预定的资源映射方案对服务基站以及干扰基站的参考信号所需映射的资源位置进行预留，其中，在映射过程中，预留的资源位置仅用于映射参考信号，这样能够进一步提高干扰消除的效果。

本发明可以适用于各种空间复用模式，根据不同的分类方式，可以将空间复用模式划分为基于码本的空间复用模式和非码本的空间复用模式，也可以划分为开环空间复用，闭环空间复用，不论采用什么分类方式，这些空间复用模式均能够借助本发明实施例的方案达到降低干扰的目的。

在步骤S111中，所采用的预定检测准则包括但不限于以下之一：最大似然，最小均方误差、最小二乘法。本领域技术人员可以根据实际的应用场景选择上述检测准则或其他更多的检测准则，具体如何选择检测准则以及如何根据不同的检测准则进行检测是本领域技术人员所公知的，本文不再一一列举。

下面将以LTE系统为例，详细描述本发明在LTE系统中降低或消除干扰的过程。本领域技术人员应当理解，以下描述的应用过程仅仅用于阐述本发明的方案，而不用于限定本发明，对于其他无线通信系统(例如，3G通信系统、2G通信系统、2.5G通信系统等)，均可以采用本发明的方案，并达到降低或消除干扰的目的，从而降低系统的误码率，并提高频谱利用率。

如图2所示，在LTE系统中采用本实施例的上述方案后，以2天线的情况为例，在发送端的处理过程如下：

LTE系统支持基于多码字的空间复用传输，多码字即用于空间复用传输的多层数据来自多个不同的独立进行信道编码的数据流，每一个码字可以独立进行速率控制，分配独立的混合自动重传请求进程。多码字的信源数据需要经过独立的Turbo编码、加扰、调制等处理；之后进行层映射过程，然后进行预编码处理，其中，这里进行预编码处理的具体方式可以根据空间复用模式来确定。之后，可以假设经过预编码后的数据为：

其中，i＝0，1，...M-1为数据序号，k为基站序号，k＝1∶K，空间复用的预编码矩阵为ψ，如果是开环空间复用ψ＝W*D*U，闭环空间复用ψ＝W

代表层映射后在层1和层2数据，表示基站k发射天线1和发射天线2上需要发射的数据。将

在天线1和天线2上的数据分别重复N次后可以表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_i^{1\_k}:X_{(i+M-1)}^{1\_k},{X_{(i+M)}^{1\_k}:X}_{(i+2M-1)}^{1\_k},X_{(i+2M)}^{1\_k}:X_{(i+3M-1)}^{1\_k},...\\ X_i^{2\_k}:X_{(i+M-1)}^{2\_k},X_{(i+M)}^{2\_k}:X_{(i+2M-1)}^{2\_k},X_{(i+2M)}^{2\_k}:X_{(i+3M-1)}^{2\_k},...\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_i^{1\_k}:X_{(i+M-1)}^{1\_k},{X_i^{1\_k}:X}_{(i+M-1)}^{1\_k},X_i^{1\_k}:X_{(i+M-1)}^{1\_k},...\\ X_i^{2\_k}:X_{(i+M-1)}^{2\_k},X_i^{2\_k}:X_{(i+M-1)}^{2\_k},X_i^{2\_k}:X_{(i+M-1)}^{2\_k},...\end{array}\right],$

假设N＝3，将重复的数据经过交织器后可以得到重复处理后的数据，可以表示为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_{(i:i+3M-1)}^{1\_k}\\ X_{(i:i-3M-1)}^{2\_k}\end{array}\right]=[f_{\mathrm{Inter}\_1}^k\left(\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{X}_i^{1\_k}:X_{(i+M-1)}^{1\_k}\\ X_i^{2\_k}:X_{(i+M-1)}^{2\_k}\end{array}\right]\end{array}\right),f_{\mathrm{Inter}\_2}^k\left(\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{X}_{(i+M)}^{1\_k}:X_{(i+2M-1)}^{1\_k}\\ X_{(i+M)}^{2\_k}:X_{(i+2M-1)}^{2\_k}\end{array}\right]\end{array}\right),f_{\mathrm{Inter}\_3}^k\left(\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{X}_{(i+2M)}^{1\_k}:X_{(i+3M-1)}^{1\_k}\\ X_{(i+2M)}^{2\_k}:X_{(i+3M-1)}^{2\_k}\end{array}\right]\end{array}\right)],$

其中，

表示基站k的针对重复数据块j的交织器，j＝1∶N。

映射到不同天线端口的物理资源上后，逻辑顺序转换成物理顺序，也就是说，逻辑数据块被转换成物理数据块(即，完成了资源映射)。

根据资源分配规则将信号映射到对应天线1和天线2的频域资源块上后，通过IFFT调制成OFDM信号(即，实现了OFDM信号生成)，加入循环前缀后即可发送。

对于接收方，对于接收信号首先去除循环前缀，并进行FFT变换，之后，接收信号可以表示为其中，

是第l个接收天线上的接收信号，根据与发端对应的资源映射方案进行频域资源抽取后，可以得到

其中，

是接收端第l个接收天线上收到的重复发送的数据块。通过抽取本接收方的服务基站的参考信号以及临近基站的参考信号，可以得到不同基站到接收方的信道估计，即，得到包括来自本小区和干扰小区的信道矩阵：

${\widehat{\mathrm{\Ψ}}}_i^{\mathrm{lk}}={\left[\begin{array}{cccc}{\hat{H}}_i^{\mathrm{lk}}& {\hat{H}}_{i+M}^{\mathrm{lk}}& ...& {\hat{H}}_{i+(N-1)M}^{\mathrm{lk}}\end{array}\right]}^T,$

其中，

为来自基站k的、第j个重复数据块中第i个数据对应的信道。以2发射天线2接收天线的系统为例，可将接收信号重构为：

$\left[\begin{array}{c}{Y}_1^1\\ Y_1^2\\ Y_2^1\\ Y_2^2\\ Y_3^1\\ Y_3^2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{H}_1^{11\_1}& H_1^{12\_1}& H_1^{11\_2}& H_1^{12\_2}& H_1^{11\_3}& H_1^{12\_3}\\ H_1^{21\_1}& H_1^{22\_1}& H_1^{21\_2}& H_1^{22\_2}& H_1^{21\_3}& H_1^{22\_3}\\ H_2^{11\_1}& H_2^{12\_1}& H_2^{11\_2}& H_2^{12\_2}& H_2^{11\_3}& H_2^{12\_3}\\ H_2^{21\_1}& H_2^{22\_1}& H_2^{21\_2}& H_2^{22\_2}& H_2^{21\_3}& H_2^{22\_3}\\ H_3^{11\_1}& H_3^{12\_1}& H_3^{11\_2}& H_3^{12\_2}& H_3^{11\_3}& H_3^{12\_3}\\ H_3^{21\_1}& H_3^{22\_1}& H_3^{21\_2}& H_3^{21\_2}& H_3^{21\_3}& H_3^{22\_3}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}^{1\_1}\\ X^{2\_1}\\ X^{1\_2}\\ X^{2\_2}\\ X^{1\_3}\\ X^{2\_3}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{N}_1^1\\ N_1^2\\ N_2^1\\ N_2^2\\ N_3^1\\ N_3^2\end{array}\right],$

其中，

表示天线l上接收的重复数据块j的信号。

表示来自基站k，发射天线n到接收天线l的第j个重复数据块对应的信道估计，X^n_k表示来自基站k，发射天线n发射的数据，

表示接收天线l的第j个重复数据块对应的高斯噪声。因此，基于信道矩阵所构造的干扰消除矩阵可以表示为：

${\widehat{\mathrm{\Ω}}}_i^K=\left[\begin{array}{cccccc}{H}_1^{11\_1}& H_1^{12\_1}& H_1^{11\_2}& H_1^{12\_2}& H_1^{11\_3}& H_1^{12\_3}\\ H_1^{21\_1}& H_1^{22\_1}& H_1^{21\_2}& H_1^{22\_2}& H_1^{21\_3}& H_1^{22\_3}\\ H_2^{11\_1}& H_2^{12\_1}& H_2^{11\_2}& H_2^{12\_2}& H_2^{11\_3}& H_2^{12\_3}\\ H_2^{21\_1}& H_2^{22\_1}& H_2^{21\_2}& H_2^{22\_2}& H_2^{21\_3}& H_2^{22\_3}\\ H_3^{11\_1}& H_3^{12\_1}& H_3^{11\_2}& H_3^{12\_2}& H_3^{11\_3}& H_3^{12\_3}\\ H_3^{21\_1}& H_3^{22\_1}& H_3^{21\_2}& H_3^{22\_2}& H_3^{21\_3}& H_3^{22\_3}\end{array}\right],$

具体地，在构造基于空间复用模式的干扰消除矩阵时，对于空间信道矩阵中的每个信道元素，根据该信道元素的接收天线的序号和重复处理的序号确定该信道元素在干扰消除矩阵中的行序号，并根据该信道元素的基站序号和发射天线的序号确定该信道元素在干扰消除矩阵中的列序号。

并且，选择干扰消除矩阵的行数可以进一步根据有多少临近基站的干扰需要消除而定。对接收端而言，如果N≥K可以得到满足，干扰消除矩阵是满秩(Full Rank)矩阵，N是数据块的重复次数，K为临近干扰的基站数。干扰消除矩阵的满秩保证了可以根据不同的准则正确的估计

应当注意，这里所给出的干扰消除矩阵

仅仅是一个具体的实例，对上述干扰消除矩阵的结构进行改变、并利用改变后的干扰消除矩阵进行后续处理后，同样能够达到降低小区边缘干扰的目的；此外，还可以在满足消除干扰基站的发送数据的计算要求的前提下，对上述干扰消除矩阵中的部分信道元素进行位置改变或位置交换，相应地，接收信号模型中的其他部分的表达也可以做出相应的改变；此外，对于4天线发送和接收以及其他数量天线的情况，同样可以进行相应的调整和变化得到干扰消除矩阵，具体的变换方式本文不再一一列举。

之后，可以借助检测准则进行干扰消除，此时，假设将最小均方误差作为检测准则进行均衡处理，其中，是已知的噪声方差矩阵，可以利用MMSE估计准则得到估计的

$\left[\begin{array}{c}{\hat{X}}_i^{1\_1}\\ {\hat{X}}_i^{2\_1}\\ {\hat{X}}_i^{1\_2}\\ {\hat{X}}_i^{2\_2}\\ {\hat{X}}_i^{1\_3}\\ {\hat{X}}_i^{2\_3}\end{array}\right]=W_K\left[\begin{array}{c}{Y}_1^1\\ Y_1^2\\ Y_2^1\\ Y_2^2\\ Y_2^1\\ Y_2^2\end{array}\right],$

其中， $W_K={(R_{N_i}+{\widehat{\mathrm{\Ω}}}_i^{\mathrm{KT}}{\widehat{\mathrm{\Ω}}}_i^K)}^{-1}{\widehat{\mathrm{\Ω}}}_i^{\mathrm{KT}}.$

根据估计出的信号

设空间复用的预编码矩阵为ψ，根据预编码处理的逆处理得到服务基站发送的信号：

依照以上处理，即可获得服务基站的发送信号。如果是多小区的协同通信，那么多个小区信号也可以依照此方案获得可复用的信号。

为了更好的实现LTE下行链路空间复用模式中多小区干扰消除的方案，终端需要更准确的估计来自多个小区的信道响应。为了达到多小区的信道估计的可靠性，可以对在对参考信号和数据进行映射之前对参考信号进行映射位置预留。LTE下行时隙中的参考信号映射，如图4所示，以3基站为例，图中示出了3个基站的不同天线端口参考信号分布，基站1、基站2和基站3不同天线端口的参考信号在频域正交，相互不干扰。但在小区边缘，如果处于不同小区的用户使用了相同的频谱资源，那么下行数据信号就存在严重的相互干扰，用户会收到来自不同基站的在同一个频谱资源的信号，这时的信干比(即，服务基站信号和干扰基站信号的功率比，简称为SIR)通常是低于0dB的，对应的参考信号会受到来自不同基站的数据信号的干扰，会恶化信道估计的可靠性。如果要实现多小区干扰消除的目的，使来自不同基站的信号可以无误解调，因此，相邻基站的发送端都可以采用上述方案，而且可以对已知的这些干扰基站的参考信号进行映射位置预留，保证用户可以分离出不同基站的参考信号进行信道估计。因此，在图4中标识了各个基站各天线的参考信号的位置，这些位置已经为参考信号预留，且这些位置上将不再映射数据信号，能够进一步提高信道估计的质量，进而有助于改善干扰消除的效果。

如图5所示，LTE下行链路数据信道(PDSCH)信道采用传统的混合自动请求重传(HARQ)和本发明中基于开环空间复用的方案误包率的对比曲线。图5中横坐标为信噪比(SNR)即信号功率和高斯噪声功率的比值，纵坐标为误包率(BLER)。信干比(SIR)表示本基站和相邻的两个干扰基站的功率比。SIR＝[0dB 0dB]表示本基站和相邻的两个干扰基站的功率比是0dB，即三个基站的功率是相同的。通过图5所示的仿真结果可以看出，小区边缘存在强干扰的环境下，传统的HARQ方案尽管经过4次重传，但误包率仍然在90％以上，无法达到正常通信的指标；而采用根据本发明实施例的数据传输方案后，使得误包率能够达到1％以下，明显提高通信的质量。

借助上述处理，通过对预编码处理后的数据进行重复处理并发送、以及在接收方构建基于空间复用模式的干扰消除矩阵，能够结合空间复用的特点，在不改变LTE下行链路的结构和传输模式、以及保证小区内部通信质量的前提下，有效消除其他基站对服务基站的干扰，改善小区边缘的服务质量，提高用户体验。

类似地，在将根据本实施例的方案应用于其他无线通信系统时，仅需要根据所应用的系统不同而简单改进上述部分流程，即可达到类似的干扰消除效果，具体的处理过程本文不再一一列举。

根据本发明的实施例，还提供了一种基于空间复用模式的数据传输系统，用于实现空间复用模式下数据的多天线发送以及多天线接收。

如图6所示，该系统包括发送装置61和接收装置62，其中，

发送装置61包括重复模块611，用于对于每个发射天线，对经预编码处理后需要由该发射天线发送的数据进行重复处理，其中，预编码处理的方式基于空间复用模式确定；

映射模块612，用于对于每个发射天线，根据预定的资源映射方案，将参考信号以及经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块，并发送映射后的数据和参考信号；

多个发射天线613，用于发送映射后的数据和参考信号；

接收装置62包括：

多个接收天线621，其中，每个接收天线根据预定的资源映射方案对各自接收到的数据和参考信号进行资源抽取；并且，每个接收天线根据资源抽取得到的参考信号计算出接收装置所属的服务基站以及干扰基站到该接收天线的空间信道矢量；

构造模块622，用于根据服务基站以及干扰基站到部分或全部接收天线的空间信道矢量得到空间信道矩阵，并根据空间信道矩阵，构造基于空间复用模式的干扰消除矩阵，其中，干扰消除矩阵根据空间复用模式、发射天线、接收天线、重复处理、服务基站以及干扰基站为特征进行建模得到；

消除模块623，用于根据干扰消除矩阵以及预定的检测准则消除干扰基站发送的数据，并根据预编码处理的逆处理得到服务基站发送的数据。

借助上述系统，通过对预编码处理后的数据进行重复处理并发送、以及在接收方构建基于空间复用模式的干扰消除矩阵，能够有效消除其他基站对服务基站的干扰，改善小区边缘的服务质量，提高用户体验。

此外，对于干扰消除矩阵的构造以及基于干扰消除矩阵和检测准则进行干扰消除的过程已经在之前进行了描述，这里不再重复。

类似地，上述系统同样能够进一步引入其他处理模块从而具有对数据进行交织和解交织、参考信号位置预留等多种功能；并且，该系统同样能够应用于诸如LTE系统的多种无线通信系统，并达到与方法实施例部分描述的类似干扰消除效果。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过对预编码处理后的数据进行重复处理并发送、以及在接收方构建基于空间复用模式的干扰消除矩阵，能够在保证小区中心通信质量的前提下，结合空间复用的特点，以最小的系统改进为代价消除其他基站对服务基站的干扰，改善小区边缘的服务质量，提高用户体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (12)

1.一种基于空间复用模式的数据传输方法，用于实现空间复用模式下数据的多天线发送以及多天线接收，其特征在于，所述方法包括：

对于每个发射天线，发送方对经预编码处理后需要由该发射天线发送的数据进行重复处理，其中，所述预编码处理的方式基于空间复用模式确定；

对于每个发射天线，所述发送方根据预定的资源映射方案，将参考信号以及经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块，并发送映射后的所述数据和参考信号；

接收方的每个接收天线根据所述预定的资源映射方案对各自接收到的数据和参考信号进行资源抽取；

所述每个接收天线根据资源抽取得到的参考信号计算出所述接收方所属的服务基站以及干扰基站到接收方该接收天线的空间信道矢量，并根据所述服务基站以及干扰基站到接收方的所有或部分接收天线的空间信道矢量得到空间信道矩阵；

所述接收方根据所述空间信道矩阵，构造基于空间复用模式的干扰消除矩阵，其中，所述干扰消除矩阵根据空间复用模式、发射天线、接收天线、重复处理、服务基站以及干扰基站为特征进行建模得到；

所述接收方根据所述干扰消除矩阵以及预定的检测准则消除所述干扰基站发送的数据，并根据所述预编码处理的逆处理得到所述服务基站发送的数据。

2.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，根据所述服务基站以及干扰基站到接收方的所有或部分接收天线的空间信道矢量得到空间信道矩阵包括：

所述每个接收天线对资源抽取得到的服务基站和干扰基站的参考信号进行分离和估计，得到所有发射天线到接收方该接收天线的物理信道，根据重复处理方式对估计的物理信道进行排列，构成该接收天线对应的空间信道矢量；

所述接收方根据接收天线的序号对所有或部分的接收天线对应的空间信道矢量进行排列，构成所述空间信道矩阵。

3.根据权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于，在将参考信号以及经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块之前，所述方法还包括：

根据预定交织方案对重复处理后的数据进行交织，并将交织后的数据作为待映射的数据；

并且，所述每个接收天线根据所述预定的资源映射方案对各自接收到的数据和参考信号进行资源抽取包括：所述接收方对接收的数据进行资源抽取，并根据所述预定交织方案对所述资源抽取的数据进行逆交织；

并且，在所述接收方根据重复处理方式对每个接收天线的物理信道进行排列之前，该方法进一步包括：根据所述预定的交织方案对估计的物理信道进行逆交织。

4.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，构造基于空间复用模式的所述干扰消除矩阵包括：

根据空间复用模式、所述发送方发射天线的个数、所述接收方接收天线的个数、对预编码处理后的数据进行重复处理的次数、以及所述干扰基站的个数确定所述干扰消除矩阵的维度；以及

对于所述空间信道矩阵中的每个信道元素，根据该信道元素的接收天线的序号和重复处理的序号确定该信道元素在所述干扰消除矩阵中的第一维度序号，并根据该信道元素的基站序号和发射天线的序号确定该信道元素在所述干扰消除矩阵中的第二维度序号。

5.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，还包括：

根据所述干扰基站的个数，预先确定对所述预编码处理后的数据进行重复处理的次数N，其中，N≥B+1，B为干扰基站的个数。

6.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，将参考信号以及经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块包括：

将经重复处理得到的数据映射到多个物理资源块，其中，所述多个物理资源块位于同一时间单位内的不同频域位置、或者位于不同时间单位内的相同频域位置、或者位于不同时间单位内的不同频域位置。

7.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，在所述发送方将经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块之前，所述方法还包括：

所述发送方根据所述预定的资源映射方案对所述服务基站以及干扰基站的参考信号所需映射的资源位置进行预留，其中，在映射过程中，预留的资源位置仅用于映射参考信号。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的数据传输方法，其特征在于，所述空间复用模式包括以下之一：开环空间复用，闭环空间复用。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的数据传输方法，其特征在于，所述预定检测准则包括以下之一：最大似然，最小均方误差、最小二乘法。

10.一种基于空间复用模式的数据传输系统，用于实现空间复用模式下数据的多天线发送以及多天线接收，其特征在于，所述系统包括发送装置和接收装置，其中，

所述发送装置包括重复模块，用于对于每个发射天线，对经预编码处理后需要由该发射天线发送的数据进行重复处理，其中，所述预编码处理的方式基于空间复用模式确定；

映射模块，用于对于每个发射天线，根据预定的资源映射方案，将参考信号以及经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块，并发送映射后的所述数据和参考信号；

多个发射天线，用于发送映射后的所述数据和参考信号；

所述接收装置包括：

多个接收天线，其中，每个接收天线根据所述预定的资源映射方案对各自接收到的数据和参考信号进行资源抽取；并且，所述每个接收天线根据资源抽取得到的参考信号计算出所述接收装置所属的服务基站以及干扰基站到该接收天线的空间信道矢量；

构造模块，用于根据所述服务基站以及干扰基站到所有或部分接收天线的空间信道矢量得到空间信道矩阵，并根据所述空间信道矩阵，构造基于空间复用模式的干扰消除矩阵，其中，所述干扰消除矩阵根据空间复用模式、发射天线、接收天线、重复处理、服务基站以及干扰基站为特征进行建模得到；

消除模块，用于根据所述干扰消除矩阵以及预定的检测准则消除所述干扰基站发送的数据，并根据所述预编码处理的逆处理得到所述服务基站发送的数据。

11.一种基于空间复用模式的数据发送装置，用于实现空间复用模式下数据的多天线发送，其特征在于，所述发送装置包括：

重复模块，用于对于每个发射天线，对经预编码处理后需要由该发射天线发送的数据进行重复处理，其中，所述预编码处理的方式基于空间复用模式确定；

映射模块，用于对于每个发射天线，根据预定的资源映射方案，将参考信号以及经重复处理后得到的数据映射到该发射天线的物理资源块，并发送映射后的所述数据和参考信号；

多个发射天线，用于发送映射后的所述数据和参考信号。

12.一种基于空间复用模式的数据接收装置，用于实现空间复用模式下数据的多天线接收，其特征在于，所述接收装置包括：

多个接收天线，其中，每个接收天线根据预定的资源映射方案对各自接收到的数据和参考信号进行资源抽取；并且，所述每个接收天线根据资源抽取得到的参考信号计算出所述接收装置所属的服务基站以及干扰基站到该接收天线的空间信道矢量；

构造模块，用于根据所述服务基站以及干扰基站到所有或部分接收天线的空间信道矢量得到空间信道矩阵，并根据所述空间信道矩阵，构造基于空间复用模式的干扰消除矩阵，其中，所述干扰消除矩阵根据空间复用模式、发射天线、接收天线、重复处理、服务基站以及干扰基站为特征进行建模得到；

消除模块，用于根据所述干扰消除矩阵以及预定的检测准则消除所述干扰基站发送的数据，并根据所述预编码处理的逆处理得到所述服务基站发送的数据。

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