CN102340341A - 一种上行系统中多天线的信号处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上行系统中多天线的信号处理方法，该方法包括：对各码字对应的编码后的比特序列依次进行加扰、调制、层映射、预编码、传输预编码、资源映射、以及单载波频分多址(SC-FDMA)信号生成处理后，从每根发射天线端口发出。本发明同时公开了一种上行系统中多天线的信号处理装置，采用本发明的方法及装置，能在预编码矩阵不受约束的前提下，保证发送信号具有较低的峰均比(PAPR)或CM值，从而降低终端的成本及耗电量；同时，提高系统的传输性能。

Description

一种上行系统中多天线的信号处理方法及装置

技术领域

本发明涉及多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)技术，特别是指一种上行系统中多天线的信号处理方法及装置。

背景技术

在无线通信中，如果发送端与接收端均采用多根天线收发信号，则可以采用空间复用技术来获取更高的数据速率，即：在发送端使用相同的时频资源发送多个数据流，而在接收端可以通过信道估计得到信道系数矩阵，进而解调出各个数据流上的数据。

空间复用技术包括开环空间复用(Open-loop spatial multiplexing)及闭环空间复用(Close-loop spatial multiplexing)两种技术方案。其中，图1为根据相关技术的闭环空间复用MIMO的信号处理流程示意图，如图1所示，闭环空间复用是指：发送端根据信道状态信息(CSI，Channel Status Information)，对信号进行预编码处理；这里，发送端获取CSI的途径之一是通过接收端的反馈。为了降低反馈的开销，一般采用的方式为：接收端和发送端保存相同的码本(codebook)，即：预编码矩阵集；接收端根据当前信道状况，在码本中选择适合的预编码矩阵，并将所选择的与编码矩阵在集合中的预编码矩阵索引(PMI，Pre-Coding Matrix Indicator)反馈给发送端，发送端根据反馈的PMI，找到预编码矩阵，并对发送信号进行预编码。开环空间复用是指：发送端不根据接收端发送的CSI对信号进行预编码处理，而是根据事先确定的固定码本组合对信号进行预编码处理。

在长期演进(LTE，Long Term Evolution)系统的下一代演进(LTE-A，LTE-Advanced)系统中，为了获得更高的数据速率，LTE-A系统上行使用了单用户的空间复用(SU-MIMO，Single User MIMO)技术，此时，终端作为发送端，基站作为接收端，终端到基站的方向为上行方向。SU-MIMO技术属于闭环空间复用技术。图2为上行采用SU-MIMO技术的发送端的信号处理过程示意图，如图2所示，终端的上行信号码字0、码字1编码后的比特序列，分别依次经过加扰、调制处理，得到各码字对应的复数符号；形成复数符号的码字0、码字1再进行层映射后，分别得到层0数据及层1数据，之后将得到的层数据进行传输预编码，从时域信号转换为频域信号；然后在频域进行预编码处理后，再依次经过资源映射、单载波频分多址(SC-FDMA，Single Carrier FrequencyDivision Multiple Access)符号生成过程后，在各天线上发射出去。这里，所述传输预编码就是指：离散傅里叶变换(DFT，Discrete Fourier Transform)。

上述方法中，终端的码字到层的映射模块利用简单的串/并转换，完成码字到层的映射。LTE-A系统中，在SU-MIMO技术中采用如下表格所示的码字到层的映射方式：

其中，表示码字q对应的调制后的复数符号，q∈{0，1}，

表示码字q对应的调制后的复数符号的个数，表示层υ对应的调制后的复数符号，υ∈{0，1，2，3}，

表示一层对应的调制后的复数符号的个数。

为了获取更高的传输速率，LTE-A系统支持上行4根发送天线的配置。由于终端发射功率受限，因此，对上行传输技术的选择有很大的影响。而多载波技术，如正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)，采用很多独立的子载波连贯在一起使用，发送信号具有非常高的峰均比(PAPR，Peak-to-Average Power Ratio)。然而，高的PAPR带来了诸多不利因素，比如：增加了模数转换及数模转换的复杂度、降低了无线功率放大器的效率，如此，增加了发射机功放的成本和耗电量，由于终端的成本及耗电量受到限制，所以，多载波技术不利于在上行链路上实现。因此，为了保证发送信号具有低的PAPR或立方度量(CM，Cubic Metric)，LTE-A系统采用SC-FDMA技术作为上行传输技术，在具体的实现方式上，采用基于离散傅立叶变化扩展的正交频分复用(DFT-S-OFDM，Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)技术。这里，所述CM为比PAPR更准确的、衡量对功放非线性影响的指标。

如图2所示，在LTE-A系统的上行链路，通常，层数据在传输预编码处理后进行预编码，在这种情况下，为了保证发送信号具有低的PAPR或CM值，在设计预编码矩阵的码本时，就需要考虑PAPR或CM方面的因素，因此，对于码本设计来说，就多了一个约束条件，比如采用保持CM(CMP，CM Preserved)的设计。在实际应用中，LTE-A上行闭环空间复用最终采用的预编码矩阵均保证了上行发送信号具有低的PAPR或CM的特性。

在LTE-A系统中，由于典型的应用场景是中低速移动场景，因此，在LTE-A系统中并不支持开环空分复用的多天线技术。但是在LTE-A的后续版本比如Release-11中，高速移动的场景重新被考虑，且作为后续版本优化的一个主要方向。而当终端的移动速度比较高时，比如：高达350公里/小时时，由于信道状态变化比较快，所以，采用基于CSI反馈的闭环空分复用技术，会造成系统的性能下降，此时，采用开环空间复用技术更为合理。在这种情况下，如果上行开环空间复用技术采用与上行闭环空间复用技术类似的信号处理顺序的结构，即：预编码也是在传输预编码之后进行，这样，为了保证发送信号具有低PAPR或CM，则预编码矩阵的码本的设计以及码本选择上同样具有约束条件。因此，改进的开环空间复用技术，是LTE-A的后续版本中亟待解决的一个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种上行系统中多天线的信号处理方法及装置，能在预编码矩阵不受约束的前提下，保证发送信号具有较低的PAPR或CM值，从而降低终端的成本及耗电量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种上行系统中多天线的信号处理方法，该方法包括：

对各码字对应的编码后的比特序列依次进行加扰、调制、层映射、预编码、传输预编码、资源映射、以及SC-FDMA信号生成处理后，从每根发射天线端口发出。

上述方案中，所述进行层映射处理，为：

对各码字对应的调制后的复数符号，采用映射及层交织矩阵进行处理。

上述方案中，所述采用映射及层交织矩阵进行处理，为：

当1个码字到2层映射时，则有：

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(1\right)}\left(i\right)\end{array}\right)=Q_1\left(\begin{array}{c}{d}^{\left(0\right)}\left(2i\right)\\ d^{\left(0\right)}(2i+1)\end{array}\right)$

$Q_1=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

$i=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}-1,$ $M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(0\right)}/2;$

当2个码字到2层的映射时，则有：

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(1\right)}\left(i\right)\end{array}\right)=Q_2\left(i\mathrm{mod}2\right)\left(\begin{array}{c}{d}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ d^{\left(1\right)}\left(i\right)\end{array}\right)$

$Q_2\left(0\right)=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right),$ $Q_2\left(1\right)=\left(\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right)$

$i=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}-1,$ $M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(0\right)}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(1\right)};$

当2个码字到3层的映射时，则有：

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(1\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(2\right)}\left(i\right)\end{array}\right)=Q_3\left(i\mathrm{mod}3\right)\left(\begin{array}{c}{d}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ d^{\left(1\right)}\left(2i\right)\\ d^{\left(1\right)}(2i+1)\end{array}\right)$

$Q_3\left(0\right)=\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right),$ $Q_3\left(1\right)=\left(\begin{array}{ccc}0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ 0& 1& 0\end{array}\right),$ $Q_3\left(2\right)=\left(\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\end{array}\right)$

$i=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}-1,$ $M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(0\right)}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(1\right)}/2;$

当2个码字到4层的映射时，则有：

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(1\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(2\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(3\right)}\left(i\right)\end{array}\right)=Q_4\left(i\mathrm{mod}4\right)\left(\begin{array}{c}{d}^{\left(0\right)}\left(2i\right)\\ d^{\left(0\right)}(2i+1)\\ d^{\left(1\right)}\left(2i\right)\\ d^{\left(1\right)}(2i+1)\end{array}\right)$

$Q_4\left(0\right)=\left(\begin{array}{ccccc}1& 0& & 0& 0\\ 0& 1& & 0& 0\\ 0& 0& & 1& 0\\ 0& 0& & 0& 1\end{array}\right),$ $Q_4\left(1\right)=\left(\begin{array}{ccccc}0& 0& & 0& 1\\ 1& 0& & 0& 0\\ 0& 1& & 0& 0\\ 0& 0& & 1& 0\end{array}\right),$

$Q_4\left(2\right)=\left(\begin{array}{ccccc}0& 0& & 1& 0\\ 0& 0& & 0& 1\\ 1& 0& & 0& 0\\ 0& 1& & 0& 0\end{array}\right),$ $Q_4\left(3\right)=\left(\begin{array}{ccccc}0& 1& & 0& 0\\ 0& 0& & 1& 0\\ 0& 0& & 0& 1\\ 1& 0& & 0& 0\end{array}\right)$

$i=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}-1,$ $M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(0\right)}/2=M_{\mathrm{symb}}^{\left(1\right)}/2;$

其中，i mod y表示对i进行模y操作，y∈{2，3，4}，

表示码字q对应的调制后的复数符号，q∈{0，1}，表示码字q对应的调制后的复数符号的个数，

表示层υ对应的调制后的复数符号，υ∈{0，1，2，3}，表示一层对应的调制后的复数符号的个数。

上述方案中，在进行预编码处理时，该方法进一步包括：

采用的预编码矩阵基于每个复数符号进行变化，或者，基于SC-FDMA符号进行变化，或者，基于时隙进行变化。

上述方案中，在进行预编码处理之前，该方法进一步包括：

终端与基站约定预编码矩阵的变化规律。

上述方案中，在进行传输预编码处理后，且在进行资源映射处理之前，该方法进一步包括：

对每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号进行天线延迟处理，得到每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号；

相应的，对每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号进行资源映射处理。

上述方案中，在进行天线延迟处理之前，该方法进一步包括：

依据发射天线端口数、层数以及预编码矩阵，设置天线延迟矩阵。

上述方案中，当发射天线端口数为2，层数为1时，所述天线延迟矩阵，为：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/2}\end{array}\right];$

当发射天线端口数为2，层数为2时，所述天线延迟矩阵，为：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right];$

当发射天线端口数为4，层数为1时，所述天线延迟矩阵，为：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j6\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right];$

当发射天线端口数为4，层数为2时，如果采用的预编码矩阵的形式为 $\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ x& 0\\ 0& 1\\ 0& y\end{array}\right](x,y\∈\{1,-1,j,-j\left\}\right),$ 则所述天线延迟矩阵，为：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right],$ 或者， $D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j6\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right];$

当发射天线端口数为4，层数为2时，如果采用的预编码矩阵的形式为 $\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\\ x& 0\\ 0& y\end{array}\right](x,y\∈\{1,-1,j,-j\left\}\right),$ 则所述天线延迟矩阵，为：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right],$ 或者， $D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j6\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right];$

当发射天线端口数为4，层数为2时，如果采用的预编码矩阵的形式为 $\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\\ 0& y\\ x& 0\end{array}\right](x,y\∈\{1,-1,j,-j\left\}\right),$ 则所述天线延迟矩阵，为：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right],$ 或者， $D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j6\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right];$

其中，

表示每根天线端口对应的调制后的复数符号的个数，

j表示虚数单位。

本发明还提供了一种上行系统中多天线的信号处理装置，该装置包括：加扰模块、调制模块、层映射模块、预编码模块、传输预编码模块、资源映射模块、以及SC-FDMA信号生成模块；其中，

加扰模块，用于对各码字对应的编码后的比特序列进行加扰处理，并将得到的各码字对应的加扰后的比特序列发送给调制模块；

调制模块，用于对各码字对应的加扰后的比特序列进行调制处理，并将得到的各码字调制后的复数符号发送给层映射模块；

层映射模块，用于对各码字对应的调制后的复数符号进行层映射处理，并将得到的每层上的复数符号发送给预编码模块；

预编码模块，用于对每层上的复数符号进行预编码处理，并将得到的每根发射天线端口对应的复数符号发送给传输预编码模块；

传输预编码模块，用于对每根发射天线对应的复数符号进行传输预编码处理，并将得到的每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号发送给资源映射模块；

资源映射模块，用于对每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号进行资源映射处理，并将得到的每根发射天线端口对应的资源映射处理后的复数符号发送给SC-FDMA信号生成模块；

SC-FDMA信号生成模块，用于对每根发射天线端口对应的资源映射处理后的复数符号进行SC-FDMA信号生成处理，从每根发射天线端口发出。

上述方案中，该装置进一步包括：天线延迟模块，用于对每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号进行天线延迟处理，并将得到的每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号发送给资源映射模块；

所述传输预编码模块，还用于将得到的每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号发送给天线延迟模块；

所述资源映射模块，还用于对每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号进行资源映射处理。

本发明提供的上行系统中多天线的信号处理的方法及装置，对各码字对应的编码后的比特序列依次进行加扰、调制、层映射、预编码、传输预编码、资源映射、以及SC-FDMA信号生成处理后，从每根发射天线端口发出，对上行信号的预编码处理在传输预编码处理之前进行，如此，能在选取预编码矩阵不受约束的前提下，保证发送信号具有较低的PAPR或CM值，从而降低终端的成本及耗电量；同时，由于预编码矩阵的选取不受约束，所有的现有的预编码矩阵均能使用，如此，能提高预编码的性能，进而提高系统的传输性能。

另外，预编码矩阵基站基于每个复数符号进行变化，如此，能获得更好的预编码增益；终端与基站双方事先已约定好预编码矩阵的变化规律，无需信令指示，如此，节约了信令开销。

除此以外，对每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号进行天线延迟处理，得到每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号；对每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号进行资源映射处理，增加了各层数据在发射天线上的多样性，如此，能实现发射分集的效果，进一步提高系统的传输性能。

附图说明

图1为相关技术的闭环空间复用MIMO的信号处理流程示意图；

图2为采用SU-MIMO技术的发送端的信号处理过程示意图；

图3为本发明上行系统中多天线的信号处理的方法流程示意图；

图4为本发明上行系统中多天线的信号处理装置结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：对各码字对应的编码后的比特序列依次进行加扰、调制、层映射、预编码、传输预编码、资源映射、以及SC-FDMA信号生成处理后，从每根发射天线端口发出。

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明上行系统中多天线的信号处理方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤301：终端对各码字对应的编码后的比特序列进行加扰处理，得到各码字对应的加扰后的比特序列；

这里，本步骤的具体实现属于现有技术，这里不再赘述。

步骤302：对各码字对应的加扰后的比特序列进行调制处理，得到各码字调制后的复数符号；

这里，本步骤的具体实现属于现有技术，这里不再赘述。

步骤303：对各码字对应的调制后的复数符号进行层映射处理，得到每层上的复数符号；

具体地，对各码字对应的调制后的复数符号，采用映射及层交织矩阵进行处理。

步骤304：对每层上的复数符号进行预编码处理，得到每根发射天线端口对应的复数符号；

这里，在进行预编码处理时，采用的预编码矩阵可以基于每个复数符号进行变化，或者，可以基于SC-FDMA符号进行变化，或者，可以基于时隙进行变化。

步骤305：对每根发射天线对应的复数符号进行传输预编码处理，得到每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号；

这里，所述进行传输预编码处理是指：将时域信号变换到频域，实际的操作为进行DFT处理；

本步骤的具体实现属于现有技术，这里不再赘述。

步骤306：对每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号进行资源映射处理，得到每根发射天线端口对应的资源映射处理后的复数符号；

这里，所述进行资源映射处理是指：将复数符号映射到发送复数符号对应的物理资源单位上。

本步骤的具体实现属于现有技术，这里不再赘述。

在执行本步骤之前，该方法还可以进一步包括：

对每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号进行天线延迟处理，得到每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号；

相应的，对每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号进行资源映射处理。

步骤307：对每根发射天线端口对应的资源映射处理后的复数符号进行SC-FDMA信号生成处理，从每根发射天线端口发出。

这里，所述进行SC-FDMA信号生成处理是指：根据SC-FDMA符号生成的方法，生成每根发射天线上发送的时域信号；

本步骤的具体实现属于现有技术，这里不再赘述。

下面结合实施例对本发明再作进一步详细的描述。

实施例一：

本实施例中，对各码字对应的调制后的复数符号进行层映射处理的具体实现可以是：

对各码字对应的调制后的复数符号，采用映射及层交织矩阵进行处理；

具体地，当1个码字到2层映射时，则有：

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(1\right)}\left(i\right)\end{array}\right)=Q_1\left(\begin{array}{c}{d}^{\left(0\right)}\left(2i\right)\\ d^{\left(0\right)}(2i+1)\end{array}\right)$

$Q_1=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

$i=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}-1,$ $M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(0\right)}/2$

当2个码字到2层的映射时，则有：

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(1\right)}\left(i\right)\end{array}\right)=Q_2\left(i\mathrm{mod}2\right)\left(\begin{array}{c}{d}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ d^{\left(1\right)}\left(i\right)\end{array}\right)$

$Q_2\left(0\right)=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right),$ $Q_2\left(1\right)=\left(\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right)$

$M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(0\right)}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(1\right)},$ $i=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}-1;$

当2个码字到3层的映射时，则有：

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(1\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(2\right)}\left(i\right)\end{array}\right)=Q_3\left(i\mathrm{mod}3\right)\left(\begin{array}{c}{d}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ d^{\left(1\right)}\left(2i\right)\\ d^{\left(1\right)}(2i+1)\end{array}\right)$

$Q_3\left(0\right)=\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right),$ $Q_3\left(1\right)=\left(\begin{array}{ccc}0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ 0& 1& 0\end{array}\right),$ $Q_3\left(2\right)=\left(\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\end{array}\right)$

$M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(0\right)}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(1\right)}/2,$ $i=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}-1;$

当2个码字到4层的映射时，则有：

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(1\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(2\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(3\right)}\left(i\right)\end{array}\right)=Q_4\left(i\mathrm{mod}4\right)\left(\begin{array}{c}{d}^{\left(0\right)}\left(2i\right)\\ d^{\left(0\right)}(2i+1)\\ d^{\left(1\right)}\left(2i\right)\\ d^{\left(1\right)}(2i+1)\end{array}\right)$

$Q_4\left(0\right)=\left(\begin{array}{ccccc}1& 0& & 0& 0\\ 0& 1& & 0& 0\\ 0& 0& & 1& 0\\ 0& 0& & 0& 1\end{array}\right),$ $Q_4\left(1\right)=\left(\begin{array}{ccccc}0& 0& & 0& 1\\ 1& 0& & 0& 0\\ 0& 1& & 0& 0\\ 0& 0& & 1& 0\end{array}\right),$

$Q_4\left(2\right)=\left(\begin{array}{ccccc}0& 0& & 1& 0\\ 0& 0& & 0& 1\\ 1& 0& & 0& 0\\ 0& 1& & 0& 0\end{array}\right),$ $Q_4\left(3\right)=\left(\begin{array}{ccccc}0& 1& & 0& 0\\ 0& 0& & 1& 0\\ 0& 0& & 0& 1\\ 1& 0& & 0& 0\end{array}\right)$

$M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(0\right)}/2=M_{\mathrm{symb}}^{\left(1\right)}/2,$ $i=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}-1;$

其中，i mod y表示对i进行模y操作，y∈{2，3，4}，

表示码字q对应的调制后的复数符号，q∈{0，1}，

表示码字q对应的调制后的复数符号的个数，

表示层υ对应的调制后的复数符号，υ∈{0，1，2，3}，

表示一层对应的调制后的复数符号的个数。

这里，本领域的技术人员应当理解：由于i为一个变量，因此，

与上述公式中的d⁽⁰⁾(2i)、d⁽⁰⁾(2i+1)、d⁽⁰⁾(i)、d⁽¹⁾(i)、d⁽¹⁾(2i)、以及d⁽¹⁾(2i+1)等同。

本实施例提供的层映射处理的目的是：让同一个码字映射到不同的层上。而在具体实现时，可以有两种方式，一种是不对现有LTE-A系统中的层映射模块做修改，而是新增加一个层交织模块；另一种是对现有LTE-A系统中的层映射模块做相应的修改，让其具有层交织的功能。

实施例二：

本实施例针对本发明进行预编码处理的具体过程进行描述。本发明所采用的预编码处理是在传输预编码处理之前进行，这与预编码处理在传输预编码处理之后有着显著的不同。具体地，当预编码处理在传输预编码之后，为了保证发送信号具有低的PAPR或CM的特性，则即使采用基于CMP设计的预编码矩阵的码本，在码本的选择以及码本的变化都是要受到限制的。尤其是当码本的变化基于调制符号或子载波级的变化时，可用的码本十分受限，因而，严重影响预编码的性能。而本发明的预编码处理，是在传输预编码处理之前进行的，因此，在预编码矩阵的码本选取时，现有的基于CMP设计的预编码码本均可使用而不受限制。通过仿真实验得出，当预编码矩阵的码本的变化是基于调制符号，且码本的选择是在现有LTE-A系统已有的码本中随机选择时，采用传统的预编码处理在传输预编码之后的处理方式，发送信号的CM值可高达2.8以上，而采用本发明的预编码处理在传输预编码之前的处理方式时，发送信号的CM值保持在1.2。这里，在作仿真实验时，发送符号均采用正交相移键控(QPSK，Quadrature Phase Shift Keying)调制。

在进行预编码处理时，预编码矩阵可以基于每个复数符号进行变化，或者，可以基于SC-FDMA符号进行变化，或者，可以基于时隙进行变化。优选地，预编码矩阵基于每个复数符号进行变化，如此，能获得更好的预编码增益。

当预编码矩阵基于每个复数符号进行变化时，假设进入预编码器的信号为y⁽⁰⁾(i)，y⁽¹⁾(i)，...，y^(υ-1)(i)，υ为层数，预编码的输出信号为z⁽⁰⁾(i)，z⁽¹⁾(i)，...，z^(P-1)(i)，P为发射天线端口的个数，则预编码的处理过程可以表示为：

$\left[\begin{array}{c}{z}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ z^{(P-1)}\left(i\right)\end{array}\right]=W\left(i\right)\left[\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ y^{(\mathrm{\υ}-1)}\left(i\right)\end{array}\right]$

其中，W(i)表示预编码矩阵，可以从LTE-A系统中已有的码本中选取，大小为P×υ；i表示层复数符号索引。

这里，终端与基站双方事先已约定好预编码矩阵的变化规律，无需信令指示。举个例子来说，假设从LTE-A系统中已有的码本中选择出N个预编码矩阵出来，终端可以依次使用N个预编码矩阵中的一个，以完成层数据到天线端口的预编码。一个极端的例子是，可以选取LTE-A系统中现有的所有的码本。

实施例三：

本实施例针对本发明进行天线延迟处理的具体过程进行描述。

依据发射天线端口数、层数以及预编码矩阵，设置天线延迟矩阵。设置天线延迟矩阵时的依据为：不同发射天线发送同一层数据时，尽量使天线间发送信号的循环移位的间隔最大，进而使发射天线的分集增益最大化。

下面给出在不同发射天线端口数、层数以及预编码矩阵下，对应的天线延迟矩阵D(i)的具体设计：

当发射天线端口数为2，层数为1时，天线延迟矩阵采用如下形式：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/2}\end{array}\right];$

当发射天线端口数为2，层数为2时，天线延迟矩阵采用如下形式：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right];$

当发射天线端口数为4，层数为1时，天线延迟矩阵采用如下形式：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j6\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right];$

当发射天线端口数为4，层数为2时，

如果采用的预编码矩阵的形式为 $\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ x& 0\\ 0& 1\\ 0& y\end{array}\right](x,y\∈\{1,-1,j,-j\left\}\right),$ 则天线延迟矩阵采用如下形式：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right],$ 或者， $D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j6\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right];$

如果采用的预编码矩阵的形式为 $\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\\ x& 0\\ 0& y\end{array}\right](x,y\∈\{1,-1,j,-j\left\}\right),$ 则天线延迟矩阵采用如下形式：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right],$ 或者， $D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j6\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right];$

如果采用的预编码矩阵的形式为 $\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\\ 0& y\\ x& 0\end{array}\right](x,y\∈\{1,-1,j,-j\left\}\right),$ 则天线延迟矩阵采用如下形式：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right],$ 或者， $D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j6\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right];$

其中，

表示每根天线端口对应的调制后的复数符号的个数，j表示虚数单位。

为实现上述方法，本发明还提供了一种上行系统中多天线的信号处理装置，如图4所示，该装置包括：加扰模块41、调制模块42、层映射模块43、预编码模块44、传输预编码模块45、资源映射模块46、以及SC-FDMA信号生成模块47；其中，

加扰模块41，用于对各码字对应的编码后的比特序列进行加扰处理，并将得到的各码字对应的加扰后的比特序列发送给调制模块42；

调制模块42，用于对各码字对应的加扰后的比特序列进行调制处理，并将得到的各码字调制后的复数符号发送给层映射模块43；

层映射模块43，用于对各码字对应的调制后的复数符号进行层映射处理，并将得到的每层上的复数符号发送给预编码模块44；

预编码模块44，用于对每层上的复数符号进行预编码处理，并将得到的每根发射天线端口对应的复数符号发送给传输预编码模块45；

传输预编码模块45，用于对每根发射天线对应的复数符号进行传输预编码处理，并将得到的每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号发送给资源映射模块46；

资源映射模块46，用于对每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号进行资源映射处理，并将得到的每根发射天线端口对应的资源映射处理后的复数符号发送给SC-FDMA信号生成模块47；

SC-FDMA信号生成模块47，用于对每根发射天线端口对应的资源映射处理后的复数符号进行SC-FDMA信号生成处理，从每根发射天线端口发出。

其中，该装置还可以进一步包括：天线延迟模块48，用于对每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号进行天线延迟处理，并将得到的每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号发送给资源映射模块46；

所述传输预编码模块45，还用于将得到的每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号发送给天线延迟模块48；

所述资源映射模块46，还用于对每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号进行资源映射处理。

这里，需要说明的是：所述加扰模块41、调制模块42、层映射模块43、预编码模块44、传输预编码45、资源映射模块46、SC-FDMA信号生成模块47、以及天线延迟模块48均为终端的逻辑单元。

本发明的所述装置中的预编码模块、层映射模块、以及天线延迟模块的具体处理过程已在上文中详述，不再赘述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种上行系统中多天线的信号处理方法，其特征在于，该方法包括：

对各码字对应的编码后的比特序列依次进行加扰、调制、层映射、预编码、传输预编码、资源映射、以及单载波频分多址(SC-FDMA)信号生成处理后，从每根发射天线端口发出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行层映射处理，为：

对各码字对应的调制后的复数符号，采用映射及层交织矩阵进行处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用映射及层交织矩阵进行处理，为：

当1个码字到2层映射时，则有：

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(1\right)}\left(i\right)\end{array}\right)=Q_1\left(\begin{array}{c}{d}^{\left(0\right)}\left(2i\right)\\ d^{\left(0\right)}(2i+1)\end{array}\right)$

$Q_1=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

$i=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}-1,$ $M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(0\right)}/2;$

当2个码字到2层的映射时，则有：

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(1\right)}\left(i\right)\end{array}\right)=Q_2\left(i\mathrm{mod}2\right)\left(\begin{array}{c}{d}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ d^{\left(1\right)}\left(i\right)\end{array}\right)$

$Q_2\left(0\right)=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right),$ $Q_2\left(1\right)=\left(\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right)$

$i=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}-1,$ $M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(0\right)}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(1\right)};$

当2个码字到3层的映射时，则有：

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(1\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(2\right)}\left(i\right)\end{array}\right)=Q_3\left(i\mathrm{mod}3\right)\left(\begin{array}{c}{d}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ d^{\left(1\right)}\left(2i\right)\\ d^{\left(1\right)}(2i+1)\end{array}\right)$

$Q_3\left(0\right)=\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right),$ $Q_3\left(1\right)=\left(\begin{array}{ccc}0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ 0& 1& 0\end{array}\right),$ $Q_3\left(2\right)=\left(\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\end{array}\right)$

$i=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}-1,$ $M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(0\right)}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(1\right)}/2;$

当2个码字到4层的映射时，则有：

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(1\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(2\right)}\left(i\right)\\ x^{\left(3\right)}\left(i\right)\end{array}\right)=Q_4\left(i\mathrm{mod}4\right)\left(\begin{array}{c}{d}^{\left(0\right)}\left(2i\right)\\ d^{\left(0\right)}(2i+1)\\ d^{\left(1\right)}\left(2i\right)\\ d^{\left(1\right)}(2i+1)\end{array}\right)$

$Q_4\left(0\right)=\left(\begin{array}{ccccc}1& 0& & 0& 0\\ 0& 1& & 0& 0\\ 0& 0& & 1& 0\\ 0& 0& & 0& 1\end{array}\right),$ $Q_4\left(1\right)=\left(\begin{array}{ccccc}0& 0& & 0& 1\\ 1& 0& & 0& 0\\ 0& 1& & 0& 0\\ 0& 0& & 1& 0\end{array}\right),$

$Q_4\left(2\right)=\left(\begin{array}{ccccc}0& 0& & 1& 0\\ 0& 0& & 0& 1\\ 1& 0& & 0& 0\\ 0& 1& & 0& 0\end{array}\right),$ $Q_4\left(3\right)=\left(\begin{array}{ccccc}0& 1& & 0& 0\\ 0& 0& & 1& 0\\ 0& 0& & 0& 1\\ 1& 0& & 0& 0\end{array}\right)$

$i=\mathrm{0,1},...,M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}-1,$ $M_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{layer}}=M_{\mathrm{symb}}^{\left(0\right)}/2=M_{\mathrm{symb}}^{\left(1\right)}/2;$

其中，i mod y表示对i进行模y操作，y∈{2，3，4}，

表示码字q对应的调制后的复数符号，q∈{0，1}，

表示码字q对应的调制后的复数符号的个数，

表示层υ对应的调制后的复数符号，υ∈{0，1，2，3}，

表示一层对应的调制后的复数符号的个数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行预编码处理时，该方法进一步包括：

采用的预编码矩阵基于每个复数符号进行变化，或者，基于SC-FDMA符号进行变化，或者，基于时隙进行变化。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在进行预编码处理之前，该方法进一步包括：

终端与基站约定预编码矩阵的变化规律。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，在进行传输预编码处理后，且在进行资源映射处理之前，该方法进一步包括：

对每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号进行天线延迟处理，得到每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号；

相应的，对每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号进行资源映射处理。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在进行天线延迟处理之前，该方法进一步包括：

依据发射天线端口数、层数以及预编码矩阵，设置天线延迟矩阵。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

当发射天线端口数为2，层数为1时，所述天线延迟矩阵，为：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/2}\end{array}\right];$

当发射天线端口数为2，层数为2时，所述天线延迟矩阵，为：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right];$

当发射天线端口数为4，层数为1时，所述天线延迟矩阵，为：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j6\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right];$

当发射天线端口数为4，层数为2时，如果采用的预编码矩阵的形式为 $\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ x& 0\\ 0& 1\\ 0& y\end{array}\right](x,y\∈\{1,-1,j,-j\left\}\right),$ 则所述天线延迟矩阵，为：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right],$ 或者， $D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j6\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right];$

当发射天线端口数为4，层数为2时，如果采用的预编码矩阵的形式为 $\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\\ x& 0\\ 0& y\end{array}\right](x,y\∈\{1,-1,j,-j\left\}\right),$ 则所述天线延迟矩阵，为：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right],$ 或者， $D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j6\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right];$

当发射天线端口数为4，层数为2时，如果采用的预编码矩阵的形式为 $\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\\ 0& y\\ x& 0\end{array}\right](x,y\∈\{1,-1,j,-j\left\}\right),$ 则所述天线延迟矩阵，为：

$D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right],$ 或者， $D\left(i\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\πi}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j6\mathrm{\πi}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\πi}/4}\end{array}\right];$

其中，

表示每根天线端口对应的调制后的复数符号的个数，

j表示虚数单位。

9.一种上行系统中多天线的信号处理装置，其特征在于，该装置包括：加扰模块、调制模块、层映射模块、预编码模块、传输预编码模块、资源映射模块、以及SC-FDMA信号生成模块；其中，

加扰模块，用于对各码字对应的编码后的比特序列进行加扰处理，并将得到的各码字对应的加扰后的比特序列发送给调制模块；

调制模块，用于对各码字对应的加扰后的比特序列进行调制处理，并将得到的各码字调制后的复数符号发送给层映射模块；

层映射模块，用于对各码字对应的调制后的复数符号进行层映射处理，并将得到的每层上的复数符号发送给预编码模块；

预编码模块，用于对每层上的复数符号进行预编码处理，并将得到的每根发射天线端口对应的复数符号发送给传输预编码模块；

传输预编码模块，用于对每根发射天线对应的复数符号进行传输预编码处理，并将得到的每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号发送给资源映射模块；

资源映射模块，用于对每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号进行资源映射处理，并将得到的每根发射天线端口对应的资源映射处理后的复数符号发送给SC-FDMA信号生成模块；

SC-FDMA信号生成模块，用于对每根发射天线端口对应的资源映射处理后的复数符号进行SC-FDMA信号生成处理，从每根发射天线端口发出。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：天线延迟模块，用于对每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号进行天线延迟处理，并将得到的每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号发送给资源映射模块；

所述传输预编码模块，还用于将得到的每根发射天线端口对应的传输预编码处理后的复数符号发送给天线延迟模块；

所述资源映射模块，还用于对每根发射天线端口对应的天线延迟处理后的复数符号进行资源映射处理。

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