CN103780529B - 通信系统及其信号发送方法与装置、信号接收方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种通信系统及其信号发送方法与装置、信号接收方法与装置，所述信号发送方法包括：根据信道信息，对待发送的每路子数据流分别进行信道编码和星座映射；对经过信道编码和星座映射的子数据流进行多入多出发送处理；对经过多入多出发送处理后的子数据流进行OFDM调制，并将由OFDM调制之后得到的OFDM符号数据流输出到发射天线进行发送；所述OFDM调制包括：将所述多入多出发送处理之后的子数据流分别插入相应天线端口的导频符号并映射到对应的物理子载波，各路子数据流相对应的基本单元中的子载波按预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射。本发明技术方案能有效地对抗频率选择性衰落的影响。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种通信系统、通信系统的信号发送方法与装置和通信系统的信号接收方法与装置。
背景技术
正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术利用各个子载波之间的正交性，允许子信道的频谱相互重叠，有效提高了频谱利用率。通过数据流的串并变换，各个子载波上的数据符号持续时间大大增加，并且循环前缀的加入，有效降低了符号间干扰（ISI，Inter Symbol Interference）。由于各个子载波带宽较窄，可以针对每个子载波进行均衡操作，大大简化了接收机的复杂度。OFDM技术已经在3G的长期演进（LTE，Long Term Evolution）系统和无线局域网（WLAN，Wireless Local Area Networks）系统中得到了广泛应用。但是OFDM技术对于同频邻小区的干扰基本没有抵御能力，很难实现同频组网。
多入多出（MIMO，Multiple-Input Multiple-Output）技术是指在发射端和接收端，分别使用多个发射天线和接收天线。其基本思想是在发射、接收采用多个天线，通过空时处理技术，充分利用信道之间的独立特性，提高频谱利用率、通信质量和系统容量。MIMO技术充分利用发射和接收之间的独立无线信道，发射天线送出多个不同的数据流在接收端看来都具有可区分的空间特性，因此可以看做是由两端天线中最小天线数目个并行的子信道组成，整个MIMO信道的容量就是所有子信道容量的和。
现有技术中的多入多出正交频分复用的通信系统，结合了OFDM和MIMO两种技术，能提高频谱利用率，降低接收机均衡复杂度，并能有效提高系统的传输速率。然而，现有的MIMO-OFDM系统难以有效地对抗频率选择性衰落的影响。
相关技术还可参考公开号为US2006067420(A1)的美国专利申请，该专利申请公开了一种多入多出正交频分复用移动通信系统及信道估计方法。
发明内容
本发明要解决的问题是现有技术的MIMO-OFDM系统难以有效地对抗频率选择性衰落的影响。
为解决上述问题，本发明技术方案提供一种通信系统的信号发送方法，包括：
根据信道信息，对待发送的每路子数据流分别进行信道编码和星座映射；
对经过信道编码和星座映射的子数据流进行扩频操作以及多入多出发送处理；
对经过多入多出发送处理后的子数据流进行OFDM调制，并将由OFDM调制之后得到的OFDM符号数据流输出到发射天线进行发送；所述OFDM调制包括：将所述多入多出发送处理之后的子数据流分别插入相应天线端口的导频符号并映射到对应的物理子载波，各路子数据流相对应的基本单元中的子载波按预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射。
可选的，基本单元中的子载波按所述预设映射关系均匀分配到整个或部分系统带宽内与相应物理子载波形成映射。
可选的，所述预设映射关系为：
l=k*m+n；
其中，l是系统带宽内物理子载波的序号，k是系统带宽内基本单元的数量，m是一个基本单元中的子载波序号，n是基本单元的序号。
可选的，所述预设映射关系为：
其中，l是系统带宽内物理子载波的序号，k是系统带宽内基本单元的数量，m是一个基本单元中的子载波序号，n是基本单元的序号。
可选的，将两个连续的基本单元设为一个基本单元组，所述基本单元组中进行所述多入多出处理的两个子载波在物理子载波上相邻。
可选的，所述通信系统的信号发送方法还包括：在所述多入多出发送处理之前，对经过信道编码和星座映射的子数据流进行扩频操作，所述扩频操作基于扩频参数进行，所述扩频参数至少包括扩频因子和子码道个数。
可选的，所述通信系统的信号发送方法还包括：在所述OFDM调制之前，对所述多入多出发送处理后的子数据流进行扩频操作，所述扩频操作基于扩频参数进行，所述扩频参数至少包括扩频因子和子码道个数。
可选的，所述将由OFDM调制之后得到的OFDM符号数据流输出到发射天线进行发送包括：分别对各天线端口的子数据流进行串并变换，并进行快速傅里叶逆变换、插入循环前缀以将OFDM符号形成物理帧输出到发射天线进行发送。
可选的，所述将多入多出发送处理之后的子数据流分别插入相应天线端口的导频符号并映射到对应的物理子载波包括：在相同的符号位置插入相应天线端口的导频符号并映射到每个物理子载波。
为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种通信系统的信号发送装置，包括：
编码调制单元，适于根据信道信息，对待发送的每路子数据流分别进行信道编码和星座映射；
多入多出发送处理单元，适于对经过信道编码和星座映射的子数据流进行多入多出发送处理；
OFDM调制单元，适于对经过多入多出发送处理后的子数据流进行OFDM调制，并将由OFDM调制之后得到的OFDM符号数据流输出到发射天线进行发送；所述OFDM调制单元包括第一OFDM调制子单元，适于将所述多入多出发送处理之后的子数据流分别插入相应天线端口的导频符号并映射到对应的物理子载波，各路子数据流相对应的基本单元中的子载波按预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射。
为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种通信系统的信号接收方法，包括：
对各接收天线接收到的基带信号进行OFDM解调；所述OFDM解调包括：基于预设映射关系，对各物理子载波的频域数据进行子载波解映射后提取导频数据，基本单元中的子载波按所述预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射；
将经过OFDM解调之后得到的频域数据进行多入多出接收处理；
将经过多入多出接收处理的子数据流进行解星座映射和信道译码，获得目标数据。
为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种通信系统的信号接收装置，包括：
OFDM解调单元，适于对各接收天线接收到的基带信号进行OFDM解调；所述OFDM解调单元包括第一OFDM解调子单元，适于基于预设映射关系，对各物理子载波的频域数据进行子载波解映射后提取导频数据，基本单元中的子载波按所述预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射；
多入多出接收处理单元，适于将经过OFDM解调之后得到的频域数据进行多入多出接收处理；
解调译码单元，适于将经过多入多出接收处理的子数据流进行解星座映射和信道译码，获得目标数据。
为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种包括上述信号发送装置和信号接收装置的通信系统。
与现有技术相比，本发明技术方案至少具有以下优点：
通过将各路子数据流相对应的基本单元中的子载波按预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射，避免了一段连续物理子载波处于衰落时影响一段连续的数据的情况，能较好的对抗频率选择性衰落的影响。
将扩频技术有机地应用于MIMO-OFDM通信系统中，设计易于操作的扩频及解扩系数，并对每个基本单元中的每个符号为单位进行扩频操作，当存在同频干扰时，解扩增益能够较好的抑制同频干扰，从而能更为有效地对抗频率选择性衰落的影响以及同频邻小区的干扰。
通过在相同的符号位置插入相应天线端口的导频符号并映射到每个物理子载波，使任一天线端口上的每个物理子载波都有导频数据，降低了信道估计的复杂度，提高了估计精度。
附图说明
图1是系统资源分配中的一个基本单元的示意图；
图2现有技术的子载波映射示意图；
图3是本发明实施方式提供的通信系统的信号发送方法的流程示意图；
图4是本发明实施例的通信系统的信号发送方法的流程示意图；
图5是本发明实施例的一种子载波映射示意图；
图6是本发明实施例的另一种子载波映射示意图；
图7是本发明实施例通信系统的信号发送装置的结构示意图；
图8是本发明实施方式提供的通信系统的信号接收方法的流程示意图；
图9是本发明实施例的通信系统的信号接收方法的流程示意图；
图10是本发明实施例通信系统的信号接收装置的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的通信系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
首先对系统资源分配中的基本单元进行简要说明。图1是系统资源分配中的一个基本单元的示意图，如图1所示，通信系统的基本单元是时频二维单元，横轴是时域，图1中示出8个符号，纵轴是频域，图1中示出8个子载波，一个符号宽度为137.5μs，子载波间隔为7.8125KHz，系统的资源分配都以此为基本单位。
现有的MIMO-OFDM通信系统，对经过MIMO发送处理后的子数据流进行OFDM调制的过程中，需要进行子载波映射的操作，现有技术中通常使用如图2所示的子载波映射方式。请参阅图2，图2中右侧0,1,2,3…,15,…表示的是物理子载波的序号，图2中左侧0~7表示一个基本单元中子载波的序号，图2中一共示出了两个基本单元的子载波映射情况，第一个基本单元的子载波映射为基本单元中子载波序号0~7对应物理子载波的序号0~7，第二基本单元的子载波映射为基本单元中子载波序号0~7对应物理子载波的序号8~15，以此类推，基本单元的序号按照顺序依次与物理子载波的序号相对应。这样的映射方式，可能会发生一段连续物理子载波处于衰落时影响一段连续的数据的情况，即受到频率选择性衰落的影响。
为此，本发明实施方式提供一种通信系统的信号发送方法，在对经过MIMO发送处理后的子数据流进行OFDM调制的过程中，通过将各路子数据流相对应的基本单元中的子载波按预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射，避免了一段连续物理子载波处于衰落时影响一段连续的数据的情况，能较好的对抗频率选择性衰落的影响。
图3是本发明实施方式提供的通信系统的信号发送方法的流程示意图。如图3所示，所述通信系统的信号发送方法包括：
步骤S1，根据信道信息，对待发送的每路子数据流分别进行信道编码和星座映射；
步骤S2，对经过信道编码和星座映射的子数据流进行多入多出发送处理；
步骤S3，对经过多入多出发送处理后的子数据流进行OFDM调制，并将由OFDM调制之后得到的OFDM符号数据流输出到发射天线进行发送；所述OFDM调制包括：将所述多入多出发送处理之后的子数据流分别插入相应天线端口的导频符号并映射到对应的物理子载波，各路子数据流相对应的基本单元中的子载波按预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射。
具体实施时，步骤S1中所述的信道信息包括信道质量指示（CQI，Channel QualityIndication）、信道秩指示（RI，Rank Indication）、预编码矩阵码指示（PMI，PrecodingMatrix Indicator）中的至少一种。上述信道信息的获取可以从接收端反馈得到，也可以在发送端根据时分复用的上下行对称性获取。
具体实施时，所述通信系统的信号发送方法还可以在步骤S2中加入扩频操作的步骤，包括两种实现方式：第一种实现方式是将所述扩频操作的步骤安排在信道编码和星座映射之后，多入多出发送处理之前进行；第二种实现方式是将所述扩频操作的步骤安排在多入多出发送处理之后，OFDM调制之前进行。
若为上述第一种实现方式，加入扩频操作之后的步骤S2具体可以包括：
步骤S21，基于扩频参数对经过信道编码和星座映射的子数据流进行扩频操作，所述扩频参数至少包括扩频因子和子码道个数；
步骤S22，对经过所述扩频操作后的子数据流进行多入多出发送处理，所述多入多出发送处理包括：将所述扩频操作后的子数据流进行分层映射，所述分层映射为单天线的层映射、发射分集的层映射或空间复用的层映射；对分层映射后的子数据流进行相应的预编码处理。
当采用第一种实现方式时，在信道编码和星座映射（即步骤S1）之后且扩频操作（即步骤S21）之前，或者在扩频操作（即步骤S21）之后且多入多出发送处理（即步骤S22）之前，还可以对每路子数据流进行随机化操作。
若为上述第二种实现方式，加入扩频操作之后的步骤S2具体可以包括：
步骤S23，对经过信道编码和星座映射的子数据流进行多入多出发送处理，所述多入多出发送处理包括：将经过所述信道编码和星座映射的子数据流进行分层映射，并对分层映射后的子数据流进行相应的预编码处理；
步骤S24，基于扩频参数对所述多入多出发送处理后的子数据流进行扩频操作，所述扩频参数至少包括扩频因子和子码道个数。
当采用第二种实现方式时，在信道编码和星座映射（即步骤S1）之后且多入多出发送处理（即步骤S23）之前，或者在扩频操作（即步骤S24）之后且OFDM调制（即步骤S3）之前，还可以对每路子数据流进行随机化操作。
在具体实施时，无论是步骤S21还是步骤S23，进行所述扩频操作时的子码道个数小于或等于扩频因子。
步骤S3中所述将由OFDM调制之后得到的OFDM符号数据流输出到发射天线进行发送可以包括：分别对各天线端口的子数据流进行串并变换，并进行快速傅里叶逆变换（IFFT，Inverse Fast FourierTransform）、插入循环前缀（CP，Cyclic Prefix）以将OFDM符号形成物理帧输出到发射天线进行发送。
步骤S3在具体实施时，在相同的符号位置插入相应天线端口的导频符号并映射到每个物理子载波。对于此种天线端口的导频设置方式，将在下面提供的具体实施例中作进一步描述。
在具体实施时，所述的通信系统的信号发送方法还可以包括：在信道编码之前，或者在信道编码之后且星座映射之前，对每路子数据流进行加扰操作。
下面以具体实施例对上述通信系统的信号发送方法作详细说明。
本实施例提供的通信系统的信号发送方法的流程如图4所示：
步骤S101，比特加扰。具体地，对Nt个数据流b(0),..,b(Nt-1)分别进行加扰处理，以达到区分基站的目的。
步骤S102，信道编码。具体地，对Nt个加扰之后的数据流分别进行信道编码，所述信道编码可以是里德-所罗门（RS）编码、卷积编码、Turbo编码或低密度奇偶校验编码（LDPC，Low Density Parity Check Code）等。
步骤S103，星座映射。具体地，对Nt个信道编码之后的数据流分别进行星座映射，本步骤为信道编码后进行的调制处理，调制的方式可以是BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等，输出的调制序列为s(0)，...,s(Nt-1)。
步骤S104，频域码扩。具体地，分别根据码扩因子（扩频因子）和子码道个数对Nt个调制之后的数据流进行码扩操作（扩频操作），所述码扩因子不大于系统资源分配中的一个基本单元的子载波个数，所述子码道个数不大于所述码扩因子。以码扩因子8，子码道个数4为例来说明码扩处理。码扩处理按照公式c=WS进行，其中是调制之后的连续四个数据，W=[w0,w1,w2,w3]，w0、w1、w2和w3是码扩因子为8的四个码字，长度为8，c就是码扩处理之后的对应8个子载波的数据。
现有技术的MIMO-OFDM系统中，对于同频邻小区干扰一般采用资源调度的方法去解决，也就是将处于小区边缘的用户分配不同的频域资源来避免同频干扰，但这种方法会增加系统的调度复杂度，因此还是难以有效地对抗频率选择性衰落以及同频邻小区的干扰。发明人考虑到，码分多址（CDMA，Code Division Multiple Access）技术有很强的抗信号衰落和邻小区干扰的能力，有利于同频组网，但是如果CDMA的上行码道不同步，或者在多径干扰严重的情况下，码道的正交性就被破坏，必须采用多用户联合检测技术进行信号恢复，但在用户过多和多径复杂的情况下，联合检测的性能也会下降，且多用户联合检测技术随着用户数的增加运算量指数增加，大大增大了实现的复杂度，因此不适合宽带应用。
基于上述分析，本发明实施例中，将扩频技术有机地应用于MIMO-OFDM系统中，可以在相邻小区对不同用户分配相同的物理资源，通过对频域的数据进行扩频处理，利用不同码字之间的正交性来抑制同频干扰。这样的方法简化了系统的调度复杂度，并能很好的抑制同频干扰。在其他实施例中，所述通信系统的信号发送方法也可以不包括频域码扩的步骤。
需要说明的是，由于CDMA技术通常用于时域，通过RAKE接收机或联合检测实现多径的分集接收，而在本发明实施例中，将CDMA技术应用于频域，利用码字的正交性及扩频带来的扩频增益抑制频域干扰，这并非本领域技术人员很容易就能想到的。
此外，为了实现的复杂度考虑，本实施例中的扩频操作基于一个子信道中的一个符号上的8个子载波进行，这样既能达到利用扩频对抗同频干扰，同时也不过多的增加实现复杂度。
步骤S105，层映射。具体地，对多个数据流c(0)，...，c(Nt-1)进行层映射，数据流个数Nt不大于分层的层数V，层数V不大于天线个数M，层映射分为发射分集的层映射和空间复用的层映射。本发明实施例中，以发送天线是2个为例进行说明。
1、发射分集时只传输一个码流，层数V等于物理信道传输的天线端口数M。也就是将码流均匀映射到M层，2天线端口的映射如公式（1）所示：
其中 是一层的数据个数，是分层前数据流的数据个数。
2、空间复用的层映射对于不同的码流个数和层数具体映射如下：
如果码流数和层数相同，均为1或2：
其中
如果码流个数为1层数为2：
其中
步骤S106，预编码。具体地，将分层之后的数据d(0)，...，d(V-1)根据反馈的信道信息进行发射分集或空间复用的预编码处理。发射分集时，层数等于天线端口数；空间复用时，层数不大于天线端口数。
1、对于2天线端口的发射分集，在实际实施时，可以实现空频块编码（SFBC，SpaceFrequency Block Coding）发射分集，预编码的输出定义为：
其中i＝0,1，...,
在进行SFBC编码时，子载波对的选择有两种方式：一种是在每个基本单元中两两成对；一种是按照基本单元对进行，也就是以两个基本单元对为SFBC时的分配单位，两个基本单元中的子载波一一对应。
2、空间复用的预编码包括两种：无循环延迟分集（CDD，Cyclic Delay Diversity）预编码和基于CDD的预编码。
a)无CDD预编码：基站基于UE上报的PMI/RI并结合CQI以及UE的业务情况或其他外环控制信息判断在下行传输中应当使用的预编码矩阵W(i)，空间复用的预编码定义为：
预编码矩阵W(i)大小为MxV，M是天线端口个数，V是层数，且i=0,1,..., W(i)的具体形式见表1，表1为两天线空间复用的预编码矩阵。
表1
b)基于CDD的预编码：当基站不能准确跟踪下行信道变化情况时，需要通过CDD增加等效信道的频率选择性，基于CDD的预编码定义为：
U矩阵可以使各层数据混合，并能够均衡两个码字的等效信道质量，D矩阵实现大时延CDD，W、D、U矩阵分别如下：
需要说明的是，执行步骤S106中涉及的预编码矩阵包括开环空间复用、闭环空间复用、发射分集等方式，具体选择取决于收发天线间的信道相关性。信道相关性信息包括信道质量指示（CQI）、信道秩指示（RI）、预编码矩阵码指示（PMI）等，这些信息的获取可以从接收端反馈得到，也可以根据时分复用的上下行对称性获取。
步骤S107，导频插入及子载波映射。具体地，将预编码之后的数据e(0)，...,e(M-1)根据天线端口序号分别插入导频并进行子载波映射。
参阅图1，图1中符号4和符号5分别是两个天线端口的导频位置，符号4对应天线端口0，符号5对应天线端口1，符号4和符号5上的所有子载波均为导频。通过这种天线端口的导频设置方式，使接收端在进行信道估计的时候，能够降低信道估计的复杂度，有效提高信道估计精度。需要说明的是，本实施例中，将符号4和符号5分别设为两个天线端口的导频位置仅为举例说明，在其他实施例中，也可以将其他符号设为天线端口的导频位置。此外，本实施例中，当系统资源分配中的一个基本单元中的符号数为8，并且发射天线的个数是2个时，一般将处于中间位置的符号设为天线端口的导频位置，例如符号2至符号5，这样在一个基本单元中的第一个符号和最后一个符号与中间的符号的时延接近，导频位置的信道信息能够很好的代表整个基本单元内的信道情况。
系统带宽为1MHz的整数倍，基本单元到物理子载波的映射以1MHz带宽为单位进行，1MHz带宽内有128个物理子载波，本实施例中，一个基本单元中频域上包括8个子载波，对应16个基本单元。
本实施例采取的子载波映射方式不同于现有技术。图5是本发明实施例的一种子载波映射示意图，参阅图5，图5中示出了两个基本单元的子载波映射情况，第一个基本单元中子载波序号0~7分别对应物理子载波的序号0、16、32、48、64、80、96、112，第二个基本单元中子载波序号0~7则分别对应物理子载波的序号1、17、33、49、65、81、97、113，以此类推，将一个基本单元中的8个子载波均匀分布在128个物理子载波中。在实际实施时，若带宽大于1MHz时则按照多个1MHz带宽分别进行子载波映射，这样的载波映射方式打散了基本单元中的数据位置，起到了交织的作用，有较好的频率分集的效果。
图6是本发明实施例的另一种子载波映射示意图。如图6所示，图6中示出了两个基本单元的子载波映射情况，第一个基本单元中子载波序号0~7分别对应物理子载波的序号0、2、32、34、64、66、96、98，第二个基本单元中子载波序号0~7则分别对应物理子载波的序号1、3、33、35、65、67、97、99，以此类推。
与图2所示的子载波映射方式相比，图5和图6是将一个基本单元的资源按照预设映射关系扩展到一段系统带宽内，避免了一段连续物理子载波处于衰落时影响一段连续的数据的情况，能较好的对抗频率选择性衰落的影响。
图5对应的预设映射关系可以归纳为：
l=16*m+n （10）
图6对应的预设映射关系可以归纳为：
上述（10）、（11）两式中的l是1MHz带宽内物理子载波的序号，为0，...,127；m是一个基本单元中的子载波序号，为0，...,7；n是基本单元的序号，在1MHz带宽内序号为0，...,15。
需要说明的是，本实施例中所述的两种子载波映射方式，基本单元中的子载波都是按预设映射关系均匀分配到整个或部分系统带宽内与相应物理子载波形成映射的，这样的实现方式较为简单，复杂度低，效率高。在其他实施例中，基本单元中的子载波也可以按预设映射关系随意分配到整个或部分系统带宽内与相应物理子载波形成映射，此时就需要对基本单元中的每个子载波与物理子载波之间的映射关系设置标识，以指示两者之间的映射关系。
请继续参考图4，步骤S108，IFFT变换及CP插入。具体地，分别对各个天线端口的数据进行串并变换，并进行IFFT变换将数据变换至时域，然后添加循环前缀数据并成帧，最后将成帧的基带时域信号x(0)，...,x(M-1)输出至发射天线进行发送。
需要说明的是，本实施例中，还可以在步骤S103的星座映射操作之后且步骤S104的频域码扩操作之前，或者在步骤S104的频域码扩操作之后且步骤S105的层映射操作之前，对各子数据流进行随机化操作。随机化操作是对信号在子载波上进行一次加扰操作，使得不同小区之间的信号更具有随机性，对于期望小区来说具有白噪性。此外，在其他实施例中，步骤S101的比特加扰操作也可以在步骤S102的信道编码处理之后且步骤S103的星座映射操作之前进行，步骤S104的频域码扩也可以在步骤S105的层映射操作之后且步骤S106的预编码处理之前进行。
对应于上述通信系统的信号发送方法，本实施例还提供一种通信系统的信号发送装置。图7是本发明实施例通信系统的信号发送装置的结构示意图，如图7所示，所述通信系统的信号发送装置包括：编码调制单元10，适于根据信道信息，对待发送的每路子数据流分别进行信道编码和星座映射；多入多出发送处理单元20，适于对经过信道编码和星座映射的子数据流进行多入多出发送处理；OFDM调制单元30，适于对经过多入多出发送处理后的子数据流进行OFDM调制，并将由OFDM调制之后得到的OFDM符号数据流输出到发射天线进行发送；所述OFDM调制单元30包括第一OFDM调制子单元301，适于将所述多入多出发送处理之后的子数据流分别插入相应天线端口的导频符号并映射到对应的物理子载波，各路子数据流相对应的基本单元中的子载波按预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射。
具体实施时，所述第一OFDM调制子单元301可以将基本单元中的子载波按所述预设映射关系均匀分配到整个或部分系统带宽内与相应物理子载波形成映射。此外，所述第一OFDM调制子单元301还可以将两个连续的基本单元设为一个基本单元组，使所述基本单元组中进行所述多入多出处理的两个子载波在物理子载波上相邻。
在一具体实施中，所述通信系统的信号发送装置还可以包括第一扩频单元，适于在所述多入多出发送处理之前，对经过信道编码和星座映射的子数据流进行扩频操作，所述扩频操作基于扩频参数进行，所述扩频参数至少包括扩频因子和子码道个数。
所述多入多出发送处理单元，具体是对经过信道编码和星座映射以及所述扩频操作后的子数据流进行多入多出发送处理，所述多入多出发送处理单元可以包括：第一分层映射单元，适于将所述扩频操作后的子数据流进行分层映射，所述分层映射为单天线的层映射、发射分集的层映射或空间复用的层映射；第一预编码处理单元，适于对分层映射后的子数据流进行相应的预编码处理。
所述的通信系统的信号发送装置还包括第一随机化单元，适于在信道编码和星座映射之后且扩频操作之前，或者在扩频操作之后且多入多出发送处理之前，对每路子数据流进行随机化操作。
在另一具体实施中，所述通信系统的信号发送装置也可以包括第二扩频单元，适于在所述OFDM调制之前，对所述多入多出发送处理后的子数据流进行扩频操作，所述扩频操作基于扩频参数进行，所述扩频参数至少包括扩频因子和子码道个数。
所述多入多出发送处理单元，具体是对经过信道编码和星座映射的子数据流进行多入多出发送处理；所述多入多出发送处理单元可以包括：第二分层映射单元，适于将经过所述信道编码和星座映射的子数据流进行分层映射；第二预编码处理单元，适于对分层映射后的子数据流进行相应的预编码处理。
所述的通信系统的信号发送装置还包括第二随机化单元（图中未示出），适于在信道编码和星座映射之后且多入多出发送处理之前，或者在扩频操作之后且OFDM调制之前，对每路子数据流进行随机化操作。
所述OFDM调制单元30还包括第二OFDM调制子单元302，适于分别对各天线端口的子数据流进行串并变换，并进行快速傅里叶逆变换、插入循环前缀以将OFDM符号形成物理帧输出到发射天线进行发送。
本实施例中，所述第一OFDM调制子单元301在相同的符号位置插入相应天线端口的导频符号并映射到每个物理子载波。
本实施例中，所述编码调制单元10还可以包括加扰单元（图中未示出），适于在信道编码之前，或者在信道编码之后且星座映射之前，对每路子数据流进行加扰操作。
需要说明的是，在实际实施时，所述的通信系统的信号发送装置可以包括发送单元，与所述OFDM调制单元相连，适于对所述OFDM调制单元传过来的基带信号进行上变频操作，功率放大之后无线发送。发射天线包括于所述发送单元之中，所述发送单元可以是多个独立的发射天线，也可以是智能天线阵。
对应于上述通信系统的信号发送方法，本发明实施方式还提供一种通信系统的信号接收方法。图8是本发明实施方式提供的通信系统的信号接收方法的流程示意图。如图8所示，所述通信系统的信号接收方法包括：
步骤S4，对各接收天线接收到的基带信号进行OFDM解调；所述OFDM解调包括：基于预设映射关系，对各物理子载波的频域数据进行子载波解映射后提取导频数据，基本单元中的子载波按所述预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射；
步骤S5，将经过OFDM解调之后得到的频域数据进行多入多出接收处理；
步骤S6，将经过多入多出接收处理的子数据流进行解星座映射和信道译码，获得目标数据。
在具体实施时，步骤S4中所述各物理子载波的频域数据通过分别在各接收天线接收到的基带信号中提取OFDM符号数据流，去除OFDM符号数据流中的循环前缀并进行快速傅里叶变换（FFT，Fast Fourier Transform）后获得。
具体实施时，所述通信系统的信号接收方法还可以在步骤S5中加入解扩频操作的步骤，包括两种实现方式，第一种实现方式是将所述解扩频操作的步骤安排在解星座映射和信道译码之前，多入多出接收处理之后进行；第二种实现方式是将所述解扩频操作安排在多入多出接收处理之前，OFDM解调之后进行。
若为上述第一种实现方式，加入解扩频操作之后的步骤S5具体可以包括：
步骤S51，对经过OFDM解调之后得到的频域数据进行多入多出接收处理，所述多入多出接收处理包括：对提取的所述导频数据进行信道估计；按照通信系统的发送模式选取预编码矩阵；基于信道估计的结果以及选取的预编码矩阵对接收到的各子载波的频域数据进行均衡处理；对均衡处理后得到的各分层数据流解层映射恢复至各子数据流；
步骤S52，对经过解层映射恢复的各子数据流进行解扩频操作。
若为上述第二种实现方式，加入解扩频操作之后的步骤S5具体可以包括：
步骤S53，对经过OFDM解调之后得到的频域数据进行解扩频操作；
步骤S54，对经过解扩频操作后的数据进行多入多出接收处理，所述多入多出接收处理包括：对提取的所述导频数据进行信道估计，按照通信系统的发送模式选取预编码矩阵；基于信道估计的结果以及选取的预编码矩阵对接收到的各物理子载波的频域数据进行均衡处理；对均衡处理后得到的分层数据流解层映射恢复至子数据流。
下面以具体实施例对上述通信系统的信号接收方法进行说明。
本实施例提供的通信系统的信号接收方法的流程如图9所示：
步骤S201，符号去CP及FFT变换。具体地，根据系统同步定时分别对M个天线接收到的基带数据y(0),...,y(M-1)去CP，并进行FFT变换将数据转变到频域。
步骤S202，子载波解映射及导频提取。具体地，根据用户的资源分配信息对M个天线的数据流进行物理子载波解映射，提取导频数据。子载波映射有两种方式，分别见图5和图6，根据设置的映射方式进行对应的解映射处理。
步骤S203，信道估计。具体地，对各个接收天线的信道冲击响应进行信道估计，获取信道特征信息，导频插入如图1所示，每个子载波都有导频数据，降低了信道估计的复杂度，提高了估计精度。
步骤S204，载波均衡。具体地，根据获取的系统发送模式确定是发射分集还是空间复用方式，选择对应的预编码矩阵，采用最小均方误差（MMSE，Minimum Mean SquaredError）或其他均衡算法对各个物理子载波数据进行均衡处理，消除空间影响得到V层的数据流
如果是发射分集模式，两个连续的基本单元为一个基本单元组进行SFBC编码，这样基本单元组中进行SFBC的两个子载波在物理子载波上相邻。基本单元组的起始基本单元序号均为偶数，基本单元组的物理子载波映射可以参考图5和图6。
步骤S205，解层映射。具体地，对层数据流解层映射，恢复至Nr个数据流
步骤S206，频域解码扩。具体地，对经过解层映射后的各层数据流 进行解码扩操作（解扩频操作），获得Nr个数据流 通过步骤S206能够有效抑制同频干扰。
步骤S207，解星座映射。本步骤是在信道译码之前进行的解调处理，具体地，对Nr个数据流 根据其星座映射模式分别进行解星座映射。
步骤S208，信道译码。具体地，对经过解星座映射后的Nr个数据流根据其编码方式分别进行译码操作。
步骤S209，比特解扰。具体地，若发送端对数据进行了加扰处理，则分别对信道译码后得到的Nr个数据流解扰，恢复原始的发送信息 所述原始的发送信息即步骤S6中所述的目标数据。
需要说明的是，与随机化操作相对应，在信号接收处理中还可以包括解随机化操作，所述解随机化操作可以在解层映射之后且解扩频操作之前，或者在解扩频操作之后且解星座映射之前。
由于通信系统的信号接收方法为信号发送方法的逆过程，关于信号接收方法的具体实施可以参考信号发送方法的实施，在此不再详细描述。
对应于上述通信系统的信号接收方法，本实施例还提供一种通信系统的信号接收装置。图10是本发明实施例通信系统的信号接收装置的结构示意图，如图10所示，所述通信系统的信号接收装置包括：OFDM解调单元40，适于对各接收天线接收到的基带信号进行OFDM解调；所述OFDM解调单元40包括第一OFDM解调子单元401，适于基于预设映射关系，对各物理子载波的频域数据进行子载波解映射后提取导频数据，基本单元中的子载波按所述预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射；多入多出接收处理单元50，适于将经过OFDM解调之后得到的频域数据进行多入多出接收处理；解调译码单元60，适于将经过多入多出接收处理的子数据流进行解星座映射和信道译码，获得目标数据。
所述OFDM解调单元40还包括第二OFDM解调子单元402，适于分别在各接收天线接收到的基带信号中提取OFDM符号数据流，去除OFDM符号数据流中的循环前缀并进行快速傅里叶变换，获得各子载波的频域数据。
在一具体实施中，所述通信系统的信号接收装置还可以包括第一解扩频单元，适于在进行解星座映射和信道译码之前，对经过多入多出接收处理的各子数据流进行解扩频操作。
所述多入多出接收处理单元，具体是对经过OFDM解调之后得到的频域数据进行多入多出接收处理，所述多入多出接收处理单元可以包括：第一信道估计单元，适于对提取的所述导频数据进行信道估计；第一选取单元，适于按照通信系统的发送模式选取预编码矩阵；第一均衡处理单元，适于基于信道估计的结果以及选取的预编码矩阵对接收到的各子载波的频域数据进行均衡处理；第一解层映射单元，适于对均衡处理后得到的各分层数据流解层映射恢复至各子数据流；所述第一解扩频单元，具体是对经过解层映射恢复的各子数据流进行解扩频操作。
在另一具体实施中，所述通信系统的信号接收装置也可以包括第二解扩频单元，适于在进行多入多出接收处理之前，对经过OFDM解调之后得到的频域数据进行解扩频操作。
所述多入多出接收处理单元，具体是对经过OFDM解调以及解扩频操作后的数据进行多入多出接收处理，所述多入多出接收处理单元可以包括：第二信道估计单元，适于对提取的所述导频数据进行信道估计；第二选取单元，适于按照通信系统的发送模式选取预编码矩阵；第二均衡处理单元，适于基于信道估计的结果以及选取的预编码矩阵对接收到的各子载波的频域数据进行均衡处理；第二解层映射单元，适于对均衡处理后得到的分层数据流解层映射恢复至子数据流。
需要说明的是，在实际实施时，所述的通信系统的信号接收装置可以包括接收单元，与所述OFDM解调单元相连，适于对于接收天线接收到的射频信号进行下变频操作，产生基带信号输出给OFDM解调单元。接收天线可以包括于所述接收单元之中，所述接收单元可以是多个独立的接收天线，也可以是智能天线阵。
所述通信系统的信号接收装置的具体实施可以参考通信系统的信号接收方法的实施，在此不再赘述。
本发明实施方式还提供一种包括上述信号发送装置和信号接收装置的通信系统。下面以具体实施例对所述通信系统进行说明。
图11是本发明实施例提供的通信系统的示意图，如图11所示，本实施例提供的通信系统是一种多入多出码扩正交频分复用的通信系统，该通信系统包括上述信号发送装置和信号接收装置。实际情况中，可以认为包括上述信号发送装置的基站和包括上述信号接收装置的终端构成所述通信系统，也可以认为包括上述信号发送装置的终端和包括上述信号接收装置的基站构成所述通信系统，还可以认为包括上述信号发送装置和信号接收装置的基站或终端构成所述通信系统。
通常来说，基站和终端都会包括上述信号发送装置和信号接收装置。基站和终端（UE，User Equipment）处理相似，在基站和终端均包括信号发送处理和信号接收处理两部分，分别对应于信号发送装置和信号接收装置所实现的功能。图11所示的通信系统，实际实施时可以为包括信号发送装置和信号接收装置的基站或终端，信号发送装置所包括的发送单元与信号接收装置所包括的接收单元可以合为天线单元。信号发送处理部分：根据信道信息选择空间复用、发射分集或单天线发送等发送方式。确定空间复用、发射分集或单天线发送的发送方式后分别由编码调制单元、第一扩频单元、MIMO发送处理单元、OFDM调制单元对多路原始数据流进行编码调制、扩频、MIMO发送处理、OFDM调制等操作，将成帧后的数据送至天线单元经过上变频、功控之后无线发射；信号接收处理部分：天线单元对于接收到的无线信号进行下变频处理转变成基带信号，并根据天线个数、发送方式等参数由所述OFDM解调单元、MIMO接收处理单元、第一解扩频单元、解调译码单元分别对基带信号进行OFDM解调、MIMO接收处理、解扩频、解调译码等操作，恢复发送的原始信息。
图11中示出的b0…bNt-1表示原始待发送的Nt路原始数据流、而s0…sNt-1、c0…cNt-1、e0…eM-1、X0…XM-1分别表示的是经过所述编码调制单元、第一扩频单元、MIMO发送处理单元、OFDM调制单元处理后获得的数据流；Y0…YM-1表示接收到的M路无线信号，而f0…fM-1、c0…cNr-1、s0…sNr-1、b0…bNr-1分别表示的是经过所述OFDM解调单元、MIMO接收处理单元、第一解扩频单元、解调译码单元处理后获得的数据流。
在其他实施例中，也可以用第二扩频单元替代第一扩频单元，用第二解扩频单元替代第一解扩频单元，不过第二扩频单元所处的位置位于MIMO发送处理单元与OFDM调制单元之间，第二解扩频单元所处的位置位于OFDM解调单元与MIMO接收处理单元之间。
本实施例所述通信系统的具体实施可以参考上述信号的发送方法与装置、信号的接收方法与装置的实施，在此不再赘述。
本发明实施方式提出的多入多出码扩正交频分复用系统结合了CDMA、OFDM和MIMO技术，综合了几个技术的优点，采用OFDM技术提高频谱利用率，降低接收机均衡复杂度，采用CDMA技术有效对抗频率选择性衰落和同频邻小区干扰，MIMO技术利用空间复用技术有效提高了系统的传输速率，此系统能很好的适应移动和固定环境，较好的进行同频组网，具有较大的系统传输速率。本发明技术方案结合了OFDM、MIMO、CDMA和自适应编码调制等技术，使通信系统具有高稳定性、高吞吐量和同频组网的能力。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例中的通信系统及其信号发送装置和信号接收装置的全部或部分是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，所述存储介质可以是ROM、RAM、磁碟、光盘等。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (21)
1.一种通信系统的信号发送方法，其特征在于，包括：
根据信道信息，对待发送的每路子数据流分别进行信道编码和星座映射；
对经过信道编码和星座映射的子数据流进行多入多出发送处理；
对经过多入多出发送处理后的子数据流进行OFDM调制，并将由OFDM调制之后得到的OFDM符号数据流输出到发射天线进行发送；所述OFDM调制包括：将所述多入多出发送处理之后的子数据流分别插入相应天线端口的导频符号并映射到对应的物理子载波，各路子数据流相对应的基本单元中的子载波按预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射；
其中，基本单元中的子载波按所述预设映射关系均匀分配到整个或部分系统带宽内与相应物理子载波形成映射；所述预设映射关系为：
l＝k*m+n、
或者是其中，l是系统带宽内物理子载波的序号，k是系统带宽内基本单元的数量，m是一个基本单元中的子载波序号，n是基本单元的序号。
2.根据权利要求1所述的通信系统的信号发送方法，其特征在于，将两个连续的基本单元设为一个基本单元组，所述基本单元组中进行所述多入多出处理的两个子载波在物理子载波上相邻。
3.根据权利要求1所述的通信系统的信号发送方法，其特征在于，还包括：在所述多入多出发送处理之前，对经过信道编码和星座映射的子数据流进行扩频操作，所述扩频操作基于扩频参数进行，所述扩频参数至少包括扩频因子和子码道个数。
4.根据权利要求1所述的通信系统的信号发送方法，其特征在于，还包括：在所述OFDM调制之前，对所述多入多出发送处理后的子数据流进行扩频操作，所述扩频操作基于扩频参数进行，所述扩频参数至少包括扩频因子和子码道个数。
5.根据权利要求1所述的通信系统的信号发送方法，其特征在于，所述将由OFDM调制之后得到的OFDM符号数据流输出到发射天线进行发送包括：分别对各天线端口的子数据流进行串并变换，并进行快速傅里叶逆变换、插入循环前缀以将OFDM符号形成物理帧输出到发射天线进行发送。
6.根据权利要求1所述的通信系统的信号发送方法，其特征在于，所述将多入多出发送处理之后的子数据流分别插入相应天线端口的导频符号并映射到对应的物理子载波包括：在相同的符号位置插入相应天线端口的导频符号并映射到每个物理子载波。
7.一种通信系统的信号发送装置，其特征在于，包括：
编码调制单元，适于根据信道信息，对待发送的每路子数据流分别进行信道编码和星座映射；
多入多出发送处理单元，适于对经过信道编码和星座映射的子数据流进行多入多出发送处理；
OFDM调制单元，适于对经过多入多出发送处理后的子数据流进行OFDM调制，并将由OFDM调制之后得到的OFDM符号数据流输出到发射天线进行发送；所述OFDM调制单元包括第一OFDM调制子单元，适于将所述多入多出发送处理之后的子数据流分别插入相应天线端口的导频符号并映射到对应的物理子载波，各路子数据流相对应的基本单元中的子载波按预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射；
其中，所述第一OFDM调制子单元将基本单元中的子载波按所述预设映射关系均匀分配到整个或部分系统带宽内与相应物理子载波形成映射；所述预设映射关系为：
l＝k*m+n、
或者是其中，l是系统带宽内物理子载波的序号，k是系统带宽内基本单元的数量，m是一个基本单元中的子载波序号，n是基本单元的序号。
8.根据权利要求7所述的通信系统的信号发送装置，其特征在于，所述第一OFDM调制子单元将两个连续的基本单元设为一个基本单元组，使所述基本单元组中进行所述多入多出处理的两个子载波在物理子载波上相邻。
9.根据权利要求7所述的通信系统的信号发送装置，其特征在于，还包括第一扩频单元，适于在所述多入多出发送处理之前，对经过信道编码和星座映射的子数据流进行扩频操作，所述扩频操作基于扩频参数进行，所述扩频参数至少包括扩频因子和子码道个数。
10.根据权利要求7所述的通信系统的信号发送装置，其特征在于，还包括第二扩频单元，适于在所述OFDM调制之前，对所述多入多出发送处理后的子数据流进行扩频操作，所述扩频操作基于扩频参数进行，所述扩频参数至少包括扩频因子和子码道个数。
11.根据权利要求7所述的通信系统的信号发送装置，其特征在于，所述OFDM调制单元还包括：第二OFDM调制子单元，适于分别对各天线端口的子数据流进行串并变换，并进行快速傅里叶逆变换、插入循环前缀以将OFDM符号形成物理帧输出到发射天线进行发送。
12.根据权利要求7所述的通信系统的信号发送装置，其特征在于，所述第一OFDM调制子单元在相同的符号位置插入相应天线端口的导频符号并映射到每个物理子载波。
13.一种通信系统的信号接收方法，其特征在于，包括：
对各接收天线接收到的基带信号进行OFDM解调；所述OFDM解调包括：基于预设映射关系，对各物理子载波的频域数据进行子载波解映射后提取导频数据，基本单元中的子载波按所述预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射；
将经过OFDM解调之后得到的频域数据进行多入多出接收处理；
将经过多入多出接收处理的子数据流进行解星座映射和信道译码，获得目标数据；
其中，基本单元中的子载波按所述预设映射关系均匀分配到整个或部分系统带宽内与相应物理子载波形成映射；所述预设映射关系为：
l＝k*m+n、
或者是其中，l是系统带宽内物理子载波的序号，k是系统带宽内基本单元的数量，m是一个基本单元中的子载波序号，n是基本单元的序号。
14.根据权利要求13所述的通信系统的信号接收方法，其特征在于，所述各物理子载波的频域数据通过分别在各接收天线接收到的基带信号中提取OFDM符号数据流，去除OFDM符号数据流中的循环前缀并进行快速傅里叶变换后获得。
15.根据权利要求13所述的通信系统的信号接收方法，其特征在于，还包括：在进行解星座映射和信道译码之前，对经过多入多出接收处理的各子数据流进行解扩频操作。
16.根据权利要求13所述的通信系统的信号接收方法，其特征在于，还包括：在进行多入多出接收处理之前，对经过OFDM解调之后得到的频域数据进行解扩频操作。
17.一种通信系统的信号接收装置，其特征在于，包括：
OFDM解调单元，适于对各接收天线接收到的基带信号进行OFDM解调；所述OFDM解调单元包括第一OFDM解调子单元，适于基于预设映射关系，对各物理子载波的频域数据进行子载波解映射后提取导频数据，基本单元中的子载波按所述预设映射关系扩展到整个或部分系统带宽内与物理子载波形成映射；
多入多出接收处理单元，适于将经过OFDM解调之后得到的频域数据进行多入多出接收处理；
解调译码单元，适于将经过多入多出接收处理的子数据流进行解星座映射和信道译码，获得目标数据；
其中，基本单元中的子载波按所述预设映射关系均匀分配到整个或部分系统带宽内与相应物理子载波形成映射；所述预设映射关系为：
l＝k*m+n、
或者是其中，l是系统带宽内物理子载波的序号，k是系统带宽内基本单元的数量，m是一个基本单元中的子载波序号，n是基本单元的序号。
18.根据权利要求17所述的通信系统的信号接收装置，其特征在于，所述OFDM解调单元还包括：第二OFDM解调子单元，适于分别在各接收天线接收到的基带信号中提取OFDM符号数据流，去除OFDM符号数据流中的循环前缀并进行快速傅里叶变换，获得各物理子载波的频域数据。
19.根据权利要求17所述的通信系统的信号接收装置，其特征在于，还包括第一解扩频单元，适于在进行解星座映射和信道译码之前，对经过多入多出接收处理的各子数据流进行解扩频操作。
20.根据权利要求17所述的通信系统的信号接收装置，其特征在于，还包括第二解扩频单元，适于在进行多入多出接收处理之前，对经过OFDM解调之后得到的频域数据进行解扩频操作。
21.一种通信系统，其特征在于，包括：权利要求7至12任一项所述的信号发送装置以及权利要求17至20任一项所述的信号接收装置。
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