CN104283634B - 一种数据的发送方法、接收方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据的发送方法、接收方法、系统及装置，涉及通信技术领域。本发明公开的数据的发送方法包括：数据发射端对信号依次进行信道编码、交织、加扰及调制操作；所述数据发射端利用数据接收端反馈的码字序号从预先定义的码本中选择相应的码字，根据所选择的码字获得信道信息；所述数据发射端根据信道误差的统计参数和所述信道信息对所述调制操作后的信号进行非线性预编码，将经过非线性预编码的信号发送给所述数据接收端。本发明还公开了一种数据接收方法及发送、接收装置。本申请技术方案可以有效的抵制实际应用中量化误差、信道估计误差以及发射端缺少信道瞬时幅值信息这三个因素对预编码性能的不良影响，从而获得更好的系统性能。

Description

一种数据的发送方法、接收方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种包含鲁棒非线性预编码的发射方法、接收方法、系统及装置。

背景技术

近年来，移动通信技术朝着更高速率、更高频谱利用率的方向发展。多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术能够在不增加系统带宽和天线发射功率的情况下成倍的提高无线信道容量，成为未来无线通信的一项关键技术。但是，在无线通信系统中，一个基站在相同的时频资源与多个共信道用户通信，必然存在严重的共信道干扰（Co-channel Interference，CCI），同时，由于接收机地理上的分隔，不能共享各自的信道信息，接收端的联合检测也不能采用。因此，将干扰抑制的技术放到了发射端，发射端预编码就成为解决CCI问题的一种有效方案。目前的预编码技术可分为线性预编码与非线性预编码，非线性预编码相比于线性预编码具有更低的误码率和更高的容量，其中，模代数预编码又称为汤姆林森-哈拉希玛预编码（Tomlinson-Harashima Precoding，THP）是目前一种比较实用的下行链路的非线性预编码方案，它能获得很好的系统性能同时逼近信道容量的上限。

但是，这种非线性预编码的设计方案是在发射端能够获得完美的信道状态信息（Channel State Information，CSI）情况下推导的。不幸的是，在实际系统中，发射端是不可能获得完美CSI的。若无线通信系统采用时分双工（Time Division Duplex，TDD）工作模式，发送端可以通过互异性原理，将基站估计得到的上行链路信道信息作为下行链路的信道信息，但是上行链路与下行链路并不是完全对等的，且上下行传输在TDD工作方式下处于不同的传输时刻，因而基站通过互异性获得的信道状态信息中不可避免的存在误差。另外，当无线通信系统采用频分双工（Frequency Division Duplex，FDD）方式工作时，通常由用户终端来估计下行链路信道信息，然后用户通过反馈链路将下行链路的信道信息反馈给基站。但是实际系统中反馈信道的带宽资源是有限的，用户为了符合反馈信道的容量要求，往往先将信道信息进行量化，然后将代表量化后信道的有限比特数反馈给基站，最后由基站根据反馈获得的信息尽可能地恢复出信道信息。具体而言，接收用户首先估计出各自的信道h_ek，该信道与完美信道h_k之间存在量化误差e_k，然后将h_ek的信道方向信息（ChannelDirection Information，CDI）量化为一个范数为1的向量之后将代表索引号的B比特信息通过反馈信道反馈到发射端。其中是按照一定的规则从一个预先离线设计的码本C_k中选择的，该码本是由2^B个范数为1的向量组成的，并且发射、接收端均知道该码本。发射端根据收到的B比特信息从离线码本中选择合适的向量恢复出量化信道矩阵这种方案会导致基站获得的系统信道信息与真实的信道信息之间存在一定的量化误差，而这种量化误差的大小是由反馈链路的容量决定的。同时，通过反馈信道反馈回发送端的仅仅是信道的方向信息，信道的幅值信息并没有得到反馈。此外，接收端估计得到的信道信息与完美信道相比还存在一定的估计误差。在上述诸多因素的影响下，基站获得的下行链路信道信息与真实的信道信息并不完全匹配，再加上传统的非线性预编码对信道的误差是十分敏感，导致根据完美信道信息设计的包含非线性预编码的系统在实际应用中性能下降十分明显。

基站获得信道与实际信道不匹配是十分实际的问题，但是现有的技术中却没有很好的方法来解决这一不匹配对系统性能造成的影响。

从上述内容可以看出，现有技术主要将基站获得的量化信道矩阵作为真实的信道信息去替代原有的模代数预编码方案中的完美信道矩阵信息H，从而利用基于完美信道矩阵信息的模代数预编码方案消除干扰。

但是在假设发射端能获得完美信道矩阵信息H的情况下，根据是否考虑噪声对系统性能的影响，THP预编码可以分为基于迫零（Zero Forcing，ZF）准则的THP预编码方案和基于最小均方误差（Minimum Mean Square Errors，MMSE）准则的THP预编码方案，两者的处理流程完全相同，只是在不同的约束条件下得到的反馈矩阵、前馈矩阵及加权因子的表达式略有不同。其中下行多用户THP预编码系统的一般模型如图1所示。下面以基于MMSE准则的THP预编码方案为例说明具体处理流程。

下行MU-MISO链路基于MMSE准则的THP预编码算法的主要思想是使接收端判决前的数据向量v'与发送端等效反馈信道的有效输入向量v误差最小。该误差可以表示为

就是使误差向量e最小，该问题可以建模为：

其中,P表示发射端的总发射功率，选择矩阵D_i定义如下：

D_i=[I_i 0_i×(M-i)]

e_i是单位矩阵的第i列。反馈矩阵B必须是严格的单位下三角矩阵的限制条件是针对反馈矩阵的每一列来限制，这样能保证其上三角部分都是0。M表示发射端天线的数量，为了方便分析也等于用户的数量。

为满足最小化均方误差的目的，反馈矩阵B、前馈矩阵F和加权因子β^-1的求解可以通过lagrange定理求得，ξ为信噪比的倒数。各矩阵可以表示为

其中而β通过功率受限的条件就可以计算得 到。

在FDD有限反馈系统，最直接的解决方法是将基站获得的量化信道矩阵作为真实的信道信息去替代原有的THP预编码方案中的真实信道矩阵信息H，得到新的反馈矩阵前馈矩阵和标量因子

现有技术存在的问题在于：

1、忽视了信道误差的影响，该误差包括量化误差，估计误差等，系统性能下降十分明显。

2、在同时反馈信道瞬时幅度信息的情况下，增加了系统的反馈开销；在不反馈信道瞬时幅度信息的情况下，发射端编码过程没有考虑幅度的影响，使系统性能进一步下降。

3、计算复杂度高，需要反馈迭代运算矩阵的逆。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种数据的发送方法、接收方法、系统及装置，可以在不增加计算复杂度，不增加额外反馈开销的情况下，有效抵抗信道误差带来的影响，提高系统性能。

为了解决上述问题，本发明公开了一种数据的发送方法，包括：

数据发射端对信号依次进行信道编码、交织、加扰及调制操作；

所述数据发射端利用数据接收端反馈的码字序号从预先定义的码本中选择相应的码字，根据所选择的码字获得信道信息；

所述数据发射端根据信道误差的统计参数和所述信道信息对所述调制操作后的信号进行非线性预编码，将经过非线性预编码的信号发送给所述数据接收端。

较佳地，上述方法中，所述信道误差包含信道估计误差和/或量化误差。

较佳地，上述方法中，所述信道误差的统计参数包括信道估计误差的期望与方差，量化误差的期望。

本发明还公开了一种数据的接收方法，包括：

数据接收端对信道状态信息进行估计，得到当前的信道状态信息矩阵；

所述数据接收端利用矩阵分解对当前的信道状态信息矩阵进行处理和幅度归一化处理，获得等效信道，所述等效信道包括信道方向信息；

所述数据接收端将所述等效信道量化为预先定义的码本中的一码字，并将该码字位于码本中的码字序号反馈到数据发射端；

所述数据接收端接收所述数据发射端发送的信号，对该信号依次进行求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码操作。

较佳地，上述方法中，所述数据接收端从所述数据发射端接收的信号为：

所述数据发射端根据所述数据接收端反馈的码字序号，以及信道误差的统计参数对调制后的信号进行非线性预编码得到的信号。

较佳地，上述方法中，所述数据接收端利用矩阵分解对当前的信道状态信息矩阵进行处理指：

将各用户的MIMO信道变换为等效的MISO信道，其中，当用户属于单天线的MISO系统时，不再利用矩阵分解对当前的信道状态信息矩阵进行处理。

较佳地，上述方法中，所述数据接收端对当前的信道状态信息矩阵进行幅度归一化处理指：

将等效的MISO信道分解为幅度信息和方向信息两部分；

利用幅度信息的倒数对实际传输信道幅度进行归一化，等效于反馈了信道瞬时幅度信息；；

将信道方向信息量化为预先定义的码本中的某一码字，将代表这一码字在码本中位置的B比特信息通过反馈信道反馈回所述数据发射端。

本发明还公开了一种数据的发送装置，包括：

第一处理单元，对信号进行信道编码、交织、加扰及调制操作；

第二处理单元，利用数据接收端反馈的码字序号从预先定义的码本中选择相应的码字,，并根据所选择的码字获得信道信息；

预编码单元，根据信道误差的统计参数和所述第二处理单元获得的信道信息对所述第一处理单元调制后的信号进行非线性预编码；

发射单元，将所述预编码单元进行非线性预编码后的信号发送给数据接收端。

较佳地，上述装置中，所述信道误差包含信道估计误差和/或量化误差。

较佳地，上述装置中，所述信道误差的统计参数包括信道估计误差的期望与方差，量化误差的期望。

本发明还公开了一种数据的接收装置，包括：

信道估计单元，对信道状态信息进行估计，得到当前的信道状态信息矩阵;

信道处理单元，利用矩阵分解对当前的信道状态信息矩阵进行处理和幅度归一化处理，获得等效信道，其中，所述等效信道包括信道方向信息;

信道量化反馈单元，将所述等效信道量化为预先定义的码本中的一码字，并将该码字位于所述码本中的码字序号反馈到数据发射端;

接收单元，从所述数据发射端接收非线性预编码后的信号;

处理单元，对所述接收单元接收的信号依次进行求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码操作。

本申请技术方案的优点主要体现在以下几个方面：

相比于传统的MMSE-THP预编码方案，本申请技术方案可以有效的抵制实际应用中量化误差、信道估计误差以及发射端缺少信道瞬时幅值信息这三个因素对预编码性能的不良影响，从而获得更好的系统性能。

本申请技术方案利用接收端的估计信道归一化系统的幅值信息，使得收发两端间接获得了信道瞬时幅值信息，节约了反馈资源，提高了系统性能。

本申请技术方案与传统的MMSE-THP预编码方案相比，具有相当的计算复杂度，易于系统实现。

附图说明

图1为下行多用户THP预编码系统一般模型示意图；

图2为下行链路THP预编码系统改进模型示意图；

图3为有限反馈系统的鲁棒性非线性预编码方案的系统框图；

图4为发射装置的结构示意图；

图5为接收装置的结构示意图；

图6为发射装置的第二处理单元的结构示意图；

图7为发射装置的预编码单元的结构示意图；

图8为接收装置的信道处理单元的结构示意图；

图9为接收装置的信道量化反馈单元的结构示意图；

图10为有限反馈系统的鲁棒性非线性预编码方案与现有技术有关错误比特率的性能比较示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例1

目前的非线性预编码方案中，都没有对实际反馈链路带来的误差和影响进行充分的考虑。绝大部分非线性预编码方案只是简单地将存在量化误差、估计误差的信道信息当作是准确的信道信息使用。具体而言，这些方案是将基站获得的量化信道矩阵作为真实的信道信息去替代原有的模代数预编码方案中的真实信道矩阵信息H。在既存在估计误差又存在量化误差，同时发射端还缺少瞬时信道幅值信息的实际系统中，这种非线性THP预编码方案不能获得满意的性能。本申请发明人考虑到信道信息的量化误差，也考虑到接收端的估计误差，同时还考虑到发射端缺少信道瞬时幅值信息带来的影响，为了能获得更好的性能，本实施例提供一种采用非线性预编码的多输入多输出系统的信号发送方法，包括如下操作：

数据发射端对信号依次进行信道编码、交织、加扰及调制操作；

利用从接收端反馈的码字序号从预先定义的码本中选择相应的码字，根据所选择的码字获得信道信息；

利用所获得的信道信息以及信道误差的统计参数对调制操作后的信号进行非线性预编码；

将经过非线性预编码的信号发送到信道，经过信道传输到数据接收端。

上述方法中信道编码、交织、加扰以及调制操作没有限制，可以是现有的任何一种方式以及组合。

而预先定义的码本对于数据发射端和沼气接收端都是已知的。该码本可以是预编离线设计，其大小是2^B个码字，其维数是Mv1的列向量，M是接收天线数，码字的范数都为1。具体地，此码本的设计方案可以采用随机矢量量化（Random Vector Quantization，RVQ）码本技术。而码本中各码字的码字序号可由B比特信息表示，B比特信息由接收端通过反馈信道反馈给发射端。

信道误差包含信道估计误差、量化误差或估计误差与量化误差。

信道误差的统计参数则包括信道估计误差的期望与方差，量化误差的期望。其中估计误差的期望与方差与信道估计方法有关，信道估计方法一旦确定，信道估计误差的期望与方差的计算方法也就固定；量化误差的期望可以限定在一定的范围内，可以看作固定的计算方式；估计误差与量化误差同时存在时，二者可以看成是相互独立的。

实施例2

本实施例提供一种多输入多输出系统的信号接收方法，主要包括如下操作：

数据接收端对信道状态信息进行估计，得到当前的信道状态信息矩阵；

利用矩阵分解对当前的信道状态信息矩阵进行处理和幅度归一化处理，获得等效信道，该等效信道至少包括信道方向信息；

将等效信道量化为预先定义的码本中的某一码字，并将该码字位于码本中的码字序号反馈到数据发射端；

接收数据发射端发送的信号，对所接收到的信号依次进行求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码操作，其中，从数据发射端接收到的信号是数据发射端利用所选择的量化反馈信道以及信道误差的统计参数对调制后的信号进行非线性预编码的信号。

上述流程中，信道估计方法需要能够表示出其估计误差的期望及方差，凡是能够表示的方法均可使用。

利用分解对当前的信道状态信息矩阵进行处理是将各用户的MIMO信道变换为等效的MISO信道，以便于进行量化操作。需要说明的是，当用户为单天线的MISO系统时，可以省略该操作。

幅度归一化处理则是将等效的MISO信道分解为幅度信息和方向信息两部分，利用幅度信息的倒数对实际传输信道幅度进行归一化，等效于反馈了信道瞬时幅度信息，也可省略该操作，对之前的步骤没有任何影响，只是会造成性能的略有下降；将信道方向信息量化为如前所述的码本中的某一码字，将代表这一码字在码本中位置的B比特信息通过反馈信道反馈回发射端。

将信道方向信息量化为码本中的某一码字是通过对信道方向信息与码本内所有码字做内积，选择最大的那个码字为量化信道；或者，求夹角，选择最小的那个码字为量化信道；或者，求弦距离，选最小的那个码字为量化信道；或者，求信干噪比最大的那个码字为量化信道。

数据接收端判决、解调、去扰、去交织、信道译码操作需要与数据发射端的信道编码、交织、加扰以及调制操作相对应。

下面通过具体应用详细说明上述实施例1和实施例2所实现的数据传输过程：

具体应用1

在移动通信系统中，假设基站端发射天线数M，接收用户数为K，各个用户配置一根接收天线，为简化分析，我们假设K=M。基站给每个用户发送一个数据流。设噪声为独立同分布的零均值高斯白噪声，协方差矩阵在实施该方案前，基站离线为每个用户k预先独立生成一个码本C_k，每个码字范数归一化，码本大小由系统支持的反馈比特数B决定，码字的维数由基站的天线数M决定，基站预先告知每个用户各自的码本信息。

基站获取来自上层协议栈的信号；

基站对获取的信号进行信道编码、交织、加扰、调制；

基站获得接收端反馈的B比特信息，将这B比特信息转化为码字索引号，从预先定义的码本C_k选择对应的码字作为量化信道并将各用户的量化信道组合成完整的信道

基站端计算量化误差的一阶统计信息，其期望为其中中间运算系数利用量化信道以及预先假设的信道估计误差的二阶统计方差矩阵计算前馈矩阵、反馈矩阵及标量量化因子，其中是信道矩阵中每个元素服从复高斯分布的方差，T_DL表示训练序列的长度。

更新辅助矩阵

对辅助矩阵Ω进行乔利斯基分解

Ω=LUL^H

其中L是单位下三角矩阵，U是对角矩阵。

最后更新反馈矩阵

得到反馈矩阵。接下来计算前馈矩阵，首先更新中间运算系数

接着构造前馈矩阵

所述标量因子计算单元根据中间运算系数，辅助矩阵，完整量化信道以及反馈矩阵值，构造标量因子为

基站根据反馈矩阵和前馈矩阵进行反馈干扰消除和前馈处理，并将标量量化因子通知各个用户；

基站发射信号，经信道传输到接收端；

接收端各用户，通过信道估计得到各用户信道估计矩阵h_ek，直接将估计信道分解为信道幅值||h_ek||和方向向量两部分。各用户幅值信息||h_ek||构成信道幅值归一化矩阵diag{||h_e1||-1,…,||h_eK||-1}；按照的方法从预先生成的码本C_k中选择与道信化量其为作字码的近接最向方之后将位于码本中的索引号用B比特信息表示，并将这B比特信息反馈到发射端。

接收端接收基站发射的经信道传输的信号，左乘信道幅值归一化矩阵进行幅度归一化。

接收端对经过信道幅度归一化处理的信号求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码。

具体应用2

在移动通信系统中，系统配置与具体应用1中一致。当信道估计足够准确，即不存在信道估计误差时，本发明仍然适用。

基站获取来自上层协议栈的信号；

基站对获取的信号进行信道编码、交织、加扰、调制；

基站获得接收端反馈的B比特信息，将这B比特信息转化为码字索引号，从预先定义的码本C_k选择对应的码字作为量化信道并将各用户的量化信道组合成完整的信道

基站端计算量化误差的一阶统计信息，其期望为其中中间运算系数计算前馈矩阵、反馈矩阵及标量量化因子，其中是信道矩阵中每个元素服从复高斯分布的方差，T_DL表示训练序列的长度。

更新辅助矩阵

对辅助矩阵Ω进行乔利斯基分解

Ω=LUL^H

其中L是单位下三角矩阵，U是对角矩阵。

最后更新反馈矩阵

得到反馈矩阵。接下来计算前馈矩阵，首先更新中间运算系数

接着构造前馈矩阵

所述标量因子计算单元根据中间运算系数，辅助矩阵，完整量化信道以及反馈矩阵值，构造标量因子为

基站根据反馈矩阵和前馈矩阵进行反馈干扰消除和前馈处理，并将标量量化因子通知各个用户；

基站发射信号，经信道传输到接收端；

接收端各用户，通过信道估计得到各用户信道估计矩阵h_ek，直接将估计信道分解为信道幅值||h_ek||和方向向量两部分。各用户幅值信息||h_ek||构成信道幅值归一化矩阵diag{||h_e1-1,…,||h_eK||-1}；按照的方法从预先生成的码本C_k中选择与方向最接近的码字作为其量化信道之后将位于码本中的索引号用B比特信息表示，并将这B比特信息反馈到发射端。

接收端接收基站发射的经信道传输的信号，左乘信道幅值归一化矩阵进行幅度归一化。

接收端对经过信道幅度归一化处理的信号求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码。

具体应用3

在移动通信系统中，系统配置与具体应用1一致。当反馈信道带宽足够大时，即不存在所谓量化误差，估计信道矩阵信息的方向信息能全部反馈到反射端时，本发明同样适用。

基站获取来自上层协议栈的信号；

基站对获取的信号进行信道编码、交织、加扰、调制；

基站获得接收端反馈估计信道的方向信息矩阵

基站端利用估计信道的方向信息矩阵以及预先假设的信道估计误差的二阶统计方差矩阵计算前馈矩阵、反馈矩阵及标量量化因子，其中是信道矩阵中每个元素服从复高斯分布的方差，T_DL表示训练序列的长度。

更新辅助矩阵

对辅助矩阵Ω进行乔利斯基分解

Ω=LUL^H

其中L是单位下三角矩阵，U是对角矩阵。

最后更新反馈矩阵

得到反馈矩阵。接下来构造标量因子为

接着构造前馈矩阵

基站根据反馈矩阵和前馈矩阵进行反馈干扰消除和前馈处理，并将标量量化因子通知各个用户；

基站发射信号，经信道传输到接收端；

接收端各用户，通过信道估计得到各用户信道估计矩阵h_ek，直接将估计信道分解为信道幅值||h_ek||和方向向量两部分。各用户幅值信息||h_ek||构成信道幅值归一化矩阵diag{||h_e1-1,…,||h_eK||-1}；方向向量反馈到发射端。

接收端接收基站发射的经信道传输的信号，左乘信道幅值归一化矩阵进行幅度归一化。

接收端对经过信道幅度归一化处理的信号求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码。

具体应用4

在移动通信系统中，系统配置与具体应用1一致。当反馈信道带宽足够大，即不存在所谓量化误差，且，信道估计足够准确，即不存在估计误差时，完美的信道方向信息能够反馈到发射端，本发明同样适用。

基站获取来自上层协议栈的信号；

基站对获取的信号进行信道编码、交织、加扰、调制；

基站获得接收端反馈的方向信息矩阵

基站端利用估计信道的方向信息矩阵计算前馈矩阵、反馈矩阵及标量量化因子。

更新辅助矩阵

对辅助矩阵Ω进行乔利斯基分解

Ω=LUL^H

其中L是单位下三角矩阵，U是对角矩阵。

最后更新反馈矩阵

得到反馈矩阵。接下来构造标量因子为

接着构造前馈矩阵

基站根据反馈矩阵和前馈矩阵进行反馈干扰消除和前馈处理，并将标量量化因子通知各个用户；

基站发射信号，经信道传输到接收端；

接收端各用户，通过信道估计得到各用户信道估计矩阵h_ek，直接将估计信道分解为信道幅值||h_ek||和方向向量两部分。各用户幅值信息||h_ek||构成信道幅值归一化矩阵diag{||h_e1-1,…,||h_eK||-1}；方向向量反馈到发射端。

接收端接收基站发射的经信道传输的信号，左乘信道幅值归一化矩阵进行幅度归一化。

接收端对经过信道幅度归一化处理的信号求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码。

具体应用5

发射端的处理的处理按照实施例1的操作进行。

接收端各用户，通过信道估计得到各用户信道估计矩阵h_ek，直接将估计信道分解为信道幅值||h_ek||和方向向量两部分。按照的方法从预先生成的码本C_k中选择与方向最接近的码字作为其量化信道之后将位于码本中的索引号用B比特信息表示，并将这B比特信息反馈到发射端。

接收端对经过信道幅度归一化处理的信号求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码。

具体应用6

发射端的处理的处理按照实施例1的操作进行。

接收端各用户，通过信道估计得到各用户信道估计矩阵h_ek，直接将估计信道分解为信道幅值||h_ek||和方向向量两部分。各用户幅值信息||h_ek||构成信道幅值归一化矩阵diag{||h_e1-1,…,||h_eK-1}；按照的方法从预先生成的码本C_k中选择量化信道之后将位于码本中的索引号用B比特信息表示，并将这B比特信息反馈到发射端。

接收端接收基站发射的经信道传输的信号，左乘信道幅值归一化矩阵进行幅度归一化。

接收端对经过信道幅度归一化处理的信号求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码。

具体应用7

发射端的处理的处理按照实施例1的操作进行。

接收端各用户，通过信道估计得到各用户信道估计矩阵h_ek，直接将估计信道分解为信道幅值||h_ek||和方向向量两部分。各用户幅值信息||h_ek||构成信道幅值归一化矩阵diag{||h_e1-1,…,||h_eK||-1}；按照的方法从预先生成的码本C_k中选择量化信道之后将位于码本中的索引号用B比特信息表示，并将这B比特信息反馈到发射端。

接收端接收基站发射的经信道传输的信号，左乘信道幅值归一化矩阵进行幅度归一化。

接收端对经过信道幅度归一化处理的信号求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码。

具体应用8

在移动通信系统中，假设基站端发射天线数M，接收用户数为K，各个用户配置N_k根接收天线。基站给每个用户发送一个数据流。设噪声为独立同分布的零均值高斯白噪声，协方差矩阵在实施该方案前，基站离线为每个用户k预先独立生成一个码本C_k，每个码字范数归一化，码本大小由系统支持的反馈比特数B决定，码字的维数由基站的天线数M决定，基站预先告知每个用户各自的码本信息。

基站获取来自上层协议栈的信号；

基站对获取的信号进行信道编码、交织、加扰、调制；

基站获得接收端反馈的B比特信息，将这B比特信息转化为码字索引号，从预先定义的码本C_k选择对应的码字作为量化信道并将各用户的量化信道组合成完整的信道

基站端计算量化误差的一阶统计信息，其期望为其中中间运算系数利用量化信道以及预先假设的信道估计误差的二阶统计方差矩阵计算前馈矩阵、反馈矩阵及标量量化因子，其中是信道矩阵中每个元素服从复高斯分布的方差，T_DL表示训练序列的长度。

更新辅助矩阵

对辅助矩阵Ω进行乔利斯基分解

Ω=LUL^H

其中L是单位下三角矩阵，U是对角矩阵。

最后更新反馈矩阵

得到反馈矩阵。接下来计算前馈矩阵，首先更新中间运算系数

接着构造前馈矩阵

所述标量因子计算单元根据中间运算系数，辅助矩阵，完整量化信道以及反馈矩阵值，构造标量因子为

基站根据反馈矩阵和前馈矩阵进行反馈干扰消除和前馈处理，并将标量量化因子通知各个用户；

基站发射信号，经信道传输到接收端；

接收端各用户，通过信道估计得到各用户信道估计矩阵H_ek，对H_ek进行SVD分解H_ek=UDV^H，取最大奇异值对应的左特征向量为接收矩阵，即RU^H _(1,:)，令等效信道h_ek=DV^H _(1,:)。将等效信道分解为信道幅值||h_ek||和方向向量两部分。各用户幅值信息||h_ek||构成信道幅值归一化矩阵diag{||h_e1||-1,…,||h_eK||-1}；按照的方法从预先生成的码本C_k中选择与方向最接近的码字作为其量化信道之后将位于码本中的索引号用B比特信息表示，并将这B比特信息反馈到发射端。

接收端接收基站发射的经信道传输的信号，左乘信道幅值归一化矩阵进行幅度归一化。

接收端对经过信道幅度归一化处理的信号求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码。

通过以上技术方案可知，本发明实施例可以适应在有限反馈系统中，发射端无法获得完美的信道状态信息的情况，克服了传统预编码方案在有限反馈条件下误码率高，性能下降明显的缺点，降低系统的误码率，提高系统的整体性能，减少信息开销，性能稳定，实现简单，实用性好。

实施例3

本实施例介绍一种数据传输系统，包括数据发射端和数据接收端。

数据发射端，用于对信号进行信道编码、交织、加扰及调制，及非线性预编码操作，且将处理过的信号发送到信道，经所述信道传输到接收端。

数据接收端，用于对信道状态信息的估计，信道状态信息的变换，对等效信道的归一化，将等效信道信息量化反馈到所述发射端，且，接收从所述发射端发射的经信道传输的信号，并对该信号依次进行求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码操作。

数据发射端根据从接收端反馈来的B比特信息从码本中选择码字作为量化反馈信道，然后利用估计误差的期望、方差以及量化反馈信道分别对前馈矩阵、反馈矩阵和标量量化因子进行求解，接着利用反馈矩阵对经过调制操作的信号进行反馈干扰消除，利用前馈矩阵对经过反馈处理后的信号进行前馈处理。

具体地，应用于上述系统中的发射装置可具体包括：第一处理单元、第二处理单元、预编码单元、发射单元。

第一处理单元，用于对信号进行信道编码、交织、加扰及调制操作；

第二处理单元，用于根据从接收端反馈的码字序号从预先定义的码本中选择相应的码字，并根据所选择的码字获得信道信息；

预编码单元，用于利用上述第二处理单元选择的码字和信道误差的统计参数对第一处理单元调制后的信号进行非线性预编码；

发射单元，用于将经过非线性预编码的信号发送到信道，经信道传输到数据接收端。

其中，第二处理单元又可分为获取单元和选择码字单元。

获取单元，用于获取数据接收端反馈的代表码字在码本中位置的码字序号的B比特信息；

选择码字单元，用于利用B比特信息从码本中选择码字作为量化信道。

而预编码单元又可分为：预编码计算单元、反馈干扰消除单元和前馈处理单元。

预编码计算单元，用于利用信道误差的一阶统计信息、二阶统计信息和所述量化信道，设计反馈矩阵、前馈矩阵和标量量化因子；

反馈干扰消除单元，用于利用反馈矩阵对经过调制操作的信号进行反馈干扰消除；

前馈处理单元，用于利用前馈矩阵对经过反馈干扰处理的信号进行前馈处理。

而应用在上述系统中的接收装置至少包括：信道估计单元、信道处理单元、信道量化反馈单元、接收单元、处理单元。

信道估计单元，用于估计当前信道状态信息；

信道处理单元，用于将估计得到信道状态信息进行分解变换处理并对变换后信道幅度进行归一化处理；

信道量化反馈单元，用于将等效信道量化为码本中的一个码字，将表示该码字在码本中位置的序号信息通过几比特反馈到发射端；

接收单元，用于接收发射端发送的信号，其中，所述信号是发射端利用所选择的量化反馈信道以及信道误差的统计特性对调制后的信号进行非线性预编码；

处理单元，用于对接收单元接收的信号依次进行求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码等操作。

上述信道处理单元又包括：

信道变换单元、分解单元、幅度归一化单元。

信道变换单元，用于将各用户的MIMO信道变换为等效的MISO信道，以便于进行量化操作；当用户为单天线的MISO系统时，可以省略该操作；

分解单元，用于将所述MISO信道分解为幅度信息和信道方向信息；

幅度归一化信息，用于利用所述MISO信道的幅度信息对实际传输信道进行变换后的等效信道幅度归一化。

上述信道量化反馈单元又包括：量化单元、位置表示单元、反馈单元。

量化单元，用于将所述信道方向信息量化为码本中某一码字作为量化信道；

位置表示单元，用于将码字在码本中的位置用B比特信息表示；

反馈单元，用于将B比特信息反馈到发射端。

从上述实施例可以看出，本申请技术方案同时考虑了实际系统中存在的量化误差、估计误差以及发射端缺少信道瞬时幅值信息三大因素对预编码性能的影响，设计的新型非线性THP预编码构造方法具有很高的鲁棒性。与传统的非线性预编码相比，本申请技术方案可以获得更好的系统性能并具有相当的计算复杂度。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (11)

1.一种数据的发送方法，其特征在于，

数据发射端对信号依次进行信道编码、交织、加扰及调制操作；

所述数据发射端利用数据接收端反馈的码字序号从预先定义的码本中选择相应的码字，根据所选择的码字获得信道信息；

所述数据发射端根据信道误差的统计参数和所述信道信息对所述调制操作后的信号进行非线性预编码，将经过非线性预编码的信号发送给所述数据接收端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述信道误差包含信道估计误差和/或量化误差。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述信道误差的统计参数包括信道估计误差的期望与方差，量化误差的期望。

4.一种数据的接收方法，其特征在于，

数据接收端对信道状态信息进行估计，得到当前的信道状态信息矩阵；

所述数据接收端利用矩阵分解对当前的信道状态信息矩阵进行处理和幅度归一化处理，获得等效信道，所述等效信道包括信道方向信息；

所述数据接收端将所述等效信道量化为预先定义的码本中的一码字，并将该码字位于码本中的码字序号反馈到数据发射端；

所述数据接收端接收所述数据发射端发送的信号，对该信号依次进行求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码操作。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述数据接收端从所述数据发射端接收的信号为：

所述数据发射端根据所述数据接收端反馈的码字序号，以及信道误差的统计参数对调制后的信号进行非线性预编码得到的信号。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述数据接收端利用矩阵分解对当前的信道状态信息矩阵进行处理指：

将各用户的MIMO信道变换为等效的MISO信道，其中，当用户属于单天线的MISO系统时，不再利用矩阵分解对当前的信道状态信息矩阵进行处理。

7.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述数据接收端对当前的信道状态信息矩阵进行幅度归一化处理指：

将等效的MISO信道分解为幅度信息和方向信息两部分；

利用幅度信息的倒数对实际传输信道幅度进行归一化，等效于反馈了信道瞬时幅度信息；

将信道方向信息量化为预先定义的码本中的某一码字，将代表这一码字在码本中位置的B比特信息通过反馈信道反馈回所述数据发射端。

8.一种数据的发送装置，其特征在于，包括：

第一处理单元，对信号进行信道编码、交织、加扰及调制操作；

第二处理单元，利用数据接收端反馈的码字序号从预先定义的码本中选择相应的码字，并根据所选择的码字获得信道信息；

预编码单元，根据信道误差的统计参数和所述第二处理单元获得的信道信息对所述第一处理单元调制后的信号进行非线性预编码；

发射单元，将所述预编码单元进行非线性预编码后的信号发送给数据接收端。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述信道误差包含信道估计误差和/或量化误差。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述信道误差的统计参数包括信道估计误差的期望与方差，量化误差的期望。

11.一种数据的接收装置，其特征在于，包括：

信道估计单元，对信道状态信息进行估计，得到当前的信道状态信息矩阵;

信道处理单元，利用矩阵分解对当前的信道状态信息矩阵进行处理和幅度归一化处理，获得等效信道，其中，所述等效信道包括信道方向信息;

信道量化反馈单元，将所述等效信道量化为预先定义的码本中的一码字，并将该码字位于所述码本中的码字序号反馈到数据发射端;

接收单元，从所述数据发射端接收非线性预编码后的信号;

处理单元，对所述接收单元接收的信号依次进行求模、判决、解调、去扰、去交织、信道译码操作。