CN104993852B

CN104993852B - Sc‑mimo系统中单流四天线开环分集收发方法

Info

Publication number: CN104993852B
Application number: CN201510409920.3A
Authority: CN
Inventors: 黄永明; 马士民; 孙裕; 何世文; 王海明; 洪伟; 杨绿溪; 张军; 江华
Original assignee: In Jiangsu Emerging Micro-Communication Ceases Science And Technology Ltd
Current assignee: Nanjing Etaco Communication Technology Co ltd; Nanjing Zeputuo Information Technology Co ltd
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2018-04-17
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: CN104993852A

Abstract

本发明公开了一种SC‑MIMO系统中单流四天线开环分集收发方法，所述方法为：在SC‑MIMO系统的发射端，对数据比特进行补零操作；然后对其进行调制，并将经过调制后的数据符号进行成块操作；根据本发明提供的两种空间扩展分集方案，可选择每四个或每两个块为基本单位进行相对应的空间扩展操作；对每根天线上的数据符号插入独特字（Unique Word,UW），同一根天线上的插入相同的UW，不同天线上插入的UW不同，UW的长度可根据当前的信道状况而变化。在接收端，按对应发射端所选择的单流四天线空间扩展分集方案来确定接收端操作，对接收信号经过相应的循环移位，时频转换，频域加减特定项等操作实现正确接收。

Description

SC-MIMO系统中单流四天线开环分集收发方法

技术领域

本发明涉及一种SC-MIMO系统中单流四天线开环分集的收发方法，属于无线通信系统技术领域。

背景技术

在无线通信技术的发展过程中，多输入多输出(Multiple Input MultipleOutput，MIMO)技术在现代通信系统中的应用越来越常见，一方面其可以突破单天线系统香农信道容量的限制而显著提升信道容量，另一方面又可以与很多提高系统可靠性和强健性的技术结合，以实现更高质量的数据传输，如空时分组编码(Space Time Block Code，STBC)，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)，预编码(Precoding)等。在与MIMO相结合的技术中，OFDM技术由于具有天然的对抗多径时延导致衰落的特性而得到广泛的应用，同时它也可以极大地提升数据的传输速率，满足用户对高数据速率的需求。在无线局域网协议IEEE 802.11n、802.11ac、802.11ad中，结合MIMO和OFDM技术使无线传输质量和传输速率得到了极大地提高。但是在OFDM的实际应用中，高峰均比(Peak and Average Ratio，PAPR)使系统实现对功率放大器线性放大区和功率回退的限制还是很棘手的问题，在一定程度上增加了系统实现的成本和复杂度。因此，在无线局域网协议IEEE 802.11ad中，单载波(Single Carrier，SC)传输的技术得到了很好的应用，它克服了OFDM高PAPR的缺点，同时在接收端使用频域均衡技术，进一步巩固了它对于OFDM系统的优势。

在现有的SC系统的发射端，多数系统采用的是在每一个单载波符号块中，利用每一个数据块的循环前缀(Cyclic Prefix，CP)来作保护间隔对抗时延扩展，但通常CP是一种无法被利用的额外开销，为弥补这一不足，用插入固定且已知的训练序列代替CP，即插入独特字(Unique Word，UW)的方法对抗多径时延，可在不增加开销和系统复杂度的情况下提供额外的已知序列信息。UW除了可作为CP，还可在接收端进一步被利用以实现信道估计、相位跟踪、频偏纠正等功能。因此，UW广泛被SC-FDE系统所采用。

对于大部分已有的SC-MIMO系统，通常采用CSD操作实现空间扩展，此种空间扩展方案与UW结构无法结合，且不能很好的利用多天线的分集优势，本发明提出的单流四天线开环分集收发装置很好的解决了上述问题。

发明内容

发明目的：为充分实现MIMO系统多天线的分集增益，利用UW可同时作CP和训练序列的优势，本发明提出了一种SC-MIMO系统中单流四天线开环分集收发方法，此装置可实现空间扩展分集，并且不影响UW序列的数据块结构。

技术方案：为实现上述目的，本发明在系统发射端，数据比特流首先经过补零操作，然后通过调制器，将调制后的数据符号分块，形成数据符号块，再以块为单位实施空间扩展，在每根天线上的数据符号块之间插入UW序列，同一根天线上插入的UW是相同的，不同的天线间插入的UW不同，UW的长度可根据系统的信道状况选择长或短两种。在接收端，按对应发射端所选择的空间扩展分集方案来确定接收端的具体操作，此操作可通过信令字段的指示进行选择但并不局限于此种指示方式。接收端通过相应的循环移位，时频转换，频域加减特定项等操作实现正确接收。

本发明的技术方案如下：

一种SC-MIMO系统中单流四天线开环分集收发方法，包括以下步骤：

1)在发射端，对待发送数据编码比特流后进行补零操作；

2)对补零后的数据比特流进行符号调制；

3)将调制后的数据符号流均匀分块，得到连续数据符号块；

4)对连续数据符号块进行空间扩展操作；

5)对经过空间扩展后的数据符号插入UW序列；

6)在接收端，对接收天线接收到的数据符号进行去首个UW操作，得到接收符号；

7)对接收符号进行均匀分块操作，得到接收数据符号块；

8)对接收数据符号块进行循环移位操作，得到时域信号；

9)对时域信号进行时频转换，得到频域信号；

10)在频域对频域信号进行加减特定项操作；

11)分别对接收信号的每一个频点进行频域均衡，得到频域的发送符号块估计；

12)将均衡后的频域符号估计进行频域时域转换，得到时域信号估计；

13)对时域信号估计进行处理，除去每块中的UW，获取空间流数据符号块估计；

14)对空间流数据符号块进行解块操作，恢复空间流数据符号估计；

15)对空间流数据符号估计进行解调，得到接收端的数据比特估计；

16)将数据比特估计进行去零操作，在接收端得到数据比特的估计值。

本发明的一个具体技术方案如下：

在发射端：

所述补零操作是在发射端待发送的数据编码比特流b(0)b(1)…b(N_bits-1)后补上N_pad个零，N_bits为数据编码比特流的长度，N_pad的数值为

N_pad＝N_dbpb×N_block-N_bits

其中，N_dbpb表示每个数据符号块中包含的数据信息比特数，其值为N_dbpb＝(N_dspb-G)×N_dbps，符号N_dspb表示每个数据符号块中包含的调制符号数，G表示插入的UW序列的长度，符号N_dbps表示每个星座调制符号包含的数据比特数；N_block表示该编码数据比特流被划分成的块数，其值为计算式中的符号表示向上取整，

补零后的数据编码比特流变为：

b(0)b(1)…b(N_bits-1)b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)，其中，

b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)为0；

所述符号调制是对补零后的数据编码比特b(0)b(1)…b(N_bits-1)b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)进行符号调制，调制后的数据符号流为s(0)s(1)…s(N_sym-1)，N_sym表示调制后的符号流长度；

所述的将调制后的数据符号流均匀分块是将调制后的数据符号流均匀分成N_block个块，每个块中包含K个数据调制符号，K＝N_dspb-G，用符号s_i＝[s_i(0)，…，s_i(K-1)]表示数据符号流上的第i个数据符号块向量，i＝0，1，…，N_block；

所述空间扩展是以每四个连续数据符号块s_i，s_i+1，s_i+2，s_i+3，i＝0，4，8…为一个组，对其进行空间扩展操作，假设经过空间扩展后第m根天线上待发送的第i个数据块用符号表示，则对于四根发射天线的各天线上的待发送数据如下：

天线一：

天线二：

天线三：

天线四：

其中，符号表示将K维的数据符号向量s_i末尾补零延长至N_dspb维后的数据符号向量，即上标*表示对矩阵或向量求共轭运算，矩阵Q是一个N_dspb×N_dspb维的置换矩阵，实现逆序循环移位操作，其具体定义如下：

其中Q₂＝0_K×G，Q₃＝0_G×K，Q₄＝I_G×G；其中I和0分别表示单位阵和零矩阵；

(1)所述插入UW序列是对经过空间扩展后的数据符号插入UW序列，用u_m表示第m根天线上插入的UW序列，u_m＝[u_m，0，...，u_m，G-1]，长度为G，在保证保护间隔持续时长大于信道的最大时延扩展的情况下，G的值有两种选择，为G₁和G₂(且G₁＞G₂)，G₁和G₂是可由通信系统事先确定的两个正整数，若当前信道的最大时延扩展小于G₂长度的保护间隔持续时长，则选择G＝G₂，当最大时延扩展较大，即最大时延扩展大于G₂长度的保护间隔持续时长，选择G＝G₁，但仍然需要保证保护间隔持续时长大于信道最大时延扩展。在信令字段用1个比特来指示UW的长度；插入的具体方式为：首先在第m根天线上的待发送数据符号N_block－1的最前端插入u_m，然后将每个待发送数据符号块的末尾G个零值用UW序列替换，完成插入UW后的待发送信号的符号序列用符号x_m表示，则

其中的定义为是一个长度为N_dbps的数据符号块；

假设用符号r＝[r(0)r(1)…r(N_sym+G(N_block+1)－1)]表示接收天线上接收到的数据符号，在接收端，

所述丢弃首个UW序列是去掉数据符号r的前G个接收符号，所述前G个接收符号为[r(0)r(1)…r(G-1)]，得到去掉了首个UW序列的符号y；

所述对接收符号进行均匀分块操作是将符号y均匀分成N_block个块，每个块的长度为N_dspb，并用符号y_i表示第i个接收数据符号块；

所述循环移位是对接收数据符号块y_i+1，y_i+2，i＝0，4，8，…作循环移位操作，循环移位后的信号用符号y′_i+1，y′_i+2表示，则

y′_i+1＝Py_i+1

y′_i+2＝Py_i+2

其中矩阵P是一个N×N维的置换矩阵，实现循环移位操作，其具体定义如下：

其中P₁＝0_(G+1)×(K-1)，P₂＝I_(G+1)×(G+1)，P₃＝I_(K-1)×(K-1)，P₄＝0_(K-1)×(G+1)

所述时频转换是对时域信号y_i，y′_i+1，y′_i+2，y_i+3，i＝0，4，8，…作N_dspb点FFT，得到频域信号，即：

Y_i＝Wy_i

Y′_i+1＝Wy′_i+1

Y′_i+2＝Wy′_i+2

Y_i+3＝Wy_i+3

其中，W是一个N_dspb×N_dspb维的DFT阵，矩阵W的第(p，q)个元素为其中J为虚数单位，表示j²＝-1；

所述频域加减特定项是在频域，将Y′_i+1，Y′_i+2，Y_i+3分别减去和补充某些特定项，以方便后续操作，减去和补充特定项之后的频域信号用符号表示，则：

上述式中，符号Λ_m代表第m根发射天线到接收天线的信道循环矩阵H_m的频域对角化矩阵，即Λ_m＝WH_mW^H，上标H表示对矩阵作共轭转置；

所述均衡为：定义则其中[Z₁ Z₂ Z₃ Z₄]^T代表噪声项，上标T代表矩阵转置。分别对接收信号的每一个频点进行频域均衡，得到频域的发送符号块估计，即X₁，X₂，X₃，X₄的估计并用符号表示；

所述频域时域转换是将均衡后的频域符号块估计做N_dspb点FFT，得到时域信号估计即：

所述除去每块中的UW序列是将估计的信号最后的G个元素用零元素替换，即可得到发射端符号的估计即抽取出的前K个元素，得到即并由发射端的空间扩展操作对应可知，其中，i＝0，4，8，…

所述解块操作是将恢复出的空间流数据符号块按照块的序号从小到大排列，恢复空间流数据符号即：

所述解调是对空间流数据符号估计进行解调，得到接收端的数据比特估计

所述去零是将接收端的数据比特估计去掉最后的N_pad个比特值，最终接收端得到数据比特的估计值

本发明的另一个具体技术方案如下：

在发射端：

所述补零操作是在发射端待发送数据比特流后补上N_pad个零，N_pad的数值为：

N_pad＝N_dbpb×N_block-N_bits

其中，N_dbpb表示每个数据符号块中包含的数据信息比特数，其值为N_dbpb＝(N_dspb-G)×N_dbps，符号N_dspb表示每个数据符号块中包含的调制符号数，G表示插入的UW序列的长度，符号N_dbps表示每个星座调制符号包含的数据比特数；N_block表示该编码数据比特流被划分成的块数，其值为N_block计算式中的符号表示向上取整，补零后的数据比特流变为：b(0)b(1)…b(N_bits-1)b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)，其中，b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)为0；

所述符号调制是对补零后的比特b(0)b(1)…b(N_bits-1)b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)进行符号调制，调制后的数据符号流为s(0)s(1)…s(N_sym-1)，N_sym表示调制后的符号流长度；

所述的将调制后的数据符号流均匀分块是将调制后的数据符号流均匀分成N_block个块，每个块中包含K个数据调制符号，K＝N_dspb-G，用符号s_i＝[s_i(0)，...，s_i(K－1)]表示数据符号流上的第i个数据符号块向量，i＝0，1，…，N_block-1，

所述空间扩展操作是以每两个连续数据符号块s_i，s_i+1，i＝0，2，4，…为一个组，对其进行空间扩展操作，四根发射天线的各天线上的待发送数据如下：

天线一：

天线二：

天线三：

天线四：

其中，符号表示将K维的数据符号向量s_i末尾补零延长至N_dspb维后的数据符号向量，即

所述的插入UW序列是用u_m表示第m根天线上插入的UW序列，u_m＝[u_m，0，...，u_m，G-1]，长度为G，G的值可为G₁和G₂两种，并通过信令字段的1个比特来指示，插入的具体方式为：首先在第m根天线上的待发送数据符号的最前端插入u_m，然后将每个待发送数据符号块的末尾G个零值用UW序列替换，完成插入UW后的待发送信号的符号序列用符号x_m表示，则

令的定义为是一个长度为N_dbps的数据符号块；

假设用符号r＝[r(0)r(1)…r(N_sym+G(N_block+1)－1)]表示接收天线上接收到的数据符号，则

所述去首个UW是对接收数据符号r，去掉前G个接收符号，即去掉符号[r(0)r(1)…r(G－1)]，得到符号y；

所述对接收符号进行均匀分块操作是将y均匀分成N_block个块，每个块的长度为N_dspb，用符号y_i表示第i个接收数据符号块；

所述循环移位操作是对接收数据符号块y_i+1，i＝0，2，4，…，作循环移位操作，循环移位后的信号用符号y′_i+1表示，则

y′_i+1＝Py_i+1，

所述时频转换是对时域信号y_i，y′_i+1，i＝0，2，4，…作N_dspb点FFT，得到频域信号，即：

Y_i＝Wy_i

Y′_i+1＝Wy′_i+1

W表示一个N_dspb×N_dspb维的DFT阵；

所述加减特定项操作是在频域，将Y_i，Y′_i+1分别减去和补充某些特定项，以方便后续操作，减去和补充特定项之后的频域信号用符号表示，则：

上述式中，符号Λ_m代表第m根发射天线到接收天线的信道循环矩阵H_m的频域对角化矩阵，即Λ_m＝WH_mW^H，符号表示补零后的UW序列，即

所述频域均衡是：定义则其中代表噪声项。分别对接收信号的每一个频点进行频域均衡就得到频域的发送符号块估计，即得到X₁，X₂的估计，用符号表示；

所述频域时域转换是将均衡后的频域估计符号做N_dspb点FFT，得到时域信号估计即：

所述除去每个块中的UW是将估计的信号最后的G个元素用零元素替换，即可得到发射端符号的估计即抽取出的前K个元素，得到即并由发射端的空间扩展操作对应可知，其中，i＝0，2，4，…；

所述解块操作是将上述步骤中恢复出的空间流数据符号块按照块的序号从小到大排列，恢复空间流数据符号即：

所述去零是将上述步骤中得到的数据比特估计去掉最后的N_pab个比特值，最终接收端得到数据比特的估计值

有益效果：本发明提出的基于SC-MIMO系统的单流四发射天线开环分集收发装置可在不增加系统复杂度的情况下，充分利用MIMO系统多天线的分集增益和UW同时作为CP和训练序列的优势，克服传统的空间扩展操作无法与UW相结合的缺陷，弥补传统空间扩展无法实现空间分集增益的不足，本发明所提出的空间扩展方案在实现空间扩展功能，并与UW相结合的同时可提供空间分集增益，因此本发明可以明显改善系统性能。

附图说明

图1为发射端具体操作流程图。

图2为方案一的发送数据格式。

图3为方案二的发送数据格式。

图4为接收端具体操作流程图。

具体实施方式

本发明涉及单载波多输入多输出(Single Carrier Multiple Input MultipleOutput，SC-MIMO)系统的单流四天线开环分集收发装置，假设用符号b(0)b(1)…b(N_bits)表示发射端待发送的数据比特流，长度为N_bits，两种单流四天线开环分集的收发装置的具体操作步骤如下：

方法一：

发送端的操作流程如图1所示，具体步骤如下：

(1)补零操作，在发射端待发送数据编码比特流后补上N_pad个零，N_pad的数值为

N_pad＝N_dbpb×N_block-N_bits

其中，N_dbpb表示每个数据符号块中包含的数据信息比特数，其值为N_dbpb＝(N_dspb-G)×N_dbps，符号N_dspb表示每个数据符号块中包含的调制符号数，G表示插入的UW的长度，符号N_dbps表示每个星座调制符号包含的数据比特数，例如对于QPSK调制，N_dbps为2；N_block表示该编码数据比特流被划分成的块数，其值为符号表示向上取整。

补零后的数据比特流变为：

b(0)b(1)…b(N_bits-1)b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)，其中，

b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)为0

(2)符号调制。对补零后的比特b(0)b(1)…b(N_bits-1)b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)进行符号调制，调制后的数据符号流为s(0)s(1)…s(N_sym-1)，N_sym表示调制后的符号流长度。

(3)成块。将调制后的数据符号流均匀分成N_block个块，每个块中包含K个数据调制符号，K＝N_dspb-G.用符号s_i＝[s_i(0)，...，s_i(K－1)]表示数据符号流上的第i个数据符号块向量，i＝0，1，…，N_block-1.

(4)空间扩展。以每四个连续数据符号块s_i，s_i+1，s_i+2，s_i+3，i＝0，4，8…为一个组，对其进行空间扩展操作，假设经过空间扩展后第m根天线上待发送的第i个数据块用符号表示，则对于四根发射天线的各天线上的待发送数据如下：

天线一：

天线二：

天线三：

天线四：

其中，符号表示将K维的数据符号向量s_i末尾补零延长至N_dspb维后的数据符号向量，即上标*表示对矩阵或向量求共轭。.

矩阵Q是一个N_dspb×N_dspb维的置换矩阵，实现逆序循环移位操作，其具体定义如下：

其中Q₂＝0_K×G，Q₃＝0_G×K，Q₄＝I_G×G，其中

I和0分别表示单位阵和零矩阵。

(5)插入UW(即插入独特字Unique Word，UW).对经过空间扩展后的数据符号插入UW序列，用u_m表示第m根天线上插入的UW序列，u_m＝[u_m，0，…，u_{m，Ｇ－１}]，长度为G。在保证保护间隔持续时长大于信道的最大时延扩展的情况下，G的值有两种选择，为Ｇ₁和G₂(且Ｇ₁＞G₂)，Ｇ₁和G₂是可由通信系统事先确定的两个正整数，若当前信道的最大时延扩展小于Ｇ_２长度的保护间隔持续时长，则选择G＝Ｇ_２，当最大时延扩展较大，即最大时延扩展大于G₂长度的保护间隔持续时长，选择G＝G₁，但仍然需要保证保护间隔持续时长大于信道最大时延扩展。可在信令字段用1个比特来指示UW的长度。插入的具体方式为：首先在第m根天线上的待发送数据符号Ｎ_block－1的最前端插入u_m，然后将每个待发送数据符号块的末尾G个零值用UW序列替换，完成插入UW后的待发送信号的符号序列用符号x_m表示，则

其中的定义为是一个长度为

N_dbps的数据符号块.发射端的发送数据格式如图2所示。

下面以接收端配置一根接收天线为例说明接收端的具体操作步骤，操作流程如图4所示。若接收端配置多根接收天线，每一根天线上的操作步骤与一根天线配置上的操作相一致。假设用符号r＝[r(0)r(1)…r(N_sym+G(N_block+1)－1)表示接收天线上接收到的数据符号，接收端的具体操作步骤如下：

(1)丢弃首个UW。对接收数据符号r，首先去掉前G个接收符号，即去掉符号[r(0)r(1)…r(G-1)]，称此操作为去首个UW，去掉首个UW的接收数据符号用y来表示.

(2)接收成块操作。在接收端，对接收符号y作与发射端相一致的成块操作，将y均匀分成N_block个块，每个块的长度为N_dspb，用符号y_i表示分成的第i个接收数据符号块。

(3)循环移位。对接收数据符号块y_i+1，y_i+2，i＝0，4，8，…，作循环移位操作，循环移位后的信号用符号y′_i+1，y′_i+2表示，则

y′_i+1＝Py_i+1

y′_i+2＝Py_i+2

(4)时频转换。对时域信号y_i，y′_i-1，y′_i+2，y_i+3，i＝0，4，8，…作N_dspb点FFT，得到频域信号，即：

Y_i＝Wy_i

Y′_i+1＝Wy′_i+1

Y′_i+2＝Wy′_i+2

Y_i+3＝Wy_i+3

其中，W是一个N_dspb×N_dspd维的DFT阵，矩阵W的第(p，q)个元素为其中J为虚数单位，即j²＝-1.

(5)频域加减特定项。在频域，将Y′_i+1，Y′_i+2，Y_i+3分别减去和补充某些特定项，以方便后续操作，减去和补充特定项之后的频域信号用符号表示，则：

上述式中，符号Λ_m代表第m根发射天线到接收天线的信道循环矩阵H_m的频域对角化矩阵，即Λ_mWH_mW^H，，上标H表示对矩阵作共轭转置，符号表示补零后的UW序列，即

(6)均衡.定义则其中代表噪声项，上标T代表矩阵转置。分别对接收信号的每一个频点进行频域均衡就可以得到频域的发送符号块估计，即得到X₁，X₂，X₃，X₄的估计，用符号表示。

(7)频域时域转换。将均衡后的频域符号估计做N_dspb点FFT，得到时域信号估计即：

(8)除去每块中的UW.将估计的信号最后的G个元素用零元素替换，即可得到发射端符号的估计即抽取出的前K个元素，得到即并由发射端的空间扩展操作对应可知，其中，i＝0，4，8，…

(9)解块操作。将上述步骤中恢复出的空间流数据符号块按照块的序号从小到大排列，恢复空间流数据符号即：

(10)解调。对空间流数据符号估计进行解调，得到接收端的数据比特估计

(11)去零。将上述步骤中得到的数据比特估计去掉最后的N_pad个比特值，最终接收端得到数据比特的估计值

方法二：

发送端的具体操作步骤如下：

(1)补零操作，在发射端待发送数据比特流后补上N_pad个零，N_pad的数值为

N_pad＝N_dbpb×N_block-N_bits

其中，N_dbpb表示的意义与方案一中相同；N_block同样表示数据比特流被划分成的块数，与方案一中的值不同，其值为补零后的数据比特流变为：b(0)b(1)…b(N_bits-1)b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)，其中，b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)为0

(2)符号调制。补零后的比特b(0)b(1)…b(N_bits-1)b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)进行符号调制，调制后的数据符号流为s(0)s(1)…s(N_sym-1)，N_sym表示调制后的符号流长度。

(3)成块。将调制后的数据符号流均匀分成N_block个块，每个块中包含K个数据调制符号，K＝N_dspb-G.用符号s_i＝[s_i(0)，…，s_i(K-1)]表示数据符号流上的第i个数据符号块向量，i＝0，1，…，N_block-1.

(4)空间扩展。以每两个连续数据符号块s_i，s_i+1，i＝0，2，4，…为一个组，对其进行空间扩展操作.则对于四根发射天线的各天线上的待发送数据如下：

天线一：

天线二：

天线三：

天线四：

Q的定义与方案一中相同

(5)插入UW.对经过空间扩展后的数据符号插入UW序列，用u_m表示第m根天线上插入的UW序列，u_m＝[u_m，0，...，u_m，G-1]，长度为G，与方案一相同，G的值可为G₁和G₂两种，并通过信令字段的1个比特来指示。插入的具体方式为：首先在第m根天线上的待发送数据符号的最前端插入u_m，然后将每个待发送数据符号块的末尾G个零值用UW序列替换，完成插入UW后的待发送信号的符号序列用符号x_m表示，则

其中的定义为是一个长度为

N_dbps的数据符号块.发送数据格式如图3所示。

下面以接收端配置一根接收天线为例说明接收端的具体操作步骤。若接收端配置多根接收天线，每一根天线上的操作步骤与一根天线配置上的操作相一致。假设用符号r＝r(0)r(1)…r(N_sym+G(N_block+1)－1)]表示接收天线上接收到的数据符号，接收端的具体操作步骤如下：

(1)丢弃首个UW.对接收数据符号r，去掉前G个接收符号，即去掉符号[r(0)r(1)…r(G－1)，去掉首个UW的数据符号用y来表示.

(3)循环移位。对接收数据符号块y_i+1，i＝0，2，4，…，作循环移位操作，循环移位后的信号用符号y′_i+1表示，则

y′_i+1＝Py_i+1

P的定义与方案一相同。

(4)时频转换。对时域信号y_i，y′_i+1，i＝0，2，4，…作N_dspb点FFT，得到频域信号，即：

Y_i＝Wy_i

Y′_i+1＝Wy′_i+1

与方案一中相同，W表示一个N_dspb×N_dspb维的DFT阵.

(5)频域加减特定项。在频域，将Y_i，Y′_i+1分别减去和补充某些特定项，以方便后续操作，减去和补充特定项之后的频域信号用符号表示，则：

(6)均衡.定义则其中代表噪声项。分别对接收信号的每一个频点进行频域均衡就可以得到频域的发送符号块估计，即得到X₁，X₂的估计，用符号表示。

(7)频域时域转换。将均衡后的频域估计符号做N_dspb点FFT，得到时域信号估计即：

(8)除去每块中的UW.将估计的信号最后的G个元素用零元素替换，即可得到发射端符号的估计即抽取出的前K个元素，得到即由发射端的空间扩展操作对应可知，其中，i＝0，2，4，…

Claims

1.一种SC-MIMO系统中单流四天线开环分集收发方法，包括以下步骤：

1)在发射端，对待发送数据编码比特流后进行补零操作；

2)对补零后的数据比特流进行符号调制；

3)将调制后的数据符号流均匀分块，得到连续数据符号块；

4)对连续数据符号块进行空间扩展操作；

5)对经过空间扩展后的数据符号插入UW序列，所述UW为独特字；

7)对接收符号进行均匀分块操作，得到接收数据符号块；

8)对接收数据符号块进行循环移位操作，得到时域信号；

9)对时域信号进行时频转换，得到频域信号；

10)在频域对频域信号进行加减特定项操作；

2.根据权利要求1所述的SC-MIMO系统中单流四天线开环分集收发方法，其特征在于，在发射端：

N_pad＝N_dbpb×N_block-N_bits

其中，N_dbpb表示每个数据符号块中包含的数据信息比特数，其值为N_dbpb＝(N_dspb-G)×N_dbps，符号N_dspb表示每个数据符号块中包含的调制符号数，G表示插入的UW序列的长度，符号N_dbps表示每个星座调制符号包含的数据比特数；N_block表示该编码数据比特流被划分成的块数，其值为N_block计算式中的符号表示向上取整，

补零后的数据编码比特流变为：

b(0)b(1)…b(N_bits-1)b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)，其中，

b(N_bits)…b(N_bits+N_pad-1)为0；

所述的将调制后的数据符号流均匀分块是将调制后的数据符号流均匀分成N_block个块，每个块中包含K个数据调制符号，K＝N_dspb-G，用符号s_i＝[s_i(0),...,s_i(K-1)]表示数据符号流上的第i个数据符号块向量，i＝0,1，…，N_block；

所述空间扩展是以每四个连续数据符号块s_i，s_i+1，s_i+2，s_i+3,i＝0,4,8…为一个组，对其进行空间扩展操作，假设经过空间扩展后第m根天线上待发送的第i个数据块用符号表示，则对于四根发射天线的各天线上的待发送数据如下：

天线一：

天线二：

天线三：

天线四：

(1)所述插入UW序列是对经过空间扩展后的数据符号插入UW序列，用u_m表示第m根天线上插入的UW序列，u_m＝[u_m,0,...,u_m,G-1]，长度为G，在保证保护间隔持续时长大于信道的最大时延扩展的情况下，G的值有两种选择，为G₁和G₂(且G₁>G₂)，G₁和G₂是可由通信系统事先确定的两个正整数，若当前信道的最大时延扩展小于G₂长度的保护间隔持续时长，则选择G＝G₂，当最大时延扩展较大，即最大时延扩展大于G₂长度的保护间隔持续时长，选择G＝G₁，但仍然需要保证保护间隔持续时长大于信道最大时延扩展，在信令字段用1个比特来指示UW的长度；插入的具体方式为：首先在第m根天线上的待发送数据符号N_block-1的最前端插入u_m，然后将每个待发送数据符号块的末尾G个零值用UW序列替换，完成插入UW后的待发送信号的符号序列用符号x_m表示，则

其中的定义为是一个长度为N_dbps的数据符号块。

3.根据权利要求2所述的SC-MIMO系统中单流四天线开环分集收发方法，假设用符号r＝[r(0)r(1)…r(N_sym+G(N_block+1)-1)]表示接收天线上接收到的数据符号，其特征在于，在接收端，

所述去首个UW序列是去掉数据符号r的前G个接收符号，所述前G个接收符号为[r(0)r(1)…r(G-1)]，得到去掉了首个UW序列的符号y；

所述循环移位是对接收数据符号块y_i+1，y_i+2，i＝0,4,8,…作循环移位操作，循环移位后的信号用符号y′_i+1，y′_i+2表示，则

y′_i+1＝Py_i+1

y′_i+2＝Py_i+2

所述时频转换是对时域信号y_i,y′_i+1,y′_i+2,y_i+3，i＝0,4,8,…作N_dspb点FFT，得到频域信号，即：

Y_i＝Wy_i

Y′_i+1＝Wy′_i+1

Y′_i+2＝Wy′_i+2

Y_i+3＝Wy_i+3

其中，W是一个N_dspb×N_dspb维的DFT阵，矩阵W的第(p,q)个元素为其中j为虚数单位，表示j²＝-1；

所述频域加减特定项是在频域，将Y′_i+1,Y′_i+2,Y_i+3分别减去和补充某些特定项，以方便后续操作，减去和补充特定项之后的频域信号用符号表示，则：

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所述均衡为：定义则其中[Z₁ Z₂ Z₃ Z₄]^T代表噪声项，上标T代表矩阵转置，分别对接收信号的每一个频点进行频域均衡，得到频域的发送符号块估计，即X₁，X₂，X₃，X₄的估计并用符号表示；

所述除去每块中的UW序列是将估计的信号最后的G个元素用零元素替换，即可得到发射端符号的估计即抽取出的前K个元素，得到即并由发射端的空间扩展操作对应可知，其中，i＝0,4,8,…

4.根据权利要求1所述的SC-MIMO系统中单流四天线开环分集收发方法，其特征在于，在发射端：

N_pad＝N_dbpb×N_block-N_bits

所述的将调制后的数据符号流均匀分块是将调制后的数据符号流均匀分成N_block个块，每个块中包含K个数据调制符号，K＝N_dspb-G，用符号s_i＝[s_i(0),...,s_i(K-1)]表示数据符号流上的第i个数据符号块向量，i＝0,1，…，N_block-1，

所述空间扩展操作是以每两个连续数据符号块s_i，s_i+1,i＝0,2，4,…为一个组，对其进行空间扩展操作，四根发射天线的各天线上的待发送数据如下：

天线一：

天线二：

天线三：

天线四：

所述的插入UW序列是用u_m表示第m根天线上插入的UW序列，u_m＝[u_m,0,...,u_m,G-1]，长度为G，G的值可为G₁和G₂两种，并通过信令字段的1个比特来指示，插入的具体方式为：首先在第m根天线上的待发送数据符号的最前端插入u_m，然后将每个待发送数据符号块的末尾G个零值用UW序列替换，完成插入UW后的待发送信号的符号序列用符号x_m表示，则

令的定义为是一个长度为N_dbps的数据符号块。

5.根据权利要求4所述的SC-MIMO系统中单流四天线开环分集收发方法，其特征在于，假设用符号r＝[r(0)r(1)…r(N_sym+G(N_block+1)-1)]表示接收天线上接收到的数据符号，则

所述去首个UW是对接收数据符号r，去掉前G个接收符号，即去掉符号[r(0)r(1)…r(G-1)]，得到符号y；

所述循环移位操作是对接收数据符号块y_i+1，i＝0,2，4,…，作循环移位操作，循环移位后的信号用符号y′_i+1表示，则

y′_i+1＝Py_i+1，

所述时频转换是对时域信号y_i,y′_i+1，i＝0,2，4,…作N_dspb点FFT，得到频域信号，即：

Y_i＝Wy_i

Y′_i+1＝Wy′_i+1

W表示一个N_dspb×N_dspb维的DFT阵；

所述加减特定项操作是在频域，将Y_i,Y′_i+1分别减去和补充某些特定项，以方便后续操作，减去和补充特定项之后的频域信号用符号表示，则：

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所述频域均衡是：定义则其中[Z₁ Z₂]^T代表噪声项，分别对接收信号的每一个频点进行频域均衡就得到频域的发送符号块估计，即得到X₁，X₂的估计，用符号表示；

所述除去每个块中的UW是将估计的信号最后的G个元素用零元素替换，即可得到发射端符号的估计即抽取出的前K个元素，得到即并由发射端的空间扩展操作对应可知，其中，i＝0,2，4,…；

所述去零是将上述步骤中得到的数据比特估计去掉最后的N_pad个比特值，最终接收端得到数据比特的估计值