CN105049095A - Sc-mimo系统双流三天线或者四天线的分集收发方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集收发方法及装置，发射端通过流解析将数据符号分解成两个空间流后，再将获得的两个空间流分成基本数据单元，然后将基本数据单元映射到三根或者四根发射天线，最后在每根天线上分别在基本数据单元的后面插入具有CP结构的UW序列，同时在发送数据的第一个数据块的前面插入一个附加的UW块。接收端根据发送帧中信令字段对发送空间流数和天线配置的指示，首先去掉接收到的第一个UW块，然后以单载波符号块为基本单位，按对应发射端的空间扩展分集方案对接收信号进行译码均衡操作，得到发送的原始数据。本发明在不提高系统复杂度的情况下，既保证UW作为CP和训练序列的双重优势，又利用UW自身的CP结构使其在接收端更容易实现信道估计、频偏纠正和相位跟踪等功能。

Description

SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集收发方法及装置

技术领域

本发明涉及一种SC-MIMO系统中双循环前缀UW框架下开环空间扩展分集收发的方法及装置，属于无线通信系统技术领域。

背景技术

多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput，MIMO)技术因其多天线优势已成为现代无线通信系统中的一项关键技术，其可以在不增加系统带宽的情况成倍的提高系统的容量，增加无线通信系统的频谱利用率和提高传输可靠性，以实现更高质量的数据传输。空间扩展分集是一种开环的把多个空间流映射到多发射天线的过程，解除了空间流数和发射天线数不匹配对发送的限制，同时提高了MIMO系统的通信质量，使MIMO的多天线优势得以发挥。

MIMO通常与正交频分复用技术相结合OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)，例如在无线局域网协议IEEE802.11n、802.11ac、802.11ad中，均采用了MIMO和OFDM技术相结合的系统架构来保证无线传输质量和传输速率。但是在OFDM的实际应用中，高峰均比(PeakandAverageRatio,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。相比而言，单载波(SingleCarrier，SC)调制方式在具有与OFDM相似的接收机复杂度及通信系统性能的同时，还具有低PAPR的优势，因此SC技术与MIMO的结合也逐渐成为热点，例如在无线局域网协议IEEE802.11ad中，单载波(SingleCarrier，SC)传输技术就得到了很好的应用，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。

现有SC-MIMO系统研究都针对特定配置研究特定的发送方式，而且多数系统采用的是在每一个单载波符号块的前面插入此单载波符号块最后一部分数据符号作为此单载波符号块的循环前缀(CyclicPrefix，CP)作为保护间隔对抗时延扩展，但是这种情况下，CP通常是一种无法被利用的额外开销。为弥补这一不足，在每一个单载波符号块中，用插入固定且已知的训练序列代替CP，即插入独特字(UniqueWord，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广泛被单载波频域均衡(SC-FrequencyDomainEqualization，SC-FDE)系统所采用。

对于MIMO系统，空间扩展可通过MIMO系统的多天线优势实现分集增益，但传统的空间扩展分集由于诸多因素的限制并不能直接与UW相结合。

本发明提出一种SC-MIMO系统中双循环前缀UW框架下开环空间扩展分集收发的方法及装置，给出两种空间流和发射天线配置下的发射与接收的不同方法及装置，分别为两个空间流上三根天线和两个空间流上四根天线。本发明提出的方法及装置可在不提高系统复杂度的情况下，既保证UW作为CP和训练序列的双重优势，又利用UW自身的CP结构使其在接收端更容易实现信道估计、频偏纠正和相位跟踪等功能；本发明重点是结合空间扩展分集技术，使其充分利用MIMO系统中多天线的优势带来的空间和时间发送分集增益。

发明内容

发明目的：为充分实现MIMO系统的多天线优势，结合SC技术的低PAPR特点，利用UW结构作为CP和训练序列的双重优势，克服空间扩展分集与UW结构直接结合实现MIMO传输机制的困难，本发明在结合传统UW形式的基础上提出一种自身具有CP结构的UW形式，并提供了SC-MIMO系统中可将空间扩展分集与双CP的UW框架相结合的发送与接收方法及装置。

技术方案：为实现上述目的，本发明提出了两个空间流和发射天线数为三或者为四的两种SC-MIMO系统配置下的空间扩展分集与双循环前缀UW相结合的发送与接收的方法和装置。

一种SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集发送方法，包括如下步骤：

1)根据信道编码的码字长度进行数据比特编码，经过编码后的数据比特构成整数个码字。

2)根据后面要采用的空间扩展分集方案和星座映射方案对发送帧的数据比特进行补零操作，经过流解析后的总的单载波符号块数N_BL为4的整数倍。

3)对补零后的数据比特进行流解析，变成两个空间流。

4)对每个空间流进行星座映射，变成空间符号流。

5)根据不同的发送天线配置选择相对应的空间扩展分集方案，进行空间扩展分集；

当发送天线数为3时，选择的具体空间扩展分集发送方案为：前两根天线发送的第一个数据块分别为和第三根天线发送的第一个数据块为前两根天线发送的第二个数据块分别为和第三根天线发送的第二个数据块为i＝0,2,4...；其中， ${\tilde{s}}_{j,i}={\left[\begin{array}{cc}{s}_{j,i}& 0_{1\×N_{BLUS}}\end{array}\right]}^T,$ s_j,i表示第j个空间流上的第i个数据符号块，为1×N_BLUS维的零向量，N_BLUS为插入的UW序列的长度，矩阵 $Q_K=\left[\begin{array}{cc}{Q}_1& Q_2\\ Q_3& Q_4\end{array}\right]$ 是一个N_FFT×N_FFT维的置换矩阵，用于实现逆序循环移位操作，其中，N_FFT＝N_DSPB+N_BLUS＝K+N_BLUS，K＝N_DSPB，N_DSPB表示数据符号块的长度，N_FFT是FFT变换的点数， $Q_2=0_{N_{DSPB}\×N_{BLUS}},Q_3=0_{N_{BLUS}\×N_{DSPB}},Q_4=I_{N_{BLUS}\×N_{BLUS}},$ I表示单位阵；

当发送天线数为4时，选择的具体空间扩展分集发送方案为：四根天线发送的第一个数据块分别为和四根天线发送的第二个数据块分别为和i＝0,2,4...；其中， ${\tilde{s}}_{j,i}={\left[\begin{array}{cc}{s}_{j,i}& 0_{1\×N_{BLUS}}\end{array}\right]}^T,$ s_j,i表示第j个空间流上的第i个数据符号块，为1×N_BLUS维的零向量，N_BLUS为插入的UW序列的长度，矩阵 $Q_K=\left[\begin{array}{cc}{Q}_1& Q_2\\ Q_3& Q_4\end{array}\right]$ 是一个N_FFT×N_FFT维的置换矩阵，用于实现逆序循环移位操作，其中，N_FFT＝N_DSPB+N_BLUS＝K+N_BLUS，K＝N_DSPB，N_DSPB表示数据符号块的长度，N_FFT是FFT变换的点数， $Q_2=0_{N_{DSPB}\×N_{BLUS}},Q_3=0_{N_{BLUS}\×N_{DSPB}},$ $Q_4=I_{N_{BLUS}\×N_{BLUS}},$ I表示单位阵。

6)对经过空间扩展分集处理后的每根发射天线上的数据，以单载波符号块为单位插入具有CP结构的UW序列，具体方法为：

6.1)对k根发送天线分别单独生成互不相同的UW序列u₁,u₂,...,u_k，其中m＝1,2,...,k的长度均为N_BLUS，其自身具有长度为N_C的CP；

6.2)对经过空间扩展分集处理的每一个发射天线上的数据流，以长度为N_FFT的数据符号向量为单位，在每一块上都与对应的长度为N_FFT的UW向量 ${\tilde{u}}_m={\left[\begin{array}{cc}{0}_{1\×N_{DSPB}}& u_m\end{array}\right]}^T$ 相加，另外还要在第一块数据符号的前面插入一个与本天线对应的长度为N_BLUS的UW序列。

一种SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集接收方法，接收端根据发送帧中信令字段对发送系统配置的指示，采取对应于发射端空间扩展分集方案的接收译码均衡操作得到原始数据；当接收天线数为2时，所述发送端根据第一根接收天线接收到的符号块和第二根接收天线接收到的符号块恢复出原始数据的具体步骤为：

1)丢掉接收帧中第一块UW序列块。

2)对i+1(i＝0,2,4...)时隙的接收信号和作循环移位操作，分别用和表示，则：

$\begin{array}{c}{y}_1^{\′(i+1)}=P_K{y}_1^{(i+1)}\\ y_2^{\′(i+1)}=P_K{y}_2^{(i+1)}\end{array}---\left(1\right)$

其中，矩阵 $P_K=\left[\begin{array}{cc}{P}_1& P_2\\ P_3& P_4\end{array}\right]$ 是一个N_FFT×N_FFT维的置换矩阵，用于实现循环移位操作，K＝N_DSPB，N_DSPB表示数据符号块的长度，N_FFT是FFT变换的点数， $P_1=0_{(N_{BLUS}+1)\×(N_{DSPB}-1)},P_2=I_{(N_{BLUS}+1)\×(N_{BLUS}+1)},P_3=I_{(N_{DSPB}-1)\×(N_{DSPB}-1)},P_4=0_{(N_{DSPB}-1)\×(N_{BLUS}+1)},$ N_BLUS为插入的UW序列的长度，N_DSPB表示数据符号块的长度。

3)对时域信号作N_FFT点FFT转换成频域信号，分别用表示，则：

$\left\{\begin{array}{cc}{Y}_1^{\left(i\right)}={\mathrm{Wy}}_1^{\left(i\right)}& Y_1^{\′(i+1)}={\mathrm{Wy}}_1^{\′(i+1)}\\ Y_2^{\left(i\right)}={\mathrm{Wy}}_2^{\left(i\right)}& Y_2^{\′(i+1)}={\mathrm{Wy}}_2^{\′(i+1)}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，W是一个N_FFT×N_FFT维的DFT阵，矩阵W的第(n,k)个元素为exp(-2πjkn/N_FFT)。

4)在频域，将分别减去和补充某些特定项得到以恢复接收数据的正交性；

当发送天线数为3时，所述步骤4经过正交互处理后得到的表示为：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{Y}}_1^{(i+1)}=Y_1^{\′(i+1)}-{\mathrm{\Λ}}_{11}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_1-{\mathrm{\Λ}}_{12}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_2-{\mathrm{\Λ}}_{13}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_3\\ -{\mathrm{\Λ}}_{11}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_2^{*}+{\mathrm{\Λ}}_{12}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_1^{*}-{\mathrm{\Λ}}_{13}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_3^{*};\\ {\stackrel{\‾}{Y}}_2^{(i+1)}=Y_2^{\′(i+1)}-{\mathrm{\Λ}}_{21}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_1-{\mathrm{\Λ}}_{22}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_2-{\mathrm{\Λ}}_{23}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_3\\ -{\mathrm{\Λ}}_{21}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_2^{*}+{\mathrm{\Λ}}_{22}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_1^{*}+{\mathrm{\Λ}}_{23}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_3^{*}\end{array}---\left(3\right)$

当发送天线数为4时，所述步骤4经过正交互处理后得到的表示为：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{Y}}_1^{(i+1)}=Y_1^{\′(i+1)}-{\mathrm{\Λ}}_{11}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_1,-{\mathrm{\Λ}}_{12}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_2-{\mathrm{\Λ}}_{13}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_3-{\mathrm{\Λ}}_{14}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_4\\ -{\mathrm{\Λ}}_{11}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_2^{*}+{\mathrm{\Λ}}_{12}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_1^{*}-{\mathrm{\Λ}}_{13}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_4^{*}+{\mathrm{\Λ}}_{14}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_3^{*}\\ {\stackrel{\‾}{Y}}_2^{(i+1)}=Y_2^{\′(i+1)}-{\mathrm{\Λ}}_{21}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_1-{\mathrm{\Λ}}_{22}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_2-{\mathrm{\Λ}}_{23}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_3-{\mathrm{\Λ}}_{24}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_4\\ -{\mathrm{\Λ}}_{21}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_2^{*}+{\mathrm{\Λ}}_{22}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_1^{*}-{\mathrm{\Λ}}_{23}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_4^{*}+{\mathrm{\Λ}}_{24}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_3^{*}\end{array}---\left(4\right)$

公式3和公式4中，WH_nmW^H＝Λ_nm，H_nm是第n个接收天线到第m个发送天线间的冲击响应构成的循环矩阵，W是DFT阵，P_K是实现循环移位操作的置换矩阵， ${\tilde{u}}_m={\left[\begin{array}{cc}{0}_{1\×N_{DSPB}}& u_m\end{array}\right]}^T,$ u_m表示对第m根发送天线生成的UW序列，N_DSPB表示数据符号块的长度。

5)对的每一个频点进行MMSE均衡得到频域的发送符号块的估计；

当发送天线数为3时，采用的均衡矩阵为：

$\mathrm{\Λ}=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\Λ}}_{11}& {\mathrm{\Λ}}_{12}& {\mathrm{\Λ}}_{13}& 0\\ {\mathrm{\Λ}}_{12}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{11}^H& 0& {\mathrm{\Λ}}_{13}^H\\ {\mathrm{\Λ}}_{21}& {\mathrm{\Λ}}_{22}& {\mathrm{\Λ}}_{23}& 0\\ {\mathrm{\Λ}}_{22}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{21}^H& 0& {\mathrm{\Λ}}_{23}^H\end{array}\right]---\left(5\right)$

当发送天线数为4时，采用的均衡矩阵为：

$\mathrm{\Λ}=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\Λ}}_{11}& {\mathrm{\Λ}}_{12}& {\mathrm{\Λ}}_{13}& {\mathrm{\Λ}}_{14}\\ {\mathrm{\Λ}}_{12}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{11}^H& {\mathrm{\Λ}}_{14}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{13}^H\\ {\mathrm{\Λ}}_{21}& {\mathrm{\Λ}}_{22}& {\mathrm{\Λ}}_{23}& {\mathrm{\Λ}}_{24}\\ {\mathrm{\Λ}}_{22}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{21}^H& {\mathrm{\Λ}}_{24}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{23}^H\end{array}\right]---\left(6\right)$

公式5和公式6中，WH_nmW^H＝Λ_nm，H_nm是第n个接收天线到第m个发送天线间的冲击响应构成的循环矩阵，W是DFT阵。

6)对均衡后的频域符号估计作N_FFT点IFFT得到时域估计信号，再将时域估计信号除去UW序列的已知部分得到空间流数据估计，然后对空间流数据估计进行与发射端相对应的逆流解析、星座逆映射和去零操作得到原始的发送比特。

一种SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集收发装置，包括发送机和接收机，所述发送机包括编码模块、补零模块、流解析模块、星座映射模块、空间扩展分集模块、UW序列插入模块；所述接收机包括UW序列去除模块、循环移位模块、时频转换模块、正交化处理模块、均衡处理模块、数据恢复模块；其中，编码模块，用于根据信道编码的码字长度进行数据比特编码；补零模块，用于根据要采用的空间扩展分集方案和星座映射方案对发送帧的数据比特进行补零操作；流解析模块，用于对补零后的数据比特进行流解析操作；星座映射模块，用于对每个空间流进行星座映射操作；空间扩展分集模块，用于根据选择的空间扩展分集方案进行空间扩展分集操作；UW序列插入模块，用于对经过空间扩展分集处理的每根发射天线上的数据，以单载波符号块为单位插入具有CP结构的UW序列；序列去除模块，用于丢掉接收帧中第一块UW序列块；循环移位模块，用于对i+1(i＝0,2,4...)时隙的接收信号进行循环移位操作；时频转换模块，用于对对i时隙的接收信号和i+1时隙经过循环移位后的信号做FFT变换；正交化处理模块，用于在频域进行正交化处理，以恢复接收数据的正交性；均衡处理模块，用于对正交化处理后的频域信号的每一个频点进行MMSE均衡，获得原始发送信号的频域符号估计；数据恢复模块，用于对均衡后的频域符号估计作IFFT变换，除去UW序列的已知部分，并进行与发射端相对应的逆流解析、星座逆映射和去零操作，估计出原始的发送信号。

有益效果：本发明提出的基于SC-MIMO系统的STBC与双循环前缀UW相结合的发送与接收方法及装置，可以在不提高系统复杂度的情况下，充分实现MIMO系统的多天线优势，利用UW结构作为CP和训练序列的双重优势，克服STBC与UW结构不能直接相结合的问题。此外，本发明提出的具有CP结构的UW方案，除了具备传统UW的所有功能，其本身还可以被看成一个小的数据块，更便于接收端进行利用以实现信道估计、相位跟踪、频偏纠正等各项功能。

附图说明

图1为本发明的具有CP结构的UW；

图2为本发明的双空间流、三个发射天线配置下的空间扩展分集方案的发送数据格式，图中K＝N_DSPB；

图3为本发明的双空间流、四个发射天线配置下的空间扩展分集方案的发送数据格式，图中K＝N_DSPB；

图4为本发明的两种方案下的发射机操作图；

图5为本发明的两种方案下的接收机操作图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同替换均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明提出的方法在SC-MIMO系统的发射前端，首先根据后面要采用的空间扩展分集的具体方案和星座映射方案对发送帧的数据比特进行补零操作；进而对补零后的数据比特数据进行流解析后变成两个空间流；然后对每个空间流进行星座映射成数据符号；再根据不同的发送天线配置选择相对应的空间扩展分集的方案；最后对经过空间扩展分集处理后的每根发射天线上的数据，以单载波符号块为单位插入具有CP结构的UW序列。在接收端，根据所发送帧中信令字段对发送系统配置的指示，采取对应于发射端空间扩展分集方案的接收译码均衡操作，得到原始数据。

令每个单载波符号块的星座数据符号数为N_DSPB，UW的长度为N_BLUS，每个单载波符号块的编码比特数为N_CBPB，发送帧的单载波符号块数为N_BL。并令 $\begin{array}{cc}{\tilde{s}}_{j,i}={\left[\begin{array}{cc}{s}_{j,i}& 0_{1\×N_{BLUS}}\end{array}\right]}^T,& {\tilde{u}}_m={\left[\begin{array}{cc}{0}_{1\×N_{DSPB}}& u_m\end{array}\right]}^T\end{array};$

对于两个空间流，三个发射天线的SC-MIMO系统配置，双循环前缀UW框架下的空间扩展分集发送与接收的具体方案步骤如下，具体操作步骤如图4所示，

(1)数据比特编码和补零：

根据信道编码的码字长度，使数据比特编码后能构成整数个码字；同时根据后面两个空间流上三个发射天线的空间扩展分集方案，使流解析之后总的单载波符号块数N_BL必须为4的整数倍，对发送帧的原始数据比特进行补零操作；

(2)数据流流解析和星座映射：

经过信道编码后和补零操作后的比特流是以N_CBPB为单位进行处理的，对这种形式的比特流进行流解析后成为两个空间流；然后再对这两个空间流分别进行星座映射，成为两个空间符号流；

(3)空间扩展分集发送：

假设符号向量s_j,i＝[s_j,i(0),...,s_j,i(N_DSPB-1)]表示第j个空间流上的第i个数据符号块，长度为N_DSPB，取两个空间流上的数据符号块向量：

s_1,i＝[s_1,i(0),...,s_1,i(N_DSPB-1)],s_1,i+1＝[s_1,i+1(0),...,s_1,i+1(N_DSPB-1)],

s_2,i＝[s_2,i(0),...,s_2,i(N_DSPB-1)]，s_2,i+1＝[s_2,i+1(0),...,s_2,i+1(N_DSPB-1)],i＝0,2,4,...且 ${\tilde{s}}_{j,i}={\left[\begin{array}{cc}{s}_{j,i}& 0_{1\×N_{BLUS}}\end{array}\right]}^T,$ 为1×N_BLUS维的零向量，矩阵Q_K是一个N_FFT×N_FFT维的置换矩阵，实现逆序循环移位操作，其定义为：

$Q_K=\left[\begin{array}{cc}{Q}_1& Q_2\\ Q_3& Q_4\end{array}\right]$

其中， $\begin{array}{cc}{Q}_2=0_{N_{DSPB}\×N_{BLUS}},& Q_3=0_{N_{BLUS}\×N_{DSPB}},\end{array}$ $Q_4=I_{N_{BLUS}\×N_{BLUS}},$ N_FFT＝N_DSPB+N_BLUS＝K+N_BLUS，K＝N_DSPB，I表示单位阵；那么具体的空间扩展分集的发送形式为：前两根天线发送的第一个数据块分别为和第三根天线发送的第一个数据块为前两根天线发送的第二个数据块分别为和第三根天线发送的第二个数据块为

(4)插入具有CP结构的UW：

首先生成自身具有CP结构的UW：

假设第m根发射天线上发送的UW符号向量表示为：对三根天线分别单独生成互不相同的UW序列u₁,u₂,u₃，长度均为N_BLUS。u_m,m＝1,2,3自身具有长度为N_C的CP，如图1所示，即向量u_m,m＝1,2,3的前N_C个元素与后N_C个元素是相同的，即： $\[u_{m,0},\mathrm{...},u_{m,N_C-1}\]=\[u_{m,N_{BLUS}-N_C},\mathrm{...},u_{m,N_{BLUS}-1}\],$ 且 ${\tilde{u}}_m={\left[\begin{array}{cc}{0}_{1\×N_{DSPB}}& u_m\end{array}\right]}^T;$

然后，插入UW：

经过(3)中空间扩展分集处理的每一个发射天线上的数据流，以长度为N_FFT的数据符号向量为单位，在每一块上都与对应的长度为N_FFT的UW向量 ${\tilde{u}}_m={\left[\begin{array}{cc}{0}_{1\×N_{DSPB}}& u_m\end{array}\right]}^T$ 相加，另外还要在第一块数据符号的前面插入一个与本天线对应的长度为N_BLUS的UW序列，这样在每个长度为N_DSPB的数据块前面的UW序列就等效为本N_DSPB的数据块和后面的UW序列组成的一个长度为N_FFT的符号块的CP部分，同时UW自身内部也具有图一所示的CP结构，这样就构成了发送帧的双CP结构；需要注意的是，在每一个发射天线上插入的UW序列是互不相同的；经过上述处理的数据就可以上天线发送了；发送形式如图2所示；

(5)接收信号处理，如图5所示：

假设接收端配置为能够正确解调发送数据的两根接收天线，若接收端配置更多天线，接收方法与下述步骤并无明显不同，假设第一根接收天线接收到的两个符号块为和第二根接收天线接收到的两个符号块为和

(5.1)丢掉接收帧中第一块UW序列块。对两个天线上接收的数据帧中长度为N_BLUS的首部去掉，即丢掉发送的第一个UW序列对应的接收信号；

(5.2)对接收端的接收信号和作循环移位操作。将接收信号和作循环移位得到的信号用和表示，则

$\begin{array}{c}{y}_1^{\′(i+1)}=P_K{y}_1^{(i+1)}\\ y_2^{\′(i+1)}=P_K{y}_2^{(i+1)}\end{array}---\left(1\right)$

其中，矩阵P_K是一个N_FFT×N_FFT维的置换矩阵，实现循环移位操作，其定义为：

$P_K=\left[\begin{array}{cc}{P}_1& P_2\\ P_3& P_4\end{array}\right]$

其中， $P_1=0_{(N_{BLUS}+1)\×(N_{DSPB}-1)},P_2=I_{(N_{BLUS}+1)\×(N_{BLUS}+1)},P_3=I_{(N_{DSPB}-1)\×(N_{DSPB}-1)},P_4=0_{(N_{DSPB}-1)\×(N_{BLUS}+1)};$

(5.3)时频转换。对时域信号做FFT转换成频域信号，分别用表示，则：

$\left\{\begin{array}{cc}{Y}_1^{\left(i\right)}={\mathrm{Wy}}_1^{\left(i\right)}& Y_1^{\′(i+1)}={\mathrm{Wy}}_1^{\′(i+1)}\\ Y_2^{\left(i\right)}={\mathrm{Wy}}_2^{\left(i\right)}& Y_2^{\′(i+1)}={\mathrm{Wy}}_2^{\′(i+1)}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，W是一个N_FFT×N_FFT维的DFT阵，矩阵W的第(n,k)个元素为exp(-2πjkn/N_FFT)；

(5.4)正交化处理。令中WH_nmW^H＝Λ_nm，其中H_nm是第n个接收天线到第m个发送天线间的冲击响应构成的N×N的循环矩阵，且Λ_nm是对角阵，那么在频域，将分别减去和补充某些特定项，以恢复接收数据的正交性，经过正交互处理后的分别用符号表示。对需减去的特定项为：需增加的特定项为：对需减去特定项：需增加的特定项为： ${\mathrm{\Λ}}_{22}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_1^{*},{\mathrm{\Λ}}_{23}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_3^{*};$

(5.5)频域均衡处理。对进行均衡，定义 $R={\left[\begin{array}{cccc}{Y}_1^{\left(i\right)}& {\stackrel{\‾}{Y}}_1^{*(i+1)}& Y_2^{\left(i\right)}& {\stackrel{\‾}{Y}}_2^{*(i+1)}\end{array}\right]}^T,$ 均衡矩阵为 $\mathrm{\Λ}=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\Λ}}_{11}& {\mathrm{\Λ}}_{12}& {\mathrm{\Λ}}_{13}& 0\\ {\mathrm{\Λ}}_{12}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{11}^H& 0& {\mathrm{\Λ}}_{13}^H\\ {\mathrm{\Λ}}_{21}& {\mathrm{\Λ}}_{22}& {\mathrm{\Λ}}_{23}& 0\\ {\mathrm{\Λ}}_{22}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{21}^H& 0& {\mathrm{\Λ}}_{23}^H\end{array}\right],$ 则分别对接收信号的每一个频点进行MMSE均衡，就可以得到频域的发送符号块的估计；

(5.6)频域时域转换。将均衡后的频域符号估计作N_FFT点IFFT，得到时域估计信号，由发射端的步骤对应可知，分别将除去UW序列的已知部分，即可得到空间流数据的估计然后在对得到的数据估计进行与发射端相对应的逆流解析、星座逆映射和去零操作，从而得到原始的发送比特。

对于两个空间流、四根发射天线的SC-MIMO系统配置，双循环前缀UW框架下的空间扩展分集发送与接收的具体方案步骤如下，具体操作步骤如图4所示：

(1)数据比特编码和补零：操作如上面三个发射天线的方案中所述；

(2)数据流流解析和星座映射：操作也同上面三个发射天线的方案中所述；

(3)空间扩展分集发送：

假设符号向量s_j,i＝[s_j,i(0),...,s_j,i(N_DSPB-1)]表示第j个空间流上的第i个数据符号块，长度为N_DSPB，取两个空间流上的两个数据符号块向量：

s_1,i＝[s_1,i(0),...,s_1,i(N_DSPB-1)],s_1,i+1＝[s_1,i+1(0),...,s_1,i+1(N_DSPB-1)],

s_2,i＝[s_2,i(0),...,s_2,i(N_DSPB-1)]，s_2,i+1＝[s_2,i+1(0),...,s_2,i+1(N_DSPB-1)],i＝0,2,4,...

且 ${\tilde{s}}_{j,i}={\left[\begin{array}{cc}{s}_{j,i}& 0_{1\×N_{BLUS}}\end{array}\right]}^T,$ 矩阵Q_K是一个N_FFT×N_FFT维的置换矩阵，实现逆序循环移位操作，形式如前所述；那么具体的空间扩展分集的发送形式为：四根天线发送的第一个数据块分别为和四根天线发送的第二个数据块分别为和

(4)插入具有CP结构的UW：

首先生成自身具有CP结构的UW：

假设第m根发射天线上发送的UW符号向量表示为：对四根天线分别单独生成互不相同的UW序列u₁,u₂,u₃,u₄，长度均为N_BLUS。u_m,m＝1,2,3,4本身还具有长度为N_C的CP，如图1所示，即向量u_m,m＝1,2,3,4的前N_C个元素与后N_C个元素是相同的，即： $\[u_{m,0},\mathrm{...},u_{m,N_C-1}\]=\[u_{m,N_{BLUS}-N_C},\mathrm{...},u_{m,N_{BLUS}-1}\],$ 且 ${\tilde{u}}_m={\left[\begin{array}{cc}{0}_{1\×N_{DSPB}}& u_m\end{array}\right]}^T;$

然后，插入UW：

经过(3)中空间扩展分集处理的每一个发射天线上的数据流，以长度为N_FFT的数据符号向量为单位，在每一块上都与对应的长度为N_FFT的UW向量 ${\tilde{u}}_m={\left[\begin{array}{cc}{0}_{1\×N_{DSPB}}& u_m\end{array}\right]}^T$ 相加，另外还要在第一块数据符号的前面插入一个与本天线对应的长度为N_BLUS的UW序列，这样在每个长度为N_DSPB的数据块前面的UW序列就等效为本N_DSPB的数据块和后面的UW序列组成的一个长度为N_FFT的符号块的CP部分，同时UW自身内部也具有图一所示的CP结构，这样就构成了发送帧的双CP结构；经过上述处理的数据就可以上天线发送了；发送形式如图3所示；

(5)接收信号处理，如图5所示：

假设接收端配置为能够正确解调发送数据的两根接收天线，若接收端配置更多天线，接收方法与下述步骤并无明显不同，假设第一根接收天线接收到的两个符号块为和第二根接收天线接收到的两个符号块为和 $y_2^{(i+1)}.$

(5.1)丢掉接收帧中接收到的发送第一块UW序列对应的数据块。对两个天线上接收的数据帧中长度为N_BLUS的首部去掉，即丢掉发送的第一个UW序列对应的接收信号；

(5.2)对接收端的接收信号和作循环移位操作。将接收信号和作循环移位得到的信号用和表示，则

$\begin{array}{c}{y}_1^{\′(i+1)}=P_K{y}_1^{(i+1)}\\ y_2^{\′(i+1)}=P_K{y}_2^{(i+1)}\end{array}---\left(1\right)$

其中，矩阵P_K是一个N_FFT×N_FFT维的置换矩阵，实现循环移位操作，形式如前所述；

(5.3)时频转换。对时域信号做FFT转换成频域信号，分别用表示，则：

$\left\{\begin{array}{cc}{Y}_1^{\left(i\right)}={\mathrm{Wy}}_1^{\left(i\right)}& Y_1^{\′(i+1)}={\mathrm{Wy}}_1^{\′(i+1)}\\ Y_2^{\left(i\right)}={\mathrm{Wy}}_2^{\left(i\right)}& Y_2^{\′(i+1)}={\mathrm{Wy}}_2^{\′(i+1)}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，W是一个N_FFT×N_FFT维的DFT阵，矩阵W的第(n,k)个元素为exp(-2πjkn/N_FFT)；

(5.4)正交化处理。令中WH_nmW^H＝Λ_nm，其中H_nm是第n个接收天线到第m个发送天线间的冲击响应构成的N×N的循环矩阵，且Λ_nm是对角阵，那么在频域，将分别减去和增加某些特定项，以恢复接收数据的正交性。经过正交互处理后的分别用符号表示。对为恢复接收数据正交性而需减去的特定项为：需增加的特定项为：对为恢复接收数据正交性而需减去特定项：需增加的特定项为： $-{\mathrm{\Λ}}_{21}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_2^{*},{\mathrm{\Λ}}_{22}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_1^{*},-{\mathrm{\Λ}}_{23}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_4^{*},{\mathrm{\Λ}}_{24}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_3^{*};$

(5.5)频域均衡处理。对进行均衡，定义 $R={\left[\begin{array}{cccc}{Y}_1^{\left(i\right)}& Y_1^{*(i+1)}& Y_2^{\left(i\right)}& {\stackrel{\‾}{Y}}_2^{*(i+1)}\end{array}\right]}^T,$ 均衡矩阵为 $\mathrm{\Λ}=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\Λ}}_{11}& {\mathrm{\Λ}}_{12}& {\mathrm{\Λ}}_{13}& {\mathrm{\Λ}}_{14}\\ {\mathrm{\Λ}}_{12}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{11}^H& {\mathrm{\Λ}}_{14}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{13}^H\\ {\mathrm{\Λ}}_{21}& {\mathrm{\Λ}}_{22}& {\mathrm{\Λ}}_{23}& {\mathrm{\Λ}}_{24}\\ {\mathrm{\Λ}}_{22}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{21}^H& {\mathrm{\Λ}}_{24}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{23}^H\end{array}\right],$ 则分别对接收信号的每一个频点进行MMSE均衡，就可以得到频域的发送符号块的估计；

(5.6)频域时域转换。将均衡后的频域符号估计作N_FFT点IFFT，得到时域估计信号，由发射端的步骤对应可知，分别将除去UW序列的已知部分，即可得到空间流数据的估计然后在对得到的数据估计进行与发射端相对应的逆流解析、星座逆映射和去零操作，从而得到原始的发送比特。

Claims (10)

1.一种SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集发送方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据信道编码的码字长度进行数据比特编码；

2)根据后面要采用的空间扩展分集方案和星座映射方案对发送帧的数据比特进行补零操作；

3)对补零后的数据比特进行流解析，变成两个空间流；

4)对每个空间流进行星座映射，变成空间符号流；

5)根据不同的发送天线配置选择相对应的空间扩展分集方案，进行空间扩展分集；

6)对经过空间扩展分集处理后的每根发射天线上的数据，以单载波符号块为单位插入具有CP结构的UW序列。

2.如权利要求1所述的SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集发送方法，其特征在于，经过步骤1编码后的数据比特构成整数个码字。

3.如权利要求1所述的SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集发送方法，其特征在于，经过步骤2流解析后的总的单载波符号块数N_BL为4的整数倍。

4.如权利要求1所述的SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集发送方法，其特征在于，当发送天线数为3时，所述步骤5选择的具体空间扩展分集发送方案为：前两根天线发送的第一个数据块分别为和第三根天线发送的第一个数据块为前两根天线发送的第二个数据块分别为和第三根天线发送的第二个数据块为i＝0,2,4...；其中， ${\tilde{s}}_{j,i}={\left[\begin{array}{cc}{s}_{j,i}& 0_{1\×N_{BLUS}}\end{array}\right]}^T,$ s_j,i表示第j个空间流上的第i个数据符号块，为1×N_BLUS维的零向量，N_BLUS为插入的UW序列的长度，矩阵 $Q_K=\left[\begin{array}{cc}{Q}_1& Q_2\\ Q_3& Q_4\end{array}\right]$ 是一个N_FFT×N_FFT维的置换矩阵，用于实现逆序循环移位操作，其中，N_FFT＝N_DSPB+N_BLUS＝K+N_BLUS，K＝N_DSPB，N_DSPB表示数据符号块的长度，N_FFT是FFT变换的点数， $Q_2=0_{N_{DSPB}\×N_{BLUS}},Q_3=0_{N_{BLUS}\×N_{DSPB}},$ $Q_4=I_{N_{BLUS}\×N_{BLUS}},$ I表示单位阵。

5.如权利要求1所述的SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集发送方法，其特征在于，当发送天线数为4时，所述步骤5选择的具体空间扩展分集发送方案为：四根天线发送的第一个数据块分别为和四根天线发送的第二个数据块分别为和i＝0,2,4...；其中， ${\tilde{s}}_{j,i}={\left[\begin{array}{cc}{s}_{j,i}& 0_{1\×N_{BLUS}}\end{array}\right]}^T,$ s_j,i表示第j个空间流上的第i个数据符号块，为1×N_BLUS维的零向量，N_BLUS为插入的UW序列的长度，矩阵 $Q_K=\left[\begin{array}{cc}{Q}_1& Q_2\\ Q_3& Q_4\end{array}\right]$ 是一个N_FFT×N_FFT维的置换矩阵，用于实现逆序循环移位操作，其中，N_FFT＝N_DSPB+N_BLUS＝K+N_BLUS，K＝N_DSPB，N_DSPB表示数据符号块的长度，N_FFT是FFT变换的点数， $Q_2=0_{N_{DSPB}\×N_{BLUS}},$ $Q_3=0_{N_{BLUS}\×N_{DSPB}},Q_4=I_{N_{BLUS}\×N_{BLUS}},$ I表示单位阵。

6.如权利要求1所述的SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集发送方法，其特征在于，所述步骤6插入具有CP结构的UW序列的具体方法为：

6.1)对k根发送天线分别单独生成互不相同的UW序列u₁,u₂,...,u_k，其中m＝1,2,...,k的长度均为N_BLUS，其自身具有长度为N_C的CP；

6.2)对经过空间扩展分集处理的每一个发射天线上的数据流，以长度为N_FFT的数据符号向量为单位，在每一块上都与对应的长度为N_FFT的UW向量 ${\tilde{u}}_m={\left[\begin{array}{cc}{0}_{1\×N_{DSPB}}& u_m\end{array}\right]}^T$ 相加，另外还要在第一块数据符号的前面插入一个与本天线对应的长度为N_BLUS的UW序列。

7.一种SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集接收方法，接收端根据发送帧中信令字段对发送系统配置的指示，采取对应于发射端空间扩展分集方案的接收译码均衡操作得到原始数据，其特征在于，当接收天线数为2时，所述发送端根据第一根接收天线接收到的符号块和第二根接收天线接收到的符号块恢复出原始数据的具体步骤为：

1)丢掉接收帧中第一块UW序列块；

2)对i+1(i＝0,2,4...)时隙的接收信号和作循环移位操作，分别用和表示，则：

$\begin{array}{c}{y}_1^{\′(i+1)}=P_K{y}_1^{(i+1)}\\ y_2^{\′(i+1)}=P_K{y}_2^{(i+1)}\end{array}---\left(1\right)$

其中，矩阵 $P_K=\left[\begin{array}{cc}{P}_1& P_2\\ P_3& P_4\end{array}\right]$ 是一个N_FFT×N_FFT维的置换矩阵，用于实现循环移位操作，K＝N_DSPB，N_DSPB表示数据符号块的长度，N_FFT是FFT变换的点数， $\begin{array}{cccc}{P}_1=0_{(N_{BLUS}+1)\×(N_{DSPB}-1)},& P_2=I_{(N_{BLUS}+1)\×(N_{BLUS}+1)},& P_3=I_{(N_{DSPB}-1)\×(N_{DSPB}-1)},& P_4=0_{(N_{DSPB}-1)\×(N_{BLUS}-1)}\end{array},$ N_BLUS为插入的UW序列的长度；

3)对时域信号作N_FFT点FFT转换成频域信号，分别用表示，则：

$\left\{\begin{array}{cc}{Y}_{{}_1}^{\left(i\right)}={\mathrm{Wy}}_1^{\left(i\right)}& Y_{{}_1}^{\′(i+1)}={\mathrm{Wy}}_1^{\′(i+1)}\\ Y_2^{\left(i\right)}={\mathrm{Wy}}_2^{\left(i\right)}& Y_{{}_2}^{\′(i+1)}={\mathrm{Wy}}_2^{\′(i+1)}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，W是一个N_FFT×N_FFT维的DFT阵，矩阵W的第(n,k)个元素为exp(-2πjkn/N_FFT)；

4)在频域，将分别减去和补充某些特定项得到以恢复接收数据的正交性；

5)对的每一个频点进行MMSE均衡得到频域的发送符号块的估计；

6)对均衡后的频域符号估计作N_FFT点IFFT得到时域估计信号，再将时域估计信号除去UW序列的已知部分得到空间流数据估计，然后对空间流数据估计进行与发射端相对应的逆流解析、星座逆映射和去零操作得到原始的发送比特。

8.如权利要求7所述的SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集发送方法，其特征在于，当发送天线数为3时，所述步骤4经过正交互处理后得到的表示为：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{Y}}_{{}_1}^{(i+1)}=Y_{{}_1}^{\′(i+1)}-{\mathrm{\Λ}}_{11}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_1-{\mathrm{\Λ}}_{12}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_2-{\mathrm{\Λ}}_{13}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_3\\ -{\mathrm{\Λ}}_{11}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_2^{*}-{\mathrm{\Λ}}_{12}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_1^{*}-{\mathrm{\Λ}}_{13}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_3^{*};\\ {\stackrel{\‾}{Y}}_{{}_2}^{(i+1)}=Y_{{}_2}^{\′(i+1)}-{\mathrm{\Λ}}_{21}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_1-{\mathrm{\Λ}}_{22}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_2-{\mathrm{\Λ}}_{23}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_3\\ -{\mathrm{\Λ}}_{21}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_2^{*}+{\mathrm{\Λ}}_{22}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_1^{*}+{\mathrm{\Λ}}_{23}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_3^{*}\end{array}---\left(3\right)$

其中，WH_nmW^H＝Λ_nm，H_nm是第n个接收天线到第m个发送天线间的冲击响应构成的循环矩阵，W是DFT阵，P_K是实现循环移位操作的置换矩阵， ${\tilde{u}}_m={\left[\begin{array}{cc}{0}_{1\×N_{DSPB}}& u_m\end{array}\right]}^T,$ u_m表示对第m根发送天线生成的UW序列，N_DSPB表示数据符号块的长度；

所述步骤5采用的均衡矩阵为：

$\mathrm{\Λ}=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\Λ}}_{11}& {\mathrm{\Λ}}_{12}& {\mathrm{\Λ}}_{13}& 0\\ {\mathrm{\Λ}}_{12}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{11}^H& 0& {\mathrm{\Λ}}_{13}^H\\ {\mathrm{\Λ}}_{21}& {\mathrm{\Λ}}_{22}& {\mathrm{\Λ}}_{23}& 0\\ {\mathrm{\Λ}}_{22}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{21}^H& 0& {\mathrm{\Λ}}_{23}^H\end{array}\right]---\left(5\right)$

其中，WH_nmW^H＝Λ_nm，H_nm是第n个接收天线到第m个发送天线间的冲击响应构成的循环矩阵，W是DFT阵。

9.如权利要求7所述的SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集发送方法，其特征在于，当发送天线数为4时，所述步骤4经过正交互处理后得到的表示为：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{Y}}_{{}_1}^{(i+1)}=Y_{{}_1}^{\′(i+1)}-{\mathrm{\Λ}}_{11}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_1,-{\mathrm{\Λ}}_{12}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_2-{\mathrm{\Λ}}_{13}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_3-{\mathrm{\Λ}}_{14}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_4\\ -{\mathrm{\Λ}}_{11}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_2^{*}+{\mathrm{\Λ}}_{12}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_1^{*}-{\mathrm{\Λ}}_{13}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_4^{*}+{\mathrm{\Λ}}_{14}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_3^{*}\\ {\stackrel{\‾}{Y}}_{{}_2}^{(i+1)}=Y_{{}_2}^{\′(i+1)}-{\mathrm{\Λ}}_{21}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_1-{\mathrm{\Λ}}_{22}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_2-{\mathrm{\Λ}}_{23}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_3-{\mathrm{\Λ}}_{24}{\mathrm{WP}}_K{\tilde{u}}_4\\ -{\mathrm{\Λ}}_{21}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_2^{*}+{\mathrm{\Λ}}_{22}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_1^{*}-{\mathrm{\Λ}}_{23}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_4^{*}+{\mathrm{\Λ}}_{24}{\mathrm{WP}}_K{Q}_K{\tilde{u}}_3^{*}\end{array}---\left(4\right)$

其中，WH_nmW^H＝Λ_nm，H_nm是第n个接收天线到第m个发送天线间的冲击响应构成的循环矩阵，W是DFT阵，P_K是实现循环移位操作的置换矩阵， ${\tilde{u}}_m={\left[\begin{array}{cc}{0}_{1\×N_{DSPB}}& u_m\end{array}\right]}^T,$ u_m表示对第m根发送天线生成的UW序列，N_DSPB表示数据符号块的长度；

所述步骤5采用的均衡矩阵为：

$\mathrm{\Λ}=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\Λ}}_{11}& {\mathrm{\Λ}}_{12}& {\mathrm{\Λ}}_{13}& {\mathrm{\Λ}}_{14}\\ {\mathrm{\Λ}}_{12}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{11}^H& {\mathrm{\Λ}}_{14}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{13}^H\\ {\mathrm{\Λ}}_{21}& {\mathrm{\Λ}}_{22}& {\mathrm{\Λ}}_{23}& {\mathrm{\Λ}}_{24}\\ {\mathrm{\Λ}}_{22}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{21}^H& {\mathrm{\Λ}}_{24}^H& -{\mathrm{\Λ}}_{23}^H\end{array}\right]---\left(6\right)$

其中，WH_nmW^H＝Λ_nm，H_nm是第n个接收天线到第m个发送天线间的冲击响应构成的循环矩阵，W是DFT阵。

10.一种SC-MIMO系统双流三天线或者四天线的分集收发装置，包括发送机和接收机，其特征在于，所述发送机包括编码模块、补零模块、流解析模块、星座映射模块、空间扩展分集模块、UW序列插入模块；所述接收机包括UW序列去除模块、循环移位模块、时频转换模块、正交化处理模块、均衡处理模块、数据恢复模块；其中，

编码模块，用于根据信道编码的码字长度进行数据比特编码；

补零模块，用于根据要采用的空间扩展分集方案和星座映射方案对发送帧的数据比特进行补零操作；

流解析模块，用于对补零后的数据比特进行流解析操作；

星座映射模块，用于对每个空间流进行星座映射操作；

空间扩展分集模块，用于根据选择的空间扩展分集方案进行空间扩展分集操作；

UW序列插入模块，用于对经过空间扩展分集处理的每根发射天线上的数据，以单载波符号块为单位插入具有CP结构的UW序列；

序列去除模块，用于丢掉接收帧中第一块UW序列块；

循环移位模块，用于对i+1(i＝0,2,4...)时隙的接收信号进行循环移位操作；

时频转换模块，用于对对i时隙的接收信号和i+1时隙经过循环移位后的信号做FFT变换；

正交化处理模块，用于在频域进行正交化处理，以恢复接收数据的正交性；

均衡处理模块，用于对正交化处理后的频域信号的每一个频点进行MMSE均衡，获得原始发送信号的频域符号估计；

数据恢复模块，用于对均衡后的频域符号估计作IFFT变换，除去UW序列的已知部分，并进行与发射端相对应的逆流解析、星座逆映射和去零操作，估计出原始的发送信号。