CN106936751A - 数据传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了数据传输方法及装置，该方法包括：基站将多个用户设备的调制数据按照顺序合并为多用户传输信号向量a＝[a₁,a₂,…,a_K]^T，其中，每个用户设备为单层传输；基站将多用户传输信号向量经过反馈干扰消除和MOD操作得到其中，MOD操作用于限制发射信号功率；基站对进行线性预编码；基站对经过线性预编码得到的信号经过RE映射和OFDM调制之后通过对应的天线发送出去。通过本发明解决了现有技术中多用户叠加传输中所存在的问题，降低了用户间的干扰。

Description

数据传输方法及装置

技术领域

本发明涉及通讯领域，具体而言，涉及数据传输方法及装置。

背景技术

在LTE R13之前的多用户传输方案中，均通过正交传输的方式来降低用户间的干扰。但是从信息论的角度分析，正交传输是有损信道容量的，因此是一种次优的传输方式。若能从发射机和接收机联合进行考虑，即使发射机采用非正交传输方式，在接收机侧通过一些额外的处理可以获得优于正交传输的性能，甚至可以达到理论上的多用户容量界，进而大大提升系统性能。其中一种实现方式是采用叠加编码传输(Superposition Coding Transmission)。其基本思想是，系统根据不同的目标传输速率，将信道状态量化为不同的信道质量的等级，每一个信道量化等级对应一个确定的目标传输速率。将两组信号分别按照不同的目标速率独立地进行信道编码和调制映射，然后将两者的输出星座按照一定的功率分配比例进行叠加传输。对应的接收机采用基于最小均方误差准则(Minimum Mean Square Error，MMSE)的干扰抵消(Interference Cancellation，IC)接收机就可以获得逼近多用户信道容量的性能。

3GPP目前完成的MUST课题中会分别选取一个距离基站较近的用户(称为近用户)和一个位于小区边缘的用户(称为远用户)进行多用户的叠加传输。远用户接收到信号之后将近用户的信号当成噪声处理，因此会有一定的信噪比损失，尤其是当近用户分配的功率比较大时。当近用户接收到信号之后，可以先对远用户的信号进行解码用来进行干扰消除。之后再进行近用户信号的解码。可见，该方案虽然具有简单的发射机结构，但是近用户却需要采用复杂的干扰消除接收机。而且当近用户解码远用户的信号出现误码时，会出现较为严重的误码传播问题。

发明内容

本发明提供了数据传输方法及装置，以解决现有技术中多用户叠加传输中所存在的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种数据传输方法，用于多用户设备的信号的叠加传输，包括：基站将多个用户设备的调制数据按照顺序合并为多用户传输信号向量a＝[a₁,a₂,…,a_K]^T，其中，每个所述用户设备为单层传输；所述基站将所述多用户传输信号向量经过反馈干扰消除和MOD操作得到其中，所述MOD操作用于限制发射信号功率；所述基站对进行线性预编码；所述基站对经过线性预编码得到的信号经过RE映射和OFDM调制之后通过对应的天线发送出去。

进一步地，所述基站对进行线性预编码包括：所述基站根据如下公式进行线性预编码：其中，F为一酉矩阵。

进一步地，所述基站经过反馈干扰消除包括：所述基站使用B-I进行反馈干扰消除，其中，B为一个下三角矩阵，且主对角线元素全为1，I为与B维度相同的单位矩阵。

进一步地，所述MOD操作的算法包括：

其中，Re(x)和Im(x)分别表示取复数x的实部和虚部，为与调制方式对应的参数。

进一步地，在所述调制方式为BPSK时，所述在所述调制方式为QPSK时，所述在所述调制方式为16QAM时，所述在所述调制方式为QPSK时，所述

进一步地，所述方法还包括：用户设备k接收到信号y_k，其中，y_k＝H_kx+n_k；其中，x表示经过预编码之后的发送信号向量，y_k表示第k个用户的接收信号向量，n_k表示第k个用户受到的零均值加性高斯白噪声，噪声方差为H_k为所述用户设备k的下行信道响应；所述用户设备依次对所述信号y_k进行如下处理：

step1:

step2:

step3:

其中，

*表示向量的复数共轭，

s_k,k表示矩阵S的第k行第k列元素，

H_k(m,:)表示信道矩阵的第m列元素组成的列向量，

利用计算接收比特的对数似然比LLR用于信道译码。

进一步地，计算接收比特的对数似然比LLR包括：对原始星座进行扩展，使用扩展之后的星座计算所述LLR；其中，扩展的方式与调制方式对应。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种数据传输装置，所述装置用于多用户设备的信号的叠加传输，所述装置包括：第一模块，用于将多个用户设备的调制数据按照顺序合并为多用户传输信号向量a＝[a₁,a₂,…,a_K]^T，其中，每个所述用户设备为单层传输；第二模块，用于将所述多用户传输信号向量经过反馈干扰消除和MOD操作得到其中，所述MOD操作用于限制发射信号功率；第三模块，用于对进行线性预编码；第四模块，用于对经过线性预编码得到的信号经过RE映射和OFDM调制之后通过对应的天线发送出去。

进一步地，所述第三模块用于根据如下公式进行线性预编码：其中，F为一酉矩阵。

进一步地，所述第二模块，用于使用B-I进行反馈干扰消除，其中，B为一个下三角矩阵，且主对角线元素全为1，I为一与B维度相同的单位矩阵。

进一步地，所述第二模块使用如下算法进行所述MOD操作：

其中，Re(x)和Im(x)分别表示取复数x的实部和虚部，为与调制方式对应的参数。

通过本发明，采用基站将多个用户设备的调制数据按照书序合并为多用户传输信号向量a＝[a₁,a₂,…,a_K]^T，其中，每个所述用户设备为单层传输；所述基站将所述多用户传输信号向量经过反馈干扰消除和MOD操作得到其中，所述MOD操作用于限制发射信号功率；所述基站对进行线性预编码；所述基站对经过线性预编码得到的信号经过RE映射和OFDM调制之后通过对应的天线发送出去。通过本发明解决了现有技术中多用户叠加传输中所存在的问题，降低了用户间的干扰。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的数据传输方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的数据传输装置的结构框图；

图3是根据本发明实施例的出了基于THP的多用户MIMO预编码在LTE下行链路中的应用的示意图；

图4是根据本发明实施例的接收机处理流程的示意图；

图5是根据本发明实施例的计算LLR时采用的扩展星座的示意图一；

图6是根据本发明实施例的计算LLR时采用的扩展星座的示意图二；

图7是根据本发明实施例的计算LLR时采用的扩展星座的示意图三。

具体实施方式

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组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在本实施例中提供了一种数据传输方法，用于多用户设备的信号的叠加传输，图1是根据本发明实施例的数据传输方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，基站将多个用户设备的调制数据按照顺序合并为多用户传输信号向量a＝[a₁,a₂,…,a_K]^T，其中，每个用户设备为单层传输；

步骤S104，基站将多用户传输信号向量经过反馈干扰消除和MOD操作得到其中，MOD操作用于限制发射信号功率；

步骤S106，基站对进行线性预编码；

步骤S108，基站对经过线性预编码得到的信号经过RE映射和OFDM调制之后通过对应的天线发送出去。

通过上述步骤，解决了现有技术中多用户叠加传输中所存在的问题，降低了用户间的干扰。

作为一个可选的实施方式，基站可以根据如下公式进行线性预编码：其中，F为一酉矩阵。

作为另一个可选的实施方式，基站可以使用B-I进行反馈干扰消除，其中，B为一个下三角矩阵，且主对角线元素全为1，I为一与B维度相同的单位矩阵。

作为一个可选的实施方式，MOD操作的算法可以包括：

其中，Re(x)和Im(x)分别表示取复数x的实部和虚部，为与调制方式对应的参数。

例如，在调制方式为BPSK时，在调制方式为QPSK时，在调制方式为16QAM时，在调制方式为QPSK时，

下面从接收的角度上进行描述。

用户设备k接收到信号y_k，其中，y_k＝H_kx+n_k；其中，x表示经过预编码之后的发送信号向量，y_k表示第k个用户的接收信号向量，n_k表示第k个用户受到的零均值加性高斯白噪声，噪声方差为H_k为用户设备k的下行信道响应；用户设备依次对信号y_k进行如下处理：

step1:

step2:

step3:

其中，

*表示向量的复数共轭，

s_k,k表示矩阵S的第k行第k列元素。

H_k(m,:)表示信道矩阵的第m列元素组成的列向量，

利用计算接收比特的对数似然比LLR用于信道译码。

作为一个可选的实施方式，可以对原始星座进行扩展，使用扩展之后的星座计算LLR；其中，扩展的方式与调制方式对应。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种数据传输装置，该装置用于多用户设备的信号的叠加传输，图2是根据本发明实施例的数据传输装置的结构框图，如图2所示，该装置包括：

第一模块22，用于将多个用户设备的调制数据按照书序合并为多用户传输信号向量a＝[a₁,a₂,…,a_K]^T，其中，每个用户设备为单层传输；

第二模块24，用于将多用户传输信号向量经过反馈干扰消除和MOD操作得到其中，MOD操作用于限制发射信号功率；

第三模块26，用于对进行线性预编码；

第四模块28，用于对经过线性预编码得到的信号经过RE映射和OFDM调制之后通过对应的天线发送出去。

作为一个可选的实施方式，第三模块26用于根据如下公式进行线性预编码：其中，F为一酉矩阵。

作为另一个可选的实施方式，第二模块24，用于使用B-I进行反馈干扰消除，其中，B为一个下三角矩阵，且主对角线元素全为1，I为与B维度相同的单位矩阵。

作为一个可选的实施方式，第二模块24使用如下算法进行MOD操作：

其中，Re(x)和Im(x)分别表示取复数x的实部和虚部，为与调制方式对应的参数。

下面结合一个可选的实施例进行说明。

本可选实施例给出了一种下行多用户MIMO预编码及其接收方法。通过发射端的预干扰消除，在消除用户间干扰的同时能够简化接收机结构。

假设基站侧配备N根天线，N的取值可以为1/2/4/8/16/32/64。同时允许K个用户同时通信，K≤N，每个用户的天线数分别为M_k，(k＝1,2，…，K)。M_k的取值可以为1/2/4。同时限制每个用户为单层传输。图3是根据本发明实施例的出了基于THP的多用户MIMO预编码在LTE下行链路中的应用的示意图，如图3所示，TB_k,1表示用户k经过信道编码和速率匹配之后形成的传输块，由于每个用户限制为单层传输，因此每个用户在每个TTI仅有一个传输块。多个用户的调制数据按照一定的顺序合并为多用户传输信号向量a＝[a₁,a₂,…,a_K]^T。信号向量a先经过图中所示的预编码，之后映射到不同天线对应的资源上，再经过OFDM调制之后通过对应的天线发射出去。

预编码的处理过程。

预编码模块中的B为一个下三角矩阵，且主对角线元素全为1，F为一酉矩阵。MOD操作用于限制发射信号功率。具体算法可以表示为

其中，Re(x)和Im(x)分别表示取复数x的实部和虚部。为一个与调制方式有关的参数，具体取值详见下表

假设eNB可以获取到每个用户的下行信道响应，分别表示为H₁，H₂，……，H_K。则第k个用户的接收信号可以表示为

y_k＝H_kx+n_k

其中，x表示经过预编码之后的发送信号向量，y_k表示第k个用户的接收信号向量，n_k表示第k个用户受到的零均值加性高斯白噪声，噪声方差为先按照以下的方式构造预处理矩阵H_p。

其中，0表示全零向量。A*表示向量A的复数共轭。H_k(m,:)表示信道矩阵的第m列元素组成的列向量。H_k(m,:)一般选取为具有最大向量2范数的列向量，即

获取各用户的预处理向量之后，按照各个用户预处理向量的2范数进行排序，要求

令其中并对进行QR分解，得到即其中F＝[F₁,F₂,……,F_K]为一个酉矩阵，即F中的各个列向量相互正交。S为一下三角矩阵。则B＝GS，定义

G＝diag{1/s_1,1 1/s_2,2 … 1/s_K,K}

其中，s_k,k表示矩阵S的第k个主对角线元素。因此

设图3中则

其中，与用户k的调制方式有关，具体取值详见表1。经过反馈干扰消除之后，对进行线性预编码，即

接收机处理

图4是根据本发明实施例的接收机处理流程的示意图，如图4所示，用户k接收到y_k之后，进行如下的处理：

step1:

step2:

step3:

利用计算接收比特的对数似然比用于信道译码。

为了补偿由于取模运算引起的性能损失，在计算对数似然比(LLR)信息时需要对原始星座进行扩展。当eNB对用户k采用QPSK调制，计算LLR时采用的扩展星座为图5所示。

可以看出，所谓的扩展星座即将原始星座在每个维度的两个方向上都进行了平移，每次平移仅仅复制了原始星座中的一半星座点。类似的当eNB对用户k采用16QAM调制，计算LLR时采用的扩展星座为图6所示。当eNB对用户k采用64QAM调制，计算LLR时采用的扩展星座为图7所示。

需要说明以下两点：

对于每个用户预处理向量的选取，除了上述方案中的选取方案之后，也可以选取其他形式，例如可以按照用户k上报的PMI，从码本中的选取对应的预编码向量W。此时接收机也需要用W进行相应的匹配滤波。

对于用户的排序，除了上述方案中选取的准则之外，还可以采用其他准则，例如用户的SINR，或信道增益等。

在本可选实施例中要求eNB能够获取完整的下行信道信息，因此比较适合于满足信道互易性的场景，同时限制每个用户为单层传输。当用户采用非QPSK调制时，eNB需要通知用户参数s_k,k用于信号检测。

通过上述实施例给出的一种多用户传输方案，通过发射机的预编码可以实现各个用户的无干扰传输。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种数据传输方法，其特征在于，用于多用户设备的信号的叠加传输，包括：

基站将多个用户设备的调制数据按照顺序合并为多用户传输信号向量a＝[a₁,a₂,…,a_K]^T，其中，每个所述用户设备为单层传输；

所述基站将所述多用户传输信号向量经过反馈干扰消除和MOD操作得到其中，所述MOD操作用于限制发射信号功率；

所述基站对进行线性预编码；

所述基站对经过线性预编码得到的信号经过RE映射和OFDM调制之后通过对应的天线发送出去。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站对进行线性预编码包括：

所述基站根据如下公式进行线性预编码：其中，F为一酉矩阵。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站经过反馈干扰消除包括：

所述基站使用B-I进行反馈干扰消除，其中，B为一个下三角矩阵，且主对角线元素全为1，I为与B维度相同的单位矩阵。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MOD操作的算法包括：

其中，Re(x)和Im(x)分别表示取复数x的实部和虚部，为与调制方式对应的参数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述调制方式为BPSK时，所述在所述调制方式为QPSK时，所述在所述调制方式为16QAM时，所述在所述调制方式为QPSK时，所述

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

用户设备k接收到信号y_k，其中，y_k＝H_kx+n_k；其中，x表示经过预编码之后的发送信号向量，y_k表示第k个用户的接收信号向量，n_k表示第k个用户受到的零均值加性高斯白噪声，噪声方差为H_k为所述用户设备k的下行信道响应；

所述用户设备依次对所述信号y_k进行如下处理：

step1: ${\tilde{y}}_k=h_k^T{y}_k=h_k^T{H}_{k}x+h_k^T{n}_m$

step2: ${\stackrel{\‾}{y}}_k={\tilde{y}}_k/s_{k,k}$

step3:

其中， $h_k^T={\left(H_k^T\right(m,:\left)\right)}^{*}={\left[\begin{array}{cccc}{h}_{0,m}^{\left(k\right)}& h_{1,m}^{\left(k\right)}& ...& h_{M_k,m}^{\left(k\right)}\end{array}\right]}^{*},$

*表示向量的复数共轭，

s_k,k表示矩阵S的第k行第k列元素。

H_k(m,:)表示信道矩阵的第m列元素组成的列向量,

$m=\underset{1\≤m\≤N}{\arg max}=\left|\right|H_k(m,:)|{|}_2=\underset{1\≤m\≤N}{\arg max}\underset{n=1}{\overset{M_k}{\Σ}}\sqrt{{\left(H_k\right(m,n\left)\right)}^2};$

利用计算接收比特的对数似然比LLR用于信道译码。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，计算接收比特的对数似然比LLR包括：

对原始星座进行扩展，使用扩展之后的星座计算所述LLR；其中，扩展的方式与调制方式对应。

8.一种数据传输装置，其特征在于，所述装置用于多用户设备的信号的叠加传输，所述装置包括：

第一模块，用于将多个用户设备的调制数据按照书序合并为多用户传输信号向量a＝[a₁,a₂,…,a_K]^T，其中，每个所述用户设备为单层传输；

第二模块，用于将所述多用户传输信号向量经过反馈干扰消除和MOD操作得到其中，所述MOD操作用于限制发射信号功率；

第三模块，用于对进行线性预编码；

第四模块，用于对经过线性预编码得到的信号经过RE映射和OFDM调制之后通过对应的天线发送出去。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述第三模块用于根据如下公式进行线性预编码：其中，F为一酉矩阵。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述第二模块，用于使用B-I进行反馈干扰消除，其中，B为一个下三角矩阵，且主对角线元素均全为1，I为一与矩阵B的维度相同的单位矩阵。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二模块使用如下算法进行所述MOD操作：

其中，Re(x)和Im(x)分别表示取复数x的实部和虚部，为与调制方式对应的参数。