CN109547077B - 信号发送方法、信号接收方法、通信设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供信号发送方法、信号接收方法及通信设备，该信号发送方法包括：对输入比特序列进行编码，得到编码后比特序列；对所述编码后比特序列进行星座映射，得到星座符号Xt；将所述星座符号Xt转换成空时块St；根据所述空时块St和上一时隙的信道矩阵Ht‑1，得到待调制比特；对所述待调制比特进行调制，得到调制比特；获得待发送的信号块，所述待发送的信号块由所述调制比特和空间比特得到，所述空间比特用于表示激活的发送天线；将所述信号块通过发送天线发送。本发明中，将差分空间调制技术应用于无线通信系统中，差分空间调制技术中无需进行无线通信信道的估计，简化了系统处理难度，提高了系统传输可靠性。

Description

信号发送方法、信号接收方法、通信设备及存储介质
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及信号发送方法、信号接收方法及通信设备。
背景技术
多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术以其较高的分集增益和复用增益在无线通线系统中得到了广泛的应用，但由于其信道间干扰越来越严重，系统可靠性逐步降低。空间调制(Spatial Modulation，SM) 技术作为MIMO技术的分支技术应运而生，SM技术每一时隙只激活一根发送天线，因此，它完全避免了信道间的干扰。另外，相比传统的MIMO技术， SM技术增加了空间维度。所以，在相同情况下，其频谱效率较传统MIMO技术有进一步提升。随着SM技术应用越来越广泛，其局限性也逐渐凸显，在 SM系统中，接收端须已知信道信息，这给信道估计带来了较大难度，尤其是在高速流动的信道中，信道信息的可靠性更难以保证。
发明内容
有鉴于此，本发明提供信号发送方法、信号接收方法及通信设备，将差分空间调制(Differential Spatial Modulation，DSM)技术应用于无线通信系统中， DSM技术中无需进行信道估计，简化了系统处理难度，提高了系统传输可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种信号发送方法，该信号发送方法包括：
对输入比特序列进行编码，得到编码后比特序列；
对所述编码后比特序列进行星座映射，得到星座符号Xt；
将所述星座符号Xt转换成空时块St；
根据所述空时块St和上一时隙的信道矩阵Ht-1，得到待调制比特；
对所述待调制比特进行调制，得到调制比特；
获得待发送的信号块，所述待发送的信号块由所述调制比特和空间比特得到，所述空间比特用于表示激活的发送天线；
将所述信号块通过发送天线发送。
可选的，所述对输入比特序列进行编码，得到编码后比特序列包括：
采用交叉格雷编码技术对输入比特序列进行编码，得到编码后比特序列，其中，所述交叉格雷编码为：
对于输入比特序列{p1，p2，p3，…，pn-1，pn}，将pn从左至到右或者从右至左每隔一位插入到序列{p1，p2，p3，…，pn-1}中，得到编码后比特序列，其中，相邻的两个所述编码后比特序列中，只有两位不同。
可选的，所述对所述编码后比特序列进行星座映射，得到星座符号Xt包括：
将编码后比特序列进行星座映射得到星座符号
Figure GDA0002612291970000021
其中，
Figure GDA0002612291970000022
为星座符号Xt’的实部，
Figure GDA0002612291970000023
为星座符号Xt’的虚部；
将所述星座符号Xt’旋转θ度，得到旋转后的星座符号
Figure GDA0002612291970000024
其中，0°<θ<360°。
可选的，所述根据所述空时块St和上一时隙的信道矩阵H，得到待调制比特包括：
将所述空时块St和上一时隙的信道矩阵H由复数域转换到实数域；
计算转换后的空时块St和转换后的信道矩阵H的乘积，得到待调制比特。
可选的，所述将所述空时块St和上一时隙的信道矩阵H由复数域转换到实数域之前还包括：
对上一时隙的信道矩阵H进行正交三角分解，得到分解后的信道矩阵H。
本发明还提供一种信号接收方法，包括：
获取接收天线上接收的信号块Yt，所述信号块Yt＝HSt+Nt，其中， H＝Yt-1Xt-Nt-1Xt，H为信道矩阵，Yt是当前时隙接收的信号块，Yt-1是上一时隙接收的信号块，Xt为当前时隙的星座符号，St为由星座符号Xt转换成的空时块，Nt为当前时隙的噪声向量，Nt-1为上一时隙的噪声向量；
对所述接收的信号块Yt进行解调，得到解调后的信息比特；
对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号。
可选的，所述对所述解调后的信息比特进行译码包括：
采用球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号。
可选的，所述采用球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号包括：
采用接收端球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号，译码后的星座符号
Figure GDA0002612291970000031
为：
Figure GDA0002612291970000032
其中，argmax trace{}指输出argmax值，CQ为当前搜索半径，
Figure GDA0002612291970000033
为Yt的共轭转置。
可选的，所述采用球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号包括：
采用发送端球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号，译码后的星座符号
Figure GDA0002612291970000034
为：
Figure GDA0002612291970000035
其中，argmin为求最小值函数，Oc为
Figure GDA0002612291970000036
的集合，
Figure GDA0002612291970000037
表示Yt矩阵左乘Q矩阵后所的矩阵，
Figure GDA0002612291970000038
Figure GDA0002612291970000039
CQ为当前搜索半径，
Figure GDA00026122919700000310
Q为正定矩阵，QH为Q的共轭转置，O1Q2＝Q，R1R2＝R，
Figure GDA00026122919700000311
代表矩阵的实数部分，
Figure GDA00026122919700000312
代表矩阵的虚数部分，Nt是发送天线根数，Nr是接收天线根数。
可选的，所述采用球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号包括：
若当前时隙的信息比特的空间比特或调制比特与同一发送序列中的之前时隙的信息比特的空间比特或调制比特不同，对所述信息比特进行译码，得到对应的空间比特或调制比特的译码结果，并存储所述译码结果；
若当前时隙的信息比特的空间比特或调制比特与同一发送序列中的之前时隙的信息比特的空间比特或调制比特相同，获取之前时隙的信息比特的空间比特或调制比特的译码结果，作为当前时隙的信息比特的空间比特或调制比特译码结果。
本发明还提供一种通信设备，包括：
编码模块，用于对输入比特序列进行编码，得到编码后比特序列；
星座映射模块，用于对所述编码后比特序列进行星座映射，得到星座符号 Xt；
空时编码模块，用于将所述星座符号Xt转换成空时块St；
计算模块，用于根据所述空时块St和上一时隙的信道矩阵Ht-1，得到待调制比特；
调制模块，用于对所述待调制比特进行调制，得到调制比特；
获得模块，用于获得待发送的信号块，所述待发送的信号块由所述调制比特和空间比特得到，所述空间比特用于表示激活的发送天线；
发送模块，用于将所述信号块通过发送天线发送。
本发明还提供一种通信设备，包括：
获取模块，用于获取接收天线上的接收的信号块Yt，所述信号块Yt＝HSt+Nt，其中，H＝Yt-1Xt-Nt-1Xt，H为信道矩阵，Yt是当前时隙的接收的信号块，Yt-1是上一时隙的接收的信号块，Xt为当前时隙的星座符号，St为由星座符号 Xt转换成的空时块，Nt为当前时隙的噪声向量，Nt-1为上一时隙的噪声向量；
解调模块，用于对所述接收的信号块Yt进行解调，得到解调后的信息比特；
译码模块，用于对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号。
本发明还提供一种无线通信系统，包括上述作为信号块的发送端的通信设备和/或上述作为信号块的接收端的通信设备。
可选的，所述无线通信系统为电子标签通信系统。
本发明还提供一种通信设备，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述信号发送方法的步骤，或者，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述信号接收方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述信号发送方法的步骤；或者，所述计算机程序被处理器执行时实现上述信号接收方法的步骤。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
将差分空间调制技术应用于无线通信系统中，差分空间调制技术中无需进行无线通信信道的估计，简化了系统处理难度，提高了系统传输可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的无线通信系统的系统模型示意图；
图2为本发明一实施例的信号发送方法的流程示意图；
图3为本发明实施例的交叉格雷编码空间比特排列方法的示意图；
图4为本发明实施例的BPSK调制DSM映射表；
图5为本发明另一实施例的信号接收方法的流程示意图；
图6为DSM调制方式比特信息示意图；
图7为采用改进的球形译码检测算法与现有的球形译码检测算法的搜索过程比较示意图；
图8为采用改进的球形译码检测算法的搜索过程示意图；
图9为本发明实施例的电子价签通信系统的示意图；
图10为本发明一实施例的通信设备的结构框图；
图11为本发明另一实施例的通信设备的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1和图2，图1为本发明实施例的无线通信系统的系统模型示意图，图2为本发明一实施例的信号发送方法的流程示意图，该信号发送方法包括：
步骤S21：对输入比特序列进行编码，得到编码后比特序列；
本发明实施例中，可以采用多种方式对输入比特序列进行编码，例如下面内容中将要介绍的交叉格雷编码方法，或者其他编码方式，例如：格雷编码方法，格雷编码方法和交叉格雷编码方法可以提升差分空间调制的编码效率。
步骤S22：对所述编码后比特序列进行星座映射，得到星座符号Xt；
步骤S23：将所述星座符号Xt转换成空时块St；
附图1中，St为当前时隙的空时块，St-1为上一时隙的空时块。具体的，对星座符号Xt做卷积处理，得到空时块St。
本发明实施例中，DSM系统在SM的基础上引入空时域，将发送信息(即星座符号X)分割成Nt×Nt的空时块
Figure GDA0002612291970000061
其中， Nt为发送天线的根数，第(m，t)个元素smt代表在t时刻，第Nt根发送天线发送的符号。举例来说，S为空时块，如
Figure GDA0002612291970000062
表示在时隙1，2中分别在第1，2根天线上发送符号s11和s22，其他天线为空。
空时块S必须满足以下条件：
1)每一列只有一个元素，即每一时隙激活一根发送天线；
2)每一行只有一个元素，有一根发送天线必须且只能被激活一次。
步骤S14：根据所述空时块St和上一时隙的信道矩阵Ht-1，得到待调制比特；
所述上一时隙的信道矩阵Ht-1由接收端通信设备反馈给所述发送端通信设备，发送端通信设备在调制前，根据前一时序的信道矩阵Ht-1，得到待调制比特，无需得知当前的信道状态，从而简化了系统处理难度，提高了系统传输可靠性。
步骤S15：对所述待调制比特进行调制，得到调制比特；
本发明实施例中，可以采用正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)、相移键控(Phase Shift Keying，SK)或幅度相移键控 (Amplitude-Phase ShiftKeying，APSK)调制技术对所述待调制比特进行调制。
步骤S16：获得待发送的信号块，所述待发送的信号块由所述调制比特和空间比特得到，所述空间比特用于表示激活的发送天线；
空间比特即调制比特的实部符号和虚部符号所对应的天线序号信息。
待发送信号块即图1中的S。
步骤S17：将所述信号块通过发送天线发送。
本发明实施例中，将DSM技术应用于无线通信系统，DSM技术的优势是将信号分块处理，利用前一块信号的信道矩阵，来估计当前信道信息，可以在未知无线通信信道信息的情况下，对发送信息进行编码，简化了系统处理难度，提高了系统传输可靠性。
本发明实施例中，假设无线通信信道为瑞丽平坦衰落信道。
上述内容中提到，本发明实施例中，可以采用交叉格雷编码技术对输入比特序列进行编码，下面将详细说明交叉格雷编码技术。
本发明实施例中的交叉格雷编码技术是在格雷编码技术的基础上进行的改进，交叉格雷编码技术的实现方法为：
对于输入比特序列{p1，p2，p3，…，pn-1，pn}，将pn从左至到右或者从右至左每隔一位插入到序列{p1，p2，p3，…，pn-1}中，得到编码后比特序列，其中，相邻的两个所述编码后比特序列中，只有两位不同。
其中，输入比特序列为由0和1组成的一组二进制序列。
举例来说，将pn从左至到右每隔一位插入到序列{p1，p2，p3，…，pn-1} 中，得到编码后比特序列{pn，p1，pn，p2，pn，p3，…，pn，pn-1}。
将pn从右至到左每隔一位插入到序列{p1，p2，p3，…，pn-1}中，得到编码后比特序列{p1，pn，p2，pn，p3，…，pn，pn-1，pn}。
对应的，接收端通信设备按照相同的方式，从左至到右或者从右至左的方式进行解码。
交叉格雷编码在格雷编码的基础上把序列最后一位从左至右或从右至左隔一位插入，编码长度改变，编码规则简单，编码效率相对一般的格雷编码效率提升了。
请参考图3，图3为本发明一实施例的交叉格雷编码空间比特排列方法的示意图，输入比特进行编码、星座映射后，得到的星座符号的实部和虚部分别对应发送天线的序号，如两根发送天线，天线映射顺序为1,2，可对应空间比特映射信息为0，天线映射顺序为2,1，可对应空间比特映射信息为1，空间比特映射信息与天线映射顺序的对应关系，可存储于预先设置的表格中。图3 所示的实施例中，发送天线的个数Nt＝4，从图3中可以看出，采用8种编码即可以表示4根发送天线，最后4种编码被舍弃，分集增益明显增强。
本发明实施例，如果仅在发送端通信设备上使用交叉格雷编码技术编码，可能会造成较高的误码率，例如：发送端通信设备发送符号(0+j)和(1+0j) (其中，j是表示虚部符号的字母)，经交叉格雷编码方式后，得到(1+j)和 (0+0j)(对应星座图上的实部符号交叉)，这导致其中一根发送天线无信息发送(符号(0+0j)实部和虚部对应的信息都为0，因此该天线无对应的发送信息)，这样，在编码过程中造成了较大的误码，另外，发送信息经交叉格雷编码后，发送信号的欧氏距离也发生改变，系统可靠性明显降低。
为解决上述问题，本发明实施例中，可以采用旋转坐标交叉格雷编码技术，即在编码后，对星座符号的坐标进行一定角度的旋转，即将编码后比特序列进行星座映射得到星座符号
Figure GDA0002612291970000081
其中，
Figure GDA0002612291970000082
为星座符号Xt’的实部，
Figure GDA0002612291970000083
为星座符号Xt’的虚部；将所述星座符号Xt’旋转θ度，得到旋转后的星座符号
Figure GDA0002612291970000091
其中，0°<θ<360°。角度θ对于每种调制方式角度也完全不一样，因此，需对旋转角度θ进行仿真并实验验证，选择误码性能最优的角度作为旋转角度发送符号。
经交叉格雷编码后，旋转前(0+0j)误以为是无符号信息发送，一定角度旋转后，原来的符号(0+0j)在4个象限中的某一位置，因此，该符号的实部、虚部携带了符号信息，会将该符号进行传输、译码等操作。因而对编码符号进行合适的角度旋转，可以降低误码率。
本发明的一些实施例中，可以采用nPSK方式对待调制比特进行调制，得到调制比特，此时，发送端的频谱效率为
Figure GDA0002612291970000092
其中，Nt为发送天线根数，n为调制阶数。
在本发明的一实施例中，发送天线的根数为Nt＝2，采用BPSK(二进制相移键控)调制，其映射关系请参考图4，从图4中可以看出，采用BPSK调制，当激活天线为(1，2)时，对应激活的空间比特为0，若发送信号块为
Figure GDA0002612291970000093
对应BPSK调制比特为11，所以，此时对应的发送信息为011。其他的发送信息与该发送方式类似。
图4所示的映射表是预先定义好的一个表格。表格中输入比特可以是编码前的输入比特，也可以是编码后的输入比特，译码时选择对应译码方式即可。一般会选择编码后的信息作为输入比特，这样译码时相对复杂度简单，译码相对容易。
本发明实施例中，为了降低接收端通信设备的译码复杂度，可以在发送端通信设备上，将发送信息和信道矩阵均由复数域转换到实数域，即，所述根据所述空时块St和上一时隙的信道矩阵H，得到待调制比特包括：
步骤S241：将所述空时块St和上一时隙的信道矩阵H由复数域转换到实数域；
步骤S242：计算转换后的空时块St和转换后的信道矩阵H的乘积，得到待调制比特。
本发明实施例中，所述将所述空时块St和上一时隙的信道矩阵H由复数域转换到实数域之前还可以包括：
对上一时隙的信道矩阵H进行正交三角(QR)分解，得到分解后的信道矩阵H。
QR分解可在复数域转实数域之前，也可在这之后，优选地，在复数域转实数域之前，这样分解复杂度会降低。
请参考图1和图5，图5为本发明另一实施例的信号接收方法的流程示意图，图1为本发明实施例的无线通信系统的系统模型示意图，该信号接收方法包括：
步骤S51：获取接收天线上的接收的信号块Yt，所述信号块Yt＝HSt+Nt，其中，H＝Yt-1Xt-Nt-1Xt，H为信道矩阵，Yt是当前时隙的接收的信号块， Yt-1是上一时隙的接收的信号块，Xt为当前时隙的星座符号，St为由星座符号 Xt转换成的空时块，Nt为当前时隙的噪声向量，Nt-1为上一时隙的噪声向量；
步骤S52：对所述接收的信号块Yt进行解调，得到解调后的信息比特；
步骤S53：对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号。
本发明实施例中，接收端不需要进行无线通信信道的估计，根据上一信号块的信息，就可以将发送信息解码、译码得到，简化了系统处理难度，提高了系统传输可靠性。
图1中，H为信道矩阵，AWGN为加性高斯白噪声。X1表示第一个星座符号，XM表示第M个星座符号。M大于等于1，小于等于Nr，Nr是接收天线根数。
本发明实施例中，可以采用多种类型的译码算法，对解调后的信息比特进行译码，例如，最大似然检测算法(ML)、球形译码检测算法(SD)等。最大似然检测算法是对空间内所有格点进行遍历搜索，其计算复杂度随发送天线根数的增加呈指数型增长。球形译码检测算法的思想在最大似然检测算法的基础上，给其搜索空间限制了范围，限制搜索的格点数。
本发明实施例中，对现有的球形译码检测算法进行优化，将每一格点分层计算，至底向上搜索，若搜索到当前层不在给定“球体”内，直接放弃对格点，找到欧式距离最小的格点作为译码的符号，从而进一步降低检测过程中的计算复杂度。
本发明实施例中的球形译码检测算法分为发送端球形译码检测算法 (Tx-SD)和接收端球形译码检测算法(Rx-SD)。下面分别对Tx-SD和Rx-SD 的数学模型进行说明。
Rx-SD的数学模型可以表示为如下：
Figure GDA0002612291970000111
其中，
Figure GDA0002612291970000112
为解调后的星座符号，Yt为当前时隙t的接收的信号块，
Figure GDA0002612291970000113
为Yt的共轭转置，Yt-1为上一时隙的接收的信号块，Xt为当前时隙发送的星座符号，argmax trace{}指输出argmax值，CR为当前搜索半径。
Figure GDA0002612291970000114
Figure GDA0002612291970000115
由上述接收端球形译码检测算法数学模型可以看出，接收端不需要知道无线通信信道信息，就可以将发送信息解码、译码得到，这也是该技术的重要优势。
对于DSM系统中发送端球形译码检测算法，主要在接收端球形译码检测算法的基础上，在发送端对发送信息和信道可以进行以下两步处理：首先，在发送端将所有发送信息以及信道矩阵由复数域转换到实数域；二是在发送端对信道矩阵H作了QR(正交三角)分解，利用对估计的信道作QR分解，借助 R矩阵的上三角特性，使得上层格点对已检测下层格点依次依赖，同时减少矩阵中元素的个数，进而减少算法的计算复杂度。
发送端球形译码检测算法的数学模型可以表示如下：
Figure GDA0002612291970000116
其中，argmin为求最小值函数；
Oc为
Figure GDA0002612291970000117
的集合；
Figure GDA0002612291970000121
表示Yt矩阵左乘Q矩阵后所的矩阵；
Figure GDA0002612291970000122
Figure GDA0002612291970000123
Figure GDA0002612291970000124
CQ为当前搜索半径；
Figure GDA0002612291970000125
代表矩阵的实数部分，
Figure GDA0002612291970000126
代表矩阵的虚数部分。
需要说明，在发送端球形译码检测算法中，每层更新半径后半径CQ都在更新、变化。经过上述变换，
Figure GDA0002612291970000127
变成2Nr×2Nt的实矩阵，经转换后，R为2Nr×2Nt 的实数矩阵，
Figure GDA0002612291970000128
转化为2Nt×1的实矩阵。这时系统变为2Nr×2Nt的实数域，尽管系统传输矩阵的矩阵维数增加了，但是在译码检测过程中，由于发送、接收信息全部都为实矩阵信号，因此，检测算法的计算量会大大降低。并且，从上述分析可以看出，从复数域到实数域的转化，并没有改变系统的可靠性，因此这一变换过程，并不会影响DSM系统的误码性能。
在Tx-SD是对估计的信道矩阵进行了QR分解，QR分解过程如下：
Figure GDA0002612291970000129
其中，Q为正定矩阵，QH为Q的共轭转置，O1Q2＝Q，R1R2＝R。式中包含了Nr≥Nt 和Nr<Nt两种情况下，需要说明，在Nr＜Nt时，Q2为空矩阵，因此，本设计没有列出，此时Q＝Q1；Nt是发送天线根数，Nr是接收天线根数。
上面公式中，
Figure GDA00026122919700001210
表示矩阵Xt实数化后的转置矩阵。
Figure GDA00026122919700001211
表示矩阵Yt实数化后的转置矩阵。
前面有提及，在译码过程中，球形译码检测算法采用至底向上的搜索方式每层逐一搜索，当某一格点的某一层不在搜索半径内时，直接放弃此格点。虽然相对于传统球形译码检测算法而言，其复杂度已经明显降低了，但是在这种译码过程中仍然存在较大的冗余。
例如，在发送天线Nt＝2，采用BPSK调制的DSM系统中，每层符号的搜索方式如图6所示。从图6中可以看出对于发送信息000和001，搜索时其空间比特是一样的，对于000和100，其调制比特是一样的，在Rx-SD和Tx-SD 中，对于这三者，译码时进行了三次搜索，可以看出，在这一过程中，进行了 2次重复搜索。
为了减少搜索次数，降低算法复杂度，本发明实施例中，引入“树”分支思想，省掉搜索过程中的重复冗余项，进一步降低译码算法的计算复杂度。所谓“树”分支思想，即，所述采用球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号包括：
若当前时隙的信息比特的空间比特或调制比特与同一发送序列中的之前时隙的信息比特的空间比特或调制比特不同，对所述信息比特进行译码，得到对应的空间比特或调制比特的译码结果，并存储所述译码结果；
若当前时隙的信息比特的空间比特或调制比特与同一发送序列中的之前时隙的信息比特的空间比特或调制比特相同，获取之前时隙的信息比特的空间比特或调制比特的译码结果，作为当前时隙的信息比特的空间比特或调制比特译码结果。
举例来说，对于发送天线Nt＝4，采用BPSK调制的DSM系统中，采用基于“树”分支的思想，其搜索方式可以表示如图7和图8所示。从图7和图 8中可以看出，改进的球形译码检测算法相比传统的Tx-SD，其计算次数明显降低，对于发送天线Nt＝4，采用BPSK调制的DSM系统中，传统球形译码检测算法对于一个格点计算次数为16×3＝48次，改进后的算法计算次数为 (2+4×2)×2＝20次，计算复杂度降低了一半多。
因此，本发明实施例中，采用“树”分支的思想，译码检测复杂度将大大降低，尤其是在发送天线较多或调制阶数较高的情况下，采用“树”分支的思想的译码过程，计算复杂度将大大降低。本发明实施例中，可以将这种在Tx-SD 上改进的球形译码检测算法记为TrTx-SD。
树搜索的最短路径定义为：所有搜索路径中，经过每层结点中元素经过上三角矩阵R映射后，与
Figure GDA0002612291970000131
之间的欧式距离，所有路径中，与
Figure GDA0002612291970000132
之间的最小欧式距离的路径为称为最短路径。数学描述为：
Figure GDA0002612291970000133
其中，Tree为搜索树中的所有路径的集合，Ti为搜索树中的某一条路径， i∈{1,2,...,nNt}，最短路径为
Figure GDA0002612291970000141
如果对路径与
Figure GDA0002612291970000142
之间的最小欧式距离来做约束，搜索树中的最短路径可以定义为：
Figure GDA0002612291970000143
由上分析可得，译码检测算法采用TrTx-SD检测算法相比传统的Tx-SD 而言，计算复杂度将在传统的Tx-SD基础上降低一半以上。译码过程中，改进算法并没有改变系统的可靠性。因此，采用该改进算法，系统性能得到保障的同时，译码检测过程中，检测时间将明显缩短，系统对硬件要求也将明显降低。
本发明实施例的上述信号发送方法和信号接收方法可以应用于多种类型的通信系统，例如，电子价签通信系统。请参考图9，在电子价签通信系统中，标签端既作为发送端向服务器端回传价签端的信息，又作为接收端接收来自服务器端的信息(价签端和服务器端可通过AP(无线接入点)端通信)，在一些优选实施例中，利用DSM调制技术结合交叉格雷编码技术及星座符号坐标旋转技术，对作为对发送端信息进行编码，对瑞利平坦衰落信道进行信道估计，接收端采用改进的球形译码检测算法对信道信息解码、译码，获得发送信息，从而可以有效提升了电子标签无线通信系统发送端的分集增益，并且系统的传输可靠性可以得到有效的保证。
基于同一发明构思，请参考图10，本发明实施例还提供一种通信设备，包括：
编码模块，用于对输入比特序列进行编码，得到编码后比特序列；
星座映射模块，用于对所述编码后比特序列进行星座映射，得到星座符号 Xt；
空时编码模块，用于将所述星座符号Xt转换成空时块St；
计算模块，用于根据所述空时块St和上一时隙的信道矩阵Ht-1，得到待调制比特；
调制模块，用于对所述待调制比特进行调制，得到调制比特；
获得模块，用于获得待发送的信号块，所述待发送的信号块由所述调制比特和空间比特得到，所述空间比特用于表示激活的发送天线；
发送模块，用于将所述信号块通过发送天线发送。
可选的，所述编码模块，用于采用交叉格雷编码技术对输入比特序列进行编码，得到编码后比特序列，其中，所述交叉格雷编码为：
对于输入比特序列{p1，p2，p3，…，pn-1，pn}，将pn从左至到右或者从右至左每隔一位插入到序列{p1，p2，p3，…，pn-1}中，得到编码后比特序列，其中，相邻的两个所述编码后比特序列中，只有两位不同。
可选的，所述星座映射模块，用于将编码后比特序列进行星座映射得到星座符号
Figure GDA0002612291970000151
其中，
Figure GDA0002612291970000152
为星座符号Xt’的实部，
Figure GDA0002612291970000153
为星座符号Xt’的虚部；
将所述星座符号Xt’旋转θ度，得到旋转后的星座符号
Figure GDA0002612291970000154
其中，0°<θ<360°。
可选的，所述计算模块，用于所述根据所述空时块St和上一时隙的信道矩阵H，得到待调制比特包括：
将所述空时块St和上一时隙的信道矩阵H由复数域转换到实数域；
计算转换后的空时块St和转换后的信道矩阵H的乘积，得到待调制比特。
可选的，所述通信设备还可以包括：
分解模块，用于对上一时隙的信道矩阵H进行正交三角分解，得到分解后的信道矩阵H。
基于同一发明构思，请参考图11，本发明实施例还提供一种通信设备，包括：
获取模块，用于获取接收天线上的接收的信号块Yt，所述信号块Yt＝HSt+Nt，其中，H＝Yt-1Xt-Nt-1Xt，H为信道矩阵，Yt是当前时隙的接收的信号块， Yt-1是上一时隙的接收的信号块，Xt为当前时隙的星座符号，St为由星座符号 Xt转换成的空时块，Nt为当前时隙的噪声向量，Nt-1为上一时隙的噪声向量；
解调模块，用于对所述接收的信号块Yt进行解调，得到解调后的信息比特；
译码模块，用于对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号。
可选的，所述译码模块，用于采用球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号。
可选的，所述译码模块，用于采用接收端球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号，译码后的星座符号
Figure GDA0002612291970000161
为：
Figure GDA0002612291970000162
其中，CQ为当前搜索半径，
Figure GDA0002612291970000163
为Yt的共轭转置。
可选的，所述译码模块，用于所述采用球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号包括：
采用发送端球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号，译码后的星座符号
Figure GDA0002612291970000164
为：
Figure GDA0002612291970000165
其中，argmin为求最小值函数，Oc为
Figure GDA0002612291970000166
的集合，
Figure GDA0002612291970000167
Figure GDA0002612291970000168
CQ为当前搜索半径，
Figure GDA0002612291970000169
Q为正定矩阵，QH为Q的共轭转置，O1Q2＝Q，R1R2＝R，
Figure GDA00026122919700001610
代表矩阵的实数部分，
Figure GDA00026122919700001611
代表矩阵的虚数部分，Nt是发送天线根数，Nr是接收天线根数。
可选的，所述译码模块，用于若当前时隙的信息比特的空间比特或调制比特与同一发送序列中的之前时隙的信息比特的空间比特或调制比特不同，对所述信息比特进行译码，得到对应的空间比特或调制比特的译码结果，并存储所述译码结果；
若当前时隙的信息比特的空间比特或调制比特与同一发送序列中的之前时隙的信息比特的空间比特或调制比特相同，获取之前时隙的信息比特的空间比特或调制比特的译码结果，作为当前时隙的信息比特的空间比特或调制比特译码结果。
本发明实施例还提供一种无线通信系统，包括上述作为信号块的发送端的通信设备和/或上述作为信号块的接收端的通信设备。
当然，需要说明的是，一通信设备可以同时作为发送端和接收端。
可选的，所述无线通信系统为电子标签通信系统。
本发明实施例还提供一种通信设备，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述任一实施例所述的信号发送方法的步骤，或者，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述任一实施例所述的信号接收方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的信号发送方法的步骤；或者，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的信号接收方法的步骤。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种信号发送方法，其特征在于，包括：
对输入比特序列进行编码，得到编码后比特序列；
对所述编码后比特序列进行星座映射，得到星座符号Xt；
将所述星座符号Xt转换成空时块St；
根据所述空时块St和上一时隙的信道矩阵Ht-1，得到待调制比特；
对所述待调制比特进行调制，得到调制比特；
获得待发送的信号块，所述待发送的信号块由所述调制比特和空间比特得到，所述空间比特用于表示激活的发送天线；
将所述信号块通过发送天线发送。
2.如权利要求1所述的信号发送方法，其特征在于，所述对输入比特序列进行编码，得到编码后比特序列包括：
采用交叉格雷编码技术对输入比特序列进行编码，得到编码后比特序列，其中，所述交叉格雷编码为：
对于输入比特序列{p1，p2，p3，...，pn-1，pn}，将pn从左至右或者从右至左每隔一位插入到序列{p1，p2，p3，...，pn-1}中，得到编码后比特序列，其中，相邻的两个所述编码后比特序列中，只有两位不同。
3.如权利要求1所述的信号发送方法，其特征在于，所述对所述编码后比特序列进行星座映射，得到星座符号Xt包括：
将编码后比特序列进行星座映射得到星座符号
Figure FDA0002651627470000011
其中，
Figure FDA0002651627470000012
为星座符号Xt’的实部，
Figure FDA0002651627470000013
为星座符号Xt’的虚部；
将所述星座符号Xt’旋转θ度，得到旋转后的星座符号
Figure FDA0002651627470000014
其中，0°＜θ＜360°。
4.如权利要求1所述的信号发送方法，其特征在于，所述根据所述空时块St和上一时隙的信道矩阵Ht-1，得到待调制比特包括：
将所述空时块St和上一时隙的信道矩阵Ht-1由复数域转换到实数域；
计算转换后的空时块St和转换后的信道矩阵H的乘积，得到待调制比特。
5.如权利要求4所述的信号发送方法，其特征在于，所述将所述空时块St和上一时隙的信道矩阵Ht-1由复数域转换到实数域之前还包括：
对上一时隙的信道矩阵Ht-1进行正交三角分解，得到分解后的信道矩阵H。
6.一种信号接收方法，其特征在于，包括：
获取接收天线上接收的信号块Yt，所述信号块Yt＝HSt+Nt，其中，H＝Yt-1Xt-Nt-1Xt，H为信道矩阵，Yt是当前时隙接收的信号块，Yt-1是上一时隙接收的信号块，Xt为当前时隙的星座符号，St为由星座符号Xt转换成的空时块，Nt为当前时隙的噪声向量，Nt-1为上一时隙的噪声向量；
对所述接收的信号块Yt进行解调，得到解调后的信息比特；
对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号。
7.如权利要求6所述的信号接收方法，其特征在于，所述对所述解调后的信息比特进行译码包括：
采用球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号。
8.如权利要求7所述的信号接收方法，其特征在于，所述采用球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号包括：
采用接收端球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号，译码后的星座符号
Figure FDA0002651627470000021
为：
Figure FDA0002651627470000022
其中，argmax trace{}指输出argmax值，CQ为当前搜索半径，
Figure FDA0002651627470000023
为Yt的共轭转置。
9.如权利要求7所述的信号接收方法，其特征在于，所述采用球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号包括：
采用发送端球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号，译码后的星座符号
Figure FDA0002651627470000024
为：
Figure FDA0002651627470000025
其中，argmin为求最小值函数，Oc为
Figure FDA0002651627470000026
的集合，
Figure FDA0002651627470000027
表示Yt矩阵左乘Q矩阵后的矩阵，
Figure FDA0002651627470000028
Figure FDA0002651627470000031
CQ为当前搜索半径，
Figure FDA0002651627470000032
Q为正定矩阵，QH为Q的共轭转置，Q1Q2＝Q，R1R2＝R，
Figure FDA0002651627470000033
代表矩阵的实数部分，
Figure FDA0002651627470000034
代表矩阵的虚数部分，Nt是发送天线根数，Nr是接收天线根数。
10.如权利要求7-9任一项所述的信号接收方法，其特征在于，所述采用球形译码检测算法对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号包括：
若当前时隙的信息比特的空间比特或调制比特与同一发送序列中的之前时隙的信息比特的空间比特或调制比特不同，对所述信息比特进行译码，得到对应的空间比特或调制比特的译码结果，并存储所述译码结果；
若当前时隙的信息比特的空间比特或调制比特与同一发送序列中的之前时隙的信息比特的空间比特或调制比特相同，获取之前时隙的信息比特的空间比特或调制比特的译码结果，作为当前时隙的信息比特的空间比特或调制比特译码结果。
11.一种通信设备，其特征在于，包括：
编码模块，用于对输入比特序列进行编码，得到编码后比特序列；
星座映射模块，用于对所述编码后比特序列进行星座映射，得到星座符号Xt；
空时编码模块，用于将所述星座符号Xt转换成空时块St；
计算模块，用于根据所述空时块St和上一时隙的信道矩阵Ht-1，得到待调制比特；
调制模块，用于对所述待调制比特进行调制，得到调制比特；
获得模块，用于获得待发送的信号块，所述待发送的信号块由所述调制比特和空间比特得到，所述空间比特用于表示激活的发送天线；
发送模块，用于将所述信号块通过发送天线发送。
12.一种通信设备，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取接收天线上的接收的信号块Yt，所述信号块Yt＝HSt+Nt，其中，H＝Yt-1Xt-Nt-1Xt，H为信道矩阵，Yt是当前时隙的接收的信号块，Yt-1是上一时隙的接收的信号块，Xt为当前时隙的星座符号，St为由星座符号Xt转换成的空时块，Nt为当前时隙的噪声向量，Nt-1为上一时隙的噪声向量；
解调模块，用于对所述接收的信号块Yt进行解调，得到解调后的信息比特；
译码模块，用于对所述解调后的信息比特进行译码，得到译码后的星座符号。
13.一种无线通信系统，其特征在于，包括如权利要求11所述的通信设备和/或如权利要求12所述的通信设备。
14.如权利要求13所述的无线通信系统，其特征在于，所述无线通信系统为电子标签通信系统。
15.一种通信设备，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的信号发送方法的步骤，或者，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求6至10中任一项所述的信号接收方法的步骤。
16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的信号发送方法的步骤；或者，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6至10中任一项所述的信号接收方法的步骤。
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