CN114640561B - 一种通信信号传输方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种通信信号传输方法，包含以下步骤：根据配置信息，对发送天线分组，生成每组天线对应的调制信息，所述调制信息包含用于确定激活的发送天线的比特信息；根据配置信息，对所述调制信息按所述天线分组索引调制，生成索引调制符号矢量；在各天线分组内发送对应的索引调制符号矢量；在所述索引调制符号矢量中，激活的发送天线对应数据元素，未被激活的发送天线对应零元素；所述配置信息，至少包含以下一项：天线分组数，各组天线数，各组天线索引调制方式。本本申请还包含应用所述方法的装置。本申请解决现有方法和设备MIMO阵列调制符号集合难以映射的问题，尤其适用于大规模MIMO通信系统。

Description

一种通信信号传输方法和设备
技术领域
本申请涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种通信信号传输方法和设备。
背景技术
大规模MIMO(Multiple Input Multiple Output多输入多输出)技术，能够实现大量的空间复用和分集增益，被认为是5G及B5G(超5代移动通信系统)通信网络中的关键技术。空间调制在大规模MIMO通信中具有低复杂度和高能效的优势。然而对于单射频链的空间调制，缺点是吞吐量较低。广义空间调制(GSM)可在大规模MIMO系统中实现数据传输。现有的GSM系统检测方案中，一方面，MIMO天线组合情况多，使得从比特到符号的映射变得不可能。另一方面，信号检测复杂、运算量大，对于广义信道(如莱斯信道、相关信道等)，信道的正交性变差，导致基于误差校正机制的检测器性能下降。
发明内容
本申请提出一种通信信号传输方法和设备，解决现有方法MIMO阵列调制符合集合难以映射的问题，尤其适用于大规模MIMO通信系统。
第一方面，本申请提出一种通信信号传输方法，用于MIMO系统发端，包含以下步骤：根据配置信息，对发送天线分组，生成每组天线对应的调制信息，所述调制信息包含用于确定激活的发送天线的比特信息；根据配置信息，对所述调制信息按所述天线分组索引调制，生成索引调制符号矢量；在各天线分组内发送对应的索引调制符号矢量；在所述索引调制符号矢量中，激活的发送天线对应数据元素，未被激活的发送天线对应零元素；所述配置信息，至少包含以下一项：天线分组数，各组天线数，各组天线索引调制方式。
优选地，所述调制信息还包含用于在激活的发送天线携带星座符号调制信息对应的比特信息；所述配置信息还用于确定各组星座调制方式。
优选地，所述天线索引调制方式包含：空间调制和或正交空间调制。
优选地，所述各组天线数相同或不同，所述各组天线索引调制方式相同或不同。
优选地，所述调制信息的前个比特信息为用于确定激活的发送天线的比特信息，后/>个比特信息为用于在激活的发送天线携带星座符号调制信息对应的比特信息；其中，u为天线分组序号，/>为第u组天线激活索引携带比特个数，/>为第u组天线星座符号携带比特个数。
优选地，所述各组星座调制方式包含：ASK、FSK、PSK和或QAM。
优选地，所述各组星座调制方式相同或不同。
优选地，所述方法还包含：确定所述配置信息。
第二方面，本申请提出一种通信信号传输方法，用于MIMO系统收端，包含以下步骤：获取空间信号并检测确定得到参考向量，所述参考向量为恢复的发射符号，其中，对获取的空间信号进行检测时，利用的检测符号集包含零元素。
优选地，所述方法还包含：根据配置信息，将所述参考向量进行分组，选择每组子向量中最大元素作为激活天线上的符号，该元素在子向量中的位置作为激活天线索引组合，将选中的元素值取为距离最近的检测符号，得到激活天线检测符号，其他元素值取零；所述配置信息，至少包含以下一项：天线分组数，各组天线数，各组天线索引调制方式。
优选地，所述方法还包含：在对获取的空间信号进行检测时，利用的星座符号集包含零元素；所述配置信息还包含：各组星座调制方式。
优选地，所述方法还包含：
根据所述配置信息，将所述参考向量进行分组，选择每组子向量中最大元素集合作为激活天线上的符号，该元素在子向量中的位置作为激活天线索引组合，将选中的元素值取为距离最近的星座符号，得到激活天线星座符号，其他元素值取零。
根据所述配置信息，对所述激活天线索引组合和激活天线星座符号解映射得到所述发端调制信息的估计结果。
进一步地，所述方法还包含：接收所述配置信息。
进一步地，采用期望传播算法得到所述参考向量，所述采用期望传播算法得到所述参考向量的步骤，进一步包含：计算发射符号的均值和协方差矩阵；优化每根天线上对应符号的均值和方差；计算天线符号为星座集合某个元素的概率；根据概率值更新第i根接收天线符号的均值和方差；对所述第三参数和第四参数进行迭代更新，计算迭代更新后的第二参数，判断是否满足收敛条件，若满足停止迭代，得到所述参考向量，否则持续迭代直至满足收敛条件。
第三方面，一种通信信号传输方法，用于MIMO系统收端，包含以下步骤：根据配置信息确定发送天线的天线分组数、各组天线数和各组天线索引调制方式；获取空间信号并分组检测确定得到各组发送天线对应的参考向量，对各组参考向量按组索引解调，得到发端各组调制信息的估计结果；所述参考向量为恢复的发射符号。
进一步地，所述方法还包含：对所述各组参考向量按组做星座解调，得到发端各组调制信息的估计结果；所述配置信息还包含：各组星座调制方式。
优选地，对获取的空间信号进行分组检测时，利用的检测符号集包含零元素。
优选地，所述各组天线索引调制方式包含空间调制和或正交空间调制。
优选地，所述各组天线数相同或不同，各组天线索引调制方式相同或不同。
进一步地，所述发端各组调制信息的估计结果的前个比特信息为用于确定激活的发送天线的比特信息，后/>个比特信息为用于在激活的发送天线携带星座符号调制信息对应的比特信息；其中，u为天线分组序号，/>为第u组天线激活索引携带比特个数，/>为第u组天线星座符号携带比特个数。
进一步地，所述各组星座调制方式包含：ASK、FSK、PSK和或QAM。
进一步地，所述各组星座调制方式相同或不同。
进一步地，对获取的空间信号进行分组检测时，利用的星座符号集包含零元素。
进一步地，所述方法还包含：接收所述配置信息
第四方面，本申请还提出一种通信信号发射设备，用于实现本发明用于MIMO系统发端的任意一项实施例所述方法，所述通信信号发射设备中至少一个模块，用于以下至少一项功能：根据配置信息，对发送天线进行分组，生成每组天线对应的调制信息，所述调制信息包含用于激活发端天线的比特信息；根据配置信息，对所述调制信息所述天线分组索引调制，生成索引调制符号矢量并根据分组情况由对应的天线进行发送。
第五方面，本申请还提出一种通信信号接收设备，用于实现本发明用于MIMO系统收端的任意一项实施例所述方法，根据配置信息，对发送天线进行分组，生成每组天线对应的调制信息，所述调制信息包含用于激活发端天线的比特信息；根据配置信息，对所述调制信息所述天线分组索引调制，生成索引调制符号矢量并根据分组情况由对应的天线进行发送。
第六方面，本申请还提出一种通信信号接收设备，用于实现本发明用于MIMO系统收端的任意一项实施例所述方法，获取空间信号并检测确定得到参考向量，所述参考向量为恢复的发射符号信号，其中，对接收获取的空间信号进行检测时，利用的检测符号集包含零元素。
本申请还提出一种通信设备，包括：存储器、处理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本申请第一方面任意一项实施例所述方法的步骤。
本申请还提出一种计算机可读介质，所述计算机可读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本申请第一方面任意一项实施例所述的方法的步骤。
本申请还提出一种移动通信系统，包含至少一个如本申请任意一项实施例所述的发射设备和/或至少一个如本申请任意一项实施例所述的接收设备。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本申请提出一种通信信号传输方法，可用于稀疏射频链路MIMO传输系统，通过天线分组的方法，可以有效降低广义空间调制方法在传统大规模天线阵列下符号映射的复杂度。所提出的发射机方案可以很容易实现大规模MIMO高速率传输；所提出的接收机方案通过对广义复用索引调制的星座符号集增加零元素，以实现对调制后得到的参考向量的检测，相比传统方案可以获得显著检测性能增益。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为现有空间调制示意图；
图2为本申请方法用于发端实施例流程图；
图3为本申请方法用于收端实施例的方法流程图；
图4为本申请期望传播方法实施例流程图；
图5为本申请方法用于收端另一实施例的方法流程图；
图6为本申请方法用于MIMO系统实施例示意图；
图7为本申请方法传输速率实施例；
图8为发射设备实施例示意图；
图9为接收设备实施例示意图；
图10为另一接收设备实施例示意图；
图11为本发明另一实施例的发射设备的结构示意图；
图12是本发明另一个实施例的接收设备的框图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
现有研究表明，空间调制在大规模MIMO通信中具有低复杂度和高能效的优势。然而对于单射频链的空间调制，最大的比特数为log2(NtM)，导致吞吐量较低。其中，Nt为发射天线的数量，M为星座调制阶数大小，也即星座调制符号数。为进一步提升空间调制的频谱效率，广义空间调制(GSM)被提出。
在GSM中，Nt根天线中的Nu0天线被激活用来同时传递信息，Nu0为激活天线数，因此，GSM能够在传输吞吐量和实施成本之间进行灵活的权衡。由于这种灵活的结构，GSM方案构成了未来无线通信的一个很有前途的候选方案，包括轨道角动量、分子通信、光学无线通信、可重构智能表面辅助MIMO以及太赫兹波段通信。
在传统的GSM方案中使用大规模天线阵列中的所有天线实现空间调制，共有种合法的天线组合(TAC)，在Nt＝256，Nu0＝64的情况下，TAC的数量可以达到2203种，这使从比特到符号的映射变得不可能。
另一方面，现有的GSM系统检测方案信号检测变得十分复杂，特别是对于最大似然(ML)检测。对于Nt＝256,Nu0＝64的天线配置情况下，ML检测器应该搜索至少2203个符号向量来获得准确的信号，这是非常具有挑战性的。
传统的检测器为最小均方误差(MMSE)检测器，即通过对信道矩阵进行求逆操作来恢复信号，当激活天线数目很大时，检测性能较差。基于误差校正机制(ECM)的压缩感知检测器在瑞利衰落的信道下高信噪比区域接近ML检测的误码率性能。然而，这种基于ECM的检测器性能受信道正交性的影响，使得ECM在瑞利信道下的表现更好。而对于广义信道(如莱斯信道、相关信道等)，信道的正交性变差，导致基于ECM的检测器性能下降。因此，需要针对激活天线数目庞大的系统在广义信道下设计接近最优ML检测性能的检测方案。
本发明创新点在于：第一、对发送天线进行分组，各组分别进行索引调制，得到索引调制符号矢量，可用于大规模MIMO传输系统，减小系统开销；第二、在接收端对获取的空间信号进行检测时，利用的检测符号集包含零元素，可以使检测方法更准确，获得信噪比更高的参考向量；第三、在接收端对参考信号分组索引解调，可以快速获取发端调制信息的估计结果，提高了系统实时性。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为现有空间调制示意图。
大规模多输入多输出(MIMO)技术，能够实现大量的空间复用和分集增益，被认为是5G及B5G通信网络中的关键技术。具体来说，在大规模MIMO系统中，基站配备了数百或数千根天线，为众多移动终端提供服务。通过对空间维度的利用，移动终端可以获得可观的天线增益。随着未来无线网络需求的不断增长，基站的天线数量将大幅增加，以提供更高的吞吐量和更好的可靠性。在采用传统的垂直分层空时编码(Vertical bell labs space-time，VBLAST)的结构时，大规模MIMO的主要挑战在于其射频(Radio frequency，RF)链实现的高成本。近年来，为了降低成本，基于单射频链的空间调制(Spatial modulation，SM)被提出。
图1提供了一种基于单射频链的SM调制示意图。在单射频链SM调制系统中，只有一根天线被激活来传递信息，并且天线索引隐式传输比特信息。由于其结构简化的优点，在大规模MIMO天线结构中得到了广泛的研究。
如图1所示，在单射频链的SM调制系统中，包含四根可用于空间调制的天线。例如，输入信息比特为0110，比特信息01(前两位)用来选择激活天线，根据比特到二进制运算准则，01比特可以用来激活第二根天线；比特信息10(后两位)用于选择星座符号1-j，并由第二根天线传输。因此，0110比特映射成空间调制符号[0,1-j,0,0]。
图1提供了现有技术中SM调制方式，可在同一时间从发端天线阵列中选择一个进行通信，虽然结构简单，但吞吐量低，不适应大规模MIMO通信系统。
图2为本申请方法用于发端实施例流程图，可用于稀疏射频链路大规模MIMO传输系统的发射设备。作为本发明实施例，一种通信信号传输方法包含以下步骤101～102：
步骤101、根据配置信息，对发送天线进行分组，生成每组天线对应的调制信息，所述调制信息包含用于激活发端天线的比特信息。
在步骤101中，所述配置信息，至少包含以下一项：天线分组数，各组天线数，各组天线索引调制方式。
在步骤101中，若所述调制信息仅包含用于激活发端天线的比特信息，此时发端仅通过索引调制进行数据传输。
在步骤101中，进一步地，所述调制信息还包含用于在激活的发送天线携带星座符号调制信息对应的比特信息；相应地，所述配置信息还包含各组星座调制方式。
优选地，所述调制信息包含个比特信息，其中，u为天线分组序号，为Nu天线分组数，等于一次可传输的索引调制符号数，Ru为第u组天线进行索引调制所需比特个数。
所述调制信息的前个比特信息为用于激活发端天线的比特信息，后/>个比特信息为在激活的发送天线携带星座符号调制信息对应的比特信息，如以下公式1：
其中，为第u组天线激活索引携带比特个数，/>为第u组天线星座符号携带比特个数。
需要说明的是，在本发明实施例中，所述调制信息的前面若干个比特信息为用于激活发端天线的比特信息，后面若干个比特信息为用于在激活的发端天线位置携带星座符号调制信息的比特信息；还可以是前面若干个比特信息为用于在激活的发端天线位置携带星座符号调制信息的比特信息，后面若干个比特信息为用于激活发端天线的比特信息，这里不做特别限定。
在步骤101中，所述配置信息用于确定天线分组数、各组天线分组内天线数目、各组天线分组内索引调制方式、各组天线分组内星座调制方式中的至少一项。
例如，所述配置信息的格式如下表1：
表1一种配置信息格式表
在表1中，第一个参数Nu定义了天线分组数，后面的参数一共有Nu组，每组有三个参数分别定义了该组天线数、索引调制方式和星座调制方式。其中，每组天线数目可以相同也可以不同，而且每组天线索引调制方式可以相同或不同，每组天线进行索引调制采用的星座调制也可以相同或不同。当采用/>并且每组天线进行索引调制时采用同样的星座调制时，接收端的符号解调相比其他参数配置容易。
当各组天线数、索引调制方式和星座调制方式均相同时，一种所述配置信息的格式如下表2所示：
表2另一种配置信息格式表
需要说明的是，具体的分组天线数目和采用星座调制方式可以根据配置实际的传输速率和实现复杂度来确定。Nu＝1时分组数为1，可作为一种特殊情况。
需要说明的是，所述配置信息可以是预设的方式确定，即所述天线分组数、各组天线分组内天线数目、各组天线分组内索引调制方式、各组天线分组内星座调制方式可以通过预设方式确定。所述配置信息还可以通过高层配置或网络发送，这里不做特别限定。
进一步地，所述方法还包含：接收和确定所述配置信息。
步骤102、根据配置信息，对所述调制信息按所述天线分组索引调制，生成索引调制符号矢量，在各天线分组内发送对应的索引调制符号矢量。
在步骤102中，根据配置信息对调制信息进行广义复用索引调制，所述调制信息被分为Nu组，第u组比特长度数目为Ru，其中比特根据索引调制原理进行激活天线索引选择，/>比特用于星座符号调制。
对所述调制信息按组进行索引调制，生成索引调制符号矢量，经索引调制后得到Nu组长度为nu的向量，发送端将所有符号通过根天线发射。其中，nu为第u组天线数，为Nt发端天线数。
在步骤102中，所述索引调制符号矢量是对调制信息进行索引调制后产生的符号矢量。若所述调制信息仅包含用于激活发端天线的比特信息，所述索引调制符号矢量表示发端天线激活或未激活的符号矢量；若所述调制信息包含用于激活发端天线的比特信息和用于在激活的发端天线位置携带星座符号调制信息的比特信息，所述索引调制符号矢量是表示发端天线激活/未激活状态和星座调制的符号矢量。
在步骤102中，在所述索引调制符号矢量中，激活的发端天线对应位置存在数据元素，未被激活的发端天线对应位置为零元素。激活的发端天线对应何种数据元素，由索引调制方式决定，或由索引调制方式和星座调制方式决定。
例如，激活发端天线在所述索引调制符号矢量对应位置比特信息为1，未激活发端天线在所述索引调制符号矢量对应位置比特信息为0。
若为0，发端仅发送原始数据；若/>不为0，发端发送经星座调制的数据。
需要说明的是，所述索引调制包含所有利用激活索引携带信息的调制，可以是空间调制，正交空间调制等；所述星座调制方式可以是ASK、FSK、PSK、QAM等。
举例说明所述索引调制符号矢量，对于四根天线，n1＝n2＝2，索引调制采用空间调制，星座调制采用BPSK的情况下，所述索引调制符号矢量，也就是发射符号集合为：
其中，χ为所述索引调制符号矢量。
在步骤102中，发送端将所有符号通过Nt根天线发射，可以是发端天线按照分组情况和激活情况，对于激活的天线发送所述索引调制符号矢量的对应数据，对于未激活的天线发送零元素；还可以是发端天线的每个天线均发送所述索引调制符号矢量。
本发明实施例提出一种基于天线分组的空间调制方法来解决符号映射复杂度高的问题，可以有效降低广义空间调制方法在传统大规模天线阵列下符号映射的复杂度，可以很容易实现大规模MIMO高速率传输。
图3为本申请方法用于收端实施例的方法流程图，可用于稀疏射频链路大规模MIMO传输系统的接收设备。作为本发明实施例，一种通信信号传输方法包含以下步骤201～202：
步骤201、获取空间信号并检测确定得到参考向量，所述参考向量为恢复的发射符号。
在步骤201中，对发端发送的所述索引调制符号矢量进行接收和检测，发端发送的所述索引调制符号矢量包含零元素。
在步骤201中，对接收的空间信号进行信号检测时，利用的检测符号集包含零元素。
进一步地，若调制信息包含用于激活发端天线的比特信息和用于在激活的发端天线位置携带星座符号调制信息的比特信息，收端接收的空间信号在进行信号检测利用的星座符号集包含零元素。需要说明的是，若发端携带星座调制信息，所述检测符号集为所述星座符号集，即利用星座符号集对接收的信号进行检测。
具体说明为，对于BPSK星座调制方式，传统的星座符号集为{+1，-1}，对于本申请信号检测时利用的星座符号集为{+1，-1，0}，其中零元素的位置与所述索引调制符号矢量有关。
在步骤201中，所述参考向量为收端接收并恢复的所述索引调制符号矢量。需要说明的是，收端可采用期望传播算法得到所述参考向量，还可采用其他方式得到所述参考向量，这里不做特别限定。
步骤202、对所述参考向量，根据配置信息进行分组索引解调，得到发端调制信息的估计结果。
在步骤202中，所述配置信息可以是接收获取配置信息，也可以是根据预设获取配置信息，这里不做特别限定。若所述配置信息是接收获取，所述方法还包含：接收所述配置信息。
需要说明的是，所述配置信息在图2的实施例中已详细介绍，这里不再赘述。
在步骤202中，所述发端各组调制信息的估计结果的前个比特信息为用于确定激活的发送天线的比特信息，后/>个比特信息为用于在激活的发送天线携带星座符号调制信息对应的比特信息；其中，u为天线分组序号，/>为第u组天线激活索引携带比特个数，/>为第u组天线星座符号携带比特个数。
在步骤202中，根据所述配置信息，将所述参考向量进行分组，分成Nu组子向量，对应每组的发射符号。
对于每个子向量，选择每组子向量中最大元素集合作为激活天线上的符号，该元素在子向量中的位置作为激活天线索引组合。将选中的元素值取为距离最近的星座符号，得到激活天线星座符号，其他未被选中的元素值取值为零。
根据所述配置信息，对所述激活天线索引组合和激活天线星座符号解映射得到所述发端调制信息的估计结果。具体为：将激活天线索引组合根据发射端索引调制方式解映射成对应索引比特信息，将星座符号集解映射成对应的星座携带比特信息，并根据发射端调制原则恢复出每组子向量总共携带的比特信息。当Nu组子向量对应的比特信息完全恢复时即完成了整个检测向量的比特信息恢复，得到所述发端调制信息的估计结果。
需要说明的是，步骤202为本发明实施例可选步骤。
本发明实施例提出了一种广义信道下的信息检测方法，通过对广义复用索引调制的星座符号集增加零元素，以实现对调制后得到的参考向量的检测，相比传统方案可以获得显著检测性能增益，且可以有效降低检测复杂度、降低检测误码率。
图4为本申请期望传播方法实施例流程图，可用于在收端检测信号，得到所述参考向量。作为本发明实施例，采用期望传播算法得到所述参考向量的步骤，进一步包含以下步骤301～307：
所述期望传播方法是通过L次迭代每根天线上的符号均值和方差确定每根天线的目标均值，利用所述每根天线的目标均值确定发射信号。迭代次数L由收敛条件决定，满足||u(t)-u(t-1)||≤δ时结束迭代，其中δ为预设阈值，u(t)是第t次的目标均值，t的范围属于0-L。
步骤301、计算发射符号的均值和协方差矩阵：
其中，C是第一参数，表示收端估计的发射符号的协方差矩阵，u是是第二参数，表示收端估计的发射符号的均值，H是信道矩阵，是噪声方差，λ是第三参数，γ是第四参数。
接收端接收到的信号表示为：y＝Hx+n，其中表示Nr根天线接收到的信号，/>为Nt根天线的发射向量，n为加性高斯白噪声，H为信道矩阵。
在步骤301中，λ与γ为用于更新均值和协方差矩阵的参数，在迭代的过程中会变化。第一次迭代时，λ为单位向量与星座符号能量的比值，即其中λ(0)是第三参数初值，/>是维度Nt×1的单位向量，Es是星座符号集能量；γ为零向量，即/>γ(0)是第四参数初值。
步骤301、优化每根天线上对应符号的均值和方差：
其中，i是发射天线序号，mi是第i根发射天线上的符号均值，是第i根发射天线上的符号均值方差，C(i,i)是矩阵C的第i个对角元素，u(i)是u的第i个元素，λi是λ的第i个元素，γi是γ的第i个元素。
在步骤302中，根据步骤301得到均值u和协方差矩阵C利用参数λ与γ，优化每根天线上的符号的均值和方差，此时每根天线上的符号属于包含零元素的检测符号集特别地，当发端发送的信号包含星座调制信息时，/>可表示星座符号集。
步骤303、计算天线符号xi为检测符号集某个元素sq的概率：
其中，xi是第i根发射天线上的天线符号，q是检测符号集序号，sq是检测符号集的第q个元素，M是检测符号集调制阶数大小。
若发端未进行星座信息调制，则M＝0；若发端进行星座信息调制，则可表示星座符号集、大小为M+1，q是星座符号集序号，sq是星座符号集的第q个元素，M是传统星座调制阶数大小。
步骤304、根据概率值更新第i根发射天线符号的均值和方差：
其中，ui′是第i根发射天线上的符号均值更新值，σi′2是第i根发射天线上的符号方差更新值。
在步骤304中，根据步骤303中计算的概率值，进一步更新第i根发射天线符号xi的均值和方差，其中均值和方差的计算与传统的计算方式一致。均值为计算所有符号与该符号概率乘积的和，方差可以根据均值计算。
步骤305、对所述第三参数和第四参数进行t次迭代更新：
其中，t是迭代次数，分别是第三参数第i个元素第t、t-1次迭代值，α是衰减因子，α∈(0,1)，/>分别是第四参数第i个元素第t、t-1次迭代值。
以上步骤301～305为一次完整的迭代过程，从以上过程可以看出，给定λ和γ值即根据步骤一输出u值和步骤305得到新的λ和γ值.
步骤306、判断是否满足迭代条件。
在步骤306中，所述迭代条件为：所述迭代次数大于等于预设次数和或迭代输出结果收敛。
所述迭代结果收敛是指：
||u(t)-u(t-1)||≤δ (12)
其中，u(t)是第二参数第t次迭代结果，u(t-1)是发射符号第t-1次迭代结果，若满足收敛条件，u(t)即为所述参考向量，δ是预设阈值。
需要说明的是，对所述预设次数和所述预设阈值的大小不进行限定。
步骤307、若满足迭代条件，得到所述参考向量，若不满足返回步骤301继续迭代。
为了提升检测质量，会进行迭代检测，第t次迭代的λ和γ的输入值，为t-1次迭代步骤五输出的λ和γ值。当||u(t)-u(t-1)||≤δ时，停止迭代，其中δ为接近0的尝试。停止迭代后，根据输出的u(t)利用数字解调方式恢复出星座信号。本发明实施例提供了采用期望传播算法恢复发端信号的方法，期望传播算法的原理是通过多次迭代每根天线上的符号均值和方差后，利用得到的均值恢复发射信号。具体说来，每根天线上的符号均值和方差采用的不同的计算公式得到，这些计算的均值和方差不断的更新和迭代直到达到收敛条件||u(t)-u(t-1)||≤δ，其中δ为接近0的常数，可预先设定。
图5为本申请方法用于收端另一实施例的方法流程图，作为本发明实施例，一种通信信号传输方法，用于MIMO系统收端，包含以下步骤901～902：
步骤901、根据配置信息确定发送天线的天线分组数、各组天线数和各组天线索引方式。
在步骤901中，所述配置信息包含天线分组数、各组天线数和各组天线索引方式中的至少一种，所述配置信息还可以包含各组星座调制方式。
在步骤901中，所述配置信息的特征与步骤101中的特征相同，这里不赘述。
步骤902、获取空间信号并分组检测确定得到各组发送天线对应的参考向量，对各组参考向量按组索引解调，得到发端各组调制信息的估计结果。
在步骤902中，所述参考向量为恢复的发射符号。
在步骤902中，对获取的空间信号检测时，利用的检测符号集可以包含零元素，还可以不包含零元素。
在步骤902中，若所述配置信息包含各组星座调制方式，对获取的空间信号检测时，利用的检测符号集为星座符号集，所述星座符号集可以包含或不包含零元素。
在步骤902中，可采用期望传播法在收端进行信号检测，这里不赘述。
图6为本申请方法用于MIMO系统实施例示意图，可用于广义复用索引调制系统。
为了降低GSM方案在大规模天线阵列下调制符号集合过多难以映射的问题，可以将索引调制与垂直分层空时编码(VBLAST)的概念相结合，得到广义复用索引调制方案。
在本发明实施例中，在发端，首先将信息位分为Nu组，每组对应一组天线进行索引调制(利用激活天线索引传输信息的调制，比如空间调制，正交空间调制等)，可以实现一个大于或者等于Nu根激活天线的广义复用索引调制发送设备。对经索引调制生成的索引调制符号矢量，由发端天线向空间辐射，该信号经广义信道传输后，在收端进入接收天线。
在接收端，为了从接收的空间信号中恢复出发射信号，本发明实施例采用基于符号的期望传播原理的检测算法，通过对广义复用索引调制的星座符号集增加零元素，以实现对调制后得到的参考向量的检测。
设计的广义复用索引调制系统通过灵活选择索引调制方式及分组数目有效平衡传输速率及射频链路实现成本。
如图6所示，发送端对比特信息进行分组，并分别进行调制，形成索引调制符号矢量。接收端基于接收信号进行基于符号的期望传播检测得到参考向量，再根据发端索引调制原则进行解映射恢复比特信息，得到发端调制信息的估计结果。
图7为本申请方法传输速率实施例。
在图7中，横坐标表示信噪比，单位dB，纵坐标表示误码率。图7提供了4种信号恢复方法得到的误码率与信噪比关系，分别是：理论计算方法，本发明大规模MIMO传输方法，MMSE方法和ECM方法。
在图7中，广义信道参数情况为，莱斯因子K＝1，相关系数rho＝0，发射天线Nt＝256，天线组数Nu＝128，接收天线数目512，采用QPSK调制，传输速率达到(3×128)bits/s/Hz。相对于传统MMSE方法和ECM方法传输速率更快，更接近理论计算结果。
图8为发射设备实施例示意图，使用本申请任意一项用于发射设备的实施例的方法，所述发射设备用于：大规模MIMO传输系统的发端。
所述通信信号发射设备中至少一个模块，用于以下至少一项功能：根据配置信息，对发送天线进行分组，生成每组天线对应的调制信息，所述调制信息包含用于激活发端天线的比特信息；根据配置信息，对所述调制信息所述天线分组索引调制，生成索引调制符号矢量并根据分组情况由对应的天线进行发送。
为实施上述技术方案，本申请提出的一种发射设备400，包含第一发送模块401、第一确定模块402、第一接收模块403。
所述第一发送模块，用于向空间发送索引调制符号矢量。
所述第一确定模块，用于根据配置信息，对发送天线进行分组，生成每组天线对应的调制信息，据配置信息，对所述调制信息所述天线分组索引调制，生成索引调制符号矢量。
所述第一接收模块，用于接收所述配置信息。
实现所述第一发送模块、第一确定模块、第一接收模块功能的具体方法，如本申请各方法实施例所述，这里不再赘述。
所述发射设备可以是网络设备和或终端设备，这里不做特别限定。
图9为接收设备实施例示意图，使用本申请任意一项用于接收设备的实施例的方法，所述接收设备用于：大规模MIMO传输系统的收端。
所述通信信号接收设备中至少一个模块，用于以下至少一项功能：获取空间信号并检测确定得到参考向量，所述参考向量为恢复的发射符号信号。。
需要说明的是，若进行星座解调，所述空间信号检测时利用的星座符号集包含零元素。
为实施上述技术方案，本申请提出的一种接收设备500，包含第二发送模块501、第二确定模块502、第二接收模块503。
所述第二发送模块，用于发送参考向量。
所述第二确定模块，用于对空间信号进行信号检测，得到参考向量。
所述第二接收模块，用于接收空间信号。
实现所述第二发送模块、第二确定模块、第二接收模块功能的具体方法，如本申请各方法实施例所述，这里不再赘述。
所述接收设备可以是网络设备和或终端设备，这里不做特别限定。
图10为另一接收设备实施例示意图，使用本申请任意一项用于接收设备的实施例的方法，所述接收设备用于：大规模MIMO传输系统的收端。
所述通信信号接收设备中至少一个模块，用于以下至少一项功能：根据配置信息确定发送天线的天线分组数、各组天线数和各组天线索引方式；获取空间信号并分组检测确定得到各组发送天线对应的参考向量，对各组参考向量按组索引解调，得到发端各组调制信息的估计结果；所述参考向量为恢复的发射符号。
为实施上述技术方案，本申请提出的一种接收设备800，包含第三发送模块801、第三确定模块802、第三接收模块803。
所述第三发送模块，用于发送参考向量。
所述第三确定模块，用于根据配置信息确定发送天线的天线分组数、各组天线数和各组天线索引方式，对空间信号检测确定得到各组发送天线对应的参考向量。
所述第三接收模块，用于接收空间信号。
实现所述第三发送模块、第三确定模块、第三接收模块功能的具体方法，如本申请各方法实施例所述，这里不再赘述。
所述接收设备可以是网络设备和或终端设备，这里不做特别限定
图11为本发明另一实施例的发射设备的结构示意图。如图所示，网络设备600包括处理器601、无线接口602、存储器603。其中，所述无线接口可以是多个组件，即包括发送机和接收机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。所述无线接口实现和所述终端设备的通信功能，通过接收和发射装置处理无线信号，其信号所承载的数据经由内部总线结构与所述存储器或处理器相通。所述存储器603包含执行本申请任意一个实施例的计算机程序，所述计算机程序在所述处理器601上运行或改变。当所述存储器、处理器、无线接口电路通过总线系统连接。总线系统包括数据总线、电源总线、控制总线和状态信号总线，这里不再赘述。
图12是本发明另一个实施例的接收设备的框图。终端设备700包括至少一个处理器701、存储器702、用户接口703和至少一个网络接口704。终端设备700中的各个组件通过总线系统耦合在一起。总线系统用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统包括数据总线，电源总线、控制总线和状态信号总线。
用户接口703可以包括显示器、键盘或者点击设备，例如，鼠标、轨迹球、触感板或者触摸屏等。
存储器702存储可执行模块或者数据结构。所述存储器中可存储操作系统和应用程序。其中，操作系统包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序包含各种应用程序，例如媒体播放器、浏览器等，用于实现各种应用业务。
在本发明实施例中，所述存储器702包含执行本申请任意一个实施例的计算机程序，所述计算机程序在所述处理器701上运行或改变。
存储器702中包含计算机可读存储介质，处理器701读取存储器702中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。具体地，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器701执行时实现如上述任意一个实施例所述的方法实施例的各步骤。
处理器701可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，本申请方法的各步骤可以通过处理器701中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。所述处理器701可以是通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现成可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。在一个典型的配置中，本申请的设备包括一个或多个处理器(CPU、FGAP、MUC中的一个)、输入/输出用户接口、网络接口和存储器。
此外，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
因此，本申请还提出一种计算机可读介质，所述计算机可读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本申请任意一项实施例所述的方法的步骤。例如，本发明的存储器603，702可包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
基于图8～12的实施例，本申请还提出一种移动通信系统，包含至少1个本申请中任意一个发射设备的实施例和或至少1个本申请中任意一个接收设备的实施例。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
还需要说明的是，本申请中的“第一”、“第二”，是为了区分同一名称的多个客体，如非具体说明，没有其他特别的含义。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (29)

1.一种通信信号传输方法，用于MIMO系统发端，其特征在于，包含以下步骤：
根据配置信息，对发送天线分组，生成每组天线对应的调制信息，所述调制信息包含用于确定激活的发送天线的比特信息；
根据配置信息，对所述调制信息按所述天线分组进行索引调制，生成索引调制符号矢量；
在各天线分组内发送对应的索引调制符号矢量；在所述索引调制符号矢量中，激活的发送天线对应数据元素，未被激活的发送天线对应零元素；
所述配置信息，至少包含以下一项：天线分组数，各组天线数，各组天线索引调制方式。
2.如权利要求1所述的通信信号传输方法，其特征在于，
所述调制信息还包含用于在激活的发送天线携带星座符号调制信息对应的比特信息；
所述配置信息还用于确定各组星座调制方式。
3.如权利要求1所述通信信号传输方法，其特征在于，所述天线索引调制方式包含：空间调制和或正交空间调制。
4.如权利要求1所述通信信号传输方法，其特征在于，所述各组天线数相同或不同，所述各组天线索引调制方式相同或不同。
5.如权利要求2所述通信信号传输方法，其特征在于，所述调制信息的前Ru1个比特信息为用于确定激活的发送天线的比特信息，后个比特信息为用于在激活的发送天线携带星座符号调制信息对应的比特信息；其中，u为天线分组序号，/>为第u组天线激活索引携带比特个数，/>为第u组天线星座符号携带比特个数。
6.如权利要求2所述通信信号传输方法，其特征在于，所述各组星座调制方式包含：ASK、FSK、PSK和或QAM。
7.如权利要求2所述通信信号传输方法，其特征在于，各组星座调制方式相同或不同。
8.如权利要求1或2所述通信信号传输方法，其特征在于，所述方法还包含：确定所述配置信息。
9.一种通信信号传输方法，用于MIMO系统收端，其特征在于，包含以下步骤：
获取空间信号并检测确定得到参考向量，所述参考向量为恢复的发射符号，其中，对获取的空间信号进行检测时，利用的检测符号集包含零元素；
所述参考向量为收端接收并恢复的索引调制符号矢量；
根据配置信息，将所述参考向量进行分组，选择每组子向量中最大元素作为激活天线上的符号，该元素在子向量中的位置作为激活天线索引组合，将选中的元素值取为距离最近的检测符号，得到激活天线检测符号，其他元素值取零；
所述配置信息，至少包含以下一项：天线分组数，各组天线数，各组天线索引调制方式。
10.如权利要求9所述的通信信号传输方法，其特征在于，所述方法还包含：
在对获取的空间信号进行检测时，利用的星座符号集包含零元素；
所述配置信息还包含：各组星座调制方式。
11.如权利要求9所述的通信信号传输方法，其特征在于，采用期望传播算法得到所述参考向量，具体为：
计算发射符号的均值和协方差矩阵：
其中，C是第一参数，表示收端估计的发射符号的协方差矩阵，u是第二参数，表示收端估计的发射符号的均值，H是信道矩阵，是噪声方差，y是接收的空间信号，λ是第三参数，γ是第四参数，第一次迭代时，λ为单位向量与星座符号集能量的比值，γ为零向量；
优化每根天线上对应符号的均值和方差：
其中，i是发射天线序号，mi是第i根发射天线上的符号均值，是第i根发射天线上的符号方差，C(i,i)是矩阵C的第i个对角元素，u(i)是u的第i个元素，λi是λ的第i个元素，γi是γ的第i个元素；
计算天线符号xi为检测符号集某个元素sq的概率：
其中，xi是第i根发射天线上的天线符号，q是检测符号集序号，sq是检测符号集的第q个元素，M是检测符号集调制阶数大小；
根据概率值更新第i根发射天线符号的均值和方差：
其中，ui′是第i根发射天线上的符号均值更新值，是第i根发射天线上的符号方差更新值，M是检测符号集，所述检测符号集包含零元素；
对所述第三参数和第四参数进行迭代更新：
其中，t是迭代次数，分别是第三参数第i个元素第t、t-1次迭代值，α是衰减因子，α∈(0,1)，/>分别是第四参数第i个元素第t、t-1次迭代值，u(t)是第二参数第t次迭代结果，u(t-1)是第二参数第t-1次迭代结果；
计算迭代更新后的第二参数，判断是否满足收敛条件，若满足停止迭代，得到所述参考向量，否则持续迭代直至满足收敛条件，所述收敛条件为：
||u(t)-u(t-1)||≤δ
其中，u(t)是第二参数第t次迭代结果，u(t-1)是发射符号第t-1次迭代结果，若满足收敛条件，u(t)即为所述参考向量，δ是预设阈值。
12.如权利要求9所述的通信信号传输方法，其特征在于，所述方法还包含：接收所述配置信息。
13.如权利要求10所述的通信信号传输方法，其特征在于，所述方法还包含：
根据所述配置信息，将所述参考向量进行分组，选择每组子向量中最大元素作为激活天线上的符号，该元素在子向量中的位置作为激活天线索引组合，将选中的元素值取为距离最近的星座符号，得到激活天线星座符号，其他元素值取零。
14.一种通信信号传输方法，用于MIMO系统收端，其特征在于，包含以下步骤：
根据配置信息确定发送天线的天线分组数、各组天线数和各组天线索引调制方式；
获取空间信号并分组检测确定得到各组发送天线对应的参考向量，所述参考向量为收端接收并恢复的索引调制符号矢量；
对各组参考向量按组索引解调，得到发端各组调制信息的估计结果；所述参考向量为恢复的发射符号。
15.如权利要求14所述通信信号传输方法，其特征在于，所述方法还包含：
对所述各组参考向量按组做星座解调，得到发端各组调制信息的估计结果；
所述配置信息还包含：各组星座调制方式。
16.如权利要求14所述通信信号传输方法，其特征在于，对获取的空间信号进行分组检测时，利用的检测符号集包含零元素。
17.如权利要求14所述通信信号传输方法，其特征在于，所述各组天线索引调制方式包含空间调制和或正交空间调制。
18.如权利要求14所述通信信号传输方法，其特征在于，所述各组天线数相同或不同，各组天线索引调制方式相同或不同。
19.如权利要求14所述通信信号传输方法，其特征在于，所述发端各组调制信息的估计结果的前个比特信息为用于确定激活的发送天线的比特信息，后/>个比特信息为用于在激活的发送天线携带星座符号调制信息对应的比特信息；其中，u为天线分组序号，/>为第u组天线激活索引携带比特个数，/>为第u组天线星座符号携带比特个数。
20.如权利要求15所述通信信号传输方法，其特征在于，所述各组星座调制方式包含：ASK、FSK、PSK和或QAM。
21.如权利要求15所述通信信号传输方法，其特征在于，所述各组星座调制方式相同或不同。
22.如权利要求15所述通信信号传输方法，其特征在于，对获取的空间信号进行分组检测时，利用的星座符号集包含零元素。
23.如权利要求14或15所述通信信号传输方法，其特征在于，所述方法还包含：接收所述配置信息。
24.一种通信信号发射设备，用于实现权利要求1～8任意一项所述方法，其特征在于，
所述通信信号发射设备中至少一个模块，用于以下至少一项功能：
根据配置信息，对发送天线进行分组，生成每组天线对应的调制信息，所述调制信息包含用于激活发端天线的比特信息；根据配置信息，对所述调制信息所述天线分组进行索引调制，生成索引调制符号矢量并根据分组情况由对应的天线进行发送。
25.一种通信信号接收设备，用于实现权利要求9～14任意一项所述方法，其特征在于，
所述通信信号接收设备中至少一个模块，用于以下至少一项功能：
获取空间信号并检测确定得到参考向量，所述参考向量为恢复的发射符号信号，其中，对接收获取的空间信号进行检测时，利用的检测符号集包含零元素。
26.一种通信信号接收设备，用于实现权利要求15～23任意一项所述方法，其特征在于，
所述通信信号接收设备中至少一个模块，用于以下至少一项功能：
根据配置信息确定发送天线的天线分组数、各组天线数和各组天线索引方式；获取空间信号并分组检测确定得到各组发送天线对应的参考向量，对各组参考向量按组索引解调，得到发端各组调制信息的估计结果；所述参考向量为恢复的发射符号。
27.一种通信设备，其特征在于，包括：存储器、处理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1～23中任意一项所述方法的步骤。
28.一种计算机可读介质，所述计算机可读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1～23任意一项所述的方法的步骤。
29.一种移动通信系统，包含如权利要求24所述的通信信号发射设备和/或如权利要求25所述的通信信号接收设备和/或如权利要求26所述的通信信号接收设备。
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