CN1909431A - 码分复用多天线传输方法及传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种码分复用多天线传输方法包括：(1)发送端将需要发送的高速数据流以数据符号为单元进行扩频；(2)收集步骤(1)扩频之后的所有码片；(3)按照同一个数据符号扩频之后的码片通过不同天线发送出去的原则将所述步骤(2)收集后的所有码片分配至各个发送天线上进行发送，以便接收端按照相应的分配原则恢复数据流。当一根天线上的信道处于深度衰落时，即使该天线上发送的该数据符号的码片流失，但是通过其它天线上传输的该数据符号的码片依然能够解扩出该数据符号，由此提高了数据传输的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种传输的多天线输入多输出(MIMO)技术与码分复用CDMA技术相结合的传输方法及传输装置。
背景技术
移动通信系统已经从话音通信系统逐步发展为分组业务通信系统，该分组业务通信系统发送突发分组数据至多个基站。它们被设计成用于大量的数据发送，这些分组业务通信系统已经被开发用于高速分组业务。为了提供高速分组业务，第三代合作关系项目(3GPP)提出了高速下行链路分组访问(HSDPA)。
除了AMC(自适应调制编码)和HARQ(混合ARQ)等技术引入了HSDPA中外，多天线方案也被用于提高HSDPA中分组数据的传输速率。在申请号为200410071438.5、申请人为三星电子株式会社的专利申请中，公开了一种使用多天线分集方案发送/接收数据的装置和方法。第一和第二代码符号序列是通过以预定的编码方法对用于传送的数据符号序列进行编码生成的。控制两个代码符号序列经由第一和第二发送天线的发送，以使得若该数据符号序列是被初始发送，则第一代码符号序列被经由第一发送天线发送和第二代码符号序列被经由第二发送天线发送，以及若该数据符号序列是被重发，则第一代码符号序列被经由第二发送天线发送和第二代码符号序列被经由第一发送天线发送。这种方法用于区别初始发送和重发，进而降低某一天线信道衰落对数据接收的影响。
传统的多天线输入多输出(MIMO)技术与码分复用(CDMA)技术相结合的传输方法主要采用码重用(Code-Reuse)方式，即不同天线上发送不同数据，但所有发送的数据采用相同的扩频码进行扩频。扩频码在各个天线发送数据流重用。码重用方式不同天线上的数据依靠天线之间的不相关性来区分，每根天线上不同码道之间的数据依靠扩频码之间的不相关性进行区分。
请参阅图1，其为现有采用码重用方式的码分复用多天线传输装置的结构示意图。它包括串并转换器11和扩频器12以及若干发射机13。假设发射天线的个数为M。高速数据流首先由串并转换器11进行串并转换，分成M个低速数据流。每个低速的数据流称为一层，每一层的数据由一扩频器12进行扩频，并由对应的发射机13进行发射。每一层可以采用一个或多个扩频码进行扩频，扩频码可以使用正交可变扩频因子的正交码。当各层使用的扩频码具有相同的扩频因子时，这种传输方式的码道数最多可以达到M*Q个，有效提高了整体的传输速率。其中，M为发射天线数，Q为扩频因子。但是，上述采用码重用方式的码分复用多天线传输装置及方法存在以下缺陷：
由于每根天线上发送的数据流是相互独立的，当天线信道处于深度衰落时，该天线上发送的数据将丢失，由此导致在数据流的接收端无法正确接收到高速数据流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种码分复用多天线传输方法及传输装置，以解决现有的数据传输过程中，由于发送端的每根天线上发送的数据流是相互独立的，因此当某根天线上信道处于深度衰落时，导致该天线上发送的数据丢失，进而导致接收端无法正确接收到数据流的技术问题。
为解决上述问题，本发明公开了一种码分复用多天线传输方法，包括：
(1)发送端将需要发送的高速数据流以数据符号为单元进行扩频；
(2)收集步骤(1)扩频之后的所有码片；
(3)按照同一个数据符号扩频之后的码片通过不同天线发送出去的原则将所述步骤(2)收集后的所有码片分配至各个发送天线上进行发送。
步骤(2)中将扩频后的码片按照每行M个码片写入一个数据收集矩阵；步骤(3)中将步骤(2)中形成的数据收集矩阵的列与M个发送天线建立对应关系，每一个发送天线发送对应列上的码片，M为发送天线个数。
步骤(2)具体为：当Q≥M时，若所述Q为M的整数倍，则每Q个码片写入数据收集矩阵的Q/M行中，否则，每Q个码片写入数据收集矩阵的ceil(Q/M)行中，并补入ceil(Q/M)*M-Q个零；当Q＜M时，若M为Q的整数倍，则每M/Q个符号对应的码片放置在数据收集矩阵的一行中，否则，在数据收集矩阵的一行中写入floor(M/Q)*Q个码片，并补上M-floor(M/Q)*Q个零，所述M为发送天线个数，所述Q为扩频因子，所述ceil()为向上取整，所述floor()为向下取整。
步骤(2)具体为：判断Q为M的整数倍或者M为Q的整数倍中的其中之一是否成立，若是，则将所有码片直接写入数据收集矩阵，否则，将所述码片直接写入数据收集矩阵中，并且在该矩阵的最后一行的尾部补零。
本发明还包括：(a1)接收端利用多天线数据分离器获得不同发送端的不同天线发送的码片流；(a2)每一码片流按照对应发送端采用的分配原则获得原始码片流；(a3)对所述原始码片流进行解扩，恢复原始数据流。
步骤(a2)具体为：将所述码片分别写入一个数据收集矩阵的不同列中，所述矩阵的维数与发送端使用的数据收集矩阵维数相同，每列对应一根发送天线数据；从所述矩阵中读出原始的码片流：按行读出码片流，并按照发送端采用的补零方式从所述码片流中删除补上的零。
并且，每一根天线上的码片，可以按照时间的顺序进行发送，也可以结合OFDM调制，将其分配到不同的子载波上同时进行发送，或者分时的在子载波上进行发送。
本发明公开一种码分复用多天线传输装置，包括扩频器、码片收集器和码片分配器，其中：扩频器：发送端将需要发送的高速数据流以数据符号为单元进行扩频；码片收集器：收集扩频器扩频的所有码片；码片分配器：按照同一个数据符号扩频之后的码片通过不同天线发送出去的原则将码片收集器收集到的所有码片分配至各个发送天线上进行发送。
所述码片收集器为数据收集矩阵形成单元：用于将扩频后的码片按照每行M个码片写入一个数据收集矩阵；所述码片分配器为天线对应单元：用于将数据收集矩阵的每列与M个发送天线进行对应，每一个发送天线发送对应列上的码片，M为发送天线个数。
本发明还包括：多天线数据分离器：用于恢复不同发送端不同天线上发送的对应码片流；第二码片收集器：将不同码片流进行收集；第二码片分配器：从收集的码片流中按照发送端采用的分配原则获得原始码片流；解扩频器：对原始码片流的解扩频，得到原始的数据流。
所述第二码片收集器为第二数据收集矩阵形成单元：将所述码片分别写入一个数据收集矩阵的不同列中，所述矩阵的维数与发送端使用的数据收集矩阵维数相同，每列对应一根发送天线数据；第二码片分配器为码片流形成单元：从所述矩阵中读出原始的码片流：按行读出码片流，并按照发送端采用的补零方式从所述码片流中删除补上的零。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
首先，当一根天线上的信道处于深度衰落时，即使该天线上发送的该数据符号的码片流失，但是通过其它天线上传输的该数据符号的码片依然能够解扩出该数据符号，由此提高了数据传输的可靠性。
其次：本发明公开的码分复用多天线传输方式，通过使用码片收集器和码片分配器，有效的利用了空间分集增益，提高了每一路数据传输的可靠性，并且获得了数据速率的提高。与码重用传输方式相比，数据传输速率相同，但是提高了传输的可靠性。
附图说明
图1是现有采用码重用方式的码分复用多天线传输装置的结构示意图；
图2是本发明码分复用多天线传输方法的流程图；
图3是本发明提出的MIMO技术与CDMA技术相结合的码分复用多天线传输装置的发送端结构示意图；
图4是本发明提出的MIMO技术与CDMA技术相结合的码分复用多天线传输装置的接收端结构示意图；
图5码片收集以及码片分配过程的发送端实例示意图；
图6码片收集以及码片分配过程的接收端实例示意图。
具体实施方式
本发明的核心在于：同一个数据符号扩频后形成多个复本，在不同天线上发送同一个数据符号的不同扩频码扩频的码片，当一根天线上的信道处于深度衰落时，即使该天线上发送的该数据符号的码片丢失，但是通过其它天线上传输的该数据符号的码片依然能够解扩出该数据符号，由此提高了数据传输的可靠性。
请参阅图2，其为本发明码分复用多天线传输方法的流程图。它包括：
S110：发送端将需要发送的高速数据流以数据符号为单元进行扩频；
S120：收集步骤S110扩频之后的所有码片；
S130：按照同一个数据符号扩频之后的码片通过不同天线发送出去的原则将所述步骤S120收集后的所有码片分配至各个发送天线上进行发送。
步骤S110中，扩频的过程可以使用多个扩频码(即包含多个码道)，多个码道上的码片进行叠加。假设扩频系数为Q，则扩频是指同一数据符号先重复Q次，然后点乘一个长度为Q的扩频码。比如符号x，重复4次(Q＝4)后，变为x，x，x，x，扩频码为1，-1，1，-1，那么点乘后变为x，-x，x，-x。一个扩频码对应的数据为一个码道上的数据，不同的数据符号可以乘以不同的扩频码，然后在叠加起来，即多个码道一起传输。与一般的CDMA系统相比，扩频之后，Q个码片是通过Q个码片周期来发送出去的。本发明把其中Q/M个码片放置到不同的天线上去，那么Q个码片实际上需要Q/M的码片周期就可以发送完毕，时间上得到了节省，所以数据速率可以提高M倍，其中M为发送数据的天线个数。
步骤S120完成收集码片的工作，主要是为了后续步骤S130中将码片分配至各个发送天线上发送。比如，采用数据收集矩阵收集码片，将扩频后的码片按照每行M个码片写入该数据收集矩阵(M为发送天线个数)，则码片分配时按照该矩阵每一列对应一天线，将该列的所有码片通过对应天线发送出去，由此达到将同一个数据符号扩频之后的码片通过不同天线发送出去的目的，进而提高了传输的可靠性。
只要将同一数据符号扩频之后的码片至少通过两个不同天线发送出去，即使某一天线发生信道衰落，接收端通过接收另外一天线的码片同样能解扩出该数据符号。
对于上述多天线的传输方法，可以采用如下步骤进行数据的接收和恢复，并且接收端的接收天线数目要大于等于M，包括：
a1：利用多天线数据分离器获得不同发送端的不同天线发送的码片流；
a2：每一码片流根据发送端采用的分配原则获得原始码片流；
a3：对所述原始码片流进行解扩，恢复原始数据流。
步骤a1中，多天线数据分离器利用不同数据流经历的空间信道的特性以及MIMO检测技术，恢复发送端不同天线上对应发送的码片流，比如，利用连续干扰消除的MIMO检测技术。
步骤a2是根据发送端采用的分配原则获得原始码片流。为了将同一数据符号扩频之后的码片通过不同天线发送，在发送端会采用相应的分配原则，在接收端只需按照该分配原则即可获得原始码片流。比如，发送端采用前述的数据收集矩阵来收集码片，并且每行由M个码片，而且每一列对应一个发送天线以便发送对应列上的码片。在接收端，可以将所述码片分别写入一个数据收集矩阵的不同列中，所述矩阵的维数与发送端使用的数据收集矩阵维数相同，每列对应一根发送天线数据，从所述矩阵中读出原始的码片流。
以下就以采用数据收集矩阵来收集码片为例来具体说明本发明。
首先，发送端将需要发送的高速数据流以数据符号为单元进行扩频，假设采用的扩频系数为Q。
然后，将扩频后的码片按照每行M个码片写入一个数据收集矩阵，所述M为发送天线个数。
在解决发送天线数M和扩频因子Q之间的匹配问题时，可以分为如下几种情况：
(1)当Q≥M时
i.如果Q为M的整数倍，那么每Q个码片正好可以写入数据收集矩阵的Q/M行中，不需要补零；
ii.如果Q不为M的整数倍，存在两种补零措施，一种是每Q个码片写入数据收集矩阵的L1＝ceil(Q/M)行中，并补上L1*M-Q个零，补零可以所有码片的尾部，也可以是按照一定的规则插入到码片中间，只要保证接收端知道其补零规则即可；另外一种补零措施是，按照每行M个码片的规则，将所有的扩频码片均写入数据收集矩阵，然后在该矩阵的最后一行的尾部进行补零。其中ceil()表示向上取整。
(2)当Q＜M时
i.如果M为Q的整数倍，那么M/Q个符号对应的码片恰恰可以放置到数据收集矩阵的一行中，不需要补零；
ii.如果M不为Q的整数倍，存在两种补零措施，一种是在数据收集矩阵的一行中写入L2＝floor(M/Q)*Q个码片，并补上M-L2个零，补零可以所有码片的尾部，也可以是按照一定的规则插入到码片中间，只要保证接收端知道其补零规则即可；另外一种补零措施是，按照每行M个码片的规则，将所有的扩频码片均写入数据收集矩阵，然后在该矩阵的最后一行的尾部进行补零。其中floor()表示向下取整。
最后，收集到的码片分配至各个发送天线上发送出去，即上述步骤中形成的数据收集矩阵的每列分别与M个发送天线对应起来，每一天线发送对应列上的所有码片。每一根天线上的码片，可以按照时间的顺序进行发送，也可以结合OFDM调制，将其分配到不同的子载波上同时进行发送，或者分时的在子载波上进行发送。
接收端对上述数据进行接收与恢复，它包括以下步骤：
首先，利用多天线数据分离器获得发送端不同天线上发送的码片流。
然后，将码片流收集到一数据收集矩阵中，同一天线上接收到的码片分别写入该数据收集矩阵的一列中，通常情况下，可以给发送天线进行编号，比如对应第一列的发送天线的编号为1，对应第二列的发送天线的编号为2...依次类推。这样，在接收端，可以按照发送天线的编号将码片流收集到数据收集矩阵中。
随后，从数据收集矩阵中按行读出原始的码片流，读取的过程还需要将发送端补上的零去掉：当发送端采用矩阵的最后一行的尾部补零，则读出原始的码片流时只需要将矩阵最后一行的尾部的零删除即可。若发送端是按照其它规则将零插入到码片，则接收端只需根据该对应规则将所述零从数据收集矩阵中删除即可。
最后，对原始码片完成解扩功能，从而恢复原始数据符号。
基于上述的码分复用多天线传输方法，本发明还提供了一种码分复用多天线传输装置。
请参阅图3，其为本发明提出的MIMO技术与CDMA技术相结合的码分复用多天线传输装置的结构示意图。它包括扩频器21、码片收集器22和码片分配器23，其中：
扩频器21：发送端将需要发送的高速数据流以数据符号为单元进行扩频；
码片收集器22：收集扩频器扩频的所有码片；
码片分配器23：按照同一个数据符号扩频之后的码片通过不同天线发送出去的原则将码片收集器收集到的所有码片分配至各个发送天线上进行发送。
当采用数据收集矩阵收集码片时，则所述码片收集器22为数据收集矩阵形成单元：用于将扩频后的码片按照每行M个码片写入一个数据收集矩阵。当Q不为M的整数倍且M不为Q的整数部时，还需要采用某一补零策略进行补零。所述码片分配器23为天线对应单元：用于将数据收集矩阵的每列与M个发送天线进行对应，每一个发送天线发送对应列上的码片，M为发送天线个数。
为了接收端能够顺利接收到码片流并能够将其还原成高速数据流，接收端还包括(请参阅图4)：
多天线数据分离器31：用于恢复不同发送端不同天线上发送的对应码片流；
第二码片收集器42：将不同码片流进行收集；
第二码片分配器43：从收集的码片流中按照发送端采用的分配原则获得原始码片流；
解扩频器44：对原始码片流的解扩频，得到原始的数据流。
当发送端采用数据收集矩阵的方式收集码片时，则所述第二码片收集器42为第二数据收集矩阵形成单元：将所述码片分别写入一个数据收集矩阵的不同列中，所述矩阵的维数与发送端使用的数据收集矩阵维数相同，每列对应一根发送天线数据。第二码片分配器43为码片流形成单元：从所述矩阵中读出原始的码片流：按行读出码片流，并按照发送端采用的补零方式从所述码片流中删除补上的零。
事实上，通信系统中发送端通常又是数据信息的接收端。比如，采用TDD方式，一个系统的收发是分时进行的，因此对于一个通信节点(如NodeB，UE)即是发送端又是接收端。因此，第二码片收集器和码片收集器可以用一个码片收集器来实现发送和接收时的码片收集，第二码片分配器和码片分配器也可以用一个码片分配器来实现发送时的码片分配及接收时获得原始码片流。
下面给出一个具体的实施例进行说明。
天线数目为M＝4，扩频系数Q＝8，高速数据流的符号数目为32个。该高速数据流通过扩频以及多码道叠加过程可得到32个码片长的数据流。该数据流进入码片收集器，按每行4个码片写入数据收集矩阵，然后由码片分配过程将数据收集矩阵中的每一列与不同的天线对应起来，不失一般性，可以将第一列码片与第一根发送天线对应，第二列与第二根天线对应，依此类推，并发送出去。如附图5所示。
下面对应图5给出的实施例，对其接收端的过程进行具体说明。从多天线数据分离器获得4个码片流，将这4个码片流分别写入数据收集矩阵的不同列中，使用与发送端相同的映射关系，即不失一般性，可以将第一列写入与第一根发送天线对应的码片，第二列写入与第二根天线对应的码片，依此类推。然后，按行以次读出即得到一个原始的码片流，长度为32。该码片流经过解扩过程得到32个原始数据符号。如附图6所示。
上述公开的仅为本发明的几个具体实例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员不经过创造性劳动由本方案联想到的技术方案，都应落在本发明的保护范围内。本发明不仅可以在TD-SCDMA通信系统中得到应用，而且还可以应用到TD-SCDMA后续演进的系统中，比如与OFDM(正交频分复用)方式结合的通信系统中。
Claims (11)
1、一种码分复用多天线传输方法，其特征在于，包括：
(1)发送端将需要发送的高速数据流以数据符号为单元进行扩频；
(2)收集步骤(1)扩频之后的所有码片；
(3)按照同一个数据符号扩频之后的码片通过不同天线发送出去的原则将所述步骤(2)收集后的所有码片分配至各个发送天线上进行发送。
2、如权利要求1所述的码分复用多天线传输方法，其特征在于，
步骤(2)中将扩频后的码片按照每行M个码片写入一个数据收集矩阵；
步骤(3)中将步骤(2)中形成的数据收集矩阵的列与M个发送天线建立对应关系，每一个发送天线发送对应列上的码片，M为发送天线个数。
3、如权利要求2所述的码分复用多天线传输方法，其特征在于，步骤(2)具体为：
当Q＞M时，若所述Q为M的整数倍，则每Q个码片写入数据收集矩阵的Q/M行中，否则，每Q个码片写入数据收集矩阵的ceil(Q/M)行中，并补入ceil(Q/M)*M-Q个零；
当Q＜M时，若M为Q的整数倍，则每M/Q个符号对应的码片放置在数据收集矩阵的一行中，否则，在数据收集矩阵的一行中写入floor(M/Q)*Q个码片，并补上M-floor(M/Q)*Q个零，所述M为发送天线个数，所述Q为扩频因子，所述ceil()为向上取整，所述floor()为向下取整。
4、如权利要求2所述的码分复用多天线传输方法，其特征在于，步骤(2)具体为：判断Q为M的整数倍或者M为Q的整数倍中的其中之一是否成立，若是，则将所有码片直接写入数据收集矩阵，否则，将所述码片直接写入数据收集矩阵中，并且在该矩阵的最后一行的尾部补零。
5、如权利要求1所述的码分复用多天线传输方法，其特征在于，还包括：
(a1)接收端利用多天线数据分离器获得不同发送端的不同天线发送的码片流；
(a2)每一码片流按照对应发送端采用的分配原则获得原始码片流；
(a3)对所述原始码片流进行解扩，恢复原始数据流。
6、如权利要求5所述的码分复用多天线传输方法，其特征在于，步骤(a2)具体为：
将所述码片分别写入一个数据收集矩阵的不同列中，所述矩阵的维数与发送端使用的数据收集矩阵维数相同，每列对应一根发送天线数据；
从所述矩阵中读出原始的码片流：按行读出码片流，并按照发送端采用的补零方式从所述码片流中删除补上的零。
7、如权利要求1所述的码分复用多天线传输装置，其特征在于，每一根天线上的码片，可以按照时间的顺序进行发送，也可以结合OFDM调制，将其分配到不同的子载波上同时进行发送，或者分时的在子载波上进行发送。
8、一种码分复用多天线传输装置，其特征在于，包括扩频器、码片收集器和码片分配器，其中：
扩频器：发送端将需要发送的高速数据流以数据符号为单元进行扩频；
码片收集器：收集扩频器扩频的所有码片；
码片分配器：按照同一个数据符号扩频之后的码片通过不同天线发送出去的原则将码片收集器收集到的所有码片分配至各个发送天线上进行发送。
9、如权利要求8所述的码分复用多天线传输装置，其特征在于，
所述码片收集器为数据收集矩阵形成单元：用于将扩频后的码片按照每行M个码片写入一个数据收集矩阵；
所述码片分配器为天线对应单元：用于将数据收集矩阵的每列与M个发送天线进行对应，每一个发送天线发送对应列上的码片，M为发送天线个数。
10、如权利要求8或9所述的码分复用多天线传输装置，其特征在于，还包括：
多天线数据分离器：用于恢复不同发送端不同天线上发送的对应码片流；
第二码片收集器：将不同码片流进行收集；
第二码片分配器：从收集的码片流中按照发送端采用的分配原则获得原始码片流；
解扩频器：对原始码片流的解扩频，得到原始的数据流。
11、如权利要求10所述的码分复用多天线传输装置，其特征在于，
所述第二码片收集器为第二数据收集矩阵形成单元：将所述码片分别写入一个数据收集矩阵的不同列中，所述矩阵的维数与发送端使用的数据收集矩阵维数相同，每列对应一根发送天线数据；
第二码片分配器为码片流形成单元：从所述矩阵中读出原始的码片流：按行读出码片流，并按照发送端采用的补零方式从所述码片流中删除补上的零。
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