CN1909545B

CN1909545B - 分集发送信号的方法及其装置

Info

Publication number: CN1909545B
Application number: CN2006101112527A
Authority: CN
Inventors: 葛绍伟
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2026-08-17
Also published as: CN1909545A

Abstract

本发明公开了一种分集发送信号的方法，包括以下步骤：A、输入信号进行串并变换；B、将变换后的信号划分成等长的两路信号，对两路信号分别做傅立叶变换；C、分别对傅立叶变换后的两路信号进行空频编码；D、对空频编码后的两路信号分别调制处理后，分别由两天线发出。同时本发明还提出了一种分集发送信号的装置。本发明对两路等长信号分别进行傅立叶变换后再编码，经过仿真实验证明可以保证输出信号的低峰均比特性。

Description

分集发送信号的方法及其装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是指一种分集发送信号的方法及其装置。

背景技术

通信领域中的正交频分复用(OFDM)技术是将所传输的数据符号并行调制在相互之间重叠正交的多个子载波上传输。一方面，数据符号进行串并变换会使每个子载波上的符号周期相对增长，可以最大限度地减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响，避免频率选择性衰落；另一方面，子载波之间正交，可以有效利用带宽，提高系统容量。同时，为了避免符号之间的符号干扰，在符号之间插入循环前缀或者保护间隔，消除由于多径效应而引起的符号间干扰。总的来说，OFDM系统适用于多径无线信道环境下高速率数据的传输。但是，OFDM系统的一个主要缺点就是峰均比(Peak toAverage Power Ratio，PAPR，峰值与平均功率之比)过高，因此在3GPP的空口长期演进中，当采用OFDM作为上行(反向)链路多址方式，其峰均比高的特性将会降低终端的有效发射功率，对移动终端的通话和待机时间产生影响；另外，采用线性范围大的转换部件(功放等)将会导致终端造价增加。

因此，为了适应网络进步，在LTE(Long term evolution，长期演进计划)空口演进中采用了单载波频分多路复用技术(SC-FDMA)做为上行多址接入技术，SC-FDMA技术作为一种加入循环前缀(CP)的单载波传输方案，具有低峰均比、正交多址和接收端容易实现频域均衡等优点，SC-FDMA产生方法包括时域和频域方法，通常称频域实现的SC-FDMA为DFT-spread OFDM(DFT-s OFDM)，其实现框架见图1。为了保证SC-FDMA的低峰均比，子载波映射方式需要限制，如图2所示，其中左图采用连续的子载波，右图采用等间隔的子载波映射。

为了能实现单载波的多天线分集技术，在SC-FDMA中提出了空频分组码(Space-Frequency Block code，SFBC)技术，该技术通过两根发射天线和一根接收天线(两发一收)实现发分集。下面结合图3对SFBC技术进行具体说明：

SFBC结合DFT-s OFDM编码方式如表1：

表1：SFBC编码方式

	天线1	天线2
			f	s<sub>0</sub>	s<sub>1</sub>
f+Δf	-s<sub>1</sub><sup>*</sup>	s<sub>0</sub><sup>*</sup>

表1中的f和f+Δf，表示一个OFDM符号的相邻子载波。如图3所示，将发送的输入信号串并变换得到d₀，经过FFT变换后得到S₀(这里d₀和S₀都为N_u×1的列向量，N_u必须为偶数)：

S₀＝DFT(d₀)

例如，将S₀按照奇偶划分成等长两部分S₀ ⁰和S₀ ¹，然后分别对S₀ ⁰和S₀ ¹进行编码处理，输出A₀和B₀(A₀和B₀都为N_u×1的列向量)，其中序列A₀的偶数位置数据等于序列S₀ ⁰数据，奇数位置数据等于序列S₀ ¹数据共轭后取负数；序列B₀的偶数位置数据等于序列S₀ ¹，序列B₀的奇数位置数据等于序列S₀ ⁰数据共轭，用公式表示成：

A_{0} (2 k) = S_{0}^{0} (k), A_{0} (2 k + 1) = - {(S_{0}^{1} (k))}^{*} (k &Element; [0, \frac{N_{u}}{2} - 1])

B_{0} (2 k) = S_{0}^{1} (k), B_{0} (2 k + 1) = {(S_{0}^{0} (k))}^{*} (k &Element; [0, \frac{N_{u}}{2} - 1])

A₀经过子载波映射、IFFT变换和加上保护间隔后，再经由并串转换、数模转换以及射频处理后，按照先后顺序从天线一发射出去，同样B₀经过一样的处理后从天线二发射。

综上所述，上述的DFT-s OFDM处理方式是对频域数据进行SFBC处理，而由于SFBC处理将DFT变换输出数据一部分进行了置换和共轭处理，破坏其经过IFFT变换输出的低峰均比特性，使输出信号的低峰均比特点无法保证。

发明内容

本发明提供一种分集发送信号的方法及其装置，用以解决现有技术中存在DFT-s OFDM结合SFBC技术不能保证低峰均比的问题。

本发明方法包括：包括以下步骤：

A、输入信号进行串并变换；

B、将变换后的信号划分成等长的两路信号，对两路信号分别做傅立叶变换；

C、分别对傅立叶变换后的两路信号进行空频编码；

D、对空频编码后的两路信号分别调制处理后，分别由两天线发出。

本方法中，在步骤C中，空频编码得到的两路信号中的第一路信号的奇偶位置分别由编码前两路信号的数据序列构成；

第二路信号的偶数位置数据等于第一路信号的奇数位置数据共轭后取负数，第二路信号的奇数位置数据等于第一路信号的偶数位置数据的共轭；或者，第二路信号的偶数位置数据等于第一路信号的奇数位置数据的共轭，第二路信号的奇数位置数据等于第一路信号的偶数位置数据共轭后取负数。

本方法中，在步骤C中，空频编码后得到的两路信号中的一路信号的奇偶位置由编码前第一信号的数据序列及第二信号的数据共轭取负得到的序列构成，另一路信号的奇偶位置由编码前第二信号的数据序列及第一信号的数据共轭得到的序列构成。

本方法中，在所述步骤D中，对空频编码得到的两路信号的调制处理包括：分别对编码得到的两路信号依次进行子载波映射、反傅立叶变换、对不具有数据的子载波以零填充、添加保护间隔、并串转换、数模转换以及射频处理。

本发明还提供一种分集发送信号的装置，包括：

串并变换单元，用于对输入信号进行串并变换；

信号划分单元，用于对串并变换单元传递的信号序列进行等长划分；

傅立叶变换单元，用于对等长划分的两路信号分别进行傅立叶变换；

空频编码单元，用于对傅立叶变换单元传递的两路等长信号分别进行空频编码；

信号调制单元，用于对空频编码单元传递的两路编码信号分别进行调制处理；

信号发送单元，用于发送信号调制单元传递的信息。

所述空频编码单元包括：

第一编码子单元，用于将傅立叶变换后的两路信号编码，使编码得到两路信号中的第一路信号的奇偶位置分别由编码前两路信号的数据序列构成，

第二路信号的偶数位置数据等于第一路信号的奇数位置数据共轭后取负数，第二路信号的奇数位置数据等于第一路信号的偶数位置数据的共轭；或者，第二路信号的偶数位置数据等于第一路信号的奇数位置数据的共轭，第二路信号的奇数位置数据等于第一路信号的偶数位置数据共轭后取负数；或

第二编码子单元，用于将傅立叶变换后的两路信号编码，使编码得到两路信号中的一路信号的奇偶位置由编码前第一信号的数据序列及第二信号的数据共轭取负得到的序列构成，另一路信号的奇偶位置由编码前第二信号的数据序列及第一信号的数据共轭得到的序列构成。

所述信号调制单元包括分别对编码得到的两路信号依次处理的子载波映射单元、反傅立叶变换单元、加入保护间隔单元、并串转换单元、数模转换单元以及射频处理单元。

所述信号发送单元包括至少两天线。

本发明有益效果如下：

本发明引入SFBC技术来实现频域发分集，改变现有技术的单元之间的连接，本发明在串并变换之后对信号进行等长划分，再分别对两路等长信号进行空频编码以及后续处理。由于本发明分别对两路等长信号进行傅立叶变换后再编码，经过仿真实验证明可以保证输出信号的低峰均比特性。

附图说明

图1为现有技术中SC-FDMA的频域实现架构；

图2A为现有技术中连续子载波映射示意图；

图2B为现有技术中分布子载波映射示意图；

图3为传统结合SFBC的SC-FDMA方案结构框图；

图4为本发明的实施例的方案结构框图；

图5为本发明的实施例的峰均比仿真结果示意图；

图6为本发明的装置的结构框图。

具体实施方式

本发明提出一种分集发送信号的方法及其装置，其原理在于，在对输入信号进行串并变换后即对信号进行等长划分得到两路信号，分别作傅立叶变换再进行后续处理，通过仿真可以证实采用这种方式在信号传输中保证了输出信号的低峰均比。

本发明所述的方法，包括以下步骤：

A、输入信号进行串并变换；

B、将变换后的信号划分成等长的两路信号，再对两路信号分别做傅立叶变换；所述的傅立叶变换为离散傅立叶变换或快速离散傅立叶变换；

C、分别对傅立叶变换后的两路信号进行空频编码；

在本实施例中，步骤C中的空频编码有以下两种方式：

a、空频编码得到的两路信号中的第一路信号的奇偶位置分别由编码前的两路信号的数据序列构成；第二路信号的奇偶位置分别由编码前的两信号的数据共轭序列构成，且该信号奇数或偶数位置是由对应于第一路信号的偶数或奇数位置上的数据共轭后取负构成。

b、空频编码后得到的两路信号中的一路信号的奇偶位置由编码前第一信号的数据序列及第二信号的数据共轭取负得到的序列构成，另一路信号的奇偶位置由编码前第二信号的数据序列及第一信号的数据共轭得到的序列构成。

在上述步骤D中，对空频编码得到的两路信号的调制处理包括：分别对编码得到的两路信号依次进行子载波映射、反傅立叶变换、对不具有数据的子载波以零填充、添加保护间隔、并串转换、数模转换以及射频处理。

下面结合图4对本发明的方法作出进一步的说明：

1、输入信号s(k)送入串并变换(S/P)处理单元411得到d₀(d₀为N_u×1的列向量，表示时刻0的发送序列，N_u必须为偶数，)：

d₀＝[s(0) s(1) s(2) … s(N_u-1)]′

将串并变换得到的信号序列d₀按奇偶分成两部分d₀ ⁰和d₀ ¹，在本发明的方法中，对两部分如何划分并不进行限定，只要两个部分一定是等长的，在本实施例中以奇偶划分信号为例进行说明，假设在本实施例中将d₀按照奇偶序号划分成等长的两部分：

d_{0}^{0} (k) = d_{0} (2 k)

d_{0}^{1} (k) = d_{0} (2 k + 1) (k &Element; [0, \frac{N_{u}}{2} - 1])

2、将划分好的信号d₀ ⁰和d₀ ¹分别送入点FFT变换单元412和413，得到D₀ ⁰ 和D₀ ¹。

3、再分别将D₀ ⁰和D₀ ¹送入空频编码单元414处理输出S₀和S₁，在本实施例中，采用的编码方式为两种：

方法A：序列S₀的偶数位置数据等于序列D₀ ⁰数据，奇数位置数据等于序列D₀ ¹ 数据共轭后取负数；序列S₁的偶数位置数据等于序列D₀ ¹数据，序列S₁的奇数位置数据等于序列D₀ ⁰数据共轭，用公式表示成：

S_{0} (2 k) = D_{0}^{0} (k), S_{0} (2 k + 1) = - {(D_{0}^{1} (k))}^{*}

S_{1} (2 k) = D_{0}^{1} (k), S_{1} (2 k + 1) = {(D_{0}^{0} (k))}^{*} (k &Element; [0, \frac{N_{u}}{2} - 1])

方法B：序列S₀的偶数位置数据等于序列D₀ ⁰数据，奇数位置数据等于序列 D₀ ¹数据；序列S₁的偶数位置数据等于序列D₀ ¹数据共轭后取负数，序列S₁的奇数位置数据等于序列D₀ ⁰数据共轭，用公式表示成：

S_{0} (2 k) = D_{0}^{0} (k), S_{0} (2 k + 1) {= D}_{0}^{1} (k) (k &Element; [0, \frac{N_{u}}{2} - 1])

S_{1} (2 k) = - {(D_{0}^{1} (k))}^{*}, S_{1} (2 k + 1) = {(D_{0}^{0} (k))}^{*} (k &Element; [0, \frac{N_{u}}{2} - 1])

当然方法A和方法B中的S₀和S₁奇偶位置数据编码方式可以互换，比如方法A中可以采用另外一种方式：序列S₀的奇数位置数据等于序列D₀ ⁰数据，偶数位置数据等于序列D₀ ¹数据共轭后取负数；序列S₁的奇数位置数据等于序列D₀ ¹数据，序列S₁的偶数位置数据等于序列D₀ ⁰数据共轭。

4、编码后得到的信号S₀送入子载波映射单元415，将编码得到的数据映射到对应的子载波后，进行N点IFFT变换单元416，其中没有数据的子载波以零填充，和加上保护间隔单元417后，通常保护间隔采用循环前缀形式，最后按照图3所示的P/S，D/A和RF等单元处理，从天线一发射出去。

编码得到的信号S₁经过与步骤3相同的处理后从天线二发射，即编码后得到的信号S₁送入子载波映射单元418，将编码得到的数据映射到对应的子载波后，进行N点IFFT变换单元419，其中没有数据的子载波以零填充，和加上保护间隔单元420后，通常保护间隔采用循环前缀形式，最后按照图3所示的P/S，D/A和RF等单元处理，从天线二发射出去。

图5为上述实施方式的峰均比仿真结果，取子载波数N＝512，数据占用的有用子载波数N_u＝64，数据的星座映射方式为QPSK，随机生成10⁴个OFDM符号，对这些OFDM符号的峰均比进行分布统计，其中信号的峰均比定义为：

PAPR = \frac{\max ({| S |}^{2})}{E ({| S |}^{2})},

E表示数学期望

图中采用峰均比的互补累积分布函数(CCDF)衡量其分布：

P_r(PAPR＞α)＝β

表示峰均比大于α的概率为β。

从图5可以看到SC-FDMA系统的峰均比要远远小于OFDM系统，SC-FDMA峰均比大于8dB的概率是10^-4，而OFDM是0.2。当采用图3中的结合SFBC的SC-FDMA方案，两根天线输出信号的峰均比要比单天线的SC-FDMA系统高2dB(概率为10^-3时)。按照本发明的上述实施方式，两根天线的峰均比和单天线的SC-FDMA系统相比，只提高1dB(概率为10^-3时)，由此可见，本发明的方案可以保证输出信号的低峰均比。

本实施例中，还提出了一种分集发送信号的装置，参考图6，该装置包括：对输入信号进行串并变换的串并变换单元，对串并变换单元传递的信号序列进行等长划分的信号划分单元，对等长划分的两路信号分别进行傅立叶变换的傅立叶变换单元，对傅立叶变换单元传递的两路等长信号分别进行空频编码的空频编码单元，对空频编码单元传递的两路编码信号分别进行调制处理的信号调制单元，发送信号调制单元传递信息的信号发送单元。

在本实施例中，所述空频编码单元可包括：

第一编码子单元，用于将傅立叶变换后的两路信号编码，使编码得到两路信号中的第一路信号的奇偶位置分别由编码前两路信号的数据序列构成，第二路信号的奇偶位置分别由编码前两路信号的数据共轭序列构成，且奇数或偶数位置是由对应于第一路信号的偶数或奇数位置上的数据共轭后取负；或

在本实施例中，所述信号调制单元包括分别对编码得到的两路信号依次处理的子载波映射单元、反傅立叶变换单元、加入保护间隔单元、并串转换单元、数模转换单元以及射频处理单元。所述信号发送单元至少包括两根天线。

有关本发明的装置进行信号发射的过程可以参考上述方法的说明，在此不再进行赘述。

综上所述，本发明提出一种结合SFBC的SC-FDMA实现方案，在保证SC-FDMA低峰均比特性的同时，由SFBC技术实现发分集，接收端依然可以在频域进行均衡和解码。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种分集发送信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、对输入信号进行串并变换；

C、分别对傅立叶变换后的两路信号进行空频编码；并且，

空频编码得到的两路信号中的第一路信号的奇偶位置分别由编码前两路信号的数据序列构成；第二路信号的偶数位置数据等于第一路信号的奇数位置数据的共轭，第二路信号的奇数位置数据等于第一路信号的偶数位置数据共轭后取负数；或者，

空频编码后得到的两路信号中的一路信号的奇偶位置由编码前第一信号的数据序列及第二信号的数据共轭取负得到的序列构成，另一路信号的奇偶位置由编码前第二信号的数据序列及第一信号的数据共轭得到的序列构成；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤D中，对空频编码得到的两路信号的调制处理包括：分别对编码得到的两路信号依次进行子载波映射、反傅立叶变换、对不具有数据的子载波以零填充、添加保护间隔、并串转换、数模转换以及射频处理。

3.一种分集发送信号的装置，其特征在于，包括：

串并变换单元，用于对输入信号进行串并变换；

空频编码单元，包括第一编码子单元或第二编码子单元，其中：第一编码子单元，用于将傅立叶变换后的两路信号编码，使编码得到两路信号中的第一路信号的奇偶位置分别由编码前两路信号的数据序列构成，第二路信号的偶数位置数据等于第一路信号的奇数位置数据的共轭，第二路信号的奇数位置数据等于第一路信号的偶数位置数据共轭后取负数；第二编码子单元，用于将傅立叶变换后的两路信号编码，使编码得到两路信号中的一路信号的奇偶位置由编码前第一信号的数据序列及第二信号的数据共轭取负得到的序列构成，另一路信号的奇偶位置由编码前第二信号的数据序列及第一信号的数据共轭得到的序列构成；

信号发送单元，用于发送信号调制单元传递的信息。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述信号调制单元包括分别对编码得到的两路信号依次处理的子载波映射单元、反傅立叶变换单元、加入保护间隔单元、并串转换单元、数模转换单元以及射频处理单元。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述信号发送单元包括至少两天线。