Sc-mimo系統(tǒng)中單流四天線開環(huán)分集收發(fā)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種SC-MIMO系統(tǒng)中單流四天線開環(huán)分集的收發(fā)方法，屬于無線通信 系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無線通信技術(shù)的發(fā)展過程中，多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MM0)技術(shù)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越常見，一方面其可以突破單天線系統(tǒng) 香農(nóng)信道容量的限制而顯著提升信道容量，另一方面又可以與很多提高系統(tǒng)可靠性和強健 性的技術(shù)結(jié)合，以實現(xiàn)更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸，如空時分組編碼（Space Time Block Code， STBC)，正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)，預(yù)編碼 (Precoding)等。在與MIMO相結(jié)合的技術(shù)中，OFDM技術(shù)由于具有天然的對抗多徑時延導(dǎo)致 衰落的特性而得到廣泛的應(yīng)用，同時它也可以極大地提升數(shù)據(jù)的傳輸速率，滿足用戶對高 數(shù)據(jù)速率的需求。在無線局域網(wǎng)協(xié)議IEEE 802. lln、802. llac、802. Ilad中，結(jié)合MMO和 OFDM技術(shù)使無線傳輸質(zhì)量和傳輸速率得到了極大地提高。但是在OFDM的實際應(yīng)用中，高峰 均比（Peak and Average Ratio，PAPR)使系統(tǒng)實現(xiàn)對功率放大器線性放大區(qū)和功率回退的 限制還是很棘手的問題，在一定程度上增加了系統(tǒng)實現(xiàn)的成本和復(fù)雜度。因此，在無線局域 網(wǎng)協(xié)議IEEE 802. Ilad中，單載波（Single Carrier，SC)傳輸?shù)募夹g(shù)得到了很好的應(yīng)用，它 克服了 OFDM高PAPR的缺點，同時在接收端使用頻域均衡技術(shù)，進一步鞏固了它對于OFDM 系統(tǒng)的優(yōu)勢。
[0003] 在現(xiàn)有的SC系統(tǒng)的發(fā)射端，多數(shù)系統(tǒng)采用的是在每一個單載波符號塊中，利用每 一個數(shù)據(jù)塊的循環(huán)前綴（Cyclic Prefix，CP)來作保護間隔對抗時延擴展，但通常CP是一 種無法被利用的額外開銷，為彌補這一不足，用插入固定且已知的訓(xùn)練序列代替CP，即插入 獨特字（Unique Word，UW)的方法對抗多徑時延，可在不增加開銷和系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下提 供額外的已知序列信息。UW除了可作為CP，還可在接收端進一步被利用以實現(xiàn)信道估計、 相位跟蹤、頻偏糾正等功能。因此，UW廣泛被SC-FDE系統(tǒng)所采用。
[0004] 對于大部分已有的SC-MMO系統(tǒng)，通常采用CSD操作實現(xiàn)空間擴展，此種空間擴展 方案與UW結(jié)構(gòu)無法結(jié)合，且不能很好的利用多天線的分集優(yōu)勢，本發(fā)明提出的單流四天線 開環(huán)分集收發(fā)裝置很好的解決了上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為充分實現(xiàn)MMO系統(tǒng)多天線的分集增益，利用UW可同時作CP和訓(xùn)練 序列的優(yōu)勢，本發(fā)明提出了一種SC-MIMO系統(tǒng)中單流四天線開環(huán)分集收發(fā)方法，此裝置可 實現(xiàn)空間擴展分集，并且不影響UW序列的數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)。
[0006] 技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在系統(tǒng)發(fā)射端，數(shù)據(jù)比特流首先經(jīng)過補零操 作，然后通過調(diào)制器，將調(diào)制后的數(shù)據(jù)符號分塊，形成數(shù)據(jù)符號塊，再以塊為單位實施空間 擴展，在每根天線上的數(shù)據(jù)符號塊之間插入UW序列，同一根天線上插入的UW是相同的，不 同的天線間插入的UW不同，UW的長度可根據(jù)系統(tǒng)的信道狀況選擇長或短兩種。在接收端， 按對應(yīng)發(fā)射端所選擇的空間擴展分集方案來確定接收端的具體操作，此操作可通過信令字 段的指示進行選擇但并不局限于此種指示方式。接收端通過相應(yīng)的循環(huán)移位，時頻轉(zhuǎn)換，頻 域加減特定項等操作實現(xiàn)正確接收。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] 一種SC-MMO系統(tǒng)中單流四天線開環(huán)分集收發(fā)方法，包括以下步驟：
[0009] 1)在發(fā)射端，對待發(fā)送數(shù)據(jù)編碼比特流后進行補零操作；
[0010] 2)對補零后的數(shù)據(jù)比特流進行符號調(diào)制；
[0011] 3)將調(diào)制后的數(shù)據(jù)符號流均勻分塊，得到連續(xù)數(shù)據(jù)符號塊；
[0012] 4)對連續(xù)數(shù)據(jù)符號塊進行空間擴展操作；
[0013] 5)對經(jīng)過空間擴展后的數(shù)據(jù)符號插入UW序列；
[0014] 6)在接收端，對接收天線接收到的數(shù)據(jù)符號進行去首個UW操作，得到接收符號；
[0015] 7)對接收符號進行均勻分塊操作，得到接收數(shù)據(jù)符號塊；
[0016] 8)對接收數(shù)據(jù)符號塊進行循環(huán)移位操作，得到時域信號；
[0017] 9)對時域信號進行時頻轉(zhuǎn)換，得到頻域信號；
[0018] 10)在頻域?qū)︻l域信號進行加減特定項操作；
[0019] 11)分別對接收信號的每一個頻點進行頻域均衡，得到頻域的發(fā)送符號塊估計；
[0020] 12)將均衡后的頻域符號估計進行頻域時域轉(zhuǎn)換，得到時域信號估計；
[0021] 13)對時域信號估計進行處理，除去每塊中的UW，獲取空間流數(shù)據(jù)符號塊估計；
[0022] 14)對空間流數(shù)據(jù)符號塊進行解塊操作，恢復(fù)空間流數(shù)據(jù)符號估計；
[0023] 15)對空間流數(shù)據(jù)符號估計進行解調(diào)，得到接收端的數(shù)據(jù)比特估計；
[0024] 16)將數(shù)據(jù)比特估計進行去零操作，在接收端得到數(shù)據(jù)比特的估計值。
[0025] 本發(fā)明的一個具體技術(shù)方案如下：
[0026] 在發(fā)射端：
[0027] 所述補零操作是在發(fā)射端待發(fā)送的數(shù)據(jù)編碼比特流b (0) b (1)…b (Nbits-I)后補上 Npad個零，Nbits為數(shù)據(jù)編碼比特流的長度，N pad的數(shù)值為
[0028] Npad -NdbpbXNblock-Nbits
[0029] 其中，Ndbpb表示每個數(shù)據(jù)符號塊中包含的數(shù)據(jù)信息比特數(shù)，其值為Ndbpb = (NdsPb_G) XNdbPS，符號NdsPb表不每個數(shù)據(jù)符號塊中包含的調(diào)制符號數(shù)，G表不插入的UW序列 的長度，符號N dbps表示每個星座調(diào)制符號包含的數(shù)據(jù)比特數(shù)；Nbltjdt表示該編碼數(shù)據(jù)比特流
整，
[0030] 補零后的數(shù)據(jù)編碼比特流變?yōu)椋?br>[0031] b(0)b(l)…b (Nbits-I) b (Nbits)…b(Nbits+Npad_l)，其中，
[0032] b (Nbits) ...b(Nbits+Npad_l)為 0;
[0033] 所述符號調(diào)制是對補零后的數(shù)據(jù)編碼比特b (0) b (1)…b (Nbits-I) b (Nbits)… b (Nbits+Npad_l)進行符號調(diào)制，調(diào)制后的數(shù)據(jù)符號流為s (0) s (1)…s (Nsym-I)，凡,表示調(diào)制 后的符號流長度；
[0034] 所述的將調(diào)制后的數(shù)據(jù)符號流均勻分塊是將調(diào)制后的數(shù)據(jù)符號流均勻分成N bltrck 個塊，每個塊中包含K個數(shù)據(jù)調(diào)制符號，K = Ndspb-G,用符號Si= [Si(O)，…，Si(K-I)]表 示數(shù)據(jù)符號流上的第i個數(shù)據(jù)符號塊向量，i = 〇, 1，…，Nbltjdt;
[0035] 所述空間擴展是以每四個連續(xù)數(shù)據(jù)符號塊Si, si+1，si+2, si+3，i = 0,4,8…為一個 組，對其進行空間擴展操作，假設(shè)經(jīng)過空間擴展后第m根天線上待發(fā)送的第i個數(shù)據(jù)塊用符 號表示，則對于四根發(fā)射天線的各天線上的待發(fā)送數(shù)據(jù)如下：
[0040] 其中，符號I表示將K維的數(shù)據(jù)符號向量4末尾補零延長至Ndspb維后的數(shù)據(jù)符號 向量，即§;=^. Olxe]，上標(biāo)*表示對矩陣或向量求共軛運算，矩陣Q是一個NdspbXNdspb維 的置換矩陣，實現(xiàn)逆序循環(huán)移位操作，其具體定義如下：
別表示單位陣和零矩陣；
[0043] (1)所述插入UW序列是對經(jīng)過空間擴展后的數(shù)據(jù)符號插入UW序列，用Um表示第 m根天線上插入的UW序列，Um= [Unbtl, ...，um, P1]，長度為G，在保證保護間隔持續(xù)時長大 于信道的最大時延擴展的情況下，G的值有兩種選擇，為GjP G 2 (且G1 > G 2)，GjP G 2是可 由通信系統(tǒng)事先確定的兩個正整數(shù)，若當(dāng)前信道的最大時延擴展小于G2長度的保護間隔持 續(xù)時長，則選擇G = G2，當(dāng)最大時延擴展較大，即最大時延擴展大于G2長度的保護間隔持續(xù) 時長，選擇G = G1，但仍然需要保證保護間隔持續(xù)時長大于信道最大時延擴展。在信令字段 用1個比特來指示UW的長度；插入的具體方式為：首先在第m根天線上的待發(fā)送數(shù)據(jù)符號 f，i=0，l，…，Nbltjdt- 1的最前端插入U111，然后將每個待發(fā)送數(shù)據(jù)符號塊也的末尾G個零值 用UW序列替換，完成插入UW后的待發(fā)送信號的符號序列用符號Xm表示，則
[0045]其中= ，ara的定義為= ，4)是一個長度為N dbps的數(shù)據(jù)符 號塊；
[0046] 假設(shè)用符號r = [r(0)r(l)…r(Nsyni+G(Nbl(X;k+l) - 1)]表示接收天線上接收到的 數(shù)據(jù)符號，在接收端，
[0047] 所述丟棄首個UW序列是去掉數(shù)據(jù)符號r的前G個接收符號，所述前G個接收符號 為[r (0) r (1)…r (G-I)]，得到去掉了首個UW序列的符號y ;
[0048] 所述對接收符號進行均勻分塊操作是將符號y均勻分成Nbltjdt個塊，每個塊的長度 為N dspb，并用符號Yi表示第i個接收數(shù)據(jù)符號塊；
[0049] 所述循環(huán)移位是對接收數(shù)據(jù)符號塊yi+1，y i+2, i = 0,4,8,…作循環(huán)移位操作，循環(huán) 移位后的信號用符號y' i+1，y' i+2表示，則
[0050] y'i+1=Pyi+1
[0051] y'i+2=Pyi+2
[0052] 其中矩陣P是一個NXN維的置換矩陣，實現(xiàn)循環(huán)移位操作，其具體定義如下：
[0054]其中 P1-0 (G+l) X (K-I)，- I (G+l) X (G+l)，P3 - I (K-I) X (K-I)，P4 - 〇 (K_l) X (G+1)
[0055] 所述時頻轉(zhuǎn)換是對時域信號yp y' i+1，太i+2, yi+3, i = 〇,4,8，…作NdspbA FFT， 得到頻域信號，即：
[0056] Yi=Wyi
[0057] Y1 ^ 1=Wyri+1
[0058] Y' i+2=Wy' i+2
[0059] Yi+3= Wy i+3
其中J為虛數(shù)單位，表示j2= -I ;
[0061] 所述頻域加減特定項是在頻域，將Y' i+1，Y' i+2，Yi+3分別減去和補充某些特定項， 以方便后續(xù)操作，減去和補充特定項之后的頻域信號用符號戈+,，文《厲+3表示，則：
[0065]上述式中，符號Am代表第m根發(fā)射天線到接收天線的信道循環(huán)矩陣H m的頻域?qū)?角化矩陣，即Am= WH mWH，上標(biāo)H表示對矩陣作共軛轉(zhuǎn)置；

信號的每一個頻點進行頻域均衡，得到頻域的發(fā)送符號塊估計，即X