数据传输方法、装置、存储介质及处理器与流程

文档序号:17817134发布日期:2019-06-05 21:52
数据传输方法、装置、存储介质及处理器与流程

本发明涉及通信领域,具体而言,涉及一种数据传输方法、装置、存储介质及处理器。



背景技术:

在通信系统中采用重叠复用编码的方式进行数据的编码,能够大幅度提高系统的传输谱效率,但是重叠复用编码的编码方式对信息流的纠错能力较低,传输的可靠性也较差;并且目前重叠复用系统OvXDM(X代表任何域,包括:时间域T,空间域S,频率域F,码分域C或混合域H等)主要应用于单天线系统,没有利用空间信息,当传输数据较多时,相比于多天线重叠系统,其传输速率较小。

针对相关技术中重叠复用系统的传输可靠性较差、传输速率较小的问题,目前还没有有效地解决方案。



技术实现要素:

本发明实施例提供了一种数据传输方法、装置、存储介质及处理器,以至少解决相关技术中重叠复用系统的传输可靠性较差、传输速率较小的问题。

根据本发明的一个实施例,提供了一种数据传输方法,包括:对待传输数据进行预编码,得到第一数据;对所述第一数据进行交织,得到第二数据;对所述第二数据进行调制,得到第三数据;对所述第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到第一数据流;向接收端发送所述第一数据流。

可选地,所述预编码包括TPC码编码。

可选地,所述交织包括随机交织。

可选地,所述调制包括BPSK调制。

可选地,所述重叠复用编码包括重叠时分复用编码;所述空时编码包括空时分层编码。

可选地,向所述接收端发送所述第一数据流包括:将所述第一数据流通过第一预设数量的发送天线向所述接收端发送,其中,所述第一预设数量的所述发送天线与所述第一数据流一一对应。

根据本发明的另一个实施例,提供了一种数据传输方法,包括:接收第二数据流,其中,所述第二数据流是由发送端发送的第一数据流经过信道传输后的数据流,所述第一数据流是由所述发送端对待传输数据进行预编码,得到第一数据,并对所述第一数据进行交织,得到第二数据,然后对所述第二数据进行调制,得到第三数据;再对所述第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到的数据流;对所述第二数据流进行检测,得到检测数据;对所述检测数据进行解调,得到解调数据;对所述解调数据进行解交织,得到解交织数据;对解交织数据进行译码,得到译码数据;对所述译码数据进行判决,得到判决输出数据。

可选地,对所述第二数据流进行检测,得到所述检测数据包括:确定所述第二数据流与预设数据集合中的每个数据之间的距离值,其中,所述预设数据集合中包括经过所述发送端调制后全部可能得到的数据;将所述距离值最小的所述预设数据集合中的数据确定为所述检测数据。

可选地,所述第二数据流包括第二预设数量的数据流,其中,确定所述第二数据流与预设数据集合中的每个数据之间的距离值包括:确定第三矩阵中的每一列数据与所述预设数据集合中的每个数据之间的距离值,其中,第三矩阵与所述第二预设数量的数据流对应,并且所述第三矩阵的每一行数据对应所述第二预设数量的数据流中的一个数据流。

根据本发明的另一个实施例,提供了一种数据传输装置,包括:预编码模块,用于对待传输数据进行预编码,得到第一数据;交织模块,用于对所述第一数据进行交织,得到第二数据;调制模块,用于对所述第二数据进行调制,得到第三数据;编码模块,用于对所述第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到第一数据流;发送模块,用于向接收端发送所述第一数据流。

可选地,所述预编码包括TPC码编码。

可选地,所述交织包括不规则交织。

可选地,所述调制包含BPSK调制。

可选地,所述重叠复用编码包括重叠时分复用编码;所述空时编码包括空时分层编码。

可选地,所述发送模块包括:发送单元,用于将所述第一数据流通过第一预设数量的发送天线向所述接收端发送,其中,所述第一预设数量的所述发送天线与所述第一数据流一一对应。

根据本发明的另一个实施例,提供了一种数据传输装置,包括:接收模块,用于接收第二数据流,其中,所述第二数据流是由发送端发送的第一数据流经过信道传输后的数据流,所述第一数据流是由所述发送端对待传输数据进行预编码,得到第一数据,并对所述第一数据进行交织,得到第二数据,然后对所述第二数据进行调制,得到第三数据,再对所述第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到的数据流;检测模块,用于对所述第二数据流进行检测,得到检测数据;解调模块,用于对所述检测数据进行解调,得到解调数据;解交织模块,用于对解调数据进行解交织,得到解交织数据;译码模块,用于对所述解交织数据进行译码,得到译码数据;判决模块,用于对所述译码数据进行判决,得到判决输出数据。

可选地,所述检测模块包括:第一确定单元,用于确定所述第二数据流与预设数据集合中的每个数据之间的距离值,其中,所述预设数据集合中包括经过所述发送端调制后全部可能得到的数据;第二确定单元,用于将所述距离值最小的所述预设数据集合中的数据确定为所述检测数据。

可选地,所述第二数据流包括第二预设数量的数据流,其中,所述第一确定单元用于:确定第三矩阵中的每一列数据与所述预设数据集合中的每个数据之间的距离值,其中,第三矩阵与所述第二预设数量的数据流对应,并且所述第三矩阵的每一行数据对应所述第二预设数量的数据流中的一个数据流。

根据本发明的又一个实施例,还提供了一种存储介质,所述存储介质包括存储的程序,其中,所述程序运行时执行上述任一项所述的方法。

根据本发明的又一个实施例,还提供了一种处理器,所述处理器用于运行程序,其中,所述程序运行时执行上述任一项所述的方法。

通过本发明,对待传输数据进行预编码,得到第一数据;对第一数据进行交织,得到第二数据;对第二数据进行调制,得到第三数据;对第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到第一数据流;向接收端发送第一数据流,由此可见,采用上述方案对待传输数据进行预编码和交织的处理,对交织后得到的第二数据进行调制处理,再对调制后得到的第三数据进行重叠复用编码、空时编码得到第一数据流,将第一数据流发送给接收端,重叠复用编码系统中采用了预编码后,可以增加重叠复用编码的等效编码约束长度,提供可观的编码增益,提高了信息流的纠错能力,并且提高了重叠复用系统的传输可靠性;采用空时编码,提高了系统数据传输速率。从而解决了相关技术中重叠复用系统的传输可靠性较差和传输速率较小的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1是根据本发明实施例的一种数据传输方法的流程图;

图2是根据本发明可选的实施方式的预编码的示意图;

图3是根据本发明可选的实施方式的重叠时分复用编码的示意图;

图4是根据本发明可选的实施方式的重叠频分复用编码的示意图;

图5是根据本发明可选的实施方式的重叠码分复用编码的示意图;

图6是根据本发明实施例的另一种数据传输方法的流程图;

图7是根据本发明实施例的一种数据传输装置的结构框图;

图8是根据本发明实施例的另一种数据传输装置的结构框图;

图9是根据本发明可选的实施方式的一种OvTDM系统的示意图;

图10是根据本发明可选的实施方式的一种OvFDM系统的示意图;

图11是根据本发明可选的实施方式的一种OvCDM系统的示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

实施例1

在本实施例中提供了一种数据传输方法,图1是根据本发明实施例的一种数据传输方法的流程图,如图1所示,该流程包括如下步骤:

步骤S102,对待传输数据进行预编码,得到第一数据;

步骤S104,对所述第一数据进行交织,得到第二数据;

步骤S106,对所述第二数据进行调制,得到第三数据;

步骤S108,对所述第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到第一数据流;

步骤S110,向接收端发送所述第一数据流。

可选地,上述数据传输方法可以但不限于应用于重叠复用系统传输数据的场景中。

可选地,上述数据传输方法可以但不限于应用于发送端设备。

可选地,在本实施例中,上述重叠复用系统可以但不限于包括:重叠时分复用(Overlapped Time Division Multiplexing,简称为OvTDM)系统、重叠频分复用(Overlapped Frequency Division Multiplexing,简称为OvFDM)系统,重叠码分复用(Overlapped Code Division Multiplexing,简称为OvCDM)系统等。

可选地,上述数据传输方法可以但不限于应用于并行级联结构中,例如:Turbo-OvXDM(X代表时间T,频率F,码分C,空间S或混合H等)系统、Turbo递归的OvXDM系统。

可选地,上述数据传输方法可以但不限于应用于OvXDM的串行级联结构,混合级联结构等。

可选地,预编码的方法可以但不限于包括:卷积码、Turbo码、Turbo乘积码(Turbo Product Code,TPC码)等。

可选地,在本实施例中,在上述步骤S104中,交织的方法可以但不限于包括:不规则交织、随机交织、S交织、64×64阵列交织等。对第一数据进行交织得到第二数据可以使信道传输过程中所突发产生集中的错误最大限度的分散化。例如:假设系统输入是长度为N的比特流,这里仅仅以前8比特的数据为例说明,x={+1,+1,-1,+1,-1,-1,+1,+1……},其交织后的数据流为x’={-1,-1,+1,-1,+1,-1,+1,+1……}。

通过上述步骤,对待传输数据进行预编码和交织的处理,然后对交织后得到的第二数据进行调制,再对调制后得到的第三数据进行重叠复用编码、空时编码得到第一数据流,将第一数据流发送给接收端,重叠复用系统中采用了预编码后,可以增加重叠复用编码的等效编码约束长度,提供可观的编码增益,提高了信息流的纠错能力,并且提高了重叠复用系统的传输可靠性;采用空时编码后,提高了系统数据传输速率。从而解决了相关技术中重叠复用系统的传输可靠性较差、传输速率较小的问题。

可选地,在上述步骤S102中,上述预编码至少包括TPC码编码。例如:可以但不限于通过以下方式对待传输数据进行预编码:将待传输数据按列添加到第一矩阵,对第一矩阵的每一行进行编码,得到行编码矩阵,对行编码矩阵的每一列进行编码,得到第二矩阵,将第二矩阵按列输出,得到第一数据。

可选地,在本实施例中,预编码过程可以对输入比特流进行初步编码,提高信息流的纠错能力,降低系统误码率,提供较高的码率,同时增强比特流的可靠性。预编码的方法可以但不限于包括卷积码、Turbo码、Turbo乘积码(Turbo Product Code,TPC码)等。

可选地,在一个可选的实施方式中以TPC码为例说明预编码过程。TPC码属于Turbo码的一类,其接收机也同样采用了Turbo译码结构。TPC编码可以是一种阵列Turbo编码,包含行和列两个分量编码器,图2是根据本发明可选的实施方式的预编码的示意图,如图2所示,预编码过程主要分为三步:(1)先将信息比特放置在一个KC*KR的矩阵中;(2)将每行的KC个比特编码成长度为NC的码字;(3)将每列KR个比特编码成NR的码字。最后将编码成的NC*NR码字矩阵按列输出,完成编码过程,TPC编码的码率为构成二维TPC码,其分量码可以是卷积码,也可以是简单的分组码,如汉明码、BCH码、甚至是奇偶校验码。TPC的编码阵列也可以进一步扩充到三维或更多,比如在二维行列编码的基础上再添加对角线编码,将矩阵再扩充一行或一列校验位信息。

TPC编码具有很强的灵活性,由于TPC码的最小汉明距离等于分量码和最小汉明距离之积,因此TPC码采用简单的汉明码就可以获得优异的性能。比如分量码采用仅可以纠正一个错误的扩展(64,57)汉明码就可以构造出性能可以和Turbo码相比的TPC(64,57)码,该类编码不仅具有优异的纠错性能,而且具有较高的码率。

可选地,可以将待传输数据拆分成多路数据,分别对拆分后的多路数据进行预编码等处理。

可选地,上述交织至少包括不规则交织。

可选地,上述调制的方式可以但不限于包括:BPSK、QPSK、16QAM等。

在一个可选的实施方式中,对数据进行调制可以将各种数字基带信号转换成适于信道传输的已调信号。以BPSK调制为例,数据1经BPSK调制输出为1;数据0经BPSK调制输出为-1。

在一个可选的实施方式中,上述重叠复用编码可以为重叠时分复用(Overlapped Time Division Multiplexing,OvTDM)编码,图3是根据本发明可选的实施方式的重叠时分复用编码的示意图,如图3所示,具体过程包括以下步骤:

(1)首先设计生成发送信号的包络波形h(t)。

(2)将(1)中所设计的包络波形h(t)经特定时间移位后,形成其它各个时刻发送信号包络波形h(t-i×△T)。

(3)将所要发送的符号xi与(2)生成的相应时刻的包络波形h(t-i×△T)相乘,得到各个时刻的待发送信号波形xih(t-i×△T)。

(4)将(3)所形成的各个待发送波形进行xih(t-i×△T)叠加,形成发射信号波形。

(5)发送的信号可以表示为:

将上式展开,可表示为:

即将OvTDM系统的卷积编码过程用矩阵的形式等效表示为:Y=H×X,其中

Y为OvTDM编码输出序列:

大小为(L+K-1)×1

H为包络波形对应的波形系数矩阵:

H大小为(L+K-1)×L待编码信号X:

X大小为L×1

当有M路待编码信号进行OvTDM编码时,整个OvTDM编码过程可表示为:Y1=H×X1,其中H大小为(L+K-1)×L,X1大小为L×M,Y1大小为(L-K+1)×M,Y1的第i列为第i路待信号经OvTDM编码后对应的输出序列。

在一个可选的实施方式中,上述重叠复用编码可以为重叠频分复用(Overlapped Frequency Division Multiplexing,OvFDM)编码,图4是根据本发明可选的实施方式的重叠频分复用编码的示意图,如图4所示,具体过程包括以下步骤:

(1)首先设计生成发送信号的频谱信号H(f)。

(2)将(1)所设计的谱信号H(f)经特定载波频谱间隔△B移位后,形成其它各个频谱间隔为△B的子载波频谱波形H(f-i×△B)。

(3)将所要发送的符号Xi分别与(2)生成的对应的各个子载波频谱波H(f-i×△B)相乘,得到经过各个子载波调制的调制信号频谱XiH(f-i×△B)。

(4)将(3)所形成的各个调制信号频谱进行XiH(f-i×△B)叠加,形成复调制信号的频谱,调制信号频谱叠加过程可表示为:

(5)将(4)生成的复调制信号的频谱进行离散傅氏反变换,最终形成时间域的复调制信号,发送信号可表示为:

Signal(t)TX=ifft(S(f))

该编码过程同样可以用矩阵形式表述,在此不做赘述。

在一个可选的实施方式中,上述重叠复用编码可以为重叠码分复用(Overlapped Code Division Multiplexing,OvCDM)编码,图5是根据本发明可选的实施方式的重叠码分复用编码的示意图,如图5所示,具体过程包括以下步骤:

(1)将待发送数据经过串并转换成为K路子数据流,第i路上的数据流记为ui=ui,0ui,1ui,2...。比如K=2时,u0=u0,0u0,2u0,4...,u1=u1,1u1,3u1,5...

(2)将每一路数据送入一个移位寄存器进行加权叠加,第i路的加权系数为bi=bi,0bi,1bi,2...,其为一复向量。

(3)把各路信号相加输出。

最终OvCDM编码器的输出为c=c0c1c2...,

OvCDM的码率为其中n为子数据流长度。当n很长时,由移位寄存器拖尾所带来的码率损失可以忽略不计,于是有rOvCDM≈k。可选地,对第三数据进行的重叠复用编码可以但不限于是重叠时分复用编码;空时编码可以但不限于是空时分层编码。在上述步骤S110中,将第一数据流通过第一预设数量的发送天线向接收端发送,其中,第一预设数量的发送天线与第一数据流一一对应。

在一个可选的实施方式中,可以采用空时分层编码对重叠复用编码输出数据进行编码,空时分层编码技术是将要传送的数据分成几个数据流,然后在不同的天线上进行传输,从而提高系统的传输速率。

如果有第一预设数量个发送天线,则数据在发送端将被分成第一预设数量组数据流进行传送。以两个发送天线为例,说明数据在发送端的变化过程,具体如下所示:

假设输入序列长度为L,以前16位数据为例来说明数据变化过程,前16位输入序列为:{1,0,1,1,1,1,0,0,1,1,1,0,1,0,1,1},将该序列的奇数和偶数位置上的数据分离:s1={1,1,1,0,1,1,1,1},s2={0,1,1,0,1,0,0,1},其中,s1为输入序列的奇数位置上对应的数据,而s2为输入序列的偶数位置上对应的数据;而后对这两组数据分别进行预编码、交织、OvTDM编码,得到编码输出数据分别为:s'1={0.0072+0.0072i,1.0072+0.9928i,1.0072-0.9928i,1.0072+1.0072i};s'2={-0.0072+0.0072i,-0.9928+0.9928i,1.0072-1.0072i,0.9928-0.9928i}。将s'1,s'2作为的两路输出,由两个发送天线发送出去。

在本实施例中还提供了另一种数据传输方法,图6是根据本发明实施例的另一种数据传输方法的流程图,如图6所示,该流程包括如下步骤:

步骤S602,接收第二数据流,其中,第二数据流是由发送端发送的第一数据流经过信道传输后的数据流,第一数据流是由发送端对待传输数据进行预编码,得到第一数据,并对第一数据进行交织,得到第二数据,然后对第二数据进行调制,得到第三数据,再对第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到的数据流;

步骤S604,对第二数据流进行检测,得到检测数据;

步骤S606,对检测数据进行解调,得到解调数据;

步骤S608,对解调数据进行解交织,得到解交织数据;

步骤S610,对解交织数据进行译码,得到译码数据;

步骤S612,对译码数据进行判决,得到判决输出数据。

可选地,上述数据传输方法可以但不限于应用于重叠复用系统传输数据的场景中。

可选地,在本实施例中,上述重叠复用系统可以但不限于包括:重叠时分复用(Overlapped Time Division Multiplexing,简称为OvTDM)系统、重叠频分复用(Overlapped Frequency Division Multiplexing,简称为OvFDM)系统,重叠码分复用(Overlapped Code Division Multiplexing,简称为OvCDM)系统等。

可选地,上述数据传输方法可以但不限于应用于并行级联结构中,例如:Turbo-OvXDM(X代表时间T,频率F,码分C,空间S或混合H等)系统、Turbo递归的OvXDM系统。

可选地,上述数据传输方法可以但不限于应用于OvXDM的串行级联结构,混合级联结构等。

可选地,上述检测的方法可以但不限于包括:最大似然检测(Maximum Likelihood,ML)、最小均方根误差(Minimum mean square error,MMSE)检测,以及迫零(Zero Forcing,ZF)检测等。

可选地,在本实施例中,上述译码方式可以但不限于包括:map、logmap、max log map、sova等等。

可选地,在本实施例中,解调是从携带消息的已调信号中恢复信息的过程,它是调制的逆过程。以BPSK解调为例,直观的就是接收端输出信号值的实部(BPSK信号的调制星座映射,虚部总是为0)。

可选地,在本实施例中,可以对解调的输出进行相应的判决输出。例如,硬判决,当输出数据大于0,判决输出为1;小于0,判决输出为0。

可选地,在本实施例中,解交织是交织的逆过程,用于将数据恢复为待传输数据顺序。

通过上述步骤,接收发送端对待传输数据进行预编码、交织、调制、重叠复用编码、空时编码后发送的经过信道传输后的第二数据流,对第二数据流进行检测、解调、解交织、译码和判决,从而实现数据的传输。

可选地,可以用第二数据流与经过发送端调制后全部可能得到的数据进行比较,从而得到经过调制后最有可能的输出数据。例如:在上述步骤S604中,确定第二数据流与预设数据集合中的每个数据之间的距离值,其中,预设数据集合中包括经过发送端调制后全部可能得到的数据,将距离值最小的预设数据集合中的数据确定为检测数据。

可选地,第二数据流可以包括第二预设数量的数据流,其中,可以通过以下方式确定第二数据流与预设数据集合中的每个数据之间的距离值:确定第三矩阵中的每一列数据与预设数据集合中的每个数据之间的距离值,其中,第三矩阵与第二预设数量的数据流对应,并且第三矩阵的每一行数据对应第二预设数量的数据流中的一个数据流。

在一个可选的实施方式中,以最大似然检测为例,最大似然检测不需要计算矩阵的逆,而是让接收信号和所有可能的发送信号进行比较,产生最大似然的估计值这里可以由下面的式子得到:

假设若发送天线数目为M,接收天线数目为N,则信道参数矩阵H1为N×M的矩阵,经过信道之前,第一数据流Y1,大小为(L+K-1)×M,经过信道之后,接收端接收到的第二数据流r=H1×Y1T+n,大小为N×(L-K+1),其中(·)T表示(·)的转置,n为噪声,大小为N×(L-K+1)。

以发送天线数目为2,接收天线数目为2,信道独立,且对应的信道参数矩阵H1为为例,第一数据流Y1,大小为(L-K+1)×2,经过信道之后,接收到的第二数据流其中n大小为2×(L-K+1),经过信道对应的输出r1,r2的前4个值为:

r1={-0.0071-0.0123i,-0.1225+0.0488i,0.0255-0.1149i,0.1880-0.16831i}

r2={0.0799-0.1303i,0.0359-0.0362i,0.0060-0.1179i,0.1944-0.3114i}

然后,根据ML检测算法对两路接收数据进行相应估计:

r为2×4的矩阵,按照列依次进行相应检测,如初次检测选择r的第一列,随后第二列直至最后第四列。以第一列即{-0.0071-0.0123i;0.0799-0.1303i}为例,假设采用BPSK调制,每比特有两种可能+1,-1,而对于2个比特而言则有4种可能即{-1;-1},{-1;+1},{+1;-1},{+1,+1},将此四种排列分别用2×1的向量表示,再分别左乘信道参数矩阵H1,得到4组2×1的向量,然后将该4组向量与接收数据r的第一列进行比较,最后选择与r的第一列距离最接近(即欧几里得范数最小)的一组即{-1;+1}作为检测输出,其中-1对应s1的第一个比特的检测输出,+1对应s2的第一个比特的检测输出。假设两路数据检测输出分别为将作为检测的奇数位置上输出数据,作为检测的偶数位置上输出数据。

实施例2

在本实施例中还提供了一种数据传输装置,该装置用于实现上述实施例及优选实施方式,已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的,术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现,但是硬件,或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图7是根据本发明实施例的一种数据传输装置的结构框图一,如图7所示,该装置包括:

预编码模块72,用于对待传输数据进行预编码,得到第一数据;

交织模块74,耦合至预编码模块72,用于对第一数据进行交织,得到第二数据;

调制模块76,耦合至交织模块74,用于对第二数据进行调制,得到第三数据;

编码模块78,耦合至调制模块76,用于对第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到第一数据流;

发送模块710,耦合至编码模块78,用于向接收端发送第一数据流。

可选地,上述数据传输方法可以但不限于应用于重叠复用系统传输数据的场景中。

可选地,上述数据传输装置可以但不限于应用于发送端设备。

可选地,在本实施例中,上述重叠复用系统可以但不限于包括:重叠时分复用(Overlapped Time Division Multiplexing,简称为OvTDM)系统、重叠频分复用(Overlapped Frequency Division Multiplexing,简称为OvFDM)系统,重叠码分复用(Overlapped Code Division Multiplexing,简称为OvCDM)系统等。

可选地,上述数据传输装置可以但不限于应用于并行级联结构中,例如:Turbo-OvXDM(X代表时间T,频率F,码分C,空间S或混合H等)系统、Turbo递归的OvXDM系统。

可选地,上述数据传输装置可以但不限于应用于OvXDM的串行级联结构,混合级联结构等。

可选地,预编码的方法可以但不限于包括:卷积码、Turbo码、Turbo乘积码(Turbo Product Code,TPC码)等。

可选地,在本实施例中,在上述步骤S104中,交织的方法可以但不限于包括:不规则交织、随机交织、S交织、64×64阵列交织等。对第一数据进行交织得到第二数据可以使信道传输过程中所突发产生集中的错误最大限度的分散化。例如:假设系统输入是长度为N的比特流,这里仅仅以前8比特的数据为例说明,x={+1,+1,-1,+1,-1,-1,+1,+1……},其交织后的数据流为x’={-1,-1,+1,-1,+1,-1,+1,+1……}。

通过上述装置,对待传输数据进行预编码和交织的处理,然后对交织后得到的第二数据进行调制,再对调制后得到的第三数据进行重叠复用编码、空时编码得到第一数据流,将第一数据流发送给接收端,重叠复用系统中采用了预编码后,可以增加重叠复用编码的等效编码约束长度,提供可观的编码增益,提高了信息流的纠错能力,并且,提高了重叠复用系统的传输可靠性;采用空时编码后,提高了系统数据传输速率。从而解决了相关技术中重叠复用系统的传输可靠性较差、传输速率较小的问题。

可选地,上述预编码至少包括TPC码编码。例如:预编码模块可以包括:添加单元,用于将待传输数据按列添加到第一矩阵;第一编码单元,用于对第一矩阵的每一行进行编码,得到行编码矩阵;第二编码单元,用于对行编码矩阵的每一列进行编码,得到第二矩阵;输出单元,用于将第二矩阵按列输出,得到第一数据。

可选地,在本实施例中,预编码过程可以对输入比特流进行初步编码,提高信息流的纠错能力,降低系统误码率,提供较高的码率,同时增强比特流的可靠性。预编码的方法可以但不限于包括卷积码、Turbo码、Turbo乘积码(Turbo Product Code,TPC码)等。

可选地,在一个可选的实施方式中以TPC码为例说明预编码过程。TPC码属于Turbo码的一类,其接收机也同样采用了Turbo译码结构。TPC编码可以是一种阵列Turbo编码,包含行和列两个分量编码器,图2是根据本发明可选的实施方式的预编码的示意图,如图2所示,预编码过程主要分为三步:(1)先将信息比特放置在一个KC*KR的矩阵中;(2)将每行的KC个比特编码成长度为NC的码字;(3)将每列KR个比特编码成NR的码字。最后将编码成的NC*NR码字矩阵按列输出,完成编码过程,TPC编码的码率为构成二维TPC码,其分量码可以是卷积码,也可以是简单的分组码,如汉明码、BCH码、甚至是奇偶校验码。TPC的编码阵列也可以进一步扩充到三维或更多,比如在二维行列编码的基础上再添加对角线编码,将矩阵再扩充一行或一列校验位信息。

TPC编码具有很强的灵活性,由于TPC码的最小汉明距离等于分量码和最小汉明距离之积,因此TPC码采用简单的汉明码就可以获得优异的性能。比如分量码采用仅可以纠正一个错误的扩展(64,57)汉明码就可以构造出性能可以和Turbo码相比的TPC(64,57)码,该类编码不仅具有优异的纠错性能,而且具有较高的码率。

可选地,上述交织至少包括不规则交织。

可选地,上述调制的方式可以但不限于包括:BPSK、QPSK、16QAM等。

可选地,编码模块可以包括:第三编码单元,用于对调制数据进行重叠复用编码,得到编码数据;第四编码单元,用于对编码数据进行空时编码,得到第一数据流。

在一个可选的实施方式中,对数据进行调制可以将各种数字基带信号转换成适于信道传输的已调信号。以BPSK调制为例,数据1经BPSK调制输出为1;数据0经BPSK调制输出为-1。

在一个可选的实施方式中,上述重叠复用编码可以为重叠时分复用(Overlapped Time Division Multiplexing,OvTDM)编码,图3是根据本发明可选的实施方式的重叠时分复用编码的示意图,如图3所示,具体过程包括以下步骤:

(1)首先设计生成发送信号的包络波形h(t)。

(2)将(1)中所设计的包络波形h(t)经特定时间移位后,形成其它各个时刻发送信号包络波形h(t-i×△T)。

(3)将所要发送的符号xi与(2)生成的相应时刻的包络波形h(t-i×△T)相乘,得到各个时刻的待发送信号波形xih(t-i×△T)。

(4)将(3)所形成的各个待发送波形进行xih(t-i×△T)叠加,形成发射信号波形。

(5)发送的信号可以表示为:

将上式展开,可表示为:

即将OvTDM系统的卷积编码过程用矩阵的形式等效表示为:Y=H×X。Y为OvTDM编码输出序列:

大小为(L+K-1)×1

H为包络波形对应的波形系数矩阵:

大小为(L+K-1)×L

X为待编码信号:

大小为L×1

当有M路待编码信号进行OvTDM编码时,整个OvTDM编码过程可表示为:Y1=H×X1,其中H大小为(L+K-1)×L,X1大小为L×M,Y1大小为(L-K+1)×M,Y1的第i列为第i路待信号经OvTDM编码后对应的输出序列。

在一个可选的实施方式中,上述重叠复用编码可以为重叠频分复用(Overlapped Frequency Division Multiplexing,OvFDM)编码,图4是根据本发明可选的实施方式的重叠频分复用编码的示意图,如图4所示,具体过程包括以下步骤:

(1)首先设计生成发送信号的频谱信号H(f)。

(2)将(1)所设计的谱信号H(f)经特定载波频谱间隔△B移位后,形成其它各个频谱间隔为△B的子载波频谱波形H(f-i×△B)。

(3)将所要发送的符号Xi分别与(2)生成的对应的各个子载波频谱波H(f-i×△B)相乘,得到经过各个子载波调制的调制信号频谱XiH(f-i×△B)。

(4)将(3)所形成的各个调制信号频谱进行XiH(f-i×△B)叠加,形成复调制信号的频谱,调制信号频谱叠加过程可表示为:

(5)将(4)生成的复调制信号的频谱进行离散傅氏反变换,最终形成时间域的复调制信号,发送信号可表示为:

Signal(t)TX=ifft(S(f))

该编码过程同样可以用矩阵形式表述,在此不再赘述。

在一个可选的实施方式中,上述重叠复用编码可以为重叠码分复用(Overlapped Code Division Multiplexing,OvCDM)编码,图5是根据本发明可选的实施方式的重叠码分复用编码的示意图,如图5所示,具体过程包括以下步骤:

(1)将待发送数据经过串并转换成为K路子数据流,第i路上的数据流记为ui=ui,0ui,1ui,2...。比如K=2时,u0=u0,0u0,2u0,4...,u1=u1,1u1,3u1,5...

(2)将每一路数据送入一个移位寄存器进行加权叠加,第i路的加权系数为bi=bi,0bi,1bi,2...,其为一复向量。

(3)把各路信号相加输出。

最终OvCDM编码器的输出为c=c0c1c2...,

OvCDM的码率为其中n为子数据流长度。当n很长时,由移位寄存器拖尾所带来的码率损失可以忽略不计,于是有rOvCDM≈k。

可选地,编码模块用于对第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到第一数据流,其中,发送模块包括:发送单元,用于通过第一预设数量的发送天线向接收端发送第一数据流,其中,第一预设数量的发送天线与第一数据流一一对应。

可选地,对第三数据进行的重叠复用编码可以但不限于是重叠时分复用编码;空时编码可以但不限于是空时分层编码。

在一个可选的实施方式中,可以采用空时分层编码对重叠复用编码输出数据进行编码,空时分层编码技术是将要传送的数据分成几个数据流,然后在不同的天线上进行传输,从而提高系统的传输速率。

如果有第一预设数量个发送天线,则数据在发送端将被分成第一预设数量组数据流进行传送。以两个发送天线为例,说明数据在发送端处理过程,具体如下所示:

假设输入序列长度为L,以前16位数据为例来说明数据在发送端的变化过程,前16位输入序列为:{1,0,1,1,1,1,0,0,1,1,1,0,1,0,1,1},将该序列的奇数和偶数位置上的数据分离:s1={1,1,1,0,1,1,1,1},s2={0,1,1,0,1,0,0,1},其中,s1为输入序列的奇数位置上对应的数据,而s2为输入序列的偶数位置上对应的数据;而后对这两组数据分别进行预编码、交织、OvTDM编码,得到对应的数据分别为:s'1={0.0072+0.0072i,1.0072+0.9928i,1.0072-0.9928i,1.0072+1.0072i};s'2={-0.0072+0.0072i,-0.9928+0.9928i,1.0072-1.0072i,0.9928-0.9928i}。将s'1,s'2作为的两路输出,由两个发送天线发送出去。

本实施例中还提供了另一种数据传输装置,该装置用于实现上述实施例及优选实施方式,已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的,术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现,但是硬件,或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图8是根据本发明实施例的另一种数据传输装置的结构框图,如图8所示,该装置包括:

接收模块802,用于接收第二数据流,其中,第二数据流是由发送端发送的第一数据流经过信道传输后的数据流,第一数据流是由发送端对待传输数据进行预编码,得到第一数据,并对第一数据进行交织,得到第二数据,然后对第二数据进行调制,得到第三数据,再对第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到的数据流;

检测模块804,耦合至接收模块802,用于对第二数据流进行检测,得到检测数据;

解调模块806,耦合至检测模块804,用于对检测数据进行解调,得到解调数据;

解交织模块808,耦合至解调模块806,用于对解调数据进行解交织,得到解交织数据

译码模块810,耦合至解交织模块808,用于对解交织数据进行译码,得到译码数据;

判决模块812,耦合至译码模块810,用于对译码数据进行判决,得到判决输出数据。

可选地,上述数据传输方法可以但不限于应用于重叠复用系统传输数据的场景中。

可选地,上述数据传输装置可以但不限于应用于接收端设备。

可选地,在本实施例中,上述重叠复用系统可以但不限于包括:重叠时分复用(Overlapped Time Division Multiplexing,简称为OvTDM)系统、重叠频分复用(Overlapped Frequency Division Multiplexing,简称为OvFDM)系统,重叠码分复用(Overlapped Code Division Multiplexing,简称为OvCDM)系统等。

可选地,上述数据传输装置可以但不限于应用于并行级联结构中,例如:Turbo-OvXDM(X代表时间T,频率F,码分C,空间S或混合H等)系统、Turbo递归的OvXDM系统。

可选地,上述数据传输装置可以但不限于应用于OvXDM的串行级联结构,混合级联结构等。

可选地,上述检测的方法可以但不限于包括:最大似然检测(Maximum Likelihood,ML)、最小均方根误差(Minimum mean square error,MMSE)检测,以及迫零(Zero Forcing,ZF)检测等。

可选地,在本实施例中,解调是从携带消息的已调信号中恢复信息的过程,它是调制的逆过程。以BPSK解调为例,直观的就是接收端输出信号值的实部(BPSK信号的调制星座映射,虚部总是为0)。

可选地,在本实施例中,解交织是交织的逆过程,根据交织过程,还原待传输数据顺序。

可选地,在本实施例中,上述译码方式可以但不限于包括:map、log map、max log map、sova等等。

可选地,在本实施例中,可以对译码的输出进行相应的判决输出。例如,硬判决,当输出数据大于0,判决输出为1;小于0,判决输出为0。

通过上述装置,接收发送端对待传输数据进行预编码、交织、调制、重叠复用编码、空时编码后发送的经过信道传输后的第二数据流,对第二数据流进行检测、解调、解交织、译码和判决,从而实现数据的传输。

可选地,检测模块包括:第一确定单元,用于确定第二数据流与预设数据集合中的每个数据之间的距离值,其中,预设数据集合中包括经过发送端调制后全部可能得到的数据;第二确定单元,用于将距离值最小的预设数据集合中的数据确定为检测数据。

可选地,可以用第二数据流与经过发送端调制后全部可能得到的数据进行比较,从而得到经过调制后最有可能的输出数据。

可选地,第二数据流包括第二预设数量的数据流,其中,第一确定单元用于:确定第三矩阵中的每一列数据与预设数据集合中的每个数据之间的距离值,其中,第三矩阵与第二预设数量的数据流对应,并且第三矩阵的每一行数据对应第二预设数量的数据流中的一个数据流。

在一个可选的实施方式中,以最大似然检测为例,最大似然检测不需要计算矩阵的逆,而是让接收信号和所有可能的发送信号进行比较,产生最大似然的估计值这里可以由下面的式子得到:

假设若发送天线数目为M,接收天线数目为N,则信道参数矩阵H1为N×M的矩阵,经过信道之前,第一数据流Y1,大小为(L+K-1)×M,经过信道之后,接收端接收到的第二数据流r=H1×Y1T+n,大小为N×(L-K+1),其中(·)T表示(·)的转置,n为噪声,大小为N×(L-K+1)。

以发送天线数目为2,接收天线数目为2,信道独立,且对应的信道参数矩阵H1为为例,第一数据流Y1,大小为(L-K+1)×2,经过信道之后,接收到的第二数据流其中n大小为2×(L-K+1),经过信道对应的输出r1,r2的前四个值为:

r1={-0.0071-0.0123i,-0.1225+0.0488i,0.0255-0.1149i,0.1880-0.16831i}

r2={0.0799-0.1303i,0.0359-0.0362i,0.0060-0.1179i,0.1944-0.3114i}

然后,根据ML检测算法对两路接收数据进行相应估计:

r为2×4的矩阵,按照列依次进行相应检测,如初次检测选择r的第一列,随后第二列直至最后第四列。以第一列即{-0.0071-0.0123i;0.0799-0.1303i}为例,假设采用BPSK调制,每比特有两种可能+1,-1,而对于2个比特而言则有4种可能即{-1;-1},{-1;+1},{+1;-1},{+1,+1},将此四种排列分别用2×1的向量表示,再分别左乘信道参数矩阵H1,得到4组2×1的向量,然后将该4组向量与接收数据r的第一列进行比较,最后选择与r的第一列距离最接近(即欧几里得范数最小)的一组即{-1;+1}作为检测输出,其中-1对应s1的第一个比特的检测输出,+1对应s2的第一个比特的检测输出。假设两路数据检测输出分别为将作为检测的奇数位置上输出数据,作为检测的偶数位置上输出数据。

需要说明的是,上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的,对于后者,可以通过以下方式实现,但不限于此:上述模块均位于同一处理器中;或者,上述模块分别位于多个处理器中。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制,本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围,本发明的保护范围应以权利要求所述为准。

实施例3

在本实施例中还提供了一种数据传输系统,该系统包括:上述任一项用于发送端的装置和上述任一项用于接收端的装置。

可选地,上述数据传输系统可以但不限于应用于卫星通信、微波视距通信、散射通信、大气层光通信、红外通信与水生通信等任何无线通信系统中。既可以应用于大容量无线传输,也可以应用于小容量的轻型无线电系统。

在一个可选的实施方式中,以OvTDM系统为例,图9是根据本发明可选的实施方式的一种OvTDM系统的示意图,如图9所示,由信源端输入比特{0,1}序列,再对其进行一系列流程处理,其中输入比特流先经过串并转换,而后分别进行预编码、交织、调制、OvTDM编码、空时编码,由多个发送天线发送出去,经过信道的传输,由多个接收天线接收数据,然后对多路数据进行最大似然检测、解调、解交织、译码、判决输出,最后进行并串转换。

在另一个可选的实施方式中,以OvFDM系统为例,图10是根据本发明可选的实施方式的一种OvFDM系统的示意图,如图10所示,由信源端输入比特{0,1}序列,先对该序列进行串并转换,再对其分别进行预编码、交织、调制、OvFDM编码、空时编码。发送端将编码调制后的信号经过天线发射出去,信号经过无线信道传输,接收端将接收信号先进行FFT运算,然后进行最大似然检测、解调、解交织、译码、判决输出,最后进行并串转换。

在另一个可选的实施方式中,以OvCDM系统为例,图11是根据本发明可选的实施方式的一种OvCDM系统的示意图,如图11所示,由信源端输入比特{0,1}序列,先进行串并转换,再对其分别进行预编码、交织、调制、OvCDM编码、空时编码。发送端将编码调制后的信号经过天线发射出去,信号经过无线信道传输,接收端将接收信号,然后进行最大似然检测、解调、解交织、译码、判决输出,最后进行并串转换。

实施例4

本发明的实施例还提供了一种存储介质,该存储介质包括存储的程序,其中,上述程序运行时执行上述任一项所述的方法。

可选地,在本实施例中,上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码:

S1,对待传输数据进行预编码,得到第一数据;

S2,对第一数据进行交织,得到第二数据;

S3,对第二数据进行调制,得到第三数据;

S4,对第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到第一数据流;

S5,向接收端发送第一数据流。

可选地,存储介质还被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码:

S1,接收第二数据流,其中,第二数据流是由发送端发送的第一数据流经过信道传输后的数据流,第一数据流是由发送端对待传输数据进行预编码,得到第一数据,并对第一数据进行交织,得到第二数据,然后对第二数据进行调制,得到第三数据,再对第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到的数据流;

S2,对第二数据流进行检测,得到检测数据;

S3,对检测数据进行解调,得到解调数据;

S4,对解调数据进行解交织,得到解交织数据;

S5,对解交织数据进行译码,得到译码数据;

S6,对译码数据进行判决,得到判决输出数据。

可选地,在本实施例中,上述存储介质可以包括但不限于:U盘、只读存储器(Read-Only Memory,简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明的实施例还提供了一种处理器,该处理器用于运行程序,其中,该程序运行时执行上述任一项方法中的步骤。

可选地,在本实施例中,上述程序用于执行以下步骤:

S1,对待传输数据进行预编码,得到第一数据;

S2,对第一数据进行交织,得到第二数据;

S3,对第二数据进行调制,得到第三数据;

S4,对第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到第一数据流;

S5,向接收端发送第一数据流。

可选地,在本实施例中,上述程序还用于执行以下步骤:

S1,接收第二数据流,其中,第二数据流是由发送端发送的第一数据流经过信道传输后的数据流,第一数据流是由发送端对待传输数据进行预编码,得到第一数据,并对第一数据进行交织,得到第二数据,然后对第二数据进行调制,得到第三数据,再对第三数据进行重叠复用编码、空时编码,得到的数据流;

S2,对第二数据流进行检测,得到检测数据;

S3,对检测数据进行解调,得到解调数据;

S4,对解调数据进行解交织,得到解交织数据;

S5,对解交织数据进行译码,得到译码数据;

S6,对译码数据进行判决,得到判决输出数据。

可选地,本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例,本实施例在此不再赘述。

显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,并且在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

再多了解一些
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