Sc-mimo系统中单流四天线开环分集收发方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种SC-MIMO系统中单流四天线开环分集的收发方法，属于无线通信 系统技术领域。
【背景技术】
[0002] 在无线通信技术的发展过程中，多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MM0)技术在现代通信系统中的应用越来越常见，一方面其可以突破单天线系统 香农信道容量的限制而显著提升信道容量，另一方面又可以与很多提高系统可靠性和强健 性的技术结合，以实现更高质量的数据传输，如空时分组编码（Space Time Block Code， STBC)，正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)，预编码 (Precoding)等。在与MIMO相结合的技术中，OFDM技术由于具有天然的对抗多径时延导致 衰落的特性而得到广泛的应用，同时它也可以极大地提升数据的传输速率，满足用户对高 数据速率的需求。在无线局域网协议IEEE 802. lln、802. llac、802. Ilad中，结合MMO和 OFDM技术使无线传输质量和传输速率得到了极大地提高。但是在OFDM的实际应用中，高峰 均比（Peak and Average Ratio，PAPR)使系统实现对功率放大器线性放大区和功率回退的 限制还是很棘手的问题，在一定程度上增加了系统实现的成本和复杂度。因此，在无线局域 网协议IEEE 802. Ilad中，单载波（Single Carrier，SC)传输的技术得到了很好的应用，它 克服了 OFDM高PAPR的缺点，同时在接收端使用频域均衡技术，进一步巩固了它对于OFDM 系统的优势。
[0003] 在现有的SC系统的发射端，多数系统采用的是在每一个单载波符号块中，利用每 一个数据块的循环前缀（Cyclic Prefix，CP)来作保护间隔对抗时延扩展，但通常CP是一 种无法被利用的额外开销，为弥补这一不足，用插入固定且已知的训练序列代替CP，即插入 独特字（Unique Word，UW)的方法对抗多径时延，可在不增加开销和系统复杂度的情况下提 供额外的已知序列信息。UW除了可作为CP，还可在接收端进一步被利用以实现信道估计、 相位跟踪、频偏纠正等功能。因此，UW广泛被SC-FDE系统所采用。
[0004] 对于大部分已有的SC-MMO系统，通常采用CSD操作实现空间扩展，此种空间扩展 方案与UW结构无法结合，且不能很好的利用多天线的分集优势，本发明提出的单流四天线 开环分集收发装置很好的解决了上述问题。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为充分实现MMO系统多天线的分集增益，利用UW可同时作CP和训练 序列的优势，本发明提出了一种SC-MIMO系统中单流四天线开环分集收发方法，此装置可 实现空间扩展分集，并且不影响UW序列的数据块结构。
[0006] 技术方案：为实现上述目的，本发明在系统发射端，数据比特流首先经过补零操 作，然后通过调制器，将调制后的数据符号分块，形成数据符号块，再以块为单位实施空间 扩展，在每根天线上的数据符号块之间插入UW序列，同一根天线上插入的UW是相同的，不 同的天线间插入的UW不同，UW的长度可根据系统的信道状况选择长或短两种。在接收端， 按对应发射端所选择的空间扩展分集方案来确定接收端的具体操作，此操作可通过信令字 段的指示进行选择但并不局限于此种指示方式。接收端通过相应的循环移位，时频转换，频 域加减特定项等操作实现正确接收。
[0007] 本发明的技术方案如下：
[0008] 一种SC-MMO系统中单流四天线开环分集收发方法，包括以下步骤：
[0009] 1)在发射端，对待发送数据编码比特流后进行补零操作；
[0010] 2)对补零后的数据比特流进行符号调制；
[0011] 3)将调制后的数据符号流均匀分块，得到连续数据符号块；
[0012] 4)对连续数据符号块进行空间扩展操作；
[0013] 5)对经过空间扩展后的数据符号插入UW序列；
[0014] 6)在接收端，对接收天线接收到的数据符号进行去首个UW操作，得到接收符号；
[0015] 7)对接收符号进行均匀分块操作，得到接收数据符号块；
[0016] 8)对接收数据符号块进行循环移位操作，得到时域信号；
[0017] 9)对时域信号进行时频转换，得到频域信号；
[0018] 10)在频域对频域信号进行加减特定项操作；
[0019] 11)分别对接收信号的每一个频点进行频域均衡，得到频域的发送符号块估计；
[0020] 12)将均衡后的频域符号估计进行频域时域转换，得到时域信号估计；
[0021] 13)对时域信号估计进行处理，除去每块中的UW，获取空间流数据符号块估计；
[0022] 14)对空间流数据符号块进行解块操作，恢复空间流数据符号估计；
[0023] 15)对空间流数据符号估计进行解调，得到接收端的数据比特估计；
[0024] 16)将数据比特估计进行去零操作，在接收端得到数据比特的估计值。
[0025] 本发明的一个具体技术方案如下：
[0026] 在发射端：
[0027] 所述补零操作是在发射端待发送的数据编码比特流b (0) b (1)…b (Nbits-I)后补上 Npad个零，Nbits为数据编码比特流的长度，N pad的数值为
[0028] Npad -NdbpbXNblock-Nbits
[0029] 其中，Ndbpb表示每个数据符号块中包含的数据信息比特数，其值为Ndbpb = (NdsPb_G) XNdbPS，符号NdsPb表不每个数据符号块中包含的调制符号数，G表不插入的UW序列 的长度，符号N dbps表示每个星座调制符号包含的数据比特数；Nbltjdt表示该编码数据比特流
整，
[0030] 补零后的数据编码比特流变为：
[0031] b(0)b(l)…b (Nbits-I) b (Nbits)…b(Nbits+Npad_l)，其中，
[0032] b (Nbits) ...b(Nbits+Npad_l)为 0;
[0033] 所述符号调制是对补零后的数据编码比特b (0) b (1)…b (Nbits-I) b (Nbits)… b (Nbits+Npad_l)进行符号调制，调制后的数据符号流为s (0) s (1)…s (Nsym-I)，凡,表示调制 后的符号流长度；
[0034] 所述的将调制后的数据符号流均匀分块是将调制后的数据符号流均匀分成N bltrck 个块，每个块中包含K个数据调制符号，K = Ndspb-G,用符号Si= [Si(O)，…，Si(K-I)]表 示数据符号流上的第i个数据符号块向量，i = 〇, 1，…，Nbltjdt;
[0035] 所述空间扩展是以每四个连续数据符号块Si, si+1，si+2, si+3，i = 0,4,8…为一个 组，对其进行空间扩展操作，假设经过空间扩展后第m根天线上待发送的第i个数据块用符 号表示，则对于四根发射天线的各天线上的待发送数据如下：
[0040] 其中，符号I表示将K维的数据符号向量4末尾补零延长至Ndspb维后的数据符号 向量，即§;=^. Olxe]，上标*表示对矩阵或向量求共轭运算，矩阵Q是一个NdspbXNdspb维 的置换矩阵，实现逆序循环移位操作，其具体定义如下：
别表示单位阵和零矩阵；
[0043] (1)所述插入UW序列是对经过空间扩展后的数据符号插入UW序列，用Um表示第 m根天线上插入的UW序列，Um= [Unbtl, ...，um, P1]，长度为G，在保证保护间隔持续时长大 于信道的最大时延扩展的情况下，G的值有两种选择，为GjP G 2 (且G1 > G 2)，GjP G 2是可 由通信系统事先确定的两个正整数，若当前信道的最大时延扩展小于G2长度的保护间隔持 续时长，则选择G = G2，当最大时延扩展较大，即最大时延扩展大于G2长度的保护间隔持续 时长，选择G = G1，但仍然需要保证保护间隔持续时长大于信道最大时延扩展。在信令字段 用1个比特来指示UW的长度；插入的具体方式为：首先在第m根天线上的待发送数据符号 f，i=0，l，…，Nbltjdt- 1的最前端插入U111，然后将每个待发送数据符号块也的末尾G个零值 用UW序列替换，完成插入UW后的待发送信号的符号序列用符号Xm表示，则
[0045]其中= ，ara的定义为= ，4)是一个长度为N dbps的数据符 号块；
[0046] 假设用符号r = [r(0)r(l)…r(Nsyni+G(Nbl(X;k+l) - 1)]表示接收天线上接收到的 数据符号，在接收端，
[0047] 所述丢弃首个UW序列是去掉数据符号r的前G个接收符号，所述前G个接收符号 为[r (0) r (1)…r (G-I)]，得到去掉了首个UW序列的符号y ;
[0048] 所述对接收符号进行均匀分块操作是将符号y均匀分成Nbltjdt个块，每个块的长度 为N dspb，并用符号Yi表示第i个接收数据符号块；
[0049] 所述循环移位是对接收数据符号块yi+1，y i+2, i = 0,4,8,…作循环移位操作，循环 移位后的信号用符号y' i+1，y' i+2表示，则
[0050] y'i+1=Pyi+1
[0051] y'i+2=Pyi+2
[0052] 其中矩阵P是一个NXN维的置换矩阵，实现循环移位操作，其具体定义如下：
[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] 所述时频转换是对时域信号yp y' i+1，太i+2, yi+3, i = 〇,4,8，…作NdspbA FFT， 得到频域信号，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为虚数单位，表示j2= -I ;
[0061] 所述频域加减特定项是在频域，将Y' i+1，Y' i+2，Yi+3分别减去和补充某些特定项， 以方便后续操作，减去和补充特定项之后的频域信号用符号戈+,，文《厲+3表示，则：
[0065]上述式中，符号Am代表第m根发射天线到接收天线的信道循环矩阵H m的频域对 角化矩阵，即Am= WH mWH，上标H表示对矩阵作共轭转置；
信号的每一个频点进行频域均衡，得到频域的发送符号块估计，即X