专利名称：接收合并方法、系统及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及接收合并技术。
背景技术：
第三代移动通信系统(the 3rd Generation Mobile Communication，3G)以及未来的第四代移动通信系统(the 4th Generation Mobile Communication，4G)，在高速率数据传输的同时，对可靠性的要求也显著提高，尤其是在恶劣的自然环境下也要求满足较高可靠性。在这种背景下，混合自动重传请求(HybridAutomatic Repeat Request，HARQ)技术已成为提高可靠性的关键技术之一，HARQ技术基于自动重传请求(Automatic Repeat Request，ARQ)技术和前向纠错(Forward Error Correction，FEC)技术，如果接收端通过循环冗余检测(Cyclic Redundancy Check，CRC)校验出接收到的数据发生错误，则请求对该数据进行重传，进而提高该数据被正确接收的可靠性。
HARQ技术基于接收端的反馈进行数据重传，其本质上达到了时间分集技术的效果。分集技术也是提高系统性能的一种有效方式，分集技术是一组数据在发射端的至少两个发射分集上分别发射，在接收端对至少两个发射分集上分别发射的数据符号进行接收合并。目前已有多种发射分集方式，包括时间分集，是指在不同的时刻发射同样的数据符号或其适当的组合；小区分集，是指在不同的小区发射同样的数据符号或其适当的组合；极化分集，是指在同一天线的不同极化方向上发射同样的数据符号或其适当的组合；频率分集，是指在不同的频段发射同样的数据符号或其适当的组合；空间分集，是指在不同的天线上发射同样的数据符号或其适当的组合；码分集，是指采用不同的扩频码调制发射同样的数据符号或其适当的组合；中继(Relay)分集，是指在不同的中继基站(Relay Station，RS)之间或者RS与基站(Base Station，BS)之间发射不同的数据符号或者其适当的组合等。
如图1所示，为现有技术中基于HARQ技术的接收合并系统框图，在发射端，在MAC层被加入CRC校验码的一组数据被送入物理层进行传输；经过FEC编码后的信息比特经过星座映射，被调制为星座点调制符号，为了提高系统的频谱利用率，一般采用高阶调制；星座点调制符号在发射时称为数据符号，多个数据符号以数据包的形式经发射单元送入信道中。在接收端，接收单元接收经信道传输的数据包，对其中的数据符号经过干扰消除后进行解调，并将解调出的对数似然信息(Log Likelihood Ratio，LLR)进行缓存，LLR也称为软比特信息，最后对该软比特信息进行FEC解码。对解码后的数据进行CRC校验本次接收的正确性，如果接收端通过CRC校验出数据接收正确，则清除缓存的软比特信息，并通过反馈告知发射端传输下一组数据；如果接收端通过CRC校验出数据接收错误，通过反馈告知发射端对该组数据进行重传。
对一组数据的至少两次发射，接收端需要进行接收合并后再对接收数据进行CRC校验。现有技术中的接收合并方法是，对重传的数据包中的数据符号经过干扰消除后进行解调，将解调后的软比特信息进行缓存，并与之前缓存的该组数据解调后的软比特信息进行合并，合并的方法主要有两种跟踪(ChaseCombine，CC)合并和MRC(Maximum Ratio Combine，MRC)合并，软比特信息合并后进一步进行FEC解码。对解码后的数据进行CRC校验本次接收的正确性，如果接收端通过CRC校验出数据接收正确，则清除缓存的软比特信息，通过反馈告知发射端传输下一组数据；如果接收端通过CRC校验出数据接收错误，通过反馈告知发射端对该组数据进行重传。直至通过CRC校验出数据接收正确或者达到了最大重传次数，对该组数据进行的传输结束。
高阶调制的星座图通常可以由低阶调制的星座图经过恰当的组合构成，在组合的过程中需要为各低阶星座图乘上相应的系数，在此将各系数统称为调制因子。在对一组数据进行传输时，由于发射端采用高阶调制，高阶星座点调制符号由多个低阶星座点调制符号和不同的调制因子组合构成，不同调制因子导致了接收端解码可靠性的差异，从而使得纠错码性能很难达到最优。因此，在现有技术中提出了星座重组的方法，星座重组的方法是改变每次数据重传时信息比特的星座映射规律，从而使接收端合并后的软比特信息获得更加平均的解码可靠性。对现有技术中采用的星座重组方法举例介绍，例如在时刻t1发射信息比特为b0b1b2b3，其中，b0b1映射到低阶星座点调制符号x上，b2b3映射到低阶星座点调制符号y上，高阶星座点调制符号由低阶星座点调制符号x、y和不同的调制因子α、β组合构成，组合时采用的星座映射方式为z＝αx+βy，即发射的数据符号为z＝αx+βy。由于采用了星座重组技术，在对信息比特b0b1b2b3行重传时，经过星座映射调制之后发射的数据符号可以为z＝αx+βy、z＝αx-βy、z＝-αx+βy、z＝-αx-βy、z＝βx+αy、z＝βx-αy、z＝-βx+αy、z＝-βx-αy中的任意一种。
可见在现有技术中，基于HARQ技术进行数据重传，对一组数据采用星座重组的方法进行至少两次发射后在接收端进行接收合并时，对接收到的数据符号解调出的软比特信息进行合并，基于比特级的合并使系统性能提升比较有限，并且星座重组的方法对采用比特级接收合并的系统性能提升效果不大，仍有进一步提高的余地。同时基于发射分集的接收合并方法与基于数据重传的接收合并方法相似，也具有同样的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种接收合并方法、系统及设备，用以提升系统性能。
本发明实施例提供了一种基于数据重传的接收合并方法，包括 接收并缓存对一组数据进行至少两次发射的数据符号； 将所述数据符号经过干扰消除及符号合并后，进行解调和解码获得合并后的接收数据。
本发明实施例同时提供了一种数据重传的接收合并系统，包括 发射设备用于至少两次发射对一组数据分别进行调制后的数据符号； 接收设备用于接收并缓存发射设备发射的所述数据符号，将所述数据符号经过干扰消除及符号合并后，进行解调和解码获得合并后的接收数据。
本发明实施例提供了一种发射设备，包括 编码单元用于对一组数据进行编码操作得到信息比特； 调制单元用于将编码单元输出的所述信息比特调制为数据符号，对一组数据进行至少两次发射时，对该组数据中同一信息比特分别进行调制分配的调制因子不同； 发射单元用于发射调制单元输出的所述数据符号。
本发明实施例提供了一种接收设备，包括 接收单元用于接收数据符号； 缓存单元用于将接收单元接收到的所述数据符号进行缓存； 干扰消除单元用于将缓存单元缓存的所述数据符号进行干扰消除及符号合并，得到干扰消除及合并后的数据符号； 解调单元用于对干扰消除单元输出的所述数据符号进行解调得到信息； 解码单元用于对解调单元输出的所述信息进行解码获得合并后的接收数据。
本发明实施例还提供了一种基于发射分集的接收合并方法，包括 接收并缓存在至少两个发射分集支路上对一组数据分别进行调制后发射的数据符号； 将所述数据符号经过干扰消除及符号合并后，进行解调和解码获得合并后的接收数据。
本发明实施例还提供了一种基于发射分集的接收合并系统，包括 发射设备用于发射在至少两个发射分集支路上对一组数据分别进行调制后得到的数据符号； 接收设备用于接收并缓存发射设备发射的所述数据符号，将所述数据符号经过干扰消除后，进行解调和解码获得合并后的接收数据。
本发明实施例提供的基于数据重传的接收合并方法、系统及设备，通过缓存对一组数据进行至少两次发射所接收到的数据符号，并将缓存的数据符号通过干扰消除及符号合并后进行解调和解码，对数据实现了符号级的接收合并，有效地改善了系统性能，减少了误帧率和误比特率，提高了系统的信道容量和频谱利用率。
本发明实施例提供的基于发射分集的接收合并方法及系统，通过将接收到的至少两个发射分集支路上的数据符号进行缓存，并通过干扰消除及符号合并后进行解调和解码，对数据实现了符号级的接收合并，有效地改善了系统性能，减少了误帧率和误比特率，提高了系统的信道容量和频谱利用率。
图1为现有技术中基于HARQ技术的接收合并系统框图； 图2为本发明实施例中基于数据重传的接收合并系统框图； 图3为本发明实施例中基于数据重传的接收合并方法流程图； 图4为本发明实施例中两个QPSK数据符号叠加组成16QAM数据符号的示意图； 图5为本发明实施例中双发射双接收系统传输示意图； 图6为本发明实施例中双天线发射时星座映射方式组合模式图； 图7为本发明实施例与现有技术中基于数据重传的接收合并方法对系统性能提升对比示意图； 图8为本发明实施例中基于发射分集的接收合并方法流程图。
具体实施例方式 在目前的移动通信系统中采用的基于数据重传的接收合并方法，对于一组数据的至少两次发射，在接收端对经过信道传输的数据符号分别单独进行干扰消除，之后解调，并将解调后的软比特信息通过CC合并或MRC合并之后进行解码得到接收数据。这种方法使系统性能的提升较低，本发明人认为如果在接收端对经过信道传输的至少两次发射的数据符号通过干扰消除技术来综合处理，可以实现符号级的合并，并将合并后的数据符号进行解调和解码后得到合并后的接收数据，将会大大提高系统性能。进一步，本发明实施例还在基于现有星座重组方法的基础上提出在发射端对一组数据进行至少两次发射时，对该组数据中同一信息比特分配的调制因子不同，从而使接收端接收到至少两次发射的数据符号并进行合并后，实现各信息比特解码可靠性的整体均衡，这称为优化星座重组策略。
基于以上分析，本发明实施例提供了一种基于数据重传的接收合并系统，如图2所示，该系统包括发射设备201和接收设备202，其中 发射设备201用于至少两次发射对一组数据分别进行调制后的数据符号； 接收设备202用于接收并缓存发射设备201发射的数据符号，将数据符号进行干扰消除及符号合并后，进行解调和解码获得合并后的接收数据。
根据优化星座重组策略，发射设备对一组数据进行至少两次发射时，对该组数据中同一信息比特分别进行调制分配的调制因子不同。
接收设备202还用于对接收数据进行校验，如果检验出数据接收正确，则清除缓存的数据符号，并指示发射下一组数据；如果校验出数据接收错误，则指示重新发射该组数据； 发射设备201在接收到接收设备202反馈的发射下一组数据的指示后，发射下一组数据；在接收到接收设备202反馈的重新发射该组数据的指示后，重新发射该组数据。
本发明实施例提供的一种发射设备201，包括 编码单元2011用于对一组数据进行编码操作得到信息比特； 调制单元2012用于将编码单元2011输出的信息比特调制为数据符号，进一步根据优化星座重组策略，对一组数据进行至少两次发射时，对该组数据中同一信息比特分别进行调制分配的调制因子不同； 发射单元2013用于发射调制单元2012输出的数据符号。
本发明实施例提供的一种接收设备202，包括 接收单元2021用于接收数据符号； 缓存单元2022用于将接收单元2021接收到的数据符号进行缓存； 干扰消除单元2023用于将缓存单元2022缓存的数据符号进行干扰消除以符号合并，得到干扰消除及合并后的数据符号； 解调单元2024用于对干扰消除单元2023输出的数据符号进行解调得到信息，一般为对数似然信息； 解码单元2025用于对解调单元2024输出的信息进行解码获得合并后的接收数据。
接收单元2021、缓存单元2022、干扰消除单元2023、解调单元2024和解码单元2025已经实现了接收端对数据的接收合并，接收设备202还包括 校验单元2026用于对解码单元2025输出的接收数据进行校验，如果校验出数据接收正确，则清除缓存的数据符号，并指示发射下一组数据；如果校验出数据接收错误，则指示重新发射该组数据。
本发明实施例提供的发射设备和接收设备中各单元可以位于一个物理实体，也可以位于不同的物理实体上。
本发明实施例同时提供了一种基于数据重传的接收合并方法，如图3所示，包括步骤 S301、接收并缓存对一组数据进行至少两次发射的数据符号； S302、将数据符号经过干扰消除及符号合并后，进行解调和解码获得合并后的接收数据。
如果基于优化星座重组策略，则对一组数据进行至少两次发射时，对该组数据中同一信息比特分配的调制因子不同。
S303、对接收数据进行校验，如果检验出数据接收正确，则清除缓存的数据符号，并指示发送端发射下一组数据；如果校验出数据接收错误，则指示发送端重新发射该组数据。
本发明实施例提供的基于数据重传的接收合并系统及方法可以将接收数据实现符号级的合并，同时发射端如果采用优化星座重组策略，则可以均衡接收端对应的各信息比特的解码可靠性，从而大大提高了系统性能。
下面对本发明实施例提供的基于数据重传的接收合并方法及系统进行详细说明，具体的应用场景是基于HARQ技术的单输入单输出(Single Input SingleOutput，SISO)系统，当然也可以基于ARQ技术，两种技术的区别在于HARQ技术为物理层重传技术，ARQ技术为物理层以上的高层重传技术，采用HARQ技术还是ARQ技术对本方案的实施并无影响。
本发明实施例中，以基于HARQ技术的SISO系统为例进行详细说明，在发射端对发射的一组数据采用高阶调制技术，例如M-PSK、M-QAM、log2(M)>2等，在接收端通过CRC校验对该组数据接收的正确性。如果接收端通过CRC校验出数据接收错误，通过反馈告知发射端重传该组数据，即产生了数据重传。对至少一次发射的一组数据，在接收端进行CRC校验之前，需要进行接收合并，本发明实施例采用符号级的接收合并方案，即在接收端的接收单元与解调单元之间增加干扰消除接收机来检测信号。常用的干扰消除接收机包括迫零(Zero-Forcing，ZF)、最小均方误差(Linear Minimum Mean-Squared Error，L-MMSE)、最大似然(Maximum Likelihood，ML)、串行干扰消除(SuccessiveInterference Cancellation，SIC)、并行干扰消除(Parallel Interference Cancellation，PIC)等几种，也有可能是多种干扰消除技术的组合。干扰消除接收机连接一个缓存单元，缓存单元中缓存至少一次发射该组数据后由接收单元接收到的数据符号。缓存单元中缓存的数据符号同时通过干扰消除接收机，可实现接收端对至少一次发射的该组数据进行符号级合并，通过干扰消除接收机合并后输出的数据符号再送入解调单元和解码单元即可得到合并后的接收数据，最后将接收数据送入校验单元进行CRC校验。
本发明实施例提供了一种接收合并方法，包括以下步骤 a1、假设在t1时刻发射一组数据，经FEC编码之后的信息比特为b0b1b2b3，b0b1映射到QPSK星座点调制符号x上，b2b3映射到QPSK星座点调制符号y上，x、y的调制因子分别为α、β，信息比特b0b1b2b3被调制成为16QAM星座点调制符号时采用的星座映射方式为z＝αx+βy； a2、接收端接收经信道传输的数据符号并进行缓存，假设该数据符号经过信道传输后在接收端接收到的数据符号为r1，通过解调、FEC解码后，对解码后的接收数据进行CRC校验，如果接收正确，表明对该组数据的传输成功完成，则清除缓存的数据符号r1，并通过反馈通知发送端传输下一组数据；如果CRC校验发现t1时刻传输的该数据接收错误，则通过HARQ请求发送端重新发射该组数据，继续进行a3； a3、若在t2时刻重新发射该组数据，即信息比特b0b1b2b3； 在再次发射该组数据时，可以按照现有技术那样为该组数据进行星座重组映射，调制后进行发射； 进一步的，为了保证同一组数据的同一信息比特在两次或多次发射中分配的调制因子不同，本发明实施例还提出了一种优化的星座重组方案，具体如下 假设某时刻，在MAC层加入CRC校验码的数据经FEC编码之后的信息比特为b0b1b2b3，b0b1映射到QPSK星座点调制符号x上，b2b3映射到QPSK星座点调制符号y上，当然，对信息比特也可以采用其它分组方法进行映射，例如b0b2映射到星座符号x上，b1b3映射到星座符号y上，不再一一列举，x、y乘上相应的调制因子α、β，叠加成为16QAM星座点调制符号发射，因为有两个调制因子，所以可以称调制阶数为2，其过程如图4所示。其中，两个QPSK星座点调制符号叠加组成16QAM星座点调制符号，一共有8种不同的星座映射方式，分别为z＝αx+βy、z＝αx-βy、z＝-αx+βy、z＝-αx-βy、z＝βx+αy、z＝βx-αy、z＝-βx+αy、z＝-βx-αy。本发明实施例提出了一种优化星座重组策略，当α和β为实数时，如果第一次发射采用的星座映射方式为z＝αx+βy、那么第二次发射可以采用的星座映射方式为z＝βx+αy、z＝βx-αy、z＝-βx+αy、z＝-βx-αy中的任意一种，这样可以保证同一组数据的同一信息比特在两次发射中分配的调制因子不同，由此根据优化星座重组策略和调制阶数为2可以得到第一优化星座重组方案两次发射采用以下组合中的任意一种，如公式[1]所示，两次发射采用的各组合中提供的两种星座映射方式的顺序可以交换，较优的，选用组合3或组合4。
组合1组合2组合3组合4 第一优化星座重组方案基于α和β均为实数提出，α和β均为实数是由传统的星座映射方式决定的。在3GPP2标准中，在高阶调制(HierarchalModulation)时，对传统的星座映射方式进行了调整，此时发射的数据符号z＝αx+βy中的调制因子α、β可能为复数，针对α、β为复数的情况，根据优化星座重组策略，如果第一次发射采用的星座映射方式为z＝αx+βy、那么第二次发射可以采用的星座映射方式为z＝β*x-α*y、z＝-β*x+α*y、z＝β*x+α*y、z＝-β*x-α*y中的任意一种，其中()*表示共轭。由此提出了第二优化星座重组方案两个时间发射分集采用以下组合中的任意一种，如公式[2]所示，两次发射采用的各组合中提供的两种星座映射方式的顺序可以交换，较优的，选用组合3或组合4。
组合1组合2 组合3组合4 针对α、β为复数的情况，根据优化星座重组策略，如果第一次发射采用的星座映射方式为z＝αx+βy、那么第二次发射可以采用的星座映射方式为z＝βx*-αy*、z＝-βx*+αy*、z＝βx*+αy*、z＝-βx*-αy*中的任意一种。由此提出了第三优化星座重组方案两个时间发射分集采用以下组合中的任意一种，如公式[3]所示，两次发射采用的各组合中提供的两种星座映射方式的顺序可以交换，较优的，选用组合3或组合4。
组合1组合2 组合3组合4 可以根据α和β为实数还是虚数选择本发明实施例提出的一种对应的优化星座重组方案，假设α和β为实数，则根据第一优化星座重组方案，经过星座映射方式调制后，发送的数据符号为z＝βx+αy，当然也可以为z＝βx-αy、z＝-βx+αy或z＝-βx-αy； a4、接收端接收该重新发送的数据符号并进行缓存，假设重新发送的该组数据经信道传输后在接收端接收到的数据符号为r2，接收端将r1和r2同时通过干扰消除接收机检测信号，以消除相关信道的干扰并进行符号合并，将消除干扰并进行符号合并后的数据符号进一步解调和FEC解码； a5、对解码后的接收数据进行CRC校验，如果接收正确，表明对该组数据的传输成功完成，则清除缓存的数据符号r1和r2，并通过反馈通知发送端传输下一组数据；如果通过CRC校验发现t2时刻传输的该组数据接收错误，则通过HARQ请求发送端重新发送该组数据； 依次类推，直至CRC校验出数据接收正确或者达到配置的最大重新发射次数。
下面对干扰消除接收机能实现符号级合并的接收原理进行介绍。优选地，本发明实施例采用的干扰消除接收机为LMMSE接收机或ZF接收机，以发射端采用优化星座重组方案对同一组数据的两次发射为例进行说明，具体的为上述t1和t2时刻对信息比特b0b1b2b3进行的两次发射。当α、β均为实数时，根据本发明实施例提供的第一优化星座重组方案中组合1为例，两次发射同一组数据后接收端接收到的经信道传输的数据符号可以如式[4]所示 其中，结合现有噪声理论模型，假设n1、n2为均值为0的高斯噪声，且E{*}表示*的数学期望值，
代表噪声功率；h1、h2分别代表两次传输数据时的信道响应参数；x、y为幅度为1的QPSK数据符号，|x|＝|y|＝1，x、y调制因子分别为α、β，假设 由公式[4]可以得到公式[5] 其中为虚拟的天线传输矩阵，在可以通过导频信号得到参数h1、h2，从而确定出该矩阵的具体数值，通过干扰消除接收机后即可解出加入信道噪声影响的x和y，从而实现了接收数据的符号级合并，可进一步进行解调和解码。
例如通过ZF接收机得到的加入噪声影响的x和y可以表示为公式[6] 对于矩阵H来说，也可能存在没有逆矩阵的情况，那么公式[6]中的H-1由(H*H)-1H*代替，其中H*为矩阵H的共轭转置矩阵，同样可以得到加入噪声影响的x和y，效果等价。
类似的，通过L-MMSE接收机得到加入噪声影响的x和y表示为公式[7] 其中，W＝(H*H+σ2I)-1H*，其中
σ2表示噪声方差，Ps表示发送信号功率，σ2表示接收信号的噪声功率，I为2×2的单位矩阵。
当α、β均为复数时，根据本发明实施例提供的第二优化星座重组方案中组合1为例，两次发射同一组数据后接收端接收到的经信道传输的数据符号可以如式[8]所示，假设 由公式[8]可以得到公式[9] 其中为虚拟的天线传输矩阵，也可以通过导频信号得到参数h1、h2，从而确定出该矩阵的具体数值，通过干扰消除接收机后即可解出加入信道噪声影响的x和y。
例如通过ZF接收机得到的加入噪声影响的x和y可以表示为公式[10] 如果矩阵H没有逆矩阵，同样H-1也可以采用(H*H)-1H*的形式，效果等价。
类似的，令W＝(H*H+σ2I)-1H*，其中
σ2表示噪声方差，Ps表示发送信号功率，则通过L-MMSE接收机得到的加入噪声影响的x和y可以表示为公式[11] 当α、β均为复数时，根据本发明实施例提供的第三优化星座重组方案中组合1为例，两次发射同一组数据后接收端接收到的经信道传输的数据符号可以如式[12]所示，假设 此时无法对x和y直接求解，需要对公式[12]进行恒等变形得到公式[13] 由公式[13]可以得到公式[14] 其中为虚拟的天线传输矩阵，也可以通过导频信号得到参数h1、h2，从而确定出该矩阵的具体数值，通过干扰消除接收机后即可解出加入信道噪声影响的x和y。
例如通过迫零接收机得到的加入噪声影响的x和y可以表示为公式[15] 如果矩阵H没有逆矩阵，同样H-1也可以采用(H*H)-1H*的形式，效果等价。
同样的，令
其中
σ2表示噪声方差，Ps表示发送信号功率，则通过L-MMSE接收机得到的加入噪声影响的x和y可以表示为公式[16] 对两次发射的数据符号分别接收并缓存后，同时通过干扰消除接收机即可解出加入信道噪声影响的x和y，从而实现了接收端的符号级合并，进一步进行解调和解码可以得到接收数据。
3G/4G移动通信系统中，为了增强系统性能，引入了多输入多输出(MultipleInput Multiple Output，MIMO)技术，MIMO技术是一种空间分集技术，利用了一个信道的多个输入和多个输出，极大地提高了系统的频谱利用率和基站的覆盖范围。现以双发射双接收系统为例进行说明，参见图5所示，为发射单元和接收单元均为双天线的发射、接收示意图。在MIMO系统中，本发明实施例假设某时刻，在MAC层加入CRC校验码的数据经FEC编码之后，在天线#1和天线#2欲发射信息比特分别为b0b1b2b3和b4b5b6b7，其中b0b1和b4b5分别映射到QPSK星座点调制符号x1和x2，b2b3和b6b7分别映射到QPSK星座点调制符号y1和y2上；x1、y1的调制因子分别为α、β，叠加成为16QAM星座点调制符号在天线#1发射，x2、y2的调制因子分别为α、β，当然，x2、y2的调制因子也可以是按照现有技术中的星座重组策略重新选择一组调制因子或是按照本发明实施例提出的一种优化的星座重组策略重新选择一组调制因子，叠加成为16QAM星座点调制符号在天线#2发射，当然也可以x1、y1在天线#2发射，x2、y2在天线#1发射。在天线#1和天线#2上分别发射的一组数据可以按照各自的星座映射方式进行调制，如果在第1个时间分集上天线#1和天线#2分别采用的星座映射方式为模式1，根据优化星座重组策略，请参见图6，模式2至19为第2个时间分集上天线#1和天线#2可以分别采用的星座映射方式的所有模式，模式2至10是以在第2个时间分集上x1、y1仍在天线#1发射而x2、y2仍在天线#2发射给出的，模式11至19是以在第2个时间分集上x1、y1在天线#2发射而x2、y2在天线#1发射给出的。模式2至19是基于α和β均为实数，本发明实施例给出α和β均为实数时的第一优化星座重组方案第1个时间分集上天线#1和天线#2分别采用的星座映射方式为模式1，第2个时间分集上天线#1和天线#2分别采用的星座映射方式为模式2至19中的任意一种，两次发射采用两组模式的顺序可以交换。
当α和β均为复数时，与SISO系统中相同，提出的第二优化星座重组方案是第1个时间分集上天线#1和天线#2分别采用的星座映射方式为模式1，第2个时间分集上天线#1和天线#2分别采用的星座映射方式为模式2至模式19中各α和β取共轭后的任意模式；类似的，第三优化星座重组方案是第1个时间分集上天线#1和天线#2分别采用的星座映射方式为模式1，第2个时间分集上天线#1和天线#2分别采用的星座映射方式为模式2至模式19中各x1、y1、x2、y2取共轭后的任意模式。较优的，第2个时间分集上天线#1和天线#2分别采用的星座映射方式可以选择模式2至5和模式11至14中的任意一种，这8种模式不仅保证不同时间分集上同一信息比特的调制因子不同，还保证同一信息比特的正负号有差异，从而使得接收端解调后软比特信息的解码可靠性更加均衡。
基于优化星座重组策略的数据重传，本发明实施例提供了一种接收合并方法，包括以下步骤 b1、假设在t1时刻发射一组数据，经FEC编码之后天线#1和天线#2欲发送信息比特分别为b0b1b2b3和b4b5b6b7，其中，b0b1和b4b5分别映射到QPSK星座点调制符号x1、x2，b2b3和b6b7分别映射到QPSK星座点调制符号y1、y2上；x1、y1的调制因子分别为α、β，信息比特b0b1b2b3被调制成为16QAM星座点调制符号时采用的星座映射方式为z1＝αx1+βy1，x2、y2的调制因子为α、β，当然也可以不同，信息比特b4b5b6b7被调制成为16QAM星座点调制符号时采用的星座映射方式为z2＝αx2+βy2； b2、接收端接收经信道传输的数据符号并进行缓存，假设该数据符号经过信道传输后在接收端接收到的数据符号为r11、r21，通过解调、FEC解码后，对解码后的接收数据进行CRC校验，如果接收正确，表明对该组数据的传输成功完成，则清除缓存的数据符号r11、r21，并通过反馈通知发送端传输下一组数据；如果CRC校验发现t1时刻传输的该数据接收错误，则通过HARQ请求发送端重新发射该组数据，继续进行b3； b3、若在t2时刻重新发射该组数据，即信息比特b0b1b2b3和b4b5b6b7，可以根据α和β为实数还是虚数选择对应的优化星座重组方案，假设α和β为实数，则根据第一优化星座重组方案，经过星座映射方式调制后，发送的数据符号为模式2至19中的任意一种； b4、接收端接收该重新发送的数据符号并进行缓存，假设重新发送的该组数据经信道传输后在接收端接收到的数据符号为r21、r22，接收端将r11、r21和r21、r22同时通过干扰消除接收机检测信号，以消除相关信道的干扰，消除干扰后进一步解调和FEC解码； b5、对解码后的接收数据进行CRC校验，如果接收正确，表明对该组数据的传输成功完成，则清除缓存的数据符号r11、r21和r21、r22，并通过反馈通知发送端传输下一组数据；如果通过CRC校验发现t2时刻传输的该组数据接收错误，则通过HARQ请求发送端重新发送该组数据； 对该组数据的重传直至CRC校验出数据接收正确或者达到配置的最大重新发射次数为止。
下面对MIMO系统中干扰消除接收机能实现符号级合并的接收原理进行介绍。优选地，采用的干扰消除接收机为LMMSE或ZF接收机。在MIMO系统中接收端采用干扰消除技术时可以采用以下两种处理方案，下面对实现原理分别进行介绍。首先介绍处理方案一，针对t1时刻两天线上发射的数据包，如果采用模式1，则接收端接收到的两路数据符号可以表示为 结合现有噪声理论模型，假设n1、n2为均值为0高斯噪声，且其中，E{*}表示*的数学期望值，
代表噪声功率；
表示第i根发射天线到第j根接收天线在第n个传输分集上的信道传输函数；x、y为幅度为1的QPSK调制符号|x|＝|y|＝1； x、y的调制因子为α、β，α和β可以为实数也可以为复数，当α和β为实数时采用第一优化星座重组方案，当α和β为复数时可以采用第二优化星座重组方案，下面对采用第一优化星座重组方案和第二优化星座重组方案的接收原理一并进行介绍。因为从数学角度来讲，实数只是复数的一种特殊形式，例如当θ1和θ2为kπ，k∈z时，α、β即为实数，实数的共轭即为该实数本身。在此以为例介绍采用前两种优化星座重组方案的接收原理。
根据SISO系统中的接收原理，公式[17]的两路数据符号经过干扰消除操作后，可以得到如公式[18]所示
其中，fN(n1，n2..)(N＝1，2)代表关于n1和n2及其它相关参数的函数，相关参数例如x1、y1、x2、y2等。
针对t2时刻两天线上发射的数据包，如果采用模式12，接收端接收到的数据符号可以表示为 如果α和β为实数，那么α＝α*，β＝β*，结合现有噪声理论模型，假设n3、n4为均值为0高斯噪声，且 公式[19]的数据符号经过干扰消除操作后，得到如公式[20]所示
其中，其中，fN(n3，n4..)(N＝3，4)代表关于n3和n4及其它相关参数的函数，相关参数例如x1、y1、x2、y2等。
由公式[19]和[20]可得以下两式
对公式[21]和[22]分别进行干扰消除操作可以解得x1、y1、x2和y2。
下面介绍处理方案二，仍然对采用第一优化星座重组方案和第二优化星座重组方案的接收原理一并进行介绍。针对t1和t2时刻两天线上发射的数据包，如果第一次发射采用模式1，第二次发射采用模式12，则接收端接收到的数据符号可以作为一次传输的四路数据符号如公式[23]所示 由公式[23]可以得到公式[24] 对公式[24]通过干扰消除操作后即可解出加入信道噪声影响的x1、y1、x2、y2。
当α、β为复数的时候，还可以采用第三优化星座重组方案，下面对其接收原理进行介绍。该方案为第1个时间分集上天线#1和天线#2分别采用的星座映射方式为模式1，第2个时间分集上天线#1和天线#2分别采用的星座映射方式为模式2至模式19中各x1、y1、x2、y2取共轭后的任意模式，仍以采用模式12为例进行介绍。
对于处理方案一来说，针对t1时刻两天线上发射的数据包，采用模式1，则接收端接收到的两路数据符号可以表示为公式[17]，例如 公式[17]的两路数据符号经过干扰消除操作后，得到如公式[18]所示
其中，fN(n1，n2..)(N＝1，2)代表关于n1和n2及其它相关参数的函数，相关参数例如x1、y1、x2、y2等。
例如针对t2时刻两天线上发射的数据包，如果采用模式12中各x1、y1、x2、y2取共轭后的模式，接收端接收到的数据符号可以表示为公式[25] 为了实现通过干扰消除机后对x1、y1、x2、y2求解，可以对公式[25]进行恒等变形得到下式[26] 公式[26]的数据符号经过干扰消除操作后，得到如公式[27]所示
其中，代表关于
和
及其它相关参数的函数，相关参数例如x1、y1、x2、y2等。
由公式[18]和[27]可得公式[28]和[29]
对公式[28]和[29]分别进行干扰消除操作可以解出加入信道噪声影响的x1、y1、x2、y2。
下面介绍处理方案二，可知针对t1和t2时刻两天线上发射的数据包，接收端接收到的数据符号可以作为一次传输的四路数据符号，如公式[30]所示 为了实现通过干扰消除机后对x1、y1、x2、y2求解，可以对公式[30]进行恒等变形得到公式[31] 由公式[31]可以得到公式[32] 对公式[32]通过干扰消除操作后即可解出加入信道噪声影响的x1、y1、x2、y2。
对两次发射的数据符号分别接收并缓存后，同时通过干扰消除接收机即可解出加入信道噪声影响的x1、y1、x2、y2，从而实现了接收端的符号级合并，进一步进行解调和解码可以得到接收数据。
上述所有的三种优化星座重组方案都是基于16QAM的实现，也即调制阶数为2的具体实现，本发明实施例提供的优化星座重组策略也适用于其它的调制方式如8PSK，8APSK，64QAM，128QAM等。以调制阶数为3的64QAM为例，六个信息比特b0b1b2b3b4b5映射到64QAM的星座点s上，可以分解成如下形式s＝αx+βy+γz，其中α，β，γ为调制因子，可以是实数也可以是复数，x，y，z分别为2个信息比特映射的QPSK星座点调制符号。那么，根据优化星座重组策略和调制阶数可以得到优化星座重组方案中的一种组合方式，如果在第1次发射的数据符号为s1＝αx+βy+γz，那么在第2次发射的数据符号可以为s2＝β(2)x(2)+γ(2)y(2)+α(2)z(2)，在第3次发射的数据符号可以为s3＝γ(3)x(3)+α(3)y(3)+β(3)z(3)。还有很多符合优化星座重组策略的组合方式，不再一一列举。对至少一次发射的数据符号采用本发明实施例提供的接收合并方法来进行合并得到接收数据，可以提高系统性能。
请参见图7，为本发明实施例提供的基于数据重传的接收合并方法与现有技术中的接收合并方法对系统性能提升的对比示意图，由计算机模拟仿真得到，可以看出减少了误帧率和误比特率，提高了系统的信道容量和频谱利用率。
本发明实施例提供的基于数据重传的接收合并方法，应用于采用HARQ技术在不同时刻进行的至少一次数据发射，对一组数据也可以基于发射分集技术在不同的时刻、不同的小区、不同的天线、不同的极化方向、不同的频段、不同的扩频码、不同的中继基站等至少两个发射分集分支上进行数据发射，同样需要在接收端对数据进行接收合并。本发明实施例提供了一种基于发射分集的接收合并方法及系统，如图所8示，本发明实施例提供的基于发射分集的接收合并方法，包括 S801、接收并缓存在至少两个发射分集支路上对一组数据分别进行调制后发射的数据符号； 较优的，在至少两个发射分集支路上对一组数据分别进行调制时，对该组数据中同一信息比特分配的调制因子不同； S802、将至少两个发射分集支路上的数据符号进行干扰消除及符号合并后，进行解调和解码获得合并后的接收数据。
本发明实施例还提供了一种基于发射分集的接收合并系统，包括 发射设备用于发射在至少两个发射分集支路上对一组数据分别进行调制后得到的数据符号； 接收设备用于接收并缓存发射设备发射的数据符号，将数据符号经过干扰消除及符号合并后，进行解调和解码获得合并后的接收数据。
较优的，发射设备在至少两个发射分集支路上对一组数据分别进行调制时，对该组数据中同一信息比特分配的调制因子不同。
本发明实施例提供的基于发射分集的接收合并方法及系统有效地改善了系统性能，减少了误帧率和误比特率，提高了系统的信道容量和频谱利用率。
本发明实施例提供的基于数据重传和其它发射分集的接收合并方法可以在系统中同时使用，一个具体的应用场景是基于HARQ技术的MIMO系统。假设MIMO系统为双发射双接收系统，在天线#1和天线#2欲发射信息比特均为b0b1b2b3，包括步骤 c1、t1时刻在两个空间发射分集支路，即天线#1和天线#2上分别发射该组数据b0b1b2b3； 较优的，在两个空间发射分集支路上对该组数据分别进行调制时，对该组数据中同一信息比特分配的调制因子不同； c2、接收端接收并缓存两个空间发射分集支路上发射的数据符号，并通过干扰消除及符号合并后进行解调和解码获得合并后的接收数据； c3、对接收数据进行CRC校验，如果通过CRC校验出数据接收正确，表明对该组数据发送成功完成，则清除缓存的数据符号，并指示发射下一组数据；如果通过CRC校验出数据接收错误，则指示重新发射该组数据，继续执行c4； c4、t2时刻在两个空间发射分集支路，即天线#1和天线#2上重新发射该组数据b0b1b2b3； 较优的，在两个空间发射分集支路上对该组数据分别进行调制时，对该组数据中同一信息比特分配的调制因子不同； c5、接收端接收并缓存两个空间发射分集支路上重新发射的数据符号，并对两次在两个空间发射分集支路上分别发射的数据符号同时通过干扰消除及符号合并后进行解调和解码获得合并后的接收数据； c6、对接收数据进行CRC校验，如果接收正确，表明对该组数据的传输成功完成，则清除缓存的数据符号，并指示发射下一组数据；如果通过CRC校验出数据接收错误，则指示重新发射该组数据； 依此类推，直至校验出数据接收正确或者达到配置的最大重新发射次数。
并且较优的，对于一组数据b0b1b2b3进行t1和t2两次发射时，对该组数据中同一信息比特分配的调制因子不同。
一般地，对于调制阶数为M的高阶调制，假设α1，...，αM为调制因子，可以是实数或者复数，x1，...，xM是由信息比特映射成的低阶星座点调制符号；假设z1，z2，...，zK为不同发射次数分别发射的数据符号，或者在不同发射分集支路上分别发射的数据符号，这里的发射分集包括不同的时刻/不同的频段/不同的天线/不同的极化方向/不同的小区/不同的中继基站/不同扩频码调制以及上述的组合，例如在不同的时刻，不同的天线上等； 根据优化星座重组策略和调制阶数可以相应制定优化星座重组方案，例如第1次发射或者第1个发射分集上的数据符号表示为z1＝α1x1+α2x2+…αMxM，则第2次到第K次发射或第2个到第K个发射分集上对α1，...，αM和x1，...，xM经过适当组合变换而成的数据符号表示为z2，...，zK，符合优化星座重组策略，这里的组合变换包括加、减、乘、除、共轭等； 对上述K次发射或者K个发射分集上的数据符号z1，z2，...，zK可以看作虚拟天线阵上发送的多路数据符号，各分集支路上的数据合并方法采用ZF、L-MMSE、ML、SIC、PIC等干扰消除技术进行信号检测； 其中K和M可以相等，也可以不等，在不同发射分集采用的星座映射方式可以按照一定的方式轮流使用。
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。
权利要求
1、一种基于数据重传的接收合并方法，其特征在于，包括
接收并缓存对一组数据进行至少两次发射的数据符号；
将所述数据符号经过干扰消除及符号合并后，进行解调和解码获得合并后的接收数据。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，对一组数据进行至少两次发射时，对该组数据中同一信息比特分别进行调制分配的调制因子不同。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括
对所述接收数据进行校验，如果检验出数据接收正确，则清除缓存的所述数据符号，并指示发射下一组数据；如果校验出数据接收错误，则指示重新发射该组数据，直至校验出数据接收正确或者达到配置的最大重新发射次数。
4、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对该组数据中同一信息比特分别进行调制，包括
根据调制阶数确定对一组数据进行的至少两次发射中同一信息比特分别进行调制时分配的调制因子；
根据确定的调制因子对所述一组数据中同一信息比特在至少两次发射中分别进行调制。
5、一种基于数据重传的接收合并系统，其特征在于，包括
发射设备用于至少两次发射对一组数据分别进行调制后的数据符号；
接收设备用于接收并缓存发射设备发射的所述数据符号，将所述数据符号经过干扰消除及符号合并后，进行解调和解码获得合并后的接收数据。
6、如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述发射设备对一组数据进行至少两次发射时，对该组数据中同一信息分别进行调制比特分配的调制因子不同。
7、如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述接收设备还用于对所述接收数据进行校验，如果检验出数据接收正确，则清除缓存的所述数据符号，并指示发射下一组数据；如果校验出数据接收错误，则指示重新发射该组数据。
8、如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述发射设备还在接收到发射下一组数据的指示后，发射下一组数据；在接收到重新发射该组数据的指示后，重新发射该组数据。
9、一种接收设备，其特征在于，包括
接收单元用于接收数据符号；
缓存单元用于将接收单元接收到的所述数据符号进行缓存；
干扰消除单元用于将缓存单元缓存的所述数据符号进行干扰消除及符号合并，得到干扰消除及合并后的数据符号；
解调单元用于对干扰消除单元输出的所述数据符号进行解调得到信息；
解码单元用于对解调单元输出的所述信息进行解码获得合并后的接收数据。
10、如权利要求9所述的接收设备，其特征在于，还包括
校验单元用于对解码单元输出的所述接收数据进行校验，如果校验出数据接收正确，则清除缓存单元中缓存的数据符号，并指示发射下一组数据；如果校验出数据接收错误，则指示重新发射该组数据。
11、一种发射设备，其特征在于，包括
编码单元用于对一组数据进行编码操作得到信息比特；
调制单元用于将编码单元输出的所述信息比特调制为数据符号，对一组数据进行至少两次发射时，对该组数据中同一信息比特分别进行调制分配的调制因子不同；
发射单元用于发射调制单元输出的所述数据符号。
12、如权利要求11所述的发射设备，其特征在于，所述调制单元还在至少两个发射分集支路上对编码单元输出的所述信息比特分别进行调制后得到数据符号，在至少两个发射分集支路上对一组数据分别进行调制时，对该组数据中同一信息比特分配的调制因子不同。
13、一种基于发射分集的接收合并方法，其特征在于，包括
接收并缓存在至少两个发射分集支路上对一组数据分别进行调制后发射的数据符号；
将所述数据符号经过干扰消除及符号合并后，进行解调和解码获得合并后的接收数据。
14、如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述在至少两个发射分集支路上对一组数据分别进行调制时，对该组数据中同一信息比特分配的调制因子不同。
15、如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述在至少两个发射分集支路上对一组数据分别进行调制，包括
根据调制阶数确定在至少两个发射分集支路上对一组数据中同一信息比特分别进行调制时分配的调制因子；
根据确定的调制因子对所述一组数据在发射分集支路上分别进行调制。
16、如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括
对所述接收数据进行校验，如果检验出数据接收正确，则清除缓存的所述数据符号，并指示发射下一组数据；如果校验出数据接收错误，则指示重新发射该组数据，直至校验出数据接收正确或者达到配置的最大重新发射次数。
17、如权利要求15所述的方法，其特征在于，对一组数据进行至少两次发射时，对该组数据中同一信息比特分别进行调制分配的调制因子不同。
18、一种基于发射分集的接收合并系统，其特征在于，包括
发射设备用于发射在至少两个发射分集支路上对一组数据分别进行调制后得到的数据符号；
接收设备用于接收并缓存发射设备发射的所述数据符号，将所述数据符号经过干扰消除后进行解调和解码获得合并后的接收数据。
19、如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述发射设备在至少两个发射分集支路上对一组数据分别进行调制时，对该组数据中同一信息比特分配的调制因子不同。
20、如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述接收设备还对所述接收数据进行校验，如果检验出数据接收正确，则清除缓存的所述数据符号，并指示发射下一组数据；如果校验出数据接收错误，则指示重新发射该组数据。
21、如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述发射设备接收到发射下一组数据的指示后，在所述至少两个发射分集支路上发射下一组数据；
所述发射设备接收到重新发射该组数据的指示后，在所述至少两个发射分集支路上重新发射该组数据。
22、如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述发射设备对一组数据进行至少两次发射时，对该组数据中同一信息比特分别进行调制分配的调制因子不同。
全文摘要
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种接收合并技术。本发明实施例提供的接收合并方法、系统及设备，有效提升了系统性能。基于数据重传的接收合并方法包括接收并缓存对一组数据进行至少两次发射的数据符号；将所述数据符号经过干扰消除及符号合并后，进行解调和解码获得合并后的接收数据。基于数据重传的接收合并系统包括发射设备和接收设备。本发明实施例提供了一种发射设备、一种接收设备。本发明实施例还提供了一种基于发射分集的接收合并方法及系统。
文档编号H04L1/18GK101414898SQ20071016326
公开日2009年4月22日 申请日期2007年10月19日 优先权日2007年10月19日
发明者涛 吴, 朱胡飞, 赵印伟, 司宏杰, 葛绍伟 申请人:华为技术有限公司