专利名称：无线通信中数据发射方法及系统、接收方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种无线通信中数据发射、接收方法及系统。
背景技术：
MIMO(多输入多输出)系统能够利用丰富的散射信道获得巨大的理论容量，信息 论研究表明，MIMO系统的容量随发射天线的数目线性增长。0FDM(正交频分复用)具有很 强的抗衰落能力和很高的频谱利用率，适合多径环境和衰落环境中的高速数据传输。充分 利用这两种技术的优点，将二者结合起来的MIM0-0FDM技术将空间分集、时间分集和频率 分集有机地结合起来，从而能够极大地提高无线通信系统的信道容量和传输速率，有效抵 抗信道衰落和抑制干扰，成为新一代移动通信系统的核心技术。传统的MIM0-0FDM通信方法中的OFDM调制，将有用信号添加循环前缀来对抗多径 效应，并保证各个子载波的正交性。而且该方法在各个发射天线和接收天线上信号的处理 是同步进行的，在此将其称为同步发射MIM0-0FDM通信方法。同步发射MIM0-0FDM通信方 法常常采用空时编码结构，如分层空时编码。基于分层空时编码的同步发射MIM0-0FDM通信方法由发射过程和接收过程两部 分组成。如图1所示，发射过程包括用户数据处理过程、分层空时编码过程、组帧过程、 IFFT (逆快速傅立叶变换)处理过程、添加CP (循环前缀)过程、波形成型过程、射频发射过 程。如图2所示，接收过程包括射频接收过程、匹配滤波处理过程、移除CP过程、FFT (快 速傅立叶变换)处理过程、MIM0-0FDM检测过程、分层空时解码过程、数据恢复过程。在同步发射MIM0-0FDM检测算法中，通常采用线性检测，如ZF(迫零检测算法) 检测和MMSE (最小均方误差检测算法)检测这些低复杂度检测算法。但是，线性检测算法 存在以下缺点需要保证接收天线数不能少于发射天线数，即，否则不能提供足 够的自由度去区分Mt个发射天线的数据；此外，线性检测算法的检测性能较差，仅能实现 me-Mt+I个分集度。
发明内容
本发明实施例提供一种无线通信中数据发射方法及系统、接收方法及系统，使发 射信号产生时间延迟分集，增加接收分集度，并避免收发天线个数的限制。为此，本发明实施例提供如下技术方案一种无线通信中数据发射方法，包括对多个发射天线支路上的正交频分复用OFDM信号进行内插处理，形成采样点数 据帧；对各支路上的采样点数据帧分别添加循环前缀和循环后缀，每一个支路上添加的 循环前缀和循环后缀二者的总长度相同，所述总长度不小于最大多径信道时延，且各个天 线分别添加的循环前缀的长度不同；对各支路上添加了循环前缀和循环后缀的数据帧进行脉冲成型处理，得到连续信号；将各支路上的连续信号通过所述支路的天线发射。一种无线通信中数据接收方法，包括第一接收天线接收多入多出正交频分复用MIM0-0FDM信号；对所述第一接收天线上接收的数据进行Mt次数据处理过程，每次数据处理过程均 包括匹配滤波处理、移除循环前缀和循环后缀处理、采样点合并处理、FFT处理，所述Mt为 发射天线个数；对所述第一接收天线上的采样点数据进行检测操作，得到估计的发射数据符号。一种无线通信中数据发射系统，包括内插单元，用于对多个发射天线支路上的OFDM信号进行内插处理，形成采样点数 据帧；添加前后缀单元，用于对各支路上通过所述内插单元形成的采样点数据帧分别添 加循环前缀和循环后缀，每一个支路上添加的循环前缀和循环后缀二者的总长度相同，所 述总长度不小于最大多径信道时延，且各个天线分别添加的循环前缀的长度不同；波形成型单元，用于对各支路上通过所述添加前后缀单元添加了循环前缀和循环 后缀的数据帧进行脉冲成型处理，得到连续信号；发射射频单元，用于将各支路上的通过所述波形成型单元形成的连续信号通过该 支路的天线发射。一种无线通信中数据接收系统，包括射频接收单元，用于利用第一接收天线接收MIM0-0FDM信号；数据处理单元，用于对所述射频接收单元利用所述第一接收天线接收的数据进行 Mt次数据处理过程，每次数据处理过程均包括匹配滤波处理、移除循环前缀和循环后缀处 理、采样点合并处理、FFT处理，所述Mt为发射天线个数；检测单元，用于对所述数据处理单元形成的采样点数据进行检测操作，得到估计 的发射数据符号。本发明实施例无线通信中数据发射方法及系统，通过在各个子流中添加不同长度 的循环前、后缀，并保证二者之和长度一定，使各个子流有用信号形成异步发射子流的形 式，从而使发射端产生时间延迟分集带来的增益。相应地，本发明实施例无线通信中数据接 收方法及系统，在接收端采用相应的MIM0-0FDM异步检测方法恢复发射信号，增加了接收 分集度，从而采用线性检测算法也能实现最大的接收分集度，并不受收发天线个数的限制， 即使只用一个接收天线也能正确恢复发射信号。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一 些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有技术同步发射MIM0-0FDM通信方法中的发射过程示意图；图2是现有技术同步发射MIM0-0FDM通信方法中的接收过程示意图；图3是本发明实施例无线通信中数据发射方法的流程图4是本发明实施例无线通信中数据接收方法的流程图；图5是利用本发明实施例的方法在MIM0-0FDM系统中进行数据发射的详细过程示 意图；图6是本发明实施例中发射端各个天线上异步发射符号构成的符号子流示意图；图7是利用本发明实施例的方法在MIM0-0FDM系统中进行数据接收的详细过程示 意图；图8是本发明实施例无线通信中数据发射方法与技术同步发射MIM0-0FDM通信方 法相同条件下性能对比示意图；图9是2发2收异步发射单载波V-BLAST与现有技术同步发射方案误码率曲线示 意图；图10是2发2收异步发射单载波V-BLAST与现有技术同步发射方案误块率曲线 示意图；图11是本发明实施例的方法在莱斯信道ZF检测下理论与仿真误码率曲线示意 图；图12是本发明实施例无线通信中数据发射系统的结构示意图；图13是本发明实施例无线通信中数据接收系统的结构示意图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施 方式对本发明实施例作进一步的详细说明。如图3所示，是本发明实施例无线通信中数据发射方法的流程图，包括以下步骤步骤301，对多个发射天线支路上的OFDM信号进行内插处理，形成采样点数据帧。具体地，可以对各支路上OFDM信号中的原始符号数据进行过采样，然后采用内插 函数在原始符号数据之间插入采样点，形成采样点数据帧。步骤302，对各支路上的采样点数据帧分别添加循环前缀和循环后缀，每一个支路 上添加的循环前缀和循环后缀二者的总长度相同，每个支路上所添加的循环前缀和循环后 缀二者的总长度不小于最大多径信道时延，且各个天线分别添加的循环前缀的长度不同。具体地，可以按照以下方式对各支路上的采样点数据帧分别添加不同长度的循环 前缀和循环后缀将第k个发射天线支路上的采样点数据帧中前Tk个采样点作为循环后缀，并将所 述采样点数据帧中后LG-Tk个采样点作为循环前缀，所述k= 1，2，…，MT，MT为发射天线个 数，L为循环前缀和循环后缀包含的OFDM子载波个数，G为内插周期，Tk表示第k个发射天 线上循环后缀包含的采样点个数。当然，本发明实施例并不仅限于这种方式，只需要保证各支路上的采样点数据帧 添加的循环前缀和循环后缀的长度不同，并且各支路上添加的循环前缀和循环后缀二者的 总长度相同，且不小于最大多径信道时延即可。所述多径信道时延是由电波传播信道中的多径传输现象所引起的干涉延时效应。 最大多径信道时延与信号实际的传输环境有关，具体可以按照现有技术中的一些测量方法 来确定。
步骤303，将各支路上添加了循环前缀和循环后缀的数据帧经过脉冲成型处理，得 到连续信号。由于在上述步骤302中对各发射天线支路上的OFDM信号进行了内插处理，因此相 对于现有技术同步发射MIM0-0FDM方案来说，在本发明实施例中，采用的脉冲成型函数的 周期是同步发射MIM0-0FDM方案的1/G，其中，G为内插周期。而且，脉冲成型函数p(t)需要
满足{tfdt=/G ,其中，Ts为子载波长度，以保证没有成型脉冲带来的能量增益。在实际的通信系统中，这种频域成型脉冲滤波器可以按照现有技术中的实现方 式，通过数字滤波器加窗函数来实现。加窗后的时域信号为时限信号，在区间0，Ts/G)外为零。步骤304，将各支路上的连续信号通过该支路的天线发射。本发明实施例无线通信中数据发射方法，在对MIM0-0FDM的数据发射时，在IFFT 处理过程与波形成型过程之间，按先后处理顺序加入内插、添加循环前缀和循环后缀等处 理过程。通过在各个子流添加不同长度的循环前缀和循环后缀，并保证二者总长度相等，使 各个子流的对应符号之间产生相对的移位，形成异步发射MIM0-0FDM结构，从而在发射端 产生时间延迟分集或频率延迟分集带来的增益。如图4所示，是本发明实施例无线通信中数据接收方法的流程图，包括以下步骤步骤401，利用接收天线接收MIM0-0FDM信号。步骤402，对天线上接收的数据进行Mt次数据处理过程，每次数据处理过程均包 括匹配滤波处理、移除循环前缀和循环后缀处理、采样点合并处理、FFT处理，所述Mt为发 射天线个数。其中，所述匹配滤波处理过程与现有的同步发射MIM0-0FDM方案不同的是，在本 发明实施例中，匹配滤波处理是以一帧数据为单位，进行Mt次匹配滤波处理。每次匹配滤 波处理包括积分运算和数据采样处理，并且Mt次匹配滤波处理中采用的积分函数和积分区 间不同。所述数据采样处理是指将相关积分处理后的数据进行采样，得到多个离散值。其中，所述移除循环前缀和循环后缀的处理是指在对天线上的数据的第m次数据 处理过程中，将匹配滤波处理后的数据，按照第m个发射天线上添加的循环前缀和循环后 缀的位置，移除其对应位置的数据，m为大于0小于等于Mt的整数，每个发射天线上添加的 循环前缀和循环后缀的位置是预先设定的，收发双方已知。其中，在对接收天线上的数据进行采样合并的过程中，需要对移除循环前缀和循 环后缀的NG个采样点数据，每G个进行合并，得到N个符号，N为大于0的整数，且为2的 整数次幂，G为信号发射时采用的内插周期。步骤403，对接收天线上的采样点数据进行检测操作，得到估计的发射数据符号。所述检测操作包括信道估计操行、数据合并操作和信号检测操作。其中，所述数据合并操作包括波形相关矩阵计算、数据排列和线性合并；所述线 性合并包括最大比合并、或等增益合并、或选择合并。所述信号检测操作包括ZL检测、或ZF检测、或匪SE检测、或SIC检测。需要说明的是，所述接收天线可以是单个，也可以是多个，在有多个接收天线的情 况下，对各天线上的数据的处理过程与上述类似，只是在步骤403，对接收天线上的采样点
8数据进行检测操作时，需要对所有接收天线上的采样点数据进行联合检测操作。假设有两个接收天线，分别为第一接收天线和第二接收天线，则本发明实施例无 线通信中数据接收方法的过程如下第一接收天线和所述第二接收天线接收所述MIM0-0FDM信号；对所述第一接收天线和所述第二接收天线上接收的数据分别进行Mt次数据处理 过程，每次数据处理过程均包括匹配滤波处理、移除循环前缀和循环后缀处理、采样点合 并处理、FFT处理，所述Mt为发射天线个数；对所述第一接收天线和所述第二接收天线上的采样点数据进行联合检测操作，得 到估计的发射数据符号。具体的对单天线上的采样点数据进行操作、以及对多个天线上的采样点数据进行 联合检测操作可采样现有技术中的处理方式，在此不再赘述。本发明实施例无线通信中数据接收方法，针对发送端采用异步发射MIM0-0FDM的 方式，在接收端利用接收天线接收MIM0-0FDM信号；对天线上接收的数据进行Mt次数据处 理过程，每次数据处理过程均包括匹配滤波处理、移除循环前缀和循环后缀处理、采样点 合并处理、FFT处理，所述Mt为发射天线个数；对接收天线上的采样点数据进行检测操作， 恢复发射信号，从而增加了接收分集度，使得采用线性检测算法也能实现最大的接收分集 度，并不受收发天线个数的限制，接收天线可以是单个天线，也可以是多个天线。下面举例进一步说明按照本发明实施例的方法在MIM0-0FDM系统中进行数据发 射和接收的详细过程。为了便于与现有的同步发射MIM0-0FDM通信方法相区分，在后面的描述中将本明 实施例的发射方法和接收方法称为异步发射MIM0-0FDM通信方法。如图5所示，本发明实施例的方法中数据发射过程包括以下步骤步骤501，用户数据处理。对用户数据进行信源编码、信道编码和数字基带调制等处理，具体可以采用与现 有的编码及调制处理方式。步骤502，分层空时编码处理。采用分层空时编码技术，对调制后的数据进行分层空时编码。其中分层空时编码 可以是V-BLAST编码，也可以是H-BLAST编码或D-BLAST编码，具体的，可以采用现有的分 层空时编码方法实现。假设发射天线个数为Μτ，则将Mt个串行符号块DpD2.....转换为吣路并行数
据符号流并复用到Mt个发射天线支路上。为了描述方便，将每个支路称为一个分层后的子流。各子流的数据可以是相互独 立的，也可以是不独立的。所述相互独立，提指发送到各子流的数据之间没有关系，不相关，
互不影响。定义第k个天线上第u个频域数据符号为Dk(u)，其中k= 1，2，…，Μτ。步骤503，组帧处理，即将各子流的数据按照一定长度组成一帧。将Mt路数据符号流经过成帧处理，分别组成长度为N (N为大于0的整数，且为2的 整数次幂)的数据块输出，具体可以采用现有的组帧处理方式实现。第k个发射天线的子流数据帧为Dk(O)，Dk(I)，…，Dk(N-I)。
步骤504，IFFT 处理。在每个子流上，将一帧符号数据通过IFFT处理实现OFDM调制，即将频域信号变成 时域信号，其中IFFT长度为N，具体可以采用现有的OFDM调制方式实现。第k个发射天线的子流经过IFFT处理过程后的时域信号可以表示为
权利要求
1.一种无线通信中数据发射方法，其特征在于，包括对多个发射天线支路上的正交频分复用OFDM信号进行内插处理，形成采样点数据帧； 对各支路上的采样点数据帧分别添加循环前缀和循环后缀，每一个支路上添加的循环 前缀和循环后缀二者的总长度相同，所述总长度不小于最大多径信道时延，且各个天线分 别添加的循环前缀的长度不同；对各支路上添加了循环前缀和循环后缀的数据帧进行脉冲成型处理，得到连续信号； 将各支路上的连续信号通过所述支路的天线发射。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对多个发射天线支路上的OFDM信号 进行内插处理，形成采样点数据帧包括对各支路上OFDM信号中的原始符号数据进行过采样；利用内插函数在原始符号数据之间插入采样点，形成采样点数据帧。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述内插函数包括 等值内插函数，或，线性内插函数，或，非线性内插函数。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对各支路上的采样点数据帧分别添 加循环前缀和循环后缀包括将第k个发射天线支路上的采样点数据帧中前Tk个采样点作为循环后缀，并将所述采 样点数据帧中后LG-Tk个采样点作为循环前缀，所述k= 1，2，…，MT，Mt为发射天线个数， L为循环前缀和循环后缀包含的OFDM符号个数，G为内插周期，Tk表示第k个发射天线上 循环后缀包含的采样点个数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对各支路上添加了循环前缀和循环 后缀的数据帧进行脉冲成型处理包括采用脉冲成型函数P (t)对各支路上添加了循环前缀和循环后缀的数据帧进行脉冲成型处理，所述脉冲成型函数ρ(t)满足{t)\2dt=/G，其中，G为内插周期，Ts为子载波长度。
6.一种无线通信中数据接收方法，其特征在于，包括 第一接收天线接收多入多出正交频分复用MIM0-0FDM信号；对所述第一接收天线上接收的数据进行Mt次数据处理过程，每次数据处理过程均包 括匹配滤波处理、移除循环前缀和循环后缀处理、采样点合并处理、FFT处理，所述Mt为发 射天线个数；对所述第一接收天线上的采样点数据进行检测操作，得到估计的发射数据符号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括第二接收天线，所述方法包括 所述第一接收天线和所述第二接收天线接收所述MIM0-0FDM信号；对所述第一接收天线和所述第二接收天线上接收的数据分别进行Mt次数据处理过程， 每次数据处理过程均包括匹配滤波处理、移除循环前缀和循环后缀处理、采样点合并处 理、FFT处理，所述Mt为发射天线个数；对所述第一接收天线和所述第二接收天线上的采样点数据进行联合检测操作，得到估 计的发射数据符号。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述匹配滤波处理包括以一帧数据为单位进行积分运算和数据采样，并且Mt次匹配滤波处理中采用的积分函 数和积分区间不同。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述移除循环前缀和循环后缀处理包括在对各接收天线上的数据的第m次数据处理过程中，将匹配滤波处理后的数据，按照 第m个发射天线上添加的循环前缀和循环后缀的位置，移除其对应位置的数据，m为大于0 小于等于Mt的整数。
10.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述采样点合并处理包括在对各接收天线上的数据的处理过程中，对移除循环前缀和循环后缀的NG个采样点 数据，每G个进行合并，得到N个符号，N为大于0的整数，且为2的整数次幂，G为信号发射 时采用的内插周期。
11.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述检测操作包括 信道估计操作、数据合并操作和信号检测操作。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述数据合并操作包括 波形相关矩阵计算、数据排列和线性合并；所述线性合并包括最大比合并、或等增益合并、或选择合并。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述信号检测操作包括最大似然ZL检测、或迫零ZF检测、或最小均方误差MMSE检测、或串行干扰相消SIC检测。
14.一种无线通信中数据发射系统，其特征在于，包括内插单元，用于对多个发射天线支路上的OFDM信号进行内插处理，形成采样点数据帧；添加前后缀单元，用于对各支路上通过所述内插单元形成的采样点数据帧分别添加循 环前缀和循环后缀，每一个支路上添加的循环前缀和循环后缀二者的总长度相同，所述总 长度不小于最大多径信道时延，且各个天线分别添加的循环前缀的长度不同；波形成型单元，用于对各支路上通过所述添加前后缀单元添加了循环前缀和循环后缀 的数据帧进行脉冲成型处理，得到连续信号；发射射频单元，用于将各支路上的通过所述波形成型单元形成的连续信号通过该支路 的天线发射。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述内插单元包括采样子单元，用于对各支路上OFDM信号中的原始符号数据进行过采样； 内插子单元，用于利用内插函数在原始符号数据之间插入采样点，形成采样点数据帧。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述添加前后缀单元，具体用于将第k个发射天线支路上的采样点数据帧中前Tk个采 样点作为循环后缀，并将所述采样点数据帧中后LG-Tk个采样点作为循环前缀，所述k = 1， 2，-,MT, Mt为发射天线个数，L为循环前缀和循环后缀包含的OFDM符号个数，G为内插周 期，Tk表示第k个发射天线上循环后缀包含的采样点个数。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述波形成型单元，具体用于采用脉冲成型函数P (t)对各支路上添加了循环前缀和循环后缀的数据帧进行脉冲成型处理，所述脉冲成型函数ρ(t)满足{t)\20t=/G，其中，G为内插周期，Ts为符号周期。
18.—种无线通信中数据接收系统，其特征在于，包括射频接收单元，用于利用第一接收天线接收MIM0-0FDM信号； 数据处理单元，用于对所述射频接收单元利用所述第一接收天线接收的数据进行Mt次 数据处理过程，每次数据处理过程均包括匹配滤波处理、移除循环前缀和循环后缀处理、 采样点合并处理、FFT处理，所述Mt为发射天线个数；检测单元，用于对所述数据处理单元形成的采样点数据进行检测操作，得到估计的发 射数据符号。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述数据处理单元包括匹配滤波处理单元，用于以一帧数据为单位进行积分运算和数据采样，并且Mt次匹配 滤波处理中采用的积分函数和积分区间不同；移除循环前后缀单元，用于在对天线上的数据的第m次数据处理过程中，将匹配滤波 处理后的数据，按照第m个发射天线上添加的循环前缀和循环后缀的位置，移除其对应位 置的数据，m为大于0小于等于Mt的整数；采样点合并单元，用于在对天线上的数据的处理过程中，对移除循环前缀和循环后缀 的NG个采样点数据，每G个进行合并，得到N个符号，N为大于0的整数，且为2的整数次 幂，G为信号发射时采用的内插周期；FFT单元，用于对所述采样点合并单元输出的符号数据进行快速傅立叶变换，将时域信 号变换为频域信号，完成OFDM解调。
全文摘要
本发明公开了一种无线通信中数据发射方法及系统、接收方法及系统，所述无线通信中数据发射方法包括对多个发射天线支路上的正交频分复用OFDM信号进行内插处理，形成采样点数据帧；对各支路上的采样点数据帧分别添加循环前缀和循环后缀，每一个支路上添加的循环前缀和循环后缀二者的总长度相同，所述总长度不小于最大多径信道时延，且各个天线分别添加的循环前缀的长度不同；对各支路上添加了循环前缀和循环后缀的数据帧进行脉冲成型处理，得到连续信号；将各支路上的连续信号通过该支路的天线发射。利用本发明，可以使发射信号产生时间延迟分集，增加接收分集度，并避免收发天线个数的限制。
文档编号H04B7/08GK102098262SQ201010619749
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者吕林军, 唐友喜, 夏林峰, 文荣, 邵士海 申请人:上海华为技术有限公司