信号发送方法和装置、信号接收方法和装置与流程

本发明实施例涉及通信技术，尤其涉及信号发送方法和装置、信号接收方法和装置。

背景技术：

随着无线通信技术的不断发展，系统对信息速率以及传输质量这两方面提出了更高的要求，随着多天线技术的提出，人们可以利用空间资源进行通信。其中，典型的基于多天线技术的通信系统主要包括：MISO(Multiple Input Singles Output，多输入单输出)系统，即：通信系统包括有多根发送天线以及一根接收天线；SIMO(Singles Input Multiple Output，单输入多输出)系统，即：通信系统包括一根发送天线以及多根接收天线；以及MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)即：通信系统包括有多根发送天线以及多根接收天线。

一般来说，对于多输入的通信系统，为了更好的匹配无线信道的衰落变化，抑制用户间共信道干扰，发送端需要通过预编码技术来调整发送信号的空间传输状态以改善干扰问题，由于无线通信信道是充满了衰落的，因此发送端发送的信号在衰落信道中会产生畸变(幅度及相位的衰落)，接收端接收到经过衰落的信号之后需要进行复杂的均衡，以对抗衰落。

在图1中示出了现有技术的一种无线通信系统的典型实现框图。如图1所示，发送端发送的信号在经过调制生成适宜发射的发送信号之后，还需要通过预编码设备进行预处理；同时，接收端在接收到发送信号并进行解调之前，还需要首先进行复杂均衡处理。因此，现有的无线通信系统的发送端和接收端的设备复杂度高，硬件成本大。

技术实现要素：

本发明提供一种信号发送方法和装置、信号接收方法和装置，以优化现有的无线通信系统，降低发送端与接收端的设备复杂度，节约了硬件成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种信号发送方法，包括：

获取信号传输系统的传输矩阵；

根据目标接收信号以及所述传输矩阵生成目标发送信号；

使用所述发送天线发射所述目标发送信号。

第二方面，本发明实施例还提供了一种信号接收方法，包括：

通过至少一根接收天线接收通过信号传输系统发射的目标发送信号，其中，所述目标发送信号根据信号传输系统的传输矩阵以及目标接收信号生成；

对接收信号进行信号解调，以恢复出所述目标发送信号。

第三方面，本发明实施例提供了一种信号发送装置，配置于发送端，包括：

传输矩阵获取模块，用于获取信号传输系统的传输矩阵；

目标发送信号生成模块，用于根据目标接收信号以及所述传输矩阵生成目标发送信号；

目标发送信号发送模块，用于发射所述目标发送信号。

第四方面，本发明实施例还提供了一种信号接收装置，配置于接收端，包括：

信号接收模块，用于接收通过信号传输系统发射的目标发送信号，其中，所述目标发送信号根据信号传输系统的传输矩阵以及目标接收信号生成；

信号解调模块，用于对接收信号进行信号解调，以恢复出所述目标发送信号。

本发明的技术方案提供的信号发送方法和装置、信号接收方法和装置，通过在发送端获取信号传输系统的传输矩阵，根据目标接收信号以及所述传输矩阵生成目标发送信号，使用所述发送天线发射所述目标发送信号，在接收端接收通过信号传输系统发射的目标发送信号，对接收信号进行信号解调，以恢复出所述目标发送信号的技术手段，解决了现有的无线通信系统的发送端和接收端的设备复杂度高，硬件成本大的技术问题，优化了现有的无线通信系统，降低了发送端与接收端的设备复杂度，节约了硬件成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出 创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种无线通信系统的典型框图；

图2为本发明实施例提供的一种无线通信系统的实现框图；

图3为本发明实施例一提供的一种信号发送方法的流程图；

图4为本发明实施例二提供的一种信号发送方法的流程图；

图5为本发明实施例三提供的一种信号接收方法的流程图；

图6为本发明实施例四提供的一种信号接收方法的流程图；

图7为本发明实施例五提供的一种天线阵列结构示意图；

图8为本发明实施例六提供的一种信号发送装置的结构示意图；

图9为本发明实施例七提供的一种信号接收装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

为了后文便于说明，首先对本发明的发明构思进行介绍：

现有的无线通信系统为了尽可能的减少无线通信信道对信号的影响，提出了根据实际的信道特性构造线性理想传输信道的思想，即：对通信系统的实际传输矩阵H进行SVD(Singular Value Decomposition，奇异值分解)，具体为H＝UDV，其中U是左酉矩阵，V是右酉矩阵，D是对角线矩阵。

无线通信系统中的收发信号的关系可通过方程：y＝Hx描述，其中，y为接收信号矩阵，H为信道的传输矩阵，x为发送信号矩阵。

基于上述SVD分解公式，可以将y＝Hx拆分为：y＝UDVx，由于酉阵的特性，酉阵乘以自身的共轭转置结果为单位阵，因此，为了使整个传输都满足线性，那么在发送信号经过实际信道之前，需要将发送信号左乘以V的共轭转置矩阵，相应的，接收端接收的信号需要左乘以U的共轭转置矩阵，即可理论上实现将实际信道化简为标准的对角线矩阵。其中，发送信号乘以V的共轭转置矩阵的过程即为预编码的过程，而接收信号乘以U的共轭转置矩阵的过程即为均衡的过程。

在本申请中，发明人创造性的提出：无需根据实际的信道特性，构造理想传输信道模型，而是直接根据方程：y＝Hx来构造发送信号矩阵。即：不再专注于将传输矩阵H构造为线性矩阵，而是考虑不论信号在信道中经过何种变换，最终希望接收端收到的信号y为发送端实际想要发送的信号。此时，上述公式中的y即为发送端实际想要接收端接收到的信号，H为通信系统的实际的传输矩阵，此时，如果按照上述方程的解构造发送信号矩阵x，那么理论上接收端收到的y即为发送端实际想要接收端接收到的信号。

在图2中示出了基于本申请发明构思的无线通信系统的实现框图。也即，通过计算线性方程组的解的方式构造目标发送信号x后，无线通信系统中无需引入预编码以及均衡的操作，大大降低了发送端与接收端的设备复杂度。

实施例一

图3为本发明实施例一提供的一种信号发送方法的流程图，本实施例可适用于发送端发送信号的情况，该方法可以由无线通信系统的信号发送端来执行，具体包括如下步骤：

步骤110、获取信号传输系统的传输矩阵。

无线信道是无线通信系统中信号的传输媒介，无线信道的信道特性通过传输矩阵来描述。在本实施例中，所述信号传输系统的传输矩阵具体是指实际信道的传输矩阵。

目前，获取信道传输矩阵的方式有很多，典型的，可以通过信道估计的方法获取信号传输系统的传输矩阵，优选的信道估计的方法主要有数据辅助信道估计(Pilot Aided Estimation)和盲信道估计(Blind Estimation)两大类，其中，数据辅助信道估计又可分为：基于导频和基于训练序列的信道估计。

步骤120、根据目标接收信号以及所述传输矩阵生成目标发送信号。

目标接收信号具体是指发送端期待接收端接收到的信号矩阵，例如，发送端构造语音发送信号“hello world”，该发送信号经过抽样、量化、编码后生成数据流“1001001”，之后可以对该数据流进行调制，典型的，映射为星座符号s1，…，sn，该调制后的星座符号即为发送端期待接收端接收到的信号，也即目标接收信号。

如前所述，通过解方程y＝Hx中的x，即可生成目标发送信号。其中，y为目标接收信号，H为传输矩阵。

其中，可以软件或者硬件的方式计算y＝Hx中的解x，这里并不进行限制。上述方程的解可以为一个也可以为多个，如果上述方程组的解为一个，则可以直接将唯一解作为目标发送信号；如果上述方程组的解为多个，则可以基于设定选取策略在多个解中选取一个优选解，本实施例对此并不进行限制。

步骤130、使用所述发送天线发射所述目标发送信号。

在本实施例中，可以根据需要采取不同策略发射所述目标发送信号。其中，为了提高系统的分集增益，在同一时间，可以通过在多天线上发射相同信号的方式发射所述目标发送信号，为了提高系统的复用增益，在同一时间，可以通过在多天线上发射不同信号的方式发射所述目标发送信号。

本发明的技术方案通过在发送端获取信号传输系统的传输矩阵，根据目标接收信号以及所述传输矩阵生成目标发送信号，使用所述发送天线发射所述目标发送信号的技术手段，解决了现有的无线通信系统的发送端设备复杂度高，硬件成本大的技术问题，优化了现有的无线通信系统，降低了发送端的设备复杂度，节约了硬件成本。

此外，发送端可以通过较简单的方式(解线性方程组)构造发送信号，因此可以达到非常高的数据传输速率，相应的，可以通过选择接收端的符号集来进行速率匹配。同时，由于所有的发送信号都是针对特定的接收端构造的，换句话说，发送信号依赖于收发端的信道状况，因此非共址的接收端无法解调发送端的数据，整个通信系统具有非常高的通信保密性。

实施例二

图4为本发明实施例二提供的一种信号发送方法的流程图，本实施例以实施例一为基础，对实施例一的步骤110和步骤120都进行了优化，具体包括如下步骤：

步骤210、分别使用所述信号传输系统中的M根发送天线发射导频信号。

在本实施例中，为了确定无线通信系统的传输矩阵，需要分别计算各个收发天线之间的传输系数h，举例而言，无线通信系统包括两根发送天线和一根接收天线，则需要计算的传输矩阵H为[h₁₁，h₁₂]，其中，h₁₁为第一根发送天线和接收电线之间的传输系数，h₁₂为第二根发送天线和接收天线之间的传输系数。

其中，可以通过发射导频信号的方式，计算收发天线之间的传输系数。具 体的，导频信号为单一频率的信号，该导频信号在频域上表现为一个单位冲激函数，因此，接收端针对导频信号接收到的信号直接可以反映信道特性，可以据此计算收发天线之间的传输系数。

步骤220、根据所述信号传输系统中N根接收天线对各所述发送天线发射的所述导频信号的接收信号，确定所述信号传输系统的传输矩阵，其中，M≥1,N≥1。

步骤230、根据线性方程组：y＝Hx的解x，生成所述目标发送信号，其中，y为目标接收信号，H为传输矩阵。

以上方程组有解的条件是rankH＝rank[H y]，其中，rank代表求秩运算。

如果rankH＝M，方程有唯一解，如果rankH＜M，方程组有无穷解。因为传输矩阵H的秩不会大于发送天线的数目M，所以方程组必有解。

具体的，如果所述传输矩阵的秩<M，则将计算得到的方程组y＝Hx的多个解中，峰均比满足设定阈值条件的解作为所述目标发送信号。

具体的，当线性方程有多个解时，可以根据峰均比对多个解进行取舍，可以选择峰均比小于一定阈值的解作为目标发送信号，这样可以提高发送功率的利用率。其中峰均比是指峰值因子，具体的计算方法为波形的振幅除以有效值所得值。

如果所述传输矩阵的秩＝M，则直接将计算得到的方程组y＝Hx的唯一解作为所述目标发送信号。

当传输矩阵H的秩与发送天线数目相同时，线性方程组有唯一解，那么该解就可直接作为目标发送信号。

步骤240、使用所述发送天线发射所述目标发送信号。

本实施例的技术方案通过发送端发送导频信号的方式，可以简单、快速的确定传输矩阵，如果传输矩阵的秩<发送天线数目M，则将计算得到的方程组y＝Hx的多个解中，峰均比满足设定阈值条件的解作为所述目标发送信号，可以提高发送功率的利用率。

实施例三

图5为本发明实施例三提供的一种信号接收方法的流程图，本实施例可适用于接收端接收信号的情况，该方法可以由无线通信系统的信号接收装置来执行，具体包括如下步骤：

步骤310、通过至少一根接收天线接收通过信号传输系统发射的目标发送信号，其中，所述目标发送信号根据信号传输系统的传输矩阵以及目标接收信号生成。

当发送天线发射目标发送信号，目标发送信号经过信号传输系统中的无线信道传输后便可以被接收天线接收。其中该目标发送信号如上述实施例一和实施例二所述的根据信号传输系统的传输矩阵以及目标接收信号生成。理论上说，对于理想无噪声系统，接收端接收到的信号应该为所述目标接收信号。

步骤320、对接收信号进行信号解调，以恢复出所述目标接收信号。

优选的，步骤320可以包括：

根据由信号发送端确定的信号发送形式选取目标星座图；

使用所述目标星座图对所述接收信号进行解调。

可以根据发送端确定的信号发送形式(典型的，发送信号的串并变换分路数)，选取对应的目标星座图(例如，16QAM星座图或者64QAM星座图等)。

在接收符号集的选择中需要考虑接收端受到的噪声影响，因此符号集中的各个符号需要满足最小欧氏距离的限制，L个星座点，编号为1，…，L，点i和点j之间的距离为d_ij，点i对应的矢量为p_i，最优的星座分布满足以下条件：

其中P为期望的接收功率，星座符号的设计不单考虑以上两个条件，同时需要考虑解调的复杂度，因此可以借鉴目前采用较多的64QAM星座图对接收信号进行解调，这样接收端的解调仅根据最小欧氏距离进行判定即可。

本实施例的技术方案通过至少一根接收天线接收通过信号传输系统发射的目标发送信号，目标发送信号根据信号传输系统的传输矩阵以及目标接收信号生成，对接收信号进行信号解调，以恢复出所述目标接收信号。该信号接收方法不需要经过均衡，降低了接收端的复杂度。

实施例四

图6为本发明实施例四提供的一种信号接收方法的流程图，本实施例以实施例三为基础进行优化，具体包括如下步骤：

步骤410、通过至少一根接收天线接收通过信号传输系统发射的目标发送 信号，其中，所述目标发送信号根据信号传输系统的传输矩阵以及目标接收信号生成。

步骤420、基于设定合并算法，对R个接收天线上接收到的信号进行合并处理。

为了保证接收端接收的信号的可靠性，通常采用在多根发送天线发送相同的信号然后在接收端对接收到的相同的信号进行合并，这种方式为分集技术。

其中，分集技术的设定合并算法可以包括：最大比值合并算法，等增益合并算法或者选择式合并算法。

具体的，最大比值合并算法利用加权网络和同相求和，把接收端的N个接收天线接收到的信号进行合并，加权系数根据最大信噪比原则确定。

等增益合并算法中加权网络只需要调相，取消调幅。

选择式合并算法：接收端包括N个接收天线，选择信噪比最大的输出信号接收。

具体的，步骤420可以包括：

根据选取的合并算法以及指定的R个接收天线，确定合并矩阵G；

根据公式：完成对R个接收天线上接收的信号进行合并处理，其中，y为R个接收天线上接收的信号的组合。

其中，R个接收天线可以根据实际需要进行选择。根据不同的合并算法确定合并矩阵G，具体的，不同的合并算法对应的合并矩阵G有所不同，根据实际情况进行选择。其中，通过合理设计接收矩阵G可以获取最大化的分集增益。

步骤430、将合并处理后的信号作为新的接收信号；其中，2≤R≤所述信号传输系统中接收天线总数量。

将合并后的信号作为新的接收信号，用新的接收信号进行解调，使用目标星座图对新的接收信号进行解调。

其中R是指定的需要进行合并的接收天线的数目，其数目应该大于等于2且小于等于接收天线的总数量N。

步骤440、对新的接收信号进行信号解调，以恢复出所述目标接收信号。

本实施例的技术方案通过至少一根接收天线接收通过信号传输系统发射的目标发送信号，并基于设定合并算法对R个接收天线上接收到的信号进行合并处理，并对新的接收信号进行信号解调，通过分集发送并在接收天线对接收 到的信号进行合并可以增加信号传输的可靠性。

实施例五

本实施例是本发明提供的优选实施例，具体的，本实施例示出了两根发送天线和两根接收天线，信号传输的具体例子：

如图7所示的一种天线阵列结构示意图，其中发送端包括两根发送天线、接收端包括两根接收天线，对每根发送天线和每根接收天线之间的传输信道进行估计，便可以确定整个信号传输系统的传输矩阵。其中h₁₁表示第一发送天线和第一接收天线之间的传输系数，h₁₂表示第一发送天线和第二接收天线之间的传输系数，h₂₁表示第二发送天线和第一接收天线之间的传输系数，h₂₂表示第二发送天线和第二接收天线之间的传输系数，这四个传输系数共同构成信号传输系统的传输矩阵：

信号传输系统的传输矩阵H是与发送信号的发送天线和接收信号的接收天线有关，同时与传输信号的空间特性有关，比如发送天线和接收天线之间的障碍物。

当信号传输系统的传输矩阵是H，目标发送信号是x，目标接收信号是y时，用x、y和H构造线性方程组为：y＝Hx。其中信号传输系统的传输矩阵为：

目标接收信号y具体为发送端期望接收端接收到的信号，典型的，当有两根接收天线时，期待接收端接收的目标接收信号可以为以下四个中的任意一个：

具体的当选择目标接收信号为时，那么当det H≠0时，方程组有唯一解。其中，det代表求一个矩阵的行列式运算。

其中，x₁为第一发送天线的发送信号，x₂为第二发送天线的发送信号，x₁ 和x₂构成了目标发送信号x。

接收端的两根接收天线通过信号传输系统发射的目标发送信号x，进行接收，并对接收到的接收信号进行信号解调，在理想情况下可以恢复出目标接收信号

本实施例的技术方案，当发送天线的总数目为两根，接收天线的总数目也是两根时，获取信号传输系统的传输矩阵，根据目标接收信号以及所述传输矩阵通过构造线性方程组并求解的方式解得生成目标发送信号，发送端使用所述发送天线发射所述目标发送信号，接收端通过两根接收天线接收通过信号传输系统发射的目标发送信号，并对接收信号进行信号解调，以恢复出所述目标接收信号。该信号传输的方法无需通过预编码和均衡便可以实现信号传输，可以在降低发送端和接收端的复杂度的同时达到很高的数据传输速率，优化了现有的无线通信系统。

实施例六

图8为本发明实施例六提供的一种信号发送装置的结构示意图，配置于发送端，本信号发送装置70可适用于发送端发送信号的情况，具体包括如下模块：

传输矩阵获取模块701，用于获取信号传输系统的传输矩阵；

目标发送信号生成模块702，用于根据目标接收信号以及所述传输矩阵生成目标发送信号；

目标发送信号发送模块703，用于使用所述发送天线发射所述目标发送信号。

本实施例的技术方案提供了一种信号发送装置，通过发送装置中的传输矩阵获取模块获取信号传输系统的传输矩阵，目标发送信号生成模块根据目标接收信号以及传输矩阵生成目标发送信号，使用发送天线发射目标发送信号。该信号发送装置解决了现有的无线通信系统的发送端设备复杂度高，硬件成本大的技术问题，优化了现有的无线通信系统，降低了发送端的设备复杂度，节约了硬件成本。

进一步的，在上述各实施例的基础上，传输矩阵获取模块701可以包括：

导频信号发射单元，用于分别使用所述信号传输系统中的M根发送天线 发射导频信号；

传输矩阵确定单元，用于根据所述信号传输系统中N根接收天线对各所述发送天线发射的所述导频信号的接收信号，确定所述信号传输系统的传输矩阵，其中，M≥1,N≥1。

进一步的，在上述各实施例的基础上，目标发送信号生成模块702可以包括：

目标发送信号生成单元，用于根据线性方程组：y＝Hx的解x，生成所述目标发送信号，其中，y为目标接收信号，H为传输矩阵。

进一步的，在上述各实施例的基础上，目标发送信号生成单元具体用于：

如果所述传输矩阵的秩<M，则将计算得到的方程组y＝Hx的多个解中，峰均比满足设定阈值条件的解作为所述目标发送信号；

如果所述传输矩阵的秩＝M，则直接将计算得到的方程组y＝Hx的唯一解作为所述目标发送信号。

上述产品可执行本发明任意实施例所提供的信号发送方法，具备执行信号发送方法相应的功能模块和有益效果。

实施例七

图9为本发明实施例七提供的一种信号接收装置的结构示意图，配置于接收端，本信号接收装置80可适用于接收端接收信号的情况，具体包括如下模块：

信号接收模块801，用于通过至少一根接收天线接收通过信号传输系统发射的目标发送信号，其中，所述目标发送信号根据信号传输系统的传输矩阵以及目标接收信号生成；

信号解调模块802，用于对接收信号进行信号解调，以恢复出所述目标接收信号。

本实施例的技术方案通过至少一根接收天线的信号接收模块接收通过信号传输系统发射的目标发送信号，目标发送信号根据信号传输系统的传输矩阵以及目标接收信号生成，信号解调模块对接收信号进行信号解调，以恢复出所述目标接收信号。该信号接收装置不需要经过均衡，降低了接收端的复杂度。

进一步的，在上述各实施例的基础上，信号接收装置80还可以包括：

信号合并模块，对接收信号进行信号解调之前，用于基于设定合并算法， 对R个接收天线上接收到的信号进行合并处理；

新的接收信号生成模块，用于将合并处理后的信号作为新的接收信号；其中，2≤R≤所述信号传输系统中接收天线总数量。

进一步的，在上述各实施例的基础上，设定合并算法包括：最大比值合并算法，等增益合并算法或者选择式合并算法；

信号合并模块具体用于：

根据选取的合并算法以及指定的R个接收天线，确定合并矩阵G；

根据公式：完成对R个接收天线上接收的信号进行合并处理，其中，y为R个接收天线上接收的信号的组合。

进一步的，在上述各实施例的基础上，信号解调模块802可以包括：

目标星座图选取单元，用于根据由信号发送端确定的信号发送形式选取目标星座图；

信号解调单元，用于使用所述目标星座图对所述接收信号进行解调。

上述产品可执行本发明任意实施例所提供的信号接收方法，具备执行信号接收方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。