在多天线通信系统中发射信号的方法和发射机技术方案

本发明专利技术实施例公开了在多天线通信系统中发射信号的方法、发射机和接收机。该方法包括：发射机对待发射信号进行分层，对每层信号进行正交空时分组ＳＴＢＣ编码，根据当前的信道状态和预先确定的性能最优准则计算预编码矩阵Ｆ，利用计算出的预编码矩阵Ｆ对ＳＴＢＣ编码后的待发射信号进行预编码后发射。应用本发明专利技术，能够提高通信系统的信号传输性能，例如，降低信号传输的误码率，增大系统容量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多天线通信系统中的信号发射
，尤其涉及在多天线通信系统中发射信号的方法和发射机。
技术介绍
多天线通信系统通过在发射端和接收端同时放置多副天线，利用多副天线来发射信号。具体地，多天线通信系统首先对待发射信号进行空时编码，然后采用多输入多输出(MIMO)技术通过多天线发射编码后的信号。 空时编码技术能够使不同天线发射的信号之间产生空域相关性，不同周期发射的信号之间产生时域相关性，这种空域相关性和时域相关性能够明显改善多径衰落，提高信号传输的可靠性，从而获得空间增益和分集增益，提高频率资源的利用率。 目前，空时编码技术包括三类典型结构，分别为正交空时分组(STBC)编码、空时网格(STTC)编码和空时分层(LSTC)编码。其中，STBC和STTC基于发射分集技术，用于获得分集增益，LSTC基于空间复用技术，用于获得空间增益。 STTC将调制和编码相结合，在获得分集增益的同时，还能够获得编码增益，但对STTC码进行译码的复杂度较高。垂直-贝尔分层空时码(V-BLAST)是LSTC的一种常用方法，V-BLAST将信源信号分为若干信号流，对各个信号流进行独立传输，能够提高系统的码元传输速率，获得较高的频谱利用率，即获得较高的空间复用增益。 现有技术中提出，将STBC编码与V-BLAST编码结合。具体地，先对待发射信号进行V-BLAST编码，然后再对V-BLAST编码后的待发射信号进行STBC编码，最后直接将STBC编码后的待发射信号进行调制后发射出去。这种将STBC编码与V-BLAST编码结合的方法能够在分集增益与复用增益之间进行折中，在确保通信系统的信号传输可靠性的同时，提高通信系统的频谱利用率。 众所周知，用于传输信号的信道状态会影响信号传输的可靠性，由于现有将STBC编码与V-BLAST编码结合的方法并没有考虑信道状态对信号传输的影响，因此，其对通信系统的信号传输性能的提高有限。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提供在多天线通信系统中发射信号的方法和发射机，以提高通信系统的信号传输性能。 为达到上述目的，本专利技术实施例的技术方案具体是这样实现的 一种在多天线通信系统中发射信号的方法，该方法包括 发射机对待发射信号进行分层，对每层信号进行正交空时分组STBC编码，根据当前的信道状态和预先确定的性能最优准则计算预编码矩阵F，利用计算出的预编码矩阵F对STBC编码后的待发射信号进行预编码后发射。 一种发射机，该发射机包括分层单元、STBC编码单元、预编码矩阵F计算单元、预编码单元和发射单元； 所述分层单元，用于对待发射信号进行分层，将分出的各层信号发给STBC编码单元； 所述STBC编码单元，用于对接收的每层信号进行STBC编码，将STBC编码后的待发射信号发给预编码单元； 所述预编码矩阵F计算单元，用于根据当前的信道状态和预先确定的性能最优准则计算预编码矩阵F； 所述预编码单元，用于接收STBC编码后的待发射信号，利用所述预编码矩阵F对所述STBC编码后的待发射信号进行预编码后发给发射单元； 所述发射单元，用于发射预编码后的信号。 由上述技术方案可见，本专利技术在对待发射信号进行分层，对每层信号进行STBC编码后，根据当前的信道状态和预先确定的性能最优准则计算预编码矩阵F，利用计算出的预编码矩阵F对STBC编码后的待发射信号进行预编码后发射。由于在发射信号前，对STBC编码后的待发射信号进行了预编码，并且进行所述预编码所采用的预编码矩阵F是根据当前的信道状态和预先确定的性能最优准则计算得到的，因此，本专利技术中这种发射信号的方法考虑了信道状态对信号传输的影响，能够提高通信系统的信号传输性能。 附图说明 图1是本专利技术在多天线通信系统中传输信号的方法流程图。 图2是对待发射信号C进行分层的示意图。 图3是采用G2编码方案时，经STBC编码后的待发射信号结构图。 图4是采用H3编码方案时，经STBC编码后的待发射信号结构图。 图5是依据信道容量最大化原则计算预编码矩阵F的方法流程图。 图6是本专利技术的系统比特差错概率(BER)仿真效果图。 图7是本专利技术的发射机结构图。 图8是图7中预编码矩阵F计算单元704的结构图。 图9是本专利技术的接收机结构图。 图10是应用本专利技术的发射机和接收机进行信号传输的示意图。 具体实施例方式 本专利技术的核心思想是，发射机对待发射信号进行分层，对每层信号进行正交空时分组STBC编码，根据当前的信道状态和预先确定的性能最优准则计算预编码矩阵F，利用计算出的预编码矩阵F对STBC编码后的待发射信号进行预编码后发射。 为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术进一步详细说明。 图1是本专利技术在多天线通信系统中传输信号的方法流程图。该方法适用于发射机和接收机都能够获知当前信道状态的移动通信系统，例如时分复用(TDD)系统、采用MIMO技术和正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)相结合的技术的通信系统即MIMO+OFDM结构下的通信系统，在这些移动通信系统中，发射端与接收端的信道状态可互易。 图1所示传输信号的方法分为发射信号阶段和接收信号阶段，如图1所示，该方法具体包括 步骤101，发射机对待发射信号进行分层。 假设发射天线的数目为Nt，接收天线的数目为Nr，本专利技术适用于分层空间复用系统中，而分层空间复用系统要求接收天线数目大于或者等于发射天线数目，因此，Nr≥Nt。所述分层空间复用系统，结合了分层空时编码技术(STBC)与空间复用技术(BLAST)。 假设待发射信号为 在对待发射信号C进行分层时，按照每M个码元分为一组的方式对待发射信号C进行串并转换，分出的同一组码元属于一个信号层，不同组码元属于不同信号层。 假设待发射信号C共被分为L层，那么，M·L＝Nt。其中，具体将待发射信号分为几层，即L的具体取值取决于步骤102中采用哪种STBC编码方案对各层信号进行STBC编码，所述STBC编码方案是在设计发射机时预先确定的。当预先确定所述编码方案为G2编码方案时，M的取值为2，则L＝Nt/2。 图2是对待发射信号C进行分层的示意图。如图2所示，待发射信号C经过串并转换后，共分出Nt/M层信号，各层信号分别为cM…c1、 步骤102，发射机对每层信号进行STBC编码。 本步骤中，按照文献“V.Tarokh，H.Jafarkhani and A.R.Calderbank，‘Space-Time block codes from orthogonal designs’IEEE Transactions onInformation Theory，Vol.5，pp.1456-1467，July 1999”中的STBC编码规则对各层信号进行STBC编码，形成STBC码块Su(u＝1......L)，其中，Su为M×T维矩阵，代表在T个时间片内发送M个码元符号。 图3是采用G2编码方案时，经STBC编码后的待发射信号结构图。 如图3所示，经STBC编码后的待发射信号共分为L个STBC码块S1，S2…SL，这L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在多天线通信系统中发射信号的方法，其特征在于，该方法包括：发射机对待发射信号进行分层，对每层信号进行正交空时分组ＳＴＢＣ编码，根据当前的信道状态和预先确定的性能最优准则计算预编码矩阵Ｆ，利用计算出的预编码矩阵Ｆ对ＳＴＢＣ编码后的待发射信号进行预编码后发射。

【技术特征摘要】
1.一种在多天线通信系统中发射信号的方法，其特征在于，该方法包括发射机对待发射信号进行分层，对每层信号进行正交空时分组STBC编码，根据当前的信道状态和预先确定的性能最优准则计算预编码矩阵F，利用计算出的预编码矩阵F对STBC编码后的待发射信号进行预编码后发射。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算预编码矩阵F包括根据对待发射信号分层的方法，对表示当前信道状态的信道矩阵H进行分层，得到每层信号对应的子信道Hu；对子信道Hu进行QR分解，将分解出的R分量矩阵R′u，u按照进行奇异值分解得到特征波束成形的方向矩阵Vu的转置矩阵VuH，计算各个Vu的能量分布Pu，根据计算每层信号对应的预编码子矩阵Fu；预编码矩阵F由位于对角线上的预编码子矩阵Fu和非对角线上的0矩阵构成；其中，u是不大于L的自然数，L是待发射信号被分出的层数，Λu是对角阵。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述性能最优准则为信道容量最大化原则或成对差错概率最小化原则。4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括按照信道状态的变化情况，设置预编码矩阵F的有效期，预编码矩阵F过期后，根据当前的信道状态重新计算预编码矩阵F。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述按照信道状态的变化情况，设置预编码矩阵F的有效期为将信道的相干时间设置为预编码矩阵F的有效期。6.一种发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海涛，李元柳，冯绍鹏，
申请(专利权)人：普天信息技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]