一种发送比特数据的方法和装置

摘要

本发明公开了一种发送比特数据的方法，所述方法包括：为待发送的比特数据分配优先级，并且根据当前等效信道相关矩阵确定各信道的比特信道增益；根据所述优先级和比特信道增益，调整所述比特数据的排列顺序，其中：优先级越高的比特数据对应比特信道增益越大的信道；利用对应的信道分别发送排列顺序调整后的比特数据。通过本发明，让重要的比特数据具有较高的比特信道增益，提高其抗噪性能，提升整个系统性能。本发明还公开了一种发送比特数据的装置。

权利要求

1.一种发送比特数据的方法，其特征在于，所述方法包括：为待发送的比特数据分配优先级，并且根据当前等效信道相关矩阵确定各信道的比特信道增益，等效信道相关矩阵的比特信道增益是利用公式计算的，其中：t表示等效信道

相关矩阵一行中的信号功率；n1、n2...nm表示同一行中的干扰功率；ρ表示接收信噪比；

根据所述优先级和比特信道增益，调整所述比特数据的排列顺序，其中：优先级越高的比特数据对应比特信道增益越大的信道；

利用对应的信道分别发送排列顺序调整后的比特数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前等效信道相关矩阵的确定，具体包括：根据当前信道参数和空时编码矩阵确定等效信道相关矩阵，或者，根据当前信道参数和多个扩频码的码字确定等效信道相关矩阵。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当至少两个比特数据具有相同的优先级时，所述调整所述比特数据的排列顺序步骤，具体包括：根据所述比特数据的优先级确定发送该比特数据的信道；

任意调整具有相同优先级的比特数据的排列顺序，使所述比特数据分别与确定的所述信道建立一一对应关系。

4.一种发送比特数据的装置，其特征在于，该装置包括：优先级分配模块，用于为待发送的比特数据分配优先级；

比 特 信 道增 益 确 定 模 块，用 于 根 据 当前 等 效 信 道 相 关 矩 阵 确定各信 道的 比特 信道 增 益，等 效信 道相 关矩 阵的 比 特信 道增 益是 利用公式计算的，其中：t表示等效信道相关矩阵一行中的信号功率；n1、n2...nm表示同一行中的干扰功率；ρ表示接收信噪比；

顺序调整模块，用于根据所述优先级和比特信道增益，调整所述比特数据的排列顺序，其中：优先级越高的比特数据对应比特信道增益越大的信道；

发送模块，用于利用对应的信道分别发送排列顺序调整后的比特数据。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述比特信道增益确定模块包括：等效信道相关矩阵确定模块，用于根据当前信道参数和空时编码矩阵确定等效信道相关矩阵；或者，根据当前信道参数和多个扩频码的码字确定等效信道相关矩阵。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述顺序调整模块包括：信道确定模块，用于在至少两个比特数据具有相同的优先级时，根据该优先级确定发送该比特数据的信道；

排列模块，用于任意调整具有相同优先级的比特数据的排列顺序，使每一所述比特数据分别与所述信道确定模块确定的所述信道建立一一对应关系。

说明书

一种发送比特数据的方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及通信领域的数据传输技术，尤其涉及一种在多输入输出(Multi Input Multi Output，MIMO)系统中发送比特数据的方法和装置。

背景技术

[0002] MIMO技术是现代通信技术中的一个重要技术，通过MIMO技术可以在通信系统的发送端和接收端安装多个天线，利用各天线之间独立的多径衰落来提高系统的容量和可靠性。现有MIMO技术在发送端的工作流程是：

[0003] 1、将源比特数据进行信道编码。

[0004] 2、将编码后的比特数据进行交织。

[0005] 3、将交织后的比特数据进行调制。

[0006] 4、利用空时编码矩阵对调制后的符号进行空时编码，并发送。

[0007] 在这里对编码后的比特数据进行交织的目的是将信道中突发错误的位置随机化、离散化，从而提高译码纠错能力，提高系统的抗干扰性。

[0008] 在实际的比特数据发送过程中，待发送的比特数据的重要程度往往是不同的，例如经过信道编码后的比特数据可以包括信息比特数据和校验比特数据，其中信息比特数据的重要程度高于校验比特数据，在比特数据传输过程中通常希望重要程度越高的比特数据能够有更好的抗噪性能(即利用具有高的比特信道增益的信道发送比特数据)。从以上传统的数据发送过程可以看出，目前的交织的准则主要是将发生错误的比特位置随机化，避免出现连续比特错误的情况，而没有考虑到比特数据的抗噪性能。

发明内容

[0009] 本发明实施例提供一种发送比特数据的方法、系统及装置，以解决现有技术中存在的由于比特数据的交织只是实现错误随机化，没有充分考虑到比特数据抗噪性能的问题。

[0010] 一种发送比特数据的方法，所述方法包括：

[0011] 为待发送的比特数据分配优先级，并且根据当前等效信道相关矩阵确定各信道的比特信道增益，等效信道相关矩阵的比特信道增益是利用公式计算的，其中：t表示等效信道相关矩阵一行中的信号功率；n1、n2...nm表示同一行中的干扰功率；ρ表示接收信噪比；

[0012] 根据所述优先级和比特信道增益，调整所述比特数据的排列顺序，其中：优先级越高的比特数据对应比特信道增益越大的信道；

[0013] 利用对应的信道分别发送排列顺序调整后的比特数据。

[0014] 一种发送比特数据的装置，该装置包括：

[0015] 优先级分配模块，用于为待发送的比特数据分配优先级；

[0016] 比特 信 道增 益确 定 模块，用 于根 据当 前 等效 信道 相 关矩 阵 确定各信道的比特信道增益，等效信道相关矩阵的比特信道增益是利用公式计算的，其中：t表示等效信道
相关矩阵一行中的信号功率；n1、n2...nm表示同一行中的干扰功率；ρ表示接收信噪比；

[0017] 顺序调整模块，用于根据所述优先级和比特信道增益，调整所述比特数据的排列顺序，其中：优先级越高的比特数据对应比特信道增益越大的信道；

[0018] 发送模块，用于利用对应的信道分别发送排列顺序调整后的比特数据。

[0019] 本发明通过实现与等效信道相关矩阵相匹配的比特交织，让优先级高的比特数据利用较大比特信道增益的信道发送，提高这类优先级高的比特数据的抗噪性能，改善系统的性能。

附图说明

[0020] 图1为本发明实施例一中发送比特数据的方法步骤流程示意图；

[0021] 图2为仿真实例一和二中使用的两种方案得到的信噪比和误码率的对比示意图；

[0022] 图3为本发明实施例二中发送比特数据的装置结构示意图。

具体实施方式

[0023] 在MIMO系统中，由于空时编码的作用，系统中的多路信道分别具有不同的比特信道增益，利用这些比特信道增益不同的信道发送比特数据时，很可能出现重要程度高的比特数据利用比特信道增益低的信道发送，导致这些重要程度高的比特数据的抗噪性能较差。对此，本发明实施例提出利用比特信道增益较高的信道发送重要程度较高的比特数据的方案。

[0024] 下面结合说明书附图详细描述本发明实施例的方案。

[0025] 如图1所示，为在MIMO系统中本发明实施例一发送比特数据的方法步骤流程示意图，该方法包括以下步骤：

[0026] 步骤101：为待发送的比特数据分配优先级。

[0027] 在本步骤之前，可以先确定源比特数据，并对源比特数据进行信道编码的操作，得到本发明实施例中所述的待发送的比特数据。

[0028] 在本实施例中，可以为每一个比特数据分配不同的优先级，也可以为多个重要程度相同的比特数据分配相同的优先级。例如，存在3个待发送的比特数据，其中1个是信息比特数据，2个是校验比特数据，则可以为信息比特数据分配优先级1，其余2个校验比特数据依次分配优先级2和优先级3。或者，也可以为信息比特数据分配优先级1，其余2个校验比特数据都分配优先级2。

[0029] 步骤102：确定当前等效信道相关矩阵。

[0030] 在利用空时编码的码字进行传输的过程中，当前的信道质量为待发送的比特数据带来一定的信道增益，这种比特信道增益可以通过等效信道相关矩阵得以体现。

[0031] 具体地，应用在不同的环境中，确定等效信道相关矩阵的方法也不同，例如，在具有空时编码操作的流程中，根据当前信道参数和空时编码矩阵确定等效信道相关矩阵，在本发明后续实施例中都是以空时编码为例确定等效信道相关矩阵的；而在具有扩频操作的流程中，根据当前信道参数和多个扩频码的码字确定等效信道相关矩阵。

[0032] 步骤103：根据所述等效信道相关矩阵计算每行的比特信道增益，即各信道的比特信道增益。

[0033] 就瞬时的等效相关矩阵而言，存在这样一类空时编码方案，其在空时编码过程中不同信道具有不同的比特信道增益。在本发明中所述的一个比特信道增益是通过接收信噪比、等效信道相关矩阵一行中的信号功率和干扰功率计算获得的。其计算公式为公式(1)：

[0034]

[0035] 其中：t表示等效信道相关矩阵一行中的信号功率；n1、n2...nm表示同一行中的干扰功率；ρ表示接收天线上的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)。在信道互易性成立的情况下，发送端可直接获得接收天线上的信噪比；在信道互易性不成立的情况下，接收端向发送端反馈接收天线上的信噪比。

[0036] 例如，一个等效信道相关矩阵为： 其中，对角线元素的绝对值表示所在行的信号功率，非对角线元素表示各组比特数据之间的干扰功率。等效相关矩阵中第一行的比特信道增益是 第二行
的比特信道增益是 第三行的比特信道增益是

[0037] 步骤104：根据所述优先级和比特信道增益，调整比特数据的排列顺序，其中：优先级越高的比特数据对应比特信道增益越大的信道。

[0038] 当多个比特数据具有相同的优先级时，这些优先级相同的数据比特可进行传统的交织操作，实现错误比特的随机化。

[0039] 在本实施例中，调整具有相同优先级的多个数据比特时可以依照以下方法：

[0040] 首先，根据所述优先级确定发送该比特数据的信道。

[0041] 例如，待发送的比特数据是2个信息比特数据和4个校验比特数据，其中，2个信息比特数据的优先级都是1，4个校验比特数据的优先级都是2。存在6个比特信道增益从高到低依次为信道1、信道2、信道3、信道4、信道5和信道6的信道，则发送信息比特数据的信道是信道1和信道2，发送校验比特数据的信道是信道3、信道4、信道5和信道6。

[0042] 然后，任意调整具有相同优先级的比特数据的排列顺序，使每一所述比特数据分别与确定的所述信道建立一一对应关系。

[0043] 2个信息比特数据的排列先后顺序不固定，可以由任意一个信息比特数据对应信道1，另一个信息比特数据对应信道2。4个校验比特数据与信道3、信道4、信道5和信道6的对应关系不固定。

[0044] 步骤105：利用对应的信道分别发送排列顺序调整后的比特数据。

[0045] 具体的发送过程中，还要对比特数据进行调制、空时编码等后续操作后发送。

[0046] 在本实施例中，为比特数据分配优先级的步骤和计算比特信道增益的步骤可以不分先后顺序，本实施例一中只是一种可能的执行方案。

[0047] 在步骤102中需要通过空时编码矩阵计算出等效信道相关矩阵，具体的计算过程如下：

[0048] 任何一种空时编码矩阵都可以归结为线性离散码(LDC)的一种特例，LDC的码字构成方法可以通过公式(2)表示如下：

[0049]

[0050] 其中xq＝xqR+jxqI是由2m个比特数据调制后的符号(m为构成一个调制后的符号R I的比特个数的一半)，() 和() 分别表示一个符号的实部和虚部，Aq，Bq被称作离散矩阵，均是维度为Nt×T的矩阵，Nt表示发射天线数，T是传输这个编码块的过程中所用的符号周期，Q表示码字矩阵中所包含的调制符号的个数。对于给定的天线数，LDC码字的设计与T，Q和离散矩阵{Aq，Bq}的选择有很大的关系。

[0051] 具体地，LDC系统模型可以描述为公式(3)的形式：

[0052]

[0053] 其中，H表示Nr×Nt维的信道矩阵(Nr表示接收天线数，Nt表示发射天线数)，S表示公式(2)中生成的Nt×T维的空时编码矩阵，V和R分别为Nr×T维的矩阵，其元素表征了每根接收天线在每个符号周期的接收信号和噪声。R、H、S、V均为复数矩阵，其中每一个元素都是复数。

[0054] 通过维度扩展，可以将公式(3)中复数形式的系统模型转化为公式(4)所示的实数形式的系统模型：

[0055]

[0056] 其中：

[0057]

[0058] 下角标R和I表示对矩阵取实数和取虚数，[RR]n，[RI]n，[VR]n，[VI]n分别代表RR，RI，VR，VI的第n列。而 的表达式中 hn＝[(HR)n(HI)n]，(HR)n，(HI)n分别代表HR，HI的第n行。

[0059] 公式(4)中 可以称为”等效信号项”，它是一个实数列向量，是将调制后的符号的实部与虚部进行拆分后，将其按序在列方向上交替排列而构成。 也是一个实数列向量，表征等效接收信号。 表示等效的噪声矢量。而 是等效系统模型中的“等效信道矩阵”，等效信道矩阵中体现着瞬时的信道信息和空时编码矩阵的离散状态信息。

[0060] 通过公式(4)式可知，空时编码的相关信息从空时编码矩阵S中转移到了 中。即空时编码矩阵S的形式与 的形式一一对应，通过分析 的特征可以得到空时编码的相关特征。

[0061] 接收端译码时，需要先经过匹配滤波器HT，则：

[0062]

[0063] 公式(5)中的 是等效信号项， 矩阵就是等效信道相关矩阵，其中的对角线元素表征信号功率的幅值，即有效信号的幅值，而非对角线元素则代表干扰功率的幅值。等效信号项中的每个比特信道增益可以通过 体现出来。

[0064] 下面通过两个仿真实例来说明本发明实施例一的方案，这两个仿真实例中的比特数据是经过Turbo编码后的比特数据，其中，信息比特的优先级高于校验比特，调制方-1式是QPSK，且为获得空时编码的最大分集增益经过θ＝tan (1/2)/2≈13.29°的角度旋转。发射天线数为4，接收天线数为1，信道是单径Rayleigh衰落，则H＝[h1 h2 h3 h4]。空时编码矩阵形式为： 其等效信
道相关矩阵的形式为： 其中：
R R R R I I I I
a＝2(h1h3+h2h4+h1h3+h2h4)cos(2θ)，

[0065] 仿真实例一：

[0066] 假设本次仿真的比特数据为经过码率R为1/2的Turbo编码后输出的8个比特数据为b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7和b8，由于码率是1/2所以信息比特和校验比特以1∶1间插的形式输出，即b1、b3、b5和b7为信息比特，b2、b4、b6和b8为校验比特。在未使用本发明实施例一的交织方案中，b1～b8的顺序会被随机打乱，然后映射为4个QPSK调制符号x1～x4，这四个符号的实虚部不会特定的对应信息比特或校验比特，信息比特和校验比特的抗噪性能是相同的。

[0067] 而在本发明实施例中，等效信道相关矩阵如(6)式所示，前4行的比特信道增益是 后4行的比特信道增益是 若瞬时则将信息比特b1、b3、b5和b7映射到x1～x4的实部，
而b1、b3、b5和b7与x1R～x4R的对应关系可采用常用的交织方案。将校验比特b2、b4、b6和b8映射到x1～x4的虚部，b2、b4、b6和b8与x1I～x4I的对应关系可采用常用的交织方I I
案。若瞬时 则将信息比特映射到x1 ～x4，校验比特映
射到x1R～x4R。

[0068] 此时，优先级高的信息比特数据具有较大的比特信道增益，因此抗噪性能较好。

[0069] 仿真实例二：

[0070] 对比特数据进行码率R为1/4的Turbo编码，编码器以1∶3间插的形式输出信息比特和校验比特，即b1和b5为信息比特，b2、b3、b4、b6、b7和b8为校验比特。在未使用本发明实施例的交织方案中，b1～b8的顺序会被随机打乱，然后映射为4个QPSK调制符号x1～x4，这四个符号的实虚部不会特定的对应信息比特或校验比特。

[0071] 利用实施例一设计的等效信号项 为：

[0072]

[0073] x1R～x4R具有的比特信道增益均为 而x1I～x4I具有的比特信道增益为 若瞬时 令b1
R R R R
和b5映射为x1 ～x4 中的任意2个，譬如x1 和x2，则b2、b3、b4、b6、b7和b8映射R R I I I I
为x3，x4，x1，x2，x3 和x4，这里具体的映射顺序使用常用的交织方式即可。若瞬时I I
令b1和b5映射为x1 ～x4 中的任意2个，b2、b3、b4、
b6、b7和b8映射到其它6个实数符号上。这在一定程度上使得信息比特相对于校验比特而言，经历了较大的信道增益，获得较大的抗噪保护。

[0074] 由上面两个仿真实例可以看出，不论码率是多少，本发明实施例一中的方法是将待发送的比特数据进行了重排，本质上等同于对Turbo编码器输出的比特数据按照一定规则进行了交织，最终目的就是使得尽可能多的信息比特具有较高的比特信道增益。如图2所示，为两次仿真过程中使用的两种方案得到的误码率(Bit error ratio，BER)随信噪比变化的对比示意图，从图中可以看出，在不同码率的情况下，利用本发明实施例一的方法可以降低系统的误码率，但在不同码率的系统中带来的性能提升有所不同。在高码率的系统中，通过本发明实施例一描述的方法得到的增益较小。而在低码率情形下，获得的增益较为-3明显。在R＝1/2时，BER＝10 时约有1dB的SNR增益，而R＝1/4时，增益较R＝1/2时有增加。

[0075] 通过本发明实施例一提供的方法，本发明实施例二还提供一种发送比特数据的装置，如图3所示，该装置包括优先级分配模块11、比特信道增益确定模块12、顺序调整模块13和发送模块14，其中：优先级分配模块11用于为待发送的比特数据分配优先级；比特信道增益确定模块12用于根据当前等效信道相关矩阵确定各信道的比特信道增益；顺序调整模块13用于根据所述优先级和比特信道增益，调整所述比特数据的排列顺序，其中：优先级越高的比特数据对应比特信道增益越大的信道；发送模块14用于利用对应的信道分别发送排列顺序调整后的比特数据。

[0076] 所述比特信道增益确定模块12包括等效信道相关矩阵确定模块21和计算模块22，其中：等效信道相关矩阵确定模块21用于根据当前信道参数和空时编码矩阵确定等效信道相关矩阵；或者，根据当前信道参数和多个扩频码的码字确定等效信道相关矩阵；计算模块22用于将信噪比和所述等效信道相关矩阵每行中的信号功率和干扰功率一起分别计算每行的比特信道增益。

[0077] 所述计算模块22包括保存单元31和执行单元32，其中：保存单元31用于保存公式；执行单元32用于利用所述保存单元31中保存的公式计算比特信道增益。

[0078] 所述顺序调整模块13包括信道确定模块41和排列模块42，其中：信道确定模块41用于在至少两个比特数据具有相同的优先级时，根据该优先级确定发送该比特数据的信道；排列模块42用于任意调整具有相同优先级的比特数据的排列顺序，使每一所述比特数据分别与所述信道确定模块确定的所述信道建立一一对应关系。

[0079] 通过本发明实施例记载的方法和装置，根据等效信道相关矩阵中的各比特信道增益对比特数据进行交织操作，让用户认为重要的比特数据具有较高的比特信道增益，提高其抗噪性能，以达到提升整个系统性能的目的。

[0080] 由于本发明在计算等效信道相关矩阵时，需要用到当前的信道参数。在信道互易性成立的情况下，发送端可直接获得信道参数；在信道互易性不成立的情况下，需要接收端向发送端反馈回与信道参数相关的信息。本发明中以MIMO系统中的空时编码方案为例说明等效信道相关矩阵的计算方法。而在其他系统中，只要能够写成如式(5)所示的系统模型，就都可以采用本发明实施的方案。

[0081] 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。