多天线广播的发送方法及装置 【技术领域】
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种多天线广播的发送方法及装置。
背景技术
多输入多输出(Multi‑Input Multi‑Output，MIMO)技术是第三代和未来移动通信系统实现高数据速率、大系统容量，提高传输质量的重要技术。该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。
MIMO系统的核心在于利用多天线来抑制信道衰落。通常，多径要引起衰落，因而被视为有害因素。但对于MIMO系统来说，多径可以作为一个有利因素加以利用。图1所示为MIMO系统的原理图。传输信息流s(k)经过空时编码形成N个信息子流c
i(k)，i＝1，......，N。这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机利用空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。发射的N个子流同时发送到信道，且占用相同的频带，因而并未增加带宽。若各发射接收天线间的信道响应独立，则MIMO系统可以创造多个并行空间信道。如果通过这些并行空间信道独立地传输信息，数据率可以提高；如果通过这些并行空间信道传输相同的信息，则可以获得空间分集增益，性能可以提高。目前常用的获取空间分集的方式有空时块码(Spatial Time Block Code，STBC)，空频块码(Spatial Frequency BlockCode，SFBC)等方式。
广播信道的特点是点到多点传输的下行链路。其典型场景是小区内，有一个基站和多个移动终端，基站向多个移动终端同时发送广播信号。基站发送广播信号时，并不知道移动终端的信息，如移动终端的个数、移动终端的信道状况等。目前，广播信道只考虑单天线发送，随着通信技术的发展，特别是MIMO技术的提出，在广播信道中考虑多天线发送，提高性能和频谱效率，已经成为研究热点。
层次调制(Hierarchy Modulation，HM)是一种增强型调制技术，已被移动超宽带(Ultra Mobile Broadband，UMB)，数字视频广播(Digital VideoBroadcasting，DVB)，MediaFLO(高通公司提出的移动电视标准)等标准采纳。层次调制在单天线场景下可以获得最大的广播信道容量，或者说是获取广播信道容量的最佳方式之一。
HM典型的实现框图如图2所示：
两个不同的业务流(业务流1和业务流2)，通过信道编码后，经层次调制将两个不同业务流的数据进行复用。复用的方式可以将16QAM(QuadratureAmplitude Modulation，正交幅度调制)的两个可靠度高的bit给业务流1，两个可靠度低的bit分给业务流2；或者，两个不同的业务流进行正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)调制后，通过不同的功率和相位控制，叠加在一起，完成不同业务数据流的复用。
然而，发明人发现，在目前的广播信道中未引入多天线技术，导致性能和频谱效率不高；层次调制与MIMO也没有结合，使得层次调制只能满足单天线场景下获得最大的广播信道容量。
【发明内容】
有鉴于此，本发明实施例提供一种多天线广播的发送方法及装置，将层次调制与MIMO相结合，提高信道容量和频谱效率。
本发明实施例提供一种多天线广播的发送方法，包括：
对至少两个业务数据流分别进行信道编码；
将所述信道编码后的业务数据流通过层次调制复用为一路业务数据流；
将复用后的业务数据流进行发射分集处理，得到与发射天线数目相对应的多路数据；
将所述多路数据发送给相应的发射天线。
本发明实施例还提供一种多天线广播的发送装置，包括：
信道编码模块，用于对至少两个业务数据流分别进行信道编码；
层次调制模块，用于将所述信道编码后的业务数据流复用为一路业务数据流；
发射分集模块，用于将复用后的业务数据流进行发射分集处理，得到与发射天线数目相对应的多路数据；
至少两副发射天线，用于向接收端发送所述多路数据。
本发明实施例给广播信道下引入多天线技术，采用发射分集的方式提高接收机的信噪比，将层次调制与MIMO相结合，提高了信道容量和频谱效率。
【附图说明】
图1是现有技术MIMO系统的基本框图；
图2是现有技术层次调制的原理图；
图3是本发明实施例一多天线广播的发送方法的流程示意图；
图4是本发明实施例一中16QAM规则星座图及其映射方式示意图；
图5是本发明实施例一中两层QPSK叠加而形成的星座图及其映射方式示意图；
图6是本发明实施例一中对于2副发射天线采用Alamouti方法处理的示意图；
图7是本发明实施例一中延迟发射分集的示意图；
图8是本发明实施例一中角度偏转发射分集的示意图；
图9是本发明实施例二多天线广播的发送方法的流程示意图；
图10是本发明实施例三多天线广播的发送方法的流程示意图；
图11是本发明实施例四多天线广播的发送装置的结构示意图；
图12是本发明实施例四中多天线广播的发送装置改进的结构示意图；
图13是本发明实施例四中多天线广播的发送装置进一步改进的结构示意图。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明实施例进行详细描述。
本发明实施例一：
请参照图3所示，本发明实施例一多天线广播的发送方法，包括：
步骤31，对至少两个业务数据流分别进行信道编码。
本实施例中涉及N(N≥2)个业务数据流，信道编码包括但不限于：Turbo码、LDPC码(低密度奇偶校验码)、或卷积码等。不同业务数据流选取的信道编码方式可以相同，也可以不同。
步骤32，将所述编码后的业务数据流通过层次调制复用为一路数据流。
本实施例中，层次调制的方式包括但不限于：(1)将规则或者不规则QAM的不同可靠度的比特bit分配给不同的业务流；或者(2)将不同层的业务流采用基本调制方式，如QPSK，通过不同的功率或角度叠加。
对于方式(1)，以规则QAM为例，规则QAM一种目前采用的高阶调制方式，图4所示为UMB中采用的规则16QAM调制方式(指包含16种符号的QAM调制方式)，星座分布形状为正方形，相邻的行和相邻的列间的距离相等。
对于方式(2)，不同层的业务流采用QPSK调制后，通过不同的功率或角度叠加后得到星座图(来自UMB)，如图5所示，α为第一业务流的幅度，β为第二业务流的幅度，θ为两层业务流间的角度。
步骤33，将复用后的业务数据流进行发射分集处理，得到与发射天线数目相对应的多路数据。
本实施例中，发射分集包括但不限于：空时块码STBC或空频块码SFBC、延迟发射分集、角度偏转发射分集、时间切换发射分集或频率切换发射分集、或不同的发射分集间的结合等。下面分别介绍。
1、空时块码STBC或空频块码SFBC
空时块码与空频块码基本原理是相同的，空时块码是将信号放到空间和时间两个维度，而空频块码是将信号放到空间和频域两个维度，放的方法都是相同的。
例如，对于2副发射天线的分集方式，Alamouti方法(特指2副发射天线的空时块码或者空频块码)的处理方式如图6所示，输入的符号为s
1，s
2，对于天线1，输出的符号为[s
1，‑
![]()
]，对于天线2，输出的符号为[s
2，
![]()
]，如果输出的符号在不同的时间维度上就是空时块码，如果在不同的频率上就是空频块码。
本实施例中，对复用后的业务数据流利用空间和时间上的编码实现空间分集和时间分集，利用空间和频率上的编码实现空间分集和频率分集，从而降低信道误码率，在2副发射天线场景下，能获得更高的分集增益。
2、延迟发射分集
延迟发射分集如图7所示，其是将复用的业务数据流分集为不同时延的副本，在不同天线上发送。例如，对于天线1，在t1时刻发送；对于天线2，延迟Δt，在t1+Δt时刻发送；对于天线k，则延迟(k‑1)*Δt，在t1+(k‑1)*Δt时刻发送。
3、角度偏转发射分集
角度偏转发射分集如图8所示，其是将复用的业务数据流分集为不同角度的副本，在不同天线上发送。例如，对于天线2，在天线1的角度上偏转θ角度发送；对于天线k，则偏转θ
k‑1角度发送。
4、选择发射分集
选择发射分集通常包括时间切换发射分集、频率切换发射分集，当发送端不知道信道信息时，发送端可以随机地选取天线发送，在时间上来进行随机选择发送就是时间切换发射分集，在频率上选择就是频率切换发射分集。
5、不同的发射分集间的结合
根据前述4种发射分集的描述，下面以空时块码与时间切换发射分集的结合为例进行简要介绍，本领域技术人员理解并可自由选择其他任意发射分集的结合。
在不同的时间随机选取天线发送(时间切换发射分集)，例如t1时刻选取天线1发送，t2时刻选取天线2发送；而在t1时刻由天线1发送时，再采用空时块码的方式，利用空间和时间上的编码实现空间分集和时间分集；在t2时刻由天线2发送时，也采用空时块码的方式，利用空间和时间上的编码实现空间分集和时间分集。
步骤34，将所述多路数据发送给相应的发射天线。
经发射分集处理得到与发射天线数目相对应的多路数据，将发送给相应的发射天线以发送给接收方。应当理解，本实施例多天线广播的发送方法不仅适用于接收方(例如移动终端)拥有2根或者2根以上的接收天线的情况，还适用于接收方仅1根接收天线的情况。
本发明实施例给广播信道下引入多天线技术，采用发射分集的方式提高接收机的信噪比，将层次调制与MIMO相结合，提高了信道容量和频谱效率。
本发明实施例二：
请参照图9所示，本发明实施例二多天线广播的发送方法将OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)与MIMO相结合，与实施例一的区别在于，本实施例中，将复用后的业务数据流通过发射分集处理得到与至少两副发射天线相对应的数据后，不是直接发送给发射天线，而是先经过OFDM调制，再发送给发射天线。
步骤91，对至少两个业务数据流分别进行信道编码。
步骤92，将所述信道编码后的业务数据流通过层次调制复用为一路业务数据流。
步骤93，将复用后的业务数据流进行发射分集处理，得到与发射天线数目相对应的多路数据。
步骤91‑93与实施例一中步骤31‑33相同，此不赘述。
步骤94，对所述多路数据分别进行OFDM调制。
OFDM调制可以将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。每个子信道的带宽很窄，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以抑制符号间干扰，与多天线能很好的结合。
步骤95，将经OFDM调制后的多路数据发送给相应的发射天线。本步骤与实施例一的步骤34基本相同，在步骤34中，发送给发射天线的多路数据是经发射分集处理得到的数据，未经OFDM调制；本步骤中发送给发射天线的多路数据是经发射分集处理和经OFDM调制的数据。
作为本实施例的进一步改进，在步骤91对至少两个业务数据流分别进行信道编码之后，还包括步骤：
对所述信道编码后的业务数据流分别进行交织处理。
交织处理是通过扰乱信道编码后的业务数据流码字顺序相关的比特非相关化、随机化，不增加任何开销的情况下获得时间分集，以便于层次调制时的复用，对各路业务数据流的交织方式可以相同，也可以不相同。
经过交织处理后，再执行步骤92，将所述业务数据流通过层次调制复用为一路数据流。
本实施例将OFDM与MIMO相结合，不仅可以提高分集增益和信道容量，而且利用OFDM将频率选择性衰落转换为子载波上的平坦衰落，可以消除符号间干扰。
本发明实施例三：
请参照图10所示，本发明实施例三多天线广播的发送方法与实施例二的区别在于，本实施例中，将复用后的业务数据流通过发射分集处理得到与至少两副发射天线相对应的数据后，先经插入导频和载波映射，再进行OFDM调制，然后才发送给发射天线。
步骤101，对至少两个业务数据流分别进行信道编码。
步骤102，将所述信道编码后的业务数据流通过层次调制复用为一路业务数据流。
步骤103，将复用后的业务数据流进行发射分集处理，得到与发射天线数目相对应的多路数据。
步骤101‑103与实施例二中步骤91‑93相同，此不赘述。
步骤104，对所述多路数据分别插入导频及载波映射。
载波映射则是将各路数据分别映射为OFDM符号，插入导频是通过在OFDM符号组成的时频资源块中插入已知信息——导频，根据导频所在位置的衰落情况估计从发射端到接收端之间的整个信道时频资源块的衰落情况。导频载波不传送任何有用信号码流，可以抵抗各种干扰，信道估计便于接收端能获取预估的结果，并能够了解每一个载波的频率和相位的失真，然后接收端根据这些信息对信号幅度及相位进行校正，即信道均衡。
步骤105与实施例二中的步骤94基本相同，即对所述插入导频及载波映射后的多路数据分别进行OFDM调制。
步骤106与实施例二中的步骤95基本相同，即将经OFDM调制后的多路数据发送给相应的发射天线。
同理，作为本实施例的进一步改进，在步骤101对至少两个业务数据流分别进行信道编码之后，还包括步骤：
对所述编码后的业务数据流分别进行交织处理。
交织处理是通过扰乱信道编码后的业务数据流码字顺序相关的比特非相关化、随机化，不增加任何开销的情况下获得时间分集，以便于层次调制时的复用，对各路业务数据流的交织方式可以相同，也可以不相同。
本实施例将OFDM与MIMO相结合，不仅可以提高分集增益和信道容量，而且利用OFDM将频率选择性衰落转换为子载波上的平坦衰落，可以消除符号间干扰。同时，在OFDM调制之前，还对多路数据进行插入导频及载波映射处理，更有利于接收端进行信道均衡。
本发明实施例四：
请参照图11所示，本发明实施例四多天线广播的发送装置，包括：
信道编码模块11，用于对至少两个业务数据流分别进行信道编码。
本实施例中涉及k(k≥2)个业务数据流，信道编码包括但不限于：Turbo码、LDPC码(低密度奇偶校验码)、或卷积码等。对于不同业务数据流，信道编码模块11选取的信道编码方式可以相同，也可以不同。
层次调制模块12，用于将所述信道编码后的业务数据流复用为一路业务数据流。
本实施例中，层次调制模块进行层次调制的方式包括但不限于：(1)将规则或者不规则QAM的不同可靠度的bit分配给不同的业务流；或者(2)将不同层的业务流采用基本调制方式，如QPSK，通过不同的功率或角度叠加。
发射分集模块13，用于将复用后的业务数据流进行发射分集处理，得到与发射天线数目相对应的多路数据。
本实施例中，发射分集模块13具体可以包括：
空时块码模块，用于对复用后的业务数据流利用空间和时间上的编码实现空间分集和时间分集；或
空频块码模块，用于对复用后的业务数据流利用空间和频率上的编码实现空间分集和频率分集；或
延迟发射分集模块，用于将复用的业务数据流分集为不同时延的副本，以在不同发射天线上发送；或
角度偏转发射分集模块，用于将复用的业务数据流分集为不同角度的副本，以在不同发射天线上发送；或
时间切换发射分集模块，用于在时间上进行随机选择发射天线发送；或
频率切换发射分集模块，用于在频率上进行随机选择发射天线发送。
在实际应用场景中，发射分集模块13可以具体为上述任一分集模块或任意分集模块的组合。
至少两副发射天线14，用于向接收端发送所述多路数据。
本实施例中，发射天线数目为N(N≥2)，这种通过多天线的发送可以有效抑制信道衰落。
再请参照图12所示，作为对本实施例的进一步改进，多天线广播的发送装置还包括：
正交频分复用OFDM调制模块15，设于所述发射分集模块12与发射天线14之间，用于对所述发射分集模块12分集处理得到的多路数据分别进行OFDM调制。
OFDM调制可以将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。每个子信道的带宽很窄，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以抑制符号间干扰，与多天线能很好的结合。
还请参照图13所示，作为对本实施例的进一步改进，多天线广播的发送装置还包括：
插入导频及载波映射模块17，设于所述发射分集模块12与OFDM调制模块15之间，用于将所述发射分集模块12分集处理得到的多路数据分别映射为OFDM符号，在OFDM符号组成的时频资源块中插入导频，根据导频所在位置的衰落情况估计从发射端到接收端之间的整个信道时频资源块的衰落情况。以便于接收端根据信道估计情况进行信道均衡。
对于图11‑13所示的多天线广播的发送装置，还可以在信道编码模块11与层次调制模块12之间，设置交织模块16，用于对所述信道编码模块11编码后的业务数据流分别进行交织处理，其具体是通过扰乱信道编码后的业务数据流码字顺序相关的比特非相关化，以获得时间分集，便于层次调制模块12的复用。对于不同业务数据流，交织模块16进行交织处理的方式可以相同，也可以不同
本发明实施例给广播信道下引入多天线技术，采用发射分集的方式提高接收机的信噪比，将层次调制与MIMO相结合，提高了信道容量和频谱效率。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。