CN106656413B - 广播信道数据发送接收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种兼容单天线接收与多天线接收的多业务传输***执行的广播信道数据发送接收方法，其具体包括：根据MISO业务与MIMO业务传输所需的服务质量要求以及发送端所使用的多天线星座图，对物理层符号序列进行分组，并对每个物理层符号分组在比特层次进行分割，得到比特层次的MISO业务子信道和MIMO业务子信道；将MISO业务与MIMO业务的传输数据比特填充到对应的比特层次子信道，并将填充了业务数据的比特向量映射到星座图上，通过基带等效信道进行传输；对接收到的信号中的MISO业务子信道进行解码，从中解码出MISO业务数据比特，然后MIMO接收机以解码出的MISO业务数据比特为先验信息对MIMO业务进行解码。
Description
技术领域
本发明属于数字信息传输技术领域，特别涉及宽带无线移动***或宽带地面广播***中的下行多业务传输，具体涉及一种基于比特分割复用的、兼容单天线接收与单天线与多天线接收的多业务传输方法及发送端、接收端装置。
背景技术
为了实现对频率资源的更高效利用，新一代宽带无线移动***和宽带地面广播***广泛采用了多天线技术，又称为多输入多输出 (Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术。MIMO***由于采用多根发射天线与接收天线的结构，可以获得空间复用增益与空间分集增益，实现频谱效率和链路稳定性的提高。***无线移动通信***长期演进(Long Term Evaluation,LTE)、欧洲第二代地面无线数字视频广播(2nd GenerationDigital Video Terrestrial Broadcasting， DVB-T2)中都支持使用MIMO技术来提高传输性能。
在宽带无线移动通信***和宽带地面广播传输***从单天线架构向多天线架构演进的过程中，通信网络中多天线接收机会逐步替换单天线接收机。在这个演进过程中，单天线接收机和双天线接收机会有相当长的一段时间在网络中同时存在。因此，单天线接收机与多天线接收机的兼容性是很有必要解决的问题。如果发送端仅发送供单天线接收机接收解码的业务，则多天线接收机能获得的性能增益非常有限；另一方面，如果发送端仅发送供多天线接收机接收解码的业务，则单天线接收机通常不能正确接收该业务。因此，为了有效利用***资源，需要设计一种多业务***，这种***发送的信号中既包括能供单天线接收机和多天线接收机同时解码的基础业务，又包括只有多天线接收机能接收的附加业务。在现有***中，例如欧洲面向下一代手持接收的数字视频广播***(Digital VideoTerrestrial Broadcasting Next Generation Handhold,DVB-NGH)，对多天线接收机的支持是一种可选模式，并且对单天线接收机和多天线接收的兼容支持是以模式切换的形式实现的。也就是说，现有***大多采用时分复用和频分复用等正交复用方式来解决不同接收天线结构的接收机兼容问题。
信息论原理指出，需求中所涉及的兼容单天线接收与多天线接收的多业务***等效于一个MIMO广播信道模型。在***具有发送端信道状态信息(Channel StateInformation at the Transmitter,CSIT)的情况下，可以用污纸编码(Dirty PaperCoding,DPC)来实现MIMO广播信道的信道容量；当***不具有CSIT的时候，可以使用叠加编码来逼近MIMO广播信道容量。信息论研究表明，在两种业务接收信噪比门限相同的情况下，MIMO广播信道的容量等于时分复用时的容量。然而，在两种业务所需信噪比门限不同的情况下，MIMO广播信道容量大于时分复用时的容量。也就是说，简单地使用时分复用传输适合单天线接收机和多天线接收机接收的不同业务，会造成容量上的损失。
比特层次物理层子信道技术是一种广播信道多业务传输技术。该技术的主要方法是将等效基带***中的传输的符号流在比特层次划分成子信道，并在不同的子信道上传输不同的业务。由于发送端传输星座图中不同位置的比特具有不同的保护等级，因此比特层次物理层子信道技术是一种对信道资源的非线性分配。可以证明比特层次物理层子信道技术具有逼近广播信道容量的性能。
但是，传统的比特层次物理层子信道技术仅考虑单天线传输***。当应用于MIMO***，尤其需要兼容不同接收天线数目的接收机的时候，传统的比特层次物理层子信道技术未考虑不同业务在不同天线之间的编码以及星座映射方式。因此与MIMO广播信道的容量相比有较大的性能损失。
发明内容
为解决现有技术中MIMO传输存在性能损失的问题，提供一种传输效率较高的兼容单天线接收与多天线接收的多业务传输***。
一种广播信道数据发送接收方法，所述方法兼容单天线接收与多天线接收的广播信道多业务传输，且可同时传输MISO业务与MIMO 业务，其特征在于，包括以下步骤：
传输数据准备：对于MISO业务的数据和MIMO业务的数据，分别独立进行信道差错控制编码和比特交织，得到MISO业务与MIMO 业务的传输数据比特流；
分组：根据MISO业务与MIMO业务传输所需的服务质量要求以及数据发送设备所使用的多天线星座图，对物理层符号序列进行分组；
获取业务子信道：对每个物理层符号分组在比特层次进行分割，得到比特层次的MISO业务子信道和MIMO业务子信道；
数据填充与星座映射：将MISO业务与MIMO业务的传输数据比特填充到对应的比特层次子信道，并将填充了业务数据的比特向量映射到星座图上，通过基带等效信道进行传输；
数据接收解码：对接收到的信号中的MISO业务子信道进行解码，从中解码出MISO业务数据比特，然后MIMO接收机以解码出的MISO 业务数据比特为先验信息对MIMO业务进行解码。
一种广播信道数据发送方法，所述发送方法兼容单天线接收与多天线接收的广播信道多业务传输，且可同时传输MISO业务与MIMO 业务，包括以下步骤：
传输数据准备：对于MISO业务的数据和MIMO业务的数据，分别独立进行信道差错控制编码和比特交织，得到MISO业务与MIMO 业务的传输数据比特流；
分组：根据MISO业务与MIMO业务传输所需的服务质量要求以及数据发送设备所使用的多天线星座图，对物理层符号序列进行分组；
获取业务子信道：对每个物理层符号分组在比特层次进行分割，得到比特层次的MISO业务子信道和MIMO业务子信道；
数据填充与星座映射：将MISO业务与MIMO业务的传输数据比特填充到对应的比特层次子信道，并将填充了业务数据的比特向量映射到星座图上，通过基带等效信道进行传输。
一种广播信道数据接收方法，所述接收方法兼容单天线接收与多天线接收的广播信道多业务传输，且可同时传输MISO业务与MIMO 业务，包括以下步骤：
对接收到的信号中的MISO业务子信道进行解码，从中解码出 MISO业务数据比特，然后MIMO接收机以解码出的MISO业务数据比特为先验信息对MIMO业务进行解码。
相较于现有技术，本发明提供的兼容单天线接收与多天线接收的多业务传输***，可以在多天线发射的无线移动***或宽带地面广播***中兼容单天线接收与多天线接收、可以为具有不同天线数量的接收机提供差异化多业务传输、可以支持的灵活的***参数配置与灵活的信道资源分配。本发明采用比特分割复用方式来解决MISO业务子信道与MIMO业务子信道的分割，相比于传统时分复用、频分复用等正交信道资源分配方式，可以获得广播信道增益，提高***传输的频谱效率。
附图说明
图1是本发明第一实施方式中兼容单天线接收与多天线接收的多业务传输***所应用的设备方框图。
图2是本发明第一实施方式所述的兼容单天线接收与多天线接收的多业务传输***的工作流程图。
图3为如图2所示MISO业务的数据比特映射到MISO业务子信道的方式选择流程图。
图4为图2所示数据填充方式中MISO业务不采用天线间编码时的数据比特填充与星座映射的示意图。
图5为图2所示数据填充方式中MISO业务采用天线间重复编码时的数据比特填充与星座映射的示意图。
图6为图2所示数据填充方式中MISO业务采用天线间空时分组编码时的数据比特填充与星座映射的示意图。
图7为图2所示接收机对接收到的信号进行解码流程图。
图8为本发明第二实施方式中兼容单天线接收和多天线接收的广播信道多业务***联10的工作流程图。
图9为图8所示数据解码中当MISO业务不采用天线间编码时 MISO业务与MIMO业务的逐比特比特交织编码调制曲线图。
图10为图8所示数据解码中当MISO业务采用天线间重复编码和空时编码时MISO业务编码调制曲线图。
图11为本发明第三实施方式中兼容单天线接收和多天线接收的广播信道多业务***联的流程图。
图12为图11所示数据解码中MIMO业务与MISO业务的联合传输速率曲线。
图13为如图12所示数据解码中采用BICM迭代解映射时MIMO业务与MISO业务的联合传输速率性能上界曲线图。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
在传统***中，为解决不同接收天线数目的接收机的兼容问题，通常采用对信道资源正交分割的方法，即采用时分复用或频分复用等方式来进行多业务传输。然而，采用正交信道资源分割的***的联合传输速率性能远小于广播信道的联合信道容量域，造成了频谱效率的浪费。另外，传统的比特分割物理层子信道技术是应用于单天线传输***的，并且多种业务的数据比特直接映射到比特级物理层子信道中。
为了实现信道资源的有效利用，本发明采用基于比特分割的物理层子信道技术，通过在比特层次将广播信道划分成MIMO业务子信道和MISO业务子信道两个比特层次物理层子信道，来实现MIMO业务与MISO业务的兼容传输。基于比特分割的物理层子信道技术被证明是一种具有逼近广播信道容量的多业务传输技术。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施方式是用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
第一实施方式
请参阅图1，其为本发明所述的兼容单天线接收与多天线接收的多业务传输***10的方框图。所述的兼容单天线接收机和多天线接收机的传输***10应用于广播信道中。
兼容单天线接收机和多天线接收机的传输***10包括发射机11 与接收机12，其中，发射机11采用多天线架构，用于发送两种不同的业务数据。该两种不同的业务数据分别为供单天线接收机和多天线接收机同时接收解码的业务MISO业务(Multiple-InputSingle-Outiput，以下简称为MISO业务)，以及仅供多天线接收机接收解码的业务(以下称为MIMO业务)。接收机12包括处于网络中的单天线接收机121以及多天线接收机122，其中，单天线接收机121用于从发射机11所发送的信号中解码出基础的MISO业务，多天线接收机122用于解码基础的 MISO业务以及附加的MIMO业务。
本实施方式考虑一个双天线发射的广播信道多业务***，用于发送两种业务：MISO业务和MIMO业务，其中MISO业务同时供单天线接收机和双天线接收机接收解码，MIMO业务仅供双天线接收机接收解码。
其中，需要说明的是，对于可双向数据传输宽带无线移动***，本实施方式对应其中的下行链路，即发射机11可为信号基站或者宽带无线路由器，接收机12可以为手机或者平板电脑。在本发明其他实施方式中，对应单向数据传输的地面宽带广播***，发射机11可为信号基站，接收机12为电视等音视频播放设备的数字信号接收器。
请参阅图2，其中，图2为本发明第一实施方式所述的兼容单天线接收与多天线接收的多业务传输***10执行广播信道数据发送接收方法的工作流程图。下面结合图1与图2，具体说明兼容单天线接收与多天线接收的多业务传输***10的工作流程，具体步骤如下：
步骤S11，对于MISO业务的数据和MIMO业务的数据，分别独立进行信道差错控制编码和比特交织，得到MISO业务与MIMO业务的传输数据比特流。其中，采用x1[k]和x2[k]来分别表示两根发射天线上的发送符号序列中的第k个符号。
步骤S12，根据MISO业务与MIMO业务传输所需的服务质量要求以及数据发送设备所使用的多天线星座图，对物理层符号序列进行分组。其中，所述数据发送设备也即是发送机11，另外，数据发射符号序列x1[k]和x2[k]均使用2m＝M阶星座图进行调制。
其中，所述的所需服务质量要求，包括MISO业务与MIMO业务两种业务传输所需的数据速率和所需的最小解码门限。所述的对物理层符号序列进行分组，是指将物理层信道中传输的符号流中若干相邻的符号组成一个整体。
步骤S13，根据MISO业务与MIMO业务传输所需服务质量要求，对于每个物理层符号分组在比特层次进行分割，得到比特层次的 MISO业务子信道和MIMO业务子信道。
用bi[k]来表示映射成xi[k]的比特向量，其中，
利用比特层次物理层子信道技术，把比特向量b1[k]和b2[k]中的一部分比特分配给MIMO业务，构成MIMO业务子信道；另一部分比特分配给MISO业务，构成MISO业务子信道。
根据所述所需服务质量要求，对于步骤S2中得到的物理层符号序列分组，对该符号序列分组中所包含的比特进行分割，分割得到两个比特层次子信道，分别用于传输MISO业务和MIMO业务。
其中，用于传输MISO业务的比特层次子信道称为MISO业务子信道，用于传输MIMO业务的比特层次子信道称为MIMO业务子信道。
步骤S14，将MISO业务与MIMO业务的传输数据比特填充到对应的比特层次子信道。其中，将MIMO业务的数据比特填充到MIMO业务子信道，将MISO业务的数据比特填充到MISO业务子信道。然后将填充了两种业务的数据比特的比特向量bi[k]按星座图映射成发送符号xi[k]。进一步，MIMO业务的数据比特直接独立映射MIMO业务子信道，而MISO业务的数据比特映射到MISO业务子信道还包括多种方式，由此，需依据实际需要选择MISO业务的子信道填充方式。
具体地，由于兼容单天线接收与多天线接收的多业务传输***10 为多天线发射、单天线和多天线接收的***，因此在将MIMO业务与 MISO业务的数据比特流向比特层次子信道映射的过程中，要考虑天线间编码问题。由此，对于MIMO业务，可以使用同传统比特分割物理层子信道技术相同的直接映射方式。对于MISO业务，本实施方式中包括三种映射方式，分别是独立编码直接映射，即不采用天线间编码；天线间重复编码映射；天线间空时分组编码映射。
所述将MIMO业务的数据比特填充到MIMO业务子信道的具体方式是指，将MIMO业务的数据比特序列顺序填充到MIMO业务子信道中的每个比特位置上。对于MIMO业务子信道在不同天线上的比特位置，采用空间复用的方式填充MIMO业务的数据比特，不使用天线之间的约束关系。
请参阅图2与图3，其中，图3为如图2所示MISO业务的数据比特映射到MISO业务子信道的方式选择流程图。如图3所示，MISO业务的数据比特映射到MISO业务子信道包括三种方式，使用者可依据实际需要选择MISO业务的子信道填充方式：
步骤S141，独立编码直接填充：将MISO业务的数据比特直接填充到MISO业务子信道上。所述将MISO业务的数据比特直接填充到 MISO业务子信道的具体方式是指，将MISO业务的数据比特序列顺序填充到MISO业务子信道中的每个比特位置上。对于MISO业务子信道在不同天线上的比特位置，采用空间复用的方式填充MISO业务的数据比特，不使用天线之间的约束关系。
具体地，将MISO业务的数据比特直接填充到MISO业务子信道上，即不采用天线间编码。对于MISO业务子信道，比特向量中的每一个比特位置填充的都是MISO业务数据比特流中的不同比特。填充了MIMO业务与MISO业务数据比特之后的比特向量b1[k]和b2[k]被通过相同的映射方式映射成星座符号x1[k]和x2[k]。如图4所示，其中，图4是图2所示数据填充方式中MISO业务不采用天线间编码时的数据比特填充与星座映射的示意图，星座图以16-QAM为例，因此每根发射天线上的比特向量包括4个比特，星座映射方式采用Gray映射。
步骤S142，采用天线间重复编码映射的方式将MISO业务的数据比特填充到MISO业务子信道上，并保证不同发射天线上相同位置的比特相同。所述MISO业务数据比特向MISO业务子信道的填充方法是指，将MISO业务的数据比特序列顺序填充到MISO业务子信道中由相同天线发送的部分的每个比特位置上，使得MISO业务子信道中所有发射天线所发送的比特序列相同。
具体地，将MISO业务的数据比特映射到MISO业务子信道上，并保证不同发射天线上相同位置的比特相同。如图5所示，其中，图5 为图2所示数据填充方式中MISO业务采用天线间重复编码时的数据比特填充与星座映射的示意图。首先在分割子信道时，要保证不同发射天线的比特向量中在相同位置上的比特分配给相同的子信道。也就是说，比特向量中的比特b1 (j)[k]和
或被同时分配给MISO子信道，或者被同时分配给MIMO业务子信道。在对MISO业务子信道填充MISO业务数据比特的时候，对于两个比特向量相同位置的比特，填充相同的MISO业务的数据比特，即如果b1 (j)[k]和
属于MISO 业务子信道，则满足
星座映射方式与方法1所采用的星座映射相同，填充了业务比特流的比特向量b1[k]和b2[k]被通过相同的映射方式映射成星座符号x1[k]和x2[k]。
步骤S143，采用天线间空时分组编码映射将MISO业务的数据比特填充到MISO业务子信道上，保证相邻符号不同发射天线上相同位置的比特满足空时分集编码准则。
所述MISO业务数据比特向MISO业务子信道的填充方式是指，将MISO业务的数据比特序列填充到MISO业务子信道上，并通过空时分集编码，使得在仅考虑MISO业务子信道的情况下，多根发射天线在相邻发射符号之间满足空时分组编码准则。
具体地，将MISO业务的数据比特映射到MISO业务子信道上，并保证相邻符号不同发射天线上相同位置的比特满足空时分集编码准则。和比特层次子信道划分方式相同，同样要求不同比特向量中相同位置的比特被分配给相同的业务，即比特b1 (j)和
或被同时分配给 MISO子信道，或者被同时分配给MIMO业务子信道。并且要求在向量的空时分组之内，业务子信道的分配方式相同。本实施方式中采用双天线发射机，因此空时分组的长度为2。
业务比特的填充与星座映射如图6所示，其中，图6为图2所示数据填充方式中MISO业务采用天线间空时分组编码时的数据比特填充与星座映射的示意图。在一个空时分组中的第一个时刻，MISO业务的数据比特独立填充该时刻的MISO业务子信道上；在相同空时分组中的第二个时刻，MISO业务子信道上的比特与上一个时刻不同发射天线上比特向量相同位置上的比特相同，即MISO业务数据比特填充方式满足约束条件
在进行星座的映射的时候，空时分组内的第一个时刻，两根发射天线的星座映射方式相同，用T表示；空时分组内的第二个时刻，两根发射天线的映射方式分别为-T和-T*，即分别映射为原星座图的负星座图和负共轭星座图。
步骤S15，根据编码方式，对填充完成业务数据的比特向量进行星座映射。也即是本实施方式中仅考虑平衰落信道下的基带等效***，即发送的数据比特流经过信道编码之后被映射成基带符号序列。
完成比特填充与星座映射之后，得到基带发送符号xi[k]。将xi[k] 在等效基带***上发送，完成多业务传输。
步骤S16，数据接收，通过等效基带***发射传输，经过衰落信道和叠加噪声，也即是基带符号序列通过基带等效信道的衰落之后与噪声叠加，得到接收信号序列。对于频率选择性衰落信道，可以使用 OFDM转化为频域上的平衰落信道。当采用OFDM时，上述基带符号序列是在不同子载波上传输的基带符号所组成的序列。
步骤S17，MISO业务对应的接收机12和MIMO业务对应的接收机 12对接收到的信号进行解码。其中，所述解码包括解映射和信道译，所述解码方式采用基于独立解映射的方式或基于迭代解映射的方式。
具体地，请一并参阅图2与图7，其中，图7为接收机12对接收到的信号进行解码流程图。如图7所示，MISO接收机和MIMO接收机对接收到的信号进行解码的具体步骤包括：
步骤S171，对MISO业务子信道进行解码，也即是对MISO业务子信道进行解映射和信道译码，MISO接收机和MIMO接收机对接收到的信号中的MISO业务子信道进行解码，从中解码出MISO业务数据比特。
步骤S172中，判断接收机12的类型，也即是判定接收机12中是否包含有多天线接收机122。
步骤S173，若接收机为多天线接收机，则MIMO接收机将解码出的MISO业务的数据比特作为先验信息，对接收到的MIMO业务子信道进行解码，所述解码包括解映射和信道译码，从而解码出MIMO业务数据比特。其中，MIMO业务的数据比特直接填充到MIMO业务子信道上。若接收机12并不是多天线接收机，则流程结束。
第二实施方式
请参阅图8，其为本发明第二实施方式中兼容单天线接收和多天线接收的广播信道多业务***联10的工作流程图。
本实施方式与第一实施方式基本相同，区别仅在于MIMO业务与 MISO业务的解码方法不同。
具体地，步骤S21，对于MISO业务的数据和MIMO业务的数据，分别独立进行信道差错控制编码和比特交织，得到MISO业务与 MIMO业务的传输数据比特流。
步骤S22，根据MISO业务与MIMO业务传输所需的服务质量要求以及发送端所使用的多天线星座图，对物理层符号序列进行分组。
步骤S23，根据MISO业务与MIMO业务传输所需服务质量要求，对于每个物理层符号分组在比特层次进行分割，得到比特层次的 MISO业务子信道和MIMO业务子信道。
步骤S24，将MISO业务与MIMO业务的传输数据比特填充到对应的比特层次子信道。
步骤S25，根据编码方式，对填充完成业务数据的比特向量进行星座映射。
步骤S26，通过等效基带***发射传输，经过衰落信道和叠加噪声。
步骤S27，接收机对接收到的信号进行解码。其中，所述解码包括解映射和信道译码。
对于单天线接收机121(图1)，直接对接收信号中的MISO业务进行解码；对于双天线接收机122(图1)，首先从接收信号中解码MISO 业务，然后再以解码出的MISO业务为先验信息进一步解码MIMO业务。
在解码过程中，对于MISO业务，首先对其进行解映射，使用 Log-MAP解映射，得到MISO业务的逐比特对数似然比为：
其中x代表发送符号矩阵，h表示MISO衰落信道矩阵，y表示单天线接收机接收到的信号，χ代表MISO业务数据比特填充约束下的多天线联合星座图集合，
代表满足
的星座符号组成的集合，σ2代表噪声的方差。
这种解映射方式被称为BICM独立解映射。解映射所得的对数似然比可以直接送入软入软出的信道译码器进行信道译码，得到独立解映射的MISO业务接收比特流。
除了独立解映射之外，也可以采用迭代解映射的方法进一步提高解码性能。经过比特交织的编码经过译码后解交织，并计算相应的外信息，外信息进一步作为先验信息重新送入译码器进行译码。其中，外信息的计算公式为
式中，La表示先验信息的对数似然比，
表示第i根天线第j个比特位置上的先验信息的对数似然比，Pr(x|La)表示发送符号的先验概率密度函数，Pr(y|x)表示接收符号的后验概率密度函数。
对于空时编码的MISO业务数据比特填充与星座映射方式，要首先进行空时解码。对于一个空时分组内的接收符号y[2k-1]和y[2k]，在信道方向上正交分解
其中h＝[h1，h2]为信道矩阵。
通过正交变换，可以消除MISO业务在相同位置的比特上的天线间干扰，同时改变等效信道衰落的分布，实现空间分集。以r1为例，其条件概率密度函数应为
根据上式可以对r1进行解映射操作，接下的解码方式同其他数据比特填充与星座映射方式下的解码方式相同。
可以证明，当采用BICM独立解映射时，两种业务的逐比特BICM 平均互信息可以由如下公式计算，当MISO业务采用独立编码和重复编码的时候：
其中H表示MIMO衰落信道矩阵，EA[·]代表关于随机变量A的数学期望，y代表接收信号。
当MISO业务采用空时编码的时候：
如图9所示，其中，图9为图8所示数据解码中当MISO业务不采用天线间编码时MISO业务与MIMO业务的逐比特比特交织编码调制曲线图。如图9示所示，其清楚载明了当MISO业务不采用天线间编码时，星座图采用16-QAM情况下，两种业务的逐比特BICM平均互信息。由于16-QAM星座图中有两种不同保护等级的比特，因此每种业务对应两条曲线。
如图10所示，其中，图10为图8所示数据解码中当MISO业务采用天线间重复编码和空时编码时MISO业务编码调制曲线图。如图10所示，其清楚载明了当MISO业务采用天线间重复编码和空时编码时， MISO业务的逐比特BICM平均互信息，星座图同样采用16-QAM。
第三实施方式
请参阅图11，其为本发明第三实施方式中兼容单天线接收和多天线接收的广播信道多业务***10的流程图。
本实施方式与第一实施方式基本相同，区别仅在于MIMO业务与MISO业务的解码方法不同。
具体地，步骤S31，对于MISO业务的数据和MIMO业务的数据，分别独立进行信道差错控制编码和比特交织，得到MISO业务与 MIMO业务的传输数据比特流。
步骤S32，根据MISO业务与MIMO业务传输所需的服务质量要求以及发送端所使用的多天线星座图，对物理层符号序列进行分组。
步骤S33，根据MISO业务与MIMO业务传输所需服务质量要求，对于每个物理层符号分组在比特层次进行分割，得到比特层次的 MISO业务子信道和MIMO业务子信道。
步骤S34，将MISO业务与MIMO业务的传输数据比特填充到对应的比特层次子信道。
步骤S35，根据编码方式，对填充完成业务数据的比特向量进行星座映射。
步骤S36，通过等效基带***发射传输，经过衰落信道和叠加噪声。
步骤S37，接收机对接收到的信号进行解码。其中，所述解码包括解映射和信道译码。
用(RA，RB)表示MIMO业务与MISO业务的联合传输速率。对于给定的MIMO业务和MISO业务的信噪比门限(γA，γB)下，每一种比特层次子信道分配方案si对应一个(RA，RB)的取值
预设步骤S32中所述的物理层符号分组内有N个符号。设其中第 i个符号对应的MIMO业务与MISO的联合传输速率为
则N 个符号内的平均联合传输速率为
通过调整每个符号的比特层次子信道分配方案，可以实现(RA，RB)的不同取值，记为(RA，i，RB，i)。
在联合传输速率(RA，i，RB，i)的所有可能取值中，如下步骤可以用来搜索其上界：
C1，在所有(RA，i，RB，i)的取值组成的集合中，选择
此时
表示此时比特向量中的所有比特都分配给MIMO业务子信道；
C2，对于ak＞1，有
则MIMO业务与MISO业务的联合传输速率上界由
给出。
请参阅图12，其中，图12为图11所示数据解码中MIMO业务与 MISO业务的联合传输速率曲线。如图12所示，在MISO业务采用独立编码、天线间重复编码和空时编码，并且采用BICM独立解映射时， MIMO业务与MISO业务的联合传输速率变化曲线。其中，发射机的两根天线上均采用16-QAM星座图进行调制，衰落信道采用Rayleigh 信道，MIMO业务与MISO业务的解码门限分别为10dB和5dB。图6中同时给出了当采用时分复用来传输多业务时的联合传输速率。可以看出，本发明提出的广播信道多业务***相比于时分复用***在联合传输速率上有显著的性能增益。并且，在各种MISO业务的子信道填充与星座映射方式中，空时编码的多业务联合传输速率增益最大。
当采用BICM迭代解映射时，多业务联合传输速率可以进一步获得增益，即逼近编码调制(Coded Modulation，CM)平均互信息。在确定的比特层次子信道划分方案下，采用BICM迭代解映射获得的多业务联合传输速率的计算公式如下：
对于MISO业务：
对于MIMO业务：
其中，Nbpcu表示单位信道使用的比特数目，EA[·]代表关于随机变量 A的数学期望，H4代表MIMO接收机的信道状态信息，hB代表MISO 接收机的信道状态信息。
请参阅图13，其中，图13为如图12所示数据解码中采用BICM迭代解映射时MIMO业务与MISO业务的联合传输速率性能上界曲线图。如图13所示，发射天线星座图仍采用16-QAM，衰落信道采用 Rayleigh信道，MIMO业务与MISO业务的解码门限分别为10dB和 5dB，MISO业务子信道填充与星座映射方式为空时编码。可以看出，采用BICM迭代解映射可以获得相比于BICM独立解映射的进一步性能增益。图7中还给出了高斯输入下的广播信道容量，即广播信道传输速率理论最大值。通过对比可以发现，本发明提出的兼容单天线接收与多天线接收的广播信道多业务传输***具有逼近理论联合传输速率极限的性能。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限定，仅仅参照较佳实施方式对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (20)
1.一种广播信道数据发送接收方法，所述方法兼容单天线接收与多天线接收的广播信道多业务传输，可同时传输MISO业务与MIMO业务，其特征在于，包括以下步骤：
传输数据准备：对于MISO业务的数据和MIMO业务的数据，分别独立进行信道差错控制编码和比特交织，得到MISO业务与MIMO业务的传输数据比特流；
分组：根据MISO业务与MIMO业务传输所需的服务质量要求以及数据发送设备所使用的多天线星座图，对物理层符号序列进行分组；其中，所述所需的服务质量要求，包括MISO业务与MIMO业务两种业务传输所需的数据速率和所需的最小解码门限；所述对物理层符号序列进行分组为将物理层信道中传输的符号流中若干相邻的符号组成一个整体；
获取业务子信道：对每个物理层符号分组在比特层次进行分割，得到比特层次的MISO业务子信道和MIMO业务子信道；
数据填充与星座映射：将MISO业务与MIMO业务的传输数据比特填充到对应的比特层次子信道，并将填充了业务数据的比特向量映射到星座图上，通过基带等效信道进行传输；
数据接收解码：对接收到的信号中的MISO业务子信道进行解码，从中解码出MISO业务数据比特，然后MIMO接收机以解码出的MISO业务数据比特为先验信息对MIMO业务进行解码。
2.根据权利要求1所述的广播信道数据发送接收方法，其特征在于，在所述数据填充步骤中所述的MIMO业务数据比特填充到MIMO业务子信道的方式为将MIMO业务的数据比特顺序填充到MIMO业务子信道的每个比特位置上。
3.根据权利要求1中所述的广播信道数据发送接收方法，其特征在于，在所述数据填充步骤中所述的MISO业务数据比特填充到MISO业务子信道，以及比特向量星座映射的方式包括：
独立编码直接填充：将MISO业务的数据比特直接填充到MISO业务子信道上；或者
天线间重复编码：将MISO业务的数据比特填充到MISO业务子信道上，并保证不同发射天线上相同位置的比特相同；或者
空时分组编码：将MISO业务的数据比特填充到MISO业务子信道上，并保证相邻符号不同发射天线上相同位置的比特满足空时分集编码准则。
4.根据权利要求3中所述的广播信道数据发送接收方法，其特征在于，在所述独立编码方式中所述将MISO业务的数据比特直接填充到MISO业务子信道的具体方式为将MISO业务的数据比特序列顺序填充到MISO业务子信道中的每个比特位置上。
5.根据权利要求4中所述的广播信道数据发送接收方法，其特征在于，在所述独立编码方式中对于MISO业务子信道在不同天线上的比特位置，采用空间复用的方式填充MISO业务的数据比特，不使用天线之间的约束关系。
6.根据权利要求3中所述的广播信道数据发送接收方法，其特征在于，在所述天线间重复编码方式中将MISO业务的数据比特序列顺序填充到MISO业务子信道中由相同天线发送的部分的每个比特位置上，使得MISO业务子信道中所有发射天线所发送的比特序列相同。
7.如权利要求6所述的广播信道数据发送接收方法，其特征在于，在分割子信道时使得不同发射天线的比特向量中在相同位置上的比特分配给相同的子信道，在对MISO业务子信道填充MISO业务数据比特的时候，对于两个比特向量相同位置的比特，填充相同的MISO业务的数据比特。
8.根据权利要求3中所述的广播信道数据发送接收方法，其特征在于，在所述空时分组编码方式中将MISO业务的数据比特序列填充到MISO业务子信道上，并通过空时分集编码，使得在仅考虑MISO业务子信道的情况下，多根发射天线在相邻发射符号之间满足空时分集编码准则。
9.根据权利要求1中所述的广播信道数据发送接收方法，其特征在于，所述数据接收解码步骤中所述的解码方式包括基于独立解映射的方式和基于迭代解映射的方式。
10.根据权利要求1中所述的广播信道数据发送接收方法，其特征在于，在数据填充步骤之后还包括步骤：
根据编码方式，对填充完成业务数据的比特向量进行星座映射成基带符号序列。
11.根据权利要求1中所述的广播信道数据发送接收方法，其特征在于，在数据接收解码步骤中，基带符号序列通过等效基带***发射传输，经过衰落信道和叠加噪声后得到接收符号序列。
12.根据权利要求1中所述的广播信道数据发送接收方法，其特征在于，在数据接收解码步骤还包括：
对接收符号序列中的MISO业务子信道进行解码，获得MISO业务的数据比特；
若接收设备为多天线接收设备，则MIMO接收机将解码出的MISO业务的数据比特作为先验信息，对接收到的MIMO业务子信道进行解码，所述解码包括解映射和信道译码，从而解码出MIMO业务数据比特，其中，MIMO业务的数据比特直接填充到MIMO业务子信道上。
13.一种广播信道数据发送方法，所述发送方法兼容单天线接收与多天线接收的广播信道多业务传输，可同时传输MISO业务与MIMO业务，其特征在于，包括以下步骤：
传输数据准备：对于MISO业务的数据和MIMO业务的数据，分别独立进行信道差错控制编码和比特交织，得到MISO业务与MIMO业务的传输数据比特流；
分组：根据MISO业务与MIMO业务传输所需的服务质量要求以及数据发送设备所使用的多天线星座图，对物理层符号序列进行分组；其中，所述所需的服务质量要求，包括MISO业务与MIMO业务两种业务传输所需的数据速率和所需的最小解码门限；所述对物理层符号序列进行分组为将物理层信道中传输的符号流中若干相邻的符号组成一个整体；
获取业务子信道：对每个物理层符号分组在比特层次进行分割，得到比特层次的MISO业务子信道和MIMO业务子信道；
数据填充与星座映射：将MISO业务与MIMO业务的传输数据比特填充到对应的比特层次子信道，并将填充了业务数据的比特向量映射到星座图上，通过基带等效信道进行传输。
14.根据权利要求13所述的广播信道数据发送方法，其特征在于，在所述数据填充步骤中所述的MIMO业务数据比特填充到MIMO业务子信道的方式为将MIMO业务的数据比特顺序填充到MIMO业务子信道的每个比特位置上。
15.根据权利要求13中所述的广播信道数据发送方法，其特征在于，在所述数据填充步骤中所述的MISO业务数据比特填充到MISO业务子信道，以及比特向量星座映射的方式包括：
独立编码直接填充：将MISO业务的数据比特直接填充到MISO业务子信道上；或者
天线间重复编码：将MISO业务的数据比特填充到MISO业务子信道上，并保证不同发射天线上相同位置的比特相同；或者
空时分组编码：将MISO业务的数据比特填充到MISO业务子信道上，并保证相邻符号不同发射天线上相同位置的比特满足空时分集编码准则。
16.根据权利要求15中所述的广播信道数据发送方法，其特征在于，在所述独立编码方式中所述将MISO业务的数据比特直接填充到MISO业务子信道的具体方式为将MISO业务的数据比特序列顺序填充到MISO业务子信道中的每个比特位置上。
17.根据权利要求16中所述的广播信道数据发送方法，其特征在于，在所述独立编码方式中对于MISO业务子信道在不同天线上的比特位置，采用空间复用的方式填充MISO业务的数据比特，不使用天线之间的约束关系。
18.根据权利要求15中所述的广播信道数据发送方法，其特征在于，在所述天线间重复编码映射方式中将MISO业务的数据比特序列顺序填充到MISO业务子信道中由相同天线发送的部分的每个比特位置上，使得MISO业务子信道中所有发射天线所发送的比特序列相同。
19.根据权利要求18所述的广播信道数据发送方法，其特征在于，在分割子信道时使得不同发射天线的比特向量中在相同位置上的比特分配给相同的子信道，在对MISO业务子信道填充MISO业务数据比特的时候，对于两个比特向量相同位置的比特，填充相同的MISO业务的数据比特。
20.根据权利要求15中所述的广播信道数据发送方法，其特征在于，在所述空时分组编码方式中将MISO业务的数据比特序列填充到MISO业务子信道上，并通过空时分集编码，使得在仅考虑MISO业务子信道的情况下，多根发射天线在相邻发射符号之间满足空时分集编码准则。
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