CN104168247A - Mimo-ofdm系统发送多路数据流的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MIMO-OFDM系统发送多路数据流的方法和装置。其中，该方法包括：将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号，该DET变换包括：具有绑定作用的绑定可逆变换和具有随机性的随机可逆变换，该DET变换是上述两个可逆变换的级联变换，用以实现数据块的时域和频域两个域的扩维和加密；对上述各路频域基带信号进行处理后变换到时域发送。通过本发明，能够将数据块中的每一个符号的维数都得到增加，可以改善传输系统的BER性能。同时，通过引入随机可逆变换，可以使传输具有安全性。

Description

MIMO-OFDM系统发送多路数据流的方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)系统发送多路数据流的方法和装置。

背景技术

如图1所示的普通MIMO-OFDM系统发送多路数据流的方法示意图，该方法包括以下步骤：

在TO_1，对N_T路数据流进行信道编码。其中，所有N_T路数据流可以采用一个信道编码器编码，即采用一个信道编码器编码后，再分成N_T路数据流；也可以每一路或几路采用一个信道编码器编码，这种情况下，多路信道编码器可以相同也可以不同。

在TO_2，对N_T路数据流进行调制映射，根据采用的符号映射方式将N_T路数据流中的每一路数据流的信息比特映射到星座图对应点上，多路数据流可以采用相同的也可以采用不同的调制映射方式。如本领域专业人员所熟知，这里调制映射、比特映射、星座图映射具有相同的含义。

在MIMO-OFDM系统中，普遍采用QAM(Quadrature AmplitudeModulation，正交振幅调制)、MPSK(M-ary Phase Shift Keying，多进制数字相位调制)等调制映射技术。

在TO_3，对N_T路数据流分别进行串并转换，得对应各数据流分块后的数据块，其中数据块的长度为N_b。其中，长度为N_b的数据块与N_b维向量具有相同含义，上述数据块和向量具有相同含义，数据块的长度即向量的维数。数据块的长度为N_b；块长度由一个OFDM符号的有效荷载决定，这里的有效荷载是指一个OFDM符号除去虚载波、导频等开销后，一个OFDM符号所能传输的有用数据的符号数。

在TO_4，在频域插入导频和/或虚载波等，用来实现信道估计、同步和过抽样等。需要说明的是，因为导频和/或虚载波的插入，数据块的长度由N_b变为N_c，且N_c≥N_b。

在TO_5，对N_T路数据流的各数据块分别进行N_c点IDFT(InverseDiscrete Fourier Transformation，离散傅里叶反变换)，得时域基带信号。IDFT有快速算法IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，快速离散傅里叶逆变换)，相应的DFT的快速算法为FFT(Fast FourierTransform，快速离散傅里叶变换)。

在TO_6，对N_T路数据流的各数据块对应的时域基带信号分别插入保护间隔。其中，插入保护间隔的方式包括插入循环前缀(CP，Cyclic Prefix)和插入零填充(ZP，Zero Padding)以及插入独特字(Unique Word,UW)等。

在TO_7，对N_T路数据流分别进行并串转换。

在TO_8，对N_T路数据流分别进行发射前处理。发射前处理可以包括射频、中频调制、放大及基带处理等过程。

图1中步骤TO_2和TO_3的顺序可以互换、TO_6和TO_7的顺序也可以互换。

上述MIMO-OFDM系统发送多路数据流的方法中，传输系统对通信信号的维数(自由度)利用不充分，导致其可达到的传输速率与信道容量之间还存在很大差距，且数据流的传输没有安全保护，容易被窃听。

针对MIMO-OFDM系统发送多路数据流的过程中，存在发送效率较低和传输安全性差的问题，目前尚未提出简单有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MIMO-OFDM系统发送多路数据流的方法和装置，以解决上述的问题。

本发明实施例提供了一种MIMO-OFDM系统发送多路数据流的方法，包括：将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号，该DET变换包括：具有绑定作用的绑定可逆变换和具有随机性的随机可逆变换，该DET变换是上述两个可逆变换的级联变换，用以实现数据块的时域和频域两个域的扩维和加密；对上述各路频域基带信号进行处理后变换到时域发送。其中，所述N_T路数据流的数据块所进行的DET变换方式可以相同，也可以不同。

上述将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号包括：基于数据变换前后的绑定原则将各路天线的数据流中的数据块分别进行绑定可逆变换，使数据块由符号域基带信号变为频域基带信号；对绑定可逆变换后的数据块分别进行随机可逆变换。

上述将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号包括：将各路天线的数据流中的数据块分别进行DFT变换；通过随机置换矩阵对DFT变换后的数据块进行随机置换，其中，该随机置换矩阵是每行每列仅有一个元素为1，其余元素是0的正交矩阵，其中，1的位置是随机的。

上述将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号包括：将各路天线的数据流中的数据块分别进行Walsh变换；通过随机置换矩阵对Walsh变换后的数据块进行随机置换，其中，该随机置换矩阵是每行每列仅有一个元素为1，其余元素是0的正交矩阵，其中，1的位置是随机的。

上述将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号包括：将各路天线的数据流中的数据块分别进行DCT变换；通过随机旋转矩阵对DCT变换后的数据块进行随机旋转，其中，随机旋转矩阵是所有的对角元均是模为1的随机复数，其余元素是0的酉矩阵。

本发明实施例还提供了一种MIMO-OFDM系统发送多路数据流的装置，包括：DET变换模块，用于将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号，DET变换包括：具有绑定作用的绑定可逆变换和具有随机性的随机可逆变换，所述DET变换是上述两个可逆变换的级联变换，用以实现数据块的时域和频域两个域的扩维和加密；发送模块，用于对DET变换模块得到的各路频域基带信号进行处理后变换到时域发送。

上述DET变换模块包括：绑定可逆变换单元，用于基于数据变换前后的绑定原则将各路天线的数据流中的数据块分别进行绑定可逆变换，使数据块由符号域基带信号变为频域基带信号；随机可逆变换单元，用于对上述绑定可逆变换后的数据块分别进行随机可逆变换。

上述DET变换模块包括：DFT变换单元，用于将各路天线的数据流中的数据块分别进行DFT变换；第一随机置换单元，用于通过随机置换矩阵对DFT变换后的数据块进行随机置换，其中，随机置换矩阵是每行每列仅有一个元素为1，其余元素是0的正交矩阵，其中，1的位置是随机的。

上述DET变换模块包括：Walsh变换单元，用于将各路天线的数据流中的数据块分别进行Walsh变换；第二随机置换单元，用于通过随机置换矩阵对Walsh变换后的数据块进行随机置换，其中，该随机置换矩阵是每行每列仅有一个元素为1，其余元素是0的正交矩阵，其中，1的位置是随机的。

上述DET变换模块包括：DCT变换单元，用于将各路天线的数据流中的数据块分别进行离散余弦变换DCT；随机旋转变换单元，用于通过随机旋转矩阵对DCT变换后的数据块进行随机旋转，其中，随机旋转矩阵是所有的对角元均是模为1的随机复数，其余元素是0的酉矩阵。

本发明实施例提供的方法和装置通过对各个数据块分别进行DET变换，扩展了系统发送的通信信号的维数，基于此，接收端可以改善其BER性能。同时，通过引入DET变换，保证了传输的安全性。

附图说明

图1是相关技术中的普通MIMO-OFDM系统发送多路数据流的方法示意图；

图2是根据本发明实施例的一种MIMO-OFDM系统发送多路数据流的方法示意图；

图3A是根据本发明实施例的一种MIMO-OFDM系统中DET实现方法的一般性示意流程图；

图3B是根据本发明实施例的一种MIMO-OFDM系统中DET实现方法的示意流程图；

图3C是根据本发明实施例的一种MIMO-OFDM系统中DET实现方法的示意流程图；

图3D是根据本发明实施例的一种MIMO-OFDM系统中DET实现方法的示意流程图；

图4A是根据本发明实施例的一种MIMO-OFDM系统中DET实现的一般性装置示意图；

图4B是根据本发明实施例的一种MIMO-OFDM系统中DET实现的装置示意图；

图4C是根据本发明实施例的一种MIMO-OFDM系统中DET实现的装置示意图；

图4D是根据本发明实施例的一种MIMO-OFDM系统中DET实现的装置示意图。

具体实施方式

下面通过具体的优选实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

为了提升MIMO-OFDM系统发送多路数据流的发送效率和传输的安全性，本发明实施例提供了一种MIMO-OFDM系统发送多路数据流的方法和装置，下面通过实施例进行描述。

本实施例提供了一种MIMO-OFDM系统发送多路数据流的方法，该方法包括以下步骤：

(1)将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET(DimensionExtended Transform，扩维变换)变换为频域基带信号，该DET变换包括：具有绑定作用的绑定可逆变换和具有随机性的随机可逆变换，该DET变换是上述两个可逆变换的级联变换，用以实现数据块的时域和频域两个域的扩维和加密；

所述扩维，是指扩充通信信号的维数(也就是维度)，本发明实施例定义的MIMO通信信号的维数包括通信信号的时域维数、频域维数和空域维数。具体含义是一个调制映射后的符号(简称调制符号)在接收端所影响到的时域或频域或空域信号的点数。例如，对于普通的MIMO系统，发射端经过一根发射天线所发送的一个符号，接收端的所有N_R根接收天线都可以收到该符号，也就是一个符号所影响到的空域的点数是N_R，这种MIMO信号的空域维数就是N_R。同样，一个普通的MIMO-OFDM发送信号，发送端发送的一个符号由于IDFT的作用，其在时域所影响到的点数是IDFT的点数N_c，其时域维数就是N_c；其频域，由于每一个OFDM符号在频域被局部化在一个频域子信道上，其频域维数是1。

绑定可逆变换是一种可逆变换，并且这种可逆变换可以完成数据的绑定功能，所述绑定功能是指绑定变换后得到向量的每一个分量与绑定变换前的多个符号建立依赖关系，也就是绑定变换前的每一个符号的能量，都将扩散到绑定变换后得到的向量的多个分量上。因此，该绑定可逆变换实现了发送数据块的频域扩维。

对于本实施例而言，上述扩维使DET变换实现前的数据块中的每一个符号的频域维数得到增加，上述加密是指由于DET变换的随机性，使得接收端在不知道密钥的情况下无法完成对接收信号的正确解调。

上述将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号可以包括：基于数据变换前后的绑定原则将各路天线的数据流中的数据块分别进行绑定可逆变换，使数据块由符号域(指数据块经调制映射后得到的符号所在的集合)基带信号变为频域基带信号；对绑定可逆变换后的数据块分别进行随机可逆变换。所谓绑定，指绑定变换后得到向量的每一个分量与绑定变换前的各个符号都有依赖关系，也就是绑定变换前的每一个符号的能量，都将扩散到绑定变换后得到的向量的多个分量上。为了进一步理解上述DET变换中的绑定可逆变换和随机可逆变换，本实施例详述如下：

(1)绑定可逆变换是具有绑定作用的一种可逆变换，用数学公式表示为y＝T(x)，其中，y＝(y₁,y₂,…,y_N)^T,x＝(x₁,x₂,…,x_N)^T是相同维数的向量，T是绑定可逆变换的变换算子；所谓绑定作用，是指变换前的x的任何一个分量x_i,i＝1,2,…,N都会影响变换后得到的向量y的两个至N个分量，即x的任何一个分量的能量通过变换扩散到了y的两个至N个分量上，也可以说y的所有分量与x的多个分量都有相关性。

(2)随机可逆变换是一种具有随机性的线性可逆变换，典型的随机可逆变换包括随机置换(也叫随机交织)、随机反相变换和随机旋转变换。随机置换的变换矩阵是每一行和每一列只有一个元素是1，其余元素都是0的正交矩阵，其随机性体现在具体到某一行的1出现在什么位置是随机的；随机反相变换的变换矩阵是对角元为+1或者-1的对角矩阵，其随机性体现在具体到某一个对角元是+1还是-1是随机的；随机旋转矩阵是第k个对角元为的复数旋转因子，其中θ_k∈[0,1)是随机的。

该方法中通过将各路天线的数据流中的数据块分别进行绑定可逆变换，可以将数据块由符号域基带信号变为频域基带信号，实现数据块的绑定。通过对绑定可逆变换后的数据块分别进行随机可逆变换实现DET；通过绑定可逆变换后的随机可逆变换，改变上述频域基带信号的频谱结构，实现时域和频域扩维和加密。

其中，各路天线的数据流中的数据块可以是采用如下方式得到的数据块：对各路天线的数据流进行信道编码、调制映射和串并转换，得到对应各数据流的数据块。本实施例的信道编码、调制映射和串并转换的具体实现可以与图1所示的TO_1至TO_3中的方式相同，这里不再详述。

(2)对上述各路频域基带信号进行处理后变换到时域发送。该处理可以包括：对DET变换后的数据块进行导频和/或虚载波插入、IDFT或DFT(Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换)，得到与多路数据流对应的多路时域基带信号；对上述多路时域基带信号分别进行插入保护间隔、并串转换及发射前处理。

其中，上述导频和/或虚载波插入、IDFT(或DFT)、插入保护间隔、并串转换及发射前处理可以与图1所示的TO_4至TO_8的方式相同，这里不再详述。

参见图2所示的本发明实施例提供的MIMO-OFDM系统发送多路数据流的方法示意图，该方法包括以下步骤：

在TD_1，对N_T路数据流进行信道编码。

在TD_2，对N_T路数据流进行调制映射。

在TD_3，对N_T路数据流分别进行串并转换，得到对应各数据流分块后的数据块。

在TD_4，对N_T路数据流的各数据块分别进行DET变换，实现扩维的同时对调制后的信号波形加密。其中，DET变换由绑定可逆变换和随机可逆变换级联实现。

在TD_5，插入导频和/或虚载波等，用来实现信道估计、同步和过抽样等，本步骤的功能和实现方式与图1中的TO_4相同。

在TD_6，对N_T路数据流的各数据块分别进行N_c点IDFT，得到时域基带信号。

在TD_7，对N_T路数据流的各数据块对应的时域基带信号分别插入保护间隔。

在TD_8，对N_T路数据流分别进行并串转换。

在TD_9，对N_T路数据流分别进行发射前处理。

图2中步骤TD_1～TD_3、TD_5～TD_9与上述图1中的步骤TO_1～TO_3、TO_4～TO_8相同，因此不再做进一步的说明。与图1不同的是，图2所增加的步骤TD_4实现了上述DET变换。

本实施例的方法中，通过各个数据块分别进行DET变换，扩展了发送信号的维数，基于此，接收端可以改善其BER性能。同时，通过引入DET变换，保证了传输的安全性。

需要进一步说明的是，为叙述方便，本发明实施例以N_T≤N_R且信道矩阵满秩的情况为例来说明，其中，N_T为发射天线数，N_R为接收天线数。本领域技术人员应该理解，对于N_T>N_R和N_T≤N_R且信道矩阵缺秩且满足秩大于1的情况，均可通过预编码等技术先行处理后再采用本发明实施例提供的方法。

参见图3A所示的MIMO-OFDM系统DET实现方法的一般性示意流程图，具体包括以下步骤：

在TD_1～TD_3，分别对N_T路数据流DS-1、DS-2、……、DS-N_T进行信道编码，调制映射和串并转换后，变为对应的数据块DB-1、DB-2、……、DB-N_T，本发明实施例称之为符号域基带信号。处理的方法与图1所述步骤相同，在此不再做进一步的说明。

在TD_4，对上述处理后的DB-1、DB-2、……、DB-N_T符号域基带信号分别进行N_b点DET变换将符号域基带信号变为变换域基带信号。

在TD_5，对上述变换域基带信号插入导频和/或虚载波。

在TD_6，对DET变换后的DB-1、DB-2、……、DB-N_T分别进行N_c点IDFT变换到时域。本领域的技术人员都应该理解，通过信道的数据通常称之为时域数据，未经发射前处理的基带数据在并串转换前后通常称之为时域基带信号。

在TD_7～TD_9，分别对DB-1、DB-2、……、DB-N_T插入保护间隔及后处理，处理的方法与图1所述步骤相同，在此不再做进一步的说明。

下面提供了本实施例中DET变换实现过程的具体描述。DET变换的实现包括步骤TD_4-1和步骤TD_4-2。

在TD_4-1，实现绑定可逆变换。所述绑定可逆变换完成数据块绑定并实现变换域基带信号的扩维。其中，常见的典型绑定可逆变换可以是DFT变换，DCT(Discrete Cosine Transform)变换，Walsh变换及其他的可以实现数据块绑定并实现变换域扩维的可逆变换，以及上述可逆变换的任意组合。基于此，上述将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号可以包括以下方式之一：

(1)将各路天线的数据流中的数据块分别进行DFT变换；通过随机置换矩阵对DFT变换后的数据块进行随机置换，其中，该随机置换矩阵是每行每列仅有一个元素为1，其余元素是0的正交矩阵，其中，1的位置是随机的。

(2)将各路天线的数据流中的数据块分别进行Walsh变换；通过随机置换矩阵对Walsh变换后的数据块进行随机置换，其中，该随机置换矩阵是每行每列仅有一个元素为1，其余元素是0的正交矩阵，其中，1的位置是随机的。

(3)将各路天线的数据流中的数据块分别进行DCT变换；通过随机旋转矩阵对DCT变换后的数据块进行随机旋转，其中，随机旋转矩阵是所有的对角元均是模为1的随机复数，其余元素是0的酉矩阵。

为叙述方便，下面以一路DET变换为例说明其过程。表示第i路信号也就是第i根天线所要发送的有效荷载数据，i＝1,2,…,N_T，DET变换的绑定可逆变换的可逆矩阵是T₁ ⁽ⁱ⁾，则第i路TD_4-1变换后的数据块表示为S_i＝T₁ ⁽ⁱ⁾s_i，i＝1,2,…,N_T。需要说明的是，对应于N_T路数据流中每一路数据流中的数据块的可逆矩阵T₁ ⁽ⁱ⁾可以相同也可以不同。

在TD_4-2，实现随机可逆变换。所述随机可逆变换实现对频域基带信号的信号结构的改变，使得发送端的IDFT或者接收端的DFT无法实现对频域扩维后的信号解扩，从而实现对发送信号的时域和频域两个域的同时扩维和加密。采用随机可逆矩阵T₂ ⁽ⁱ⁾，Z_i＝T₂ ⁽ⁱ⁾S_i，i＝1,2,…,N_T,完成对各数据块的DET变换。需要说明的是，对应于N_T路数据流中每一路数据流中的数据块的随机可逆矩阵T₂ ⁽ⁱ⁾可以相同也可以不同。

在本示意图中，N_c点IDFT后待发送的第i路时域数据块 $z_i=\mathrm{IDFT}\left(Z_i\right)={(z_{1,i},z_{2,i},...z_{N_c,i})}^T,i=\mathrm{1,2},...,N_T.$

这里，随机可逆变换矩阵由通信收发双方共同约定或采用相同的方法生成，随机可逆变换矩阵的具体生成方法在多种数学书籍中有讨论，不属于本发明的内容。

实施例1

参见图3B所示的MIMO-OFDM系统中DET实现方法的示意流程图，该实施例中，N_T＝4，但是本领域技术人员应该理解，所描述的方法适用于N_T≥2的数据流。

图3B所示的方法包括以下处理过程。

在TD_1～TD_3，分别对N_T路数据流DS-1、DS-2、DS-3、DS-4进行信道编码、调制映射和串并转换后，变为对应的数据块DB-1、DB-2、DB-3、DB-4，称之为符号域基带信号。处理的方法与图2所述步骤相同，在此不再做进一步的说明。

在TD_4，对上述处理后的DB-1、DB-2、DB-3、DB-4符号域基带信号分别进行N_b点DET变换将符号域基带信号变为频域基带信号。

在TD_5～TD_9，分别对上述频域基带信号插入导频和/或虚载波及后处理，处理的方法与图2所述步骤TD_5～TD_9相同，在此不再做进一步的说明。

下面提供了本发明实施例中DET变换实现过程的具体描述。DET变换的实现包括步骤TD_4-1和步骤TD_4-2。

在TD_4-1，实现DFT变换，数据块由符号域变为频域。DFT变换实现频域扩维。

DFT变换前的对应第i根天线的时域有效荷载数据块i＝1,2,…,4，则DFT变换后的频域数据块表示为S_i＝Fs_i，i＝1,2,…,4，此时F表示DFT变换矩阵。

在TD_4-2，实现随机置换，该随机置换变换实现对TD_4-1变换后的频域信号结构的改变，并可以保证后面的IDFT不能解开TD_4-1所作的频域扩维，从而实现时域基带信号的扩维。构造随机置换矩阵P⁽ⁱ⁾，Z_i＝P⁽ⁱ⁾S_i，i＝1,2,…,4,完成对各数据块的DET变换。需要说明的是，对应于4路数据流中每一路数据流中的数据块的随机置换矩阵P⁽ⁱ⁾可以相同也可以不同。

在本实施例中，N_T＝4，N_c点IDFT后待发送的第i路时域数据块 $z_i=\mathrm{IDFT}\left(Z_i\right)={(z_{1,i},z_{2,i},...z_{N_c,i})}^T,i=\mathrm{1,2},...,4.$

实施例2

参见图3C所示的MIMO-OFDM系统DET实现方法的示意流程图。该实施例中，N_T＝2，但是本领域技术人员应该理解，所描述的方法适用于N_T≥2的数据流。

在TD_1～TD_3，分别对2路数据流DS-1和DS-2进行DET前处理，得到对应的数据块DB-1和DB-2。其中，DET前处理包括图2中所示的步骤TD_1～TD_3，在此不再做进一步的说明。

在TD_4，对上述处理后的DB-1和DB-2分别进行N_b点DET变换，将符号域基带信号变为频域基带信号。

在TD_5～TD_9，分别对DB-1和DB-2进行插入导频和/或虚载波及后处理。其中，DET后处理包括图2中所示的步骤TD_5～TD_9，在此不再做进一步的说明。

下面提供了本发明实施例中DET变换实现过程的具体描述。DET变换的实现包括步骤TD_4-1和步骤TD_4-2。

在TD_4-1，实现Walsh变换，数据块由符号域变成频域，Walsh变换实现频域扩维。

Walsh变换前的对应第i根天线的频域有效荷载数据块i＝1,2，则Walsh变换后的频域数据块表示为S_i＝Ws_i，i＝1,2，其中W为Walsh变换矩阵。

在TD_4-2，实现随机置换，所述随机置换变换实现频域基带信号的扩维。构造随机置换矩阵P⁽ⁱ⁾，Z_i＝P⁽ⁱ⁾S_i，i＝1,2,完成对各数据块的DET变换。需要说明的是，对应于2路数据流中每一路数据流中的数据块的随机置换矩阵P⁽ⁱ⁾可以相同也可以不同。

在本实施例中，N_T＝2，N_c点IDFT后待发送的第i路时域数据块 $z_i=\mathrm{IDFT}\left(Z_i\right)={(z_{1,i},z_{2,i},...z_{N_c,i})}^T,i=\mathrm{1,2}.$

本领域技术人员应该理解，本实施例给出的DET变换中的Walsh变换只是示例性的，任何满足绑定数据块功能的可逆变换同样适用于本发明。需要进一步说明的是，当数据块的长度不是2ⁿ时，n为正整数，Walsh变换需要分块实现；当Walsh变换采用分块实现时，其后面的随机可逆变换可以采用分块实现，也可以将Walsh变换后的多个分块按照原分块顺序组合成一个数据块后，采用一个随机可逆矩阵来实现。

本领域技术人员应该理解，本发明实施例的DET变换可以采用这种分块实现的方式实现。

实施例3

图3D是根据本发明实施例的一种MIMO-OFDM系统DET实现方法的示意流程图。

该实施例中，N_T＝2，但是本领域技术人员应该理解，所描述的方法适用于N_T≥2的数据流。

在TD_1～TD_3，分别对2路数据流DS-1和DS-2进行DET前处理，得到对应的数据块DB-1和DB-2。其中，DET前处理包括图2中所示的步骤TD_1～TD_3，在此不再做进一步的说明。

在TD_4，对上述处理后的DB-1和DB-2分别进行N_b点DET变换，将符号域基带信号变为频域基带信号。

在TD_5～TD_9，分别对DB-1和DB-2进行插入导频和/或虚载波及后处理。其中，DET后处理包括图2中所示的步骤TD_5～TD_9，在此不再做进一步的说明。

下面提供了本发明中DET变换实现过程的具体描述。DET变换的实现包括步骤TD_4-1和步骤TD_4-2。

在TD_4-1，实现DCT变换，数据块由符号域变为频域。DCT变换实现时域扩维。

DCT变换前的对应第i根天线的频域有效荷载数据块i＝1,2，则DCT变换后的频域数据块表示为S_i＝Ds_i，i＝1,2，此时D表示第i路DFT变换矩阵。

在TD_4-2，实现随机旋转，所述随机旋转变换实现对TD_4-1变换后的频域信号结构的改变，并可以保证后面的IDFT不能解开TD_4-1所作的频域扩维，从而实现时域基带信号的扩维。构造随机旋转矩阵Θ⁽ⁱ⁾，Z_i＝Θ⁽ⁱ⁾S_i，i＝1,2,完成对各数据块的DET变换。需要说明的是，随机旋转矩阵Θ⁽ⁱ⁾是一个酉矩阵，该酉矩阵所有的对角元均是模为1的随机复数，其余元素是0，Θ⁽ⁱ⁾通过双方约定或生成，对应于2路数据流中每一路数据流中的数据块的随机旋转矩阵Θ⁽¹⁾和Θ⁽²⁾可以相同也可以不同；进一步，随机反相变换是随机旋转变换的特殊情况，随机反相变换的变换矩阵的对角元为-1和+1，非对角元素为0。

在本实施例中，N_T＝2，N_c点IDFT后待发送的第i路时域数据块 $z_i=\mathrm{IDFT}\left(Z_i\right)={(z_{1,i},z_{2,i},...z_{N_c,i})}^T,i=\mathrm{1,2}.$

本领域技术人员应该理解，本实施例给出的DET变换中的DCT变换只是示例性的，任何满足绑定数据块功能的可逆变换同样适用于本发明。

以上实施例中的DET变换采用的具体绑定可逆变换与随机可逆变换仅是举例进行说明，任何是具有绑定作用的可逆变换均可以用以实现上述实施例中的绑定可逆变换；任何具有随机性的可逆变换均可以用以实现上述实施例中的随机可逆变换；也即本发明实施例包括但不限于说明书实施例中叙述的几种典型绑定可逆变换和随机可逆变换。

本发明实施例还提供了一种MIMO-OFDM系统发送多路数据流的装置，包括：DET变换模块，用于将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号，DET变换包括：绑定可逆变换和随机可逆变换，DET是所述两种可逆变换的级联变换，用以实现数据块的时域和频域两个域的扩维和加密；发送模块，用于对DET变换模块得到的各路频域基带信号进行处理后变换到时域发送。

本实施例的装置通过对各个数据块分别进行DET变换，扩展了发送信号的维数(自由度)，基于此，接收端可以缩小可达到的传输速率与信道容量之间的差距，改善其BER性能。同时，通过引入DET变换，保证了传输的安全性。

参见图4A是对应于上述方法给出的MIMO-OFDM系统发送多路数据流的装置一般性示意图，该装置包括下述模块。

信道编码模块410，用于对多路数据流进行信道编码；

映射模块420，用于对信道编码模块410编码后的多路数据流进行调制映射处理；

串并转换模块430，用于对映射模块420处理后的多路数据流进行串并转换，得到对应各数据流的数据块；

DET变换模块440，用于对串并转换模块430得到的各个数据块分别进行DET变换，得到扩维与加密后的数据块；其中，该DET变换包括：具有绑定作用的绑定可逆变换和具有随机性的随机可逆变换，该DET变换是上述两个可逆变换的级联变换；基于此，上述DET变换模块440包括：绑定可逆变换单元440-1，用于基于数据变换前后的绑定原则将各路天线的数据流中的数据块分别进行绑定可逆变换，使数据块由符号域基带信号变为频域基带信号；随机可逆变换单元440-2，用于对上述绑定可逆变换后的数据块分别进行随机可逆变换；

导频和/或虚载波插入模块450，用于对DET变换模块440变换后的数据块进行导频和/或虚载波插入；

IDFT变换模块460，用于对导频和/或虚载波插入模块450处理后的各数据块进行IDFT或DFT，得到与上述多路数据流对应的多路时域基带信号；

保护间隔插入模块470，用于对上述多路时域基带信号分别进行插入保护间隔；

并串转换模块480，用于对保护间隔插入模块470插入保护间隔后的多路时域基带信号进行并串转换；

发送模块490，用于对并串转换模块480转换后的数据块进行发射前处理，并发送处理后的多路数据流。

上述信道编码模块410实现对N_T路数据流的信道编码；映射模块420将N_T路数据流中的信息比特根据所采用的符号映射方式映射到星座图对应点上；串并转换模块430完成串并转换得N_T路数据流对应的数据块；DET变换模块440对N_T路数据流对应的各数据块分别进行DET变换；导频和/或虚载波插入模块450完成导频和/或虚载波等的插入，实现信道估计、同步和过抽样等；IDFT变换模块460将频域基带信号变换到时域；保护间隔插入模块470对N_T路数据流对应的各数据块分别插入保护间隔；并串转换模块480完成并串转换；发送模块490发送上述模块处理后的各数据块。

需要进一步说明的是，DET变换模块440包括绑定可逆变换和随机可逆变换功能。其中，绑定可逆变换功能完成数据块的绑定并建立相关性，随机可逆变换功能完成保密功能并将符号能量充分扩散到系统可利用时域和频域的每一维上。

参见图4B所示的MIMO-OFDM系统发送多路数据流的装置一般性示意图，该装置对应于上述实施例1中所示的方法，上述DET变换模块440包括：DFT变换单元440-3，用于将各路天线的数据流中的数据块分别进行DFT；第一随机置换单元440-4，用于通过随机置换矩阵对DFT变换后的数据块进行随机置换，其中，该随机置换矩阵是每行每列仅有一个元素为1，其余元素是0的正交矩阵，其中1的位置是随机的。

参见图4C所示的MIMO-OFDM系统发送多路数据流的装置一般性示意图。该装置对应于上述实施例2所示的方法，DET变换模块440包括：Walsh变换单元440-5，用于将各路天线的数据流中的数据块分别进行Walsh变换；第二随机置换单元440-6，用于通过随机置换矩阵对Walsh变换后的数据块进行随机置换，其中，该随机置换矩阵是每行每列仅有一个元素为1，其余元素是0的正交矩阵，其中，1的位置是随机的。

参见图4D所示的MIMO-OFDM系统发送多路数据流的装置一般性示意图。该装置对应于上述实施例3所示的方法，DET变换模块440包括：DCT变换单元440-7，用于将各路天线的数据流中的数据块分别进行离散余弦变换DCT；随机旋转变换单元440-8，用于通过随机旋转矩阵对DCT变换后的数据块进行随机旋转，其中，随机旋转矩阵是所有的对角元均是模为1的随机复数，其余元素是0的酉矩阵。进一步，随机反相变换是随机旋转变换的特殊情况，随机反相变换的变换矩阵的对角元为-1和+1，非对角元素为0。

本领域技术人员应该理解，在实现本发明实施例时，只是为了说明的方便在图4A至图4D中简单地给出了主要的功能模块，在没有做出创造性劳动前提下增加其他处理模块的实施例，都属于本发明保护的范围。

为描述的方便和简洁，图4A至图4D中描述的装置及其组成模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解所采用的装置和方法可以通过其他的方式实现，以上所描述的装置仅仅是示例性的，所述模块的划分仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

本领域技术人员应该理解，在本发明各个实施例中的DET功能模块可包含多个处理模块，也可集成在一个处理模块中。

本领域技术人员应该理解，在本发明各个实施例中的DET功能模块实现时域和频域的基带信号的扩维和加密功能，如果实际应用中不需要加密功能，而绑定可逆变换已经实现了发送信号的时域和频域的扩维功能，则DET中的随机可逆变换可以省掉。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。

以上实施例在现有的MIMO-OFDM系统的框架上增加一个DET变换的方法和装置。DET变换由级联的两个变换组成，分别是绑定可逆变换和随机可逆变换；绑定可逆变换的作用主要是实现对数据块内部的符号绑定，使得绑定变换后得到向量的每一个分量与绑定变换前的各个符号都有依赖关系。基于此，选择的绑定可逆变换矩阵可以是DFT变换矩阵、Walsh变换矩阵、DCT变换矩阵具有完成数据绑定功能的可逆变换。随机可逆变换的作用是改变原有数据块的频谱结构，同时使调制映射后的每一个符号的能量充分扩散到系统时域和频域维数的每一维上，由矩阵的乘法原则，上述组成DET变换的级联的两个变换可以组合成为一个可逆变换来实现。由于DET变换矩阵的随机性，可实现对调制后的信号波形加密。该波形加密方法与现有比特级加密方法不同，在不知道密钥的情况下，无法解调出比特数据流，因此不易受到攻击，因此上述实施例应用在WLAN系统中，可以很好的解决目前WLAN技术中存在的安全问题。

本发明实施例中的模块可由硬件、固件、软件或是它们的任意组合来实现。硬件通常是指有物理结构的模块，像电子的、电磁的、光学的、光电的、机械的、机电的元器件、组件或装置等。软件通常是指逻辑结构、方法、过程、程序、例程、进程、算法、公式、函数和表达式等。固件通常是指在硬件结构(例如闪存，EPROM)中实现的逻辑结构、方法、过程、程序、例程、进程、算法、公式、函数和表达式等，例如微指令、可写控制存储器和微程序结构等。本发明的实施例中的模块在利用软件或固件实现时，本质上是一段执行该模块功能的代码。软件或固件可能包括实现本发明一个实施例中所描述的方法的实际代码，或是用于模拟或仿真这些方法的代码。程序或代码段可以存储在处理器或者机器可访问介质中，可以在有线或者无线信道中传输。“处理器可读可访问的介质”或“机器可读可访问介质”包括任何可以存储、传输或转移信息的介质，如电子电路、半导体存储器装置、只读存储器、闪存，可擦除只读存储器、可编程只读存储器、软盘、只读光盘、光盘、硬盘、纤维光学介质和射频链路等。代码段可以通过计算机网络下载，比如因特网、内联网等。机器可访问介质可以嵌入到其他产品中。机器可访问介质可包括，访问该机器时引导机器执行上述各种操作的数据，也可以包括嵌入到其中的程序代码。程序代码也可以包括实现上述操作的机器可读代码。数据是指编码为计算机可读的任意类型的信息，如程序、代码、数据和文件等。

本发明的实施例中的所有或部分模块可以通过硬件、软件、固件或者它们的任意组合来实现。硬件、软件和固件模块可以几个相互耦合。硬件模块可以通过机械的、电子的、光学的、电磁波的等物理方式连接以实现与另一个模块的耦合。软件模块通过函数、进程、方法、子程序，或者子程序调用、指令、链路、形参、变量和实参等传递、或者函数返回值等来实现与另一个模块耦合。软件模块的耦合可用于接收变量、形参、实参、指针等，以及产生或者传递结果、指针，更新变量等。固件模块通过上述的硬件和软件耦合方法的任何组合来实现与另一个模块的耦合。硬件、软件或固件模块可以和硬件、软件或固件模块中的任何一种耦合。模块可以是软件驱动或者是与平台上运行的操作系统进行交互的接口，还可以是用来配置、构建、初始化、发送和接收数据的硬件驱动。装置可能包括硬件、软件和固件模块的任意组合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM系统发送多路数据流的方法，其特征在于，包括：

将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号，所述DET变换包括：具有绑定作用的绑定可逆变换和具有随机性的随机可逆变换，所述DET变换是上述两个可逆变换的级联变换，用以实现数据块的时域和频域两个域的扩维和加密；

对各路所述频域基带信号进行处理后变换到时域发送。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号包括：

基于数据变换前后的绑定原则将各路天线的数据流中的数据块分别进行绑定可逆变换，使所述数据块由符号域基带信号变为频域基带信号；

对所述绑定可逆变换后的数据块分别进行随机可逆变换。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号包括：

将各路天线的数据流中的数据块分别进行离散傅里叶变换DFT；

通过随机置换矩阵对DFT变换后的数据块进行随机置换，其中，所述随机置换矩阵是每行每列仅有一个元素为1，其余元素是0的正交矩阵；其中，1的位置是随机的。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号包括：

将各路天线的数据流中的数据块分别进行沃尔什Walsh变换；

通过随机置换矩阵对Walsh变换后的数据块进行随机置换，其中，所述随机置换矩阵是每行每列仅有一个元素为1，其余元素是0的正交矩阵，其中，1的位置是随机的。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号包括：

将各路天线的数据流中的数据块分别进行离散余弦变换DCT；

通过随机旋转矩阵对DCT变换后的数据块进行随机旋转，其中，所述随机旋转矩阵是所有的对角元均是模为1的随机复数，其余元素是0的酉矩阵。

6.一种多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM系统发送多路数据流的装置，其特征在于，包括：

DET变换模块，用于将各路天线的数据流中的数据块分别通过DET变换为频域基带信号，所述DET变换包括：具有绑定作用的绑定可逆变换和具有随机性的随机可逆变换，所述DET变换是上述两个可逆变换的级联变换，用以实现数据块的时域和频域两个域的扩维和加密；

发送模块，用于对所述DET变换模块得到的各路所述频域基带信号进行处理后发送。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述DET变换模块包括：

绑定可逆变换单元，用于基于数据变换前后的绑定原则将各路天线的数据流中的数据块分别进行绑定可逆变换，使所述数据块由符号域基带信号变为频域基带信号；

随机可逆变换单元，用于对所述绑定可逆变换后的数据块分别进行随机可逆变换。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述DET变换模块包括：

DFT变换单元，用于将各路天线的数据流中的数据块分别进行离散傅里叶变换DFT；

第一随机置换单元，用于通过随机置换矩阵对DFT变换后的数据块进行随机置换，其中，所述随机置换矩阵是每行每列仅有一个元素为1，其余元素是0的正交矩阵，其中，1的位置是随机的。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述DET变换模块包括：

Walsh变换单元，用以将各路天线的数据流中的数据块分别进行沃尔什Walsh变换；

第二随机置换单元，用于通过随机置换矩阵对Walsh变换后的数据块进行随机置换，其中，所述随机置换矩阵是每行每列仅有一个元素为1，其余元素是0的正交矩阵；其中，1的位置是随机的。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述DET变换模块包括：

DCT变换单元，用于将各路天线的数据流中的数据块分别进行离散余弦变换DCT；

随机旋转变换单元，用于通过随机旋转矩阵对DCT变换后的数据块进行随机旋转，其中，所述随机旋转矩阵是所有的对角元均是模为1的随机复数，其余元素是0的酉矩阵。