CN100586117C - 选频单载波分块传输系统中的一种分块比特加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了选频单载波分块传输系统中的一种分块比特加载方法，包括以下步骤：(1)建立通信后，确定一个传码率，接收端将可用子信道数分块，形成分块信息；(2)将每帧传输的总比特数分配到可用子信道上，对信源进行分块，并确定每块内各点采取的调制方式，形成调制方式信息；(3)根据上述信息，发送端将信源信息分块，对块内各点做调制映射，然后每块单独做DFT，再将这些频域信号得到新的信号频谱后用IDFT变换到时域，得到要发送的信号；(4)接收端接收信号后变到频域进行均衡，按照分块信息将各点信号恢复到对应所在块中，并分块做IDFT变回时域进行检测判决。本发明提高了系统的频谱效率。

Description

选频单载波分块传输系统中的一种分块比特加载方法

(一)技术领域

本发明涉及宽带数字通信传输方法，属于宽带通信技术领域。

(二)背景技术

通信技术在最近几十年，特别是二十世纪九十年代以来得到了长足发展，对人们日常生活和国民经济的发展产生了深远的影响。而未来通信技术正朝着宽带高速的方向发展，因此许多宽带数字传输技术受到广泛的关注，正交频分复用(以下简称OFDM：OrthogonalFrequency Division Multiplexing)和单载波分块传输技术(也称为频域均衡的单载波，以下简称SC-FDE：Single Carrier with Frequency Domain Equalization)就是两种被人们重视的宽带数字传输技术，它们都属于分块传输技术，而目前OFDM受关注的程度要远远超过SC-FDE，并且在多种标准中成为支撑技术，例如：无线局域网(WLAN：Wireless Local AreaNetwork)中的IEEE802.11a、欧洲电信标准化协会(ETSI：European TelecommunicationStandard Institute)的HiperLAN/2，无线城域网(WMAN：Wireless Metropolitan AreaNetwork)中的IEEE802.16；有线数据传输中的各种高速数字用户线(xDSL：DigitalSubscriber Line)都是基于OFDM技术的标准。SC-FDE并没有被这些标准采用，只是在IEEE802.16中与OFDM共同建议为物理层传输技术。

OFDM系统是一种多载波传输技术，它用N个子载波把整个宽带信道分割成N个并行的相互正交的窄带子信道。OFDM系统有许多引人注目的优点：1.非常高的频谱效率；2.实现比较简单；3.抗多径干扰能力和抗衰落能力强；4.可以利用信道状态信息(即自适应OFDM技术)进一步提高频谱效率等等。

自适应OFDM技术可以根据给定发送信号功率和信道状况，确定一个传码率，然后根据信道状况自适应的调节不同频域点(也就是不同的子信道)上采取的调制方式，使每个频域点根据信道状况不同携带不同比特数的信息，从而在该传码率下获得最好的系统性能，实现自适应OFDM系统的关键技术是比特加载(bit-loading)算法。一般系统的误码率要求是一定的，所以在达到系统误码率要求的情况下，可以尽可能的提高传码率，也就提高了频谱效率。

正是这些优点使得OFDM成为近十年来的研究热点，以致被认为是未来通信，特别是宽带无线通信的支撑技术。但OFDM系统自身的许多缺点，特别是它的峰值平均功率比(简称PAPR：Peak to Average Power Ratio)过大，限制着它的实用步伐，而现有SC-FDE具有OFDM上述除第四点以外的所有优点，并且不存在OFDM的PAPR问题，性能和效率跟OFDM基本相当。它是人们在研究OFDM的基础上发展而来，这种SC-FDE系统跟OFDM一样采取分块传输，并且采用CP(若采用零填充(简称ZP：Zero Padding)方式，而将每帧拖尾叠加到该帧的前面，则与CP效果相同)，这样就可以把信号与信道脉冲响应的线性卷积转化为循环卷积，并且消除了多径引起的帧间干扰。这样在接收端采用简单的频域均衡技术就可以消除符号间干扰，例如：迫零(简称ZF：Zero Forcing)均衡和最小均方误差(简称MMSE：Minimum Mean Square Error)均衡。

SC-FDE系统跟OFDM相比，不存在PAPR问题。而PAPR问题是OFDM系统本身难以用低代价(频谱效率和功率效率)方式解决的问题。因此SC-FDE技术目前受到越来越多的重视。下面简单介绍一下传统SC-FDE系统的数学模型。

SC-FDE系统在发送端发送的一帧不含CP的时域信号为s(n)，(n＝0，1，…，N-1)，通过多径信道，其中信道的脉冲响应为h(n)，(n＝0，1，…L-1)，信号传输过程中受到加性白高斯噪声(AWGN：Additive White Gaussian Noise)的干扰，设噪声为w(n)，(n＝0，1，…，N-1)，去掉CP之后，接收到的时域信号

为：

$r\left(n\right)=s\left(n\right)\⊗h\left(n\right)+w\left(n\right),(n=\mathrm{0,1},...,N-1)---\left(1\right)$

其中，

表示循环卷积运算。

在接收端对信号做离散傅立叶变换(以下简称DFT：Discrete Fourier Transform)变换到频域，根据DFT的时域卷积定理，所得到的频域信号为：

R(k)＝S(k)·H(k)+W(k)，(k＝0，1，…，N-1)                    (2)

其中，R(k)，S(k)，H(k)，W(k)分别是r(n)，s(n)，h(n)，w(n)做N点DFT的频域符号，并且，H(k)，(k＝0，1，…，N-1)是信道的频域响应。经过迫零均衡以后频域信号为：

$\tilde{S}\left(k\right)=S\left(k\right)+\frac{W\left(k\right)}{H\left(k\right)}=S\left(k\right)+\tilde{W}\left(k\right),(k=\mathrm{0,1},...,N-1)---\left(3\right)$

最后，将信号做离散傅里叶逆变换(以下简称IDFT：Inverse Discrete Fourier Transform)变回时域进行判决，得到发送端传输的数据。

从(3)式可以看出，最终得到的信号跟发送的真实信号存在误差，这种误差是由噪声引起的，尤其在信道存在深衰点的情况下会过分放大噪声，另外用MMSE均衡时会使信号产生畸变。如果在SC-FDE系统中利用了信道状态信息，这些问题就可以得到很好解决。因此，申请人提出了一种选频方式的单载波分块传输方法(已申请国家发明专利，专利申请号：200410036439.6)，克服了传统SC-FDE系统不能利用信道状态信息的缺点，这种新的SC-FDE系统具有更高的系统性能和效率。

这种选频方式的单载波分块传输方法的实现步骤分为：

第一步，找出可用子信道，并将信道是否可用作标记，然后将子信道标记信息通过反向信道发送给发送端。

接收端根据估计出的信道状态信息H(k)，(k＝0，1，…，N-1)，从N个子信道中，按照幅度增益从大到小选出M(M≤N)个可用子信道，设这M个可用子信道的标号为k_i(i＝0，1，…，M-1)，而将剩下的子信道禁用，用1比特信息，即“0”或“1”标记每个子信道是可用子信道还是禁用子信道，这就是发送端所需要的子信道标记信息，如果接收端做N点的DFT，即共有N个子信道，反馈给发送端的子信道标记信息共有N比特，然后将这N比特信息通过反向信道发回发送端。

第二步，根据子信道标记信息改变信号频谱

在发送端收到接收端发送回来的子信道标记信息后，就可以用M个可用子信道来传输信号，这样对一帧M个SC-FDE符号s(n)，(n＝0，1，…，M-1)，做M点DFT变换到频域：

$S\left(i\right)=\underset{n=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}s\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{M}\mathrm{ni}},(i=\mathrm{0,1},...,M-1)---\left(4\right)$

就得到M点的频域信号，用选出来的第k_i，(i＝0，1，…，M-1)个可用子信道H(k_i)，(i＝0，1，…，M-1)传输第i个频域信号S(i)，(i＝0，1，…，M-1)，即在可用子信道对应的信号频谱点上放置要传输的频域信号，而将禁用子信道对应的信号频谱点置零，也可以填充一些非信息数据，这样就得到一帧新的频域信号S′(k)，(k＝0，1，…，N-1)，点数为N：

$S^{\′}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}S\left(i\right),& k=k_i\\ 0,& k\≠k_i\end{array}\right.,(k=\mathrm{0,1},...,N-1;i=\mathrm{0,1},...,M-1)---\left(5\right)$

然后对S′(k)，(k＝0，1，…，N-1)做N点IDFT：

$s^{\′}\left(n\right)=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{S}^{\′}\left(k\right)e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{nk}},(n=\mathrm{0,1},...,N-1)---\left(6\right)$

变成时域信号，过抽样时IDFT点数要大于N，高频部分置零，对该时域信号作D/A(数模变换)后，再进行调制发送出去。

第三步，选出可用子信道上传输的信号，然后对选出来的信号进行均衡，并变换回时域进行判决，最终得到传输的数据。

接收端接收到信号，去掉CP后的时域离散信号为：

$r^{\′}\left(n\right)=s^{\′}\left(n\right)\⊗h\left(n\right)+w\left(n\right),(n=\mathrm{0,1},...,N-1)---\left(7\right)$

对其做N点的DFT：

$R^{\′}\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{\′}\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{nk}},(k=\mathrm{0,1},...,N-1)---\left(8\right)$

并且：

R′(k)＝S′(k)H(k)+W(k)，(k＝0，1，…，N-1)                (9)

这样就可以根据子信道标记信息选出M个可用子信道上的信号R′(k_i)，(i＝0，1，…，M-1)，然后用估计出来的信道状态信息中可用子信道参数H(k_i)，(i＝0，1，…，M-1)，对选出来的信号进行均衡；可以选择下述三种均衡方式之一：

1、迫零均衡，

2、最小均方误差均衡，

3、混合均衡，即一部分子信道用迫零均衡，而另一部分子信道用最小均方误差均衡；

以迫零均衡为例作介绍：

$\tilde{S}\left(k_i\right)=\frac{R^{\′}\left(k_i\right)}{H\left(k_i\right)},(i=\mathrm{0,1},...,M-1)---\left(10\right)$

令

$\tilde{S}\left(i\right)=\tilde{S}\left(k_i\right),(i=\mathrm{0,1},...,M-1)---\left(11\right)$

对其做M点的IDFT：

$\tilde{s}\left(n\right)=\frac{1}{M}\underset{i=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}\tilde{S}\left(i\right)e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{M}\mathrm{ni}},(n=\mathrm{0,1},...,M-1)---\left(12\right)$

对这组数据进行判决就可以恢复出原始数据。

选频方式的单载波分块传输方法利用信道状态信息，对频率选择性衰落信道可以避开深衰点，从而显著改善了系统的误码性能。通信系统普遍有一定的误码性能要求，而系统性能是由均衡后信噪比及信道估计误差和同步误差引起的信噪比损失决定的，均衡后信噪比是指均衡后信号功率和噪声功率的比值。并且均衡后信噪比及信道估计误差和同步误差引起的信噪比损失还决定系统的信道容量，所以根据系统的均衡后信噪比及信道估计误差和同步误差引起的信噪比损失和系统性能要求，自适应的调节系统的调制方式，可进一步提高频谱效率。

由Fischer和Huber提出的比特加载技术(“A new loading algorithm for discrete multitonetransmission”Fischer，R.F.H.；Huber，J.B.；Global Telecommunications Conference，18-22 Nov.1996 Page(s)：724-728vol.1)是一种性能非常好的OFDM比特加载技术，但由于该技术实现复杂度太高，没有应用于实际通信系统中，只是有一些次最优(即实现简化，性能有所下降)的技术在部分有线通信系统中得到应用，但由于其复杂度高等原因至今仍然难以应用于无线环境中。

(三)发明内容

针对上述选频方式的单载波分块传输方法，本发明提出了基于该传输方法的可以充分利用发送功率、进一步提高系统频谱利用率的一种分块比特加载方法。

该分块比特加载方法包括以下步骤：

(1)收发双方建立通信后，系统确定一个传码率即确定每帧传输的总比特数R_T，接收端根据选取的可用子信道数M及这些可用子信道的幅度增益|H(k_i)|，(i＝0，1，…，M-1)，将其分为Q块，形成分块信息；

(2)将每帧传输的总比特数R_T分配到Q块可用子信道上，每块传输的比特数为R_i，(i＝0，1，…，Q-1)，且 $\underset{i=0}{\overset{Q-1}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i=R_T,$ 根据块数Q和每块上传输的信息比特数R_i，(i＝0，1，…，Q-1)确定对信源进行分块的规则，并确定每块内各点采取的调制方式，形成调制方式信息；

(3)根据分块信息、调制方式信息和由它们决定的块内各点所采取的调制方式，发送端将信源信息比特分块，对块内各点做调制映射，然后每块单独做DFT，再将这些频域信号放置到可用子信道对应的点上得到新的信号频谱，再用IDFT将新得到的频域信号变换到时域，得到要发送的信号；

(4)接收端接收到信号后，将其变到频域进行均衡，然后按照分块信息将各点信号恢复到对应所在块中，并分块做IDFT变回时域进行检测判决。

下面对以上步骤作详细说明：

第一步，收发双方建立通信后，系统确定传码率，并将可用子信道分块。

收发双方建立通信后，系统根据信道状态、接收信噪比、各种误差造成的信噪比损失情况和相应的传输协议确定一个传码率，根据信道状态信息从所有N个子信道中选取M个子信道标记为可用，并将这M个可用子信道分为Q块，每块上的可用子信道数分别为M_i，(i＝0，1，…Q-1)，且 $\underset{i=0}{\overset{Q-1}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i=M;$

本发明只涉及到其中的分块比特加载方法，这里的分块有多种方法，例如按照信道增益的高低分块，如果将可用子信道分为两块，可以设置一个门限，信道增益高于这个门限的可用子信道分为一块，信道增益低于该门限的可用子信道分为一块；为了实现方便可以按照信道增益高低将前2^k个可用子信道分为一块，剩下的可用子信道分为一块，其中2^k小于可用子信道数M；如果将可用子信道分为两块以上，可以将可用子信道中信道增益相差不大的分入同一块中，并且为了实现方便，每块的大小可以选为2的整数次幂；

将可用子信道所分的块数Q，每块的大小M_i，(i＝0，1，…Q-1)及各个可用子信道所在块的标记信息形成分块信息。

第二步，将每帧传输的信息总比特数R_T分配到各块上，并确定每点采取的调制方式。

将每帧传输的总比特数R_T分配到Q块可用子信道上，且每块传输的比特数分别为R_i，(i＝0，1，…，Q-1)，且 $\underset{i=0}{\overset{Q-1}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i=R_T;$

分配比特的规则很多，例如按照各块的信道容量占总信道容量的比例分配；

根据每块的可用子信道数M_i，(i＝0，1，…Q-1)和每块传输的比特数R_i，(i＝0，1，…，Q-1)确定时域点的分块情况和块内各点采取的调制方式；首先根据可用子信道的分块状况将每帧的M个时域点分为Q块，其中时域点的分块情况与可用子信道的分块情况一致，然后将每块传输的比特数R_i，(i＝0，1，…，Q-1)对应分配给Q块时域点，确定块内各时域点采取的调制方式；

设每块上的各时域点携带的比特数分别为R_ij，下标i表示该点处于第i块，j表示该点处于第i块的第j个点，且 $\underset{j=0}{\overset{M_i-1}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{ij}}=R_i;$ 普遍情况下，SC-FDE通信系统采取线性调制方式，所以该时域点采取的调制方式为

进制的QAM或者MPSK调制；

各时域点携带比特数的确定也有很多种规则，下面以每块内不同的时域点可能携带一种或者两种比特数为例介绍时域块内的比特加载方法；设第i块中各点携带的比特数分别为K_i1或K_i2，其中，

K_i2＝K_i1+1                                    (14)

表示下取整；

且M_i个点中携带K_i2个比特信息的点数为：

M_i2＝R_i-K_i1·M_i                               (15)

则M_i个点中携带K_i1个比特信息的点数为：

M_i1＝M_i-M_i2                                (16)

这样，第i块中有M_i1个点携带K_i1比特信息，M_i2个点携带K_i2比特信息，并且可以从M_i个点中任取M_i1个点令其携带K_i1比特信息，其余M_i2个点携带K_i2比特信息；但为了实现方便，可以令M_i个点中的前M_i1个点携带K_i1比特信息，后M_i2个点携带K_i2比特信息；最后将每块传输的比特数R_i，(i＝0，1，…，Q-1)，及由块内各时域点携带的比特数决定采取的调制方式形成调制方式信息；

分块信息、调制方式信息的确定可以在发送端也可以在接收端，通过收发双方达成的协议完成这一系列的工作，并通过前向或反向信道传给对方；如果该项工作由接收端进行，则需要将分块信息和调制方式信息通过反向信道传给发送端；如果该工作由发送端进行，则需要将信道增益H(k)，(k＝0，1，…，N-1)传给发送端。

第三步，发送端根据选取的可用子信道，分块信息以及调制方式信息，对各时域点分块并做相应的调制映射，然后各块单独做DFT，再将得到的频域信号放置在可用子信道上得到新的频域信号，最后变换到时域得到要发送的信号。

发送端根据选取的可用子信道，分块信息以及调制方式信息，对各时域点分块并做相应的调制映射，每块中的点数分别为M_i，(i＝0，1，…Q-1)；设映射后的信号为s_i(n)，(n＝0，1，…M_i-1)，下标i表示该点处于第i块，n表示该点处于第i块的第n个点；然后每块分别做M_i，(i＝0，1，…Q-1)点的DFT，得到的频域信号为：

$S_i\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{M_i-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_i\left(n\right)\exp (-\frac{j2\mathrm{\πkn}}{M_i}),(k=\mathrm{0,1},...,M_i-1)---\left(17\right)$

将上述分块DFT之后的离散频域信号放置在对应块的M_i个可用子信道上，所有N个子信道中M个可用子信道以外的其他子信道上置零或传输非信息信号，完成信号的频谱变换，记完成频谱变换后的频域信号为S′(k)，(k＝0，1，…，N-1)，再利用IDFT将变换后的频域信号变回时域进行发送。

第四步，接收端将接收信号变到频域，均衡后按照分块信息将信号恢复到原来的频谱状态，并分块做IDFT变回时域，根据调制方式信息进行检测判决。

接收端将接收到的信号变换到频域，均衡后选出可用子信道上的频域信号，按照分块信息将这些频域信号分配在相应的块中，然后分块做IDFT变回时域按照调制方式信息进行检测判决。

本发明基于选频方式的单载波分块传输方法，将可用子信道按照一定的规则分块，分块后在时域自适应的进行比特加载。相对于传统的单载波频域均衡系统，本发明提出的方法可以进一步提高系统的频谱效率，实现复杂度增加不大。在传码率一定和发送功率一定时可以达到很好的系统性能，而当传码率和系统性能一定时就可以很大程度的节省发送功率，同样发送功率和误码率一定时，系统的传码率可以比已有的系统有很大提高。理想情况下的自适应OFDM技术实现复杂度太高，并没有得到实际应用。相对而言，虽然本发明提出的方法得到的系统性能稍微有所下降，但实现比较简单，便于应用于有线和无线环境中，尤其是可以应用于无线通信环境中，例如无线局域网、无线城域网等等。

(四)附图说明

图1是实现本发明所提出方法的系统框图。

图2是在每帧传输1000比特时本发明提出方法和基于Fischer和Huber提出的比特加载算法的自适应OFDM技术误码性能的比较。

图中：1.信源模块，2.分块模块，3.符号映射模块，4.分块FFT(Fast FourierTransform：快速傅立叶变换，DFT的快速算法)模块，5.频谱变换模块，6.IFFT(Inverse FastFourier Transform：快速逆傅立叶变换，IDFT的快速算法)模块(N点)，7.加循环前缀(CP)模块，8.D/A模块，9.中频及射频调制模块，10.信道，11.射频及中频解调模块，12.A/D模块，13.去CP模块，14.FFT模块(N点)，15.均衡模块，16.频谱反变换模块，17.分块IFFT模块，18.判决模块，19.分块输出模块，20.信道估计及子信道选择模块，21.分块和调制方式确定模块，22.同步模块

(五)具体实施方式

实施例：

图1给出了实现本发明所提出方法的系统框图，各模块作用如下：

信源模块1：产生要传输的数据。

分块模块2：按照分块和调制方式确定模块21传来的分块信息，将信源产生的数据分配到各块中。

映射模块3：按照分块和调制方式确定模块21传来的调制方式信息，选择不同的调制方式(QAM或者MPSK)，将信源产生的数据映射到星座图对应的点上。

分块FFT模块4：按照分块和调制方式确定模块21传来的分块信息，每块分别做FFT变换，将每块的数据分别变换到频域。

频谱变换模块5：按照信道估计及子信道选择模块20传来的可用子信道信息，将分块做FFT得到的频域信号，按照分块信息将每块的频域信号放置到Q块可用子信道上，而禁用子信道对应频谱点置零。此模块需要按照背景技术中提到的发明专利(专利申请号：200410036439.6)介绍的方法和本发明提出的方法编程，由通用数字信号处理芯片实现。

N点IFFT模块6：将新得到的频域信号变换到时域。

加CP模块7：将得到的每帧数据加上循环前缀。

D/A模块8：将数字信号变换为模拟信号。

中频及射频调制模块9：如果在无线环境下使用该系统，需要对信号作射频调制才能送天线发射。有的时候需要先把信号调制到中频上进行中频放大，再作射频调制，最后将已调信号送天线发射。如果在有线环境(例如：xDSL)下使用该系统，则不需要作射频调制，也不需要天线发射信号，但也要把信号频谱搬移到语音信道频带以外，保证在传输数据的同时不影响话音传输。

信道10：传输信号的有线信道或无线信道。

射频及中频解调模块11：在无线环境中，将接收天线接收下来信号的频谱从射频或者中频搬移到低频。在解调之前需要用频率同步数据纠正信号传输过程中引起的频偏。

A/D模块12：将解调后模拟信号变换为数字信号。A/D需要对模拟信号进行抽样，提供时钟信号的晶振需要跟发射机D/A模块的晶振频率相同，否则就会导致抽样率误差。因此在A/D之前要进行抽样率同步。

去CP模块13：将循环前缀去掉。这时就存在判断一帧数据何时开始的问题，因此去CP之前需要作定时同步。

N点FFT模块14：将去掉CP的信号变换到频域。

均衡模块15：根据信道估计及子信道选择模块20传来的可用子信道信息，对可用子信道上的信号均衡，均衡方式可以选择下述三种均衡方式之一：迫零均衡、最小均方误差均衡、混合均衡(即：一部分子信道用迫零均衡，而另一部分子信道用最小均方误差均衡)。

频谱反变换模块16：将均衡后的数据按照分块信息分配到各自所在的块中。

分块IFFT模块17：按照分块和调制方式确定模块21传来的分块信息，将均衡及频谱反变换模块16传来分块后的数据，每块分别做IFFT变换，得到分块时域信号。

判决模块18：根据星座图，分块和调制方式确定模块21传来的调制方式信息，完成每块时域信号的判决。

分块输出模块19：将判决模块18传来的分块时域信号按照分块信息输出，恢复信源产生的数据。

信道估计及子信道选择模块20：通过参数估计来得到CSI，常用的一般是盲信道估计和基于辅助数据的信道估计。估计出CSI后选出可用子信道，将这些可用子信道参数送给均衡模块15；同时根据信道是否可用，用1比特信息(“0”或“1”)标记，形成子信道标记信息，将子信道标记信息同时送给信号频谱变换模块5和信号频谱反变换模块16。此模块需要按照背景技术中提到的发明专利(专利申请号：200410036439.6)介绍的方法编程，由通用数字信号处理芯片实现。

分块和调制方式确定模块21：根据信道估计及子信道选择模块20得到的可用子信道信息，将选出的这些可用子信道按照一定的规则分为Q块，得到相应的分块信息。并将每帧需要传输的数据按照一定的规则分配到这Q块上，同时得到调制方式信息。将这些信息分别传给模块2、3、4、17、18、19。此模块需要按照本发明提出的方法编程，由通用数字信号处理芯片实现。

同步模块22：通过参数估计(例如：盲估计和基于辅助数据的估计)的方法得到系统需要的各种同步数据。同步模块将频率同步数据送给射频及中频解调模块11；将抽样率同步数据送给模数转换模块12；将定时同步数据送给去CP模块13。

该实施例仿真参数：

仿真环境：Matlab7.0

该仿真是在理想同步的情况下进行，信道估计、子信道分块、调制方式信息的形成在接收端完成，并且假设由反向信道传给发送端时，传送准确无误。

子信道总数：N＝256

可用子信道数，即每帧SC-FDE数据符号数：M＝224

可用子信道分的块数：Q＝3

不同块的点数分别为：128，64，32(为了FFT/IFFT实现简单，每块的大小都是2的整数次幂，并且按照信道增益从高到低分块)

每帧传输的比特数：R_T＝1000

采取的调制方式：

CP长度：32

仿真所选的收信噪比范围：snr＝1-22(dB)

本实施例采用的信道模型是SUI-5信道(IEEE 802.16标准中建议的测试信道之一)的一个样本。

从图2中可以看出本发明提出的方法跟Fischer和Huber提出比特加载算法的自适应OFDM技术误码性能非常相近，Fischer和Huber提出比特加载算法的自适应OFDM技术是一种性能非常好的自适应OFDM技术，但实现复杂度太高，至今没有得到应用，只有一些次最优的分块自适应OFDM技术应用于有线通信中。本发明提出的方法实现要比最优自适应OFDM技术简单的多，可以比较简单地应用于有线和无线通信系统中，并且性能下降非常微小，所以本发明提出的方法优势非常明显。

Claims (3)

1.选频单载波分块传输系统中的一种分块比特加载方法，其特征在于：

该方法包括以下步骤：

(1)收发双方建立通信后，系统确定一个传码率即确定每帧传输的总比特数R_T，接收端根据选取的可用子信道数M及这些可用子信道的幅度增益|H(k_i)|，i＝0，1，…，M-1，将其分为Q块，形成分块信息；

(2)将每帧传输的总比特数R_T分配到Q块可用子信道上，每块传输的信息比特数为R_i，i＝0，1，…，Q-1，且 $\underset{i=0}{\overset{Q-1}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i=R_T,$ 根据块数Q和每块传输的信息比特数R_i，i＝0，1，…，Q-1确定对信源进行分块的规则，并确定每块内各点采取的调制方式，形成调制方式信息；

(3)根据选取的可用子信道、分块信息以及调制方式信息，发送端将信源信息比特分块，对块内各点做调制映射，然后每块单独做DFT，再将这些频域信号放置到可用子信道对应的点上得到新的信号频谱，再用IDFT将新得到的频域信号变换到时域，得到要发送的信号；

(4)接收端接收到信号后，将其变到频域进行均衡，然后按照分块信息将各点信号恢复到对应所在块中，并分块做IDFT变回时域进行检测判决。

2.根据权利要求1所述的选频单载波分块传输系统中的一种分块比特加载方法，其特征在于：所述第(2)步采用以下方法实现：

将每帧传输的总比特数R_T分配到Q块可用子信道上，且每块传输的信息比特数分别为R_i，i＝0，1，…，Q-1，且 $\underset{i=1}{\overset{Q-1}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i=R_T;$

分配比特的规则按照各块的信道容量占总信道容量的比例分配；

根据每块的可用子信道数M_i，i＝0，1，…Q-1，和每块传输的信息比特数R_i，i＝0，1，…，Q-1确定时域点的分块情况和块内各点采取的调制方式；首先根据可用子信道的分块状况将每帧的M个时域点分为Q块，其中时域点的分块情况与可用子信道的分块情况一致，然后将每块传输的信息比特数R_i，i＝0，1，…，Q-1，对应分配给Q块时域点，确定块内各时域点采取的调制方式；

设每块上的各时域点携带的比特数分别为R_ij，下标i表示该点处于第i块，j表示该点处于第i块的第j个点，且 $\underset{j=0}{\overset{M_i-1}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{ij}}=R_i;$ 在普遍情况下，SC-FDE通信系统采取线性调制方式，则该时域点采取的调制方式为

进制的QAM或者MPSK调制；

当每块内不同的时域点携带一种或者两种比特数时，各时域点携带比特数的确定规则为：设第i块中各点携带的比特数分别为K_i1或K_i2，其中，

K_i2＝K_i1+1

表示下取整；

且M_i个点中携带K_i2个比特信息的点数为：

M_i2＝R_i-K_i1·M_i

则M_i个点中携带K_i1个比特信息的点数为：

M_i1＝M_i-M_i2

这样，第i块中有M_i1个点携带K_i1比特信息，M_i2个点携带K_i2比特信息，并且从M_i个点中任取M_i1个点令其携带K_i1比特信息，其余M_i2个点携带K_i2比特信息；最后将每块传输的信息比特数R_i，i＝0，1，…，Q-1，及由块内各时域点携带的比特数决定采取的调制方式形成调制方式信息；

分块信息、调制方式信息的确定在发送端或在接收端，通过收发双方达成的协议完成这一系列的工作，并通过前向或反向信道传给对方；如果该项工作由接收端进行，则需要将分块信息和调制方式信息通过反向信道传给发送端；如果该工作由发送端进行，则需要将信道增益H(k)，k＝0，_-，…，N-1传给发送端。

3.根据权利要求1所述的选频单载波分块传输系统中的一种分块比特加载方法，其特征在于：所述第(3)步采用以下方法实现：

发送端根据选取的可用子信道，分块信息以及调制方式信息，对各时域点分块并做相应的调制映射，每块中的点数分别为M_i，i＝0，1，…Q-1；设映射后的信号为s_i(n)，n＝0，1，…Mi-1，下标i表示该点处于第i块，n表示该点处于第i块的第n个点；然后每块分别做M_i，i＝0，1，…Q-1点的DFT，得到的频域信号为：

$S_i\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{M_i-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_i\left(n\right)\exp (-\frac{j2\mathrm{\πkn}}{M_i}),k=\mathrm{0,1},\·\·\·,M_i-1$

将上述分块DFT之后的离散频域信号放置在对应块的M_i个可用子信道上，所有N个子信道中M个可用子信道以外的其他子信道上置零或传输非信息信号，完成信号的频谱变换，记完成频谱变换后的频域信号为S′(k)，k＝0，1，…，N-1，再利用IDFT将变换后的频域信号变回时域进行发送。

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