CN101098163A - 基于时分复用及时间反转的idma无线通信方案 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于时分复用(TDD)及时间反转(TR)的交织多址(IDMA)上行、下行传输通信系统，我们将其命名为时分复用时间反转交织多址(TDR-IDMA)系统。在TDR-IDMA系统中，通过时分复用将信道冲激响应的时间反转并取共扼作为上行信道接收端的前置信号处理器以及下行信道发送端的信号预处理器。利用不同用户的信道冲激响应的弱相关，上行信道接收端的前置信号处理器使多用户干扰得到有效抑制，从而使基站端接收机的迭代多用户检测快速收敛。同时下行信道发送端的信号预处理器也有利于移动设备端的信号检测。而时分复用使移动接收机的信道估计器放到基站端，从而极大地简化了下行接收机的复杂度，并且可以使下行数据传输率增高。与传统的IDMA系统相比，TDR-IDMA具有快速多用户检测和简化的移动设备。

Description

基于时分复用及时间反转的IDMA无线通信方案
技术领域
本发明属于无线通信信号处理的领域，如无线通信多址技术、迭代检测技术和多输入多输出技术等。
背景技术
传统的IDMA系统将Turbo码的迭代译码思想引入到了无线通信系统之中，这使得IDMA系统相对于其他通信系统性能有了很大的提高，IDMA系统在CDMA基础上去除了专门的扩频器，简化了发射机的结构转而利用低速率编码，提高了编码增益，并有效地将扩频与编码结合在一起，极大地提高了频谱效率。同时将多用户的区分工作交由交织器来完成，不同的用户使用不同的交织器，在接收端使用码片级迭代检测，算法简单，资源消耗仅仅与用户数成线性关系增长，进而简化了接收端的结构。
传统IDMA系统的主要缺点：由于IDMA系统的基站接收端采用了迭代检测的结构，其迭代次数直接影响系统的最终误码率。仿真结果表明对于传统的IDMA系统，24个用户在仅使用重复编码时，一般要求15次甚至更多的迭代次数，系统方才可收敛，详细内容见：[1]LiPing，L.Liu，K.Y.Wu，and W.K.Leung，Interleave-division multiple-access(IDMA)communications，in Proc.3rd International Symposium on Turbo Codes&RelatedTopics，pp.173-180，2003；[2]Li Ping and L.Liu，Analysis and design of IDMAsystems based on SNR evolution and power allocation，in Proc.VTC’2004-Fall，LosAngles，CA，Sept.2004；[3]Li Ping，Lihai Liu，Keying Wu and W.K.Leung.Interleave-Division Multiple-Access.IEEE Transactions on Wireless Communication，VOL.5，NO.4，April 2006，PP.938-947；然而未来的无线通信系统是多业务、高速度的系统，对速度要求较高，迭代次数成了传统IDMA系统的速度瓶颈。而不同移动用户是由交织器的交织方案来区别的，在移动用户端不可能获得其他用户的交织方案，迭代检测在移动用户端就难以实施。多用户干扰及码间干扰就不能用迭代检测加以克服。
发明内容
本发明的任务是提供了一种基于时间反转及时分复用的IDMA上行、下行传输通信方案，即TDR-IDMA方案，该方案提高了IDMA系统基站接收端的迭代检测速度，降低了移动用户端的设备复杂度，可以有效地对抗多用户干扰和码间干扰。
本发明由上行传输通信方案和下行传输通信方案组成。
本发明的上行传输通信方案是基于时间反转及时分复用的模式，包括发射部分和接收部分，如图2所示，发射部分包括前向纠错编码器201、交织器202、调制器203、射频204等单元；接收部分部分包括射频部分205、解调器206、信道估计器207、前置信号处理器208、改进的基本信号估计器209、解交织器2010、交织器2011、译码器2012等单元。
上行传输通信方案的工作过程：如图2所示，发射部分用户信息经前向纠错编码后送到交织器进行交织，交织后的码片经调制器调制后由射频发射；接收部分部分首先在时分复用模式下利用导频信号在信道估计器207中进行信道估计，估计的信道冲激响应取时间反转并共扼作为前置信号处理；接收的用户信号经解调后经前置信号处理器208的处理削弱多用户干扰，这也是本发明的主要创新点之一，然后经改进的基本信号估计器209、解交织器2010、译码器2012得到外信息，外信息再经交织器2011反馈到改进的基本信号估计器209作为下一次迭代的先验信息，在满足一定的误码率时停止迭代，由译码器2012输出用户信息。
基于时间反转的前置信号处理器的工作原理：估计的信道冲激响应一方面用来解调用户信息，另一方面将其取时间反转并共扼作为前置信号处理器。不同的用户采用其对应的信道冲激响应取时间反转并共扼作为其前置信号处理器，如图2所示，由于不同用户的信道冲激响应是弱相关，经前置信号处理器的处理，基站接收机的接收信号的多用户干扰被削弱而自身的信号得以增强，从而使迭代检测的初始信干噪比较高，信干噪比的演进速度就必较快，进而使TDR-IDMAD的迭代检测速度得以提高。
改进的基本信号估计器209的工作原理：如图3所示，经前置信号处理器308处理的信号分别送入改进的基本信号估计器309，改进的基本信号估计器309的内部是k(用户数)个基本信号估计器，各个基本信号估计器并行处理相应的输入信号。
信道估计器207的工作原理：利用解调后的导频信号和解交织器的输出共同进行信道估计，也称为半盲信道估计。
本发明上行传输通信方案的创新点：提出了基于时间反转的前置信号处理器，并且系统工作于时分复用模式。
本发明上行传输通信方案的实质：利用不同用户的信道冲激响应的弱相关特性削弱多用户干扰和码间干扰，从而提高迭代检测的收验速度.
本发明的下行传输通信方案是基于时间反转及时分复用的模式，包括发射部分和接收部分，如图5所示，发射部分包括前向纠错编码501、交织器502、信号预处理器503、调制器504、信道估计器505、射频506等单元；接收部分部分包括射频部分507、解调器508、解交织器509、译码器5010等单元。
下行传输通信方案的工作过程：如图5所示，发射部分首先在时分复用模式下利用导频信号在信道估计器中进行信道估计，估计的信道冲激响应取时间反转并共扼作为信号预处理器，用户信息经前向纠错编码后送到交织器进行交织，交织后的码片经信号预处理器的预处理器，这也是本发明的主要创新点之一，然后调制器将预处理器的信号调制后由射频发射；接收的用户信号经解调后经解交织器的解交织，然后由译码器输出用户信息。
基于时间反转的信号预处理器的工作原理：估计的信道冲激响应一方面用作用户端解调用户信息，另一方面将其取时间反转并共扼作为信号预处理器，使用户端的多用户干扰削弱。采用多天线发射单天线接有利于削弱码间干扰，不同的发射天线采用其对应的信道冲激响应取时间反转并共扼作为其信号预处理器，如图5所示，由于信道的信道冲激响应是弱相关，且各信道的多径延迟也有差别，经信号预处理器的处理，用户接收机接收的信号中多用户干扰和码间干扰被削弱、而自身的信号得以增强，从而使用户端的检测比较简单，进而使TDR-IDMA的用户设备复杂度和成本降低。
本发明下行传输通信方案的创新点：提出了基于时间反转的信号预处理器，并且系统工作于时分复用模式和多输入单输出模式。
本发明下行传输通信方案的实质：利用不同用户的信道冲激响应的弱相关特性削弱多用户干扰，利用基于时间反转的信号预处理器削弱码间干扰，从而使用户端的信号检测过程简单，设备复杂度和成本降低。
附图说明
图1是采用传统的IDMA上行传输通信系统的工作原理图：
如图1所示，其中发射部分：101是前向纠错编码器、102是交织器、103是调制器、104射频单元；接收部分：105是射频单元、106是解调器、107是信道估计器、108是基本信号估计器、109是解交织器、1010是交织器、1011是译码器。
传统的IDMA上行传输通信系统的工作过程：发射部分：用户信息dk经前向纠错编码后得到ck，ck送到交织器进行交织得到xk，交织后的码片xk经调制器调制后由射频发射；接收部分：接收的用户信号经解调后送入基本信号估计器108、解交织器109、译码器1011得到外信息，外信息再经交织器1010反馈到基本信号估计器108作为下一次迭代的先验信息，在满足一定的误码率时停止迭代，由译码器1011输出用户信息，同时信道估计器估计的信道冲激响应也作为基本信号估计器估计信号用。
图2是本发明提出的TDR-IDMA上行传输通信系统的工作原理图：
发射部分和接收部分，如图2所示，其中发射部分包括前向纠错编码器201、交织器202、调制器203、射频204等单元；接收部分部分包括射频单元205、解调器206、信道估计器207、前置信号处理器208、改进的基本信号估计器209、解交织器2010、交织器2011、译码器2012等单元。
TDR-IDMA上行传输通信系统的工作过程：发射部分：用户信息dk经前向纠错编码后得到ck，ck送到交织器进行交织得到xk，交织后的码片xk经调制器调制后由射频发射；接收部分：首先在时分复用模式下利用导频信号在信道估计器中进行信道估计，估计的信道冲激响应取时间反转并共扼作为前置信号处理。接收的用户信号经解调后送入前置信号处理器进行处理208，随后送入基本信号估计器209、解交织器2010、译码器2012得到外信息，外信息再经交织器2011反馈到基本信号估计器209作为下一次迭代的先验信息，在满足一定的误码率时停止迭代，由译码器2012输出用户信息，同时信道估计器估计的信道冲激响应也作为基本信号估计器估计信号用。
图3是本发明提出的TDR-IDMA上行传输通信系统中的改进基本信号估计器的工作原理图：
TDR-IDMA上行传输通信系统中的改进基本信号估计器是在传统的IDMA上行传输通信系统的基本信号估计器的基础上改进而来的，如图3所示，{r1(j)，...rk(j)}是前置信号处理的输出，一般是不相同的。改进的基本信号估计器的内部就是基本信号估计器1，共有k个。
图4是采用传统的IDMA下行传输通信系统的工作原理图：
如图4所示，其中发射部分：401是前向纠错编码器、402是交织器、403是调制器、404射频单元；接收部分：405是射频单元、406是解调器、407是信道估计器、408是基本信号估计器、409是译码器。
传统的IDMA下行传输通信系统的工作过程：发射部分：用户信息dk经前向纠错编码后得到ck，ck送到交织器进行交织得到xk，交织后的码片xk经调制器调制后由射频发射；接收部分：接收的用户信号经解调后送入基本信号估计器408、译码器409得到外信息，外信息再反馈到基本信号估计器408作为下一次迭代的先验信息，在满足一定的误码率时停止迭代，由译码器409输出用户信息，同时信道估计器估计的信道冲激响应作为基本信号估计器估计信号用。
图5是本发明提出的TDR-IDMA下行传输通信系统的工作原理图：
如图5所示，发射部分包括前向纠错编码501、交织器502、信号预处理器503、调制器504、信道估计器505、射频506等单元；接收部分部分包括射频部分507、解调器508、解交织器509、译码器5010等单元。
TDR-IDMA下行传输通信系统的工作过程：发射部分：首先在时分复用模式下利用导频信号在信道估计器中进行信道估计，估计的信道冲激响应取时间反转并共扼作为信号预处理3。用户信息dk经前向纠错编码后得到ck，ck送到交织器进行交织得到xk，交织后的码片xk经信号预处理器3处理后在调制器进行调制然后由射频发射；接收部分：接收的用户信号经解调后送入解交织器509，最后由译码器5010译码输出。同时发射部分的信道估计器估计的信道冲激响应还作为接收信号解调用。
具体实施方式
本发明的上行、下行传输通信方案是一个完整的系统，即时分复用时间反转交织多址(TDR-IDMA)系统，该系统工作于时分复用模式，信道估计就以时分复用模式为基础，由于信道估计在传统的IDMA中存在，在本发明中信道估计也存在，而信道估计方法是现有的成熟技术。
本发明的上行传输通信方案的创新点是提出了基于时间反转的前置信号处理器，并且整个系统工作于时分复用模式。而信道估计方法是现有的成熟技术。因此根据本发明提供的方法，只需额外增加一个硬件设备(即前置信号处理器)就可构成本发明的上行传输通信系统。
本发明下行传输通信方案的创新点是提出了基于时间反转的信号预处理器，并且系统工作于时分复用模式和多输入单输出模式。其中多输入单输出是成熟技术，因此根据本发明提供的方法，只需额外增加一个硬件设备(即信号预处理器)就可构成本发明的下行传输通信系统。

Claims (4)

1.一种基于时间反转及时分复用的交织多址(IDMA)上行传输通信系统，包括发射部分和接收部分，发射部分包括前向纠错编码器(201)、交织器(202)、调制器(203)、射频(204)等单元；接收部分部分包括射频部分(205)、解调器(206)、信道估计器(207)、前置信号处理器(208)、改进的基本信号估计器(209)、解交织器(2010)、交织器(2011)、译码器(2012)等单元。其特征在于是前置信号处理器(208)和改进的基本信号估计器(209)。时分复用模式下信道估计器(207)估计出的上行信道冲激响应取时间反转并共扼作为前置信号处理器(208)；前置信号处理器(208)的各个输出作为改进的基本信号估计器(209)的输入，改进的基本信号估计器(209)的内部并行处理相应的输入。
2.一种基于时间反转及时分复用的交织多址(IDMA)下行传输通信系统，包括发射部分和接收部分，发射部分包括前向纠错编码器(501)、交织器(502)、信号预处理器(503)、信道估计器(504)、调制器(505)、射频(506)等单元；接收部分包括射频部分(507)、解调器(508)、解交织器(509)、译码器(5010)等单元。其特征在于是信号预处理器(503)和射频(506)。时分复用模式下信道估计器(504)估计出的上行信道冲激响应取时间反转并共扼作为信号预处理器(503)；信号预处理器(509)的各个输出经调制器(505)后作为多输入单输出(MISO)射频(506)的输入。
3.根据权利要求1所述的一种基于时间反转及时分复用的交织多址(IDMA)上行传输通信系统，其特征在于是前置信号处理器和改进的基本信号估计器。时分复用模式下信道估计器估计出的上行信道冲激响应取时间反转并共扼作为前置信号处理器，前置信号处理器完成相应信道的匹配功能。改进的基本信号估计器的输入各不相同，在改进的基本信号估计器的内部被并行处理。
4.根据权利要求2所述的一种基于时间反转及时分复用的交织多址(IDMA)下行传输通信系统，其特征在于是信号预处理器和射频。时分复用模式下信道估计器估计出的各通道上行信道冲激响应取时间反转并共扼作为信号预处理器；信号预处理器的输出经调制器后作为多输入单输出(MISO)射频的输入。
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