CN101189806A - 增加无线通信系统的鲁棒性或容量的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于增加无线通信系统的容量的方法，所述无线通信系统包括通过至少一个频段F₁，F₂通信的至少两个用户U₁和U₂。本发明的特征在于第一用户U₁的信息流s₁(t)和第二用户U₂的信息流s₂(t)在至少一个相同频段内传输。

Description

增加无线通信系统的鲁棒性或容量的装置和方法

技术领域

本发明具体涉及能够增加无线通信系统容量的方法和装置，具体而言通过将分集引入接收系统来实现。

说明书中，分集应理解为使用发送的一个相同信号的若干副本的能力。每个副本都经过独立的衰减或失真(信道或干扰)。

背景技术

在经历衰落或干扰的传播信道中，接收分集能够大大增强接收机的性能，并因而大大增强通信链路的鲁棒性或容量。

为了将分集引入通信链路，当实施适合发射和/或接收的处理操作时，在接收端和/或发射端使用传感器网络是有效的方法。

这些过程的缺点之一是它们需要使用多个发射或接收路径。

例如在Proaki，Digital Communicatio，chapter 8，4^th edition，McGraw-Hill的书中介绍的现有技术中的已知方法，该方法通过“信道编码”系统利用传播信道的频率分集或时间分集。首先向有用信息中加入冗余。之后该编码信息经由不同的传播信道发射，从而将分集引入解码器。

发明内容

本发明具体采用一种新的方法，其经由若干信道同时发送将要发送的消息的叠加。

本发明涉及用于增加无线通信系统的容量的方法，所述无线通信系统包括通过至少一个频段F₁，F₂通信的至少两个用户U₁和U₂，其特征在于，第一用户U₁的信息流s₁(t)和第二用户U₂的信息流s₂(t)在至少一个相同频段内传输。

具体而言，根据本发明的方法，与传统系统、一个频段、一个流相比，能够提高系统内解调的性能。

本发明的优势之一在于与每个发射机使用专用频段的传统情形相比，本发明能够利用附加的分集提高接收机性能。

附图说明

在阅读了下面对说明性和全部非限制示例性具体实施例的介绍和附图后，本发明的其他特征和优点将更加清楚，所述附图表示：

图1是根据本发明方法的基本图示，

图2概略示出能够实现本发明的装置结构，

图3是实现本发明获得的性能结果。

具体实施方式

图1概略示出系统使用两个频率的情况下的实施步骤。这可以扩展到用户和频率数大于2的任何系统。

图2表示的系统包括在若干频段上发送信息流的若干用户U₁，接收机R具体而言包括适合实施根据本发明方法的步骤的处理器P。

用户U₁在频段F₁传输，用户U₂在频段F₂传输。该方法具体而言包括在每个频段上传输每个用户的流s₁(t)和s₂(t)。因而，两个信息流的总和或来自两个用的流在每个频段上传播。

在两个用户的情况下，每个频段上，用户以一半的功率发射，因而有助减小发射功率，避免增加蜂窝内发射的功率。

通过用s₁(t)和s₂(t)分别表示对应用户U₁和U₂的第一流和第二流，并且例如依照瑞利定律，考虑到由传播信道引入的干扰由高斯附加噪声b_u(t)(1≤u≤2)和衰减因数α^ι _υ组成，其中频率i满足1≤i≤2，用户标号u满足1≤u≤2，接收机接收到的信号表示为：

$z_1\left(t\right)={\mathrm{\α}}_1^1{s}_1\left(t\right)+{\mathrm{\α}}_2^1{s}_2\left(t\right)+b_1\left(t\right)$

$z_2\left(t\right)={\mathrm{\α}}_1^2{s}_1\left(t\right)+{\mathrm{\α}}_2^2{s}_2\left(t\right)+b_2\left(t\right)$

可以用下面矩阵形式表达该观测结果：

$z=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_1^1& {\mathrm{\α}}_2^1\\ {\mathrm{\α}}_1^2& {\mathrm{\α}}_2^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{s}_1\left(t\right)\\ s_2\left(t\right)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{b}_1\left(t\right)\\ b_2\left(t\right)\end{array}\right]$

基于这个信号模型，可以将本领域技术人员公知的联合均衡和检测技术应用到所述观测结果以预测发射到接入点的有用信号。

根据具体实施例，相比在一个频段、一个频率情况下使用的功率，每个发射机以更小的功率传输。该方法的优势之一在于将本领域技术人员所称的分集引入到接收机。在多路径衰减的发射信道中，所述分集能够改善接收系统的性能，而不占用更多频段或增加功率。

上述技术可用于从多个用户到多个频率、或频分多址的接入点的上行链路中。

该技术方案也应用到时域、时分多址、或者甚至码分多址。

根据本发明的方法同样应用在下行链路。例如，当要从接入点发射到若干用户时，将分集引入接收机是可能的。

当系统包括由其信号s₁，s₂，s₃表示的三个用户(想要向这些用户发送信息)和三个频率F₁、F₂和F₃的情况下，发送信号对(s₁，s₂)或(s₁，s₃)或(s₂，s₃)。

在由瑞利衰落和附加噪声组成的信道的简单例子中，接收机可使用的观测结果是：

z₁(t)＝α₁(s₁(t)+s₂(t))+b₁(t)

z₂(t)＝α₂(s₁(t)+s₃(t))+b₂(t)

z₃(t)＝α₃(s₂(t)+s₃(t))+b₃(t)

在这些观测结果中，如在接收机已处理的那样，该方法构建了下面信号：

$z\left(t\right)=\frac{z_1\left(t\right)}{{\mathrm{\α}}_1}+\frac{z_2\left(t\right)}{{\mathrm{\α}}_2}-\frac{z_3\left(t\right)}{{\mathrm{\α}}_3}$

$=2.s_1\left(t\right)+\frac{b_1\left(t\right)}{{\mathrm{\α}}_1}+\frac{b_2\left(t\right)}{{\mathrm{\α}}_2}-\frac{b_3\left(t\right)}{{\mathrm{\α}}_3}$

或

$z\left(t\right)=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\α}}_1& {\mathrm{\α}}_1& \\ {\mathrm{\α}}_2& & {\mathrm{\α}}_2\\ & {\mathrm{\α}}_3& {\mathrm{\α}}_3\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{s}_1\left(t\right)\\ s_2\left(t\right)\\ s_3\left(t\right)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}b\left(t\right)\\ b_2\left(t\right)\\ b_3\left(t\right)\end{array}\right]$

之后将本领域技术人员已知的联合检测技术应用到这些观测结果中以确定或估计已发射的信号或符号。

在下行链路的情况下，通过使用该方法和扩频技术，当同时使用相同频段的用户数量不太高时，可以简化解调。在这种情况下，RAKE类型的接收机(和信道及编码匹配的滤波器)就够用了，从而用两个频段来引入足够的分集。

在本发明的范围内，通过调制，该方法也可以应用到另一类型的接入。

在下行链路中，除了使用频率或时隙发送流给用户之外，可在不同用户间分享多级调制。

在两个用户使用QPSK(正交相移键控)调制的情况下，在一个频率上，该频率专有的流在实部(例如偶数比特)上传送，将虚部用于另一个用户。

同样的，在另一频率，若干轴之一用于发射第一用户的奇数比特，另一复数服务于第二用户。

根据变型实施例，在上行链路的情况下，使用数量比用户数少的信道。对所用信道的选择取决于它们的统计独立性。

这样，根据所属领域的技术人员知道的方法，通过使用来自解码器和迭代接收机的信息解调发射的不同信息流是可能的。这可以是申请人的专利申请FR03/14014中介绍的方法。

图2表示通过实施根据本发明的方法获得的性能曲线。

使用的仿真参数是：

·发射机的数量(#用户)，

·使用的信道数量(#Rx等于发射机的数目#Rx＝#用户)，

·每个传播信道的独立路径的数量(#路径)。

考虑到该方法使用引入分集来分离不同的流，后一个参数是所关心的。注意，在分集级数很低的情况下，该方法的增益更大。具体而言，在这些条件下，增加分集级数对性能有很大的影响。

在这个例子中，该系统将OFDM调制(正交频分复用)用于基于频率或基于时间的多接入系统。这样，在将分离多个流的方法嵌入接收系统的条件下，通过同时通信，不同发射机可以分享该资源。

在本说明书中，将该方法用于使用64个子载波的OFDM调制，其中仅52个子载波用于发射数据。

在该示例性应用中，该系统将OFDM调制(正交频分复用)用于基于频率或基于时间的多接入系统。这样，在将分离多个流的方法嵌入接收系统的条件下，通过同时通信，不同发射机可以分享该资源。

在这个比较研究中，仿真所述方法的性能并将该性能同不使用本发明例原理的方法或未实施该方法时的性能作比较。该研究着重于上行链路，并且分离不同用户的不同流的技术是软输出最大似然算法。使用的调制是BPSK，假定传播信道已知并独立于用户和(时间或频率)资源。波形参数使用802.11a标准的参数，包括补偿器编码方面。在给出的例子中，无论使用什么发射方法，发射总功率都保持不变，从而得到相关比较。

Claims (7)

1.用于增加无线通信系统的容量的方法，所述无线通信系统包括通过至少一个频段F₁，F₂通信的至少两个用户U₁和U₂，其特征在于：所述第一用户U₁的信息流s₁(t)和所述第二用户U₂的信息流s₂(t)在至少一个相同频段内传输。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述两个频段F₁和F₂的每一个上发射每个所述用户的两个流s₁(t)和s₂(t)。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述接收机接收到的信号表示为：

$z_1\left(t\right)={\mathrm{\α}}_1^1{s}_1\left(t\right)+{\mathrm{\α}}_2^1{s}_2\left(t\right)+b_1\left(t\right)$

$z_2\left(t\right)={\mathrm{\α}}_1^2{s}_1\left(t\right)+{\mathrm{\α}}_2^2{s}_2\left(t\right)+b_2\left(t\right)$

其中s₁(t)是对应所述第一用户U₁的所述第一流，s₂(t)是对应所述第二用户U₂的所述第二流，并且由传播信道引入的干扰由高斯附加噪声b_u(t)(1≤u≤2)和衰减因数α^ι _υ组成，其中频率i满足1≤i≤2，用户标号u满足1≤u≤2。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通信是从用户到接入点的。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通信是从接入点到若干用户的。

6.如前面任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：降低每个用户的发射功率。

7.如权利要求1到5的任意一项所述的方法，其特征在于：使用数目少于用户数的发射信道。

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