CN101394392B - 一种ofdm系统的信号分集的方法 - Google Patents

Abstract

一种OFDM系统的信号分集的方法，操作步骤如下：发送端先对数据进行编码、调制和旋转调制处理，再存储处理后的数据块符号；接着按照设定的用户个数对存储器中多用户的数据块符号进行分组和时频交织、分配OFDM时频资源与Q路交织处理，再根据OFDM调制长度，分别对每组数据块符号补零后，又对每组数据块符号进行IFFT运算和添加CP处理后，发送数据；接收端接收数据后，先对该数据块符号进行去除CP和FFT运算，然后进行相位补偿和去零，再对得到的数据块符号依次进行Q路解交织、旋转解调、时频解交织和译码处理，得到所需的数据信息。该方法采用OFDM技术和旋转调制技术，通过选择最优旋转角度，获取信号分集增益和性能提升的最大化，进而提高系统的性能。

Description

一种OFDM系统的信号分集的方法

技术领域

本发明涉及一种OFDM系统的信号分集的方法，确切地说，涉及一种OFDM系统中的采用旋转调制和信道编码的简单实用的信号分集方法，从而能很好地综合利用衰落信道下的时间分集、频率分集和调制分集以及信道编码增益降低系统的误帧率，属于数据通信中的分集技术领域。

背景技术

1982年Ungerboeck提出网格编码调制TCM(Trellis Code Modulation)技术后，编码调制CM(Coded Modulation)技术始终是个热门的研究课题。TCM的基本思想是将编码器和调制器作为一个统一的整体进行综合设计，使得编码器和调制器级联后产生的编码信号序列具有最大的欧式自由距离。目前的理论和实践均已表明TCM在加性白高斯信道(AWGN Channel)中可以达到最佳性能。然而，在将TCM用于移动衰落信道时发现：此时其性能变得很差。于是，如何在衰落信道中寻找最佳的编码调制方案就成为近年来的研究热点。

TCM编码方法的优势是将编码信号序列的欧氏距离最大化，这在AWGN信道中能够起到良好的效果。但是对于衰落信道，性能的提高取决于增加分集数和增大积距离，这使得TCM编码方法在衰落信道传输中不存在性能优势。

1992年Zehavi最先提出比特交织编码调制算法BICM(Bit Interleave CodeModulation)，该算法与传统的TCM相比较，在瑞利信道下的性能有显著提高。1996年G Caire等人在理想交织的情况下计算了BICM方案的容量，证明了具有Gray映射的大多数信号集的容量几乎等于信号集本身的容量。这样就从理论上说明了BICM可以获得与TCM相同的编码增益，而不仅仅只是一种次最佳的编码方案。

在BICM算法中起决定作用的比特交织技术增大了编码调制的时间分集度，然而，其在高斯信道下的性能则又由于最小欧氏距离的减小而恶化。

正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种宽带多载波技术。它是通过将高速传输的数据流转换为一组低速并行传输的数据流，使得系统对多径衰落信道频率选择性的敏感程度大大降低，从而具有良好的抗噪声和抗多径干扰的能力，适用于在频率选择性衰落信道中进行高速数据传输。如果能够将OFDM与BICM方式相互结合，可进一步提高通信质量。

在衰落信道中，“分集”的作用非常重要。在最佳分集情况下，错误概率会随着平均信噪比的增加而呈指数下降。在BICM算法中，虽然比特交织技术增大了编码调制的时间分集度，但是，由于最小欧氏距离的减小，又使该方案在高斯信道下的传输性能变得恶化。因此，如何解决这个技术难题，成为业内科技人员关注的热点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种OFDM系统的信号分集的方法，该方法通过改变调制星座图的旋转角度引入信号分集，以增加系统传输时的分集数；同时，通过旋转调制的方式，将传输的数据扩散分布到不同的分量上，使不同分量的数据各自在信道上单独衰落，再引入OFDM频率分集和交织分集，从而能够有效地提高系统性能；同时通过选择最优旋转角度，获取性能提升的最大化。

为了达到上述目的，本发明提供了一种OFDM系统的信号分集的方法，其特征在于：该方法包括下列操作步骤：

(1)发送端对数据进行初始化处理：发送端根据设定的编码方式和调制方式对每个用户准备发送的数据块分别进行编码和调制处理，再依照设定的旋转角度对调制后的数据块符号进行旋转调制处理，然后对旋转调制后的数据块符号进行存储；

(2)发送端按照设定的用户个数对存储器中多个用户的数据块符号进行分组和时频交织处理、正交频分复用OFDM时频资源分配与Q路交织处理；该步骤包括下述操作内容：

(21)发送端每次对存储器中的P个不同用户数据块符号进行时频交织处理，时频交织规则为：以按行写入方式发送一组信息进入以P×L格式存储器构成的交织器后，再按列取出，完成时频交织变换；这样不同用户的数据以首尾相接方式排列，则第q位的数据经过时频交织重排后的位置为：

从而将突发差错的有记忆信道变成无记忆的独立差错信道；其中，L是每次传输的数据块符号长度，P、L、q皆为自然数，表示对其的商向上取整；

(22)对上述P个用户数据块符号分配OFDM时频资源，其中，时间资源是OFDM数据块符号依次发送的时隙，频率资源为发送OFDM数据块符号中各符号所占用的子载波带宽；该步骤操作内容为：将P个用户的数据块符号平均分至T个与IFFT长度相匹配的时隙上，其中，每次OFDM过程所占据的时隙个数

IFFT长度是每次OFDM过程中的所有子载波的个数；

(23)对数据块符号中的每个符号进行Q路交织：即将每个符号的虚部按照设定规则交织，但保持实部数据不变；所述Q路交织的设定规则是使交织后的数据块符号中的任一符号的虚部在时间和频率上都尽可能地与实部不相关，即使其虚部与实部的距离尽可能远；根据时频资源分配情况，在时域上，处于位置间隔T个时隙的两个信号点之间的距离最远，相关性最弱；在频域上，处于位置间隔IFFT长度个子载波带宽的两个信号点之间的距离最远，相关性最弱；但为了保证所有信号点都能均匀地分布，选择同时满足

个时隙和

个子载波带宽的距离的符号；式中，有效IFFT长度表示IFFT运算中非补零符号的个数；

(23)对数据块符号中的每个符号进行Q路交织，即将每个符号的虚部按照设定规则交织，但保持实部数据不变；所述设定规则是使交织后的数据块符号中的任一符号的虚部在时间和频率上都尽可能地与实部不相关，即使其虚部与实部的距离尽可能远；根据时频资源分配情况，在时域上，处于位置间隔T个时隙的两个信号点之间的距离最远，相关性最弱；在频域上，处于位置间隔IFFT长度个子载波带宽的两个信号点之间的距离最远，相关性最弱；但为了保证所有信号点都能均匀地分布，选择同时满足

个时隙和

个子载波带宽的距离的符号；式中，有效IFFT长度表示IFFT运算中非补零符号的个数；

(3)发送端根据预设的OFDM调制长度，分别对每组数据块符号进行补零后，再对每组数据块符号进行包括逆快速傅里叶变换IFFT运算和添加循环前缀CP的OFDM处理，然后发送数据；

(4)接收端接收数据后，先对该数据块符号进行包括去除CP和快速傅里叶变换FFT运算的OFDM处理，然后进行相位补偿和去零操作，再对得到的数据块符号依次进行Q路解交织、旋转解调、时频解交织和译码处理，得到所需的数据信息。

本发明是一种OFDM系统的信号分集的方法，其技术上的创新优点是：在调制过程中，采用OFDM技术和旋转调制技术，使得旋转调制星座图引入信号分集增益，使得发送后的符号在传输过程中产生的同相分量(I路)和正交分量(Q路)的两种衰落情况彼此独立传输，再引入OFDM频率分集和交织分集，这样在衰落信道的传输中，能够有效提高通信系统的各项性能，从而在整体上获得优于BICM-OFDM系统的性能优势，再通过选择最优旋转角度，获取性能提升的最大化。而且，本发明方法的操作步骤简单、实用，可适用于多种编码方案，特别适用于高阶调制和不同码长的码字，能很好地降低系统的误帧率，因此，本发明具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1是本发明OFDM系统的信号分集方法各步骤操作的具体流程方框图。

图2是(A)、(B)分别是QPSK星座图的二维坐标系及其旋转后的示意图。

图3是本发明采用的时频交织规则示意图。

图4是本发明采用的时频资源分配示意图。

图5为本发明实施例中采用的Q路交织规则示意图。

图6是旋转星座图经过信道衰落后形成的星座图和解调示意图。

图7是本发明实施例采用不同旋转角度进行仿真试验的曲线性能比较图。

图8是本发明实施例与采用比特交织编码调制BICM OFDM方式的曲线性能比较图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，介绍本发明OFDM系统的信号分集的方法，它是采用OFDM技术和旋转调制技术，通过旋转星座图获取信号分集增益，进而提高系统的性能。

下面结合附图和申请人的实施试验，具体说明本发明方法的各个操作步骤：

步骤1、发送端对数据进行初始化处理：发送端根据设定的编码方式和调制方式对每个用户准备发送的数据块分别进行编码和调制处理，再依照设定的旋转角度对调制后的数据块符号进行旋转调制处理，然后对旋转调制后的数据块符号进行存储。该步骤1包括下述操作内容：

(11)发送端根据码率R和码长N的要求，计算传输数据的信息比特位长K∶K＝R×N，以及校验比特位长M∶M＝N-K；式中，信息比特位长K、码长N和校验比特位长M均为正整数，码率R是取值范围为(0，1]的实数，然后对待发送的数据信息进行编码处理；

在本发明的实施例中，选择的码率R为3/4，信息位长度K是1728位数据，编码采用低密度奇偶校验码，编码后码长N＝2304，校验比特M＝576。

(12)根据调制模式要求，确定对应的格雷映射星座图样，对编码后的数据比特进行对应的符号映射；设置每个用户每次传输的数据块符号长度为自然数L，若调制后的数据块符号长度小于L，则在该数据块符号尾部补零至长度为L。

本发明实施例中选用四相移相键控QPSK调制方式，即将每2个比特映射为1个符号。这样调制后共有符号数1152个，设定每个用户一次传输的符号个数L＝1200，则要在数据尾部补充48个零位。

(13)对数据块符号中的每个符号进行旋转调制处理：根据设定旋转角度θ和计算公式：m＝cosθ，n＝sinθ，计算旋转因子m和n；设旋转调制前符号值为A+Bj和计算公式 $\left(\begin{array}{c}X\\ Y\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}m& n\\ -n& m\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}A\\ B\end{array}\right),$ 得到旋转调制后的符号值为X+Yj。

参见图2，以四相移相键控QPSK为例，介绍旋转调制前后星座图的比较。因为QPSK是将每2个比特映射为1个符号，共有4种可能的比特组合和对应的符号值，如图2(A)所示的普通调制情况下格雷映射星座图，其中A、B分别为各星座点在实部与虚部上的投影，其数值分别为

图2(B)为图2(A)经过θ度旋转调制后形成的星座图，X、Y值分别为旋转调制后各星座点在实部与虚部上的投影，通过旋转调制运算后，X、Y值所确定的星座点的数值等价于图2(A)顺时针旋转θ度。本发明的实施例中的θ取值范围为[0，0.6π/4]。

(14)将按照上述步骤(13)完成各个符号的旋转调制处理后的数据块符号存入存储器。

步骤2、发送端按照设定的用户个数对存储器中多个用户的数据块符号进行分组和时频交织处理、正交频分复用OFDM时频资源分配与Q路交织处理；

该步骤2包括下述操作内容：

(21)发送端每次对存储器中的P个不同用户数据块符号进行时频交织处理，时频交织规则为：以按行写入方式发送一组信息进入以P×L格式存储器构成的交织器后，再按列取出，完成时频交织变换；这样不同用户的数据以首尾相接方式排列，则第q位的数据经过时频交织重排后的位置为：

从而将突发差错的有记忆信道变成无记忆的独立差错信道；其中，L是每次传输的数据块符号长度，P、L为自然数，q为非负整数，表示对其的商向上取整。

在本发明的实施例中，每次对P＝5个用户的数据块符号进行时频交织操作，因此每个用户的数据块符号长度L＝1200个，共有符号数为6000个。

参见图3，介绍时频交织的方法。图中底纹相同的方块表示同一个用户的数据块符号，将不同用户的数据块符号按行排列后，再按照箭头所示方向按列取出，从而完成符号的交织过程。时频交织重新排列后的数据块符号如图中最下方所示：P＝5个用户的数据符号形成交叉排列的状态。

(22)对上述P个用户数据块符号分配OFDM时频资源，其中，时间资源是OFDM数据块符号依次发送的时隙，频率资源为发送OFDM数据块符号中各符号所占用的子载波带宽。

该步骤的具体操作内容为：将P个用户的数据块符号平均分至T个与IFFT长度相匹配的时隙上，其中，T为每次OFDM过程所占据的时隙个数，其计算公式为：IFFT长度是每次OFDM过程中的所有子载波个数。

参见图4，介绍本发明的实施例中分配OFDM时频资源情况：横轴表示OFDM符号在子载波带宽上的分配，纵轴表示OFDM符号在时隙上的分配。该实施例选取FFT或IFFT的长度为1024。将P＝5个、L＝1200的数据块符号平均分成T＝6个和IFFT长度匹配的数据块符号，重新分配后的每个数据块符号长度为1000，即每个OFDM数据块符号占用6个时隙和1024个OFDM子载波带宽。

(23)对数据块符号中的每个符号进行Q路交织，即将每个符号的虚部按照设定规则交织，但保持实部数据不变。

Q路交织的原则是使交织后的数据块符号中的任一符号的虚部在时间和频率上都尽可能地与实部不相关，即使其虚部与实部的距离尽可能远；根据时频资源分配情况，在时域上，处于位置间隔T个时隙的两个信号点之间的距离最远，相关性最弱；在频域上，处于位置间隔IFFT长度个子载波带宽的两个信号点之间的距离最远，相关性最弱；但为了保证所有信号点都能均匀地分布，选择同时满足

个时隙和

个子载波带宽的距离的符号，有效IFFT长度表示IFFT运算中非补零符号的个数。

参见图5，介绍本发明实施例中采用的Q路交织方式，该图为其中Q路交织的一个示意，具体实现方法是：只对数据块符号中的有效符号部分进行处理，补零部分不做处理，有效数据部分为6000个符号，平均分布在6个时隙中，有效子载波长度为1000。将频域上间隔500个子载波带宽和时域上间隔大于等于2个时隙的信号点取作一组。取子载波带宽编号为f₁，f₂，其中f₁＝1...1000，f₂＝(f₁+500)mod 1000；并令(f，t)是第f个子载波和第t个OFDM时隙上的符号虚部(Q路分量)，t＝1、2、3、4、5、6。则在时间和频率上，符号虚部按照下列规则进行位置交换：(f₁，1)→(f₂，4)，(f₂，4)→(f₁，2)，(f₁，2)→(f₂，5)，(f₂，5)→(f₁，3)，(f₁，3)→(f₂，6)，(f₂，6)→(f₁，1)，这样可以保证其尽可能地不相关。

步骤3、发送端根据预设的OFDM调制长度，分别对每组数据块符号进行补零后，再对每组数据块符号进行包括逆快速傅里叶变换IFFT运算和添加循环前缀CP的OFDM处理，然后发送数据。

该步骤(3)包括下述操作内容：

(31)分别对每组T个时隙的数据块符号中长度不足IFFT长度的位长进行补零，再对补零处理后的每组T个数据块符号分别进行IFFT运算，该IFFT的计算公式是：其中，N为子载波数，X(k)为在设定调制模式下的复信号，x(n)为OFDM符号在时域的采样，j为虚数单位，定义j²＝-1，k为数据块符号中的符号序列号，是取值范围为[0，N-1]的非负整数。

本发明实施例中，对重新分配后的每组长度为1000的数据块符号要补充24个零位，使其长度等于IFFT的长度1024。

(32)对每组数据块符号分别添加循环前缀CP，消除多径信道引起的符号间干扰；具体操作内容为：将每组数据块符号尾部的μ个符号拷贝添加至该组数据块符号的前端，其中，循环前缀CP长度为μ。

本发明实施例中，CP长度μ为74，添加CP处理后的数据块符号位长增至1098。

(33)依次发送各组数据块符号。

步骤4、接收端接收数据后，先对该数据块符号进行去除循环前缀CP和快速傅里叶变换FFT运算的OFDM处理，然后进行相位补偿和去零操作，再对得到的数据块符号依次进行Q路解交织、旋转解调、时频解交织和译码处理，得到所需的数据信息。

该步骤(4)包括下述操作内容：

(41)接收端接收数据后，先对接收到的每组OFDM数据块符号分别去除循环前缀CP，即对接收到的每组数据块符号分别删除头部的μ个符号。

本发明实施例中，将每次接收到的1098个数据块符号头部的循环前缀74个符号都删除。

(42)对每组数据块符号进行快速傅里叶变换FFT运算，该FFT计算公式为：

其中，N为子载波数，X(k)为在设定调制模式下的复信号，x(n)为OFDM符号在时域的采样，j为虚数单位，定义j²＝-1，k为数据块符号中的符号序列号，是取值范围为[0，N-1]的非负整数。；再将变换后的数据块符号作存储处理。

(43)对存储后的OFDM数据块符号进行相位补偿，以便根据信道估计值消除多径对数据的影响；具体方法是将每组OFDM数据块符号中的符号乘以信道估值的共轭，再除以信道估值的模，其计算公式为：

式中，x(t)是数据块符号，h(t)是信道估值。

(44)对相位补偿后的每组数据块符号进行除零处理，即去除前述步骤(31)为匹配IFFT长度所添加的零位，再将得到的每组数据块符号存储于存储器。

本发明实施例中，该步骤是删除为了匹配IFFT长度而添加的24个零位。

(45)对存储器中的每组OFDM数据块符号分别进行Q路解交织，即按照步骤(22)的对应规则进行逆向处理，将原来属于同一符号的虚部和实部进行匹配还原。

本发明实施例中，解Q路交织的具体方法是：将频域上间隔500个子载波带宽和时域上间隔大于等于2个时隙的信号点取作一组。取子载波带宽编号为f₁，f₂，其中f₁＝1...1000，f₂＝(f₁+500)mod 1000；并令(f，t)是第f个子载波和第t个OFDM时隙上的符号虚部(Q路分量)，t＝1、2、3、4、5、6。则在时间和频率上，符号虚部按照下列规则进行位置交换：(f₁，1)→(f₂，6)，(f₂，6)→(f₁，3)，(f₁，3)→(f₂，5)，(f₂，5)→(f₁，2)，(f₁，2)→(f₂，4)，(f₂，4)→(f₁，1)，这样可以保证其尽可能地不相关。

(46)对每组OFDM数据块符号采用最大似然解调方式进行旋转解调处理：以经过衰落信道后的旋转星座图为解调参考星座图，通过计算接收到的数据块符号中每个符号与其参考星座图中各星座点的欧氏距离，分别得到映射成为每个符号的各个比特的对数似然比，用于译码。

参见图6，介绍使用旋转调制星座图经过衰落信道后形成的星座图及其解调的方式，图中I路、Q路的信号都分别受到衰落，产生形变：I路的衰落分量为|h₁|，Q路的衰落分量为|h₂|。其解调的方式是：首先计算接收点到各个星座点的距离，即图中所示的d₁～d₄，再计算该符号对应的2个比特中的第1位比特的对数似然比：根据该星座图，四个星座点中第1位为0的比特组合为00和01，其对应的距离是d₁和d₂，第1位为1的比特组合为10和11，其对应的距离是d₃和d₄。所以第1位比特为0的概率为

第1位比特为1的概率为 $\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}\exp (-\frac{{d_3}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})+\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}\exp (-\frac{{d_4}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}),$ 从而得到对数似然比为： $\lg \frac{\exp (-\frac{{d_1}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})+\exp (-\frac{{d_2}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})}{\exp (-\frac{{d_3}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})+\exp (-\frac{{d_4}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})}.$

(47)对解调得到的比特的对数似然比进行时频解交织处理，该时频解交织的规则为：数据块符号中同一个符号解调得到的对数似然比作为一个单位。将对数似然比单位以按照按列写入方式发送至以P×L格式存储器构成的解交织器后，再从该解交织器按行取出，完成时频解交织变换。

(48)与步骤(31)中的操作相对应，将每组T个OFDM数据块符号还原为P个用户的数据块符号，再进行译码操作，即根据编码方式选择相对应的译码方式将每组数据块符号还原成为K个位长的信息比特，全部流程结束。

所述星座图中，多个比特的每种组合映射成为与星座图中的某个点相对应的一个符号，根据这些比特组合中第i位比特是0或1，将星座图分为两个集合：0星座点集合和1星座点集合；此时，判断每个符号所对应的多个比特中第i位比特分别为0和1的概率的计算公式是：

和

式中，{d_i0}为该接收到的符号与根据第i位比特为0划分的所有星座点的距离集合，{d_i1}为该接收到的符号到根据第i位比特划分为1的所有星座点的距离集合，自然数i为比特组合中比特序号；由此分别计算出每个符号所对应的各个比特的对数似然比：

式中，b_v表示调制后由多个比特映射成的某个符号中的第v个比特；P(b_v＝0|r)表示当接收到的符号为r时，判断比特b_v为0的概率，P(b_v＝0|r)表示当接收到的符号为r时判断比特bv为1的概率。

总之，申请人进行的本发明实施例试验是采用低密度校验码作为其信道编码，该结构化低密度校验码的编码矩阵

式中，

$H_b^{\mathrm{system}}=$

$\begin{array}{cccccccccccccccc}235& -1& 50& -1& -1& 350& -1& -1& -1& 500& -1& 135& -1& 185& -1& -1\\ 414& 125& -1& -1& 491& -1& -1& -1& -1& -1& 109& 292& -1& 353& -1& -1\\ 30& -1& -1& 91& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 451& 307& 523& 224& -1\\ 213& -1& -1& -1& -1& 31& -1& -1& -1& -1& 363& 47& -1& 138& -1& 347\\ 398& -1& 118& -1& -1& -1& -1& -1& 23& -1& -1& 210& 22& 304& -1& -1\\ 20& -1& -1& 415& -1& -1& -1& 560& -1& -1& 60& 375& -1& 480& -1& -1\\ 209& 280& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 78& -1& 542& 310& 93& -1& -1\\ 400& -1& -1& -1& 514& -1& 19& -1& -1& -1& -1& 146& -1& 273& -1& 6\\ 28& -1& -1& 192& -1& -1& 179& -1& -1& -1& -1& 317& -1& 455& -1& -1\\ 223& -1& -1& -1& -1& -1& 341& -1& -1& 459& -1& 490& -1& 74& 546& -1\\ 420& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 355& -1& -1& -1& 100& -1& 74& 546& -1\\ 54& 485& -1& 552& -1& -1& 106& -1& -1& -1& -1& 277& -1& 448& -1& -1\\ 255& -1& -1& -1& -1& -1& 274& -1& 130& 293& -1& 456& -1& 73& -1& -1\\ 458& -1& -1& -1& -1& 416& 444& -1& -1& -1& -1& 72& -1& 265& 209& -1\\ 98& -1& -1& -1& 161& -1& 51& 114& -1& -1& -1& 255& -1& 459& -1& -1\\ 305& -1& -1& -1& -1& -1& 225& -1& 415& -1& 360& 440& -1& 90& -1& -1\end{array}$

$H_b^{\mathrm{parity}}=$

$\begin{array}{cccccccccccccccc}0& 0& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ -1& 0& 0& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ -1& -1& 0& 0& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ -1& -1& -1& 0& 0& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ -1& -1& -1& -1& 0& 0& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ -1& -1& -1& -1& -1& 0& 0& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ -1& -1& -1& -1& -1& -1& 0& 0& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 0& 0& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ 108& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 0& 0& -1& -1& -1& -1& -1& -1\\ -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 0& 0& -1& -1& -1& -1& -1\\ -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 0& 0& -1& -1& -1& -1\\ -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 0& 0& -1& -1& -1\\ -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 0& 0& -1& -1\\ -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 0& 0& -1\\ -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 0& 0\\ 0& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& -1& 0\end{array}$

该实施例的各个参数说明如下：信息位长度是3456位，码率是3/4，调制方式是四相移相键控QPSK，信道模型是TU，星座图的旋转角度是θ×π/4(θ＝0，0.2，0.4，0.6)，译码方式是Log-BP最大迭代次数＝50，IFFT长度或FFT长度为1024，CP长度是74。

图7是实施例中采用不同旋转角度后进行测试的系统性能对比曲线。从图7中看出，采用该OFDM系统的信号分集的方法在采用不同旋转调制角度时，传输性能存在一定的差异，即存在一个性能最优的旋转调制角度：采用本OFDM系统的信号分集的方式，在信息位长度为1728时，码率为3/4的情况下，最优旋转调制角度为0.6π/4。通过比较曲线，在误帧率在10E-2时，最优角度的旋转调制比不旋转时，有1个dB的性能提升。

图8是本发明实施例和目前常用的比特交织编码调制BICM OFDM方式的性能比较曲线，两者均采用LDPC编码方式。通过比较曲线，在误帧率在10E-2时，最优角度的旋转调制OFDM LDPC比比特交织编码调制OFDM LDPC的性能有近1个dB的提升。

Claims (5)

1.一种OFDM系统的信号分集的方法，其特征在于：该方法包括下列操作步骤：

(1)发送端对数据进行初始化处理：发送端根据设定的编码方式和调制方式对每个用户准备发送的数据块分别进行编码和调制处理，再依照设定的旋转角度对调制后的数据块符号进行旋转调制处理，然后对旋转调制后的数据块符号进行存储；

(2)发送端按照设定的用户个数对存储器中多个用户的数据块符号进行分组和时频交织处理、正交频分复用OFDM时频资源分配与Q路交织处理；该步骤包括下述操作内容：

(21)发送端每次对存储器中的P个不同用户数据块符号进行时频交织处理，时频交织规则为：以按行写入方式发送一组信息进入以P×L格式存储器构成的交织器后，再按列取出，完成时频交织变换；这样不同用户的数据以首尾相接方式排列，则第q位的数据经过时频交织重排后的位置为： 

从而将突发差错的有记忆信道变成无记忆的独立差错信道；其中，L是每次传输的数据块符号长度，P、L、q皆为自然数， 

表示对其的商向上取整；

(22)对上述P个用户数据块符号分配OFDM时频资源，其中，时间资源是OFDM数据块符号依次发送的时隙，频率资源为发送OFDM数据块符号中各符号所占用的子载波带宽；该步骤操作内容为：将P个用户的数据块符号平均分至T个与IFFT长度相匹配的时隙上，其中，每次OFDM过程所占据的时隙个数 

IFFT长度是每次OFDM过程中的所有子载波的个数；

(23)对数据块符号中的每个符号进行Q路交织，即将每个符号的虚部按照设定规则交织，但保持实部数据不变；所述Q路交织的设定规则是使交织后 的数据块符号中的任一符号的虚部在时间和频率上都尽可能地与实部不相关，即使其虚部与实部的距离尽可能远；根据时频资源分配情况，在时域上，处于位置间隔T个时隙的两个信号点之间的距离最远，相关性最弱；在频域上，处于位置间隔IFFT长度个子载波带宽的两个信号点之间的距离最远，相关性最弱；但为了保证所有信号点都能均匀地分布，选择同时满足 

个时隙和 

个子载波带宽的距离的符号；式中，有效IFFT长度表示IFFT运算中非补零符号的个数；

(3)发送端根据预设的OFDM调制长度，分别对每组数据块符号进行补零后，再对每组数据块符号进行包括逆快速傅里叶变换IFFT运算和添加循环前缀CP的OFDM处理，然后发送数据；

(4)接收端接收数据后，先对该数据块符号进行包括去除CP和快速傅里叶变换FFT运算的OFDM处理，然后进行相位补偿和去零操作，再对得到的数据块符号依次进行Q路解交织、旋转解调、时频解交织和译码处理，得到所需的数据信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)进一步包括下述操作内容：

(11)发送端根据码率R和码长N的要求，计算传输数据的信息比特位长K∶K＝R×N，以及校验比特位长M∶M＝N-K；式中，信息比特位长K、码长N和校验比特位长M均为正整数，码率R是取值范围为(0，1]的实数，然后对待发送的数据信息进行编码处理；

(12)根据调制模式要求，确定对应的格雷映射星座图样，对编码后的数据比特进行对应的符号映射；设置每个用户每次传输的数据块符号长度为自然数L，若调制后的数据块符号长度小于L，则在该数据块符号尾部补零至长度为L；

(13)对数据块符号中的每个符号进行旋转调制处理：根据设定旋转角度θ和计算公式：m＝cosθ，n＝sinθ，计算旋转因子m和n；设旋转调制前符号值为 A+Bj和计算公式

得到旋转调制后的符号值为X+Yj；

(14)将按照上述步骤(13)完成各个符号的旋转调制处理后的数据块符号存入存储器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)进一步包括下述操作内容：

(31)分别对每组T个时隙的数据块符号中长度不足IFFT长度的位长进行补零，再对补零处理后的每组T个数据块符号分别进行IFFT运算，该IFFT的计算公式是： 

其中，N为子载波数，X(k)为在设定调制模式下的复信号，x(n)为OFDM符号在时域的采样，j为虚数单位，定义j²＝-1，k为数据块符号中的符号序列号，是取值范围为[0，N-1]的非负整数；

(32)对每组数据块符号分别添加循环前缀CP，消除多径信道引起的符号间干扰；具体操作内容为：将每组数据块符号尾部的μ个符号拷贝添加至该组数据块符号的前端，其中，循环前缀CP长度为μ；

(33)依次发送各组数据块符号 。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)进一步包括下述操作内容：

(41)接收端接收数据后，先对接收到的每组OFDM数据块符号分别去除循环前缀CP，即对接收到的每组数据块符号分别删除头部的μ个符号；

(42)对每组数据块符号进行快速傅里叶变换FFT运算，该FFT计算公式为： 其中，N为子载波数，X(k)为在设定调制模式下的复信号，x(n)为OFDM符号在时域的采样，j为虚数单位，定义j²＝-1，k为数据块符号中的符号序列号，是取值范围为[0，N-1]的非负整数；再将变换后的数据块符号作存储处理；

(43)对存储后的OFDM数据块符号进行相位补偿，以便根据信道估计值 消除多径对数据的影响；具体方法是将每组OFDM数据块符号中的符号乘以信道估值的共轭，再除以信道估值的模，其计算公式为： 式中，x(t)是数据块符号，h(t)是信道估值；

(44)对相位补偿后的每组数据块符号进行除零处理，即去除前述步骤(31)为匹配IFFT长度所添加的零，再将得到的每组数据块符号存储于存储器；

(45)对存储器中的每组OFDM数据块符号分别进行Q路解交织，即按照步骤(22)的对应规则进行逆向处理，将原来属于同一符号的虚部和实部进行匹配还原；

(46)对每组OFDM数据块符号采用最大似然解调方式进行旋转解调处理：以经过衰落信道后的旋转星座图为解调参考星座图，通过计算接收到的数据块符号中每个符号与其参考星座图中各星座点的欧氏距离，分别得到映射成为每个符号的各个比特的对数似然比，用于译码；

(47)对解调得到的比特的对数似然比进行时频解交织处理，该时频解交织的规则为：数据块符号中同一个符号解调得到的对数似然比作为一个单位，将对数似然比单位按照以列写入方式发送至以P×L格式存储器构成的解交织器后，再从该解交织器按行取出，完成时频解交织变换；

(48)与步骤(31)中的操作相对应，将每组T个OFDM数据块符号还原为P个用户的数据块符号，再进行译码操作，即根据编码方式选择相对应的译码方式将每组数据块符号还原成为K个位长的信息比特，全部流程结束。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述星座图中，多个比特的每种组合映射成为与星座图中的某个点相对应的一个符号，根据这些比特组合中第i位比特是0或1，将星座图分为两个集合：0星座点集合和1星座点集合；此时，判断每个符号所对应的多个比特中第i位比特分别为0和1的概率的计算公式是： 

和 

式中，{d_i0}为该接收到的符号与根据第i位比特为0划分的所有星座点的距离集合，{d_i1}为该接收到的符 号到根据第i位比特划分为1的所有星座点的距离集合，自然数i为比特组合中比特序号；由此分别计算出每个符号所对应的各个比特的对数似然比： 

式中，b_v表示调制后由多个比特映射成的某个符号中的第v个比特；P(b_v＝0|r)表示当接收到的符号为r时，判断比特b_v为0的概率，P(b_v＝0|r)表示当接收到的符号为r时判断比特b_v为1的概率。 

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