CN101453735B - 梳状谱码分多址与ofdm复合系统及其调制、解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梳状谱码分多址与OFDM复合系统及其调制、解调方法，本系统中梳状谱码分多址系统和正交频分复用系统(OFDM)根据各自所占用的频率资源进行相应的调制，复合系统根据用户处于小区的状态，动态地分配不同资源分别进行调制和解调。复合系统对各自调制后的信号进行叠加后发射，在接收端先对复合信号进行分离然后各自进行解调。本发明充分利用了复合系统中各自系统的优点，提高了通信系统的频谱利用率，技术复杂度低，具有广泛的应用前景。

Description

梳状谱码分多址与OFDM复合系统及其调制、解调方法

技术领域：

本发明涉及一种移动通信系统及其调制、解调方法，尤其涉及一种梳状谱码分多址与正交频分复用复合系统及其调制、解调方法，属于通信领域。

背景技术：

移动通信系统在短短的几十年间经历了从模拟通信到数字通信、从FDMA到CDMA的巨大发展。CDMA作为第三代移动通信的核心技术，它的最大缺陷之一是其扩频信号经过频率选择性衰落信道后，由于多径延时破坏了扩频码的正交性，使得接收信号出现多址干扰。而CDMA系统所能支持的活动的码信道数取决于系统受到的干扰，并且活动的码信道数决定了CDMA系统的频谱效率。

无线信道的频率资源有限，信道的多径衰落和干扰较严重，这就要求新一代移动通信(beyond 3G/4G)与第三代移动通信系统(3G)相比提供更高的数据传输速率，而达到高速率、低成本的一个技术前提就是需要具有高频谱效率的技术，它可以在有限的频谱上提供更高的数据传输速率和系统容量。较之第三代移动通信系统，正交频分复用(OFDM)技术具有更高的频谱效率和良好的抗多径干扰能力，它不仅仅可以增加系统容量，更重要的是它能更好地满足多媒体通信的要求，将包括语音、数据、影像等大量信息的多媒体业务通过宽频信道高品质地传送出去。

若从技术层面来看，第三代移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，三代以后的移动通信系统则以正交频分复用(OFDM)最受瞩目。CDMA技术在大范围无缝覆盖方面具有明显的优势，但它在频谱效率方面不如OFDM；OFDM技术虽然具有高频谱效率及抗多径的能力，但在组网方面的性能却比CDMA要差。为了提高CDMA频谱效率，人们想出了好多办法，比如：功率控制、多用户检测技术，话音激活技术等等。这些技术虽然性能较好，但其复杂度都随着码分用户数的增加而急剧增大。而在移动蜂窝系统中，OFDM技术的应用遇到了挑战。由于OFDM系统中每个子载波都可以看作一个窄带信号，其抗同频干扰能力很差。因此，如何实现复用因子为1的全局同频组网是OFDM需要解决的问题。研究者们提出了很多解决方案，包括动态资源分配，随机跳频(FH-OFDMA)等。前者的目的是尽量避免同频干扰，可以获得很好的性能，但是它需要多个小区的协作，带来了很高的复杂度；后者的目的是将同频干扰平均化，它与CDMA中的扰码作用类似，但是跳频系统中各用户受到的干扰仍然是非均匀干扰，当接收端只能估计出信号受到的平均干扰功率时，非均匀干扰使得信道编码的软译码性能大大下降。

在较低复杂度下解决CDMA系统多址干扰，提高频谱效率，以及解决OFDM移动蜂窝组网是当前迫切需要解决的问题，更是未来CDMA向更宽带过渡的重要前提。

发明内容：

在这里我们采用梳状谱CDMA(CS-CDMA)。

首先，简要介绍一下梳状谱CDMA(CS-CDMA)。

传统CDMA的一个信息符号A，经过长度为K的扩频码C_i(t)扩频后发射，它可表示为：

s(t)＝AC_i(t)    (1)

式中s(t)是一个用户的发射信号。

设：码片持续时间为T_s，其频谱如图1所示。

将公式(1)中的扩频码在时域重排N次得到CS码，它可表示为：

${\tilde{C}}_i\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i(t-n{\mathrm{KT}}_s)$ (2)

其中C_i(t)＝0(t＜0，  t＞K)，CS码频谱分离为如图2所示的梳状的子载波形式。

图2所示的梳状谱可以容纳K个正交码。将图中频谱向右平移1/TsN，可以生成第2组码(见图3)，继续平移N-1次，获得总共N组码。每组码在NKT_s时间内，可以传输K个信息符号。所有N组码在NKT_s内传输NK个信息符号。上述分析表明CS-CDMA无须降低码效率。

最后，在发射符号前添加循环前缀，完成CS-CDMA的发射信号。

CS-CDMA所用的扩频码是正交频率分组码(OFDG)，其码集中不同码组的码向量属于不同的子空间，占用互不相交的频点集合，相互之间频率正交；同组的码向量之间保持传统的时域正交特性。

梳状谱CDMA的具体方法参见焦秉立2003年申请的中国专利申请号为03134941.2说明书中的描述。

下面通过数学表达式具体介绍本专利的原理：

1)CS-CDMA系统及OFDM系统的频率资源的分配；

在该数学模型中，将集合S分成N个频率正交的子空间，设其中第n个子空间占用的频点集表示为Ω⁽ⁿ⁾，则这些频点集满足

Ω⁽ⁿ⁾

Ω

Ω⁽ⁿ⁾∩Ω^(n′)＝

，n≠n′

Ω⁽⁰⁾∪Ω⁽¹⁾∪…∪Ω^(N-1)＝Ω

设：码片持续时间为T_s，由公式(1)可得，对于CS-CDMA和OFDM的复合系统而言，CS-CDMA系统经过长度为K的扩频码C_i(t)扩频后，它可表示为：

${\tilde{C}}_i\left(t\right)=\underset{n\∈{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{CS}-\mathrm{CDMA}}}{\mathrm{\Σ}}{C}_i(t-n{\mathrm{KT}}_s)---\left(3\right)$

这里Ω_CS-CDMA∈{0，1，2，…，N-1}表示分配给CS-CDMA系统CS码的组数。

CS-CDMA占用的频点数 ${\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{CS}-\mathrm{CDMA}}=\underset{\mathrm{n}\∈{\mathrm{\Ω}}_{CS-\mathrm{CDMA}}}{\mathrm{\∪}}{\mathrm{\Ω}}^{\left(n\right)}$

对于OFDM系统而言，

如果N表示子信道的个数，d_i(i＝0，1，…，N-1)是分配给每个子信道的数据符号，T表示OFDM符号的宽度，f_c是第0个子载波的载波频率，rect(t)＝1，|t|≤T/2，则经过并/串变换模块8出来的信号可以表示为：

$s\left(t\right)=\mathrm{Re}\left\{\underset{i\∈{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{OFDM}}}{\mathrm{\Σ}}{d}_i\mathrm{rect}(t-t_s-\frac{T}{2})\exp \right[j2\mathrm{\π}(f_c+\frac{i}{T})(t-t_s)\left]\right\}{t}_s\≤t\≤t_s+T---\left(4\right)$

s(t)＝0 t＜t_s或t＞T+t_s

若对信号s(t)以T/N的速率进行抽样，即令t＝kT/N(k＝0，1，…，N-1)，可以得到：

$s\left(k\right)=\underset{i\∈{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{OFDM}}}{\mathrm{\Σ}}{d}_i\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πik}}{N}\right)---\left(5\right)$

这里Ψ_OFDM表示分配给OFDM系统的频点数。

且Ψ_CS-CDMA∪Ψ_OFDM＝Ω

2)CS码的码组分离：跳加

OFDG码集中各码组的分离一般可用部分FFT运算实现。(详细情况参见焦秉立2003年申请的中国专利申请号为03134941.2说明书中的描述。而文献(Shousheng He；Torkelson，M.，“Computing partial DFT for comb spectrum evaluation”，IEEE Signal Processing Letters，Vol.3，Issue 6，Jun.1996，Pages：173-175)从数学上证明了当需要进行部分FFT运算的频点呈梳状分布并且起始频点为零频点时，其运算复杂度大大降低。本文根据该文献所述的数学原理，提出利用跳加的方法在时域进行CS码组的分离，该方法使得时域的码组分离不需要耗费任何乘法运算，而且分离出来的结果可以通过K点FFT直接得到所需CS码组占用的K个频点上的信息。

定义一个针对M维矢量的跳加器，其数学表达式为

其中Γ_λ ^(K)是用来实现将一个M维矢量的第λ，λ+K，λ+2K，......，λ+(N-1)K个元素叠加起来的跳加器操作符，

是

的跳加操作结果。

将Γ_λ ^(K)作用于CS码矢，我们得到

${\hat{c}}_{\mathrm{\κ}}^{\left(n\right)}\left[\mathrm{\λ}\right]={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{\λ}}^{\left(K\right)}{c}_{\mathrm{\κ}}^{\left(n\right)}=\left\{\begin{array}{cc}N{\tilde{c}}_{\mathrm{\κ}}^{\left(0\right)}\left[\mathrm{\λ}\right]& n=0\\ 0& n\≠0\end{array}\right.$

其中

表示c_κ ⁽ⁿ⁾的跳加操作结果。从该公式可以看出，跳加器可以将第0组梳状谱码从其它梳状谱码中完全分离出来。

由于跳加器工作的原因是频率正交，通过简单的数学推导，可以发现，即使在扩频码有循环移位的情况下，其仍然可以工作，表示如下

${\hat{c}}_{\mathrm{\κ},l}^{\left(n\right)}\left[\mathrm{\λ}\right]={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{\λ}}^{\left(K\right)}{c}_{\mathrm{\κ},l}^{\left(n\right)}=\left\{\begin{array}{cc}N{\tilde{c}}_{\mathrm{\κ}}\left[{\⟨\mathrm{\λ}-l\⟩}_K\right]& n=0\\ 0& n\≠0\end{array}\right.---\left(9\right)$

其中c_κ，l ⁽ⁿ⁾是一个循环移位后的矢量，其表达式为 $c_{\mathrm{\κ},l}^{\left(n\right)}\left[\mathrm{\β}\right]=c_{\mathrm{\κ}}^{\left(n\right)}\left[{\⟨\mathrm{\β}-l\⟩}_M\right];$ l为相对循环移位的码片数，

是c_κ，l ⁽ⁿ⁾的跳加结果。

根据梳状谱的特性，第n组CS码由第0组CS码频谱平移得到，因此，它也可以通过频谱平移使其占用的频点转化成类似于第0组码的形式，即从零频点起始的梳状谱，然后再用跳加器分离。因此，如果通过频率同步将零频同步在所需分离的CS码组的第一个频点上，跳加器可以分离出任意CS码组。同样也可以利用跳加将占用不同频点的CS-CDMA和OFDM分离出来。

在传统的蜂窝组网技术中，其基本思想是用许多小功率的发射机(小覆盖区，我们称为小区)来代替单个的大功率发射机(大覆盖区)，每一个小覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。通过将覆盖限制在小区边界以内，只要这些小区两两之间相隔的距离足够远，使得相互间的干扰水平在可接受的界限之内，相同的频率就可以覆盖于不同的小区，这就是蜂窝组网的最基本策略：频率复用。一般用频率复用因子来衡量不同的频率复用策略的效率。对于产生CS-CDMA系统，所有小区可以采用相同的频率进行组网，即频率复用因子为1，不同的小区一般利用不同的扩频码之间的低相关性进行区分。为了提高蜂窝系统的容量和频谱效率，可以采用小区分层技术，但是由于内外层需要采用不同的频率，相对于传统的频率复用组网，复用分割技术频率规划变得更加复杂，而且不适用与CS-CDMA系统的全局同频组网。

本发明针对现有CS-CDMA系统蜂窝组网中存在的频谱效率相比之下不是很高的问题，提出了一种CS-CDMA和OFDM复合系统的解决方案。

本发明第一个目的是提供一种CS-CDMA和OFDM的复合系统。基于该系统构造的无线网络，一方面保持CS-CDMA同频率覆盖的优势，另一方面充分发挥OFDM高速传输的作用。

本发明的第二个目的是提供一种相应的CS-CDMA和OFDM复合系统的调制、解调方法。

根据上述的分析，本发明提出的技术方案如下：

梳状谱码分多址与正交频分复用复合系统调制方法，其步骤为：

1)分配梳状谱码分多址系统与正交频分复用系统在复合系统带宽内所占用的频率；

2)分配用户在小区内使用的频率资源；

3)不同调制系统根据各自分配的频率资源分别进行相应的调制；

4)将上述调制后的信号叠加后发射。

所述1)CDMA和OFDM所占频带资源，即CS-CDMA所在梳状谱的组数和OFDM正交子载波的位置，可由系统设计者预先设定，或根据小区服务的需求动态分配。

所述2)中分配用户在小区内使用的频率资源的方法有许多种，这里我们提出一种小区分层方法，即位于小区内层的用户采用正交频分复用系统，位于小区外层的用户采用梳状谱码分多址系统。

所述3)中系统调制方法为：对于CS-CDMA系统，通过减少梳状谱码的组数来实现部分频点的占用；对于OFDM系统，通过减少OFDM中正交子载波的个数来实现其他部分频点的占用。

所述4)中信号叠加的方法为：将梳状谱码分多址系统调制后的信号与正交频分复用系统调制后的信号直接叠加，并对所述叠加后的信号添加循环前缀。

梳状谱码分多址与正交频分复用复合系统解调方法，其步骤为：

1)载波同步，将频率同步在需要解调的梳状谱码组的最低频率上。

2)对接收到的信号进行分离，分离出梳状谱码分多址系统信号和正交频分复用系统信号；

3)对分离出的梳状谱码分多址系统信号和正交频分复用系统信号分别进行解调，输出二进制比特信息。

所述的方法中采用跳加方法实现梳状谱码分多址系统信号和正交频分复用系统信号的分离。

所述的方法中如果接收到的数据流包含循环前缀，则先去除数据流中含有符号间串扰的循环前缀，剩余不含符号间串扰的完整符号。

梳状谱码分多址与正交频分复用复合系统，其特征在于包括：

梳状谱码分多址系统，用于梳状谱码分多址系统信号的调制和解调；

正交频分复用系统，用于正交频分复用系统信号的调制和解调；

信号相加器，用于梳状谱码分多址系统和正交频分复用系统调制后的信号叠加；

信号分离器，用于分离出梳状谱码分多址系统信号和正交频分复用系统信号；

所述的系统中还包括一个添加循环前缀模块，用于添加循环前缀；一个去除循环前缀模块，用于去除循环前缀。

所述信号分离器为跳加模块。

本发明的积极效果

从仿真结果可以看到，CS-CDMA和OFDM的混合蜂窝组网系统在小区内层可以发挥满负载OFDM系统在高载干比时的性能优势，获得比满负载CS-CDMA更好的性能；而在小区外层可以利用低负载CS-CDMA系统抵抗同频干扰能力，支持比OFDM蜂窝系统更高的负载因子。

附图说明：

图1示出传统扩频码频谱示意图；

图2示出CS码(梳状码)的码谱图；

图3示出了第一组和第二组CS码谱示意意图；

图4示出了CS-CDMA与OFDM复合系统中子载波分配示意图；

图5示出采用本发明的CS-CDMA和OFDM复合系统流程图；

图6示出仿真满负载CS-CDMA与OFDMA性能比较；

图7示出仿真CS-CDMA和FH-OFDMA在小区边缘的BER性能比较。

具体实施方式：

(1)信号调制方法：

a)资源分配，CS-CDMA和OFDM所占频带资源，可由系统设计者预先设定，或根据小区服务的需求动态分配；

b)根据CDMA和OFDM各自分配的资源进行相应的调制；

对于采用CS-CDMA的用户：

①调制步骤：根据需要的调制方式，对二进制数字进行信息符号调制，即将二进制信息调制为符号；所述调制方式可以采用二进制相移键控BPSK(Binary Phase Shift Keying)/四相相移键控QPSK(Quatemary Phase Shift Keying)或正交幅度调制QAM(Quadrature AmplitudeModulation)等方式；

②扩频步骤：在这里我们选用频域分组正交扩频码(具体方法参见焦秉立2003年申请的中国专利申请号为03134941.2说明书中的描述)来实施CS-CDMA扩频调制；传统的扩频码选自一个扩频码集，在所述扩频码集内，M个扩频码被分为N个码组，每个码组包含K个扩频码，M＝N×K；每个码组代表一组用户，每个码代表一个用户，码组之间频分正交，各个码组内的扩频码之间也正交。这里，设系统带宽内可分辨的总频点数是M，我们首先根据频率资源的分配来调整码组数N的大小，假设分配给CS-CDMA的码组数为N′，N≤N′。需要说明的是分配给CS-CDMA的频点数一定是K的整数倍。为了解决符号流前后符号间串扰的问题，可以使用类似于OFDM技术的循环前缀来保证扩频码的完整性。(具体方法见《OFMD移动通信技术原理与应用》佟学俭罗涛著人民邮电出版社第二章2.4小节P36-41)

对于采用OFDM的用户：

对串行输入的信号进行串并变换，然后利用快速傅里叶变换实现调制。这里的快速傅立叶变换与传统的OFDM系统不一样，区别在于正交子载波的个数少于传统的OFDM，即部分子载波上是不需要调制OFDM符号的。因而，依据傅立叶变换的对称特性，可以进一步降低运算的复杂度。

在OFDM的调制过程中，为了最大限度地消除码间干扰，可以在每个OFDM符号之间插入循环前缀，而且保护间隔长度一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。我们采用在保护间隔内填入循环前缀的方式来消除由于多径造成的信道间干扰ICI(Intel-Channel Interference)。

c)将上述两者信号叠加后发射；

将CS-CDMA扩频得到的信号与OFDM并/串变换后的信号相加，然后经过添加循环前缀模块，射频调制后把最终得到的信号发射出去。

基于上述的CDMA和OFDM混合调制系统，设计者可以为用户分配不同调制方式的信号，以充分利用CDMA和OFDM在不同场景下的优点，提升系统的频谱利用率。用户资源的分配有很多种方法，在这里，我们说明其中的一种：小区分层策略，即分配处于小区中心的用户使用OFDM，分配处于小区边缘的用户使用CDMA。该策略通过将小区分为内外两层，不同的层分配不同的码组，由于小区内层受到同频干扰小，因此可以提高内层码组支持的负载因子，从而提高整个系统的平均负载因子，提高频谱效率。外层使用CS-CDMA，可以抵抗同频干扰，保证小区边缘用户的正常工作。

实际上还可以采用其他的方法，比如对于快速移动的用户采用CS-CDMA等等。

(2)信号解调方法：

a)载波同步；

通过载波同步，将射频信号下变频到基带信号，再通过频率同步将零频点同步在所需分离的梳状谱码组的第一个频点上。

由于采用的是相干解调，所以要提取相干载波。在接收机中，有两种基本的方法处理载波同步(详见《数字通信》第四版John G.Proakis著第六章6.2小节)。一种是复用法，即在频域采用一个称为导频的特殊信号，这种方法使接收机提取导频，并使本地振荡器与接收信号的载波频率和相位同步。另一种是锁相环法，当未调载波分量伴随着携带信息的信号发送时，接收机使用一个锁相环PLL(Phase Lock Loop)获取并跟踪这个载波分量。将PLL设计成具有窄带宽，因此它不会受到携带信息信号的频率成分明显的影响。实际上，也可以采用从已调信号直接导出载波相位的估计值。

在这个系统中可根据实际需要选择。

b)跳加实现组分离；

跳加可以很简单地将梳状谱各码组分离出来，这是由梳状频谱特性来的，对于占用某个梳状频谱的一些OFDM的子载波上的信号，同样可以利用跳加将其从占用其他频点的CS-CDMA信号和OFDM的其他子载波信号中分离出来。因此，跳加也可以用于CS-CDMA和OFDM信号的分离。

CS-CDMA和OFDM信号分离后，分别进行相应的解调。

c)用户信息分离；

两种信号达到各自的解调单元后，CS-CDMA信号利用传统的方法(具体方法见《CDMA蜂窝移动通信》袁超伟陈德荣冯志勇编著北京邮电大学出版社2003第2.2小节P24-35)从所提取的一个码组的K个用户信号中提取一个所需用户的信号，具体法可以根据实际需要选择；OFDM信号通过快速离散傅立叶变换FFT(Fast Fourier Transform)提取所需用户信号，所不同的是正交子载波的个数。(具体方法见《OFMD移动通信技术原理与应用》佟学俭 罗涛著人民邮电出版社第2.3小节P33-36)；

d)均衡及解调；

对于CS-CDMA信号，我们采用频域均衡器，具体实现方法参见中国专利申请03134941.2说明书中的图6频域均衡器的描述。

对于OFDM信号，我们可以采用最小均方误差(MMSE)均衡(具体见《数字通信(第四版)》John G.Proakis著电子工业出版社第10.2.2小节P448-449)。

解调判决：根据发射端采用的调制方式，将得到的符号进行解调和判决，输出二进制比特信息。

上述解调方法(4)中，如果接收到的数据流包含循环前缀，则应先去除数据流中含有符号间串扰的循环前缀，剩余不含符号间串扰的完整符号。

上述解调方法(4)中，所述步骤c)中CS-CDMA中用户信息的分离可通过频谱平移和K点FFT来取代传统的K×N′点FFT完成，可降低实现的复杂度。OFDM的用户信息分离采用的FFT也可以大大简化实现的复杂度。

上述解调方法(4)中，所述步骤d)CS-CDMA信号的均衡是按照如下方法完成的：先对分离出来的码组信息在频域上进行K点均衡，再对均衡后的信号进行相关解扩，提取出所需用户的信息。

当一个用户分配了多个梳状谱码组，这时用户需要调制和解调多个梳状谱，只需重复上面的步骤调制和解调另外的梳状谱码组就可以了。

通过对CS-CDMA和OFDM的下行同频蜂窝组网性能的比较，我们知道对于满负载的OFDM蜂窝系统来说，其每个子载波都会与相邻所有小区发生冲突，因此它受到的干扰为相邻所有小区信号的同频干扰之和，该干扰可以看作是服从均值为0，方差为平均干扰功率的复高斯分布的随机变量，因此和DS-CDMA系统一样，它受到的干扰可以近似看作是高斯白噪声，其对系统性能的影响由载干比决定。通过仿真我们可以得出满负载的OFDM系统在高载干比时性能优于CS-CDMA系统。但是对于非满负载的OFDM系统，我们通过仿真可得出其同频干扰能力不如CS-CDMA，因此，其在小区边缘的性能限制了其负载，也就限制了频谱效率。

因此，我们基于小区分层策略，将CS-CDMA和OFDM系统进行复合，将小区内层的CS-CDMA码组换成满负载的OFDM，以提高BER性能；小区外层继续采用1/4负载的CS-CDMA码组，以抵抗同频干扰，保证小区边缘用户的正常工作。

(3)参照图5介绍采用本发明调制、解调方法的通信系统。

这里我们给出的是下行链路的系统模型。在发射机1中，如果用户采用的是CS-CDMA，那么从数据存储器2依次读出要发送数据。数据送到信号调制器3中进行调制，调制的方式可以采用BPSK/QPSK或QAM方式，从而得到发射的信息符号。然后把信息符号传送到扩频器4中实施扩频调制。扩频码需要选取频域分组正交扩频码。如果用户采用的是OFDM，信号先经过基带调制5，调制方式可以采用相移键控(PSK)或QAM等等。然后通过串并变换6把高速的数据流分配到传输速率相对较低的若干个子信道中进行传输。输出的数据送到快速傅立叶逆变换IFFT(Inverse Fast-Fourier-Transformation)模块7，把频域数据符号变换为时域数据符号，实现OFDM的调制。将信号通过并串变换8后与CS-CDMA调制的信号经过相加器9相加，再通过添加循环前缀模块10，实现在相加之后的符号的保护间隔内填入循环前缀信号，这样就可以消除码间干扰ISI和多径造成的信道间干扰ICI的影响。再经过射频调制11，把信号调制到高频，把最终得到的信号发射出去。

发射的信号经过多径信号(频率选择性衰落信道)变成为具有时延扩展特性的多径信号后被接收机接收。在接收机14，先经过射频解调器13把信道恢复到基带，假设信号同步和信道参数已经获得。信号先通过去循环前缀装置15，去除信息符号的前缀，截取没有符号间串扰的一段信号。通过跳加模块16接收到的信号进行分离，信令控制器模块17制解调信号的选择。如果为CS-CDMA，通过用户分离装置19，过串并变换和FFT后，根据估计所得的信道将信号通过均衡器，即可得到均衡后的信号，并/串变换后再通过相关解扩利用长度为K的生成码对信号进行相关解扩，即可得到只包含所需用户信号和系统噪声的信号，然后进行解调判决21到二进制信息。如果为OFDM信号，其解调方式与调制方式类似，此处不再详述。

仿真结果

(1)仿真条件

采用Matlab编程，在WindowsXP下实施采用本发明技术方案所设计的CS-CDMA和OFDM复合系统的仿真，仿真系统参数设置如表1所示。

表1CS-CDMA仿真系统参数

载频	5GHz
		带宽	20MHz

码片宽度	0.05μs
		扩频比(数据块长度)	1024
扩频码	CS码(N＝1，4，16，64，1024，扩频码为加了扰

	码的Walsh码，扰码选自WCDMA系统的下行扰码)
		循环前缀长度	120码片(6μs)
调制方式	QPSK

仿真的信道环境为准静态信道，即信道在每个数据块内部不变，而在不同的数据块相互独立；对于每个时刻的频率选择性衰落信道，选择典型的有限冲激响应(FIR：Finite ImpulseResponse)滤波器模型进行仿真，信道各径参数相互独立，且其幅度都满足瑞利分布，相位满足均匀分布。并且假设相对于同频干扰来说，高斯热噪声可以忽略。假设接收端接收到的各个基站的信号都同步在循环前缀范围内，并且发射端和接收端实现了理想的频率同步，接受端完全已知信道信息和干扰的平均功率，并将干扰等效为高斯噪声计入MMSE均衡的权重计算。

我们进行了如下仿真：

仿真一：满负载OFDM系统的BER性能随载干比变化的曲线，并将它和满负载的CS-CDMA的性能进行了比较；

仿真二：多小区环境下FH-OFDM系统和CS-CDMA系统在小区边缘(即六边形小区顶点处)的BER性能随其负载因子变化的曲线；

(2)仿真结果

图5给出了仿真一的仿真结果。从图可看出，满负载的OFDMA系统在高载干比时性能优于CS-CDMA系统，这是由于编码使得OFDMA信号同时获得了分集增益和编码增益，而且OFDMA各子载波之间没有干扰；CS-CDMA虽然通过MMSE均衡获得了频率分集增益，但是同时也带来了多址干扰，当两系统的分集增益接近时，OFDMA系统的性能优于CS-CDMA系统性能。

图6给出了仿真二的仿真结果。从图可看出，如果以误比特率小于10E-3作为工作条件，要使FH-OFDMA在小区边缘正常工作，其支持的最大负载因子大约为1/8左右，远远小于CS-CDMA系统支持的负载因子1/4。这是由于CS-CDMA信号是直接扩频信号，其通过扰码的作用可以使得同频干扰平均化，而低负载的FH-OFDMA信号受到的干扰是非均匀的，当接收端只知道干扰的平均功率时，无法准确的估计出不同时刻接收信号的似然概率，信道编码的软译码性能大大下降，因此，相对于FH-OFDMA系统而言，低负载的CS-CDMA系统通过降低负载获得的抗同频干扰能力更强。

而且通过仿真，可以证明，这种复合组网策略可以将CS-CDMA的蜂窝组网效率从原来的0.22提高到0.39左右。

综上所述，FH-OFDMA在满负载的情况下通过编码可以达到比CS-CDMA更好的性能，但是，其通过降低负载得到的抗同频干扰能力不如CS-CDMA，因此，其在小区边缘的性能限制了其负载，也就限制了频谱效率。

从仿真结果可以看到，CS-CDMA和OFDM的混合蜂窝组网系统在小区内层可以发挥满负载OFDM系统的高载干比的性能优势，获得比满负载CS-CDMA更好的性能；而在小区外层可以利用低负载CS-CDMA系统抗同频干扰的能力，支持比OFDM蜂窝系统更高的负载因子，保证小区边缘用户的性能。所以本发明具有明显的技术优势。

尽管在上文中以及参照本发明的优选实例对本发明的技术方案和具体实施方式进行了详细的描述，但是本领域的普通技术人员在不脱离本发明范围的情况下可以做出各种变形和改进。例如，本说明书中以均衡的方法区分同组用户信号，但是也可以使用多用户检测、最大似然法等方法；另外在扩频码的产生方法、生成码的选择、频率选取、同组用户信号区分等过程上也可以有其它的方法等等。这些变形和改进实例并不脱离本发明的范围。

Claims (8)

1.梳状谱码分多址与正交频分复用复合系统调制方法，其步骤为：

1)分配梳状谱码分多址系统与正交频分复用系统在复合系统带宽内所占用的频率；

2)分配用户在小区内使用的频率资源；

3)不同调制系统根据各自分配的频率资源分别进行相应的调制；

4)将上述调制后的信号叠加后发射。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述1)中频率分配方法为固定分配或根据小区服务动态分配。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述2)中分配用户在小区内使用的频率资源的方法为对小区进行分层，位于小区内层的用户采用正交频分复用系统，位于小区外层的用户采用梳状谱码分多址系统。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述4)中信号叠加的方法为：将梳状谱码分多址系统调制后的信号与正交频分复用系统调制后的信号直接叠加，并对所述叠加后的信号添加循环前缀。

5.梳状谱码分多址与正交频分复用复合系统解调方法，其步骤为：

1)载波同步，将频率同步在需要解调的梳状谱码组的最低频率上；

2)对接收到的信号进行分离，采用跳加方法分离出梳状谱码分多址系统信号和正交频分复用系统信号；

3)对分离出的梳状谱码分多址系统信号和正交频分复用系统信号分别进行解调，输出二进制比特信息。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于如果接收到的数据流包含循环前缀，则先去除数据流中含有符号间串扰的循环前缀，剩余不含符号间串扰的完整符号。

7.梳状谱码分多址与正交频分复用复合系统，其特征在于包括

梳状谱码分多址系统，用于梳状谱码分多址系统信号的调制和解调；

正交频分复用系统，用于正交频分复用系统信号的调制和解调；

信号相加器，用于梳状谱码分多址系统和正交频分复用系统调制后的信号叠加；

信号分离器，用于分离出梳状谱码分多址系统信号和正交频分复用系统信号；所述信号分离器为跳加模块；

信令控制器模块，用于控制解调信号的选择。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于还包括一添加循环前缀模块，用于添加循环前缀；一去除循环前缀模块，用于去除循环前缀。

Images