CN101483449B

CN101483449B - 多用户发射方法及发射装置

Info

Publication number: CN101483449B
Application number: CN200810000973XA
Authority: CN
Inventors: 方朝曦; 王宗欣; 陈大庚; 王艺; 李云岗
Original assignee: Fudan University; Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Fudan University; Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-01-10
Also published as: CN101483449A

Abstract

本发明公开了一种多用户发射方法及发射装置，涉及用户检测技术，为解决传统单载波IDMA系统采用叠加导频在接收端进行信道估计与数据检测过程中，系统复杂度较高的问题中而发明。本发明实施例提供的方法，包括步骤：将各层的待发射数据分别进行编码处理、交织处理、调制处理后进行叠加处理，完成对多用户数据的交织复用；然后对所有层的叠加交织数据进行分组处理，得到所有层的块数据；后续处理就基于数据块为单位进行处理：经叠加导频处理和插入前缀处理后发射出去。此外本发明实施例还提供了相应的发射装置。本发明实施例提供的方法和装置在接收端能够在频域内进行联合信道估计和数据检测，其复杂度仅与用户数和接收天线数成正比。

Description

多用户发射方法及发射装置

技术领域

本发明涉及用户检测技术，特别涉及多用户发射方法及发射装置。

背景技术

利用多用户检测技术能够有效地消除多址干扰，提高系统容量。交织多址(Interleave Division Multiple Access，IDMA)的实质是一种多用户检测技术，在IDMA中，利用不同的交织器区分不同的用户。目前已有的IDMA系统模型有传统的SC-IDMA(单载波交织多址)和OFDM-IDMA(正交频分交织多址)等。在SC-IDMA系统中，接收机的复杂度与用户数量、多径数量成线性关系。而在OFDM-IDMA系统中，虽然通过OFDM的传输方式消除了多径干扰降低了接收机的复杂度，但是存在OFDM的高峰均比、对频率偏移敏感等问题。

信道估计在无线通信系统中具有非常重要的作用。目前大多数通信系统中采用了时分复用的导频信号进行信道估计，然后利用估计得到的信道信息进行数据检测。由于时分复用的导频需要占用一定的时隙，因此造成了一定的带宽利用率的降低。另外一种方式是采用叠加的导频传输方式，即数据和导频同时发送，接收端通过适当处理进行信道估计和数据检测。

为了在IDMA系统接收端对所有层进行检测，需要比较精确的信道估计。在传统单载波交织多址系统中采用叠加导频能够提高传输效率并利用叠加导频来追踪快速时变信道，但在接收端进行联合信道估计与数据检测过程中，却存在需要进行矩阵求逆、复杂度较高的缺点。

发明内容

一方面，本发明的实施例提供一种多用户发射方法，该方法在接收端能够在频域内进行信道估计与数据检测，有效降低系统的复杂度。

为达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案为：

一种多用户发射方法，包括步骤：

将各层待发射数据进行编码处理，得到各层的编码数据；

将所述各层的编码数据采用不同的交织器进行交织处理，得到各层的交织数据；

将所述各层的交织数据进行调制处理，得到各层的调制数据；

将所述各层的调制数据进行分组处理，得到各层的块数据；

将各层的导频序列与所述各层的块数据进行叠加导频处理，得到各层的块叠加导频数据；

将所述各层的块叠加导频数据进行插入前缀处理，得到各层的块插入前缀数据；

由各层的天线发射所述各层的块插入前缀数据。

本发明实施例提供的多用户发射方法，对各层用户待发射数据分别进行编码处理、采用不同的交织器进行交织处理及调制处理后，在本发明实施例中采用分块传输的方式，对各层的调制数据进行分组，分成数据块，后续处理就基于数据块为单位进行处理：在块数据上叠加一定特性的导频序列，对各层的块数据进行叠加导频处理，能够提高带宽利用率；为每个块叠加导频数据插入循环前缀，能够避免块间干扰。因此，在接收端，本发明实施例提供的方法在保持与传统单载波一样低的峰均比的同时，能够在频域内进行联合信道估计和数据检测，有效降低了系统的复杂性。

另一方面，本发明的实施例提供第二种多用户发射方法，该方法在接收端能够在频域进行信道估计与数据检测，有效降低系统的复杂度。

为达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案为：

一种多用户发射方法，包括如下步骤：

将各层的待发射数据进行编码处理，得到各层的编码数据；

将所述各层的调制数据进行叠加处理，得到所有层的叠加交织数据；

将所述所有层的叠加交织数据进行分组处理，得到所有层的块数据；

将导频序列与所述所有层的块数据进行叠加导频处理，得到所有层的块叠加导频数据；

将所述所有层的块叠加导频数据进行插入前缀处理，得到所有层的块插入前缀数据；

由一个天线发射所述所有层的块插入前缀数据。

本发明实施例提供的多用户发射方法，将各层待发射数据分别进行编码处理；通过采用不同交织器对各层数据进行扰乱并进行调制后，将所有所述各层的调制数据进行叠加，完成交织复用，每层采用不同的交织器进行区分；在本发明实施例中采用分块传输的方式，对交织复用的所有层的叠加交织数据进行分组，分成数据块，后续处理就基于数据块为单位进行处理：在块数据上叠加一定特性的导频信号，对所有层的块数据进行叠加导频处理，能够提高带宽利用率；为每个块叠加导频数据插入循环前缀，能够避免块间干扰。因此，在接收端，本发明实施例提供的方法在保持与传统单载波一样低的峰均比的同时，能够在频域内进行联合信道估计和数据检测，有效降低了系统的复杂性。

再一方面，本发明的实施例还提供一种多用户发射装置，该装置在接收端能够在频域进行信道估计与数据检测，有效降低系统的复杂度。

为达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案为：

一种多用户发射装置，包括：

编码模块，用于对各层待发射数据进行编码处理，输出各层编码数据；

交织模块，用于对所述各层编码数据采用不同的交织器进行交织处理，输出各层交织数据；

调制模块，用于对所述各层交织数据进行调制处理，输出各层调制数据；

分组模块，用于对所述各层调制数据进行分组处理，输出各层的块数据；

叠加导频模块，用于将各层导频序列与所述各层的块数据进行叠加导频处理，输出各层的块叠加导频数据；

插入前缀模块，用于对所述各层的块叠加导频数据块进行插入前缀处理，输出各层的块插入前缀数据；

发射模块，用于发射所述各层的块插入前缀数据。

本发明实施例提供的多用户发射装置，对于各层用户的待发射数据，通过编码模块进行编码处理、交织模块进行不同交织器的交织处理及调制模块进行调制后输出各层调制数据；在本发明实施例中采用分块传输的方式，由分组模块对各层调制数据进行分组，分成数据块，输出各层的块数据，后续处理就基于数据块为单位进行处理：由叠加导频模块在块数据上叠加一定特性的导频序列，对各层的块数据进行叠加导频处理，能够提高带宽利用率；由插入前缀模块为每个块叠加导频数据插入循环前缀，能够避免块间干扰。因此，在接收端，本发明实施例提供的装置在保持与传统单载波一样低的峰均比的同时，能够在频域内进行联合信道估计和数据检测，有效降低了系统的复杂性。

第四方面，本发明的实施例提供第二种多用户发射装置，该装置在接收端能够在频域进行信道估计与数据检测，有效降低系统的复杂度。

为达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案为：

一种多用户发射装置，包括：

叠加模块，用于对所述各层调制数据进行叠加处理，输出所有层的叠加交织数据；

分组模块，用于对所述所有层的叠加交织数据进行分组处理，输出所有层的块数据；

叠加导频模块，用于将导频序列与所述所有层的块数据进行叠加导频处理，输出所有层的块叠加导频数据；

插入前缀模块，用于对所述所有层的块叠加导频数据块插入前缀处理，输出所有层的块插入前缀数据；

发射模块，用于发射所述所有层的块插入前缀数据。

本发明实施例提供的多用户发射装置，由编码模块对各层用户待发射数据进行编码处理输出各层编码数据；通过交织模块对各层编码数据进行交织处理输出各层交织数据，并由调制模块对各层交织数据进行调制输出各层调制数据，由叠加模块对所有所述各层的调制数据进行叠加，完成交织复用，每层采用不同的交织器进行区分；在本发明实施例中采用分块传输的方式，由分组模块对交织复用的所有层的叠加交织数据进行分组，分成数据块，输出所有层的块数据，后续处理就基于数据块为单位进行处理：由叠加导频模块在块数据上叠加一定特性的导频信号，对所有层的块数据进行叠加导频处理，能够提高带宽利用率；由插入前缀模块为每个块叠加导频数据插入循环前缀，能够避免块间干扰。因此，在接收端，本发明实施例提供的装置在保持与传统单载波一样低的峰均比的同时，能够在频域内进行联合信道估计和数据检测，有效降低了系统的复杂性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的第一种多用户发射方法流程图；

图2为本发明实施例提供的编码处理方法示意图；

图3为本发明实施例提供的插入前缀处理的过程示意图；

图4为本发明实施例提供的多用户发射方法的信号流程图；

图5为本发明实施例提供的第二种多用户发射方法流程图；

图6为本发明实施例提供的第一种多用户发射装置示意图；

图7为本发明实施例提供的第二种多用户发射装置示意图；

图8为本发明实施例提供的两种导频系统的总吞吐量比较图。

具体实施方式

为了解决传统单载波IDMA系统采用叠加导频，在接收端进行联合信道估计与数据检测过程中，存在需要进行矩阵求逆，复杂度较高的缺点，本发明实施例提供一种多用户发射方法及发射装置。下面结合附图和实施例对本发明实施例作详细说明。

本发明的实施例提供的第一种多用户发射方法，如图1所示，包括步骤：

将各层待发射数据进行编码处理，得到各层的编码数据；

将所述各层的调制数据进行分组处理，得到各层的块数据；

由各层的天线发射所述各层的块插入前缀数据。

本发明实施例提供的多用户发射方法，对各层用户数据采用不同的交织器进行区分，采用分块传输的方式，对各层用户调制后的数据进行分组，分成数据块，后续处理就基于数据块为单位进行处理：在块数据上叠加一定特性的导频信号，对各层的块数据进行叠加导频处理，能够提高带宽利用率；为每个块叠加导频数据插入循环前缀，能够避免块间干扰。因此，在接收端，本发明实施例提供的方法在保持与传统单载波一样低的峰均比的同时，能够在频域内进行联合信道估计和数据检测，有效降低了系统的复杂性。

在本发明实施例中，所述编码处理的步骤与传统SC-IDMA系统的编码不同，除纠错码外，还可能包括重复码/扩频码。如图2所示，纠错码用来降低信息传输速率、增加冗余来提高信息传输的准确度；纠错码可以是但不限于卷积码、Turbo码、LDPC码。重复码是通过某种规则将信息进行重复，获得时间上的分集。重复码的作用等价于扩频，可以用扩频码代替。扩频码在各层用户中可以是相同的，也可以是不同的，对整个系统没有影响。另外，纠错码和重复码并不是两者都是必需的，只有其中一种也可以。

所述交织处理步骤，是指数据在经过增加冗余的编码之后，通过交织器进行数据的扰乱，对不同的发射集用不同的交织器，通过不同的交织器来区分不同的数据流。

所述调制处理步骤可以与现有通信系统中调制相同，如：采用PSK/QAM调制。

所述分组处理步骤，指的是将连续的数据流，分成数据块，后续处理就基于数据块为单位进行处理。

所述导频序列，为周期性导频序列，一般来说，导频序列之间相差一个相位，当然也可以不同。

所述叠加导频处理步骤，是将导频序列与分组后的数据进行叠加处理。

所述插入前缀处理步骤，是在数据块的前端或者后端增加一段数据组成一个新的数据块。所添加的这段数据就称为前缀。前缀可以是数据块本身的一段数据，也可以直接添0，也可以是其他的数据，还可以是不加任何数据。

图3为插入前缀处理的过程示意图，图中以数据前端插入循环前缀(CP)作为实例。CP为数据块末端的一段数据，通过将数据块末端的数据拷贝，添加到数据块的前端，这样就构成了新的数据块。

图4所示，是多用户发送端的一个具体发射过程。用户k(k＝1，2，...，k)的原始信息比特d_k(n)，n＝0，1，...，N_d-1，经过纠错编码后得到长度为N_b的编码比特序列b_k(n)，n＝0，1，...，N_b-1，然后用长度为G的扩频序列s_k＝[s_k(0)，s_k(1)，...，s_k(G-1)]T进行扩频得到扩频后的码片序列c_k(n)，n＝0，1，...，N_c-1，其中N_c＝G×N_b。将该码片序列经过交织器π_k交织后再映射成符号序列x_k(n)，假设采用QPSK映射，则其中的第n个符号x_k(n)可以表示为：

x_k(n)＝c_k(π_k(2n))+jc_k(π_k(2n+1)) (1)

不同于传统的单载波IDMA，本发明实施例采用分块传输的方式，每N个符号为一组，设B＝Nc/N为一个整数，则符号序列x_k(n)被分为B个数据块，b＝[x_k(0)，b(0)，x_k(1)，b(1)，...，x_k(N-1)，b(N-1)]T，b＝1，2，…B，后续处理就基于数据块为单位进行处理：

首先将导频序列与数据块序列进行叠加，能够提高带宽利用率：

t_k，b＝x_k，b+P_k (2)

其中P_k＝[P_k(0)，P_k(1)，...，P_k(N-1)]是用户k的导频，其中所有数据块叠加的导频序列是相同的，导频信号P_k是由一长度为Q的子序列z_k重复G＝N/Q次并进行相位相乘形成的：

P_{k} (n) = z_{k} ({(n)}_{Q}) e^{- j \frac{2 πnk}{N}}, n = 0,1, . . ., N - 1 - - - (3)

其中z_k＝[z_k(0)，z_k(1)，...，z_k(Q-1)]，(.)_Q表示模Q运算。

然后为每一个数据块添加长度为NCP的循环前缀，能够避免块间干扰。这样在接收端，本发明实施例在保持与传统单载波一样低的峰均比的同时，能够在频域内进行联合信道估计和数据检测，有效降低了系统的复杂性。

本发明实施例提供的第二种多用户发射方法，如图5所示，包括如下步骤：

将各层的待发射数据进行编码处理，得到各层的编码数据；

由一个天线发射所述所有层的块插入前缀数据。

所述将各层待发射数据进行编码处理是指将各层待发射数据进行纠错码和/或重复码处理，或者进行纠错码和扩频码处理。

相对于本发明实施例提供的第一种发射方法，本发明实施例提供的第二种多用户发射方法，应用于下行通信中。二者的差异在于：在分别依次对各层待发射数据进行编码处理、交织处理和调制处理后，本发明实施例将得到的各层数据流进行叠加，完成对所有层的交织复用，每层中采用不同的交织器进行区分，然后再对所有层的交织复用数据进行分组和叠加导频处理。其各部分处理方法与本发明实施例第一种的处理方法相同。

本发明实施例提供的第二种多用户发射方法，将各层待发射数据分别进行编码处理；通过不同交织器进行数据扰乱并对各层的交织数据进行调制后，将所有所述各层的调制数据进行叠加，完成交织复用，每层采用不同的交织器进行区分；采用分块传输的方式，对交织复用的所有层的叠加交织数据进行分组，分成数据块，后续处理就基于数据块为单位进行处理：在块数据上叠加一定特性的导频信号，对所有层的块数据进行叠加导频处理，能够提高带宽利用率；为每个块叠加导频数据插入循环前缀，能够避免块间干扰。因此，在接收端，本发明实施例提供的方法在保持与传统单载波一样低的峰均比的同时，能够在频域内进行联合信道估计和数据检测，有效降低了系统的复杂性。

相应本发明实施例提供的两种多用户发射方法，本发明实施例还分别提供了两种多用户发射装置。

图6所示为本发明实施例提供的第一种多用户发射装置，包括：

发射模块，用于发射所述各层的块插入前缀数据。

导频序列生成模块，生成所述各层导频数据。

所述编码模块为纠错码单元和/或重复码单元，或者为纠错码单元和扩频码单元。

本发明实施例提供的第一种多用户发射装置，对于各层待发射数据，由编码模块进行编码处理后输出各层编码数据；通过交织模块对各层编码数据进行交织处理后输出各层交织数据，并由调制模块对各层交织数据进行调制后输出各层调制数据；采用分块传输的方式，由分组模块对各层调制数据进行分组，分成数据块，输出各层的块数据，后续处理就基于数据块为单位进行处理：由叠加导频模块在块数据上叠加一定特性的导频序列，对各层的块数据进行叠加导频处理，能够提高带宽利用率；由插入前缀模块为每个块叠加导频数据插入循环前缀，能够避免块间干扰。因此，在接收端，本发明实施例提供的装置在保持与传统单载波一样低的峰均比的同时，能够在频域内进行联合信道估计和数据检测，有效降低了系统的复杂性。

图7所示为本发明实施例提供的第二种多用户发射装置，与本发明实施例提供的第二种发射装置不同之处在于：在调制模块之后，由叠加模块对所述各层调制数据进行叠加处理，输出所有层的叠加交织数据，完成对各层数据的交织复用；然后由分组模块对所述所有层的叠加交织数据进行分组处理，输出所有层的块数据，以后的处理就是基于这个所有层的块数据进行处理。其处理模块与本发明实施例提供的第一种发射装置相应的处理模块相同。

以下是需要说明的几点：

1、在编码模块中，扩频码可以由重复码代替，可以和信道编码模块合并。另外也可以采用不同的重复(扩频)方式进行用户的区分，需要强调的是用重复码进行2级用户的区分并不限于本发明实施例提供的方法和装置，可以是任意的IDMA系统。

2、由导频序列生成模块生成导频序列，每个用户对应的导频序列可以是相同的序列，也可以是不同的序列，且每个用户的导频序列对应的相位相乘中，相位偏移可以是不同的。

3、在插入前缀模块中，增加的前缀不限于循环前缀，也可以是其他前缀形式。

本发明实施例提供的第二种多用户发射装置，由编码模块对各层待发射数据进行编码处理输出各层编码数据；通过交织模块对各层编码数据进行交织处理输出各层交织数据，并由调制模块对各层交织数据进行调制输出各层调制数据，由叠加模块对所有所述各层的调制数据进行叠加，完成交织复用，每层采用不同的交织器进行区分；采用分块传输的方式，由分组模块对交织复用的所有层的叠加交织数据进行分组，分成数据块，输出所有层的块数据，后续处理就基于数据块为单位进行处理：由叠加导频模块在块数据上叠加一定特性的导频信号，对所有层的块数据进行叠加导频处理，能够提高带宽利用率；由插入前缀模块为每个块叠加导频数据插入循环前缀，能够避免块间干扰。因此，在接收端，本发明实施例提供的装置在保持与传统单载波一样低的峰均比的同时，能够在频域内进行联合信道估计和数据检测，有效降低了系统的复杂性。

最后，对两类导频系统的信道估计做一补充比较说明。

基于导频信号的信道估计按照其对导频信号的使用情况可以分为两类，一类是导频信号与数据信号时分复用或频分复用，另一类是导频信号叠加在数据信号上。

在前一类信道估计中，由于信道的时变特性，导频信号需要周期的发送，占用了系统的部分时隙或频隙，降低了有效数据的传输速率；在后一类信道估计中，通过在数据信号上叠加具有一定特性的导频信号，数据信号和导频信号同时发送，导频信号的发送不影响有效数据的传输速率。

图8比较了两种导频系统的传输效率，横坐标为信噪比(Eb/No)，单位为分贝(dB)；纵坐标为吞吐量(Throughput)，单位为：比特/赫兹(bps/Hz)。其中接收天线数为2，终端速度为30km/h，系统归一化总吞吐量定义为：

Throughput = \frac{Σ_{u = 1}^{U} N_{u} (1 - FE R_{u})}{{WT}_{F}}

其中N_u为用户u每一帧传输的比特数，FER_u是相应的误帧率，T_F为一帧持续时间，W则为带宽。能够看到在叠加导频系统中，由于采用了导频和数据同时传送的方式，因此总的传输效率得到了提升，当信噪比为5dB时，吞吐量提升了18.5％。

以上所述，仅为本发明实施例的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明实施例的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1. 一种多用户发射方法，其特征在于，包括步骤：

将各层待发射数据进行编码处理，得到各层的编码数据；

将所述各层的调制数据进行分组处理，得到各层的块数据；

由各层的天线发射所述各层的块插入前缀数据。

2. 如权利要求1所述的多用户发射方法，其特征在于，所述将各层待发射数据进行编码处理是指将各层待发射数据进行纠错码和/或重复码处理，或者进行纠错码和扩频码处理。

3. 一种多用户发射方法，其特征在于，包括步骤：

将各层待发射数据进行编码处理，得到各层的编码数据；

将所有所述各层的调制数据进行叠加处理，得到所有层的叠加交织数据；

由一个天线发射所述所有层的块插入前缀数据。

4. 如权利要求3所述的多用户发射方法，其特征在于，所述将各层待发射数据进行编码处理是指将各层待发射数据进行纠错码和/或重复码处理，或者进行纠错码和扩频码处理。

5. 一种多用户发射装置，其特征在于，包括：

发射模块，用于发射所述各层的块插入前缀数据。

6. 如权利要求5所述的多用户发射装置，其特征在于，所述发射装置还包括：

导频序列生成模块，生成所述各层导频序列。

7. 如权利要求5所述的多用户发射装置，其特征在于，所述编码模块为纠错码单元和/或重复码单元，或者为纠错码单元和扩频码单元。

8. 一种多用户发射装置，其特征在于，包括：

发射模块，用于发射所述所有层的块插入前缀数据。

9. 如权利要求8所述的多用户发射装置，其特征在于，所述发射装置还包括：

导频序列生成模块，生成所述导频序列。

10. 如权利要求8所述的多用户发射装置，其特征在于，所述编码模块为纠错码单元和/或重复码单元，或者为纠错码单元和扩频码单元。