CN101635618A - 基于fft预编码的ofdma下行链路通信方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法及系统，在基站发射机需要发送数据时，对调制编码后的数据执行FFT预编码操作以降低峰均比，有效缓解了基站发送信号时峰均比偏高的瓶颈，此外，由于数据并非在频域直接产生，而是通过FFT预编码操作扩散到各个频点上，因此可以有效地利用多径信道提供的频率分集，提高系统的误码性能。同时，本发明保留了现有OFDMA系统的频率多址优势，将不同用户数据的频率分量统一映射到不同的频点，达到多址接入的效果，因此，本发明中的多路用户数据复用，通用广播数据传送，子载波映射等方式都能与现有OFDMA系统相兼容，从而可以大大减少设备的更新成本。

Description

基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法及系统

技术领域

本发明涉及无线宽带接入技术领域，特别涉及一种基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法以及一种基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信系统。

背景技术

在3GPP LTE的标准化演进过程中，已经出现了多种多址方案，例如多载波码分多址接入(MC-CDMA)、多载波时分复用同步码分多址接入(MC-TD-SCDMA)、正交频分多址接入(OFDMA)等等，其中，OFDMA已成为下行链路的主流多址方案，且是上行链路的热门候选方案，由于正交频分复用(OFDM)能够将严重的频率选择性信道转化为若干平坦的子信道，从而可以有效地对抗无线通信环境中的频率选择性衰落，又由于子信道之间相互正交，可以获得很高的频谱利用率，因此，OFDM非常适用于无线宽带信道下的高速传输，通过给不同的用户分配不同的子载波，其中，基于OFDM技术的OFDMA系统具有天然的多址方式。

OFDMA系统中的其中一个核心处理方式是IFFT/FFT操作，在下行链路中，作为发射机的基站在频域加载数据，然后采用IFFT操作将该数据转换到时域，并加上循环前缀(CP，Cyclic Prefix)，然后从天线端口发射出去，其中，CP的作用是抵抗传输信道造成的符号间干扰。

现有技术中的OFDMA系统的下行链路接入方式参见图1所示，在基站发射端，需要发送给各不同用户的数据首先经过信道编码、数字调制等处理后，进入子载波映射模块，被映射到属于各用户自己的频点，随后，各用户的数据统一进入OFDM调制模块，该OFDM调制模块包括一个M点的IFFT操作以及一个增加循环前缀的操作，经OFDM调制模块处理后的数据通过天线发送出去。在用户接收端，接收机首先对接收到的数据进行去除循环前缀的操作，然后通过FFT操作将数据转换回频域数据，然后通过子载波解映射操作，提取出属于本地用户的频点数据，再利用导频数据进行信道估计、获得各子载波信道增益、进行简单的单抽头频域均衡，消除信道影响后，即可恢复出原始的数据。

参见图2所示，是现有技术中的OFDMA系统下行链路方案峰均比的互补累计分布函数仿真示意图，仿真条件为FFT操作的点数为256点，图示中的横轴表示峰均比的dB值，图示中的纵轴表示峰均比大于横轴值的概率。由图2可知，与单载波系统相比较，OFDMA系统的峰均比非常高，这是由于发送信号在经过了傅里叶矩阵加权(IFFT操作)后，会进行线性合并，当各路数据同相分量叠加时，所产生的峰值功率将远远高于平均功率，从而造成巨大的峰均比。由于高峰均比对发送设备的射频功放的线性范围要求很高，要求射频功放具有很大的线性范围，因此会大幅度增加基站的复杂度和成本。

另一方面，对于上行链路而言，基于单载波频域均衡(SC-FDE)的单载波频域多址接入方案(SC-FDMA)由于其较低的峰均比优势，已经成为LTE上行的主流多址备选方案。在SC-FDMA上行链路中用户发射机只将自己的数据映射到全部频带的一部分频段上，而其余频段预留给其他的用户，不进行本地用户的数据传输，以实现在基站接收机端能够通过这种频分多址来区分各个用户的数据。但是，由于这种方式对于发射机而言，只使用一小部分频段，而空余了其他频段不进行数据传输，这使得发射机不能实现多路用户数据复用，广播数据传送等下行链路必需的功能，因此不能直接应用于下行链路。

发明内容

针对上述现有OFDMA系统下行链路中存在的问题，本发明的目的在于将上行SC-FDMA系统中的FFT预编码技术通过结合用户数据复用技术以应用于下行链路，从而提供一种基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法以及一种基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信系统，其可以有效地降低峰均比，且可以有效地利用信道提供的频率分集增益，并具有较高的频谱利用率。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法，包括步骤：

基站发射机分别对各用户的原始数据进行编码调制，分别对编码调制后的数据进行FFT预编码处理，对所述FFT预编码处理后的所有用户数据统一进行子载波映射，并对子载波映射后的数据进行第一IFFT操作、增加循环前缀操作后，通过天线发送；

用户接收机接收所述增加循环前缀后的数据，对该数据执行去除循环前缀操作、FFT操作，并进行子载波逆映射提取出对应于该用户的数据，并该数据进行第二IFFT操作、解调解码操作，获得对应于该用户的原始数据。

一种基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信系统，包括基站发射机与用户接收机，

在基站发射机端，包括：对各用户的原始数据进行编码调制的编码调制模块，对所述编码调制后的数据进行FFT操作的FFT预编码模块，对所述FFT操作后的所有用户数据进行子载波映射的子载波映射模块，与所述子载波映射模块相连接的用于进行IFFT操作的第一IFFT模块，对所述IFFT操作后的数据增加循环前缀的循环前缀加载模块，增加了循环前缀后的数据通过天线发送出去；

在用户接收机端，包括：用于去除所接收的数据的循环前缀的循环前缀去除模块，对所述去除了循环前缀的数据进行FFT操作的FFT模块，对所述FFT操作后的数据执行逆映射操作、提取出对应于该用户的数据的逆映射模块，与该逆映射模块相连接的用于进行IFFT操作的第二IFFT模块，对所述IFFT操作后的数据进行解调解码操作、获得对应于该用户的原始数据的解调解码模块。

根据本发明的方案，在基站发射机需要发送数据时，对调制编码后的数据执行FFT预编码操作，而FFT预编码操作可以有效地缓解峰均比的增加，从而极大地缓解了基站发送信号时峰均比偏高的瓶颈，此外，由于数据并非在频域产生，而是通过FFT预编码操作扩散到了各个频点上，因此可以有效地利用多径信道的频率分集增益，提高系统误码性能。同时，本发明方案还保留了现有的OFDMA系统中的频率多址优势，将不同用户数据的频率分量映射到不同的频点，同样达到了多址接入的效果，因此，本发明中的多路用户数据复用，通用广播数据传送，子载波映射等方式都能与现有OFDMA系统相兼容，从而可以大大减少了设备的更新成本。

附图说明

图1是现有技术中的OFDMA系统的下行链路的接入方式示意图；

图2是现有技术中的OFDMA下行链路方案峰均比的互补累计分布函数仿真示意图；

图3是本发明的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法的实施例一的示意图；

图4是本发明的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法的实施例二的示意图；

图5是本发明的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法的实施例三的示意图；

图6是本发明的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法的实施例四的示意图；

图7是采用本发明通信方法的交织型FFT预编码OFDMA系统与现有技术中的OFDMA系统的峰均比仿真对比示意图；

图8是采用本发明通信方法的交织型FFT预编码、分块型FFT预编码OFDMA系统与现有技术中的OFDMA系统的峰均比仿真对比示意图；

图9是基站发射机发送一个OFDM符号所需的浮点运算次数与单位用户的FFT点数之间的关系示意图；

图10是FFT点数分别为128、256、512时基站计算复杂度与单位用户的FFT点数的关系曲线示意图；

图11是IFFT总点数为1024的系统、使用滚降系数为0.22的升余弦滤波器进行脉冲成型情况下的峰均比互补累计分布函数示意图；

图12是在频域使用迫零均衡准则的FFT预编码OFDMA系统与现有技术中的OFDMA系统在未进行信道编码的条件下的性能对比示意图；

图13是在频域使用ZF、MMS均衡准则的FFT预编码OFDMA系统与现有技术中的OFDMA系统在未进行信道编码的条件下的性能对比示意图；

图14是FFT预编码OFDMA系统与现有技术中的OFDMA系统中最好用户与最差用户的误码率曲线示意图；

图15是在信噪比为5dB时所仿真的多用户误码率指标柱状图；

图16是在信噪比为15dB时所仿真的多用户误码率指标柱状图。

具体实施方式

以下以其中的几个具体实施方式为例，对本发明方案进行详细阐述。

考虑到现有的通信信道包括有高斯白噪声信道以及频率选择性多径衰落信道，在高斯白噪声信道中，由于不存在多径引起的符号间干扰，因此频域均衡操作并非必需的，而在频率选择性多径衰落信道中，为了克服多径衰落的影响，通常需要对信号进行频域均衡操作，因此，在下述对各实施例的具体说明中，均是以对信号进行了频域均衡操作进行说明。但是，这种说明并不用以限定本发明方案只能应用于必须进行频域均衡操作的系统中，在无需进行频域均衡操作的情况下，例如在高斯白噪声信道中，根据下述各实施例中的实施方案，从下述各实施方式中的方案中去除频域均衡的操作、直接对下述方式中频域均衡操作前的数据进行后续的操作即可。

实施例一：

参见图1所示，是本发明的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法的实施例一的示意图。在本实施例中，通过在基站发射机端增加对用户数据执行FFT预编码的过程，以有效地缓解基站发射机发送信号时峰均比偏高的瓶颈。

如图1所示，根据本实施例的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法，在基站发射机需要向用户接收机发送信息数据时：基站发射机首先分别对各用户的原始数据进行编码调制，并分别对编码调制后的数据进行FFT预编码处理，然后对所述FFT预编码处理后的所有用户数据进行子载波映射，并对子载波映射后的数据进行第一IFFT操作、增加循环前缀操作后，通过天线发送出去；用户接收机接收了所述基站发射机发送出来的数据后，对该数据执行去除循环前缀操作、FFT操作，并进行子载波逆映射提取出对应于该用户的数据，对该数据进行频域均衡操作，并对频域均衡操作后的数据进行第二IFFT操作、解调解码操作后，获得对应于该用户的原始数据，实现整个通信过程。

根据上述本实施例的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法，该方法所对应的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信系统包括有基站发射机与用户接收机，其中，在基站发射机端，包括有：对各用户的原始数据进行编码调制的编码调制模块，对所述编码调制后的数据进行FFT操作的FFT预编码模块，对所述FFT操作后的所有用户数据进行子载波映射的子载波映射模块，对所述子载波映射后的数据进行IFFT操作的第一IFFT模块，对所述IFFT操作后的数据增加循环前缀的循环前缀加载模块，增加了循环前缀后的数据再通过天线发送出去；在用户接收机端，包括有：用于去除所接收的数据的循环前缀的循环前缀去除模块，对所述去除了循环前缀的数据进行FFT操作的FFT模块，对所述FFT操作后的数据执行逆映射操作、提取出对应于该用户的数据的逆映射模块，对所述逆映射后的数据进行频域均衡操作的频域均衡模块，对所述频域均衡操作后的数据进行IFFT操作的第二IFFT模块，对所述IFFT操作后的数据进行解调解码操作、获得对应于该用户的原始数据的解调解码模块。

本实施例中的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法，在基站发射端发送数据时，由于事先对编码调制后的各用户的数据进行了可以有效缓解峰均比增加的FFT预编码操作，因此在后续进行IFFT操作时，IFFT操作所产生的峰均比将远小于原来的OFDMA系统，从而解决了现有技术中的峰均比瓶颈的问题，此外，由于数据不是在频域产生，而是通过FFT预编码操作扩散到了各个频点上，因此可以有效地利用多径信道的频率分集增益，提高系统的误码性能。另外，本发明方案还保留了现有的OFDMA系统中的频率多址优势，将不同用户数据的频率分量通过各种子载波映射方式映射到不同的频点以区分用户，同样达到了多址接入的效果，因此，本发明中的多路用户数据复用，通用广播数据传送，子载波映射等方式都能与现有OFDMA系统相兼容，从而可以大大减少了设备的更新成本。

其中，在本实施例中的方式中，在基站发射机分别对各用户的数据进行信道编码和调制时，所采用的编码方式可以是任意一种方式，例如可以是传统的卷积码，也可以是先进的Turbo码和LDPC码，码率可以根据用户的需求进行调整，例如1/2、3/4等等，所采用的调制方式也可以是任意一种方式，包括现有技术中的各种方式，例如恒包络，包括MPSK、BPSK、QPSK、8PSK等等，或者也可以是正交幅度调制，包括MQAM、16QAM、64QAM等等。

此外，FFT预编码操作是对编码调制后的数据进行N点的FFT操作，其中，N的取值可以取决于下行链路服务的用户数目K和发射机进行IFFT操作时的IFFT点数M，通常情况下，三者之间所满足的关系可以是：N＝M/K，或者也可以是其他的方式。

基站发射机在进行子载波映射、根据系统不同的设置方式将所有用户的数据映射到相同的子载波上时，所采用的子载波映射方式可以是各种方式，例如，可以是分布型子载波映射、交织型子载波映射、分块型子载波映射等方式中的任意一种方式。

此外，在用户接收机端，用户接收机对所接收到的信号进行上述各相关处理时，可以是采用现有技术中已有的方式，例如，在对子载波逆映射操作后的信息进行频域均衡操作时，可以是根据信道信息进行频域均衡操作，信道信息的获取方式可以包括：基站发射机发送训练序列对信道进行训练，用户接收机接收该训练序列，并根据该训练序列采用信道估计算法对无线信道进行估计，获得信道信息，具体的方式与现有技术中的相同，在此不予赘述。

实施例二：

参见图2所示，是本发明的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法的实施例二的示意图，在本实施例中，与上述实施例一的不同之处主要在于，本实施例中可以自由设定用户数目。

如图2所示，在本实施例的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法中，首先根据不同的系统需求来进行系统最优用户数目K的选择，在选择了用户数目K后，再根据所选择的K对各用户的信息数据进行编码调制。

根据该方式所对应的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信系统，还包括与各编码调制模块相连接的用户数选择模块，以根据不同的系统需求来进行系统最优用户数目K的选择，在选择了用户数目K后，设定相应个数的编码调制模块，再分别利用各编码调制模块分别对各用户的信息数据进行编码调制处理。

其中，在设定用户数目时，根据当前系统需求的不同，可以有不同的设定方式，例如，根据峰均比、基站复杂度、信号质量等的需求来设定用户数目K等，此外，通过设定特定的用户数目的K值，将用户数目K与单个用户进行FFT预编码时的点数N进行不同组合的设置，可以使本发明方案形成不同的系统，从而可以为不同的系统之间的灵活切换提供方便，例如：

当K＝1，N＝0时，此时的系统为正交频分复用-时分多址接入系统(OFDM-TDMA系统)；

当0＜K≤M，N＝0时，此时的系统则为传统的正交频分多址接入系统(OFDMA系统)；

当K＝1，N＝M时，此时的系统为单载波频域均衡-时分多址接入系统系统(SC-FDE-TDMA系统)；

当K＝1，0＜N＜M时，此时的系统为单载波-频分多址接入系统(SC-FDMA系统)。

由上可见，当K＝1，0＜N＜M时，此时的系统为SC-FDMA系统，而SC-FDMA是上行链路所使用的系统，由此可见，本发明方案不仅适用于下行链路的传输，同时还适用于上行链路的传输，因而有利于实现LTE上下行链路物理层空中接口的统一。

本实施例中的其他技术特征与上述实施例一中的相同，在此不予赘述。

实施例三：

参见图3所示，是本发明的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法实施例三的示意图，在本实施例中，与上述实施例一中的不同之处主要在于，本实施例中由发射机进行频域均衡的处理过程，从而可以进一步简化用户接收机的设计。

如图3所示，在本实施例的方案中，基站发射机在对FFT预编码后的信号进行子载波映射处理后，还对子载波映射后的信号进行频域预均衡处理，对该子载波映射后的信号进行频域预均衡操作，然后再对频域预均衡处理后的信号进行第一IFFT操作、增加循环前缀等操作。

相应地，根据该方式所对应的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信系统，包括有基站发射机与用户接收机，其中，在基站发射机端，包括有：对各用户的原始数据进行编码调制的编码调制模块，对所述编码调制后的数据进行FFT操作的FFT预编码模块，对所述FFT操作后的所有用户数据进行子载波映射的子载波映射模块，对所述子载波映射后的数据进行频域均衡操作的频域预均衡模块，对所述频域均衡操作后的数据进行IFFT操作的第一IFFT模块，对所述IFFT操作后的数据增加循环前缀的循环前缀加载模块，增加了循环前缀后的数据通过天线发送出去；在用户接收机端，包括有：用于去除所接收的数据的循环前缀的循环前缀去除模块，对所述去除了循环前缀的数据进行FFT操作的FFT模块，对所述FFT操作后的数据执行逆映射操作、提取出对应于该用户的数据的逆映射模块，对所述逆映射操作后的数据进行IFFT操作的第二IFFT模块，对所述IFFT操作后的数据进行解调解码操作、获得对应于该用户的原始数据的解调解码模块。

根据本实施例中的方案，由于是由基站发射机进行频域均衡的处理过程，预先消除了无线信道环境对数据的影响，从而在用户接收机端，可以不用再进行对信号进行频域均衡的处理过程，可以进一步简化接收机的设计。

其中，在频域预均衡时，由于基站发射机需要根据无线信道环境的信道信息来进行频域均衡处理，以消除无线信道环境对数据的影响，因此，基站发射机需要知晓无线信道环境的信道信息，而在TDD(时分双工)的系统中，上下行链路是对称的，基站发射机可以根据用户接收机所发送的训练序列来估计出信道信息，或者也可以是基站发射机通过使用自身的训练序列，通过乒乓式传输后(即基站发射机将其训练序列发送给用户接收机后，用户接收机又将接收的该训练序列返回给基站发射机)，再进行信道估计，所以，用户接收机一侧不仅可以不用进行频域均衡的处理过程，还可以不用进行信道估计，从而进一步简化了用户接收机的操作。

此外，在进行频域预均衡处理时，频域预均衡的权值可以根据不同的准则进行设置，例如，可以是ZF(迫零)、MMSE(最小均方误差)、MRC(最大比合并)、EGC(等增益合并)等等。

其中，具体的设置方式可以是：

当所采用的设置准则为ZF时，权值w(k)的设置方式可以表示为：

w(k)＝[H(k)^HH(k)]^-1H^H(k)

当所采用的设置准则为MMSE时，权值w(k)的设置方式可以表示为：

w(k)＝[H(k)^HH(k)+(Es/No)^-1]^-1H^H(k)

其中，w(k)表示频域权值，Es/No表示信噪比，H(k)表示第k个频点的信道增益矩阵，当基站发射机与用户接收机都是用多根天线时，H(k)是一个N*M的矩阵，其中M是发射天线数，N为接收天线收，从而，本发明方案还可以应用于多发多收的多天线系统，而并不固定在某一种特定的系统中。

本实施例中的其他技术特征与上述实施例一中的相同，在此不予赘述。

实施例四：

参见图4所示，是本发明的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法的实施例四的示意图，在本实施例中，与上述实施例三的不同之处主要在于，本实施例中可以自由设定用户数目。

如图4所示，在本实施例的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法中，首先根据不同的系统需求来进行系统最优用户数目K的选择，在选择了用户数目K后，再根据所选择的K对各用户的信息数据进行编码调制。

根据该方式所对应的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信系统，还包括与各编码调制模块相连接的用户数选择模块，以根据不同的系统需求来进行系统最优用户数目K的选择，在选择了用户数目K后，设定相应个数的编码调制模块，再分别利用各编码调制模块分别对各用户的信息数据进行编码调制处理。

其中，在设定用户数时，根据当前系统需求的不同，可以有不同的设定方式，例如，根据峰均比、基站复杂度、信号质量等的需求来设定用户数目K等，此外，通过设定特定的用户数目K值，将用户数目K与单个用户进行FFT预编码时的点数N进行不同组合的设置，可以使本发明方案形成不同的系统，从而可以为不同的系统之间的灵活切换提供方便，例如：

当K＝1，N＝0时，此时的系统为正交频分复用-时分多址接入系统(OFDM-TDMA系统)；

当0＜K≤M，N＝0时，此时的系统则为传统的正交频分多址接入系统(OFDMA系统)；

当K＝1，N＝M时，此时的系统为单载波频域均衡-时分多址接入系统系统(SC-FDE-TDMA系统)；

当K＝1，0＜N＜M时，此时的系统为单载波-频分多址接入系统(SC-FDMA系统)。

由上可见，当K＝1，0＜N＜M时，此时的系统为SC-FDMA系统，而SC-FDMA是上行链路所使用的系统，由此可见，本发明方案不仅适用于下行链路的传输，同时还适用于上行链路的传输，因而有利于实现LTE上下行链路物理层空中接口的统一。

本实施例中的其他技术特征与上述实施例三中的相同，在此不予赘述。

根据上述本发明的各具体实施方式，以下通过仿真的方式对本发明方案所带来的有益效果进行详细说明。

参见图7所示，是采用本发明通信方法的交织型FFT预编码OFDMA系统与现有技术中的OFDMA系统的峰均比仿真对比示意图。其仿真条件为用户数为3、FFT预编码的点数为64点，横轴表示峰均比dB值，纵轴表示峰均比大于横轴值的概率。图示中，OFDMA表示现有技术中的OFDMA系统，DFT-OFDMA表示本发明的增加了FFT预编码方式的OFDMA系统，以下各图中相同。

由图7可见，相比现有技术中的OFDMA系统，本发明的经过了FFT预编码的方案的峰均比显著减少，这是由于发送信号在进行傅里叶矩阵加权(IFFT操作)之前，基站发射机进行的FFT预编码操作可以有效地缓解峰均比的增加。图示中还显示了基站发射机使用脉冲成型滤波器时，不同的滚降系数(图示中α表示滚降系数)将带来不同的效果，滚降系数为1时，峰均比效果最高，滚降系数为0时，峰均比的效果最差，且从图示中可以看到，无论使用哪一种脉冲成型滤波器，本发明的基于FFT预编码的OFDMA系统的都是远远好于现有技术中的OFDMA系统的。

参见图8所示，是采用本发明通信方法的交织型FFT预编码、分块型FFT预编码OFDMA系统与现有技术中的OFDMA系统的峰均比仿真对比示意图，仿真条件：用户数为3，FFT预编码的点数为64点，横轴表示峰均比dB值，纵轴表示峰均比大于横轴值的概率，图示中各组曲线从左到右的滚降系数α依次为：1、0.5、0.22、0。

由图8可见，采用了本发明通信方法的两种子载波映射方式下的FFT预编码系统的峰均比都明显小于现有技术中的OFDMA系统，而分块式映射方式的峰均比比交织型映射方式的峰均比要大，从而，就分块型与交织型这两种子载波映射方式而言，使用交织型的FFT预编码方式在峰均比的性能上是最优的。

参见图9所示，是本发明方案中基站发射机发送一个OFDM符号所需的浮点运算次数与单位用户的FFT点数之间的关系示意图，其中，总的FFT点数M＝128。

由图9可见，基站发射机的总复杂度与单位用户的FFT点数成对数增长关系，当用户的FFT点数小于20时，计算量将远小于用户的FFT点数大于50的情况，这意味着，当基站的总IFFT点数M恒定时，所服务的用户数越多，则计算量越少。

参见图10所示，是本发明方案中FFT点数分别为128、256、512时基站计算复杂度与单位用户的FFT点数的关系曲线示意图。

由图10可见，总的FFT点数越多，基站发射机的复杂度随单位用户的FFT点数的增长关系越显著，当每个用户的FFT点数大于64时，计算量将大大增加，而每个用户的FFT点数小于20时，三种情况的复杂度十分接近，因此，对于总的FFT点数较大的系统，单位用户的FFT点数越少(即服务的用户数越多)，越有利于降低基站的复杂度，这在未来多用户多址接入环境下具有很大的实用价值。

然而，随着用户数目的增加，会导致单位用户FFT预编码的FFT点数的减少，这将减弱FFT预编码降低峰均比的效果，如图11所示，是IFFT总点数为1024的系统、使用滚降系数为0.22的升余弦滤波器进行脉冲成型情况下的峰均比互补累计分布函数示意图。有图可见，当用户数小于32时，峰均比相对现有技术中的OFDMA系统大大降低，分别有10dB、7dB、5dB、2dB等不同程度的改进；而当用户数大于64时，其峰均比相比OFDMA系统只有将近1dB的优势，因此，在进行设计时，需要在用户数和峰均比效果之间做适当的权衡，以满足当前系统配置的需要。

此外，当用户数K为IFFT点数M时，以及当用户数K为1时，此时的本发明方案的系统分别等效于单载波系统和原始的OFDMA系统，因此，K值的这两个特殊选择也为系统的灵活切换提供了方便，实现了LTE上下行链路系统物理层空中接口的统一。随着用户数的增加，本发明的系统逐渐向OFDMA系统过度，峰均比越来越大，而随着用户数的减少，本发明的系统逐渐向单载波频域均衡(SC-FDE)系统过度，峰均比越来越小。

参见图12所示，图12给出了在频域使用迫零均衡准则的FFT预编码OFDMA系统与现有技术中的OFDMA系统在未进行信道编码的条件下的性能对比示意图，仿真条件为：用户数为3，单位用户的FFT预编码的点数为64点，使用交织型子载波映射，信道为16径Rayleigh多径信道。

由图12可见，由于OFDMA系统在频域加载数据，因此，当某些频点信道质量较差时，该频点上的用户数据就会直接丢失。另一方面，本发明方案的基于FFT预编码的OFDMA系统的用户数量是在时域产生，经过FFT预编码后，在每个频点上均为所有用户时域数据的频率分量的集合，因此，在出现信道零点时，虽然某些频点的频率分量因此而丢失，但是在其他频点仍然具有用户数据的频率分量，因此，用户数据并不会直接丢失，而且可以通过合并其他频点上未丢失的频率分量恢复出来，因此，本发明方案的基于FFT预编码OFDMA系统有效地利用了信道的频率分集，在高信噪比下获得了很大的分集增益，具体表现在误码率曲线的陡峭程度上。

参见图13所示，图13是在频域使用ZF、MMSE均衡准则的FFT预编码OFDMA系统与现有技术中的OFDMA系统在未进行信道编码的条件下的性能对比示意图，其仿真条件为：用户数为3，单位用户的FFT预编码的点数为64点，使用交织型子载波映射，信道为16径Rayleigh多径信道。

由图13可见，当频域均衡使用MMSE准则时，系统的误码率将会进一步提高，不仅在高信噪比具有陡峭的误码率斜率，在中低信噪比区域也完全超越了现有技术中的OFDMA系统，

在上述的各种仿真说明中，均是基于系统的总体误码率来进行，以下的仿真主要针对下行链路不同用户的误码性能进行考察。

参见图14所示，是本发明方案的FFT预编码OFDMA系统与现有技术中的OFDMA系统中最好用户与最差用户的误码率曲线示意图。由图可见，对于现有技术中的OFAMA系统，最好的用户与最差的用户之间的差错概率十分接近，而且比本发明方案的FFT预编码OFDMA系统的最差的用户还要差。此外，从图示中还可以看出，本发明方案的FFT预编码OFDMA系统的相应用户的性能在中高信噪比下具有明显的区别，因此，对于下行链路具有不同QoS的用户，本发明方案的OFDMA系统更适合于提供不同等级的服务质量。

参见图15所示，是在信噪比为5dB时所仿真的多用户误码率指标柱状图，图16是在信噪比为15dB时所仿真的多用户误码率指标柱状图，仿真条件均为：调制方式为4QAM，用户数为3，FFT预编码的点数为64点，将图15与图16结合来看，与图14相类似，在低信噪比下(参见图15的5dB状态下的柱状图)，本发明的FFT预编码OFDMA系统各用户的误码率相差不大，这和现有技术中的OFDMA系统相类似，但是预编码OFDMA系统的各用户的误码率指标都要好于现有技术中的OFDMA系统；在信噪比较高时(参见图16的15dB状态下的柱状图，FFT预编码系统的OFDMA系统的误码率相比现有技术中的OFDMA系统的改善进一步扩大，而且各用户之间也出现了差异，用户3的误码率最低(即QoS质量最好)，用户1的误码率最高(QoS质量最差)，因此可以选择对用户3提供较高质量的服务，而对用户3提供一般质量的服务，在未来LTE通信系统中，不同的用户将会订制不同的数据业务，因此，本发明的FFT预编码OFDMA系统中各用户的QoS的区分十分适合这种业务方式。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1、一种基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法，其特征在于，包括步骤：

基站发射机分别对各用户的原始数据进行编码调制，分别对编码调制后的数据进行FFT预编码处理，对所述FFT预编码处理后的所有用户数据统一进行子载波映射，并对子载波映射后的数据进行第一IFFT操作、增加循环前缀操作后，通过天线发送；

用户接收机接收所述增加循环前缀后的数据，对该数据执行去除循环前缀操作、FFT操作后，进行子载波逆映射提取出对应于该用户的数据，并对该数据进行第二IFFT操作、解调解码操作，获得对应于该用户的原始数据。

2、根据权利要求1所述的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法，其特征在于：在基站发射机进行所述子载波映射后、进行IFFT操作之前，还包括步骤：

对所述子载波映射后的数据进行频域预均衡操作。

3、根据权利要求1所述的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法，其特征在于，在用户接收机进行所述子载波逆映射操作后、IFFT操作之前，还包括步骤：

对所述子载波逆映射操作后的数据进行频域均衡操作。

4、根据权利要求1或2或3所述的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法，其特征在于，在基站发射机分别对各用户的原始数据进行编码调制之前，还包括步骤：

基站发射机根据当前系统需求选择所述用户的数目。

5、根据权利要求4所述的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信方法，其特征在于：

所述用户的数目K、FFT预编码的点数N、第一IFFT操作的点数M满足下式中的关系：N＝M/K；

或者

通过将用户的数目K与单个用户进行FFT预编码时的点数N进行不同组合的设置来形成不同的无线通信系统，包括：

当K＝1，N＝0时，所述系统为正交频分复用-时分多址接入系统；

当0＜K≤M，N＝0时，所述系统为正交频分多址接入系统；

当K＝1，N＝M时，所述系统为单载波频域均衡-时分多址接入系统；

当K＝1，0＜N＜M时，所述系统为单载波-频分多址接入系统。

6、一种基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信系统，包括基站发射机与用户接收机，其特征在于：

在基站发射机端，包括：对各用户的原始数据进行编码调制的编码调制模块，对所述编码调制后的数据进行FFT操作的FFT预编码模块，对所述FFT操作后的所有用户数据进行子载波映射的子载波映射模块，与所述子载波映射模块相连接的用于进行IFFT操作的第一IFFT模块，对所述IFFT操作后的数据增加循环前缀的循环前缀加载模块，增加了循环前缀后的数据通过天线发送出去；

在用户接收机端，包括：用于去除所接收的数据的循环前缀的循环前缀去除模块，对所述去除了循环前缀的数据进行FFT操作的FFT模块，对所述FFT操作后的数据执行逆映射操作、提取出对应于该用户的数据的逆映射模块，与所述逆映射模块相连接的用于进行IFFT操作的第二IFFT模块，对所述IFFT操作后的数据进行解调解码操作、获得对应于该用户的原始数据的解调解码模块。

7、根据权利要求6所述的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信系统，其特征在于，还包括：

连接于所述子载波映射模块与所述第一IFFT模块之间的频域预均衡模块，用于对所述子载波映射后的数据进行频域均衡操作。

8、根据权利要求6所述的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信系统，其特征在于，还包括：

连接于所述逆映射模块与所述第二IFFT模块之间的频域均衡模块，用于对所述逆映射后的数据进行频域均衡操作。

9、根据权利要求6或7或8所述的基于FFT预编码的OFDMA下行链路通信系统，其特征在于，所述基站发射机还包括：用于设定所述用户的数目的用户数选择模块。

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