CN101917254A - 一种具有时频交织功能的交分多址系统的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有时频交织功能的交分多址系统的通信方法，针对传统IDMA系统的交织器只在频域交织，资源利用率低的问题，在发射过程中的频域交织(3)步骤后增加了时域交织(14)步骤，对应的在接收过程中的FFT(11)步骤后增加了解时域交织(15)步骤。通过对时域交织(14)和解时域交织(15)步骤中的数据矩阵进行处理，在不增加运算复杂度的前提下，有效的利用了时域资源，明显的提高了IDMA系统的误码率性能。

Description

一种具有时频交织功能的交分多址系统的通信方法

技术领域

本发明属于交分多址系统通信技术领域，特别涉及交分多址系统的交织器。

背景技术

交分多址(IDMA，Interleave Division Multiple Access)系统是从码分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)系统演化而来，其工作原理如图1所示：信源数据在发射过程中经映射1、扩频2，在频域交织3步骤中用相互正交的交织器进行交织，再通过IFFT4、插入循环前缀5、D/A转换6、上变频7发送出去，接收端信号在接收过程中经过下变频8、A/D转换9、移除循环前缀10、FFT11、传统IDMA系统检测12、反映射13恢复信源数据。其中发射过程中的扩频2、频域交织3所对应的解扩频和解频域交织处理包含在传统IDMA系统检测12步骤中，而且传统IDMA系统检测12步骤采用一种低复杂度的联合检测，可以有效的对抗多径衰落，消除多码干扰和符号间干扰。详细内容见：Li Ping，Lihai Liu，Keying Wu，W.K.Leung，″Interleave Division Multiple-Access”，IEEE tran.on Wireless Comm，VOL.5，pp.938-947，Apr.2006。

在高速情况下，相对于对频域干扰的良好消除，传统IDMA系统没有在时域进行干扰消除。交织器作为IDMA系统唯一区分用户的模块，是IDMA系统的重要部分，但传统IDMA系统的交织器的缺陷是它只在频域交织，没有考虑在时域进行处理，资源利用率低。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统IDMA系统的交织器只在频域交织，资源利用率低的问题，提出了一种具有时频交织的交分多址系统的通信方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种具有时频交织的交分多址系统的通信方法，包括发射过程和接收过程，发射过程包括映射1、扩频2、频域交织3、IFFT4、插入循环前缀5、D/A转换6、上变频7；接收过程包括下变频8、A/D转换9、移除循环前缀10、FFT11、传统IDMA系统检测12、反映射13；发射过程在频域交织3和IFFT4步骤中间还包括时域交织14步骤，该步骤的数据处理过程又包括如下分步骤：

步骤(141)：把频域交织后的数据d_k＝{d_k(1)，...，d_k(L)}^T，其中T表示转置，L表示数据帧的长度，k表示用户k，扩展N帧，形成发射过程扩展后的数据矩阵

其中假设一个相干时间内有M帧数据，N的取值范围是不大于M的非0自然数，

表示发射过程用户k的第i帧数据的第j个元素；

步骤(142)：把发射过程扩展后的数据矩阵D_k进行分块，分为A个方阵

以及发射过程扩展后的数据矩阵D_k中剩下的非方阵部分其中

表示取整运算，且B＝L-A，将这A个方阵记为方阵集合{D_k，i，i＝1，2，...，A}；

步骤(143)：将步骤(142)中的方阵集合{D_k，i，i＝1，2，...，A}的每个方阵分别进行转置，得到由方阵集合{D_k，i，i＝1，2，...，A}变换后的方阵集合

将这个方阵集合记为

而发射过程扩展后的数据矩阵D_k中剩下的非方阵部分C保持不变，经过以上操作，数据矩阵由方阵集合和发射过程扩展后的数据矩阵D_k中剩下的非方阵部分C组合而成，为

将这个矩阵记为

步骤(144)：将步骤(143)得到的矩阵

按列输出到IFFT4步骤。

接收过程在FFT11和传统IDMA系统检测12步骤中间还包括解时域交织15步骤，该步骤的数据处理过程又包括如下分步骤：

步骤(151)：在解时域交织15步骤中，把FFT 11步骤后的数据r＝{r(1)，...，r(L)}^T，其中T表示转置，扩展N帧，形成接收过程扩展后的数据矩阵

rⁱ(j)表示接收过程的第i帧数据的第j个元素；

步骤(152)：将接收过程扩展后的数据矩阵R进行分块，分为A个方阵

以及接收过程扩展后的数据矩阵R中剩下的非方阵部分

其中

表示取整运算，且B＝L-A，将这A个方阵记为方阵集合{R_i，i＝1，2，...，A}；

步骤(153)：将步骤(152)中的方阵集合{R_i，i＝1，2，...，A}的每个方阵分别进行转置，得到由方阵集合{R_i，i＝1，2，...，A}变换后的方阵集合

将这个方阵集合记为

而接收过程扩展后的数据矩阵R中剩下的非方阵部分E保持不变，经过以上操作，数据矩阵是方阵集合

和接收过程扩展后的数据矩阵R中剩下的非方阵部分E组合而成，为将这个矩阵记为R^′T；

步骤(154)：将矩阵R^′T按列输出到传统IDMA系统检测12步骤中。

本发明的有益效果：本发明针对传统IDMA系统的交织器只在频域交织，资源利用率低的问题，在传统IDMA系统的频域交织基础上，增加了时域交织步骤，利用了时域的资源，在不增加运算复杂度的前提下，明显提高了IDMA系统的误码率性能。

附图说明

图1是传统IDMA系统的工作原理图。

图2是本发明提出的时频交织的IDMA系统的工作原理图。

图3是具体实施例中的发射过程扩展后的数据矩阵示意图。

图4是具体实施例中的发射过程扩展后部分转置的数据矩阵示意图。

图5是具体实施例中的性能仿真比较示意图。

附图标记说明：1是映射，2是扩频，3是频域交织，4是IFFT，5是添加保护时隙，6是D/A转换，7是上变频，8是下变频，9是A/D转换，10是去保护时隙，11是FFT，12是传统IDMA系统检测，13是反映射，14是时域交织，15是解时域交织。

具体实施方式

下面将结合附图，给出本发明的具体实施例。需要说明的是：实施例中的参数并不影响本发明的一般性。

在阐述具体实施例之前，首先介绍其中所使用的术语：

1)扩频表示信号复制到不同频段上去。

2)交织表示一帧内的信号打乱，重新排序。

3)交织器是实现将数据进行交织的器件。

4)IFFT表示快速傅里叶反变换。

5)FFT表示快速傅里叶变换。

6)相干时间表示信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值。

7)取整表示把数值的小数部分去掉，保留整数部分所得的数值。

为了便于对具体实施例理解，先对发射过程和接收过程的工作过程进行说明，具体工作原理如图2所示。

发射过程：信源数据在经映射1后，在扩频2中进行扩频，然后在频域交织3步骤中用正交交织器进行交织，接着在时域交织14步骤中将数据在时域扩展，再把时域扩展后的数据矩阵进行分块并分别转置，经IFFT4、插入循环前缀5、D/A转换6、上变频7发送出去。

接收过程：接收端信号经过下变频8、A/D转换9、移除循环前缀10、FFT11后，在解时域交织15步骤中进行时域解交织，经过传统IDMA系统检测12及反映射13之后恢复信源数据。

本发明实施例的实施参数如下：信源长度为64，通信目标相对速度为120km/h，信道为标准的COST207TUX6信道，子载波数为1024，载频为3.5GHz，循环前缀长度为256，扩频次数为16。在这种情况下一个相干时间内有17帧数据。

设某用户k在时域交织14步骤中的输入数据为d_k＝{d₁，d₂，...，d₁₀₂₄}^T，由于一个相干时间内有17帧数据，将输入数据扩展17帧，形成发射过程扩展后的数据矩阵

如图3所示，横轴T表示时域，纵轴F表示频域，数据

表示发射过程中用户k第i帧数据的第j个元素。把这个发射过程扩展后的数据矩阵D_k划分为60个17×17的方阵

和发射过程扩展后的数据矩阵D_k中剩下的非方阵部分

将这60个方阵集合记为{D_k，i，i＝1，2，...，60}。把方阵集合{D_k，i，i＝1，2，...，60}中的每个方阵分别进行转置，得到由方阵集合{D_k，i，i＝1，2，...，60}变换后的方阵集合

记为

发射过程扩展后部分转置的矩阵在时频域上如图4所示，横轴T表示时域，纵轴F表示频域。

经过上述操作，整个数据矩阵由

和C组成：

最后将这个矩阵按列输出到IFFT4步骤。在接收过程，设解时域交织15步骤的输入数据为r＝{r(1)，...，r(1024)}^T，把r扩展17帧得到接收过程扩展后的矩阵

数据rⁱ(j)表示接收过程第i帧数据的第j个元素。再把接收过程扩展后的矩阵R进行分块，分为60个17×17的方阵

将这60个方阵记为{R_i，i＝1，2，...，60}，和接收过程扩展后的矩阵剩下的部分

把这60个17×17的方阵分别转置，这样得到的接收过程扩展后部分转置的矩阵为

最后再将这个矩阵按列输出到传统IDMA系统检测12步骤中。

具体实施例中的性能仿真比较示意图如图5所示，其中横轴SNR(Signal to Noise Ratio)表示信噪比，纵轴BER(Bit Error Rate)表示误码率，P120表示只进行频域交织的IDMA系统的性能曲线，T120表示在频域交织的基础上再采用时域交织的IDMA系统的性能曲线。从图5可以看出，采用时频交织的IDMA系统比只进行频域交织的IDMA系统可以明显提高系统误码率性能。例如在SNR＝6dB时，传统的IDMA检测的误码率为0.00028，而采用时频交织的IDMA系统检测的误码率为0.000045，性能提高了一个数量级。

可以看出采用本发明方法的时频交织IDMA系统，在只增加矩阵的转置运算，没有增加运算复杂度的前提下，有效的利用了时域资源，明显的提高了系统误码率性能。

以上实例仅为本发明的较佳例子而已，本发明的使用并不局限于该实例，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种具有时频交织功能的交分多址系统的通信方法，包括发射过程和接收过程，发射过程包括映射(1)、扩频(2)、频域交织(3)、IFFT(4)、插入循环前缀(5)、D/A转换(6)、上变频(7)，接收过程包括下变频(8)、A/D转换(9)、移除循环前缀(10)、FFT(11)、传统IDMA系统检测(12)、反映射(13)，其特征在于，发射过程在频域交织(3)和IFFT(4)步骤中间还包括时域交织(14)步骤，该步骤的数据处理过程又包括如下分步骤：

步骤(141)：把频域交织后的数据d_k＝{d_k(1)，...，d_k(L)}^T，其中T表示转置，L表示数据帧的长度，k表示用户k，扩展N帧，形成发射过程扩展后的数据矩阵

其中假设一个相干时间内有M帧数据，N的取值范围是不大于M的非0自然数，

表示发射过程用户k的第i帧数据的第j个元素；

步骤(142)：把发射过程扩展后的数据矩阵D_k进行分块，分为A个方阵

以及发射过程扩展后的数据矩阵D_k中剩下的非方阵部分

其中

表示取整运算，且B＝L-A，将这A个方阵记为方阵集合{D_k，i，i＝1，2，...，A}；

步骤(143)：将步骤(142)中的方阵集合{D_k，i，i＝1，2，...，A}的每个方阵分别进行转置，得到由方阵集合{D_k，i，i＝1，2，...，A}变换后的方阵集合

将这个方阵集合记为

而发射过程扩展后的数据矩阵D_k中剩下的非方阵部分C保持不变，经过以上操作，数据矩阵由方阵集合

和发射过程扩展后的数据矩阵D_k中剩下的非方阵部分C组合而成，为将这个矩阵记为

步骤(144)：将步骤(143)得到的矩阵

按列输出到IFFT(4)步骤。

接收过程在FFT(11)和传统IDMA系统检测(12)步骤中间还包括解时域交织(15)步骤，该步骤的数据处理过程又包括如下分步骤：

步骤(151)：在解时域交织(15)步骤中，把FFT(11)步骤后的数据r＝{r(1)，...r(L)}^T，其中T表示转置，扩展N帧，形成接收过程扩展后的数据矩阵

rⁱ(j)表示接收过程的第i帧数据的第j个元素；

步骤(152)：将接收过程扩展后的数据矩阵R进行分块，分为A个方阵

以及接收过程扩展后的数据矩阵R中剩下的非方阵部分

其中

表示取整运算，且B＝L-A，将这A个方阵记为方阵集合{R_i，i＝1，2，...，A}；

步骤(153)：将步骤(152)中的方阵集合{R_i，i＝1，2，...，A}的每个方阵分别进行转置，得到由方阵集合{R_i，i＝1，2，...，A}变换后的方阵集合

将这个方阵集合记为

而接收过程扩展后的数据矩阵R中剩下的非方阵部分E保持不变，经过以上操作，数据矩阵是方阵集合

和接收过程扩展后的数据矩阵R中剩下的非方阵部分E组合而成，为将这个矩阵记为R^′T；

步骤(154)：将矩阵

按列输出到传统IDMA系统检测(12)步骤中。

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