CN101938338B - 基于二维块扩频系统的多用户mimo空间复用系统 - Google Patents

Abstract

基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，涉及无线通信领域，解决了现有的多用户MIMO空间复用系统的多用户接入干扰严重，及其检测方法的计算复杂度高的问题。其在SC-CDMA下，发射过程：调制信号依次经过码片级扩频、串/并转换、块扩频、加保护间隔处理后发射；接收过程：信号依次经过去保护间隔、块解扩、FFT、信号检测、IFFT、码片级解扩后解调输出。在MC-CDMA下，发射过程：调制信号依次经过码片级扩频及交织、IFFT、串/并转换、块扩频、加保护间隔处理后发射；接收过程：信号依次经过去保护间隔、块解扩、FFT、信号检测、并/串转换、解交织及码片级解扩后解调输出。本发明适用于无线通信中MIMO空间复用的过程中。

Description

基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种基于二维块扩频系统的MIMO空间复用系统。

背景技术

对于MIMO-SDM系统，每个发射天线同时传送不同数据，在相同的时间和频带中通过空间复用方式，极大的提高了频谱效率，而MIMO-SDM的难点则在于如何采用低复杂度的算法将并行空间传输数据正确恢复出来，近年来基于最大似然检测算法(Maximumlikelihood detection,MLD)、基于QR分解的QRD-M算法、V-BLAST等算法被广泛用来解决空间复用检测问题。如何尽可能降低MIMO-SDM检测算法的复杂度一直是学者研究的重点。

与此同时，对于无线移动通信系统的上行链路(Uplink,UL)系统，多个用户经常会同时接入同一基站(Base station,BS)，但由于每个用户所在位置不同，每个用户到达基站的时间不同，尽管在CDMA系统中可以采用不同的正交扩频码来区分用户，但由于上行链路的非同步（asynchronism）和信道延迟扩展(channel delay spread)，用户彼此间将不能保持正交性，因此会产生严重的多用户接入干扰（MAI）。多用户接入干扰将会严重降低上行链路的传输性能。如何采用适合的技术来避免多用户接入干扰，一直是学者研究的重点之一。

目前，研究人员越来越多考虑的是如何实现上行多用户MIMO-SDM系统，对于该系统，主要需要考虑两个问题，其一是如何解决上行链路的多用户接入干扰，其二是降低空间复用时多天线的检测判决算法。

发明内容

本发明是为了解决现有的多用户MIMO空间复用系统的多用户接入干扰严重，及其检测方法的计算复杂度高的问题，从而提供一种基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统。

基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，在SC-CDMA系统下：当U个用户和MIMO都采用二维块扩频技术时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤三、将步骤二中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对U个用户和每个用户的Nt路天线同时进行块扩频，共获得U*Nt路信号；这里U*Nt路信号的块扩频因子都不相同；

步骤四、将步骤三获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程：

步骤五、采用1根接收天线同时接收步骤四发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后的U*Nt路信号；

步骤六、将步骤五获得的处理后的U*Nt路信号进行块解扩，获得块解扩后的U*Nt路信号；

步骤七、将步骤六获得的U*Nt路信号进行并/串转换，每个用户的Nt路信号合并为1路的信号，获得转换后的U路信号；

步骤八、将步骤七获得的块解扩后的U路信号分别进行快速傅立叶变换，获得U*Nc路频域信号；

步骤九、将步骤八获得的U*Nc路频域信号分别进行基于最小均方误差的频域均衡，获得U*Nc路检测后信号；

步骤十、将步骤九获得的U*Nc路检测后信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤十一、对步骤十获得的U路变换后时域信号进行码片级解扩，获得解扩后信号；

步骤十二、对步骤十一获得的解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

在SC-CDMA系统下：当U个用户采用二维块扩频技术，而Nt路天线采用传统MIMO复用方式时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤三、将步骤二中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对U个用户进行块扩频，共获得U*Nt路信号；这里相同用户的Nt根天线的块扩频因子相一致，固块扩频因子使用数目为U。

步骤四、将步骤三获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程：

步骤五、采用1根接收天线同时接收步骤四发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后U*Nt路信号；

步骤六、将步骤五获得的处理后的U*Nt路信号进行块解扩，获得块解扩后的U路信号；

步骤七、将步骤六获得的块解扩后的U路信号分别进行快速傅立叶变换，获得U*Nc路频域信号；

步骤八、将步骤七获得的U*Nc路频域信号分别进行U路MIMO空间复用检测，获得U*Nt*Nc路检测后信号；

步骤九、将步骤八获得的U*Nt*Nc路检测后信号进行并/串转换，变成U*Nc路信号。

步骤十、将步骤九获得的U*Nc路检测后信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤十一、对步骤十获得的U路变换后时域信号进行码片级解扩，获得解扩后信号；

步骤十二、对步骤十一获得的U路信号解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

在SC-CDMA系统下：当U个用户采用传统多用户发送方式，而Nt路天线采用二维块扩频技术时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤三、将步骤二中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对Nt路天线进行块扩频，共获得U*Nt路信号；这里对应相同天线的块扩频因子相同，对应不同天线的块扩频因子不同；固块扩频因子使用数目为Nt。

步骤四、将步骤三获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程：

步骤五、采用1根接收天线同时接收步骤四发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后的U*Nt路信号；

步骤六、将步骤五获得的处理后的U*Nt路信号进行块解扩，获得块解扩后的Nt路信号；

步骤七、将步骤六获得的Nt路信号进行并/串转换，将所述Nt路信号合并为1个的信号；

步骤八、将步骤七获得的块解扩后的信号分别进行快速傅立叶变换，获得Nc路频域信号；

步骤九、将步骤八获得的Nc路频域信号分别进行U路多用户检测，获得U*Nc路检测后信号；

步骤十、将步骤九获得的U*Nc路检测后信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤十一、对步骤十获得的U路变换后时域信号分别进行码片级解扩，获得解扩后信号；

步骤十二、对步骤十一获得的解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

在MC-CDMA系统下：当U个用户和MIMO都采用二维块扩频技术时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频及交织，获得U路码片级扩频及交织后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频及交织后的信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤三、将步骤二获得的U路变换后时域信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤四、将步骤三中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对U个用户同时进行块扩频，共获得U*Nt路信号；这里U*Nt路信号的块扩频因子都不相同；

步骤五、将步骤四获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程：

步骤六、采用1根接收天线同时接收步骤五发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后的U*Nt路信号；

步骤七、将步骤六获得的处理后的U*Nt路信号进行块解扩，获得块解扩后的U*Nt路信号；

步骤八、将步骤七获得的U*Nt路信号进行并/串转换，每个用户的Nt路信号合并为1个的信号，获得转换后的U路信号；

步骤九、将步骤八获得的块解扩后的U路信号分别进行快速傅立叶变换，获得U*Nc路频域信号；

步骤十、将步骤九获得的U*Nc路频域信号分别进行基于最小均方误差的频域均衡，获得U*Nc路检测后信号；

步骤十一、将步骤十获得的U*Nc路检测后信号分别进行并/串转换，获得U路变换后时域信号；

步骤十、对步骤十获得的U路变换后时域信号分别进行解交织及码片级解扩，获得解交织及解扩后信号；

步骤十二、对步骤十一获得的解交织及解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

在MC-CDMA系统下：当U个用户采用二维块扩频技术，而Nt路天线采用传统MIMO复用方式时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频及交织后的信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤三、将步骤二获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤四、将步骤三中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对U个用户进行块扩频，共获得U*Nt路信号；这里相同用户的Nt根天线的块扩频因子相一致，固块扩频因子使用数目为U；

步骤五、将步骤四获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程：

步骤六、采用1根接收天线同时接收步骤五发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后的U*Nt路信号；

步骤七、将步骤六获得的处理后的U*Nt路信号进行块解扩，获得块解扩后的U路信号；

步骤八、将步骤七获得的块解扩后的U路信号分别进行快速傅立叶变换，获得U*Nc路频域信号；

步骤九、将步骤八获得的U*Nc路频域信号分别进行U路MIMO空间复用检测，获得U*Nt*Nc路检测后信号；

步骤十、将步骤九获得的U*Nt*Nc路检测后信号分别进行并/串转换，获得U路变换后时域信号；

步骤十一、对步骤十获得的U路变换后时域信号分别进行解交织及码片级解扩，获得解交织及解扩后信号；

步骤十二、对步骤十一获得的解交织及解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

在MC-CDMA系统下：当U个用户采用传统多用户发送方式，而Nt路天线采用二维块扩频技术时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频及交织后的信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤三、将步骤二获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤四、将步骤三中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对Nt路天线进行块扩频，共获得U*Nt路信号；这里对应相同天线的块扩频因子相同，对应不同天线的块扩频因子不同；固块扩频因子使用数目为Nt；

步骤五、将步骤四获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程：

步骤六、采用1根接收天线同时接收步骤五发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后的U*Nt路信号；

步骤七、将步骤六获得的处理后的U*Nt路信号进行块解扩，获得块解扩后的Nt路信号；

步骤八、将步骤七获得的Nt路信号进行并/串转换，将所述Nt路信号合并为1个的信号；

步骤九、将步骤八获得的块解扩后的信号分别进行快速傅立叶变换，获得Nc路频域信号；

步骤十、将步骤九获得的Nc路频域信号分别进行U路多用户检测，获得U*Nc路检测后信号；

步骤十一、将步骤十获得的U*Nc路检测后信号分别进行并/串转换，获得U路变换后时域信号；

步骤十二、对步骤十一获得的U路变换后时域信号分别进行解交织及码片级解扩，获得解交织及解扩后信号；

步骤十三、对步骤十二获得的解交织及解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

本发明采用二维块扩频系统，利用其较高的传输性能，成功降低了多用户接入干扰；并且本发明相比于现有的多用户检测算法，其计算复杂度得以降低。本发明是一种优良的上行链路接入系统结构。

附图说明

图1是本发明具体实施方式一的原理示意图；图2是本发明具体实施方式二的原理示意图；图3是本发明具体实施方式三的原理示意图；图4是本发明具体实施方式四的原理示意图。图5是本发明具体实施方式五的原理示意图；图6是本发明具体实施方式六的原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，在SC-CDMA系统下：当U个用户和MIMO都采用二维块扩频技术时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤三、将步骤二中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对U个用户同时进行块扩频，共获得U*Nt路信号；这里U*Nt路信号的块扩频因子都不相同；

步骤四、将步骤三获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程：

步骤五、采用1根接收天线同时接收步骤四发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后信号；

步骤六、将步骤五获得的处理后的信号进行块解扩，获得块解扩后的U*Nt路信号；

步骤七、将步骤六获得的U*Nt路信号进行并/串转换，每个用户的Nt路信号合并为1路的信号，获得转换后的U路信号；

步骤八、将步骤七获得的块解扩后的U路信号分别进行快速傅立叶变换，获得U*Nc路频域信号；

步骤九、将步骤八获得的U*Nc路频域信号分别进行基于最小均方误差的频域均衡，获得U*Nc路检测后信号；

步骤十、将步骤九获得的U*Nc路检测后信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤十一、对步骤十一获得的U路变换后时域信号进行码片级解扩，获得解扩后信号；

步骤十二、对步骤十一获得的解扩后信号解调后输出；

U、N_t和Nc均为正整数。

具体实施方式二、结合图2说明本具体实施方式，基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，在SC-CDMA系统下：当U个用户采用二维块扩频技术，而Nt路天线采用传统MIMO复用方式时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤三、将步骤二中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对U个用户进行块扩频，共获得U*Nt路信号；这里相同用户的Nt根天线的块扩频因子相一致，固块扩频因子使用数目为U。

步骤四、将步骤三获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程：

步骤五、采用1根接收天线同时接收步骤四发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后信号；

步骤六、将步骤五获得的处理后的信号进行块解扩，获得块解扩后的U路信号；

步骤七、将步骤六获得的块解扩后的U路信号分别进行快速傅立叶变换，获得U*Nc路频域信号；

步骤八、将步骤七获得的U*Nc路频域信号分别进行U路MIMO空间复用检测，获得U*Nt*Nc路检测后信号；

步骤九、将步骤八获得的U*Nt*Nc路检测后信号进行并/串转换，变成U*Nc路信号。

步骤十、将步骤九获得的U*Nc路检测后信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤十一、对步骤十获得的U路变换后时域信号进行码片级解扩，获得解扩后信号；

步骤十二、对步骤十一获得的U路信号解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

具体实施方式三、结合图3说明本具体实施方式，基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，在SC-CDMA系统下：当U个用户采用传统多用户发送方式，而Nt路天线采用二维块扩频技术时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤三、将步骤二中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对Nt路天线进行块扩频，共获得U*Nt路信号；这里对应相同天线的块扩频因子相同，对应不同天线的块扩频因子不同；固块扩频因子使用数目为Nt。

步骤四、将步骤三获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程：

步骤五、采用1根接收天线同时接收步骤四发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后信号；

步骤六、将步骤五获得的处理后的信号进行块解扩，获得块解扩后的Nt路信号；

步骤七、将步骤六获得的Nt路信号进行并/串转换，将所述Nt路信号合并为1个的信号；

步骤八、将步骤七获得的块解扩后的信号分别进行快速傅立叶变换，获得Nc路频域信号；

步骤九、将步骤八获得的Nc路频域信号分别进行U路多用户检测，获得U*Nc路检测后信号；

步骤十、将步骤九获得的U*Nc路检测后信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤十一、对步骤十获得的U路变换后时域信号分别进行码片级解扩，获得解扩后信号；

步骤十二、对步骤十一获得的解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

具体实施方式四、结合图4说明本具体实施方式，基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，在MC-CDMA系统下：当U个用户和MIMO都采用二维块扩频技术时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频及交织，获得U路码片级扩频及交织后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频及交织后的信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤三、将步骤二获得的U路变换后时域信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤四、将步骤三中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对U个用户同时进行块扩频，共获得U*Nt路信号；这里U*Nt路信号的块扩频因子都不相同；

步骤五、将步骤四获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程：

步骤六、采用1根接收天线同时接收步骤五发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后信号；

步骤七、将步骤六获得的处理后的信号进行块解扩，获得块解扩后的U*Nt路信号；

步骤八、将步骤七获得的U*Nt路信号进行并/串转换，每个用户的Nt路信号合并为1个的信号，获得转换后的U路信号；

步骤九、将步骤八获得的块解扩后的U路信号分别进行快速傅立叶变换，获得U*Nc路频域信号；

步骤十、将步骤九获得的U*Nc路频域信号分别进行基于最小均方误差的频域均衡，获得U*Nc路检测后信号；

步骤十一、将步骤十获得的U*Nc路检测后信号分别进行并/串转换，获得U路变换后时域信号；

步骤十二、对步骤十获得的U路变换后时域信号分别进行解交织及码片级解扩，获得解交织及解扩后信号；

步骤十三、对步骤十一获得的解交织及解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

具体实施方式五、结合图5说明本具体实施方式，基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，在MC-CDMA系统下：当U个用户采用二维块扩频技术，而Nt路天线采用传统MIMO复用方式时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频及交织后的信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤三、将步骤二获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤四、将步骤三中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对U个用户进行块扩频，共获得U*Nt路信号；这里相同用户的Nt根天线的块扩频因子相一致，固块扩频因子使用数目为U；

步骤五、将步骤四获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程：

步骤六、采用1根接收天线同时接收步骤五发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后信号；

步骤七、将步骤六获得的处理后的信号进行块解扩，获得块解扩后的U路信号；

步骤八、将步骤七获得的块解扩后的U路信号分别进行快速傅立叶变换，获得U*Nc路频域信号；

步骤九、将步骤八获得的U*Nc路频域信号分别进行U路MIMO空间复用检测，获得U*Nt*Nc路检测后信号；

步骤十、将步骤九获得的U*Nt*Nc路检测后信号分别进行并/串转换，获得U路变换后时域信号；

步骤十一、对步骤十获得的U路变换后时域信号分别进行解交织及码片级解扩，获得解交织及解扩后信号；

步骤十二、对步骤十一获得的解交织及解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

具体实施方式六、结合图6说明本具体实施方式，基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，在MC-CDMA系统下：当U个用户采用传统多用户发送方式，而Nt路天线采用二维块扩频技术时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频及交织后的信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤三、将步骤二获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤四、将步骤三中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对Nt路天线进行块扩频，共获得U*Nt路信号；这里对应相同天线的块扩频因子相同，对应不同天线的块扩频因子不同；固块扩频因子使用数目为Nt；

步骤五、将步骤四获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程：

步骤六、采用1根接收天线同时接收步骤五发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后信号；

步骤七、将步骤六获得的处理后的信号进行块解扩，获得块解扩后的Nt路信号；

步骤八、将步骤七获得的Nt路信号进行并/串转换，将所述Nt路信号合并为1个的信号；

步骤九、将步骤八获得的块解扩后的信号分别进行快速傅立叶变换，获得Nc路频域信号；

步骤十、将步骤九获得的Nc路频域信号分别进行U路多用户检测，获得U*Nc路检测后信号；

步骤十一、将步骤十获得的U*Nc路检测后信号分别进行并/串转换，获得U路变换后时域信号；

步骤十二、对步骤十一获得的U路变换后时域信号分别进行解交织及码片级解扩，获得解交织及解扩后信号；

步骤十三、对步骤十二获得的解交织及解扩后信号解调后输出；

U、N_t和Nc均为正整数。

结合传统的多用户2D传输系统结构说明本发明的优势，传统的多用户2D传输系统结构如图3所示。其发射机和接收机采用相同的平方根奈奎斯特码片成型滤波器；并且接收机使用理想采样时间。因此，本发明中的传输过程采用码块间隔的离散时间序列表示。

代表小于或等于实数变量a的最大整数；

代表大于或等于实数变量a的最小整数；

考虑用户u的信号处理过程，其调制后的符号信息系列为{d_u(n);n=0~N_c/SF_f-1}，其中SF_f代表码片级(chip-level)的扩频因子长度、SF_t代表块级(block-level)的扩频因子长度、N_c是FFT(或IFFT)变换的长度大小。对于chip-level扩频，采用扩频序列为

其中序列

满足

扩频后的序列将与扰码序列相乘，使其变为类似高斯白噪声的发射信号。最后对于SC-CDMA系统，其发射序列

表达式如公式(1-3)所示。

对于MC-CDMA系统，chip-level码片级扩频后的序列需经过N_c点IFFT变换，以获得MC-CDMA信号

如公式(2)所示。这里需要注意的是，为了充分利用信道的频率选择特性，SF_f×(N_c/SF_f)将首先作用于chip-level码片级扩频后的序列，使得序列在Nc个子子载波上等距离相隔(N_c/SF_f)的分散开来，然后再通过IFFT变换。

$s_u^{\mathrm{MC}}\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{N_c}}\underset{n=0}{\overset{N_c/{\mathrm{SF}}_f-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=0}{\overset{{\mathrm{SF}}_f-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[\begin{array}{c}{s}_u^{\mathrm{SC}}(n\·{\mathrm{SF}}_f+i)\\ \×\exp \{j2\mathrm{\π}\frac{t}{N_c}\·(n+i\frac{N_c}{{\mathrm{SF}}_f})\}\end{array}\right]---\left(2\right)$

将SC-CDMA和MC-CDMA发射信号统一用{s(t);t=0~N_c-1}表示，如公式(3)所示。

$s_u\left(t\right)=\left\{\begin{array}{ccc}{s}_u^{\mathrm{SC}}\left(t\right)& \mathrm{for}& \mathrm{SC}-\mathrm{CDMA}\\ s_u^{\mathrm{MC}}\left(t\right)& \mathrm{for}& \mathrm{MC}-\mathrm{CDMA}\end{array}\right.---\left(3\right)$

尽管SC-CDMA发射端没有IFFT变换，但我们仍将每N_c个比特数，作为一组发射数据块(block)进行处理。然后N_g个循环前缀(cyclic prefix,CP)将会插入每个块间完成保护间隔的作用。

因此，对于第u(u=0~U-1)个用户的第m(m=0~SF_t-1)个block的传输序列可以表示为

${\hat{s}}_{m,u}\left(t\right)=\sqrt{\frac{2E_c}{T_c}}{s}_u\left(t\right)c_u^{{\mathrm{SF}}_t}\left(m\right)---\left(4\right)$

t=0~N_c-1；其中

为正交扩频码序列；E_c和T_c分别代表每个码片chip的能量和每个码片chip的持续时间。

对于第u个用户的第m个block其信道h_u(τ)的冲击响应表示为

$h_{m,u}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{m,u,l}\mathrm{\δ}(\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_{u,l})---\left(5\right)$

这里h_m，u,l和τ_m，u,l分别代表第u个用户在第m个block的复路径增益系数和其第l条路径的时间延迟因子，且信道增益h_m，u,l在时间间隔T=T_c(N_c+N_g)内为常数。假设τ_u，l是T_c时间间隔延迟，其表达式为τ_u,l＝τ_u+l·T_c，l=0~L-1，τ_u是第u个用户的初始传输时间偏移。这里假设GI的时间间隔大于{τ_u，l}的最大时间延迟，以避免码间干扰。固移去GI后，接收信号可以表示为

$r_m\left(t\right)=\underset{u=0}{\overset{U-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{m,u,l}{\hat{s}}_{m,u}(t-{\mathrm{\τ}}_{u,l})+n_m\left(t\right)---\left(6\right)$

其中n_m(t)是零均值的复高斯白噪声信号，其方差为为2N₀/T_c(N₀是高斯白噪声的单边功率谱密度)。

块解扩可以表示为：

$r_u\left(t\right)=\frac{1}{{\mathrm{Sf}}_t}\underset{m=0}{\overset{{\mathrm{SF}}_t-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_m\left(t\right){\left\{c_u^{{\mathrm{SF}}_t}\left(m\right)\right\}}^{*}$

$=\frac{1}{{\mathrm{SF}}_t}\underset{m=0}{\overset{{\mathrm{SF}}_t-1}{\mathrm{\Σ}}}\{\sqrt{\frac{2E_c}{T_c}}\underset{u=0}{\overset{U-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{m,u,l}{s}_u(t-{\mathrm{\τ}}_{u,l})c_u^{{\mathrm{SF}}_t}\left(m\right)+n_m\left(t\right)\}{\left\{c_u^{{\mathrm{SF}}_t}\left(m\right)\right\}}^{*}$

$=\sqrt{\frac{2E_c}{T_c}}\·\underset{u^{\′}=0}{\overset{U-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{m,u,l}{s}_u(t-{\mathrm{\τ}}_{u,l})\left\{\frac{1}{{\mathrm{SF}}_t}\underset{m=0}{\overset{{\mathrm{SF}}_t-1}{\mathrm{\Σ}}}\right\{c_{u^{\′}}^{{\mathrm{SF}}_t}\left(m\right)\left\}{\left\{c_u^{{\mathrm{SF}}_t}\left(m\right)\right\}}^{*}\right\}$

$+\frac{1}{{\mathrm{SF}}_t}\underset{m=0}{\overset{{\mathrm{SF}}_t-1}{\mathrm{\Σ}}}{n}_m\left(t\right){\left\{c_u^{{\mathrm{SF}}_t}\left(m\right)\right\}}^{*}---\left(7\right)$

当信道是慢衰落时，此时意味着在SF_t个连续block里信道增益保持不变，即h_u(τ)≈h_m，u(τ),(m=0~SF_t-1)；由于

保持正交，此时(7)可以表示为：

$r_u\left(t\right)=\sqrt{\frac{2E_c}{T_c}}\·\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{u,l}{s}_u(t-{\mathrm{\τ}}_{u,l})+\frac{1}{{\mathrm{SF}}_t}\underset{m=0}{\overset{{\mathrm{SF}}_t-1}{\mathrm{\Σ}}}{n}_m\left(t\right){\left\{c_u^{{\mathrm{SF}}_t}\left(m\right)\right\}}^{*}---\left(8\right)$

因此多用户信号可以表示用单用户接收信号加以表示。将第u个用户的接收信号{r_u(k)}、信道增益{h_u(τ)}和噪声分量通过N_c点FFT转换到频域信号(k=0~N_c-1)表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_u\left(k\right)=\frac{1}{\sqrt{N_c}}\underset{t=0}{\overset{N_c-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_u\left(t\right)\exp (-j2\mathrm{\πk}\frac{t}{N_c})\\ H_u\left(k\right)=\frac{1}{\sqrt{N_c}}\underset{t=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{u,l}\left(t\right)\exp (-j2\mathrm{\πk}\frac{{\mathrm{\τ}}_{u,l}}{N_c})\\ {\mathrm{\Π}}_u\left(k\right)=\frac{1}{\sqrt{N_c}}\underset{t=0}{\overset{N_c-1}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\frac{1}{{\mathrm{SF}}_t}\underset{m=0}{\overset{{\mathrm{SF}}_t-1}{\mathrm{\Σ}}}{n}_m\left(t\right){\left\{c_u^{{\mathrm{SF}}_t}\left(m\right)\right\}}^{*}\right\}\exp (-j2\mathrm{\πk}\frac{t}{N_c})\end{array}\right..---\left(9\right)$

所以{R_u(k)}可以表示为：

$R_u\left(k\right)=\sqrt{\frac{2E_c}{T_c}}{H}_u\left(k\right)S_u\left(k\right)+{\mathrm{\Π}}_u\left(k\right)---\left(10\right)$

频域均衡表达式为：

这里w_u(k)是MMSE权重因子，定义为：

$w_u\left(k\right)=\frac{H_u^{*}\left(k\right)}{{\left|H_u\left(k\right)\right|}^2+{({\mathrm{SF}}_t\·\frac{E_c}{N_0})}^{-1}}---\left(12\right)$

对于SC-CDMA信号将频域信号通过IFFT转换成时域信号，然后对chip-level的码片进行解扩和判决，获得发送信号；对于MC-CDMA信号则直接进行chip-level的解扩和判决，获得发送信号。

以下逐一说明三种块扩频方式的工作原理：

1、基于二维块扩频的多用户MIMO复用系统

其中，u是总的用户输、N_t是每个用户所具有的发射天线数目。

在该系统中多用户通过不同的block-level（块扩频）扩频码加以区分，多天线如传统MIMO-SDM系统传输不同的数据，即对用户u来说，其天线#0_u，#1_u，…，#(N_t-1)_u对应相同的block-level扩频因子。

那么此时该系统需要的block-level扩频码字长度等于用户数u，码资源占用率较低，这种结构对于多用户检测部分算法简单，但对于MIMO-SDM算法部分采用传统空间检测算法（比如最大似然检测算法、QRD检测算法、迭代检测算法等等）复杂度相对较高

2、基于二维块扩频的多用户和二维块扩频的MIMO复用系统

其中，U是总的用户数、Nt是每个用户所具有的发射天线数目。

对于该系统，任意用户u在其天线#0_u，#1_u，…，#(N_t-1)_u都采用不同的block-level扩频因子加以区分，此时该系统需要的block-level扩频码字长度等于为U*Nt，接收端通过对相应的block-level扩频码字解扩，恢复出任意用户u的任意天线n_t的发送数据。

该种结构码资源占用率较高，需要合理的为每个用户的每根天线分配相应的block-level扩频码字；但这种结构对于多用户检测部分和MIMO-SDM空间检测算法都很简单，计算复杂度极低，易于实现。本实施方式的体统为最优系统，相比与其它两种系统及现有系统，其抗多用户接入干扰能力较强；并且本发明相比于现有的多用户检测算法及其两种系统，其计算复杂度也较低。

3.基于传统多用户检测和二维块扩频的MIMO复用系统

其中，U是总的用户输、Nt是每个用户所具有的发射天线数目。

在该系统中，所有用户在其天线#0_u，#1_u，…，#(N_t-1)_u采用不同的block-level扩频因子加以区分，用户则用传统方式区分而不采用二维块扩频模式，此时该系统需要的block-level扩频码字长度等于为Nt。

接收端通过对相应的各个天线采用block-level扩频码字解扩方式、对各个用户采用传统多用户检测方式，最后恢复出用户的发送数据。

该种结构，多天线复用检测算法简单，只需要完成简单的block-level解扩过程；而多用户检测方式则相对复杂。其计算复杂度较高。

Claims (6)

1.基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，其特征是：在SC-CDMA系统下：当U个用户和MIMO都采用二维块扩频技术时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤三、将步骤二中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对U个用户同时进行块扩频，共获得U*Nt路信号；

步骤四、将步骤三获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，然后发射至信道；

接收过程：

步骤五、采用1根接收天线同时接收步骤四发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后的U*Nt路信号；

步骤六、将步骤五获得的处理后的U*Nt路信号进行块解扩，获得块解扩后的U*Nt路信号；

步骤七、将步骤六获得的U*Nt路信号进行并/串转换，每个用户的Nt路信号合并为1路的信号，获得转换后的U路信号；

步骤八、将步骤七获得的块解扩后的U路信号分别进行快速傅立叶变换，获得U*Nc路频域信号；

步骤九、将步骤八获得的U*Nc路频域信号分别进行基于最小均方误差的频域均衡，获得U*Nc路检测后信号；

步骤十、将步骤九获得的U*Nc路检测后信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤十一、对步骤十获得的U路变换后时域信号分别进行码片级解扩，获得解扩后信号；

步骤十二、对步骤十一获得的解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

2.基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，其特征是：在SC-CDMA系统下：当U个用户采用二维块扩频技术，而Nt路天线采用传统MIMO复用方式时：

发射过程： 

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤三、将步骤二中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对U个用户进行块扩频，共获得U*Nt路信号；

步骤四、将步骤三获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，然后发射至信道；

接收过程：

步骤五、采用1根接收天线同时接收步骤四发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后U*Nt路信号；

步骤六、将步骤五获得的处理后的U*Nt路信号分别进行块解扩，获得块解扩后的U路信号；

步骤七、将步骤六获得的块解扩后的U路信号分别进行快速傅立叶变换，获得U*Nc路频域信号；

步骤八、将步骤七获得的U*Nc路频域信号分别进行U路MIMO空间复用检测，获得U*Nt*Nc路检测后信号；

步骤九、将步骤八获得的U*Nt*Nc路检测后信号进行并/串转换，变成U*Nc路信号；

步骤十、将步骤九获得的U*Nc路检测后信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤十一、对步骤十获得的U路变换后时域信号进行码片级解扩，获得解扩后信号；

步骤十二、对步骤十一获得的U路信号解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

3.基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，其特征是：在SC-CDMA系统下：当U个用户采用传统多用户发送方式，而Nt路天线采用二维块扩频技术时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤三、将步骤二中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，共获得U*Nt路信号；步骤四、将步骤三获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理， 然后发射至信道；

接收过程：

步骤五、采用1根接收天线同时接收步骤四发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后U*Nt路信号；

步骤六、将步骤五获得的处理后的信号进行块解扩，获得块解扩后的Nt路信号；

步骤七、将步骤六获得的Nt路信号进行并/串转换，将所述Nt路信号合并为1个的信号；

步骤八、将步骤七获得的块解扩后的信号分别进行快速傅立叶变换，获得Nc路频域信号；

步骤九、将步骤八获得的Nc路频域信号分别进行U路多用户检测，获得U*Nc路检测后信号；

步骤十、将步骤九获得的U*Nc路检测后信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤十一、对步骤十获得的U路变换后时域信号分别进行码片级解扩，获得解扩后信号；

步骤十二、对步骤十一获得的解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

4.基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，其特征是：在MC-CDMA系统下：当U个用户和MIMO都采用二维块扩频技术时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频及交织，获得U路码片级扩频及交织后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频及交织后的信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤三、将步骤二获得的U路变换后时域信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤四、将步骤三中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对U个用户同时进行块扩频，共获得U*Nt路信号；步骤五、将步骤四获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程： 

步骤六、采用1根接收天线同时接收步骤五发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后的U*Nt路信号；

步骤七、将步骤六获得的处理后的U*Nt路信号进行块解扩，获得块解扩后的U*Nt路信号；

步骤八、将步骤七获得的U*Nt路信号进行并/串转换，每个用户的Nt路信号合并为1个的信号，获得转换后的U路信号；

步骤九、将步骤八获得的块解扩后的U路信号分别进行快速傅立叶变换，获得U*Nc路频域信号；

步骤十、将步骤九获得的U*Nc路频域信号分别进行基于最小均方误差的频域均衡，获得U*Nc路检测后信号；

步骤十一、将步骤十获得的U*Nc路检测后信号分别进行并/串转换，获得U路变换后时域信号；

步骤十二、对步骤十一获得的U路变换后时域信号分别进行解交织及码片级解扩，获得解交织及解扩后信号；

步骤十三、对步骤十二获得的解交织及解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

5.基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，其特征是：在MC-CDMA系统下：当U个用户采用二维块扩频技术，而Nt路天线采用传统MIMO复用方式时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频及交织，获得U路码片级扩频及交织后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频及交织后的信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤三、将步骤二获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤四、将步骤三中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对U个用户进行块扩频，共获得U*Nt路信号；步骤五、将步骤四获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，然后发射至信道；

接收过程：

步骤六、采用1根接收天线同时接收步骤五发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进 行去保护间隔处理，获得处理后U*Nt信号；

步骤七、将步骤六获得的处理后的U*Nt信号进行块解扩，获得块解扩后的U路信号；

步骤八、将步骤七获得的块解扩后的U路信号分别进行快速傅立叶变换，获得U*Nc路频域信号；

步骤九、将步骤八获得的U*Nc路频域信号分别进行U路MIMO空间复用检测，获得U*Nt*Nc路检测后信号；

步骤十、将步骤九获得的U*Nt*Nc路检测后信号分别进行并/串转换，获得U路变换后时域信号；

步骤十一、对步骤十获得的U路变换后时域信号分别进行解交织及码片级解扩，获得解交织及解扩后信号；

步骤十二、对步骤十一获得的解交织及解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。

6.基于二维块扩频系统的多用户MIMO空间复用系统，其特征是：在MC-CDMA系统下：当U个用户采用传统多用户发送方式，而Nt路天线采用二维块扩频技术时：

发射过程：

步骤一、将U路调制信号分别进行码片级扩频，获得U路码片级扩频后的信号；

步骤二、将步骤一获得的U路码片级扩频及交织后的信号分别进行快速傅立叶逆变换，获得U路变换后时域信号；

步骤三、将步骤二获得的U路码片级扩频后的信号中的每路信号分别进行串/并转换，每路信号串/并转换后获得Nt路转换后信号；

步骤四、将步骤三中每个用户的Nt路转换后信号分别进行块扩频，扩频过程中，对Nt路天线进行块扩频，共获得U*Nt路信号；

步骤五、将步骤四获得的块扩频后的U*Nt路信号分别加入保护间隔处理，并发射至信道；

接收过程：

步骤六、采用1根接收天线同时接收步骤五发射的U*Nt路信号，并将接收到的信号进行去保护间隔处理，获得处理后的U*Nt路信号；

步骤七、将步骤六获得的处理后的U*Nt路信号进行块解扩，获得块解扩后的Nt路信号；

步骤八、将步骤七获得的Nt路信号进行并/串转换，将所述Nt路信号合并为1个的信 号；

步骤九、将步骤八获得的块解扩后的信号分别进行快速傅立叶变换，获得Nc路频域信号；

步骤十、将步骤九获得的Nc路频域信号分别进行U路多用户检测，获得U*Nc路检测后信号；

步骤十一、将步骤十获得的U*Nc路检测后信号分别进行并/串转换，获得U路变换后时域信号；

步骤十二、对步骤十一获得的U路变换后时域信号分别进行解交织及码片级解扩，获得解交织及解扩后信号；

步骤十三、对步骤十二获得的解交织及解扩后信号解调后输出；

U、Nt和Nc均为正整数。 

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