CN101977171B - 一种用于宽带无线通信系统的多址接入信号传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及宽带无线通信系统的多址接入信号传输方法，属于数字信息传输技术领域。该方法包括：分别对各路用户的传输块数据进行信道编码和数字调制，得到数字调制后的信息；将上述各路用户信息和导频映射到相应数据子载波和导频子载波上，将所有数据子载波划分为多个子信道，每路用户信息对应一个或多个子信道，而保护子载波和直流子载波置0；对上述所有子载波进行离散傅里叶逆变换，得到时域信号；将所生成的保护间隔序列与上述时域信号进行合并，且转换为串行数据流发送。本发明具有同步速度快、信道估计准确等优点，且能以较小的接入时延支持多用户，灵活分配无线资源，有效对抗深度衰落和窄带干扰，便于实现多用户分集增益。

Description

一种用于宽带无线通信系统的多址接入信号传输方法

技术领域

本发明属于数字信息传输技术领域，尤其涉及宽带无线通信系统中的多址接入技术。

背景技术

宽带无线通信中的信号传输需要克服由信道的多径效应和多普勒效应所带来的频率选择性衰落和时间选择性衰落等问题。正交频分复用技术(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，以下简称OFDM)的提出为解决这个问题提供了一种切实可行的手段，中国专利[CN200810227375.6]中公开了一种OFDM的改进版本——时频域联合的正交频分复用技术(Time domain and Frequency domain United Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，以下简称TFU-OFDM)，既保留了传统OFDM技术有利于信道估计的优点，又具备准确且快速获得同步信息的优点。

在宽带无线通信系统中，为了满足多个用户同时进行通信，就要对无线信道进行多址划分与识别来区分不同的用户。这样一种支持多用户共享无线信道的信号传输技术称为多址接入技术。

对于TFU-OFDM技术，可考虑与传统的多址方案结合来实现多址接入，如时分多址(Time Division Multiple Access，以下简称TDMA)，码分多址(Code Division MultipleAccess，以下简称CDMA)等，也可以结合OFDM自身的特点来实现正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，以下简称OFDMA)。

TDMA-OFDM是将TDMA技术和OFDM技术结合的一种多址接入方案，该方案将时间划分为时隙，不同用户在不同时隙中使用一定数量的OFDM符号来共享无线信道。但该方案要求用户每次使用信道时必须占用全部带宽，这导致很高的峰值功率并因此形成较低的射频功率，还使得当存在深度衰落和窄带干扰时接收信号平均功率下降，而且当用户很多时，TDMA接入时延将很长。

多载波码分多址(Multi-carrier CDMA，简称MC-CDMA)是将CDMA技术和OFDM技术结合的一种多址接入方案，该方案采用频域扩频的方式，每个信息符号由一个特定的扩频码片进行扩频，然后将扩频以后的每个符号调制到一个子载波上，不同用户通过使用不同的扩频码来共享无线信道。但在该方案中码的正交性易被频率选择性信道所破坏，多址串扰问题较严重，若要克服这个问题，则需要对用户信号进行联合检测，这无疑增加了接收机设计复杂度。

在OFDMA技术中，整个信道带宽被划分为多个正交的子载波，这些子载波分为以下三种类型：数据子载波，用来传输各路用户信息；导频子载波，用来进行信道估计；空子载波(包括保护子载波和直流子载波)，不用于发送。各路用户信息使用数据子载波的一个子集(称为子信道)，且每一个子信道在任何时间被专门分配给任意一路用户信息。将分配后的所有子载波进行离散傅里叶逆变换，并添加循环前缀，最后转换为串行数据流(称为一个OFDMA符号)发送。

因此，OFDMA技术可以更灵活地分配无线资源，很好地适应各用户不同的传输速率，减少接入时延，有效对抗深度衰落和窄带干扰，便于实现多用户分集增益，并且接收机结构相对简单。但是，该技术不便于接收端快速地进行时间同步。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种用于宽带无线通信系统的多址接入信号传输方法，采用了时频域联合的正交频分多址接入(Time domain and Frequencydomain United Orthogonal Frequency Division Multiple Access，以下简称TFU-OFDMA)技术来解决宽带无线通信中的下行链路(信号从基站传输到终端)采用时频域联合的正交频分复用(TFU-OFDM)调制时的多址接入问题，具有同步速度快、信道估计准确等优点。

本发明提出的用于宽带无线通信系统的多址接入信号传输方法，采用时频域联合的正交频分多址接入技术，用于宽带无线通信系统下行链路中，该方法在发送端完成，包括以下步骤：

(1)分别对各路用户的传输块数据进行信道编码和数字调制，得到数字调制后的信息；

(2)将调制后的各路用户信息和导频映射到相应数据子载波和导频子载波上，将所有数据子载波划分为多个子信道，每路用户信息对应一个或多个子信道；保护子载波和直流子载波置0；导频用于接收端进行信道估计和时间同步；具体包括：

(2-1)预先设置各类子载波的位置：将所有保护子载波分为左保护带和右保护带，左保护带和右保护带分别位于信道频带的左、右两端；直流子载波为一个，位于频带中心；其余的数据子载波和导频子载波分布在左、右保护带与直流子载波之间；数据子载波和导频子载波总个数N_u满足：N_u＝28L，L为正整数；数据子载波和导频子载波的具体位置如下：

(a)将所有的数据子载波和导频子载波连续地划分为4L个组，每个组包含6个数据子载波和1个导频子载波，导频子载波位于每组的中问位置，设组的索引号为i，i＝0，1，...，4L-1；

(b)将上述所有组分为L个集合，S₀，S₁，...S_L-1，每个集合包含4个组，每个集合中各组所对应的索引号S_l(k)为：

$S_l\left(k\right)=L\·k+G_k^l\left(l\right)$

其中，S_l(k)表示第l个集合中第k组所对应的索引号，l＝0，1，...L-1，k＝0，1，2，3，序列由长度为L的置换序列左循环移位k次得到；

(2-2)将步骤(2-1)中索引号为S_l(k)，k＝0，1，2，3，的组所包含的数据子载波组成子信道l，l＝0，1，...L-1；根据基站的调度信息，将各路用户信息映射到指定的一个或多个子信道中；

(3)对步骤(2)的所有子载波进行离散傅里叶逆变换，得到时域信号；

(4)生成一个伪随机噪声序列，将该伪随机噪声序列以循环扩展的方式填充为一个保护间隔序列，将保护间隔序列与步骤(3)得到的时域信号进行合并，且转换为串行数据流(称为一个TFU-OFDMA符号)发送。

本发明的特点及效果：

本发明提出的用于宽带无线通信系统下行链路的时频域联合的正交频分多址接入信号传输方法继承了TFU-OFDM技术同步速度快、信道估计准确等优点，且有效解决了宽带无线系统中多址接入问题，能以较小的接入时延支持多用户，灵活分配无线资源，有效对抗深度衰落和窄带干扰，便于实现多用户分集增益。

附图说明

图1是本发明方法流程框图。

图2是本发明方法中子载波分配示意图。

图3是本发明方法中TFU-OFDMA符号结构示意图。

图4是已有技术中的伪随机噪声序列生成方法示意图。

具体实施方式

本发明提出的用于宽带无线通信系统下行链路的时频域联合的正交频分多址接入信号传输方法结合附图及实施例说明如下：

本发明方法流程(发送端的工作)如图1所示，包括以下步骤：

(1)分别对各路用户的传输块数据进行信道编码和数字调制，得到数字调制后的信息。其中的信道编码，其方式可以为卷积码，低密度奇偶校验码，里德-所罗门码等等。对信道编码后的信息进行数字调制，其调制方式可以为二进制相移键控，多进制相移键控，多进制正交幅度调制等；

(2)将上述调制后的各路用户信息和导频映射到相应数据子载波和导频子载波上，将所有数据子载波划分为多个子信道，每路用户信息对应一个或多个子信道；保护子载波和直流子载波置0；导频用于接收端进行信道估计和时间同步；具体方法如下：

(2-1)预先设置各类子载波的位置：将所有保护子载波分为左保护带和右保护带，左保护带和右保护带分别位于频带的左、右两端；直流子载波为一个，位于频带中心；其余的数据子载波和导频子载波分布在左、右保护带与直流子载波之间，如图2所示；数据子载波和导频子载波总个数N_u满足：N_u＝28L(L为正整数，根据系统带宽可取3、6、12、24、48)；数据子载波和导频子载波的具体位置如下：

(a)将所有的数据子载波和导频子载波连续地划分为4L个组，每个组包含6个数据子载波和1个导频子载波(导频子载波位于每组的中间位置)，设组的索引号为i，i＝0，1，...，4L-1；

(b)将上述所有组分为L个集合(S₀，S₁，...S_L-1)，每个集合包含4个组，每个集合中各组所对应的索引号S_l(k)为：

$S_l\left(k\right)=L\·k+G_k^L\left(l\right)$

其中，S_l(k)表示第l个集合中第k组所对应的索引号，l＝0，1，...L-1，k＝0，1，2，3，序列

由长度为L的置换序列左循环移位k次得到；不同长度L对应的置换序列如表1所示；

表1  不同长度下的置换序列

(2-2)将步骤(2-1)中索引号为S_l(k)(k＝0，1，2，3)的组所包含的数据子载波组成子信道l(l＝0，1，...L-1)；根据基站的调度信息，将各路用户信息映射到指定的一个或多个子信道中；

步骤(2)中在不同子载波总数M下的子载波分配参数如表2所示；

表2  子载波分配参数

子载波总数M	128	256	512	1024	2048
						直流子载波索引IDC	64	128	256	512	1024
左保护带子载波数NL	22	44	88	176	352
						右保护带子载波数NR	21	43	87	175	351
导频子载波数Np	12	24	48	96	192
						数据子载波数Nd	72	144	288	576	1152
子信道中的子载波数Nu	24	24	24	24	24
						子信道数L	3	6	12	24	48

(3)对步骤(2)的所有子载波进行M点的离散傅里叶逆变换，得到时域信号；离散傅里叶逆变换的实现可以采用快速傅里叶逆变换的方法以简化运算复杂度；

(4)生成一个伪随机噪声序列，将该伪随机噪声序列以循环扩展的方式填充为一个保护间隔序列，将保护间隔序列与步骤(3)得到的时域信号进行合并，且转换为串行数据流(称为一个TFU-OFDMA符号)发送；TFU-OFDMA符号结构如图3所示，包括保护间隔和数据块两部分，保护间隔即是上述保护间隔序列，由伪随机噪声序列及其前、后扩展组成，数据块即为步骤(3)得到的时域信号，包含数据和导频；

对于上述伪随机噪声序列的生成，一种实施例可以采用线性反馈移位寄存器来生成。如图4所示，为一个4阶的伪随机噪声序列生成方法。其中的加号表示模2和，即0+0＝0，0+1＝1，1+0＝1，1+1＝0。假设寄存器1，2，3，4的初始状态分别为0，0，0，1，则通过计算可以得到输出序列为1000100110101111000......可以看出从第16位开始，序列重复第1位的输出。即这是一个周期为15的周期序列。任意取一段长度为15的序列即为所需要的伪随机噪声序列。如取前15位则组成序列100010011010111。

Claims (1)

1.一种用于宽带无线通信系统的多址接入信号传输方法，采用时频域联合的正交频分多址接入TFU-OFDMA技术，用于宽带无线通信系统下行链路中，该方法包括以下步骤：

(1)分别对各路用户的传输块数据进行信道编码和数字调制，得到数字调制后的信息；

(2)将调制后的各路用户信息和导频映射到相应数据子载波和导频子载波上，将所有数据子载波划分为多个子信道，每路用户信息对应一个或多个子信道；保护子载波和直流子载波置0；导频用于接收端进行信道估计和时间同步；具体包括：

(2-1)预先设置各类子载波的位置：将所有保护子载波分为左保护带和右保护带，左保护带和右保护带分别位于信道频带的左、右两端；直流子载波为一个，位于频带中心；其余的数据子载波和导频子载波分布在左、右保护带与直流子载波之间；数据子载波和导频子载波总个数N_u满足：N_u＝28L，L取值为3、6、12、24、48；数据子载波和导频子载波的具体位置如下：

(a)将所有的数据子载波和导频子载波连续地划分为4L个组，每个组包含6个数据子载波和1个导频子载波，导频子载波位于每组的中间位置，设组的索引号为i，i＝0，1，...，4L-1；

(b)将上述所有组分为L个集合，S₀，S₁，...S_L-1每个集合包含4个组，每个集合中各组所对应的索引号S_l(k)为：

其中，S_l(k)表示第l个集合中第k组所对应的索引号，l＝0，1，...L-1，k＝0，1，2，3，序列 由长度为L的置换序列左循环移位k次得到；不同长度下的置换序列为：

长度为3，对应的置换序列为0 2 1；

长度为6，对应的置换序列为2 3 4 1 0 5；

长度为12，对应的置换序列为6 1 7 4 11 9 5 8 3 10 0 2；

长度为24，对应的置换序列为5 18 2 21 7 11 19 13 9 6 17 4 10 23 3 12 14 15 16 0 8 22 20 1；

长度为48，对应的置换序列为5 34 28 1 9 47 3 42 30 18 22 17 15 31 29 32 45 11 16 39 25 41 44 10 27 46 33 13 2 38 37 26 21 20 24 6 43 12 7 23 8 19 40 35 14 36 4 0；

(2-2)将步骤(2-1)中索引号为S_l(k)的组所包含的数据子载波组成子信道l，l＝0，1，...L-1；根据基站的调度信息，将各路用户信息映射到指定的一个或多个子信道中；

(3)对步骤(2)的所有子载波进行离散傅里叶逆变换，得到时域信号；

(4)生成一个伪随机噪声序列，将该伪随机噪声序列以循环扩展的方式填充为一个保护间隔序列，将保护间隔序列与步骤(3)得到的时域信号进行合并，且转换为串行数据流发送，该数据流称为一个TFU-OFDMA符号。 

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