CN102082756B - 一种混合载波cdma传输系统中的传输方法 - Google Patents

Abstract

一种混合载波CDMA传输系统中的传输方法，涉及无线通信领域。它解决了现有的多载波系统的峰均比较高的问题，并提高了在选择性衰落信道下的系统误码性能。本发明在发送端，采用CDMA技术在某一阶分数傅立叶变换域上对数据进行序列扩展，将扩展后的数据变换到时域进行传输。在接收端，根据加权分数傅立叶变换的可逆性，将数据再次变换到分数傅立叶变换域上解序列扩展得到输出数据。本发明适于混合载波信号传输。

Description

一种混合载波CDMA传输系统中的传输方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种CDMA传输系统中的传输方法。

背景技术

在现有的通信体制中，主要存在单载波和多载波两种方式。单载波技术出现较早，在技术上较为成熟，单载波技术对载波同步和定时偏差不敏感，调制映射后的信号的峰均比低，对设备功率放大器的要求较低，实现手段简单、成本较低。多载波技术把高速的数据流通过串/并转换分为若干个低速子数据流，然后将这些低速的数据流调制相应的子载波上去，从而构成多个低速率数据并行的传输系统。多载波技术码元的持续时间较长，提高了系统的稳定性，进而起到对抗信道频率选择性衰落的作用。同时循环前缀的引入也大大减少了码间干扰。在抗窄带干扰方面，因为窄带干扰只影响OFDM的部分子载波，可结合编码技术来纠正窄带干扰带来的错误。然而多载波技术在峰均比及对于频偏的敏感度等方面的劣势也在一定程度上限制了它的发展。当发射机与接收机发生相对移动时，多普勒频移会导致载波频偏，造成频谱扩展。对多载波系统来说，多普勒扩展会破坏载波间的正交性，产生载波间的干扰，从而降低系统性能。而对于单载波系统频偏的影响较小。目前的实际应用中这两种技术均得到了较为广泛的关注。可以说，单载波与多载波技术各有利弊。作为3G演进的一条路线，LTE的定位是将电信产业带入2020年的无线通信系统。在LTE的上下行传输机制中分别采用了基于DFT(离散傅立叶变换)扩频OFDM(DFT-S-OFDM)的单载波技术及OFDM多载波技术。下行链路的OFDM技术可以实现信道的相关调度及速率自适应，而上行链路的单载波传输机制克服了OFDM传输机制峰均比高，对频偏敏感的缺点，有效地降低了终端的成本。

CDMA(码分多址)技术通过对信号频谱进行扩展，有效地提高了系统接收端的信噪比，同时可以抵抗多径干扰，在IS-95标准中已经得到了广泛的应用。作为一种多址技术，CDMA可以与不同的载波体制相结合，从而设计得到不同的通信系统。将CDMA技术与单载波结合起来，对传输信号在时域上进行扩展，即得到DS-CDMA(直接序列扩频-CDMA)系统。将CDMA与多载波相结合，对传输信号在频域上进行扩展，即可以得到MC-CDMA(多载波-CDMA)系统，但是MC-CDMA系统峰均比相对较高。并且，DS-CDMA系统和MC-CDMA系统在选择性衰落信道下的系统误码性能仍有待进一步提高。

发明内容

本发明是为了解决现有的MC-CDMA系统的峰均比较高的问题，以及为了提高在选择性衰落信道下的系统误码性能，从而提供一种混合载波CDMA传输系统中的传输方法。

系统有K个用户，采用长度为N的序列作为地址码对所述K个用户进行区分，用户i采用的序列为：所述i为大于或等于1且小于或等于K的整数；K为正整数；

所述混合载波CDMA传输系统在下行链路的传输过程中的信号发送过程，由以下步骤实现：

步骤A1、对于用户i，采用其对应的序列

对输入数据在α阶分数傅立叶变换域上的序列

进行序列扩展，获得用户i的扩展后序列；

步骤A2、将所有用户的扩展后序列相加，获得长度为N的相加后序列；

步骤A3、对步骤A2获得的长度为N的相加后序列进行串/并转换，得到并行的N路数据；

步骤A4、对步骤A3中获得的并行的N路数据进行-α阶加权分数傅立叶变换，得到时域下的变换结果；

步骤A5、对步骤A4获得的时域下的变换结果进行并/串转换，并将转换结果进行信号发送前期处理，获得一组处理后的待发送数字信号；

步骤A6、将步骤A5获得的处理后的待发送数字信号通过数/模转换，获得待发送的模拟信号；

步骤A7、将步骤A6获得的待发送的模拟信号经过上变频后发送至信道；

混合载波CDMA传输系统在下行链路的传输过程中的信号接收过程，由以下步骤实现：

步骤B1、将接收到的模拟信号经过下变频后进行模/数转换，获得一组数字信号；

步骤B2、将步骤B1获得的一组数字信号进行与发送端的信号发送前期处理相对应的信号接收处理，获得处理结果；

步骤B3、将步骤B2获得的处理结果进行串/并转换，获得N路并行数据；

步骤B4、对步骤B3获得的N路并行数据进行α阶加权分数傅立叶变换，获得变换结果；

步骤B5、对步骤B4获得的变换结果进行并/串转换，得到一组长度为N的数据序列；

步骤B6、对于用户i，采用其对应的序列

对步骤B5中获得的一组长度为N的数据序列进行序列解扩，获得用户i的解扩后数据并输出；

所述混合载波CDMA传输系统在上行链路的传输过程中的信号发送过程，由以下步骤实现：

步骤C1、对于用户i，采用其对应的序列

对输入数据在α阶分数傅立叶变换域上的序列

进行序列扩展，获得用户i的扩展后序列；

步骤C2、对步骤C1获得的用户i的扩展后序列进行串/并转换，得到并行的N路数据；

步骤C3、对步骤C2中获得的并行的N路数据进行-α阶加权分数傅立叶变换，得到时域下的数据；

步骤C4、对步骤C3获得的时域下的数据进行并/串转换，并将转换结果进行信号发送前期处理，获得一组处理后的待发送数字信号；

步骤C5、将步骤C4获得的处理后的待发送数字信号通过数/模转换，获得待发送的模拟信号；

步骤C6、将步骤C5获得的待发送的模拟信号经过上变频后发送至信道；

混合载波CDMA传输系统在上行链路的传输过程中的信号接收过程，由以下步骤实现：

步骤D1、将接收到的模拟信号经过下变频后进行模/数转换，获得一组数字信号；

步骤D2、将步骤D1获得的一组数字信号进行与发送端的信号发送前期处理相对应的信号接收处理，获得处理结果；

步骤D3、将步骤D2获得的处理结果进行串/并转换，获得N路并行数据；

步骤D4、对步骤D3获得的N路并行数据进行α阶加权分数傅立叶变换，获得变换结果；

步骤D5、对步骤D4获得的变换结果进行并/串转换，得到一组长度为N的数据序列；

步骤D6、对于用户i，采用其对应的序列

对步骤D5中获得的一组长度为N的数据序列进行序列解扩，获得用户i的解扩后数据

并输出；

α为实数。

步骤A5和步骤C4中所述的信号发送前期处理具体为：对经并/串转后信号加入循环前缀。

步骤B2和步骤D2中所述的信号接收处理具体为：去除接收到信号的循环前缀。

有益效果：本发明的混合载波CDMA传输系统同时结合了单载波与多载波的特性，相比于MC-CDMA，本发明有效地降低了峰均比。同时，由于分数傅立叶变换具有信号能量分布均匀的特性，使本发明的系统在选择性衰落信道下的系统误码性能获得显著提高。

附图说明

图1是本发明的混合载波CDMA传输系统在下行链路的传输过程中的信号发送过程示意图；图2是本发明的混合载波CDMA传输系统在下行链路的传输过程中的信号接收过程示意图；图3是本发明的混合载波CDMA传输系统在上行链路的传输过程中的信号发送过程示意图；图4是本发明的混合载波CDMA传输系统在上行链路的传输过程中的信号接收过程示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图4说明本具体实施方式，一种混合载波CDMA传输系统中的传输方法，

系统有K个用户，采用长度为N的序列作为地址码对所述K个用户进行区分，用户i采用的序列为：所述i为大于或等于1且小于或等于K的整数；K为正整数；

所述混合载波CDMA传输系统在下行链路的传输过程中的信号发送过程，由以下步骤实现：

步骤A1、对于用户i，采用其对应的序列

对输入数据在α阶分数傅立叶变换域上的序列

进行序列扩展，获得用户i的扩展后序列；以数据

为例，经过序列扩展后变为

步骤A2、将所有用户的扩展后序列相加，获得长度为N的相加后序列；

步骤A3、对步骤A2获得的长度为N的相加后序列进行串/并转换，得到并行的N路数据；

步骤A4、对步骤A3中获得的并行的N路数据进行-α阶加权分数傅立叶变换，得到时域下的变换结果；

步骤A5、对步骤A4获得的时域下的变换结果进行并/串转换，并将转换结果进行信号发送前期处理，获得一组处理后的待发送数字信号；

步骤A6、将步骤A5获得的处理后的待发送数字信号通过数/模转换，获得待发送的模拟信号；

步骤A7、将步骤A6获得的待发送的模拟信号经过上变频后发送至信道；

混合载波CDMA传输系统在下行链路的传输过程中的信号接收过程，由以下步骤实现：

步骤B1、将接收到的模拟信号经过下变频后进行模/数转换，获得一组数字信号；

步骤B2、将步骤B1获得的一组数字信号进行与发送端的信号发送前期处理相对应的信号接收处理，获得处理结果；

步骤B3、将步骤B2获得的处理结果进行串/并转换，获得N路并行数据；

步骤B4、对步骤B3获得的N路并行数据进行α阶加权分数傅立叶变换，获得变换结果；

步骤B5、对步骤B4获得的变换结果进行并/串转换，得到一组长度为N的数据序列；

步骤B6、对于用户i，采用其对应的序列

对步骤B5中获得的一组长度为N的数据序列进行序列解扩，获得用户i的解扩后数据

并输出；

所述混合载波CDMA传输系统在上行链路的传输过程中的信号发送过程，由以下步骤实现：

步骤C1、对于用户i，采用其对应的序列

对输入数据在α阶分数傅立叶变换域上的序列

进行序列扩展，获得用户i的扩展后序列；以数据

为例，经过序列扩展后变为

步骤C2、对步骤C1获得的用户i的扩展后序列进行串/并转换，得到并行的N路数据；

步骤C3、对步骤C2中获得的并行的N路数据进行-α阶加权分数傅立叶变换，得到时域下的变换结果；

步骤C4、对步骤C3获得的时域下的变换结果进行并/串转换，并将转换结果进行信号发送前期处理，获得一组处理后的待发送数字信号；

步骤C5、将步骤C4获得的处理后的待发送数字信号通过数/模转换，获得待发送的模拟信号；

步骤C6、将步骤C5获得的待发送的模拟信号经过上变频后发送至信道；

混合载波CDMA传输系统在上行链路的传输过程中的信号接收过程，由以下步骤实现：

步骤D1、将接收到的模拟信号经过下变频后进行模/数转换，获得一组数字信号；

步骤D2、将步骤D1获得的一组数字信号进行与发送端的信号发送前期处理相对应的信号接收处理，获得处理结果；

步骤D3、将步骤D2获得的处理结果进行串/并转换，获得N路并行数据；

步骤D4、对步骤D3获得的N路并行数据进行α阶加权分数傅立叶变换，获得变换结果；

步骤D5、对步骤D4获得的变换结果进行并/串转换，得到一组长度为N的数据序列；

步骤D6、对于用户i，采用其对应的序列

对步骤D5中获得的一组长度为N的数据序列进行序列解扩，获得用户i的解扩后数据

并输出；

α为实数。

步骤A5和步骤C4中所述的信号发送前期处理具体为：对经并/串转后信号加入循环前缀。

步骤B2和步骤D2中所述的信号接收处理具体为：去除接收到信号的循环前缀。

原理：加权分数傅立叶变换以能量的方式将单多载波融合在一起，使信号能量可以更加均匀广泛的分布在时频平面上。而变换的可逆性有保证了在接收端可以通过逆变换将两种载波体制分离开来。由此，可以将其看作是一种混合载波体制的传输手段。设X₀(n)为一个复数序列，{X₀(n)，X₁(n)，X₂(n)，X₃(n)}分别为X₀(n)的0～3次离散傅立叶变换，其归一化的DFT形式如下：

$\left\{\begin{array}{c}X\left(k\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)e^{-i\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}}\\ x\left(n\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{i\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}}\end{array}\right.---\left(1\right)$

则序列X₀(n)的α阶加权分数傅立叶变换为：

F^α[X₀(n)]＝w₀X₀(n)+w₁X₁(n)+w₂X₂(n)+w₃X₃(n)  (2)

其中，系数w_l满足：

$w_l=\cos \left(\frac{(\mathrm{\α}-l)\mathrm{\π}}{4}\right)\cos \left(\frac{2(\mathrm{\α}-l)\mathrm{\π}}{4}\right)\exp (-\frac{3(\mathrm{\α}-l)\mathrm{\πi}}{4}),(l=\mathrm{0,1,2,3})---\left(3\right)$

根据式(2)，序列X₀(n)的加权分数傅立叶变换同时包含了序列的时域及频域信息，是一种广义的傅立叶变换。当阶数α＝0时，F^α[X₀(n)]＝X₀(n)，仍为时域序列。当阶数α＝1时，F^α[X₀(n)]＝X₁(n)，退化为传统的傅立叶变换。

上述通信系统中，当α＝0时，HC-CDMA系统退化为DS-CDMA系统。当α＝1时，HC-CDMA系统退化为MC-CDMA系统。MC-CDMA系统可以理解为在频域上进行扩频的CDMA系统，相应地HC-CDMA系统也可以理解为在分数傅立叶变换域上进行扩频的CDMA系统。

本发明中将CDMA与混合载波结合，在分数傅立叶变换域上进行信号扩展，获得HC-CDMA(混合载波-CDMA)系统，采用加权分数傅立叶变换的方式对时域和频域信息进行融合，分配信号比特能量，是一种结合了时域与频域信息的通信方式。相比于MC-CDMA，本发明有效地降低了峰均比。同时，由于分数傅立叶变换具有信号能量分布均匀的特性，使本发明的系统在选择性衰落信道下的系统误码性能获得显著提高。

Claims (3)

1.一种混合载波CDMA传输系统中的传输方法，其特征是：

系统有K个用户，采用长度为N的序列作为地址码对所述K个用户进行区分，用户i采用的序列为：

所述i为大于或等于1且小于或等于K的整数；K为正整数；

所述混合载波CDMA传输系统在下行链路的传输过程中的信号发送过程，由以下步骤实现：

步骤A1、对于用户i，采用其对应的序列对输入数据在α阶分数傅立叶变换域上的序列进行序列扩展，获得用户i的扩展后序列；

步骤A2、将所有用户的扩展后序列相加，获得长度为N的相加后序列；

步骤A3、对步骤A2获得的长度为N的相加后序列进行串/并转换，得到并行的N路数据；

步骤A4、对步骤A3中获得的并行的N路数据进行-α阶加权分数傅立叶变换，得到时域下的数据；

步骤A5、对步骤A4获得的时域下的数据进行并/串转换，并将转换结果进行信号发送前期处理，获得一组处理后的待发送数字信号；

步骤A6、将步骤A5获得的处理后的待发送数字信号通过数/模转换，获得待发送的模拟信号；

步骤A7、将步骤A6获得的待发送的模拟信号经过上变频后发送至信道；

混合载波CDMA传输系统在下行链路的传输过程中的信号接收过程，由以下步骤实现：

步骤B1、将接收到的模拟信号经过下变频后进行模/数转换，获得一组数字信号；

步骤B2、将步骤B1获得的一组数字信号进行与发送端的信号发送前期处理相对应的信号接收处理，获得处理结果；

步骤B3、将步骤B2获得的处理结果进行串/并转换，获得N路并行数据；

步骤B4、对步骤B3获得的N路并行数据进行α阶加权分数傅立叶变换，获得变换结果；

步骤B5、对步骤B4获得的变换结果进行并/串转换，得到一组长度为N的数据序列；

步骤B6、对于用户i，采用其对应的序列

对步骤B5中获得的一组长度为N的数据序列进行序列解扩，获得用户i的解扩后数据

并输出；

所述混合载波CDMA传输系统在上行链路的传输过程中的信号发送过程，由以下步骤实现：

步骤C1、对于用户i，采用其对应的序列

对输入数据在α阶分数傅立叶变换域上的序列

进行序列扩展，获得用户i的扩展后序列；

步骤C2、对步骤C1获得的用户i的扩展后序列进行串/并转换，得到并行的N路数据；

步骤C3、对步骤C2中获得的并行的N路数据进行-α阶加权分数傅立叶变换，得到时域下的数据；

步骤C4、对步骤C3获得的时域下的数据进行并/串转换，并将转换结果进行信号发送前期处理，获得一组处理后的待发送数字信号；

步骤C5、将步骤C4获得的处理后的待发送数字信号通过数/模转换，获得待发送的模拟信号；

步骤C6、将步骤C5获得的待发送的模拟信号经过上变频后发送至信道；

混合载波CDMA传输系统在上行链路的传输过程中的信号接收过程，由以下步骤实现：

步骤D1、将接收到的模拟信号经过下变频后进行模/数转换，获得一组数字信号；

步骤D2、将步骤D1获得的一组数字信号进行与发送端的信号发送前期处理相对应的信号接收处理，获得处理结果；

步骤D3、将步骤D2获得的处理结果进行串/并转换，获得N路并行数据；

步骤D4、对步骤D3获得的N路并行数据进行α阶加权分数傅立叶变换，获得变换结果；

步骤D5、对步骤D4获得的变换结果进行并/串转换，得到一组长度为N的数据序列；

步骤D6、对于用户i，采用其对应的序列

对步骤D5中获得的一组长度为N的数据序列进行序列解扩，获得用户i的解扩后数据

并输出；

α为实数。

2.根据权利要求1所述的一种混合载波CDMA传输系统中的传输方法，其特征在于步骤A5和步骤C4中所述的信号发送前期处理具体为：对经并/串转后信号加入循环前缀。

3.根据权利要求1所述的一种混合载波CDMA传输系统中的传输方法，其特征在于步骤B2和步骤D2中所述的信号接收处理具体为：去除接收到信号的循环前缀。

Images