CN102111359B - 短波mc-cdma的最大比信道均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种短波MC-CDMA的最大比信道均衡方法，首先要发送的数据帧在位移映射模块中映射成原始直扩序列的循环移位，经过串并变换后送入IFFT，变成时域调制信号；调制后的并行时域信号经过并串变换，再插入导频符号，经过信道发送到接收端；接收端收到的信号包括导频符号和数据帧，经过串并变换后，首先送到FFT，由收到的导频符号，估计短波信道的传输函数；接收端接收到的数据帧，根据估计的信道传输函数，得到MRCE的均衡系数，进行最大比信道均衡；经过最大比均衡后的各个子载波数据和本地扩频码产生的序列进行相关，判决得到解扩数据，接收机继续接收下一个数据帧。本发明有更好的误码率性能，达到抗干扰的效果。

Description

短波MC-CDMA的最大比信道均衡方法

技术领域

本发明属于通信抗干扰的技术领域，特别是一种短波MC-CDMA的最大比信道均衡方法。

背景技术

短波信道由于多径影响，数据传输速率一直不高而且不稳定。在短波宽带信道上可以利用多载波和码分多址技术传输可靠的高速数据(Jan E M N，Timothy C G.Widebandmulti-carrier transmission for military HF communications[C].Proc.Milcom’97，Monterey，U.S.A.1997.1046-1051.)，一个优势就是利用简单的频域均衡补偿信道的不平坦特性，传统的信道均衡方法是在接收端把频域接收信号除以信道传输函数的频域响应。但是由于多径信道的传输函数在频域有比较低的点(深度衰落)存在，它的倒数将出现比较强的峰值，这些峰值对噪声的放大作用影响系统性能，如图1所示，使误码率性能急剧下降。例如：Waterson短波信道模型中的四径传输函数倒数存在多个放大倍数在10倍左右的点，六径模型传输函数倒数存在一个放大倍数达70倍的点，在这些点上，噪声将被放大，在附图4和5可以看到，信噪比较低时，用这种简单均衡方法造成的噪声放大使得误码率性能很差，甚至还不如无均衡系统。研究短波宽带信道上传输信道补偿问题是一个有意义的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于短波MC-CDMA的最大比信道均衡方法，解决了MC-CDMA中的噪声放大问题，同时结合解扩得到适合于MC-CDMA的信道均衡。

实现本发明目的的技术方案为：一种短波MC-CDMA的最大比信道均衡方法，步骤如下：

(1)要发送的数据帧在位移映射模块中映射成原始直扩序列的循环移位，经过串并变换后送入IFFT，变成时域调制信号；

(2)调制后的并行时域信号经过并串变换，再插入导频符号，经过信道发送到接收端；

(3)接收端收到的信号包括导频符号和数据帧，经过串并变换后，首先送到FFT，由收到的导频符号，估计短波信道的传输函数；

(4)接收端接收到的数据帧，根据估计的信道传输函数，得到MRCE的均衡系数，均衡系数的幅度使用信道传输函数的幅度

相位使用共轭φ′_n＝-φ_n，进行最大比信道均衡；

(5)经过最大比均衡后的各个子载波数据和本地扩频码产生的序列进行相关，判决得到解扩数据，接收机继续接收下一个数据帧。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)由于联合考虑了信道均衡和解扩过程，在幅度和相位补偿方面使用不同的方法均衡，具有系统优化的特点，可以充分利用信道条件好的子载波能量，以最大比率合并的方式完成信道均衡和解扩处理，得到更好的解扩输出信噪比，相比于采用传统均衡和解扩方法的系统，有更好的误码率性能，如附图4和附图5所示。(2)利用伪随机序列的循环位移位置携带信息，比如1024位的伪随机序列可以传输10bit数据，达到抗干扰的效果。(3)考虑扩频解扩需要，信道均衡的时候，采用和传统信道均衡不同的方法-最大比信道均衡-进行信道补偿，即，信道条件好的信道使用大的幅度系数进行补偿，而差信道使用小幅度系数进行补偿，以获得最大输出信噪比。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是不同多径信道频域传输函数的模及其倒数：(a)四径信道传输函数(b)四径信道传输函数倒数(c)六径信道传输函数(d)六径信道传输函数倒数。

图2是MC-CDMA中的MRCE框图。

图3是不同均衡方法所对应的相关峰值。

图4是四径信道下不同均衡方法的误码率性能。

图5是六径信道下不同均衡方法的误码率性能。

具体实施方式

结合图2，本发明短波MC-CDMA的最大比信道均衡方法，应用于短波MC-CDMA(MRCE-Maximum Rate Channel Equalization多载波码分多址接入)中的信道均衡技术方法，特别是把信道均衡和解扩进行联合设计，其步骤如下：

(1)在位移映射模块中选择要发送的数据帧，映射成扩频码产生器送来的直扩序列的循环移位，经过串并变换后送入IFFT，变成时域调制信号，如图2的上半部分框图。在n个子载波上传输伪随机序列的n个码元，每帧传输的数据比特为：m＝log₂ n，这m个数据作为一帧数据映射成直扩序列位移时，比特相近的帧映射的直扩序列循环位移也相近，相邻位移对应数据帧的比特差异为1。这样设计映射的好处在于：可以在解扩的时候，即使出现位移估计偏差，也不会使得该帧的m个比特全错，一般情况下是位移错1～2位时，接扩后的帧错1～2个比特，可以用纠错编码很容易地纠正误码。

(2)调制后的并行时域信号经过并串变换，再插入导频符号，经过信道发送到接收端，如图2的右半部分。

(3)接收端收到的信号包括导频符号和数据帧，经过串并变换后，首先送到FFT，由收到的导频符号，得到短波信道的传输特性，根据估计的信道传输函数。

(4)接收端接收到的数据帧，根据估计的信道传输函数，得到MRCE的均衡系数，均衡系数的幅度使用信道传输函数的幅度

相位使用共轭φ′_n＝-φ_n，进行最大比信道均衡。和传统均衡方式不同，如图3(a)无均衡，图3(b)常规均衡，图3(c)相位均衡，图3(d)静态最大比率合并所示，可见MRCE方法不会放大噪声，具有更好的解扩信噪比。对估计得到的各个子载波信道参数进行均衡的的时候，相位按传统方式补偿，而幅度按最大比方式进行补偿。这样做的益处是，好信道使用大的幅度补偿系数，差信道使用小的幅度补偿系数，避免了差信道的噪声放大问题，优化了信道均衡和解扩过程，可以得到更高的解扩后输出信噪比。

(5)经过最大比均衡后的各个子载波数据和本地扩频码产生的序列进行相关，判决得到得到解扩数据，接收机继续接收下一个数据帧。如图4和图5，分别给出了4径和6径信道下的仿真性能，MRCE方法有更好的误码率性能。

考虑到在MC-CDMA系统中，最终我们关注的是解扩后信号的信噪比如何，联合考虑信道均衡和解扩这两步信号处理过程，我们认为不必像传统方法一样对每个子载波的幅度进行精确恢复，这样可以避免噪声由于传输函数中的零点引起的放大问题，也可以通过最大比均衡(MRCE)，使得好信道上的信号得到最大权重，在解扩时提高输出信噪比，如图3所示。相比于传统方法，这种方法的信噪比改善上限为：

$\frac{{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{out}\_\mathrm{MRC}}}{\mathrm{SN}{R}_{\mathrm{out}\_\mathrm{tradition}}}==\frac{(H_0^2+H_1^2+\·\·\·+H_{N-1}^2)\·(\frac{1}{H_0^2}+\frac{1}{H_1^2}+\·\·\·+\frac{1}{H_{N-1}^2})}{N^2}---\left(1\right)$

实施例

如图2所示，首先假定直扩码是m序列，生成多项式为：g(x)＝1+x³+x¹⁰，m序列长1023(0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，...略...，1，0，0，0，0，0，0，1)，采用Waterson信道模型中的四径和六径模型，信道带宽125kHz，子载波数目1024，，每个多载波符号传输10比特信息。不同的均衡方法包括：无均衡；传统均衡方法；仅相位均衡方法；根据短波信道长期预报得到的信道模型和参数进行的静态MRC均衡；根据信道实时估计得到的动态MRC均衡。基于最大比信道均衡的MC-CDMA系统的具体实施过程如下：

a.选择一个要发送的数据帧，分成10bit一组，根据每组比特不同，选择相应的m序列的循环位移(信息携带于位移中，如数据帧为[0，0，0，0，0，0，0，0，1，1]则原始m序列循环位移3位，变为：0，0，1，0，0，0，0，0，0，1，...略...，1，0，0，1，0，0，0，0)，位移后的m序列串并变换后经过IFFT处理变成时域调制信号。

b.调制后的时域数据信号插入一些导频符号后经过信道传输到接收端。

c.接收端根据导频符号得到信道传输函数，进而得到最大比信道均衡系数。

d.接收端对接收的数据进行最大比均衡处理。

e.经过均衡处理的数据和本地的1023位的m序列进行相关运算，得到它的位移值，从而得到调制的原10bit数据。

为了给出采用本发明的系统的误码率和传统的信道补偿以及不采用信道补偿方案进行比较，图4～图5分别给出了4径和5径信道下几种方案的误码率的对比曲线。图4～图5表明：

总体来说，传统的信道均衡方法在多径较少和信噪比较高的时候比不采用信道均衡的要好，但是在多径较多且信噪比较低的时候反而不如无补偿方法，这就是由于噪声放大带来的问题，多径越多，传输函数零点越多，这种情况会更加恶化。而本发明所提出的基于最大比信道均衡的方法，不论是简单地进行相位均衡，还是最大比信道均衡，均具有较好的性能，尤其是实时跟踪信道变化的动态方法，性能均有较大的提高。

在上述实施例中，虽然针对短波MC-CDMA系统，但本发明不限于短波通信，还可以扩展至其它的频段的MC-CDMA系统中，如超短波、微波等。

Claims (3)

1.一种短波MC-CDMA的最大比信道均衡方法，其特征在于步骤如下：

(1)要发送的数据帧在位移映射模块中映射成原始直扩序列的循环移位，经过串并变换后送入IFFT，变成时域调制信号；

(2)调制后的并行时域信号经过并串变换，再插入导频符号，经过信道发送到接收端；

(3)接收端收到的信号包括导频符号和数据帧，经过串并变换后，首先送到FFT，由收到的导频符号，估计短波信道的传输函数；

(4)接收端接收到的数据帧，根据估计的信道传输函数，得到MRCE的均衡系数，均衡系数的幅度使用信道传输函数的幅度

相位使用共轭φ′_n＝-φ_n，进行最大比信道均衡；

(5)经过最大比均衡后的各个子载波数据和本地扩频码产生的序列进行相关，判决得到解扩数据，接收机继续接收下一个数据帧。

2.根据权利要求1所述的应用于短波MC-CDMA的最大比信道均衡方法，其特征在于在步骤(1)中，在n个子载波上传输伪随机序列的n个码元，每帧传输的数据比特为：m＝log₂n，这m个数据作为一帧数据映射成直扩序列位移时，比特相近的帧映射的直扩序列循环位移也相近，相邻位移对应数据帧的比特差异为1。

3.根据权利要求1所述的应用于短波MC-CDMA的最大比信道均衡方法，其特征在于在步骤(4)中，对估计得到的各个子载波信道参数进行均衡的时候，相位按传统方式补偿，而幅度按最大比方式进行补偿。

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