CN1157031C - 正交频分复用（ofdm）通信系统中的数据传输设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多用户干扰正交频分复用OFMA通信系统中的数据传输设备及其方法。该系统包括：一个基站和若干个移动台，其组成设备包括产生信息比特的用户信源，用以编码调制的编码调制器，快速反傅立叶变换IFFT&插入循环前缀CPI器，符号级沃尔什扩频器，射频发射前端，发射天线，接收天线，射频接收前端，符号级沃尔什解扩器，去循环前缀CPD&快速傅立叶变换FFT器，最后是信道解调解码器和用户信宿，本发明有效地克服了CDMA系统中，由于使用伪随机PN扰码区分用户方法带来的缺陷。

Description

正交频分复用(OFDM)通信系统中的数据传输设备及其方法

技术领域

本发明涉及移动通信系统，更具体地说涉及多用户干扰正交频分复用OFMA通信系统中的数据传输设备及其方法。

背景技术

个人通信系统的发展领域为个人提供了能够支持各种业务(例如多媒体)的个人终端，因为组成的通信系统需要支持多用户，故必须解决多用户传输带来的干扰MUI。这个问题的解决方法有几种，典型的代表分别是：给每个地址分配特定的频段，称为频分多址FDMA，如1978年美国推出的先进移动电话系统AMPS，其主要缺点是有互调干扰和邻道干扰，在频率集重复使用的系统中还会有同频道干扰；给每个地址分配特定的时段，称为时分多址TDMA，如欧洲推出的GSM标准；给每个地址分配特定的伪随机PN扰码或其他正交码，称为码分多CDMA，如美国电信工业协会批准的IS-95标准；而国际移动电信IMT批准的IMT2000标准系列中，其主流也是采用码分多址方法的CDMA2000标准和WCDMA标准。现有的码分多址区分多用户方法是基于分配给每个用户特定的伪随机PN扰码，这种伪随机PN扰码并不绝对正交，故会在一定程度上引入多址干扰，而且基于PN扰码的多用户检测方法需要进行大量而复杂的相关运算，大大增加系统设备的复杂度和系统时延，特别是当采用自适应算法并对扩频码较长的系统更是如此。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的伪随机PN扰码并不绝对正交，故会引入多址干扰进而增加系统设备的复杂度和系统时延的缺陷，提供一种具有零用户干扰正交频分复用OFDM通信系统中的数据传输设备及其方法。

本发明的技术方案为：

正交频分复用通信系统中的数据传输设备及其连接方式如下所述：

信源产生信息比特经过信道编码调制器对信息比特进行信道编码和载波调制，然后送给IFFT&CPI运算处理器；IFFT&CPI运算处理器对调制信号符号进行IFFT运算和插入循环前缀的操作；然后送给下级的扩频器，该扩频器就是符号级沃尔什扩频(Symbol-WiseWalsh Spreading)器，用于对矢量信号符号进行符号(Symbol)级的沃尔什(Walsh)扩频；然后把信号送给射频发射前端，射频发射前端用于对信号符号进行发射前处理，并把微波信号馈给天线发射；发射部分最后一级就是发射天线，用于将微波信号发射出去；

接收天线，用于接收空中的微波信号；然后经过模拟电路把信号送给符号级沃尔什解扩(Symbol-Wise Walsh De-Spreading)器对矢量信号符号进行符号(Symbol)级的沃尔什(Walsh)解扩；然后把解扩后的信号送给CPD&FFT处理运算器，以用于对信号符号进行去前缀和FFT运算操作；然后把信号送给信道解调解码器，以用于解调制和信道解码从而得到信息比特并最后送给信宿。

还可以在数字基带末端加上信道增益器和发射滤波器，用以对信号增益和成型滤波。

正交频分复用通信系统中的数据传输方法，包括以下步骤：(1)信源产生信息比特；(2)对信源比特进行信道编码和调制；(3)对调制到N个正交子载波上的信号符号进行IFFT运算和CPI操作；(4)对矢量信号符号进行符号级(Symbol-Wise)沃尔什扩频；(5)射频发射前端处理；(6)发射天线发射；(7)接收天线接收；(8)射频接收前端处理；(9)对矢量信号符号进行符号级(Symbol-Wise)沃尔什解扩；(10)对矢量信号符号进行CPD操作和FFT运算；(11)对信号进行解调和信道解码；(12)将判决的信息比特送给信宿。

使用符号级沃尔什扩频(Symbol-Wise Walsh Spreading)器，用分配给每个用户的沃尔什(Walsh)码对其矢量信号符号进行符号级的Walsh扩频；以及在接收端做相应的解扩。

可以把Symbol-Wise Walsh Spreading器放在IFFT运算器之前，接收端相应在FFT运算器之后进行Symbol-Wise Walsh De-Spreading操作；类似的，也可以把Symbol-Wise Walsh Spreading器放在插入循环前缀(CPI)模块之后，接收端相应在CPD模块之前进行Symbol-Wise Walsh De-Spreading操作也可以完成同样的功能。

本发明由于通过利用Walsh码的绝对正交性来区分用户，在OFDM系统中对传输的信号进行符号级沃尔什扩频(Symbol-Wise WalshSpreading)的方法来实现零用户干扰，即使用分配给用户的Walsh码对用户的N维矢量信号符号进行扩频调制。克服了在CDMA系统中，由于使用伪随机PN扰码区分用户方法带来的缺陷。

附图说明

图1是多用户OFDM通信系统的示意图。

图2是多用户OFDM通信系统的结构图。

图3是符号级沃尔什扩频模块的结构示意图。

图4是符号级沃尔什解扩模块的结构示意图。

图5是多用户OFDM系统的零相关窗口图。

具体实施方式

如图1所示，一个基站101和若干个移动台102-105，基站和移动台通过微波进行通信，这里包括了从基站到移动台的下行链路和从移动台到基站的上行链路。

如图2，用户信源201产生信息比特，信息比特经过信道编码调制器202的编码和调制，得到调制信号；把调制信号分配到分配给用户的N个正交子载波上得到N维矢量信号符号，然后经过IFFT&CPI模块203，得到加了循环前缀时域矢量信号符号；符号级沃尔什扩频器204完成的工作是对从IFFT&CPI模块203输出的矢量信号符号进行符号级沃尔什扩频，具体扩频操作附图3说明，下文详述；发射机最后将扩频后的信号送到射频发射前端205，然后馈给发射天线206发射。接收天线207接收微波信号，并将信号传送到射频接收前端208；射频接收前端208将信号传往接收机后级处理；对应发射机的符号级沃尔什扩频器204，接收机的符号级沃尔什解扩器209要对信号符号进行符号级沃尔什解扩，具体解扩操作附图4说明，下文详述；解扩后将符号信号送往CPD&FFT模块210进行去前缀和快速傅立叶变换，得到基带调制信号；信道解调解码模块211对基带调制信号进行解调和信道解码，最后将解码后的信息比特传到用户信宿模块201，完成通信过程。

如图3所示是对矢量信号符号进行符号级沃尔什扩频的方法。矢量重复模块301用于对矢量信号符号进行重复repeat上抽样操作，重复的次数决定于沃尔什扩频码的长度，如果是沃尔什16扩频，则重复16次；沃尔什码产生器302用于产生对用户符号进行扩频的正交扩频码，每个用户分配唯一的具有同一长度的沃尔什码，各个用户之间的沃尔什码绝对正交，并以此来保证多用户的零相关干扰。乘法器303用于将重复后的符号和扩频码相乘，其数学表达式如下：

$\stackrel{\_}{O}\mathrm{ut}(t+{\mathrm{\τ}}_j)=W_M^{\′}(t+{\mathrm{\τ}}_j)*{\stackrel{\_}{S}}_M\left(t\right)$ (式3.1)

W_M′(t+ι_j)表示用户的沃尔什码，下标M和上标i表示该用户使用的沃尔什码长为M的第i序列的码，τ_j表示第j(j＝0，1，2…M-1)个沃尔什码片时刻； S_M(t)表示待扩频的矢量信号符号，其重复上抽样的次数为M次； Out(t+τ_j)就是(t+τ_j)时刻扩频输出的信号矢量。

如图4所示是对矢量信号符号进行符号级沃尔什解扩频的方法。沃尔什码产生器401用于产生该用户的沃尔什码，产生过程和扩频器的沃尔什码产生器302一样；乘法器402

用于将接收到的矢量信号符号和该用户的沃尔什码相乘，其数学表达式与式3.1相同。然后在累加平均器403内进行累加。累加也是符号级累加，即数学上的多个矢量累加为一个和矢量，累加运算周期与沃尔什码长M相同，且其累加运算周期与该用户沃尔什码周期同步；每次累加周期完成之后要对和矢量进行平均运算得到一个和平均矢量，该和平均矢量即为解扩器的输出。其数学表达式如下：

$\stackrel{\_}{O}\mathrm{ut}\left(t\right)=\frac{1}{M}\underset{j=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{W}_M^i(t+{\mathrm{\τ}}_j)*{\stackrel{\_}{S}}_M^{\′}(t+{\mathrm{\τ}}_j)$ (式4.1)

τ_j表示第j个沃尔什码片时刻；W′_M(t)表示用户的沃尔什码，下标M和上标i表示该用户使用的沃尔什码长为M的第i序列的码；S′_M表示解扩器输入矢量信号符号； O_ut表示解扩器的输出矢量符号。

如图5所示，是采用了符号级扩频方法的OFDM通信系统的多用户零相关干扰窗口图。可以看到在保护带时段内，可以完全达到到多用户的零相关干扰的性能。

以上即为OFDM系统发射机的数字基带部分的装置以及发射流程说明。

Claims (4)

1、一种正交频分复用通信系统中的数据传输设备，该设备包括信源、信道编码调制器、IFFT&CPI运算处理器、符号级扩频器、射频前端、发射天线以及相应接收设备。设备连接方法如下：

信源产生信息比特经过信道编码调制器对信息比特进行信道编码和载波调制，然后送给IFFT&CPI运算处理器；IFFT&CPI运算处理器对调制信号符号进行IFFT运算和插入循环前缀的操作；然后送给下级的扩频器，该扩频器就是符号级沃尔什扩频(Symbol-Wise Walsh Spreading)器，用于对矢量信号符号进行符号(Symbol)级的沃尔什(Walsh)扩频；然后把信号送给射频发射前端，射频发射前端用于对信号符号进行发射前处理，并把微波信号馈给天线发射；发射部分最后一级就是发射天线，用于将微波信号发射出去；

接收天线，用于接收空中的微波信号；然后经过模拟电路把信号送给符号级沃尔什解扩(Symbol-Wise Walsh De-Spreading)器对矢量信号符号进行符号(Symbol)级的沃尔什(Walsh)解扩；然后把解扩后的信号送给CPD&FFT处理运算器，以用于对信号符号进行去前缀和FFT运算操作；然后把信号送给信道解调解码器，以用于解调制和信道解码从而得到信息比特并最后送给信宿。

2、根据权利要求1所述的设备，还可以在数字基带末端加上信道增益器和发射滤波器，用以对信号增益和成型滤波。

3、正交频分复用通信系统中的数据传输方法，包括以下步骤：(1)信源产生信息比特；(2)对信源比特进行信道编码和调制；(3)对调制到N个正交子载波上的信号符号进行IFFT运算和CPI操作；(4)对矢量信号符号进行符号级(Symbol-Wise)沃尔什扩频；(5)射频发射前端处理；(6)发射天线发射；(7)接收天线接收；(8)射频接收前端处理；(9)对矢量信号符号进行符号级(Symbol-Wise)沃尔什解扩；(10)对矢量信号符号进行CPD操作和FFT运算；(11)对信号进行解调和信道解码；(12)将判决的信息比特送给信宿。

4、根据权利要求3所述的数据传输方法，其特征在于使用符号级扩频(Symbol-Wise Spectrum Spreading)器，用分配给每个用户的扩频码对其矢量信号符号进行符号级的扩频；以及在接收端做相应的解扩。

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