CN1184785C

CN1184785C - 正交多载波系统发射分集的方法

Info

Publication number: CN1184785C
Application number: CNB011391383A
Authority: CN
Inventors: 樊凌涛; 陈健
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2021-12-20
Also published as: CN1352505A

Abstract

正交多载波系统发射分集的方法，在发射端，有J个用户的二进制数据流，对每一个用户的二进制数据流安排一个扩谱码或称特征码，每一个用户的二进制数据流产生L个扩频码流，与此对应发射端有L个空间发射分集通道，在接收端，接收和解调发射机发射的信号，对某一用户j，有L个解扩通道，L个解扩通道的输出被合并，合并的结果被送到判决器判决，在发射端，J个用户的扩谱码采用伪随机序列或正交序列集，每一个用户分配其中之一个序列作为其扩谱码，每一个用户的L个扩频码流是通过对分配的扩谱码循环移位产生的新的L个扩频序列再对同一数据流分别扩频产生的。本发明抑制了移动通信和无线局域网的严重信道衰落影响，明显提高通信系统的性能。

Description

正交多载波系统发射分集的方法

技术领域：本发明涉及的是一种发射分集的方法，特别是一种正交多载波系统发射分集的方法，属于通信技术领域。

背景技术：在无线通信系统中，无论是“点到点”还是“点到多点”的数据(包括语音、数据、视频)传输，由于信号受到地物、大气、收发机移动等的影响，都要经历不同的衰落。这种衰落的直接结果是导致传输信号幅度的降低和时频上的扩散，最终影响通信系统传输的可靠性和频谱效率。通信系统的资源，特别是功率、频谱是受标准限制的，在特定的资源条件下，提高传输系统的效率是当前和今后多媒体无线通信的基本要求。但是空间传输面临的衰落效应在通信系统的其它方面，如信源编码、信道编码、调制、复用和多址技术已经比较成熟之后变成了阻碍提高数据率的主要“瓶径”。在第3代移动通信系统标准中采用的或建议的发射分集方式有多种：延迟发射分集、正交发射分集、时域转换发射分集、选择发射分集空-时发射分集等，这些发射分集方式都是近年来提出的，并且准备应用在实际的系统中，但都是针对码分多址系统的。经文献检索发现，有一文“Spatialtransmit diversity techniques for broadband OFDM systems”(KaiserStefan.IEEE Global Telecommunications Conference 3，2000，p 1824-1828){“宽带正交频分复用系统的空间发射分集技术”(斯迪芬.恺撒，IEEE2000年国际通信会议，1824-1828页)}中所提方案，其中正交频分复用(OFDM)系统延迟分集增加了正交频分复用符号间的保护时间间隔，因此降低了有效的数据传输率；空-时编码方案有较好的分集增益，但接收机端的解码与信号处理算法复杂；转换分集方案的分集信号设计简单，但分集重数受到限制。码分多址系统的正交发射分集，在时域进行，简单有效，将分集通道作为另一个用户对待，但是占用了正交码资源。

发明内容和具体实施方式：针对现有技术的不足，本发明提供一种正交多载波系统发射分集的方法，本发明是正交多载波码分多址系统的一种发射分集方案。在码分多址系统中，扩频序列集合中的每一个序列{C_j，n}作为一个用户的特征码，由于序列{C_j，n}良好的自相关特性，它与它任意循环移位后的序列的相关值非常低，当满足序列的周期性不变时，则在多载波码分复用系统仍可同用户特征码一样处理。本发明即利用了这个特性进行发射分集，发射机部分包括多个发射天线及同样数量的发射分集通道，每一个发射分集通道接受多个用户的数据输入，多个用户的输入是由各用户扩频码扩频后的用户数据。每一个用户分配一个扩频码，同一用户对应各发射分集通道时采用的扩频码是同一个扩频码序列的各循环移位。扩频码序列是具有低的周期自相关值和互相关值的伪随机码。每一个发射分集通道由正交频分复用调制单元和数模转换器及射频前端构成，正交频分复用调制单元将输入的串行数据调制到各正交子载波上。

它包含多个用户(假设为J个用户：1，2，...，j，...，J)和多个发射天线，同时可以将J个用户的数据在同样的频段上由L(这是空间分集重数)个不同的天线上发射出去。我们定义对应不同发射天线的数据通道为发射分集通道，L为小于M的整数，它不能大于扩频码的周期长度。

每一个用户的源数据首先经过自己的编码器单元，编码器进行相应的信道编码和交织处理，这在一般通信系统是必不可少的对抗干扰和衰落的措施，各用户编码器的功能和参数可以相同，也可以不同，依赖于用户数据对传输质量的要求。

每一个用户编码器的输出同时连接到L个扩频单元，扩频单元根据连接的扩频码发生器PN-j-l(表示第j用户、第l个发射分集通道的扩频码发生器，共J×L个)产生的扩频码对输入数据扩频。

扩频码发生器PN-j-l连接到对应的扩频器单元上。同一分集通道的各扩频器单元的输出一起连接到一个加法器∑上。

各扩频码发生器PN-j-l是同步的，产生不同的扩频码序列。假设每一个用户的扩频码是伪随机序列集合中的一个：{C_j，n}＝[C_j，1C_j，2C_j，3，...，C_j，M]，扩频码的长度为M，j＝1，2，...，J，那么扩频码发生器PN-j-l输出的码序列为：

{C_j，l，n}＝[C_j，iC_j，i+1...C_j，M-1C_j，1C_j，2...C_j，i-1]，1≤l≤L，1≤j≤M，1≤i≤M

其中j表示第j个用户，l表示第l个分集通路，i表示第l个分集通道扩频码的移位值，M是扩频码长度。每一个分集通道扩频码的移位值i与l无直接关系，可以使i与l相同，也可以使i与l不相同，但不同的l必须对应不同的i，以保证它们之间的不相关性。

如对用户1，其扩频码序列为{C_1，n}＝[C_1，1C_1，2C_1，3，...，C_1，M]，则对应各分集通道的伪随机码发生器产生的伪随机序列可以选择如下一种方案：

PN-1-1：{C_1，1，n}＝[C_1，1C_1，2C_1，3C_1，4...，C_1，M]

PN-1-2：{C_1，2，n}＝[C_1，2C_1，3C_1，4，...，C_1，MC_1，1]

PN-1-3：{C_1，3，n}＝[C_1，3C_1，4C_1，4，...，C_1，MC_1，1C_1，2]

......

PN-1-l：{C_1，l，n}＝[C_1，lC_1，l+1C_1，l+2，...，C_1，MC_1，1...C_1，l-1]

.......

PN-1-L：{C_I，L，n}＝[C_1，LC_1，L+1C_1，L+2，...，C_1，MC_1，1...C_1，L-1]

扩频器单元的功能实际是实现对输入数据的调制，调制按对应扩频码发生器输入序列进行，一个原宽度为T_b的数据位被扩展为M个宽度为T_b/M的码片，即一个数据位对应M个扩频码片。若数据位的值为b_p，某一分集通道的扩频码发生器输出的序列为C_j，1C_j，2...C_j，M，那么扩频器对应此位的输出序列为b_pC_j，1b_pC_j，2...b_pC_j，M。

加法器∑单元的功能是实现在同一分集通道各个不同用户扩频输出的迭加，它的输出是所有当前活动用户数据的和。若有J`个活动用户，则在同一码片时刻的输出值为

Σ_{j = 1}^{J^{'}} b_{n}^{j} C_{j, m},

其中b_n ^j是第j个用户的第n个数据，C_j，m是第j个用户扩频序列的第m位码片值。迭加后的输出送到正交频分复用调制单元，它由级连的4部分组成。正交频分复用调制单元完成输入数据的多载波正交频分复用调制，将沿时间方向上的扩谱转换为频率方向上的扩谱，这是正交多载波码分多址与DS-码分多址的本质不同之处。

正交频分复用单元的第一部分是“串行-并行”转换器单元1，将加法器单元∑输出的串行码片信号分成数据块，每块长度为P×M，P为大于或等于1的整数，视系统带宽与分集增益要求而定，M是扩频序列周期长度。然后将它转换为并行的P×M路，称为一个FFT数据块(傅立叶变换数据块)，它实际包含P个有效数据位，转换为并行后数据位宽度相应增加P倍，变为P×T_b。

“串行-并行”转换器的输出连接到IDFT(离散傅立叶变换器)单元2，IDFT的作用相当于子载波调制，将输入的FFT数据块分配在不同的正交子载波上，然后变换到时域。IDFT是2(P×M+2×N)点的离散傅立叶变换器，它决定系统的带宽，其中选择N点的空白位于IDFT的两端，以防止接收机端频带的混叠并易于多频带时频带的隔离。即单元2的一次输入是一个FFT数据块加2N个零值，我们称其为一个FFT块(与FFT数据块差2N点)。当这一步完成后，原来在时间方向进行的扩频调制已经转换为在频率方向的扩频调制。

IDFT的输出被取实部后连接到保护间隔插入单元3，在此插入循环前缀CP。循环前缀插入是将IDFT的后N_G点输出复制到整个输出的前端，数据块又增加了N_G点，目的是防止由于信道的扩散造成正交频分复用符号间的干扰。

保护间隔插入后的输出连接到“并行-串行”转换单元4，将并行的数据样点转换为串行的数据样点，这样构成一个实际传输的正交频分复用符号。系统连续运行时，输出的就是一个接一个的正交频分复用符号。

为保证各子载波的正交性，子载波间的频率间隔Δf必须为1/(T_o-t_c)，T_o是整个正交频分复用符号的持续时间，包括插入的循环前缀的时间，t_c是循环前缀的时间间隔。

正交频分复用调制器的输出连接到D/A数模转换器单元，时域串行的离散数据被转换为时域连续的信号。

D/A转换器的输出连接到RF射频单元，射频单元将模拟的低通信号，上变频到系统要求的射频波段，并进行必要的滤波、放大。

射频单元输出是放大的高频信号，它连接到对应的天线(A₁-A_L)发射到空间。

在接收机端，同一般的无线接收系统一样，接收机天线接收的空间信号首先经过射频前端处理(包括放大、混频、滤波等)解调后得到基带信号，基带信号再经过各子载波解调后形成符号级信号。分集合并单元的输出形成系统的判决变量，输出到接收机的判决解码单元进行判决、解码，得到最终结果。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明可以应用于高速蜂窝移动通信系统或者无线局域网的收发机中，实现“点对点”或“点对多点”的双向通信，本发明以简单实用的发射分集方法抑制了移动通信和无线局域网的应用环境存在严重的信道衰落的影响，明显提高通信系统的性能。

Claims

1、一种正交多载波系统发射分集的方法，其特征在于，在发射端，有J个用户的二进制数据流，对每一个用户的二进制数据流安排一个扩谱码或称特征码，每一个用户的二进制数据流产生L个扩频码流，与此对应发射端有L个空间发射分集通道，在接收端，接收和解调发射机发射的信号，对某一用户j，有L个解扩通道，L个解扩通道的输出被合并，合并的结果被送到判决器判决，在发射端，J个用户的扩谱码采用伪随机序列或正交序列集，每一个用户分配其中之一个序列作为其扩谱码，每一个用户的L个扩频码流是通过对分配的扩谱码循环移位产生的新的L个扩频序列再对同一数据流分别扩频产生的。

2、根据权利要求1所述的正交多载波系统发射分集的方法，其特征是，所述的二进制数据流是用户的二进制信息数据经过信道编码、交织、加扰处理后的数据流。

3、根据权利要求1所述的正交多载波系统发射分集的方法，其特征是，每一个用户扩谱码的循环移位产生的是L个初始相位不同的扩谱序列，它们对同一扩谱码的循环移位初值不同，每一个用户，在接收机端解扩通道使用的L个扩谱码序列同接收端是一致的。

4、根据权利要求1所述的正交多载波系统发射分集的方法，其特征是，在同一个空间发射分集通道J个用户的扩频码流被合并在一起，各空间发射分集通道，均由合并器、OFDM调制器、D/A转换器和射频单元构成，合并器合并不同用户的扩频码流信号，OFDM调制器将串行输入的码流调制到各子载波上。

5、根据权利要求1所述的正交多载波系统发射分集的方法，其特征是，多载波码分多址发射分集系统，在发射机端，每一用户的二进制数据流并行输入到各自的L个扩频器，各自的L个不同的循环移位扩谱码序列也分别输出到相应的扩频器；L个扩频器的输出分别连接到L个合并器，L个合并器的输出分别连接到L个OFDM调制器，L个OFDM调制器分别连接到L个D/A转换器，L个D/A转换器分别连接到L个射频单元，L个射频单元分别连接到L个天线上，在接收机端，天线单元连接到射频单元，射频单元连接到A/D转换器上，A/D转换器的输出连接到OFDM调制器上，OFDM调制器的输出并行连接到L个解扩器上，某一用户的L个扩频码序列也输出到解扩器上，各解扩器的输出连接到一个合并器，合并器的输出连接到判决器。