CN1501592A - 一种新的用于通信技术的多址方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新的用于通信技术的多址方法，它是根据用户的业务需求，将系统总的带宽进行分段，由系统子段分配模块为该用户分配相应的传输子段来传递用户的信息。当用户的数据率较低的时候，分配一个传输子段；当用户的数据率较高的时候，分配多个传输子段。本发明可以通过软件编程实现，也可以制成相应的硬件电路。采用本发明的多址方法，信息在无线信道上传输的灵活性更强，保证各个用户信息可靠、准确地传输，充分利用系统有限的频谱资源，使之得到最大限度的利用。
Description
技术领域
本发明属于通信技术的领域，特别涉及用于通信技术的多址方法。
背景技术
众所周知，在现有的通信技术中，广泛地采用多址技术。多址技术允许多用户同时共享有限的无线频谱，就可以分配有限带宽给多个用户来提高系统容量。采用多址技术的通信方法具有的优点是：多址技术的采用可以解决频谱数量上需求与供给的矛盾，就意味这有限的频谱可以容纳更多的用户，即意味系统容量的增加，同时意味着频谱利用率的提高；运营商硬件设备成本的降低。
现有的主要多址方法有：
(1)频分多址(FDMA)：频分多址分配给每一用户一个唯一的频段或信道，这些信道按要求分配给请求服务的用户，在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段。FDMA信道每次只能传送一个电话，如果一个FDMA信道没有使用，那么它就处于空闲状态，并且不能被其他用户使用以增加系统容量。详细内容见：Theidore S.Rappaport，“Wireless Communications Principle and Practice”，pp292-294，Dec.1999.
(2)时分多址(TDMA)：时分多址系统用时隙来区分用户，在每个时隙仅允许一个用户，N个时隙组成一帧。TDMA使多个用户共享一个载波频率，并且每一用户利用互不交叉的时隙，TDMA系统的数据传输不是连续的，而是分组发送的。内容详见：Theidore S.Rappaport，“Wireless Communications Principle and Practice”，pp295-297，Dec.1999.
(3)码分多址(CDMA)；码分多址系统利用不同的扩频码来区分不同的用户，多个用户占用相同的时隙，相同的频段，所不同的只是每个用户都有自己独特的扩频码，每个用户的不同的扩频码之间彼此正交，每个用户独立于其他用户而运行。内容详见：Theidore S.Rappaport，“Wireless Communications Principle and Practice”，pp298-300，Dec.1999.
(4)正交频分多址(OFDMA)的工作原理是：正交频分复用系统主要基于正交子载波技术，信息通过正交的子载波进行传输。详细内容见：Weinstein，S.B.，Ebert，P.M，“Data transmission by frequency division multiplexing using the discrete Fouriertransform，”IEEE Trans.On Comm.technology，Vol.19，No5，pp628-634.Oct.1971.
(5)上述几种多址方法的结合，MC-CDMA，即CDMA和OFDMA方法的结合。内容详见：Shinsuke Hara，Ramjee Prasad，“Overview of multicarrier CDMA，”IEEECommunications Magazine，pp126-133.DEC.1997.
为了不失一般性，以MC-CDMA为例，说明传统的多址方法的工作原理，其中发射机的工作原理如图1所示，串并转换单元1对数据流进行串行到并行的转换，然后再将用户数据与扩频码序列dj(0)，dj(1)，......dj(KMC-1)进行相乘，其中KMC为扩频增益，扩频以后的数据再进行多载波调制，即实现多载波扩频单元2以及逆离散富里叶变换(Inverse DiscreteForierr Transform，简称IDFT)单元3的功能，然后经过插入保护时隙4，最后送上载频5。
接收机的工作原理如图2所示，接收到的信号首先通过射频单元6进行下变频，然后经过去保护时隙单元7去掉保护时隙，然后子载波再与cos(2πΔf′t)，...cos(2π(Pm+p)Δf′t)...cos(2πP((KMC-1)+p)Δf′t)相乘，通过低通滤波器，即实现离散富里叶变换(DFT)模块8的功能，信号再和Gf′(0)，...Gf′(m)...Gf′(KMC-1)序列进行相乘，即实现解扩单元9的功能，最后进行判决输出。如图1、图2中所示的传统多址工作方法，虽然可以实现多用户共享系统带宽，但由于该方法中存在固定的扩频增益KMC以及固定的多载波数等缺陷，造成系统频谱的浪费，不能根据用户需求动态的频谱分配。
现有的采用多址技术的多址方法，如FDMA、TDMA等，它们存在的缺点是：
(1)由于用户终端的固有限制，当终端设计成同时全部接收此系统带宽时，由于功耗极大，使得电池容量不能负担。
(2)终端实现宽频接收天线有一定困难。
(3)接收终端灵活性较差，不能适应用户各种传输质量的要求。当用户数据速率较低的时候，存在显著的资源浪费情况。
(4)从FDMA到OFDMA，虽然频谱利用率有了一定的提高，但是面临对频谱需求日益增高的要求，依然有一定差距。
发明内容
本发明的任务是提供一种高资源利用率和高灵活性的多址方法，即采用本发明的多址方法，系统具有更强的灵活性，使得用户可以更大限度的利用频谱资源，更迅速、可靠地传递信息，而且可以大幅度降低接收终端的成本。
本发明提供的一种新的用于通信技术的多址方法，它是根据用户的业务需求，将系统总的带宽进行分段，由系统子段分配模块为该用户分配相应的传输子段来传递用户的信息。其特征是它采用以下方法实现：将系统总的带宽N进行分为M个传输子段，每个传输子段的频带宽度为N/M；当用户数据率较低(不大于一个传输子段的最大承载容量)的时候，分配一个传输子段，在该子段内，用户之间采用一种常用的多址方式(如CDMA，TDMA，FDMA，或OFDMA)，共享该传输子段的频率资源；当用户数据率较高(大于一个传输子段的最大承载容量)的时候，分配M＝2n(n为大于0的整数)个传输子段，用户数据率决定传输子段的数目，此时数据率较高的用户之间采用OFDMA、或TDMA多址方式、或TDMA结合OFDMA的多址方式，共享总的传输子段的频率资源。
如图3所示，本发明的具体实施步骤是：
1.确定系统总的带宽N，N表示系统带宽，单位为兆，将系统带宽分成M段；如图4所示；
2.根据用户的业务需求，判断用户的数据速率是否大于一个传输子段的最大承载容量λ，由系统子段分配模块为该用户分配相应的传输子段来传递用户的信息；
3.当该用户的数据率较低的时候(不大于一个传输子段的最大承载容量λ)，分配一个传输子段；
4.在该子段内，用户采用的多址方式可以是：CDMA，TDMA，FDMA，或OFDMA；
5.当用户的数据率较高的时候(大于一个传输子段的最大承载容量λ)，分配一个以上的传输子段，M＝2n，n＞0，n的取值取决于用户要传递的数据率；
6.根据用户的需求，该用户传输子段的频带宽度可以为：2N/M，4N/M，8N/M，...，2nN/M，其中n为大于0的整数；
7.数据率较高的用户采用的多址方式可以是：OFDMA、TDMA、或TDMA结合OFDMA的多址方式。
本发明系统子段分配模块部分创新点：现有的多址方法中，对频谱的利用率不高，在用户数据率较低的时候依然为其分配大量的系统带宽，这就造成频谱资源的巨大浪费，而对接收终端而言，由于现有的多址方法只能将终端的接收带宽设计成全部带宽，功耗极大，使得电池的容量不堪重负。本发明利用将系统总的带宽进行分段的思想，根据用户的业务需要，由系统子段分配模块为该用户分配相应的传输子段来传递用户的信息。根据用户的业务需求不同，当用户的数据率较低的时候(不大于一个传输子段的最大承载容量)，为其分配一个传输子段，在该子段内，用户之间采用一种常用的多址方式(如CDMA，TDMA，FDMA，或OFDMA)共享该传输子段的频率资源；当用户的数据率较高的时候(大于一个传输子段的最大承载容量)，分配M＝2n(n为大于0的整数)个传输子段，用户数据率决定传输子段的数目，此时数据率较高的用户之间采用OFDMA、或TDMA多址方式、或TDMA结合OFDMA的多址方式，共享总的传输子段的频率资源。这样使系统的频谱资源得到充分的利用，而且可以根据用户数据率的变化灵活的进行资源分配，就避免了频谱资源造成的浪费。
本发明发射机部分的实质：根据用户的业务需求，将系统总的带宽进行分段，将系统总的带宽N分为M个传输子段，每个传输子段的频带宽度为N/M，由系统子段分配模块为该用户分配相应的传输子段来传递用户的信息。当用户的数据率较低的时候(不大于一个传输子段的最大承载容量)，分配一个传输子段；当用户的数据率较高的时候(大于一个传输子段的最大承载容量)，分配M＝2n(n为大于0的整数)个传输子段，用户数据率决定传输子段的数目。这样就使系统的带宽得到了充分的利用；同时由系统子段分配模块分配给用户的子段数决定了发射机进行IDFT运算的长度和扩频操作扩频码的的长度。
本发明的工程实现与传统多址方法(FDMA，TDMA等等)相比，具有如下特点：
(1)本发明的终端设计更灵活。由于用户的需求不同，不同的用户有着不同的传输带宽，同时在接收端可以设计不同带宽的接收机，如此需要进行高数据率传输的用户就可以选择带宽较宽的接收终端来满足自己的需求，而普通的只需进行低速数据传输的用户(例如普通的话音业务)就可以选择窄带的接收终端，就充分降低了接收机的成本，减轻用户负担，不同的用户根据需求自主选择适合自己的不同带宽的接收终端，有着极大的灵活性。
(2)本发明的频谱利用率更高。当用户的数据率比较低的时候，采用本发明的多址技术，分配较少量的带宽给用户，同时将大量的带宽提供给大数据率的用户，这就保证了频谱较高的利用率。
(3)本发明的方法能够保证用户进行高速率传输时的传输质量。当用户进行高速率传输的时候，本发明的系统子段分配子模块为其分配较多的子段(也即较多的带宽)，就可以克服信道的频率从选择性衰落，利用频域分集，从而保证了信息可靠，高质量的传输，满足了用户的要求。
附图说明
图1是传统的多址方法的发射机工作原理图
其中，1是串并转换单元，2是扩频单元，3是IDFT单元，4是添加保护时隙单元，5是上变频单元；
图2是传统的多址方法的接收机的工作原理图
其中，6是下变频单元，7是去保护时隙单元，8是DFT单元，9是解扩单元；
图3分配子段过程的流程图
其中，λ是一个传输子段的最大承载容量；
图4是本发明系统子段分配模块系统原理图
其中，N系统总带宽，单位为兆，M是系统的子段数；
图5是本发明实施例发射机工作原理图
其中，10是系统子段分配模块，1是串并转换单元，2是扩频单元，3是IDFT单元，4是添加保护时隙单元，5是上变频单元；
图6是本发明实施例接收机工作原理示意图
其中，6是下变频单元，7是去保护时隙单元，8是DFT单元，9是解扩单元。
具体实施方式：
下面提供一种本发明在低数据率情况下(不大于一个传输子段的最大承载容量)的实施例。
实施例包括发射和接收两部分组成。
本发明发射机部分组成：包括系统子段分配模块10、串并转换单元1、扩频单元2、逆离散富里叶变换(Inverse Discrete Forierr Transform，简称IDFT)单元3、添加保护时隙单元4、射频单元5等单元，如图5所示。其中系统子段分配模块10为用户分配一个传输子段，用户之间采用MC-CDMA的多址方式，共享该传输子段的频率资源。系统子段分配模块10可以按照图3所示的分配子段过程的流程图，通过软件编程来实现，也可以制成相应的硬件电路，用硬件来实现。
发射机部分工作过程：
当用户的数据率较低的时候(不大于一个传输子段的最大承载容量)，分配一个传输子段，在该子段内，用户之间采用一种常用的多址方式：MC-CDMA多址方式。
串并转换单元1对数据流进行串行到并行的转换，然后再将用户数据与扩频码序列dj(0)，dj(1)，......dj(KMC-1)进行相乘，其中KMC为扩频增益，扩频以后的数据再进行多载波调制，即实现多载波扩频单元2以及逆离散富里叶变换(Inverse Discrete ForierrTransform，简称IDFT)单元3的功能。
在图5中，串并转换单元1、多载波扩频单元2、逆离散富里叶变换单元3、添加保护时隙单元4、上变频单元5的实现均为现有技术。
本发明接收机部分：
本发明接收机部分组成：包括射频单元6、去保护时隙单元7、离散富里叶变换(DFT)单元8、解扩单元9组成，如图6所示。
本发明接收机部分工作过程：
工作过程：接收到的信号首先通过射频单元6进行下变频，然后经过去保护时隙单元7去掉保护时隙，然后子载波再与cos(2πΔf′t)，...cos(2π(Pm+p)Δf′t)...cos(2πP((KMC-1)+p)Δf′t)相乘，通过低通滤波器，即实现离散富里叶变换(DFT)模块8的功能，信号再和Gf′(0)，...Gf′(m)...Gf′(KMC-1)序列进行相乘，即实现解扩单元9的功能，如图6所示。
如图6所示的接收机中各个模块的实现均为现有技术。
本实施例的接收机在进行DFT变换解扩操作时，DFT运算的长度和扩频序列的长度都是由系统子段分配模块所决定的。根据用户的业务需求，设计各种不同带宽的接收终端，主要依据是系统子段分配模块为该用户分配的传输带宽：当用户的数据率较低的时候(不大于一个传输子段的最大承载容量)，为其分配一个传输子段，当用户的数据率较高的时候(大于一个传输子段的最大承载容量)，分配M＝2n(n为大于0的整数)个传输子段。这样，用户可以选择不同接收带宽的终端，既能充分的满足自己的业务需求；又可以降低接收终端的成本。
本发明接收机部分的实质：根据用户的业务需求，由系统子段分配模块为该用户分配相应的传输子段来传递用户的信息。接收机根据系统分配给用户的带宽进行相应的DFT和解扩等操作。
需要说明的是，上面提供了一种低数据率情况下(不大于一个传输子段的最大承载容量)的具体实施例，用户之间采用的是MC-CDMA多址方式，用户之间也可以采用CDMA，TDMA，FDMA，或OFDMA。高数据率(大于一个传输子段的最大承载容量)用户之间采用多址方式的发射机和接收机基本原理与低数据率用户基本相同。
纵上所述，采用本发明的多址方法，信息在无线信道上传输的灵活性更强，保证各个用户信息可靠、准确地传输，充分利用系统有限的频谱资源，使之得到最大限度利用，同时终端又可以满足用户的多样性需求，如终端较长的待机时间、较低的射频辐射功率等。
Claims (2)
1、一种新的用于通信技术的多址方法，其特征是：将系统总的带宽N分为M个传输子段，每个传输子段的频带宽度为N/M；当用户数据率较低(不大于一个传输子段的最大承载容量)的时候，分配一个传输子段，在该子段内，用户之间采用多址方式可以是：CDMA、TDMA、FDMA、OFDMA，共享该传输子段的频率资源；当用户数据率较高(大于一个传输子段的最大承载容量)的时候，分配一个以上的传输子段，用户数据率决定传输子段的数目，用户之间采用的多址方式可以是：OFDMA、或TDMA多址方式、或TDMA结合OFDMA的多址方式，共享总的传输子段的频率资源。
2、根据权利要求1所述的一种新的用于通信技术的多址方法，其特征是所述的传输子段数为：M＝2n，n≥0，n的取值取决于用户要传递的数据率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA021341087A CN1501592A (zh) | 2002-11-19 | 2002-11-19 | 一种新的用于通信技术的多址方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CNA021341087A CN1501592A (zh) | 2002-11-19 | 2002-11-19 | 一种新的用于通信技术的多址方法 |
Publications (1)
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| CN1501592A true CN1501592A (zh) | 2004-06-02 |
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ID=34231382
Family Applications (1)
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| CNA021341087A Pending CN1501592A (zh) | 2002-11-19 | 2002-11-19 | 一种新的用于通信技术的多址方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN1501592A (zh) |
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2002
- 2002-11-19 CN CNA021341087A patent/CN1501592A/zh active Pending
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