CN1564496A - 应用多模turbo码的码分多址通信系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用多模TURBO码的码分多址通信系统。它包括至少一个基站和多数个与基站通信的移动台，该基站和各移动台分别包括动态多模TURBO码编码器组和动态多模TURBO码解码器组，该动态多模TURBO码编/解码器组的TURBO码之间两两正交或交织图两两正交。另外，本发明也涉及一种带动态多模TURBO码编解码器组的移动台，一种带动态多模TURBO码编解码器组的基站和一种应用动态多模TURBO码编解码器组的码分多址系统通信方法。本发明可以将不同TURBO码组使用相同扩频码的移动台用户群有效分离，有效增加CDMA系统的容量。

Description

应用多模TURBO码的码分多址通信系统和方法

技术领域

本发明涉及一种应用动态多模TURBO码的码分多址通信系统和方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

现有CDMA系统的用户容量的增加取决于系统的扩谱码的长度，当系统的扩谱码的长度给定，如CDMA2000为64，WCDMA为128时，系统的同时通话的用户数限制在64和128，而无法继续扩大服务用户的数目，限制了系统容量。码分多址(CDMA)系统的实际运营中，在现有的技术条件下，当出现系统容量不足时，通常的解决方法是提高基站密度以增加系统容量，但是这需要大量的经济投入。

现有的TURBO信道编解码器，是常用的信道编码器，目前只是将TURBO信道编解码器应用于信道编解码、降低误码率或者空—时信道纠错编码等方面。

现有的CDMA2000与WCDMA系统方案中，基站与移动台使用单模TURBO信道编解码器，因而不能利用TURBO信道编解码器进行系统的用户增容。

发明内容

本发明的目的是提出一种应用动态多模TURBO编解码器的码分多址移动通信系统，它可以在有限的扩谱码长度限制下扩大CDMA系统容量。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种应用动态多模TURBO码编解码器组的码分多址通信系统，包括至少一个基站和多数个与基站通信的移动台，其特征在于，该基站和各移动台分别包括对用户数据进行编码的动态多模TURBO码编码器组和对接收信号进行解码的动态多模TURBO码解码器组，该动态多模TURBO码编/解码器组的TURBO码之间两两正交或交织图两两正交。

其中，该动态多模TURBO编/解码器组的TURBO码彼此正交，但交织器相同；该动态多模TURBO编/解码器组的交织图彼此正交，但TURBO码相同；或者，该动态多模TURBO编/解码器组的TURBO码与交织图均彼此正交。

该动态多模TURBO码编/解码器组是一个可变参数的TURBO码编/解码器。

该动态多模TURBO码编/解码器组包括至少两个TURBO码编/解码器，且各TURBO码编/解码器的TURBO码之间两两正交或各TURBO码编/解码器的交织图两两近似正交。

本发明还提供一种带动态多模TURBO码编解码器组的移动台，其特征在于，包括对用户数据进行编码的动态多模TURBO编码器组和对接收信号进行解码的动态多模TURBO解码器组，该动态多模TURBO码编/解码器组有至少两个模态，且在各模态中的TURBO编/解码器的TURBO码之间两两正交或交织图两两近似正交。

其中，该动态多模TURBO码编/解码器组是一个可变参数的TURBO码编/解码器。

该移动台TURBO码编码器组中的TURBO码编码器均连接一扩频电路，该TURBO码编码器对扩频电路输出的扩频信号进行编码；该移动台TURBO码解码器组中的TURBO码解码器均连接一匹配滤波器，该TURBO码解码器对移动台接收信号解码后输出给该匹配滤波器。

该TURBO码编码器和TURBO码解码器根据基站的控制信令改变TURBO码。

本发明还提供一种带动态多模TURBO码编解码器组的基站，其特征在于，包括动态多模TURBO编码器组和动态多模TURBO解码器组，该动态多模TURBO码编/解码器组有至少两个模态，且在各模态中的TURBO编/解码器的TURBO码之间两两正交或交织图两两近似正交。

其中，该动态多模TURBO码编/解码器组包括至少两个TURBO码编/解码器，且各TURBO码编/解码器的TURBO码之间两两正交或各TURBO码编/解码器的交织图两两近似正交。

该TURBO码解码器分别与多个匹配滤波器连接。

本发明还提供一种应用动态多模TURBO码编解码器组的码分多址系统通信方法，该系统包括至少一个基站和多数个与基站通信的移动台，基站与移动台都包括TURBO编/解码器组，该TURBO编/解码器组的TURBO码之间两两正交或交织图两两近似正交，其特征在于，

1)基站根据各个TURBO码道的占用情况给每个申请接入的移动台分配一个TURBO码；

2)基站用与步骤1)中分配的TURBO码相应的TURBO码编码器对数据进行编码，并发送信号给申请接入的移动台；

3)移动台接收步骤2)中的下行信号并用相应的TURBO解码器对接收信号解码；

4)移动台对解码信号解扩得到还原数据；

5)在上行链路，移动台信号扩频，再用基站分配的TURBO码编码发射；

6)基站接收上行信号，用该TURBO编/解码器组解码，然后用扩频码匹配滤波，还原信号。

所述方法，其特征在于，步骤1)中基站根据TURBO码道的占用情况，通过控制信道的控制信令，分配移动台用户至空闲TURBO码道，移动台根据控制信令设定TURBO码编/解码器的TURBO码或交织图。

本发明的动态多模TURBO解码器组的CDMA系统，将不同TURBO码组使用相同扩频码的移动台用户群有效分离，增加CDMA系统的容量。在用户容量扩大4倍时，本发明系统的信噪比与误码率仍使CDMA系统正常工作。

附图说明

下面通过附图及实施例对本发明进行详细阐述。

图1是本发明动态多模TURBO编解码器组中的TURBO编码器模块图。

图2是本发明动态多模TURBO编解码器组中的TURBO解码器模块图。

图3是本发明基站应用动态多模TURBO编码器组划分小区中移动用户群的示意图。

图4是本发明基站中动态多模TURBO解码器组的结构示意图

图5是本发明移动台中动态多模TURBO编码器组的结构示意图。

图6是本发明移动台动态多模TURBO解码器组的结构示意图。

图7是应用本发明的256用户CDMA系统小区的SINR曲线。

图8是应用本发明的256用户CDMA系统小区的BER曲线。

具体实施方式

本发明将CDMA系统中使用相同扩谱码的用户，依据其使用的不同的TURBO码，划分到不同的用户群中，从而增加CDMA系统的容量。

在CDMA系统的一个小区中，假设有M×K个通信中的用户，但仅有M个扩谱码可供使用。CDMA小区中的每个基站和每个移动台内设有动态多模TURBO编解码器组。

如图1和图2所示，动态多模TURBO编解码器组的三种实现方式：

(1)动态多模TURBO编解码器组由K个如图1和2所示的TURBO编解码器组成，这些编解码器的TURBO码彼此正交，但交织器相同；

(2)动态多模TURBO编解码器组的TURBO码相同，但是各编解码器分别使用不同的交织器，其各交织图彼此近似正交；

(3)结合上述两种方式，动态多模TURBO编解码器组的TURBO码彼此正交，其交织器的交织图亦是彼此近似正交。

第三种方法实现起来比前两种方法要复杂，但是可以实现更多的TURBO编解码器模态，达到更高的增容效果。Turbo码或交织器的改变均可改变Turbo码编解码器的模态，从而形成动态多模Turbo码编解码器组。

具体结合图1，TURBO编码器包括两个反馈的系统卷积码编码器通过一个随机交织器并行连接，编码后的校验位经过删余阵，复用后得到不同码率的码字。

图2是TURBO解码器电路结构图。Turbo码译码器的基本结构由两个软输入软输出(SISO)译码器DEC1和DEC2级联组成，译码器中的交织器和对应的编码器中所使用的交织器相同。译码器DEC1对分量码RSC1进行最佳译码，产生关于信息序列u中每一比特的似然信息，并将其中的“新信息”经过交织送给DEC2，译码器DEC2将此信息比特作为先验信息，对分量码RSC2进行最佳译码，产生关于交织后的信息序列中每一比特的似然比信息，然后将其中的“外信息”经过解交织送给DEC1，进行下一次译码。经过多次迭代，DEC1和DEC2的外信息趋于稳定，似然比渐进值逼近于对整个码的最大似然译码，然后对此似然比进行硬判决，即可得到信息序列u的每一比特的最佳估计序列

从而完成译码，恢复出发端所发送的信号。

下面结合图3介绍在基站中的动态多模TURBO编码器组。基站的动态多模TURBO编码器组有K个并行工作的不同的编码器，分别是TE₁，TE₂，……TE_K，TE_k表示第k个TURBO编码器(k＝1、2……K)。基站通过不同的Turbo编码器将小区内的移动用户分为K组进行编码，每组最多有M个用户。基站用并行工作的Turbo解码器组和扩频码匹配滤波器分离不同Turbo码道的移动用户信号。

基站中的动态多模TURBO编码器组分配移动台TURBO码的流程是：

1)接收小区内移动台接入请求

2)基站查询小区TURBO码道的占用情况，分配可以指派给接入移动台的TURBO码

如果基站与移动台均支持K个TURBO编解码器，则小区可构成K个TURBO码道。基站根据小区内的移动台总数分配移动台使用的TURBO码。基站在其保存的小区TURBO码道的占用情况数据库中对K个TURBO码道逐一查询；根据各个TURBO码道占用情况，判断是否有空闲TURBO码道，如果有，则接入；如果没有空闲TURBO码道，则拒绝移动台的接入请求。可以理解，基站也可以用其他方法，判断是否有空闲TURBO码道，或者是，判断可以接入新用户的码道。基站可以均衡分布各码道用户数量。

基站利用不同的TURBO码道，将小区中的正在使用的移动台分成K群，每一群有M个移动台，这M个移动台使用的TURBO码是相同的，但是扩谱码不同。在不同TURBO码道中的移动台可以使用相同的扩谱码。多模TURBO编码器组实现不同的TURBO编码解码，从而有效地划分用户群。基站对K个不同TURBO编码器组的移动台用对应的扩谱码进行解扩，将小区的容量由M扩大到M×K。

3)基站根据步骤2)，通过控制信道的控制信令，指派移动台用户至空闲TURBO码道。

4)在与移动台建立连接后，基站发给在第m个移动台的信号b_km进入第k个TURBO编码器TE_k的输入端，基站编码后输出端信号S_km为

$S_{k,m}\left(t\right)={\mathrm{TE}}_k\left[\sqrt{P_{k,m}}{c}_m\left(t\right)b_{k,m}\right],0\≤t\≤T$

其中 b_k，m，T和c_m(t)分别代表信号幅度、信息符号、符号间隔和第n个信号波形，TE_k[·]表示第k个Turbo编码。c_m(t)表示第m个扩谱信号波形，写为

$c_m\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{c}_m\left[n\right]q(t-n{T}_c),0\≤t\≤T$

其中N为处理增益，c_m[n]为第m个CDMA信道的扩频码，q(t)为持续时间为T_c＝T/N的切普波形。

图4中，基站设有动态多模TURBO解码器组，包括并接的k个TURBO解码器(见图2)，用TD_k(k＝1、2……K)表示。每个TURBO解码器分别连接M个匹配滤波器MF₁、MF₂……MF_M。基站中的K个TURBO解码器同时工作，每一TURBO解码器对应一移动台用户群，各用户群的用户均可使用M个CDMA扩谱信道，由连接在TURBO解码器后的匹配滤波器解扩。动态多模TURBO编解码器不仅有信道编解码的作用还起到滤波的功能。

基站接收到接收信号，输入到动态多模TURBO编解码器组的各个TURBO解码器。其中，第k个TURBO解码器解码出使用第k个TURBO码的移动台用户群的信号，而其它TURBO码组的用户信号经过该解码器将被滤掉，无法进入后继的匹配滤波器。对于第k个TURBO码的移动台用户群，基站利用M个扩谱码匹配滤波器MF₁、MF₂……MF_M，得到解扩后的第k个TURBO码组的M个移动用户的信号b_km(k＝1、2……K；m＝1、2……M)。

基站的接收信号为

$r\left(t\right)=\mathrm{\Σ\Σ}{\mathrm{TE}}_k\left[\sqrt{P_{k,m}}{c}_m\left(t\right)b_{k,m}\right]{\mathrm{\α}}_{k,m}+n\left(t\right)$

其中，b_k，m[n]表示第k个TURBO码道中的第m个移动用户的数据的第n个符号，设定n(t)为噪声，信息符号为QPSK符号，α_k，m表示第k个TURBO码道中的第m个移动用户的信道衰减。

在图4中，该接收信号经过基站的第k个Turbo解码器，并解扩后的输出如下

$y_{k,m}\left[n\right]={\mathrm{\β}}_k\sqrt{P_{k,m}}{\mathrm{\α}}_{k,m}{b}_{k,m}\left[n\right]+{\mathrm{\β}}_k\underset{\underset{l\≠m}{j=1}}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{P_{l,j}}{\mathrm{\ρ}}_{l,j}{\mathrm{\α}}_{l,j}{b}_{l,j}\left[n\right]+\underset{\underset{l\≠k}{l=1}}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_l\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{P_{l,m}}{\mathrm{\ρ}}_{l,m}{\mathrm{\α}}_{l,m}{b}_{l,m}\left[n\right]+n_m\left[n\right]$

这里，

ρ_l，m(归一化后)为第k个Turbo码道中，第l个移动台的扩谱码和第m个移动台的扩谱码波形的互相关系数；

P_k，m为基站发射给第k个Turbo码道中的第m个移动台发射功率，P_l，j与P_l，m的定义类似；

α_k，m(归一化后)为基站至第k个Turbo码道中第m个移动台的信道衰减，α_k，j与α_l，m的定义类似；

β_k第k个Turbo码道的的信道衰减，β_l的定义类似；

b_k，m[n]为基站发射给第k个Turbo码道中第m个移动台的数据，b_l，j[n]和b_l，m[n]的定义类似；

n_m[n]为第k个Turbo码道中第m个移动台的接收的总噪声。

下面结合图5和图6说明移动台利用动态多模TURBO编解码器组通信的方法。

如图5、6所示的移动台的动态多模TURBO编/解码器组包括一个扩频电路/解扩电路和一个与之连接的TURBO编解码器。每个移动台均支持K种模态TURBO编解码器，移动台中的控制单元依据基站提供的TURBO用户群分划信息，动态的选择当前使用的编/解码器。移动台的TURBO码编解码器是一个可变参数的编/解码器，不同于基站的动态多模编码器组。移动台根据基站在下行控制信道发出的控制信令切换到预定的TURBO码的编码器。

移动台动态多模TURBO编解码器组的工作流程为：

1)对上行数据扩频

第k个TURBO码道的第m个移动台发给基站的信号b_km在扩频电路扩频，得到扩频后信号c_m(t)b_k，m，其中，c_m(t)表示第n个信号波形，写为

$c_m\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{c}_m\left[n\right]q(t-n{T}_c),0\≤t\≤T$

其中N为处理增益，c_m[n]为第m个CDMA信道的扩频码，q(t)为持续时间为T_c＝T/N的切普波形。

2)切换TURBO码到基站指派的TURBO码

移动台根据基站在下行控制信道发出的控制信令切换到指定的TURBO码的编码器。

3)用指派的TURBO码对扩频后信号编码，得到编码后信号

对扩频后信号，由本机第k个TURBO编码器TE_k编码后的信号S_k，m(t)为

$S_{k,m}\left(t\right)={\mathrm{TE}}_k\left[\sqrt{P_{k,m}}{c}_m\left(t\right)b_{k,m}\right],0\≤t\≤T$

其中

b_k，m，T和c_m(t)分别代表信号幅度、信息符号、符号间隔和第n个信号波形，TE_k[·]表示第k个Turbo编码。

4)发射编码后信号

移动台TURBO编解码器组解码流程：(1)第m个移动台用第k个TURBO解码器解码出使用第k个TURBO码的信号，而其它TURBO码组的用户信号经过该解码器将被滤掉，无法进入后继的匹配滤波器；(2)移动台再用本机的扩谱码匹配滤波器MF_m，解扩后得到还原信号b_km。由于从编码过程很容易理解解码过程，在此不累述。

由上述可以看出：经过动态多模TURBO编解码器组的编解码和匹配滤波后，可以将不同TURBO码组的用户分离开，这些用户的扩频码却是相同的，因此增加了CDMA系统的容量。

本发明的实施效果见图7和8。在用户容量扩大4倍时，实施例系统的信噪比与误码率仍使CDMA系统正常工作。

上面虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，所附的权利要求将包括这些变形和变化。

Claims (13)

1.一种应用动态多模TURBO码编解码器组的码分多址通信系统，包括至少一个基站和多数个与基站通信的移动台，其特征在于，该基站和各移动台分别包括对用户数据进行编码的动态多模TURBO码编码器组和对接收信号进行解码的动态多模TURBO码解码器组，该动态多模TURBO码编/解码器组的TURBO码之间两两正交或交织图两两正交。

2.如权利要求1所述系统，其特征在于，该动态多模TURBO编/解码器组的TURBO码彼此正交，但交织器相同；该动态多模TURBO编/解码器组的交织图彼此正交，但TURBO码相同；或者，该动态多模TURBO编/解码器组的TURBO码与交织图均彼此正交。

3.如权利要求1所述系统，其特征在于，该动态多模TURBO码编/解码器组是一个可变参数的TURBO码编/解码器。

4.如权利要求1所述系统，其特征在于，该动态多模TURBO码编/解码器组包括至少两个TURBO码编/解码器，且各TURBO码编/解码器的TURBO码之间两两正交或各TURBO码编/解码器的交织图两两近似正交。

5.一种带动态多模TURBO码编解码器组的移动台，其特征在于，包括对用户数据进行编码的动态多模TURBO编码器组和对接收信号进行解码的动态多模TURBO解码器组，该动态多模TURBO码编/解码器组有至少两个模态，且在各模态中的TURBO编/解码器的TURBO码之间两两正交或交织图两两近似正交。

6.如权利要求5所述移动台，其特征在于，该动态多模TURBO码编/解码器组是一个可变参数的TURBO码编/解码器。

7.如权利要求5或6所述移动台，其特征在于，该移动台TURBO码编码器组中的TURBO码编码器均连接一扩频电路，该TURBO码编码器对扩频电路输出的扩频信号进行编码；该移动台TURBO码解码器组中的TURBO码解码器均连接一匹配滤波器，该TURBO码解码器对移动台接收信号解码后输出给该匹配滤波器。

8.如权利要求5或6所述移动台，其特征在于，该TURBO码编码器和TURBO码解码器根据基站的控制信令改变TURBO码。

9.一种带动态多模TURBO码编解码器组的基站，其特征在于，包括动态多模TURBO编码器组和动态多模TURBO解码器组，该动态多模TURBO码编/解码器组有至少两个模态，且在各模态中的TURBO编/解码器的TURBO码之间两两正交或交织图两两近似正交。

10.如权利要求9所述基站，其特征在于，该动态多模TURBO码编/解码器组包括至少两个TURBO码编/解码器，且各TURBO码编/解码器的TURBO码之间两两正交或各TURBO码编/解码器的交织图两两近似正交。

11.如权利要求10所述基站，其特征在于，该TURBO码解码器分别与多个匹配滤波器连接。

12.一种应用动态多模TURBO码编解码器组的码分多址系统通信方法，该系统包括至少一个基站和多数个与基站通信的移动台，基站与移动台都包括TURBO编/解码器组，该TURBO编/解码器组的TURBO码之间两两正交或交织图两两近似正交，其特征在于，

1)基站根据各个TURBO码道的占用情况给每个申请接入的移动台分配一个TURBO码；

2)基站用与步骤1)中分配的TURBO码相应的TURBO码编码器对数据进行编码，并发送信号给申请接入的移动台；

3)移动台接收步骤2)中的下行信号并用相应的TURBO解码器对接收信号解码；

4)移动台对解码信号解扩得到还原数据；

5)在上行链路，移动台信号扩频，再用基站分配的TURBO码编码发射；

6)基站接收上行信号，用该TURBO编/解码器组解码，然后用扩频码匹配滤波，还原信号。

13.如权利要求12所述方法，其特征在于，步骤1)中基站根据TURBO码道的占用情况，通过控制信道的控制信令，分配移动台用户至空闲TURBO码道，移动台根据控制信令设定TURBO码编/解码器的TURBO码或交织图。

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