CN1801682B

CN1801682B - 一种码分多址系统中的抗干扰方法

Info

Publication number: CN1801682B
Application number: CN2004101039787A
Authority: CN
Inventors: 杨英; 游宇
Original assignee: FANGZHENG COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2024-12-31
Also published as: CN1801682A

Abstract

本发明公开了一种码分多址系统中的抗干扰的方法。发送端首先采用符号交织技术，利用长扩频码中的短扩频码也相互正交的特点，用长扩频码扩频已交织的符号序列，不同符号序列中每个相同符号采用所有不同的短扩频码分别扩频。在接收端用短扩频码对每个符号解扩得到解扩数据，然后进行单用户下信道估计和补偿，再进行符号解交织，对每个符号的多个解扩数据进行平均，将平均值做为这个符号的符号值。这样可以有效抵抗衰落信道下的符号间干扰、多址干扰、邻信道干扰、方法简单，易于实现。

Description

一种码分多址系统中的抗干扰方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及多用户通信系统中码分多址(CDMA)系统的抗干扰方法。

背景技术

对于多用户通信系统，例如无线蜂窝网，无线局域网，卫星通信系统，多个发射机和接收机需要在一个无线通信媒质中同时通信，多用户通信系统中被广泛使用的一种通信系统是CDMA系统，多个发送机产生相互正交的波形，在接收端可以被分离。每个用户的发送机从相互正交的码字的集合选择一个码字对连续的符号扩频，在接收端每个用户使用和发送端相同的码字解扩分离出自己的信号。CDMA系统是干扰受限的系统，干扰大致可分为三类：符号间干扰(ISI)，多址干扰(MAI)和邻信道干扰(ACI)，通常小区内的干扰主要指ISI和MAI，小区间的干扰主要指ACI。为了降低MAI，而采用了多用户检测方法，但大多数多用户检测方法都需要信道特性信息，算法复杂，代价昂贵。MC-CDMA和OFDMA也被采用，复指数作为多载波在频率选择性衰落中保证多用户的正交性，多载波方案因为没有恒定的传输幅度，功率放大器对功率放大器要求很高，放大器功率效率降低。为了降低ACI，大多数系统采用了扰码技术，扰码可以把不同小区的干扰随机化。例如，目前已商用的CDMA系统(IS-95)，采用64位的Walsh正交扩频码序列；在宽带CDMA系统(WCDMA系统)，下行链路扩频码采用可变长正交序列区分不同信道，用一定长度的码片，如256码片，Gold序列区分不同小区与用户，在这里Gold序列作为区分小区的扰码。CDMA2000下行链路扩频码采用可变长Walsh序列区分不同信道，用M序列3×2¹⁵区分小区(小区以序列的不同相位区分，I、Q路以不同序列区分)。

对于用扩频码区分用户的移动通信系统，发送机都是对不同用户数据选用不同的扩频码。在同一次通信连接中，发送机用一个扩频码的所有的码片或部分的连续码片对一个符号进行一次扩频，在接收端，接收机也是用对应的扩频码的所有的码片或部分的连续码片进行一次解扩，得到一个符号的解扩数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种码分多址系统中的抗干扰方法及其收发装置，可以有效降低多址干扰、多用户干扰、邻小区干扰，实现方案如下：

一种码分多址系统中的抗干扰方法，其特征在于：

在同一次通信过程中，该方法至少包括以下步骤：

1)在发送端，对待发送信息进行交织，形成N/M个符号序列，每个符号序列有N/M个符号；然后，对扩频单元接收到的有N/M个符号的符号序列用长扩频码进行扩频，该符号序列中每一个符号扩频所用的扩频码分别是所有不同的短扩频码，其中，所述短扩频码是通过把不同用户的相互正交的长扩频码平均分隔后得到的相同长度的分隔段，长扩频码长度为N，短扩频码长度为M，M、N的取值是2的幂次且N可以被M整除，然后发送给基带脉冲成型滤波单元；

2)在接收端，用所有短扩频码解扩对应的每一个符号，得到每一个符号的N/M个解扩数据；然后，分别对每一个符号的所有解扩数据取平均，得到每一个符号的符号值，其中，每一个符号对应的短扩频码是指在步骤1)中扩频过程中该符号扩频所使用的短扩频码。

所述步骤1)中对待发送信息进行交织是指循环移位交织，将第一符号序列中的各个符号逐个同向移动，形成N/M个符号序列，每个符号序列有N/M个符号。

所述步骤2)用短扩频码解扩以后，先进行单用户信道估计和补偿，然后进行符号解交织。

所述步骤1)中用长扩频码进行扩频，是对N/M个符号序列用长扩频码进行扩频；所述步骤1)中该符号序列中每一个符号扩频所用的扩频码是所有不同的短扩频码，指在不同时隙不同符号序列中，对同一个符号分别用N/M个短扩频码扩频；所述步骤2)中用所有短扩频码解扩对应的每一个符号，指在不同时隙不同的符号序列中，相同符号使用所有N/M个短扩频码解扩。

所述长扩频码内的短扩频码之间有不等间隔的保护间隔。

一种采用上述方法的收发装置，发送机包括依序连接的符号调制单元、扩频单元，以及基带脉冲成型滤波单元，接收机包括依次连接的解扩单元、信道估计和补偿单元与解调单元，其特征在于：

所述发送机的符号调制单元之前还连接符号交织单元，进行符号循环移位交织，将第一符号序列中的各个符号逐个同向移动，形成N/M个符号序列，每个符号序列有N/M个符号；

所述发送机的扩频单元，对其接收到的有N/M个符号的符号序列用长扩频码进行扩频，该符号序列中每一个符号扩频所用的扩频码是所有不同的短扩频码，其中，所述短扩频码是通过把不同用户的相互正交的长扩频码平均分隔后得到的相同长度的分隔段，长扩频码长度为N，短扩频码长度为M，M、N的取值是2的幂次且N可以被M整除，然后发送给基带脉冲成型滤波单元；

所述接收机的信道估计和补偿单元和解调单元之间还连接有符号解交织单元，按照发送机交织单元的交织方式解交织；

所述接收机的解扩单元用所有短扩频码解扩每一个符号，得到所有符号的解扩数据。

其中，所述解扩单元把解扩数据送入信道估计和补偿单元，该信道估计和补偿单元进行单用户下的信道估计和补偿计算。

所述接收机的符号解交织单元按照发送机的符号交织单元的交织方式，把相同符号的解扩数据读进该符号的解扩数据集合。

所述接收机的累加平均单元是对该符号的解扩数据集合中的N/M个解扩数据进行累加，然后进行平均，将平均值作为该符号的符号值。

本发明利用循环移位方式进行符号交织，简单易行，节省内存；本发明对解扩后的解扩数据先进行单用户的信道估计和补偿，可以有效去除幅度和相位失真。

更重要的是，本发明利用由长扩频码分隔得到的短扩频码之间相互正交，对符号序列用长扩频码进行扩频，用短扩频码对单个符号进行扩频，解扩时，用短扩频码对单个符号进行解扩，得到所有符号的解扩数据。使一个符号只有若干段码片存在邻小区干扰，其它段没有邻小区干扰，降低了邻小区干扰。

附图说明

图1显示一个多用户通信系统的结构示意图。

图2显示本发明所述发送机和接收机的结构示意图。

图3显示本发明所述符号交织单元的原理示意图。

图4显示未经过符号交织的扩频结构示意图。

图5显示经过符号交织的扩频结构示意图。

图6显示本发明所述抗干扰方法在高斯白噪声信道下和瑞利信道下的误码率曲线。

具体实施方式

下面通过实例及附图对本发明进行详细阐述。

图1描述了一个多用户通信系统的结构示意图，多个用户的发送机1通过无线信道和对应用户的接收机2同时通信，无线信道里除了引入高斯白噪声和瑞利衰落，阴影衰落外，还会引入相邻小区的邻信道干扰。

本发明的目的在于提供一种用于多用户通信系统中抗干扰的接收方法。通常，扩频总是对交织后得到的所有符号用一定长度的扩频码扩频。为了与这些系统的一定长度的扩频码相区分，本发明将这些系统的一定长度的扩频码称为“长扩频码”。与之不同的是，本发明把不同用户的相互正交的长扩频码字平均分隔，分隔得到相同长度的分隔段，称为“短扩频码码字”。需要说明的是，这些长扩频码字的长度可能是不同的，比如是256码片长，或32码片长，这是由通信系统决定的。但是，在本发明中，短扩频码码字的长度是根据需要选择，比如是16码片长。这样，对于256码片长的长扩频码，可以分隔得到16个短扩频码码字；对于32码片长的长扩频码，可以分隔得到2个长度为8码片的短扩频码码字。

通常，在同一次通信连接中，发送机用一个扩频码的所有码片或部分的连续码片对一个符号进行一次扩频，在接收端，接收机也是用对应的扩频码的所有码片或部分的连续码片进行一次解扩，得到一个符号的解扩数据。与之不同，本发明是在一个时隙内，发送端用一个长扩频码对多个符号进行扩频，在不同时隙用不同的短扩频码扩频相同的符号；接收端在不同时隙用不同的短扩频码解扩出同一符号的解扩数据，然后对每一符号的各个解扩数据进行合并得到这个符号的符号值。

图2详细描述了本发明通信系统中的发送机和接收机结构示意图。发送机1包括依序连接的符号交织单元201、符号调制单元202、扩频单元203，以及基带脉冲成型滤波单元204。接收机2包括依次连接的解扩单元205、单用户的信道估计和补偿单元206、最大比值合并单元207、符号解交织单元208、累加平均单元209、以及解调单元210。

假设长扩频码的长度是N，被平均分隔成多个长度是M的短扩频码，N能被M整除。M，N的取值是2的幂次。那么，一个长扩频码最多可以扩频的符号的个数是N/M。对于串行进入的符号，符号交织单元201把每N/M个符号进行交织，待交织的符号可以表示成S_i，i＝1，2，....N/M。参考图3，本发明采用循环移位的方式产生N/M种交织符号序列，每种交织方式产生的交织符号序列的长度都是N/M。将第一符号序列中的符号S₁、S₂、S_i逐位左移，形成第二符号序列S₂、S₃、S_i...S₁和第N/M符号序列S_N/M、S₁...S_N/M-1。本发明中，也可以不进行图3所示的对N/M符号的交织，然后按照图4所表示的扩频结构进行扩频。

经过符号交织单元201的信号进入符号调制单元202。调制可以是任何调制方式，如BPSK、QPSK，16QAM等。经过符号调制单元202的信号进入扩频单元203。

在扩频单元203，用N/M个相互正交的长扩频码分别对N/M个交织符号序列进行扩频。图4表示了没有符号交织情况下的扩频结构图。这里，将扩频码码片记作C_(i，j)，其中，i代表对未交织的第i个符号采用长扩频码进行扩频，i＝1、2.....N/M；j代表对未交织的第i个符号扩频的长扩频码的码片序号，j＝1、2......N。图4中表示，用长度为N的一个长扩频码码片C_(1，1)、C_(1，2)到C_(1，N)对第1个符号进行扩频；对第2个符号，分别用相同的长扩频码码片C_(2，1)、C_(2，2)至C_(2，N)进行扩频；对第N/M个符号相同的长扩频码码片C_(N/M，1)、C_(N/M，2)至C_(N/M，N)进行扩频。这样，N/M个符号分别用N/M个相同的长扩频码进行扩频。。图5表示了经过循环移位符号交织后的扩频结构图，适用于经过循环移位符号交织，然后再进行扩频的情况。按照图3所示交织得到N/M个符号序列，仍然是利用N/M个长为N的长扩频码对这些长度为N/M的交织符号序列进行扩频，例如，在图5所示用例中，在第一个符号序列，对第1个符号采用第1、2至M个短扩频码码片C_(1，1)、C_(1，2)至C_(1，M)扩频；对于第二个符号序列的第1个符号，也就是第一个符号序列中的第2符号，则是用第1、2至M个短扩频码码片C_(2，1)、C_(2，2)至C_(2，M)进行扩频。在第二个符号序列，对第N/M个符号的扩频，即第一符号序列中的第1个符号，用第N-M+1、N-M+2至N个短扩频码片C_(1，N-M+1)、C_(1，N-M+2)至C_(1，N)。这样，在不同时隙不同符号序列中的相同符号，如第1个符号，不重复不遗漏地分别用所有的短扩频码进行扩频。

经过扩频后的信号进入脉冲成型滤波单元204，脉冲成型滤波单元的作用是限制频谱带宽。

接收机2包括依次连接的解扩单元205、信道估计和补偿单元206、最大比值合并单元207、符号解交织单元208、累加平均单元209和解调单元210。解扩单元205是用和发送机扩频所用的长扩频码对应的短扩频码码字解扩。所谓与长扩频码对应的短扩频码是指，将一个长扩频码码字平均分隔成N/M段后得到的短扩频码。利用这些短扩频码，解扩单元对单个符号进行解扩，共解扩出N/M个信号。解扩时，对不同符号序列中的单个符号使用所有不同的短扩频码分别进行解扩。在未交织情况下的解扩，是指对每个符号都用一个长扩频码的N个码片进行解扩。

在交织后情况，则需要根据交织的方式，产生N/M个符号序列，每个符号序列用一个长扩频码扩频。例如，在图5所示的循环移位交织后，在第1时隙，对第一符号序列中的第1符号，用第1短扩频码的码片C_(1，1)、C_(1，2)至C_(1，M)解扩；在第2时隙，对于第二符号序列中的第N/M个符号，即第一符号序列中的第1符号，采用第N/M个短扩频码的码片C_(1，N-M+1)、C_(1，N-M+2)至C_(1，N)解扩。这样，分别用不同的短扩频码对同一个符号进行解扩，就得到这个符号的N/M个解扩数据；同理，可以得到所有符号的解扩数据。

所有符号的解扩数据进入信道估计和补偿单元206，进行单用户信道估计和补偿。然后，信号经过信道估计和补偿单元206进入最大比值合并单元207。最大比值合并单元，主要作用是提高分集增益，经过最大比值合并单元的信号进入符号解交织单元208。符号解交织单元是按照图3的交织方式，把相同符号解扩得到的数据读出，放入对应这个符号的解扩数据集合，符号解扩数据集合按发送符号的先后顺序进入累加平均单元209。累加平均单元209按符号发送先后顺序把同一个符号的被分隔的N/M个解扩数据进行累加，然后取平均值，得到这个符号值，从而得到所有符号的经过平均后的符号值。经过累加平均单元的数据进入解调单元210。解调单元是对解扩后的调制数据进行解调，和传统的解调算法相同。本发明符号交织单元和符号解交织单元，采用循环移位的方式进行符号交织，不同于传统的通过查表的方法。本发明不需要查表，方法简单，易于实现。

本发明对于CDMA系统的抗干扰方法，是在一个时隙内，利用短扩频码码字对单个符号进行扩频，利用长扩频码对一个符号序列进行扩频。在发送时，首先进行符号交织，然后，用一个长扩频码码字对符号序列进行扩频，用短扩频码对单个符号进行扩频。在接收时，首先利用相等长度的短扩频码码字对单个符号进行解扩，然后进行单用户的信道估计和补偿。这样既可以有效消除多用户干扰和邻信道干扰，又可以有效消除快衰落的影响。然后，将所有符号的解扩数据输出给解交织单元，进行符号解交织。本发明抗干扰方法主要包括以下步骤：

1)在发送端，将待发送的一组信息符号，进入符号交织单元，然后进入扩频单元，其中，扩频单元对交织后的这组符号，用长扩频码对每一个符号序列进行扩频。

步骤1)中的交织，可以是传统的交织方法，也可以是采用图3所示的对每N/M个符号进行交织得到一个符号序列，再通过循环移位，得到N/M个符号序列。而且，对每N/M个符号进行交织后，需要采用图5所示的方式，根据交织方式，用长扩频码扩频。在长扩频码扩频时，不同符号序列中的相同符号采用不同的短扩频码进行扩频，但是，在不同时隙不同序列，每个符号都分别用所有的短扩频码扩频。在本发明中，也可以不进行符号交织，对同一个符号序列按顺序用第1、2至N/M个短扩频码进行扩频。

本发明中，单个符号用分隔开的短扩频码扩频，相当于用一个长扩频码扩频整个符号的所有码片(chip)。长扩频码分成了若干段，不同符号的若干段码片重新按一定规律组合。在存在邻小区干扰的情况下，一个符号只有若干段码片存在邻小区干扰，其它段没有邻小区干扰，理论上，只要没有邻小区干扰的符号的码片数大于等于有邻小区干扰的码片数，就可以降低邻小区干扰。因此，本发明可以有效降低邻小区干扰。因为短扩频码采用的是互相关具有零干扰窗的码字，如LAS，所以在一定的无线信道情况下，多址干扰为零。

2)发送端将扩频后得到的信号送入CDMA系统的基带成型滤波单元，等待发送。

3)在接收端，接收信号经过射频和下变频，进入基带成型滤波单元，然后进入解扩单元。解扩码字采用与步骤1)中所述长扩频码对应的短扩频码码字进行解扩。其中，对不同符号序列中的每个相同符号采用所有N/M个不同的短扩频码解扩，得到每个符号的N/M个解扩数据。这样，可以得到符号序列中所有符号的解扩数据。

4)对解扩数据利用单用户的信道估计和补偿算法进行信道估计和补偿；然后进入最大比值合并单元，再进入符号解交织单元，经过符号交织单元的信号进入累加平均单元，最后进入解调单元。

本发明的扩频单元采用长扩频码对一组符号扩频，解扩单元采用短扩频码对单个符号进行解扩，解扩后的解扩数据进入单用户的信道估计和补偿单元，可以消除本小区的多用户干扰。本发明用短扩频码解扩以后，首先进行信道估计和补偿，然后进行符号解交织，这样，在衰落信道下，相同符号解扩出来的数据已经去除了幅度失真和相位偏移的影响，然后进行累加，这样可以保证码字的相关性不被破坏，降低或去除了多用户干扰。

本发明通过符号交织，用长扩频码扩频多个符号，即用长扩频码分隔的短扩频码扩频单个符号，不同用户的长扩频码相同间隔段的短扩频码之间相互正交，这样可以保证消除多用户的多址干扰，降低邻小区的干扰。长扩频码之间有一些不等间隔的保护间隔(GAP)。这样，在多径信道下，短扩频码扩频仍能保持良好的相关性，可以降低或消除ISI。GAP可以根据信道质量而定，GAP越大，在多径信道下，抵抗ISI的能力越强。具体GAP的大小可以根据信道资源和信道质量取一个折衷。

本发明所述的抗干扰方法在高斯白噪声信道和瑞利衰落信道下的误码率曲线如图6所示。仿真了多用户条件下

1)不存在邻小区干扰，高斯白噪声信道下，接收方法采用符号交织技术下的误码曲线；

2)存在邻小区干扰，高斯白噪声信道下，接收方法采用符号交织技术的误码曲线；

3)引入和2)相同的ACI，瑞利衰落信道下，车速是120km/h，接收方法采用符号交织技术的误码曲线；

4)引入和2)相同的ACI，高斯白噪声信道下，接收方法不采用符号交织技术的误码曲线；

5)引入和2)相同的ACI，瑞利衰落信道下，车速是120km/h，接收方法不采用符号交织技术的误码曲线。

图6所示仿真结果表明，本发明的抗干扰接收方法在高斯白噪声和瑞利衰落下抵抗ACI和MUI的性能较好。

以上对本发明所述的一种码分多址系统中的抗干扰方法进行了详细的说明，但显然本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种码分多址系统中的抗干扰方法，其特征在于：

在同一次通信过程中，该方法至少包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的码分多址系统中的抗干扰方法，其特征在于：

3.如权利要求1所述的码分多址系统中的抗干扰方法，其特征在于：

4.如权利要求1所述的码分多址系统中的抗干扰方法，其特征在于：

5.如权利要求1所述的码分多址系统中的抗干扰方法，其特征在于：

所述长扩频码内的短扩频码之间有不等间隔的保护间隔。

6.一种采用如权利要求1所述方法的收发装置，发送机包括依序连接的符号调制单元、扩频单元，以及基带脉冲成型滤波单元，接收机包括依次连接的解扩单元、信道估计和补偿单元与解调单元，其特征在于：

所述接收机的信道估计和补偿单元和解调单元之间还连接有符号解交织单元，按照发送机的符号交织单元的交织方式解交织；

7.如权利要求6所述的收发装置，其特征在于：

所述解扩单元把解扩数据送入信道估计和补偿单元，该信道估计和补偿单元进行单用户下的信道估计和补偿计算。

8.如权利要求6所述的收发装置，其特征在于：

9.如权利要求8所述的收发装置，其特征在于：

所述接收机的累加平均单元对该符号的解扩数据集合中的N/M个解扩数据进行累加，然后进行平均，将平均值作为该符号的符号值。