一種選頻分塊傳輸系統的上行鏈路頻分多址接入方法

2023-09-17 23:41:50 1

專利名稱：一種選頻分塊傳輸系統的上行鏈路頻分多址接入方法
技術領域：
本發明涉及寬帶數字通信傳輸方法。屬於寬帶無線通信技術領域。
背景技術：
通信技術在最近幾十年，特別是二十世紀九十年代以來得到了長足發展，對人們日常生活和國民經濟的發展產生了深遠的影響。而未來通信技術正朝著寬帶高速的方向發展，因此許多寬帶數字傳輸技術受到廣泛的關注，正交頻分復用(以下簡稱OFDMOrthogonalFrequency Division Multiplexing)和頻域均衡的單載波(以下簡稱SC-FDESingleCarrier with Frequency Domain Equalization)就是兩種被人們重視的寬帶數字傳輸技術，它們都屬於分塊傳輸技術，而目前OFDM受關注的程度要遠遠超過SC-FDE，並且在多種標準中成為支撐技術，例如無線區域網(WLANWireless Local Area Network)中的IEEE802.11a；無線城域網(WMANWireless Metropolitan Area Network)中的IEEE802.16；有線數據傳輸中的各種高速數字用戶線(xDSLDigital Subscriber Line)都是基於OFDM技術的標準。SC-FDE並沒有被這些標準採用，只是在IEEE802.16中與OFDM共同建議為物理層傳輸技術。
下面簡單介紹一下傳統SC-FDE系統的數學模型。
SC-FDE系統在發送端發送的一幀離散時域信號為s(n)，(n＝0，1，…，N-1)，通過多徑信道，其中信道的脈衝響應為h(n)，(n＝0，1，…，L-1)，信號傳輸過程中受到加性白高斯噪聲(AWGNAdditive White Gaussian Noise)的幹擾，設噪聲為w(n)，(n＝0，1，…，N-1)，去掉CP之後，接收到的時域信號r(n)為r(n)＝s(n)h(n)+w(n)，(n＝0，1，…，N-1) (1)其中，「」表示循環卷積運算。
在基站對r(n)信號做離散傅立葉變換(以下簡稱DFTDiscrete Fourier Transform)變換到頻域，根據DFT的時域卷積定理，所得到的頻域信號為R(k)＝S(k)H(k)+W(k)，(k＝0，1，…，N-1) (2)其中，R(k)，S(k)，H(k)，W(k)分別是r(n)，s(n)，h(n)，w(n)做N點DFT得到的頻域符號，並且，H(k)，(k＝0，1，…，N-1)是信道的頻域響應。經過迫零均衡以後頻域信號為S~(k)=S(k)+W(k)H(k)=S(k)+W~(k),(k=0,1,...,N-1)...(3)]]>最後，將上述均衡後的信號作離散傅立葉逆變換(以下簡稱IDFTInverse DiscreteFourier Transform)變回時域進行判決，得到發送端傳輸的數據。
OFDM和SC-FDE都屬於分塊傳輸技術，它們所構成的系統稱為分塊傳輸系統。
寬帶移動通信的信道一般都表現出嚴重的頻率選擇性衰落，頻率選擇性信道對分塊傳輸系統的影響主要表現在信號的多徑傳播或時延擴展會引起頻率選擇性衰落，信號在頻率選擇性衰落信道中傳播會導致信號的某些頻譜分量被衰減得很低，在信道存在深衰點的情況下，信號受到的影響更大，以致信號產生畸變，導致符號間幹擾，從而影響系統性能。在OFDM和SC-FDE許多重要應用場合(如WLAN、WMAN、xDSL以及未來的寬帶移動通信等)，都存在反向信道，這時分塊傳輸系統發送端可以利用反向信道回傳的信道狀態信息和一些自適應技術來提高整個系統的性能和效率。
申請號為200410036439.6的中國發明專利提供了一種選頻方式的單載波分塊傳輸方法，該選頻方式的分塊傳輸方法包括以下步驟(1)收發雙方建立通信後，接收端從估計出來的N個信道狀態信息中找出M個可用子信道，同時將可用信道和禁用信道分別作標記，形成子信道標記信息，通過反向信道將子信道標記信息發回發送端；(2)發送端收到接收端發回的子信道標記信息後，根據這些信息改變信號頻譜，用可用子信道傳輸信號；(3)接收端收到信號後，將信號變換到頻域，再根據子信道標記信息選出可用子信道上的信號，然後對選出來的信號進行均衡和判決，最終得到傳輸的數據。
在移動通信系統中，必須採用有效的多址接入技術。多址接入技術的基本類型有頻分多址FDMA(Frequency Division Multiple Access)，時分多址TDMA(Time DivisionMultiple Access)和碼分多址CDMA(Code Division Multiple Access)。FDMA和TDMA實現簡單，但分別需要在頻域和時域留有保護帶，效率低。CDMA作為一種多址技術，其用戶容量顯著高於TDMA和FDMA，但在上行鏈路(從移動終端到基站)中，一般存在嚴重的多用戶幹擾。雖然可以採用多用戶檢測技術以對抗多用戶幹擾，但實現複雜；多載波CDMA(MC-CDMA)也存在與普通CDMA相同的問題。在無線區域網中的載波偵聽/碰撞迴避技術，如果用於移動通信的多址接入，效率很低。
正交頻分多址，OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)，是一種近幾年受到關注的新的寬帶無線通信多址技術，是一種基於OFDM的多址接入技術，本質上可以看作是一種新型的頻分多址技術。OFDMA把整個帶寬劃分成大量的窄帶子信道，一個用戶分配一個或若干子信道組，每個子信道組包含一定數量的子信道。OFDMA實現簡單，頻譜利用率高。在上行鏈路中，無多用戶幹擾。OFDMA建立子信道組的方案一般有兩種，一種是相鄰的一定數量的子信道形成子信道組，第二種方案是子信道組的所有子信道按照一定的間隔散布在整個帶寬中。第二種方案相比較第一種方案，具有優勢，尤其在頻率選擇性衰落信道中。為了能充分利用信道狀態信息，大量的自適應OFDMA技術被提出，但是複雜度太高。儘管上述第二種方案在頻率選擇性衰落信道中效果要好一些，但仍然會受到頻率選擇性衰落的很大影響，一般必需要結合糾錯能力很強的糾錯碼才能將系統的誤碼性能控制在比較低的水平(例如10-4以下)，而這樣的糾錯碼的碼率一般都很低，例如一般為1/2、1/3甚至更低，這使整個系統的效率大大降低。

發明內容本發明針對現有技術存在的問題，提出了一種選頻分塊傳輸系統的上行鏈路頻分多址接入方法，可改善系統的誤碼性能，從而可以提高系統的頻譜效率。
該方法包括以下步驟(由於各個移動臺接入到基站的方式相同，為敘述方便，以下針對一個移動臺U接入到基站的上行通信來進行)(1)移動臺U發出信號申請接入基站，基站根據其業務需要和可用的頻譜資源為其分配一組子信道，記為子信道組u，將子信道組u的有關信息，即子信道組u中的各子信道標號信息，發送到移動臺U，並請求移動臺U發送進行信道估計的輔助數據；(2)基站進行信道估計，獲取子信道組u的信道狀態信息，進行選頻，選出M個可用子信道，得到子信道組u的子信道標記信息，並將子信道組u的子信道標記信息發送到移動臺；(3)移動臺根據收到的子信道組u的子信道標記信息對發送信號進行正交變換，映射成N維向量，變到時域後發送，並向基站發送攜帶信息的信號；(4)基站將收到的抽樣信號變換到頻域，根據子信道組u的子信道標記信息對接收信號進行頻域均衡，選出可用子信道上的M個有用信號，作正交逆變換，變回時域信號並完成判決，得到信息數據；(5)根據需要，在通信過程中基站改變子信道組u，換為其他子信道組，或保持子信道組u不變，僅僅改變子信道組u中的子信道標記信息；作出改變後，基站將改變後的子信道組的標識信息或子信道組u的子信道標記信息發送到移動臺，移動臺總是根據最近收到的子信道組標識信息或子信道標記信息與基站進行通信。
上述方法的詳細步驟如下首先對涉及的符號進行以下說明k子信道整體標號，0≤k≤N-1。分塊傳輸系統中，通信雙方把整個可用頻帶劃分成N個子信道，在基於FFT實現的分塊傳輸系統中，k同時也是頻域變量的標號。
m子信道的局部標號，是同一個子信道組中第m個子信道標號，稱m為該子信道組中的局部標號。
Iu子信道組u的標識信息，根據Iu基站和移動臺都可以得到子信道組u中的所有子信道的整體標號。
DB(k)N維向量，N為基站所有可用的子信道個數，若DB(k)＝u，1≤u≤Umax，表示第k個子信道屬於第U個移動臺的子信道組u，Umax表示基站允許接入的最大用戶數。
Du(m)子信道組u的子信道標號數組。Du(m)＝k表示子信道組u的局部標號為m的子信道的整體標號是k。這個數組在基站和移動臺U都存儲，基站根據DB(k)可以得到Du(m)，移動臺U則根據基站傳過來的子信道組u的標識信息Iu得到Du(m)。
Au(m)子信道組u的子信道標記信息。Au(m)＝0，表示子信道組u中的局部標號為m的子信道是不可用子信道；Au(m)＝1，表示子信道組u中的局部標號為m的子信道是可用子信道。
第(1)步，移動臺U發出信號申請接入基站，基站根據其業務需要和可用的頻譜資源為其分配一組子信道，記為子信道組u，將子信道組u的有關信息，即子信道組u中的各子信道標號信息，發送到移動臺U，並請求移動臺U發送進行信道估計的輔助數據。
在分塊傳輸系統中，基站將其可用的整個頻帶劃分成若干個子信道，由於分塊傳輸系統需要將其去掉CP的離散時域信號利用DFT變換到離散頻域，在離散頻域中，基站的子信道總數等於DFT的點數，每一個子信道和DFT的一個點或分量相對應。每個子信道組包含的子信道數量，可以依據業務的不同而不同。同一個子信道組中的子信道在整個頻帶內的分布情況可以有多種選擇，例如多個用戶的子信道組可以各自佔據一塊連續的頻譜，也可以每一個用戶的子信道組都散布在整個頻帶範圍內。
基站根據其業務需要和可用的頻譜資源為移動臺U分配一組子信道，記為子信道組u，形成子信道組u的子信道標識信息Iu。例如基站依據協議最多可以為64個移動臺分配子信道組，則每一個子信道組需要6比特來標識，傳送給移動臺子信道組u的標識信息Iu，即子信道組u的標號；這些子信道組中的子信道數目可以相同，也可以不同；或者在子信道組u中的子信道完全隨機的散布在整個頻帶範圍內的情況下，子信道組u的標識信息Iu需要N比特信息來標記，即基站需要向移動臺發送N比特信息。設DB是基站用來表示子信道組u標記信息的向量，即DB＝{DB(k)，k＝0，1…，N-1}，DB(k)＝u，1≤u≤Umax，表示第k個子信道屬於第u個子信道組，記第u個子信道組有Bu個子信道，Du(m)＝k，(m＝0，1，…，Bu-1)表示子信道組u的局部標號為m的子信道的整體標號是k。
移動臺U接收到子信道組u的標識信息Iu後，也就是知道了Du(m)＝k，(m＝0，1，…，Bu-1)，隨即發送進行信道估計的輔助數據。
第(2)步，基站進行信道估計，獲取子信道組u的信道狀態信息，進行選頻，得到子信道組u的子信道標記信息，並將子信道組u的子信道標記信息發送到移動臺。
信道估計的方法很多，例如基於訓練幀的信道估計方法，插入導頻符號估計方法等。獲取子信道組u的信道狀態信息後，基站對子信道組u進行選頻。基站獲取子信道組u的各個子信道的信道狀態信息後，根據系統性能要求和子信道組u的各個子信道的信道狀態信息，按照頻域子信道增益高低選取增益高的前M個子信道為可用子信道，並對子信道組u中的每一個子信道用一比特信息「0」或「1」標記，形成子信道組u的子信道標記信息，通過基站到移動臺U的信道將這些子信道標記信息送給移動臺U。
例如，設表示子信道組u的子信道標記信息的向量為Au＝{Au(m)，m＝0，1，…，Bu-1}，Au(m)＝1，表示子信道組u中的局部標號為m的子信道是可用子信道；Au(m)＝0，表示子信道組u中的局部標號為m的子信道是不可用子信道，記子信道組u中所有可用子信道的數目為M，並且M在通信過程中是可以改變的，例如，每次進行重新選頻時，選擇出的可用子信道數目M一般是不相同的；選取可用子信道時，首先估計出接收信噪比，並根據接收信噪比確定所用的調製方式，調製方式也可以由通信雙方事先約定，選取可用子信道的準則是在滿足系統的誤碼性能要求的前提下，選取的可用子信道的數目儘可能多；系統的誤碼性能由系統的均衡後信噪比決定，把達到這個誤碼性能的最低均衡後信噪比稱為期望均衡後信噪比，並使均衡後信噪比留有一定的裕量。
其中，接收信噪比的計算方法參考相關文獻。設當前選頻模塊選擇出的M個可用子信道的整體標號為km，(m＝0，1，…，M-1)，它們都是子信道組u中的子信道。下面僅以迫零均衡為例簡要介紹均衡後信噪比的計算，這裡沒有考慮同步誤差的影響由於循環前綴的作用，在離散時域上，信號與信道脈衝響應的線性卷積可以轉換成離散頻域上的乘積。設S′(k)，Hu(k)，W(k)，R′(k)，(k＝0，1，…，N-1)分別為頻域發送信號、移動臺U到基站的上行信道的頻域信道復增益、噪聲和去掉CP後的頻域接收信號，其中W(k)，(k＝0，1，…，N-1)為高斯噪聲，一般情況下它是白的，即在頻域各子信道上的噪聲功率相等，於是有R′(k)＝S′(k)Hu(k)+W(k)，(k＝0，1，…，N-1)對子信道組u中的M個可用子信道進行迫零均衡後得到S~(m)=S(km)+W(km)Hu(km),(m=0,1,...,M-1)]]>均衡後信噪比為SNReq=E(m=0M-1|S~(m)|2)E(m=0M-1|W(km)Hu(km)|2)=E(m=0M-1|S~(m)|2)n2m=0M-1|1Hu(km)|2]]>其中，n2=E(|W(k)|2),]]>(k＝0，1，…，N-1)為噪聲在各個子信道上的功率。
第(3)步移動臺根據收到的子信道組u的子信道標記信息對發送信號進行正交變換，映射成N維向量，變到時域後發送，並向基站發送攜帶信息的信號；移動臺U根據收到的子信道組u的子信道標記信息對發送信號進行正交變換。移動臺根據所採用的調製方式進行符號映射，形成待傳輸的一幀M個符號，將這M個符號進行正交變換，得到M個變換域符號，根據子信道標記信息將上述M個變換域符號擴張成N維向量，得到待發送信號的頻域形式，將這個N維的頻域信號變換回時域並發送時域信號，當M不是2的整數次冪時，正交變換可以分塊實現，不同的塊可以用相同的或不同的正交變換。
其中，根據信道標記信息將M個變換域符號擴張成N維向量的具體方法是在移動臺U收到基站發送回來的子信道標記信息後，只用M個可用子信道來傳輸信號，這樣對移動臺的一幀M個分塊傳輸系統符號s(n)，(n＝0，1，…，M-1)，作M點正交變換變換到變換域
S＝Fs其中，F是M點正交變換矩陣，s＝{s(n)，n＝0，1，…，M-1}為M個分塊傳輸系統時域符號，S＝{S(i)，i＝0，1，…，M-1}為M個變換域符號。
將M個變換域符號S＝{S(m)，m＝0，1，…，M-1}擴張成N維向量S′＝{S′(k)，k＝0，1，…，N-1}，其中M個變換域符號與子信道組u的M個可用子信道一一對應，例如S按M個可用子信道整體標號的順序依次與其對應令S′＝{S′(k)，k＝0，1…N-1}的第km個分量等於S(m)，在子信道組u的其他子信道對應的分量上置零或放置一些非信息數據；在不屬於子信道組u對應的各子信道上，全部置零。
這裡km，(m＝0，1，…，M-1)是子信道組U中的M個可用子信道的整體標號。
然後對S′(k)，(k＝0，1，…，N-1)做N點的離散傅立葉逆變換(以下簡稱IDFTInverseDiscrete Fourier Transform)，可以通過快速傅立葉逆變換(以下簡稱IFFTInverse FastFourier Transform)算法實現s(n)=1Nk=0N-1S(k)ej2Nnk,(n=0,1,...,N-1)]]>變成時域信號，過抽樣時IFFT點數要大於N，高頻部分置零，對該時域信號作D/A變換後，再進行載波調製就可以發送出去。
當M不是2的整數次冪時，正交變換可以分塊實現，不同的塊可以用相同的或不同的正交變換；第(4)步，基站將收到的抽樣信號變換到頻域，根據子信道組u的子信道標記信息對子信道組u上的接收信號進行頻域均衡，選出可用子信道上的M個有用信號，作正交逆變換，變回時域信號並完成判決，得到信息數據，當M不是2的整數次冪時，原正交變換如果採用了分塊實現，正交逆變換也要分塊實現，不同的塊根據各自採用的正交變換採用相同或不同的正交逆變換。
其中，根據子信道標記信息選出可用子信道上的信號的具體實現方法是設基站接收到信號去掉CP的時域離散信號為r′(n)＝s′(n)h(n)+w(n)，(n＝0，1，…，N-1)對其做N點的DFTR(k)=n=0N-1r(n)e-j2Nnk,(k=0,1,...,N-1)]]>並且，R′(k)＝S′(k)H(k)+W(k)，(k＝0，1，…，N-1)這樣就可以根據子信道組u的標記信息及其對應的子信道標記信息共同選出M個可用子信道上的信號R(m)，(m＝0，1，…，M-1)，例如對前述的頻譜變換方法，有
R(m)＝R′(km)，這裡km，(m＝0，1，…，M-1)是M個可用子信道的整體標號。
用估計出來的信道狀態信息中可用子信道的信道狀態信息對選出來的信號進行均衡；可以選擇下述三種均衡方式之一1、迫零均衡；2、最小均方誤差均衡；3、混合均衡，即一部分子信道用迫零均衡，而另一部分子信道用最小均方誤差均衡。均衡後的信號通過M點正交逆變換變回時域r＝FHR其中FH是F的共軛轉置，它是F的逆變換矩陣。當M不是2的整數次冪時，原正交變換如果採用了分塊實現，正交逆變換也要分塊實現，不同的塊根據各自採用的正交變換採用相同或不同的正交逆變換。
第(5)步，根據需要，在通信過程中基站可以改變子信道組u，換為其他子信道組，或保持子信道組u不變，僅僅改變子信道組u中的子信道標記信息；做出改變後，基站將改變後的子信道組的標識信息或子信道組u的子信道標記信息發送到移動臺，移動臺總是根據最近收到的子信道組標識信息或子信道標記信息與基站進行通信。
當信道狀態信息發生改變時，或者系統需要對多用戶的子信道組進行優化時，基站可以改變子信道組u的標識信息，即將子信道組u換為其他子信道組，或保持子信道組u的標識信息不變，僅僅改變子信道組u中的子信道標記信息，這時以前的信道標記信息就會不準確，從而影響系統性能，這時需要重新選頻，重複第二步和第三步。
通過上述各步的描述就可以構建新系統，但需要對影響系統誤碼性能和頻譜效率的參數作出說明1、可用子信道數的確定可用子信道數是影響新系統性能的重要參數。縱觀上述方案，如果只用可用子信道傳輸有用信息，這就存在一個如何確定可用子信道數目的問題，對於不同的信道類型及時變信道的不同時刻，這一數值並不是一個定值。根據信道情況不同，兼顧系統頻譜效率和性能，選取的可用子信道數M佔子信道組u中子信道數Bu的比例一般在5％-100％之間。
2、對可用子信道上的信號作分塊正交變換由於大多數的正交變換運算，點數為2的整數次冪時有快速算法，因此當所作的正交變換點數不是2的整數次冪時，可以採用分塊的方法提高計算效率。
其方法是將一個點數多但不是2的整數次冪的正交變換運算分成若干點數相對少的正交變換運算；這些點數少的正交變換運算中至多有一個點數不是2的整數次冪，但點數很小，而剩下的那些都是2的整數次冪，即做分塊正交變換，分塊方法有多種，建議遵循下述原則a.長度大於等於16的塊，其長度要為2的整數次冪；b.長度小於16的塊至多為1個；c.不建議使用長度小於4的塊；對正交逆變換做同樣處理，通過這樣的分塊處理後，系統的運算效率得到提高。
本發明在保證系統性能的前提下較好的解決了上行鏈路在時變環境中的接入問題。從實施例給出的仿真結果可以看出，對於信號抽樣率40MHz，信號的射頻帶寬不超過46MHz的單天線系統，在IMT 2000移動信道A的和Doppler頻率達到100Hz-300Hz、接收信噪比為10dB的條件下，本發明提出的方法可以在保證系統的誤比特率低於5×10-3的條件下，對佔用64個子信道的移動臺，得到系統的上行傳輸速率不低於5.0Mbps，而反向信道的回傳信息速率也不超過300Kbps，從目前文獻上看，還沒有公開發表的文獻可以在相同的條件下達到這樣的結果。


附圖是實現本發明所提出方法的系統框圖。
圖中1、信源模塊，2、符號映射模塊，3、FFT模塊(M點)，4、信號頻譜變換模塊，5、IFFT模塊(N點)，6、加循環前綴(CP)模塊，7、D/A模塊，8、中頻及射頻調製模塊，9、信道，10、射頻及中頻解調模塊，11、A/D模塊，12、去CP模塊，13、FFT模塊(N點)，14、信號頻譜反變換模塊，15、均衡模塊，16、IFFT模塊(M點)，17、判決模塊，18、信道估計模塊，19、自適應選頻判斷模塊，20、選頻模塊，21、反向信道，22、同步模塊，23，多址接入控制模塊。
具體實施方式
實施例在實施例中採用的正交變換是M點離散傅立葉變換，相應的正交逆變換是M點離散傅立葉逆變換。實施例沒有對M點DFT和IDFT做分塊處理。
附圖給出了實現本發明所提出方法的系統框圖，各模塊作用如下信源模塊1通用模塊，產生要傳輸的數據。根據多址接入模塊23和反向信道21傳回的結果，產生與所選的可用子信道數目M對應長度的數據。
符號映射模塊2通用模塊，將信源產生的數據根據所採用的調製方式映射到星座圖對應點上。
M點FFT變換模塊3通用模塊，將每幀M個已映射信號變換到頻域，得到信號的M點頻域信號。
信號頻譜變換模塊4本系統特有模塊，基站通過多址接入模塊23和反向信道21發送回來的子信道標記信息，將模塊3輸出的M點頻域信號放置到M個可用子信道對應頻譜點上，而禁用子信道對應頻譜點置零，或填充非信息數據，就得到一幀N點新的分塊傳輸系統的頻域信號。此模塊需要按照發明內容中詳細步驟(3)介紹的方法編程，由通用數位訊號處理晶片實現。
N點IFFT模塊5通用模塊，將新得到的頻域信號再變換到時域。
加CP模塊6通用模塊，將得到的每幀數據加上循環前綴。
D/A模塊7通用模塊，將數位訊號變換為模擬信號。
中頻及射頻調製模塊8通用模塊，如果在無線環境下使用該系統，需要對信號作射頻調製才能送天線發射。有的時候需要先把信號調製到中頻上進行中頻放大，再作射頻調製，最後將已調信號送天線發射。
信道9通用模塊，傳輸信號的寬帶移動信道。
射頻及中頻解調模塊10通用模塊，在無線環境中，將接收天線接收下來信號的頻譜從射頻或者中頻搬移到低頻。在解調之前需要用頻率同步數據糾正信號傳輸過程中引起的頻偏。
A/D模塊11通用模塊，將解調後模擬信號變換為數位訊號。A/D需要對模擬信號進行抽樣，提供時鐘信號的晶振需要跟發射機D/A模塊的晶振頻率相同，否則就會導致抽樣率誤差。因此在A/D之前要進行抽樣率同步。
去CP模塊12通用模塊，將循環前綴去掉。這時就存在判斷一幀數據何時開始的問題，因此去CP之前需要作定時同步。
N點FFT模塊13通用模塊，將去掉CP的信號變換到頻域。
信號頻譜反變換模塊14本系統特有模塊，根據多址接入模塊23和信道估計模塊18送來的子信道標記信息，找出接收信號中由可用子信道攜帶的M點頻域信號。此模塊需要按照發明內容中詳細步驟(4)介紹的方法編程，由通用數位訊號處理晶片實現。
均衡模塊15通用模塊，用信道估計模塊18送來的可用子信道參數(信道狀態信息)，對信號頻譜反變換模塊14選出來的信號進行均衡。均衡方式可以選擇下述三種均衡方式之一迫零均衡、最小均方誤差均衡、混和方式均衡。
M點IFFT變換模塊16通用模塊，將均衡後信號的M個頻域信號變換到時域。
判決模塊17通用模塊，根據系統所採用的調製方式，完成時域信號的判決。
信道估計模塊18通用模塊，進行信道狀態獲取。可以用不同的方法來獲取信道狀態信息，如信道預測、基於輔助數據的信道估計方法、判決反饋信道跟蹤方法等。實施例給出信道狀態獲取方法是訓練幀加判決反饋跟蹤。下面簡要的對這種方法進行說明訓練幀加判決反饋跟蹤的方法是，首先發訓練幀估計信道，後面的數據幀根據判決的結果重構判決之後的符號設接收到的信號離散時域是r′(k)，(k＝0，1，…，N-1)，將其變換到頻域得到R′(k)，(k＝0，1，…，N-1)，該數據幀判決後的時域符號是 (m＝0，1，…，M-1)，根據移動臺採用的調製方式進行符號映射，得到重構後的符號 (m＝0，1，…，M-1)，利用M點正交變換將 (m＝0，1，…，M-1)變換到變換域得到 (m＝0，1，…，M-1)，這就是根據判決結果重構的頻域符號，利用重構的頻域符號跟蹤信道的方法是H(m)=R(km)/S~(m),Au(m)=1H(km),Au(m)=0]]>其中，H(km)為系統在前一幀的信道狀態信息。這裡km，(m＝0，1，…，M-1)是M個可用子信道的整體標號。
由於只有部分子信道上有判決符號，跟蹤只對可用子信道實行。一段時間之後再發訓練幀消除跟蹤帶來的誤差積累。其中要說明的是，跟蹤方法並不利用所有可用子信道上的重構符號，而只利用了幅值大於某個門限的頻域符號，對於幅值小於門限的子信道，其頻域CSI不作更新，即保持上一時刻的值不變，木實施例中，16QAM採用的門限是信號的頻域平均功率的一半，QPSK採用的門限是信號的頻域平均功率。
自適應選頻判斷模塊19本系統特有模塊，根據信道估計或預測模塊18傳來的每幀更新的CSI，得到子信道的幅度增益|H(ki)|，(i＝0，1，…，M-1)以及可用子信道標記信息進行判斷。可以用不同的判斷規則。如果判斷結果是需要進行重新選頻，則控制選頻模塊20工作；發端在發送新的一幀數據時，總是按照最近獲得的子信道標記信息工作。以下給出實現例子獲取子信道上的CSI後，使用的判斷的方法是計算出當前的均衡後信噪比，即實際的均衡後信噪比，與期望均衡後信噪比作差值，如果所得的差值的絕對值大於門限，重新選頻，否則保持當前的信道標記信息不變；實施例的仿真中門限值取1dB；選頻模塊20本系統特有模塊，由信道估計模塊18得到的子信道組u的信道狀態信息，選出可用子信道，根據信道是否可用，用1比特信息(「0」或「1」)標記，形成子信道標記信息，將子信道標記信息同時送給信號頻譜反變換模塊14和反向信道21以及自適應選頻判斷模塊19，通過反向信道發回移動臺的信號頻譜變換模塊4；此模塊需要按照背景技術中提到的申請號為200410036439.6的中國發明專利中介紹的方法編程，由通用數位訊號處理晶片實現。
反向信道21通用模塊，將子信道標記信息傳回移動臺。
同步模塊22通用模塊，通過參數估計得到系統需要的各種同步數據。同步模塊將頻率同步數據送給射頻及中頻解調模塊10；將抽樣率同步數據送給模數轉換模塊11；將定時同步數據送給去CP模塊12。
多址接入控制模塊23建立通信時，基站由信道估計模塊18得到各個用戶的信道狀態信息，為每個用戶分配子信道組並使用戶的接入為準同步接入，即要控制用戶向移動臺發數據的時間，使不同用戶的CP在基站對齊，但允許部分用戶的幀定時提前一些(一般可以提前幾個抽樣值)，這一點與OFDMA的接入控制機制相同。本模塊的功能同OFDMA中的多址接入控制模塊。本實施例中建立子信道組u的方案是子信道組u的所有子信道按照一定的間隔散布在整個帶寬中，此間隔的大小等於用戶數，並且所有子信道組u的子信道數量都是相同的。
該實施例仿真參數仿真環境Matlab7.0.1子信道總數N＝1024調製方式QPSK，16QAMCP長度256數據採樣率40M最大都卜勒頻率100Hz 200Hz 300Hz傳送信噪比2dB，10dB時變信道模型ITU IMT2000 Vehichlar Test Environment channel model A參考RECOMMENDATION ITU-R M.1225GUIDELINES FOR EVALUATION OF RADIOTRANSMISSION TECHNOLOGIES FOR IMT-2000仿真中沒有考慮同步誤差(包括載波同步誤差、抽樣率同步誤差和幀定時同步誤差)對系統的影響，即假設所有同步參數的誤差都為0；沒有考慮反向信道回傳可用子信道時的傳輸時延和傳輸誤碼的影響，即假設傳輸時延和誤碼都為0；沒有考慮其它非理想因素的影響(例如器件的非線性等)；沒有考慮同頻小區的幹擾。
仿真結果1.64個子信道用戶，子信道組1mod(16)
2.8個子信道用戶，子信道組4mod(128)， 為避免混淆，本說明書中所提到的一些名詞做以下解釋1符號是指信息比特經過調製映射(也稱符號映射)後的數據。一般是一個實部和虛部均為整數的複數。
2一幀信號對於OFDM，一幀信號在發送端是指作IFFT變換的N個符號，在基站是指在去掉CP以後作FFT變換的N個符號。對於SC-FDE，一幀信號在發送端是指相鄰兩個CP之間的N個信息符號，在基站是指在去掉CP以後作FFT變換的N個符號。對於按本發明提出的方法實現的SC-FDE系統，一幀信號在發送端是指作FFT變換的M個符號，在基站是指在均衡以後作IFFT變換的M個符號。
3子信道對於OFDM，SC-FDE基帶信號，一個子信道是指在基站FFT後一個頻率點。對於射頻信道，一個子信道是指射頻信道的一段頻譜。
4子信道組分配給用戶的子信道的集合。
5信噪比信號功率和噪聲功率的比值，其中發明內容和權利要求部分提到的信噪比是未取對數的，沒有單位；實施例中提到的信噪比是對數信噪比，單位是dB。
6均衡後信噪比均衡之後信號功率跟噪聲功率的比值。
7期望均衡後信噪比不同誤碼性能要求的最低的均衡後信噪比。
權利要求
1.一種選頻分塊傳輸系統的上行鏈路頻分多址接入方法，該方法包括以下步驟(1)移動臺U發出信號申請接入基站，基站根據其業務需要和可用的頻譜資源為其分配一組子信道，記為子信道組u，將子信道組u的有關信息，即子信道組u中的各子信道標號信息，發送到移動臺U，並請求移動臺U發送進行信道估計的輔助數據；(2)基站進行信道估計，獲取子信道組u的信道狀態信息，進行選頻，選出M個可用子信道，得到子信道組u的子信道標記信息，並將子信道組u的子信道標記信息發送到移動臺；(3)移動臺根據收到的子信道組u的子信道標記信息對發送信號進行正交變換，映射成N維向量，變到時域後發送，並向基站發送攜帶信息的信號；(4)基站將收到的抽樣信號變換到頻域，根據子信道組u的子信道標記信息對接收信號進行頻域均衡，選出可用子信道上的M個有用信號，作正交逆變換，變回時域信號並完成判決，得到信息數據；(5)根據需要，在通信過程中基站改變子信道組u，換為其他子信道組，或保持子信道組u不變，僅僅改變子信道組u中的子信道標記信息；做出改變後，基站將改變後的子信道組的標識信息或子信道組u的子信道標記信息發送到移動臺，移動臺總是根據最近收到的子信道組標識信息或子信道標記信息與基站進行通信。
2.根據權利要求1所述的一種選頻分塊傳輸系統的上行鏈路頻分多址接入方法，其特徵在於第(3)步中移動臺U根據收到的子信道組u的子信道標記信息對發送信號進行正交變換的方法是移動臺根據所採用的調製方式進行符號映射，形成待傳輸的一幀M個符號，將這M個符號進行正交變換，得到M個變換域符號，根據子信道標記信息將上述M個變換域符號擴張成N維向量，得到待發送信號的頻域形式，將這個N維的頻域信號變換回時域並發送時域信號，當M不是2的整數次冪時，正交變換可以分塊實現，不同的塊可以用相同的或不同的正交變換；其中，根據信道標記信息將M個變換域符號擴張成N維向量的具體方法是在移動臺U收到基站發送回來的子信道標記信息後，只用M個可用子信道來傳輸信號，這樣對移動臺的一幀M個分塊傳輸系統符號s(n)，(n＝0，1，…，M-1)，作M點正交變換變換到變換域S＝Fs其中，F是M點正交變換矩陣，s＝{s(n)，n＝0，1，…，M-1}為M個分塊傳輸系統時域符號，S＝{S(i)，i＝0，1，…，M-1}為M個變換域符號；將M個變換域符號S＝{S(m)，m＝0，1，…，M-1}擴張成N維向量S′＝{S′(k)，k＝0，1，…，N-1}，其中M個變換域符號與子信道組u的M個可用子信道一一對應，例如S按M個可用子信道整體標號的順序依次與其對應令S′＝{S′(k)，k＝0，1…N-1}第km個分量等於S(m)，在子信道組u的其他子信道對應的分量上置零或放置一些非信息數據；在不屬於子信道組u對應的各子信道上，全部置零； 這裡km，(m＝0，1，…，M-1)是子信道組U中的M個可用子信道的整體標號；然後對S′(k)，(k＝0，1，…，N-1)做N點的離散傅立葉逆變換，可以通過快速傅立葉逆變換算法實現s(n)=1Nk=0N-1S(k)ej2Nnk,]]>(n＝0，1，…，N-1)變成時域信號，過抽樣時IFFT點數要大於n，高頻部分置零，對該時域信號作D/A變換後，再進行載波調製就可以發送出去。
3.根據權利要求1所述的一種選頻分塊傳輸系統的上行鏈路頻分多址接入方法，其特徵在於第(4)步中根據子信道標記信息選出可用子信道上的信號的具體實現方法是設基站接收到信號去掉CP的時域離散信號為r′(n)＝s′(n)h(n)+w(n)，(n＝0，1，…，N-1)對其做N點的DFTR(k)=n=0N-1r(n)e-j2Nnk,]]>(k＝0，1，…，N-1)並且，R′(k)＝S′(k)H(k)+W(k)，(k＝0，1，…，N-1)這樣就可以根據子信道組u的標記信息及其對應的子信道標記信息共同選出M個可用子信道上的信號R(m)，(m＝0，1，…，M-1)。例如對前述的頻譜變換方法，我們有R(m)＝R′(km)，這裡km，(m＝0，1，…，M-1)是M個可用子信道的整體標號。
4.根據權利要求1所述的一種選頻分塊傳輸系統的上行鏈路頻分多址接入方法，其特徵在於第(4)步中選出可用子信道數M佔子信道組u中子信道數Bu的5％-100％之間。
全文摘要
本發明提供了一種選頻分塊傳輸系統的上行鏈路頻分多址接入方法，包括以下步驟(1)移動臺接入基站，基站為其分配一組子信道，將信息發送到移動臺，請求移動臺發送信道估計的輔助數據；(2)基站進行信道估計，獲取子信道組的信道狀態信息，選出可用子信道，並將子信道組的子信道標記信息發送到移動臺；(3)移動臺對發送信號進行正交變換，變到時域後發送並向基站發送攜帶信息的信號；(4)基站將收到的抽樣信號變換到頻域，對接收信號進行頻域均衡，選出有用信號，得到信息數據；(5)根據需要，在通信過程中基站改變子信道組，移動臺根據收到的信息與基站進行通信。本發明在保證系統性能的前提下較好的解決了上行鏈路在時變環境中的接入問題。
文檔編號H04L27/00GK1805316SQ200610042129
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月10日 優先權日2006年1月10日
發明者杜巖, 孫小鈞, 劉蕾蕾, 王麗麗 申請人:山東大學