一種自動適應信道特性變化的上行多址接入技術的製作方法
2023-05-22 02:42:56 1
專利名稱：一種自動適應信道特性變化的上行多址接入技術的製作方法
技術領域：
本發明屬於基於交錯正交幅度調製的正交頻分復用系統(0FDM/0QAM，
OrthogonalFrequency Division Multiplexing/Offset Quadrature Amplitude
Modulation)多址接入上行技術，特別是一種能自動適應信道特性變化的上行多址接入技 術，尤其適用於高頻譜效率要求以及高速環境下的上行多址接入系統。 正交頻分多址接入技術(OFDMA， Orthogonal Frequency Division MultipleAccess)是——禾中基於正交頻分復用(0FDM， Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)系統的多址接入技術。其核心是通過給每個用戶分配部分可用子 載波的方法來實現多用戶接入。OFDMA不需要採用保護頻段去區分不同用戶，提高了頻譜 效率；並且通過添加循環前綴(CP， Cyclic Prefix)，可以很容易克服多徑信道引起的符號 間幹擾(ISI， Inter-Symbol Interference)。此外，0FDMA除作為多址技術獨立使用外，還 可以與現有的多址技術，如時分多址(TDMA， Time Division MultipleAccess)、頻分多址 (FDMA， Frequency Division Multiple Access)等非常靈活的結合，從而使得0FDMA技術 擁有廣闊的應用前景。 傳統基於循環前綴的正交頻分多址系統(CP-OFDM， Cyclic Prefix-OrthogonalFrequency Division Multiple Access)的總體實現過程(流程)如 下 發送端(移動臺) 步驟1.信號源數據比特經過編碼，做正交幅度調製(QAM， Quadrature AmplitudeModulation)，得到複數數據後，組幀、並添加導頻序列； 步驟2.根據系統對該用戶的資源分配，進行子載波映射，即在非可用子載波位 置，對步驟1得到的數據幀做插零操作； 步驟3.通過步驟2後的符號做反快速傅立葉變換(IFFT， Inverse Fast FourierTransform)，完成多載波調製； 步驟4.發送時將通過步驟3調製後的數據添加足夠長的CP，以克服多徑信道引起 的ISI幹擾； 步驟5.數模轉換、上變頻，發射信號； [OOW] 接收端(基站端)， 步驟1.接收信號，下變頻、模數轉換，得到基帶複數符號幀序列；
步驟2.去掉0F匿符號(當前幀)內的CP部分； 步驟3.通過步驟2後的符號做快速傅立葉變換(FFT，Fast Fourier Transform), 完成多載波解調； 步驟4.根據系統對該用戶的資源分配，進行子載波反映射，即在通過步驟3後的 符號中，去除非可用子載波位置的數據；
背景技術：
步驟5.從通過步驟4後的符號，由導頻序列提取多徑信道的幅頻和相頻響應，利 用此信道信息，由均衡器(如迫零均衡等)消除或減小多徑信道對OFmi信號的影響；
步驟6.通過步驟5後的符號，進行QAM解調及相應解碼，存入數據。
CP-0FDMA系統最大的不足在於 其一 .CP-0FDMA系統中，在步驟4發送時需要加入CP，以消除多徑幹擾；相應的， 在接收步驟2中，則需要去掉CP。因此存在一是CP只能用做靜態信道ISI的減小或消除， 對於子載波間幹擾(ICI， Inter-Carrier Interference)的影響則沒有作用；二是CP的加 入，加大了系統的額外開銷，減小了頻譜利用率； 其二 . CP-0FDMA系統中，在發送步驟4之後，直接將數據送入發射器(即作矩形窗 成型濾波)，此弊端有二 一是、矩形窗時頻聚焦特性遠不及擴展高斯函數(EGF， Extended Gaussian Function)等窗型，因而使得CP-0FDMA系統對於ICI較為敏感；二是、對於所有 用戶、所有時頻資源格點均採用固定的成型濾波器，未針對信道的不同情況靈活處理，因而 整體性能較差。 2、基於交錯的正交幅度調製的正交頻分復用系統 在現有的通信技術中，基於交錯的正交幅度調製的正交頻分復用(OFDM/
0QAM， Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Offset Quadrature
AmplitudeModulation)技術相比，基於循環前綴的傳統正交頻分復用(CP-0FDM， Cyclic Prefix-Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術而言，擁有更高的頻譜效 率、更好的時頻聚焦特性，而且對於克服ISI和ICI的影響在一定程度上都有良好的作用， 特別是後者，成為0F匿/0QAM相對於CP-OFDM的主要優勢之一。這些特性，使得0F匿/0QAM 已經成為未來移動多媒體通信的主要候選方案之一。0F匿/0QAM系統的發送信號為實值， 取自待傳複數符號的實部和虛部，因為相對於傳統的正交頻分復用系統，OFDM/OQAM僅僅在 實數域滿足嚴格的正交條件；而對於成型濾波器的選擇，可選用具有良好時頻聚焦(TFL， Time Frequency Localization)特性的成型濾波器，如各向同性正交變換函數成型濾波器 (IOTA， Isotropic Orthogonal TransformAlgorithm)，這是0FDM/0QAM擁有上述優勢的重 要原因。傳統0F匿/0QAM系統的結構組成及信號處理流程如附圖4所示，其流程如下
發送端(移動臺) 步驟1.信號源數據比特經過編碼、進行正交幅度調製(QAM， Quadrature AmplitudeModulation)，得到複數數據後，組幀，並添加導頻序列；；
步驟2.通過步驟1到的數據進行正交化相位映射； 步驟3.通過步驟2的符號進行反快速傅立葉變換(IFFT， Inverse Fast FourierTransform)，完成多載波調製； 步驟4.由步驟3得到的數據，通過各向同性正交變換處理(IOTA， IsotropicOrthogonal Transform Algorithm)，成型(或其他固定窗型)濾波，完成信號成 型； 步驟5.數模(D/A)轉換、上變頻，發射信號；
接收端(基站) 步驟1.接收信號，下變頻、模數轉換，得到基帶複數符號幀序列； 步驟2.通過各向同性正交變換算法函數(IOTA， Isotropic OrthogonalTransformAlgorithm)匹配濾波(或其他固定窗型)模塊，做匹配濾波； 步驟3.通過步驟2後的符號，進行快速傅立葉變換(FFT， Fast
FourierTransform)，完成多載波解調； 步驟4.通過步驟3後的符號，進行去正交化相位映射； 步驟5.從通過步驟4後的符號，由導頻序列提取多徑信道的幅頻和相頻響應，利 用此信道信息，由均衡器(如迫零均衡等)消除或減小多徑信道對OF匿/OQAM信號的影響；
步驟6.通過步驟5後的符號，進行QAM解調及相應解碼，存入數據。
此類0F匿/0QAM系統雖然具有對成型濾波器可靈活選擇的特點，但由於沒利用下 行鏈路反饋的信道信息，對於一個已定的收發系統，在發送步驟4和接收步驟2中，即在發 送端和接收端只能採用已選定的成型濾波器和與之匹配濾波器，而不能再針對信道的特性 進行自動調整成型濾波器，因而整體性能的波動性較大、穩定性差；此外，0F匿/0QAM系統 為單用戶系統，不能直接用於多址接入系統。
發明內容
本發明的目的是在背景技術基礎上，研究設計一種自動適應信道特性變化的上行 多址接入技術，有效提高頻譜效率、系統容量和數據傳輸性能、以及抵抗多譜勒擴展的能 力，降低用戶間的幹擾及信號在信道內的畸變，以達到更好滿足高速移動通信的要求等目 的。 本發明的解決方案是在正交頻分多址接入技術(OFDMA)中引入交錯的正交幅度
調製技術(OQAM)，同時採用時頻聚焦特性好的成型濾波器來替代循環前綴，並利用下行鏈
路反饋的不同用戶與接收端(基站)之間的信道信息，自動調整成型濾波器以適應信道特
性的變化，提高頻譜效率、系統容量和數據傳輸性能、以及抵抗多譜勒擴展的能力，降低用
戶間的幹擾及信號在信道內的畸變；從而實現其目的。因此，本發明方法包括 系統初始化處理首先在在發送端(移動臺)和接收端(基站)的寄存器內儲存
相同的成型濾波器序列，並使不同的成型濾波器對應不同的信道特性，且在收發兩端建立
對應的規則； 其流程如下 A.發送端(移動臺) Ap選擇與當前信道特性匹配的成型濾波器發送端發出啟動指令，接收端(基
站)根據其指令發送含導頻序列的數據包至發送端(移動臺)，發送端(移動臺)收到其發
送的信息後，通過對其中的導頻信息分析出當前信道特性、並評估當前時刻信道ISI和ICI
幹擾程度，然後從成型濾波器序列中選擇與該信道特性相匹配的成型濾波器； A2.對發送信息進行正交幅度調製將信號源比特數據編碼，進行正交幅度調製
(QAM， Quadrature Amplitude Modulation)，得到複數數據後，組幀，並添加導頻序列； A3.插零處理對步驟A2得到的數據幀進行插零處理； A4.正交化相位映射對步驟A3得到的數據進行正交化相位映射； A5.多載波調製對步驟^處理後的數據經反快速傅立葉變換處理(IFFT，
InverseFast Fourier Transform)後，完成多載波調製； A6.信號成型經步驟A5調製處理後的數據，根據步驟^選擇當前成型濾波器，完成信號成型； A7.發送信號對步驟Ae所得的成型數據進行數模(D/A)轉換和上變頻處理後，將 該信號發送至接收端； [OO48] B.接收端(基站) Bp對接收信號的處理收到發送端的信號後，首先進行下變頻和模數轉換(A/D) 處理，得到數據幀序列； B2.選擇與當前信道特性匹配的成型濾波器接收端(基站)根據步驟B工所得的
數據幀序列，通過對其中的導頻信息分析當前信道的特性、並評估當前時刻信道ISI和ICI
幹擾程度，然後從成型濾波器序列中選擇與該信道特性相匹配的成型濾波器； B3.多載波解調對經步驟B工處理後的數據幀序列，作快速傅立葉變換處理(FFT，
Fast Fourier Transform)，完成多載波解調； B4.去正交化相位映射對步驟B3解調後的數據幀，進行去正交化相位映射處理；
B5.提取有效數據對步驟B4所得的數據作去零處理，以提取有效數據；
B6.均衡補償對步驟B5所得的有效數據，結合步驟B2所得的信道特性，進行均衡 補償處理，消除或減小多徑信道對系統性能的影響； B7.存儲數據對步驟B6進行均衡補償處理後的數據，進行QAM解調及相應的解碼 處理後，存儲數據。 上述成型濾波器包括擴展高斯函數(EGF)系列成型濾波器或非正交函數系列成 型濾波器。所述進行均衡補償處理，其所用均衡器為迫零均衡器或非線性類均衡器。
本發明由於在正交頻分多址接入技術(OFDMA)中引入了交錯的正交幅度調製技 術(OQAM)，同時採用時頻聚焦特性好的成型濾波器來替代循環前綴，特別是利用下行鏈路 反饋的不同用戶與接收端(基站)之間的信道信息，自動選擇與其信道特性相匹配的成型 濾波器以適應信道特性的變化；從而具有可有效提高頻譜效率、系統容量和數據傳輸性能、 以及抵抗多譜勒擴展的能力，降低用戶間的幹擾及信號在信道內的畸變，能更好滿足高速 移動通信的要求等特點。
圖1為本發明方法流程示意圖(方框圖)； 圖2為本發明具體實施方式
上行鏈路發送端原理圖； 圖3為本發明具體實施方式
上行鏈路接收端原理圖。
圖4為基於交錯正交幅度調製的正交頻分復用系統(OFDM/OQAM)原理圖。
具體實施例方式
本具體實施方式
採用以下系統條件為例0FDMA/0QAM系統子載波數為1024，共32 個用戶，當前用戶使用第0至第31子載波，成型窗濾波器選擇範圍是EGF函數序列成型濾 波器。 系統初始化處理首先在在發送端(移動臺)和接收端(基站)的寄存器內儲存 相同的EGF函數序列成型濾波器(擴展因子a =
)，
且在收發兩端建立對應的規則；
其流程如下 A.發送端(移動臺) Ay選擇與當前信道特性匹配的成型濾波器發送端發出啟動指令，接收端(基 站)根據其指令發送含導頻序列的數據包至發送端(移動臺)，發送端(移動臺)收到其發 送的信息後，通過對其中的導頻信息分析出當前信道特性、並評估當前時刻信道均方時延 擴展和多譜勒頻移，然後根據下面公式選擇與該信道特性相匹配的成型濾波器， 其中A t和A v分別是當前信道的均方時延擴展和多譜勒頻移，v。和、分別 代表OFDMA/OQAM系統的子載波間隔和成型濾波器的時間間隔；對於EGF函數成型濾波器而 言，通過調節擴展因子a能夠調節v。和t。，從而達到匹配的目的。該處選擇的成型濾波 器為g(t); A2.對發送信息進行正交幅度調製將信號源比特數據編碼，進行正交幅度調製 (4QAM， Quadrature Amplitude Modulation)，得到複數數據後，組幀，並添加導頻序列(全 1序列)； A3.插零處理對步驟A2得到的數據幀進行插零處理，即給每幀數據後面補充992 個零；； A4.正交化相位映射對步驟A3得到的數據乘以jm+n進行正交化相位映射；
A5.多載波調製對步驟^處理後的數據經1024點的反快速傅立葉變換處理 (IFFT， Inverse Fast Fourier Transform)後，完成多載波調製； A6.信號成型經步驟A5調製處理後的數據，根據步驟^選擇當前成型濾波器 g(t)，完成信號成型； A7.發送信號對步驟A6所得的成型數據進行數模轉換和上變頻處理後，將該信號
發送至接收端； B.接收端(基站) Bp對接收信號的處理收到發送端的信號後，首先進行下變頻和模數轉換(A/D) 處理，得到數據幀序列； B2.選擇與當前信道特性匹配的成型濾波器接收端(基站)根據步驟B工所得的 數據幀序列，通過對其中的導頻信息分析當前信道的特性、並評估當前時刻信道ISI和ICI 幹擾程度，然後根據公式(1)選擇與該信道特性相匹配的成型濾波器；
B3.多載波解調對經步驟B工處理後的數據幀序列，作1024點快速傅立葉變換處 理(FFT，Fast Fourier Transform)，完成多載波解調； B4.去正交化相位映射對步驟B3解調後的數據幀，進行乘以j—(m+n)去正交化相位 映射處理； B5.提取有效數據對步驟B4所得的數據提取第0至第31個數據，去除最後992 點的數據； B6.均衡補償對步驟B5所得的有效數據，結合步驟B2所得的信道特性，利用迫零 均衡補償處理，以多徑信道對系統性能的影響； B7.存儲數據通過步驟B6後的數據，進行QAM解調及相應解碼後，存儲數據。
權利要求
一種自動適應信道特性變化的上行多址接入技術，包括系統初始化處理首先在在發送端和接收端的寄存器內儲存相同的成型濾波器序列，並使不同的成型濾波器對應不同的信道特性，且在收發兩端建立對應的規則；其流程如下A.發送端A1.選擇與當前信道特性匹配的成型濾波器發送端發出啟動指令，接收端(基站)根據其指令發送含導頻序列的數據包至發送端，發送端收到其發送的信息後，通過對其中的導頻信息分析出當前信道特性、並評估當前時刻信道ISI和ICI幹擾程度，然後從成型濾波器序列中選擇與該信道特性相匹配的成型濾波器；A2.對發送信息進行正交幅度調製將信號源比特數據編碼，進行正交幅度調製，得到複數數據後，組幀，並添加導頻序列；A3.插零處理對步驟A2得到的數據幀進行插零處理；A4.正交化相位映射對步驟A3得到的數據進行正交化相位映射；A5.多載波調製對步驟A4處理後的數據經反快速傅立葉變換處理後，完成多載波調製；A6.信號成型經步驟A5調製處理後的數據，根據步驟A1選擇當前成型濾波器，完成信號成型；A7.發送信號對步驟A6所得的成型數據進行數模轉換和上變頻處理後，將該信號發送至接收端；B.接收端B1.對接收信號的處理收到發送端的信號後，首先進行下變頻和模數轉換處理，得到數據幀序列；B2.選擇與當前信道特性匹配的成型濾波器接收端根據步驟B1所得的數據幀序列，通過對其中的導頻信息分析當前信道的特性、並評估當前時刻信道ISI和ICI幹擾程度，然後從成型濾波器序列中選擇與該信道特性相匹配的成型濾波器；B3.多載波解調對經步驟B1處理後的數據幀序列，作快速傅立葉變換處理，完成多載波解調；B4.去正交化相位映射對步驟B3解調後的數據幀，進行去正交化相位映射處理；B5.提取有效數據對步驟B4所得的數據作去零處理，以提取有效數據；B6.均衡補償對步驟B5所得的有效數據，結合步驟B2所得的信道特性，進行均衡補償處理，消除或減小多徑信道對系統性能的影響；B7.存儲數據對步驟B6進行均衡補償處理後的數據，進行QAM解調及相應的解碼處理後，存儲數據。
2. 按權利要求1所述自動適應信道特性變化的上行多址接入技術，其特徵在於所述成 型濾波器包括擴展高斯函數系列成型濾波器或非正交函數系列成型濾波器。
3. 按權利要求1所述自動適應信道特性變化的上行多址接入技術，其特徵在於所述進 行均衡補償處理中所用均衡器為迫零均衡器或非線性類均衡器。
全文摘要
該發明屬於網絡接入技術中能自動適應信道特性變化的多址接入上行技術。包括系統初始化處理，及發送端選擇與當前信道特性匹配的成型濾波器，對發送信息進行正交幅度調製，插零處理，正交化相位映射，多載波調製，信號成型及發送信號；接收端對接收信號的處理，選擇與信道特性匹配的成型濾波器，多載波解調，去正交化相位映射，提取有效數據，均衡補償及存儲數據。該發明由於在OFDMA(技術)中引入了OQAM(技術)，並採用時頻聚焦特性好的成型濾波器替代循環前綴；從而具有可有效提高頻譜效率、系統容量和數據傳輸性能及抵抗多譜勒擴展的能力，降低了用戶間的幹擾及信號在信道內的畸變，能更好滿足高速移動通信要求等特點。
文檔編號H04L27/26GK101783782SQ20101908701
公開日2010年7月21日 申請日期2010年2月8日 優先權日2010年2月8日
發明者李少謙, 李騰, 武剛, 肖悅, 胡蘇 申請人:電子科技大學