可調帶寬的偏移調製多載波頻分多址傳輸方法
2023-05-03 20:18:06 8
專利名稱：可調帶寬的偏移調製多載波頻分多址傳輸方法
技術領域：
本發明屬於通信領域，涉及一種通信系統發送信號的生成和接收信號的處理方法。
背景技術：
正交頻分復用(OFDM)和單載波頻分多址(SC-FDMA)是目前兩種常見的多載波頻分多址傳輸技術。OFDM具有實現簡單，對抗頻率選擇性衰落較為魯棒及易於支持多天線技術等優點，但是也存在發送信號包絡波動大的缺點，限制了它的功率效率，尤其是在無線通信系統上行鏈路中的應用。在SC-FDMA系統中，在每個用戶的發送數據矢量映射到OFDM系統的子載波上之前用DFT矩陣對其進行預編碼。由此產生的發送信號，不管是採用峰值平均功率比(PAPR)，或者立方度量(CM)來衡量，均具有較低的包絡波動，因此能夠在上行鏈路中獲得更高功率效率和信號覆蓋。由於其部分克服了 OFDM傳輸發送信號包絡波動大的缺點，又能夠用離散傅立葉變換擴展OFDM (DFTS-0FDM)的方法實現，從而成為適合無線通信上行鏈路中的關鍵傳輸技術。SC-FDMA還可以採用頻域脈衝成型能夠進一步降低發送信號的包絡波動，發送信號的包絡波動能夠隨著脈衝成型的滾降因子的增加被降低，但同時也損失了頻譜效率。帶循環前綴的偏移調製正交頻分復用傳輸方法是另一種多載波多址傳輸技術，該技術在每個子帶上採用了偏移調製，從而相比SC-FDMA具有更低的峰均比。它的另一個優點是通過增加頻域成型濾波器的滾降因子，發送信號的包絡波動能夠在保持頻譜效率的條件下進一步降低。該多址傳輸技術的一個主要缺點是不同用戶之間採用了相同帶寬，不利於無線資源根據用戶需求進行靈活分配。在無線通信系統中越來越多的採用多天線發送/接收以獲得額外的分集增益，如何在帶循環前綴的偏移調製正交頻分復用傳輸方法中利用多天線發送來獲得空間分集，對於該方法在實際系統中的應用具有較大的意義。
發明內容
技術問題本發明提供了一種能夠實現每個用戶帶寬可調的偏移調製，獲得比SC-FDMA技術更低的發送信號包絡波動，可以實現上行鏈路對功放效率的要求，同時能為多個發送天線的通信系統提供簡單有效的發送分集實現方法的可調帶寬的偏移調製多載波頻分多址傳輸方法。技術方案本發明的可調帶寬的偏移調製多載波頻分多址傳輸方法，包括發送信號生成過程和接收信號處理過程，確定總子載波數為N。，總用戶數為K，發送信號生成過程中，發送端第u個用戶第I個分塊的數字基帶發送信號生成方法包含如下步驟1)將待傳輸的信息比特經過差錯控制編碼、比特交織和符號映射，生成長度為2Nd,u的實符號矢量Cliul，所述Nd,u為第u個用戶在一個分塊中的傳輸的復值基帶符號數量；2)將所述實符號矢量Cluil的所有元素逐個與調製因相乘，得到的結果組成新的符號矢量，其中η = O··· 2NdjU_1；/ =、-I,然後對所述新的符號矢量進行2Nd,u點的快速傅立葉變換，得到頻域信號矢量;3)取所述頻域信號矢量qu,!的後Nd, u個信號，並且對所述後Nd, u個信號進行共軛對稱擴展，得到Ns,u = Nd,u+2Ne維頻域擴展後的發送信號矢量Pu，Pa.； = l€iu,l{Nd,u -馬)…112 Μ - i)…q；.(0)^,(0)^;(JV-e — I)]7其中凡為不大於min{Nd，u/2|u = 0，…K_l}的非負整數，( 廣為共軛操作；4)根據所述Piul生成發送信號矢量Xiul，其中Xiul的第i個元素為·
'.『■W = kIezi其中及表示第u個用戶所佔用的子載波序號集合，Wu (k)表示第U個用戶的頻域濾波器係數，...Ki)表示從到集合{0，…，Ns,u-1}的映射；5)對發送信號矢量Xu,!做N。點離散傅立葉反變換，插入循環前綴，得到第I個分塊的數字基帶發送信號。本發明的可調帶寬的偏移調製多載波頻分多址傳輸方法中，步驟4)中的第u個用戶所佔用的子載波序號集合A可以為
= (([cM — ￥ — <￥#*CU + ^J 十 )),' ；.'其中4= ES1 Na ;十 PfiJ + Pfl + Cc,式中，C0為第O個用戶的中心子載波，取值為O到凡-1之間的任一整數；第u個用戶的頻域濾波器係數Wu (k)為
r 0(k)O < A: < 2iV# ~ IIra(Jr) = ' V 2INtl < k < Nd u — I
^(N￡U~i-i) . , <k< Ns^ ~ I其中β⑴為頻域成型函數，取值滿足β2α) + β2(2Νε-1_ ) = 2 ；本發明傳輸方法的接收信號處理過程中，接收端的數字基帶處理信號處理包括以下步驟a)將第I個分塊的接收信號去除循環前綴，然後進行N。點離散傅立葉變換，得到頻域接收信號矢量；b)對所述頻域接收信號矢量進行預處理，具體為將用戶分為兩組，偶數序號(U=0,2,4,…)為第一組，奇數序號(u = 1，3，5…)為第二組，第一組用戶和第二組用戶交錯排列，對第二組用戶的接收信號進行共軛反向操作，和第一組用戶信號組成新的接收信號矢量為朽=tFoT;-(1, JuV其中Jn表示NXN維反向矩陣，其反對角線上的元素為I，其餘均為O ;c)根據新的接收信號矢量f,進行後續的迭代檢測解碼得到發送信息的判決，包括利用先驗信息的多用戶聯合頻域均衡，軟解調，均值方差重建，交織，解交織，軟輸入軟輸出解碼等步驟。本發明的可調帶寬的偏移調製多載波頻分多址傳輸方法中，每個用戶可以具有兩根發送天線，在第21個分塊和第21+1個分塊上，第一根發送天線生成的實符號矢量分別為+第二根發送天線生成的實符號矢量分別為du,21+1,;其中du,21和du,21+1分別表示在第21個分塊和第21+1個分塊待發送的實值基帶符
號矢量，且Hv = P , I。
L I1V-IJ有益效果本發明方法和現有技術相比，具有以下優點本發明提供的多載波頻分多址發送方法，相比現有的基於DFT擴展OFDM的單載波頻分多址傳輸方法，具有以下兩個優點。首先，本發明提供的多載波頻分多址傳輸方法實現了偏移調製的單載波信號，相比非偏移調製的單載波信號，具有更低的發送信號包絡波動，因而能夠獲得更高的功放效率；其次，本發明提供的多載波頻分多址傳輸方法能夠通過改變滾降因子，在保持頻譜效率的條件下進一步降低發送信號包絡波動。與此同時，所提供的基於多用戶聯合頻域均衡的迭代接收信號處理方法，以較低複雜度保證了傳輸的可靠性。此外，本發明還針對雙發送天線情況設計了可獲得發送分集的發送和接收方法。
圖I為本發明方法中每個用戶數字基帶發送信號生成方法的邏輯流程框圖；圖2為本發明方法中的接收信號處理方法的邏輯流程框圖；圖3為頻分多址示意圖；圖4為本發明方法採用雙發送天線的流程框圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明方法進行詳細描述。本發明的可調帶寬的偏移調製多載波頻分多址傳輸方法，可以應用於多個無線終端例如手機到基站的通信。不同用戶採用佔用不同的頻帶以獲得頻分多址。假設採用該傳輸方法的通信系統系統共有K個用戶，總的子載波個數為N。。由於無線信道存在著頻率選擇性衰落，因此破壞了在接收端不同用戶信號之間的正交性。而頻率選擇性衰落也會引起單個用戶的符號間幹擾，因此需要採用多用戶聯合均衡的方法去除多用戶幹擾和符號間幹擾。為了抵抗噪聲和幹擾，通信系統通常採用差錯控制編碼。在基站側的信號接收端，檢測器與解碼器迭代工作的迭代檢測解碼接收機中，檢測器是軟輸入軟輸出的。其中，軟輸入軟輸出表示檢測器不僅能夠輸出軟信息至解碼器，而且能夠使用解碼器反饋的軟信息作為先驗信息輸入檢測器。如圖I所示，為本發明方法中的每個用戶數字基帶發送信號的生成方法，包括以下內容信源在本發明的實施例中，信源生成二進位符號0，I構成的比特序列，表示待傳輸的·信息。差錯控制編碼，比特交織和符號映射在本發明的實施例中，差錯控制編碼為將二進位比特序列加入冗餘信息，獲得編碼比特的過程，包括眾所周知的卷積碼，渦輪(Turbo)碼和低密度奇偶校驗(LDPC)碼等。比特交織為將編碼比特以一定的規則打亂順序，可以採用質數交織器，隨機交織器等。符號映射用脈衝幅度調製將二進位比特序列映射為實值的基帶符號。將映射後的符號分為長度為2Nd,u的塊,用duCm)表示第u個用戶第I塊的第m個信號，其矢量形式用2Nd,u維矢量(Itul來表示。其中2Nd,u表示中第u個用戶在一個分塊(即OFDM符號)所需傳輸的複數符號的個數，可根據用戶需求無線資源確定。廣義離散傅立葉變換(⑶FT)在本發明實施例中，⑶FT操作為對Cliul的第η個元素即du, i (η)逐個乘調製因子 e-，然後進行2Nd u點的快速傅立葉變換，得到第u個用戶第I塊的2Nd,u維頻域信號矢量qu。共軛對稱擴展，頻域濾波和子載波映射在本發明實施例中，共軛對稱擴展取頻域信號矢量Qiul的後Nd,u個信號，並且對其進行共軛對稱擴展，得到第個流上第I塊的Ns, u = Nd,u+2Ne維頻域擴展後的發送信號矢量
Pu, I，Ft,,. = [qa,; (JVliia — Me) '"q,Ml(Nd a況Au — I)…l)f其中Ne為不大於min{Nd,u/2|u = 0，…K_l}的非負整數，(·廣為共軛操作，而2NyNd,u則為第u個用戶的滾降因子。頻域濾波是對共軛對稱擴展後的頻域信號Pl^a)和頻域濾波器係數w(i)進行點乘，然後乘以ju，將其值賦給第u個用戶所對應的一組子載波，生成發送信號矢量Xu，其中Xu的第i個元素為
f m 一 f/(i(Mu(0))e I = Irt,
—..to, e JitΛ1β(雜示從Γ,到集合{O, -,Ns,u-1}的映射，即將第Λ Β(0個頻域信號映射到第
i個OFDM子載波上,Ii表示第u個用戶所佔用的子載波的序號集合。如圖3所示，在本發明的實施例中，
I、=^ .........+ ])).￥. 其中
cu - ν￡λ 1--|......................J 冬 |-~J '十 %式中，Ctl為第O個用戶的中心子載波，取值為O到Ne-I之間的任一整數，(OO)n為取模操作，即X除以N以後的餘數。第u個用戶的頻域濾波器係數wu (k)為f Pik)0<k< 2Νβ - I(ir) ~ j V 22Νθ < k < JVd u — I
—復—0 Xd.u ^ ^ Ns,zz _ 1其中β⑴為頻域成型函數，取值滿足β2α) + β2(2Νε-1_ ) = 2 ；反快速傅立葉變換在本發明實施例中，對頻域發送信號矢量Xiul進行N。點反快速傅立葉變換以完成多載波調製，得到第U個用戶第I塊的時域信號Sm。插入循環前綴 在本發明實施例中，插入循環前綴的過程為將Siul的最後Ng個信號放到Siul的前面，生成第u個用戶第I塊的發送信號。如圖2所示，為本發明方法中的接收信號處理方法，包括以下內容。去除循環前綴在本發明實施例中，去除循環前綴的過程為將接收信號分割為長度為Ng+N。的塊，取後N。個信號，得到第I塊的N。維時域接收信號矢量IV快速傅立葉變換在本發明實施例中，對Γι進行N。點的快速傅立葉變換，得到N。維頻域接收信號矢
量yi。接收信號預處理在本發明的實施例中，用yu,I表示第u個用戶的接收信號，yu,l的維度SNd,u，其第i個元素為
V,,, CO = γ-J MZHiNj)
Ui it. ~X*"*ts - f其中yi(n)為yi的第η個元素，為Λ+ Μ(·)的逆映射。將用戶分為兩組,偶數序號(u = 0,2,4,…)為第一組,奇數序號(u = I, 3, 5…)為第二組，第一組用戶和第二組用戶交錯排列，對第二組用戶的接收信號進行共軛反向操作，和第一組用戶信號組成新的接收信號矢量為Y1 = [yir* 0. (1 ;)Τ 其中 Jn 表示 NXN 維反向矩陣，其反對角線上的元素為1，其餘均為O ;利用先驗信息的多用戶聯合頻域均衡在本發明實施例中，軟輸入表示均衡器能夠使用解碼器反饋的軟信息作為先驗信息輸入以提高信息量。在本發明實施例中，令d:= [dl, dL…，則通過對接收信號的預處理，Cl1
和負之間可以用以下公式來表示V, = B, I Wd,+2,其中B1為等效信道參數矩陣，T = diagCp.#,, 9 lXi J, [0. .W = diag(.會 2^蕾2%,…曹 2,&」，其中diag(xl，X2，…Xn)表示一個分塊對角陣，其對角線上的矩陣依次為X1,X2,…Xn。Cl1的第m個元素的最小均方誤差估計為
權利要求
1.一種可調帶寬的偏移調製多載波頻分多址傳輸方法，該傳輸方法包括發送信號生成過程和接收信號處理過程，確定總子載波數為N。，總用戶數為K，其特徵在於，所述發送信號生成過程中，發送端第u個用戶第I個分塊的數字基帶發送信號生成方法包含如下步驟 1)將待傳輸的信息比特經過差錯控制編碼、比特交織和符號映射，生成長度為2Nd,u的實符號矢量Cliul，所述Nd,u為第u個用戶在一個分塊中的傳輸的復值基帶符號數量； 2)將所述實符號矢量Cliul的所有元素逐個與調製因子湘乘，得到的結果組成新的符號矢量，其中
2.根據權利要求I所述的可調帶寬的偏移調製多載波頻分多址傳輸方法，其特徵在於，所述步驟4)中，第u個用戶所佔用的子載波序號集合Iu為及
3.根據權利要求I所述的可調帶寬的偏移調製多載波頻分多址傳輸方法，其特徵在於，每個用戶具有兩根發送天線，在第21個分塊和第21+1個分塊上， 第一根發送天線生成的實符號矢量分別為
全文摘要
本發明公開了一種可調帶寬的偏移調製多載波頻分多址傳輸方法，包括在發送端的發送信號生成過程和在接收端的接收信號的處理過程，將整個頻帶劃分為若干個子帶分配給不同的用戶以實現頻分多址，每個子帶(用戶)採用偏移調製，每個子帶(用戶)的帶寬可獨立確定，子帶(用戶)之間允許頻譜重疊，接收端採用基於低複雜度頻域均衡的迭代解碼接收機，同時可在雙發送天線的條件下實現發送分集。本發明方法能夠在保持頻譜效率的條件下大幅降低發送信號的峰均比，實現動態靈活的頻譜資源分配，同時採用基於多用戶聯合頻域均衡的迭代接收信號處理方法，以較低複雜度保證了傳輸的可靠性。
文檔編號H04L27/26GK102916924SQ20121040423
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者高西奇, 王聞今, 鄭福春, 仲文, 江彬, 巴特爾 申請人:東南大學