一種選頻方式的單載波分塊傳輸方法

2023-04-27 21:32:46

專利名稱：一種選頻方式的單載波分塊傳輸方法
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。而未來通信技術距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-FDESingle Carrierwith 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、歐洲電信標準化協會(ETSIEuropean Telecommunication Standard Institute)的HiperLAN/2，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。
OFDM是一種多載波傳輸技術，它用N個子載波把整個寬帶信道分割成N個並行的相互正交的窄帶子信道。OFDM系統有許多引人注目的優點1.OFDM有非常高的頻譜效率。普通FDM系統為了分離開各子信道的信號，需要在相鄰的子信道間設置一定的保護間隔，造成頻譜資源的浪費；OFDM的子信道間不僅沒有保護間隔，而且相鄰子信道中信號的頻譜主瓣還有重疊，這大大提高了OFDM系統的頻譜效率。
2.實現比較簡單。當子信道上採用正交幅度調製(QAMQuadrature AmplitudeModulation)或者多進位相移鍵控(MPSKM-ary Phase Shift Keying)調製方式時，調製過程可以用離散傅立葉逆變換(以下簡稱IDFTInverse Discrete Fourier Transform)完成，解調過程可以用離散傅立葉變換(以下簡稱DFTDiscrete Fourier Transform)完成，它們可以用快速算法快速傅立葉變換(以下簡稱FFTFast Fourier Transform)和快速傅立葉逆變換(以下簡稱IFFTInverse Fast Fourier Transform)實現。既不用多組振蕩器產生載波信號，也不用帶通濾波器組分離信號。
3.抗多徑幹擾能力和抗衰落能力強。由於一般的OFDM系統均採用循環前綴(簡稱CPCyclic Prefix)方式，使得它在一定條件下可以完全消除多徑傳播引起的多徑幹擾，完全消除多徑傳播對載波正交性的破壞，因此OFDM系統具有很好的抗多徑幹擾能力；OFDM的子載波把整個寬帶信道分成若干窄子信道，儘管整個寬帶信道有可能是極不平坦的衰落信道，但在各個子信道上的衰落是近似平坦的，這使得OFDM信號的均衡特別簡單，往往只需要一個抽頭的均衡器即可。
4.可以利用信道狀態信息(簡稱CSIChannel State Information)進一步提高系統傳輸效率。即利用自適應OFDM技術在增益高的子信道上用高進位調製方式，在增益低的子信道(即深衰點)上用低進位調製方式，甚至禁用。這樣在滿足一定誤碼率要求的情況下，可以儘可能多的傳輸信息，這就進一步提高了系統的頻譜效率。
正是這些優點使得OFDM成為近十年來的研究熱點，以致被認為是未來通信，特別是寬帶無線通信的支撐技術。但OFDM系統自身的許多缺點，特別是它的峰值平均功率比(簡稱PAPRPeak to Average Power Ratio)過大，限制著它的實用步伐，而現有SC-FDE具有OFDM上述除第四點以外的所有優點，並且不存在OFDM的PAPR問題，性能和效率跟OFDM基本相當。它是人們在研究OFDM的基礎上發展而來，這種SC-FDE系統跟OFDM一樣採取分塊傳輸，並且採用CP(若採用零填充(簡稱ZPZero Padding)方式，而將每幀拖尾疊加到該幀的前面，則與CP效果相同)，這樣就可以把信號與信道脈衝響應的線性卷積轉化為循環卷積，並且消除了多徑引起的幀間幹擾。並且在接收端採用簡單的頻域均衡技術就可以消除符號間幹擾，例如迫零(簡稱ZFZero Forcing)均衡和最小均方誤差(簡稱MMSEMinimum Mean Square Error)均衡。
SC-FDE系統跟OFDM相比，不存在PAPR問題。而PAPR問題是OFDM系統本身難以用低代價(頻譜效率和功率效率)方式解決的問題。因此SC-FDE技術目前受到越來越多的重視。
在OFDM和SC-FDE的許多重要應用場合(如WLAN、WMAN、xDSL等)，都存在反向信道，OFDM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。而到目前為止，還沒有SC-FDE系統在發送端利用信道狀態信息的報導。這使得在存在反向信道的應用場合，SC-FDE系統與OFDM系統相比處於劣勢。
以下論述在現有SC-FDE系統中已經得到了應用這裡只論述基帶離散信號處理，下面的信號是指發送端數模轉換(以下簡稱D/ADigital to Analog convert)之前和接收端模數轉換(以下簡稱A/DAnalog to Digitalconvert)之後的信號，信道是離散化後的形式。(如果採用軟體無線電實現，也可以用中頻離散信號處理完成，此時信號是中頻離散信號，信道是等效中頻離散信道，處理方式與基帶相同。)1.信號傳輸的頻域表達及信道狀態信息假設SC-FDE系統發送端送出的一幀已經完成符號映射的信號為s(n)，(n＝0，1，…，N-1)，信道脈衝響應為h(n)，(n＝0，1，…，L-1)(L小於CP長度)，信號傳輸過程中要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)，接收端接收到的信號為r(n)，(n＝0，1，…，N-1)，去掉CP後得到r(n)＝s(n)h(n)+w(n)，(n＝0，1，…，N-1) (1)表示循環卷積運算，頻域表達式為R(k)＝S(k)H(k)+W(k)，(k＝0，1，…，N-1)(2)其中R(k)，S(k)，H(k)，W(k)分別為通過對r(n)，s(n)，h(n)，w(n)作N點DFT得到的頻域信號，H(k)，(k＝0，1，…，N-1)為信道的傳輸函數，又稱之為信道狀態信息(CSI)。
2.CSI的獲得CSI一般通過信道估計算法得到，可以採用基於輔助數據的方法或盲估計方法，可以參考一些OFDM的信道估計方法。
3.頻率選擇性信道對SC-FDE系統的影響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。
為了消除多徑傳播引起的符號間幹擾，傳統的窄帶系統一般採用時域均衡。但在寬帶通信中，時域均衡的複雜度太高，而通常採用基於CP的分塊傳輸技術的頻域均衡方式。常用的頻域均衡技術有線性均衡和判決反饋均衡。目前SC-FDE系統一般採用線性均衡，常用的線性均衡有迫零(ZF)和最小均方誤差(MMSE)。
迫零均衡利用上述假設，在接收端為了恢復出信號，作如下處理S~(k)=R(K)H~(k),(k=0,1,,N-1)---(3)]]>即對信號進行迫零均衡， (k＝0，1，…，N-1)為估計到的信道狀態信息，在一定條件下，可以得到相對準確的信道狀態信息H(k)，(k＝0，1，…，N-1)，可以用它來代替 (k＝0，1，…，N-1)作分析，並將(2)式代入(3)式整理得S~(k)=R(k)H(k)=S(k)+W(k)H(k),(k=0,1,,N-1)---(4)]]>可以看出均衡後得到的 (k＝0，1，…，N-1)同真實的頻域信號S(k)，(k＝0，1，…，N-1)相比存在一定誤差，這個誤差是由噪聲引起的，並且當信道存在深衰點(增益很低的點)，特別是存在接近零增益的點時會過分放大噪聲，影響到信號的解調。為了避免放大噪聲，人們提出另一種均衡方式最小均方誤差均衡最小均方誤差就是要使均衡後的信號跟真實信號的均方誤差最小，即E|S~(k)-S(k)|2]]>最小，經過推導之後得到均衡係數C(k)=H*(k)|H(k)|2+1/SNR(k),(k=0,1,,N-1)---(5)]]>其中，H*(k)，(k＝0，1，…，N-1)為H(k)，(k＝0，1，…，N-1)的復共軛，這樣就可以得到均衡後的信號S~(k)=C(k)R(k),(k=0,1,,N-1)---(6)]]>將(5)式代入(6)整理得S~(k)=S(k)1+1/[SNR(k)|H(k)|2]+W(k)H*(k)|H(k)|2+1/SNR(k),(k=0,1,,N-1)---(7)]]>這樣即使出現深衰點也不會過分放大噪聲，但會使信號產生畸變。
在現有的SC-FDE系統中，由於發送端沒有利用信道狀態信息，對頻率選擇性衰落信道使用上述兩種均衡方式，要麼過分放大噪聲，要麼使信號產生畸變。

發明內容本發明針對現有SC-FDE系統發送端不能利用信道狀態信息的問題，提出一種選頻方式的單載波分塊傳輸方法，該方法對現有SC-FDE系統進行改造，使得在SC-FDE系統的發送端可以有效利用信道狀態信息，從而在均衡時既不會過分放大噪聲，又不會使信號產生畸變，改善了整個系統的性能。
本發明採用的解決方案是選頻方式的單載波分塊傳輸方法，即選頻方式的SC-FDE傳輸方法，包括以下步驟(1)收發雙方建立通信後，接收端估計出信道狀態信息後，根據信道狀態信息從N個子信道中找出M個可用子信道，同時將可用子信道和禁用子信道分別作標記，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，並變換回時域進行判決，最終得到傳輸的數據。
下面對以上步驟作詳細說明第一步，找出可用子信道，並將子信道標記信息通過反向信道發送給發送端接收端根據估計出的信道狀態信息H(k)，(k＝0，1，…，N-1)，從N個子信道中，按照幅度增益從大到小選出M(M≤N)個可用子信道，設這M個可用子信道的標號為ki(i＝0，1，…，M-1)，而將剩下的子信道禁用，用1比特信息，即「0」或「1」標記每個子信道是可用子信道還是禁用子信道，這就是發送端所需要的子信道標記信息，如果接收端作N點的DFT，即共有N個子信道，反饋給發送端的子信道標記信息共有N比特，然後將這N比特信息通過反向信道發回發送端。
第二步，根據子信道標記信息改變信號頻譜在發送端收到接收端發送回來的子信道標記信息後，就可以用M個可用子信道來傳輸信號，這樣對一幀M個SC-FDE符號s(n)，(n＝0，1，…，M-1)，作M點DFT變換到頻域S(i)=n=0M-1s(n)e-j2Mni,(i=0,1,,M-1)---(8)]]>就得到M點的頻域信號，用選出來的第ki，(i＝0，1，…，M-1)個可用子信道H(ki)，(i＝0，1，…，M-1)傳輸第i個頻域信號S(i)，(i＝0，1，…，M-1)，即在可用子信道對應的信號頻譜點上放置要傳輸的頻域信號，而將禁用子信道對應的信號頻譜點置零，也可以填充一些非信息數據，這樣就得到一幀新的頻域信號S′(k)，(k＝0，1，…，N-1)，點數為N 然後對S′(k)，(k＝0，1，…，N-1)作N點IDFTs(n)=1Nk=0N-1S(k)ej2Nnk,(n=0,1,,N-1)---(10)]]>變成時域信號，過抽樣時IDFT點數要大於N，高頻部分置零，對該時域信號作D/A後，再進行調製發送出去。
第三步，選出可用子信道上傳輸的信號，然後對選出來的信號進行均衡，並變換回時域進行判決，最終得到傳輸的數據。
接收端接收到信號，去掉CP後的時域離散信號為r′(n)＝s′(n)h(n)+w(n)，(n＝0，1，…，N-1) (11)對其作N點的DFTR(k)=n=0N-1r(n)e-j2Nnk,(k=0,1,,N-1)---(12)]]>並且R′(k)＝S′(k)H(k)+W(k)，(k＝0，1，…，N-1) (13)這樣就可以根據子信道標記信息選出M個可用子信道上的信號R(ki)，(i＝0，1，…，M-1)，然後用估計出來的信道狀態信息中可用子信道參數H(ki)，(i＝0，1，…，M-1)，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；以迫零均衡為例作介紹S~(ki)=R(ki)H(ki),(i=0,1,,M-1)---(14)]]>令S~(i)=S~(ki),(i=0,1,,M-1)---(15)]]>對其作M點的IDFTs~(n)=1Mi=0M-1S~(i)ej2Mni,(n=0,1,,M-1)---(16)]]>對這組數據進行判決就可以恢復出原始數據。
通過上述各步的描述就可以構建新系統，但需要對影響系統性能和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。上述方案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，對於不同的多徑信道，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佔總子信道數N的比例應在40％-99％之間。
2、對可用子信道上的信號作分段FFT其方法是將一個點數多，但不是2的整數次冪的FFT運算分成若干點數相對少的FFT運算；這些點數少的FFT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，即作分段FFT，分段方法有多種，建議遵循下述原則a.點數大於16的段，其點數要為2的整數次冪；b.點數小於16的段至多為1個。
接收端對IFFT作同樣處理，通過這樣的分段處理後，系統的運算效率得到提高。
本發明基於帶循環前綴的SC-FDE系統，在發送端利用信道狀態信息，選擇增益高的子信道傳輸信號，而禁用那些增益非常低的子信道。這樣就可以避開那些增益低的子信道，均衡時就不會過分放大噪聲，同時又最大限度的恢復出信號。因實際信道中衰落十分深的子信道佔很少數，可以通過一定的準則選擇可用子信道數，使系統在保證一定系統性能前提下，最大限度的提高頻譜利用率。由於本發明可利用高進位調製方式，仿真顯示整體頻譜效率有顯著提高，而且可以通過分段FFT運算的方法提高系統運算效率。
本發明在系統性能、頻譜效率、功率效率上優於現有SC-FDE和OFDM系統，整個系統增加的複雜度小。


圖1是本發明的實施例1的系統框圖。
圖2是取代圖1中FFT模塊3的FFT模塊(等點數)的示意圖。
圖3是取代圖1中IFFT模塊16的IFFT模塊(等點數)的示意圖。
圖4是取代圖1中FFT模塊3的FFT模塊(點數按2的冪遞減)的示意圖。
圖5是取代圖1中IFFT模塊16的IFFT模塊(點數按2的冪遞減)的示意圖。
圖6是SUI-5信道(是IEEE 802.16建議的測試信道之一)下選取不同的子信道數(即不同的M)時，OFDM和SC-FDE系統的誤比特率曲線。
圖7是John.G.Proakis所著，由麥格勞-希爾公司(The McGraw-Hill Companies.Inc)出版的《數字通信》(第四版)(Digital Communications 4thEdition)，第631頁Figurel0.2-5(C)的信道(以下簡稱Proakis信道)下選取不同的子信道數(即不同的M)時，OFDM和SC-FDE系統的誤比特率曲線。
圖8是用等點數FFT(和IFFT)運算時SC-FDE系統(可用子信道數M＝208)誤比特率曲線。
圖9是用非等點數(點數按2的冪遞減)FFT(和IFFT)運算時SC-FDE系統(可用子信道數M＝208)誤比特率曲線。
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.同步模塊，19.信道估計模塊，20.反向信道，21-33.16點FFT模塊，34-46.16點IFFT模塊，47.128點FFT模塊，48.64點FFT模塊，49.16點FFT模塊，50.128點IFFT模塊，51.64點IFFT模塊，52.16點IFFT模塊具體實施方式
實施例1圖1給出了按本發明實現的SC-FDE系統的框圖。
圖中除信號頻譜變換模塊4和信號頻譜反變換模塊14外，其餘各模塊均採用現有SC-FDE系統通用的模塊，各模塊作用如下信源模塊1產生要傳輸的數據。
符號映射模塊2調製方式選擇QAM或者MPSK時，將信源產生的數據映射到星座圖對應點上。
M點FFT模塊3將每幀M個已映射信號變換到頻域，得到信號的M點的頻域信號。
信號頻譜變換模塊4根據接收端通過反向信道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SC-FDE頻域信號。此模塊需要按照本發明介紹的方法編程，由通用數位訊號處理晶片實現。
N點IFFT模塊5將新得到的頻域信號再變換到時域。
加CP模塊6將得到的每幀數據加上循環前綴。
D/A模塊7將數位訊號變換為模擬信號。
中頻及射頻調製模塊8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。如果在有線環境(例如xDSL)下使用該系統，則不需要作射頻調製，也不需要天線發射信號，但也要把信號頻譜搬移到語音信道頻帶以外，保證在傳輸數據的同時不影響話音傳輸。
信道9傳輸信號的有線信道或無線信道。
同步模塊18通過參數估計(例如盲估計和基於輔助數據的估計)的方法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。
射頻及中頻解調模塊10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將去掉CP的信號變換到頻域。
信道估計模塊19跟同步類似，也需要通過參數估計來得到CSI，常用的一般是盲信道估計和基於輔助數據的信道估計。估計出CSI後選出可用子信道，將這些可用子信道參數送給均衡模塊15；同時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20，通過反向信道發回發送端。
信號頻譜反交換模塊14根據信道估計模塊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。此模塊需要按照本發明介紹的方法編程，由通用數位訊號處理晶片實現。
均衡模塊15用信道估計模塊送來的可用子信道參數，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)。
M點IFFT模塊16將均衡後信號的M個頻域信號變換到時域。
判決模塊17根據星座圖完成時域信號的判決。
反向信道20將子信道標記信息發回發送端。
該實施例仿真參數仿真環境Matlab7.0
子信道總數N＝256可用子信道數，即每幀SC-FDE數據符號數MSUI-5信道下分別取M＝248和M＝208，Proakis信道下分別取M＝128和M＝114。
CP長度32符號映射16QAM圖6和圖7給出了本發明的該實施例及OFDM中使用本發明(仿真參數跟SC-FDE相同)的基帶仿真結果，可以得到以下結論1、在相同的仿真環境下(即所有仿真參數相同情況下，包括取相同的可用子信道數M)，在信噪比足夠高條件下，SC-FDE系統性能要優於OFDM。
2、在同一系統中，隨著M的減小系統性能明顯改善，但要保證一定頻譜效率，M不能取的太小。
3、在Proakis信道下，如果讓系統滿載(即利用所有的子信道，M＝256)，系統無法正常工作，將一部分增益十分差的子信道禁用，就可以極大改善系統性能。這時禁用的子信道數比較多，甚至會超過子信道總數的50％，這種信道在實際通信中非常罕見，但用它能充分說明本系統的優勢。
實施例2本實施例對實施例1所描述系統中的FFT(和IFFT)模塊採用分段處理——等點數分段。用若干點數少的FFT模塊取代實施例1中的點數多的FFT模塊3(參見圖2)，圖2中的21-33為16點FFT模塊。
對實施例1的仿真參數，選取有用子信道數為M＝208，它不是2的整數次冪。直接對208點的信號作208點的FFT運算，計算效率較低，因此採用分段處理取每個小段的點數為16(即24)，這樣就可以將一幀208個數據s(n)，(n＝0，1，…，M-1)分成13個點數為16的段，每個段作16點的FFT運算(如圖2中的模塊21-33)，得到頻域信號S(k)，(k＝0，1，…，M-1)，如圖2所示。
接收端同意將 (k＝0，1，…，M-1)分成13個點數為16的段，每段作16點IFFT運算(如圖3中的模塊34-46)，得到時域信號 (n＝0，1，…，M-1)，如圖3所示。
其他過程跟實施例1相同。
圖8給出採用等點數FFT(和IFFT)運算的系統誤比特率曲線，並跟不分段的系統做比較。
實施例3對實施例1所描述系統中的FFT(和IFFT)模塊採用分段處理——按2的冪遞減分段。用若干點數少的IFFT模塊取代實施例1中的點數多的IFFT模塊16(參見圖3)。
仍然採用實施例1中的仿真參數M＝208，非2的整數次冪，現在不進行等點數分段，而採用按2的冪遞減的方法分段發射端將s(n)，(n＝0，1，…，M-1)分成點數分別為128，64，16的段，這些段的點數都是2的整數次冪，對它們分別作128，64，16點的FFT運算，最終得到頻域信號S(k)，(k＝0，1，…，M-1)。
接收端對均衡後信號 (k＝0，1，…，M-1)分成點數分別為128，64，16的段，對它們分別作128，64，16點的IFFT運算，最後得到時域信號 (n＝0，1，…，M-1)。
實現框圖見圖4和圖5，其他過程與實施例1相同。
圖9給出採用非等點數FFT(和IFFT)運算的系統誤比特率曲線，並跟不分段的系統做比較。
所有誤比特率曲線橫軸為信噪比(SNRSignal to Noise power Ratio)，單位dB，縱軸為誤比特率(BERBit Error Ratio)。
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，在接收端是指在去掉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，在接收端是指在去掉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，在接收端是指在均衡以後作IFFT變換的M個符號。
3.子信道對於OFDM，SC-FDE基帶信號，一個子信道是指在接收端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。
權利要求
1.一種選頻方式的單載波分塊傳輸方法，即選頻方式的SC-FDE傳輸方法，包括以下步驟(1)收發雙方建立通信後，接收端估計出信道狀態信息後，根據信道狀態信息從N個子信道中找出M個可用子信道，同時將可用子信道和禁用子信道分別作標記，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，並變換回時域進行判決，最終得到傳輸的數據。
2.根據權利要求1所述的選頻方式的單載波分塊傳輸方法，其特徵在於所述步驟(1)採用以下方法實現接收端根據估計出的信道狀態信息H(k)，(k＝0，1，...，N-1)，從N個子信道中，按照幅度增益從大到小選出M(M≤N)個可用子信道，設這M個可用子信道的標號為ki(i＝0，1，...，M-1)，而將剩下的子信道禁用，用1比特信息，即「0」或「1」標記每個子信道是可用子信道還是禁用子信道，這就是發送端所需要的子信道標記信息，如果每幀SC-FDE有N個符號，即共有N個子信道，反饋給發送端的子信道標記信息共有N比特，然後將這N比特信息通過反向信道發回發送端。
3.根據權利要求1所述的選頻方式的單載波分塊傳輸方法，其特徵在於所述步驟(2)採用以下方法實現在發送端收到接收端發送回來的子信道標記信息後，就可以用M個可用子信道來傳輸信號，這樣對一幀M個SC-FDE符號s(n)，(n＝0，1，...，M-1)，作M點DFT變換到頻域S(i)=n=0M-1s(n)e-j2Mni,(i=0,1,...,M-1),]]>就得到M點的頻域信號，用選出來的第ki，(i＝0，1，...，M-1)個可用子信道H(ki)，(i＝0，1，...，M-1)傳輸第i個頻域信號S(i)，(i＝0，1，...，M-1)，即在可用子信道對應的信號頻譜點上放置要傳輸的頻域信號，而將禁用子信道對應的信號頻譜點置零，也可以填充一些非信息數據，這樣就得到一幀新的頻域信號S′(k)，(k＝0，1，...，N-1)，點數為N 然後對S′(k)，(k＝0，1，...，N-1)作N點的離散傅立葉逆變換s(n)=1Nk=0N-1S(k)ej2Nnk,(n=0,1,...,N-1),]]>變成時域信號，過抽樣時IDFT點數要大於N，高頻部分置零，對該時域信號作D/A後，再進行調製發送出去。
4.根據權利要求1所述的選頻方式的單載波分塊傳輸方法，其特徵在於所述步驟(3)採用以下方法實現接收端接收到信號去掉CP的時域離散信號為r′(n)＝s′(n)h(n)+w(n)，(n＝0，1，...，N-1)，對其作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標記信息選出M個可用子信道上的信號R(ki)，(i＝0，1，...，M-1)，然後用估計出來的信道狀態信息中可用子信道參數H(ki)，(i＝0，1，...，M-1)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；以迫零均衡為例做介紹S~(ki)=R(ki)H(ki),(i=0,1,...,M-1),]]>令S~(i)=S~(ki),(i=0,1,...,M-1),]]>對其作M點的IDFTs~(n)=1Mi=0M-1S~(i)ej2Mni,(n=0,1,...,M-1),]]>對這組數據進行判決就可以恢復出原始數據。
5.根據權利要求1所述的選頻方式的單載波分塊傳輸方法，其特徵在於所述可用子信道數M佔總子信道數N的40％-99％之間。
6.根據權利要求1所述的選頻方式的單載波分塊傳輸方法，其特徵在於所述發送端作頻譜變換的DFT可以用分段FFT實現，其方法是將一個點數多但不是2的整數次冪的FFT運算分成若干點數相對少的FFT運算；這些點數少的FFT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，即作分段FFT，分段方法有多種，建議遵循下述原則a.點數大於16的段，其點數要為2的整數次冪；b.點數小於16的段至多為1個；接收端對IFFT作同樣處理。
全文摘要
本發明提供了一種選頻方式的單載波分塊傳輸方法，包括以下步驟(1)收發雙方建立通信後，接收端估計出信道狀態信息後，根據信道狀態信息從N個子信道中找出M個可用子信道，同時將可用子信道和禁用子信道分別作標記，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，並變換回時域進行判決，最終得到傳輸的數據。本發明在系統性能、頻譜效率、功率效率上優於現有SC－FDE和OFDM系統，整個系統增加的複雜度小。
文檔編號H04L27/00GK1617530SQ200410036439
公開日2005年5月18日 申請日期2004年12月6日 優先權日2004年12月6日
發明者杜巖, 李劍飛, 宮良, 袁靜 申請人:山東大學