用於ofdm系統的多維聯合編碼調製的方法及裝置的製作方法

2023-10-30 23:43:22

專利名稱：用於ofdm系統的多維聯合編碼調製的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及數據通信中的分集技術領域，尤其涉及一種用於OFDM系統的聯合編碼調製的方法及裝置。
背景技術：
1982 年 Ungerboeck 提出網格編碼調製 TCM(Trellis Code Modulation)技術後， 編碼調製CM (Coded Modulation)技術始終是通信領域中的熱門研究課題。TCM的基本思想是將編碼器和調製器作為一個整體進行綜合考慮和設計，使得編碼器和調製器級聯後產生的編碼信號序列具有最大的歐氏距離。目前的理論和實踐均已表明TCM在加性白高斯信道 (AWGN Channel)中能夠達到最佳性能。然而，將TCM用於移動衰落信道時發現其性能變得很差。於是，如何在衰落信道中尋找最佳的編碼調製方案就成為近年來的研究熱點。TCM編碼方法的優勢是將編碼信號序列的歐氏距離最大化，這在AWGN信道中能夠起到良好的效果。但是對於衰落信道，性能的提高取決於增加分集數和增大積距離，這使得 TCM編碼方法在衰落信道傳輸中不存在性能優勢。1992年仏1^￥丨最先提出比特交織編碼調製算法BICM(Bit Interleave Code Modulation)，該算法與傳統的TCM相比較，在瑞利信道下的性能有顯著提高。1996尼娜、G Caire等人在理想交織的情況下計算了 BICM方案的容量，證明了具有Gray映射的大多數信號集的容量都與信號集的自身容量幾乎相等。這樣就從理論上說明了 BICM可以獲得與 TCM相同的編碼增益，而不僅僅是原先認為的一種次最佳的編碼方案。在BICM算法中，起決定作用的比特交織技術增大了編碼調製的時間分集度，然而，在高斯信道下，它的性能則又因最小歐氏距離的減小而惡化。OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ^—禾中胃帶多載波技術。它是通過將高速傳輸的數據流轉換為一組低速並行傳輸的數據流，使得系統對於多徑衰落信道頻率選擇性的敏感度程度大大降低，從而具有良好的抗噪聲和抗多徑幹擾的能力，適用於在頻率選擇性衰落信道中進行高速數據傳輸。因此，人們自然地就會想到如果能夠將OFDM與BICM方式相互結合，就會進一步提高通信質量。眾所周知，在衰落信道中，「分集」的作用非常重要。在最佳分集情況下，錯誤概率會隨著平均信噪比的增加而呈指數下降。在BICM算法中，雖然比特交織技術增大了編碼調製的時間分集度；但是，由於最小歐氏距離的減小，又使該技術方案在高斯信道下的傳輸性能變得惡化。因此，如何解決這個技術難題，成為業內科技人員關注的熱點。

發明內容
本發明所要解決的技術問題之一是需要提供一種用於OFDM系統的多維聯合編碼調製的方法及裝置。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種用於OFDM系統的多維聯合編碼調製的方法，該方法包括旋轉調製步驟，發送端針對各個用戶的發送數據分別進行編碼和調製以得到各個用戶的調製符號，並依照設定的旋轉矩陣對所得到的由所述各個用戶的調製符號構成的調製符號塊進行多維旋轉調製以得到符號分量塊；以及交織步驟，發送端按照設定的OFDM模式給所述符號分量塊分配OFDM時頻資源，得到OFDM符號，再對各個所述OFDM 符號中的每個用戶的符號分量塊進行Q路交織處理得到交織符號。根據本發明另一方面的用於OFDM系統的多維聯合編碼調製的方法，按照如下處理來確定所述設定的旋轉矩陣生成設定數量的N維正交矩陣，所述設定數量大於1，N為所述設定的旋轉矩陣的維數，N ^ 2 ；分別基於所述設定數量的N維正交矩陣中的各個N維正交矩陣進行多維旋轉調製以得到相應的符號分量塊&，並分別計算各個所述符號分量塊Xi 的最小間隔值，1 ( i <所述設定數量；將與所述最小間隔值最大的符號分量塊\對應的N 維正交矩陣確定為所述設定的旋轉矩陣；其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊&的N個符號分量中的各個符號分量，確定符號分量的 MN/2個不同取值並計算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調製階數； 將N個符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊\的最小間隔值。根據本發明另一方面的用於OFDM系統的多維聯合編碼調製的方法，通過如下處理來確定所述設定的旋轉矩陣生成所述設定數量的N維正交矩陣並將其作為所述設定的旋轉矩陣，所述設定數量等於1 ；或者，生成所述設定數量的N維正交矩陣，所述設定數量大於1，並通過如下處理來選擇所述設定數量的N維正交矩陣之一作為所述設定的旋轉矩陣 分別基於所述設定數量的N維正交矩陣中的各個N維正交矩陣進行多維旋轉調製以得到相應的符號分量塊&，並分別計算各個所述符號分量塊&的最小間隔值，1 ^ i《所述設定數量；將與所述最小間隔值最大的符號分量塊\相對應的N維正交矩陣確定為所述設定的旋轉矩陣；其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊& WN個符號分量中的各個符號分量，確定符號分量的Mn/2個不同取值並計算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調製階數；將N個符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊&的最小間隔值；N為所述設定的旋轉矩陣的維數， N彡2 ；以及所述N維正交矩陣通過如下步驟生成步驟11，生成N(N+1V2個隨機數，並將所述隨機數排列為一個N階的下三角矩陣；步驟12，基於所述下三角矩陣構造一個一元一次方程和N-2個線性方程組；步驟13，判斷所述線性方程組的係數矩陣是否為非奇異矩陣，若判斷為否，則返回所述步驟11重新生成N(N+1V2個隨機數，否則，利用列主元高斯消元法得到所述方程和所述線性方程組的解值，並將所述解值返回到所述下三角矩陣的相應位置上以得到N維矩陣；以及步驟14，將所述N維矩陣的列向量進行單位化以獲得N維正交矩陣。根據本發明另一方面的用於OFDM系統的多維聯合編碼調製的方法，設定的旋轉矩陣的維數N大於等於2且為等於2的整數次冪的值時，通過如下處理來確定所述設定的旋轉矩陣生成設定數量的N/2維正交矩陣，所述設定數量大於1 ；分別基於所述設定數量的N/2維正交矩陣中的各個N/2維正交矩陣進行多維旋轉調製以得到相應的符號分量塊 Xi，並分別計算各個所述符號分量塊&的最小間隔值，1 < i <所述設定數量；基於與所述最小間隔值最大的符號分量塊&相對應的N/2維正交矩陣來確定所述設定的旋轉矩陣；其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊&的N/2
7個符號分量中的各個符號分量，確定符號分量的ΜΝΛ個不同取值並計算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調製階數；將Ν/2個符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊\的最小間隔值。根據本發明另一方面的用於OFDM系統的多維聯合編碼調製的方法，當N大於等於 4時，通過如下處理確定所述設定數量的Ν/2維正交矩陣以IterMax表示所述設定數量，令j = 1,2, ... hterMax，則將所述設定數量的 N/2維正交矩陣中的第j個N/2維正交矩陣確定為
權利要求
1.一種用於OFDM系統的多維聯合編碼調製的方法，其特徵在於，包括旋轉調製步驟，發送端針對各個用戶的發送數據分別進行編碼和調製以得到各個用戶的調製符號，並依照設定的旋轉矩陣對由所述各個用戶的調製符號構成的調製符號塊進行多維旋轉調製以得到符號分量塊；以及交織步驟，發送端按照設定的OFDM模式給所述符號分量塊分配OFDM時頻資源，得到 OFDM符號，再對各個所述OFDM符號中的每個用戶的符號分量塊進行Q路交織處理得到交織符號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，按照如下處理來確定所述設定的旋轉矩陣生成設定數量的N維正交矩陣，所述設定數量大於1，N為所述設定的旋轉矩陣的維數， N彡2 ；分別基於所述設定數量的N維正交矩陣中的各個N維正交矩陣進行多維旋轉調製以得到相應的符號分量塊Xi，並分別計算各個所述符號分量塊&的最小間隔值，1 ( i <所述設定數量；將與所述最小間隔值最大的符號分量塊\對應的N維正交矩陣確定為所述設定的旋轉矩陣；其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊&的N個符號分量中的各個符號分量，確定符號分量的MN/2個不同取值並計算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調製階數；將N個符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊&的最小間隔值。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，通過如下處理來確定所述設定的旋轉矩陣生成所述設定數量的N維正交矩陣並將其作為所述設定的旋轉矩陣，所述設定數量等於1 ；或者，生成所述設定數量的N維正交矩陣，所述設定數量大於1，並通過如下處理來選擇所述設定數量的N維正交矩陣之一作為所述設定的旋轉矩陣分別基於所述設定數量的N維正交矩陣中的各個N維正交矩陣進行多維旋轉調製以得到相應的符號分量塊Xi，並分別計算各個所述符號分量塊&的最小間隔值，1 ( i <所述設定數量；將與所述最小間隔值最大的符號分量塊\相對應的N維正交矩陣確定為所述設定的旋轉矩陣；其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊&的N個符號分量中的各個符號分量，確定符號分量的MN/2個不同取值並計算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調製階數；將所述N個符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊&的最小間隔值； N為所述設定的旋轉矩陣的維數，N > 2 ；以及所述N維正交矩陣通過如下步驟生成步驟11，生成Ν(Ν+1)/2個隨機數，並將所述隨機數排列為一個N階的下三角矩陣； 步驟12，基於所述下三角矩陣構造一個一元一次方程和Ν-2個線性方程組；步驟13，判斷所述線性方程組的係數矩陣是否為非奇異矩陣，若判斷為否，則返回所述步驟11重新生成Ν(Ν+1)/2個隨機數，否則，利用列主元高斯消元法得到所述方程和所述線性方程組的解值，並將所述解值返回到所述下三角矩陣的相應位置上以得到N維矩陣；以及步驟14，將所述N維矩陣的列向量進行單位化以獲得N維正交矩陣。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述設定的旋轉矩陣的維數N大於等於 2且等於2的整數次冪的值時，通過如下處理來確定所述設定的旋轉矩陣生成設定數量的N/2維正交矩陣，所述設定數量大於1 ；分別基於所述設定數量的N/2維正交矩陣中的各個N/2維正交矩陣進行多維旋轉調製以得到相應的符號分量塊&，並分別計算各個所述符號分量塊&的最小間隔值，1 < i <所述設定數量；基於與所述最小間隔值最大的符號分量塊\相對應的N/2維正交矩陣來確定所述設定的旋轉矩陣；其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊&的N/2 個符號分量中的各個符號分量，確定符號分量的ΜΝΛ個不同取值並計算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調製階數；將Ν/2個符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊\的最小間隔值。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，當N≥4時，通過如下處理確定所述設定數量的Ν/2維正交矩陣 以IterMax表示所述設定數量，令j = 1，2，. . . InterMax,則將所述設定數量的N/2維正交矩陣中的第j個N/2維正交矩陣確定為
6.根據權利要求1至5任一項所述的方法，其特徵在於，在所述交織步驟中進一步包括以下子步驟子步驟21，發送端將所述各個OFDM符號中的L個多維旋轉調製符號進行按照逐行寫入
7.根據權利要求1至5任一項所述的方法，其特徵在於，進一步包括如下步驟 解交織步驟，所述接收端針對經過Q路交織處理得到的各個所述交織符號進行與所述交織步驟的逆向處理。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，在所述解交織步驟中進一步包括以下子步驟子步驟31，針對經過Q路交織處理的得到的各個所述交織符號中的L個所述頻域交織符號中間隔為
9.一種用於OFDM系統的多維聯合編碼調製分集的裝置，其特徵在於，包括旋轉調製模塊，針對各個用戶的發送數據分別進行編碼和調製以得到各個用戶的調製符號，並依照設定的旋轉矩陣對由所述各個用戶的調製符號構成的調製符號塊進行多維旋轉調製以得到符號分量塊；以及交織模塊，其按照設定的OFDM模式給所述符號分量塊分配OFDM時頻資源，得到OFDM 符號，再對各個所述OFDM符號中的每個用戶的符號分量塊進行Q路交織處理得到交織符號；以及所述旋轉調製模塊還包括旋轉矩陣設置模塊，所述旋轉矩陣設置模塊包括 第一子模塊，其生成設定數量的N維正交矩陣，所述設定數量大於1，N為所述設定的旋轉矩陣的維數，N彡2;第二子模塊，其分別基於所述設定數量的N維正交矩陣中的各個N維正交矩陣進行多維旋轉調製以得到相應的符號分量塊Xi,並分別計算各個所述符號分量塊&的最小間隔值，KiS所述設定數量；以及第三子模塊，將與所述最小間隔值最大的符號分量塊\對應的N維正交矩陣確定為所述設定的旋轉矩陣，其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊&的N個符號分量中的各個符號分量，確定符號分量的ΜΝ/2個不同取值並計算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調製階數；將所述N個符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊\的最小間隔值。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述旋轉矩陣設置模塊還包括 第四子模塊，所述第四子模塊包括生成單元，其生成Ν(Ν+1)/2個隨機數，並將所述隨機數排列為一個N階的下三角矩陣；構造單元，基於所述下三角矩陣構造一個一元一次方程和N-2個線性方程組； 判斷求解單元，其判斷所述線性方程組的係數矩陣是否為非奇異矩陣，若判斷為否，則返回所述生成單元重新生成N(N+1V2個隨機數，否則，利用列主元高斯消元法得到所述方程和所述線性方程組的解值，並將所述解值返回到所述下三角矩陣的相應位置上以得到N 維矩陣；以及獲取單元，其將所述N維矩陣的列向量進行單位化以獲得N維正交矩陣。
全文摘要
本發明公開了一種用於OFDM系統的多維聯合編碼調製的方法及裝置，該方法包括發送端針對各個用戶的發送數據分別進行編碼和調製以得到各個用戶的調製符號，並依照設定的旋轉矩陣對所得到的由所述各個用戶的調製符號構成的調製符號塊進行多維旋轉調製以得到符號分量塊；以及發送端按照設定的OFDM模式給所述符號分量塊分配OFDM時頻資源，得到OFDM符號，再對各個所述OFDM符號中的每個用戶的符號分量塊進行Q路交織處理得到交織符號。本發明使不同分量的數據各自在信道上獨立衰落，增加信號分集的優勢，通過選擇最優旋轉矩陣，獲取傳輸性能的最大提升，更有效地提高系統性能。
文檔編號H04L1/00GK102571670SQ20121000826
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者吳湛擊, 吳迎賓, 陳翔 申請人:北京郵電大學