專利名稱：碼分多址擴(kuò)頻和解擴(kuò)方法及其發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于碼分多址的擴(kuò)頻和解擴(kuò)方法以及采用該方法而實(shí)現(xiàn)的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的CDMA系統(tǒng)中，多用戶的信息傳遞是靠碼來(lái)區(qū)分的，因此是一種在一定帶寬下的平行多信道的結(jié)構(gòu)。在高品質(zhì)的同步直接擴(kuò)頻CDMA系統(tǒng)中，上述平行多信道分配給多個(gè)用戶，而用戶的信息符號(hào)是用正交擴(kuò)頻碼來(lái)擴(kuò)頻的。接收機(jī)利用相關(guān)運(yùn)算的方法，得到某個(gè)用戶信息。而其他用戶信號(hào)則由于正交性而被消除。
但是在多徑環(huán)境中，上述技術(shù)無(wú)法保持各個(gè)用戶擴(kuò)頻碼具有的正交性。原因是同步調(diào)制技術(shù)只能保證在時(shí)域中屬于同一徑不同用戶擴(kuò)頻碼的正交性，而對(duì)迭加在其上的屬于不同徑的信號(hào)失去了正交性(時(shí)域中信號(hào)時(shí)延大于一個(gè)碼片持續(xù)時(shí)間的信號(hào)定義為不同徑的信號(hào))，從而引起了各個(gè)用戶的相互干擾，也被稱為多址干擾(MAI)。這種干擾是目前限制CDMA系統(tǒng)容量的最主要因素。在直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，考慮到頻率選擇性衰落信道的時(shí)延，這種時(shí)延是由信道的特性所決定的，非人力所能改變，而正是這種時(shí)延導(dǎo)致了多徑的產(chǎn)生，對(duì)系統(tǒng)造成了極大的干擾。
第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的概念可稱為廣帶(Broadband)接入和分布網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)據(jù)傳輸速率在室內(nèi)、室外和移動(dòng)環(huán)境下均大大超過(guò)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。由于通信帶寬的增加，多徑干擾得更加嚴(yán)重。因此，多址干擾成為我們迫切需要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有擴(kuò)頻方式的缺陷提出了一種為第四代移動(dòng)通信(4G)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)——離散式擴(kuò)頻方法。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種能利用擴(kuò)頻碼的正交性在頻率選擇性衰落信道下消除多徑干擾的離散擴(kuò)頻方法。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種相應(yīng)的解調(diào)方法。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種解離散方法，使得傳統(tǒng)解擴(kuò)方法也可以用于信號(hào)解調(diào)。
本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供一種分離疊加符號(hào)的方法。
本發(fā)明的第五個(gè)目的是提供一種能夠消除多徑干擾的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)以及通信系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的離散擴(kuò)頻方法，其中各個(gè)用戶信息符號(hào)是用正交的擴(kuò)頻碼實(shí)施擴(kuò)頻的。信息符號(hào)可以是BPSK\QPSK或QAM方式調(diào)制的。因此，碼分多址的概念在本技術(shù)中依然適用。對(duì)比傳統(tǒng)的CDMA擴(kuò)頻方法，我們是將對(duì)應(yīng)于一個(gè)信息符號(hào)的擴(kuò)頻數(shù)據(jù)等間隔地逐一在時(shí)序上離散分布。如果這個(gè)間隔為(M+L)個(gè)碼片的持續(xù)時(shí)間，向后每時(shí)延一個(gè)碼片，則可以放置一個(gè)擴(kuò)頻的信息符號(hào)。直至放置總數(shù)為(L+M)個(gè)信息符號(hào)。我們定義這(L+M)個(gè)數(shù)據(jù)為一個(gè)數(shù)據(jù)塊。在數(shù)據(jù)塊中，有M個(gè)信息符號(hào)是獨(dú)立的，L個(gè)信息符號(hào)是多徑數(shù)據(jù)前綴符號(hào)。信息前綴符號(hào)取M中最后L個(gè)符號(hào)。發(fā)射時(shí)，前綴符號(hào)在前，獨(dú)立的信息符號(hào)在后。
應(yīng)當(dāng)指出，上述調(diào)制方法適用于多徑最大時(shí)延小于L碼片的情況。另外，如果擴(kuò)頻比為n，則數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為n(L+M)個(gè)碼片持續(xù)時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的第一種解調(diào)方法，對(duì)經(jīng)過(guò)多徑信道的離散信息符號(hào)在其離散的對(duì)應(yīng)位置上用用戶的擴(kuò)頻碼相關(guān)，則得到用戶當(dāng)前信息符號(hào)和前數(shù)個(gè)信息符號(hào)的疊加結(jié)果。我們定義這種相關(guān)方法為離散相關(guān)方法。相關(guān)運(yùn)算應(yīng)從第L+1個(gè)符號(hào)開(kāi)始。即放棄數(shù)據(jù)塊的前L個(gè)前綴符號(hào)。注意信息符號(hào)的疊加是由多徑造成的。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的第二種解調(diào)方法，對(duì)經(jīng)過(guò)多徑信道的離散信息符號(hào)重新排列。使得第一徑到達(dá)的符號(hào)按符號(hào)次序排列為傳統(tǒng)的連續(xù)擴(kuò)頻方式。利用傳統(tǒng)解擴(kuò)方法，即連續(xù)解擴(kuò)方法，從第L+1個(gè)符號(hào)解調(diào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的信息符號(hào)分離方法，對(duì)上述兩種方法解調(diào)的結(jié)果(他們給出同樣的結(jié)果)，解方程分離所傳輸?shù)男畔⒎?hào)。從而實(shí)現(xiàn)信息符號(hào)的傳輸。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別采用上述離散擴(kuò)頻方法和離散相關(guān)方法或解離散與傳統(tǒng)解擴(kuò)方法實(shí)施通信。


下面參照

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，圖中相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同或類似的部件。
圖1為示出現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)的流程圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的離散擴(kuò)頻方法的流程圖；圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的解離散擴(kuò)頻方法的流程圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射機(jī)中的擴(kuò)頻器和離散器的結(jié)構(gòu)框圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)中解離散器和解擴(kuò)器的結(jié)構(gòu)框圖；圖7為示出當(dāng)擴(kuò)頻比為n＝16時(shí)根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的誤碼率隨著信噪比的變化曲線圖；以及圖8為示出當(dāng)SNR＝0dB時(shí)，系統(tǒng)誤碼率隨著擴(kuò)頻比的變化曲線圖。
具體實(shí)施例方式
首先參照?qǐng)D1說(shuō)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)。
在發(fā)射機(jī)14方，從數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)器11依次讀出要發(fā)送的數(shù)據(jù)包。在調(diào)制器12中進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制的方式可以采用BPSK\QPSK或QAM方式。把調(diào)制后的數(shù)據(jù)傳送到擴(kuò)頻器13，在擴(kuò)頻器13中利用PN碼進(jìn)行CDMA擴(kuò)頻。然后通過(guò)天線(未示出)發(fā)送出去。由發(fā)射機(jī)所發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行多徑信道后由接收機(jī)16所接收，經(jīng)過(guò)解擴(kuò)器17和判決解調(diào)18之后得到原始的數(shù)據(jù)包。從而完成通信的一個(gè)過(guò)程。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖2。在本發(fā)明的離散式擴(kuò)頻的通信系統(tǒng)中，在發(fā)射器23中，在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)器11與調(diào)制器12之間增加一個(gè)設(shè)置前綴的裝置21，其用于對(duì)要發(fā)送的數(shù)據(jù)包設(shè)置前綴，以便于在接收器方能夠?qū)λ邮招盘?hào)通過(guò)解方程而得出原始的數(shù)據(jù)包。并且在擴(kuò)頻器13和天線(未示出)之間增加一個(gè)離散器22，其用于在發(fā)送信息符號(hào)之前執(zhí)行本發(fā)明所述的對(duì)要發(fā)送符號(hào)的碼片進(jìn)行離散排列的方法。
在接收器24中，所接收的信息符號(hào)先通過(guò)解離散器25，其用于對(duì)由發(fā)射機(jī)23所發(fā)送的信息符號(hào)進(jìn)行解離散。然后經(jīng)過(guò)一個(gè)定時(shí)器26，用于在解離散后的信息中選取一段所需的信息傳送到解擴(kuò)器17進(jìn)行解擴(kuò)。由于在定時(shí)器中所選取的一段信息中所包含的本用戶信息與其他用戶的多徑信息之間保持正交關(guān)系，因此解擴(kuò)之后所得到的信息中已經(jīng)消除了其他用戶的多徑干擾。盡管經(jīng)過(guò)解擴(kuò)之后的信息消除的其他用戶的信息，但是本用戶的主徑信息與旁徑信息之間是延遲整數(shù)個(gè)符號(hào)并且相互重疊，因此需要把解擴(kuò)之后的數(shù)據(jù)傳送到解方程器27建立方程組，通過(guò)解方程而求得原始的數(shù)據(jù)包。
下面參見(jiàn)圖3進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的離散器22的工作流程。首先應(yīng)當(dāng)指出，在圖3中所示的步驟S1之前，已經(jīng)把要發(fā)送的數(shù)據(jù)分為以M個(gè)符號(hào)為一個(gè)數(shù)據(jù)塊，把每個(gè)數(shù)據(jù)塊中的M個(gè)符號(hào)的最后L個(gè)符號(hào)附加到該符號(hào)組之前，作為L(zhǎng)個(gè)前綴符號(hào)。從而形成M+L個(gè)符號(hào)為一組的數(shù)據(jù)塊。其中，L為大于或等于在多徑信道中的最大延遲碼片數(shù)的一個(gè)整數(shù)；M為大于L的一個(gè)整數(shù)。
在步驟S1，把要發(fā)送符號(hào)序列以上述M+L個(gè)符號(hào)為一組順序存儲(chǔ)到寄存器中，假設(shè)每個(gè)符號(hào)有n個(gè)碼片。
在步驟S2，在寄存器中存儲(chǔ)一組符號(hào)，準(zhǔn)備進(jìn)行離散排列。
在步驟S3-S6中，按照符號(hào)的先后次序，把該組符號(hào)中的每個(gè)符號(hào)的第i個(gè)碼片依次取出并發(fā)送。直到取完該組M+L個(gè)符號(hào)中的每一個(gè)碼片為止。
在步驟S7，判斷是否對(duì)所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行離散排列并發(fā)送。如果發(fā)送完畢這結(jié)束在離散器中的操作。
下面參照?qǐng)D4描述，在接收器24中的解離散器25的操作流程。
在步驟S11采用常規(guī)的定時(shí)和同步的方法確定在發(fā)射器方所分割的每個(gè)數(shù)據(jù)塊。如上文所述，每個(gè)數(shù)據(jù)塊具有M+L個(gè)符號(hào)長(zhǎng)度，具有(M+L)×n個(gè)碼片。
在步驟S12，在寄存器中存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)塊。
在步驟S13-S16過(guò)程中，首先對(duì)指針i初始化為1，然后從寄存器中存儲(chǔ)的所述數(shù)據(jù)塊的第i個(gè)碼片開(kāi)始依次取出第i、M+L+i、2(M+L)+i…、(n-1)×(M+L)+i個(gè)碼片，并輸出到定時(shí)裝置。每循環(huán)一次之后把i的數(shù)值加1，在執(zhí)行下一次循環(huán)，直到取完所有的碼片。從而完成解離散器25中的處理。
下面描述定時(shí)器26、解擴(kuò)器17、解方程器27的作用和功能，在定時(shí)器26中把由解離散器25所取出的碼片按照先后次序存儲(chǔ)在定時(shí)器26的寄存器中，通過(guò)常規(guī)的定時(shí)方法取出該組數(shù)據(jù)中的最后M個(gè)符號(hào)。在最后的M個(gè)符號(hào)中包含所需用戶和其它用戶的主徑信號(hào)，以及這些用戶的多徑延遲信號(hào)，但是主徑信號(hào)和多徑延遲信號(hào)之間延遲整數(shù)個(gè)符號(hào)，因此盡管存在多徑延遲，但是不同用戶的信號(hào)之間保持正交關(guān)系(這將在下文中更加詳細(xì)描述)。然后把所取出的M個(gè)符號(hào)傳送到解擴(kuò)器17進(jìn)行常規(guī)的解擴(kuò)處理。由于不同用戶之間的信號(hào)仍然保持正交關(guān)系，因此經(jīng)過(guò)解擴(kuò)所得出的信號(hào)中完全消除了其它用戶的主徑信號(hào)和多徑信號(hào)。但是，經(jīng)過(guò)解擴(kuò)所得的數(shù)據(jù)是所需用戶的主徑信號(hào)與本用戶的多徑信號(hào)之間以符號(hào)為單位按照不同的振幅比錯(cuò)位疊加而得的結(jié)果。因此可以通過(guò)在解方程器27中建立方程組進(jìn)行解方程而求得每個(gè)符號(hào)。并且把所求得的每個(gè)符號(hào)按照發(fā)送的先后次序進(jìn)行排列，傳送到判決解調(diào)器18進(jìn)行解調(diào)。
到目前為止，已經(jīng)參照?qǐng)D1至圖4概括性地描述本發(fā)明的原理和具體步驟。下面將通過(guò)數(shù)學(xué)式的方式更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的原理。
離散式擴(kuò)頻是將信息流中的每一個(gè)信息符號(hào)按周期的方式分散，然后在對(duì)應(yīng)的位置上與該用戶的正交擴(kuò)頻碼相乘，即離散擴(kuò)頻方式。從發(fā)射數(shù)據(jù)形式上看，相當(dāng)與將傳統(tǒng)CDMA發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行了離散式排列。
1.離散擴(kuò)頻的基本方式首先為了便于理解，我們給出傳統(tǒng)CDMA的數(shù)據(jù)流形式。用碼片持續(xù)時(shí)間為時(shí)間進(jìn)程的最小量度單位，傳統(tǒng)CDMA中M個(gè)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)流可寫(xiě)為(1)s0(k)pk,0,s0(k)pk,1…s0(k)pk,n-1,s1(k)pk,0,s1(k)pk,1…s1(k)pk,n-1…sM-1(k)pk,0,sM-1(k)pk,1…sM-1(k)pk,n-1]]>表達(dá)式 為數(shù)據(jù)流，其中k表示是第k個(gè)用戶的信號(hào)，Si表示該用戶的第i個(gè)信息符號(hào)，pk，j表示用于i符號(hào)的第j個(gè)擴(kuò)頻碼值。在正交碼調(diào)制下，正交性由下式表示 對(duì)上述的(1)所述的序列采用本發(fā)明的離散擴(kuò)頻方法，以M個(gè)符號(hào)為一組，調(diào)整各個(gè)符號(hào)中的各個(gè)碼片的發(fā)送次序。具體來(lái)說(shuō)，把M個(gè)符號(hào)中的每個(gè)符號(hào)的第i個(gè)碼片放在一起順序排列，例如先按照符號(hào)的先后順序發(fā)送每個(gè)符號(hào)的第1個(gè)碼片s0(k)pk,0,s1(k)pk,0,s2(k)pk,0…sM-1(k)pk,0,]]>再發(fā)送每個(gè)符號(hào)的第2個(gè)碼片s0(k)pk,1,s1(k)pk,1,s2(k)pk,1…sM-1(k)pk,1,]]>等等依此類推。
而(L+M)個(gè)符號(hào)組成的離散擴(kuò)頻數(shù)據(jù)流則可表示為s0(k)pk,0,s1(k)pk,0,s2(k)pk,0…sL+M-1(k)pk,0,s0(k)pk,1,…s1(k)pk,1,…s2(k)pk,1…s0(k)pk,n-1,…s1(k)pk,n-1,…]]>sL+M-1(k)Pk,n-1----(3)]]>在發(fā)射同步的條件下，多用戶信道發(fā)射信號(hào)的數(shù)學(xué)表示式S(t)=ΣkΣjsj(k)uk(t-jTc)----(4)]]>
其中uk(t)=Σi=0n-1pk,iCP(t-iMTC)----(5)]]>表示用戶的特征函數(shù)，其中S(t)是發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)，t表示時(shí)間，CP(u)是方波函數(shù) 2.多徑信道條件下的正交性假設(shè)多徑信道的最大時(shí)延為L(zhǎng)碼片持續(xù)時(shí)間，離散擴(kuò)頻信號(hào)在經(jīng)歷該多徑信道后，其數(shù)據(jù)流具有下列形式 其中υ(t)是接收信號(hào)，αl是多徑衰落系數(shù)；Tc表示一個(gè)碼片持續(xù)時(shí)間，l為整整數(shù)，它標(biāo)志時(shí)延大小。
如果接收機(jī)相關(guān)函數(shù)定義為dk′j′(t)=Σi=0n-1pk′iδ(t-iMTc-j′Tc-LTc)---(j′=0,1,2…,L-1)----(8)]]>其中j’為接收機(jī)同步系數(shù)。通過(guò)如下的相關(guān)運(yùn)算Rj′(k)=∫(L+j′)Tc(L+j′+nM)Tcυ(t)d*k′j′(t)dt=Σl=0LαlsL-l+j′(k)----(9)]]>我們得到第k個(gè)用戶信息符號(hào)，而其他用戶信號(hào)由于正交性被消除。
也就是說(shuō)，把采用本發(fā)明的離散擴(kuò)頻方法擴(kuò)頻之后所得的信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑通道，在接收方用本發(fā)明的去擴(kuò)頻方法去擴(kuò)頻后所得的信號(hào)，與其他用戶的多徑信號(hào)保持正交關(guān)系。因此消除了多徑干擾。
另一方面，為了更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明擴(kuò)頻方法的解調(diào)方法2，下面假設(shè)把某個(gè)用戶的信號(hào)碼片 表示為aij(i，j＝0，1，2，3)，其中每個(gè)符號(hào)有4個(gè)碼片，也就是說(shuō)擴(kuò)頻比為4，則有在現(xiàn)有技術(shù)中原始的發(fā)送數(shù)據(jù)為a00a01a02a03 a20a21a22a23a30a31a32a33在經(jīng)過(guò)多徑信道后，為由于多徑的延遲，形成延遲整數(shù)個(gè)碼片的多個(gè)徑，在此假設(shè)有一個(gè)徑和主信號(hào)只延遲一個(gè)碼片，則有1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 1415 16 17 由上可見(jiàn)，A為主信號(hào)，B為延遲一個(gè)碼片的旁徑，A、B分別具有各自的衰落系數(shù)，它們?cè)趯?duì)應(yīng)的碼片上相互疊加。上表中的A5、A6、A7、A8為主信號(hào)A的4個(gè)碼片構(gòu)成的一個(gè)符號(hào)，它與旁徑B中的對(duì)應(yīng)符號(hào)B6、B7、B8、B9錯(cuò)開(kāi)一個(gè)碼片并疊加。由于多徑延遲使得某個(gè)用戶的主信號(hào)與其本身和其他用戶的延遲的旁徑信號(hào)之間錯(cuò)開(kāi)整數(shù)個(gè)碼片，從而破壞正交，產(chǎn)生所謂的多徑干擾。
根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前采用本發(fā)明的離散擴(kuò)頻方法執(zhí)行擴(kuò)頻。假設(shè)以M＝3個(gè)符號(hào)為一組，以L＝1作為前綴符號(hào)的個(gè)數(shù)。信息前綴符號(hào)取M中最后L個(gè)符號(hào)。發(fā)射時(shí)，前綴符號(hào)在前，獨(dú)立的信息符號(hào)在后。
假設(shè)這M個(gè)符號(hào)所構(gòu)成的組為a00a01a02a03 a20a21a22a23
為了清楚地示出其中一個(gè)符號(hào)中的各個(gè)碼片的位置，選取 作為參考。
則前綴符號(hào)為a20a21a22a23在圖2中的設(shè)置前綴裝置21中設(shè)置前綴之后的符號(hào)組為a20a21a22a23a00a01a02a03 a20a21a22a23經(jīng)過(guò)離散器22進(jìn)行離散排列之后的符號(hào)組為a20a00 a20a21a01 a21a22a02 a22a23a03 a23假設(shè)這組數(shù)據(jù)塊經(jīng)過(guò)多徑通道之后只有一個(gè)碼片的延遲，則在接收機(jī)接收的信號(hào)為 A為主徑信號(hào)，B為延遲一個(gè)碼片的多徑信號(hào)。
假設(shè)接收機(jī)同時(shí)接收到另一個(gè)用戶b的經(jīng)過(guò)同樣的離散擴(kuò)頻后發(fā)送的數(shù)據(jù)塊以及該用戶b的多徑延遲信號(hào) 由于用戶a和用戶b共用同一個(gè)頻段，因此在接收器中接收時(shí)，它們是相互疊加的1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 在解離散之后所得的數(shù)據(jù)塊為1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 由于解離散是離散處理的逆變換，可以看出A行恢復(fù)原來(lái)的排序。B行經(jīng)過(guò)重新排序之后在第5-16列中，各個(gè)符號(hào)次序相對(duì)于A行的符號(hào)有所調(diào)整，與A列的符號(hào)對(duì)齊。
C行和D行在第5-16列中也是整符號(hào)對(duì)齊的，由于在發(fā)射機(jī)中采用擴(kuò)頻碼與每個(gè)符號(hào)相乘。在定時(shí)器26中通過(guò)定時(shí)和同步的方法選取第5-16列的信號(hào)，進(jìn)行解擴(kuò)。
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 用戶a與用戶b之間的擴(kuò)頻碼具有正交關(guān)系。如果在接收機(jī)中采用與用戶a相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)，則可以完全消除用戶b的信號(hào)。
解擴(kuò)后的信號(hào)為5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 這是用戶a的A徑信號(hào)與B徑信號(hào)疊加的結(jié)果。可以通過(guò)建立方程的方式求出每個(gè)符號(hào)。
例如設(shè)未知符號(hào)x1＝a00，a01，a02，a03；x2＝a10，a11，a12，a13；x3＝a20，a21，a22，a23；A徑的衰落系數(shù)為kA；B徑的衰落系數(shù)為kB。該衰落系數(shù)可以通過(guò)在發(fā)送信號(hào)之前或定期地用導(dǎo)頻符號(hào)等方法，進(jìn)行信道估值而得出，并且在信號(hào)發(fā)送過(guò)程中該衰落系數(shù)一般不會(huì)變化。所接收的疊加信號(hào)為R1、R2和R3。
從上述疊加結(jié)果可以得出kAx1+kBx3＝R1；kAx2+kBx1＝R2；kAx3+kBx2＝R3；其中，kA、kB、R1、R2和R3是已知的，有三個(gè)未知數(shù)和三個(gè)方程，因此可以解出每個(gè)符號(hào)x1、x2和x3的數(shù)值。
更加一般性的方程組為以下的矩陣乘法形式，其中ki為第i徑衰落系數(shù)的模，經(jīng)過(guò)信道估值之后ki已知，Ri是相關(guān)解擴(kuò)值也為已知，xi為待求的數(shù)據(jù)符號(hào)，i＝1，2，3……M。 下面參照?qǐng)D5和6說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。圖5為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射機(jī)中的擴(kuò)頻器和離散器的結(jié)構(gòu)框圖，圖6為根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)中解離散器和解擴(kuò)器的結(jié)構(gòu)框圖。
在圖5中采用一種電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的離散擴(kuò)頻方法。該電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)圖2所示和上文所述的擴(kuò)頻器13和離散器22的功能。其中包括符號(hào)組模塊31、循環(huán)移位寄存器32、乘法器33、同步系統(tǒng)34、正交碼生成器35、碼片時(shí)鐘36和分頻器37。該其中符號(hào)組模塊31中存儲(chǔ)待發(fā)送的原始符號(hào)。碼片時(shí)鐘36的驅(qū)動(dòng)下，符號(hào)組模塊31輸出一組符號(hào)，符號(hào)個(gè)數(shù)為M+L，隨后在同步系統(tǒng)34的控制下，符號(hào)模塊處于等待狀態(tài)。這組符號(hào)輸入到循環(huán)移位寄存器32中，在碼片時(shí)鐘36的驅(qū)動(dòng)下，循環(huán)輸出n次(n為擴(kuò)頻比)，然后同步系統(tǒng)34再觸發(fā)符號(hào)組模塊輸出另一組符號(hào)，符號(hào)個(gè)數(shù)依然是M+L。分頻器37把碼片時(shí)鐘36的時(shí)鐘的頻率分頻為1/(M+L)的頻率，用分頻后的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)正交碼生成器35輸出pn碼與循環(huán)移位寄存器輸出的數(shù)據(jù)在乘法器33中相乘，可以知道，pn碼的每個(gè)碼子都與一組符號(hào)相乘，這樣就完成了離散式擴(kuò)頻過(guò)程。
在圖6中采用一種電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的解離散擴(kuò)頻方法。該電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)圖2和上文所述的解擴(kuò)器17和解離散器25的功能。該電路包括乘法器41、加法器42、移位寄存器43、解方程器44、正交碼生成器45、分頻器46、碼片時(shí)鐘47、同步系統(tǒng)48以及信道估計(jì)器49。分頻器46把來(lái)自碼片時(shí)鐘47的時(shí)鐘頻率分頻為1/(M+L)的頻率，用分頻后的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)正交碼生成器45輸出pn碼。由接收機(jī)所接收的n×(M+L)個(gè)碼片被傳送到乘法器41和信道估計(jì)器49。在乘法器41中把所接收的碼片序列與正交碼生成器45所產(chǎn)生的pn碼相乘。相乘的結(jié)果被輸入到加法器42和移位寄存器43。在碼片時(shí)鐘47的驅(qū)動(dòng)下，該移位寄存器43把移位輸出的信號(hào)返回到加法器42中與后來(lái)的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)求和，并且輸出到解方程器44。所接收的信號(hào)在信道估計(jì)器49估計(jì)信道參數(shù)，例如瑞利信道每徑的衰減因子等等。把所得到的信道參數(shù)輸送到解方程器44。由解方程器44通過(guò)建立方程組求解出原始信號(hào)。
請(qǐng)注意上文所述的例子僅僅是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例而不是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的唯一方式。
在本文所提出的方案中，由于不需要擴(kuò)頻碼具有良好的自相關(guān)和互相關(guān)特性，只需要擴(kuò)頻碼具有正交性，而walsh碼則正好滿足這個(gè)要求。對(duì)多徑干擾的抑制則采用了解方程組的辦法，系統(tǒng)干擾完全消除，所有干擾都來(lái)自于非系統(tǒng)噪聲，所以性能得到很大的提高。系統(tǒng)所能抵抗的多徑數(shù)目跟插入的冗余大小有關(guān)，冗余越大，抵抗的徑數(shù)越多。
本文所提出的方案還有一個(gè)好處，就是與擴(kuò)頻比無(wú)關(guān)，擴(kuò)頻比大小的改變并不影響系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，所以，我們可以通過(guò)提高擴(kuò)頻比以此來(lái)獲得更高的處理增益，事實(shí)上，擴(kuò)頻比每增大一倍，系統(tǒng)便有3dB的改善。
以下是計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果。
a.仿真條件如下本發(fā)明人采用Matlab仿真語(yǔ)言編程，在Windows2000下運(yùn)行通過(guò)。仿真的SSS-CDMA擴(kuò)頻系統(tǒng)中，發(fā)射端采用BPSK調(diào)制，即每一個(gè)符號(hào)僅表示一個(gè)比特的信息。在多徑信道下，最大延遲多徑包括8個(gè)碼片的延遲，每一徑的衰減因子的幅度服從平均功率相同的瑞利分布，而相位服從(0，2π)的均勻分布。多個(gè)用戶的信號(hào)同時(shí)發(fā)送，非系統(tǒng)噪聲為加性高斯白噪聲(AWGN)，在接收端假設(shè)系統(tǒng)作出理想信道估計(jì)，即假設(shè)解調(diào)時(shí)已知信道每徑的衰減因子。每一組包括M＝17個(gè)符號(hào)，其中有8個(gè)符號(hào)是作為循環(huán)前綴重復(fù)發(fā)送的。
b.結(jié)果①參見(jiàn)圖7的BER-SNR曲線，其示出當(dāng)擴(kuò)頻比為n＝16時(shí)，系統(tǒng)誤碼率隨著信噪比的變化曲線。其中SNR表示的是每一徑的平均功率同系統(tǒng)噪聲功率譜密度的比值。
②參見(jiàn)圖8的BER-n曲線，其示出當(dāng)SNR＝0dB時(shí)，系統(tǒng)誤碼率隨著擴(kuò)頻比的變化曲線。
盡管在上文中以及參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理和實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以做出各個(gè)改進(jìn)。例如，本說(shuō)明書(shū)中以設(shè)置前綴為例來(lái)增加待發(fā)送信號(hào)的冗余度，以便于在接收機(jī)方解方程，但是也可以采用設(shè)置后綴的方式，把該數(shù)據(jù)塊中的前L個(gè)符號(hào)置于該數(shù)據(jù)塊的末尾，或置于其他位置；還可以改變某些步驟的先后次序或同時(shí)執(zhí)行，例如在接收機(jī)中可以先解擴(kuò)再執(zhí)行定時(shí)步驟。這些改進(jìn)和變型實(shí)施例不脫離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)中所規(guī)定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種碼分多址擴(kuò)頻方法，其中包括如下步驟數(shù)據(jù)分組步驟，把待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分為以M個(gè)符號(hào)為一組的多個(gè)數(shù)據(jù)塊，M為大于1的整數(shù)；設(shè)置冗余步驟，把每個(gè)分組的數(shù)據(jù)塊中選出L個(gè)符號(hào)并復(fù)制放于該數(shù)據(jù)塊中的其他位置處，形成M+L個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)塊，L為小于或等于M的一個(gè)整數(shù)；調(diào)制步驟，對(duì)設(shè)置冗余的步驟所得的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行調(diào)制；擴(kuò)頻步驟，對(duì)調(diào)制后的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行碼分多址擴(kuò)頻；離散步驟，對(duì)擴(kuò)頻后的符號(hào)組進(jìn)行重新排列，按先后順序選取M+L個(gè)符號(hào)中每個(gè)符號(hào)中第1～n個(gè)碼片放在一起發(fā)送，其中每個(gè)符號(hào)包含n個(gè)碼片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)頻方法，其中在設(shè)置冗余步驟中，把該數(shù)據(jù)塊中的M個(gè)符號(hào)的后L個(gè)符號(hào)復(fù)制到該數(shù)據(jù)塊之前，形成M+L個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)頻方法，其中在設(shè)置冗余步驟中，把該數(shù)據(jù)塊中的M個(gè)符號(hào)的前L個(gè)符號(hào)復(fù)制到該數(shù)據(jù)塊之后，形成M+L個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)塊。
4.一種碼分多址解擴(kuò)方法，其特征在于其中包括如下步驟接收分組步驟，接收對(duì)應(yīng)于成組發(fā)送的數(shù)據(jù)段，每組數(shù)據(jù)段包含(M+L)×n個(gè)碼片；解離散步驟，從所述一組數(shù)據(jù)塊的第i(i ＝ 1、2、…、M+L)個(gè)碼片開(kāi)始依次取出第i、M+L+i、2(M+L)+i…、(n-1)×(M+L)+i個(gè)碼片，并順序輸出到提取步驟，直到取完所有的碼片；提取步驟，根據(jù)在該數(shù)據(jù)發(fā)送之前設(shè)置冗余符號(hào)的位置，從解離散步驟之后獲得的符號(hào)序列中取出適當(dāng)?shù)腗個(gè)符號(hào)；解擴(kuò)步驟，把所提取的M個(gè)符號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)處理；求解步驟，對(duì)解擴(kuò)之后所得的符號(hào)建立方程組，進(jìn)行解方程，求得原始發(fā)送的符號(hào)序列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的解擴(kuò)方法，其特征在于，在所述提取步驟中選取最后的M個(gè)符號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的解擴(kuò)方法，其特征在于，在所述求解步驟中采用通過(guò)信道估計(jì)而得出的各個(gè)徑的衰落系數(shù)作為參數(shù)，根據(jù)各個(gè)徑之間的延遲的碼片數(shù)而建立方程組進(jìn)行求解。
7.一種碼分多址發(fā)射機(jī)，其中包括如下裝置數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)器，把待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分為以M個(gè)符號(hào)為一組的多個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行存儲(chǔ)，M為大于1的整數(shù)；設(shè)置冗余裝置，把每個(gè)分組的數(shù)據(jù)塊中選出L個(gè)符號(hào)并復(fù)制放于該數(shù)據(jù)塊中的其他位置處，形成M+L個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)塊，L為小于或等于M的一個(gè)整數(shù)；調(diào)制裝置，對(duì)設(shè)置冗余的步驟所得的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行調(diào)制；擴(kuò)頻離散裝置，對(duì)調(diào)制后的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行正交碼分多址擴(kuò)頻，然后對(duì)擴(kuò)頻后的符號(hào)組進(jìn)行重新排列，按先后順序選取M+L個(gè)符號(hào)中每個(gè)符號(hào)中第1～n個(gè)碼片放在一起發(fā)送，其中每個(gè)符號(hào)包含n個(gè)碼片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)射機(jī)，其中在設(shè)置冗余裝置中，把該數(shù)據(jù)塊中的M個(gè)符號(hào)的后L個(gè)符號(hào)復(fù)制到該數(shù)據(jù)塊之前，形成M+L個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)射機(jī)，其中在設(shè)置冗余裝置中，把該數(shù)據(jù)塊中的M個(gè)符號(hào)的前L個(gè)符號(hào)復(fù)制到該數(shù)據(jù)塊之后，形成M+L個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)射機(jī)，所述擴(kuò)頻離散裝置包括符號(hào)組寄存器(31)、循環(huán)移位寄存器(32)、乘法器(33)、同步系統(tǒng)(34)、正交碼生成器(35)、碼片時(shí)鐘(36)和分頻器(37)，其中符號(hào)組寄存器(31)中存儲(chǔ)待發(fā)送的原始符號(hào)；符號(hào)組寄存器(31)連接到碼片時(shí)鐘(36)，并在碼片時(shí)鐘(36)的驅(qū)動(dòng)下輸出一組符號(hào)，符號(hào)個(gè)數(shù)為M+L，隨后在同步系統(tǒng)(34)的控制下，符號(hào)組寄存器(31)處于等待狀態(tài)；循環(huán)移位寄存器(32)接收來(lái)自符號(hào)組寄存器(31)的該組符號(hào)，在碼片時(shí)鐘(36)的驅(qū)動(dòng)下，循環(huán)輸出n次(n為擴(kuò)頻比)，然后同步系統(tǒng)(34)再觸發(fā)符號(hào)組寄存器(31)輸出另一組符號(hào)，符號(hào)個(gè)數(shù)依然是M+L；分頻器(37)把碼片時(shí)鐘(36)的時(shí)鐘的頻率分頻為1/(M+L)的頻率，用分頻后的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)正交碼生成器(35)輸出pn碼與循環(huán)移位寄存器(32)輸出的數(shù)據(jù)在乘法器(33)中相乘，得出擴(kuò)頻離散的結(jié)果并輸出到后續(xù)電路。
11.一種碼分多址接收機(jī)，其特征在于其中包括如下裝置分組寄存器，接收并存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于成組發(fā)送的數(shù)據(jù)段，每組數(shù)據(jù)段包含(M+L)×n個(gè)碼片；解離散裝置，從寄存器中存儲(chǔ)的所述數(shù)據(jù)塊的第i(i＝1、2、…、M+L)個(gè)碼片開(kāi)始依次取出第i、M+L+i、2(M+L)+i...、(n-1)×(M+L)+i個(gè)碼片，并順序輸出到提取裝置，直到取完所有的碼片；提取裝置，根據(jù)在該數(shù)據(jù)發(fā)送之前設(shè)置冗余符號(hào)的位置，從解離散步驟之后獲得的符號(hào)序列中取出適當(dāng)?shù)腗個(gè)符號(hào)；解擴(kuò)裝置，把所提取的M個(gè)符號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)處理；求解裝置，對(duì)解擴(kuò)之后所得的符號(hào)建立方程組，進(jìn)行解方程，求得原始發(fā)送的符號(hào)序列。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接收機(jī)，其特征在于，在所述提取裝置中選取最后的M個(gè)符號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接收機(jī)，其特征在于，在所述求解裝置中采用通過(guò)信道估計(jì)而得出的各個(gè)徑的衰落系數(shù)作為參數(shù)，根據(jù)各個(gè)徑之間的延遲的碼片數(shù)而建立方程組進(jìn)行求解。
14.一種碼分多址接收機(jī)，其特征在于其中包括如下裝置乘法器(41)、加法器(42)、移位寄存器(43)、解方程器(44)、正交碼生成器(45)、分頻器(46)、碼片時(shí)鐘(47)、同步系統(tǒng)(48)以及信道估計(jì)器(49)，其中分頻器(46)把來(lái)自碼片時(shí)鐘(47)的時(shí)鐘頻率分頻為1/(M+L)的頻率，用分頻后的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)正交碼生成器(45)輸出pn碼；由接收機(jī)所接收的n×(M+L)個(gè)碼片被傳送到乘法器(41)和信道估計(jì)器(49)；在乘法器(41)中把所接收的碼片序列與正交碼生成器(45)所產(chǎn)生的pn碼相乘；相乘的結(jié)果被輸入到加法器(42)和移位寄存器(43)；在碼片時(shí)鐘(47)的驅(qū)動(dòng)下，該移位寄存器(43)把移位輸出的信號(hào)返回到加法器(42)中與后來(lái)的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)求和，并且輸出到解方程器(44)；所接收的信號(hào)在信道估計(jì)器(49)估計(jì)信道參數(shù)，把所得到的信道參數(shù)輸送到解方程器(44)；由解方程器(44)通過(guò)建立方程組求解出原始信號(hào)。
15.一種碼分多址通信系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，其特征在于所述發(fā)射機(jī)包括如下裝置數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)器，把待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分為以M個(gè)符號(hào)為一組的多個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行存儲(chǔ)，M為大于1的整數(shù)；設(shè)置冗余裝置，把每個(gè)分組的數(shù)據(jù)塊中選出L個(gè)符號(hào)并復(fù)制放于該數(shù)據(jù)塊中的其他位置處，形成M+L個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)塊，L為小于或等于M的一個(gè)整數(shù)；調(diào)制裝置，對(duì)設(shè)置冗余的步驟所得的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行調(diào)制；擴(kuò)頻離散裝置，對(duì)調(diào)制后的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行碼分多址擴(kuò)頻，然后對(duì)擴(kuò)頻后的符號(hào)組進(jìn)行重新排列，按先后順序選取M+L個(gè)符號(hào)中每個(gè)符號(hào)中第1～n個(gè)碼片放在一起發(fā)送，其中每個(gè)符號(hào)包含n個(gè)碼片；所述接收機(jī)包括如下裝置分組寄存器，接收并存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于成組發(fā)送的數(shù)據(jù)段，每組數(shù)據(jù)段包含(M+L)×n個(gè)碼片；解離散裝置，從寄存器中存儲(chǔ)的所述數(shù)據(jù)塊的第i(i＝1、2、…、M+L)個(gè)碼片開(kāi)始依次取出第i、M+L+i、2(M+L)+i…、(n-1)×(M+L)+i個(gè)碼片，并順序輸出到提取裝置，直到取完所有的碼片；提取裝置，根據(jù)在該數(shù)據(jù)發(fā)送之前設(shè)置冗余符號(hào)的位置，從解離散步驟之后獲得的符號(hào)序列中取出適當(dāng)?shù)腗個(gè)符號(hào)；解擴(kuò)裝置，把所提取的M個(gè)符號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)處理；求解裝置，對(duì)解擴(kuò)之后所得的符號(hào)建立方程組，進(jìn)行解方程，求得原始發(fā)送的符號(hào)序列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種消除多徑干擾的碼分多址擴(kuò)頻和解擴(kuò)方法及相應(yīng)的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)以及通信系統(tǒng)。本發(fā)明的特征是將傳統(tǒng)CDMA擴(kuò)頻步驟中正交擴(kuò)頻碼對(duì)信息符號(hào)流中的每個(gè)符號(hào)連續(xù)擴(kuò)頻方式改為每個(gè)符號(hào)以離散的方式進(jìn)行擴(kuò)頻,而不同用戶的信息仍然為碼分多址。在接收機(jī)處看,這種發(fā)射技術(shù)將傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)中由于多徑造成的多址干擾完全轉(zhuǎn)變?yōu)楦髯杂脩舻姆?hào)交迭(或?yàn)閭鹘y(tǒng)技術(shù)所稱的符號(hào)間串?dāng)_)。在消除多址干擾的基礎(chǔ)上,每個(gè)用的信息符號(hào)則通過(guò)解方程的方法從交迭的符號(hào)中求得。由于本發(fā)明完全消除了多址干擾,因此系統(tǒng)容量完全決定于非系統(tǒng)噪聲。而提高擴(kuò)頻比的就成為提高系統(tǒng)容量的有效方法。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1387335SQ0212033
公開(kāi)日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2002年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月23日
發(fā)明者焦秉立, 肖燈偉 申請(qǐng)人:北京大學(xué)