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利用低相關(guān)碼字改進(jìn)正交頻分復(fù)用系統(tǒng)同步性能的方法

文檔序號:2611719閱讀:165來源:國知局
專利名稱:利用低相關(guān)碼字改進(jìn)正交頻分復(fù)用系統(tǒng)同步性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種利用低相關(guān)碼字改進(jìn)OFDM(正交頻分復(fù)用)系統(tǒng)同步性能的方法,屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
OFDM是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù),它能夠同時滿足高速和抗干擾兩方面的要求,不僅能夠大大提高頻帶利用率,提供更高的數(shù)據(jù)吞吐率,還能夠有效抑制多徑干擾,在高速移動通信領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢。因此,人們普遍估計OFDM技術(shù)將成為第四代移動通信(4G)的核心技術(shù)之一。
OFDM技術(shù)的基本思想在于在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道,在每一個子信道上使用一個子載波進(jìn)行調(diào)制,并且各子載波并行傳輸。由于采用正交頻率的概念來區(qū)分不同的載波支路,因此允許各個載波頻段相互重疊,從而顯著提高了頻譜利用率。圖1是一個典型的OFDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖。輸入的數(shù)據(jù)流經(jīng)過串/并變換,成為并行的低速數(shù)據(jù)流。各條并行數(shù)據(jù)流分別被不同的載波頻率調(diào)制。OFDM的調(diào)制和解調(diào)采用一對IFFT/FFT(反快速傅立葉變換/快速傅立葉變換)來實現(xiàn),這使其實現(xiàn)過程變得簡單。
OFDM技術(shù)雖然具有很多優(yōu)越性,但其在具體實現(xiàn)時也存在很多技術(shù)難點(diǎn)需要克服。其中最主要的技術(shù)難點(diǎn)體現(xiàn)在OFDM系統(tǒng)對載波頻率偏差和相位噪聲很敏感,對同步要求非常高。這是因為載波頻率的偏差和噪聲會使子信道之間產(chǎn)生干擾,從而不能滿足OFDM技術(shù)對子信道之間嚴(yán)格正交的要求。如果各子信道不能做到嚴(yán)格正交,將會產(chǎn)生強(qiáng)烈的信道間干擾,使整個OFDM系統(tǒng)的性能嚴(yán)重下降。目前,人們?yōu)榻鉀QOFDM系統(tǒng)對同步要求高的問題,提出了多種OFDM同步算法,如ESPRIT同步算法和ML估計算法等。但這些算法各有利弊,并不能從根本上解決問題。而且使用這些算法無疑會增加整個系統(tǒng)的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。
英國菲利浦公司2002年提出的第02291578.9號歐洲專利申請及第03814909.5號中國專利申請中,揭示了一種結(jié)合零(無)干擾窗(IFW)LAS碼到OFDM技術(shù)中的方案。在該專利申請中仍然提到了,由于零干擾窗LAS碼的個數(shù)與IFW的大小的乘積與碼長成正比。只能通過選用更長的碼長來獲得更多的可用的LAS碼個數(shù)或者更大的IFW窗長。這也是LAS碼應(yīng)用中的瓶頸,可用的LAS碼個數(shù)受限。此專利申請中,應(yīng)將零干擾窗碼字應(yīng)用于MT-CDMA系統(tǒng)中,對各子載波在時域進(jìn)行擴(kuò)頻。沒有根本上解決頻域上相信鄰子載波間的干擾問題和頻率偏移問題。
但是,當(dāng)前,人們發(fā)現(xiàn)某些采用特定編碼方式的擴(kuò)頻碼具有在偏離零偏移點(diǎn)一定范圍內(nèi)的自相關(guān)和互相關(guān)特性保持較低的特性,例如改進(jìn)的改進(jìn)LAS碼等。所謂低干擾窗又稱低相關(guān)窗,是指其地址碼的自相關(guān)函數(shù)是近似理想的,互相關(guān)函數(shù)中在一定的偏移范圍內(nèi)(窗口內(nèi))也是近似理想的,即擁有較低的付峰,在上面所述的窗口外僅有稀疏的付峰。所謂低相關(guān)特性碼字,其精確定義是對于序列集合A={a1,...,ai,...,aj,...,aM},若給定正整數(shù)δ<<N,可定義低相關(guān)區(qū)LCZ為LCZ=max{T||Ri,j(τ)|≤δ,其中(|τ|<T且1≤i≠j≤M)或(0<|τ|<T且1≤i=j(luò) ≤M)}其中,ai,i=1,2,...,M和Ri,j(τ)=Rai,aj(τ)=Σk=0aki(ak+τi)*,1≤i,j≤M.]]>δ盡可能小,特別的是,δ=0時低相關(guān)區(qū)變?yōu)榱阆嚓P(guān)區(qū);低相關(guān)序列變成零相關(guān)序列。
我們稱距離原點(diǎn)最近的一對付峰間的區(qū)間為低干擾窗,凡是落在低干擾窗內(nèi)的其它地址碼的信號產(chǎn)生干擾都將限定在一個較小的范圍。將這一特性應(yīng)用在OFDM系統(tǒng)之中,就有可能解決其同步要求高、實現(xiàn)難度大的技術(shù)難題。但是,就目前所知,尚沒有在OFDM系統(tǒng)中應(yīng)用低相關(guān)擴(kuò)頻碼的低干擾窗特性的技術(shù)方案。
本發(fā)明提出將低干擾窗碼字應(yīng)用于OFDM系統(tǒng),并且提供了對LAS零相關(guān)窗碼字進(jìn)行改進(jìn)生成低相關(guān)窗碼字的改進(jìn)LAS碼字,也提供了利用CCK碼構(gòu)造低相關(guān)窗碼字,但是本發(fā)明并不局限于對LAS碼字或CCK碼改進(jìn)生成低相關(guān)窗的碼字,而泛指所有具備在一定相關(guān)偏移范圍內(nèi)具備低相關(guān)特性的碼字。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的空白,提供一種利用具有低干擾窗特性的擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻/解擴(kuò)操作,形成在頻率上排列的低干擾窗,由此克服相鄰正交子載波的相互干擾,改善OFDM系統(tǒng)同步性能的方法。
為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的,本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案一種利用低相關(guān)碼字改進(jìn)OFDM系統(tǒng)同步性能的方法,其特征在于
發(fā)送端在進(jìn)行OFDM調(diào)制之前,采用具有低干擾窗特性的擴(kuò)頻碼對信息符號進(jìn)行擴(kuò)頻;接收端在進(jìn)行快速傅立葉變換之后用所述擴(kuò)頻碼解擴(kuò)出所述信息符號。
其中,所述擴(kuò)頻碼的非循環(huán)自相關(guān)序列和非循環(huán)互相關(guān)序列在一定的位移范圍內(nèi)至少具有一個低相關(guān)的窗口。
所述擴(kuò)頻碼通過以下步驟構(gòu)造第一步選擇兩個或以上具有零干擾窗為[-W,W]的所述LS擴(kuò)頻碼Cln和Csn;第二步組合第一步選擇的所述擴(kuò)頻碼Cln和Csn,去掉低干擾窗擴(kuò)頻碼Cn兩邊或之間的保護(hù)間隔,得到低干擾窗擴(kuò)頻碼Cn。
或者,所述擴(kuò)頻碼是通過以下步驟構(gòu)造的第一步根據(jù)需要的擴(kuò)頻增益,選擇CCK碼;第二步根據(jù)代價函數(shù)為最小值或者小于預(yù)定值,確定使相關(guān)值最小或小于預(yù)定值的CCK分量碼,得到擴(kuò)頻碼字。
在所述OFDM系統(tǒng)的發(fā)送端,發(fā)射信息經(jīng)過編碼后分為至少一組,對每一組按照一個OFDM子載波的調(diào)制比特數(shù)進(jìn)行分段,對每段根據(jù)OFDM子載波調(diào)制所需要的比特星座映射規(guī)則映射為復(fù)數(shù)符號。
在所述OFDM系統(tǒng)的發(fā)送端具有至少一組用戶信息,各組用戶信息分別進(jìn)行編碼后,對每組用戶信息按照一個OFDM子載波的調(diào)制比特數(shù)進(jìn)行分段,對每段根據(jù)OFDM子載波調(diào)制所需要的比特星座映射規(guī)則映射為復(fù)數(shù)符號。
在所述OFDM系統(tǒng)的發(fā)送端,將OFDM中所有的數(shù)據(jù)子載波進(jìn)行分組,每組子載波數(shù)為所述擴(kuò)頻碼的長度,并且同一組中的子載波在頻率上是相鄰的。
或者,在所述OFDM系統(tǒng)的發(fā)送端,將OFDM中所有的數(shù)據(jù)子載波進(jìn)行分組,每組子載波數(shù)為所述擴(kuò)頻碼的長度,并且同一組中的子載波在頻率上是分離的。
在所述OFDM系統(tǒng)的接收端,對接收到的基帶復(fù)數(shù)信號進(jìn)行快速傅立葉變換之后,首先進(jìn)行頻域均衡處理,再用所述擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)處理。
所述頻域均衡處理可以采用OFDM系統(tǒng)使用的導(dǎo)頻子載波方式,也可以采用CDMA系統(tǒng)中的FSm碼字做導(dǎo)頻信道來進(jìn)行信道估計和補(bǔ)償。
本發(fā)明所述的利用具有低干擾窗特性的擴(kuò)頻碼改善OFDM系統(tǒng)同步性能的方法充分利用了特定擴(kuò)頻碼的低干擾窗特性,利用其在頻域上的低干擾特性,直接利用碼字間的干擾抑制特性,來抑制頻域連續(xù)子載波間的干擾。有效克服了載波頻率偏移、噪聲等因素對OFDM系統(tǒng)同步性能的影響,為OFDM系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。另外,該方法也進(jìn)一步拓寬了具有低干擾窗特性的擴(kuò)頻碼的應(yīng)用范圍。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式

對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1為現(xiàn)有的一個典型的OFDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖。
圖2為采用本發(fā)明所述方法的OFDM系統(tǒng)中,發(fā)射端擴(kuò)頻調(diào)制過程的示意圖。
圖3為采用本發(fā)明所述方法的OFDM系統(tǒng)中,接收端解擴(kuò)過程的示意圖。
圖4為采用本發(fā)明所述方法的OFDM系統(tǒng)中發(fā)送和接收的示意圖。
圖5是單徑多譜勒擴(kuò)展的仿真曲線(子載波帶寬為1.5kHz)。
圖6是單徑多譜勒擴(kuò)展的仿真曲線(子載波帶寬為2.5kHz)。
圖7是多徑多譜勒擴(kuò)展的仿真曲線(子載波帶寬為1.5kHz,TU信道模型)。
圖8是多徑多譜勒擴(kuò)展的仿真曲線(子載波帶寬為1.5kHz,BU信道模型)。
圖9是多徑多譜勒擴(kuò)展的仿真曲線(子載波帶寬為2.5kHz,TU信道模型)。
圖10是多徑多譜勒擴(kuò)展的仿真曲線(子載波帶寬為2.5kHz,BU信道模型)。
具體實施例方式
在對本發(fā)明所述方法進(jìn)行進(jìn)一步說明之前,首先對本方法所使用的具有低干擾窗特性的擴(kuò)頻碼進(jìn)行說明。前面已經(jīng)提到,具有低干擾窗特性的擴(kuò)頻碼常見的有兩種一改進(jìn)LAS碼和CCK碼。其中改進(jìn)LAS碼由李道本先生在專利號為ZL 00801970.3,名稱為“一種具有低相關(guān)窗的擴(kuò)頻多址編碼方法”的發(fā)明中首先提出,并且將其作為改進(jìn)LAS-CDMA系統(tǒng)的編碼方案。該改進(jìn)LAS碼由LS碼與LA碼構(gòu)成,其中LS碼為基本多用戶接入序列族,LA族起擴(kuò)展接入序列族數(shù)量的作用。LS碼由C碼與S碼合成,C碼與S碼具有相同自相關(guān)峰與互補(bǔ)的峰外特性,合成后形成的LS碼自相關(guān)峰外側(cè)為全零,LS碼族中各序列之間互相關(guān)全為零。LA碼是三電平碼,它是由一個具有L個擴(kuò)頻碼的正交碼(取+1和-1值),再在各個碼元之間插入長度不等的一串0構(gòu)成。由LS碼和LA碼復(fù)合構(gòu)成然后進(jìn)行改進(jìn)的改進(jìn)LAS碼具有低相關(guān)窗特性,該低相關(guān)窗的寬度可以預(yù)先設(shè)計。關(guān)于該編碼方案及其低相關(guān)窗特性的進(jìn)一步說明,請參閱該專利說明書。CCK碼(complementary code keying,互補(bǔ)碼鍵控)是另外一種具有低相關(guān)窗特性的擴(kuò)頻碼,它主要在無線局域網(wǎng)技術(shù)中使用,并已成為IEEE 802.11B標(biāo)準(zhǔn)的一部分。相比較而言,改進(jìn)LAS碼的低相關(guān)窗特性要比CCK碼好,因為其低相關(guān)窗不僅數(shù)量多,而且寬度可控,最重要的是滿足低相關(guān)窗條件的碼字?jǐn)?shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CCK碼,這個對于實際的應(yīng)用有直接的意義,即保證可用的用戶數(shù)量或用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CCK碼,因此在下面的具體實施方式

中,所說的具有低相關(guān)窗特性的擴(kuò)頻碼均以改進(jìn)LAS碼為例。
在OFDM系統(tǒng)中,使用不同的子載波來承載不同的信息符號。為了充分利用改進(jìn)LAS碼的低相關(guān)窗特性,我們讓OFDM系統(tǒng)的信道編碼采用上述的改進(jìn)LAS碼,用OFDM不同的子載波來承載不同的改進(jìn)LAS擴(kuò)頻碼的碼片(CHIP)。這樣,原來在時間軸上排列的改進(jìn)LAS-CDMA系統(tǒng)的碼片就通過OFDM方法使其在頻率軸上排列,改進(jìn)LAS碼所具有的時域上的低相關(guān)窗也隨之在頻域上分布。OFDM系統(tǒng)由于子載波頻率不正交而造成的問題在這里就變成了頻域的不同子載波之間的相互干擾(ICI),而這種干擾又以相鄰子載波的干擾為主。由于在信道編碼過程中引入了具有低干擾窗特性的改進(jìn)LAS碼,其低相關(guān)窗在頻域的排列就可以克服相鄰子載波的相互干擾,從而改善OFDM系統(tǒng)的同步性能。這就是本發(fā)明所述方法的基本原理。
本發(fā)明所述方法概括地說,就是首先在發(fā)送端,在OFDM調(diào)制之前增加用具有低干擾窗的擴(kuò)頻碼來對信息符號進(jìn)行擴(kuò)頻;然后在接收端進(jìn)行FFT變換之后用該擴(kuò)頻碼解擴(kuò)出信息符號。
為了更清楚地說明本發(fā)明所述方法的實現(xiàn)過程,下面將上述過程分為發(fā)射端擴(kuò)頻調(diào)制和接收端解擴(kuò)兩個階段具體加以說明。
在這里,首先定義改進(jìn)LAS擴(kuò)頻碼的長度為2N,N為自然數(shù)。N個擴(kuò)頻序列為FS1,F(xiàn)S2,...,F(xiàn)SN,每個OFDM子載波的調(diào)制比特數(shù)為M,M也為自然數(shù)。
圖2為采用本發(fā)明所述方法的OFDM系統(tǒng)中,發(fā)射端擴(kuò)頻調(diào)制過程的示意圖。
如圖2所示,在發(fā)送端,發(fā)射信息經(jīng)過編碼后分為N組,分別記為S1,S2,...,SN,對每組以長度M比特進(jìn)行分段,共分為j段,對每段M比特根據(jù)OFDM子載波調(diào)制所需要的比特星座映射規(guī)則映射為復(fù)數(shù)符號S11,S12,...,S21,S22,...,SN1,SN2,...Sij,其中Sij表示其為第i組第j個符號。圖中所示的上述進(jìn)程也可以有另外一種含義,即N組不同用戶信息分別進(jìn)行編碼后,對每組用戶信息按照長度M比特進(jìn)行分段,共分為j段,并以前面所述相同方式進(jìn)行比特星座映射,同樣也可以得到復(fù)數(shù)符號S11,S12,...,S21,S22,...,SN1,SN2,...Sij,其中Sij為第i個用戶的第j個符號。
在完成比特星座映射之后,對每個復(fù)數(shù)符號利用前面提到的改進(jìn)LAS擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻,第i組符號所用的擴(kuò)頻序列為FSi。對N組已擴(kuò)頻序列相加,得到調(diào)制數(shù)據(jù)序列D1,D2,...,Dk,...,其中Di=Si1FS1+Si2FS2+...+SiNFSN=(d1,d2,...,d2N)。將OFDM中所有的數(shù)據(jù)子載波進(jìn)行分組C1,C2,...,Ck,...,每組子載波數(shù)為擴(kuò)頻序列長度2NCi1,Ci2,...,Ci2N,并且同一組中的子載波在頻率上是相鄰的。用調(diào)制數(shù)據(jù)序列D1,D2,...,Dk,...分別對OFDM中的各組子載波進(jìn)行調(diào)制,其中dik調(diào)制到Cik上。這里的K表示把OFDM的所有傳送數(shù)據(jù)的子載波分成K段,每段正好傳送一個承載若干調(diào)制數(shù)據(jù)的改進(jìn)LAS碼字。例如,改進(jìn)LAS碼字的長度是32,而OFDM一共有256個子載波傳送數(shù)據(jù),那么我們就可以把256個子載波分成8段,K=8,每段32個子載波正好是改進(jìn)LAS碼字的長度32,而每段改進(jìn)LAS碼字?jǐn)?shù)量有16個,那么可以在一個OFDM符號周期內(nèi)同時傳送8×16=128個符號。
圖2中是先利用改進(jìn)LAS碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制,然后用IFFT進(jìn)行OFDM調(diào)制。實際上,也可以用CCK碼等LCZ碼,后文將具體講解。
圖3為采用本發(fā)明所述方法的OFDM系統(tǒng)中,接收端解擴(kuò)過程的示意圖。
接收端對接收到的基帶復(fù)數(shù)信號首先進(jìn)行頻偏校正、時鐘同步、幀同步、去循環(huán)前綴處理等常規(guī)處理。對經(jīng)過上述處理后的復(fù)數(shù)信號進(jìn)行FFT計算,然后進(jìn)行頻域均衡處理,得到每個子載波調(diào)制的數(shù)據(jù)drik,其下標(biāo)和發(fā)射端的子載波編號一致。用擴(kuò)頻序列FSj對第i組接收數(shù)據(jù)Dri=(dri1,dri2,...,dri2N)進(jìn)行解擴(kuò)得到Srij=dri1FSj1+dri2FSj2+...+dri2NFSj2N。用N組擴(kuò)頻序列對每組接收數(shù)據(jù)解擴(kuò)得到N個復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)Srij,i=1,2,...,j=1,2,...,N。然后對數(shù)據(jù)序列Srij進(jìn)行比特映射譯碼等后續(xù)處理。處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)重組后即成為接收信息。
在上述的擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)的過程中,比特星座映射、頻偏校正、時鐘同步、幀同步、去循環(huán)前綴等操作都是現(xiàn)有移動通信領(lǐng)域常規(guī)的操作。頻域均衡可以采用OFDM系統(tǒng)所使用的導(dǎo)頻子載波方式,也可以采用CDMA系統(tǒng)中的FSm碼字做導(dǎo)頻信道來進(jìn)行信道估計和補(bǔ)償,這個操作和一般CDMA的導(dǎo)頻信道或?qū)ьl符號的常規(guī)操作一樣,在此就不贅述了。
通過上述擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)的操作實現(xiàn)OFDM系統(tǒng)的同步性能改善的關(guān)鍵在于擴(kuò)頻序列具有低干擾窗特性,即其非循環(huán)自相關(guān)序列和非循環(huán)互相關(guān)序列要在一定的位移范圍內(nèi)有一個低相關(guān)的窗口。設(shè)Rij(n)為擴(kuò)頻序列i和j的非循環(huán)互相關(guān)序列,則Rij(n)應(yīng)當(dāng)滿足Rij(n)=0,當(dāng)n=-L,-L+1,...,-1,1,2,...,L,L為自然數(shù),而且在滿足碼字?jǐn)?shù)量的前提下越大越好。改進(jìn)LAS擴(kuò)頻碼即是滿足上述條件的理想擴(kuò)頻序列。
在上述擴(kuò)頻/解擴(kuò)的過程中,系統(tǒng)同步需要同步到零窗口偏移內(nèi)才能使解擴(kuò)后相關(guān)值為零。在OFDM系統(tǒng)中,這一點(diǎn)由OFDM本身的同步就可以做到。簡單地講,就是發(fā)送端肯定是知道改進(jìn)LAS碼的碼片和子載波的對應(yīng)關(guān)系的,但是接收端也需要知道這種對應(yīng)關(guān)系才能夠解擴(kuò)。而OFDM系統(tǒng)本身的幀同步要求已經(jīng)提供了這種同步。
圖4是應(yīng)用本發(fā)明方法的收發(fā)技術(shù)示意圖??梢钥闯?,本發(fā)明是應(yīng)用于MC-CDMA(多載波CDMA)系統(tǒng)中,MC-CDMA是頻域擴(kuò)展的多載波技術(shù),利用低相關(guān)特性碼在頻域?qū)τ脩魯?shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻,將擴(kuò)頻碼碼片映射到連續(xù)的子載波中的一個,然后再用IFFT進(jìn)行OFDM調(diào)制。OFDM調(diào)制后,可以用OFDM不同的子載波來承載不同的改進(jìn)LAS擴(kuò)頻碼的碼片。原來在時間軸上排列的改進(jìn)LAS-CDMA系統(tǒng)的碼片就通過OFDM方法使其在頻率軸上排列,改進(jìn)LAS碼所具有的時域上的低相關(guān)窗也隨之在頻域上分布。由于在信道編碼過程中引入了具有低干擾窗特性的改進(jìn)LAS碼,其低相關(guān)窗在頻域的排列就可以克服相鄰子載波的相互干擾,從而改善OFDM系統(tǒng)的同步性能。本發(fā)明就可以利用擴(kuò)頻碼碼字間的對干擾的抑制特性,使得頻域上連續(xù)子載波間的干擾得到抑制。具體而言,在圖4中,對信源1到16,分別用低相關(guān)特性擴(kuò)頻碼1到16進(jìn)行擴(kuò)頻,然后再對所用信源的擴(kuò)頻調(diào)制后的數(shù)據(jù)經(jīng)IFFT變換后進(jìn)行OFDM調(diào)制。這樣,可以把所有擴(kuò)頻調(diào)制后的改進(jìn)LAS擴(kuò)頻碼的碼片分布到各個子載波。由于改進(jìn)LAS擴(kuò)頻碼具有的頻域上的低相關(guān)特性,承載改進(jìn)LAS碼片的各個子載波在頻域上的正交性得以保證,抑制了連續(xù)子載波間的干擾。載波頻率偏差和相位噪聲對OFDM系統(tǒng)的影響也得到改善。
上述在背景技術(shù)中提到的方法,是將零相關(guān)碼字應(yīng)用于MT-CDMA(多音CDMA)系統(tǒng)中,來改善MT-CDMA對載波頻率偏差的特性。由于MT-CDMA是時域擴(kuò)展的多載波技術(shù),其應(yīng)用零相關(guān)碼字只是在時域上進(jìn)行擴(kuò)頻,所以只能在時域上利用碼字間的干擾抑制特性來提高M(jìn)T-CDMA系統(tǒng)中的抗干擾能力。但是,在頻域上,背景技術(shù)中的方法還是利用OFDM的正交特性來抑制連續(xù)子載波間的干擾的。也就是說,在背景技術(shù)中,零相關(guān)碼字只是用于時域上的去干擾,而不是用于頻域上的去干擾。這與本發(fā)明不同。本發(fā)明讓所有擴(kuò)頻調(diào)制后的改進(jìn)LAS擴(kuò)頻碼的碼片分布到各個子載波,利用改進(jìn)LAS擴(kuò)頻碼的頻域低相關(guān)特性來提高M(jìn)C-CDMA系統(tǒng)在頻域上的抗碼間干擾能力。再者,背景技術(shù)是通過OFDM調(diào)制,將用戶數(shù)據(jù)調(diào)制到多個載波,然后再用零干擾窗碼字對各載波進(jìn)行調(diào)制。在后進(jìn)行的零干擾窗擴(kuò)頻碼調(diào)制在一定程度上破壞了OFDM符號間的正交性,不能充分利用OFDM帶來的好處。而本發(fā)明是先用低干擾窗擴(kuò)頻碼字調(diào)制,之后才進(jìn)行OFDM調(diào)制,得到的OFDM符號仍然是正交的,并且也發(fā)揮了低干擾窗擴(kuò)頻碼字在頻域上的低相關(guān)特性。
另外,選用本發(fā)明提出的低相關(guān)碼字,例如改進(jìn)LAS擴(kuò)頻碼,而不是使用零相關(guān)碼字,如一般的LAS碼和CCK碼等,可以獲得更多的碼字?jǐn)?shù)量,就可能增加用戶數(shù)量或者提高數(shù)據(jù)傳輸速率。舉例來說,如果零相關(guān)窗為(-3,+3)的時候,零相關(guān)LAS碼字(即,一般的LAS碼)的數(shù)量為低相關(guān)LAS碼字(即,改進(jìn)的LAS碼)的數(shù)量的1/4。碼字?jǐn)?shù)量的增加可以帶來同時通信的用戶數(shù)量的增加,這對實際應(yīng)用有重要的實質(zhì)的意義。另外,本發(fā)明構(gòu)造低相關(guān)LAS碼字時,還將一般LAS碼字中的碼字間的必須的GAP(保護(hù)間隙)去除了,例如,原來的LAS碼字在16擴(kuò)頻增益下需要占用22個碼片,其中6個為GAP,而本發(fā)明構(gòu)造的改進(jìn)LAS碼在具有的窗口寬度時,不需要這6個GAP碼片的開銷。換言之,在同樣的窗口寬度條件下,改進(jìn)的LAS碼的擴(kuò)頻增益為16的情況下,也只需16個碼片,而不是一般LAS碼所需要的22個碼片。這樣就可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率。除此之外,低相關(guān)碼字的生成方法也比零相關(guān)碼字的生成方法多,有些方法就是通過增加碼字?jǐn)?shù)量,同時在一個窗口范圍內(nèi)保持干擾在一個相對較低的范圍內(nèi)。實際應(yīng)用中就可以選擇適合實際通信系統(tǒng)的低相關(guān)碼字生成方法,提高了本發(fā)明在實際應(yīng)用的靈活性和應(yīng)用范圍。
此外,通過研究還發(fā)現(xiàn),CDMA碼字和OFDM碼字的結(jié)合并不需要完全的零干擾窗。因為無線環(huán)境中,時域多徑總是存在的,這個多徑會造成頻域選擇性衰落,而碼字和OFDM結(jié)合的時候頻域選擇性衰落會造成碼字間的干擾,所以即使碼字是零干擾窗,但是在這個頻域選擇性衰落條件下沒有多譜勒擴(kuò)散,也會自己產(chǎn)生一定的碼間干擾。這樣,還不如采用低干擾窗碼字和OFDM結(jié)合,還能提高碼字的數(shù)量或者數(shù)據(jù)傳輸效率。在無線時域擴(kuò)散和頻域擴(kuò)散都存在的條件下,低干擾窗碼字可以取得和零干擾窗碼字基本一樣的性能。因此,本發(fā)明采用了低干擾窗碼字與OFDM結(jié)合。
本發(fā)明所述的利用具有低干擾窗特性的擴(kuò)頻碼改善OFDM系統(tǒng)同步性能的方法不僅具有理論上的合理性,通過仿真計算也證實了其具有令人滿意的改善OFDM系統(tǒng)同步性能的效果。
圖5~圖10分別提供了在不同信道模型下不同子載波帶寬的仿真結(jié)果圖。其中,圖5是子載波帶寬為1.5kHz時,單徑多譜勒擴(kuò)展的仿真曲線;圖6是單徑多譜勒擴(kuò)展的仿真曲線,子載波帶寬為2.5kHz;圖7是多徑多譜勒擴(kuò)展的仿真曲線,其中子載波帶寬為1.5kHz,采用TU信道模型;圖8是多徑多譜勒擴(kuò)展的仿真曲線,其中子載波帶寬為1.5kHz,采用BU信道模型;圖9是多徑多譜勒擴(kuò)展的仿真曲線,其中子載波帶寬為2.5kHz,采用TU信道模型;圖10是多徑多譜勒擴(kuò)展的仿真曲線,其中子載波帶寬為2.5kHz,采用BU信道模型。從圖5-圖10可以看出,在各種仿真條件下,在相同的多普勒頻偏下,應(yīng)用本發(fā)明的方法可以獲得比OFDM系統(tǒng)更高的信干比(S/I)。
下面具體說明本發(fā)明構(gòu)造低干擾窗擴(kuò)頻碼的方法,即,前述改進(jìn)的LAS碼的構(gòu)造方法。
低干擾窗擴(kuò)頻碼的特點(diǎn)是其非循環(huán)自相關(guān)和非循環(huán)互相關(guān)序列在零偏移附近的相關(guān)值比較小,接近于零。換言之,令碼字序列為Cn=(c1n,c2n,...cNn),n=1,2,...,M,N為碼字長度,M為碼字個數(shù),定義碼字序列的非循環(huán)相關(guān)序列為Rij(n)=c1ic1+nj+c2ic2+nj+...+cN-nicNj其中,n=-N+1,-N+2,...,N-1對于具有低干擾窗特性的擴(kuò)頻碼,當(dāng)-W<=n<=W時,n越接近零,Maxij{|Rij(n)|}越接近于零(Rii(0)=N,因此在考慮低干擾窗特性時不考慮Rii(0))。
下面說明利用CCK(Complementary Code Keying)碼構(gòu)造具有低干擾窗擴(kuò)頻碼的方法,其分為兩個步驟一,選擇具有擴(kuò)頻增益為KM的CCK碼B=(B11,B12,...,B1N;B21,B22,...,B2N;BM1,BM2,...,BMN;),Bij=(B1ij,B2ij,...,BKij),N為碼字個數(shù),M為每個分量碼的個數(shù),K為每個分量碼的長度;二,利用代價函數(shù)確定使相關(guān)值最小的CCK分量碼定義Cn(j1,j2,...,jM)=(c1n,c2n,...,cKMn)=(Bj1n,Bj2n...,BjMn)=(B1j1n,...,BKj1n,B1j2n,...,BKj2n,...,B1jMn,...,BKjMn),n=1,2,...,N;(BKjMn為CCK碼B中第jM行第n列的分量碼BjMn的第K個碼片)其中(j1,j2,...,jM)為(1,2...,M)的一個排列。在所有的擴(kuò)頻碼字Cn(j1,j2,...,jM)中,有些分量碼在分量碼長度范圍[-K+1,K-1]內(nèi)的相關(guān)值小一些,并且越接近零偏移的相關(guān)值越小。因此,需要從CCK分量碼中選擇出使相關(guān)值小于預(yù)定值的碼。定義加權(quán)函數(shù)為w(n)=1/n,w(0)=0。根據(jù)下式確定(j1,j2,...,j M)的值(j1,j2,...,jM)=argmin(i1,i2,...,iM){F(i1,i2,...,iM)} (公式1)F(i1,i2,...,iM)=∑n,i,j(w(n)Rij(i1,i2,...,iM)(n))2,(公式2)其中,-KM<n<KM,0<i,j<M+1Rij(i1,i2,...,iM)(n)是以排列(i1,i2,...,iM)構(gòu)造的Ci(i1,i2,...,iM)和Cj(i1,i2,...,iM)的偏移為n的非循環(huán)互相關(guān)值。
根據(jù)公式1和2,使擴(kuò)頻碼字Ci(i1,i2,...,iM)和Cj(i1,i2,...,iM)的偏移為n的非循環(huán)互相關(guān)值取最小值,確定的(j1,j2,...,jM)排列可能不只一個,如果不只一個,任意一個都可以。
另外,確定(j1,j2,...,jM)的值除了如上述使用代價函數(shù)F最小的方法,還可以使代價函數(shù)F小于一個預(yù)先確定的值,從而確定一組(j1,j2,...,jM)或其他方法。
下面以M=N=K=4的情況為例,具體介紹如何利用正交互補(bǔ)集合碼構(gòu)造低干擾窗擴(kuò)頻碼,步驟如下一選擇具有擴(kuò)頻增益為KM=4*4=16的CCK碼,其中分量碼碼字長度K為4,分量碼個數(shù)M為4B=(B11,B12,B13,B14;B21,B22,B23,B24;B31,B32,B33,B34;B41,B42B43,B44),B11=(1,1,1,1),B21=(1,1,-1,-1),B31=(-1,1,-1,1),B41=(-1,1,1,-1),B12=(-1,-1,1,1),B22=(-1,-1,-1,-1),B32=(1,-1,-1,1),B42=(1,-1,1,-1),B13=(-1,1,-1,1),B23=(-1,1,1,-1),B33=(1,1,1,1),B43=(1,1,-1,-1),B14=(1,-1,-1,1),B24=(1,-1,1,-1),B34=(-1,-1,1,1),B44=(-1,-1,-1,-1)。
二利用代價函數(shù)確定使相關(guān)值最小或小于預(yù)定值的CCK分量碼第一步取分量碼個數(shù)列的一個排列(1,2,3,4),對于這個排列,可以得到如下的對應(yīng)此排列的擴(kuò)頻碼序列C1(1,2,3,4)=(B11,B21,B31,B41)=(1,1,1,1,1,1,-1,-1,-1,1,-1,1,-1,1,1,-1),C2(1,2,3,4)=(B12,B22,B32,B42)=(-1,-1,1,1,-1,-1,-1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1),C3(1,2,3,4)=(B13,B23,B33,B43)=(-1,1,-1,1,-1,1,1,-1,1,1,1,1,1,1,-1,-1),C4(1,2,3,4)=(B14,B24,B34,B44)=(1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,-1,-1,1,1,-1,-1,-1,-1)。
第二步計算前述排列對應(yīng)的擴(kuò)頻碼序列的非循環(huán)互相關(guān)值。
例如,擴(kuò)頻碼序列C1(1,2,3,4)與C2(1,2,3,4)的非循環(huán)互相關(guān)值為R12(1,2,3,4)(0)=∑iC1(1,2,3,4)(i)*C2(1,2,3,4)(i)=0R12(1,2,3,4)(-1)=∑iC1(1,2,3,4)(i)*C2(1,2,3,4)(i+1)=-1
R12(1,2,3,4)(1)=∑iC1(1,2,3,4)(i)*C2(1,2,3,4)(i-1)=1R12(1,2,3,4)(-2)=∑iC1(1,2,3,4)(i)*C2(1,2,3,4)(i+2)=-4R12(1,2,3,4)(2)=∑iC1(1,2,3,4)(i)*C2(1,2,3,4)(i-2)=4R12(1,2,3,4)(-3)=∑iC1(1,2,3,4)(i)*C2(1,2,3,4)(i+3)=3R12(1,2,3,4)(3)=∑iC1(1,2,3,4)(i)*C2(1,2,3,4)(i-3)=1……第三步根據(jù)公式1和2,計算前述排列對應(yīng)的代價函數(shù)值。排列(1,2,3,4)對應(yīng)得到的代價函數(shù)值為F(1,2,3,4)=∑n,i,j(w(n)Rij (1,2,3,4)(n))2=196.1877,-16<n<16,0<=i,j<=4;第四步重復(fù)前述第一步、第二步和第三步,同理可以得到分量碼個數(shù)列各個排列對應(yīng)的代價函數(shù)排列(1,2,4,3)對應(yīng)的代價函數(shù)F(1,2,4,3)=386.3011;排列(1,3,2,4)對應(yīng)的代價函數(shù)F(1,3,2,4)=165.0472排列(1,3,4,2)對應(yīng)的代價函數(shù)F(1,3,4,2)=387.5872排列(1,4,2,3)對應(yīng)的代價函數(shù)F(1,4,2,3)=165.7464排列(1,4,3,2)對應(yīng)的代價函數(shù)F(1,4,3,2)=198.1731……第五步選取代價函數(shù)為最小值或者小于預(yù)定值的排列從步驟四的計算,可以得到,最小的代價函數(shù)F值為165.047,對應(yīng)的排列為(1,3,2,4),(2,4,1,3),(3,1,4,2),(4,2,3,1)。
第六步根據(jù)選取的排列,獲得對應(yīng)的擴(kuò)頻碼字。
如果選擇排列(1,3,2,4),則對應(yīng)的擴(kuò)頻碼字為C1(1,3,2,4)=(B11,B31,B21,B41)=(1,1,1,1,-1,1,-1,1,1,1,-1,-1,-1,1,1,-1),C2(1,3,2,4)=(B12,B32,B22,B42)=(-1,-1,1,1,1,-1,-1,1,-1,-1,-1,-1,1,-1,1,-1),C3(1,3,2,4)=(B13,B33,B23,B43)=(-1,1,-1,1,1,1,1,1,-1,1,1,-1,1,1,-1,-1),C4(1,3,2,4)=(B14,B34,B24,B44)=(1,-1,-1,1,-1,-1,1,1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1)。
如果選擇排列(2,4,1,3),則對應(yīng)的擴(kuò)頻碼字為C1(2,4,1,3)=(B21,B41,B11,B31)=(1,1,-1,-1,-1,1,1,-1,1,1,1,1,-1,1,-1,1),C2(2,4,1,3)=(B22,B42,B12,B32)=(-1,-1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,1,1,1,-1,-1,1,),C3(2,4,1,3)=(B23,B43,B13,B33)=(-1,1,1,-1,1,1,-1,-1,-1,1,-1,1,1,1,1,1,),C4(2,4,1,3)=(B24,B44,B14,B34)=(1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1,1,-1,-1,1,-1,-1,1,1)。
如果選擇排列(3,1,4,2),則對應(yīng)的擴(kuò)頻碼字為C1(3,1,4,2)=(B31,B11,B41,B21)=(-1,1,-1,1,1,1,1,1,-1,1,1,-1,1,1,-1,-1),C2(3,1,4,2)=(B32,B12,B42,B22)=(1,-1,-1,1,-1,-1,1,1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1),C3(3,1,4,2)=(B33,B13,B43,B23)=(1,1,1,1,-1,1,-1,1,1,1,-1,-1,-1,1,1,-1),C4(3,1,4,2)=(B34,B14,B44,B24)=(-1,-1,1,1,1,-1,-1,1,-1,-1,-1,-1,1,-1,1,-1)。
如果選擇排列(4,2,3,1),則對應(yīng)的擴(kuò)頻碼字為C1(3,1,4,2)=(B31,B11,B41,B21)=(-1,1,1,-1,1,1,-1,-1,-1,1,-1,1,1,1,1,1),C2(3,1,4,2)=(B32,B12,B42,B22)=(1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1,1,-1,-1,1,-1,-1,1,1),C3(3,1,4,2)=(B33,B13,B43,B23)=(1,1,-1,-1,-1,1,1,-1,1,1,1,1,-1,1,-1,1),C4(3,1,4,2)=(B34,B14,B44,B24)=(-1,-1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,1,1,1,-1,-1,1)。
下面介紹本發(fā)明利用LAS碼構(gòu)造具有低干擾窗擴(kuò)頻碼的方法。
第一步選擇兩個或以上具有零干擾窗為[-W,W]的LS擴(kuò)頻碼,其中,從L碼中選擇Cln和從S碼中選擇Csn。
Cln=(cl1n,cl2n,...,clNn),Csn=(cs1n,cs2n,...,csNn),n=1,2,...,M,M為碼字個數(shù),2N為擴(kuò)頻增益。
第二步組合第一步選擇的擴(kuò)頻碼Cln和Csn,構(gòu)造具有低干擾窗的擴(kuò)頻碼Cn。
方法1,Cn=(c1n,c2n,...,c2Nn)=(Cln,Csn)=(cl1n,,...,clNn,cs1n,...,csNn);方法2,Cn=(c1n,c2n,...,c2Nn)=(Csn,Cln)=(cs1n,,...,csNn,cl1n,...,clNn)。
其中n=1,2,...,M,M為碼字個數(shù),2N碼字長度。
這樣,就去掉了LS碼中間和兩邊的保護(hù)間隔,能夠提高頻譜效率;雖然這樣做使得零干擾窗沒有了,但是得到的擴(kuò)頻碼仍然具有低干擾窗的性質(zhì)。
以下舉例說明一、選擇具有零窗為[-3,3]、擴(kuò)頻增益為16、碼字個數(shù)為4的LS擴(kuò)頻碼L1=(1 -1 1 1 1 -1 -1 -1)S1=( 1 1 1 -1 1 1 -1 1)L2=(1 -1 1 1 -1 1 1 1)S2=(1 1 1 -1 -1 -1 1 -1)L3=(1 -1 -1 -1 1 -1 1 1)S3=(1 1 -1 1 1 1 1 -1)L4=(1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1)S4=(1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1)二、組合第一步選擇的擴(kuò)頻碼,構(gòu)造具有低干擾窗的擴(kuò)頻碼方式一C1=(L1 S1)=(1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1 1 -1 1)C2=(L2 S2)=(1 -1 1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1)C3=(L3 S3)=(1 -1 -1 -1 1 -1 1 1 1 1 -1 1 1 1 1 -1)C4=(L4 S4)=(1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1)方式二C1=(S1 L1)=(1 1 1 -1 1 1 -1 1 1 -1 1 1 1 -1 -1 -1)C2=(S2 L2)=(1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 -1 1 1 1)C3=(S3 L3)=(1 1 -1 1 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 1)C4=(S4 L4)=(1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1)
LAS碼的自相關(guān)和互相關(guān)序列在零偏移附近的相關(guān)值為零,但是需要在L碼和S碼以及碼字之間插入保護(hù)間隔。然而,低干擾窗擴(kuò)頻碼不需要插入保護(hù)間隔,從而提高了頻譜效率。
上面雖然通過具體實施方式

描繪了本發(fā)明,但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道,本發(fā)明有許多變形和變化而不脫離本發(fā)明的精神,所附的權(quán)利要求將包括這些變形和變化。
權(quán)利要求
1.一種利用低相關(guān)碼字改進(jìn)OFDM系統(tǒng)同步性能的方法,其特征在于發(fā)送端在進(jìn)行OFDM調(diào)制之前,采用具有低干擾窗特性的擴(kuò)頻碼對信息符號進(jìn)行擴(kuò)頻;接收端在進(jìn)行快速傅立葉變換之后用所述擴(kuò)頻碼解擴(kuò)出所述信息符號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述擴(kuò)頻碼的非循環(huán)自相關(guān)序列和非循環(huán)互相關(guān)序列在一定的位移范圍內(nèi)至少具有一個低相關(guān)的窗口。
3.如權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于所述擴(kuò)頻碼通過以下步驟構(gòu)造第一步選擇兩個或以上具有零干擾窗為[-W,W]的所述LS擴(kuò)頻碼Cln和Csn;第二步組合第一步選擇的所述擴(kuò)頻碼Cln和Csn,去掉低干擾窗擴(kuò)頻碼Cn兩邊或之間的保護(hù)間隔,得到低干擾窗擴(kuò)頻碼Cn。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述擴(kuò)頻碼是通過以下步驟構(gòu)造的第一步根據(jù)需要的擴(kuò)頻增益,選擇CCK碼;第二步根據(jù)代價函數(shù)為最小值或者小于預(yù)定值,確定使相關(guān)值最小或小于預(yù)定值的CCK分量碼,得到擴(kuò)頻碼字。
5.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于在所述OFDM系統(tǒng)的發(fā)送端,發(fā)射信息經(jīng)過編碼后分為至少一組,對每一組按照一個OFDM子載波的調(diào)制比特數(shù)進(jìn)行分段,對每段根據(jù)OFDM子載波調(diào)制所需要的比特星座映射規(guī)則映射為復(fù)數(shù)符號。
6.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于在所述OFDM系統(tǒng)的發(fā)送端具有至少一組用戶信息,各組用戶信息分別進(jìn)行編碼后,對每組用戶信息按照一個OFDM子載波的調(diào)制比特數(shù)進(jìn)行分段,對每段根據(jù)OFDM子載波調(diào)制所需要的比特星座映射規(guī)則映射為復(fù)數(shù)符號。
7.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于在所述OFDM系統(tǒng)的發(fā)送端,將OFDM中所有的數(shù)據(jù)子載波進(jìn)行分組,每組子載波數(shù)為所述擴(kuò)頻碼的長度,并且同一組中的子載波在頻率上是相鄰的。
8.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于在所述OFDM系統(tǒng)的發(fā)送端,將OFDM中所有的數(shù)據(jù)子載波進(jìn)行分組,每組子載波數(shù)為所述擴(kuò)頻碼的長度,并且同一組中的子載波在頻率上是分離的。
9.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于在所述OFDM系統(tǒng)的接收端,對接收到的基帶復(fù)數(shù)信號進(jìn)行快速傅立葉變換之后,首先進(jìn)行頻域均衡處理,再用所述擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)處理。
10.如權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于所述頻域均衡處理可以采用OFDM系統(tǒng)使用的導(dǎo)頻子載波方式,也可以采用CDMA系統(tǒng)中的FSm碼字做導(dǎo)頻信道來進(jìn)行信道估計和補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用低相關(guān)碼字改進(jìn)OFDM系統(tǒng)同步性能的方法,屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明中,在發(fā)送端進(jìn)行OFDM調(diào)制之前,采用具有低干擾窗特性的擴(kuò)頻碼對信息符號進(jìn)行擴(kuò)頻;然后在接收端進(jìn)行快速傅立葉變換之后用擴(kuò)頻碼解擴(kuò)出信息符號。本方法充分利用了特定擴(kuò)頻碼的低干擾窗特性,有效克服了載波頻率偏移、噪聲等因素對OFDM系統(tǒng)同步性能的影響。
文檔編號H04L27/26GK101039295SQ2006100598
公開日2007年9月19日 申請日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者張宇 申請人:方正通信技術(shù)有限公司
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