專利名稱：空域復(fù)用mimo mc-cdma系統(tǒng)上行鏈路發(fā)射和接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動(dòng)通信多輸入多輸出(MIMO)空域復(fù)用技術(shù)、多載波(MC) 技術(shù)和碼分多址(CDMA)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在3G中CDMA是一種最主要的技術(shù)，而多載波調(diào)制將是未來(lái)廣帶無(wú)線傳 輸體制的關(guān)鍵技術(shù)。以多載波技術(shù)融合CDMA技術(shù)，構(gòu)成多載波CDMA系統(tǒng) 是未來(lái)移動(dòng)通信發(fā)展的重要方向之一。多載波技術(shù)與CDMA技術(shù)相結(jié)合的方案 主要有多載波CDMA (MC-CDMA)、多載波直接序列擴(kuò)頻CDMA (muWcarrier DS-CDMA)和多音調(diào)制CDMA (MT-CDMA)三種主要形式[Hara S and Prasad R. An Overview of Multi-carrier CDMA. Ccw附.Mag. 1997; 35(12), pp. 126-33.; Hara S and Prasad R.多載波CDMA綜述.IEEE通信雜志，I997; 35(12), pp. 126-33]。其中，MC-CDMA方案由于可以采用頻域分集和優(yōu)良的性能被認(rèn)為是 三種方案中最具前景的方案，也是未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)最具競(jìng)爭(zhēng)力的方案之一。未來(lái)移動(dòng)通信的空中接口將采用多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)。許多研究都 表明，MIMO理論是突破傳統(tǒng)無(wú)線通信理論性能限的關(guān)鍵所在，將成為未來(lái)無(wú) 線通信理論的核心，MIMO技術(shù)也將成為未來(lái)移動(dòng)通信提高系統(tǒng)的容量、性能、 服務(wù)質(zhì)量、頻譜效率和覆蓋范圍的核心技術(shù)。MIMO信道在不增加功率與帶寬 開(kāi)銷(xiāo)的條件下可以提供與min(M,AO呈線性關(guān)系的容量增加(M與iV分別為發(fā)射 機(jī)與接收機(jī)的陣元數(shù))，這種增益稱為空域復(fù)用增益?？沼驈?fù)用是通過(guò)從不同的 陣元傳送獨(dú)立的數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)用戶無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的多倍增加，空域復(fù)用是
MIMO技術(shù)的最重要形式。
目前，對(duì)基站和移動(dòng)臺(tái)都采用單天線的單輸入單輸出(SISO) MC-CDMA方 案以及基站采用陣列天線移動(dòng)臺(tái)采用單天線的多輸入單輸出(MISO) MC-CDMA 方案的研究已較充分。更進(jìn)一步在MC-CDMA系統(tǒng)中基站和移動(dòng)臺(tái)都采用多天 線技術(shù)，構(gòu)成空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)，將能更充分地挖掘空間資源。 通過(guò)進(jìn)行聯(lián)合的空、時(shí)、頻和碼域信號(hào)處理，獲得空、時(shí)、頻分集增益，將能 在更大程度上提高M(jìn)C-CDMA系統(tǒng)的總體性能，滿足用戶高速無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題提出了一種空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上 行鏈路發(fā)射和接收方法，該方法通過(guò)進(jìn)行聯(lián)合的空、時(shí)、頻和碼域信號(hào)處理， 獲得了空、時(shí)、頻分集增益，在實(shí)現(xiàn)用戶無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)多倍增加的情況下，保 證了 MC-CDMA系統(tǒng)的性能。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路發(fā)射方法，對(duì)任一用戶&包 括以下步驟
對(duì)每個(gè)用戶信源經(jīng)過(guò)二相移相鍵控(BPSK)調(diào)制的數(shù)據(jù)流進(jìn)行碼元分組， 每組有M個(gè)碼元；
對(duì)每個(gè)碼組進(jìn)行l(wèi): M的串并變換，數(shù)據(jù)流被分成M路獨(dú)立的并行數(shù)據(jù)流，
將被分配在M個(gè)發(fā)射天線上分別獨(dú)立發(fā)射；
每一路獨(dú)立的數(shù)據(jù)流都經(jīng)過(guò)l: P的復(fù)制，形成P路相同的并行數(shù)據(jù)流； 對(duì)復(fù)制后的P路并行數(shù)據(jù)流用長(zhǎng)度為P的擴(kuò)頻碼進(jìn)行頻域擴(kuò)頻，不同的用
戶采用不同的擴(kuò)頻碼；
對(duì)頻域擴(kuò)頻后的P路并行信號(hào)進(jìn)行快速付里葉逆變換(IFFT)，將各路信號(hào) 調(diào)制到相應(yīng)的子載波上；
將調(diào)制后的P路子載波信號(hào)相加后在對(duì)應(yīng)的天線上發(fā)射。
一種空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路接收方法，對(duì)任一用戶;t包 括以下步驟
每個(gè)天線接收到的信號(hào)包括各用戶、各發(fā)射天線的信號(hào)以及噪聲的疊加， 對(duì)每一天線接收到的信號(hào)進(jìn)行與發(fā)射端快速付里葉逆變換(IFFT)對(duì)應(yīng)的快速 付里葉變換(FFT)，恢復(fù)出P個(gè)子載波的信號(hào)；
對(duì)各天線所恢復(fù)出的P個(gè)子載波信號(hào)都進(jìn)行與發(fā)射端對(duì)應(yīng)的解擴(kuò)與匹配濾 波處理，得到對(duì)應(yīng)各天線用戶P個(gè)子載波解擴(kuò)與匹配濾波處理后的信號(hào)；
將N個(gè)接收天線對(duì)應(yīng)相同子載波解擴(kuò)與匹配濾波處理后的N路信號(hào)分別并 行送入P個(gè)V-BLAST檢測(cè)器進(jìn)行迫零檢測(cè)，對(duì)應(yīng)N個(gè)接收天線每個(gè)V-BLAST 檢測(cè)器有N路并行輸入數(shù)據(jù)流； -
對(duì)每個(gè)V-BLAST檢測(cè)器輸入的N路并行數(shù)據(jù)流進(jìn)行線性迫零V-BLAST檢 測(cè)，對(duì)應(yīng)M個(gè)發(fā)射天線每個(gè)V-BLAST檢測(cè)器輸出M路并行數(shù)據(jù)流；
將P個(gè)V-BLAST檢測(cè)器對(duì)應(yīng)相同發(fā)射天線的輸出數(shù)據(jù)流分別并行送入M 個(gè)頻域合并模塊進(jìn)行信號(hào)的頻域合并，對(duì)應(yīng)P個(gè)V-BLAST檢測(cè)器，每個(gè)頻域合 并模塊有P路并行輸入數(shù)據(jù)流，頻域合并采用等增益的輸入信號(hào)直接相加合并， 得到用戶在每一個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射信號(hào)的判決變量；
對(duì)M個(gè)頻域合并輸出的判決變量按發(fā)射端碼元分組的順序進(jìn)行排序/形成 每組有M個(gè)碼元的并行數(shù)據(jù)流；
對(duì)每個(gè)碼字組進(jìn)行M: l的并串變換，形成串行數(shù)據(jù)流；
對(duì)串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行BPSK解調(diào)，恢復(fù)出用戶的數(shù)據(jù)信號(hào)，即得到用戶的信宿。
本發(fā)明的有益效果
首先，本發(fā)明所提出的空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路發(fā)射和接 收方法在MC-CDMA方案下實(shí)現(xiàn)了空域復(fù)用技術(shù)，即通過(guò)從不同的陣元傳送獨(dú) 立的數(shù)字信號(hào)，與傳統(tǒng)的單天線MC-CDMA方案相比傳輸?shù)臒o(wú)線數(shù)據(jù)速率可實(shí) 現(xiàn)M倍的增加，并且可以保證系統(tǒng)的性能；
其次，所提出的空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路發(fā)射和接收方法 可十分靈活地實(shí)現(xiàn)空、時(shí)、頻和碼域資源的靈活配置，對(duì)滿足未來(lái)移動(dòng)通信用 戶大范圍變化的無(wú)線通信需求，靈活地分配系統(tǒng)的資源十分有利。
同時(shí)所提出的空域復(fù)用MIMOMC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路發(fā)射和接收方法通 過(guò)進(jìn)行聯(lián)合的空、時(shí)、頻和碼域信號(hào)處理，獲得了空、時(shí)、頻分集增益，可顯 著地提高了 MC-CDMA系統(tǒng)的性能。


圖1為空域復(fù)用MIMOMC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路任一用戶t的發(fā)射過(guò)程圖； 圖2為空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路任一用戶A的接收過(guò)程圖； 圖3(a)和(b)分別為空間分集階數(shù)W-M—定時(shí)，空域復(fù)用MIMOMC-CDMA
系統(tǒng)與傳統(tǒng)的單天線MC-CDMA系統(tǒng)平均誤碼率(BER)性能對(duì)信噪比(￡6/iV。)
的數(shù)值關(guān)系曲線；
圖4為系統(tǒng)的分集階數(shù)(W-M + 1)P—定時(shí)，空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系 統(tǒng)平均誤碼率(BER)性能對(duì)信噪比(A/iV。)的數(shù)值關(guān)系曲線。 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的方法加以詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例l:以下對(duì)本發(fā)明的方法加以論述
1. 發(fā)射信號(hào)
考察有《個(gè)用戶的空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路任一用戶it的 發(fā)射過(guò)程。在該系統(tǒng)中，發(fā)射天線數(shù)為M，接收天線數(shù)為iV (iV>M)。用戶fc的 信源經(jīng)過(guò)二相移相鍵控(Binary Phase Shift Keying, BPSK)調(diào)制后首先分為符 號(hào)組，每組有M個(gè)比特或碼元，將任一符號(hào)組的M個(gè)符號(hào)表示為[《,…,"r]， 取值為+1或-1,周期為T(mén)。每組的M個(gè)符號(hào)經(jīng)過(guò)1:M的串并變換后分割成M路 獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，串并變換后的符號(hào)周期為7;=,，將分別由M根發(fā)射天線發(fā)送
出去。串并變換后每一路的數(shù)據(jù)流都經(jīng)過(guò)l: P的復(fù)制，形成P路相同的并行數(shù) 據(jù)流，然后進(jìn)行頻域擴(kuò)頻，再通過(guò)快速付里葉逆變換(IFFT)運(yùn)算調(diào)制到相應(yīng) 的戶個(gè)子載波上，各子載波信號(hào)相加后發(fā)射，即每個(gè)符號(hào)都經(jīng)過(guò)典型的 MC-CDMA調(diào)制后由相應(yīng)的天線發(fā)射出去。對(duì)上述發(fā)射過(guò)程，用戶fc在第m個(gè) 發(fā)射天線上所發(fā)射的信號(hào)為
<formula>formula see original document page 11</formula>
式中，每個(gè)用戶每個(gè)子載波具有相同的比特功率S，厶為第p個(gè)子載波的載波頻 率，4(^[W)…^湖是用戶^的擴(kuò)頻碼波形，c^為相應(yīng)的切普，切普周期為 7;。對(duì)典型的MC-CDMA調(diào)制擴(kuò)頻處理增益G二7;/7;與子載波數(shù)尸相等，即G-戶。
2. 信道
對(duì)于典型的基于MC-CDMA構(gòu)建的系統(tǒng)，可假設(shè)各子載波經(jīng)歷平坦衰落及
發(fā)射天線和接收天線對(duì)之間的信道為相互獨(dú)立的MIMO信道。用戶k第p個(gè)子載
波從發(fā)射天線m到接收天線"之間信道的脈沖響應(yīng)可以表示為
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，A，,"表示路徑的幅度增益，/^,^為相位增益。對(duì)于不同的t^m，"，假 設(shè)^，，。是相互獨(dú)立且服從瑞利分布的隨機(jī)變量，W《^卜cr2， ^,, 是獨(dú)立同 分布于
根據(jù)中心極限定理，當(dāng)《,M較大時(shí)，/g)可以近似為均值為零的高斯隨機(jī)變 量。結(jié)合公式2所述的信道特性，通過(guò)對(duì)復(fù)隨機(jī)變量《,'")作統(tǒng)計(jì)平均，可以求 得干擾項(xiàng)iS)的方差為 <formula>formula see original document page 13</formula> [公式7]仏y為噪聲項(xiàng)<formula>formula see original document page 13</formula> [公式8]噪聲項(xiàng)/7^的方差為 <formula>formula see original document page 14</formula> [公式9] 由于干擾項(xiàng)矽和噪聲項(xiàng)《)互不相關(guān)，總的干擾也可以近似為零均值的高斯隨機(jī)變量，其方差為<formula>formula see original document page 14</formula> [公式io]對(duì)N個(gè)接收天線，第/個(gè)子載波解擴(kuò)與匹配濾波處理后的數(shù)據(jù)流并行輸入到 第Z個(gè)V-BLAST (Vertical-Bell Labs Layered Space-Time )檢測(cè)器，輸入信號(hào)矢量 為<formula>formula see original document page 14</formula>式中，[]T表示矩陣的轉(zhuǎn)置運(yùn)算，<formula>formula see original document page 14</formula>[公式12]信號(hào)X,，,輸入到第/個(gè)V-BLAST檢測(cè)器后經(jīng)過(guò)線性迫零V-BLAST檢測(cè)(ZFV-BLAST)，輸出信號(hào)矢量為 Y^[《,…,:C丫-H。xXL,<formula>formula see original document page 14</formula>[公式13]式中，[]+表示矩陣的偽逆，H^-[H;，,Hwr1《,，[]-'表示矩陣的逆運(yùn)算，[.]'表示 矩陣的共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算。 5.頻域合并方案將各V-BLAST檢測(cè)器對(duì)應(yīng)相同發(fā)射天線的輸出數(shù)據(jù)流分別并行送入M個(gè)頻 域合并模塊進(jìn)行信號(hào)的頻域合并，得到用戶在每一個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射信號(hào)的判 決變量。頻域合并可采用最大比合并(MRC)方案和等增益合并(EGC)方案， 下面進(jìn)行相關(guān)討論。對(duì)于期望用戶1的第附個(gè)發(fā)射信號(hào)來(lái)說(shuō)，第/個(gè)V-BLAST檢測(cè)器輸出信號(hào) 的信干噪比為L(zhǎng)(Hi盧i.,) J關(guān)式中，"。十呵/ff二一ff]， [Ln表示矩陣的第附行第"列元素。由于信道矩陣I^中的各元素是獨(dú)立同分布的，故A,，,-H;，,HL,服從自由度為W，參量為R的 復(fù)Wishart分布，其中R為H;,,列向量的協(xié)方差矩陣。矩陣A,,,的概率密度函數(shù)為<formula>formula see original document page 15</formula> [公式15]<formula>formula see original document page 15</formula>w [公式16]式中，fr(A)代表矩陣A的跡，r(.)表示Gamma函數(shù)。容易得到R^21^ ^為 MxM單位矩陣。公式14可寫(xiě)成<formula>formula see original document page 15</formula>[公式17]lAi,/Jmm , j其中，A17是將矩陣 ,的第m行第m列劃去后所得到的M-l階矩陣，A:為矩 陣AJ7的Schur補(bǔ)。公式17第2個(gè)等號(hào)成立是依據(jù) [A,—;丄=(-l廣"det(A〔r)/det(AJ， 第3 個(gè)等號(hào)成立是依據(jù)
det(Au) = det(A;7)det(A:)。 Al服從一維復(fù)Wishart分布，其自由度為iV-M + l， 方差為《r([R-U'-^， "det(A:)服從自由度為2(iV-M + l)的chi-square分 布，其概率密度函數(shù)為<formula>formula see original document page 16</formula> [公式18]根據(jù)公式17， ^ff)- ^的概率密度函數(shù)為<formula>formula see original document page 16</formula> [公式19]即第/個(gè)V-BLAST檢測(cè)器的輸出信干噪比A)服從自由度為2(W-M+1)的 chi-square分布。最大比合并方案合并后可實(shí)現(xiàn)信干噪比最大，通常有最優(yōu)的合并性能。假設(shè) 第/個(gè)數(shù)據(jù)流支路的合并權(quán)重為G,，則頻域合并后期望用戶1的第m根發(fā)射天線發(fā)射信號(hào)的判決變量為z廣)=V^f G[公式20] 總的干擾和噪聲功率^為各支路的干擾和噪聲功率的加權(quán)和，有 <formula>formula see original document page 16</formula>當(dāng)G,-，時(shí)，7"取最大值，證明過(guò)程見(jiàn)陽(yáng)錄^，實(shí)現(xiàn)了最大比合并，最大比合并后的信干噪比為<formula>formula see original document page 16</formula>[公式22]式中，<formula>formula see original document page 16</formula>等增益合并方案合并方法簡(jiǎn)單，通常有次優(yōu)的合并性能。但由公式13可知，
經(jīng)過(guò)V-BLAST檢測(cè)器后進(jìn)入頻域合并器的各支路期望信號(hào)幅值相等，均為， 因此若頻域合并采用等增益合并方案，合并后所得的信干噪比與采用MRC方案時(shí)相同，仍能達(dá)到最大值^ ^)，證明過(guò)程見(jiàn)附錄5。/=1因此本發(fā)明采用了合并方法簡(jiǎn)單的等增益合并方案，即將頻域合并各支路輸入信號(hào)進(jìn)行直接相加合并。 '根據(jù)以上分析，Kf月艮從自由度為2(iV-M + l)的chi-square分布，而f個(gè)服從chi-square分布且相互獨(dú)立的隨機(jī)變量之和^r[J)服從自由度為2(W-M + l)xP的 chi-square分布，因而()=iXf的概率密度函數(shù)為/(n("'))/=1(f》[公式23]根據(jù)上式，用戶1第附根發(fā)射天線發(fā)送的數(shù)據(jù)比特在條件^"")下的條件比特 差錯(cuò)概率為"m)(e|n(m)) = G(A/^P) [公式24]則平均BER可以通過(guò)對(duì)公式24中的條件差錯(cuò)率求統(tǒng)計(jì)平均得到^ = Jf 2(A/^P)/Wm))"71(m) [公式25〗式中，= "7^=廠exp(—浐/2)力。其閉式解為2(緒+1"(緒f吖(iV — M + l)i1 —l + A:'A=0會(huì)—[公式26]其中，4 + 2
實(shí)施例2:本發(fā)明的方法適用于任何采用空域復(fù)用MIMO MC-CDMA傳輸方案的移動(dòng) 通信系統(tǒng)。 '參照?qǐng)D1的空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路發(fā)射過(guò)程圖， 一種空 域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)任一用戶A上行鏈路發(fā)射方法的具體步驟包括步驟1 ，任一用戶A:的信源10產(chǎn)生的二進(jìn)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)二相移相鍵控(3PSK) 調(diào)制ll，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流進(jìn)行碼元分組12， M個(gè)碼元一組，每組的M個(gè)碼元表示為[《,…,"r]，碼元周期為r;步驟2，對(duì)每個(gè)碼組進(jìn)行l(wèi): M的串并變換13，數(shù)據(jù)流被分成M路獨(dú)立的并行數(shù)據(jù)流[《),…，"rl，將被分配在M個(gè)發(fā)射天線上分別獨(dú)立發(fā)射，串弁變換后的碼元周期為7;=,， [f表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算；步驟3，每一路獨(dú)立的數(shù)據(jù)流都經(jīng)過(guò)l: P的復(fù)制14，形成P路相同的并行 數(shù)據(jù)流； .步驟4，對(duì)復(fù)制后的P路并行數(shù)據(jù)流用長(zhǎng)度為P的擴(kuò)頻碼進(jìn)行頻域擴(kuò)頻15， 不同的用戶采用不同的擴(kuò)頻碼，得到用戶A第m路獨(dú)立數(shù)據(jù)流復(fù)制后任一路p 頻域擴(kuò)頻后的信號(hào)為其中，q"0表示用戶射壬一路/7對(duì)應(yīng)的切普波形；步驟5，對(duì)頻域擴(kuò)頻后的P路并行信號(hào)進(jìn)行快速付里葉逆變換(IFFT) 16， 將各路信號(hào)調(diào)制到相應(yīng)的子載波上，得到在第m個(gè)發(fā)射天線上用戶)H周制后任一子載波p上所發(fā)射的信號(hào)exp (y'2丌//)其中，S為用戶每個(gè)子載波的比特功率，力為第p個(gè)子載波的載波頻率；
步驟6，調(diào)制后P路子載波的信號(hào)經(jīng)過(guò)相加17后在對(duì)應(yīng)的天線上發(fā)射，用 戶A在第m個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射的信號(hào)為-參照?qǐng)D2的空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路接收過(guò)程圖， 一種空 域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)任一用戶yt上行鏈路接收方法的具體步驟包括步驟l，每個(gè)天線接收到的信號(hào)包括各用戶、各發(fā)射天線的信號(hào)以及噪聲的 疊加，對(duì)每一天線接收到的信號(hào)進(jìn)行與發(fā)射端快速付里葉逆變換(IFFT)對(duì)應(yīng) 的快速付里葉變換(FFT) 21，恢復(fù)出P個(gè)子載波的信號(hào)，對(duì)第"個(gè)天線所恢復(fù) 出的任一子載波p上的信號(hào)為一(0exp(-何/)其中，一")(O為接收端第"個(gè)天線上的接收信號(hào)；步驟2，對(duì)用戶A:在各天線所恢復(fù)出的P個(gè)子載波信號(hào)都進(jìn)行與發(fā)射端對(duì)應(yīng) 的解擴(kuò)與匹配濾波處理22,得到用戶A對(duì)應(yīng)各接收天線的P個(gè)子載波解擴(kuò)與匹 配濾波處理后的信號(hào)，對(duì)應(yīng)接收天線n用戶^任一子載波/7上的解擴(kuò)與匹配濾波 處理后第z'比特的信號(hào)為4，)=會(huì)f exp(-何p,)d .步驟3，將N個(gè)接收天線對(duì)應(yīng)相同子載波解擴(kuò)與匹配濾波處理后的N路信 號(hào)分別并行送入P個(gè)V-BLAST檢測(cè)器23進(jìn)行迫零檢測(cè)，對(duì)應(yīng)N個(gè)接收天線每 個(gè)V-BLAST檢測(cè)器有N路并行輸入數(shù)據(jù)流,N個(gè)接收天線對(duì)應(yīng)第p個(gè)子寧波的 解擴(kuò)與匹配濾波處理后的數(shù)據(jù)流并行輸入到第p個(gè)V-BLAST檢測(cè)器，輸入信號(hào) 矢量為Xfc,p 二[4丄,…，"L;)]步驟4，對(duì)每個(gè)V-BLAST檢測(cè)器輸入的N路并行數(shù)據(jù)流進(jìn)行線性迫零 V-BLAST檢測(cè)23,對(duì)應(yīng)M個(gè)發(fā)射天線每個(gè)V-BLAST檢測(cè)器輸出M路并行數(shù) 據(jù)流，信號(hào)X^進(jìn)入第p個(gè)V-BLAST檢測(cè)器后經(jīng)過(guò)線性迫零V-BLAST檢測(cè)(ZF V-BLAST)，輸出信號(hào)矢量為 .K《，…，《)丫步驟5，將P個(gè)V-BLAST檢測(cè)器對(duì)應(yīng)相同發(fā)射天線的輸出數(shù)據(jù)流分別并行 送入M個(gè)頻域合并模塊24進(jìn)行信號(hào)的頻域合并，對(duì)應(yīng)P個(gè)V-BLAST檢測(cè)器， 每個(gè)頻域合并模塊有P路并行輸入數(shù)據(jù)流，頻域合并采用等增益的輸入信號(hào)直 接相加合并，得到用戶在每一個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射信號(hào)的判決變量，在第m根發(fā) 射天線上發(fā)射的信號(hào)頻域合并后的判決變量為步驟6，對(duì)M個(gè)頻域合并輸出的判決變量按發(fā)射端碼元分組的順序進(jìn)行排 序25,形成每組有M個(gè)碼元的并行數(shù)據(jù)流[《),…，zf)]、步驟7，對(duì)每個(gè)碼字組進(jìn)行M:1的并串變換26，形成串行數(shù)據(jù)流[4",…，4^];步驟8，對(duì)串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行BPSK解調(diào)27，恢復(fù)出用戶的數(shù)據(jù)信號(hào)，即得 到用戶的信宿28。為評(píng)價(jià)本發(fā)明一種空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路發(fā)射和接收方 法的性能，對(duì)發(fā)射天線和接收天線數(shù)不同時(shí)系統(tǒng)的BER性能進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真， 所獲得的結(jié)果還與傳統(tǒng)的單天線MC-CDMA方案進(jìn)行了相應(yīng)的比較。為了比較 的合理性，假設(shè)上述兩種系統(tǒng)的帶寬、子載波數(shù)及子載波所經(jīng)歷衰落信道的統(tǒng) 計(jì)特性相同。在整個(gè)仿真過(guò)程中，發(fā)送數(shù)據(jù)采用BPSK調(diào)制，所有用戶的發(fā)射 天線具有相同的發(fā)射功率，不同用戶、子載波及收發(fā)天線之間的信道假設(shè)為相 互獨(dú)立的平坦瑞利衰落信道，擴(kuò)頻碼采用Walsh-Hadamard碼，符號(hào)能量定義為圖3(a)和(b)為基于公式26當(dāng)？ = 32,《=8當(dāng)時(shí)，空間分集階數(shù)iV-M (空 間分集階數(shù)定義為)分別為1和2時(shí)，空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng) 與傳統(tǒng)的單天線MC-CDMA系統(tǒng)平均BER性能對(duì)信噪比的數(shù)值關(guān)系 曲線。從圖3(a)可以看出，M-3,A^4時(shí)系統(tǒng)BER性能可能劣于單天線 MC-CDMA系統(tǒng)；但從圖3(b)可以看出M- ,A^5時(shí)系統(tǒng)BER性能優(yōu)于單天線 MC-CDMA系統(tǒng)。這表明發(fā)射天線數(shù)M —定時(shí)增加接收天線數(shù)N，可使系統(tǒng) BER性能優(yōu)于單天線MC-CDMA系統(tǒng)。這是因?yàn)镸—定時(shí)增大AM吏得空間分集 增益提高，系統(tǒng)BER性能更好。從圖3(")和(6)中還可以看到，在一定的空間分集階數(shù)下(7V-M為常數(shù))，M 較小時(shí)系統(tǒng)BER性能優(yōu)于單天線MC-CDMA系統(tǒng)的可能性較大，而M增加到 一定值后，由于干擾增大，系統(tǒng)性能可能劣于單天線MC-CDMA系統(tǒng)。但在系 統(tǒng)帶寬一定的情況下，較多的發(fā)射天線數(shù)意味著用戶無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸速率比單天 線MC-CDMA系統(tǒng)提高M(jìn)倍。可見(jiàn)所提出的空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng) 在使用戶無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸速率比單天線MC-CDMA系統(tǒng)提高M(jìn)倍的情況下仍可以 保證系統(tǒng)的BER性能。圖4比較了用戶數(shù)《=8時(shí)，不同空間分集與頻域分集對(duì)系統(tǒng)BER性能的影 響。為了比較的合理性，假設(shè)系統(tǒng)的分集階數(shù)一定，這里取128 (系統(tǒng)的分集階 數(shù)定義為A=(W-M + 1)P)。由圖4可見(jiàn)，載波數(shù)少的系統(tǒng)通過(guò)減小發(fā)射天線
數(shù)或者在發(fā)射天線數(shù)一定時(shí)增加接收天線數(shù)，均可獲得比載波數(shù)多的系統(tǒng)更好的BER性能，而增加發(fā)射天線數(shù)可能導(dǎo)致其系統(tǒng)性能劣于載波數(shù)多的系統(tǒng)，例 如與M-3,JV-4,i^64系統(tǒng)相比，^=2, = 5，尸=32系統(tǒng)禾口肘=3,^ = 6,戶=32系統(tǒng)的 BER性能更好，而M"，iV^,i^2系統(tǒng)BER性能與之相比則較差。這表明系統(tǒng) 的分集階數(shù)一定時(shí)，載波數(shù)少的系統(tǒng)減小M或在M—定時(shí)增加W，其較大的空 間分集帶來(lái)的好處優(yōu)于載波數(shù)多的系統(tǒng)其頻域分集所帶來(lái)的好處，但當(dāng)M大于 一定值時(shí)，因干擾的增大，空間分集的優(yōu)勢(shì)逐漸被頻域分集所取代。這一結(jié)果 表明空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)在保證系統(tǒng)的BER性能一定的條件下， 在發(fā)射天線數(shù)M、接收天線數(shù)N和子載波數(shù)P或擴(kuò)頻增益G間可進(jìn)行靈活的參 數(shù)配置，這對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)建是十分有益的。附錄a 最大值的證明柯西不等式:<formula>formula see original document page 22</formula>]
時(shí)取等號(hào)。 ' 共有P條相互獨(dú)立的支路信號(hào)進(jìn)行合并，任一條支路/上的信號(hào)為y, =x,=x,+巧 [公式A-1] 式中，》表示期望信號(hào)，其幅值|一| = 4， M4/,為多址干擾，",為加性高斯白噪聲，『,表示總的干擾，其方差為^^卜iV,。因此各支路的信干噪比為^！。合
并時(shí)，各支路上的信號(hào)與各自的權(quán)重《相乘后，輸出信號(hào)的包絡(luò)將為:<formula>formula see original document page 23</formula>總的干擾和噪聲功率為:<formula>formula see original document page 23</formula>故輸出信號(hào)的信干噪比為:<formula>formula see original document page 23</formula>在柯西不等式中，令<formula>formula see original document page 23</formula> 得:<formula>formula see original document page 23</formula>
因此<formula>formula see original document page 23</formula>由柯西不等式取等號(hào)條件，當(dāng)",6,時(shí)，上式等號(hào)成立，即當(dāng)G,^時(shí)，；k取最大值。在公式20中，各支路信號(hào)幅值均為#，故由公式22得:<formula>formula see original document page 24</formula>[公式A-7]當(dāng)g,=f時(shí)，n一)取最大值i:n(j)。/-1附錄B EGC達(dá)到最大信干噪比應(yīng)滿足的條件附錄A中，如果4 = 4 — = 4 = ^，則<formula>formula see original document page 24</formula>[公式B-l]當(dāng)"=^時(shí)，y取最大值，實(shí)現(xiàn)了最大比合并(MRC)。若系統(tǒng)采用等增益 合并(EGC)，即G,丄，貝lj<formula>formula see original document page 24</formula>[公式B-2]此時(shí)合并器的輸出信干噪比與采用MRC時(shí)相同。由公式20知，經(jīng)過(guò) V-BLAST檢測(cè)器后進(jìn)入合并器的各支路期望信號(hào)幅值相等，因此對(duì)基于線性迫 零V-BLAST算法的MIMO MC-CDMA系統(tǒng)，采用等增益合并方案與采用最大 比合并方案所得的信干噪比相同，均可實(shí)現(xiàn)最大信干噪比。
權(quán)利要求
1. 一種空域復(fù)用MIMOMC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路發(fā)射和接收方法，其特征 在于對(duì)任一用戶A上行鏈路發(fā)射方法的具體步驟包括對(duì)每個(gè)用戶信源經(jīng)過(guò)二相移相鍵控BPSK調(diào)制的數(shù)據(jù)流進(jìn)行碼元分組，每 組有M個(gè)碼元；對(duì)每個(gè)碼組進(jìn)行l(wèi): M的串并變換，數(shù)據(jù)流被分成M路獨(dú)立的并行數(shù)據(jù)流， 將被分配在M個(gè)發(fā)射天線上分別獨(dú)立發(fā)射； 每一路獨(dú)立的數(shù)據(jù)流都經(jīng)過(guò)l: P的復(fù)制，形成P路相同的并行數(shù)據(jù)流；對(duì)復(fù)制后的P路并行數(shù)據(jù)流用長(zhǎng)度為P的擴(kuò)頻碼進(jìn)行頻域擴(kuò)頻，不同的用 戶采用不同的擴(kuò)頻碼；對(duì)頻域擴(kuò)頻后的P路并行信號(hào)進(jìn)行快速付里葉逆變換IFFT，將各路信號(hào)調(diào) 制到相應(yīng)的子載波上；將調(diào)制后的P路子載波信號(hào)相加后在對(duì)應(yīng)的天線上發(fā)射。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路發(fā)射方法，其特征在于對(duì)任一用戶h包括以下發(fā)射步驟步驟1，任一用戶A的信源(10)產(chǎn)生的二進(jìn)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)二相移相鍵控BPSK 調(diào)制(ll)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流進(jìn)行碼元分組(12)， M個(gè)碼元一組，每組的M個(gè)碼元表示為[《),…,"r]，碼元周期為r;步驟2，對(duì)每個(gè)碼組進(jìn)行l(wèi): M的串并變換(13)，數(shù)據(jù)流被分成M路獨(dú)立的并行數(shù)據(jù)流[《,…,"r);f，將被分配在M個(gè)發(fā)射天線上分別獨(dú)立發(fā)射，串并變換后的碼元周期為7;=,， []f表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算；步驟3，每一路獨(dú)立的數(shù)據(jù)流都經(jīng)過(guò)1: P的復(fù)制(14)，形成P路相同的并 行數(shù)據(jù)流；步驟4，對(duì)復(fù)制后的P路并行數(shù)據(jù)流用長(zhǎng)度為P的擴(kuò)頻碼進(jìn)行頻域擴(kuò)頻(15)， 不同的用戶采用不同的擴(kuò)頻碼，得到用戶A第m路獨(dú)立數(shù)據(jù)流復(fù)制后任一路 頻域擴(kuò)頻后的信號(hào)為其中，c^^表示用戶W壬一路p對(duì)應(yīng)的切普波形；步驟5，對(duì)頻域擴(kuò)頻后的P路并行信號(hào)進(jìn)行快速付里葉逆變換IFFT(16)，將 各路信號(hào)調(diào)制到相應(yīng)的子載波上，得到在第附個(gè)發(fā)射天線上用戶)H周制后任一子 載波p上所發(fā)射的信號(hào)其中，S為用戶每個(gè)子載波的比特功率，/p為第/7個(gè)子載波的載波頻率；步驟6，調(diào)制后P路子載波的信號(hào)經(jīng)過(guò)相加(17)后在對(duì)應(yīng)的天線上發(fā)射，用 戶t在第m個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射的信號(hào)為
3. —種空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路發(fā)射和接收方法，其特 征在于對(duì)任一用戶上行鏈路接收方法的具體步驟包括每個(gè)天線接收到的信號(hào)包括各用戶、各發(fā)射天線的信號(hào)以及噪聲的疊加，對(duì)每一天線接收到的信號(hào)進(jìn)行與發(fā)射端快速付里葉逆變換IFFT對(duì)應(yīng)的快速付里 葉變換(FFT)，恢復(fù)出P個(gè)子載波的信號(hào)；對(duì)各天線所恢復(fù)出的P個(gè)子載波信號(hào)都進(jìn)行與發(fā)射端對(duì)應(yīng)的解擴(kuò)與匹配濾 波處理，得到對(duì)應(yīng)各天線用戶P個(gè)子載波解擴(kuò)與匹配濾波處理后的信號(hào)；將N個(gè)接收天線對(duì)應(yīng)相同子載波解擴(kuò)與匹配濾波處理后的N路信號(hào)分別并 行送入P個(gè)V-BLAST檢測(cè)器進(jìn)行迫零檢測(cè)，對(duì)應(yīng)N個(gè)接收天線每個(gè)V-BLASTV^"r(,K,(,)exp(/2《,檢測(cè)器有N路并行輸入數(shù)據(jù)流；對(duì)每個(gè)V-BLAST檢測(cè)器輸入的N路并行數(shù)據(jù)流進(jìn)行線性迫零V-BLAST檢 測(cè)，對(duì)應(yīng)M個(gè)發(fā)射天線每個(gè)V-BLAST檢測(cè)器輸出M路并行數(shù)據(jù)流；將P個(gè)V-BLAST檢測(cè)器對(duì)應(yīng)相同發(fā)射天線的輸出數(shù)據(jù)流分別并行送入M 個(gè)頻域合并模塊進(jìn)行信號(hào)的頻域合并，對(duì)應(yīng)P個(gè)V-BLAST檢測(cè)器，每個(gè)頻域合 并模塊有P路并行輸入數(shù)據(jù)流，頻域合并采用等增益的輸入信號(hào)直接相加合并， 得到用戶在每一個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射信號(hào)的判決變量；對(duì)M個(gè)頻域合并輸出的判決變量按發(fā)射端碼元分組的順序進(jìn)行排序，形成 每組有M個(gè)碼元的并行數(shù)據(jù)流；對(duì)每個(gè)碼字組進(jìn)行M: l的并串變換，形成串行數(shù)據(jù)流；對(duì)串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行BPSK解調(diào)，恢復(fù)出用戶的數(shù)據(jù)信號(hào)，即得到用戶的信宿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路接 收方法，其特征在于對(duì)任一用戶h包括以下接收步驟步驟l，每個(gè)天線接收到的信號(hào)包括各用戶、各發(fā)射天線的信號(hào)以及噪聲的疊加，對(duì)每一天線接收到的信號(hào)進(jìn)行與發(fā)射端快速付里葉逆變換IFFT對(duì)應(yīng)的快速付里葉變換FFT(21)，恢復(fù)出P個(gè)子載波的信號(hào)，對(duì)第"個(gè)天線所恢復(fù)出的任一子載波p上的信號(hào)為 <formula>formula see original document page 4</formula>其中，,"^)為接收端第"個(gè)天線上的接收信號(hào)；步驟2,對(duì)用戶A:在各天線所恢復(fù)出的P個(gè)子載波信號(hào)都進(jìn)行與發(fā)射端對(duì)應(yīng) 的解擴(kuò)與匹配濾波處理(22)，得到用戶^對(duì)應(yīng)各接收天線的P個(gè)子載波解擴(kuò)與匹配濾波處理后的信號(hào)，對(duì)應(yīng)接收天線"用戶A任一子載波; 上的解擴(kuò)與匹配濾波處理后第/比特的信號(hào)為步驟3，將N個(gè)接收天線對(duì)應(yīng)相同子載波解擴(kuò)與匹配濾波處理后的N路信 號(hào)分別并行送入P個(gè)V-BLAST檢測(cè)器(23)進(jìn)行迫零檢測(cè)，對(duì)應(yīng)N個(gè)接收^線每 個(gè)V-BLAST檢測(cè)器有N路并行輸入數(shù)據(jù)流，N個(gè)接收天線對(duì)應(yīng)第個(gè)子載波的 解擴(kuò)與匹配濾波處理后的數(shù)據(jù)流并行輸入到第,p個(gè)V-BLAST檢測(cè)器，輸入信號(hào) 矢量為<formula>formula see original document page 5</formula>步驟4，對(duì)每個(gè)V-BLAST檢測(cè)器輸入的N路并行數(shù)據(jù)流進(jìn)行線性迫零 V-BLAST檢領(lǐng)!l，對(duì)應(yīng)M個(gè)發(fā)射天線每個(gè)V-BLAST檢測(cè)器輸出M路并行數(shù) 據(jù)流，信號(hào)XiJ7進(jìn)入第p個(gè)V-BLAST檢測(cè)器后經(jīng)過(guò)線性迫零V-BLAST檢測(cè)ZFV-BLAST，輸出信號(hào)矢量為<formula>formula see original document page 5</formula>步驟5，將P個(gè)V-BLAST檢測(cè)器對(duì)應(yīng)相同發(fā)射天線的輸出數(shù)據(jù)流分別并行 送入M個(gè)頻域合并模塊(24)進(jìn)行信號(hào)的頻域合并，對(duì)應(yīng)P個(gè)V-BLAST檢'測(cè)器， 每個(gè)頻域合并模塊有P路并行輸入數(shù)據(jù)流，頻域合并采用等增益的輸入信號(hào)直 接相加合并，得到用戶在每一個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射信號(hào)的判決變量，在第m根發(fā) 射天線上發(fā)射的信號(hào)頻域合并后的判決變量為<formula>formula see original document page 5</formula>步驟6，對(duì)M個(gè)頻域合并輸出的判決變量按發(fā)射端碼元分組的順序進(jìn)行排 序(25)，形成每組有M個(gè)碼元的并行數(shù)據(jù)流[4",…,zf)了；步驟7，對(duì)每個(gè)碼字組進(jìn)行M: 1的并串變換(26)，形成串行數(shù)據(jù)流[4",…，《)];步驟8，對(duì)串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行BPSK解調(diào)(27)，恢復(fù)出用戶的數(shù)據(jù)信號(hào)，.即得 到用戶的信宿(28)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路接 收方法，其特征在于步驟5中的頻域合并是基于輸入信號(hào)直接相加合并進(jìn)行的。
全文摘要
一種空域復(fù)用MIMO MC-CDMA系統(tǒng)上行鏈路發(fā)射和接收方法包括以下步驟發(fā)射步驟，對(duì)用戶信源經(jīng)過(guò)調(diào)制的數(shù)據(jù)流進(jìn)行碼元分組；對(duì)每個(gè)碼組進(jìn)行串并變換；對(duì)每一路獨(dú)立的數(shù)據(jù)流進(jìn)行典型的MC-CDMA調(diào)制后在對(duì)應(yīng)的天線上發(fā)射；接收步驟，對(duì)每一天線接收到的信號(hào)進(jìn)行快速付里葉變換恢復(fù)出各子載波的信號(hào)；對(duì)各天線所恢復(fù)出的子載波信號(hào)都進(jìn)行解擴(kuò)與匹配濾波處理得到輸出信號(hào)；將各接收天線對(duì)應(yīng)相同子載波的信號(hào)分別并行送入V-BLAST檢測(cè)器進(jìn)行迫零檢測(cè)得到并行輸出數(shù)據(jù)流；將對(duì)應(yīng)相同發(fā)射天線的輸出數(shù)據(jù)流送入頻域合并模塊進(jìn)行信號(hào)的頻域合并，得到判決變量；對(duì)并行數(shù)據(jù)流進(jìn)行并串變換、解調(diào)，恢復(fù)出用戶的數(shù)據(jù)信號(hào)。該方法顯著提高了系統(tǒng)的性能。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101146084SQ20071017561
公開(kāi)日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日
發(fā)明者維 楊 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)