專利名稱：最小均方誤差兩級擴頻ofdm自適應碼分配方法及系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信領域DS-CDMA(Direct Sequence-CodeDivision Multiple Access，直接序列碼分多址)技術和MC-CDMA(Multicarrier-Code Division Multiple Access，多載波碼分多址)技術，尤其涉及一種最小均方誤差兩級擴頻OFDM自適應碼分配方法及系統。

背景技術：
作為一種擴頻方式，直接序列碼分多址(Direct Sequence-CodeDivision Multiple Access，下文簡稱DS-CDMA)通過將攜帶信息的窄帶信號與高速地址碼信號相乘，獲得寬帶擴頻信號，接收端通過用與發(fā)射端同步的相同地址碼信號去控制輸入變頻器的載頻相位即可實現解擴。DS-CDMA系統具有優(yōu)越的抗窄帶干擾特性和靈活多變的多址能力。然而，由于DS-CDMA系統是干擾受限的，其容量受限于符號間干擾(ISI)和多址干擾(MAI)等影響，當用戶數量增多時，通信質量會嚴重惡化，這是制約DS-CDMA進一步發(fā)展的一個瓶頸。
基于以上傳統DS-CDMA系統的優(yōu)缺點分析，人們將DS-CDMA和OFDM相結合，形成了適用于高速率傳輸的多載波CDMA(Multicarrier Code Division Multiplexing Access，下文簡稱MC-CDMA)。作為一種多載波多址通信方式，MC-CDMA讓每一個頻道使用所能提供的全部頻譜，把原先在一個信道內傳輸的數據分到若干個信道中進行傳輸，即通過將擴頻序列的不同碼片調制到不同的子載波上實現頻域擴展，在提高系統容量的同時還提高了頻帶的利用率。
目前，MC-CDMA還存在兩點不足第一，在遇到頻率選擇性衰落信道時，如果相對信道時延擴展來說，發(fā)射端發(fā)射的是一個時間寬度較窄的脈沖信號，在頻域傳輸帶寬則相對較大，若傳輸帶寬比信道相干帶寬大，這時信號之間的相關性變差，信道在一個符號帶寬內變化劇烈，進入深衰落。第二，在遇到時間選擇性衰落信道時，如果相對最大多普勒頻移來說，發(fā)射端發(fā)射的是一個帶寬較窄的頻域信號，在時域符號周期較長，若取樣時間間隔大于相干時間，信號的相關性變差。這時信道在一個符號周期內變化劇烈，進入深衰落。


發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種最小均方誤差兩級擴頻OFDM自適應碼分配方法及系統?；诒景l(fā)明，不僅能夠很好地繼承兩級擴頻OFDM對于頻帶和時間資源的充分利用并可以有效地抑制加性高斯白噪聲(AWGN)信道中的干擾，同時針對不同子載波的信道特性，設計了一種通過在發(fā)射端合理分配擴頻碼，并在接收端采用MUD的技術，提升了原系統在多徑信道中的性能。
本發(fā)明提出了一種最小均方誤差方法下兩級擴頻OFDM自適應碼分配方法，包括第一級擴頻步驟，調制原始數據流，把每L(L＞0)個經過調制的符號合并起來，生成信號bk＝(bk，1，...，bk，L)，其中，k(k＞0)為用戶數；將所述信號bk中的每一個信號bk，l乘以相應的wk＝(wk，1，...，wk，M)，獲取并發(fā)送(bk，1wk，1，...，bk，1wk，m，...，bk，Lwk，1，...，bk，Lwk，M)，M(M＞0)是對應的擴頻碼的碼長；將所有用戶的信號求和后得到信號x＝(x1，1，...，x1，M，...，xL，1，...，xL，M)，其中第二級擴頻步驟，將所述信號x分成L×M(M＞0)個并行支路，每個支路xl，m分配在N(N＞0)個子載波上，用cl，m＝(cl，m，1，...，cl，m，N)表示xl，m的擴頻碼，確定子載波n上的發(fā)送信號S；發(fā)送信號改寫步驟，將所述發(fā)送信號S改寫成以下矩陣形式其中，

表示Kronecker積，是一個M×K維矩陣，它的每行是第一級擴頻碼，是一個N×LM維矩陣，它的每行是第二級擴頻碼。b＝(b1，1，...，bK，1，...，b1，L，...，bK，L)T是LK×1的源數據向量，s＝(s1，...，sN)T是N×1維的發(fā)送信號向量；預先設定兩級擴頻碼都是正交的，且有WTW＝IK以及CTC＝ILM；信號接收步驟，依據確定頻率選擇性衰落信道中，第k個用戶的基帶接收信號；其中，rk＝(rk，1，...，rk，N)T是接收信號向量，信道矩陣Hk＝diag(hk，1，...，hk，N)是N維對角陣，矩陣中第n行元素hk，n表示第k個用戶在第n個子載波上的頻域增益，zk是N×1維的噪聲向量；信號檢測步驟，用戶按照MMSE的準則檢測信號，第k個用戶第l個符號的譯碼可以寫成如下形式其中σ2是噪聲的能量。
上述自適應碼分配方法，優(yōu)選所述信號接收步驟中，若所述信道矩陣Hk對角元素不同，則重新排列第二級擴頻碼矩陣C＝(c1，1T，..，c1，MT，...，cL，1T，...，cL，MT)T的各行，獲取在子載波上不同的信號放大倍數，根據獲取的所述不同的信號放大倍數，將信號能量集中于指定信道條件的子載波上。
上述自適應碼分配方法，優(yōu)選所述信號檢測步驟中，求解且約束條件為 其中，其中αk，n由源數據bk，l功率，以及用戶k在子載波n上的信道狀態(tài)信息決定，βk，n由選擇何種擴頻碼決定。
上述自適應碼分配方法，優(yōu)選依據匈牙利算法求解所述 上述自適應碼分配方法，優(yōu)選依據如下步驟求解所述初始化步驟，設置U＝{1，...，N}，n＝1；選擇步驟，選擇m＝argminv∈Uτv，n，設置ρv，n＝1以及U＝U\{v}；更新步驟，設置n＝n+1，回到所述選擇步驟，多次循環(huán)直到n＞N。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種最小均方誤差方法下兩級擴頻OFDM自適應碼分配系統，包括第一級擴頻模塊，用于調制原始數據流，把每L個經過調制的符號合并起來，生成信號bk＝(bk，1，...，bk，L)，其中，k為用戶數；將所述信號bk中的每一個信號bk，l乘以相應的wk＝(wk，1，...，wk，M)，獲取并發(fā)送(bk，1wk，1，...，bk，1wk，m，...，bk，Lwk，1，...，bk，Lwk，M)，M是對應的擴頻碼的碼長；將所有用戶的信號求和后得到信號x＝(x1，1，...，x1，M，...，xL，1，...，xL，M)，其中第二級擴頻模塊，用于將所述信號x分成LM個并行支路，每個支路xl，m分配在N個子載波上，用cl，m＝(cl，m，1，...，cl，m，N)表示xl，m的擴頻碼，確定子載波n上的發(fā)送信號S；發(fā)送信號改寫模塊，用于將所述發(fā)送信號S改寫成以下矩陣形式其中，

表示Kronecker積，是一個M×K維矩陣，它的每行是第一級擴頻碼，是一個N×LM維矩陣，它的每行是第二級擴頻碼。b＝(b1，1，...，bK，1，...，b1，L，...，bK，L)T是LK×1的源數據向量，s＝(s1，...，sN)T是N×1維的發(fā)送信號向量；預先設定兩級擴頻碼都是正交的，且有WTW＝IK以及CTC＝ILM；信號接收模塊，用于依據確定頻率選擇性衰落信道中，第k個用戶的基帶接收信號；其中，rk＝(rk，1，...，rk，N)T是接收信號向量，信道矩陣Hk＝diag(hk，1，...，hk，N)是N維對角陣，矩陣中第n行元素hk，n表示第k個用戶在第n個子載波上的頻域增益，zk是N×1維的噪聲向量；信號檢測模塊，用于用戶按照MMSE的準則檢測信號，第k個用戶第l個符號的譯碼可以寫成如下形式其中σ2是噪聲的能量。
上述自適應碼分配系統，優(yōu)選所述信號接收模塊中，若所述信道矩陣Hk對角元素不同，則重新排列第二級擴頻碼矩陣C＝(c1，1T，..，c1，MT，...，cL，1T，...，cL，MT)T的各行，獲取在子載波上不同的信號放大倍數，根據獲取的所述不同的信號放大倍數，將信號能量集中于指定信道條件的子載波上。
上述自適應碼分配系統，優(yōu)選所述信號檢測模塊中，求解且約束條件為 其中，其中αk，n由源數據bk，l功率，以及用戶k在子載波n上的信道狀態(tài)信息決定，βk，n由選擇何種擴頻碼決定。上述自適應碼分配系統，優(yōu)選所述信號檢測模塊中，依據匈牙利算法求解所述 上述自適應碼分配系統，優(yōu)選所述信號檢測模塊中，依據如下步驟求解所述初始化步驟，設置U＝{1，...，N}，n＝1；選擇步驟，選擇m＝argminv∈Uτv，n，設置ρv，n＝1以及U＝U\{v}；更新步驟，設置n＝n+1，回到所述選擇步驟，多次循環(huán)直到n＞N。
本發(fā)明根據信道情況調整擴頻碼矩陣C各行的位置，使得發(fā)送信號能量能夠盡可能集中在信道條件較好的子載波上，從而抑制了因正交性破壞導致的用戶間以及符號間干擾。較傳統MC-CDMA相比，本發(fā)明在接收端BER方面有了較大的改善。另一方面，本發(fā)明設計的次優(yōu)解方案在降低發(fā)送端計算負擔以及提高系統運算速度方面有明顯優(yōu)勢。



圖1為本發(fā)明最小均方誤差兩級擴頻OFDM自適應碼分配方法實施例的步驟流程圖； 圖2為本發(fā)明兩級擴頻OFDM基站端系統結構框圖； 圖3為本發(fā)明所在相同子載波個數的情況下與傳統MC-CDMA以及使用最優(yōu)算法時信噪比/誤碼率曲線比較圖； 圖4為本發(fā)明不同子載波間隔情況下與傳統MC-CDMA以及使用最優(yōu)算法時子載波間隔/誤碼率曲線比較圖； 圖5本發(fā)明在相同總帶寬，不同子載波個數情況下與傳統MC-CDMA以及使用最優(yōu)算法時子載波個數/誤碼率曲線比較圖； 圖6為本發(fā)明最小均方誤差兩級擴頻OFDM自適應碼分配系統實施例的結構示意圖。

具體實施例方式 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
本發(fā)明采用兩組擴頻碼的兩級擴頻OFDM系統，可以靈活地通過分配擴頻碼使得發(fā)送信號的能量能夠盡可能集中在信道條件較好的子載波上，從而以較好地彌補MC-CDMA的缺陷，提高系統的性能。
參照圖1，圖1為本發(fā)明最小均方誤差方法下兩級擴頻OFDM自適應碼分配方法實施例的步驟流程圖，包括 第一級擴頻步驟110，調制原始數據流，把每L個經過調制的符號合并起來，生成信號bk＝(bk，1，...，bk，L)，其中，k為用戶數；將所述信號bk中的每一個信號bk，l乘以相應的wk＝(wk，1，...，wk，M)，獲取并發(fā)送(bk，1wk，1，...，bk，1wk，m，...，bk，Lwk，1，...，bk，Lwk，M)，M是對應的擴頻碼的碼長；將所有用戶的信號求和后得到信號x＝(x1，1，...，x1，M，...，xL，1，...，xL，M)，其中第二級擴頻步驟120，將所述信號x分成L×M個并行支路，每個支路xl，m分配在N個子載波上，用cl，m＝(cl，m，1，...，cl，m，N)表示xl，m的擴頻碼，確定子載波n上的發(fā)送信號S。發(fā)送信號改寫步驟130，將所述發(fā)送信號S改寫成以下矩陣形式其中，

表示Kronecker積，是一個M×K維矩陣，它的每行是第一級擴頻碼，是一個N×LM維矩陣，它的每行是第二級擴頻碼。b＝(b1，1，...，bK，1，...，b1，L，...，bK，L)T是LK×1的源數據向量，s＝(s1，...，sN)T是N×1維的發(fā)送信號向量；預先設定兩級擴頻碼都是正交的，且有WTW＝IK以及CTC＝ILM。信號接收步驟140，依據確定頻率選擇性衰落信道中，第k個用戶的基帶接收信號；其中，rk＝(rk，1，...，rk，N)T是接收信號向量，信道矩陣Hk＝diag(hk，1，...，hk，N)是N維對角陣，矩陣中第n行元素hk，n表示第k個用戶在第n個子載波上的頻域增益，zk是N×1維的噪聲向量。信號檢測步驟150，用戶按照MMSE的準則檢測信號，第k個用戶第l個符號的譯碼可以寫成如下形式其中σ2是噪聲的能量。
參照圖2，圖2為本發(fā)明兩級擴頻OFDM基站端系統結構框圖。考慮一個用戶數為K的下行兩級擴頻OFDM系統(子載波個數為N)，如圖2所示，描述了基站端的發(fā)送結構。在系統中，原始數據流先經過調制，接下來把每L個經過調制的符號合并起來發(fā)送給第k個用戶，即發(fā)送信號為bk＝(bk，1，...，bk，L)。把bk中的每一個信號bk，l乘以相應的wk＝(wk，1，...，wk，M)進行發(fā)送，結果即為(bk，1wk，1，...，bk，1wk，m，...，bk，Lwk，1，...，bk，Lwk，M))。將所有用戶的信號求和后得到一個新的信號x＝(x1，1，...，x1，M，...，xL，1，...，xL，M)，其中即第一級擴頻碼可以用來區(qū)分不同用戶的信號。
接下來，將信號x分成LM個并行支路，每個支路xl，m分配在N個子載波上。用cl，m＝(cl，m，1，...，cl，m，N)表示xl，m的第二級擴頻碼，那么便得到在子載波n上的發(fā)送信號為這里，第二級擴頻碼用以區(qū)分第一級擴頻碼不同碼片m上的信號以及xk，l中不同時刻l上的符號。
結合以上兩個步驟的公式，可以把發(fā)送信號改寫成以下矩陣形式其中

表示Kronecker積，是一個M×K維矩陣，它的每行是第一級擴頻碼，是一個N×LM維矩陣，它的每行是第二級擴頻碼。b＝(b1，1，...，bK，1，....，b1，L，...，bK，L)T是LK×1的源數據向量，s＝(s1，...，sN)T是N×1維的發(fā)送信號向量。假設兩級擴頻碼都是正交的，則有WTW＝IK以及CTC＝ILM。
對于頻率選擇性衰落信道，第k個用戶的基帶接收信號可以表示為其中，rk＝(rk，1，...，rk，N)T是接收信號向量。Hk＝diag(hk，1，...，hk，N)是N維對角陣，矩陣中第n行元素hk，n表示第k個用戶在第n個子載波上的頻域增益，zk＝(zk，1，...，zk，N)T是N×1維的噪聲向量(噪聲符合均值為零，方差為σ2的復高斯分布)。
如果Hk的對角元素不同，那么擴頻碼的正交性就會被破壞，正交性的破壞會導致用戶間以及符號間的干擾。注意到重新排列第二級擴頻碼矩陣C的各行，可以在子載波上得到不同的信號放大倍數。比如，考慮一個K＝1，L＝2，M＝2，N＝4的例子，其中擴頻碼如下 定義矩陣即 可以證明，在子載波1上的功率放大倍數為([P]1，1)2+([P]1，2)2＝0。而在子載波2上則為([P]2，1)2+([P]2，2)2＝1。如果交換子載波1和子載波2上的擴頻碼的碼片(即調換C的第一行與第二行)，那么P的第一行與第二行也將被調換。此時子載波1上的功率放大倍數變?yōu)?，而子載波2上的功率放大倍數變?yōu)?。如果子載波1的信道條件較好，而子載波2的信道條件較差，這種對調可以提高系統的信噪比，從而降低接收端的出錯概率。
用一個使信號bk，l的均方誤差最小化的線性濾波響應rk來表示一N維列向量Mk，l，其中這里是擴頻碼的第l個符號，Eb＝E[|bk，l|2]是信號功率。第k個用戶第l個符號的譯碼可以寫成如下形式

可以看做均衡系數，wkCl可以看做信號解擴系數；求得

定義可分為兩種情況討論 對于滿負荷的情況，比如，K＝M，LM＝N，有WWT＝IM以及CCT＝IN，則 對于非滿負荷情況，即K＜M以及LM＜N，

給出了MSE的一個上界，即 因此，有為降低檢測信號的錯誤概率，發(fā)端可以調整第二級擴頻碼矩陣C的各行，使得

能夠最小。這里，其中，即該問題等效為求的最大化問題。結合約束條件，按照本發(fā)明設計的次優(yōu)化算法，即可得到次優(yōu)解。
本發(fā)明結合最小均方誤差(Minimum Mean Square Error，MMSE)檢測的MUD方案，推導出錯誤率。因為MMSE-MUD是擁有最好誤比特率(Bit Error Ratio，BER)性能的線性檢測。根據所得到的錯誤率，提出一個如何使檢測信號均方誤差(Mean SquareError，MSE)最小化的方法，同時據此提出了一種簡單的次優(yōu)化算法。仿真結果表明采用本發(fā)明提出的碼分配模式的兩級擴頻OFDM系統可以利用子載波的頻率選擇來提高性能，優(yōu)于傳統的MC-CDMA系統。
考慮一個有相同子載波個數以及使用MMSE檢測的MC-CDMA系統。依照上述的情形，采用多徑模型仿真了頻率選擇信道。為了便于比較，也檢驗了在平坦衰落信道(hk，n＝1)下使用匹配濾波解碼的兩級擴頻OFDM性能，在所有情形中，使用BPSK調制，即bk，l＝±1，同時使用正交沃爾什碼。
圖3表示在不同信噪比(SNR)下平均誤碼率(BER)的性能。其中曲線3a表示不采用自適應碼分配算法的兩級擴頻OFDM系統，曲線3b表示MC-CDMA系統，曲線3c表示采用次優(yōu)解方案的自適應碼分配兩級擴頻OFDM系統，曲線3d表示采用最優(yōu)解方案的自適應碼分配兩級擴頻OFDM系統，曲線3e表示在平坦衰落信道下兩級擴頻OFDM系統。這里假設用戶數為K＝14，每個OFDM符號中包含L＝4個信源符號，第一級擴頻碼長度M＝16，子載波數N＝64，子載波間隔Δf＝30kHz。在兩級擴頻OFDM系統中，由于每個OFDM符號中包含4個信源符號，這不僅造成了用戶間干擾，同時也造成了多徑衰落信道下的符號間干擾。這解釋了為何兩級擴頻OFDM系統中使用固定碼分配方案的性能要差于MC-CDMA系統。然而，如果使用自適應碼分配算法，兩級擴頻OFDM的性能要強于MC-CDMA系統。在低信噪比下(比如Eb/σ2＜4dB)，兩級擴頻OFDM在頻率選擇信道的性能甚至要好于在平坦衰落信道中。這說明使用了碼分配算法，兩級擴頻OFDM系統可以利用信道的分集來提高BER性能。
圖4表示不同子載波間隔下的BER。其中曲線4a表示不采用自適應碼分配算法的兩級擴頻OFDM系統，曲線4b表示MC-CDMA系統，曲線4c表示采用次優(yōu)解方案的自適應碼分配兩級擴頻OFDM系統，曲線4d表示采用最優(yōu)解方案的自適應碼分配兩級擴頻OFDM系統，曲線4e表示在平坦衰落信道下兩級擴頻OFDM系統。這里假設用戶數為K＝14，每個OFDM符號中包含L＝4個信源符號，第一級擴頻碼長度M＝16，固定子載波的數量為N＝64，增加子載波間隔Δf從5kHz到40kHz。圖中，兩級擴頻OFDM系統在使用固定碼分配算法的性能對于子載波間隔的改變基本上保持一個常數。另一方面，兩級擴頻OFDM系統在使用自適應碼分配算法的性能隨著子載波間隔的增加而提高，當子載波間隔大于25kHz時甚至好于平坦衰落信道的情形。同時發(fā)現系統帶寬增加時，使用自適應碼分配算法的兩級擴頻OFDM系統相比于MC-CDMA系統得到了更多的好處。
圖5說明了不同子載波對于BER的影響，其中曲線5a表示不采用自適應碼分配算法的兩級擴頻OFDM系統，曲線5b表示MC-CDMA系統，曲線5c表示采用次優(yōu)解方案的自適應碼分配兩級擴頻OFDM系統，曲線5d表示采用最優(yōu)解方案的自適應碼分配兩級擴頻OFDM系統，曲線5e表示在平坦衰落信道下兩級擴頻OFDM系統。這里假設用戶數為K＝2，每個OFDM符號中包含L＝4個信源符號，第一級擴頻碼長度M＝2，固定總帶寬NΔf＝1.92MHz，改變子載波個數N從8到128，同時也就改變了子載波間隔Δf(對應成反比，即從15k到240kHz)。隨著子載波數量的增加，使用自適應碼分配算法的兩級擴頻OFDM系統比MC-CDMA有更好的性能增益。這說明當子載波個數增加時，兩級擴頻OFDM系統可以更好地利用頻率選擇特性來提高性能，然而當N＞64時這種性能增益達到了飽和。
通過對仿真結果的比較證明使用本發(fā)明的自適應碼分配方案后，兩級擴頻OFDM系統的誤碼率性能優(yōu)于傳統MC-CDMA系統。
參照圖6，圖6為本發(fā)明最小均方誤差方法下兩級擴頻OFDM自適應碼分配方法實施例的結構示意圖。包括 第一級擴頻模塊60，用于調制原始數據流，把每L個經過調制的符號合并起來，生成信號bk＝(bk，1，...，bk，L)，其中，k為用戶數；將所述信號bk中的每一個信號bk，l乘以相應的wk＝(wk，1，...，wk，M)，獲取并發(fā)送(bk，1wk，1，...，bk，1wk，m，...，bk，Lwk，1，...，bk，Lwk，M)，M是對應的擴頻碼的碼長；將所有用戶的信號求和后得到信號x＝(x1，1，...，x1，M，...，xL，1，...，xL，M)，其中第二級擴頻模塊62，用于將所述信號x分成LM個并行支路，每個支路xl，m分配在N個子載波上，用cl，m＝(cl，m，1，...，cl，m，N)表示xl，m的擴頻碼，確定子載波n上的發(fā)送信號S。發(fā)送信號改寫模塊64，用于將所述發(fā)送信號S改寫成以下矩陣形式其中，

表示Kronecker積，是一個M×K維矩陣，它的每行是第一級擴頻碼，是一個N×LM維矩陣，它的每行是第二級擴頻碼。b＝(b1，1，...，bK，1，...，b1，L，...，bK，L)T是LK×1的源數據向量，s＝(s1，...，sN)T是N×1維的發(fā)送信號向量；預先設定兩級擴頻碼都是正交的，且有WTW＝IK以及CTC＝ILM。信號接收模塊66，用于依據確定頻率選擇性衰落信道中，第k個用戶的基帶接收信號；其中，rk＝(rk，1，...，rk，N)T是接收信號向量，信道矩陣Hk＝diag(hk，1，...，hk，N)是N維對角陣，矩陣中第n行元素hk，n表示第k個用戶在第n個子載波上的頻域增益，zk是N×1維的噪聲向量。信號檢測模塊68，用于用戶按照MMSE的準則檢測信號，第k個用戶第l個符號的譯碼可以寫成如下形式其中σ2是噪聲的能量。
上述各個模塊的工作原理與方法實施例相同，在此不再贅述，相關之處互相參照即可。
以上對本發(fā)明所提供的一種最小均方誤差方法下兩級擴頻OFDM自適應碼分配方法及系統進行了詳細介紹，本文中應用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.一種最小均方誤差方法下兩級擴頻OFDM自適應碼分配方法，其特征在于，包括
第一級擴頻步驟，調制原始數據流，把每L(L＞0)個經過調制的符號合并起來，生成信號bk＝(bk，1，...，bk，L)，其中，k(k＞0)為用戶數；將所述信號bk中的每一個信號bk，l乘以相應的wk＝(wk，1，...，wk，M)，獲取并發(fā)送(bk，1wk，1，...，bk，1wk，m，...，bk，Lwk，1，...，bk，Lwk，M)，M(M＞0)是對應的擴頻碼的碼長；將所有用戶的信號求和后得到信號x＝(x1，1，...，x1，M，...，xL，1，...，xL，M)，其中
第二級擴頻步驟，將所述信號x分成L×M(M＞0)個并行支路，每個支路xl，m分配在N(N＞0)個子載波上，用cl，m＝(cl，m，1，...，cl，m，N)表示xl，m的擴頻碼，確定子載波n上的發(fā)送信號S；
發(fā)送信號改寫步驟，將所述發(fā)送信號S改寫成以下矩陣形式其中，
表示Kronecker積，是一個M×K維矩陣，它的每行是第一級擴頻碼，是一個N×LM維矩陣，它的每行是第二級擴頻碼。b＝(b1，1，...，bK，1，...，b1，L，...，bK，L)T是LK×1的源數據向量，s＝(s1，...，sN)T是N×1維的發(fā)送信號向量；預先設定兩級擴頻碼都是正交的，且有WTW＝IK以及CTC＝ILM；
信號接收步驟，依據確定頻率選擇性衰落信道中，第k個用戶的基帶接收信號；其中，rk＝(rk，1，...，rk，N)T是接收信號向量，信道矩陣Hk＝diag(hk，1，...，hk，N)是N維對角陣，矩陣中第n行元素hk，n表示第k個用戶在第n個子載波上的頻域增益，zk是N×1維的噪聲向量；
信號檢測步驟，用戶按照MMSE的準則檢測信號，第k個用戶第l個符號的譯碼可以寫成如下形式其中σ2是噪聲的能量。
2.根據權利要求1所述的自適應碼分配方法，其特征在于，所述信號接收步驟中，若所述信道矩陣Hk對角元素不同，則重新排列第二級擴頻碼矩陣C＝(c1，1T，..，c1，MT，...，cL，1T，...，cL，MT)T的各行，獲取在子載波上不同的信號放大倍數，根據獲取的所述不同的信號放大倍數，將信號能量集中于指定信道條件的子載波上。
3.根據權利要求2所述的自適應碼分配方法，其特征在于，所述信號檢測步驟中，求解且約束條件為
其中，其中αk，n由源數據bk，l功率，以及用戶k在子載波n上的信道狀態(tài)信息決定，βk，n由選擇何種擴頻碼決定。
4.根據權利要求3所述的自適應碼分配方法，其特征在于，依據匈牙利算法求解所述
5.根據權利要求3所述的自適應碼分配方法，其特征在于，依據如下步驟求解所述
初始化步驟，設置U＝{1，...，N}，n＝1；
選擇步驟，選擇m＝argminv∈Uτv，n，設置ρv，n＝1以及U＝U\{v}；
更新步驟，設置n＝n+1，回到所述選擇步驟，多次循環(huán)直到n＞N。
6.一種最小均方誤差方法下兩級擴頻OFDM自適應碼分配系統，其特征在于，包括
第一級擴頻模塊，用于調制原始數據流，把每L個經過調制的符號合并起來，生成信號bk＝(bk，1，...，bk，L)，其中，k為用戶數；將所述信號bk中的每一個信號bk，l乘以相應的wk＝(wk，1，...，wk，M)，獲取并發(fā)送(bk，1wk，1，...，bk，1wk，m，...，bk，Lwk，1，...，bk，Lwk，M)，M是對應的擴頻碼的碼長；將所有用戶的信號求和后得到信號x＝(x1，1，...，x1，M，...，xL，1，...，xL，M)，其中
第二級擴頻模塊，用于將所述信號x分成LM個并行支路，每個支路xl，m分配在N個子載波上，用cl，m＝(cl，m，1，...，cl，m，N)表示xl，m的擴頻碼，確定子載波n上的發(fā)送信號S；
發(fā)送信號改寫模塊，用于將所述發(fā)送信號S改寫成以下矩陣形式其中，
表示Kronecker積，是一個M×K維矩陣，它的每行是第一級擴頻碼，是一個N×LM維矩陣，它的每行是第二級擴頻碼。b＝(b1，1，...，bK，1，...，b1，L，...，bK，L)T是LK×1的源數據向量，s＝(s1，...，sN)T是N×1維的發(fā)送信號向量；預先設定兩級擴頻碼都是正交的，且有WTW＝IK以及CTC＝ILM；
信號接收模塊，用于依據確定頻率選擇性衰落信道中，第k個用戶的基帶接收信號；其中，rk＝(rk，1，...，rk，N)T是接收信號向量，信道矩陣Hk＝diag(hk，1，...，hk，N)是N維對角陣，矩陣中第n行元素hk，n表示第k個用戶在第n個子載波上的頻域增益，zk是N×1維的噪聲向量；
信號檢測模塊，用于用戶按照MMSE的準則檢測信號，第k個用戶第l個符號的譯碼可以寫成如下形式其中σ2是噪聲的能量。
7.根據權利要求6所述的自適應碼分配系統，其特征在于，所述信號接收模塊中，若所述信道矩陣Hk對角元素不同，則重新排列第二級擴頻碼矩陣C＝(c1，1T，..，c1，MT，...，cL，1T，...，cL，MT)T的各行，獲取在子載波上不同的信號放大倍數，根據獲取的所述不同的信號放大倍數，將信號能量集中于指定信道條件的子載波上。
8.根據權利要求7所述的自適應碼分配系統，其特征在于，所述信號檢測模塊中，求解且約束條件為
其中，其中αk，n由源數據bk，l功率，以及用戶k在子載波n上的信道狀態(tài)信息決定，βk，n由選擇何種擴頻碼決定。
9.根據權利要求8所述的自適應碼分配系統，其特征在于，所述信號檢測模塊中，依據匈牙利算法求解所述
10.根據權利要求8所述的自適應碼分配系統，其特征在于，所述信號檢測模塊中，依據如下步驟求解所述
初始化步驟，設置U＝{1，...，N}，n＝1；
選擇步驟，選擇m＝argminv∈Uτv，n，設置ρv，n＝1以及U＝U\{v}；
更新步驟，設置n＝n+1，回到所述選擇步驟，多次循環(huán)直到n＞N。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種最小均方誤差方法下兩級擴頻OFDM自適應碼分配方法及系統。所述方法包括第一級擴頻步驟、第二級擴頻步驟、發(fā)送信號改寫步驟、信號接收步驟和信號檢測步驟。本發(fā)明根據信道情況調整擴頻碼矩陣C各行的位置，使得發(fā)送信號能量能夠盡可能集中在信道條件較好的子載波上，從而抑制了因正交性破壞導致的用戶間以及符號間干擾。較傳統MC-CDMA相比，本發(fā)明在接收端BER方面有了較大的改善。
文檔編號H04L25/02GK101789810SQ20101010435
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月1日 優(yōu)先權日2010年2月1日
發(fā)明者尚勇, 吳波, 封曉弢, 項海格 申請人:北京大學