一種礦井巷道上行mc-cdma子載波功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于進(jìn)下無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種礦井巷道上行MC-CDMA子載波 功率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無線通信系統(tǒng)中，由于電磁波在傳輸過程中，通過折射、反射和直射多種方式進(jìn) 行傳輸，會(huì)通過幾條路徑被接收，運(yùn)種現(xiàn)象就是多徑效應(yīng)。運(yùn)些不同路徑到達(dá)的電磁波射線 相位不一致且具有時(shí)變性，導(dǎo)致接收信號(hào)呈衰落狀態(tài)，即為多徑衰落，運(yùn)種衰落依靠增加 發(fā)射功率是不能消除的。相比于地面無線信道，礦井巷道無線信道多徑衰落更加嚴(yán)重，從而 影響了煤礦井下無線通信系統(tǒng)的性能。
[000引多載波（MultiCarrier,MC)調(diào)制能有效抗多徑衰落。而碼分多址（CodeDivision MultipleAccess,CDMA)技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、誤碼率低和抗多徑干擾和多徑延遲擴(kuò)展 的突出優(yōu)點(diǎn)。礦井巷道的頻率資源是開放的，W多載波技術(shù)融合CDMA技術(shù)的多載波碼分 多址（MultipleCarrier-CodeDivisionMultipleAccess,MC-CDMA)技術(shù)是理想的礦井 巷道無線通信基礎(chǔ)調(diào)制技術(shù)之一。在煤礦井下無線傳輸信道與帶狀受限空間結(jié)構(gòu)的條件 下，在上行鏈路中采用MC-CDMA無線傳輸，通過充分利用礦井巷道開放的頻率資源，克服了 多徑衰落對(duì)礦井巷道無線通信造成的不利影響，高效綜合地利用了煤礦井下通信系統(tǒng)的空 間、時(shí)間和頻率等各種資源，使煤礦井下無線通信系統(tǒng)的無線覆蓋性能、容量和速率等得到 顯著地提高。
[0004] 同時(shí)，協(xié)作分集利用無線信道的廣播特性，通過多個(gè)移動(dòng)用戶相互協(xié)作獲得上行 鏈路發(fā)射分集，可W有效對(duì)抗無線信道多徑衰落，提高數(shù)據(jù)速率。礦井巷道空間是受限的帶 狀空間，非常適宜采用協(xié)作多跳的無線通信方式。通過為與基站間信道狀況較差的用戶尋 找一個(gè)與基站間信道狀況較好的協(xié)作伙伴，可W顯著提高信道狀況較差用戶的信道容量和 誤碼率性能。運(yùn)樣就不會(huì)因?yàn)橛脩粢苿?dòng)到信道狀況較差的地點(diǎn)，而導(dǎo)致基站與用戶間的信 道容量衰減過大、通信質(zhì)量很差甚至通信中斷等情況的發(fā)生。協(xié)作分集的方式主要有放大 轉(zhuǎn)發(fā)（AmplifyandF'orward,AF)、解碼轉(zhuǎn)發(fā)值ecodeandF'o;rward,DF')和編碼協(xié)作（Coded Cooperation,COS種方式。放大轉(zhuǎn)發(fā)和解碼轉(zhuǎn)發(fā)只是重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)所接收到的信息比特，效率 較低。而編碼協(xié)作在本質(zhì)上是將碼字分為兩個(gè)部分，每一個(gè)部分都由協(xié)作伙伴之一進(jìn)行傳 送，不僅獲得了編碼增益，而且還可W在協(xié)作伙伴之間十分靈活地分配信道編碼符號(hào)，編碼 效率很高。 陽0化]在礦井巷道上行鏈路采用時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA無線傳輸方案，既可W充分利用 礦井巷道開放的頻率資源來克服多徑衰落嚴(yán)重對(duì)礦井巷道無線通信造成的不利影響，又可 W通過為與基站間信道狀況較差的用戶尋找一個(gè)與基站間信道狀況較好的協(xié)作伙伴，顯著 提高信道狀況較差用戶的信道容量和誤碼率性能。
[0006] 礦井巷道MC-CDMA相鄰子載波的相關(guān)性較大，為礦井巷道MC-CDMA擴(kuò)頻支路分配 相鄰的子載波，會(huì)降低礦井巷道MC-CDMA擴(kuò)頻支路傳輸?shù)馁|(zhì)量，影響礦井巷道時(shí)頻編碼協(xié) 作MC-CDMA系統(tǒng)的性能；同時(shí)，不同礦井巷道MC-CDMA用戶的子載波具有不同的相對(duì)衰落程 度，為礦井巷道時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA系統(tǒng)尋找最優(yōu)子載波動(dòng)態(tài)分配方案，不僅成本高，計(jì) 算量大，還可能無法找到閉合最優(yōu)解。
[0007] 在現(xiàn)有的MC-CDMA系統(tǒng)中，發(fā)送端將可用的發(fā)射功率平均分配給各個(gè)子載波。由 于用戶各子載波的衰落程度不同，發(fā)射功率的平均分配會(huì)導(dǎo)致發(fā)射功率過度消耗在信道狀 況較差的子載波上，降低了系統(tǒng)的信道容量和誤比特率性能。為提高M(jìn)C-CDMA系統(tǒng)發(fā)射功 率的利用率，可W利用信道增益大于口限值的若干個(gè)子載波進(jìn)行傳送，并在接收端進(jìn)行最 大比值合并（MaximalRatioCombining,MRC)。然而，采用該方案，當(dāng)所有子載波的信道增 益均小于口限值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致傳送中斷。而利用信道增益最大的一個(gè)子載波進(jìn)行傳送則會(huì)在 提高發(fā)射功率利用率的同時(shí)犧牲了MC-CDMA系統(tǒng)頻率分集增益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種礦井巷道上行MC-CDMA子載波功率控制方法，通 過礦井巷道上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA擴(kuò)頻支路子載波輪轉(zhuǎn)分配和利用接收端反饋給發(fā) 送端的每個(gè)MC-CDMA子載波對(duì)應(yīng)信噪比，為每個(gè)擴(kuò)頻支路按信道狀況和預(yù)設(shè)比例去除子載 波，實(shí)現(xiàn)子載波功率的控制和傳輸，保證發(fā)射功率能有效用于每個(gè)擴(kuò)頻支路中信道狀況較 好的部分子載波，增強(qiáng)了礦井巷道時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA無線傳輸系統(tǒng)通信的可靠性。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種礦井巷道上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA子載波 功率控制方法，所述方法包括：對(duì)上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA擴(kuò)頻支路的子載波進(jìn)行輪轉(zhuǎn) 分配。
[0010] 上述方案中，所述方法還包括：利用接收端反饋給發(fā)送端的每個(gè)時(shí)頻編碼協(xié)作 MC-CDMA擴(kuò)頻支路的子載波對(duì)應(yīng)的信噪比，按照預(yù)設(shè)比例去除擴(kuò)頻支路上的子載波。
[0011] 上述方案中，所述對(duì)上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA擴(kuò)頻支路的子載波進(jìn)行輪轉(zhuǎn)分 配，進(jìn)一步包括：
[0012] 將礦井巷道每個(gè)移動(dòng)用戶上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA的子載波按順序分組，每組 有相同個(gè)數(shù)的子載波，且每組子載波的個(gè)數(shù)與擴(kuò)頻支路的總數(shù)相同，將每組相同順序號(hào)的 子載波分配給同一序號(hào)的擴(kuò)頻支路。
[0013] 上述方案中，所述利用接收端反饋給發(fā)送端的每個(gè)時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA子載波 對(duì)應(yīng)的信噪比，按照預(yù)設(shè)比例去除擴(kuò)頻支路上的子載波，進(jìn)一步包括：
[0014] 對(duì)礦井巷道每個(gè)MC-CDMA移動(dòng)用戶，對(duì)接收端反饋給發(fā)送端的每個(gè)MC-CDMA子載 波對(duì)應(yīng)的信噪比按照從小到大進(jìn)行排序，將預(yù)設(shè)比例Rd與每個(gè)擴(kuò)頻支路對(duì)應(yīng)的子載波總 個(gè)數(shù)相乘，對(duì)乘積結(jié)果向下取整記為N，按照信噪比從小到大的順序去除與第1至第N個(gè)信 噪比相對(duì)應(yīng)的第1至第N個(gè)子載波，其中，0《Rd《1 ;
[0015] 對(duì)每個(gè)擴(kuò)頻支路對(duì)應(yīng)的乘W擴(kuò)頻碼后，每個(gè)時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDM擴(kuò)頻支路的子 載波分別乘W子載波有效性標(biāo)志符bp,g，其中，bp,g取值為0或1，用于表示第P個(gè)擴(kuò)頻支路 的第g個(gè)子載波是否被去除，0為被去除，1為被保留。
[0016] 上述方案中，所述方法還包括：
[0017] 基站接收到礦井巷道各移動(dòng)用戶信號(hào)后，將第二個(gè)時(shí)間周期接收到的礦井巷道各 移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)信號(hào)與第一個(gè)時(shí)間周期接收到的各用戶的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行匹配，確定用戶在 第二個(gè)時(shí)間周期傳輸?shù)氖菂f(xié)作伙伴時(shí)頻編碼的第二部分還是自身時(shí)頻編碼的第二部分；
[0018] 將傳輸同一礦井巷道移動(dòng)用戶數(shù)據(jù)的卷積解碼前的信號(hào)，進(jìn)行等增益的信號(hào)直接 相加合并得到判決變量；
[0019] 將得到的判決變量進(jìn)行與發(fā)射相對(duì)應(yīng)的卷積解碼、去除N位帖檢驗(yàn)序列及BPSK解 調(diào)，得到礦井巷道移動(dòng)用戶的信宿|ak( 1 )，...，ak(F)]。
[0020] 本發(fā)明實(shí)施例的礦井巷道上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA子載波功率控制方法，通過 對(duì)上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA擴(kuò)頻支路的子載波進(jìn)行輪轉(zhuǎn)分配，優(yōu)化了平均分配發(fā)射功率 的子載波分配方法，為礦井巷道上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA每個(gè)擴(kuò)頻支路按固定間隔分配 離散子載波，相對(duì)于子載波連續(xù)分配，可W避免個(gè)別擴(kuò)頻支路傳輸質(zhì)量偏低，帶低用戶總體 信道容量的問題。同時(shí)，利用接收端反饋給發(fā)送端的每個(gè)時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA子載波對(duì) 應(yīng)的信噪比，按照預(yù)設(shè)比例去除擴(kuò)頻支路上的子載波，實(shí)現(xiàn)子載波功率控制傳輸，從而保 證發(fā)射功率能有效用于每個(gè)擴(kuò)頻支路中信道狀況較好的部分子載波，能夠在提高礦井巷道 MC-CDMA發(fā)射功率利用率的同時(shí)，充分利用了礦井巷道時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA頻率分集增 益，增強(qiáng)了礦井巷道時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA無線傳輸系統(tǒng)通信的可靠性提升了用戶的誤碼 率性能。
【附圖說明】
[0021] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他 的附圖。 陽02引圖1為本發(fā)明實(shí)施例的礦井巷道上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA子載波功率控制方法 流程示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的礦井巷道上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA無線傳輸系統(tǒng)示意 圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的礦井巷道上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射機(jī) 框圖； 陽0巧]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的礦井巷道上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA無線傳輸系統(tǒng)接收機(jī) 框圖；
[00%]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的礦井巷道上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA四種可能的傳輸狀態(tài) 板型；
[0027] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的礦井巷道上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA子載波輪轉(zhuǎn)分配框 圖；
[0028]圖7為本發(fā)明實(shí)施例的帶有導(dǎo)頻的礦井巷道上行時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA數(shù)據(jù)傳輸 帖的形成過程圖；
[0029]圖8為本發(fā)明實(shí)施例的窄帶子載波中屯、頻率為900MHz時(shí)礦井巷道信道增益隨收 發(fā)天線之間距離變化曲線圖；
[0030] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例的在礦井巷道時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA上行鏈路中采用不同子 載波功率控制算法時(shí)目標(biāo)用戶誤比特率對(duì)比示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解，除非特意聲明，運(yùn)里使用的單數(shù)形式"一"、"一 個(gè)"、"所述"和"該"