CN101345732A

CN101345732A - 基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户ofdm调制方法

Info

Publication number: CN101345732A
Application number: CNA2008100128688A
Authority: CN
Inventors: 郑紫微; 徐铁峰; 何加铭
Original assignee: Ningbo University
Current assignee: Ningbo University
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2009-01-14

Abstract

本发明公开一种基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法，包括下列步骤：1)每个用户将零均匀***自己的训练序列形成FFT离散训练序列块；2)每个用户将自己的输入数据比特流经BCH编码、比特交织、LDPC编码、码元调制、码元交织形成FFT级联交织编码调制数据块；3)将FFT离散训练序列块、FFT级联交织编码调制数据块直接叠加形成FFT嵌入训练序列级联交织编码调制数据块；4)采用IFFT将FFT嵌入训练序列级联交织编码调制数据块变换为时域离散样值块；5)将循环前缀作为保护间隔***时域离散样值块形成信号帧；6)用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧脉冲成形；7)将基带信号上变频至载波上。

Description

基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，更具体地涉及一种基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM(正交频分复用，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)调制方法。

背景技术

无线通信是现代信息社会最重要的基础设施之一，已成为国家进步和社会发展的基本需求，在经济可持续发展和现代军事国防建设中发挥着重要作用。但是，在无线通信领域，一方面，频谱资源有限；另一方面，随着用户数量的增加和业务范围的扩展(特别是各种高速码率数据业务的出现)所导致的通信业务量***式增长，使得宽带无线通信在现代社会生活中起着愈来愈重要的作用，宽带无线通信相关技术已成为当今国际学术界和工业界的研究热点。

由于数字信号处理技术和集成电路技术的飞速发展，正交频分复用(OFDM)技术的***实现变得越来越容易。因OFDM多载波传输技术具有结构简单，频谱利用率高，可以抗频率选择性和信道时变等诸多优点而倍受大家的关注并得到深入的研究和在Xdsl、宽带移动通信、宽带无线局域网、数字电视地面广播等诸多领域中的广泛应用。

在实际通信环境中，OFDM通信***性能受到同步时间、时钟抖动、信道衰落、多用户共信道干扰等因素的影响。信道编码技术和调制方法是实现可靠OFDM通信的关键技术。

信道编码是数字通信***的重要组成部分。随着现代信息技术的飞速发展，信道编码技术已成为现代通信领域不可或缺的技术。在信息序列中嵌入冗余码元，信道编码技术通过冗余码元的作用减小信号在传输过程中发生错误，从而提高通信***的可靠性。

在多径衰落信道下，可以通过编码、交织和调制方案的级联优化设计达到尽可能大的信号分集阶数，以便在等于或超过最小自由距离的符号序列中得到独立衰落。级联不同的编码形式可以充分利用不同编码技术的优点；在编码和码元调制之间***比特交织器，可以使得编码和调制过程相对独立并将分集阶数从不同的多进制符号数扩大到不同的二进制比特数，从而使得分集阶数得到明显提高并且在多径衰落信道下具有好的误码特性。

正是基于以上背景，本发明针对实际通信环境提出一种基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法，可以满足高数据率无线多用户通信的需要。

欲对专利背景作更深入的了解可参考以下文献资料：

L.J.Cimini，“Analysis and simulation of a digital mobilechannel using orthogonal frequency division multiplexing，”IEEETrans.Commun.，vol.COM-33，pp.665-675，July 1985.

R.V.Nee，R.Prasad.“OFDM for wireless multimediacommunications”.Boston：Artech House.2000.

A.R.S.Bahai and B.R.Saltzberg.“Multi-Carrier DigitalCommunications：Theory and Applications of OFDM”.KluwerAcademic/Plenum，1999.

R.C.Bose and D.K.Ray-Chadhuri，“On a class of error correctingbinary group codes，”Inform.Contr.，vol.3，pp.68-79，Mar.1960.

R.C.Bose and D.K.Ray-Chadhuri，“Further results on errorcorrecting binary group codes，”Inform.Contr.，vol.3，pp.279-290，Sept.1960.

R.Berlekamp，“On decoding binary Bose-Chaudhuri-Hocquenghemcodes，”IEEE.Trans.Inform.Theory，vol.IT-11，pp.580-585，Oct.1965.

R.T.Chien，“Cyclic decoding procedure for theBose-Chadhuri-Hocquenghem codes，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.IT-10，pp.357-363，Oct.1964.

R.G.Gallager，“Low-density parity-check codes，”IRE Trans.Inf.Theory，vol.IT-8，no.1，pp.21-28，Jan.1962.

D.J.C.MacKay，“Good error-correcting codes based on verysparse matrices，”IEEE Trans.Inf.Theory，vol.45，no.2，pp.399-431，Mar.1999.

D.J.C.MacKay，S.T.Wilson，and M.C.Davey，“Comparison ofconstructions of irregular Gallager codes，”IEEE Trans.Commun.，vol.47，no.10，pp.1449-1454，Oct.1999.

D.J.C.MacKay and R.M.Neal，“Near Shannon limit performanceof low density parity check codes，”IEE Electron.Lett.，vol.32，no.18，pp.1645-1646，Aug.1996.

M.P.C.Fossorier，“Quasi-cyclic low density parity check codesfrom circulant permutation matrices，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.50，pp.1788-1794，Aug.2004.

T.Richardson，A.Shokrollahi，and R.Urbanke，“Design ofcapacity approaching low density parity check codes，”IEEE Trans.Inf.Theory，vol.47，no.2，pp.619-637，Feb.2001.

E.Zehavi，“8-PSK trellis codes for a rayleigh channel，”IEEETrans.Commun.，vol.40，no.5，pp.873-884，May 1992.

G.Caire，G.Taricco，E.Biglieri，“Bit-interleaved codedmodulation，”IEEE Trans.Information Theory，vol.44，no.3，pp.927-946，May 1998.

X.Li，A.Chindapol and J.A.Ritchey，“Bit-interleaved codedmodulation with iterative decoding and 8 PSK signaling，”IEEETrans.Commun.，vol.50，pp.1250-1257，2002.

J.Hagenauer，“Rate-compatible punctured convolutional codesand their applications，”IEEE Trans.Commun.，vol.36，no.4，pp.389-400，April 1988.

X.Li and J.A.Ritcey，“Bit-interleaved coded modulation withiterative decoding，”IEEE Commun.Lett.，vol.1，pp.169-171，Nov.1997.

A.Chindapol and J.A.Ritcey，“Design，analysis，andperformance evaluation for BICM-ID with square QAMconstellations in Rayleigh fading channels，”IEEE J.Select.Areas Commun.，vol.19，no.5，pp.944-957，May 2001.

U.Wachsmann，R.Fischer，and J.Huber，“Multilevel codes：theoretical concepts and practical design rules，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.45，no.5，pp.1361-1391，July 1999.

S.Benedetto，D.Divsalar，G.Montorsi，and F.Pollara，“Serialconcatenation of interleaved codes：performance analysis，design，and iterative decoding，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.44，no.3，pp.909-925，May 1998.

发明内容

本发明针对高数据率无线多用户通信问题，提出了一种基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM(正交频分复用，Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)调制方法。

本发明提出的一种基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法，其特征在于它包括下列步骤：

1)每个用户分别将零(零的个数为K-X)按均匀离散规则***到该用户自己的训练序列(训练序列的长度为X)中形成FFT(快速离散傅立叶变换)离散训练序列块(FFT离散训练序列块的长度为K)；

2)每个用户分别将自己的输入数据比特流经BCH编码(Bose ChaudhuriHocquenghem，BCH)、比特交织、LDPC编码(Low Density Parity Check，LDPC)、码元调制、码元交织后进一步形成FFT级联交织编码调制数据块(FFT级联交织编码调制数据块的长度为K)；

3)将FFT离散训练序列块、FFT级联交织编码调制数据块直接叠加形成FFT嵌入训练序列级联交织编码调制数据块；

4)采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将FFT嵌入训练序列级联交织编码调制数据块变换为时域的离散样值块(即，时域嵌入训练序列级联交织编码调制数据块)；

5)将循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔***经IFFT变换而得到的时域嵌入训练序列级联交织编码调制数据块，以形成信号帧；

6)采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；

7)将基带信号上变频至载波上。

按照上述的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法，其特征在于：每个用户的信号帧中具有时域嵌入训练序列编码数据块；每个用户的训练序列的长度X为32、64、256、512和1024中的一个；每个用户的训练序列具有伪随机特性；不同用户的训练序列之间具有正交性；LDPC编码的编码率为1/4、1/2、5/8、3/4和7/8中的一个；比特交织采用随机交织方式；码元调制为QPSK、16 QAM、32 QAM和64 QAM中的一种，码元星座图映射方式采用格雷码映射；码元交织采用随机交织方式；FFT嵌入训练序列级联交织编码调制数据块由子载波组成，子载波数(FFT数据块的长度K)为128、256、1024、2048和4096中的一个；子载波的频率间隔为2KHz、4KHz、16KHz、64KHz和128KHz中的一个；循环前缀长度C为FFT级联交织编码调制数据块长度K大小的1/2、1/4、1/8、1/16和1/32中的一个。

本发明的特点：

本发明是一种时域频域混合的调制方案。每个用户的训练序列具有伪随机特性，不同用户的训练序列之间具有正交性，FFT嵌入训练序列级联交织编码调制数据块是由FFT离散训练序列块、FFT级联交织编码调制数据块直接叠加而形成的，这些保证了每个用户可以实现快速准确的帧同步、频率同步、时间同步、信道传输特性估计、以及对相位噪声和信道传输特性进行可靠跟踪。采用编码、交织和调制方案的级联优化设计对输入数据进行级联交织编码调制提高了分集阶数，使得通信***在多径衰落信道下具有好的误码特性。将循环前缀作为保护间隔***经IFFT变换而得到的时域嵌入训练序列级联交织编码调制数据块以形成信号帧，可以减少相邻信号帧之间的干扰影响。本发明的调制方法具有同步时间短、时钟抖动小、抗信道衰落、抗多用户干扰等诸多优点。

附图说明

图1是按照本发明的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法对多用户中的某个用户的实施例示意图。

图2是按照本发明的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法的某个用户所获得的一个信号帧的结构的实施例示意图。

图3是按照本发明的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法的多用户移动通信的上传链路的实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

按照本发明提出的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法对多用户中的某个用户(比如：多用户中的某个用户n)的实施例，如图1所示，按下列步骤进行：

1)多用户中的某个用户n分别将零(零的个数为K-X)按均匀离散规则***到该用户自己的训练序列(训练序列的长度为X，X为32、64、256、512和1024中的一个)中形成FFT(快速离散傅立叶变换)离散训练序列块(FFT离散训练序列块的长度为K，K为128、256、1024、2048和4096中的一个)；

2)多用户中的某个用户n分别将自己的输入数据比特流经BCH编码、比特交织、LDPC编码、码元调制、码元交织后进一步形成FFT级联交织编码调制数据块(FFT级联交织编码调制数据块的长度为K)；

5)将循环前缀(循环前缀的长度为C，C为K大小的1/2、1/4、1/8、1/16和1/32中的一个)作为保护间隔***经IFFT变换而得到的时域嵌入训练序列级联交织编码调制数据块，以形成信号帧；

6)采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；

7)将基带信号上变频至载波上。

按照本发明的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法的某个用户(比如：多用户中的某个用户n)所获得的一个信号帧的结构的实施例，如图2所示，具体实施如下：

首先在频域形成被按均匀离散规则插零后的FFT离散训练序列块，经BCH编码、比特交织、LDPC编码、码元调制、码元交织后的FFT级联交织编码调制数据块；然后，将FFT离散训练序列块、FFT级联交织编码调制数据块直接叠加形成FFT嵌入训练序列级联交织编码调制数据块。

作为每个用户的训练序列具有伪随机特性，不同用户的训练序列之间具有正交性。满足上述特征的训练序列可由作为伪随机数序列的一种特殊类型的一组移位m序列和作为正交序列的沃尔什序列、哈达玛序列或由其他方式产生的正交序列实现。

FFT嵌入训练序列级联交织编码调制数据块由子载波组成，子载波数为128、256、1024、2048和4096中的一个；子载波的频率间隔为2KHz、4KHz、16KHz、64KHz和128KHz中的一个。

在经IFFT变换而得到的时域嵌入训练序列级联交织编码调制数据块中***保护间隔形成信号帧。保护间隔有5种工作模式，它们规定为FFT级联交织编码调制数据块大小的1/2、1/4、1/8、1/16和1/32中的一个。经IFFT变换而得到的时域嵌入训练序列级联交织编码调制数据块的最后一段取样被用作保护间隔。LDPC编码的编码率为1/4、1/2、5/8、3/4和7/8中的一个。

按照本发明的信号帧的基带信号是一个嵌入训练序列和采用级联编码调制对输入数据进行BCH编码、比特交织、LDPC编码、码元调制、码元交织的正交频分复用(OFDM)块。一个OFDM块可进一步分成保护间隔和一个IFFT块。由于本发明的信号帧中的保护间隔为经IFFT变换而得到的时域嵌入训练序列级联编码调制数据块的最后一段取样，也就使得本发明的信号帧符合循环前缀正交频分复用(CP-OFDM)的某些特点。

欲对专利中涉及到的CP-OFDM作更深入的了解可参考以下文献资料：

B.Muquet，Z.Wang，G.B.Giannakis，M.de Courville，and P.Duhamel，“Cyclic-Prefixed or Zero-Padded Multicarrier Transmissions？，”IEEETransactions on Communications，vol.50，pp.2136-2148，Dec.2002.

采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号进行脉冲成形。对信号帧的信号进行脉冲成形的平方根升余弦滚降滤波器的滚降系数取0.1、0.05和0.025中的一个。

按照本发明的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法的多用户移动通信的上传链路的实施例，如图3所示，具体实施如下：

1)多用户中的每个移动通信用户分别将零(零的个数为K-X)按均匀离散规则***到该用户自己的训练序列(训练序列的长度为X，X为32、64、256、512和1024中的一个)中形成FFT(快速离散傅立叶变换)离散训练序列块(FFT离散训练序列块的长度为K，K为128、256、1024、2048和4096中的一个)；

2)多用户中的每个移动通信用户分别将自己的输入数据比特流经BCH编码、比特交织、LDPC编码、码元调制、码元交织后进一步形成FFT级联交织编码调制数据块(FFT级联交织编码调制数据块的长度为K)；

3)多用户中的每个移动通信用户将FFT离散训练序列块、FFT级联交织编码调制数据块直接叠加形成FFT嵌入训练序列级联交织编码调制数据块；

4)多用户中的每个移动通信用户采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将FFT嵌入训练序列级联交织编码调制数据块变换为时域的离散样值块(即，时域嵌入训练序列级联交织编码调制数据块)；

5)多用户中的每个移动通信用户将循环前缀(循环前缀的长度为C，C为K大小的1/2、1/4、1/8、1/16和1/32中的一个)作为保护间隔***经IFFT变换而得到的时域嵌入训练序列级联交织编码调制数据块，以形成信号帧；

6)多用户中的每个移动通信用户采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；

7)多用户中的每个移动通信用户将基带信号上变频至载波上；

8)在上传链路的基站端，采用多天线对多用户中的每个移动通信用户信号进行同步、信道估计、均衡、解交织、解调、解码等接收机信号处理。

上面结合附图对本发明的具体实施例进行了详细说明，但本发明并不局限于上述实施例，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可作出各种修改或改型。

Claims

1、一种基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法，其特征在于它包括下列步骤：

4)采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将FFT嵌入训练序列级联交织编码调制数据块变换为时域离散样值块(即，时域嵌入训练序列级联交织编码调制数据块)；

6)采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；

7)将基带信号上变频至载波上。

2、按权利要求1的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法，其特征在于：所述每个用户将零(零的个数为K-X)按均匀离散规则***到该用户自己的训练序列(训练序列的长度为X)，训练序列的长度X为32、64、256、512和1024中的一个。

3、按权利要求2的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法，其特征在于：所述作为每个用户的训练序列具有伪随机特性。

4、按权利要求2的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法，其特征在于：所述不同用户的训练序列之间具有正交性。

5、按权利要求1的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法，其特征在于：所述的每个用户采用级联交织编码调制对输入数据进行BCH编码、比特交织、LDPC编码、码元调制、码元交织处理；LDPC编码的编码率为1/4、1/2、5/8、3/4和7/8中的一个；比特交织采用随机交织方式；码元调制为QPSK、16QAM、32QAM和64QAM中的一种，码元星座图映射方式采用格雷码映射；码元交织采用随机交织方式。

6、按权利要求1的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法，其特征在于：所述FFT嵌入训练序列级联交织编码调制数据块由子载波组成，子载波数(FFT级联交织编码数据块的长度K)为128、256、1024、2048和4096中的一个。

7、按权利要求1的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法，其特征在于：所述子载波的频率间隔为2KHz、4KHz、16KHz、64KHz和128KHz中的一个。

8、按权利要求1的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法，其特征在于：所述信号帧由循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔***经IFFT变换而得到的时域嵌入训练序列级联交织编码调制数据块而形成。

9、按权利要求1的基于嵌入训练序列和级联交织编码调制的多用户OFDM调制方法，其特征在于：所述作为保护间隔的循环前缀的长度C为FFT级联交织编码调制数据块长度K大小的1/2、1/4、1/8、1/16和1/32中的一个。