CN101931453A - 一种基于随机序列的用于交织多址***的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于随机序列的用于交织多址***的方法，与传统的利用交织器的IDMA***相比，具有的特点在于：将IDMA***中需作交织或解交织的序列与随机序列或共轭序列相乘，以实现该序列位置的置换或逆置换，达到类似交织或解交织的目的，从而替代了传统的交织器或解交织器。这样，通过简单的向量的乘积运算替代了复杂的交织运算，提高了计算速度，减少了对内部资源的占用，并有效地降低收发端的处理时延。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及交织多址***。
背景技术
在码分多址(CDMA)的基础上，香港城市大学的Li Ping等人提出了交织多址(InterleaveDivision Multiple Access，IDMA)的接入方式，其基本思想是利用具有不同交织图案的交织器，而非传统CDMA***中的扩频序列来区分用户。IDMA不受正交码资源限制，并利用低速率编码取代扩频，与传统的CDMA相比，具有更高的性能增益。
传统的交织多址***IDMA的***模型如图1所示，
它由发射机和接收机两部分组成。
发射机部分组成：包括调制模块1、编码模块2、扩频模块3、交织模块4、D/A转换模块5、上变频6模块等，如图1所示。
发射机部分工作过程：如图1所示，交织多址***的第k(k＝1，2，...，K)个用户的信源比特ak经调制模块1进行调制，得到调制信号序列dk(n)，n＝1，...，N，再经编码模块2进行前向纠错码编码，产生编码序列bk(m)，m＝1，...，M，再经扩频模块3进行重复码编码，得到输出序列ck(j)，j＝1，...，J，进入交织器4，得到发送序列xk(j)＝πk(j)·ck(j)，j＝1，...，J，最后发送序列经D/A转换模块5、上变频模块6进行发射。
接收机部分组成：包括下变频模块8、A/D转换模块9、基本信号检测模块10、解交织模块11、交织模块12、译码模块13、解调模块14等，如图1所示。
接收机部分工作过程：如图1所示，接收信号经下变频模块8、A/D转换模块9之后进入基本信号检测模块10，得到xk(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的外信息序列eESE(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J，进入解交织模块11，得到ck(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的先验信息序列eESE(ck(j))＝πk *(j)·eESE(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J，之后进入译码模块13，得到ck(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的外信息序列eDEC(ck(j))，k＝1，...，K，j＝1，...J；再进入交织模块12，得到xk(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J 的先验信息序列eDEC(xk(j))＝πk(j)·eDEC(ck(j))，k＝1，...，K，j＝1，...J，再次进入基本信号检测模块10重复执行上述过程，经过预先设定的迭代次数m之后，译码模块13对所有用户进行硬判决，产生的硬判决值再通过解调模块14进行解调，得到所有用户的输出数据
信源比特经调制、前向纠错码编码、扩频之后，得到的输出序列进入交织器，生成交织后的发送序列。接收端采用一个次优的Turbo型迭代译码结构，包括一个基本的信号检测器和K个单用户的译码器。通过解交织器和交织器将两者级联在一起，最后一次迭代之后由译码器进行硬判决，产生的硬判决值再经过解调之后作为输出值。详细内容见文献LiPing；Lihai Liu；Keying Wu；Leung，W.K.“Interleave division multiple-access”，IEEETransactions on Wireless Communications Volume 5，Issue 4，April 2006Page(s)：938-947。
现有的IDMA***的主要缺点在于：采用不同的交织器来区分用户，而在交织器实际工作中，必须采用一块数据缓冲区(存储器)，一边按写地址序列向缓存区中写入数据，另一边按读地址序列读出。无论是在发端交织和收端解交织的过程中，都需要对数据缓冲区进行频繁的读写操作，而对数据缓冲区的读写操作的计算速度较低，并且读相对于写必须有一个处理延时。所以当用户数较多时，随着交织长度的增加，计算速度将逐渐降低，收端将占用的内部存储资源将逐渐增加，收发端的处理时延也将逐渐增大。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于随机序列的用于交织多址***的方法，采用本发明的方法，可以提高计算速度，减少对内部资源的占用，并有效地降低收发端的处理时延。
本发明由发射机和接收机两部分组成。
本发明的发射机部分组成：包括调制模块1、编码模块2、扩频模块3、与随机序列πk相乘(k＝1，2，...，K)处理部分、D/A转换模块5、上变频模块6等模块，如图2所示。
本发明接收机部分：
本发明接收机部分组成：包括下变频模块8、A/D转换模块9、基本信号检测模块10、与共轭序列πk *相乘(k＝1，2，...，K)处理部分、与随机序列πk相乘(k＝1，2，...，K)处理部分、译码13、解调14等模块，如图2所示。
在阐述本发明方法之前，首先介绍本发明中所用的术语：
1)共轭序列πk *(j)，j＝1，...，J指序列πk *中的每一个元素πk *(j)均为随机序列πk中对应元素πk(j)的共轭，即若πk(j)＝πk(j)Re+iπk(j)Im，πk(j)Re表示复数πk(j)的实部，πk(j)Im表示复数πk(j)的虚部，则πk *(j)＝πk(j)Re-iπk(j)Im，该序列的长度J等于待作解交织的序列的长度；
2)模块1指调制模块，模块2指编码模块，模块3指扩频模块，模块5指D/A转换模块，模块6指上变频模块，模块7指信道模块，模块8指下变频模块，模块9指A/D转换模块，模块10指基本信号检测模块，模块13指译码模块，模块14指解调模块，均为传统IDMA***采用的模块，详细内容见文献Li Ping；Lihai Liu；Keying Wu；Leung，W.K.“Interleave division multiple-access”，IEEE Transactions on Wireless Communications Volume5，Issue 4，April 2006Page(s)：938-947。
本发明提出了一种基于随机序列的用于交织多址***的方法，它包括发射过程和接收过程，
所述的发射过程包括以下步骤：
步骤1交织多址***的第k个用户的信源比特ak经调制模块1进行调制，得到调制信号序列dk(n)，n＝1，...，N，N为自然数；k＝1，...，K，其中K为交织多址***的用户总数；
步骤2调制信号序列dk(n)，n＝1，...，N经编码模块2进行前向纠错码编码，产生编码序列bk(m)，m＝1，...，M，M为自然数；
步骤3编码序列bk(m)，m＝1，...，M经扩频模块3进行重复码编码，得到输出序列ck(j)，j＝1，...，J，J为自然数；
步骤4通过移位寄存器或存储器产生第k个用户的随机序列πk(j)，j＝1，...，J，其长度J等于输出序列ck(j)，j＝1，...，J的长度；
步骤5将模块3的输出序列ck(j)，j＝1，...，J与步骤4产生的随机序列πk(j)，j＝1，...，J相乘，得到发送序列xk(j)＝πk(j)·ck(j)，j＝1，...，J；
步骤6发送序列xk(j)，j＝1，...，J经D/A转换模块5进行D/A转换、上变频模块6进行上变频之后，得到第k个用户的发射序列，发射第k个用户的发射序列；
步骤7对于其余K-1个用户，分别进行步骤1-6，得到其余K-1个用户的发射序列，并发射其余K-1个用户的发射序列；交织多址***的所有用户的随机序列互不相同。
所述接收过程包括以下步骤：
步骤8所有用户的发射序列过信道模块7之后，经下变频模块8进行下变频、A/D转换模块9进行A/D转换之后进入基本信号检测模块10，进行基本信号检测，得到xk(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的外信息序列eESE(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J，其中xk(j)为第k个用户的发送序列；
步骤9将步骤4中的第k个用户的随机序列进行共轭：πk *(j)＝πk(j)Re-iπk(j)Im，πk(j)Re表示复数πk(j)的实部，πk(j)Im表示复数πk(j)的虚部，k＝1，...，K，j＝1，...，J；
步骤10信息序列eESE(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J，与步骤9产生的共轭序列πk *(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J相乘，得到ck(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的先验信息序列eESE(ck(j))＝πk *(j)·eESE(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J；
步骤11ck(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的先验信息序列eESE(ck(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J，经译码模块13，产生ck(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的外信息序列eDEC(ck(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J；
步骤12ck(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的外信息序列eDEC(ck(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J，与随机序列πk(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J相乘，得到xk(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的先验信息序列eDEC(xk(j))＝πk(j)·eDEC(ck(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J；
步骤13xk(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的先验信息序列eDEC(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J进入基本信号检测模块10，进行基本信号检测，产生信息序列eESE(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J；
步骤14重复执行上述步骤10-13，经过预先设定的迭代次数m(m为自然数，m越大，精度越高，成本越高，m越小，精度越低，成本越低，m的大小由工程需要而定。)之后，译码模块13对所有用户进行硬判决，产生的硬判决值再通过解调模块14进行解调，得到所有用户的输出数据
本发明方法的工作流程如图3所示。
需要说明的是，
(1)步骤4中的随机序列的产生方法不是唯一的，可以采用m序列、Gold序列等随机序列；
(3)上述步骤1、2、3、6均为传统IDMA***所采用的方法，而步骤4、5为本发明的创新点；
(3)上述步骤8、11、13、14均为传统IDMA***所采用的方法，而步骤9、10、12为本发明的创新点。
本发明发射机部分工作过程：如图2所示，交织多址***的第k(k＝1，2，...，K)个用户的信源比特ak经调制模块1进行调制，得到调制信号序列dk(n)，n＝1，...，N，再经编码模块2进行前向纠错码编码，产生编码序列bk(m)，m＝1，...，M，再经扩频模块3进行重复码编码，得到输出序列ck(j)，j＝1，...，J，然后通过移位寄存器或存储器产生第k个用户的随机序列πk(j)，j＝1，...，J，将输出序列ck(j)，j＝1，...，J与随机序列πk(j)，j＝1，...，J相乘，得到发送序列xk(j)＝πk(j)·ck(j)，j＝1，...，J，最后发送序列经D/A转换模块5、上变频模块6进行发射。本发明的特征是利用输出序列与随机序列相乘，实现对输出序列位置的置换，达到类似交织的目的，替代了传统的交织器。这是本发明在发射机部分的主要创新内容。
本发明接收机部分工作过程：如图2所示，接收信号经下变频模块8、A/D转换模块9之后进入基本信号检测模块10，得到xk(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的外信息序列eESE(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J，再与共轭序列πk *(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J相乘，得到ck(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的先验信息序列eESE(ck(j))＝πk *(j)·eESE(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J，之后进入译码模块13，产生ck(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的外信息序列eDEC(ck(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J；再与随机序列πk(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J相乘，得到xk(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的先验信息序列eDEC(xk(j))＝πk(j)·eDEC(ck(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J，再次进入基本信号检测模块10重复执行上述过程，经过预先设定的迭代次数m之后，译码模块13对所有用户进行硬判决，产生的硬判决值再通过解调模块14进行解调，得到所有用户的输出数据
本发明的工作原理
本发明发射机部分的原理：通过对每个用户采用不同的随机序列，将输出序列与该随机序列相乘，实现对输出序列位置的置换，达到类似交织的目的，以替代传统的交织器，这样可以避免复杂的交织运算，仅需简单的向量的乘积运算，从而提高了计算速度，减少了对内部资源的占用，并有效地降低了收发端的处理时延。
结论：从上面的理论分析可知，这种通过采用与随机序列相乘以替代交织器的方法，不但计算速度较快，对内部的资源占用减少，而且可以有效地降低收发端的处理时延。
本发明创新点
本发明发射机部分创新点：现有的IDMA***，在发射端均采用交织器以置换输出序列的位置，在接收端则采用与之对应的解交织或交织。这样，收发端的处理时延较大。本发明对此提出一种用于交织多址***的改进方法，通过对每个用户采用不同的随机序列，将输出序列与该随机序列相乘，实现对输出序列位置的置换，达到类似交织的目的，以替代传统的交织器。
本发明接收机部分的创新点：传统的IDMA***，在接收端采用与发射端相对应的解交织器或交织器，但此时收发端的处理时延较大。本发明在接收端的解交织和交织部分，提出一种用于交织多址***的改进方法，通过对每个用户的待作解交织的序列与各自的共轭序列相乘，实现序列位置的逆置换，达到类似解交织的目的，从而替代了传统的解交织器。同时采用与发射机相同的替代交织器的方法，将待作交织的序列与各自的随机序列相乘，实现对序列位置的置换，达到类似交织的目的，替代传统的交织器。因此，在接收机采用本发明的方法，提高了计算速度，减少了对内部资源的占用，并有效地降低收发端的处理时延。
本发明发射机部分的实质：
相对于IDMA***中传统的交织器方法，本发明的核心思想是：通过对每个用户采用不同的随机序列，将输出序列与该随机序列相乘，实现对输出序列位置的置换，达到类似交织的目的，以替代传统的交织器，这样就通过简单的向量的乘积运算替代了复杂的交织运算，从而提高了计算速度，减少了对内部资源的占用，并有效地降低了收发端的处理时延。
本发明的工程实现与传统的利用交织器的IDMA***相比，具有的特点在于：将IDMA***中需作交织或解交织的序列与随机序列或共轭序列相乘，以实现该序列位置的置换或逆置换，达到类似交织或解交织的目的，从而替代了传统的交织器或解交织器。这样，通过简单的向量的乘积运算替代了复杂的交织运算，提高了计算速度，减少了对内部资源的占用，并有效地降低收发端的处理时延。
附图说明
图1是采用传统交织器的IDMA通信***的工作原理图：
其中，发射机部分：1是调制模块，2是编码模块，3是扩频模块，4是交织模块，5是D/A转换模块，6是上变频模块；接收机部分：8是下变频模块，9是A/D转换模块，10是基本信号检测模块，11是解交织模块，12是交织模块，13是译码模块，14是解调模块。
图2是采用本发明提出的新的改进方法的IDMA通信***的工作原理图：
其中，发射机部分：1是调制模块，2是编码模块，3是扩频模块，5是D/A转换模块，6是上变频模块；接收机部分：8是下变频模块，9是A/D转换模块，10是基本信号检测模块，13是译码模块，14是解调模块。
图3是本发明的工作流程框图。
其中，d表示接收机的迭代过程中的实际次数，d为自然数；m表示预先设定的迭代次数，m为自然数。
具体实施方式
本发明发射机部分的主要创新是通过对每个用户采用不同的随机序列，将该随机序列与输出序列相乘，以实现输出序列位置的置换，达到类似交织的目的，从而替代传统的交织器；可以通过编程的方法实现，利用现有技术可以制作成相应的硬件，再联合其他模块，组成本发明的发射机***。
本发明接收机部分的主要创新是将接收机中需作交织或解交织的序列与随机序列或共轭序列相乘，以实现该序列位置的置换或逆置换，达到类似交织或解交织的目的，从而替代了传统的交织器或解交织器。同样可以按所述方法，通过编程来实现本发明提出的通信方法，然后利用现有技术可以制作成相应的硬件，组成本发明的接收机***。
计算机仿真表明，在数据长度N＝256，无前向纠错编码，扩频序列长度S＝64，用户数K＝4，调制方式为BPSK，加性白高斯噪声信道下，采用与随机序列相乘的改进方法与采用交织器的传统方法的性能完全一致。由此可见，采用本发明所述的用于交织多址***的改进方法，和原有的采用交织器的传统方法相比，可以避免复杂的交织运算，仅需简单的向量的乘积运算，提高了计算速度，减少了对内部资源的占用，并有效地降低收发端的处理时延。
Claims (1)
1.一种基于随机序列的用于交织多址***的方法，它包括发射过程和接收过程，其特征是：
所述的发射过程包括以下步骤：
步骤1交织多址***的第k个用户的信源比特ak经调制模块(1)进行调制，得到调制信号序列dk(n)，n＝1，...，N，N为自然数；k＝1，...，K，其中K为交织多址***的用户总数；
步骤2调制信号序列dk(n)，n＝1，...，N经编码模块(2)进行前向纠错码编码，产生编码序列bk(m)，m＝1，...，M，M为自然数；
步骤3编码序列bk(m)，m＝1，...，M经扩频模块(3)进行重复码编码，得到输出序列ck(j)，j＝1，...，J，J为自然数；
步骤4通过移位寄存器或存储器产生第k个用户的随机序列πk(j)，j＝1，...，J，其长度J等于输出序列ck(j)，j＝1，...，J的长度；
步骤5将模块(3)的输出序列ck(j)，j＝1，...，J与步骤4产生的随机序列πk(j)，j＝1，...，J相乘，得到发送序列xk(j)＝πk(j)·ck(j)，j＝1，...，J；
步骤6发送序列xk(j)，j＝1，...，J经D/A转换模块(5)进行D/A转换、上变频模块(6)进行上变频之后，得到第k个用户的发射序列，发射第k个用户的发射序列；
步骤7对于其余K-1个用户，分别进行步骤1-6，得到其余K-1个用户的发射序列，并发射其余K-1个用户的发射序列；交织多址***的所有用户的随机序列互不相同。
所述接收过程包括以下步骤：
步骤8所有用户的发射序列经下变频模块(8)进行下变频、A/D转换模块(9)进行A/D转换之后进入基本信号检测模块(10)，进行基本信号检测，得到xk(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的外信息序列eESE(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J，其中xk(j)为第k个用户的发送序列；
步骤9将步骤4中的第k个用户的随机序列进行共轭：πk *(j)＝πk(j)Re-iπk(j)Im，πk(j)Re表示复数πk(j)的实部，πk(j)Im表示复数πk(j)的虚部，k＝1，...K，j＝1，...J；
步骤10信息序列eESE(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J，与步骤9产生的共轭序列πk *(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J相乘，得到ck(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的先验信息序列eESE(ck(j))＝πk *(j)·eESE(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J；
步骤11 ck(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的先验信息序列eESE(ck(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J，经译码模块(13)，产生ck(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的外信息序列eDEC(ck(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J；
步骤12 ck(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J 的外信息序列eDEC(ck(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J，与随机序列πk(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J相乘，得到xk(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的先验信息序列eDEC(xk(j))＝πk(j)·eDEC(ck(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J；
步骤13 xk(j)，k＝1，...，K，j＝1，...，J的先验信息序列eDEC(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J进入基本信号检测模块(10)，进行基本信号检测，产生信息序列eESE(xk(j))，k＝1，...，K，j＝1，...，J；
步骤14重复执行上述步骤10-13，经过预先设定的迭代次数m之后，译码模块(13)对所有用户进行硬判决，产生的硬判决值再通过解调模块(14)进行解调，得到所有用户的输出数据
m为自然数，m越大，精度越高，成本越高，m越小，精度越低，成本越低，m的大小由工程需要而定。
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| PB01 | Publication | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20101229 |