專利名稱：選頻單載波分塊傳輸系統(tǒng)中的比特加載方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及寬帶數(shù)字通信傳輸方法。屬于寬帶無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通信技術(shù)在最近幾十年，特別是二十世紀(jì)九十年代以來(lái)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，對(duì)人們?nèi)粘Ｉ詈蛧?guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。而未來(lái)通信技術(shù)正朝著寬帶高速的方向發(fā)展，因此許多寬帶數(shù)字傳輸技術(shù)受到廣泛的關(guān)注，正交頻分復(fù)用(以下簡(jiǎn)稱OFDMOrthogonalFrequency Division Multiplexing)和頻域均衡的單載波(以下簡(jiǎn)稱SC-FDESingleCarrier with Frequency Domain Equalization)就是兩種被人們重視的寬帶數(shù)字傳輸技術(shù)，它們都屬于分塊傳輸技術(shù)，而目前OFDM受關(guān)注的程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)SC-FDE，并且在多種標(biāo)準(zhǔn)中成為支撐技術(shù)，例如無(wú)線局域網(wǎng)(WLANWireless Local Area Network)中的IEEE802.11a；無(wú)線城域網(wǎng)(WMANWireless Metropolitan Area Network)中的IEEE802.16；有線數(shù)據(jù)傳輸中的各種高速數(shù)字用戶線(xDSLDigital Subscriber Line)都是基于OFDM技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。SC-FDE并沒(méi)有被這些標(biāo)準(zhǔn)采用，只是在IEEE802.16中與OFDM共同建議為物理層傳輸技術(shù)。
OFDM系統(tǒng)是一種多載波傳輸技術(shù)，它用N個(gè)子載波把整個(gè)寬帶信道分割成N個(gè)并行的相互正交的窄帶子信道。OFDM系統(tǒng)有許多引人注目的優(yōu)點(diǎn)1.非常高的頻譜效率；2.實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單；3.抗多徑干擾能力和抗衰落能力強(qiáng)；4.可以利用信道狀態(tài)信息(即自適應(yīng)OFDM技術(shù))進(jìn)一步提高頻譜效率等等。
自適應(yīng)OFDM技術(shù)可以根據(jù)給定輸入信號(hào)功率和信道狀況，調(diào)節(jié)不同頻域點(diǎn)(也就是不同的子信道)上分配的比特?cái)?shù)，控制各子信道上的誤碼率基本相同，使其滿足系統(tǒng)性能要求，盡可能的提高系統(tǒng)傳碼率，從而實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)的比特加載(bit-loading)。這種自適應(yīng)OFDM技術(shù)可以充分利用信道狀態(tài)信息，提高系統(tǒng)的頻譜效率。
正是這些優(yōu)點(diǎn)使得OFDM成為近十年來(lái)的研究熱點(diǎn)，以致被認(rèn)為是未來(lái)通信，特別是寬帶無(wú)線通信的支撐技術(shù)。但OFDM系統(tǒng)自身的許多缺點(diǎn)，特別是它的峰值平均功率比(簡(jiǎn)稱PAPRPeak to Average Power Ratio)過(guò)大，限制著它的實(shí)用步伐，而現(xiàn)有SC-FDE具有OFDM上述除第四點(diǎn)以外的所有優(yōu)點(diǎn)，并且不存在OFDM的PAPR問(wèn)題，性能和效率跟OFDM基本相當(dāng)。它是人們?cè)谘芯縊FDM的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，這種SC-FDE系統(tǒng)跟OFDM一樣采取分塊傳輸，并且采用循環(huán)前綴(Cyclic Prefix，簡(jiǎn)稱CP)方式，這樣就可以把信號(hào)與信道脈沖響應(yīng)的線性卷積轉(zhuǎn)化為循環(huán)卷積，并且消除了多徑引起的幀間干擾。這樣在接收端采用簡(jiǎn)單的頻域均衡技術(shù)就可以消除符號(hào)間干擾，例如迫零均衡和最小均方誤差均衡。
SC-FDE系統(tǒng)跟OFDM相比，不存在PAPR問(wèn)題。而PAPR問(wèn)題是OFDM系統(tǒng)本身難以用低代價(jià)(頻譜效率和功率效率)方式解決的問(wèn)題。因此SC-FDE技術(shù)目前受到越來(lái)越多的重視。下面簡(jiǎn)單介紹一下傳統(tǒng)SC-FDE系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。
SC-FDE系統(tǒng)在發(fā)送端發(fā)送的一幀時(shí)域信號(hào)為s(n)，(n＝0，1，…，N-1)，通過(guò)多徑信道，其中信道的脈沖響應(yīng)為h(n)，(n＝0，1，…L-1)，信號(hào)傳輸過(guò)程中受到加性白高斯噪聲(AWGNAdditive White Gaussian Noise)的干擾，設(shè)噪聲為w(n)，(n＝0，1，…，N-1)，去掉CP之后，接收到的時(shí)域信號(hào)r(n)為r(n)＝s(n)h(n)+w(n)，(n＝0，1，…，N-1) (1)
其中，“?！北硎狙h(huán)卷積運(yùn)算。
在接收端對(duì)信號(hào)做離散傅立葉變換(以下簡(jiǎn)稱DFTDiscrete Fourier Transform)變換到頻域，根據(jù)DFT的時(shí)域卷積定理，所得到的頻域信號(hào)為R(k)＝S(k)·H(k)+W(k)，(k＝0，1，…，N-1) (2)其中，R(k)，S(k)，H(k)，W(k)分別是r(n)，s(n)，h(n)，w(n)做N點(diǎn)DFT的頻域符號(hào)，并且，H(k)，(k＝0，1，…，N-1)是信道的頻域響應(yīng)。經(jīng)過(guò)迫零均衡以后頻域信號(hào)為S~(k)=S(k)+W(k)H(k)=S(k)+W~(k),(k=0,1,···,N-1)---(3)]]>最后，將信號(hào)做離散傅里葉逆變換(以下簡(jiǎn)稱IDFTInverse Discrete FourierTransform)變回時(shí)域進(jìn)行判決，得到發(fā)送端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
從(3)式可以看出，最終得到的信號(hào)跟發(fā)送的真實(shí)信號(hào)存在誤差，這種誤差是由噪聲引起的，尤其在信道存在深衰點(diǎn)的情況下會(huì)過(guò)分放大噪聲，另外用最小均方誤差均衡時(shí)會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生畸變。如果在SC-FDE系統(tǒng)中利用了信道狀態(tài)信息，這些問(wèn)題就可以得到緩解。因此，申請(qǐng)人提出了一種選頻方式的單載波分塊傳輸方法(已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利，專利申請(qǐng)?zhí)?00410036439.6)，克服了傳統(tǒng)SC-FDE系統(tǒng)不能利用信道狀態(tài)信息的缺點(diǎn)，這種新的SC-FDE系統(tǒng)具有更高的系統(tǒng)性能和效率。
這種選頻方式的單載波分塊傳輸方法的實(shí)現(xiàn)步驟分為第一步，找出可用子信道，并將信道是否可用作標(biāo)記，然后將子信道標(biāo)記信息通過(guò)反向信道發(fā)送給發(fā)送端。
接收端根據(jù)估計(jì)出的信道狀態(tài)信息H(k)，(k＝0，1，…，N-1)，從N個(gè)子信道中，按照幅度增益從大到小選出M(M≤N)個(gè)可用子信道，設(shè)這M個(gè)可用子信道的標(biāo)號(hào)為ki(i＝0，1，…，M-1)，而將剩下的子信道禁用，用1比特信息，即“0”或“1”標(biāo)記每個(gè)子信道是可用子信道還是禁用子信道，這就是發(fā)送端所需要的子信道標(biāo)記信息，如果接收端作N點(diǎn)的DFT，即共有N個(gè)子信道，反饋給發(fā)送端的子信道標(biāo)記信息共有N比特，然后將這N比特信息通過(guò)反向信道發(fā)回發(fā)送端。
第二步，根據(jù)子信道標(biāo)記信息改變信號(hào)頻譜在發(fā)送端收到接收端發(fā)送回來(lái)的子信道標(biāo)記信息后，就可以用M個(gè)可用子信道來(lái)傳輸信號(hào)，這樣對(duì)一幀M個(gè)SC-FDE符號(hào)s(n)，(n＝0，1，…，M-1)，作M點(diǎn)DFT變換到頻域S(i)=Σn=0M-1s(n)e-j2πMni,(i=0,1,...,M-1)---(4)]]>就得到M點(diǎn)的頻域信號(hào)，用選出來(lái)的第ki，(i＝0，1，…，M-1)個(gè)可用子信道H(ki)，(i＝0，1，…，M-1)傳輸?shù)趇個(gè)頻域信號(hào)S(i)，(i＝0，1，…，M-1)，即在可用子信道對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻譜點(diǎn)上放置要傳輸?shù)念l域信號(hào)，而將禁用子信道對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻譜點(diǎn)置零，也可以填充一些非信息數(shù)據(jù)，這樣就得到一幀新的頻域信號(hào)S′(k)，(k＝0，1，…，N-1)，點(diǎn)數(shù)為N
S′(k)=S(i),k=ki0,k≠ki(k=0,1,···,N-1)---(5)]]>然后對(duì)S′(k)，(k＝0，1，…，N-1)作N點(diǎn)IDFTs′(n)=1NΣk=0N-1S′(k)ej2πNnk,(n=0,1,···,N-1)---(6)]]>變成時(shí)域信號(hào)，過(guò)抽樣時(shí)IDFT點(diǎn)數(shù)要大于N，高頻部分置零，對(duì)該時(shí)域信號(hào)作D/A(數(shù)模變換)后，再進(jìn)行調(diào)制發(fā)送出去。
第三步，選出可用子信道上傳輸?shù)男盘?hào)，然后對(duì)選出來(lái)的信號(hào)進(jìn)行均衡，并變換回時(shí)域進(jìn)行判決，最終得到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
接收端接收到信號(hào)，去掉CP后的時(shí)域離散信號(hào)為r′(n)＝s′(n)h(n)+w(n)，(n＝0，1，…，N-1) (7)對(duì)其作N點(diǎn)的DFTR′(k)=Σn=0N-1r′(n)e-j2πNnk,(k=0,1,···,N-1)---(8)]]>并且R′(k)＝S′(k)H(k)+W(k)，(k＝0，1，…，N-1)(9)這樣就可以根據(jù)子信道標(biāo)記信息選出M個(gè)可用子信道上的信號(hào)R(ki)，(i＝0，1，…，M-1)，然后用估計(jì)出來(lái)的信道狀態(tài)信息中可用子信道參數(shù)H(ki)，(i＝0，1，…，M-1)，對(duì)選出來(lái)的信號(hào)進(jìn)行均衡；可以選擇下述三種均衡方式之一1、迫零均衡，2、最小均方誤差均衡，3、混合均衡，即一部分子信道用迫零均衡，而另一部分子信道用最小均方誤差均衡；以迫零均衡為例作介紹S~(ki)=R(ki)H(ki),(i=0,1,···,M-1)---(10)]]>令S~(i)=S~(ki),(i=0,1,···,M-1)---(11)]]>對(duì)其作M點(diǎn)的IDFTs~(n)=1MΣi=0M-1S~(i)ej2πMni,(n=0,1,···,M-1)---(12)]]>對(duì)這組數(shù)據(jù)進(jìn)行判決就可以恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。
選頻方式的單載波分塊傳輸方法利用信道狀態(tài)信息，對(duì)頻率選擇性衰落信道可以避開(kāi)深衰點(diǎn)，從而顯著改善了系統(tǒng)的誤碼性能。通信系統(tǒng)普遍有一定的性能要求，而系統(tǒng)性能是由均衡后信噪比及信道估計(jì)誤差和同步誤差引起的信噪比損失決定的，均衡后信噪比是指均衡后信號(hào)功率和噪聲功率的比值。并且均衡后信噪比及信道估計(jì)誤差和同步誤差引起的信噪比損失還決定系統(tǒng)的信道容量，所以根據(jù)系統(tǒng)的均衡后信噪比及信道估計(jì)誤差和同步誤差引起的信噪比損失和系統(tǒng)性能要求，自適應(yīng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)制方式，可進(jìn)一步提高頻譜效率。

發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述選頻方式的單載波分塊傳輸方法，本發(fā)明提供一種基于該傳輸方法的可以充分利用發(fā)送功率、提高系統(tǒng)頻譜利用率的比特加載方法。
該比特加載方法包括以下步驟(1)收發(fā)雙方建立通信后，接收端根據(jù)選取的可用子信道數(shù)M及這些子信道的幅度增益|H(ki)|，(i＝0，1，…，M-1)，得到均衡后噪聲功率，記為σ2，根據(jù)接收信噪比和均衡方式得到系統(tǒng)的均衡后信噪比記為SNReq；(2)根據(jù)系統(tǒng)的均衡后信噪比及信道估計(jì)誤差和同步誤差引起的信噪比損失確定系統(tǒng)采取的不同線性調(diào)制方式，描述不同線性調(diào)制方式的數(shù)據(jù)稱為調(diào)制方式信息，通過(guò)反饋信道將調(diào)制方式信息傳給發(fā)送端；(3)發(fā)送端根據(jù)接收到的調(diào)制方式信息進(jìn)行符號(hào)映射發(fā)送信號(hào)；(4)接收端根據(jù)調(diào)制方式信息解調(diào)信號(hào)，并判決。
下面對(duì)以上步驟作詳細(xì)說(shuō)明第(1)步，接收端根據(jù)子信道標(biāo)記信息及接收信噪比和均衡方式計(jì)算均衡后信噪比。
其中，接收信噪比的測(cè)量和計(jì)算方法可以參照相關(guān)文獻(xiàn)，在此不作介紹。均衡方式不同，均衡后的信號(hào)功率和噪聲功率就不同，系統(tǒng)的均衡后信噪比也不同，下面以迫零均衡為例計(jì)算均衡后信噪比。設(shè)接收端根據(jù)信道狀態(tài)信息選取M個(gè)可用子信道，這些子信道的幅度增益為|H(ki)|，(i＝0，1，…，M-1)，且白高斯噪聲雙邊功率譜密度 則均衡后噪聲功率為σ2=E(Σi=0M-1|N(ki)H(ki)|2)=N02Σi=0M-1|1H(ki)|2(W)---(13)]]>設(shè)均衡后信號(hào)功率為Seq，則系統(tǒng)的均衡后信噪比為SNRep=Sepσ2---(14)]]>第(2)步，根據(jù)系統(tǒng)的均衡后信噪比及信道估計(jì)誤差和同步誤差引起的信噪比損失確定系統(tǒng)采用的不同線性調(diào)制方式。
經(jīng)分析，當(dāng)信道估計(jì)誤差和同步誤差可以忽略時(shí)，多徑環(huán)境下的選頻方式的單載波分塊傳輸系統(tǒng)均衡后可以等價(jià)為通過(guò)理想高斯信道的通信系統(tǒng)，均衡后信噪比等價(jià)為在理想高斯信道下的信噪比，所以系統(tǒng)的誤碼率由均衡后信噪比決定，則SNR＝SNReq，當(dāng)考慮信道估計(jì)誤差和同步誤差時(shí)，可以通過(guò)測(cè)量估計(jì)出實(shí)際系統(tǒng)的誤差范圍和損失的信噪比，記為SNRloss，損失信噪比的計(jì)算方法可以參考有關(guān)文獻(xiàn)，這時(shí)決定系統(tǒng)誤碼性能的是均衡后信噪比和損失信噪比的比值，記為SNR＝SNReq/SNRloss，其中損失信噪比SNRloss的計(jì)算方法可以參照相關(guān)文獻(xiàn)；
如果采取一種調(diào)制方式，要達(dá)到系統(tǒng)要求的誤比特率BERreq，所需的信噪比一般高于或者低于SNR，為了充分利用功率，提高傳碼率，可以采用兩種或兩種以上不同進(jìn)制的調(diào)制方式。因?yàn)橄到y(tǒng)的每個(gè)時(shí)域點(diǎn)只能攜帶整數(shù)比特的信息，所以所采用的調(diào)制方式的進(jìn)制數(shù)普遍為2k，(k＝1，2，…)，在選頻方式的單載波分塊傳輸系統(tǒng)中，普遍采取線性調(diào)制方式，如QAM或者M(jìn)PSK，下面以采取兩種調(diào)制方式為例介紹設(shè)理想高斯信道情況下，采用某種進(jìn)制線性調(diào)制方式時(shí)，達(dá)到相同的系統(tǒng)誤碼要求，即誤比特率BERreq，所需要的信噪比分別為SNRk，(k＝1，2，…)，而選取的兩種不同進(jìn)制的線性調(diào)制方式所攜帶的信息比特?cái)?shù)分別為k1和k2，且k2＝k1+1。若滿足SNRk≤SNR≤SNRk+1，(k＝1，2，…) (15)則k1＝k(16)平均映射功率是指采用不同調(diào)制方式映射時(shí)對(duì)應(yīng)所有星座點(diǎn)的平均功率。設(shè)所選取的兩種線性調(diào)制方式的平均映射功率分別為S1和S2，則每幀中攜帶k2比特信息的點(diǎn)數(shù)為 表示下取整。則每幀中攜帶k1比特信息的點(diǎn)數(shù)為M1＝M-M2(18)這樣，每幀有M1個(gè)時(shí)域點(diǎn)采用2k1進(jìn)制調(diào)制，M2個(gè)時(shí)域點(diǎn)采用2k2進(jìn)制調(diào)制，在實(shí)際情況中，系統(tǒng)所提供的功率要留有一定的余量，使系統(tǒng)能夠達(dá)到所要求的相對(duì)穩(wěn)定的性能。
將每幀M個(gè)時(shí)域點(diǎn)中采用2k1進(jìn)制調(diào)制方式的點(diǎn)數(shù)M1和每點(diǎn)攜帶的信息比特?cái)?shù)k1，形成調(diào)制方式信息，將其同子信道標(biāo)記信息一起傳回發(fā)送端。
第(3)步，發(fā)送端根據(jù)接收到的調(diào)制方式信息進(jìn)行符號(hào)映射，根據(jù)子信道標(biāo)記信息進(jìn)行信號(hào)變換，發(fā)送信號(hào)；發(fā)送端根據(jù)反饋的調(diào)制方式信息k1，M1以及可用子信道數(shù)M，其中M可以根據(jù)子信道標(biāo)記信息得到，和系統(tǒng)給出的發(fā)送信號(hào)功率，就可以進(jìn)行調(diào)制映射，任意選取M1個(gè)時(shí)域點(diǎn)，令每個(gè)點(diǎn)攜帶k1比特信息進(jìn)行2k1進(jìn)制調(diào)制，剩余的M2個(gè)時(shí)域點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)攜帶k2比特信息進(jìn)行2k2進(jìn)制調(diào)制，具體哪些點(diǎn)采用2k1進(jìn)制調(diào)制，哪些采用2k2進(jìn)制調(diào)制由通信雙方采用的約定或通信協(xié)議規(guī)定，例如，可以選定一幀數(shù)據(jù)的前M1個(gè)時(shí)域點(diǎn)采用2k1進(jìn)制調(diào)制，后M2個(gè)時(shí)域點(diǎn)采取2k2進(jìn)制調(diào)制；將每幀發(fā)送端的發(fā)送總功率按照不同調(diào)制方式的平均映射功率比值分配到M個(gè)時(shí)域點(diǎn)上，然后發(fā)送信號(hào)，例如，前M1個(gè)時(shí)域點(diǎn)采用2k1進(jìn)制調(diào)制，后M2個(gè)時(shí)域點(diǎn)采用2k2進(jìn)制調(diào)制，前M1個(gè)時(shí)域點(diǎn)平均每個(gè)點(diǎn)分配的功率跟后M2個(gè)時(shí)域點(diǎn)分配的平均功率比值為 并且每幀中采用相同調(diào)制方式的時(shí)域點(diǎn)分配的功率相同。完成符號(hào)映射后，根據(jù)子信道標(biāo)記信息按背景技術(shù)中提到的選頻單載波分塊傳輸方法進(jìn)行信號(hào)變換，發(fā)送信號(hào)。
第(4)步，接收端根據(jù)調(diào)制方式信息解調(diào)信號(hào)。
接收端根據(jù)子信道標(biāo)記信息選出可用子信道上的信號(hào)，經(jīng)過(guò)均衡之后變回時(shí)域，再根據(jù)不同時(shí)域點(diǎn)采用的調(diào)制方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和判決，得到正確的傳輸數(shù)據(jù)，解調(diào)方法跟發(fā)送端進(jìn)行信號(hào)映射類似，是信號(hào)映射的逆過(guò)程，如果按照第(3)步的例子，解調(diào)時(shí)前M1個(gè)時(shí)域點(diǎn)進(jìn)行2k1進(jìn)制解調(diào)判決，而后M2個(gè)時(shí)域點(diǎn)進(jìn)行2k2進(jìn)制解調(diào)判決。
本發(fā)明基于選頻方式的單載波分塊傳輸方法，在時(shí)域自適應(yīng)地加載信息比特，可以更加充分的利用信號(hào)發(fā)射功率。在保證誤碼率穩(wěn)定的情況下，根據(jù)接收信噪比和均衡方式及信道估計(jì)誤差和同步誤差造成的信噪比損失，可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)傳碼率。本發(fā)明提出的自適應(yīng)方法在整體性能上比傳統(tǒng)的自適應(yīng)OFDM稍差，但在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度方面，該自適應(yīng)方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的自適應(yīng)OFDM系統(tǒng)。
本發(fā)明在保證系統(tǒng)性能一定的情況下，頻譜效率、功率效率都優(yōu)于現(xiàn)有SC-FDE和OFDM系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)增加的復(fù)雜度小。


附圖是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提出方法的系統(tǒng)框圖。
圖中1.信源模塊，2.符號(hào)映射模塊，3.FFT模塊(M點(diǎn))，4.信號(hào)頻譜變換模塊，5.IFFT模塊(N點(diǎn))，6.加循環(huán)前綴(CP)模塊，7.D/A模塊，8.中頻及射頻調(diào)制模塊，9.信道，10.射頻及中頻解調(diào)模塊，11.A/D模塊，12.去CP模塊，13.FFT模塊(N點(diǎn))，14.信號(hào)頻譜反變換模塊，15.均衡模塊，16.IFFT模塊(M點(diǎn))，17.判決模塊，18.同步模塊，19.信道估計(jì)模塊，20.調(diào)制方式確定模塊，21.反向信道具體實(shí)施方式
實(shí)施例附圖給出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提出方法的系統(tǒng)框圖，各模塊作用如下信源模塊1產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
符號(hào)映射模塊2根據(jù)反向信道21傳回的調(diào)制方式信息選擇不同進(jìn)制的調(diào)制方式(QAM或者M(jìn)PSK)，將信源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)映射到星座圖對(duì)應(yīng)點(diǎn)上。
M點(diǎn)FFT模塊3將每幀M個(gè)已映射信號(hào)變換到頻域，得到信號(hào)的M點(diǎn)頻域信號(hào)。
信號(hào)頻譜變換模塊4根據(jù)接收端通過(guò)反向信道21發(fā)送回來(lái)的子信道標(biāo)記信息，將模塊3輸出的M點(diǎn)頻域信號(hào)放置到M個(gè)可用子信道對(duì)應(yīng)頻譜點(diǎn)上，而禁用子信道對(duì)應(yīng)頻譜點(diǎn)置零，或填充非信息數(shù)據(jù)，就得到一幀N點(diǎn)新的SC-FDE頻域信號(hào)。此模塊需要按照背景技術(shù)中提到的發(fā)明專利(專利申請(qǐng)?zhí)?00410036439.6)介紹的方法編程，由通用數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)。
N點(diǎn)IFFT模塊5將新得到的頻域信號(hào)再變換到時(shí)域。
加CP模塊6將得到的每幀數(shù)據(jù)加上循環(huán)前綴。
D/A模塊7將數(shù)字信號(hào)變換為模擬信號(hào)。
中頻及射頻調(diào)制模塊8如果在無(wú)線環(huán)境下使用該系統(tǒng)，需要對(duì)信號(hào)作射頻調(diào)制才能送天線發(fā)射。有的時(shí)候需要先把信號(hào)調(diào)制到中頻上進(jìn)行中頻放大，再作射頻調(diào)制，最后將已調(diào)信號(hào)送天線發(fā)射。如果在有線環(huán)境(例如xDSL)下使用該系統(tǒng)，則不需要作射頻調(diào)制，也不需要天線發(fā)射信號(hào)，但也要把信號(hào)頻譜搬移到語(yǔ)音信道頻帶以外，保證在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)不影響話音傳輸。
信道9傳輸信號(hào)的有線信道或無(wú)線信道。
同步模塊18通過(guò)參數(shù)估計(jì)(例如盲估計(jì)和基于輔助數(shù)據(jù)的估計(jì))的方法得到系統(tǒng)需要的各種同步數(shù)據(jù)。同步模塊將頻率同步數(shù)據(jù)送給射頻及中頻解調(diào)模塊10；將抽樣率同步數(shù)據(jù)送給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11；將定時(shí)同步數(shù)據(jù)送給去CP模塊12。
射頻及中頻解調(diào)模塊10在無(wú)線環(huán)境中，將接收天線接收下來(lái)信號(hào)的頻譜從射頻或者中頻搬移到低頻。在解調(diào)之前需要用頻率同步數(shù)據(jù)糾正信號(hào)傳輸過(guò)程中引起的頻偏。
A/D模塊11將解調(diào)后模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)。A/D需要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，提供時(shí)鐘信號(hào)的晶振需要跟發(fā)射機(jī)D/A模塊的晶振頻率相同，否則就會(huì)導(dǎo)致抽樣率誤差。因此在A/D之前要進(jìn)行抽樣率同步。
去CP模塊12將循環(huán)前綴去掉。這時(shí)就存在判斷一幀數(shù)據(jù)何時(shí)開(kāi)始的問(wèn)題，因此去CP之前需要作定時(shí)同步。
N點(diǎn)FFT模塊13將去掉CP的信號(hào)變換到頻域。
信道估計(jì)模塊19跟同步類似，也需要通過(guò)參數(shù)估計(jì)來(lái)得到CSI，常用的一般是盲信道估計(jì)和基于輔助數(shù)據(jù)的信道估計(jì)。估計(jì)出CSI后選出可用子信道，將這些可用子信道參數(shù)送給均衡模塊15；同時(shí)根據(jù)信道是否可用，用1比特信息(“0”或“1”)標(biāo)記，形成子信道標(biāo)記信息，將子信道標(biāo)記信息同時(shí)送給信號(hào)頻譜反變換模塊14和反向信道21，通過(guò)反向信道發(fā)回發(fā)送端的信號(hào)頻譜變換模塊4；并將可用子信道狀態(tài)信息傳給調(diào)制方式確定模塊20。此模塊需要按照背景技術(shù)中提到的發(fā)明專利(專利申請(qǐng)?zhí)?00410036439.6)介紹的方法編程，由通用數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)。
信號(hào)頻譜反變換模塊14根據(jù)信道估計(jì)模塊19送來(lái)的子信道標(biāo)記信息，找出接收信號(hào)中由可用子信道攜帶的M點(diǎn)頻域信號(hào)。此模塊需要按照背景技術(shù)中提到的發(fā)明專利(專利申請(qǐng)?zhí)?00410036439.6)介紹的方法編程，由通用數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)。
均衡模塊15用信道估計(jì)模塊19送來(lái)的可用子信道參數(shù)，對(duì)信號(hào)頻譜反變換模塊14選出來(lái)的信號(hào)進(jìn)行均衡。均衡方式可以選擇下述三種均衡方式之一迫零均衡、最小均方誤差均衡、混合均衡(即一部分子信道用迫零均衡，而另一部分子信道用最小均方誤差均衡)。
M點(diǎn)IFFT模塊16將均衡后信號(hào)的M個(gè)頻域信號(hào)變換到時(shí)域。
判決模塊17根據(jù)星座圖和調(diào)制方式確定模塊20傳來(lái)的調(diào)制方式信息，完成時(shí)域信號(hào)的判決。
調(diào)制方式確定模塊20根據(jù)信道估計(jì)模塊19傳來(lái)的可用子信道的狀態(tài)信息和發(fā)送端提供的發(fā)送信號(hào)功率計(jì)算系統(tǒng)的均衡后信噪比，根據(jù)均衡后信噪比及信道估計(jì)誤差和同步誤差損失的信噪比確定每幀采取的調(diào)制方式，將調(diào)制方式信息傳給判決模塊17，并通過(guò)反向信道21傳給發(fā)送端的映射模塊2。此模塊需要按照本發(fā)明介紹的方法編程，由通用數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)。
反向信道21將子信道標(biāo)記信息和調(diào)制方式信息傳回發(fā)送端。
該實(shí)施例仿真參數(shù)仿真環(huán)境Matlab7.0子信道總數(shù)N＝256可用子信道數(shù)，即每幀SC-FDE數(shù)據(jù)符號(hào)數(shù)M＝208。
調(diào)制方式QAMCP長(zhǎng)度32
為了說(shuō)明方便，在如圖5的結(jié)構(gòu)上又增加如下字段1.“歸約輸出”當(dāng)每個(gè)語(yǔ)言單元送入廣義歸約部件后，由廣義歸約部件輸出的新語(yǔ)言單元。
2.“緩沖隊(duì)列”每個(gè)語(yǔ)言單元?jiǎng)傔M(jìn)入緩沖隊(duì)列時(shí)，緩沖隊(duì)列的狀態(tài)。
3.“覆蓋文本”每個(gè)語(yǔ)言單元在文本中對(duì)應(yīng)的文字。
4.“來(lái)源”每個(gè)語(yǔ)言單元是由輸入部件產(chǎn)生，還是由廣義歸約部件產(chǎn)生。
上表即為在給定歸約規(guī)則與文本后進(jìn)行近似文本分析得到的結(jié)果。
以上語(yǔ)言單元表，給出了所有符合給定歸約規(guī)則的語(yǔ)言單元關(guān)系，從而為后續(xù)的分析，比如大規(guī)模定量文本分析或文本數(shù)據(jù)挖掘，提供信息。作為一種簡(jiǎn)單的后續(xù)分析，可以是語(yǔ)言單元關(guān)系的關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘，或者是對(duì)不同類型語(yǔ)言單元在不同類型文本中頻率差異的分析，等等。
為避免混淆，本說(shuō)明書(shū)中所提到的一些名詞做以下解釋1.均衡后信噪比均衡之后信號(hào)功率跟噪聲功率的比值。
2.平均映射功率不同調(diào)制方式映射時(shí)對(duì)應(yīng)所有不同星座點(diǎn)的平均功率。
3.符號(hào)是指信息比特經(jīng)過(guò)調(diào)制映射(也稱符號(hào)映射)后的數(shù)據(jù)。一般是一個(gè)實(shí)部和虛部均為整數(shù)的復(fù)數(shù)。
4.一幀信號(hào)對(duì)于OFDM，一幀信號(hào)在發(fā)送端是指作IFFT變換的N個(gè)符號(hào)，在接收端是指在去掉CP以后作FFT變換的N個(gè)符號(hào)。對(duì)于SC-FDE，一幀信號(hào)在發(fā)送端是指相鄰兩個(gè)CP之間的N個(gè)信息符號(hào)，在接收端是指在去掉CP以后作FFT變換的N個(gè)符號(hào)。對(duì)于按本發(fā)明提出的方法實(shí)現(xiàn)的SC-FDE系統(tǒng)，一幀信號(hào)在發(fā)送端是指作FFT變換的M個(gè)符號(hào)，在接收端是指在均衡以后作IFFT變換的M個(gè)符號(hào)。
5.子信道對(duì)于OFDM，SC-FDE基帶信號(hào)，一個(gè)子信道是指在接收端FFT后一個(gè)頻率點(diǎn)。對(duì)于射頻信道，一個(gè)子信道是指射頻信道的一段頻譜。
6.信噪比信號(hào)功率和噪聲功率的比值，其中發(fā)明內(nèi)容和權(quán)利要求部分提到的信噪比是未取對(duì)數(shù)的，沒(méi)有單位；實(shí)施例中提到的信噪比是對(duì)數(shù)信噪比，單位是dB。
權(quán)利要求
1.一種選頻單載波分塊傳輸系統(tǒng)中的比特加載方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)收發(fā)雙方建立通信后，接收端根據(jù)選取的可用子信道數(shù)M及這些子信道的幅度增益|H(ki)|，(i＝0，1，…，M-1)，得到均衡后噪聲功率，記為σ2，根據(jù)接收信噪比和均衡方式得到系統(tǒng)的均衡后信噪比記為SNReq；(2)根據(jù)系統(tǒng)的均衡后信噪比及信道估計(jì)誤差和同步誤差引起的信噪比損失確定系統(tǒng)采取的不同線性調(diào)制方式，描述不同線性調(diào)制方式的數(shù)據(jù)稱為調(diào)制方式信息，通過(guò)反饋信道將調(diào)制方式信息傳給發(fā)送端；(3)發(fā)送端根據(jù)接收到的調(diào)制方式信息進(jìn)行符號(hào)映射發(fā)送信號(hào)；(4)接收端根據(jù)調(diào)制方式信息解調(diào)信號(hào)，并判決。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選頻單載波分塊傳輸系統(tǒng)中的比特加載方法，其特征在于第(1)步采用下述方法實(shí)現(xiàn)其中，接收信噪比的測(cè)量和計(jì)算方法可以參照相關(guān)文獻(xiàn)，在此不作介紹；均衡方式不同，均衡后的信號(hào)功率和噪聲功率就不同，系統(tǒng)的均衡后信噪比也不同，下面以迫零均衡為例計(jì)算均衡后信噪比設(shè)接收端根據(jù)信道狀態(tài)信息選取M個(gè)可用子信道，這些子信道的幅度增益為|H(ki)|，(i＝0，1，…，M-1)，且白高斯噪聲雙邊功率譜密度 則均衡后噪聲功率為σ2=E(Σi=0M-1|N(ki)H(ki)|2)=N02Σi=0M-1|1H(ki)|2(W)]]>設(shè)均衡后信號(hào)功率為Seq，則系統(tǒng)的均衡后信噪比為SNReq=Seqσ2]]>
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選頻單載波分塊傳輸系統(tǒng)中的比特加載方法，其特征在于第(2)步采用下述方法實(shí)現(xiàn)當(dāng)信道估計(jì)誤差和同步誤差可以忽略時(shí)，多徑環(huán)境下的選頻方式的單載波分塊傳輸系統(tǒng)均衡后可以等價(jià)為通過(guò)理想高斯信道的通信系統(tǒng)，均衡后信噪比等價(jià)為在理想高斯信道下的信噪比，所以系統(tǒng)的誤碼率由均衡后信噪比決定，則SNR＝SNReq；當(dāng)考慮信道估計(jì)誤差和同步誤差時(shí)，可以通過(guò)測(cè)量估計(jì)出實(shí)際系統(tǒng)的誤差范圍和損失的信噪比，記為SNRloss，損失信噪比的計(jì)算方法可以參照相關(guān)文獻(xiàn)，這時(shí)決定系統(tǒng)誤碼性能的是均衡后信噪比和損失信噪比的比值，記為SNR＝SNReq/SNRloss，其中損失信噪比SNRloss的計(jì)算方法可以參照相關(guān)文獻(xiàn)；為充分利用功率，提高傳碼率，采用兩種以上不同進(jìn)制的調(diào)制方式，因?yàn)橄到y(tǒng)的每個(gè)時(shí)域點(diǎn)只能攜帶整數(shù)比特的信息，所以所采用的調(diào)制方式的進(jìn)制數(shù)普遍為2k，(k＝1，2，…)，在選頻方式的單載波分塊傳輸系統(tǒng)中，普遍采取線性調(diào)制方式，如QAM或者M(jìn)PSK，下面以采取兩種調(diào)制方式為例介紹設(shè)理想高斯信道情況下，采用某種進(jìn)制線性調(diào)制方式時(shí)，達(dá)到相同的系統(tǒng)誤碼要求，即誤比特率BERreq，所需要的信噪比分別為SNRk，(k＝1，2，…)，而選取的兩種不同進(jìn)制的線性調(diào)制方式所攜帶的信息比特?cái)?shù)分別為k1和k2，且k2＝k1+1；若滿足SNRk≤SNR≤SNRk+1，(k＝1，2，…)則k1＝k平均映射功率是指采用不同調(diào)制方式映射時(shí)對(duì)應(yīng)所有星座點(diǎn)的平均功率，設(shè)所選取的兩種線性調(diào)制方式的平均映射功率分別為S1和S2，則每幀中攜帶k2比特信息的點(diǎn)數(shù)為 表示下取整；則每幀中攜帶k1比特信息的點(diǎn)數(shù)為M1＝M-M2這樣，每幀有M1個(gè)時(shí)域點(diǎn)采用2k1進(jìn)制調(diào)制，M2個(gè)時(shí)域點(diǎn)采用2k2進(jìn)制調(diào)制，在實(shí)際情況中，系統(tǒng)所提供的功率要留有一定的余量，使系統(tǒng)能夠達(dá)到所要求的相對(duì)穩(wěn)定的性能；將每幀M個(gè)時(shí)域點(diǎn)中采用2k1進(jìn)制調(diào)制方式的點(diǎn)數(shù)M1和每點(diǎn)攜帶的信息比特?cái)?shù)k1，形成調(diào)制方式信息，將其同子信道標(biāo)記信息一起傳回發(fā)送端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選頻單載波分塊傳輸系統(tǒng)中的比特加載方法，其特征在于第(3)步采用下述方法實(shí)現(xiàn)發(fā)送端根據(jù)反饋的調(diào)制方式信息k1，M1以及可用子信道數(shù)M，其中M可以根據(jù)子信道標(biāo)記信息得到，和系統(tǒng)給出的發(fā)送信號(hào)功率，就可以進(jìn)行調(diào)制映射，任意選取M1個(gè)時(shí)域點(diǎn)，令每個(gè)點(diǎn)攜帶k1比特信息進(jìn)行2k1進(jìn)制調(diào)制，剩余的M2個(gè)時(shí)域點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)攜帶k2比特信息進(jìn)行2k2進(jìn)制調(diào)制，具體哪些點(diǎn)采用2k1進(jìn)制調(diào)制，哪些采用2k2進(jìn)制調(diào)制由通信雙方采用的約定或通信協(xié)議規(guī)定，例如，可以選定一幀數(shù)據(jù)的前M1個(gè)時(shí)域點(diǎn)采用2k1進(jìn)制調(diào)制，后M2個(gè)時(shí)域點(diǎn)采取2k2進(jìn)制調(diào)制；將每幀發(fā)送端的發(fā)送總功率按照不同調(diào)制方式的平均映射功率比值分配到M個(gè)時(shí)域點(diǎn)上，然后發(fā)送信號(hào)，例如，前M1個(gè)時(shí)域點(diǎn)采用2k1進(jìn)制調(diào)制，后M2個(gè)時(shí)域點(diǎn)采用2k2進(jìn)制調(diào)制，前M1個(gè)時(shí)域點(diǎn)平均每個(gè)點(diǎn)分配的功率跟后M2個(gè)時(shí)域點(diǎn)分配的平均功率比值為 并且每幀中采用相同調(diào)制方式的時(shí)域點(diǎn)分配的功率相同。完成符號(hào)映射后，根據(jù)子信道標(biāo)記信息按背景技術(shù)中提到的選頻單載波分塊傳輸方法進(jìn)行信號(hào)變換，發(fā)送信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選頻單載波分塊傳輸系統(tǒng)中的比特加載方法，其特征在于第(4)步采用下述方法實(shí)現(xiàn)接收端根據(jù)子信道標(biāo)記信息選出可用子信道上的信號(hào)，經(jīng)過(guò)均衡之后變回時(shí)域，再根據(jù)不同時(shí)域點(diǎn)采用的調(diào)制方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和判決，得到正確的傳輸數(shù)據(jù)，解調(diào)方法跟發(fā)送端進(jìn)行信號(hào)映射類似，是信號(hào)映射的逆過(guò)程，如果按照第(3)步的例子，解調(diào)時(shí)前M1個(gè)時(shí)域點(diǎn)進(jìn)行2k1進(jìn)制解調(diào)判決，而后M2個(gè)時(shí)域點(diǎn)進(jìn)行2k2進(jìn)制解調(diào)判決。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種選頻單載波分塊傳輸系統(tǒng)中的比特加載方法，包括以下步驟(1)收發(fā)雙方建立通信后，接收端根據(jù)選取的可用子信道數(shù)M及這些子信道的幅度增益，得到均衡后噪聲功率，根據(jù)接收信噪比和均衡方式得到系統(tǒng)的均衡后信噪比；(2)根據(jù)系統(tǒng)的均衡后信噪比及信道估計(jì)誤差和同步誤差引起的信噪比損失確定系統(tǒng)采取的不同線性調(diào)制方式，描述不同線性調(diào)制方式的數(shù)據(jù)稱為調(diào)制方式信息，通過(guò)反饋信道將調(diào)制方式信息傳給發(fā)送端；(3)發(fā)送端根據(jù)接收到的調(diào)制方式信息進(jìn)行符號(hào)映射發(fā)送信號(hào)；(4)接收端根據(jù)調(diào)制方式信息解調(diào)信號(hào)，并判決。本發(fā)明在保證系統(tǒng)性能一定的情況下，頻譜效率、功率效率都優(yōu)于現(xiàn)有SC－FDE和OFDM系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04L27/01GK1649333SQ20051004205
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者杜巖, 袁靜, 李劍飛, 宮良 申請(qǐng)人:山東大學(xué)