專利名稱：一種具有時(shí)頻交織功能的交分多址系統(tǒng)的通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交分多址系統(tǒng)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及交分多址系統(tǒng)的交織器。
背景技術(shù)：
交分多址(IDMA，Interleave Division Multiple Access)系統(tǒng)是從碼分多址 (CDMA, Code Division Multiple Access)系統(tǒng)演化而來(lái)，其工作原理如圖1所示信源數(shù) 據(jù)在發(fā)射過(guò)程中經(jīng)映射1、擴(kuò)頻2，在頻域交織3步驟中用相互正交的交織器進(jìn)行交織，再通 過(guò)IFFT4、插入循環(huán)前綴5、D/A轉(zhuǎn)換6、上變頻7發(fā)送出去，接收端信號(hào)在接收過(guò)程中經(jīng)過(guò) 下變頻8、A/D轉(zhuǎn)換9、移除循環(huán)前綴10、FFT11、傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)檢測(cè)12、反映射13恢復(fù)信源 數(shù)據(jù)。其中發(fā)射過(guò)程中的擴(kuò)頻2、頻域交織3所對(duì)應(yīng)的解擴(kuò)頻和解頻域交織處理包含在傳 統(tǒng)IDMA系統(tǒng)檢測(cè)12步驟中，而且傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)檢測(cè)12步驟采用一種低復(fù)雜度的聯(lián)合檢 測(cè)，可以有效的對(duì)抗多徑衰落，消除多碼干擾和符號(hào)間干擾。詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)Li Ping, Lihai Liu, Keying Wu, W. K. Leung, " Interleave Division Multiple-Access，，，IEEE tran. on Wireless Comm, VOL. 5，pp.938-947，Apr. 2006。在高速情況下，相對(duì)于對(duì)頻域干擾的良好消除，傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)沒(méi)有在時(shí)域進(jìn)行干 擾消除。交織器作為IDMA系統(tǒng)唯一區(qū)分用戶的模塊，是IDMA系統(tǒng)的重要部分，但傳統(tǒng)IDMA 系統(tǒng)的交織器的缺陷是它只在頻域交織，沒(méi)有考慮在時(shí)域進(jìn)行處理，資源利用率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)的交織器只在頻域交織，資源利用率低 的問(wèn)題，提出了一種具有時(shí)頻交織的交分多址系統(tǒng)的通信方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種具有時(shí)頻交織的交分多址系統(tǒng)的 通信方法，包括發(fā)射過(guò)程和接收過(guò)程，發(fā)射過(guò)程包括映射1、擴(kuò)頻2、頻域交織3、IFFT4、插入 循環(huán)前綴5、D/A轉(zhuǎn)換6、上變頻7 ；接收過(guò)程包括下變頻8、A/D轉(zhuǎn)換9、移除循環(huán)前綴10、 FFTl 1、傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)檢測(cè)12、反映射13 ；發(fā)射過(guò)程在頻域交織3和IFFT4步驟中間還包括 時(shí)域交織14步驟，該步驟的數(shù)據(jù)處理過(guò)程又包括如下分步驟 步驟(141):把頻域交織后的數(shù)據(jù)dk= {dk(l),
dk(L)}T，其中T表示轉(zhuǎn)
置，L表示數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度，k表示用戶k，擴(kuò)展N幀，形成發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣
，其中假設(shè)一個(gè)相干時(shí)間內(nèi)有M幀數(shù)據(jù)，N的取值范圍是
不大于M的非0自然數(shù)，劣表示發(fā)射過(guò)程用戶k的第i幀數(shù)據(jù)的第j個(gè)元素；
步驟(142)把發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣Dk進(jìn)行分塊，分為A個(gè)方陣
以及發(fā)射過(guò)·
分 部 陣
方
bh 1ΤΓ
的
)下
^剩 中
陣 ；矩
據(jù)
)數(shù)
表示取整運(yùn)算，
且B = L-A，將這A個(gè)方陣記為方陣集合{Dk,i，i = 1,2,... ,Α}； 步驟(143)將步驟(142)中的方陣集合{隊(duì)」，i = 1，2，· · ·，A}的每個(gè)方陣分別 進(jìn)行轉(zhuǎn)置，得到由方陣集合{Dk,i，i = 1，2，...，A}變換后的方陣集合
將這個(gè)方陣集合記為
+ d^ ((Α-\)χΝ + 2)…dNk (AN) {Dk i,i = \,2,...,A}，而發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣Dk中剩下的非方陣部分C保持不變，經(jīng)過(guò)
以上操作，數(shù)據(jù)矩陣由方陣集合·[線一 =1,2,.和發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣Dk中剩下 的非方陣部分C組合而成，為
4(1) ... ^'(1) ...《(#+i)…4((H)xA^i)...《(04-ι)χΛ/+ι) 4{L~B+l) ■■■ 4{L)‘
姻…姻鋼…側(cè)...剩 … 鋼 ^{L-B+\) -4'{L) 將這個(gè)矩陣記為以‘7'；步驟(144)將步驟(143)得到的矩陣線7按列輸出到IFFT4步驟。接收過(guò)程在FFTll和傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)檢測(cè)12步驟中間還包括解時(shí)域交織15步驟， 該步驟的數(shù)據(jù)處理過(guò)程又包括如下分步驟步驟(151)在解時(shí)域交織15步驟中，把FFT 11步驟后的數(shù)據(jù)r = {r(l), ...，r(L)}T，其中T表示轉(zhuǎn)置，擴(kuò)展N幀，形成接收過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣
Ti(J)表示接收過(guò)程的第i幀數(shù)據(jù)的第j個(gè)元素；將接收過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣R進(jìn)行分塊，分為A個(gè)方陣
程 過(guò) 收 接 及 以
擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣R中剩下的非方陣部分
，其中
表示取整運(yùn)算，且
B = L-A，將這A個(gè)方陣記為方陣集合{Ri; i = 1,2, ... ,Α}； 步驟(153)將步驟(152)中的方陣集合{Ri;i = 1,2,...,Α}的每個(gè)方陣分別進(jìn) 行轉(zhuǎn)置，得到由方陣集合{Ri，i = 1，2，...，A}變換后的方陣集合
，將這個(gè)方陣集合記為步驟(154)將矩陣R' τ按列輸出到傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)檢測(cè)12步驟中。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)的交織器只在頻域交織，資源利用 率低的問(wèn)題，在傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)的頻域交織基礎(chǔ)上，增加了時(shí)域交織步驟，利用了時(shí)域的資 源，在不增加運(yùn)算復(fù)雜度的前提下，明顯提高了 IDMA系統(tǒng)的誤碼率性能。


圖1是傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)的工作原理圖。圖2是本發(fā)明提出的時(shí)頻交織的IDMA系統(tǒng)的工作原理圖。圖3是具體實(shí)施例中的發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣示意圖。圖4是具體實(shí)施例中的發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后部分轉(zhuǎn)置的數(shù)據(jù)矩陣示意圖。圖5是具體實(shí)施例中的性能仿真比較示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1是映射，2是擴(kuò)頻，3是頻域交織，4是IFFT，5是添加保護(hù)時(shí)隙，6 是D/A轉(zhuǎn)換，7是上變頻，8是下變頻，9是A/D轉(zhuǎn)換，10是去保護(hù)時(shí)隙，11是FFT，12是傳統(tǒng) IDMA系統(tǒng)檢測(cè)，13是反映射，14是時(shí)域交織，15是解時(shí)域交織。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的具體實(shí)施例。需要說(shuō)明的是實(shí)施例中的參數(shù)并不 影響本發(fā)明的一般性。在闡述具體實(shí)施例之前，首先介紹其中所使用的術(shù)語(yǔ)1)擴(kuò)頻表示信號(hào)復(fù)制到不同頻段上去。2)交織表示一幀內(nèi)的信號(hào)打亂，重新排序。3)交織器是實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)進(jìn)行交織的器件。4) IFFT表示快速傅里葉反變換。5) FFT表示快速傅里葉變換。6)相干時(shí)間表示信道沖激響應(yīng)維持不變的時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)平均值。7)取整表示把數(shù)值的小數(shù)部分去掉，保留整數(shù)部分所得的數(shù)值。為了便于對(duì)具體實(shí)施例理解，先對(duì)發(fā)射過(guò)程和接收過(guò)程的工作過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明，具 體工作原理如圖2所示。發(fā)射過(guò)程信源數(shù)據(jù)在經(jīng)映射1后，在擴(kuò)頻2中進(jìn)行擴(kuò)頻，然后在頻域交織3步驟 中用正交交織器進(jìn)行交織，接著在時(shí)域交織14步驟中將數(shù)據(jù)在時(shí)域擴(kuò)展，再把時(shí)域擴(kuò)展后 的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行分塊并分別轉(zhuǎn)置，經(jīng)IFFT4、插入循環(huán)前綴5、D/A轉(zhuǎn)換6、上變頻7發(fā)送出去。接收過(guò)程接收端信號(hào)經(jīng)過(guò)下變頻8、A/D轉(zhuǎn)換9、移除循環(huán)前綴10、FFT11后，在解 時(shí)域交織15步驟中進(jìn)行時(shí)域解交織，經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)檢測(cè)12及反映射13之后恢復(fù)信 源數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)施參數(shù)如下信源長(zhǎng)度為64，通信目標(biāo)相對(duì)速度為120km/h，信 道為標(biāo)準(zhǔn)的C0ST207TUX6信道，子載波數(shù)為1024，載頻為3. 5GHz，循環(huán)前綴長(zhǎng)度為256，擴(kuò)頻 次數(shù)為16。在這種情況下一個(gè)相干時(shí)間內(nèi)有17幀數(shù)據(jù)。
設(shè)某用戶k在時(shí)域交織14步驟中的輸入數(shù)據(jù)為dk= W1, d2，... , d1(124}T，由于 一個(gè)相干時(shí)間內(nèi)有17幀數(shù)據(jù)，將輸入數(shù)據(jù)擴(kuò)展17幀，形成發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣
‘⑴ 劣⑴…《⑴、
…如圖3所示，橫軸T表示時(shí)域，縱軸F表示頻
<(1024)式2 (1024) ·■■ d" (1024)
域，數(shù)據(jù)劣(Λ表示發(fā)射過(guò)程中用戶k第i幀數(shù)據(jù)的第j個(gè)元素。把這個(gè)發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后的 數(shù)據(jù)矩陣Dk劃分為60個(gè)17 X 17的方陣
(1)劣⑴…《⑴‘乂 (1004)<(1004) ·■■Dk廣·d\{2)dl(2)...^7 (2)■，…， A.60 = ■4(1005)J,2 (1005) ···《(17)…作).(1020)^2 (1020) ···和發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣Dk中剩下的非方
C 二
4(1021)<(1021)
4(1022)<(1022)
^(1023)Ji2 (1023)
4(1024)Jt2 (1024)
"；7 (1021) d、k7 (1022) "；7 (1023) <(1024)
將這60個(gè)方陣集合記為{Dk
i = 1，
2，...，60}。把方陣集合{Dk,i，i = 1,2, ...,60}中的每個(gè)方陣分別進(jìn)行轉(zhuǎn)置，得到由
方陣集合{Dk
4(2) ·.· d[{n)1,2, ...,60}變換后的方陣集合4,,='《⑴糊· 則<⑴47⑶. 47(i7)
,A, 60
4(1004) 4(1005) ··· 4(1020) <(1004) ^2 (1005) ... c/;(1020)
j;7(l004) <7(丨005)
，記為
發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展
\DkiJ = \,2,
,60
<(1020)
后部分轉(zhuǎn)置的矩陣在時(shí)頻域上如圖4所示，橫軸T表示時(shí)域，縱軸F表示頻域。
經(jīng)過(guò)上述操作，整個(gè)數(shù)據(jù)矩陣由·{ A" = 1,2，..., 60丨和C組成
乂(1) ···《⑴ 4(18)…《(18)…4(1·)…(IOM) ":(1021)…^(1024)
《(17)…《(17) 4(34)…《(34)…4(皿0)…《(腿。)<(1021)…《(1024)
最后將這個(gè)矩陣按列輸出到IFFT4步驟。在接收過(guò)程，設(shè)解時(shí)域交織15步驟的輸
入I〔據(jù)為r ={r(l),...，r(1024)}T,「尸‘⑴尸2(ι) · 廣⑴R =-小2)“⑵r丨(1024)r2 (1024) · γ'7 (1024)
，數(shù)據(jù)—(j)表示接收過(guò)程第i幀數(shù)據(jù)的第j個(gè)元素。再把接收過(guò)程擴(kuò)展后的矩陣R進(jìn)行分塊，分為60個(gè)17X17的方陣
將這60個(gè)方陣記為{Ri; i = 1,2, ...，60}，和接收過(guò)程擴(kuò)展后的矩陣剩下的部分 V1 (1021) r2(l02l) ... r17 (102^
r] (1022) r2 (1022) ... r17(l022)
",-(1023) ^(1023) .·. /(1一，把這時(shí)Ml 的方陣分別轉(zhuǎn)置，這樣得到的接收 /(1024) γ2(1024) ... r17(l024)
過(guò)程擴(kuò)展后部分轉(zhuǎn)置的矩陣為
最后再將這個(gè)矩陣按列輸出到傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)檢測(cè)12步驟中。具體實(shí)施例中的性能仿真比較示意圖如圖5所示，其中橫軸SNR(Signal to Noise Ratio)表示信噪比，縱軸BER(Bit Error Rate)表示誤碼率，P120表示只進(jìn)行頻域交織的 IDMA系統(tǒng)的性能曲線，T120表示在頻域交織的基礎(chǔ)上再采用時(shí)域交織的IDMA系統(tǒng)的性能 曲線。從圖5可以看出，采用時(shí)頻交織的IDMA系統(tǒng)比只進(jìn)行頻域交織的IDMA系統(tǒng)可以明 顯提高系統(tǒng)誤碼率性能。例如在SNR = 6dB時(shí)，傳統(tǒng)的IDMA檢測(cè)的誤碼率為0. 00028，而采 用時(shí)頻交織的IDMA系統(tǒng)檢測(cè)的誤碼率為0. 000045，性能提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)?？梢钥闯霾捎帽景l(fā)明方法的時(shí)頻交織IDMA系統(tǒng)，在只增加矩陣的轉(zhuǎn)置運(yùn)算，沒(méi)有 增加運(yùn)算復(fù)雜度的前提下，有效的利用了時(shí)域資源，明顯的提高了系統(tǒng)誤碼率性能。以上實(shí)例僅為本發(fā)明的較佳例子而已，本發(fā)明的使用并不局限于該實(shí)例，凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具有時(shí)頻交織功能的交分多址系統(tǒng)的通信方法，包括發(fā)射過(guò)程和接收過(guò)程，發(fā)射過(guò)程包括映射(1)、擴(kuò)頻(2)、頻域交織(3)、IFFT(4)、插入循環(huán)前綴(5)、D/A轉(zhuǎn)換(6)、上變頻(7)，接收過(guò)程包括下變頻(8)、A/D轉(zhuǎn)換(9)、移除循環(huán)前綴(10)、FFT(11)、傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)檢測(cè)(12)、反映射(13)，其特征在于，發(fā)射過(guò)程在頻域交織(3)和IFFT(4)步驟中間還包括時(shí)域交織(14)步驟，該步驟的數(shù)據(jù)處理過(guò)程又包括如下分步驟步驟(141)把頻域交織后的數(shù)據(jù)dk＝{dk(1)，...，dk(L)}T，其中T表示轉(zhuǎn)置，L表示數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度，k表示用戶k，擴(kuò)展N幀，形成發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣其中假設(shè)一個(gè)相干時(shí)間內(nèi)有M幀數(shù)據(jù)，N的取值范圍是不大于M的非0自然數(shù)，表示發(fā)射過(guò)程用戶k的第i幀數(shù)據(jù)的第j個(gè)元素；步驟(142)把發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣Dk進(jìn)行分塊，分為A個(gè)方陣以及發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣Dk中剩下的非方陣部分其中表示取整運(yùn)算，且B＝L A，將這A個(gè)方陣記為方陣集合{Dk，i，i＝1，2，...，A}；步驟(143)將步驟(142)中的方陣集合{Dk，i，i＝1，2，...，A}的每個(gè)方陣分別進(jìn)行轉(zhuǎn)置，得到由方陣集合{Dk，i，i＝1，2，...，A}變換后的方陣集合將這個(gè)方陣集合記為而發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣Dk中剩下的非方陣部分C保持不變，經(jīng)過(guò)以上操作，數(shù)據(jù)矩陣由方陣集合和發(fā)射過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣Dk中剩下的非方陣部分C組合而成，為將這個(gè)矩陣記為步驟(144)將步驟(143)得到的矩陣按列輸出到IFFT(4)步驟。接收過(guò)程在FFT(11)和傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)檢測(cè)(12)步驟中間還包括解時(shí)域交織(15)步驟，該步驟的數(shù)據(jù)處理過(guò)程又包括如下分步驟步驟(151)在解時(shí)域交織(15)步驟中，把FFT(11)步驟后的數(shù)據(jù)r＝{r(1)，...r(L)}T，其中T表示轉(zhuǎn)置，擴(kuò)展N幀，形成接收過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣ri(j)表示接收過(guò)程的第i幀數(shù)據(jù)的第j個(gè)元素；步驟(152)將接收過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣R進(jìn)行分塊，分為A個(gè)方陣以及接收過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣R中剩下的非方陣部分其中表示取整運(yùn)算，且B＝L A，將這A個(gè)方陣記為方陣集合{Ri，i＝1，2，...，A}；步驟(153)將步驟(152)中的方陣集合{Ri，i＝1，2，...，A}的每個(gè)方陣分別進(jìn)行轉(zhuǎn)置，得到由方陣集合{Ri，i＝1，2，...，A}變換后的方陣集合將這個(gè)方陣集合記為而接收過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣R中剩下的非方陣部分E保持不變，經(jīng)過(guò)以上操作，數(shù)據(jù)矩陣是方陣集合和接收過(guò)程擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)矩陣R中剩下的非方陣部分E組合而成，為將這個(gè)矩陣記為R′T；步驟(154)將矩陣按列輸出到傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)檢測(cè)(12)步驟中。FSA00000246516900011.tif,FSA00000246516900012.tif,FSA00000246516900013.tif,FSA00000246516900014.tif,FSA00000246516900015.tif,FSA00000246516900016.tif,FSA00000246516900017.tif,FSA00000246516900021.tif,FSA00000246516900022.tif,FSA00000246516900023.tif,FSA00000246516900024.tif,FSA00000246516900025.tif,FSA00000246516900026.tif,FSA00000246516900027.tif,FSA00000246516900028.tif,FSA00000246516900031.tif,FSA00000246516900032.tif,FSA00000246516900033.tif,FSA00000246516900034.tif,FSA00000246516900035.tif,FSA00000246516900036.tif,FSA00000246516900037.tif,FSA00000246516900038.tif,FSA00000246516900039.tif,FSA00000246516900041.tif,FSA00000246516900042.tif
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有時(shí)頻交織功能的交分多址系統(tǒng)的通信方法，針對(duì)傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)的交織器只在頻域交織，資源利用率低的問(wèn)題，在發(fā)射過(guò)程中的頻域交織(3)步驟后增加了時(shí)域交織(14)步驟，對(duì)應(yīng)的在接收過(guò)程中的FFT(11)步驟后增加了解時(shí)域交織(15)步驟。通過(guò)對(duì)時(shí)域交織(14)和解時(shí)域交織(15)步驟中的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行處理，在不增加運(yùn)算復(fù)雜度的前提下，有效的利用了時(shí)域資源，明顯的提高了IDMA系統(tǒng)的誤碼率性能。
文檔編號(hào)H04L1/00GK101917254SQ201010264740
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者任文君, 何旭, 李少謙, 肖悅 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)