專利名稱：：多碼ofdm傳輸方法及其設備的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種多碼正交頻分多路OFDM無線通信領域，特別涉及多碼OFDM傳輸方法及設備。本發明還涉及多小(扇)區和多天線多入多出(MIMO)無線移動通信領域，特別涉及減少小區間干擾及多天線間干擾，提供OFDM同頻組間的方法及其設備。
背景技術：
：正交頻分多路(OFDM)傳輸技術己被廣泛應用于通信系統，在無線移動通信系統中，由于傳播條件的影響，通常要采用各種編碼交織和分集來對抗衰落信道的各種影響。OFDM本質上是一種多路技術，在多址通信中，不能以單個載波作為最小傳輸單元，分配給不同地址，而通常采用OFDMA作為多址方式，這樣就降低了傳輸效率。此外，為了降低頻帶外對相鄰頻帶的干擾通常在通帶內可使用的子載波僅占帶寬的85%以下，這也是一個缺陷。此外，OFDM系統通常不能同頻組網，在多小(扇)區組網條件下其頻譜效率大大降低。碼分多址(CDMA)是一種以波形劃分為基礎的多址技術，在移動通信中已被廣泛使用，并且可使頻譜利用系數達到l，即在相鄰小(扇)區使用相同的頻譜。非同步CDMA系統由于其地址間干擾(MAI)和符號間干擾(ISI)，在多徑傳輸環境中可用地址數大打折扣，通常僅為正交碼數量的1/3左右。LAS—CDMA技術[l]使用了具有零相關窗的碼,從而使MAI和ISI在窗口內降為零,因而不需要精確的功率控制技術，改善了系統性能。但是LAS—CDMA技術中可使用碼的數量受窗口大小限制，通常能利用的碼數為N/W，N為碼的長度，W為窗口長度，單位為碼片Tc，要保證不受到傳播影響，必須有足夠的W長度，從而可用的數量大打折扣，比傳統CDMA多不了多少。把OFDM和CDMA結合起來似乎是一種好的方法。目前主要有三禾巾多載波CDMA(MC-CDMA)[2]，多載波直擴CDMA(MC-DS-CDMA)[3]，這兩種方式主要用于改善OFDM性能，子載波之間不存在干擾。多音CDMA(MT-CDMA)[4]子載波間由于有重疊，從而提高了系統傳輸能力。然而，簡單的MT-CDMA，由于存在不同子載波間的頻碼干擾(ICCI)，而不僅是OFDM系統中的子載波間干擾(ICI)，通常ICCI不能靠提高發射功率來降低，因為信號增強干擾也增強，所以MT-CDMA其比特誤碼率(BER)曲線隨著信噪比(Eb/NO)的增加而出現平坦，這時噪聲已不再重要，而ICCI限制了性能改善。為了降低(ICCI)可使用多用戶檢測技術，但當子載波和碼的數量都很大時，實際上已不可用，通常僅適用少數子載波(如2，4，8)。使用LAS-CDMA技術或具有零(或低)相關窗的碼似乎可改善MT-CDMA系統性能[5]，但實際上ICCI不僅與碼間的互相性質有關，還與碼的逐位自相關和互相關函數有關。因為具有零或低相關窗的碼在載波間不再具有零或低的相關值的性質，有時候會在多個符號區間內累加到相當的大，且不隨信號強度的增加而改變。子載波間的碼的相互干擾分成2種，即異頻同碼和異頻異碼，只有這兩種干擾都降低，系統才可用。因而對MC—0FDM系統，首先要求使用的擴頻碼具有好的自相關函數和互相關函數，在同一載波內，擴頻碼之間干擾應消除或很少。其次在子載波間碼的頻碼間互相關函數Rcf(t)也應具有良好性質，即最好處處為零。然而這是不可能的。因為這時比通常CDMA的擴頻碼提出更加嚴格的要求，因而其數量比各種零相關窗的碼還要少，或者零相關窗更小。本發明提出一種多碼OFDM傳輸方法，其載波間隔為符號持續時間的倒數，與OFDM相同，由于使用等相關擴頻碼使傳輸速率增加數倍以上且可供多小區使用由于使用特殊的擴頻碼，當傳輸速率增加一倍時，其頻碼間干擾理論上為零。
發明內容本發明的目的是提供了一種比OFDM頻譜利用率高的多多碼OFDM傳輸方法及其設備。一種多碼OFDM傳輸方法，包括以下步驟1)將多路含有原始數據信息的OFDM符號進行串并變換，以便得到多路OFDM分支數據；2)利用等相關序列中的一組作為擴頻碼的等相關碼，對所述多路OFDM分支數據分別進行擴頻調制處理；3)對經過擴頻調制處理的所述多路OFDM分支數據分別添加循環前綴符號，然后經過組合后通過射頻系統發射。其中，所述一組等相關碼是所有碼互相關系數都相等的組碼。其中，所述等相關碼的最小單元碼為4比特碼，包括兩類所述最小單元碼，第一類最小單元碼包括1110;1101;1011;1000第二類最小單元碼包括1111;1010;1100;1001。其中，利用互補變換器對第一類最小單元碼進行互補變換，得到對應的四個第一類最小單元相關互補碼1011;1000;1110;1101;利用互補變換器對第二類最小單元碼進行互補變換，得到對應的四個第二類最小單元相關互補碼1010;1111;1001;1100。其中，利用組合器對所述四個第一類最小單元碼進行任意組合，形成碼長為4的整數倍的第一類等相關擴頻碼；或者利用組合器對所述四個第二類最小單元碼進行任意組合，形成碼長為4的整數倍的第二類等相關擴頻碼。其中，所述任意組合包括對一個最小單元碼累加；對一個最小單元碼和其反碼累加；以及對不同的最小單元碼累加。其中，利用組合器對所述四個第一類最小單元相關互補碼進行任意組合，形成碼長為4的整數倍的第一類等相關互補擴頻碼；或者利用組合器對所述四個第二類最小單元相關互補碼進行任意組合，形成碼長為4的整數倍的第二類等相關互補擴頻碼。其中，所述任意組合包括對一個最小單元相關互補碼累加；對一個最小單元相關互補碼和其反碼累加；以及對同一類的不同最小單元相關互補碼累加。其中，所述作為擴頻碼的等相關碼通過以下步驟之一形成利用組合器組合所述第一類等相關擴頻碼和第一類等相關互補擴頻碼；或者利用組合器組合所述第二類等相關擴頻碼和第二類等相關互補擴頻碼。一種多碼OFDM傳輸設備，包括將多路含有原始數據信息的OFDM符號進行串并變換以便得到多路OFDM分支數據的裝置；利用等相關序列中的一組作為擴頻碼的等相關碼，對所述多路OFDM分支數據分別進行擴頻調制處理的裝置；對經過擴頻調制處理的所述多路OFDM分支數據分別添加循環前綴符號，然后經組合后通過射頻系統發射的裝置。本發明的優點是，比OFDM系統頻譜利用效率高的多且可多小(扇)區同頻組網。圖1是MC-OFDM系統的方框圖；圖2是MC-OFDM的頻率配置9圖3是S:8，N46時的一種等相關序列；圖4是經過[H]矩陣擴展后的一個區的16個序列；圖5是經過添加相關互補序列得到X序列和Y序列；圖6是圖3序列上段碼1與其余各碼的頻碼間相關函數值;圖7是不同區間S4和S:5頻碼間相關值；圖8是同一小區在多徑延遲Ar^7;時頻碼間互相關值。具體實施例方式現有的OFDM系統在移動通信環境下不能同頻組網，因而頻譜利用效率大為降低，對于通常的蜂窩網其頻譜效率降低到1/7以下，本發明的而MC—0FDM系統的優點恰是可以同頻組網。本發明提供的方法可以使多小(扇)區間的干擾降低到可以接收的限度以下。多天線(多入多出MIMO)傳輸技術是提高傳輸速率和效率及可靠性的有效方法。通常要求富散射傳播環境使多天線的傳輸參數統計獨立。但當移動終端和基站天線在視距(LOS)范圍時，即貧散射環境，這時MIMO的效用全無。如果使用本發明提供的多天線使用不同的碼組，不論在貧散射時或富散射時條件下都能正常有效的工作。下面結合附圖進行詳細說明。根據本發明的一個方面，這是提供了一種多碼正交頻分多路復用(MC-OFDM)傳輸方法，包括以下步驟1)首先構造一組等相關序列(碼)來實現多小區傳輸，它的基本參數是碼的長度(即碼片數)為N，N=2n。構造一組S等相關碼，當S〉2時，碼間的最小互相關值Rs(Si，Sj，0)《4/N。蜂窩移動通信網組網要求S>7。要求等相關序列具有偽噪聲特性，即其離散傅立葉(Fourier)變換DFT各分量系數的模絕對值相等。也就是說各離散頻譜分量的絕對值相同，具有類似噪聲的特性。已知由Bent函數生成的序列具有上述特性，類似地，幾乎Bent函數生成的序列也具有幾乎偽噪聲特性。如果要求序列間的互相關值Rs(Si，Sj，0)《1/4，l/4<l/e那么N^16出。2)根據已有的一組S個等相關序列，通過一個標準的NXN的Hadamard矩陣進行序列數的擴展，特別是使用Walsh—Hadamard矩陣來進行序列擴展。擴展的方法是通過等相關序列陣[S]與Hadamard矩陣[H]的直積(KroneckerProduct)進行擴展,得到S組每組N個序列共M二SXN個序列。因為序列的偽隨機性他們之間及不同頻率不同碼之間的干擾(ICCI)應當最小。當N46，Rs(Si，Sj，0)=1/4時，共有128個序列(碼)可用。可以劃分成8個小區(大于7)。3)為了消除多徑干擾，通過構造其相關互補碼可以消除一個碼片(Tc)的多徑干擾，因為OFDM系統的一個符號持續時間比較長，其循環前綴(CP)的持續時間通常大于多徑傳播時間，故消除一個Tc的碼間的相關性是足夠的。因為碼的長度為N:2^4m，m為正整數，所以相關互補碼可由相應的4位碼的相關互補碼生成。4位碼可分成兩類，每類4個碼相關正交，它們是第一類-++—++_+++---其相關互補碼為+_+++---+++_++_+第二類:+++++_+_++——其相關互補碼為+_+—+一一++■+++——這樣就得到S個N位長的相關互補序列，稱原序列為X序列，其相關互補序列為Y序列。顯而易見Y序列也是一組等相關序列的相關互補序列，也就是說，等相關序列的相關互補序列仍是一水s等相關序列。特別當X序列是Bent或幾乎Bent序列時，其相關互補序列Y也是一組Bent或幾乎Bent序列。4)選定一個序列的長度Ts=2NTc，它也是OFDM系統一水有用符號持續時間，因而頻碼間的相關函數可表示為Rcf(Cj，Cj，fl，ft2，……所以其頻間的互相關函數為t)，因為OFDM系統的載波間頻譜為kffk丄，R=l，丄1cos2;rA:^^^丄cos2;rA:A/魄A/=上式為頻間相關值的差頻項，其和頻項已經濾除。記碼的各位值為C;,C,2,…C,w，因而頻碼間的相關函數為Zj^"C;C;cos2;rM/W實際上是載波間差頻的積分，即差頻為1，2，……個周期的分段(2N段)積分，因為其積分值為S的2^4/^，所以在Ts區間里有1^1，2，……個周期，故其增量對于Ts/2是對稱的，所以如果CiCj相對于Ts/2處是反對稱的則頻碼間的互相關值，亦即頻碼間干擾(ICCI)為零。因為^0M)是周期的，所以在Ts區間其和為零。因而如果《c;的相關值全相同，ICCI也是零。顯然構造此理想的一組碼是不可能的，但如果碼有足夠隨機性，其頻碼間干擾應當是最小的。5)根據使用的頻段和移動速度，確定一個OFDM系統的各項主要參數，計算出相關帶寬和相關時間以便確定符號的持續時間Ts。根據相應傳播條件，多徑延遲大小，得到符號的有效持續時間Tb和保護時間Tg(循環前綴CP的時間)Ts=Tb+Tg，由此得到頻率間隔^/=。確定FFT尺寸及采樣頻率，確定Tb和CP的采樣點數，確定可用載波數(留出足夠的保護頻帶)，數據載波和導頻載波數。=Z￡'C,C)cos2;rM/W因為現在的OFDM系統己有標準，不妨選擇一個準備對現有OFDM升級的標準27V=2"，n為正整數，"》5可求出碼片Tc的長度，約束條件為l/TcW，由此決定了N。計算實際MC擴頻帶寬Wk，通常取滾降系數《=0.25，Wk=W-1.25/Tc當(氣-1)丄2K時擴頻載波數附&=附c，當(附廣1)+<K，m*<mc，減少Wkj吏K=(附廣1)+再最終確定可傳送數據的擴頻載波數^(除去導頻載波)即得到可用的傳輸速率。6)擴頻數K的選擇每區有N個擴頻碼分成2段，上段為碼1到N/2(C,，q,…Q。)下段為碼N/2+l到N(Cw/2+1,...Cw)每段再分成2組，分別為前后N/4個碼，例如上段一組為cc…cM，M，L題每個OFDM系統選擇任何一組碼，不同小(扇)區或天線可選擇不同區的相應碼組。7)循環前綴加入每個碼長為2N位，分為X碼和相關互補Y碼，把原有的OFDM循環前綴CP區間分成X碼的循環前綴和Y碼的循環前綴兩段分別加在X碼前和Y碼前。本發明具有以下特別重要的效果1)大幅度提高OFDM系統的傳輸速率和頻譜利用效率；可以滿足新一代無線移動通信的需要；2)可以使OFDM系統在多小(扇)區環境下同頻組網，這也相應提高了頻譜利用效率；3)用于多入多出MIMO系統中可以在各種傳播環境不降低傳輸速度和質量；4)可使現有OFDM系統用簡單方法增加傳輸速度和提高頻譜效率；具體實施例方式以下以WiMAX系統為例，分步驟說明如何構造一個MC-OFDM系統l)提取WiMAX系統的OFDM的參數表一OFDM參數<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>間隔(ns)7001758844子載波間隔f11.16071429KHz可用符號時間Tb=l/f)89.6us保護時間T『Tb/811.2usOFDM時間Ts=Tb+Tg跳8us表二下行鏈路子載波的分配參數數值系統帶寬1.251020FFT(NFFT)048保護子載波數2286173345可用子載波數03數據子載波數963847681536導頻子載波數98283166162)選擇擴頻碼長度使2Tc<Tg2Tc<11.2取4T^ll,2us:Tg默契TC=2.8Ps2N=Tb/Tc=32，N=16Tb=32X3.8=89.6us，保護時間Tg=4Tc=11.2us3)選擇Bent序列，當N=16時，最小序列間相關為4/N=l/4此時S=8S,++++++++++++++++s2+++—+++_+++—---+s3++++++——+_+—_++—s4+++++——+++—一—+_+s5+++—++—++---H——h+s6+++++—+—+__+——++s7+++—+---+—++++_+s8+++一+—++++一++---4)確定可用載波數取a=0.25時Wk=(l+a)fc=446.43KHZMC-OFDM可用帶寬和可用載波數W(MHZ)1.255102017<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>5)構建8組正交序列(參見圖4)由[S]和[H]構成并生成其相關互補碼，以下是一個區16個碼例子(共有8區)6)對一個區的N個序列對其X部分和Y部分分別加入循環前綴碼片，圖5表示上例S2區碼分別加入2個循環碼前綴碼片7)選擇每個載波使用的擴頻碼為此首先分析上述碼組的頻碼間互相關函數，例如上述系統頻碼間干擾只在偶數頻率相差16A瞎在相關性，且除2種情況以外都為零。特別是在碼l到碼8段內8個碼間，頻碼間相關值不為零僅在4Af，8Af，12Af共5種情況不為零，且同相和正交項相同，而在各段的組內4個碼間只有頻率間隔為8Af時存在一個相關值不為零的干擾，見圖6。少量的頻碼間干擾可以通過接收處理來消除，例如利用多干擾檢測技術來消除。8)選擇不同小(扇)區的碼組不同小(扇)區使用不同區的碼，因為S碼是一個等相關碼，其最小值為4/N，當N-16時在同頻組網時，其相關值為1/4，並且頻碼間干擾小于1/4，考慮到不同小區天線的增益不同，原則上存在天線波束重疊部分才會產生頻碼間干擾，這將使用其他技術來降低。9)在存在多徑傳播時的性能分析圖7給出在存在1Tc(2.8us)多徑延遲時，上述碼一個組內的頻碼間互相關情況，可以看出頻碼間干擾僅在奇數倍頻率間隔時出現。在一段內，干擾最大值為一6db，且同頻時無干擾。因為多徑延遲本身的的幅度低10db左右，所以在有多徑延遲時頻碼間干擾在一15db左右。如果在選擇一組4個碼，其最大值為一9db，就更小了。10)計算傳輸速率和頻譜利用效率MC-OFDM系統的傳輸速率為Rmc=KiK2K3K4其中&為擴頻子載波數K2為擴頻子碼數K3為每子載波每符號傳輸速率K4為每符號傳送的比特數在使用QPSK時，上例中的K4等于2，當使用2，4，8，個碼時，不同系統帶寬的傳輸速率和頻譜效率見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>ll)碼長N的選擇如果增加N的長度，可使小(扇)區間的最大頻碼間互相關值進一步減小，當N=32時可得到S=7，Rs(0)=4/N=l/8(_9db)，而且最大可用碼數為16，增加了一倍，雖然可用載波數減少,但在系統帶寬較寬時傳輸速度仍有較大提高。上例中如選擇Tfl.4us，N=32在系統帶寬為5MHz時，可用頻率數為384，如傳送數據載波為90%時，數據傳送載波數可選為396個。這時QPSK最大傳輸速率(16個碼)達到109.84Mbps，如選擇干擾較小的8個碼，其傳輸速率也達到54.92Mbps，頻譜利用效率達到10.9。在給定希望達到的傳輸速率和頻譜利用率的范圍內使用較大的N為宜，因為N較大時頻碼間的干擾相對要減少。權利要求1、一種多碼OFDM傳輸方法，包括以下步驟1)將多路含有原始數據信息的OFDM符號進行串并變換，以便得到多路OFDM分支數據；2)利用等相關序列中的一組作為擴頻碼的等相關碼，對所述多路OFDM分支數據分別進行擴頻調制處理；3)對經過擴頻調制處理的所述多路OFDM分支數據分別添加循環前綴符號，然后經過組合后通過射頻系統發射。2、根據權利要求l所述的多碼OFDM傳輸方法，其中，所述一組等相關碼是所有碼互相關系數都相等的一組碼。3、根據權利要求2所述的多碼OFDM傳輸方法，其中，所述等相關碼的最小單元碼為4比特碼，包括兩類所述最小單元碼，第一類最小單元碼包括1110;1101;1011;1000第二類最小單元碼包括1111;1010;1100;1001。4、根據權利要求3所述的多碼OFDM傳輸方法，其中，利用互補變換器對第一類最小單元碼進行互補變換，得到對應的四個第一類最小單元相關互補碼:1011;1000;1110;1101;利用互補變換器對第二類最小單元碼進行互補變換，得到對應的四個第二類最小單元相關互補碼1010;1111;1001;1100。5、根據權利要求3所述的多碼OFDM傳輸方法，其中，利用組合器對所述四個第一類最小單元碼進行任意組合，形成碼長為4的整數倍的第一類等相關擴頻碼；或者利用組合器對所述四個第二類最小單元碼進行任意組合，形成碼長為4的整數倍的第二類等相關擴頻碼。6、根據權利要求5所述的多碼OFDM傳輸方法，其中，所述任意組合包括對一個最小單元碼累加；對一個最小單元碼和其反碼累加；以及對不同的最小單元碼累加。7、根據權利要求5所述的多碼OFDM傳輸方法，其中，利用組合器對所述四個第一類最小單元相關互補碼進行任意組合，形成碼長為4的整數倍的第一類等相關互補擴頻碼；或者利用組合器對所述四個第二類最小單元相關互補碼進行任意組合，形成碼長為4的整數倍的第二類等相關互補擴頻碼。8、根據權利要求7所述的多碼OFDM傳輸方法，其中，所述任意組合包括對一個最小單元相關互補碼累加；對一個最小單元相關互補碼和其反碼累加；以及對同一類的不同最小單元相關互補碼累加。9、根據權利要求7所述的多碼OFDM傳輸方法，其中所述作為擴頻碼的等相關碼通過以下步驟之一形成利用組合器組合所述第一類等相關擴頻碼和第一類等相關互補擴頻碼；或者利用組合器組合所述第二類等相關擴頻碼和第二類等相關互補擴頻碼。10、一種多碼OF函傳輸設備，包括將多路含有原始數據信息的OFDM符號進行串并變換以便得到多路OFDM分支數據的裝置；利用等相關序列中的一組作為擴頻碼的等相關碼，對所述多路OFDM分支數據分別進行擴頻調制處理的裝置；對經過擴頻調制處理的所述多路OFDM分支數據分別添加循環前綴符號，然后經組合后通過射頻系統發射的裝置。全文摘要本發明公開了一種多碼OFDM傳輸方法，包括以下步驟首先根據使用的頻段及移動速度，確定一個OFDM的系統，以便得到經過串并交換多路OFDM符號；利用一組擴頻碼字對所述多路含有數據信息的OFDM符號進行擴頻調制處理；對經過擴頻調制處理的多路符號分別添加循環前綴符號，經組合后通過射頻系統發射，本發明的一組擴頻碼字是能夠使不同子載波間的頻碼干擾ICCI等于零或其值很小的一組碼字。文檔編號H04L27/26GK101488930SQ20081000053公開日2009年7月22日申請日期2008年1月18日優先權日2008年1月18日發明者張振宇,段世平,陳俊璧申請人:重慶無線綠洲通信技術有限公司