专利名称：多载波同步cdma传输方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及码分多址(CDMA)和正交频分多路(OFDM)无线通信领域，特别涉及多载波同步CDMA传输方法及其设备。
背景技术：
正交频分多路(OFDM)传输技术已被广泛应用于通信系统，在无线移动通信系统中，由于传播条件的影响，通常要采用各种编码交织和分集来对抗衰落信道的各种影响。
OFDM本质上是一种多路技术，在多址通信中，不能以单个载波作为最小传输单元，分配给不同地址，而通常采用OFDMA作为多址方式，这样就降低了传输效率。此外，为了降低频带外对相邻频带的干扰通常在通带内可使用得多载波仅占带宽的85％以下，这也是一个缺陷。
码分多址(CDMA)是一种以波形划分为基础的多址技术，在移动通信中已被广泛使用，并且可使频谱利用系数达到1，即在相邻小(扇)区使用相同的频谱。
非同步CDMA系统由于其地址间干扰(MAI)和符号间干扰(ISI)，在多径传输环境中可用地址数大打折扣，通常仅为正交码数量的1/3左右。
LAS-CDMA技术[1]使用了具有零相关窗的码，从而使MAI和ISI在窗口内降为零，因而不需要精确的功率控制技术，改善了系统性能。但是LAS-CDMA技术中可使用码的数量受窗口大小限制，通常能利用的码数为N/W，N为码的长度，W为窗口长度，单位为码片Tc，要保证不受到多径传播影响，必须有足够的W长度，从而可用的码的数量大打折扣，比传统CDMA多不了多少。
把OFDM和CDMA结合起来似乎是一种好的方法。目前主要有三种多载波CDMA(MC-CDMA)[2]，多载波直扩CDMA(MC-DS-CDMA)[3]，这两种方式主要用于改善OFDM性能，子载波之间不存在干扰。多音CDMA(MT-CDMA)[4]子载波间由于有重叠，从而提高了系统传输能力。
然而，简单的MT-CDMA，由于存在不同子载波间的频码干扰(ICCI)，而不仅是OFDM系统中的子载波间干扰(ICI)，通常ICCI不能靠提高发射功率来降低，因为信号增强干扰也增强，所以MT-CDMA其比特误码率(BER)曲线随着信噪比(Eb/N0)的增加而出现平坦，这时噪声已不再重要，而ICCI限制了性能改善。
为了降低(ICCI)可使用多用户检测技术，但当子载波和码的数量都很大时，实际上已不可用，通常仅适用少数子载波(如2，4，8)。
使用LAS-CDMA技术或具有零(或低)相关窗的码似乎可改善MT-CDMA系统性能[5]，但实际上ICCI不仅与码间的互相关性质有关，还与码的逐位自相关和互相关函数有关。因为具有零或低相关窗的码在载波间不再具有零或低的相关值的性质，有时会在多个符号区间内累加到相当的大，且不随信号强度的增加而改变。
子载波间的码的相互干扰分成2种，即异频同码和异频异码，只有这两种干扰都降低，系统才可用。
因而对MT-CDMA系统，首先要求使用的扩频码具有好的自相关函数和互相关函数，在同一载波内，扩频码之间干扰应消除或很少。其次在子载波间码的频码间互相关函数--也具有良好性质，即最好处处为零。然而这是不可能的。因为这时比通常CDMA的扩频码提出更加严格的要求，因而其数量比各种零相关窗的码还要少，或者零相关窗更小。
本发明提出一种多载波同步CDMA方法，其载波间频率间隔为符号持续时间的倒数，与OFDM相同，由于使用扩频码使传输速率增加一倍以上。由于使用特殊的扩频码当传输速率增加一倍时，其频码间干扰理论上为零。
发明内容
本发明的目的是提供了一种比OFDM频谱利用率高一倍的多载波同步CDMA传输方法及其设备。
根据本发明的一个方面，这里提供了一种多载波同步CDMA传输方法，包括以下步骤 1)首先根据使用的频段及移动速度，确定一个OFDM的系统，以便得到经过串并变换的两路含有原始数据信息的OFDM符号； 2)利用一对扩频码字对所述两路含有原始数据信息的OFDM符号进行扩频调制处理； 3)对经过扩频调制处理的两路符号分别添加循环前缀符号，经组合后通过射频系统发射。
在本发明的多载波同步CDMA传输方法中，所述一对扩频码字是能够使不同子载波间的频码干扰ICCI等于零的一对码字。所述的扩频码字的逐位相关函数对于N/2反对称。
上述的一对扩频码字的基本码字是C1和C2，其中，C11111，C21010。其中，扩频码字C1和C2的逐位自相关值和C1和C2的逐位互相关值对于N/2反对称或者全相同。
在一个实施例中，所述一对扩频码字是基本码字C1和C2或者是它们的整数倍。
在另一个实施例中，所述的一对扩频码字分别为 或者 在再一个实施例中，所述的一对扩频码字可以是， C51101 1101 C61000 1000或者 C71110 1110 C81011 1011 以便当多径延迟为1码片之内时，除了延迟在1码片有小的干扰外，其它干扰为零。
其中，所选扩频码字的码片长度Tc＝Ts/N，其中Ts是OFDM符号长度。
根据本发明的另一方面，这里提供了一种多载波同步CDMA传输设备，包括 把待传数据串/并变换成2路OFDM载波的并行数据的装置； 将每路所述并行数据再串/并变换到相应的映射数据的装置； 将所述映射数据变换到时域的傅里叶逆变换装置； 将两路所述时域信号分别用扩频码字C1和C2进行扩频调制的装置；以及 对经过扩频调制处理的两路符号分别添加循环前缀符号的装置。
其中，所述的扩频码字C1和C2是能够使不同子载波间的频码干扰ICCI等于零的一对码字。
采用上述技术措施可以把OFDM的传输速率提高一倍。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1为两频间的互相关函数； 图2为本发明系统实现的方框图。
具体实施例方式 两频间的互相关函数 设2个频率分别为f0和f1，Δf＝f1-f0，频间的互相关函数为Rc(Δf，τ)，Δf＝mfc，m＝1/N，N为扩频码长度，fc＝1/Tc，Tc为码片(chip)长度。fα＝kfc，k为正整数。τ为时间偏移， 其中Rcu(Δf，τ)为频间互相关函数的和频项，Rcd(Δf，τ)为频间互相关函数的差频项。
在接收机和频项被滤除，故只考虑差频项，为简单起见记Rcd(Δf，τ)为Rc(Δf，τ)， 令τ＝iTc，T＝NTc＝(i+j)Tc，即把符号区间按扩频码的长度分成N个子区间，这里i+j＝N。归一化信号幅度约 给定N和m，可以得到i从0到N时的Rc(Δf，τ)值，例如当N＝8，m＝1/8时的Rc(Δf，τ)值， 表1 m＝1/4和m＝1/8时的Rc(m，j)值
当m＝1/4时 可见当子载波频率间隔增加一倍时，其相关函数的模降低一倍。
不同的值的Rc(Δf，τ)波形见附图1，其形态为负正弦波形，而载波的能量为NTc/2。
相关函数是一个累加值，即在函数相关区间的积分值，在加入扩频码后积分值是没有意义的。需要知道在一个给定区间(如Tc)的数值，这个实际上是相关函数的增量，如果由在τ＝0时T＝NTc的相关值减去τ＝0时T＝(N-1)Tc的相关值，即可得到(N-1)Tc时的互相关值的平均值。这样可以得到相应各码片的频率间互相关函数值，相当一个幅度取值连续的序列。
同样对于扩频码也应计算逐位(码片)互相关值， 例如码1，C1+++-++-+ 其逐位自相关值为
又如码2，C2+++---+- 其逐位自相关值为
码1和码2的逐位互相关值
研究载波间的互相关函数可知当符号持续时间为NTc时，其逐位互相关值是一个对N/2对称的特性，不论载波间隔kf，k＝1，2，3…，均是如此。例如当N＝16时，不论k值时的频码“逐位”互相关值见表二，其中Δf＝1/NTc＝1/Ts，Ts为符号长度，如果把码分成4段，则各半区前后两段在频率间隔Δf为整数时为反对称，在频率间隔Δf为偶数时对称。
频间互相关值相对于N/2对称，给扩频码得选择提出了严格要求。这就是扩频码的逐位相关函数应当对于N/2反对称。
扩频码的选择要求 扩频码应具有良好的自相关函数，即除原点外为零； 扩频码间应具有良好的互相关函数，即处处为零； 扩频码的逐位自相关和互相关函数应对于N/2反对称； 在满足上述条件才有 MAI＝0 ICCI＝0 ICI＝0 然而满足上述要求的码不存在，因而退而求其次，放弃对自相关函数要求(OFDM符号内的自相关是很差的)，这时只有一对码，不过这已经足够用了，他可以把OFDM的传输速率提高一倍。
表2频率间隔为kΔf时不同Tc时的频间互相关值(Δf＝1/Ts)
ai，bj，ck，dm为区间内频间互相关均值 本发明的码分多址(CDMA)和正交频分多路(OFDM)无线通信可以通过以下方式实现 首先根据使用的频段及移动速度，确定一个OFDM的系统，包括OFDM符号长度Ts，子载波间隔，载波数，导频设置等。
其次根据相应频段和移动速度的相关带宽和相关时间选择扩频码N，N＝2n，n为正整数。码片长度Tc＝Ts/N，1/Tc应当大于相关带宽fc以使具有抗选择性衰落的能力。
单载波扩频后占用带宽为fc(1+α)，其中α为滚降系数，通常α＝0.25左右， OFDM符号扩频后带宽为使用载波数k与载波间隔的乘积与上述值之和，若使用子载波数为K，则扩频后系统带宽为W W＝(K-1)fc/N+fc(1+α)＝[(1+α)+(k-1)/N]fc 第三步，确定系统保护间隔，在OFDM中使用循环前缀来消除多径延迟造成的载波间干扰ICI，在本系统中不使用OFDM符号的循环前缀，而使用扩频后的循环前缀，其长度等于一个或者数个码片长度，也可以小于1个码片长度，视码片长度Tc与多径时延的值而定，通常此循环前缀值小于1个Tc。
第四步选定扩频码，可用得使ICCI等于零的码只有一对，---它们是4位码 C1++++ C2+-+-的整数倍。
因此，本发明的多载波同步CDMA传输方法包括以下步骤 1)首先根据使用的频段及移动速度，确定一个OFDM的系统，以便得到经过串并变换的两路OFDM符号； 2)利用一对扩频码字对所述两路含有数据信息的OFDM符号进行扩频调制处理； 3)对经过扩频调制处理的两路符号分别添加循环前缀符号，经组合后通过射频系统发射。
实现上述方法的设备如图2所示，待传数据经串/并变换成2路OFDM载波的并行数据，根据采用的调制方式，每路并行数据再做串并变换到相应的映射数据，然后经IFFT变到时域，二倍时域信号分别经过扩频码C1和C2扩频。
把扩频码加入扩频后的循环前缀，然后组合后送到射频系统，在接收方接收到的信号去掉循环前缀值，再经解扩和FFT及解调得到数据。
尽管图2提供了一个通信系统的示意图，但是本发明不限于此。本发明主要是提供一种适于CDMA与OFDM通信的多载波同步CDMA传输设备，该设备包括 把待传数据串/并变换成2路OFDM载波的并行数据的装置； 将每路所述并行数据再串/并变换到相应的映射数据的装置； 将所述映射数据变换到时域的傅里叶逆变换装置； 将两路所述时域信号分别用扩频码字C1和C2进行扩频调制的装置；以及 对经过扩频调制处理的两路符号分别添加循环前缀符号的装置。
下面举例说明 设一个运行在3.5GHz的802.16系统，移动速度为120km/h，可得到多普勒频移fd＝408Hz。相关时间为1.03ms，相关带宽为10kHz。当带宽为5MHz时， 使用子载波间隔为11.160729KHz 使用符号长度为89.6us 保护时间为11.2us OFDM符号长度为100.8us。
这时可使用子载波数为426个，其中384个用于传送数据，42个用于传送导频符号，使用512点的FFT和IFFT，保护子载波数为86个，子载波利用率为83.2％。
使用16位扩频的Tc＝5.6us，设滚降系数α＝0.25，则系统带宽为 使用扩频码为 C1++++ ++++ ++++ ++++ C2+-+- +-+- +-+- +-+- 11.2us保护时间，此时可放入2个扩频符号。放在扩频符号前端为2个Tc长度。已经足够应付多经延迟。
变成 C1(+)++++ ++++ (+)++++ ++++ C2(-)+-+- +-+- (-)+-+- +-+- 现在来看C1和C2的周期性逐位相关值
可以有到码C1及C2的逐位自相关值和C1与C2的逐位互相关值相对于N/2是反对称的，或者是全相同的。由表2可知在前后N/2区间内其前后4位是相反的，故可知ICCI在所有的子载波之间均为零。
因而系统比OFDM系统增加了一倍。
当多经延迟超过一个码元时，因为使用2个码元的循环扩频前缀。ICCI仍为零。
现在看另一组码 C3(-)++-- ++-- (-)++-- ++-- C4(+)+--+ +--+ (+)+--+ +--+ 其逐位自相关和互相关值为
可以看到C3与C4在相对延迟为1Tc时，其互相关值为16。这在一个子载波内2个码有较大的干扰且不可消除。因而C3与C4是不可用的。如果要进一步提高传输数率，可加入C3，下面给出C1，C2与C3的逐位互相关值。
C1与C3在延迟1Tc时其逐位互相关值为-++- -++- -++- -++-。对于kΔf，当k＝4和12时会出现干扰，不过因为此时干扰已较小，可以通过多用户检测、干扰抵消等技术来降低。
在使用3个码情况时，传输数率可增加3倍。
一般来说对频率间扩频码的要求为 频差kΔf，k为任何正整数，时延为nTC n为0、1...N/2-1，则第m位两码间的互相关值Rm应当有 RN/2-i-1＝-RN/2+i 其中i＝0、1、2...、N/2+1 当i＝0 RN/2-1＝-RN/2 当i＝N/2-1 R0＝RN-1 码的扩展和变换 通过对基本码组的组合和变换可以生成各种可用长度的码 通过直积(Kroneckzer Prodact)的扩展 这时码的长度增加一倍。
同样可以生成长度为16、32...更长的码。
码C1和C2的组合码 此时循环前缀应分别放在前后半段的第一位。
如果限制多径延迟在1TC之内，下面的码除了在延迟在1TC有小的干扰外其它干扰为零。
C5++-+ ++-+ C6+--- +--- 和 C7+++- +++- C8+-++ +-++ 尽管已经结合具体实例说明了本发明，但是以上说明仅仅用于解释而不是限制。本发明的保护范围由所附权利要求确定。
权利要求
1.一种多载波同步CDMA传输方法，包括以下步骤
1)首先根据使用的频段及移动速度，确定一个OFDM的系统，以便得到经过串并变换的两路含有原始数据信息的OFDM符号；
2)利用一对扩频码字对所述两路含有原始数据信息的OFDM符号进行扩频调制处理；
3)对经过扩频调制处理的两路符号分别添加循环前缀符号，经组合后通过射频系统发射。
2.根据权利要求1所述的多载波同步CDMA传输方法，其中，所述一对扩频码字是能够使不同子载波间的频码干扰ICCI等于零的一对码字。
3.根据权利要求2所述的多载波同步CDMA传输方法，其中，所述一对扩频码字的基本码字是C1和C2，其中，
C11111
C21010。
4.根据权利要求3所述的多载波同步CDMA传输方法，其中，所述一对扩频码字是基本码字C1和C2或者其整数倍。
5.根据权利要求3所述的多载波同步CDMA传输方法，其中，所述一对扩频码字分别为
或者
6.根据权利要求1所述的多载波同步CDMA传输方法，其中所述一对扩频码字分别为
C51101 1101
C61000 1000或者
C71110 1110
C81011 1011
当多径延迟为1码片之内时，除了延迟在1码片有小的干扰外，其它干扰为零。
7.根据权利要求1所述的多载波同步CDMA传输方法，其中所述扩频码字的逐位相关函数对于N/2反对称。
8.根据权利要求3所述的多载波同步CDMA传输方法，其中扩频码字C1和C2的逐位自相关值和C1和C2的逐位互相关值对于N/2反对称或者全相同。
9.根据权利要求1所述的多载波同步CDMA传输方法，其中，所选扩频码字的码片长度Tc＝Ts/N，其中Ts是OFDM符号长度。
10.一种多载波同步CDMA传输设备，包括
把待传数据串/并变换成2路OFDM载波的并行数据的装置；
将每路所述并行数据再串/并变换到相应的映射数据的装置；
将所述映射数据变换到时域的傅里叶逆变换装置；
将两路所述时域信号分别用扩频码字C1和C2进行扩频调制的装置；以及
对经过扩频调制处理的两路符号分别添加循环前缀符号的装置。
11.根据权利要求10所述的多载波同步CDMA传输设备，其中所述的扩频码字C1和C2是能够使不同子载波间的频码干扰ICCI等于零的一对码字。
全文摘要
本发明公开了一种多载波同步CDMA传输方法，包括以下步骤首先根据使用的频段及移动速度，确定一个OFDM的系统，以便得到经过串并变换的两路OFDM符号；利用一对扩频码字对所述两路含有数据信息的OFDM符号进行扩频调制处理；对经过扩频调制处理的两路符号分别添加循环前缀符号，经组合后通过射频系统发射。本发明的一对扩频码字是能够使不同子载波间的频码干扰ICCI等于零的一对码字。
文档编号H04J13/02GK101355539SQ20071013018
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月24日 优先权日2007年7月24日
发明者陈俊璧, 卫 陈, 段世平 申请人:重庆无线绿洲通信技术有限公司