专利名称：：多码ofdm传输方法及其设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种多码正交频分多路OFDM无线通信领域，特别涉及多码OFDM传输方法及设备。本发明还涉及多小(扇)区和多天线多入多出(MIMO)无线移动通信领域，特别涉及减少小区间干扰及多天线间干扰，提供OFDM同频组间的方法及其设备。
背景技术：
：正交频分多路(OFDM)传输技术己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的子载波仅占带宽的85%以下，这也是一个缺陷。此外，OFDM系统通常不能同频组网，在多小(扇)区组网条件下其频谱效率大大降低。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l，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[l]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，要保证不受到传播影响，必须有足够的W长度，从而可用的数量大打折扣，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。目前主要有三禾巾多载波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/NO)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，有时候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MC—0FDM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Rcf(t)也应具有良好性质，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。本发明提出一种多码OFDM传输方法，其载波间隔为符号持续时间的倒数，与OFDM相同，由于使用等相关扩频码使传输速率增加数倍以上且可供多小区使用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频谱利用率高的多多码OFDM传输方法及其设备。一种多码OFDM传输方法，包括以下步骤1)将多路含有原始数据信息的OFDM符号进行串并变换，以便得到多路OFDM分支数据；2)利用等相关序列中的一组作为扩频码的等相关码，对所述多路OFDM分支数据分别进行扩频调制处理；3)对经过扩频调制处理的所述多路OFDM分支数据分别添加循环前缀符号，然后经过组合后通过射频系统发射。其中，所述一组等相关码是所有码互相关系数都相等的组码。其中，所述等相关码的最小单元码为4比特码，包括两类所述最小单元码，第一类最小单元码包括1110;1101;1011;1000第二类最小单元码包括1111;1010;1100;1001。其中，利用互补变换器对第一类最小单元码进行互补变换，得到对应的四个第一类最小单元相关互补码1011;1000;1110;1101;利用互补变换器对第二类最小单元码进行互补变换，得到对应的四个第二类最小单元相关互补码1010;1111;1001;1100。其中，利用组合器对所述四个第一类最小单元码进行任意组合，形成码长为4的整数倍的第一类等相关扩频码；或者利用组合器对所述四个第二类最小单元码进行任意组合，形成码长为4的整数倍的第二类等相关扩频码。其中，所述任意组合包括对一个最小单元码累加；对一个最小单元码和其反码累加；以及对不同的最小单元码累加。其中，利用组合器对所述四个第一类最小单元相关互补码进行任意组合，形成码长为4的整数倍的第一类等相关互补扩频码；或者利用组合器对所述四个第二类最小单元相关互补码进行任意组合，形成码长为4的整数倍的第二类等相关互补扩频码。其中，所述任意组合包括对一个最小单元相关互补码累加；对一个最小单元相关互补码和其反码累加；以及对同一类的不同最小单元相关互补码累加。其中，所述作为扩频码的等相关码通过以下步骤之一形成利用组合器组合所述第一类等相关扩频码和第一类等相关互补扩频码；或者利用组合器组合所述第二类等相关扩频码和第二类等相关互补扩频码。一种多码OFDM传输设备，包括将多路含有原始数据信息的OFDM符号进行串并变换以便得到多路OFDM分支数据的装置；利用等相关序列中的一组作为扩频码的等相关码，对所述多路OFDM分支数据分别进行扩频调制处理的装置；对经过扩频调制处理的所述多路OFDM分支数据分别添加循环前缀符号，然后经组合后通过射频系统发射的装置。本发明的优点是，比OFDM系统频谱利用效率高的多且可多小(扇)区同频组网。图1是MC-OFDM系统的方框图；图2是MC-OFDM的频率配置9图3是S:8，N46时的一种等相关序列；图4是经过[H]矩阵扩展后的一个区的16个序列；图5是经过添加相关互补序列得到X序列和Y序列；图6是图3序列上段码1与其余各码的频码间相关函数值;图7是不同区间S4和S:5频码间相关值；图8是同一小区在多径延迟Ar^7;时频码间互相关值。具体实施例方式现有的OFDM系统在移动通信环境下不能同频组网，因而频谱利用效率大为降低，对于通常的蜂窝网其频谱效率降低到1/7以下，本发明的而MC—0FDM系统的优点恰是可以同频组网。本发明提供的方法可以使多小(扇)区间的干扰降低到可以接收的限度以下。多天线(多入多出MIMO)传输技术是提高传输速率和效率及可靠性的有效方法。通常要求富散射传播环境使多天线的传输参数统计独立。但当移动终端和基站天线在视距(LOS)范围时，即贫散射环境，这时MIMO的效用全无。如果使用本发明提供的多天线使用不同的码组，不论在贫散射时或富散射时条件下都能正常有效的工作。下面结合附图进行详细说明。根据本发明的一个方面，这是提供了一种多码正交频分多路复用(MC-OFDM)传输方法，包括以下步骤1)首先构造一组等相关序列(码)来实现多小区传输，它的基本参数是码的长度(即码片数)为N，N=2n。构造一组S等相关码，当S〉2时，码间的最小互相关值Rs(Si，Sj，0)《4/N。蜂窝移动通信网组网要求S>7。要求等相关序列具有伪噪声特性，即其离散傅立叶(Fourier)变换DFT各分量系数的模绝对值相等。也就是说各离散频谱分量的绝对值相同，具有类似噪声的特性。已知由Bent函数生成的序列具有上述特性，类似地，几乎Bent函数生成的序列也具有几乎伪噪声特性。如果要求序列间的互相关值Rs(Si，Sj，0)《1/4，l/4<l/e那么N^16出。2)根据已有的一组S个等相关序列，通过一个标准的NXN的Hadamard矩阵进行序列数的扩展，特别是使用Walsh—Hadamard矩阵来进行序列扩展。扩展的方法是通过等相关序列阵[S]与Hadamard矩阵[H]的直积(KroneckerProduct)进行扩展,得到S组每组N个序列共M二SXN个序列。因为序列的伪随机性他们之间及不同频率不同码之间的干扰(ICCI)应当最小。当N46，Rs(Si，Sj，0)=1/4时，共有128个序列(码)可用。可以划分成8个小区(大于7)。3)为了消除多径干扰，通过构造其相关互补码可以消除一个码片(Tc)的多径干扰，因为OFDM系统的一个符号持续时间比较长，其循环前缀(CP)的持续时间通常大于多径传播时间，故消除一个Tc的码间的相关性是足够的。因为码的长度为N:2^4m，m为正整数，所以相关互补码可由相应的4位码的相关互补码生成。4位码可分成两类，每类4个码相关正交，它们是第一类-++—++_+++---其相关互补码为+_+++---+++_++_+第二类:+++++_+_++——其相关互补码为+_+—+一一++■+++——这样就得到S个N位长的相关互补序列，称原序列为X序列，其相关互补序列为Y序列。显而易见Y序列也是一组等相关序列的相关互补序列，也就是说，等相关序列的相关互补序列仍是一水s等相关序列。特别当X序列是Bent或几乎Bent序列时，其相关互补序列Y也是一组Bent或几乎Bent序列。4)选定一个序列的长度Ts=2NTc，它也是OFDM系统一水有用符号持续时间，因而频码间的相关函数可表示为Rcf(Cj，Cj，fl，ft2，……所以其频间的互相关函数为t)，因为OFDM系统的载波间频谱为kffk丄，R=l，丄1cos2;rA:^^^丄cos2;rA:A/魄A/=上式为频间相关值的差频项，其和频项已经滤除。记码的各位值为C;,C,2,…C,w，因而频码间的相关函数为Zj^"C;C;cos2;rM/W实际上是载波间差频的积分，即差频为1，2，……个周期的分段(2N段)积分，因为其积分值为S的2^4/^，所以在Ts区间里有1^1，2，……个周期，故其增量对于Ts/2是对称的，所以如果CiCj相对于Ts/2处是反对称的则频码间的互相关值，亦即频码间干扰(ICCI)为零。因为^0M)是周期的，所以在Ts区间其和为零。因而如果《c;的相关值全相同，ICCI也是零。显然构造此理想的一组码是不可能的，但如果码有足够随机性，其频码间干扰应当是最小的。5)根据使用的频段和移动速度，确定一个OFDM系统的各项主要参数，计算出相关带宽和相关时间以便确定符号的持续时间Ts。根据相应传播条件，多径延迟大小，得到符号的有效持续时间Tb和保护时间Tg(循环前缀CP的时间)Ts=Tb+Tg，由此得到频率间隔^/=。确定FFT尺寸及采样频率，确定Tb和CP的采样点数，确定可用载波数(留出足够的保护频带)，数据载波和导频载波数。=Z￡'C,C)cos2;rM/W因为现在的OFDM系统己有标准，不妨选择一个准备对现有OFDM升级的标准27V=2"，n为正整数，"》5可求出码片Tc的长度，约束条件为l/TcW，由此决定了N。计算实际MC扩频带宽Wk，通常取滚降系数《=0.25，Wk=W-1.25/Tc当(气-1)丄2K时扩频载波数附&=附c，当(附广1)+<K，m*<mc，减少Wkj吏K=(附广1)+再最终确定可传送数据的扩频载波数^(除去导频载波)即得到可用的传输速率。6)扩频数K的选择每区有N个扩频码分成2段，上段为码1到N/2(C,，q,…Q。)下段为码N/2+l到N(Cw/2+1,...Cw)每段再分成2组，分别为前后N/4个码，例如上段一组为cc…cM，M，L题每个OFDM系统选择任何一组码，不同小(扇)区或天线可选择不同区的相应码组。7)循环前缀加入每个码长为2N位，分为X码和相关互补Y码，把原有的OFDM循环前缀CP区间分成X码的循环前缀和Y码的循环前缀两段分别加在X码前和Y码前。本发明具有以下特别重要的效果1)大幅度提高OFDM系统的传输速率和频谱利用效率；可以满足新一代无线移动通信的需要；2)可以使OFDM系统在多小(扇)区环境下同频组网，这也相应提高了频谱利用效率；3)用于多入多出MIMO系统中可以在各种传播环境不降低传输速度和质量；4)可使现有OFDM系统用简单方法增加传输速度和提高频谱效率；具体实施例方式以下以WiMAX系统为例，分步骤说明如何构造一个MC-OFDM系统l)提取WiMAX系统的OFDM的参数表一OFDM参数<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>间隔(ns)7001758844子载波间隔f11.16071429KHz可用符号时间Tb=l/f)89.6us保护时间T『Tb/811.2usOFDM时间Ts=Tb+Tg跳8us表二下行链路子载波的分配参数数值系统带宽1.251020FFT(NFFT)12851210242048保护子载波数2286173345可用子载波数1064268511703数据子载波数963847681536导频子载波数98283166162)选择扩频码长度使2Tc<Tg2Tc<11.2取4T^ll,2us:Tg默契TC=2.8Ps2N=Tb/Tc=32，N=16Tb=32X3.8=89.6us，保护时间Tg=4Tc=11.2us3)选择Bent序列，当N=16时，最小序列间相关为4/N=l/4此时S=8S,++++++++++++++++s2+++—+++_+++—---+s3++++++——+_+—_++—s4+++++——+++—一—+_+s5+++—++—++---H——h+s6+++++—+—+__+——++s7+++—+---+—++++_+s8+++一+—++++一++---4)确定可用载波数取a=0.25时Wk=(l+a)fc=446.43KHZMC-OFDM可用带宽和可用载波数W(MHZ)1.255102017<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>5)构建8组正交序列(参见图4)由[S]和[H]构成并生成其相关互补码，以下是一个区16个码例子(共有8区)6)对一个区的N个序列对其X部分和Y部分分别加入循环前缀码片，图5表示上例S2区码分别加入2个循环码前缀码片7)选择每个载波使用的扩频码为此首先分析上述码组的频码间互相关函数，例如上述系统频码间干扰只在偶数频率相差16A瞎在相关性，且除2种情况以外都为零。特别是在码l到码8段内8个码间，频码间相关值不为零仅在4Af，8Af，12Af共5种情况不为零，且同相和正交项相同，而在各段的组内4个码间只有频率间隔为8Af时存在一个相关值不为零的干扰，见图6。少量的频码间干扰可以通过接收处理来消除，例如利用多干扰检测技术来消除。8)选择不同小(扇)区的码组不同小(扇)区使用不同区的码，因为S码是一个等相关码，其最小值为4/N，当N-16时在同频组网时，其相关值为1/4，並且频码间干扰小于1/4，考虑到不同小区天线的增益不同，原则上存在天线波束重叠部分才会产生频码间干扰，这将使用其他技术来降低。9)在存在多径传播时的性能分析图7给出在存在1Tc(2.8us)多径延迟时，上述码一个组内的频码间互相关情况，可以看出频码间干扰仅在奇数倍频率间隔时出现。在一段内，干扰最大值为一6db，且同频时无干扰。因为多径延迟本身的的幅度低10db左右，所以在有多径延迟时频码间干扰在一15db左右。如果在选择一组4个码，其最大值为一9db，就更小了。10)计算传输速率和频谱利用效率MC-OFDM系统的传输速率为Rmc=KiK2K3K4其中&为扩频子载波数K2为扩频子码数K3为每子载波每符号传输速率K4为每符号传送的比特数在使用QPSK时，上例中的K4等于2，当使用2，4，8，个码时，不同系统带宽的传输速率和频谱效率见下表<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>ll)码长N的选择如果增加N的长度，可使小(扇)区间的最大频码间互相关值进一步减小，当N=32时可得到S=7，Rs(0)=4/N=l/8(_9db)，而且最大可用码数为16，增加了一倍，虽然可用载波数减少,但在系统带宽较宽时传输速度仍有较大提高。上例中如选择Tfl.4us，N=32在系统带宽为5MHz时，可用频率数为384，如传送数据载波为90%时，数据传送载波数可选为396个。这时QPSK最大传输速率(16个码)达到109.84Mbps，如选择干扰较小的8个码，其传输速率也达到54.92Mbps，频谱利用效率达到10.9。在给定希望达到的传输速率和频谱利用率的范围内使用较大的N为宜，因为N较大时频码间的干扰相对要减少。权利要求1、一种多码OFDM传输方法，包括以下步骤1)将多路含有原始数据信息的OFDM符号进行串并变换，以便得到多路OFDM分支数据；2)利用等相关序列中的一组作为扩频码的等相关码，对所述多路OFDM分支数据分别进行扩频调制处理；3)对经过扩频调制处理的所述多路OFDM分支数据分别添加循环前缀符号，然后经过组合后通过射频系统发射。2、根据权利要求l所述的多码OFDM传输方法，其中，所述一组等相关码是所有码互相关系数都相等的一组码。3、根据权利要求2所述的多码OFDM传输方法，其中，所述等相关码的最小单元码为4比特码，包括两类所述最小单元码，第一类最小单元码包括1110;1101;1011;1000第二类最小单元码包括1111;1010;1100;1001。4、根据权利要求3所述的多码OFDM传输方法，其中，利用互补变换器对第一类最小单元码进行互补变换，得到对应的四个第一类最小单元相关互补码:1011;1000;1110;1101;利用互补变换器对第二类最小单元码进行互补变换，得到对应的四个第二类最小单元相关互补码1010;1111;1001;1100。5、根据权利要求3所述的多码OFDM传输方法，其中，利用组合器对所述四个第一类最小单元码进行任意组合，形成码长为4的整数倍的第一类等相关扩频码；或者利用组合器对所述四个第二类最小单元码进行任意组合，形成码长为4的整数倍的第二类等相关扩频码。6、根据权利要求5所述的多码OFDM传输方法，其中，所述任意组合包括对一个最小单元码累加；对一个最小单元码和其反码累加；以及对不同的最小单元码累加。7、根据权利要求5所述的多码OFDM传输方法，其中，利用组合器对所述四个第一类最小单元相关互补码进行任意组合，形成码长为4的整数倍的第一类等相关互补扩频码；或者利用组合器对所述四个第二类最小单元相关互补码进行任意组合，形成码长为4的整数倍的第二类等相关互补扩频码。8、根据权利要求7所述的多码OFDM传输方法，其中，所述任意组合包括对一个最小单元相关互补码累加；对一个最小单元相关互补码和其反码累加；以及对同一类的不同最小单元相关互补码累加。9、根据权利要求7所述的多码OFDM传输方法，其中所述作为扩频码的等相关码通过以下步骤之一形成利用组合器组合所述第一类等相关扩频码和第一类等相关互补扩频码；或者利用组合器组合所述第二类等相关扩频码和第二类等相关互补扩频码。10、一种多码OF函传输设备，包括将多路含有原始数据信息的OFDM符号进行串并变换以便得到多路OFDM分支数据的装置；利用等相关序列中的一组作为扩频码的等相关码，对所述多路OFDM分支数据分别进行扩频调制处理的装置；对经过扩频调制处理的所述多路OFDM分支数据分别添加循环前缀符号，然后经组合后通过射频系统发射的装置。全文摘要本发明公开了一种多码OFDM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，以便得到经过串并交换多路OFDM符号；利用一组扩频码字对所述多路含有数据信息的OFDM符号进行扩频调制处理；对经过扩频调制处理的多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，本发明的一组扩频码字是能够使不同子载波间的频码干扰ICCI等于零或其值很小的一组码字。文档编号H04L27/26GK101488930SQ20081000053公开日2009年7月22日申请日期2008年1月18日优先权日2008年1月18日发明者张振宇,段世平,陈俊璧申请人:重庆无线绿洲通信技术有限公司