专利名称：基于嵌入训练序列和bicm的多用户ofdm调制方法
技术领域：
本发明属于无线通信领域，更具体地涉及一种基于嵌入训练序列和BICM的 多用户OFDM (比特交织编码调制，Bit Interleaved Coded Modulation, BICM; 正交步页分复用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)调制方法。
背景技术：
无线通信是现代信息社会最重要的基础设施之一，已成为国家进歩和社会发 展的基本需求，在经济可持续发展和现代军事国防建设中发挥着重要作用。但是， 在无线通信领域， 一方面，频谱资源有限；另一方面，随着用户数量的增加和业 务范围的扩展(特别是各种高速码率数据业务的出现)所导致的通信业务量爆炸 式增长，使得宽带无线通信在现代社会生活中起着愈来愈重要的作用，宽带无线 通信相关技术已成为当今国际学术界和工业界的研究热点。
由于数字信号处理技术和集成电路技术的飞速发展，正交频分复用(OFDM) 技术的系统实现变得越来越容易。因0F匿多载波传输技术具有结构简单，频谱 利用率高，可以抗频率选择性和信道时变等诸多优点而倍受大家的关注并得到深 入的研究和在Xdsl、宽带移动通信、宽带无线局域网、数字电视地面广播等诸 多领域中的广泛应用。
在实际通信环境中，OFDM通信系统性能受到同步时间、时钟抖动、信道衰 落、多用户共信道干扰等因素的影响。信道编码技术和调制方法是实现可靠OFDM 通信的关键技术。
信道编码是数字通信系统的重要组成部分。随着现代信息技术的飞速发展， 信道编码技术已成为现代通信领域不可或缺的技术。在信息序列中嵌入冗余码 元，信道编码技术通过冗余码元的作用减小信号在传输过程中发生错误，从而提 高通信系统的可靠性。
在多径衰落信道下，可以通过编码、交织和调制方案的优化设计达到尽可能 大的信号分集阶数，以便在等于或超过最小自由距离的符号序列中得到独立衰 落。BICM技术(比特交织编码调制，Bit Interleaved Coded Modulation, BICM) 采用比特交织器并且使得编码和调制过程相对独立，从而使得可以将分集阶数从 不同的多进制符号数扩大到不同的二进制比特数，也就是说，其分集阶数Z是二 进制码字序列间的最小汉明距离。由于BICM技术使得分集阶数得到明显提高， 因此，使得通信系统在多径衰落信道下具有好的误码特性。
正是基于以上背景，本发明针对实际通信环境提出一种基于嵌入训练序列和 BICM的多用户OFDM调制方法，可以满足高数据率无线多用户通信的需要。
欲对专利背景作更深入的了解可参考以下文献资料
J. Cimini，"Analysis and simulation of a digital mobilechannel using orthogonal frequency division multiplexing, ，，
trans. Commun， vol. COM—33， pp. 665 — 675， July 1985.
R.V.Nee，R.Prasad. "(9/W fbr wireless multimedia
communiations . Boston: Artech House, 2000.
A. R. S. Bahai and B. R. Saltzberg."#〃_/ti-tkrrj'er iT/giteJ
commmunication"/L/c3"'o/ 5V 7/ eo/y s/ J 如7^Zic3ti(ms of 6FZW" . Kluwer
Academic/Plenum, 1999.
E. Zehavi， "8-PSK trellis codes for a rayleigh channel, ，， ZfiEfi1 modulation，vol. 40， no, 5， pp. 873-884， May 1992. G. Caire， G. Taricco， E. Biglieri，"Bit-interleaved coded modulation," 7S5217ray 61, /"/or/ffa^z'o" T7 eorj， vol. 44， no. 3， pp. 927-946， May 1998.
X. Li， A. Chind邻ol and J. A， Ritchey， "Bit-interleaved coded modulation with iterative decoding and 8 PSK signaling, ，， alnanlysis，vol. 50， pp. 1250-1257， 2002. J. Hagenauer，"Rate-compatible punctured convolutional codes and their applications, ，， H 7ra/ 51, 6b卿肌，vol. 36， no. 4， pp. 389-400， April 1988.
X. Li and J. A. Ritcey， "Bit-interleaved coded modulation with iterative decoding, " performance. ， vol. 1， pp. 169 - 171， Nov. 1997.
A.channle and J. A.Ritcey， "Design,analysis, and performanceevaluationforBICM-IDwithsquare QAM constellations in Rayleigh fading channels, ，， practical design rules，vol. 19， no. 5， pp. 944 - 957， May 2001. U. Wachsmann， R. Fischer, and J. Huber，"Multilevel codes: theoretical concepts and practical, design rules, ，， IEEE Trans vol. 45， no. 5， pp. 1361 - 1391， July 1999. S. Benedetto, D. Divsalar， G. Montorsi， and F. Pollara， "Serial concatenation of interleaved codes: performance analysis, design, and iterative decoding, ，， ifi5F trans. inform，theory， vol. 44， no. 3， pp. 909 - 925， May 1998.
发明内容
本发明针对高数据率无线多用户通信问题，提出了一种基于嵌入训练序列和 BICM的多用户OFDM (比特交织编码调制，Bit Inter—leaved Coded Modulation, BICM; 正交步页分复用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 调制方法。
本发明提出的一种基于嵌入训练序列和BICM的多用户0FDM调制方法，其特 征在于它包括下列歩骤
1)每个用户分别将零(零的个数为《-Z)按均匀离散规则插入到该用户 自己的训练序列(训练序列的长度为X)中形成FFT (快速离散傅立叶变换)离散 训练序列块(FFT离散训练序列块的长度为尺)；
2) 每个用户分别将自己的输入数据比特流经多码率删余巻积编码、比特交 织、码元调制后进一步形成FFT比特交织编码调制数据块(FFT比特交织编码调 制数据块的长度为《)；
3) 将FFT离散训练序列块、FFT比特交织编码调制数据块直接叠加形成FFT 嵌入训练序列比特交织编码调制数据块；
4) 采用IFFT (快速离散傅立叶反变换)将FFT嵌入训练序列比特交织编码 调制数据块变换为时域的离散样值块(即，时域嵌入训练序列比特交织编码调制 数据块)；
5) 将循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔插入经IFFT变换而得 到的时域嵌入训练序列比特交织编码调制数据块，以形成信号帧；
6) 采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；
7) 将基带信号上变频至载波上。
按照上述的基于嵌入训练序列和BICM的多用户OFDM调制方法，其特征在于 每个用户的信号帧中具有时域嵌入训练序列比特交织编码调制数据块；每个用户 的训练序列的长度X为32、 64、 256、 512和1024中的一个；每个用户的训练 序列具有伪随机特性；不同用户的训练序列之间具有正交性；对输入数据进行多 码率删余巻积编码的编码率为1/4、 1/2、 5/8、 3/4和7/8中的一个；比特交织 采用随机交织方式；码元调制为QPSK、 16 QAM、 32 QAM和64 QAM中的一种，码 元星座图映射方式采用格雷码映射；FFT嵌入训练序列比特交织编码调制数据块 由子载波组成，子载波数(FFT数据块的长度iC)为128、 256、 1024、 2048和 4096中的一个；子载波的频率间隔为2KHz、 4KHz、 16KHz、 64KHz和128KHz中 的 一个;循环前缀长度C为FFT比特交织编码调制数据块长度人'大小的1/2、1/4、 1/8、 1/16和1/32中的一个。
本发明的特点
本发明是一种时域频域混合的调制方案。每个用户的训练序列具有伪随机特 性，不同用户的训练序列之间具有正交性，FFT嵌入训练序列比特交织编码调制 数据块是由FFT离散训练序列块、FFT比特交织编码调制数据块直接叠加而形成 的，这些保证了每个用户可以实现快速准确的帧同步、频率同歩、时间同步、信 道传输特性估计、以及对相位噪声和信道传输特性进行可靠跟踪。采用BICM对 输入数据进行比特交织编码调制提高了分集阶数，使得通信系统在多径衰落信道 下具有好的误码特性。将循环前缀作为保护间隔插入经IFFT变换而得到的时域 嵌入训练序列比特交织编码调制数据块以形成信号帧，可以减少相邻信号帧之间 的干扰影响。本发明的调制方法具有同步时间短、时钟抖动小、抗信道衰落、抗 多用户干扰等诸多优点。
图1是按照本发明的基于嵌入训练序列和BICM的多用户OF函调制方法对多 用户中的某个用户的实施例示意图。
图2是按照本发明的基于嵌入训练序列和BICM的多用户OFDM调制方法的某 个用户所获得的一个信号帧的结构的实施例示意图。
图3是按照本发明的基于嵌入训练序列和BICM的多用户OFDM调制方法的多用户移动通信的上传链路的实施例示意图。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
按照本发明提出的基于嵌入训练序列和BICM的多用户OFDM调制方法对多用户中的某个用户(比如多用户中的某个用户n)的实施例，如图1所示，按下列步骤进行
1) 多用户中的某个用户n分别将零(零的个数为K-X)按均匀离散规则插入到该用户自己的训练序列(训练序列的长度为X， X为32、 64、 256、 512 和1024中的一个)中形成FFT (快速离散傅立叶变换)离散训练序列块(FFT离散训练序列块的长度为K，K为128、 256、 1024、 2048和4096中的一个)；
2) 多用户中的某个用户n分别将自己的输入数据比特流经多码率删余巻积 编码、比特交织、码元调制后进一步形成FFT比特交织编码调制数据块(FFT比特交织编码调制数据块的长度为K)；
3) 将FFT离散训练序列块、FFT比特交织编码调制数据块直接叠加形成FFT 嵌入训练序列比特交织编码调制数据块；
4) 采用IFFT (快速离散傅立叶反变换)将FFT嵌入训练序列比特交织编码调制数据块变换为时域的离散样值块(即，时域嵌入训练序列比特交织编码调制数据块)；
5) 将循环前缀(循环前缀的长度为C， C为K大小的l/2、 1/4、 1/8、 1/16 和1/32中的一个)作为保护间隔插入经IFFT变换而得到的时域嵌入训练序列比特交织编码调制数据块，以形成信号帧；
6) 采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；
7) 将基带信号上变频至载波上。
按照本发明的基于嵌入训练序列和BICM的多用户OFDM调制方法的某个用户 (比如多用户中的某个用户/7)所获得的一个信号帧的结构的实施例，如图2 所示，具体实施如下
首先在频域形成被按均匀离散规则插零后的FFT离散训练序列块，经多码率删余巻积编码、比特交织、码元调制后的FFT比特交织编码调制数据块；然后， 将FFT离散训练序列块、FFT比特交织编码调制数据块直接叠加形成FFT嵌入训练序列比特交织编码调制数据块。
作为每个用户的训练序列具有伪随机特性，不同用户的训练序列之间具有正交性。满足上述特征的训练序列可由作为伪随机数序列的一种特殊类型的一组移位m序列和作为正交序列的沃尔什序列、哈达玛序列或由其他方式产生的正交序 列实现。
FFT嵌入训练序列比特交织编码调制数据块由子载波组成，子载波数为128、 256、 1024、 2048和4096中的一个；子载波的频率间隔为2KHz、 4KHz、 16KHz、 64KHz和B 128KHz中的一个。
在经IFFT变换而得到的时域嵌入训练序列比特交织编码调制数据块中插入保护间隔形成信号帧。保护间隔有5种工作模式，它们规定为FFT比特交织编码 调制数据块大小的1/2、 1/4、 1/8、 1/16和1/32中的一个。经IFFT变换而得到的时域嵌入训练序列比特交织编码调制数据块的最后一段取样被用作保护间隔。 对输入数据进行多码率删余巻积编码的编码率为1/4、 1/2、 5/8、 3/4和7/8中 的一个。
按照本发明的信号帧的基带信号是一个嵌入训练序列和采用BICM对输入数 据进行比特交织编码调制的正交频分复用(OFDM)块。 一个OFmi块可进一步分 成保护间隔和一个IFFT块。由于本发明的信号帧中的保护间隔为经IFFT变换而 得到的时域嵌入训练序列比特交织编码调制数据块的最后一段取样，也就使得本 发明的信号帧符合循环前缀正交频分复用(CP-0FDM)的某些特点。
欲对专利中涉及到的CP-OFDM作更深入的了解可参考以下文献资料B. Muquet， Z. Wang, G. B. Giannakis， M. de Courville， and P. Duhamel， "Cyclic-Pref ixed or Zero-Padded Multicarrier Transmissions , ，， IEEE Transactions on Communications,vol.50 ,pp.2136 - 2148， Dec. 2002.
采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号进行脉冲成形。对信号帧的信号进行脉冲成形的平方根升余弦滚降滤波器的滚降系数取0. 1、 0. 05和0. 025中的一个。
按照本发明的基于嵌入训练序列和BICM的多用户OFDM调制方法的多用户移 动通信的上传链路的实施例，如图3所示，具体实施如下
1) 多用户中的每个移动通信用户分别将零(零的个数为K-X)按均匀离 散规则插入到该用户自己的训练序列(训练序列的长度为Z， X为32、 64、 256、 512和1024中的一个)中形成FFT (快速离散傅立叶变换)离散训练序列块(FFT 离散训练序列块的长度为K，《为128、 256、 1024、 2048和4096中的一个)；
2) 多用户中的每个移动通信用户分别将自己的输入数据比特流经多码率删 余巻积编码、比特交织、码元调制后进一步形成FFT比特交织编码调制数据块(FFT比特交织编码调制数据块的长度为iO;
3) 多用户中的每个移动通信用户将FFT离散训练序列块、FFT比特交织编 码调制数据块直接叠加形成FFT嵌入训练序列比特交织编码调制数据块；
4) 多用户中的每个移动通信用户采用IFFT (快速离散傅立叶反变换)将FFT 嵌入训练序列比特交织编码调制数据块变换为时域的离散样值块(即，时域嵌入 训练序列比特交织编码调制数据块)；
5) 多用户中的每个移动通信用户将循环前缀(循环前缀的长度为C ， C为《 大小的1/2、 1/4、 1/8、 1/16和1/32中的一个)作为保护间隔插入经IFFT变换 而得到的时域嵌入训练序列比特交织编码调制数据块，以形成信号帧；
6) 多用户中的每个移动通信用户采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的 信号脉冲成形；
7) 多用户中的每个移动通信用户将基带信号上变频至载波上；
8) 在上传链路的基站端，采用多天线对多用户中的每个移动通信用户信号 进行同歩、信道估计、均衡、解调、解交织、解码等接收机信号处理。
上面结合附图对本发明的具体实施例进行了详细说明，但本发明并不局限于 上述实施例，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人 员可作出各种修改或改型。
权利要求
1、一种基于嵌入训练序列和BICM的多用户OFDM调制方法，其特征在于它包括下列步骤1)每个用户分别将零(零的个数为K-X)按均匀离散规则插入到该用户自己的训练序列(训练序列的长度为X)中形成FFT(快速离散傅立叶变换)离散训练序列块(FFT离散训练序列块的长度为K)；2)每个用户分别将自己的输入数据比特流经多码率删余卷积编码、比特交织、码元调制后进一步形成FFT比特交织编码调制数据块(FFT比特交织编码调制数据块的长度为K)；3)将FFT离散训练序列块、FFT比特交织编码调制数据块直接叠加形成FFT嵌入训练序列比特交织编码调制数据块；4)采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将FFT嵌入训练序列比特交织编码调制数据块变换为时域离散样值块，(即，时域嵌入训练序列比特交织编码调制数据块)；5)将循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔插入经IFFT变换而得到的时域嵌入训练序列比特交织编码调制数据块，以形成信号帧；6)采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；7)将基带信号上变频至载波上。
2、 按权利要求1的基于嵌入训练序列和BICM的多用户0FDM调制方法，其特征 在于所述每个用户将零(零的个数为K-X)按均匀离散规则插入到该用户自 己的训练序列(训练序列的长度为Z)，训练序列的长度Z为32、 64、 256、 512 和1024中的一个。
3、 按权利要求2的基于嵌入训练序列和BICM的多用户OFDM调制方法，其特征 在于所述作为每个用户的训练序列具有伪随机特性。
4、 按权利要求2的基于嵌入训练序列和BICM的多用户0FDM调制方法，其特征 在于所述不同用户的训练序列之间具有正交性。
5、 按权利要求1的基于嵌入训练序列和BICM的多用户OFDM调制方法，其特征 在于所述的每个用户采用多码率删余巻积编码对输入数据进行编码，对输入数 据进行多码率删余巻积编码的编码率为1/4、 1/2、 5/8、 3/4和7/8中的一个；比特交织采用随机交织方式；码元调制为QPSK、 16 QAM、 32 QAM和64 Q扁中的 一种，码元星座图映射方式采用格雷码映射。
6、 按权利要求1的基于嵌入训练序列和BICM的多用户0FDM调制方法，其特征 在于所述FFT嵌入训练序列比特交织编码调制数据块由子载波组成，子载波数(FFT比特交织编码调制数据块的长度〖)为128、 256、 1024、 2048和4096中 的一个。
7、 按权利要求1的基于嵌入训练序列和BICM的多用户OFDM调制方法，其特征 在于所述子载波的频率间隔为2KHz、 4KHz、 16KHz、 64KHz和128KHz中的一个。
8、 按权利要求1的基于嵌入训练序列和BICM的多用户0FDM调制方法，其特征 在于所述信号帧由循环前缀(循环前缀的长度为C )作为保护间隔插入经IFFT 变换而得到的时域嵌入训练序列比特交织编码调制数据块而形成。
9、 按权利要求1的基于嵌入训练序列和BICM的多用户0F固调制方法，其特征 在于所述作为保护间隔的循环前缀的长度C为FFT比特交织编码调制数据块长 度〖大小的1/2、 1/4、 1/8、 1/16和1/32中的一个。
全文摘要
本发明公开了一种基于嵌入训练序列和BICM的多用户OFDM调制方法，它包括下列步骤1)每个用户将零均匀插入自己的训练序列形成FFT离散训练序列块；2)每个用户将自己的输入数据比特流经多码率删余卷积编码、比特交织、码元调制后形成FFT比特交织编码调制数据块；3)将FFT离散训练序列块、FFT比特交织编码调制数据块直接叠加形成FFT嵌入训练序列比特交织编码调制数据块；4)采用IFFT将FFT嵌入训练序列比特交织编码调制数据块变换为时域离散样值块；5)将循环前缀作为保护间隔插入时域离散样值块形成信号帧；6)用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧脉冲成形；7)将基带信号上变频至载波上。
文档编号H04B7/06GK101345733SQ200810012869
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月21日 优先权日2008年8月21日
发明者何加铭, 徐铁峰, 郑紫微 申请人:宁波大学