专利名称：用于ofdm系统的多维联合编码调制的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据通信中的分集技术领域，尤其涉及一种用于OFDM系统的联合编码调制的方法及装置。
背景技术：
1982 年 Ungerboeck 提出网格编码调制 TCM(Trellis Code Modulation)技术后， 编码调制CM (Coded Modulation)技术始终是通信领域中的热门研究课题。TCM的基本思想是将编码器和调制器作为一个整体进行综合考虑和设计，使得编码器和调制器级联后产生的编码信号序列具有最大的欧氏距离。目前的理论和实践均已表明TCM在加性白高斯信道 (AWGN Channel)中能够达到最佳性能。然而，将TCM用于移动衰落信道时发现其性能变得很差。于是，如何在衰落信道中寻找最佳的编码调制方案就成为近年来的研究热点。TCM编码方法的优势是将编码信号序列的欧氏距离最大化，这在AWGN信道中能够起到良好的效果。但是对于衰落信道，性能的提高取决于增加分集数和增大积距离，这使得 TCM编码方法在衰落信道传输中不存在性能优势。1992年仏1^￥丨最先提出比特交织编码调制算法BICM(Bit Interleave Code Modulation)，该算法与传统的TCM相比较，在瑞利信道下的性能有显著提高。1996尼娜、G Caire等人在理想交织的情况下计算了 BICM方案的容量，证明了具有Gray映射的大多数信号集的容量都与信号集的自身容量几乎相等。这样就从理论上说明了 BICM可以获得与 TCM相同的编码增益，而不仅仅是原先认为的一种次最佳的编码方案。在BICM算法中，起决定作用的比特交织技术增大了编码调制的时间分集度，然而，在高斯信道下，它的性能则又因最小欧氏距离的减小而恶化。OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ^—禾中胃带多载波技术。它是通过将高速传输的数据流转换为一组低速并行传输的数据流，使得系统对于多径衰落信道频率选择性的敏感度程度大大降低，从而具有良好的抗噪声和抗多径干扰的能力，适用于在频率选择性衰落信道中进行高速数据传输。因此，人们自然地就会想到如果能够将OFDM与BICM方式相互结合，就会进一步提高通信质量。众所周知，在衰落信道中，“分集”的作用非常重要。在最佳分集情况下，错误概率会随着平均信噪比的增加而呈指数下降。在BICM算法中，虽然比特交织技术增大了编码调制的时间分集度；但是，由于最小欧氏距离的减小，又使该技术方案在高斯信道下的传输性能变得恶化。因此，如何解决这个技术难题，成为业内科技人员关注的热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种用于OFDM系统的多维联合编码调制的方法及装置。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于OFDM系统的多维联合编码调制的方法，该方法包括旋转调制步骤，发送端针对各个用户的发送数据分别进行编码和调制以得到各个用户的调制符号，并依照设定的旋转矩阵对所得到的由所述各个用户的调制符号构成的调制符号块进行多维旋转调制以得到符号分量块；以及交织步骤，发送端按照设定的OFDM模式给所述符号分量块分配OFDM时频资源，得到OFDM符号，再对各个所述OFDM 符号中的每个用户的符号分量块进行Q路交织处理得到交织符号。根据本发明另一方面的用于OFDM系统的多维联合编码调制的方法，按照如下处理来确定所述设定的旋转矩阵生成设定数量的N维正交矩阵，所述设定数量大于1，N为所述设定的旋转矩阵的维数，N ^ 2 ；分别基于所述设定数量的N维正交矩阵中的各个N维正交矩阵进行多维旋转调制以得到相应的符号分量块&，并分别计算各个所述符号分量块Xi 的最小间隔值，1 ( i <所述设定数量；将与所述最小间隔值最大的符号分量块\对应的N 维正交矩阵确定为所述设定的旋转矩阵；其中，通过如下步骤来确定所述符号分量块&的最小间隔值针对所述符号分量块&的N个符号分量中的各个符号分量，确定符号分量的 MN/2个不同取值并计算各不同取值之间的最小间隔，作为最小分量间隔值，M表示调制阶数； 将N个符号分量的最小分量间隔值中的最小值作为所述符号分量块\的最小间隔值。根据本发明另一方面的用于OFDM系统的多维联合编码调制的方法，通过如下处理来确定所述设定的旋转矩阵生成所述设定数量的N维正交矩阵并将其作为所述设定的旋转矩阵，所述设定数量等于1 ；或者，生成所述设定数量的N维正交矩阵，所述设定数量大于1，并通过如下处理来选择所述设定数量的N维正交矩阵之一作为所述设定的旋转矩阵 分别基于所述设定数量的N维正交矩阵中的各个N维正交矩阵进行多维旋转调制以得到相应的符号分量块&，并分别计算各个所述符号分量块&的最小间隔值，1 ^ i《所述设定数量；将与所述最小间隔值最大的符号分量块\相对应的N维正交矩阵确定为所述设定的旋转矩阵；其中，通过如下步骤来确定所述符号分量块&的最小间隔值针对所述符号分量块& WN个符号分量中的各个符号分量，确定符号分量的Mn/2个不同取值并计算各不同取值之间的最小间隔，作为最小分量间隔值，M表示调制阶数；将N个符号分量的最小分量间隔值中的最小值作为所述符号分量块&的最小间隔值；N为所述设定的旋转矩阵的维数， N彡2 ；以及所述N维正交矩阵通过如下步骤生成步骤11，生成N(N+1V2个随机数，并将所述随机数排列为一个N阶的下三角矩阵；步骤12，基于所述下三角矩阵构造一个一元一次方程和N-2个线性方程组；步骤13，判断所述线性方程组的系数矩阵是否为非奇异矩阵，若判断为否，则返回所述步骤11重新生成N(N+1V2个随机数，否则，利用列主元高斯消元法得到所述方程和所述线性方程组的解值，并将所述解值返回到所述下三角矩阵的相应位置上以得到N维矩阵；以及步骤14，将所述N维矩阵的列向量进行单位化以获得N维正交矩阵。根据本发明另一方面的用于OFDM系统的多维联合编码调制的方法，设定的旋转矩阵的维数N大于等于2且为等于2的整数次幂的值时，通过如下处理来确定所述设定的旋转矩阵生成设定数量的N/2维正交矩阵，所述设定数量大于1 ；分别基于所述设定数量的N/2维正交矩阵中的各个N/2维正交矩阵进行多维旋转调制以得到相应的符号分量块 Xi，并分别计算各个所述符号分量块&的最小间隔值，1 < i <所述设定数量；基于与所述最小间隔值最大的符号分量块&相对应的N/2维正交矩阵来确定所述设定的旋转矩阵；其中，通过如下步骤来确定所述符号分量块&的最小间隔值针对所述符号分量块&的N/2
7个符号分量中的各个符号分量，确定符号分量的ΜΝΛ个不同取值并计算各不同取值之间的最小间隔，作为最小分量间隔值，M表示调制阶数；将Ν/2个符号分量的最小分量间隔值中的最小值作为所述符号分量块\的最小间隔值。根据本发明另一方面的用于OFDM系统的多维联合编码调制的方法，当N大于等于 4时，通过如下处理确定所述设定数量的Ν/2维正交矩阵以IterMax表示所述设定数量，令j = 1,2, ... hterMax，则将所述设定数量的 N/2维正交矩阵中的第j个N/2维正交矩阵确定为
权利要求
1.一种用于OFDM系统的多维联合编码调制的方法，其特征在于，包括旋转调制步骤，发送端针对各个用户的发送数据分别进行编码和调制以得到各个用户的调制符号，并依照设定的旋转矩阵对由所述各个用户的调制符号构成的调制符号块进行多维旋转调制以得到符号分量块；以及交织步骤，发送端按照设定的OFDM模式给所述符号分量块分配OFDM时频资源，得到 OFDM符号，再对各个所述OFDM符号中的每个用户的符号分量块进行Q路交织处理得到交织符号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下处理来确定所述设定的旋转矩阵生成设定数量的N维正交矩阵，所述设定数量大于1，N为所述设定的旋转矩阵的维数， N彡2 ；分别基于所述设定数量的N维正交矩阵中的各个N维正交矩阵进行多维旋转调制以得到相应的符号分量块Xi，并分别计算各个所述符号分量块&的最小间隔值，1 ( i <所述设定数量；将与所述最小间隔值最大的符号分量块\对应的N维正交矩阵确定为所述设定的旋转矩阵；其中，通过如下步骤来确定所述符号分量块&的最小间隔值针对所述符号分量块&的N个符号分量中的各个符号分量，确定符号分量的MN/2个不同取值并计算各不同取值之间的最小间隔，作为最小分量间隔值，M表示调制阶数；将N个符号分量的最小分量间隔值中的最小值作为所述符号分量块&的最小间隔值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下处理来确定所述设定的旋转矩阵生成所述设定数量的N维正交矩阵并将其作为所述设定的旋转矩阵，所述设定数量等于1 ；或者，生成所述设定数量的N维正交矩阵，所述设定数量大于1，并通过如下处理来选择所述设定数量的N维正交矩阵之一作为所述设定的旋转矩阵分别基于所述设定数量的N维正交矩阵中的各个N维正交矩阵进行多维旋转调制以得到相应的符号分量块Xi，并分别计算各个所述符号分量块&的最小间隔值，1 ( i <所述设定数量；将与所述最小间隔值最大的符号分量块\相对应的N维正交矩阵确定为所述设定的旋转矩阵；其中，通过如下步骤来确定所述符号分量块&的最小间隔值针对所述符号分量块&的N个符号分量中的各个符号分量，确定符号分量的MN/2个不同取值并计算各不同取值之间的最小间隔，作为最小分量间隔值，M表示调制阶数；将所述N个符号分量的最小分量间隔值中的最小值作为所述符号分量块&的最小间隔值； N为所述设定的旋转矩阵的维数，N > 2 ；以及所述N维正交矩阵通过如下步骤生成步骤11，生成Ν(Ν+1)/2个随机数，并将所述随机数排列为一个N阶的下三角矩阵； 步骤12，基于所述下三角矩阵构造一个一元一次方程和Ν-2个线性方程组；步骤13，判断所述线性方程组的系数矩阵是否为非奇异矩阵，若判断为否，则返回所述步骤11重新生成Ν(Ν+1)/2个随机数，否则，利用列主元高斯消元法得到所述方程和所述线性方程组的解值，并将所述解值返回到所述下三角矩阵的相应位置上以得到N维矩阵；以及步骤14，将所述N维矩阵的列向量进行单位化以获得N维正交矩阵。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述设定的旋转矩阵的维数N大于等于 2且等于2的整数次幂的值时，通过如下处理来确定所述设定的旋转矩阵生成设定数量的N/2维正交矩阵，所述设定数量大于1 ；分别基于所述设定数量的N/2维正交矩阵中的各个N/2维正交矩阵进行多维旋转调制以得到相应的符号分量块&，并分别计算各个所述符号分量块&的最小间隔值，1 < i <所述设定数量；基于与所述最小间隔值最大的符号分量块\相对应的N/2维正交矩阵来确定所述设定的旋转矩阵；其中，通过如下步骤来确定所述符号分量块&的最小间隔值针对所述符号分量块&的N/2 个符号分量中的各个符号分量，确定符号分量的ΜΝΛ个不同取值并计算各不同取值之间的最小间隔，作为最小分量间隔值，M表示调制阶数；将Ν/2个符号分量的最小分量间隔值中的最小值作为所述符号分量块\的最小间隔值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当N≥4时，通过如下处理确定所述设定数量的Ν/2维正交矩阵 以IterMax表示所述设定数量，令j = 1，2，. . . InterMax,则将所述设定数量的N/2维正交矩阵中的第j个N/2维正交矩阵确定为
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，在所述交织步骤中进一步包括以下子步骤子步骤21，发送端将所述各个OFDM符号中的L个多维旋转调制符号进行按照逐行写入
7.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤 解交织步骤，所述接收端针对经过Q路交织处理得到的各个所述交织符号进行与所述交织步骤的逆向处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述解交织步骤中进一步包括以下子步骤子步骤31，针对经过Q路交织处理的得到的各个所述交织符号中的L个所述频域交织符号中间隔为
9.一种用于OFDM系统的多维联合编码调制分集的装置，其特征在于，包括旋转调制模块，针对各个用户的发送数据分别进行编码和调制以得到各个用户的调制符号，并依照设定的旋转矩阵对由所述各个用户的调制符号构成的调制符号块进行多维旋转调制以得到符号分量块；以及交织模块，其按照设定的OFDM模式给所述符号分量块分配OFDM时频资源，得到OFDM 符号，再对各个所述OFDM符号中的每个用户的符号分量块进行Q路交织处理得到交织符号；以及所述旋转调制模块还包括旋转矩阵设置模块，所述旋转矩阵设置模块包括 第一子模块，其生成设定数量的N维正交矩阵，所述设定数量大于1，N为所述设定的旋转矩阵的维数，N彡2;第二子模块，其分别基于所述设定数量的N维正交矩阵中的各个N维正交矩阵进行多维旋转调制以得到相应的符号分量块Xi,并分别计算各个所述符号分量块&的最小间隔值，KiS所述设定数量；以及第三子模块，将与所述最小间隔值最大的符号分量块\对应的N维正交矩阵确定为所述设定的旋转矩阵，其中，通过如下步骤来确定所述符号分量块&的最小间隔值针对所述符号分量块&的N个符号分量中的各个符号分量，确定符号分量的ΜΝ/2个不同取值并计算各不同取值之间的最小间隔，作为最小分量间隔值，M表示调制阶数；将所述N个符号分量的最小分量间隔值中的最小值作为所述符号分量块\的最小间隔值。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述旋转矩阵设置模块还包括 第四子模块，所述第四子模块包括生成单元，其生成Ν(Ν+1)/2个随机数，并将所述随机数排列为一个N阶的下三角矩阵；构造单元，基于所述下三角矩阵构造一个一元一次方程和N-2个线性方程组； 判断求解单元，其判断所述线性方程组的系数矩阵是否为非奇异矩阵，若判断为否，则返回所述生成单元重新生成N(N+1V2个随机数，否则，利用列主元高斯消元法得到所述方程和所述线性方程组的解值，并将所述解值返回到所述下三角矩阵的相应位置上以得到N 维矩阵；以及获取单元，其将所述N维矩阵的列向量进行单位化以获得N维正交矩阵。
全文摘要
本发明公开了一种用于OFDM系统的多维联合编码调制的方法及装置，该方法包括发送端针对各个用户的发送数据分别进行编码和调制以得到各个用户的调制符号，并依照设定的旋转矩阵对所得到的由所述各个用户的调制符号构成的调制符号块进行多维旋转调制以得到符号分量块；以及发送端按照设定的OFDM模式给所述符号分量块分配OFDM时频资源，得到OFDM符号，再对各个所述OFDM符号中的每个用户的符号分量块进行Q路交织处理得到交织符号。本发明使不同分量的数据各自在信道上独立衰落，增加信号分集的优势，通过选择最优旋转矩阵，获取传输性能的最大提升，更有效地提高系统性能。
文档编号H04L1/00GK102571670SQ20121000826
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者吴湛击, 吴迎宾, 陈翔 申请人:北京邮电大学