专利名称：联合idma与ovcdma的小区同频组网系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种联合IDMA与OVCDMA的小区同频组网系统及方法，特别涉及蜂窝 小区的同频组网技术，即小区间干扰消除方法和系统，属无线通信网络技术领域
背景技术：
蜂窝系统是无线移动通信最常见的组网结构，被广泛应用于第一代到第三代无线 通信标准。在这种系统中，根据基站覆盖能力，整个无线服务区域被分成多个相连的小区 域，每个小区由一个基站负责提供服务。理论上讲小区被构建为六边形可以使得覆盖整个 服务区域的基站数目最少。这样系统的形状如同蜂窝，故称蜂窝系统。当然，在实际系统设 计中，由于地理地貌、信号传播特征的差异，小区形状并不规则。传统蜂窝系统设计需要在相邻小区间使用正交资源(如正交频谱)以防止相邻小 区间的干扰，而在非相邻小区间进行资源(如频率)复用以提高系统的资源使用效率。使 用相同复用资源的小区称为同频小区，他们之间会存在较为严重的干扰，即同频干扰，为了 保证系统传输具有足够的可靠性，每个系统需要有一个针对同频干扰的上限，因此，同频小 区在设计上需要具有足够的分隔距离，以保证占用相同资源的同频小区间的互干扰低于该 门限值。然而，随着移动通信系统的快速发展，系统所承载的业务量和用户数目都在大幅 度增加，这对当前的移动通信标准提出了极大挑战。因为业务量和用户数目的增加，在有限 的可用资源内，势必会缩小小区的覆盖半径，增加小区数目；但是小区覆盖半径的缩小又反 过来影响到同频小区间的干扰，因此需要设法采用新的技术降低同频干扰，而降低同频干 扰的有效途径之一就是增加同频小区间的距离，结果是又降低了每个小区所占用的资源。 因此在缩小小区覆盖半径以提高系统容量与降低同频小区间干扰方面形成了尖锐的矛盾。 在频谱资源日益稀缺的今天，为进一步提高频谱资源的有效利用，未来无线通信网络要求 频谱复用率近似达到1，即要求所有小区工作在同一频段，实现同频组网，因此如何进行同 频干扰消除，是当前业界所面临的主要问题。如在3GPP LTE中，已提出了 3类减轻小区间 干扰的方法，分别为小区间干扰协调/躲避；小区间干扰随机化；小区间干扰消除。但是 当前所采用的多址技术，如CDMA、TDMA和FDMA，频谱复用率仍然较低，这在一定程度上已经 成为系统容量提高的瓶颈，因此有必要采用新的小区组网技术，以迎合未来移动通信发展 的迫切需求。基于当前多址技术在同频组网方面的弱势，业界也在积极寻找新的多址方式。 本发明主要考虑两种重叠编码调制多址技术(OvCDMA，Overlapped Code Division Multiple Access)禾口交织多址技术(IDMA, Interleave Division Multiple Access)。其 中，重叠编码调制多址技术(OvCDMA)由发明人李道本等在专利“一种编码复用与多址传 输方法”(国际公布号W02008 098417)中提出，是一种码率可大于1的地址编码。其主要思 想为利用卷积码与抽头滤波，制造一定的符号间干扰，获得重叠的编码码字。码字的重叠 一方面可提供时间分集增益，另一方面可获得频谱效率的提高，编码效率可大于1。这些特点都很好地迎合了目前无线移动通信系统对频谱效率和系统容量的发展需求。然而OvCDMA存在译码复杂度高的缺点，在目前可实现的译码复杂度条件下，码字个数并不是很多，这对 实现大规模组网不利。交织多址技术(IDMA)由Li Ping等于2006年发表于IEEE trans. WirelessCommunication上的文献“Interleave Division Multiple Access，，中提出，其核 心思想是利用独立生成的交织器作为唯一的地址识别方式，使用码片级的交织方式，提高 系统性能；在接收端，利用基于turbo迭代思想的简化多用户检测方法，复杂度仅与用户数 呈线性关系，简化了接收器的复杂度。IDMA利用交织器作为多址资源，码资源丰富，而且译 码方式相对简单，可作为大规模组网时小区间多址方案，但是IDMA不能够完全消除小区间 干扰。
发明内容
本发明针对同频组网的蜂窝小区系统所存在的缺陷和不足，提出了一种联合IDMA 与OvCDMA的小区同频组网系统及方法，目的是消除小区间干扰，实现小区同频组网。本发明的技术方案如下一种联合IDMA与OvCDMA的小区同频组网系统，由发送端和接收端组成，发送端由 信道编码与调制模块、IDMA模块、OvCDMA模块和射频发射模块顺序连接而成，其中IDMA模 块包括交织图案生成器和交织器；OvCDMA模块包括OvCDMA码字生成器和OvCDMA扩频器； 接收端包括射频接收模块、信道估计器、OvCDMA似然译码器、IDMA信号估计器、IDMA解交织 器与交织器组和信道解码与解调模块，其中射频接收模块、OvCDMA似然译码器、IDMA信号 估计器、IDMA解交织器与交织器组和信道解码与解调模块顺序连接，信道估计器分别连接 到OvCDMA似然译码器和IDMA信号估计器，发送端与接收端之间通过空口无线信道传送信 肩、ο一种上述系统发送端与接收端信息传送的方法，步骤如下(1)发送端用户信号通过信道编码与调制模块进行信道编码和调制，获得调制 复信号；交织图案生成器生成交织图案，调制信号经过交织器利用交织图案实施交织获 得交织信号；OvCDMA码字生成器生成OvCDMA地址码字，交织信号由OvCDMA扩频器利用 Ov⑶MA地址码字实施扩频，获得最终的发送信号码片；发送信号码片经过射频发射模块发 射到无线信道；(2)接收端射频接收模块从无线信道获得接收信号，并经过射频接收模块的 下变频处理，获得基带复信号；信道估计器进行信道估计获得信道估计信息，并发送给 OvCDMA似然译码器以及IDMA信号估计器；接收的基带复信号进入OvCDMA似然译码器，分 别获得各个使用不同OvCDMA码字的同色小区混合信号的估计值，估计值再进入各自对应 的IDMA信号估计器，由IDMA信号估计器根据信道估计信息获得各个使用不同交织图案 交织的小区信号估计值；小区信号估计值经过解交织器操作，喂入信道解码与解调模块获 得解码后信号估计值，该估计值再次经过对应的交织操作，反馈给IDMA信号估计器，作为 IDMA检测下次迭代的先验信息；迭代译码结束，信道解码与解调模块做最终判决，获得输 入信息的译码版本。一种通过上述组网系统的基于3色原理的OvCDMA+IDMA小区同频组网的方法步骤 如下
(1)由OvCDMA模块的OvCDMA码字生成器生成3个OvCDMA地址码字，基于图论的 3色原理，利用3个OvCDMA码进行异色小区组网；基于图论的染色定理，用3种不同颜色区 分相邻小区，将每个小区设定为正六边形，其中某一小区设定为一种颜色，而和其相邻的六 个小区分别以另外两种颜色相间排列设定，保证相邻小区获得不同的OvCDMA码字资源；此 时，OvCDMA码字的复用效率J^vota= 1/3，所有小区被划分为丨/！！^-组(色)，每组称为 一个同色小区组，其使用同一个OvCDMA码字标识；假定一个具有N个小区的无线通信系统， 利用3个OvCDMA码经过3色组网设计，则每个同色小区所含小区数目为N · η 0vCDMA ；
(2)对于每个同色小区组，由IDMA模块利用IDMA技术进行同色小区组网设计； 即提供一套同色小区专属交织器组，共N· JUvqma个独立交织图案生成器和交织器，每小 区分配1个，以区别同色小区组内各小区间的信号；可知，基于上述步骤⑴所述的利用3 个OvCDMA码进行异色小区组网设计后的信号在不同的同色小区组间已使用不同的OvCDMA 码字标识，因而各个同色小区组可使用同一套同色小区专属IDMA交织器组，此时，OvCDMA 码字负责区分异色小区，IDMA码字负责区分同色小区组内的小区，两者相互独立；由于 IDMA码字的复用效率ηΙΜΑ= 1/(Ν· ηQvQ)MA)，因此OvCDMA+IDMA码字的复用效率η =
rL IDMA · rL OvCDMA 一 丄 /N。本发明的特征在于一方面，基于数学图论的染色原理，利用数量有限的OvCDMA 码字的正交性区分相邻小区，同时利用OvCDMA码字的高谱特性获得系统频谱效率的提高； 另一方面，利用IDMA技术区分使用同一OvCDMA码字的同色小区，进行同色干扰消除；这样， 每个小区均能获得其独有的OvCDMA+IDMA小区专属码字，接收端则利用迭代检测技术，充 分发挥两者的优势，消除小区间的干扰。本发明的优点在于对于小区间干扰中最严重的相 邻小区干扰，采用具有优异性能的OvCDMA码字进行处理，由于OvCDMA码字只用于消除相邻 小区之间的干扰，即发挥了其性能优势，又简化了使用OvCDMA技术的复杂度，克服了码字 稀少的缺点；对于采用相同OvCDMA码字标识的同色小区之间的干扰，则利用IDMA技术进一 步进行同色干扰消除，相比相邻小区，同色小区间空间距离更远，干扰较小，利用IDMA技术 处理避免其性能上的劣势，同时IDMA的多址资源丰富，可满足同色小区数量较多的组网需 求。综上所述，本发明充分利用了 OvCDMA与IDMA技术各自的优势，满足了目前移动通 信发展对业务量和用户数目增长的迫切需求，适用于下一代无线通信网络，特别是需要同 频组网、具有高频谱利用率要求且组网小区数较大的无线网络。
图1为本发明系统的发射端结构示意图其中1表示信道编码与调制模块；2表示IDMA模块，其中21表示交织图案生成 器，22为交织器；3表示OvCDMA模块，其中31是OvCDMA码字生成器，32是OvCDMA扩频器； 4表示射频发射模块；图2为本发明系统的接收端结构示意图其中5为射频接收模块；6为信道估计器；7是OvCDMA似然译码器；81，82，83是 IDMA的信号估计器；9IDMA解交织器，10是IDMA交织器，两者构成互逆的解交织器与交织 器组；11为信道解码与解调模块。
图3为本发明组网方法的小区结构示意图其中字母A，B，C分别表示使用不同OvCDMA码字标识的异色小区；数字1到7表 示使用不同交织图案标识的同色小区组中的各不同小区。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明，但不限于此实施例1 本发明实施例1如图1-2所示，由发送端和接收端组成，发送端由信道编码与调制 模块1、IDMA模块2、OvCDMA模块3和射频发射模块4顺序连接而成，其中IDMA模块2包括 交织图案生成器21和交织器22 ；OvCDMA模块3包括OvCDMA码字生成器31和OvCDMA扩频 器32 ；接收端包括射频接收模块5、信道估计器6、OvCDMA似然译码器7、IDMA信号估计器 8、IDMA解交织器与交织器组9、10和信道解码与解调模块11，其中射频接收模块5、0vCDMA 似然译码器7、IDMA信号估计器8、IDMA解交织器与交织器组9、10和信道解码与解调模块 11顺序连接，信道估计器6分别连接到OvCDMA似然译码器7和IDMA信号估计器8 ；发送端 与接收端之间通过空口无线信道传送信息。实施例2 —种上述系统发送端与接收端信息传送的方法，步骤如下(1)发送端用户信号通过信道编码与调制模块1进行信道编码和调制，获得调制 复信号；交织图案生成器21生成交织图案，调制信号经过交织器22利用交织图案实施交织 获得交织信号；OvCDMA码字生成器31生成OvCDMA地址码字，交织信号由OvCDMA扩频器32 利用OvCDMA地址码字实施扩频，获得最终的发送信号码片；发送信号码片经过射频发射模 块4发射到无线信道；(2)接收端射频接收模块5从无线信道获得接收信号，并经过射频接收模块5的 下变频处理，获得基带复信号；信道估计器6进行信道估计获得信道估计信息，并发送给 OvCDMA似然译码器7以及IDMA信号估计器8 ；接收的基带复信号进入OvCDMA似然译码器 7，分别获得各个使用不同OvCDMA码字的同色小区混合信号的估计值，估计值再进入各自 对应的IDMA信号估计器8，由IDMA信号估计器8根据信道估计信息获得各个使用不同交织 图案交织的小区信号估计值；小区信号估计值经过各自对应的IDMA解交织器9操作，喂入 信道解码与解调模块11获得解码后信号估计值，该估计值通过对应的IDMA交织器10进行 交织，反馈给IDMA信号估计器8作为IDMA检测下次迭代的先验信息；迭代译码结束，信道 解码与解调模块11做最终判决，获得输入信息的译码版本。实施例3 一种通过上述组网系统的基于3色原理的OvCDMA+IDMA小区同频组网的方法，如 图3所示，步骤如下(1)由OvCDMA模块的OvCDMA码字生成器生成3个OvCDMA地址码字，基于图论的 3色原理，利用3个OvCDMA码进行异色小区组网；基于图论的染色定理，用3种不同颜色区 分相邻小区，将每个小区设定为正六边形，其中某一小区设定为一种颜色，而和其相邻的六 个小区分别以另外两种颜色相间排列设定，保证相邻小区获得不同的OvCDMA码字资源；此 时，OvCDMA码字的复用效率J^vota= 1/3，所有小区被划分为丨/！！^-组(色)，每组称为一个同色小区组，其使用同一个OvCDMA码字标识；假定一个具有N个小区的无线通信系统， 利用3个OvCDMA码经过3色组网设计，则每个同色小区所含小区数目为N · η 0vCDMA ；
(2)对于每个同色小区组，由IDMA模块利用IDMA技术进行同色小区组网设计； 即提供一套同色小区专属交织器组，共N· JUvqma个独立交织图案生成器和交织器，每小 区分配1个，以区别同色小区组内各小区间的信号；可知，基于上述步骤⑴所述的利用3 个OvCDMA码进行异色小区组网设计后的信号在不同的同色小区组间已使用不同的OvCDMA 码字标识，因而各个同色小区组可使用同一套同色小区专属IDMA交织器组，此时，OvCDMA 码字负责区分异色小区，IDMA码字负责区分同色小区组内的小区，两者相互独立；由于 IDMA码字的复用效率ηΙΜΑ= 1/(Ν· ηQvQ)MA)，因此OvCDMA+IDMA码字的复用效率η =
权利要求
一种联合IDMA与OvCDMA的小区同频组网系统，由发送端和接收端组成，其特征在于发送端由信道编码与调制模块、IDMA模块、OvCDMA模块和射频发射模块顺序连接而成，其中IDMA模块包括交织图案生成器和交织器；OvCDMA模块包括OvCDMA码字生成器和OvCDMA扩频器；接收端包括射频接收模块、信道估计器、OvCDMA似然译码器、IDMA信号估计器、IDMA解交织器与交织器组和信道解码与解调模块，其中射频接收模块、OvCDMA似然译码器、IDMA信号估计器、IDMA解交织器与交织器组和信道解码与解调模块顺序连接，信道估计器分别连接到OvCDMA似然译码器和IDMA信号估计器，发送端与接收端之间通过空口无线信道传送信息。
2.如权利要求1所述的一种联合IDMA与OvCDMA的小区同频组网系统发送端与接收端 信息传送的方法，步骤如下(1)发送端用户信号通过信道编码与调制模块进行信道编码和调制，获得调制复信 号；交织图案生成器生成交织图案，调制信号经过交织器利用交织图案实施交织获得交织 信号；OvCDMA码字生成器生成OvCDMA地址码字，交织信号由OvCDMA扩频器利用OvCDMA地 址码字实施扩频，获得最终的发送信号码片；发送信号码片经过射频发射模块发射到无线 信道；(2)接收端射频接收模块从无线信道获得接收信号，并经过射频接收模块的下变频 处理，获得基带复信号；信道估计器进行信道估计获得信道估计信息，并发送给OvCDMA似 然译码器以及IDMA信号估计器；接收的基带复信号进入OvCDMA似然译码器，分别获得各个 使用不同OvCDMA码字的同色小区混合信号的估计值，估计值再进入各自对应的IDMA信号 估计器，由IDMA信号估计器根据信道估计信息获得各个使用不同交织图案交织的小区信 号估计值；小区信号估计值经过解交织器操作，喂入信道解码与解调模块获得解码后信号 估计值，作为IDMA检测下次迭代的先验信息；迭代译码结束，信道解码与解调模块做最终 判决，获得输入信息的译码版本。
3.如权利要求1所述的一种联合IDMA与OvCDMA的小区同频组网系统的基于3色原理 的Ov⑶MA+IDMA小区同频组网的方法，步骤如下(1)由OvCDMA模块的OvCDMA码字生成器生成3个OvCDMA地址码字，基于图论的3色 原理，利用3个OvCDMA码进行异色小区组网；基于图论的染色定理，用3种不同颜色区分相 邻小区，将每个小区设定为正六边形，其中某一小区设定为一种颜色，而和其相邻的六个小 区分别以另外两种颜色相间排列设定，保证相邻小区获得不同的OvCDMA码字资源；此时， OvCDMA码字的复用效率JIqvqma= 1/3，所有小区被划分为1/η QvOTA组，每组称为一个同色 小区组，其使用同一个OvCDMA码字标识；假定一个具有N个小区的无线通信系统，利用3个 OvCDMA码经过3色组网设计，则每个同色小区所含小区数目为N · η 0vCDMA ；(2)对于每个同色小区组，由IDMA模块利用IDMA技术进行同色小区组网设计；即提供一 套同色小区专属交织器组，共N· J^vmm个独立交织图案生成器和交织器，每小区分配1个，以 区别同色小区组内各小区间的信号；可知，基于上述步骤⑴所述的利用3个OvCDMA码进行 异色小区组网设计后的信号在不同的同色小区组间已使用不同的OvCDMA码字标识，因而各 个同色小区组可使用同一套同色小区专属IDMA交织器组，此时，OvCDMA码字负责区分异色小 区，IDMA码字负责区分同色小区组内的小区，两者相互独立；由于IDMA码字的复用效率nIDMA =1/(Ν· nQv_)，因此 OvCDMA+IDMA 码字的复用效率 η = nIDMA· n0vCMA= 1/N。
全文摘要
联合IDMA与OVCDMA的小区同频组网系统及方法，属无线通信网络技术领域。系统由发送端和接收端组成，本发明利用OvCDMA码字的正交性区分相邻小区，利用IDMA技术区分使用同一OvCDMA码字的同色小区，进行同色干扰消除；每个小区均能获得其独有的OvCDMA+IDMA小区专属码字，接收端则利用迭代检测技术，充分发挥两者的优势，消除小区间的干扰。本发明对相邻小区干扰采用OvCDMA码字进行处理，可消除相邻小区之间的干扰，使OvCDMA技术的复杂度简化；对相同OvCDMA码字标识的同色小区间的干扰，则利用IDMA技术既消除同色干扰，又能利用其多址资源丰富的特点，可满足数量较多的同色小区组网需求。
文档编号H04W16/14GK101969357SQ201010296898
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者周晓天, 张彭, 张海霞, 袁东风 申请人:山东大学