专利名称：一种具有时频交织功能的交分多址系统的通信方法
技术领域：
本发明属于交分多址系统通信技术领域，特别涉及交分多址系统的交织器。
背景技术：
交分多址(IDMA，Interleave Division Multiple Access)系统是从码分多址 (CDMA, Code Division Multiple Access)系统演化而来，其工作原理如图1所示信源数 据在发射过程中经映射1、扩频2，在频域交织3步骤中用相互正交的交织器进行交织，再通 过IFFT4、插入循环前缀5、D/A转换6、上变频7发送出去，接收端信号在接收过程中经过 下变频8、A/D转换9、移除循环前缀10、FFT11、传统IDMA系统检测12、反映射13恢复信源 数据。其中发射过程中的扩频2、频域交织3所对应的解扩频和解频域交织处理包含在传 统IDMA系统检测12步骤中，而且传统IDMA系统检测12步骤采用一种低复杂度的联合检 测，可以有效的对抗多径衰落，消除多码干扰和符号间干扰。详细内容见Li Ping, Lihai Liu, Keying Wu, W. K. Leung, " Interleave Division Multiple-Access，，，IEEE tran. on Wireless Comm, VOL. 5，pp.938-947，Apr. 2006。在高速情况下，相对于对频域干扰的良好消除，传统IDMA系统没有在时域进行干 扰消除。交织器作为IDMA系统唯一区分用户的模块，是IDMA系统的重要部分，但传统IDMA 系统的交织器的缺陷是它只在频域交织，没有考虑在时域进行处理，资源利用率低。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统IDMA系统的交织器只在频域交织，资源利用率低 的问题，提出了一种具有时频交织的交分多址系统的通信方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种具有时频交织的交分多址系统的 通信方法，包括发射过程和接收过程，发射过程包括映射1、扩频2、频域交织3、IFFT4、插入 循环前缀5、D/A转换6、上变频7 ；接收过程包括下变频8、A/D转换9、移除循环前缀10、 FFTl 1、传统IDMA系统检测12、反映射13 ；发射过程在频域交织3和IFFT4步骤中间还包括 时域交织14步骤，该步骤的数据处理过程又包括如下分步骤 步骤(141):把频域交织后的数据dk= {dk(l),
dk(L)}T，其中T表示转
置，L表示数据帧的长度，k表示用户k，扩展N帧，形成发射过程扩展后的数据矩阵
，其中假设一个相干时间内有M帧数据，N的取值范围是
不大于M的非0自然数，劣表示发射过程用户k的第i帧数据的第j个元素；
步骤(142)把发射过程扩展后的数据矩阵Dk进行分块，分为A个方阵
以及发射过·
分 部 阵
方
bh 1ΤΓ
的
)下
^剩 中
阵 ；矩
据
)数
表示取整运算，
且B = L-A，将这A个方阵记为方阵集合{Dk,i，i = 1,2,... ,Α}； 步骤(143)将步骤(142)中的方阵集合{队」，i = 1，2，· · ·，A}的每个方阵分别 进行转置，得到由方阵集合{Dk,i，i = 1，2，...，A}变换后的方阵集合
将这个方阵集合记为
+ d^ ((Α-\)χΝ + 2)…dNk (AN) {Dk i,i = \,2,...,A}，而发射过程扩展后的数据矩阵Dk中剩下的非方阵部分C保持不变，经过
以上操作，数据矩阵由方阵集合·[线一 =1,2,.和发射过程扩展后的数据矩阵Dk中剩下 的非方阵部分C组合而成，为
4(1) ... ^'(1) ...《(#+i)…4((H)xA^i)...《(04-ι)χΛ/+ι) 4{L~B+l) ■■■ 4{L)‘
姻…姻鋼…侧...剩 … 鋼 ^{L-B+\) -4'{L) 将这个矩阵记为以‘7'；步骤(144)将步骤(143)得到的矩阵线7按列输出到IFFT4步骤。接收过程在FFTll和传统IDMA系统检测12步骤中间还包括解时域交织15步骤， 该步骤的数据处理过程又包括如下分步骤步骤(151)在解时域交织15步骤中，把FFT 11步骤后的数据r = {r(l), ...，r(L)}T，其中T表示转置，扩展N帧，形成接收过程扩展后的数据矩阵
Ti(J)表示接收过程的第i帧数据的第j个元素；将接收过程扩展后的数据矩阵R进行分块，分为A个方阵
程 过 收 接 及 以
扩展后的数据矩阵R中剩下的非方阵部分
，其中
表示取整运算，且
B = L-A，将这A个方阵记为方阵集合{Ri; i = 1,2, ... ,Α}； 步骤(153)将步骤(152)中的方阵集合{Ri;i = 1,2,...,Α}的每个方阵分别进 行转置，得到由方阵集合{Ri，i = 1，2，...，A}变换后的方阵集合
，将这个方阵集合记为步骤(154)将矩阵R' τ按列输出到传统IDMA系统检测12步骤中。本发明的有益效果本发明针对传统IDMA系统的交织器只在频域交织，资源利用 率低的问题，在传统IDMA系统的频域交织基础上，增加了时域交织步骤，利用了时域的资 源，在不增加运算复杂度的前提下，明显提高了 IDMA系统的误码率性能。
图1是传统IDMA系统的工作原理图。图2是本发明提出的时频交织的IDMA系统的工作原理图。图3是具体实施例中的发射过程扩展后的数据矩阵示意图。图4是具体实施例中的发射过程扩展后部分转置的数据矩阵示意图。图5是具体实施例中的性能仿真比较示意图。附图标记说明1是映射，2是扩频，3是频域交织，4是IFFT，5是添加保护时隙，6 是D/A转换，7是上变频，8是下变频，9是A/D转换，10是去保护时隙，11是FFT，12是传统 IDMA系统检测，13是反映射，14是时域交织，15是解时域交织。
具体实施例方式下面将结合附图，给出本发明的具体实施例。需要说明的是实施例中的参数并不 影响本发明的一般性。在阐述具体实施例之前，首先介绍其中所使用的术语1)扩频表示信号复制到不同频段上去。2)交织表示一帧内的信号打乱，重新排序。3)交织器是实现将数据进行交织的器件。4) IFFT表示快速傅里叶反变换。5) FFT表示快速傅里叶变换。6)相干时间表示信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值。7)取整表示把数值的小数部分去掉，保留整数部分所得的数值。为了便于对具体实施例理解，先对发射过程和接收过程的工作过程进行说明，具 体工作原理如图2所示。发射过程信源数据在经映射1后，在扩频2中进行扩频，然后在频域交织3步骤 中用正交交织器进行交织，接着在时域交织14步骤中将数据在时域扩展，再把时域扩展后 的数据矩阵进行分块并分别转置，经IFFT4、插入循环前缀5、D/A转换6、上变频7发送出去。接收过程接收端信号经过下变频8、A/D转换9、移除循环前缀10、FFT11后，在解 时域交织15步骤中进行时域解交织，经过传统IDMA系统检测12及反映射13之后恢复信 源数据。本发明实施例的实施参数如下信源长度为64，通信目标相对速度为120km/h，信 道为标准的C0ST207TUX6信道，子载波数为1024，载频为3. 5GHz，循环前缀长度为256，扩频 次数为16。在这种情况下一个相干时间内有17帧数据。
设某用户k在时域交织14步骤中的输入数据为dk= W1, d2，... , d1(124}T，由于 一个相干时间内有17帧数据，将输入数据扩展17帧，形成发射过程扩展后的数据矩阵
‘⑴ 劣⑴…《⑴、
…如图3所示，横轴T表示时域，纵轴F表示频
<(1024)式2 (1024) ·■■ d" (1024)
域，数据劣(Λ表示发射过程中用户k第i帧数据的第j个元素。把这个发射过程扩展后的 数据矩阵Dk划分为60个17 X 17的方阵
(1)劣⑴…《⑴‘乂 (1004)<(1004) ·■■Dk广·d\{2)dl(2)...^7 (2)■，…， A.60 = ■4(1005)J,2 (1005) ···《(17)…作).(1020)^2 (1020) ···和发射过程扩展后的数据矩阵Dk中剩下的非方
C 二
4(1021)<(1021)
4(1022)<(1022)
^(1023)Ji2 (1023)
4(1024)Jt2 (1024)
"；7 (1021) d、k7 (1022) "；7 (1023) <(1024)
将这60个方阵集合记为{Dk
i = 1，
2，...，60}。把方阵集合{Dk,i，i = 1,2, ...,60}中的每个方阵分别进行转置，得到由
方阵集合{Dk
4(2) ·.· d[{n)1,2, ...,60}变换后的方阵集合4,,='《⑴糊· 则<⑴47⑶. 47(i7)
,A, 60
4(1004) 4(1005) ··· 4(1020) <(1004) ^2 (1005) ... c/;(1020)
j;7(l004) <7(丨005)
，记为
发射过程扩展
\DkiJ = \,2,
,60
<(1020)
后部分转置的矩阵在时频域上如图4所示，横轴T表示时域，纵轴F表示频域。
经过上述操作，整个数据矩阵由·{ A" = 1,2，..., 60丨和C组成
乂(1) ···《⑴ 4(18)…《(18)…4(1·)…(IOM) ":(1021)…^(1024)
《(17)…《(17) 4(34)…《(34)…4(皿0)…《(腿。)<(1021)…《(1024)
最后将这个矩阵按列输出到IFFT4步骤。在接收过程，设解时域交织15步骤的输
入I〔据为r ={r(l),...，r(1024)}T,「尸‘⑴尸2(ι) · 广⑴R =-小2)“⑵r丨(1024)r2 (1024) · γ'7 (1024)
，数据—(j)表示接收过程第i帧数据的第j个元素。再把接收过程扩展后的矩阵R进行分块，分为60个17X17的方阵
将这60个方阵记为{Ri; i = 1,2, ...，60}，和接收过程扩展后的矩阵剩下的部分 V1 (1021) r2(l02l) ... r17 (102^
r] (1022) r2 (1022) ... r17(l022)
",-(1023) ^(1023) .·. /(1一，把这时Ml 的方阵分别转置，这样得到的接收 /(1024) γ2(1024) ... r17(l024)
过程扩展后部分转置的矩阵为
最后再将这个矩阵按列输出到传统IDMA系统检测12步骤中。具体实施例中的性能仿真比较示意图如图5所示，其中横轴SNR(Signal to Noise Ratio)表示信噪比，纵轴BER(Bit Error Rate)表示误码率，P120表示只进行频域交织的 IDMA系统的性能曲线，T120表示在频域交织的基础上再采用时域交织的IDMA系统的性能 曲线。从图5可以看出，采用时频交织的IDMA系统比只进行频域交织的IDMA系统可以明 显提高系统误码率性能。例如在SNR = 6dB时，传统的IDMA检测的误码率为0. 00028，而采 用时频交织的IDMA系统检测的误码率为0. 000045，性能提高了一个数量级。可以看出采用本发明方法的时频交织IDMA系统，在只增加矩阵的转置运算，没有 增加运算复杂度的前提下，有效的利用了时域资源，明显的提高了系统误码率性能。以上实例仅为本发明的较佳例子而已，本发明的使用并不局限于该实例，凡在本 发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范 围之内。
权利要求
一种具有时频交织功能的交分多址系统的通信方法，包括发射过程和接收过程，发射过程包括映射(1)、扩频(2)、频域交织(3)、IFFT(4)、插入循环前缀(5)、D/A转换(6)、上变频(7)，接收过程包括下变频(8)、A/D转换(9)、移除循环前缀(10)、FFT(11)、传统IDMA系统检测(12)、反映射(13)，其特征在于，发射过程在频域交织(3)和IFFT(4)步骤中间还包括时域交织(14)步骤，该步骤的数据处理过程又包括如下分步骤步骤(141)把频域交织后的数据dk＝{dk(1)，...，dk(L)}T，其中T表示转置，L表示数据帧的长度，k表示用户k，扩展N帧，形成发射过程扩展后的数据矩阵其中假设一个相干时间内有M帧数据，N的取值范围是不大于M的非0自然数，表示发射过程用户k的第i帧数据的第j个元素；步骤(142)把发射过程扩展后的数据矩阵Dk进行分块，分为A个方阵以及发射过程扩展后的数据矩阵Dk中剩下的非方阵部分其中表示取整运算，且B＝L A，将这A个方阵记为方阵集合{Dk，i，i＝1，2，...，A}；步骤(143)将步骤(142)中的方阵集合{Dk，i，i＝1，2，...，A}的每个方阵分别进行转置，得到由方阵集合{Dk，i，i＝1，2，...，A}变换后的方阵集合将这个方阵集合记为而发射过程扩展后的数据矩阵Dk中剩下的非方阵部分C保持不变，经过以上操作，数据矩阵由方阵集合和发射过程扩展后的数据矩阵Dk中剩下的非方阵部分C组合而成，为将这个矩阵记为步骤(144)将步骤(143)得到的矩阵按列输出到IFFT(4)步骤。接收过程在FFT(11)和传统IDMA系统检测(12)步骤中间还包括解时域交织(15)步骤，该步骤的数据处理过程又包括如下分步骤步骤(151)在解时域交织(15)步骤中，把FFT(11)步骤后的数据r＝{r(1)，...r(L)}T，其中T表示转置，扩展N帧，形成接收过程扩展后的数据矩阵ri(j)表示接收过程的第i帧数据的第j个元素；步骤(152)将接收过程扩展后的数据矩阵R进行分块，分为A个方阵以及接收过程扩展后的数据矩阵R中剩下的非方阵部分其中表示取整运算，且B＝L A，将这A个方阵记为方阵集合{Ri，i＝1，2，...，A}；步骤(153)将步骤(152)中的方阵集合{Ri，i＝1，2，...，A}的每个方阵分别进行转置，得到由方阵集合{Ri，i＝1，2，...，A}变换后的方阵集合将这个方阵集合记为而接收过程扩展后的数据矩阵R中剩下的非方阵部分E保持不变，经过以上操作，数据矩阵是方阵集合和接收过程扩展后的数据矩阵R中剩下的非方阵部分E组合而成，为将这个矩阵记为R′T；步骤(154)将矩阵按列输出到传统IDMA系统检测(12)步骤中。FSA00000246516900011.tif,FSA00000246516900012.tif,FSA00000246516900013.tif,FSA00000246516900014.tif,FSA00000246516900015.tif,FSA00000246516900016.tif,FSA00000246516900017.tif,FSA00000246516900021.tif,FSA00000246516900022.tif,FSA00000246516900023.tif,FSA00000246516900024.tif,FSA00000246516900025.tif,FSA00000246516900026.tif,FSA00000246516900027.tif,FSA00000246516900028.tif,FSA00000246516900031.tif,FSA00000246516900032.tif,FSA00000246516900033.tif,FSA00000246516900034.tif,FSA00000246516900035.tif,FSA00000246516900036.tif,FSA00000246516900037.tif,FSA00000246516900038.tif,FSA00000246516900039.tif,FSA00000246516900041.tif,FSA00000246516900042.tif
全文摘要
本发明公开了一种具有时频交织功能的交分多址系统的通信方法，针对传统IDMA系统的交织器只在频域交织，资源利用率低的问题，在发射过程中的频域交织(3)步骤后增加了时域交织(14)步骤，对应的在接收过程中的FFT(11)步骤后增加了解时域交织(15)步骤。通过对时域交织(14)和解时域交织(15)步骤中的数据矩阵进行处理，在不增加运算复杂度的前提下，有效的利用了时域资源，明显的提高了IDMA系统的误码率性能。
文档编号H04L1/00GK101917254SQ201010264740
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者任文君, 何旭, 李少谦, 肖悦 申请人:电子科技大学