技术领域
[0001] 本
发明涉及无线通信行业数据传输技术领域，尤其涉及一种多码多载波的CDMA调制/解调方法。
背景技术
[0002] CDMA技术因其系统容量较高、实现软切换、抗干扰能
力较强、发射功率低、
保密性好等优点，已经成功应用于第二代移动通信技术中。无线电技术快速发展的今天，人们对无线通信系统中的业务需求也进一步增加，数据传输量越来越大，在这种需求背景下，
频谱资源显得尤为宝贵。因此，如何提高频谱资源利用率，增加系统用户容量，减小误码率成了一个热点研究课题。
[0003] 扩频CDMA系统的容量对多址干扰(MAI)和多径干扰很敏感。在有限带宽条件下，CDMA的码元周期大大缩短，在传送高速数据流时由于多径效应明显易受符号间干扰(ISI)的影响，尤其是在多径衰落比较严重的无线信道中传输时ISI更为严重，这使得CDMA系统难以充分利用频谱资源，发展受到一定的限制。随着多媒体多业务传输技术的快速发展，具有较强抗多径干扰和符号间串扰能力的多载波技术得到深入研究。
[0004] CDMA是支持多用户通信的有效手段，采用多载波传输又可以达到很好的
频率分集的效果，多载波CDMA系统可以在无线信道中传送高速数据流，在频谱效率、频率分集、抗多径干扰等方面都能获得较大的好处。
[0005] 空时编码是一种用于多发射天线的编码分集技术，它在多根发射天线和各个时间周期的发射
信号之间能够产生
空域和时域相关性，从而克服MIMO信道衰落和减少发射错误，提高系统的分集增益和编码增益，能实现高频谱效率的无限传输。Alamouti等人提出的空时分组编码(STBC)利用编码的
正交性，得到最大发射分集增益，并在接收端可以通过线性过程进行最大似然解码。空时编码的基本工作原理如下：从信源输出的信 息数据流，到达空时
编码器之后，形成同时从许多发射天线发射出去的矢量，这些调制符号称为空时符号。
[0006] 在实现本发明的过程中，
申请人意识到
现有技术多载波CDMA调制系统虽然增强了抗多径效应的能力，较之前单纯的CDMA系统一定程度上提高了频谱资源利用率，但是这种利用率的提高是十分有限的，随着数据量不断增大的多媒体业务的迅速发展，数字通信领域迫切需要具有进一步提高频谱资源利用率，增加系统用户容量，降低系统误码率的信息传输系统。
发明内容
[0007] (一)要解决的技术问题
[0008] 为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种多码多载波的CDMA调制/解调方法，以增加系统用户容量，降低系统误码率。
[0009] (二)技术方案
[0010] 根据本发明的一个方面，提供了一种多码多载波的CDMA调制方法。该方法包括：步骤A，用户数据bk经过串-并转换成M条并行的数据流bk，i，其中，1≤i≤M；步骤B，用长度为N的正交序列wk，i分别对M条并行的低数据流bk，i进行扩频调制，其中，1≤i≤M；
步骤C，将扩频调制后的M条并行数据相加；步骤D，将相加后的数据复制到L条正交
子载波支路；步骤E，对所述L条正交子载波支路中每一个支路的数据与PN序列ck，j进行相乘，其中，1≤j≤L；步骤F，对所述L条正交子载波支路中每一个支路的数据进行数字调制；步骤G，将进行数字调制后的L条正交子载波支路的数据相加，实现的多码多载波调制。 [0011] 根据本发明的再一个方面，还提供了一种多码多载波的CDMA解调方法，用于对上述多码多载波CDMA调制方法进行调制的数据进行解调，包括：步骤A′，对接收到的信号进行FFT变换，生成并行的L路信号；步骤B′，对所述并行的L路信号中的每一条支路进行载波解调；步骤C′，对进行载波解调后的数据进行低通滤波，剥离掉载波；步骤D′，通过积分判别对并行的L路信号中的每一条支路进行解扩，剥离PN序列；步骤E′，对剥离PN序列后的数据进行并/串变换以及抽样保持处理；步骤F′，对抽 样保持处理后的数据通过积分判别对每条支路进行解扩，剥离扩频码；步骤G，对剥离扩频码的数据进行串/并变换，得到解调后的用户数据bk。
[0012] 根据本发明的再一个方面，还提供了一种应用空时编码的多码多载波的CDMA调制方法。该方法包括：步骤S1，用户数据bk经过串-并转换成M条并行的低数据流bk，i，其中，1≤i≤M；步骤S2，M条并行的低数据流中的每一条支路bk，i的数据分别进行空时分组编码，输出M条支路；步骤S4，分别将第p个空时编码器输出的第q条子支路信号送到后续的第q个后续步骤第p条输入支路，其中，p＝1，2，……，M；q＝1，2，……，M；步骤S5，并行的对M条支路执行多码多载波调制；步骤S6，分别对L条支路的数据进行并/串转换，在该支路对应的天线进行信号发射。
[0013] 根据本发明的再一个方面，还提供了一种应用空时编码的多码多载波的CDMA解调方法，该方法包括：步骤1′，对任意一个接收天线的信号执行以下多码多载波解调；步骤2′，分别将第f个步骤1′输出的第g条子支路信号送到后续的第g条支路，其中，1≤f≤M；1≤g≤M；步骤3′，经过空时编码
解码器，并行输出M条数据信号的估计值；
步骤4′，经过并/串转换处理，输出M个并行数据流；步骤5′，对M个并行数据进行并/串转换，得到用户bk的数据估计值。
[0014] (三)有益效果
[0015] 综上所述，本发明的应用空时编码的多码多载波(MC-MC)的CDMA调制/解调系统具有以下有益效果：
[0016] (1)由于对多载波CDMA系统中每条支路采用了扩频调制和
波形随机化的
信号处理结构，从而使多码多载波系统提高了扩频增益，导致了进一步提高信息传输系统用户容量，提高了系统频谱资源利用率；
[0017] (2)由于在多码多载波CDMA系统中应用空时编码，实现了空间分集和频率分集，从而增强了系统抗干扰能力，导致了进一步降低系统误码率，提高系统性能。
附图说明
[0018] 图1A为本发明
实施例多码多载波CDMA调制方法的流程示意图；
[0019] 图1B为本发明实施例多码多载波CDMA解调方法的流程示意图；
[0020] 图2为本发明实施例多码多载波CDMA调制/解调方法在不同的调制/解调模式下
信噪比与误码率关系的性能比较；
[0021] 图3A为本发明实施例应用空时分组编码的多码多载波CDMA调制方法的流程示意图；
[0022] 图3B本发明实施例应用空时分组编码的多码多载波CDMA解调方法的流程示意图；
[0023] 图4为在相同条件下本发明实施例应用空时编码的多码多载波CDMA调制/解调方法与其他方法的性能比较。
具体实施方式
[0024] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。 [0025] 本发明多码多载波CDMA调制方法和解调方法中，结合多载波CDMA系统和多扩频码CDMA调制系统优点，在提高系统容量的同时，具有更高的数据传输能力和更低的误码率。此外，空时编码本身具有空间分集增益的功能等优点，本发明还结合空时编码设计了一种应用空时编码的多码多载波CDMA系统，进一步改善了系统性能，降低了误码率，提高了频谱资源的利用率，在多数据业务传输系统中具有广泛的应用价值。
[0026] (一)多码多载波(MC-MC)调制技术
[0027] 调制方法：
[0028] 在本发明的一个示例性实施例中，提出了一种多码多载波的CDMA调制方法。本实施例中，结合多扩频码调制系统的优点，在普通的正交频分多载波调制技术的前端通过扩频调制和波形随机化操作，提高了载波支路信号互相相关特性。
[0029] 设系统中有K个用户，每个用户使用相同正交码组W：
[0030] W＝{wi(n)/0＜i≤M} (1)
[0031] 图1A为本发明实施例多码多载波CDMA调制/解调方法中调制过程的流程示意图。如图1A所示，该调制方法包括：
[0032] 步骤S102，用户k的用户数据bk经过串-并转换成M条并行的低数据流数据bk，i(1≤i≤M)，bk，i的每位数据的持续时间为bk的位持续时间的M倍；
[0033] 步骤S104，用长度为N的正交序列wk，i(1≤i≤M)分别对M条并行的低数据流数据bk，i进行扩频调制，设bk，i的位持续时间为Ts，wi的位持续时间为Tc，Ts＝NTc，则bk，i相当于在频域扩展了N倍；
[0034] 如图1A所示，在正交频分复用技术中，串/并变换之后每条支路bk，i乘上长度为N的正交扩频码序列wk，i(1≤i≤M)，以获得扩频增益，实现码分复用。不同的正交扩频码彼此之间保持精确的同步关系，则序列之间的干扰为零。
[0035] 第k个用户的第i条支路的码序列可以写为：
[0036]
[0037] 式(2)中h(t)定义为：
[0038]
[0039] 公式(2)中，q和n只是代表着时间信息里的一个参数，不代表物理量，根据前面S104定义的Ts＝NTc，那么h(t-nTc-qTs)＝h(t-(qN+n)Tc)，(qN+n)就是系统时间延时相对于Tc的倍数，用来代表着m序列的一个离散时间。
[0040] 步骤S106，将扩频调制后的M条并行数据相加，相加后的数据yk(t)可以表示为； [0041]
[0042] 步骤S108，将相加后的数据复制到L条正交子载波支路；
[0043] 步骤S110，将每一个支路的数据再与互相关特性较好的PN序列(一般是m序列)ck，j(1≤j≤L)进行相乘，实现L条支路波形随机化，减小支路信号互相关。 [0044] 大多数正交序列的互相关特性不好，这导致系统具有大的多址干扰，为了减弱其他用户对接收用户产生的多址干扰，改善正交序列的互相关特性。每一个支路再与互相关特性较好的PN序列ck，j(1≤j≤L)进行相乘，设ck，j与bk，i的位持续时间相同都为Tc，PN序列ck，j(1≤j≤L)在本系统中没有起到扩频的作用，它只起到使L条支路波形随机化的作用，第k个用户第l条支路上的信号为sk，l(t)。
[0045]
[0046] 步骤S112，对L条正交子载波支路的数据进行双
相移相键控(Binary Phase Shift Keying，简称BPSK)调制，其他的数字方法还有正交移相键控(Quadrature Phase Shift Keying，简称QPSK)，相移键控(Phase Shift Keying，简称PSK)；
[0047] 步骤S114，将进行双相移相键控调制后的L条正交子载波支路的数据相加，实现的多码多载波调制；
[0048] 用户k的发送信号sk(t)为：
[0049]
[0050] ωt表示第l条支路的上子
载波频率，θk，l表示用户k的第l条支路上的子载波的随机
相位，θk，l是在[0，2π]上的均匀分布，L表示子载
波数。
[0051] 解调方法：
[0052] MC-MC-CDMA的发射信号由多条窄带的子载波组成，可以近似的认为它的每条子信道都是一个瑞利衰减信道，每条子信道的脉冲响应可以写为
[0053]2
[0054] hk，l(t)为一个均值为零，方差为σ 的高斯随机变量，βk，l(t)，ψk，l(t)分别是第k个用户的第l条路径的路径增益和相位。
[0055] 系统接收的信号r(t)可以写为：
[0056]
[0057] φk，l(t)＝θk，l+ψk，l(t)，n(t)为零均值，
功率谱密度为N0的加性高斯白噪声，假设在时间间隔[0，Tc)上第k个用户的第l条路径的路径增益βk，l(t)和相位ψk，l(t)为一个常量。
[0058] 系统的解调过程实际上是调制过程的一个逆过程，因此，上述多码多载波调制方式中的调整内容，也是解调方式的一个重要调整内容。图1B为本发明实施例多码多载波的CDMA解调/解调方法中解调过程的
流程图。如图1B所示，该解调方法包括：
[0059] 步骤S150，对接收到的信号进行FFT变换，生成并行的L路信号；
[0060] 步骤S152，对所述并行的L路信号中的每一条支路进行载波解调，解调之后的信号为：
[0061]
[0062] 步骤S154，对进行载波解调后的数据进行低通滤波，剥离掉载波，接收信号变为： [0063]
[0064] 步骤S156，通过积分判别对并行的L路信号中的每一条支路进行解扩，剥离PN序列ck，j(1≤j≤L)，以消除发射调制部分m序列对原始数据信息波形的随机化，此时信号变为：
[0065]
[0066] 步骤S158，对剥离PN序列后的数据进行并/串变换以及抽样保持处理，以减小了量化噪声，增强了抗噪性能。
[0067] 步骤S160，对抽样保持处理后的数据通过积分判别对每条支路进行解扩，剥离扩频码，从而得到信号为：
[0068]
[0069] 由于在发射端调制中为了增加扩频增益，减小用户数据干扰，加入扩频码进行扩频处理，该步骤与发射端调制相对应。
[0070] 步骤S162，对剥离扩频码的数据进行串/并变换，得到最终的信号
[0071] 图2为本发明实施例多码多载波CDMA系统在不同的调制/解调模式下信噪比与误码率关系的仿真图。如图2所示，当取K为10时，对于MC-MC-CDMA系统，子载波数L为4，码的个数M分别为2，4，8；对于多载波CDMA系统，子载波数L为16；对于多码CDMA系统，码的个数M为16。
[0072] 由本实施例可以看出，本实施例调制解调方法较普通的正交频分复用多载波调制方法，进一步增强了抗多径干扰能力，减低了系统误码率，提高了频谱资源利用率，改善了信息传输系统的性能。
[0073] (二)应用空时编码的多码多载波调制技术
[0074] 由于空时编码在使用上受到一定的限制，即：它只能适用于平坦衰落信道，而不能适用于频率选择性信道。多载波正交频分复用调制技术主要的一个特点是能将频率选择信道转变为平坦衰落信道的技术，很好的解决了空时编码的适用要求，为此，在上述实施例的
基础上设计了一种应用空时编码的多码多载波CDMA调制/解调技术。在本实施例中，在信号串/并变化之后通过空时分组编码器然后再进行多码多载波调制，最后通过多天线输出，发射信号。优化设计了一种应用空时编码的多码多载波CDMA调制/解调系统。 [0075] 调制方法：
[0076] 设系统中有K个用户，每个用户使用相同正交码组W：
[0077] W＝{wi(n)/0＜i≤M} (13)
[0078] 图3A为本发明实施例采用空时编码的多码多载波CDMA调制/解调方法中调制过程的流程示意图。如图3A所示，该调制方法包括：
[0079] 步骤S302，用户k的用户数据bk经过串/并变换后，转换成M条并行的低数据流bk，i(1≤i≤M)，其中一条支路bk，i的每位数据的持续时间为bk的位持续时间的M倍。该步骤与步骤S102相同。
[0080] 步骤S304，M条并行的低数据流中的每一条支路bk，i的数据分别进行空时分组编码。本实施例中nT＝M，空时码的码字长度为M，每个空时码包含nT×M＝M×M个码符号，在某时隙，空时编码器对bk，i输入的数据信息 比特序列进行编码输出码字为： [0081]
[0082] 空时分组编码器首先将bk，i的数据分成M组，每组序列长度为M，然后将M组数据流通过调制码元
星座映射为发送矩阵的元素符号xm，q，(m＝1，2，……，M，q＝1，2，……，M)，第q(1≤q≤M)条支路在第m(1≤m≤M)个时隙里发送第xm，q(m＝1，2，……，M，q＝1，2，……，M)个元素符号。
[0083] 步骤S306，分别将第p(1≤p≤M)个空时编码器输出的第q(1≤q≤M)条子支路信号送到后续的第q(1≤q≤M)个后续步骤第p(1≤p≤M)条输入子支路；
[0084] 步骤S308，并行的对M条支路执行步骤S104～S112的处理过程；
[0085] 对于每一条支路，该步骤具体包括：
[0086] 步骤S308A，用长度为N的正交序列wk，i分别对M条并行的低数据流bk，i进行扩频调制，其中，1≤i≤M；
[0087] 步骤S308B，将扩频调制后的M条并行数据相加；
[0088] 步骤S308C，将相加后的数据复制到L条正交子载波支路；
[0089] 步骤S308D，对所述L条正交子载波支路中每一个支路的数据与
[0090] PN序列ck，j进行相乘，其中，1≤j≤L；
[0091] 步骤S308E，对所述L条正交子载波支路中每一个支路的数据进行数字调制。 [0092] 步骤S310，分别对M条支路的数据进行并/串转换，在相应的天线进行信号发射，第u个天线发射信号为：
[0093]
[0094] 式(15)中， 为第u(1≤u≤nT)个天线第n(1≤n≤M)个子载波上发送W个信号的记号。
[0095] 解调方法：
[0096] 发射天线u到接收天线v的信道脉冲传输响应，可以表示为：
[0097]
[0098] 式(16)中，τl和γu，v(t，l)为第l条路径的时延和幅度；nv(t)为高斯白噪声。 [0099] 在应用空时编码的多码多载波CDMA系统中，接收天线收到的信号是nT路发射信号经过衰落和噪声干扰后的信号
叠加而形成信号，其表达式为：
[0100]
[0101] 式(17)中，hu，v(t，τ)为发射天线u到接收天线v的信道脉冲传输响应。 [0102] 在本发明的一个示例性实施例中，还提出了应用空时编码的多码多载波的CDMA系统解调方法。图3B为本发明实施例采用空时编码的多码多载波CDMA调制/解调方法中解调过程的流程示意图。具体的解调方式是调制方式的一个逆过程。本实施例还包括： [0103] 步骤S352，对任意一个接收天线的信号进行步骤S150～S160的多码多载波解调过程；
[0104]
[0105] 对于其中一个接收天线，该步骤具体包括：
[0106] 步骤352A′，对接收到的信号进行FFT变换，生成并行的L路信号； [0107] 步骤352B′，对所述并行的L路信号中的每一条支路进行载波解调； [0108] 步骤352C′，对进行载波解调后的数据进行低通滤波，剥离掉载波； [0109] 步骤352D′，通过积分判别对并行的L路信号中的每一条支路进行解扩，剥离PN序列；
[0110] 步骤352E′，对剥离PN序列后的数据进行并/串变换以及抽样保持处理； [0111] 步骤352F′，对抽样保持处理后的数据通过积分判别对每条支路进行解扩，剥离扩频码；
[0112] 步骤S354，分别将第f(1≤f≤M)个步骤S352输出的第g(1≤g≤M)条子支路信号送到后续的第g(1≤g≤M)条支路；
[0113] 步骤S356，经过空时编码解码器，并行输出M条数据信号的估计值； [0114] 步骤S358，经过并/串转换处理，输出M个并行数据流bk，i(1≤i≤M)； [0115] 步骤S360，对M个并行数据进行并/串转换，输出得到用户bk的数据估计值。 [0116] 应用空时编码的多码多载波CDMA系统中，选择Walsh码作为扩频码，扩频增益为32，子载波数L为32，所有用户信息发射
能量相同。调制方式为QPSK，无线信道为2径Reyleigh独立衰落路径，最大Doppler频率为20Hz。当取用户数K＝12和K＝32时，假定它们占用相同的带宽，相同的信号源，相同的信息速率，对应用空时编码的MC-MC-CDMA系统性能和普通的MC-MC-CDMA系统的性能，以及应用空时编码的多载波CDMA系统的性能进行了比较。
[0117] 图4为本发明实施例应用空时编码的多码多载波CDMA系统在不同的调制/解调模式下信噪比与误码率关系的仿真图。如图4所示，如图4所示，最底下的那条线是结合空时编码的多码多载波CDMA系统，误码率最低，中间那条线结合空时编码的多载波CDMA系统误码率次之，最上面的那条线是本发明实施例中多码多载波CDMA系统，它的误码率没有结合空时编码的系统低。
[0118] 因为采用了MIMO(多输入多输出系统)中的核心技术空时编码，使系统获得较大的频谱分集和空间分集从而进一步提高系统频谱资源利用率和系统用户容量。本发明应用空时编码的多码多载波调制/解调系统的性能进一步提高，获得更大的系统用户容量，更高的频谱资源利用率。
[0119] 以上对本发明所涉及的技术内容进行了充分的论述，但是，对于通信领域公知的某些技术内容，如空时编码、并/串转换等处理的具体过程，本发明并没有过多的赘述。此外，有些步骤中，只是详细介绍了其调制过程，对相应的解调过程并没有详细展开，而该解调过程应当是该调制过程的逆 过程。对于通信领域的普通技术人员，应当可以根据
说明书的相关记载，充分理解并实施本发明。
[0120] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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。
