專利名稱：用于ofdm系統(tǒng)的多維聯(lián)合編碼調(diào)制的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信中的分集技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于OFDM系統(tǒng)的聯(lián)合編碼調(diào)制的方法及裝置。
背景技術(shù)：
1982 年 Ungerboeck 提出網(wǎng)格編碼調(diào)制 TCM(Trellis Code Modulation)技術(shù)后， 編碼調(diào)制CM (Coded Modulation)技術(shù)始終是通信領(lǐng)域中的熱門研究課題。TCM的基本思想是將編碼器和調(diào)制器作為一個(gè)整體進(jìn)行綜合考慮和設(shè)計(jì)，使得編碼器和調(diào)制器級聯(lián)后產(chǎn)生的編碼信號序列具有最大的歐氏距離。目前的理論和實(shí)踐均已表明TCM在加性白高斯信道 (AWGN Channel)中能夠達(dá)到最佳性能。然而，將TCM用于移動衰落信道時(shí)發(fā)現(xiàn)其性能變得很差。于是，如何在衰落信道中尋找最佳的編碼調(diào)制方案就成為近年來的研究熱點(diǎn)。TCM編碼方法的優(yōu)勢是將編碼信號序列的歐氏距離最大化，這在AWGN信道中能夠起到良好的效果。但是對于衰落信道，性能的提高取決于增加分集數(shù)和增大積距離，這使得 TCM編碼方法在衰落信道傳輸中不存在性能優(yōu)勢。1992年仏1^￥丨最先提出比特交織編碼調(diào)制算法BICM(Bit Interleave Code Modulation)，該算法與傳統(tǒng)的TCM相比較，在瑞利信道下的性能有顯著提高。1996尼娜、G Caire等人在理想交織的情況下計(jì)算了 BICM方案的容量，證明了具有Gray映射的大多數(shù)信號集的容量都與信號集的自身容量幾乎相等。這樣就從理論上說明了 BICM可以獲得與 TCM相同的編碼增益，而不僅僅是原先認(rèn)為的一種次最佳的編碼方案。在BICM算法中，起決定作用的比特交織技術(shù)增大了編碼調(diào)制的時(shí)間分集度，然而，在高斯信道下，它的性能則又因最小歐氏距離的減小而惡化。OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ^—禾中胃帶多載波技術(shù)。它是通過將高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為一組低速并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，使得系統(tǒng)對于多徑衰落信道頻率選擇性的敏感度程度大大降低，從而具有良好的抗噪聲和抗多徑干擾的能力，適用于在頻率選擇性衰落信道中進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。因此，人們自然地就會想到如果能夠?qū)FDM與BICM方式相互結(jié)合，就會進(jìn)一步提高通信質(zhì)量。眾所周知，在衰落信道中，“分集”的作用非常重要。在最佳分集情況下，錯(cuò)誤概率會隨著平均信噪比的增加而呈指數(shù)下降。在BICM算法中，雖然比特交織技術(shù)增大了編碼調(diào)制的時(shí)間分集度；但是，由于最小歐氏距離的減小，又使該技術(shù)方案在高斯信道下的傳輸性能變得惡化。因此，如何解決這個(gè)技術(shù)難題，成為業(yè)內(nèi)科技人員關(guān)注的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是需要提供一種用于OFDM系統(tǒng)的多維聯(lián)合編碼調(diào)制的方法及裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于OFDM系統(tǒng)的多維聯(lián)合編碼調(diào)制的方法，該方法包括旋轉(zhuǎn)調(diào)制步驟，發(fā)送端針對各個(gè)用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)分別進(jìn)行編碼和調(diào)制以得到各個(gè)用戶的調(diào)制符號，并依照設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣對所得到的由所述各個(gè)用戶的調(diào)制符號構(gòu)成的調(diào)制符號塊進(jìn)行多維旋轉(zhuǎn)調(diào)制以得到符號分量塊；以及交織步驟，發(fā)送端按照設(shè)定的OFDM模式給所述符號分量塊分配OFDM時(shí)頻資源，得到OFDM符號，再對各個(gè)所述OFDM 符號中的每個(gè)用戶的符號分量塊進(jìn)行Q路交織處理得到交織符號。根據(jù)本發(fā)明另一方面的用于OFDM系統(tǒng)的多維聯(lián)合編碼調(diào)制的方法，按照如下處理來確定所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣生成設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣，所述設(shè)定數(shù)量大于1，N為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣的維數(shù)，N ^ 2 ；分別基于所述設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣中的各個(gè)N維正交矩陣進(jìn)行多維旋轉(zhuǎn)調(diào)制以得到相應(yīng)的符號分量塊&，并分別計(jì)算各個(gè)所述符號分量塊Xi 的最小間隔值，1 ( i <所述設(shè)定數(shù)量；將與所述最小間隔值最大的符號分量塊\對應(yīng)的N 維正交矩陣確定為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣；其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊&的N個(gè)符號分量中的各個(gè)符號分量，確定符號分量的 MN/2個(gè)不同取值并計(jì)算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調(diào)制階數(shù)； 將N個(gè)符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊\的最小間隔值。根據(jù)本發(fā)明另一方面的用于OFDM系統(tǒng)的多維聯(lián)合編碼調(diào)制的方法，通過如下處理來確定所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣生成所述設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣并將其作為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣，所述設(shè)定數(shù)量等于1 ；或者，生成所述設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣，所述設(shè)定數(shù)量大于1，并通過如下處理來選擇所述設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣之一作為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣 分別基于所述設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣中的各個(gè)N維正交矩陣進(jìn)行多維旋轉(zhuǎn)調(diào)制以得到相應(yīng)的符號分量塊&，并分別計(jì)算各個(gè)所述符號分量塊&的最小間隔值，1 ^ i《所述設(shè)定數(shù)量；將與所述最小間隔值最大的符號分量塊\相對應(yīng)的N維正交矩陣確定為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣；其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊& WN個(gè)符號分量中的各個(gè)符號分量，確定符號分量的Mn/2個(gè)不同取值并計(jì)算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調(diào)制階數(shù)；將N個(gè)符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊&的最小間隔值；N為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣的維數(shù)， N彡2 ；以及所述N維正交矩陣通過如下步驟生成步驟11，生成N(N+1V2個(gè)隨機(jī)數(shù)，并將所述隨機(jī)數(shù)排列為一個(gè)N階的下三角矩陣；步驟12，基于所述下三角矩陣構(gòu)造一個(gè)一元一次方程和N-2個(gè)線性方程組；步驟13，判斷所述線性方程組的系數(shù)矩陣是否為非奇異矩陣，若判斷為否，則返回所述步驟11重新生成N(N+1V2個(gè)隨機(jī)數(shù)，否則，利用列主元高斯消元法得到所述方程和所述線性方程組的解值，并將所述解值返回到所述下三角矩陣的相應(yīng)位置上以得到N維矩陣；以及步驟14，將所述N維矩陣的列向量進(jìn)行單位化以獲得N維正交矩陣。根據(jù)本發(fā)明另一方面的用于OFDM系統(tǒng)的多維聯(lián)合編碼調(diào)制的方法，設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣的維數(shù)N大于等于2且為等于2的整數(shù)次冪的值時(shí)，通過如下處理來確定所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣生成設(shè)定數(shù)量的N/2維正交矩陣，所述設(shè)定數(shù)量大于1 ；分別基于所述設(shè)定數(shù)量的N/2維正交矩陣中的各個(gè)N/2維正交矩陣進(jìn)行多維旋轉(zhuǎn)調(diào)制以得到相應(yīng)的符號分量塊 Xi，并分別計(jì)算各個(gè)所述符號分量塊&的最小間隔值，1 < i <所述設(shè)定數(shù)量；基于與所述最小間隔值最大的符號分量塊&相對應(yīng)的N/2維正交矩陣來確定所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣；其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊&的N/2
7個(gè)符號分量中的各個(gè)符號分量，確定符號分量的ΜΝΛ個(gè)不同取值并計(jì)算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調(diào)制階數(shù)；將Ν/2個(gè)符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊\的最小間隔值。根據(jù)本發(fā)明另一方面的用于OFDM系統(tǒng)的多維聯(lián)合編碼調(diào)制的方法，當(dāng)N大于等于 4時(shí)，通過如下處理確定所述設(shè)定數(shù)量的Ν/2維正交矩陣以IterMax表示所述設(shè)定數(shù)量，令j = 1,2, ... hterMax，則將所述設(shè)定數(shù)量的 N/2維正交矩陣中的第j個(gè)N/2維正交矩陣確定為
權(quán)利要求
1.一種用于OFDM系統(tǒng)的多維聯(lián)合編碼調(diào)制的方法，其特征在于，包括旋轉(zhuǎn)調(diào)制步驟，發(fā)送端針對各個(gè)用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)分別進(jìn)行編碼和調(diào)制以得到各個(gè)用戶的調(diào)制符號，并依照設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣對由所述各個(gè)用戶的調(diào)制符號構(gòu)成的調(diào)制符號塊進(jìn)行多維旋轉(zhuǎn)調(diào)制以得到符號分量塊；以及交織步驟，發(fā)送端按照設(shè)定的OFDM模式給所述符號分量塊分配OFDM時(shí)頻資源，得到 OFDM符號，再對各個(gè)所述OFDM符號中的每個(gè)用戶的符號分量塊進(jìn)行Q路交織處理得到交織符號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下處理來確定所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣生成設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣，所述設(shè)定數(shù)量大于1，N為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣的維數(shù)， N彡2 ；分別基于所述設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣中的各個(gè)N維正交矩陣進(jìn)行多維旋轉(zhuǎn)調(diào)制以得到相應(yīng)的符號分量塊Xi，并分別計(jì)算各個(gè)所述符號分量塊&的最小間隔值，1 ( i <所述設(shè)定數(shù)量；將與所述最小間隔值最大的符號分量塊\對應(yīng)的N維正交矩陣確定為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣；其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊&的N個(gè)符號分量中的各個(gè)符號分量，確定符號分量的MN/2個(gè)不同取值并計(jì)算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調(diào)制階數(shù)；將N個(gè)符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊&的最小間隔值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過如下處理來確定所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣生成所述設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣并將其作為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣，所述設(shè)定數(shù)量等于1 ；或者，生成所述設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣，所述設(shè)定數(shù)量大于1，并通過如下處理來選擇所述設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣之一作為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣分別基于所述設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣中的各個(gè)N維正交矩陣進(jìn)行多維旋轉(zhuǎn)調(diào)制以得到相應(yīng)的符號分量塊Xi，并分別計(jì)算各個(gè)所述符號分量塊&的最小間隔值，1 ( i <所述設(shè)定數(shù)量；將與所述最小間隔值最大的符號分量塊\相對應(yīng)的N維正交矩陣確定為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣；其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊&的N個(gè)符號分量中的各個(gè)符號分量，確定符號分量的MN/2個(gè)不同取值并計(jì)算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調(diào)制階數(shù)；將所述N個(gè)符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊&的最小間隔值； N為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣的維數(shù)，N > 2 ；以及所述N維正交矩陣通過如下步驟生成步驟11，生成Ν(Ν+1)/2個(gè)隨機(jī)數(shù)，并將所述隨機(jī)數(shù)排列為一個(gè)N階的下三角矩陣； 步驟12，基于所述下三角矩陣構(gòu)造一個(gè)一元一次方程和Ν-2個(gè)線性方程組；步驟13，判斷所述線性方程組的系數(shù)矩陣是否為非奇異矩陣，若判斷為否，則返回所述步驟11重新生成Ν(Ν+1)/2個(gè)隨機(jī)數(shù)，否則，利用列主元高斯消元法得到所述方程和所述線性方程組的解值，并將所述解值返回到所述下三角矩陣的相應(yīng)位置上以得到N維矩陣；以及步驟14，將所述N維矩陣的列向量進(jìn)行單位化以獲得N維正交矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣的維數(shù)N大于等于 2且等于2的整數(shù)次冪的值時(shí)，通過如下處理來確定所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣生成設(shè)定數(shù)量的N/2維正交矩陣，所述設(shè)定數(shù)量大于1 ；分別基于所述設(shè)定數(shù)量的N/2維正交矩陣中的各個(gè)N/2維正交矩陣進(jìn)行多維旋轉(zhuǎn)調(diào)制以得到相應(yīng)的符號分量塊&，并分別計(jì)算各個(gè)所述符號分量塊&的最小間隔值，1 < i <所述設(shè)定數(shù)量；基于與所述最小間隔值最大的符號分量塊\相對應(yīng)的N/2維正交矩陣來確定所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣；其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊&的N/2 個(gè)符號分量中的各個(gè)符號分量，確定符號分量的ΜΝΛ個(gè)不同取值并計(jì)算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調(diào)制階數(shù)；將Ν/2個(gè)符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊\的最小間隔值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，當(dāng)N≥4時(shí)，通過如下處理確定所述設(shè)定數(shù)量的Ν/2維正交矩陣 以IterMax表示所述設(shè)定數(shù)量，令j = 1，2，. . . InterMax,則將所述設(shè)定數(shù)量的N/2維正交矩陣中的第j個(gè)N/2維正交矩陣確定為
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述交織步驟中進(jìn)一步包括以下子步驟子步驟21，發(fā)送端將所述各個(gè)OFDM符號中的L個(gè)多維旋轉(zhuǎn)調(diào)制符號進(jìn)行按照逐行寫入
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括如下步驟 解交織步驟，所述接收端針對經(jīng)過Q路交織處理得到的各個(gè)所述交織符號進(jìn)行與所述交織步驟的逆向處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述解交織步驟中進(jìn)一步包括以下子步驟子步驟31，針對經(jīng)過Q路交織處理的得到的各個(gè)所述交織符號中的L個(gè)所述頻域交織符號中間隔為
9.一種用于OFDM系統(tǒng)的多維聯(lián)合編碼調(diào)制分集的裝置，其特征在于，包括旋轉(zhuǎn)調(diào)制模塊，針對各個(gè)用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)分別進(jìn)行編碼和調(diào)制以得到各個(gè)用戶的調(diào)制符號，并依照設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣對由所述各個(gè)用戶的調(diào)制符號構(gòu)成的調(diào)制符號塊進(jìn)行多維旋轉(zhuǎn)調(diào)制以得到符號分量塊；以及交織模塊，其按照設(shè)定的OFDM模式給所述符號分量塊分配OFDM時(shí)頻資源，得到OFDM 符號，再對各個(gè)所述OFDM符號中的每個(gè)用戶的符號分量塊進(jìn)行Q路交織處理得到交織符號；以及所述旋轉(zhuǎn)調(diào)制模塊還包括旋轉(zhuǎn)矩陣設(shè)置模塊，所述旋轉(zhuǎn)矩陣設(shè)置模塊包括 第一子模塊，其生成設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣，所述設(shè)定數(shù)量大于1，N為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣的維數(shù)，N彡2;第二子模塊，其分別基于所述設(shè)定數(shù)量的N維正交矩陣中的各個(gè)N維正交矩陣進(jìn)行多維旋轉(zhuǎn)調(diào)制以得到相應(yīng)的符號分量塊Xi,并分別計(jì)算各個(gè)所述符號分量塊&的最小間隔值，KiS所述設(shè)定數(shù)量；以及第三子模塊，將與所述最小間隔值最大的符號分量塊\對應(yīng)的N維正交矩陣確定為所述設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣，其中，通過如下步驟來確定所述符號分量塊&的最小間隔值針對所述符號分量塊&的N個(gè)符號分量中的各個(gè)符號分量，確定符號分量的ΜΝ/2個(gè)不同取值并計(jì)算各不同取值之間的最小間隔，作為最小分量間隔值，M表示調(diào)制階數(shù)；將所述N個(gè)符號分量的最小分量間隔值中的最小值作為所述符號分量塊\的最小間隔值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)矩陣設(shè)置模塊還包括 第四子模塊，所述第四子模塊包括生成單元，其生成Ν(Ν+1)/2個(gè)隨機(jī)數(shù)，并將所述隨機(jī)數(shù)排列為一個(gè)N階的下三角矩陣；構(gòu)造單元，基于所述下三角矩陣構(gòu)造一個(gè)一元一次方程和N-2個(gè)線性方程組； 判斷求解單元，其判斷所述線性方程組的系數(shù)矩陣是否為非奇異矩陣，若判斷為否，則返回所述生成單元重新生成N(N+1V2個(gè)隨機(jī)數(shù)，否則，利用列主元高斯消元法得到所述方程和所述線性方程組的解值，并將所述解值返回到所述下三角矩陣的相應(yīng)位置上以得到N 維矩陣；以及獲取單元，其將所述N維矩陣的列向量進(jìn)行單位化以獲得N維正交矩陣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于OFDM系統(tǒng)的多維聯(lián)合編碼調(diào)制的方法及裝置，該方法包括發(fā)送端針對各個(gè)用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)分別進(jìn)行編碼和調(diào)制以得到各個(gè)用戶的調(diào)制符號，并依照設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣對所得到的由所述各個(gè)用戶的調(diào)制符號構(gòu)成的調(diào)制符號塊進(jìn)行多維旋轉(zhuǎn)調(diào)制以得到符號分量塊；以及發(fā)送端按照設(shè)定的OFDM模式給所述符號分量塊分配OFDM時(shí)頻資源，得到OFDM符號，再對各個(gè)所述OFDM符號中的每個(gè)用戶的符號分量塊進(jìn)行Q路交織處理得到交織符號。本發(fā)明使不同分量的數(shù)據(jù)各自在信道上獨(dú)立衰落，增加信號分集的優(yōu)勢，通過選擇最優(yōu)旋轉(zhuǎn)矩陣，獲取傳輸性能的最大提升，更有效地提高系統(tǒng)性能。
文檔編號H04L1/00GK102571670SQ20121000826
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者吳湛擊, 吳迎賓, 陳翔 申請人:北京郵電大學(xué)