本發(fā)明屬于基于CCSK調(diào)制的交織多址系統(tǒng)的改進(jìn)方案，引入CCSK調(diào)制和分支路迭代檢測(cè)算法，特別適用在需要提高數(shù)據(jù)率的多址接入系統(tǒng)中。

背景技術(shù)：

眾所周知，多址接入技術(shù)是構(gòu)成無線通信網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是無線通信更新?lián)Q代的標(biāo)志之一。理論分析與實(shí)踐均證明，碼分多址(Code-Division Multiple Access,CDMA)具有較強(qiáng)的抗衰落能力和抗小區(qū)間干擾能力，因此成為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，并得到了廣泛應(yīng)用。但在CDMA系統(tǒng)中，隨著系統(tǒng)容量的擴(kuò)大，多址干擾問題日益嚴(yán)重，傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算法計(jì)算復(fù)雜度太高，不足以滿足實(shí)際需求。為了克服CDMA系統(tǒng)的缺點(diǎn)，基于交分復(fù)用(Interleave Division Multiplexing,IDM)的交織多址技術(shù)在2002年被首次提出。

IDMA系統(tǒng)的核心思想是，利用不同的碼片級(jí)隨機(jī)交織器來區(qū)分不同的用戶，所有用戶共享相同的資源。IDMA繼承了CDMA的眾多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于IDMA將整個(gè)擴(kuò)頻帶寬用于低碼率的信道編碼，從而可以最大化編碼增益并獲得比CDMA更高的頻譜效率。此外，IDMA系統(tǒng)的接收機(jī)采用一種低復(fù)雜度的迭代多用戶檢測(cè)方法，單個(gè)用戶的檢測(cè)復(fù)雜度獨(dú)立于系統(tǒng)的用戶數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種基于IDMA系統(tǒng)的能夠有效提高傳輸數(shù)據(jù)率的改進(jìn)方法。在具備上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，IDMA也存在問題，作為擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，主要缺點(diǎn)是有效數(shù)據(jù)發(fā)送率的降低。本發(fā)明提出了基于CCSK調(diào)制的交織多址接入通信系統(tǒng)，在保持上述優(yōu)勢(shì)的條件下，通過循環(huán)移位調(diào)制來攜帶新數(shù)據(jù)，從而提高有效數(shù)據(jù)率。

傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)的發(fā)送機(jī)、接收機(jī)框圖分別如圖1、圖2所示。發(fā)送機(jī)主要包括前向糾錯(cuò)(Forward Error Correction,FEC)編碼模塊、擴(kuò)頻模塊和交織模塊，接收機(jī)由一個(gè)單元信號(hào)估計(jì)器(Elementary Signal Estimator,ESE)、若干個(gè)解交織模塊和譯碼器(Decoder,DEC)構(gòu)成。改進(jìn)方案在發(fā)送端增加了CCSK調(diào)制模塊，在接收端相應(yīng)地增加了CCSK解交織模塊，如圖3、圖4所示。設(shè)用戶數(shù)為K，擴(kuò)頻碼長(zhǎng)為S，記為s＝[s₀,s₁,…,s_S-1]，第k個(gè)用戶發(fā)送數(shù)據(jù)為d_k＝[d_k(0),d_k(1),…,d_k(N-1)]，CCSK調(diào)制階數(shù)為Mary_ccsk(一般取Mary_ccsk＝N*S)，可額外攜帶log₂(Mary_ccsk)比特?cái)?shù)據(jù)，記為D_k＝[D_k(0),D_k(1),…,D_k(log₂Mary_ccsk-1)]。

發(fā)送端數(shù)據(jù)處理過程如下：

1)對(duì)于第k個(gè)用戶，數(shù)據(jù)比特序列d_k首先進(jìn)行FEC編碼，生成編碼后的編碼序列b_k；

2)編碼序列b_k通過擴(kuò)頻進(jìn)一步降低碼率，產(chǎn)生低碼率的擴(kuò)頻序列c_k；

3)擴(kuò)頻序列進(jìn)入第k個(gè)用戶的碼片級(jí)交織器π_k，生成被打亂順序的碼片序列x_k＝{x_k(n),n＝0,...,N*S-1}；

4)進(jìn)入CCSK調(diào)制模塊，第二路數(shù)據(jù)D_k首先映射成十進(jìn)制數(shù)，設(shè)為m_k，則第k個(gè)用戶的發(fā)送信號(hào)為：

式中，<x>_m表示對(duì)序列x向左循環(huán)移位m位操作；

5)所有用戶的信號(hào)通過發(fā)射模塊發(fā)送出去，即完成了發(fā)送端工作；

接收端采用迭代譯碼，設(shè)迭代次數(shù)為Iter，數(shù)據(jù)處理過程如下(如圖4所示)：

1)首先對(duì)經(jīng)過信道作用的到達(dá)信號(hào)進(jìn)行接收并完成信道估計(jì)，接收到的信號(hào)為所有用戶信號(hào)的疊加：

式中，h_k表示第k個(gè)用戶的信道系數(shù)，w(n)為是均值為0、方差為σ²的高斯白噪聲；

2)令k＝0，初始化所有用戶信號(hào)的均值E[y_k(n)]和方差Var[y_k(n)]，計(jì)算接收信號(hào)的均值和方差：

3)得到每個(gè)用戶干擾信號(hào)的均值和方差：

E(ζ_k(n))＝E(r(n))-h_kE(y_k(n))

Var(ζ_k(n))＝Var(r(n))-|h_k|²Var(y_k(n)) (4)；

4)計(jì)算ESE輸出的每個(gè)用戶發(fā)送信號(hào)的外信息：

5)可以將CCSK調(diào)制看作是循環(huán)移位交織器Π_k，則對(duì)應(yīng)Mary_ccsk個(gè)可能的交織器，分支路處理外信息，第i個(gè)支路對(duì)外信息進(jìn)行反循環(huán)移位i位操作(記為解交織器再解交織即可得到c_k的先驗(yàn)對(duì)數(shù)似然比信息L_prior(c_k)：

6)接下來進(jìn)入DEC模塊完成軟譯碼，首先執(zhí)行解擴(kuò)操作，為敘述方便，下面僅考慮第k個(gè)用戶的第1個(gè)編碼符號(hào)b_k(0)的譯碼，其它編碼符號(hào)的譯碼過程與b_k(0)一樣。利用ESE反饋的外信息L_priori(c_k)進(jìn)行解擴(kuò)頻，得到編碼符號(hào)b_k(0)的先驗(yàn)軟信息，

接著，F(xiàn)EC譯碼器利用軟信息L_priori(b_k)進(jìn)行軟譯碼，得到編碼序列b_k的軟信息L_APP(b_k)，再對(duì)L_APP(b_k)進(jìn)行擴(kuò)頻，得到擴(kuò)頻序列c_k的后驗(yàn)軟信息：

L_posteriori(c_k(n))＝s_k(n)L_APP(b_k(1)),n＝0,1,...,S-1 (8)，

最后，計(jì)算DEC譯碼器輸出的外信息：

e_DEC(c_k(n))＝L_posteriori(c_k(n))-L_priori(c_k(n)) (9)；

7)再次讓e_DEC(c_k(n))通過隨機(jī)交織器π_k和Π_k，得到y(tǒng)_k的先驗(yàn)信息，從而更新所有用戶信號(hào)的均值和方差，

Var(y_k(n))＝1-(E(y_k(n)))²

8)判斷k＞Iter是否成立，若成立，根據(jù)外信息最大準(zhǔn)則判決某個(gè)支路為CCSK解調(diào)正確的支路，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制即為則CCSK解調(diào)完成，同時(shí)對(duì)FEC譯碼結(jié)果進(jìn)行硬判決；否則令k＝k+1，回到步驟3)。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明是在傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出的一種基于CCSK調(diào)制、可提高有效數(shù)據(jù)傳輸速率的改進(jìn)方案。該方法是在傳統(tǒng)的IDMA系統(tǒng)上，發(fā)送端實(shí)際發(fā)送兩路有效信號(hào)，首先按照傳統(tǒng)發(fā)送機(jī)結(jié)構(gòu)生成發(fā)送信號(hào)，攜帶第一路有效數(shù)據(jù)，然后通過添加CCSK調(diào)制，在不改變發(fā)送信號(hào)長(zhǎng)度的前提下，增加額外的發(fā)送數(shù)據(jù)(即第二路有效數(shù)據(jù))，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率。在接收端，將CCSK調(diào)制看作是特殊的隨機(jī)交織器，根據(jù)可能的狀態(tài)進(jìn)行分支路解交織，每個(gè)支路再按照傳統(tǒng)IDMA接收機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，最后按照最大外信息準(zhǔn)則對(duì)支路進(jìn)行判決。本發(fā)明通過引入CCSK調(diào)制，在保持系統(tǒng)原有優(yōu)勢(shì)的前提下，以提高接收端迭代檢測(cè)計(jì)算復(fù)雜度為代價(jià)，增加額外發(fā)送數(shù)據(jù)，提高有效數(shù)據(jù)率。。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)發(fā)送端結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為傳統(tǒng)IDMA系統(tǒng)接收端結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的基于CCSK調(diào)制的IDMA系統(tǒng)發(fā)送端結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的基于CCSK調(diào)制的IDMA系統(tǒng)接收端結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

在發(fā)送端，主要包含三個(gè)模塊：前向糾錯(cuò)編碼器、擴(kuò)頻器和交織器。IDMA系統(tǒng)依靠交織器來區(qū)分不同的用戶，通過交織器來打亂低碼率的碼片序列的順序，從而盡最大可能減小相鄰碼片的相關(guān)性，不但可以降低通信過程中的連續(xù)性錯(cuò)誤，同時(shí)能使接收端低復(fù)雜度的檢測(cè)方法得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于第k個(gè)用戶，數(shù)據(jù)比特序列首先進(jìn)行FEC編碼，生成編碼后的編碼序列b_k；為進(jìn)一步降低碼率，編碼序列b_k進(jìn)行擴(kuò)頻，產(chǎn)生低碼率的擴(kuò)頻序列c_k；最后，碼片序列進(jìn)入第k個(gè)用戶的碼片級(jí)交織器π_k，生成被打亂順序的碼片序列x_k，并通過循環(huán)移位實(shí)現(xiàn)CCSK調(diào)制，通過發(fā)射機(jī)發(fā)送出去。

在接收端，采用低復(fù)雜度的迭代檢測(cè)算法，根據(jù)傳統(tǒng)IDMA接收機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，包括ESE估計(jì)器模塊、交織/解交織模塊和DEC譯碼器模塊。此時(shí)，將CCSK調(diào)制看作是特殊的隨機(jī)交織器，根據(jù)可能的狀態(tài)在交織/解交織模塊進(jìn)行分支路處理。當(dāng)接收機(jī)達(dá)到預(yù)算設(shè)定的迭代次數(shù)時(shí)，由DEC譯碼器對(duì)每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)比特進(jìn)行硬判決，輸出最終的判決結(jié)果。

發(fā)送端數(shù)據(jù)處理過程如下：

1)對(duì)于第k個(gè)用戶，數(shù)據(jù)比特序列d_k首先進(jìn)行FEC編碼，生成編碼后的編碼序列b_k；

2)編碼序列b_k通過擴(kuò)頻進(jìn)一步降低碼率，產(chǎn)生低碼率的擴(kuò)頻序列c_k；

3)擴(kuò)頻序列進(jìn)入第k個(gè)用戶的碼片級(jí)交織器π_k，生成被打亂順序的碼片序列x_k＝{x_k(n),n＝0,...,N*S-1}；

4)進(jìn)入CCSK調(diào)制模塊，第二路數(shù)據(jù)D_k首先映射成十進(jìn)制數(shù)，設(shè)為m_k，則第k個(gè)用戶的發(fā)送信號(hào)為：

式中，<x>_m表示對(duì)序列x向左循環(huán)移位m位操作；

5)所有用戶的信號(hào)通過發(fā)射模塊發(fā)送出去，即完成了發(fā)送端工作；

接收端采用迭代譯碼，設(shè)迭代次數(shù)為Iter，數(shù)據(jù)處理過程如下(如圖4所示)：

1)首先對(duì)經(jīng)過信道作用的到達(dá)信號(hào)進(jìn)行接收并完成信道估計(jì)，接收到的信號(hào)為所有用戶信號(hào)的疊加：

式中，h_k表示第k個(gè)用戶的信道系數(shù)，w(n)為是均值為0、方差為σ²的高斯白噪聲；

2)令k＝0，初始化所有用戶信號(hào)的均值E[y_k(n)]和方差Var[y_k(n)]，計(jì)算接收信號(hào)的均值和方差：

3)得到每個(gè)用戶干擾信號(hào)的均值和方差：

E(ζ_k(n))＝E(r(n))-h_kE(y_k(n))

Var(ζ_k(n))＝Var(r(n))-|h_k|²Var(y_k(n)) (14)；

4)計(jì)算ESE輸出的每個(gè)用戶發(fā)送信號(hào)的外信息：

5)可以將CCSK調(diào)制看作是循環(huán)移位交織器Π_k，則對(duì)應(yīng)Mary_ccsk個(gè)可能的交織器，分支路處理外信息，第i個(gè)支路對(duì)外信息進(jìn)行反循環(huán)移位i位操作(記為解交織器再解交織即可得到c_k的先驗(yàn)對(duì)數(shù)似然比信息L_prior(c_k)：

6)接下來進(jìn)入DEC模塊完成軟譯碼，首先執(zhí)行解擴(kuò)操作，為敘述方便，下面僅考慮第k個(gè)用戶的第1個(gè)編碼符號(hào)b_k(0)的譯碼，其它編碼符號(hào)的譯碼過程與b_k(0)一樣。利用ESE反饋的外信息L_priori(c_k)進(jìn)行解擴(kuò)頻，得到編碼符號(hào)b_k(0)的先驗(yàn)軟信息，

接著，F(xiàn)EC譯碼器利用軟信息L_priori(b_k)進(jìn)行軟譯碼，得到編碼序列b_k的軟信息L_APP(b_k)，再對(duì)L_APP(b_k)進(jìn)行擴(kuò)頻，得到擴(kuò)頻序列c_k的后驗(yàn)軟信息：

L_posteriori(c_k(n))＝s_k(n)L_APP(b_k(1)),n＝0,1,...,S-1 (18)，

最后，計(jì)算DEC譯碼器輸出的外信息：

e_DEC(c_k(n))＝L_posteriori(c_k(n))-L_priori(c_k(n)) (19)；

7)再次讓e_DEC(c_k(n))通過隨機(jī)交織器π_k和Π_k，得到y(tǒng)_k的先驗(yàn)信息，從而更新所有用戶信號(hào)的均值和方差，

Var(y_k(n))＝1-(E(y_k(n)))²

8)判斷k＞Iter是否成立，若成立，根據(jù)外信息最大準(zhǔn)則判決某個(gè)支路為CCSK解調(diào)正確的支路，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制即為則CCSK解調(diào)完成，同時(shí)對(duì)FEC譯碼結(jié)果進(jìn)行硬判決；否則令k＝k+1，回到步驟3)。