交織多址技術(shù)在BRadio系統(tǒng)上行鏈路中的應(yīng)用

摘 要：基于BRadio系統(tǒng)上行采用的時(shí)頻域聯(lián)合單載波調(diào)制時(shí)分多址(TFU-SCM-TDMA)技術(shù)，將交織多址接入(IDMA)技術(shù)引入其中，同一時(shí)隙中可以支持多用戶同時(shí)通信。該方式用不同的交織器區(qū)分不同用戶，并在發(fā)送端插入訓(xùn)練序列以分別獲得用戶到基站的信道信息，在接收端采用多用戶迭代譯碼消除其他用戶的干擾。在AWGN和瑞利衰落信道下進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了所提方法的可行性。

關(guān)鍵詞：BRadio系統(tǒng)； TFU-SCM-TDMA； 交織多址; 迭代譯碼

中圖分類號(hào)：TN929.5-34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2011)17-0036-04

Application of IDMA Technology in Uplink of BRadio System

HU Li-li， XUE Guang-da， KANG Deng-bang

(Wireless and Mobile Communication Technology R＆D Center， Tsinghua University， Beijing 100084， China)

Abstract： Based on the time domain and frequency domain united single carrier modulation time division multiple access (TFU-SCM-TDMA) technology which is used in uplink of Bradio system， the interleave division multiple access (IDMA) is introduced into the uplink to make it support multiuser communication in the same slot simultaneously. It uses different interleavers to distinguish multiuser， and inserts training sequences at thetransmitting end to get the channel information between multiuser and base station respectively. The multiuser iterative decoding is adopted at receiving end to eliminate the interfe-rence from other users. Simulation in AWGN and Rayleigh fading channel was performed to verify the feasibilityof the technology.

Keywords： BRadio system; TFU-SCM-TDMA; IDMA; iterative decoding

0 引 言

基于BRadio(Broadband Radio)的專用寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)是清華大學(xué)提出的一種解決“最后一公里”寬帶無(wú)線接入問(wèn)題的系統(tǒng)［1］，有相應(yīng)的通信行業(yè)規(guī)范對(duì)其進(jìn)行規(guī)定。系統(tǒng)上行采用時(shí)頻域聯(lián)合的單載波調(diào)制時(shí)分多址(TFU-SCM-TDMA)技術(shù)。

現(xiàn)有BRadio上行鏈路采用TDMA的多址方式，每個(gè)時(shí)隙只有一個(gè)用戶進(jìn)行通信。考慮將交織多址接入(Interleave Division Multiple Access，IDMA)技術(shù)應(yīng)用在BRadio系統(tǒng)上行鏈路，使得每個(gè)時(shí)隙支持多用戶同時(shí)進(jìn)行通信，形成基于交織多址的TFU-SCM上行鏈路。

交織多址接入技術(shù)利用交織器來(lái)區(qū)分用戶，區(qū)別于傳統(tǒng)多址接入方式(如TDMA，F(xiàn)DMA)。由于交織多址接入技術(shù)對(duì)抗多址接入干擾的優(yōu)異性能和相對(duì)較低的復(fù)雜度，越來(lái)越受到通信業(yè)界的關(guān)注［2］。通過(guò)利用交織多址接入技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在頻率、時(shí)間等資源上的復(fù)用；將編碼器與擴(kuò)頻結(jié)合可以最大化編碼增益和信道容量；其復(fù)雜度集中在接收端，這使得IDMA技術(shù)特別適合應(yīng)用于上行鏈路［3］。

1 基于IDMA的TFU-SCM上行鏈路

1.1 基于IDMA的TFU-SCM上行鏈路發(fā)送端

在同一個(gè)時(shí)隙中，以2個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)行通信為例，基于IDMA的TFU-SCM上行鏈路的發(fā)送端示意如圖1所示。用戶1和用戶2發(fā)送的數(shù)據(jù)信息分別為d1和d2，經(jīng)過(guò)信道編碼、星座映射后信息序列變?yōu)閤1和x2，分別插入U(xiǎn)W和訓(xùn)練序列，組成符號(hào)后組幀，經(jīng)過(guò)基帶處理后發(fā)送出去。

1.1.1 生成交織序列

圖1中的信道編碼過(guò)程如圖2所示。

圖1中，前向糾錯(cuò)編碼采用1/2，1/3，3/4碼率的卷積碼，其編碼塊長(zhǎng)度和帶寬、碼率、星座調(diào)制方式有關(guān)，如表1所示，表中n在工作帶寬為2 MHz，4 MHz，8 MHz下分別取1，2，4。

交織器部分采用如下方法生成交織序列［4］：

在不同的帶寬、編碼碼率、星座映射方式下，假設(shè)交織器的交織深度為L(zhǎng)，L的取值為編碼后的長(zhǎng)度；整數(shù)p滿足2p>L，m是p的最小取值；m階偽隨機(jī)噪聲序列的生成多項(xiàng)式為gm(x)。輸入序列為{xi}，i=0，1，2，…，L-1。Ij 表示輸出第j個(gè)數(shù)據(jù)的原始順序。輸出序列為{yj}，j=0，1，2，…，L-1，有:

具體步驟如下：

(1) 假設(shè)用戶分配到的最小時(shí)隙編號(hào)為u，用戶種子值為α，對(duì)于用戶1，α1=4×u，而對(duì)于同一個(gè)時(shí)隙下的用戶2，α2=u－1。BRadio系統(tǒng)上行子幀由12個(gè)時(shí)隙組成，每個(gè)時(shí)隙持續(xù)時(shí)間為360 μs，前2個(gè)時(shí)隙用于承載隨機(jī)接入或帶寬請(qǐng)求信息，后10個(gè)時(shí)隙用于傳輸上行突發(fā)數(shù)據(jù)。故取值范圍為α1∈{12，16，20，…，48}，α2∈{2，3，4，…，11}；

(2) k的初始值為0；

(3) 判斷k=2m，成立則結(jié)束交織過(guò)程，取Ij，j=0，1，2，…，L-1；否則判斷α－1

(4) α的二進(jìn)制表達(dá)式循環(huán)右移m-1位的末位若為1，則將原α左移一位的數(shù)值與gm(x)異或得到新的α值，k增加1，轉(zhuǎn)入步驟(3)；α的二進(jìn)制形式循環(huán)右移m-1位的末位若為0，則原α循環(huán)左移一位成為新的α值，k增加1，轉(zhuǎn)入步驟(3)，其中α={α1，α2}。

1.1.2 添加訓(xùn)練序列

訓(xùn)練序列由多個(gè)UW構(gòu)成，選用Zadoff-Chu序列作為UW序列。長(zhǎng)度為U的Zadoff-Chu序列可由式(2)表示［5］：

1.2 基于IDMA的TFU-SCM上行鏈路接收端

基于IDMA的TFU-SCM上行鏈路接收端示意如圖4所示，接收到的信號(hào)進(jìn)行同步、拆幀，完成信道估計(jì)和去訓(xùn)練序列及去UW操作后送入MMSE檢測(cè)器，進(jìn)行多用戶檢測(cè)，最終得到用戶1和用戶2傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。

在接收端，系統(tǒng)通過(guò)每一幀數(shù)據(jù)前的訓(xùn)練序列進(jìn)行信道估計(jì)。例如，針對(duì)圖3中添加訓(xùn)練序列的方法，則對(duì)于用戶1，截取接收數(shù)據(jù)信息r的前128個(gè)點(diǎn)估計(jì)用戶1的信道信息；截取r的第129~256個(gè)點(diǎn)估計(jì)用戶2的信道信息。

以用戶1為例，假設(shè)發(fā)送每一幀數(shù)據(jù)時(shí)信道的頻率響應(yīng)不變，設(shè)接收端已知所發(fā)送訓(xùn)練序列1的原始序列，包含2個(gè)UW序列，其中一個(gè)UW序列為{am}，長(zhǎng)度為64；同時(shí)設(shè)接收端接收到的同一位置的UW序列為{bm}，長(zhǎng)度為64。分別對(duì)am和bm進(jìn)行64點(diǎn)FFT運(yùn)算，得到序列{Ak}和{Bk}，則信道的頻率響應(yīng)估計(jì)值k可由式(3)得到［6］：

對(duì){k}進(jìn)行64點(diǎn)IFFT運(yùn)算，在得到信道沖擊響應(yīng){t}的尾部加0至長(zhǎng)度P，然后進(jìn)行P點(diǎn)FFT運(yùn)算，就得到P個(gè)樣值點(diǎn)的頻率響應(yīng){k}(8 MHz帶寬下信息數(shù)據(jù)長(zhǎng)度P=2 048)。最后對(duì)信道進(jìn)行多次估計(jì)，然后取平均值作為信道的頻率響應(yīng)。

設(shè)Xk={Xk(n)}，是xk={xk(n)}進(jìn)行DFT變換后的序列，長(zhǎng)度為N，以下公式中k=1，2，則:

從MMSE檢測(cè)器到DEC方向的ESE操作為計(jì)算外部對(duì)數(shù)似然值，由xk(n)的后驗(yàn)均值和方差得到xk(n)的實(shí)部xRek(n)和虛部xImk(n)的外部對(duì)數(shù)似然值［9］，即:

將Ext(xRek(n))和Ext(xImk(n))解交織后送入譯碼器DEC模塊進(jìn)行譯碼，其輸出信息交織后，通過(guò)ESE模塊，執(zhí)行計(jì)算對(duì)數(shù)似然值的操作，得到相應(yīng)的E(xk(n))和Var(xk(n))值，再進(jìn)行DFT變換后得E(Xk(n))和Var(Xk(n))，代入式(12)和式(13)作為MMES檢測(cè)器的先驗(yàn)信息［10］。在進(jìn)行預(yù)訂好的循環(huán)次數(shù)后(經(jīng)驗(yàn)值為5~8次)，譯碼輸出估計(jì)的用戶值為1和2，完成多用戶迭代檢測(cè)過(guò)程。

2 仿真性能

在信道模型分別為加性高斯白噪聲信道和瑞利衰落信道下(ITU6徑城市模型：延時(shí)=［0 0.2 0.5 1.6 2.3 5.0］ μs；衰落系數(shù)=［-3 0 -2 -6 -8 -10］ dB)，采用1/2碼率卷積碼，QPSK調(diào)制，每個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為1 984點(diǎn)，訓(xùn)練序列長(zhǎng)度為256，UW長(zhǎng)度為64，性能仿真如圖5和圖6所示。

從圖中可以看出，在AWGN信道和瑞利衰落信道下，上行鏈路采用TFU-SCMA-TDMA和采用基于IDMA的TFU-SCM的性能差異不大，在BER值低于10-4后，兩條曲線非常接近。但基于IDMA的TFU-SCM上行鏈路可以同時(shí)接入兩個(gè)用戶進(jìn)行通信，具有更多的靈活行和可擴(kuò)展性。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文在BRadio系統(tǒng)上行鏈路中引入交織多址接入技術(shù)，用不同的交織器區(qū)分用戶，在發(fā)送端插入訓(xùn)練序列， 以分別獲得用戶到基站的信道信息，在接收端采用多用戶迭代譯碼，以消除其他用戶的干擾。在同一時(shí)隙中，對(duì)TFU-SCMA和基于交織多址的TFU-SCM上行鏈路進(jìn)行仿真驗(yàn)證，兩種方式性能接近，但基于交織多址的TFU-SCM上行鏈路性能在同一時(shí)隙下接入多個(gè)用戶，具有更多的靈活行和可擴(kuò)展性。

參 考 文 獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

胡莉麗 女，1986年出生，湖南人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)锽WA系統(tǒng)小區(qū)間干擾抑制技術(shù)研究。