[发明专利]在码分多址系统中构成无约束成对正交码的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在码分多址系统中构成无约束成对正交码的方法。特别是，基于多入多出正交频分复用(MIMO-OFDM)技术，在无线通信系统下行链路中构造无约束成对正交码的方法，及其在码分多址技术中的应用。

背景技术

多入多出(MIMO)技术是无线移动通信领域技术的重大突破。采用多根发射和接收天线的无线通信系统通常被称为多入多出(MIMO)系统。在无线衰落环境中，MIMO系统的信道容量与接收/发射天线的数目成正比。也就是说，通过增加天线的数量，可以成倍地提高无线通信系统的频谱效率。正交频分复用(OFDM)技术是一种高效的宽带接入技术，它能够以较低的代价有效地对抗频率选择性衰落。采用多根收发天线的正交频分复用系统就是所谓的多入多出正交频分复用(MIMO-OFDM)系统。该系统综合了MIMO技术和OFDM技术的诸多优点，被认为是未来高速无线通信系统的主要物理层技术之一。

目前，针对MIMO-OFDM技术的研究主要集中在单用户系统。然而，实际的系统大部分是多用户系统，要想在实际系统中应用MIMO-OFDM技术，必须考虑多用户系统中存在的干扰、多用户检测等特殊问题，提出适用于MIMO-OFDM系统的、简单有效的多址技术。

传统的多址技术包括：时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)。与前两者相比，码分多址技术的频谱利用率高，系统容量大，抗衰落、抗干扰能力强，并能够实现高效、灵活的用户接入。适用于OFDM系统的常见码分多址技术包括多载波直接序列码分多址(MC-DS-CDMA)、多载波码分多址(MC-CDMA)和正交频分码分多址(OFCDM)。对基于MIMO-OFDM的码分多址技术而言，每一个数据信息均被扩展至空间(天线)、时间和频率(子载波)三个维度上。因此，在此，称这种技术为空时频扩展(Space-Time-Frequency Spreading：STFS)码分多址技术。传统的基于OFDM系统的码分多址技术无需额外处理均可直接应用于多用户MIMO-OFDM系统。但是，这些方案最初都是针对采用一根发射天线的OFDM系统设计的，并未针对MIMO-OFDM的特点进行优化。

在码分多址系统中，利用相应扩频码对每个用户进行扩频。而空时频中的多用户系统，可以用编码矩阵中的一列作为一个用户的空时频扩频码。例如，对于12×12的编码矩阵，其扩频因子为12，即一共可以支持12个用户。可以分别利用其中的一列元素作为一个用户的空时频扩频码。这样，可以对该用户在空时频三维上进行扩频。例如，每个用户在空间上可以使用三根天线，时间上可以使用四个时隙。或者使用三根天线和四个子载波进行通信。

已经提出的耦合哈达玛码充分利用了MIMO-OFDM的特点，带来了空间分集增益，在应用于空时频扩展码分多址时，提高了多用户系统的性能。但耦合哈达玛码的构造仅限于使用传统的沃尔什--哈达玛矩阵来完成，其码字的构造和长度具有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种在码分多址系统中构成无约束成对正交码的方法，该方法应用于空时频扩展码分多址系统中，能够带来空间分集，并有效地提高多用户MIMO-OFDM系统的性能。

根据本发明的一个方面，提供一种在码分多址系统中构成无约束成对正交码的方法，包括步骤：

一种在码分多址系统中构成无约束成对正交码的方法，包括步骤：

a.确定发射端的发射天线数量n_T以及时间或者频率上的扩频因子数M；

b.基于所确定的n_T和M构成无约束正交码的基本矩阵且M≥n_T，使得无约束正交码能够实现完全空间分集；

c.基于所构成的基本矩阵A和B，按照使得到的扩频码矩阵S的列与列之间正交的条件计算扩频码矩阵S；和

d.将扩频码矩阵S的每一列分成M个维数为n_T×1的列向量，并按照使构造的矩阵的行与行之间为正交的方式构成维数为n_T×M的矩阵S_u，根据矩阵S_u构造扩频码矩阵S的第u列，扩频码矩阵S中的每一列由系统中的一个用户作为扩频码使用。

根据本发明构成无约束成对正交码的方法，可以有效地抵消无线衰落的影响，减少多用户干扰，平衡所有用户的性能，并增强MIMO-OFDM多用户系统的整体性能。