[发明专利]一种采用时频域联合的正交频分复用的多天线信号传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用时频域联合的正交频分复用的多天线信号传输方法，属于数字信息传输技术领域。 

背景技术

无线通信中，所有的无线技术都面临信号的衰落、信道的多径效应、不断增加的干扰和受限制的频谱的挑战。多输入多输出的多天线系统(以下简称MIMO)在不需要占用额外的无线电频率的条件下，利用多径来提供更高的数据吞吐量，并同时增加通信系统的覆盖范围、提高通信的可靠性。它解决了当今任何无线电技术都面临的两个最困难的问题，即数据传输速率与系统容量。因此MIMO系统已经成为下一代无线通信系统的关键技术。 

正交频分复用技术(以下简称OFDM)，属于多载波调制技术的一种。其主要思想是：将信道在频域上划分为若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。每个子信道上的信号带宽小于信道的相干带宽，因此每个子信道的频谱特性都近似平坦。为了消除由于多径传播引起的符号间干扰(以下简称ISI)，OFDM符号之间一般都加有保护间隔，保护间隔长度一般设计为大于信道的最大时延，并且将宽度为Ts的OFDM符号的尾部Tg宽度的信号复制后，插入到OFDM符号的起始位置，形成循环前缀(以下简称CP)来填充保护间隔，如说明书附图1所示。另外，为了在接收端进行同步、信道估计，一般需要在OFDM符号的数据块中插入一定数量的导频。循环前缀和导频的加入提高系统性能，但同时也导致了频谱利用率的降低。 

时域同步正交频分复用(Time Domain Synchronous Orthogonal Frequency DivisonMultiplexing，以下简称TDS-OFDM)，是对传统正交频分复用技术(以下简称OFDM)的一种改进。它用伪随机噪声序列(Pseudo-Noise sequence，以下简称PN序列)填充保护间隔，如说明书附图2所示。由于PN序列易于生成且带有独立的信息，可以用于同步、信道估计等，所以不需要在数据块中插入导频。不仅提高了频谱利用率，而且利用PN序列查找相关峰进行同步速度较快。 

但是TDS-OFDM是针对数字电视地面广播系统提出的一种调制技术，若直接用于通信系统，则存在一系列不足之处： 

(1)未考虑多址接入。由于广播系统中子信道静态地分配给相应的用户，所以广播系统不需要区分用户。而通信系统必须动态分配信道给用户，需要区分不同用户。 

(2)未区分小区、扇区。TDS-OFDM系统设计未考虑小区或者扇区的问题，每个TDS-OFDM符号构成一帧，每帧均采用不同的PN序列。在通信系统中，只针对不同扇区或者不同小区使用不同PN序列即可。 

(3)对不同系统带宽的适应性欠佳。数字电视地面广播系统系统带宽固定为8MHz， 而通信系统的带宽，如WiMAX系统，支持带宽从1.25MHz到20MHz不等。在系统带宽增加的情况下，即符号周期缩短的情况下有必要对信号帧长度，FFT点数等重新设计。 

(4)其帧结构设计，顶层日帧与绝对时间完全同步。将其直接用于通信系统并不合适。 

(5)虽然TDS-OFDM在典型城市移动环境下，移动速度为60km/h和180km/h，信噪比分别大于5.3和5.8dB时，可达到误比特率不超过3×10^-6，但是当FFT点数，载波间隔，PN长度等改变后对移动性的支持效果未知。 

(6)FFT点数较大。TDS-OFDM的信号帧中的数据块由3780个子载波组成，每个子载波占有相同的带宽为2KHz，3780个子载波共占7.56MHz带宽。FFT点数为3780，不是2的n次方。不能最大程度地减小运算复杂度。 

发明内容

本发明的目的是提出一种采用时频域联合的正交频分复用的多天线信号传输方法，这种方法将时频域联合的正交频分复用(以下简称TFU-OFDM)技术应用于MIMO系统，以对抗无线通信信道中的多径效应、多普勒效应，并可以显著提高系统的数据传输速率、频谱效率和可靠性。 

本发明提出的采用时频域联合的正交频分复用的多天线信号传输方法，包括以下步骤： 

(1)将发送端产生的原始信息依次进行信源编码、信道编码和数字调制，得到调制后的信息； 

(2)对上述调制后的信息进行空时编码，得到多路并行的信息； 

(3)对上述多路信息进行时频域联合的正交频分复用调制，调制后的信号通过相应的天线发送，其中时频域联合的正交频分复用调制的过程如下： 

(a)将上述多路并行的信息分别转换为并行数据流；