[发明专利]多接入方法和系统

说明书

发明的领域

本发明涉及用于无线与波导通信以及雷达的全新的多载波扩频协议。

发明背景

多径衰落是接收信号幅度上的起伏。它是由在不同时间到达接收机的两个或多个版本的发射信号之间的干涉引起的。这种干涉是由于来自地面和附近的建筑的反射。多径衰落量取决于反射信号的强度和传播时间以及发射信号的带宽。接收信号可以包含大量的具有不同幅度、相位、和到达角的波。这些分量在接收机中矢量地组合，并且造成接收信号衰落或失真。

当接收机和其它目标在无线环境中移动时，该衰落和失真将发生改变。这些多径效应取决于被发送的信号的带宽。如果发射信号具有窄的带宽(即，发送的数据比特的持续时间长于由多径反射造成的延时)，则当接收机在多径环境中移动时接收信号呈现深衰落。这被称为平衰落。为了补偿深衰落需要很大量的功率控制(例如，提高发射功率和或接收机增益)。此外，如果在接收数据比特持续期间无线环境的特征大大地改变，则低的数据速率信号受到失真。当接收机或附近目标的移动造成可与发送信号带宽相比较的、或大于发送信号带宽的接收信号的多卜勒频移时，造成失真。

在多径环境下发送的宽带信号导致频率选择性衰落。当接收机在多径环境下移动时，接收信号的总的强度具有相当小的变化。然而，接收信号在某些频率时具有深衰落。如果数据比特的持续时间小于多径延时，则接收信号受到由到达接收机的较早的比特的延时的复制品造成的符号间干扰。

频分多址(FDMA)通常受到平衰落的影响，而多载波协议，例如正交频分复用(OFDM)，受到频率选择性衰落的影响。CDMA通常受到这二者的影响；然而，直接序列编码限制了多径对于小于地面的码片速率的延时的影响。另外，CDMA的容量受多用户干扰限制。改进的CDMA系统使用干扰抵消来增加容量；然而，需要的信号处理努力正比于至少带宽的立方。而且，CDMA对于远近干扰很敏感，且它的长的伪随机噪声(PN)码需要长的捕获时间。由于这些原因，把OFDM与CDMA组合。

OFDM具有高的频谱效率(副载波的频谱重叠)，并能克服频率选择性衰落。然而，每个载波的幅度受Rayleigh(瑞利)法则影响，因此发生平衰落。所以，用适当的检测算法和信道编码得出的好的信道估值对于补偿衰落是重要的。OFDM频率分集的性能是与最佳CDMA系统的多径分集(这需要Rake接收机)的性能可比较的。因为分集是在OFDM中是固有的，它的实现比起最佳CDMA系统来说简单得多。OFDM系统的好处在于较低速度并行型的信号处理。在最佳CDMA系统中的Rake接收机使用快速串行型的信号处理，这导致了较大的功率消耗。此外，OFDM技术简化了信道估值问题，从而简化了接收机设计。

在多载波CDMA中，将扩频序列从串行变换成并行，该序列中的每个码片调制不同的载频。因此，结果的信号具有在频域中的PN-编码的结构，且处理增益等于载波的数目。在多-音CDMA中，将可供使用的频谱分成多个用于发送窄带直接序列波形的等宽度的频带。

跳频扩频可以很好地处理远近干扰。最大的好处是它可避免部分的频谱。这允许系统更好地避免干扰和频率选择性衰落。缺点包括需要复杂的频率综合器和纠错。

时间跳跃比起直接序列和跳频具有高得多的带宽效率。它的实施比较简单。然而，它有长的捕获时间，以及需要纠错。

每种通信协议给出不同的好处和缺点。通过合并不同的协议可以增加获利，但只能增加到有限的程度。需要一种解决所有的或大多数问题(特别是与衰落有关的问题)的协议。

发明概要

本发明的主要目的是提供达到先前提到的组合的利益的协议。另一个目的是给出一种对于移动通信特别设计的扩频协议。这些目的是通过多载波的干涉测量而达到的。由本发明作出的协议是载波干扰多址联接(CIMA)。在CIMA中，每个载波的频率和相位这样地选择，以使得信号的叠加造成一个在特定的时间间隔内出现的脉冲(由载波之间的零相位关系造成的建设性干涉)。结果的信号具有其幅度远低于脉冲的幅度的边瓣。这样，在时域上达到了正交性。