CS－CDMA系统中自适应抵抗子载波间干扰的方法及CS－CDMA系统

摘要

本发明涉及一种在CS－CDMA系统中自适应抵抗子载波间干扰的方法，及一种自适应抵抗子载波间干扰的CS－CDMA系统。本发明通过在CS－CDMA系统中增加模块，同时在CS－CDMA发射装置中选取合适的CS－CDMA信号重复次数和加权系数，并在CS－CDMA接收装置中选取合适的CS－CDMA信号加权系数和叠加组数，使CS－CDMA系统可以根据接收信号当前的归一化频偏值的大小，自适应地抵抗不同程度的子载波间干扰，克服了载波频偏和多普勒频偏对CS－CDMA系统性能的影响，提高了CS－CDMA系统的性能。

说明书

技术领域：

本发明涉及CS-CDMA(Comb Spectra-Code Division Multiplex Access，梳状谱码分多址)技术，具体涉及一种在CS-CDMA系统中自适应抵抗子载波间干扰的方法，及一种自适应抵抗子载波间干扰的CS-CDMA系统。

背景技术：

CS-CDMA技术是通信领域中的一项新兴技术，其实现的具体方法参见中国发明专利公开说明书CN1529438A。CS-CDMA系统包括CS-CDMA发射装置和CS-CDMA接收装置。在CS-CDMA发射装置中，所有待发送的数据都会先被调制到相互正交的不同子载波上，再发送给CS-CDMA接收装置。由于子载波之间是完全正交的，不存在子载波间干扰，所以调制到各个子载波上的数据之间也不存在相互干扰，因此在理想情况下，CS-CDMA接收装置是可以从各个子载波上正确地解调出发送数据的。然而，CS-CDMA接收装置实际接收到的CS-CDMA信号是存在子载波间干扰的，子载波间干扰是由频偏引起的。

频偏主要来源于两方面：一是CS-CDMA接收装置和发射装置的载波频率之间的频偏，二是CS-CDMA接收装置相对于发射装置移动所引入的多普勒频偏。这两种频偏都会引起子载波间干扰，破坏子载波间的正交性，从而导致调制到各个子载波上的数据之间也存在相互干扰，使CS-CDMA接收装置无法从各个子载波上正确地解调出发送数据。

载波频偏所引入的干扰是可以通过在CS-CDMA接收装置中估计载波频偏的大小并去除的方法来纠正的，但多普勒频偏所引入的干扰却很难在CS-CDMA接收装置中估计和消除，而且多普勒频偏是由CS-CDMA接收装置相对于发射装置的移动速度引起的，不同的移动速度所引入的多普勒频偏是不同的，所产生的子载波间干扰也不同，因此要抵抗不同的多普勒频偏所引入的子载波间干扰就更加困难了。目前还没有比较好的方法来克服多普勒频偏对CS-CDMA系统性能的影响。

本发明通过在CS-CDMA系统中增加模块，使CS-CDMA系统可以根据接收信号当前的归一化频偏值的大小，自适应地抵抗不同程度的子载波间干扰，克服了载波频偏和多普勒频偏对CS-CDMA系统性能的影响。

CS-CDMA系统中的传输信号是时域信号，而OFDM系统中的主要传输信号是频域信号。在本发明人之前的针对OFDM系统的研究工作中，本发明人通过在频域上对OFDM信号进行处理，研究出了在频域上抵抗OFDM系统中子载波间干扰的方法。但由于该方法是针对频域信号的，它虽然适用于OFDM系统，但却不能应用于传输时域信号的CS-CDMA系统，所以本发明人进一步进行了大量的研究工作，通过在CS-CDMA系统中增加操作，研究出了如本发明所示的针对CS-CDMA系统的、能够在时域上自适应抵抗子载波间干扰的方法。

目前已有很多方法可以用来估计CS-CDMA系统接收信号的当前归一化频偏值的大小，比如可以通过估计CS-CDMA接收装置相对于发射装置的移动速度来估计归一化的最大多普勒频偏值，从而估计归一化频偏值的大小。一种估计移动速度的方法是：测量信道衰落参数通过一个固定门限的速率，即电平通过率。由于电平通过率是移动速度的函数，因此可以由电平通过率得出移动速度的估计值，从而得到归一化的最大多普勒频偏值(参见文献：Theodore S.Rappaport，《无线通信原理与应用》(第二版)，电子工业出版社，p154-155)。归一化频偏值的全部可能取值范围均在0～0.5之间。

发明内容：

本发明的目的是提出一种在CS-CDMA系统中能够自适应地抵抗各种频偏值所引入的子载波间干扰的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种在CS-CDMA系统中自适应抵抗子载波间干扰的方法，其步骤为：

a)在CS-CDMA系统中，CS-CDMA发射装置接收CS-CDMA信息信号c(n)，在重复模块中，将信号c(n)划分为若干组长度为N的信号组，在每一组信号组后重复插入该信号组L次，得到CS-CDMA重复信号c_r(n)；

b)在CS-CDMA系统中，CS-CDMA发射装置的加权模块接收CS-CDMA重复信号c_r(n)，将信号c_r(n)划分为若干组长度为N的信号组，用加权系数W₁(n)对信号c_r(n)的每一组信号组进行加权，得到CS-CDMA加权信号c_w(n)；

c)在CS-CDMA系统中，CS-CDMA接收装置接收CS-CDMA解扩信号r(n)，在加权模块中，将信号r(n)划分为若干组长度为N的信号组，用加权系数W₂(n)对信号r(n)的每一组信号组进行加权，得到CS-CDMA加权信号r_w(n)；

d)在CS-CDMA系统中，CS-CDMA接收装置的叠加模块接收CS-CDMA加权信号r_w(n)，将信号r_w(n)划分为若干组长度为N的信号组，将每L+1组信号组进行叠加来代替该L+1组信号组，得到CS-CDMA叠加信号r_a(n)，其中上述步骤中的N均为CS-CDMA系统中一根梳状谱中容纳的正交码的个数。

进一步，上述步骤a)中所述的重复次数L的确定方法为：

设定G个门限：Th₁、Th₂、...、Th_G，满足：0<Th₁<Th₂<...<Th_G<0.5。当CS-CDMA系统接收信号的归一化频偏值ε在0～Th₁之间时，则信号c(n)需要重复的次数L为L＝1；当CS-CDMA系统接收信号的归一化频偏值ε在Th_A～Th_A+1之间时，0<A<G，则信号c(n)需要重复的次数L为L＝A+1；当CS-CDMA系统接收信号的归一化频偏值ε在Th_G～0.5之间时，则信号c(n)需要重复的次数L为L＝G+1；

由于归一化频偏值ε的取值范围只可能为0～0.5，所以本发明通过划分多个门限，并将CS-CDMA系统接收信号的当前归一化频偏值ε与各个门限进行比较，从而估计子载波间干扰的程度，并据此选择合适的重复次数L。

应该指出，以上所述的设定门限方法并不是确定重复次数L的唯一方法，比如也可以采用如下方法来确定重复次数L：

设定函数f满足L＝f(ε)，即将CS-CDMA系统接收信号的当前归一化频偏值ε输入给函数f，即可得到重复次数L。

上述步骤a)中所述的重复模块中，重复插入信号组的具体方法为：

在划分的每一组信号组后插入该信号组L次，即发送c(1)～c(N)后，在其后连续发送L组c(1)～c(N)，然后发送下一组信号c(N+1)～c(2N)，同样在其后连续发送L组c(N+1)～c(2N)，以此类推。该操作是对时域信号c(n)进行的，它保证了在频域上，相邻的L根梳状谱发送的数据是完全相同的。

上述步骤b)中加权系数W₁(n)，n＝1，...，L+1应选取为能够抵抗子载波间干扰的加权系数，其选取的方法为：

1)预先设定G+1组加权系数W₁¹、W₁²、...、W₁^G+1，这G+1组加权系数与信号c_r(n)相加权后均能抵抗子载波间干扰，其抵抗子载波间干扰的能力满足：W₁¹<W₁²<...<W₁^G+1。

2)沿用步骤a)中所设定的G个门限：Th₁、Th₂、...、Th_G，满足：0<Th₁<Th₂<...<Th_G<0.5。

3)当CS-CDMA系统接收信号的归一化频偏值ε在0～Th₁之间时，则选用的加权系数为W₁(n)＝W₁¹；当CS-CDMA系统接收信号的归一化频偏值ε在Th_A～Th_A+1之间时，0<A<G，则选用的加权系数为W₁(n)＝W₁^A+1；当CS-CDMA系统接收信号的归一化频偏值ε在Th_G～0.5之间时，则选用的加权系数为W₁(n)＝W₁^G+1。

上述步骤b)中所述的加权模块中，对信号组的加权方法具体为：

用加权系数W₁(n)，n＝1，...，L+1分别对信号c_r(n)划分后的每一组信号组进行加权，即将信号组c_r(1)～c_r(N)都乘以加权系数W₁(1)，将信号组c_r(N+1)～c_r(2N)都乘以加权系数W₁(2)，......，将信号组c_r(LN+1)～c_r(LN+N)都乘以加权系数W₁(L+1)，再循环使用加权系数W₁(n)，即将信号组c_r((L+1)N+1)～c_r((L+1)N+N)都乘以加权系数W₁(1)，将信号组c_r((L+2)N+1)～c_r((L+2)N+N)都乘以加权系数W₁(2)，......，将信号组c_r((2L+1)N+1)～c_r((2L+1)N+N)都乘以加权系数W₁(L+1)，以此类推。

上述步骤c)中加权系数W₂(n)，n＝1，...，L+1应选取为能够配合本发明中的发射装置的加权系数W₁(n)、并能有效抵抗子载波间干扰的加权系数，其选取的方法为：

1)预先设定G+1组加权系数W₂¹、W₂²、...、W₂^G+1，这G+1组加权系数与本发明中的发射装置的G+1组加权系数W₁¹、W₁²、...、W₁^G+1一一对应，并且这G+1组加权系数与信号r(n)相加权后均能进一步抵抗子载波间干扰。

2)沿用步骤a)中所设定的G个门限：Th₁、Th₂、...、Th_G，满足：0<Th₁<Th₂<...<Th_G<0.5。

3)当CS-CDMA系统接收信号的归一化频偏值ε在0～Th₁之间时，则选用的加权系数为W₂(n)＝W₂¹；当CS-CDMA系统接收信号的归一化频偏值ε在Th_A～Th_A+1之间时，0<A<G，则选用的加权系数为W₂(n)＝W₂^A+1；当CS-CDMA系统接收信号的归一化频偏值ε在Th_G～0.5之间时，则选用的加权系数为W₂(n)＝W₂^G+1。

上述步骤c)中所述的加权模块中，对信号组的加权方法具体为：

用加权系数W₂(n)，n＝1，...，L+1分别对信号r(n)划分后的每一组信号组进行加权，即将信号组r(1)～r(N)都乘以加权系数W₂(1)，将信号组r(N+1)～r(2N)都乘以加权系数W₂(2)，......，将信号组r(LN+1)～r(LN+N)都乘以加权系数W₂(L+1)，再循环使用加权系数W₂(n)，即将信号组r((L+1)N+1)～r((L+1)N+N)都乘以加权系数W₂(1)，将信号组r((L+2)N+1)～r((L+2)N+N)都乘以加权系数W₂(2)，......，将信号组r((2L+1)N+1)～r((2L+1)N+N)都乘以加权系数W₂(L+1)，以此类推。

上述步骤d)中所述的叠加模块中，叠加信号组的方法具体为：

将r_w(1)、r_w(N+1)、r_w(2N+1)、...、r_w(LN+1)进行叠加代替r_a(1)，即r_a(1)＝r_w(1)+r_w(N+1)+r_w(2N+1)+...+r_w(LN+1)，

将r_w(2)、r_w(N+2)、r_w(2N+2)、...、r_w(LN+2)进行叠加代替r_a(2)，即r_a(2)＝r_w(2)+r_w(N+2)+r_w(2N+2)+...+r_w(LN+2)，

......，

将r_w(N)、r_w(2N)、r_w(3N)、...、r_w((L+1)N)进行叠加代替r_a(N)，即r_a(N)＝r_w(N)+r_w(2N)+r_w(3N)+...+r_w((L+1)N)，

再叠加下L+1组信号组，方法相同，即：

将r_w((L+1)N+1)、r_w((L+2)N+1)、r_w((L+3)N+1)、...、r_w((2L+1)N+1)进行叠加代替r_a(N+1)，即r_a(N+1)＝r_w((L+1)N+1)+r_w((L+2)N+1)+r_w((L+3)N+1)+...+r_w((2L+1)N+1)，

将r_w((L+1)N+2)、r_w((L+2)N+2)、r_w((L+3)N+2)、...、r_w((2L+1)N+2)进行叠加代替r_a(N+2)，即r_a(N+2)＝r_w((L+1)N+2)+r_w((L+2)N+2)+r_w((L+3)N+2)+...+r_w((2L+1)N+2)，

......，

将r_w((L+2)N)、r_w((L+3)N)、r_w((L+4)N)、...、r_w((2L+2)N)进行叠加代替r_a(2N)，即r_a(2N)＝r_w((L+2)N)+r_w((L+3)N)+r_w((L+4)N)+...+r_w((2L+2)N)。

本发明同时公开了一种自适应抵抗子载波间干扰的CS-CDMA发射装置，包括数据源模块、映射模块、确定重复次数模块、重复模块、确定加权系数模块、加权模块和CS-CDMA扩频调制模块，其中：

数据源模块用于产生二进制数据流；

映射模块用于将二进制数据流映射为CS-CDMA信息信号c(n)；

确定重复次数模块的功能是确定CS-CDMA信息信号c(n)需要重复的次数L；

重复模块的功能是将CS-CDMA信息信号c(n)划分为若干组长度为N的信号组，并在每一组信号组后重复插入L次该信号组，得到CS-CDMA重复信号c_r(n)；

确定加权系数模块的功能是确定加权系数W₁(n)；

加权模块的功能是将CS-CDMA重复信号c_r(n)划分为若干组长度为N的信号组，并用加权系数W₁(n)对信号c_r(n)的每一组信号组进行加权，得到CS-CDMA加权信号c_w(n)；

CS-CDMA扩频调制模块对CS-CDMA加权信号c_w(n)进行CS-CDMA扩频调制，得到CS-CDMA扩频信号c_s(n)，并发送到信道中，其中上述模块中的N均为CS-CDMA系统中一根梳状谱中容纳的正交码的个数。

本发明同时公开了一种自适应抵抗子载波间干扰的CS-CDMA接收装置，包括CS-CDMA解扩模块、确定加权系数模块、加权模块、确定叠加组数模块、叠加模块和CS-CDMA解调模块，其中：

CS-CDMA解扩模块接收信道中的CS-CDMA扩频信号r_s(n)，并对其做CS-CDMA解扩，得到CS-CDMA解扩信号r(n)；

确定加权系数模块的功能是确定加权系数W₂(n)；

加权模块的功能是将CS-CDMA解扩信号r(n)划分为若干组长度为N的信号组，并用加权系数W₂(n)对信号r(n)的每一组信号组进行加权，得到CS-CDMA加权信号r_w(n)；

确定叠加组数模块的功能是确定CS-CDMA加权信号r_w(n)中需要进行叠加的信号组组数L；

叠加模块的功能是将CS-CDMA加权信号r_w(n)划分为若干组长度为N的信号组，并将每L+1组信号组进行叠加来代替该L+1组信号组，得到CS-CDMA叠加信号r_a(n)；

CS-CDMA解调模块对CS-CDMA叠加信号r_a(n)进行CS-CDMA解调，其中上述模块中的N均为CS-CDMA系统中一根梳状谱中容纳的正交码的个数。

本发明的技术效果在于：

本发明通过在CS-CDMA发射装置中选取合适的CS-CDMA信号重复次数和加权系数，并在CS-CDMA接收装置中选取合适的CS-CDMA信号加权系数和叠加组数，使CS-CDMA系统能够自适应地抵抗不同程度的频偏所引起的子载波间干扰，提高了CS-CDMA系统的性能。

附图说明：

图1现有CS-CDMA系统中抵抗子载波间干扰的方法流程图

图2本发明的CS-CDMA系统中自适应抵抗子载波间干扰的方法流程图

图3现有CS-CDMA发射装置结构框图

图4本发明的CS-CDMA发射装置结构框图

图5现有CS-CDMA接收装置结构框图

图6本发明的CS-CDMA接收装置结构框图

图7现有CS-CDMA系统和本发明的CS-CDMA系统对不同程度的频偏所引入的子载波间干扰的抵抗能力比较仿真结果图，其中：

(a)L＝1，W₁(1)＝1，W₁(2)＝1，W₂(1)＝1，W₂(2)＝1；

(b)L＝2，W₁(1)＝1，W₁(2)＝2，W₁(3)＝1，W₂(1)＝1，W₂(2)＝2，W₂(3)＝1

具体实施方式：

以下结合附图详细描述本发明所提供的CS-CDMA系统中自适应抵抗子载波间干扰的方法及CS-CDMA系统，但不构成对本发明的限制。

现有CS-CDMA系统可分解为五个部分，如图1所示，数据源模块产生二进制数据流；映射模块将上述二进制数据流映射为CS-CDMA信息信号c(n)；CS-CDMA扩频调制模块对上述CS-CDMA信息信号c(n)进行CS-CDMA扩频调制后得到CS-CDMA扩频信号c_s(n)；CS-CDMA解扩模块对CS-CDMA扩频信号r_s(n)进行CS-CDMA解扩后得到CS-CDMA解扩信号r(n)；CS-CDMA解调模块对上述CS-CDMA解扩信号r(n)进行CS-CDMA解调。

本发明的CS-CDMA系统在现有CS-CDMA系统的基础上做了改进，在原发射装置的映射模块和CS-CDMA扩频调制模块之间增加了4个模块，如图2所示，该4个模块分别为：3--确定重复次数模块，4--重复模块，5--确定加权系数模块，6--加权模块，并在原接收装置的CS-CDMA解扩模块和CS-CDMA解调模块之间增加了4个模块，如图2所示，该4个模块分别为：9--确定加权系数模块，10--加权模块，11--确定叠加组数模块，12--叠加模块。

本发明的CS-CDMA系统的实现流程为：

1--数据源模块产生二进制数据流；

2--映射模块将上述二进制数据流映射为CS-CDMA信息信号c(n)；

3--确定重复次数模块根据CS-CDMA系统接收信号的当前归一化频偏值ε的大小，确定上述CS-CDMA信息信号c(n)需要重复的次数L；

4--重复模块将上述CS-CDMA信息信号c(n)划分为若干组长度为N的信号组，N为CS-CDMA系统中一根梳状谱中容纳的正交码的个数，并在每一组信号组后重复插入L次该信号组，得到CS-CDMA重复信号c_r(n)；

5--确定加权系数模块根据CS-CDMA系统接收信号的当前归一化频偏值ε的大小，确定加权系数W₁(n)，n＝1，...，L+1，L+1为加权系数W₁(n)的长度；

6--加权模块将上述CS-CDMA重复信号c_r(n)划分为若干组长度为N的信号组，并用加权系数W₁(n)对信号c_r(n)的每一组信号组进行加权，得到CS-CDMA加权信号c_w(n)；

7--CS-CDMA扩频调制模块对上述CS-CDMA加权信号c_w(n)进行CS-CDMA扩频调制，得到CS-CDMA扩频信号c_s(n)；

8--CS-CDMA解扩模块对上述CS-CDMA扩频信号r_s(n)进行CS-CDMA解扩，得到CS-CDMA解扩信号r(n)；

9--确定加权系数模块根据CS-CDMA系统接收信号的当前归一化频偏值ε的大小，确定加权系数W₂(n)，n＝1，...，L+1，L+1为加权系数W₂(n)的长度；

10--加权模块将上述CS-CDMA解扩信号r(n)划分为若干组长度为N的信号组，并用加权系数W₂(n)对信号r(n)的每一组信号组进行加权，得到CS-CDMA加权信号r_w(n)；

11--确定叠加组数模块根据CS-CDMA系统接收信号的当前归一化频偏值ε的大小，确定上述CS-CDMA加权信号r_w(n)中需要进行叠加的信号组组数L；

12--叠加模块将上述CS-CDMA加权信号r_w(n)划分为若干组长度为N的信号组，并将每L+1组信号组进行叠加来代替该L+1组信号组，得到CS-CDMA叠加信号r_a(n)；

13--CS-CDMA解调模块对上述CS-CDMA叠加信号r_a(n)进行CS-CDMA解调。

下面分别列举本发明的2个具体实施例。

例1：本发明预先选取的门限分别为：G＝1，Th₁＝0.1；本发明预先设定的加权系数分别为：W₁¹(1)＝1，W₁¹(2)＝1，W₁²(1)＝1，W₁²(2)＝2，W₁²(3)＝1，W₂¹(1)＝1，W₂¹(2)＝1，W₂²(1)＝1，W₂²(2)＝2，W₂²(3)＝1。设CS-CDMA系统接收信号的当前归一化频偏值ε在0到Th₁之间，则在本发明的发射装置中，确定重复次数模块选取的重复次数为L＝1，确定加权系数模块选取的加权系数为W₁(n)＝W₁¹。

在本发明的接收装置中，确定加权系数模块选取的加权系数为W₂(n)＝W₂¹，确定叠加组数模块选取的叠加组数为L＝1。

当采用以上CS-CDMA系统时，CS-CDMA系统可以抵抗归一化频偏值ε在0到Th₁之间的子载波间干扰，图7中的图(a)给出了现有CS-CDMA系统和本实施例所述的本发明的CS-CDMA系统对不同程度的频偏所引入的子载波间干扰的抵抗能力比较仿真结果图，可以看出采用本实施例后，CS-CDMA系统可以抵抗归一化频偏值ε在0到Th₁之间的子载波间干扰。

例2：仍然沿用例1中本发明预先选取的门限：G＝1，Th₁＝0.1，以及例1中本发明预先设定的加权系数：W₁¹(1)＝1，W₁¹(2)＝1，W₁²(1)＝1，W₁²(2)＝2，W₁²(3)＝1，W₂¹(1)＝1，W₂¹(2)＝1，W₂²(1)＝1，W₂²(2)＝2，W₂²(3)＝1。设CS-CDMA系统接收信号的当前归一化频偏值ε在Th₁到0.5之间，则在本发明的发射装置中，确定重复次数模块选取的重复次数为L＝2，确定加权系数模块选取的加权系数为W₁(n)＝W₁²。

在本发明的接收装置中，确定加权系数模块选取的加权系数为W₂(n)＝W₂²，确定叠加组数模块选取的叠加组数为L＝2。

当采用以上CS-CDMA系统时，CS-CDMA系统可以抵抗归一化频偏值ε在Th₁到0.5之间的子载波间干扰，图7中的图(b)给出了现有CS-CDMA系统和本实施例所述的本发明的CS-CDMA系统对不同程度的频偏所引入的子载波间干扰的抵抗能力比较仿真结果图，可以看出采用本实施例后，CS-CDMA系统可以抵抗归一化频偏值ε在Th₁到0.5之间的子载波间干扰。

本发明通过衡量CS-CDMA系统接收信号的当前归一化频偏值ε的大小，选取合适的发射装置信号的重复次数L和加权系数W₁(n)，以及接收装置加权系数W₂(n)和叠加组数L，从而使CS-CDMA系统能自适应地抵抗不同程度的频偏所引起的子载波间干扰，提高了CS-CDMA系统的性能。

尽管为说明目的公开了本发明的具体实施例和附图，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。本发明不应局限于本说明书最佳实施例和附图所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。