專利名稱：多載波擴(kuò)頻信號的發(fā)送方法、接收方法及相應(yīng)的發(fā)送接收設(shè)備和信號的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多載波信號的領(lǐng)域，特別是多載波調(diào)制和碼分多址相結(jié)合的信號的領(lǐng)域。
更確切地說，本發(fā)明提出了一種發(fā)送這樣的多載波(例如OFDM(正交頻分多路復(fù)用)型)擴(kuò)頻(例如CDMA(碼分多址)型)信號的技術(shù)。
也就是說，本發(fā)明涉及分配要形成諸如MC-CDMA(多載波碼分多址)信號之類的多載波擴(kuò)頻信號的源數(shù)據(jù)。
本發(fā)明特別發(fā)現(xiàn)了在所有實(shí)現(xiàn)寬帶傳輸和通信技術(shù)的領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。
本發(fā)明主要(但不只是)應(yīng)用于諸如xDSL(數(shù)字用戶線路)型、輸電線通信(家庭自動化、配電網(wǎng)等)、交通運(yùn)輸工具內(nèi)部鏈路之類的電纜網(wǎng)絡(luò)中的通信。
在傳輸信道為靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)的情況下，本發(fā)明還可應(yīng)用于無線通信，諸如建筑物內(nèi)部的無線電通信、通信束(les faisceaux decommunication)之類。

背景技術(shù)：
當(dāng)前有線傳輸技術(shù)是基于DMT(數(shù)字多音)技術(shù)。
根據(jù)這種技術(shù)，確定需對多載波信號的每個載波的調(diào)制，以便根據(jù)鏈路的質(zhì)量(傳播信道的質(zhì)量)和所需鏈路預(yù)算的質(zhì)量分配源數(shù)據(jù)。
然而，這種技術(shù)的主要缺點(diǎn)是這樣形成的信號抗電磁擾頻并不好。
此外，由于數(shù)據(jù)恢復(fù)根據(jù)DMT技術(shù)是按載波逐個實(shí)現(xiàn)的，因此不能使用鏈路預(yù)算太弱(即信噪比對于發(fā)送信息比特來說太低)的OFDM多路復(fù)用載波。所以，信息不能在這些載波上發(fā)送。
在作為本說明書的一個組成部分的附錄1中所列出的論文中還揭示了在實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制的系統(tǒng)內(nèi)的其他一些數(shù)據(jù)配置技術(shù)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的尤其是克服現(xiàn)有技術(shù)的這些缺點(diǎn)。
更確切地說，本發(fā)明的目的是提出發(fā)送可以使源數(shù)據(jù)在擴(kuò)頻碼上的分布最佳的多載波擴(kuò)頻信號的技術(shù)。
具體地說，本發(fā)明的目的是提供這樣一種可以將功率和/或最佳速率分配給每個擴(kuò)頻碼的技術(shù)。
本發(fā)明另一個目的是實(shí)現(xiàn)可以使擴(kuò)頻碼長度給定的傳輸系統(tǒng)的噪聲容限最佳的技術(shù)。噪聲容限具體與以一定比特差錯率工作的傳輸系統(tǒng)的實(shí)際性能與香農(nóng)極限所給出的傳輸系統(tǒng)的理論性能之間的可能最大差值相對應(yīng)。
本發(fā)明的另一個目的是提出一種與現(xiàn)有技術(shù)的相比具有較好性能特別是具有較好的抗電磁擾頻性能的傳輸技術(shù)。
這些目的以及在下面呈現(xiàn)的其他一些目的通過發(fā)送利用多個擴(kuò)頻碼的多載波擴(kuò)頻信號的方法達(dá)到。
根據(jù)本發(fā)明，這種方法包括根據(jù)表示噪聲的信息和/或表示鏈路質(zhì)量的信息，將功率或能量和/或速率分配給每個擴(kuò)頻碼的步驟，所述分配步驟考慮了目標(biāo)速率(總吞吐量)。
這樣，本發(fā)明基于一種將要形成例如為MC-CDMA型的信號的源數(shù)據(jù)分布到與這信號關(guān)聯(lián)的這些載波和擴(kuò)頻碼上的全新的創(chuàng)造性方案。
更確切地說，本發(fā)明可以根據(jù)表示噪聲(具體是信噪比)的信息和/或表示鏈路質(zhì)量(即傳輸信道的估計)和目標(biāo)速率R的信息，確定所需的擴(kuò)頻碼的個數(shù)U、分配給每個擴(kuò)頻碼的功率或能量Eu(其中，功率與每單位時間的能量Eu相應(yīng))和/或分配給每個擴(kuò)頻碼的速率Ru。
鏈路質(zhì)量具體取決于對傳輸信道的系數(shù)hi和噪聲(假設(shè)為高斯白噪聲)的方差N0的估計。
這樣，由于考慮了信噪比(鏈路預(yù)算)和/或傳輸信道的估計(鏈路質(zhì)量)以及目標(biāo)速率R，本發(fā)明就可以通過使分配給U個擴(kuò)頻碼的每個擴(kuò)頻碼的能量Eu和/或速率Ru的分配方案最佳來使系統(tǒng)的噪聲容限γ達(dá)到最佳。
這個噪聲容限γ具體與在傳輸系統(tǒng)的實(shí)際性能與諸如由香農(nóng)定理給出的理論性能極限之間的最大差值相應(yīng)。這樣，根據(jù)本發(fā)明，對于所要求的服務(wù)質(zhì)量QoS(例如BER為10-7)，甚至在有噪聲的情況下，比特差錯率也必定保持小于這個質(zhì)量。
目標(biāo)速率R具體根據(jù)所需應(yīng)用確定。例如，在ADSL鏈路的架構(gòu)內(nèi)，需達(dá)到的目標(biāo)速率R可以是每OFDM碼元512個比特。
更確切地說，目標(biāo)速率R與在分配步驟期間分配給U個擴(kuò)頻碼中，每個碼的速率Ru之和 相對應(yīng)。
還要注意的是，根據(jù)本發(fā)明的基于資源最佳分配的轉(zhuǎn)輸技術(shù)使用具有線性結(jié)構(gòu)的算法來實(shí)現(xiàn)，這算法與在DMT架構(gòu)內(nèi)使噪聲容限極大的具有迭代結(jié)構(gòu)的算法相反。
分配步驟還可以考慮利用遵從的比特差錯率(BER)確定的所需服務(wù)質(zhì)量QoS、信道編碼帶來的編碼增益和可在噪聲容限Γ中考慮的發(fā)射和接收系統(tǒng)的老化等，這就是為什么為了保證在所要求的接收性能約束下可能的最好服務(wù)必須使資源最佳化。
分配步驟還可以考慮總功率譜密度。
這個尤其由標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會規(guī)定的總功率譜密度給出了MC-CDMA信號不準(zhǔn)超過的功率屏蔽。利用功率譜密度和副載波的帶寬，可以給出需在各個碼之間分配的總功率或能量E。回想一下，多載波信號是由時間上相繼的一系列包括一組數(shù)據(jù)元的碼元形成的，每個數(shù)據(jù)元調(diào)制一個信號載波頻率，載波頻率中由數(shù)據(jù)元之一在給定時刻調(diào)制的稱為副載波。
總能量E與在分配步驟期間分配給U個擴(kuò)頻碼中每個擴(kuò)頻碼的能量Eu之和 相對應(yīng)。
優(yōu)選的是，速率的分配步驟包括為每個擴(kuò)頻碼選擇一個對信號的至少一些副載波特別是所有副載波的調(diào)制方案的步驟。
例如，對需發(fā)送的源數(shù)據(jù)根據(jù)諸如4QAM、16QAM、64QAM、256QAM之類的正交調(diào)幅進(jìn)行調(diào)制。
然后，用擴(kuò)頻碼對正交調(diào)幅得到的碼元Xu，0＜u≤U擴(kuò)頻，以便形成MC-CDMA信號 C·X ＝(ci，u)0＜i≤k，0＜u≤U·t[X1，...，XU] 其中，C為表示擴(kuò)頻碼的擴(kuò)頻矩陣。
由于使用擴(kuò)頻碼，因此可以集體應(yīng)用由各個碼組合在一起的副載波，從而可以改善傳輸系統(tǒng)在噪聲環(huán)境內(nèi)的魯棒性。
有益的是，分配步驟包括以下子步驟 驗(yàn)證目標(biāo)速率R是否可以達(dá)到； 如果目標(biāo)速率可以達(dá)到 確定分配給每個擴(kuò)頻碼的速率 如果目標(biāo)速率R嚴(yán)格小于擴(kuò)頻碼長度k的兩倍，分配兩個比特給R/2個碼中的每一個； 否則，分配

個比特給

個第一碼中的每一個，而分配

個比特給

個第二碼中的每一個； 其中，

為整數(shù)部分。
如果目標(biāo)速率R不能達(dá)到，即不符合附錄2內(nèi)所示的定理2，優(yōu)選的是修改所要求的服務(wù)質(zhì)量QoS和/或所要求的目標(biāo)速率R，以便符合定理2。
如果目標(biāo)速率R可以達(dá)到，目標(biāo)速率R的值必須可與擴(kuò)頻碼的長度相比擬。如果這個值嚴(yán)格小于擴(kuò)頻碼的長度的兩倍，分配由關(guān)系R＝(R/2)×2表示，意味著分配僅2個比特給R/2個碼中的每一個碼，這與正交調(diào)幅4QAM相對應(yīng)。
優(yōu)選的是，在所述目標(biāo)速率R大于或等于擴(kuò)頻碼的長度k的兩倍時，分配步驟由下式給出

其中 R為目標(biāo)速率； Ru為分配給擴(kuò)頻碼u的速率； k為擴(kuò)頻碼的長度；

為整數(shù)部分。
有益的是，分配步驟還包括確定表示分配給每個擴(kuò)頻碼的功率的能量Eu或直接是功率(每單位時間的能量)的子步驟，Eu表示為 其中 E為表示總功率譜密度的總能量； Ru為分配給所述擴(kuò)頻碼u的速率； U為擴(kuò)頻碼的個數(shù)。
這樣，為了使采用MC-CDMA波形的系統(tǒng)的噪聲容限γ達(dá)到最佳，對于總能量E、目標(biāo)速率R和碼長度k，以上式(12)和(11)給出了信息Ru和能量Eu的分配情況。
本發(fā)明還涉及實(shí)現(xiàn)以上所說明的傳輸方法的信號發(fā)射設(shè)備。
本發(fā)明還涉及接收多載波擴(kuò)頻MC-CDMA信號的方法，包括對根據(jù)以上所說明的傳輸方法發(fā)射的信號進(jìn)行解調(diào)的步驟，以及相應(yīng)的接收設(shè)備。
本發(fā)明最后涉及由諸如所說明的發(fā)射設(shè)備發(fā)射和/或接收設(shè)備接收的多載波擴(kuò)頻MC-CDMA信號。



從以下對作為例示性而不是限制性的優(yōu)選實(shí)施例和附圖的說明中可以更清楚地看到本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，在這些附圖中 圖1示出了實(shí)現(xiàn)基于根據(jù)本發(fā)明分配信息的傳輸技術(shù)的MC-CDMA傳輸鏈； 圖2A至2D示出了在根據(jù)圖1所示的傳輸鏈內(nèi)對于兩個目標(biāo)速率R和兩個ADSL信道長度L根據(jù)碼長度k得到的噪聲容限γ； 圖3A至3D示出了對于四個目標(biāo)速率根據(jù)ADSL信道長度L得到的最佳碼長度k；以及 圖4A至4D示出了本發(fā)明的性能與現(xiàn)有技術(shù)的性能的比較情況。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的一般原理基于通過確定擴(kuò)頻碼的個數(shù)、將源數(shù)據(jù)分布在這些碼上和將能量或功率(能量/時間)分配給這些碼來分配要形成多載波擴(kuò)頻MC-CDMA信號的源數(shù)據(jù)。
也就是說，本發(fā)明揭示了一種應(yīng)用于多載波波形和使用擴(kuò)頻的數(shù)據(jù)分配算法。
因此，將擴(kuò)頻碼分配給一些載波組，使與每個載波組關(guān)聯(lián)的擴(kuò)頻碼最佳，以便獲得目標(biāo)速率R。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，對于所要求的服務(wù)質(zhì)量QoS(例如BER為10-7)，甚至在有噪聲的情況下，比特差錯率也必須保持低于這個所要求的質(zhì)量。
MC-CDMA系統(tǒng)的一般原理 MC-CDMA系統(tǒng)是眾所周知的，在附錄1中所列出的文獻(xiàn)1和2中有具體說明。
根據(jù)這些文獻(xiàn)，MC-CDMA信號可以看作CDMA信號的傅里葉逆變換。
這個數(shù)字CDMA信號標(biāo)為C·X，其中C＝(ci，u)0＜i≤k，0＜u≤U為施加到復(fù)碼元向量X＝t[X1，...，XU]上的擴(kuò)頻矩陣，而Xu，0＜u≤U為從正交調(diào)幅得出的碼元。
通常，擴(kuò)頻碼的長度k等于所用的副載波的個數(shù)。擴(kuò)頻碼是可以從k×k維的Hadamard矩陣提取的正交碼。所用的碼數(shù)為U≤k。
本發(fā)明的一般原理 參見圖1，圖中示意性地示出了作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的MC-CDMA傳輸鏈，它包括發(fā)射機(jī)11、傳輸信道12和接收機(jī)13。
特別要注意的是，圖中沒有示出不是本發(fā)明的部分的信道編碼和解碼功能。
在發(fā)射時，由需成形的源數(shù)據(jù)組成的比特流111進(jìn)入正交調(diào)幅塊112。根據(jù)本發(fā)明的這個優(yōu)選實(shí)施例，用于承載源數(shù)據(jù)的每個載波的調(diào)制方案的階(ordre)用集中分配塊14具體確定。
然后，在CDMA擴(kuò)頻塊113內(nèi)將從調(diào)制塊112得出的碼元Xu，0＜u≤U乘以擴(kuò)頻矩陣C＝(ci，u)0＜i≤k，0＜u≤U，得 C·X＝(ci，u)0＜i≤k，0＜u≤U·t[X1，...，XU] 擴(kuò)頻碼的個數(shù)U以及分配給各個擴(kuò)頻碼的能量Eu也由集中分配塊14確定。
根據(jù)這個優(yōu)選實(shí)施例，因此得到的CDMA信號C·X在塊114內(nèi)根據(jù)OFDM調(diào)制進(jìn)行調(diào)制，形成MC-CDMA信號后，再在DAC塊115內(nèi)變換為模擬信號。
根據(jù)本發(fā)明，考慮的是靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)的傳輸信道12，因此假設(shè)MC-CDMA信號的OFDM成分適應(yīng)傳輸信道12。信道12于是可以在頻域內(nèi)以每個副載波一個系數(shù)來建模，如在附錄1中所列的文件3中所提出的那樣。
在接收時，模擬信號在ADC塊131變換為數(shù)字信號后，在塊132內(nèi)受到使用傅里葉變換的OFDM解調(diào)，從而保護(hù)間隔得到抑制。
然后，使用特性為傳輸信道12的逆的ZF均衡器133(迫零)，以便均衡所得到的信號。
然后，經(jīng)均衡的信號在解擴(kuò)CDMA塊134內(nèi)解擴(kuò)，解擴(kuò)考慮了利用集中分配塊14所確定的擴(kuò)頻碼個數(shù)U和分配給每個擴(kuò)頻碼的能量Eu。
經(jīng)OFDM解調(diào)132、ZF均衡133和解擴(kuò)134后，碼u所接收的信號為 其中 k為碼u的長度； Xu為由QAM調(diào)制得到的碼元，0＜u≤U； (ci，u)為擴(kuò)頻矩陣C的系數(shù)，0＜i≤k，0＜u≤U； Zi為假設(shè)為高斯白噪聲的背景噪聲的復(fù)樣本；以及 hi為傳輸信道的系數(shù)。
復(fù)樣本Zi的方差標(biāo)為N0。
然后，每個擴(kuò)頻碼所接收的信號Yu受到QAM解調(diào)135，解調(diào)考慮了集中分配塊14所確定的調(diào)制方案的階。
根據(jù)本發(fā)明的這個優(yōu)選實(shí)施例，分配塊14因此可以根據(jù)表示噪聲的信息和/或表示鏈路質(zhì)量的信息和需達(dá)到的目標(biāo)速率R確定 需使用的擴(kuò)頻碼的個數(shù)U； 對載波進(jìn)行調(diào)制的階，即分配給每個擴(kuò)頻碼的速率Ru；以及分配給每個擴(kuò)頻碼的能量Eu。
因此，MC-CDMA系統(tǒng)的維數(shù)根據(jù)這目標(biāo)速率確定，這可使噪聲容限達(dá)到最佳。因此不是追求使速率最大而是通過達(dá)到這目標(biāo)速率來使噪聲容限最佳。
更確切地說，表示鏈路質(zhì)量的信息取決于傳輸信道的估計的質(zhì)量，即參數(shù)hi和N0。
表示噪聲的信息特別是取決于鏈路預(yù)算，即傳輸系統(tǒng)輸出的信噪比。
根據(jù)本發(fā)明的這個優(yōu)選實(shí)施例，集中分配塊14考慮了根據(jù)所考慮的應(yīng)用給出的需達(dá)到的目標(biāo)速率R和服務(wù)質(zhì)量QoS(例如，BER為10-7左右)以及由標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會所限定的不得超過的總能量E表示的總功率譜密度。
根據(jù)這個優(yōu)選實(shí)施例，因此假設(shè)在發(fā)射時使用功率屏蔽，限制所發(fā)射的信號的總功率譜密度(PSD)。這個約束是很重要的，因?yàn)樗谶@個執(zhí)行信息分配的架構(gòu)內(nèi)。所接收的信號的振幅因此取決于副載波的個數(shù)k。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，擴(kuò)頻提供不是在所發(fā)射的總功率上而是在功率譜密度上遵從約束的功率。
還可以注意到，眾所周知擴(kuò)頻在擾頻環(huán)境內(nèi)具有良好的魯棒性。
使用擴(kuò)頻碼因此可以集中應(yīng)用由同一個碼組合在一起的載波，這與現(xiàn)有技術(shù)的需要按載波逐個處理的技術(shù)相反。
如以上所指出的，本發(fā)明特別是可以在目標(biāo)速率的約束下可能還在功率譜密度的約束下求出擴(kuò)頻碼的個數(shù)、調(diào)制方案在這些碼上的分布和分配給這些碼的能量的分配。
具體考慮的是，稱為″最優(yōu)″的分配使傳輸系統(tǒng)的噪聲容限對于給定的碼長度可以達(dá)到最大，也就是說使傳輸系統(tǒng)的實(shí)際性能與由Shannon極限得到的理論性能之差最大。
ADSL鏈路應(yīng)用例 以下給出本發(fā)明在ADSL(非對稱數(shù)字用戶環(huán)路)鏈路方面的應(yīng)用的例子。
可以使用的副載波最多是220個，典型的目標(biāo)速率R是每個OFDM碼元512個比特。考慮到在附錄1中所列的文件4，調(diào)制方案的最高階為32768QAM。
因此必須將512個比特分布在最多220個碼上，由于QAM方案的最高階，每個碼最多15個比特。
根據(jù)傳統(tǒng)的技術(shù)，對最優(yōu)分配的完全搜索需要測試3,380,629,853,852,186個組合。這種搜索最優(yōu)分配的方法因此不能考慮。
根據(jù)本發(fā)明，認(rèn)為考慮接收機(jī)和噪聲容限的傳輸系統(tǒng)的容量或者更確切地說可達(dá)到的速率可按下式計算 其中 R為目標(biāo)速率； U為擴(kuò)頻碼的個數(shù)； Ru為分配給擴(kuò)頻碼u的速率； k為擴(kuò)頻碼的長度； hi為傳輸信道的系數(shù)的估計； γ為傳輸系統(tǒng)的噪聲容限； Γ為QAM調(diào)制的噪聲容限，如在附錄1中所列的文件3中所說明的； Eu為分配給擴(kuò)頻碼u的能量。
特別要注意的是，噪聲容限Γ還可以考慮信道編碼所帶來的增益。
這樣，在式(2)中，未知數(shù)是Ru、Eu、U，我們來尋求使傳輸系統(tǒng)的噪聲容限γ達(dá)到最佳的途徑。
對發(fā)射信號的總功率譜密度的限制即對發(fā)射信號的規(guī)尺(gabarit)或功率屏蔽的限制可以寫成表示功率譜密度的總能量E 利用式(2)，上式可寫成 于是，噪聲容限γ為 使γ最大實(shí)際上就是使項(xiàng)(稱為第一累加項(xiàng))成為極小和/或使項(xiàng)(稱為第二累加項(xiàng))成為極小。
第二累加項(xiàng)只要將hi選擇成滿足 就可成為極小。
為了使第一累加項(xiàng)極小，可以使用諸如在附錄2內(nèi)所給出的定理1，該定理為本說明的組成部分。
定理1在約束下，當(dāng)且僅當(dāng)Ru的

個值等于

而Ru的

個值等于

時為極小。
于是，剩下的就是相對于調(diào)制的階即相對于比特的分配，將能量E分配給各個碼或各個碼元。
用Eu的表達(dá)式(4)和用式(5)，可以得到 這樣，對于由總能量E表示的給定功率譜密度(PSD)、目標(biāo)速率R和碼長度k，可以給出需分配給U個擴(kuò)頻碼中每個擴(kuò)頻碼的信息Ru和能量Eu，以便使使用MC-CDMA波形的系統(tǒng)的噪聲容限γ達(dá)到最佳。
因此，信息分配如下

其中

為整數(shù)部分。
然而，還有PSK2的一個在這些應(yīng)用中不能使用的特殊情況，這意味著根據(jù)本發(fā)明分配到的比特最少是2個而不是1個。
確實(shí)，香濃極限與用這種調(diào)制可達(dá)到的速率之間的距離大于高階調(diào)制的距離。因此，在存在Ru＝1時即在

或R＜2×k時不能使用式(12)。
在這個特殊情況下，分配就為 也就是有R/2個碼都承載2個比特，這與4階的正交調(diào)幅(4QAM)相應(yīng)。
還可以注意到的是奇數(shù)速率R＜2×k是不能分配的。
此外，迄今為止一直都假設(shè)目標(biāo)速率R是可以達(dá)到的。
然而，優(yōu)選的是最初用諸如在附錄2中所給出的作為本說明的組成部分的定理2檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)速率R是否可以達(dá)到。
定理2速率R當(dāng)且僅當(dāng)滿足
其中
時才能達(dá)到。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的這個優(yōu)選實(shí)施例，集中分配算法14具有以下結(jié)構(gòu) 1.輸入R，Γ，E，k，hi，N0； 2.檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)速率是否為可達(dá)到的如果這速率是不能達(dá)到的，改變服務(wù)質(zhì)量QoS(Γ)或目標(biāo)速率R使它遵從定理2； 3.如果R＜2k，分配2個比特給R/2個碼中的每一個(4QAM)； 4.否則，分配

個比特給

個碼中的每一個，而給其他

個碼各分配

個比特； 5.根據(jù)式(11)計算能量分配； 6.輸出U，Ru，Eu。
例如，考慮一個具有傳遞函數(shù)為 的ADSL鏈路，其中，L為線路長度(米)，而if∈[35；64[U]64；255]為副載波下標(biāo)，標(biāo)為i ∈[0；220[，為與這if個下標(biāo)相應(yīng)的下標(biāo)。
假設(shè)R＝512比特/碼元，Γ＝4.04(與符號差錯率為10-7相應(yīng))，E＝-39dBm/Hz，k＝100，而N0＝-140dBm/Hz。
這樣，對于線路長度L為3000米的情況，用定理1和式(11)可以得到碼的個數(shù)U＝100，有88個碼使得Ru＝5和Eu＝8.898×10-3E，而有12個碼使得Ru＝6和Eu＝-1.808×10-2E。
噪聲容限在這種情況下為γ＝45.5，即16.6dB的附加噪聲容限。
特別是可以認(rèn)為MC-CDMA系統(tǒng)本質(zhì)上不允許得到比用現(xiàn)有技術(shù)的DMT系統(tǒng)可得到的噪聲容限還好的噪聲容限。但是，給噪聲容限添加的擴(kuò)頻增益使系統(tǒng)具有更大的魯棒性。
這樣，結(jié)果已經(jīng)表明MC-CDMA系統(tǒng)在擾頻環(huán)境內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)(即使配置沒有優(yōu)化)，如附錄1中所列文件6和7中所指出的那樣。
本發(fā)明能進(jìn)一步改善這些結(jié)果。
圖2至4示出了本發(fā)明在ADSL環(huán)境內(nèi)的一個應(yīng)用例的一些模擬結(jié)果。
圖2A至2D具體地示出了對于兩個目標(biāo)速率R和兩個ADSL信道長度L根據(jù)碼長度k得到的噪聲容限γ。
這樣，圖2A、2B、2C、2D分別示出了在速率R為512比特/碼元(bit/symb)和信道長度L為2000米(m)、速率R為512比特/碼元和信道長度L為3000米、速率R為1024比特/碼元和信道長度L為2000米、速率R為1024比特/碼元和信道長度L為3000米這四種配置的情況下根據(jù)碼長度k得到的噪聲容限γ。
因此，可以看到對于每種配置都有一個使噪聲容限可以最佳的最佳k值。
例如 對于圖2A中的配置，k的最佳值為130左右； 對于圖2B中的配置，k的最佳值為90左右； 對于圖2C中的配置，k的最佳值為175左右；以及 對于圖2D中的配置，k的最佳值為125左右。
在圖3A至3D中也給出了這些值。圖3A至3D示出了對于四種目標(biāo)速率R(304比特/碼元(圖3A)、512比特/碼元(圖3B)、1024比特/碼元(圖3C)和2048bits/碼元(圖3D))根據(jù)ADSL信道長度L得到的最佳碼長度k。
最后，圖4A至4D示出了在根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)將速率和/或功率分配給每個擴(kuò)頻碼的MC-CDMA系統(tǒng)內(nèi)的本發(fā)明的性能，作為比較也示出了在DMT型的系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)的性能。
具體地說，圖4A至4D示出了對于四種目標(biāo)速率R(304比特/碼元(圖4A)、512比特/碼元(圖4B)、1024比特/碼元(圖4C)和2048比特/碼元(圖4D))根據(jù)ADSL信道長度得到的系統(tǒng)容限(dB)。
其中 曲線1(+)示出了根據(jù)DMT技術(shù)的傳輸系統(tǒng)的根據(jù)信道長度L得到的噪聲容限； 曲線2(◆)示出了根據(jù)碼長度k固定的MC-CDMA技術(shù)的傳輸系統(tǒng)的根據(jù)信道長度L得到的噪聲容限；以及 曲線3(

)示出了根據(jù)碼長度k對信道長度最佳化的MC-CDMA技術(shù)的傳輸系統(tǒng)的噪聲容限； 其中噪聲容限γ示為實(shí)線，而與擴(kuò)頻增益結(jié)合的噪聲容限示為虛線。
從這些圖中可以看到，本發(fā)明可以通過最優(yōu)地將能量Eu和速率Ru分配給U個擴(kuò)頻碼使系統(tǒng)的噪聲容限γ達(dá)到最佳。
這樣，本發(fā)明就使通信在受電磁擾頻干擾的環(huán)境內(nèi)具有更大的魯棒性。
此外，這種基于將速率和/或能量分配給各個擴(kuò)頻碼的傳輸技術(shù)在多路復(fù)用頻域中若干基本MC-CDMA模塊的系統(tǒng)內(nèi)提供了它所有的益處，如在附錄1中所列的文獻(xiàn)8所給出的那樣。
這種傳輸技術(shù)還可以在點(diǎn)對多點(diǎn)或多點(diǎn)對點(diǎn)環(huán)境(對多個用戶的通信，分別用于廣播或接入)內(nèi)用于各種信道(ADSL、PLC(輸電線通信)等)，特別是具有頻率多路復(fù)用的。
鏈接到多用戶設(shè)備環(huán)境的上層不是本發(fā)明所要涉及的。
本發(fā)明因此使通信特別是電纜通信在受電磁擾頻干擾的環(huán)境內(nèi)具有更大的魯棒性。
回想一下，由于本發(fā)明需要在發(fā)射處知道信道的情況，因此通常認(rèn)為這種技術(shù)更適合有線通信。
但是這并不是排他性的在通信速率方面，建筑物內(nèi)部無線電通信以及通信束可以通過靜態(tài)信道進(jìn)行。這樣，可以認(rèn)為本發(fā)明可用于一定的無線通信。
本發(fā)明還可以用于副載波的個數(shù)大于碼長度的系統(tǒng)。
此外，可以規(guī)定若干副載波塊，每個塊形成一個MC-CDMA系統(tǒng)，整個系統(tǒng)稱為SS-MC-MA(擴(kuò)頻多載波多址)。于是可以將本發(fā)明用于每個塊。
附錄1 1.N.Yee，J-P.Linnartz and G.Fettweis “Multi-carrier CDMA in indoor wireless radio networks” In IEEE Personal，Indoor and Mobile Radio CommunicationsSymposium，pages 109-113，September 1993. 2.S.Hara and R.Prasad “Overview of multicarrier CDMA” IEEE Communications Magazine，vol.35，no.12，pages 126-133，December 1997. 3.J.M.Cioffi “A multicarrier primer” Rapport，ANSI T1E1.4/91-157，Committee contribution，1991. 4.G992-3 “Asymmetrical Digital Subscriber Line(ADSL)transceivers” International Telecommunication Union，2002. 5.M.Crussiere，J-Y.Baudais and J-F.Helard “Robust and high-bit rate communications over PLC channelsA Bitloading multi-carrier spreadspeetrum solution” In International Symposium on Power-Line Communicationsand Its Applications，(Vancouver，Canada)，April 2005. 6.S.Mallier，F(xiàn).Nouvel，J-Y.Baudais，D.Gardan and A.Zeddam “Multicarrier CDMA over lines-Comparison of performanceswith the ADSL system” In IEEE International Workshop on Electronic Design，Test andApplications，pages 450-452，January 2002. 7.J-Y.Baudais “Amelioration de la robustesse du systeme ADSL en presence debrouilleursutilisation des techniques MC-CDMA” In Colloque GRETSI，Groupe de recherche et d′e′tude detraitement du signal，September 2003. 8.O.Isson，J-M.Brossier and D.Mestdagh “Multi-carrier bit-rate improvement by carrier merging” Electronics Letters，vol.38，no.19，pages 1134-1135，September2002. 附錄2 定理1 在約束下，當(dāng)且僅當(dāng)Ru的

個值等于

而Ru的

個值等于

時為極小。
證明 設(shè)R＝kq+r，其中

而 其中Ru∈{q，q+1}，而

為整數(shù)部分。證明以歸謬法進(jìn)行。
設(shè)a≥1。假如存在Ri＝q和Rj＝q，使得Ri成為q+a和Rj成為q-a，這意味著f(0)＞f(a)＝(k-r-2)2q+2q+a+2q-a+r2q+1。
總比特數(shù)仍然是等于R。
f(a)-f(0)＝-2×2q+2q+a+2q-a f(a)-f(0)＝2q-a(2a+1(2a-1-1)+1)(7) 由于a≥1，于是f(a)-f(0)＞0，這就導(dǎo)致矛盾。因此


使得f(0)＞f(a)。
將同樣的分析用于以下情況 以及 以及 可以得到同樣的結(jié)論。函數(shù)f在零為極小，相應(yīng)的比特分配也使為極小。如果q≠0，所用的碼的個數(shù)就為U＝k。
定理2 速率R當(dāng)且僅當(dāng)滿足
其中
時才能達(dá)到。
證明 由于這部分不是本專利申請的主題，因此僅給出證明的原則。附錄1中所列的文獻(xiàn)5提供了更為詳盡的證明。
通過用實(shí)數(shù)集進(jìn)行研究和使用Lagrange因子，可以證明最大速率為
顯然，給k個碼各分配

個比特就可產(chǎn)生可達(dá)到的速率。但是否能多發(fā)送一些信息？這個問題實(shí)際上要求搜索使得功率譜密度約束可以滿足的整數(shù)n，并驗(yàn)證以下關(guān)系式

從而可得到

權(quán)利要求
1.一種發(fā)送利用多個擴(kuò)頻碼的多載波擴(kuò)頻信號的方法，其特征在于包括根據(jù)表示噪聲的信息和/或表示鏈路質(zhì)量的信息將功率和/或速率分配給每個所述擴(kuò)頻碼的步驟，所述分配步驟考慮了目標(biāo)速率。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)送方法，其特征在于所述分配步驟還考慮了總功率譜密度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)送方法，其特征在于所述分配速率的步驟包括為每個所述擴(kuò)頻碼選擇對所述信號的至少一些副載波的調(diào)制方案的步驟。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的發(fā)送方法，其特征在于所述分配步驟包括以下子步驟
驗(yàn)證是否可以達(dá)到所述目標(biāo)速率R；
如果目標(biāo)速率可以達(dá)到
確定分配給每個擴(kuò)頻碼的所述速率
如果目標(biāo)速率R嚴(yán)格小于擴(kuò)頻碼長度k的兩倍，給R/2個碼中的每一個碼分配兩個比特；
否則，給
個第一碼中的每一個碼分配
個比特，而給
個第二碼中的每一個碼分配
比特；
其中，
為整數(shù)部分。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)送方法，其特征在于所述目標(biāo)速率R大于或等于擴(kuò)頻碼長度k的兩倍時，所述分配步驟由下式限定
其中
R為目標(biāo)速率；
Ru為分配給所述擴(kuò)頻碼u的速率；
k為所述擴(kuò)頻碼的長度；
為整數(shù)部分。
6.如權(quán)利要求4或5所述的發(fā)送方法，其特征在于所述分配步驟還包括確定表示分配給每個所述擴(kuò)頻碼的所述功率的能量Eu的子步驟，所述能量Eu表示為
其中
E為表示所述總功率譜密度的總能量；
Ru為分配給所述擴(kuò)頻碼u的速率；
U為擴(kuò)頻碼的個數(shù)。
7.一種發(fā)射利用多個擴(kuò)頻碼的多載波擴(kuò)頻信號的設(shè)備，其特征在于
所述設(shè)備包括根據(jù)表示噪聲的信息和/或表示鏈路質(zhì)量的信息，考慮到目標(biāo)速率，將功率和/或速率分配給每個所述擴(kuò)頻碼的裝置。
8.一種接收利用多個擴(kuò)頻碼的多載波擴(kuò)頻信號的方法，功率和/或速率在發(fā)射前根據(jù)表示噪聲的信息和/或表示鏈路質(zhì)量的信息并考慮到目標(biāo)速率被分配給每個所述擴(kuò)頻碼，所述方法的特征在于包括考慮到分配給每個所述擴(kuò)頻碼的所述功率和/或所述速率對所述信號進(jìn)行解調(diào)的步驟。
9.一種接收利用多個擴(kuò)頻碼的多載波擴(kuò)頻信號的設(shè)備，功率和/或速率在發(fā)射前根據(jù)表示噪聲的信息和/或表示鏈路質(zhì)量的信息并考慮到目標(biāo)速率被分配給每個所述擴(kuò)頻碼，所述設(shè)備的特征在于包括考慮到分配給每個所述擴(kuò)頻碼的所述功率和/或所述速率對所述信號進(jìn)行解調(diào)的裝置。
10.一種包括多個擴(kuò)頻碼的多載波擴(kuò)頻信號，其特征在于
每個所述擴(kuò)頻碼與根據(jù)表示噪聲的信息和/或表示鏈路質(zhì)量的信息以及目標(biāo)速率分配的功率和/或速率相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種發(fā)送使用多個擴(kuò)頻碼的多載波擴(kuò)頻信號的方法，其特征是這種方法包括根據(jù)表示噪聲的信息和/或根據(jù)表示鏈路質(zhì)量的信息將功率和/或速率分配給每個擴(kuò)頻碼的步驟，所述分配步驟考慮了目標(biāo)速率。
文檔編號H04B7/26GK101305533SQ200680041670
公開日2008年11月12日 申請日期2006年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月14日
發(fā)明者J-Y·鮑代斯 申請人:雷恩第一大學(xué), 國家科研中心