專利名稱：音分多址通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬通信技術(shù)領(lǐng)域。具體地說，本發(fā)明與多用戶通信方法有關(guān)。
近來，對于多用戶通信有三種主要的非隨機(jī)多址技術(shù)FDMA，TDMA，以及CDMA。在多媒體傳輸亦即具有不同數(shù)據(jù)率的應(yīng)用中，這三種多址技術(shù)就各吐效率、硬件實現(xiàn)或信號質(zhì)量而言效益都不理想、例如，為了適應(yīng)高比特率的數(shù)據(jù)類型，F(xiàn)DMA方法需要指配幾個中間由防護(hù)頻帶隔開、用不同載波實現(xiàn)的子頻帶，因而無論在頻譜利用還是在硬件實現(xiàn)上都不經(jīng)濟(jì)。類似，TDMA方法需要使用幾個中間由時間防護(hù)帶隔開的時隙，要求發(fā)射機(jī)和接收機(jī)定時非常準(zhǔn)確。TDMA會由于信道畸變、多路徑擴(kuò)展和定時不夠準(zhǔn)確而導(dǎo)致吞吐量下降和引起碼間干擾。最后，CDMA方法需要將高速比特流分為幾個低速比特流，以獲得足夠高的處理增益。對于每個低速比特流都需要進(jìn)行擴(kuò)頻和解擴(kuò)處理，如果需要動態(tài)地為任何數(shù)據(jù)類型指配CDMA信道，分成幾個低速比特流也是必需的。此外，在有碼同干擾的情況下，CDMA瑞克接收機(jī)的性能就要大大降低。
因此，就需要為多用戶通信開發(fā)一種多址技術(shù)，既能抗高速傳輸過程中產(chǎn)生的碼間干擾，又能適應(yīng)多種用戶數(shù)據(jù)率，而且硬件實現(xiàn)仍然并不復(fù)雜。
本發(fā)明為多用戶通信開發(fā)了一種多址技術(shù)，這種多址技術(shù)可抗高速傳輸過程中產(chǎn)生的碼間干擾，能適應(yīng)多種用戶數(shù)據(jù)率，硬件實現(xiàn)也比較簡單。本發(fā)明所提出的多用戶通信的新的多址方法允許在一個公共信道上進(jìn)行多種用戶數(shù)據(jù)率的傳輸，而實現(xiàn)起來并不比提供單種用戶數(shù)據(jù)率的系統(tǒng)復(fù)雜。這種方法可以避免由于諸如信道畸變和多路徑傳播之類的信道不良以及由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的基帶濾波而引起的碼間干擾，但并不使用信道均衡。對于具有空同分集接收的應(yīng)用來說，這種方法還可克服選擇性頻率衰落。本發(fā)明避免了點到多點和多點到點通信的用戶間干擾，而且對接收機(jī)定時精度的要求大大低于諸如CDMA和TDMA之類的其他多址技術(shù)。
本發(fā)明的這些優(yōu)點是由于采用了如下這種使多個用戶接入一個公共信道的方法。為多個用戶的多個應(yīng)用產(chǎn)生一系列編碼應(yīng)用比特。分別為每個應(yīng)用的編碼應(yīng)用比特指配一組單音，最好是可用單音的一個子集、每個應(yīng)用的編碼應(yīng)用比特在發(fā)射機(jī)用指配給這些編碼應(yīng)用比特的這組單音編碼成多頻音碼元。各個應(yīng)用的多頻音碼元同步發(fā)送到一個公共信道上。在接收機(jī)中，從公共信道接收到的每個應(yīng)用的多頻音碼元用指配給相應(yīng)編碼應(yīng)用比特的這組單音解碼成每個應(yīng)用的編碼應(yīng)用比特。然后，對每個應(yīng)用的編碼應(yīng)用比特進(jìn)行解碼。
本發(fā)明例示于(但并不局限于)以下附圖，圖中相同的標(biāo)號表示相同的單元，其中

圖1示出了本發(fā)明所提出的下行鏈路(點到多點)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的基本功能件的方框圖；圖2示出了按本發(fā)明配置為一個發(fā)射機(jī)的基于FFT的多頻音DPSK調(diào)制解調(diào)器的基本功能件的方框圖；圖3示出了按本發(fā)明配置為一個接收機(jī)的基于FFT的多頻音DPSK調(diào)制解調(diào)器的基本功能件的方框圖；以及圖4示出了本發(fā)明所提出的上行鏈路(多點到點)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的基本功能件的方框圖。
本發(fā)明所提供的是多用戶通信的一種多址方法。本發(fā)明的這種方法稱為音分多址(Mutitone Division Multiple Access即MDMA)，可高效地傳輸具有不同數(shù)據(jù)率的多種數(shù)據(jù)，抗碼間干擾和使信道吞吐量達(dá)到最大。與FDMA、TDMA和CDMA方法相比，本發(fā)明所提出的方法無論是對于單種還是多種數(shù)據(jù)率傳輸都不會增加系統(tǒng)的硬件復(fù)雜程度，也不會降低信道的吞吐量。與FDMA、TDMA和CDMA不同，MDMA消除碼間干擾并不用信道均衡。此外，為了實現(xiàn)多點到點鏈路(如衛(wèi)星或蜂窩網(wǎng)內(nèi)的上行鏈路)的無用戶間干擾通信，本發(fā)明也不象采用TDMA和CDMA方法的那樣，并不對發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的定時精度有很嚴(yán)格的要求。
本發(fā)明采用多頻音調(diào)制，為不同的應(yīng)用數(shù)據(jù)指配不同的單音。這種多頻音調(diào)制技術(shù)不僅可用作調(diào)制程式，還可提供一種多址機(jī)制。具體地說，來自或發(fā)至多個用戶的各個應(yīng)用的編碼比特映射到在呼叫起始時刻分別指配給各個應(yīng)用的不同單音集上。這些比特編碼成相應(yīng)碼元(單音)，用于離散多頻音調(diào)制，而為了恢復(fù)所接收的單音和信息比特則執(zhí)行相反的解調(diào)處理。未指配的碼元設(shè)置為零。
對于下行鏈路(點到多點)的傳輸，用戶接收機(jī)通過離散多頻音解調(diào)選擇出指配給本用戶接收機(jī)應(yīng)用的單音，因此只有屬于本用戶的信息比特得到解碼。對于上行鏈路(多點到點)的傳輸，在由一個特定接收機(jī)配合的所有用戶之間，傳輸是同步的。解調(diào)后的各碼元分別與相應(yīng)的應(yīng)用和用戶一致，因此可正確地識別經(jīng)解碼的比特，以便進(jìn)一步處理。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計多頻音調(diào)制解調(diào)器，可以大大放寬對同步精度的要求。
圖1示出了MDMA下行鏈路(點到多點)的發(fā)射機(jī)1和接收機(jī)2的基本功能件的方框圖。表示不同應(yīng)用和不同用戶的多個數(shù)據(jù)流C(1)至C(a)在10分別指配了不同的單音的子集。一個單音的子集可以包括整個可用單音集，在呼叫建立過程期間確定。預(yù)指配單音后，在11將信道編碼數(shù)據(jù)比特編碼成相應(yīng)的多頻音碼元。未與任何應(yīng)用相應(yīng)的碼元都置為零。
然后，多個數(shù)據(jù)流的編碼單音由方框12處理。方框12表示發(fā)射機(jī)1對多個數(shù)據(jù)流的調(diào)制和發(fā)送以及接收機(jī)2對多個數(shù)據(jù)流的接收和解調(diào)。圖2和3示出了適合方框12的一種基于FFT的多頻音調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的功能細(xì)節(jié)。經(jīng)接收機(jī)2的多頻音解調(diào)后，當(dāng)且僅當(dāng)所恢復(fù)的碼元與接收機(jī)2的應(yīng)用有關(guān)時，這些碼元才能被選擇出來，加以碼元和信道解碼。這些碼元是用應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)識別和解碼的。
圖2示出了按照本發(fā)明配置成一個單比特流發(fā)射機(jī)的基于FFT的多頻音DPSK調(diào)制解調(diào)器的基本功能件的方框圖。在圖2中，一個(格構(gòu))編碼信息比特序列20輸入到MPSK映射器21后，由MPSK映射器21將各數(shù)據(jù)比特組映射為MPSK信號空間的相應(yīng)點。具體地說，這些編碼信息比特被劃分成一系列各有M比特的幀(在這種情況下，信號空間的點數(shù)(M)和每個幀的比特數(shù)(M)都使用相同的符號M。對于本發(fā)明來說，信號空間的點數(shù)M可以不同于每個幀的比特數(shù)M)。然后，每個幀的M個比特分成N個組，如果第K個組的比特數(shù)表示為m(k)，則有M＝m(0)+m(1)+…+m(N-1)。每個組按所選的PSK信號空間各自映射為一個差分相位Δφ1(k)，其中k＝0，1，…，N-1。
差分相位編碼器22對兩個相繼的幀按眾所周知的方式進(jìn)行操作，產(chǎn)生絕對相位φ1(k)。然后，碼元(單音)編碼器23用絕對相位φ1(k)產(chǎn)生復(fù)信號平面上的復(fù)碼元X1(k)，也就是離散單音。復(fù)碼元X1(k)等于X1(k)exp〔jφ1(k)〕。振幅X1(k)根據(jù)使總信道容量最大或各單音的所需信噪比加以選擇。接著，每個幀內(nèi)的N個復(fù)碼元經(jīng)串并行(S/P)變換器24加到執(zhí)行離散傅立葉反變換(IDFT)的離散多頻音調(diào)制器25的輸入端。于是，每個幀內(nèi)的N個復(fù)碼元經(jīng)FFT受到離散傅立葉反變換，變換成時間域內(nèi)的N個(復(fù))樣值。
每個幀內(nèi)的N個并行樣值由并串行(P/S)變換器26變換成一個串行序列。P/S變換器26在每個幀的前后分別增添了一個循環(huán)前綴和一個循環(huán)后綴，再通過將每個復(fù)樣值分離為一個實部和一個虛部(R/I)將擴(kuò)展了的復(fù)樣值序列變換成兩個實數(shù)據(jù)序列。循環(huán)后綴的長度為一個或兩個樣本，而循環(huán)前綴的長度為循環(huán)后綴的長度再加上整個數(shù)字信道(包括發(fā)送和接收濾波器以及發(fā)送和接收濾波器之同的傳輸媒體)的單位采樣響應(yīng)。前綴和后綴加上一個或兩個樣本就允許接收機(jī)的同步和采樣可以有較大的定時偏差，而附于前綴的其他樣本可以避免由于時間擴(kuò)散信道而引起的幀間干擾，從而也就避免了碼間干擾。
然后，兩個實序列通過兩個相同的低通濾波器27a和27b，受到數(shù)模(D/A)變換，所形成的兩個基本信號分別在混頻器28a和28b對兩個正交的載波進(jìn)行調(diào)制。在29經(jīng)正交多路復(fù)用、適當(dāng)功率放大和帶通濾波后，相繼各(擴(kuò)展)幀就發(fā)送出去。圖2所示的調(diào)制解調(diào)器以類似方式處理多個各與不同的單音集對應(yīng)的比特流。
圖3示出了按本發(fā)明配置為一個接收機(jī)的基于FFT的多頻音DPSK調(diào)制解調(diào)器的基本功能件的方框圖。所接收的RF信號在31經(jīng)帶通濾波、功率放大后分成兩個分量，在混頻器32a、32b和低通濾波器33a、33b受到非相干正交解調(diào)。(即下變頻)。所得到的正交基帶分量由模數(shù)(A/D)變換器34a和34b并行采樣。A/D變換器34a和34b的輸出加到S/P&R/I變換器35的輸入端，通過將每對實樣值處理為一個復(fù)樣值的實部和虛部(R/I)，變換器35將這兩個實樣值序列變換成一個復(fù)樣值序列。在此，棄去擴(kuò)展幀兩端的與增添的前綴和后綴相應(yīng)的樣值，所得到的每個幀內(nèi)的N個復(fù)樣值再由串并行(S/P)變換器組織成并行格式。
然后，每個幀內(nèi)的N個并行復(fù)數(shù)由離散多頻音解調(diào)器36用FFT進(jìn)行離散傅立葉變換，得出N個復(fù)碼元。這N個復(fù)碼元就是發(fā)送的各個單音，但受到了本地產(chǎn)生的和接收的載波相位差的指數(shù)加權(quán)和受到總信道在相應(yīng)單音處的加權(quán)，還受到噪聲的污染。N個復(fù)碼元通過并串行(P/S)變換器37變換成串行格式送至幀延遲裝置38和差動相位比較器39。延遲裝置38的輸出是延遲了一個幀的輸入。兩個相繼幀的相應(yīng)碼元之間的差分相位由差動相位比較器39以眾所周知的方式進(jìn)行估計，而不需要確定所接收的載波的相位或信道的頻率響應(yīng)。所提取的差分相位值由MPSK解映射器40映射回相應(yīng)的編碼比特，以便以后進(jìn)行信道解碼(未示出)?；蛘撸琈PSK解映射器和信道解碼器(如維托比解碼器)可以合在一起進(jìn)行軟判決解碼。
圖4示出了MDMA上行鏈路(多點到點)的發(fā)射機(jī)3和接收機(jī)4的基本功能件的方框圖。這個上行鏈路的結(jié)構(gòu)體系與下行鏈路的(圖1)類似。具體地說，為每個接入上行鏈路的應(yīng)用分別配指一個不同的多頻音碼元集，使得每個應(yīng)用所產(chǎn)生的消息可以與其他應(yīng)用所產(chǎn)生的消息相區(qū)別。未使用的碼元也都設(shè)置為零。所有的傳輸都是對接收機(jī)幀同步的，以避免在有其他用戶15接八這個信道時引起用戶間干擾。有一個甚至兩個采樣間隔的同步誤差對于本發(fā)明來說并不會引起什么傳輸差錯，因為如前面所述在傳輸前每個幀的經(jīng)多頻音調(diào)制的樣值序列的前綴和后綴上都加了一個或兩個循環(huán)樣值。在接收機(jī)所恢復(fù)的所有碼元在多頻音解調(diào)后由各應(yīng)用和用戶識別，然后再進(jìn)行碼元和信道解碼。
雖然本發(fā)明結(jié)合所示實施例作了說明，但可以理解，根據(jù)本發(fā)明的精神實質(zhì)可以進(jìn)行種種修改，所有這些應(yīng)該都屬于本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種多個用戶利用一個公共通信信道進(jìn)行通信的方法，包括下列步驟為多個應(yīng)用產(chǎn)生一系列編碼應(yīng)用比特；為每個應(yīng)用的編碼應(yīng)用比特指配一組單音；在發(fā)射機(jī)將每個應(yīng)用的編碼應(yīng)用比特用指配給相應(yīng)編碼應(yīng)用比特的這組單音編碼成多頻音碼元；以及用一個離散調(diào)制解調(diào)器將每個應(yīng)用的多頻音碼元發(fā)送到一個公共信道上。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其中為一個應(yīng)用的編碼比特所指配的這組單音是可用單音的一個子集。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其中產(chǎn)生編碼應(yīng)用比特的步驟是為多個用戶執(zhí)行的，而將多頻音碼元發(fā)送到公共信道上的步驟包括使多個用戶與一個收信接收機(jī)之同的各路傳輸同步的步驟。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，其中公共信道是一個多點對點的上行信道。
5.按權(quán)利要求1所述的方法，還包括下列步驟用離散多頻音調(diào)制解調(diào)器從公共信道上接收每個應(yīng)用的多頻音碼元；在接收機(jī)對每個應(yīng)用的多頻音碼元用指配給相應(yīng)編碼應(yīng)用比特的這組單音解碼，產(chǎn)生每個應(yīng)用的編碼應(yīng)用比特；以及對每個應(yīng)用的編碼應(yīng)用比特解碼。
6.按權(quán)利要求5所述的方法，其中產(chǎn)生經(jīng)解碼的應(yīng)用比特的步驟是為多個用戶執(zhí)行的。
7.一種多個用戶利用一個公共通信信道接收通信的方法，包括下列步驟在接收機(jī)用一個離散多頻音調(diào)制解調(diào)器從一個公共信道上接收多個應(yīng)用的每個應(yīng)用的多頻音碼元，每個應(yīng)用的這些多頻音碼元是由一系列編碼應(yīng)用比特用指配給這些應(yīng)用比特的一組單音編碼而形成的；在接收機(jī)對每個應(yīng)用的多頻音碼元用指配給相應(yīng)編碼應(yīng)用比特的這組單音解碼，產(chǎn)生每個應(yīng)用的編碼應(yīng)用比特；以及對每個應(yīng)用的編碼應(yīng)用比特解碼。
8.按權(quán)利要求7所述的方法，其中產(chǎn)生經(jīng)解碼的應(yīng)用比特的步驟是為多個用戶執(zhí)行的。
全文摘要
一種使多個用戶接入一個公共信道的方法,為多個用戶的多個應(yīng)用產(chǎn)生一系列編碼應(yīng)用比特并分別指配一組單音。每個應(yīng)用的編碼應(yīng)用比特在發(fā)射機(jī)用各自所指配的這組單音編碼成多頻音碼元。各個應(yīng)用的多頻音碼元同步發(fā)送到一個公共信道上。在接收機(jī)中,從公共信道接收到的每個應(yīng)用的多頻音碼元用指配給相應(yīng)編碼應(yīng)用比特的這組單音解碼成每個應(yīng)用的編碼應(yīng)用比特。然后對每個應(yīng)用的編碼應(yīng)用比特進(jìn)行解碼。
文檔編號H04J11/00GK1193228SQ98105390
公開日1998年9月16日 申請日期1998年3月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月4日
發(fā)明者何金萌 申請人:美國電報電話公司