專利名稱：一種基于正交頻分復(fù)用的跳頻通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于正交頻分復(fù)用(OFDM)的跳頻通信方法。
背景技術(shù)：
跳頻通信是通過使發(fā)射機(jī)的工作頻率按照一定的跳頻圖案跳變來發(fā)送信息，接收機(jī)通過對發(fā)送頻率捕獲、同步以相應(yīng)的跳頻圖案接收來自發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)。跳頻通信具有保密性好，抗干擾能力強(qiáng)，具有頻率分集作用，能方便地兼容窄帶通信系統(tǒng)，無遠(yuǎn)近效應(yīng)，非常適于軍事通信應(yīng)用。跳頻圖案的偽隨機(jī)性和跳頻圖案的密鑰量使跳頻系統(tǒng)具有保密性。當(dāng)跳頻速率加快，跳頻圖案的密鑰足夠大時，跳頻系統(tǒng)的抗截獲、偵聽能力也隨之提高。載波頻率的跳變，還使跳頻系統(tǒng)具有頻率分集的作用，從而使系統(tǒng)具有抗多徑衰落、抗單頻及部分帶寬干擾的能力。跳頻通信在民用系統(tǒng)也得到廣泛應(yīng)用，不同的用戶使用不同的跳頻圖案可以實(shí)現(xiàn)多址接入，是頻分多址(FDMA)的一個特例。
然而跳頻速率受到諸多因素的限制，其中主要的原因是快速的跳頻頻率對頻率的捕獲和同步的要求非常高。因此，使得跳頻系統(tǒng)的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)也受到了局限。
OFDM是另一種通信技術(shù)，其完善的概念是Weinstein和Ebert在1971年提出的，其核心思想是，利用IFFT將數(shù)據(jù)流調(diào)制在多個子載波上，對信道的頻率響應(yīng)進(jìn)行分割，使之變成并行、獨(dú)立近似無記憶的多個子信道。與單載波系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)最重要的優(yōu)越性是能夠很好地克服頻率選擇性信道衰落，另外，由于各子信道之間的頻譜相互交疊，OFDM系統(tǒng)有著較高的頻譜效率，因此，OFDM傳輸技術(shù)非常適用于寬帶高速無線移動通信。
然而，頻率選擇性信道衰落會使得OFDM的子載波信道呈現(xiàn)出不同的統(tǒng)計(jì)特性，當(dāng)這些質(zhì)量比較差的子信道數(shù)目增多時，通信的質(zhì)量和可靠性將下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于正交頻分復(fù)用的跳頻通信方法，以克服跳頻系統(tǒng)在快跳頻方式下頻率捕獲、同步和頻率跳變速率之間的矛盾。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于正交頻分復(fù)用的跳頻通信方法，包括如下步驟(1)確定跳頻圖案，并在正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的N個子載波中確定用于承載傳輸數(shù)據(jù)的M個子載波，其中M大于等于1小于等于N；(2)發(fā)送端按照跳頻圖案為每個正交頻分復(fù)用符號配置子載波或子載波組，將跳頻圖案中每M個元素對應(yīng)一個子載波組，每個子載波組對應(yīng)一個正交頻分復(fù)用符號，子載波組內(nèi)的每個元素對應(yīng)N個子載波中的一個，將待發(fā)送數(shù)據(jù)承載到相應(yīng)的子載波或子載波組上發(fā)送；(3)接收端根據(jù)跳頻圖案所指示的子載波組排列順序、子載波組內(nèi)元素所對應(yīng)的子載波，將每個正交頻分復(fù)用符號的N個元素中的M個元素取出，完成數(shù)據(jù)接收。
其中，所述M個子載波是根據(jù)跳頻圖案而選擇確定的，并且所述M個子載波的位置根據(jù)跳頻圖案隨機(jī)確定。
其中，所述步驟(1)中，所述確定跳頻圖案，包括跳頻圖案重復(fù)周期T、頻率跳變速率F，并據(jù)此確定重復(fù)周期T內(nèi)跳頻圖案長度L，并要求跳頻圖案的每個元素為1～N中的一個。所述跳頻圖案通過發(fā)送端以通知的方式通知接收端，包括將跳頻圖案的初值、跳頻圖案的編號以及跳頻圖案的生成方法信息添加到發(fā)送數(shù)據(jù)中發(fā)送到接收端。
其中，所述步驟(2)包括以某個初值作為跳頻圖案的起點(diǎn)，跳頻圖案中每M個元素對應(yīng)一個子載波組，每個子載波組對應(yīng)一個正交頻分復(fù)用符號，組數(shù)為G，子載波組內(nèi)的每個元素對應(yīng)N個子載波中的一個，設(shè)正交頻分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)長度為L_data，則G通過對L_data除以M的商向上取整得到；對待發(fā)送數(shù)據(jù)，每M個劃分為一個數(shù)據(jù)組，按照子載波組的順序、子載波組內(nèi)的順序以及子載波組每個元素對應(yīng)的子載波依次將數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)放置到正交頻分復(fù)用的N個子載波的對應(yīng)子載波上，其他子載波為0，生成N個元素的正交頻分復(fù)用符號，再對每個正交頻分復(fù)用符號進(jìn)行反傅立葉變換。
其中，所述步驟(3)包括對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換；根據(jù)跳頻圖案所指示的子載波組排列順序、子載波組內(nèi)元素所對應(yīng)的子載波，將每個正交頻分復(fù)用符號的N個元素中的M個元素取出，恢復(fù)發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明采用了基于OFDM的跳頻通信方法，該方法可以通過事先約定或通知跳頻方案信息的方式，跳變地采用部分OFDM子載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，克服了跳頻系統(tǒng)在快跳頻方式下頻率捕獲、同步和頻率跳變速率之間的矛盾，因此可以使數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃缘玫教岣?，同時也為OFDM系統(tǒng)提供了一種多址接入手段。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例所述的基于正交頻分復(fù)用的跳頻通信方法的流程方框圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例所述的基于正交頻分復(fù)用的跳頻通信方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，為本發(fā)明實(shí)施例所述的基于正交頻分復(fù)用的跳頻通信方法的流程方框圖。其過程如下步驟110設(shè)置跳頻圖案。
跳頻圖案可以是收發(fā)雙方預(yù)先共知的，也可以通過發(fā)送端以通知的方式通知接收端。讓OFDM系統(tǒng)所有子載波的一個或一組子載波承載發(fā)送數(shù)據(jù)，子載波或子載波組內(nèi)的子載波按照跳頻圖案來選擇，且跳頻圖案的設(shè)計(jì)可以是偽隨機(jī)序列，也可以是非隨機(jī)序列。按照跳頻圖案的指配，相鄰兩個OFDM符號中承載數(shù)據(jù)子載波、子載波組或子載波組內(nèi)的子載波可以是不同的，發(fā)送端按照跳頻圖案為每個OFDM符號配置子載波或子載波組。
優(yōu)選地，所述子載波組，包括從OFDM符號的所有子載波中，選擇其中的一部分子載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這部分傳輸數(shù)據(jù)的子載波就構(gòu)成了子載波組。
優(yōu)選地，所述子載波組，還包括子載波組內(nèi)子載波的選擇可以僅僅明確組內(nèi)子載波數(shù)量，而子載波位置根據(jù)跳頻圖案可以是隨機(jī)的，子載波組內(nèi)子載波數(shù)可以為1。
步驟120發(fā)送端根據(jù)跳頻圖案發(fā)送數(shù)據(jù)。
發(fā)送端的OFDM系統(tǒng)按照跳頻圖案將待發(fā)送數(shù)據(jù)以O(shè)FDM符號序列發(fā)送，每個OFDM符號中承載待發(fā)送數(shù)據(jù)的可以是相應(yīng)的單個子載波，也可以是相應(yīng)的多個但不是所有子載波組成的子載波組。跳頻圖案是收發(fā)雙方預(yù)先共知的或發(fā)送端將跳頻圖案消息通知接收端。
步驟130接收端根據(jù)跳頻圖案接收數(shù)據(jù)。
接收端的OFDM系統(tǒng)以預(yù)先共知的跳頻圖案或按通知消息通知的跳頻圖案進(jìn)行接收。發(fā)送端以事先與接收端預(yù)約共知的跳頻圖案發(fā)送數(shù)據(jù)，接收方以該跳頻圖案接收數(shù)據(jù)；或發(fā)送端在發(fā)送信號中攜帶跳頻圖案信息，跳頻圖案信息以接收端可以正確接收的方式發(fā)送，接收端首先對跳頻圖案信息進(jìn)行解析，然后以跳頻圖案信息指示的跳頻圖案接收數(shù)據(jù)。
本實(shí)施例所述的基于OFDM的跳頻通信方法可以以傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)先進(jìn)行同步，而頻率的跳變速率和OFDM符號的符號速率以及OFDM符號承載的子載波數(shù)量有關(guān)，因此可以實(shí)現(xiàn)快跳頻，解決了跳頻同步限制跳變速率提高的問題；同時，由于OFDM符號內(nèi)的子載波和子載波組可以基于偽隨機(jī)序列來選擇，單個OFDM符號中出現(xiàn)大量傳輸質(zhì)量的子載波的概率減少，減少了突發(fā)錯誤，增加了系統(tǒng)頻率分集的能力；同時，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同的用戶通過選擇不同的偽隨機(jī)序列可以實(shí)現(xiàn)頻分多址。
參考圖2，為本發(fā)明實(shí)施例所述的基于正交頻分復(fù)用的跳頻通信方法的流程示意圖。具體過程如下步驟201設(shè)置子載波組的子載波數(shù)。
在OFDM符號的N個子載波中設(shè)置以M個子載波承載待傳輸數(shù)據(jù)，M大于等于1小于等于N。OFDM系統(tǒng)通常是將數(shù)據(jù)流進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換分組，每個分組有N個樣點(diǎn)，將這N個樣點(diǎn)并行輸出進(jìn)行IFFT變換，使這N個樣點(diǎn)看起來是在N個子載波上傳輸。在OFDM符號的N個子載波中設(shè)置以M個子載波承載待傳輸數(shù)據(jù)，指在N個子載波上只使用其中的M個子載波傳輸數(shù)據(jù)，其他子載波不傳輸數(shù)據(jù)。
步驟202設(shè)置跳頻圖案，包括跳頻圖案重復(fù)周期T、頻率跳變速率F，并據(jù)此確定重復(fù)周期T內(nèi)跳頻圖案長度L，根據(jù)T、F、L以及現(xiàn)有的設(shè)計(jì)原理和方法設(shè)計(jì)跳頻圖案，并要求跳頻圖案的每個元素為1～N中的一個。
步驟203旁聽站點(diǎn)進(jìn)入空閑狀態(tài)，若有數(shù)據(jù)請求發(fā)送，進(jìn)入步驟204，若有接收數(shù)據(jù)到達(dá)，進(jìn)如步驟210。
步驟204數(shù)據(jù)發(fā)送請求。作為觸發(fā)條件之一，是指在系統(tǒng)中有數(shù)據(jù)請求發(fā)送。
步驟205配置跳頻圖案。
固定以某個初值或選擇某個初值作為跳頻圖案的起點(diǎn)，跳頻圖案中每M個元素一組得到子載波組，每個子載波組對應(yīng)一個OFDM符號，組數(shù)為G，子載波組內(nèi)的每個元素對應(yīng)N個子載波中的一個，待OFDM系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)長度為L_data，則G可以通過對L_data/M向上取整得到。
步驟206依據(jù)跳頻方案對發(fā)送速率進(jìn)行IFFT。
對待發(fā)送數(shù)據(jù)，每M個劃分為一個數(shù)據(jù)組，按照子載波組的順序、子載波組內(nèi)的順序以及子載波組每個元素對應(yīng)的子載波依次將數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)放置到OFDM的N個子載波的相應(yīng)子載波上，其他子載波為0，生成N個元素的OFDM符號，再對每個OFDM符號進(jìn)行IFFT。
步驟207判斷是否采用通知消息，若是，進(jìn)入步驟208，若不是，進(jìn)入步驟209。
步驟208添加跳頻圖案的通知消息，包括在發(fā)送數(shù)據(jù)中添加跳頻圖案的初值，跳頻圖案的編號以及跳頻圖案生成方法的全部信息或這些消息的部分信息。
步驟209完成數(shù)據(jù)發(fā)送。
如果有跳頻圖案的通知消息，則以接收端可以正確接收的方式發(fā)送這些消息，然后發(fā)送步驟206產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；如果跳頻圖案為事先約定的，則直接發(fā)送步驟206產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送完成后進(jìn)入步驟203。
步驟210有接收數(shù)據(jù)到達(dá)，作為觸發(fā)條件之一，是指系統(tǒng)檢測到有接收數(shù)據(jù)到達(dá)。
步驟211判斷是否采用通知消息，若是，進(jìn)入步驟212，若不是，進(jìn)入步驟213。
步驟212獲取跳頻圖案。接收端以事先約定的固定的接收方式，接收并解析跳頻圖案消息，獲取跳頻圖案。
步驟213對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT。
步驟214根據(jù)跳頻方案抽取信號。
接收端按照跳頻方案所指示的子載波組排列順序、子載波組內(nèi)元素所對應(yīng)的子載波，將每個OFDM符號的N個元素中的M個元素取出，恢復(fù)在步驟206產(chǎn)生的數(shù)據(jù)組，而后按順序并串轉(zhuǎn)換輸出。
步驟215完成數(shù)據(jù)接收。指接收端完成所有接收動作，并轉(zhuǎn)向步驟203。
由上述步驟可知在數(shù)據(jù)傳輸過程中，網(wǎng)絡(luò)分配矢量能夠在傳輸速率變化時得到及時地調(diào)整，避免不同基礎(chǔ)服務(wù)集之間的通信碰撞；兼容性好，故適用于傳輸速率可變的自適應(yīng)傳輸，提高了網(wǎng)絡(luò)效率。
以上雖然通過一些示例性的實(shí)施例對本發(fā)明的基于OFDM的跳頻通信方法進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但是以上這些實(shí)施例并不是窮舉的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)各種變化和修改。因此，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于正交頻分復(fù)用的跳頻通信方法，其特征在于，包括(1)確定跳頻圖案，并在正交頻分復(fù)用符號的N個子載波中確定用于承載傳輸數(shù)據(jù)的M個子載波，其中M大于等于1小于等于N；(2)發(fā)送端按照跳頻圖案為每個正交頻分復(fù)用符號配置子載波或子載波組，將跳頻圖案中每M個元素對應(yīng)一個子載波組，每個子載波組對應(yīng)一個正交頻分復(fù)用符號，子載波組內(nèi)的每個元素對應(yīng)N個子載波中的一個，將待發(fā)送數(shù)據(jù)承載到相應(yīng)的子載波或子載波組上發(fā)送；(3)接收端根據(jù)跳頻圖案所指示的子載波組排列順序、子載波組內(nèi)元素所對應(yīng)的子載波，將每個正交頻分復(fù)用符號的N個元素中的M個元素取出，完成數(shù)據(jù)接收。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述跳頻圖案為偽隨機(jī)序列或非隨機(jī)序列設(shè)計(jì)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述M個子載波是根據(jù)跳頻圖案而選擇確定的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述M個子載波的位置根據(jù)跳頻圖案隨機(jī)確定。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述確定跳頻圖案，包括跳頻圖案重復(fù)周期T、頻率跳變速率F，并據(jù)此確定重復(fù)周期T內(nèi)跳頻圖案長度L，并要求跳頻圖案的每個元素為1～N中的一個。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述跳頻圖案為收發(fā)雙方預(yù)先共知，或通過發(fā)送端以通知的方式通知接收端。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述跳頻圖案通過發(fā)送端以通知的方式通知接收端，包括將跳頻圖案的初值、跳頻圖案的編號以及跳頻圖案的生成方法信息添加到發(fā)送數(shù)據(jù)中發(fā)送到接收端。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)包括以某個初值作為跳頻圖案的起點(diǎn)，跳頻圖案中每M個元素對應(yīng)一個子載波組，每個子載波組對應(yīng)一個正交頻分復(fù)用符號，組數(shù)為G，子載波組內(nèi)的每個元素對應(yīng)N個子載波中的一個，設(shè)正交頻分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)長度為L_data，則G通過對L_data除以M的商向上取整得到；對待發(fā)送數(shù)據(jù)，每M個劃分為一個數(shù)據(jù)組，按照子載波組的順序、子載波組內(nèi)的順序以及子載波組每個元素對應(yīng)的子載波依次將數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)放置到正交頻分復(fù)用的N個子載波的對應(yīng)子載波上，其他子載波為0，生成N個元素的正交頻分復(fù)用符號，再對每個正交頻分復(fù)用符號進(jìn)行反傅立葉變換。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)包括對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換；根據(jù)跳頻圖案所指示的子載波組排列順序、子載波組內(nèi)元素所對應(yīng)的子載波，將每個正交頻分復(fù)用符號的N個元素中的M個元素取出，恢復(fù)發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于正交頻分復(fù)用的跳頻通信方法，首先設(shè)置跳頻圖案，跳頻圖案可以是收發(fā)雙方預(yù)先共知的，也可以通過發(fā)送端以通知的方式通知接收端；然后發(fā)送端根據(jù)跳頻圖案發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送端的OFDM系統(tǒng)按照跳頻方案將發(fā)送數(shù)據(jù)承載到相應(yīng)的子載波或子載波組上發(fā)送；最后接收端根據(jù)跳頻圖案接收數(shù)據(jù)，接收端的OFDM系統(tǒng)以預(yù)先共知的跳頻圖案或按通知消息通知的跳頻圖案進(jìn)行接收。應(yīng)用本發(fā)明所述方法，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃缘玫教岣?，同時增加了網(wǎng)絡(luò)的多址傳輸能力。
文檔編號H04B1/713GK101087289SQ20061008319
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者李峰, 何鋼, 王彬, 劉巧艷, 李 杰 申請人:中興通訊股份有限公司