一種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào)方法，屬于無線數(shù)字通信領(lǐng)域。包括以下步驟：發(fā)送端生成歸一化頻域基函數(shù)，并將歸一化的頻域基函數(shù)進(jìn)行逆傅里葉變換生成時(shí)域基函數(shù)，然后根據(jù)時(shí)域基函數(shù)生成MCCSK子符號，并使用子符號進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制后發(fā)射；接收端生成相應(yīng)于發(fā)送端的時(shí)域基函數(shù)，然后根據(jù)時(shí)域基函數(shù)進(jìn)行MCCSK數(shù)據(jù)解調(diào)，得到解調(diào)數(shù)據(jù)。本發(fā)明利用組合數(shù)的方法提升調(diào)制符號的多樣性，對基函數(shù)循環(huán)移位生成的符號進(jìn)行疊加組合，生成更多的擴(kuò)展符號，從中選擇平均最小符號間隔較大的符號組合進(jìn)行調(diào)制，在解調(diào)端通過多級解調(diào)的方式解調(diào)數(shù)據(jù)，既增加了單位波形承載信息的數(shù)量，又使得誤碼率損失得以有效控制。
【專利說明】一種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種調(diào)制解調(diào)方法，特別涉及一種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵 控調(diào)制解調(diào)方法，屬于無線數(shù)字通信領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 變換域通信系統(tǒng)（TransformDomainCommunicationSystem，TDCS)是一種基于 頻譜環(huán)境認(rèn)知，通過變換域處理和擴(kuò)頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信抗干擾的新技術(shù)，由于其獨(dú)特的抗干 擾方式而被國內(nèi)外眾多學(xué)者關(guān)注和研究。與傳統(tǒng)的直接擴(kuò)頻、跳頻等抗干擾方法不同，它 不再是被動地適應(yīng)頻譜環(huán)境，而是主動地通過頻譜環(huán)境感知，構(gòu)造在傳輸頻帶內(nèi)與干擾相 互正交的基本調(diào)制波形，達(dá)到在強(qiáng)干擾環(huán)境下充分利用頻譜特征實(shí)現(xiàn)通信的目的。除此之 夕卜，由于CCSK(CyclicCodeShiftKeying,循環(huán)移位鍵控）調(diào)制方式和隨機(jī)相位的引入， 使得系統(tǒng)具有低檢測/低截獲能力（LowProbabilityofDetect/LowProbabilityof Intercept,LPD/LPI)和多址接入能力。TDCS的基本思想是由German在1988年發(fā)表的文章 中提出的，他針對直接擴(kuò)頻和跳頻系統(tǒng)中存在的不足而設(shè)計(jì)了一種發(fā)射端和接收端均采用 變換域處理的系統(tǒng)，提出了變換域波形設(shè)計(jì)的概念。1991年，Harris公司的Andren申請了 一項(xiàng)與German類似的技術(shù)專利，以此來實(shí)現(xiàn)LPI通信，但沒有提供具體的理論和實(shí)現(xiàn)方案。 直到1997年，美國空軍針對軍用飛機(jī)進(jìn)入敵方領(lǐng)空執(zhí)行任務(wù)時(shí)面對的極強(qiáng)電子干擾問題， 采用了Andren提出的對電磁環(huán)境采樣、波形生成的收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)和German基于頻譜環(huán)境采 樣結(jié)果產(chǎn)生調(diào)制基函數(shù)的思想，這也是TDCS的雛形。由于這項(xiàng)技術(shù)具有重大的軍事意義， 在2001年美國國防部關(guān)于電子戰(zhàn)發(fā)展計(jì)劃的報(bào)告中也有對于TDCS技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的介紹。 V.Chakravarthy在WCNC2005 上提出將TDCS作為認(rèn)知無線電（CognitiveRadio，CR)收發(fā) 機(jī)的備選方案。此后，國內(nèi)外掀起了研究TDCS的熱潮。國外主要以美國空軍技術(shù)學(xué)院和空 軍技術(shù)研究室為代表，而國內(nèi)對于TDCS的研究尚處于理論階段，主要集中于其抗干擾性能 與傳統(tǒng)直接擴(kuò)頻、跳頻方法的對比以及與正交頻分復(fù)用（OrthogonalFrequencyDivision Multiplexing，OFDM)、頻譜交互等其它技術(shù)的結(jié)合。提高TDCS系統(tǒng)頻譜效率的方法主要分 為兩種：更合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和更高效的調(diào)制解調(diào)方法。Hu等設(shè)計(jì)了一種正交變換域通信系 統(tǒng)，利用復(fù)信號的實(shí)部和虛部具有相同頻譜的特點(diǎn)分別承載信息，在接收端分別解調(diào)，達(dá)到 提高頻譜效率的目的，但是提升能力有限。他們還提出了一種基于頻譜聚類的變換域通信 系統(tǒng)，將頻譜空穴分組，分別承載信息，以誤碼率性能的損失換取頻譜效率的提升，但存在 符號互干擾和強(qiáng)干擾環(huán)境下性能惡化嚴(yán)重的問題。Budiarjo等提出一種結(jié)合PSK和CCSK的 二維調(diào)制系統(tǒng)架構(gòu)，使波形攜帶了更多的信息，但同時(shí)存在互擾和累計(jì)誤差的問題。Galias 等提出了 一種正交混沌移位鍵控的調(diào)制方法，將波形的前半段傳輸參考波形，后半段傳輸 調(diào)制數(shù)據(jù)，雖然系統(tǒng)性能得到提升，但是效率減半。Fumat等提出了一種多維調(diào)制的方法提 升頻譜效率，雖然使用了組合數(shù)的方法進(jìn)行子符號擴(kuò)展，但是文章將擴(kuò)展的子符號全部用 于調(diào)制，使得符號和數(shù)據(jù)不能一一映射，增加了解調(diào)端的誤碼率。因此，尋求一種更高效的 調(diào)制解調(diào)方法成為了提高頻譜效率的一個(gè)重要問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有CCSK方法信息傳輸效率較低的問題，提出基于變 換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào)方法。
[0004] 本發(fā)明是基于以下思想實(shí)現(xiàn)的：當(dāng)可用頻譜空穴超過一定比例時(shí)，CCSK子符號可 認(rèn)為是準(zhǔn)正交的，因此相關(guān)解調(diào)時(shí)自相關(guān)相關(guān)峰高且尖銳，互相關(guān)峰趨于平緩，但是在解調(diào) 端相關(guān)長度內(nèi)僅使用一個(gè)相關(guān)峰解調(diào)是對調(diào)制解調(diào)資源的一種浪費(fèi)。組合數(shù)的方法可有效 提升差異的多樣性，因此可對基函數(shù)循環(huán)移位生成的符號進(jìn)行疊加組合，生成更多的擴(kuò)展 符號，從中選擇平均最小符號間隔較大的符號進(jìn)行調(diào)制，在解調(diào)端通過多級解調(diào)的方式解 調(diào)數(shù)據(jù)，既增加了單位波形承載的信息量，又有效控制了誤碼率損失。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 變換域通信系統(tǒng)屬于擴(kuò)頻系統(tǒng)，在具備良好抗干擾能力的同時(shí)也存在信息傳輸速 率較低的問題。提高傳輸效率應(yīng)盡可能提高每個(gè)符號的信息承載量，因此可通過疊加的方 式使單位波形承載更多的信息量，而在接收端使用多級解調(diào)獲得疊加的信息。這樣既保證 了傳輸速率的增加，又不破壞信號與頻譜環(huán)境中干擾的正交性，保持了抗干擾性能。據(jù)此設(shè) 計(jì)MCCSK調(diào)制解調(diào)方式，并以此構(gòu)建了相應(yīng)的TDCS通信系統(tǒng)。
[0007] -種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào)方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1，發(fā)送端生成歸一化頻域基函數(shù)；
[0009] 通過能量檢測技術(shù)，對業(yè)務(wù)帶寬內(nèi)頻譜環(huán)境進(jìn)行采樣和估計(jì)，生成頻率幅度譜。將 頻率幅度譜中的元素逐一與干擾閾值門限比較，超過門限的元素對應(yīng)的頻譜處置為〇,表示 該頻譜受到干擾；未超過門限的元素對應(yīng)的頻譜處置為1，表示沒有受到干擾或者干擾不 嚴(yán)重的頻譜（頻譜空穴），生成頻譜幅度矩陣。通過線性移位寄存器生成與頻譜幅度矩陣長 度相同的隨機(jī)相位，并與頻譜幅度矩陣點(diǎn)乘得到頻域基函數(shù)。為保證發(fā)射信號能量統(tǒng)一，對 頻域基函數(shù)按照頻譜空穴數(shù)目進(jìn)行能量歸一化，得到歸一化的頻域基函數(shù)；
[0010] 步驟2,發(fā)送端將歸一化的頻域基函數(shù)進(jìn)行逆傅里葉變換生成時(shí)域基函數(shù)；
[0011] 將歸一化的頻域基函數(shù)進(jìn)行逆傅里葉變換，得到相同點(diǎn)數(shù)的時(shí)域基函數(shù)；將時(shí)域 基函數(shù)儲存，用于生成MCCSK的子符號和進(jìn)行MCCSK調(diào)制；
[0012] 步驟3,發(fā)送端根據(jù)時(shí)域基函數(shù)生成MCCSK子符號，并使用子符號進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制后 發(fā)射；
[0013] 對時(shí)域基函數(shù)進(jìn)行M階循環(huán)移位操作（在時(shí)域以At = T/M為步進(jìn)依次將 信號整體向后平移，并將信號尾部超出原信號長度的部分補(bǔ)至移位信號前部，T為信號 持續(xù)時(shí)間），生成M個(gè)CCSK子符號。如果MCCSK的子符號疊加次數(shù)為ns，則可以生成

【權(quán)利要求】
1. 一種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于：包括以下步 驟： 步驟1，發(fā)送端生成歸一化頻域基函數(shù)； 步驟2,發(fā)送端將歸一化的頻域基函數(shù)進(jìn)行逆傅里葉變換生成時(shí)域基函數(shù)； 步驟3,發(fā)送端根據(jù)時(shí)域基函數(shù)生成MCCSK子符號，并使用子符號進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制后發(fā) 射； 步驟4,接收端生成相應(yīng)于發(fā)送端的時(shí)域基函數(shù)； 步驟5,接收端根據(jù)步驟4得到的時(shí)域基函數(shù)進(jìn)行MCCSK數(shù)據(jù)解調(diào)，得到解調(diào)數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào)方法，其 特征在于：所述歸一化頻域基函數(shù)通過下述步驟生成： 2. 1、通過能量檢測技術(shù)，對業(yè)務(wù)帶寬內(nèi)頻譜環(huán)境進(jìn)行采樣和估計(jì)，生成頻率幅度譜； 2. 2、通過將頻率幅度譜中的元素與干擾閾值門限比較獲得頻譜幅度矩陣； 2. 3、通過線性移位寄存器生成與所述頻譜幅度矩陣長度相同的隨機(jī)相位，并與頻譜幅 度矩陣點(diǎn)乘得到頻域基函數(shù)； 2. 4、通過對頻域基函數(shù)按照頻譜空穴數(shù)目進(jìn)行能量歸一化得到歸一化的頻域基函數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào)方法，其 特征在于：所述MCCSK子符號通過下述步驟生成： 3. 1、對所述時(shí)域基函數(shù)進(jìn)行M階循環(huán)移位操作生成M個(gè)CCSK子符號； 3. 2、對所述CCSK子符號進(jìn)行\(zhòng)疊加生成個(gè)擴(kuò)展子符號； 3. 3、從所述擴(kuò)展子符號中選取Ms個(gè)子符號作為MCCSK調(diào)制的子符號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào)方法，其 特征在于：所述^SCJ且為2的冪次。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào)方法，其 特征在于：所述Ms選取所有滿足條件（Mi. < 且為2的冪次）的值中的最大值時(shí)頻譜 效率最好。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào)方法，其 特征在于：所述若達(dá)到相同頻譜效率，M越大ns越小，誤碼率越低。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3-6任一所述的一種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào) 方法，其特征在于：所述選取Ms個(gè)子符號的選擇原則為平均最小符號間隔越大，在相同頻譜 情況下誤碼率性能越好。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào)方法，其 特征在于：所述MCCSK數(shù)據(jù)解調(diào)通過下述步驟生成： 8. 1、對所述時(shí)域基函數(shù)循環(huán)移位生成M個(gè)CCSK子符號； 8. 2、對所述CCSK子符號取共軛； 8. 3、對所述接收信號與CCSK子符號的共軛點(diǎn)乘得到M個(gè)相關(guān)函數(shù)； 8. 4、對所述M個(gè)相關(guān)函數(shù)進(jìn)行ns級判決得到η3個(gè)CCSK子符號； 8. 5、對所述\個(gè)CCSK子符號映射為MCCSK子符號解調(diào)出數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于變換域通信的多級循環(huán)移位鍵控調(diào)制解調(diào)方法，其 特征在于：所述\級判決通過下述步驟完成： 9. 1、對所述M個(gè)相關(guān)函數(shù)的匹配峰值進(jìn)行比較得到最大峰值所在的相關(guān)函數(shù)； 9. 2、對所述最大峰值所在相關(guān)函數(shù)點(diǎn)乘所用的CCSK子符號共軛對應(yīng)的CCSK子符號記 為n1; 9. 3、查找與所述Ii1對應(yīng)的CCSK子符號疊加的其他CCSK子符號； 9. 4、對所述的其他CCSK子符號的共軛與接收信號點(diǎn)乘生成的相關(guān)函數(shù)比較得到最大 峰值； 9. 5、對所述最大峰值所在相關(guān)函數(shù)點(diǎn)乘所用的CCSK子符號共軛對應(yīng)的CCSK子符號記 為n2; 9. 6、按照9. 3-9. 5所述方法依次完成ns級最值搜索操作得到η3個(gè)CCSK子符號； 9. 7、將所述\個(gè)CCSK子符號映射為MCCSK子符號。
【文檔編號】H04L27/26GK104468451SQ201410751477
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】郇浩, 常誠, 陶然, 譚維鳳, 張競文, 徐宇軒, 陳星逸 申請人:北京理工大學(xué)