专利名称：一种变换域通信系统及其发送信号产生方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种变换域通信系统及其发送信号产生方法。
背景技术：
在变换域通信系统 CTransform domain communication system, TDCS)中，为了充分利用空闲的频谱资源，TDCS系统把空闲频段分解为一系列独立频谱，结合随机相位生成器，产生TDCS系统基本调制波形，通过循环码移位键控(Circular Cyclic Shift Keying, CCSK)调制生成最终的发送信号。通过上述方式，发送信号具有类似于噪声的统计特性，因此具有较低的检测概率(主要针对非授权用户)。这种方案的缺点在于现有的TDCS系统利用快速傅里叶逆变化(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)将随机相位生成器产生的伪随机相位序列变为TDCS系统基本调制波形。根据中心极限定理，该波形具有高斯统计特性，因此具有较高的峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)问题，在实际系统中会降低高功率放大器的效率或者引入非线性失真。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的TDCS系统峰均功率比较高的问题，提出了一种变换域通信系统。本发明的技术方案是一种变换域通信系统，所述变换域通信系统的发送端包括 频谱感知模块，频谱比较模块，随机序列发生器，相位映射器，伪随机相位序列生成器，傅里叶逆变换模块，软限幅模块，傅里叶变换模块，CCSK调制模块，其中，频谱感知模块，用于根据外部环境的电磁特性得到不同频率点上的频谱特性；频谱比较模块，用于根据频谱感知模块的感知结果，将不同频率点的功率谱幅度与预设定的频谱门限进行比较，生成频谱序列；随机序列发生器，用于生成随机比特序列；相位映射器，用于根据随机序列发生器生成的随机比特序列产生相应的随机相位序列或者用于将所述傅里叶变换模块的输出信号根据所述变换域通信系统的相位映射图表，以及最小矢量距离准则，映射至相位映射图表中具有最小距离的相位，产生新映射的随机相位序列；伪随机相位序列生成器，用于根据频谱比较模块生成的频谱序列和相位映射器产生的随机相位序列，生成频谱随机相位序列；傅里叶逆变换模块，用于对伪随机相位序列生成器生成的频谱随机相位序列作傅里叶逆变换，生成基础调制波形；CCSK调制模块，用于对基础调制波形进行调制；软限幅模块，用于根据预设定的循环次数和预设定幅度门限对傅里叶逆变换模块生成的基础调制波形进行判断，如果基础调制波形的最大幅度小于或等于预设定幅度门限，则将基础调制波形通过CCSK调制模块进行调制，然后直接发送；如果基础调制波形的部分幅度值超过预设定幅度门限值，则判断循环次数是否达到预设定的循环次数，当循环次数大于等于预设定的循环次数，则将基础调制波形通过CCSK调制模块进行调制，然后直接发送，否则设定基础调制波形中超出预设定幅度门限值部分的幅度值为预设定幅度门限值；傅里叶变换模块，用于对软限幅模块限幅后的基础调制波形作傅里叶变换。为实现本发明的目的还提出了一种变换域通信系统的发送信号产生方法，具体包括如下步骤S100.根据外部环境的电磁特性，检测所有频谱区域的频谱特征，将所得的频谱特征与预设定的频谱门限相比较，产生用于描述空闲频谱和已占用频谱的频谱序列；S200.利用随机序列发生器产生随机比特序列，然后根据所述变换域通信系统的相位映射图表，产生相应的随机相位序列；S300.将步骤SlOO产生的频谱序列与随机相位序列进行逐元素乘法运算，得到频谱随机相位序列；S400.对步骤S300得到的频谱随机相位序列进行傅里叶逆变换，得到所述变换域通信系统的基础调制波形；S500.根据预设定的循环次数和预设定幅度门限对步骤S400得到的基础调制波形进行判断，如果基础调制波形的最大幅度小于或等于预设定幅度门限，则将基础调制波形进行CCSK调制，然后直接发送；如果基础调制波形的部分幅度值超过预设定幅度门限值，则判断循环次数是否达到预设定的循环次数，当循环次数大于等于预设定的循环次数， 则将基础调制波形进行CCSK调制，然后直接发送，否则设定基础调制波形中超出预设定幅度门限值部分的幅度值为预设定幅度门限值，然后对设定基础调制波形作傅里叶变换；S600.根据所述变换域通信系统的相位映射图表，以及最小矢量距离准则，映射至相位映射图表中具有最小距离的相位，利用步骤S500傅里叶变换后的输出信号产生新映射的随机相位序列，转步骤S300。本发明的有益效果本发明的系统和方法通过设定基础调制波形的门限，经过信号循环处理，将基础调制波形的幅度控制在一个较低的范围之内，进而可得到具有低峰均功率比的发送信号，减小了高功率放大器对发送信号的非线性影响，提高了放大器的功放效率。
图1为本发明的TDCS系统发送端系统框图。图2为本发明的TDCS系统发送信号产生方法流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细描述。图1为本发明的TDCS系统发送端系统框图，包括频谱感知模块11，频谱比较模块12，随机序列发生器13，相位映射器14，伪随机相位序列生成器15，傅里叶逆变换模块 16，软限幅模块17，傅里叶变换模块18，CCSK调制模块19，其中，
频谱感知模块11，用于根据外部环境电磁特性得到不同频率点上的频谱特性；频谱比较模块12，用于根据频谱感知模块的感知结果，将不同频率点的功率谱幅度与预设定的频谱门限进行比较，生成频谱序列；随机序列发生器13用于生成随机比特序列；相位映射器14，用于根据随机序列发生器生成的随机比特序列产生相应的随机相位序列或者用于将所述傅里叶变换模块18的输出信号根据所述变换域通信系统的相位映射图表，以及最小矢量距离准则，映射至相位映射图表中具有最小距离的相位，产生新映射的随机相位序列。这里，相位映射器14可以采用r位抽头的相位映射器，r位抽头指的是有 个相位状态，相位映射图表具体采用Z-MPSK调制的映射方法。伪随机相位序列生成器15，用于根据频谱比较模块12生成的频谱序列和相位映射器14产生的随机相位序列，生成频谱随机相位序列；傅里叶逆变换模块16，用于对伪随机相位序列生成器15生成的频谱随机相位序列作傅里叶逆变换，生成基础调制波形；CCSK调制模块19，用于对基础调制波形进行调制；软限幅模块17，用于根据预设定的循环次数和预设定幅度门限对傅里叶逆变换模块18生成的基础调制波形进行判断，如果基础调制波形的最大幅度小于或等于预设定幅度门限，则将基础调制波形通过CCSK调制模块19进行调制，然后直接发送；如果基础调制波形的部分幅度值超过预设定幅度门限值，则判断循环次数是否达到预设定的循环次数， 当循环次数大于等于预设定的循环次数，则将基础调制波形通过CCSK调制模块19进行调制，然后直接发送，否则设定基础调制波形中超出预设定幅度门限值部分的幅度值为预设定幅度门限值；傅里叶变换模块18，用于对软限幅模块17限幅后的基础调制波形作傅里叶变换。图2为本发明的TDCS系统的发送信号产生方法流程示意图，具体如下S100.根据外部环境的电磁特性，检测所有频谱区域的频谱特征，将所得的频谱特征与预设定的频谱门限相比较，产生用于描述空闲频谱和已占用频谱的频谱序列。本步骤主要包括频谱感知和频谱比较两个过程，当功率谱幅度大于预设定的频谱门限，设定该频率点数值为0(表示该频率点占用)；当功率谱幅度小于或等于预设定的频谱门限，设定该频率点数值为1 (表示该频率点空闲)。通过上述频谱感知和频谱比较过程，能够得到由数值0，1组成的频谱序列用于描述外部环境频率使用情况。S200.利用随机序列发生器产生随机比特序列，然后根据所述变换域通信系统的相位映射图表，产生相应的随机相位序列；S300.将步骤SlOO产生的频谱序列与随机相位序列进行逐元素乘法运算，得到频谱随机相位序列。频谱随机相位序列主要用于产生具有噪声特性的波形，具有低截获概率， 以及多址接入方式中区分不同的用户。S400.对步骤S300得到的频谱随机相位序列进行傅里叶逆变换，得到所述变换域通信系统的基础调制波形。由于傅里叶逆变换的输出结果是频谱随机相位序列按照不同相位叠加的结果，因此基础调制波形通常具有较高的峰均功率比特征。S500.根据预设定的循环次数和预设定幅度门限对步骤S400得到的基础调制波形进行判断，如果基础调制波形的最大幅度小于或等于预设定幅度门限，则将基础调制波形进行CCSK调制，然后直接发送；如果基础调制波形的部分幅度值超过预设定幅度门限值，则判断循环次数是否达到预设定的循环次数，当循环次数大于等于预设定的循环次数， 则将基础调制波形进行CCSK调制，然后直接发送，否则设定基础调制波形中超出预设定幅度门限值部分的幅度值为预设定幅度门限值，然后对设定基础调制波形作傅里叶变换。可以看出，这里对基础调制波形分为以下两种不同情况进行处理1.如果基础调制波形最大幅度小于或等于预设定幅度门限，则直接将基础调制波形进行CCSK调制，然后直接发送信号。2.如果基础调制波形最大幅度大于预设定幅度门限，则进行循环次数判断，并且判断循环次数与最大循环次数的关系。当循环次数大于等于预设定的循环次数，则将基础调制波形进行CCSK调制，然后直接发送信号。当循环次数小于最大循环次数，则将基础调制波形中超出预设定幅度门限值部分的幅度值为预设定幅度门限值，然后对设定基础调制波形作傅里叶变换，接着输出至步骤S600进行新一轮的相位映射。S600.根据所述变换域通信系统的相位映射图表，以及最小矢量距离准则，映射至相位映射图表中具有最小距离的相位，利用步骤S500傅里叶变换后的输出信号产生新映射的随机相位序列，转步骤S300。这里，相位映射图表具体采用Z-MPSK调制的映射方法。本发明的系统和方法通过设定基础调制波形的门限，经过信号循环处理，将基础调制波形的幅度控制在一个较低的范围之内，得到了具有低峰均功率比的发送信号，减小了高功率放大器对发送信号的非线性影响，提高了放大器的功放效率。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。
权利要求
1.一种变换域通信系统，所述变换域通信系统的发送端包括频谱感知模块，频谱比较模块，随机序列发生器，相位映射器，伪随机相位序列生成器，傅里叶逆变换模块和CCSK 调制模块，其特征在于，还包括软限幅模块和傅里叶变换模块，其中，频谱感知模块，用于根据外部环境的电磁特性得到不同频率点上的频谱特性； 频谱比较模块，用于根据频谱感知模块的感知结果，将不同频率点的功率谱幅度与预设定的频谱门限进行比较，生成频谱序列； 随机序列发生器，用于生成随机比特序列；相位映射器，用于根据随机序列发生器生成的随机比特序列产生相应的随机相位序列或者用于将所述傅里叶变换模块的输出信号根据所述变换域通信系统的相位映射图表，以及最小矢量距离准则，映射至相位映射图表中具有最小距离的相位，产生新映射的随机相位序列；伪随机相位序列生成器，用于根据频谱比较模块生成的频谱序列和相位映射器产生的随机相位序列，生成频谱随机相位序列；傅里叶逆变换模块，用于对伪随机相位序列生成器生成的频谱随机相位序列作傅里叶逆变换，生成基础调制波形；CCSK调制模块，用于对基础调制波形进行调制；软限幅模块，用于根据预设定的循环次数和预设定幅度门限对傅里叶逆变换模块生成的基础调制波形进行判断，如果基础调制波形的最大幅度小于或等于预设定幅度门限，则将基础调制波形通过CCSK调制模块进行调制，然后直接发送；如果基础调制波形的部分幅度值超过预设定幅度门限值，则判断循环次数是否达到预设定的循环次数，当循环次数大于等于预设定的循环次数，则将基础调制波形通过CCSK调制模块进行调制，然后直接发送，否则设定基础调制波形中超出预设定幅度门限值部分的幅度值为预设定幅度门限值； 傅里叶变换模块，用于对软限幅模块限幅后的基础调制波形作傅里叶变换。
2.根据权利要求1所述的变换域通信系统，其特征在于，所述的相位映射器为r位抽头的相位映射器。
3.根据权利要求1或2所述的变换域通信系统，其特征在于，所述的相位映射图表具体采用Z-MPSK调制的映射方法。
4.一种变换域通信系统的发送信号产生方法，具体包括如下步骤S100.根据外部环境的电磁特性，检测所有频谱区域的频谱特征，将所得的频谱特征与预设定的频谱门限相比较，产生用于描述空闲频谱和已占用频谱的频谱序列；S200.利用随机序列发生器产生随机比特序列，然后根据所述变换域通信系统的相位映射图表，产生相应的随机相位序列；S300.将步骤SlOO产生的频谱序列与随机相位序列进行逐元素乘法运算，得到频谱随机相位序列；S400.对步骤S300得到的频谱随机相位序列进行傅里叶逆变换，得到所述变换域通信系统的基础调制波形；S500.根据预设定的循环次数和预设定幅度门限对步骤S400得到的基础调制波形进行判断，如果基础调制波形的最大幅度小于或等于预设定幅度门限，则将基础调制波形进行CCSK调制，然后直接发送；如果基础调制波形的部分幅度值超过预设定幅度门限值，则判断循环次数是否达到预设定的循环次数，当循环次数大于等于预设定的循环次数，则将基础调制波形进行CCSK调制，然后直接发送，否则设定基础调制波形中超出预设定幅度门限值部分的幅度值为预设定幅度门限值，然后对设定基础调制波形作傅里叶变换；S600.根据所述变换域通信系统的相位映射图表，以及最小矢量距离准则，映射至相位映射图表中具有最小距离的相位，利用步骤S500傅里叶变换后的输出信号产生新映射的随机相位序列，转步骤S300。
5.根据权利要求4所述的变换域通信系统的发送信号产生方法，其特征在于，所述步骤SlOO产生频谱序列的过程如下当功率谱幅度大于预设定的频谱门限，设定该频率点数值为0 ；当功率谱幅度小于或等于预设定的频谱门限，设定该频率点数值为1。
6.根据权利要求4或5所述的变换域通信系统的发送信号产生方法，其特征在于，步骤 S600所述的相位映射图表具体采用Z-MPSK调制的映射方法。
全文摘要
本发明属于通信技术领域，公开了一种变换域通信系统。针对现有的变换域通信系统峰均功率比较高的问题，本发明系统的发送端包括软限幅模块和傅里叶变换模块，通过在软限幅模块设定基础调制波形的门限，经过信号循环处理，将基础调制波形的幅度控制在一个较低的范围之内，进而可得到具有低峰均功率比的发送信号，减小了高功率放大器对发送信号的非线性影响，提高了放大器的功放效率。此外，本发明还公开了一种变换域通信系统的发送信号产生方法。
文档编号H04B1/709GK102340478SQ201110204898
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者李少谦, 李腾, 武刚, 胡苏 , 陈浩 申请人:电子科技大学