一种非序列正交计算扩展频谱传输方法

本发明属于无线通信，具体涉及一种扩展频谱传输方法。

背景技术：

1、在无线通信技术领域，扩展频谱技术是一种已经得到广泛研究和应用的链路性能增强技术，其通过利用相关特性良好的伪随机序列展宽待传输信号频谱的方法来达到提升系统性能的目的，具有抗窄带干扰、抗多径干扰、抗人为干扰等的能力。此外，在保密通信场景中还具有使窃听者难以在背景噪声中检测出信号等优势。然而，现有扩展频谱传输方法的抗干扰能力仍然较差，有待进一步提高。而且，现有的直接序列扩频技术在多址通信系统中，由于不同码序列之间存在一定的互相关性，随着多址用户数量的增加，不同用户之间的相互干扰对通信质量的影响也会增加，导致基于直接序列扩频的码分多址系统的用户间多址干扰远大于其他正交多址通信系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是为解决现有扩展频谱传输方法的抗干扰能力差的问题，而提出了一种非序列正交计算扩展频谱传输方法。

2、本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

3、一种非序列正交计算扩展频谱传输方法，所述方法具体包括以下步骤：

4、在发射端

5、步骤a1、对源比特数据流进行星座调制后，得到基带复数数据序列，将基带复数数据序列中的第m个元素记为xm；

6、通过补零的方式将基带复数数据序列中的每个元素分别扩展为一个长度为k的序列，将xm对应的扩展序列记为{xm(0),xm(1),…,xm(k-1)}，xm(0),xm(1),…,xm(k-1)分别为xm对应的扩展序列中的第1个，第2个，…，第k个元素；扩展序列{xm(0),xm(1),…,xm(k-1)}中的元素xm(u)＝xm，其余元素均为0，u表示元素xm在补零得到的扩展序列{xm(0),xm(1),…,xm(k-1)}中的位置；

7、步骤a2、对于基带复数数据序列中的第m个元素xm，将xm对应的扩展序列中的元素组成的向量记为上角标t代表转置，将向量左乘一个正交扩频矩阵t，得到矩阵线性变换后的结果

8、

9、其中，x′m(0),x′m(1),…,x′m(k-1)分别为中的第1个，第2个，…，第k个元素；正交扩频矩阵t＝[t0,…,tk,…,tk-1]，t0,…,tk,…,tk-1分别为正交扩频矩阵t中的第1列，…，第k+1列，…，第k列，tu为正交扩频矩阵t中的第u+1列；

10、步骤a3、将步骤a2中得到的向量映射在n个子载波上，得到映射后的序列，n>k；

11、再对映射后的序列做ifft，得到待发送的时域基带信号序列；

12、步骤a4、对步骤a3中获得的待发送时域基带信号序列依次进行数字滤波成型、数/模转换后，获得模拟信号；再对获得的模拟信号进行上变频处理，并将上变频处理后的信号发射至信道；

13、在接收端

14、步骤a5、从信道中接收发射端发射的信号，对接收到的信号依次进行下变频、模/数转换和匹配滤波处理，处理后获得时域基带数字信号；

15、步骤a6、对步骤a5中得到的时域基带数字信号进行fft，得到频域基带数字信号r(n)；

16、步骤a7、按照步骤a3的映射方式的逆过程对频域基带数字信号r(n)进行处理，提取出长度为k的正交扩频向量

17、步骤a8、利用正交扩频向量得到判决值其中，上角标h为共轭转置；

18、步骤a9、对于基带复数数据序列中的每个元素，均执行步骤a2至步骤a8的过程，实现信息的解调与接收。

19、进一步地，所述正交扩频矩阵t的维度为2l×2l；

20、当l＝1时，令正交扩频矩阵

21、当l≥2时，令正交扩频矩阵

22、其中，[·]f1为矩阵运算，a和b为：

23、

24、其中，i为虚数单位，θ为[0,2π)范围内的任意实数。

25、进一步地，所述矩阵运算[·]f1为：

26、

27、其中，m＝2l-1，ti′,j′为tl-1中第i′行第j′列的元素，i′＝1,2,…,m，j′＝1,2,…,m。

28、进一步地，所述步骤a3中，将步骤a2中得到的向量映射在n个子载波上，得到映射后的序列；其具体过程为：

29、

30、其中，s(n)为映射后的序列中的第n+1个元素，x′m(n-1)为向量中的第n个元素，x′m(n-n+k)为向量中的第n-n+k+1个元素。

31、一种非序列正交计算扩展频谱传输方法，所述方法具体包括以下步骤：

32、在用户发送端

33、步骤b1、对于系统中的第i个用户，对第i个用户的源比特数据流进行星座调制后，得到第i个用户对应的基带复数数据序列，将第i个用户对应的基带复数数据序列中的第m个元素记为

34、步骤b2、通过补零的方式将第i个用户对应的基带复数数据序列中的每个元素分别扩展为一个长度为k的序列，将对应的扩展序列记为分别为对应的扩展序列中的第1个，第2个，…，第k个元素；扩展序列中的元素其余元素均为0，u(i)表示第i个用户中的元素在补零得到的扩展序列中的位置；

35、步骤b3、对于第i个用户对应的基带复数数据序列中的第m个元素，由对应的扩展序列中的元素组成的向量为：

36、

37、其中，上角标t代表转置；

38、将向量左乘一个正交扩频矩阵t，得到矩阵线性变换后的结果为：

39、

40、其中，分别为中的第1个，第2个，…，第k个元素；正交扩频矩阵t＝[t0,…,tk,…,tk-1]，t0,…,tk,…,tk-1分别为正交扩频矩阵t中的第1列，…，第k+1列，…，第k列，tu(i)为正交扩频矩阵t中的第u(i)+1列；

41、步骤b4、将步骤b3中得到的向量映射在n个子载波上，得到映射后的序列，其中，n>k；

42、对映射后的序列做ifft，得到对应的待发送时域基带信号序列；

43、步骤b5、对对应的待发送时域基带信号序列依次进行数字滤波成型、数/模转换后，获得模拟信号；再对获得的模拟信号进行上变频处理，并将处理后的信号发射至信道；

44、步骤b6、对第i个用户对应的基带复数数据序列中的每个元素分别进行步骤b3至步骤b5的处理；

45、步骤b7、对系统中的每个用户分别进行步骤b1至步骤b6的处理；

46、在基站接收端

47、步骤c1、基站接收端对接收到的信号进行下变频处理，并对下变频处理得到的信号依次进行模/数转换和匹配滤波，获得时域基带数字信号；

48、步骤c2、对步骤c1中得到的时域基带数字信号进行fft，得到频域基带数字信号r(n)；

49、步骤c3、按照步骤b4的映射方式的逆过程对步骤c2中得到的频域基带数字信号r(n)进行处理，提取出长度为k的正交扩频向量

50、其中，m′为每个用户对应的基带复数数据序列的长度；

51、步骤c4、利用步骤c3中的正交扩频向量分别得到各个用户的基带复数数据序列中每个元素的判决值，实现不同用户信息的解调与接收；

52、对于正交扩频向量

53、

54、其中，为第i个用户的基带复数数据序列中的第m个元素的判决值，上角标h代表求共轭转置。

55、进一步地，所述正交扩频矩阵t的维度为2l×2l；

56、当l＝1时，令正交扩频矩阵

57、当l≥2时，令正交扩频矩阵

58、其中，[·]f1为矩阵运算，其具体为：

59、

60、其中，m＝2l-1，ti′,j′为tl-1中第i′行第j′列的元素，i′＝1,2,…,m，j′＝1,2,…,m；

61、a和b为：

62、

63、其中，i为虚数单位，θ为[0,2π)范围内的任意实数。

64、进一步地，所述将步骤b3中得到的向量映射在n个子载波上，得到映射后的序列；其具体为：

65、

66、其中，s(n)为映射后的序列中第n+1个元素，为矩阵线性变换后的结果中的第n个元素，为矩阵线性变换后的结果中的第n-n+k+1个元素。

67、一种非序列正交计算扩展频谱传输方法，所述方法具体包括以下步骤：

68、在基站发射端

69、步骤d1、对要发送给系统中第i个用户的源比特数据流进行星座调制，得到要发送给系统中第i个用户的基带复数数据序列，将要发送给系统中第i个用户的基带复数数据序列中的第m个元素记为

70、步骤d2、通过补零的方式将要发送给系统中第i个用户的基带复数数据序列中的每个元素分别扩展为一个长度为k的序列，将对应的扩展序列记为分别为对应的扩展序列中的第1个，第2个，…，第k个元素；扩展序列中的元素其余元素均为0，u(i)表示要发送给系统中第i个用户的元素在补零得到的扩展序列中的位置；

71、步骤d3、对要发送给系统中每个用户的源比特数据流分别进行步骤d1至步骤d2的处理；

72、步骤d4、根据发送给各个用户的基带复数数据序列中的第m个元素对应的扩展序列构造向量

73、

74、其中，k′为系统中用户的个数；

75、将向量左乘一个正交扩频矩阵t，得到矩阵线性变换后的结果

76、

77、其中，tu(i)为正交扩频矩阵t中的第u(i)+1列；将得到的向量映射在n个子载波上，得到映射后的序列，其中n>k；

78、再对映射后的序列做ifft，得到各个基带复数数据序列中的第m个元素对应的待发送时域基带信号序列；

79、对获得的待发送时域基带信号序列依次进行数字滤波成型、数/模转换、上变频处理后，将处理后的信号发射至信道；

80、同理，对其它元素所对应的扩展序列进行处理；

81、在用户接收端

82、步骤e1、接收端接收基站发射端发射的信号，系统中的第i个用户对接收到的信号依次进行下变频、模/数转换和匹配滤波处理，获得时域基带数字信号；

83、步骤e2、对步骤e1中得到的时域基带数字信号进行fft，得到频域基带数字信号r(n)；

84、步骤e3、根据步骤d4中映射方式的逆过程，从频域基带数字信号r(n)中提取出对应的长度为k的正交扩频向量m′为第i个用户的基带复数数据序列中元素的总个数；

85、步骤e4、根据步骤e3中的正交扩频向量得到判决值，实现第i个用户信息的解调与接收；

86、

87、其中，上角标h代表求共轭转置，为第i个用户的基带复数数据序列中的第m个元素对应的判决值，m＝1,2,…,m′；

88、步骤e5、系统中的每个用户均执行步骤e1至步骤e4的过程，实现每个用户信息的解调与接收。

89、进一步地，所述正交扩频矩阵t的维度为2l×2l；

90、当l＝1时，令正交扩频矩阵

91、当l≥2时，令正交扩频矩阵

92、其中，[·]f1为矩阵运算，其具体为：

93、

94、其中，m＝2l-1，ti′,j′为tl-1中第i′行第j′列的元素，i′＝1,2,…,m，j′＝1,2,…,m；

95、a和b为：

96、

97、其中，i为虚数单位，θ为[0,2π)范围内的任意实数。

98、更进一步地，所述映射后的序列为：

99、

100、其中，s(n)为映射后的序列中第n+1个元素，x′m(n-1)为矩阵线性变换后的结果中的第n个元素，x′m(n-n+k)为矩阵线性变换后的结果中的第n-n+k+1个元素。

101、本发明的有益效果是：

102、本发明通过酉阵的计算进行扩频，使得不同用户之间能够发射同时同频的正交扩频信号，使本发明方法相比传统码扩频方法，在多址方面的应用更具备优势。同时基于酉阵的扩频设计使得扩频信号在功率谱控制上具备较高的自由度，相较于现有的码设计方法中码长的局限性，基于计算的扩频可以通过修改酉阵的维度来方便的控制扩频带宽与扩频增益。相比传统的码序列扩频方法，本发明的扩频体制抗干扰能力更强且功率谱密度低。