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一种增强直扩通信系统综合性能的通用方法

2021-01-31 19:53:03

一种增强直扩通信系统综合性能的通用方法

  技术领域

  本发明属于直扩通信系统技术领域,特别是一种增强直扩通信系统综合性能的通用方法,适用于所有基于直扩体制的通信系统的高性能应用。

  背景技术

  直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS),其具有频谱宽、工作信噪比低、易实现码分多址、保密性及抗干扰能力强等诸多优点,被广泛应用于众多领域。随着应用需求的不断提高,尤其是信息传输率和频谱效率的要求也在提高,传统直扩的优势就受到了考验,为此,出现了多进制扩频、并行组合扩频和码索引调制技术。然而,目前此类技术还存在着传输数据率受限,以及扩频伪码资源过大等问题,当系统所承受的扩频伪码资源受限时,信息速率也就无法提升,从而限制了其通用性,因此,在节约扩频伪码资源的前提下,提高直扩(直接序列扩频的简称)传输速率和增强频带利用率的通用方法研究是至关重要的。

  发明内容

  本发明提出一种增强直扩通信系统综合性能的通用方法,利用哈夫曼编码技术将非调制信息压缩,进而通过压缩信息的每位状态控制激活相应的扩频伪码,并利用多通道的最大峰均比和次峰均比判决机制来解析多位压缩信息,并解压非调制信息,此非调制信息并未通过信道传输,而是利用扩频伪码激活方式隐性传输,从而大大增强了频带利用率,提高了信息传输速率。本发明可以利用较少的扩频伪码资源来达到高速率信息传输的目的,而且可以获得更好的误码性能。

  采用的技术方案是:

  一种增强直扩通信系统综合性能的通用方法中,发送端首先应用系统可根据扩频增益需求将总信息分为两个部分,即调制信息和非调制信息。其中,调制信息为实际扩频传输的信息部分,它的速率与系统的扩频伪码速率共同决定扩频增益的大小。非调制信息则是从总的信息中去除调制信息外的信息。应用系统可根据实际需求将整个传输周期分为多个时隙,每个时隙内利用哈夫曼编码技术将非调制信息压缩,然后利用压缩后的非调制信息(压缩信息)进行扩频伪码的激活,进而对激活的多个扩频伪码进行叠加处理,对当前时隙的调制信息进行扩频处理,并调制发射。接收端通过多个支路的相关运算,以及最大峰均比和次峰均比计算,进一步通过门限判断和峰值位置判断机制来进行扩频伪码激活及压缩信息位解析。进而利用所有解析的压缩信息位,可以得到待解压的非调制信息,进一步进行解压处理,恢复最终的非调制信息。利用激活的扩频伪码进行叠加处理,并对接收信号进行解扩处理,可以得到最终的调制信息。

  其优点在于:

  一种增强直扩通信系统综合性能的通用方法,可以解决扩频通信系统中信息传输率提升困难,以及扩频伪码资源浪费等问题,本发明不仅可以根据应用系统需求控制扩频增益,还可以在不浪费大量扩频伪码资源的基础上,大大增强信息传输速率,此方法可以通用于所有直扩体制的系统中,在不颠覆原系统基本结构的同时,增强系统综合性能。

  附图说明

  图1是本发明一种增强直扩通信系统综合性能的通用方法原理图。

  图2为图1左侧的局部放大图。

  图3为图2右侧的局部放大图。

  具体实施方式

  信号发送端技术原理为:

  Step1:设待传输的总信息为dS,应用系统根据扩频增益需求将总信息划分为两个部分,即调制信息d'和非调制信息d”。其中,调制信息为实际扩频传输的信息部分。非调制信息则是从总的信息中去除调制信息外的信息。

  首先利用哈夫曼编码技术将非调制信息d”进行压缩处理,得到压缩后的非调制信息,将其定义为压缩信息d。其中,Huffman[·]为哈夫曼压缩函数。

  d=Huffman[d”] (1)。

  调制信息d'的速率R'与系统的扩频伪码速率共同决定扩频增益的大小。压缩信息d的速率设为R。

  Step2:应用系统可根据实际需求将整个传输周期分为RT个时隙,进而可以计算每个时隙调制信息位数为α位,压缩信息位数为β位:

  

  

  第i个时隙传输的调制信息为d′i=[d′i,1,d′i,2,…d′i,α]:压缩信息为di=[di,1,di,2,…di,β]。

  Step3:利用压缩信息进行扩频伪码的激活,为减少伪码资源,对β位非调制信息建立中轴位ε,其中,为向上取整运算。

  

  Step4:构造的扩频伪码集中扩频伪码条数(伪码资源)M为:

  

  每个时隙的扩频伪码序列长度为L,M条扩频伪码构成扩频伪码集Φ={w1,w2,w3…,wM}。

  Step5:然后,利用每个时隙的压缩信息di进行伪码激活,第i个时隙的激活准则如表1所示。其中,[·]L/2为循环移位L/2点的处理函数。

  表1信号发送端的扩频伪码激活准则

  

  由于每个时隙的压缩信息di的具体值是不确定的,因此每个时隙激活的扩频伪码以及扩频伪码数量也是不确定的。如果第i个时隙的压缩信息di=[10110],则激活的扩频伪码有3条,分别为w1,w3,[w2]L/2。如果第i个时隙的压缩信息di=[011101],则激活的扩频伪码有4条,分别为w2,w3,[w3]L/2,[w1]L/2。

  Step6:然后,对激活的多条扩频伪码进行叠加处理,当di=[011101]时,则叠加处理得到的复合扩频伪码Wi为:

  Wi=w2+w3+[w3]L/2+[w1]L/2(6)。

  Step7:利用复合扩频伪码w对当前时隙的调制信息d′i进行扩频处理,进而调制后得到一个时隙的发射信号si(n),其中,n为数字化处理后的采样点变量。

  si(n)=di'(n)Wi(n)sin(2πω0n+θ) (7)。

  信号接收端技术原理为:

  Step1:接收端,前端处理后及混频后,得到的第i个时隙数字基带信号s′i(n)为:

  

  Step2:接收端利用伪码集Φ={w1,w2,w3…,wM}中的每条扩频伪码分别与信号s′i(n)进行L点的相关运算,共进行M个支路的相关运算,得到M个相关结果,第j支路相关结果Rj(n)如公式(9)所示,其中j∈[1 M]。

  

  如果第j支路的相关结果只有一个峰值则Rj(n)结果可近似表示如下:

  

  如果第j支路的相关结果存在2个峰值则Rj(n)结果可近似表示如下:

  

  其中,|·|n=Fj为峰值在Fj位置的相关峰值,|χ(n)|为未有相关性的混合序列间的相关结果。

  Step3:对相关结果Rj(n)进行最大峰均比,次峰均比计算:

  [Pj,Fj]=first[Rj(n)],j∈[1 M](12)。

  [P′j,F′j]=second[Rj(n)],j∈[1 M -1] (13)。其中,first[·]为最大峰均比函数,second[·]为次峰均比函数,Pj为最大峰均比,Fj为最大峰值位置,P′j为次峰均比,F′j为次峰值位置。

  Step4:进而j从1至M,分别对Pj与门限G进行判决,如果Pj>G则结合峰值位置Fj判断,从而接收端激活扩频伪码wj或者[wj]L/2,同时解析压缩信息位bi,j或者bi,β-j+1为1。进一步,j从1至M-1,也对M-1个Pj'与门限G进行判决,如果P′j>G则结合峰值位置F′j判断,从而接收端激活扩频伪码wj或者[wj]L/2,同时解析压缩信息位bi,j或者bi,β-j+1为1,如果Pj≤G而且P′j≤G,则接收端不激活扩频伪码,同时压缩信息位bi,j及bi,β-j+1都解析为0。具体接收端扩频伪码激活及压缩信息位解析准则如表2所示。

  表2接收端扩频伪码激活及压缩信息位解析准则

  

  

  Step5:然后,利用第i个时隙中所有解析的压缩信息位,可以得到最终的β位的非调制信息bi=[bi,1,bi,2,…bi,β],以发射端β=6,di=[011101]为例,设第i个时隙的接收端峰值判决为:

  P1>G且则激活扩频伪码[w1]L/2,且解析压缩信息位bi,β-1+1=1。

  P2>G且则激活扩频伪码w2,且解析压缩信息位bi,2=1。

  P3>G且则激活扩频伪码w3,且解析压缩信息位bi,3=1。

  P′3>G且则激活扩频伪码[w3]L/2,且解析压缩信息位bi,β-3+1=1。

  从而可以得到解析结果bi为公式(14)所示,其与真实的压缩信息di相同。

  bi=[bi,1=0,bi,2=1,bi,3=1,bi,4=1,bi,5=0,bi,6=1]

  =[011101]

  =di(14)。

  Step6:然后,利用哈夫曼编码技术,对所有时隙的解析结果b进行解压缩处理,恢复原始的非调制信息b”,如果每个时隙的压缩信息bi解析正确,则解压缩的整周期的非调制信息b”与真实的非调制信息d”相同。

  b”=Huffman[b]-1 (15)。

  其中,Huffman[·]-1为哈夫曼解压缩函数。

  Step7:进一步,利用接收端激活的扩频伪码进行叠加处理,针对上述例子,激活的扩频伪码有w2、w3、[w3]L/2、[w1]L/2,则叠加处理后的混合扩频伪码为:

  Wi'=w2+w3+[w3]L/2+[w1]L/2 (16)。

  Step8:最后,利用扩频伪码Wi'对信号s′i(n)进行解扩处理,则得到最终的α位的调制信息b′i:

  b′i(n)=s′i(n)W′i(n)

  ≈d′i(n)Wi(n)Wi'(n) (17)。

  如果W′i与复合扩频伪码W相同,则解扩的信息b′i如公式(18)所示,其与真实调制信息d′i相等。

  

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