一种基于序列复相关处理的多序列复扩频传输方法及系统

摘要

一种基于序列复相关处理的多序列复扩频传输方法及系统，它属于无线通信技术领域。本发明解决了传统直接扩频技术对多普勒频移抵抗能力差，且设备复杂、实现成本高的问题。本发明是一种利用复序列映射不同的多进制数据位来进行多序列扩频的调制解调方法，将多进制数据的不同数据位映射给长度相同且近似正交的复序列，进行多序列扩频传输。由于复序列对相偏和多普勒频移不敏感，所以有效增强了系统的抗多普勒频移的能力。而且在接收端省去了传统直扩的载波同步模块，不需要传统的扩频锁相环，降低了直扩系统设备的复杂度以及实现成本。本发明可以应用于无线通信技术领域。

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于序列复相关处理的多序列复扩频传输方法及系统。

背景技术

信息的物理层调制方式一直是无线通信领域的关键问题，其中直接序列扩频技术(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)是目前被广泛应用的一种调制方式。常见的直接扩频系统的框图如图1所示。传统的直接扩频技术主要利用实数的伪随机码对信息进行频谱扩展再调制传输，利用伪随机码频带宽大，自互相关性能良好的特点，使被传输的信号具有抗多径、抗窄带干扰，频谱密度低，保密性好等一系列的优点。然而这种直接扩频技术也存在着设备复杂，实现成本较高，且对多普勒频移抵抗能力差等缺点，这无疑制约了直接扩频技术的应用场景。

发明内容

本发明的目的是为解决传统直接扩频技术对多普勒频移抵抗能力差，且设备复杂、实现成本高的问题，而提出了一种基于序列复相关处理的多序列复扩频传输方法及系统。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

一种基于序列复相关处理的多序列复扩频传输方法，所述方法具体包括以下步骤：

发射机部分：

步骤一、通信系统在t

对序列

步骤二、读取N个复序列C

将

将

再将I路的相乘结果与Q路的相乘结果对应相加，相加后就完成中频数字载波调制；

相加结果通过D/A转换器，将数字中频信号转换成模拟中频信号，模拟中频信号经过上变频转为射频信号，射频信号经过功率放大器放大发射功率后，通过天线发送至信道；

接收机部分：

步骤三、通过接收机天线接收信道中的信号，接收到的信号经过射频滤波器后得到模拟信号；

步骤四、模拟信号经过下变频后，再通过A/D转换器获得数字中频信号；数字中频信号分成I、Q两路，其中，I路数字中频信号与本地载波相乘，Q路数字中频信号与移相90°的本地载波相乘，I路的相乘结果与Q路的相乘结果再各自经过低通滤波器，最终在I路和Q路各得到一个长度为Z的实数序列；

将I路得到的实数序列作为实部，Q路得到的实数序列作为虚部，得到一个复序列

步骤五、将

步骤六、将

并将十进制符号值

一种基于序列复相关处理的多序列复扩频传输系统，用于执行一种基于序列复相关处理的多序列复扩频传输方法。

一种基于序列复相关处理的多序列复扩频传输方法，所述方法在发射机部分的工作过程为：

步骤1、通信系统在t

对序列

步骤2、读取N个复序列C

将

将

再将I路的相乘结果与Q路的相乘结果对应相加，相加后就完成中频数字载波调制；

相加结果通过D/A转换器，将数字中频信号转换成模拟中频信号，模拟中频信号经过上变频转为射频信号，射频信号经过功率放大器放大发射功率后，通过天线发送至信道。

本发明的有益效果是：本发明是一种利用复序列映射不同的多进制数据位来进行多序列扩频的调制解调方法，本发明将多进制数据的不同数据位映射给长度相同且近似正交的复序列，进行多序列扩频传输。由于复序列对相偏和多普勒频移不敏感，所以有效增强了系统的抗多普勒频移的能力。而且在接收端省去了传统直扩的载波同步模块，不需要传统的扩频锁相环，降低了直扩系统设备的复杂度以及实现成本。

本发明在保持传统扩频的抗检测、抗截获、抗多径的优点基础上，进一步增强了信息传输的保密性和安全性，而且复序列多序列扩频的高阶数可以提高信息传输的速率。在传输四进制及以上进制数据时，复序列多序列扩频的误码率性能要明显优于MPSK和MQAM等传统多进制调制方式。

附图说明

图1为传统直接扩频系统的框图；

图2为本发明的整体系统框图；

图3为不同的信噪比和不同的互相关值作用下，双ZC序列的误码率曲线图；

图中，BER为误码率，Eb/N0为信噪比；

图4为双ZC序列与直接扩频序列抗多普勒频移性能对比图；

图5为双ZC序列与直接扩频序列抗固定频偏性能对比图；

图6为8ZC序列、8PSK与8QAM高斯信道下误码率性能对比图；

图7为16ZC序列、16PSK与16QAM高斯信道下误码率性能对比图。

具体实施方式

具体实施方式一、以二进制数据源为例，结合图2说明本实施方式。本实施方式所述的一种基于序列复相关处理的多序列复扩频传输方法，所述方法具体包括以下步骤：

发射机部分：

步骤一、假设通信系统在t

对序列

也可以对待传输的二进制数据序列中的数据进行分组，比如若待传输的二进制数据序列的长度为n·M，则可以对每M位二进制数据进行一次串并转换，即每M位二进制数据执行一次步骤一的过程；

步骤二、读取事先已存储在系统中的N个复序列C

将

将

再将I路的相乘结果与Q路的相乘结果对应相加，相加后就完成中频数字载波调制；

相加结果通过D/A转换器，将数字中频信号转换成模拟中频信号，模拟中频信号经过上变频转为射频信号，射频信号经过功率放大器放大发射功率后，通过天线发送至信道，就完成t

对比图1的传统直接扩频发射机部分，可以看到相较于传统直扩使用单一实序列时I、Q两路传递的是信息码和实扩频码的乘积，复序列多序列扩频使用了多种正交的复序列，I、Q两路传递的是仅为复序列的实部和虚部，具有较大的差异；

接收机部分：

步骤三、通过接收机天线接收信道中的信号，接收到的信号经过射频滤波器后得到模拟信号；

步骤四、模拟信号经过下变频后，通过A/D转换器获得数字中频信号；数字中频信号分成I、Q两路，其中，I路数字中频信号与本地的载波相乘，Q路数字中频信号与移相90°的本地载波相乘，I路的相乘结果与Q路的相乘结果再各自经过低通滤波器，最终在I路和Q路各得到一个长度为Z的实数序列；

将I路得到的实数序列作为实部，Q路得到的实数序列作为虚部，得到一个复序列

步骤五、将

步骤六、将

并将十进制符号值

在接收端可以不经过载波同步模块，直接进行I、Q两路的解调，解调的主要做法是I路数字中频信号与本地的载波相乘，Q路数字中频信号与移相90°的本地载波相乘，I路的相乘结果与Q路的相乘结果再各自经过低通滤波器。

对比图1的传统直接扩频接收机部分，我们可以看到传统直扩需要载波同步，但是在本发明中，由于复序列对频偏不敏感，所以复序列多序列扩频并不需要进行载波同步，直接进行I、Q两路的解调(解调的主要做法是I路数字中频信号与本地的载波相乘，Q路数字中频信号与移相90°的本地载波相乘，I路的相乘结果与Q路的相乘结果再各自经过低通滤波器)。解调时，两者都是I、Q两路分别解调，形式虽然类似，但传统直扩是通过I、Q两路来分别得到实部、虚部再进行判决，而复序列多序列扩频实质是复数域的运算；比较判决时传统直扩是根据信息基带调制方式进行幅值或相位的判决，而复序列多序列扩频是对模值进行大小比较。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述十进制的符号值

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是，所述N个复序列C

…

其中，e是自然对数的底数，j是虚数单位，Z代表每个复序列的长度，p

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是，所述N个复序列中，任意两个复序列之间均近似正交且每个复序列的能量要保证相同。

复序列是一种区别于实序列的由多个复数构成的离散序列，长度为N的复序列形式可以表示为

经过筛选的复序列对齐时自相关模值尽量大，对齐时互相值的模值尽量小，并且由于复序列对信道传输过程中产生的相移和频移变化不敏感，所以本发明提出了一种基于复序列的多序列扩频方法，既继承了传统扩频的抗干扰、抗捕获等一系列的优点，又拥有着抗频移抗相偏等其他优势。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是，所述步骤五中，将

其中，

具体实施方式六：本实施方式的一种基于序列复相关处理的多序列复扩频传输系统，该系统用于执行具体实施方式一至具体实施方式五之一的一种基于序列复相关处理的多序列复扩频传输方法。

具体实施方式七：本实施方式所述的一种基于序列复相关处理的多序列复扩频传输方法，所述方法在发射机部分的工作过程为：

发射机部分：

步骤1、假设通信系统在t

对序列

也可以对待传输的二进制数据序列中的数据进行分组，比如若待传输的二进制数据序列的长度为n·M，则可以对每M位二进制数据进行一次串并转换，即每M位二进制数据执行一次步骤一的过程；

步骤2、读取事先已存储在系统中的N个复序列C

将

将

再将I路的相乘结果与Q路的相乘结果对应相加，相加后就完成中频数字载波调制；

相加结果通过D/A转换器，将数字中频信号转换成模拟中频信号，模拟中频信号经过上变频转为射频信号，射频信号经过功率放大器放大发射功率后，通过天线发送至信道，就完成t

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是，所述十进制的符号值

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是，所述N个复序列C

…

其中，e是自然对数的底数，j是虚数单位，Z代表每个复序列的长度，p

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是，所述N个复序列中，任意两个复序列之间均近似正交且每个复序列的能量要保证相同。

仿真结果

Zadoff-Chu序列(简称ZC序列)是常见的复序列的一种，其具有良好的相关特性。不失一般性，仿真选取了选用Zadoff-Chu序列作为复序列的代表，模拟验证复序列的性能。

1.复序列的相关特性对误码率性能影响。

仿真选取了三对相同长度的ZC序列进行双ZC序列扩频，由于ZC序列的特性，它们对齐时的归一化自相关值均为1。在高斯信道下，比较在不同的信噪比和不同的互相关值作用下双ZC序列的误码率性能，仿真结果如图3所示。从仿真结果可以看出复序列多序列扩频互相关值越接近0，其误码率性能越优秀。

2.抗多普勒频移

仿真选取了双ZC序列扩频和m直接扩频序列，在平坦瑞利衰落信道下，比较在不同的信噪比和不同的最大多普勒频移作用下二者的误码率性能，仿真结果如图4所示。从仿真结果可以看出复序列多序列扩频具有明显的抗多普勒频移的能力。

3.抗固定频移

仿真选取了双ZC序列扩频和m直接扩频序列，在高斯噪声信道下，比较在不同的信噪比和不同的固定频移作用下二者的误码率性能，仿真结果如图5所示。从仿真结果中可以看出，复序列多序列扩频对固定频偏也有一定的抵抗作用。

4.多进制下的误码率性能

在高斯信道下，比较不同的信噪比下，相同调制阶数的多ZC序列扩频、MPSK、MQAM的误码率性能，如图6为M＝8时的误码率性能对比，在信噪比大约大于3dB时，8ZC序列扩频的误码率性能优势明显。图7为M＝16时的误码率性能对比，从仿真结果中可以看出，信噪比大于0dB以后，16ZC序列扩频的误码率性能就明显优于16PSK和16QAM。

本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。