專利名稱：一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擴(kuò)頻通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
擴(kuò)展頻譜通信(簡稱為擴(kuò)頻通信或擴(kuò)譜通信)系統(tǒng)利用某個(gè)特定的擴(kuò)頻函數(shù)將傳輸信號(hào)擴(kuò)展頻譜后送入信道中傳輸；在接收端利用相應(yīng)的技術(shù)手段將擴(kuò)展的頻譜壓縮恢復(fù)為原來傳輸信號(hào)的帶寬。擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種具有優(yōu)良抗干擾性能的技術(shù)，其具有抗干擾性能好、選擇性尋址能力強(qiáng)、頻譜密度低、減輕多徑效應(yīng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前在軍用及民用通信系統(tǒng)中均得到了廣泛的應(yīng)用。
在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中利用偽隨機(jī)碼實(shí)現(xiàn)對(duì)信息信號(hào)的擴(kuò)頻，用于擴(kuò)展頻譜的偽隨機(jī)序列成為擴(kuò)頻碼序列。
目前，二元m序列由于其具有較好的自相關(guān)特性得到了較為廣泛的應(yīng)用。然而這種序列由本原多項(xiàng)式產(chǎn)生，可用碼的個(gè)數(shù)很有限；此外，碼片周期長度有一定的限制N=2r-1，其中r=1,2,3……，使得傳輸速率收到一定的限制。
自組網(wǎng)是一種自組織的、無需中心控制和無固定基礎(chǔ)設(shè)施支持的網(wǎng)絡(luò)，它是由多個(gè)裝備無線收發(fā)器的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)利用有限的網(wǎng)絡(luò)資源來動(dòng)態(tài)建立通信。自組網(wǎng)與傳統(tǒng)蜂窩技術(shù)的根本區(qū)別在于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間的通信是在沒有固定基礎(chǔ)設(shè)施(例如基站或路由器)支持的條件下進(jìn)行的，系統(tǒng)支持動(dòng)態(tài)配置和動(dòng)態(tài)流控，而所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也都是分布式的。由于這類網(wǎng)絡(luò)的組織和控制并不依賴于某幾個(gè)重要的節(jié)點(diǎn)，所以允許所有節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障、離開網(wǎng)絡(luò)或者加入網(wǎng)絡(luò)。也就是說每一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都可以根據(jù)自己的需要在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)隨意移動(dòng)，而不必考慮如何維護(hù)與其它實(shí)體的通信連接。
為了解決自組網(wǎng)通過量受限的問題，研究人員通過為不同節(jié)點(diǎn)分配不同的擴(kuò)頻碼，使得多個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一頻帶內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)無碰撞地并發(fā)傳輸，從而改善了移動(dòng)分布式網(wǎng)絡(luò)的通過量性能，降低了系統(tǒng)的功耗。但由于自組網(wǎng)是一種無中心分布控制的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)其實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同步是很困難的，屬于非同步系統(tǒng)，當(dāng)擴(kuò)頻碼存在非零互相關(guān)時(shí)，不同節(jié)點(diǎn)的傳輸將會(huì)引起很大的多址干擾。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的擴(kuò)頻通信傳輸速率受擴(kuò)頻碼周期限制、系統(tǒng)間存在多址干擾、使用的偽隨機(jī)碼相關(guān)系數(shù)較大的問題，提出一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法。
一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，它是基于同步擴(kuò)頻通信系統(tǒng)完成的，所述同步擴(kuò)頻通信系統(tǒng)包括發(fā)送端系統(tǒng)1、接收端系統(tǒng)2、參數(shù)存儲(chǔ)器3和序列發(fā)生器4； 序列發(fā)生器4的信號(hào)輸出端連接參數(shù)存儲(chǔ)器3的偽隨機(jī)碼序列輸入端，所述參數(shù)存儲(chǔ)器3的兩個(gè)偽隨機(jī)碼序列輸出端分別連接發(fā)送端系統(tǒng)1和接收端系統(tǒng)2的偽隨機(jī)碼序列輸入端； 所述序列發(fā)生器4生成一組偽隨機(jī)碼序列的過程為 步驟一、正交碼組表示為一個(gè)M×N的矩陣
其中，N為上述正交碼的一個(gè)碼片周期中所含碼元個(gè)數(shù)，M為系統(tǒng)可以容納的用戶數(shù)； 步驟二、以同步系統(tǒng)中第i個(gè)碼

與第j個(gè)碼

在零點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)

作為目標(biāo)函數(shù)，采用最優(yōu)化方法求解正交碼，求得滿足下式的碼元

；
其中A為常數(shù)，用于控制碼元

的幅度范圍； 所述零點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)

表達(dá)式為
步驟三、將滿足步驟二的碼元

組成正交碼數(shù)據(jù)，獲得一組偽隨機(jī)碼序列。
本發(fā)明還提供另一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，它是基于非同步擴(kuò)頻通信系統(tǒng)完成的，主要可以應(yīng)用于自組網(wǎng)環(huán)境下，所述非同步擴(kuò)頻通信系統(tǒng)包括發(fā)送端系統(tǒng)1、接收端系統(tǒng)2、參數(shù)存儲(chǔ)器3和序列發(fā)生器4， 序列發(fā)生器4的信號(hào)輸出端連接參數(shù)存儲(chǔ)器3的偽隨機(jī)碼序列輸入端，所述參數(shù)存儲(chǔ)器3的兩個(gè)偽隨機(jī)碼序列輸出端分別連接發(fā)送端系統(tǒng)1和接收端系統(tǒng)2的偽隨機(jī)碼序列輸入端； 所述序列發(fā)生器4生成一組偽隨機(jī)碼序列的過程為 步驟A1、正交碼組表示為一個(gè)M×N的矩陣
其中，N為上述正交碼的一個(gè)碼片周期中所含碼元個(gè)數(shù)，M為系統(tǒng)可以容納的用戶數(shù)； 步驟B1、以非同步系統(tǒng)中第i個(gè)碼

與第j個(gè)碼

在

點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)

的平方的期望值作為目標(biāo)函數(shù)，采用最優(yōu)化方法求解正交碼，求得滿足下式的碼元

；
其中A為常數(shù)，用于控制碼元

的幅度范圍； 所述

點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)

表達(dá)式為
步驟C1、將滿足步驟B1的碼元

組成正交碼數(shù)據(jù)，獲得一組偽隨機(jī)碼序列。
傳統(tǒng)的偽隨機(jī)碼設(shè)計(jì)理論中多采用二元碼作為設(shè)計(jì)對(duì)象，然而隨著硬件實(shí)現(xiàn)水平的不斷提高，多值碼元的出現(xiàn)使得設(shè)計(jì)工作更加靈活，并能進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)效果。為了適應(yīng)多址方式的要求，本發(fā)明提出了一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，所設(shè)計(jì)正交碼互相關(guān)系數(shù)較小，能夠有效地降低系統(tǒng)間的多址干擾；碼片周期不受系統(tǒng)容量的限制，可以進(jìn)一步得到較高的傳輸速率。適用于高速傳輸?shù)耐ㄐ蓬I(lǐng)域。



圖1為擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的發(fā)送端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為基于同步系統(tǒng)的基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法的流程圖。圖3為同步系統(tǒng)N=7，A=5，遺傳代數(shù)為500的目標(biāo)函數(shù)值隨遺傳代數(shù)變化曲線圖。圖4-圖10為圖3對(duì)應(yīng)的7個(gè)最優(yōu)正交碼的波形圖。圖11為圖4中一個(gè)正交碼字的頻譜。圖12為同步系統(tǒng)正弦載波信號(hào)的頻譜特性圖。圖13-圖16為N=31，A=5，M=17其中4個(gè)正交碼的波形圖。圖17-圖23為隨機(jī)產(chǎn)生的一組N=7，A=5的正交碼組的波形圖。圖24為非同步系統(tǒng)N=31時(shí)其中一個(gè)正交碼歸一化的時(shí)域圖形。圖25非同步系統(tǒng)為N=15，M=10時(shí)其中一個(gè)正交碼歸一化的時(shí)域圖形。圖26為基于非同步系統(tǒng)的一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法的非同步方式流程圖。圖27為擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的接收端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1、圖2和圖27說明本實(shí)施方式，一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，它是基于同步擴(kuò)頻通信系統(tǒng)完成的，所述同步擴(kuò)頻通信系統(tǒng)包括發(fā)送端系統(tǒng)1、接收端系統(tǒng)2、參數(shù)存儲(chǔ)器3和序列發(fā)生器4； 序列發(fā)生器4的信號(hào)輸出端連接參數(shù)存儲(chǔ)器3的偽隨機(jī)碼序列輸入端，所述參數(shù)存儲(chǔ)器3的兩個(gè)偽隨機(jī)碼序列輸出端分別連接發(fā)送端系統(tǒng)1和接收端系統(tǒng)2的偽隨機(jī)碼序列輸入端； 所述序列發(fā)生器4生成一組偽隨機(jī)碼序列的過程為 步驟一、正交碼組表示為一個(gè)M×N的矩陣
其中，N為上述正交碼的一個(gè)碼片周期中所含碼元個(gè)數(shù)，M為系統(tǒng)可以容納的用戶數(shù)； 步驟二、以同步系統(tǒng)中第i個(gè)碼

與第j個(gè)碼

在零點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)

作為目標(biāo)函數(shù)，采用最優(yōu)化方法求解正交碼，求得滿足下式的碼元

；
其中A為常數(shù)，用于控制碼元

的幅度范圍； 所述零點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)

表達(dá)式為
步驟三、將滿足步驟二的碼元

組成正交碼數(shù)據(jù)，獲得一組偽隨機(jī)碼序列。
M為系統(tǒng)可以容納的用戶數(shù)；即為本組正交碼的個(gè)數(shù)，其決定了多址系統(tǒng)中可以容納的用戶個(gè)數(shù)，在多址系統(tǒng)中需要給每一個(gè)用戶分配一個(gè)正交碼，M越大系統(tǒng)可以容納的用戶數(shù)越多。
在完全同步系統(tǒng)中，由于互相關(guān)函數(shù)的在零點(diǎn)處的數(shù)值(絕對(duì)值)越小，多址系統(tǒng)中的多址干擾越小，系統(tǒng)性能越好，系統(tǒng)性能僅與在零點(diǎn)處的互相關(guān)系數(shù)有關(guān)，所以取得同步系統(tǒng)中第i個(gè)碼

與第j個(gè)碼

在零點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)

的最小值。
具體實(shí)施方式
二、結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同之處在于所述發(fā)送端系統(tǒng)1由編碼器1-1、第一乘法器1-4、調(diào)制器1-5、第一變頻器1-6、功率放大器1-7和射頻天線1-8組成，第一乘法器1-4的一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端為發(fā)送端系統(tǒng)1的偽隨機(jī)碼序列輸入端，所述第一乘法器1-4的另一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端與編碼器1-1的數(shù)據(jù)輸出端相連，第一乘法器1-4的數(shù)據(jù)輸出端與調(diào)制器1-5的數(shù)據(jù)輸入端相連，調(diào)制器1-5的信號(hào)輸出端與第一變頻器1-6的信號(hào)輸入端相連，第一變頻器1-6的信號(hào)輸出端與功率放大器1-7的信號(hào)輸入端相連，功率放大器1-7的信號(hào)輸出端與射頻天線1-8的信號(hào)輸入端相連，發(fā)送端系統(tǒng)1和接收端系統(tǒng)2的偽隨機(jī)碼序列輸入端； 所述發(fā)送端系統(tǒng)1發(fā)送數(shù)據(jù)的過程為 編碼器1-1對(duì)數(shù)據(jù)源發(fā)送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼，獲得編碼數(shù)據(jù)；該編碼數(shù)據(jù)與偽隨機(jī)碼序列輸入端輸入的偽隨機(jī)碼序列通過第一乘法器1-4相乘之后輸出至調(diào)制器1-5進(jìn)行調(diào)制獲得調(diào)制信號(hào)；所述調(diào)制信號(hào)經(jīng)過第一變頻器1-6進(jìn)行上變頻，然后再通過功率放大器1-7進(jìn)行放大后，由射頻天線1-8發(fā)送出去。
具體實(shí)施方式
三、結(jié)合圖27說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同之處在于所述接收端系統(tǒng)2由接收天線2-1、低噪聲放大器2-2、第二變頻器2-3、濾波器2-4、解調(diào)器2-5、第二乘法器2-6和判決器2-9組成，接收天線2-1的信號(hào)輸出端與低噪聲放大器2-2的信號(hào)輸入端相連，低噪聲放大器2-2的信號(hào)輸出端與第二變頻器2-3的信號(hào)輸入端相連，第二變頻器2-3的信號(hào)輸出端與濾波器2-4的信號(hào)輸入端相連，濾波器2-4的信號(hào)輸出端與解調(diào)器2-5的信號(hào)輸入端相連，解調(diào)器2-5的數(shù)據(jù)輸出端與第二乘法器2-6的一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端相連，第二乘法器2-6的另一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端是接收端系統(tǒng)2的偽隨機(jī)碼序列輸入端，第二乘法器2-6的數(shù)據(jù)輸出端與判決器2-9的數(shù)據(jù)輸入端相連； 所述接收端系統(tǒng)2接收數(shù)據(jù)的過程為 射頻天線1-8發(fā)出的高頻信號(hào)經(jīng)過信道傳輸被接收天線2-1接收，接收到的高頻信號(hào)經(jīng)過低噪聲放大器2-2進(jìn)行放大，然后再采用第二變頻器2-3進(jìn)行下變頻后輸出給濾波器2-4進(jìn)行濾波，濾波后的信號(hào)經(jīng)過解調(diào)器2-5進(jìn)行解調(diào)獲得解調(diào)數(shù)據(jù)；該解調(diào)數(shù)據(jù)通過第二乘法器2-6與偽隨機(jī)碼序列輸入端輸入的偽隨機(jī)碼序列相乘后輸出給判決器2-9進(jìn)行判決獲得判決結(jié)果。
具體實(shí)施方式
四、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一的步驟二的進(jìn)一步說明，步驟二中，采用最優(yōu)化方法求解正交碼，采用遺傳算法求解。
具體實(shí)施方式
五、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
二的進(jìn)一步說明，調(diào)制器1-5的調(diào)制方法為二進(jìn)制BPSK調(diào)制方法。
以N=7的正交碼的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行說明，取A=5，最大遺傳代數(shù)為500，得到目標(biāo)函數(shù)值隨遺傳代數(shù)變化情況如圖3所示，其中實(shí)線表示解的變化曲線，虛線表示種群均值的變化曲線。得到最優(yōu)正交碼如圖4-圖10所示，其互相關(guān)函數(shù)(絕對(duì)值)的最大值為9.2289×10-4，可以認(rèn)為這組正交碼是正交的。
考查所設(shè)計(jì)正交碼的頻譜特性，以第一個(gè)正交碼字為例，得到其頻譜如圖11所示，所設(shè)計(jì)正交碼所占用主要帶寬基本一致，其頻譜與m序列相似，單邊帶寬均為1/Tc，其中Tc為碼元持續(xù)時(shí)間，因此證明所設(shè)計(jì)正交碼具有擴(kuò)頻作用，可應(yīng)用于擴(kuò)頻系統(tǒng)中。
驗(yàn)證所設(shè)計(jì)正交碼的擴(kuò)頻特性，對(duì)于正弦載波信號(hào)cos(2πfct)，其頻譜特性如圖12所示，實(shí)線表示載波信號(hào)，虛線表示擴(kuò)頻后信號(hào)，其中取fc=5MHz，正弦載波表現(xiàn)為窄帶特性，而擴(kuò)頻后的信號(hào)頻帶得到了展寬。
將所設(shè)計(jì)正交碼與m序列進(jìn)行比較，在同步系統(tǒng)中可以利用m序列位移特性進(jìn)行多址分配，此時(shí)其互相關(guān)系數(shù)為

=1/N，其中N為一個(gè)碼片周期中所含碼元個(gè)數(shù)。當(dāng)N=7時(shí)，

。而本發(fā)明設(shè)計(jì)得到正交碼的互相關(guān)系數(shù)最大值為9.2289×10-4，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于m序列的數(shù)值。
另外，m序列中可用碼的數(shù)量有限，而且碼片周期長度有一定的限制，只能取N=2r-1，其中r=1,2,3……。這樣，當(dāng)采用同一個(gè)m序列的位移實(shí)現(xiàn)多址分配時(shí)，若N

2r-1，將使得碼片長度得不到充分利用。例如，當(dāng)系統(tǒng)中存在17個(gè)用戶時(shí)，N需要取值31，過長的碼片周期使得系統(tǒng)傳輸速率受到一定的影響。而本發(fā)明所采用的方法不存在這樣的問題，同樣以17個(gè)用戶為例設(shè)計(jì)正交碼，可以得到結(jié)果如圖13-圖16所示，圖中為所設(shè)計(jì)17個(gè)正交碼中的其中4個(gè)碼時(shí)域形式，可以看到其碼片周期N=17<31。
此外，m序列為二元序列，竊聽者可以較為容易的檢測(cè)出用戶所采用的序列情況，其抗截獲性能并不理想。而本發(fā)明所設(shè)計(jì)得到的正交碼幅度可以在限定的范圍內(nèi)不斷變化，同時(shí)由于所采用的最優(yōu)化方法遺傳算法是一個(gè)隨機(jī)過程，其可以產(chǎn)生多組正交碼，為多址提供了更多的選擇空間，使得其具有一定的抗截獲特性。圖17-圖23即為隨機(jī)產(chǎn)生的另一組碼長為7的正交碼組，這組正交碼的互相關(guān)函數(shù)最大(絕對(duì))值為1.5×10-3，正交性良好。同時(shí)將其與圖4-圖10相比較可以發(fā)現(xiàn)，這是兩組不同的正交碼。
具體實(shí)施方式
六、結(jié)合圖1、圖26和圖27說明本實(shí)施方式，一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，它是基于非同步擴(kuò)頻通信系統(tǒng)完成的，所述非同步擴(kuò)頻通信系統(tǒng)包括發(fā)送端系統(tǒng)1、接收端系統(tǒng)2、參數(shù)存儲(chǔ)器3和序列發(fā)生器4， 序列發(fā)生器4的信號(hào)輸出端連接參數(shù)存儲(chǔ)器3的偽隨機(jī)碼序列輸入端，所述參數(shù)存儲(chǔ)器3的兩個(gè)偽隨機(jī)碼序列輸出端分別連接發(fā)送端系統(tǒng)1和接收端系統(tǒng)2的偽隨機(jī)碼序列輸入端； 所述序列發(fā)生器4生成一組偽隨機(jī)碼序列的過程為 步驟A1、正交碼組表示為一個(gè)M×N的矩陣
其中，N為上述正交碼的一個(gè)碼片周期中所含碼元個(gè)數(shù)，M為系統(tǒng)可以容納的用戶數(shù)； 步驟B1、以非同步系統(tǒng)中第i個(gè)碼

與第j個(gè)碼

在

點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)

的平方的期望值作為目標(biāo)函數(shù)，采用最優(yōu)化方法求解正交碼，求得滿足下式的碼元

；
其中A為常數(shù)，用于控制碼元

的幅度范圍； 所述

點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)

表達(dá)式為
步驟C1、將滿足步驟B1的碼元

組成正交碼數(shù)據(jù)，獲得一組偽隨機(jī)碼序列。
對(duì)于非同步系統(tǒng)，系統(tǒng)中的多址干擾將不僅僅與零點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)有關(guān)，而是與

有關(guān)，

數(shù)值越小得系統(tǒng)中的多址干擾越小，系統(tǒng)性能越好。
具體實(shí)施方式
七、結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同之處在于所述發(fā)送端系統(tǒng)1由編碼器1-1、第一乘法器1-4、調(diào)制器1-5、第一變頻器1-6、功率放大器1-7和射頻天線1-8組成，第一乘法器1-4的一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端為發(fā)送端系統(tǒng)1的偽隨機(jī)碼序列輸入端，所述第一乘法器1-4的另一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端與編碼器1-1的數(shù)據(jù)輸出端相連，第一乘法器1-4的數(shù)據(jù)輸出端與調(diào)制器1-5的數(shù)據(jù)輸入端相連，調(diào)制器1-5的信號(hào)輸出端與第一變頻器1-6的信號(hào)輸入端相連，第一變頻器1-6的信號(hào)輸出端與功率放大器1-7的信號(hào)輸入端相連，功率放大器1-7的信號(hào)輸出端與射頻天線1-8的信號(hào)輸入端相連； 所述發(fā)送端系統(tǒng)1發(fā)送數(shù)據(jù)的過程為 編碼器1-1對(duì)數(shù)據(jù)源發(fā)送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼，獲得編碼數(shù)據(jù)；該編碼數(shù)據(jù)與偽隨機(jī)碼序列輸入端輸入的偽隨機(jī)碼序列通過第一乘法器1-4相乘之后輸出至調(diào)制器1-5進(jìn)行調(diào)制獲得調(diào)制信號(hào)；所述調(diào)制信號(hào)經(jīng)過第一變頻器1-6進(jìn)行上變頻，然后再通過功率放大器1-7進(jìn)行放大后，由射頻天線1-8發(fā)送出去。
具體實(shí)施方式
八、結(jié)合圖27說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同之處在于所述接收端系統(tǒng)2由接收天線2-1、低噪聲放大器2-2、第二變頻器2-3、濾波器2-4、解調(diào)器2-5、第二乘法器2-6和判決器2-9組成，接收天線2-1的信號(hào)輸出端與低噪聲放大器2-2的信號(hào)輸入端相連，低噪聲放大器2-2的信號(hào)輸出端與第二變頻器2-3的信號(hào)輸入端相連，第二變頻器2-3的信號(hào)輸出端與濾波器2-4的信號(hào)輸入端相連，濾波器2-4的信號(hào)輸出端與解調(diào)器2-5的信號(hào)輸入端相連，解調(diào)器2-5的數(shù)據(jù)輸出端與第二乘法器2-6的一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端相連，第二乘法器2-6的另一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端是接收端系統(tǒng)2的偽隨機(jī)碼序列輸入端，第二乘法器2-6的數(shù)據(jù)輸出端與判決器2-9的數(shù)據(jù)輸入端相連； 所述接收端系統(tǒng)2接收數(shù)據(jù)的過程為 射頻天線1-8發(fā)出的高頻信號(hào)經(jīng)過信道傳輸被接收天線2-1接收，接收到的高頻信號(hào)經(jīng)過低噪聲放大器2-2進(jìn)行放大，然后再采用第二變頻器2-3進(jìn)行下變頻后輸出給濾波器2-4進(jìn)行濾波，濾波后的信號(hào)經(jīng)過解調(diào)器2-5進(jìn)行解調(diào)獲得解調(diào)數(shù)據(jù)；該解調(diào)數(shù)據(jù)通過第二乘法器2-6與偽隨機(jī)碼序列輸入端輸入的偽隨機(jī)碼序列相乘后輸出給判決器2-9進(jìn)行判決獲得判決結(jié)果。
具體實(shí)施方式
九、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
六的步驟B1的進(jìn)一步說明，步驟B1中，采用最優(yōu)化方法求解正交碼，采用遺傳算法求解。
具體實(shí)施方式
十、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
七的進(jìn)一步說明，調(diào)制器1-5的調(diào)制方法為二進(jìn)制BPSK調(diào)制方法。
已知Gold序列的三值互相關(guān)函數(shù)特性如表1所示。

仍以N=31為例，設(shè)計(jì)正交碼，得到結(jié)果

=0.0181，而碼長為31的Gold序列

=0.0313，本發(fā)明設(shè)計(jì)的正交碼多址干擾更小。圖24為其中一個(gè)碼歸一化的時(shí)域圖形。
同樣，本發(fā)明所提出方法不受用戶數(shù)限制，當(dāng)用戶數(shù)為10時(shí)，傳統(tǒng)的m序列及Gold序列均需要設(shè)計(jì)碼長為N=15的正交碼，而本發(fā)明方法所需碼長為10<15，可提高系統(tǒng)的傳輸速率，對(duì)設(shè)計(jì)得到的其中一個(gè)正交碼進(jìn)行歸一化處理得到時(shí)域圖形如圖25所示。
綜上，本發(fā)明提出了一種可應(yīng)用于擴(kuò)頻通信的正交碼設(shè)計(jì)方法，本方法從解方程的角度出發(fā)，采用最優(yōu)化方法進(jìn)行求解。設(shè)計(jì)得到的正交碼具有較好的正交性能，可有效的降低多址系統(tǒng)中的多址干擾；與傳統(tǒng)的m序列及Gold擴(kuò)頻碼相比，可以取得更高的傳輸速率；同時(shí)具有一定的抗截獲性能。
權(quán)利要求
1.一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，它是基于同步擴(kuò)頻通信系統(tǒng)完成的，所述同步擴(kuò)頻通信系統(tǒng)包括發(fā)送端系統(tǒng)(1)、接收端系統(tǒng)(2)、參數(shù)存儲(chǔ)器(3)和序列發(fā)生器(4)，
序列發(fā)生器(4)的信號(hào)輸出端連接參數(shù)存儲(chǔ)器(3)的偽隨機(jī)碼序列輸入端，所述參數(shù)存儲(chǔ)器(3)的兩個(gè)偽隨機(jī)碼序列輸出端分別連接發(fā)送端系統(tǒng)(1)和接收端系統(tǒng)(2)的偽隨機(jī)碼序列輸入端；
其特征在于，所述序列發(fā)生器(4)生成一組偽隨機(jī)碼序列的過程為
步驟一、正交碼組表示為一個(gè)M×N的矩陣
其中，N為上述正交碼的一個(gè)碼片周期中所含碼元個(gè)數(shù)，M為系統(tǒng)可以容納的用戶數(shù)；
步驟二、以同步系統(tǒng)中第i個(gè)碼
與第j個(gè)碼
在零點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)
作為目標(biāo)函數(shù)，采用最優(yōu)化方法求解正交碼，求得滿足下式的碼元
；
其中A為常數(shù)，用于控制碼元
的幅度范圍；
所述零點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)
表達(dá)式為
步驟三、將滿足步驟二的碼元
組成正交碼數(shù)據(jù)，獲得一組偽隨機(jī)碼序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，其特征在于所述發(fā)送端系統(tǒng)(1)由編碼器(1-1)、第一乘法器(1-4)、調(diào)制器(1-5)、第一變頻器(1-6)、功率放大器(1-7)和射頻天線(1-8)組成，第一乘法器(1-4)的一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端為發(fā)送端系統(tǒng)(1)的偽隨機(jī)碼序列輸入端，所述第一乘法器(1-4)的另一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端與編碼器(1-1)的數(shù)據(jù)輸出端相連，第一乘法器(1-4)的數(shù)據(jù)輸出端與調(diào)制器(1-5)的數(shù)據(jù)輸入端相連，調(diào)制器(1-5)的信號(hào)輸出端與第一變頻器(1-6)的信號(hào)輸入端相連，第一變頻器(1-6)的信號(hào)輸出端與功率放大器(1-7)的信號(hào)輸入端相連，功率放大器(1-7)的信號(hào)輸出端與射頻天線(1-8)的信號(hào)輸入端相連；
所述發(fā)送端系統(tǒng)(1)發(fā)送數(shù)據(jù)的過程為
編碼器(1-1)對(duì)數(shù)據(jù)源發(fā)送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼，獲得編碼數(shù)據(jù)；該編碼數(shù)據(jù)與偽隨機(jī)碼序列輸入端輸入的偽隨機(jī)碼序列通過第一乘法器(1-4)相乘之后輸出至調(diào)制器(1-5)進(jìn)行調(diào)制獲得調(diào)制信號(hào)；所述調(diào)制信號(hào)經(jīng)過第一變頻器(1-6)進(jìn)行上變頻，然后再通過功率放大器(1-7)進(jìn)行放大后，由射頻天線(1-8)發(fā)送出去。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，其特征在于所述接收端系統(tǒng)(2)由接收天線(2-1)、低噪聲放大器(2-2)、第二變頻器(2-3)、濾波器(2-4)、解調(diào)器(2-5)、第二乘法器(2-6)和判決器(2-9)組成，接收天線(2-1)的信號(hào)輸出端與低噪聲放大器(2-2)的信號(hào)輸入端相連，低噪聲放大器(2-2)的信號(hào)輸出端與第二變頻器(2-3)的信號(hào)輸入端相連，第二變頻器(2-3)的信號(hào)輸出端與濾波器(2-4)的信號(hào)輸入端相連，濾波器(2-4)的信號(hào)輸出端與解調(diào)器(2-5)的信號(hào)輸入端相連，解調(diào)器(2-5)的數(shù)據(jù)輸出端與第二乘法器(2-6)的一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端相連，第二乘法器(2-6)的另一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端是接收端系統(tǒng)(2)的偽隨機(jī)碼序列輸入端，第二乘法器(2-6)的數(shù)據(jù)輸出端與判決器(2-9)的數(shù)據(jù)輸入端相連；
所述接收端系統(tǒng)(2)接收數(shù)據(jù)的過程為
射頻天線(1-8)發(fā)出的高頻信號(hào)經(jīng)過信道傳輸被接收天線(2-1)接收，接收到的高頻信號(hào)經(jīng)過低噪聲放大器(2-2)進(jìn)行放大，然后再采用第二變頻器(2-3)進(jìn)行下變頻輸出給濾波器(2-4)進(jìn)行濾波，濾波后的信號(hào)經(jīng)過解調(diào)器(2-5)進(jìn)行解調(diào)獲得解調(diào)數(shù)據(jù)；該解調(diào)數(shù)據(jù)通過第二乘法器(2-6)與偽隨機(jī)碼序列輸入端輸入的偽隨機(jī)碼序列相乘后輸出給判決器(2-9)進(jìn)行判決獲得判決結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，其特征在于步驟二中，采用最優(yōu)化方法求解正交碼，采用遺傳算法求解。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，其特征在于調(diào)制器(1-5)的調(diào)制方法為二進(jìn)制BPSK調(diào)制方法。
6.一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，它是基于非同步擴(kuò)頻通信系統(tǒng)完成的，所述非同步擴(kuò)頻通信系統(tǒng)包括發(fā)送端系統(tǒng)(1)、接收端系統(tǒng)(2)、參數(shù)存儲(chǔ)器(3)和序列發(fā)生器(4)；
序列發(fā)生器(4)的信號(hào)輸出端連接參數(shù)存儲(chǔ)器(3)的偽隨機(jī)碼序列輸入端，所述參數(shù)存儲(chǔ)器(3)的兩個(gè)偽隨機(jī)碼序列輸出端分別連接發(fā)送端系統(tǒng)(1)和接收端系統(tǒng)(2)的偽隨機(jī)碼序列輸入端；
其特征在于，所述序列發(fā)生器(4)生成一組偽隨機(jī)碼序列的過程為
步驟A1、正交碼組表示為一個(gè)M×N的矩陣
其中，N為上述正交碼的一個(gè)碼片周期中所含碼元個(gè)數(shù)，M為系統(tǒng)可以容納的用戶數(shù)；
步驟B1、以非同步系統(tǒng)中第i個(gè)碼
與第j個(gè)碼
在
點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)
的平方的期望值作為目標(biāo)函數(shù)，采用最優(yōu)化方法求解正交碼，求得滿足下式的碼元
；
其中A為常數(shù)，用于控制碼元
的幅度范圍；
所述
點(diǎn)處的互相關(guān)函數(shù)
表達(dá)式為
步驟C1、將滿足步驟B1的碼元
組成正交碼數(shù)據(jù)，獲得一組偽隨機(jī)碼序列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，其特征在于所述發(fā)送端系統(tǒng)(1)由編碼器(1-1)、第一乘法器(1-4)、調(diào)制器(1-5)、第一變頻器(1-6)、功率放大器(1-7)和射頻天線(1-8)組成，第一乘法器(1-4)的一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端為發(fā)送端系統(tǒng)(1)的偽隨機(jī)碼序列輸入端，所述第一乘法器(1-4)的另一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端與編碼器(1-1)的數(shù)據(jù)輸出端相連，第一乘法器(1-4)的數(shù)據(jù)輸出端與調(diào)制器(1-5)的數(shù)據(jù)輸入端相連，調(diào)制器(1-5)的信號(hào)輸出端與第一變頻器(1-6)的信號(hào)輸入端相連，第一變頻器(1-6)的信號(hào)輸出端與功率放大器(1-7)的信號(hào)輸入端相連，功率放大器(1-7)的信號(hào)輸出端與射頻天線(1-8)的信號(hào)輸入端相連；
所述發(fā)送端系統(tǒng)(1)發(fā)送數(shù)據(jù)的過程為
編碼器(1-1)對(duì)數(shù)據(jù)源發(fā)送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼，獲得編碼數(shù)據(jù)；該編碼數(shù)據(jù)與偽隨機(jī)碼序列輸入端輸入的偽隨機(jī)碼序列通過第一乘法器(1-4)相乘之后輸出至調(diào)制器(1-5)進(jìn)行調(diào)制獲得調(diào)制信號(hào)；所述調(diào)制信號(hào)經(jīng)過第一變頻器(1-6)進(jìn)行上變頻，然后再通過功率放大器(1-7)進(jìn)行放大后，由射頻天線(1-8)發(fā)送出去。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，其特征在于所述接收端系統(tǒng)(2)由接收天線(2-1)、低噪聲放大器(2-2)、第二變頻器(2-3)、濾波器(2-4)、解調(diào)器(2-5)、第二乘法器(2-6)和判決器(2-9)組成，接收天線(2-1)的信號(hào)輸出端與低噪聲放大器(2-2)的信號(hào)輸入端相連，低噪聲放大器(2-2)的信號(hào)輸出端與第二變頻器(2-3)的信號(hào)輸入端相連，第二變頻器(2-3)的信號(hào)輸出端與濾波器(2-4)的信號(hào)輸入端相連，濾波器(2-4)的信號(hào)輸出端與解調(diào)器(2-5)的信號(hào)輸入端相連，解調(diào)器(2-5)的數(shù)據(jù)輸出端與第二乘法器(2-6)的一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端相連，第二乘法器(2-6)的另一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端是接收端系統(tǒng)(2)的偽隨機(jī)碼序列輸入端，第二乘法器(2-6)的數(shù)據(jù)輸出端與判決器(2-9)的數(shù)據(jù)輸入端相連；
所述接收端系統(tǒng)(2)接收數(shù)據(jù)的過程為
射頻天線(1-8)發(fā)出的高頻信號(hào)經(jīng)過信道傳輸被接收天線(2-1)接收，接收到的高頻信號(hào)經(jīng)過低噪聲放大器(2-2)進(jìn)行放大，然后再采用第二變頻器(2-3)進(jìn)行下變頻后輸出給濾波器(2-4)進(jìn)行濾波，濾波后的信號(hào)經(jīng)過解調(diào)器(2-5)進(jìn)行解調(diào)獲得解調(diào)數(shù)據(jù)；該解調(diào)數(shù)據(jù)通過第二乘法器(2-6)與偽隨機(jī)碼序列輸入端輸入的偽隨機(jī)碼序列相乘后輸出給判決器(2-9)進(jìn)行判決獲得判決結(jié)果。
9.根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，其特征在于步驟B1中，采用最優(yōu)化方法求解正交碼，采用遺傳算法求解。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，其特征在于調(diào)制器(1-5)的調(diào)制方法為二進(jìn)制BPSK調(diào)制方法。
全文摘要
一種基于多電平準(zhǔn)正交擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻通信方法，涉及擴(kuò)頻通信技術(shù)領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有的擴(kuò)頻通信傳輸速率受限、系統(tǒng)間存在多址干擾、碼片周期受到系統(tǒng)容量的限制、使用的偽隨機(jī)碼相關(guān)系數(shù)較大的問題，它是基于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)完成的，當(dāng)所述擴(kuò)頻通信系統(tǒng)為同步通信系統(tǒng)時(shí)，序列發(fā)生器生成一組偽隨機(jī)碼序列的過程為一、正交碼組表示為一個(gè)M×N的矩陣，N為正交碼的一個(gè)碼片周期中所含碼元個(gè)數(shù)，M為系統(tǒng)可以容納的用戶數(shù)；二、以同步系統(tǒng)的互相關(guān)函數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)；采用最優(yōu)化方法求解目標(biāo)函數(shù)，并得到正交碼xi,j；三、將滿足步驟二的xi,j組成正交碼數(shù)據(jù)，獲得一組偽隨機(jī)碼序列。本發(fā)明適用于高速傳輸?shù)耐ㄐ蓬I(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04B1/69GK101814930SQ20101015672
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者沙學(xué)軍, 邱昕, 寧曉燕, 吳宣利, 白旭, 張欽宇 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)