專利名稱：一種多進(jìn)制二維擴(kuò)展頻譜的通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于使用電磁波技術(shù)的領(lǐng)域，如無(wú)線通信、光通信、超聲波通信、有線通信等，特別涉及采用擴(kuò)展頻頻譜進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信的通信技術(shù)。
背景技術(shù)：
眾所周知，在現(xiàn)有的通信技術(shù)中，廣泛地采用擴(kuò)展頻譜的方法來(lái)達(dá)到抗干擾，保密等的目的。擴(kuò)展頻譜采用擴(kuò)頻序列與原始信號(hào)相乘的方法，達(dá)到對(duì)原始信號(hào)的頻譜的擴(kuò)展。擴(kuò)展頻譜的通信方法具有的優(yōu)點(diǎn)是原始信號(hào)低的被截獲概率；較強(qiáng)的抗窄帶干擾性能；較強(qiáng)的對(duì)抗信道畸變的能力。
現(xiàn)有的主要擴(kuò)展頻譜的方法(技術(shù))有(1)直接序列擴(kuò)展頻頻譜(DS)(又稱時(shí)域擴(kuò)頻方法)它是通過(guò)使用一相對(duì)于原始數(shù)據(jù)較高速率的擴(kuò)頻序列與原始數(shù)據(jù)相乘，從而擴(kuò)展原始數(shù)據(jù)的頻譜。其工作原理請(qǐng)見(jiàn)《數(shù)字通信原理》第三版，J.G.Proakis著，電子工業(yè)出版社，1998年9月出版。直接序列擴(kuò)頻(直擴(kuò))的工作原理可簡(jiǎn)述為b(t)為原始輸入信息，經(jīng)直接序列擴(kuò)頻后，輸出d(t)=Σj=1Nb(t)αjp(t-(j-1)Tc),]]>其中αi為對(duì)應(yīng)直接序列擴(kuò)頻的擴(kuò)頻序列αα1，α2，...，αN，中的元素，N為直接序列擴(kuò)頻的處理增益，p(t)為寬度等于Tc的單位幅度脈沖， (2)多載波擴(kuò)展頻譜(MC)將原始數(shù)據(jù)的每一比特，分別用多載波系統(tǒng)中的不同子載波傳輸，再用一擴(kuò)頻序列加擾。詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)Shinsuke Hara and Ramjee Prasad，″Overview of Multicarrier CDMA，″IEEE Communications Magzine，pp.126-133，Dec.1997。
(3)跳時(shí)擴(kuò)展頻譜(THSS)的工作原理是通信中不同的時(shí)間段，使用不同的載波中心頻率，載波中心頻率受跳頻序列的控制。詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)《擴(kuò)頻通信》，查光明、熊賢祚著，西安電子科技大學(xué)出版社，1990年出版。
(4)跳頻擴(kuò)展頻譜(FHSS)通信中處于連接的時(shí)間段、連接的時(shí)刻，受跳時(shí)序列的控制。詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)《擴(kuò)頻通信》，查光明、熊賢祚著，西安電子科技大學(xué)出版社，1990年出版。
(5)現(xiàn)有技術(shù)中還有簡(jiǎn)單的將兩種一維擴(kuò)頻方法串聯(lián)起來(lái)組成一種二維擴(kuò)頻通信方法，如Hongnian Xing and Rinne，J.″The performance analysis of a two dimensionalCDMA system for frequency selective channels，″GLOBECOM 1998.IEEE，Vol.5，1998 pp.2537-2542；以及，Lei Xiao and Qinglin Liang，″A novel MC-2D-CDMAcommunication systems and its detection methods，″ICC 2000，pp.1223-1227，June18-22，2000，New Orleans，USA。這種二維擴(kuò)頻系統(tǒng)的矩陣為α1β1α2β1···αNβ1α1β2α2β2···αNβ2············α1βMα2βM···αNβM]]>(6)專利“一種二維擴(kuò)展頻譜的通信方法”(發(fā)明人唐友喜，申請(qǐng)?zhí)?2113688.2)，其特征為一種新的低截獲率通信方法，包括發(fā)射部分和接收部分，發(fā)射部分包括直接序列擴(kuò)頻模塊2、逆離散付立葉變換模塊4、射頻發(fā)射部分6；接收部分包括離散付立葉變換模塊14、直接序列解擴(kuò)頻模塊16、射頻接收部分8；其特征在于是發(fā)射部分還包括離散多載波擴(kuò)頻模塊3，離散多載波擴(kuò)頻模塊3與直接序列擴(kuò)頻模塊2和逆離散付立葉變換模塊4一起組成二維擴(kuò)頻模塊1，二維擴(kuò)頻過(guò)程的矩陣表達(dá)式是f(t)=sβUαp2PTb(t);]]>接收部分還包括逆離散多載波模塊15，逆離散多載波模塊15與直接序列解擴(kuò)頻模塊16、離散付立葉變換模塊14一起組成二維解擴(kuò)頻模塊13，二維解擴(kuò)頻過(guò)程的矩陣表達(dá)式是b^(t)=NMTcPT2b(t)+(βUαp)T∫0TcsTn(t)dt,]]>其通信方法原理的示意圖見(jiàn)附圖1；(7)還有一種擴(kuò)頻方式為M-ary(多進(jìn)制)擴(kuò)頻方式，如Ito T.，Sampei S.and MorinagaN.“M-sequence based M-ary/SS scheme for high bit rate transmission in DS/CDMAsystems，”Electronics Letters，Volume36，Issue6，16 March 2000 Pages574-576。這種擴(kuò)頻方法是將每m個(gè)比特信息映射成L(L＝2m)個(gè)正交序列中的一個(gè)，從而用一個(gè)擴(kuò)頻序列表示m個(gè)比特，在到達(dá)一定增益效果的同時(shí)提高了信息的傳輸速率。該擴(kuò)頻方法實(shí)質(zhì)是直接序列擴(kuò)展頻頻譜的一種方法，它仍然存在直接序列擴(kuò)展頻頻譜方法的缺點(diǎn)。
上面的幾種擴(kuò)頻方式中，它們存在各自的缺點(diǎn)(1)其頻譜利用率不高；(2)難以傳輸高速的用戶信息；(3)擴(kuò)頻增益的設(shè)計(jì)不靈活；(4)高擴(kuò)頻增益時(shí)實(shí)現(xiàn)比較困難；(5)數(shù)字化接收時(shí)采樣速率太高；(6)二維擴(kuò)展頻譜的通信方法雖然其擴(kuò)頻增益比較大，但是它的頻譜利用率不高，不能在有限的帶寬內(nèi)傳輸高速的信息數(shù)據(jù)；(7)多碼M-ary CDMA擴(kuò)頻方式雖然能到達(dá)一定增益效果的同時(shí)提高信息的傳輸率，但在要求高增益的情況下，就必須降低信息的傳輸率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種多進(jìn)制二維擴(kuò)展頻譜的通信方法，即采用本發(fā)明的通信方法，在實(shí)現(xiàn)較大的擴(kuò)頻增益的同時(shí)，可以提高信息數(shù)據(jù)傳輸速率，增強(qiáng)抗窄帶干擾能力和抗信道畸變的能力，而且本方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低。
按照本發(fā)明提供一種多進(jìn)制二維擴(kuò)展頻譜的通信方法組成的系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分。
本發(fā)明的發(fā)射部分包括由正交矩陣映射模塊18、二維擴(kuò)頻模塊1組成M-ary二維擴(kuò)頻模塊17，它與后面的添加保護(hù)時(shí)隙模塊5、發(fā)射機(jī)射頻部分6一起組成高擴(kuò)頻增益、高信息數(shù)據(jù)傳輸速率的通信方法的發(fā)射機(jī)部分，如圖2所示。
本發(fā)明接收機(jī)部分包括射頻部分8、接收天線9、A/D變換模塊10、頻率、時(shí)間同步模塊11、去保護(hù)時(shí)隙模塊12，它還包括由矩陣二維解擴(kuò)模塊19、解映射模塊20組成的M-ary二維解擴(kuò)部分21，如圖2所示。
本發(fā)明提供的一種多進(jìn)制二維擴(kuò)展頻譜的通信方法，它包括發(fā)射機(jī)發(fā)射方法和接收機(jī)接收方法發(fā)射機(jī)發(fā)射方法包括對(duì)信號(hào)通過(guò)二維擴(kuò)頻模塊1進(jìn)行二維擴(kuò)頻、經(jīng)過(guò)添加保護(hù)時(shí)隙模塊5進(jìn)行添加保護(hù)時(shí)隙和通過(guò)射頻發(fā)射模塊6處理后發(fā)射出去，其特征是它還要通過(guò)正交矩陣映射模塊18對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行正交矩陣映射，所述正交矩陣映射模塊18采用下面的步驟工作步驟1 從輸入的原始信息中取出一組連續(xù)m比特信息；
步驟2 將步驟1中取出的信息組成一個(gè)碼字C1；步驟3 將步驟2中的碼字C1映射成一個(gè)正交矩陣A1；步驟4 重復(fù)步驟1到步驟3，形成碼字C2和矩陣A2，同理，就可以形成m比特信息所有的L(L＝2m)個(gè)碼字Ci(i＝1，2，....L)和與之對(duì)應(yīng)的L個(gè)正交矩陣Ai(i＝1，2，....L)；步驟5 將步驟4中得到的正交矩陣Ai(i＝1，2，....L)依次輸出到二維擴(kuò)頻1；步驟6 經(jīng)過(guò)步驟5后的發(fā)射信息經(jīng)過(guò)添加保護(hù)時(shí)隙5和射頻發(fā)射部分6處理后發(fā)射出去；接收機(jī)接收方法包括對(duì)信號(hào)通過(guò)射頻接收部分8進(jìn)行射頻接收處理、A/D模塊10進(jìn)行采樣、頻率時(shí)間同步11進(jìn)行頻率和時(shí)間同步、去保護(hù)時(shí)隙模塊12進(jìn)行刪除保護(hù)時(shí)隙、矩陣二維解擴(kuò)模塊19進(jìn)行二維解擴(kuò)，其特征是它還要通過(guò)解映射模塊20對(duì)從矩陣二維解擴(kuò)模塊19中輸出的信息矩陣進(jìn)行解映射，所述解映射通過(guò)解映射模塊20實(shí)現(xiàn)的，解映射模塊20采用下面的步驟工作步驟7 從矩陣二維解擴(kuò)模塊19中輸出的信息矩陣中取出一個(gè)信息矩陣A1；步驟8 將步驟7中取出的信息矩陣A1映射成一個(gè)碼字C1；步驟9 重復(fù)步驟7和步驟8，形成信和息矩陣A2對(duì)應(yīng)的一個(gè)碼字C2，同理，形成與L(L＝2m)個(gè)正交矩陣Ai(i＝1，2，....L)對(duì)應(yīng)的碼字Ci(i＝1，2，....L)；步驟10 將步驟9中得到的已經(jīng)映射出的碼字Ci并串變換成為解調(diào)信息輸出。
經(jīng)過(guò)以上步驟，完成了本發(fā)明的M-ary二維擴(kuò)頻發(fā)射過(guò)程和M-ary二維解擴(kuò)的接收過(guò)程，就可以實(shí)現(xiàn)高擴(kuò)頻增益、高信息數(shù)據(jù)傳輸速率的通信。
需要說(shuō)明的是，所述的正交矩陣映射功能的模塊正交矩陣映射模塊18的步驟可以采用DSP(Digital Signal Processing數(shù)字信號(hào)處理)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)；所述的解映射功能模塊解映射模塊20的步驟可以采用DSP(Digital Signal Processing數(shù)字信號(hào)處理)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明發(fā)射機(jī)部分工作過(guò)程本發(fā)明的發(fā)射部分首先由正交矩陣映射模塊18、二維擴(kuò)頻模塊1完成M-ary二維擴(kuò)頻功能；然后通過(guò)添加保護(hù)時(shí)隙單元5的輸出，送至射頻部分6，經(jīng)發(fā)射天線7輻射至電磁波傳輸介質(zhì)中，如圖2所示。
正交矩陣映射的實(shí)質(zhì)是把m個(gè)比特信息映射成多個(gè)正交矩陣中的一個(gè)，其工作過(guò)程為首先，根據(jù)m個(gè)比特信息的各種可能性組成L(L＝2m)個(gè)碼字Ci(i＝1，2，....L)；然后用L個(gè)正交矩陣Ai(i＝1，2，....L)跟Ci一一對(duì)應(yīng)，其中任意兩個(gè)矩陣相交，即R(τ,ρ)=Σm=1MΣn=1Nαm,niαm+τ,n+ρj*=0,τ,ρ]]>為整數(shù)，αm，ni為矩陣Ai的第m行n列的元素，αm+τ，n+ρj為矩陣Aj的第m+τ行n+ρ列的元素，αm+τ，n+ρj*為取αm+τ，n+ρj的共軛；然后將輸入的信號(hào)組成的碼字Ci，根據(jù)上面的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將Ci映射成矩陣Ai。
正交矩陣映射模塊18工作原理可以用圖3來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明將原始數(shù)據(jù)b(t)每m比特串并變換后組合在一起，成為一個(gè)長(zhǎng)m的碼字Ci，然后利用已知的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，將Ci映射成L(L＝2m)個(gè)正交矩陣中的一個(gè)，完成二維擴(kuò)頻的矩陣映射，圖3中橫軸為時(shí)間，縱軸為頻率。
其特征為所有矩陣是相互正交的，即R(τ,ρ)=Σm=1MΣn=1Nαm,niαm+τ,n+ρj*=0,]]>其中τ、ρ為整數(shù)，αm，ni為矩陣Ai的第m行n列的元素，αm+τ，n+ρj為矩陣Aj的第m+τ行n+ρ列的元素，αm+τ，n+ρj*為取αm+τ，n+ρj的共軛。
M-ary二維擴(kuò)頻模塊17的工作過(guò)程為經(jīng)過(guò)正交矩陣映射出的擴(kuò)頻信息矩陣Ak送到二維擴(kuò)頻模塊1中，二維擴(kuò)頻模塊1將收到的擴(kuò)頻矩陣Ak中的各列作為頻率上的擴(kuò)頻序列，各行作為時(shí)間上的擴(kuò)頻序列進(jìn)行二維擴(kuò)頻。二維擴(kuò)頻模塊1的原理和實(shí)現(xiàn)見(jiàn)發(fā)明專利‘一種二維擴(kuò)展頻譜的通信方法’(發(fā)明人唐友喜，申請(qǐng)?zhí)?2113688.2)。
M-ary二維擴(kuò)頻模塊17的擴(kuò)頻輸出的數(shù)學(xué)表達(dá)式為f(t)=Σi=1NΣi=1M2PTαi,jkp(t-(j-1)Tc)cos(2πiΔft),]]>其中，PT為發(fā)射功率；αi，jk是擴(kuò)頻矩陣Ak的第i行第j列的元素，p(t)為持續(xù)時(shí)間為Tc的矩形脈沖或其它波形，Tc為發(fā)射擴(kuò)頻矩陣時(shí)，列與列間的時(shí)間間隔；Δf為子載波間的頻率間隔。添加保護(hù)時(shí)隙模塊5的功能是為了減輕信道多徑引起的碼間干擾。
本發(fā)明創(chuàng)新為與現(xiàn)有的擴(kuò)展頻頻譜的通信方法如采用直接序列擴(kuò)展頻譜(DS)、多載波擴(kuò)展頻譜(MC)、簡(jiǎn)單的將兩種一維擴(kuò)頻方法串聯(lián)起來(lái)組成二維擴(kuò)頻的擴(kuò)頻、M-ary擴(kuò)頻、二維擴(kuò)展頻譜的通信方法等方法相比，本發(fā)明結(jié)合M-ary擴(kuò)頻和二維擴(kuò)頻的基本思想，將多個(gè)信息比特映射成多個(gè)正交矩陣中的一個(gè)，把每個(gè)正交矩陣看成一個(gè)二維擴(kuò)頻的擴(kuò)頻矩陣，組成了M-ary二維擴(kuò)頻方式，在實(shí)現(xiàn)高擴(kuò)頻增益的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)較高的信息數(shù)據(jù)傳輸速率。
本發(fā)明發(fā)射機(jī)部分的實(shí)質(zhì)相對(duì)于傳統(tǒng)的跳時(shí)、跳頻、多載波擴(kuò)頻、直接序列擴(kuò)頻、M-ar擴(kuò)頻、二維擴(kuò)展頻譜的通信方法等方法，本發(fā)明的核心思想是采用多個(gè)信息比特映射成多個(gè)正交矩陣中的一個(gè)，形成擴(kuò)頻矩陣，然后用擴(kuò)頻矩陣對(duì)信息進(jìn)行二維擴(kuò)展頻譜(Two Dimension Spread Spectrum)。
本發(fā)明發(fā)射機(jī)部分的原理這里以二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)調(diào)制為例，說(shuō)明本發(fā)明的思想，這樣設(shè)定并不影響本發(fā)明的思想應(yīng)用于其它調(diào)制方式的系統(tǒng)中。本發(fā)明的M-ary二維擴(kuò)展頻譜的通信原理，如圖2所示。在圖2中，M-ary二維擴(kuò)頻模塊17完成M-ary二維擴(kuò)頻的功能。每m個(gè)原始輸入信息b(t)，經(jīng)正交矩陣映射模塊18映射成一個(gè)M×N的擴(kuò)頻矩陣Ak，然后經(jīng)過(guò)二維擴(kuò)頻模塊1對(duì)擴(kuò)頻矩陣Ak進(jìn)行二維擴(kuò)頻，其輸出f(t)為f(t)=Σj=1NΣi=1M2PTαi,jkp(t-(j-1)Tc)cos(2πiΔft)---(1)]]>其中PT為任一子載波的發(fā)射功率，p(t)為寬度等于Tc的單位幅度脈沖 當(dāng)然，p(t)也可以為其它形式的脈沖形狀，式(2)的假定不影響本發(fā)明的一般性。
結(jié)論上面從理論上討論了由正交矩陣映射模塊18、二維擴(kuò)頻模塊1組成完成M-ary二維擴(kuò)頻功能的模塊17的工作原理。
本發(fā)明接收機(jī)部分工作過(guò)程接收機(jī)中接收天線9接收到發(fā)射的信號(hào)，送至A/D模塊10；A/D變換模塊10的輸出在去掉保護(hù)時(shí)隙模塊12中去掉保護(hù)時(shí)隙，送至M-ary二維解擴(kuò)部分21中的矩陣二維解擴(kuò)模塊19。A/D變換模塊10輸出的另一路信號(hào)送至頻率時(shí)間同步模塊11，得到時(shí)間頻率同步信息，用于M-ary二維解擴(kuò)及控制本振的頻率精度。矩陣二維解擴(kuò)模塊21根據(jù)時(shí)間同步信息，對(duì)從去掉保護(hù)時(shí)隙模塊12送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行矩陣二維解擴(kuò)，矩陣二維解擴(kuò)模塊19解擴(kuò)出來(lái)的信息矩陣送到解映射模塊21中解出信息，如圖2所示。
矩陣二維解擴(kuò)的工作原理見(jiàn)圖4，二維解擴(kuò)模塊13將收到的信號(hào)r(t)在時(shí)域和頻域上進(jìn)行解擴(kuò)，根據(jù)同步信息組成一個(gè)完整的信息矩陣，然后將已知的擴(kuò)頻矩陣輸入到二維解擴(kuò)模塊13中跟接收的信息矩陣進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，選擇相關(guān)值絕對(duì)值最大的對(duì)應(yīng)的矩陣作為收到的信息矩陣 輸出。圖4中的二維解擴(kuò)模塊13的工作原理及其實(shí)現(xiàn)見(jiàn)發(fā)明專利‘一種二維擴(kuò)展頻譜的通信方法’(發(fā)明人唐友喜，申請(qǐng)?zhí)?2113688.2)。圖中R(r(t),Ak)=Σj=1NΣi=1Mr(t)αi,jk*---(3)]]>其中αijk*表示αijk的共軛。取接收到的信息矩陣為A~k=argmaxAk|[R(r(t),Ak)]|---(4)]]>其中|●|表示取絕對(duì)值。
解映射模塊20的工作過(guò)程為將收到的信息矩陣 根據(jù)圖3中對(duì)應(yīng)關(guān)系，將 解映射為m比特的碼字，然后將碼字并串變換還原出發(fā)射的信息(t)。
解映射的實(shí)質(zhì)是將多個(gè)正交矩陣中的一個(gè)映射成一個(gè)碼字Ci，然后將Ci并串變換為原始信息。其工作過(guò)程為首先，根據(jù)發(fā)射機(jī)的映射關(guān)系，形成L個(gè)正交矩陣Ai；然后將Ai跟碼字Ci一一對(duì)應(yīng)；最后將Ci并串變換成為原始信息。
M-ary二維解擴(kuò)的工作原理在接收機(jī)中，頻率時(shí)間同步模塊11的時(shí)間、頻率同步的傳統(tǒng)方法有多種方式，這里就不再說(shuō)明了。解調(diào)方式可以是非相干解調(diào)、差分相干解調(diào)、導(dǎo)引符號(hào)輔助的相干解調(diào)、相干解調(diào)等多種方式。不論何種解調(diào)方法，本發(fā)明中的M-ary二維擴(kuò)頻方法均可以使用。這里只描述BPSK相干解調(diào)時(shí)的M-ary二維解擴(kuò)方法。為了突出M-ary二維擴(kuò)頻、解擴(kuò)的原理，這里假設(shè)時(shí)間、頻率已同步，射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)的是加性白高斯噪聲信道，系統(tǒng)中沒(méi)有采用添加保護(hù)時(shí)隙模塊、去掉保護(hù)時(shí)隙模塊，射頻發(fā)射部分、射頻接收部分對(duì)f(t)影響可以忽略。這種假設(shè)不影響本發(fā)明的一般性。則有r(t)=f(t)+n(t)=Σj=1NΣi=1M2PTαi,jkp(t-(j-1)Tc)cos(2πiΔft)+n(t)---(5)]]>其中r(t)是去掉保護(hù)時(shí)隙模塊12的輸出，f(t)為M-ary二維擴(kuò)頻模塊17的輸出，n(t)為功率譜密度為N0的加性白高斯噪聲。根據(jù)圖2所示模型，收到的信號(hào)r(t)被送到矩陣二維解擴(kuò)模塊19，矩陣二維解擴(kuò)模塊19將收到的信號(hào)根據(jù)同步信息組成完整的一個(gè)擴(kuò)頻矩陣，然后跟已知的擴(kuò)頻矩陣相關(guān)，解出收到的信息矩陣送到解映射模塊20，解映射模塊12將收到的信號(hào)根據(jù)圖3中映射關(guān)系解映射出發(fā)送的碼字，從而解調(diào)出發(fā)射的原始數(shù)據(jù)。
上面從理論上討論了由矩陣二維解擴(kuò)模塊19、解映射模塊20組成的M-ary二維解擴(kuò)模塊21的工作原理。因此，本發(fā)明提出的接收機(jī)通過(guò)M-ary二維解擴(kuò)的方法，對(duì)經(jīng)過(guò)M-ary二維擴(kuò)頻后的原始信息進(jìn)行二維解擴(kuò)是可行的。
本發(fā)明的工程實(shí)現(xiàn)與其它的擴(kuò)頻無(wú)線通信系統(tǒng)相比，具有如下特點(diǎn)(1)傳輸信息數(shù)據(jù)速率更高，這是因?yàn)閭鬏斠粋€(gè)信息矩陣實(shí)際傳輸了m比特的信息；(2)可以實(shí)現(xiàn)較高的擴(kuò)頻增益。由于采用了二維擴(kuò)頻的方式，在時(shí)域和頻域同時(shí)擴(kuò)頻，整個(gè)擴(kuò)頻增益就可以做到很高；(3)抑制衰落信道影響的能力更強(qiáng)。
縱上所述，采用本發(fā)明的通信方法，可以實(shí)現(xiàn)高擴(kuò)頻增益、高信息數(shù)據(jù)傳輸速率的通信；由于本發(fā)明具有成本低、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、便于小型化的特點(diǎn)，因此它特別適合短距離無(wú)線通信、超聲波探測(cè)等有關(guān)信息(數(shù)據(jù))傳輸?shù)募夹g(shù)中，為高速信息(數(shù)據(jù))傳輸?shù)奶峁┝思夹g(shù)保證。


圖1是現(xiàn)有的二維擴(kuò)展頻譜的通信方法原理示意圖其中，發(fā)射機(jī)部分1是二維擴(kuò)頻模塊，2是直接序列(DS)擴(kuò)頻單元，3是離散多載波(DMC)擴(kuò)頻單元，4是逆離散付立葉變換(IDFT)模塊，5是添加保護(hù)時(shí)隙單元，6是射頻發(fā)射部分，7是天線；接收機(jī)部分8是射頻接收部分，9是接收天線，10是A/D轉(zhuǎn)換，11是頻率時(shí)間同步單元，12是去掉保護(hù)時(shí)隙單元，13是二維解擴(kuò)頻單元，14是DFT模塊，15是DMC擴(kuò)頻單元，16是DS解擴(kuò)單元。
b(t)是原始輸入信息；d(t)是直接序列擴(kuò)頻2擴(kuò)頻后的輸出信息；f(t)是逆離散付立葉變換單元4的輸出，即二維擴(kuò)頻模塊1的輸出；r(t)是二維解擴(kuò)頻模塊13的輸入；g(t)是離散付立葉變換14后的輸出信號(hào)；h(t)是逆離散多載波15的輸出；(t)是二維解擴(kuò)頻模塊13的輸出。
圖2是本發(fā)明通信方法原理示意圖其中，發(fā)射機(jī)部分17是M-ary二維擴(kuò)頻模塊，18是正交矩陣映射模塊，1是二維擴(kuò)頻模塊，5是添加保護(hù)時(shí)隙模塊，6是射頻發(fā)射部分，7是發(fā)射天線；接收機(jī)部分8是射頻接收部分，9是接收天線，10是A/D轉(zhuǎn)換模塊，11是頻率時(shí)間同步模塊，12是去掉保護(hù)時(shí)隙模塊，21是M-ary二維解擴(kuò)頻模塊，19是矩陣二維解擴(kuò)模塊，20是解映射模塊。
b(t)是原始輸入信息；Ak是正交矩陣映射擴(kuò)頻后的輸出信息矩陣；‘1’表示輸入信息為1；f(t)是M-ary二維擴(kuò)頻模塊18的輸出；r(t)是M-ary二維解擴(kuò)模塊21的輸入； 是矩陣二維擴(kuò)頻19的輸出信息矩陣；(t)是M-ary二維解擴(kuò)模塊21的輸出。
圖3為正交矩陣映射模塊18的映射原理示意圖其中，b(t)是原始輸入信息，每m比特原始輸入信息經(jīng)過(guò)串并變換后形成一個(gè)碼字Ci，然后將Ci映射成L(L＝2m)個(gè)正交矩陣Ai(i＝1，2，....L)中的一個(gè)Ak輸出；每個(gè)矩陣的行可以看作是二維擴(kuò)頻矩陣的橫軸為時(shí)間軸，每個(gè)矩陣的列可以看為是二維擴(kuò)頻矩陣中的縱軸為頻率；αi，jl為二維擴(kuò)頻矩陣Al的第i行第j列的元素，其中l(wèi)＝1，2，...，L，i＝1，2，...，M，j＝1，2，...，N。
圖4是矩陣二維解擴(kuò)模塊19的工作原理示意圖其中，收到的信息r(t)送到二維解擴(kuò)模塊13，經(jīng)過(guò)二維解擴(kuò)后形成一個(gè)完整的信息矩陣己知的擴(kuò)頻矩陣A1，A2，...，AL己相關(guān)，然后取相關(guān)值的絕對(duì)值最大的矩陣作為收到信息矩陣的估計(jì)矩陣 輸出。
r(f)為去保護(hù)時(shí)隙模塊12輸出的信號(hào)，A1，A2，...，AL為已知的擴(kuò)頻矩陣，|[R(r(t)，A1)]|為接收信號(hào)r(t)與A1的相關(guān)的絕對(duì)值，|[R(r(t)，A2)]|為接收信號(hào)r(t)與A2的相關(guān)的絕對(duì)值，|[R(r(t)，AL)]|為接收信號(hào)r(t)與AL的相關(guān)的絕對(duì)值， 為輸出信息矩陣。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的發(fā)射部分采用了M-ary二維擴(kuò)頻的通信方法。M-ary二維擴(kuò)頻方法先將每m比特原始信息映射成L個(gè)正交矩陣中的一個(gè)，然后就可以將矩陣信息的二維擴(kuò)頻表示為f(t)=Σj=1NΣi=1M2PTαi,jkp(t-(j-1)Tc)cos(2πiΔft)---(6)]]>以上的過(guò)程可以通過(guò)編程的方法實(shí)現(xiàn)，例如可以采用數(shù)字信號(hào)處理(Digital SignalProcessing)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的接收部分采用了M-ary二維解擴(kuò)通信系統(tǒng)。式(3)、(4)表示出了解出接收信息矩陣的原理A~k=arg|maxAk[R(r(t),Ak)]|---(7)]]>根據(jù)發(fā)射方的m比特映射成矩陣的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以將解出的接收信息矩陣 解映射出收到的發(fā)射的原始信息(t)。以上M-ary二維解擴(kuò)過(guò)程，可以通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如可以采用數(shù)字信號(hào)處理P(Digital Signal Processing)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種多進(jìn)制二維擴(kuò)展頻譜的通信方法，它包括發(fā)射機(jī)發(fā)射方法和接收機(jī)接收方法發(fā)射機(jī)發(fā)射方法包括對(duì)信號(hào)通過(guò)二維擴(kuò)頻模塊(1)進(jìn)行二維擴(kuò)頻、經(jīng)過(guò)添加保護(hù)時(shí)隙模塊(5)進(jìn)行添加保護(hù)時(shí)隙和通過(guò)射頻發(fā)射模塊(6)處理后發(fā)射出去，其特征是它還要通過(guò)正交矩陣映射模塊(18)對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行正交矩陣映射，所述正交矩陣映射模塊(18)采用下面的步驟工作步驟1從輸入的原始信息中取出一組連續(xù)m比特信息；步驟2將步驟1中取出的信息組成一個(gè)碼字C1；步驟3將步驟2中的碼字C1映射成一個(gè)正交矩陣A1；步驟4重復(fù)步驟1到步驟3，形成碼字C2和矩陣A2，同理，就可以形成m比特信息所有的L(L＝2m)個(gè)碼字Ci(i＝1，2，....L)和與之對(duì)應(yīng)的L個(gè)正交矩陣Ai(i＝1，2，....L)；步驟5將步驟4中得到的正交矩陣Ai(i＝1，2，....L)依次輸出到二維擴(kuò)頻1；步驟6經(jīng)過(guò)步驟5后的發(fā)射信息經(jīng)過(guò)添加保護(hù)時(shí)隙(5)和射頻發(fā)射部分(6)處理后發(fā)射出去；接收機(jī)接收方法包括對(duì)信號(hào)通過(guò)射頻接收部分(8)進(jìn)行射頻接收處理、A/D模塊(10)進(jìn)行采樣、頻率時(shí)間同步(11)進(jìn)行頻率和時(shí)間同步、去保護(hù)時(shí)隙模塊(12)進(jìn)行刪除保護(hù)時(shí)隙、矩陣二維解擴(kuò)模塊(19)進(jìn)行二維解擴(kuò)，其特征是它還要通過(guò)解映射模塊(20)對(duì)從矩陣二維解擴(kuò)模塊(19)中輸出的信息矩陣進(jìn)行解映射，所述解映射通過(guò)解映射模塊(20)實(shí)現(xiàn)的，解映射模塊(20)采用下面的步驟工作步驟7從矩陣二維解擴(kuò)模塊(19)中輸出的信息矩陣中取出一個(gè)信息矩陣A1；步驟8將步驟7中取出的信息矩陣A1映射成一個(gè)碼字C1；步驟9重復(fù)步驟7和步驟8，形成信和息矩陣A2對(duì)應(yīng)的一個(gè)碼字C2，同理，形成與L(L＝2m)個(gè)正交矩陣Ai(i＝1，2，....L)對(duì)應(yīng)的碼字Ci(i＝1，2，...L)；步驟10將步驟9中得到的已經(jīng)映射出的碼字Ci并串變換成為解調(diào)信息輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多進(jìn)制二維擴(kuò)展頻譜的通信方法，其特征是所述的正交矩陣映射模塊(18)的步驟可以采用數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)；所述的解映射模塊(20)的步驟可以采用數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多進(jìn)制二維擴(kuò)展頻譜的通信方法，發(fā)射機(jī)包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行二維擴(kuò)頻、添加保護(hù)時(shí)隙和通過(guò)射頻發(fā)射模塊6處理后發(fā)射出去，其特征是它還要通過(guò)正交矩陣映射模塊18對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行正交矩陣映射；接收機(jī)包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行射頻接收處理、A/D模塊10進(jìn)行采樣、進(jìn)行二維解擴(kuò)，其特征是它還要通過(guò)解映射模塊20對(duì)從矩陣二維解擴(kuò)模塊19中輸出的信息矩陣進(jìn)行解映射。本發(fā)明具有成本低、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、便于小型化的特點(diǎn)，它特別適合高信息數(shù)據(jù)傳輸速率的無(wú)線通信、超聲波探測(cè)等有關(guān)信息傳輸?shù)募夹g(shù)中，為高速信息傳輸提供了技術(shù)保證。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1700609SQ200410022549
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2004年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月17日
發(fā)明者唐友喜, 潘文生 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)