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實(shí)虛交錯(cuò)四相序列的構(gòu)建及MSK/GMSK同步方法及擴(kuò)頻系統(tǒng)與流程

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實(shí)虛交錯(cuò)四相序列的構(gòu)建及MSK/GMSK同步方法及擴(kuò)頻系統(tǒng)與流程

本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域,更具體地,涉及一種實(shí)虛交錯(cuò)四相序列及序列集的構(gòu)建及MSK/GMSK同步方法及FBMC-OQAM擴(kuò)頻系統(tǒng)及FBMC-OQAM同步信號(hào)生成方法。



背景技術(shù):

具有良好隨機(jī)性和接近于白噪聲相關(guān)特性的偽隨機(jī)序列在通信系統(tǒng)和密碼系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用;偽隨機(jī)序列中的四相序列倍受青睞,關(guān)于四相最優(yōu)自相關(guān)序列最受關(guān)注?,F(xiàn)有的四相序列和四相序列集的研究都是基于一般四相序列,對(duì)于實(shí)虛交錯(cuò)四相序列的研究并不充分。

在現(xiàn)有的特殊通信系統(tǒng)中,GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying,高斯最小頻移鍵控)信號(hào)是在生成MSK(Minimum Shift Keying,最小頻移鍵控)信號(hào)之前經(jīng)過(guò)了高斯低通濾波器的預(yù)調(diào)制以有效抑制帶外輻射。

現(xiàn)有的一種對(duì)GMSK信號(hào)自適應(yīng)解調(diào)方法是首先對(duì)接收到的I、Q信號(hào)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)處理,對(duì)翻轉(zhuǎn)后的信號(hào)采用滑動(dòng)相關(guān)的方法進(jìn)行信道估計(jì),根據(jù)信道估計(jì)值進(jìn)行時(shí)延同步,確定時(shí)間提前量,并根據(jù)信道參數(shù)的能量和確定信道的類型,當(dāng)最大相關(guān)位置上的信道參數(shù)的能量與最大的能量和之比Eratio超過(guò)一定閾值的時(shí)候,采用零均衡方法進(jìn)行解調(diào),同時(shí)輸出軟判決值;當(dāng)Eratio小于一定閾值時(shí),采用均衡解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào);該方法未消除頻偏和初始相位造成的干擾。

另有一種GMSK信號(hào)接收方法是首先在發(fā)送端進(jìn)行GMSK調(diào)制之前對(duì)原始信息進(jìn)行“預(yù)編碼”,針對(duì)發(fā)送端發(fā)送的雙Chirp信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼,在接收端估計(jì)頻差和時(shí)延,然后再校正大頻差的基礎(chǔ)上,采用最小二乘法進(jìn)行信道沖擊響應(yīng)估計(jì),最后根據(jù)信道沖擊響應(yīng)校正信號(hào)中的殘余頻差和相偏;其計(jì)算程度復(fù)雜,且需設(shè)置多個(gè)門限值,對(duì)能量強(qiáng)度變化敏感,不利于工程實(shí)際使用;

綜上,現(xiàn)有的相關(guān)同步方法的缺陷在于未消除頻偏和初始相位造成的干擾,同步度量對(duì)能量強(qiáng)度變化敏感,不利于工程實(shí)踐。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求,本發(fā)明提供一種實(shí)虛交錯(cuò)四相序列及序列集的構(gòu)建及MSK/GMSK同步方法及FBMC-OQAM擴(kuò)頻系統(tǒng),其目的在于構(gòu)建具有最優(yōu)自相關(guān)特性的實(shí)虛交錯(cuò)序列及序列集,并利用其自相關(guān)特性在通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可靠同步。

實(shí)現(xiàn)上述目的,按照本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一種實(shí)虛交錯(cuò)四相序列的構(gòu)建方法,包括如下步驟:

(1)構(gòu)建周期為N的二元序列集a=a0,a1,...,aN-1;序列a的自相關(guān)函數(shù)為Ra;

(2)根據(jù)上述二元序列構(gòu)建實(shí)虛交錯(cuò)序列或?qū)嵦摻诲e(cuò)序列

其中,I[·]表示交織,表示對(duì)二元序列a進(jìn)行循環(huán)左移位;j為虛單位;

實(shí)虛交錯(cuò)序列d、e的自相關(guān)函數(shù)具有以下特性:

優(yōu)選地,上述構(gòu)建方法,

當(dāng)a=a0,a1,...,aN-1

構(gòu)建獲得的實(shí)虛交錯(cuò)四相序列d=a0,jb0,a1,jb1,...,aN-1,ja0,...,aN-2,jaN-1;e=a0,-jb0,a1,-jb1,...,aN-1,-ja0,...,aN-2,-jaN-1。

優(yōu)選地,上述構(gòu)建方法,采用兩值自相關(guān)函數(shù)作為二元序列,以構(gòu)造獲得具有最優(yōu)自相關(guān)特性的實(shí)虛交錯(cuò)四相序列。

優(yōu)選地,上述構(gòu)建方法,采用m序列、GMW序列或bent序列作為二元序列。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的,按照本發(fā)明的另一個(gè)方面,提供了一種實(shí)虛交錯(cuò)四相序列集的構(gòu)建方法,包括如下步驟:

(1)構(gòu)建二元序列集av的自相關(guān)函數(shù)為

(2)根據(jù)上述二元序列集構(gòu)建實(shí)虛交錯(cuò)序列集或?qū)嵦摻诲e(cuò)序列集

實(shí)虛交錯(cuò)序列集dv、ev的自相關(guān)函數(shù)具有以下特性:

實(shí)虛交錯(cuò)序列集dv、ev的互相關(guān)函數(shù)具有以下特性:

其中,λ,v是指序列編號(hào);

其中I[·]表示交織;表示對(duì)a進(jìn)行循環(huán)左移j為虛單位;

優(yōu)選地,上述構(gòu)建方法,采用Kasami序列小集合作為二元序列,以構(gòu)建出達(dá)到Welch界的的實(shí)虛交錯(cuò)四相序列集合。

優(yōu)選地,上述構(gòu)建方法,其特征在于,其構(gòu)建獲得的所述實(shí)虛交錯(cuò)四相序列可用于FBMC-OQAM擴(kuò)頻通信,以降低FBMC(Filter Bank Bulticarrier,濾波器組多載波調(diào)制)信號(hào)峰均功率比;獲得具有優(yōu)良自相關(guān)特性的FBMC-OQAM擴(kuò)頻信號(hào)。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的,按照本發(fā)明的又一個(gè)方面,提供了一種FBMC-OQAM擴(kuò)頻系統(tǒng),該系統(tǒng)采用實(shí)虛交錯(cuò)四相序列或?qū)嵦摻诲e(cuò)四相序列集進(jìn)行FBMC-OQAM擴(kuò)頻;其系統(tǒng)包括依次相連的擴(kuò)頻單元、上采樣單元、濾波單元、調(diào)制單元和載波疊加單元;

其中,擴(kuò)頻單元用于采用實(shí)虛交錯(cuò)四相序列或?qū)嵦摻诲e(cuò)四相序列集對(duì)OQAM信號(hào)xn進(jìn)行擴(kuò)頻;上采樣單元用于對(duì)擴(kuò)頻生成的信號(hào)進(jìn)行上采樣;濾波單元用于對(duì)上采樣獲得的信號(hào)進(jìn)行濾波處理;調(diào)制單元用于將濾波獲得的信號(hào)調(diào)制到各載波上;載波疊加單元用于將調(diào)制后的所有載波進(jìn)行疊加生成發(fā)送信號(hào)s(k);

信號(hào)經(jīng)過(guò)實(shí)虛交錯(cuò)序列擴(kuò)頻后具有與傳統(tǒng)FBMC-OQAM信號(hào)相同的實(shí)虛交錯(cuò)結(jié)構(gòu);但獲得的發(fā)送信號(hào)s(k)具有良好的自相關(guān)特性,該信號(hào)可用于FBMC-OQAM信號(hào)的同步。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的,按照本發(fā)明的又一個(gè)方面,提供了一種生成FBMC-OQAM同步信號(hào)的方法,具體包括如下步驟:

(i)發(fā)送一個(gè)比特OQAM符號(hào)作為訓(xùn)練序列,采用實(shí)虛交錯(cuò)四相序列或?qū)嵦摻诲e(cuò)四相序列集對(duì)訓(xùn)練序列進(jìn)行擴(kuò)頻;

(ii)對(duì)擴(kuò)頻生成的信號(hào)進(jìn)行上采樣,獲得采樣信號(hào);

(iii)對(duì)所述采樣信號(hào)進(jìn)行濾波處理;

(iv)將濾波獲得的信號(hào)調(diào)制到各載波上,并將調(diào)制后的所有載波進(jìn)行疊加生成FBMC-OQAM同步信號(hào)。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的,按照本發(fā)明的又一個(gè)方面,提供了一種基于上述實(shí)虛交錯(cuò)四相序列進(jìn)行MSK/GMSK信號(hào)同步的方法,包括如下步驟:

(1)在發(fā)送端,采用上述實(shí)虛交錯(cuò)四相序列作為訓(xùn)練序列;將訓(xùn)練序列經(jīng)過(guò)濾波器進(jìn)行卷積濾波處理,獲得具有非常好的自相關(guān)特性的MSK/GSMK基帶信號(hào);

(2)將上述MSK/GMSK基帶信號(hào)調(diào)制到載波上發(fā)送;

(3)在接收端,將接收到的信號(hào)從載波上解調(diào)成基帶信號(hào);

(4)對(duì)上述基帶信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理;

(5)對(duì)濾波處理后的信號(hào)進(jìn)行下采樣;

(6)對(duì)下采樣獲得的采樣信號(hào)與上述實(shí)虛交錯(cuò)四相序列做相關(guān)運(yùn)算;獲得的信號(hào)用于MSK/GMSK信號(hào)同步。

總體而言,通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比,能夠取得下列有益效果:

(1)本發(fā)明所提供的實(shí)虛交錯(cuò)四相序列及序列集的構(gòu)建方法,采用具有兩值自相關(guān)特性的二元序列(如m序列,GMW序列)生成最優(yōu)實(shí)虛交錯(cuò)四相序列;采用Gold序列或Kasami序列小集合生成的實(shí)虛交錯(cuò)四相序列的周期是原二元序列的兩倍,最大非平凡自相關(guān)函數(shù)和最大互相關(guān)函數(shù)值是原二元序列的兩倍,其中Kasami序列小集合構(gòu)造的實(shí)虛交錯(cuò)序列集達(dá)到Welch界的倍;

(2)根據(jù)本發(fā)明所提供的實(shí)虛交錯(cuò)四相序列及序列集的構(gòu)建方法所構(gòu)建的實(shí)虛交錯(cuò)四相序列,可運(yùn)用于GMSK信號(hào)的同步和FBMC擴(kuò)頻通信;

將實(shí)虛交錯(cuò)四相序列運(yùn)用于GMSK信號(hào)的同步中,運(yùn)用實(shí)虛交錯(cuò)四相序列作為訓(xùn)練序列,利用實(shí)虛交錯(cuò)序列具有最優(yōu)的自相關(guān)特性,在接收端可以實(shí)現(xiàn)很好的同步和信道估計(jì);

將實(shí)虛交錯(cuò)四相序列運(yùn)用于FBMC-OQAM擴(kuò)頻,運(yùn)用實(shí)虛交錯(cuò)四相序列與FBMC-OQAM系統(tǒng)中實(shí)虛交錯(cuò)結(jié)構(gòu)具有相似性的關(guān)系,其目的在于,使擴(kuò)頻后的信號(hào),具有最優(yōu)的自相關(guān)特性;利用頻域內(nèi)自相關(guān)特性好的序列,對(duì)應(yīng)時(shí)域信號(hào)具有穩(wěn)恒包絡(luò),達(dá)到降低FBMC信號(hào)峰均功率比(PAPR)的目的,提高了信號(hào)傳輸速率,由此解決現(xiàn)有FBMC擴(kuò)頻FMT結(jié)構(gòu)的信號(hào)傳輸速率低的問(wèn)題;并且發(fā)送的FBMC-OQAM時(shí)域信號(hào)具有良好的自相關(guān)特性,可以用于信號(hào)的同步。

附圖說(shuō)明

圖1是將實(shí)虛交錯(cuò)四相序列用于GMSK信號(hào)調(diào)制的原理圖。

圖2是實(shí)施例中將最優(yōu)實(shí)虛交錯(cuò)四相序列運(yùn)用于GMSK信號(hào)的同步的流程示意圖;

圖3是實(shí)施例中采用最優(yōu)實(shí)虛交錯(cuò)四相序列進(jìn)行擴(kuò)頻的FBMC-OQAM擴(kuò)頻系統(tǒng)的發(fā)送端示意圖;

圖4是實(shí)施例中采用實(shí)虛交錯(cuò)四相序列進(jìn)行擴(kuò)頻降低PAPR的效果示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。此外,下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

實(shí)施例中提供的實(shí)虛交錯(cuò)四相序列的構(gòu)建方法,包括如下步驟:

(1)采用線性反饋移位寄存器生成周期為N=2r-1的m序列a;

(2)根據(jù)序列a構(gòu)建周期N=2×(2r-1)的實(shí)虛交錯(cuò)四相序列

將上述實(shí)虛交錯(cuò)序列用于GMSK信號(hào)的同步,其原理如圖1所示;其流程如圖2所示,具體包括如下步驟:

(1)在發(fā)送端,采用實(shí)虛交錯(cuò)四相序列g(shù)n作為訓(xùn)練序列,經(jīng)過(guò)高斯濾波器調(diào)制,獲得具有優(yōu)良自相關(guān)特性的GSMK基帶信號(hào);

(2)將上述GMSK基帶信號(hào)調(diào)制到載波上發(fā)送;

(3)在接收端接收信號(hào),將信號(hào)從載波上解調(diào)成基帶信號(hào)。

(4)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理;

(5)將濾波處理后的信號(hào)與上述實(shí)虛交錯(cuò)四相序列做相關(guān)運(yùn)算;將獲得的信號(hào)用于GMSK信號(hào)的同步。

以下結(jié)合實(shí)施例具體闡述實(shí)虛交錯(cuò)四相序列的構(gòu)建方法,以及利用構(gòu)建生成的實(shí)虛交錯(cuò)四相序列實(shí)現(xiàn)GMSK信號(hào)的同步的方法,以及利益實(shí)虛交錯(cuò)四相序列進(jìn)行FBMC-OQAM擴(kuò)頻的方法。

(1)由r=6級(jí)循環(huán)移位寄存器生成周期為N=2r-1=63的m序列a,具體如下:

1,1,1,1,1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,-1,-1,1,-1,-1,1,-1,1,1,-1,1,1,-1,-1,-1,1,1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,1,1,-1,-1,1,1,1,1,-1;

(2)根據(jù)上述序列a構(gòu)建生成周期N=2×(2r-1)的最優(yōu)實(shí)虛交錯(cuò)四相序列

實(shí)施例中,序列d=(d0d1...d126)=

1,j,1,-j,1,j,1,j,1,-j,-1,-j,-1,-j,-1,j,-1,j,-1,j,-1,-j,1,j,-1,-j,1,-j,-1,-j,1,-j,-1,j,-1,j,1,-j,1,j,-1,-j,-1,j,1,j,-1,j,-1,-j,-1,-j,1,j,-1,j,-1,j,1,j,-1,-j,1,j,1,j,-1,j,1,j,1,j,-1,-j,-1,-j,-1,-j,1,

-j,1,-j,1,-j,-1,j,1,-j,-1,j,-1,-j,-1,j,-1,-j,1,-j,1,j,-1,j,1,-j,-1,-j,1,j,1,-j,1,-j,-1,-j,-1,j,1,-j,1,-j,1,j,1,-j,-1,j;

上述實(shí)虛交錯(cuò)四相序列d具有實(shí)虛交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)。

利用上述實(shí)虛交錯(cuò)四相序列d=(d0 d1 ... d126)進(jìn)行GMSK信號(hào)同步,其中GMSK信號(hào)的參數(shù)為:BT=0.38、采樣率fs=4、調(diào)制指數(shù)h=0.5;具體如下:

(1)在發(fā)送端,采用長(zhǎng)度為126的實(shí)虛交錯(cuò)四相序列d=(d0 d1 ... d126)作為訓(xùn)練序列;

(2)采用上述訓(xùn)練序列經(jīng)過(guò)濾波器調(diào)制,獲得具有優(yōu)良自相關(guān)特性的GSMK基帶信號(hào);

(4)將上述GMSK基帶信號(hào)調(diào)制到載波上發(fā)送;

(3)在接收端接收信號(hào),將信號(hào)從載波上解調(diào)成基帶信號(hào)。

(4)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理;

(6)將濾波后的信號(hào)與長(zhǎng)度為126的實(shí)虛交錯(cuò)四相序列d=(d0 d1 ... d126)做相關(guān)運(yùn)算,可用于GMSK信號(hào)的同步。

實(shí)施例中,利用上述周期為126實(shí)虛交錯(cuò)四相序列d=(d0 d1 ... d126)作為擴(kuò)頻碼γ進(jìn)行FBMC-OQAM擴(kuò)頻,具體如下:

實(shí)施例中,F(xiàn)BMC-OQAM系統(tǒng)有512個(gè)子載波,有效子載波為126;所采用的FBMC-OQAM擴(kuò)頻系統(tǒng)包括依次相連的擴(kuò)頻單元、上采樣單元、濾波單元、調(diào)制單元和載波疊加單元;

其擴(kuò)頻單元用于采用實(shí)虛交錯(cuò)四相序列或?qū)嵦摻诲e(cuò)四相序列集對(duì)OQAM信號(hào)xn進(jìn)行擴(kuò)頻;上采樣單元用于對(duì)擴(kuò)頻生成的信號(hào)進(jìn)行上采樣;濾波單元用于對(duì)上采樣獲得的信號(hào)進(jìn)行濾波處理;調(diào)制單元用于將濾波獲得的信號(hào)調(diào)制到各載波上;載波疊加單元用于將調(diào)制后的所有載波進(jìn)行疊加生成發(fā)送信號(hào)s(k);

實(shí)施例中采用的FBMC-OQAM擴(kuò)頻系統(tǒng)的發(fā)送端如圖3所示;發(fā)送OQAM符號(hào)xn先經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻,其中γ=γ01,...,γ2N-1為實(shí)虛交錯(cuò)四相序列;對(duì)擴(kuò)頻獲得的信號(hào)進(jìn)行上采樣;對(duì)采樣獲得的信號(hào)進(jìn)行濾波;將濾波獲得的信號(hào)調(diào)制到載波上;通過(guò)將所有載波疊加得到發(fā)送信號(hào)s(k);發(fā)送信號(hào)s(k)具有良好的自相關(guān)特性,可以用于FBMC-OQAM信號(hào)的同步。

經(jīng)過(guò)FBMC-OQAM擴(kuò)頻后的發(fā)送信號(hào)與傳統(tǒng)的FBMC-OQAM信號(hào)的PAPR進(jìn)行比較,其仿真結(jié)果如圖4所示;可以看到本實(shí)施例的這種擴(kuò)頻后的信號(hào),相比傳統(tǒng)的FBMC-OQAM信號(hào),能夠有效降低信號(hào)的峰均功率比(PAPR)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解,以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

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