一种基于序列设计的TDCS多址接入改进方法技术

本发明专利技术属于基于序列设计的变换域通信系统(TDCS,Transform Domain Communication System)的改进方案，引入良好相关特性序列和扩频结构，特别适用于需要满足海量用户的多址接入系统中。本发明专利技术提出一种基于序列设计的、能够提高多址接入能力的TDCS系统改进方法，在保持上述优势的条件下，采用直接针对周期相关特性进行优化的良好相关序列，命名为最小化周期集成旁瓣序列(Minimizer for Periodic Integrated Sidelobe Level，MIPSL)，作为初始相位序列，然后通过与扩频序列逐元素相乘扩展成序列集合，再分配给不同的用户。

An improved method of TDCS multiple access based on sequence design

The invention belongs to the transform domain communication system is designed based on the sequence (TDCS, Transform Domain Communication System) scheme, introducing good correlation sequences and spread spectrum structure, especially suitable to meet the needs of multiple access system of massive user's. The invention provides a method for improving TDCS system design, the sequence can improve the multiple access capability based, while maintaining the above-mentioned advantages, with good sequence related directly to the relevant characteristics of cycle optimization, named minimum cycle sequence (Minimizer for integrated sidelobe Periodic Integrated Sidelobe Level, MIPSL), as the initial phase sequence, and then with the spreading sequence element by element multiplication extended into a sequence, and then assigned to different users.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于基于序列设计的变换域通信系统(TDCS,Transform Domain Communication System)的改进方案，引入良好相关特性序列和扩频结构，特别适用于需要满足海量用户的多址接入系统中。
技术介绍
众所周知，无线频谱是无线电通信中宝贵的自然资源，一般采用固定分配的方式，由政府机关授权使用。由于通信行业的迅速发展，无线频谱资源贫乏的问题日益严重，然而，大多数频段的频谱并没有被充分使用。这就造成了一些频带大部分时间内并没有被任何用户使用，而其他频带使用竞争则相对很激烈。为了解决上述问题，提出了认知无线电技术，变换域通信系统TDCS以其灵活的频谱利用、独特的抗干扰及低截获特性,被视为认知无线电中一项潜在的候选技术。基于认知无线电架构的TDCS系统的核心思想是，首先利用频谱感知模块扫描外部的电磁环境，并通过频谱判决模块筛选出空闲的频谱资源，然后在空闲频谱资源上分配伪随机多相序列进行频域软扩频。一方面，系统的频谱感知模块能够实时扫频，从而得到能够动态适应外界电磁环境变化的频谱效用序列，在提高频谱利用率的同时，主动避开了信号干扰；另一方面，由于循环码移位键控(Cyclic Code Shift Keying，CCSK)调制仅仅改变伪随机频谱效用序列中每个元素的相位特性，因此调制后的数据仍然具有平坦的功率谱特征，具有低捕获概率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于序列设计的、能够提高多址接入能力的TDCS系统改进方法。在具备上述优点的同时，TDCS也存在问题，在多址接入中，TDCS将不同的随机相位序列分配给不同的用户，这就要求分配的随机相位序列之间既要满足类似冲激的自相关性能，又要具备良好的互相关特性，这种方法实现起来比较复杂。本专利技术提出了基于序列设计的变换域通信系统，在保持上述优势的条件下，采用直接针对周期相关特性进行优化的良好相关序列，命名为最小化周期集成旁瓣序列(Minimizer for Periodic Integrated Sidelobe Level，MIPSL)，作为初始相位序列，然后通过与扩频序列逐元素相乘扩展成序列集合，再分配给不同的用户。传统TDCS的发送机、接收机框图分别如图1、图2所示。在改进方案中，设子载波数目为N，CCSK调制阶数为M_ary，用户数为U，采用的扩频序列为发送端结构示意图如图3所示，一种基于序列设计的TDCS多址接入改进方法具体如下：1)频谱感知模块将整个信号带宽分成N个子载波，然后根据预设定门限确定所有子载波的可用性，即如果该子载波功率谱幅度超过门限值，则认为该子载波已经被占用，并将其标记为0；如果该子载波功率谱幅度没有超过门限值，则认为该子载波未被占用，并将其标记为1。设得到的频谱效用序列均为A＝[A0,A1,…,Ak,…,AN-1]。2)采用迭代算法产生具备良好相关性能的MIPSL序列步骤如下：a)初始化令其中为在[0,2π]均匀分布的随机变量；b)计算的FFT值得到其相位值：ψp＝arg(Xp),p＝0,…,N-1(1)c)计算的IFFT值则更新后的为： e jθ n = e j arg ( z n ) , n = 0 , ... , N - 1 - - - ( 2 ) ]]>d)重复步骤b)和c)，直到满足预设的停止条件，即更新前后序列差的范数小于阈值。3)将MIPSL序列与第i个用户的扩频序列相乘，得到扩频相位序列： { e jm k ( i )本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于序列设计的TDCS多址接入改进方法，其特征在于，具体如下：发送端：1)频谱感知模块将整个信号带宽分成N个子载波，然后根据预设定门限确定所有子载波的可用性，即如果该子载波功率谱幅度超过门限值，则认为该子载波已经被占用，并将其标记为0；如果该子载波功率谱幅度没有超过门限值，则认为该子载波未被占用，并将其标记为1，设得到的频谱效用序列均为A＝[A0,A1,…,Ak,…,AN‑1]；2)采用迭代算法产生具备良好相关性能的MIPSL序列步骤如下：a)初始化令其中为在[0,2π]均匀分布的随机变量；b)计算的FFT值得到其相位值：ψp＝arg(Xp),p＝0,…,N‑1(1)；c)计算的IFFT值则更新后的为：ejθn=ejarg(zn),n=0,...,N-1---(2);]]>d)重复步骤b)和c)，直到满足预设的停止条件，即更新前后序列差的范数小于阈值；3)将MIPSL序列与第i个用户的扩频序列相乘，得到扩频相位序列：{ejmk(i)}k=0N-1=S(i)·ejθk=[s0(i)ejθ0,s1(i)ejθ1,...,sN-1(i)ejθN-1]---(3);]]>4)将扩频随机序列与频谱效用序列A进行逐元素相乘，得到基础调制波形(Fundamental Modulation Waveform，FMW)频域表达式：B(i)=[B0(i),B1(i),...,Bk(i),...,BN-1(i)]Bk(i)=Akejmk(i),k=0,1,...,N-1---(4),]]>逐元素乘法的目的是为了给每个可用频点加载一个随机相位，以便于系统抗截获特性的实现；5)将频域序列B(i)进行逆傅里叶变换得到时域序列b(i)，即：b(i)=[b0(i),b1(i),...,bN-1(i)]=IFFT{B(i)}⇔bn(i)=1NΣk=0N-1Bk(i)ej2πknN=1NΣk=0N-1Akejmk(i)ej2πknN]]>(5)，再乘以归一化因子εs为发射一个码元所需要的能量，NA为频谱效用序列中“1”的个数；6)接下来为CCSK调制，设log2M_ary比特数据转换为十进制数Di，则最终的时域表达式为：7)将上述发送信号通过天线模块发送出去，即完成了发送端工作；接收端：1)首先对经过信道作用的到达信号进行接收，并完成信道估计。设通过信道均衡技术来弥补信道带来的失真后的输出结果为：式中，e[n]为高斯白噪声，第一项x(j)[n]为期望信号；2)将信号通过一个FFT模块，得到频域接收信号FFT(r)；3)与发送端同步，令MIPSL序列与已知的扩频序列点乘，得到相应的基础调制波形B(j)，取共轭，并与FFT(r)逐项相乘，消除随机相位；同时，由于扩频相位序列间的良好互相关性，在此抵消了其他用户对期望用户的影响；4)将上述结果通过一个IFFT模块，得到时域的矢量y，用于检测判决：y＝[y0,y1,…,yN‑1]＝IFFT{FFT(r)×(B(j))*}  (8)其第p项元素为：yp=λAk2Σk=0N-1e-j2πDjkM_aryej2πkpN---(9)]]>根据FFT变换的性质可知，其在时域的波形类似冲激函数；FFT(r)5)在解调检测模块中，取y的实部，找到最大值的下标即为估计的数据6)将反映射，得到log2M_ary位比特数据，即完成了判决解调。...

【技术特征摘要】
1.一种基于序列设计的TDCS多址接入改进方法，其特征在于，具体如下：发送端：1)频谱感知模块将整个信号带宽分成N个子载波，然后根据预设定门限确定所有子载波的可用性，即如果该子载波功率谱幅度超过门限值，则认为该子载波已经被占用，并将其标记为0；如果该子载波功率谱幅度没有超过门限值，则认为该子载波未被占用，并将其标记为1，设得到的频谱效用序列均为A＝[A0,A1,…,Ak,…,AN-1]；2)采用迭代算法产生具备良好相关性能的MIPSL序列步骤如下：a)初始化令其中为在[0,2π]均匀分布的随机变量；b)计算的FFT值得到其相位值：ψp＝arg(Xp),p＝0,…,N-1(1)；c)计算的IFFT值则更新后的为： e jθ n = e j arg ...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡苏，郭惠婷，黄驿轩，柴胜均，石荣，刘志国，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51