基于交织多址的TDCS多址接入方法技术

本发明专利技术提出了一种基于交织多址(Interleave‑Division Multiple Access)IDMA的变换域通信系统(Transform Domain Communication System，TDCS)多址接入方法，以提高多址接入能力。该方法是在传统双极性调制变换域通信系统基础上，在发射端用基础调制波形对发送数据进行双极性调制，然后每个用户的数据进入各自独特的码片级交织器进行交织，交织后的数据经过傅里叶逆变换生成发送信号。在接收端，按照传统IDMA解调方法对接收信号进行解调和判决。该发明专利技术引入交织多址的思想和架构，能够在保持TDCS系统自身优势的前提下，有效地提高多址接入能力。

【技术实现步骤摘要】
基于交织多址的TDCS多址接入方法
本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种多用户变换域通信系统(TDCS,TransformDomainCommunicationSystem)及其实现方法。
技术介绍
随着新一代无线通信业务量的急剧增长，频谱资源紧缺的问题日益严重，尤其是在频率需求非常紧张的6GHz以下无线频带中。然而，大多数频段的频谱并没有被充分使用。一些非授权频段占用拥挤，而有些授权频段则经常空闲。变换域通信系统为合理利用频谱资源提供了一种新的思路。在变换域通信系统中,为了充分利用空闲的频谱资源，TDCS系统把空闲频段分解为一系列独立频谱，结合随机相位生成模块，产生TDCS系统基本调制波形，通过双极性调制或者圆周循环调制(CircularCyclicShiftKeying,CCSK)生成最终的发送信号。通过上述方式，发送信号具有类似于噪声的统计特性，因此具有较低的检测概率(主要针对非授权用户)。TDCS能适应快速变化的无线通信环境，主动避开干扰，以其良好的自适应性和兼容性受到越来越广泛的关注。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于交织多址的TDCS系统的改进方法。在保持TDCS系统优势的条件下，可有效提高系统的多址接入能力。一种基于交织多址的TDCS多址接入方法，假设子载波数目为N，用户数为U，其发射端数据处理步骤如下：(1)频谱感知模块对其工作的空间电磁频谱环境进行采样，将采样得到的所有子载波发送至频谱判决模块；(2)频谱判决模块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或者存在干扰，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或者不存在干扰，并将其标记为1，得到的频谱效用序列A；(3)随机序列生成模块生成长度为N的元素为±1的随机序列P；所述的N为子载波数目；(4)乘法器将随机序列P与频谱效用序列A相乘，得到基础调制波形B并存入缓存模块，所述的基础调制波形的频域表达式为：B＝A·P＝[B0,B1,,Bk,,BN-1](5)第k个用户的双极性调制模块接收该用户发送的数据，并从缓存模块调用基础调制波形；若用户发送数据比特dk为1，则将基础调制波形发送至码片级交织器πk，若用户发送数据比特dk为0，则将基础调制波形的负数发送至码片级交织器πk；其中，k＝1,2,,U，U为用户数；(6)码片级交织器将步骤(5)输入的基础调制波形进行打乱，生成被打乱顺序的频域码片序列Xk，并发送至逆傅里叶变换模块；其中，码片级交织器避开频谱效用序列为0的点，即已被占用的子载波对应数据不进行交织；(7)傅里叶逆变换模块将频域码片序列Xk进行逆傅里叶变换得到时域码片序列xk，并通过发射天线发送出去，即完成了发送端工作；接收端数据处理过程：(8)接收端对经过信道作用的接收信号进行接收并完成信道估计；所述的接收信号为所有用户信号的叠加；(9)设定迭代次数为Iter，将接收信号通过FFT模块，得到频域接收信号；(10)令计数器m＝0，初始化所有用户信号的均值和方差，根据信道估计结果和接收信号计算接收信号的均值和方差；(11)根据接收信号的均值和方差计算每个用户干扰信号的均值和方差，按照交织多址的接收处理方法，得到每个用户信号的软信息，并更新每个用户信号的均值和方差；(12)判断m>Iter是否成立，若成立，则对每个用户的软信息进行硬判决；否则令m＝m+1，回到步骤(11)。本专利技术与
技术介绍
相比具有以下优点：本专利技术是在传统的TDCS系统上提出的一种基于交织多址的可提高多址接入能力的方法。该方法是在传统的变换域通信系统基础上，发射端由基础调制波形对发射数据进行双极性调制，然后将调制后的数据通过码片级的交织器进行交织。码片级交织器是区分不同用户的唯一标志。在接收端，按照传统IDMA系统的迭代检测算法进行解调和判决，可得到不同用户的发送数据。采用本专利技术所提出的基于IDMA的TDCS多址方法，不仅可以灵活利用空闲频谱资源进行数据传输，还可以有效提高TDCS的多址接入能力。附图说明图1是传统双极性调制TDCS系统发送端结构图；图2是传统双极性调制TDCS系统接收端结构图；图3是本专利技术基于交织多址的TDCS系统发送端结构图；图4是本专利技术基于交织多址的TDCS系统接收端结构图。具体实施方式为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。传统双极性调制TDCS的发射机、接收机框图分别如图1、图2所示。发射机主要包括频谱感知与判决模块、伪随机序列生成模块、幅度调整模块、傅里叶逆变换模块、数据调制模块。接收机主要包括频谱感知与判决模块、伪随机序列生成模块、傅里叶变换模块、相关接收模块。本专利技术在传统TDCS结构的基础上，通过给不同用户分配唯一的随机交织器，实现区分不同用户的目的。本申请的基于交织多址的TDCS的发射机、接收机框图分别如图3、4所示，设子载波数目为N，用户数为U，数据处理如下：1、发送端数据处理，具体包括以下分步骤(如图3所示)：(1)频谱感知模块对其工作的空间电磁频谱环境进行采样，频谱判决模块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或者存在干扰，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或者不存在干扰，并将其标记为1。设得到的频谱效用序列为A＝[A0,A1,,Ak,,AN-1]；(2)随机序列生成模块生成长度为N的元素为±1的随机序列P；(3)乘法器将随机序列P与频谱效用序列A相乘，得到基础调制波形(FundamentalModulationWaveform，FMW)频域表达式：B＝A·P＝[B0,B1,,Bk,,BN-1](4)第k个用户的双极性调制模块接收该用户发送的数据，并从缓存模块调用基础调制波形，(k＝1,2,,U)，若发送数据比特dk为1，则双极性调制模块发送FMW至交织器，若dk为0，则双极性调制模块发送FMW的负数至交织器；(5)步骤(4)产生的序列进入第k个用户的码片级交织器πk，生成被打乱顺序的频域码片序列Xk＝{Xk(n),n＝0,...,N-1}；码片级交织器应避开频谱效用序列为0的点，即已被占用的子载波对应数据不进行交织；(6)将频域码片序列Xk进行逆傅里叶变换得到时域码片序列xk，将上述发送信号通过发射天线发送出去，即完成了发送端工作。2、接收端采用迭代译码，设迭代次数为Iter，数据处理过程如下(如图4所示)：(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，接收到的信号为所有用户信号的叠加，接收信号可以表示为：式中，hk表示第k个用户的信道系数，w(n)是均值为0、方差为σ2的高斯白噪声。(2)将信号r通过一个FFT模块，得到频域接收信号y；(3)将频域接收信号y按照IDMA的解调方式进行迭代解调，首先令计数器m＝0，初始化所有用户信号的均值E[xk(n)]和方差Var[xk(n)]，计算接收信号的均值和方差，分别为E(r(n))和Var(r(n))：(4)得到每个用户干扰信号的均值和方差：E(ζk(n))＝E(r(n))-hkE(xk(n))Var(ζk(n)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于交织多址的TDCS多址接入方法，其特征在于，包括以下步骤：发射端数据处理过程：(1)频谱感知模块对其工作的空间电磁频谱环境进行采样，将采样得到的所有子载波发送至频谱判决模块；(2)频谱判决模块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或者存在干扰，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或者不存在干扰，并将其标记为1，得到的频谱效用序列A；(3)随机序列生成模块生成长度为N的元素为±1的随机序列P；所述的N为子载波数目；(4)乘法器将随机序列P与频谱效用序列A相乘，得到基础调制波形B并存入缓存模块，所述的基础调制波形的频域表达式为：B＝A·P＝[B0,B1,,Bk,,BN‑1](5)第k个用户的双极性调制模块接收该用户发送的数据，并从缓存模块调用基础调制波形；若用户发送数据比特dk为1，则将基础调制波形发送至码片级交织器πk，若用户发送数据比特dk为0，则将基础调制波形的负数发送至码片级交织器πk；其中，k＝1,2,,U，U为用户数；(6)码片级交织器将步骤(5)输入的基础调制波形进行打乱，生成被打乱顺序的频域码片序列Xk，并发送至傅里叶逆变换模块；其中，码片级交织器避开频谱效用序列为0的点，即已被占用的子载波对应数据不进行交织；(7)傅里叶逆变换模块将频域码片序列Xk进行逆傅里叶变换得到时域码片序列xk，并通过发射天线发送出去，即完成了发送端工作；接收端数据处理过程：(8)接收端对经过信道作用的接收信号进行接收并完成信道估计；所述的接收信号为所有用户信号的叠加；(9)设定迭代次数为Iter，将接收信号通过FFT模块，得到频域接收信号；(10)令计数器m＝0，初始化所有用户信号的均值和方差，根据信道估计结果和接收信号计算接收信号的均值和方差；(11)根据接收信号的均值和方差计算每个用户干扰信号的均值和方差，按照交织多址的接收处理方法，得到每个用户信号的软信息，并更新每个用户信号的均值和方差；(12)判断m>Iter是否成立，若成立，则对每个用户的软信息进行硬判决；否则令m＝m+1，回到步骤(11)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于交织多址的TDCS多址接入方法，其特征在于，包括以下步骤：发射端数据处理过程：(1)频谱感知模块对其工作的空间电磁频谱环境进行采样，将采样得到的所有子载波发送至频谱判决模块；(2)频谱判决模块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或者存在干扰，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或者不存在干扰，并将其标记为1，得到的频谱效用序列A；(3)随机序列生成模块生成长度为N的元素为±1的随机序列P；所述的N为子载波数目；(4)乘法器将随机序列P与频谱效用序列A相乘，得到基础调制波形B并存入缓存模块，所述的基础调制波形的频域表达式为：B＝A·P＝[B0,B1,,Bk,,BN-1](5)第k个用户的双极性调制模块接收该用户发送的数据，并从缓存模块调用基础调制波形；若用户发送数据比特dk为1，则将基础调制波形发送至码片级交织器πk，若用户发送数据比特dk为0，则将基础调制波形的负数发送至码片级交织器πk；其中，k＝1,2,,U，U为用户数；(6)码片级交织器将步骤(5)输入的基础调制波形进行打乱，生成被打乱顺序的频域码片序列Xk，并发送至傅里叶逆变换模块；其中，码片级交织器避开频谱效用序列为0的点，即已被占用的子载波对应数据不进行交织；(7)傅里叶逆变换模块将频域码片序列Xk进行逆傅里叶变换得到时域码片序列xk，并通过发...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荆宁，李帆，胡苏，雷霞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，电子科技大学，
类型：发明
国别省市：河北,13