一种基于压缩感知的通信系统、通信方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于通信技术领域，具体涉及一种基于压缩感知的通信系统、通信方法及装置。所述系统包括：发射机、预编码系统和接收机；所述发射机包括：扩频调制单元和副载波调制单元；所述接收机包括：卷积单元、采样器、时钟、序列产生器和译码器；所述扩频调制单元，用于将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号；所述副载波调制单元，用于将扩频调制信号和副载波单元进行结合生成调制信号；所述预编码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号，将预编码信号发送到接收机；实现简单、算法复杂度低、降低系统功耗和器件成本。

A Communication System, Method and Device Based on Compressive Sensing

【技术实现步骤摘要】
一种基于压缩感知的通信系统、通信方法及装置
本专利技术属于通信
，具体涉及一种基于压缩感知的通信系统、通信方法及装置。
技术介绍
传统A/D采用香农-奈奎斯特采样理论，采样速率至少等于信号带宽的两倍才能无失真地恢复。香农-奈奎斯特采样理论是可以重构信号的充分条件，而不是必要条件。理论上存在另外一种低于奈奎斯特速率的采样方法，通过这种方法也可以重构恢复原信号。压缩感知(CompressedSensing，CS)就是这样一种革命性的采样转换技术，如果信号可以稀疏表示，压缩感知能够从少于香农-奈奎斯特采样的样值中恢复信号。无线通信中的信号大多可以稀疏表示，例如超宽带信号在时域中可以稀疏表示，跳频信号在频域可以稀疏表示。压缩感知用于重构可稀疏表示的信号，使其不失真地以奈奎斯特速率表示。一些应用有时候只关心传输信号中的信息，而不需要重构原信号。压缩信号处理是一种直接处理压缩后信号的方法，它只是关心信号中的有用信息而不是重构。区别于压缩信号的恢复，本文对信号传输信道的估计和信号的检测更感兴趣，文中主要解决二进制偏移载波调制信号检测问题。压缩感知已经应用到扩频系统中伪随机序列的捕获，相关峰值在码相位和频偏组成的二维空间中是稀疏的。CS可以用于降低GPS接收机的采样频率，但是其硬件实现较为复杂。现代GPS、Galileo、北斗等导航卫星系统中，都启用了二进制偏移载波(BinaryOffsetCarrier，BOC)调制技术。与传统的BPSK相比，BOC调制在载波调制之前增加了一个副载波调制环节。副载波是基于正弦相位或者余弦相位的方波，这两种分别记为BOCsin(Kn，n)和BOCcos(Kn，n)，其中K表示副载波频率与伪码速率的比值，n表示伪码速率与f0＝1.023MHz的比值。与BPSK信号频谱分布在载波处不同，BOC信号的频谱主瓣分布在载频±Knf0处，这使得BOC信号具有更宽的频谱，其带宽通常记为副载波频率与伪码码率之和的两倍。大规模多输入多输出(MIMO)技术能够大幅度提升系统容量，降低不同用户间的干扰，但因其系统中信道维度高、信道估计和预编码算法复杂等因素，使得系统软硬件开销都会增。下一代无线通信系统致力于达到每秒吉比特以上的数据吞吐率以支持高速率的多媒体业务。毫米波频段(30～300GHz)尚存在大量未使用的频谱，可利用的频带宽，信息容量大，成为下一代通信系统中提高数据速率的主要手段。然而，毫米波通信面临的一个主要问题是自由空间路损使得接收端信号产生大幅度衰减。不仅如此，当信号穿过雨、雾或收发两端之间存在障碍物时，衰减会更加严重，甚至会引起信号中断。因此，克服信号传输过程中的衰减和损耗，提升系统容量成为毫米波通信技术研究的主要方向。大规模多进多出(MIMO)技术是在基站端部署大规模阵列，与传统MIMO相比能够有效抵抗不同用户之间的干扰，显著提升系统的容量。毫米波频段的天线尺寸很小，为配备大规模天线阵列提供了可能。基站天线数量可远大于用户数，故系统可以获得很高的复用增益、分集增益和阵列增益。另外，大规模MIMO能够将信号能量聚焦在很窄的波束上，有效地提升了能量效率。在大规模MIMO系统中，预编码技术是下行链路中至关重要的信号处理技术，其利用发送端的信道状态信息(CSI)，将调制过的符号流变换成适应当前信道的数据流，将信号能量集中到目标用户附近，有效对抗衰减和损耗，提升了系统性能。因此，研究毫米波大规模MIMO系统中的预编码技术对推进下一代无线通信的发展有重要意义。专利号为CN03811359.7的专利公开了一种MIMO系统中多径信道的预编码，按照一个或多个编码方案对数据编码以提供编码数据，然后按照一个或多个调制方案对所述编码数据调制(即码元映射)以提供调制码元。获得MIMO信道的经估计的响应(例如，由接收机提供)，而且基于经估计的MIMO信道响应和判决反馈均衡器的前馈滤波器的响应而导出等效信道响应。接着，基于等效信道响应对调制码元预编码以提供预编码的码元，然后基于经估计的MIMO信道响应进一步预调节所述预编码码元(例如，使用空时脉冲成形)，以提供用于MIMO信道上传输的预调节码元。基于最小均方误差(MMSE)准则调节前馈滤波器。去算法复杂度和适用性较差。专利号为CN201110418089.X的专利公开了一种预编码的实现方法、装置及MIMO系统，所述方法包括：接收多个用户设备发送的信道状态信息；从可用于配对的用户中选择预置数目的多个用户设备进行多用户MIMO的用户配对；根据预先设置的策略选择实际的预编码类型，根据所述预编码类型对选择的多个用户设备的数据进行预编码处理，产生多用户MIMO的预编码码字；将所述多用户MIMO的预编码码字以及与所述多用户MIMO的预编码码字对应的解调参考信号广播给所述预置数目的多个用户设备；所述的预编码类型包括线性编码和非线性编码；所述预先设置的策略包括：根据预先配置的预编码类型选择实际的预编码类型。其编码形式和方式依然较为原始，缺乏灵活的编码组合。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种基于压缩感知的通信系统、通信方法及装置，实现简单、算法复杂度低、降低系统功耗和器件成本。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于压缩感知的通信系统，所述系统包括：发射机、预编码系统和接收机；所述发射机包括：扩频调制单元和副载波调制单元；所述接收机包括：卷积单元、采样器、时钟、序列产生器和译码器；所述扩频调制单元，用于将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号；所述副载波调制单元，用于将扩频调制信号和副载波单元进行结合生成调制信号；所述预编码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号，将预编码信号发送到接收机；所述接收机的卷积单元对预编码信号进行卷积后，生成卷积信号，将卷积信号发送至采样器；所述采样器根据所述时钟产生的时钟信号进行采样，生成的采样信号和序列产生器再次进行卷积，将卷积后的结果发送到译码器；所述译码器对结果进行译码，完成整个传输过程。进一步的，所述译码系统包括：用于将调制信号进行分流的信号流分流单元，得到若干路分流信号；数字基带预编码器，用于对每一路分流信号进行数字基带预编码，然后变频后进行发送；数模/模数转换器，用于对数字基带预编码器变频后的信号进行信号转换；混频器，用于将信号转换后的信号进行混频处理；功放单元，用于将混频处理后的信号进行功放处理后，然后进行发送；模拟预编码器，用于将功放单元发送的信号进行模拟预编码，然后再进行发送；移相器，与发射天线相连接，用于将模拟预编码器编码后的信号发送到天线，通过天线进行发送。进一步的，所述数字系带预编码器至少包括：三个逐层递进的数字子编码单元，分别为：第一数字编码单元、第二数字编码单元和第三数字编码单元；以及，至少一个数字编码顺序调整单元；所述数字编码顺序调整单元，用于调整三个数字子编码单元的编码顺序，分别与第一数字编码单元、第二数字编码单元和第三数字编码单元信号连接。进一步的，所述模拟预编码器至少包括：至少两个模拟子编码单元，分别为：第一模拟编码单元和第二模拟编码单元；以及，至少一个模拟编码顺序调整单元，用于调整两个模拟编码子单元的编码顺序，所述模拟编码顺序调整单元分别信号连接于第一模拟编本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于压缩感知的通信系统，其特征在于，所述系统包括：发射机、预编码系统和接收机；所述发射机包括：扩频调制单元和副载波调制单元；所述接收机包括：卷积单元、采样器、时钟、序列产生器和译码器；所述扩频调制单元，用于将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号；所述副载波调制单元，用于将扩频调制信号和副载波单元进行结合生成调制信号；所述预编码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号，将预编码信号发送到接收机；所述接收机的卷积单元对预编码信号进行卷积后，生成卷积信号，将卷积信号发送至采样器；所述采样器根据所述时钟产生的时钟信号进行采样，生成的采样信号和序列产生器再次进行卷积，将卷积后的结果发送到译码器；所述译码器对结果进行译码，完成整个传输过程。

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知的通信系统，其特征在于，所述系统包括：发射机、预编码系统和接收机；所述发射机包括：扩频调制单元和副载波调制单元；所述接收机包括：卷积单元、采样器、时钟、序列产生器和译码器；所述扩频调制单元，用于将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号；所述副载波调制单元，用于将扩频调制信号和副载波单元进行结合生成调制信号；所述预编码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号，将预编码信号发送到接收机；所述接收机的卷积单元对预编码信号进行卷积后，生成卷积信号，将卷积信号发送至采样器；所述采样器根据所述时钟产生的时钟信号进行采样，生成的采样信号和序列产生器再次进行卷积，将卷积后的结果发送到译码器；所述译码器对结果进行译码，完成整个传输过程。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述译码系统包括：用于将调制信号进行分流的信号流分流单元，得到若干路分流信号；数字基带预编码器，用于对每一路分流信号进行数字基带预编码，然后变频后进行发送；数模/模数转换器，用于对数字基带预编码器变频后的信号进行信号转换；混频器，用于将信号转换后的信号进行混频处理；功放单元，用于将混频处理后的信号进行功放处理后，然后进行发送；模拟预编码器，用于将功放单元发送的信号进行模拟预编码，然后再进行发送；移相器，与发射天线相连接，用于将模拟预编码器编码后的信号发送到天线，通过天线进行发送。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数字系带预编码器至少包括：三个逐层递进的数字子编码单元，分别为：第一数字编码单元、第二数字编码单元和第三数字编码单元；以及，至少一个数字编码顺序调整单元；所述数字编码顺序调整单元，用于调整三个数字子编码单元的编码顺序，分别与第一数字编码单元、第二数字编码单元和第三数字编码单元信号连接。4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述模拟预编码器至少包括：至少两个模拟子编码单元，分别为：第一模拟编码单元和第二模拟编码单元；以及，至少一个模拟编码顺序调整单元，用于调整两个模拟编码子单元的编码顺序，所述模拟编码顺序调整单元分别信号连接于第一模拟编码单元和第二模拟编码单元。5.一种基于权利要求1至4之一所述系统的基于压缩感知的通信方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：所述扩频调制单元，将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号；副载波调制单元，将扩频调制信号和副载波单元进行结合生成调制信号；预编码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号，将预编码信号发送到接收机；接收机的卷积单元对预编码信号进行卷积后，生成卷积信号，将卷积信号发送至采样器；采样器根据所述时钟产生的时钟信号进行采样，生成的采样信号和序列产生器再次进行卷积，将卷积后的结果发送到译码器；所述译码器对结果进行译码，完成整个传输过程。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述所述扩频调制单元，将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号的方法执行以下步骤：步骤S1：将基带信号中的每一个符号用如下公式表示：d(t)＝b(t)c(t)sc(t)；其中，是数据向量的连续时间表达；步骤S2：用如下公式表示伪码：步骤S3：将基带信号中的每一个符合和伪码做卷积运算，生成的结果为扩频调制信号；其中，b∈...

【专利技术属性】
技术研发人员：李少伟，
申请(专利权)人：青岛博展智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37