CN102420636B - 一种用于差分跳频通信系统的频率转移函数构造方法 - Google Patents

一种用于差分跳频通信系统的频率转移函数构造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于差分跳频通信系统频率转移函数的构造方法，所述频率转移函数采用频率转移矩阵描述，所述频率转移矩阵A通过m、n和offset进行构造，其中，m表示同一行相邻两个合法元素之间的间隔，n表示相邻两行相同的两个合法元素之间间隔的列数，offset表示第一行第一个合法元素的标号，所述合法元素具体为矩阵的元素值属于区间[0 2BPH-1]的元素。本发明的频率转移函数的构造方法使得矩阵中的元素值含带了携带的具体的数据信息，通过为不同的用户联合设计不同的频率转移函数，从而避免两个用户在跳频图案上连续两跳存在干扰，即若两个用户的跳频图案在某一跳产生干扰，可以避免在接下来的一跳相互干扰。

Description

一种用于差分跳频通信系统的频率转移函数构造方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及差分跳频通信系统的频率转移函数的构造。
背景技术
差分跳频的频率转移函数的设计是差分跳频通信系统的关键技术之一，单用户的差分跳频通信系统具体如图1所示，多用户的差分跳频通信系统具体如图2所示。频率转移函数有解析函数描述、有向图描述和频率转移矩阵描述等几种方法。传统的频率转移矩阵描述如图3所示，描述了前一跳频率Fn-1和当前跳频率Fn之间的转移关系，但是无法区分携带信息Xn为0还是1，其定义如下：
B=[aij],其中
Figure GDA00003524415400011
频率转移矩阵描述方法能够比较直观地描述差分跳频前后跳频率转移的相互关系，对频率转移函数的研究有重要意义。但是传统的频率转移矩阵描述方法没有携带具体的数据信息，并且使用不够灵活，无法用于实际差分跳频通信系统中。
差分跳频通信系统中，跳频的频率是由频率转移函数和用户信息决定。由于差分跳频的接收端无法预先知道每个时刻的发端频率，只能在工作带宽内进行宽带数字化接收。在多用户差分跳频通信系统中，当多个用户工作在相同带宽内时，由于跳频图案不可能实现完全正交，会造成不同用户之间的频率连续碰撞。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的频率转移矩阵没有携带具体的数据信息以及在不同用户之间存在的频率连续碰撞的问题，提出了一种差分跳频频率转移函数的构造方法。
本发明的技术方案是：一种用于差分跳频通信系统频率转移函数的构造方法，假设所述差分跳频通信系统每跳携带的比特数为BPH，所述频率转移函数采用频率转移矩阵描述，所述频率转移矩阵设为A，其行数和列数等于跳频所用的频点数，具体为：A=[aij],其中
Figure GDA00003524415400012
x表示fi到fj所携带的数据信息，p为取区间[0 2BPH-1]之外的任一值，fi表示前一跳的频率号，fj表示当前跳的频率号，所述频率转移矩阵A通过m、n和offset进行构造，其中，m表示同一行相邻两个合法元素之间的间隔的列数，n表示相邻两行相同的两个合法元素之间间隔的列数，offset表示第一行第一个合法元素的标号，所述合法元素具体为矩阵的元素值属于区间[0 2BPH-1]的元素。
进一步的，在多用户的情况下，任意两用户的m和n分别相等，且|offset2-offset1|>2*2BPH，其中，offset1表示任意两用户中的一个用户的第一行第一个合法元素的标号，offset2表示任意两用户中的另一个用户的第一行第一个合法元素的标号。
本发明的有益效果：本发明的频率转移函数的构造方法从频率序列译码算法出发，提出一种正交的概念，并且矩阵中的元素值含带了携带的具体的数据信息，通过为不同的用户联合设计不同的频率转移函数，从而避免两个用户在跳频图案上连续两跳存在干扰，即若两个用户的跳频图案在某一跳产生干扰，可以避免在接下来的一跳相互干扰，即通过频率序列译码，找出最大似然频率转移路径，使得不同用户之间的频率碰撞实现某种程度上的可控，并且通过这种可控性来降低多用户之间的干扰，使多用户误码性能得到一定程度的改善。
附图说明
图1是单用户的差分跳频通信系统模块框图。
图2是多用户的差分跳频通信系统模块框图。
图3是传统差分跳频频率转移矩阵。
图4是本发明方法提出的差分跳频频率转移矩阵。
图5是本发明编码过程示意图。
图6是本发明频率转移矩阵参数示意图。
各参数的定义如下：
Offset：第一行第一个合法元素的标号，从0开始计。
m：同一行，相邻两个合法元素之间的间隔。
n：相邻两行，相同的两个合法元素之间间隔的列数。
图7是正交矩阵仿真结果示意图，其中，（1）两矩阵完全正交情况下参数取值：N=64，BPH=1，m=1，n=2，Offset1=2，Offset2=6；（2）两矩阵非正交情况下参数取值：N=64，BPH=1，m=1，n=2，Offset1=2，Offset2=3，Offset相差1。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。
本发明主要提出了以频率转移矩阵来表征差分跳频频率转移函数，并在此基础上提出一种多用户情况下的正交频率转移矩阵，当多用户同时通信时，为不同的通信用户对分配独一无二的频率转移函数。具体说明如下：
用于差分跳频通信系统频率转移函数的构造方法，假设所述差分跳频通信系统每跳携带的比特数为BPH，所述频率转移函数采用频率转移矩阵描述，所述频率转移矩阵设为A，其行数和列数等于跳频所用的频点数，具体为：A=[aij],其中
Figure GDA00003524415400031
x表示fi到fj所携带的数据信息，p为取区间[0 2BPH-1]之外的任一值，fi表示前一跳的频率号，fj表示当前跳的频率号，所述频率转移矩阵A通过m、n和offset进行构造，其中，m表示同一行相邻两个合法元素之间的间隔的列数，n表示相邻两行相同的两个合法元素之间间隔的列数，offset表示第一行第一个合法元素的标号，所述合法元素具体为矩阵的元素值属于区间[0 2BPH-1]的元素。
在多用户的情况下，任意两用户的m和n分别相等，且|offset2-offset1|>2*2BPH，其中，offset1表示任意两用户中的一个用户的第一行第一个合法元素的标号，offset2表示任意两用户中的另一个用户的第一行第一个合法元素的标号。
本发明提出的频率转移矩阵如图4所示，各参数的定义如图6所示。
这里对正交频率转移矩阵作如下定义：在多用户的情况下，任意两用户m，n相等，且|offset2-offset1|>2*2BPH，则两频率转移矩阵正交。
下面以一优选的一组m和n为例进行阐述。同一行两个合法元素之间的间隔m相等，即满足频率转移函数的均匀性，通过对编码产生的频率序列进行均匀性分析，当m取1时满足均匀性，因此，这里，m取1；同时为了使频率转移函数的自由距趋于最大值，n取2BPH。为了使频率转移矩阵正交，不同用户的频率转移矩阵须满足|offset2-offset1|>2*2BPH，那么对一个频点数为N的差分跳频通信系统来说，系统能够满足最多
Figure GDA00003524415400032
表示不大于括号内数值的整数)个用户能够分配到相互正交的差分跳频频率转移矩阵。当用户数小于等于
Figure GDA00003524415400033
时，给用户分配不同的正交的频率转移矩阵；当用户数大于
Figure GDA00003524415400034
时，可以给用户分配非正交的频率转移矩阵，当然此时性能会比完全正交时有所下降。当BPH=1时，Matlab仿真结果如图7所示，可以看出在AWGN信道下，按照上述要求构造的正交频率转移矩阵，能有效的避免连续碰撞，从而提高多用户误码性能。
由以上本发明所提供的技术方案可知，正交频率转移矩阵能减少，甚至避免（当两个用户时）连续碰撞，即如果两个用户在某一跳碰撞，紧跟着一跳两用户肯定不会碰撞，从而在频率序列译码时排除非目标用户的干扰。差分跳频通信系统中，差分跳频系统输出频点构成一个齐次马尔可夫链，经过转移之后，用户以相同的概率转移到频率集中的任何频点。接收端数据解调的过程实际上就是寻找合法的频率转移路径的过程，这种寻找最佳频率转移路径的方法就是频率序列译码，类似于Viterbi算法实现最大似然序列检测。频率序列译码不是仅仅考虑相邻的两跳频率，而是从整个传输频率序列来考虑，通过搜索最大似然频率转移路径进行译码，这在一定程度上具有误跳纠正的能力，从而使误码性能得到改善。
利用本发明的频率转移矩阵的构造方法，针对一对通信用户中的发射端用户，具体编码过程如下：
①根据前一跳频率号Fn-1确定行号；
②在该行搜索与输入数据Xn相等的矩阵元素（只有一个）；
③该元素对应的列号即当前跳频率号Fn，如图5所示。
在接收端，用户的接收机根据相应的频率转移函数，进行频率序列译码。
把所有任意两条不相同的无限长的频率转移路径之间的汉明距离中最小的汉明距离定义为频率转移函数的最小自由距，通过频率序列译码可以纠正自由距内的连续误码。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于差分跳频通信系统频率转移函数的构造方法，假设所述差分跳频通信系统每跳携带的比特数为BPH，所述频率转移函数采用频率转移矩阵描述，所述频率转移矩阵设为A，其行数和列数等于跳频所用的频点数，具体为：
Figure FDA00003524415300011
其中
Figure FDA00003524415300012
x表示fi到fj所携带的数据信息，p为取区间[0 2BPH-1]之外的任一值，fi表示前一跳的频率号，fj表示当前跳的频率号，所述频率转移矩阵A通过m、n和offset进行构造，其中，m表示同一行相邻两个合法元素之间的间隔的列数，n表示相邻两行相同的两个合法元素之间间隔的列数，offset表示第一行第一个合法元素的标号，所述合法元素具体为矩阵的元素值属于区间[0 2BPH-1]的元素。
2.根据权利要求1所述的用于差分跳频通信系统频率转移函数的构造方法，其特征在于，在多用户的情况下，任意两用户的m和n分别相等，且|offset2-offset1|>2*2BPH，其中，offset1表示任意两用户中的一个用户的第一行第一个合法元素的标号，offset2表示任意两用户中的另一个用户的第一行第一个合法元素的标号。
3.根据权利要求2所述的用于差分跳频通信系统频率转移函数的构造方法，其特征在于，所述的m取1，n取2BPH。
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