CN103152070B - 一种基于可变位标序列的扩频通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种基于可变位标序列的扩频通信方法，包括以下步骤：从一个PN码序列族中选取r个序列，将需要传输的K比特串行信息数据转换成并行数据；然后从PN序列族中根据数据－序列选择映射算法选取r个发送的序列，对应能传输比特的信息数据；如果选择r个扩频序列的某种相位状态发送，则有2^r种相位状态发送，对应能传输r比特的信息数据；选出的r个序列中，共有(r-1)·[log₂L]比特信息传输，把这些状态与信息数据一一对应，把选取出r个发送PN码序列、序列位移状态等并行叠加在一起发送，形成基于可变位标序列的扩频信号。本发明进一步改进了高效扩频通信方法，提高了扩频通信传输效率和整体通信的有效性。

Description

一种基于可变位标序列的扩频通信方法

技术领域

本发明涉及的是一种通信方法。

背景技术

现代通信对通信高效性的要求日益增高。软扩频通信是一种具有较高通信效率的扩频通信方式，并且继承了常规扩频通信抗干扰等优点。传输效率更高的并行组合扩频通信方式得到国内外学者的好评，并被国内外学者在学术杂志上介绍。高效扩频通信在传输效率上还可有较大的提升空间。

发明内容

本发明的目的在于提供能够解决较高扩频增益对系统传输效率的影响问题进和高速传输与带宽的矛盾，可大幅度提高频带利用率的一种基于可变位标序列的扩频通信方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于可变位标序列的扩频通信方法，其特征是：

（1）发送端和接收端定义相同的一个M个PN码序列位移关系，定义M个PN码序列排列方式如下：

$A=\{{\mathrm{PN}}_1\left(0\right),....,{\mathrm{PN}}_M\left(0\right)\}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{PN}}_0^1,{\mathrm{PN}}_1^1,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^1\\ {\mathrm{PN}}_0^2,{\mathrm{PN}}_1^2,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^2\\ {\mathrm{PN}}_0^3,{\mathrm{PN}}_1^3,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^3\\ ......\\ {\mathrm{PN}}_0^M,{\mathrm{PN}}_1^M,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^M\end{array}\right]$

L为每个PN码周期的码元个数，选取r个序列中序号最小者序列为位标序列，即可变位标序列，发送选取出 ${\mathrm{PN}}_{N{O}_1},{\mathrm{PN}}_{{\mathrm{NO}}_2},...,{\mathrm{PN}}_{{\mathrm{NO}}_r}$ 共r个序列，序号NO₁＜NO₂＜…＜NO_r，序列则为本次发送信息的可变位标序列，PN_i(0)为M个序列中第i（i＝NO₂,NO₃，....,NO_r）个序列相对于固定位标序列的第0号位置，

${\mathrm{PN}}_i\left(0\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{PN}}_0^{{\mathrm{NO}}_1},{\mathrm{PN}}_1^{{\mathrm{NO}}_1},....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^{{\mathrm{NO}}_1}\\ {\mathrm{PN}}_0^i,{\mathrm{PN}}_1^i,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^i\end{array}\right]$

第i个序列相对于可变位标序列位置左移p个位置定义为PN_i(p)：

${\mathrm{PN}}_i\left(0\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{PN}}_0^{{\mathrm{NO}}_1},{\mathrm{PN}}_1^{{\mathrm{NO}}_1},....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^{{\mathrm{NO}}_1}\\ {\mathrm{PN}}_p^i,{\mathrm{PN}}_{p+1}^i,.,{\mathrm{PN}}_{L-1}^i,{\mathrm{PN}}_0^i...,{\mathrm{PN}}_{p-1}^i\end{array}\right]$

（2）发射过程中，发送的K比特数据记为d₁,d₂,d₃,…,d_K，每个信息数据周期为T_d，其中KT_d＝LT_c，L为每个PN码周期的码元个数，T_c为码片周期；K比特发送信息送入串/并转换器，获得K路信号；

（3）将步骤（1）获得的K路信号分为三个部分，分别对应为比特、r比特和(r-1)·[log₂L]比特；根据数据映射算法从M个PN码序列组成的PN序列族中选取r个发送的序列，总共有种发送扩频序列情况选择，对应能传输比特的信息数据，[x]表示对x取整数部分，是M中取r的组合；选出的r个扩频序列只使用正相或者反相的状态，如果选择r个扩频序列的某种相位状态发送，则有2^r种相位状态发送，对应能传输r比特的信息数据；选出的r个序列中，以序列号最小者序列为本次位标序列，其他(r-1)个序列中，每个序列都有L个位置可以选择进行发送，则共有(r-1)·[log₂L]比特信息传输；把上述状态与信息数据一一对应，则对应的信息数据K是：

$K=r+\left[{\log }_2{C}_M^r\right]+(r-1)\·\left[{\log }_{2}L\right]$

把选取出r个发送PN码序列、序列位移状态，并行叠加在一起发送，形成基于可变位标序列的扩频信号位移排列关系

$A^{\′}=\{S_{j_1}{\mathrm{PN}}_{j_1}\left(p_{j_1}\right),....,S_{j_2}{\mathrm{PN}}_{j_2}\left(p_{j_2}\right),....,S_{j_r}{\mathrm{PN}}_{j_r}\left(p_{j_r}\right)\}$

式中， $S_{j_i}\∈(+1,-1),(i=\mathrm{1,2},\·\·\·,r);$ r个序列并行组合等幅相加，即＋1或－1值相加，形成组合多值信号：

$\mathrm{MD}(r,t)=\underset{i=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{j_i}{\mathrm{PN}}_{j_i}\left(p_{j_i}\right)$

MD为多值发送信号，t为时间变量，为第j次第i个发送序列相对于固定位标序列左移个位置；

（4）经载波调制后，发送信号s(t)

式中，P是载波功率；

（5）在高斯白噪声信道下，接收信号为

r(t)＝s(t-τ)+n(t)+J(t)

式中，τ为通信传播时延；n(t)为高斯白噪声，其双边带功率谱密度为N₀/2；J(t)为干扰信号；设发送端和接收端载波的频率、码元相位完全同步，接收端有M个扩频器，在载波解调之后分别用PN_i(t)(i＝1,2,…M)作解扩处理，则M个解调器中第i（1≤i≤M）个扩频解调器输出为：

$Z_i\left(t\right)=P\underset{j=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{i_j}\underset{\mathrm{\τ}}{\overset{T+\mathrm{\τ}}{\∫}}{\mathrm{PN}}_{i_j}(t-\mathrm{\τ}){\mathrm{PN}}_i(t-\mathrm{\τ})\mathrm{dt}+N_i\left(t\right)+J_i$

式中，τ为通信传播时延；i＝i_j的积分是扩频序列的自相关；i≠i_j是互相关；解调器输出为

$Z_i\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{S}_{\mathrm{ij}}\mathrm{PT}+N_i+J_i& i=i_j\\ N_i+J_i& i\≠i_j\end{array}\right.$

使用的两组PN序列行彼此准正交；

（6）将步骤（5）获得的M个解扩器输出值以及其对应PN码序号输入数据－序列选择逆映射器，从M个解扩器中的L相位输出值中，选取绝对值最大的r个输出值所对应的扩频序列序号、极性和位移关系作为发送来的组合序列，其中以序列号最小者为本次位标序列，其他大序号的位移位置均以本次位标序列为准，送入数据－位移逆映射器，得出接收的K路数据信息；

（7）将接收的K路数据信息经并/串转换，得到K比特信息。

本发明还可以包括：

1、比特、r比特和(r-1)·[log₂L]比特的映射方法为：

（1）将发送的K比特数据记为d₁,d₂,d₃,…,d_K，分为三部分，为

d₁,d₂,d₃,…,d_K＝{d_{s},d_{e},d_{p}}

其中d_{s}为

$d_{\left\{s\right\}}=d_{s_1},d_{s_2},\·\·\·,d_{s_r};$

其中d_{e}为

$d_{\left\{e\right\}}=d_{e_1},d_{e_2},\·\·\·,d_{e_{k2}};$

式中 $k2=\left[{\log }_2{C}_M^r\right];$ 其中d_{p}为

$d_{\left\{p\right\}}=d_{p_1},d_{p_2},\·\·\·,d_{p_{k3}};$

式中k3＝(r-1)·[log₂L]；

（2）把d_{s}为r位信息，可定义数据0为正相，数据1为反相，第数据对应选取的第1个序列相位，第个数据对应选取的第r个序列相位，有2^r种可能状态，对应信息数据为r比特；

（3）从M个序列中选取r个序列，按照与常规的并行组合扩频通信的字典排序一样映射原理，有种可能状态，对应信息数据为比特；

（4）把d_{p}位信息分为(r-1)组，每组为p_i位，按照p_i位对于可变位标序列位移第i个序列的状态进行序列位移，有种可能状态，对应信息数据为(r-1)·[log₂L]比特。

2、每次发送数据的位标序列都不相同，都以序列号最小者为本次位标序列，其他大序号的位移位置均以本次位标序列为准进行位移调制。

本发明的优势在于：本发明解决了现有扩频的传输效率低的问题，增加一次发送数据量，同时也较好的解决了较高扩频增益对系统传输效率的影响问题，较好的解决了高速传输与带宽的矛盾，可大幅度提高频带利用率。现有的高效扩频通信从M个PN码序列中选取r个序列并行组合扩频方式传输，一次只能传输

$K=r+\left[{\log }_2\left(C_M^r\right)\right]$

比特数据，而本发明在相同条件下可以一次传输

$K=r+\left[{\log }_2{C}_M^r\right]+(r-1)\·\left[{\log }_{2}L\right]$

比特信息，每次传输比常规并行组合扩频方式多出(r-1)·[log₂L]比特信息；比相同条件下一种基于固定式PN码位移调制的直接序列高效扩频系统发射与接收方法传输效率还要高一些。一般的扩频通信系统的扩频增益都在20-30dB以上，因此PN码的码长L都在100-1000以上，所以发明比常规并行组合扩频通信传输效率高一倍以上。

附图说明

图1为本发明发送过程结构图；

图2为本发明接收过程结构图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，步骤一：发送端和接收端定义相同的一个M个PN码序列位移关系，按照某一种统一方式定义M个PN码序列排列方式如下：

$A=\{{\mathrm{PN}}_1\left(0\right),....,{\mathrm{PN}}_M\left(0\right)\}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{PN}}_0^1,{\mathrm{PN}}_1^1,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^1\\ {\mathrm{PN}}_0^2,{\mathrm{PN}}_1^2,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^2\\ {\mathrm{PN}}_0^3,{\mathrm{PN}}_1^3,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^3\\ ......\\ {\mathrm{PN}}_0^M,{\mathrm{PN}}_1^M,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^M\end{array}\right]$

不再以某一特定序列为固定的位标序列，而是以选取r个序列中序号最小者（或者最大者）序列为位标序列，称为可变位标序列。假定某次发送选取出 ${\mathrm{PN}}_{N{O}_1},{\mathrm{PN}}_{{\mathrm{NO}}_2},...,{\mathrm{PN}}_{{\mathrm{NO}}_r}$ 共r个序列，序号NO₁＜NO₂＜…＜NO_r，序列则为本次发送信息的可变位标序列，PN_i(0)为M个序列中第i（i＝NO₂,NO₃,....,NO_r）个序列相对于固定位标序列的第0号位置，

${\mathrm{PN}}_i\left(0\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{PN}}_0^{{\mathrm{NO}}_1},{\mathrm{PN}}_1^{{\mathrm{NO}}_1},....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^{{\mathrm{NO}}_1}\\ {\mathrm{PN}}_0^i,{\mathrm{PN}}_1^i,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^i\end{array}\right]$

那么，第i个序列相对于可变位标序列位置左移p个位置定义为PN_i(p)：

${\mathrm{PN}}_i\left(0\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{PN}}_0^{{\mathrm{NO}}_1},{\mathrm{PN}}_1^{{\mathrm{NO}}_1},....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^{{\mathrm{NO}}_1}\\ {\mathrm{PN}}_p^i,{\mathrm{PN}}_{p+1}^i,.,{\mathrm{PN}}_{L-1}^i,{\mathrm{PN}}_0^i...,{\mathrm{PN}}_{p-1}^i\end{array}\right]$

步骤二：发射过程中，发送的K比特数据记为d₁,d₂,d₃,…,d_K，每个信息数据周期为T_d，其中KT_d＝LT_c，L为每个PN码周期的码元个数，T_c为码片周期；K比特发送信息送入串/并转换器，获得K路信号；

步骤三：将步骤一获得的K路信号分为三个部分，分别对应为比特、r比特和(r-1)·[log₂L]比特；根据数据映射算法从PN序列族（M个PN码序列）中选取r个发送的序列，总共有种发送扩频序列情况选择，对应能传输比特的信息数据，[x]表示对x取整数部分，是M中取r的组合；考虑选出的r个扩频序列只使用正相或者反相(极性相反)的状态，如果选择r个扩频序列的某种相位状态发送，则有2^r种相位状态发送，对应能传输r比特的信息数据；考虑选出的r个序列中，以序列号最小者（或者最大者）序列为本次位标序列，称为可变位标序列，其他(r-1)个序列（序列码长都为L）中，每个序列都有L个位置（位置从p₀到p_L-1）可以选择进行发送（根据可变位标序列位置），则共有(r-1)·[log₂L]比特信息传输；把这些状态与信息数据一一对应，则对应的信息数据K是：

$K=r+\left[{\log }_2{C}_M^r\right]+(r-1)\·\left[{\log }_{2}L\right]$

把选取出r个发送PN码序列、序列位移状态等，并行叠加在一起发送，形成基于可变位标序列的扩频信号位移排列关系

$A^{\′}=\{S_{j_1}{\mathrm{PN}}_{j_1}\left(p_{j_1}\right),....,S_{j_2}{\mathrm{PN}}_{j_2}\left(p_{j_2}\right),....,S_{j_r}{\mathrm{PN}}_{j_r}\left(p_{j_r}\right)\}$

式中， $S_{j_i}\∈(+1,-1),(i=\mathrm{1,2},\·\·\·,r);$ r个序列并行组合等幅相加（＋1或－1值相加），形成组合多值信号：

$\mathrm{MD}(r,t)=\underset{i=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{j_i}{\mathrm{PN}}_{j_i}\left(p_{j_i}\right)$

步骤四：经载波调制后，发送信号s(t)

式中，P是载波功率，将获得的信号s(t)发射;

步骤五：在高斯白噪声信道下，接收信号为

r(t)＝s(t-τ)+n(t)+J(t)

式中，τ为通信传播时延；n(t)为高斯白噪声，其双边带功率谱密度为N₀/2；J(t)为干扰信号；设发送端和接收端载波的频率、码元相位完全同步，接收端有M个扩频器，在载波解调之后分别用PN_i(t)(i＝1,2,…M)作解扩处理，则M个解调器中第i（1≤i≤M）个扩频解调器输出为：

$Z_i\left(t\right)=P\underset{j=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{i_j}\underset{\mathrm{\τ}}{\overset{T+\mathrm{\τ}}{\∫}}{\mathrm{PN}}_{i_j}(t-\mathrm{\τ}){\mathrm{PN}}_i(t-\mathrm{\τ})\mathrm{dt}+N_i\left(t\right)+J_i$

式中，τ为通信传播时延；i＝i_j的积分是扩频序列的自相关；i≠i_j是互相关；解调器输出为

$Z_i\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{S}_{\mathrm{ij}}\mathrm{PT}+N_i+J_i& i=i_j\\ N_i+J_i& i\≠i_j\end{array}\right.$

使用的两组PN序列行彼此准正交，满足要求；

步骤六：将步骤五获得的M个解扩器输出值以及其对应PN码序号输入数据－序列选择逆映射器，从M个解扩器中的L相位输出值中，选取绝对值最大的r个输出值所对应的扩频序列序号、极性和位移关系作为发送来的组合序列，其中以序列号最小者为本次位标序列，其他大序号序列的位移关系均以本次位标序列为基准，送入数据－位移逆映射器，得出接收的K路数据信息；

步骤七：经并/串转换，得到K比特信息。

三个部分信息比特、r比特和(r-1)·[log₂L]比特的具体映射方法为：

（1）将发送的K比特数据记为d₁,d₂,d₃,…,d_K，分为三部分，为

d₁,d₂,d₃,…,d_K＝{d_{s},d_{e},d_{p}}

其中d_{s}为

$d_{\left\{s\right\}}=d_{s_1},d_{s_2},\·\·\·,d_{s_r};$

其中d_{e}为

$d_{\left\{e\right\}}=d_{e_1},d_{e_2},\·\·\·,d_{e_{k2}};$

式中 $k2=\left[{\log }_2{C}_M^r\right];$ 其中d_{p}为

$d_{\left\{p\right\}}=d_{p_1},d_{p_2},\·\·\·,d_{p_{k3}};$

式中k3＝(r-1)·[log₂L]；

（2）把d_{s}为r位信息，可定义数据0为正相（PN序列不变），数据1为反相（PN序列都取反），第数据对应选取的第1个序列相位，第个数据对应选取的第r个序列相位，故有2^r种可能状态，对应信息数据为r比特；

（3）从M个序列中选取r个序列，按照与常规的并行组合扩频通信的字典排序一样映射原理，故有种可能状态，对应信息数据为比特；

（4）把d_{p}位信息分为(r-1)组，每组为p_i位，按照p_i位对于可变位标序列位移第i个序列的状态进行序列位移，故有种可能状态，对应信息数据为(r-1)·[log₂L]比特。

每次发送数据的位标序列都不相同，都以序列号最小者为本次位标序列，其他大序号的位移位置均以本次位标序列为准进行位移调制。

下面举例说明：

结合图1，一种基于可变位标序列的高效扩频通信方法采用和常规并行组合扩频方法相同的系统参数，从M＝16个PN码序列中选取r＝3个序列发送，PN码长L＝512；

步骤一：发射过程中，发送的K比特数据记为d₁,d₂,d₃,…,d₃₀， $K=3+\left[{\log }_2{C}_{16}^3\right]+(3-1)\·\left[{\log }_{2}512\right]=30;$ 30比特发送信息送入串/并转换器，获得30路并行信号；将这些并行信号分成三个部分，分别为信息9比特、3比特和18比特；

步骤二：将对应为9比特、3比特和18比特的并行数据，根据数据-映射算法从PN序列族（一共包含16个PN码序列）中选取3个发送的序列，总共有560种发送扩频序列情况选择，对应能传输9比特的信息数据；考虑选出的3个扩频序列还可使用正相、反相(极性相反)状态(与M_b-ary扩频通信类似)，则有2³种相位状态可发送，对应能传输3比特的信息数据；考虑选出的3个序列中，以序列号最小者序列为本次位标序列，称为可变位标序列，其他2个序列中，每个序列都有L个位置（位置从p₀到p_L-1）可以选择进行发送（根据可变位标序列位置），则共有18比特信息传输；把这些状态与信息数据一一对应，则对应的信息数据K是：

$K=3+\left[{\log }_2{C}_{16}^3\right]+(3-1)\·\left[{\log }_{2}512\right]=30$

把选取出3个发送PN码序列、序列位移状态等，并行叠加在一起发送，形成基于可变位标序列的扩频信号位移排列关系

$A^{\′}=\{S_{j_1}{\mathrm{PN}}_{j_1}\left(p_{j_1}\right),S_{j_2}{\mathrm{PN}}_{j_2}\left(p_{j_2}\right),S_{j_3}{\mathrm{PN}}_{j_3}\left(p_{j_3}\right)\}$

式中， $S_{j_i}\∈(+1,-1),(i=\mathrm{1,2},3);$ 3个序列并行等幅相加（＋1或－1值相加），形成组合多值信号：

$\mathrm{MD}(r,t)=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{j_i}{\mathrm{PN}}_{j_1}\left(p_{j_1}\right)$

步骤三：经载波调制后，发送信号s(t)

式中，P是载波功率，将获得的信号s(t)发射；

步骤四：在高斯白噪声信道下，接收信号为

r(t)＝s(t-τ)+n(t)+J(t)

式中，τ为通信传播时延；n(t)为高斯白噪声，其双边带功率谱密度为N₀/2；J(t)为干扰信号；设发送端和接收端载波的频率、码元相位完全同步，接收端有16个扩频器，在载波解调之后分别用PN_i(t)(i＝1,2,…16)作解扩处理，则16个解调器中第i（1≤i≤16）个扩频解调器输出为：

$Z_i\left(t\right)=P\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{i_j}\underset{\mathrm{\τ}}{\overset{T+\mathrm{\τ}}{\∫}}{\mathrm{PN}}_{i_j}(t-\mathrm{\τ}){\mathrm{PN}}_i(t-\mathrm{\τ})\mathrm{dt}+N_i\left(t\right)+J_i$

式中，τ为通信传播时延；i＝i_j的积分是扩频序列的自相关；i≠i_j是互相关；解调器输出为

$Z_i\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{S}_{\mathrm{ij}}\mathrm{PT}+N_i+J_i& i=i_j\\ N_i+J_i& i\≠i_j\end{array}\right.$

使用的两组PN序列行彼此准正交，满足要求

步骤五：将步骤四获得的16个解扩器输出值以及其对应PN码序号输入数据－序列选择逆映射器，从16个解扩器中的512相位输出值中，选取绝对值最大的3个输出值所对应的扩频序列序号、极性和位移关系作为发送来的组合序列，其中以序列号最小者为本次位标序列，其他大序号序列的位移关系均以本次位标序列为基准，送入数据－位移逆映射器，得出接收的30路数据信息；

步骤六：经并/串转换，得到30比特信息。

三个部分信息9比特、3比特和18比特的具体映射方法为：

（1）将发送的K比特数据记为d₁,d₂,d₃,…,d₃₀，分为三部分，为

d₁,d₂,d₃,…,d₃₀＝d_{s},d_{e},d_{p}

其中D_{S}为

d_{s}＝d₁,d₂,d₃；

其中d_{e}为

d_{e}＝d₄,d₅,…,d₁₂；

式中k2＝9；其中d_{p}为

d_{p}＝d₁₃,d₁₀,…,d₃₀；

式中k3＝18；

（2）把d_{s}为3位信息，可定义数据0为正相（PN序列不变），数据1为反相（PN序列都取反），故有2³种可能状态，对应信息数据为3比特；

（3）从16个序列中选取3个序列，按照与常规的并行组合扩频通信的字典排序一样映射原理，故有560种可能状态，对应信息数据为9比特；

（4）把d_{p}位信息分为2组，每组为9位，按照9位对于可变位标序列位移第i个序列的PN_i(2⁹)状态进行序列位移，故有2¹⁸种可能状态，对应信息数据为18比特。

（5）每次发送数据的位标序列都不相同，都以序列号最小者为本次位标序列，其他大序号的位移位置均以本次位标序列为准进行位移调制。

（6）发送端和接收端定义相同的一个16个PN码序列位移关系，按照某一种统一方式定义M个PN码序列排列方式如下：

$A=\{{\mathrm{PN}}_1\left(0\right),....,{\mathrm{PN}}_{16}\left(0\right)\}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{PN}}_0^1,{\mathrm{PN}}_1^1,....,{\mathrm{PN}}_{511}^1\\ {\mathrm{PN}}_0^2,{\mathrm{PN}}_1^2,....,{\mathrm{PN}}_{511}^2\\ {\mathrm{PN}}_0^3,{\mathrm{PN}}_1^3,....,{\mathrm{PN}}_{511}^3\\ ......\\ {\mathrm{PN}}_0^{16},{\mathrm{PN}}_1^{16},....,{\mathrm{PN}}_{511}^{16}\end{array}\right]$

不再以某一特定序列为固定的位标序列，而是以选取3个序列中序号最小者序列为位标序列。假定某次发送选取出 ${\mathrm{PN}}_{N{O}_1},{\mathrm{PN}}_{{\mathrm{NO}}_2},{\mathrm{PN}}_{{\mathrm{NO}}_3}$ 共3个序列，序号NO₁＜NO₂＜NO₃，序列则为本次发送信息的可变位标序列，PN_i(0)为16个序列中第i（i＝NO₂,NO₃）个序列相对于固定位标序列的第0号位置，

${\mathrm{PN}}_i\left(0\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{PN}}_0^{{\mathrm{NO}}_1},{\mathrm{PN}}_1^{{\mathrm{NO}}_1},....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^{{\mathrm{NO}}_1}\\ {\mathrm{PN}}_0^i,{\mathrm{PN}}_1^i,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^i\end{array}\right]$

那么，第i个序列相对于可变位标序列位置左移p个位置定义为PN_i(p)：

${\mathrm{PN}}_i\left(0\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{PN}}_0^{{\mathrm{NO}}_1},{\mathrm{PN}}_1^{{\mathrm{NO}}_1},....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^{{\mathrm{NO}}_1}\\ {\mathrm{PN}}_p^i,{\mathrm{PN}}_{p+1}^i,.,{\mathrm{PN}}_{L-1}^i,{\mathrm{PN}}_0^i...,{\mathrm{PN}}_{p-1}^i\end{array}\right]$

而从相同参数的16个PN码序列中选取3个序列进行并行组合扩频方式传输，一次只能传输 $K=r+\left[{\log }_2\left(C_M^r\right)\right]=12$ 比特数据，而一种基于可变位标序列的高效扩频通信方法在相同条件下可以一次传输 $K=3+\left[{\log }_2{C}_{16}^3\right]+(3-1)\·\left[{\log }_{2}512\right]=30$ 比特信息，传输效率提高1倍以上，比一种基于固定式PN码位移调制的直接序列高效扩频通信系统发射与接收方法在相同条件下可以一次传输 $K=(3-1)+\left[{\log }_2{C}_{16-1}^{3-1}\right]+(3-1)\·\left[{\log }_{2}512\right]=26$ 多4比特信息。根据公式 $K=r+\left[{\log }_2{C}_M^r\right]+(r-1)\·\left[{\log }_{2}L\right],$ 当扩频增益越高时，扩频码长L越大，一种基于可变式PN码位移调制的高效并行组合扩频系统发射与接收方法的传输效率提高的越高。

Claims (3)

1.一种基于可变位标序列的扩频通信方法，其特征是：

(1)发送端和接收端定义相同的一个M个PN码序列位移关系，定义M个PN码序列排列方式如下：

$A=\{{\mathrm{PN}}_1\left(0\right),....,{\mathrm{PN}}_M\left(0\right)\}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{PN}}_0^1,{\mathrm{PN}}_1^1,....,{\mathrm{PM}}_{L-1}^1\\ {\mathrm{PN}}_0^2,{\mathrm{PN}}_1^2,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^2\\ {\mathrm{PN}}_0^3,{\mathrm{PN}}_1^3,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^3\\ ......\\ {\mathrm{PN}}_0^M,{\mathrm{PN}}_1^M,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^M\end{array}\right]$

L为每个PN码周期的码元个数，选取r个序列中序号最小者序列为位标序列，即可变位标序列，发送选取出共r个序列，序号NO₁＜NO₂＜…＜NO_r，序列则为本次发送信息的可变位标序列，PN_i(0)为M个序列中第i(i＝NO₂,NO₃,....,NO_r)个序列相对于固定位标序列的第0号位置，

${\mathrm{PN}}_i\left(0\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{PN}}_0^{{\mathrm{NO}}_1},{\mathrm{PN}}_1^{{\mathrm{NO}}_1},....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^{{\mathrm{NO}}_1}\\ {\mathrm{PN}}_0^i,{\mathrm{PN}}_1^i,....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^i\end{array}\right]$

第i个序列相对于可变位标序列位置左移p个位置定义为PN_i(p)：

${\mathrm{PN}}_i\left(p\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{PN}}_0^{{\mathrm{NO}}_1},{\mathrm{PN}}_1^{{\mathrm{NO}}_1},....,{\mathrm{PN}}_{L-1}^{{\mathrm{NO}}_1}\\ {\mathrm{PN}}_p^i,{\mathrm{PN}}_{p+1}^i,.,{\mathrm{PN}}_{L-1}^i,{\mathrm{PN}}_0^i...,{\mathrm{PN}}_{p-1}^i\end{array}\right]$

(2)发射过程中，发送的K比特数据记为d₁,d₂,d₃,…,d_K，每个信息数据周期为T_d，其中KT_d＝LT_c，L为每个PN码周期的码元个数，T_c为码片周期；K比特发送信息送入串/并转换器，获得K路信号；

(3)将步骤(2)获得的K路信号分为三个部分，分别对应为比特、r比特和(r-1)·[log₂ L]比特；根据数据映射算法从M个PN码序列组成的PN序列族中选取r个发送的序列，总共有种发送扩频序列情况选择，对应能传输比特的信息数据，[x]表示对x取整数部分，是M中取r的组合；选出的r个扩频序列只使用正相或者反相的状态，如果选择r个扩频序列的某种相位状态发送，则有2^r种相位状态发送，对应能传输r比特的信息数据；选出的r个序列中，以序列号最小者序列为本次位标序列，其他r-1个序列中，每个序列都有L个位置可以选择进行发送，则共有(r-1)·[log₂ L]比特信息传输；把上述K比特数据分成三个部分所分别对应的这些状态与信息数据一一对应，则对应的信息数据K是：

$K=r+\left[{\log }_2{C}_M^r\right]+(r-1)\·\left[{\log }_{2}L\right]$

把选取出r个发送PN码序列、序列位移状态，并行叠加在一起发送，形成基于可变位标序列的扩频信号位移排列关系

$A^{\′}=\{S_{j_1}{\mathrm{PN}}_{j_1}\left(p_{j_1}\right),....,S_{j_2}{\mathrm{PN}}_{j_2}\left(p_{j_2}\right),....,S_{j_r}{\mathrm{PN}}_{j_r}\left(p_{j_r}\right)\}$

式中，r个序列并行组合等幅相加，即+1或－1值相加，形成组合多值信号：

$\mathrm{MD}(r,t)=\underset{i=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{j_i}{\mathrm{PN}}_{j_i}\left(p_{j_i}\right)$

MD为多值发送信号，t为时间变量，为第j次第i个发送序列相对于固定位标序列左移个位置；

(4)经载波调制后，发送信号s(t)

式中，P是载波功率；

(5)在高斯白噪声信道下，接收信号为

r(t)＝s(t-τ)+n(t)+J(t)

式中，τ为通信传播时延；n(t)为高斯白噪声，其双边带功率谱密度为N₀/2；J(t)为干扰信号；设发送端和接收端载波的频率、码元相位完全同步，接收端有M个扩频器，在载波解调之后分别用PN_i(t)(i＝1,2,…M)作解扩处理，则M个解调器中第i个扩频解调器输出为：

$Z_i\left(t\right)=P\underset{j=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{i_j}\underset{\mathrm{\τ}}{\overset{T+\mathrm{\τ}}{\∫}}{\mathrm{PN}}_{i_j}(t-\mathrm{\τ}){\mathrm{PN}}_i(t-\mathrm{\τ})\mathrm{dt}+N_i\left(t\right)+J_i$

式中，1≤i≤M，τ为通信传播时延；i＝i_j的积分是扩频序列的自相关；i≠i_j是互相关；解调器输出为

$Z_i\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{S}_{\mathrm{ij}}\mathrm{PT}+N_i+J_i& i=i_j\\ N_i+J_i& i\≠i_j\end{array}\right.$

使用的两组PN序列行彼此准正交；

(6)将步骤(5)获得的M个解扩器输出值以及其对应PN码序号输入数据－序列选择逆映射器，从M个解扩器中的L相位输出值中，选取绝对值最大的r个输出值所对应的扩频序列序号、极性和位移关系作为发送来的组合序列，其中以序列号最小者为本次位标序列，其他大序号的位移位置均以本次位标序列为准，送入数据－位移逆映射器，得出接收的K路数据信息；

(7)将接收的K路数据信息经并/串转换，得到K比特信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于可变位标序列的扩频通信方法，其特征是：比特、r比特和(r-1)·[log₂ L]比特的映射方法为：

(1)将发送的K比特数据记为d₁,d₂,d₃,…,d_K，分为三部分，为

d₁,d₂,d₃,…,d_K＝{d_{s},d_{e},d_{p}}

其中d_{s}为

$d_{\left\{s\right\}}=d_{s_1},d_{s_2},...,d_{s_r};$

其中d_{e}为

$d_{\left\{e\right\}}=d_{e_1},d_{e_2},...,d_{e_{k2}};$

式中k2＝其中d_{p}为

$d_{\left\{p\right\}}=d_{p_1},d_{p_2},...,d_{p_{k3}};$

式中k3＝(r-1)·[log₂ L]；

(2)把d_{s}为r位信息，可定义数据0为正相，数据1为反相，第数据对应选取的第1个序列相位，第个数据对应选取的第r个序列相位，有2^r种可能状态，对应信息数据为r比特；

(3)从M个序列中选取r个序列，按照与常规的并行组合扩频通信的字典排序一样映射原理，有种可能状态，对应信息数据为比特；

(4)把d_{p}位信息分为(r-1)组，每组为p_i位，按照p_i位对于可变位标序列位移第i个序列的状态进行序列位移，有种可能状态，对应信息数据为(r-1)·[log₂ L]比特。

3.根据权利要求1所述的一种基于可变位标序列的扩频通信方法，其特征是：每次发送数据的位标序列都不相同，都以序列号最小者为本次位标序列，其他大序号的位移位置均以本次位标序列为准进行位移调制。