CN103368603A

CN103368603A - 一种多用户扩频通信实现方法及其系统

Info

Publication number: CN103368603A
Application number: CN201310239101XA
Authority: CN
Inventors: 韩大海; 焦璐; 张民
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2013-10-23

Abstract

本发明公开了一种多用户扩频通信实现方法，包括如下步骤：S1：发送端将多个不同用户信息通过采用多个不同且相互正交的PN序列码进行直接序列扩频调制，并改变不同用户扩频调制后的数字信号占空比；S2：将扩频调制后的数字信号经紫外光源转变成光信号通过紫外载波发送给接收端；S3：所述接收端将接收到的光信号转变成模拟电信号，并将所述模拟电信号转变成数字电信号；S4：将所述数字电信号进行均值滤波，恢复信号占空比，进行直接序列解扩，判断接收的用户信息来自哪个用户。本发明公开了一种多用户扩频通信系统。本发明公开的一种多用户扩频通信实现方法，极大的改善了多用户通信质量，具有很强的保密性和抗干扰性，同时实现多用户扩频通信的高度集成化。

Description

一种多用户扩频通信实现方法及其系统

技术领域

本发明涉及紫外光通信领域，特别涉及一种基于FPGA的紫外光多用户扩频通信实现方法及其系统。

背景技术

无线频谱资源紧张，紫外光通信的引入是对通信频谱的一次巨大拓展。网络用户日益增多，使得无线频谱愈加拥挤。在通信技术高速发展的时代，通信的质量也越来越受到人们的重视。频谱扩展技术可以提高通信的保密性和抗噪声能力。因此，频谱扩展技术得到了发展。

FPGA逻辑单元丰富、集成度高、配置灵活，多用户扩频通信系统需要完成快速复杂的信号处理，具有高速处理能力的FPGA使得多用户扩频通信的高度集成化成为可能。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题：如何提供一种多用户扩频通信实现方法，以克服现有技术中由于网络用户日益增多而导致通信质量降低的技术问题；以及提供一种多用户扩频通信实现系统，可以使接收端能准确接收多用户发送的信息并正确判断信息来自哪个发送端用户，从而提高通信质量。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种多用户扩频通信实现方法，包括如下步骤：

S1：发送端将多个不同用户信息通过采用多个不同且相互正交的PN序列码进行直接序列扩频调制，并改变不同用户扩频调制后的数字信号占空比；

S2：将扩频调制后的数字信号经紫外光源转变成光信号通过紫外载波发送给接收端；

S3：所述接收端将接收到的光信号转变成模拟电信号，并将所述模拟电信号转变成数字电信号；

S4：将所述数字电信号进行均值滤波，恢复信号占空比，并进行直接序列解扩，判断接收的用户信息来自哪个用户。

优选地，所述不同用户信息是在每个用户原始有效信息前加入了相同的导频信息。

优选地，步骤S4所述的直接序列解扩步骤包括如下具体步骤：

S41：对每一组接收到的码片分别与不同用户直接序列扩频调制过程中使用的序列码PN_α进行相关运算，其中，α=a、b、c……m，α代表不同的用户；

S42：判断所述相关运算结果是否不小于预定阈值，如果是，则接收的对应组码片信息为1；否则，接收的对应组码片信息为0。

优选地，若步骤S42所述接收的全部码片信息全为0，则可判断用户信息不是来自用户α的信息。

优选地，所述序列PN_α长度为2ⁿ-1，其中n为大于等于3的自然数。

另一方面，本发明还提供了一种多用户扩频通信系统，包括发送端和接收端；

所述发送端数字信号处理模块，用于将多个不同用户信息进行直接序列扩频调制，改变信号占空比，并将调制后的数字信号传输给所述紫外LED驱动电路；

所述紫外LED驱动电路，用于将所述调制后的数字信号电平值转化为电流值，驱动所述光源紫外LED阵列发光；

所述光源紫外LED阵列，用于将所述调制后的数字信号转换成光信号后通过紫外载波传输给接收端；

所述接收端包括：紫外探测器、A/D转换器和接收端数字信号处理模块；

所述紫外探测器，用于将接收到的光信号转换成模拟电信号，并将所述的模拟电信号放大后传输给所述A/D转换器；

所述A/D转换器，用于将所述模拟电信号转换成数字电信号，并传输给所述接收端数字信号处理模块；

所述接收端数字信号处理模块，用于将接收到的数字电信号进行均值滤波、恢复占空比和直接序列解扩，判断出用户信息来自发送端哪个用户。

优选地，所述发送端数字信号处理模块包括多用户直接序列扩频调制模块和信号占空比变换模块。

优选地，所述接收端数字信号处理模块包括均值滤波器、信号占空比恢复模块和多用户直接序列解扩模块。

优选地，所述发送端数字信号处理模块和所述接收端数字信号处理模块均由FPGA现场可编程逻辑门阵列实现的。

优选地，所述发送端和所述接收端均还包括多个PC机用户。

（三）有益效果

本发明所提供的一种多用户扩频通信系统有如下优点：

一、本发明采用直接序列扩频技术，由于每个用户使用不同且相互正交的PN序列，故解扩模块可以正确判断出信息来自哪个用户并通过PC终端机显示出接收到的信息，实现多用户扩频通信，且安全性和抗干扰能力强；二、本发明的发送端采用紫外LED光源将扩频调制后的信号加载到紫外光载波上完成信息传输，节约了频谱资源；三、本发明采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）实现的，使得多用户扩频通信的高度集成化成为可能；四、在发送用户信息前，在每个用户的原始有效信息前加入相同的导频，即给所要发送的信息加一个相同的帧头，便于接收端检测到帧头后准确地接收信号，降低了系统误码率，提高了通信质量。

附图说明

图1为本发明的一种多用户扩频通信实现方法的流程图；

图2为本发明的发送端多用户扩频调制流程框图；

图3为本发明的接收端多用户解扩的流程图；

图4为本发明的一种多用户扩频通信系统结构图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一：

如图1所示，本实施例记载了一种多用户扩频通信实现方法，包括如下步骤：

其中，不同用户信息是在每个用户原始有效信息前加入了相同的导频信息。

如图2所示，是本实施发送端的流程框图。发送端有用户a、用户b、用户c、……、用户m等m个用户。根据直接序列扩频技术原理，每个用户采用不同的PN_a、PN_b、PN_c、……、PN_m序列进行扩频调制，即用户a发送信息“1”时，发送端发送PN_a，发送信息“0”时，发送端发送PN_a的反码；用户b发送信息“1”时，发送端发送PN_b，发送信息“0”时，发送端发送PN_b的反码；用户c发送信息“1”时，发送端发送PN_c，发送信息“0”时，发送端发送PN_c的反码；……；用户m发送信息“1”时，发送端发送PN_m，发送信息“0”时，发送端发送PN_m的反码。扩频通信中使用的PN码字相互正交，即PN_a、PN_b、PN_c、……、PN_m序列均正交。根据实际通信需要，每次通信时某一个用户发送信息，在每个用户的原始有效信息前加入相同的导频，即给所要发送的信息加一个相同的帧头，便于接收端检测到帧头后接收信号，并把需要发送的有效信息扩频调制后加载到紫外光源上完成信息传输。

如图3所示，所述的直接序列解扩步骤包括如下具体步骤：

其中，若步骤S42所述接收的全部码片信息全为0，则可判断用户信息不是来自用户α的信息，序列PN_α长度为2ⁿ-1，其中n为大于等于3的自然数。

接收端对发送端发送的导频进行探测，由于所有发送端用户使用的导频相同，故根据接收端提取的同步信号能准确判断出接收信号中的有效信息；其次，对接收到的有效数据解扩频，其具体实现方法是：在同步时钟信号下，对每一组接收到的码片分别与PN_a、PN_b、PN_c、……、PN_m序列做相关运算。根据相关运算的特点，当这组码片是来自用户a的，则其与PN_a相关运算在码片结束位置会出现一个最大值；而与PN_b、PN_c、……、PN_m序列做相关运算后其在码片结束位置的值始终为0，得到m个相关运算的数值；设置一个阈值，此阈值的设置跟直接序列扩频PN序列的长度和通信系统的信噪比有关，PN序列长度为2ⁿ-1其中，n=3、4…，n为自然数；把m个相关运算的数值分别于设置的阈值作比较，若该信息来自用户a，则同步信号下，每一组码片与PN_a做相关运算，其值不小于设置阈值，判为“1”，反之判为“0”；与PN_b做相关运算，因PN_b与PN_a正交，接收的用户a的信息与PN_b做相关运算不会超过阈值，接收的信息均为“0”，则可以判断出此信息不是来自用户b；同理，与PN_c、……、PN_m序列做相关运算后可判出此信息持续为“0”，则可判断出此接收到的信息并非来自用户c、……、用户m，而来自用户a。同理，接收端可以正确判断出信息来自用户b、用户c、……、用户m且能恢复出原始信息。

实施例二：

如图4所示，本实施例记载了一种多用户扩频通信系统，包括发送端和接收端；

其中，发送端数字信号处理模块包括多用户直接序列扩频调制模块和信号占空比变换模块。

接收端数字信号处理模块包括均值滤波器、信号占空比恢复模块和多用户直接序列解扩模块。

发送端数字信号处理模块和接收端数字信号处理模块均由FPGA现场可编程逻辑门阵列实现的。

发送端和接收端均还包括多个PC机用户。

从图4所示系统结构图可以看到，整个系统分为发送端和接收端。发送端PC机a、PC机b、PC机c、……、PC机m等有m个PC机作为发送端用户a用户b、用户c、……、用户m。

根据通信需求，发送端FPGA数字信号处理模块多用户直接序列扩频调制模块将用户信息扩频调制，而信号占空比变换模块改变数字信号占空比，调制后的数字信号经过紫外LED驱动电路加载给光源紫外LED阵列。光源紫外LED阵列将调制后的数字信号转换成光信号，通过紫外光传输到接收端。

接收端先经过紫外探测器PMT把接收到的光信号转换成模拟电信号，A/D转换器将模拟电信号转变成数字电信号，然后传输给发送端FPGA数字信号处理模块。FPGA数字信号处理模块首先通过均值滤波器对接收到的数字电信号进行均值滤波；然后通过信号占空比恢复模块恢复数字电信号占空比；最后利用多用户直接序列解扩模块对接收到的数字电信号进行解扩。根据直接序列扩频原理，每个用户使用不同且相互正交的PN序列，故解扩模块可以正确判断出信息来自哪个用户并通过PC终端机显示出接收到的信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护。

Claims

1.一种多用户扩频通信实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的多用户扩频通信实现方法，其特征在于，所述不同用户信息是在每个用户原始有效信息前加入了相同的导频信息。

3.根据权利要求1所述的多用户扩频通信实现方法，其特征在于，步骤S4所述的直接序列解扩步骤包括如下具体步骤：

4.根据权利要求3所述的多用户扩频通信实现方法，其特征在于，若步骤S42所述接收的全部码片信息全为0，则判断用户信息不是来自用户α的信息。

5.根据权利要求3所述的多用户扩频通信实现方法，其特征在于，所述序列PN_α长度为2ⁿ-1，其中，n为大于等于3的自然数。

6.一种多用户扩频通信系统，其特征在于，包括发送端和接收端，

所述发送端包括：发送端数字信号处理模块、紫外LED驱动电路和光源紫外LED阵列；

7.根据权利要求6所述的多用户扩频通信系统，其特征在于，所述发送端数字信号处理模块包括多用户直接序列扩频调制模块和信号占空比变换模块。

8.根据权利要求6所述的多用户扩频通信系统，其特征在于，所述接收端数字信号处理模块包括均值滤波器、信号占空比恢复模块和多用户直接序列解扩模块。

9.根据权利要求6所述的多用户扩频通信系统，其特征在于，所述发送端数字信号处理模块和所述接收端数字信号处理模块均由FPGA现场可编程逻辑门阵列实现的。

10.根据权利要求6～9任一项所述的多用户扩频通信系统，其特征在于，所述发送端和所述接收端均还包括多个PC机用户。