CN107612861A - 一种基于ccsk调制的idma系统通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于CCSK调制的IDMA系统通信方法，本发明的通信方法在传统IDMA系统的基础上，发送端选取相关性良好的基础序列，对其进行CCSK调制，然后将调制后的数据按照传统的发射机结构进行发送，在接收端，先将接收到的数据按照传统IDMA的系统的迭代检测算法进行解调判决，每个用户判决后的数据再利用循环相关检测法进行CCSK解调，本发明的方法通过引入CCSK调制，对基础序列的循环移位来携带发送数据，在保持系统原有优势的前提下，可有效提高系统的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明属于无线通信领域，具体涉及一种基于循环码移键控(Cyclic Code ShiftKeying，CCSK)调制的IDMA系统通信方法，特别适用于需要提高抗干扰能力的多址接入系统中。
背景技术
多址接入技术是无线通信的关键技术之一，其核心内容是如何将有限的通信资源在多个用户之间进行有效切割和分配，使其共享资源而不会相互干扰。码分多址(Code-Division Multiple Access,CDMA)是第三代移动通信的核心技术，具有容量大、软切换、抗干扰能力强等优点。但是传统的CDMA系统的数据速率比较低，不能满足新一代移动通信系统高速数据通信的需要。并且由于所用的扩频码的自相关和互相关函数达不到理想的特性，产生的符号间干扰(ISI)和多址干扰(MAI)限制了系统容量。因此接收机很难充分利用分散在时域的信号能量，实现满负荷工作。
交织多址(Interleave Division Multiplexing Access,IDMA)技术用交织器来区分用户，所有用户共享相同的资源，不但继承了码分多址的抗干扰能力强、抗衰落能力强、系统容量大等特点，还具有良好的抗多址干扰(MAI)性能和较低的多用户检测复杂度等优点，是一种前景广阔的多址接入方式。
传统IDMA系统的发射机、接收机框图分别如图1、2所示。发送机主要包括前向纠错(Forward Error Correction,FEC)编码模块、扩频模块和交织模块，接收机由一个单元信号估计器(Elementary Signal Estimator,ESE)、若干个解交织模块和译码器(Decoder,DEC)构成。在具备上述优点的同时，传统IDMA系统也存在问题。作为扩频通信系统，当接入用户数量超过扩频倍数时，IDMA系统的抗干扰性能会急剧下降。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种基于CCSK调制的IDMA系统通信方法。
本发明的具体技术方案为：一种基于CCSK调制的IDMA系统通信方法，具体为：
发送端数据处理：
设用户数为K，扩频码长为S，第k个用户的发送数据为dk＝[dk(0),dk(1),…,dk(N-1)]，CCSK调制阶数为M_ary(一般取M_ary＝N*S)，发送端使用的基础序列记为m，m是长度为N的m序列；
具体包括以下分步骤：
S11、对于第k个用户，数据比特序列dk首先进行FEC编码，生成编码后的编码序列bk；
S12、步骤S11生成的序列bk进入CCSK调制，发送数据bk映射成十进制数nk，则第k个用户的发送信号为：其中，表示对基础序列m向左循环移位nk位操作；
S13、对步骤S12调制后的数据进行扩频，产生低码率的扩频序列；
S14、步骤S13得到的数据进入第k个用户的码片级交织器πk，生成被打乱的码片序列；
S15、所有用户的信号通过发射模块发送，即完成发送端工作；
接收端采用迭代译码，设迭代次数为Iter，具体包括以下分步骤：
S21、对经过信道的发送信号进行接收，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：其中，xk表示第k个用户的发送信号，hk表示第k个用户的信道衰落系数，w(n)为是均值为0、方差为σ2的高斯白噪声；
S22、初始化所有用户信号的均值E[xk(n)]和方差Var[xk(n)]；
S23、计算接收信号的均值和方差；
S24、计算每个用户各自干扰信号的的均值和方差：
E(ζk(n))＝E(r(n))-hkE(xk(n))
Var(ζk(n))＝Var(r(n))-|hk|2Var(xk(n))
S25、计算ESE输出的每个用户发送信号的外信息：
S26、对步骤S25产生的第k路外信息eESE(xk(n))进行解交织，得到ck的先验对数似然比信息Lprior(ck)。接下来进入DEC译码模块，为叙述方便，下面仅考虑第k个用户的第一个编码符号步骤bk(1)的译码，其它编码符号的译码过程一样。利用ESE反馈的外信息Lprior(ck)进行解扩频，得到编码符号bk(1)的先验软信息，
其中，sk为第k个用户的扩频码，S为扩频码的长度。
S27、FEC译码器利用软信息Lpriori(bk(1))进行软译码，得到编码序列bk的后验软信息LAPP(bk(1))，并对LAPP(bk(1))进行扩频，得到扩频序列ck的后验软信息：
Lposteriori(ck(n))＝sk(n)LAPP(bk(1)),n＝1,...,S
从而得到DEC译码器输出的外信息：eDEC(ck(n))＝Lposteriori(ck(n))-Lpriori(ck(n))
S28、步骤S27得到的外信息eDEC(ck(n))通过随机交织器πk，得到yk的先验信息，从而更新所有用户信号的均值和方差，
Var(yk(n))＝1-(E(yk(n)))2
S29、判断k＞Iter是否成立，若成立，对FEC译码结果进行硬判决，得到二进制序列r，然后利用循环相关检测法对二进制序列r进行CCSK解调，y＝|IDFT(DFT(r)·DFT*(m))|
在CCSK解调中，取y的实部，找到最大值的下标，记为估计的数据d；
若k＞Iter不成立，令k＝k+1，回到步骤S26；
S210、将d转换位二进制数据，得到log2M_ary位比特数据，即完成了解调。
本发明的有益效果：本发明的通信方法在传统IDMA系统的基础上，发送端选取相关性良好的基础序列，对其进行CCSK调制，然后将调制后的数据按照传统的发射机结构进行发送，在接收端，先将接收到的数据按照传统IDMA的系统的迭代检测算法进行解调判决，每个用户判决后的数据再利用循环相关检测法进行CCSK解调，本发明的方法通过引入CCSK调制，对基础序列的循环移位来携带发送数据，在保持系统原有优势的前提下，可有效提高系统的抗干扰能力。
附图说明
图1为传统IDMA系统发送端结构示意图。
图2为传统IDMA系统接收端结构示意图。
图3为本发明的基于CCSK调制的IDMA通信方法的系统发送端结构示意图。
图4为本发明的基于CCSK调制的IDMA通信方法的系统接收端结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步的说明。
本发明的方案基于CCSK调制的IDMA系统的发射机、接收机框图分别如图3、4所示，其中，发送端与接收端；设用户数为K，扩频码长为S，第k个用户的发送数据为CCSK调制阶数为M_ary(一般取M_ary＝N*S)。发送端使用的基础序列记为m，m是长度为N的m序列。本发明的实施例通过在发送端FEC编码模块后增加CCSK调制模块以及在接收端的DEC译码器模块和FEC解码模块之间增加CCSK解调模块，实现抗干扰的目的。
在发送端，主要包括四个模块：前向纠错编码器、CCSK调制模块、扩频器和交织器。对于第k个用户，数据比特序列首先进行FEC编码，生成编码后的序列bk；m序列发生器产生一个m序列作为CCSK调制的基础序列，编码序列bk经过映射成为十进制数据nk，并对基础序列m进行CCSK调制，产生CCSK调制后的序列yk；为进一步降低码率，编码序列yk进行扩频，产生低码率的扩频序列ck；最后，码片序列进入第k个用户的码片级交织器πk，生成被打乱顺序的码片序列xk，通过发射机发送出去。
具体包括以下分步骤：
S11、对于第k个用户，数据比特序列dk首先进行FEC编码，生成编码后的编码序列bk；
S12、步骤S11生成的序列bk进入CCSK调制，发送数据bk映射成十进制数nk，则第k个用户的发送信号为：其中，表示对基础序列m向左循环移位nk位操作；
S13、对步骤S12调制后的数据进行扩频，产生低码率的扩频序列；
S14、步骤S13得到的数据进入第k个用户的码片级交织器πk，生成被打乱的码片序列；
S15、所有用户的信号通过发射模块发送，即完成发送端工作；
IDMA系统通过码片级的交织器区分不同的用户，在接受端可采用低复杂度的迭代检测算法检测不同用户的数据。接收端包括ESE估计器模块、交织/解交织模块、DEC译码器模块和CCSK解调模块。接收到的数据先按照传统IDMA的解调方法进行解调，得到IDMA解调后的数据r。然后根据解调后的数据r和基础序列m，按照循环相关检测法进行CCSK解调，得到最终的解调结果，具体包括以下分步骤：
S21、对经过信道的发送信号进行接收，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：其中，xk表示第k个用户的发送信号，hk表示第k个用户的信道衰落系数，w(n)为是均值为0、方差为σ2的高斯白噪声；
S22、初始化所有用户信号的均值E[xk(n)]和方差Var[xk(n)]；
S23、计算接收信号的均值和方差：
S24、计算每个用户各自干扰信号的的均值和方差：
E(ζk(n))＝E(r(n))-hkE(xk(n))
Var(ζk(n))＝Var(r(n))-|hk|2Var(xk(n))
S25、计算ESE输出的每个用户发送信号的外信息：
S26、对步骤S25产生的第k路外信息eESE(xk(n))进行解交织，得到ck的先验对数似然比信息Lprior(ck)。接下来进入DEC译码模块，为叙述方便，下面仅考虑第k个用户的第一个编码符号步骤bk(1)的译码，其它编码符号的译码过程一样。利用ESE反馈的外信息Lprior(ck)进行解扩频，得到编码符号bk(1)的先验软信息，
其中，sk为第k个用户的扩频码，S为扩频码的长度。
S27、FEC译码器利用软信息Lpriori(bk(1))进行软译码，得到编码序列bk的后验软信息LAPP(bk(1))，并对LAPP(bk(1))进行扩频，得到扩频序列ck的后验软信息：
Lposteriori(ck(n))＝sk(n)LAPP(bk(1)),n＝1,...,S
从而得到DEC译码器输出的外信息：eDEC(ck(n))＝Lposteriori(ck(n))-Lpriori(ck(n))
S28、步骤S27得到的外信息eDEC(ck(n))通过随机交织器πk，得到yk的先验信息，从而更新所有用户信号的均值和方差，
Var(yk(n))＝1-(E(yk(n)))2
S29、判断k＞Iter是否成立，若成立，对FEC译码结果进行硬判决，得到二进制序列r，然后利用循环相关检测法对二进制序列r进行CCSK解调，y＝|IDFT(DFT(r)·DFT*(m))|
在CCSK解调中，取y的实部，找到最大值的下标，记为估计的数据d；
若k＞Iter不成立，令k＝k+1，回到步骤S26；
S210、将d转换位二进制数据，得到log2M_ary位比特数据，即完成了解调。
可以看出，本发明的通信方法在传统IDMA系统的基础上，发送端选取相关性良好的基础序列，对其进行CCSK调制，然后将调制后的数据按照传统的发射机结构进行发送，在接收端，先将接收到的数据按照传统IDMA的系统的迭代检测算法进行解调判决，每个用户判决后的数据再利用循环相关检测法进行CCSK解调，本发明的方法通过引入CCSK调制，对基础序列的循环移位来携带发送数据，在保持系统原有优势的前提下，可有效提高系统的抗干扰能力。
Claims (1)
1.一种基于CCSK调制的IDMA系统通信方法，具体为：
发送端数据处理：
设用户数为K，扩频码长为S，第k个用户的发送数据为dk＝[dk(0),dk(1),…,dk(N-1)]，CCSK调制阶数为M_ary，发送端使用的基础序列记为m，m是长度为N的m序列；
具体包括以下分步骤：
S11、对于第k个用户，数据比特序列dk首先进行FEC编码，生成编码后的编码序列bk；
S12、步骤S11生成的序列bk进入CCSK调制，发送数据bk映射成十进制数nk，则第k个用户的发送信号为：其中，表示对基础序列m向左循环移位nk位操作；
S13、对步骤S12调制后的数据进行扩频，产生低码率的扩频序列；
S14、步骤S13得到的数据进入第k个用户的码片级交织器πk，生成被打乱的码片序列；
S15、所有用户的信号通过发射模块发送，即完成发送端工作；
接收端采用迭代译码，设迭代次数为Iter，具体包括以下分步骤：
S21、对经过信道的发送信号进行接收，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：其中，xk表示第k个用户的发送信号，hk表示第k个用户的信道衰落系数，w(n)为是均值为0、方差为σ2的高斯白噪声；
S22、初始化所有用户信号的均值E[xk(n)]和方差Var[xk(n)]；
S23、计算接收信号的均值和方差：
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S24、计算每个用户各自干扰信号的的均值和方差：
E(ζk(n))＝E(r(n))-hkE(xk(n))
Var(ζk(n))＝Var(r(n))-|hk|2Var(xk(n))
S25、计算ESE输出的每个用户发送信号的外信息：
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S26、对步骤S25产生的第k路外信息eESE(xk(n))进行解交织，得到ck的先验对数似然比信息Lprior(ck)。接下来进入DEC译码模块，利用ESE反馈的外信息Lprior(ck)进行解扩频，得到编码符号bk(1)的先验软信息，
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其中，sk为第k个用户的扩频码，S为扩频码的长度。
S27、FEC译码器利用软信息Lpriori(bk(1))进行软译码，得到编码序列bk的后验软信息LAPP(bk(1))，并对LAPP(bk(1))进行扩频，得到扩频序列ck的后验软信息：
Lposteriori(ck(n))＝sk(n)LAPP(bk(1)),n＝1,...,S
从而得到DEC译码器输出的外信息：eDEC(ck(n))＝Lposteriori(ck(n))-Lpriori(ck(n))
S28、步骤S27得到的外信息eDEC(ck(n))通过随机交织器πk，得到yk的先验信息，从而更新所有用户信号的均值和方差，
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Var(yk(n))＝1-(E(yk(n)))2
S29、判断k＞Iter是否成立，若成立，对FEC译码结果进行硬判决，得到二进制序列r，然后利用循环相关检测法对二进制序列r进行CCSK解调，y＝|IDFT(DFT(r)·DFT*(m))|
在CCSK解调中，取y的实部，找到最大值的下标，记为估计的数据d；
若k＞Iter不成立，令k＝k+1，回到步骤S26；
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