CN110932753B - 一种基于智能决策的变换域自适应通信传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于智能决策的变换域自适应通信传输方法。本发明的方法能够适应信道环境变化，保证在一定误码率的前提下，使得传输速率最大化。在发送端，智能决策模块会综合考虑用户速率要求、可靠性要求及信道条件，选择最适合当前信息传输的传输方案，然后系统会根据依据输出的参数进行数据调制。在接收端，再进行相应的自适应解调。采用本发明所提出的基于智能决策的变换域自适应通信传输方法，能够有效地提高频谱效率，达到最佳的传输效率。

Description

一种基于智能决策的变换域自适应通信传输方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于智能决策的变换域自适应通信传输方法。

背景技术

单一的通信系统往往不具备适应多变环境的能力。信息传输速率快的通信系统抗干扰能力差，只能用于信道条件好的场景里。而抗干扰能力强的通信系统的信息传输速率较慢。针对多变的信道条件，基于智能决策的变换域抗干扰的自适应编码方法提供了一种新的思路。

变换域通信系统，可以在一定频段内感知空间电磁环境信息后，主动避开干扰频段或者已占用的频段，并根据感知结果动态改变发射频段以避开干扰频段，从而实现抗干扰通信。

自适应编码技术，可以在不牺牲误比特率性能(比如BER)的前提下，根据无线通信环境和QoS要求，通过动态的改变发送端的发送功率、波特率、星座图的大小、编码方案、码率等，或者是综合改变前面所述的各种参数，在较好的无线信道条件下获得较大的吞吐量；而当无线信道质量下降时，相应地降低传输速率，最终达到提高系统资源的利用率，获得较高的系统吞吐量和容量的目的。

发明内容

本发明提出了一种基于智能决策的变换域自适应通信传输方法。

本发明的技术方案为：

发送端数据处理，具体包括以下分步骤(如图1所示)：

S1、频谱感知模块对其工作的空间电磁频谱环境进行采样，并对采样信号进行频谱估计。

S2、频谱判决模块中根据预设定门限确定可供传输的带宽和所有子载波的可用性，即如果该子载波功率谱幅度超过门限值，则认为该子载波已经被占用，并将其标记为0；如果该子载波功率谱幅度没有超过门限值，则认为该子载波未被占用，并将其标记为1(如图2所示)。设得到的频谱效用序列为A＝[A₀,A₁,…,A_n,…,A_N-1]。

S3、根据用户速率要求、可靠性要求及信道估计的结果确定自适应调制参数。这是一种智能决策的结果，不同的用户速率要求、可靠性要求及信道条件会更新策略。具体步骤如下：

S31、不同的信道编码、调制编码方式等可以构成不同的传输方案，设方案个数为w，依次为S＝[s₀,s₁,…,s_w-1]。根据信道传输的反馈结果，划分不同方案的优先级。不同信道条件及不同的划分标准(速率最佳、snr最佳等)下，方案的优先级会发生变化。设一共有y种划分标准，可以得到在第x种信道条件下的优先级矩阵：

其中，矩阵的每一行代表不同划分标准的优先级序列。

S31、根据信道条件、用户传输速率要求等，在优先级矩阵中遍历，得到最佳的方案序列号。

S4、依照智能决策输出的结果，对子载波进行相应的比特分配、调制，具体步骤如下：

S41、对二进制数据进行信道编码。

S42、对S41的结果进行数字调制，设得到数字信息流为D₁＝[d₀；d₁,…；d_m；…；d_M-1]。

S43、对S42的结果进行扩频，设扩频序列为P＝[p₀,p₁,…,p_n,…,p_N-1]，得到的数据为D₂＝D₁×P，其中×为矩阵乘。

S44、对S43的结果进行子载波比特分配，根据S12频谱效用序列A，把数据依次分配给标记为1的子载波，标记为0的子载波不分配数据，这样数据传输就可以很大程度上减少干扰的影响。

S45、将上述发送信号通过IFFT模块转变为时域信号,然后每一个符号加上循环前缀(CP)。

S46、再将得到的发送信号通过发射模块发送出去，即完成了发送端工作。

接收端数据处理，主要包括以下分步骤(如图3所示)：

S5、首先对经过信道作用的到达信号进行接收并完成信道估计，对接收信号进行去CP操作，再通过FFT模块，得到频域接收信号r；

S6、根据外部环境的电磁特性，检测所有区域的频谱特性，将频谱感知结果与预设定的门限相比较，产生频谱效用序列；

S7、进行自适应解调，具体步骤为：

S71、提取频谱效用序列上每个标记为1的对应位置上的数据。

S72、根据扩频码进行解扩。

S73、进行数字解调得到二进制数据流。

S74、进行信道解码得到原始数据流。

本发明的有益效果是：

本发明提出了一种基于智能决策的变换域自适应通信传输方法。该方法能够适应信道环境变化，保证在一定误码率的前提下，使得传输速率最大化。在发送端，智能决策模块会综合考虑用户速率要求、可靠性要求及信道条件，选择最适合当前信息传输的传输方案，然后系统会根据依据输出的参数进行数据调制。在接收端，再进行相应的自适应解调。采用本发明所提出的基于智能决策的变换域自适应通信传输方法，能够有效地提高频谱效率，达到最佳的传输效率。

附图说明

图1为基于智能决策的变换域自适应通信传输系统发送端示意图；

图2频谱感知与频谱判决示意图；

图3为基于智能决策的变换域自适应通信传输系统接收端示意图。

具体实施方式

为方便说明，选择变换域通信系统(TDCS)、非连续多载波码分多址(NC-MC-CDMA)和非连续正交频分复用(NC-OFDM)作为可供选择的数据调制系统，TDCS选用圆周移位键控(CCSK)作为数字调制方式，NC-MC-CDMA和NC-OFDM选用BPSK和8PSK作为可供选择的数字调制方式，选择1/2码率和2/3码率的卷积码作为可供选择的信道编码。据此得到10种固定的系统调制方案，分别是：

1)1/2卷积码NC-MC-CDMA BPSK

2)2/3卷积码NC-MC-CDMA BPSK

3)1/2卷积码NC-MC-CDMA 8PSK

4)2/3卷积码NC-MC-CDMA 8PSK

5)1/2卷积码TDCS

6)2/3卷积码TDCS

7)1/2卷积码NC-OFDM BPSK

8)2/3卷积码NC-OFDM BPSK

9)1/2卷积码NC-OFDM 8PSK

10)2/3卷积码NC-OFDM 8PSK

具体为：

发送端数据处理，具体包括以下分步骤：

设子载波总数目为2N，其中可用子载波数目为N，其它子载波因被占用不可用，发送的数据大小为N比特，数据处理如下：

发送端数据处理，具体包括以下分步骤：

第一步：频谱感知模块对其工作的空间电磁频谱环境进行采样，并对采样信号进行频谱估计。然后根据预设定门限确定所有子载波的可用性，即如果该子载波功率谱幅度超过门限值，则认为该子载波已经被占用，并将其标记为0；如果该子载波功率谱幅度没有超过门限值，则认为该子载波未被占用，并将其标记为1。设得到的频谱效用序列为A＝[A₀,A₁,…,A_n,…,A_N-1]。

第二步：根据信道估计的结果确定自适应调制参数，依照所选用的自适应调制方案，对子载波进行相应的比特分配、调制，具体步骤如下：

1.据自适应调制方案，选用对应的卷积码参数，对二进制数据进行信道编码。

2.数据调制，如BPSK，设得到数字信息流为D＝[D₀,D₁,…,D_n,…,D_N-1]。

3.进行相应的子载波数据分配。如果是NC-MC-CDMA系统调制方案，设扩频序列为P₁＝[p₀,p₁,…,p_n,…,p_N-1]，第i个符号的频域表达式为

其中，

表示点乘，λ为归一化因子。数据依次放到标记为1的子载波上，其余的子载波置零。如果是NC-OFDM系统调制方案，数据的频域表达式为

然后数据依次放到标记为1的子载波上，其余的子载波置零。如果是TDCS系统调制方案，具体步骤如下：每一个用户分别利用伪随机序列发生器产生随机比特序列，然后根据相位映射图表产生相应的伪随机序列，即

m_n表示随机相位序列第n个元素的相位。将得到的各个用户的伪随机序列分别与该支路的频谱效用序列A进行逐元素相乘，得到基础调制波形(Fundamental Modulation Waveform，FMW)，频域表达式为

在CCSK调制模块中，每次取log₂N比特数据，按照最右位最高位原则得到该log₂N比特数据的十进制表示S，对时域FMW进行S个单位的循环移位，第i个符号的频域表达式为

第三步：将上述发送信号通过IFFT模块转变为时域信号,然后每一个符号加上循环前缀(CP)。

第四步：再将S124得到的发送信号通过发射模块发送出去，即完成了发送端工作。

接收端数据处理，主要包括以下分步骤：

第一步：对经过信道作用的到达信号进行接收并完成信道估计，对接收信号进行去CP操作，再通过FFT模块，得到频域接收信号r；

第二步：根据外部环境的电磁特性，检测所有区域的频谱特性，将频谱感知结果与预设定的门限相比较，产生频谱效用序列；

第三步：提取频谱效用序列上每个标记为1的对应位置上的数据。

第四步：进行自适应解调。如果是NC-MC-CDMA系统调制方案，然后根据其扩频码进行相关解调，并进行数字解调。如果是NC-OFDM系统调制方案，然后进行数字解调。如果是TDCS系统调制方案，具体步骤如下：

1.将频谱效用序列和用户的伪随机序列进行乘法运算，并对乘积取共轭。

2.然后分别和第三步得到的数据进行乘法运算。

3.傅里叶逆变换运算，提取实数部分。

4.进行峰值搜索，将峰值位置信息作为解调数据分别输出。

十进制解调数据分别转化为二进制数据，得到解调结果。

Claims (1)

1.一种基于智能决策的变换域自适应通信传输方法，其特征在于，包括：

发送端：

S1、对工作环境的电磁频谱进行采样，并对采样信号进行频谱估计；

S2、根据频谱估计结果，通过预设的门限确定所有子载波的可用性，即如果该子载波功率谱幅度超过门限值，则认为该子载波已经被占用，并将其标记为0；如果该子载波功率谱幅度没有超过门限值，则认为该子载波未被占用，并将其标记为1；从而得到频谱效用序列；

S3、基于智能决策确定自适应调制参数，具体为：

S31、根据不同的信道编码和调制编码组合方式，建立传输方案库，定义传输方案库中包括w个传输方案，依次为S＝[s₀,s₁,…,s_w-1]；

S32、设定不同的目标条件，将方案库转化为多个优先级矩阵，具体为设定共有y种划分标准，在第x种信道条件下，优先级矩阵为

S33、根据目标要求，选择对应的优先级矩阵，并在优先级矩阵中遍历，得到目标方案，从而确定自适应调制参数；

S4、根据选择的调制参数对发送信号进行编码调制，并根据步骤S2的结果将发送数据依次分配给标记为1的子载波；

S5、将发送信号通过IFFT模块转变为时域信号，然后每一个符号加上循环前缀，通过发射模块发送出去；

接收端：

S6、对经过信道作用的到达信号进行接收并完成信道估计，对接收信号进行去循环前缀操作，再通过FFT模块，得到频域接收信号；

S7、对工作环境的电磁频谱进行采样，并对采样信号进行频谱估计；

S8、根据频谱估计结果，通过预设的门限确定所有子载波的可用性，即如果该子载波功率谱幅度超过门限值，则认为该子载波已经被占用，并将其标记为0；如果该子载波功率谱幅度没有超过门限值，则认为该子载波未被占用，并将其标记为1；从而得到频谱效用序列；

S9、提取频谱效用序列上每个标记为1的对应位置上的数据，再经过解扩、解调、解码后获得原始数据。

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