CN111614373A - 扩频信号发送、扩频信号接收方法、装置、设备及介质 - Google Patents

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CN111614373A CN202010431747.8A CN202010431747A CN111614373A CN 111614373 A CN111614373 A CN 111614373A CN 202010431747 A CN202010431747 A CN 202010431747A CN 111614373 A CN111614373 A CN 111614373A
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Abstract

本发明实施例公开了一种扩频信号发送、扩频信号接收方法、装置、设备及介质。所述方法包括：在信号传输的过程中，获取预设的残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数；获取至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配；采用哈达玛矩阵对各所述信息单元进行扩频，形成扩频信号并调制发送至信号接收设备，其中，所述扩频调制优化参数用于预先提供给信号接收设备，以指示所述信号接收设备对信号解扩结果进行修正。本发明实施例可以增大系统可容忍的频偏，降低系统频偏估计和频偏跟踪的复杂度，减少系统实现的成本和复杂度。

Description

扩频信号发送、扩频信号接收方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明实施例涉及物联网通信领域，尤其涉及一种扩频信号发送、扩频信号接收方法、装置、设备及介质。
背景技术
扩频通信以抗干扰能力强以及保密性能好的优点而得到了日益广泛的应用。
在M进制正交扩频系统中，扩频序列集由M个长度为n的正交码字构成。在发送端的调制过程中，每n个比特(bit)构成一个调制符号(n＝log2(M))，根据调制符号数值选择相应序号的正交码字进行传输。在接收端需要M个相关器完成正交解扩操作，确定发送的扩频序列序号，从而获得调制信息。通常，信号在传输过程中，频率会发生偏移，在解调时可以通过频偏估计，并进行补偿，以减少频率偏移量，而频率偏移量无法完全消除，补偿后的频率偏移量即为残留频偏。M进制正交扩频调制技术要求扩频序列的残留频偏必须很小。
可以增加前导长度，以及采用精度高的同步算法进行频偏估计，提高频偏补偿的精度；还可以通过提高晶振的稳定性，减少频偏的引入。但前述方法均需要成本较高的硬件设备支撑，大大增加了扩频系统的成本。
发明内容
本发明实施例提供一种扩频信号发送、扩频信号接收方法、装置、设备及介质，可以增大系统可容忍的频偏，降低系统频偏估计和频偏跟踪的复杂度，减少系统实现的成本和复杂度。
第一方面，本发明实施例提供了一种扩频信号发送方法，包括：
在信号传输的过程中，获取预设的残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数；
获取至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配；
采用哈达玛矩阵对各所述信息单元进行扩频，形成扩频信号并调制发送至信号接收设备，其中，所述扩频调制优化参数用于预先提供给信号接收设备，以指示所述信号接收设备对信号解扩结果进行修正。
第二方面，本发明实施例还提供了一种扩频信号接收方法，包括：
在信号传输的过程中，获取信号的解扩结果，所述解扩结果通过采用哈达玛矩阵扩频技术对扩频信号进行解扩确定；
获取扩频调制优化参数，所述扩频调制优化参数根据预设的残留频偏容忍阈值确定；
根据所述扩频调制优化参数对所述解扩结果进行修正，并确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
第三方面，本发明实施例还提供了一种扩频信号发送装置，包括：
扩频调制优化参数确定模块，用于在信号传输的过程中，获取预设的残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数；
信息单元获取模块，用于获取至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配；
信号扩频模块，用于采用哈达玛矩阵对各所述信息单元进行扩频，形成扩频信号并调制发送至信号接收设备，其中，所述扩频调制优化参数用于预先提供给所述信号接收设备，以指示所述信号接收设备对信号解扩结果进行修正。
第四方面，本发明实施例还提供了一种扩频信号接收装置，包括：
扩频信号解扩模块，用于在信号传输的过程中，获取信号的解扩结果，所述解扩结果通过采用哈达玛矩阵扩频技术对扩频信号进行解扩确定；
扩频调制优化参数获取模块，用于获取扩频调制优化参数，所述扩频调制优化参数根据预设的残留频偏容忍阈值确定；
解扩结果修正模块，用于根据所述扩频调制优化参数对所述解扩结果进行修正，并确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
第五方面，本发明实施例还提供了一种信号发送设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例中任一所述的扩频信号发送方法。
第六方面，本发明实施例还提供了一种信号接收设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例中任一所述的扩频信号接收方法。
第七方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的扩频信号发送方法或实现如本发明实施例中任一所述的扩频信号接收方法。
本发明实施例通过在信号传输的过程中，根据残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数，并根据扩频调制优化参数指定信息单元的数量，该信息单元的数量既为单个扩频序列承载的信息比特数目，将该数量个信息单元作为同一单位时间内传输的有效数据，进行扩频和调制，发送到信号接收设备，并指示信号接收设备通过扩频调制优化参数对信号解扩结果进行修正，以使信号接收设备获取准确的解扩结果，实现通过对传输的信息单元的数量进行优化提高信号解扩的准确性，解决了现有技术中降低残留频偏的实现成本高和复杂度高的问题，可以不改变硬件的原有设计，降低实现成本和复杂度，同时提高扩频系统的稳定性，提高解扩结果的精度，同时兼顾传输效率。
附图说明
图1是现有技术中的相关器输出的自相关峰的示意图；
图2是本发明实施例一中的一种扩频信号发送方法的流程图；
图3是本发明实施例中的一种残留频偏下的相关器输出的自相关峰的示意图；
图4是本发明实施例中的另一种残留频偏下的相关器输出的自相关峰的示意图；
图5是本发明实施例二中的一种扩频信号接收方法的流程图；
图6是本发明实施例所适用的一种应用场景的示意图；
图7是本发明实施例三中的一种信号发送设备的示意图；
图8是本发明实施例三中的一种信号接收设备的示意图；
图9是本发明实施例四中的一种扩频信号发送装置的结构示意图；
图10是本发明实施例五中的一种扩频信号接收装置的结构示意图；
图11是本发明实施例六中的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
为了便于理解本发明实施例，对哈达玛矩阵扩频技术进行说明：
哈达玛矩阵是由+1和-1元素构成的且满足Hn*Hn'＝nI，其中Hn'为Hn的转置矩阵，I为单位方阵)n阶方阵。中，任意两行的行向量相互正交，任意两列的列向量相互正交。信号发送设备将M＝2n个行向量作为M进制正交扩频序列集，根据n＝log2(M)个比特选择匹配的行向量作为正交扩频序列进行传输。由于任意两行的行向量相互正交，则相同的行向量之间的乘积的数值最大，也即各行向量具有自相关性。信号接收设备采用分别与哈达玛矩阵的M个行向量匹配的M个相关器进行解扩操作，从M个相关器输出中选择最大相关值对应的相关器标识信息(如相关器序号)作为解扩输出，根据相关器的标识信息确定扩频的行向量，该行向量表征的调制符号即为传输的有效数据。
在一个具体的例子中，n＝12，M＝4096，其中，哈达玛矩阵中，行向量按照从上往下的顺序编号，其中，将序号500的行向量作为扩频序列，同时，按照行向量的编号，对应配置相关器的编号，第i个相关器将解调后的信号与第i个行向量相乘，计算峰值，该峰值实际为幅值，其中，i大于等于0，小于n。如图1所示，展示了M个相关器输出的峰值。
由于哈达玛矩阵中各行向量的正交性，只有序号500的相关器输出峰值，其余相关器的输出峰值为0，依据相关器的峰值比较，就可获得扩频序列携带的有效数据。
实施例一
图2为本发明实施例一中的一种扩频信号发送方法的流程图的示意图，本实施例可适用于基于哈达玛矩阵扩频技术传输信号的情况，该方法可以由本发明实施例提供的扩频信号发送装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，并一般可集成计算机设备中。如图2所示，本实施例的方法具体包括：
S110，在信号传输的过程中，获取预设的残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数。
信号传输的过程可以是指采用多进制正交扩频技术传输信号的过程。具体是在远距离低功耗窄带通信物联网的应用场景中，该应用场景中信号传输数据率低，灵敏度高，通过多进制正交扩频技术可以在保持传统扩频技术抗干扰特性的前提下，通过提升单扩频序列承载的信息比特数目提高数据传输效率。其中，采用多进制正交扩频技术传输信号可以为：获取多个比特，即有效传输数据，作为一个调制符号，在同一单位时间内，该单位时间可以是指分配的时间片，对该调制符号进行多进制正交扩频，生成扩频信号，并进行调制，形成射频信号对外发送至信号接收设备。从而，在该单位时间内，实现同时传输设定数量个比特。
残留频偏容忍阈值可以是指残留频偏的最大值。残留频偏容忍阈值可以是用户预先输入的数值，也可以是系统预设的数值。扩频调制优化参数用于确定在同一单位时间内并行传输的比特的最大数量，即扩频调制优化参数用于指定在同一单位时间内信息单元传输数量。残留频偏容忍阈值用于确定扩频调制优化参数，从而间接确定在同一单位时间内并行传输的比特的最大数量。可以选择最大数量的比特在同一单位时间内进行传输，在保证解扩结果的精度的同时，兼顾传输效率。可以根据预设的残留频偏容忍阈值与扩频调制优化参数的对应关系，计算扩频调制优化参数，其中，对应关系根据实验获取。
实际上，在信号传输过程中存在频率偏移现象，在频率补偿之后，仍然存在残留频偏。残留频偏导致信号接收设备的解扩结果错误。当待解扩的信号存在残留频偏时，例如，归一化的残留频偏为0.2时，前例中M个相关器输出的峰值如图3所示。实际上，残留频偏破坏了哈达玛矩阵中行向量的正交性。由于残留频偏的存在，不仅序号500的相关器存在峰值，多个原本正交的相关器也会出现峰值，但基于最大峰值判决的准则，系统仍能正确获得扩频序列携带的有效数据，表明系统具有一定的抗频偏能力。但当归一化的残留频偏大于0.5时，残留频偏引起的其他相关器(如序号2620的相关器)的峰值已经大于正确相关器的峰值，如图4所示，造成信号接收设备错误获得扩频序列携带的有效数据。
有鉴于此，存在残留频偏时，由于正确相关器的峰值序号与错误相关器的峰值序号存在内在关系，从而可以选择序号在前的部分扩频序列集进行扩频操作，即减少在同一单位时间内传输的比特的数量。可以理解的是，残留频偏与在同一单位时间内传输的比特的数量存在对应关系。
哈达玛矩阵具有如下迭代结构：
Figure BDA0002500763000000071
Figure BDA0002500763000000072
Figure BDA0002500763000000073
由迭代特性可以看出：
哈达玛矩阵的行向量为偶数行，可以上下分为两个矩阵，哈达玛矩阵的阶数n大于2，且n为非负整数，哈达玛矩阵的各行向量代表的扩频序列分别是周期性变化的信号。单位频率信号为单位频率为
Figure BDA0002500763000000074
的方波信号，其中，B为带宽，n为所述哈达玛矩阵的阶数。由此，哈达玛矩阵的下半矩阵相当于上半矩阵与单位频率信号的乘积。
哈达玛矩阵的2/4矩阵相当于1/4矩阵与两倍单位频率信号的乘积；哈达玛矩阵的3/4矩阵相当于1/4矩阵与单位频率信号乘积；哈达玛矩阵的4/4矩阵相当于1/4矩阵与单位频率信号乘积，但哈达玛矩阵的4/4矩阵和哈达玛矩阵的3/4矩阵的初始相位不同。
基于以上特点，如果残留频偏小于单位频率，上半矩阵的行向量可能误判为对应位置的下半矩阵的行向量，例如p位置的向量可能误判为p+2n-1位置的向量。同理如果存在小于两倍单位频率的频偏，1/4矩阵对应的向量可能误判为2/4矩阵，3/4矩阵或者4/4矩阵对应位置的向量，例如p位置的向量可能误判为p+2n-2，p+2*2n-2或者p+3*2n-2的向量。
需要说明的是，归一化的残留频偏是指，残留频偏是以单位频率为单位进行归一化。
可选的，所述获取预设的残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数，包括：
基于如下公式，计算扩频调制优化参数d：
Figure BDA0002500763000000081
其中，A为所述残留频偏容忍阈值，B为带宽，n为所述哈达玛矩阵的阶数，d为非负整数。
具体的，由于公式为不等式，计算得到的d可以有多个数值，可以根据需要进行确定，例如可以选择最小值。实际上，d可以取无限大，但d越大，在同一时刻传输的扩频序列承载的信息比特数越小，相应的传输效率降低，由此可见，在符合上述公式情况下，d越小，传输效率越高。
例如，B＝125K Hz，n＝12，归一化的单位频率
Figure BDA0002500763000000082
为30.5Hz，A为32Hz。公式为1.05<2d-1，d大于1.07。可以选择d为2。
通过预先根据哈达玛矩阵的迭代特性，确定残留频偏容忍阈值与扩频调制优化参数的对应关系，从而根据残留频偏容忍阈值计算扩频调制优化参数，保证扩频调制优化参数的客观，从而，提高解扩结果的准确性。
如前例，在残留频偏小于1个单位频率，且第500行的行向量作为扩频序列时，序号为500和500+2n-1的相关器均会出现自相关峰。同理，在残留频偏小于两倍单位频偏，且第500行的行向量作为扩频序列时，序号为500，500+2n-2，500+2*2n-2和500+3*2n-2的相关器均会出现自相关峰。依次类推，在残留频偏小于2d-1个单位频偏时，序号为500+(2j-1)2n-d的相关器会出现自相关峰，j大于等于0且小于等于d。示例性的，当n为3，且第1行的行向量作为扩频序列时，存在残留频偏时，序号为1和5的相关器均会出现自相关峰，序号为1的相关器确定的有效数据为001，而序号为5的相关器确定的有效数据为101，又如，当n为4，且第1行的行向量作为扩频序列时，序号为1、5和9的相关器出现自相关峰，序号为1的相关器确定的有效数据为0001，序号为5的相关器确定的有效数据为0101，序号为9的相关器确定的有效数据为1001。由此，残留频偏引起的相关器序号偏差仅会造成有效数据中高位的错误，而不影响有效数据的低位。由此，可以直接将有效数据中的高位置零。
S120，获取至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
信息单元用于作为有效信息传输至信号接收设备，一个信息单元可以是指一个比特。实际上，在同一单位时间内可以同时传输多个信息单元，信息单元的数量可以是指同时传输的信息单元的数量。其中，同时传输的信息单元的数量根据扩频调制优化参数确定。
可选的，所述获取至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配，包括：根据所述扩频调制优化参数，确定扩频序列承载的最大信息比特数；获取多个信息单元，信息单元的数量为所述最大信息比特数。
扩频序列承载的最大信息比特数可以是指同一单位时间内传输的比特的最大数量。需要说明的是，n阶哈达玛矩阵扩频技术，同一单位时间内传输的比特的最大数量为n。相应的，采用本发明实施例的扩频信号发送方法，具体的，当前扩频序列承载的最大信息比特数为n与扩频调制优化参数最小值的差值，即最大信息比特数kmax＝n-扩频调制优化参数最小值dmin。
实际上，在基于哈达玛矩阵扩频技术的应用场景中，根据哈达玛矩阵的阶数确定在同一单位时间内可传输的比特的数量。通常，选择可传输的最大数量的比特形成一个调制符号，可以增加在同一单位时间内传输的比特的数量，提高传输效率。但这种方式下，需要高复杂度的同步算法或者采用高稳定性的晶振减少频偏，提高频偏补偿的成本。有鉴于此，本发明实施例通过根据残留频偏容忍阈值，确定可接受的同一单位时间内传输的比特的最大数量，选择比特进行信号传输，在保证解扩结果的精度的同时，兼顾传输效率。
此外，还可以根据需要选择小于基于多进制扩频调制技术形成的扩频序列承载的最大信息比特数(正整数)作为信息单元的数量，对此，本发明实施例不做具体限制。
S130，采用哈达玛矩阵对各所述信息单元进行扩频，形成扩频信号并调制发送至信号接收设备，其中，所述扩频调制优化参数用于预先提供给信号接收设备，以指示所述信号接收设备对信号解扩结果进行修正。
哈达玛矩阵扩频方法具体是，获取连续多个信息单元，根据各信息单元，确定有效数据，并从哈达玛矩阵中选择与有效数据匹配的行向量，生成扩频序列，作为扩频信号。示例性的，连续多个信息单元分别为：0、1和0，即二进制010，相当于十进制的2，可以选择哈达玛矩阵中第2行的行向量(首行为第0行)，生成扩频序列，作为扩频信号。相应的，在信号接收设备，序号为2的相关器输出峰值，由此，信号接收设备确定，扩频序列为第2行的行向量，表征二进制010，即传输的有效数据为0、1和0。
信号接收设备可以根据扩频调制优化参数，选择序号在前的相关器对应的解扩结果作为解扩结果，由此，可以排除错误的相关器对应的解扩结果，从而保证解扩结果的准确性。
本发明实施例通过在信号传输的过程中，根据残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数，并根据扩频调制优化参数指定信息单元的数量，将该数量个信息单元作为同一单位时间内传输的有效数据，进行扩频和调制，发送到信号接收设备，并指示信号接收设备通过扩频调制优化参数对信号解扩结果进行修正，以使信号接收设备获取准确的解扩结果，实现通过对传输的信息单元的数量进行优化提高信号解扩的准确性，解决了现有技术中降低残留频偏的实现成本高和复杂度高的问题，可以不改变硬件的原有设计，降低实现成本和复杂度，同时提高扩频系统的稳定性，提高解扩结果的精度，同时兼顾传输效率。
实施例二
图5为本发明实施例二中的一种扩频信号接收方法的流程图，本实施例可适用于基于哈达玛矩阵扩频技术传输信号的情况，该方法可以由本发明实施例提供的扩频信号接收装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，并一般可集成计算机设备中。本实施例的方法具体包括：
S210，在信号传输的过程中，获取信号的解扩结果，所述解扩结果通过采用哈达玛矩阵扩频技术对扩频信号进行解扩确定。
本实施方式中未详细描述的内容，可以参考上述任意实施方式中的描述。
扩频信号实际为对信号发送设备发送的信号进行解调得到的信号。在信号发生设备中采用哈达玛矩阵扩频技术对信号进行扩频，相应的，在信号接收设备中采用哈达玛矩阵扩频技术对信号进行解扩。具体的，信号接收设备根据哈达玛矩阵的各行向量分别对应配置相关器，相关器用于将扩频信号与匹配的行向量进行相乘，如果扩频信号是采用匹配的行向量作为扩频序列，则扩频信号与匹配的行向量存在自相关性，该相关器输出自相关峰。通过查询输出自相关峰的相关器，可以确定与相关器匹配的行向量，从而确定行向量表征的有效数据，作为解扩结果。
解扩结果为一个有效数据，有效数据包括多个连续的比特位，如前例中有效数据010包括0、1和0三个比特。
S220，获取扩频调制优化参数，所述扩频调制优化参数根据预设的残留频偏容忍阈值确定。
获取方式可以包括：接收用户的输入信息，从输入信息中提取扩频调制优化参数；或者在信号传输之前，获取信号发送设备发送的扩频调制优化参数。需要说明的是，信号是指携带信息单元的信号。
S230，根据所述扩频调制优化参数对所述解扩结果进行修正，并确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
实际上，如前例，序号为500，500+2n-2，500+2*2n-2和500+3*2n-2的相关器均会出现自相关峰，也即出现自相关峰的相关器的序号之间的差值为k*2n-d(1≤k≤2d-1)，可以通过计算相关器的序号与k*2n-d的差值，确定准确的相关器的序号。实际上，由于减少了在同一单位时间内的传输的比特的数量，从而未采用序号在后的行向量生成扩频序列，也即，得到准确解扩结果的相关器的序号小于2n-d。具体的，修正方式具体可以是，计算相关器的序号与k*2n-d的差值，直至相关器的序号小于2n-d，将修正后的相关器对应的解扩结果作为修正数据。
此外，还有其他修正方式，本发明实施例不作具体限制。
由前述可知，残留频偏引起的相关器序号偏差仅会造成有效数据中高位的错误，而不影响有效数据的低位。可以对解扩结果中的高位进行修正，得到正确的有效数据，从而确定实际传输的信息单元。
可选的，所述根据所述扩频调制优化参数对所述解扩结果进行修正，并确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配，包括：将解扩结果中与所述扩频调制优化参数匹配的比特位置零，得到修正数据；根据所述修正数据，确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
解扩结果为扩频信号中携带的有效数据，解扩结果为连续多个信息单元组成的数据。该有效数据可能是错误的。修正数据为正确的有效数据。与扩频调制优化参数匹配的比特位，具体是指，从高到低的顺序中，前目标数量个比特位，目标数量与扩频调制优化参数相等。示例性的，d＝2，解扩结果为1101，将前2个比特位置零，修正数据为0001。
由前述可知，当n为4，且第1行的行向量作为扩频序列时，正确的序号为1的相关器确定的有效数据为0001，错误的序号为5的相关器确定的有效数据为0101，错误的序号为9的相关器确定的有效数据为1001。由此可知，当d＝2时，有效数据错误的比特位的数量为第一个最高位和第二个最高位，也即错误的高位的数量最多为两个。d＝1时，错误的高位的数量最多为一个。由此，可以直接将有效数据中前d个高位的比特均置零，确定解扩结果。
对解扩结果进行修正具体是：将每个有效数据中与扩频调制优化参数匹配的比特位的比特置零，得到正确的有效数据，根据有效数据拆分成连续的多个信息单元。
通过解扩结果、扩频调制优化参数与修正数据之间的关系，确定修正数据的修正方式，可以快速得到准确的解扩结果，提高解扩准确性，以及提高错误修正的效率。
可选的，在获取扩频调制优化参数之后，还包括：如果解扩结果中与扩频调制优化参数匹配的比特位的数值为零，则根据所述解扩结果确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
解扩结果中与扩频调制优化参数匹配的比特位的数值为零，表明该解扩结果为正确的解扩结果，直接根据解扩结果确定信息单元。
通过对解扩结果进行判断，并在解扩结果正确时，不进行修正，提高解扩的效率。
本发明实施例通过在信号传输的过程中，根据扩频调制优化参数对解扩结果进行修正，获取准确的解扩结果，同时不改变硬件的原有设计，降低实现成本和复杂度，提高解扩结果的精度，同时兼顾传输效率。
实施例三
图6为本发明实施例三中的一种应用场景的示意图。具体的，本发明实施例中任意一项所述的扩频信号发送方法应用在信号发送设备中，本发明实施例中任意一项所述的扩频信号接收方法应用在信号接收设备中。
其中，信号发送设备的结构示意图如图7所示，信号发送设备包括串并转换器710、多路转换器720、成型滤波器730、上变频器740、天线750和哈达玛矩阵760。
串并转换器710用于将待发送的信息流进行并行转换，具体是将1：n-d的转换关系，将一路信息流转换为n-d个比特在同一单位时间内进行并行传输，该n-d个比特可以作为一个调制符号进行传输。
哈达玛矩阵760用于生成与各行向量匹配的扩频信号。
多路选择器(Multiplex，MUX)720用于根据并行传输的n-d个比特，从哈达玛矩阵760生成的扩频信号中选择一个输出。
成型滤波器730用于对多路转换器720输出的扩频信号进行成型滤波，具体是使得信号具有有限带宽，以及信号变速率处理，以适合信道传输。
上变频器740用于对成型滤波后的扩频信号进行射频调制，具体是，将成型滤波后的扩频信号调制到高频载波上，形成射频信号。
天线750用于将射频信号对外发送。
其中，信号发送设备的处理器用于控制串并转换器710的输入，以指示串并转换器710在同一单位时间内转换得到n-d个比特。
信号发送设备的处理器还用于控制多路选择器720选择哪一路的扩频信号输出。具体的，信号发送设备的处理器采用本发明实施例提供的扩频信号发送方法，确定扩频调制优化参数d，并根据n-d个比特与哈达玛矩阵中的行向量的对应关系，从哈达玛矩阵前2n-d个(从上往下的顺序)行向量中选择与n-d个比特匹配的目标行向量，生成扩频信号，并控制多路转换器720切换到输出该扩频信号的电路导通，以实现扩频。
实际上，针对M×M的哈达玛矩阵，信号发送设备在同一单位时间内，最多可以传输n＝log2(M)个比特，哈达玛矩阵中可以作为扩频序列的行向量为前M＝2n个行向量。本发明实施例提供的扩频信号发送方法中，信号发送设备在同一单位时间内，最多可以传输n-d个比特，而哈达玛矩阵中可以作为扩频序列的行向量为前2n-d个行向量。可以理解的是，本发明实施例没有改变信号发送设备的硬件结构，仅仅是通过调整串并转换器710的串并转换率，保证在同一单位时间内的比特的传输数量与扩频调制优化参数相匹配，并相应在信号接收设备处对解扩结果进行修正，提高解扩结果的精度。
信号接收设备的结构示意图如图8所示，信号接收设备包括天线810、下变频器820、下采样器830、串并转换器840、相关器850、并串转换器860、解扩结果修正处理器870和并串转换器880。
天线810用于接收信号发送设备发送的射频信号。
下变频器820用于对天线810接收到的射频信号进行解调。
下采样器830用于按照码元速率对解调信号进行下采样，得到离散的信号，作为待解扩的扩频信号。
串并转换器840用于将扩频信号按照1：M的转换关系，将一路扩频信号变成M路并行分别传输至不同的相关器850。
不同的相关器850匹配的哈达玛矩阵的行向量不同。相关器850用于将扩频信号与匹配的哈达玛矩阵的行向量相乘。如果扩频信号是以匹配的行向量作为扩频序列生成的信号，则扩频信号与匹配的行向量存在自相关性，相关器850输出自相关峰的峰值。
峰值比较器860用于比较M个相关器850的输出，并确定峰值最大的相关器850的序号，并将该序号对应的哈达玛矩阵的行向量代表的有效数据作为解扩结果，并提供给解扩结果修正处理器870。通常解扩结果包括n位比特。
解扩结果修正处理器870获取扩频调制优化参数，并将峰值比较器860提供的解扩结果进行修正。具体是，在解扩结果中截取低n-d位，也即将高d位置零，消除残留频偏引起的相关器850序号的判断误差。
解扩结果修正处理器870将修正后的解扩结果发送给并串转换器880。
并串转换器880用于将解扩结果按照n-d：1的转换关系，将n-d个比特形成一路信息流，完成信息流由信号发送设备到信号接收设备的传输。
实际上，本发明实施例在解扩结果确定之后，增加对解扩结果的修正步骤，消除残留频偏引起的相关器850序号的判断误差。该修正步骤可以由峰值比较器860执行，或者还可以通过信号接收设备的处理器完成，从而没有改变信号发送设备的硬件结构，仅仅是通过增加解扩结果的修正算法，对解扩结果进行修正，提高解扩结果的精度。
需要说明的是，图7和图8仅仅示出了部分结构，信号发送设备和信号接收设备还包括其他模块和电路，对此，可以根据需要进行设定，本发明实施例不作具体限制。
本发明实施例通过信号发送设备，根据残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数并根据扩频调制优化参数指定信息单元的数量，将该数量个信息单元作为同一单位时间内传输的有效数据，进行扩频和调制，发送到信号接收设备，并在信号接收设备中根据扩频调制优化参数对解扩结果进行修正，可以不改变信号发送设备和信号接收设备硬件的原有硬件设计，降低实现成本，同时信号接收设备中通过比特位置零操作实现解扩结果的修正，降低实现复杂度，同时提高扩频系统的稳定性，提高解扩结果的精度，同时兼顾传输效率。
实施例四
图9为本发明实施例四中的一种扩频信号发送装置的示意图。实施例四是实现本发明上述实施例提供的扩频信号发送方法的相应装置，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，并一般可集成计算机设备中，如信号发送设备的处理器中。
相应的，本实施例的装置可以包括：
扩频调制优化参数确定模块910，用于在信号传输的过程中，获取预设的残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数；
信息单元获取模块920，用于获取至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配；
信号扩频模块930，用于采用哈达玛矩阵对各所述信息单元进行扩频，形成扩频信号并调制发送至信号接收设备，其中，所述扩频调制优化参数用于预先提供给信号接收设备，以指示所述信号接收设备对信号解扩结果进行修正。
其中，扩频调制优化参数确定模块910、信息单元获取模块920和信号扩频模块930可以是指信号发送设备的处理器中的模块。
本发明实施例通过在信号传输的过程中，根据残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数，并根据扩频调制优化参数指定信息单元的数量，将该数量个信息单元作为同一单位时间内传输的有效数据，进行扩频和调制，发送到信号接收设备，并指示信号接收设备通过扩频调制优化参数对信号解扩结果进行修正，以使信号接收设备获取准确的解扩结果，实现通过对传输的信息单元的数量进行优化提高信号解扩的准确性，解决了现有技术中降低残留频偏的实现成本高和复杂度高的问题，可以不改变硬件的原有设计，降低实现成本和复杂度，同时提高扩频系统的稳定性，提高解扩结果的精度，同时兼顾传输效率。
进一步的，所述扩频调制优化参数确定模块910，包括：扩频调制优化参数计算单元，用于基于如下公式，计算扩频调制优化参数d：
Figure BDA0002500763000000181
其中，A为所述残留频偏容忍阈值，B为带宽，n为所述哈达玛矩阵的阶数，d为非负整数。
进一步的，所述信息单元获取模块920，包括：传输数量最大值确定单元，用于根据所述扩频调制优化参数，确定扩频序列承载的最大信息比特数；获取多个信息单元，信息单元的数量为所述最大信息比特数。
上述装置可执行本发明实施例所提供的扩频信号发送方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例五
图10为本发明实施例五中的一种扩频信号接收装置的示意图。实施例五是实现本发明上述实施例提供的扩频信号接收方法的相应装置，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，并一般可集成计算机设备中，如信号接收设备的处理器中。
相应的，本实施例的装置可以包括：
扩频信号解扩模块101，用于在信号传输的过程中，获取信号的解扩结果，所述解扩结果通过采用哈达玛矩阵扩频技术对扩频信号进行解扩确定；
扩频调制优化参数获取模块102，用于获取扩频调制优化参数，所述扩频调制优化参数根据预设的残留频偏容忍阈值确定；
解扩结果修正模块103，用于根据所述扩频调制优化参数对所述解扩结果进行修正，并确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
其中，扩频信号解扩模块101、扩频调制优化参数获取模块102和解扩结果修正模块103可以是指信号接收设备的解扩结果修正处理器中的模块。
本发明实施例通过在信号传输的过程中，根据扩频调制优化参数对解扩结果进行修正，获取准确的解扩结果，同时不改变硬件的原有设计，降低实现成本和复杂度，提高解扩结果的精度，同时兼顾传输效率。
进一步的，所述解扩结果修正模块103，包括：高位置零单元，用于将解扩结果中与所述扩频调制优化参数匹配的比特位置零，得到修正数据；根据所述修正数据，确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
进一步的，所述扩频信号接收装置，还包括：解扩结果确定模块，用于在获取扩频调制优化参数之后，如果解扩结果中与扩频调制优化参数匹配的比特位的数值为零，则根据所述解扩结果确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
上述装置可执行本发明实施例所提供的扩频信号发送方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例六
图11为本发明实施例六提供的一种计算机设备的结构示意图。图11示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算机设备12的框图。图11显示的计算机设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。计算机设备12包括信号发送设备或信号接收设备。
如图11所示，计算机设备12以通用计算设备的形式表现。计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。计算机设备12可以是挂接在总线上的设备。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(Industry StandardArchitecture，ISA)总线，微通道体系结构(Micro Channel Architecture，MCA)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(Video Electronics Standards Association，VESA)局域总线以及外围组件互连(PerIPheral Component Interconnect，PCI)总线。
计算机设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图11未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图11中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如紧凑磁盘只读存储器(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)，数字视盘(Digital Video Disc-Read Only Memory，DVD-ROM)或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。系统存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如系统存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(Input/Output，I/O)接口22进行。并且，计算机设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(Local AreaNetwork，LAN)，广域网(Wide Area Network，WAN)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图11中未示出，可以结合计算机设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列(Redundant Arrays of Inexpensive Disks，RAID)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如信号发送设备实现本发明任意实施例所提供的扩频信号发送方法，或信号接收设备实现本发明任意实施例所提供的扩频信号接收方法。
实施例七
本发明实施例七提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请所有发明实施例提供的方法：
也即，该程序被处理器执行时实现：在信号传输的过程中，获取预设的残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数；获取至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配；采用哈达玛矩阵对各所述信息单元进行扩频，形成扩频信号并调制发送至信号接收设备，其中，所述扩频调制优化参数用于预先提供给信号接收设备，以指示所述信号接收设备对信号解扩结果进行修正。
或者，该程序被处理器执行时实现：在信号传输的过程中，获取信号的解扩结果，所述解扩结果通过采用哈达玛矩阵扩频技术对扩频信号进行解扩确定；获取扩频调制优化参数，所述扩频调制优化参数根据预设的残留频偏容忍阈值确定；根据所述扩频调制优化参数对所述解扩结果进行修正，并确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、RAM、只读存储器(Read OnlyMemory，ROM)、可擦式可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、闪存、光纤、便携式CD-ROM、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、无线电频率(RadioFrequency，RF)等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括LAN或WAN——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种扩频信号发送方法，其特征在于，包括：
在信号传输的过程中，获取预设的残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数；
获取至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配；
采用哈达玛矩阵对各所述信息单元进行扩频，形成扩频信号并调制发送至信号接收设备，其中，所述扩频调制优化参数用于预先提供给信号接收设备，以指示所述信号接收设备对信号解扩结果进行修正。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取预设的残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数，包括：
基于如下公式，计算扩频调制优化参数d：
Figure FDA0002500762990000011
其中，A为所述残留频偏容忍阈值，B为带宽，n为所述哈达玛矩阵的阶数，d为非负整数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配，包括：
根据所述扩频调制优化参数，确定扩频序列承载的最大信息比特数；
获取多个信息单元，信息单元的数量为所述最大信息比特数。
4.一种扩频信号接收方法，其特征在于，包括：
在信号传输的过程中，获取信号的解扩结果，所述解扩结果通过采用哈达玛矩阵扩频技术对扩频信号进行解扩确定；
获取扩频调制优化参数，所述扩频调制优化参数根据预设的残留频偏容忍阈值确定；
根据所述扩频调制优化参数对所述解扩结果进行修正，并确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述扩频调制优化参数对所述解扩结果进行修正，并确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配，包括：
将解扩结果中与所述扩频调制优化参数匹配的比特位置零，得到修正数据；
根据所述修正数据，确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在获取扩频调制优化参数之后，还包括：
如果解扩结果中与扩频调制优化参数匹配的比特位的数值为零，则根据所述解扩结果确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
7.一种扩频信号发送装置，其特征在于，包括：
扩频调制优化参数确定模块，用于在信号传输的过程中，获取预设的残留频偏容忍阈值，确定扩频调制优化参数；
信息单元获取模块，用于获取至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配；
信号扩频模块，用于采用哈达玛矩阵对各所述信息单元进行扩频，形成扩频信号并调制发送至信号接收设备，其中，所述扩频调制优化参数用于预先提供给所述信号接收设备，以指示所述信号接收设备对信号解扩结果进行修正。
8.一种扩频信号接收装置，其特征在于，包括：
扩频信号解扩模块，用于在信号传输的过程中，获取信号的解扩结果，所述解扩结果通过采用哈达玛矩阵扩频技术对扩频信号进行解扩确定；
扩频调制优化参数获取模块，用于获取扩频调制优化参数，所述扩频调制优化参数根据预设的残留频偏容忍阈值确定；
解扩结果修正模块，用于根据所述扩频调制优化参数对所述解扩结果进行修正，并确定至少一个信息单元，所述信息单元的数量与所述扩频调制优化参数匹配。
9.一种信号发送设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-3中任意一项所述的扩频信号发送方法。
10.一种信号接收设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求4-6中任意一项所述的扩频信号接收方法。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一所述的扩频信号发送方法，或者实现如权利要求4-6中任意一项所述的扩频信号接收方法。
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