CN112104582B - I/q域调制方法、双域调制方法和多址通信方法 - Google Patents

I/q域调制方法、双域调制方法和多址通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种依赖于空间位置的I/Q域调制方法、双域调制方法和多址通信方法，属于通信技术领域。本发明所述方法消除物理层安全通信对信道状态信息的依赖，并且实现在预期位置处的接收机能够正常通信，而在其他位置处的窃听者不能接收到信号或者只能接收到错误信号的功能。在空间的维度上提升了无线通信系统的安全能力。本发明所述多址通信方法，可以实现依据空间精确位置点对多个用户进行区分。即便当多个用户位于同一个角度域扇区内，只要这些用户所在的空间位置不同，即可利用该发明所提出的方法进行多址通信，从而进一步提高系统的空间复用率，提升系统容量。

Description

I/Q域调制方法、双域调制方法和多址通信方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种依赖于空间位置的I/Q域调制方法、双域调制方法和多址通信方法。
背景技术
传统的无线通信时时面临着被窃听截获的风险。传统抗窃听截获的方法是上层加密和认证，然而随着计算能力的与日俱增，上层加密和认证技术的安全性面临着前所未有的挑战。因此，学术界和工业界提出物理层安全通信的概念，将安全关口前移至物理层，利用物理层丰富的随机性，结合物理层固有的调制编码技术，在新的维度上开展安全通信系统设计，提升系统安全性能。
在传统物理层安全通信中，常利用一些物理层的特有因素：例如信道噪声和干扰来实现安全通信目的。但是，在具体实现过程中，噪声和干扰等因素的不确定性大，难以控制利用。大多传统物理层安全通信技术还通过利用无线信道的随机性和空间差异性来实现安全通信目的，但是这通常建立在信道的互易性和信道反馈技术的基础上。然而通常情况下，信道的互易性很难得到严格的满足。例如，在频分双工（FDD）系统中，由于往返信道位于不同的频点，因此通常不满足信道互易性。即便是在时分双工（TDD）系统中，信道的快衰落特性也会破坏信道的互易性。即便是在TDD慢衰落信道中，当大量散射体存在时，由于散射体从不同方向入射会表现出不同的散射特性，因此，信道的互易性也难以得到满足。信道反馈技术也存在着不可避免的问题：高精度的信道反馈需要占用反向信道带宽，消耗大量带宽资源。信道精度不足又会严重影响系统的安全性能。信道反馈最大的问题在于窃听者可以通过窃听反向信道侦听合法通信方的信道状态信息，从而破解依赖于信道状态信息的安全通信方法。
众所周知，任何传统通信都具有时延，并且不同系统具有不同的时延。时延会对信号产生重要的影响（衰落、频偏、相位旋转等），传统通信方式中，都是通过接收端信号处理，以补偿时延对信号的影响，而没有利用时延本身的安全价值。实际上，通信时延具有很高的安全价值。首先，时延具有互易性，由光路可逆特性，电磁波正向传播时延与其反向传播时延相等。再者，通信时延具有不可窃听性，不同的系统具有不同的时延，不同的位置也会具有不同的时延。在超视距传播，或者大量散射体存在时，电波不延直线传播，时延则更不可预知。通信时延的不可窃听性确保了通信系统的安全性。
传统抗截获和反欺骗手段依赖于网络层以上的加密和认证技术，然而随着计算能力的提升，上层加密和认证技术面临着严峻的挑战。例如：秘钥管理、分配和维护困难；长秘钥造成高运算开销和资源浪费；窃听能力提升使得基于计算复杂度的上层加密方法面临威胁。为了应对这些问题，国内外提出物理层安全通信，将安全关口前移，利用物理层本身存在随机性（干扰、噪声等）来摆脱对长秘钥的依赖性。然而，现有大多物理层安全通信技术依赖于无线信道的互易性，可是信道的互易性很难得到严格的满足。现有空域物理层安全技术，例如空间波束赋形和方向调制虽可摆脱信道互易性的限制，但是仅仅能够提供角度域的安全性能，若窃听者和我方接收机位于同一方向角时，则不具有安全性。
空分多址（SDMA）通过标记不同方位相同频率的天线波束来实现频率资源复用。SDMA对通信系统性能有多方面的改善，例如，SDMA可以降低信道间干扰和多径衰落。更重要的是SDMA系统可以使系统容量成倍增加，使得系统在有限的频谱内可以支持更多的用户，从而成倍地提高频谱使用效率。结合智能天线技术，SDMA将空间进行划分，取得更多的地址，在相同时间、频率和码域资源的情况下，根据信号在空间内传播路径不同来区分不同的用户，因此可以达到更高效率的传输。然而传统SDMA只能实现角度域用户的区分，当多个用户位于同一个扇区内时，并不能通过空间波束来对多个用户进行区分。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种依赖于空间位置的I/Q域调制方法、双域调制方法和多址通信方法。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：
一种依赖于空间位置的I/Q域调制方法，基于发射机、接收机和多个信道资源，发射机用于处理和发射原始信号，接收机用于对原始信号进行恢复，信道资源供发射机和接收机使用，其中信道资源包括时域、频域、空域和码域资源；
本发明所述方法包括以下步骤：
S1：发射机和接收机进行时间同步，得到同步时间；
S2：发射机对原始信号进行I/Q域预编码操作，得到I/Q域预编码后信号；发射机利用多个信道资源将I/Q域预编码后信号发送至接收机；
S3：接收机接收I/Q域预编码后信号，得到I/Q域初始接收信号，对I/Q域初始接收信号进行I/Q域匹配操作，得到对原始信号的估计。
S2中，I/Q域预编码操作包括以下步骤：
S2-1：发射机依据同步时间t，以及到接收机的传输时延
Figure 603632DEST_PATH_IMAGE001
，产生I/Q域高维预编 码信号
Figure 647811DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure 390639DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 975204DEST_PATH_IMAGE004
表示I/Q域高维预编码信号的第i维，
Figure 549405DEST_PATH_IMAGE005
，M表示 I/Q域高维预编码信号的维数，M不超过信道资源的个数；
Figure 685857DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 775036DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 366554DEST_PATH_IMAGE008
，L表示I/Q域预编码层数，L≥1；
Figure 732945DEST_PATH_IMAGE009
表示第m层I/Q 域预编码支路索引，
Figure 915664DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 695401DEST_PATH_IMAGE011
表示第m层I/Q域预编码支路数，满足
Figure 247868DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 593399DEST_PATH_IMAGE013
；
Figure 415861DEST_PATH_IMAGE014
表示第m层 频率增量；
S2-2：对原始信号
Figure 354998DEST_PATH_IMAGE015
进行高维映射，得到高维原始信号
Figure 819478DEST_PATH_IMAGE016
：
Figure 222777DEST_PATH_IMAGE017
高维原始信号的维数为M，其中，
Figure 403092DEST_PATH_IMAGE018
表示高维原始信号的第i维；
S2-3：依据高维预编码信号对高维原始信号进行处理，得到I/Q域预编码后信号
Figure 626262DEST_PATH_IMAGE019
：
Figure 160012DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure 355501DEST_PATH_IMAGE021
表示I/Q域预编码后信号的第i维。
S3中，I/Q域匹配操作的具体过程为：
Figure 254187DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 292550DEST_PATH_IMAGE023
表示I/Q域初始接收信号，上标T 表示转置；
Figure 990510DEST_PATH_IMAGE024
，*表示共轭，
Figure 102822DEST_PATH_IMAGE025
表示对原始信 号的估计。
S2-2中，高维映射方法为：
方法一：
Figure 500306DEST_PATH_IMAGE026
；
方法二：
Figure 698069DEST_PATH_IMAGE027
，其中
Figure 448987DEST_PATH_IMAGE028
为第iI/Q域随机偏置信号，满足
Figure 743702DEST_PATH_IMAGE029
位于方程
Figure 402434DEST_PATH_IMAGE030
的解空间中。
进一步地，发射机采用窄波束天线，对准接收机。
一种依赖于空间位置的双域调制方法，基于发射机、接收机和多个信道资源，发射机用于对原始信号进行处理和发射，接收机用于对所述原始信号进行恢复，信道资源供发射机和接收机使用，其中信道资源包括时域、频域、空域和码域资源；
本发明所述方法包括以下步骤：
S1：发射机和接收机进行时间同步，得到同步时间；
S2：发射机对原始信号进行I/Q域预编码操作，得到I/Q域预编码后信号；发射机对I/Q域预编码后信号进行相位域预编码操作，得到相位域预编码后信号；发射机利用多个信道资源将相位域预编码后信号发送至接收机；
S3：接收机接收相位域预编码后信号，得到相位域初始接收信号，对相位域初始接收信号进行相位域匹配操作，得到相位域匹配信号；接收机对相位域匹配信号进行I/Q域匹配操作，得到对原始信号的估计。
S2中，I/Q域预编码操作包括以下步骤：
S2-1：发射机依据同步时间t，以及到接收机的传输时延
Figure 149810DEST_PATH_IMAGE031
，产生I/Q域高维预编 码信号
Figure 438840DEST_PATH_IMAGE032
：
Figure 322483DEST_PATH_IMAGE033
其中，
Figure 422288DEST_PATH_IMAGE034
表示高维预编码信号的第i维，
Figure 594643DEST_PATH_IMAGE035
，M表示高维 预编码信号的维数，M不超过信道资源的个数；
Figure 811998DEST_PATH_IMAGE036
其中，
Figure 691092DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 538963DEST_PATH_IMAGE038
，L表示I/Q域预编码层数，L≥1；
Figure 995352DEST_PATH_IMAGE039
表示第m层I/Q 域预编码支路索引，
Figure 141031DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 999266DEST_PATH_IMAGE041
表示第m层I/Q域预编码支路数，满足
Figure 18037DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 837089DEST_PATH_IMAGE043
；
Figure 396246DEST_PATH_IMAGE044
表示第m层频 率增量；
S2-2：对原始信号
Figure 312250DEST_PATH_IMAGE045
进行高维映射，得到高维原始信号
Figure 190338DEST_PATH_IMAGE046
：
Figure 824582DEST_PATH_IMAGE047
高维原始信号的维数为M，其中，
Figure 921851DEST_PATH_IMAGE048
表示高维原始信号的第i维；
S2-3：依据I/Q域高维预编码信号对高维原始信号进行处理，得到I/Q域预编码后 信号
Figure 630044DEST_PATH_IMAGE049
：
Figure 990618DEST_PATH_IMAGE050
其中，
Figure 908895DEST_PATH_IMAGE051
表示I/Q域预编码后信号第i维；
相位域预编码操作包括以下步骤：
S2-4：发射机依据同步时间t，以及到接收机的传输时延
Figure 13118DEST_PATH_IMAGE001
，产生相位域高维预 编码信号
Figure 825085DEST_PATH_IMAGE052
：
Figure 418877DEST_PATH_IMAGE053
其中，
Figure 762134DEST_PATH_IMAGE054
表示高维预编码信号的第j维，
Figure 76571DEST_PATH_IMAGE055
，N表示高维 预编码信号的维数，
Figure 883990DEST_PATH_IMAGE056
不超过信道资源的个数；
Figure 586367DEST_PATH_IMAGE057
其中，T表示相位域预编码层数，T≥1，
Figure 105336DEST_PATH_IMAGE058
；
Figure 348098DEST_PATH_IMAGE059
表示第p层相位域预编码 支路索引，
Figure 213286DEST_PATH_IMAGE060
，
Figure 24247DEST_PATH_IMAGE061
表示第p层相位域预编码支路数，满足
Figure 873254DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 122970DEST_PATH_IMAGE063
；
Figure 29615DEST_PATH_IMAGE064
表示第p层频率 增量；
Figure 73794DEST_PATH_IMAGE065
表示第p层相位域预编码支路中的第
Figure 410098DEST_PATH_IMAGE066
个支路上的预编码信号幅度；
Figure 135608DEST_PATH_IMAGE067
为发 射机和接收机事先协定的正常数，其取值满足
Figure 709809DEST_PATH_IMAGE068
；
S2-5：对I/Q域预编码后信号第i维
Figure 987207DEST_PATH_IMAGE069
的相位
Figure 702484DEST_PATH_IMAGE070
进行相位域高维映射， 得到第i高维相位信号
Figure 28423DEST_PATH_IMAGE071
：
Figure 785027DEST_PATH_IMAGE072
高维相位信号的维数为N，其中，
Figure 171009DEST_PATH_IMAGE073
表示第i高维相位信号的第k维，
Figure 357271DEST_PATH_IMAGE074
，mod为求余函数；
S2-6：依据相位域高维预编码信号对第i高维相位信号进行处理，得到第i相位域 预编码后信号
Figure 549217DEST_PATH_IMAGE075
：
Figure 98010DEST_PATH_IMAGE076
其中，
Figure 841844DEST_PATH_IMAGE077
表示第i相位域预编码后信号第k维；
发射机将第i相位域预编码后信号组合成相位域预编码后信号：
Figure 640036DEST_PATH_IMAGE078
S3中，相位域匹配操作的具体过程为：
Figure 573357DEST_PATH_IMAGE079
Figure 914340DEST_PATH_IMAGE080
其中，
Figure 438862DEST_PATH_IMAGE081
表示相位域初始接收信号，上标T表示转置；
Figure 927612DEST_PATH_IMAGE082
表示与
Figure 353040DEST_PATH_IMAGE083
相对应的匹配信号，其值满足
Figure 610846DEST_PATH_IMAGE084
；
Figure 571848DEST_PATH_IMAGE085
表示相位 域匹配信号的第i维，相位域匹配信号为
Figure 219998DEST_PATH_IMAGE086
；
I/Q域匹配操作的具体过程为：
Figure 495122DEST_PATH_IMAGE087
其中，
Figure 669751DEST_PATH_IMAGE088
，*表示共轭，
Figure 926289DEST_PATH_IMAGE089
表示对原 始信号的估计。
S2-2中，高维映射方法为：
方法一：
Figure 124052DEST_PATH_IMAGE026
；
方法二：
Figure 999604DEST_PATH_IMAGE027
，其中
Figure 904107DEST_PATH_IMAGE028
为第iI/Q域随机偏置信号，满足
Figure 410174DEST_PATH_IMAGE029
位于方程
Figure 891971DEST_PATH_IMAGE030
的解空间中；
S2-5中，相位域高维映射方法为：
方法一：
Figure 197313DEST_PATH_IMAGE090
；
方法二：
Figure 80955DEST_PATH_IMAGE091
，其中
Figure 757924DEST_PATH_IMAGE092
为第k相位域随机偏置 信号，满足
Figure 867963DEST_PATH_IMAGE093
位于方程
Figure 288580DEST_PATH_IMAGE094
的解空间中。
进一步地，发射机采用窄波束天线，对准接收机。
一种基于位置的多址通信方法，基于发射机、接收机和多个信道资源，发射机用于处理和发射原始信号，接收机用于对所述原始信号进行恢复，信道资源供发射机和接收机使用，其中信道资源包括时域、频域、空域和码域资源；
本发明所述方法包括以下步骤：
S1：发射机和若干个用户进行时间同步，得到同步时间t；
S2：发射机将第u个用户的原始信号映射为第u高维原始信号，第u高维原始信号为：
Figure 26729DEST_PATH_IMAGE095
其中，
Figure 61550DEST_PATH_IMAGE096
为第u个用户的原始信号，
Figure 517939DEST_PATH_IMAGE097
为第u高维原始信号的第i维，
Figure 476667DEST_PATH_IMAGE098
，M为第u高维原始信号的维度，其值等于信道资源的数目；
S3：发射机对第u高维原始信号进行I/Q域预编码，产生第u高维发射信号，I/Q域预编码过程为：
Figure 475847DEST_PATH_IMAGE099
其中，
Figure 25777DEST_PATH_IMAGE100
表示第u高维发射信号，
Figure 172725DEST_PATH_IMAGE101
表示第u高维发射信号的第i维，
Figure 623560DEST_PATH_IMAGE102
表示第u预编码信号的第i维，
Figure 539564DEST_PATH_IMAGE103
，
Figure 525974DEST_PATH_IMAGE104
表示发射机到第u 个用户的传输时延；
S4：发射机将所有第u高维发射信号求和得到高维总发射信号：
Figure 832322DEST_PATH_IMAGE105
其中，U表示用户数目；发射机利用多个信道资源将高维总发射信号广播给多个用户，每个信道资源传输高维总发射信号的一维；
S5：第u个用户接收高维总发射信号，得到高维总接收信号，并对高维总接收信号 进行I/Q域匹配操作，得到第u原始信号的估计
Figure 929591DEST_PATH_IMAGE106
。
S3中，第u预编码信号为：
Figure 965680DEST_PATH_IMAGE107
第u预编码信号的第i维为：
Figure 513205DEST_PATH_IMAGE108
。
S5中，I/Q域匹配的过程为：
Figure 369165DEST_PATH_IMAGE109
其中，
Figure 535704DEST_PATH_IMAGE110
表示第u匹配信号的第i维，
Figure 98404DEST_PATH_IMAGE111
表示高维总接收信号，
Figure 629879DEST_PATH_IMAGE112
表 示高维总接收信号的第i维。
S5中，第u匹配信号为：
Figure 35453DEST_PATH_IMAGE113
第u匹配信号的第i维为：
Figure 677787DEST_PATH_IMAGE114
。
本发明的有益效果是：
本发明所述方法消除物理层安全通信对信道状态信息的依赖，并且实现在预期位置处的接收机能够正常通信，而在其他位置处的窃听者不能接收到信号或者只能接收到错误信号的功能。在空间的维度上提升了无线通信系统的安全能力。
本发明所述多址通信方法，可以实现依据空间精确位置点对多个用户进行区分。即便当多个用户位于同一个角度域扇区内，只要这些用户所在的空间位置不同，即可利用该发明所提出的方法进行多址通信，从而进一步提高系统的空间复用率，提升系统容量。
附图说明
图1为实施例二所述方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例一
本实施例提供一种依赖于空间位置的I/Q域调制方法，基于发射机、接收机和多个信道资源，发射机用于处理和发射原始信号，接收机用于对原始信号进行恢复，信道资源供发射机和接收机使用，其中信道资源包括时域、频域、空域和码域资源；
本实施例所述方法包括以下步骤：
S1：发射机和接收机进行时间同步，得到同步时间；
S2：发射机对原始信号进行I/Q域预编码操作，得到I/Q域预编码后信号；发射机利用多个信道资源将I/Q域预编码后信号发送至接收机；
S3：接收机接收I/Q域预编码后信号，得到I/Q域初始接收信号，对I/Q域初始接收信号进行I/Q域匹配操作，得到对原始信号的估计。
S2中，I/Q域预编码操作包括以下步骤：
S2-1：发射机依据同步时间t，以及到接收机的传输时延
Figure 99586DEST_PATH_IMAGE001
，产生I/Q域高维预编 码信号
Figure 598700DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure 429253DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 812961DEST_PATH_IMAGE004
表示I/Q域高维预编码信号的第i维，
Figure 412569DEST_PATH_IMAGE005
，M表示 I/Q域高维预编码信号的维数，M不超过信道资源的个数；
Figure 348164DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 587385DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 837101DEST_PATH_IMAGE008
，L表示I/Q域预编码层数，L≥1；
Figure 353532DEST_PATH_IMAGE009
表示第m层I/Q 域预编码支路索引，
Figure 69816DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 874961DEST_PATH_IMAGE011
表示第m层I/Q域预编码支路数，满足
Figure 725105DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 299306DEST_PATH_IMAGE013
；
Figure 202802DEST_PATH_IMAGE014
表示事先决 定的第m层频率增量；
S2-2：对原始信号
Figure 291981DEST_PATH_IMAGE015
进行高维映射，得到高维原始信号
Figure 617920DEST_PATH_IMAGE016
：
Figure 984310DEST_PATH_IMAGE017
高维原始信号的维数为M，其中，
Figure 635872DEST_PATH_IMAGE018
表示高维原始信号的第i维；
S2-3：依据高维预编码信号对高维原始信号进行处理，得到I/Q域预编码后信号
Figure 946767DEST_PATH_IMAGE019
：
Figure 263348DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure 812141DEST_PATH_IMAGE021
表示I/Q域预编码后信号的第i维。
S3中，I/Q域匹配操作的具体过程为：
Figure 431341DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 104899DEST_PATH_IMAGE023
表示I/Q域初始接收信号，上标T 表示转置；
Figure 38220DEST_PATH_IMAGE024
，*表示共轭，
Figure 503836DEST_PATH_IMAGE025
表示对原始信 号的估计。
S2-2中，高维映射方法为：
方法一：
Figure 231621DEST_PATH_IMAGE026
；
方法二：
Figure 143207DEST_PATH_IMAGE027
，其中
Figure 676957DEST_PATH_IMAGE028
为第iI/Q域随机偏置信号，满足
Figure 934763DEST_PATH_IMAGE029
位于方程
Figure 36711DEST_PATH_IMAGE030
的解空间中。
进一步地，发射机采用窄波束天线，对准接收机。
实施例二
本实施例提供一种依赖于空间位置的双域调制方法，基于发射机、接收机和多个信道资源，发射机用于对原始信号进行处理和发射，接收机用于对所述原始信号进行恢复，信道资源供发射机和接收机使用，其中信道资源包括时域、频域、空域和码域资源；
本实施例所述方法的流程示意图如图1所示，包括以下步骤：
S1：发射机和接收机进行时间同步，得到同步时间；
S2：发射机对原始信号进行I/Q域预编码操作，得到I/Q域预编码后信号；发射机对I/Q域预编码后信号进行相位域预编码操作，得到相位域预编码后信号；发射机利用多个信道资源将相位域预编码后信号发送至接收机；
S3：接收机接收相位域预编码后信号，得到相位域初始接收信号，对相位域初始接收信号进行相位域匹配操作，得到相位域匹配信号；接收机对相位域匹配信号进行I/Q域匹配操作，得到对原始信号的估计。
S2中，I/Q域预编码操作包括以下步骤：
S2-1：发射机依据同步时间t，以及到接收机的传输时延
Figure 809495DEST_PATH_IMAGE031
，产生I/Q域高维预编 码信号
Figure 819039DEST_PATH_IMAGE032
：
Figure 383882DEST_PATH_IMAGE033
其中，
Figure 453469DEST_PATH_IMAGE034
表示高维预编码信号的第i维，
Figure 713549DEST_PATH_IMAGE035
，M表示高维 预编码信号的维数，M不超过信道资源的个数；
Figure 464467DEST_PATH_IMAGE115
其中，
Figure 696865DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 265250DEST_PATH_IMAGE038
，L表示I/Q域预编码层数，L≥1；
Figure 373146DEST_PATH_IMAGE039
表示第m层I/Q 域预编码支路索引，
Figure 990072DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 139293DEST_PATH_IMAGE041
表示第m层I/Q域预编码支路数，满足
Figure 488366DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 660722DEST_PATH_IMAGE043
；
Figure 878076DEST_PATH_IMAGE014
表示事先决 定的第m层频率增量；
S2-2：对原始信号
Figure 6438DEST_PATH_IMAGE045
进行高维映射，得到高维原始信号
Figure 854308DEST_PATH_IMAGE046
：
Figure 310698DEST_PATH_IMAGE047
高维原始信号的维数为M，其中，
Figure 207109DEST_PATH_IMAGE048
表示高维原始信号的第i维；
S2-3：依据I/Q域高维预编码信号对高维原始信号进行处理，得到I/Q域预编码后 信号
Figure 3027DEST_PATH_IMAGE049
：
Figure 818536DEST_PATH_IMAGE050
其中，
Figure 653899DEST_PATH_IMAGE051
表示I/Q域预编码后信号第i维。
相位域预编码操作包括以下步骤：
S2-4：发射机依据同步时间t，以及到接收机的传输时延
Figure 416319DEST_PATH_IMAGE001
，产生相位域高维预 编码信号
Figure 394639DEST_PATH_IMAGE052
：
Figure 318733DEST_PATH_IMAGE053
其中，
Figure 625081DEST_PATH_IMAGE054
表示高维预编码信号的第j维，
Figure 987929DEST_PATH_IMAGE055
，N表示高维 预编码信号的维数，
Figure 24018DEST_PATH_IMAGE056
不超过信道资源的个数；
Figure 305964DEST_PATH_IMAGE057
其中，T表示相位域预编码层数，T≥1，
Figure 427503DEST_PATH_IMAGE058
；
Figure 594043DEST_PATH_IMAGE059
表示第p层相位域预编码 支路索引，
Figure 219059DEST_PATH_IMAGE060
，
Figure 422638DEST_PATH_IMAGE061
表示第p层相位域预编码支路数，满足
Figure 828212DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 736125DEST_PATH_IMAGE063
；
Figure 169643DEST_PATH_IMAGE064
表示事先确定 的第p层频率增量；
Figure 872019DEST_PATH_IMAGE065
表示第p层相位域预编码支路中的第
Figure 764889DEST_PATH_IMAGE066
个支路上的预编码信号幅 度，其值在事先确定；
Figure 883018DEST_PATH_IMAGE067
为发射机和接收机事先协定的正常数，其取值满足
Figure 482626DEST_PATH_IMAGE068
；
S2-5：对I/Q域预编码后信号第i维
Figure 418221DEST_PATH_IMAGE069
的相位
Figure 657442DEST_PATH_IMAGE070
进行相位域高维映射， 得到第i高维相位信号
Figure 641578DEST_PATH_IMAGE071
：
Figure 423589DEST_PATH_IMAGE072
高维相位信号的维数为N，其中，
Figure 467769DEST_PATH_IMAGE073
表示第i高维相位信号的第k维，
Figure 210597DEST_PATH_IMAGE074
，mod为求余函数；
S2-6：依据相位域高维预编码信号对第i高维相位信号进行处理，得到第i相位域 预编码后信号
Figure 998424DEST_PATH_IMAGE075
：
Figure 634942DEST_PATH_IMAGE076
其中，
Figure 272859DEST_PATH_IMAGE077
表示第i相位域预编码后信号第k维；
发射机将第i相位域预编码后信号组合成相位域预编码后信号：
Figure 299721DEST_PATH_IMAGE078
S3中，相位域匹配操作的具体过程为：
Figure 953556DEST_PATH_IMAGE116
Figure 382263DEST_PATH_IMAGE080
其中，
Figure 705928DEST_PATH_IMAGE081
表示相位域初始接收信号，上标T表示转置；
Figure 485666DEST_PATH_IMAGE082
表示与
Figure 677613DEST_PATH_IMAGE083
相对应的匹配信号，其值满足
Figure 960826DEST_PATH_IMAGE084
；
Figure 704660DEST_PATH_IMAGE085
表示相位 域匹配信号的第i维，相位域匹配信号为
Figure 768431DEST_PATH_IMAGE086
。
I/Q域匹配操作的具体过程为：
Figure 701752DEST_PATH_IMAGE087
其中，
Figure 777156DEST_PATH_IMAGE088
，*表示共轭，
Figure 770519DEST_PATH_IMAGE089
表示对原 始信号的估计。
S2-2中，高维映射方法为：
方法一：
Figure 321586DEST_PATH_IMAGE026
；
方法二：
Figure 215855DEST_PATH_IMAGE027
，其中
Figure 473661DEST_PATH_IMAGE028
为第iI/Q域随机偏置信号，满足
Figure 700243DEST_PATH_IMAGE029
位于方程
Figure 410710DEST_PATH_IMAGE030
的解空间中；
S2-5中，相位域高维映射方法为：
方法一：
Figure 623517DEST_PATH_IMAGE090
；
方法二：
Figure 798146DEST_PATH_IMAGE091
，其中
Figure 867734DEST_PATH_IMAGE092
为第k相位域随机偏置 信号，满足
Figure 518027DEST_PATH_IMAGE093
位于方程
Figure 331262DEST_PATH_IMAGE094
的解空间中。
进一步地，发射机采用窄波束天线，对准接收机。
实施例三
本实施例提供一种基于位置的多址通信方法，基于发射机、接收机和多个信道资源，发射机用于处理和发射原始信号，接收机用于对所述原始信号进行恢复，信道资源供发射机和接收机使用，其中信道资源包括时域、频域、空域和码域资源；
本实施例所述方法包括以下步骤：
S1：发射机和若干个用户进行时间同步，得到同步时间t；
S2：发射机将第u个用户的原始信号映射为第u高维原始信号，第u高维原始信号为：
Figure 625977DEST_PATH_IMAGE095
其中，
Figure 866465DEST_PATH_IMAGE096
为第u个用户的原始信号，
Figure 754787DEST_PATH_IMAGE097
为第u高维原始信号的第i维，
Figure 371713DEST_PATH_IMAGE098
，M为第u高维原始信号的维度，其值等于信道资源的数目；
S3：发射机对第u高维原始信号进行I/Q域预编码，产生第u高维发射信号，I/Q域预编码过程为：
Figure 520935DEST_PATH_IMAGE099
其中，
Figure 632459DEST_PATH_IMAGE100
表示第u高维发射信号，
Figure 804814DEST_PATH_IMAGE101
表示第u高维发射信号的第i维，
Figure 22169DEST_PATH_IMAGE102
表示第u预编码信号的第i维，
Figure 229159DEST_PATH_IMAGE103
，
Figure 749133DEST_PATH_IMAGE104
表示发射机到第u 个用户的传输时延；
S4：发射机将所有第u高维发射信号求和得到高维总发射信号：
Figure 408785DEST_PATH_IMAGE105
其中，U表示用户数目；发射机利用多个信道资源将高维总发射信号广播给多个用户，每个信道资源传输高维总发射信号的一维；
S5：第u个用户接收高维总发射信号，得到高维总接收信号，并对高维总接收信号 进行I/Q域匹配操作，得到第u原始信号的估计
Figure 429831DEST_PATH_IMAGE106
。
S3中，第u预编码信号为：
Figure 491327DEST_PATH_IMAGE107
第u预编码信号的第i维为：
Figure 697050DEST_PATH_IMAGE108
。
S5中，I/Q域匹配的过程为：
Figure 843997DEST_PATH_IMAGE109
其中，
Figure 403155DEST_PATH_IMAGE110
表示第u匹配信号的第i维，
Figure 991262DEST_PATH_IMAGE111
表示高维总接收信号，
Figure 180935DEST_PATH_IMAGE112
表 示高维总接收信号的第i维。
S5中，第u匹配信号为：
Figure 877495DEST_PATH_IMAGE113
第u匹配信号的第i维为：
Figure 178027DEST_PATH_IMAGE114
。

Claims (9)

1.一种依赖于空间位置的I/Q域调制方法，基于发射机、接收机和多个信道资源，发射机用于处理和发射原始信号，接收机用于对原始信号进行恢复，信道资源供发射机和接收机使用，其中信道资源包括时域、频域、空域和码域资源；
其特征在于，包括以下步骤：
S1：发射机和接收机进行时间同步，得到同步时间；
S2：发射机对原始信号进行I/Q域预编码操作，得到I/Q域预编码后信号；发射机利用多个信道资源将I/Q域预编码后信号发送至接收机；
S2中，I/Q域预编码操作包括以下步骤：
S2-1：发射机依据同步时间t，以及到接收机的传输时延
Figure 646454DEST_PATH_IMAGE001
，产生I/Q域高维预编码信 号
Figure 180203DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure 969168DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 399012DEST_PATH_IMAGE004
表示I/Q域高维预编码信号的第i维，
Figure 171796DEST_PATH_IMAGE005
，M表示I/Q 域高维预编码信号的维数，M不超过信道资源的个数；
Figure 978078DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 637860DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 504185DEST_PATH_IMAGE008
，L表示I/Q域预编码层数，L≥1；
Figure 233107DEST_PATH_IMAGE009
表示第m层I/Q域预 编码支路索引，
Figure 108659DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 606636DEST_PATH_IMAGE011
表示第m层I/Q域预编码支路数，满足
Figure 643863DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 377857DEST_PATH_IMAGE013
；
Figure 525941DEST_PATH_IMAGE014
表示第m层 频率增量；
S2-2：对原始信号
Figure 144005DEST_PATH_IMAGE015
进行高维映射，得到高维原始信号
Figure 617711DEST_PATH_IMAGE016
：
Figure 321225DEST_PATH_IMAGE017
高维原始信号的维数为M，其中，
Figure 273000DEST_PATH_IMAGE018
表示高维原始信号的第i维；
S2-3：依据高维预编码信号对高维原始信号进行处理，得到I/Q域预编码后信号
Figure 761882DEST_PATH_IMAGE019
：
Figure 140911DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure 597300DEST_PATH_IMAGE021
表示I/Q域预编码后信号的第i维；
S3：接收机接收I/Q域预编码后信号，得到I/Q域初始接收信号，对I/Q域初始接收信号进行I/Q域匹配操作，得到对原始信号的估计。
2.根据权利要求1所述的依赖于空间位置的I/Q域调制方法，其特征在于，S3中，I/Q域匹配操作的具体过程为：
Figure 87187DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 945421DEST_PATH_IMAGE023
表示I/Q域初始接收信号，上标T表示 转置；
Figure 479040DEST_PATH_IMAGE024
，*表示共轭，
Figure 157146DEST_PATH_IMAGE025
表示对原始信号的 估计。
3.根据权利要求1所述的依赖于空间位置的I/Q域调制方法，其特征在于，S2-2中，高维映射方法为：
方法一：
Figure 716303DEST_PATH_IMAGE026
；
方法二：
Figure 163465DEST_PATH_IMAGE027
，其中
Figure 149876DEST_PATH_IMAGE028
为第iI/Q域随机偏置信号，满足
Figure 66010DEST_PATH_IMAGE029
位于方程
Figure 897700DEST_PATH_IMAGE030
的解空间中。
4.一种依赖于空间位置的双域调制方法，基于发射机、接收机和多个信道资源，发射机用于对原始信号进行处理和发射，接收机用于对所述原始信号进行恢复，信道资源供发射机和接收机使用，其中信道资源包括时域、频域、空域和码域资源；
其特征在于，包括以下步骤：
S1：发射机和接收机进行时间同步，得到同步时间；
S2：发射机对原始信号进行I/Q域预编码操作，得到I/Q域预编码后信号；发射机对I/Q域预编码后信号进行相位域预编码操作，得到相位域预编码后信号；发射机利用多个信道资源将相位域预编码后信号发送至接收机；
S3：接收机接收相位域预编码后信号，得到相位域初始接收信号，对相位域初始接收信号进行相位域匹配操作，得到相位域匹配信号；接收机对相位域匹配信号进行I/Q域匹配操作，得到对原始信号的估计。
5.根据权利要求4所述的依赖于空间位置的双域调制方法，其特征在于，S2中，I/Q域预编码操作包括以下步骤：
S2-1：发射机依据同步时间t，以及到接收机的传输时延
Figure 730527DEST_PATH_IMAGE031
，产生I/Q域高维预编码信 号
Figure 887838DEST_PATH_IMAGE032
：
Figure 274957DEST_PATH_IMAGE033
其中，
Figure 910338DEST_PATH_IMAGE034
表示高维预编码信号的第i维，
Figure 838150DEST_PATH_IMAGE035
，M表示高维预编 码信号的维数，M不超过信道资源的个数；
Figure 900784DEST_PATH_IMAGE036
其中，
Figure 40778DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 214271DEST_PATH_IMAGE038
，L表示I/Q域预编码层数，L≥1；
Figure 490531DEST_PATH_IMAGE039
表示第m层I/Q域预 编码支路索引，
Figure 740378DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 102089DEST_PATH_IMAGE041
表示第m层I/Q域预编码支路数，满足
Figure 79273DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 475619DEST_PATH_IMAGE043
；
Figure 880055DEST_PATH_IMAGE044
表示第m层频 率增量；
S2-2：对原始信号
Figure 729063DEST_PATH_IMAGE045
进行高维映射，得到高维原始信号
Figure 24784DEST_PATH_IMAGE046
：
Figure 10057DEST_PATH_IMAGE047
高维原始信号的维数为M，其中，
Figure 585395DEST_PATH_IMAGE048
表示高维原始信号的第i维；
S2-3：依据I/Q域高维预编码信号对高维原始信号进行处理，得到I/Q域预编码后信号
Figure 187278DEST_PATH_IMAGE049
：
Figure 506263DEST_PATH_IMAGE050
其中，
Figure 877202DEST_PATH_IMAGE051
表示I/Q域预编码后信号第i维；
相位域预编码操作包括以下步骤：
S2-4：发射机依据同步时间t，以及到接收机的传输时延
Figure 374174DEST_PATH_IMAGE001
，产生相位域高维预编码 信号
Figure 197773DEST_PATH_IMAGE052
：
Figure 320450DEST_PATH_IMAGE053
其中，
Figure 280316DEST_PATH_IMAGE054
表示高维预编码信号的第j维，
Figure 728614DEST_PATH_IMAGE055
，N表示高维预编 码信号的维数，
Figure 773931DEST_PATH_IMAGE056
不超过信道资源的个数；
Figure 686917DEST_PATH_IMAGE057
其中，T表示相位域预编码层数，T≥1，
Figure 32447DEST_PATH_IMAGE058
；
Figure 120489DEST_PATH_IMAGE059
表示第p层相位域预编码支路 索引，
Figure 653102DEST_PATH_IMAGE060
，
Figure 383160DEST_PATH_IMAGE061
表示第p层相位域预编码支路数，满足
Figure 317618DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 327294DEST_PATH_IMAGE063
；
Figure 612781DEST_PATH_IMAGE064
表示第p层频率 增量；
Figure 615372DEST_PATH_IMAGE065
表示第p层相位域预编码支路中的第
Figure 669916DEST_PATH_IMAGE066
个支路上的预编码信号幅度；
Figure 365340DEST_PATH_IMAGE067
为发 射机和接收机事先协定的正常数，其取值满足
Figure 872544DEST_PATH_IMAGE068
；
S2-5：对I/Q域预编码后信号第i维
Figure 928094DEST_PATH_IMAGE069
的相位
Figure 837144DEST_PATH_IMAGE070
进行相位域高维映射，得到 第i高维相位信号
Figure 437890DEST_PATH_IMAGE071
：
Figure 697970DEST_PATH_IMAGE072
高维相位信号的维数为N，其中，
Figure 42363DEST_PATH_IMAGE073
表示第i高维相位信号的第k维，
Figure 822232DEST_PATH_IMAGE074
，mod为求余函数；
S2-6：依据相位域高维预编码信号对第i高维相位信号进行处理，得到第i相位域预编 码后信号
Figure 859458DEST_PATH_IMAGE075
：
Figure 75676DEST_PATH_IMAGE076
其中，
Figure 489339DEST_PATH_IMAGE077
表示第i相位域预编码后信号第k维；
发射机将第i相位域预编码后信号组合成相位域预编码后信号：
Figure 107403DEST_PATH_IMAGE078
。
6.根据权利要求5所述的依赖于空间位置的双域调制方法，其特征在于，S3中，相位域匹配操作的具体过程为：
Figure 315530DEST_PATH_IMAGE079
Figure 536820DEST_PATH_IMAGE080
其中，
Figure 223017DEST_PATH_IMAGE081
表示相位域初始接收信号，上标T表示转置；
Figure 226745DEST_PATH_IMAGE082
表示与
Figure 605773DEST_PATH_IMAGE083
相对应的匹配信号，其值满足
Figure 796583DEST_PATH_IMAGE084
；
Figure 552050DEST_PATH_IMAGE085
表示相位域匹配信号的第i维，相位域匹配信号为
Figure 629858DEST_PATH_IMAGE086
；
I/Q域匹配操作的具体过程为：
Figure 179788DEST_PATH_IMAGE087
其中，
Figure 123473DEST_PATH_IMAGE088
，*表示共轭，
Figure 417052DEST_PATH_IMAGE089
表示对原始信 号的估计；
S2-2中，高维映射方法为：
方法一：
Figure 129793DEST_PATH_IMAGE026
；
方法二：
Figure 585045DEST_PATH_IMAGE027
，其中
Figure 999714DEST_PATH_IMAGE028
为第iI/Q域随机偏置信号，满足
Figure 96983DEST_PATH_IMAGE029
位于方程
Figure 664231DEST_PATH_IMAGE030
的解空间中；
S2-5中，相位域高维映射方法为：
方法一：
Figure 290384DEST_PATH_IMAGE090
；
方法二：
Figure 208662DEST_PATH_IMAGE091
，其中
Figure 844043DEST_PATH_IMAGE092
为第k相位域随机偏置信号， 满足
Figure 750950DEST_PATH_IMAGE093
位于方程
Figure 79163DEST_PATH_IMAGE094
的解空间中。
7.一种基于位置的多址通信方法，基于发射机、接收机和多个信道资源，发射机用于处理和发射原始信号，接收机用于对所述原始信号进行恢复，信道资源供发射机和接收机使用，其中信道资源包括时域、频域、空域和码域资源；
其特征在于，包括以下步骤：
S1：发射机和若干个用户进行时间同步，得到同步时间t；
S2：发射机将第u个用户的原始信号映射为第u高维原始信号，第u高维原始信号为：
Figure 953578DEST_PATH_IMAGE095
其中，
Figure 392650DEST_PATH_IMAGE096
为第u个用户的原始信号，
Figure 934489DEST_PATH_IMAGE097
为第u高维原始信号的第i维，
Figure 168025DEST_PATH_IMAGE098
，M为第u高维原始信号的维度，其值等于信道资源的数目；
S3：发射机对第u高维原始信号进行I/Q域预编码，产生第u高维发射信号，I/Q域预编码过程为：
Figure 47512DEST_PATH_IMAGE099
其中，
Figure 24696DEST_PATH_IMAGE100
表示第u高维发射信号，
Figure 155463DEST_PATH_IMAGE101
表示第u高维发射信号的第i维，
Figure 825478DEST_PATH_IMAGE102
表示第u预编码信号的第i维，
Figure 674486DEST_PATH_IMAGE103
，
Figure 189781DEST_PATH_IMAGE104
表示发射机到第u 个用户的传输时延；
S4：发射机将所有第u高维发射信号求和得到高维总发射信号：
Figure 456945DEST_PATH_IMAGE105
其中，U表示用户数目；发射机利用多个信道资源将高维总发射信号广播给多个用户，每个信道资源传输高维总发射信号的一维；
S5：第u个用户接收高维总发射信号，得到高维总接收信号，并对高维总接收信号进行 I/Q域匹配操作，得到第u原始信号的估计
Figure 32283DEST_PATH_IMAGE106
。
8.根据权利要求7所述的基于位置的多址通信方法，其特征在于，S3中，第u预编码信号为：
Figure 634166DEST_PATH_IMAGE107
第u预编码信号的第i维为：
Figure 953151DEST_PATH_IMAGE108
其中，L表示I/Q域预编码层数，L≥1；
Figure 58511DEST_PATH_IMAGE039
表示第m层I/Q域预编码支路索引，
Figure 319597DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 877617DEST_PATH_IMAGE041
表示第m层I/Q域预编码支路数，满足
Figure 265873DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 225739DEST_PATH_IMAGE043
；
Figure 408458DEST_PATH_IMAGE044
表示第m层频 率增量。
9.根据权利要求8所述的基于位置的多址通信方法，其特征在于，S5中，I/Q域匹配的过程为：
Figure 719354DEST_PATH_IMAGE109
其中，
Figure 396454DEST_PATH_IMAGE110
表示第u匹配信号的第i维，
Figure 210826DEST_PATH_IMAGE111
表示高维总接收信号，
Figure 564447DEST_PATH_IMAGE112
表示高 维总接收信号的第i维；
第u匹配信号为：
Figure 362639DEST_PATH_IMAGE113
第u匹配信号的第i维为：
Figure 827118DEST_PATH_IMAGE114
。
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