CN113315542B - 一种伪随机相位序列扩频通讯物理层系统 - Google Patents

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Abstract

本发明基于伪随机相位序列扩频调制技术及一种用于多用户时频估计的具有线性时频特性的伪随机相位序列，提出一种适用于低功耗、多用户的伪随机相位序列扩频通讯物理层系统。所述扩频通讯物理层系统的物理层帧结构包括，前导符号、帧同步符号、数据符号，其中数据符号还包括帧头部分和净荷部分。所述扩频通讯物理层系统的编码与调制过程包括，前导符号不调制，帧同步符号采用伪随机相位序列频移扩频调制，数据符号的帧头部分采用伪随机相位序列频移扩频调制，数据符号的净荷部分采用的伪随机相位序列扩频调制的方法不限，数据符号的帧头部分及净荷部分均采用信道编码技术。

Description

一种伪随机相位序列扩频通讯物理层系统
技术领域
本发明涉及一种通讯技术，具体地说是一种伪随机相位序列扩频通讯物理层系统。
背景技术
恒包络零自相关序列(CAZAC)因为其恒包络，理想的圆周自相关，良好的互相关等特性，广泛的应用在通讯领域，目前常见的有Zadoff-chu序列、Frank序列、Golomb多相序列和Chirp序列等，实际上他们都可以看作是伪随机相位序列。
实际上，良好的自相关及互相关特性特别适合多用户通讯场景，恒包络特性特别适合低功耗通讯场景，因此可以通过将伪随机相位序列扩频调制，实现一种适合多用户、低功耗的扩频通讯系统，而且可以通过寻找具有线性特性的伪随机相位序列，实现多用户通讯系统的导频。基于以上两点，本发明提出一种伪随机相位序列扩频通讯物理层系统。
发明内容
本发明基于伪随机相位序列扩频调制技术及一种用于时频估计的具有线性特性的伪随机相位序列，提出一种适用于低功耗，多用户的伪随机相位序列扩频通讯物理层系统。
其特征在于，所述扩频通讯物理层系统包括：
物理层帧结构，
编码与调制过程，
其中物理层帧结构依次包括：
用于时频估计的前导符号，用于帧同步的同步符号，承载信息的数据符号；
其中编码与调制过程包括：
前导符号直接采用具有线性特性的伪随机相位序列；
帧同步符号采用伪随机相位序列频移扩频调制技术，可以承载有效信息；
数据符号包括帧头部分及净荷部分，其中帧头部分采用伪随机相位序列频移扩频调制技术，净荷部分支持各种伪随机相位序列扩频调制技术，帧头部分及净荷部分的数据均采用信道编码技术。
一般情况，所述前导符号，同步符号，数据符号的帧头部分，净荷部分可以采用相同或不同的伪随机相位序列进行扩频调制。
其中，所述前导符号直接采用具有线性特性的伪随机相位序列，包括：
前导符号的长度为P或2P(依赖于采用并联导频符号还是串联导频符号)，其中P为大于2^SF的质数，SF为扩频因子；
前导符号的数量大于等于2；
其中，所述帧同步符号采用伪随机相位序列频移扩频调制技术，可以承载有效信息，包括，
帧同步符号的长度为P；
帧同步符号的数量为2个，4个或根据用户需要承载的信息而设定的数量；
帧同步符号可以承载信息，包括但不限于，同步字，用户身份等；
其中，数据符号的帧头部分采用伪随机相位序列频移扩频调制技术，还包括，
数据符号的帧头部分的符号长度为2^SF到P；
数据符号的帧头部分的符号的数量为8个或根据用户需要承载的信息而设定数量的符号；
帧头部分采用高性能信道编码，包括，里德穆勒码，polar码等；
帧头部分承载信息，包括但不限于，净荷部分数据流个数，每个数据流长度，相位调制模式，帧头校验等。
其中，数据符号的净荷部分可以包含多个数据流，每个数据流采用的伪随机相位序列扩频调制技术相同或不同，每个数据流采用的伪随机相位序列相同或不同；
数据符号的净荷部分的符号长度与帧头部分的符号长度相同或不同；
数据符号的净荷部分采用的编码技术，包括但不限于，数据校验，信道编码，交织，符号格雷映射等；
信道编码的类型包括但不限于，汉明码，RS码，卷积码，turbo码，LDPC码等；
多个数据流采用的编码技术可以相同或不同。
附图说明
图1所示为本发明一种物理层帧结构实施例示意图；
图2所示为本发明一种物理层编码与调制实施例结构图；
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1所示为本发明一种物理层帧结构实施例示意图，包括前导符号010，帧同步符号020，数据符号030，其中数据符号还分为帧头部分031和净荷部分032。前导符号的符号长度为2P，即串行导频符号，P为大于2^SF的质数，SF为扩频因子，因为前导符号估计出的时延范围小于P，因此后续的帧同步符号的符号长度为P，数据符号的符号长度M大于等于2^SF，小于等于P，为了能够使用FFT，节省资源功耗，推荐数据符号的符号长度M等与2^SF。本例中，前导符号的数量大于等于4，帧同步符号的数量为2，数据符号的帧头部分的符号数量为8，数据符号的净荷部分的符号数量不确定，由净荷大小，调制方法等决定。
图2所示为本发明一种物理层编码与调制实施例结构图，为了简明清晰的讲述本发明，本实施例只是一个极简版本。
为了简明，假设前导符号、帧同步符号、数据符号采用相同的伪随机相位序列，长度为P，前导符号是并联导频符号，且根值R优选共轭根值对，即：
pChirp(R)＝cos(pi*i*R*m*m/P)*sqrt(2)；
sChirp(R)＝exp(pi*i*R*m*m/P)；
这里，pChirp(R)为前导符号使用的伪随机相位序列，sChirp(R)为帧同步符号及数据符号使用的伪随机相位序列，多用户之间使用不同的根值R。
本例中，假设SF等于6，那么最小的大于2^6的质数P为67，即前导符号的符号长度为67，帧同步符号的符号长度67，数据符号的符号长度为64。因为帧同步符号及数据符号的帧头部分采用采用伪随机相位序列频移扩频调制，因此每个符号承载的比特数为6，两个帧同步符号承载6*2＝12比特，即可以用12比特表示用户身份，同理，数据符号的帧头部分可以承载6*8＝48比特，假设这里使用里德穆勒编码RM(4,8)，那么编码前的比特为48/8*4＝24比特，其中，3比特用于表示数据数流数量，8比特用于表示数据流长度，3比特用于表示数据流的调制方式，为了简单，假设这里多流采用相同的调制方式，多流采用连续的根值R，伪随机相位序列相位扩频调制只采用固定的pi/4-DQPSK，即相位调制只承载2个比特，假设数据符号的净荷部分采用伪随机相位序列相频扩频调制，那么数据符号的净荷部分的每个符号承载的比特数为6+2＝8比特，即一个字节，假设净荷采用CRC-16校验，采用RS(255,223)编码，那么最大净荷数为223-2＝221个字节，能够纠正的错误符号数为16个，因为RS纠错以符号为单位，因此没必要进行格雷映射，交织等。
为了简明，这里只有一个数据流，整个编码调制过程如图2，包括，数据符号净荷部分数据流编码调制模块100，数据符号帧头部分帧头信息编码调制模块200，帧同步符号，前导符号。
其中，数据符号净荷部分数据流编码调制模块100还包括，CRC校验模块110，RS编码模块120，RS码字比特拆分模块130，pi/4-DQPSK差分星座编码调制模块141，mFSK调制模块142，伪随机相位序列相频扩频调制模块140。数据符号帧头部分信息编码调制模块200还包括，里德穆勒编码模块210，帧头信息经过编码后的码字与帧同步字合并一起经过伪随机相位序列频移扩频调制模块220。前导符号不调制，就是一种具有线性时频特性的伪随机相位序列。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种适用于低功耗、多用户的伪随机相位序列扩频通讯物理层系统，其特征在于，包括：
物理层帧结构，
编码与调制过程，
其中物理层帧结构依次包括：
用于时频估计的前导符号，用于帧同步的同步符号，承载信息的数据符号；
其中编码与调制过程包括：
前导符号直接采用具有线性时频特性的伪随机相位序列；
帧同步符号采用伪随机相位序列频移扩频调制技术，可以承载有效信息；
数据符号包括帧头部分及净荷部分，其中帧头部分采用伪随机相位序列频移扩频调制技术，净荷部分支持各种伪随机相位序列扩频调制技术，帧头部分及净荷部分的数据均采用信道编码技术。
2.根据权利要求1所述物理层系统，所述前导符号、同步符号、数据符号的帧头部分、数据符号的净荷部分可以采用相同或不同的伪随机相位序列进行扩频调制。
3.根据权利要求1所述物理层系统，所述前导符号直接采用具有线性特性的伪随机相位序列，包括：
前导符号的长度为P或2P，其中P为大于2^SF的质数，SF为扩频因子；
前导符号的数量大于等于2。
4.根据权利要求1所述物理层系统，所述帧同步符号采用伪随机相位序列频移扩频调制技术，包括，
帧同步符号的长度为P；
帧同步符号的数量大于等于2；
帧同步符号承载信息。
5.根据权利要求1所述物理层系统，所述数据符号的帧头部分采用伪随机相位序列频移扩频调制技术，还包括，
数据符号的帧头部分的符号长度M为2^SF到P；
数据符号的帧头部分的符号数量根据用户需要承载的信息而设定或为0；
帧头部分承载信息；
帧头部分信息采用信道编码技术。
6.根据权利要求1所述物理层系统，所述数据符号的净荷部分可以包含多个数据流；
每个数据流采用的伪随机相位序列扩频调制技术相同或不同，每个数据流采用的伪随机相位序列相同或不同；
数据符号的净荷部分的符号长度与帧头部分的符号长度相同或不同，数据符号的净荷部分的符号长度M为2^SF到P；
数据符号的净荷部分采用信道编码技术；
多个数据流采用的信道编码技术可以相同或不同。
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