CN113572538B - 基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法及检测器 - Google Patents

基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法及检测器 Download PDF

Info

Publication number
CN113572538B
CN113572538B CN202111121572.1A CN202111121572A CN113572538B CN 113572538 B CN113572538 B CN 113572538B CN 202111121572 A CN202111121572 A CN 202111121572A CN 113572538 B CN113572538 B CN 113572538B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sequence
zero
zero point
codebook
polynomial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN202111121572.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113572538A (zh
Inventor
窦高奇
孙雅萍
冯士民
李丽华
刘琴涛
王世宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Naval University of Engineering PLA
Original Assignee
Naval University of Engineering PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Naval University of Engineering PLA filed Critical Naval University of Engineering PLA
Priority to CN202111121572.1A priority Critical patent/CN113572538B/zh
Publication of CN113572538A publication Critical patent/CN113572538A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113572538B publication Critical patent/CN113572538B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Error Detection And Correction (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法及检测器。该检测方法包括步骤：S1，基于霍夫曼序列自相关特性，求取霍夫曼序列自相关多项式的零点，构造零点码本；S2，将待发送的二进制信息比特序列映射至该零点码本，提取以这些零点为根的多项式系数并归一化，生成霍夫曼序列，完成信号调制；S3，将该霍夫曼序列进行逆序翻转后送入多径衰落信道进行信号传输；S4，将从该多径衰落信道接收的接收序列进行逆序翻转，然后再进行z变换；S5，将进行z变换后的多项式进行零点检测，解码出该二进制信息比特序列。本发明适用于未知多径信道下的短数据包的非相干检测。

Description

基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法及检测器
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法及检测器。
背景技术
随着第五代移动通信(5G)的普及和终端设备的小型化、智能化，无人驾驶及车联网、机器间通信（M2M）等应用场景逐渐进入人们的视野，未来无线通信将会出现更多的“人与物”、“物与物”之间的高速连接应用。新兴技术必须应对的主要挑战之一是支持大量设备，这些设备的流量类型多种多样，甚至相互矛盾，包括高速蜂窝链路，设备到设备的连接，以及携带短包传感器数据的无线链路。零散的短数据包将在未来占据主导地位，而传统的蜂窝和集中管理的无线网络基础设施将不够灵活，无法跟上这些需求的步伐。
在许多无线通信场景中，传输信号受到多径传播的影响，信道呈现频率选择性。对抗多径衰落信道的一个众所周知的方法是采用正交频分复用(OFDM)，并采用循环前缀（CP）来保证子载波的正交性，要求CP长度大于多径延迟扩展。接收机进行相干解调需要估计信道脉冲响应(CIR)。当信道时延过大或数据块很短时，获取信道状态信息（CSI）所需的资源开销占比将变得很大，特别是数据包很短且通信偶发时，此开销会造成传输效率的严重下降。盲估计和非相干策略提供了一个摆脱此困境的潜在途径，但盲信号处理往往需要较长的数据包来保证算法收敛。目前关于短数据包非相干接收的研究也很少。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法及检测器，非常适用于未知多径信道下的短数据包的非相干检测。
为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法，包括步骤：
S1，基于霍夫曼序列自相关特性，求取霍夫曼序列自相关多项式的零点，构造零点码本；
S2，将待发送的二进制信息比特序列映射至该零点码本，提取以这些零点为根的多项式系数并归一化，生成霍夫曼序列，以完成信号调制；
S3，将该霍夫曼序列进行逆序翻转后送入多径衰落信道进行信号传输；
S4，将从该多径衰落信道接收的接收序列进行逆序翻转，然后再进行z变换；
S5，将进行z变换后的多项式进行零点检测，解码出该二进制信息比特序列。
优选的，所述S1包括子步骤：
S11，霍夫曼序列自相关特性为：
Figure 580868DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 966850DEST_PATH_IMAGE002
；
在z域上，霍夫曼序列自相关多项式表示为
Figure 949849DEST_PATH_IMAGE003
其中，K为二进制信息比特序列的信息长度位数，z为z变换所用符号，
S12，求取霍夫曼序列自相关多项式的零点，得到K对共轭零点对，构造零点码本：
Figure 610638DEST_PATH_IMAGE004
Figure 628272DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 716314DEST_PATH_IMAGE006
为零点码本，
Figure 186610DEST_PATH_IMAGE007
（1≤k≤K）为第k对共轭零点对，R为零点幅值，
Figure 651089DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 27625DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 286568DEST_PATH_IMAGE010
表示复数域。
优选的，所述S2包括以下子步骤：
S21，将二进制信息比特序列
Figure 509739DEST_PATH_IMAGE011
，按照以下映射关系，映射至零点码本，得到K个零点
Figure 450013DEST_PATH_IMAGE012
，第k个零点
Figure 238977DEST_PATH_IMAGE013
（1≤k≤K）为：
Figure 872084DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 379289DEST_PATH_IMAGE015
（1≤k≤K）表示二进制信息比特序列的第k个信息比特，
Figure 123254DEST_PATH_IMAGE016
，j为虚数单位；
S22，将映射得到的K个零点
Figure 969987DEST_PATH_IMAGE017
作为多项式的根，提取多项式系数可得
Figure 570733DEST_PATH_IMAGE018
对序列x进行归一化，可得霍夫曼序列
Figure 768496DEST_PATH_IMAGE019
：
Figure 50573DEST_PATH_IMAGE020
其中霍夫曼序列
Figure 814129DEST_PATH_IMAGE021
的2范数等于1，即
Figure 287574DEST_PATH_IMAGE022
。
优选的，所述S3包括以下子步骤：
将霍夫曼序列
Figure 503791DEST_PATH_IMAGE023
进行逆序翻转，得到序列
Figure 589559DEST_PATH_IMAGE024
，将序列
Figure 207622DEST_PATH_IMAGE025
送入多径衰落信道进行信号传输。
优选的，所述S4包括以下子步骤：
S41，将多径衰落信道的信道脉冲响应记为
Figure 353433DEST_PATH_IMAGE026
，信道稀疏度定义为
Figure 260209DEST_PATH_IMAGE027
，信道噪声记为
Figure 946405DEST_PATH_IMAGE028
，则接收序列y为
Figure 622237DEST_PATH_IMAGE029
其中，
Figure 1266DEST_PATH_IMAGE030
，L为信道脉冲响应序列长度；
S42，对接收序列进行逆序翻转得到序列
Figure 395338DEST_PATH_IMAGE031
，则
Figure 619646DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 149985DEST_PATH_IMAGE033
为霍夫曼序列，
Figure 637598DEST_PATH_IMAGE034
为信道脉冲响应被翻转后得到的序列，
Figure 315704DEST_PATH_IMAGE035
为信道噪声序列被翻转后得到的序列，
对
Figure 45500DEST_PATH_IMAGE036
进行z变换，可得
Figure 492662DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure 885597DEST_PATH_IMAGE038
（1≤l≤L-1）为信道脉冲响应
Figure 50999DEST_PATH_IMAGE039
的零点，故
Figure 85951DEST_PATH_IMAGE040
的零点为
Figure 590882DEST_PATH_IMAGE041
；
Figure 217035DEST_PATH_IMAGE042
（1≤n≤N-1）为噪声
Figure 72996DEST_PATH_IMAGE043
的零点，故
Figure 646060DEST_PATH_IMAGE044
的零点为
Figure 802235DEST_PATH_IMAGE045
；h 0 为信道脉冲响应序列
Figure 802552DEST_PATH_IMAGE046
首项，w 0 为信道噪声序列
Figure 676967DEST_PATH_IMAGE047
首项。
优选的，所述步骤S5包括以下子步骤：
S51，求解接收序列逆序翻转后序列z变换多项式的零点，即为接收零点；
S52，将复平面等分为K个扇区，K为二进制信息比特序列的信息长度位数，判断接收零点与零点码本中所有零点的距离，离接收零点最近的码本零点所在的扇区即为接收零点所在的扇区；
S53，通过最小距离来区分数据零点和信道零点：判断每个扇区中所有接收零点与该扇区中码本零点的距离，距离最小值所对应的码本零点反向映射得到的信息比特即为判决结果，最终得到解码的二进制信息比特序列。
按照本发明的第二方面，提供了一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测器，包括发射装置和接收装置；
所述发射装置用于实现步骤：
S1，基于霍夫曼序列自相关特性，求取霍夫曼序列自相关多项式的零点，构造零点码本；
S2，将待发送的二进制信息比特序列映射至该零点码本，提取以这些零点为根的多项式系数并归一化，生成霍夫曼序列，以完成信号调制；
S3，将霍夫曼序列进行逆序翻转后送入多径衰落信道进行信号传输；
所述接收装置用于实现步骤：
S4，将从该多径衰落信道接收的接收序列进行逆序翻转，然后再进行z变换；
S5，将进行z变换后的多项式进行零点检测，解码出该二进制信息比特序列。
总体而言，本发明与现有技术相比，具有有益效果：基于共轭零点调制的短数据包非相干检测器主要针对多径衰落信道环境下少量（几十比特）零星、偶发的短数据包传输，特别是多径延时与发送序列长度相近的情况，采用零点调制方案，将信息比特映射至零点码本，完成符号调制。从降低信道零点对信号零点影响角度，利用信道脉冲响应(CIR)的指数衰减特性，将调制得到的霍夫曼序列进行翻转后再送往信道。接收端对接收序列翻转后进行零点非相干检测，完全避免接收机的信道估计和信号均衡。通过翻转处理降低信道零点对检测性能的影响，提高零点检测对加性噪声的强鲁棒性，适用于未知多径信道下的短数据包传输和检测。
附图说明
图1是本发明实施例的短数据包非相干检测方法的收发原理示意图；
图2是本发明实施例的霍夫曼序列自相关幅值示意图；
图3是本发明实施例的共轭零点调制复平面星座域示意图；
图4是本发明实施例的霍夫曼序列幅值示意图；
图5和图6分别是本发明实施例的未采用逆序翻转方式与采用逆序翻转方式后接收序列信号零点与信道零点结构图对比示意图；
图7是本发明实施例的一种信噪比下的未采用逆序翻转方式与采用逆序翻转方式后误比特率对比示意图；
图8是本发明实施例的另一种信噪比下的未采用逆序翻转方式与采用逆序翻转方式后误比特率对比示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例的一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法，其收发原理如图1所示，将信息比特
Figure 53721DEST_PATH_IMAGE048
（K为二进制信息比特序列的信息长度位数）按照权利要求书中映射规则一一映射至零点码本中的零点得到
Figure 329982DEST_PATH_IMAGE049
（
Figure 999735DEST_PATH_IMAGE050
为零点码本），将此K个零点作为多项式的根，提取多项式系数并进行归一化，可得霍夫曼序列
Figure 564709DEST_PATH_IMAGE051
，完成信号调制。将霍夫曼序列逆序翻转得到
Figure 541892DEST_PATH_IMAGE052
，送入多径衰落信道进行信号传输，信道传输过程中受到加性噪声干扰。接收端对接收到的信号
Figure 610342DEST_PATH_IMAGE053
进行逆序翻转得到
Figure 14779DEST_PATH_IMAGE054
，对此序列按照权利要求书中规则进行零点检测得到K个零点
Figure 801469DEST_PATH_IMAGE055
，反向映射可得到信息比特序列
Figure 316764DEST_PATH_IMAGE056
，即为解码得到的二进制信息比特序列。
本技术方案所基于的技术原理如下：与时间或频率调制单个符号以整个平面作为星座域不同，本方案的共轭零点调制中K个零点必须共享它们的星座域。首先，如图3所示，将复平面均匀划分成K个不相交扇区(星座域)
Figure 505300DEST_PATH_IMAGE057
，每个扇区的弧度大小为
Figure 80638DEST_PATH_IMAGE058
。每一个扇区
Figure 620204DEST_PATH_IMAGE059
对应一对共轭零点，从而得到K对共轭零点
Figure 876873DEST_PATH_IMAGE060
，从每对共轭零点对中选出一个零点构成长度为K的零点序列，则可构造出2 K 个互不相同的零点序列，将这些序列作为零点码本。共轭零点调制将信息比特映射至零点码本中的一个零点序列，将这些零点作为多项式的根构造一个多项式，将多项式的复值系数归一化并逆序翻转后作为发射基带信号的样本。通过多径信道后，接收机对加扰接收序列进行逆序翻转，然后进行z变换得到z域多项式，通过零点检测获取发送比特信息。
本发明实施例的一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法，该方法包括步骤S1至S5。
S1，基于霍夫曼序列自相关特性，求取霍夫曼序列自相关多项式的零点，构造零点码本。
作为进一步优选地，S1包括以下子步骤：
S11，霍夫曼序列自相关具有类脉冲相关特性，其自相关序列为：
Figure 982232DEST_PATH_IMAGE061
其中，
Figure 666154DEST_PATH_IMAGE062
，省略号的省略是0。
在接收端利用霍夫曼序列这一特性可以保证短数据块捕获。如图2所示，其中横轴为霍夫曼序列自相关的序号，纵轴为幅值，该示例中，
Figure 224175DEST_PATH_IMAGE063
。
在z域上，霍夫曼自相关多项式表示为
Figure 878727DEST_PATH_IMAGE064
其中，z为z变换所用符号。
S12，求取霍夫曼序列自相关多项式的零点，得到K对共轭零点对，构造零点码本。
令
Figure 776276DEST_PATH_IMAGE065
，可以得到自相关多项式的K对共轭零点对。
Figure 693416DEST_PATH_IMAGE004
Figure 941995DEST_PATH_IMAGE066
其中，
Figure 602783DEST_PATH_IMAGE067
为零点码本，
Figure 354839DEST_PATH_IMAGE068
（1≤k≤K）为第k对共轭零点对，R为零点幅值，
Figure 708460DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 178755DEST_PATH_IMAGE009
。
相位
Figure 643235DEST_PATH_IMAGE069
为
Figure 249797DEST_PATH_IMAGE070
可知霍夫曼自相关多项式共轭零点对均匀分布在半径分别为R＞1及R -1的圆上。
将复平面均匀划分成K个不相交扇区(星座域)
Figure 977581DEST_PATH_IMAGE071
，每个扇区的弧度大小为2π/K，K对共轭零点对均匀分布在各扇区内。
S2，将待发送的二进制信息比特序列映射至该零点码本，提取以这些零点为根的霍夫曼多项式系数并归一化，以完成信号调制，并翻转霍夫曼多项式序列生成发送序列。
作为进一步优选地，所述S2包括以下子步骤：
S21，将二进制信息比特序列
Figure 997490DEST_PATH_IMAGE072
，按照以下映射关系，映射至零点码本，得到K个零点
Figure 937764DEST_PATH_IMAGE073
，第k个零点
Figure 726728DEST_PATH_IMAGE074
（1≤k≤K）为：
Figure 123949DEST_PATH_IMAGE075
上述映射关系表示，若
Figure 303258DEST_PATH_IMAGE076
=1，则映射至
Figure 109540DEST_PATH_IMAGE077
，若
Figure 956273DEST_PATH_IMAGE078
=0，则映射至
Figure 557019DEST_PATH_IMAGE079
。
Figure 489203DEST_PATH_IMAGE016
，j为虚数单位。
其中，
Figure 833596DEST_PATH_IMAGE076
表示
Figure 800415DEST_PATH_IMAGE080
的第k个信息比特，如图3所示，图3中
Figure 509745DEST_PATH_IMAGE081
表示相邻零点对距离，
Figure 991542DEST_PATH_IMAGE082
和
Figure 342889DEST_PATH_IMAGE083
是由连接两相邻零点的垂直平分线所组成的泰森多边形，一个泰森多边形内的任一点到该多边形内零点之间距离小于到其他多边形内零点距离。
S22，将映射得到的K个零点作为多项式的根，提取多项式系数可得
Figure 898636DEST_PATH_IMAGE084
对序列x进行归一化，可得霍夫曼序列
Figure 106763DEST_PATH_IMAGE085
：
Figure 246495DEST_PATH_IMAGE086
其中霍夫曼序列
Figure 932691DEST_PATH_IMAGE085
的2范数等于1，即
Figure 608523DEST_PATH_IMAGE087
，如图4所示，其中横轴为霍夫曼序列序号，纵轴为幅值。
S3，将霍夫曼序列进行逆序翻转后送入多径衰落信道进行信号传输。
作为进一步优选地，所述步骤S3包括以下子步骤：
S31，对霍夫曼序列
Figure 925235DEST_PATH_IMAGE088
进行逆序翻转，得到翻转后的序列
Figure 116045DEST_PATH_IMAGE089
，发送逆序翻转后序列
Figure 543615DEST_PATH_IMAGE090
。
S4，将从该多径衰落信道接收的接收序列进行逆序翻转，然后再进行z变换。
作为进一步优选地，所述步骤S4包括以下子步骤：
S41，信道脉冲响应为
Figure 136271DEST_PATH_IMAGE091
，其中，L是信道脉冲响应序列长度，信道稀疏度定义为
Figure 623884DEST_PATH_IMAGE092
，信道噪声记为
Figure 301990DEST_PATH_IMAGE093
，则接收信号序列为
Figure 267672DEST_PATH_IMAGE029
其中，
Figure 714834DEST_PATH_IMAGE030
。
如图5和图6所示，图5为未采用逆序翻转方式接收序列信号零点与信道零点结构图，图6为采用逆序翻转方式后接收序列信号零点与信道零点结构图，其中“♦”表示数据零点，“□”表示信道零点，“·”表示实际接收信号零点。
S42，翻转
Figure 373348DEST_PATH_IMAGE094
得
Figure 742013DEST_PATH_IMAGE095
，则
Figure 573702DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 311589DEST_PATH_IMAGE033
为霍夫曼序列，
Figure 203322DEST_PATH_IMAGE034
为信道脉冲响应被翻转后得到的序列，
Figure 793703DEST_PATH_IMAGE035
为信道噪声序列被翻转后得到的序列。
对
Figure 163504DEST_PATH_IMAGE036
进行z变换，可得
Figure 522942DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure 788838DEST_PATH_IMAGE038
（1≤l≤L-1）为信道脉冲响应
Figure 663253DEST_PATH_IMAGE039
的零点，故
Figure 40008DEST_PATH_IMAGE040
的零点为
Figure 316268DEST_PATH_IMAGE041
；
Figure 487486DEST_PATH_IMAGE042
（1≤n≤N-1）为噪声
Figure 849198DEST_PATH_IMAGE043
的零点，故
Figure 498485DEST_PATH_IMAGE044
的零点为
Figure 894831DEST_PATH_IMAGE045
；h 0 为信道脉冲响应序列
Figure 502530DEST_PATH_IMAGE046
首项，w 0 为信道噪声序列
Figure 793615DEST_PATH_IMAGE047
首项。
S5，将进行z变换后的多项式进行零点检测，解码出该二进制信息比特序列。
S51，求解接收序列逆序翻转后序列z变换多项式的零点，即为接收零点；
Figure 308910DEST_PATH_IMAGE096
其中，
Figure 497446DEST_PATH_IMAGE097
是此多项式零点，即接收零点。
S52，将复平面等分为K个扇区，首先判断接收零点所在的扇区：判断接收零点与码本中所有零点的距离，离接收零点最近的码本零点所在的扇区即为接收零点所在的扇区。
Figure 276046DEST_PATH_IMAGE098
其中，
Figure 612349DEST_PATH_IMAGE099
是零点码本中分布在第k个扇区且对应比特m的零点，
Figure 869018DEST_PATH_IMAGE100
是零点码本中分布在第
Figure 974378DEST_PATH_IMAGE101
个扇区且对应比特m的零点，
Figure 658300DEST_PATH_IMAGE102
为定义在复数域上的两点之间距离。
S53，通过最小距离来区分数据零点和信道零点：判断每个扇区中所有接收零点与该扇区中码本零点的距离，距离最小值所对应的码本零点反向映射得到的信息比特即为判决结果,，最终得到解码的二进制信息比特序列。
Figure 419582DEST_PATH_IMAGE103
最终得到译码序列
Figure 542259DEST_PATH_IMAGE104
。
下面结合以上步骤进行具体举例说明，为简洁清晰说明本发明调制过程，假设信息位长度K=2，半径R=1.5。
本发明另一实施例的一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法，包括步骤S1至S4。
S1，构造K对共轭零点对作为零点对码本，由上述编解码步骤可得零点对码本为
Figure 439808DEST_PATH_IMAGE105
其中
Figure 356948DEST_PATH_IMAGE106
表示零点码本。
S2，将信息比特序列一一映射到零点码本上，提取多项式系数并归一化得到霍夫曼序列，完成信号调制，后将霍夫曼序列进行逆序翻转送入信道：
Figure 605527DEST_PATH_IMAGE107
Figure 968113DEST_PATH_IMAGE108
Figure 782485DEST_PATH_IMAGE109
S3，共轭零点调制后序列经过多径信道传输，信道归一化CIR假设为
Figure 73789DEST_PATH_IMAGE110
，传输过程中受到加性复高斯噪声w=（0.0025-0.0035j,-0.0001+0.0147j，0.0084+0.0004j，0.0015-0.0028j）扰动，信噪比为40dB，可以得到接收序列为：
Figure 606402DEST_PATH_IMAGE111
Figure 742985DEST_PATH_IMAGE112
Figure 880706DEST_PATH_IMAGE113
Figure 405228DEST_PATH_IMAGE114
S4，检测接收信号零点，计算接收信号零点与零点码本中零点之间欧式距离，如表1所示，可以直观看出零点0.6665+0.0045j落在第一个扇区，且与
Figure 97240DEST_PATH_IMAGE115
距离最小，故判决
Figure 365411DEST_PATH_IMAGE116
；零点-1.4748-2.2201j及零点-1.4729-0.0206j均落在第2个扇区，且零点-1.4729-0.0206j与
Figure 92058DEST_PATH_IMAGE117
距离最小，故判决
Figure 725165DEST_PATH_IMAGE118
。
表1 接收信号零点与零点码本欧式距离
Figure 232369DEST_PATH_IMAGE119
在本发明一个具体仿真实例中，仿真所需参数如表1所示，信号传输条件设定如下：
1)信息序列假设为长度K的二进制随机数。
2)信道设定为受到多径效应影响的频率选择性衰落信道，信道脉冲响应服从独立循环对称复高斯分布：
Figure 976335DEST_PATH_IMAGE120
其中
Figure 619806DEST_PATH_IMAGE121
，表示多径信道脉冲响应是成指数衰减的；
Figure 922349DEST_PATH_IMAGE122
，用来描述信道稀疏情况，信道稀疏度等于
Figure 651270DEST_PATH_IMAGE123
中非零项的个数，即
Figure 198926DEST_PATH_IMAGE124
。
3)噪声为独立循环对称复高斯分布随机变量，
Figure 165745DEST_PATH_IMAGE125
，平均功率为
Figure 937392DEST_PATH_IMAGE126
。
Figure 356872DEST_PATH_IMAGE127
表2 系统仿真参数表
Figure 504957DEST_PATH_IMAGE128
用不同信噪比下误比特率来衡量系统的性能，如图7-8所示。图7是
Figure 60703DEST_PATH_IMAGE129
时的未采用逆序翻转方式与采用逆序翻转方式后误比特率对比图。图8是
Figure 3251DEST_PATH_IMAGE130
时未采用逆序翻转方式与采用逆序翻转方式后误比特率对比图。对本发明未采用逆序翻转方式与采用逆序翻转方式后误比特率进行了对比，改进前将多项式的复值系数按下标顺序排列，作为发射基带信号的样本，改进后则将多项式的复值系数按下标逆序排列，作为发射基带信号的样本。假设信息位长度
Figure 644448DEST_PATH_IMAGE131
，半径
Figure 799486DEST_PATH_IMAGE132
，信道脉冲响应长度
Figure 272056DEST_PATH_IMAGE133
。通过MATLAB仿真系统性能，采用逆序翻转方式前后方案采用完全相同的仿真环境，即信道及噪声条件完全相同。如图7所示，可以看出在稀疏度
Figure 588767DEST_PATH_IMAGE134
，
Figure 779577DEST_PATH_IMAGE135
时，误比特率曲线随着信噪比增大不断下降，在信噪比约为40dB时候，误比特率达到
Figure 705683DEST_PATH_IMAGE136
，且此时采用逆序翻转方式后信噪比增益可达到约1.6dB，性能有较大改善。同样，对于
Figure 298338DEST_PATH_IMAGE137
情况性能也有较大改善。仿真结果说明在多径信道情况下，接收端无需信道估计及信号均衡即可实现译码，且本专利提出的调制方法在不增加系统复杂度及添加额外条件的情况下，较大程度改善系统性能，为短数据块传输提供了新颖的解决方案。
本发明实施例的一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测器，包括发射装置和接收装置；
所述发射装置用于实现步骤：
S1，基于霍夫曼序列自相关特性，求取霍夫曼序列自相关多项式的零点，构造零点码本；
S2，将待发送的二进制信息比特序列映射至该零点码本中的一个，提取以这些零点为根的多项式系数并归一化，生成霍夫曼序列，以完成信号调制；
S3，将霍夫曼序列进行逆序翻转后送入多径衰落信道进行信号传输；
所述接收装置用于实现步骤：
S4，将从该多径衰落信道接收的接收序列进行逆序翻转，然后再进行z变换；
S5，将进行z变换后的多项式进行零点检测，解码出该二进制信息比特序列。
检测器的实现原理、技术效果与上述检测方法类似，此处不再赘述。
必须说明的是，上述任一实施例中，方法并不必然按照序号顺序依次执行，只要从执行逻辑中不能推定必然按某一顺序执行，则意味着可以以其他任何可能的顺序执行。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法，其特征在于，包括步骤：
S1，基于霍夫曼序列自相关特性，求取霍夫曼序列自相关多项式的零点，构造零点码本；
S2，将待发送的二进制信息比特序列映射至该零点码本，提取以这些零点为根的多项式系数并归一化，生成霍夫曼序列，以完成信号调制；
S3，将该霍夫曼序列进行逆序翻转后送入多径衰落信道进行信号传输；
S4，将从该多径衰落信道接收的接收序列进行逆序翻转，然后再进行z变换；
S5，将进行z变换后的多项式进行零点检测，解码出该二进制信息比特序列。
2.如权利要求1所述的一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法，其特征在于，所述S1包括子步骤：
S11，霍夫曼序列自相关特性为：
Figure 37838DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 486137DEST_PATH_IMAGE002
；
在z域上，霍夫曼序列自相关多项式表示为
Figure 295DEST_PATH_IMAGE003
其中，K为二进制信息比特序列的信息长度位数，z为z变换所用符号，
S12，求取霍夫曼序列自相关多项式的零点，得到K对共轭零点对，构造零点码本：
Figure 67608DEST_PATH_IMAGE004
Figure 616401DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 235601DEST_PATH_IMAGE006
为零点码本，
Figure 237055DEST_PATH_IMAGE007
（1≤k≤K）为第k对共轭零点对，R为零点幅值，
Figure 341015DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 806632DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 534416DEST_PATH_IMAGE010
表示复数域。
3.如权利要求2所述的一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法，其特征在于，所述S2包括以下子步骤：
S21，将二进制信息比特序列
Figure 960850DEST_PATH_IMAGE011
，按照以下映射关系，映射至零点码本，得到K个零点
Figure 229020DEST_PATH_IMAGE012
，第k个零点
Figure 486826DEST_PATH_IMAGE013
（1≤k≤K）为：
Figure 588774DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 564820DEST_PATH_IMAGE015
（1≤k≤K）表示二进制信息比特序列的第k个信息比特，
Figure 636682DEST_PATH_IMAGE016
，j为虚数单位；
S22，将映射得到的K个零点
Figure 686677DEST_PATH_IMAGE017
作为多项式的根，提取多项式系数可得
Figure 756264DEST_PATH_IMAGE018
对序列x进行归一化，可得霍夫曼序列
Figure 281924DEST_PATH_IMAGE019
：
Figure 95159DEST_PATH_IMAGE020
其中霍夫曼序列
Figure 781353DEST_PATH_IMAGE021
的2范数等于1，即
Figure 287421DEST_PATH_IMAGE022
。
4.如权利要求3所述的一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法，其特征在于，所述S3包括以下子步骤：
将霍夫曼序列
Figure 34797DEST_PATH_IMAGE023
进行逆序翻转，得到序列
Figure 323827DEST_PATH_IMAGE024
，将序列
Figure 410732DEST_PATH_IMAGE025
送入多径衰落信道进行信号传输。
5.如权利要求4所述的一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法，其特征在于，所述S4包括以下子步骤：
S41，将多径衰落信道的信道脉冲响应记为
Figure 150018DEST_PATH_IMAGE026
，信道稀疏度定义为
Figure 994477DEST_PATH_IMAGE027
，信道噪声记为
Figure 149515DEST_PATH_IMAGE028
，则接收序列y为
Figure 418822DEST_PATH_IMAGE029
其中，
Figure 266693DEST_PATH_IMAGE030
，L为信道脉冲响应序列长度；
S42，对接收序列进行逆序翻转得到序列
Figure 864027DEST_PATH_IMAGE031
，则
Figure 822756DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 680990DEST_PATH_IMAGE033
为霍夫曼序列，
Figure 699762DEST_PATH_IMAGE034
为信道脉冲响应被翻转后得到的序列，
Figure 282928DEST_PATH_IMAGE035
为信道噪声序列被翻转后得到的序列，
对
Figure 45347DEST_PATH_IMAGE036
进行z变换，可得
Figure 758089DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure 619865DEST_PATH_IMAGE038
（1≤l≤L-1）为信道脉冲响应
Figure 254109DEST_PATH_IMAGE039
的零点，故
Figure 616957DEST_PATH_IMAGE040
的零点为
Figure 653046DEST_PATH_IMAGE041
；
Figure 420145DEST_PATH_IMAGE042
（1≤n≤N-1）为噪声
Figure 604002DEST_PATH_IMAGE043
的零点，故
Figure 708224DEST_PATH_IMAGE044
的零点为
Figure 270924DEST_PATH_IMAGE045
；h 0 为信道脉冲响应序列
Figure 802399DEST_PATH_IMAGE046
首项，w 0 为信道噪声序列
Figure 942393DEST_PATH_IMAGE047
首项。
6.如权利要求1所述的一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下子步骤：
S51，求解接收序列逆序翻转后序列z变换多项式的零点，即为接收零点；
S52，将复平面等分为K个扇区，K为二进制信息比特序列的信息长度位数，判断接收零点与零点码本中所有零点的距离，离接收零点最近的码本零点所在的扇区即为接收零点所在的扇区；
S53，通过最小距离来区分数据零点和信道零点：判断每个扇区中所有接收零点与该扇区中码本零点的距离，距离最小值所对应的码本零点反向映射得到的信息比特即为判决结果，最终得到解码的二进制信息比特序列。
7.一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测器，其特征在于，包括发射装置和接收装置；
所述发射装置用于实现步骤：
S1，基于霍夫曼序列自相关特性，求取霍夫曼序列自相关多项式的零点，构造零点码本；
S2，将待发送的二进制信息比特序列映射至该零点码本，提取以这些零点为根的多项式系数并归一化，生成霍夫曼序列，以完成信号调制；
S3，将霍夫曼序列进行逆序翻转后送入多径衰落信道进行信号传输；
所述接收装置用于实现步骤：
S4，将从该多径衰落信道接收的接收序列进行逆序翻转，然后再进行z变换；
S5，将进行z变换后的多项式进行零点检测，解码出该二进制信息比特序列。
8.如权利要求7所述的一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测器，其特征在于，所述S1包括子步骤：
S11，霍夫曼序列自相关特性为：
Figure 286525DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 31627DEST_PATH_IMAGE002
；
在z域上，霍夫曼序列自相关多项式表示为
Figure 796321DEST_PATH_IMAGE003
其中，K为二进制信息比特序列的信息长度位数，z为z变换所用符号，
S12，求取霍夫曼序列自相关多项式的零点，得到K对共轭零点对，构造零点码本：
Figure 626873DEST_PATH_IMAGE004
Figure 10581DEST_PATH_IMAGE048
其中，
Figure 610190DEST_PATH_IMAGE006
为零点码本，
Figure 280206DEST_PATH_IMAGE007
（1≤k≤K）为第k对共轭零点对，R为零点幅值，
Figure 535738DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 519874DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 301885DEST_PATH_IMAGE010
表示复数域。
9.如权利要求8所述的一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测器，其特征在于，所述S2包括以下子步骤：
S21，将二进制信息比特序列
Figure 18169DEST_PATH_IMAGE011
，按照以下映射关系，映射至零点码本，得到K个零点
Figure 823314DEST_PATH_IMAGE012
，第k个零点
Figure 673458DEST_PATH_IMAGE013
（1≤k≤K）为：
Figure 247659DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 898958DEST_PATH_IMAGE015
（1≤k≤K）表示二进制信息比特序列的第k个信息比特，
Figure 925819DEST_PATH_IMAGE016
，j为虚数单位；
S22，将映射得到的K个零点
Figure 314075DEST_PATH_IMAGE017
作为多项式的根，提取多项式系数可得
Figure 680466DEST_PATH_IMAGE018
对序列x进行归一化，可得霍夫曼序列
Figure 66448DEST_PATH_IMAGE019
：
Figure 908502DEST_PATH_IMAGE020
其中霍夫曼序列
Figure 38132DEST_PATH_IMAGE021
的2范数等于1，即
Figure 259029DEST_PATH_IMAGE022
。
10.如权利要求7所述的一种基于共轭零点调制的短数据包非相干检测器，其特征在于，所述S5包括以下子步骤：
S51，求解接收序列逆序翻转后序列z变换多项式的零点，即为接收零点；
S52，将复平面等分为K个扇区，K为二进制信息比特序列的信息长度位数，判断接收零点与零点码本中所有零点的距离，离接收零点最近的码本零点所在的扇区即为接收零点所在的扇区；
S53、通过最小距离来区分数据零点和信道零点：判断每个扇区中所有接收零点与该扇区中码本零点的距离，距离最小值所对应的码本零点反向映射得到的信息比特即为判决结果，最终得到解码的二进制信息比特序列。
CN202111121572.1A 2021-09-24 2021-09-24 基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法及检测器 Expired - Fee Related CN113572538B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111121572.1A CN113572538B (zh) 2021-09-24 2021-09-24 基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法及检测器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111121572.1A CN113572538B (zh) 2021-09-24 2021-09-24 基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法及检测器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113572538A CN113572538A (zh) 2021-10-29
CN113572538B true CN113572538B (zh) 2021-11-23

Family

ID=78174283

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111121572.1A Expired - Fee Related CN113572538B (zh) 2021-09-24 2021-09-24 基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法及检测器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113572538B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101432635A (zh) * 2006-05-03 2009-05-13 纳夫科姆技术公司 用于卫星导航接收机的自适应代码发生器
CN103905831A (zh) * 2014-04-18 2014-07-02 西安电子科技大学 基于图形处理器的条带波变换图像压缩方法
CN107359985A (zh) * 2017-05-27 2017-11-17 西北大学 一种基于霍夫曼压缩编码的受控量子安全直接通信方法
CN112042161A (zh) * 2018-01-26 2020-12-04 加州理工学院 通过在零点上调制数据来进行通信的系统和方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7843382B2 (en) * 2008-12-15 2010-11-30 Adly T. Fam Mismatched filter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101432635A (zh) * 2006-05-03 2009-05-13 纳夫科姆技术公司 用于卫星导航接收机的自适应代码发生器
CN103905831A (zh) * 2014-04-18 2014-07-02 西安电子科技大学 基于图形处理器的条带波变换图像压缩方法
CN107359985A (zh) * 2017-05-27 2017-11-17 西北大学 一种基于霍夫曼压缩编码的受控量子安全直接通信方法
CN112042161A (zh) * 2018-01-26 2020-12-04 加州理工学院 通过在零点上调制数据来进行通信的系统和方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M序列码的DSP产生及压缩技术研究;李鹏;《电子元器件应用》;20100515(第05期);第36-38页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113572538A (zh) 2021-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112042161B (zh) 通过在零点上调制数据来进行通信的系统和方法
CN106559144A (zh) 基于时间反转技术的ofdm‑mfsk水声通信方法
CN109547077B (zh) 信号发送方法、信号接收方法、通信设备及存储介质
CN109274410A (zh) 一种基于天线选择的广义空间调制系统及其调制方法
US5263052A (en) Viterbi equalizer for radio receiver
CN114745246B (zh) 基于正交空间调制的正交时频空间调制系统的工作方法
CN114884777B (zh) 一种基于变换域的信道估计方法
Walk et al. MOCZ for blind short-packet communication: Basic principles
CN104486284B (zh) 基于增强型六维64psk星座的正交频分复用方法
CN106452652B (zh) 一种基于混沌无线通信系统的多径干扰抑制方法
US8855247B2 (en) Wireless receiving apparatus and method
CN112637096B (zh) 基于混沌成形滤波器和脉冲位置调制的差分键控通信方法
CN113572538B (zh) 基于共轭零点调制的短数据包非相干检测方法及检测器
US10979263B2 (en) Data processing method and device
CN114337876B (zh) 一种基于nsga2算法训练的amp检测方法和实施该方法的系统
CN113824527B (zh) 一种智能反射表面辅助单载波信号循环移位的通信方法
CN103036829B (zh) 一种最小移频键控调制系统同步方法及装置
CN113098816A (zh) 一种双模三维ofdm索引调制算法的系统及方法
CN117014268B (zh) 基于三维星座通信图的dcsk通信方法及相关装置
Manhas et al. Comparison of BER analysis in OFDM using linear and cyclic block codes for different digital modulation techniques
Huang et al. Cross Z-Complementary Sets With Flexible Lengths for Optimal Training Design in Spatial Modulation
CN104488241B (zh) 数据发送、接收方法、终端设备和基站
WO2023174505A1 (en) Pairing modulation
CN118694644A (zh) 一种多进制过调制短包通信方法
JP5207517B2 (ja) ディジタル変調方法、ディジタル変調回路、ディジタル復調回路、およびディジタル伝送システム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20211123