CN110266355A - 一种基于压缩感知的通信系统、通信方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于压缩感知的通信系统、通信方法及装置。所述系统包括：发射机、预编码系统和接收机；所述发射机包括：扩频调制单元和副载波调制单元；所述接收机包括：卷积单元、采样器、时钟、序列产生器和译码器；所述扩频调制单元，用于将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号；所述副载波调制单元，用于将扩频调制信号和副载波单元进行结合生成调制信号；所述预编码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号，将预编码信号发送到接收机；实现简单、算法复杂度低、降低系统功耗和器件成本。

Description

一种基于压缩感知的通信系统、通信方法及装置

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于压缩感知的通信系统、通 信方法及装置。

背景技术

传统A/D采用香农-奈奎斯特采样理论，采样速率至少等于信号带宽的 两倍才能无失真地恢复。香农-奈奎斯特采样理论是可以重构信号的充分条 件，而不是必要条件。理论上存在另外一种低于奈奎斯特速率的采样方法， 通过这种方法也可以重构恢复原信号。压缩感知(Compressed Sensing，CS) 就是这样一种革命性的采样转换技术，如果信号可以稀疏表示，压缩感知能 够从少于香农-奈奎斯特采样的样值中恢复信号。无线通信中的信号大多可 以稀疏表示，例如超宽带信号在时域中可以稀疏表示，跳频信号在频域可以 稀疏表示。

压缩感知用于重构可稀疏表示的信号，使其不失真地以奈奎斯特速率表 示。一些应用有时候只关心传输信号中的信息，而不需要重构原信号。压缩 信号处理是一种直接处理压缩后信号的方法，它只是关心信号中的有用信息 而不是重构。区别于压缩信号的恢复，本文对信号传输信道的估计和信号的 检测更感兴趣，文中主要解决二进制偏移载波调制信号检测问题。压缩感知 已经应用到扩频系统中伪随机序列的捕获，相关峰值在码相位和频偏组成的 二维空间中是稀疏的。CS可以用于降低GPS接收机的采样频率，但是其硬 件实现较为复杂。

现代GPS、Galileo、北斗等导航卫星系统中，都启用了二进制偏移载波 (BinaryOffset Carrier，BOC)调制技术。与传统的BPSK相比，BOC调制在 载波调制之前增加了一个副载波调制环节。副载波是基于正弦相位或者余弦 相位的方波，这两种分别记为BOCsin(Kn，n)和BOCcos(Kn，n)，其中K表 示副载波频率与伪码速率的比值，n表示伪码速率与f0＝1.023MHz的比值。 与BPSK信号频谱分布在载波处不同，BOC信号的频谱主瓣分布在载频±Knf0处，这使得BOC信号具有更宽的频谱，其带宽通常记为副载波频率与 伪码码率之和的两倍。

大规模多输入多输出(MIMO)技术能够大幅度提升系统容量，降低不 同用户间的干扰，但因其系统中信道维度高、信道估计和预编码算法复杂等 因素，使得系统软硬件开销都会增。

下一代无线通信系统致力于达到每秒吉比特以上的数据吞吐率以支持 高速率的多媒体业务。毫米波频段(30～300GHz)尚存在大量未使用的频 谱，可利用的频带宽，信息容量大，成为下一代通信系统中提高数据速率的 主要手段。然而，毫米波通信面临的一个主要问题是自由空间路损使得接收 端信号产生大幅度衰减。不仅如此，当信号穿过雨、雾或收发两端之间存在 障碍物时，衰减会更加严重，甚至会引起信号中断。因此，克服信号传输过 程中的衰减和损耗，提升系统容量成为毫米波通信技术研究的主要方向。

大规模多进多出(MIMO)技术是在基站端部署大规模阵列，与传统 MIMO相比能够有效抵抗不同用户之间的干扰，显著提升系统的容量。毫米 波频段的天线尺寸很小，为配备大规模天线阵列提供了可能。基站天线数量 可远大于用户数，故系统可以获得很高的复用增益、分集增益和阵列增益。 另外，大规模MIMO能够将信号能量聚焦在很窄的波束上，有效地提升了能 量效率。在大规模MIMO系统中，预编码技术是下行链路中至关重要的信号处理技术，其利用发送端的信道状态信息(CSI)，将调制过的符号流变换 成适应当前信道的数据流，将信号能量集中到目标用户附近，有效对抗衰减 和损耗，提升了系统性能。因此，研究毫米波大规模MIMO系统中的预编码 技术对推进下一代无线通信的发展有重要意义。

专利号为CN03811359.7的专利公开了一种MIMO系统中多径信道的预 编码，按照一个或多个编码方案对数据编码以提供编码数据，然后按照一个 或多个调制方案对所述编码数据调制(即码元映射)以提供调制码元。获得 MIMO信道的经估计的响应(例如，由接收机提供)，而且基于经估计的MIMO 信道响应和判决反馈均衡器的前馈滤波器的响应而导出等效信道响应。接着， 基于等效信道响应对调制码元预编码以提供预编码的码元，然后基于经估计 的MIMO信道响应进一步预调节所述预编码码元(例如，使用空时脉冲成形)，以提供用于MIMO信道上传输的预调节码元。基于最小均方误差(MMSE)准 则调节前馈滤波器。去算法复杂度和适用性较差。

专利号为CN201110418089.X的专利公开了一种预编码的实现方法、装 置及MIMO系统，所述方法包括：接收多个用户设备发送的信道状态信息； 从可用于配对的用户中选择预置数目的多个用户设备进行多用户MIMO的 用户配对；根据预先设置的策略选择实际的预编码类型，根据所述预编码类 型对选择的多个用户设备的数据进行预编码处理，产生多用户MIMO的预编 码码字；将所述多用户MIMO的预编码码字以及与所述多用户MIMO的预编码码字对应的解调参考信号广播给所述预置数目的多个用户设备；所述的 预编码类型包括线性编码和非线性编码；所述预先设置的策略包括：根据预 先配置的预编码类型选择实际的预编码类型。其编码形式和方式依然较为原 始，缺乏灵活的编码组合。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于压缩感知的通信系统、 通信方法及装置，实现简单、算法复杂度低、降低系统功耗和器件成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于压缩感知的通信系统，所述系统包括：发射机、预编码系统和 接收机；所述发射机包括：扩频调制单元和副载波调制单元；所述接收机包 括：卷积单元、采样器、时钟、序列产生器和译码器；所述扩频调制单元， 用于将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号；所述 副载波调制单元，用于将扩频调制信号和副载波单元进行结合生成调制信号； 所述预编码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号，将预编码信号发 送到接收机；所述接收机的卷积单元对预编码信号进行卷积后，生成卷积信 号，将卷积信号发送至采样器；所述采样器根据所述时钟产生的时钟信号进 行采样，生成的采样信号和序列产生器再次进行卷积，将卷积后的结果发送 到译码器；所述译码器对结果进行译码，完成整个传输过程。

进一步的，所述译码系统包括：用于将调制信号进行分流的信号流分流 单元，得到若干路分流信号；数字基带预编码器，用于对每一路分流信号进 行数字基带预编码，然后变频后进行发送；数模/模数转换器，用于对数字基 带预编码器变频后的信号进行信号转换；混频器，用于将信号转换后的信号 进行混频处理；功放单元，用于将混频处理后的信号进行功放处理后，然后 进行发送；模拟预编码器，用于将功放单元发送的信号进行模拟预编码，然 后再进行发送；移相器，与发射天线相连接，用于将模拟预编码器编码后的 信号发送到天线，通过天线进行发送。

进一步的，所述数字系带预编码器至少包括：三个逐层递进的数字子编 码单元，分别为：第一数字编码单元、第二数字编码单元和第三数字编码单 元；以及，至少一个数字编码顺序调整单元；所述数字编码顺序调整单元， 用于调整三个数字子编码单元的编码顺序，分别与第一数字编码单元、第二 数字编码单元和第三数字编码单元信号连接。

进一步的，所述模拟预编码器至少包括：至少两个模拟子编码单元，分 别为：第一模拟编码单元和第二模拟编码单元；以及，至少一个模拟编码顺 序调整单元，用于调整两个模拟编码子单元的编码顺序，所述模拟编码顺序 调整单元分别信号连接于第一模拟编码单元和第二模拟编码单元。

一种基于压缩感知的通信方法，所述方法执行以下步骤：所述扩频调制 单元，将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号；副 载波调制单元，将扩频调制信号和副载波单元进行结合生成调制信号；预编 码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号，将预编码信号发送到接收 机；接收机的卷积单元对预编码信号进行卷积后，生成卷积信号，将卷积信 号发送至采样器；采样器根据所述时钟产生的时钟信号进行采样，生成的采 样信号和序列产生器再次进行卷积，将卷积后的结果发送到译码器；所述译 码器对结果进行译码，完成整个传输过程。

进一步的，所述所述扩频调制单元，将基带信号和伪码进行结合，进行 扩频调制，生成扩频调制信号的方法执行以下步骤：

步骤S1：将基带信号中的每一个符号用如下公式表示：d(t)＝b(t)c(t)sc(t)； 其中，是数据向量的连续时间表达；

步骤S2：用如下公式表示伪码：

步骤S3：将基带信号中的每一个符合和伪码做卷积运算，生成的结果为 扩频调制信号；其中，b∈{±1}L×1是传输的一个符号，每个符号由L比 特数据组成；定义伪随机序列向量为c∈{±1}C×1，其中包含C个码片； 上述两个向量是b(t)和c(t)离散表达；定义Tb和Tc分别表示数据信息周期 和码宽，则有LTb＝CTc，即一个符号周期中含有整数个伪码周期。

进一步的，所述预编码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号的 方法执行以下步骤：

步骤1：信号流分流单元将信号进行分流的信号流分流单元，得到若干 路分流信号；

步骤2：数字基带预编码器对每一路分流信号进行数字基带预编码，然 后变频后进行发送；

步骤3：数模/模数转换器对数字基带预编码器变频后的信号进行信号转 换；

步骤4：将信号转换后的信号进行混频处理；

步骤5：混频器将混频处理后的信号进行功放处理后，然后进行发送；

步骤6：模拟编码预编码器将功放单元发送的信号进行模拟预编码，然 后再进行发送；

步骤7：移相器将模拟预编码器编码后的信号发送到天线，通过天线进 行发送。

进一步的，所述步骤2中，对每一路分流信号进行数字系带预编码的方 法执行以下步骤：

步骤2.1：数字编码顺序调整单元根据设定值，确定三个数字编码子单 元的编码顺序；

步骤2.2：三个数字编码子单元按照编码顺序依次对信号进行编码，顺 序中最后一个编码子单元编码后，生成数字编码结果。

进一步的，所述步骤3中，模拟预编码器将功放单元发送的信号进行模 拟预编码的方法执行以下步骤：

步骤6.1：模拟编码顺序调整单元根据设定值，确定三个模拟编码子单 元的编码顺序；

步骤6.2：两个模拟编码子单元按照编码顺序依次对信号进行编码，顺 序中最后一个编码子单元编码后，生成最终的编码结果。

进一步的，所述步骤2.2中，三个数字编码子单元按照编码顺序依次对 信号进行编码的方法中，所述第一数字编码单元进行编码的方法包括：使用 编码矩阵和接收信号向量对信号进行数字编码，其中，所述编码矩阵为： W＝βH，对应的所述接收信号向量为：所述第二数字编码 单元进行编码的方法包括：使用编码矩阵和信号接收向量对信号进行数字编 码，其中，所述编码矩阵为：W＝βH(HHH+ξIK)-1，所述信号接收向量为： 所述第三数字编码单元进行编码的方法包括： 使用编码矩阵和信号接收向量对信号进行数字编码，其中，所述编码矩阵为：W＝βH(HHH)-1，所述信号接收向量为：其中：W 为编码矩阵；β为缩放因子，用来约束信号发送功率；H为信道矢量；Q为 正交向量参数；ξ为正则化系数，与基站总传输功率及噪声功率相关；S为 调整系数；n为调整参数。

一种基于压缩感知的通信装置，所述装置为一种非暂时性的计算机可读 存储介质，该存储介质存储了计算指令，其包括：将基带信号和伪码进行结 合，进行扩频调制，生成扩频调制信号的代码段；将扩频调制信号和副载波 单元进行结合生成调制信号的代码段；将调制信号进行预编码，生成预编码 信号，将预编码信号进行发送的代码段；对预编码信号进行卷积后，生成卷 积信号，将卷积信号进行发送的代码段；根据所述时钟产生的时钟信号进行 采样，生成的采样信号和序列产生器再次进行卷积，将卷积后的结果进行发送的代码段；对结果进行译码，完成整个传输过程的代码段。

本发明的有益效果为：本发明中的副载波波形为其成型波形，并采用压 缩信号处理对BOC信号解调。解调算法不同于随机解调器，接收端不需要 与随机序列相乘，实现简单。这种基于压缩信号处理的BOC信号解调方案 所需要的采样速率低于奈奎斯特采样速率，有利于降低系统功耗和器件成本。 压缩信号处理可以解决目前信号处理的瓶颈，即越来越高的采样频率、大量 数据的存储处理和分析。可以想象压缩信号处理有着广泛的应用空间，特别 是对高带宽的扩频信号，压缩信号处理有天然的吸引力。

附图说明

图1为本发明的基于压缩感知的通信系统的系统结构示意图；

图2为本发明的基于压缩感知的通信方法的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，一种基于压缩感知的通信系统，所述系统包括：发射机、 预编码系统和接收机；所述发射机包括：扩频调制单元和副载波调制单元； 所述接收机包括：卷积单元、采样器、时钟、序列产生器和译码器；所述扩 频调制单元，用于将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调 制信号；所述副载波调制单元，用于将扩频调制信号和副载波单元进行结合 生成调制信号；所述预编码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号， 将预编码信号发送到接收机；所述接收机的卷积单元对预编码信号进行卷积 后，生成卷积信号，将卷积信号发送至采样器；所述采样器根据所述时钟产 生的时钟信号进行采样，生成的采样信号和序列产生器再次进行卷积，将卷 积后的结果发送到译码器；所述译码器对结果进行译码，完成整个传输过程。

具体的，采用该方法可以降低A/D的采样速率和系统功耗，并且硬件结 构比其他方案更加简单。仿真实验表明，压缩感知可以成功地应用在BOC 信号接收机中。受噪声折叠的影响，压缩信号处理BOC接收机的性能要比 传统接收机略低，其优势在于降低实现的复杂度。考虑信号的量化，噪声折 叠对接收机的性能影响要小得多。

实施例2

在上一实施例的基础上，所述译码系统包括：用于将调制信号进行分流 的信号流分流单元，得到若干路分流信号；数字基带预编码器，用于对每一 路分流信号进行数字基带预编码，然后变频后进行发送；数模/模数转换器， 用于对数字基带预编码器变频后的信号进行信号转换；混频器，用于将信号 转换后的信号进行混频处理；功放单元，用于将混频处理后的信号进行功放 处理后，然后进行发送；模拟预编码器，用于将功放单元发送的信号进行模 拟预编码，然后再进行发送；移相器，与发射天线相连接，用于将模拟预编 码器编码后的信号发送到天线，通过天线进行发送。

具体的，一个通用测量系统可以通过如下式进行描述：y＝ωx；

其中，x是N×1维被测量向量，Φ表示M×N维的测量矩阵，M×1维 向量y是测量值。测量矩阵中每个行向量对x的观测值，组成测量值向量y 中的元素。测量可以简单地描述为通过测量值y和测量矩阵Φ，求得未知值 x。

目前，传统采样技术基于香农-奈奎斯特采样理论。对于香农-奈奎斯特 测量系统，式(1)中，M＝N，并且是N×N维的单位矩阵。香农-奈奎斯特采 样理论揭示了这种测量系统可以无失真恢复被测量值的条件。

式(1)中当M>N时，即得到的测量值数量多于未知被测量个数，与M＝N 类似，可以唯一地求解出被测量值。

下面考虑式(1)中M<N的情况。如果不增加任何条件，方程有无数多个 解，不能唯一地确定被测量值。但是，如果被测量信号x是稀疏的，则可以 通过算法重构被测量信号，即压缩感知。

实施例3

在上一实施例的基础上，所述数字系带预编码器至少包括：三个逐层递 进的数字子编码单元，分别为：第一数字编码单元、第二数字编码单元和第 三数字编码单元；以及，至少一个数字编码顺序调整单元；所述数字编码顺 序调整单元，用于调整三个数字子编码单元的编码顺序，分别与第一数字编 码单元、第二数字编码单元和第三数字编码单元信号连接。

实施例4

在上一实施例的基础上，所述模拟预编码器至少包括：至少两个模拟子 编码单元，分别为：第一模拟编码单元和第二模拟编码单元；以及，至少一 个模拟编码顺序调整单元，用于调整两个模拟编码子单元的编码顺序，所述 模拟编码顺序调整单元分别信号连接于第一模拟编码单元和第二模拟编码 单元。

实施例5

一种基于压缩感知的通信方法，所述方法执行以下步骤：所述扩频调制 单元，将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号；副 载波调制单元，将扩频调制信号和副载波单元进行结合生成调制信号；预编 码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号，将预编码信号发送到接收 机；接收机的卷积单元对预编码信号进行卷积后，生成卷积信号，将卷积信 号发送至采样器；采样器根据所述时钟产生的时钟信号进行采样，生成的采 样信号和序列产生器再次进行卷积，将卷积后的结果发送到译码器；所述译 码器对结果进行译码，完成整个传输过程。

实施例6

在上一实施例的基础上，所述所述扩频调制单元，将基带信号和伪码进 行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号的方法执行以下步骤：

步骤S1：将基带信号中的每一个符号用如下公式表示：d(t)＝b(t)c(t)sc(t)； 其中，是数据向量的连续时间表达；

步骤S2：用如下公式表示伪码：

步骤S3：将基带信号中的每一个符合和伪码做卷积运算，生成的结果为 扩频调制信号；其中，b∈{±1}L×1是传输的一个符号，每个符号由L比 特数据组成；定义伪随机序列向量为c∈{±1}C×1，其中包含C个码片； 上述两个向量是b(t)和c(t)离散表达；定义Tb和Tc分别表示数据信息周期 和码宽，则有LTb＝CTc，即一个符号周期中含有整数个伪码周期。

实施例7

在上一实施例的基础上，所述预编码系统将调制信号进行预编码，生成 预编码信号的方法执行以下步骤：

步骤1：信号流分流单元将信号进行分流的信号流分流单元，得到若干 路分流信号；

步骤2：数字基带预编码器对每一路分流信号进行数字基带预编码，然 后变频后进行发送；

步骤3：数模/模数转换器对数字基带预编码器变频后的信号进行信号转 换；

步骤4：将信号转换后的信号进行混频处理；

步骤5：混频器将混频处理后的信号进行功放处理后，然后进行发送；

步骤6：模拟编码预编码器将功放单元发送的信号进行模拟预编码，然 后再进行发送；

步骤7：移相器将模拟预编码器编码后的信号发送到天线，通过天线进 行发送。

具体的，具体的，模拟预编码是在数模转换之后对输入符号流进行处理。 这类方案可将多根天线同时连到一条RF链上，非常适用于大规模MIMO系 统天线数很多的情况，能显著降低系统硬件成本，且计算复杂度较低。模拟 预编码根据采用器件的不同可分为2类：第1类是基于相移的方案，利用低 成本的移相器控制每个天线发射信号的相位；第2类是基于天线选择的方案， 利用成本更低的RF开关激活需要工作的部分天线。

实施例8

在上一实施例的基础上，所述步骤2中，对每一路分流信号进行数字系 带预编码的方法执行以下步骤：

步骤2.1：数字编码顺序调整单元根据设定值，确定三个数字编码子单 元的编码顺序；

步骤2.2：三个数字编码子单元按照编码顺序依次对信号进行编码，顺 序中最后一个编码子单元编码后，生成数字编码结果。

在上一实施例的基础上，所述步骤3中，模拟预编码器将功放单元发送 的信号进行模拟预编码的方法执行以下步骤：

步骤6.1：模拟编码顺序调整单元根据设定值，确定三个模拟编码子单 元的编码顺序；

步骤6.2：两个模拟编码子单元按照编码顺序依次对信号进行编码，顺 序中最后一个编码子单元编码后，生成最终的编码结果。

具体的，数字预编码方案能达到很好的系统性能，但需要给每个发射天 线配置一条RF链，成本昂贵。模拟预编码在经济上比数字预编码更受欢迎， 但模拟预编码矩阵中每个系数拥有恒定的模，缺乏幅度的控制，其性能比数 字预编码差。混合数字/模拟预编码技术结合了2种方案的优点，在支持幅度 调节和相位调节的同时，减少RF链数。

常用的2种混合预编码发端结构是复杂结构，每个RF链通过移相器和 所有天线相连，每个天线阵元输出所有射频信号的线性组合；低复杂性结构， 天线阵列被分为N个子阵列，每个RF链分别与子阵列相连，降低了系统的 复杂性。基带传输数据流经数字预编码器作用形成N个输出流，并上变频到 RF链上，然后再经模拟预编码器映射到M个天线上发送出去。RF链由数模 转换器(DAC)/模数转换器(ADC)、混频器、功放组成。

实施例9

在上一实施例的基础上，所述步骤2.2中，三个数字编码子单元按照编 码顺序依次对信号进行编码的方法中，所述第一数字编码单元进行编码的方 法包括：使用编码矩阵和接收信号向量对信号进行数字编码，其中，所述编 码矩阵为：W＝βH，对应的所述接收信号向量为：所述第 二数字编码单元进行编码的方法包括：使用编码矩阵和信号接收向量对信号 进行数字编码，其中，所述编码矩阵为：W＝βH(HHH+ξIK)-1，所述信号接 收向量为：所述第三数字编码单元进行编码的方法包括：使用编码矩阵和信号接收向量对信号进行数字编码，其中，所述 编码矩阵为：W＝βH(HHH)-1，所述信号接收向量为：其中：W为编码矩阵；β为缩放因子，用来约束信号发送功率；H为信道矢 量；Q为正交向量参数；ξ为正则化系数，与基站总传输功率及噪声功率相 关；S为调整系数；n为调整参数。

实施例10

一种基于压缩感知的通信装置，所述装置为一种非暂时性的计算机可读 存储介质，该存储介质存储了计算指令，其包括：将基带信号和伪码进行结 合，进行扩频调制，生成扩频调制信号的代码段；将扩频调制信号和副载波 单元进行结合生成调制信号的代码段；将调制信号进行预编码，生成预编码 信号，将预编码信号进行发送的代码段；对预编码信号进行卷积后，生成卷 积信号，将卷积信号进行发送的代码段；根据所述时钟产生的时钟信号进行 采样，生成的采样信号和序列产生器再次进行卷积，将卷积后的结果进行发送的代码段；对结果进行译码，完成整个传输过程的代码段。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上 述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对 应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例提供的系统，仅以上述各功能模块的划分进 行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能 模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如， 上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块， 以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步 骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上 述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方 法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各 示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实 现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、 只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬 盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介 质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照 功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软 件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人 员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实 现不应认为超出本发明的范围。

术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述 或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使 得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而 且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者 设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但 是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具 体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关 技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入 本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护 范围。

Claims (10)

1.一种基于压缩感知的通信系统，其特征在于，所述系统包括：发射机、预编码系统和接收机；所述发射机包括：扩频调制单元和副载波调制单元；所述接收机包括：卷积单元、采样器、时钟、序列产生器和译码器；所述扩频调制单元，用于将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号；所述副载波调制单元，用于将扩频调制信号和副载波单元进行结合生成调制信号；所述预编码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号，将预编码信号发送到接收机；所述接收机的卷积单元对预编码信号进行卷积后，生成卷积信号，将卷积信号发送至采样器；所述采样器根据所述时钟产生的时钟信号进行采样，生成的采样信号和序列产生器再次进行卷积，将卷积后的结果发送到译码器；所述译码器对结果进行译码，完成整个传输过程。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述译码系统包括：用于将调制信号进行分流的信号流分流单元，得到若干路分流信号；数字基带预编码器，用于对每一路分流信号进行数字基带预编码，然后变频后进行发送；数模/模数转换器，用于对数字基带预编码器变频后的信号进行信号转换；混频器，用于将信号转换后的信号进行混频处理；功放单元，用于将混频处理后的信号进行功放处理后，然后进行发送；模拟预编码器，用于将功放单元发送的信号进行模拟预编码，然后再进行发送；移相器，与发射天线相连接，用于将模拟预编码器编码后的信号发送到天线，通过天线进行发送。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数字系带预编码器至少包括：三个逐层递进的数字子编码单元，分别为：第一数字编码单元、第二数字编码单元和第三数字编码单元；以及，至少一个数字编码顺序调整单元；所述数字编码顺序调整单元，用于调整三个数字子编码单元的编码顺序，分别与第一数字编码单元、第二数字编码单元和第三数字编码单元信号连接。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述模拟预编码器至少包括：至少两个模拟子编码单元，分别为：第一模拟编码单元和第二模拟编码单元；以及，至少一个模拟编码顺序调整单元，用于调整两个模拟编码子单元的编码顺序，所述模拟编码顺序调整单元分别信号连接于第一模拟编码单元和第二模拟编码单元。

5.一种基于权利要求1至4之一所述系统的基于压缩感知的通信方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：所述扩频调制单元，将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号；副载波调制单元，将扩频调制信号和副载波单元进行结合生成调制信号；预编码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号，将预编码信号发送到接收机；接收机的卷积单元对预编码信号进行卷积后，生成卷积信号，将卷积信号发送至采样器；采样器根据所述时钟产生的时钟信号进行采样，生成的采样信号和序列产生器再次进行卷积，将卷积后的结果发送到译码器；所述译码器对结果进行译码，完成整个传输过程。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述所述扩频调制单元，将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号的方法执行以下步骤：

步骤S1：将基带信号中的每一个符号用如下公式表示：d(t)＝b(t)c(t)sc(t)；其中，是数据向量的连续时间表达；

步骤S2：用如下公式表示伪码：

步骤S3：将基带信号中的每一个符合和伪码做卷积运算，生成的结果为扩频调制信号；其中，b∈{±1}L×1是传输的一个符号，每个符号由L比特数据组成；定义伪随机序列向量为c∈{±1}C×1，其中包含C个码片；上述两个向量是b(t)和c(t)离散表达；定义Tb和Tc分别表示数据信息周期和码宽，则有LTb＝CTc，即一个符号周期中含有整数个伪码周期。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预编码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号的方法执行以下步骤：

步骤1：信号流分流单元将信号进行分流的信号流分流单元，得到若干路分流信号；

步骤2：数字基带预编码器对每一路分流信号进行数字基带预编码，然后变频后进行发送；

步骤3：数模/模数转换器对数字基带预编码器变频后的信号进行信号转换；

步骤4：将信号转换后的信号进行混频处理；

步骤5：混频器将混频处理后的信号进行功放处理后，然后进行发送；

步骤6：模拟编码预编码器将功放单元发送的信号进行模拟预编码，然后再进行发送；

步骤7：移相器将模拟预编码器编码后的信号发送到天线，通过天线进行发送。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，对每一路分流信号进行数字系带预编码的方法执行以下步骤：

步骤2.1：数字编码顺序调整单元根据设定值，确定三个数字编码子单元的编码顺序；

步骤2.2：三个数字编码子单元按照编码顺序依次对信号进行编码，顺序中最后一个编码子单元编码后，生成数字编码结果。

进一步的，所述步骤3中，模拟预编码器将功放单元发送的信号进行模拟预编码的方法执行以下步骤：

步骤6.1：模拟编码顺序调整单元根据设定值，确定三个模拟编码子单元的编码顺序；

步骤6.2：两个模拟编码子单元按照编码顺序依次对信号进行编码，顺序中最后一个编码子单元编码后，生成最终的编码结果。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述，所述步骤2.2中，三个数字编码子单元按照编码顺序依次对信号进行编码的方法中，所述第一数字编码单元进行编码的方法包括：使用编码矩阵和接收信号向量对信号进行数字编码，其中，所述编码矩阵为：W＝βH，对应的所述接收信号向量为：所述第二数字编码单元进行编码的方法包括：使用编码矩阵和信号接收向量对信号进行数字编码，其中，所述编码矩阵为：W＝βH(HHH+ξIK)-1，所述信号接收向量为：所述第三数字编码单元进行编码的方法包括：使用编码矩阵和信号接收向量对信号进行数字编码，其中，所述编码矩阵为：W＝βH(HHH)-1，所述信号接收向量为：其中：W为编码矩阵；β为缩放因子，用来约束信号发送功率；H为信道矢量；Q为正交向量参数；ξ为正则化系数，与基站总传输功率及噪声功率相关；S为调整系数；n为调整参数。

10.一种基于权利要求5至9之一所述方法的基于压缩感知的通信装置，其特征在于，所述装置为一种非暂时性的计算机可读存储介质，该存储介质存储了计算指令，其包括：将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号的代码段；将扩频调制信号和副载波单元进行结合生成调制信号的代码段；将调制信号进行预编码，生成预编码信号，将预编码信号进行发送的代码段；对预编码信号进行卷积后，生成卷积信号，将卷积信号进行发送的代码段；根据所述时钟产生的时钟信号进行采样，生成的采样信号和序列产生器再次进行卷积，将卷积后的结果进行发送的代码段；对结果进行译码，完成整个传输过程的代码段。