CN111294082B - 一种基于扩频的并行传输ofdm通信方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于扩频的并行传输OFDM通信方法与系统。包括：在发送端，对信源的数据进行串并转换，得到t时刻包含K个比特的待发送数据流；生成扩频伪码序列；每个扩频伪码序列相对于下一个扩频伪码序列存在相同的时延Δt＝[G/K]T_c，[]表示取整操作，G为PN序列长度，T_c为扩频码的码片持续时间；针对每个数据比特由相同的扩频伪码序列进行扩频调制，即PN_i(t)＝PN₁(t+s_i),s_i＝(i‑1)Δt，i＝1,2,3,…,K；对扩频信号进行OFDM载波调制，通过信道将载波调制信号发送至接收端；在接收端对接收到的载波调制信号进行OFDM载波解调；用与发送端相同的扩频伪码序列分别对载波解调后的数据流进行扩频解调。利用本发明，在OFDM通信系统中，可以提高信道利用率与数据传输效率。

Description

一种基于扩频的并行传输OFDM通信方法与系统

技术领域

本发明涉及信号传输技术领域，具体涉及一种基于扩频的并行传输OFDM通信方法与系统。

背景技术

目前，移动通信可以说是当前通信领域中应用最广泛，发展也最快的技术之一。OFDM调制技术在数字电视、移动通信等领域得到了较为广泛的应用和发展。OFDM调制技术的核心思想是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速自数据流，调制到每个子信道上传输。

现有的多载波调制技术OFDM虽然具有抗衰落能力强、频率利用率高、抗码间干扰能力强的特点，但同时也具有调制时延较大、对时频同步要求严格等缺点。

因此，现有OFDM通信技术存在调制时延较大、传输效率低等问题。希望找到一种合适的调制方式来满足5G网络中高速率并且低时延的要求。

发明内容

本发明提供了一种基于扩频的并行传输OFDM通信方法与系统，实现了并行传输扩频通信，信道利用率更高，数据传输效率更高。

一种基于扩频的并行传输OFDM通信方法，该方法包括：

步骤一，在发送端对信源的数据进行串并转换，得到t时刻包含K个比特的待发送数据流{d₁(t),d₂(t),…,d_K(t)}；

步骤二，生成扩频伪码序列，扩频伪码序列的自相关函数为：

其中，P表示序列相关元素的总数，T_c表示码片持续时间；

步骤三，每个扩频伪码序列相对于下一个扩频伪码序列存在相同的时延Δt＝[G/K]T_c，[]表示取整操作，G为PN序列长度，T_c为扩频码的码片持续时间；针对每个数据比特由相同的扩频伪码序列进行扩频调制，即PN_i(t)＝PN₁(t+s_i),s_i＝(i-1)Δt，i＝1,2,3,…,K；

步骤四，对扩频信号进行OFDM载波调制，通过信道将载波调制信号发送至接收端；

步骤五，在接收端对接收到的载波调制信号进行OFDM载波解调；

步骤六，用与发送端相同的扩频伪码序列分别对载波解调后的数据流进行扩频解调。

步骤四中的信道采用多径信道。

接收端包括接收器，接收器由k个匹配滤波器组成。

一种基于扩频的并行传输OFDM通信系统，该系统包括：

串并转换模块，用于在发送端对信源的数据进行串并转换，得到t时刻包含K个比特的待发送数据流{d₁(t),d₂(t),…,d_K(t)}；

扩频序列生成模块，用于生成扩频伪码序列，扩频伪码序列的自相关函数为：

其中，P表示序列相关元素的总数，T_c表示码片持续时间；

扩频调制模块，用于扩频调制，每个扩频伪码序列相对于下一个扩频伪码序列存在相同的时延Δt＝[G/K]T_c，[]表示取整操作，G为PN序列长度，T_c为扩频码的码片持续时间；针对每个数据比特由相同的扩频伪码序列进行扩频调制，即PN_i(t)＝PN₁(t+s_i),s_i＝(i-1)Δt，i＝1,2,3,…,K；

信号调制模块，用于对扩频信号进行载波调制，通过信道将载波调制信号发送至接收端；

信号解调模块，用于在接收端对接收到的载波调制信号进行OFDM载波解调；

解扩模块，用于在接收端用与发送端相同的扩频伪码序列分别对载波解调后的数据流进行扩频解调。

本发明的有益效果在于：

1.OFDM系统调制过程中的调制时延较大，针对这一问题，本发明设置伪码序列之间的时延，采用多个调制通道，调制完成后，使发送信号随传随达，克服OFDM系统调制时延导致的传输效率低的问题，提高数据传输效率和信道利用率。

2.OFDM系统调制对同步要求很高，本发明采用扩频技术，能够在并行传输的同时，保证数据同步。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

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，以下结合附图以及实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

扩频调制通信系统，即扩展频谱通信系统，是指待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输，再利用相应手段将其解扩，从而获取传输信息的通信系统。它在传输同样信息时所需的射频带宽，远比大家熟悉的各种调制方式要求的带宽要宽得多。扩频前的信息码元带宽远小于扩频后的扩频码序列的带宽，信息己不再是决定调制信号带宽的一个重要因素，其调制信号的带宽主要由扩频函数来决定。一般常用的扩频函数是伪随机编码信号。与常规的通信系统相比，扩频系统具有很强的抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径的能力，此外还具有信息隐蔽多址保密通信等优点。然而，系统调制过程中调制时延长、信道利用率低。因此，本发明提供一种异步传输扩频调制方法与系统，提高信道利用率和数据传输效率。图1为本发明方法流程图。下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

基于扩频的并行传输OFDM通信方法包括：

步骤一，在发送端对信源的数据进行串并转换，得到t时刻包含K个比特的待发送数据流{d₁(t),d₂(t),…,d_K(t)}。

在传输系统中，首先需要对信源数据进行处理，得到待发送的数据片或数据流。一般地，为了简化传输系统，每个数据流的长度相等。

在发送端将信源输入的数据送入串并转换器。设信源数据共n*K比特，n代表每个数据流的长度，K代表数据比特个数，将转换过的数据作为t时刻待发送数据流{d₁(t),d₂(t),…,d_K(t)}。

至此，完成了待发送数据流的准备。

步骤二，生成扩频伪码序列，扩频伪码序列的自相关函数为：

其中，P表示序列相关元素的总数，T_c表示码片持续时间。

m序列是最大长度线性移位寄存器序列，是由移位寄存器加反馈后形成的。m序列具有均衡性、游程特性、移位相加特性。m序列具有某种随机性，尤其是它的自相关函数的优良性质。本发明采用m序列作为扩频伪码序列对信号进行扩频调制。

进一步地，可以采用混沌序列作为扩频序列。当处理的数据量较大时，m序列作为伪随机序列，编码调制的伪随机序列很长，抗截获性能也较差。因此，可以采用混沌序列作为扩频序列。

具体地，混沌系统生成混沌序列的状态方程如下公式所示：

x_n+1＝ux_n(1-x_n)(n＝1,2,3,…)

其中，u为分枝参数，x_n∈(0,1)。

步骤三，每个扩频伪码序列相对于下一个扩频伪码序列存在相同的时延Δt＝[G/K]T_c，[]表示取整操作，G为PN序列长度，T_c为扩频码的码片持续时间；针对每个数据比特由相同的扩频伪码序列进行扩频调制，即PN_i(t)＝PN₁(t+s_i),s_i＝(i-1)Δt，i＝1,2,3,…,K。

在扩频调制通信系统中，由于扩频调制、载波调制处理需要时间，如果仅仅设置一个调制通道，数据以串行的方式进行传输，信道利用率以及数据传输效率非常低。而如果采用并行传输同时发送多个数据，对信道容量以及接收端的同步方式要求非常高。本发明对每个扩频伪码序列设置相同的时延。一方面，可以充分利用调制时延进行数据传输，提高数据传输效率；一方面在接收端可以根据时延分辨不同的数据流。

步骤四，对扩频信号进行OFDM载波调制，通过信道将载波调制信号发送至接收端。

数字信号的调制方式包括频移键控、幅度键控、相移键控。正交相移键控QPSK是一种数字调制方式。QPSK技术具有抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点。本发明采用QPSK调制对扩频信号进行载波调制。在通过信道将载波调制信号发送至接收端时，采用多径信道进行传输。

步骤五，在接收端，对接收到的载波调制信号进行载波解调。

在接收端，首先需要对接收到的载波调制信号进行载波解调，进一步进行下一步扩频解调。

步骤六，用与发送端相同的扩频伪码序列分别对数据流进行扩频解调。

在接收端，经接收到的信号与本地扩频序列中的每一个序列相关，对接收到的组合扩频信号进行解扩处理。匹配滤波器按照扩频伪码序列的扩频规律将所有码片对应的信号累加到序列中任一码片对应的基带复信号中，完成扩频信号的扩频解调处理。

实施例二：

本发明还提供一种基于扩频的并行传输OFDM通信系统，该系统包括：

串并转换模块，用于在发送端对信源的数据进行串并转换，得到t时刻包含K个比特的待发送数据流{d₁(t),d₂(t),…,d_K(t)}；

扩频序列生成模块，用于生成扩频伪码序列，扩频伪码序列的自相关函数为：

其中，P表示序列相关元素的总数，T_c表示码片持续时间；

扩频调制模块，用于扩频调制，每个扩频伪码序列相对于下一个扩频伪码序列存在相同的时延Δt＝[G/K]T_c，[]表示取整操作，G为PN序列长度，T_c为扩频码的码片持续时间；针对每个数据比特由相同的扩频伪码序列进行扩频调制，即PN_i(t)＝PN₁(t+s_i),s_i＝(i-1)Δt，i＝1,2,3,…,K；

信号调制模块，用于对扩频信号进行OFDM载波调制，通过信道将载波调制信号发送至接收端；

信号解调模块，用于在接收端对接收到的载波调制信号进行载波解调；

解扩模块，用于在接收端用与发送端相同的扩频伪码序列分别对数据流进行扩频解调。

OFDM系统调制过程中的调制时延较大，针对这一问题，本发明设置伪码序列之间的时延，采用多个调制通道，调制完成后，使发送信号随传随达，提高数据传输效率。

本发明将OFDM与扩频码的结合方式，占用较少的资源，实现复杂度低，具有一定的工程可实现性，为扩频OFDM基带的开发与研制奠定了技术基础。OFDM系统调制过程中的调制时延较大，针对这一问题，本发明设置伪码序列之间的时延，采用多个调制通道，调制完成后，使发送信号随传随达，克服OFDM系统调制时延导致的传输效率低的问题，提高数据传输效率和信道利用率。OFDM系统调制对同步要求很高，本发明采用扩频技术，能够在并行传输的同时，保证数据同步。

以上实施例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 (4)

1.一种基于扩频的并行传输OFDM通信方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一，在发送端对信源的数据进行串并转换，得到t时刻包含K个比特的待发送数据流{d₁(t),d₂(t),…,d_K(t)}；

步骤二，生成扩频伪码序列，扩频伪码序列的自相关函数为：

其中，P表示序列相关元素的总数，T_c表示码片持续时间；

步骤三，每个扩频伪码序列相对于下一个扩频伪码序列存在相同的时延Δt＝[G/K]T_c，[]表示取整操作，G为扩频码序列长度，T_c为扩频码的码片持续时间；针对每个数据比特由相同的扩频伪码序列进行扩频调制，即PN_i(t)＝PN₁(t+s_i),s_i＝(i-1)Δt，i＝1,2,3,…,K；

步骤四，对扩频信号进行OFDM载波调制，通过信道将载波调制信号发送至接收端；

步骤五，在接收端对接收到的载波调制信号进行OFDM载波解调；

步骤六，用与发送端相同的扩频伪码序列分别对载波解调后的数据流进行扩频解调。

2.如权利要求1所述的基于扩频的并行传输OFDM通信方法，其特征在于，所述步骤四中的信道采用多径信道。

3.一种基于扩频的并行传输OFDM通信系统，其特征在于，该系统包括：

串并转换模块，用于在发送端对信源的数据进行串并转换，得到t时刻包含K个比特的待发送数据流{d₁(t),d₂(t),…,d_K(t)}；

扩频序列生成模块，用于生成扩频伪码序列，扩频伪码序列的自相关函数为：

其中，P表示序列相关元素的总数，T_c表示码片持续时间；

扩频调制模块，用于扩频调制，每个扩频伪码序列相对于下一个扩频伪码序列存在相同的时延Δt＝[G/K]T_c，[]表示取整操作，G为PN序列长度，T_c为扩频码的码片持续时间；针对每个数据比特由相同的扩频伪码序列进行扩频调制，即PN_i(t)＝PN₁(t+s_i),s_i＝(i-1)Δt，i＝1,2,3,…,K；

信号调制模块，用于对扩频信号进行OFDM载波调制，通过信道将载波调制信号发送至接收端；

信号解调模块，用于在接收端对接收到的载波调制信号进行载波解调；

解扩模块，用于在接收端用与发送端相同的扩频伪码序列分别对载波解调后的数据流进行扩频解调。

4.如权利要求3所述的基于扩频的并行传输OFDM通信系统，其特征在于，所述信道采用多径信道。

Images