专利名称：变换域通信系统及其实现方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种变换域通信系统及其实现方法。
背景技术：
在变换域通信系统(TransformDomain Communication System, TDCS)中，为了充分利用空闲的频谱资源，TDCS系统把空闲频段分解为一系列独立频谱，结合随机相位生成模块，产生TDCS系统基本调制波形,通过圆周循环调制(Circular Cyclic Shift Keying,CCSK)生成最终的发送信号。通过上述方式，发送信号具有类似于噪声的统计特性，因此具有较低的检测概率(主要针对非授权用户)。这种方案的缺点在于现有的TDCS系统通过CCSK调制的圆周循环偏移量来表示传输的数据，例如CCSK调制有M种不同偏移量数值，则 基于该调制方式的发送符号所能携带的最大信息比特数为Iog2(M)。因此基于CCSK调制方式的TDCS系统的频谱利用率较低。因此在有限的空闲频段中，TDCS系统不能传输大量数据，限制了其在实际系统中的应用场景，目前仅用于低速数据传输链路。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的TDCS系统频谱利用率低的问题，提出了一种变换域通信系统。本发明的技术方案是一种变换域通信系统，发射端包括用于生成频谱随机相位序列的第一随机相位频谱序列生成模块、第一傅里叶逆变换模块、第一 CCSK调制模块、第二 CCSK调制模块、第一虚数乘法器模块和支路信号叠加模块，其中，所述的第一傅里叶逆变换模块用于对第一随机相位频谱序列生成模块生成的频谱随机相位序列进行傅里叶逆变换；所述的第一 CCSK调制模块用于对第一傅里叶逆变换模块输出的基础调制波形进行圆周循环调制，利用圆周循环的偏移量加载有用数据信息；所述的第一虚数乘法器模块用于对第一傅里叶逆变换模块输出的数据乘以虚数符号;所述的第二 CCSK调制模块用于对虚数乘法器模块的输出数据进行圆周循环调制，利用圆周循环的偏移量加载有用数据信息；所述的支路信号叠加模块用于将第一 CCSK调制模块和第二 CCSK调制模块调制后的波形进行叠加，最后将叠加后的波形进行发射。作为一种优选方案，所述变换域通信系统的接收端包括用于生成频谱随机相位序列的第二随机相位频谱序列生成模块、信号共轭模块、傅里叶变换模块、第一乘法器模块、第二傅里叶逆变换模块、提取实数数据模块、提取虚数数据模块、第一峰值搜寻模块和第二峰值搜寻模块，其中，所述的信号共轭模块用于对第二随机相位频谱序列生成模块生成的频谱随机相位序列进行共轭运算；
所述的傅里叶变换模块用于对接收天线接收的信号进行傅里叶变换；所述的第一乘法器模块用于信号共轭模块的输出数据与傅里叶变换模块的输出数据进行相乘运算；所述的第二傅里叶逆变换模块用于第一乘法器模块的输出数据进行傅里叶逆变换；所述的提取实数数据模块用于提取第二傅里叶逆变换模块输出数据中的实数部分数据；所述的提取虚数数据模块用于提取第二傅里叶逆变换模块输出数据中的虚数部分数据；所述的第一峰值搜寻模块用于在提取实数数据模块的输出数据中搜寻峰值位置， 得到第一解调数据流；所述的第二峰值搜寻模块用于在提取虚数数据模块的输出数据中搜寻峰值位置，得到第二解调数据流。为了解决上述问题，本发明还提出了一种变换域通信系统的实现方法，在所述变换域通信系统发射端包括如下步骤S110.根据外部环境的电磁特性，检测所有频谱区域的频谱特征，将所得的频谱特征与预设定的频谱门限相比较，产生用于描述空闲频谱和已占用频谱的频谱序列；S120.利用随机序列发生器产生随机比特序列，然后根据所述变换域通信系统的相位映射图表，产生相应的随机相位序列；S130.将步骤SllO产生的频谱序列与步骤S120产生的随机相位序列进行逐元素乘法运算，得到随机相位频谱序列；S140.将步骤S130输出的随机相位频谱序列，通过傅里叶逆变换，形成随机相位频谱序列对应的基础调制波形；然后将基础调制波形并行输出到两个支路；S150.将步骤S140输出的一个支路的基础调制波形，通过CCSK调制用以传输第一输入数据流；S160.将步骤S140输出的另一个支路的基础调制波形，先乘以虚数符号j，然后通过CCSK调制用以传输第二输入数据流；S170.将步骤S150和S160输出的不同支路输出数据进行叠加，最后将叠加后的数据进行发射。作为一种优选方案，在所述变换域通信系统接收端包括如下步骤S210.根据外部环境的电磁特性，检测所有频谱区域的频谱特征，将所得的频谱特征与预设定的频谱门限相比较，产生用于描述空闲频谱和已占用频谱的频谱序列；S220.利用随机序列发生器产生随机比特序列，然后根据所述变换域通信系统的相位映射图表，产生相应的随机相位序列；S230.将步骤S210产生的频谱序列与步骤S220产生的随机相位序列进行逐元素乘法运算，得到随机相位频谱序列；然后对乘法输出结果进行共轭运算；S240.将接收天线收到的接收信号进行傅里叶变换；S250.将步骤S230与步骤S240输出的信号进行逐元素乘法运算；S260.将步骤S250输出的信号进行傅里叶逆变换运算；
S270.将步骤S260输出的信号进行提取实数部分运算；然后将输出的信号进行峰值搜寻，最后将峰值位置信息作为第一输入数据流的解调输出。S280.将步骤S260输出的信号进行提取虚数部分运算；然后将输出的信号进行峰值搜寻，最后将峰值位置信息作为第二输入数据流的解调输出。本发明的有益效果本发明的系统和方法利用圆周循环调制的解调特征，即通过圆周循环自相关函数中最大值的位置表示输入数据信息，并且圆周循环自相关函数的最大值为实数的特点，在原有的变换域通信系统的结构基础上，添加了基础调制波形虚数支路，加载不同的数据流；在接收端将自相关输出的信号复用到实数解调支路和虚数解调支路，利用取实数符号和取虚数符号分别提取发送端的输入信息比特。可以看出本发明的系统和方法能够传输两路独立的数据流，提高了变换域通信系统的数据传输率，进而提高了系统频谱利用率。
图I为本发明的变换域通信系统发射端系统框图。图2为本发明的变换域通信系统接收端系统框图。图3为本发明的变换域通信系统的实现方法发射端信号处理流程示意图。图4为本发明的变换域通信系统的实现方法接收端信号处理流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。图I为本发明的变换域通信系统发射端系统框图，包括用于生成频谱随机相位序列的第一随机相位频谱序列生成模块、第一傅里叶逆变换模块161、第一 CCSK调制模块171、第二 CCSK调制模块172、第一虚数乘法器模块18和支路信号叠加模块19，其中，所述的第一傅里叶逆变换模块161用于对第一随机相位频谱序列生成模块生成的频谱随机相位序列进行傅里叶逆变换；所述的第一 CCSK调制模块171用于对第一傅里叶逆变换模块输出的基础调制波形进行圆周循环调制，利用圆周循环的偏移量加载有用数据信息；所述的第一虚数乘法器模块18用于对第一傅里叶逆变换模块输出的数据乘以虚数符号j (即= j);所述的第二 CCSK调制模块172用于对虚数乘法器模块的输出数据进行圆周循环调制，利用圆周循环的偏移量加载有用数据信息；所述的支路信号叠加模块19用于将第一 CCSK调制模块171和第二 CCSK调制模块172调制后的波形进行叠加，最后将叠加后的波形进行发射。这里的第一随机相位频谱序列生成模块，包括频谱感知子模块11，频谱比较子模块12、随机序列发生器13、相位映射器14和随机相位序列生成器15，其中，频谱感知子模块11，根据外部环境电磁特性获取不同频率点上的功率谱幅度信息；对于频谱感知子模块11，如果频谱区域中总带宽为W赫兹，根据变换域通信系统参数中子载波数目N和子载波间隔A f ，则W = N A f。频谱感知子模块11在每一个子载波频点上检测信号功率谱幅度。
频谱比较子模块12，根据频谱感知子模块11的感知结果，将不同频率点的功率谱幅度与预设定的频谱门限进行比较，生成频谱序列。具体的比较为如果感知结果比预设定频谱门限大，则认为是占用频谱；反之，则认为是空闲频谱。 在频谱比较子模块12中，对第k个频点频谱特征值Ak而言，当频点功率谱幅度大于预设定的频谱门限Tthreshtjld，设定该频率点数值为0(表示该频率点占用)；当功率谱幅度小于或等于预设定的频谱门限Tthrestold，设定该频率点数值为I (表示该频率点空闲)，频谱比较过程可以描述为
权利要求
1.一种变换域通信系统，发射端包括用于生成频谱随机相位序列的第一随机相位频谱序列生成模块和第一傅里叶逆变换模块，其特征在于，还包括 第一 CCSK调制模块、第二 CCSK调制模块、第一虚数乘法器模块和支路信号叠加模块，其中， 所述的第一傅里叶逆变换模块用于对第一随机相位频谱序列生成模块生成的频谱随机相位序列进行傅里叶逆变换； 所述的第一 CCSK调制模块用于对第一傅里叶逆变换模块输出的基础调制波形进行圆周循环调制，利用圆周循环的偏移量加载有用数据信息； 所述的第一虚数乘法器模块用于对第一傅里叶逆变换模块输出的数据乘以虚数符号; 所述的第二 CCSK调制模块用于对虚数乘法器模块的输出数据进行圆周循环调制，利用圆周循环的偏移量加载有用数据信息； 所述的支路信号叠加模块用于将第一 CCSK调制模块和第二 CCSK调制模块调制后的波形进行叠加，最后将叠加后的波形进行发射。
2.根据权利要求I所述的变换域通信系统，其特征在于，所述变换域通信系统的接收端包括用于生成频谱随机相位序列的第二随机相位频谱序列生成模块、信号共轭模块、傅里叶变换模块、第一乘法器模块、第二傅里叶逆变换模块、提取实数数据模块、提取虚数数据模块、第一峰值搜寻模块和第二峰值搜寻模块，其中， 所述的信号共轭模块用于对第二随机相位频谱序列生成模块生成的频谱随机相位序列进行共轭运算； 所述的傅里叶变换模块用于对接收天线接收的信号进行傅里叶变换； 所述的第一乘法器模块用于信号共轭模块的输出数据与傅里叶变换模块的输出数据进行相乘运算； 所述的第二傅里叶逆变换模块用于第一乘法器模块的输出数据进行傅里叶逆变换； 所述的提取实数数据模块用于提取第二傅里叶逆变换模块输出数据中的实数部分数据； 所述的提取虚数数据模块用于提取第二傅里叶逆变换模块输出数据中的虚数部分数据； 所述的第一峰值搜寻模块用于在提取实数数据模块的输出数据中搜寻峰值位置，得到第一解调数据流； 所述的第二峰值搜寻模块用于在提取虚数数据模块的输出数据中搜寻峰值位置，得到第二解调数据流。
3.根据权利要求I或2所述的变换域通信系统，其特征在于，所述的第一随机相位频谱序列生成模块和第二随机相位频谱序列生成模块，包括频谱感知子模块，频谱比较子模块、随机序列发生器、相位映射器和随机相位序列生成器，其中， 频谱感知子模块，根据外部环境电磁特性获取不同频率点上的功率谱幅度信息； 频谱比较子模块，根据频谱感知子模块的感知结果，将不同频率点的功率谱幅度与预设定的频谱门限进行比较，生成频谱序列； 随机序列发生器，用于生成随机比特序列；相位映射器，根据随机序列发生器生成的随机比特序列产生相应的随机相位序列；随机相位序列生成器,根据频谱比较模块生成的频谱序列和相位映射器产生的随机相位序列，生成随机相位频谱序列。
4.根据权利要求3所述的变换域通信系统，其特征在于，所述频谱比较子模块中所述的比较具体为如果感知结果比预设定频谱门限大，则认为是占用频谱；反之，则认为是空闲频谱。
5.一种变换域通信系统的实现方法，在所述变换域通信系统发射端包括如下步骤 S110.根据外部环境的电磁特性，检测所有频谱区域的频谱特征，将所得的频谱特征与预设定的频谱门限相比较，产生用于描述空闲频谱和已占用频谱的频谱序列； S120.利用随机序列发生器产生随机比特序列，然后根据所述变换域通信系统的相位映射图表，产生相应的随机相位序列； S130.将步骤SllO产生的频谱序列与步骤S120产生的随机相位序列进行逐元素乘法运算，得到随机相位频谱序列； S140.将步骤S130输出的随机相位频谱序列，通过傅里叶逆变换，形成随机相位频谱序列对应的基础调制波形；然后将基础调制波形并行输出到两个支路； S150.将步骤S140输出的一个支路的基础调制波形，通过CCSK调制用以传输第一输入数据流； S160.将步骤S140输出的另一个支路的基础调制波形，先乘以虚数符号j，然后通过CCSK调制用以传输第二输入数据流； S170.将步骤S150和S160输出的不同支路输出数据进行叠加，最后将叠加后的数据进行发射。
6.根据权利要求5所述的变换域通信系统的实现方法，其特征在于，在所述变换域通信系统接收端包括如下步骤 S210.根据外部环境的电磁特性，检测所有频谱区域的频谱特征，将所得的频谱特征与预设定的频谱门限相比较，产生用于描述空闲频谱和已占用频谱的频谱序列； S220.利用随机序列发生器产生随机比特序列，然后根据所述变换域通信系统的相位映射图表，产生相应的随机相位序列； S230.将步骤S210产生的频谱序列与步骤S220产生的随机相位序列进行逐元素乘法运算，得到随机相位频谱序列；然后对乘法输出结果进行共轭运算； S240.将接收天线收到的接收信号进行傅里叶变换； S250.将步骤S230与步骤S240输出的信号进行逐元素乘法运算； S260.将步骤S250输出的信号进行傅里叶逆变换运算； S270.将步骤S260输出的信号进行提取实数部分运算；然后将输出的信号进行峰值搜寻，最后将峰值位置信息作为第一输入数据流的解调输出。
S280.将步骤S260输出的信号进行提取虚数部分运算；然后将输出的信号进行峰值搜寻，最后将峰值位置信息作为第二输入数据流的解调输出。
全文摘要
本发明公开了一种变换域通信系统及其实现方法。发射端包括第一随机相位频谱序列生成模块和第一傅里叶逆变换模块，其特征在于，还包括第一CCSK调制模块、第二CCSK调制模块、虚数乘法器模块和支路信号叠加模块；接收端包括第二随机相位频谱序列生成模块、信号共轭模块、傅里叶变换模块、第一乘法器模块、第二傅里叶逆变换模块、提取实数数据模块、提取虚数数据模块、第一峰值搜寻模块和第二峰值搜寻模块。本发明的系统和方法利用圆周循环自相关函数中最大值为实数的特点，将基础调制波形分别通过实数支路与虚数支路，加载不同的数据流，提高了变换域通信系统的数据传输率，进而提高了系统频谱利用率。
文档编号H04L27/32GK102647390SQ201210076229
公开日2012年8月22日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者李少谦, 毕国安, 胡苏 申请人:电子科技大学