一种适用于认知无线电环境的准完美序列设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于认知无线电环境的准完美序列设计方法，采用随机相位序列组和频谱感知判决矢量生成一组认知频谱随机相位序列，再将认知频谱随机相位序列进行傅里叶逆变换从而得到一组基础序列，生成同样数量的完美自相关序列，将基础序列组和完美自相关序列组进行Kronecker乘法运算，得到准完美序列组。采用本发明得到的准完美序列组，具有接近完美的相关特性，即绝大部分自相关函数取值为零，并且绝大部份互相关函数取值为零。本发明所得到的准完美序列组，可以广泛应用于认知无线电系统，如信号同步、信道估计、多用户扩频等方面。
【专利说明】—种适用于认知无线电环境的准完美序列设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信【技术领域】，更为具体地讲，涉及一种适用于认知无线电环境的准完美序列设计方法。
【背景技术】
[0002]随着无线通信需求的不断增长，频谱资源日益紧张，同时已授权的频谱资源在时间和空间上存在不同程度的闲置，成为制约无线通信发展的新瓶颈，这就要求未来通信系统在保证可靠性和有效性的同时，还要具备频谱的动态接入能力，以提高频谱资源利用率。认知无线电CR (Cognitive Radio)技术应运而生,其核心思想是用户具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该环境空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生。
[0003]在认知无线电环境中，为了充分利用空闲的频谱资源，CR环境把所有频段分解为一系列独立频谱，并且根据频谱感知和频谱判决的结果，决定空闲频谱的位置以便CR环境使用。由于外部环境的频谱特性随着时间推移不断发生变化，因而空闲频谱的分布特性也随之变化。如果把传统的序列用于CR环境中，仅仅空闲频谱对应的序列元素被保留，其余部分将强制设定为零。经过仿真和测试发现，采用这种方式获取的新序列不再满足严格的完美自相关特性(自相关特性和互相关特性)。如果CR环境中采用上述非完美序列用于多用户通信时会产生严重的用户间干扰，增加变换域通信技术的误码率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于认知无线电环境的准完美序列设计方法，使获取的序列组具有接近完美的相关特性，即绝大部分自相关函数取值为零，并且绝大部份互相关函数取值为零。
[0005]为了实现上述发明目的 ，本发明适用于认知无线电环境的准完美序列设计方法，包括步骤:
[0006]S1:完美自相关序列组 A = (A1, A2，…，Ai,…，AuK 其中:Ai = {&i (0), Bi (I),-,? (L-1)}表示第i个完美自相关序列，U表示序列个数，L表示序列长度，i的取值范围为I≤i≤U，Bi(I)是^的第I个元素，I的取值范围为0≤I≤L-1 ;完美自相关序列的圆
周自相关函数满足:
[0007]
、
^,.Ai KT) = LaI (mod(x + T,L)) = ^
、
[0008]并且圆周互相关函数满足:
[0009]
、[0010]S2:生成U个基础序列bi，生成方法为:
[0011]S2.1:采用频谱感知技术得到频谱感知判决矢量S = {S(0)，S(1)，…，S(N-l)}，N表示频谱感知得到的频率点数量；
[0012]S2.2:生成随机相位序列组 P= (P1, P2，…，Pi,…，PJ，其中 Pi = {Pi (0),Pi (I), -，Pi (N-1)}表示第i个随机相位序列；根据随机相位序列组P生成U个认知频谱随机相位序列Bi = S ? (Iiag(Pi)，(Iiag(Pi)表示对角元素为Pi中元素的对角矩阵；
[0013]S2.3:对U个认知频谱随机相位序列Bi进行傅里叶逆变换得到U个基础序列bi = IX(O) ,IDi(I), ---,bi (N-1)} = IFFT {Bj , (n)是 IDi 的第 n 个元素，n 的取值范围为
0≤ n ≤ N-1 ；
[0014]S3:分别将步骤SI中得到的U个完美自相关序列Ai和步骤S2中得到的U个基础序列h进行Kronecker乘法运算，得到准完美序列组C = Ic1, C2,…，Ci,…，(?},其中Ci = Ici(O), Ci(I),…，Ci(LN-1)I为第i个准完美序列，Ci中的第h个元素为KiOi)=
(I)Xbi (n),其中 h = lN+n。
[0015]其中，步骤S2.1中频谱感知判决矢量S的生成方法为:采用频谱感知技术获取外部环境电磁特性，得到N个频率点上的功率谱幅度，如果第n，n = 0，I, - ,N-1个功率谱幅度大于预设门限，设定该频率点数值S (n)为0 ;如果功率谱幅度小于预设门限，设定该频率点数值S(n)为I。
[0016]其中，步骤S2.2中随机相位序列为伪随机相位序列，生成方法为:先产生伪随机比特序列，然后将其输入至r位抽头的相位映射器得到相应的伪随机相位序列Pi,其中r表示抽头位数。
[0017]其中，相位映射器采用2r-MPSK (Multiple Phase Shift Keying，多进制数字相位调制)进行相位映射。
[0018]本发明适用于认知无线电环境的准完美序列设计方法，采用随机相位序列组和频谱感知判决矢量生成一组认知频谱随机相位序列,再将认知频谱随机相位序列进行傅里叶逆变换从而得到一组基础序列，生成同样数量的完美自相关序列，将基础序列组和完美自相关序列组进行Kronecker乘法运算，得到准完美序列组。采用本发明得到的准完美序列组，具有接近完美的相关特性，即绝大部分自相关函数取值为零，并且绝大部份互相关函数取值为零。本发明所得到的准完美序列组，可以广泛应用于认知无线电系统，如信号同步、信道估计、多用户扩频等方面，提高系统性能，在用于多用户通信时可以减少用户间的干扰，并降低认知扩频通信系统的误码率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明适用于认知无线电环境的准完美序列设计方法的一种【具体实施方式】系统结构图；
[0020]图2为本发明具体实施例的圆周自相关函数不意图；
[0021]图3为本发明具体实施例的圆周互相关函数不意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0023]图1是本发明适用于认知无线电环境的准完美序列设计方法的一种【具体实施方式】系统结构图。如图1所示，实现本发明的系统包括频谱感知模块1、频谱比较模块2、随机相位序列发生器模块3、认知频谱随机相位序列生成器模块4、傅里叶逆变换模块5、完美自相关序列生成模块6、Kr0necker乘法器模块7，其工作流程，即本发明的具体步骤为:
[0024]SlOl:完美自相关序列生成模块6生成完美自相关序列组A= {A” A2，…，Ai,...，AJ，其中Ai = {ai(0)，ajl)，…，ai(L-l)}表示第i个完美自相关序列，U表示序列个数，L表示序列长度，i的取值范围为I≤i <U，Bi(I)是^的第I个元素，I的取值范围为
I^L-10序列长度L根据实际情况确定。完美自相关序列组是一组具有理想圆周自
相关函数的序列组，即其圆周自相关函数满足:
[0025]
【权利要求】
1.一种适用于认知无线电环境的准完美序列设计方法，其特征在于，包括以下步骤: 51:完美自相关序列组A= (A1, A2, Ai, AuI ,其中-Ai = Ia1 (O), (I),…，(L-1)}表示第i个完美自相关序列，U表示序列个数，L表示序列长度，i的取值范围为I < i < U，Bi(I)是^的第I个元素，I的取值范围为OSKL-1; 52:生成U个基础序列by生成方法为: S2.1:采用频谱感知技术得到频谱感知判决矢量S = {S(0)，S(1)，…，S(N-1)}，N表示频谱感知得到的频率点数量； S2.2:生成随机相位序列组P = (P11P2，…，Pi,…，PuK其中Pi = {Pi (0),Pi (I), -，Pi (N-1)}表示第i个随机相位序列；根据随机相位序列组P生成U个认知频谱随机相位序列Bi = S ? (Iiag(Pi)，(Iiag(Pi)表示对角元素为Pi中元素的对角矩阵； S2.3:对U个认知频谱随机相位序列Bi进行傅里叶逆变换得到U个基础序列匕=Ibi (0)，bi (I)，...，bi (N-1)} = IFFT {Bj , ht (n)是 h 的第 n 个元素，n 的取值范围为0≤ n ≤N-1 ； 53:分别将步骤SI中得到的U个完美自相关序列Ai和步骤S2中得到的U个基础序列h对应进行Kronecker乘法运算，得到准完美序列组C = Ic1, C2,…，Ci,…，(?},其中Ci = Ici(O), Ci(I),…，Ci(LN-1)I为第i个准完美序列，Ci中的第h个元素为KiOi)=(I)Xbi (n),其中 h = lN+n。
2.根据权利要求1所述的准完美序列设计方法，其特征在于，所述步骤S2.1中频谱感知判决矢量S的生成方法为:采用频谱感知技术获取外部环境电磁特性，得到N个频率点上的功率谱幅度，如果第n，n = 0，I, -,N-1个功率谱幅度大于预设门限，设定该频率点数值S(n)为0 ;如果功率谱幅度小于预设门限，设定该频率点数值S(n)为I。
3.根据权利要求1所述的准完美序列设计方法，其特征在于，所述步骤S2.2中随机相位序列为伪随机相位序列，生成方法为:先产生伪随机比特序列,然后将其输入至r位抽头的相位映射器得到相应的伪随机相位序列Pi，其中r表示抽头位数。
4.根据权利要求3所述的准完美序列设计方法，其特征在于，所述相位映射器采用2r-MPSK进行相位映射。
【文档编号】H04J13/14GK103501206SQ201310441364
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】胡苏 , 袁航, 郭伟, 柯英豪, 李少谦 申请人:电子科技大学