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专利号: 2020115659765
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多用户正交频分复用差分混沌键控通信方法,其特征在于,按照以下步骤具体实施:

步骤1、设置通信系统的相关参数,具体过程是,

设置混沌成型滤波器基频fs、扩频增益系数β、采样频率fc,一个混沌符号增益系数ns=fc/fs,定义用户数P和一帧传输信号中每用户能够发送二进制信息位数为M;

设置子载波参数,包括总载波数N、共享信息传输子载波数Nm、每个用户参考信号扩展子载波数C、梳状导频子载波数Nct及保护间隔子载波数No,并且满足N=Nm+P*C+Nct+No;定义循环前缀长度L,设定Hadamard矩阵维数Ns=β/ns,生成Hadamard矩阵;

步骤2、为待发送信息的P个用户分配索引值Ip,准备每个用户待发送的二进制比特信息bi,p,下标i=1,2,…,M,p=1,2,…,P表示一帧中第p个用户发送数据的第i个比特位;

步骤3、每个用户利用索引值对应选择Hadamard矩阵不同行的元素序列,作为参考符号序列步骤4、将各用户对应的参考符号序列作为混沌成型滤波器的输入,生成各用户对应的混沌参考信号,具体过程是,将 分别作为如下的混沌成型滤波器的输入得到输出的混沌参考信

号,如式(1)所示:

其中,t为生成一个用户混沌参考信号的时间,Xp(t)为混沌成型滤波器的输出,作为第p个用户的混沌参考信号,Ts=1/fs为参考符号序列中一个符号的持续时间,基函数ψ(t)如式(2)所示:其中,fs为步骤1中设置的混沌成型滤波器的基频,参数ω=2πfs,η=fsln2;

步骤5、复制各用户的混沌参考信号,并为各用户的混沌参考信号分配子载波,将步骤4得到的混沌参考信号Xp(t)重复C次得到Xpc(t),c=1,2,...,4,为每个用户分配在使用频段内均匀分配C个私有子载波频率来发送相应的混沌参考信号;

步骤6、根据每个用户的待传输信息比特数据,与该用户混沌参考信号相乘,构成该用户的信息承载信号,将各用户对应的每个信息承载信号相加,得到共享子载波中的发送信号,对每个子载波信号按照采样频率进行采样,得到对应的采样点构成逆傅里叶变换输入矩阵部分行,为逆傅里叶变换做准备,具体过程是,第i个共享子载波传输的信息承载信号携带所有P个用户的第i位叠加信息,信息承载信号如下式(3)所示:其中bi,p表示第p个用户传输的第i个二进制数据,i=1,2,...,M,Xp(t)为第p个用户的混沌参考信号,对每个子载波传输信号Yi(t)按照采样频率fc进行采样,得到信息承载信号的采样矩阵:

其中Yi(k)=Yi(kΔt),Δt=1/fc为采样时间;

步骤7、添加梳状导频,补零,构建逆傅里叶变换输入矩阵,具体过程是,设置Nct个子载波传输梳状导频信号,该子载波传输梳状导频信号由双极性符号组成,为(Nct×β)矩阵,且导频子载波均匀插入在混沌参考信号和信息承载信号的子载波中;将步骤5得到的混沌参考信号 按照采样周期Δt=1/fc进行采样得到混沌参考信号采样矩阵、步骤6中得到的信息承载信号采样矩阵Y、以及本步骤前面梳状导频信号矩阵,按预设顺序并行排列,剩余N0行补充零矩阵Uo,得到大小为(N×β)的矩阵作为逆傅里叶变换输入矩阵;

步骤8、将逆傅里叶变换输入矩阵逐列进行逆傅里叶变换,其输出进行并串转换后添加循环前缀,得到发送信号,具体过程是,将步骤7得到(N×β)的逆傅里叶变换输入矩阵,作为逆傅里叶变换的输入,每一列做N点的IFFT运算完成一个OFDM符号变换,一帧共进行β次列IFFT操作,IFFT输出进行并串转换得到时域信号s(t),由式(4)所示:其中,k=(1,2,...,β)为一个子载波上信号的采样点,fc,p为第p个用户的第c次参考扩展所在子载波频率,fi为第i个信息承载信号子载波频率,fd和fo分别为梳状导频和补零矩阵所在子载波频率,d=1,2,…,Nct,o=1,2,…,No;然后将每一个OFDM符号对应的β个采样点中末尾的L个采样点的复制添加至符号前端作为循环前缀,即得到发送信号;

步骤9、接收端收到发送信号后,对接收信号依次进行移除循环前缀、串并转换、傅里叶变换,再根据预设子载波提取接收到的用户混沌参考信号和信息承载信号,将用户传输的C次混沌参考信号求平均,并与信息承载信号分别进行匹配滤波,具体过程是,即第p个用户的接收信号rp(t)经过移除循环前缀、串并转换和傅里叶变换,得到(N×β)的傅里叶变换输出矩阵,然后根据预设的子载波分配提取用户的混沌参考信号X′和信息承载信号Y′,如式(5)所示:其中, 表示接收的第p个用户混沌参考信号的第c次复制的第k个采样点,Yi,′k表示接收的第i个信息承载信号的第k个采样点;n1(k)和n2(k)分别表示混沌参考信号传输时信道的噪声和信息承载信号传输时信道的噪声;Hk,p,fc表示第p个用户的第c个混沌参考信号副本在信道中传输的等效多径衰落信道脉冲响应,Hk,p,fi表示第p个用户接收到信息承载信号在第i个子载波信道中传输的等效多径衰落信道脉冲响应,两种多径衰落信道脉冲响应的表达式如式(6)所示:其中, 和τl,p,c分别表示混沌参考信号传输所在信道的第l个路径衰减系数和延迟时间,Lp,c为第p个用户的第c个子载波通道多径数量;同样的, 和τl′,i分别表示信息承载信号传输所在信道的第l′个路径衰减系数和延迟时间,Li为多径数量,由于每个用户的混沌参考信号被复制了C次,因此将接收到的C个混沌参考信号求平均,得到平均后的用户混沌参考信号 如下式(7)所示:然后将平均后混沌参考信号和信息承载信号通过匹配滤波,得到匹配滤波后的混沌参考信号X″和信息承载信号Y″,匹配滤波输出如式(8)所示:其中,g(t)=ψ(‑t)为混沌成型滤波器基函数的时间逆函数,X″p,k表示第p个用户的混沌参考信号求平均后通过滤波器输出信号的第k个采样点,Y″i,k表示第i个信息承载信号通过滤波器后输出信号的第k个采样点;

步骤10、将滤波后的混沌参考信号和信息承载信号进行最大信噪比点采样,得到混沌参考信号和信息承载信号分别采样后的最大信噪比点序列X″′和Y″′,具体过程是,混沌参考信号和信息承载信号分别采样后的最大信噪比点序列X″′和Y″′,表达式如式(9)所示:其中,w′=1,2,...,Ns为最大信噪比采样点数;

步骤11、采样序列重组,分别对用户的混沌参考信号采样序列和信息承载采样序列进行重组,具体过程是,分别对用户的混沌参考信号采样序列和信息承载采样序列进行重组,表达式如式(10)所示:

步骤12、用户索引值恢复判决,先将与发送端相同的Hadamard矩阵的每一行分别通过成型滤波器和匹配滤波器,对匹配滤波器输出信号进行最大信噪比点采样,得到新的参照矩阵;再计算用户重组的参考序列与参照矩阵每一行的欧氏距离,选择距离最小的行数作为恢复的该用户索引值,具体过程是,设Hadamard矩阵的每一行通过CSF和MF后进行最大信噪比点采样得到的参照矩阵为gq为参照矩阵中的第q行;然后计算重组后的参考序列与参照矩阵G中的每一行进行欧氏距离,选择距离最小的行数为该用户索引值的估计值 表达式如式(11)所示:其中,sum(.)为求和运算,min{.}为求最小值运算;

步骤13、利用恢复的索引值选择参照矩阵对应行的元素序列作为新的混沌参考序列,即依据步骤12得到的索引值的估计值 选择映射参照矩阵对应的行作为新的混沌参考序列 替代重组后的混沌参考序列inf

步骤14、用户传输信息数据解码,将步骤11中的信息承载序列Y 与步骤13得到的混沌参考序列 的转置相乘,乘积结果取符号判决,恢复传输数据完成解码。