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CN106452500B - 一种多进制直接序列扩频通信方法 - Google Patents

一种多进制直接序列扩频通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多进制直接序列扩频通信方法，该方法在两个扩频序列码之间填充一位多进制数个数的码元，在解扩时，获得两个扩频序列码之间填充的码元数，而得到一位多进制数据。本发明提供了一种通信效率高的扩频通信方法。

Description

一种多进制直接序列扩频通信方法
技术领域
本发明涉及扩频通信方法领域，特别涉及一种多进制直接序列扩频通信方法。
背景技术
直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式，简称直扩方式(DS方式)。就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。直接序列扩频方式是直接用伪噪声序列对载波进行调制，要传送的数据信息需要经过信道编码后，与伪噪声序列进行模2和生成复合码去调制载波。
目前直接序列扩频通信，采用多位扩频码表示一个数据位，可以产生一定的扩频增益，减小通讯误码率。同时，直接序列扩频由于数据率的降低，通讯效率有很大损失。
发明内容
针对目前直接序列扩频通信数据速率降低，通信效率有很大损失的不足，本发明提供一种多进制直接序列扩频通信方法。
本发明为实现其目的所采用的技术方案是：一种多进制直接序列扩频通信方法，包括扩频方法和解扩方法。
扩频方法包括：
A1、标记单个码元为T，所述的码元T由t个连续时钟周期组成；t为自然数；
A2、取直接序列扩频码M，M由m个码元T组成，m为自然数；
A3、定义一个数据序列M0M1M2·...MnMn+1…；n为自然数；
A4、将信源编码后形成K进制数据k，k为0、1、2、……K-1；
A5、在M0M1M2·...MnMn+1…位间隔中插入j个码元T，这里j＝f(k)，式中j为自然数，f(x)是域0至范围内的单调增函数，且Mn和Mn+1之间的相位差由f(k)定义；
解扩方法包括：
B1、获取一个直接序列扩频码Mn；
B2、获取取下一段直接序列扩频码Mn+1；
B3、判断直接序列扩频码Mn与直接序列扩频码Mn+1之间间隔的码元T的个数j；
B4、根据j＝f(k)的反函数k＝f'(j)计数出k。
本发明中，通信效率较高，同时保留了直接序列扩频的部分增益。
进一步的，上述的多进制直接序列扩频通信方法中：所述的码元T为PSK调制码元。
进一步的，上述的多进制直接序列扩频通信方法中：直接序列扩频码M中连续码元T之间存在的相位变化由扩频码决定。
进一步的，上述的多进制直接序列扩频通信方法中：步骤5中在M0M1M2....MnMn+1…位间隔中插入的码元T为相位连续的码元。
进一步的，上述的多进制直接序列扩频通信方法中：所述的步骤B2中，包括以下步骤：
B201、选取下一段直接序列扩频码M；
B202、用直接序列扩频码M与直接序列扩频码Mn整体比较相位，记录相位差P0；
B203、隔一个PSK码元T再选取一段直接序列扩频码M，与直接序列扩频码Mn比较相位，记录相位差P1；
B204、依此类推记录相位差P2、P3直到PK，；
B205、Mn和Mn+1理论相位差的最大值Pmax和最小值Pmin的中值取P0P1P2...PK相对Pmid的最大偏差绝对值Pdif，此时的直接序列扩频码M就是直接序列扩频码Mn的下一段直接序列扩频码Mn+1；与Pdif对应的即为Pj，j即为插入的码元T的个数。
进一步的，上述的多进制直接序列扩频通信方法中：所述的步骤A5中，式中[]表示取整运算；当k为偶数时，使前后两个序列Mn和Mn+1相位相同；当k为奇数时，使Mn和Mn+1相位相反。
步骤B4中，判断Mn和Mn+1之间的相位差，如果相位相同，对应最小相位差，解调数据为偶数k＝2j；如果相位相反，对应最大相位差，解调数据为奇数k＝2j+1。
下面结合具体实施例对本发明作较为详细的描述。
附图说明
附图1、本发明中扩频示意图。
具体实施方式
实施例1，本实施例是一种在电力线载波通信时采用多进制PSK直接序列扩频通信的方法。该方法可以提高通讯效率，同时保留了直接序列扩频的部分增益。
标记PSK单个码元为T，码元T由t个连续时钟周期组成。t为自然数。如图1所示，该图第一行表示码元Mn是由m个单个PSK码元T组成，这里单个PSK码元T由t个时钟序列排列而成，在实践中，各时钟的相位根据需要设定，比如在二进制时，每个时钟就两个相位分别表示“0”和“1”，比如一个时钟周期采用1/2占空比的脉冲，“0”表示高电平在前(0相位)，“1”表示高电平在后(反相位180度)，当然可以有其它方式。对单个PSK码元T，可以根据需要定义t个时钟单元，确定其相位，对于另外一个码元T，可以采用反相位或者其它方式，这样单个PSK码元T可以根据其中的相位确定其可以表示“0”和“1”。
取直接序列扩频码为M，M由m个码元T组成，T0T1...T(m-1)，并且连续码元T之间存在的相位变化由扩频码决定。m为自然数。这样，直接序列扩频码M可以是一组二进制码。
本实施例采用PSK多进制直接序列扩频通讯，比如K进制，发送方在上述M0 M1M2...Mn Mn+1...位间隔中插入取整个PSK码元，(0≤k<K)，k为要传输的多进制数据位。并且，当k是偶数时，保持前后两个M序列的相位连续，相位差为0；当k是奇数时，使前后两个M序列的相位相反，相位差最大。
当k＝＝0时，传输序列为MnMn+1，且Mn和Mn+1同相；
当k＝＝1时，传输序列为MnMn+1，且Mn和Mn+1反相；
当1<k<K且k为偶数时，传输序列为且Mn和Mn+1同相；
当1<k<K且k为奇数时，传输序列为且Mn和Mn+1反相；如图1所示，K＝16，采用十六进制数时，当k＝8时，在两个相邻的M序列之间插入T1、T2、T3、T4，Mn和Mn+1同相。K＝9时，在两个相邻的M序列之间插入T1、T2、T3、T4，Mn和Mn+1反相。
接收方需要解调出k，即得到发送方传送的多进制数据。
解调方法是在Mn之后，选取下一段扩频码M，然后与Mn整体比较相位，记录相位差P0。整体比较相位的方法是两个序列按照时间顺序每一个对应时钟周期进行相位差计算并求和。接着隔一个PSK码元再选取一段扩频码M，与Mn比较相位，记录相位差P1，依此类推记录相位差P2...PJ，其中
取Mn和Mn+1理论相位差的最大值Pmax和最小值Pmin的中最大值Pmax和最小值Pmin的中值本实施例中，Pmin为0，P0P1P2...PK相对Pmid的最大偏差绝对值Pdif，记录其位置tj，此时的直接序列扩频码M就是直接序列扩频码Mn的下一段直接序列扩频码Mn+1；与Pdif对应的即为Pj。
因直接序列扩频码的特性，如果M选取错误包含了的一段，则M和Mn的相位差会明显差别于Mn和Mn+1的相位差。
如果相位相同，Pdif为负，对应最小相位差，解调数据为偶数k＝2j；如果相位相反，Pdif为正，对应最大相位差，解调数据为奇数k＝2j+1。
上面的函数f(x)为取整，也可以有其它方式的函数，如f(x)＝x等。
这里K为2时，k为0或1也就是二进制数时。
当k＝＝0时，传输序列为Mn Mn+1，且Mn和Mn+1同相；
当k＝＝1时，传输序列为Mn Mn+1，且Mn和Mn+1反相；
Mn Mn+1之间没有一个T序列。可见二进制时采用本实施例的方法与普通的二进制扩频是等效的。
但是，当直接序列扩频码位数M远大于K进制的K时，如K为16时，十六进制数，其通讯效率较高。比如对63位扩频码，传输16进制数据，最差的效率是二进制传输的(32*63)/((63+(16-1)/2)*8)＝3.6倍，其中32是二进制的位数，16是进制数，8是对应16进制的位数。最差效率对应传输32位数据为0xFFFFFFFF的情况，通常情况下平均效率要更高。

Claims (6)

1.一种多进制直接序列扩频通信方法，包括扩频方法和解扩方法，其特征在于：
扩频方法包括：
A1、标记单个码元为T，所述的码元T由t个连续时钟周期组成；t为自然数；
A2、取直接序列扩频码M，M由m个码元T组成，m为自然数；
A3、定义一个数据序列M0M1M2....MnMn+1...；n为自然数；
A4、将信源编码后形成K进制数据k，k为0、1、2、……K-1；
A5、在M0M1M2....MnMn+1...位间隔中插入j个码元T，这里j＝f(k)，式中j为自然数，f(x)是域0至范围内的单调增函数，且Mn和Mn+1之间的相位差由f(k)定义；
解扩方法包括：
B1、获取一个直接序列扩频码Mn；
B2、获取取下一段直接序列扩频码Mn+1；
B3、判断直接序列扩频码Mn与直接序列扩频码Mn+1之间间隔的码元T的个数j；
B4、根据j＝f(k)的反函数k＝f'(j)计数出k。
2.根据权利要求1所述的多进制直接序列扩频通信方法，其特征在于：所述的码元T为PSK调制码元。
3.根据权利要求2所述的多进制直接序列扩频通信方法，其特征在于：直接序列扩频码M中连续码元T之间存在的相位变化由扩频码决定。
4.根据权利要求2所述的多进制直接序列扩频通信方法，其特征在于：步骤A5中在M0M1M2....MnMn+1...位间隔中插入的码元T为相位连续的码元。
5.根据权利要求1至4中任一所述的多进制直接序列扩频通信方法，其特征在于：所述的步骤B2中，包括以下步骤：
B201、选取下一段直接序列扩频码M；
B202、用直接序列扩频码M与直接序列扩频码Mn整体比较相位，记录相位差P0；
B203、隔一个码元T再选取一段直接序列扩频码M，与直接序列扩频码Mn比较相位，记录相位差P1；
B204、依此类推记录相位差P2、P3直到PK；
B205、Mn和Mn+1理论相位差的最大值Pmax和最小值Pmin的中值取P0P1P2...PK相对Pmid的最大偏差绝对值Pdif，此时的直接序列扩频码M就是直接序列扩频码Mn的下一段直接序列扩频码Mn+1；与Pdif对应的即为Pj，j即为插入的码元T的个数。
6.根据权利要求5所述的多进制直接序列扩频通信方法，其特征在于：所述的步骤A5中，式中[]表示取整运算；当k为偶数时，使前后两个序列Mn和Mn+1相位相同；当k为奇数时，使Mn和Mn+1相位相反；
步骤B4中，判断Mn和Mn+1之间的相位差，如果相位相同，对应最小相位差，解调数据为偶数k＝2j；如果相位相反，对应最大相位差，解调数据为奇数k＝2j+1。
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