[发明专利]一种基于MIMO的TDCS发射机、接收机、系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于基于多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput，MIMO)的变换域通信系统(TransformDomainCommunicationSystem，TDCS)的改进方案，引入MIMO结构和多用户检测算法，特别适用在需要提高数据率的系统中。。

背景技术

无线频谱是无线电通信中宝贵的自然资源，一般采用固定分配的方式，由政府机关授权使用。由于通信行业的迅速发展，无线频谱资源贫乏的问题日益严重，然而，大多数频段的频谱并没有被充分使用。这就造成了一些频带大部分时间内并没有被任何用户使用，而其他频带使用竞争则相对很激烈。为了解决上述问题，提出了认知无线电技术，变换域通信系统TDCS以其灵活的频谱利用、独特的抗干扰及低截获(LPI)特性,被视为认知无线电中一项潜在的候选技术。

基于认知无线电架构的TDCS系统的核心思想是，首先利用频谱感知模块扫描外部的电磁环境，并通过频谱判决模块筛选出空闲的频谱资源，然后在空闲频谱资源上分配伪随机多相序列进行频域软扩频。一方面，系统的频谱感知模块能够实时扫频，从而得到能够动态适应外界电磁环境变化的频谱效用序列，在提高频谱利用率的同时，主动避开了信号干扰；另一方面，由于CCSK调制仅仅改变伪随机频谱效用序列中每个元素的相位特性，因此调制后的数据仍然具有平坦的功率谱特征，具有低捕获概率。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明结合SCMA系统的特点，提供一种基于MIMO的TDCS发射机、接收机、系统和方法，利用SCMA的多址传输特性，在用户和频点两个维度上对时域资源块进行相位旋转，并利用码本的稀疏特性，通过少量低维IFFT运算即可获得较多的备选序列。

为实现上述发明目的，本发明基于MIMO的TDCS发射机，其特征在于：包括：

一频谱感知模块，用于将整个信号带宽分为N个子载波，将所述N个子载波发送至频谱判决模块。

一频谱判决模块，用于根据预设门限确定接收到频谱感知模块发送的子载波的可用性，并生成频谱效用序列。

一随机相位映射模块，用于产生伪随机多相序列P⁽ⁱ⁾，所述伪随机多相序列P⁽ⁱ⁾与频谱判决模块生成的频谱效用序列A进行逐元素相乘，得到基础调制波形的频域序列B⁽ⁱ⁾，对所述B⁽ⁱ⁾进行缩放、逆傅里叶变换(IFFT)和CCSK调制，将CCSK调制后的信号发送到天线模块，其中，i表示天线编号，i＝{1,2,3,...,N_t}，N_t为发射天线个数，所述随机相位映射模块包括：一IFFT模块，用于对所述B⁽ⁱ⁾进行逆傅里叶变换(IFFT)，并与归一化因子λ相乘后得到基础调制波形的时域序列b⁽ⁱ⁾，将所述基础调制波形的时域序列b⁽ⁱ⁾发送到CCSK调制模块；一CCSK调制模块，用于对接收到的b⁽ⁱ⁾进行CCSK调制。

一天线模块，用于发射经过CCSK调制后的信号。

本发明基于MIMO的TDCS接收机，其特征在于：包括：

一天线模块，用于接收发射机发射出的信号，并完成信道估计，将完成信道估计的信号发送至FFT模块，所述天线模块包括：一信道均衡模块，用于弥补信道对信号造成的失真；一多用户检测模块，用于分离叠加的信号。

一FFT模块，用于将接收到的信号转变为频域接收信号将所述频域接收信号与本地生成的基础调制波形的频域序列B^(l)的共轭逐项相乘，将得到的频域矢量发送至IFFT模块，其中，表示经过多用户检测算法后的得到的估计信号，l为接收天线的编号，l＝1,2,3,...,N_r。

一IFFT模块，用于将得到的频域信号转换为时域矢量y，并将所述时域矢量y发送至解调检测模块。

一解调检测模块，用于判决解调，将解调得到的N_r个数据排序，构成序列，其中，N_t＝N_r。

本发明基于MIMO的TDCS的系统，其特征在于，包括本发明提出的基于MIMO的TDCS发射机和接收机。

基于MIMO的TDCS发射方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将信号带宽分为N个子载波；