[发明专利]一种基于干扰消除的时隙ALOHA系统发送与接收方法

权利要求书

1.一种基于干扰消除的时隙ALOHA系统信号发送与接收方法,其特征在于，首先建立时隙ALOHA系统接收模型；具体时隙ALOHA系统接收装置组成为存储器与相关器、干扰消除、解调串联；存储器再和干扰消除连接以及本地训练序列与相关器连接；其次，时隙ALOHA系统信号在发送过程中随机使用不同训练序列用作接收端同步，在接收端通过训练序列的同步估计各个消息在时隙中的分布；最后通过干扰消除解出每个消息，从而在已发生消息碰撞的情况下恢复各个用户的消息；

所述时隙ALOHA系统接收模型的建立，假设时隙ALOHA协议中一帧长度为N个时隙，在一帧中有L个用户发送信号，建立时隙ALOHA系统接收模型的过程如下：

用户发送的消息形式：

s[i,n]＝[s_train[i],s_payload[i],s_guard]

其中s[i,n]表示第i个消息在时隙n的发射信号，在一帧内同一用户发送信号相同，因此对于n≤N均有s[i,m]＝s[i,n]＝s[i]；s_train[i]表示第i个消息的训练序列，训练序列的码型在T₁,T₂,…T_M中随机选择；s_payload[i]表示第i个用户需要发送的数据信息，s_guard为保护间隔，s_guard＝[0,0,…,0]；

时隙ALOHA系统接收模型在第n个时隙的接收信号波形：

其中δ[n]为第n个时隙的窗函数，即

其中slot n表示第n个时隙，others表示其他时隙，A_k[i,n]为第i个消息在时隙n中的信号幅度，D[i,n]为信号传播时延，φ[i,n]为相位偏移，Δω[i,n]为信号的频偏，w(n)为高斯白噪声，其双边带功率谱密度为σ_w²/2；

利用矩阵形式描述时隙ALOHA系统接收模型

r＝Hs+w

其中r为接收信号矢量，是N×1的矩阵r＝[r[1],r[2],…r[N]]^T：

s为发送信号矢量

其中H为N×L的矩阵，表示通信系统的信道，H的第i行第j列元素H_ij＝h[i,j]表示在第i个时隙接收到来及第j个用户消息的信道，如果第j个用户没有在第i个时隙下发送信号则H_ij为0；

w为大小为N×1的高斯白噪声矢量

该式反映了在高斯信道下时隙ALOHA系统接收模型。

2.根据权利要求1所述一种基于干扰消除的时隙ALOHA系统信号发送与接收方法,其特征在于，基于上述时隙ALOHA系统接收模型的信号发送方法的步骤如下：

步骤一：完成消息包的封装，使消息长度控制在一个时隙内，超过一个时隙的消息将分多次发送；

步骤二：训练序列许用码组为T_i,i＝1,2,…M，每个训练序列许用码型为长度为M的PN码或Walsh码；每个消息随机在训练序列许用码组里选择训练序列用作接收端同步；

步骤三：消息选择发送时隙发送信号，并等待接收端回应；

步骤四：当发送端在规定时间内未收到接收端回应时，随机选择时隙继续发送同一消息；直到收到接收端回应信号为止。

3.根据权利要求1所述一种基于干扰消除的时隙ALOHA系统信号发送与接收方法,其特征在于，基于上述时隙ALOHA系统接收模型的信号接收方法的步骤如下：

步骤一：对各个时隙的接收信号进行突发解调，若CRC校验正确，则回应ACK；当发生碰撞时CRC校验会失败，则不给发送端反馈信号；与此同时存储一帧长度内的所有数据r；

步骤二：设定初始条件训练序列标号i＝1；

步骤三：利用训练序列T_i对信号进行滑动相关，找出相关峰位置，存储相关峰个数、峰值位置、峰值大小；

步骤四：相关峰位置有以下几种情况，如果仅有一个相关峰，则该时隙存在一个信号；如果存在多个相关峰且多个相关峰在相同时隙出现，则认为是由多个不同用户同时在当前时隙发射的信号；如果相关峰的位置在不同时隙，则将这几个时隙的信号做互相关，若出现峰值，则认为是同一用户在不同时隙重复发送的信号，否则认为是不同用户在不同时隙发送的信号；根据上述几种情况能够确定使用当前训练序列用户个数L_i和每个用户发射信号的时隙位置n；

步骤五：当i＜M时，i＝i+1，返回步骤三，当i＝M时，转到步骤六；

步骤六：通过步骤三中相关峰的位置、幅度和相位信息计算每个消息的信道h[i,n]；再利用步骤四得到的各个信号的发射时隙位置；可以得到信道H中各个非零元素的值；

步骤七：利用接收信号矢量r和信道H通过下式估计原始信号s，

步骤八：对矢量中每行的信号进行解调，将解调结果满足CRC校验的数据留下，并向发送端反馈ACK，若CRC校验失败，该时隙数据丢弃，等待用户下一次发送；

步骤九：存储下一帧数据返回步骤二。