[发明专利]一种基于扩频技术实现体内超声波通信的速率控制方法

权利要求书

1.一种基于扩频技术实现体内超声波通信的速率控制方法，其特征在于包括：发送节点对信源信息进行信道编码、选择扩频方式、BPSK调制，发送的超声波短脉冲信号通过人体信道，接收节点根据干扰和信道情况，对通信速率的优化问题进行建模和求解并确定最优码长和帧长，然后通知发送节点调整信道编码的码长和扩频的帧长，在满足通信误码率时最大化传输速率；

其中，所述对通信速率的优化问题进行建模为：

最大化：R_s(N_h,s,N_s,s)

约束条件：R_s(N_h,s,N_s,s)≥R_min

SINR_r(N_h,s,N_s,s)≥SINR_min

其中，发送节点s扩频的帧长为N_h,s，信道编码的码长为N_s,s时传输速率T_c为一个时隙的长度，R_min为发送节点的最低传输速率；

接收节点r的信噪比P为一帧时间N_h,sT_c内的信号平均功率，g_s,r为发送节点s到接收节点r的路径增益，g_k,r为干扰节点k到接收节点r的路径增益，η为信道噪声能量，σ²为由接收机和脉冲形状决定的无量纲参数；I_r为接收节点r的干扰链路集合；SINR_min为满足通信误码率最低要求时的信噪比；

所述对通信速率的优化问题求解，先求得最佳帧长和码长的乘积为：

其中，α_r＝Pg_s,rT_c为接收节点r一个时隙的信号能量，P为一帧时间N_h,sT_c内的信号平均功率，g_s,r为发送节点s到接收节点r的路径增益，β_k＝σ²T_cPg_k,r为干扰节点k一个时隙的干扰噪声能量，η为信道噪声能量，为向上取整函数，为接收信号一个时隙的信噪比；N_h,max为发送节点进行扩频调制的最大帧长度，N_s,max为发送节点进行信道编码的最大码长度；

从而最佳帧长N_h,s取满足最佳帧长码长乘积的最大整数值，最佳码长N_s,s取满足最佳帧长码长乘积的最小整数值；

由最佳帧长和码长的乘积得到最大化通信速率优化算法的解：

2.根据权利要求1所述的一种基于扩频技术实现体内超声波通信的速率控制方法，其特征在于，体内超声波信号平均功率单位为μW级，发送节点的干扰节点产生总干扰噪声小于信道噪声时，采用直接序列扩频方式提高信噪比、降低误码率；发送节点的干扰节点产生总干扰噪声大于信道噪声时，采用跳时扩频方式保持低功耗。

3.根据权利要求2所述的一种基于扩频技术实现体内超声波通信的速率控制方法，其特征在于，所述跳时扩频方式的扩频序列为信源信息第i个信息符号的扩频序列取N_s个取值范围为[0,N_h-1]的伪随机数；所述直接序列扩频方式的扩频序列为信源信息第i个信息符号的扩频序列取长度为N_h的PN序列。

4.根据权利要求1所述的一种基于扩频技术实现体内超声波通信的速率控制方法，其特征在于，所述发送节点对信源信息进行信道编码，不同发送节点采用根据节点ID选择不同的正交扩展码进行信道编码，正交扩展码的码长为N_s，扩频序列的帧长为N_h。

5.根据权利要求1所述的一种基于扩频技术实现体内超声波通信的速率控制方法，其特征在于，所述超声波短脉冲信号的单脉冲宽度不超过500ns。