[发明专利]一种基于压缩感知的通信系统、通信方法及装置

说明书

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于压缩感知的通信系统、通信方法及装置。所述系统包括：发射机、预编码系统和接收机；所述发射机包括：扩频调制单元和副载波调制单元；所述接收机包括：卷积单元、采样器、时钟、序列产生器和译码器；所述扩频调制单元，用于将基带信号和伪码进行结合，进行扩频调制，生成扩频调制信号；所述副载波调制单元，用于将扩频调制信号和副载波单元进行结合生成调制信号；所述预编码系统将调制信号进行预编码，生成预编码信号，将预编码信号发送到接收机；实现简单、算法复杂度低、降低系统功耗和器件成本。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于压缩感知的通信系统、通 信方法及装置。

背景技术

传统A/D采用香农-奈奎斯特采样理论，采样速率至少等于信号带宽的 两倍才能无失真地恢复。香农-奈奎斯特采样理论是可以重构信号的充分条 件，而不是必要条件。理论上存在另外一种低于奈奎斯特速率的采样方法， 通过这种方法也可以重构恢复原信号。压缩感知(Compressed Sensing，CS) 就是这样一种革命性的采样转换技术，如果信号可以稀疏表示，压缩感知能 够从少于香农-奈奎斯特采样的样值中恢复信号。无线通信中的信号大多可 以稀疏表示，例如超宽带信号在时域中可以稀疏表示，跳频信号在频域可以 稀疏表示。

压缩感知用于重构可稀疏表示的信号，使其不失真地以奈奎斯特速率表 示。一些应用有时候只关心传输信号中的信息，而不需要重构原信号。压缩 信号处理是一种直接处理压缩后信号的方法，它只是关心信号中的有用信息 而不是重构。区别于压缩信号的恢复，本文对信号传输信道的估计和信号的 检测更感兴趣，文中主要解决二进制偏移载波调制信号检测问题。压缩感知 已经应用到扩频系统中伪随机序列的捕获，相关峰值在码相位和频偏组成的 二维空间中是稀疏的。CS可以用于降低GPS接收机的采样频率，但是其硬 件实现较为复杂。

现代GPS、Galileo、北斗等导航卫星系统中，都启用了二进制偏移载波 (BinaryOffset Carrier，BOC)调制技术。与传统的BPSK相比，BOC调制在 载波调制之前增加了一个副载波调制环节。副载波是基于正弦相位或者余弦 相位的方波，这两种分别记为BOCsin(Kn，n)和BOCcos(Kn，n)，其中K表 示副载波频率与伪码速率的比值，n表示伪码速率与f0＝1.023MHz的比值。 与BPSK信号频谱分布在载波处不同，BOC信号的频谱主瓣分布在载频±Knf0处，这使得BOC信号具有更宽的频谱，其带宽通常记为副载波频率与 伪码码率之和的两倍。

大规模多输入多输出(MIMO)技术能够大幅度提升系统容量，降低不 同用户间的干扰，但因其系统中信道维度高、信道估计和预编码算法复杂等 因素，使得系统软硬件开销都会增。

下一代无线通信系统致力于达到每秒吉比特以上的数据吞吐率以支持 高速率的多媒体业务。毫米波频段(30～300GHz)尚存在大量未使用的频 谱，可利用的频带宽，信息容量大，成为下一代通信系统中提高数据速率的 主要手段。然而，毫米波通信面临的一个主要问题是自由空间路损使得接收 端信号产生大幅度衰减。不仅如此，当信号穿过雨、雾或收发两端之间存在 障碍物时，衰减会更加严重，甚至会引起信号中断。因此，克服信号传输过 程中的衰减和损耗，提升系统容量成为毫米波通信技术研究的主要方向。

大规模多进多出(MIMO)技术是在基站端部署大规模阵列，与传统 MIMO相比能够有效抵抗不同用户之间的干扰，显著提升系统的容量。毫米 波频段的天线尺寸很小，为配备大规模天线阵列提供了可能。基站天线数量 可远大于用户数，故系统可以获得很高的复用增益、分集增益和阵列增益。 另外，大规模MIMO能够将信号能量聚焦在很窄的波束上，有效地提升了能 量效率。在大规模MIMO系统中，预编码技术是下行链路中至关重要的信号处理技术，其利用发送端的信道状态信息(CSI)，将调制过的符号流变换 成适应当前信道的数据流，将信号能量集中到目标用户附近，有效对抗衰减 和损耗，提升了系统性能。因此，研究毫米波大规模MIMO系统中的预编码 技术对推进下一代无线通信的发展有重要意义。