專利名稱：基于高速總線和gpu的快跳頻多發(fā)多收系統(tǒng)通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于高速總線和GPU的快跳頻多發(fā)多收系統(tǒng)通信方法，屬于通信 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
跳頻技術(shù)是當(dāng)今常用的一種擴(kuò)頻技術(shù)。在跳頻通信中，收發(fā)雙方都按照預(yù)定規(guī)律 對傳輸信號的載波進(jìn)行離散變化。跳頻技術(shù)具有優(yōu)良的抗干擾性能，已成為軍用抗干擾通 信技術(shù)的核心之一。根據(jù)跳頻速率與符號速率的關(guān)系，跳頻技術(shù)可以進(jìn)一步分為慢跳頻技 術(shù)和快跳頻技術(shù)。慢跳頻(SFH)是指跳頻速率比符號速率低，既多個符號通過一個載頻傳 輸?？焯l(FFH)是指跳頻速率比符號速率高，既一個符號內(nèi)載頻多次跳變。通過在一個 符號周期內(nèi)進(jìn)行多次頻率跳變，快跳頻可以實現(xiàn)頻率分集增益。多發(fā)多收(MIMO)技術(shù)作為未來無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，能夠通過充分利 用空間資源，獲得高空間分集，從而在不需要展寬頻譜帶寬的前提下提高信道容量。MIMO使 用多個發(fā)送天線和接收天線來接收信號，可以在發(fā)送端引入波束成形、時空編碼等技術(shù)，并 可在接收端將所接收信號按一定算法進(jìn)行合并，提高系統(tǒng)可靠性。傳統(tǒng)的跳頻系統(tǒng)通常采用單發(fā)送天線單接收天線結(jié)構(gòu)，抗信道衰落能力弱，且無 法實現(xiàn)空間分集。而且其頻譜利用率較低，在當(dāng)前頻譜資源日益緊張的情況下，極大的限制 了跳頻系統(tǒng)的應(yīng)用。高速總線，以PCIE總線為例，相比傳統(tǒng)PCI總線的共享并行架構(gòu)，給系統(tǒng)中的每個 設(shè)備都分配了專用連接，而不是對整個總線發(fā)出帶寬請求，可以以很高的速率傳輸數(shù)據(jù)。配 合高速GPU，可以實現(xiàn)對多頻帶跳頻信號的同時解調(diào)，提高頻譜利用率，使得上述限制跳頻 系統(tǒng)應(yīng)用的若干因素在特定情況下得以適當(dāng)緩解和解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改善現(xiàn)有跳頻技術(shù)無法實現(xiàn)空間分集、頻譜利用率較低的不 足，提供一種基于高速總線和GPU的快跳頻多發(fā)多收(MIMO)系統(tǒng)通信方法，以實現(xiàn)更高分 集以及更高頻譜利用率，能夠提高分集階數(shù)、克服信道衰落并提高系統(tǒng)可靠性。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種基于高速總線和GPU的快跳頻MIMO系統(tǒng)通信方法，具體步驟如下步驟1，調(diào)制準(zhǔn)備發(fā)送的信源信號。若信源信號為單路信號，則經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換為多 路信號后進(jìn)行調(diào)制；若信源信號為多路信號，則直接進(jìn)行調(diào)制。步驟2，將步驟1得到的調(diào)制后的多路信號用多個快速跳頻混頻器分別對其進(jìn)行 混頻，每個混頻器的跳頻圖案不同，由此得到多路混頻信號。其中，跳頻圖案的選擇原則為 同一時刻不能有多個混頻器使用同一頻率對信號進(jìn)行混頻，并且每個混頻器的跳頻速度相 同。步驟3，將步驟2得到的多路混頻信號經(jīng)由多路天線發(fā)送，其中每一路信號對應(yīng)一根發(fā)送天線。步驟4，在多根接收天線接收到步驟3發(fā)送的信號后，使用GPU并行處理和高速總 線傳輸技術(shù)，采用實現(xiàn)快速同步的算法達(dá)到同步；然后設(shè)計與發(fā)送端各支路對應(yīng)的跳頻圖 案進(jìn)行下變頻。接收端的跳頻圖案具體設(shè)計規(guī)則為在接收端用一臺混頻器通過比發(fā)送端更快的跳頻速度同時對多根接收天線收到 信號的跳頻圖案進(jìn)行追蹤以及下變頻。混頻器跳頻圖案的跳頻變化在每一個發(fā)送端載波跳 頻周期內(nèi)遍歷每一路接收信號的載波頻率，在一個跳頻周期內(nèi)完成對每一路接收信號的下 變頻操作，以此實現(xiàn)接收端各個接收支路對各路發(fā)送天線所發(fā)送信號的下變頻。步驟5，在接收端使用最大比合并(MRC)方法對步驟4下變頻后的各路信號進(jìn)行處 理，再用最大似然判決器得到判決結(jié)果，最終通過逆映射還原信源所傳送的信息。有益效果1.本發(fā)明采用MIMO發(fā)送、接收分集技術(shù)與快速跳頻技術(shù)結(jié)合，使得系統(tǒng)能夠獲得 快跳頻帶來的頻率增益的同時，還能獲得空間增益；系統(tǒng)總體的增益階數(shù)為L(每符號跳頻 次數(shù))XT(發(fā)送天線數(shù)量)XR(接收天線數(shù)量)；本通信系統(tǒng)在對抗信道衰落以及抗干擾 上表現(xiàn)良好。2.本發(fā)明在接收端采用并行處理技術(shù)，通過引入高效同步算法以及偽碼技術(shù)，并 使用高速總線和GPU，在接收端對跳頻信號進(jìn)行同步所需的時間能夠大大降低。在本發(fā)明采 用的跳頻圖案設(shè)計規(guī)則下，可以實現(xiàn)用一個混頻器對多個不同跳頻圖案的信號同時跟蹤， 降低了接收端的成本。3.本發(fā)明在相同頻譜帶寬內(nèi)通過多根發(fā)送天線進(jìn)行不同跳頻圖案的信號發(fā)送，能 夠顯著提高頻帶利用率(理論上與發(fā)送天線數(shù)量成正比)。不同天線發(fā)送的信號由于跳頻 圖案不同而大大降低了頻帶干擾。4.在本發(fā)明中，發(fā)送端同時發(fā)射多個使用不同跳頻圖案的信號，需要同時對多路 信號進(jìn)行同步才能正確得到發(fā)送信息，增加了捕獲難度，提高了信號的保密性。


圖1為本發(fā)明的快跳頻多發(fā)多收系統(tǒng)通信方法的流程圖；圖2為具體實施方式
中基于高速總線和GPU的快跳頻MIMO系統(tǒng)的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖；圖3為具體實施方式
中發(fā)送端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖4為具體實施方式
中接收端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖5為具體實施方式
中發(fā)送端混頻器跳頻圖案，具體表示了兩個偽隨機碼產(chǎn)生器 各自的PN序列對應(yīng)跳頻圖案的圖形表示；
圖6為具體實施方式
中接收端混頻器跳頻圖案，具體表示了接收端偽隨機碼產(chǎn)生器產(chǎn) 生的下混頻PN序列對應(yīng)跳頻圖案的圖形表示。
具體實施例方式為了使得本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、所用技術(shù)與創(chuàng)新特點更易于理解，下面結(jié)合附圖和 實施例，進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行闡述。本實施例以采用PSK調(diào)制，雙發(fā)送天線雙接收天線，以每符號4跳快跳頻系統(tǒng)為例。調(diào)制方式參數(shù)設(shè)置本實施例采用4FSK作為調(diào)制方式，數(shù)據(jù)比特周期設(shè)為0. 001秒，則相應(yīng)的MFSK的 碼符號周期為0. 002。MFSK信號載頻中心頻率設(shè)為50000Hz，單個載頻的頻率間隔取fs = 1/Ts = 500Hz?？焯l參數(shù)設(shè)置每符號周期內(nèi)四次跳頻，跳頻頻率個數(shù)設(shè)為80。跳頻信號中心頻率fh取為 100000Hz。信道設(shè)置為瑞利信道，信噪比設(shè)為0.由于本實施例中接收端需要對多路跳頻信號同時追蹤和同步，需要使用快同步技 術(shù)，所以在接收端需要使用高速總線和GPU才能滿足運算速度要求。本實施例在接收端采 用PCIE高速總線和Nvidia Tesla 2050 GPU，以達(dá)到足夠快的變頻以及同步速度。根據(jù)發(fā)明內(nèi)容中所描述的技術(shù)方案，針對本實施例的雙發(fā)送雙接收要求所設(shè)計的 通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，發(fā)送端和接收端的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分別如圖2、圖3所示。 三個偽隨機序列發(fā)生器(發(fā)送端兩個和接收端一個)發(fā)生的偽隨機碼互相不同，具體生成 規(guī)則如下發(fā)送端的兩個偽隨機碼發(fā)生器以相同的比特率發(fā)出彼此不同的偽隨機碼。設(shè)在從 t時刻開始一個載波周期內(nèi)兩個偽隨機碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機碼分別為PN1 = [Staa, sta, 2，· . · stjljL, st+iaa, St+ljlj2, · · · st+ia,L, · · · ] (L 為每符號持續(xù)時間內(nèi)跳頻次數(shù))和 PN2 = [St, 2,!' St,2,2，...St,2,L, St+1,2,i; St+1,2,2，...St+1,2,L, ·..]，則接收端的偽隨機碼發(fā)生器以兩倍的 比特率產(chǎn)生偽隨機碼，并且在每一跳時間T。內(nèi)為發(fā)送端兩個偽隨機碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機 碼的結(jié)合(從t時刻開始PNr = [staa ，St，l，2，· · · St，l，L，St，2，l，St，2，2，· · · St，2，L，St+l，l，l，St+l，l， 2，. . . st+1,u，st+1,2a, st+1,2,2, . . . st+1,2,L,...])，由此生成的發(fā)送端和接收端混頻器的跳頻圖 案如圖4，圖5所示。使用上述偽隨機碼生成的跳頻圖案控制各個混頻器進(jìn)行跳頻，可以實現(xiàn)在接收端 對兩路發(fā)送天線所發(fā)信號同時進(jìn)行追蹤以及下混頻操作，從而分別得到所發(fā)信息。為了降 低頻帶干擾，本實施例設(shè)計的發(fā)射端信號的兩個跳頻圖案在同一時刻不使用同一頻率。接收端對所收到的信號用一個混頻器進(jìn)行下混頻后，區(qū)分開多根天線所傳送的對 應(yīng)不同跳頻圖案的信號。再用MRC對其進(jìn)行處理得到合成信號，送至最大似然判決器進(jìn)行 判決，最終通過逆映射得到傳送信息。在本實施例中使用本發(fā)明方法進(jìn)行收發(fā)測試，所得誤碼率為0. 0051，傳輸比特率 為2000bps。而使用傳統(tǒng)單發(fā)單收方法以同樣速率傳輸數(shù)據(jù)所得誤碼率為0. 0033，傳輸比 特率為1000bps。由此證明本發(fā)明方法能夠快速完成多發(fā)多收通信，顯著了提高頻帶利用 率，且具有較好的抗干擾性能。以上列舉的僅僅是一種適合于本發(fā)明的實施例，并不是限定例，本發(fā)明的范圍的 保護(hù)范圍并不被此限定。本發(fā)明所涵蓋精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、改進(jìn)以及等同替 換等等，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于高速總線和GPU的快跳頻多發(fā)多收系統(tǒng)通信方法，其特征在于具體通過 以下步驟實現(xiàn)步驟1，調(diào)制準(zhǔn)備發(fā)送的信源信號；若信源信號為單路信號，則經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換為多路信 號后進(jìn)行調(diào)制；若信源信號為多路信號，則直接進(jìn)行調(diào)制；步驟2，將步驟1得到的調(diào)制后的多路信號用多個快速跳頻混頻器分別對其進(jìn)行混頻， 每個混頻器的跳頻圖案不同，由此得到多路混頻信號；步驟3，將步驟2得到的多路混頻信號經(jīng)由多路天線發(fā)送，其中每一路信號對應(yīng)一根發(fā) 送天線；步驟4，在多根接收天線接收到步驟3發(fā)送的信號后，使用GPU并行處理和高速總線傳 輸技術(shù)，采用實現(xiàn)快速同步的算法達(dá)到同步；然后采用與發(fā)送端各支路對應(yīng)的跳頻圖案進(jìn) 行下變頻；接收端所采用的跳頻圖案為在接收端用一臺混頻器通過比發(fā)送端更快的跳頻速度同時對多根接收天線收到信號 的跳頻圖案進(jìn)行追蹤和下變頻；混頻器跳頻圖案的跳頻變化在每一個發(fā)送端載波跳頻周期 內(nèi)使用到每一路接收信號的載波頻率，并在一個跳頻周期內(nèi)完成對每一路接收信號的下變 頻操作，以此實現(xiàn)接收端各個接收支路對各路發(fā)送天線所發(fā)送信號的下變頻；步驟5，在接收端使用最大比合并方法對步驟4下變頻后的各路信號進(jìn)行處理，再用最 大似然判決器得到判決結(jié)果，最終通過逆映射還原信源所傳送的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高速總線和GPU的快跳頻多發(fā)多收系統(tǒng)通信方法， 其特征在于所述步驟2中跳頻圖案的選擇原則為同一時刻不能有多個混頻器使用同一 頻率對信號進(jìn)行混頻，并且每個混頻器的跳頻速度相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于高速總線和GPU的快跳頻多發(fā)多收系統(tǒng)通信方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用多發(fā)多收發(fā)送、接收分集技術(shù)與快速跳頻技術(shù)相結(jié)合；在接收端采用并行處理技術(shù)，通過引入高效同步算法以及偽碼技術(shù)，并使用高速總線和GPU，在接收端對跳頻信號進(jìn)行同步所需的時間能夠大大降低。在本發(fā)明采用的跳頻圖案設(shè)計規(guī)則下，可以實現(xiàn)用一個混頻器對多個不同跳頻圖案的信號同時跟蹤，降低了接收端的成本；發(fā)送端同時發(fā)射多個使用不同跳頻圖案的信號，需要同時對多路信號進(jìn)行同步才能正確得到發(fā)送信息，增加了捕獲難度，提高了信號的保密性。
文檔編號H04B1/713GK102082592SQ201010606028
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者盧繼華, 周榮花, 李祥明, 樊芳芳, 黎悟淵 申請人:北京理工大學(xué)