[发明专利]基于高速总线和GPU的快跳频多发多收系统通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于高速总线和GPU的快跳频多发多收系统通信方法，属于通信技术领域。 

背景技术

跳频技术是当今常用的一种扩频技术。在跳频通信中，收发双方都按照预定规律对传输信号的载波进行离散变化。跳频技术具有优良的抗干扰性能，已成为军用抗干扰通信技术的核心之一。根据跳频速率与符号速率的关系，跳频技术可以进一步分为慢跳频技术和快跳频技术。慢跳频(SFH)是指跳频速率比符号速率低，既多个符号通过一个载频传输。快跳频(FFH)是指跳频速率比符号速率高，既一个符号内载频多次跳变。通过在一个符号周期内进行多次频率跳变，快跳频可以实现频率分集增益。 

多发多收(MIMO)技术作为未来无线通信系统的关键技术之一，能够通过充分利用空间资源，获得高空间分集，从而在不需要展宽频谱带宽的前提下提高信道容量。MIMO使用多个发送天线和接收天线来接收信号，可以在发送端引入波束成形、时空编码等技术，并可在接收端将所接收信号按一定算法进行合并，提高系统可靠性。 

传统的跳频系统通常采用单发送天线单接收天线结构，抗信道衰落能力弱，且无法实现空间分集。而且其频谱利用率较低，在当前频谱资源日益紧张的情况下，极大的限制了跳频系统的应用。 

高速总线，以PCIE总线为例，相比传统PCI总线的共享并行架构，给系统中的每个设备都分配了专用连接，而不是对整个总线发出带宽请求，可以以很高的速率传输数据。配合高速GPU，可以实现对多频带跳频信号的同时解调，提高频谱利用率，使得上述限制跳频系统应用的若干因素在特定情况下得以适当缓解和解决。 

发明内容

本发明的目的在于改善现有跳频技术无法实现空间分集、频谱利用率较低的 不足，提供一种基于高速总线和GPU的快跳频多发多收(MIMO)系统通信方法，以实现更高分集以及更高频谱利用率，能够提高分集阶数、克服信道衰落并提高系统可靠性。 

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。 

本发明的一种基于高速总线和GPU的快跳频MIMO系统通信方法，具体步骤如下： 

步骤1，调制准备发送的信源信号。若信源信号为单路信号，则经过串并转换为多路信号后进行调制；若信源信号为多路信号，则直接进行调制。 

步骤2，将步骤1得到的调制后的多路信号用多个快速跳频混频器分别对其进行混频，每个混频器的跳频图案不同，由此得到多路混频信号。其中，跳频图案的选择原则为：同一时刻不能有多个混频器使用同一频率对信号进行混频，并且每个混频器的跳频速度相同。 

步骤3，将步骤2得到的多路混频信号经由多路天线发送，其中每一路信号对应一根发送天线。 

步骤4，在多根接收天线接收到步骤3发送的信号后，使用GPU并行处理和高速总线传输技术，采用实现快速同步的算法达到同步；然后设计与发送端各支路对应的跳频图案进行下变频。 

接收端的跳频图案具体设计规则为： 

在接收端用一台混频器通过比发送端更快的跳频速度同时对多根接收天线收到信号的跳频图案进行追踪以及下变频。混频器跳频图案的跳频变化在每一个发送端载波跳频周期内遍历每一路接收信号的载波频率，在一个跳频周期内完成对每一路接收信号的下变频操作，以此实现接收端各个接收支路对各路发送天线所发送信号的下变频。 

步骤5，在接收端使用最大比合并(MRC)方法对步骤4下变频后的各路信号进行处理，再用最大似然判决器得到判决结果，最终通过逆映射还原信源所传送的信息。 

有益效果 

1.本发明采用MIMO发送、接收分集技术与快速跳频技术结合，使得系统能够获得快跳频带来的频率增益的同时，还能获得空间增益；系统总体的增益阶数为L(每符号跳频次数)×T(发送天线数量)×R(接收天线数量)；本通 信系统在对抗信道衰落以及抗干扰上表现良好。 

2.本发明在接收端采用并行处理技术，通过引入高效同步算法以及伪码技术，并使用高速总线和GPU，在接收端对跳频信号进行同步所需的时间能够大大降低。在本发明采用的跳频图案设计规则下，可以实现用一个混频器对多个不同跳频图案的信号同时跟踪，降低了接收端的成本。 

3.本发明在相同频谱带宽内通过多根发送天线进行不同跳频图案的信号发送，能够显著提高频带利用率(理论上与发送天线数量成正比)。不同天线发送的信号由于跳频图案不同而大大降低了频带干扰。 

4.在本发明中，发送端同时发射多个使用不同跳频图案的信号，需要同时对多路信号进行同步才能正确得到发送信息，增加了捕获难度，提高了信号的保密性。 

附图说明