[发明专利]一种基于正交时频拓展的扩频通信方法

说明书

本发明提供了一种基于正交时频拓展的扩频通信方法，由离散辛傅里叶变换和多载波复用系统共同构成，发送端首先将时间‑频率域变换到时延‑多普勒域，并在时延‑多普勒域进行调制，最后再将时延‑多普勒域中的调制符号映射到时间‑频率域中进行发射，接收端相反。本发明采用了扩频技术结合OTFS的技术手段，不仅能够提升了在高动态条件下的传输性能，而且能够有效降低信号被截获的概率，可应用于保密通信中，常规的通信方式在被捕获后无需先验信息即可被破解，而本发明中即使信号被窃听者捕获，若窃听者对信号的帧格式、调制阶数等条件不明确则无法进行破解。

技术领域

本发明涉及正交时频拓展(OTFS)领域，尤其是利用OTFS结合扩频技术进行无线安全通信。

背景技术

信号低截获是指通过某些手段，使得信号很难被非合作方接收机检测或者截获，扩频通信被广泛应用于各类抗干扰低截获系统中。它分为直扩、调频和跳时三种，其中直扩通过伪随机序列对频谱进行拓展，降低信号的功率谱密度，使信号在噪底之下，从而达到低截获的目的。

正交频分复用技术(OFDM)被大量应用于现在的通信方式中，例如4G通信，它通过多个正交的子载波来对数据进行传输，相比于频分多址技术提升了频带的利用率，但缺点就在于OFDM会受到频率偏移的影响，这也导致了在高动态传输中，OFDM的传输性能收到了限制。随着无人机技术的高速发展，高动态通信的应用场景越来越常见。

OTFS可以看作是一种在OFDM上的改进技术，它通过将传统的时间-频率域转换到时延-多普勒域，从而提升在高动态的条件下的传输性能。结合了OTFS的扩频通信，不仅可以提升信号的抗截获能力，更能适应高动态的环境。同时时延-多普勒域作为一种非传统变换域，也能一定程度上的起到抗截获的效果。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于正交时频拓展的扩频通信方法，为了应对无人机中常见的高动态无线隐蔽通信问题。

OTFS与OFDM不同，是一种二维拓展方式，由离散辛傅里叶变换和多载波复用系统共同构成，发送端首先将时间-频率域变换到时延-多普勒域，并在时延-多普勒域进行调制，最后再将时延-多普勒域中的调制符号映射到时间-频率域中进行发射，接收端相反。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案主要包括以下步骤：

步骤1：假设每块数据包发送的非归零码为a[k]，k＝0,1,2,…,K-1；

步骤2：通过长度为L非归零伪随机码c_k[l]对b[k]进行拓展得到b[l,k]，其中，l＝0,1,2,…,L-1；

步骤3：对信息码块的每一路串行数据进行M-PSK调制，得到调制离散符号x[l,r]，r＝0，1,2,…,R-1，其中R表示的是调制符号数，存在关系R＝K/log₂(M)，M表示数据的调制阶数；

步骤4：定义逆离散辛傅里叶变换变换，记作ISFFT(x[l,r])，得到信息码块的逆离散辛傅里叶变换X[p,q]，其中p,l＝0,1,…,L-1；q,r＝0,1,…,R-1；

步骤5：通过Heisenberg变换得到发射端的发送基带信号s(t)；

步骤6：假设时变信道的冲击响应为h(τ,ν)，其中τ为时延，ν为多普勒频移，接收机接收信号为r(t)；

步骤7：在接收端匹配滤波器计算交叉模糊函数接收信号经Wigner变换得到：

步骤8：再对Y[p,q]进行SFFT变换得到：记作SFFT(Y[p,q])；

步骤9：经MAP检测恢复调制符号x[l,r]；

步骤10：对x[l,r]进行M-PSK解调，得到的扩频后发送信号比特信息