CN106301736B - 一种基于ocml的空时编码方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于OCML的空时编码方法与装置，该方法包括以下步骤：1)接收信息源输出的数据进行调制；2)对调制后的数据进行Alamouti编码得到的编码矩阵；3)对编码矩阵进行OCML加密，得到加密后的正交编码矩阵；4)在发射端，通过不同的发射天线和不同的时隙将此新的编码矩阵发送出去。本发明比起现有的移动通信***，本发明增强了***的保密性，***的性能和容量也大大提高，有着十分良好的应用前景。

Description

一种基于OCML的空时编码方法与装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于OCML的空时编码方法与装置。
背景技术
空时编码是抗信道衰落和提高***容量的一种新的编码方法，它适合于多天线阵信道，综合了空间分集和时间分集的优点，同时提供分集增益和编码增益，能获得远远高于传统单天线***的频带利用率。Alamouti空时分组编码方案是空时编码的一种，该方案利用信号的正交性，根据一定的编码规则，产生正交的空时分组编码矩阵，然后在不同的天线和不同的时隙上发射，实现空时联合编码，使得信号传输速率和***性能大大提高。若x1和x2为编码器在每一次编码操作中取出的两个调制符号的一个分组，则经过Alamouti空时编码可得第一个发射天线的序列为第二个发射天线的序列为Alamouti方案的主要特征是两根发射天线的发射序列是正交的，即两序列的内积为零。
时空混沌***具有伪随机性、非周期性、长期不可预测性以及各态历经的特点，同时，时空混沌也表现出十分良好的随机性、保密性和正交性。
目前，基于Alamouti的空时编码技术已经成为各研究机构的热点，并且已经扩展到多天线***和空时编码结合，是空间资源利用技术的发展方向，其编码的规则与思想也是基于Alamouti编码方案的。从以上描述中可知，该编码方案规则比较简单，容易破解，通信的保密性不够好，同时***的性能和信道容量还有提高的空间。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于OCML的空时编码方法与装置，本发明方法将正交的空时编码与有着良好正交性和保密性的单向耦合映像格子OCML结合起来进行空时编码，以增强***的保密性，进一步提高***的性能和信道容量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于OCML的空时编码方法，包括以下步骤：
1)接收信息源输出的数据进行调制；
2)对调制后的数据进行Alamouti编码得到的编码矩阵；
3)对编码矩阵进行OCML加密，得到加密后的正交编码矩阵；
4)在发射端，通过不同的发射天线和不同的时隙将此新的编码矩阵发送出去。
按上述方案，所述步骤1)中采用的调制方式为QPSK调制。
按上述方案，所述步骤3)中进行OCML加密采用的矩阵为利用分块法从N X I矩阵中搜索出的具有良好的时空正交性和保密性的保密矩阵。
按上述方案，所述步骤3)中N X I矩阵中，N为迭代次数上限，取值200；I为每次点数上限，取值10000。
按上述方案，所述步骤3)中进行OCML加密采用的矩阵为：
其中xn(i)表示第i个格点在时刻n的状态值。
一种基于OCML的空时编码装置，包括：
调制器，用于对接收信息源输出的数据进行调制；
编码器，用于对调制后的数据进行Alamouti编码得到的编码矩阵；
加密器，用于对编码矩阵进行OCML加密，得到加密后的正交编码矩阵；
发射端，用于通过发射端不同的发射天线和不同的时隙将此新的编码矩阵发送出去。
按上述方案，所述调制器中采用的调制方式为QPSK调制。
按上述方案，所述加密器中进行OCML加密采用的矩阵为利用分块法从N X I矩阵中搜索出的具有良好的时空正交性和保密性的保密矩阵。
按上述方案，所述加密器中N X I矩阵中，N为迭代次数上限，取值200；I为每次点数上限，取值10000。
按上述方案，所述加密器中进行OCML加密采用的矩阵为：
其中xn(i)表示第i个格点在时刻n的状态值。
本发明产生的有益效果是：相比单独的Alamouti编码方案，本发明运用Alamouti-OCML结合方案不仅增强了***的保密性，在同等条件下，***的性能提高了3到4dB，***容量也有所提高，因此，比起现有的移动通信***，本发明增强了***的保密性，***的性能和容量也大大提高，有着十分良好的应用前景。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的Alamouti-OCML编码方案原理框图。
图3为Alamouti-OCML方案接收机原理框图。
图4为Alamouti编码与Alamouti-OCML编码性能仿真结果图。
图5为Alamouti编码与Alamouti-OCML编码***容量仿真结果图。
图6为分块法示意图。
图7为不同位置的OCML保密矩阵性能仿真结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，包括信息源，调制器，编码器，以及两根发射天线。首先，从信息源输出的数据经过调制，调制的目的就是为了把基带信号的频谱搬移到高频上利于发射(本实施例中采用QPSK调制)，进入编码器，在Alamouti-OCML空时编码中，假设采用M进制调制方案，首先，调制每一组m个信息比特。然后，编码器在每一次编码操作中取两个调制符号x1和x2作为一个分组，编码形成如式(6)所示的编码矩阵。
图2为本发明提供的Alamouti-OCML编码方案原理框图，为了增强***的保密性，让X矩阵乘以一个正交保密矩阵HOCML，得到一个新的正交的编码矩阵S如式(8)，并根据(9)给出的编码矩阵映射到发射天线。
单向耦合映象格子模型(OCML)是描述时空混沌的一种模型，其结构简单，且它的格点间相互作用具有方向性，并且具有数值计算效率高、计算过程并行度好的特点。其模型定义为：
xn+1(i)＝(1-ε)f(xn(i))+εf(xn(i-1) (7)
式(7)中，n为离散的时间坐标；i为离散的空间坐标(i＝1,2,…,L，L为***尺寸)；ε为扩散系数；xn(i)表示第i个格点在时刻n的状态值；f(x)为非线性映射的动力学函数。一般情况下，取f(x)＝1-ax2(a为非线性强度),周期性边界条件由xn(0)＝xn(L)实现。
S＝X*HOCML (8)
将由OCML模型产生的状态值看作是一个N X I的矩阵，由于矩阵中不同的时刻n和格点i的位置所对应的状态值的混沌特性不一样，所以，将N X I的矩阵均匀地分成了五个矩阵，分别研究其作为保密矩阵的性能。分块的方式如图6所示。
将上述设定的所有的参数代入(7)式中，得则五个正交的矩阵则可以用状态值表示出来，
以双接收***为例，对不同迭代次数和格点数的OCML块仿真的性能结果如图7所示：可以看出，当信噪比大于4.5dB时，HOCML1的性能最好，HOCML3的性能最差，从混沌的角度来分析，由于HOCML1处于迭代次数最多且迭代点数的上限位置，所以其混沌性质最好，有着比其它位置更好地随机性、正交性保密性，因而有着最好的性能；HOCML3处在迭代次数最少且迭代刚开始的位置，所以，其随机性和正交性最差，因而有着最差的性能。所以，作为用于空时编码的保密矩阵，HOCML1的性能最优。图7为不同位置的OCML保密矩阵性能仿真结果图。
所以，在性能和容量的仿真中，选用HOCML1作为保密矩阵。
那么，当HOCML＝HOCML1时，由(8)式可得：
在第一个发射周期中，信号s1和s2同时从天线1和天线2分别发射。在第二个发射周期中，信号从天线1发射，而从天线2发射。既在空间域又在时间域进行编码。容易证明，Alamouti-OCML编码方案的两根发射天线的发射序列是正交的，也就是说，列s1和s2的内积为0。
对应的，Alamouti-OCML方案接收机原理框图如图3所示，。包括接收天线，信道估计，信号合并器，最大似然译码和解码器。首先，接收天线接收到发射天线发来的信号，如果能够在接收机端完全恢复信道衰落系数,那么接收机将采用它们作为信道状态信息(CSI)。接收机基于接收信号的线性合并构造两个判决统计结果和最后通过最大似然译码准则得到解码出来的和然后，得到估计的编码矩阵乘以保密矩阵的逆矩阵如式(5)得到估计后的从而得到和
在本实施例中，仿真基于matlab平台，仿真取***参数a＝1.9，ξ＝0.3。n取0到200(迭代次数上限)；i取0到100000(每次点数上限)；仿真实验结果表明：在同等条件下，Alamouti-OCML编码方案比Alamouti编码方案***的性能提高了3到4dB，如图4所示。在同等条件下，Alamouti-OCML编码方案比Alamouti编码方案***容量有所提高，如图5所示。
本发明还提供一种基于OCML的空时编码方法，包括以下步骤：
1)接收信息源输出的数据进行QPSK调制；
2)对调制后的数据进行Alamouti编码得到的编码矩阵；
3)对编码矩阵进行OCML加密，得到加密后的正交编码矩阵；
4)在发射端，通过不同的发射天线和不同的时隙将此新的编码矩阵发送出去。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于OCML的空时编码方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)接收信息源输出的数据，并对其进行调制；
2)对调制后的数据进行Alamouti编码得到的编码矩阵；
3)对编码矩阵进行OCML加密，得到加密后的正交编码矩阵；
4)在发射端，通过不同的发射天线和不同的时隙将此加密后的正交编码矩阵发送出去。
2.根据权利要求1所述的基于OCML的空时编码方法，其特征在于，所述步骤3)中进行OCML加密采用的矩阵为利用分块法从N*I矩阵中搜索出的具有时空正交性和保密性的保密矩阵，其中，N*I矩阵由OCML模型产生的状态值组成，其中，N为迭代次数上限，I为每次点数上限；
进行OCML加密采用的保密矩阵为：
其中xn(i)表示第i个格点在时刻n的状态值。
3.根据权利要求2所述的基于OCML的空时编码方法，其特征在于，所述步骤3)中N*I矩阵中，迭代次数上限N，取值为200；每次点数上限I，取值为10000。
4.根据权利要求1所述的基于OCML的空时编码方法，其特征在于，所述步骤1)中采用的调制方式为QPSK调制。
5.一种基于OCML的空时编码装置，其特征在于，包括：
调制器，用于对接收信息源输出的数据，并对其进行调制；
编码器，用于对调制后的数据进行Alamouti编码得到的编码矩阵；
加密器，用于对编码矩阵进行OCML加密，得到加密后的正交编码矩阵；
发射端，用于通过发射端不同的发射天线和不同的时隙将加密后的正交编码矩阵发送出去。
6.根据权利要求5所述的基于OCML的空时编码装置，其特征在于，所述加密器中进行OCML加密采用的矩阵为利用分块法从N*I矩阵中搜索出的具有良好的时空正交性和保密性的保密矩阵，其中，N*I矩阵由OCML模型产生的状态值组成，其中，N为迭代次数上限，I为每次点数上限；
进行OCML加密采用的保密矩阵为：
其中xn(i)表示第i个格点在时刻n的状态值。
7.根据权利要求6所述的基于OCML的空时编码装置，其特征在于，所述加密器中N*I矩阵中，迭代次数上限N，取值为200；每次点数上限I，取值为10000。
8.根据权利要求5所述的基于OCML的空时编码装置，其特征在于，所述调制器中采用的调制方式为QPSK调制。
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