本发明涉及信号处理，尤其涉及一种适用于城市信道的多径分集接收扩频通信系统。
背景技术：
1、近年来，随着技术的飞速发展，无人终端逐渐成为人们城市生活的重要组成部分，无人终端具有便于部署、提高安全性等优点，在运输物流、城市安防等领域被快速推广，无人终端的应用越来越广泛。以现代物流业为例，无人终端配送不仅可以有效提高配送效率，降低配送成本，而且能够在一定程度上缓解交通拥堵、减少碳排放等问题。然而，无人终端数据通信面临的最大问题是城市信道时变产生的多径衰落。在城市环境中，由于各种建筑设施的遮挡，发射机发送的无线电经过多次反射、散射，最终沿着多条延迟不同、多普勒不同的路径到达接收机，产生了严重的多径衰落效应。无人终端测控链路分为上行链路和下行链路两条，上行链路用于传播低速遥控信息，下行链路用于传播有效载荷和遥测信息。随着无人科技的发展，用户需求的提升，当前需要传送的载荷数据量越来越大，下行传输速率进一步提高。传输速率越高，多径效应对测控链路的影响更加严重，多径衰落将随着无人终端的快速移动而产生明显的时变效应，这将要求无人终端所使用的通信系统具备一定的抗多径衰落能力。因此，亟需设计适用于城市信道下抗多径衰落影响的通信系统。
2、目前下行高速数据链路抗多径方案有单载波频域均衡技术(sc-fde)和正交频分复用技术(ofdm)。与传统的单载波技术相比，ofdm技术是一种有效的频域里将载波的分成多个正交的子载波,同时将传输数据也分成多个子数据,每个子载波承担一个子数据的调制方案。这种技术利用了多径信道的分集特性,将信息码元经过串并变换分散到多个子信道上进行并行传输。这种调制方案可以增大码元周期,降低多径效应的干扰。同时利用循环前缀(cp)为保护间隔来减少消除符号干扰。而且由于各子载波的正交性,极大的降低了子载波间的干扰。体现出良好的抗多径衰落特性。且ofdm带宽可扩展性强，频谱资源灵活分配。
3、当今被广泛接受用来处理多径信道的技术主要有编码、扩频、均衡以及分集等技术。其中编码主要是通过添加冗余比特，即将几个比特携带的信息扩散到更多比特上来进行纠错检错从而实现抗干扰功能的；扩频技术尤其是直接序列扩频技术(dsss)，简单又有效，使用高速率的扩频码来扩展待传输信息信号的带宽,具有较好的抗多径干扰的能力,并且能够在低信噪比下实现可靠通信,多用于强调通信稳健性的场景；因扩频通信系统在权衡通信效率情况下其抗多径能力会受到限制，故信道均衡方法常配合扩频技术使用，在进行信道估计后利用信道估计值进行信道均衡，以此来对信号进行补偿；分集技术能够高效地利用多径能量来提高解调器端的输入信噪比，对抗信号衰落，提高信号接收增益，改善通信质量。rake接收机实际上就是一种扩频与分集相结合的新型通信系统，能够有效地克服城市信道中的多径效应。
4、在无线信号传输中，发送信号经历不同传播路径并在接收端进行叠加，会引起符号间干扰(isi)问题，从而造成信号的失真。均衡技术利用信道csi信息，对接收数据信号进行计算处理，能够有效的对抗信道多径衰落。1965年，lucky提出数字通信中的自适应均衡技术，通过收发已知的脉冲信号的迭代计算完成自适应均衡，降低了码间干扰的影响。1973年，walzman和schwartz提出基于最小均方误差的新型均衡器，首次使用dft完成均衡系数的计算，开创了频域均衡技术先河。之后，人们提出ofdm的载波调制技术，并通过单抽头的频域均衡算法，有效的对抗了isi的影响，针对不同的信道环境，有文献中对基于频域均衡的ofdm做出进一步的研究。2002年，falconer等人提出单载波频域均衡系统的zf和mmse线性频域均衡算法。zhu等人于2004年提出了基于噪声预测的判决反馈均衡器(hdfe-np)，获得了与时频域混合均衡器接近的均衡性能。随后的2005年，benvenuto等人研究了基于块迭代的判决反馈均衡(ibdfe)。2018年，yonglei等人结合stbc技术，提出了改进的mmse-risic均衡算法，并取得了更好的性能表现。目前ofdm体制下的信道均衡方式大都在频域进行操作，这样大大降低了均衡器的复杂度，但这样就无法充分利用多径信道的特性，在多径相干合并中是被动的。
技术实现思路
1、本发明通过提供一种适用于城市信道的多径分集接收扩频通信系统，解决了现有技术中多径相干合并中是被动的问题，实现了将多径的相干合并由被动变为主动，能够更好地提取多径分量，使得ofdm系统在城市多径信道下拥有更优越的性能，提升ofdm系统抵抗多径干扰的能力。
2、本发明提供了一种适用于城市信道的多径分集接收扩频通信系统，该系统，包括：发射端、信道和接收端；
3、所述发射端对输入数据进行编码，得到编码数据，并对所述编码数据进行比特交织，得到交织数据；交织数据进行调制，得到调制数据；
4、所述发射端对所述调制数据利用扩频码序列进行直序扩频，并将扩频后的扩频数据放置在子载波上，并对子载波上的扩频数据进行交织映射，得到数据符号块sd；
5、将块状导频添加至所述数据符号块sd中，并进行ifft变换至时域，得到传输信号x；
6、所述发射端对所述传输信号x增加长度ncp的循环前缀cp，将添加循环前缀的传输信号进行并串转换，得到ofdm信号xcp，并将所述ofdm信号xcp经过所述信道，得到接收信号ycp，并将所述接收信号ycp传输至所述接收端；
7、所述接收端对所述接收信号ycp去除循环前缀，得到时域信号y，对所述信号y做傅里叶变换到频域，得到频域信号y，并确定所述频域信号y中的ofdm数据符号块yd和导频部分频域信号yp；
8、所述接收端对所述ofdm数据符号块yd进行解扩，得到解扩后的符号块z；并对所述解扩后的符号块z进行分集映射，得到多个分集，对所述多个分集分别进行ifft变换，得到各个分集对应的时域结果p(i)；
9、所述接收端对所述导频部分频域信号yp进行计算，得到各个分集时域信道冲响应估计值
10、所述接收端将各个分集对应的时域结果p(i)与各个分集时域信道冲响应估计值进行rake接收处理，得到各个分集的合并信号zd(i)，并将所述各个分集的合并信号zd(i)进行反映射，得到rake接收结果zr；
11、所述接收端对所述rake接收结果进行分析解码，得到解调信号。
12、在一种可能的实现方式中，所述发射端对输入数据进行编码，得到编码数据，包括：通过ldpc编码对所述输入数据进行编码，得到编码数据。
13、在一种可能的实现方式中，所述发射端对所述调制数据进行扩频，并将扩频后的扩频数据放置在子载波上，并对子载波上的扩频数据进行交织映射，得到数据符号块sd，包括：
14、确定扩频序列为c＝[c(0),c(1),...,c(sf-1)]；其中，sf为扩频序列的长度；
15、将所述扩频序列与所述交织数据进行相乘，得到扩频数据；将扩频数据映射至子载波上，并对子载波上的扩频数据进行交织映射，得到数据符号块sd。
16、在一种可能的实现方式中，所述信道表示为：
17、h＝[h(0),h(1),...,h(l-1)]t；
18、其中，l为信道脉冲响应长度，且ncp≥l，ncp为循环前缀长度。
19、在一种可能的实现方式中，所述频域信号y，具体表示为：
20、
21、其中，表示n阶离散傅里叶变换矩阵；y表示时域信号；ht表示频域信道响应；st表示频域发送数据；w表示时域噪声向量；y(0)表示频域信号序列的第1个符号；y(1)表示频域信号序列的第2个符号；y(n-1)表示频域信号序列的第n个符号；t表示转置。
22、在一种可能的实现方式中，所述ofdm数据符号块yd，表示为：
23、yd＝hdsd+w；
24、其中，hd表示数据符号块sd对应的频域信道冲激响应矩阵；sd表示数据符号块；w表示频域噪声向量。
25、在一种可能的实现方式中，所述导频部分频域信号yp，表示为：
26、yp＝hpxp+wp；
27、其中，hp表示导频部分对应的频域信道衰落系数；xp表示发射端输出的已知导频序列；wp表示导频部分对应的频域噪声。
28、在一种可能的实现方式中，所述对所述多个分集分别进行ifft变换，得到各个分集对应的时域结果p(i)，包括：
29、筛选各个分集中的q个有效子载波可得有效分集p′(i)；
30、对所述q个有效子载波分别做q点ifft变换至时域，得到各个分集对应的时域结果p(i)。
31、在一种可能的实现方式中，所述接收端对所述导频部分频域信号yp进行计算，得到各个分集时域信道冲响应估计值包括：
32、根据所述导频部分频域信号yp计算导频部分频域信道相应的估计值并根据子载波映射特性，得到各分集信道估计值
33、对各个分集频域信道响应估计值进行ifft变换，得到各个分集时域信道冲激响应估计值
34、本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
35、(1)本发明发送端根据扩频倍数及有效子载波数进行子载波交织映射，接收端对解扩后的数据依据交织映射特性进行分集映射，按分集块作ifft变换转至时域，而后与由块状导频估计出的信道冲激响应利用rake接收技术进行多径分量的提取与合并，从而化被动合并为主动合并以更好控制多径分量的干扰，提升通信系统抵抗多径衰落的能力，能够更好地适应复杂的无线通信环境；
36、(2)本发明在接收端依据均衡方式得到数据载波不同的信道信息(csi)，均衡后csi高的数据比csi低的数据更可靠，而后利用额外的可靠性信息对软信息加权处理后提供给译码器，从而进一步提高检测性能，实现通信系统的可靠性提高。
1.一种适用于城市信道的多径分集接收扩频通信系统，其特征在于，包括：发射端、信道和接收端；
2.根据权利要求1所述的适用于城市信道的多径分集接收扩频通信系统，其特征在于，所述发射端对输入数据进行编码，得到编码数据，包括：通过ldpc编码对所述输入数据进行编码，得到编码数据。
3.根据权利要求1所述的适用于城市信道的多径分集接收扩频通信系统，其特征在于，所述发射端对所述调制数据进行扩频，并将扩频后的扩频数据均匀间隔放置在子载波上，并对子载波上的扩频数据进行交织映射，得到数据符号块sd，包括：
4.根据权利要求1所述的适用于城市信道的多径分集接收扩频通信系统，其特征在于，所述信道表示为：
5.根据权利要求1所述的适用于城市信道的多径分集接收扩频通信系统，其特征在于，所述频域信号y，具体表示为：
6.根据权利要求1所述的适用于城市信道的多径分集接收扩频通信系统，其特征在于，所述ofdm数据符号块yd，表示为：
7.根据权利要求1所述的适用于城市信道的多径分集接收扩频通信系统，其特征在于，所述导频部分频域信号yp，表示为：
8.根据权利要求1所述的适用于城市信道的多径分集接收扩频通信系统，其特征在于，所述对所述多个分集分别进行ifft变换，得到各个分集对应的时域结果p(i)，包括：
9.根据权利要求1所述的适用于城市信道的多径分集接收扩频通信系统，其特征在于，所述接收端对所述导频部分频域信号yp进行计算，得到各个分集时域信道冲响应估计值包括：
