本技术公开了一种基于FPGA的合数长互Z‑互补集生成方法及通信装置,属于无线通信领域。其具体步骤包括:数据准备,任取一长度为q×p的初始序列X,并设置相同长度的旋转因子序列W;循环移位,对序列X连续执行p‑1次q位循环移位,形成含有p个序列的集合;DFT运算,将经过循环移位处理后生成的序列集进行DFT运算,得到的新序列集即为互Z‑互补集。一种通信装置,包括数据输入模块、DFT计算模块和数据输出模块,数据输入模块负责数据准备并执行循环移位;DFT计算模块用于对输入的序列进行DFT运算;数据输出模块则在特定的时钟信号控制下输出生成的互Z‑互补集。本发明生成的互Z‑互补集适用于空间调制多输入多输出系统。
背景技术
互Z互补集(Cross Z-complementary Set,CZCS)是一类经过特别设计的序列集合,其显著特征在于集合中包含了具有特定零相关区(Zero Correlation Zone,ZCZ)的一系列序列。具体而言,若集合G包含M个长度为L的序列,并满足以下两个条件:(1)CZCS的所有序列的非周期自相关之和在前端和尾端的时间偏移处具有宽度为Z的零相关区;(2)CZCS的所有序列的非周期互相关之和在尾端的时间偏移处具有宽度为Z的零相关区,则此集合被定义为互Z互补集,记作(M,L,Z)-CZCS。
具备特定相关性质的序列集已在通信系统中得到广泛应用,用以提升链路性能。其中,CZCS作为训练序列,在空间调制多输入多输出(Space Modulation Multi-inputMulti-output,SM-MIMO)系统中用于信道估计展现出卓越的性能。相较于传统序列,例如Zadoff-Chu(ZC)序列、ZCZ序列、互补序列等,CZCS在信道估计性能方面具有明显优势。
SM-MIMO系统融合了空间调制与多输入多输出技术,其核心思想是在多个天线的系统中,每个时隙仅有一个发射天线被激活,通过空间调制技术改变激活天线的索引,接收天线则通过检测激活天线的索引和所发送信号来恢复传输数据。这两种技术结合显著提高了系统的频谱效率,减少了天线间干扰,并增强了信号的可靠性。
SM-MIMO系统在无线通信领域,尤其在需要高效利用频谱资源、降低功耗和提高传输可靠性的场景中,如5G移动通信、物联网、车联网、卫星通信等,表现出色。随着技术的进步,SM-MIMO系统在理论基础、性能优化和实际应用等方面已取得显著进展。然而,在频谱效率、信道估计精度、硬件复杂度以及抗干扰能力等方面,SM-MIMO系统仍有提升空间。通过引入高质量的训练序列,可以显著增强SM-MIMO系统在复杂多变的信道环境下的信道估计能力。在SM-MIMO系统中,训练序列扮演着至关重要的角色,它们为接收器提供了估计信道状态信息的能力,而精确的信道估计对于正确解码接收信号、实现高效数据传输至关重要。
现有构造CZCS的方法有限,且集合参数有诸多限制。例如,利用广义布尔函数的设计方法只能产生特定长度、组成序列数量和ZCZ长度的CZCS,而利用间接方法的设计结果要依赖于基础序列的集合参数,这些限制显著制约了CZCS的应用范围。此外,当前构造方法尚未涉足硬件设计领域,仅停留在理论层面的可行性验证。因此,为了实现SM-MIMO系统的最优信道估计,迫切需要探索更灵活且高效的构造方法。这些方法应能适应不同长度和数量的序列需求,并简化设计过程,以便硬件实现,从而提高设计的实用性。
实现思路