一种无前导序列的短数据包通信方法及系统

本发明涉及通信，尤其涉及一种无前导序列的短数据包通信方法及系统。

背景技术：

1、短包数据通信的研究开始于3gpp rel-12、rel-13中的machine-typecommunications（mtc）以及后续的演进方案（evolutation mtc，简称为emtc）。目前，以更快传输速率为驱动的无线通信技术已难以应对5g及随后6g a-iot数据通信需求。这是因为短包数据通信的以下特点：

2、极短的块长：原有香农信息论指导下主要面向更快传输速率的无线通信技术的块长度一般为比特长度，与之相对应，短包数据通信块长度一般为比特量级，原有香农第三定理指导下通过前导训练增加冗余信息来实现同步和噪声处理的编码方法不仅会增加复杂度，也会降低信息传输效率。

3、更低的传输时延性和可靠性需求：面向更快传输速率的无线应用需求时延敏感度一般在100ms及以上，而短包数据通信对时延敏感程度则在1ms左右甚至更苛刻，现有基于香农第三定理的长时编码方案尽管可以实现更高的传输速率，却也同时带来更多的传输时延。

4、目前，经典的无线通信并不能实现低功耗、低时延、高可靠的短数据包传输需求，原因如图1所示，为了在接收端实现检测与同步，一个数据包并不单由数据载荷组成，而是包含了前导训练，在数据载荷较长时，前导训练在整个数据包中占用的资源开销较小，对于系统整体效率的影响不明显，而在短数据包传输的情况中，数据载荷的大小与前导训练相近甚至小于前导训练，此时前导训练在整个数据包中占用的资源比重大大提高，对于系统整体的影响不可忽视。

5、因此，如何减少短数据包中前导训练的资源消耗甚至是消除前导训练是保证大规模物联网通信的必然要求。

技术实现思路

1、本发明提供一种无前导序列的短数据包通信方法及系统，用以解决现有技术中前导训练在短数据包传输中占用资源比重较大的问题。

2、第一方面，本发明提供一种无前导序列的短数据包通信方法，包括：应用于发送端，包括：利用nb-ldpc编码器对二进制的原始数据进行编码生成码字c；利用ccsk循环扩频序列对码字c进行ccsk调制，生成ccsk数据帧；对所述ccsk数据帧进行msk调制，生成msk数据帧；基于过调制序列，对msk数据帧进行过调制，生成omsk数据帧，并将所述omsk数据帧发送至预设信道，以通过所述预设信道完成数据发送。

3、根据本发明提供的一种无前导序列的短数据包通信方法，应用于接收端，还包括：对从预设信道接收的信号进行采样与下变频处理；对下变频处理后的得到的信号进行相位同步和时间同步；将相位同步和时间同步后的信号输入至nb-ldpc译码器，以完成信号译码。

4、根据本发明提供的一种无前导序列的短数据包通信方法，所相位同步的步骤包括：对预设信道接收的信号进行采样与下变频处理后，得到信号的实数部分信号和复数部分信号；将实数部分信号和复数部分信号分别与的ccsk循环扩频序列相关，得到i路向量和q路向量；通过对i路向量与q路向量的平方求和再进行开根处理，以实现相位同步。

5、根据本发明提供的一种无前导序列的短数据包通信方法，所述时间同步的步骤包括：对从预设信道接收的信号进行粗同步，并在粗同步的基础上，进行信号的精同步；在精同步的基础上，基于过调制序列的自相关性消除符号级的时间偏差，进行符号同步；在符号同步的基础上，基于nb-ldpc译码器的译码性能进行码辅助同步。

6、根据本发明提供的一种无前导序列的短数据包通信方法，利用nb-ldpc编码器对二进制的原始数据进行编码生成码字c，包括：将包括 k个长度为 p的二进制码的原始数据，输入至nb-ldpc编码器生成 n个gf(q)符号的码字c；其中，，， r表示nb-ldpc编码器码率，gf( q)符号表示在有 q个元素的伽罗华域下的非二进制码。

7、根据本发明提供的一种无前导序列的短数据包通信方法，利用ccsk循环扩频序列对码字c进行ccsk调制，生成ccsk数据帧，包括：设置伪随机二进制序列，设置为右移 c个位置的ccsk循环扩频序列，其中，；其中， mod为取余运算；利用ccsk调制将码字c中的元素一一映射至序列，生成序列；利用生成ccsk数据帧。

8、根据本发明提供的一种无前导序列的短数据包通信方法，基于过调制序列，对msk数据帧进行过调制，生成omsk数据帧，包括：设置伪随机二进制序列为过调制序列，msk数据帧为；利用过调制序列对msk数据帧进行过调制，生成omsk数据帧：

9、。

10、第二方面，本发明还提供一种无前导序列的短数据包通信系统，包括：发送端、接收端和预设信道；所述系统用于实现任一所述的无前导序列的短数据包通信方法。

11、第三方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述无前导序列的短数据包通信方法的步骤。

12、第四方面，本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述无前导序列的短数据包通信方法的步骤。

13、本发明提供的无前导序列的短数据包通信方法及系统，通过msk调制、ccsk调制与nb-ldpc码相级联的方法来传输短数据包，而不需要在数据包中添加前导序列，并且还能够在较低信噪比（snr<0 db）情况下实现信号的传输。

技术特征：

1.一种无前导序列的短数据包通信方法，其特征在于，应用于发送端，包括：

2.根据权利要求1所述的无前导序列的短数据包通信方法，其特征在于，应用于接收端，还包括：

3.根据权利要求2所述的无前导序列的短数据包通信方法，其特征在于，所相位同步的步骤包括：

4.根据权利要求2所述的无前导序列的短数据包通信方法，其特征在于，所述时间同步的步骤包括：

5.根据权利要求1所述的无前导序列的短数据包通信方法，其特征在于，利用nb-ldpc编码器对二进制的原始数据进行编码生成码字c，包括：

6.根据权利要求5所述的无前导序列的短数据包通信方法，其特征在于，利用ccsk循环扩频序列对码字c进行ccsk调制，生成ccsk数据帧，包括：

7.根据权利要求6所述的无前导序列的短数据包通信方法，其特征在于，基于过调制序列，对msk数据帧进行过调制，生成omsk数据帧，包括：

8.一种无前导序列的短数据包通信系统，其特征在于，所述系统包括：发送端、接收端和预设信道；

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述无前导序列的短数据包通信方法的步骤。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述无前导序列的短数据包通信方法的步骤。

技术总结本发明提供一种无前导序列的短数据包通信方法及系统，属于通信技术领域，所述方法包括：利用NB‑LDPC编码器对二进制的原始数据进行编码生成码字C；利用CCSK循环扩频序列对码字C进行CCSK调制，生成CCSK数据帧；对所述CCSK数据帧进行MSK调制，生成MSK数据帧；基于过调制序列，对MSK数据帧进行过调制，生成OMSK数据帧，并将所述OMSK数据帧发送至预设信道，以通过所述预设信道完成数据发送。本发明本通过MSK调制、CCSK调制与NB‑LDPC码相级联的方法来传输短数据包，而不需要在数据包中添加前导序列，并且还能够在较低信噪比（SNR<0 dB）情况下实现信号的传输。技术研发人员：窦高奇,王臻,王颢,张玉飞,修梦雷,代晨鹏,张嘉雨受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18