本发明涉及一种跳频通信方法，尤其涉及一种基于MIMO系统的跳频通信方法，涉及跳频通信领域。
背景技术：
跳频通信技术(Frequency-Hopping Spread Spectrum)是通信系统中一种扩频技术，它最大的优点是抗干扰能力强，被广泛的应用在军事通信中，也应用在移动通信系统GSM和商用系统中。跳频通信的基本思想是载波频率在一定范围内的不断跳变。所以，这里要注意的是，跳频技术和直接序列扩频不一样，跳频技术扩展的频谱不是传送信号的，而是载波频率。跳频技术的抗干扰能力取决于载波频率跳变的速率，速率越快，抗干扰能力越强。一般在军事通信中，载波频率的跳变速率要达到上万跳每秒，移动通信系统和商用通信系统就比较低，几百跳每秒，甚至几十跳每秒。
MIMO(多输入多输出)系统的基本特征是在发射机侧的多个天线的使用相同的发射频率；在接收端，利用分集技术，接收机合并不同天线形成的不同信道的信号。利用空时特性可以增加系统容量，同时分集也可以提高系统的可靠性。
如何将跳频通信技术与MIMO系统结合起来，融合二者的优势，进一步提高通信系统的有效性、可靠性，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明针对现有的MIMO系统和跳频技术，提出了一种在MIMO系统上进行跳频的结合方案，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于MIMO系统的跳频通信方法，包括以下步骤：
S1、空时编码步骤：通过空时编码器，将初始信息进行编码，得到发射符号向量；
S2、跳频步骤：发射端的频率控制单元在每一个发射间隙产生K个频率不同的载波；
S3、调制步骤：每个发射符号向量对应一个载波，对发射符号向量进行调制，得到跳变的载波信号；
S4、发送步骤：使用M根天线发送信号；
S5、接收步骤：使用N根天线接收信号；
S6、解跳频步骤：通过接收端的频率控制单元将S5中接收到的信号解跳频，得到解跳频信号；
S7、解调步骤：解跳频信号经过解调单元的解调成为基带信号；
S8、空时解码步骤：基带信号经过空时解码器恢复出原本传输的信号。
优选地，S1具体为：在每一时隙Ts，将二进制的初始信息向量发送到空时编码器里面去，得到一个发射符号向量。
优选地，S2中K个频率不同的载波分别为f1，f2，·...，fK(fk∈F，1≤k≤K，其中F为包含所有的可用跳频点的集合)，所述K个载波按照各自的跳频图规律性的跳变。
优选地，S3中的调制为跳频通信FSK调制方式。
优选地，S4中由发射端的频率控制单元的高精度时钟性保证M根天线同步发送。
优选地，S6步骤具体为：
S61：将S5中接收到的N条信号整理成一条信号；
S62：接收端的频率控制单元在每一个发射间隙产生K个频率不同的载波；
S63：将所述一条信号与所述K个频率不同的载波相乘，得到K个解跳频信号。
本发明技术方案的优点主要体现在：在MIMO系统上进行跳频，在保留了MIMO系统本身可靠性高的优点的同时，比起现有的恒载频系统，提高了频谱利用率，及抗干扰能力。
此外，本发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于跳频通信领域内其他的技术方案中，具有很强的适用性和广阔的应用前景。
总体而言，本发明所兼顾了通信的抗干扰能力和有效性，使用效果良好，具有很高的使用及推广价值。
附图说明
图1是流程示意图；
图2是跳频图样例；
图3是MIMO跳频通信系统的发射端结构示意图；
图4是MIMO跳频通信系统的接受端结构示意图；
图5是SISO跳频系统和MIMO跳频系统的性能比较图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
如图1-图4所示，包含以下步骤；
步骤一：进行空时编码。假设一个MIMO跳频系统，发射天线数和接收天线数分别为M和N。在每一时隙Ts，将二进制的初始信息向量送到空时编码器里面去，得到一个发射符号向量。
步骤二：进行跳频。发射机频率控制单元FCU控制跳频频率的合成，且在每一发射间隙都会产生K个频率不同的载波分别为f1，f2，...，fK(fk∈F，1≤k≤K，)对应跳频图的频率大小。跳频需要按照一个跳频图来进行频率的跳变，实际就是一个跳频序列。如图2所示，跳频图是通信之前分配好的，然后由频率控制单元对照这个跳频图来对频率进行跳变。接收机对照这个跳频图来对接收的信号解跳频。这个跳频图可以用很多种方法构造出来，常用的为(1)基于移位寄存器的跳频序列(2)基于混沌映射的跳频序列。每个发射符号向量对应一个载波，然后进行调制。采用的是跳频通信FSK调制方式。
步骤三：使用M根天线来发送这些信号。FCU的高精度时钟性保证M个天线发送同步。K个跳频载波会按照自己的跳频图案FP1，FP2，...，FPK同时很有规律性的跳变。每一个发射符号的间隔存在的跳频次数为Nh，所以跳频时隙的公式为：Th＝Ts/Nb。
步骤四：设跳频MIMO系统工作在平坦瑞利衰落信道，系统限制总的天线发射功率为P，所以对于M条天线，其发射功率为P/M，。由上可知，由第m(1≤m≤M)个天线发射的复基带等效信号可表示为：
式中是表示第1个符号间隔的第p(1≤p≤Nh)个跳频时隙，用第k个跳频频点，2fd是VFSK调制下相邻频率的最小间隔，决定信号的频谱特征。为了方便计算和记忆，定义此时假设最大多径延迟小于跳频时隙Th。
接收端主要有以下主要步骤，该部分流程图可以参考附图3。
为了能够接收顺利，发射机和接收机的跳频图案要能够协同。
步骤一：接收机中的频率控制单元也会每一个发射间隙产生K个频率不同的载波分别为f1，f2，...，fK(fk∈F，1≤k≤K)，对应跳频图的频率大小。由N条天线接收到的N条信号被整理成一条信号，并且这条信号与之前的K个载波进行相乘的操作，可以得到K个解跳频信号。
步骤二：解跳频信号经过解调器(如图4所示，在本实施例中，解调器为包络检波单元)的解调成为基带信号，然后这个信号经过空时解码器恢复出原本传输的信号。
第m个发射天线到第n(1≤n≤N)个接收天线之间，信道的低通等效脉冲响应为
式中，表示每个路径的衰落因子，每个都是瑞利衰落随机变量，且它们都是独立均匀分布的。表示相位，每个都是随机变量，且它们是在[0，2π]分布的。是路径传播延迟。
可以用一个M×N阶复矩阵Hk来表示一个MIMO信道。并且，每个跳频图案对应一个Hk，每个Hk都是不一样的。其中，Hk满足式(2-1)。
此时，我们N根天线所接收到的信号就可以表示为
其中，nn(t)表示第n个接收天线上的噪声。
多根天线多个信号综合解跳后的信号可以表示为
图5是SISO跳频系统和MIMO跳频系统的性能比较图。纵坐标BER为(二进制)误码率，Eb/NO为每比特能量与噪声功率谱密度之比。在噪声信道，BER通常表示为归一化的函数载波噪声比度量，表示为Eb/NO(每比特能量与噪声功率谱密度之比)或ES/NO(每调制符号的能量来噪声谱密度)的函数。从图5可以看出MIMO调频系统的抗干扰能力有一定的提高。
本发明技术方案的优点在于在MIMO系统上进行跳频，在保留了MIMO系统本身可靠性高的优点的同时，比起现有的恒载频系统，提高了频谱利用率，及抗干扰能力。
此外，本发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于跳频通信领域内其他的技术方案中，具有很强的适用性和广阔的应用前景。
总体而言，本发明所兼顾了通信的抗干扰能力和有效性，使用效果良好，具有很高的使用及推广价值。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。