切普直接擴頻信號與跳頻信號聯合傳輸與接收方法

2023-04-23 09:00:56

專利名稱：切普直接擴頻信號與跳頻信號聯合傳輸與接收方法
技術領域：
本發明涉及一種無線通信中的擴頻技術，具體涉及一種分數域擴頻與頻 域跳頻聯合的信號聯合傳輸及接收方法。
技術背景在無線通信領域，現有的通信技術主要通過信號的頻率不同或者所處的 時間位置不同來區分不同用戶身份或者不同的信息符號。但是頻率資源是有 限的，因此在第三代移動通信系統中，人們提出了碼分的概念，即通過不同 的地址碼來區分不同的用戶，再結合時分和頻分實現信道資源的復用。跳頻 通信系統是碼分多址通信系統的一種，具體做法為某一個用戶的載波頻率按 某種跳頻圖案在很寬頻帶範圍內跳變(用戶不同跳頻圖案不同)。但是隨著人 們需求的不斷提高以及通信技術迅猛發展，用戶數量大大增加的同時，不同 系統，不同用戶之間幹擾增大，系統容量和數據傳輸速率均受到限制。發明內容本發明為解決現有的無線頻譜資源日益緊張、不同系統之間幹擾較大的 問題，提供一種切普直接擴頻信號與跳頻信號聯合傳輸與接收方法。本發明 由以下步驟實現發射過程步驟一、信息源產生的信息^)通過發射端串並轉換器得到兩路二進位數位訊號、(0和WO;步驟二、調製器根據載波振蕩器產生的載波和系統選用的調製方式對 WO進行調製得到信號MW ，頻率合成器根據發射端跳頻指令發生器產生的 跳頻序列輸出相應頻率的信號對6'々)進行跳頻擴頻，得到跳頻信號^W ;步驟三、切普信號生成器根據內部存儲的系統擴頻帶寬參數產生與跳頻 信號A(O佔據相同擴頻帶寬的切普信號，當信息碼元為1時生成信號為參數A 的切普信號，當信息碼元為0時生成信號為參數4的切普信號，二者在頻域 佔據帶寬相同，將該切普信號和數位訊號62(0送入波形成形器進行調製，輸 出的分數域直接擴頻調製信號記為;4步驟四、將兩路調製後的信號W,)和A(O相加，得到聯合擴頻信號經發 射端天線發射； 接收過程-步驟五、接收端天線接收的信號經過濾波和採樣後通過離散p階分數傅 立葉變換器變換得到信號rp(")，其中^cot(。；步驟六、峰值位置判決器在/7階分數傅立葉域上判斷^(")的波形峰值位 置，當峰值位置出現在分數域能量譜的前半段時輸出1，當峰值位置出現在 分數域能量譜的後半段時輸出0，通過一號解調器輸出信息4(/);步驟七、根據分數傅立葉變換峰值判決的結果，採用在峰值位置附近將置零的方法在分數域進行濾波；步驟八、將信號。(")進行分數域濾波後，通過2-2p階分數傅立葉變換器 變換得到時域信號的2-p階分數域表示^(")，對r"(")再次在峰值位置附近 進行分數域濾波，並通過p-2階分數傅立葉變換器做p-2階分數傅立葉變換， 得到濾除分數域擴頻信號影響後對原跳頻信號的估計；步驟九、接收端跳頻序列發生器產生與接收信號同步的跳頻序列，該序 列控制頻率合成器產生相應頻率的信號，通過對該信號與接收到的跳頻信號 相乘對接收到的調頻信號進行解跳，解跳後的信號送到二號解調器解調，得 到用戶解調信息&0;步驟十、將解調信息&o和&(o通過接收端串並轉換器得到用戶信息。有益效果本發明利用同參數為W的切普信號在相應的分數域上有最佳 的能量聚集的性質，使用參數為*和^的切普信號做載波可以同時起到調製 和擴展頻譜的作用，通過分數域峰值判決可以方便地解調出信息，同時在分 數域濾波可以去除切普信號對其他信號的影響，實現系統資源復用；本發明 採用跳頻擴頻和分數域直接擴頻相結合的方法實現信道復用，即兩路信號佔 用相同的頻帶，採用兩種調製方式同時傳輸兩路信號；另外，這兩種擴頻技 術結合增強了系統的隱蔽性。


圖1是實現本發明方法的裝置結構示意圖；圖2是進行跳頻擴展頻譜信 號的波形圖；圖3是切普直接擴頻信號的波形圖；圖4是參數為yt時切普信 號分數域譜形狀圖；圖5是參數為-"寸切普信號分數域譜形狀圖；圖6是切普信號與跳頻信號疊加的混和擴頻信號在其對應的分數傅立葉變換域的譜形 狀圖。
具體實施方式
具體實施方式
一參見圖1 圖6，本實施方式由以下步驟組成 發射過程-步驟一、信息源1產生的信息&(0通過發射端串並轉換器2得到兩路二 進位數位訊號6，(/)和62 ;步驟二、調製器6根據載波振蕩器5產生的載波對6,(/)進行二進位相移 鍵控(BPSK)調製得到信號6'々)，頻率合成器4根據發射端跳頻指令發生器3 產生的跳頻序列輸出相應頻率的信號對6'々)進行跳頻擴頻，得到跳頻信號步驟三、切普信號生成器8根據內部存儲的系統擴頻帶寬參數產生與跳 頻信號W0佔據相同擴頻帶寬的切普信號，並根據不同的信息碼元實時輸出 具有不同參數/t的實切普信號，具體做法為在二進位系統中，信息碼元為l 或者0，當信息碼元為1時生成信號為參數A的切普信號，當信息碼元為0 時生成信號為參數4的切普信號，將該切普信號和數位訊號6^)送入波形成 形器9進行調製，本步驟可以同時實現擴頻和調製，波形成形器9輸出的分 數域直接擴頻調製信號記為;步驟四、將兩路調製後的信號s,W和&(0相加，得到聯合擴頻信號經發 射端天線10發射；接收過程步驟五、接收端天線11接收的信號經過濾波器12和採樣器13後通過離 散P階分數傅立葉變換器14變換得到信號 (t0， p值與發射端的M直對應， 艮卩"rccot(A:);步驟六、峰值位置判決器15在;7階分數傅立葉域上判斷^(")的波形峰值 位置，根據實切普信號的性質，當參數為it和4時，它在"-，cotW階分數 域上均能產生能量聚集，不過聚集的位置不同，根據此性質來進行信息的解 調，當峰值位置出現在分數域能量譜的前半段時輸出1，當峰值位置出現在 分數域能量譜的後半段時輸出0，通過一號解調器16輸出信息&0 ;峰值判決的結果，採用將峰值位置附近將 (")置零的方法在分數域進行濾波及跳頻信號重構，此時相當於在跳頻信號 中去除切普直接擴頻信號的能量，由於切普信號在分數域能量聚集程度很高， 濾波過程可以濾除大部分切普信號的能量，而只是損失很少的跳頻信號能量， 因為採用的切普信號是實信號形式，實際上是兩個共軛切普信號的疊加，需要分別在p和2-/7階域上分別濾波，根據圖3可以看出一次濾波可以濾去切 普信號一半的能量；步驟八、將信號/V(")通過第一分數傅立葉變換域濾波器17進行分數域濾 波後，通過2-2p階分數傅立葉變換器18變換得到時域信號的2-^階分數域 表示為^p(")，對^p(")再次在峰值位置附近通過第二分數傅立葉變換域濾波 器19進行分數域濾波，並通過;7-2階分數傅立葉變換器20做/7-2階分數傅 立葉變換，可以反變換回時域，得到濾除分數域擴頻信號影響後對原跳頻信 號的估計A(/);步驟九、接收端跳頻指令發生器21產生與接收信號同步的跳頻序列，該 序列控制頻率合成器22產生相應頻率的信號，通過對該信號與接收到的跳頻 信號相乘對接收到的調頻信號進行解跳，解跳後的信號送到二號解調器23解調，得到用戶解調信息&0;步驟十、將解調信息4(0和&W通過接收端串並轉換器24得到用戶信息。本發明提出了一種分數傅立葉域擴頻與頻域跳頻混合擴展頻譜信號的聯 合傳輸和接收方法，主要思路是將採用分數域和頻域擴頻的兩路信號疊加在 一個信道中傳輸，再通過相應的手段在接收端將二者分離，分別解調出信息， 其目的是實現資源的復用，提高系統容量或性能。復用的原理主要是切普信 號的W取不同值時，在相應的分數域上有最佳的能量聚集特性，具體內容為， 將信息碼元分為並行的兩路，首先對一路信息碼元在時域進行跳頻擴頻，跳 頻指令控制頻率合成器產生相應頻率的載波信號，該信號與調製啟的信號波 形進行混頻，再經過高通濾波器得到跳頻信號；另一路信息碼元的調製和擴 頻同時在分數域實現，當信息碼元值為1時，發射參數為^的切普信號，當 信息碼元值為0時，發射參數為-A的切普信號；選取合適的/t是為了保證切 普信號與另一路信號的跳頻帶寬相同，則上述過程同時實現了信息的調製和 擴頻；兩路並行信號經過加法器產生的混合擴展頻譜信號經過濾波後發射； 在接收端，分別對接收信號進行解擴首先利用分數域信號能量聚集的特性，根據能量聚集的位置進行峰值判決，若峰值位置在分數域能量譜的前半段則判決為1，若峰值位置在分數域能量譜的後半段則判決為o，得到解跳後的一路二進位用戶信息；然後根據峰值檢測的結果在分數域進行濾波，濾除第一 路信號的影響，再變換回時域解跳另一路跳頻信號；解跳過程為提取接收信 號中攜帶的同步信息使本地跳頻序列發生器產生與接收信號同步的跳頻序 列，然後根據該時刻的跳頻頻率對信號進行預調濾波；再將跳頻信號與本地 跳頻信號產生器相關，對接收信號進行解擴，最後再解調，從而得到另一路 用戶二進位信息，將兩路信息通過串並轉換得到用戶信息。分數傅立葉變換是一種廣義的傅立葉變換，信號在分數階傅立葉域上的 表示，同時包含了信號在時域和頻域的信息，分數傅立葉變換的積分形式定 義為,formula see original document page 8其中/(o為信號的時域表達形式，/")的p階分數傅立葉變換為屍/(")，其中W為分數域坐標，"=/^/2。當a-;r/2時/(")為普通的傅立葉變換。 分數傅立葉變換具有如下基本性質(1) 當階數為O時，變換結果就是原信號本身。即O階分數傅立葉變換是 單位算子i^二/;(2) 階數可加性"FP2 =i^+& ;(3) 由階數可加性及^°=/可以看出，分數傅立葉變換的逆變換就是將階 數取負(,0—1=,—p。由於分數傅立葉變換是信號在一組正交的切普基上的展開，因此分數傅 立葉變換在某個分數階傅立葉域中對給定的切普信號具有最好的能量聚集特 性。即一個而對於傅立葉變換來說，由於基函數為正弦波，所以切普信號在傳統的傅立 葉變換中不會產生能量聚集。其中，切普信號的表達式為c(O =爿exp {/(伊0 + 2;r/c/ + ;r^2)} (0《/《71)參數％、 /。、 /t分別表示切普信號的相位，中心頻率，和頻率變化率。* 與帶寬^的關係為5 ="，其中r為切普信號時域寬度。在實際通信系統中， 發射端發射的信號為實函數，取兩個共軛切普信號疊加，使其成為餘弦函數 形式，我們在文中統一稱之為"實切普信號"。表達式如下c0) = {exp[/(2;r + ;r^2)] + exp[-/(2;r + ;r^2)]} / 2 =cos(2;ry^/+ v好2)
權利要求
1. 切普直接擴頻信號與跳頻信號聯合傳輸與接收方法，其特徵在於本發明的方法由以下步驟實現發射過程步驟一、信息源(1)產生的信息b(t)通過發射端串並轉換器(2)得到兩路二進位數字信息b1(t)和b2(t)；步驟二、調製器(6)根據載波振蕩器(5)產生的載波結合系統選用的調製方式對b1(t)進行調製得到信號b′1(t)，頻率合成器(4)根據發射端跳頻指令發生器(3)產生的跳頻序列輸出相應頻率的信號對b′1(t)進行跳頻擴頻，得到跳頻信號s1(t)；步驟三、切普信號生成器(8)根據內部存儲的系統擴頻帶寬參數產生與跳頻信號s1(t)佔據相同擴頻帶寬的切普信號，當信息碼元為1時生成信號為參數k的切普信號，當信息碼元為0時生成信號為參數-k的切普信號，二者在頻域佔據帶寬相同，將該切普信號和數位訊號b2(t)送入波形成形器(9)進行調製，輸出的分數域直接擴頻調製信號記為s2(t)；步驟四、將兩路調製後的信號s1(t)和s2(t)相加，得到聯合擴頻信號經發射端天線(10)發射；接收過程步驟五、接收端天線(11)接收的信號經過濾波和採樣後通過離散p階分數傅立葉變換器(14)變換得到信號rp(u)，其中p＝-arc top= "207" left = "161" top= "45" left = "74" top= "54" left = "78" top= "54" left = "92"/>通過接收端串並轉換器(24)得到用戶信息。
全文摘要
切普直接擴頻信號與跳頻信號聯合傳輸與接收方法，它是一種分數域擴頻與頻域跳頻聯合的信號傳輸及接收方法，以解決傳統的窄帶通信方式誤碼率較高、抗幹擾性和隱蔽性較差的問題。b1(t)通過調製得到信號b1′(t)，並通過跳頻擴頻得到跳頻信號s1(t)；將與跳頻信號s1(t)佔據相同擴頻帶寬的切普信號和數位訊號b2(t)調製，輸出的擴頻調製信號記為s2(t)；將兩路信號s1(t)和s2(t)相加並發射；接收的信號通過離散p階分數傅立葉變換得到信號rp(u)；一路通過峰值位置判決器根據rp(u)的波形峰值位置輸出相應的解調信息b2(t)；另一路對rp(u)在峰值位置附近進行濾波後，通過2-2p階分數傅立葉變換變換得到r2-p(u)，再對r2-p(u)在峰值位置附近濾波，最後做p-2階分數傅立葉變換，得到對跳頻信號的重構；對重構的跳頻信號進行解跳後在解調得到用戶解調信息b1(t)。
文檔編號H04B1/713GK101262250SQ20081006441
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月29日 優先權日2008年4月29日
發明者吳宣利, 吳少川, 寧曉燕, 沙學軍, 遲永鋼, 高玉龍 申請人:哈爾濱工業大學