專利名稱：一種采用特殊擴頻序列的擴頻調(diào)制解調(diào)方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種擴頻調(diào)制解調(diào)方法。擴頻調(diào)制解調(diào)主要應用于移動通信，無線局域網(wǎng)，無線本地環(huán)路等領域，本發(fā)明以電力線載波通信(PLC)為例說明。
背景技術：
擴頻通信的基本理論依據(jù)是根據(jù)Shannon公式，即C＝Blog2(1+S/N)式中，C為系統(tǒng)信道容量(bit/s)；B為系統(tǒng)信道帶寬；N為噪聲功率；S為信號功率。Shannon公式表明了一個系統(tǒng)信道無誤差的傳輸信息的能力跟存在于信道中的信噪比(S/N)以及用于傳輸信息的系統(tǒng)信道帶寬(B)之間的關系。這說明兩個概念在一定的信道容量條件下，可以用減少發(fā)送信號功率，增加信道帶寬的辦法達到提高信道容量的要求；也可以用減少信道帶寬而增加信號功率的辦法來達到。擴頻通信就是采用前一種方法的一種通信系統(tǒng)。
擴頻通信系統(tǒng)包括直接序列擴頻，跳頻，跳時等，現(xiàn)在應用的最廣的是第一種——直接序列擴頻。直接序列擴頻通信使用擴頻碼序列來實現(xiàn)頻譜擴展，一般擴頻碼由偽隨機序列實現(xiàn)，如m序列，gold序列等等。第三代移動通信系統(tǒng)里所用的擴頻碼字就是walsh碼+gold碼，其中walsh碼實現(xiàn)正交特性，gold碼對walsh碼加擾，起到均勻化噪聲的作用。這種碼字的自相關性良好，但互相關性不是很好，由于不同小區(qū)的擴頻碼字無法做到同步，不同小區(qū)的用戶會有嚴重的相鄰小區(qū)多址干擾。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決互相關性較差的問題，本發(fā)明提供一種特殊的擴頻碼序列，即復數(shù)互補碼。
已知Golay互補碼最大的優(yōu)點在于非零自相關值為0，其中自相關值為碼字自身的卷積，非零自相關值即為卷積輸入完全一致時的值。同時在給定序列長度的情況下，碼字數(shù)量眾多。
復數(shù)互補碼的生成方法如下，任意給定一對Golay互補碼M和N，M＝{m1，m2，m3，...mn}，N＝{n1，n2，n3，...nn}，按照如下描述生成與之相對應的復數(shù)互補碼C＝{m1，n1*i，m2，n2*i，m3，n3*i，...mn，nn*i}其中i表示采用正交調(diào)制，即m和n分別調(diào)制到正交的I，Q信道上。復數(shù)互補碼的長度為對應Golay互補碼長度的兩倍。在實際系統(tǒng)中根據(jù)數(shù)據(jù)速率以及工作時鐘的選擇，選用最大長度為32的復數(shù)互補碼，具體見下表

針對不同擴頻因子按照以下規(guī)則生成擴頻碼字

下面介紹系統(tǒng)的實現(xiàn)架構(gòu)


圖1為擴頻調(diào)制系解調(diào)統(tǒng)結(jié)構(gòu)框2為發(fā)送端擴頻調(diào)制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框3為接收端解擴解調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖具體實現(xiàn)說明擴頻調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，發(fā)送端碼發(fā)生器102生成擴頻碼字，與原始數(shù)據(jù)進行擴頻101，擴頻后的高速數(shù)據(jù)進行調(diào)制103，生成適配信道的發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)過信道104的噪聲加擾后，進入接收機，接收端首先對接收數(shù)據(jù)解調(diào)105，之后再與接收端碼發(fā)生器107生成的本地擴頻碼字進行解擴106，最終恢復出來原始數(shù)據(jù)。這是擴頻調(diào)制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)表述，下面詳細說明本發(fā)明的系統(tǒng)架構(gòu)，首先通過公式推導來具體解釋系統(tǒng)架構(gòu)。
假設需要發(fā)送的數(shù)據(jù)為S(t)，復數(shù)互補碼生成器生成的M碼為Cc，N碼為Cs，則發(fā)送端最終輸出的數(shù)據(jù)為St(t)＝S(t)(Cc·sin(ωt)+Cs·cos(ωt))經(jīng)過信道傳輸后，接收機前端AD變換后輸入信號為，其中為發(fā)送信號經(jīng)過信道傳輸后產(chǎn)生的相位畸變Sr(t)＝S(t)(Cc·sin(ωt+)+Cs·cos(ωt+))經(jīng)過下變頻后I＝S(t)(Cc·sin(ωt+)+Cs·cos(ωt+))sin(ωt)＝S(t)(Cc·cos()-Cc·cos(2ωt+)+Cs·sin(2ωt+)-Cs·sin())Q＝S(t)(Cc·sin(ωt+)+Cs·cos(ωt+))cos(ωt)＝S(t)(Cc·sin(2ωt+)+Cc·sin()+Cs·cos(2ωt+)+Cs·cos())經(jīng)過低通濾波器后，濾除高頻成分I＝S(t)(Cc·cos()-Cs·sin())Q＝S(t)(Cc·sin()+Cs·cos())經(jīng)過解擴單元main＝I·Cc+Q·Cs＝(s(t)Cc·cos()-Cs·sin()))·Cc+(s(t)(Cc·sin()+Cs·cos()))·Cs＝S(t)cos()(Cc2+Cs2)aux＝I·Cs-Q·Cc＝(S(t)Cc·cos()-Cs·sin()))·Cs-(s(t)Cc·sin()+Cs·cos()))·Cc＝-S(t)sin()(Cc2+Cs2)其中Cc2，Cs2表示復數(shù)互補碼的相關值，當接收端與發(fā)送端碼片完全同步時，這兩個相關值最大，令A＝(Cc2+Cs2)，表示接收端本地載波和接收信號的相位差，在完全同步時，＝0，故main＝S(t)(Cc2+Cs2)＝S(t)·Aaux＝0main支路輸出的結(jié)果即為最終解擴后的數(shù)據(jù)，這里假定接收端本地載波和接收信號完全同步，同時接收端碼片與接收信號也完全同步。
在本系統(tǒng)中載波同步采用costas環(huán)路實現(xiàn)，如圖1所示。main支路和aux支路輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過鑒相器，輸出如下
由于處于環(huán)路捕獲帶內(nèi)時接近于0，cos()≈1，當接收端與發(fā)送端完全同步時，Cc2，Cs2最大，且為常數(shù)，同上，令A＝(Cc2+Cs2)，故main支路僅取符號位參與鑒相，同時S(t)＝±1，故S2(t)＝1，故鑒相器最終輸出為 上式中sin()包含了調(diào)整NCO信息，鑒相器輸出經(jīng)過環(huán)路濾波器得到調(diào)整NCO的誤差信號，對于調(diào)整信號來說，環(huán)路濾波器在環(huán)路中對噪聲起抑制作用，并且對環(huán)路的校正速度起到調(diào)節(jié)作用。最終環(huán)路濾波器輸出調(diào)節(jié)NCO，實現(xiàn)載波同步的功能。
具體實現(xiàn)見附圖，圖1中輸入信號為原始數(shù)據(jù)，PN碼生成器112生成需要的同相支路擴頻碼和正交支路擴頻碼，分別與原始數(shù)據(jù)進行同相支路擴頻111和正交支路擴頻113，擴頻后的同相支路數(shù)據(jù)和正交支路數(shù)據(jù)送入基帶成型濾波器114和115分別進行基帶成型濾波，成型濾波后的同相支路數(shù)據(jù)和正交支路數(shù)據(jù)與本地載波產(chǎn)生器117生成的sin和cos信號進行上變頻116和118，上變頻后的同相支路數(shù)據(jù)和正交支路數(shù)據(jù)進入加法器模塊119，最終生成發(fā)送數(shù)據(jù)。
圖2中接收信號為接收機前端輸入信號經(jīng)過A/D變換后生成的數(shù)字信號，后續(xù)處理采用軟件無線電的方式實現(xiàn)。本地載波產(chǎn)生器122產(chǎn)生sin和cos載波信號，接收信號與本地載波信號進入下變頻模塊121和123進行下變頻處理，經(jīng)過下變頻后的數(shù)據(jù)進入低通濾波器模塊124和125濾除下變頻后產(chǎn)生的高頻信號，接著進行解擴處理；本地PN碼產(chǎn)生器126產(chǎn)生同相擴頻碼和正交擴頻碼，與低通濾波后的同相基帶信號和正交基帶信號分別進行解擴處理，之后如圖1所示相加產(chǎn)生主輸出和輔助輸出信號，其中主輸出信號即為解調(diào)結(jié)果；主輸出信號和輔助輸出信號進入鑒相器127進行鑒相處理，亦即乘法處理，具中主輸出信號僅取符號位；鑒相器輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過環(huán)路濾波器128生成控制NCO的誤差信號，環(huán)路濾波器為一階低通濾波器，最終環(huán)路濾波器輸出進入本地載波發(fā)生器122調(diào)整本地載波發(fā)生器的輸出，完成載波同步的功能。
上面介紹了一種特殊結(jié)構(gòu)的擴頻通信系統(tǒng)，在具體實現(xiàn)時采用FPGA完成整個系統(tǒng)架構(gòu)的設計實現(xiàn)，在實際電力線載波通信(PLC)應用中其性能完全滿足系統(tǒng)設計要求。
權利要求
1.一種擴頻調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于使用一種復數(shù)互補碼作為擴頻碼字，該復數(shù)互補碼由Golay互補碼進行擴展而得到，碼字的實部和虛部相互正交，分別作為QPSK調(diào)制同相和正交支路的擴頻碼字。
2.一種擴頻調(diào)制解調(diào)裝置，其特征在于該調(diào)制解調(diào)裝置由發(fā)送端復數(shù)互補碼字生成器，接收端復數(shù)互補碼字生成器，擴頻器，基帶濾波器，低通濾波器，本地載波發(fā)生器，上變頻器，下變頻器，主支路解擴單元，輔助支路解擴單元，鑒相器和環(huán)路濾波器構(gòu)成。
3.根據(jù)權利要求2所述的主支路解擴單元和輔助支路解擴單元，其特征在于主支路解擴單元用于計算系統(tǒng)所使用的復數(shù)互補擴頻碼字的自相關函數(shù)的實部，輔助支路借擴單元用于計算系統(tǒng)所使用的復數(shù)互補擴頻碼字的自相關函數(shù)的虛部。
4.根據(jù)權利要求2所述的鑒相器和環(huán)路濾波器，其特征在于鑒相器用于實現(xiàn)主支路符號位輸出和輔助支路輸出的相位檢測，環(huán)路濾波器用于計算調(diào)節(jié)NCO所需要的數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權利要求1，2，3所描述的算法，在FPGA，ASIC，DSP，CPU等載體上的實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用特殊擴頻序列的擴頻調(diào)制解調(diào)方法的算法原理以及實現(xiàn)方法，包括擴頻碼字的構(gòu)成，實現(xiàn)方式，擴頻調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的整體架構(gòu)，擴頻調(diào)制解調(diào)算法的理論推導；特點在于由Golay碼進行擴展而得到相應的擴頻碼字；并將擴頻和調(diào)制方式的設計有機結(jié)合起來；最后得到的信號具有功率峰平比低，自相關特性以及互相關特性優(yōu)良，可以很好解決多址干擾問題，提高整個系統(tǒng)的通信性能。
文檔編號H04J13/00GK1968029SQ20051011039
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月16日 優(yōu)先權日2005年11月16日
發(fā)明者宋朝盛, 陳曉雁 申請人:彌亞微電子(上海)有限公司