專利名稱：基于分數(shù)傅立葉變換的切普信號擴展頻譜發(fā)射接收方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種無線通信中的擴展頻譜技術(shù)，具體涉及一種信息調(diào)制方 式及其接收方法。
技術(shù)背景擴展頻譜通信(簡稱擴頻通信)是20世紀50年代開始發(fā)展起來的一種技 術(shù)，它與光纖通信、衛(wèi)星通信， 一同被譽為進入信息時代的三大高技術(shù)通信 傳輸方式，擴頻通信最初為解決傳統(tǒng)的窄帶通信方式暴露出的誤碼率較高、 抗干擾性和隱蔽性較差等問題而被用來為戰(zhàn)爭環(huán)境下的軍隊提供可靠安全的 通信，廣泛應用于軍事通信、電子對抗以及導航、測量等各個領域，直到20 世紀80年代初才被應用于民用通信領域。擴頻通信系統(tǒng)是指待傳輸信息信號的頻譜用某個特定的與待傳輸?shù)男畔?信號無關(guān)的擴頻函數(shù)擴展后成為寬頻帶信號，送入信道中傳輸，在接收端利 用相應的技術(shù)或手段將其擴展了的頻譜壓縮，恢復為原來待傳輸信息信號的 帶寬，從而達到傳輸信息目的的通信系統(tǒng)。由于擴頻通信比傳統(tǒng)的窄帶通信 需要更大的帶寬，接收機只有知道與擴頻有關(guān)的信息后才能正確接收，否則 擴頻信號表現(xiàn)得就像靜態(tài)的或背景噪聲一樣，因此擴頻技術(shù)具有抗干擾性強， 誤碼率低，隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小，可以實現(xiàn)碼分多址 以及抗多徑干擾等優(yōu)點。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為解決傳統(tǒng)的窄帶通信方式占用的帶寬較寬、誤碼率較高、抗干 擾性和隱蔽性較差的問題，提供一種基于分數(shù)傅立葉變換的切普信號擴展頻 譜發(fā)射接收方法。本發(fā)明的方法由以下步驟實現(xiàn)步驟一、信息源l輸出一個二進制數(shù)字信息c(,);步驟二、切普信號生成器3輸出一個切普信號步驟三、將c(/)和/(,)都送入波形生成器2進行調(diào)制，當",)為l時，波 形生成器2輸出hl的切普信號<formula>formula see original document page 3</formula>當c(/)為0時，波形生 成器2輸出<formula>formula see original document page 3</formula>的切普信號步驟四、發(fā)送端天線4將波形生成器2輸出的切普信號m(0發(fā)射；步驟五、接收端天線5將接收到的切普信號m(O經(jīng)濾波器6濾波后送入 采樣器7得到離散采樣值；步驟六、p階分數(shù)傅立葉變換器8對離散采樣值進行離散^階分數(shù)傅立 葉變換，變換結(jié)果記為/p(");步驟七、峰值位置判決器9在p階分數(shù)傅立葉域上判斷的波形峰值 位置，當峰值位置出現(xiàn)在分數(shù)域的前半段時輸出1，當峰值位置出現(xiàn)在分數(shù) 域的后半段時輸出0，得到的解調(diào)信息通過信息輸出器IO輸出。有益效果本發(fā)明的方法通過在接收端加入離散分數(shù)傅立葉變換運算及 峰值判決來進行解調(diào)，硬件上用軟件無線電來實現(xiàn)，具有實現(xiàn)較為簡單、靈 活性較好的優(yōu)點；同時，本發(fā)明運用分數(shù)傅立葉變換，其快速算法的運算量 與快速傅立葉變換(FFT)相同，都為AHog(iV)，由于本發(fā)明只需要使用分數(shù) 傅立葉變換而不需要相應的逆變換，因此運算量也相應降低50%，具有設計 合理、工作可靠的優(yōu)點，以及較大的推廣價值。


圖1是本發(fā)明的實施的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是參數(shù)A-1時切普信號經(jīng)傅立 葉變換后的頻域波形；圖3是參數(shù)fc--l時切普信號經(jīng)傅立葉變換后的頻域波 形；圖4是參數(shù)* = 1時切普信號經(jīng)^階分數(shù)傅立葉變換后的波形；圖5是參 數(shù)* =-1時切普信號經(jīng)^階分數(shù)傅立葉變換后的波形。
具體實施方式
具體實施方式
一參見圖1 圖5，本實施方式由以下步驟組成 步驟一、信息源l輸出一個二進制數(shù)字信息c(,); 步驟二、切普信號生成器3輸出一個切普信號步驟三、將c(/)和/(,)都送入波形生成器2進行調(diào)制，當c(,)為l時，波 形生成器2輸出"l的切普信號mOcosPW + w2)，當c(,)為0時，波形生 成器2輸出* = -l的切普信號步驟四、發(fā)送端天線4將波形生成器2輸出的切普信號W(,)發(fā)射；步驟五、接收端天線5將接收到的切普信號/n(/)經(jīng)濾波器6濾波后送入 采樣器7得到離散采樣值；步驟六、p階分數(shù)傅立葉變換器8對離散采樣值進行離散^階分數(shù)傅立 葉變換，變換結(jié)果記為/p(");步驟七、峰值位置判決器9在p階分數(shù)傅立葉域上判斷力(")的波形峰值 位置，在實際系統(tǒng)應用中發(fā)射端應當發(fā)送實信號，因此取兩個切普信號疊加， 相位取0，表達式如下c(f) = {exp[/(2;r ++ exp[-/(2" + / 2=cos(2;r /0f + ;rfo2)由圖4和圖5可知，對于線性調(diào)頻信號，當*取1和-1時，在相應的分 數(shù)域上，其峰值部分與比較平坦特性部分位置完全相反，圖4中這兩部分分 別代表了上式中的兩部分，呈現(xiàn)峰值的部分對應于前面的6鄧[/(2;^/ + ;^2)] 項，而呈現(xiàn)出比較平坦特性的則對應于后面的邵[-/(2^ + ^2)]項，圖5中 則剛好相反，本實施方式的調(diào)制方式也是基于該特性來展開的，因此當峰值 位置如圖4時輸出1，當峰值位置如圖5時輸出0，再將得到的解調(diào)信息通過 信息輸出器10輸出。本發(fā)明的擴展頻譜方法主要是基于分數(shù)傅立葉變換(FRFT)，分數(shù)階是一 種廣義的傅立葉變換，分數(shù)傅立葉變換的積分形式定義為r exp2;rV+/2 ^ -cot" -w/csca乂/(—0 a = (2"±l);r其中/(0為信號的時域表達形式，/(/)的p階分數(shù)傅立葉變換為P/(")， 其中〃為分數(shù)域坐標，"=p;r/2。當a-;r/2時，有/(") = 〔exp(-/2;r",)/(0^ ，可 見a = "/2時/(")為普通的傅立葉變換。分數(shù)傅立葉變換的逆變換可表示為尸/(")=￡/(,)(因此信號的分數(shù)階傅立葉變換可以解釋為/(,)在以逆變換核p (w，^ 為基的函數(shù)空間上的展開，而該核是u域上的一組正交的切普基，因此一個切普信號在適當?shù)姆謹?shù)階傅立葉變換域中將表現(xiàn)為一個沖擊函數(shù)，即分數(shù)傅 立葉變換在某個分數(shù)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。而對于傳統(tǒng)的傅立葉變換來說，基函數(shù)為正弦波，所以切普信號對于傳統(tǒng)的傅立葉變換不會產(chǎn)生能量聚集。圖2和圖3為切普信號參數(shù)A分別為1 和-1時進行傅立葉變換后的頻域波形，通過其頻域波形可以看出，切普信號 在頻域上無能量聚集特性。其中，切普信號的表達式為c(O =爿exp + 2;r/0/ + ;r^2)} (0 S f S 71)參數(shù)％、 /。、 A分別表示切普信號的相位，中心頻率，和帶寬。*與帶寬萬的關(guān)系為5-;tr，其中r為切普信號時域?qū)挾取Ｔ诒磉_式中切普信號是復信號，在實際系統(tǒng)應用中發(fā)射端應當發(fā)送實信號，因此取兩個切普信號疊加，相位取0,使其成為余弦函數(shù)形式。本發(fā)明利用切普信號在相應分數(shù)傅立葉域上的能量聚集特性，通過改變切普信號的參數(shù);t的取值使其在p階分數(shù)傅 立葉域上的能量聚集位置(即峰值位置)不同，從而通過對峰值位置的判決解 調(diào)出相應的信息。
權(quán)利要求
1、基于分數(shù)傅立葉變換的切普信號擴展頻譜發(fā)射接收方法，其特征在于它由以下步驟實現(xiàn)步驟一、信息源(1)輸出一個二進制數(shù)字信息c(t)；步驟二、切普信號生成器(3)輸出一個切普信號f(t)；步驟三、將c(t)和f(t)都送入波形生成器(2)進行調(diào)制，當c(t)為1時，波形生成器(2)輸出k＝1的切普信號m(t)＝cos(2πf0t+πt2)，當c(t)為0時，波形生成器(2)輸出k＝-1的切普信號m(t)＝cos(2πf0t-πt2)；步驟四、發(fā)送端天線(4)將波形生成器(2)輸出的切普信號m(t)發(fā)射；步驟五、接收端天線(5)將接收到的切普信號m(t)經(jīng)濾波器(6)濾波后送入采樣器(7)得到離散采樣值；步驟六、p階分數(shù)傅立葉變換器(8)對離散采樣值進行離散p階分數(shù)傅立葉變換，變換結(jié)果記為fp(u)；步驟七、峰值位置判決器(9)在p階分數(shù)傅立葉域上判斷fp(u)的波形峰值位置，當峰值位置出現(xiàn)在分數(shù)域的前半段時輸出1，當峰值位置出現(xiàn)在分數(shù)域的后半段時輸出0，得到的解調(diào)信息通過信息輸出器(10)輸出。
全文摘要
基于分數(shù)傅立葉變換的切普信號擴展頻譜發(fā)射接收方法，它涉及一種信息調(diào)制方式及其接收方法，以解決傳統(tǒng)的窄帶通信方式誤碼率較高、抗干擾性和隱蔽性較差的問題。本發(fā)明的方法由以下步驟實現(xiàn)信息源輸出一個二進制數(shù)字信息c(t)；切普信號生成器輸出一個切普信號f(t)；將c(t)和f(t)都送入波形生成器進行調(diào)制，c(t)為1則輸出k＝1的切普信號m(t)＝cos(2πf₀t+πt²)，c(t)為0則輸出k＝-1的切普信號m(t)＝cos(2πf₀t-πt²)；發(fā)送端天線將m(t)發(fā)射；接收端天線將m(t)經(jīng)濾波器后送入采樣器得到離散采樣值；p階分數(shù)傅立葉變換器對離散采樣值進行離散p階分數(shù)傅立葉變換并記為f_p(u)；峰值位置判決器判斷f_p(u)的波形峰值位置，當峰值位置在分數(shù)域的前半段時輸出1，當峰值位置在分數(shù)域的后半段時輸出0，得到的解調(diào)信息通過信息輸出器輸出。
文檔編號H04B1/69GK101232299SQ20081006403
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月25日
發(fā)明者寧曉燕, 張中兆, 沙學軍, 佩 郭 申請人:哈爾濱工業(yè)大學