專利名稱：一種分?jǐn)?shù)傅立葉變換域跳頻信號(hào)產(chǎn)生與接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線通信中的跳頻技術(shù)，具體涉及一種分?jǐn)?shù)域跳頻信號(hào)產(chǎn)生及接收方法。

背景技術(shù)：
跳頻通信系統(tǒng)是指待傳輸信息信號(hào)經(jīng)過(guò)按某種跳頻圖案在很寬頻帶范圍內(nèi)跳變的載波調(diào)制后形成跳頻信號(hào)，送入信道中傳輸，在接收端，利用與發(fā)射機(jī)頻率完全同步一致的本地載波與接收信號(hào)作解調(diào)，以獲得攜帶有信息的信號(hào)，從而達(dá)到傳輸信息目的的通信系統(tǒng)。現(xiàn)有的窄帶通信方式由于傳輸方式的束縛導(dǎo)致誤碼率較高、并且由于容易被解碼使其抗干擾性和隱蔽性較差。跳頻通信屬于擴(kuò)頻通信的一種，由于跳頻通信的載波始終進(jìn)行快速跳變，接收機(jī)只有知道跳頻圖案的信息后才能正確接收，使其具有良好的隱蔽性，否則跳頻信號(hào)表現(xiàn)得就像隨機(jī)出現(xiàn)的窄帶干擾一樣。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決傳統(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(wèn)題，提出了一種分?jǐn)?shù)域跳頻信號(hào)產(chǎn)生及接收方法。
本發(fā)明的方法由以下步驟實(shí)現(xiàn) 步驟一、信息源1輸出一個(gè)二進(jìn)制的數(shù)字信息碼元c(t)； 步驟二、發(fā)射端跳頻序列生成器2產(chǎn)生跳頻序列，由跳頻序列的序列值決定跳頻圖案，切普信號(hào)生成器3根據(jù)跳頻圖案實(shí)時(shí)輸出具有不同參數(shù)k的切普信號(hào)f(t)； 步驟三、將數(shù)字信息碼元c(t)和具有不同參數(shù)k的切普載波信號(hào)送入波形生成器4進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)數(shù)字信息碼元c(t)為1時(shí)生成信號(hào)為參數(shù)k均滿足k＞0的一組若干個(gè)切普信號(hào)公式中參數(shù)描述如下，i為切普信號(hào)的序號(hào)，Tc為每個(gè)切普信號(hào)的時(shí)間寬度，設(shè)Tb為每比特?cái)?shù)據(jù)時(shí)間寬度，則有Tb＝NTc，N為用于傳輸1比特?cái)?shù)據(jù)的切普信號(hào)個(gè)數(shù)，ki為對(duì)應(yīng)第i個(gè)切普信號(hào)的頻率變化率，gTc(t)是一個(gè)高為1，底邊寬為T(mén)c的閘門(mén)函數(shù)，表達(dá)式為當(dāng)數(shù)字信息碼元為0時(shí)生成信號(hào)為參數(shù)k均滿足k＜0的一組若干個(gè)切普信號(hào) 步驟四、利用放大器5將波形生成器4輸出的分?jǐn)?shù)域跳頻信號(hào)m(t)進(jìn)行放大，用戶發(fā)射端天線6將放大后的跳頻信號(hào)發(fā)射； 步驟五、接收端天線7將接收到的跳頻信號(hào)m(t)經(jīng)濾波器8進(jìn)行帶通濾波； 步驟六、接收端跳頻序列生成器10產(chǎn)生與發(fā)射端相同的跳頻序列，控制p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器9對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行離散p階分?jǐn)?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11在p階分?jǐn)?shù)傅立葉域上判斷|fp(u)|2的波形峰值位置，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜的前半段時(shí)輸出1，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜的后半段時(shí)輸出0，得到用戶解調(diào)信息。
有益效果本發(fā)明通過(guò)在1比特信息碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)實(shí)時(shí)根據(jù)跳頻圖案改變切普信號(hào)的參數(shù)k來(lái)完成分?jǐn)?shù)域跳頻過(guò)程，大大提高了通信系統(tǒng)的抗干擾能力。在接收端加入離散分?jǐn)?shù)傅立葉變換運(yùn)算，直接通過(guò)峰值位置(即切普信號(hào)的能量聚集位置)來(lái)解調(diào)，而不需要相應(yīng)分?jǐn)?shù)傅立葉逆變換，運(yùn)算量和快速傅立葉變換(FFT)相同，僅為Nlog(N)，由于本發(fā)明只需要使用分?jǐn)?shù)傅立葉變換而不需要相應(yīng)的逆變換，因此運(yùn)算量也相應(yīng)降低50％，具有設(shè)計(jì)合理、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)，及較大的推廣價(jià)值。



圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
一發(fā)射端結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是具體實(shí)施方式
一接收端結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是參數(shù)k1＝0.25時(shí)切普信號(hào)經(jīng)p1＝0.985階分?jǐn)?shù)傅立葉變換后的能量譜波形；圖4參數(shù)k1＝-0.25時(shí)切普信號(hào)經(jīng)p1＝0.985階分?jǐn)?shù)傅立葉變換后的能量譜波形；圖5是參數(shù)k為1的切普信號(hào)經(jīng)過(guò)p1＝0.985階分?jǐn)?shù)傅立葉變換后的分?jǐn)?shù)域能量譜波形；圖6是參數(shù)k為-1的切普信號(hào)經(jīng)過(guò)p1＝0.985階分?jǐn)?shù)傅立葉變換后的分?jǐn)?shù)域能量譜波形。

具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一參見(jiàn)圖1～圖6，本實(shí)施方式由以下步驟組成 步驟一、信息源1輸出一個(gè)二進(jìn)制的數(shù)字信息碼元c(t)； 步驟二、發(fā)射端跳頻序列生成器2產(chǎn)生跳頻序列，由跳頻序列的序列值決定跳頻圖案，切普信號(hào)生成器3根據(jù)跳頻圖案實(shí)時(shí)輸出具有不同參數(shù)k的切普信號(hào)f(t)； 步驟三、將數(shù)字信息碼元c(t)和具有不同參數(shù)k的切普載波信號(hào)送入波形生成器4進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)數(shù)字信息碼元c(t)為1時(shí)生成信號(hào)為參數(shù)k均滿足k＞0的一組若干個(gè)切普信號(hào)公式中參數(shù)描述如下，i為切普信號(hào)的序號(hào)，Tc為每個(gè)切普信號(hào)的時(shí)間寬度，設(shè)Tb為每比特?cái)?shù)據(jù)時(shí)間寬度，則有Tb＝NTc，N為用于傳輸1比特?cái)?shù)據(jù)的切普信號(hào)個(gè)數(shù)，ki為對(duì)應(yīng)第i個(gè)切普信號(hào)的頻率變化率，gTc(t)是一個(gè)高為1，底邊寬為T(mén)c的閘門(mén)函數(shù)，表達(dá)式為當(dāng)數(shù)字信息碼元為0時(shí)生成信號(hào)為參數(shù)k均滿足k＜0的一組若干個(gè)切普信號(hào) 步驟四、利用放大器5將波形生成器4輸出的分?jǐn)?shù)域跳頻信號(hào)m(t)進(jìn)行放大，用戶發(fā)射端天線6將放大后的跳頻信號(hào)發(fā)射； 步驟五、接收端天線7將接收到的跳頻信號(hào)m(t)經(jīng)濾波器8進(jìn)行帶通濾波； 步驟六、接收端跳頻序列生成器10產(chǎn)生與發(fā)射端相同的跳頻序列，控制p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器9對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行離散p階分?jǐn)?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11在p階分?jǐn)?shù)傅立葉域上判斷|fp(u)|2的波形峰值位置，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜的前半段時(shí)輸出1，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜的后半段時(shí)輸出0，得到用戶解調(diào)信息。
本發(fā)明提出一種分?jǐn)?shù)域跳頻信號(hào)產(chǎn)生及接收方法，基本思想是在發(fā)射端使用切普信號(hào)作為載波信號(hào)，在1比特信息碼元的持續(xù)時(shí)間內(nèi)令切普載波信號(hào)頻率變化率k的取值進(jìn)行多次跳變(幅度、相位、中心頻率等參數(shù)不變)，由于不同|k|的切普信號(hào)在相應(yīng)的不同階數(shù)分?jǐn)?shù)域上有最佳的能量聚集特性，在接收端先進(jìn)行與發(fā)射端參數(shù)k同步跳變的相應(yīng)階數(shù)的分?jǐn)?shù)傅立葉變換，再通過(guò)檢測(cè)分?jǐn)?shù)域能量譜的峰值位置即可獲得信息數(shù)據(jù)，這種通信方式可稱為分?jǐn)?shù)域跳頻。具體為，當(dāng)信息碼元為1時(shí)按分?jǐn)?shù)域跳頻圖案(即不同時(shí)間段與不同k值的對(duì)應(yīng)圖表)發(fā)射參數(shù)k均滿足k＞0的一組若干個(gè)切普信號(hào)，當(dāng)信息碼元為0時(shí)按分?jǐn)?shù)域跳頻圖案發(fā)射參數(shù)k均滿足k＜0的一組若干個(gè)切普信號(hào)，跳頻圖案由跳頻序列的序列值決定。分?jǐn)?shù)域跳頻的原理與傳統(tǒng)跳頻不同，不是改變傳統(tǒng)正弦載波信號(hào)的中心頻率，而是改變?cè)诜謹(jǐn)?shù)域有良好能量聚集特性的切普信號(hào)的頻率變化率k，使其在1比特信息碼元的持續(xù)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行跳變。跳頻序列控制切普信號(hào)生成器來(lái)產(chǎn)生具有不同參數(shù)k的切普信號(hào)，k值隨跳頻序列的序列值的改變而改變，當(dāng)跳頻序列值改變一次時(shí)，則k值跳變一次。發(fā)射端產(chǎn)生的分?jǐn)?shù)域跳頻信號(hào)，被放大器放大后經(jīng)天線發(fā)射，被接收機(jī)接收。在每個(gè)用戶的接收端將接收到的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)p階的分?jǐn)?shù)傅立葉變換。接收機(jī)首先把接收信號(hào)進(jìn)行濾波，然后從信號(hào)中提取k值跳變同步信號(hào)，使接收機(jī)本地跳頻序列控制的p值跳變與接收到的跳頻信號(hào)的k值跳變同步，接收端再使用相應(yīng)p階的分?jǐn)?shù)傅立葉變換進(jìn)行解調(diào)，p值與發(fā)射端的|k|值一一對(duì)應(yīng)。對(duì)于相應(yīng)的|k|值，解調(diào)后的切普信號(hào)能量聚集，表現(xiàn)為一個(gè)沖擊函數(shù)，對(duì)于接收到的其他不同|k|值的切普信號(hào)，不會(huì)產(chǎn)生同樣的能量聚集特性。最后對(duì)峰值位置進(jìn)行判決，當(dāng)峰值位置在分?jǐn)?shù)域能量譜的前半段時(shí)輸出1，當(dāng)峰值位置在分?jǐn)?shù)域能量譜的后半段時(shí)輸出0，解調(diào)出相應(yīng)的信息。
由圖3、4、5、6可以看出不同|k|值的切普信號(hào)在其相應(yīng)及非相應(yīng)的p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換域上的能量聚集情況。在圖3、圖4中，k1值為0.25與-0.25，在相應(yīng)的p1＝0.985分?jǐn)?shù)傅立葉域上，有最優(yōu)的能量聚集特性，而且隨參數(shù)k的正負(fù)變化其能量譜|fp(u)|2尖峰部分與比較平坦部分的位置完全相反，當(dāng)k1為0.25，峰值出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域的前半段，當(dāng)k1為-0.25，峰值出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域的后半段。圖5、圖6是參數(shù)k分別為1和-1的切普信號(hào)經(jīng)過(guò)p1＝0.985階分?jǐn)?shù)傅立葉變換后的分?jǐn)?shù)域能量譜波形。通過(guò)與圖3、圖4對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，由于變換階數(shù)p1＝0.985與k＝±0.25對(duì)應(yīng)，而不與k＝±1對(duì)應(yīng)，所以其分?jǐn)?shù)傅立葉變換后的能量譜沒(méi)有出現(xiàn)能量聚集特征。
本發(fā)明的解調(diào)方法主要是基于分?jǐn)?shù)傅立葉變換，分?jǐn)?shù)傅立葉變換是一種廣義的傅立葉變換，信號(hào)在分?jǐn)?shù)階傅立葉域上的表示，同時(shí)包含了信號(hào)在時(shí)域和頻域的信息。分?jǐn)?shù)傅立葉變換的積分形式定義為 其中f(t)為信號(hào)的時(shí)域表達(dá)形式，f(t)的p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換為Fpf(u)，其中u為分?jǐn)?shù)域坐標(biāo)，α＝pπ/2。當(dāng)α＝π/2時(shí)，f(u)為普通的傅立葉變換。由于FRFT是信號(hào)在一組正交的且普基上的展開(kāi)，因此分?jǐn)?shù)傅立葉變換在某個(gè)分?jǐn)?shù)階傅立葉域中對(duì)給定的切普信號(hào)具有最好的能量聚集特性，即一個(gè)切普信號(hào)在適當(dāng)?shù)姆謹(jǐn)?shù)階傅立葉變換域中將表現(xiàn)為一個(gè)沖擊函數(shù)，而對(duì)于傅立葉變換來(lái)說(shuō)，由于基函數(shù)為正弦波，所以切普信號(hào)在傳統(tǒng)的傅立葉變換中不會(huì)產(chǎn)生能量聚集。其中，切普信號(hào)的表達(dá)式為
參數(shù)

f0、k分別表示切普信號(hào)的相位，中心頻率，和頻率變化率。k與帶寬B的關(guān)系為B＝kT，其中T為切普信號(hào)時(shí)域?qū)挾取Ｔ趯?shí)際通信系統(tǒng)中，發(fā)射端發(fā)射的信號(hào)為實(shí)函數(shù)，取兩個(gè)共軛切普信號(hào)疊加，使其成為余弦函數(shù)形式，表達(dá)式如下 c(t)＝{exp[i(2πf0t+πkt2)]+exp[-i(2πf0t+πkt2)]}/2 ＝cos(2πf0t+πkt2)。
權(quán)利要求
1、一種分?jǐn)?shù)傅立葉變換域跳頻信號(hào)產(chǎn)生與接收方法，其特征在于它由以下步驟實(shí)現(xiàn)
步驟一、信息源(1)輸出一個(gè)二進(jìn)制的數(shù)字信息碼元c(t)；
步驟二、發(fā)射端跳頻序列生成器(2)產(chǎn)生跳頻序列，由跳頻序列的序列值決定跳頻圖案，切普信號(hào)生成器(3)根據(jù)跳頻圖案實(shí)時(shí)輸出具有不同參數(shù)k的切普信號(hào)f(t)；
步驟三、將數(shù)字信息碼元c(t)和具有不同參數(shù)k的切普載波信號(hào)送入波形生成器(4)進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)數(shù)字信息碼元c(t)為1時(shí)生成信號(hào)為參數(shù)k均滿足k＞0的一組若干個(gè)切普信號(hào)公式中參數(shù)描述如下，i為切普信號(hào)的序號(hào)，Tc為每個(gè)切普信號(hào)的時(shí)間寬度，設(shè)Tb為每比特?cái)?shù)據(jù)時(shí)間寬度，則有Tb＝NTc，N為用于傳輸1比特?cái)?shù)據(jù)的切普信號(hào)個(gè)數(shù)，ki為對(duì)應(yīng)第i個(gè)切普信號(hào)的頻率變化率，gTc(t)是一個(gè)高為1，底邊寬為T(mén)c的閘門(mén)函數(shù)，表達(dá)式為當(dāng)數(shù)字信息碼元為0時(shí)生成信號(hào)為參數(shù)k均滿足k＜0的一組若干個(gè)切普信號(hào)
步驟四、利用放大器(5)將波形生成器(4)輸出的分?jǐn)?shù)域跳頻信號(hào)m(t)進(jìn)行放大，用戶發(fā)射端天線(6)將放大后的跳頻信號(hào)發(fā)射；
步驟五、接收端天線(7)將接收到的跳頻信號(hào)m(t)經(jīng)濾波器(8)進(jìn)行帶通濾波；
步驟六、接收端跳頻序列生成器(10)產(chǎn)生與發(fā)射端相同的跳頻序列，控制p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(9)對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行離散p階分?jǐn)?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(11)在p階分?jǐn)?shù)傅立葉域上判斷|fp(u)|2的波形峰值位置，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜的前半段時(shí)輸出1，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜的后半段時(shí)輸出0，得到用戶解調(diào)信息。
全文摘要
一種分?jǐn)?shù)傅立葉變換域跳頻信號(hào)產(chǎn)生與接收方法，它涉及一種分?jǐn)?shù)域跳頻信號(hào)產(chǎn)生及接收方法，以解決傳統(tǒng)窄帶通信方式誤碼率較高、抗干擾性和隱蔽性較差的問(wèn)題。信息源輸出數(shù)字信息碼元c(t)；切普信號(hào)生成器根據(jù)跳頻圖案實(shí)時(shí)輸出具有不同參數(shù)k的切普載波信號(hào)f(t)；將c(t)和切普載波信號(hào)送入波形生成器進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)數(shù)字信息碼元c(t)為1時(shí)生成信號(hào)為參數(shù)k均滿足k＞0的一組若干個(gè)切普信號(hào)，當(dāng)數(shù)字信息碼元為0時(shí)生成信號(hào)為參數(shù)k均滿足k＜0的一組若干個(gè)切普信號(hào)；發(fā)射端天線將跳頻信號(hào)發(fā)射；接收到的跳頻信號(hào)經(jīng)濾波器后進(jìn)行離散p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換，變換結(jié)果記為fp(u)；當(dāng)|fp(u)|2峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜的前半段時(shí)輸出1，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜的后半段時(shí)輸出0，得到解調(diào)信息。
文檔編號(hào)H04B1/713GK101247142SQ20081006416
公開(kāi)日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者沙學(xué)軍, 珣 唐, 溫容慧, 佩 郭, 遲永鋼, 高玉龍, 吳少川 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)