專利名稱：頻域直接序列擴(kuò)頻與分?jǐn)?shù)傅立葉域切普信號(hào)擴(kuò)頻傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線通信中的混合擴(kuò)展頻譜技術(shù)，具體涉及一種頻域直 接序列擴(kuò)頻與分?jǐn)?shù)域切普信號(hào)擴(kuò)頻聯(lián)合擴(kuò)展頻譜信號(hào)產(chǎn)生和接收的方法。
技術(shù)背景擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是指待傳輸信息信號(hào)的頻譜用某個(gè)特定的與待傳輸信息信 號(hào)無(wú)關(guān)的擴(kuò)頻函數(shù)擴(kuò)展后成為寬頻帶信號(hào)，送入信道中傳輸，在接收端利用 相應(yīng)的技術(shù)或手段將其擴(kuò)展了的頻譜壓縮，恢復(fù)為原來(lái)待傳輸信息信號(hào)的帶 寬，從而達(dá)到傳輸信息目的的通信系統(tǒng)。根據(jù)通信系統(tǒng)產(chǎn)生擴(kuò)頻信號(hào)的方式， 可分為直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)、跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)、跳時(shí)擴(kuò)頻系統(tǒng)等幾類，擴(kuò)頻通信 系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是具有很強(qiáng)的抗干擾能力，進(jìn)入接收機(jī)的干擾主要有帶限平 穩(wěn)高斯隨機(jī)干擾、窄帶瞄準(zhǔn)式干擾以及寬帶阻塞式干擾等，當(dāng)干擾信號(hào)瞄準(zhǔn) 擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)的中心頻率時(shí)，對(duì)于直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的射頻載波具有極強(qiáng)的 干擾，而當(dāng)寬帶阻塞時(shí)的干擾，對(duì)于跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)危害較大，混合擴(kuò)頻通信 方式比單一的直接序列、瑕繊、跳時(shí)擴(kuò)頻方式具有更優(yōu)良的特性。分?jǐn)?shù)傅立葉變換是傅立葉變換的一種廣義形式，可以解釋為信號(hào)在時(shí)平面 內(nèi)坐標(biāo)軸繞原點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)任意角度后構(gòu)成的分?jǐn)?shù)階傅立葉域上的表示方法， 由于分?jǐn)?shù)傅立葉變換具有許多傳統(tǒng)傅立葉變換不具備的性質(zhì)，近年來(lái)在信號(hào)處 理領(lǐng)域有較為廣泛的應(yīng)用。分?jǐn)?shù)傅立葉變換的積分形式定義為<formula>formula see original document page 3</formula>其中/(0為信號(hào)的時(shí)域表達(dá)形式，<formula>formula see original document page 3</formula>分?jǐn)?shù)傅立葉變換，為變換核，"為分?jǐn)?shù)域坐標(biāo)，"=/^/2。分?jǐn)?shù)傅立葉變換的逆變換可表示為因此信號(hào)/(,)的分?jǐn)?shù)階傅立葉變換可以解釋為/(0在以逆變換核;c—p為基 的函數(shù)空間上的展開(kāi)，該分?jǐn)?shù)階傅立葉變換核是一組正交的，調(diào)頻率為cota(a=pr/2)的切普(chirp)基，因此一個(gè)chirp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)，即分?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chirp信號(hào)具有最好的能量聚集特性。其中chirp信號(hào)的表 達(dá)式為參數(shù)％、 /。、 A分別控制chirp信號(hào)的相位、中心頻率和調(diào)頻率，A表示chirp信號(hào)的幅值，々與帶寬萬(wàn)的關(guān)系為5 = ^，其中'T為chirp信號(hào)時(shí)域?qū)挾取Ｔ诒磉_(dá)式中chirp信號(hào)是復(fù)信號(hào)，在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中發(fā)射端應(yīng)當(dāng)發(fā)送實(shí)信號(hào)，因此取兩個(gè)共軛chirp信號(hào)疊加，相位取0，使其成為余弦函數(shù)形式 c(O = {exp[/(27r + ;rfe2 )〗+ exp[-《2 r+ r"2 )〗} / 2 =cos(2;ry^/ + ;rfe2)傳統(tǒng)傅立葉變換的基函數(shù)為正弦波，因此單頻正弦干擾在傳統(tǒng)傅立葉變換后 有最佳的能量聚集，所以對(duì)于直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)干擾較大，而在分?jǐn)?shù)傅立葉 變換時(shí)P^1的情況下，單頻正弦干擾沒(méi)有明顯的能量聚集效果。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決接收機(jī)中干擾信號(hào)對(duì)單一擴(kuò)頻系統(tǒng)的影響以及 單頻正弦干擾在傳統(tǒng)傅立葉變換后產(chǎn)生的最佳能量聚集對(duì)直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng) 有較大干擾的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)發(fā)射過(guò)程步驟一二進(jìn)制信息碼源通過(guò)第一串并轉(zhuǎn)換器得到兩路二進(jìn)制信息c^)， c2(0。步驟二第一直接擴(kuò)頻序列發(fā)生器生成直接擴(kuò)頻序列信號(hào)6々)，二進(jìn)制 信息c々)與此直接擴(kuò)頻序列信號(hào)&(0相乘，得到直接序列擴(kuò)頻信號(hào)m々)，第 一載波信號(hào)生成器輸出的信號(hào)",(0與直接序列擴(kuò)頻信號(hào)相乘進(jìn)行二進(jìn)制 相移鍵控調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào)^(/)。 —步驟三Chirp信號(hào)生成器輸出Chirp信號(hào)/(0， 二進(jìn)制信息q(0與 chirp信號(hào)/(0經(jīng)過(guò)波形生成器的調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào)A(,)。當(dāng)C2(/)為1時(shí)， 波形生成器輸出調(diào)頻率為/t的chirp信號(hào)；當(dāng)c^)為0時(shí)，波形生成器輸出 調(diào)頻率為4的chirp信號(hào)。最后將調(diào)制信號(hào)A(/)與調(diào)制信號(hào)^(,)通過(guò)加法器 相加后得到的發(fā)送信號(hào)^)經(jīng)用戶端天線發(fā)射。接收過(guò)程步驟四將接收的信號(hào)KO經(jīng)過(guò)射頻濾波器與采樣器后通過(guò)P階分?jǐn)?shù)傅立 葉變換器得到分?jǐn)?shù)域信號(hào)；(")，然后將分?jǐn)?shù)域信號(hào)分別進(jìn)行解調(diào)。步驟五第一路解調(diào)過(guò)程，分?jǐn)?shù)域信號(hào)rp(")先通過(guò)p階分?jǐn)?shù)傅立葉域?yàn)V 波器濾除了 chirp信號(hào)中6叩[/(2;2"/(; + ;^2)]/2的能量，再通過(guò)2-2p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器將信號(hào)變換到2-p階，之后通過(guò)2-p階分?jǐn)?shù)傅立葉域?yàn)V波器濾除 了 chirp信號(hào)中expH(2;r/。卜;ry^)]/2的能量，再通過(guò)p-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器得到時(shí)域信號(hào)"0，第二直接擴(kuò)頻序列發(fā)生器產(chǎn)生和接收與信號(hào)同步的直 接擴(kuò)頻序列停號(hào)62 W ，此直接擴(kuò)頻序列信號(hào)62 W與時(shí)域信號(hào)。(0相乘進(jìn)行解擴(kuò)，解擴(kuò)后的信號(hào)與第二載波信號(hào)生成器輸岀的信號(hào)"2(0相乘得到解調(diào)信 號(hào)，此解調(diào)信號(hào)通過(guò)濾波器，得到用戶解調(diào)信息r々)；第二路解調(diào)過(guò)程，將通過(guò)P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器后得到的分?jǐn)?shù)域信號(hào) ^")通過(guò)峰值位置判決器進(jìn)行判決，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域前半段時(shí)輸出 1，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域后半段時(shí)輸出0，得到用戶解調(diào)信息"o。步驟六兩路用戶解調(diào)信息^)和^)通過(guò)第二串并轉(zhuǎn)換器得到解調(diào)信息本發(fā)明利用了傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)與基于分?jǐn)?shù)傅立葉變換的切普信 號(hào)擴(kuò)頻的方法，提出了頻域直接序列擴(kuò)頻與分?jǐn)?shù)傅立葉域切普信號(hào)擴(kuò)頻相聯(lián) 合的混合擴(kuò)展頻譜的方法，使傳輸過(guò)程中存在和頻域直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)載波 同頻同相的單頻正弦波干擾(對(duì)頻域直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)最為嚴(yán)重的一種干擾) 的情況，由于在分?jǐn)?shù)域中正弦波不會(huì)像在傳統(tǒng)傅立葉域中產(chǎn)生明顯能量聚集， 因此對(duì)解調(diào)的干擾減小，相對(duì)于傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾能力有所提高， 因?yàn)閮陕窋U(kuò)頻調(diào)制與解調(diào)的過(guò)程都在同一頻帶內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了信道的復(fù)用，因此 也加強(qiáng)了系統(tǒng)的隱蔽性與安全性。


圖1是本發(fā)明發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖'2是本發(fā)明接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是調(diào)頻率k為1時(shí)的chirp信號(hào)p階分?jǐn)?shù)傅立葉域的波形圖；圖 4是調(diào)頻率k為-1時(shí)的chirp信號(hào)p階分?jǐn)?shù)傅立葉域的波形圖；圖5是二進(jìn) 制信息C2(0為1時(shí)接收信號(hào)KO通過(guò)射頻濾波器6、采樣器7以及p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器8后的信號(hào)分?jǐn)?shù)域的波形圖；圖6是二進(jìn)制信息&(0為0時(shí)接收 信號(hào)W)通過(guò)射頻濾波器6、采樣器7以及P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器8后的信號(hào) 分?jǐn)?shù)域的波形圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖l和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式圖1的發(fā)射裝置由第一串并轉(zhuǎn)換器1、第一直接擴(kuò)頻序列發(fā) 生器2、第一載波信號(hào)生成器3、波形生成器4、 chirp信號(hào)生成器5組成。步驟一:二進(jìn)制信息碼源15通過(guò)第一串并轉(zhuǎn)換器1得到兩路二進(jìn)制信息 c,(O， c2(0; '步驟二第一直接擴(kuò)頻序列發(fā)生器2生成直接擴(kuò)頻序列信號(hào)6々)，二進(jìn) 制信息q(0與此直接擴(kuò)頻序列信號(hào)6々)相乘，得到直接擴(kuò)頻信號(hào)附々)，第一 載波信號(hào)生成器3輸出的信號(hào)"々)與直接擴(kuò)頻信號(hào)附，(0相乘進(jìn)行二進(jìn)制相移 鍵控調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào)^(/);步驟三chirp信號(hào)生成器5輸出chirp信號(hào)/(z)， 二進(jìn)制信息c2 與 chirp信號(hào)/(,)經(jīng)過(guò)波形生成器4的調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào)A(/)，當(dāng)&(0為1時(shí)， 波形生成器4輸出調(diào)頻率為A的chirp信號(hào)，當(dāng)WO為0時(shí)，波形生成器4 輸出調(diào)頻率為-*的chirp信號(hào)，最后將調(diào)制信號(hào)^(0與調(diào)制信號(hào)^W通過(guò)加法器相加后得到的發(fā)送信號(hào)力)經(jīng)用戶端天線發(fā)射。本實(shí)施方式圖2的接收裝置由射頻濾波器6、采樣器7、 p階分?jǐn)?shù)傅立葉 變換器8、 p階分?jǐn)?shù)傅立葉域?yàn)V波器9、 2-2p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器10、 2-p 階分?jǐn)?shù)傅立葉域?yàn)V波器ll、 P-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器12、第二直接擴(kuò)頻序列 發(fā)生器22、第二載波信號(hào)生成器33、濾波器13、峰值位置判決器14以及第 二串并轉(zhuǎn)換器21組成。步驟四將接收的信號(hào)^)經(jīng)過(guò)射頻濾波器6與采樣器7后通過(guò)p階分?jǐn)?shù) 傅立葉變換器8得到分?jǐn)?shù)域信號(hào) (")，然后將分?jǐn)?shù)域信號(hào)。(")分別進(jìn)行解調(diào)；步驟五第一路解調(diào)過(guò)程，分?jǐn)?shù)域信號(hào) (")先通過(guò)p階分?jǐn)?shù)傅立葉域?yàn)V 波器9濾除了 chirp信號(hào)中exp[i(2;r/。, + ;^2)]/2的能量，再通過(guò)2-2p階分?jǐn)?shù) 傅立葉變換器10后將信號(hào)變換到2-p階，之后通過(guò)2-p階分?jǐn)?shù)傅立葉域?yàn)V波 器11濾除j chirp信號(hào)中expH(h/。卜;^2)]/2的能量，再通過(guò)p-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器12得到時(shí)域信號(hào)"/)，第二直接擴(kuò)頻序列發(fā)生器22產(chǎn)生和接收 與信號(hào)同步的直接擴(kuò)頻序列信號(hào)^W，此直接擴(kuò)頻序列信號(hào)62(/)與時(shí)域信號(hào) "/)相乘進(jìn)行解擴(kuò)，解擴(kuò)后的信號(hào)與第二載波信號(hào)生成器33輸出的信號(hào)《2(0 相乘得到解調(diào)信號(hào)，此解調(diào)信號(hào)通過(guò)濾波器13，得到用戶解調(diào)信息"0;第二路解調(diào)過(guò)程，將通過(guò)p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器8后得到的分?jǐn)?shù)域信號(hào) W")通過(guò)峰值位置判決器14進(jìn)行判決，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域前半段時(shí)輸 出l，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域后半段時(shí)輸出0，得到用戶解調(diào)信息^(/);步驟六兩路用戶解調(diào)信息r^)和6(0通過(guò)第二串并轉(zhuǎn)換器21得到解調(diào)信息KO。
權(quán)利要求
1、頻域直接序列擴(kuò)頻與分?jǐn)?shù)傅立葉域切普信號(hào)擴(kuò)頻傳輸方法，其特征在于它由以下步驟實(shí)現(xiàn)發(fā)射過(guò)程步驟一二進(jìn)制信息碼源(15)通過(guò)第一串并轉(zhuǎn)換器(1)得到兩路二進(jìn)制信息c1(t)，c2(t)；步驟二第一直接擴(kuò)頻序列發(fā)生器(2)生成直接擴(kuò)頻序列信號(hào)b1(t)，二進(jìn)制信息c1(t)與此直接擴(kuò)頻序列信號(hào)b1(t)相乘，得到直接擴(kuò)頻信號(hào)m1(t)，第一載波信號(hào)生成器(3)輸出的信號(hào)n1(t)與直接擴(kuò)頻信號(hào)m1(t)相乘進(jìn)行二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào)s1(t)；步驟三chirp信號(hào)生成器(5)輸出chirp信號(hào)f(t)，二進(jìn)制信息c2(t)與chirp信號(hào)f(t)經(jīng)過(guò)波形生成器(4)的調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào)s2(t)，當(dāng)c2(t)為1時(shí)，波形生成器(4)輸出調(diào)頻率為k的chirp信號(hào)，當(dāng)c2(t)為0時(shí)，波形生成器(4)輸出調(diào)頻率為-k的chirp信號(hào)，最后將調(diào)制信號(hào)s1(t)與調(diào)制信號(hào)s2(t)通過(guò)加法器相加后得到的發(fā)送信號(hào)s(t)經(jīng)用戶端天線發(fā)射；接收過(guò)程步驟四將接收的信號(hào)r(t)經(jīng)過(guò)射頻濾波器(6)與采樣器(7)后通過(guò)p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(8)得到分?jǐn)?shù)域信號(hào)rp(u)，然后將分?jǐn)?shù)域信號(hào)rp(u)分別進(jìn)行解調(diào)；步驟五第一路解調(diào)過(guò)程，分?jǐn)?shù)域信號(hào)rp(u)先通過(guò)p階分?jǐn)?shù)傅立葉域?yàn)V波器(9)濾除了chirp信號(hào)中exp[i(2πf0t+πkt2)]/2的能量，再通過(guò)2-2p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(10)后將信號(hào)變換到2-p階，之后通過(guò)2-p階分?jǐn)?shù)傅立葉域?yàn)V波器(11)濾除了chirp信號(hào)中exp[-i(2πf0t-πkt2)]/2的能量，再通過(guò)p-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(12)得到時(shí)域信號(hào)rs(t)，第二直接擴(kuò)頻序列發(fā)生器(22)產(chǎn)生和接收與信號(hào)同步的直接擴(kuò)頻序列信號(hào)b2(t)，此直接擴(kuò)頻序列信號(hào)b2(t)與時(shí)域信號(hào)rs(t)相乘進(jìn)行解擴(kuò)，解擴(kuò)后的信號(hào)與第二載波信號(hào)生成器(33)輸出的信號(hào)n2(t)相乘得到解調(diào)信號(hào)，此解調(diào)信號(hào)通過(guò)濾波器(13)，得到用戶解調(diào)信息r1(t)；第二路解調(diào)過(guò)程，將通過(guò)p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(8)后得到的分?jǐn)?shù)域信號(hào)rp(u)通過(guò)峰值位置判決器(14)進(jìn)行判決，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域前半段時(shí)輸出1，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域后半段時(shí)輸出0，得到用戶解調(diào)信息r2(t)；步驟六兩路用戶解調(diào)信息r1(t)和r2(t)通過(guò)第二串并轉(zhuǎn)換器(21)得到解調(diào)信息r(t)。
全文摘要
頻域直接序列擴(kuò)頻與分?jǐn)?shù)傅立葉域切普信號(hào)擴(kuò)頻傳輸方法，它涉及無(wú)線通信中的混合擴(kuò)展頻譜技術(shù)，解決了接收機(jī)中干擾信號(hào)對(duì)單一擴(kuò)頻系統(tǒng)的影響及單頻正弦干擾在傳統(tǒng)傅立葉變換后產(chǎn)生的最佳能量聚集對(duì)直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)有較大干擾的問(wèn)題。發(fā)射過(guò)程二進(jìn)制信息碼源通過(guò)串并轉(zhuǎn)換器分為兩路并分別進(jìn)行調(diào)制相加后得到發(fā)送信號(hào)s(t)。接收過(guò)程將接收的信號(hào)依次通過(guò)射頻濾波器、采樣器和p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器后得到分?jǐn)?shù)域信號(hào)r_p(u)。一路解調(diào)過(guò)程r_p(u)通過(guò)多階分?jǐn)?shù)傅立葉域?yàn)V波器和變換器、直接擴(kuò)頻序列發(fā)生器、載波信號(hào)生成器和濾波器，得到用戶解調(diào)信息r₁(t)；另一路解調(diào)過(guò)程r_p(u)通過(guò)峰值位置判決器，得到用戶解調(diào)信息r₂(t)，r₁(t)和r₂(t)通過(guò)串并轉(zhuǎn)換器得到解調(diào)信息r(t)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101252568SQ20081006431
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月16日
發(fā)明者吳少川, 張中兆, 林 梅, 沙學(xué)軍, 遲永鋼, 佩 郭, 高玉龍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)