專利名稱：一種基于mdfh的數(shù)據(jù)傳輸方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)，特別涉及信息驅(qū)動跳頻(MDFH)技術(shù)。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的跳頻通信系統(tǒng)不同，在MDra系統(tǒng)中，發(fā)送端載頻的跳變不是按照預(yù)先約定的PN碼序列，而是取決于傳送的基帶信息，即用部分基帶信息決定載波頻率的跳變。現(xiàn)有的MDra系統(tǒng)將發(fā)送的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)格式L = NhBc+Bs分段劃分，每段數(shù)據(jù)包括兩部分。Nh為每一個碼元持續(xù)時間內(nèi)載波頻率跳變次數(shù)，在MDHl中Nh > 1，即是基于快跳系統(tǒng)，B。為載波信息，Bs為調(diào)制信息。如圖I所示，在發(fā)送端先將Bsbit信息進(jìn)行基帶調(diào)制，然后將調(diào)制后的基帶信號變頻到由載頻信息選定的Nh個頻率上，實現(xiàn)跳頻。如圖2所示，在接收端，用N。個中心頻率分別為fi(i = 1,2... ,Nc)的濾波器捕獲信息。在每一跳時間內(nèi)，選擇信號強(qiáng)度最強(qiáng)的一路恢復(fù)出相應(yīng)的BA 二進(jìn)制信息。在一個碼元持續(xù)時間內(nèi)，可恢復(fù)N1Ab載頻信息，再通過基帶解調(diào)恢復(fù)Bsb調(diào)制信息，然后將二者合并，完成信息檢測。在現(xiàn)有的MDra系統(tǒng)中，在接收端由于采用濾波器檢測信號，通過信號強(qiáng)弱來判斷發(fā)送信號頻率從而獲得載波信息，無法驗證載波信息，進(jìn)而會產(chǎn)生很大的誤碼率，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決技術(shù)問題是，提供一種降低MDra系統(tǒng)誤碼率的數(shù)據(jù)傳輸方法以及實現(xiàn)該方法的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一種基于MDra的數(shù)據(jù)傳輸方法，包括以下步驟數(shù)據(jù)發(fā)送步驟將原始信息數(shù)據(jù)分離為調(diào)制信息及載波信息；將調(diào)制信息進(jìn)行基帶調(diào)制，將基帶調(diào)制后得到的基帶已調(diào)信號作為跳頻調(diào)制的調(diào)制信號輸入；載波信息經(jīng)過卷積編碼后得到跳頻序列，并建立輸入的載波信息與跳頻序列之間的校驗關(guān)系；跳頻序列控制頻率合成輸出發(fā)射載波頻率，將發(fā)射載波頻率作為跳頻調(diào)制的載波信號輸入；將經(jīng)過跳頻調(diào)制后輸出的跳頻信號通過天線發(fā)送出去；數(shù)據(jù)接收步驟利用快速傅里葉變換FFT對天線接收到的信號進(jìn)行寬帶跳頻信號檢測，并通過FFT得到當(dāng)前接收信號在系統(tǒng)中所有發(fā)射載波頻點上所對應(yīng)的頻點能量，將得到的各頻點能量一方面輸入作為跳頻解調(diào)的已調(diào)信號輸入，另一方面各頻點能量做平方運(yùn)算后分別輸入至維特比譯碼器，維特比譯碼器通過維特比譯碼算法恢復(fù)出發(fā)射載波頻率與載波信息，發(fā)射載波頻率作為跳頻解調(diào)的載波信號輸入，跳頻解調(diào)出的基帶已調(diào)信號作為基帶解調(diào)的已調(diào)信號輸入，基帶解調(diào)出調(diào)制信息，最后，將調(diào)制信息與載波信息進(jìn)行數(shù)據(jù)合并恢復(fù)出原始信息數(shù)據(jù)。一種基于MDra的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊，其特征在于，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊包括數(shù)據(jù)分離單元、基帶調(diào)制器、跳頻調(diào)制器、卷積編碼器、頻率合成器和發(fā)、射天線；數(shù)據(jù)接收模塊包括，快速傅里葉變換FFT模塊、平方模塊、維特比譯碼器、跳頻解調(diào)器、基帶解調(diào)器，數(shù)據(jù)合并單元；數(shù)據(jù)發(fā)射模塊中，數(shù)據(jù)分離單元的輸入端接收原始信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分離單元的調(diào)制信息輸出端與基帶調(diào)制器的調(diào)制信號輸入端相連，基帶調(diào)制器的輸出端與跳頻調(diào)制器的調(diào)制信號輸入端相連，跳頻調(diào)制器的輸出端與天線相連；數(shù)據(jù)分離單元的載波信息輸出端與卷積編碼器的輸入端相連，卷積編碼器的輸出端與頻率合成器的控制信號輸入端相連，頻率合成器的輸出端與跳頻調(diào)制器的載波輸入端相連；數(shù)據(jù)接收模塊中，接收天線與FFT單元的輸入端相連，F(xiàn)FT單元的輸出端分別與平方模塊的輸入端以及跳頻解調(diào)器的已調(diào)信號輸入端相連，各平方模塊的輸出端對應(yīng)連接維特比譯碼器的各輸入端，維特比譯碼器的輸出端分別連接 數(shù)據(jù)合并單元的載波信息輸入端以及跳頻解調(diào)器的載波信號輸入端，跳頻解調(diào)器的輸出端連接基帶解調(diào)器的已調(diào)信號輸入端，基帶解調(diào)器的輸出端連接數(shù)據(jù)合并單元的調(diào)制信息輸入端，數(shù)據(jù)合并單元輸出恢復(fù)的原始信息數(shù)據(jù)；FFT單元的數(shù)量等于采樣頻率的頻點數(shù)量；所述卷積編碼器用于建立輸入的載波信息與輸出的跳頻序列之間的校驗關(guān)系；所述維特比譯碼器用于接收各頻點能量做平方通過維特比譯碼恢復(fù)出發(fā)射載波頻率以及載波信息。本發(fā)明在數(shù)據(jù)發(fā)射時，對載波信息進(jìn)行糾錯處理，利用卷積編碼建立輸入的載波信息與輸出的跳頻序列之間的校驗關(guān)系；在接收數(shù)據(jù)時，維特比譯碼器用能夠利用這種校驗關(guān)系，通過維特比譯碼在數(shù)據(jù)傳輸錯誤而受到破壞時，能夠主動發(fā)現(xiàn)并予以糾正。本發(fā)明的有益效果是，降低MDra數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率，提高抗干擾能力。


圖I是現(xiàn)有MDFH系統(tǒng)發(fā)射機(jī)示意圖；圖2是現(xiàn)有MDHl系統(tǒng)接收機(jī)示意圖；圖3是實施例MDFH系統(tǒng)發(fā)射機(jī)示意圖；圖4是實施例米用的卷積編碼器不意圖；圖5是實施例MDHl系統(tǒng)接收機(jī)示意圖；圖6是實施例MDFH系統(tǒng)與現(xiàn)有MDFH系統(tǒng)在頻率非選擇性瑞利慢衰落信道中的仿真結(jié)果示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明通過提出一種用于MDra的輔助編碼和相應(yīng)的接收端載頻信息恢復(fù)的方法來提高整個MDFH的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力。在發(fā)送端，提供了一種MDra輔助編碼的方法。在本發(fā)明MDra系統(tǒng)中，發(fā)送的數(shù)據(jù)依然分為兩部分載波信息和調(diào)制信息。不同于現(xiàn)有MDra系統(tǒng)的是，發(fā)射機(jī)通過卷積編碼將載波信息編碼后映射為跳頻序列，跳頻序列控制頻率合成器和本振合成發(fā)射載波頻率，使發(fā)射機(jī)在帶寬B。內(nèi)，不同的時間間隔T。輸出與輸入信息數(shù)據(jù)相關(guān)的不同頻率的載波信號，與基帶調(diào)制信號混頻后形成跳頻信號，其瞬時信號帶寬為Bm = 1/T。，發(fā)射機(jī)模型如圖3所示包括數(shù)據(jù)分離單元、基帶調(diào)制器、跳頻調(diào)制器、卷積編碼器、頻率合成器和發(fā)射天線；數(shù)據(jù)分離單元的輸入端接收原始信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分離單元的調(diào)制信息輸出端與基帶調(diào)制器的調(diào)制信號輸入端相連，基帶調(diào)制器的輸出端與跳頻調(diào)制器的調(diào)制信號輸入端相連，跳頻調(diào)制器的輸出端與天線相連；數(shù)據(jù)分離單元的載波信息輸出端與卷積編碼器的輸入端相連，卷積編碼器的輸出端與頻率合成器的控制信號輸入端相連，頻率合成器的輸出端與跳頻調(diào)制器的載波輸入端相連。卷積碼是將發(fā)送的信息序列通過一個線性的、有限狀態(tài)的移位寄存器而產(chǎn)生的。移位寄存器由K級(每級k比特)和η個線性的代數(shù)函數(shù)生成器組 成，如圖4所示。二進(jìn)制數(shù)據(jù)移位輸入到編碼器，沿著移存器每次移動k比特位。每一個k比特長的輸入序列對應(yīng)一個η比特長的輸出序列。其編碼效率為Re = Vn,這和分組碼編碼效率一致。參數(shù)K稱為卷積碼約束長度。數(shù)據(jù)分離單元將原始信息數(shù)據(jù)分離為調(diào)制信息及載波信息；基帶調(diào)制器將調(diào)制信息進(jìn)行基帶調(diào)制，并將基帶調(diào)制后得到的基帶已調(diào)信號作為跳頻調(diào)制器的調(diào)制信號輸入；載波信息經(jīng)過卷積編碼器后得到跳頻序列，通過卷積編碼建立輸入的載波信息與跳頻序列之間的校驗關(guān)系；跳頻序列控制頻率合成器輸出發(fā)射載波頻率，將發(fā)射載波頻率作為跳頻調(diào)制器的載波信號輸入；從跳頻調(diào)制器輸出的跳頻信號通過天線發(fā)送出去。本實施例的MDHl系統(tǒng)將發(fā)送數(shù)據(jù)分為L = Nhk+Bs,分段劃分后的數(shù)據(jù)Nhk比特的數(shù)據(jù)作為載波信息。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的載波信息部分通過卷積編碼器后，每k個比特被編碼成為B。個比特，再由這B。個比特映射到選定的Nk個載波頻率點上，這里M = 2^。在基帶采取多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制MFSKJf Bs比特的信息進(jìn)行基帶調(diào)制，然后將調(diào)制后的基帶信號變頻到Nh個載波頻率上，從而實現(xiàn)跳頻。B。個比特信息數(shù)據(jù)通過頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)與輸出的Nk個頻率信息之間建立了校驗關(guān)系，當(dāng)這種校驗關(guān)系因為傳輸錯誤而受到破壞時，是可以被發(fā)現(xiàn)并予以糾正的。接收機(jī)如圖5所示，快速傅里葉變換FFT模塊、平方模塊、維特比譯碼器、跳頻解調(diào)器、基帶解調(diào)器，數(shù)據(jù)合并單元。接收天線與各FFT單元的輸入端相連，F(xiàn)FT單元的輸出端分別與平方模塊的輸入端以及跳頻解調(diào)器的已調(diào)信號輸入端相連，各平方模塊的輸出端對應(yīng)連接維特比譯碼器的各輸入端，維特比譯碼器的輸出端分別連數(shù)據(jù)合并單元的載波信息輸入端以及跳頻解調(diào)器的載波信號輸入端，跳頻解調(diào)器的輸出端連接基帶解調(diào)器的已調(diào)信號輸入端，基帶解調(diào)器的輸出端連接數(shù)據(jù)合并單元的調(diào)制信息輸入端，數(shù)據(jù)合并單元輸出恢復(fù)的原始信息數(shù)據(jù)。FFT單元的數(shù)量等于采樣頻率的頻點數(shù)量。在接收端，采用基于FFT的寬帶跳頻信號檢測技術(shù)對天線接收到的信號進(jìn)行寬帶跳頻信號檢測，得到跳頻信號在系統(tǒng)中各頻點的能量(各個可能頻點的能量值，即系統(tǒng)中所有發(fā)射載波頻點上所對應(yīng)的頻點能量)后一方面輸入作為跳頻解調(diào)的已調(diào)信號輸入，另一方面各頻點能量做平方運(yùn)算后分別輸入至維特比譯碼器，維特比譯碼器進(jìn)行頻率序列譯碼，這里的頻率序列譯碼采用維特比譯碼算法，在每跳持續(xù)時間內(nèi)可恢復(fù)發(fā)送的k比特載波信息以及發(fā)射載波頻率，這樣在一個碼元持續(xù)時間內(nèi)共恢復(fù)Nhk比特的載波信息。將采用維特比譯碼出來的發(fā)射載波頻率送入跳頻解調(diào)模塊的，再通過基帶解調(diào)的累積判決可以恢復(fù)B。比特調(diào)制信息，然后將恢復(fù)出來的載頻信息與調(diào)制信息合并得到原始信息數(shù)據(jù)。FFT模塊對輸入的信號進(jìn)行FFT頻譜分析，將其在跳頻頻率fn處進(jìn)行采樣，η = O,1，...N-I0載波頻點數(shù)為& = ，而MFSK調(diào)制共有2M"頻率，所以TV = 2瓦碼。將N個頻率均分為個部分，把每個部分的2夂個頻點的FFT樣值相加作為該部分載波頻率的FFT樣值，這就得到個載波頻率的FFT樣值。載波信息的譯碼過程就是利用載波頻率的FFT樣值在頻率網(wǎng)格圖上搜索出最大似然頻率轉(zhuǎn)移路徑的過程。如圖6所示，以輸入卷積編碼的輸入序列k = I，輸出序列η = 6為配置參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)，通過計算機(jī)仿真表明，在頻率非選擇性瑞利慢衰落信道中，載波比特數(shù)B。= 6，調(diào)制比特數(shù)Bs = 1，每一個碼元持續(xù)時間內(nèi)載波頻率的跳變次數(shù)為Nh = 3。通過使用本發(fā)明方法的 MDFH系統(tǒng)的誤比特率性能優(yōu)于現(xiàn)有MDHl系統(tǒng)的誤比特率性能。當(dāng)系統(tǒng)誤比特率為I X 10_3時，使用本發(fā)明方法的MDHl系統(tǒng)與現(xiàn)有MDHl系統(tǒng)相比，帶來了 15dB的性能增益。
權(quán)利要求
1.一種基于MDra的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟 數(shù)據(jù)發(fā)送步驟將原始信息數(shù)據(jù)分離為調(diào)制信息及載波信息；將調(diào)制信息進(jìn)行基帶調(diào)制，將基帶調(diào)制后得到的基帶已調(diào)信號作為跳頻調(diào)制的調(diào)制信號輸入；載波信息經(jīng)過卷積編碼后得到跳頻序列，并建立輸入的載波信息與跳頻序列之間的校驗關(guān)系；跳頻序列控制頻率合成輸出發(fā)射載波頻率，將發(fā)射載波頻率作為跳頻調(diào)制的載波信號輸入；將經(jīng)過跳頻調(diào)制后輸出的跳頻信號通過天線發(fā)送出去； 數(shù)據(jù)接收步驟利用快速傅里葉變換FFT對天線接收到的信號進(jìn)行寬帶跳頻信號檢測，并通過FFT得到當(dāng)前接收信號在系統(tǒng)中所有發(fā)射載波頻點上所對應(yīng)的頻點能量，將得到的各頻點能量一方面輸入作為跳頻解調(diào)的已調(diào)信號輸入，另一方面各頻點能量做平方運(yùn)算后分別輸入至維特比譯碼器，維特比譯碼器通過維特比譯碼算法恢復(fù)出發(fā)射載波頻率與載波信息，發(fā)射載波頻率作為跳頻解調(diào)的載波信號輸入，跳頻解調(diào)出的基帶已調(diào)信號作為基帶解調(diào)的已調(diào)信號輸入，基帶解調(diào)出調(diào)制信息，最后，將調(diào)制信息與載波信息進(jìn)行數(shù)據(jù)合并恢復(fù)出原始信息數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求I所示一種基于MDHl的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述基帶調(diào)制為多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制MFSK。
3.一種基于MDHl的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊，其特征在于，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊包括數(shù)據(jù)分離單元、基帶調(diào)制器、跳頻調(diào)制器、卷積編碼器、頻率合成器和發(fā)射天線；數(shù)據(jù)接收模塊包括，快速傅里葉變換FFT模塊、平方模塊、維特比譯碼器、跳頻解調(diào)器、基帶解調(diào)器，數(shù)據(jù)合并單元； 數(shù)據(jù)發(fā)射模塊中，數(shù)據(jù)分離單元的輸入端接收原始信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分離單元的調(diào)制信息輸出端與基帶調(diào)制器的調(diào)制信號輸入端相連，基帶調(diào)制器的輸出端與跳頻調(diào)制器的調(diào)制信號輸入端相連，跳頻調(diào)制器的輸出端與天線相連；數(shù)據(jù)分離單元的載波信息輸出端與卷積編碼器的輸入端相連，卷積編碼器的輸出端與頻率合成器的控制信號輸入端相連，頻率合成器的輸出端與跳頻調(diào)制器的載波輸入端相連； 數(shù)據(jù)接收模塊中，接收天線與多個FFT單元的輸入端相連，F(xiàn)FT單元的輸出端分別與平方模塊的輸入端以及跳頻解調(diào)器的已調(diào)信號輸入端相連，各平方模塊的輸出端對應(yīng)連接維特比譯碼器的各輸入端，維特比譯碼器的輸出端分別連數(shù)據(jù)合并單元的載波信息輸入端以及跳頻解調(diào)器的載波信號輸入端，跳頻解調(diào)器的輸出端連接基帶解調(diào)器的已調(diào)信號輸入端，基帶解調(diào)器的輸出端連接數(shù)據(jù)合并單元的調(diào)制信息輸入端，數(shù)據(jù)合并單元輸出恢復(fù)的原始信息數(shù)據(jù)；FFT單元的數(shù)量等于采樣頻率的頻點數(shù)量； 所述卷積編碼器用于建立輸入的載波信息與輸出的跳頻序列之間的校驗關(guān)系；所述維特比譯碼器用于接收各頻點能量做平方通過維特比譯碼恢復(fù)出發(fā)射載波頻率以及載波信肩、O
4.如權(quán)利要求3所示一種基于MDHl的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述基帶調(diào)制器采用多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制mfsk，采樣頻率的頻點數(shù)量# = 2Bc+Bs，其中2 ^為發(fā)射載波頻率的頻點總數(shù)，2&為MFSK調(diào)制的頻率的頻點總數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于MDFH的數(shù)據(jù)傳輸方法數(shù)據(jù)傳輸方法及其系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)發(fā)射時，對載波信息進(jìn)行糾錯處理，利用卷積編碼建立輸入的載波信息與輸出的跳頻序列之間的校驗關(guān)系；在接收數(shù)據(jù)時，維特比譯碼器用能夠利用這種校驗關(guān)系，通過維特比譯碼在數(shù)據(jù)傳輸錯誤而受到破壞時，能夠主動發(fā)現(xiàn)并予以糾正，從而降低MDFH數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率，提高抗干擾能力。
文檔編號H04B1/713GK102647202SQ201210092749
公開日2012年8月22日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者劉大龍, 李聰, 董彬虹 申請人:電子科技大學(xué)