專利名稱：應(yīng)用特殊相干調(diào)制解調(diào)載波信號(hào)的通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用相干解調(diào)的通信方法，其應(yīng)用的調(diào)制載波信號(hào)是由對(duì)應(yīng)的解調(diào)載波信號(hào)經(jīng)特殊逆變換得到的、且兩者是相互正交的。
背景技術(shù)：
調(diào)制解調(diào)技術(shù)是現(xiàn)代通信中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在很大程度上決定了通信系統(tǒng)的有效性、可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性等。所謂的調(diào)制解調(diào)，是指信號(hào)傳輸時(shí)，在發(fā)送端將需要傳輸?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換為適于信道傳輸?shù)男盘?hào)形式，在接收端將接收的信號(hào)再轉(zhuǎn)換為原始信號(hào)的過程。
一般地說，調(diào)制過程是使調(diào)制載波信號(hào)的幅度、頻率、相位隨輸入信號(hào)變化。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，即信號(hào)的取出過程，通常采用的有相干解調(diào)法，它是在接收端采用一個(gè)與發(fā)送端載波同頻同相的正交載波信號(hào)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行相乘、濾波，從而還原出原始信號(hào)，這種解調(diào)方式優(yōu)點(diǎn)是具有較好的抗噪聲性能。從數(shù)學(xué)角度看，調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的分析方法是建立在傅立葉變換基礎(chǔ)上的。調(diào)制載波信號(hào)使輸入信號(hào)產(chǎn)生的頻譜搬移，可以用傅立葉變換來描述；而解調(diào)載波信號(hào)對(duì)接收的信號(hào)還原，則可用對(duì)應(yīng)的傅立葉逆變換來描述。
必須指出的是，在實(shí)際應(yīng)用的通信系統(tǒng)中，信號(hào)傳輸通常情況下不是單路，而是通過調(diào)制把不同路的信號(hào)搬移到不同載波上，然后疊加在一起再通過信道傳輸，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)多路復(fù)用，提高信道的傳輸效率。
調(diào)制解調(diào)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)有相當(dāng)長的歷史，在目前的通信系統(tǒng)中使用著各種調(diào)制解調(diào)，其工作原理和性能可以參考相關(guān)的文獻(xiàn)?？偟膩碚f，現(xiàn)有的系統(tǒng)和技術(shù)是有效和可靠的。但隨著現(xiàn)代高速無線通信、寬帶數(shù)據(jù)通信等的快速發(fā)展，調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的研究和發(fā)展依然是研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界重視和關(guān)心的問題之一。研究的重點(diǎn)在于如何在滿足特定傳輸要求的條件下最大限度地提高其抗噪聲性能，以及如何通過降低調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生、接收的復(fù)雜性，達(dá)到降低系統(tǒng)成本的要求。眾所周知，高性能的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，硬件上依賴大量高性能的濾波器、處理器，并還要使用各種軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法，其成本是很高的。因此可以預(yù)見，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，按照傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)大幅度提高調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)性能，是有相當(dāng)難度的。
另一方面，我們注意到，數(shù)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一些特殊的逆變換數(shù)學(xué)方法，為解決物理、材料、工程等方面的問題提供了一些極其有用的工具，具有廣闊的應(yīng)用前景。利用這些特殊的逆變換方法，一些本身非正交的周期函數(shù)族(即，組成該周期函數(shù)族的各個(gè)周期函數(shù)之間是非正交的)，能夠找到與之正交的但其本身卻是非正交的逆變換周期函數(shù)族。也就是說，組成周期函數(shù)族的各個(gè)周期函數(shù)，通過特殊的逆變換方法均能夠找到與之正交的相應(yīng)逆變換周期函數(shù)，而這些逆變換周期函數(shù)之間卻是非正交的。
目前已報(bào)道的這類特殊的逆變換方法有多種，例如由中國科學(xué)院陳難先院士開創(chuàng)的Chen-Mobius變換方法(參見Chen Nx.Modified Mobius InverseFormula And Its Applications In Physics.phys.Rev Lett，64(11)1193-1195Mar 12 1990)。本發(fā)明人對(duì)此也進(jìn)行了相關(guān)的研究(參見蘇武潯等，幾種常見信號(hào)波形的逆變換計(jì)算(I)，《華僑大學(xué)學(xué)報(bào)》(自然科學(xué)版)V26.No1.80-84；2005.1；刊號(hào)CN351079/N；華僑大學(xué)主辦)。本發(fā)明提出的新型的通信方法，是對(duì)上述特殊的逆變換數(shù)學(xué)方法研究結(jié)果的應(yīng)用方面的新的探索。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是將上述特殊逆變換方法的研究結(jié)果應(yīng)用于通信中，提供一種應(yīng)用特殊相干調(diào)制解調(diào)載波信號(hào)的全新的通信方法。
本發(fā)明提供的應(yīng)用特殊相干調(diào)制解調(diào)載波信號(hào)的通信方法，包括在發(fā)送端利用調(diào)制載波信號(hào)將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為適于信道傳輸?shù)男盘?hào)形式，在接收端利用與調(diào)制載波信號(hào)正交的解調(diào)載波信號(hào)將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始信號(hào)，其特征是所述調(diào)制載波信號(hào)是由所述解調(diào)載波信號(hào)經(jīng)特殊逆變換得到的、且兩者之間相互正交。
為了更清楚地揭示和闡明本發(fā)明的要點(diǎn)，下面從數(shù)學(xué)的角度進(jìn)行簡(jiǎn)要描述所述調(diào)制載波信號(hào)用調(diào)制函數(shù) 表示，所述解調(diào)載波信號(hào)用解調(diào)函數(shù)Sd(nt)表示。根據(jù)傅立葉分析方法，任何信號(hào)都可用許多不同頻率不同幅值的正弦波和/或余弦波分量疊加而成。因此，所述解調(diào)函數(shù)Sd(nt)可以展開為公知的傅立葉級(jí)數(shù)。而所述調(diào)制函數(shù) 則是經(jīng)特殊逆變換計(jì)算得到的含系數(shù)I(n)的有限個(gè)正弦或余弦分量的疊加，即表示為如下S~dn(t)=ΣI(n)cosnt]]>或S~dn(t)=ΣI(n)sinnt,]]>其中n是正整數(shù)，求和號(hào)表示對(duì)所有可能的n求和。式中，調(diào)制函數(shù) 的逆變換系數(shù)I(n)是由與其對(duì)應(yīng)的解調(diào)函數(shù)Sd(nt)的傅立葉級(jí)數(shù)系數(shù)經(jīng)特殊逆變換計(jì)算得到的。特殊逆變換的數(shù)學(xué)算法有多種，例如可以采用Chen-Mobius變換方法，計(jì)算出系數(shù)I(n)。上述經(jīng)特殊逆變換得到的調(diào)制函數(shù) 與其對(duì)應(yīng)的解調(diào)函數(shù)Sd(nt)是正交的。
通常，合適的解調(diào)載波信號(hào)是一些波形簡(jiǎn)單、容易產(chǎn)生的信號(hào)。而通過上述分析可以看出，經(jīng)特殊逆變換后得到的調(diào)制載波信號(hào)，在頻域上具有非常簡(jiǎn)單的頻譜，非常適于在信道中傳輸，并且非常容易產(chǎn)生。不僅如此，經(jīng)特殊逆變換得到的調(diào)制載波信號(hào)，與其對(duì)應(yīng)的解調(diào)載波信號(hào)雖然屬于兩類不同的信號(hào)，但它們是相互正交的，采用這種特殊相干調(diào)制解調(diào)載波信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)。因此，本發(fā)明提供的是一種異于現(xiàn)有通信方法的，具有良好的傳輸特性、很強(qiáng)的抗噪聲性能、極低的成本和極其簡(jiǎn)單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的新的高性能通信方法。
所述解調(diào)載波信號(hào)的產(chǎn)生方法和裝置是公知的。而所述調(diào)制載波信號(hào)的產(chǎn)生，則只需將對(duì)應(yīng)頻率的正弦波或余弦波乘以前面所述的逆變換系數(shù)I(n)再疊加就能生成；而逆變換系數(shù)I(n)可以通過按照特殊逆變換的數(shù)學(xué)算法進(jìn)行編程計(jì)算經(jīng)處理器來很快得到，故調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生也是很容易的。
進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的通信方法，其特征是在多路并行傳輸?shù)陌l(fā)送端的每一路輸入信號(hào)使用一個(gè)調(diào)制載波信號(hào)，在多路并行接收的接收端的每一路接收信號(hào)使用一個(gè)解調(diào)載波信號(hào)，且各路的調(diào)制載波信號(hào)、各路的解調(diào)載波信號(hào)之間均為非正交，而每一路的調(diào)制載波信號(hào)是其對(duì)應(yīng)路的解調(diào)載波信號(hào)經(jīng)特殊逆變換得到的，對(duì)應(yīng)的調(diào)制載波信號(hào)和解調(diào)載波信號(hào)相互正交。
所述解調(diào)載波信號(hào)可以在相互之間非正交性的不同類型的多種信號(hào)中選擇，而經(jīng)過特殊逆變換得到的多路調(diào)制載波信號(hào)也分屬相互之間非正交性的不同類型，但是對(duì)應(yīng)的每一路調(diào)制載波信號(hào)和解調(diào)載波信號(hào)是相互正交。不僅如此，當(dāng)屬于同一類型但頻率不同的信號(hào)之間是非正交的，這些不同頻率的信號(hào)同樣可以組成多路的解調(diào)載波信號(hào)，而經(jīng)過特殊逆變換得到的多路調(diào)制載波信號(hào)也是頻率不同且相互之間非正交的信號(hào)。滿足上述條件的信號(hào)種類很多，具有非常大的選擇范圍。
上述的通信方法通常用于實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用傳輸。在發(fā)送端，只要保證各調(diào)制載波信號(hào)的頻譜不重疊、或者即使頻譜有重疊但各調(diào)制載波信號(hào)屬于不同類型，即可以將不同路的輸入信號(hào)直接搬移到頻譜不重疊的或不同類型的調(diào)制載波上，然后直接疊加在一起通過信道傳輸，由于各調(diào)制載波信號(hào)之間、各解調(diào)載波信號(hào)之間均是非正交，且每一路的調(diào)制載波信號(hào)只與對(duì)應(yīng)的解調(diào)載波信號(hào)正交，因此在接收端可以直接進(jìn)行相乘、積分，實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的簡(jiǎn)單分離和還原。這種方法是如此簡(jiǎn)單和有效，甚至無需使用帶通濾波器等器件，大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，而其抗噪聲性能卻是傳統(tǒng)方法難于比擬的。
更進(jìn)一步，還可以采用多重嵌套的調(diào)制解調(diào)方式，提供一種具有極大保密選擇空間的保密通信方法，其特征是在發(fā)送端使用多級(jí)調(diào)制載波信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行多次調(diào)制，在接收端使用多級(jí)解調(diào)載波信號(hào)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)解調(diào)，且各級(jí)的調(diào)制載波信號(hào)、各級(jí)的解調(diào)載波信號(hào)之間均為非正交，而每一級(jí)的調(diào)制載波信號(hào)是其對(duì)應(yīng)級(jí)的解調(diào)載波信號(hào)經(jīng)特殊逆變換得到的，對(duì)應(yīng)的調(diào)制載波信號(hào)和解調(diào)載波信號(hào)相互正交。
同樣的，在保證各級(jí)信號(hào)之間非正交的前提下，解調(diào)載波信號(hào)可以在不同類型的多種信號(hào)中選擇，而經(jīng)過特殊逆變換得到的各級(jí)調(diào)制載波信號(hào)也分屬相互之間非正交的不同類型信號(hào)。并且，每一類信號(hào)還具有不同頻譜、幅度等的選擇，因此，對(duì)多重嵌套的調(diào)制解調(diào)方式，就具有了非常廣大的選擇空間，從而使得每一具體的通信系統(tǒng)具有極大的保密性。
采用多路復(fù)用傳輸時(shí)，其特征是在發(fā)送端使用多級(jí)調(diào)制載波信號(hào)對(duì)至少一路的輸入信號(hào)進(jìn)行多次調(diào)制，在接收端使用多級(jí)解調(diào)載波信號(hào)對(duì)對(duì)應(yīng)路的接收信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)解調(diào)，且各級(jí)的調(diào)制載波信號(hào)、各級(jí)的解調(diào)載波信號(hào)之間均為非正交，每一級(jí)的調(diào)制載波信號(hào)是其對(duì)應(yīng)級(jí)的解調(diào)載波信號(hào)經(jīng)特殊逆變換得到的，對(duì)應(yīng)的調(diào)制載波信號(hào)和解調(diào)載波信號(hào)相互正交。
當(dāng)采用多重嵌套調(diào)制的一路或多路信道在眾多的信道中是隨機(jī)分配的，那么這一路或多路信道的通信就是極其保密而無法偷竊，其保密效果非常好。
在實(shí)際應(yīng)用中，后一級(jí)調(diào)制載波信號(hào)的頻率一般應(yīng)高于前一級(jí)調(diào)制載波信號(hào)的頻率至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
如前所述，由于調(diào)制載波信號(hào)、解調(diào)載波信號(hào)均可以分別在一些非正交的不同類型和不同頻率的信號(hào)中選擇，具有非常大的選擇范圍，可以達(dá)到非常好的保密效果。嵌套調(diào)制解調(diào)級(jí)的級(jí)數(shù)可根據(jù)保密性能要求與傳輸?shù)念l段要求來綜合考慮。
必需指出的是，這種加密傳輸是在調(diào)制解調(diào)階段實(shí)現(xiàn)，不但對(duì)信號(hào)傳輸時(shí)采用的其它加密措施(如編碼加密)沒有影響，而且能與其它加密手段聯(lián)合運(yùn)用，進(jìn)一步提高通信的保密性能。
更具體地說，本發(fā)明應(yīng)用的解調(diào)載波信號(hào)可以選自不同類型的周期性數(shù)字信號(hào)，如矩形脈沖、奇對(duì)稱與偶對(duì)稱方波、奇對(duì)稱與偶對(duì)稱三角波、鋸齒波信號(hào)等以及它們的組合，這些信號(hào)具有如下性質(zhì)這些信號(hào)在時(shí)域上具有非常簡(jiǎn)單的波形，雖然其頻譜非常廣泛，既不適于在信道中傳輸，也不能用于調(diào)制。但這些信號(hào)極其容易產(chǎn)生，因此作為解調(diào)載波信號(hào)是非常適宜的。
對(duì)應(yīng)的，經(jīng)特殊逆變換得到的信號(hào)有多種組合，變換后得到的這些信號(hào)與其對(duì)應(yīng)的解調(diào)載波信號(hào)是相互正交的，而在頻域上具有非常簡(jiǎn)單的頻譜，非常適于在信道中傳輸，也極其容易產(chǎn)生。因此，這些信號(hào)作為調(diào)制載波信號(hào)也是非常適宜的。
選作解調(diào)載波信號(hào)的這些周期性數(shù)字信號(hào)，不但不同類型之間是非正交的，而且同一類型頻率不同的信號(hào)之間也是非正交的。經(jīng)過特殊逆變換得到的各種不同類型的調(diào)制載波信號(hào)的組合，以及同一類型不同頻率的調(diào)制載波信號(hào)之間也都是非正交的。因此，用于多路復(fù)用傳輸時(shí)，調(diào)制、解調(diào)載波信號(hào)具有極大的選擇范圍，能很容易地提供出一族適合于信道傳輸且頻譜不重疊的調(diào)制載波信號(hào)、解調(diào)載波信號(hào)。


圖1是利用本發(fā)明提供的采用特殊相干調(diào)制解調(diào)載波信號(hào)的通信方法實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用傳輸?shù)脑韴D。
圖2是利用本發(fā)明提供的采用特殊相干調(diào)制解調(diào)載波信號(hào)的通信方法實(shí)現(xiàn)加密傳輸?shù)脑韴D。
圖3是對(duì)利用本發(fā)明提供的通信方法實(shí)現(xiàn)的單路模擬通信系統(tǒng)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件仿真的模型示意圖。
圖4是圖3所示仿真模型采用的輸入信號(hào)波形圖。
圖5是圖3所示仿真模型采用的調(diào)制載波信號(hào)波形圖。
圖6是圖3所示仿真模型采用的解調(diào)載波信號(hào)波形圖。
圖7是圖3所示仿真模型scope1處的信號(hào)波形圖。
圖8是圖3所示仿真模型scope2處的信號(hào)波形圖。
圖9是圖3所示仿真模型scope3處的信號(hào)波形圖。
圖10是圖3所示仿真模型的輸出信號(hào)波形圖。
圖11是對(duì)利用本發(fā)明提供的通信方法實(shí)現(xiàn)的單路數(shù)字通信系統(tǒng)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件仿真的模型示意圖。
圖12是圖11所示仿真模型采用的輸入信號(hào)波形圖。
圖13是圖11所示仿真模型scope1處的信號(hào)波形圖。
圖14是圖11所示仿真模型scope2處的信號(hào)波形圖。
圖15是圖11所示仿真模型scope3處的信號(hào)波形圖。
圖16是圖11所示仿真模型的輸出信號(hào)的誤碼率分析圖表。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了利用本發(fā)明提供的采用特殊相干調(diào)制解調(diào)載波信號(hào)的通信方法實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用傳輸?shù)脑?。多路?fù)用傳輸能極大地提高了信道的傳輸效率，是目前通信中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。本發(fā)明示意的多路復(fù)用傳輸屬頻段分組多路復(fù)用。
圖1中，fn(t)為輸入信號(hào)，A1，A2…AN為系統(tǒng)調(diào)制器的乘法器， 為調(diào)制載波信號(hào)，Sd(nt)為解調(diào)載波信號(hào)，B1，B2…BN為系統(tǒng)解調(diào)器的乘法器，C1，C2…CN為解調(diào)器的積分器或低通濾波器，fn′(t)為接收信號(hào)。
根據(jù)傳輸要求，解調(diào)載波信號(hào)Sd(nt)可以在各種各樣的數(shù)字信號(hào)中，選擇不同類型或具有不同頻譜的信號(hào)組成一族非正交的解調(diào)載波信號(hào)。這些信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)函數(shù)均可以展開為傅立葉級(jí)數(shù)，在時(shí)域上的波形均是公知的。
滿足特殊逆變換的對(duì)應(yīng)調(diào)制載波信號(hào) 是各種各樣數(shù)字信號(hào)的逆變換，屬于不同類型的組合、或具有不同頻譜，這些信號(hào)組成一族適合于信道傳輸且頻譜不重疊的非正交調(diào)制載波信號(hào)。其頻域上的頻譜是極為簡(jiǎn)單的。在實(shí)際運(yùn)用中，調(diào)制載波信號(hào) 的頻率應(yīng)高于輸入信號(hào)fn(t)的頻率至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
在系統(tǒng)A1，A2…AN處，實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)fn(t)與調(diào)制載波信號(hào) 相乘調(diào)制變?yōu)橐颜{(diào)信號(hào)Fn(t)，即fn(t)S~dn(t)=Fn(t),]]>各已調(diào)信號(hào)直接疊加后經(jīng)信道傳輸，考慮信道中的噪聲，到達(dá)系統(tǒng)B1，B2…BN處，信號(hào)變成Fn(t)+n(t)，其中n(t)是信道中的噪聲。
在B1，B2…BN及C1，C2…CN處，應(yīng)用解調(diào)載波信號(hào)Sd(nt)進(jìn)行直接相干解調(diào)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)∫0T[Fn(t)+n(t)]Sd(nt)dt=∫0T[fn(t)S~dn(t)+n(t)]Sd(nt)dt=fn′(t)]]>=fn(t)+ϵn(t)]]>
其中，ωn(t)表示因噪聲所引起的誤差。
圖2示出利用本發(fā)明提供的采用特殊相干調(diào)制解調(diào)載波信號(hào)的通信方法實(shí)現(xiàn)加密傳輸?shù)脑?，圖中的標(biāo)示可參照?qǐng)D1。該系統(tǒng)也是多路復(fù)用的，在發(fā)送端使用多級(jí)調(diào)制載波信號(hào)(S~dn(t),S~dn(t)...mS~dn(t))]]>對(duì)每一路的輸入信號(hào)進(jìn)行多次調(diào)制，后一級(jí)調(diào)制載波信號(hào)的頻率高于前一級(jí)調(diào)制載波信號(hào)的頻率至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。在接收端使用多級(jí)解調(diào)載波信號(hào)(Sd(nt)、2Sd(nt)…mSd(nt))對(duì)各路的接收信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)解調(diào)。各級(jí)的調(diào)制載波信號(hào)、各級(jí)的解調(diào)載波信號(hào)之間均為非正交，每一級(jí)的調(diào)制載波信號(hào)是其對(duì)應(yīng)級(jí)的解調(diào)載波信號(hào)的特殊逆變換，對(duì)應(yīng)的調(diào)制載波信號(hào)和解調(diào)載波信號(hào)相互正交。
該系統(tǒng)的工作原理如下系統(tǒng)采用m個(gè)調(diào)制解調(diào)級(jí)，在系統(tǒng)的A1，A2...AN處，實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)fn(t)與第一個(gè)調(diào)制載波信號(hào) 相乘調(diào)制的功能，即fn(t)S~dn(t)=Fn(t),]]>在2A1，2A2...2AN處，再與第二個(gè)調(diào)制載波信號(hào) 相乘，直至在mA1，mA2...mAN處與第m個(gè)調(diào)制載波信號(hào) 相乘。這樣，輸入信號(hào)fn(t)經(jīng)m次調(diào)制，與m個(gè)調(diào)制載波信號(hào)相乘變?yōu)閙Fn(t)。
各已調(diào)信號(hào)疊加后經(jīng)信道傳輸，考慮信道中的噪聲，到達(dá)mB1，mB2...mBN處，信號(hào)變成mFn(t)+n(t)，其中n(t)是信道中的噪聲。
經(jīng)mB1，mB2...mBN至B1，B2...BN，以及C1，C2…CN處，分別應(yīng)用解調(diào)載波信號(hào)mSd(nt)直至Sd(nt)進(jìn)行相干解調(diào)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)∫0Tl[lFn(t)+ln(t)]lSd(nt)dt=∫0Tl[lfn(t)lS~dn(t)+ln(t)]lSd(nt)dt=lfn′(t)]]>=lfn(t)+lϵn(t),(1≤l≤m,)]]>其中，l是表示m級(jí)解調(diào)中的一個(gè)，lfn(t)是l級(jí)解調(diào)后的信號(hào)，lεn(t)是l級(jí)解調(diào)后的噪聲。
下面詳細(xì)描述對(duì)利用本發(fā)明提供的通信方法實(shí)現(xiàn)的模擬和數(shù)字系統(tǒng)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件仿真的過程和結(jié)果圖3是對(duì)模擬通信系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)軟件仿真的模型示意圖，圖11是對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件仿真的模型示意圖。計(jì)算機(jī)仿真軟件采用Matalab，運(yùn)行于Windows XP Professional平臺(tái)。通過計(jì)算機(jī)軟件模擬信號(hào)產(chǎn)生、處理等，并對(duì)過程進(jìn)行分析，進(jìn)而仿真出各種系統(tǒng)性能。為簡(jiǎn)單起見，本附圖只給出單路傳輸仿真結(jié)果。
對(duì)于模擬通信系統(tǒng)，輸入信號(hào)f(t)＝sin(2*pi*4500*t)+sin(2*pi*6000*t)，信號(hào)功率＝1.0556，其波形可從仿真模型的scope in處提取，如圖4所示。調(diào)制載波信號(hào) 是解調(diào)載波信號(hào)(采用方波)的特殊逆變換(n＝5)，即S~(t)=12Eπsin(5ωt)-110Eπsin(ωt),]]>其中，ω＝60000×2π/5，功率＝1.2830，其波形如圖5所示。解調(diào)函數(shù)Sd(nt)采用頻率60000Hz的方波，功率＝1，Sd(nt)與 正交，其波形如圖6所示。加入的噪聲類型為隨機(jī)高斯噪聲，噪聲功率＝12.6472。
在仿真模型的scope1、scope2、scope3處對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、分析，見圖7至9所示，分別表示輸入信號(hào)乘以 的波形、輸入信號(hào)乘以 加上噪聲的波形、輸入信號(hào)乘以 加上噪聲再乘以S(t)的波形。最后，在仿真模型的scopeout處得到輸出信號(hào)波形，如圖10所示。其結(jié)果是輸出信號(hào)與原信號(hào)的均方差是0.0069，均方差除以信號(hào)功率得比值＝0.0069/1.0556＝0.0066＝0.66％。在噪聲功率＝12.6472的條件下，信噪比S/N＝1.0556/12.6472＝0.0835，10log(S/N)＝-10.78db～-11db。系統(tǒng)性能非常優(yōu)異。
對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)，輸入信號(hào)采用隨機(jī)二進(jìn)制信號(hào)，零的概率0.5，取樣時(shí)間＝0.00002秒，其波形可從仿真模型的scope in處提取，如圖12所示。調(diào)制載波信號(hào) 是解調(diào)載波信號(hào)(采用偶對(duì)稱方波)的特殊逆變換(n＝5)。解調(diào)函數(shù)Sd(nt)采用頻率500000Hz的偶對(duì)稱方波，波的峰峰值＝2(-1至+1)，Sd(nt)與 正交。Sd(nt)、 的波形與圖5、圖6類似。加入的噪聲類型為高斯噪聲，平均值＝0，方差＝30，由此得到系統(tǒng)的功率信噪比S/N＝1∶85.8490，也就是S/N＝-19dB。低通濾波器截止頻率fc＝500000Hz。
在仿真模型的scope1、scope2、scope3處對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、分析，見圖13至15所示，分別表示輸入信號(hào)乘以 的波形、輸入信號(hào)乘以S(t)加上噪聲的波形、輸入信號(hào)乘以 加上噪聲再乘以S(t)并經(jīng)低通濾波后的波形。scope3處的信號(hào)即為系統(tǒng)的輸出信號(hào)，從圖16所示的表中可以看出在S/N＝-19dB，傳輸?shù)恼`碼率等于零，系統(tǒng)性能也是非常優(yōu)異。
上述結(jié)果表明，采用特殊相干調(diào)制解調(diào)載波信號(hào)的通信系統(tǒng)，具有非常優(yōu)異的性能。在單信道的信噪比達(dá)到負(fù)分貝的情況下，都能很好地恢復(fù)原信號(hào)。對(duì)于模擬信號(hào)，原信號(hào)能高保真地恢復(fù)。而對(duì)于數(shù)字信號(hào)，誤碼率為零。進(jìn)一步的仿真實(shí)驗(yàn)已證明，在多路、多信道傳輸?shù)臈l件下，系統(tǒng)具有同樣優(yōu)異的性能。
當(dāng)系統(tǒng)在多信道的情況下，可按一定的頻段進(jìn)行分組(如8信道一組)，在接收時(shí)采用分配器進(jìn)行有效分離。在一定性能指標(biāo)的要求下，每組信道中各信道信號(hào)的直接疊加可滿足信道傳輸要求的信道數(shù)目是大大超過傳統(tǒng)的系統(tǒng)，因此，采用多信道傳輸，可大大降低系統(tǒng)的建設(shè)成本和運(yùn)行成本。
以上結(jié)合一些具體應(yīng)用，對(duì)本發(fā)明提供的通信方法進(jìn)行較為詳細(xì)地描述，但這并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明內(nèi)容的限制。事實(shí)上，本發(fā)明提供的這種全新的通信方法適用于模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶通信系統(tǒng)、數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)等各種通信系統(tǒng)。因此，在同樣的構(gòu)思下所作出的修改和變化，也均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.應(yīng)用特殊相干調(diào)制解調(diào)載波信號(hào)的通信方法，包括在發(fā)送端利用調(diào)制載波信號(hào)將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為適于信道傳輸?shù)男盘?hào)形式，在接收端利用與調(diào)制載波信號(hào)正交的解調(diào)載波信號(hào)將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始信號(hào)，其特征是所述調(diào)制載波信號(hào)是所述解調(diào)載波信號(hào)經(jīng)特殊逆變換得到的、且兩者之間互相正交。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信方法，其特征是在多路并行傳輸?shù)陌l(fā)送端對(duì)每一路輸入信號(hào)使用一個(gè)調(diào)制載波信號(hào)，在多路并行接收的接收端對(duì)每一路接收信號(hào)使用一個(gè)解調(diào)載波信號(hào)，且各路的調(diào)制載波信號(hào)、各路的解調(diào)載波信號(hào)之間均為非正交，每一路的調(diào)制載波信號(hào)是其對(duì)應(yīng)路的解調(diào)載波信號(hào)經(jīng)特殊逆變換得到的，對(duì)應(yīng)的調(diào)制載波信號(hào)和解調(diào)載波信號(hào)相互正交。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信方法，其特征是所述各路解調(diào)載波信號(hào)選自相互之間非正交的不同類型的信號(hào)和/或同一類型但不同頻率的信號(hào)，所述各路調(diào)制載波信號(hào)是由各自解調(diào)載波信號(hào)經(jīng)特殊逆變換得到的、且相互之間非正交的不同類型和/或同一類型但不同頻率的信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信方法，其特征是在發(fā)送端使用多級(jí)調(diào)制載波信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行多次調(diào)制，在接收端使用多級(jí)解調(diào)載波信號(hào)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)解調(diào)，且各級(jí)的調(diào)制載波信號(hào)、各級(jí)的解調(diào)載波信號(hào)之間均為非正交，每一級(jí)的調(diào)制載波信號(hào)是其對(duì)應(yīng)級(jí)的解調(diào)載波信號(hào)經(jīng)特殊逆變換得到的，對(duì)應(yīng)的調(diào)制載波信號(hào)和解調(diào)載波信號(hào)相互正交。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通信方法，其特征是所述各級(jí)解調(diào)載波信號(hào)選自相互之間非正交的不同類型的信號(hào)和/或同一類型但不同頻率的信號(hào)，所述各級(jí)調(diào)制載波信號(hào)是由各自解調(diào)載波信號(hào)經(jīng)特殊逆變換得到的、且相互之間非正交的不同類型和/或同一類型但不同頻率的信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信方法，其特征是在多路并行傳輸?shù)陌l(fā)送端對(duì)至少一路的輸入信號(hào)使用多級(jí)調(diào)制載波信號(hào)進(jìn)行多次調(diào)制，在多路并行接收的接收端對(duì)對(duì)應(yīng)路的接收信號(hào)使用多級(jí)解調(diào)載波信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)解調(diào)，且各級(jí)的調(diào)制載波信號(hào)、各級(jí)的解調(diào)載波信號(hào)之間均為非正交，每一級(jí)的調(diào)制載波信號(hào)是其對(duì)應(yīng)級(jí)的解調(diào)載波信號(hào)經(jīng)特殊逆變換得到的，對(duì)應(yīng)的調(diào)制載波信號(hào)和解調(diào)載波信號(hào)相互正交。進(jìn)行多重嵌套調(diào)制的信道可隨機(jī)配置，達(dá)到高度保密的通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的通信方法，其特征是所述各級(jí)解調(diào)載波信號(hào)選自相互之間非正交的不同類型的信號(hào)和/或同一類型但不同頻率的信號(hào)，所述各級(jí)調(diào)制載波信號(hào)是由各自解調(diào)載波信號(hào)經(jīng)特殊逆變換得到的、且相互之間非正交的不同類型和/或同一類型但不同頻率的信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的通信方法，其特征是后一級(jí)調(diào)制載波信號(hào)的頻率高于前一級(jí)調(diào)制載波信號(hào)的頻率至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中所述的任一種通信方法，其特征是所述特殊逆變換為Chen-Mobius變換。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中所述的任一種通信方法，其特征是所述解調(diào)載波信號(hào)選自周期性數(shù)字信號(hào)，包括矩形脈沖、奇對(duì)稱與偶對(duì)稱方波、奇對(duì)稱與偶對(duì)稱三角波、鋸齒波信號(hào)以及它們的組合。
全文摘要
應(yīng)用特殊相干調(diào)制解調(diào)載波信號(hào)的通信方法，包括在發(fā)送端使用調(diào)制載波信號(hào)將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為適于信道傳輸?shù)男盘?hào)形式，在接收端利用與調(diào)制載波信號(hào)正交的解調(diào)載波信號(hào)將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始信號(hào)，其特征是調(diào)制載波信號(hào)是解調(diào)載波信號(hào)經(jīng)特殊逆變換得到的、且兩者之間互相正交。解調(diào)載波信號(hào)選自不同類型的數(shù)字信號(hào)組合，在時(shí)域上具有非常簡(jiǎn)單的波形。對(duì)應(yīng)的調(diào)制載波信號(hào)也有各種不同的類型組合，在頻域上具有非常簡(jiǎn)單的頻譜。該通信方法具有很強(qiáng)的抗噪聲性能，且調(diào)制、解調(diào)載波信號(hào)極易產(chǎn)生。利用該通信方法實(shí)現(xiàn)的多路復(fù)用通信和多重嵌套調(diào)制解調(diào)的加密傳輸具有極好效果。
文檔編號(hào)H04L27/227GK1878156SQ20051004377
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者蘇武潯, 魏騰雄 申請(qǐng)人:蘇武潯, 魏騰雄