專利名稱：甚小線性調(diào)頻鍵控調(diào)制的超窄帶通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種數(shù)字通信的調(diào)制解調(diào)方法，采用一種甚小線性調(diào)頻鍵控調(diào)制實(shí)現(xiàn)超 窄帶通信，屬于數(shù)字通信領(lǐng)域。
技術(shù)背景數(shù)字通信技術(shù)中，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離有線傳輸或無線電傳輸，在發(fā)射端必須采用頻 率很高的正弦波作為載體(載波)，用二進(jìn)制信號"1"、 "0"來改變載波的某些參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)調(diào)制。在接收端用相應(yīng)的電路還原信號，實(shí)現(xiàn)解調(diào)。調(diào)制的方法有幅度調(diào)制(調(diào) 幅)、頻率調(diào)制(調(diào)頻)和相位調(diào)制(調(diào)相)等。信號的頻率成分叫頻譜，單純的正 弦波頻譜是一個(gè)離散的線譜。調(diào)制后的信號所含的頻率成分變?yōu)檫B續(xù)譜，并占有一定的寬度，稱為帶寬(單位為Hz)。由于無線電頻譜資源十分寶貴，因此，人們一直追 求新的通信技術(shù)，具有較窄的帶寬，和較高的信息傳輸速率(單位為bit/s)。換言之， 單位帶寬內(nèi)的傳信率，即頻帶利用率(單位為bit/(s.Hz))是通信技術(shù)重要指標(biāo)。超窄 帶(UltraNarrow Band, UNB)通信概念最初由H.R.Walker在1997年提出甚小鍵控 (Very Minimum Shift Keying, VMSK)調(diào)制具有非常高的頻道利用率。在這種VMSK 中，采用了矩形波， 一個(gè)比特過零點(diǎn)的位置不同代表傳送不同信息。當(dāng)將此基帶信號 調(diào)制到高頻后，由于信息的頻譜并不在調(diào)制頻率附近，所以可以采用單邊帶SSB-SC 發(fā)射，減小了頻帶寬度，因而獲得了很大的頻帶利用率(15bit/(s.Hz))。此后吳樂南 提出采用類正弦信號的甚小波形差鍵控調(diào)制(Very Minimum Waveform Difference Keying, VDSK)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種新的超窄帶通信方法。該方案中信號的頻譜集中在載 波附近，因而頻帶利用率極高，可以在很窄的的頻率范圍內(nèi)，傳輸高速數(shù)據(jù)流，可以 大幅度提高頻率資源的利用率。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是提出甚小線性調(diào)頻鍵控的調(diào)制方式(Very Minimum Chirp Keying, VMCK)。超窄帶通信概念最初是甚小鍵控(Very Minimum Shift Keying, VMSK)調(diào)制，在 這種VMSK中，采用了矩形波， 一個(gè)比特過零點(diǎn)的位置不同代表傳送不同信息。一
個(gè)比特被分成M個(gè)時(shí)隙。對應(yīng)于"1"或"0"，波形相位的變化發(fā)生在(M—l) /2 或(M+l) /2。由于矩形波具有較寬的頻帶，吳樂南提出采用類正弦信號的VDSK 波形。此方案在一個(gè)比特中，前半段信號與后半段信號采用兩種頻率的正弦波，通過 選擇頻率為"先高后低"或"先低后高"來改變過零點(diǎn)的位置，從而代表不同的信息。 因?yàn)檫@兩種正弦波的頻率都與傳信率不同，產(chǎn)生比較困難，接收端采用相干檢測時(shí)， 實(shí)現(xiàn)比特同步也不容易。本發(fā)明提出了釆用甚小線性調(diào)頻鍵控(Very Minimum Chirp Keying, VMCK)波形來構(gòu)造超窄帶信號。線性調(diào)頻信號具有優(yōu)良的相關(guān)性，并且容 易產(chǎn)生，在接收端也容易實(shí)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)算。這種波形比矩形、類正弦都有較窄的頻帶， 因而有更高的頻帶利用率。VMCK信號的含義是在一個(gè)比特內(nèi)有一個(gè)線性調(diào)頻的正弦波周期。<formula>formula see original document page 4</formula>這里^(0和^(o代表數(shù)據(jù)"i"和"o", y;.是載波的中心頻率，同時(shí)也是信息的 傳輸速率。a是調(diào)頻系數(shù)，"越大帶寬越寬。時(shí)域波形見圖l。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種甚小線性調(diào)頻鍵控調(diào)制的超窄帶通信方法，其特征在于用二進(jìn)制數(shù)據(jù)控制線 性調(diào)頻"升調(diào)"或"降調(diào)"，載波的中心頻率同時(shí)也是信息的傳輸速率，線性調(diào)頻的 頻譜集中在載波附近，調(diào)頻的正弦信號在一個(gè)比特內(nèi)正好為一個(gè)周期。上述的用二進(jìn)制數(shù)據(jù)控制線性調(diào)頻為設(shè)定數(shù)據(jù)"1"對應(yīng)的波形為 <formula>formula see original document page 4</formula>數(shù)據(jù)"0"對應(yīng)的波形為<formula>formula see original document page 4</formula>，這里,是載波的中心頻率，同時(shí)也是信息的傳輸速率，則(a) 數(shù)據(jù)"1"對應(yīng)的波形是"升調(diào)"，頻率為線性上升，對角度的微分可以得到頻率的方程是<formula>formula see original document page 4</formula>(b) 數(shù)據(jù)"o"對應(yīng)的波形是"降調(diào)"，頻率為線性下降，對角度的微分可以得到 頻率的方程是<formula>formula see original document page 4</formula> (C)數(shù)據(jù)"l"對應(yīng)的波形的幅度隨著頻率上升線性升高，使得在一個(gè)比特時(shí)間內(nèi) 信號的積分為0，即不含直流分量；(d) 數(shù)據(jù)"0"對應(yīng)的波形的幅度隨著頻率下降線性下降，使得在一個(gè)比特時(shí)間 內(nèi)信號的積分為0，即不含直流分量；(e) a為線性調(diào)頻指數(shù)，介于0到1之間；當(dāng)a為0時(shí)，信號為純正弦波，頻帶 為0，但不能傳輸信息，當(dāng)"為1時(shí)，頻帶最寬，信號抗干擾能力最強(qiáng)；在上述的甚小線性調(diào)頻鍵控調(diào)制的超窄帶通信方法中，采用壓控電路作為調(diào)制電 路來實(shí)現(xiàn)調(diào)制，采用匹配濾波器構(gòu)成解調(diào)電路來實(shí)現(xiàn)解調(diào)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)1. 頻帶利用率高。VMCK是一種載波調(diào)制方式，理論上可以達(dá)到射頻(RF)載 波的頻率。即使考慮到技術(shù)實(shí)現(xiàn)上的難度而在中頻(IF)上進(jìn)行處理，在短波頻段得 到數(shù)百kb/s、微波頻段得到數(shù)百M(fèi)b/s的傳輸碼率也是可能的。由于傳輸碼率高，而 傳輸信號的波形又非常接近于正弦波，因而頻譜能量高度集中，占用帶寬很窄，可以 實(shí)現(xiàn)超窄帶的高速數(shù)據(jù)傳輸。2. 矩形VMSK和類正弦的VWDK頻譜在二次、三次等諧波處有較高的離散譜 線，需要通過濾波器陷波或波形修正。而VMCK在基波處有一條離散譜線，諧波處 的離散譜線很小(圖2)，使得它窄帶性能優(yōu)越。3. 在"1"、 "0"兩種信號是正交的情況下，VMCK比矩形VMSK和類正弦的 VWDK帶寬都窄，頻帶利用率也更高。4. VMCK波的中心頻率與信息傳輸速率相同，這使它更容易在電路中實(shí)現(xiàn)，具 工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。線性調(diào)頻電路可以用模擬電路實(shí)現(xiàn)，其核心電路為壓控振蕩器VCO。 加在VCO上的電壓是線性變化的，這個(gè)電壓還可以同步地作為線性調(diào)頻后的幅度調(diào) 制信號。因此，發(fā)射端比較容易構(gòu)造出高頻調(diào)制電路，這為實(shí)現(xiàn)微波段甚至更高頻段 的超窄帶通信提供了可能。5. 本方案可以用于短波通信。短波電臺數(shù)據(jù)傳輸速率只有幾kb/s。若利用VMCK 中頻調(diào)制，可望達(dá)到上百kb/s的高速數(shù)傳。本方案可以用于XDSL實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)增容。 可以用于無線廣播電臺、電視臺的載波/副載波攜帶高速信息，實(shí)現(xiàn)附加服務(wù)。


圖1是不同"下的VMCK波形圖。 圖2是VMCK的信號頻譜圖。
圖3是VMCK系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施方式
圖3是VMCK系統(tǒng)的實(shí)施例。數(shù)據(jù)信息輸入雙極性發(fā)生器，產(chǎn)生了正負(fù)電平的 信號輸出。通過積分電路后變?yōu)殡S時(shí)間而變的斜坡電平。該電平分為兩路， 一路用以 控制壓縮振蕩器VCO，產(chǎn)生線性調(diào)頻信號，另一路對線性調(diào)頻信號再進(jìn)行一次線性 調(diào)幅，最后輸出VMCK信號。原數(shù)字信號通過時(shí)鐘電路產(chǎn)生與比特同步的窄脈沖， 作為積分電路所需的猝息脈沖，同時(shí)作為VCO電路的觸發(fā)脈沖，保證各部分電路在 統(tǒng)一的時(shí)鐘電路控制下協(xié)調(diào)一致工作。在接收電路中接收通過具有近似零時(shí)延誤差的 窄帶濾波器后，分別在"升調(diào)"和"降調(diào)"匹配濾波器中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，最后通過判 決電路得到解調(diào)后的信號。采用本實(shí)施方案，可以在50k中頻上用l一5k帶寬傳輸50—100kbps數(shù)據(jù)。也可 以進(jìn)一步調(diào)制到短波甚至超短波，仍然保證很高的頻帶利用率。
權(quán)利要求
1. 一種甚小線性調(diào)頻鍵控調(diào)制的超窄帶通信方法，其特征在于用二進(jìn)制數(shù)據(jù)控制線 性調(diào)頻"升調(diào)"或"降調(diào)"，載波的中心頻率同時(shí)也是信息的傳輸速率，線性調(diào) 頻的頻譜集中在載波附近，調(diào)頻的正弦信號在一個(gè)比特內(nèi)正好為一個(gè)周期。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的甚小線性調(diào)頻鍵控調(diào)制的超窄帶通信方法，其特征在于所 述的用二進(jìn)制數(shù)據(jù)控制線性調(diào)頻為設(shè)定數(shù)據(jù)"1"對應(yīng)的波形為<formula>formula see original document page 2</formula>數(shù)據(jù)"0"對應(yīng)的波形為<formula>formula see original document page 2</formula>這里乂.是載波的中心頻率，同時(shí)也是信息的傳輸速率，則a) 數(shù)據(jù)"l"對應(yīng)的波形是"升調(diào)"，頻率為線性上升，對角度的微分可以得到頻 率的方程是乂[1-" + 2"http://〗；b) 數(shù)據(jù)"0"對應(yīng)的波形是"降調(diào)"，頻率為線性下降，對角度的微分可以得到頻 率的方程是/Jl + a-2a//];c) 數(shù)據(jù)"1"對應(yīng)的波形的幅度隨著頻率上升線性升高，使得在一個(gè)比特時(shí)間內(nèi) 信號的積分為O,即不含直流分量；d) 數(shù)據(jù)"0"對應(yīng)的波形的幅度隨著頻率下降線性下降，使得在一個(gè)比特時(shí)間內(nèi)信號的積分為O,即不含直流分量；e) a為線性調(diào)頻指數(shù)，介于0到1之間；當(dāng)a為0時(shí)，信號為純正弦波，頻帶為 0，但不能傳輸信息，當(dāng)"為1時(shí)，頻帶最寬，信號抗干擾能力最強(qiáng)；
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甚小線性調(diào)頻鍵控調(diào)制的超窄帶通信方法，其特征在 于采用壓控電路作為調(diào)制電路來實(shí)現(xiàn)調(diào)制，采用匹配濾波器構(gòu)成解調(diào)電路來實(shí)現(xiàn) 解調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種甚小線性調(diào)頻鍵控調(diào)制的超窄帶通信方法。它是用二進(jìn)制數(shù)據(jù)控制線性調(diào)頻“升調(diào)”或“降調(diào)”，載波的中心頻率同時(shí)也是信息的傳輸速率、線性調(diào)頻的頻譜集中在載波附近，調(diào)頻的正弦信號在一個(gè)比特內(nèi)正好為一個(gè)周期。本方法頻帶利用率極高，不失為一種超窄帶通信方法。
文檔編號H04L27/10GK101146072SQ20071004747
公開日2008年3月19日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者楊衛(wèi)英, 鄭國莘 申請人:上海大學(xué)