專利名稱：頻域直接序列擴頻與分數(shù)傅立葉域切普信號擴頻傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信中的混合擴展頻譜技術(shù)，具體涉及一種頻域直 接序列擴頻與分數(shù)域切普信號擴頻聯(lián)合擴展頻譜信號產(chǎn)生和接收的方法。
技術(shù)背景擴頻通信系統(tǒng)是指待傳輸信息信號的頻譜用某個特定的與待傳輸信息信 號無關(guān)的擴頻函數(shù)擴展后成為寬頻帶信號，送入信道中傳輸，在接收端利用 相應的技術(shù)或手段將其擴展了的頻譜壓縮，恢復為原來待傳輸信息信號的帶 寬，從而達到傳輸信息目的的通信系統(tǒng)。根據(jù)通信系統(tǒng)產(chǎn)生擴頻信號的方式， 可分為直接序列擴頻系統(tǒng)、跳頻擴頻系統(tǒng)、跳時擴頻系統(tǒng)等幾類，擴頻通信 系統(tǒng)最大的特點是具有很強的抗干擾能力，進入接收機的干擾主要有帶限平 穩(wěn)高斯隨機干擾、窄帶瞄準式干擾以及寬帶阻塞式干擾等，當干擾信號瞄準 擴展頻譜系統(tǒng)的中心頻率時，對于直接序列擴頻系統(tǒng)的射頻載波具有極強的 干擾，而當寬帶阻塞時的干擾，對于跳頻擴頻系統(tǒng)危害較大，混合擴頻通信 方式比單一的直接序列、瑕繊、跳時擴頻方式具有更優(yōu)良的特性。分數(shù)傅立葉變換是傅立葉變換的一種廣義形式，可以解釋為信號在時平面 內(nèi)坐標軸繞原點逆時針旋轉(zhuǎn)任意角度后構(gòu)成的分數(shù)階傅立葉域上的表示方法， 由于分數(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)，近年來在信號處 理領(lǐng)域有較為廣泛的應用。分數(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為信號的時域表達形式，<formula>formula see original document page 3</formula>分數(shù)傅立葉變換，為變換核，"為分數(shù)域坐標，"=/^/2。分數(shù)傅立葉變換的逆變換可表示為因此信號/(,)的分數(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，該分數(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chirp信號在適當?shù)姆謹?shù)階傅立葉變換域中將表現(xiàn)為一個沖擊函數(shù)，即分數(shù)傅立葉變換在某個分數(shù)階傅立葉域中對給定的chirp信號具有最好的能量聚集特性。其中chirp信號的表 達式為參數(shù)％、 /。、 A分別控制chirp信號的相位、中心頻率和調(diào)頻率，A表示chirp信號的幅值，々與帶寬萬的關(guān)系為5 = ^，其中'T為chirp信號時域?qū)挾?。在表達式中chirp信號是復信號，在實際系統(tǒng)應用中發(fā)射端應當發(fā)送實信號，因此取兩個共軛chirp信號疊加，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，所以對于直接序列擴頻系統(tǒng)干擾較大，而在分數(shù)傅立葉 變換時P^1的情況下，單頻正弦干擾沒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中干擾信號對單一擴頻系統(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直接序列擴頻系統(tǒng) 有較大干擾的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案通過以下步驟實現(xiàn)發(fā)射過程步驟一二進制信息碼源通過第一串并轉(zhuǎn)換器得到兩路二進制信息c^)， c2(0。步驟二第一直接擴頻序列發(fā)生器生成直接擴頻序列信號6々)，二進制 信息c々)與此直接擴頻序列信號&(0相乘，得到直接序列擴頻信號m々)，第 一載波信號生成器輸出的信號",(0與直接序列擴頻信號相乘進行二進制 相移鍵控調(diào)制，得到調(diào)制信號^(/)。 —步驟三Chirp信號生成器輸出Chirp信號/(0， 二進制信息q(0與 chirp信號/(0經(jīng)過波形生成器的調(diào)制，得到調(diào)制信號A(,)。當C2(/)為1時， 波形生成器輸出調(diào)頻率為/t的chirp信號；當c^)為0時，波形生成器輸出 調(diào)頻率為4的chirp信號。最后將調(diào)制信號A(/)與調(diào)制信號^(,)通過加法器 相加后得到的發(fā)送信號^)經(jīng)用戶端天線發(fā)射。接收過程步驟四將接收的信號KO經(jīng)過射頻濾波器與采樣器后通過P階分數(shù)傅立 葉變換器得到分數(shù)域信號；(")，然后將分數(shù)域信號分別進行解調(diào)。步驟五第一路解調(diào)過程，分數(shù)域信號rp(")先通過p階分數(shù)傅立葉域濾 波器濾除了 chirp信號中6叩[/(2;2"/(; + ;^2)]/2的能量，再通過2-2p階分數(shù)傅立葉變換器將信號變換到2-p階，之后通過2-p階分數(shù)傅立葉域濾波器濾除 了 chirp信號中expH(2;r/。卜;ry^)]/2的能量，再通過p-2階分數(shù)傅立葉變換器得到時域信號"0，第二直接擴頻序列發(fā)生器產(chǎn)生和接收與信號同步的直 接擴頻序列停號62 W ，此直接擴頻序列信號62 W與時域信號。(0相乘進行解擴，解擴后的信號與第二載波信號生成器輸岀的信號"2(0相乘得到解調(diào)信 號，此解調(diào)信號通過濾波器，得到用戶解調(diào)信息r々)；第二路解調(diào)過程，將通過P階分數(shù)傅立葉變換器后得到的分數(shù)域信號 ^")通過峰值位置判決器進行判決，當峰值位置出現(xiàn)在分數(shù)域前半段時輸出 1，當峰值位置出現(xiàn)在分數(shù)域后半段時輸出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)直接序列擴頻系統(tǒng)與基于分數(shù)傅立葉變換的切普信 號擴頻的方法，提出了頻域直接序列擴頻與分數(shù)傅立葉域切普信號擴頻相聯(lián) 合的混合擴展頻譜的方法，使傳輸過程中存在和頻域直接序列擴頻系統(tǒng)載波 同頻同相的單頻正弦波干擾(對頻域直接序列擴頻系統(tǒng)最為嚴重的一種干擾) 的情況，由于在分數(shù)域中正弦波不會像在傳統(tǒng)傅立葉域中產(chǎn)生明顯能量聚集， 因此對解調(diào)的干擾減小，相對于傳統(tǒng)直接序列擴頻系統(tǒng)抗干擾能力有所提高， 因為兩路擴頻調(diào)制與解調(diào)的過程都在同一頻帶內(nèi)，實現(xiàn)了信道的復用，因此 也加強了系統(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時的chirp信號p階分數(shù)傅立葉域的波形圖；圖 4是調(diào)頻率k為-1時的chirp信號p階分數(shù)傅立葉域的波形圖；圖5是二進 制信息C2(0為1時接收信號KO通過射頻濾波器6、采樣器7以及p階分數(shù)傅立葉變換器8后的信號分數(shù)域的波形圖；圖6是二進制信息&(0為0時接收 信號W)通過射頻濾波器6、采樣器7以及P階分數(shù)傅立葉變換器8后的信號 分數(shù)域的波形圖。
具體實施方式
具體實施方式
一結(jié)合圖l和圖2說明本實施方式。本實施方式圖1的發(fā)射裝置由第一串并轉(zhuǎn)換器1、第一直接擴頻序列發(fā) 生器2、第一載波信號生成器3、波形生成器4、 chirp信號生成器5組成。步驟一:二進制信息碼源15通過第一串并轉(zhuǎn)換器1得到兩路二進制信息 c,(O， c2(0; '步驟二第一直接擴頻序列發(fā)生器2生成直接擴頻序列信號6々)，二進 制信息q(0與此直接擴頻序列信號6々)相乘，得到直接擴頻信號附々)，第一 載波信號生成器3輸出的信號"々)與直接擴頻信號附，(0相乘進行二進制相移 鍵控調(diào)制，得到調(diào)制信號^(/);步驟三chirp信號生成器5輸出chirp信號/(z)， 二進制信息c2 與 chirp信號/(,)經(jīng)過波形生成器4的調(diào)制，得到調(diào)制信號A(/)，當&(0為1時， 波形生成器4輸出調(diào)頻率為A的chirp信號，當WO為0時，波形生成器4 輸出調(diào)頻率為-*的chirp信號，最后將調(diào)制信號^(0與調(diào)制信號^W通過加法器相加后得到的發(fā)送信號力)經(jīng)用戶端天線發(fā)射。本實施方式圖2的接收裝置由射頻濾波器6、采樣器7、 p階分數(shù)傅立葉 變換器8、 p階分數(shù)傅立葉域濾波器9、 2-2p階分數(shù)傅立葉變換器10、 2-p 階分數(shù)傅立葉域濾波器ll、 P-2階分數(shù)傅立葉變換器12、第二直接擴頻序列 發(fā)生器22、第二載波信號生成器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^)經(jīng)過射頻濾波器6與采樣器7后通過p階分數(shù) 傅立葉變換器8得到分數(shù)域信號 (")，然后將分數(shù)域信號。(")分別進行解調(diào)；步驟五第一路解調(diào)過程，分數(shù)域信號 (")先通過p階分數(shù)傅立葉域濾 波器9濾除了 chirp信號中exp[i(2;r/。, + ;^2)]/2的能量，再通過2-2p階分數(shù) 傅立葉變換器10后將信號變換到2-p階，之后通過2-p階分數(shù)傅立葉域濾波 器11濾除j chirp信號中expH(h/。卜;^2)]/2的能量，再通過p-2階分數(shù)傅立葉變換器12得到時域信號"/)，第二直接擴頻序列發(fā)生器22產(chǎn)生和接收 與信號同步的直接擴頻序列信號^W，此直接擴頻序列信號62(/)與時域信號 "/)相乘進行解擴，解擴后的信號與第二載波信號生成器33輸出的信號《2(0 相乘得到解調(diào)信號，此解調(diào)信號通過濾波器13，得到用戶解調(diào)信息"0;第二路解調(diào)過程，將通過p階分數(shù)傅立葉變換器8后得到的分數(shù)域信號 W")通過峰值位置判決器14進行判決，當峰值位置出現(xiàn)在分數(shù)域前半段時輸 出l，當峰值位置出現(xiàn)在分數(shù)域后半段時輸出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、頻域直接序列擴頻與分數(shù)傅立葉域切普信號擴頻傳輸方法，其特征在于它由以下步驟實現(xiàn)發(fā)射過程步驟一二進制信息碼源(15)通過第一串并轉(zhuǎn)換器(1)得到兩路二進制信息c1(t)，c2(t)；步驟二第一直接擴頻序列發(fā)生器(2)生成直接擴頻序列信號b1(t)，二進制信息c1(t)與此直接擴頻序列信號b1(t)相乘，得到直接擴頻信號m1(t)，第一載波信號生成器(3)輸出的信號n1(t)與直接擴頻信號m1(t)相乘進行二進制相移鍵控調(diào)制，得到調(diào)制信號s1(t)；步驟三chirp信號生成器(5)輸出chirp信號f(t)，二進制信息c2(t)與chirp信號f(t)經(jīng)過波形生成器(4)的調(diào)制，得到調(diào)制信號s2(t)，當c2(t)為1時，波形生成器(4)輸出調(diào)頻率為k的chirp信號，當c2(t)為0時，波形生成器(4)輸出調(diào)頻率為-k的chirp信號，最后將調(diào)制信號s1(t)與調(diào)制信號s2(t)通過加法器相加后得到的發(fā)送信號s(t)經(jīng)用戶端天線發(fā)射；接收過程步驟四將接收的信號r(t)經(jīng)過射頻濾波器(6)與采樣器(7)后通過p階分數(shù)傅立葉變換器(8)得到分數(shù)域信號rp(u)，然后將分數(shù)域信號rp(u)分別進行解調(diào)；步驟五第一路解調(diào)過程，分數(shù)域信號rp(u)先通過p階分數(shù)傅立葉域濾波器(9)濾除了chirp信號中exp[i(2πf0t+πkt2)]/2的能量，再通過2-2p階分數(shù)傅立葉變換器(10)后將信號變換到2-p階，之后通過2-p階分數(shù)傅立葉域濾波器(11)濾除了chirp信號中exp[-i(2πf0t-πkt2)]/2的能量，再通過p-2階分數(shù)傅立葉變換器(12)得到時域信號rs(t)，第二直接擴頻序列發(fā)生器(22)產(chǎn)生和接收與信號同步的直接擴頻序列信號b2(t)，此直接擴頻序列信號b2(t)與時域信號rs(t)相乘進行解擴，解擴后的信號與第二載波信號生成器(33)輸出的信號n2(t)相乘得到解調(diào)信號，此解調(diào)信號通過濾波器(13)，得到用戶解調(diào)信息r1(t)；第二路解調(diào)過程，將通過p階分數(shù)傅立葉變換器(8)后得到的分數(shù)域信號rp(u)通過峰值位置判決器(14)進行判決，當峰值位置出現(xiàn)在分數(shù)域前半段時輸出1，當峰值位置出現(xiàn)在分數(shù)域后半段時輸出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
頻域直接序列擴頻與分數(shù)傅立葉域切普信號擴頻傳輸方法，它涉及無線通信中的混合擴展頻譜技術(shù)，解決了接收機中干擾信號對單一擴頻系統(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直接序列擴頻系統(tǒng)有較大干擾的問題。發(fā)射過程二進制信息碼源通過串并轉(zhuǎn)換器分為兩路并分別進行調(diào)制相加后得到發(fā)送信號s(t)。接收過程將接收的信號依次通過射頻濾波器、采樣器和p階分數(shù)傅立葉變換器后得到分數(shù)域信號r_p(u)。一路解調(diào)過程r_p(u)通過多階分數(shù)傅立葉域濾波器和變換器、直接擴頻序列發(fā)生器、載波信號生成器和濾波器，得到用戶解調(diào)信息r₁(t)；另一路解調(diào)過程r_p(u)通過峰值位置判決器，得到用戶解調(diào)信息r₂(t)，r₁(t)和r₂(t)通過串并轉(zhuǎn)換器得到解調(diào)信息r(t)。
文檔編號H04L27/26GK101252568SQ20081006431
公開日2008年8月27日 申請日期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, 沙學軍, 遲永鋼, 佩 郭, 高玉龍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學