專利名稱：分?jǐn)?shù)傅立葉域和頻域聯(lián)合跳頻信號的發(fā)射和接收方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信中的跳頻技術(shù)，具體涉及一種分?jǐn)?shù)域和頻域聯(lián)合 跳頻信號的發(fā)射及接收方法及裝置。
技術(shù)背景跳頻通信系統(tǒng)是指一個用戶的載波頻率按某種跳頻圖案在很寬頻帶范圍 內(nèi)跳變(用戶不同跳頻圖案不同)的通信系統(tǒng)。信息信號經(jīng)波形變換(信息調(diào) 制)后，送人載波調(diào)制。載波由跳頻序列(偽隨機(jī)序列)控制跳變頻率合成器 來產(chǎn)生，其頻率隨跳頻序列的序列值的改變而改變，因此，載波首先被跳頻序 列調(diào)制，稱作跳頻調(diào)制。跳變頻率合成器受跳頻序列控制，當(dāng)跳頻序列值改變 一次時，則載波頻率跳變一次。偽隨機(jī)跳頻序列控制跳變頻率發(fā)生器，使它的 輸出頻率在很寬的頻帶范圍內(nèi)跳變，又稱跳頻圖案。信息信號經(jīng)載波調(diào)制后形 成跳頻信號，經(jīng)射頻濾波器等放大發(fā)射，被接收機(jī)接收。接收機(jī)首先從發(fā)送來 的跳頻信號中提取跳頻同步信號，使接收機(jī)本地偽隨機(jī)序列控制的頻率跳變與 接收到的跳頻信號的頻率跳變同步，發(fā)射與發(fā)射機(jī)頻率完全同步一致的本地載 波，這個過程，稱為解跳。再用本地載波與接收信號作解調(diào)，可獲得攜帶有信 息的信號，從而得到發(fā)射機(jī)發(fā)送來的信息，實現(xiàn)跳頻通信。跳頻通信系統(tǒng)具有 較好的抗干擾性和保密性，但是其主要缺點是頻譜的利用率不高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決了現(xiàn)有跳頻通信系統(tǒng)頻譜利用率低的缺點，提供了一種分?jǐn)?shù)傅 立葉域和頻域聯(lián)合跳頻信號的發(fā)射和接收方法及裝置，即將分?jǐn)?shù)域跳頻方式和 傳統(tǒng)載波跳頻方式進(jìn)行組合，并行傳輸兩路跳頻信號，得到一種聯(lián)合跳頻通信 系統(tǒng)。本發(fā)明大大提高了頻譜利用率，實現(xiàn)了信道的復(fù)用。本發(fā)明中的分?jǐn)?shù)域和頻域聯(lián)合跳頻信號的發(fā)射方法為信號生成的步驟信號源產(chǎn)生發(fā)送信號c(O,并將所述發(fā)送信號c")通過串 /并轉(zhuǎn)換獲得兩路二進(jìn)制數(shù)字信號，所述兩路二進(jìn)制數(shù)字信號分別為第一路發(fā) 送信號q(/)和第二路發(fā)送信號c,W ;對第一路發(fā)送信號c，(,)進(jìn)行分?jǐn)?shù)域跳頻的步驟發(fā)送分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成 器產(chǎn)生跳頻序列，由所述跳頻序列的序列值產(chǎn)生跳頻圖案，切普信號生成器根6據(jù)所述跳頻圖案實時輸出具有不同參數(shù)*的切普信號，并與接收到的第一路發(fā)
送信號c々)進(jìn)行調(diào)制得分?jǐn)?shù)域跳頻信號WO;
對第二路發(fā)送信號c^)進(jìn)行頻域跳頻調(diào)制的步驟由發(fā)送載波跳頻序列生
成器產(chǎn)生載波跳頻序列，由載波跳頻序列的序列值決定跳頻圖案，頻率合成器 根據(jù)跳頻圖案實時輸出具有不同頻率的載波信號。將第二路發(fā)送信號6(/)經(jīng)調(diào) 制器調(diào)制后和發(fā)送頻率合成器產(chǎn)生的載波信號進(jìn)行混頻，產(chǎn)生頻域跳頻信號
信后疊加及信號發(fā)送的步驟將上述步驟中獲得的分?jǐn)?shù)域跳頻信號^/)和 頻域跳頻信號相加得到聯(lián)合跳頻發(fā)送信號，所述聯(lián)合跳頻發(fā)送信號力) 經(jīng)發(fā)射端天線發(fā)射出去。
本發(fā)明的聯(lián)合跳頻發(fā)送信號W)的接收方法為
信號接收的步驟:通過接收天線接收信號并經(jīng)濾波、采樣后形成接收信號;
分?jǐn)?shù)域解跳步驟接收端的接收分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器產(chǎn)生與發(fā)射端相同 的分?jǐn)?shù)域跳頻序列，控制分?jǐn)?shù)傅立葉變換器對接收信號進(jìn)行離散p階分?jǐn)?shù)傅立 葉變換得到/7階分?jǐn)?shù)傅立葉變換信號/p(")， p值與發(fā)射端的W值一一對應(yīng)，隨 跳頻序列的序列值的改變而改變。峰值位置判決器在階分?jǐn)?shù)傅立葉域上判斷 /p(")|2的波形峰值位置，進(jìn)而獲得分?jǐn)?shù)域解跳接收信號/;(");
頻域解調(diào)步驟對在分?jǐn)?shù)域解跳步驟中獲得的p階傅立葉變換信號力(")進(jìn) 行濾波，濾去峰值部分信號，然后對信號進(jìn)行離散2-2p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換， 并對變換后的信號在2-2/7階分?jǐn)?shù)域濾去峰值部分信號，之后再對信號進(jìn)行離 散p-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換，得到在時域去除分?jǐn)?shù)域解跳接收信號"")后的接收
信號V(")，然后用接收端的接收載波跳頻序列生成器產(chǎn)生與發(fā)送端相同的載波 跳頻序列，按照跳頻圖案，頻率合成器實時輸出與接收信號載波跳變同步的載 波信號，預(yù)調(diào)濾波器根據(jù)跳頻圖案濾出相應(yīng)頻段的信號，載波信號與通過預(yù)調(diào) 濾波器的信號相乘，得到頻域解跳信號<("),再經(jīng)解調(diào)器解調(diào)出信號^00;
信號混合步驟將上述步驟中獲得的分?jǐn)?shù)域解跳信號/",(")和頻域解跳信號 r2(")通過并/串轉(zhuǎn)換獲得到原始發(fā)送的用戶信號；
在分?jǐn)?shù)域解跳步驟中，^值隨跳頻序列的序列值的改變而改變，當(dāng)跳頻序 列值改變一次時，p值跳變一次，p值與發(fā)射端的;t值一一對應(yīng)。峰值位置判決器判斷所述P階傅立葉變換信號力(")的波形峰值位置的具體過程為當(dāng)峰值 位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜的前半段時輸出1，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜 的后半段時輸出0，對應(yīng)每一個&值都能判決出一個1或0，數(shù)據(jù)判決器將得 到的1和0的個數(shù)進(jìn)行比較，在1比特信息碼元的持續(xù)時間內(nèi)若得到1的個數(shù) 大于0的個數(shù)則認(rèn)為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為1 ，反之為0，從而得到分?jǐn)?shù)域解跳信號n(")。
本發(fā)明的基本思想是當(dāng)切普信號的M取不同值時，在相應(yīng)的不同分?jǐn)?shù)域上 有最佳的能量聚集特性。用戶在發(fā)射端將信號分成二路調(diào)制，然后在同一個頻 段內(nèi)傳輸這二路信號達(dá)到資源復(fù)用和增強(qiáng)隱蔽性的目的。
本發(fā)明所述的分?jǐn)?shù)域和頻域聯(lián)合跳頻信號發(fā)射裝置由數(shù)據(jù)源、串/并轉(zhuǎn)換 器、發(fā)送分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器、切普信號生成器、波形成形器、載波振蕩器、 調(diào)制器、發(fā)送時鐘、發(fā)送載波跳頻序列生成器、發(fā)送頻域合成器、乘法器、高 通濾波器、加法器和發(fā)射天線組成。數(shù)據(jù)源的信號輸出端和串/并轉(zhuǎn)換器的信 號輸入端連接，所述串/并轉(zhuǎn)換器的兩個信號輸出端分別和波形成形器的信號 輸入端、調(diào)制器的信號輸入端連接，發(fā)送分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器的信號輸出端 與切普信號生成器的信號輸入端連接，所述切普信號生成器的信號輸出端與波 形成形器的切普信號輸入端連接，載波振蕩器的信號輸出端和調(diào)制器的載波信 號輸入端連接，發(fā)送載波跳頻序列生成器的信號輸入端和輸出端分別連接發(fā)送 時鐘的輸出端和發(fā)送頻域合成器的輸入端，乘法器的兩個信號輸入端分別連接 發(fā)送頻域合成器的輸出端和調(diào)制器的信號輸出端，乘法器的信號輸出端連接高 通濾波器的信號輸入端，加法器的信號輸入端分別連接高通濾波器的信號輸出 端和波形成形器的信號輸出端，加法器的信號輸出端連接發(fā)射天線。
本發(fā)明所述的分?jǐn)?shù)域和頻域聯(lián)合跳頻信號的接收裝置由接收天線、濾波 器、采樣器、p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器、峰值位置判決器、數(shù)據(jù)判決器、接收分
數(shù)域跳頻序列生成器、第一分?jǐn)?shù)傅立葉變換域濾波器、2-2P階分?jǐn)?shù)傅立葉變 換器、第二分?jǐn)?shù)傅立葉變換域濾波器、P-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器、接收時鐘、 接收載波跳頻序列生成器、接收頻域合成器、預(yù)調(diào)濾波器、乘法器、中頻濾波 器、解調(diào)器、并/串轉(zhuǎn)換器和信息輸出器組成；接收天線連接濾波器的信號輸 入端，濾波器的的信號輸出端連接采樣器的信號輸入端，P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換 器的兩個信號輸入端分別連接采樣器的信號輸出端和接收分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器的第一信號輸出端，接收分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器的第二信號輸出端分別連
接P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器的調(diào)頻信號輸入端和P-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器的調(diào)頻 信號輸入端，所述P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器的兩個信號輸出端分別和峰值位置判 決器的信號輸入端和第一分?jǐn)?shù)傅立葉變換域濾波器的信號輸入端連接，所述峰 值位置判決器的信號輸出端連接數(shù)據(jù)判決器的輸入端，所述第一分?jǐn)?shù)傅立葉變 換域濾波器的信號輸出端和2-2P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器的信號輸入端連接，所 述2-2P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器的信號輸出端和第二分?jǐn)?shù)傅立葉變換域濾波器的 信號輸入端連接，所述第二分?jǐn)?shù)傅立葉變換域濾波器的信號輸出端和P-2階分 數(shù)傅立葉變換器的信號輸入端連接，所述P-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器的信號輸出 端和預(yù)調(diào)濾波器的接收信號輸入端連接，接收接收時鐘的輸出端和接收載波跳 頻序列生成器的輸入端連接，所述接收載波跳頻序列生成器的兩個輸出端分別 連接接收頻域合成器的輸入端和預(yù)調(diào)濾波器的載波信號輸入端連接，乘法器的 兩個輸入端分別連接預(yù)調(diào)濾波器的信號輸出端和接收頻域合成器的信號輸出 端，所述乘法器的信號輸出端連接中頻濾波器的信號輸入端，所述中頻濾波器 的信號輸出端連接解調(diào)器的信號輸入端，所述解調(diào)器的信號輸出端和數(shù)據(jù)判決 器的信號輸出端分別連接并/串轉(zhuǎn)換器的兩個信號輸入端，所述并/串轉(zhuǎn)換器的 信號輸出端連接信息輸出器的信號輸入端。 本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明利用不同參數(shù)問的切普信號在相應(yīng)的不同階分?jǐn)?shù)域上有最佳的能 量聚集的性質(zhì)，把分?jǐn)?shù)域和頻域跳頻技術(shù)進(jìn)行組合，產(chǎn)生聯(lián)合跳頻信號并進(jìn)行 相應(yīng)方式的解跳和解調(diào)，實現(xiàn)了在同樣的頻帶范圍內(nèi)并行傳輸兩路數(shù)據(jù)，從而 大大提高了通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量。


圖1是本發(fā)明的分?jǐn)?shù)域和頻域聯(lián)合跳頻信號的發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 是分?jǐn)?shù)域和頻域聯(lián)合跳頻信號的接收裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是切普信號
cos(hxS0" + S對2)經(jīng)A-0.1S階分?jǐn)?shù)傅立葉變換后的能量譜波形；圖4是切普 信號cos(2;r x 30x f + 5加2)與頻域跳頻信號信號cos(2;r x 40/) 、 cos(2;r x 35f)、 cos(hx250 、 cos(^x^)相加后經(jīng)A =0.13階分?jǐn)?shù)傅立葉變換后的能量譜波形； 圖S是頻域跳頻信號cos(2;rx400、 cos(2;r x 35,) 、 cos(2;rx250、 cos(2 rx200經(jīng)傅 立葉變換后的能量譜波形。圖6是cos(2;rx40f)、 cos(2;rx35f) 、 cos(2;rx250 、cos(2;rx200與cos(2;rx30xf + 5對2)相加后經(jīng)傅立葉變換后的能量譜波形。
具體實施例方式
具體實施方式
一結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式；
本實施方式中的分?jǐn)?shù)域和頻域聯(lián)合跳頻信號的發(fā)射方法為
信號生成的步驟信號源產(chǎn)生發(fā)送信號c(/)，并將所述發(fā)送信號c(,)通過串 /并轉(zhuǎn)換獲得兩路二進(jìn)制數(shù)字信號，所述兩路二進(jìn)制數(shù)字信號分別為第一路發(fā) 送信號c^)和第二路發(fā)送信號q(/);
對第一路發(fā)送信號c々)進(jìn)行分?jǐn)?shù)域跳頻的步驟發(fā)送分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成 器產(chǎn)生跳頻序列，由所述跳頻序列的序列值產(chǎn)生跳頻圖案，切普信號生成器根 據(jù)所述跳頻圖案實時輸出具有不同參數(shù)A的切普信號，并與接收到的第一路發(fā) 送信號c^)進(jìn)行混頻獲得分?jǐn)?shù)域跳頻信號WO ;
對第二路發(fā)送信號c^)進(jìn)行頻域跳頻的步驟由發(fā)送載波跳頻序列生成器 產(chǎn)生載波跳頻序列，由載波跳頻序列的序列值決定跳頻圖案，頻率合成器根據(jù) 跳頻圖案實時輸出具有不同頻率的載波信號。將第二路發(fā)送信號&(')經(jīng)調(diào)制器 調(diào)制后和發(fā)送頻率合成器產(chǎn)生的載波信號進(jìn)行混頻，產(chǎn)生頻域跳頻信號& 。
信后疊加及信號發(fā)送的步驟將上述步驟中獲得的分?jǐn)?shù)域跳頻信號^0和 頻域跳頻信號^(f)相加得到聯(lián)合跳頻發(fā)送信號，所述聯(lián)合跳頻發(fā)送信號力) 經(jīng)發(fā)射端天線發(fā)射出去。
在所述對第一路發(fā)送信號&(/)進(jìn)行分?jǐn)?shù)域跳頻的步驟中，所述切普信號生 成器參數(shù)k的正負(fù)設(shè)定方法為根據(jù)第一路發(fā)送信號c力)的碼元情況產(chǎn)生切普 信號，當(dāng)信息碼元為1時生成信號為參數(shù)*均滿足*>0的一組若干個切普信號，
當(dāng)信息碼元為0時生成信號為參數(shù)/t均滿足;^o的一組若干個切普信號。
本實施方式中的分?jǐn)?shù)域和頻域聯(lián)合跳頻信號的接收方法為 信號接收的步驟:通過接收天線接收信號并經(jīng)濾波、采樣后形成接收信號; 分?jǐn)?shù)域解跳步驟接收端的接收分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器產(chǎn)生與發(fā)射端相同 的分?jǐn)?shù)域跳頻序列，控制分?jǐn)?shù)傅立葉變換器對接收信號進(jìn)行離散p階分?jǐn)?shù)傅立 葉變換得到p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換信號/p(")， p值與發(fā)射端的lJkl值一一對應(yīng)，隨 跳頻序列的序列值的改變而改變。峰值位置判決器在p階分?jǐn)?shù)傅立葉域上判斷 力(")f的波形峰值位置，進(jìn)而獲得分?jǐn)?shù)域解跳接收信號"")；頻域解調(diào)步驟對在分?jǐn)?shù)域解跳步驟中獲得的P階傅立葉變換信號力(")進(jìn) 行濾波，濾去峰值部分信號，然后對信號進(jìn)行離散2-2p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換， 并對變換后的信號在2-2p階分?jǐn)?shù)域濾去峰值部分信號，之后再對信號進(jìn)行離 散p-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換，得到在時域去除分?jǐn)?shù)域解跳接收信號n(")后的接收
信號n'(")，然后用接收端的接收載波跳頻序列生成器產(chǎn)生與發(fā)送端相同的載波 跳頻序列，按照跳頻圖案，頻率合成器實時輸出與接收信號載波跳變同步的載 波信號，預(yù)調(diào)濾波器根據(jù)跳頻圖案濾出相應(yīng)頻段的信號，將載波信號與通過預(yù) 調(diào)濾波器的信號相乘得到頻域解跳信號^w)，再經(jīng)解調(diào)器解調(diào)出信號W");
信號混合步驟將上述步驟中獲得的分?jǐn)?shù)域解跳信號"")和頻域解跳信號 ^w)通過并/串轉(zhuǎn)換獲得到原始發(fā)送的用戶信號。
在分?jǐn)?shù)域解跳步驟中，^值隨跳頻序列的序列值的改變而改變，當(dāng)跳頻序 列值改變一次時，P值跳變一次，p值與發(fā)射端的H直一一對應(yīng)。峰值位置判 決器判斷所述/7階傅立葉變換信號力(")的波形峰值位置的具體過程為當(dāng)峰值 位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜的前半段時輸出1，當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜 的后半段時輸出0，對應(yīng)每一個M直都能判決出一個1或0，數(shù)據(jù)判決器將得 到的1和0的個數(shù)進(jìn)行比較，在1比特信息碼元的持續(xù)時間內(nèi)若得到1的個數(shù) 大于0的個數(shù)則認(rèn)為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為l，反之為O，從而得到分?jǐn)?shù)域解跳信號"tO。
在頻域解調(diào)的步驟中，首先對經(jīng)一次p階分?jǐn)?shù)傅立葉后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分?jǐn)?shù)域 濾波，濾除切普信號中exp[《2;r/。";^2)]對應(yīng)的尖峰部分，然后進(jìn)行2-2x/7階 分?jǐn)?shù)傅立葉變換(由于分?jǐn)?shù)傅立葉變換的疊加性，總的效果相當(dāng)于進(jìn)行了一次 2-p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換)，再濾除切普信號中exp[-/(2;r/。";rW)]對應(yīng)的尖峰部 分，經(jīng)兩次分?jǐn)?shù)域濾波后切普信號的能量已經(jīng)基本濾除，再做一次p-2階分?jǐn)?shù) 傅立葉變換(即2-p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換的反變換)將信號變換回時域，接下來 從發(fā)送來的載波跳頻信號中提取載波跳頻同步信號，使接收機(jī)本地載波跳頻序 列控制的載波頻率跳變與接收到的跳頻信號的載波頻率跳變同步，產(chǎn)生與發(fā)射 機(jī)頻率完全同步一致的本地載波，實現(xiàn)頻域解跳，隨后解調(diào)得到原第二路信號；
本實施方式中的分?jǐn)?shù)域和頻域聯(lián)合跳頻信號的產(chǎn)生和接收方法，在信號發(fā) 送端產(chǎn)生信號的過程是將待發(fā)送的信號分成兩路分別進(jìn)行分?jǐn)?shù)域跳頻和頻域 跳頻處理，然后再將獲得的分?jǐn)?shù)域跳頻信號和頻域跳頻信號相加后產(chǎn)生聯(lián)合跳 頻的發(fā)送信號；在接收端，提取接收信號中攜帶的同步信號使本地分?jǐn)?shù)域跳頻序列發(fā)生器產(chǎn)生與接收信號同步的分?jǐn)?shù)域跳頻序列，對接收信號進(jìn)行分?jǐn)?shù)域解 跳進(jìn)而獲得分?jǐn)?shù)域解跳信號，同時，另一路解調(diào)電路先從接收信號中濾出分?jǐn)?shù) 域跳頻信號，然后利用接收端的載波跳頻序列生成器產(chǎn)生與發(fā)送端相同的載波 跳頻序列，按照跳頻圖案，產(chǎn)生與接收信號載波跳變同步的載波信號，利用該 載波信號對與預(yù)濾波后,的信號進(jìn)行頻域解跳，再解調(diào)獲得頻域解跳信號，最后 將獲得的分?jǐn)?shù)域解跳信號和解調(diào)信號通過并/串轉(zhuǎn)換得到用戶信號。
本發(fā)明所述的分?jǐn)?shù)域和頻域聯(lián)合跳頻信號發(fā)射裝置由數(shù)據(jù)源1-1、串/并轉(zhuǎn)
換器l-2、發(fā)送分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器1-3、切普信號生成器l-4、.波形成形器 1-5、載波振蕩器1-6、調(diào)制器1-7、發(fā)送時鐘1-8、發(fā)送載波跳頻序列生成器 1-9、發(fā)送頻域合成器1-10、乘法器l-ll、高通濾波器1-12、加法器1-13和發(fā) 射天線1-14組成。數(shù)據(jù)源1-1的信號輸出端和串/并轉(zhuǎn)換器1-2的信號輸入端 連接，所述串/并轉(zhuǎn)換器1-2的兩個信號輸出端分別和波形成形器1-5的信號輸 入端、調(diào)制器1-7的信號輸入端連接，發(fā)送分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器1-3的信號 輸出端與切普信號生成器1-4的信號輸入端連接，所述切普信號生成器1-4的 信號輸出端與波形成形器1-5的切普信號輸入端連接，載波振蕩器1-6的信號 輸出端和調(diào)制器1-7的載波信號輸入端連接，發(fā)送載波跳頻序列生成器1-9的 信號輸入端和輸出端分別連接發(fā)送時鐘1-8的輸出端和發(fā)送頻域合成器1-10 的輸入端，乘法器1-11的兩個信號輸入端分別連接發(fā)送頻域合成器1-10的輸 出端和調(diào)制器1-7的信號輸出端，乘法器1-11的信號輸出端連接高通濾波器 1-12的信號輸入端，加法器1-13的信號輸入端分別連接高通濾波器1-12的信 號輸出端和波形成形器1-5的信號輸出端，加法器1-13的信號輸出端連接發(fā) 射天線1-14。
本發(fā)明所述的分?jǐn)?shù)域和頻域聯(lián)合跳頻信號的接收裝置由接收天線2-1、濾 波器2-2、采樣器2-3、 P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器2-4、峰值位置判決器2-5、數(shù) 據(jù)判決器2-6、接收分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器2-7、第一分?jǐn)?shù)傅立葉變換域濾波 器2-8、 2-2P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器2-9、第二分?jǐn)?shù)傅立葉變換域滹波器2-10、 P-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器2-11、接收時鐘2-12、接收載波跳頻序列生成器2-13、 接收頻域合成器2-14、預(yù)調(diào)濾波器2-15、乘法器2-16、中頻濾波器2-17、解 調(diào)器2-18、并/串轉(zhuǎn)換器2-19和信息輸出器2-20組成；接收天線2-1連接濾波器2-2的信號輸入端，濾波器2-2的的信號輸出端連接采樣器2-3的信號輸入 端，P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器2-4的兩個信號輸入端分別連接采樣器2-3的信號 輸出端和接收分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器2-7的第一信號輸出端，接收分?jǐn)?shù)域跳頻 序列生成器2-7的第二信號輸出端分別連接2-2P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器2-9的調(diào) 頻信號輸入端和P-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器2-11的調(diào)頻信號輸入端，所述P階 分?jǐn)?shù)傅立葉變換器2-4的兩個信號輸出端分別和峰值位置判決器2-5的信號輸 入端和第一分?jǐn)?shù)傅立葉變換域濾波器2-8的信號輸入端連接，所述峰值位置判 決器2-5的信號輸出端連接數(shù)據(jù)判決器2-6的輸入端，所述第一分?jǐn)?shù)傅立葉變 換域濾波器2-8的信號輸出端和2-2P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器2-9的信號輸入端連 接，所述2-2P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器2-9的信號輸出端和第二分?jǐn)?shù)傅立葉變換 域濾波器2-10的信號輸入端連接，所述第二分?jǐn)?shù)傅立葉變換域濾波器2-10的 信號輸出端和P-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器2-11的信號輸入端連接，所述P-2階分 數(shù)傅立葉變換器2-11的信號輸出端和預(yù)調(diào)濾波器2-15的接收信號輸入端連 接，接收接收時鐘2-12的輸出端和接收載波跳頻序列生成器2-13的輸入端連 接，所述接收載波跳頻序列生成器2-13的兩個輸出端分別連接接收頻域合成 器2-14的輸入端和預(yù)調(diào)濾波器2-15的載波信號輸入端連接，乘法器2-16的兩 個輸入端分別連接預(yù)調(diào)濾波器2-15的信號輸出端和接收頻域合成器2-14的信 號輸出端，所述乘法器2-16的信號輸出端連接中頻濾波器2-17的信號輸入端， 所述中頻濾波器2-17的信號輸出端連接解調(diào)器2-18的信號輸入端，所述解調(diào) 器2-18的信號輸出端和數(shù)據(jù)判決器2-6的信號輸出端分別連接并/串轉(zhuǎn)換器 2-19的兩個信號輸入端，所述并/串轉(zhuǎn)換器2-19的信號輸出端連接信息輸出器 2-20的信號輸入端。分?jǐn)?shù)傅立葉變換是一種廣義的傅立葉變換，信號在分?jǐn)?shù)階傅立葉域上的表 示，同時包含了信號在時域和頻域的信息。分?jǐn)?shù)傅立葉變換的積分形式定義為/<formula>formula see original document page 13</formula>其中/(,)為信號的時域表達(dá)形式，/(/)的P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換為 其中w為分?jǐn)?shù)域坐標(biāo)，"=;^/2。當(dāng)"="/2時/(")為普通的傅立葉變換。由于 FRFT是信號在一組正交的chirp基上的展開，因此分?jǐn)?shù)傅立葉變換在某個分 數(shù)階傅立葉域中對給定的切普信號具有最好的能量聚集特性。即一個切普信號 在適當(dāng)?shù)姆謹(jǐn)?shù)階傅立葉變換域中將表現(xiàn)為一個沖擊函數(shù)，而對于傅立葉變換來 說，由于基函數(shù)為正弦波，所以切普信號在傳統(tǒng)的傅立葉變換中不會產(chǎn)生能量 聚集。其中，切普信號的表達(dá)式為c(O = ^ exp{/(% + 2"/0, + rf)} (0《"r)參數(shù)％、 /。、 A分別表示切普信號的相位，中心頻率，和調(diào)頻率。*與帶寬s的關(guān)系為s-itr，其中r為切普信號時域?qū)挾?。在實際通信系統(tǒng)中，發(fā)射 端發(fā)射的信號為實函數(shù)，取兩個共軛切普信號疊加，使其成為余弦函數(shù)形式，表達(dá)式如下c0) = {exp[/(2;r /0( + ;r"2" + exp[—《2;r /0/ + ;r"2)]} / 2 =cos(2;r+ ;rfe2)對切普信號^) = ^鄧{《％+2^ +油2)}進(jìn)行/7階的分?jǐn)?shù)傅立葉變換，若在 分?jǐn)?shù)域上其能量聚集，表現(xiàn)為 一 個沖擊函數(shù)，則切普信號 "0 = ^邵{-一。+2;^/ + ;^2)}經(jīng)2-/7階分?jǐn)?shù)傅立葉變換后也表現(xiàn)出能量聚集， 這種特性為在分?jǐn)?shù)域進(jìn)行信號的解調(diào)或濾波提供了幫助。頻域跳頻信號的四個載波表達(dá)式分別為cos(2;r x ) 、 cos(2;r x 3 5f)、 cos(2;rx25/)、 cos(2;rx20/)，由圖5可以看到正弦載波信號在分?jǐn)?shù)傅立葉變換域 沒有明顯的能量聚集，切普信號的解調(diào)不會受到正弦信號的影響，即分?jǐn)?shù)域跳 頻信號的解調(diào)不會受到頻域跳頻信號的影響。切普信號cos(2;rx30x"5W2)與頻域跳頻信號cos(2;rx40/) 、 cos(2;rx35^ 、 cos(hx25,) 、 cos(^x^)相加得到的混合信號經(jīng)分?jǐn)?shù)傅立葉變換后得到的能量 譜如圖6所示，可以看到切普信號的頻譜與正弦信號的頻譜重疊，兩路跳頻信 號共享頻譜，由于頻域跳頻通信系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗寬帶干擾特性，而且再解跳前 己進(jìn)行兩次分?jǐn)?shù)域濾波，濾除了大部分切普信號的干擾能量，所以在兩路跳頻 信號幅度相差不大的條件下，頻域跳頻信號的解調(diào)不會受到分?jǐn)?shù)域跳頻信號的 影響。由此可以證明，采用聯(lián)合跳頻方式可實現(xiàn)兩路跳頻信號的并行傳輸。
權(quán)利要求
1. 一種分?jǐn)?shù)傅立葉域和頻域聯(lián)合跳頻信號的發(fā)射方法，其特征在于它的具體過程包括信號生成的步驟信號源產(chǎn)生發(fā)送信號c(t)，并將所述發(fā)送信號c(t)通過串/并轉(zhuǎn)換獲得兩路二進(jìn)制數(shù)字信號，所述兩路二進(jìn)制數(shù)字信號分別為第一路發(fā)送信號c1(t)和第二路發(fā)送信號c2(t)；對第一路發(fā)送信號c1(t)進(jìn)行分?jǐn)?shù)域跳頻的步驟發(fā)送分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器產(chǎn)生跳頻序列，由所述跳頻序列的序列值產(chǎn)生跳頻圖案，切普信號生成器根據(jù)所述跳頻圖案實時輸出具有不同參數(shù)k的切普信號，并與接收到的第一路發(fā)送信號c1(t)進(jìn)行調(diào)制獲得分?jǐn)?shù)域跳頻信號s1(t)；對第二路發(fā)送信號c2(t)進(jìn)行頻域跳頻調(diào)制的步驟由發(fā)送載波跳頻序列生成器產(chǎn)生載波跳頻序列，由載波跳頻序列跳頻序列的序列值決定跳頻圖案，頻率合成器根據(jù)跳頻圖案實時輸出具有不同頻率的載波信號；將第二路發(fā)送信號c2(t)經(jīng)調(diào)制器調(diào)制后和頻率合成器產(chǎn)生的載波信號進(jìn)行混頻，產(chǎn)生頻域跳頻信號s2(t)；信后疊加及信號發(fā)送的步驟將上述步驟中獲得的分?jǐn)?shù)域跳頻信號s1(t)和頻域跳頻信號s2(t)相加得到聯(lián)合跳頻發(fā)送信號s(t)，所述聯(lián)合跳頻發(fā)送信號s(t)經(jīng)發(fā)射端天線發(fā)射出去。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分?jǐn)?shù)傅立葉域和頻域聯(lián)合跳頻信號的發(fā)射 方法，其特征在于在所述對第一路發(fā)送信號c^)進(jìn)行分?jǐn)?shù)域跳頻的步驟中，所述切普信號生 成器參數(shù)k的正負(fù)設(shè)定方法為根據(jù)第一路發(fā)送信號q(O的碼元情況產(chǎn)生切普信號，當(dāng)信息碼元為i時，生成信號為參數(shù)t均滿足;^o的一組若干個切普信號，當(dāng)信息碼元為O時，生成信號為參數(shù)*均滿足*<0的一組若干個切普信號。
3、 一種分?jǐn)?shù)傅立葉域和頻域聯(lián)合跳頻信號的接收方法，其特征在于它的 具體過程包括信號接收的步驟:通過接收天線接收信號并經(jīng)濾波、采樣后形成接收信號;分?jǐn)?shù)域解跳步驟接收端的分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器產(chǎn)生與發(fā)射端相同的分 數(shù)域跳頻序列，控制分?jǐn)?shù)傅立葉變換器對接收信號進(jìn)行離散p階分?jǐn)?shù)傅立葉變 換得到p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換信號力(")，p值與發(fā)射端的問值一一對應(yīng)，隨跳頻序列的序列值的改變而改變;峰值位置判決器在P階分?jǐn)?shù)傅立葉域上判斷 |/p(")|2的波形峰值位置，進(jìn)而獲得分?jǐn)?shù)域解跳接收信號"")；頻域解調(diào)步驟對在分?jǐn)?shù)域解跳步驟中獲得的P階傅立葉變換信號/p(")進(jìn) 行濾波，濾去峰值部分信號，然后對信號進(jìn)行離散2-2p階分?jǐn)?shù)傅立葉變換， 并對變換后的信號在2-2P階分?jǐn)?shù)域濾去峰值部分信號，之后再對信號進(jìn)行離 散^-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換，得到在時域去除分?jǐn)?shù)域解跳接收信號"")后的接收 信號/T(")，然后用接收端的接收載波跳頻序列生成器產(chǎn)生與發(fā)送端相同的載波 跳頻序列，按照跳頻圖案，頻率合成器實時輸出與接收信號載波跳變同步的載 波信號，預(yù)調(diào)濾波器根據(jù)跳頻圖案濾出相應(yīng)頻段的信號，載波信號與通過預(yù)調(diào) 濾波器的信號相乘，得到頻域解跳信號/"2'(")，再經(jīng)解調(diào)器解調(diào)出信號r"");信號混合步驟將上述步驟中獲得的分?jǐn)?shù)域解跳信號A;(")和頻域解跳信號 ^")通過并/串轉(zhuǎn)換獲得到原始發(fā)送的用戶信號。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種分?jǐn)?shù)傅立葉域和頻域聯(lián)合跳頻信號的接收 方法，其特征在于在分?jǐn)?shù)域解跳步驟中，^值隨跳頻序列的序列值的改變而 改變，當(dāng)跳頻序列值改變一次時，p值跳變一次，p值與發(fā)射端的A值一一對 應(yīng)；峰值位置判決器判斷所述p階傅立葉變換信號的波形峰值位置的具 體過程為當(dāng)峰值位置出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜的前半段時輸出1，當(dāng)峰值位置 出現(xiàn)在分?jǐn)?shù)域能量譜的后半段時輸出0，對應(yīng)每一個^值都能判決出一個1或 0，數(shù)據(jù)判決器將得到的1和0的個數(shù)進(jìn)行比較，在1比特信息碼元的持續(xù)時 間內(nèi)若得到1的個數(shù)大于0的個數(shù)則認(rèn)為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為1，反之為0，從而得 到分?jǐn)?shù)域解跳信號
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種分?jǐn)?shù)傅立葉域和頻域聯(lián)合跳頻信號的接收 方法，其特征在于在頻域解調(diào)步驟中，首先對經(jīng)一次p階分?jǐn)?shù)傅立葉后的數(shù) 據(jù)進(jìn)行分?jǐn)?shù)域濾波，濾除切普信號中exp[/(2;r/。f + ;rib2)]對應(yīng)的尖峰部分，然后 進(jìn)行rhp階分?jǐn)?shù)傅立葉變換，再濾除切普信號中exp[-"2^ + ^2)]對應(yīng)的 尖峰部分，經(jīng)兩次分?jǐn)?shù)域濾波后切普信號的能量已經(jīng)基本濾除，再做一次^一2 階分?jǐn)?shù)傅立葉變換將信號變換回時域，接下來從發(fā)送來的載波跳頻信號中提 取載波跳頻同步信號，使接收機(jī)本地載波跳頻序列控制的載波頻率跳變與接 收到的跳頻信號的載波頻率跳變同步，產(chǎn)生與發(fā)射機(jī)頻率完全同步一致的本地載波，實現(xiàn)頻域解跳，隨后解調(diào)得到原第二路信號。
6、 一種分?jǐn)?shù)傅立葉域和頻域聯(lián)合跳頻信號的發(fā)射裝置，它由數(shù)據(jù)源(l-l)、 串/并轉(zhuǎn)換器(l-2)、發(fā)送分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器(l-3)、切普信號生成器(l-4)、 波形成形器(l-5)、載波振蕩器(l-6)、調(diào)制器(l-7)、發(fā)送時鐘(l-8)、發(fā)送載波跳 頻序列生成器(l-9)、發(fā)送頻域合成器(1-10)、乘法器(l-ll)、高通濾波器(1-12)、 加法器(1-13)和發(fā)射天線(1-14)組成；其特征在于數(shù)據(jù)源(1-1)的信號輸出端和串 /并轉(zhuǎn)換器(l-2)的信號輸入端連接，所述串/并轉(zhuǎn)換器(1-2)的兩個信號輸出端分 別和波形成形器(l-5)的信號輸入端、調(diào)制器(l-7)的信號輸入端連接，發(fā)送分?jǐn)?shù) 域跳頻序列生成器(l-3)的信號輸出端與切普信號生成器(l-4)的信號輸入端連 接，所述切普信號生成器(l-4)的信號輸出端與波形成形器(l-5)的切普信號輸入 端連接，載波振蕩器(l-6)的信號輸出端和調(diào)制器(l-7)的載波信號輸入端連接， 發(fā)送載波跳頻序列生成器(l-9)的信號輸入端和輸出端分別連接發(fā)送時鐘(l-8) 的輸出端和發(fā)送頻域合成器(1-10)的輸入端，乘法器(1-11)的兩個信號輸入端分 別連接發(fā)送頻域合成器(l-10)的輸出端和調(diào)制器(l-7)的信號輸出端，乘法器 (l-ll)的信號輸出端連接高通濾波器(l-12)的信號輸入端，加法器(1-13)的信號 輸入端分別連接高通濾波器(l-12)的信號輸出端和波形成形對l-5)的信號輸出 端，加法器(1-13)的信號輸出端連接發(fā)射天線(1-14)。
7、 一種分?jǐn)?shù)傅立葉域和頻域聯(lián)合跳頻信號的接收裝置，其特征在于它由 接收天線(2-l)、濾波器(2-2)、采樣器(2-3)、 P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(2-4)、峰值 位置判決器(2-5)、數(shù)據(jù)判決器(2-6)、接收分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器(2-7)、第一分 數(shù)傅立葉變換域濾波器(2-8)、 2-2P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(2-9)、第二分?jǐn)?shù)傅立 葉變換域濾波器(2-10)、 P-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(2-11)、接收時鐘(2-12)、接收 載波跳頻序列生成器(2-13)、接收頻域合成器(2-14)、預(yù)調(diào)濾波器(2-15)、乘法 器(2-16)、中頻濾波器(2-17)、解調(diào)器(2-18)、并/串轉(zhuǎn)換器(2-19)和信息輸出器 (2-20)組成；接收天線(2-l)連接濾波器(2-2)的信號輸入端，濾波器(2-2)的的信 號輸出端連接采樣器(2-3)的信號輸入端，P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(2-4)的兩個信 號輸入端分別連接采樣器(2-3)的信號輸出端和接收分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器 (2-7)的第一信號輸出端，接收分?jǐn)?shù)域跳頻序列生成器(2_7)的第二信號輸出端分別連接2-2P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(2-9)的調(diào)頻信號輸入端和P-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(2-ll)的調(diào)頻信號輸入端，所述P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(2-4)的兩個信號 輸出端分別和峰值位置判決器(2-5)的信號輸入端和第一分?jǐn)?shù)傅立葉變換域濾 波器(2-8)的信號輸入端連接，所述峰值位置判決器(2-5)的信號輸出端連接數(shù)據(jù) 判決器(2-6)的輸入端，所述第一分?jǐn)?shù)傅立葉變換域濾波器(2-8)的信號輸出端和 2-2P階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(2-9)的信號輸入端連接，所述2-2P階分?jǐn)?shù)傅立葉變 換器(2-9)的信號輸出端和第二分?jǐn)?shù)傅立葉變換域濾波器(2-10)的信號輸入端連 接，所述第二分?jǐn)?shù)傅立葉變換域濾波器(2-10)的信號輸出端和P-2階分?jǐn)?shù)傅立 葉變換器(2-ll)的信號輸入端連接，所述P-2階分?jǐn)?shù)傅立葉變換器(2-ll)的信號 輸出端和預(yù)調(diào)濾波器(2-15)的接收信號輸入端連接，接收時鐘(2-12)的輸出端和 接收載波跳頻序列生成器(2-13)的輸入端連接，所述接收載波跳頻序列生成器 (2-13)的兩個輸出端分別連接接收頻域合成器(2-14)的輸入端和預(yù)調(diào)濾波器 (2-15)的載波信號輸入端連接，乘法器(2-16)的兩個輸入端分別連接預(yù)調(diào)濾波器 (2-15)的信號輸出端和接收頻域合成器(2-14)的信號輸出端，所述乘法器(2-16) 的信號輸出端連接中頻濾波器(2-17)的信號輸入端，所述中頻濾波器(2-17)的信 號輸出端連接解調(diào)器(2-18)的信號輸入端，所述解調(diào)器(2-18)的信號輸出端和數(shù) 據(jù)判決器(2-6)的信號輸出端分別連接并/串轉(zhuǎn)換器(2-19)的兩個信號輸入端，所 述并/串轉(zhuǎn)換器(2-19)的信號輸出端連接信息輸出器(2-20)的信號輸入端。
全文摘要
分?jǐn)?shù)傅立葉域和頻域聯(lián)合跳頻信號的發(fā)射和接收方法及裝置，本發(fā)明涉及無線通信中的跳頻技術(shù)，它解決了傳統(tǒng)跳頻通信系統(tǒng)頻譜利用率不高的缺點。在信號發(fā)送端由信號源獲得兩路二進(jìn)制數(shù)字信號，將其中一路調(diào)制為分?jǐn)?shù)域跳頻信號，另一路調(diào)制為傳統(tǒng)載波跳頻信號，將上述兩路信號相加獲得混和跳頻信號。在接收端首先對接收信號進(jìn)行分?jǐn)?shù)域解跳，另一路解調(diào)電路先從接收信號中濾出分?jǐn)?shù)域跳頻信號然后進(jìn)行頻域解跳，再解調(diào)獲得頻域解跳信號，最后將獲得的分?jǐn)?shù)域解跳信號和解調(diào)信號通過并/串轉(zhuǎn)換得到用戶信號。這種聯(lián)合跳頻方式在同樣的頻帶范圍內(nèi)實現(xiàn)了兩路數(shù)據(jù)的傳輸，大大提高了通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量。
文檔編號H04B1/713GK101262249SQ20081006438
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者吳宣利, 吳少川, 珣 唐, 寧曉燕, 林 梅, 沙學(xué)軍, 遲永鋼 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)