频域直接序列扩频与分数傅立叶域切普信号扩频传输方法

专利名称：频域直接序列扩频与分数傅立叶域切普信号扩频传输方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信中的混合扩展频谱技术，具体涉及一种频域直 接序列扩频与分数域切普信号扩频联合扩展频谱信号产生和接收的方法。
技术背景扩频通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的与待传输信息信 号无关的扩频函数扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输，在接收端利用 相应的技术或手段将其扩展了的频谱压縮，恢复为原来待传输信息信号的带 宽，从而达到传输信息目的的通信系统。根据通信系统产生扩频信号的方式， 可分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统等几类，扩频通信 系统最大的特点是具有很强的抗干扰能力，进入接收机的干扰主要有带限平 稳高斯随机干扰、窄带瞄准式干扰以及宽带阻塞式干扰等，当干扰信号瞄准 扩展频谱系统的中心频率时，对于直接序列扩频系统的射频载波具有极强的 干扰，而当宽带阻塞时的干扰，对于跳频扩频系统危害较大，混合扩频通信 方式比单一的直接序列、瑕繊、跳时扩频方式具有更优良的特性。分数傅立叶变换是傅立叶变换的一种广义形式，可以解释为信号在时平面 内坐标轴绕原点逆时针旋转任意角度后构成的分数阶傅立叶域上的表示方法， 由于分数傅立叶变换具有许多传统傅立叶变换不具备的性质，近年来在信号处 理领域有较为广泛的应用。分数傅立叶变换的积分形式定义为<formula>formula see original document page 3</formula>其中/(0为信号的时域表达形式，<formula>formula see original document page 3</formula>分数傅立叶变换，为变换核，"为分数域坐标，"=/^/2。分数傅立叶变换的逆变换可表示为因此信号/(,)的分数阶傅立叶变换可以解释为/(0在以逆变换核;c—p为基 的函数空间上的展开，该分数阶傅立叶变换核是一组正交的，调频率为cota(a=pr/2)的切普(chirp)基，因此一个chirp信号在适当的分数阶傅立叶变换域中将表现为一个冲击函数，即分数傅立叶变换在某个分数阶傅立叶域中对给定的chirp信号具有最好的能量聚集特性。其中chirp信号的表 达式为参数％、 /。、 A分别控制chirp信号的相位、中心频率和调频率，A表示chirp信号的幅值，々与带宽万的关系为5 = ^，其中'T为chirp信号时域宽度。在表达式中chirp信号是复信号，在实际系统应用中发射端应当发送实信号，因此取两个共轭chirp信号叠加，相位取0，使其成为余弦函数形式 c(O = {exp[/(27r + ;rfe2 )〗+ exp[-《2 r+ r"2 )〗} / 2 =cos(2;ry^/ + ;rfe2)传统傅立叶变换的基函数为正弦波，因此单频正弦干扰在传统傅立叶变换后 有最佳的能量聚集，所以对于直接序列扩频系统干扰较大，而在分数傅立叶 变换时P^1的情况下，单频正弦干扰没有明显的能量聚集效果。 发明内容本发明的目的是为了解决接收机中干扰信号对单一扩频系统的影响以及 单频正弦干扰在传统傅立叶变换后产生的最佳能量聚集对直接序列扩频系统 有较大干扰的问题。本发明的技术方案通过以下步骤实现发射过程步骤一二进制信息码源通过第一串并转换器得到两路二进制信息c^)， c2(0。步骤二第一直接扩频序列发生器生成直接扩频序列信号6々)，二进制 信息c々)与此直接扩频序列信号&(0相乘，得到直接序列扩频信号m々)，第 一载波信号生成器输出的信号",(0与直接序列扩频信号相乘进行二进制 相移键控调制，得到调制信号^(/)。 —步骤三Chirp信号生成器输出Chirp信号/(0， 二进制信息q(0与 chirp信号/(0经过波形生成器的调制，得到调制信号A(,)。当C2(/)为1时， 波形生成器输出调频率为/t的chirp信号；当c^)为0时，波形生成器输出 调频率为4的chirp信号。最后将调制信号A(/)与调制信号^(,)通过加法器 相加后得到的发送信号^)经用户端天线发射。接收过程步骤四将接收的信号KO经过射频滤波器与采样器后通过P阶分数傅立 叶变换器得到分数域信号；(")，然后将分数域信号分别进行解调。步骤五第一路解调过程，分数域信号rp(")先通过p阶分数傅立叶域滤 波器滤除了 chirp信号中6叩[/(2;2"/(; + ;^2)]/2的能量，再通过2-2p阶分数傅立叶变换器将信号变换到2-p阶，之后通过2-p阶分数傅立叶域滤波器滤除 了 chirp信号中expH(2;r/。卜;ry^)]/2的能量，再通过p-2阶分数傅立叶变换器得到时域信号"0，第二直接扩频序列发生器产生和接收与信号同步的直 接扩频序列停号62 W ，此直接扩频序列信号62 W与时域信号。(0相乘进行解扩，解扩后的信号与第二载波信号生成器输岀的信号"2(0相乘得到解调信 号，此解调信号通过滤波器，得到用户解调信息r々)；第二路解调过程，将通过P阶分数傅立叶变换器后得到的分数域信号 ^")通过峰值位置判决器进行判决，当峰值位置出现在分数域前半段时输出 1，当峰值位置出现在分数域后半段时输出0，得到用户解调信息"o。步骤六两路用户解调信息^)和^)通过第二串并转换器得到解调信息本发明利用了传统直接序列扩频系统与基于分数傅立叶变换的切普信 号扩频的方法，提出了频域直接序列扩频与分数傅立叶域切普信号扩频相联 合的混合扩展频谱的方法，使传输过程中存在和频域直接序列扩频系统载波 同频同相的单频正弦波干扰(对频域直接序列扩频系统最为严重的一种干扰) 的情况，由于在分数域中正弦波不会像在传统傅立叶域中产生明显能量聚集， 因此对解调的干扰减小，相对于传统直接序列扩频系统抗干扰能力有所提高， 因为两路扩频调制与解调的过程都在同一频带内，实现了信道的复用，因此 也加强了系统的隐蔽性与安全性。


图1是本发明发射装置的结构示意图；图'2是本发明接收装置的结构示意图；图3是调频率k为1时的chirp信号p阶分数傅立叶域的波形图；图 4是调频率k为-1时的chirp信号p阶分数傅立叶域的波形图；图5是二进 制信息C2(0为1时接收信号KO通过射频滤波器6、采样器7以及p阶分数傅立叶变换器8后的信号分数域的波形图；图6是二进制信息&(0为0时接收 信号W)通过射频滤波器6、采样器7以及P阶分数傅立叶变换器8后的信号 分数域的波形图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图l和图2说明本实施方式。本实施方式图1的发射装置由第一串并转换器1、第一直接扩频序列发 生器2、第一载波信号生成器3、波形生成器4、 chirp信号生成器5组成。步骤一:二进制信息码源15通过第一串并转换器1得到两路二进制信息 c,(O， c2(0; '步骤二第一直接扩频序列发生器2生成直接扩频序列信号6々)，二进 制信息q(0与此直接扩频序列信号6々)相乘，得到直接扩频信号附々)，第一 载波信号生成器3输出的信号"々)与直接扩频信号附，(0相乘进行二进制相移 键控调制，得到调制信号^(/);步骤三chirp信号生成器5输出chirp信号/(z)， 二进制信息c2 与 chirp信号/(,)经过波形生成器4的调制，得到调制信号A(/)，当&(0为1时， 波形生成器4输出调频率为A的chirp信号，当WO为0时，波形生成器4 输出调频率为-*的chirp信号，最后将调制信号^(0与调制信号^W通过加法器相加后得到的发送信号力)经用户端天线发射。本实施方式图2的接收装置由射频滤波器6、采样器7、 p阶分数傅立叶 变换器8、 p阶分数傅立叶域滤波器9、 2-2p阶分数傅立叶变换器10、 2-p 阶分数傅立叶域滤波器ll、 P-2阶分数傅立叶变换器12、第二直接扩频序列 发生器22、第二载波信号生成器33、滤波器13、峰值位置判决器14以及第 二串并转换器21组成。步骤四将接收的信号^)经过射频滤波器6与采样器7后通过p阶分数 傅立叶变换器8得到分数域信号 (")，然后将分数域信号。(")分别进行解调；步骤五第一路解调过程，分数域信号 (")先通过p阶分数傅立叶域滤 波器9滤除了 chirp信号中exp[i(2;r/。, + ;^2)]/2的能量，再通过2-2p阶分数 傅立叶变换器10后将信号变换到2-p阶，之后通过2-p阶分数傅立叶域滤波 器11滤除j chirp信号中expH(h/。卜;^2)]/2的能量，再通过p-2阶分数傅立叶变换器12得到时域信号"/)，第二直接扩频序列发生器22产生和接收 与信号同步的直接扩频序列信号^W，此直接扩频序列信号62(/)与时域信号 "/)相乘进行解扩，解扩后的信号与第二载波信号生成器33输出的信号《2(0 相乘得到解调信号，此解调信号通过滤波器13，得到用户解调信息"0;第二路解调过程，将通过p阶分数傅立叶变换器8后得到的分数域信号 W")通过峰值位置判决器14进行判决，当峰值位置出现在分数域前半段时输 出l，当峰值位置出现在分数域后半段时输出0，得到用户解调信息^(/);步骤六两路用户解调信息r^)和6(0通过第二串并转换器21得到解调信息KO。
权利要求
1、频域直接序列扩频与分数傅立叶域切普信号扩频传输方法，其特征在于它由以下步骤实现发射过程步骤一二进制信息码源(15)通过第一串并转换器(1)得到两路二进制信息c1(t)，c2(t)；步骤二第一直接扩频序列发生器(2)生成直接扩频序列信号b1(t)，二进制信息c1(t)与此直接扩频序列信号b1(t)相乘，得到直接扩频信号m1(t)，第一载波信号生成器(3)输出的信号n1(t)与直接扩频信号m1(t)相乘进行二进制相移键控调制，得到调制信号s1(t)；步骤三chirp信号生成器(5)输出chirp信号f(t)，二进制信息c2(t)与chirp信号f(t)经过波形生成器(4)的调制，得到调制信号s2(t)，当c2(t)为1时，波形生成器(4)输出调频率为k的chirp信号，当c2(t)为0时，波形生成器(4)输出调频率为-k的chirp信号，最后将调制信号s1(t)与调制信号s2(t)通过加法器相加后得到的发送信号s(t)经用户端天线发射；接收过程步骤四将接收的信号r(t)经过射频滤波器(6)与采样器(7)后通过p阶分数傅立叶变换器(8)得到分数域信号rp(u)，然后将分数域信号rp(u)分别进行解调；步骤五第一路解调过程，分数域信号rp(u)先通过p阶分数傅立叶域滤波器(9)滤除了chirp信号中exp[i(2πf0t+πkt2)]/2的能量，再通过2-2p阶分数傅立叶变换器(10)后将信号变换到2-p阶，之后通过2-p阶分数傅立叶域滤波器(11)滤除了chirp信号中exp[-i(2πf0t-πkt2)]/2的能量，再通过p-2阶分数傅立叶变换器(12)得到时域信号rs(t)，第二直接扩频序列发生器(22)产生和接收与信号同步的直接扩频序列信号b2(t)，此直接扩频序列信号b2(t)与时域信号rs(t)相乘进行解扩，解扩后的信号与第二载波信号生成器(33)输出的信号n2(t)相乘得到解调信号，此解调信号通过滤波器(13)，得到用户解调信息r1(t)；第二路解调过程，将通过p阶分数傅立叶变换器(8)后得到的分数域信号rp(u)通过峰值位置判决器(14)进行判决，当峰值位置出现在分数域前半段时输出1，当峰值位置出现在分数域后半段时输出0，得到用户解调信息r2(t)；步骤六两路用户解调信息r1(t)和r2(t)通过第二串并转换器(21)得到解调信息r(t)。
全文摘要
频域直接序列扩频与分数傅立叶域切普信号扩频传输方法，它涉及无线通信中的混合扩展频谱技术，解决了接收机中干扰信号对单一扩频系统的影响及单频正弦干扰在传统傅立叶变换后产生的最佳能量聚集对直接序列扩频系统有较大干扰的问题。发射过程二进制信息码源通过串并转换器分为两路并分别进行调制相加后得到发送信号s(t)。接收过程将接收的信号依次通过射频滤波器、采样器和p阶分数傅立叶变换器后得到分数域信号r_p(u)。一路解调过程r_p(u)通过多阶分数傅立叶域滤波器和变换器、直接扩频序列发生器、载波信号生成器和滤波器，得到用户解调信息r₁(t)；另一路解调过程r_p(u)通过峰值位置判决器，得到用户解调信息r₂(t)，r₁(t)和r₂(t)通过串并转换器得到解调信息r(t)。
文档编号H04L27/26GK101252568SQ20081006431
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月16日 优先权日2008年4月16日
发明者吴少川, 张中兆, 林 梅, 沙学军, 迟永钢, 佩 郭, 高玉龙 申请人:哈尔滨工业大学