专利名称：分数傅立叶变换域超宽带脉冲信号调制与解调方法
技术领域：
本发明涉及一种超宽带系统中的信息调制与解调技术。
背景技术：
超宽带无线通信在无线视频、声频、高速数据传输以及家庭数字网络等诸 多领域均有广阔的应用前景。目前在超宽带无线通信领域，信息的调制方式主
要有脉冲幅度调制(PAM)和脉冲位置调制(PPM)，但无论采用哪种调制方式， 都是利用一路脉冲作为信息传输的载体进行通信，影响了系统的传输效率。
分数阶傅立叶变换是一种广义的傅立叶变换。设/(o为信号的时域表达形
式，它的p阶分数傅立叶变换为(:^/)(")，则/")的p阶分数傅立叶变换为
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，《0^力表示变换核，w表示分数域坐标，<formula>formula see original document page 5</formula> /(0的p阶分数傅立叶变换的逆变换可以表示为
<formula>formula see original document page 5</formula>
上式表明信号/(0的分数阶傅立叶变换可以解释为/(0在以逆变换核 /C(-p;"力为基的函数空间上的展开，而该核是一组正交的切普基，具体写出 切普信号的一般表达式为
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中^为信号幅度参数，参数/。、 6分别表示切普信号的中心频率和调频 率。根据分数傅立叶变换具有的切普基分解特性，分数阶傅立叶变换在某个分 数阶傅立叶域上对给定的切普信号具有最好的能量聚集特性，将表现为一个冲 击函数。
在实际系统应用中，采用余弦形式的信号，其为两个共轭的切普信号的合成信号，表达式如下
<formula>formula see original document page 6</formula>
根据分数傅立叶变换的性质，上式中合成信号的两个切普信号分别在P 阶分数域和-/7阶分数域表现出能量聚集特性。
发明内容
为了解决PAM、 PPM等调制方法利用一路脉冲作为信息传输的载体进行 通信时传输效率低的问题，现提出分数傅立叶变换域超宽带脉冲信号调制与解 调方法。
本发明的第一种技术方案为
调制过程
步骤一、通过发送端映射器将信息源^输出的多进制数码映射为并行的两 路数字信息《"和(、
步骤二、第一切普信号产生器根据发送端信号参数存储器中的参数产生相 应的实切普信号。(/);
步骤三、第一高斯信号产生器根据发送端信号参数存储器中的参数产生相 应的高斯信号&(/);
步骤四、数字信息《"与实切普信号c々;)在发送端时钟作用下通过一号调 制器得到载有数字信息的脉冲信号m々)，数字信息々与高斯信号&W在发送 端时钟作用下通过二号调制器得到载有数字信息的脉冲信号附,(r);
步骤五、载有数字信息的脉冲信号m々)和m2(,)相加得到的脉冲信号mW 由发射端天线发射；
解调过程
步骤六、接收天线接收的脉冲信号通过滤波器进行滤波，然后在接收端时 钟的作用下通过一号采样器进行采样，采样后的信号通过p阶离散分数傅立叶 变换器得到离散序列(F々)(")；
步骤七、第二切普信号产生器根据接收端信号参数存储器中存储的信号参
数产生实切普信号c; W ，所述实切普信号c; w在接收端时钟的作用下通过二号
采样器进行采样，然后通过p阶离散分数傅立叶变换器得到切普离散序列步骤八、第二高斯信号产生器根据接收端信号参数存储器中存储的信号参
数产生高斯信号c2 w ，所述高斯信号c; w在接收端时钟的作用下通过三号采样 器进行采样，然后通过p阶离散分数傅立叶变换器得到高斯离散序列
(尸r)2(");
步骤九、离散序列(^V)(^和切普离散序列(^V)"")通过相关器得到积分
值,，离散序列(尸"0^和高斯离散序列(尸~)2(")通过相关器得到积分值/2;
步骤十、积分值y;通过一号判决器得到数字信息g11)，积分值/2通过二号 判决器得到数字信息^2)，数字信息^)和gf—起送入接收端映射器转换为一
路多进制数字信息g"，所述多进制数字信息&通过信息输出器输出；
本技术方案中发送端信号参数存储器中的信号参数与接收端信号参数存 储器中的信号参数相同。
本发明提供的另一种技术方案为 调制过程
步骤一、通过发送端映射器将信息源6"输出的多进制数码映射为并行的两 路数字信息《"和《2"
步骤二、第一切普信号产生器根据第一发送端信号参数存储器中的参数产 生相应的实切普信号q(/);
步骤三、第三切普信号产生器根据第二发送端信号参数存储器中的参数产 生相应的实切普信号c,(。；
步骤四、数字信息《"与实切普信号&W在发送端时钟作用下通过一号调 制器得到载有数字信息的脉冲信号m々)，数字信息《2)与实切普信号4 在发 送端时钟作用下通过二号调制器得到载有数字信息的脉冲信号附2^;
步骤五、载有数字信息的脉冲信号"(/)和W2(,)相加得到的脉冲信号附W 由发射端天线发射；
解调过程为
步骤六、接收天线接收的脉冲信号通过滤波器进行滤波，然后在接收端时 钟的作用下通过一号采样器进行采样，采样后的信号通过p阶离散分数傅立叶变换器得到离散序列(^V)(");
步骤七、第二切普信号产生器根据第一接收端信号参数存储器中存储的信
号参数产生实切普信号& w,所述实切普信号& (/)在接收端时钟的作用下通过
二号采样器进行采样，然后通过/7阶离散分数傅立叶变换器得到切普离散序列
步骤八、第四切普信号信号产生器根据第二接收端信号参数存储器中存储
的信号参数产生实切普信号c4 W ，所述实切普信号c; W在接收端时钟的作用下
通过三号采样器进行采样，然后通过p阶离散分数傅立叶变换器得到切普离散
步骤九、离散序列(FPr)00和切普离散序列(/^。"")通过相关器得到积分
值y;，离散序列(,"(")和切普离散序列(尸。2(")通过相关器得到积分值/2;
步骤十、积分值,通过一号判决器得到数字信息^"，积分值/2通过二号 判决器得到数字信息gf ，数字信息^)和gf—起送入接收端映射器转换为一
路多进制数字信息g"，所述多进制数字信息g"通过信息输出器输出；
本技术方案中第一发送端信号参数存储器中的参数与第一接收端信号参 数存储器中的参数相同，第二发送端信号参数存储器中的参数与第二接收端信 号参数存储器中的参数相同。
本发明的方法实现较为简单，由于实切普信号和高斯信号在特定阶分数傅 立叶变换域上具有不同的能量聚集特性，所以利用两路信号同时传输信息，与 采用单一脉冲的系统相比，有效利用了信道资源，增大了系统的传输速率，同 时本发明设计合理、工作可靠，具有较大的推广价值。
图1是具体实施方式
一的调制装置的结构示意图；图2是具体实施方式
一 的解调装置的结构示意图；图3是具体实施方式
二的调制装置的结构示意图； 图4是具体实施方式
二的解调装置的结构示意图；图5是具体实施方式
一解调 过程中切普离散序列(/^V),(")和高斯离散序列(FP。2(")的P阶分数域波形图，其中"---"表示切普离散序列(^^(")的波形图，"-"表示高斯离
散序列(尸^(")的波形图；图6是具体实施方式
一中装置的信号系统误符号率 的仿真曲线，其中横坐标表示每比特信息具有的能量A与加性高斯白噪声信道
的单边功率谱密度 的比值。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式所述的的分数傅立叶变换域超宽带脉冲信号 调制与解调方法中的调制过程为
步骤一、通过发送端映射器1将信息源6"输出的多进制数码映射为并行的
两路数字信息《"和《2);
步骤二、第一切普信号产生器2根据发送端信号参数存储器3中的参数产
生相应的实切普信号6(0;
步骤三、第一高斯信号产生器4根据发送端信号参数存储器3中的参数产 生相应的高斯信号&(/);
步骤四、数字信息《)与实切普信号c,W在发送端时钟7作用下通过一号 调制器5得到载有数字信息的脉冲信号m^)，数字信息《2)与高斯信号c^0在 发送端时钟7作用下通过二号调制器6得到载有数字信息的脉冲信号附2G);
步骤五、载有数字信息的脉冲信号m,(,)和;n2(/)相加得到的脉冲信号 由发射端天线发射；
解调过程为
步骤六、接收天线接收的脉冲信号通过滤波器8进行滤波，然后在接收端 时钟12的作用下通过一号采样器13-1进行采样，采样后的信号通过p阶离散 分数傅立叶变换器14得到离散序列(F )(")；
步骤七、第二切普信号产生器10根据接收端信号参数存储器9中存储的 信号参数产生实切普信号c;(f)，所述实切普信号c;(f)在接收端时钟12的作用 下通过二号采样器13-2进行采样，然后通过p阶离散分数傅立叶变换器14得 到切普离散序列(FP^(");
步骤八、第二高斯信号产生器11根据接收端信号参数存储器9中存储的信号参数产生高斯信号^W，所述高斯信号^W在接收端时钟12的作用下通 过三号采样器13-3进行采样，然后通过; 阶离散分数傅立叶变换器14得到高 斯离散序列(^。2^;
步骤九、离散序列(F )M和切普离散序列(^V),(")通过相关器得到积分
值,，离散序列(^。(")和高斯离散序列(^>)200通过相关器得到积分值/2;
步骤十、积分值,通过一号判决器15得到数字信息^)，积分值/2通过二 号判决器16得到数字信息gf，数字信息^)和^)一起送入接收端映射器17 转换为一路多进制数字信息g"，所述多进制数字信息g"通过信息输出器18输 出；
本实施方式中发送端信号参数存储器3中的信号参数与接收端信号参数 存储器9中的信号参数相同。
以输出为四进制数码的信息源为例对本实施方式进行具体说明 调制过程
步骤一、输出的两路数字信息的数据流{《}与输入的信息源的数据流仇} 的关系为
11 6 =0
1-1 6"=1
-11 6 = 2
一l 一l 6 =3
(n-0，1，2,…)
通过步骤二得到实切普信号q(/); 通过步骤三得到高斯信号c2"); 通过步骤四和步骤五得到的信号可以表示为
其中，T)为一帧持续时间，也可称为脉冲重复时间；Lz」表示取Z的整数
部分；M为每一比特数据要发送的脉冲数，《^」(* = 1，2)为第A路信号在第y
帧传送的调制信息，它对应该路数据的第(Ly/乂」)位；
通过步骤六、步骤七、步骤八、步骤九和步骤十完成本发明的解调过程。
具体实施方式
二本实施方式所述的分数傅立叶变换域超宽带脉冲信号调 制与解调方法中的调制过程为调制过程为
步骤一、通过发送端映射器1将信息源^输出的多进制数码映射为并行的 两路数字信息《"和"f;
步骤二、第一切普信号产生器2根据第一发送端信号参数存储器3-l中的
参数产生相应的实切普信号&(0 ;
步骤三、第三切普信号产生器4-l根据第二发送端信号参数存储器3-2中
的参数产生相应的实切普信号^W;
步骤四、数字信息《)与实切普信号A(,)在发送端时钟7作用下通过一号 调制器5得到载有数字信息的脉冲信号^(/)，数字信息《2)与实切普信号qW 在发送端时钟7作用下通过二号调制器6得到载有数字信息的脉冲信号附2(0;
步骤五、载有数字信息的脉冲信号^(,)和/n2(/)相加得到的脉冲信号wW 由发射端天线发射；
解调过程为
步骤六、接收天线接收的脉冲信号通过滤波器8进行滤波，然后在接收端 时钟12的作用下通过一号采样器13-1进行采样，采样后的信号通过p阶离散 分数傅立叶变换器14得到离散序列(Pr)(");
步骤七、第二切普信号产生器10根据第一接收端信号参数存储器9-1中 存储的信号参数产生实切普信号c;(f)，所述实切普信号&W在接收端时钟12 的作用下通过二号采样器13-2进行采样，然后通过p阶离散分数傅立叶变换 器14得到切普离散序列(^V)"");
步骤八、第四切普信号信号产生器11-1根据第二接收端信号参数存储器 9-2中存储的信号参数产生实切普信号qW，所述实切普信号c,W在接收端时 钟12的作用下通过三号采样器13-3进行采样，然后通过p阶离散分数傅立叶 变换器14得到切普离散序列(F々L(");
步骤九、离散序列(i^r)(")和切普离散序列(FP4(")通过相关器得到积分 值/，离散序列(尸r)(")和切普离散序列(i^^(")通过相关器得到积分值^;步骤十、积分值乂通过一号判决器15得到数字信息^)，积分值/2通过二 号判决器16得到数字信息^2)，数字信息^)和^2)—起送入接收端映射器17 转换为一路多进制数字信息g"，所述多进制数字信息g"通过信息输出器18输 出；
本实施方式中第一发送端信号参数存储器3-l中的参数与第一接收端信号 参数存储器9-l中的参数相同，第二发送端信号参数存储器3-2中的参数与第 二接收端信号参数存储器9-2中的参数相同。
权利要求
1、分数傅立叶变换域超宽带脉冲信号调制与解调方法，其特征在于它的调制过程为步骤一、通过发送端映射器(1)将信息源bn输出的多进制数码映射为并行的两路数字信息dn(1)和dn(2)；步骤二、第一切普信号产生器(2)根据发送端信号参数存储器(3)中的参数产生相应的实切普信号c1(t)；步骤三、第一高斯信号产生器(4)根据发送端信号参数存储器(3)中的参数产生相应的高斯信号c2(t)；步骤四、数字信息dn(1)与实切普信号c1(t)在发送端时钟(7)作用下通过一号调制器(5)得到载有数字信息的脉冲信号m1(t)，数字信息dn(2)与高斯信号c2(t)在发送端时钟(7)作用下通过二号调制器(6)得到载有数字信息的脉冲信号m2(t)；步骤五、载有数字信息的脉冲信号m1(t)和m2(t)相加得到的脉冲信号m(t)由发射端天线发射；解调过程为步骤六、接收天线接收的脉冲信号通过滤波器(8)进行滤波，然后在接收端时钟(12)的作用下通过一号采样器(13-1)进行采样，采样后的信号通过p阶离散分数傅立叶变换器(14)得到离散序列(Fpr)(u)；步骤七、第二切普信号产生器(10)根据接收端信号参数存储器(9)中存储的信号参数产生实切普信号c′1(t)，所述实切普信号c′1(t)在接收端时钟(12)的作用下通过二号采样器(13-2)进行采样，然后通过p阶离散分数傅立叶变换器(14)得到切普离散序列(Fpr)1(u)；步骤八、第二高斯信号产生器(11)根据接收端信号参数存储器(9)中存储的信号参数产生高斯信号c′2(t)，所述高斯信号c′2(t)在接收端时钟(12)的作用下通过三号采样器(13-3)进行采样，然后通过p阶离散分数傅立叶变换器(14)得到高斯离散序列(Fpr)2(u)；步骤九、离散序列(Fpr)(u)和切普离散序列(Fpr)1(u)通过相关器得到积分值f1，离散序列(Fpr)(u)和高斯离散序列(Fpr)2(u)通过相关器得到积分值f2；步骤十、积分值f1通过一号判决器(15)得到数字信息gn(1)，积分值f2通过二号判决器(16)得到数字信息gn(2)，数字信息gn(1)和gn(2)一起送入接收端映射器(17)转换为一路多进制数字信息gn，所述多进制数字信息gn通过信息输出器(18)输出；本权利要求中发送端信号参数存储器(3)中的信号参数与接收端信号参数存储器(9)中的信号参数相同。
2、分数傅立叶变换域超宽带脉冲信号调制与解调方法，其特征在于它的 调制过程为步骤一、通过发送端映射器(1)将信息源6"输出的多进制数码映射为并行的 两路数字信息c^和《2、步骤二、第一切普信号产生器(2)根据第一发送端信号参数存储器(3-l)中的参数产生相应的实切普信号^W ;步骤三、第三切普信号产生器(4-l)根据第二发送端信号参数存储器(3-2) 中的参数产生相应的实切普信号q(r);步骤四、数字信息《"与实切普信号c"0在发送端时钟(7)作用下通过一号 调制器(5)得到载有数字信息的脉冲信号^W,数字信息《"与实切普信号qW 在发送端时钟(7)作用下通过二号调制器(6)得到载有数字信息的脉冲信号 附2 (0;步骤五、载有数字信息的脉冲信号w々)和加2W相加得到的脉冲信号附W 由发射端天线发射； 解调过程为步骤六、接收天线接收的脉冲信号通过滤波器(8)进行滤波，然后在接收 端时钟(1"的作用下通过一号采样器(13-1)进行采样，采样后的信号通过p阶 离散分数傅立叶变换器(14)得到离散序列；步骤七、第二切普信号产生器(10)根据第一接收端信号参数存储器(9-1)中 存储的信号参数产生实切普信号c; W ，所述实切普信号c; W在接收端时钟(12) 的作用下通过二号采样器(13-2)进行采样，然后通过p阶离散分数傅立叶变换 器(14)得到切普离散序列(M);步骤八、第四切普信号信号产生器(ll-l)根据第二接收端信号参数存储器(9-2)中存储的信号参数产生实切普信号q(/)，所述实切普信号c二^)在接收端时钟(12)的作用下通过三号采样器(13-3)进行采样，然后通过p阶离散分数傅立叶变换器(14)得到切普离散序列(/^>)2(");步骤九、离散序列(尸r)(";)和切普离散序列(FVd(")通过相关器得到积分值X，离散序列(/^> 和切普离散序列(/^)2(")通过相关器得到积分值/2;步骤十、积分值,通过一号判决器(15)得到数字信息g^，积分值/2通过二 号判决器(16)得到数字信息g^ ，数字信息^)和^一起送入接收端映射器(17) 转换为一路多进制数字信息g",所述多进制数字信息g"通过信息输出器(18) 输出；本权利要求中第一发送端信号参数存储器(3-l)中的参数与第一接收端信 号参数存储器(9-l)中的参数相同，第二发送端信号参数存储器(3-2)中的参数与 第二接收端信号参数存储器(9-2)中的参数相同。
全文摘要
分数傅立叶变换域超宽带脉冲信号调制与解调方法，涉及一种超宽带系统中的信息调制及解调技术。它解决了PAM、PPM等调制方法利用一路脉冲作为信息传输的载体进行通信时传输效率低的问题。它的调制过程为将多进制数码的信息源分为并行的两路数字信息，并将两路数字信息分别与实切普信号和高斯信号在发送端时钟作用下通过调制和相加得到的发送端脉冲由发射端天线发射；解调过程为将接收的脉冲信号进行滤波并在接收端时钟作用下进行采样，并变换到p阶分数傅立叶变换域上，再将分别与实切普信号和高斯信号进行相关解调获得的两路数字信息映射为一路多进制数字信息。所述高斯信号也可为实切普信号。本发明可应用于脉冲超宽带通信系统中。
文档编号H04L27/00GK101309092SQ20081006492
公开日2008年11月19日 申请日期2008年7月14日 优先权日2008年7月14日
发明者军 史, 吴宣利, 孟维晓, 宁晓燕, 迪 林, 沙学军, 昕 邱 申请人:哈尔滨工业大学