一种码片宽度具有非平稳特性的调制和解调方法
【专利摘要】本发明涉及无线通信【技术领域】，具体的说是涉及一种通信信号的调制和解调方法。本发明把传统的变参数直序扩频调制方法中的参数发生器和伪随机序列发生器合并成为伪随机数发生器，并在伪随机数发生器和模2和加法器之间增加一个累加器、一个参数回绕器和一个码片发生器。通过把伪随机数发生器产生的伪随机数不断累加，在累加的参数超出预定范围后回绕，再以此结果作为码片发生器的输入，由码片发生器产生与此输入对应的宽度的码片。本发明的有益效果为，使无线通信数据具有极高的抗侦测能力，极大的提高了侦测方获取信号特征的难度，提高了无线信号传输过程中的安全性。本发明尤其适用于通信信号的调制和解调。
【专利说明】—种码片宽度具有非平稳特性的调制和解调方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信【技术领域】，具体的说是涉及一种通信信号的调制和解调方法。
【背景技术】
[0002]在无线通信领域，调制信号通常都具有平稳特性，即它们的统计特性(如分布、均值、方差等等)是不随时间改变的。对于这样的信号，我们可以通过如功率谱、循环谱或一些高阶累积量来计算得到信号的一些重要特征。这些可能是信号的载波频率、符号率、调制方式等等。在得到这些重要特征后，就可以对信号进行干扰，或者进行解调、破译等等。
[0003]因此在某些领域，隐藏信号的特征是非常重要的。这些领域包括军事领域，也包括民用领域。在民用领域，这主要涉及到信息安全和网络安全。
[0004]传统的隐藏信号特征的方法包括直序扩频、跳频和线性调频等等。它们都是通过设计信号，把信号的功率扩展到大于符号速率，从而降低信噪比，增大提取信号特征的难度。但是这些方法仍然无法改变信号特征的平稳特性，仍然可以通过加大提取特征时的相关累积长度来抑制噪声，提升信噪比，从而提取所需要的信号特征来。
[0005]为进一步增大侦测方获取信号特征的难度，信号调制时，可以把调制参数不断地按预定规律进行改变。传统上，可以按预定的规律改变符号速率、码片速率、跳频速率等等。不断变化的调制参数在很大程度上增大了侦测的难度。这就是传统上的变参调制。传统上，这些参数是通过一个伪随机序列在一个预定的参数集中选取。但由于参数集的元素个数总是有限的，且选取是按某个或某些数量有限的伪随机序列来进行的，因此从数学上来看，信号特征的数学期望总是常数，是不变的。因此这种常规的变参调制方法产生的信号的特征，仍然是可以被侦测的。
[0006]因此传统调制方法的本质在于利用平稳信号的统计特征不变的特点，通过自相关、互相关计算来累积信号能量，提高信噪比，提取信号的特征，从而始终存在容易被破解的问题。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的，就是针对上述传统变参数直序扩频存在的问题，提出一种码片宽度具有非平稳特性的调制和解调方法。
[0008]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种码片宽度具有非平稳特性的调制和解调方法，其特征在于，包括:
[0009]发送端数据进行调制后经过载波调制器和功率放大器发送，所述发送数据进行调制的具体方法为:发送端采用伪随机数发生器产生随机数，该随机数依次通过累加器和参数回绕器后输入到码片发生器，码片发生器生成与输入的随机数具有对应宽度的码片，并将码片输入到模2和加法器，发送数据和码片在模2和加法器中进行模2和计算后输出；
[0010]接收端数据经过混频器和中频放大后进行解调输出，所述解调输出的具体方法为:接收端采用伪随机数发生器产生随机数，该随机数依次通过累加器和参数回绕器后输入端到码片发生器，码片发生器生成与输入的随机数具有对应宽度的码片，并将码片输入到模2和加法器，接收数据和码片在模2和加法器中进行模2和计算后输出到解调器解调输出；
[0011]其中，接收端的伪随机数发生器和累加器与发送端的伪随机数发生器和累加器具有相同的结构；接收端的伪随机数发生器和累加器连接时钟同步模块，所述时钟同步模块用于将接收端的伪随机数发生器和累加器的时钟信号与发送端的伪随机数发生器和累加器的时钟信号同步，使发送端的伪随机数发生器和累加器与接收端的伪随机数发生器和累加器具有相同初始值。
[0012]本发明总的技术方案，把传统的变参数直序扩频调制方法中的参数发生器和伪随机序列发生器合并成为伪随机数发生器，并在伪随机数发生器和模2和加法器之间增加一个累加器、一个参数回绕器和一个码片发生器。通过把伪随机数发生器产生的伪随机数不断累加，在累加的参数超出预定范围后回绕，再以此结果作为码片发生器的输入，由码片发生器产生与此输入对应的宽度的码片。通过本发明的上述处理，码片宽度可以被看作是一个独立增量过程，也是一个马尔科夫过程。可以证明它在任一时间区间上变化的概率分布独立于其在任意其它时间区间上变化的概率。它因此具有非平稳特性。除非知道码片时间的初始值和每次的累加值，否则是无法在接收机中正确解调信号的。具有非平稳特性的码片时间也无法通过常规的侦测手段计算出来。
[0013]具体的，所述累加器用于将每次接收到的随机数与累加器原有存储数据进行累加；参数回绕器用于将累加器输出的数据约束在预设的范围内。
[0014]进一步的，所述参数回绕器用于将累加器输出的数据约束在预设的范围内的具体方法为:累加器输出的数据超出预设范围后，参数回绕器将累加器输出的数据除以预设参数后将数据发送回累加器作为存储数据；所述预设参数为正整数。
[0015]本发明的有益效果为，本发明产生的调制信号具有非平稳的统计特性，在侦测方不知道预定序列和初始状态的情况下，难以取得信号特征，因此具有极高的抗侦测能力，极大的提高了侦测方获取信号特征的难度，提高了无线信号传输过程中的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为传统的直序扩频调制解调器结构示意框图；
[0017]图2为实施例的码片宽度具有非平稳特征的调制和解调器结构示意框图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案:
[0019]本发明的目的在于克服传统变参数直序扩频技术的不足，提供一种码片宽度具有非平稳统计特性的新的直序扩频调制方法和相应的解调方法。
[0020]如图1所示，为传统的直序扩频调制解调器结构示意框图，传统的直序扩频调制解调器发送端采用参数发生器和伪随机序列发生器提高随机序列在模2和加法器中与发送数据进行模2和运算并通过载波调制器和功率放大器后发送；接收端采用与发送端的参数发生器和伪随机序列发生器具有同步时钟信号的参数发生器和伪随机序列发生器与通过混频器和中频放大后得到的接收信号在在模2和加法器中进行模2和运算并通过解调器输出。
[0021]本发明的调制和解调方法与传统的不同之处在于，将传统的参数发生器和伪随机序列发生器合并为伪随机数发生器，伪随机数发生器和传统的参数发生器和伪随机序列发生器相同产生随机数，但是本发明中产生的随机数并不直接用于和数据进行模2和运算，而是通过累加器进行累加，同时还通过参数回绕器对数据的范围进行约束，从而使产生的码片宽度具有非平稳特性，在不知道初始值和每次的累加值时，难以对信号进行正常解调。
[0022]本发明的方法的具体步骤为:
[0023]1.收发两端在同步机制的保证下，同时把累加器置为相同的初始值；
[0024]2.收发两端具有相同结构的伪随机数发生器；
[0025]3.两个伪随机数发生器在相同时钟的激励下，每次都产生同样的伪随机数。这个伪随机数的分布可以是正态分布的，也可以是均匀分布的等等；
[0026]4.收发两端的累加器也具有相同的结构，每个时钟节拍把伪随机数输入与累加器原来的值累加一次；
[0027]5.当累加器的输出超出预定的范围时，参数回绕器把累加器的输出约束在预定范围内。参数回绕器可以把累加器的输出做模m的计算，m是预定的参数范围；也可以是其它的处理，只要保证参数 回绕器的输出在预定范围内即可；
[0028]6.码片发生器产生具有与回绕器的输出对应宽度的码片；
[0029]7.在发送端中，码片发生器产生的一串码片与数据做模2和相加；
[0030]8.在发送端中，步骤6的输出经过载波调制器和功率放大器后，经过天线发送出去;
[0031]9.在接收端中，来自天线的信号与本振做混频，然后经过中频放大器，在模2和加法器中，与码片发生器产生的一串码片与来自中频放大器的信号做模2和相加；
[0032]10.在接收端中，解调器把模2和加法器的输出做解调，输出数据.[0033]实施例:
[0034]如图2所述，为本例调制和解调器的结构框图，本例的发送端包括依次连接的伪随机数发生器、累加器、参数回绕器、码片发生器、模2和加法器、载波调制器和功率放大器；接收端包括依次连接的随机数发生器、累加器、参数回绕器、码片发生器、模2和加法器中频放大器和混频器，模2和加法器还与解调器连接。
[0035]本例的工作原理为:
[0036]在发送端中，伪随机数发生器在时钟的推动下，按预定规则产生随机数。该随机数输出到累加器，在累加器中把每次输入与累加器的原有状态进行累加。累加器的结果输出到参数回绕器。当累计器的输出超出特定范围时，参数回绕器把累加器的输出约束在该特定范围内。约束的方法可以是比如模m计算。参数回绕器的把约束在特定范围内的参数输出给码片发生器。码片发生器产生与该参数对应宽度的码片。码片与数据分别作为模2和加法器的两个输入，进行模2和计算。模2和加法器的输出经过载波调制器和功率放大器输出。
[0037]在接收端，来自发送端的信号经过信道传播后，被接收端的混频器把信号混频到中频，经过中频放大后，进入模2和加法器，作为模2和加法器的一个输入。接收端的同步模块保证时钟发生器产生的时钟与发送端的时钟同步，同时也保证累计器的初始值与发送端保持一致。与发送端类似，接收端的伪随机数发生器在时钟的推动下产生伪随机数，该伪随机数由累加器不断累加。由于同步模块的作用，累加器的输出能够与发送端累加器的输出保持一致。接收端累加器的输出被参数回绕器约束在预定范围内，并输出到码片发生器，在码片发生器中产生对应宽度的码片。码片发生器输出的码片与来自中频放大器的信号作为模2和加法器的两个输入进行模2和计算，结算结果经由解调器就可以输出数据。
[0038]本实施例中，发送端时钟周期为lus。伪随机数每Ius产生一个随机数，该随机数的统计分布是均值为0，方差为I的高斯分布，不同时刻产生的随机数之间是相互独立的，即该随机数的自相关函数是一个冲击函数。累加器把伪随机数在每个时钟周期都累加一次，并由参数回绕器判断它是否超出预定范围。本例中，该范围取[-10，10]。当累计器的输出超出此范围时，参数回绕器把累加器的输出除以10，并把余数作为累计器新的状态。此后，累加器继续在此新状态下把伪随机数发生器的输出累加。参数回绕器的输出给码片发生器，码片发生器根据此输入产生对应宽度的码片脉冲。本例中，该对应关系是把输入取整，并将此整数作为码片宽度的时钟数。比如，如果该输入为4.3，则取整后为4，对应码片宽度为4us。当取整后的结果为O时，码片宽度设为lus。数据符号的周期为127个码片，它与码片在模2和加法器中做模2和计算，也即相乘计算。之后被输出给载波调制器和功率放大器，然后发射出去。
[0039]在接收端，码片的产生和调制方法与参数都与发送端相同。所不同之处在于它的时钟信号是由同步模块产生的。该同步模块可以与传统直序扩频的时钟同步模块相同。同步模块同时也保证接收端的累加器与发送端的累加器从同一个初始值开始。
【权利要求】
1.一种码片宽度具有非平稳特性的调制和解调方法，其特征在于，包括: 发送端数据进行调制后经过载波调制器和功率放大器发送，所述发送数据进行调制的具体方法为:发送端采用伪随机数发生器产生随机数，该随机数依次通过累加器和参数回绕器后输入到码片发生器，码片发生器生成与输入的随机数具有对应宽度的码片，并将码片输入到模2和加法器，发送数据和码片在模2和加法器中进行模2和计算后输出； 接收端数据经过混频器和中频放大后进行解调输出，所述解调输出的具体方法为:接收端采用伪随机数发生器产生随机数，该随机数依次通过累加器和参数回绕器后输入端到码片发生器，码片发生器生成与输入的随机数具有对应宽度的码片，并将码片输入到模2和加法器，接收数据和码片在模2和加法器中进行模2和计算后输出到解调器解调输出； 其中，接收端的伪随机数发生器和累加器与发送端的伪随机数发生器和累加器具有相同的结构；接收端的伪随机数发生器和累加器连接时钟同步模块，所述时钟同步模块用于将接收端的伪随机数发生器和累加器的时钟信号与发送端的伪随机数发生器和累加器的时钟信号同步，发送端的伪随机数发生器和累加器与接收端的伪随机数发生器和累加器具有相同初始值。
2.根据权利要求1所述的一种码片宽度具有非平稳特性的调制和解调方法，其特征在于，所述累加器用于将每次接收到的随机数与累加器原有存储数据进行累加；参数回绕器用于将累加器输出的数据约束在预设的范围内。
3.根据权利要求2所述的一种码片宽度具有非平稳特性的调制和解调方法，其特征在于，所述参数回绕器用于将累加器输出的数据约束在预设的范围内的具体方法为:累加器输出的数据超出预设范围后，参数回绕器将累加器输出的数据除以预设参数后将数据发送回累加器作为存储数据；所述预设参数为正整数。
【文档编号】H04L27/00GK103957181SQ201410184152
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】刘皓, 熊文汇, 何元波 申请人:电子科技大学