一种全频谱载波调制方法
【专利摘要】一种全频谱载波调制方法，涉及无线通信。包括发送端和接收端信号处理；发送端信号处理：信源产生数据信息，对该数据信息进行QPSK符号映射；对符合映射后的信息进行chirp多载波调制，将传输的信息通过该调制方法转变成chirp信号波形；将调制后的信息经过相加器叠加后输出；将叠加后的调制信号通过D/A转换器和信号功率放大，最后发送到信道中。接收端信号处理：对接收的信号先经过滤波放大器和A/D转换，得到适合处理的数字信号；系统采用非相关的解调方法，在接收端产生一组相应的本地信号对接收的信号进行相关处理，分离出各路符号信息；对分离出的信息进行符号解映射，输出比特信息。提高系统的频谱利用率和可靠性。
【专利说明】一种全频谱载波调制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信，特别是涉及一种全频谱载波调制方法。
【背景技术】
[0002]在无线通信技术发展过程中，随着人们的通信需求提高和通信环境的复杂化，高的数据传输速率会引起严重的多径干扰问题。多载波调制技术是一种高速的数据传输技术，正交频分复用技术作为其中的一种多载波调制方法，它同时满足高速和克服干扰两个方面的要求，将整个传输频带划分成N个正交子信道，将带传输的高速串行码并行的调制到这些子载波上，这种调制方式可以有效的提高传输速率和频带利用率(韩晓燕，OFDM干扰抑制技术研究[D]，哈尔滨工程大学，2012)。
[0003]线性调频信号是一种脉冲压缩信号，它的频率是在脉冲持续时间内随时间按线性变化。线性调频信号本身具有一定的抗多普勒频移特性，而且其模糊度函数具有尖锐的峰值，易于检测判决(吕妍妍，chirp FSK可靠水声通信技术研究[D]，哈尔滨工程大学，2010)。Chirp信号早期常用于频移键控调制技术中，利用chirp信号作为载波信号，将传输的数据序列调制到这样的载波信号上，具有可靠性好和抗起伏特性的优点，但是，这种调制方式其频谱利用率和通信速率都比较低，限制了它的应用和发展。后来，随着多载波调制技术，码分多址扩谱，空间分集技术等发展起来，基于chirp的频移键控调制技术有了进一步的发展，文献(LeBlanc L R, Beaujean P P.Mult1-frequencyshift key and differential phase shift key for acoustic modem[C]//AutonomousUnderwater Vehicle Technology, 1996.AUVi 96., Proceedings of the 1996 Symposiumon.1EEE, 1996:160-166)中提出将多路的chirp频移键控调制信号进行叠加输出，可以节省传输时间，提高传输速率，但是，这种调制方式也没有充分的利用全频带来传输信息，只是利用频带中的某些频点传输信息，浪费了很多频谱资源。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供将传输频带划分成N个子频带，每个子频带范围为chirp信号的扫频区间，同时将传输信息调制到chirp信号中，克服传统正交频分复用调制技术中频带没有完全利用的缺点，将多路信号叠加后输出，提高频带利用率的一种全频谱载波调制方法。
[0005]本发明包括全频谱调制系统发送端信号处理和全频谱调制系统接收端信号处理；
[0006]所述全频谱调制系统发送端信号处理包括以下步骤:
[0007]( I)信源产生数据信息，对该数据信息进行QPSK符号映射；
[0008](2)对符合映射后的信息进行chirp多载波调制,将传输的信息通过该调制方法转变成chirp信号波形；
[0009](3)将调制后的信息经过相加器叠加后输出；[0010](4)将叠加后的调制信号通过D/A转换器和信号功率放大，最后发送到信道中；
[0011]所述全频谱调制系统接收端信号处理包括以下步骤:
[0012](a)对接收的信号先经过滤波放大器和A/D转换，得到适合处理的数字信号；
[0013](b)系统采用非相关的解调方法，在接收端产生一组相应的本地信号对接收的信号进行相关处理，分离出各路符号信息；
[0014](C)对分尚出的信息进行符号解映射,输出比特信息。
[0015]优选地，在步骤(2)中，所述chirp多载波调制的具体方法包括以下步骤:
[0016]①对系统传输使用的频带，利用正交频分复用技术将信道划分为N个子频带，每个子频带对应一个线性调频信号，因为chirp信号本身具有一定的扫频宽带，因此将chirp信号的扫频宽度设置为子频带的间隔；
[0017]②经过QPSK映射后的符号为{1+i，l-1，-l+i，-l_i}，i为虚部，将每一个符号信息调制到chirp信号波形中，可同时产生N路chirp信号波形，获得chirp的多路调制信号，使用了整个系统的频带。
[0018]在步骤(3)中，所述将调制后的信息经过相加器叠加，是由于产生的chirp信号其扫频宽度为子频带间隔，因此叠加后，信号的频谱不重叠，实现频分复用的传输方式，提高传输速率和频谱利用率。
[0019]优选地，在步骤(b)中，所述解调方法，具体包括以下步骤:
[0020]①全频谱调制系统接收端产生的本地信号是N个不同频率区间的chirp信号；
[0021]②将接收到的信号分别与步骤①中的chirp信号做匹配相关，获得N个相关值，进行峰值检测，选择能量最大的，可以分离出不同频带上发送的信号；所述峰值检测可采用一次检测两个比特信息的检测方法。
[0022]本发明提供了一种全频谱载波调制方法，将传输频带划分成N个子频带，每个子频带范围为chirp信号的扫频区间，同时将传输信息调制到chirp信号中，克服传统正交频分复用调制技术中频带没有完全利用的缺点，将多路信号叠加后输出，提高频带利用率。在多径信道和高斯白噪声信道下仿真，可以看出该系统能在低信噪比下正常工作，可靠性好，当信噪比为一 20dB时，误码率为0.0058。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明提供的基于全频带调制方法的系统框图；该系统包括发送端和接收端;
[0024]图2是本发明提供的全频谱调制原理图，将发送信息调制到chirp信号中，将N路调制信号叠加后输出；
[0025]图3是本发明提供的全频谱解调的原理图，在接收端产生本地信号，并与接收信号做相关处理，进行峰值检测，选择能量最大的，可以分离出不同频带上发送的符号信息；
[0026]图4是本发明提供的全频谱调制系统误码率性能图。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步说明。[0028]本发明是考虑一个全频谱载波调制方法，系统框图如图1所示，信源首先产生数据信息，经过符号映射和串并转换后，进行chirp全频谱调制，调制过程如图2所示，同时，利用正交频分复用频带划分的思想，将系统的频带划分成N个子频带[f；，f1；…，fN_J，& (i=O, - ,N-1)为频率，子频带宽度为chirp信号的扫频宽度，产生N个不同频率范围的chirp信号，频率范围是[(f0, f\)，(W..，对N个不同频率范围的chirp信号经过相加器叠加后输出。在一个持续的周期T内，chirp信号的表达式为:
[0029]s (t) = a(t) cos (2 π f0t+Ji kt2) (I)
[0030]其中a(t)为信号的包络，a(t) = O, t>T-, f0为初始频率；k = B/T为频率的变
化率，B为chirp信号的带宽，T为脉冲宽度。线性调频信号的频率随时间线性变化A =f0+kt,即线性调频信号的瞬时频率与时间成正比。频率k > O时频率线性增大，为up-chirp信号，k < O，频率线性减小，为down-chirp信号。
[0031]Chirp信号具有良好的自相关性，其自相关函数为式(2)，利用chirp信号的自相关函数和互相关函数的特性，up-chirp信号和down-chirp信号结合正负表示可以用于表
示不同的符号信息。
[0032]
【权利要求】
1.一种全频谱载波调制方法，其特征在于包括全频谱调制系统发送端信号处理和全频谱调制系统接收端信号处理； 所述全频谱调制系统发送端信号处理包括以下步骤: (1)信源产生数据信息，对该数据信息进行QPSK符号映射； (2)对符合映射后的信息进行chirp多载波调制，将传输的信息通过该调制方法转变成chirp信号波形； (3)将调制后的信息经过相加器叠加后输出； (4)将叠加后的调制信号通过D/A转换器和信号功率放大，最后发送到信道中； 所述全频谱调制系统接收端信号处理包括以下步骤: Ca)对接收的信号先经过滤波放大器和A/D转换，得到适合处理的数字信号； (b)系统采用非相关的解调方法，在接收端产生一组相应的本地信号对接收的信号进行相关处理，分离出各路符号信息； (C)对分尚出的信息进行符号解映射，输出比特信息。
2.如权利要求1所述一种全频谱载波调制方法，其特征在于在步骤(2)中，所述chirp多载波调制的具体方法包括以下步骤: ①对系统传输使用的频带，利用正交频分复用技术将信道划分为N个子频带，每个子频带对应一个线性调频信号，因为chirp信号本身具有一定的扫频宽带，因此将chirp信号的扫频宽度设置为子频带的间隔； ②经过QPSK映射后的符号为{1+i，l-1，-l+i，-l_i}，i为虚部，将每一个符号信息调制到chirp信号波形中，可同时产生N路chirp信号波形，获得chirp的多路调制信号,使用了整个系统的频带。
3.如权利要求1所述一种全频谱载波调制方法，其特征在于在步骤(b)中，所述解调方法，具体包括以下步骤: ①全频谱调制系统接收端产生的本地信号是N个不同频率区间的chirp信号； ②将接收到的信号分别与步骤①中的chirp信号做匹配相关，获得N个相关值，进行峰值检测，选择能量最大的，分离出不同频带上发送的信号；所述峰值检测采用一次检测两个比特信息的检测方法。
【文档编号】H04L27/32GK103888405SQ201410142215
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】孙海信, 蒯小燕, 齐洁 申请人:厦门大学