CN103888404B - 一种基于频谱搬移的全频谱载波调制方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于频谱搬移的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全频谱调制，将传输的信息通过该调制方法转变成chirp信号波形，并搬移到N个频点上；将不同频点上的chirp调制信号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，发送到信道中。接收端信号处理：对接收的信号经过滤波放大器和A/D转换得到适合处理的数字信号；***采用非相关的解调方法，在接收端产生一组本地信号对接收的信号进行匹配滤波，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。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信，特别是涉及一种基于频谱搬移的全频谱载波调制方法。
背景技术
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）。
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，文献（LeBlanc L R,Beaujean P P.Multi-frequency shift key and differential phase shift key foracoustic modem[C]//Autonomous Underwater Vehicle Technology,1996.AUV'96.,Proceedings of the1996Symposium on.IEEE,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，浪费了很多频谱资源。一种基于频谱搬移的全频谱调制技术，利用正交频分复用频带划分的思想，用chirp信号的波形传输信息，将调制后的chirp信号搬移到不同的频点上，多路调制信号叠加，节省了传输时间，提高了频谱利用率。
发明内容
本发明的目的在于的提供将传输频带划分成N个子频带，产生N个相同扫频区间的chirp信号，其扫频带宽为子频带间隔，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，将调制后的chirp信号搬移到N个子频点上，多路信号叠加后输出，提高频带利用率的一种基于频谱搬移的全频谱载波调制方法。
本发明包括全频谱调制发送端信号处理和全频谱调制接收端信号处理；
所述全频谱调制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全频谱调制，将传输的信息通过该调制方法转变成chirp信号波形，并搬移到N个频点上；
（3）将不同频点上的chirp调制信号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；
所述全频谱调制接收端信号处理包括以下步骤：
（a）对接收的信号经过滤波放大器和A/D转换得到适合处理的数字信号；
（b）***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匹配滤波，分离出各路符号信息；
（c）对分离出的信息进行符号解映射，输出比特信息。
优选地，在步骤（2）中，所述chirp全频谱调制的具体步骤包括：
①对***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，同时，产生一个具有子频带宽度的chirp扫频信号；
②经过QPSK映射后的符号为{1+i,1-i,-1+i,-1-i}，将每一个符号信息转换成chirp信号波形，可同时产生N个chirp信号波形，将产生的信号搬移到步骤①中的各个频点上，获得chirp的多载波调制信号，使用了整个***的频带。
在步骤（3）中，所述将不同频点上的chirp调制信号经过相加器叠加，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。
优选地，在步骤（b）中，所述解调可根据chirp多载波调制方式进行解调，具体包括以下步骤：
①全频谱调制***的接收端首先对信号做相关解调的处理，分离出N个chirp信号波形；
②产生的本地信号是最小子频带区间的一个chirp信号；
③将步骤①中分离出的N个信号与步骤②中的本地信号作匹配相关检测；所述匹配相关检测可采用两个比特信息的chirp信号波形同时检测，检测性能提高。
本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种基于频谱搬移的全频谱载波调制方法，将传输频带划分成N个子频带，N个chirp信号的扫频区间为子频带宽度，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。在多径和高斯白噪声信道下仿真，从图4可以看出，所提出的方法在低信噪比下也能工作，信噪比在-20dB时，误码率为0.0019，***的可靠性非常高。
附图说明
图1是本发明提供的基于频谱搬移的全频带调制***的***框图；
图2是本发明提供的基于频谱搬移的全频带调制的原理图；
图3是本发明提供的基于频谱搬移的全频带解调的原理图；
图4是本发明提供的基于频谱搬移的全频谱调制***BER性能。
具体实施方式
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。
本发明是考虑一个基于频谱搬移的全频谱载波调制方法，***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，利用正交频分复用频带划分的思想，将***的频带划分成N个子频带[f0,f1,…,fN-1]fi(i＝0,…,N-1)，子频带宽度为chirp信号的扫频宽度，产生N个相同频率范围的chirp信号，频率范围是(f0,f1)。在一个持续的周期T内，chirp信号的表达式为：
s(t)＝a(t)cos(2πf0t+πkt2) (1)
其中a(t)为信号的包络，a(t)＝0，f0为初始频率；k为频率的变化率，k＞0时频率线性增大，为up-chirp信号，k＜0，频率线性减小，为down-chirp信号。
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。
发送端由待发送的数据bit流经过QPSK符号映射，xi∈{1+i,1-i,-1+i,-1-i}，用up-chirp和down-chirp分别表示符号的实部和虚部信息，当实部为1时，选择up-chirp信号，实部为-1时，选择负的up-chirp信号，当虚部为1时，down-chirp信号，为-1时，选择负的down-chirp信号，这样用chirp信号可以表示映射的符号信息
将N路子频带的chirp信号波形通过相加器叠加，实现了频分复用的调制，最后将叠加后的波形发送到无线信道中，***传输的信号表示为
发送端信号处理过程中，利用了全频谱调制方式（用chirp信号的整个频率范围调制发送信息），同时结合传统的正交频分复用思想，可以提高***的传输速率，也克服了传统正交频分复用中频带没有充分利用的缺点。
在接收端，信号经过滤波放大，模数转换后，先对chirp调制信号进行频谱下搬移，利用非相关解调，具体的解调过程如图3所示，将频谱搬移后的信号分别与式（6）的信号相乘，进行匹配滤波处理。
积分产生判决变量
其中ci(t)，i＝1,2,3,4为式（6）的信号，经判决后可以输出符号，再经过解映射，输出比特信息。
基于chirp频谱搬移的全频谱调制***在多径信道下进行了仿真，仿真结果如图4所示，在低信噪比下，***的BER性能也很好，在信噪比为-20dB时，误码率为10-3数量级。
Claims (1)
1.一种基于频谱搬移的全频谱载波调制方法，其特征在于包括全频谱调制发送端信号处理和全频谱调制接收端信号处理；
所述全频谱调制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)对符号映射后的信息进行chirp全频谱调制，将传输的信息通过该调制方法转变成chirp信号波形，并搬移到N个频点上；
所述chirp全频谱调制的具体步骤包括：
①对***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，同时，产生一个具有子频带宽度的chirp扫频信号；
②经过QPSK映射后的符号为{1+i,1-i,-1+i,-1-i}，将每一个符号信息转换成chirp信号波形，同时产生N个chirp信号波形，将产生的信号搬移到步骤①中的各个频点上，获得chirp的多载波调制信号，使用了整个***的频带；
(3)将不同频点上的chirp调制信号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；
所述全频谱调制接收端信号处理包括以下步骤：
(a)对接收的信号经过滤波放大器和A/D转换得到适合处理的数字信号；
(b)***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匹配滤波，分离出各路符号信息；
所述解调方法根据chirp多载波调制方式进行解调，具体包括以下步骤：
①全频谱调制***的接收端首先对信号做相关解调的处理，分离出N个chirp信号波形；
②产生的本地信号是最小子频带区间的一个chirp信号；
③将步骤①中分离出的N个信号与步骤②中的本地信号作匹配相关检测；所述匹配相关检测采用两个比特信息的chirp信号波形同时检测，检测性能提高；
(c)对分离出的信息进行符号解映射，输出比特信息。
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