CN108900221B - 一种基于ifft/fft框架的索引调制跳频通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术，属于无线通信技术领域。将索引调制技术引入基于IFFT/FFT的跳频通信技术，用消息驱动的方式从IFFT/FFT模块的所有子载波中，索引选择部分子载波进行激活来传输调制符号，其他子载波保持静默状态。在***发射端引入索引调制，将信息比特分为两步部分，一部分作为信号调制比特，映射为M进制的星座点符号；一部分作为索引信息比特，在所有子载波中选择激活部分子载波去传输星座点符号，达到利用消息驱动的方式实现频率跳变，明显增大频谱效率，提升***传输效率。本发明用消息驱动的方式实现频率跳变，与FI相比所提出的SFI具有更高的频谱效率和更好的***性能。

Description

一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术。

背景技术

跳频通信技术经过了数十年的不断发展和完善，使得各国的跳频通信设备都得到了跨越式的改进与升级。20世纪80年代以来，大部分国家对跳频通信技术进行了研究与应用，并且不断加快跳频通信装备的更新。

20世纪80年代中期，英国研制的Scimitar-H跳频电台和Jaguar-H跳频电台的跳速为几十跳每秒，但是已经具备初步的抗干扰能力；20世纪80年代末期到90年代初期，法国研制的TRC-350H跳频电台、美国研制的Micom-2E跳频电台等都具有一定的抗干扰能力，且对通信信道进行了初步数字化；20世纪90年代到21世纪初，多国部队都装备了跳频通信设备，如美国的SINCGARS跳频电台、军事星MILSTAR跳频***、CHESS跳频***以及联合战术信息分发***JTIDS，英国的Jaguar-V和法国的TRC-950跳频电台等，这些跳频电台都采用了多项新技术，具有多频段、多功能等优点，跳频速率可以达到数百跳乃至数万跳，代表了新型高速跳频电台的发展前景。跳频通信除了应用于军用通信领域外，也在民用通信领域的某些应用中发挥着至关重要的作用。例如为了使得蓝牙通信***具备良好的抗干扰能力以及能够进行高安全数据传输，采用了跳频通信技术。此外，为了对抗外部环境的干扰，全球移动通信***GSM与家庭射频Home RF都采用了跳频通信机制。

现有的FI通信技术是将IFFT/FFT技术与跳频技术相结合，由跳频序列生成跳频图案，控制选择子载波传输数据，其他子载波设置为0，信息源比特首先进行映射调制，然后经过串并转换、IFFT操作和并串转换发送数据，经过信道到达接收端，在接收端根据跳频图案确定传输数据的子载波，经过串并转换、FFT、并串转换和逆映射后输出。FI通信技术抗干扰能力强，信号较隐蔽，难以被截获，在民用和军事通信中应用广泛。假设在k跳模式下，子载波总个数为N，跳频序列控制选择其中k个子载波传输M进制调制符号，则其频谱效率为 klog₂M/N。其缺点是由于只有部分子载波传输信息，导致频谱利用率不高，频谱效率低，在现今通信***频谱资源紧张，需求量大的情况下，增大频谱效率极为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供解决现有的FI通信技术频谱效率低问题的种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术。

本发明的目的通过如下计数方案来实现：

一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术，包括数字化信源、索引调制、跳频模块、信道、解跳模块、索引解调模块，在***的发射端引入索引调制，将信息比特分为两步部分，一部分作为信号调制比特，映射为M进制的星座点符号；一部分作为索引信息比特，在所有子载波中选择激活部分子载波去传输星座点符号，达到利用消息驱动的方式实现频率跳变，明显增大频谱效率，提升***传输效率，通过消息驱动的索引方式激活部分子载波实现跳频并传输调制符号。

一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术，包括以下步骤：

步骤1：由数字化信源分帧，每帧有m＝m₁+m₂位信息比特。其中前m₁位作为索引调制的索引比特，激活部分子载波，后m₂位作为信息调制比特，产生M阶调制符号。

步骤2：索引调制。假设子载波总个数为N，激活其中k个子载波进行数据传输，则

表示向下取整，一共有

种子载波激活组合，m₁位索引比特通过索引选择器来确定一种子载波激活组合；对信息调制比特进行M阶调制，即将log₂M位信息比特映射成一个星座点符号，每个激活子载波携带一个符号，则m₂＝k log₂M，k个子载波携带m₂位信息比特，k个星座点符号。

步骤3：做N点IFFT运算，并串转换。信源信息根据消息驱动选择不同的子载波激活组合，实现频率跳变。

步骤4：信源信息经步骤1～3后经上变频发送，经过信道到达接收端；

步骤5：下变频，串并转换，做N点FFT运算；

步骤6：索引解调，输出比特；判决器判断出被激活的子载波，确定子载波激活组合，根据索引选择器输出m₁位索引比特，对激活子载波上输出的数据串进行M阶解调输出m₂位调制比特，将索引比特和调制比特串连在一起输出比特。

步骤3中所述的根据消息驱动实现频率跳变具体可以表述为：

信息源每帧信息中包括m₁位索引信息比特，从N个子载波中选择k个子载波被激活，则存在

个子载波激活组合，组合集合可以表示为

其中Ω_l＝{β_i,1,β_i,2,…,β_i,k}，β_i,r∈{1,2,…,N}，r＝1,2,…,k，β_i,r表示第i帧信息比特激活第β_i,r个子载波。

第i帧信息比特中的索引信息比特所对应的值为p_i，由p_i决定子载波激活组合，则信息源比特控制子载波激活生成跳频图案可表示为

p_i→{f_i,1,f_i,2,…,f_i,k}

其中f_i,r表示第β_i,r个子载波的频率。

在SFI***中，一帧发送信号可以表示为

X_i＝[0,…,s_i,1,0,…,s_i,2,0,…,s_i,j,…,s_i,k,0,…]

X_i一共有N个元素，其中有N-k个元素为0，s_i,j∈χ，j＝1,2,…,k，χ为M阶星座点符号集合。

等效基带信号为

在SFI***中，每帧传输

位信息比特，频谱效率为

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种SFI通信技术在***发射端引入索引调制，将信息比特分为两步部分，一部分作为信号调制比特，映射为M进制的星座点符号；一部分作为索引信息比特，在所有子载波中选择激活部分子载波去传输星座点符号，达到利用消息驱动的方式实现频率跳变，明显增大频谱效率，提升***传输效率。

附图说明

图1为基于IFFT/FFT的调频(FI)通信***的链路图；

图2为基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频(SFI)通信***的链路图；

图3为索引调制的原理图；

图4为以N＝8，k＝3为例的频率跳变示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图2所示的SFI通信***的框架图，发射端主要包括以下几步：

步骤1：确定***的参数，包括子载波总个数N，激活的子载波个数k，调制的阶数M。由数字化信源分帧，每帧有m＝m₁+m₂位信息比特，根据公式

和m₂＝ k log₂M计算出索引比特数量和调制比特数量。

步骤2：索引调制。如图3所示的索引调制的原理图，对信号调制比特进行M阶调制，映射成k个星座点符号s_i＝[s_i,1,s_i,2,…,s_i,k]，索引比特确定一种子载波激活组合Ω_l＝{β_i,1,β_i,2,…,β_i,k}，每个激活的子载波携带一个星座点符号去发送，未激活的子载波置0。

步骤3：做N点IFFT运算，并串转换。

信源信息根据索引比特的不同选择不同的子载波激活组合，实现频率跳变。以N＝8，k＝3 为例，一共存在32种子载波激活组合，即存在32种频率跳变，如图4所示为N＝8，k＝3的一个简单的频率跳变示意图。

***接收端主要包括以下几步：

步骤4：信源信息经步骤1～3后经上变频发送，经过信道到达接收端；

步骤5：下变频，串并转换，做N点FFT运算；

步骤6：索引解调，输出比特；判决器判断出被激活的子载波，确定子载波激活组合，根据索引选择器输出m₁位索引比特，对激活子载波上输出的数据串进行M阶解调输出m₂位调制比特，将索引比特和调制比特串连在一起输出比特。

发送信号为X_i＝[x_i,1,x_i,2,…,x_i,N]^T，

接收信号为Y_i＝[y_i,1,y_i,2,…,y_i,N]^T，对接收信号进行判决和索引解调，得到索引比特和调制比特，最后输出。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信方法 ，通过消息驱动的索引方式激活部分子载波实现跳频并传输调制符号，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：由数字化信源分帧，每帧有m＝m₁+m₂位信息比特；其中前m₁位作为索引调制的索引比特，激活部分子载波，后m₂位作为信息调制比特，产生M阶调制符号；

步骤2：索引调制；假设子载波总个数为N，激活其中k个子载波进行数据传输，则

表示向下取整，一共有

种子载波激活组合，m₁位索引比特通过索引选择器来确定一种子载波激活组合；对信息调制比特进行M阶调制，即将log₂M位信息比特映射成一个星座点符号，每个激活子载波携带一个符号，则m₂＝k log₂M，k个子载波携带m₂位信息比特，k个星座点符号；

步骤3：做N点IFFT运算，并串转换；信源信息根据消息驱动选择不同的子载波激活组合，实现频率跳变；

步骤4：信源信息经步骤1～3后经上变频发送，经过信道到达接收端；

步骤5：下变频，串并转换，做N点FFT运算；

步骤6：索引解调，输出比特；判决器判断出被激活的子载波，确定子载波激活组合，根据索引选择器输出m₁位索引比特，对激活子载波上输出的数据串进行M阶解调输出m₂位调制比特，将索引比特和调制比特串连在一起输出比特；

步骤3中所述的根据消息驱动实现频率跳变具体可以表述为：

信息源每帧信息中包括m₁位索引信息比特，从N个子载波中选择k个子载波被激活，则存在

个子载波激活组合，组合集合可以表示为

其中Ω_l＝{β_i,1,β_i,2,…,β_i,k}，β_i,r∈{1,2,…,N}，r＝1,2,…,k，β_i,r表示第i帧信息比特激活第β_i,r个子载波；

第i帧信息比特中的索引信息比特所对应的值为p_i，由p_i决定子载波激活组合，则信息源比特控制子载波激活生成跳频图案可表示为

p_i→{f_i,1,f_i,2,…,f_i,k}

其中f_i,r表示第β_i,r个子载波的频率。

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