CN113556148B - 适用于正交频分多址反射通信的抗干扰方法及装置、*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于正交频分多址反射通信的抗干扰方法，包括如下步骤：步骤S1：将纯净载波修改为标准啁啾信号；步骤S2：将生成的子载波用来频移标准啁啾信号；步骤S3：利用标准啁啾信号对反射信号解扩频，再对解扩频之后的信号进行快速傅里叶变换，完成解调。本发明将窄带子载波信号调制为宽带啁啾信号，有效避免窄带干扰，大大减小了环境噪声对信号的影响，使得受到噪声污染的信号可以被正常解调，提高了正交频分多址反射通信***的抗干扰能力。本发明通过将纯净载波部分修改为标准啁啾信号，无需对发射机进行额外的修改，有利于正交频分多址反射通信***的维护。同时，发射机承担了生成标准啁啾信号的功耗，有利于保持标签的低功耗特性。

Description

适用于正交频分多址反射通信的抗干扰方法及装置、***
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种适用于正交频分多址反射通信***的抗干扰方法及装置、***。
背景技术
基于正交频分多址技术的反射通信***通过将一个频段的频谱资源划分为多个相互正交的子载波并将其分配给不同的用户，提高了***的并发量。然而，对单个子载波而言，由于其只占据了一小段频带，因此十分容易收到环境噪声的干扰(窄带干扰)，当噪声覆盖了这一小段频带时，子载波上承载的信息将难以解调，子载波将变得不可用。
扩频是克服窄带干扰的有效方法，通信领域常用的扩频技术是啁啾扩频技术(CSS，Chirp Spread Spectrum)。啁啾扩频技术在进行数据传输的过程中，频率随时间线性变化，可以占据整个频带，由于环境噪声通常只能覆盖一段频带，因此信号只有一部分受到影响，可以被正常解调。但是啁啾扩频技术并不支持并发，无法直接应用于正交频分多址反射通信***。
经过检索，专利文献CN103812575B公开了一种抗干扰通信方法、通信装置及***，采用自适应频点选择的方法实现抗干扰通信，利用扫描射频信号，获取射频信号的频点信息；将所获取的频点信息按照预置的第一规则进行筛选，记录符合所述预置第一规则的频点的频点信息；按照预置的第二规则，将频点信息进行排序；选择排序的第一个频点进行无线通信。但是该现有技术的不足之处在于无法对射频信号进行解扩频，从而无法实现解调。
专利文献CN102437865B公开了一种提高直扩跳频混合扩频***频域抗干扰性能的方法，通过跳频跟踪模块辅助同步加窗模块和合理选取窗函数大小，利用平均值法获取门限，解决相位不连续影响抗干扰性能，解决快速时变干扰信号抑制性能差，提高直扩跳频混合扩频***频域抗干扰性能的方法。该现有技术虽然提高了直扩跳频混合扩频***中快速时变干扰信号的抑制性能，但是没有能够解决如何有效避免窄带干扰，并且不能解决受到噪声污染的信号如何被正常解调的技术问题。
专利文献CN111082834B公开了一种基于啁啾信号正交解调的射频时延快速测量装置，通过改变啁啾脉冲信号的啁啾率与频率范围，可以实现对不同频段射频链路进行检测，进而正交解调，实现射频时延的高精度快速检测。但是专利文献3虽然利用正交解调技术实现对时延的提取，避免了传统时延检测过程出现的相位模糊以及频谱泄露现象，但是依然没有解决如何有效避免窄带干扰，并且不能解决受到噪声污染的信号如何被正常解调的技术问题。
因此，亟需研发设计一种能够解决现有正交频分多址反射通信***抗干扰能力差问题的***和方法。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于正交频分多址反射通信***的抗干扰方法及装置、***，基于啁啾扩频技术运用到***中，能够提高正交频分多址反射通信***的抗干扰能力。
根据本发明提供的一种适用于正交频分多址反射通信的抗干扰***，包括：发射机、标签和接收机；
发射机将纯净载波修改为标准啁啾信号，发送给标签；
标签将生成的子载波频移标准啁啾信号，生成反射信号发送给接收机；
接收机利用标准下啁啾信号对反射信号解扩频，再对解扩频后的反射信号进行快速傅里叶变换，完成解调。
优选地，发射机生成标准上啁啾信号与接收机生成标准下啁啾信号包括使用模拟频率合成方法或者使用数字频率合成方法生成啁啾信号。
优选地，标准啁啾信号的表达式为：
Figure BDA0003169155750000021
其中，f0为标准啁啾信号的起始频率点；BW0为标准啁啾信号的带宽；T为标准啁啾信号的周期；j为虚数符号；φ0为标准啁啾信号的初始相位。
根据本发明提供的一种适用于正交频分多址反射通信的抗干扰方法，包括如下步骤：
步骤S1：将纯净载波修改为标准啁啾信号；
步骤S2：将生成的子载波用来频移标准啁啾信号；
步骤S3：利用标准啁啾信号对反射信号解扩频，再对解扩频之后的信号进行快速傅里叶变换，完成解调。
优选地，步骤S1包括：
步骤S1.1：设标准啁啾信号的起始频率点为f0，带宽为BW0，周期为T，初始相位为φ0，则信号频率随时间变化的函数为
Figure BDA0003169155750000031
由此得出标准啁啾信号的表达式为
Figure BDA0003169155750000032
步骤12：对标准啁啾信号进行采样，得到离散序列，对离散序列进行快速傅里叶变换，得到频域上的离散序列；
步骤13：不同于原正交频分多址反射通信将经过预设的纯净载波映射的快速反向傅里叶变换结果输入发射机中的IFFT模块，将频域上的离散序列输入发射机中的IFFT模块，即得到时域上的标准啁啾信号。
优选地，步骤S2包括：
步骤21：设整个频带带宽为BW1，将整个频带划分为N段，则第n个子载波对应的频移为BW1*n/N；
步骤22：不同的标签被分配到不同的子载波，标签生成子载波信号
Figure BDA0003169155750000033
子载波信号频移标准啁啾信号，得到反射信号
Figure BDA0003169155750000034
其起始频率点为
Figure BDA0003169155750000035
优选地，步骤22中能够采用数字或者模拟的方式生成子载波信号。
优选地，步骤S3包括利用标准下啁啾信号对反射信号进行解扩频，标准下啁啾信号的频率随时间变化的函数为
Figure BDA0003169155750000036
将标准下啁啾信号与反射信号相乘，所得信号的频率为f＝2f0+BW0+BW1*n/N。
优选地，步骤S3还包括解扩频后信号的频率为f＝2f0+BW0+BW1*n/N，由于f0、BW0、BW1、N为常数，是已知量，对该信号进行快速傅里叶变换，能量最高的频点对应f，根据f值可知反射信号对应子载波的序号n。
根据本发明提供的一种适用于正交频分多址反射通信的抗干扰装置，包含上述的适用于正交频分多址反射通信的抗干扰***。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明将窄带子载波信号调制为宽带啁啾信号，有效避免窄带干扰，大大减小了环境噪声对信号的影响，使得受到噪声污染的信号可以被正常解调，提高了正交频分多址反射通信***的抗干扰能力。
2、本发明通过将纯净载波部分修改为标准啁啾信号，无需对发射机进行额外的修改，有利于正交频分多址反射通信***的维护。同时，发射机承担了生成标准啁啾信号的功耗，有利于保持标签的低功耗特性。
3、本发明通过生成的子载波用来频移标准啁啾信号，标签上载波生成过程和频移过程与原***相同，无需对标签进行额外的修改，有利于保持标签的低功耗特性与正交频分多址反射通信***的维护，同时使反射信号既保留了子载波信号的频率信息，又由于扩频提高了反射信号的抗干扰能力。
4、本发明利用标准下啁啾信号对反射信号解扩频，解扩频后的信号频率为常量，有利于后续的数字信号处理过程：对解扩频后的信号做快速傅里叶变换，就能实现解调。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中发射机生成标准啁啾信号流程图；
图2为本发明中标签频移啁啾信号流程图；
图3为本发明中接收机解调反射信号流程图；
图4为本发明中的整体原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图4所示，本发明提供了一种适用于正交频分多址反射通信的抗干扰***，包括：发射机、标签和接收机；发射机将纯净载波修改为标准啁啾信号，发送给标签；标签将生成的子载波频移标准啁啾信号，生成反射信号发送给接收机；接收机利用标准下啁啾信号对反射信号解扩频，再对解扩频后的反射信号进行快速傅里叶变换，完成解调。本发明针对已有的正交频分多址反向散射通信***，通过修改发射机和接收机的DSP流程，而不用修改标签端设计，即可实现对窄带信号的对抗。射频信号依然从反射机发起，标签反射激励信号，接收机接收标签的信号并进行解调。
发射机生成标准上啁啾信号与接收机生成标准下啁啾信号包括使用模拟频率合成方法或者使用数字频率合成方法生成啁啾信号。
标准啁啾信号的表达式为：
Figure BDA0003169155750000051
其中，f0为标准啁啾信号的起始频率点；BW0为标准啁啾信号的带宽；T为标准啁啾信号的周期；j为虚数符号；φ0为标准啁啾信号的初始相位。
值得关注的是，原***生成纯净载波部分的方法：利用发射机的IFFT模块，选定模块的一个频率窗口输入1，其余频率窗口输入0，输出的时域波形即为纯净载波(正弦信号)。
本发明将纯净载波修改为标准啁啾信号为：
第一步，设标准啁啾信号的起始频率点为f0，带宽为BW0，周期为T，初始相位为φ0，则信号频率随时间变化的函数为
Figure BDA0003169155750000052
由此得出标准啁啾信号的表达式为
Figure BDA0003169155750000053
第二步，对标准啁啾信号进行采样，采样频率
Figure BDA0003169155750000054
得到n点离散序列，对离散序列进行快速傅里叶变换，得到频域上的离散序列[x1,x2,x3,…,xn]。
第三步，不同于原正交频分多址反射通信***将[0,0,0,…,1，0，0,…0]输入发射机中的IFFT模块，本***将频域上的离散序列[x1,x2，x3，…，xn]输入发射机中的IFFT模块，即得到时域上的标准啁啾信号。
本发明将生成的子载波用来频移标准啁啾信号的作用是提高反射信号的抗干扰能力。子载波是如下生成的，设整个频带带宽为BW1，将整个频带划分为N段，则第k个子载波对应的频移为BW1*k/N；不同的标签被分配到不同的子载波，标签生成子载波信号
Figure BDA0003169155750000055
子载波信号频移标准啁啾信号，得到反射信号
Figure BDA0003169155750000056
其起始频率点为
Figure BDA0003169155750000057
本发明又提供了一种适用于正交频分多址反射通信的抗干扰方法，包括如下步骤：
步骤S1：将纯净载波修改为标准啁啾信号；具体地：
步骤S1.1：设标准啁啾信号的起始频率点为f0，带宽为BW0，周期为T，初始相位为φ0，则信号频率随时间变化的函数为
Figure BDA0003169155750000058
由此得出标准啁啾信号的表达式为
Figure BDA0003169155750000059
步骤12：对标准啁啾信号进行采样，得到离散序列，对离散序列进行快速傅里叶变换，得到频域上的离散序列；
步骤13：不同于原正交频分多址反射通信将经过预设的纯净载波映射的快速反向傅里叶变换结果输入发射机中的IFFT模块，将频域上的离散序列输入发射机中的IFFT模块，即得到时域上的标准啁啾信号。
步骤S2：将生成的子载波用来频移标准啁啾信号；具体地：
步骤21：设整个频带带宽为BW1，将整个频带划分为N段，则第n个子载波对应的频移为BW1*n/N；
步骤22：不同的标签被分配到不同的子载波，标签生成子载波信号
Figure BDA0003169155750000061
子载波信号频移标准啁啾信号，得到反射信号
Figure BDA0003169155750000062
其起始频率点为
Figure BDA0003169155750000063
步骤22中能够采用数字或者模拟的方式生成子载波信号，有利于保持标签的低功耗特性与正交频分多址反射通信***的维护，同时使反射信号既保留了子载波信号的频率信息，又由于扩频提高了反射信号的抗干扰能力。
步骤S3：利用标准啁啾信号对反射信号解扩频，再对解扩频之后的信号进行快速傅里叶变换，完成解调。具体地：
步骤S3.1：利用标准下啁啾信号对反射信号进行解扩频，标准下啁啾信号的频率随时间变化的函数为
Figure BDA0003169155750000064
将标准下啁啾信号与反射信号相乘，所得信号的频率为f＝2f0+BW0+BW1*n/N。
步骤S3.2：解扩频后信号的频率为f＝2f0+BW0+BW1*n/N，由于f0、BW0、BW1、N为常数，是已知量，对该信号进行快速傅里叶变换，能量最高的频点对应f，根据f值可知反射信号对应子载波的序号n。
本发明还提供了一种适用于正交频分多址反射通信的抗干扰装置，包含上述的适用于正交频分多址反射通信的抗干扰***。
本发明可以在Wi-Fi***中应用：
一般地，Wi-Fi***中发射机的IFFT模块可用频率窗口有64个，则产生标准啁啾时域信号64点离散序列，即n＝64，因此BW0×T＝n＝64，可根据这一关系确定BW0与T。Wi-Fi***中一个频段为20MHz，因此可令BW1＝20MHz，对于一个支持256并发的通信***，标签的子载波间隔
Figure BDA0003169155750000065
本发明基于正交频分多址技术的反射通信***通过将一个频段的频谱资源划分为多个相互正交的子载波并将其分配给不同的用户，提高了***的并发量。然而，对单个子载波而言，由于其只占据了一小段频带，因此十分容易收到环境噪声的干扰(窄带干扰)，当噪声覆盖了这一小段频带时，子载波上承载的信息将难以解调，子载波将变得不可用。
1、目前无现有的针对正交频分多址反射通信***的抗干扰方法。
2、扩频是克服窄带干扰的有效方法，通信领域常用的扩频技术是啁啾扩频技术(CSS,Chirp Spread Spectrum)。啁啾扩频技术在进行数据传输的过程中，频率随时间线性变化，可以占据整个频带，由于环境噪声通常只能覆盖一段频带，因此信号只有一部分受到影响，可以被正常解调。但是啁啾扩频技术并不支持正交频分多址反射通信***。
3、本发明采用利用标准下啁啾信号对反射信号解扩频的方式进行抗干扰的优势：利用标准下啁啾信号对反射信号解扩频，解扩频后的信号频率为常量，有利于后续的数字信号处理过程：对解扩频后的信号做快速傅里叶变换，就能实现解调。
扩频是克服窄带干扰的有效方法，通信领域常用的扩频技术是啁啾扩频技术(CSS,Chirp Spread Spectrum)。啁啾扩频技术在进行数据传输的过程中，频率随时间线性变化，可以占据整个频带，由于环境噪声通常只能覆盖一段频带，因此信号只有一部分受到影响，可以被正常解调。啁啾扩频技术将传递的信息编码，以此控制啁啾信号的起始频率点。接收机端执行解扩频后，通过查找能量最高的快速傅里叶变换(FFT,Fast FourierTransform)频点实现解调。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的***及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的***及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的***及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种适用于正交频分多址反射通信的抗干扰***，其特征在于，包括：发射机、标签和接收机；
所述发射机将纯净载波修改为标准啁啾信号，发送给标签；
设标准啁啾信号的起始频率点为f0，标准啁啾信号的带宽为BW0，标准啁啾信号的周期为T，标准啁啾信号的初始相位为φ0，则信号频率随时间变化的函数为
Figure FDA0003784309300000011
Figure FDA0003784309300000012
由此得出标准啁啾信号的表达式为
Figure FDA0003784309300000013
对标准啁啾信号进行采样，得到离散序列，对离散序列进行快速傅里叶变换，得到频域上的离散序列；
将频域上的离散序列输入发射机中的IFFT模块，即得到时域上的标准啁啾信号；
所述标签将生成的子载波频移标准啁啾信号，生成反射信号发送给接收机；
设整个频带带宽为BW1，将整个频带划分为N段，则第n个子载波对应的频移为BW1*n/N；
不同的标签被分配到不同的子载波，标签生成子载波信号
Figure FDA0003784309300000014
子载波信号频移标准啁啾信号，得到反射信号
Figure FDA0003784309300000015
其起始频率点为
Figure FDA0003784309300000016
所述接收机利用标准啁啾信号对反射信号解扩频，再对解扩频后的反射信号进行快速傅里叶变换，完成解调。
2.一种适用于正交频分多址反射通信的抗干扰方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：将纯净载波修改为标准啁啾信号；
步骤S2：将生成的子载波用来频移标准啁啾信号；
步骤S3：利用标准啁啾信号对反射信号解扩频，再对解扩频之后的信号进行快速傅里叶变换，完成解调；
所述步骤S1包括：
步骤11：设标准啁啾信号的起始频率点为f0，标准啁啾信号的带宽为BW0，标准啁啾信号的周期为T，标准啁啾信号的初始相位为φ0，则信号频率随时间变化的函数为
Figure FDA0003784309300000017
Figure FDA0003784309300000018
由此得出标准啁啾信号的表达式为
Figure FDA0003784309300000019
步骤12：对标准啁啾信号进行采样，得到离散序列，对离散序列进行快速傅里叶变换，得到频域上的离散序列；
步骤13：将频域上的离散序列输入发射机中的IFFT模块，即得到时域上的标准啁啾信号；
所述步骤S2包括：
步骤21：设整个频带带宽为BW1，将整个频带划分为N段，则第n个子载波对应的频移为BW1*n/N；
步骤22：不同的标签被分配到不同的子载波，标签生成子载波信号
Figure FDA0003784309300000021
子载波信号频移标准啁啾信号，得到反射信号
Figure FDA0003784309300000022
其起始频率点为
Figure FDA0003784309300000023
3.根据权利要求2所述的适用于正交频分多址反射通信的抗干扰方法，其特征在于，所述步骤22中能够采用数字或者模拟的方式生成子载波信号。
4.根据权利要求2所述的适用于正交频分多址反射通信的抗干扰方法，其特征在于，所述步骤S3包括利用标准下啁啾信号对反射信号进行解扩频，标准下啁啾信号的频率随时间变化的函数为
Figure FDA0003784309300000024
将标准下啁啾信号与反射信号相乘，所得信号的频率为f＝2f0+BW0+BW1*n/N。
5.根据权利要求2所述的适用于正交频分多址反射通信的抗干扰方法，其特征在于，所述步骤S3还包括解扩频后信号的频率为f＝2f0+BW0+BW1*n/N，由于f0、BW0、BW1、N为常数，是已知量，对该信号进行快速傅里叶变换，能量最高的频点对应f，根据f值可知反射信号对应子载波的序号n。
6.一种适用于正交频分多址反射通信的抗干扰装置，其特征在于，包含权利要求1所述的适用于正交频分多址反射通信的抗干扰***。
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