CN101753495A - 一种甚小线性调频键控的超窄带广播通信调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甚小线性调频键控的超窄带广播通信调制方法，其步骤：1)生成甚小线性调频键控(VMCK)的超窄带信号作为载波，其式：，其中，S(t)表示一个码元的VMCK信号，有n个线性调频周期，其式：S(b，α，n，t)＝sin{2πnf_s[1-bα+bαf_st]t}，b＝±1 0＜α≤1 0＜t≤1/f_s式中，f_s为比特传输速率；α为甚小线性调频系数；2)调制发送信号频带的载波频率：发送端将音频信号叠加直流分量，将数据信息二进制转换后进行甚小线性调频键控调制，把音频信号与经甚小线性调频键控调制的二进制数据形成的载波信号作乘法运算得到二次调制信号，实现将音频信号调制到频率f_s上。该方法用VMCK超窄带信号调制方式，实现甚小线性调频的载波信号和音频信号的以频分复用的方式进行信息传输；有效利用空余带宽和载波频率能量传输更多数据信息。

Description

一种甚小线性调频键控的超窄带广播通信调制方法

技术领域

本发明属于数字通信技术领域，具体地说是涉及一种甚小线性调频键控的超窄带广播通信调制方法，用于系统信号扩容。

背景技术

常用的模拟信号的调制方法有：幅度调制、频率调制和相位调制等。通常的调幅广播通信系统是：用几兆到几十兆赫兹的正弦波对模拟的音频信息进行调制，从频域的角度看，是将几百到四千Hz的模拟音频信息搬移到较高的频率区域中去，使得低频的模拟信息不被周围的低频环境噪声所“淹没”，有利于信号的小尺度收发。在信息的传送过程中，正弦波分量本身并不包含任何信息，只是通过信号总体幅度的变化来表征所调制的音频信息。根据国家有关标准，模拟调幅广播的音频带宽为50-5000Hz，语音带宽为300-3400Hz。因此，接收信号中，载频分量周围±50Hz或±300Hz范围内，存在着完全空余的频带，同时如果考虑到不同音频信号频谱分量的动态特性和广播语音之间的停顿间隙，则从统计意义上看，载频分量周围的空余频带还会更宽，空余频带会造成广播通信系统的信息量和频带利用率降低。例如，中国专利申请：其名称为“甚小线性调频键控调制的超窄带通信方法”，申请号200710047472.2；该方法提供了甚小线性调频信号的频谱和频谱实现方式，仍未具体提供解决空余频带会造成广播通信系统的信息量和频带利用率降低的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种甚小线性调频键控的超窄带广播通信调制方法，该方法能利用甚小线性调频信号的窄带特性来添加附加信息，在进行模拟音频广播的同时还可以传输多媒体数据信息。

为达到上述目的，本发明的构思是：

使用一种称为甚小线性调频键控(VMCK)的超窄带技术作为调幅信号载波，VMCK是通过线性频率的上升或下降来代表不同的信号“1”或“0”，不同的码元之间波形相位连续，具有极窄的频谱特性，将其作为代替正弦波的载波信号，可以利用其窄带特性，在与原系统基本相同频带内传送附加信息，充分利用无线电频谱资源，同时广播信号发送功率基本不变。

为实现上述目的，根据上述构思，本发明的技术方案是：

一种甚小线性调频键控的超窄带广播通信调制方法，其具体步骤是：

1)、生成甚小线性调频键控(VMCK)的超窄带信号作为载波，VMCK的信号表达式为：

其中，S(t)表示一个码元的VMCK信号，它具有n个线性调频周期，其表达式为：

式中，b＝1或b＝-1表示VMCK信号的频率up变化或down变化，即分别用来表示不同的发送信号“1”或即“0”；n表示一个符号内包含线性调频波的周期数；f_s表示比特传输速率，α表示线性调频系数。

2)调制成发送信号频带的载波频率：首先发送端将音频信号叠加一个直流分量，使得音频信号幅值全部大于零，再将数据信息转换为二进制数据后进行甚小线性调频键控调制，然后把叠加直流分量后的音频信号与经上述甚小线性调频键控调制的二进制数据所形成的载波信号作乘法运算得到二次调制信号，将频率较低的音频信号调制到频率f_s上。

本发明的一种甚小线性调频键控的超窄带广播通信调制方法与现有技术相比具有如下突出实质性特点和显著优点：

1、该方法由于利用VMCK超窄带信号调制方式，实现音频信号与数字信息的混合传输，实现了甚小线性调频键控的载波信号和音频信号的以频分复用的方式进行信息传输。

2、该方法对载波频率分量及其周围空余的频带资源进行了充分利用，有效利用空余带宽和载波频率能量来传输更多的数据信息，能产生很大的经济价值和社会效益。

3、该方法可应用在不改变现有调幅系统体制情况下，传输数据信息，实现了音频信号与数字信息的混合传输。

附图说明

图1(a)为使用本发明的一种甚小线性调频键控的超窄带广播通信调制方法在发送端的工作框图；

图1(b)为使用本发明的一种甚小线性调频键控的超窄带广播通信调制方法在接收端的工作框图。

图2为甚小线性调频键控(VMCK)的超窄带信号作为载波的单个码元的波形示意图。

图3(a)为使用甚小线性调频键控(VMCK)超窄带信号作为载波时发送码元速率为1.5M的VMCK载波信号频谱图(线性调频单位码元周期和系数取值为n＝1，α＝0.731)；

图3(b)为截取的一段mp3音频信号FFT变换后的频谱图；

图3(c)为使用该甚小线性调频键控(VMCK)超窄带信号作为载波复合调制后发送信号的频谱图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

本发明的一种甚小线性调频键控的超窄带广播通信调制方法，如图1(a)所示，其具体步骤如下：

1)、生成甚小线性调频键控(VMCK)的超窄带信号作为载波，VMCK的超窄带信号表达式为：

其中，S(t)表示一个码元的VMCK信号，它具有n个线性调频周期，其表达式为：

式中，b＝1或b＝-1表示VMCK信号的频率up变化或down变化，即分别用来表示不同的发送信号“1”(Up-chirp)或即“0”(Down-chirp)；n表示一个符号内包含线性调频波的周期数；f_s表示比特传输速率，α表示线性调频系数，它反映了单符号内甚小线性调频的频率变化程度，波形示意图如图2所示。

当α＝0时，两个VMCK信号均为正弦波，作为载波时不附加额外信息，此时系统与一般调幅通信系统相同，随着α值的增大，两个信号差别也越来越大，但占用频带范围也变宽。

为便于接收端数据信息的解调，可以选择合适的甚小线性调频周期数n和甚小线性调频系数α，例如当选择n＝1，α＝0.731时，表示的“1”和“0”VMCK信号波形是正交的，接收端通过相干解调可恢复出数据信息。

为不影响音频信号的发送，可以通过减小甚小线性调频系数α的取值，使VMCK载波占用更窄的频带。在这种情况下，为降低接收数据信息的误码率，可以采用差错控制编码的方法对数据信息进行预编码后再进行甚小线性调频键控调制。

2)调制成发送信号频带的载波频率：首先发送端将音频信号叠加一个直流分量，使得音频信号幅值全部大于零，再将数据信息转换为二进制数据后进行甚小线性调频键控调制，然后把叠加直流分量后的音频信号与经上述甚小线性调频键控调制后的二进制数据所形成的载波信号作乘法运算得到二次调制信号，将频率较低的音频信号调制到频率f_s上。

本发明的调制方法在广播通信中应用，如图1(a)、1(b)所示，发送端首先将音频信号叠加一个直流分量，使得信号幅值全部大于零，在这里，叠加直流分量与音频信号幅度的相对大小决定了信号的调制深度；同时，数据信息转换为二进制数据后通过甚小线性调频键控调制连续的载波信号；完成上述步骤后，两者通过一个乘法运算的后得到二次调制信号，即频率较低的音频信号被调制到甚小线性调频信号载波频率f_s上。此信号经过带通滤波器后，从天线信道发送出去。图3(a)~3(c)为发送端系统仿真时各信号频谱图：其中图3(a)为使用甚小线性调频键控(VMCK)超窄带信号作为载波时发送码元速率为1.5M的VMCK载波信号频谱图(甚小线性调频单位码元周期和系数取值为n＝1，α＝0.731)；图3(b)为任意截取的一段mp3音频信号FFT变换后的频谱图；图3(c)为使用上述甚小线性调频键控(VMCK)信号作为载波复合调制后发送信号的频谱图。在另一端，接收机从信道天线得到的信号经过中心频率为f_s的带通滤波器后，分为两路，一路经过包络检波，去除直流分量，得到音频信号；另一路对每个接收码元直接用与发送端的Up-Chirp和Down-Chirp两种信号分别做相乘积分的相关运算，并对运算结果进行二进制数据比较判决，便可恢复发送端线性调频键控的数据信息。

Claims (1)

1.一种甚小线性调频键控的超窄带广播通信调制方法，其具体步骤是：

1)、生成甚小线性调频键控(VMCK)的超窄带信号作为载波，VMCK的信号表达式为：

其中，S(t)表示一个码元的VMCK信号，它具有n个线性调频周期，其表达式为：

S(b，α，n，t)＝sin{2πnf_s[1-bα+bαf_st]t}，b＝±1 0＜α≤1 0＜t≤1/f_s  (1)

式中，b＝1或b＝-1表示VMCK信号的频率up变化或down变化，即分别用来表示不同的发送信号“1”或即“0”；n表示一个符号内包含线性调频波的周期数；f_s表示比特传输速率，α表示线性调频系数；

2)调制成发送信号频带的载波频率：首先发送端将音频信号叠加一个直流分量，使得音频信号幅值全部大于零，再将数据信息转换为二进制数据后进行甚小线性调频键控调制，然后把叠加直流分量后的音频信号与经上述甚小线性调频键控调制后的二进制数据所形成的载波信号作乘法运算得到二次调制信号，将频率较低的音频信号调制到频率f_s上。

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