CN102075472B - 一种扩频oqpsk中频及解扩解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信的解扩解调技术领域，本发明公开了一种扩频OQPSK中频及解扩解调方法，其包含以下步骤：a.在扩频OQPSK发射端对输入的比特流进行扩频；b.依照步骤a扩频后的信号通过无线信道传输至接收端；c.在接收端进行解扩解调；d.根据步骤c计算的门限电平，找到最大相关峰的位置，根据I、Q两路相关峰值的正负极性关系，判断发送端发送的信号数据。本发明公开的技术方案方便实现扩频系统。

Description

一种扩频OQPSK中频及解扩解调方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信的解扩解调技术，尤其涉及一种扩频OQPSK中频及解扩解调方法。

背景技术

QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。OQPSK也称为偏移四相相移键控（offset-QPSK），是QPSK的改进型。OQPSK是在QPSK基础上发展起来的一种恒包络数字调制技术。这里，所谓恒包络技术是指已调波的包络保持为恒定，它与多进制调制是从不同的两个角度来考虑调制技术的。恒包络技术所产生的已调波经过发送带限后，当通过非线性部件时，只产生很小的频谱扩展。这种形式的已调波具有两个主要特点，其一是包络恒定或起伏很小；其二是已调波频谱具有高频快速滚降特性，或者说已调波旁瓣很小，甚至几乎没有旁瓣。采用这种技术已实现了多种调制方式。 一个已调波的频谱特性与其相位路径有着密切的关系，因此，为了控制已调波的频率特性，必须控制它的相位特性。恒包络调制技术的发展正是始终围绕着进一步改善已调波的相位路径这一中心进行的。OQPSK与QPSK有同样的相位关系，也是把输入码流分成两路，然后进行正交调制。不同点在于它将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期。由于两支路码元半周期的偏移，每次只有一路可能发生极性翻转，不会发生两支路码元极性同时翻转的现象。因此，OQPSK信号相位只能跳变0°或者±90°，不会出现180°的相位跳变。

扩频，是指采用扩频技术，在天线之前发射链路的某处简单的引入相应的扩频码，这个过程称为扩频处理，结果将信息扩散到一个更宽的频带内。解扩是指在接收链路中数据恢复之前移去扩频码，解扩是在信号的原始带宽上重新构建信息。目前，无线通信是通信中的重要领域，而扩频技术又是无线通信领域经常使用的技术。扩频技术以其良好的抗干扰性能在多种场合有广泛应用。但是，扩频的应用也有一些限制。主要表现在扩频的解扩技术复杂。一般需要使用锁相环，锁相环的使用容易出现误锁和失步等问题。锁相环需要较长时间才能稳定，对于一些突发通信的场合，锁相环往往达不到时间要求。而在扩频OQPSK系统中，由于码元偏移了半个码元，相位更难锁定。

扩频通信的另一个限制体现在解扩和解调的先后问题上，扩频解扩的技术体系分为先解扩再解调和先解调再解扩两种。如果是先解调再解扩，这样将导致解调信号需要较高的信噪比才能正确解调，扩频的增益优势没有体现出来。如果是先解扩再解调，则能利用扩频增益，提高信号的信噪比。但是传统的先解扩再解调的技术体系十分复杂，需要多级反馈。

发明内容

针对现有技术中存在的使用锁相环解扩的方法存在误锁和失步等问题，尤其在扩频OQPSK系统中，由于码元偏移了半个码元，相位更难锁定。在实际应用中先解扩再解调，能利用扩频增益，提高信号的信噪比。但是传统的先解扩再解调的技术体系十分复杂，需要多级反馈的技术问题，因此有必要提供一种扩频OQPSK中频及解扩解调方法。

本发明公开了一种扩频OQPSK中频及解扩解调方法，其包含以下步骤：

a. 在扩频OQPSK发射端对输入的比特流进行扩频；

b. 依照步骤a扩频后的信号通过无线信道传输至接收端；

c. 在接收端进行解扩解调：将步骤b传输至接收端的信号进行采样，采

样频率既满足耐奎斯特带通采样定理，采样频率又为码元速率的整数倍；并将采样后的信号计算功率能量并选取功率能量的整数倍作为匹配滤波器的门限电平；采样后的信号分为I、Q两路，并分别将I、Q两路信号进行解扩；

d. 根据步骤c计算的门限电平，找到最大相关峰的位置，根据I、Q两路相关峰值的正负极性关系，判断发送端发送的信号数据。

优选地，上述步骤a中的调制过程为差分编码。优选地，上述步骤c中对I、Q两路信号进行解扩的方式为对I、Q两路信号分别进行延迟相乘。

本发明的有益效果为：可以不需要预先解调，没有解调带来的延迟，非常适合突发通信，充分利用扩频增益，能在信噪比很低的环境中使用。解扩解调端没有IQ正交化过程，不需要下变频。方便实现扩频系统。

附图说明

图1为本发明扩频OQPSK中频及解扩解调方法的流程图。

图2为接收端中AD采样器的结构图。

图3为的匹配滤波器的结构图。

图4为匹配门限的方法流程图。

图5为在接收端对接收到的信号进行延迟相乘的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图进一步详细描述本发明的具体实施方式。

如图1所示的本发明的一种扩频OQPSK中频及解扩解调方法，其包含以下步骤：

a.  在扩频OQPSK发射端对输入的比特流进行扩频：对I、Q两路信号分

别进行调制，再进行半码元偏移，然后对半码元偏移后的两路码元分别进行扩频。其中半码元偏移后的两路分路码元采用2个正交性较好的扩频码分别进行扩频。这样的基带信号在进行调制后，既保持了OQPSK的特性，又具有了扩频信号的特性。由于I、Q两路信号使用了正交性好的扩频码，使得每路扩频匹配后，I、Q两路的相关峰出现在不同的位置，不会相互干扰。

b.  依照步骤a扩频后的信号通过无线信道传输至接收端。

c.  在接收端进行解扩解调：将步骤b传输至接收端的信号进行采样，采样频率既满足耐奎斯特带通采样定理，采样频率又为码元速率的整数倍；并将采样后的信号计算功率能量并选取功率能量的整数倍作为匹配滤波器的门限电平；采样后的信号分为I、Q两路，并分别将I、Q两路信号进行解扩。通过模拟上下变频，使得中频载波与信号速率成倍率关系，对接收到的模拟信号进行采样。采样频率既要满足耐奎斯特带通采样定理，同时又要为码元速率的整数倍，这样，采样后的信号中，一个载波正好为一个扩频码片的长度，一个载波又正好有整数个采样点。一个载波的采样点与下一个载波对应的采样点正好是扩频序列相邻的码片。

d. 根据步骤c计算的门限电平，找到最大相关峰的位置，根据I、Q两路相关峰值的正负极性关系，判断发送端发送的信号数据。

优选地，上述步骤a中的调制过程为差分编码。

优选地，上述步骤c中对I、Q两路信号进行解扩的方式为对I、Q两路信号分别进行延迟相乘。对匹配相关后的I、Q两路信号再分别延迟相乘，即相当于解差分，原来的编码信号的极性就与相乘后信号的极性一致。

如图2所示的接收端中AD采样器的结构图。上述步骤c中对接收到的信号输入进行采样，所述采样过程通过AD采样器实现。其中采样频率既满足耐奎斯特带通采样定理，采样频率又为码元速率的整数倍，其采样频率通过采样时钟控制。

匹配滤波器指滤波器的性能与信号的特性取得某种一致，使滤波器输出端的信号瞬时功率与噪声平均功率的比值最大。匹配滤波器对信号做的两种处理：一、去掉信号相频函数中的任何非线性部分，因而在某一时刻可使信号中所有频率分量都在输出端同相叠加而形成峰值。二、按照信号的幅频特性对输入波形进行加权，以便最有效地接收信号能量而抑制干扰的输出功率。即当信号与噪声同时进入滤波器时，它使信号成分在某一瞬间出现尖峰值，而噪声成分受到抑制。对最佳线性滤波器的设计有两种准则：一种是使滤波器输出的信号波形与发送信号波形之间的均方误差最小，由此而导出的最佳线性滤波器称为维纳滤波器；另一种是使滤波器输出信噪比在某一特定时刻达到最大，由此而导出的最佳线性滤波器称为匹配滤波器。如图3所示的匹配滤波器的结构图。上述步骤c中将采样后的信号计算功率能量并选取功率能量的整数倍作为匹配滤波器的门限电平，其匹配滤波器包括多个并行滤波器组1，所述并行滤波器组1中包含滤波器中的延迟寄存器2。在本发明的匹配滤波器中，每个符号取一个采样点，根据选取的扩频码的极性，对输入的信号进行相关匹配。1为每个滤波器组，其极性与扩频码极性一致。2为滤波器中的延迟寄存器，每个并行滤波器中的延迟寄存器的个数与每隔符号的采样点数一致。

由于在无线通信的环境下，信号能量往往是起伏不定的。这样求出的相关峰的大小差异很大。为了能克服这种信号能量的起伏对相关峰大小的影响，准确地判读相关峰的位置和大小。优选地，如图4所示的匹配门限的方法流程图，需要对当前的信号能量大小做出估计，进而得到当前信号条件下，相关峰的估计下限。能量检测的方法为：设计一个适合深度的信号窗，适合深度一般根据实际环境来测量，一般是通过实验得到的经验值，在实践中，我们就直接取了扩频码长度作为深度，将采样得到的信号串行地输入到信号窗中，将信号窗中每个寄存器中的信号进行平方后相加，得到粗略的估计值，再将得到的初略的估计值乘以适当的系数后放大，就可以作为延迟相乘后的门限电平值了，这个系数也是经验值，经过试验优化，可以提升系统的性能。“适当”的标准以得到的门限电平不小于最大的噪声功率且不大于最小的信号功率。

如图5所示的在接收端对接收到的信号进行延迟相乘的流程图，将信号输入和延迟单元相乘得到信号输出。发送端采用I、Q两路分别差分的方法，差分的方式在2元域中对应或运算，在多元域中对应乘法运算，因此在接收端延迟相乘，其效果就等于对接收的信号进行解差分。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种扩频OQPSK中频及解扩解调方法，其包含以下步骤：

a. 在扩频OQPSK发射端对输入的比特流进行调制扩频：对I、Q两路信号分别进行调制，再进行半码元偏移，然后对半码元偏移后的两路码元分别进行扩频； 

b.依照步骤a调制扩频后的信号通过无线信道传输至接收端；

c.将步骤b传输至接收端的信号进行采样，采样频率既满足耐奎斯特带通采样定理，采样频率又为码元速率的整数倍；采样后的信号分为I、Q两路，并分别将I、Q两路信号在接收端进行解扩解调；所述解扩解调的具体过程为：将采样的到的I、Q两路信号分别进行相关匹配，再分别对I、Q两路信号进行解调；同时将采样后的信号计算功率能量并选取功率能量的整数倍作为匹配滤波器的门限电平；根据计算的门限电平，找到最大相关峰的位置，根据解调后的I、Q两路相关峰值的正负极性关系，判断发射端发送的信号数据；

所述匹配滤波器包括多个并行滤波器组，每个并行滤波器组中包含其滤波器组的延迟寄存器，每个符号取一个采样点，根据选取的扩频码的极性，对输入的信号进行相关匹配，每个滤波器组的极性与扩频码极性一致，每个并行滤波器组中的延迟寄存器的个数与每个符号的采样点数一致； 所述门限电平的计算过程为取扩频码长度作为信号窗的深度，将采样得到的信号串行地输入到信号窗中，将信号窗中每个寄存器中的信号进行平方后相加，得到粗略的估计值，再根据得到的粗略的估计值得到门限电平值；

所述根据粗略的估计值得到门限电平值的具体过程为：粗略的估计值乘以适当的系数后放大，然后将其作为门限电平值；所述适当的系数是指使得到的门限电平值不小于最大的噪声功率且不大于最小的信号功率的系数。

2.如权利要求1所述的扩频OQPSK中频及解扩解调方法，其特征在于所述步骤a中的调制过程为差分编码。

3.如权利要求2所述的扩频OQPSK中频及解扩解调方法，其特征在于所述步骤c中对I、Q两路信号进行解调的方式为对I、Q两路信号分别进行延迟相乘。