CN102510298B - 一种基于快速傅立叶变换的软扩频通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于快速傅立叶变换的软扩频通信系统，包括：训练序列模块、码相位映射模块、组帧发射模块、捕获模块、跟踪模块、数据截取、快速逆傅立叶变换模块、点乘模块、快速傅立叶变换模块、数据伪码变换结果提取模块和数据解调模块。采用本发明克服了相关器数目对扩频码码长的限制，提高了抗干扰和保密的能力。

Description

一种基于快速傅立叶变换的软扩频通信系统

技术领域

本发明涉及一种基于快速傅立叶变换的软扩频通信方法，主要应用于高动态、抗干扰、高速率和高保密的无线通信场合。

背景技术

软扩频技术(Tamed Spread Spectrum)，又称缓扩频，是近年从直接序列扩频技术与编码技术相结合而发展起来的一种新型的基带扩频技术，也是近年来应用较多的一种扩频技术。

软扩频系统通过由信息空间到伪随机码的空间映射，这样不仅使信息的编码获得编码增益，而且可以通过对信息序列扩频获得扩频增益；如果采用合适的映射方式时，还可以获得更好的系统性能。软扩频技术不仅有扩频增益，而且在采用合适的映射方式时，还可以获得更好的系统性能。它具有一般直序列扩频通信的优点，并且它在一定条件下，还有更好的抗白噪声能力。软扩频技术具有很强的抗干扰、抗多径、保密、多址通信的能力，被广泛应用于通信的各个领域。

但是，软扩频技术所使用的扩频码码长因为相关器数目而受到了硬件资源的限制，从而限制了其抗干扰和保密能力。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种基于快速傅立叶变换的软扩频通信系统，克服了相关器数目对扩频码码长的限制，提高了抗干扰和保密的能力。

本发明的技术解决方案是：

一种基于快速傅立叶变换的软扩频通信系统，包括：训练序列模块、码相位映射模块、组帧发射模块、捕获模块、跟踪模块、数据截取、快速逆傅立叶变换模块、点乘模块、快速傅立叶变换模块、数据伪码变换结果提取模块和数据解调模块。

在发射端：

所述组帧发射模块按照数据序列和训练序列的功率比进行叠加后，将生成的信号经射频端调制发射出去；其中，所述数据序列由码相位映射模块根据获得的源数据向码相位的映射获得；所述训练序列为训练序列模块产生的伪随机序列；

在接收端：

所述捕获模块利用接收到的信号获得训练序列，并将训练序列输出给跟踪模块；所述跟踪模块利用从训练序列获得的捕获信息对载波和伪码进行跟踪，并将捕获信息和训练序列输出到数据截取模块；所述数据截取模块利用捕获信息截取数据后，将截取数据输出到快速逆傅立叶变换模块，同时将训练序列的解扩信息输出结果到数据解调模块；所述快速逆傅立叶变换模块将进行快速逆傅立叶变换后的截取数据输出到点乘模块；所述数据伪码变换结果提取模块将经逆傅里叶变换的伪码结果输出到点乘模块；所述点乘模块对输入的快速逆傅立叶变换后的截取数据和伪码进行点乘后，将获得的结果数据输出到快速傅立叶变换模块；所述快速傅立叶变换模块对结果数据进行傅立叶变换后输出到数据解调模块；所述数据解调模块利用训练序列解扩信息对经傅立叶变换后的结果数据的相位翻转进行补偿后得到解调数据并输出。

所述数据截取模块以所述跟踪模块提供的符号同步信号作为截取数据的开始信号，以伪码周期为周期，对数据进行截取并将获得的截取数据存储到双口RAM中。

所述快速逆傅立叶变换模块和快速傅立叶变换模块均具有两个蝶形运算单元，所述的蝶形运算单元由4个复数乘法器构成。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)首先，现有的技术是使用多路相关器并行计算的方法对软扩频数据进行解调，相关器的数目随着码长的增加而增加。而本发明使用快速傅立叶变换求得相关结果。针对不同长度的扩频码，都只使用8个乘法器构成两个蝶形来计算傅立叶变换和逆傅立叶变换的结果，码长的增加只会增加存储器资源，从而节省了系统实现时的硬件资源。

(2)其次，现有技术使用训练序列的同步信息同步软扩频序列符号，并没有充分利用已知调制信息的特点。而本发明利用训练序列的解扩结果，通过其共轭与解调结果相乘的方式对接收数据的相位进行补偿，这样不仅解决了锁相环的相位模糊问题还利用训练序列的扩频增益增加了解调信噪比，提高了系统性能。

(3)最后，现有技术因为没有突破扩频码长度的限制，使软扩频技术只能使用这种单一的软扩频通信方式。本发明将现有技术中码长与接收机资源之间的线性关系改变为对数关系并且采用异步处理的方式进一步降低硬件资源消耗，突破了码长的瓶颈，因此可以与其它的通信方式混合使用，从而增加了保密性和可复用性，例如以较低的功率夹杂在OFDM调制信号中，与OFDM通路共存。

附图说明

图1为本发明系统示意图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

如图1所示，本发明提供了一种基于快速傅立叶变换的软扩频通信系统，它由训练序列模块、码相位映射模块、组帧发射模块、捕获模块、跟踪模块、数据截取模块、快速逆傅立叶变换模块、点乘模块、快速傅立叶变换模块、数据伪码变换结果提取模块和数据解调模块构成。

发射端

码相位映射模块将数据码相位与要传输的数据按照数据传输速率需要进行映射产生数据序列。映射方式可以采用：一组数据对单个码相位的映射和对多个码相位的映射，码的长度为2的幂次且大于256。

训练序列模块采用多项式法或查表法等方法生成伪随机扩频序列作为训练序列。

组帧发射模块按照数据序列和训练序列的功率比进行叠加后，经射频端调制发射出去，数据和训练序列的功率比可以采用1∶1或1∶4。射频端可以使用单载波或跳频的调制方法。其中，跳频的方法需要设计跳频图案和帧格式。

接收端

在接收端，捕获模块从接收到的信号中利用对扩频码的捕获方法检测到训练序列，扩频码的捕获可以采用滑动相关、快速傅立叶变换或匹配滤波的方法。其中，若使用快速傅立叶变换的捕获方法可以与接收端的解调共用快速傅立叶变换模块和快速傅立叶逆变换模块。这样，可以只更换训练序列的扩频码，利用快速傅立叶变换模块在一个码周期内求得所有码相位上的相关值，进而找到各个码相位相关值能量的峰值，通过门限比较判断是否捕获，如果捕获进入跟踪状态否则更换一个频率点继续搜索。

跟踪模块提取捕获后的信息使用跟踪方法对载波和伪码进行跟踪，跟踪方法可以采用延迟锁相环、差积点积鉴频或科斯塔斯环鉴相等。

数据截取模块以一定的抽取方法获取时间长度内一个数据伪码周期，并跟进数据伪码周期对数据进行截取获得截取数据，并同时对训练序列进行解扩获得解扩信息。在具体实现时，利用跟踪模块提供的符号同步信号作为截取数据的开始信号，将其存入对外输出的双口RAM中供快速傅立叶变换模块读取。抽取方法可以直接抽取或插值滤波等。其中，插值滤波的抽取方法可以充分利用高倍采样率获得的数据，获得各个码片上的最佳采样点。

快速逆傅立叶变换模块对截取数据进行快速逆傅立叶变换，快速逆傅立叶变换使用四个复数乘法器构成一个蝶形运算单元，按照时分的方法计算逆傅立叶变换蝶形图上每一个点的结果，共需要N/2log₂N个时钟周期，因此驱动该模块的时钟为码元时钟的1/2log₂N倍，正弦和余弦的计算采用查找表的方式，从而节省了逻辑资源。

数据伪码变换结果提取模块采用逆傅立叶变换或存储逆傅立叶变换结果等方法提取伪码的逆傅立叶变换结果，其中，存储逆傅立叶变换结果的方法更节省资源。

点乘模块对输入的快速逆傅立叶变换后的截取数据和伪码进行逐点相乘，然后顺序传送给快速傅立叶变换模块。

快速傅立叶变换模块对逐点相乘获得的结果数据进行傅立叶变换，其算法与快速逆傅立叶变换相同，只是改变了相位的旋转方向。

数据解调模块将快速傅立叶变换模块输出的数据除以由数据截取模块输出的训练序列解扩结果与训练序列符号信息的乘积，以补偿锁相环造成的相位模糊。对于相位调制的数据，由于其结果与幅度无关，因此可以采用共轭相乘的方法来取代除法。这样，不仅能够节省除法器的逻辑资源还能够增加解调数据的信噪比。然后，对补偿后的结果进行相位映射，从而完成数据解调，其中，映射方法与码相位映射模块一致。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种基于快速傅立叶变换的软扩频通信系统，包括：训练序列模块、码相位映射模块、组帧发射模块、捕获模块、跟踪模块、数据截取、快速逆傅立叶变换模块、点乘模块、快速傅立叶变换模块、数据伪码变换结果提取模块和数据解调模块，其特征在于：

在发射端：

所述组帧发射模块按照数据序列和训练序列的功率比进行叠加后，将生成的信号经射频端调制发射出去，数据和训练序列的功率比采用1∶1或1∶4，射频使用单载波或调频的调制方法；其中，所述数据序列由码相位映射模块根据获得的源数据向码相位的映射获得；所述训练序列为训练序列模块产生的伪随机序列；码相位映射模块将数据码相位与要传输的数据按照数据传输速率需要进行映射产生数据序列；映射方式为：一组数据对单个码相位的映射和对多个码相位的映射，码的长度为2且幂次大于256；

在接收端：

所述捕获模块利用接收到的信号获得训练序列，并将训练序列输出给跟踪模块；所述捕获模块利用接收到的信号获得训练序列的方法：使用快速傅立叶变换的捕获方法与接收端的解调共用快速傅立叶变换模块和快速逆傅立叶变换模块；利用快速傅立叶变换模块在一个码周期内求得所有码相位上的相关值，进而找到各个码相位相关值能量的峰值，通过门限比较判断是否捕获，如果捕获进入跟踪状态，否则更换一个频点继续搜索，并将训练序列输出给跟踪模块；

所述跟踪模块利用从训练序列获得的捕获信息对载波和伪码进行跟踪，并将捕获信息和训练序列输出到数据截取模块；跟踪方法采用延迟锁相环、叉积点积鉴频或科斯塔斯环鉴相；

所述数据截取模块利用捕获信息截取数据后，将截取数据输出到快速逆傅立叶变换模块，同时将训练序列的解扩信息输出结果到数据解调模块；所述数据截取模块截取数据的具体实现方式：数据截取模块以一定的抽取方法获取时间长度内一个数据伪码周期，并跟进数据伪码周期对数据进行截取获得截取数据；一定的抽取方法可以直接抽取或插值滤波；

所述快速逆傅立叶变换模块将进行快速逆傅立叶变换后的截取数据输出到点乘模块；所述数据伪码变换结果提取模块将经逆傅里叶变换的伪码结果输出到点乘模块；所述点乘模块对输入的快速逆傅立叶变换后的截取数据和伪码进行点乘后，将获得的结果数据输出到快速傅立叶变换模块；所述快速傅立叶变换模块对结果数据进行傅立叶变换后输出到数据解调模块；所述数据解调模块利用训练序列解扩信息对经傅立叶变换后的结果数据的相位翻转进行补偿后得到解调数据并输出；数据解调模块输出解调数据的具体方式：数据解调模块将快速傅立叶变换模块输出的数据除以由数据截取模块输出的训练序列解扩结果与训练序列符号信息的乘积，对补偿后的结果进行相位映射，从而完成数据解调；对于相位调制的数据，采用共轭相乘的方法完成数据解调；

所述数据截取模块以所述跟踪模块提供的符号同步信号作为截取数据的开始信号，以伪码周期为周期，对数据进行截取并将获得的截取数据存储到双口RAM中；

所述快速逆傅立叶变换模块和快速傅立叶变换模块均具有两个蝶形运算单元，所述的蝶形运算单元由4个复数乘法器构成。