CN103036828A - 一种基于ook调制的多载波跳频通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于OOK调制的多载波跳频通信系统，包括发射端与接收端，发射端包括编码单元、数据调制单元、跳频调制单元、射频发射单元，接收端包括射频接收单元、跳频解调单元、数据解调单元、译码单元；数据调制单元包括串并转换模块、OOK调制模块、载波合并模块；所述数据解调单元包括并串转换模块、滤波模块、能量计算模块、判决模块。本发明为了提高频谱利用率提出了基于二进制开关键控调制的多载波跳频通信系统。当子载波数为M时，多载波OOK调制一次并行传输M比特信息，相比现有MFSK调制的跳频系统，提高了频谱利用率。

Description

一种基于OOK调制的多载波跳频通信系统

技术领域

本发明属于通信技术，特别涉及多载波（MC：Multicarrier）跳频通信技术。

背景技术

频率跳变（FH：Frequency hopping），简称跳频，通常与M进制频移键控（MFSK：Multiple Frequency-Shift Keying）调制联合使用，由一组k=log₂M个二进制码转换成为有M种状态的多进制码，M种状态对应M个不同的载波频率。以4FSK为例，系统能将2bit的二进制码转换为有4种状态（0,1,2,3），这四种状态分别对应4个不同频率的载波。MFSK信号在跳频带宽内伪随机的跳变，典型的FH/MFSK系统框图见图1。发送端：信源经信道编码后，MFSK调制模块将输入编码信息的每k个bit进行一次M进制码的转换并输出M进制码对应的频率，FH调制器利用来自于PN序列发生器的PN序列对来自于MFSK调制模块的信号进行调制后通过射频（RF）单元发送至无线网络。接收端：射频单元接收来自无线网络的信号并将接收信号输入至FH解调器，FH解调器利用来自于PN序列发生器的PN序列对接收信号进行解调恢复出经MFSK调制后的信号并输入至MFSK解调模块，MFSK解调模块恢复出当前载波频率对应的k个二进制码，最后经信道译码后恢复出原始数据输出至信宿设备进行后续处理。在现有FH/MFSK系统中，数据码元调制的是一个频率伪随机变化的载波，发送的都是单频信号，同一时刻只发送一种频率的载波。图1所示的FH/MFSK系统调制过程分为两个步骤：数据调制和跳频调制，MFSK调制模块完成数据调制，FH调制器完成跳频调制。

FH通信是一种发展久远的抗干扰技术，较强的抗干扰能力是其主要特点，早已在战术通信中得到了广泛的应用。由于FH实现时频率切换会造成信号的相位不连续，相移键控调制难于实现，因此FH通常与MFSK调制。而使用MFSK调制会造成了频谱利用率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高频谱利用率的多载波跳频通信系统。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于OOK调制的多载波跳频通信系统，包括发射端与接收端，发射端包括编码单元、数据调制单元、跳频调制单元、射频发射单元，接收端包括射频接收单元、跳频解调单元、数据解调单元、译码单元；

编码单元的输入端与信源输出相连，编码单元的输出端与数据调制单元的输入端相连，数据调制单元的输出端与跳频调制单元的输入端相连，跳频调制单元的输出端与射频发射单元的输入端相连；

射频接收单元的输出端与跳频解调单元的输入端相连，跳频解调单元的输出端与数据解调单元的输入端相连，数据解调单元的输出端与译码单元的输入端相连，译码单元的输出端与信宿输入端相连；

其特征在于，

所述数据调制单元包括串并转换模块、OOK调制模块、载波合并模块；串并转换模块的输入端连接数据调制单元的输入端，串并转换模块的M路输出端分别对应连接OOK调制模块中一个OOK调制子模块的调制信号输入端，M为大于等于2的整数；OOK调制模块中M个OOK调制子模块的载波频率均不同且相互正交，OOK调制模块中各OOK调制子模块的已调信号输出端与载波合并模块的M个输入端对应相连，载波合并模块的输出端连接数据调制单元的输出端；

所述数据解调单元包括并串转换模块、M个滤波模块、M个能量计算模块、M个判决模块；各滤波模块的输入端连接数据解调单元的输入端，各滤波模块的中心频率与对应的输入OOK调制子模块的载波频率相同，各滤波模块的输出端与对应的能量计算模块的输入端相连，各的能量计算模块的输出端与对应判决模块的输入端相连，各判决模块的输出端对应连接并串转换模块的M个输入端，并串转换模块的输出端连接接数据解调单元的输出端。

本发明为了提高频谱利用率提出了基于二进制开关键控（OOK：On-Off Keying）调制的多载波跳频通信系统（FH/MC_OOK）。当子载波数为M时，多载波OOK调制一次并行传输M比特信息，而同样带宽的MFSK调制一次只传输log₂M比特信息。

本发明的有益效果是，相比现有MFSK调制的跳频系统，提高了频谱利用率，传输效率高，易于实现，还能够节约发射功率。

附图说明

图1是现有FH/MFSK系统示意图；

图2是实施例FH/MC_OOK系统示意图；

图3是FH/MFSK系统与FH/MC_OOK系统误码性能对比。

具体实施方式

本发明提出了基于OOK调制多载波跳频通信系统。如图2所示，括发射端与接收端，发射端包括编码单元、数据调制单元、跳频调制单元、射频发射单元，接收端包括射频接收单元、跳频解调单元、数据解调单元、译码单元；

编码单元的输入端与信源输出相连，编码单元的输出端与数据调制单元的输入端相连，数据调制单元的输出端与跳频调制单元的输入端相连，跳频调制单元的输出端与射频发射单元的输入端相连；

射频接收单元的输出端与跳频解调单元的输入端相连，跳频解调单元的输出端与数据解调单元的输入端相连，数据解调单元的输出端与译码单元的输入端相连，译码单元的输出端与信宿输入端相连；

数据调制单元包括1个串并转换模块、1个OOK调制模块、1个载波合并模块，其中OOK调制模块中包含N个OOK调制子模块；串并转换模块的输入端连接数据调制单元的输入端，串并转换模块的N路输出端分别对应连接一个OOK调制子模块的调制信号输入端，N为大于等于2的整数；OOK调制模块中N个OOK调制子模块的载波频率均不同且相互正交，OOK调制模块中各OOK调制子模块的己调信号输出端与载波合并模块的N个输入端对应相连，载波合并模块的输出端连接数据调制单元的输出端；

数据解调单元包括并串转换模块、N个滤波模块、N个能量计算模块、N个判决模块；各滤波模块的输入端连接数据解调单元的输入端，各滤波模块的中心频率与对应的输入OOK调制子模块的载波频率相同，各滤波模块的输出端与对应的能量计算模块的输入端相连，各的能量计算模块的输出端与对应判决模块的输入端相连，各判决模块的输出端对应连接并串转换模块的N个输入端，并串转换模块的输出端连接接数据解调单元的输出端。

发送端信源经过编码单元进行信道编码，再在串并转换单元将编码后串行的码字转换为N路并行，且每个码字对应输入至OOK调制模块的N路不同频率载波中的一个，当该码字为“1”时，则此载波发送信号；当该码字为“O”时，则此载波闲置不发送信号，N路经OOK调制后的己调信号输入至合并单元合并为一路信号输入至跳频调制单元，跳频调制单元通过输入的来自于PN序列发生器的PN序列对调制输入端的信号进行跳频调制，之后经跳频调制的信号通过射频单元发送至无线信道中。

接收端通过射频单元接收到信号，在FH解调模块处由与发送端同步的PN码进行跳频解调，跳频解调后的信号在每个子信道经不同中心频率的带通滤波器滤波后，再对滤波后的信号进行均方运算来计算该通道的信号能量，将得到的当前通道的均方值输入至判决模块，当均方值大于等于判决模块中的预设门限，则判决模块输出“1”，否则输出“O”，由各路判决模块判决输出二进制数，经并串转换模块后转为串行数据输入到维特比译码模块，经译码得到原始数据后输入至信宿。

判决模块采用的门限值的设置将直接影响系统误码率。在瑞利慢衰落信道来计算最佳判决门限Threshold为： $\mathrm{Threshold}=(1+\frac{1}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\γ}}_b}})\ln (1+\stackrel{\‾}{{\mathrm{\γ}}_b}){\mathrm{\σ}}^2$

其中，表示道信平均信噪比，σ²为噪声能量。

多载波跳频系统多载波OOK调制提高了频谱利用率。由于多载波OOK调制在传输数据“0”时不发送信号，因而降低了系统发射功率。较其它的调制方式，多载波OOK调制不但调制简单接收也只需门限判决即可，因此实现相对容易。

如图3所示，对现有的FH/MFSK系统与本实施例FH/MC_OOK系统进行仿真，相同的条件：信源速率为5000bps、信道采用高斯信道、译码模块为维特比硬判决。在信道编码为卷积编码，且约束长度为4的条件下，FH/MFSK系统卷积码码率R=1/2，生成多项式G=[1517]，FH/MC_OOK系统卷积码码率R=1/4，生成多项式G＝[13151517]，在信噪比较低的情况下，FH/MFSK系统与FH/MC_OOK系统误码性能基本相同，但当信噪比大于3dB时之后，FH/MC_OOK系统误码性能就明显高于FH/MFSK系统。

Claims (2)

1.一种基于OOK调制的多载波跳频通信系统，包括发射端与接收端，发射端包括编码单元、数据调制单元、跳频调制单元、射频发射单元，接收端包括射频接收单元、跳频解调单元、数据解调单元、译码单元；

编码单元的输入端与信源输出相连，编码单元的输出端与数据调制单元的输入端相连，数据调制单元的输出端与跳频调制单元的输入端相连，跳频调制单元的输出端与射频发射单元的输入端相连；

射频接收单元的输出端与跳频解调单元的输入端相连，跳频解调单元的输出端与数据解调单元的输入端相连，数据解调单元的输出端与译码单元的输入端相连，译码单元的输出端与信宿输入端相连；

其特征在于，

所述数据调制单元包括串并转换模块、OOK调制模块、载波合并模块；串并转换模块的输入端连接数据调制单元的输入端，串并转换模块的M路输出端分别对应连接OOK调制模块中一个OOK调制子模块的调制信号输入端，M为大于等于2的整数；OOK调制模块中M个OOK调制子模块的载波频率均不同且相互正交，OOK调制模块中各OOK调制子模块的已调信号输出端与载波合并模块的M个输入端对应相连，载波合并模块的输出端连接数据调制单元的输出端；

所述数据解调单元包括并串转换模块、M个滤波模块、M个能量计算模块、M个判决模块；各滤波模块的输入端连接数据解调单元的输入端，各滤波模块的中心频率与对应的输入OOK调制子模块的载波频率相同，各滤波模块的输出端与对应的能量计算模块的输入端相连，各的能量计算模块的输出端与对应判决模块的输入端相连，各判决模块的输出端对应连接并串转换模块的M个输入端，并串转换模块的输出端连接接数据解调单元的输出端。

2.如权利要求1所述一种基于OOK调制的多载波跳频通信系统，在瑞利慢衰落信道下判决模块中预设的门限值Threshold为：

$\mathrm{Threshold}=(1+\frac{1}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\γ}}_b}})\ln (1+\stackrel{\‾}{{\mathrm{\γ}}_b}){\mathrm{\σ}}^2$

其中，

表示道信平均信噪比，σ²为噪声能量。

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