CN103051576B - 一种减小Chirp信号斜率调频互干扰的调制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减小Chirp信号斜率调频互干扰的调制方法，通过在分别采用正斜率调频和负斜率调频的<i>U</i>和<i>W</i>两路调制信号的符号之间加入延迟偏移量以减小它们之间的互干扰。延迟偏移量的求解采用计算机枚举计算的方法，具有计算复杂度低且能够满足调制和解调的要求。
Description
技术领域
本发明涉及本发明涉及雷达探测和通信领域，具体涉及一种减小Chirp信号斜率调频互干扰的调制方法。
背景技术
Chirp信号除了作为雷达信号之外，也是一种有效的通信信号。由于具有高抗干扰性能、恒定的幅度和压缩脉冲特性，同时具备雷达探测和通信能力，受到广泛的关注。
常规Chirp信号利用斜升调频或斜降调频表示信息符号，在接收端通过匹配滤波相关输出窄脉冲，从而能够进行探测或极低信噪比下的通信检测。常用的Chirp通信信号多采用BOK(双正交键控)及其衍生调制方法，BOK采用斜升调频表示信息比特“0”，斜降调频表示信息比特“1”，接收机分别对频率斜升信号和斜降信号进行匹配滤波，相关输出的差值即可用以判决接收信息比特。高速无线通信中，希望Chirp信号具有大时间带宽积，也就是高扩频处理增益和高抗干扰特性。用于通信中的前Chirp信号要求较高的调制效率，但在带宽固定，高速率和大时间带宽积情况下，尤其在Chirp符号在时间上存在交叠的情况，由于正负斜率信号在时域上并非完全正交，造成“0”与“1”调制符号的互干扰，降低检测误码性能和抗干扰能力。
目前已经有多种Chirp调制方法能够减轻符号间互干扰，包括非线性斜率调频、Chirp信号正交编码、分数傅立叶(FrFT)检测等，但对于调制和解调精度、带宽和运算复杂性等方面都会带来负面的影响。
由于正负斜率调频波形并非完全正交，尤其在带宽较小时，互干扰不能忽略不计，因此造成解调性能降低。为提高调制效率和信息速率，采用Chirp调制符号间时域交叠的方法，在此条件下斜率调频间的互干扰问题尤为突出。
发明内容
本发明针对现有技术的不足提出一种减小Chirp信号斜率调频互干扰的调制方法，该方法并不改变Chirp信号的匹配压缩器结构，因此在复杂度和信号带宽上没有改变。
本发明通过在分别采用正斜率调频和负斜率调频的U和W两路调制信号的符号之间加入延迟偏移量τw，达到减小它们之间互干扰的目的。
U和W两路信号的符号间延迟偏移量τw取值在正负调制信息比特周期范围内，延迟偏移量τw的选择受到带宽、调频斜率、符号间时域交叠系数等因素的影响，目标是在匹配压缩输出的同步判决点获得高似然输出，或者高信噪比(SNR)输出。为获得此延迟偏移量τw的求解，可以采用数学分析和计算机求解的方法，前者推导较为繁琐，后者通过枚举计算复杂度低，虽然精度有限但能够满足调制和解调的要求。下面以计算机求解的方法说明获得该延迟偏移量τw的步骤。
具体步骤如下：
(1)将信息符号宽度按照枚举步进Δτ等分为M等分，延迟偏移量τw枚举位置为(0，Δτ，…，mΔτ，…，(M-1)Δτ},设置初始τw＝0,即m＝0；其中：符号表示向下取整，Tb是信息比特宽度；
(2)产生随机信息比特序列{ui}和{wi}，按实现数字化的U和W两路调频波形调制和合并的计算机仿真，其中：ui∈{0，1}，wi∈{0，1}，i＝1，2，...，N，N是仿真调制的信息符号数，N＞103，当时，调制信号输出为BOK调制信号；
(3)按实现数字化的U和W两路调频波形匹配压缩计算机仿真，将步骤(2)中调制信号加载到该仿真中获得解调输出对于BOK信号，调解输出的信号为
(4)解调输出信号按信息比特位置划分为Tb(i)；在每个Tb(i)中的脉冲压缩位置记录脉冲幅值Ii，在其余位置搜索获得最大旁瓣幅值Si，求该延迟偏移量τw位置的最小脉冲压缩幅值Imin(m)＝min{Ii}，以及最大旁瓣幅值Smax(m)＝max{Si}，并获得二者比值IS(m)＝Imin(m)/Smax(m)；
(5)分别设置τw∈{0，Δτ，…，mΔτ，…，(M-1)Δτ}，按以上步骤(2)－(4)获得{Imin(m)}、{Smax(m)}和{IS(m)}，其中：m＝0，1，…，M-1；
(6)选择最大IS(mx)＝max{IS(m)}，同时保证Imin(mx)≥Thsld·max{Imin(m)}，Thsld表示最优偏移量判决的最小脉冲幅度门限，0.75≤Thsld≤1，这时τw＝mxΔτ即为所求最佳延迟偏移量τw，其中：m＝0，1，…，M-1；
(7)如果出现最大IS(mx)＝max{IS(m)}所对映的Imin(mx)小于以上设定门限的情况，则搜索次大IS(mx′)，并检查Imin(mx)幅值，依此类推，确定次优延迟偏移量τw。
附图说明
图1为Chirp信号常规调制解调方法框图。
图2为本发明所述的调制方法框图。
图3为Offset-Bi-OOK调制时频示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
通过在U和W两路OOK调制符号之间加入延迟偏移量τw的方法减小它们之间的互干扰(称为Offset-Bi-OOK调制)，如图2中增加的延迟偏移单元τw所示，产生的信号如图3所示。其中τs表示Chirp符号间交叠，可以获得大时间带宽积。U和W两路信号的符号间时延偏移τw取值在正负调制信息比特周期范围内，延迟量τw的选择受到带宽、调频斜率、符号间时域交叠系数等因素的影响，目标是在匹配压缩输出的同步判决点获得高似然输出，或者高信噪比(SNR)输出。为获得此延迟量的求解，可以采用数学分析和计算机求解的方法，前者推导较为繁琐，后者通过枚举计算复杂度低，虽然精度有限但能够满足调制和解调的要求。下面以计算机求解的方法说明获得该延迟量的步骤。
采用计算机枚举求解的方法，通过解调器对Chirp信号匹配压缩输出脉冲的幅度、旁瓣的幅度来确定最小正负斜率调频互干扰的τw取值。如果采用数字相关解调的方法，则延迟偏移量τw枚举步进Δτ最好选用采样间隔。具体步骤如下：
(1)将信息符号宽度按照枚举步进Δτ等分为M等分，符号表示向下取整，Tb是信息比特宽度，则延迟偏移量τw枚举位置为{0，Δτ，…，mΔτ，…，(M-1)Δτ}。设置初始τw＝0(即m＝0)。
(2)产生随机信息比特序列{ui}和{wi}(i＝1，2，...，N，N是仿真调制的信息符号数，N＞103，当采用BOK调制时，)，按图2中调制框图实现数字化的上下斜率调频波形调制和合并的计算机仿真。
(3)按图2中解调框图实现数字化的上下斜率调频波形匹配压缩计算机仿真，将步骤2中调制信号加载到该仿真中获得解调输出(对于BOK信号为)。
(4)解调输出信号按信息比特位置划分为Tb(i)，i＝1，2，...，N。在每个Tb(i)中的脉冲压缩位置记录脉冲幅值Ii，在其余位置搜索获得最大旁瓣幅值Si。求该延迟τw位置的最小脉冲压缩幅值Imin(m)＝min{Ii}(i＝1，2，…，N)，以及最大旁瓣幅值Smax(m)＝max{Si}(i＝1，2，…，N)，并获得二者比值IS(m)＝Imin(m)/Smax(m)。
(5)分别设置τw∈{0，Δτ，…，mΔτ，…，(M-1)Δτ}，按以上步骤2－4获得{Imin(m)}、{Smax(m)}和{IS(m)}(m＝0，1，…，M-1)。
(6)选择最大IS(mx)＝max{IS(m)}，同时保证Imin(mx)≥Thsld·max{Imin(m)}，Thsld表示最优偏移量判决的最小脉冲幅度门限，0.75≤Thsld≤1，这时τw＝mxΔτ即为所求最佳延迟偏移量τw，其中：m＝0，1，…，M-1；
(7)如果出现最大IS(mx)＝max{IS(m)}所对映的Imin(mx)小于以上设定门限的情况，则搜索次大IS(mx′)，并检查Imin(mx)幅值，依此类推，确定次优延迟偏移量τw。
Claims (1)
1.一种减小Chirp信号斜率调频互干扰的调制方法，其特征在于：在分别采用正斜率调频和负斜率调频的U和W两路调制信号的符号之间加入了延迟偏移量τw；
所述的延迟偏移量τw采用枚举计算的方法求解，具体步骤如下：
(1)将信息符号宽度按照枚举步进Δτ等分为M等分，延迟偏移量τw枚举位置为{0，Δτ，…，mΔτ，…，(M-1)Δτ}，设置初始τw＝0，即m＝0；其中：符号表示向下取整，Tb是信息比特宽度；
(2)产生随机信息比特序列{ui}和{wi}，实现数字化的U和W两路调频波形调制和合并的计算机仿真，其中：ui∈{0，1}，wi∈{0，1}，i＝1，2，...，N，N是仿真调制的信息符号数，N＞103，当时，调制信号输出为双正交键控BOK；
(3)实现数字化的U和W两路调频波形匹配压缩计算机仿真，将步骤(2)中调制信号加载到该仿真中获得解调输出对于BOK信号，调解输出的信号为
(4)解调输出信号按信息比特位置划分为Tb(i)；在每个Tb(i)中的脉冲压缩位置记录脉冲幅值Ii，在其余位置搜索获得最大旁瓣幅值Si，求该延迟偏移量τw位置的最小脉冲压缩幅值Imin(m)＝min{Ii}，以及最大旁瓣幅值Smax(m)＝max{Si}，并获得二者比值IS(m)＝Imin(m)/Smax(m)；
(5)分别设置τw∈{0，Δτ，…，mΔτ，…，(M-1)Δτ}，按以上步骤(2)-(4)获得{Imin(m)}、{Smax(m)}和{IS(m)}，其中：m＝0，1，…，M-1；
(6)选择最大IS(mx)＝max{IS(m)}，同时保证Imin(mx)≥Thsld·max{Imin(m)}，Thsld表示最优偏移量判决的最小脉冲幅度门限，0.75≤Thsld≤1，这时τw＝mxΔτ即为所求最佳延迟偏移量τw，其中：m＝0，1，…，M-1；
(7)如果出现最大IS(mx)＝max{IS(m)}所对映的Imin(mx)小于以上设定门限的情况，则搜索次大IS(mx′)，并检查Imin(mx)幅值，依此类推，确定次优延迟偏移量τw。
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