CN104022791A - 基于变时宽和多维特征联合捷变的切普率调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供基于变时宽和多维特征联合捷变的切普率调制方法，该方法为一种二进制切普率数字调制方式。采用切普信号为信息的载体，通过切普信号调频率的正负承载数字信息。每个符号波形的调频率绝对值是变化的，其变化规律由收发两端约定好的PN序列控制。设定调制时保持每符号波形对应带宽不变，由于调频率不同，其持续时间也是变化的，因此该调制方式具有符号宽度及调频率联合随机变化的特性。本发明所提出的方法产生的调制波形符号宽度由PN序列控制而随机变化，并且每符号波形的调频率也不同，具有二维参数联合捷变的特点。在无线通信过程中具有更强的抗检测性和更低的被截获概率，因此具有一定的保密功能。

Description

基于变时宽和多维特征联合捷变的切普率调制方法

技术领域

本发明涉及的是一种信号调制方法。

背景技术

调制是数字通信系统的基本环节之一。数字信号调制技术可以理解为用离散的数据符号(一般为二进制的离散序列)去控制另一作为载体的信号(也称为载波信号)，让后者的某一参数(幅值、频率、相位、脉冲宽度等)按前者的值变化。信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。即把数字信号转换为适合信道传输的高频模拟信号。

载波信号除采用正弦载波外，还有一种常见的选择是采用切普信号(也称为线性调频信号)。切普信号本身具有扫频特性，因此采用切普信号调制具有扩频的特征，也称为切普扩频调制。由于切普信号较单频信号多了“调频率”这一额外可控参数，切普扩频调制的独特性就源于对调频率的使用。根据是否利用调频率的差异表征信息符号，可以将切普扩频的调制方法大致分为切普率调制(CRM，Chirp-Rate Modulation)和直接调制切普扩频(DM-CSS，DirectModulation Chirp Spread Spectrum)两个基本类别。前者是切普扩频独有的，也是最早被提出和使用的，主要优势在于系统结构简单、鲁棒性强，但传输速率受限。

发明内容

本发明的目的在于提供参数可灵活变换的基于变时宽和多维特征联合捷变的切普率调制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明基于变时宽和多维特征联合捷变的切普率调制方法，其特征是：

(1)参数预设：选取拟采用的调频率集合{k⁽¹⁾,k⁽²⁾,…,k^(M)}、带宽B、PN序列，调频率集合为等差序列，其中M＝2^L，L为整数；

(2)读取第i位待发送的数字信息；

(3)由PN序列第i到第(i+L-1)位作为第i个码元的调频率控制字KC_i；

(4)设定调频率控制字KC_i—调频率映射表，根据调频率控制字KC_i—调频率映射表，确定第i个码元已调信号的调频率绝对值为第j个，即

(5)根据待发送二进制数据信息，确定第i个码元的调频率的极性，即第i个码元调频率取值为或

(6)通过已调信号带宽B、中心频率f₀，得到第i个码元的位宽

(7)得到的码元位宽输入位宽累加器，控制已调信号波形样本生成器的信号持续时间；

(8)利用调频率和第i个码元的位宽即该码元的持续时间控制Chirp基已调信号波形样本生成器，生成第i个码元对应的已调信号波形样本s_i(t)，得到中频已调信号；

(9)经上变频，得到射频信号；

(10)经换能器、天线，将射频信号发送。

本发明还可以包括：

1、射频信号发送后，经信道后，接收端天线接收信号，进行下变频，得到中频信号；接收端采用相干接收机，设定PN序列与调频率的映射表，接收端根据PN序列及其与调频率的映射表，得到第i个码元的时间位置、时间宽度及调频率，生成两个本地相关模板：m_i,1(t)和m_i,2(t)，

接收到的信号与本地模板信号分别作相关运算，得到相关值分别为Z₁和Z₂；当Z₁>Z₂时，数据符号判决为1；当Z₁≤Z₂时，数据符号判决为0。

本发明的优势在于：本发明所提出的方法产生的调制波形符号宽度由PN序列控制而随机变化，并且每符号波形的调频率也不同，具有二维参数联合捷变的特点。在无线通信过程中具有更强的抗检测性和更低的被截获概率，因此具有一定的保密功能。

附图说明

图1为本发明的调制方案原理框图；

图2为调频率控制字与PN序列；

图3为调频率控制字与调频率对应关系序列；

图4a为已调信号时域波形，图4b为已调信号时域波形对应的频率变化曲线；

图5为基于匹配滤波的相干接收方案。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～5，本发明提出一种二进制切普率数字调制方式。采用切普信号为信息的载体，通过切普信号调频率的正负承载数字信息。与传统切普率调制固定调频率不同，本发明特点在于每个符号波形的调频率绝对值是变化的，其变化规律由收发两端约定好的PN序列控制。设定调制时保持每符号波形对应带宽不变，由于调频率不同，其持续时间也是变化的，因此该调制方式具有符号宽度及调频率联合随机变化的特性。

如图1所示，本发明所提出的调制方式可通过如下几个步骤实现。

第一、系统参数预设：选取拟采用的调频率集合{k⁽¹⁾,k⁽²⁾,…，k^(M)}，且它为等差序列，(其中M＝2^L为2的整数次幂)，系统带宽B，PN序列等参数。

第二、读取第i位待发送的数字信息。

第三、由PN序列第i到第(i+L-1)位作为第i个码元的调频率控制字KC_i。

第四、根据预设的“调频率控制字KC_i—调频率映射表”(这二者的可能取值均为2^L种，因此可建立一一对应关系)，确定第i个码元已调信号的调频率绝对值，它属于预先选定的调频率集合，记为

第五、根据待发送二进制数据信息，确定第i个码元的调频率的极性，即第i个码元调频率取值为或即这里采用了调频率的极性载荷信息。

第六、根据系统带宽恒定的设计准则，设已调信号带宽为B、中心频率为f₀，可得第i个符号的位宽(即该码元的持续时间)

第七、得到的符号宽度输入位宽累加器，控制已调信号波形样本生成器的信号持续时间。

第八，利用调频率控制Chirp基已调信号波形样本生成器，生成第i个码元对应的已调信号波形样本s_i(t)，得到中频已调信号。

第九.经上变频，得到射频信号。

第十、经换能器、天线，将信号发送。

下面给出本发明方法的具体实例：

第一、根据系统具体要求，选取调频率集合为如下16位等差序列{k⁽¹⁾,k⁽²⁾,...,k⁽¹⁶⁾}，系统带宽B，PN序列选取64位m序列。

第二、读取第i位待发送的数字信息。

第三、采用图2的方式，由PN序列的第i到第(i+3)位，共4位二进制数，确定第i个码元的调频率控制字KC_i。

第四、根据图3所示的预设“调频率控制字KC_i—调频率映射表”，确定第i个码元已调信号的调频率绝对值为第j个，即

第五、根据数据信息{b_i}可确定第i个码元的调频率的符号，即调频率的极性载荷信息。取d_i＝2b_i-1，则数据信息bi对应的调频率为

第六、设已调信号带宽为B、中心频率为f₀，确定第i个码元的位宽(即该码元的持续时间)

第七、得到的符号宽度输入位宽累加器，控制已调信号波形样本生成器的信号持续时间。

第八，利用调频率和持续时间T_i控制切普基已调信号波形样本生成器，生成第i个码元对应的已调信号波形样本s_i(t)完成调制过程。其中s_i(t)的表达式如下

图4给出了一种时域波形及其调频率变化的示意图。

第九、经上变频，得到射频信号。

第十、经换能器、天线，将信号发送。

第十一、经信道后，接收端天线接收信号，进行下变频，得到中频信号。

第十二、假设接收端采用相干接收机。其系统框图如图5所示。收端根据已知的PN序列及其与调频率的映射表，得到第i个符号的时间位置，时间宽度及调频率等参数。生成两个本地相关模板，m_i,1(t)和m_i,2(t)

第十三、接收到的信号在假定同步条件下，与本地模板信号分别作相关运算(匹配滤波)，得到相关值分别为Z₁和Z₂。

第十四、当Z₁>Z₂时，数据符号判决为1；当Z₁≤Z₂时，数据符号判决为0。

Claims (2)

1.基于变时宽和多维特征联合捷变的切普率调制方法，其特征是：

(1)参数预设：选取拟采用的调频率集合{k⁽¹⁾,k⁽²⁾,…,k^(M)}、带宽B、PN序列，调频率集合为等差序列，其中M＝2^L，L为整数；

(2)读取第i位待发送的数字信息；

(3)由PN序列第i到第(i+L-1)位作为第i个码元的调频率控制字KC_i；

(4)设定调频率控制字KC_i—调频率映射表，根据调频率控制字KC_i—调频率映射表，确定第i个码元已调信号的调频率绝对值为第j个，即

(5)根据待发送二进制数据信息，确定第i个码元的调频率的极性，即第i个码元调频率取值为或

(6)通过已调信号带宽B、中心频率f₀，得到第i个码元的位宽

(7)得到的码元位宽输入位宽累加器，控制已调信号波形样本生成器的信号持续时间；

(8)利用调频率和第i个码元的位宽即该码元的持续时间控制Chirp基已调信号波形样本生成器，生成第i个码元对应的已调信号波形样本s_i(t)，得到中频已调信号；

(9)经上变频，得到射频信号；

(10)经换能器、天线，将射频信号发送。

2.根据权利要求1所述的基于变时宽和多维特征联合捷变的切普率调制方法，其特征是：

射频信号发送后，经信道后，接收端天线接收信号，进行下变频，得到中频信号；接收端采用相干接收机，设定PN序列与调频率的映射表，接收端根据PN序列及其与调频率的映射表，得到第i个码元的时间位置、时间宽度及调频率，生成两个本地相关模板：m_i,1(t)和m_i,2(t)，

接收到的信号与本地模板信号分别作相关运算，得到相关值分别为Z₁和Z₂；当Z₁>Z₂时，数据符号判决为1；当Z₁≤Z₂时，数据符号判决为0。