CN108900221A - 一种基于ifft/fft框架的索引调制跳频通信技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术，属于无线通信技术领域。将索引调制技术引入基于IFFT/FFT的跳频通信技术，用消息驱动的方式从IFFT/FFT模块的所有子载波中，索引选择部分子载波进行激活来传输调制符号，其他子载波保持静默状态。在系统发射端引入索引调制，将信息比特分为两步部分，一部分作为信号调制比特，映射为M进制的星座点符号；一部分作为索引信息比特，在所有子载波中选择激活部分子载波去传输星座点符号，达到利用消息驱动的方式实现频率跳变，明显增大频谱效率，提升系统传输效率。本发明用消息驱动的方式实现频率跳变，与FI相比所提出的SFI具有更高的频谱效率和更好的系统性能。

Description

一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术。

背景技术

跳频通信技术经过了数十年的不断发展和完善，使得各国的跳频通信设备都得到了跨越式的改进与升级。20世纪80年代以来，大部分国家对跳频通信技术进行了研究与应用，并且不断加快跳频通信装备的更新。

20世纪80年代中期，英国研制的Scimitar-H跳频电台和Jaguar-H跳频电台的跳速为几十跳每秒，但是已经具备初步的抗干扰能力；20世纪80年代末期到90年代初期，法国研制的TRC-350H跳频电台、美国研制的Micom-2E跳频电台等都具有一定的抗干扰能力，且对通信信道进行了初步数字化；20世纪90年代到21世纪初，多国部队都装备了跳频通信设备，如美国的SINCGARS跳频电台、军事星MILSTAR跳频系统、CHESS跳频系统以及联合战术信息分发系统JTIDS，英国的Jaguar-V和法国的TRC-950跳频电台等，这些跳频电台都采用了多项新技术，具有多频段、多功能等优点，跳频速率可以达到数百跳乃至数万跳，代表了新型高速跳频电台的发展前景。跳频通信除了应用于军用通信领域外，也在民用通信领域的某些应用中发挥着至关重要的作用。例如为了使得蓝牙通信系统具备良好的抗干扰能力以及能够进行高安全数据传输，采用了跳频通信技术。此外，为了对抗外部环境的干扰，全球移动通信系统GSM与家庭射频Home RF都采用了跳频通信机制。

现有的FI通信技术是将IFFT/FFT技术与跳频技术相结合，由跳频序列生成跳频图案，控制选择子载波传输数据，其他子载波设置为0，信息源比特首先进行映射调制，然后经过串并转换、IFFT操作和并串转换发送数据，经过信道到达接收端，在接收端根据跳频图案确定传输数据的子载波，经过串并转换、FFT、并串转换和逆映射后输出。FI通信技术抗干扰能力强，信号较隐蔽，难以被截获，在民用和军事通信中应用广泛。假设在k跳模式下，子载波总个数为N，跳频序列控制选择其中k个子载波传输M进制调制符号，则其频谱效率为klog₂M/N。其缺点是由于只有部分子载波传输信息，导致频谱利用率不高，频谱效率低，在现今通信系统频谱资源紧张，需求量大的情况下，增大频谱效率极为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供解决现有的FI通信技术频谱效率低问题的种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术。

本发明的目的通过如下计数方案来实现：

一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术，包括数字化信源、索引调制、跳频模块、信道、解跳模块、索引解调模块，在系统的发射端引入索引调制，将信息比特分为两步部分，一部分作为信号调制比特，映射为M进制的星座点符号；一部分作为索引信息比特，在所有子载波中选择激活部分子载波去传输星座点符号，达到利用消息驱动的方式实现频率跳变，明显增大频谱效率，提升系统传输效率，通过消息驱动的索引方式激活部分子载波实现跳频并传输调制符号。

一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术，包括以下步骤：

步骤1：由数字化信源分帧，每帧有m＝m₁+m₂位信息比特。其中前m₁位作为索引调制的索引比特，激活部分子载波，后m₂位作为信息调制比特，产生M阶调制符号。

步骤2：索引调制。假设子载波总个数为N，激活其中k个子载波进行数据传输，则 表示向下取整，一共有种子载波激活组合，m₁位索引比特通过索引选择器来确定一种子载波激活组合；对信息调制比特进行M阶调制，即将log₂M位信息比特映射成一个星座点符号，每个激活子载波携带一个符号，则m₂＝k log₂M，k个子载波携带m₂位信息比特，k个星座点符号。

步骤3：做N点IFFT运算，并串转换。信源信息根据消息驱动选择不同的子载波激活组合，实现频率跳变。

步骤4：信源信息经步骤1～3后经上变频发送，经过信道到达接收端；

步骤5：下变频，串并转换，做N点FFT运算；

步骤6：索引解调，输出比特；判决器判断出被激活的子载波，确定子载波激活组合，根据索引选择器输出m₁位索引比特，对激活子载波上输出的数据串进行M阶解调输出m₂位调制比特，将索引比特和调制比特串连在一起输出比特。

步骤3中所述的根据消息驱动实现频率跳变具体可以表述为：

信息源每帧信息中包括m₁位索引信息比特，从N个子载波中选择k个子载波被激活，则存在个子载波激活组合，组合集合可以表示为

其中Ω_l＝{β_i,1,β_i,2,…,β_i,k}，β_i,r∈{1,2,…,N}，r＝1,2,…,k，β_i,r表示第i帧信息比特激活第β_i,r个子载波。

第i帧信息比特中的索引信息比特所对应的值为p_i，由p_i决定子载波激活组合，则信息源比特控制子载波激活生成跳频图案可表示为

p_i→{f_i,1,f_i,2,…,f_i,k}

其中f_i,r表示第β_i,r个子载波的频率。

在SFI系统中，一帧发送信号可以表示为

X_i＝[0,…,s_i,1,0,…,s_i,2,0,…,s_i,j,…,s_i,k,0,…]

X_i一共有N个元素，其中有N-k个元素为0，s_i,j∈χ，j＝1,2,…,k，χ为M阶星座点符号集合。

等效基带信号为

在SFI系统中，每帧传输位信息比特，频谱效率为

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种SFI通信技术在系统发射端引入索引调制，将信息比特分为两步部分，一部分作为信号调制比特，映射为M进制的星座点符号；一部分作为索引信息比特，在所有子载波中选择激活部分子载波去传输星座点符号，达到利用消息驱动的方式实现频率跳变，明显增大频谱效率，提升系统传输效率。

附图说明

图1为基于IFFT/FFT的调频(FI)通信系统的链路图；

图2为基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频(SFI)通信系统的链路图；

图3为索引调制的原理图；

图4为以N＝8，k＝3为例的频率跳变示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图2所示的SFI通信系统的框架图，发射端主要包括以下几步：

步骤1：确定系统的参数，包括子载波总个数N，激活的子载波个数k，调制的阶数M。由数字化信源分帧，每帧有m＝m₁+m₂位信息比特，根据公式和m₂＝k log₂M计算出索引比特数量和调制比特数量。

步骤2：索引调制。如图3所示的索引调制的原理图，对信号调制比特进行M阶调制，映射成k个星座点符号s_i＝[s_i,1,s_i,2,…,s_i,k]，索引比特确定一种子载波激活组合Ω_l＝{β_i,1,β_i,2,…,β_i,k}，每个激活的子载波携带一个星座点符号去发送，未激活的子载波置0。

步骤3：做N点IFFT运算，并串转换。

信源信息根据索引比特的不同选择不同的子载波激活组合，实现频率跳变。以N＝8，k＝3为例，一共存在32种子载波激活组合，即存在32种频率跳变，如图4所示为N＝8，k＝3的一个简单的频率跳变示意图。

系统接收端主要包括以下几步：

步骤4：信源信息经步骤1～3后经上变频发送，经过信道到达接收端；

步骤5：下变频，串并转换，做N点FFT运算；

步骤6：索引解调，输出比特；判决器判断出被激活的子载波，确定子载波激活组合，根据索引选择器输出m₁位索引比特，对激活子载波上输出的数据串进行M阶解调输出m₂位调制比特，将索引比特和调制比特串连在一起输出比特。

发送信号为X_i＝[x_i,1,x_i,2,…,x_i,N]^T，

接收信号为Y_i＝[y_i,1,y_i,2,…,y_i,N]^T，对接收信号进行判决和索引解调，得到索引比特和调制比特，最后输出。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术，通过消息驱动的索引方式激活部分子载波实现跳频并传输调制符号，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：由数字化信源分帧，每帧有m＝m₁+m₂位信息比特；其中前m₁位作为索引调制的索引比特，激活部分子载波，后m₂位作为信息调制比特，产生M阶调制符号；

步骤2：索引调制；假设子载波总个数为N，激活其中k个子载波进行数据传输，则 表示向下取整，一共有种子载波激活组合，m₁位索引比特通过索引选择器来确定一种子载波激活组合；对信息调制比特进行M阶调制，即将log₂M位信息比特映射成一个星座点符号，每个激活子载波携带一个符号，则m₂＝klog₂M，k个子载波携带m₂位信息比特，k个星座点符号；

步骤3：做N点IFFT运算，并串转换；信源信息根据消息驱动选择不同的子载波激活组合，实现频率跳变；

步骤4：信源信息经步骤1～3后经上变频发送，经过信道到达接收端；

步骤5：下变频，串并转换，做N点FFT运算；

步骤6：索引解调，输出比特；判决器判断出被激活的子载波，确定子载波激活组合，根据索引选择器输出m₁位索引比特，对激活子载波上输出的数据串进行M阶解调输出m₂位调制比特，将索引比特和调制比特串连在一起输出比特。

2.根据权利要求1所述的一种基于IFFT/FFT框架的索引调制跳频通信技术，其特征在于：步骤3中所述的根据消息驱动实现频率跳变具体可以表述为：

信息源每帧信息中包括m₁位索引信息比特，从N个子载波中选择k个子载波被激活，则存在个子载波激活组合，组合集合可以表示为

其中Ω_l＝{β_i,1,β_i,2,…,β_i,k}，β_i,r∈{1,2,…,N}，r＝1,2,…,k，β_i,r表示第i帧信息比特激活第β_i,r个子载波；。

第i帧信息比特中的索引信息比特所对应的值为p_i，由p_i决定子载波激活组合，则信息源比特控制子载波激活生成跳频图案可表示为

p_i→{f_i,1,f_i,2,…,f_i,k}

其中f_i,r表示第β_i,r个子载波的频率。