CN109412642B - 一种信号调制、解调方法及跳相调制、解调单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种信号调制、解调方法及跳相调制、解调单元,其中信号调制方法包括:(1)在时钟基准的控制下通过跳相序列发生器产生跳相序列;(2)在跳相序列的控制下对待调制信号中每个码片的波形进行相应的移相后获得调制信号;跳相调制单元包括:移相器和跳相序列发生器,跳相序列发生器的输入端用于连接时钟基准,用于在时钟基准的控制下产生跳相序列;移相器的输入端用于接收待调制信号,移相器的控制端连接至跳相序列发生器的输出端,移相器在跳相序列的控制下对待调制信号中每个码片的波形进行相应的移相后由输出端输出调制信号。本发明相当于对信号进行了二次PSK调制,使得调制信号接近噪声特性,能够提高信号的抗检测性能。
Description
技术领域
本发明属于信号的调制技术领域,更具体地,涉及一种信号调制、解调方法及跳相调制、解调单元。
背景技术
航天遥测、测控、外测、靶场实验等关键数据以及卫星导航军用信号的保密性、可靠性以及反窃取对于国家安全至关重要。敌方信息侦测将严重威胁各类航天器发射与飞行安全。因此,无线通信信号在特殊任务中可靠性需求及通信安全的重要性,使得无线通信新系统不得不具备良好的保密能力。现代无线通信系统通常采用跳频和扩频方式来抗截获及抗干扰,随着截获能力和信号识别处理算法能力的提高,基本的跳扩频抗截获及抗干扰能力显得日益薄弱。当前提高抗截获的能力主要是以扩频和跳频为基础,一方面提高跳速和频率集的带宽,一方面采用差分跳频和自适应跳频等新的跳频方式。这些方法存在硬件开销较大、组网规划比较困难、实时性很差等问题。尽管常规跳频技术、差分跳频技术和自适应跳频技术都已经可以对抗大部分的截获和干扰方式,但是在对抗日益发展的截获技术和干扰技术时,其性能仍不能满足某些特殊场景下无线通信的需求。
随着日益增长的电子战威胁,无线通信的风险和易受到截获及干扰的程度也随之增加,为了确保无线通信系统的安全和可靠性,迫切需要提出新的简单实用的抗截获方法。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明提供了一种信号调制方法及跳相调制解调单元,其目的在于在不增加系统带宽的情况下,提高无线通信系统的保密性能。
本发明提供了一种信号调制方法,包括下述步骤:
(1)在时钟基准的控制下通过跳相序列发生器产生跳相序列;
(2)在跳相序列的控制下对待调制信号中每个码片的波形进行相应的移相后获得调制信号。
本发明还提供了一种信号解调方法,包括下述步骤:
(1)在时钟基准的控制下通过跳相序列发生器产生跳相序列;
(2)在跳相序列的控制下对待解调信号中每个码片的波形进行相应的移相后获得解调信号。
本发明还提供了一种跳相调制单元,包括:移相器和跳相序列发生器,所述跳相序列发生器的输入端用于连接时钟基准,用于在时钟基准的控制下产生跳相序列;所述移相器的输入端用于接收待调制信号,所述移相器的控制端连接至所述跳相序列发生器的输出端,所述移相器在所述跳相序列的控制下对所述待调制信号中每个码片的波形进行相应的移相后由输出端输出调制信号。
其中,跳相序列发生器可以为混沌序列发生器或R-S序列发生器等。
本发明提供了一种跳相解调单元,包括:相位补偿器和跳相序列发生器;所述跳相序列发生器的输入端用于连接同步系统,用于在时钟基准的控制下产生跳相序列;所述相位补偿器的输入端用于接收待解调信号,所述相位补偿器的控制端连接至所述跳相序列发生器的输出端,所述相位补偿器在所述跳相序列的控制下对所述待解调信号中每个码片的波形进行相应的移相后由输出端输出解调信号。
通过本发明所构思的以上技术方案,与现有技术相比,本发明具有如下技术优点:
(1)抗检测性能:这种跳相的调制技术相当于对信号进行了二次PSK 调制,使得调制信号接近噪声特性,这样能够提高信号的抗检测性能。例如,对直接序列扩频信号(DSSS)和直接序列扩频+跳相信号(DS/PH)进行分析,如果跳相频率和伪码频率相同,那么DS/PH信号的频谱和DSSS 信号具有相同的特征。根据对波形的观测,综合可见调制信号接近噪声特性,更难被发现和识别。
(3)抗侦收性能:由于侦收方要获取原始信息,必须要先解调并破译出跳相序列,跳相序列的进制N越大,跳相序列的解调难度越大,因此这种调制技术具有显著的抗侦收能力。
附图说明
图1本发明实施例提供的跳相调制单元的结构示意图;
图2本发明实施例提供的跳相解调单元的结构示意图;
图3本发明实施例提供的跳相序列发生器原理框图;
图4本发明实施例提供的移相器原理框图;
图5本发明实施例提供的直扩/跳相信号的功率谱密度;
图6本发明实施例提供的直扩/跳相信号I支路和Q支路的时域波形示意图;
图7本发明实施例提供的过采样的调制星座示意图;
图8本发明实施例提供的码率采样的调制星座示意图;
图9本发明实施例提供的跳相信号的矢量图;
图10本发明实施例提供的解调跳相序列所需的天线增益提升。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明可以应用于具有较高保密需求的无线通信或导航信号调制。本发明可以在不增加系统带宽的情况下提高无线通信系统保密性能。
本发明公开了一种信号调制技术:载波相位跳变的调制技术。该调制可以针对多种信号,例如基带信号、射频信号以及载波等,都可以作为调制单元或解调单元的输入信号。该调制也可以看作是基本调制(PSK、QAM 调制等)之后的二次调制。跳相序列发生器产生伪随机序列,作为跳相序列使用。对于发送端的调制单元,跳相序列控制移相器,使得输入信号在每个码片内的初始相位随着跳相序列的跳变而改变,得到输出信号。随后输出信号可以根据需求进行不同的处理之后再通过天线发射出去。对于接收端的解调单元,与发送端相同的相位序列发生器产生跳相序列,控制相位补偿器(本质上也是移相器,使得解调器的输入信号在每个码片内的初始相位随着跳相序列而改变,这种相位跳变与发送端调制器的相位跳变刚好是互补关系)对信号进行相位补偿,达到解跳相的目的。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的信号调制、解调方法及调制、解调单元,下面通过直接序列扩频信号进行简要的对比分析和论述。
对于应用广泛的直接序列扩频(DSSS)信号,侦收方为了窃取有效的信息,必须要破译扩频序列,即正确地解调出扩频序列符号。以目前的侦收技术来说,侦收天线的增益已经足够解调直接序列扩频信号。如果对信号进行跳相调制,侦收方为了窃取有效的信息,必须要破译跳相序列。因此,跳相调制提高了信号的抗侦收性能。
在本发明实施例中,直接序列扩频信号(如附图9所示)的相邻点欧几里得距离为:d1=2AM……(1);其中AM为其最大振幅。此距离直接代表着噪声容限的大小。
如果对信号进行跳相调制,由图9可见信号的包络特性并未改变,跳相信号的相邻点欧几里得距离近似为(当N大于10时): 其中跳相序列为N进制的。因此为了解调跳相序列,所需的最小Es/N0 (符号信噪比)与解调扩频序列所需的最小Es/N0的比值为:对于跳相调制的直扩信号,解调跳相序列所需的最小Es/N0比传统DSSS信号高了GPH。因此提高了信号的抗侦收能力。
GPH与跳相序列进制N的关系如附图10所示。当N为1024(210)时,解调跳相序列所需的最小Es/N0比传统DSSS信号高了约50dB,显著提高了抗侦收能力。
如附图1所示,跳相调制单元包括:移相器和跳相序列发生器,跳相序列发生器的输入端用于连接时钟基准,用于在时钟基准的控制下产生跳相序列c(n);移相器的输入端用于接收待调制信号,移相器的控制端连接至跳相序列发生器的输出端,移相器在跳相序列c(n)的控制下对待调制信号中每个码片的波形进行相应的移相后由输出端输出调制信号Tout(t)。
在发送端,输入信号Tin(t)可以是多种信号:基带信号、射频信号或者载波等。在时钟基准的控制下,跳相序列发生器产生N进制的跳相序列c(n),对应的相位偏移为:其中c(n)∈{0,1,2......N-1},两个相位偏移之间的最小间隔为
作为本发明的一个实施例,跳相序列发生器可以为混沌序列发生器或 R-S序列发生器等。
如附图2所示,跳相解调单元包括:相位补偿器和跳相序列发生器;跳相序列发生器的输入端用于连接同步系统,用于在时钟基准的控制下产生跳相序列c(n);相位补偿器的输入端用于接收待解调信号,相位补偿器的控制端连接至跳相序列发生器的输出端,相位补偿器在所述跳相序列c(n)的控制下对待解调信号中每个码片的波形进行相应的移相后由输出端输出解调信号Rout(t)。
在接收端,输入信号Rin(t)也可以是多种信号:基带信号、射频信号或者载波等。在时钟基准的控制下,跳相序列发生器产生N进制的跳相序列 c(n),对应的相位偏移为:其中c(n)∈{0,1,2......N-1},两个相位偏移之间的最小间隔为
跳相序列应该被设计得足够随机和足够复杂。
如附图3所示,在本发明实施例中,跳相序列的产生分为两步:
步骤一:映射。映射产生的原始序列x(n)在xn+1时刻的状态可以表示成过去k个时刻状态的组合,数学表达式为:xn+1=f(xn,xn-1......,xn-k+1)……(8);其中x(n)∈[lmin,lmax]。
目前采用较多的是混沌映射,它具有高初值敏感性、内在随机性、无限自似性、局部不稳而整体稳定等性质。比较经典的混沌映射有Logistic 映射、Tent映射、Chebyshev映射。以Tent映射为例,Tent映射产生的原始序列在xn+1时刻的状态表示成过去1个状态的组合,即k=1,Tent映射的数学表达式为:
步骤二:量化编码。量化编码将原始序列x(n)映射为跳相序列c(n),数学表达式为:c(n)=g(x(n))……(10)。
调制单元的移相器和解调单元的相位补偿器本质上都是移相器。移相器是能够对波形的相位进行调整的一种装置。
本发明中,移相器的原理如下:输入信号Sin(t)基带形式表示为: Sin(t)=Iin(t)+jQin(t)……(12);其中Iin(t)表示I支路分量,Qin(t)表示Q支路分量。
本发明实施例中,信号调制方法包括调制步骤和解调步骤;其中,调制步骤包括:
(1)输入待调制信号,输入信号Tin(t)可以是多种信号:基带信号、射频信号或者载波等。
(2)在时钟基准的控制下,跳相序列发生器产生N进制的跳相序列 c(n),对应的相位偏移为:其中 c(n)∈{0,1,2......N-1},两个相位偏移之间的最小间隔为N越大,越小,解调跳相序列越困难。
(3)在跳相序列c(n)的控制下,移相器对Tin(t)的每个码片的波形进行不同程度的移相,得到其中为移相因子。此时的Tout(t)即经过跳相调制之后的信号,此信号在每个码片内的初始相位在0~360度范围内以度(跳相序列为N进制)的分辨率随机变化。
解调步骤包括:
(1)输入待解调信号。输入信号Rin(t)也可以是多种信号:基带信号、射频信号或者载波等。输入信号Rin(t)应与调制单元的输出信号相对应。
本发明提供的这种跳相的调制技术相当于对信号进行了二次PSK调制,使得调制信号接近噪声特性,这样能够提高信号的抗检测性能。例如,对直接序列扩频信号(DSSS)和直接序列扩频+跳相信号(DS/PH)进行分析,如果跳相频率和伪码频率相同,那么DS/PH信号的频谱和DSSS信号具有相同的特征(如附图5)。根据对波形的观测(附图6-8),综合可见调制信号接近噪声特性,更难被发现和识别。同时,由于侦收方要获取有用信息,必须要先解调并破译出跳相序列,跳相序列的进制N越大,跳相序列的解调难度越大,因此这种调制技术具有显著的抗侦收能力。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111510183B (zh) * | 2020-03-25 | 2021-05-11 | 北京理工大学 | 一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法及本振结构 |
CN111835380B (zh) * | 2020-07-30 | 2021-07-02 | 华中科技大学 | 一种基于跳相扩频调制的通信方法及系统 |
CN112929318B (zh) * | 2021-02-09 | 2022-05-03 | 电子科技大学 | 光接入网星座整形安全接入方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102271005A (zh) * | 2011-08-30 | 2011-12-07 | 北京华力创通科技股份有限公司 | 无线通信系统中载波频率的捕获方法和装置 |
CN102749615A (zh) * | 2012-07-11 | 2012-10-24 | 天津理工大学 | 一种信号识别的方法 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI961362A (fi) * | 1996-03-25 | 1997-09-26 | Nokia Telecommunications Oy | Häiriöiden vähentämismenetelmä ja radiojärjestelmä |
US20080112512A1 (en) * | 2006-11-15 | 2008-05-15 | Qualcomm Incorporated | Transmitted reference signaling scheme |
CN101321149B (zh) * | 2008-04-17 | 2011-05-04 | 北京创毅视讯科技有限公司 | 一种训练序列生成模块和生成方法 |
CN102546501B (zh) * | 2011-12-20 | 2014-12-03 | 东南大学 | 多元位置随机极性mcp-ebpsk调制和解调方法 |
US9225383B2 (en) * | 2012-03-14 | 2015-12-29 | Geoforce, Inc. | System and method for implementation of a direct sequence spread spectrum transmitter |
CN102710281B (zh) * | 2012-06-18 | 2014-12-17 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 连续相位调制的直接序列扩频方法 |
KR102206829B1 (ko) * | 2014-02-12 | 2021-01-25 | 한국전자통신연구원 | 동기 획득을 위한 무선 통신 시스템 및 그의 제어 방법 |
CN103986496B (zh) * | 2014-05-26 | 2016-03-02 | 成都乾伍信息技术有限公司 | 一种ds/fh信号的调制系统及方法 |
EP2993845B1 (en) * | 2014-09-04 | 2018-02-28 | Airbus Defence and Space GmbH | Improvement of spread spectrum GMSK signals |
CN105185183A (zh) * | 2015-10-12 | 2015-12-23 | 四川天中星航空科技有限公司 | 微波着陆内场模拟系统 |
JP6755093B2 (ja) * | 2016-01-08 | 2020-09-16 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 無線送信装置及び無線送信方法 |
-
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102271005A (zh) * | 2011-08-30 | 2011-12-07 | 北京华力创通科技股份有限公司 | 无线通信系统中载波频率的捕获方法和装置 |
CN102749615A (zh) * | 2012-07-11 | 2012-10-24 | 天津理工大学 | 一种信号识别的方法 |
Also Published As
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