CN111565161B - 一种基带发射机、基带接收机、调制解调系统和终端 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基带发射机、基带接收机、调制解调系统和终端。其中，基带发射机通过哈达玛调制模块按照预设的扩频信号长度对输入的待传输数字信号进行分组；根据预设的哈达玛矩阵将每个信号分组映射为对应的基带调制信号，并将各基带调制信号分别传输至加扰模块；通过加扰信号生成模块生成加扰信号，并将加扰信号传输至加扰模块；通过加扰模块使用加扰信号对基带调制信号进行加扰处理，得到基带加扰信号。本发明实施例的方案，实现了对待传输数字信号进行调制以及加扰，为后续基带接收机快速得到传输信号提供依据，在保证信号传输速度的同时，也可以保证信号传输的质量，并且不会增加硬件成本。

Description

一种基带发射机、基带接收机、调制解调系统和终端

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种基带发射机、基带接收机、调制解调系统和终端。

背景技术

基带是频率范围非常窄的信号，也就是说幅度谱仅在原点(f＝0)附近才是非零的，其他频率几乎可以忽略。在电信与信号处理中，基带信号是无调变传输的，即该信号的频率范围没有任何移位，而且频率很低，包含频带从接近0Hz到更高截止频率或最大带宽。在通信技术领域中，如何传输基带信号得到了广泛的研究。

现有技术中，基带发射机通过多进制数字频率调制(MFSK)简称多频制对基带信号进行调制，并通过基带接收机对调制后的信号进行解调，从而获取到传输的基带信号。

现有技术的方法，导致基带接收机解调得到的信号误差较大，并且会导致硬件成本增加。

发明内容

本发明实施例提供一种基带发射机、基带接收机、调制解调系统和终端，以提高基带接收机解调得到的信号的精度，并且不会增加硬件成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种基带发射机，包括：哈达玛调制模块、加扰信号生成模块以及加扰模块，哈达玛调制模块与加扰信号生成模块分别与加扰模块相连；

哈达玛调制模块，用于按照预设的扩频信号长度对输入的待传输数字信号进行分组；根据预设的哈达玛矩阵将每个信号分组映射为对应的基带调制信号，并将各所述基带调制信号分别传输至加扰模块；

加扰信号生成模块，用于生成加扰信号，并将加扰信号传输至加扰模块；

加扰模块，用于使用所述加扰信号对所述基带调制信号进行加扰处理，得到基带加扰信号。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基带接收机，包括：哈达玛解调模块、解扰信号生成模块、解扰模块以及译码器；哈达玛解调模块与解扰信号生成模块分别与解扰模块相连，哈达玛解调模块与译码器相连；

解扰信号生成模块，用于生成解扰信号，并将解扰信号传输至解扰模块；

解扰模块，用于使用所述解扰信号，对输入的基带接收信号进行解扰处理，得到基带解扰信号，并将所述基带解扰信号传输至哈达玛解调模块；

哈达玛解调模块，用于根据预设的哈达玛矩阵，对所述基带解扰信号进行解调制，并将解调制结果传输至所述译码器；

译码器，用于对所述解映射结果进行二进制译码，得到与所述基带接收信号对应的基带解调信号。

第三方面，本发明实施例还提供了一种调制解调系统，包括：如本发明实施例中任一实施例所述的基带发射机，以及如本发明实施例中任一实施例所述的基带接收机。

第四方面，本发明实施例还提供了一种终端，包括如本发明实施例中任一实施例所述的调制解调系统。

本发明实施例通过基带发射机中的哈达玛调制模块按照预设的扩频信号长度对输入的待传输数字信号进行分组；根据预设的哈达玛矩阵将每个信号分组映射为对应的基带调制信号，并将各基带调制信号分别传输至加扰模块；通过加扰信号生成模块生成加扰信号，并将加扰信号传输至加扰模块；通过加扰模块使用加扰信号对基带调制信号进行加扰处理，得到基带加扰信号，实现了对待传输数字信号进行调制以及加扰，为后续基带接收机快速得到传输信号提供依据，在保证信号传输速度的同时，也可以保证信号传输的质量，并且不会增加硬件成本。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种基带发射机的结构示意图；

图2是本发明实施例二中的一种基带接收机的结构示意图；

图3是本发明实施例三中的一种基带接收机的结构示意图；

图4是本发明实施例四中的一种调制解调系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一中的一种基带发射机的结构示意图，本实施例可用于对基带信号进行调制以及加扰，从而得到待传输的基带加扰信号的情况。具体的，参考图1，该基带发射机100包括：哈达玛调制模块110、加扰信号生成模块120以及加扰模块130。

其中，哈达玛调制模块110与加扰信号生成模块120分别与加扰模块130相连。

具体的，哈达玛调制模块110，用于按照预设的扩频信号长度对输入的待传输数字信号进行分组；根据预设的哈达玛矩阵将每个信号分组映射为对应的基带调制信号，并将各基带调制信号分别传输至加扰模块。

其中，预设的扩频信号长度与扩频因子相关，示例性的，若扩频因子为K，则预设的扩频信号的长度N＝2^K，其中，K可以为任意一个正整数，本发明实施例中对其不加以限制。

示例性的，若预设的扩频因子为10，其代表预设的每个扩频信号可以传输10个比特信息，则可以根据预设的扩频因子10，对待传输的数字信号进行分组，例如，从第一个比特信息开始，依次将10个比特信息分为一组。

可选的，预设的哈达玛矩阵可以为：由西尔威斯特构造法(Sylvester'sconstruction)或者佩利构造法(Paley construction)等哈达玛矩阵构造方法生成的方阵；或者，对方阵进行双极化处理得到的矩阵或者抽取方阵的子集得到的矩阵。

具体的，预设的哈达玛矩阵的维度为N×L，其中，L可以等于、大于或者小于N，本发明实施例对其不加以限制。可以理解的是，当L＝N时，预设的哈达玛矩阵为方阵；当L<N或者L>N时，预设的哈达玛矩阵为矩阵。

其中，预设哈达玛矩阵可以由Sylvester's construction迭代生成，此时，L＝N，每个信号传输的比特信息数b等于扩频因子K；预设哈达玛矩阵也可以通过选取N×N的哈达玛矩阵的子集而生成，此时，L可以大于N，每个信号传输的比特信息数b小于扩频因子K，这样设置的好处在于，可以降低比特速率，提高解调门限；预设哈达玛矩阵也可以通过对N×N的哈达玛矩阵做双极化处理而生成，此时L可以小于N，每个信号传输的比特信息数b大于扩频因子K，这样设置的好处在于，可以提高比特速率和频谱利用率。

可选的，哈达玛调制模块110可以包括：依次相连的信号分组单元111、二/十进制转换单元112以及调制单元113；其中，信号分组单元111，用于按照预设的扩频信号长度对输入的待传输数字信号进行分组，并将每个信号分组传输至二/十进制转换单元112；二/十进制转换单元112，用于生成与输入的信号分组匹配的十进制数值，并将十进制数值传输至调制单元113；调制单元113，用于在哈达玛矩阵中，选取与输出的十进制数值匹配的数据行，并将数据行映射为与信号分组匹配的基带调制信号。

具体的，哈达玛调制模块110包括的分组单元111根据预设的扩频信号长度对待传输信号进行分组，并将分组后的得到的各个信号依次传输至二/十进制转换单元112。

进一步的，二/十进制转换单元112将接收到的二进制比特信息转换为十进制数值，并将转换得到的十进制数值传输至调制单元113；示例性的，若二进制比特信息为“0110”，则转换为的十进制为“6”，并将“6”传输至调制单元113。

进一步的，调制单元113在上述确定的哈达玛矩阵中选取与十进制数值匹配的数据行，并将该数据行映射为与信号分组匹配的基带调制信号。示例性的，若十进制数值为上述例子中的“6”，则可以将哈达玛矩阵的第6行数据映射为与信号分组匹配的基带调制信号。

具体的，加扰信号生成模块120，用于生成加扰信号，并将加扰信号传输至加扰模块130。

其中，本发明实施例中加扰信号优选为啁啾(chirp)信号。需要说明的是，本发明实施例中加扰信号也可以为伪随机序列(m序列或者Gold码)，本发明实施例中对此不加以限制。

可选的，加扰信号生成模块120可以为chirp信号生成模块。加扰模块130为乘法器；加扰模块130，具体用于将基带调制信号与chirp信号进行对应元素相乘，得到基带加扰信号；其中，chirp信号的信号长度与基带调制信号的信号长度相同。

具体的，加扰信号生成模块120根据基带调制信号的长度生成与其长度相同的chirp信号，并将该chirp信号传输至加扰模块130；进一步的，加扰模块130将基带调制信号与加扰信号生成模块120生成的chirp信号进行对应元素相乘，从而得到基带加扰信号。需要说明的是，基带加扰信号即为基带发射信号。

可选的，本发明实施例中涉及到的基带发射机，还包括：扩频因子选择模块140，扩频因子选择模块140与哈达玛调制模块110相连；扩频因子选择模块140，用于根据由信道质量，和/或服务质量确定的扩频因子，确定扩频信号长度，并将扩频信号长度传输至哈达玛调制模块110。

具体的，扩频因子选择模块140根据信号传输的信道的质量和/或服务质量(Quality of Service，QoS)等信息确定扩频因子K，并根据扩频因子K确定扩频信号长度，将扩频信号长度传输至哈达玛调制模块110，哈达玛调制模块110进而根据扩频信号长度对待传输的数字信号进行后续处理。

本实施例中的基带发射机，通过哈达玛调制模块按照预设的扩频信号长度对输入的待传输数字信号进行分组；根据预设的哈达玛矩阵将每个信号分组映射为对应的基带调制信号，并将各基带调制信号分别传输至加扰模块；通过加扰信号生成模块生成加扰信号，并将加扰信号传输至加扰模块；通过加扰模块使用加扰信号对基带调制信号进行加扰处理，得到基带加扰信号，实现了对待传输数字信号进行调制以及加扰，为后续基带接收机快速得到传输信号提供依据，在保证信号传输速度的同时，也可以保证信号传输的质量，并且不会增加硬件成本。

实施例二

图2是本发明实施例二中的一种基带接收机的结构示意图，本实施例可以适用于接收基带发射机传输的基带加扰信号，并从基带加扰信号中获取到基带解调信号的情况。具体的，参考图2，该基带接收机200包括：哈达玛解调模块210、解扰信号生成模块220、解扰模块230以及译码器240。

其中，哈达玛解调模块210与解扰信号生成模块220分别与解扰模块230相连，哈达玛解调模块210与译码器240相连。

具体的，解扰信号生成模块220，用于生成解扰信号，并将解扰信号传输至解扰模块230；解扰模块230，用于使用解扰信号，对输入的基带接收信号进行解扰处理，得到基带解扰信号，并将基带解扰信号传输至哈达玛解调模块210；哈达玛解调模块210，用于根据预设的哈达玛矩阵，对基带解扰信号进行解调制，并将解调制结果传输至译码器240；译码器240，用于对解调制结果进行二进制译码，得到与基带接收信号对应的基带解调信号。

可选的，解扰信号生成模块220可以为chirp信号生成模块，即解扰信号生成模块220生成的解扰信号可以为chirp信号。需要说明的是，本发明实施例中涉及到的解扰信号生成模块220与加扰信号生成模块120相对应。具体的，当加扰信号生成模块120为chirp信号生成模块时，解扰信号生成模块220也为chirp信号生成模块；当加扰信号生成模块120为伪随机序列生成模块时，解扰信号生成模块220也为伪随机序列生成模块。

进一步的，解扰模块230使用解扰信号生成模块220生成的解扰信号对输入的基带接收信号进行解扰处理，得到解扰信号，并将该解扰信号传输至哈达玛解调模块210。

可选的，解扰模块230为乘法器，解扰模块230可以将基带接收信号与chirp信号进行对应元素相乘，得到基带解扰信号；其中，chirp信号的信号长度与基带接收信号的信号长度相同。

具体的，解扰信号生成模块220根据基带接收信号的长度生成与其长度相同的chirp信号，并将该chirp信号传输至解扰模块230；进一步的，解扰模块230将基带接收信号与解扰信号生成模块220生成的chirp信号进行对应元素相乘，从而得到基带解扰扰信号。

进一步的，哈达玛解调模块210根据预设的哈达玛矩阵，对基带解扰信号进行解调制，并将解调制结果传输至译码器240。

可选的，哈达玛解调模块210具体可以包括：相连的快速哈达玛变换单元211以及判决单元212；其中，快速哈达玛变换单元211，用于对基带解扰信号进行快速哈达玛变换，确定多个解调软值；判决单元212，用于计算多个解调软值的模值，将模值最大的解调软值对应的序号确定为估计调制值，并根据估计调制值确定解调制结果。

具体的，哈达玛解调模块210接收到解扰模块230生成的基带解扰信号之后，通过其包括的快速哈达玛变换单元211对基带解扰信号进行快速哈达玛变换，从而确定出多个解调软值；其中，解调软值为形如a+bj的复数，a和b可以为任意的实数。进一步的，判决单元212分别计算每个解调软值的模值，将模值最大的解调软值对应的序号确定为估计调制值，并根据估计调制值确定解调制结果。

示例性的，若解调软值为3+4j，则该解调软值的模值为

求出所有解调软值的模值之后，对所有模值进行排序，将模值最大的解调软值对应的序号作为估计调整值；例如，模值最大的解调软值对应的序号为10，则可以将10作为估计调制值，进而根据估计调制值确定解调制结果。

进一步的，通过译码器240对解调制结果进行二进制译码，从而得到与基带接收信号对应的基带解调信号。

本实施例通过解扰信号生成模块生成解扰信号，并将解扰信号传输至解扰模块；通过解扰模块使用所述解扰信号，对输入的基带接收信号进行解扰处理，得到基带解扰信号，并将所述基带解扰信号传输至哈达玛解调模块；通过哈达玛解调模块根据预设的哈达玛矩阵，对所述基带解扰信号进行解调制，并将解调制结果传输至所述译码器；通过译码器对所述解调制结果进行二进制译码，得到与所述基带接收信号对应的基带解调信号，实现了对接收到的基带接收信号进行解调制，可以快速获取到基带解调信号，并且不会增加硬件成本。

实施例三

图3是本发明实施例三中的一种基带接收机的结构示意图，本实施例在上述实施例的基础上对本发明实施例进行细化，具体的，基带接收机200还可以包括：时频同步模块250、时偏估计模块260以及频偏估计模块270；时频同步模块250分别与解扰模块230、时偏估计模块260以及频偏估计模块270相连，时偏估计模块分别260与解扰信号生成模块220以及判决单元212相连，频偏估计模块270与判决单元212相连。

其中，时偏估计模块260，用于根据判决单元212确定的解调制结果、基带解扰信号以及补偿结果确定相关值，根据相关值确定时偏，并将时偏传输至时频同步模块250；频偏估计模块270，用于根据判决单元212确定的解调制结果的相位以及信号长度确定频偏，并将频偏传输至时频同步模块250；时频同步模块250，用于根据频偏估计模块270确定的频偏以及时偏估计模块260确定的时偏对后续的接收信号进行补偿，并将补偿结果分别传输至哈达玛解调模块230以及时偏估计模块260。

具体的，时偏估计模块260根据判决单元212确定的解调制结果、基带解扰信号以及补偿结果确定相关值，示例性的，若判决单元212确定的解调制结果

基带解扰信号为

补偿结果为

则相关值R为

与

的对应元素相乘之后再相加得到的结果，其中，

与

的维度相同。

进一步的，确定相关值R之后，时偏估计模块260可以根据相关值R对时偏进行估计。在本发明实施例的一个具体例子中，时偏可以通过公式(R_l+1-R_l-1)/R_l+1+R_l+R_l-1)或者公式(R_l+1-R_l-1)/2(2R_l-R_l+1-R_l-1)进行估计，其中，R_l+1、R_l与R_l-1为与连续三个基带接收信号对应的相关值。需要说明的是，本发明实施例中确定相关值之后，也可以通过其他方法对时偏进行估计，本发明实施例中对其不加以限制。

具体的，频偏估计模块270根据判决单元212确定的解调制结果的相位以及信号长度确定频偏，即频偏估计模块270根据模值最大的解调软值的相位

和信号的长度确定频偏。在本发明实施例的一个具体例子中，频偏可以通过公式

进行估计，其中，

为第i个信号上模值最大的解调软值的相位。需要说明的是，本发明实施例中还可以通过其他方法对频偏进行估计，本发明实施例中对其不加以限制。

进一步的，通过时偏估计模块260以及频偏估计模块270确定出时偏以及频偏之后，时偏估计模块260以及频偏估计模块270分别将时偏以及频偏传输至时频同步模块250；时频同步模块250进一步的根据接收到的时偏以及频偏对后续的接收信号进行补偿，并将补偿结果分别传输至哈达玛解调模块230以及时偏估计模块260。

其中，时频同步模块250可以通过插值方法对后续的接收信号进行时偏补偿；时频同步模块250可以通过乘以exp(2pi*n*delta_f/fs)对后续的接收信号进行频偏补偿，其中，fs是采样率，delta_f是频偏估计量，即上述例子中涉及到的Δf。

本实施例通过时偏估计模块以及频偏估计模块对基带接收机的时偏以及频偏进行估计，并通过时频同步模块根据频偏估计模块确定的频偏以及时偏估计模块确定的时偏对后续的接收信号进行补偿，并将补偿结果分别传输至哈达玛解调模块以及时偏估计模块，实现了对接收信号的时域以及频域的补偿，为获取准确率更高的基带解调信号提供依据，并且不会增加硬件成本。

实施例四

本实施例提供一种调制解调系统，本实施例可适用于通过基带发射机以及基带接收机对基带信号进行调制以及解调的情况。该调制解调系统具体可以包括：如实施例一提供的基带发射机以及如实施例二和/或实施例三提供的基带接收机。

为了更好地理解本发明实施例，图4提供了一种调制解调系统的结构示意图，该调制解调系统400包括基带发射机410和基带接收机420。

具体的，基带发射机410中的扩频因子选择模块411，根据信道质量和QoS等信息选择特定的扩频因子K，K进一步确定每个哈达玛正交扩频信号的长度为N＝2^K个码片。

进一步的，基带发射机410中的哈达玛调制模块412将每个正交扩频信号上传输的b个比特信息转换为对应的十进制数调制值M，该模块生成N*L的哈达玛矩阵，矩阵的第M行作为调制值M对应的哈达玛正交扩频调制信号

进一步的，基带发射机410中的加扰模块413将长度为N个码片的chirp信号

和

按元素做乘法

得到基带加扰信号，即加扰后的基带发射信号。

进一步的，基带接收机420中的哈达玛解调模块421将时频同步后的接收信号

和Chirp信号

按元素做乘法

得到解扰信号

对

做N阶的快速哈达玛变换得到解调软值

模值最大的软值Dmax对应的序号就是解调值

解调值进一步由译码器做比特级处理；计算得到Dmax的相位记

得到解调值

对应的哈达玛正交扩频信号

进一步的，基带接收机420中的频偏估计模块422利用多个接收信号上模值最大的软值的相位

和扩频信号长度N计算频偏，多个频偏估计量做滤波得到频偏估计结果。基带接收机420中的时偏估计模块423将连续的扩频信号

经过码片延迟器与Chirp信号

和解调值

对应的哈达玛正交扩频调制信号

做相关计算

根据相关值估计时偏，多个时偏估计量做滤波得到时偏估计结果。

进一步的，基带接收机420中的时频同步模块424使用时偏估计模块反馈的时偏估计结果和频偏估计模块反馈的频偏估计结果做时、频偏的精确补偿。

需要说明的是，本实施例中涉及到的调制解调系统可以灵活控制哈达玛矩阵的维度N*L，可以达到灵活控制传输的比特速率的目的；其中，L可以等于N，此时哈达玛矩阵由Sylvester生成法迭代生成，每个扩频信号传输的比特数等于扩频因子b等于K；哈达玛矩阵也可以通过对N*N的哈达玛矩阵取子集而确定，此时L可以大于N，b小于K，这样可以降低比特速率，提高解调门限；哈达玛矩阵也可以通过对N*N的哈达玛矩阵做双极化处理而确定，此时，L可以小于N，b大于K，这样可以提高比特速率和频谱利用率。

本实施例的方案通过基带发射机对基带信号进行调制以及加扰；通过基带接收机对输入的信号进行解扰以及哈达玛解调，并同时对信号进行时偏以及频偏补偿，在获取高精度的基带解调信号的同时，可以降低硬件实现成本，降低功耗。

实施例五

本实施例提供一种终端，本实施例可适用于通过基带发射机以及基带接收机对基带信号进行调制以及解调的情况。该终端具体可以包括：如实施例四提供的调制解调系统。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种基带接收机，其特征在于，包括：哈达玛解调模块、解扰信号生成模块、解扰模块以及译码器；哈达玛解调模块与解扰信号生成模块分别与解扰模块相连，哈达玛解调模块与译码器相连；

解扰信号生成模块，用于生成解扰信号，并将解扰信号传输至解扰模块；

解扰模块，用于使用所述解扰信号，对输入的基带接收信号进行解扰处理，得到基带解扰信号，并将所述基带解扰信号传输至哈达玛解调模块；

哈达玛解调模块，用于根据预设的哈达玛矩阵，对所述基带解扰信号进行解调制，并将解调制结果传输至所述译码器；

译码器，用于对所述解调制结果进行二进制译码，得到与所述基带接收信号对应的基带解调信号；

所述哈达玛解调模块具体包括：相连的快速哈达玛变换单元以及判决单元；

快速哈达玛变换单元，用于对所述基带解扰信号进行快速哈达玛变换，确定多个解调软值；

判决单元，用于计算多个所述解调软值的模值，将模值最大的解调软值对应的序号确定为估计调制值，并根据所述估计调制值确定所述解调制结果。

2.根据权利要求1所述的基带接收机，其特征在于，所述解扰信号生成模块为chirp信号生成模块，所述解扰模块为乘法器；

所述解扰模块，具体用于将所述基带接收信号与chirp信号进行对应元素相乘，得到基带解扰信号；

其中，所述chirp信号的信号长度与所述基带接收信号的信号长度相同。

3.根据权利要求1所述的基带接收机，其特征在于，还包括：时频同步模块、时偏估计模块以及频偏估计模块；时频同步模块分别与解扰模块、时偏估计模块以及频偏估计模块相连，时偏估计模块分别与解扰信号生成模块以及判决单元相连，频偏估计模块与判决单元相连；

时偏估计模块，用于根据所述判决单元确定的所述解调制结果、所述基带解扰信号以及补偿结果确定相关值，根据所述相关值确定时偏，并将所述时偏传输至所述时频同步模块；

频偏估计模块，用于根据所述判决单元确定的所述解调制结果的相位以及信号长度确定所述频偏，并将所述频偏传输至所述时频同步模块；

时频同步模块，用于根据所述频偏估计模块确定的频偏以及所述时偏估计模块确定的时偏对后续的接收信号进行补偿，并将所述补偿结果分别传输至所述哈达玛解调模块以及所述时偏估计模块。

4.一种调制解调系统，其特征在于，包括：如权利要求1-3任一项所述的基带接收机。

5.一种终端，其特征在于，包括如权利要求4所述的调制解调系统。

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