CN114389640B - 复杂信号条件下的调制及解调方法、装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种复杂信号条件下的调制及解调方法、装置及电子设备。包括：针对待发送信号得到沃尔什序列；针对序列中任意时刻的特征信号确定平均值、方差、期望值、概率密度函数及预设自相关周期的自相关函数；基于平均值、方差和自相关函数随时间的变化特性，根据平均值与期望值的相等关系、概率密度函数与自相关函数对应的概率密度函数的相等关系确定待发送信号的稳态过程；确定在稳态过程下的调频相位、瞬时频率、时间偏移函数及调制指数，对待发送信号频率调制得到调频信号；根据调制指数确定调频信号中的宽、窄带信号，根据宽、窄带信号对特征信号进行正态过程，根据时间偏移函数、相移参数及功率谱密度函数，对正态过程后特征信号进行调制生成调制信号。

Description

复杂信号条件下的调制及解调方法、装置及电子设备
技术领域
本公开涉及通信抗扰技术领域，特别是涉及一种复杂信号条件下的调制及 解调方法、装置及电子设备。
背景技术
通信手段经多年的发展和建设，虽然已经具备了较好的可靠性基础，但是 设备通信过程中，仍然存在覆盖抗干扰能力差、抗多径能力弱等问题。例如， 在卫星通信中，经常会因雨衰损耗、链路可用度、终端持有量、资源信道所限 等因素影响，导致存在通信中断或者闪断，因而存在通信盲区。
相关技术中，通过短波通信(HF Communication)技术从增强抗噪声、降 低带宽等方面，降低通信中断或者闪断的风险，但是，由于短波传播速率在 300bps左右，因而通信窗口期大多的时间信号在3个平均主观意见分以下，抗 信号衰落能力弱且通信效率较低。
发明内容
基于此，有必要针对短波通信抗信号衰落能力弱且通信效率较低问题，提 供一种复杂信号条件下的调制及解调方法、装置及电子设备。
本公开第一方面，提供一种复杂信号条件下的调制及解调方法，包括：
获取待发送信号，并针对所述待发送信号通过交织矩阵以及沃尔什调制表 进行处理，得到所述待发送信号的沃尔什序列；
针对所述沃尔什序列中任意时刻的特征信号，确定所述特征信号的平均值、 方差、期望值、概率密度函数以及预设自相关周期对应的自相关函数；
基于所述平均值、所述方差和所述自相关函数随时间的变化特性，根据所 述平均值与所述期望值的相等关系、所述概率密度函数与所述自相关函数对应 的概率密度函数的相等关系，确定所述待发送信号所属的稳态过程；
基于所述待发送信号所属的稳态过程，确定所述待发送信号在所述稳态过 程下的调频相位、瞬时频率、时间偏移函数以及调制指数，并根据所述调频相 位、所述瞬时频率以及所述调制指数对所述待发送信号进行频率调制，得到所 述待发送信号的调频信号，并确定针对所述调频信号的相移参数；
根据所述调制指数确定所述调频信号中的宽带信号以及窄带信号，根据所 述宽带信号以及所述窄带信号，对所述特征信号进行正态过程，并确定针对所 述调频信号的相移参数以及功率谱密度函数；
根据所述时间偏移函数、所述相移参数以及所述功率谱密度函数，对正态 过程后的特征信号进行调制，生成所述待发送信号对应的用于发送的调制信号。
在其中一个实施例中，所述根据所述宽带信号以及所述窄带信号，对所述 特征信号进行正态过程，包括：
根据所述特征信号的频率的带宽，确定所述宽带信号的自相关函数以及所 述窄带信号的自相关函数；
根据所述宽带信号的自相关函数确定所述宽带信号的功率谱密度函数以及 根据所述窄带信号的自相关函数确定所述窄带信号的功率谱密度函数；
针对所述宽带信号的功率谱密度函数以及所述窄带信号的功率谱密度函数， 按照进行上下变换频率，得到所述调制信号的相关函数以及特征函数；
根据所述相关函数与所述宽带信号的功率谱密度函数以及所述窄带信号的 功率谱密度函数的渐进关系，在原点的预设范围内确定所述特征信号的标准正 态区间；
根据所述功率谱密度函数以及所述特征信号在所述标准正态区间内的频率 周期定义时间常数，并根据所述调制信号的特征函数构建针对所述特征信号的 方差公式；
基于所述特征信号中信号的取值与所述预设自相关周期的大小关系，将与 大小关系对应的预设时间常数作为所述特征信号的带宽近似值；
将所述时间常数以及所述带宽近似值代入所述方差公式中，得到所述宽带 信号的正态频谱以及所述窄带信号的正态频谱，并根据所述宽带信号的正态频 谱以及所述窄带信号的正态频谱得到对所述特征信号进行正态过程。
在其中一个实施例中，所述确定针对所述调频信号的相移参数，包括：
根据所述预设自相关周期与所述特征信号的角频率的大小关系，确定所述 特征信号的角频率对所述预设自相关周期的指数值；
基于所述预设自相关周期与所述特征信号的周期的大小关系，根据所述指 数值确定所述调频信号的相移参数。
在其中一个实施例中，所述基于所述待发送信号所属的稳态过程，确定所 述待发送信号在所述稳态过程下的时间偏移函数，包括：
对所述自相关函数进行傅里叶变换，得到所述待发送信号的功率谱密度函 数；
根据所述待发送信号以及所述功率谱密度函数构建针对所述特征信号的性 质函数；
根据所述预设自相关周期确定所述性质函数的自相关函数，其中所述性质 函数的自相关函数为广义稳态过程；
基于线性时不变系统，根据所述性质函数的自相关函数得到针对所述待发 送信号的响应函数；
根据所述待发送信号以及所述响应函数的自相关函数得到针对所述待发送 信号的互相关函数；
根据所述互相关函数确定所述待发送信号与所述响应函数的时间偏移函数。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
接收所述调制信号，并通过快速傅氏变换从所述调制信号中将所述窄带信 号找出；
将所述窄带信号从频域内去除，并通过逆快速傅里叶变换从去除所述窄带 信号后的调制信号中得到时域信号；
对所述时域信号进行校正偏移、相位同步和沃尔什解调，得到待解交织信 号；
基于交织器，通过按列将所述待解交织信号存入、按行读出的方式对所述 待解交织信号进行解交织，并对解交织后的信号进行解咬尾卷积码，得到解调 后的调制信号。
本公开第二方面，提供一种复杂信号条件下的调制及解调装置，包括：
获取模块，被配置为用于获取待发送信号，并针对所述待发送信号通过交 织矩阵以及沃尔什调制表进行处理，得到所述待发送信号的沃尔什序列；
第一确定模块，被配置为用于针对所述沃尔什序列中任意时刻的特征信号， 确定所述特征信号的平均值、方差、期望值、概率密度函数以及预设自相关周 期对应的自相关函数；
第二确定模块，被配置为用于基于所述平均值、所述方差和所述自相关函 数随时间的变化特性，根据所述平均值与所述期望值的相等关系、所述概率密 度函数与所述自相关函数对应的概率密度函数的相等关系，确定所述待发送信 号所属的稳态过程；
第三确定模块，被配置为用于基于所述待发送信号所属的稳态过程，确定 所述待发送信号在所述稳态过程下的调频相位、瞬时频率、时间偏移函数以及 调制指数，并根据所述调频相位、所述瞬时频率以及所述调制指数对所述待发 送信号进行频率调制，得到所述待发送信号的调频信号，并确定针对所述调频 信号的相移参数；
第四确定模块，被配置为用于根据所述调制指数确定所述调频信号中的宽 带信号以及窄带信号，根据所述宽带信号以及所述窄带信号，对所述特征信号 进行正态过程，并确定针对所述调频信号的相移参数以及功率谱密度函数；
调制模块，被配置为用于根据所述时间偏移函数、所述相移参数以及所述 功率谱密度函数，对正态过程后的特征信号进行调制，生成所述待发送信号对 应的用于发送的调制信号。
在其中一个实施例中，所述第四确定模块，包括：
第一确定子模块，被配置为用于根据所述特征信号的频率的带宽，确定所 述宽带信号的自相关函数以及所述窄带信号的自相关函数；
第二确定子模块，被配置为用于根据所述宽带信号的自相关函数确定所述 宽带信号的功率谱密度函数以及根据所述窄带信号的自相关函数确定所述窄带 信号的功率谱密度函数；
变换频率子模块，被配置为用于针对所述宽带信号的功率谱密度函数以及 所述窄带信号的功率谱密度函数，按照进行上下变换频率，得到所述调制信号 的相关函数以及特征函数；
第三确定子模块，被配置为用于根据所述相关函数与所述宽带信号的功率 谱密度函数以及所述窄带信号的功率谱密度函数的渐进关系，在原点的预设范 围内确定所述特征信号的标准正态区间；
构建子模块，被配置为用于根据所述功率谱密度函数以及所述特征信号在 所述标准正态区间内的频率周期定义时间常数，并根据所述调制信号的特征函 数构建针对所述特征信号的方差公式；
第四确定子模块，被配置为用于基于所述特征信号中信号的取值与所述预 设自相关周期的大小关系，将与大小关系对应的预设时间常数作为所述特征信 号的带宽近似值；
第五确定子模块，被配置为用于将所述时间常数以及所述带宽近似值代入 所述方差公式中，得到所述宽带信号的正态频谱以及所述窄带信号的正态频谱， 并根据所述宽带信号的正态频谱以及所述窄带信号的正态频谱得到对所述特征 信号进行正态过程。
在其中一个实施例中，所述第三确定模块，被配置为用于：
根据所述预设自相关周期与所述特征信号的角频率的大小关系，确定所述 特征信号的角频率对所述预设自相关周期的指数值；
基于所述预设自相关周期与所述特征信号的周期的大小关系，根据所述指 数值确定所述调频信号的相移参数。
在其中一个实施例中，所述第三确定模块，被配置为用于：
对所述自相关函数进行傅里叶变换，得到所述待发送信号的功率谱密度函 数；
根据所述待发送信号以及所述功率谱密度函数构建针对所述特征信号的性 质函数；
根据所述预设自相关周期确定所述性质函数的自相关函数，其中所述性质 函数的自相关函数为广义稳态过程；
基于线性时不变系统，根据所述性质函数的自相关函数得到针对所述待发 送信号的响应函数；
根据所述待发送信号以及所述响应函数的自相关函数得到针对所述待发送 信号的互相关函数；
根据所述互相关函数确定所述待发送信号与所述响应函数的时间偏移函数。
在其中一个实施例中，所述装置还包括：解调模块，被配置为用于：
接收所述调制信号，并通过快速傅氏变换从所述调制信号中将所述窄带信 号找出；
将所述窄带信号从频域内去除，并通过逆快速傅里叶变换从去除所述窄带 信号后的调制信号中得到时域信号；
对所述时域信号进行校正偏移、相位同步和沃尔什解调，得到待解交织信 号；
基于交织器，通过按列将所述待解交织信号存入、按行读出的方式对所述 待解交织信号进行解交织，并对解交织后的信号进行解咬尾卷积码，得到解调 后的调制信号。
本公开第三方面，提供一种电子设备，包括：第一航空接头、与所述第一 航空接头连接的模拟信号处理模块、与所述模拟信号处理模块连接的可编程逻 辑芯片、通过脉冲编码调制总线与所述可编程逻辑芯片连接的数字信号处理模 块、与所述数字信号处理模块连接的变压器芯片以及与所述变压器芯片连接的 第二航空接头；
所述模拟信号处理模块用于执行第一方面中任意一项所述的复杂信号条件 下的调制及解调方法的步骤。
在其中一个实施例中，还包括：电源模块；
所述电源模块用于向所述电子设备提供工作电力；
其中，所述电源模块包括：第三航空接头、与所述第三航空接头连接的交 流开关以及直流开关、与所述直流开关连接的交直流子模块、与所述交流模块 连接的变压子模块，所述交直流子模块以及所述变压子模块分别与所述电子设 备内的负载连接。
上述复杂信号条件下的调制及解调方法通过确定待发送信号对应的特征信 号的平均值、方差、期望值、概率密度函数以及预设自相关周期对应的自相关 函数；基于平均值、方差和自相关函数随时间的变化特性，根据平均值与期望 值的相等关系、概率密度函数与自相关函数对应的概率密度函数的相等关系， 确定待发送信号所属的稳态过程；基于待发送信号所属的稳态过程，确定待发送信号在稳态过程下的调频相位、瞬时频率、时间偏移函数以及调制指数，并 根据调频相位、瞬时频率以及调制指数对待发送信号进行频率调制，得到待发 送信号的调频信号，并确定针对调频信号的相移参数；根据调制指数确定调频 信号中的宽带信号以及窄带信号，根据宽带信号以及窄带信号，对特征信号进 行正态过程，并确定针对调频信号的相移参数以及功率谱密度函数；根据时间 偏移函数、相移参数以及功率谱密度函数，对正态过程后的特征信号进行调制，生成待发送信号对应的用于发送的调制信号，可以提高短波信号抗衰落能力及 通信效率。
附图说明
图1为其中一个实施例的复杂信号条件下的调制及解调方法的流程图；
图2为其中一个实施例的实现图1中步骤S15的流程图。
图3为其中一个实施例的复杂信号条件下的调制及解调装置的框图。
具体实施方式
为使本公开的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对 本公开的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以 便于充分理解本公开。但是本公开能够以很多不同于在此描述的其它方式来实 施，本领域技术人员可以在不违背本公开内涵的情况下做类似改进，因此本公 开不受下面公开的具体实施例的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗 示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、 “第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中， “多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连 接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆 卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也 可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作 用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或 “下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接 接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特 征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。 第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可 以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连 接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。 本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右” 以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
图1为其中一个实施例的复杂信号条件下的调制及解调方法的流程图，如 图1所示，所述方法包括以下步骤。
在步骤S11中，获取待发送信号，并针对待发送信号通过交织矩阵以及沃 尔什调制表进行处理，得到待发送信号的沃尔什序列；
在步骤S12中，针对沃尔什序列中任意时刻的特征信号，确定特征信号的 平均值、方差、期望值、概率密度函数以及预设自相关周期对应的自相关函数；
在步骤S13中，基于平均值、方差和自相关函数随时间的变化特性，根据 平均值与期望值的相等关系、概率密度函数与自相关函数对应的概率密度函数 的相等关系，确定待发送信号所属的稳态过程；
在步骤S14中，基于待发送信号所属的稳态过程，确定待发送信号在稳态 过程下的调频相位、瞬时频率、时间偏移函数以及调制指数，并根据调频相位、 瞬时频率以及调制指数对待发送信号进行频率调制，得到待发送信号的调频信 号，并确定针对调频信号的相移参数；
在步骤S15中，根据调制指数确定调频信号中的宽带信号以及窄带信号， 根据宽带信号以及窄带信号，对特征信号进行正态过程，并确定针对调频信号 的相移参数以及功率谱密度函数；
在步骤S16中，根据时间偏移函数、相移参数以及功率谱密度函数，对正 态过程后的特征信号进行调制，生成待发送信号对应的用于发送的调制信号。
在其中一个实施例中，图2为其中一个实施例的实现图1中步骤S15的流 程图，在步骤S15中，所述根据所述宽带信号以及所述窄带信号，对所述特征 信号进行正态过程，包括：
在步骤S151中，根据特征信号的频率的带宽，确定宽带信号的自相关函数 以及窄带信号的自相关函数；
在步骤S152中，根据宽带信号的自相关函数确定宽带信号的功率谱密度函 数以及根据窄带信号的自相关函数确定窄带信号的功率谱密度函数；
在步骤S153中，针对宽带信号的功率谱密度函数以及窄带信号的功率谱密 度函数，按照进行上下变换频率，得到调制信号的相关函数以及特征函数；
在步骤S154中，根据相关函数与宽带信号的功率谱密度函数以及窄带信号 的功率谱密度函数的渐进关系，在原点的预设范围内确定特征信号的标准正态 区间；
在步骤S155中，根据功率谱密度函数以及特征信号在标准正态区间内的频 率周期定义时间常数，并根据调制信号的特征函数构建针对特征信号的方差公 式；
在步骤S156中，基于特征信号中信号的取值与预设自相关周期的大小关系， 将与大小关系对应的预设时间常数作为特征信号的带宽近似值；
在步骤S157中，将时间常数以及带宽近似值代入方差公式中，得到宽带信 号的正态频谱以及窄带信号的正态频谱，并根据宽带信号的正态频谱以及窄带 信号的正态频谱得到对特征信号进行正态过程。
在其中一个实施例中，在步骤S14中，所述确定针对所述调频信号的相移 参数，包括：
根据所述预设自相关周期与所述特征信号的角频率的大小关系，确定所述 特征信号的角频率对所述预设自相关周期的指数值；
基于所述预设自相关周期与所述特征信号的周期的大小关系，根据所述指 数值确定所述调频信号的相移参数。
在其中一个实施例中，在步骤S14中，所述基于所述待发送信号所属的稳 态过程，确定所述待发送信号在所述稳态过程下的时间偏移函数，包括：
对所述自相关函数进行傅里叶变换，得到所述待发送信号的功率谱密度函 数；
根据所述待发送信号以及所述功率谱密度函数构建针对所述特征信号的性 质函数；
根据所述预设自相关周期确定所述性质函数的自相关函数，其中所述性质 函数的自相关函数为广义稳态过程；
基于线性时不变系统，根据所述性质函数的自相关函数得到针对所述待发 送信号的响应函数；
根据所述待发送信号以及所述响应函数的自相关函数得到针对所述待发送 信号的互相关函数；
根据所述互相关函数确定所述待发送信号与所述响应函数的时间偏移函数。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
接收所述调制信号，并通过快速傅氏变换从所述调制信号中将所述窄带信 号找出；
将所述窄带信号从频域内去除，并通过逆快速傅里叶变换从去除所述窄带 信号后的调制信号中得到时域信号；
对所述时域信号进行校正偏移、相位同步和沃尔什解调，得到待解交织信 号；
基于交织器，通过按列将所述待解交织信号存入、按行读出的方式对所述 待解交织信号进行解交织，并对解交织后的信号进行解咬尾卷积码，得到解调 后的调制信号。
下面通过具体实施方式对本公开的技术方案进行说明，以便于本领域技术 人员更充分了解本公开的技术方案。
对待发送信号进行有时间标记t定义的特定投掷过程，并且在t时刻的待 发送信号的信号值是离散的，得到集合X(t)。
在特定时刻t的待发送信号统计行为符合由正态曲线描述的高斯过程，μtt是待发送信号的平均值，并通常等于零。
针对集合X(t)的均值和平均值。随机过程X(t)的均值是在t时刻的随机变量 X(t)的平均值。即
ε{X(t)}＝μtt (2.54)
其中ε{·}表示期望值。用ptt(t)表示X(t)在时刻t的概率密度函数。则
Figure SMS_1
针对特征信号的自相关函数。自相关函数是两个变量t1＝t和t2＝t+τ的 函数，并由下式给出：
Rxx(t,t+τ)＝ε{X(t)X(t+τ)} (2.56)
上式是同一个随机过程的两个时间样本相关程度的度量，τ为预设自相关 周期。
针对广义稳态过程，待发送信号X(t)是广义稳态过程(Wide-Sense Stationary，WSS)，即满足：
μxx(t)＝ε{X(t)}＝常数 (2.57)
Rxx(t,t+τ)＝ε{X(t)X(t+τ)}＝Rxx(τ) (2.58)
换而言之，如果X(t)的前两阶统计量，即它的均值和自相关不随时间起点的 变化，该过程即为广义稳态过程。
进一步地，考虑以下的随机过程X(t)
X(t)＝Acos(2πfct+θ)
其中θ满足在[0,2π]均匀分布。也就是说θ的概率密度可以由以下表示
Figure SMS_2
X(t)的期望是：
Figure SMS_3
同时自相关函数是：
Figure SMS_4
因为X(t)的均值和自相关不决定于时间t，所以X(t)是一个WSS过程。
针对狭义稳态过程。一个狭义稳态(StrictSense Stationary，SSS)过程 是联合概率分布不随时间变化的随机过程。因此，平均和方差同样不随时间变 化。
针对自相关函数的性质：对于WSS过程的X(t)，存在Rxx(τ)＝Rxx(-τ)， 即自相关过程关于τ等于零对称。
对于所有τ，存在|Rxx(τ)|≤Rxx(0)，即自相关函数的最大值发生在原 点。
Figure SMS_5
即在原点的自相关函数值等于信号的平均功率。
X(t)的功率谱密度(Power Spectral Density，PSD)是其自相关函数的傅 里叶变换。也就是
Figure SMS_6
Figure SMS_7
其中，
Figure SMS_8
因此，X(t)的功率谱密度函数是X(t)自相关的傅里叶变换：
Figure SMS_9
进而构建的性质函数为：
Y(t)＝X(t)cos(2πfct+θ)
其中X(t)是功率谱密度函数为Sxx(f)的WSS过程，θ在[0,2π]均匀分布，并 且X(t)独立于θ和cos(2πfct+θ)。Y(t)的功率谱密度函数由以下给出。均值可 以通过下式给出：
Figure SMS_10
所以：μyy(t)＝μyy(t).0＝0
关于性质函数Y(t)的相关函数为：
Figure SMS_11
因此y(t)是WSS过程，且
Figure SMS_12
关于功率谱密度性质：
Sxx(f)≥0，即功率谱密度函数总为非负实数。
Sxx(f)＝Sxx(-f)，即对于实值X(t)的功率谱密度函数关于f＝0对称。
Figure SMS_13
即功率谱密度和自相关函数是一个傅里叶变换对。
平均功率和功率谱密度的关系为
Figure SMS_14
通过线性时不变系统的对函数进行传输，对于随机输入X(t)，线性时不变系
Figure SMS_15
如果X(t)是WSS过程，Y(t)也是WSS过程，且Y(t)的均值是μyy＝μxxH(0)。
Y(t)的自相关函数Ryy(τ)＝Rxx(τ)*h(τ)*h(-τ)。
Y(t)的功率谱密度是Syy(f)＝Sxx(f)|H(f)|2。
针对互相函数，两个随机过程x(t)和y(t)的互相关函数为：
Rxy(t1,t2)＝ε{x(t1)y(t2)}＝ε{x(t)y(t+τ)}
其中t1＝t和t2＝t+τ。如果x(t)和y(t)均为WSS过程，则
Rxy(t1,t2)＝Rxy(τ)
与自相关函数类似，互相关函数是两个过程x(t)和y(t)的相似性的度量，是 关于它们时间偏移的函数。
针对随机调制过程，复数过程为：
Figure SMS_16
其中a(t)和b(t)是两个实随机过程，fc是常数。从式(2.63)可见：
x(t)＝a(t)cos 2πfct-b(t)sin 2πfct
y(t)＝b(t)cos 2πfct+a(t)sin 2πfct (2.64)
z(t)的极坐标形式是：
Figure SMS_17
由式(2.63)可推出：z(t)＝a(t)+jb(t)＝r(t)ejφ(t) (2.66)
Figure SMS_18
因此：
Figure SMS_19
因此x(t)是实包络为r(t)，复包络为w(t)的调制信号，并且瞬时频率
Figure SMS_20
针对频率调制过程：调频信号为：
x(t)＝cos[2πfct+βFMφ(t)+φ0]＝Re{z(t)} (2.70)
其中，
Figure SMS_21
在式(2.70)中，βFMφ(t)+φ0是相位，2πfc+λc(t)是瞬时频率，βFM是 x(t)的调制指数。
因此可以得出：
Figure SMS_22
/>
Figure SMS_23
所以为了确定实带通过程x(t)的频谱属性，需要找到均值：
Figure SMS_24
w(t)具有这个性质：均值和自相关值相等，即：
Figure SMS_25
因此，相位和频率调制如下：
如果统计量φ(t)已知，则过程x(t)是相位调制。在该情况下，Rww(τ)可以 直接获得，并只需要确定它的变换。
而如果可利用的信息用x(t)的瞬时频率表示，则过程x(t)是频率调制。
Woodward定理给出了x(t)在大调制指示条件下的近似功率谱。
即：如果c(t)是实数狭义稳态过程，则x(t)的功率谱可以近似如下：
Figure SMS_26
其中，Pc(c)是c(t)的概率密度函数。
因此，当调制数足够大，概率密度函数Pc(c)按fc进行上下变换频率。
只要求调制指数足够大，(2.76)可应用于符合形式(2.70)的任何调频 FM信号。
针对正态过程，当c(t)是一个零均值的正态过程，则φ(t)同样是正态的，其 方差满足：
Figure SMS_27
因此，
Figure SMS_28
通常，式(2.78)的变换Sww(f)没有闭合形式，只能由数值计算确定。
进一步地，确定宽带(大βFM)和窄带信号(小βFM)的Sww(f)形式。时 间常数：
Figure SMS_29
τcc是Rcc(τ)持续时间的一个近似，它的倒数是频率c(t)带宽的一个度量。 两个额外的参数，τ0和τ1定义如下：
Rcc(τ)≈0|τ|>1＞＞τcc (2.79)
Rcc(τ)≈ρ|τ|<τ0＜＜τcc
将式(2.79)代入式(2.77)，可以得到：
Figure SMS_30
Figure SMS_31
则
Figure SMS_32
/>
Figure SMS_33
而较大(小)f的变化趋势决定于较小(大)τ的变化趋势。因为：
Figure SMS_34
Figure SMS_35
从式(2.82)和式(2.83)可以看到Sww(f)在原点附近是正态的，而当f→∞时， 接近于一阶有理数曲线。
针对宽带FM信号，如果βFM足够大，根据式(2.78)
Rcc(τ)≈0|τ|>τ0
如果
Figure SMS_36
运用式(2.81)的第一个近似式。因此，Sww(f)由式 (2.82)的正态曲线近似，并且其带宽接近于/>
Figure SMS_37
在该情况下，存在：
Figure SMS_38
因为c(t)是零均值，方差为ρ的正态随机变量，并且概率密度函数为
Figure SMS_39
而对于窄带FM信号，如果βFM足够小，则根据式(2.78)
Rcc(τ)≈Rww(0)＝1
由此可得，如果
Figure SMS_40
则应用式(2.81)的第二个近似式。 因此，Sww(ω)可由式(2.83)的有理数频谱近似，并且其带宽接近于/>
Figure SMS_41
针对相移键控，如果序列φn被直接指定，并且由特征函数为以下形式的独 立随机变量组成
Figure SMS_42
则：
Figure SMS_43
因此：
Figure SMS_44
上述复杂信号条件下的调制及解调方法通过确定待发送信号对应的特征信 号的平均值、方差、期望值、概率密度函数以及预设自相关周期对应的自相关 函数；基于平均值、方差和自相关函数随时间的变化特性，根据平均值与期望 值的相等关系、概率密度函数与自相关函数对应的概率密度函数的相等关系， 确定待发送信号所属的稳态过程；基于待发送信号所属的稳态过程，确定待发送信号在稳态过程下的调频相位、瞬时频率、时间偏移函数以及调制指数，并 根据调频相位、瞬时频率以及调制指数对待发送信号进行频率调制，得到待发 送信号的调频信号，并确定针对调频信号的相移参数；根据调制指数确定调频 信号中的宽带信号以及窄带信号，根据宽带信号以及窄带信号，对特征信号进 行正态过程，并确定针对调频信号的相移参数以及功率谱密度函数；根据时间 偏移函数、相移参数以及功率谱密度函数，对正态过程后的特征信号进行调制，生成待发送信号对应的用于发送的调制信号，可以提高短波信号抗衰落能力及 通信效率。
基于相同的发明构思，本公开实施例还提供一种复杂信号条件下的调制及 解调装置，图3为其中一个实施例的复杂信号条件下的调制及解调装置的框图， 参见图3所示，所述装置100包括：
获取模块110，被配置为用于获取待发送信号，并针对所述待发送信号通过 交织矩阵以及沃尔什调制表进行处理，得到所述待发送信号的沃尔什序列；
第一确定模块120，被配置为用于针对所述沃尔什序列中任意时刻的特征信 号，确定所述特征信号的平均值、方差、期望值、概率密度函数以及预设自相 关周期对应的自相关函数；
第二确定模块130，被配置为用于基于所述平均值、所述方差和所述自相关 函数随时间的变化特性，根据所述平均值与所述期望值的相等关系、所述概率 密度函数与所述自相关函数对应的概率密度函数的相等关系，确定所述待发送 信号所属的稳态过程；
第三确定模块140，被配置为用于基于所述待发送信号所属的稳态过程，确 定所述待发送信号在所述稳态过程下的调频相位、瞬时频率、时间偏移函数以 及调制指数，并根据所述调频相位、所述瞬时频率以及所述调制指数对所述待 发送信号进行频率调制，得到所述待发送信号的调频信号，并确定针对所述调频信号的相移参数；
第四确定模块150，被配置为用于根据所述调制指数确定所述调频信号中的 宽带信号以及窄带信号，根据所述宽带信号以及所述窄带信号，对所述特征信 号进行正态过程，并确定针对所述调频信号的相移参数以及功率谱密度函数；
调制模块160，被配置为用于根据所述时间偏移函数、所述相移参数以及所 述功率谱密度函数，对正态过程后的特征信号进行调制，生成所述待发送信号 对应的用于发送的调制信号。
在其中一个实施例中，所述第四确定模块150，包括：
第一确定子模块，被配置为用于根据所述特征信号的频率的带宽，确定所 述宽带信号的自相关函数以及所述窄带信号的自相关函数；
第二确定子模块，被配置为用于根据所述宽带信号的自相关函数确定所述 宽带信号的功率谱密度函数以及根据所述窄带信号的自相关函数确定所述窄带 信号的功率谱密度函数；
变换频率子模块，被配置为用于针对所述宽带信号的功率谱密度函数以及 所述窄带信号的功率谱密度函数，按照进行上下变换频率，得到所述调制信号 的相关函数以及特征函数；
第三确定子模块，被配置为用于根据所述相关函数与所述宽带信号的功率 谱密度函数以及所述窄带信号的功率谱密度函数的渐进关系，在原点的预设范 围内确定所述特征信号的标准正态区间；
构建子模块，被配置为用于根据所述功率谱密度函数以及所述特征信号在 所述标准正态区间内的频率周期定义时间常数，并根据所述调制信号的特征函 数构建针对所述特征信号的方差公式；
第四确定子模块，被配置为用于基于所述特征信号中信号的取值与所述预 设自相关周期的大小关系，将与大小关系对应的预设时间常数作为所述特征信 号的带宽近似值；
第五确定子模块，被配置为用于将所述时间常数以及所述带宽近似值代入 所述方差公式中，得到所述宽带信号的正态频谱以及所述窄带信号的正态频谱， 并根据所述宽带信号的正态频谱以及所述窄带信号的正态频谱得到对所述特征 信号进行正态过程。
在其中一个实施例中，所述第三确定模块140，被配置为用于：
根据所述预设自相关周期与所述特征信号的角频率的大小关系，确定所述 特征信号的角频率对所述预设自相关周期的指数值；
基于所述预设自相关周期与所述特征信号的周期的大小关系，根据所述指 数值确定所述调频信号的相移参数。
在其中一个实施例中，所述第三确定模块140，被配置为用于：
对所述自相关函数进行傅里叶变换，得到所述待发送信号的功率谱密度函 数；
根据所述待发送信号以及所述功率谱密度函数构建针对所述特征信号的性 质函数；
根据所述预设自相关周期确定所述性质函数的自相关函数，其中所述性质 函数的自相关函数为广义稳态过程；
基于线性时不变系统，根据所述性质函数的自相关函数得到针对所述待发 送信号的响应函数；
根据所述待发送信号以及所述响应函数的自相关函数得到针对所述待发送 信号的互相关函数；
根据所述互相关函数确定所述待发送信号与所述响应函数的时间偏移函数。
在其中一个实施例中，所述装置还包括：解调模块，被配置为用于：
接收所述调制信号，并通过快速傅氏变换从所述调制信号中将所述窄带信 号找出；
将所述窄带信号从频域内去除，并通过逆快速傅里叶变换从去除所述窄带 信号后的调制信号中得到时域信号；
对所述时域信号进行校正偏移、相位同步和沃尔什解调，得到待解交织信 号；
基于交织器，通过按列将所述待解交织信号存入、按行读出的方式对所述 待解交织信号进行解交织，并对解交织后的信号进行解咬尾卷积码，得到解调 后的调制信号。
本公开还提供一种电子设备，包括：第一航空接头、与所述第一航空接头 连接的模拟信号处理模块、与所述模拟信号处理模块连接的可编程逻辑芯片、 通过脉冲编码调制总线与所述可编程逻辑芯片连接的数字信号处理模块、与所 述数字信号处理模块连接的变压器芯片以及与所述变压器芯片连接的第二航空 接头；
所述模拟信号处理模块用于执行第一方面中任意一项所述的复杂信号条件 下的调制及解调方法的步骤。
在其中一个实施例中，还包括：电源模块；
所述电源模块用于向所述电子设备提供工作电力；
其中，所述电源模块包括：第三航空接头、与所述第三航空接头连接的交 流开关以及直流开关、与所述直流开关连接的交直流子模块、与所述交流模块 连接的变压子模块，所述交直流子模块以及所述变压子模块分别与所述电子设 备内的负载连接。
可编程逻辑芯片为XC95144。主要为系统提供2.048M时钟、8K同步信号以 及各种控制信号，模拟音频接口可以包括PTT接口，PTT接口为四线音频接口， 主要连接无线电台设备。其中，音频输入、输出阻抗600欧；单通道无振铃、 无馈电，二线/四线音频接口电路；TR线上能承受300V共模电压，其共模抑制 比优于55分贝；单+5V电源供电，内置编译码器；PTT信号光电隔离。电源模 块采用交流/直流供电可选供电方式。交流供电是AC220V宽电压供电；直流是 DC24V，范围是DC9V～DC36V。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本公开的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对公开专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本公开构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本公开的保护范围。因此，本公开专利的保护范围应以所附权 利要求为准。

Claims (10)

1.一种在复杂信号条件下的调制及解调方法，其特征在于，包括：
获取待发送信号，并针对所述待发送信号通过交织矩阵以及沃尔什调制表进行处理，得到所述待发送信号的沃尔什序列；
针对所述沃尔什序列中任意时刻的特征信号，确定所述特征信号的平均值、方差、期望值、概率密度函数以及预设自相关周期对应的自相关函数；
基于所述平均值、所述方差和所述自相关函数随时间的变化特性，根据所述平均值与所述期望值的相等关系、所述概率密度函数与所述自相关函数对应的概率密度函数的相等关系，确定所述待发送信号所属的稳态过程；
基于所述待发送信号所属的稳态过程，确定所述待发送信号在所述稳态过程下的调频相位、瞬时频率、时间偏移函数以及调制指数，并根据所述调频相位、所述瞬时频率以及所述调制指数对所述待发送信号进行频率调制，得到所述待发送信号的调频信号，并确定针对所述调频信号的相移参数；
根据所述调制指数确定所述调频信号中的宽带信号以及窄带信号，根据所述宽带信号以及所述窄带信号，对所述特征信号进行正态过程，并确定针对所述调频信号的相移参数以及功率谱密度函数；
根据所述时间偏移函数、所述相移参数以及所述功率谱密度函数，对正态过程后的特征信号进行调制，生成所述待发送信号对应的用于发送的调制信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述宽带信号以及所述窄带信号，对所述特征信号进行正态过程，包括：
根据所述特征信号的频率的带宽，确定所述宽带信号的自相关函数以及所述窄带信号的自相关函数；
根据所述宽带信号的自相关函数确定所述宽带信号的功率谱密度函数以及根据所述窄带信号的自相关函数确定所述窄带信号的功率谱密度函数；
针对所述宽带信号的功率谱密度函数以及所述窄带信号的功率谱密度函数，按照进行上下变换频率，得到所述调制信号的相关函数以及特征函数；
根据所述相关函数与所述宽带信号的功率谱密度函数以及所述窄带信号的功率谱密度函数的渐进关系，在原点的预设范围内确定所述特征信号的标准正态区间；
根据所述功率谱密度函数以及所述特征信号在所述标准正态区间内的频率周期定义时间常数，并根据所述调制信号的特征函数构建针对所述特征信号的方差公式；
基于所述特征信号中信号的取值与所述预设自相关周期的大小关系，将与大小关系对应的预设时间常数作为所述特征信号的带宽近似值；
将所述时间常数以及所述带宽近似值代入所述方差公式中，得到所述宽带信号的正态频谱以及所述窄带信号的正态频谱，并根据所述宽带信号的正态频谱以及所述窄带信号的正态频谱得到对所述特征信号进行正态过程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定针对所述调频信号的相移参数，包括：
根据所述预设自相关周期与所述特征信号的角频率的大小关系，确定所述特征信号的角频率对所述预设自相关周期的指数值；
基于所述预设自相关周期与所述特征信号的周期的大小关系，根据所述指数值确定所述调频信号的相移参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述待发送信号所属的稳态过程，确定所述待发送信号在所述稳态过程下的时间偏移函数，包括：
对所述自相关函数进行傅里叶变换，得到所述待发送信号的功率谱密度函数；
根据所述待发送信号以及所述功率谱密度函数构建针对所述特征信号的性质函数；
根据所述预设自相关周期确定所述性质函数的自相关函数，其中所述性质函数的自相关函数为广义稳态过程；
基于线性时不变系统，根据所述性质函数的自相关函数得到针对所述待发送信号的响应函数；
根据所述待发送信号以及所述响应函数的自相关函数得到针对所述待发送信号的互相关函数；
根据所述互相关函数确定所述待发送信号与所述响应函数的时间偏移函数。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收所述调制信号，并通过快速傅氏变换从所述调制信号中将所述窄带信号找出；
将所述窄带信号从频域内去除，并通过逆快速傅里叶变换从去除所述窄带信号后的调制信号中得到时域信号；
对所述时域信号进行校正偏移、相位同步和沃尔什解调，得到待解交织信号；
基于交织器，通过按列将所述待解交织信号存入、按行读出的方式对所述待解交织信号进行解交织，并对解交织后的信号进行解咬尾卷积码，得到解调后的调制信号。
6.一种复杂信号条件下的调制及解调装置，其特征在于，包括：
获取模块，被配置为用于获取待发送信号，并针对所述待发送信号通过交织矩阵以及沃尔什调制表进行处理，得到所述待发送信号的沃尔什序列；
第一确定模块，被配置为用于针对所述沃尔什序列中任意时刻的特征信号，确定所述特征信号的平均值、方差、期望值、概率密度函数以及预设自相关周期对应的自相关函数；
第二确定模块，被配置为用于基于所述平均值、所述方差和所述自相关函数随时间的变化特性，根据所述平均值与所述期望值的相等关系、所述概率密度函数与所述自相关函数对应的概率密度函数的相等关系，确定所述待发送信号所属的稳态过程；
第三确定模块，被配置为用于基于所述待发送信号所属的稳态过程，确定所述待发送信号在所述稳态过程下的调频相位、瞬时频率、时间偏移函数以及调制指数，并根据所述调频相位、所述瞬时频率以及所述调制指数对所述待发送信号进行频率调制，得到所述待发送信号的调频信号，并确定针对所述调频信号的相移参数；
第四确定模块，被配置为用于根据所述调制指数确定所述调频信号中的宽带信号以及窄带信号，根据所述宽带信号以及所述窄带信号，对所述特征信号进行正态过程，并确定针对所述调频信号的相移参数以及功率谱密度函数；
调制模块，被配置为用于根据所述时间偏移函数、所述相移参数以及所述功率谱密度函数，对正态过程后的特征信号进行调制，生成所述待发送信号对应的用于发送的调制信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第四确定模块，包括：
第一确定子模块，被配置为用于根据所述特征信号的频率的带宽，确定所述宽带信号的自相关函数以及所述窄带信号的自相关函数；
第二确定子模块，被配置为用于根据所述宽带信号的自相关函数确定所述宽带信号的功率谱密度函数以及根据所述窄带信号的自相关函数确定所述窄带信号的功率谱密度函数；
变换频率子模块，被配置为用于针对所述宽带信号的功率谱密度函数以及所述窄带信号的功率谱密度函数，按照进行上下变换频率，得到所述调制信号的相关函数以及特征函数；
第三确定子模块，被配置为用于根据所述相关函数与所述宽带信号的功率谱密度函数以及所述窄带信号的功率谱密度函数的渐进关系，在原点的预设范围内确定所述特征信号的标准正态区间；
构建子模块，被配置为用于根据所述功率谱密度函数以及所述特征信号在所述标准正态区间内的频率周期定义时间常数，并根据所述调制信号的特征函数构建针对所述特征信号的方差公式；
第四确定子模块，被配置为用于基于所述特征信号中信号的取值与所述预设自相关周期的大小关系，将与大小关系对应的预设时间常数作为所述特征信号的带宽近似值；
第五确定子模块，被配置为用于将所述时间常数以及所述带宽近似值代入所述方差公式中，得到所述宽带信号的正态频谱以及所述窄带信号的正态频谱，并根据所述宽带信号的正态频谱以及所述窄带信号的正态频谱得到对所述特征信号进行正态过程。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三确定模块，被配置为用于：
根据所述预设自相关周期与所述特征信号的角频率的大小关系，确定所述特征信号的角频率对所述预设自相关周期的指数值；
基于所述预设自相关周期与所述特征信号的周期的大小关系，根据所述指数值确定所述调频信号的相移参数。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：第一航空接头、与所述第一航空接头连接的模拟信号处理模块、与所述模拟信号处理模块连接的可编程逻辑芯片、通过脉冲编码调制总线与所述可编程逻辑芯片连接的数字信号处理模块、与所述数字信号处理模块连接的变压器芯片以及与所述变压器芯片连接的第二航空接头；
所述模拟信号处理模块用于执行权利要求1-5中任意一项所述的复杂信号条件下的调制及解调方法的步骤。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，还包括：电源模块；
所述电源模块用于向所述电子设备提供工作电力；
其中，所述电源模块包括：第三航空接头、与所述第三航空接头连接的交流开关以及直流开关、与所述直流开关连接的交直流子模块、与交流模块连接的变压子模块，所述交直流子模块以及所述变压子模块分别与所述电子设备内的负载连接。
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