专利名称：基于分数傅立叶变换的切普信号扩展频谱发射接收方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信中的扩展频谱技术，具体涉及一种信息调制方 式及其接收方法。
技术背景扩展频谱通信(简称扩频通信)是20世纪50年代开始发展起来的一种技 术，它与光纤通信、卫星通信， 一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信 传输方式，扩频通信最初为解决传统的窄带通信方式暴露出的误码率较高、 抗干扰性和隐蔽性较差等问题而被用来为战争环境下的军队提供可靠安全的 通信，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域，直到20 世纪80年代初才被应用于民用通信领域。扩频通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的与待传输的信息 信号无关的扩频函数扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输，在接收端利 用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压縮，恢复为原来待传输信息信号的 带宽，从而达到传输信息目的的通信系统。由于扩频通信比传统的窄带通信 需要更大的带宽，接收机只有知道与扩频有关的信息后才能正确接收，否则 扩频信号表现得就像静态的或背景噪声一样，因此扩频技术具有抗干扰性强， 误码率低，隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小，可以实现码分多址 以及抗多径干扰等优点。发明内容本发明为解决传统的窄带通信方式占用的带宽较宽、误码率较高、抗干 扰性和隐蔽性较差的问题，提供一种基于分数傅立叶变换的切普信号扩展频 谱发射接收方法。本发明的方法由以下步骤实现步骤一、信息源l输出一个二进制数字信息c(,);步骤二、切普信号生成器3输出一个切普信号步骤三、将c(/)和/(,)都送入波形生成器2进行调制，当",)为l时，波 形生成器2输出hl的切普信号<formula>formula see original document page 3</formula>当c(/)为0时，波形生 成器2输出<formula>formula see original document page 3</formula>的切普信号步骤四、发送端天线4将波形生成器2输出的切普信号m(0发射；步骤五、接收端天线5将接收到的切普信号m(O经滤波器6滤波后送入 采样器7得到离散采样值；步骤六、p阶分数傅立叶变换器8对离散采样值进行离散^阶分数傅立 叶变换，变换结果记为/p(");步骤七、峰值位置判决器9在p阶分数傅立叶域上判断的波形峰值 位置，当峰值位置出现在分数域的前半段时输出1，当峰值位置出现在分数 域的后半段时输出0，得到的解调信息通过信息输出器IO输出。有益效果本发明的方法通过在接收端加入离散分数傅立叶变换运算及 峰值判决来进行解调，硬件上用软件无线电来实现，具有实现较为简单、灵 活性较好的优点；同时，本发明运用分数傅立叶变换，其快速算法的运算量 与快速傅立叶变换(FFT)相同，都为AHog(iV)，由于本发明只需要使用分数 傅立叶变换而不需要相应的逆变换，因此运算量也相应降低50%，具有设计 合理、工作可靠的优点，以及较大的推广价值。
图1是本发明的实施的结构示意图；图2是参数A-1时切普信号经傅立 叶变换后的频域波形；图3是参数fc--l时切普信号经傅立叶变换后的频域波 形；图4是参数* = 1时切普信号经^阶分数傅立叶变换后的波形；图5是参 数* =-1时切普信号经^阶分数傅立叶变换后的波形。
具体实施方式
具体实施方式
一参见图1 图5，本实施方式由以下步骤组成 步骤一、信息源l输出一个二进制数字信息c(,); 步骤二、切普信号生成器3输出一个切普信号步骤三、将c(/)和/(,)都送入波形生成器2进行调制，当c(,)为l时，波 形生成器2输出"l的切普信号mOcosPW + w2)，当c(,)为0时，波形生 成器2输出* = -l的切普信号步骤四、发送端天线4将波形生成器2输出的切普信号W(,)发射；步骤五、接收端天线5将接收到的切普信号/n(/)经滤波器6滤波后送入 采样器7得到离散采样值；步骤六、p阶分数傅立叶变换器8对离散采样值进行离散^阶分数傅立 叶变换，变换结果记为/p(");步骤七、峰值位置判决器9在p阶分数傅立叶域上判断力(")的波形峰值 位置，在实际系统应用中发射端应当发送实信号，因此取两个切普信号叠加， 相位取0，表达式如下c(f) = {exp[/(2;r ++ exp[-/(2" + / 2=cos(2;r /0f + ;rfo2)由图4和图5可知，对于线性调频信号，当*取1和-1时，在相应的分 数域上，其峰值部分与比较平坦特性部分位置完全相反，图4中这两部分分 别代表了上式中的两部分，呈现峰值的部分对应于前面的6邓[/(2;^/ + ;^2)] 项，而呈现出比较平坦特性的则对应于后面的邵[-/(2^ + ^2)]项，图5中 则刚好相反，本实施方式的调制方式也是基于该特性来展开的，因此当峰值 位置如图4时输出1，当峰值位置如图5时输出0，再将得到的解调信息通过 信息输出器10输出。本发明的扩展频谱方法主要是基于分数傅立叶变换(FRFT)，分数阶是一 种广义的傅立叶变换，分数傅立叶变换的积分形式定义为r exp2;rV+/2 ^ -cot" -w/csca乂/(—0 a = (2"±l);r其中/(0为信号的时域表达形式，/(/)的p阶分数傅立叶变换为P/(")， 其中〃为分数域坐标，"=p;r/2。当a-;r/2时，有/(") = 〔exp(-/2;r",)/(0^ ，可 见a = "/2时/(")为普通的傅立叶变换。分数傅立叶变换的逆变换可表示为尸/(")=￡/(,)(因此信号的分数阶傅立叶变换可以解释为/(,)在以逆变换核p (w，^ 为基的函数空间上的展开，而该核是u域上的一组正交的切普基，因此一个切普信号在适当的分数阶傅立叶变换域中将表现为一个冲击函数，即分数傅 立叶变换在某个分数阶傅立叶域中对给定的切普信号具有最好的能量聚集特 性。而对于传统的傅立叶变换来说，基函数为正弦波，所以切普信号对于传统的傅立叶变换不会产生能量聚集。图2和图3为切普信号参数A分别为1 和-1时进行傅立叶变换后的频域波形，通过其频域波形可以看出，切普信号 在频域上无能量聚集特性。其中，切普信号的表达式为c(O =爿exp + 2;r/0/ + ;r^2)} (0 S f S 71)参数％、 /。、 A分别表示切普信号的相位，中心频率，和带宽。*与带宽万的关系为5-;tr，其中r为切普信号时域宽度。在表达式中切普信号是复信号，在实际系统应用中发射端应当发送实信号，因此取两个切普信号叠加，相位取0,使其成为余弦函数形式。本发明利用切普信号在相应分数傅立叶域上的能量聚集特性，通过改变切普信号的参数;t的取值使其在p阶分数傅 立叶域上的能量聚集位置(即峰值位置)不同，从而通过对峰值位置的判决解 调出相应的信息。
权利要求
1、基于分数傅立叶变换的切普信号扩展频谱发射接收方法，其特征在于它由以下步骤实现步骤一、信息源(1)输出一个二进制数字信息c(t)；步骤二、切普信号生成器(3)输出一个切普信号f(t)；步骤三、将c(t)和f(t)都送入波形生成器(2)进行调制，当c(t)为1时，波形生成器(2)输出k＝1的切普信号m(t)＝cos(2πf0t+πt2)，当c(t)为0时，波形生成器(2)输出k＝-1的切普信号m(t)＝cos(2πf0t-πt2)；步骤四、发送端天线(4)将波形生成器(2)输出的切普信号m(t)发射；步骤五、接收端天线(5)将接收到的切普信号m(t)经滤波器(6)滤波后送入采样器(7)得到离散采样值；步骤六、p阶分数傅立叶变换器(8)对离散采样值进行离散p阶分数傅立叶变换，变换结果记为fp(u)；步骤七、峰值位置判决器(9)在p阶分数傅立叶域上判断fp(u)的波形峰值位置，当峰值位置出现在分数域的前半段时输出1，当峰值位置出现在分数域的后半段时输出0，得到的解调信息通过信息输出器(10)输出。
全文摘要
基于分数傅立叶变换的切普信号扩展频谱发射接收方法，它涉及一种信息调制方式及其接收方法，以解决传统的窄带通信方式误码率较高、抗干扰性和隐蔽性较差的问题。本发明的方法由以下步骤实现信息源输出一个二进制数字信息c(t)；切普信号生成器输出一个切普信号f(t)；将c(t)和f(t)都送入波形生成器进行调制，c(t)为1则输出k＝1的切普信号m(t)＝cos(2πf<sub>0</sub>t+πt<sup>2</sup>)，c(t)为0则输出k＝-1的切普信号m(t)＝cos(2πf<sub>0</sub>t-πt<sup>2</sup>)；发送端天线将m(t)发射；接收端天线将m(t)经滤波器后送入采样器得到离散采样值；p阶分数傅立叶变换器对离散采样值进行离散p阶分数傅立叶变换并记为f<sub>p</sub>(u)；峰值位置判决器判断f<sub>p</sub>(u)的波形峰值位置，当峰值位置在分数域的前半段时输出1，当峰值位置在分数域的后半段时输出0，得到的解调信息通过信息输出器输出。
文档编号H04B1/69GK101232299SQ20081006403
公开日2008年7月30日 申请日期2008年2月25日 优先权日2008年2月25日
发明者宁晓燕, 张中兆, 沙学军, 佩 郭 申请人:哈尔滨工业大学