一种基于频谱反变换实现多载波无线宽带信号调制的方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于频谱反变换实现多载波无线宽带信号调制的方法，包括以下步骤：首先根据频谱模板或者测量仪表获得宽带信号的功率谱样本；然后从信号的功率谱特征提取得到幅度谱数据；接着为幅度谱补入随机化相位信息，得到幅度矢量谱；再下来对其进行快速傅立叶反变换(IFFT)，得到一系列有限长的随机信号；然后对此有限长时域随机序列进行时域随机化处理，得到非周期的无限长时域序列，最后经过滤波处理后输出到高速DAC就可构造出所期望的时域随机信号。本发明方法很好的解决了传统多载波直接频率合成(DDS)方法带来的信号峰均功率比过高的问题，而且避免了多载波数字直接合成时，信号带宽受到硬件平台处理速度的限制，多载波数目受到硬件平台资源的限制，以及合成信号有效位宽损失的问题。
【专利说明】一种基于频谱反变换实现多载波无线宽带信号调制的方法
【技术领域】
[0001]本发明专利属于一种应用于无线通信网络上的数据调制技术，属于电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]从1897年，第一次成功实现无线电信号的传送开始，无线通信技术经过两百多年的发展，特别是近三十年的快速发展，已经广泛的影响到人类的科学研究，生产生活的方方面面，并延伸到计算机科学、宇航技术、自动控制以及其他各学科领域的研究。随着信息化社会的发展，无线通信宽带化，数字化的发展方向日趋明显。
[0003]宽带化是无线通信技术发展的重要方向之一。1987年第二代无线传输系统GSM问世时，支持的最大数据传输速率为9.6Kbps，到第三代移动通信时，这个速率已经可以达到2Mbps，甚至更高。近年来，高速率通信系统发展很快，可以看到大量的宽带通信系统都采用了多载波调制技术方案。多载波调制的基本思想是将传输比特流分成多个子比特流，再调制到不同的子载波上进行传输。就多载波调制中的各个载波而言，其调制的工作原理与单载波调制的工作原理基本相同，如QAM、QPSK等。当把待传送的多组数据组合传输时，为了在接收端能够正确的解调，需要为每组数据分配一个频率各不相同的子载波进行正交调制，最后把所有的调制信号叠加在一起进行传送，这样就形成了多载波调制。
[0004]数字化是无线通信技术发展的另一个主要方向。计算机技术，微电子技术的发展，以及大规模集成电路，数字信号处理技术的迅速发展，催生了软件无线电这门新兴技术。软件无线电的基本思想是将宽带A/D、D/A转换尽可能地靠近射频天线，即通过软件来实现数据处理，载波调制等以前需要借助大量体积庞大，构造复杂的模拟电子设备来完成的功能，使系统可以灵活的工作于不同频段和不同的制式。
[0005]一个通信系统的构成主要分成以下三个部分:发送设备，接收设备，还有传输媒介。对于无线通信系统而言，这个传输媒介即为电磁波。由于电磁波在空间的传播过程受到各种干扰的影响，为了减小这些干扰对信号接收的影响，同时为了提高无线信道的利用率，在发送设备端需要对信息进行调制。传统的发射机信号处理流程为:数字基带信号经过DAC变换后转换为模拟I/Q信号，输出到低通滤波，然后分别和两路正交的载波进行混频，而后再叠加，接着进行中频调制和射频混频，然后输出到功率放大器，和射频滤波器，最后通过天线发射出去。利用软件无线电技术，我们可以实现数字化中频处理，即基带的I/Q信号，先进行数字滤波，然后利用直接频率合成技术(DDS)，分别与正交的两路数字中频载波信号进行数字调制，调制完成后输出到DAC，转换为模拟调制信号，接下来依次经过模拟中频滤波器，射频混频器，射频功放，输出滤波器，最后到达天线，完成信号发射。数字化中频发射机已经极大的减少了信号处理过程中的模拟环节，使得前端引入的噪声更小，电路更简洁，整体系统的体积更小，构造更灵活，适应性更强。因此，该系统目前广泛的应用于无线通信的各个领域内，如移动通信基站，卫星通信系统，雷达通信系统等。
[0006]在数字化中频无线宽带调制系统中，直接数字频率合成(DDS)技术是目前较为成熟的的波形生成技术，该技术能够产生稳定性好，带宽较宽，频率分辨率较高的信号，并且转换速度快，调制方式控制灵活。但是在多载波系统中，如果采用全数字结构的DDS合成技术，对硬件设备的资源提出了较高的要求，另外受限于数字电路的最高时钟频率，难以产生很高频率的信号。目前实际电路上最高输出带宽仅能达到500MHz，而且由于数字电路的杂散电平和谐波电平较高，实际的工作频带远远低于最高输出带宽。所以直接数字频率合成技术在很多环境下并不能很好的满足无线宽带调制系统的应用要求。
[0007]对于某些复杂的信号形式，包括杂波，噪声等，这些信号属于不确定性信号，表现出来某些统计特征，这些特征往往存在于功率谱特征中。这为我们进行信号重构提供了一条新的途径，因为通过各种辅助仪表，我们可以较方便的获取它们的统计功率谱特征。借助软件无线电技术，结合数字信号处理理论，在通用硬件平台上通过快速傅立叶算法可以计算出信号的时域波形数据，然后通过高速DAC器件进行信号转换，配合必要的滤波处理，就可以实现精度高，实时性好，相对带宽大的信号重构。
【发明内容】
[0008]针对现有方法的不足，本发明以软件无线电技术为基础，旨在以较小的实现复杂度和硬件平台复杂度，实现高精度，高实时性的宽带信号重构。
[0009]本发明的技术方案如下:
[0010]一种基于频谱反变换实现多载波无线宽带信号调制的方法，所述方法包含以下步骤:
[0011]第I步:计算信号的幅度频谱
【权利要求】
1.一种基于频谱反变换实现多载波无线宽带信号调制的方法，通过对输入功率谱信号进行数据处理，得到无限长时域随机信号，该方法包含以下步骤: (1)对信号的功率谱开平方根得到幅度谱数据； (2)为幅度谱叠加上均匀分布的随机相位谱，得到包含相位信息的幅度矢量频谱； (3)对矢量幅度谱进行快速傅立叶反变换(IFFT)，得到一系列有限长的时域随机序列； (4)对时域序列进行重排； (5)用半正弦窗对重排序列进行加权叠加 (6)重复以上步骤得到时域无限随机序列进 (7)将时域无限随机序列进行数模变换得到时域随机信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于叠加的相位谱满足[0，2π ]上的均匀分布。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于对矢量幅度谱进行快速傅立叶反变换。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于时域伪随机序列进行随机抽头重排。
5.如权利要求1和4所述的方法，其特征在于对有限长随机序列进行半余弦窗函数加权叠加。
【文档编号】H04L27/26GK103812815SQ201310632088
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】陶成, 卢艳萍 申请人:无锡微斯腾信息技术有限公司