專利名稱：一種基于快速傅立葉變換的軟擴頻通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于快速傅立葉變換的軟擴頻通信方法，主要應(yīng)用于高動態(tài)、抗干擾、高速率和高保密的無線通信場合。
背景技術(shù)：
軟擴頻技術(shù)(Tamed Spread Spectrum)，又稱緩擴頻，是近年從直接序列擴頻技術(shù)與編碼技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的一種新型的基帶擴頻技術(shù)，也是近年來應(yīng)用較多的一種擴頻技術(shù)。
軟擴頻系統(tǒng)通過由信息空間到偽隨機碼的空間映射，這樣不僅使信息的編碼獲得編碼增益，而且可以通過對信息序列擴頻獲得擴頻增益；如果采用合適的映射方式時，還可以獲得更好的系統(tǒng)性能。軟擴頻技術(shù)不僅有擴頻增益，而且在采用合適的映射方式時，還可以獲得更好的系統(tǒng)性能。它具有一般直序列擴頻通信的優(yōu)點，并且它在一定條件下，還有更好的抗白噪聲能力。軟擴頻技術(shù)具有很強的抗干擾、抗多徑、保密、多址通信的能力，被廣泛應(yīng)用于通信的各個領(lǐng)域。
但是，軟擴頻技術(shù)所使用的擴頻碼碼長因為相關(guān)器數(shù)目而受到了硬件資源的限制，從而限制了其抗干擾和保密能力。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于快速傅立葉變換的軟擴頻通信系統(tǒng)，克服了相關(guān)器數(shù)目對擴頻碼碼長的限制，提高了抗干擾和保密的能力。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
—種基于快速傅立葉變換的軟擴頻通信系統(tǒng)，包括訓(xùn)練序列模塊、碼相位映射模塊、組幀發(fā)射模塊、捕獲模塊、跟蹤模塊、數(shù)據(jù)截取、快速逆傅立葉變換模塊、點乘模塊、快速傅立葉變換模塊、數(shù)據(jù)偽碼變換結(jié)果提取模塊和數(shù)據(jù)解調(diào)模塊。
在發(fā)射端
所述組幀發(fā)射模塊按照數(shù)據(jù)序列和訓(xùn)練序列的功率比進行疊加后，將生成的信號經(jīng)射頻端調(diào)制發(fā)射出去；其中，所述數(shù)據(jù)序列由碼相位映射模塊根據(jù)獲得的源數(shù)據(jù)向碼相位的映射獲得；所述訓(xùn)練序列為訓(xùn)練序列模塊產(chǎn)生的偽隨機序列；
在接收端
所述捕獲模塊利用接收到的信號獲得訓(xùn)練序列，并將訓(xùn)練序列輸出給跟蹤模塊； 所述跟蹤模塊利用從訓(xùn)練序列獲得的捕獲信息對載波和偽碼進行跟蹤，并將捕獲信息和訓(xùn)練序列輸出到數(shù)據(jù)截取模塊；所述數(shù)據(jù)截取模塊利用捕獲信息截取數(shù)據(jù)后，將截取數(shù)據(jù)輸出到快速逆傅立葉變換模塊，同時將訓(xùn)練序列的解擴信息輸出結(jié)果到數(shù)據(jù)解調(diào)模塊；所述快速逆傅立葉變換模塊將進行快速逆傅立葉變換后的截取數(shù)據(jù)輸出到點乘模塊；所述數(shù)據(jù)偽碼變換結(jié)果提取模塊將經(jīng)逆傅里葉變換的偽碼結(jié)果輸出到點乘模塊；所述點乘模塊對輸入的快速逆傅立葉變換后的截取數(shù)據(jù)和偽碼進行點乘后，將獲得的結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到快速傅立葉變換模塊；所述快速傅立葉變換模塊對結(jié)果數(shù)據(jù)進行傅立葉變換后輸出到數(shù)據(jù)解調(diào)模塊；所述數(shù)據(jù)解調(diào)模塊利用訓(xùn)練序列解擴信息對經(jīng)傅立葉變換后的結(jié)果數(shù)據(jù)的相位翻轉(zhuǎn)進行補償后得到解調(diào)數(shù)據(jù)并輸出。
所述數(shù)據(jù)截取模塊以所述跟蹤模塊提供的符號同步信號作為截取數(shù)據(jù)的開始信號，以偽碼周期為周期，對數(shù)據(jù)進行截取并將獲得的截取數(shù)據(jù)存儲到雙口 RAM中。
所述快速逆傅立葉變換模塊和快速傅立葉變換模塊均具有兩個蝶形運算單元，所述的蝶形運算單元由4個復(fù)數(shù)乘法器構(gòu)成。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點
(1)首先，現(xiàn)有的技術(shù)是使用多路相關(guān)器并行計算的方法對軟擴頻數(shù)據(jù)進行解調(diào)， 相關(guān)器的數(shù)目隨著碼長的增加而增加。而本發(fā)明使用快速傅立葉變換求得相關(guān)結(jié)果。針對不同長度的擴頻碼，都只使用8個乘法器構(gòu)成兩個蝶形來計算傅立葉變換和逆傅立葉變換的結(jié)果，碼長的增加只會增加存儲器資源，從而節(jié)省了系統(tǒng)實現(xiàn)時的硬件資源。
(2)其次，現(xiàn)有技術(shù)使用訓(xùn)練序列的同步信息同步軟擴頻序列符號，并沒有充分利用已知調(diào)制信息的特點。而本發(fā)明利用訓(xùn)練序列的解擴結(jié)果，通過其共軛與解調(diào)結(jié)果相乘的方式對接收數(shù)據(jù)的相位進行補償，這樣不僅解決了鎖相環(huán)的相位模糊問題還利用訓(xùn)練序列的擴頻增益增加了解調(diào)信噪比，提高了系統(tǒng)性能。
(3)最后，現(xiàn)有技術(shù)因為沒有突破擴頻碼長度的限制，使軟擴頻技術(shù)只能使用這種單一的軟擴頻通信方式。本發(fā)明將現(xiàn)有技術(shù)中碼長與接收機資源之間的線性關(guān)系改變?yōu)閷?shù)關(guān)系并且采用異步處理的方式進一步降低硬件資源消耗，突破了碼長的瓶頸，因此可以與其它的通信方式混合使用，從而增加了保密性和可復(fù)用性，例如以較低的功率夾雜在 OFDM調(diào)制信號中，與OFDM通路共存。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖。
具體實施方式
下面就結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步介紹。
如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于快速傅立葉變換的軟擴頻通信系統(tǒng)，它由訓(xùn)練序列模塊、碼相位映射模塊、組幀發(fā)射模塊、捕獲模塊、跟蹤模塊、數(shù)據(jù)截取模塊、快速逆傅立葉變換模塊、點乘模塊、快速傅立葉變換模塊、數(shù)據(jù)偽碼變換結(jié)果提取模塊和數(shù)據(jù)解調(diào)模塊構(gòu)成。
發(fā)射端
碼相位映射模塊將數(shù)據(jù)碼相位與要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)傳輸速率需要進行映射產(chǎn)生數(shù)據(jù)序列。映射方式可以采用一組數(shù)據(jù)對單個碼相位的映射和對多個碼相位的映射， 碼的長度為2的冪次且大于256。
訓(xùn)練序列模塊采用多項式法或查表法等方法生成偽隨機擴頻序列作為訓(xùn)練序列。
組幀發(fā)射模塊按照數(shù)據(jù)序列和訓(xùn)練序列的功率比進行疊加后，經(jīng)射頻端調(diào)制發(fā)射出去，數(shù)據(jù)和訓(xùn)練序列的功率比可以采用1 1或1 4。射頻端可以使用單載波或跳頻的調(diào)制方法。其中，跳頻的方法需要設(shè)計跳頻圖案和幀格式。
接收端
在接收端，捕獲模塊從接收到的信號中利用對擴頻碼的捕獲方法檢測到訓(xùn)練序列，擴頻碼的捕獲可以采用滑動相關(guān)、快速傅立葉變換或匹配濾波的方法。其中，若使用快速傅立葉變換的捕獲方法可以與接收端的解調(diào)共用快速傅立葉變換模塊和快速傅立葉逆變換模塊。這樣，可以只更換訓(xùn)練序列的擴頻碼，利用快速傅立葉變換模塊在一個碼周期內(nèi)求得所有碼相位上的相關(guān)值，進而找到各個碼相位相關(guān)值能量的峰值，通過門限比較判斷是否捕獲，如果捕獲進入跟蹤狀態(tài)否則更換一個頻率點繼續(xù)搜索。
跟蹤模塊提取捕獲后的信息使用跟蹤方法對載波和偽碼進行跟蹤，跟蹤方法可以采用延遲鎖相環(huán)、差積點積鑒頻或科斯塔斯環(huán)鑒相等。
數(shù)據(jù)截取模塊以一定的抽取方法獲取時間長度內(nèi)一個數(shù)據(jù)偽碼周期，并跟進數(shù)據(jù)偽碼周期對數(shù)據(jù)進行截取獲得截取數(shù)據(jù)，并同時對訓(xùn)練序列進行解擴獲得解擴信息。在具體實現(xiàn)時，利用跟蹤模塊提供的符號同步信號作為截取數(shù)據(jù)的開始信號，將其存入對外輸出的雙口 RAM中供快速傅立葉變換模塊讀取。抽取方法可以直接抽取或插值濾波等。其中，插值濾波的抽取方法可以充分利用高倍采樣率獲得的數(shù)據(jù)，獲得各個碼片上的最佳采樣點。
快速逆傅立葉變換模塊對截取數(shù)據(jù)進行快速逆傅立葉變換，快速逆傅立葉變換使用四個復(fù)數(shù)乘法器構(gòu)成一個蝶形運算單元，按照時分的方法計算逆傅立葉變換蝶形圖上每一個點的結(jié)果，共需要N/21og2Nf時鐘周期，因此驅(qū)動該模塊的時鐘為碼元時鐘的 l/21og2N倍，正弦和余弦的計算采用查找表的方式，從而節(jié)省了邏輯資源。
數(shù)據(jù)偽碼變換結(jié)果提取模塊采用逆傅立葉變換或存儲逆傅立葉變換結(jié)果等方法提取偽碼的逆傅立葉變換結(jié)果，其中，存儲逆傅立葉變換結(jié)果的方法更節(jié)省資源。
點乘模塊對輸入的快速逆傅立葉變換后的截取數(shù)據(jù)和偽碼進行逐點相乘，然后順序傳送給快速傅立葉變換模塊。
快速傅立葉變換模塊對逐點相乘獲得的結(jié)果數(shù)據(jù)進行傅立葉變換，其算法與快速逆傅立葉變換相同，只是改變了相位的旋轉(zhuǎn)方向。
數(shù)據(jù)解調(diào)模塊將快速傅立葉變換模塊輸出的數(shù)據(jù)除以由數(shù)據(jù)截取模塊輸出的訓(xùn)練序列解擴結(jié)果與訓(xùn)練序列符號信息的乘積，以補償鎖相環(huán)造成的相位模糊。對于相位調(diào)制的數(shù)據(jù)，由于其結(jié)果與幅度無關(guān)，因此可以采用共軛相乘的方法來取代除法。這樣，不僅能夠節(jié)省除法器的邏輯資源還能夠增加解調(diào)數(shù)據(jù)的信噪比。然后，對補償后的結(jié)果進行相位映射，從而完成數(shù)據(jù)解調(diào)，其中，映射方法與碼相位映射模塊一致。
本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求
1.一種基于快速傅立葉變換的軟擴頻通信系統(tǒng)，包括訓(xùn)練序列模塊、碼相位映射模塊、組幀發(fā)射模塊、捕獲模塊、跟蹤模塊、數(shù)據(jù)截取、快速逆傅立葉變換模塊、點乘模塊、快速傅立葉變換模塊、數(shù)據(jù)偽碼變換結(jié)果提取模塊和數(shù)據(jù)解調(diào)模塊，其特征在于在發(fā)射端所述組幀發(fā)射模塊按照數(shù)據(jù)序列和訓(xùn)練序列的功率比進行疊加后，將生成的信號經(jīng)射頻端調(diào)制發(fā)射出去；其中，所述數(shù)據(jù)序列由碼相位映射模塊根據(jù)獲得的源數(shù)據(jù)向碼相位的映射獲得；所述訓(xùn)練序列為訓(xùn)練序列模塊產(chǎn)生的偽隨機序列；在接收端所述捕獲模塊利用接收到的信號獲得訓(xùn)練序列，并將訓(xùn)練序列輸出給跟蹤模塊；所述跟蹤模塊利用從訓(xùn)練序列獲得的捕獲信息對載波和偽碼進行跟蹤，并將捕獲信息和訓(xùn)練序列輸出到數(shù)據(jù)截取模塊；所述數(shù)據(jù)截取模塊利用捕獲信息截取數(shù)據(jù)后，將截取數(shù)據(jù)輸出到快速逆傅立葉變換模塊，同時將訓(xùn)練序列的解擴信息輸出結(jié)果到數(shù)據(jù)解調(diào)模塊；所述快速逆傅立葉變換模塊將進行快速逆傅立葉變換后的截取數(shù)據(jù)輸出到點乘模塊；所述數(shù)據(jù)偽碼變換結(jié)果提取模塊將經(jīng)逆傅里葉變換的偽碼結(jié)果輸出到點乘模塊；所述點乘模塊對輸入的快速逆傅立葉變換后的截取數(shù)據(jù)和偽碼進行點乘后，將獲得的結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到快速傅立葉變換模塊；所述快速傅立葉變換模塊對結(jié)果數(shù)據(jù)進行傅立葉變換后輸出到數(shù)據(jù)解調(diào)模塊； 所述數(shù)據(jù)解調(diào)模塊利用訓(xùn)練序列解擴信息對經(jīng)傅立葉變換后的結(jié)果數(shù)據(jù)的相位翻轉(zhuǎn)進行補償后得到解調(diào)數(shù)據(jù)并輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于快速傅立葉變換的軟擴頻通信系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)截取模塊以所述跟蹤模塊提供的符號同步信號作為截取數(shù)據(jù)的開始信號，以偽碼周期為周期，對數(shù)據(jù)進行截取并將獲得的截取數(shù)據(jù)存儲到雙口 RAM中。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于快速傅立葉變換的軟擴頻通信系統(tǒng)，其特征在于所述快速逆傅立葉變換模塊和快速傅立葉變換模塊均具有兩個蝶形運算單元，所述的蝶形運算單元由4個復(fù)數(shù)乘法器構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于快速傅立葉變換的軟擴頻通信系統(tǒng)，包括訓(xùn)練序列模塊、碼相位映射模塊、組幀發(fā)射模塊、捕獲模塊、跟蹤模塊、數(shù)據(jù)截取、快速逆傅立葉變換模塊、點乘模塊、快速傅立葉變換模塊、數(shù)據(jù)偽碼變換結(jié)果提取模塊和數(shù)據(jù)解調(diào)模塊。采用本發(fā)明克服了相關(guān)器數(shù)目對擴頻碼碼長的限制，提高了抗干擾和保密的能力。
文檔編號H04L25/02GK102510298SQ20111040958
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者劉鷺航, 孫宇明, 張金巍, 朱倩, 段永顥, 王青, 趙歡, 趙鵬, 郭向英 申請人:北京控制工程研究所