一种时频变化的小波多载波扩频通信系统及方法技术方案

技术编号:9992996 阅读:116 留言:0更新日期:2014-05-02 11:09
本发明专利技术公开了一种时频变化的小波多载波扩频通信系统及方法,系统包括信号发送装置和信号接收装置,所述信号发送装置包括顺序连接的编码器、扩频单元、载波调制单元和并串转换单元,所述的信号接收装置包括顺序连接的串并转换单元、小波滤波单元、解扩单元、数据解调单元和解码器。本发明专利技术提供的系统对多载波扩频信号按信道时频变化进行小波逆变换来完成并串转换,使系统能应对时间-频率选择性信道,从而提高了系统的稳定性;同时由于采用快速的小波变换,该系统具有较高的适应性和低计算复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种时频变化的小波多载波扩频通信系统及方法
本专利技术涉及无线通信
,具体涉及小波多载波扩频通信系统,特别是涉及可随信道时频变化而变化的小波多载波扩频通信。
技术介绍
无线信道具有时间-频率选择性衰减的特性和受多路径效应影响,在现有的无线通信技术中,为了克服上述问题,主要采用多载波调制技术,即正交频分复用技术和扩频技术相结合,即采用多载波扩频通信系统来实现数据传输。然而目前现有的多载波扩频通信系统的技术方案虽然具有较高的调制效率,达到令人满意的传输速率,但是正交频分多路复用的收信机构复杂,要求的协议亦复杂,构建的成本高昂,而且同时由于正交频分多路复用采用快速傅立叶变换来实现,其子载波间频率间隔固定且达到最小,因而对载波频率误差极为敏感。如果由于发射机和接收机之间产生相对运动而引起多普勒效应以及时钟偏差而导致载波频率产生任何误差,载波频率会失去正交性而产生较大的载波间干扰,使通信系统的可靠性和适应性难以令人满意。另外,对于频率选择性信道而言,正交频分复用是采用频率分散的方法,其运行的性能可以达到较好的效果;而对于时间选择性信道或时间-频率选择性信道而言,正交频分复用无法应对信道的变化,其运行的性能往往不能达到较好的效果。此外,正交频分复用对强噪声干扰极为敏感,在如脉冲噪声干扰较大的情况下,可靠性和适应性均不令人满意。为了在多载波扩频通信系统中,克服由于信道时频变化带来的性能下降的问题,开发可随信道时频变化而变化的新的多载波扩频通信且能同时处理强噪声干扰是必要的,但目前开发出的方法均具有较高的计算复杂度,难以在实时通信系统中真正实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种可随信道时频变化而变化的小波多载波扩频通信系统,该系统具有较高的适应性和低计算复杂度。本专利技术的另一目的在于,提供一种基于时频变化的小波多载波扩频通信系统的方法。为了达到上述第一目的,本专利技术采用以下技术方案:一种时频变化的小波多载波扩频通信系统,包括信号发送装置和信号接收装置,所述信号发送装置包括顺序连接的编码器、扩频单元、载波调制单元和并串转换单元,所述的信号接收装置包括顺序连接的串并转换单元、小波滤波单元、解扩单元、数据解调单元和解码器。所述信号发送装置中的扩频单元先将编码器编码后的数据进行扩频处理,再由载波调制单元将扩频的信号做满足正交条件的多载波调制并经时频变化的小波逆变换完成并串转换而由无线信道发送至信号接收装置。所述信号接收装置中的串并转换单元经小波变换完成串并转换,再依次由小波滤波单元对接收的信号做小波滤波,再对信号由解扩单元解扩,然后由数据解调单元将信号解调,最后由解码器解码获得数据。为了达到上述第二目的,本专利技术采用以下技术方案:一种时频变化的小波多载波扩频通信系统的方法,包括下述步骤:S1、在信号发射装置中,具体处理方法为:S11、由扩频单元将编码器编码后的各信道码元数据做扩频处理;S12、由载波调制单元调整线频率间距、子载波间频率间距和子载波间频率,并将扩频信号s(t)发送至并串转换单元;S13、由并串转换单元经过小波逆变换后,时频图数据将会转换成串联的数据信号y(t)经无线信道发送至接收端;S2、在信号接收装置中,具体的处理方法为:S21、获取码元数据信号r(t);S22、串并转换单元先将接收到的码片数据信号r(t)进行采样得到串联形式的数据;S23、小波滤波单元将多载波扩频信号s(t)信号用以下设计的滤波器来减少脉冲噪声:式VI)中,σ2是噪声方差的估计值,σW2是各子载波信号的均方值,sj(k)是第j个子载波信号中被识别为受脉冲噪声干扰的信号数据,rj(k)是滤波处理后的信号数据;S24、解扩单元将各子载波的扩频伪随机二进制码元信号按下式VII)作自相关处理,ri(t)=F-1[Ri(f)Si(f)]VII)式VII)中,ri(t)是获得的第i个子载波信号,F-1是傅立叶变换的逆变换,Ri(f)是收到的经过小波滤波处理后的第i个子载波信号的傅立叶变换值,Si(f)是第i个子载波扩频伪随机二进制码元信号si(t)的傅立叶变换值;S25、数据解调单元对解扩后的信号做二进制相移键控解调,还原出所述信号发射装置所发送的数据;S26、解码器再将还原后的数据解码;S27、由解码器再将还原后的数据解码传送给设备。步骤S11具体为:S111、根据数据速率的大小和允许的信道带宽,将待发送数据分配到允许带宽的多个子载波上,且依据线频率间距、数据采样长度计算和设定子载波间频率间距,使子载波频率在频率域上表现为连续的由小到大的单个频率,获得频率正交且间距可变的子载波二进制码元数据;S112、将扩频码c(t)与频率正交且间距可变的各子载波二进制码元数据相乘,得到码元数据信号的中心频率相互正交的连续变化的调制信号;S113、将调制信号的二进制码元按下式I)进行扩频处理并进行相加操作,从而得到扩频信号s(t):式I)中,N为子载波的数量,di(t)为第i信道内t时刻的二进制码元数据,c(t)为扩频调制单元中带线性反馈的移位寄存器产生的值为+1或-1的t时刻扩频伪随机二进制码片,fci为第i信道内的子载波中心频率,Ai为第i信道的信号幅度,θ为该信道内信号的初始相位,为频率正交且间距可变的子载波二进制码元数据。步骤S12中,所述的载波调制单元按下式II)调整线频率间距、子载波间频率间距和子载波间频率:线频率间距:子载波间频率间距:子载波频率:式II)中,C为扩频伪随机二进制码片的码片速率,2n-1为该码片的码片长度,2n-1中n表示载波调制单元中的反馈移位寄存器的级数,Δfl为扩频伪随机二进制码片的线频率间距,Δf为各子载波间频率间距,N为子载波的数量,fc为中心信道子载波中心频率,m为大于或等于1的正整数;在并串转换单元,对多载波扩频信号s(t)进行小波逆变换来完成并串转换;其中N是子载波的数量(假设N=2i),代表频率变化,L是时间长度,代表时间变化,N个并行的时频信号按频率由低到高串联起来形成如下的多个串联单元:s1(t1)...s1(tL),s2(t1)...s2(tL),s3(t1)...s3(tL)s4(t1)...s4(tL),s5(t1)...s5(tL)s6(t1)...s6(tL)s7(t1)...s7(tL)s8(t1)...s8(tL),…步骤S21中,获取数据码元数据信号r(t)方法为:式Ⅲ)中,D(t)为直接信号,R(t)为反射信号,n(t)为噪声,Td为传播延迟,φ0为子载波相位,α为反射信号相较于直接信号的相对传播损耗,其中0<α≤1,ΔTd为相对传播延迟,Δφ0为相对相位差;然后,采用下式IV)将r(t)变换成复数形式,式IV)中,h(t)为接收信道的脉冲响应,y(t)为发射信号,τ为时延,φi(t)为相位,*是卷积标志,Np为发射信号y(t)的数量;信道的时间选择性特性可由信道的脉冲响应h(t)来表现,信道的频率选择性特性可由信道的频率响应H(f)来表现。步骤S22中,按如下方式进行小波变换的操作:式V)中,上划线代表共轭函数;为了实现小波逆变换,可以把输入的时频图数据看作是系列小波系数wj,k(s2(t1)...s2(tL),s3(t1)...s3(tL)s4(t1).本文档来自技高网...
一种时频变化的小波多载波扩频通信系统及方法

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种时频变化的小波多载波扩频通信系统的方法,其特征在于,包括下述步骤:S1、在信号发射装置中,具体处理方法为:S11、由扩频单元将编码器编码后的各信道码元数据做扩频处理;S12、由载波调制单元调整线频率间距、子载波间频率间距和子载波间频率,并将扩频信号s(t)发送至并串转换单元;S13、由并串转换单元经过小波逆变换后,时频图数据将会转换成串联的数据信号y(t)经无线信道发送至接收端;为了实现小波逆变换,可以把输入的时频图数据看作是系列小波系数和近似系数aJ,k(s1(t1)...s1(tL)),进行多载波调制时,载波将分别是小波Ψj,k(t)=2-j/2Ψ(2-jt-k)和尺度方程经过并串转换单元可以得到输出信号y(t);所述输出信号y(t)的表达式为:为适应信道时频变化,可调整参数N和L的值;根据信道的时间-频率选择性特性,如果频率选择性强,则N值可选大一些,L值可选小一些;如果时间选择性强,则N值可选小一些,L值可选大一些;S2、在信号接收装置中,具体的处理方法为:S21、获取码元数据信号r(t);S22、串并转换单元先将接收到的码片数据信号r(t)进行采样得到串联形式的数据,所述码片数据信号r(t)按如下方式进行小波变换的操作:式V)中,上划线代表共轭函数;S23、小波滤波单元将多载波扩频信号s(t)信号用以下设计的滤波器来减少脉冲噪声:式VI)中,σ2是噪声方差的估计值,σW2是各子载波信号的均方值,sj(k)是第j个子载波信号中被识别为受脉冲噪声干扰的信号数据,rj(k)是滤波处理后的信号数据;S24、解扩单元将各子载波的扩频伪随机二进制码元信号按下式VII)作自相关处理,ri(t)=F-1[Ri(f)Si(f)]VII)式VII)中,ri(t)是获得的第i个子载波信号,F-1是傅立叶变换的逆变换,Ri(f)是收到的经过小波滤波处理后的第i个子载波信号的傅立叶变换值,Si(f)是第i个子载波扩频伪随机二进制码元信号si(t)的傅立叶变换值;S25、数据解调单元对解扩后的信号做二进制相移键控解调,还原出所述信号发射装置所发送的数据;S26、解码器再将还原后的数据解码;S27、由解码器再将还原后的数据解码传送给设备。2.根据权利要求1所述的时频变化的小波多载波扩频通信系统的方法,其特征在于,步骤S11具体为:S111、根据数据速率的大小和允许的信道带宽,将待发送数据分配到允许带宽的多个子载波上,且依据线频率间距、数据采样长度计算和设定子载波间频率间距,使子载波频率在频率域上表现为连续的由小到大的单个频率,获得频率正交且间距可变的子载波二进制码元数据;S112、将扩频码c(t)与频率正交且间距可变的各子载波二进制码元数据di(t)cos(2πfcit+θ)相乘,得到码元数据信号的中心频率相互正交的连续变化的调制信号;S113、将调制信号的二进制码元按下式I)进行扩频处理并进行相加操作,从而得到扩频信号s(t):式I)中,N为子载波的数量,di(t)为第i信道内t时刻的二进制码元数据,c(t)为扩频调制单元中带线性反馈的移位寄存器产生的值为+1或-1的t时刻扩频伪随机二进制码片,fci为第i信道内的子载波中心频率,Ai为第i信道的信号幅度,θ为该信道内信号的初始相位,为频率正交且间距可变的子载波二进制码元数据。3.根据权利要求1所述的时频变化的小波多载波扩频通信系统的方法,其特征在于,步骤S12中,所述的载波调制单元按下式II)调整线频率间距、子载波间频率间距和子载波间频率:式II)中,C为扩频伪随机二进制码片的码片速率,2n-1为该码...

【专利技术属性】
技术研发人员:罗高涌叶楚安黄大强
申请(专利权)人:深圳市金频科技有限公司
类型:发明
国别省市:

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