一种基于瞬时频率估计的时频调制解调方法技术

本发明专利技术提出了一种基于瞬时频率估计的时频调制解调方法，属于短波通信时频调制技术领域。本发明专利技术利用了瞬时频率算法来对不同时隙间的频率相对值进行估计，并对估计结果进行原址排序，根据排序结果来找到频率值与频率顺序之间的对应关系，再根据频率顺序与码元组合顺序的关系得到当前发送端发送的码元顺序，实现时频调制信号的解调，由于在估计过程中不需要对当前信号的频率值进行准确的估计，因此，该方法能在较低的信噪比下对信号进行解调，且实现方法简单，误码率性能更好，运算时间更快。

A Time-Frequency Modulation and Demodulation Method Based on Instantaneous Frequency Estimation

The invention proposes a time-frequency modulation and demodulation method based on instantaneous frequency estimation, which belongs to the technical field of time-frequency modulation in short-wave communication. The instantaneous frequency algorithm is used to estimate the relative frequencies between different time slots, and the estimated results are sorted in the original address. According to the sorting results, the corresponding relationship between the frequencies and the frequency order is found. Then, according to the relationship between the frequency order and the symbol combination order, the symbol order transmitted by the current sender is obtained, and the demodulation of the time-frequency modulated signal is realized. It is not necessary to estimate the frequency value of the current signal accurately in the process of calculation. Therefore, this method can demodulate the signal at a lower signal-to-noise ratio. It is simple to implement, has better BER performance and faster operation time.

【技术实现步骤摘要】
一种基于瞬时频率估计的时频调制解调方法
本专利技术属于短波通信时频调制
，特别涉及一种基于瞬时频率估计的时频调制解调方法。
技术介绍
时频调制技术是短波通信中的一种，短波通信是利用波长为10m-100m频率为3MHz-30MHz的电磁波通过电离层进行的无线电通信。短波通信具有费用低廉，抗毁性强，组网灵活等特点，并且短波是唯一不受网络枢纽和有源中继体制制约的远程通信手段，但短波通信中存在一定的局限性限制了通信质量，其中最为明显的就是短波中存在的严重的衰落和由于多径效应造成的码间串扰，为了解决短波中存在的问题，提出了时频调制技术，时频调制技术实际上是一种分集技术，对不同类型的时频调制信号而言，时频调制技术对有的信号能起到分集接收的效果，或者能克服或减少码间干扰的影响，或者既能起到分集接收的效果也能起到减少码间干扰的影响，该技术是克服信道衰落的有效技术之一。研究时频调制接收解调技术对提高短波通信系统的性能及实用性具有较大的意义。就时频调制信号的解调问题中，目前采用得较多的两种解调方法，两种解调方法各有优劣。基于能量的算法结构复杂且该技术涉及到匹配滤波器的设计，而匹配滤波器的设计较为；基于边带相关算法其时延的选择以及信号的连续性对解调的好坏有着较大的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决时频调制接收系统中的信号解调问题，提出了一种基于瞬时频率估计的时频调制解调方法，根据时频调制信号的调制原理，信号中不同码元组合对应着不同的频率组合顺序，也即不同的码元组合对应不同的频率值顺序，那么在解调信号时可以根据得到的当前的频率值的顺序找到对应的码元。一方面规避瞬时频率估计值受噪声的影响大的问题，另一方面该专利技术能够较为简单的对时频调制信号进行解调并在与基于能量的解调技术相同的环境情况下降低解调的误码率，提高时频调制系统的抗干扰能力和通信质量。一种基于瞬时频率估计的时频调制解调方法，包括以下步骤：S1、调制并发送四时四频时频调制信号，其中，所述四时四频时频调制信号的调制过程为：两个二进制符号编为一组构成一个码元组合，将两个二进制符号的长度分别均分，得到四个时隙，在每个时隙选用不同的频率调制后得到四时四频时频调制信号，每个码元组合对应一个包括四个频率顺序的频率顺序组合，获取频率顺序组合中四个频率值的相对大小关系；S2、接收所述时频调制信号，对所述时频调制信号中每个时隙的瞬时频率进行估计并将估计值进行平均，得到的平均值为每个时隙的瞬时频率值；S3、将得到的各时隙的瞬时频率值以从大到小进行排序标号，并根据时频调制信号调制中频率值相对大小关系将得到的排序标号替换对应的瞬时频率值，得到四个时隙的频率值大小的频率顺序组合，从而得到与频率顺序组合对应的码元组合，实现对时频调制信号的解调。进一步地，所述步骤1中调制四时四频时频调制信号的过程包括以下流程：将两个二进制符号编为一组构成一个码元组合，将两个二进制符号的长度分别均分，得到四个时隙，在每个时隙选用不同的频率调制后得到四时四频时频调制信号，每个码元组合对应一个包括四个频率顺序的频率顺序组合，获取频率顺序组合中四个频率值的相对大小关系；其中，频率顺序组合由四个频率f1、f2、f3、f4组成，获取四个频率值的相对大小关系，来表示频率fi对应的频率值大小，每个码元组合对应的频率顺序组合即为四个频率的频率值大小顺序。进一步地，所述步骤S3包括以下流程：将得到的各时隙的瞬时频率值以从大到小进行排序标号，1为最大频率值，4为最小频率值，将“1、2、3、4”四个排序标号根据当前频率值相对大小关系分别替换四个时隙内对应大小的瞬时频率值，根据时频调制信号调制中频率值相对大小关系得到四个时隙的频率值大小的频率顺序组合，得到与频率顺序组合对应的码元组合，实现对时频调制信号的解调。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种基于瞬时频率估计的时频调制解调方法，本方法较原有的基于信号能量进行解调的算法有更快的运算时间，在运算过程中，相同条件下，基于能量信号的解调算法运行时间约30.0s，而本方案的算法运行时间为约为5.6s，该方法在时间上面具有很大的优势；第二，本专利技术中不需要设计相关的滤波器，而在传统的基于能量进行解调的算法中，需要考虑到整个解调过程的滤波器的相关设计；因此就整个解调结构来说，本专利技术提出的新的解调算法更简洁；第三，本专利技术提出的时频调制信号解调算法比传统的解调算法具有更好的性能，在相同干扰环境下，本专利技术提出的解调方法具有更低的误码率，能对信号进行更准确的解调；最后，本专利技术提出的时频调制信号解调算法不需要对当前信号的频率进行准确估计就可以完成接收信号的解调，因此本专利技术提出的解调方法的估计性能可以很大程度上规避掉瞬时频率估计不够精确引起的问题，使得算法具有较好的抗干扰性能，并且易于实现；综上，本专利技术提出的解调方法在运行时间，解调性能以及方法的复杂度方面都具有很好的性能，具有很好的实际应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例的流程图。图2为本专利技术实施例的四时四频时频调制信号的时域波形图。图3为本专利技术实施例的信号在10dB下经过瞬时频率估计的结果图。图4为本专利技术实施例的原始不带噪声的信号经过瞬时频率估计的结果图。图5为本专利技术实施例的信号在10dB下经过S2后得到的瞬时频率值与纯净信号的结果对比图。图6为本专利技术实施例的信号在1dB下经过瞬时频率估计的结果图。图7为本专利技术实施例的不带噪声的纯净信号经过S2后得到的瞬时频率估计的结果图。图8为本专利技术实施例的信号在1dB下经过S2后得到的瞬时频率值与纯净信号的结果对比图。图9为本专利技术实施例的方法与现有技术的解调误码率曲线图。图10为本专利技术实施例的方法多次运行的误码率结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例做进一步的说明。一种基于瞬时频率估计的时频调制解调方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、调制并发送四时四频时频调制信号，其中，所述四时四频时频调制信号的调制过程为：两个二进制符号编为一组构成一个码元组合，将两个二进制符号的长度分别均分，得到四个时隙，在每个时隙选用不同的频率调制后得到四时四频时频调制信号，每个码元组合对应一个包括四个频率顺序的频率顺序组合，获取频率顺序组合中四个频率值的相对大小关系。本实施例中，四时四频时频调制信号的调制原理时，码元组合和频率顺序组合的对应关系见下表(一)。表(一)码元组合和对应的频率顺序组合的对应关系表本实施例中，将两个二进制符号编为一组，则具有四种不同的信息状态，将两个二进制符号的时间长度均分，则可以得到四个时隙，再在调制中选用四种频率则经过调制后得到的信号就是四时四频时频调制信号。由表(一)可知，发送端不同的码元组合对应不同的频率组合，也即对应不同的频率值组合。例如在发送端发送“00”和“01”组合时，各个时隙的频率组合顺序分别为：f1f2f3f4和f2f3f4f1，设频率fi对应的频率值大小用来表示，且在调制中，获取到的的四个频率的频率值有如下的对应关系：即发送端发送“00”时，有这样的频率值关系：频率值最大的在第一个时隙，频率值第二大的位于第二个时隙，频率值第三大的在第三个时隙，频率值第四大的在最后一个时隙，也即频率值大小顺序为1234；而发送端发送“01”时，有：频率值最大的在最后一个时隙，第二大的在第一个时隙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于瞬时频率估计的时频调制解调方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、调制并发送四时四频时频调制信号，其中，所述四时四频时频调制信号的调制过程为：两个二进制符号编为一组构成一个码元组合，将两个二进制符号的长度分别均分，得到四个时隙，在每个时隙选用不同的频率调制后得到四时四频时频调制信号，每个码元组合对应一个包括四个频率顺序的频率顺序组合，获取频率顺序组合中四个频率值的相对大小关系；S2、接收所述时频调制信号，对所述时频调制信号中每个时隙的瞬时频率进行估计并将估计值进行平均，得到的平均值为每个时隙的瞬时频率值；S3、将得到的各时隙的瞬时频率值以从大到小进行排序标号，并根据时频调制信号调制中频率值相对大小关系将得到的排序标号替换对应的瞬时频率值，得到四个时隙的频率值大小的频率顺序组合，从而得到与频率顺序组合对应的码元组合，实现对时频调制信号的解调。

【技术特征摘要】
1.一种基于瞬时频率估计的时频调制解调方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、调制并发送四时四频时频调制信号，其中，所述四时四频时频调制信号的调制过程为：两个二进制符号编为一组构成一个码元组合，将两个二进制符号的长度分别均分，得到四个时隙，在每个时隙选用不同的频率调制后得到四时四频时频调制信号，每个码元组合对应一个包括四个频率顺序的频率顺序组合，获取频率顺序组合中四个频率值的相对大小关系；S2、接收所述时频调制信号，对所述时频调制信号中每个时隙的瞬时频率进行估计并将估计值进行平均，得到的平均值为每个时隙的瞬时频率值；S3、将得到的各时隙的瞬时频率值以从大到小进行排序标号，并根据时频调制信号调制中频率值相对大小关系将得到的排序标号替换对应的瞬时频率值，得到四个时隙的频率值大小的频率顺序组合，从而得到与频率顺序组合对应的码元组合，实现对时频调制信号的解调。2.如权利要求1所述的基于瞬时频率估计的时频调制解调方法，其特征在于，所述步骤1中调制四时四频时频调...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕明，张翔，周映伶，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51