一种基于分数阶傅立叶变换的Chirp扩频技术非相干解调方法技术

本发明专利技术属于信号处理领域，用于Ｃｈｉｒｐ扩频技术的解调，该非相干解调方法可以降低相移误差、多径时延误差和多普勒频移的影响，在多径衰落信道及ＩＥＥＥ８０２．１５．４ａ的Ｓ－Ｖ标准信道下具有更好的性能。其基本原理是利用了一个Ｃｈｉｒｐ信号在适当的分数阶傅立叶域中表现为一个冲激函数，即分数阶傅立叶变换对ＣＣＳ系统发射的Ｃｈｉｒｐ信号具有良好的聚焦性。利用分数阶傅立叶变换处理Ｃｈｉｒｐ信号的优势，可以在ＣＳＳ扩频技术中利用分数阶傅立叶变换实现不同调频率的Ｃｈｉｒｐ信号解调。在ＣＳＳ系统中，通过对接收的基带数据进行分数阶傅立叶变换，检测聚焦阶次的峰值来进行码元判决，完成ＣＣＳ系统解调，该方法降低了对频率同步的要求，不需要进行相位同步，在多径频率选择性衰落信道下具有较好性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种Chirp扩频技术非相干解调方法，属于信号处理领域，用于Chirp扩频技术的解调。
技术介绍
宽带线性调频扩频(Chirp Spread Spectrum，CSS)技术是一种利用Chirp信号调频率携带信息的扩频技术，CSS系统兼有DSSS系统和UWB系统的优点。CSS物理层技术已于2007年8月被IEEE802.15.4a标准采纳。该标准是针对IEEE802.15.4所做的一个修正版本，目的在于给工业控制、医疗监控、无线传感器网络等中低速率低功耗传输应用的无线个人局域网络(WPANs)提供新的物理层替代方案，是WPANs的核心标准之一。CSS系统工作在2450MHz未授权频带上，支持的数据传输速率为250kbps、1Mbps以及2Mbps，室内传输距离60m，室外为900m。除提供可靠通信功能外，还提供高精度测距和定位功能(精度小于1m)。CSS系统是一个二进制传输(BOK)系统，该系统原理上是以调频率来携带信息，实现数字信号调制的。采用实LFM信号的某调频率μ1来表示“1”，调频率μ0来表示“0”，即：“1”码时，载波信号为：“0”码时，载波信号为：CSS系统基本原理框图如附图1所示。在附图1中，经典的CSS系统采用了调频率为相反数的两个Chirp信号作为载波，即：μ1＝-μ0；解调部分利用了Chirp信号的脉冲压缩特性，这个特性被广泛应用于雷达系统。对Chirp信号进行脉冲压缩即将Chirp信号通过匹配滤波器，该滤波器的冲激响应也是一个调频率为相反数的线性调频信号，通过匹配滤波后得到的脉冲压缩波形进行判决检测。经过推导可以得出CSS扩频技术的理论误码率为：-->Pe≈Q(EbN0)---(1)]]>上面介绍的匹配滤波解调是一种相干解调，虽然具有较好的误码率性能，但解调时需要进行严格的相位同步，对系统要求较高，特别是当无线信道中存在常见的相移误差、多径时延误差和多普勒频移时，匹配解调误码率性能恶化明显。本专利技术提出了一种基于分数阶傅立叶变换(Fractional Fourier Transform，FRFT)的非相干解调方法，该解调方法利用分数阶傅立叶变换对Chirp信号良好的聚焦性，通过检测聚焦阶次的峰值来进行码元判决，在多径频率选择性衰落信道下能够较好抗码间干扰，具有更好的误码率性能。同时，在一定程度上降低系统实现难度。为了更好地理解本专利技术，下面对分数阶傅立叶变换进行简要介绍：近年来，分数阶傅立叶变换作为一种新的时频分析工具，在信号处理领域得到了越来越广泛的应用，引起了信号处理界的广泛关注。分数阶傅立叶变换最初在光学领域具有广泛应用，1993年Almeida把分数阶傅立叶变换解释为信号在时频平面的旋转，是经典傅立叶变换的推广；1996年土耳其人Ozaktas提出了一种与FFT计算速度相当的离散采样型算法后，分数阶傅立叶变换才开始在信号处理领域得到应用。分数阶傅立叶变换可以看成是一种统一的时频变换，同时反映了信号在时、频域的信息，与常用二次型时频分布不同的是它用单一变量来表示时频信息，且没有交叉项困扰，与传统傅立叶变换(其实是分数阶傅立叶变换的一个特例)相比，它适于处理非平稳信号，尤其是Chirp类信号，且多了一个自由参量(变换阶数a)，因此分数阶傅立叶变换在某些条件下往往能够得到传统时频分布或傅立叶变换所得不到的效果，而且由于它具有比较成熟的快速离散算法，因此在得到更好效果的同时并不需要付出太多的计算代价。采用分数阶傅立叶变换对Chirp信号进行处理是最典型而有效的方法，因为分数阶傅立叶变换的基函数是分数阶傅立叶域上一组正交的Chirp基，对于给定的Chirp信号，在特定的分数阶傅立叶域具有能量聚集特性，所以分数阶傅立叶变换特别适合用于处理Chirp信号。信号x(t)的分数阶傅立叶变换定义为：Xp(u)={Fp[x(t)]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分数阶傅立叶变换的Ｃｈｉｒｐ扩频技术非相干解调方法，其特征在于具体实现步骤如下：　（１）将接收机接收到的Ｃｈｉｒｐ扩频系统中频信号进行带通滤波，与本振进行混频，得到基带信号；　（２）将Ｃｈｉｒｐ扩频系统的基带信号进行低通滤波，完成数字下变频；　（３）对低通滤波后的基带数据进行ｐ↓［０］阶分数阶傅立叶变换，其中ｐ↓［０］为第一路Ｃｈｉｒｐ载波在分数阶傅立叶变换域峰值聚焦阶次，ｐ↓［０］＝－２.ａｒｃ　ｃｏｔ（μ↓［０］）／π，μ↓［０］为第一路Ｃｈｉｒｐ载波信号的调频率，接着求分数阶傅立叶变换后ｕ↓［ｍ０］位置的模值，其中ｕ↓［ｍ０］为第一路Ｃｈｉｒｐ载波信号的ｐ↓［０］阶分数阶傅立叶变换模值最大值所对应的位置，ｕ↓［ｍ０］＝ｆ↓［０］.ｓｉｎ　α↓［０］，其中α↓［０］＝－ａｒｃ　ｃｏｔ　μ↓［０］；　（４）对Ｃｈｉｒｐ扩频系统的基带数据进行ｐ↓［１］阶分数阶傅立叶变换，其中ｐ↓［１］为第二路Ｃｈｉｒｐ载波在分数阶傅立叶变换域峰值聚焦阶次，ｐ↓［１］＝－２.ａｒｃ　ｃｏｔ（μ↓［１］）／π，μ↓［１］为第二路Ｃｈｉｒｐ载波信号的调频率，接着求分数阶傅立叶变换后ｕ↓［ｍ１］位置的模值，其中ｕ↓［ｍ１］为第二路Ｃｈｉｒｐ载波信号的ｐ↓［１］阶分数阶傅立叶变换模值最大值所对应的位置，ｕ↓［ｍ１］＝ｆ↓［１］.ｓｉｎα↓［１］，其中α↓［１］＝－ａｒｃ　ｃｏｔ　μ↓［１］；　（５）对步骤（３）和步骤（４）所求得的两个模值进行比大判决，输出码元信息。...

【技术特征摘要】
1.一种基于分数阶傅立叶变换的Chirp扩频技术非相干解调方法，其特征在于具体实现步骤如下：(1)将接收机接收到的Chirp扩频系统中频信号进行带通滤波，与本振进行混频，得到基带信号；(2)将Chirp扩频系统的基带信号进行低通滤波，完成数字下变频；(3)对低通滤波后的基带数据进行p0阶分数阶傅立叶变换，其中p0为第一路Chirp载波在分数阶傅立叶变换域峰值聚焦阶次，p0＝-2·arccot(μ0)/π，μ0为第一路Chirp载波信号的调频率，接着求分数阶傅立叶变换后um0位置的模值，其中um0为第一路Chirp载波信号的p0阶分数阶傅立叶变换...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶然，黄克武，王自宇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]