專利名稱：分數傅立葉變換域超寬帶脈沖信號調制與解調方法
技術領域：
本發明涉及一種超寬帶系統中的信息調制與解調技術。
背景技術：
超寬帶無線通信在無線視頻、聲頻、高速數據傳輸以及家庭數字網絡等諸 多領域均有廣闊的應用前景。目前在超寬帶無線通信領域，信息的調制方式主
要有脈沖幅度調制(PAM)和脈沖位置調制(PPM)，但無論采用哪種調制方式， 都是利用一路脈沖作為信息傳輸的載體進行通信，影響了系統的傳輸效率。
分數階傅立葉變換是一種廣義的傅立葉變換。設/(o為信號的時域表達形
式，它的p階分數傅立葉變換為(:^/)(")，則/")的p階分數傅立葉變換為
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，《0^力表示變換核，w表示分數域坐標，<formula>formula see original document page 5</formula> /(0的p階分數傅立葉變換的逆變換可以表示為
<formula>formula see original document page 5</formula>
上式表明信號/(0的分數階傅立葉變換可以解釋為/(0在以逆變換核 /C(-p;"力為基的函數空間上的展開，而該核是一組正交的切普基，具體寫出 切普信號的一般表達式為
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中^為信號幅度參數，參數/。、 6分別表示切普信號的中心頻率和調頻 率。根據分數傅立葉變換具有的切普基分解特性，分數階傅立葉變換在某個分 數階傅立葉域上對給定的切普信號具有最好的能量聚集特性，將表現為一個沖 擊函數。
在實際系統應用中，采用余弦形式的信號，其為兩個共軛的切普信號的合成信號，表達式如下
<formula>formula see original document page 6</formula>
根據分數傅立葉變換的性質，上式中合成信號的兩個切普信號分別在P 階分數域和-/7階分數域表現出能量聚集特性。
發明內容
為了解決PAM、 PPM等調制方法利用一路脈沖作為信息傳輸的載體進行 通信時傳輸效率低的問題，現提出分數傅立葉變換域超寬帶脈沖信號調制與解 調方法。
本發明的第一種技術方案為
調制過程
步驟一、通過發送端映射器將信息源^輸出的多進制數碼映射為并行的兩 路數字信息《"和(、
步驟二、第一切普信號產生器根據發送端信號參數存儲器中的參數產生相 應的實切普信號。(/);
步驟三、第一高斯信號產生器根據發送端信號參數存儲器中的參數產生相 應的高斯信號&(/);
步驟四、數字信息《"與實切普信號c々;)在發送端時鐘作用下通過一號調 制器得到載有數字信息的脈沖信號m々)，數字信息々與高斯信號&W在發送 端時鐘作用下通過二號調制器得到載有數字信息的脈沖信號附,(r);
步驟五、載有數字信息的脈沖信號m々)和m2(,)相加得到的脈沖信號mW 由發射端天線發射；
解調過程
步驟六、接收天線接收的脈沖信號通過濾波器進行濾波，然后在接收端時 鐘的作用下通過一號采樣器進行采樣，采樣后的信號通過p階離散分數傅立葉 變換器得到離散序列(F々)(")；
步驟七、第二切普信號產生器根據接收端信號參數存儲器中存儲的信號參
數產生實切普信號c; W ，所述實切普信號c; w在接收端時鐘的作用下通過二號
采樣器進行采樣，然后通過p階離散分數傅立葉變換器得到切普離散序列步驟八、第二高斯信號產生器根據接收端信號參數存儲器中存儲的信號參
數產生高斯信號c2 w ，所述高斯信號c; w在接收端時鐘的作用下通過三號采樣 器進行采樣，然后通過p階離散分數傅立葉變換器得到高斯離散序列
(尸r)2(");
步驟九、離散序列(^V)(^和切普離散序列(^V)"")通過相關器得到積分
值,，離散序列(尸"0^和高斯離散序列(尸~)2(")通過相關器得到積分值/2;
步驟十、積分值y;通過一號判決器得到數字信息g11)，積分值/2通過二號 判決器得到數字信息^2)，數字信息^)和gf—起送入接收端映射器轉換為一
路多進制數字信息g"，所述多進制數字信息&通過信息輸出器輸出；
本技術方案中發送端信號參數存儲器中的信號參數與接收端信號參數存 儲器中的信號參數相同。
本發明提供的另一種技術方案為 調制過程
步驟一、通過發送端映射器將信息源6"輸出的多進制數碼映射為并行的兩 路數字信息《"和《2"
步驟二、第一切普信號產生器根據第一發送端信號參數存儲器中的參數產 生相應的實切普信號q(/);
步驟三、第三切普信號產生器根據第二發送端信號參數存儲器中的參數產 生相應的實切普信號c,(。；
步驟四、數字信息《"與實切普信號&W在發送端時鐘作用下通過一號調 制器得到載有數字信息的脈沖信號m々)，數字信息《2)與實切普信號4 在發 送端時鐘作用下通過二號調制器得到載有數字信息的脈沖信號附2^;
步驟五、載有數字信息的脈沖信號"(/)和W2(,)相加得到的脈沖信號附W 由發射端天線發射；
解調過程為
步驟六、接收天線接收的脈沖信號通過濾波器進行濾波，然后在接收端時 鐘的作用下通過一號采樣器進行采樣，采樣后的信號通過p階離散分數傅立葉變換器得到離散序列(^V)(");
步驟七、第二切普信號產生器根據第一接收端信號參數存儲器中存儲的信
號參數產生實切普信號& w,所述實切普信號& (/)在接收端時鐘的作用下通過
二號采樣器進行采樣，然后通過/7階離散分數傅立葉變換器得到切普離散序列
步驟八、第四切普信號信號產生器根據第二接收端信號參數存儲器中存儲
的信號參數產生實切普信號c4 W ，所述實切普信號c; W在接收端時鐘的作用下
通過三號采樣器進行采樣，然后通過p階離散分數傅立葉變換器得到切普離散
步驟九、離散序列(FPr)00和切普離散序列(/^。"")通過相關器得到積分
值y;，離散序列(,"(")和切普離散序列(尸。2(")通過相關器得到積分值/2;
步驟十、積分值,通過一號判決器得到數字信息^"，積分值/2通過二號 判決器得到數字信息gf ，數字信息^)和gf—起送入接收端映射器轉換為一
路多進制數字信息g"，所述多進制數字信息g"通過信息輸出器輸出；
本技術方案中第一發送端信號參數存儲器中的參數與第一接收端信號參 數存儲器中的參數相同，第二發送端信號參數存儲器中的參數與第二接收端信 號參數存儲器中的參數相同。
本發明的方法實現較為簡單，由于實切普信號和高斯信號在特定階分數傅 立葉變換域上具有不同的能量聚集特性，所以利用兩路信號同時傳輸信息，與 采用單一脈沖的系統相比，有效利用了信道資源，增大了系統的傳輸速率，同 時本發明設計合理、工作可靠，具有較大的推廣價值。
圖1是具體實施方式
一的調制裝置的結構示意圖；圖2是具體實施方式
一 的解調裝置的結構示意圖；圖3是具體實施方式
二的調制裝置的結構示意圖； 圖4是具體實施方式
二的解調裝置的結構示意圖；圖5是具體實施方式
一解調 過程中切普離散序列(/^V),(")和高斯離散序列(FP。2(")的P階分數域波形圖，其中"---"表示切普離散序列(^^(")的波形圖，"-"表示高斯離
散序列(尸^(")的波形圖；圖6是具體實施方式
一中裝置的信號系統誤符號率 的仿真曲線，其中橫坐標表示每比特信息具有的能量A與加性高斯白噪聲信道
的單邊功率譜密度 的比值。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式所述的的分數傅立葉變換域超寬帶脈沖信號 調制與解調方法中的調制過程為
步驟一、通過發送端映射器1將信息源6"輸出的多進制數碼映射為并行的
兩路數字信息《"和《2);
步驟二、第一切普信號產生器2根據發送端信號參數存儲器3中的參數產
生相應的實切普信號6(0;
步驟三、第一高斯信號產生器4根據發送端信號參數存儲器3中的參數產 生相應的高斯信號&(/);
步驟四、數字信息《)與實切普信號c,W在發送端時鐘7作用下通過一號 調制器5得到載有數字信息的脈沖信號m^)，數字信息《2)與高斯信號c^0在 發送端時鐘7作用下通過二號調制器6得到載有數字信息的脈沖信號附2G);
步驟五、載有數字信息的脈沖信號m,(,)和;n2(/)相加得到的脈沖信號 由發射端天線發射；
解調過程為
步驟六、接收天線接收的脈沖信號通過濾波器8進行濾波，然后在接收端 時鐘12的作用下通過一號采樣器13-1進行采樣，采樣后的信號通過p階離散 分數傅立葉變換器14得到離散序列(F )(")；
步驟七、第二切普信號產生器10根據接收端信號參數存儲器9中存儲的 信號參數產生實切普信號c;(f)，所述實切普信號c;(f)在接收端時鐘12的作用 下通過二號采樣器13-2進行采樣，然后通過p階離散分數傅立葉變換器14得 到切普離散序列(FP^(");
步驟八、第二高斯信號產生器11根據接收端信號參數存儲器9中存儲的信號參數產生高斯信號^W，所述高斯信號^W在接收端時鐘12的作用下通 過三號采樣器13-3進行采樣，然后通過; 階離散分數傅立葉變換器14得到高 斯離散序列(^。2^;
步驟九、離散序列(F )M和切普離散序列(^V),(")通過相關器得到積分
值,，離散序列(^。(")和高斯離散序列(^>)200通過相關器得到積分值/2;
步驟十、積分值,通過一號判決器15得到數字信息^)，積分值/2通過二 號判決器16得到數字信息gf，數字信息^)和^)一起送入接收端映射器17 轉換為一路多進制數字信息g"，所述多進制數字信息g"通過信息輸出器18輸 出；
本實施方式中發送端信號參數存儲器3中的信號參數與接收端信號參數 存儲器9中的信號參數相同。
以輸出為四進制數碼的信息源為例對本實施方式進行具體說明 調制過程
步驟一、輸出的兩路數字信息的數據流{《}與輸入的信息源的數據流仇} 的關系為
11 6 =0
1-1 6"=1
-11 6 = 2
一l 一l 6 =3
(n-0，1，2,…)
通過步驟二得到實切普信號q(/); 通過步驟三得到高斯信號c2"); 通過步驟四和步驟五得到的信號可以表示為
其中，T)為一幀持續時間，也可稱為脈沖重復時間；Lz」表示取Z的整數
部分；M為每一比特數據要發送的脈沖數，《^」(* = 1，2)為第A路信號在第y
幀傳送的調制信息，它對應該路數據的第(Ly/乂」)位；
通過步驟六、步驟七、步驟八、步驟九和步驟十完成本發明的解調過程。
具體實施方式
二本實施方式所述的分數傅立葉變換域超寬帶脈沖信號調 制與解調方法中的調制過程為調制過程為
步驟一、通過發送端映射器1將信息源^輸出的多進制數碼映射為并行的 兩路數字信息《"和"f;
步驟二、第一切普信號產生器2根據第一發送端信號參數存儲器3-l中的
參數產生相應的實切普信號&(0 ;
步驟三、第三切普信號產生器4-l根據第二發送端信號參數存儲器3-2中
的參數產生相應的實切普信號^W;
步驟四、數字信息《)與實切普信號A(,)在發送端時鐘7作用下通過一號 調制器5得到載有數字信息的脈沖信號^(/)，數字信息《2)與實切普信號qW 在發送端時鐘7作用下通過二號調制器6得到載有數字信息的脈沖信號附2(0;
步驟五、載有數字信息的脈沖信號^(,)和/n2(/)相加得到的脈沖信號wW 由發射端天線發射；
解調過程為
步驟六、接收天線接收的脈沖信號通過濾波器8進行濾波，然后在接收端 時鐘12的作用下通過一號采樣器13-1進行采樣，采樣后的信號通過p階離散 分數傅立葉變換器14得到離散序列(Pr)(");
步驟七、第二切普信號產生器10根據第一接收端信號參數存儲器9-1中 存儲的信號參數產生實切普信號c;(f)，所述實切普信號&W在接收端時鐘12 的作用下通過二號采樣器13-2進行采樣，然后通過p階離散分數傅立葉變換 器14得到切普離散序列(^V)"");
步驟八、第四切普信號信號產生器11-1根據第二接收端信號參數存儲器 9-2中存儲的信號參數產生實切普信號qW，所述實切普信號c,W在接收端時 鐘12的作用下通過三號采樣器13-3進行采樣，然后通過p階離散分數傅立葉 變換器14得到切普離散序列(F々L(");
步驟九、離散序列(i^r)(")和切普離散序列(FP4(")通過相關器得到積分 值/，離散序列(尸r)(")和切普離散序列(i^^(")通過相關器得到積分值^;步驟十、積分值乂通過一號判決器15得到數字信息^)，積分值/2通過二 號判決器16得到數字信息^2)，數字信息^)和^2)—起送入接收端映射器17 轉換為一路多進制數字信息g"，所述多進制數字信息g"通過信息輸出器18輸 出；
本實施方式中第一發送端信號參數存儲器3-l中的參數與第一接收端信號 參數存儲器9-l中的參數相同，第二發送端信號參數存儲器3-2中的參數與第 二接收端信號參數存儲器9-2中的參數相同。
權利要求
1、分數傅立葉變換域超寬帶脈沖信號調制與解調方法，其特征在于它的調制過程為步驟一、通過發送端映射器(1)將信息源bn輸出的多進制數碼映射為并行的兩路數字信息dn(1)和dn(2)；步驟二、第一切普信號產生器(2)根據發送端信號參數存儲器(3)中的參數產生相應的實切普信號c1(t)；步驟三、第一高斯信號產生器(4)根據發送端信號參數存儲器(3)中的參數產生相應的高斯信號c2(t)；步驟四、數字信息dn(1)與實切普信號c1(t)在發送端時鐘(7)作用下通過一號調制器(5)得到載有數字信息的脈沖信號m1(t)，數字信息dn(2)與高斯信號c2(t)在發送端時鐘(7)作用下通過二號調制器(6)得到載有數字信息的脈沖信號m2(t)；步驟五、載有數字信息的脈沖信號m1(t)和m2(t)相加得到的脈沖信號m(t)由發射端天線發射；解調過程為步驟六、接收天線接收的脈沖信號通過濾波器(8)進行濾波，然后在接收端時鐘(12)的作用下通過一號采樣器(13-1)進行采樣，采樣后的信號通過p階離散分數傅立葉變換器(14)得到離散序列(Fpr)(u)；步驟七、第二切普信號產生器(10)根據接收端信號參數存儲器(9)中存儲的信號參數產生實切普信號c′1(t)，所述實切普信號c′1(t)在接收端時鐘(12)的作用下通過二號采樣器(13-2)進行采樣，然后通過p階離散分數傅立葉變換器(14)得到切普離散序列(Fpr)1(u)；步驟八、第二高斯信號產生器(11)根據接收端信號參數存儲器(9)中存儲的信號參數產生高斯信號c′2(t)，所述高斯信號c′2(t)在接收端時鐘(12)的作用下通過三號采樣器(13-3)進行采樣，然后通過p階離散分數傅立葉變換器(14)得到高斯離散序列(Fpr)2(u)；步驟九、離散序列(Fpr)(u)和切普離散序列(Fpr)1(u)通過相關器得到積分值f1，離散序列(Fpr)(u)和高斯離散序列(Fpr)2(u)通過相關器得到積分值f2；步驟十、積分值f1通過一號判決器(15)得到數字信息gn(1)，積分值f2通過二號判決器(16)得到數字信息gn(2)，數字信息gn(1)和gn(2)一起送入接收端映射器(17)轉換為一路多進制數字信息gn，所述多進制數字信息gn通過信息輸出器(18)輸出；本權利要求中發送端信號參數存儲器(3)中的信號參數與接收端信號參數存儲器(9)中的信號參數相同。
2、分數傅立葉變換域超寬帶脈沖信號調制與解調方法，其特征在于它的 調制過程為步驟一、通過發送端映射器(1)將信息源6"輸出的多進制數碼映射為并行的 兩路數字信息c^和《2、步驟二、第一切普信號產生器(2)根據第一發送端信號參數存儲器(3-l)中的參數產生相應的實切普信號^W ;步驟三、第三切普信號產生器(4-l)根據第二發送端信號參數存儲器(3-2) 中的參數產生相應的實切普信號q(r);步驟四、數字信息《"與實切普信號c"0在發送端時鐘(7)作用下通過一號 調制器(5)得到載有數字信息的脈沖信號^W,數字信息《"與實切普信號qW 在發送端時鐘(7)作用下通過二號調制器(6)得到載有數字信息的脈沖信號 附2 (0;步驟五、載有數字信息的脈沖信號w々)和加2W相加得到的脈沖信號附W 由發射端天線發射； 解調過程為步驟六、接收天線接收的脈沖信號通過濾波器(8)進行濾波，然后在接收 端時鐘(1"的作用下通過一號采樣器(13-1)進行采樣，采樣后的信號通過p階 離散分數傅立葉變換器(14)得到離散序列；步驟七、第二切普信號產生器(10)根據第一接收端信號參數存儲器(9-1)中 存儲的信號參數產生實切普信號c; W ，所述實切普信號c; W在接收端時鐘(12) 的作用下通過二號采樣器(13-2)進行采樣，然后通過p階離散分數傅立葉變換 器(14)得到切普離散序列(M);步驟八、第四切普信號信號產生器(ll-l)根據第二接收端信號參數存儲器(9-2)中存儲的信號參數產生實切普信號q(/)，所述實切普信號c二^)在接收端時鐘(12)的作用下通過三號采樣器(13-3)進行采樣，然后通過p階離散分數傅立葉變換器(14)得到切普離散序列(/^>)2(");步驟九、離散序列(尸r)(";)和切普離散序列(FVd(")通過相關器得到積分值X，離散序列(/^> 和切普離散序列(/^)2(")通過相關器得到積分值/2;步驟十、積分值,通過一號判決器(15)得到數字信息g^，積分值/2通過二 號判決器(16)得到數字信息g^ ，數字信息^)和^一起送入接收端映射器(17) 轉換為一路多進制數字信息g",所述多進制數字信息g"通過信息輸出器(18) 輸出；本權利要求中第一發送端信號參數存儲器(3-l)中的參數與第一接收端信 號參數存儲器(9-l)中的參數相同，第二發送端信號參數存儲器(3-2)中的參數與 第二接收端信號參數存儲器(9-2)中的參數相同。
全文摘要
分數傅立葉變換域超寬帶脈沖信號調制與解調方法，涉及一種超寬帶系統中的信息調制及解調技術。它解決了PAM、PPM等調制方法利用一路脈沖作為信息傳輸的載體進行通信時傳輸效率低的問題。它的調制過程為將多進制數碼的信息源分為并行的兩路數字信息，并將兩路數字信息分別與實切普信號和高斯信號在發送端時鐘作用下通過調制和相加得到的發送端脈沖由發射端天線發射；解調過程為將接收的脈沖信號進行濾波并在接收端時鐘作用下進行采樣，并變換到p階分數傅立葉變換域上，再將分別與實切普信號和高斯信號進行相關解調獲得的兩路數字信息映射為一路多進制數字信息。所述高斯信號也可為實切普信號。本發明可應用于脈沖超寬帶通信系統中。
文檔編號H04L27/00GK101309092SQ20081006492
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月14日 優先權日2008年7月14日
發明者軍 史, 吳宣利, 孟維曉, 寧曉燕, 迪 林, 沙學軍, 昕 邱 申請人:哈爾濱工業大學