一種基于頻譜反變換實現多載波無線寬帶信號調制的方法
【專利摘要】本發明提供了一種基于頻譜反變換實現多載波無線寬帶信號調制的方法，包括以下步驟：首先根據頻譜模板或者測量儀表獲得寬帶信號的功率譜樣本；然后從信號的功率譜特征提取得到幅度譜數據；接著為幅度譜補入隨機化相位信息，得到幅度矢量譜；再下來對其進行快速傅立葉反變換(IFFT)，得到一系列有限長的隨機信號；然后對此有限長時域隨機序列進行時域隨機化處理，得到非周期的無限長時域序列，最后經過濾波處理后輸出到高速DAC就可構造出所期望的時域隨機信號。本發明方法很好的解決了傳統多載波直接頻率合成(DDS)方法帶來的信號峰均功率比過高的問題，而且避免了多載波數字直接合成時，信號帶寬受到硬件平臺處理速度的限制，多載波數目受到硬件平臺資源的限制，以及合成信號有效位寬損失的問題。
【專利說明】一種基于頻譜反變換實現多載波無線寬帶信號調制的方法
【技術領域】
[0001]本發明專利屬于一種應用于無線通信網絡上的數據調制技術，屬于電子【技術領域】。
【背景技術】
[0002]從1897年，第一次成功實現無線電信號的傳送開始，無線通信技術經過兩百多年的發展，特別是近三十年的快速發展，已經廣泛的影響到人類的科學研究，生產生活的方方面面，并延伸到計算機科學、宇航技術、自動控制以及其他各學科領域的研究。隨著信息化社會的發展，無線通信寬帶化，數字化的發展方向日趨明顯。
[0003]寬帶化是無線通信技術發展的重要方向之一。1987年第二代無線傳輸系統GSM問世時，支持的最大數據傳輸速率為9.6Kbps，到第三代移動通信時，這個速率已經可以達到2Mbps，甚至更高。近年來，高速率通信系統發展很快，可以看到大量的寬帶通信系統都采用了多載波調制技術方案。多載波調制的基本思想是將傳輸比特流分成多個子比特流，再調制到不同的子載波上進行傳輸。就多載波調制中的各個載波而言，其調制的工作原理與單載波調制的工作原理基本相同，如QAM、QPSK等。當把待傳送的多組數據組合傳輸時，為了在接收端能夠正確的解調，需要為每組數據分配一個頻率各不相同的子載波進行正交調制，最后把所有的調制信號疊加在一起進行傳送，這樣就形成了多載波調制。
[0004]數字化是無線通信技術發展的另一個主要方向。計算機技術，微電子技術的發展，以及大規模集成電路，數字信號處理技術的迅速發展，催生了軟件無線電這門新興技術。軟件無線電的基本思想是將寬帶A/D、D/A轉換盡可能地靠近射頻天線，即通過軟件來實現數據處理，載波調制等以前需要借助大量體積龐大，構造復雜的模擬電子設備來完成的功能，使系統可以靈活的工作于不同頻段和不同的制式。
[0005]一個通信系統的構成主要分成以下三個部分:發送設備，接收設備，還有傳輸媒介。對于無線通信系統而言，這個傳輸媒介即為電磁波。由于電磁波在空間的傳播過程受到各種干擾的影響，為了減小這些干擾對信號接收的影響，同時為了提高無線信道的利用率，在發送設備端需要對信息進行調制。傳統的發射機信號處理流程為:數字基帶信號經過DAC變換后轉換為模擬I/Q信號，輸出到低通濾波，然后分別和兩路正交的載波進行混頻，而后再疊加，接著進行中頻調制和射頻混頻，然后輸出到功率放大器，和射頻濾波器，最后通過天線發射出去。利用軟件無線電技術，我們可以實現數字化中頻處理，即基帶的I/Q信號，先進行數字濾波，然后利用直接頻率合成技術(DDS)，分別與正交的兩路數字中頻載波信號進行數字調制，調制完成后輸出到DAC，轉換為模擬調制信號，接下來依次經過模擬中頻濾波器，射頻混頻器，射頻功放，輸出濾波器，最后到達天線，完成信號發射。數字化中頻發射機已經極大的減少了信號處理過程中的模擬環節，使得前端引入的噪聲更小，電路更簡潔，整體系統的體積更小，構造更靈活，適應性更強。因此，該系統目前廣泛的應用于無線通信的各個領域內，如移動通信基站，衛星通信系統，雷達通信系統等。
[0006]在數字化中頻無線寬帶調制系統中，直接數字頻率合成(DDS)技術是目前較為成熟的的波形生成技術，該技術能夠產生穩定性好，帶寬較寬，頻率分辨率較高的信號，并且轉換速度快，調制方式控制靈活。但是在多載波系統中，如果采用全數字結構的DDS合成技術，對硬件設備的資源提出了較高的要求，另外受限于數字電路的最高時鐘頻率，難以產生很高頻率的信號。目前實際電路上最高輸出帶寬僅能達到500MHz，而且由于數字電路的雜散電平和諧波電平較高，實際的工作頻帶遠遠低于最高輸出帶寬。所以直接數字頻率合成技術在很多環境下并不能很好的滿足無線寬帶調制系統的應用要求。
[0007]對于某些復雜的信號形式，包括雜波，噪聲等，這些信號屬于不確定性信號，表現出來某些統計特征，這些特征往往存在于功率譜特征中。這為我們進行信號重構提供了一條新的途徑，因為通過各種輔助儀表，我們可以較方便的獲取它們的統計功率譜特征。借助軟件無線電技術，結合數字信號處理理論，在通用硬件平臺上通過快速傅立葉算法可以計算出信號的時域波形數據，然后通過高速DAC器件進行信號轉換，配合必要的濾波處理，就可以實現精度高，實時性好，相對帶寬大的信號重構。
【發明內容】
[0008]針對現有方法的不足，本發明以軟件無線電技術為基礎，旨在以較小的實現復雜度和硬件平臺復雜度，實現高精度，高實時性的寬帶信號重構。
[0009]本發明的技術方案如下:
[0010]一種基于頻譜反變換實現多載波無線寬帶信號調制的方法，所述方法包含以下步驟:
[0011]第I步:計算信號的幅度頻譜
【權利要求】
1.一種基于頻譜反變換實現多載波無線寬帶信號調制的方法，通過對輸入功率譜信號進行數據處理，得到無限長時域隨機信號，該方法包含以下步驟: (1)對信號的功率譜開平方根得到幅度譜數據； (2)為幅度譜疊加上均勻分布的隨機相位譜，得到包含相位信息的幅度矢量頻譜； (3)對矢量幅度譜進行快速傅立葉反變換(IFFT)，得到一系列有限長的時域隨機序列； (4)對時域序列進行重排； (5)用半正弦窗對重排序列進行加權疊加 (6)重復以上步驟得到時域無限隨機序列進 (7)將時域無限隨機序列進行數模變換得到時域隨機信號。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于疊加的相位譜滿足[0，2π ]上的均勻分布。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于對矢量幅度譜進行快速傅立葉反變換。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于時域偽隨機序列進行隨機抽頭重排。
5.如權利要求1和4所述的方法，其特征在于對有限長隨機序列進行半余弦窗函數加權疊加。
【文檔編號】H04L27/26GK103812815SQ201310632088
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】陶成, 盧艷萍 申請人:無錫微斯騰信息技術有限公司