專利名稱：：一種用于Chirp超寬帶通信系統(tǒng)的調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是一種應(yīng)用于高速無線通信的超寬帶通信系統(tǒng)的調(diào)制方法，屬于通信調(diào)制
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：由于對(duì)超寬帶的定義都是從信號(hào)帶寬的角度出發(fā)，所以超寬帶己有多種不同的實(shí)現(xiàn)方式。這些實(shí)現(xiàn)方式大體上可以分為四類方案l.基于脈沖無線電(ImpulseRadio,簡(jiǎn)稱IR)的超寬帶，這種方案以占空比極低的窄脈沖而不是正弦波作為信息載體；2.基于多頻帶一正交頻分復(fù)用(MultiBand-OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,簡(jiǎn)稱MB-OFDM)的超寬帶，這種方案利用OFDM技術(shù)使發(fā)射的信號(hào)具有很大的帶寬；3基于直接序列一碼分多址(DirectSequence-CodeDivisionMultipleAccess,簡(jiǎn)稱DS-CDMA)的超寬帶，這種方案利用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)大發(fā)射信號(hào)的帶寬；4基于啁啾(Chirp)的超寬帶，這種方案采用線性調(diào)頻信號(hào)作為信息載體。本發(fā)明就是用于Chirp超寬帶通信系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)。目前為止，己經(jīng)提出的基于Chirp超寬帶的調(diào)制方式可分為兩大類直接調(diào)制(DirectModulation,簡(jiǎn)稱DM)和二進(jìn)制正交鍵控(BinaryOrthogonalKeying,簡(jiǎn)稱B0K)調(diào)制。DM采用一路Chirp信號(hào)來表達(dá)數(shù)據(jù)符號(hào)。數(shù)據(jù)符號(hào)可以是二進(jìn)制符號(hào)，也可以是多進(jìn)制符號(hào)。因?yàn)閿?shù)據(jù)符號(hào)不受限制，DM可以和各種數(shù)字調(diào)制方式組合使用，但解調(diào)較為復(fù)雜。AndreasSpringer,MarioHuemer，LeonhardReindldeng等在文章《ARobustUltra-Broad-BandWirelessCommunicationSystemUsingSAWChirpedDelayLines》中提出的用于Chirp超寬帶的調(diào)制方法二進(jìn)制正交鍵控(BinaryOrthogonalKeying,簡(jiǎn)稱B0K)調(diào)制。這種調(diào)制方法是用頻率由低變到高的上掃頻信號(hào)和頻率由高變到低的下掃頻信號(hào)分別表示數(shù)據(jù)"1"和"0"。由于上掃頻信號(hào)和下掃頻信號(hào)之間有很好的正交性，所以一種掃頻信號(hào)通過與之匹配的濾波器會(huì)被壓縮成窄脈沖，脈沖峰值很高，而另一種掃頻信號(hào)通過該濾波則不會(huì)被壓縮，輸出信號(hào)的幅度變化不大。接收端利用兩個(gè)匹配濾波器，通過檢測(cè)窄脈沖的出現(xiàn)就可以解調(diào)出所發(fā)送的數(shù)據(jù)。這種調(diào)制方法與DM方法相比，B0K方式由于沒有使用QPSK、QAM等調(diào)制方式，所以在接收端不用做信道估計(jì)，所以解調(diào)起來簡(jiǎn)單，但由于一個(gè)調(diào)制符號(hào)只傳輸1比特的信息，所以信息傳輸效率比較低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了提高數(shù)據(jù)傳輸效率同時(shí)保證實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單，提出一種用四進(jìn)制雙正交鍵控(4-aryBi-OrthogonalKeying,簡(jiǎn)稱4B0K)的調(diào)制方法。該方法可以提供更高速率的數(shù)據(jù)傳輸能力，同時(shí)復(fù)雜度也比較低。請(qǐng)注意本發(fā)明中4B0K調(diào)制的字母"B"跟前文所提到的BOK調(diào)制的字母"B"含義是不一樣的。整個(gè)方法包括調(diào)制部分和解調(diào)部分。為方便說明，我們作如下定義假設(shè)2比特表示的四進(jìn)制數(shù)據(jù)集合為1)={11,10,01,00},chirp信號(hào)(也叫掃頻信號(hào))集合為s-^AAA)，其中，^表示初始相位為^的上掃頻信號(hào)，掃頻范圍為,/2(/;</2)，^表示初始相位為A的上掃頻信號(hào)，掃頻范圍為,~/2(,</2),53表示初始相位為^的下掃頻信號(hào)，掃頻范圍為/3~/4(/3>/4)，^表示初始相位為A的下掃頻信號(hào)，掃頻范圍為/3~/4(/3>/4)，A，&AA的掃頻時(shí)間均為2比特?cái)?shù)據(jù)的持續(xù)時(shí)間'且滿足l^-《|=180°，又設(shè)4個(gè)chirp信號(hào)、A,^,對(duì)應(yīng)的匹配濾波器分別為附i,W2,W3,m4;調(diào)制部分本調(diào)制方法是將待調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，按照兩個(gè)比特一組(即用二進(jìn)制數(shù)表示的一個(gè)四進(jìn)制數(shù))分組，則每個(gè)四進(jìn)制數(shù)的取值集合為Z)-{11,10,01,00},然后按照一一對(duì)應(yīng)關(guān)系將每個(gè)四進(jìn)制數(shù)形式的信號(hào)通過轉(zhuǎn)換電路變換成集合S-hA，A,&)中的信號(hào)(比如將00轉(zhuǎn)換成A，將01轉(zhuǎn)換成^，將10轉(zhuǎn)換成^，將11轉(zhuǎn)換成&)。按照一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)排列組合，集合S與集合D之間可以有24種對(duì)應(yīng)(映射)關(guān)系，如表1所示。表l:D集合到S集合的影射關(guān)糸表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>解調(diào)部分解調(diào)方法是先根據(jù)掃頻信號(hào)模式和相位判斷并檢測(cè)出收到的信號(hào)是年&，&還是&，然后按照調(diào)制中的映射關(guān)系的逆映射解調(diào)出信息比特；所述的掃頻信號(hào)模式有兩種，一種是上掃頻信號(hào)，另一種是下掃頻信號(hào)，每種掃頻信號(hào)的相位也有兩種，上掃頻信號(hào)是^或A,下掃頻信號(hào)是^或A，A與A、03與-4均相差180°。發(fā)明實(shí)質(zhì)和效果本發(fā)明通過將兩個(gè)比特的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)四進(jìn)制數(shù)，并映射到一個(gè)chirp信號(hào)，這樣一次可以傳輸兩個(gè)比特的二進(jìn)制數(shù)，因此一個(gè)符號(hào)可以傳輸兩個(gè)比特信息，從而增加了傳輸效率。圖1是本發(fā)明的調(diào)制過程的實(shí)施例一的示意圖；圖2是本發(fā)明的調(diào)制部分的實(shí)施例二的示意圖；圖3是本發(fā)明的解調(diào)部分的一個(gè)實(shí)施例示意101是數(shù)據(jù)緩沖過程或緩沖器，102是極性轉(zhuǎn)換過程或極性轉(zhuǎn)換電路，103是串/并轉(zhuǎn)換過程或串/并變換器，104是脈沖產(chǎn)生過程或脈沖產(chǎn)生器，105是信號(hào)相乘過程或乘法器，106是信號(hào)相乘過程或乘法器，107是上掃頻濾波過程或上掃頻濾波器，108是下掃頻濾波過程或下掃頻濾波器，109是信號(hào)相加過程或加法器201是chirp信號(hào)產(chǎn)生過程l或chi卬信號(hào)產(chǎn)生器l，產(chǎn)生chirp信號(hào)s,;202是chirp信號(hào)產(chǎn)生過程2或chirp產(chǎn)生器2，產(chǎn)生chirp信號(hào)&;203是chirp產(chǎn)生過程3或chirp產(chǎn)生器3,產(chǎn)生chirp信號(hào)A;204是chirp產(chǎn)生過程4或chirp產(chǎn)生器4，產(chǎn)生chirp信號(hào)^;205是數(shù)據(jù)緩沖過程或緩沖器；206是多路選通過程或多路選通器。301是上掃頻匹配濾波過程hi或上掃頻匹配濾波器302是采樣過程或采樣器，303是下掃頻匹配濾波過程h2或下掃頻匹配濾波器h2，304是采樣過程或采樣^1，305是幅度比較過程或幅度比較器，306是選通過程或選通器，307是符號(hào)判決過程或符號(hào)判決器，308是判斷過程或判斷器，309是逆映射過程或逆映射器，310是305的A端口，311是305的B端口，312是305的C端口，313是305的D端口，314是306的E端口，315是306的F端口，316是308的G端口，317是308的H端口。實(shí)施例調(diào)制過程的實(shí)例一如圖1所示，處理過程如下步驟l:將串行的比特流通過緩沖或緩沖電路(101)按兩個(gè)比特一組輸出，；步驟2:緩沖或緩沖電路(101)輸出的兩個(gè)比特的單極性電信號(hào)通過極性轉(zhuǎn)換或極性轉(zhuǎn)換電路(102)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)雙極性符號(hào)或雙極性電信號(hào)，且兩個(gè)雙極性符號(hào)或雙極性電信號(hào)中，其中一個(gè)必須是0符號(hào)或0電平，另一個(gè)必須是非0符號(hào)或非0電平，例如11轉(zhuǎn)換成10，10轉(zhuǎn)換成-10:01轉(zhuǎn)換成01,00轉(zhuǎn)換成0-1;步驟3:將兩個(gè)雙極性調(diào)制符號(hào)或電信號(hào)進(jìn)行串/變換(103),即將一路串行信號(hào)變成兩路并行符號(hào)流或電信號(hào)，每個(gè)雙極性符號(hào)或雙極性電信號(hào)的持續(xù)時(shí)間為2個(gè)比特的持續(xù)時(shí)間；步驟4:分別將兩路并行符號(hào)流中的每一路中的雙極性符號(hào)或電信號(hào)與同脈沖產(chǎn)生過程或一脈沖產(chǎn)生器(104)產(chǎn)生的脈沖符號(hào)或脈沖信號(hào)相乘，該脈沖符號(hào)或脈沖信號(hào)的重復(fù)時(shí)間為2個(gè)比特的持續(xù)時(shí)間；步驟5:將步驟4中所的得到一路乘積通過上掃頻濾波器(107)得到一個(gè)上掃頻Chirp信號(hào)(s,或S2),將步驟4中所的到另一路乘積通過下掃頻濾波器(108)得到一個(gè)下掃頻Chirp信號(hào)(S3或S4);步驟6:將步驟5中得到的兩個(gè)Chirp信號(hào)相加后合在一起，得到一個(gè)最終Chi卬信號(hào)。由于兩路雙極性符號(hào)一路是非0符號(hào)或非0電信號(hào)和一個(gè)是0符號(hào)或0電信號(hào)，因此最終Chirp信號(hào)一定是^^A或^中的一個(gè)。調(diào)制過程的實(shí)例二如圖2所示，調(diào)制過程可以分為2步步驟i:將串行比特流通過緩沖器(205)按兩個(gè)比特一組分組，分組后的比特對(duì)取值為00、01、lO或ll;步驟2:將步驟1所得到的每組比特去觸發(fā)四選一選通器(206)，選通器(206)的四個(gè)輸入端是四個(gè)不同的chirp信號(hào)發(fā)生器(201,202,203,204)分別為、s2,^&4。解調(diào)過程實(shí)例-如圖3所示，解調(diào)可由以下9步組成步驟1:將收到的基帶信號(hào)分成兩路輸出，一路送給上掃頻匹配濾波器^(301)，另一路送給下掃頻匹配濾波器^(303);其中上掃頻濾波器^是從/w,和/^中選取，下掃頻濾波器&是從m3和w4中選?。徊襟E2:匹配濾波器/,(301)的輸出被采樣器(302)采樣，匹配濾波器&(303)的輸出被采樣器(304)采樣；步驟3:將采樣器(302)的輸出分成兩路，一路送入幅度比較器(305)的A端口(310),另一路送入選通器(306)的E端口(314)，將采樣器(304)的輸出分成兩路，一路送入幅度比較器(305)的B端口(311)，另一路送入選通器(306)的F端口(315);步驟4:幅度比較器(305)比較A端口(310)和B端口(311)的信號(hào)的幅度，如果A端口(310)的信號(hào)幅度大于等于B端口(311)的信號(hào)幅度，則幅度比較器(305)從C端口(312)輸出控制信號(hào)"1"，從D端口(313)輸出符號(hào)"1"，如果A端口(310)的信號(hào)幅度小于B端口(311)的信號(hào)幅度，則幅度比較器(305)從C端口(312)輸出控制信號(hào)"0"，從D端口(313)輸出符號(hào)"0";步驟5:從幅度比較器(305)的C端口(312)輸出的信號(hào)輸入到選通器(306)的控制端，從幅度比較器(305)的D端口(313)輸出的信號(hào)輸入到判斷器(308)的G端口(316);步驟6:選通器(306)根據(jù)從幅度比較器(305)送來的控制信號(hào)，選通E端口(314)的信號(hào)和F端口(315)的信號(hào)之一作為選通器(306)的輸出并輸入到符號(hào)判決器(308),控制選通E端口(314)或F端口(315)的方法為如果從幅度比較器(305)送來的控制信號(hào)為"1",貝IJ選通器(306)選擇E端口(314)的信號(hào)作為輸出信號(hào)；如果從幅度比較器(305)送來的控制信號(hào)為"0"，則選通器(306)選擇F端口(315)的信號(hào)作為輸出信號(hào)；步驟7:符號(hào)判決器(307)判斷輸入信號(hào)的極性，如果輸入信號(hào)的極性為正(包括零)，則符號(hào)判決器(307)輸出符號(hào)"1";如果輸入信號(hào)極性是為負(fù)，則符號(hào)判決器(307)輸出符號(hào)"O"，符號(hào)判決器(307)的輸出信號(hào)輸入到判斷器(308)的H端口(317);步驟8:判決器(308)根據(jù)分別從G端口(317)和H端口(318)接收到的兩個(gè)符號(hào)以及上掃頻匹配濾波器(301)和下掃頻匹配濾波器(303)的類型，判斷出接收機(jī)收到的chirp信號(hào)是^^，A還是^，G端口(317)符號(hào)、H端口(318)符號(hào)、上掃頻匹配濾波器(301)和下掃頻匹配濾波器(303)的類型與chirp信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示；步驟9:逆映射器(309)根據(jù)判決器(308)的判斷，然后按照調(diào)制中的映射關(guān)系(如表l所示)的逆映射還原出信息比特，并串行輸出。步驟l至步驟8是完成了chirp信號(hào)(掃頻信號(hào))的識(shí)別，即是、&A還是、。10表2G端口符號(hào)、H端口符號(hào)、匹配濾波器類型和chirp信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1、一種用于Chirp超寬帶通信系統(tǒng)的調(diào)制方法，由發(fā)端的調(diào)制部分和收端的解調(diào)組成，其特征在于調(diào)制部分為將待調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，按照兩個(gè)比特一組分組，則每個(gè)四進(jìn)制數(shù)的取值集合為Z-{11,10,01,00},然后按照一一對(duì)應(yīng)關(guān)系將每個(gè)四進(jìn)制數(shù)形式的信號(hào)通過轉(zhuǎn)換電路變換成集合S^S,，S2，S3，sJ中所表示的信號(hào)，其中s,表示初始相位為^的上掃頻信號(hào)，掃頻范圍為,~/2(,</2)，^表示初始相位為&的上掃頻信號(hào)，掃頻范圍為乂~/2(乂</2),A表示初始相位為^的下掃頻信號(hào)，掃頻范圍為/3/4(/3>/4)，^表示初始相位為A的下掃頻信號(hào)，掃頻范圍為/3~/4(/3>/4)，^AA,A的掃頻時(shí)間均為2比特?cái)?shù)據(jù)的持續(xù)時(shí)間，且滿足^—(/(|=180°,1^-^=180°,解調(diào)部分為先根據(jù)掃頻信號(hào)模式和相位判斷并檢測(cè)出收到的信號(hào)是AAA還是&，然后按照調(diào)制中的映射關(guān)系的逆映射解調(diào)出信息比特，2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于Chirp超寬帶通信系統(tǒng)的調(diào)制方法，其特征在于其調(diào)制過程由以下步驟組成步驟1:將串行的比特流通過緩沖或緩沖電路(101)按兩個(gè)比特一組輸出，歩驟2:緩沖或緩沖電路(101)輸出的兩個(gè)比特的單極性電信號(hào)通過極性轉(zhuǎn)換或極性轉(zhuǎn)換電路(102)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)雙極性符號(hào)或雙極性電信號(hào)，且兩個(gè)雙極性符號(hào)或雙極性電信號(hào)中，其中一個(gè)必須是o符號(hào)或o電平，另一個(gè)必須是非o符號(hào)或非o電平，例如11轉(zhuǎn)換成10，IO轉(zhuǎn)換成-IO;Ol轉(zhuǎn)換成Ol，OO轉(zhuǎn)換成O-1，步,驟3:將兩個(gè)雙極性調(diào)制符號(hào)或電信號(hào)進(jìn)行串/變換(103)，即將一路串行信號(hào)變成兩路并行符號(hào)流或電信號(hào)，每個(gè)雙極性符號(hào)或雙極性電信號(hào)的持續(xù)時(shí)間為2個(gè)比特的持續(xù)時(shí)間，步驟4:分別將兩路并行符號(hào)流中的每一路中的雙極性符號(hào)或電信號(hào)與同脈沖產(chǎn)生過程或一脈沖產(chǎn)生器(104)產(chǎn)生的脈沖符號(hào)或脈沖信號(hào)相乘，該脈沖符號(hào)或脈沖信號(hào)的重復(fù)時(shí)間為2個(gè)比特的持續(xù)時(shí)間，步驟5:將步驟4中所的得到一路乘積通過上掃頻濾波器(107)得到一個(gè)上掃頻Chirp信號(hào)，將步驟4中所的到另一路乘積通過下掃頻濾波器(108)得到一個(gè)下掃頻Chirp信號(hào)，步驟6:將步驟5中得到的兩個(gè)Chirp信號(hào)相加后合在一起，得到一個(gè)最終Chirp信號(hào)。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于Chirp超寬帶通信系統(tǒng)的調(diào)制方法，其特征在于調(diào)制過程由以下步驟組成-步驟1:將串行比特流通過緩沖器(205)按兩個(gè)比特一組分組，分組后的比特對(duì)取值為00、01、10或11，步驟2:將步驟1所得到的每組比特去觸發(fā)四選一選通器(206),選通器(206)的四個(gè)輸入端是四個(gè)不同的chirp信號(hào)發(fā)生器(201,202，203,204)分別為A,^，^和A。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于Chirp超寬帶通信系統(tǒng)的調(diào)制方法，其特征在于其解調(diào)過程由以下步驟組成步驟1:將收到的基帶信號(hào)分成兩路輸出，一路送給上掃頻匹配濾波器A(301),另一路送給下掃頻匹配濾波器&(303》其中上掃頻濾波器A是從/^和^中選取，下掃頻濾波器&是從w3和w4中選取，步澳2:匹配濾波器^(301)的輸出被采樣器(302沫樣，匹配濾波器&的輸出被采樣器(304)采樣，步驟3:將采樣器(302)的輸出分成兩路，一路送入幅度比較器(305)的A端口(310),另一路送入選通器(306)的E端口(314),將采樣器(304)的輸出分成兩路，一路送入幅度比較器(305)的B端口(311),另一路送入選通器(306)的F端口(315),步驟4:幅度比較器(305)比較A端口(310)和B端口(311)輸出信號(hào)的幅度，如果A端口(310)的信號(hào)幅度大于等于B端口(311)的信號(hào)幅度，則幅度比較器(305)從C端口(312)輸出控制信號(hào)"1"，從D端口(313)輸出符號(hào)"1"，如果A端口(310)的信號(hào)幅度小于B端口(311)的信號(hào)幅度，則幅度比較器(305)從C端口(312)輸出控制信號(hào)"0"，從D端口(313)輸出符號(hào)"0"，步驟5:從幅度比較器(305)的C端口(312)輸出的信號(hào)輸入到選通器(306)的控制端，從幅度比較器(305)的D端口(313)輸出信號(hào)輸入到判斷器(308)的G端口(316)。步驟6:選通器(306)根據(jù)從幅度比較器(305)送來的控制信號(hào)，選通E端口(314)的信號(hào)或F端口(315)的信號(hào)作為選通器(306)的輸出并輸入到符號(hào)判決器(308)，控制選通E端口(314)或F端口(315)的方法為如果從幅度比較器(305)送來的控制信號(hào)為"1"，則選通器(306)選擇E端口(314)的信號(hào)作為輸出信號(hào)；如果從幅度比較器(305)送來的控制信號(hào)為"0",則選通器(306)選擇F端口(315)'的信號(hào)作為輸出信號(hào)，步驟7:符號(hào)判決器(307)判斷輸入信號(hào)的極性，如果輸入信號(hào)的極性為正，則符號(hào)判決器輸出符號(hào)"l";如果輸入信號(hào)極性是為負(fù)，則符號(hào)判決器(307)輸出符號(hào)"0"，符號(hào)判決器(307)的輸出信號(hào)輸入到判斷器(308)的H端口(317)，步驟8:判斷器(308)根據(jù)分別從G端口(317)和H端口(318)接收到的兩個(gè)符號(hào)以及上掃頻匹配濾波器(301)和下掃頻匹配濾波器(303)的類型，判斷出接收機(jī)收到的chirp信號(hào)是A，^,A還是^，步驟9:逆映射器(309)根據(jù)判斷器(308)的判斷結(jié)果，按照調(diào)制中的映射關(guān)系的逆映射還原出信息比特，并串行輸出。全文摘要本發(fā)明為了提高數(shù)據(jù)傳輸效率同時(shí)保證實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單，提出一種用四進(jìn)制雙正交鍵控(4-aryBi-OrthogonalKeying，簡(jiǎn)稱4BOK)的調(diào)制方法。本調(diào)制方法是將待調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，按照兩個(gè)比特一組(即用二進(jìn)制數(shù)表示的一個(gè)四進(jìn)制數(shù))分組，則每個(gè)四進(jìn)制數(shù)的取值集合為D＝{11，10，01，00}，然后按照一一對(duì)應(yīng)關(guān)系將每個(gè)四進(jìn)制數(shù)形式的信號(hào)通過轉(zhuǎn)換電路變換成集合S＝{s₁，s₂，s₃，s₄)中的信號(hào)，該方法可以提供更高速率的數(shù)據(jù)傳輸能力，同時(shí)復(fù)雜度也比較低。文檔編號(hào)H04L27/32GK101312357SQ20081004545公開日2008年11月26日申請(qǐng)日期2008年7月3日優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日發(fā)明者皓劉,嘉孫申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)