專利名稱：一種頻率-相位聯(lián)合跳變通信方法
技術領域：
本發(fā)明涉及短波跳頻電臺，屬于無線通信的技術領域。
背景技術：
在復雜電磁干擾環(huán)境中，特別是存在有源干擾的戰(zhàn)場環(huán)境，快速跳頻已經(jīng)成為抗干擾、保暢通的主要技術措施。而差分跳頻技術集跳頻圖案、信息調(diào)制與解調(diào)于一體，具有無干擾擴頻、頻分復用、減少多徑衰落影響和抗干擾等優(yōu)越性能。目前報道的短波差分跳頻電臺只利用頻率承載信息，數(shù)據(jù)傳輸速率偏低。以典型的CHESS系統(tǒng)為例，其跳頻速度高達5000跳/秒，其中200跳用于同步與信道探測，4800跳用于數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸速率最低為2. 4kbps。當不使用糾錯編碼時，扇出系數(shù)為4時，數(shù)據(jù)率可達19. 2kbps。 本發(fā)明給出了一種頻率-相位聯(lián)合跳變通信方法，同時利用頻率、相位承載信息，可以大大提高跳頻電臺的數(shù)據(jù)傳輸速率。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明目的在于提供一種頻率-相位聯(lián)合跳變的通信方法，滿足提高跳頻電臺的數(shù)據(jù)傳輸速率的需要。技術方案為實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下技術方案利用差分頻率跳變和差分相位跳變承載數(shù)據(jù)，所選擇的跳頻頻率集子載波是正交的，選擇頻率和相位的算法采用常規(guī)的G函數(shù)(姚富強，《短波高速跳頻CHESS電臺G函數(shù)算法研究》，電子學報，Vol. 29，No. 5，2001年5月)；在發(fā)射端，利用數(shù)字合成器產(chǎn)生頻率-相位聯(lián)合跳變信號，經(jīng)功率放大后輸出；在接收端，將射頻信號變換到基帶以后，經(jīng)A/D采樣、FFT (快速傅立葉變換)后估計跳頻集中各子載波的參數(shù)，使用非相干檢測、最大似然序列檢測方法得到跳頻前后的頻率、相位差，利用逆G函數(shù)恢復出傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。所述的通信方法具體為a.將可用的跳頻帶寬W劃分為N個正交子載波F= (F1, F2,…，F(xiàn)j，每個子載波持續(xù)時間為T=N/W，從中選出k個子載波用于頻率-相位聯(lián)合跳變；b.在發(fā)射端，將串行數(shù)據(jù)比特流D={bl，b2，……}，每(k+m)個比特分為一組，c. k為每次頻率跳變攜帶的比特數(shù)，Ck=2k為頻率扇出系數(shù)，k比特數(shù)據(jù)構成頻率跳變控制字Xnk ；d. m為每次相位跳變攜帶的比特數(shù)，C11^ni為相位扇出系數(shù)，m比特數(shù)據(jù)構成相位跳變控制字Xnm ；e.發(fā)射輸出信號的當前頻率Fn、相位Pn分別由頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)Gf(FlriJnk)和相位轉(zhuǎn)移函數(shù) GjPn，XJ 決定；Fn=Gf (Fn_1; Xnk)，Pn=Gp (Pn^1, Xj ；f.頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)Gf (Fn_1; Xnk)按照常規(guī)的差分跳頻系統(tǒng)G函數(shù)設計；g.相位轉(zhuǎn)移函數(shù)Gp(P1^Xnm)的構造首先確定可跳變的相位數(shù)Np，然后按照類似頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)的構造方法，根據(jù)Np和相位扇出系數(shù)Cm，設計相位轉(zhuǎn)移函數(shù)；
h.發(fā)射端輸出數(shù)據(jù)基本單位為幀，它由幀頭跳頻序列和數(shù)據(jù)跳頻序列構成，幀頭跳頻序列由偽隨機序列組成，用于接收機的幀同步，數(shù)據(jù)跳頻序列用于數(shù)據(jù)傳輸；i.發(fā)射輸出信號為S(t)=E*C0S[2* Ji * (Fn+Fo) *t+Pn]，F(xiàn)o 為射頻載波，E、t 分別為幅度、時間；j.在接收端，接收機頻率-相位聯(lián)合跳變信號，輸出的基帶信號經(jīng)過A/D采樣后，以時間窗T做滑動FFT，第η個時間窗T輸出的k個子載波上的頻域值為Ri,,包含了第i個 子載波上的幅度和相位信息；i=l，2，…，k ;k.對得到的序列{Ri, J，應用最大似然序列檢測技術，檢測出幀頭跳頻序列，從而完成幀的同步和跟蹤；I.在同步完成以后，對接收的跳頻數(shù)據(jù)序列Ri, n應用最大似然序列檢測技術，可檢測出頻率跳變序列{FJ和相位跳變序列{PJ，通過頻率轉(zhuǎn)移逆函數(shù)Flri)和相位逆轉(zhuǎn)移函數(shù)Xnm=G4p(PwPlri)解調(diào)輸出比特數(shù)據(jù)(Xn^XJ,從而在接收端恢復出串行數(shù)據(jù)流D。有益效果本發(fā)明提供的頻率-相位聯(lián)合跳變的通信方法，相對通常僅利用頻率承載信息的差分跳頻方法，還利用相位承載信息，為此可以多傳輸數(shù)據(jù)，達到提高跳頻電臺數(shù)據(jù)傳輸速率的目的。


圖I為本發(fā)明一種頻率-相位聯(lián)合跳變的通信方法的組成框圖。其中有串并轉(zhuǎn)換模塊10、頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)Gf (Fn_1; Xnk)模塊11、相位轉(zhuǎn)移函數(shù)Gp(Fn^1, Xnm)模塊12、DDS數(shù)字直接合成器13、發(fā)射機14 ;無線傳輸信道20 ;并串轉(zhuǎn)換模塊
30、頻率轉(zhuǎn)移逆函數(shù)Gf(Un)模塊31、相位轉(zhuǎn)移逆函數(shù)Gp1 (Un)模塊32、序列檢測模塊33、FFT模塊34、ADC模塊35、接收機36。
具體實施例方式本發(fā)明一種頻率-相位聯(lián)合跳變的通信方法基于以下模塊串并轉(zhuǎn)換模塊、頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)Gf(Flri, Xnk)模塊、相位轉(zhuǎn)移函數(shù)GJFm，XJ模塊、DDS直接合成器、射頻放大器、接收機、ADC模塊、FFT模塊、序列檢測模塊、頻率轉(zhuǎn)移逆函數(shù)G-1 (Fnj，F(xiàn)n )模塊、相位轉(zhuǎn)移逆函數(shù)Gp1 (P114, P11)模塊、并串轉(zhuǎn)換模塊，其中，所述的串并轉(zhuǎn)換模塊，用于將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為k比特和m比特的兩路并行數(shù)據(jù)；所述的頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)Gf(Fn_1; Xnk)模塊，用于產(chǎn)生頻率跳變控制字；所述的相位轉(zhuǎn)移函數(shù)GP(Fn_1; Xnm)模塊，用于產(chǎn)生相位跳變控制字；所述的DDS直接合成器，用于產(chǎn)生頻率-相位聯(lián)合跳變信號；所述的放大器，用于放大頻率-相位聯(lián)合跳變信號到適當功率；所述的接收機，用于接收頻率-相位聯(lián)合跳變信號，輸出適合ADC模塊的模擬信號;所述的ADC模塊，用于將接收的模擬信號，經(jīng)適當變換后輸出數(shù)字復基帶信號；所述的FFT模塊，用于計算頻率-相位聯(lián)合跳變信號在各子載波上的信息；
所述的序列檢測模塊，用于檢測頻率跳變序列和相位跳變序列；所述的頻率轉(zhuǎn)移逆函數(shù)GfHt1A)模塊，用于恢復頻率跳變控制字；所述的相位轉(zhuǎn)移逆函數(shù)GplUj模塊，用于恢復相位跳變控制字；所述的并串轉(zhuǎn)換模塊，用于將兩路并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行輸出比特流；所述的通信方法不僅利用頻率信息承載數(shù)據(jù)，還利用相位信息承載數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率。所述的相位轉(zhuǎn)移函數(shù)Gp(F1^pXnm)模塊傳輸已知的相位跳變序列，在接收端序列檢測模塊中，利用這個已知序列提高檢測和抗干擾性能。本發(fā)明的頻率-相位聯(lián)合跳變的通信方法具體為 a.將可用的跳頻帶寬W劃分為N個正交子載波F= (F1, F2,…，F(xiàn)j，每個子載波持續(xù)時間為T=N/W，從中選出k個子載波用于頻率-相位聯(lián)合跳變；b.在發(fā)射端，將串行數(shù)據(jù)比特流D={bl，b2，……}，每(k+m)個比特分為一組，c. k為每次頻率跳變攜帶的比特數(shù)，Ck=2k為頻率扇出系數(shù)，k比特數(shù)據(jù)構成頻率跳變控制字Xnk ；d. m為每次相位跳變攜帶的比特數(shù)，(^=2°1為相位扇出系數(shù)，m比特數(shù)據(jù)構成相位跳變控制字Xnm ；e.發(fā)射輸出信號的當前頻率Fn、相位Pn分別由頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)Gf(FlriJnk)和相位轉(zhuǎn)移函數(shù) GjPn，XJ 決定；Fn=Gf (Fn_1; Xnk)，Pn=Gp (Pn^1, Xj ；f.頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)Gf (Fn_1; Xnk)按照常規(guī)的差分跳頻系統(tǒng)G函數(shù)設計；g.相位轉(zhuǎn)移函數(shù)Gp(Pn^Xmi)的構造首先確定可跳變的相位數(shù)Np，然后按照類似頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)的構造方法，根據(jù)Np和相位扇出系數(shù)Cm，設計相位轉(zhuǎn)移函數(shù)；h.發(fā)射端輸出數(shù)據(jù)基本單位為幀，它由幀頭跳頻序列和數(shù)據(jù)跳頻序列構成，幀頭跳頻序列由偽隨機序列組成，用于接收機的幀同步，數(shù)據(jù)跳頻序列用于數(shù)據(jù)傳輸；i.發(fā)射輸出信號為S(t)=E*C0S[2* * (Fn+Fo) *t+Pn]，F(xiàn)o 為射頻載波，E、t 分別為幅度、時間；j.在接收端，接收機頻率-相位聯(lián)合跳變信號，輸出的基帶信號經(jīng)過A/D采樣后，以時間窗T做滑動FFT，第η個時間窗T輸出的k個子載波上的頻域值為Ri,,包含了第i個子載波上的幅度和相位信息；i=l，2，…，k ;L對得到的序列{Ri, J，應用最大似然序列檢測技術，檢測出幀頭跳頻序列，從而完成幀的同步和跟蹤；I.在同步完成以后，對接收的跳頻數(shù)據(jù)序列Ri, n應用最大似然序列檢測技術，可檢測出頻率跳變序列{FJ和相位跳變序列{PJ，通過頻率轉(zhuǎn)移逆函數(shù)Flri)和相位逆轉(zhuǎn)移函數(shù)Xnm=G4p(PwPlri)解調(diào)輸出比特數(shù)據(jù)(Xn^XJ,從而在接收端恢復出串行數(shù)據(jù)流D。圖I為實現(xiàn)本發(fā)明可采用的組成框圖，其信號流程為串行數(shù)據(jù)D經(jīng)串并轉(zhuǎn)換模塊10后變?yōu)閗比特和m比特的兩路并行數(shù)據(jù)Xnk、X·。并行數(shù)據(jù)Xnk進入頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)Gf (Flri, Xnk)模塊11，輸出頻率跳變控制字Fn。并行數(shù)據(jù)Xnm進入相位轉(zhuǎn)移函數(shù)Gp (Fn+ Xnm)模塊12，輸出相位跳變控制字Pn。Fn和Pn控制DDS數(shù)字直接合成器13產(chǎn)生頻率-相位聯(lián)合跳變信號，該信號經(jīng)放大器11輸出發(fā)射信號S(t)。
發(fā)射信號S (t)經(jīng)過無線傳輸信道20后輸出為R(t)。接收機36和ADC模塊35完成將信號R(t)適當變換后輸出數(shù)字復基帶信號。該信號經(jīng)FFT模塊34在k個子載波上輸出值i，i=l, 2，…，k。序列檢測模塊33緩存每次跳頻輸出的iin，并對多次跳頻輸出的R構成的序列進行最大似然序列檢測，輸出頻率跳變控制字估計值F和相位跳變控制字估計值。經(jīng)頻率轉(zhuǎn)移逆函數(shù)模塊31解調(diào)輸出k比特數(shù)據(jù)。經(jīng)相位轉(zhuǎn)移逆函數(shù)Gpi(Un)模塊32解調(diào)輸出m比特數(shù)據(jù)。(k+m)比特并行數(shù)據(jù)經(jīng)并串轉(zhuǎn)換模塊30輸出串行數(shù)據(jù)流0。依據(jù)本發(fā)明的一個實施例如圖I所示，設計每次頻率-相位聯(lián)合跳變傳輸4比特數(shù)據(jù)。串并轉(zhuǎn)換模塊10將串行比特流變?yōu)?個2比特的并行數(shù)據(jù)。頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)Gf (Fn_i，Xnk)模塊11采用具有系統(tǒng)卷積碼結構的G函數(shù)(《差分跳頻的等效卷積碼分析》，楊保峰，吉林大學學報(信息科學版)，2006年10月)。相位轉(zhuǎn)移函數(shù)GJFm，XJ模塊12采用類似結構的G函數(shù)。DDS數(shù)字直接合成器模塊13采用ADI公司的芯片AD9957產(chǎn)生頻率-相位聯(lián) 合跳變信號，放大器模塊11采用普通射頻功率放大器。無線傳輸信道20為短波信道，接收機36采用常規(guī)的超外差接收機。ADC模塊35采用ADI公司的芯片AD6655，完成將信號中頻/基帶信號變換為數(shù)字復基帶信號功能。FFT模塊34由(FPGA+DSP)構成，實現(xiàn)512點FFT。選擇FFT輸出中屬于跳頻子集的k個子載波上的值R n輸出(i=l，2，…，k)。序列檢測模塊33緩存每跳輸出的疲ιη ,并對多跳輸出的{i,.J進行最大似然序列檢測，輸出頻率跳變控制字估計值1和相位跳變控制字估計值I。頻率轉(zhuǎn)移逆函數(shù)和^上)模塊3I根據(jù){之}解調(diào)輸出2比特數(shù)據(jù)。相位轉(zhuǎn)移逆函數(shù)Gp1^jn)模塊32根據(jù) #η}解調(diào)輸出2比特數(shù)據(jù)。并串轉(zhuǎn)換模塊30將4比特并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)流O。在所述實施例中，采用本發(fā)明的頻率-相位聯(lián)合跳變通信方法，可以實現(xiàn)跳頻帶寬2. 56MHz ;頻點數(shù)64個；跳速:5000跳/秒；每跳持續(xù)時間:200 μ s ;每跳比特數(shù)4bit (其中頻率每跳承載2比特，相位每跳承載2比特)；幀結構1000跳/幀，其中31跳為幀頭，969跳為數(shù)據(jù)信息；理論最大串行數(shù)據(jù)傳輸率19. 38kbps。相比普通僅利用頻率信息的跳頻通信方法，在同等條件下采用本發(fā)明所述的方法，每跳可以多傳輸2bit，數(shù)據(jù)傳輸速率是原來的兩倍。本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的保護范圍并不局限與這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其他各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍僅由所附權利要求為準。
權利要求
1.一種頻率-相位聯(lián)合跳變的通信方法，其特征在于所述的通信方法，利用差分頻率跳變和差分相位跳變承載數(shù)據(jù)，所選擇的跳頻頻率集子載波是正交的，選擇頻率和相位的算法采用常規(guī)的G函數(shù)；在發(fā)射端，利用數(shù)字合成器產(chǎn)生頻率-相位聯(lián)合跳變信號，經(jīng)功率放大后輸出；在接收端，將射頻信號變換到基帶以后，經(jīng)A/D采樣、FFT后估計跳頻集中各子載波的參數(shù)，使用非相干檢測、最大似然序列檢測方法得到跳頻前后的頻率、相位差，利用逆G函數(shù)恢復出傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
2.如權利要求I所述的頻率-相位聯(lián)合跳變的通信方法，其特征在于所述的通信方法具體為 a.將可用的跳頻帶寬W劃分為N個正交子載波F=(F1, F2,…，F(xiàn)N}，每個子載波持續(xù)時間為T=N/W，從中選出k個子載波用于頻率-相位聯(lián)合跳變； b.在發(fā)射端，將串行數(shù)據(jù)比特流D={bl，b2，……}，每(k+m)個比特分為一組， c.k為每次頻率跳變攜帶的比特數(shù)，Ck=2k為頻率扇出系數(shù)，k比特數(shù)據(jù)構成頻率跳變控制字Xnk; d.m為每次相位跳變攜帶的比特數(shù)，(^=2°1為相位扇出系數(shù)，m比特數(shù)據(jù)構成相位跳變控制字Xnm ； e.發(fā)射輸出信號的當前頻率Fn、相位Pn分別由頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)Gf(FlriJnk)和相位轉(zhuǎn)移函數(shù) Gp (Plri，XJ 決定；Fn=Gf (Fn_1; Xnk)，Pn=Gp (Plri，Xj ； f.頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)Gf(Fn^Xnk)按照常規(guī)的差分跳頻系統(tǒng)G函數(shù)設計； g.相位轉(zhuǎn)移函數(shù)Gp(PnIXnm)的構造首先確定可跳變的相位數(shù)Np，然后按照類似頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)的構造方法，根據(jù)Np和相位扇出系數(shù)Cm，設計相位轉(zhuǎn)移函數(shù)； h.發(fā)射端輸出數(shù)據(jù)基本單位為幀,它由幀頭跳頻序列和數(shù)據(jù)跳頻序列構成,幀頭跳頻序列由偽隨機序列組成，用于接收機的幀同步，數(shù)據(jù)跳頻序列用于數(shù)據(jù)傳輸； i.發(fā)射輸出信號為S(t) =E^COS [2* π *(Fn+Fo)*t+Pn]，F(xiàn)o為射頻載波，E、t分別為幅度、時間； j.在接收端，接收機頻率-相位聯(lián)合跳變信號，輸出的基帶信號經(jīng)過A/D采樣后，以時間窗T做滑動FFT，第η個時間窗T輸出的k個子載波上的頻域值為Ri,包含了第i個子載波上的幅度和相位信息；i=l，2，…，k ; k.對得到的序列隊J，應用最大似然序列檢測技術，檢測出幀頭跳頻序列，從而完成幀的同步和跟蹤； I.在同步完成以后，對接收的跳頻數(shù)據(jù)序列Ri,n應用最大似然序列檢測技術，可檢測出頻率跳變序列{FJ和相位跳變序列{PJ，通過頻率轉(zhuǎn)移逆函數(shù)Xnk=G^(FwFlri)和相位逆轉(zhuǎn)移函數(shù)Xrai=G4p(PwPlri)解調(diào)輸出比特數(shù)據(jù)(Xn^Xnm),從而在接收端恢復出串行數(shù)據(jù)流D。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頻率-相位聯(lián)合跳變的通信方法，包括串并轉(zhuǎn)換模塊、頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)Gf(Fn-1，Xnk)模塊、相位轉(zhuǎn)移函數(shù)GP(Fn-1,Xnm)模塊、DDS直接合成器、放大器、接收機、ADC模塊、FFT模塊、序列檢測模塊、頻率轉(zhuǎn)移逆函數(shù)模塊、相位轉(zhuǎn)移逆函數(shù)模塊、并串轉(zhuǎn)換模塊。此外，本發(fā)明相應公開了一種頻率-相位聯(lián)合跳變通信方法，它區(qū)別于常規(guī)的差分跳頻通信技術，它不僅利用頻率信息承載數(shù)據(jù)，還利用相位信息承載數(shù)據(jù)，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸率。當相位轉(zhuǎn)移函數(shù)GP(Fn-1，Xnm)模塊傳輸已知的相位跳變序列，在接收端可利用這個已知序列提高檢測和抗干擾性能。
文檔編號H04B1/713GK102957451SQ20121045696
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權日2012年11月14日
發(fā)明者杜永強, 尤肖虎, 黃鶴, 趙春明, 蔣良成, 張華 , 傅學群 申請人:東南大學