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一种高速数据传输的软扩频多路复用方法

阅读:859发布:2024-02-11

专利汇可以提供一种高速数据传输的软扩频多路复用方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种高速数据传输的软扩频多路复用方法,其特征在于:发射步骤为将需要传输的2n位串行数据转换成两路并行数据,进行多进制数据扩频、获得基带 信号 、进行D/A变换得到模拟基带信号、通过 正交 调制进行发射;将天线接收到的高频信号变换成中频信号后转换为数字中频信号,通过数字解调、 同步信号 解扩和 并串转换 成串行数据。本发明提出一种高速数据传输的软扩频多路复用方法,是一种解决扩频通信通信速率和信号带宽的矛盾而采取的一种行之有效的技术手段,提高高速数据通信设备的荫蔽牲、可靠性和抗干扰性能。,下面是一种高速数据传输的软扩频多路复用方法专利的具体信息内容。

1.一种高速数据传输的软扩频多路复用方法,其特征在于包括发射步骤和接收步骤,发射步骤具体如下:
步骤1串并转换:将需要传输的2n位串行数据转换成两路并行数据,其中,前n位串行数据转换成第一路并行数据定义为D11~D1n、后n位串行数据转换成第二路并行数据定义为D21~D2n;
n-1
步骤2:针对两路数据分别选用码长为m的2 个不同的准正交伪随机码PN11~ 、PN21~ 作为扩频码;
n-1
步骤3多进制数据扩频:一路的(n-1)位数据D11~D1(n-1)任意对应选择其中1路2 个伪随机码PN11~ 中的一个,D1n为该伪随机码的符号,该路数据扩频后的信号为S1(t)=D1n(PN11~ );
n-1
另一路的(n-1)位数据D21~D2(n-1)任意对应选择另一路2 个伪随机码PN21~中的一个,D2n为该伪随机码的符号,该路数据扩频后的信号为
S2(t)=D2n(PN21~ );
步骤4:选择码长为k×m位伪随机码PNd作为系统同步信号S3(t)=PNd,所述PNd码速率与两路数据扩频码码速率相同,k=2~127;
步骤5:以下式获得基带信号
其中:PI、PQ为数据信号的功率,μ的选择范围为0<μ<п/4;
步骤6:对SI(t)和SQ(t)数字基带信号进行D/A变换,得到模拟基带信号;
步骤7:将变换后的模拟基带信号通过正交调制,调制后的信号为:
S(t)=SI(t)Cosωt-SQ(t)Sinωt,
然后将上述调制后的信号进行发射;发射载波频率f=ω/2п在无线电波全频段内任意选择;
接收步骤具体如下:
步骤1频率变换:将天线接收到的高频信号变换成中频信号;
步骤2模数转换:将模拟中频信号通过A/D变换转换成数字中频信号;
步骤3数字解调:将中频数字信号通过数字下变频解调出I、Q两路基带信号;
步骤4同步信号解扩:对两路基带信号与本地同步码PNd相乘进行解扩并提取载波和码同步的误差信息;
步骤5载波和码的同步:调整接收机本地载波和码的时钟频率和相位使其与接收信号载波和码的时钟频率和相位保持一致;
n-1
步骤6数据解扩:I路信号分别和2 个伪随机码PN11~ 相乘进行相关解扩获得
2n-1个相关值,对2n-1个相关值取模进行比较,获得一个最大值,该最大值对应的2n-1个相关运算的序号即为(n-1)bit数据信息D11~D1(n-1),相关值的符号为D1n;
n-1 n-1
Q路信号分别和2 个伪随机码PN21~ 相乘进行相关解扩获得2 个相关值,对n-1 n-1
2 个相关值取模进行比较,获得一个最大值,该最大值对应的2 个相关运算的序号即为(n-1)bit数据信息D21~D2(n-1),相关值的符号为D2n;
步骤7并串转换:将上述二项并行数据D11~D1n、D21~D2n转换成2n位串行数据输出;
所述D11~D1n对应前n位串行数据,D21~D2n对应后n位串行数据。

说明书全文

一种高速数据传输的软扩频多路复用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高速数据传输的软扩频多路复用方法,属于扩频通信和高速数据通信领域。

背景技术

[0002] 高速数据传输为解决扩频通信通信速率和信号带宽的矛盾,目前普遍采取的技术手段是多进制调制,为进一步提高频带利用率,从BPSK发展到QPSK、8PSK等。当然,从理论n上讲,MPSK(多相制相移键控,M=2,n=1,2,3)频带利用率随M的增加而增加,但维持相同误码率所要求的载波功率也将随M的增加而增加。考虑到设备的复杂性,实际实现MPSK需付出比理论计算更高的功率代价,目前国际上用得最多的还是BPSK、QPSK,8PSK也用,从信号状态空间图上看,大于8相的PSK系统已不可取。实际上,在无线通信中16PSK或更高的MPSK还没在实践中采用。
[0003] 其次就是正交频分复用(OFDM)技术。OFDM是一种无线环境下的高速传输技术,它能够同时满足高速和抗干扰两方面的要求。目前,用正交频分复用(OFDM)技术可以实现在C频段的高速数据传输。虽然采用OFDM技术能够使系统具有高速数据传输能,但是仍然存在着明显不足。主要有二点:
[0004] (1)对频偏和相位噪声很敏感。由于发端和收端的上、下行转换器和调谐震荡器会带来的相位噪声抖动,频偏以及相位噪声会使子载波间的正交特性遭到破坏,仅1%的频偏就能使信噪比(SNR)下降30dB。
[0005] (2)功率峰值与均值比(PAPR)大。由于OFDM信号是多个子载波调制信号的合成信号,对于含有N个调制信号的OFDM系统,若这N个信号均以同相位求和时,那么得到的峰值功率将是均值功率的N倍,即峰均比很大。这就要求发射功率具有较大的动态 调整范围,并降低了射频放大器的功率效率。
[0006] 另一种是采用软扩频技术,软扩频又称缓扩频,即进行频谱的某种缓慢变化,这项技术是近年来发展比较快、应用比较多的一项技术。一般的扩频技术,其伪随机码速率很高,射频带宽很宽,在一些频带受限的情况下难以满足系统的要求,故在一些TDMA、CDMA、无线局域网等系统中多采用软扩频技术。与直接序列扩频方法不同,软扩频实际是采用编码的方法完成频率的扩展。软扩频是一种(N,k)编码,k位二进制的信息码由N位长的伪随机序列来表示。用几位信息元对应一条伪随机码。软扩频的性能与其扩展频率N/k、伪随机码长度N、伪随机码的相关特性和信息长度k有关。当k值较高时,N位长的伪随机序列要k选择相关特性好(正交和准正交)的2 个伪随机序列就比较困难。唯一的方法就是增加伪随机序列N的长度,这样一方面将增加频宽,同时接收设备就更加复杂。 [0007] 现代通信中为提高通信的可靠性和抗干扰性能,普遍采用扩展频谱技术。尤其在通信中为提高通信的荫蔽牲、可靠性和抗干扰性必须采用扩展频谱技术。在高速数据传输中如采用扩展频谱技术,必将形成很宽的信号带宽。在无线通信中将占用较宽的频道,同时,接收信道将引入更多的噪声,影响接收机的灵敏度,降低设备的有效通信距离。 [0008] 在扩频通信系统中为提高通信设备的抗干扰性能必须提高扩频处理增益G=BRF/Bb。BRF为扩频后的带宽;Bb为信息带宽。在信道带宽BRF一定的情况下,要提高扩频处理增益G,只有想法降低信息带宽Bb。本发明就是用多进制软扩频和多路复用的方法降低信息带宽Bb,提高扩频处理增益G。降低信息带宽Bb,一般方法就是采用多进制调制,一次传输多比特信息。也就是在原有带宽的情况下,传送更高的比特速率。如要提高n倍的传送比n
特速率,就要采用2 进制调制,当n>3时不管采用MPSK 或QAM调制方式,在无线通信中要保证低的误码率、小的发射功率,长的通信短离均难以实现。

发明内容

[0009] 要解决的技术问题
[0010] 为了避免现有技术的不足之处,本发明提出一种高速数据传输的软扩频多路复用方法,是一种解决扩频通信通信速率和信号带宽的矛盾而采取的一种行之有效的技术手段,提高高速数据通信设备的的荫蔽牲、可靠性和抗干扰性能。
[0011] 技术方案
[0012] 一种高速数据传输的软扩频多路复用方法,其特征在于包括发射步骤和接收步骤,发射步骤具体如下:
[0013] 步骤1串并转换:将需要传输的2n位串行数据转换成两路并行数据,其中,前n位串行数据转换成第一路并行数据定义为D11~D1n、后n位串行数据转换成第二路并行数据定义为D21~D2n;
[0014] 步骤2:针对两路数据分别选用码长为m的2n-1个不同的准正交伪随机码 作为扩频码;
[0015] 步骤3多进制数据扩频:一路的(n-1)位数据D11~D1(n-1)任意对应选择其中1路n-12 个伪随机码 中的一个,另一路的D1n为该伪随机码的符号,该路数据扩频后的信号为
n-1
[0016] 另一路的(n-1)位数据D21~D2(n-1)任意对应选择另一路2 个伪随机码 中的一个,D2n为该伪随机码的符号,该路数据扩频后的信号为
[0017]
[0018] 步骤4:选择码长为k×m位伪随机码PNd作为系统同步信号S3(t)=PNd,所述PNd 码速率与两路数据扩频码码速率相同,k=2~127;
[0019] 步骤5:以下式获得基带信号
[0020]
[0021]
[0022] 其中:PI、PQ为数据信号的功率,m的选择范围为0<m<П/4; [0023] 步骤6:对SI(t)和SQ(t)数字基带信号进行D/A变换,得到模拟基带信号; [0024] 步骤7:将变换后的模拟基带信号通过正交调制,调制后的信号为: [0025] S(t)=SI(t)Cosωt-SQ(t)Sinωt,
[0026] 然后将上述调制后的信号进行发射;所述发射载波频率f=2П/ω在无线电波全频段内任意选择;
[0027] 接收步骤具体如下:
[0028] 步骤1频率变换:将天线接收到的高频信号变换成中频信号;
[0029] 步骤2模数转换:将模拟中频信号通过A/D变换转换成数字中频信号; [0030] 步骤3数字解调:将中频数字信号通过数字下变频解调出I、Q两路基带信号; [0031] 步骤4同步信号解扩:对两路基带信号与本地同步码PNd相乘进行解扩并提取载波和码同步的误差信息;
[0032] 步骤5载波和码的同步:调整接收机本地载波和码的时钟频率和相位使其与接收信号载波和码的时钟频率和相位保持一致;
[0033] 步骤6数据解扩:I路信号分别和2n-1个伪随机码 相乘进行相关解n-1 n-1 n-1扩获得2 个相关值,对2 个相关值取模进行比较,获得一个最大值,该最大值对应的2个相关运算的序号即为(n-1)bit数据信息D11~D1(n-1),相关值的符号为D1n; [0034] Q路信号分别和2n-1个伪随机码 相乘进行相关解扩获得2n-1个相关 n-1 n-1
值,对2 个相关值取模进行比较,获得一个最大值,该最大值对应的2 个相关运算的序号即为(n-1)bit数据信息D21~D2(n-1),相关值的符号为D2n;
[0035] 步骤7并串转换:将上述二项并行数据D11~D1n、D21~D2n转换成2n位串行数据输出;所述D11~D1n对应前n位串行数据,D21~D2n对应后n位串行数据。 [0036] 有益效果
[0037] 本发明提出的一种高速数据传输的软扩频多路复用方法,解决了软扩频多路信号复用的同步同题,同时也解决了软扩频多路信号复用的相互干扰问题。较好的解决了高速数传与带宽的矛盾。可大幅度提高频带利用率。通过计算机仿真和实际测试采用多进制码分调制方式和多路信号复用技术,在不影响信号传输误码率的情况下能压缩信号带宽几倍至数十倍,提高接收设备灵敏度3~30dB。该技术具有很强的实用性和可操作性。 具体实施方式
[0038] 现结合实施例附图对本发明作进一步描述:
[0039] 某传感器多路数据的无线传输系统要求传输数据速率高(大于1Mbps),抗干扰性能强(抗干扰容限大于6db),传输距离远(不小于40Km)。采用本发明的高速数据传输的软扩频多路复用技术取得良好的效果。
[0040] 该系统采用三路二进制DSSS信号复用,其中两路选用码长L=31的伪随机码,采用MCK/QPSK调制,每路传输5bit信息,两路一次传输10bit信息。同时混入一路码长L=31×33=1023的伪随机码,作为同步信号。幅度为其它两路信号幅度的0.2倍。三路信号选用相同的码速率。
[0041] 发射步骤具体如下:
[0042] 步骤1串并转换:将需要传输的2n=10位串行数据转换成两路并行数据,其中, 前5位串行数据转换成第一路并行数据定义为D11~D15、后5位串行数据转换成第二路并行数据定义为D21~D25;n-1
[0043] 步骤2:针对两路数据分别选用码长为31的2 个不同的准正交伪随机码 作为扩频码;
[0044] 步骤3多进制数据扩频:一路的4位数据D11~D14任意对应选择其中1路24个伪随机码 中的一个,另一路的D15为该伪随机码的符号,该路数据扩频后的信号为n-1
[0045] 另一路的(n-1)位数据D21~D2(n-1)任意对应选择另一路2 个伪随机码 中的一个,D2n为该伪随机码的符号,该路数据扩频后的信号为
[0046]
[0047] 步骤4:选择码长为k×31位伪随机码PNd作为系统同步信号S3(t)=PNd,所述PNd码速率与两路数据扩频码码速率相同,k=33;
[0048] 步骤5:以下式获得基带信号
[0049]
[0050]
[0051] 其中:PI、PQ为数据信号的功率,μ的选择范围为0<μ<∏/4; [0052] 步骤6:对SI(t)和SQ(t)数字基带信号进行D/A变换,得到模拟基带信号; [0053] 步骤7:将变换后的模拟基带信号通过正交调制,调制后的信号为: [0054] S(t)=SI(t)Cosωt-SQ(t)Sinωt,
[0055] 然后将上述调制后的信号进行发射;所述发射载波频率f=ω/2∏在无线电波全频段内任意选择;
[0056] 接收步骤具体如下:
[0057] 步骤1频率变换:将天线接收到的高频信号变换成中频信号;
[0058] 步骤2模数转换:将模拟中频信号通过A/D变换转换成数字中频信号; [0059] 步骤3数字解调:将中频数字信号通过数字下变频解调出I、Q两路基带信号; [0060] 步骤4同步信号解扩:对两路基带信号与本地同步码PNd相乘进行解扩并提取载波和码同步的误差信息;
[0061] 步骤5载波和码的同步:调整接收机本地载波和码的时钟频率和相位使其与接收信号载波和码的时钟频率和相位保持一致;
[0062] 步骤6数据解扩:I路信号分别和24个伪随机码 相乘进行相关解扩获4 4 4
得2 个相关值,对2 个相关值取模进行比较,获得一个最大值,该最大值对应的2 个相关运算的序号即为4bit数据信息D11~D14,相关值的符号为D15;
4 4
[0063] Q路信号分别和2 个伪随机码 相乘进行相关解扩获得2 个相关值,4 4
对2 个相关值取模进行比较,获得一个最大值,该最大值对应的2 个相关运算的序号即为
4bit数据信息D21~D24,相关值的符号为D25;
[0064] 步骤7并串转换:将上述二项并行数据D11~D1n、D21~D2n转换成2n位串行数据输出;所述D11~D1n对应前n位串行数据,D21~D2n对应后n位串行数据。
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