一種碼片寬度具有非平穩(wěn)特性的調(diào)制和解調(diào)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是涉及一種通信信號的調(diào)制和解調(diào)方法。本發(fā)明把傳統(tǒng)的變參數(shù)直序擴頻調(diào)制方法中的參數(shù)發(fā)生器和偽隨機序列發(fā)生器合并成為偽隨機數(shù)發(fā)生器，并在偽隨機數(shù)發(fā)生器和模2和加法器之間增加一個累加器、一個參數(shù)回繞器和一個碼片發(fā)生器。通過把偽隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機數(shù)不斷累加，在累加的參數(shù)超出預定范圍后回繞，再以此結(jié)果作為碼片發(fā)生器的輸入，由碼片發(fā)生器產(chǎn)生與此輸入對應(yīng)的寬度的碼片。本發(fā)明的有益效果為，使無線通信數(shù)據(jù)具有極高的抗偵測能力，極大的提高了偵測方獲取信號特征的難度，提高了無線信號傳輸過程中的安全性。本發(fā)明尤其適用于通信信號的調(diào)制和解調(diào)。
【專利說明】—種碼片寬度具有非平穩(wěn)特性的調(diào)制和解調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是涉及一種通信信號的調(diào)制和解調(diào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在無線通信領(lǐng)域，調(diào)制信號通常都具有平穩(wěn)特性，即它們的統(tǒng)計特性(如分布、均值、方差等等)是不隨時間改變的。對于這樣的信號，我們可以通過如功率譜、循環(huán)譜或一些高階累積量來計算得到信號的一些重要特征。這些可能是信號的載波頻率、符號率、調(diào)制方式等等。在得到這些重要特征后，就可以對信號進行干擾，或者進行解調(diào)、破譯等等。
[0003]因此在某些領(lǐng)域，隱藏信號的特征是非常重要的。這些領(lǐng)域包括軍事領(lǐng)域，也包括民用領(lǐng)域。在民用領(lǐng)域，這主要涉及到信息安全和網(wǎng)絡(luò)安全。
[0004]傳統(tǒng)的隱藏信號特征的方法包括直序擴頻、跳頻和線性調(diào)頻等等。它們都是通過設(shè)計信號，把信號的功率擴展到大于符號速率，從而降低信噪比，增大提取信號特征的難度。但是這些方法仍然無法改變信號特征的平穩(wěn)特性，仍然可以通過加大提取特征時的相關(guān)累積長度來抑制噪聲，提升信噪比，從而提取所需要的信號特征來。
[0005]為進一步增大偵測方獲取信號特征的難度，信號調(diào)制時，可以把調(diào)制參數(shù)不斷地按預定規(guī)律進行改變。傳統(tǒng)上，可以按預定的規(guī)律改變符號速率、碼片速率、跳頻速率等等。不斷變化的調(diào)制參數(shù)在很大程度上增大了偵測的難度。這就是傳統(tǒng)上的變參調(diào)制。傳統(tǒng)上，這些參數(shù)是通過一個偽隨機序列在一個預定的參數(shù)集中選取。但由于參數(shù)集的元素個數(shù)總是有限的，且選取是按某個或某些數(shù)量有限的偽隨機序列來進行的，因此從數(shù)學上來看，信號特征的數(shù)學期望總是常數(shù)，是不變的。因此這種常規(guī)的變參調(diào)制方法產(chǎn)生的信號的特征，仍然是可以被偵測的。
[0006]因此傳統(tǒng)調(diào)制方法的本質(zhì)在于利用平穩(wěn)信號的統(tǒng)計特征不變的特點，通過自相關(guān)、互相關(guān)計算來累積信號能量，提高信噪比，提取信號的特征，從而始終存在容易被破解的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的，就是針對上述傳統(tǒng)變參數(shù)直序擴頻存在的問題，提出一種碼片寬度具有非平穩(wěn)特性的調(diào)制和解調(diào)方法。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種碼片寬度具有非平穩(wěn)特性的調(diào)制和解調(diào)方法，其特征在于，包括:
[0009]發(fā)送端數(shù)據(jù)進行調(diào)制后經(jīng)過載波調(diào)制器和功率放大器發(fā)送，所述發(fā)送數(shù)據(jù)進行調(diào)制的具體方法為:發(fā)送端采用偽隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機數(shù)，該隨機數(shù)依次通過累加器和參數(shù)回繞器后輸入到碼片發(fā)生器，碼片發(fā)生器生成與輸入的隨機數(shù)具有對應(yīng)寬度的碼片，并將碼片輸入到模2和加法器，發(fā)送數(shù)據(jù)和碼片在模2和加法器中進行模2和計算后輸出；
[0010]接收端數(shù)據(jù)經(jīng)過混頻器和中頻放大后進行解調(diào)輸出，所述解調(diào)輸出的具體方法為:接收端采用偽隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機數(shù)，該隨機數(shù)依次通過累加器和參數(shù)回繞器后輸入端到碼片發(fā)生器，碼片發(fā)生器生成與輸入的隨機數(shù)具有對應(yīng)寬度的碼片，并將碼片輸入到模2和加法器，接收數(shù)據(jù)和碼片在模2和加法器中進行模2和計算后輸出到解調(diào)器解調(diào)輸出；
[0011]其中，接收端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器與發(fā)送端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器具有相同的結(jié)構(gòu)；接收端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器連接時鐘同步模塊，所述時鐘同步模塊用于將接收端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器的時鐘信號與發(fā)送端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器的時鐘信號同步，使發(fā)送端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器與接收端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器具有相同初始值。
[0012]本發(fā)明總的技術(shù)方案，把傳統(tǒng)的變參數(shù)直序擴頻調(diào)制方法中的參數(shù)發(fā)生器和偽隨機序列發(fā)生器合并成為偽隨機數(shù)發(fā)生器，并在偽隨機數(shù)發(fā)生器和模2和加法器之間增加一個累加器、一個參數(shù)回繞器和一個碼片發(fā)生器。通過把偽隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機數(shù)不斷累加，在累加的參數(shù)超出預定范圍后回繞，再以此結(jié)果作為碼片發(fā)生器的輸入，由碼片發(fā)生器產(chǎn)生與此輸入對應(yīng)的寬度的碼片。通過本發(fā)明的上述處理，碼片寬度可以被看作是一個獨立增量過程，也是一個馬爾科夫過程。可以證明它在任一時間區(qū)間上變化的概率分布獨立于其在任意其它時間區(qū)間上變化的概率。它因此具有非平穩(wěn)特性。除非知道碼片時間的初始值和每次的累加值，否則是無法在接收機中正確解調(diào)信號的。具有非平穩(wěn)特性的碼片時間也無法通過常規(guī)的偵測手段計算出來。
[0013]具體的，所述累加器用于將每次接收到的隨機數(shù)與累加器原有存儲數(shù)據(jù)進行累加；參數(shù)回繞器用于將累加器輸出的數(shù)據(jù)約束在預設(shè)的范圍內(nèi)。
[0014]進一步的，所述參數(shù)回繞器用于將累加器輸出的數(shù)據(jù)約束在預設(shè)的范圍內(nèi)的具體方法為:累加器輸出的數(shù)據(jù)超出預設(shè)范圍后，參數(shù)回繞器將累加器輸出的數(shù)據(jù)除以預設(shè)參數(shù)后將數(shù)據(jù)發(fā)送回累加器作為存儲數(shù)據(jù)；所述預設(shè)參數(shù)為正整數(shù)。
[0015]本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明產(chǎn)生的調(diào)制信號具有非平穩(wěn)的統(tǒng)計特性，在偵測方不知道預定序列和初始狀態(tài)的情況下，難以取得信號特征，因此具有極高的抗偵測能力，極大的提高了偵測方獲取信號特征的難度，提高了無線信號傳輸過程中的安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為傳統(tǒng)的直序擴頻調(diào)制解調(diào)器結(jié)構(gòu)示意框圖；
[0017]圖2為實施例的碼片寬度具有非平穩(wěn)特征的調(diào)制和解調(diào)器結(jié)構(gòu)示意框圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施例，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0019]本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)變參數(shù)直序擴頻技術(shù)的不足，提供一種碼片寬度具有非平穩(wěn)統(tǒng)計特性的新的直序擴頻調(diào)制方法和相應(yīng)的解調(diào)方法。
[0020]如圖1所示，為傳統(tǒng)的直序擴頻調(diào)制解調(diào)器結(jié)構(gòu)示意框圖，傳統(tǒng)的直序擴頻調(diào)制解調(diào)器發(fā)送端采用參數(shù)發(fā)生器和偽隨機序列發(fā)生器提高隨機序列在模2和加法器中與發(fā)送數(shù)據(jù)進行模2和運算并通過載波調(diào)制器和功率放大器后發(fā)送；接收端采用與發(fā)送端的參數(shù)發(fā)生器和偽隨機序列發(fā)生器具有同步時鐘信號的參數(shù)發(fā)生器和偽隨機序列發(fā)生器與通過混頻器和中頻放大后得到的接收信號在在模2和加法器中進行模2和運算并通過解調(diào)器輸出。
[0021]本發(fā)明的調(diào)制和解調(diào)方法與傳統(tǒng)的不同之處在于，將傳統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生器和偽隨機序列發(fā)生器合并為偽隨機數(shù)發(fā)生器，偽隨機數(shù)發(fā)生器和傳統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生器和偽隨機序列發(fā)生器相同產(chǎn)生隨機數(shù)，但是本發(fā)明中產(chǎn)生的隨機數(shù)并不直接用于和數(shù)據(jù)進行模2和運算，而是通過累加器進行累加，同時還通過參數(shù)回繞器對數(shù)據(jù)的范圍進行約束，從而使產(chǎn)生的碼片寬度具有非平穩(wěn)特性，在不知道初始值和每次的累加值時，難以對信號進行正常解調(diào)。
[0022]本發(fā)明的方法的具體步驟為:
[0023]1.收發(fā)兩端在同步機制的保證下，同時把累加器置為相同的初始值；
[0024]2.收發(fā)兩端具有相同結(jié)構(gòu)的偽隨機數(shù)發(fā)生器；
[0025]3.兩個偽隨機數(shù)發(fā)生器在相同時鐘的激勵下，每次都產(chǎn)生同樣的偽隨機數(shù)。這個偽隨機數(shù)的分布可以是正態(tài)分布的，也可以是均勻分布的等等；
[0026]4.收發(fā)兩端的累加器也具有相同的結(jié)構(gòu)，每個時鐘節(jié)拍把偽隨機數(shù)輸入與累加器原來的值累加一次；
[0027]5.當累加器的輸出超出預定的范圍時，參數(shù)回繞器把累加器的輸出約束在預定范圍內(nèi)。參數(shù)回繞器可以把累加器的輸出做模m的計算，m是預定的參數(shù)范圍；也可以是其它的處理，只要保證參數(shù) 回繞器的輸出在預定范圍內(nèi)即可；
[0028]6.碼片發(fā)生器產(chǎn)生具有與回繞器的輸出對應(yīng)寬度的碼片；
[0029]7.在發(fā)送端中，碼片發(fā)生器產(chǎn)生的一串碼片與數(shù)據(jù)做模2和相加；
[0030]8.在發(fā)送端中，步驟6的輸出經(jīng)過載波調(diào)制器和功率放大器后，經(jīng)過天線發(fā)送出去;
[0031]9.在接收端中，來自天線的信號與本振做混頻，然后經(jīng)過中頻放大器，在模2和加法器中，與碼片發(fā)生器產(chǎn)生的一串碼片與來自中頻放大器的信號做模2和相加；
[0032]10.在接收端中，解調(diào)器把模2和加法器的輸出做解調(diào)，輸出數(shù)據(jù).[0033]實施例:
[0034]如圖2所述，為本例調(diào)制和解調(diào)器的結(jié)構(gòu)框圖，本例的發(fā)送端包括依次連接的偽隨機數(shù)發(fā)生器、累加器、參數(shù)回繞器、碼片發(fā)生器、模2和加法器、載波調(diào)制器和功率放大器；接收端包括依次連接的隨機數(shù)發(fā)生器、累加器、參數(shù)回繞器、碼片發(fā)生器、模2和加法器中頻放大器和混頻器，模2和加法器還與解調(diào)器連接。
[0035]本例的工作原理為:
[0036]在發(fā)送端中，偽隨機數(shù)發(fā)生器在時鐘的推動下，按預定規(guī)則產(chǎn)生隨機數(shù)。該隨機數(shù)輸出到累加器，在累加器中把每次輸入與累加器的原有狀態(tài)進行累加。累加器的結(jié)果輸出到參數(shù)回繞器。當累計器的輸出超出特定范圍時，參數(shù)回繞器把累加器的輸出約束在該特定范圍內(nèi)。約束的方法可以是比如模m計算。參數(shù)回繞器的把約束在特定范圍內(nèi)的參數(shù)輸出給碼片發(fā)生器。碼片發(fā)生器產(chǎn)生與該參數(shù)對應(yīng)寬度的碼片。碼片與數(shù)據(jù)分別作為模2和加法器的兩個輸入，進行模2和計算。模2和加法器的輸出經(jīng)過載波調(diào)制器和功率放大器輸出。
[0037]在接收端，來自發(fā)送端的信號經(jīng)過信道傳播后，被接收端的混頻器把信號混頻到中頻，經(jīng)過中頻放大后，進入模2和加法器，作為模2和加法器的一個輸入。接收端的同步模塊保證時鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘與發(fā)送端的時鐘同步，同時也保證累計器的初始值與發(fā)送端保持一致。與發(fā)送端類似，接收端的偽隨機數(shù)發(fā)生器在時鐘的推動下產(chǎn)生偽隨機數(shù)，該偽隨機數(shù)由累加器不斷累加。由于同步模塊的作用，累加器的輸出能夠與發(fā)送端累加器的輸出保持一致。接收端累加器的輸出被參數(shù)回繞器約束在預定范圍內(nèi)，并輸出到碼片發(fā)生器，在碼片發(fā)生器中產(chǎn)生對應(yīng)寬度的碼片。碼片發(fā)生器輸出的碼片與來自中頻放大器的信號作為模2和加法器的兩個輸入進行模2和計算，結(jié)算結(jié)果經(jīng)由解調(diào)器就可以輸出數(shù)據(jù)。
[0038]本實施例中，發(fā)送端時鐘周期為lus。偽隨機數(shù)每Ius產(chǎn)生一個隨機數(shù)，該隨機數(shù)的統(tǒng)計分布是均值為0，方差為I的高斯分布，不同時刻產(chǎn)生的隨機數(shù)之間是相互獨立的，即該隨機數(shù)的自相關(guān)函數(shù)是一個沖擊函數(shù)。累加器把偽隨機數(shù)在每個時鐘周期都累加一次，并由參數(shù)回繞器判斷它是否超出預定范圍。本例中，該范圍取[-10，10]。當累計器的輸出超出此范圍時，參數(shù)回繞器把累加器的輸出除以10，并把余數(shù)作為累計器新的狀態(tài)。此后，累加器繼續(xù)在此新狀態(tài)下把偽隨機數(shù)發(fā)生器的輸出累加。參數(shù)回繞器的輸出給碼片發(fā)生器，碼片發(fā)生器根據(jù)此輸入產(chǎn)生對應(yīng)寬度的碼片脈沖。本例中，該對應(yīng)關(guān)系是把輸入取整，并將此整數(shù)作為碼片寬度的時鐘數(shù)。比如，如果該輸入為4.3，則取整后為4，對應(yīng)碼片寬度為4us。當取整后的結(jié)果為O時，碼片寬度設(shè)為lus。數(shù)據(jù)符號的周期為127個碼片，它與碼片在模2和加法器中做模2和計算，也即相乘計算。之后被輸出給載波調(diào)制器和功率放大器，然后發(fā)射出去。
[0039]在接收端，碼片的產(chǎn)生和調(diào)制方法與參數(shù)都與發(fā)送端相同。所不同之處在于它的時鐘信號是由同步模塊產(chǎn)生的。該同步模塊可以與傳統(tǒng)直序擴頻的時鐘同步模塊相同。同步模塊同時也保證接收端的累加器與發(fā)送端的累加器從同一個初始值開始。
【權(quán)利要求】
1.一種碼片寬度具有非平穩(wěn)特性的調(diào)制和解調(diào)方法，其特征在于，包括: 發(fā)送端數(shù)據(jù)進行調(diào)制后經(jīng)過載波調(diào)制器和功率放大器發(fā)送，所述發(fā)送數(shù)據(jù)進行調(diào)制的具體方法為:發(fā)送端采用偽隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機數(shù)，該隨機數(shù)依次通過累加器和參數(shù)回繞器后輸入到碼片發(fā)生器，碼片發(fā)生器生成與輸入的隨機數(shù)具有對應(yīng)寬度的碼片，并將碼片輸入到模2和加法器，發(fā)送數(shù)據(jù)和碼片在模2和加法器中進行模2和計算后輸出； 接收端數(shù)據(jù)經(jīng)過混頻器和中頻放大后進行解調(diào)輸出，所述解調(diào)輸出的具體方法為:接收端采用偽隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機數(shù)，該隨機數(shù)依次通過累加器和參數(shù)回繞器后輸入端到碼片發(fā)生器，碼片發(fā)生器生成與輸入的隨機數(shù)具有對應(yīng)寬度的碼片，并將碼片輸入到模2和加法器，接收數(shù)據(jù)和碼片在模2和加法器中進行模2和計算后輸出到解調(diào)器解調(diào)輸出； 其中，接收端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器與發(fā)送端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器具有相同的結(jié)構(gòu)；接收端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器連接時鐘同步模塊，所述時鐘同步模塊用于將接收端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器的時鐘信號與發(fā)送端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器的時鐘信號同步，發(fā)送端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器與接收端的偽隨機數(shù)發(fā)生器和累加器具有相同初始值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碼片寬度具有非平穩(wěn)特性的調(diào)制和解調(diào)方法，其特征在于，所述累加器用于將每次接收到的隨機數(shù)與累加器原有存儲數(shù)據(jù)進行累加；參數(shù)回繞器用于將累加器輸出的數(shù)據(jù)約束在預設(shè)的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種碼片寬度具有非平穩(wěn)特性的調(diào)制和解調(diào)方法，其特征在于，所述參數(shù)回繞器用于將累加器輸出的數(shù)據(jù)約束在預設(shè)的范圍內(nèi)的具體方法為:累加器輸出的數(shù)據(jù)超出預設(shè)范圍后，參數(shù)回繞器將累加器輸出的數(shù)據(jù)除以預設(shè)參數(shù)后將數(shù)據(jù)發(fā)送回累加器作為存儲數(shù)據(jù)；所述預設(shè)參數(shù)為正整數(shù)。
【文檔編號】H04L27/00GK103957181SQ201410184152
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】劉皓, 熊文匯, 何元波 申請人:電子科技大學