一种基于极化旋转角速度离散化编码的频谱变换方法

摘要

本发明涉及一种基于极化旋转角速度离散化编码的频谱变换方法，该方法采用不同的极化旋转角速度对信号进行调制，且极化旋转角速度的取值为周期矩形脉冲函数，携带符号信息的调制信号的主能量分布在设定的频点处，分布在该频点外的调制信号的能量极低，不会对其他通信系统造成干扰，因此可以降低该信号对频谱资源的占用；不同的极化旋转角速度在接收端转换为角速度多普勒频移，使信号能量分布在偏离载波中心频率的频点处，而不具备极化旋转角速度的干扰信号依然位于载波中心频率频点，因此在本发明中可以利用带通滤波器有效区分位于载波中心频点的干扰信号和偏离载波中心频点的有效信号，从而提高通信系统的抗干扰能力。

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种基于极化旋转角速度离散化编码的频谱变换方法。

背景技术

现有通信体制下，使用电磁波频谱特征表达原始信息，采用各种信号调制方式进行信息传送，其中已采用的调制技术包括双边带调幅调制(AM)、抑制载波双边带调幅调制(DSB)、单边带调幅调制(SSB)、残留边带调幅调制(VSB)、频率调制(FM)、相位调制(PM)、幅度键控(ASK)、频率键控(FSK)、相位键控(PSK、DPSK、QPSK、QAM、MSK)、脉幅调制(PAM)、脉宽调制(PWM)、脉位调制(PPM)、脉码调制(PCM)和差分脉码调制(DPCM)等。

采用以上各种调制方式实现信息传送时，信息带宽受制于信道频谱带宽，而为了提高信息系统的传输速率，需要增加信道带宽。但随着航天器数量日益增多，空间频谱资源日趋紧张，不可能无限制增加信道带宽。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于极化旋转角速度离散化编码的频谱变换方法，该方法采用不同的极化旋转角速度对信号进行调制，且极化旋转角速度的取值为周期矩形脉冲函数，因此携带符号信息的调制信号的能量分布在设定的频点处，分布在该频点外的调制信号的能量极低，不会对其他通信系统造成干扰，可以降低该信号对频谱资源的占用。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于极化旋转角速度离散化编码的频谱变换方法，包括下列步骤：

(1)、根据系统工作中心频率f₀生成线极化的单频载波信号S₀(t)，其中，S₀(t)＝cos(ω₀t)，ω₀＝2πf₀；

(2)、根据需要传送的N种符号信息确定N个极化旋转角速度，其中，与第n种符号信息对应的第n个极化旋转角速度‖ω_c,n(t)‖的计算公式如下所示：

ω_c,n(t)＝ω_o     0≤t≤τ_n

ω_c,n(t)＝0      τ_n<t<τ_n+T_n

其中，Δθ_n为设定的第n个极化旋转步进角度且0°<Δθ_n<360°；T_n为设定的对应于第n个符号信息的旋转步进时间间隔，T_n>T₀；第n个极化旋转角速度‖ω_c,n(t)‖为ω_c,n(t)的周期延拓函数，延拓周期T_n′＝τ_n+T_n；其中，n＝1,2,…,N；

(3)、在每个符号信息的发送时隙内，根据所述符号信息对应的极化旋转角速度，采用离散化的极化旋转角速度对载波信号进行调制，其中所述符号信息发送时隙长度为T_s，具体调制实现方法如下：

如果在所述符号信息发送时隙内传送的符号信息为第n种符号信息，则根据第n个极化旋转角速度‖ω_c,n(t)‖对载波信号进行调制，得到调制后的信号如下所示：

S_c,n(t)＝cos(||ω_c,n(t)||·t)·cos(ω_o·t)+j·sin(||ω_c,n(t)||·t)·cos(ω_o·t)；

(4)、在符号信息接收端分别采用接收天线A和接收天线B进行信号接收，得到接收信号y(t)＝y_A(t)+j·y_B(t)，其中，y_A(t)为接收天线A的接收信号，y_B(t)为接收天线B的接收信号，接收天线A为水平线极化天线，接收天线B为垂直线极化天线；

(5)、在每个接收时隙内，对步骤(4)接收得到的接收信号y(t)进行傅里叶变换，得到接收信号频谱Y(w)，并对所述信号频谱Y(w)进行搜索得到幅度最大值对应的频点ω_max，如果所述或则在所述接收时隙内接收到的符号信息为第n种符号信息。

在上述的基于极化旋转角速度离散化的频谱变换方法中，在步骤(3)中，采用离散化的极化旋转角速度‖ω_c,n(t)‖对载波信号S₀(t)＝cos(ω₀t)进行调制时，产生短电磁脉冲干扰S_J,n(t)，其中，所述脉冲干扰S_J,n(t)的周期T_J,n＝τ_n+T_n，脉冲宽度τ_J,n＝τ_n，脉冲幅度

在上述的基于极化旋转角速度离散化的频谱变换方法中，对应于第n个符号信息的旋转步进时间间隔T_n＝k_nT₀，其中k_n为正整数，n＝1，2，…,N。

在上述的基于极化旋转角速度离散化的频谱变换方法中，所述符号信息发送时隙长度为T_s满足如下条件：$>T_s\ge \frac{360}{\Delta {\theta }_n}({\tau }_n+T_n),n=\mathrm{1,2},...,N.$>

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明采用不同的极化旋转角速度对信号进行调制，且极化旋转角速度的取值为周期矩形脉冲函数，因此携带符号信息的调制信号的主要能量分布在设定的频点处，可以降低该信号对频谱资源的占用，在信道带宽不变的前提下提高通信系统的传输速率，因此可用于解决低轨高分辨率卫星海量侦察数据的回传问题；

(2)、本发明采用不同的极化旋转角速度对信号进行调制，不同的极化旋转角速度在接收端转换为角速度多普勒频移，使信号能量集中在偏离载波中心频率的频点处，而传统的电子干扰信号的极化特性不改变，其角速度多普勒频移为零，干扰信号依然位于载波中心频率频点，因此在本发明中可以利用带通滤波器有效区分位于载波中心频点的干扰信号和偏离载波中心频点的有效信号，从而提高通信系统的抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明的基于旋转角速度离散化编码的频谱变换方法流程图；

图2为本发明中第n种符号信息对应的第n个极化旋转角速度‖ω_c,n(t)‖的时域波形；

图3为本发明中调制后信号的归一化功率谱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

本发明利用电磁信号的极化特性进行信息传送，其中每种符号信息设定了一个极化旋转角速度函数，即使得调制后信号的极化角度在0～360度之间按照设定的步进角度变化，从而将调制后信号的主要能量集中在载波信号频点处，而在接收端采用两个线极化天线进行接收，不同的极化旋转角速度在接收端转换为角速度多普勒频移，使信号的能量分布在偏离载波中心频率的频点处，因此可以根据该多普勒频移值解调出符号信息。

如图1所示的本发明方法流程图，本发明的基于极化旋转角速度离散化编码的频谱变换方法包括下列步骤：

(1)、根据系统工作中心频率f₀生成线极化的单频载波信号S₀(t)，其中，S₀(t)＝cos(ω₀t)，ω₀＝2πf₀；

(2)、根据需要传送的N种符号信息确定N个极化旋转角速度，其中，与第n种符号信息对应的第n个极化旋转角速度‖ω_c,n(t)‖的计算公式如下所示：

ω_c,n(t)＝ω_o     0≤t≤τ_n

ω_c,n(t)＝0     τ_n<t<τ_n+T_n

其中，Δθ_n为设定的第n个极化旋转步进角度且0°<Δθ_n<360°；T_n为设定的对应于第n个符号信息的旋转步进时间间隔，T_n>T₀，可以优选该时间间隔为T_n＝k_nT₀，其中k_n为正整数，最优值为k_n＝1；第n个极化旋转角速度‖ω_c,n(t)‖为ω_c,n(t)的周期延拓函数，延拓周期T_n′＝τ_n+T_n，该极化旋转角速度‖ω_c,n(t)‖的时域波形图如图2所示，其中，n＝1,2,…,N；

(3)、在每个符号发送时隙内，根据所述符号对应的极化旋转角速度，采用离散化的极化旋转角速度对载波信号进行调制，其中所述符号发送时隙长度为T_s，该符号发送时隙长度为T_s满足如下条件：因此可以确保调制信号在发送时隙间隔内的极化角度的变化值大于360度，即极化角度可以旋转一周以上；

以上所述的具体调制实现方法如下：

如果在所述符号时隙内传送的符号信息为第n种符号信息，则根据第n个极化旋转角速度‖ω_c,n(t)‖对载波信号进行调制，得到调制后的信号如下所示：

S_c,n(t)＝cos(||ω_c,n(t)||·t)·cos(ω_o·t)+j·sin(||ω_c,n(t)||·t)·cos(ω_o·t)；

如图3所示的调制后信号的归一化功率谱可知，该调制后信号S_c,n(t)的主要能量分布在中心频点ω₀处。并且在符号信息发送时隙内，信号S_c,n(t)的极化角度按照步进角度Δθ_n进行变化，即该极化角度的取值分别为θ₀、θ₀+Δθ_n、θ₀+2Δθ_n、…、其中θ₀为初始极化角度。

在以上的调制过程中产生了短电磁脉冲干扰S_J,n(t)，其中，所述脉冲干扰S_J,n(t)的周期T_J,n＝τ_n+T_n，脉冲宽度τ_J,n＝τ_n，脉冲幅度为了降低以上短电磁脉冲干扰对通信系统的影响，可以根据脉冲幅度与步进角度Δθ_n的关系，选择合适的步进角度Δθ_n值来降低脉冲幅度，使该短电磁脉冲干扰信号不会对其他通信系统构成干扰。。

(4)、在符号信息接收端分别采用接收天线A和接收天线B进行信号接收，得到接收信号y(t)＝y_A(t)+j·y_B(t)，其中，y_A(t)为接收天线A的接收信号，y_B(t)为接收天线B的接收信号，接收天线A为水平线极化天线，接收天线B为垂直线极化天线；

接收端采用两个线极化天线进行接收，不同的极化旋转角速度在接收端转换为不同的角速度多普勒频移，使信号的能量分布在偏离载波中心频率的频点处，因此可以根据该多普勒频移值解调出符号信息。

(5)、在每个接收时隙内，对步骤(4)接收得到的接收信号y(t)进行傅里叶变换，得到接收信号频谱Y(w)，并对所述信号频谱Y(w)进行搜索得到幅度最大值对应的频点ω_max，如果所述或则在所述接收时隙内接收到的符号信息为第n种符号信息。

采用本发明的频谱变换方法，可以在通信频带带宽内选取多个载波频率进行以上所述的极化旋转角速度离散化的频谱变换方法，根据以上发明的实现步骤可以确保采用多个载波频率并行处理时，不会造成频谱干扰，并能兼容现有通信体制。第m个用户的极化旋转角度应该大于2π.m·2Δf_m，其中2Δf_m为第m个用户的通信信道带宽。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。