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专利号: 2022105289718
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于PLC信道的跳频扩频调制解调方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:根据电力线信道传输特性,建立电力线信道模型;步骤S1中,采用自顶向下法对电力线信道进行建模,多项式表述为:l

所述电力线信道模型包括加权系数gn(f)、衰落因子exp(‑(α0+α1·f)dn)和延时部分其中,第n条路径的衰减越大则gn(f)越小,f表示频率;α0和α1表示衰减参数,l表示衰减因子的指数,dn表示第n条路径的长度;c0为光速,εr为介电常数S2:根据所述电力线信道模型,分析物理层参数;步骤S2中所述物理层参数包括采样频率、PLC信道路径数量、系统带宽、Chirp符号传输效率、HBOK初始频率和调频带宽;

S3:选择相应的线性调频Chirp信号,构建关于跳频二进制正交键控(Hopping Binary Orthogonal Keying,HBOK)调制解调的算法,并采用HBOK调制对系统进行搭建;步骤S3中所述的Chirp信号时域表达式为:其中,α(t)表示Chirp信号包络,为矩形脉冲,T表示Chirp信号的持续时间; 表示Chirp信号的相位;f0表示初始频率;μ表示Chirp信号线性调频斜率;μ>0表示上扫频,Chirp信号的持续时间内Chirp信号频率线性增加,此时Chirp信号称为正斜率信号,反之称为负斜率信号;

Chirp信号由初始频率f0,终止频率fe,Chirp信号的持续时间T唯一确定:其中,B表示Chirp信号调频带宽,Chirp信号瞬时频率为:

所述HBOK调制的方法为:在发送端,不同初始频率与调频斜率的M进制HBOK(M‑HBOK)调制波形表示为:其中m=1,2,...,M;fm,μm分别表示第m个Chirp信号的初始频率与调频斜率;发送端采用M‑HBOK调制,M‑HBOK调制速率为BOK调制速率的k倍,同时调频带宽为BOK调频带宽的2/M;

M‑HBOK调制通信系统的数据传输速率为Rb=log2(M)/T比特每秒;

S4:构造对应的匹配滤波器,并采用N进制差分相移键控N‑DPSK调制技术对得到的HBOK信号进行解调;步骤S4所述N进制差分相移键控(N‑ary Differential Phase Shift Keying,N‑DPSK)调制技术为:在硬件上,DPSK调制在接收端与发送端分别增加差分编码器与差分解码器,DPSK调制通过键控初始相位传输数据,HBOK调制通过键控初始频率与调频斜率传输数据;

正斜率信号Upchirp的匹配滤波器为与其对应的负斜率信号Downchirp,反之亦然;在加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)环境中,匹配滤波器能从噪声中提取目标信号,并在t=T时刻提供最佳判断依据,包络为矩形脉冲的正斜率信号Upchirp实部,其匹配滤波器冲激响应为:2

h(t)=Cs(T‑t)=Ccos(2πf0t‑μπt)0≤t≤T其中,C为任意非零常数;匹配滤波器输出结果g(t)为:

g(t)在t=T处取得最大值 该值即为匹配滤波器增益,在t=±1/B处取得第一零点,信号能量集中在时间间隔 内;

系统解调方法为:在接收端,匹配滤波器组用于M‑HBOK调制信号的解调,利用Chirp信号的自相关和互相关特征,相同Chirp信号的自相关值较大,不同Chirp信号近似正交,自相关值较小;在接收端采用匹配滤波器组对HBOK调制信号进行解调,匹配滤波器的功能由乘法器和积分器串行实现;基于最小错误概率准则,最佳接收机为最大似然检测器(Maximum Likelihood Detector,MLD);

接收信号通过HBOK解调器可得当前Chirp信号的起始频率和调频斜率;DPSK解调器利用HBOK解调器输出生成本地Chirp信号;

假设第n个Chirp符号时域表达式为:

其中,fn,μn, 分别表示第n个符号的起始频率、调频斜率、初始相位, 表示相邻符号相位噪声差;

第n+1个Chirp符号时域表达式为:

其中,fn+1,μn+1, 分别表示第n+1个符号的起始频率、调频斜率、初始相位;假设接收端经过匹配滤波器组与MLD正确解调HBOK信号,则参数fn,fn+1,μn,μn+1已知;DPSK解调器根据HBOK解调器输出产生本地Chirp信号 用于解扩频,具体做法为:经过共轭器后,与接收信号相乘;本地Chirp信号表达式为:

解扩后,第n,n+1个接收信号表示为:

然后,依次经过延迟器、共轭器、乘法器得到相邻符号相位差:

相位噪声使星座图旋转 由于相邻Chirp符号相位差较小,使用差分编码后不会造成反相。