[發(fā)明專利]船舶VDES系統(tǒng)的基于FMT多載波調(diào)制解調(diào)方法及調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711039728.5
• 申請(qǐng)日: 2017-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN107911327B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉向楠;吳鵬程;曹建文;武光輝;蔣培文;郭立浩;鄭雪峰;林一
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京遙測(cè)技術(shù)研究所;航天長征火箭技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H04L27/26
• 分類號(hào): H04L27/26
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

1.船舶VDES系統(tǒng)的基于FMT多載波調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于：包括發(fā)送端將M路子載波信號(hào)經(jīng)過FMT調(diào)制得到M路射頻信號(hào)，并發(fā)送至接收端，具體實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟：

M路并行子載波信號(hào)經(jīng)過M點(diǎn)IFFT處理后得到M路并行的變換域信號(hào)；

采用發(fā)送濾波器組對(duì)所述M路并行的變換域信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到M個(gè)濾波信號(hào)，其中所述發(fā)送濾波器組包含M個(gè)濾波器，每個(gè)濾波器包含L個(gè)濾波系數(shù)，其中第m個(gè)濾波器的第l個(gè)濾波系數(shù)表示為f_m+M×l，0≤m≤M-1，0≤l≤L-1，即第m個(gè)濾波器的L個(gè)濾波系數(shù)F_m表示為：F_m＝{f_m；f_m+M；f_m+M×2；…；f_m+M×(L-1)}；

將所述M個(gè)濾波信號(hào)進(jìn)行速率提升，得到M路并行上采樣信號(hào)，并將所述M路并行上采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為一路串行基帶信號(hào)；

將所述一路串行基帶信號(hào)進(jìn)行正交調(diào)制得到中頻信號(hào)；將所述中頻信號(hào)進(jìn)行上變頻得到射頻信號(hào)，發(fā)送至接收端；

其中：M為正整數(shù)，且M≥2；L為正整數(shù)，且L≥2；

還包括接收端從發(fā)送端接收信號(hào)，并對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行FMT解調(diào)，得到M路子載波基帶數(shù)據(jù)，具體實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟：

將接收端接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻處理，得到中頻信號(hào)；將所述中頻信號(hào)進(jìn)行正交解調(diào)得到一路串行基帶信號(hào)；

將所述一路串行基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為M路并行傳輸?shù)幕鶐盘?hào)；并將所述M路并行傳輸?shù)幕鶐盘?hào)進(jìn)行速率降低，得到M路并行下采樣信號(hào)；

采用匹配濾波器組對(duì)所述M路并行下采樣信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到M個(gè)匹配濾波信號(hào)，其中所述匹配濾波器組包含M個(gè)匹配濾波器，每個(gè)匹配濾波器包含L個(gè)濾波系數(shù)，其中第m個(gè)匹配濾波器的第l個(gè)濾波系數(shù)表示為g_m+M×l，0≤m≤M-1，0≤l≤L-1，即第m個(gè)匹配濾波器的L個(gè)濾波系數(shù)G_m表示為：G_m＝{g_m；g_m+M；g_m+M×2；…；g_m+M×(L-1)}；

將所述M個(gè)匹配濾波信號(hào)經(jīng)過M點(diǎn)FFT處理后，得到接收端恢復(fù)出的M路有效數(shù)據(jù)，即為M路子載波基帶數(shù)據(jù)；

其中：發(fā)送端將M路子載波信號(hào)經(jīng)過FMT調(diào)制得到M路射頻信號(hào)的具體實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟：

(1)M路并行子載波信號(hào)a_m(n)經(jīng)過M點(diǎn)IFFT模塊處理后得到M路并行的變換域信號(hào)p_m(n)，其表達(dá)式為：

p_m(n)＝IFFT[a_m(n)]

其中：M表示基于FMT的船舶VDES系統(tǒng)的子載波個(gè)數(shù)，每路子載波上的信號(hào)傳輸速率為R_a，子載波間隔為Δf_a＝R_a；

(2)采用M×L階多音窄帶發(fā)送濾波器組對(duì)所述M路并行的變換域信號(hào)p_m(n)進(jìn)行濾波處理，獲得M個(gè)窄帶濾波信號(hào)c_m(n)表達(dá)式為：

c_m(n)＝p_m(n)·F_m

其中：F_m表示M×L階多音窄帶發(fā)送濾波器組的系數(shù)，M×L階多音窄帶發(fā)送濾波器組分為M組分別對(duì)應(yīng)所述M路并行的變換域信號(hào)p_m(n)，其中所述發(fā)送濾波器組包含M個(gè)濾波器，每個(gè)濾波器包含L個(gè)濾波系數(shù)，其中第m個(gè)濾波器的第l個(gè)濾波系數(shù)表示為f_m+M×l，0≤m≤M-1，0≤l≤L-1，即第m個(gè)濾波器的L個(gè)濾波系數(shù)F_m表示為：F_m＝{f_m；f_m+M；f_m+M×2；…；f_m+M×(L-1)}；

(3)M個(gè)窄帶濾波信號(hào)c_m(n)分別經(jīng)過T點(diǎn)上采樣模塊進(jìn)行速率提升，得到的M路上采樣信號(hào)d_m(k)，每路信號(hào)傳輸速率為R_b，其中：R_b＝TR_a，此時(shí)子載波間隔提升為：

Δf_b＝R_b＝TΔf_a

(4)并串轉(zhuǎn)換器將M路并行上采樣信號(hào)d_m(k)轉(zhuǎn)換為一路串行傳輸?shù)幕鶐盘?hào)q(k)；

(5)中頻調(diào)制器將一路串行傳輸?shù)幕鶐盘?hào)q(k)進(jìn)行正交調(diào)制，得到中頻信號(hào)x(k)，調(diào)制后的中頻信號(hào)x(k)的中心頻率為ω_I；

(6)上變頻器將中頻調(diào)制信號(hào)x(k)進(jìn)行上變頻，得到射頻信號(hào)s(k)，發(fā)送至接收端；上變頻后的射頻信號(hào)s(k)的中心頻率為ω_S； 射頻傳輸信號(hào)s(k)的表達(dá)式為：

其中，各符號(hào)的含義如下：

a_m(n)：發(fā)送端M路子載波信號(hào)，0≤m≤M-1；

IFFT[·]：M點(diǎn)IFFT模塊處理函數(shù)；

F_m：多音窄帶發(fā)送濾波器組的系數(shù)，0≤m≤M-1；

P2S[·]：并串轉(zhuǎn)換器處理函數(shù)；

ω_I：中頻調(diào)制器的中心頻率；

ω_S：上變頻器的工作頻率；

T：上采樣模塊的采樣點(diǎn)數(shù)；

M：船舶VDES系統(tǒng)子載波個(gè)數(shù)；

接收端從發(fā)送端接收信號(hào)，并對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行FMT解調(diào)，得到M路子載波基帶數(shù)據(jù)，具體實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟：

(7)將接收端接收到的中心頻率為ω_S的射頻信號(hào)s(k)經(jīng)過下變頻器進(jìn)行下變頻處理，得到的中心頻率為ω_I的中頻信號(hào)y(k)；

(8)中頻解調(diào)器對(duì)中頻信號(hào)y(k)進(jìn)行正交解調(diào)，得到一路串行基帶信號(hào)q′(k)；

(9)串并轉(zhuǎn)換器將一路串行基帶信號(hào)q′(k)轉(zhuǎn)換為M路并行傳輸?shù)幕鶐盘?hào)d′_m(k)；

(10)M路并行傳輸?shù)幕鶐盘?hào)d′_m(k)分別經(jīng)過T點(diǎn)下采樣模塊進(jìn)行速率降低，得到的M路下采樣信號(hào)c′_m(n)，下采樣后的每路信號(hào)傳輸速率為R_c，其中：R_c＝R_b/T'＝R_a，此時(shí)子載波間隔降低為：

Δf_c＝R_c＝Δf_b/T'＝Δf_a

此時(shí)每路子載波信號(hào)的傳輸速率和子載波間隔分別與發(fā)送端相同，下采樣信號(hào)c′_m(n)與發(fā)送端窄帶濾波信號(hào)c_m(n)相等，如下公式所示；

c′_m(n)＝c_m(n)

(11)采用M×L階多音匹配濾波器組對(duì)所述M路并行的下采樣信號(hào)c′_m(n)進(jìn)行濾波處理，獲得接收端變換域信號(hào)p′_m(n)表達(dá)式為：

p′_m(n)＝c′_m(n)·G_m

其中：G_m表示M×L階多音匹配濾波器組的系數(shù)，M×L階多音匹配濾波器組分為M組分別對(duì)應(yīng)所述M路并行的接收端變換域信號(hào)p′_m(n)，每個(gè)匹配濾波器包含L個(gè)濾波系數(shù)，其中第m個(gè)匹配濾波器的第l個(gè)濾波系數(shù)表示為g_m+M×l，0≤m≤M-1，0≤l≤L-1，即第m個(gè)匹配濾波器的L個(gè)濾波系數(shù)G_m表示為：G_m＝{g_m；g_m+M；g_m+M×2；…；g_m+M×(L-1)}；

(12)將接收端變換域信號(hào)p′_m(n)經(jīng)過M點(diǎn)FFT模塊處理后，最后得到接收端恢復(fù)出的M路有效數(shù)據(jù)z_m(n)，從而達(dá)到了不采用多路中頻調(diào)制解調(diào)即可實(shí)現(xiàn)多載波傳輸?shù)哪康?，恢?fù)出的M路有效數(shù)據(jù)z_m(n)的表達(dá)式為：

z_m(n)＝FFT[p′_m(n)]

其中，各符號(hào)的含義如下：

FFT[·]：M點(diǎn)FFT模塊處理函數(shù)；

G_m：多音匹配濾波器組的系數(shù)，0≤m≤M-1；

S2P[·]：串并轉(zhuǎn)換器處理函數(shù)；

ω_I：中頻解調(diào)器的中心頻率；

ω_S：下變頻器的工作頻率；

T′：下采樣模塊的采樣點(diǎn)數(shù)；

M：船舶VDES系統(tǒng)子載波個(gè)數(shù)；

接收端接收到射頻信號(hào)s(k)，將公式(a)代入公式(b)中，滿足如下公式(c)的要求；

z_m(n)＝a_m(n),0≤m≤M-1 (c)。