双波调制单侧信道通信技术的制作方法

1.无线电通信。


背景技术：

2.模拟调制技术在时间上是连续调制，被处理后的模拟信号源的带宽连续且有限，因而模拟信号源不会出现电平跳变或尖锐波形，信号源中的所有基带频谱都会被调制到调制结果上，载波的功能就是将模拟信号源的基带频谱运送到新的频谱位置。
3.载波可表达为sin(θ0 ω
c
t)，其中θ0为初始相位，θ0取不同数值即可得到sin(ω
c
t)、-sin(ω
c
t)、cos(ω
c
t)、-cos(ω
c
t)载波，由于模拟调制技术在时间上是连续调制，模拟调制技术使用的载波的相位对模拟调制结果没有任何影响。
4.数字调制技术在时间上、幅度上、频率上对信号源进行离散化调制，被调制的信号是二进制数字信息，数字调制技术将时间段离散为时间点、将信号源中一截随时间变化的幅度信号离散为数字幅度值、将连续的频谱带宽离散为频点，基带宽度为b的模拟信号被数字化后变成了频率为f
s0
=1/t
s0
且稳态没有带宽的点频信号，模拟信号的基带宽度b决定采样频率f
s0
， t
s0
为采样周期，如图1，图中，
①
为模拟信号的基带内滤波后被保留的部分，
②
为模拟信号的基带外被滤除的部分。
5.在现有的数字调制技术的调制结果中，所传输二进制信息的状态改变时调制结果产生暂态频带，所述暂态频带占用整个信道，暂态频带的频谱密度分布的频率位置与所传输信息编码的同码长度相关，因为所传输信息编码的同码长度是一个随机的自然数，所以，暂态频带的频谱功率密度分布是随机的，暂态频带产生的原因就是调制结果的包络的随机性。
6.双波调制技术的目的是对现有的数字调制技术中的随机分布的暂态频谱进行改造，使用的方法是不改变调制结果的包络的随机性的情况下给包络强制一个周期性规律，从而使调制结果中的暂态频带被大大削弱，调制结果中的稳态频谱被定位于指定的共轭频率，现有的数字调制技术调制结果的频谱占用整个信道带宽，双波调制技术的单侧信道只占用一个频点，注意，频率为载波频率f
c
的信道只是双波调制单侧信道通信技术的名义信道，频率为f-=f
c-f
p
或f

=f
c
f
p
的两个信道中的一个被选定作为实际使用的物理信道，双波调制单侧信道通信技术可将一个带宽较宽的信道离散为带宽为b
n
的单侧窄带信道，通信速率f
s
越高或分频数n越小则名义信道和物理信道之间的频率跨度越大而不是所占的带宽越宽，所述双波调制单侧信道只占用带宽为b
n
的物理信道，即该技术实现了窄带条件下信息的高速传输，由于带宽b
n
为常数，因此通信速率f
s
与带宽无关。


技术实现要素：

7.名词解释：名义信道——频率为载波频率f
c
的信道；物理信道——名义信道实际使用的信道，物理信道的频率与载波频率不同；双波调制单侧信道通信技术的调制结果是复合信号，所述的复合信号可以分解为两个共轭的成分信号；lpf——low pass filter，低
通滤波器；bpf——band pass filter，带通滤波器；pll——phase locked loop，锁相环；amp——amplifier，放大器；角频率=2π
×
频率。
8.信号幅度的调理过程被忽略。
9.现有数字通信调制技术的调制结果由稳态谱线和暂态频带组成，稳态谱线位于信道的中心频率f
c
，在所传输的二进制数字信息的逻辑状态不变的时间里，所述二进制数字信息是电平恒定的直流信号，所述直流信号的时间长度为所述二进制数字信息周期t
s
的k倍即kt
s
，k为大于或等于1的自然数且为随机数，k的数值由所传输二进制数字信息的内容决定，k值越小调制结果中暂态频带的能量占比越高稳态谱线的能量占比越低，k值越大调制结果中暂态频带的能量占比越低稳态谱线的能量占比越高，暂态频带能量密度最大的频点位置分别为f
c-2/(kt
s
)和f
c
2/(kt
s
)，暂态频带的能量不仅占用所在信道的全部带宽还有部分带外信号被滤除，暂态频带产生后其幅度受所在信道带宽的影响略呈指数规律变化，载波频率f
c
处的谱线为稳态谱线，信道的带宽主要被所传输的二进制数字信息的逻辑状态发生改变时刻的暂态频带占用，为使调制结果适应所在信道的带宽，调制结果中位于信道外部的频带被滤波器滤除，所述二进制数字信息的电平跳变的部分特征因此被滤波器滤除，由于通信速率f
s
与信道所占带宽成正比，所以通信速率f
s
越高信道所占带宽越宽，同理，信道的带宽不可避免地限制了通信的速率f
s
。
10.双波调制单侧信道通信技术采用两种不同频率的波对所传输的二进制数字信息u(t)进行调制，所述的双波是载波a(t)= sin(ω
c
t θ
c
) 和预调制波b(t)= sin(ω
p
t θ
p
)，在发射端，将所输入的二进制数字信息u(t)、载波a(t)、预调制波b(t)三个输入信号调制在一起生成调制结果s(t)，即s(t)= u(t) a(t) b(t)，式中，u(t)∈{0，1}，载波a(t) ：当θ
c
=0则a(t) =sin(ω
c
t)；当θ
c
=π则a(t)=-sin(ω
c
t)；当θ
c
=π/2则a(t)= cos(ω
c
t)；当θ
c
=3π/2则a(t)=-cos(ω
c
t)，预调制波：当θ
p
=0则b(t)=sin(ω
p
t)；当θ
p
=π则b(t)=
ꢀ-
sin(ω
p
t)；当θ
p
=π/2则b(t)=cos(ω
p
t)；当θ
p
=3π/2则b(t)=-cos(ω
p
t)，其中，ω
c
=2πf
c
=2π/t
c
，ω
p
=2πf
p
=2π/t
p
，f
c
=mf
s
，ω
c
=mω
s
，f
s
=nf
p
，ω
s
=nω
p
，ω
c
为载波的角频率，f
c
为载波的频率，t
c
为载波的周期，ω
p
为预调制波的角频率，f
p
为预调制波的频率，t
p
为预调制波的周期， m、n均为大于1的自然数，f
s
为通信速率，现有的技术是：模拟调制的带宽由信号源的基带宽度决定，现有的数字通信技术的带宽由通信速率和所传输信息的随机性决定，使用双波调制单侧信道通信技术后，因为b(t)的周期t
p
为u(t)的周期t
s
的n倍，n为大于1的正整数，即t
p
=nt
s
，所以，u(t)被b(t)调制成了交流信号u(t) b(t)，因为b(t)的频率f
p
较低使交流信号u(t) b(t)成了调制结果s(t)的包络，因此所述调制结果s(t)的信号幅度不是恒定的而是受调制的，因为u(t) b(t)所需的带宽比u(t)小得多，所以该技术既实现了窄带条件下信息的高速传输又解除了通信速率f
s
与带宽相互制约的关系，通过不同的模式配置，双波调制单侧信道通信技术的调制结果包括但不限于：模式1：s(t)= u(t)cos(ω
p
t)sin(ω
c
t) = u(t)(sinω

t )/2 u(t)(sinω-t)/2；模式2：s(t)=-u(t)cos(ω
p
t)sin(ω
c
t) =-u(t)(sinω

t )/2-u(t)(sinω-t)/2；模式3：s(t)= u(t)sin(ω
p
t)sin(ω
c
t)=u(t)(cosω

t )/2-u(t)(cosω-t)/2；模式4：s(t)=-u(t)sin(ω
p
t)sin(ω
c
t) =-u(t)(cosω

t )/2 u(t)(cosω-t)/2；模式5：s(t)= u(t)cos(ω
p
t)cos(ω
c
t) =u(t)(cosω

t )/2 u(t)(cosω-t)/2；模式6：s(t)=-u(t)cos(ω
p
t)cos(ω
c
t) =-u(t)(cosω

t )/2-u(t)(cosω-t)/2；
模式7：s(t)= u(t)sin(ω
p
t)cos(ω
c
t) = u(t)(sinω

t )/2-u(t)(sinω-t)/2；模式8：s(t)=-u(t)sin(ω
p
t)cos(ω
c
t) =-u(t)(sinω

t )/2 u(t)(sinω-t)/2；式中，ω

=ω
c
ω
p
，ω-=ω
c-ω
p
，f-=f
c-f
p
, f

=f
c
f
p
, ω

为高侧角频率，ω-为低侧角频率，f

为高侧频率，f-为低侧频率，每种调制结果s(t)都可以被分解成两种点频成分信号，即所述调制结果s(t)由两种点频成分信号组成，所述成分信号s-(t)和 s

(t)不再是包络受调制的信号而是幅度恒定信号，所述成分信号的频谱被分别定位在共轭角频率点ω-和ω

上，调制结果s(t)是一对位置固定的共轭点频成分信号s-(t)和 s

(t)，所传输的二进制数字信息的内容由谱线的幅度状态值表达，因此，每种成分信号s-(t)或 s

(t)都近似于一个点频信号故此可以从一个窄带信道中通过, 因为两种单侧点频成分信号表达的内容完全一样，所以每种单侧点频成分信号s-(t)或 s

(t)都可独立传输信息，即只需一种单侧点频信号s-(t)或 s

(t)即可完成通信功能，由于信号频谱被频率为f
p
的预调制波移动，频率为载波频率f
c
的信道只是名义信道，实际使用的信道是频率为f-的低侧物理信道或频率为f

的高侧物理信道，低侧物理信道传输低侧成分信号s-(t)；高侧物理信道传输高侧成分信号s

(t)：模式1：s

(t)=u(t)sinω

t；s-(t)=u(t)sinω-t；模式2：s

(t)=-u(t)sinω

t；s-(t)=-u(t)sinω-t；模式3：s

(t)= u(t)cosω

t；s-(t)=-u(t)cosω-t；模式4：s

(t)=-u(t)cosω

t；s-(t)=u(t)cosω-t；模式5：s

(t)=u(t)cosω

t；s-(t)=u(t)cosω-t；模式6：s

(t)=-u(t)cosω

t；s-(t)=-u(t)cosω-t；模式7：s

(t)= u(t)sinω

t；s-(t)=-u(t)sinω-t；模式8：s

(t)=-u(t)sinω

t ；s-(t)= u(t)sinω-t。
11.可以将三个输入信号u(t)、a(t)、b(t)同时输入到调制器进行调制得到调制结果，也可以从三个输入信号u(t)、a(t)、b(t) 中任取两个信号进行调制并将调制结果与第三个输入信号进行调制得到调制结果，输入调制器的三个信号u(t)、a(t)、b(t)满足乘法的交换律和结合律。
12.根据权利要求1，接收端的相干解调方法是：接收端从单侧信道中获取成分信号s-(t)或s

(t)，接收端的解调波与频率为f
c
的载波信号和频率为f
p
的预调制波无关，接收端使用的解调波被锁相环锁定于所接收到的所述成分信号s-(t)或s

(t)上，因此解调波的极性、频率和相位等与所接收到的所述成分信号相同，当所使用的物理信道是频率为f-的低侧信道则相干解调的过程如下：模式1：u(t)sin2ω-t= u(t)/2-u(t)(cos2ω-t)/2；模式2：u(t)sin2ω-t= u(t)/2-u(t)(cos2ω-t)/2；模式3：u(t)cos2ω-t= u(t)/2 u(t)(cos2ω-t)/2；模式4：u(t)cos2ω-t= u(t)/2 u(t)(cos2ω-t)/2；模式5：u(t)cos2ω-t= u(t)/2 u(t)(cos2ω-t)/2；模式6：u(t)cos2ω-t= u(t)/2 u(t)(cos2ω-t)/2；模式7：u(t)sin2ω-t= u(t)/2-u(t)(cos2ω-t)/2；模式8：u(t)sin2ω-t= u(t)/2-u(t)(cos2ω-t)/2；
当所使用的物理信道是频率为f

的高侧信道则相干解调的过程如下：模式1：u(t)sin2ω

t= u(t)/2-u(t)(cos2ω

t)/2；模式2：u(t)sin2ω

t= u(t)/2-u(t)(cos2ω

t)/2；模式3：u(t)cos2ω

t= u(t)/2 u(t)(cos2ω

t)/2；模式4：u(t)cos2ω

t= u(t)/2 u(t)(cos2ω

t)/2；模式5：u(t)cos2ω

t= u(t)/2 u(t)(cos2ω

t)/2；模式6：u(t)cos2ω

t= u(t)/2 u(t)(cos2ω

t)/2；模式7：u(t)sin2ω

t= u(t)/2-u(t)(cos2ω

t)/2；模式8：u(t)sin2ω

t= u(t)/2-u(t)(cos2ω

t)/2；由此可见，相干解调的结果由所传输的二进制数字信息u(t)和高频成分组成，所传输的二进制数字信息u(t)的获取方法包括但不限于：使用低通滤波器lpf从相干解调的结果中选取、将相干解调结果中的高频成分滤除后得到所传输的二进制数字信息u(t)等，注意，解调出的u(t)如果为-1则必须作相应处理。
13.由于残缺波形会造成调制结果的频谱扩散，为避免调制结果的频谱扩散，采用的措施包括但不限于：在所传输的数字信息的起点和终点时刻载波的电位必须为0、频率为f
c
的载波分频为频率为通信速率f
s
的波形不产生残波、频率为f
s
的波形分频为频率为f
p
的波形不产生残波、频为频率为f
p
的波形相移π/2不能产生残波、锁相误差不能产生残波等，所有波形残缺的现象必须避免。
14.由于波形跳变会造成调制结果的频谱扩散，余弦波的起点和终点都存在波形的电平跳变现象，因此调制结果中的余弦波成分信号有频谱扩散问题，调制结果中只有正弦成分信号的工作模式优于其它工作模式，综上所述，优选的工作模式为模式1或模式7，虽然模式1中的预调制波是余弦波、虽然因为所传输信息u(t)的随机性使u(t)被预调制波变成的交流信号看起来像残缺波形，但因为频率f
p
只有载波频率f
c
的1/n而使预调制波成为调制结果的包络而不是实际波形，因此，包络的跳变被正弦载波消除了；模式7中的载波是余弦波，但载波的波形跳变被正弦的预调制波消除了，模式1和模式7的调制结果的成分信号中只有正弦信号没有余弦信号，因而这两种工作模式是频谱扩散问题最小的工作模式，调制结果：模式1：s(t)= u(t)cos(ω
p
t)sin(ω
c
t)=u(t)(sinω

t)/2 u(t)(sinω-t)/2，模式7：s(t)= u(t) sin(ω
p
t) cos(ω
c
t)=u(t)(sinω

t)/2-u(t)(sinω-t)/2，低侧成分信号：模式1：s-(t)=u(t)sin(ω-t) ；模式7：s-(t)=-u(t)sin(ω-t) ，高侧成分信号s

(t)=u(t)sin(ω

t)，高侧信道的相干解调结果u(t)sin2ω

t= u(t)/2-u(t)(cos2ω

t)/2，低侧信道的相干解调结果u(t)sin2ω-t= u(t)/2-u(t)(cos2ω-t)/2。
15.f
c
=mf
s
，f
s
=nf
p
，分频数m越小信息传输速率f
s
越高，反之，分频数m越大信息传输速率f
s
越低，分频数n越小预调制波频率f
p
越高，反之，分频数n越大预调制波频率f
p
越低。
16.双波调制单侧信道通信技术的单侧信道带宽b
n
是传输调制结果s(t)的成分信号s-(t)或s

(t)所需的带宽，理论上成分信号s-(t)和 s

(t)都是带宽为0的点频信号，但在实际应用中窄带b
n
的宽度要综合考虑的因素包括但不限于：窄带b
n
太宽则相同带宽所能细分的信道数变少、窄带b
n
太窄则相邻信道因频差太小所以干扰大、窄带b
n
太窄则对滤波器的选择性能和定位精度要求太高、窄带b
n
太窄则频谱的暂态过渡过程变长、窄带b
n
太窄则幅度的过
渡过程1-exp(-t/τ)中的时间常数τ太长、窄带b
n
太窄则影响信道的其它通信性能。
17.双波调制技术的单侧信道只占用一个频点，注意，频率为载波频率f
c
的信道只是双波调制单侧信道通信技术的名义信道，频率为f-或f

的两个信道中的一个被选定作为实际使用的物理信道，双波调制单侧信道通信技术可将一个带宽较宽的信道离散为带宽为b
n
的单侧窄带信道，通信速率f
s
越高或分频数n越小则名义信道和物理信道之间的频率跨度越大而不是所占用的带宽越宽，所述双波调制单侧信道只占用带宽为b
n
的物理信道，另外，由于带宽b
n
为常数，所以该技术既实现了窄带条件下信息的高速传输又解除了通信速率f
s
与带宽相互制约的关系，所述物理信道的频带必须是唯一的，一个物理信道可以对应不同的名义信道，物理信道有两种选择：频率为f-的低侧物理信道传输成分信号s-(t)，或者，频率为f

的高侧物理信道传输成分信号s

(t)，双波调制技术的调制结果中的暂态频带被大大削弱，调制结果中的稳态频谱被定位于共轭频率，现有的数字调制技术的调制结果因暂态频带占用整个信道带宽，双波调制技术的调制结果只占用一个频点，双波调制单侧信道通信技术实际上将一个带宽较宽的信道离散成了带宽为b
n
的单侧窄带信道。
18.用适当的带通滤波器选取窄带b
n
的频谱，因为滤波器的谐振点只对应一个频点，所以滤波器不会有3db的增益损失，还会因为频带窄所以能更有效地滤除带外噪声信号，对于发射端，如果使用高侧信道，则带通滤波器hbpf的作用是选取调制结果s(t)中的高侧成分信号s

(t)；如果使用低侧信道，则带通滤波器lbpf的作用是选取调制结果s(t)中的低侧成分信号s-(t)，被选取的信号经放大为幅度合适的信号后发射，由于窄带滤波器屏蔽了绝大部分噪声的同时没有增益损失，所以与现有技术相比双波调制单侧信道通信技术通信过程中的信噪比大大提高。
19.通信帧尾部应有缓冲时间。
20.字段“双波调制”可被替换的同义语包括但不限于：“共轭载波调制”、“双频调制”、“双频共轭载波调制”、“点频调制”、“点频共轭载波调制”、“共轭点频调制”、“基带压缩调制”、“基带点频化调制”、“基带离散化调制”、“数字信号转换成交流信号后调制”、“数字信号转换成余弦波后调制”或“数字信号转换成正弦波后调制”、“高低频载波调制”等；字段“单侧信道”可被替换的同义语包括但不限于：“单点信道”、“单频信道”、“点频信道”、“单侧点频信道”、“单轭信道”、“高侧信道”或“低侧信道”、“高轭信道”或“低轭信道”、“高点频信道”或“低点频信道”、“高点信道”或“低点信道”等；字段“调制结果”可被替换的同义语包括但不限于：“已调信号”、“已调制信号”等；字段“预调制波”可被替换的同义语包括但不限于：“预调制载波”、“副载波”、“辅助载波”、“另一个载波”、“第二载波”、“后调制波”、“后调制载波”、“共轭波”、“共轭载波”，“分频载波”，“变形波”、“变形载波”、“离散载波”、“频谱离散化载波”、“频谱离散化调制波”、“直流信号变换为交流信号的变形波”等；字段“共轭”可被替换的同义语包括但不限于：“两点”、“两侧”、“双侧”、“以载波频率f
c
为中心的两点”、“以载波频率f
c
为中心的两侧”、“以载波频率f
c
为中心的双侧”、“以载波频率f
c
为中心的两频点”、“以载波频率f
c
为中心的两侧频点”、“以载波频率f
c
为中心的双侧频点”等，字段“二进制数字信息”可被替换的同义语包括但不限于：“二进制信息”、“数字信息”、“数字符号”、“二进制符号”、”二进制数字符号”等，字段“通信速率”可被替换的同义语包括但不限于：“传输速率”、“波特率”等。
21.【附图说明】
图1：工作模式为模式1示意图，m=5，n=4，
⑴
预调制波cos(ω
p
t)，
⑵
载波sin(ω
c
t) ，
⑶
共轭波cos(ω
p
t)sin(ω
c
t) ，当所传输的信息u(t)发生状态改变时，调制结果在共轭波和0电平之间切换，切换时没有波形跳变，共轭波所含的成分信号只有正弦波，所述的单侧信道使用的信号是成分信号，因此，单侧信道所使用的信号没有波形跳变。
22.图2：工作模式为模式7示意图，m=5，n=2，
⑴
预调制波sin(ω
p
t)，
⑵
载波cos(ω
c
t) ，
⑶
共轭波sin(ω
p
t )cos(ω
c
t) ，当所传输的信息u(t)发生状态改变时，调制结果在共轭波和0电平之间切换，切换时没有波形跳变，共轭波所含的成分信号只有正弦波，所述的单侧信道使用的信号是成分信号，因此，单侧信道所使用的信号没有波形跳变。
23.图3：调制示意图，输入信号同时进入调制器，使用低侧信道，a(t)：载波；b(t)：预调制波。
24.图4：调制示意图，输入信号同时进入调制器，使用高侧信道，a(t)：载波；b(t)：预调制波。
25.图5：调制结果s(t)= x(t)y(t)z(t)=u(t)a(t)b(t)示意图， u(t)：所传输信息，a(t)：载波；b(t)：预调制波，使用低侧信道，x(t)、y(t)、z(t)包含u(t)、a(t)、b(t)的全排列，即任意排列u(t)a(t)b(t)都是x(t)y(t)z(t)。
26.图6：调制结果s(t)= x(t)y(t)z(t)=u(t)a(t)b(t)示意图，u(t)：所传输信息，a(t)：载波；b(t)：预调制波，使用高侧信道，x(t)、y(t)、z(t)包含u(t)、a(t)、b(t)的全排列，即任意排列u(t)a(t)b(t)都是x(t)y(t)z(t)。
27.图7：解调示意图，工作模式为模式1或7，使用的信道为低侧信道。
28.图8：解调示意图，工作模式为模式1或7，使用的信道为高侧信道。
29.图9：p(ω)频谱图及q(ω)滤波器示意图。