[发明专利]船舶VDES系统的基于FMT多载波调制解调方法及调制解调系统

权利要求书

1.船舶VDES系统的基于FMT多载波调制解调方法，其特征在于：包括发送端将M路子载波信号经过FMT调制得到M路射频信号，并发送至接收端，具体实现方法包括如下步骤：

M路并行子载波信号经过M点IFFT处理后得到M路并行的变换域信号；

采用发送滤波器组对所述M路并行的变换域信号进行滤波处理，得到M个滤波信号，其中所述发送滤波器组包含M个滤波器，每个滤波器包含L个滤波系数，其中第m个滤波器的第l个滤波系数表示为f_m+M×l，0≤m≤M-1，0≤l≤L-1，即第m个滤波器的L个滤波系数F_m表示为：F_m＝{f_m；f_m+M；f_m+M×2；…；f_m+M×(L-1)}；

将所述M个滤波信号进行速率提升，得到M路并行上采样信号，并将所述M路并行上采样信号转换为一路串行基带信号；

将所述一路串行基带信号进行正交调制得到中频信号；将所述中频信号进行上变频得到射频信号，发送至接收端；

其中：M为正整数，且M≥2；L为正整数，且L≥2；

还包括接收端从发送端接收信号，并对所述信号进行FMT解调，得到M路子载波基带数据，具体实现方法包括如下步骤：

将接收端接收到的射频信号进行下变频处理，得到中频信号；将所述中频信号进行正交解调得到一路串行基带信号；

将所述一路串行基带信号转换为M路并行传输的基带信号；并将所述M路并行传输的基带信号进行速率降低，得到M路并行下采样信号；

采用匹配滤波器组对所述M路并行下采样信号进行滤波处理，得到M个匹配滤波信号，其中所述匹配滤波器组包含M个匹配滤波器，每个匹配滤波器包含L个滤波系数，其中第m个匹配滤波器的第l个滤波系数表示为g_m+M×l，0≤m≤M-1，0≤l≤L-1，即第m个匹配滤波器的L个滤波系数G_m表示为：G_m＝{g_m；g_m+M；g_m+M×2；…；g_m+M×(L-1)}；

将所述M个匹配滤波信号经过M点FFT处理后，得到接收端恢复出的M路有效数据，即为M路子载波基带数据；

其中：发送端将M路子载波信号经过FMT调制得到M路射频信号的具体实现方法包括如下步骤：

(1)M路并行子载波信号a_m(n)经过M点IFFT模块处理后得到M路并行的变换域信号p_m(n)，其表达式为：

p_m(n)＝IFFT[a_m(n)]

其中：M表示基于FMT的船舶VDES系统的子载波个数，每路子载波上的信号传输速率为R_a，子载波间隔为Δf_a＝R_a；

(2)采用M×L阶多音窄带发送滤波器组对所述M路并行的变换域信号p_m(n)进行滤波处理，获得M个窄带滤波信号c_m(n)表达式为：

c_m(n)＝p_m(n)·F_m

其中：F_m表示M×L阶多音窄带发送滤波器组的系数，M×L阶多音窄带发送滤波器组分为M组分别对应所述M路并行的变换域信号p_m(n)，其中所述发送滤波器组包含M个滤波器，每个滤波器包含L个滤波系数，其中第m个滤波器的第l个滤波系数表示为f_m+M×l，0≤m≤M-1，0≤l≤L-1，即第m个滤波器的L个滤波系数F_m表示为：F_m＝{f_m；f_m+M；f_m+M×2；…；f_m+M×(L-1)}；

(3)M个窄带滤波信号c_m(n)分别经过T点上采样模块进行速率提升，得到的M路上采样信号d_m(k)，每路信号传输速率为R_b，其中：R_b＝TR_a，此时子载波间隔提升为：

Δf_b＝R_b＝TΔf_a

(4)并串转换器将M路并行上采样信号d_m(k)转换为一路串行传输的基带信号q(k)；

(5)中频调制器将一路串行传输的基带信号q(k)进行正交调制，得到中频信号x(k)，调制后的中频信号x(k)的中心频率为ω_I；

(6)上变频器将中频调制信号x(k)进行上变频，得到射频信号s(k)，发送至接收端；上变频后的射频信号s(k)的中心频率为ω_S； 射频传输信号s(k)的表达式为：

其中，各符号的含义如下：

a_m(n)：发送端M路子载波信号，0≤m≤M-1；

IFFT[·]：M点IFFT模块处理函数；

F_m：多音窄带发送滤波器组的系数，0≤m≤M-1；

P2S[·]：并串转换器处理函数；

ω_I：中频调制器的中心频率；

ω_S：上变频器的工作频率；

T：上采样模块的采样点数；

M：船舶VDES系统子载波个数；

接收端从发送端接收信号，并对所述信号进行FMT解调，得到M路子载波基带数据，具体实现方法包括如下步骤：

(7)将接收端接收到的中心频率为ω_S的射频信号s(k)经过下变频器进行下变频处理，得到的中心频率为ω_I的中频信号y(k)；

(8)中频解调器对中频信号y(k)进行正交解调，得到一路串行基带信号q′(k)；

(9)串并转换器将一路串行基带信号q′(k)转换为M路并行传输的基带信号d′_m(k)；

(10)M路并行传输的基带信号d′_m(k)分别经过T点下采样模块进行速率降低，得到的M路下采样信号c′_m(n)，下采样后的每路信号传输速率为R_c，其中：R_c＝R_b/T'＝R_a，此时子载波间隔降低为：

Δf_c＝R_c＝Δf_b/T'＝Δf_a

此时每路子载波信号的传输速率和子载波间隔分别与发送端相同，下采样信号c′_m(n)与发送端窄带滤波信号c_m(n)相等，如下公式所示；

c′_m(n)＝c_m(n)

(11)采用M×L阶多音匹配滤波器组对所述M路并行的下采样信号c′_m(n)进行滤波处理，获得接收端变换域信号p′_m(n)表达式为：

p′_m(n)＝c′_m(n)·G_m

其中：G_m表示M×L阶多音匹配滤波器组的系数，M×L阶多音匹配滤波器组分为M组分别对应所述M路并行的接收端变换域信号p′_m(n)，每个匹配滤波器包含L个滤波系数，其中第m个匹配滤波器的第l个滤波系数表示为g_m+M×l，0≤m≤M-1，0≤l≤L-1，即第m个匹配滤波器的L个滤波系数G_m表示为：G_m＝{g_m；g_m+M；g_m+M×2；…；g_m+M×(L-1)}；

(12)将接收端变换域信号p′_m(n)经过M点FFT模块处理后，最后得到接收端恢复出的M路有效数据z_m(n)，从而达到了不采用多路中频调制解调即可实现多载波传输的目的，恢复出的M路有效数据z_m(n)的表达式为：

z_m(n)＝FFT[p′_m(n)]

其中，各符号的含义如下：

FFT[·]：M点FFT模块处理函数；

G_m：多音匹配滤波器组的系数，0≤m≤M-1；

S2P[·]：串并转换器处理函数；

ω_I：中频解调器的中心频率；

ω_S：下变频器的工作频率；

T′：下采样模块的采样点数；

M：船舶VDES系统子载波个数；

接收端接收到射频信号s(k)，将公式(a)代入公式(b)中，满足如下公式(c)的要求；

z_m(n)＝a_m(n),0≤m≤M-1 (c)。