專利名稱：一種多元位置3值mcp-ebpsk調(diào)制和解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信中的信息調(diào)制與解調(diào)，特別是一種同時(shí)利用相位調(diào)制極性和位置的多進(jìn)制調(diào)制和解調(diào)方法，屬于高頻譜利用率數(shù)字信息傳輸?shù)募夹g(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高速增長的寬帶無線業(yè)務(wù)需求對(duì)無線通信提出了越來越高的要求，直接導(dǎo)致了空中的無線電頻率越來越擁擠，特別是隨著第三代(3G)和第四代(4G)寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，較低頻段的連續(xù)頻譜幾乎被耗盡。歐洲IOMHz頻譜20年使用權(quán)的拍賣價(jià)已高達(dá)40億歐元，而在我國，花錢也難買到最有利的頻點(diǎn)和帶寬。因此，與能源和水資源一樣，頻譜也是國家的重要戰(zhàn)略資源，最大限度地壓縮無線傳輸頻譜具有重要的實(shí)際意義和直接的經(jīng)濟(jì)效益。而為了在單位頻帶內(nèi)高速傳輸信息，就要盡可能提高頻譜利用率(以bps/Hz來考核)， 這已成為新一代信息傳輸系統(tǒng)的核心競爭指標(biāo)和關(guān)鍵共性技術(shù)。I、CP-EBPSK 調(diào)制為了緊縮頻譜，本申請(qǐng)人曾發(fā)明一種“連續(xù)相位擴(kuò)展的二元相移鍵控”(CP-EBPSK Continue Phase-Extended Binary Phase Shift Keying)調(diào)制(見“頻譜緊縮的擴(kuò)展二兀相移鍵控調(diào)制和解調(diào)方法”，發(fā)明專利號(hào)ZL200910033322. 5)，其統(tǒng)一表達(dá)式為S0 (t) = sin co ct,0 ^ t < NTc
,、Isiri(WJiAsincofZ)j 0 < I < KTt.. 0 < A < I(I)
[Sincoc/,0 < KT < I < NTc其中，S(l(t)和Sl(t)分別表示碼元“0”和“I”的調(diào)制波形，為調(diào)制載波的角頻率，T。為載波周期，0< A < I為調(diào)相指數(shù)?？梢姶a元周期T = 2^1 N/ 。持續(xù)了 N彡I個(gè)載波周期，“I”碼元的調(diào)制時(shí)段T =KT。持續(xù)了 K<N個(gè)載波周期，K和N均為整數(shù)以保證整周期調(diào)制。由(I)式可見，CP-EBPSK調(diào)制波形具有如下特點(diǎn)I)相位連續(xù)，時(shí)間波形也連續(xù)；2)數(shù)據(jù)“0”的角頻率為W。，數(shù)據(jù)“I”的角頻率為W。土 A G^cosc^t(信號(hào)相位
oct 土 A OcSinc^t對(duì)于時(shí)間t的導(dǎo)數(shù))，瞬時(shí)頻率變化為土 A。,是一個(gè)有限值，當(dāng)A<< I時(shí)CP-EBPSK已調(diào)波的頻譜可望得到緊縮；3)如果取T =T即可實(shí)現(xiàn)單載波周期的調(diào)制，從而最高碼率在數(shù)值上就等于載波頻率，帶寬達(dá)到最寬。隨著調(diào)制占空比t/T = K/N的減小(或調(diào)制指數(shù)A的減小)，則在一定的功率譜密度(PSD Power Spectrum Density)電平上，CP-EBPSK已調(diào)波形的帶寬可一直趨于所謂的超窄帶(UNB Ultra Narrow Band)。例如，在(I)式中取A=O. 5，N=4，K=2，fc = c/2ji = 40kHz，得到 CP-EBPSK 調(diào)制信號(hào)的時(shí)間波形如

圖1(a)實(shí)線所示，將其與標(biāo)準(zhǔn)的正弦信號(hào)(圖1(a)中的圓點(diǎn)線)的時(shí)間波形相比較，可見CP-EBPSK調(diào)制的信號(hào)波形很接近正弦波。圖1(b)是CP-EBPSK(A=O. 01)調(diào)制信號(hào)的功率譜，其中縱坐標(biāo)是以載頻處的功率譜幅度作為OdB。由圖1(b)可見，當(dāng)A<< I時(shí)，CP-EBPSK調(diào)制信號(hào)的能量高度集中，載頻(位于40kHz處)幅度高于其它邊帶約60dB(l百萬倍)。具體實(shí)現(xiàn)則是當(dāng)調(diào)制器輸入碼元“0”時(shí)，調(diào)制器就選擇Stl (t)所示的波形樣本輸出，反之當(dāng)輸入為碼元“ I”時(shí)，調(diào)制器選擇S1 (t)所示的波形樣本輸出，所有碼元“ I”所對(duì)應(yīng)調(diào)制波形的調(diào)相指數(shù)△均相等，且保持不變。2、隨機(jī)極性CP-EBPSK調(diào)制由于調(diào)相指數(shù)A越大，對(duì)于CP-EBPSK調(diào)制信號(hào)的解調(diào)性能越好，故A的選擇往往因需要同時(shí)折中頻譜利用率和能量利用率而不能取值太小。例如，為了得到高碼率，取fc = 30MHz、N=20(此時(shí)碼率為 fc/N=30/N=l. 5Mbps)、K = 2 和 A = 0. I 進(jìn)行了仿真，此時(shí) CP-EBPSK調(diào)制信號(hào)的功率譜如圖2(a)所示，圖中橫坐標(biāo)是頻率,單位MHz,縱坐標(biāo)為相對(duì)幅度，單位dB，計(jì)算功率譜時(shí)取了 I萬個(gè)碼元。可見，此時(shí)CP-EBPSK調(diào)制信號(hào)的功率譜邊帶就未能達(dá)到更嚴(yán)格的低于-60dB的要求，主要是因?yàn)檫厧е泻休^高的離散頻譜(即線譜)分量。因此，如果能去除或降低CP-EBPSK調(diào)制信號(hào)功率譜邊帶中的線譜，即可望進(jìn)一步降低CP-EBPSK調(diào)制信號(hào)功率譜的邊帶電平。注意到CP-EBPSK在每個(gè)碼元“I”的鍵控調(diào)制時(shí)段，(I)式中的調(diào)相指數(shù)A要么保持不變，要么交錯(cuò)改變符號(hào)(即+A或-A)，這種規(guī)律性是PSD邊帶中產(chǎn)生線譜分量(對(duì)應(yīng)著時(shí)域的周期正弦分量)的根本原因。而如果在發(fā)送碼元“I”時(shí)，讓調(diào)相指數(shù)A的符號(hào)(即調(diào)制極性)隨機(jī)變化(即隨機(jī)取+ △或-△)，就可望降低或消除邊帶線譜，從而進(jìn)一步緊縮CP-EBPSK調(diào)制信號(hào)的功率譜，降低對(duì)相鄰信道的干擾，提高頻譜利用率。于是，本申請(qǐng)人又提出了一種“偽隨機(jī)序列調(diào)制的CP-EBPSK的通信系統(tǒng)及其通信方法”(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?01110092668. X)，通過在原始CP-EBPSK調(diào)制器中增加一個(gè)偽隨機(jī)序列發(fā)生器，利用其產(chǎn)生的偽隨機(jī)數(shù)來隨機(jī)選取A的極性(即符號(hào)的正負(fù))，即在(I)式中，對(duì)于數(shù)據(jù)“0”的調(diào)制不變，而對(duì)于數(shù)據(jù)“1”，則考察該偽隨機(jī)序列當(dāng)前隨機(jī)數(shù)的值，若該值為0，則(I)式中取+A，若該值為1，則(I)式中取-A ;從而利用碼元“I”鍵控調(diào)制時(shí)段相位變化的隨機(jī)性去除了 CP-EBPSK調(diào)制信號(hào)PSD主瓣和旁瓣上的大部分線譜，使得已調(diào)信號(hào)的頻譜更加緊縮(圖2 (b)所示超過20dB)，對(duì)其可輕松地用更加苛刻的_60dB功率帶寬來考核，而解調(diào)性能基本不受影響。3、MPPSK 調(diào)制在經(jīng)典的脈沖調(diào)制應(yīng)用領(lǐng)域如雷達(dá)系統(tǒng)和脈沖超寬帶(IR-UWB)通信體制中，通常采用脈沖相對(duì)于載波位置的不同傳遞不同的符號(hào)信息，如脈沖位置調(diào)制(PPM =PulsePosition Modulation)。本申請(qǐng)人曾利用這一點(diǎn)，發(fā)明了“多元位置相移鍵控(MPPSK M-aryPosition Phase Shift Keying)調(diào)制和解調(diào)方法”(發(fā)明專利號(hào)ZL200710025202. I)，利用多元信息符號(hào)對(duì)正弦載波的不同相位跳變位置進(jìn)行相移鍵控，從而將擴(kuò)展的二元相移鍵控(EBPSK :Extended Binary Phase Shift Keying)調(diào)制方法(為此前本申請(qǐng)人所發(fā)明的ZL200710025203. 6號(hào)專利即“統(tǒng)一的二元正交調(diào)制解調(diào)方法”的一個(gè)特例)拓展到了多進(jìn)制調(diào)制和解調(diào)，在頻譜結(jié)構(gòu)和發(fā)射功率幾乎不變的條件下，倍增了傳輸碼率和頻譜利用率。4、隨機(jī)極性MCP-EBPSK調(diào)制由于CP-EBPSK調(diào)制信號(hào)和隨機(jī)極性CP-EBPSK調(diào)制信號(hào)的功率譜在2倍載頻處具有很高的旁瓣，且每個(gè)符號(hào)僅能攜帶Ibit信息，故為了有效改善頻譜結(jié)構(gòu)并拓展至多進(jìn)制，本申請(qǐng)人曾提出了 “多元位置隨機(jī)極性MCP-EBPSK (Modified ContinuePhase-Extended Binary Phase Shift Keying,修正的連續(xù)相位擴(kuò)展二元相移鍵控)調(diào)制和解調(diào)方法”(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?01110431039. 5)。首先將(I)式修正為
權(quán)利要求
1.一種多元位置3值MCP-EBPSK調(diào)制和解調(diào)方法，以多元位置隨機(jī)極性的修正的連續(xù)相位擴(kuò)展二元相移鍵控調(diào)制方式為基礎(chǔ)，
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種多元位置3值MCP-EBPSK調(diào)制和解調(diào)方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)所述解調(diào)方法的多元位置3值MCP-EBPSK解調(diào)器中包括一個(gè)數(shù)字沖擊濾波器和一個(gè)由人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支撐向量機(jī)構(gòu)成的分類器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種多元位置3值MCP-EBPSK調(diào)制和解調(diào)方法，其特征在于所述數(shù)字沖擊濾波器是一種IIR型數(shù)字帶通濾波器，由一對(duì)共軛零點(diǎn)和至少一對(duì)共軛極點(diǎn)構(gòu)成，多元位置3值MCP-EBPSK調(diào)制信號(hào)的載波頻率高于數(shù)字沖擊濾波器的零點(diǎn)頻率但低于所有極點(diǎn)頻率，而零點(diǎn)頻率與極點(diǎn)頻率的靠近程度，至少要達(dá)到信號(hào)載頻的10_2 10_3量級(jí)； 所述多元位置3值MCP-EBPSK調(diào)制信號(hào)通過所述數(shù)字沖擊濾波器后，各個(gè)不同碼元的沖擊濾波輸出波形會(huì)有明顯差異“0”碼元和非“0”碼元在幅度上有高低，各個(gè)非“0”碼元在時(shí)間上有先后，而同一時(shí)間位置上的非“0”奇數(shù)碼元和非“0”偶數(shù)碼元在相位上有正負(fù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種多元位置3值MCP-EBPSK調(diào)制和解調(diào)方法，其特征在于所述由人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支撐向量機(jī)構(gòu)成的分類器經(jīng)過所述調(diào)制信號(hào)的沖擊濾波輸出樣本訓(xùn)練后，根據(jù)上述波形特征對(duì)2M-1個(gè)信源符號(hào)進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)對(duì)于多元位置3值MCP-EBPSK調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。
全文摘要
多元位置3值MCP-EBPSK調(diào)制和解調(diào)方法利用隨機(jī)極性MCP-EBPSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)過數(shù)字沖擊濾波器后的輸出波形中仍保留相位調(diào)制極性的特點(diǎn)，將M進(jìn)制的多元位置隨機(jī)極性MCP-EBPSK調(diào)制拓展到2M-1進(jìn)制的多元位置3值MCP-EBPSK調(diào)制，提高了頻譜利用率和能量利用率。
文檔編號(hào)H04L27/20GK102739591SQ201210225050
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者何峰, 余靜, 吳樂南, 靳一 申請(qǐng)人:東南大學(xué)