四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制解調(diào)方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制解調(diào)方法，利用本發(fā)明可以提高頻譜有效利用率，降低信號(hào)相干解調(diào)運(yùn)算量，減少接收機(jī)復(fù)雜度。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：在信號(hào)調(diào)制中，在多進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)傳輸系統(tǒng)的輸入端，信號(hào)選擇邏輯模塊根據(jù)每次前后相鄰輸入比特信息進(jìn)行聯(lián)合邏輯運(yùn)算，基帶信號(hào)集合模塊將兩比特信息映射為發(fā)送調(diào)制信號(hào)某一確定位置的絕對(duì)相位值，送入到I、Q調(diào)制模塊把基帶信號(hào)調(diào)制到載波上；正交解調(diào)模塊將天線接收的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)輸入到基帶信號(hào)同步模塊，符號(hào)解調(diào)模塊取同步位置基帶復(fù)信號(hào)的實(shí)部和虛部幅度值作為符號(hào)攜帶的兩比特信息的雙極性數(shù)值，信息變換模塊按雙極性信息變換規(guī)則完成信號(hào)解調(diào)處理。
【專利說(shuō)明】四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制解調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種移動(dòng)通信領(lǐng)域中，應(yīng)用于高速跳頻系統(tǒng)中的連續(xù)相位調(diào)制的調(diào)制方法及其解調(diào)方法，尤其是應(yīng)用于無(wú)線通信基帶信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在移動(dòng)通信領(lǐng)域中，有限的可利用頻譜資源和復(fù)雜的無(wú)線傳輸環(huán)境是無(wú)線通信領(lǐng)域的兩大制約因素。這些通信系統(tǒng)對(duì)調(diào)制信號(hào)的要求表現(xiàn)為頻譜特性要求高、接收靈敏度高、可以應(yīng)用非線性功放發(fā)送調(diào)制信號(hào)。隨著無(wú)線通信系統(tǒng)的廣泛使用，通信系統(tǒng)的傳輸速率和距離不斷提高，通信系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)集中表現(xiàn)為兩個(gè)方面:一方面是通信系統(tǒng)占用的帶寬越來(lái)越大，頻率較低的頻段已經(jīng)趨于飽和；其次是通信速率、通信距離的提高要求通信系統(tǒng)具備更高效的信號(hào)發(fā)送以及更低的接收靈敏度。為了滿足通信系統(tǒng)的上述需求，現(xiàn)有技術(shù)一方面將通信頻段不斷向更高頻率延伸，另一方面也不斷努力提高頻譜的利用率，并且在發(fā)送信號(hào)時(shí)通常采用高功率非線性放大器。因此適合的調(diào)制解調(diào)方法應(yīng)該具備三方面的特征:一是調(diào)制后的信號(hào)波形的瞬時(shí)幅度波動(dòng)要盡量小，可以適應(yīng)信道的非線性及AM/PM效應(yīng)；二是調(diào)制后的信號(hào)相位應(yīng)該盡量連續(xù)平滑，使的調(diào)制后信號(hào)占用較小頻譜；三是信號(hào)調(diào)制解調(diào)算法盡量簡(jiǎn)化，滿足高速處理和低成本的需求。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)一般采用具有恒定包絡(luò)或準(zhǔn)恒定包絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)制方式，常用的相移鍵控(PSK)調(diào)制技術(shù)用載波相位表示輸入信號(hào)信息，但這類調(diào)制技術(shù)的信號(hào)頻譜太寬，需要進(jìn)行帶通濾波限帶，濾波后的調(diào)制信號(hào)不能保持其恒包絡(luò)特性。衛(wèi)星通信中常用的偏移四相相移鍵控(OQPSK)調(diào)制方式，將正交路延時(shí)一段時(shí)間來(lái)調(diào)制，避免信號(hào)中的180度相位突變，具備了良好頻譜特性，但包絡(luò)的起伏依然明顯。連續(xù)相位調(diào)制(CPM)是一種恒包絡(luò)相位連續(xù)的調(diào)制方式，可以使用非線性放大器處理CPM信號(hào)，連續(xù)相位調(diào)制相比于其他的調(diào)制方式，具有較高的帶寬和功率利用率。CPM信號(hào)是一個(gè)龐大的家族，隨著調(diào)制指數(shù)、頻率成形脈沖等調(diào)制參數(shù)的不同，生成的信號(hào)具有不同的性質(zhì)。連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)(CPM)通過(guò)設(shè)計(jì)信號(hào)相位的連續(xù)變化，改善信號(hào)的頻譜特性，根據(jù)相位路徑的變化規(guī)律，派生出多種恒包絡(luò)調(diào)制方式，包括最小頻移鍵控(MSK)、SFSK、偏移正交相移鍵控(IJF-OQPSK)、FQPSK等。這些調(diào)制信號(hào)的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方式，相干解調(diào)要求載波恢復(fù)和相位估計(jì)，比非相干解調(diào)運(yùn)算復(fù)雜，但可以實(shí)現(xiàn)更低的解調(diào)門限，提高系統(tǒng)的接收靈敏度?；陬A(yù)先編碼的GMSK調(diào)制方法可以簡(jiǎn)化相干接收運(yùn)算，而四進(jìn)制的連續(xù)相位調(diào)制相干解調(diào)算法則比較復(fù)雜。當(dāng)載波的頻率按照數(shù)字信號(hào)變化而對(duì)應(yīng)地變化，這稱為移頻鍵控(FSK)；相應(yīng)地，若載波相位按照數(shù)字信號(hào)“I”、“O”變化而對(duì)應(yīng)地變化則稱之為移相鍵控(PSK);若載波的振幅按照數(shù)字信號(hào)變化而相應(yīng)地變化，則稱之為振幅鍵控(ASK)。然而通常的FSK在頻率轉(zhuǎn)換點(diǎn)上的相位一般并不連續(xù)，這會(huì)使載波信號(hào)的功率譜產(chǎn)生較大的旁瓣分量。為克服這一缺點(diǎn)，一些專家先后提出了一些改進(jìn)的調(diào)制方式，其中有代表性的調(diào)制方式是最小移頻鍵控(MSK)和高斯預(yù)濾波最小移頻鍵控(GMSK)。
[0004]隨著頻帶資源的日益緊張，CPM技術(shù)的重要性也日益加強(qiáng)。雖然連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)具有非常高的頻譜效率，同時(shí)具有很高的功率效率，而且現(xiàn)有的連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)也較好地解決了通信系統(tǒng)對(duì)高效發(fā)射功率和高效頻譜利用率的需求，并且在接收端采用相干解調(diào)處理，實(shí)現(xiàn)了接收靈敏度的改善。但在高速、超高速無(wú)線通信系統(tǒng)中，相干解調(diào)本身包括了載波同步和相位同步，目前的連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)需要用多路相關(guān)器完成相干解調(diào)，而多進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制解調(diào)(CPM)技術(shù)解調(diào)更為復(fù)雜，在工程實(shí)現(xiàn)中要求大量的處理資源，系統(tǒng)成本上升趨勢(shì)逐漸提高，應(yīng)用到更廣泛的普通通信系統(tǒng)中越來(lái)越困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)多進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制解調(diào)(CPM)技術(shù)解調(diào)復(fù)雜的缺點(diǎn)，提供一種能夠提高頻譜有效利用率，簡(jiǎn)化信號(hào)解調(diào)運(yùn)算，降低信號(hào)相干解調(diào)運(yùn)算量，滿足高速率通信信號(hào)處理，可以減少CPM接收機(jī)復(fù)雜度的連續(xù)相位調(diào)制解調(diào)方法。以解決高速通信系統(tǒng)對(duì)包絡(luò)恒定、頻譜效率和運(yùn)算復(fù)雜度的問(wèn)題。
[0006]上述目的可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到。本發(fā)明提供的一種四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制解調(diào)方法，具有如下技術(shù)特征:
(1)連續(xù)相位調(diào)制前，在調(diào)制系統(tǒng)的基帶信號(hào)集合模塊中預(yù)設(shè)16種基帶信號(hào)，滿足在星座軌跡圖中4個(gè)位置點(diǎn)中任意兩位置間的轉(zhuǎn)移；
(2)在信號(hào)調(diào)制過(guò)程中，在多進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)(MCPFSK)傳輸系統(tǒng)的輸入端，信號(hào)選擇邏輯模塊根據(jù)每次輸入的兩比特信息，對(duì)前后相鄰輸入比特信息進(jìn)行聯(lián)合邏輯運(yùn)算得到一個(gè)O?15范圍內(nèi)的運(yùn)算值，基帶信號(hào)集合模塊從基帶集合中選擇對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)，將兩比特信息映射為發(fā)送調(diào)制信號(hào)某一確定位置的絕對(duì)相位值，送入到1、Q調(diào)制模塊把基帶信號(hào)調(diào)制到載波上，由天線發(fā)射出去；在信號(hào)接收端，解調(diào)結(jié)構(gòu)中的正交解調(diào)模塊(4)、低通濾波模塊(5)將天線接收的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)輸入到基帶信號(hào)同步模塊(6)，完成常規(guī)的信號(hào)載波、相位和位同步處理，符號(hào)解調(diào)模塊(7)取同步位置基帶復(fù)信號(hào)的實(shí)部和虛部幅度值作為符號(hào)攜帶的兩比特信息的雙極性數(shù)值，符號(hào)解調(diào)處理后的結(jié)果送入信息變換模塊(8)，按雙極性信息變換規(guī)則，將-1變換為比特0，I變換為比特I得到信息比特?cái)?shù)據(jù)，完成信號(hào)解調(diào)處理。
[0007]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0008]本發(fā)明針對(duì)連續(xù)相位調(diào)制解調(diào)端過(guò)于復(fù)雜的問(wèn)題，將兩比特信息映射為調(diào)制信號(hào)某一確定位置的絕對(duì)相位值，并保持了調(diào)制信號(hào)的連續(xù)相位特性和準(zhǔn)恒包絡(luò)特性，可有效利用功放的有效發(fā)射功率，提高頻譜有效利用率，降低信號(hào)相干解調(diào)的運(yùn)算量。本發(fā)明預(yù)設(shè)在基帶信號(hào)集合模塊中的16種基帶信號(hào)，使星座軌跡圖中4個(gè)位置中，任意兩位置間的轉(zhuǎn)移可以用其中唯一一種基帶信號(hào)實(shí)現(xiàn)。在信號(hào)調(diào)制過(guò)程中，信號(hào)選擇邏輯模對(duì)前后相鄰輸入比特信息進(jìn)行聯(lián)合邏輯運(yùn)算，基帶信號(hào)集合模塊根據(jù)運(yùn)算值從基帶集合中選擇對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)為發(fā)送的調(diào)制信號(hào)?；鶐盘?hào)集合和特定邏輯運(yùn)算的設(shè)計(jì)使調(diào)制信號(hào)相位為連續(xù)變化的同時(shí)保持了信號(hào)的準(zhǔn)恒包絡(luò)特性，而且發(fā)送比特信息被映射為調(diào)制信號(hào)某一確定位置的絕對(duì)相位值，在信號(hào)接收端，當(dāng)完成載波、相位及位同步后，僅取基帶復(fù)信號(hào)的實(shí)部、虛部幅度值便可實(shí)現(xiàn)信號(hào)解調(diào)。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于:一是符號(hào)間相位為連續(xù)變化，使信號(hào)有良好的功率譜；二是使發(fā)射信號(hào)為準(zhǔn)恒包絡(luò)，提高了有效發(fā)射功率；三是連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)的相干解調(diào)器不再需要進(jìn)行并行多路信號(hào)相關(guān)處理，大大的降低了 CPM接收機(jī)的同步、信號(hào)解調(diào)復(fù)雜度，使得接收機(jī)處理與最簡(jiǎn)單的BPSK\QPSK解調(diào)相當(dāng)，可以滿足高速率通信信號(hào)處理。
[0009]本發(fā)明特別適合被應(yīng)用于遠(yuǎn)距離高速無(wú)線通信系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)例范圍之中。
[0011]圖1是本發(fā)明所提出的四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)的調(diào)制發(fā)送示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明所提出的四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)的解調(diào)示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明中基帶信號(hào)集合中各信號(hào)在星座軌跡圖中的軌跡示意圖。
[0014]圖中:I信號(hào)選擇邏輯模塊，2基帶信號(hào)集合模塊，31、Q調(diào)制模塊，4正交解調(diào)模塊，5低通濾波模塊，6基帶信號(hào)同步模塊，7符號(hào)解調(diào)模塊，8信息變換模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在圖1描述的四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)的調(diào)制發(fā)送原理中，信號(hào)調(diào)制結(jié)構(gòu)由依次串聯(lián)的信號(hào)選擇邏輯模塊(I)、基帶信號(hào)集合模塊(2 )和1、Q調(diào)制模塊(3 )組成。1、Q調(diào)制模塊包括I路、Q路閉環(huán)回路 上并聯(lián)的本振和90°移相器。調(diào)制系統(tǒng)中的基帶信號(hào)集合模塊(2)包含預(yù)先設(shè)計(jì)的16種基帶信號(hào)，滿足在星座軌跡圖中4個(gè)位置點(diǎn)中任意兩位置間的轉(zhuǎn)移可以用16種基帶信號(hào)中的唯一一種實(shí)現(xiàn)，基帶信號(hào)集合模塊2存儲(chǔ)所有的預(yù)先設(shè)計(jì)的16種基帶信號(hào)；其中，信號(hào)選擇邏輯模塊I對(duì)輸入的相鄰兩組信息比特進(jìn)行邏輯運(yùn)算，將產(chǎn)生的選擇基帶信號(hào)編號(hào)輸出到基帶信號(hào)集合模塊2，基帶信號(hào)集合模塊2根據(jù)信號(hào)選擇邏輯模塊要求輸出基帶信號(hào)，送到1、Q調(diào)制模塊3中，把基帶信號(hào)調(diào)制到載波上，由天線發(fā)射出去。
[0016]在信號(hào)調(diào)制中，發(fā)送信息比特序列每次輸入兩比特信息，這兩比特信息與前一組兩比特信息通過(guò)信號(hào)選擇邏輯模塊(I)中定義的邏輯運(yùn)算得到一個(gè)O到15范圍內(nèi)的數(shù)值，輸出到基帶信號(hào)集合模塊(2)。基帶信號(hào)集合模塊(2)根據(jù)信號(hào)選擇邏輯模塊(I)輸入的信號(hào)編號(hào)值在16種預(yù)先設(shè)計(jì)的基帶信號(hào)中選擇對(duì)應(yīng)基帶信號(hào)輸出到1、Q調(diào)制模塊(3)，1、Q調(diào)制模塊(3)將基帶信號(hào)調(diào)制到載波上，再通過(guò)功放，由天線發(fā)射出去。
[0017]信號(hào)選擇邏輯模塊(I)中的運(yùn)算邏輯定義為:當(dāng)前輸入比特記為[dn+3，dn+2]，前一組輸入比特記為[dn+1，dn]，則基帶信號(hào)編號(hào)i由下式計(jì)算
i=p3*8+p2*4+p1*2+p0
【權(quán)利要求】
1.一種四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制解調(diào)方法，具有如下技術(shù)特征: (1)連續(xù)相位調(diào)制前，在調(diào)制系統(tǒng)的基帶信號(hào)集合模塊中預(yù)設(shè)16種基帶信號(hào)，滿足在星座軌跡圖中4個(gè)位置點(diǎn)中任意兩位置間的轉(zhuǎn)移； (2)在信號(hào)調(diào)制過(guò)程中，在多進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)傳輸系統(tǒng)的輸入端，信號(hào)選擇邏輯模塊根據(jù)每次輸入的兩比特信息，對(duì)前后相鄰輸入比特信息進(jìn)行聯(lián)合邏輯運(yùn)算得到一個(gè)O~15范圍內(nèi)的運(yùn)算值，基帶信號(hào)集合模塊從基帶集合中選擇對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)，將兩比特信息映射為發(fā)送調(diào)制信號(hào)某一確定位置的絕對(duì)相位值，送入到1、Q調(diào)制模塊把基帶信號(hào)調(diào)制到載波上，由天線發(fā)射出去；在信號(hào)接收端，解調(diào)結(jié)構(gòu)中的正交解調(diào)模塊(4)、低通濾波模塊(5)將天線接收的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)輸入到基帶信號(hào)同步模塊(6)，完成常規(guī)的信號(hào)載波、相位和位同步處理，符號(hào)解調(diào)模塊(7)取同步位置基帶復(fù)信號(hào)的實(shí)部和虛部幅度值作為符號(hào)攜帶的兩比特信息的雙極性數(shù)值，符號(hào)解調(diào)處理后的結(jié)果送入信息變換模塊(8)，按雙極性信息變換規(guī)則，將-1變換為比特O，I變換為比特I得到信息比特?cái)?shù)據(jù)，完成信號(hào)解調(diào)處理。
2.如權(quán)利要求1所述的四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制方法，其特征在于，1、Q調(diào)制模塊包括I路、Q路閉環(huán)回路上并聯(lián)的本振和90°移相器。
3.如權(quán)利要求1所述的四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制方法，其特征在于，信號(hào)選擇邏輯模塊(I)中的運(yùn)算邏輯定義為:當(dāng)前輸入比特記為[dn+3，dn+2]，前一組輸入比特記為[dn+1，dn]，則基帶信號(hào)編號(hào)i由下式計(jì)算
4.如權(quán)利要求1所述的四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制方法，其特征在于，解調(diào)結(jié)構(gòu)包括:正交解調(diào)模塊(4)、低通濾波模塊(5)、順次串聯(lián)基帶信號(hào)同步模塊(6)、符號(hào)解調(diào)模塊(7)和信息變換模塊(8)，其中正交解調(diào)模塊(4)包括并聯(lián)在信號(hào)輸入端上的本振和90°移相器，本振和90°移相器分別與兩端并聯(lián)的兩個(gè)低通濾波器形成閉環(huán)并聯(lián)回路。
5.如權(quán)利要求1所述的四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制方法，其特征在于，在四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)的解調(diào)過(guò)程中，天線接收的射頻接收信號(hào)依次通過(guò)正交解調(diào)模塊(4)和低通濾波模塊(5)中并聯(lián)的低通濾波器，將轉(zhuǎn)換為的基帶信號(hào)輸入到基帶信號(hào)同步模塊(6)完成常規(guī)的載波、相位和位同步處理，并輸入到符號(hào)解調(diào)模塊(7)將每個(gè)基帶符號(hào)取實(shí)部和虛部幅度值與O作比較，大于O的輸出1，小于O的輸出-1，實(shí)現(xiàn)調(diào)制符號(hào)到雙極性數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，把得到的雙極性數(shù)據(jù)輸入到信息變換模塊(8)，信息變換模塊(8)根據(jù)雙極性信息變換規(guī)則，完成信號(hào)解調(diào)處理并輸出二進(jìn)制信息。
6.如權(quán)利要求1所述的四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制方法，其特征在于，預(yù)先設(shè)計(jì)的基帶信號(hào)集合中包含了 16種基帶信號(hào)Stl~S15，基帶信號(hào)集合中的每種基帶信號(hào)的相位都是連續(xù)變化的，并且信號(hào)幅度是準(zhǔn)恒包絡(luò)的。
7.如權(quán)利要求6所述的四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制方法，其特征在于，每種基帶信號(hào)對(duì)應(yīng)的表達(dá)式為:
8.如權(quán)利要求1所述的四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制方法，其特征在于，星座軌跡圖中信號(hào)起始位置有四個(gè)，任意兩個(gè)起始位置間的位置轉(zhuǎn)移都可以從基帶信號(hào)集合中找到唯一一種基帶信號(hào)。
9.如權(quán)利要求1所述的四進(jìn)制連續(xù)相位調(diào)制方法，其特征在于，在信號(hào)調(diào)制中，發(fā)送信息比特序列每次輸入兩比特信息，這兩比特信息與前一組兩比特信息通過(guò)信號(hào)選擇邏輯模塊(1)中定義的邏輯運(yùn)算得到一個(gè)O到15范圍內(nèi)的數(shù)值。
【文檔編號(hào)】H04L27/18GK103812810SQ201410040520
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】張劍, 周興建, 盧建川 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所