專利名稱：瞬時(shí)位相連續(xù)化差分四相移鍵控調(diào)制技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線移動(dòng)通訊技術(shù)領(lǐng)域。
π/4-DQPSK(π/4-shift Differential Code Quadrature Phase ShiftKeying)位相調(diào)制是近幾年來(lái)在移動(dòng)通訊中使用較多的一種調(diào)制方式，已被美國(guó)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)IS-54和日本數(shù)字蜂窩系統(tǒng)PDC采用。在數(shù)字通訊領(lǐng)域的位相調(diào)制和解調(diào)技術(shù)中，位相跳變+π/4、-π/4、+3*π/4、-3*π/4，正好代表二位二進(jìn)制數(shù)字信息00、01、11、10，作為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方式的π/4-DQPSK位相調(diào)制技術(shù)，信號(hào)相鄰碼元之間的最大位相差的絕對(duì)值為π*3/4，最小位相差的絕對(duì)值為π/4。但位相跳變含有眾多的諧波分量，諧波分量會(huì)消耗能量、占有頻帶寬度、降低抗干擾的能力、消耗一定量的功率等。在無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)中，高的系統(tǒng)容量和高的通信品質(zhì)是系統(tǒng)所追求的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，就要有更高效的調(diào)制與解調(diào)方式、編碼方式、多址方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的目的就是針對(duì)該現(xiàn)狀而提出一種帶有希爾伯特變換位相連續(xù)化差分π/4 QPSK調(diào)制和解調(diào)技術(shù)(簡(jiǎn)稱HCDπ/4 QPSK)，是在原有的π/4-DQPSK位相調(diào)制技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。通過(guò)希爾伯特變換、建立位相連續(xù)化差分π/4QPSK調(diào)制和解調(diào)技術(shù)，信號(hào)相鄰碼元之間的在過(guò)渡區(qū)最大位相差的絕對(duì)值趨近于0，主要位相跳變值為連續(xù)變化值。在無(wú)線移動(dòng)通信中能降低能量消耗、提高抗干擾能力，增強(qiáng)了保密性能，提高數(shù)據(jù)傳輸能力等。
在廣帶域碼分多址擴(kuò)譜通訊系統(tǒng)中(又稱為21世紀(jì)無(wú)線多用戶多媒體移動(dòng)通訊系統(tǒng)CDMA中)，如采用了HCDπ/4 QPSK技術(shù)，可以有效提高全系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸能力，提高全系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中抗干擾的能力，減少數(shù)字信息占有的頻帶寬度，即高效地利用了有限的頻率資源，提高全系統(tǒng)的綜合能力。
本發(fā)明是通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中主要有三點(diǎn)；一是希爾伯特變換(Helbter Transform)技術(shù)，二是位相連續(xù)化差分π/4 QPSK調(diào)制技術(shù)，三是解調(diào)技術(shù)。
附圖有四幅。

圖1是HCDπ/4 QPSK調(diào)制發(fā)送端框圖，圖2是HCDπ/4 QPSK的接收解調(diào)器框圖，圖3是HCDπ/4 QPSK解調(diào)級(jí)的波形圖，圖4是HCDπ/4 QPSK調(diào)制級(jí)在diffCDMA系統(tǒng)中的頻譜圖。
當(dāng)用π/4 DQPSK位相調(diào)制方式時(shí)，位相差和信號(hào)表達(dá)式可以寫(xiě)成(1)和(2)式的形式Δθk＝θk-θk-1，θk＝Δθk+θk-1 (1)f(t)＝A*cos(ωt+θk)＝A*cos(ωt+Δθk+θk-1)＝cosωt·cos(Δθk+θk-1)-sinωt·sin(Δθk+θk-1) (2)式中，A為系數(shù)，θk為第k個(gè)碼元周期的位相函數(shù)，θk-1是k+1個(gè)碼元周期的位相函數(shù)，Δθk為相鄰位相差。ω是載波信號(hào)的角頻率。
找出f(t)的希爾伯特變換形式 (t)，如(3)式所示f^=12πj∫0∞{F(ω)ejωt-F(-ω)e-jωt}dω---(3)]]>∫0∞F(-ω)e-jωtdω=∫∞0F(ω)ejωtdω]]>f^=12πj{∫0∞F(ω)ejωtdω-∫-∞0F(ω)ejωt}dω]]>=12π{∫0∞-jF(ω)ejωtdω+∫-∞0jF(ω)ejωt}dω]]>=12π∫-∞∞{-jsgnω}F(ω)dω---(4)]]>式中，F(xiàn)(ω)＝R(ω)+jX(ω) (5)，(5)式所描述的是f(t)在頻域的實(shí)函數(shù)表示形式，實(shí)函數(shù)可以寫(xiě)成奇函數(shù)與偶函數(shù)之和的形式。奇函數(shù)、偶函數(shù)如(6)和(7)式所示。R(ω)=∫-∞+∞f(t)·cosωt·dt---(6),----R(ω)]]>為偶函數(shù)。X(ω)=∫-∞∞f(t)·sinω·dt---(7)----X(ω)]]>為奇函數(shù)。
其次根據(jù)(1)和(2)式，我們重新定義HCDπ/4 QPSK的系數(shù)A(t)如(8)式所示，θk(t)為第k個(gè)碼元周期的位相函數(shù)如(9)式所示，θk-1(t)是k+1個(gè)碼元周期的位相函數(shù)，Δθk(t)相鄰位相差如(10)式所示。Tb為一個(gè)符號(hào)(symbol)周期或叫碼元周期時(shí)間，A(t)=f2(t)+f^2(t)---(8),]]>θk(t)=tan-1f^(t)f(t)---(9),]]>Δθk(t)＝θk(t)-θk(t-Tb)，θk(t)＝Δθk(t)+θk(t-Tb)(10)經(jīng)過(guò)此希爾伯特變換，在系統(tǒng)的發(fā)送端，根據(jù)上式就可以畫(huà)出HCDπ/4 QPSK調(diào)制發(fā)送端框圖，見(jiàn)圖1所示。在圖1中，HCDπ/4 QPSK調(diào)制器包含四個(gè)功能模塊部分，一是希爾伯特變換模塊(H變換)，二是位相差分與符號(hào)化模塊(其中包括延遲部分)，三是位相連續(xù)化模塊，四是QPSK調(diào)制級(jí)模塊。
最后介紹HCDπ/4 QPSK的解調(diào)技術(shù)。在系統(tǒng)的接收端，經(jīng)過(guò)希爾伯特變換解調(diào)后的相鄰位相差Δθk(t)如(11)式所描述，是合成信號(hào)瞬時(shí)位相差。Δθk(t)=f^(t)f(t-Tb)-f(t)f^(t-Tb)f(t)f(t-Tb)+f^(t)f^(t-Tb)---(11)]]>根據(jù)π/4 DQPSK位相調(diào)制方式的基本原理，輸出端二個(gè)正交位相的信號(hào)分別叫Ik和Qk，輸出的位相值Δθk(t)是由Ik和Qk合成而形成的。根據(jù)Ik和Qk的值就可以得到位相差信號(hào)Δθk(t)，再經(jīng)過(guò)一個(gè)判決電路，將位相差信號(hào)Δθk(t)變成相應(yīng)的二進(jìn)制代碼，這種解調(diào)方法為延遲解調(diào)方法。由此畫(huà)出的HCDπ/4 QPSK的接收解調(diào)器框圖如圖2所示。在圖2中，HCDπ/4 QPSK解調(diào)器根據(jù)功能分成幾個(gè)部分，包含九個(gè)功能模塊，有希爾伯特變換器、延遲器(完成一個(gè)符號(hào)周期Tb的延時(shí))、乘法器和加法器。
本發(fā)明所涉及的技術(shù)已在大型計(jì)算機(jī)上做過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)主要參數(shù)是每一個(gè)頻道數(shù)據(jù)傳送率為64Kbps，共用32頻道，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送率為2Mbps。第一級(jí)調(diào)制方式為HCDπ/4 QPSK方式，第一級(jí)載波頻率為32KHz。導(dǎo)頻信號(hào)包括在每一個(gè)頻道之中，Walsh擴(kuò)譜碼的碼率為4.096Mcps，系統(tǒng)發(fā)送端的載波頻率為2GHz。
效果表現(xiàn)在波形圖和頻譜圖二個(gè)方面。典型相鄰位相連續(xù)化與不連續(xù)化的波形如圖3所示，虛線是相鄰二個(gè)周期的位相不連續(xù)化的波形，從圖上可知，位相階躍變化值為π/2。而實(shí)線描述的是二個(gè)相鄰周期之間連續(xù)化后轉(zhuǎn)移線，實(shí)現(xiàn)相鄰周期平滑化過(guò)渡。階躍信號(hào)從頻譜學(xué)角度而言含有許多諧波分量，在信號(hào)傳播的過(guò)程中要消耗能量和容易引起干擾，相對(duì)而言，二個(gè)相鄰位相實(shí)踐連續(xù)化之后，即壓縮了頻帶寬度，減少了干擾。
頻譜圖見(jiàn)圖4所示，粗線描述的是采用HCDπ/4 QPSK調(diào)制級(jí)的功率頻譜，細(xì)線描述的是在第一調(diào)制級(jí)采用與非位相連續(xù)化技術(shù)功率頻譜。圖中的包絡(luò)線除了主峰以外，左右各包含8個(gè)峰；也即是主峰為調(diào)制級(jí)的中心頻率，從第二到第八峰8個(gè)峰分別為8次諧波分量。有用的信息主要由主峰來(lái)確定，其他諧波分量應(yīng)該越小越好，因?yàn)橹C波分量會(huì)消耗功耗做無(wú)用功。在移動(dòng)無(wú)線通訊系統(tǒng)中，電源的利用效率應(yīng)該越高越好。比較二種平均功率譜線中各諧波分量得知，除主峰保持不變以外，第二到第八峰分別下降了3.87db到19.36db。對(duì)非正弦信號(hào)的平均功率而言，等于恒定分量與各正弦諧波平均功率分量之和。根據(jù)計(jì)算得知，當(dāng)K＝8時(shí)，二者平均功率之比為10∶6.5左右，即有用信號(hào)功率不變情況下，無(wú)用消耗功率大幅下降。另外一點(diǎn)是在系統(tǒng)的頻帶寬度方面，連續(xù)化系統(tǒng)輸出頻帶寬度比非連續(xù)化系統(tǒng)頻帶寬度要窄。所以，HCDπ/4 QPSK調(diào)制方式使用后，有效地提高了diffCDMA的整體性能、包括減小頻帶寬度，提高了信噪此，提高了電源利用效率等。
權(quán)利要求
1.一種帶有希爾伯特變換位相連續(xù)化差分π/4 QPSK調(diào)制和解調(diào)技術(shù)(簡(jiǎn)稱HCDπ/4 QPSK)，是在原有的π/4-DQPSK位相調(diào)制技術(shù)基礎(chǔ)上采用更高效的調(diào)制與解調(diào)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其特征是通過(guò)希爾伯特變換，重新定義HCDπ/4QPSK的系數(shù)A(t)如(8)式所示，θk(t)為第k個(gè)碼元周期的位相函數(shù)如(9)式所示，θk-1(t)是k+1個(gè)碼元周期的位相函數(shù)，Δθk(t)相鄰位相差如(10)式所示，Tb為一個(gè)符號(hào)(symbol)周期或叫碼元周期時(shí)間，A(t)=f2(t)+f^2(t)---(8),]]>θk(t)=tan-1f^(t)f(t)---(9),]]>Δθk(t)＝θk(t)-θk(t-Tb)，θk(t)＝Δθk(t)+θk(t-Tb) (10)經(jīng)過(guò)此希爾伯特變換，在系統(tǒng)的發(fā)送端，根據(jù)上式設(shè)置出HCDπ/4 QPSK調(diào)制發(fā)送端框圖，該HCDπ/4 QPSK調(diào)制器包含四個(gè)功能模塊部分，一是希爾伯特變換模塊(H變換)，二是位相差分與符號(hào)化模塊(其中包括延遲部分)，三是位相連續(xù)化模塊，四是QPSK調(diào)制級(jí)模塊。
2.由權(quán)利要求1所述的帶有希爾伯特變換位相連續(xù)化差分π/4 QPSK調(diào)制和解調(diào)技術(shù)，其特征是在系統(tǒng)的接收端，經(jīng)過(guò)希爾伯特變換解調(diào)后的相鄰位相差Δθk(t)如(11)式所描述，是合成信號(hào)瞬時(shí)位相差，Δθk(t)=f^(t)f(t-(Tb)-f(t)f^(t-Tb))f(t)f(t-Tb)+f^(t)f^(t-Tb)---(11)]]>再經(jīng)過(guò)一個(gè)判決電路，將位相差信號(hào)Δθk(t)變成相應(yīng)的二進(jìn)制代碼，由此設(shè)置出的HCDπ/4 QPSK的接收解調(diào)器框圖，包含九個(gè)功能模塊，有希爾伯特變換器、延遲器(完成一個(gè)符號(hào)周期Tb的延時(shí))、乘法器和加法器。
全文摘要
一種帶有希爾伯特變換位相連續(xù)化差分π/4QPSK調(diào)制和解調(diào)技術(shù)(簡(jiǎn)稱HCDπ/4 QPSK)，是在原有的π/4－DQPSK位相調(diào)制技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。通過(guò)希爾伯特變換、建立位相連續(xù)化差分π/4 QPSK調(diào)制和解調(diào)技術(shù)，信號(hào)相鄰碼元之間的在過(guò)渡區(qū)最大位相差的絕對(duì)值趨近于0，主要位相跳變值為連續(xù)變化值。在無(wú)線移動(dòng)通信中能降低能量消耗、增強(qiáng)抗干擾效果，提高保密性能和數(shù)據(jù)傳輸能力等。
文檔編號(hào)H04L27/22GK1449165SQ0011209
公開(kāi)日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2000年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月25日
發(fā)明者殷奎喜, 劉國(guó)錦 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)