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)的拍賣價已高達(dá)40億歐元,而在我國,花錢也難買到最有利的頻點和帶寬。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)。可見碼元周期T = 2^1 N/ 。持續(xù)了 N彡I個載波周期,“I”碼元的調(diào)制時段T =KT。持續(xù)了 K<N個載波周期,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I)相位連續(xù),時間波形也連續(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(信號相位
oct 土 A OcSinc^t對于時間t的導(dǎo)數(shù)),瞬時頻率變化為土 A。,是一個有限值,當(dāng)A<< I時CP-EBPSK已調(diào)波的頻譜可望得到緊縮;3)如果取T =T即可實現(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)制信號的時間波形如
圖1(a)實線所示,將其與標(biāo)準(zhǔn)的正弦信號(圖1(a)中的圓點線)的時間波形相比較,可見CP-EBPSK調(diào)制的信號波形很接近正弦波。圖1(b)是CP-EBPSK(A=O. 01)調(diào)制信號的功率譜,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,CP-EBPSK調(diào)制信號的能量高度集中,載頻(位于40kHz處)幅度高于其它邊帶約60dB(l百萬倍)。具體實現(xiàn)則是當(dāng)調(diào)制器輸入碼元“0”時,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,調(diào)制器選擇S1 (t)所示的波形樣本輸出,所有碼元“ I”所對應(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,對于CP-EBPSK調(diào)制信號的解調(diào)性能越好,故A的選擇往往因需要同時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(此時碼率為 fc/N=30/N=l. 5Mbps)、K = 2 和 A = 0. I 進(jìn)行了仿真,此時 CP-EBPSK調(diào)制信號的功率譜如圖2(a)所示,圖中橫坐標(biāo)是頻率,單位MHz,縱坐標(biāo)為相對幅度,單位dB,計算功率譜時取了 I萬個碼元??梢姡藭rCP-EBPSK調(diào)制信號的功率譜邊帶就未能達(dá)到更嚴(yán)格的低于-60dB的要求,主要是因為邊帶中含有較高的離散頻譜(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)制信號功率譜的邊帶電平。注意到CP-EBPSK在每個碼元“I”的鍵控調(diào)制時段,(I)式中的調(diào)相指數(shù)A要么保持不變,要么交錯改變符號(即+A或-A),這種規(guī)律性是PSD邊帶中產(chǎn)生線譜分量(對應(yīng)著時域的周期正弦分量)的根本原因。而如果在發(fā)送碼元“I”時,讓調(diào)相指數(shù)A的符號(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)制信號的功率譜,降低對相鄰信道的干擾,提高頻譜利用率。于是,本申請人又提出了一種“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?zhí)?01110092668. X),通過在原始CP-EBPSK調(diào)制器中增加一個偽隨機(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(即符號的正負(fù)),即在(I)式中,對于數(shù)據(jù)“0”的調(diào)制不變,而對于數(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)制時段相位變化的隨機(jī)性去除了 CP-EBPSK調(diào)制信號PSD主瓣和旁瓣上的大部分線譜,使得已調(diào)信號的頻譜更加緊縮(圖2 (b)所示超過20dB),對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,通常采用脈沖相對于載波位置的不同傳遞不同的符號信息,如脈沖位置調(diào)制(PPM =PulsePosition Modulation)。本申請人曾利用這一點,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ZL200710025202. I),利用多元信息符號對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(為此前本申請人所發(fā)明的ZL200710025203. 6號專利即“統(tǒng)一的二元正交調(diào)制解調(diào)方法”的一個特例)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)制信號和隨機(jī)極性CP-EBPSK調(diào)制信號的功率譜在2倍載頻處具有很高的旁瓣,且每個符號僅能攜帶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?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)器中包括一個數(shù)字沖擊濾波器和一個由人工神經(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,由一對共軛零點和至少一對共軛極點構(gòu)成,多元位置3值MCP-EBPSK調(diào)制信號的載波頻率高于數(shù)字沖擊濾波器的零點頻率但低于所有極點頻率,而零點頻率與極點頻率的靠近程度,至少要達(dá)到信號載頻的10_2 10_3量級; 所述多元位置3值MCP-EBPSK調(diào)制信號通過所述數(shù)字沖擊濾波器后,各個不同碼元的沖擊濾波輸出波形會有明顯差異“0”碼元和非“0”碼元在幅度上有高低,各個非“0”碼元在時間上有先后,而同一時間位置上的非“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)制信號的沖擊濾波輸出樣本訓(xùn)練后,根據(jù)上述波形特征對2M-1個信源符號進(jìn)行分類,實現(xiàn)對于多元位置3值MCP-EBPSK調(diào)制信號的解調(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,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H04L27/20GK102739591SQ201210225050
公開日2012年10月17日 申請日期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 申請人:東南大學(xué)