專(zhuān)利名稱(chēng)：一種余弦與切普信號(hào)聯(lián)合的信號(hào)調(diào)制和解調(diào)方法及基于所述方法的信號(hào)發(fā)射和接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)制和解調(diào)方法及信號(hào)的發(fā)射和接收方法。
背景技術(shù)：
PSK (Phase Shift Keyin'g，移相鍵控)是一種相位調(diào)制算法，它以載波的 相位調(diào)整將數(shù)字信息的比特編碼到每一次相位改變。8PSK調(diào)制對(duì)應(yīng)8種狀態(tài) 的PSK，所以8PSK每個(gè)符號(hào)可以編碼3個(gè)比特；同理，16PSK調(diào)制對(duì)應(yīng)16 種狀態(tài)的PSK，每個(gè)符號(hào)可以編碼4個(gè)比特。8PSK和16PSK與QPSK (四相 相移鍵控)相比，能提供更高的吞吐容量，但抗噪能力不如QPSK。 8PSK和 16PSK調(diào)制方式的系統(tǒng)性能會(huì)受到各星座信號(hào)間非正交性的影響，系統(tǒng)的解調(diào) 性能低于BPSK ( 二相相移鍵控)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有,的采用8PSK或16PSK調(diào)制方式的系統(tǒng)的性能會(huì) 受到各星座點(diǎn)信號(hào)間非正交性的影響，采用QPSK調(diào)制方式的系統(tǒng)的容量又較 低的問(wèn)題，提出一種余弦與切普信號(hào)聯(lián)合的信號(hào)調(diào)制和解調(diào)方法及基于所述方 法的信號(hào)發(fā)射和接收方法。
一種余弦與切普信號(hào)聯(lián)合的信號(hào)調(diào)制和解調(diào)方法，調(diào)制方法將進(jìn)行串/ 并轉(zhuǎn)換后獲得的4路二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)與4路正交中頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，獲得4 路調(diào)制信號(hào)；解調(diào)方法將待解調(diào)的混合信號(hào)與4路正交中頻信號(hào)分別做匹配 相關(guān)，然后進(jìn)行積分判決解調(diào)后獲得解調(diào)信息；
所述四路正交中頻信號(hào)分別為兩路Q(chēng)PSK載波信號(hào)cos(2;r/力、sin(2;r/力 和兩路切普信號(hào)cos(2;r力+ ^t2)、 sin(2;r" +A:W2)，其中,為QPSK載波信號(hào) 的中心頻率，it為掃頻速度，所述四路信號(hào)相互正交或準(zhǔn)正交。
所 述 掃 頻 速 度 ^由 公 式 & = 5/(772) = 4/72獲得，式中r為QPSK載波信號(hào)的時(shí)長(zhǎng)；B為QPSK 載波信號(hào)的帶寬，且5 = 2/7\若為相同信道信號(hào)，則四路正交中頻信號(hào)的中心頻率,和信號(hào)時(shí)長(zhǎng)r滿足
公式
/c=(2m-l)/r
W為正整數(shù)； 或者滿足-
w為正整數(shù)。
使用上述方法的信號(hào)發(fā)'射和接收方法 發(fā)射過(guò)程-
步驟一將碼速率為4Rbit/S的二進(jìn)制數(shù)字待發(fā)送信號(hào)6(f)進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換 獲得四路信號(hào)^(/),每路信號(hào)的碼速率降為Rbit/s， R取正整數(shù)；
步驟二將步驟一獲得的四路信號(hào)&(0與四路正交中頻信號(hào)&(0進(jìn)行調(diào) 制，獲得四路調(diào)制信號(hào)P (0 =s (0 ，
步驟三將步驟二獲得的四路調(diào)制信號(hào)A(O疊加'，獲得疊加后的信號(hào)
;
步驟四對(duì)步驟三獲得的信號(hào);^)進(jìn)行上變頻處理獲得信號(hào)p'W，對(duì)所述 信號(hào);/(0進(jìn)行帶通處理獲得信號(hào)"0 ，并將獲得的信號(hào)WO發(fā)射；
接收過(guò)程
步驟五將接收到的混合信號(hào)K0進(jìn)行下變頻處理'獲得信號(hào)5(0，對(duì)所 述信號(hào)^(0進(jìn)行帶通處理，得到信號(hào)G(O;
步驟六以四路正交中頻信號(hào)&(0作為相關(guān)解調(diào)的匹配模板，分別與信 號(hào)^(0做匹配相關(guān)，積分判決并解調(diào)后，得到解調(diào)信息A'O);
步驟七通過(guò)并/串轉(zhuǎn)換將"路解調(diào)信息'(O轉(zhuǎn)換為碼速率為4Rbit/S的 解調(diào)信息6'0);
所述"=1,2,3，4; '
所述對(duì)信號(hào)進(jìn)行上變頻處理的方法是將信號(hào)咖(2W)與信號(hào)進(jìn) 行相乘運(yùn)算，/"為信號(hào)cos(2W)的信號(hào)頻率。 :
所述對(duì)信號(hào)KO進(jìn)行下變頻處理的方法是用信號(hào)cos(2;r/力與信號(hào)KO進(jìn)行相乘運(yùn)算，/"為信號(hào)頻率，/"為信號(hào)cos(2W)的信號(hào)頻率。
有益效果本發(fā)明通過(guò)構(gòu)造四路分別以切普、余弦函數(shù)為載波的正交信號(hào) 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜資源的復(fù)用，本發(fā)明的方法是在QPSK信號(hào)的頻譜、時(shí)間上重疊 兩路切普載波信號(hào)，使這四路信號(hào)相互正交或準(zhǔn)正交，在提高利用率的同時(shí)， 保證系統(tǒng)的傳輸誤碼率不惡化。本發(fā)明的方法在提高系統(tǒng)容量的同時(shí)也保證了 系統(tǒng)的解調(diào)性能與BPSK相同。


圖1是本發(fā)明的信號(hào)發(fā)射過(guò)程示意圖；圖2是本發(fā)明的信號(hào)接收過(guò)程示意 圖；圖3是本發(fā)明方法中，所述四路正交中頻信號(hào)為相鄰信道信號(hào)時(shí)，四路正 交中頻信的頻譜圖，其中橫坐標(biāo)為頻域采樣點(diǎn)的頻率；縱坐標(biāo)為信號(hào)幅度；其 中曲線31是第一信道的頻譜相同的兩路Q(chēng)PSK載波信號(hào)的頻譜，曲線32是第 一信道的兩路頻譜相同的切普信號(hào)頻譜；圖33是第二信道的頻譜相同的兩路 QPSK載波信號(hào)的頻譜，曲線34是第二信道的兩路頻譜相同的切普信號(hào)頻譜； 圖4是本方法與單獨(dú)采用BPSK、 QPSK、 8PSK或16PSK調(diào)制方式的誤比特 率、誤符號(hào)率的性能比較圖；其中橫坐標(biāo)為每比特信號(hào)能量/高斯白噪聲的單 邊功率譜密度；縱坐標(biāo)為誤碼率；圖中曲線41為采用16PSK調(diào)制方式的誤符 號(hào)率；曲線42為采用16PSJC調(diào)制方式的誤比特率；曲線43為采用8PSK調(diào) 制方式的誤符號(hào)率；曲線44為采用8PSK調(diào)制方式的誤比特率；曲線45為采 用QPSK調(diào)制方式的誤符號(hào)率；曲線46為采用QPSK調(diào)制方式的誤比特率； 曲線47為采用BPSK調(diào)制方式的誤比特率；曲線48為采用本方法的誤比特率。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一 一種余弦與切普信號(hào)聯(lián)合的信號(hào)調(diào)制和解調(diào)方法，其特 征是調(diào)制方法將進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換后獲得的4路二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)與4路正交 中頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，獲得4路調(diào)制信號(hào)；解調(diào)方法將待解調(diào)的混合信號(hào)與4
路正交中頻信號(hào)分別做匹配相關(guān)，然后進(jìn)行積分判決解調(diào)后獲得解調(diào)信息；
所述四路正交中頻信號(hào)分別為兩路Q(chēng)PSK載波信號(hào)cos(2;r/力、sin(2;r/力 和兩路切普信號(hào)cos(2;r" + A^2)、 sin(2;r" + ^r一)，其中,為QPSK載波信號(hào) 的中心頻率，A為掃頻速度，所述四路信號(hào)相互正交或準(zhǔn)正交。所述掃頻速度A由公式:.
"5/(r/2) = 4/r2
確定，式中r為信號(hào)時(shí)長(zhǎng)；萬(wàn)為帶寬，且S-2/7V 若為相同信道信號(hào)，則四路正交中頻信號(hào)的中心頻率,和信號(hào)時(shí)長(zhǎng)r滿足 公式
y>(2m-i)/r
W為正整數(shù)； 或者滿足
w為正整數(shù)。
構(gòu)造四路正交中頻信號(hào)的具體過(guò)程為
QPSK信號(hào)的中心頻率為,，信號(hào)時(shí)長(zhǎng)為r，信號(hào)時(shí)間范圍為[-772，772]， 則兩路載波信號(hào)分別為cos(2;r/力、sin(2;r/力。
構(gòu)造的切普信號(hào)為cos(2;r/j + A:;zt2)、 sin(2;r" + ^rZ2)。中心頻率,、帶 寬5與QPSK信號(hào)相同，5 = 2/T;時(shí)間范圍為[-774,774];掃頻速度t由 信號(hào)時(shí)長(zhǎng)、帶寬決定，且& = ^/(772) = 4/"。攜帶信息的載波為，在一個(gè)符 號(hào)時(shí)間r內(nèi)，重復(fù)發(fā)送構(gòu)造的切普信號(hào)兩次。切普信號(hào)的中心頻率、帶寬保持 與QPSK信號(hào)相同
為保證四路中頻信號(hào)的正交性，信號(hào)中心頻率、時(shí)長(zhǎng)滿足 ,=(2w-1)/r,(加=1，2,3...)。對(duì)于相鄰信道信號(hào)，若中心頻率間隔滿足
a,-〃:t，( 1,2,3…)，則各信道間的信號(hào)同樣正交。
另外，若四路信號(hào)的中心頻率、時(shí)長(zhǎng)滿足y;-2m/r, (m = l,2，3...)，將一個(gè)比
特周期內(nèi)的第二個(gè)切普信號(hào)翻轉(zhuǎn)，這四路信號(hào)也滿足正交性。 四路信號(hào)的正交性驗(yàn)證如下-
對(duì)于yX2m-l)/r, (W = l,2，3...)，四路信號(hào)的表達(dá)式為式(1)-式(4)。
A(/hsin(2;r//), -2/r</<772 (1) s20) = cos(2;r//), — 2/r<"772 (2)
sin[2W + 774) + A:;r("774)2 + ^1, -2/rs"0 sin[2W — 774) + A:;r(卜:r/4)2+p], 0S"7V2s4"卜icospr/c(卜:r/4)+A:《一r/4)2+p]， o《"r/2 (4) 其中，為使式AW與WO'正交，可根據(jù)信號(hào)參數(shù)調(diào)整伊使切普信號(hào)間相互正交。
式(5)-式(10)計(jì)算這四路信號(hào)間的相關(guān)函數(shù)來(lái)驗(yàn)證其正交性。/ 12為^)與
52(/)的相關(guān)值。
及12 = J^WWV^ ￡r/2sin(2;r/c,).COs(2;r/c,)A=0 (5)
=L sin(2;r//) sin[2;r/c (" 77 4) + + 77 4)2 +
+ f'2 sin(2;r/力.sin[2;r/c0 - 77 4) +鄉(xiāng)—77 4)2 +爐]& (令第一部分中，"7/4 = "-2V4， W-772)
=f sin [2;r/c (r- r / 2)]. sin[2;r/c 71 / 4) + '一 r / 4)2 + p] &' (6) + f sin(2;r/c0.sin[2;r/c(f-:r/4) + A:;r(f-774)2
=2 f sin [;r/c (2卜T / 2)]. cos(;r/7 / 2) sin[2;r/c (卜77 4) +帥-77 4〉2 + p]
(令/c = (2附-1) / r， cos r / 2) = cos[(" -1 / 2);r〗=0) =0
同理，
( 772
"23 =J_r/2 = (8)
( 772
4 = L/2("C0 (9)
r772
=￡/2 sin[2;r /c (/ + 77 4) +(/ + 77 4)2 + p〗.cos[2丌/c (/ + r / 4) + A:;r(/ + 77 4)2 + p]力 + f2 sin[2;r/c (/ + 77 4) + + T / 4)2 + p] cos[2;r /c 0 — r / 4) + - 71 / 4)2 + p] & (10)
( 774 ， ，
=On[4;r/c, + 2^rt2+2p]&
( 774 ,
由于J^sin[4;r" + 2A:;^ + 2p]&為不可積的積分，只能通過(guò)實(shí)際參數(shù)求數(shù) 值解來(lái)調(diào)制P使^34 = 0 ，即^0)與^W正交。如CDMA系統(tǒng)中，碼速率為 R=1.2288Mbit/s， /c =(2m —1)/7\ (m = 3)，當(dāng)^ =冗/33時(shí)，及34 0，此時(shí)四
路信號(hào)正交。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本具體實(shí)施方式
。本具體實(shí)施方式
所述的是基于具體實(shí)施方式
一所述的一種余弦與切普信號(hào)聯(lián)合的信號(hào)調(diào)制和 解調(diào)方法的信號(hào)發(fā)射和接收方法，它的步驟是 發(fā)射過(guò)程
步驟一將碼速率為4Rbit/S的二進(jìn)制數(shù)字待發(fā)送信號(hào)6W進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換 獲得四路信號(hào)&(/)，每路信號(hào)的碼速率降為Rbit/S， R取正整數(shù)；
步驟二將步驟一獲得的四路信號(hào)&(0與四路正交中頻信號(hào)&W進(jìn)行調(diào)
制，獲得四路調(diào)制信號(hào)凡0) = 6 ^ (0;
步驟三將步驟二獲得的四路調(diào)制信號(hào)A^)疊加，獲得疊加后的信號(hào) W);
步驟四對(duì)步驟三獲得的信號(hào);^)進(jìn)行上變頻處理獲得信號(hào)y(0，對(duì)所述 信號(hào),(/)進(jìn)行帶通處理獲得信號(hào)WO ，并將獲得的信號(hào)^W發(fā)射； 接收過(guò)程
步驟五將接收到的混合信號(hào)KO進(jìn)行下變頻處理獲得信號(hào)n(O，對(duì)所 述信號(hào)n(O進(jìn)行帶通處理，得到信號(hào)^(0; ,
步驟六以四路正交中頻信號(hào)&(0作為相關(guān)解調(diào)的匹配模板，分別與信 號(hào)^(0做匹配相關(guān)，積分判決并解調(diào)后，得到解調(diào)信息&'(0;
步驟七通過(guò)并/串轉(zhuǎn)換將"路解調(diào)信息^ '(O轉(zhuǎn)換為碼速率為4Rbit/s的
解調(diào)信息6'");
所述"=1，2，3，4;
所述對(duì)信號(hào)p 進(jìn)行上變頻處理的方法是將信號(hào)cos(2;r")與信號(hào)MO進(jìn) 行相乘運(yùn)算，/"為信號(hào)cos(2;r/力的信號(hào)頻率。
所述對(duì)信號(hào)進(jìn)行下變頻處理的方法是用信號(hào)cos(2;r/力與信號(hào) 進(jìn)行相乘運(yùn)算，乂為信號(hào)頻率，/"為信號(hào)c。s(2v/力的信號(hào)頻率。
權(quán)利要求
1、一種余弦與切普信號(hào)聯(lián)合的信號(hào)調(diào)制和解調(diào)方法，其特征是調(diào)制方法將進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換后獲得的4路二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)與4路正交中頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，獲得4路調(diào)制信號(hào)；解調(diào)方法將待解調(diào)的混合信號(hào)與4路正交中頻信號(hào)分別做匹配相關(guān)，然后進(jìn)行積分判決解調(diào)后獲得解調(diào)信息；所述四路正交中頻信號(hào)分別為兩路Q(chēng)PSK載波信號(hào)cos(2πfct)、sin(2πfct)和兩路切普信號(hào)cos(2πfct+kπt2)、sin(2πfct+kπt2)，其中fc為QPSK載波信號(hào)的中心頻率，k為掃頻速度，所述四路信號(hào)相互正交或準(zhǔn)正交。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種余弦與切普信號(hào)聯(lián)合的信號(hào)調(diào)制和解調(diào)方 法，其特征在于掃頻速度&由公式 A = 5/(772) = 4/r2獲得，式中r為QPSK載波信號(hào)的時(shí)長(zhǎng)；萬(wàn)為QPSK 載波信號(hào)的帶寬，且^ = 2/7\
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種余弦與切普信號(hào)聯(lián)合的信號(hào)調(diào)制和解調(diào)方 法，其特征在于四路正交中'頻信號(hào)&W為相同信道信號(hào)，且四路正交中頻信 號(hào) (0的中心頻率,和信號(hào)時(shí)長(zhǎng)r滿足公式/C-i)/rw為正整數(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種余弦與切普信號(hào)聯(lián)合的信號(hào)調(diào)制和解調(diào)方 法，其特征在于所述四路正交中頻信號(hào)&(0為相同信道信號(hào)，且四路正交中頻信號(hào)&W的中心頻率,和信號(hào)時(shí)長(zhǎng)r滿足公式 w為正整數(shù)。
5、 基于權(quán)利要求1所述的一種余弦與切普信號(hào)聯(lián)合的信號(hào)調(diào)制和解調(diào)方 法的信號(hào)發(fā)射和接收方法，其特征是發(fā)射過(guò)程步驟一將碼速率為4Rbit/S的二進(jìn)制數(shù)字待發(fā)送信號(hào)6(0進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換 獲得四路信號(hào)6"W，每路信號(hào)的碼速率降為Rbit/s， R取正整數(shù)；步驟二將步驟一獲得的四路信號(hào)&(0與四路正交中頻信號(hào)S"W進(jìn)行調(diào)制，獲得四路調(diào)制信號(hào)= ;步驟三將步驟二獲得的四路調(diào)制信號(hào)P"(O疊加，獲得疊加后的信號(hào) 南；步驟四對(duì)步驟三獲得的信號(hào);^)進(jìn)行上變頻處理獲得,號(hào)/AO，對(duì)所述 信號(hào)進(jìn)行帶通處理獲得信號(hào)<0 ，并將獲得的信號(hào)40發(fā)射； 接收過(guò)程步驟五將接收到的混合信號(hào)KO進(jìn)行下變頻處理獲得信號(hào)^(0，對(duì)所述信號(hào)5(0進(jìn)行帶通處理，得到信號(hào)^(0;步驟六以四路正交中頻信號(hào)&(0作為相關(guān)解調(diào)的匹配模板，分別與信 號(hào)r20)做匹配相關(guān)，積分判決并解調(diào)后，得到解調(diào)信息& V);步驟七通過(guò)并/串轉(zhuǎn)換將"路解調(diào)信息^ '(O轉(zhuǎn)換為碼速率為4Rbit/s的解調(diào)信息^(0;所述"=1,2,3，4。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于一種余弦與切普信號(hào)聯(lián)合的信號(hào)調(diào)制和解 調(diào)方法的信號(hào)發(fā)射和接收方法，其特征在于對(duì)信號(hào)MO雄行上變頻處理的方法 是將信號(hào)(^(2;^//)與信號(hào);^)進(jìn)行相乘運(yùn)算，/"為信號(hào)cos(2;r/力的信號(hào)頻率。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于一種余弦與切普信號(hào)聯(lián)合的信號(hào)調(diào)制和解 調(diào)方法的信號(hào)發(fā)射和接收方法，其特征在于對(duì)信號(hào)"0進(jìn)行下變頻處理的方法 是用信號(hào)cos(2;r/力與信號(hào)K0進(jìn)行相乘運(yùn)算，/"為信號(hào)頻率，/ 為信號(hào) cos(2/r/力的信號(hào)頻率。
全文摘要
一種余弦與切普信號(hào)聯(lián)合的信號(hào)調(diào)制和解調(diào)方法及基于所述方法的信號(hào)發(fā)射和接收方法，它涉及調(diào)制/解調(diào)方法及信號(hào)的發(fā)射/接收方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有采用8PSK或16PSK調(diào)制方式系統(tǒng)性能受各星座點(diǎn)信號(hào)間非正交性影響，而采用QPSK調(diào)制方式系統(tǒng)的容量又較低的問(wèn)題。其調(diào)制/解調(diào)方法調(diào)制方法將進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換后獲得的4路二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)與4路正交中頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，獲得4路調(diào)制信號(hào)；解調(diào)方法將待解調(diào)的混合信號(hào)與4路正交中頻信號(hào)分別匹配相關(guān)，進(jìn)行積分判決解調(diào)后獲得解調(diào)信息；發(fā)射/接收方法發(fā)射過(guò)程將接收到的混合信號(hào)調(diào)制后疊加并進(jìn)行上變頻和帶通處理后發(fā)射；接收過(guò)程將解調(diào)后的信息轉(zhuǎn)換為解調(diào)信息。本發(fā)明適用于信號(hào)的調(diào)制/解調(diào)過(guò)程。
文檔編號(hào)H04L27/22GK101588332SQ20091007206
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者吳宣利, 吳少川, 沙學(xué)軍, 溫容慧, 碩 石, 遲永鋼, 昕 邱 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)