專利名稱：一種多元位置3值mcp-ebpsk調制和解調方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信中的信息調制與解調，特別是一種同時利用相位調制極性和位置的多進制調制和解調方法，屬于高頻譜利用率數(shù)字信息傳輸?shù)募夹g領域。
背景技術：
高速增長的寬帶無線業(yè)務需求對無線通信提出了越來越高的要求，直接導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)寬帶移動通信網絡的發(fā)展，較低頻段的連續(xù)頻譜幾乎被耗盡。歐洲IOMHz頻譜20年使用權的拍賣價已高達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濟效益。而為了在單位頻帶內高速傳輸信息，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)的核心競爭指標和關鍵共性技術。I、CP-EBPSK 調制為了緊縮頻譜，本申請人曾發(fā)明一種“連續(xù)相位擴展的二元相移鍵控”(CP-EBPSK Continue Phase-Extended Binary Phase Shift Keying)調制(見“頻譜緊縮的擴展二兀相移鍵控調制和解調方法”，發(fā)明專利號ZL200910033322. 5)，其統(tǒng)一表達式為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”的調制波形，為調制載波的角頻率，T。為載波周期，0< A < I為調相指數(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)以保證整周期調制。由(I)式可見，CP-EBPSK調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的導數(shù))，瞬時頻率變化為土 A。,是一個有限值，當A<< I時CP-EBPSK已調波的頻譜可望得到緊縮；3)如果取T =T即可實現(xiàn)單載波周期的調制，從而最高碼率在數(shù)值上就等于載波頻率，帶寬達到最寬。隨著調制占空比t/T = K/N的減小(或調制指數(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 調制信號的時間波形如

圖1(a)實線所示，將其與標準的正弦信號(圖1(a)中的圓點線)的時間波形相比較，可見CP-EBPSK調制的信號波形很接近正弦波。圖1(b)是CP-EBPSK(A=O. 01)調制信號的功率譜，其中縱坐標是以載頻處的功率譜幅度作為OdB。由圖1(b)可見，當A<< I時，CP-EBPSK調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)則是當調制器輸入碼元“0”時，調制器就選擇Stl (t)所示的波形樣本輸出，反之當輸入為碼元“ I”時，調制器選擇S1 (t)所示的波形樣本輸出，所有碼元“ I”所對應調制波形的調相指數(shù)△均相等，且保持不變。2、隨機極性CP-EBPSK調制由于調相指數(shù)A越大，對于CP-EBPSK調制信號的解調性能越好，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 進行了仿真，此時 CP-EBPSK調制信號的功率譜如圖2(a)所示，圖中橫坐標是頻率,單位MHz,縱坐標為相對幅度，單位dB，計算功率譜時取了 I萬個碼元?？梢姡藭rCP-EBPSK調制信號的功率譜邊帶就未能達到更嚴格的低于-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調制信號功率譜邊帶中的線譜，即可望進一步降低CP-EBPSK調制信號功率譜的邊帶電平。注意到CP-EBPSK在每個碼元“I”的鍵控調制時段，(I)式中的調相指數(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邊帶中產生線譜分量(對應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，讓調相指數(shù)A的符號(即調制極性)隨機變化(即隨機取+ △或-△)，就可望降低或消除邊帶線譜，從而進一步緊縮CP-EBPSK調制信號的功率譜，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“偽隨機序列調制的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調制器中增加一個偽隨機序列發(fā)生器，利用其產生的偽隨機數(shù)來隨機選取A的極性(即符號的正負)，即在(I)式中，對于數(shù)據(jù)“0”的調制不變，而對于數(shù)據(jù)“1”，則考察該偽隨機序列當前隨機數(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”鍵控調制時段相位變化的隨機性去除了 CP-EBPSK調制信號PSD主瓣和旁瓣上的大部分線譜，使得已調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，而解調性能基本不受影響。3、MPPSK 調制在經典的脈沖調制應用領域如雷達系統(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)調制和解調方法”(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行相移鍵控，從而將擴展的二元相移鍵控(EBPSK :Extended Binary Phase Shift Keying)調制方法(為此前本申請人所發(fā)明的ZL200710025203. 6號專利即“統(tǒng)一的二元正交調制解調方法”的一個特例)拓展到了多進制調制和解調，在頻譜結構和發(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、隨機極性MCP-EBPSK調制由于CP-EBPSK調制信號和隨機極性CP-EBPSK調制信號的功率譜在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構并拓展至多進制，本申請人曾提出了 “多元位置隨機極性MCP-EBPSK (Modified ContinuePhase-Extended Binary Phase Shift Keying,修正的連續(xù)相位擴展二元相移鍵控)調制和解調方法”(發(fā)明專利申請?zhí)?01110431039. 5)。首先將(I)式修正為
權利要求
1.一種多元位置3值MCP-EBPSK調制和解調方法，以多元位置隨機極性的修正的連續(xù)相位擴展二元相移鍵控調制方式為基礎，
2.根據(jù)權利要求I所述一種多元位置3值MCP-EBPSK調制和解調方法，其特征在于實現(xiàn)所述解調方法的多元位置3值MCP-EBPSK解調器中包括一個數(shù)字沖擊濾波器和一個由人工神經網絡或支撐向量機構成的分類器。
3.根據(jù)權利要求2所述一種多元位置3值MCP-EBPSK調制和解調方法，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成，多元位置3值MCP-EBPSK調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，至少要達到信號載頻的10_2 10_3量級； 所述多元位置3值MCP-EBPSK調制信號通過所述數(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。
4.根據(jù)權利要求3所述一種多元位置3值MCP-EBPSK調制和解調方法，其特征在于所述由人工神經網絡或支撐向量機構成的分類器經過所述調制信號的沖擊濾波輸出樣本訓練后，根據(jù)上述波形特征對2M-1個信源符號進行分類，實現(xiàn)對于多元位置3值MCP-EBPSK調制信號的解調。
全文摘要
多元位置3值MCP-EBPSK調制和解調方法利用隨機極性MCP-EBPSK調制信號經過數(shù)字沖擊濾波器后的輸出波形中仍保留相位調制極性的特點，將M進制的多元位置隨機極性MCP-EBPSK調制拓展到2M-1進制的多元位置3值MCP-EBPSK調制，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