CN102185815B - 码位相位键控调制通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供码位相位键控调制通信方法，包括以下步骤：首先计算一个信息码元周期应包含的载波周期个数N，然后计算信息码元周期T，生成N个已调信号波形样本，根据系统要求的已调信号一个码元包含的信息比特数M，将二进制信息按每组M bit进行分组，并且将每组数据转换成十进制表示；最后根据每一组转换完成的十进制数据“n”选取已调波形样本g_n(t)，生成CPPSK已调信号。本发明频带利用率极高，能量利用率高，抗干扰能力强，且全数字化实现。

Description

码位相位键控调制通信方法

技术领域

本发明涉及数字通信领域，具体地说是数字通信的调制解调方法。

背景技术

数字通信中，由于数字基带信号能量主要集中在低频部分，为了实现远距离有线或无线传输，在发射端需采用频率较高的正(余)弦波作为载波，用基带信号来改变载波的某些参数，使其按照基带信号的变化规律而变化，实现基带信号的频谱搬移，使之适合信息的传输。在接收端采用相应的电路恢复调制信号，实现解调。

2006年，东南大学的吴乐南教授申请了称之为统一的二元相位调制解调方法的专利，即“EBPSK”(公开专利号CN 1889550A)。其做法是：用二进制信息码元直接改变正弦载波的突变相位实现调制，用锁相环实现解调，使得对应数字“0”的已调信号是N个载波周期的正弦波，而对应数字“1”的则是在频率为f_c的N个载波周期的正弦波中，前K个周期的相位跳变了θ角度。由于具有一定的调制占空比，EBPSK载波保持纯粹正弦波的持续周期更多，因而其频谱能量高度集中，占用带宽很窄，频带利用率很高，可以实现超窄带的高速数据传输。

但是，上述专利中的EBPSK调制方法在N个载波周期的时间内只传输了1比特信息，显然在单位时间内所传输的信息量不多，不利于超窄带传输进一步提升通信速率，并且这种调制方式的功率谱中高次线谱所含的能量较大，对于发射机来说也是能量上的一种浪费，在应用时还需要进行频谱的优化，而使发射机复杂度增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过设置发送微小相位偏移载波周期位置的不同来传递信息的码位相位键控调制通信方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明码位相位键控调制通信方法，其特征是：

(1)根据系统要求的已调信号一个码元包含的信息比特数M，计算一个信息码元周期应包含的载波周期个数N，即N＝2^M；

(2)根据已调信号的中心频率f_c和一个信息码元周期包含的载波周期个数N计算信息码元周期T，即

(3)根据已调信号的中心频率f_c、信息码元周期T、载波初始相位

相位偏移载波周期载波偏移量θ、未相位偏移的载波周期的载波幅度A和相位偏移的载波周期的载波幅度B，生成N个已调信号波形样本，即：

十进制信息码元“0”对应的调制信号是：

十进制信息码元“1”对应的调制信号是：

十进制信息码元“n”对应的调制信号是：

十进制信息码元“N-1”对应的调制信号是：

(4)根据系统要求的已调信号一个码元包含的信息比特数M，将二进制信息按每组M bit进行分组，并且将每组数据转换成十进制表示；

(5)根据每一组转换完成的十进制数据“n”选取已调波形样本g_n(t)，生成CPPSK已调信号。

本发明的优势在于：1、频带利用率极高。CPPSK是一种载波调制方式，由于传输码率高，而传输信号的波形又非常接近于正弦波，因而频谱能量高度集中，占用带宽很窄，可以实现超窄带的高速数据传输。若EBPSK在N个载波周期内传输1比特信息，那么CPPSK可以在2N个载波周期内传输log₂2N比特信息，并且其功率谱的连续谱部分将和EBPSK的连续谱接近。

2、能量利用率高。EBPSK功率谱在二次、三次等谐波处有较高的离散谱线，需要通过滤波器陷波或波形修正。而CPPSK在基波处有一条较高的离散谱线，谐波处的离散谱线很小(图1)，使得它窄带性能更优越，在发端不需要加特殊功率谱优化措施，除载波线谱外连续谱将占有更多的能量，有利于信息的传输。

3、抗干扰能力强。CPPSK调制方式与EBPSK调制方式相比，各信息码元对应的调制波形之间更趋近于正交，所以收端在都采用相关运算进行解调时，CPPSK的抗噪能力将会更好。在同等加性高斯白噪声环境下进行仿真可以看出，CPPSK的抗噪性能随着信噪比的提高，会比EBPSK的抗噪性能好很多。图2给出了CPPSK与EBPSK误码率比较图(高斯白噪声信道)。

4、全数字化实现。本发明的发送端可以直接将调制波形的数字样本经数模转换器输出，便于集成电路的制作。也便于利用数字滤波精确控制发送信号的带宽和频谱形状；而接收端也可以在模数转换器之后实现接收机的全数字化处理。

附图说明

图1为CPPSK已调信号功率谱密度曲线；

图2为CPPSK与EBPSK误码率比较图(高斯白噪声信道)；

图3为CPPSK已调信号波形示意图；

图4为本发明流程图；

图5为CPPSK解调流程图；

图6为CPPSK调制器原理框图；

图7为CPPSK解调器原理框图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～7，本发明的具体实现步骤为：

1.根据系统要求的已调信号一个码元包含的信息比特数M，计算一个信息码元周期应包含的载波周期个数N，即N＝2^M。

2.根据已调信号的中心频率f_c和一个信息码元周期包含的载波周期个数N，计算信息码元周期T，即

3.根据已调信号的中心频率f_c、信息码元周期T、载波初始相位

相位偏移载波周期载波偏移量θ，未相位偏移的载波周期的载波幅度A和相位偏移的载波周期的载波幅度B，生成N个已调信号波形样本，即

十进制信息码元“0”对应的调制信号是

十进制信息码元“1”对应的调制信号是

十进制信息码元“n”对应的调制信号是

十进制信息码元“N-1”对应的调制信号是

4.根据系统要求的已调信号一个码元包含的信息比特数M，将二进制信息按每组M bit进行分组，并且将每组数据转换成十进制表示。例如，若M＝4，则一组二进制信息a₁a₂a₃a₄，转换成十进制为n＝a₁×2⁰+a₂×2¹+a₃×2²+a₄×2³。

5.根据每一组转换完成的十进制数据“n”选取已调波形样本g_n(t)，生成CPPSK已调信号。

图1是CPPSK已调信号功率谱密度曲线。可见CPPSK已调信号的能量主要集中在载频附近，且能量集中度较高；因此CPPSK已调信号带宽极窄，CPPSK调制方式的频带利用率极高。

图3是CPPSK已调信号波形示意图。该图是当调制信息为5时的已调信号波形，可见调制波形只在对应的载波周期处有微小的相位变化，使得已调信号频域能量集中度较高。

上述的通信方法，采样的通信电路中，采用数字式存储器作为查找表来实现调制电路，采用相关器构成解调电路。

图4是全数字化CPPSK调制流程图。调制流程如下：根据系统要求的已调信号一个码元包含的信息比特数M、中心频率f_c、载波初始相位

相位偏移载波周期载波偏移量θ，未相位偏移的载波周期的载波幅度A和相位偏移的载波周期的载波幅度B，计算一个信息码元周期应包含的载波周期个数N、信息码元周期T。生成N个已调信号波形样本g_n(t)；将二进制信息按每组Mbit进行分组，并且将每组数据转换成十进制数n；根据每一组转换完成的十进制数据n选取已调波形样本g_n(t)，经DA转换器生成模拟CPPSK已调信号。

图5是全数字化CPPSK解调流程图。解调流程如下：对接收的已调信号进行带通滤波和模数转换，生成已调信号的数字化序列，将输入信号送入N个相关器中，与接收端本地已调波形样本进行循环移位相关运算，对相关器输出结果进行比较判决，输出最大的相关值对应的解调数据信息。

上述的通信方法，在无线电通信电路中，采用FPGA和DAC来实现调制，采用FPGA和ADC构成解调电路。

图6是全数字化CPPSK调制器原理框图。FPGA根据系统要求的参数将产生的已调波形样本的离散采样值预先保存在存储器中，共需N个存储块，每一个存储块存储一组波形样本，并且对每一组波形样本按照对应的信息码元数值编号。开始工作后，按顺序将每M位二进制信息转换成十进制数，这个工作由位数转换器完成。将位数转换完成的十进制数做为一个信息码元，这样组成信息码元序列。信息码元的数值正好对应各信息码元CPPSK调制波形样本存储块的编号，在信息码元序列的控制下按照码元速率来选择对应的波形样本。波形样本经过数字滤波器进行波形的整形处理后，由DAC按照采样频率直接转换成模拟的已调波输出。

图7是全数字化CPPSK解调器原理框图。接收端开始工作后，接收到的CPPSK信号先经过带通滤波器滤除带外噪声，然后通过ADC高倍采样转换成数字信号。数字信号送入FPGA内的N路相关器，FPGA开始接收信号前，将根据系统要求的参数将产生的已调波形样本的离散采样值预先保存在存储器中，共需N个存储块，每一个存储块存储一组波形做为一路相关器的本地波形样本，并且对每一路相关器按照该路波形样本对应的信息码元编号。经过模数转换器后的数字信号将送入多路相关器分别与本地波形样本进行循环相关运算，N路相关器的运算结果送入检测判决器选出最大的一个，对应相关器的编号即为解调后的信息码元，并将其转换成二进制信息输出。

Claims (1)

1.码位相位键控调制通信方法，其特征是：

(1)根据系统要求的已调信号一个码元包含的信息比特数M，计算一个信息码元周期应包含的载波周期个数N，即N＝2^M；

(2)根据已调信号的中心频率f_c和一个信息码元周期包含的载波周期个数N计算信息码元周期T，即

(3)根据已调信号的中心频率f_c、信息码元周期T、载波初始相位

相位偏移载波周期载波偏移量θ、未相位偏移的载波周期的载波幅度A和相位偏移的载波周期的载波幅度B，生成N个已调信号波形样本，即：

十进制信息码元“0”对应的调制信号是：

十进制信息码元“1”对应的调制信号是：

十进制信息码元“n”对应的调制信号是：

十进制信息码元“N-1”对应的调制信号是：

(4)根据系统要求的已调信号一个码元包含的信息比特数M，将二进制信息按每组M bit进行分组，并且将每组数据转换成十进制表示；

(5)根据每一组转换完成的十进制数据“n”选取已调波形样本g_n(t)，生成CPPSK已调信号。

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