CN103166890A - 一种基于软件无线电实现mpsk调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种软件无线电实现MPSK(多进制相移键控)调制方法，该方法通过对一种实现数字调制MPSK的设计方案，采用软件方式在DSP板上能够实现MPSK的调制、解调功能和调制模式M的识别替代在硬件之间进行切换的繁琐模式。调制器根据星座图和已知的调制级别在己存储的波形中挑选对应的调制波形。解调器在信号同步的情况下通过使用最小均方进行解调，同时进行M模式识别。同时发现PSK随着符号种类(M)的提升会使比特错误率(BER)快速上升，适合在无线局域网络与通信领域。信息速率相同条件下，可以降低码元速率，节省频带。结果显示用软件无线电方式实现8PSK自适应调制是一条简捷快速的途径。

Description

一种基于软件无线电实现MPSK调制方法

技术领域

本发明涉及一种软件无线电实现MPSK调制方法，属于电子通信领域。

技术背景

无线电信号的调制制式分类是一项介于信号检测与信号解调之间的技术，它在现代军用与民用通信中发挥越来越重要的作用，可广泛地应用于信号确认、干扰识别、频谱管理和电子侦察等领域。为了满足3G和4G多媒体通信的需要，同时为了增加网络的通用性和频谱的利用率，基于多进制数字调制的下述优点

1.在码元速率相同条件下，可以提高信息速率。

2.在信息速率相同条件下，可以降低码元速率，节省频带。

3.在接收机输入信噪比相同的条件下，多进制系统的误码率比二进制系统要高。

自适应调制能够根据信道的时变性达到很高的传输速率和进行合理的功率分配，它需要自适应调整调制模式级别M。DSP的内部硬件结构比MCU更适合于数字信号处理，DSP速度快、功能强、功耗低、性价比高、软硬件开发方便灵活，所以在高端的嵌入式系统中DSP得到了广泛应用。

发明内容

本发明提出一种软件无线电实现MPSK调制方法。该方法通过对一种实现数字调制MPSK的设计方案，采用软件方式在DSP板上能够实现MPSK的调制、解调功能和调制模式M的识别替代在硬件之间进行切换的繁琐模式。调制器根据星座图和已知的调制级别在己存储的波形中挑选对应的调制波形。解调器在信号同步的情况下通过使用最小均方进行解调，同时进行M模式识别。同时发现PSK随着符号种类(M)的提升会使比特错误率(BER)快速上升，适合在无线局域网络与通信领域。信息速率相同条件下，可以降低码元速率，节省频带。

本发明提出的技术方案具体步骤包括：

MPSK调制是利用载波的多个相位来代表多进制符号或二进制信息码组，即一个相位对应于一个多进制符号或二进制码组。它是利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。与二进制数字相位调制相同，多进制数字相位调制也有绝对相位调(MPSK)和相对相位调制(MDPSK)两种。MPSK信号的相位取M个可能值，即φ_n为第n个码元对应的相位，共有M种不同取值，且

θ_n＝2πn/M(n＝0，1，2，...，M-1)    (1)

P₁+P₂+…+P_M＝1    (2)

其中

MPSK信号可表示为：

S_MPSK(t)＝Acos(ω₀t+θ₀)    (3)

令a_n＝cosθ_i，b_n＝sinθ_i

$a_n=\left\{\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}_0& P_0\\ \cos {\mathrm{\θ}}_1& P_1\\ \cos {\mathrm{\θ}}_2& P_2\\ .& \\ .& \\ .& \\ \cos {\mathrm{\θ}}_{M-1}& P_{M-1}\end{array}\right.$ $b_n=\left\{\begin{array}{cc}\sin {\mathrm{\θ}}_0& P_0\\ \sin {\mathrm{\θ}}_1& P_1\\ \sin {\mathrm{\θ}}_2& P_2\\ .& \\ .& \\ .& \\ \sin {\mathrm{\θ}}_{M-1}& P_{M-1}\end{array}\right.---\left(4\right)$

设载波为cosω_ct，则M进制数字相位调制信号可表示为

式中，

$I\left(t\right)=\left[\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{a}_{n}g(t-n{T}_b)\right],Q\left(t\right)=\left[\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{b}_{n}g(t-n{T}_b)\right]---\left(6\right)$

其中第一项称为同相分量，第二项称为正交分量。g(t)是高度为1，宽度为T_b的门函数；T_b为M进制码元的持续时间，亦即k比特二进制码元的持续时间；k可被定义为

$k={\log }_2^M---\left(7\right)$

同时可以得到通信网络中信息传输量公式为

$\mathrm{bps}(\mathrm{bits}/\sec )=\frac{k}{T_s}---\left(8\right)$

以8PSK为例，其星座图如图1所示。

技术方案中调制解调器硬件以C54x DSP芯片为核心，可编程开关电容滤波器、A/D、D/A变换器、编解码器、RS232异步通信接口电路及时钟电路等。其框图如图2所示。

本发明中由3大部分组成：DSP主系统部分，实现对信号的调制及信道编码；数字逻辑控制部分，实现系统各部分的时序控制和逻辑控制，对主时钟分频产生各部分所需频率的时钟；产生读写、使能信号、地址解码；接口部分含收发两路，直接与射频部分连接，接收通路的主要功能是对接收的基带模拟信号进行处理，形成数字比特流。

本发明的技术效果：通过对一种实现数字调制MPSK的设计方案，采用软件方式在DSP板上能够实现MPSK的调制、解调功能和调制模式M的识别替代在硬件之间进行切换的繁琐模式。调制器根据星座图和已知的调制级别在己存储的波形中挑选对应的调制波形。解调器在信号同步的情况下通过使用最小均方进行解调，同时进行M模式识别。同时发现PSK随着符号种类(M)的提升会使比特错误率(BER)快速上升，适合在无线局域网络与通信领域。信息速率相同条件下，可以降低码元速率，节省频带。结果显示用软件无线电方式实现8PSK自适应调制是一条简捷快速的途径。

附图说明

图1为8PSK星座图。

图2为硬件框图。

图3为8PSK调制波形。

具体实施方式

本发明提出的技术方案具体步骤包括：

MPSK调制是利用载波的多个相位来代表多进制符号或二进制信息码组，即一个相位对应于一个多进制符号或二进制码组。它是利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。与二进制数字相位调制相同，多进制数字相位调制也有绝对相位调(MPSK)和相对相位调制(MDPSK)两种。MPSK信号的相位取M个可能值，即φ_n为第n个码元对应的相位，共有M种不同取值，且

θ_n＝2πn/M(n＝0，1，2，...，M-1)    (1)

P₁+P₂+…+P_M＝1    (2)

其中

MPSK信号可表示为：

S_MPSK(t)＝Acos(ω₀t+θ_n)    (3)

令a_n＝cosθ_i，b_n＝sinθ_i

$a_n=\left\{\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}_0& P_0\\ \cos {\mathrm{\θ}}_1& P_1\\ \cos {\mathrm{\θ}}_2& P_2\\ .& \\ .& \\ .& \\ \cos {\mathrm{\θ}}_{M-1}& P_{M-1}\end{array}\right.$ $b_n=\left\{\begin{array}{cc}\sin {\mathrm{\θ}}_0& P_0\\ \sin {\mathrm{\θ}}_1& P_1\\ \sin {\mathrm{\θ}}_2& P_2\\ .& \\ .& \\ .& \\ \sin {\mathrm{\θ}}_{M-1}& P_{M-1}\end{array}\right.---\left(4\right)$

设载波为cosω_ct，则M进制数字相位调制信号可表示为

式中，

$I\left(t\right)=\left[\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{a}_{n}g(t-n{T}_b)\right],Q\left(t\right)=\left[\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{b}_{n}g(t-n{T}_b)\right]---\left(6\right)$

其中第一项称为同相分量，第二项称为正交分量。g(t)是高度为1，宽度为T_b的门函数；T_b为M进制码元的持续时间，亦即k比特二进制码元的持续时间；k可被定义为

$k={\log }_2^M---\left(7\right)$

同时可以得到通信网络中信息传输量公式为

$\mathrm{bps}(\mathrm{bits}/\sec )=\frac{k}{T_s}---\left(8\right)$

以8PSK为例，其星座图如图1所示。

技术方案中调制解调器硬件以C54x DSP芯片为核心，可编程开关电容滤波器、A/D、D/A变换器、编解码器、RS232异步通信接口电路及时钟电路等。其框图如图2所示。

本发明中由3大部分组成：DSP主系统部分，实现对信号的调制及信道编码；数字逻辑控制部分，实现系统各部分的时序控制和逻辑控制，对主时钟分频产生各部分所需频率的时钟，产生读写、使能信号、地址解码；接口部分含收发两路，直接与射频部分连接，接收通路的主要功能是对接收的基带模拟信号进行处理，形成数字比特流。

对系统进行调试，分别对应于[000.001.010.011.100.101.110.111]信号时，其8PSK调制波形如图3所示。同时对于多进制的MPSK进行比特误码率分析，分别取M的值为8、16、64、128时，其图形如图4所示。假设各MPSK皆在同一能量下传送，PSK会因为符号种类(M)的提升使比特误码率(BER)快速上升。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种软件无线电实现MPSK调制方法，其特征在于：通过对一种实现数字调制MPSK的设计方案，采用软件方式在DSP板上能够实现MPSK的调制、解调功能和调制模式M的识别替代在硬件之间进行切换的繁琐模式。调制器根据星座图和已知的调制级别在己存储的波形中挑选对应的调制波形。解调器在信号同步的情况下通过使用最小均方进行解调，同时进行M模式识别。同时发现PSK随着符号种类(M)的提升会使比特错误率(BER)快速上升，适合在无线局域网络与通信领域。信息速率相同条件下，可以降低码元速率，节省频带。结果显示用软件无线电方式实现8PSK自适应调制是一条简捷快速的途径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，MPSK调制是利用载波的多个相位来代表多进制符号或二进制信息码组，它是利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。与二进制数字相位调制相同，多进制数字相位调制也有绝对相位调(MPSK)和相对相位调制(MDPSK)两种。MPSK信号的相位取M个可能值，即φ_n为第n个码元对应的相位，共有M种不同取值，且

θ_n＝2πn/M(n＝0，1，2，...，M-1)    (1)

P₁+P₂+…+P_M＝1    (2)

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：本发明中调制解调器硬件以C54x DSP芯片为核心，可编程开关电容滤波器、A/D、D/A变换器、编解码器、RS232异步通信接口电路及时钟电路等。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：本发明中由3大部分组成：DSP主系统部分，实现对信号的调制及信道编码；数字逻辑控制部分，实现系统各部分的时序控制和逻辑控制，对主时钟分频产生各部分所需频率的时钟；产生读写、使能信号、地址解码；接口部分含收发两路，直接与射频部分连接，接收通路的主要功能是对接收的基带模拟信号进行处理，形成数字比特流。

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