CN104113507B - 连续相位16qam调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续相位16QAM调制方法。本发明方法根据相邻发送数据调制波形之间的相位差值，改变调制波形的相位步长为载波相位步长与额外累加相位步长之和，同时对数据变化引起的调制波形的幅度进行校正，使得调制波形的相位连续。本发明连续相位16QAM调制方法，实现了调制波形的相位连续性，消除了相邻发送数据的调制波形中存在的相位跳变，从而消除了因相位突变产生的脉冲响应，隐蔽了波形信号中蕴含的符号率信息，增加了通信的安全性和保密性。

Description

连续相位16QAM调制方法

技术领域

本发明涉及一种调制方法，特别涉及一种连续相位的十六进制正交幅度调制(16QAM)的调制方法。

背景技术

正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，简称QAM)是一种用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅的调制方法，利用已调信号的频谱在同一带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输，常用的正交幅度调制方式有4QAM、l6QAM和64QAM等。正交幅度调制信号对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图，分别有4个、16个、64个矢量端点。

16QAM是一种正交调制方式，已调载波信号的幅度和相位由输入的4比特信息决定。矩形16QAM星座图如图1所示，图1中，Δ是星座点单位幅度。由图1可知，16QAM发送信号的实部(I)和虚部(Q)分别有3种电平，分别为 和其幅度由单位幅度Δ决定。

通常，QAM传输信号是实部I和虚部Q的正交合成信号，表示为

s(t)＝I·cos(ω_ct+θ₀)+Q·sin(ω_ct+θ₀)

＝A_n·cos(ω_ct+θ₀)·cos(θ_n)+A_n·sin(ω_ct+θ₀)·sin(θ_n)

＝A_n·cos(ω_ct+θ₀-θ_n)

式中，ω_c是载波频率，θ₀是载波初始相位，θ_n＝arctan(Q/I)是调制相位，是调制幅度。因此，QAM信号也可以用DDS的方法直接实现。

图1所示的16QAM星座图中给出了不同星座点的相位值和幅度值。图1所示的星座图中，每个象限内均有3个不同的传输相位值，一共有12个传输相位值。基于相位的周期特性，在0°到360°周期内的相位差值有19个，分别为26.57°,36.87°,53.14°,63.43°,90°,116.57°,126.87°,143.14°,153.43°,180°,206.57°,216.87°,233.14°,243.43°,270°,296.57°,306.87°,323.14°和333.43°。

采用正交幅度调制技术进行信号调制时，相位变化是突发的。当发送数据发生变化时，相邻发送数据的载波相位差可能为上述19个相位差值中的一个。由于相位变化是突发的，因此在相位突变点会不可避免地引入很大的脉冲响应，这些脉冲响应类似于冲激函数(δ函数)，具有很强的频谱可见性，大大增加了信号被截获和解调的概率。同时，相位突变会导致系统频谱展宽，当带宽受限时，频谱展宽促使调制信号包络改变。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的16QAM调制方式存在的相位突变的不足，提供一种连续相位的16QAM调制方法，该调制方法可克服16QAM调制方式中相位跳变导致的信号波形的频谱可见性的缺点。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种连续相位16QAM调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选取载波频率，并根据载波频率产生载波相位控制字；

步骤2：读取当前时钟待发送的数据，检测当前待发送的数据与前一个发送的数据是否相同；

步骤3：如果当前待发送的数据与前一个发送的数据不同，则计算当前待发送数据与前一个发送数据之间的相位差值，并根据相位差值输出相应的检测信号，根据相位差值计算额外累加相位控制字；计算当前待发送数据与前一个发送数据之间的幅度差值，并根据幅度差值计算幅度校正量；

步骤4：选通器根据输出的检测信号，选通并输出相应的额外相位控制字；

步骤5：对额外相位控制字和载波相位控制字进行求和运算，得出相位控制字步长；

步骤6：对相位控制字步长进行累加求和运算，得到当前时钟的总相位控制字，总相位控制字为记录有正弦/余弦载波信号波形相位的ROM查找表的地址；

步骤7：根据地址查找ROM查找表，输出当前时钟正弦/余弦载波信号波形的幅度值；

步骤8：根据幅度校正量，对当前时钟的正弦/余弦载波信号波形进行幅度校正，幅度校正后输出最终调制波形；

步骤9：判断当前数据是否发送完成，若发送完成则进入步骤10；否则返回步骤6。

上述方法中，步骤6中所述ROM查找表预先已建立，ROM查找表中，一个地址对应一个正弦/余弦载波信号波形幅度值。

上述方法中，步骤1中所述载波相位控制字为其中，N为一个周期的正弦载波信号的离散采样信号的数量，K为ROM查找表的地址数量。

根据本发明实施例，步骤3中所述生成额外累加相位控制字的方法是：将所有的相位差值组成集合P，P_i∈P，P_i为集合P中的第i个相位差值，i＝1,2，…，18,19；经过M个时钟周期额外累加相位达到相位差值P_i，则相位差值为P_i时对应的额外累加相位控制字为C_ai，

根据本发明实施例，步骤3中所述根据幅度差值计算幅度校正量的方法是：经过M个时钟周期信号幅度从A_j-1校正到A_j，A＝(A_j-A_j-1)/M，A为幅度校正量，A_j为当前发送数据的幅度，A_j-1为前一个发送数据的幅度，j＝1,2，…,∞。

根据本发明实施例，步骤4中所述根据检测信号输出额外相位控制字的方法是：如果检测信号表示当前时钟待发送的数据与前一个时钟发送的数据相同，则连续输出M个额外相位控制字为零；否则根据相位差值P_i对应的检测信号，连续输出M个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_ai。

作为本发明的另一种实施方式，步骤3中所述生成额外累加相位控制字的方法是：将所有的相位差值组成集合P，P_i∈P，P_i表示集合P中的第i个相位差值，i＝1,2，…，18,19；经过L个时钟周期额外累加相位达到单位相位差值P₀，所述单位相位差值P₀为集合P中的任意一个相位差值，则额外累加相位达到相位差值P_i所需的时钟周期为M_i，其中表示取大于等于的最小整数，则相位差值为P_i时对应的额外累加相位控制字为C_ai，

上述方法中，步骤3中所述根据幅度差值计算幅度校正量的方法是：经过M_i个时钟周期信号幅度从A_j-1校正到A_j，A＝(A_j-A_j-1)/M_i，A为幅度校正量，A_j为当前发送数据的幅度，A_j-1为前一个发送数据的幅度，j＝1,2，…,∞。

上述方法中，步骤4中所述根据检测信号输出额外相位控制字的方法是：如果检测信号表示当前待发送的数据与前一个发送的数据相同，则连续输出M_i个额外相位控制字为零；否则根据相位差值P_i对应的检测信号，连续输出M_i个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_ai。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明连续相位16QAM调制方法，基于直接数字频率合成，通过额外累加相位控制字，直接改变控制字的方式，产生连续的过渡波形取代传统16QAM调制方式中相位跳变的不连续波形，实现了调制波形的连续性，消除了相邻时钟前后发送数据的调制波形中存在的相位跳变，从而消除了因相位突变产生的脉冲响应，隐蔽了波形信号中蕴含的符号率信息，增加了通信的安全性和保密性。

附图说明：

图1为矩形16QAM星座图。

图2为实现本发明连续相位16QAM调制方法的调制系统结构框图。

图3为实现所述连续相位16QAM调制方法的流程框图。

图4为实施例1中数据跳变引起的相位差值为36.87°时，传统16QAM调制方法和本发明连续相位16QAM调制方法下的调制波形。

图5为实施例1中数据跳变引起的相位差值为243.43°时，传统16QAM调制方法和本发明连续相位16QAM调制方法下的调制波形。

图6为实施例2中数据跳变引起的相位差值为36.87°时，传统16QAM调制方法和本发明连续相位16QAM调制方法下的调制波形。

图7为实施例2中数据跳变引起的相位差值为243.43°时，传统16QAM调制方法和本发明连续相位16QAM调制方法下的调制波形。

图中标记：201-数据变化检测器，202-额外累加相位控制字发生器，203-选通器，204-相位控制字计算器，205-相位控制字累加器，206-频率选择器，207-载波相位控制字发生器，208-ROM存储器，209-信号幅度校正装置，210-过渡带幅度计算器，211-信号幅度差值计算器，212-信号幅度计算器。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本发明连续相位16QAM调制方法是基于直接数字频率合成(DDS)方法实现的，因此首先简要阐述采用DDS产生离散数字调制信号的基本原理。DDS通常包括3个基本模块：相位控制字模块、相位累加器模块和正弦ROM查找表模块。相位控制字即是由两个相邻采样点相位差所确定的ROM查找表地址增量；相位累加器负责对相位控制字进行累加运算，计算出的总相位控制字即是最终的ROM查找表地址；ROM查找表将输入地址对应的载波信号幅度值输出(载波信号幅度值已预先存储在ROM查找表中，一个ROM查找表地址与ROM查找表中的一个幅度值相对应)，得到中频数字调制信号。

假设采用K个离散采样信号幅度值表示一个周期的正弦振荡信号，于是两个相邻的离散采样点之间的相位差为Δθ＝2π/K，第i个正弦采样信号幅度值为sin(2π(i-1)/K)，i＝1,2,L,K。Δθ是DDS能够达到的最小相位精度。将这一组采样的正弦振荡信号幅度值预先存入ROM查找表中，其地址依次为0,1,2,…,K-1。其中K值即是正弦查找表的深度。相位控制字C_DDS由对应的载波物理频率f_c，实现时的系统采样频率f_s以及正弦查找表深度K共同决定，其计算方法为：

载波物理频率f_c与采样频率f_s之间的比值为载波两个相邻采样点之间的相位间隔(以2π为单位计量的)，相位间隔再与DDS所能达到的相位精度Δθ相比(即相位间隔除以相位精度)，即可计算得到载波两个相邻采样点之间的ROM查找表地址增量，该值即是相位控制字。例如，采样频率f_s是载波物理频率f_c的16倍时，C_DDS＝K/16，因此DDS每16个点输出一个完整周期的正弦载波信号。

如图2所示，实现本发明连续相位16QAM调制方法的调制系统包括数据变化检测器201，额外累加相位控制字发生器202，选通器203，相位控制字计算器204，相位控制字累加器205，频率选择器206，载波相位控制字发生器207，ROM存储器208，信号幅度校正装置209，过渡带幅度计算器210，信号幅度差值计算器211和信号幅度计算器212。其中，数据变化检测器201、额外累加相位控制字发生器202、选通器203、相位控制字计算器204、相位控制字累加器205、ROM查找表208和信号幅度校正装置209依次连接，输入的数据从数据变化检测器201传输至信号幅度校正装置209；信号幅度校正装置209、过渡带幅度计算器210、信号幅度差值计算器211和信号幅度计算器212依次连接，输入的数据从信号幅度计算器212传输至信号幅度校正装置209；频率选择器206与额外累加相位控制字发生器202、过渡带幅度计算器210和载波相位控制字发生器207连接，载波相位控制字发生器207还与相位控制字计算器204连接。

所述数据变化检测器201用于检测当前发送数据与相邻的前一个发送数据是否相同，如果数据变化检测器检测到当前发送数据与相邻的前一个发送数据相同，则输出检测信号“00000000”，如果发送数据不同，则根据相邻发送数据波形间的相位差值输出不同信号：如果相位差值为26.57°,则输出检测信号“0000 0001”；如果相位差值为36.87°,则输出检测信号“0000 0010”；如果相位差值为53.14°,则输出检测信号“0000 0011”；如果相位差值为63.43°,则输出检测信号“0000 0100”；如果相位差值为90°,则输出检测信号“00000101”；如果相位差值为116.57°,则输出检测信号“0000 0110”；如果相位差值为126.87°,则输出检测信号“0000 0111”；如果相位差值为143.14°,则输出检测信号“0000 1000”；如果相位差值为153.43°,则输出检测信号“0000 1001”；如果相位差值为180°,则输出检测信号“0000 1010”；如果相位差值为206.57°,则输出检测信号“0000 1011”；如果相位差值为216.87°,则输出检测信号“0000 1100”；如果相位差值为233.14°,则输出检测信号“00001101”；如果相位差值为243.43°,则输出检测信号“0000 1110”；如果相位差值为270°,则输出检测信号“0000 1111”；如果相位差值为296.57°，则输出检测信号“0001 1111”；如果相位差值为306.87°，则输出检测信号“0010 1111”；如果相位差值为323.14°，则输出检测信号“0011 1111”；如果相位差值为333.43°，则输出检测信号“0100 1111”。

所述频率选择器206用于选择输出调制所需的载波频率。所述载波相位控制字发生器105与频率选择器104连接，用于根据频率选择器104所选载波频率产生载波相位控制字。所述额外累加相位控制字发生器202，根据频率选择器206输出的载波频率产生相应的额外累加相位控制字。所述选通器203根据数据变化检测器201输出的检测信号选通并输出相应的额外相位控制字。

所述相位控制字计算器204将载波相位控制字和额外相位控制字进行相加计算，得到相位控制字步长。所述相位控制字累加器205用于相位控制字步长的累加，得到总相位控制字，该总相位控制字即是ROM存储器208中ROM查找表的地址，并将该地址送到ROM存储器208。所述ROM存储器208中的ROM查找表存储有离散化的正弦波形幅度值。

所述信号幅度计算器212计算输入数据的波形幅度。所述信号幅度差值计算器211计算当前发送的数据和前一个发送的数据之间的幅度差值。过渡带幅度计算器210根据当前发送的数据和前一个发送的数据之间的幅度差值，计算过渡波形(过渡带)中各过渡点之间的幅度校正量(幅度校正量可能为负值或正值)。所述信号幅度校正装置209根据幅度校正量，对过渡波形中各过渡点进行幅度校正。

本发明连续相位16QAM调制方法通过额外累加相位控制字，直接改变相位控制字的方式，利用与前一个数据波形相位连续的过渡波形平滑过渡到当前数据的调制波形，即利用该过渡波形取代传统16QAM调制方法中相位跳变的不连续波形，实现调制波形的连续性。参考图3，本发明方法包括步骤：

S201：频率选择器选择载波频率；载波相位控制字发生器根据载波频率产生载波相位控制字。

S202：读取当前待发送的数据，数据变化检测器检测当前待发送的数据与前一个发送的数据是否相同。

S203：如果当前待发送的数据与前一个发送的数据不同，则计算当前待发送的数据与前一个发送的数据之间的相位差值，并根据相位差值输出相应的检测信号，根据相位差值计算额外累加相位控制字；过渡带幅度计算器计算当前待发送的数据与前一个发送的数据之间的幅度差值，计算过渡带中各过渡点之间的幅度校正量。

S204：选通器根据数据变化检测器输出的检测信号，选通并输出相应的额外相位控制字。

S205：相位控制字计算器将选通器输出的额外相位控制字与载波相位控制字发生器输出的载波相位控制字进行相加计算，得出相位控制字步长。

S206：相位控制字累加器进行相位控制字步长累加计算，得到当前时钟正弦/余弦载波信号波形的总相位控制字，总相位控制字即为当前时钟正弦/余弦载波信号波形的ROM查找表的地址。

S207：根据查找表地址查找ROM查找表，输出当前时钟正弦/余弦载波信号波形的幅度值。

S208：根据幅度增量，对当前时钟的正弦/余弦载波信号波形进行幅度校正，输出最终的调制信号波形。

S209：判断当前数据是否发送完成，若发送完成则进入步骤S210；否则返回步骤S206。

S210：判断所有数据是否发送完成，若发送完成则结束数据发送；否则返回步骤S202。

本发明连续相位16QAM调制方法，基于直接数字频率合成，通过额外累加相位控制字，直接改变控制字的方式，产生过渡波形取代传统16QAM调制方式中相位跳变的不连续波形。实现过渡波形取代相位跳变的不连续波形的方式有两种，一种实现方式是固定过渡波形长度，即固定过渡波形取代不连续波形的时间，另一种实现方式是固定过渡波形过渡速率。下面通过两个实施例来详细阐述本发明方法。

需要说明的是，在实施例1和实施例2中，K表示ROM查找表的地址数量，即表示ROM查找表的深度，则ROM查找表地址的上限值为K-1，取K＝128。N表示一个周期的正弦载波信号的离散采样信号幅度值的个数，即采用N个离散采样信号幅度值表示一个周期的正弦载波信号，取N＝32，则相邻的两个离散载波采样点之间的相位差，即载波相位步长为Δθ＝360°/N＝11.25°，则载波相位控制字为

需要说明的是，ROM查找表预先已完成，在调制时需要根据相位差找到相应地址，然后根据地址输出正弦/余弦载波信号波形的幅度值。由于ROM查找表中，一个地址对应一个正弦/余弦载波信号波形的幅度值，正弦/余弦载波信号波形的幅度值y＝sin x或y＝cosx(当载波采用正弦载波时，正弦载波信号波形的幅度值y＝sin x；当载波采用余弦载波时，正弦载波信号波形的幅度值y＝cos x)，x为正弦/余弦载波信号波形的相位，因此在实施例1和实施例2中，采用相位和总相位控制字(即地址)结合描述的方式对本发明方法进行详细说明。

实施例1

需要说明的是，本实施例中，M表示过度波形的长度，即经过M个时钟周期后额外累加相位达到相位差值，例如，当相位差值为26.57°时,经过M个时钟周期后额外累加相位达到26.57°，过渡波形与当前发送数据的调制波形平滑连接；当相位差值为36.87°时，经过M个时钟周期后额外累加相位达到36.87°，过渡波形与当前发送的数据的调制波形平滑连接。M可以取任意值，本实施例中，取M＝17，因此用于波形过渡的过渡点有16个。

额外累加相位控制字发生器产生相应的额外累加相位控制字，其方法是：设16QAM调制方式中的19个相位差值(26.57°,36.87°,53.14°,63.43°,90°,116.57°,126.87°,143.14°,153.43°,180°,206.57°,216.87°,233.14°,243.43°,270°,296.57°,306.87°,323.14°和333.43°)组成集合P，P_i∈P，P_i表示集合P中的第i个相位差值，i＝1,2，…，18,19。经过M个时钟周期后额外累加相位达到相位差值P_i，即MΔθ_a＝P_i，则额外累加相位步长为即每一个时钟周期额外累加相位增加相应的，额外累加相位控制字例如，P₁＝26.57°，又如P₁₉＝333.43°，Δθ_ai表示相位差值P_i对应的额外累加相位步长，C_ai表示相位差值P_i对应的额外累加相位控制字。

由于16QAM星座采用3种不同的传输信号幅度值，相邻传输符号间可能存在幅度差，因此必须考虑调制信号幅度跳跃时的波形幅度的平滑过渡,以保证过渡波形的连续性。假设单位长度Δ＝1，则发送的信号的幅度分别为 和过渡波形长度为M，采用线性幅度过渡，则过渡带幅度计算器计算过渡带内各过渡点的幅度值的方法是：假设前一个发送数据的幅度为A_j-1，当前发送数据的幅度为A_j，则幅度校正量为A＝(A_j-A_j-1)/M，第m个过渡点的幅度值为A_m＝A_j-1+A×m，其中m＝1,2，…,M；j＝1,2，…,∞，j为传输数据的编号。

选通器根据数据变化检测器的输出信号，选通并输出额外相位控制字，若输出的检测信号为“00000000”，则选通器连续输出M(M＝17)个额外相位控制字为零控制字；若输出信号为“00000001”，则选通器连续输出M(M＝17)个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a1，即连续17个时钟输出额外累加相位控制字C_a1；若输出信号为“00000010”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a2；若输出信号为“00000011”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a3；若输出信号为“00000100”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a4；若输出信号为“00000101”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a5；若输出信号为“00000110”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a6；若输出信号为“00000111”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a7；若输出信号为“00001000”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a8；若输出信号为“00001001”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a9；若输出信号为“00001010”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a10；若输出信号为“00001011”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a11；若输出信号为“00001100”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a12；若输出信号为“00001101”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a13；若输出信号为“00001110”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a14；若输出信号为“00001111”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a15；若输出信号为“00011111”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a16；若输出信号为“00101111”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a17；若输出信号为“00111111”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a18；若输出信号为“0100 1111”，则选通器连续输出17个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a19。

相位控制字计算器将载波相位控制字和额外相位控制字相加，得到相位控制字步长。本实施例中，当数据变化检测器的输出信号为“00000000”时，相位控制字步长为载波相位控制字对应的相位步长为载波相位步长Δθ＝360°/N＝11.25°；否则，相位控制字步长为载波相位控制字与额外相位控制字之和，对应的相位步长为载波相位步长与额外累加相位步长之和，即相位控制字步长C_i＝C_DDS+C_ai，相位步长θ_i＝Δθ+Δθ_ai，C_i表示相位差值P_i对应的相位控制字步长，θ_i表示相位差值P_i对应的相位步长。例如，当输出信号为“00000001”时，相位控制字步长为C₁＝C_DDS+C_a1＝4+0.5557＝4.5557,对应的相位步长为又如当输出信号为“01001111”时，相位控制字步长为C₁₉＝C_DDS+C_a19＝4+6.9737＝10.9737,对应的相位步长为

相位控制字累加器进行相位控制字步长累加，得到总相位控制字，其累加计算方法为：相位控制字累加器将在上一时钟后产生的新的总相位控制字反馈到自身的输入端，在下一个时钟继续与相位控制字步长相加，得到该时钟的总相位控制字。该总相位控制字经过四舍五入运算后输出即是此时刻的ROM查找表地址，输入ROM存储器作为调制波形的查表地址。

查找ROM查找表，输出当前时钟的单位幅度调制波形数据。

参考图4、图5，分别展示了不同相位差值时，传统16QAM调制方法下的调制波形和本发明方法下的调制波形，其中，虚线波形为传统16QAM调制方法下的调制波形，实线波形为本发明方法下的调制波形。图4中所示，传统16QAM调制波形的相位有一个大小为36.87°的跳变；图5中所示，传统16QAM调制波形的相位有一个大小为243.43°的跳变。采用本发明连续相位16QAM调制方法，则利用与前一个数据波形相位连续的快速过渡波形(如图4中两条竖直虚线之间的实线波形，图5中两条竖直虚线之间的实线波形)平滑过渡到当前数据的调制波形，从而隐藏符号跳变点信息，减少相位突变点的高频分量。

参考表1，k₁+1时钟的总相位控制字为81，信号相位为229.0651°。在k₁+1至k₁+3时钟期间，数据没有发生变化，本发明方法下的总相位控制字以步长4增长，对应调制波形相位以步长11.25°变化，调制波形相位和波形幅度与传统16QAM调制波形的相位和幅度保持一致。在k₁+3时钟发送的数据发生变化，在k₁+3时钟至k₁+19时钟之间，传统16QAM调制波形的总相位控制字因k₁+3时钟的数据变化而产生了跳变，从89跳变为103，对应调制波形相位从251.5651°跳变到288.4349°，相位差值为36.8698°(此处所述相位差值36.8698°即为前面所述相位差值36.87°，只因为此处提取的精度更高)，其余时钟总相位控制字依旧按步长4增长，调制波形相位按步长11.25°增长。此次数据变化没有引起波形幅度变化，调制波形幅度保持为3.1623。而本发明调制方法下的调制波形未发生明显的相位跳变，而是以13.4188°或13.4189°(理论上相位步长为11.25°+36.8698°/17＝13.418812°，保留小数点后4位，实际调试中相位步长则为13.4188°或13.4189°，如表1所示)的相位步长，即以4或5(理论上相位控制字步长为通常，相位控制字累加器具有很高的计算精度，进行累加时可以保障相位控制字步长有很高的精度，但是ROM查找表的地址只能为整数，所以相位控制字累加器输出ROM查找表地址时以四舍五入的方式处理，导致实际调制中相位控制字步长则为4或5，如表1所示)的相位控制字步长，“追赶”传统16QAM调制中的波形相位。到k₁+19时钟，本发明调制方法下的总相位控制字和调制波形相位已与传统16QAM调制下的相同，于是选通器输出的额外相位控制字变为零控制字，相位控制字步长回归到载波相位控制字4，相位步长为11.25°，完成与当前时钟发送数据的调制波形的平滑连接。

表1

参考表2，k₂+1时钟的总相位控制字为81，信号相位为229.0651°。在k₂+3时钟发送的数据发生变化，相邻符号相位分别为251.5651°和135.0000°，对应的幅度分别为3.1623和1.4142。在k₂+1至k₂+3时钟期间，本发明方法下的总相位控制字以步长4增长，对应调制波形相位以步长11.25°变化，调制波形相位和波形幅度与传统16QAM调制波形的相位和幅度保持一致。在k₂+3时钟至k₂+19时钟之间，传统16QAM调制波形的总相位控制字因k₂+3时钟的数据变化而产生了跳变，从89跳变为48，对应调制波形相位从251.5651°跳变到135.0000°，相位差值为243.4349°(此处所述相位差值243.4349°即为前面所述相位差值243.43°)，其余时钟总相位控制字依旧按步长4增长，调制波形相位按步长11.25°增长。而本发明调制方法下的调制波形未发生明显的相位跳变，而是以11.25°+243.4349°/17＝25.5697°的相位步长，即以9或10(理论上相位控制步长应为因为累加后进行四舍五入运算，实际调制中取整数9或10，如表2所示)的相位控制字步长，“追赶”传统16QAM调制中的波形相位。

在k₂+3时刻，传统16QAM调制波形的幅度发生了明显的跳变，从A_j-1＝3.1623跳变到A_j＝1.4142，幅度差值为-1.7481。而本发明调制方法下的调制波形幅度没有明显跳变，而是以-1.7481/17≈-0.1028的衰减量(即-0.1028的幅度校正量)，经过17个时钟周期(16个波形过渡点)后逐渐从3.1623过渡到1.4142。在k₂+3到k₂+19期间的16个过渡点，根据A_m＝A_j-1+(A_j-A_j-1)/M×m可得出各过渡点的幅度值，例如第1个过渡点(k₂+3时钟)的幅度值为3.1623-0.1028＝3.0595，第2个过渡点(k₂+4时钟)的幅度值为3.1623-0.1028×2＝2.9566，第3个过渡点(k₂+5时钟)的幅度值为3.1623-0.1028×3＝2.8538。

到k₂+7时钟，相位控制字累加器中的总相位控制字超过上限值127，因此总相位控制字与K＝128进行模运算，k₂+7时钟的总相位控制字为3。到k₂+19时钟，本发明调制方法下的总相位控制字和调制波形相位已与传统16QAM调制下的相同，于是选通器输出的额外相位控制字变为零控制字，相位控制字步长回归到载波相位控制字4，相位步长为11.25°，完成与当前时钟发送数据的调制波形的平滑连接。

表2

实施例2

本实施例中,以V表示过渡波形的过渡速率，L表示过渡波形的单位长度，即表示经过L个时钟周期后额外累加相位达到单位相位差值P₀，则V＝P₀/L。所述单位相位差值P₀可以为19个相位差值中的任何一个，本实施例中，以180°为单位相位差值，那么额外累加相位步长为额外累加相位控制字为各种相位差值下的过渡波形取代不连续波形的时间长度与速率V成正比关系，各种相位差值下的过渡波形取代不连续波形的时间长度可表示为i＝1,2,3…,18,19；P_i表示相位差值，P_i∈P，P＝{26.57°,36.87°,53.14°,63.43°,90°,116.57°,126.87°,143.14°,153.43°,180°,206.57°,216.87°,233.14°,243.43°,270°,296.57°,306.87°,323.14°和333.43°}，M_i表示相位差值为P_i的过渡波形长度，即经过M_i个时钟过渡波形取代不连续波形。由于时钟周期为整数，而可能为小数，因此需要对进行取整运算，即 表示取大于等于的最小整数。理论上，不同相位差值下的过渡波形都是按照速率V移动，即额外累加相位步长为额外累加相位控制字为但是由于M_i是经过取整后得到的，因此不同相位差值对应的额外累加相位步长存在差异，额外累加相位步长并不都是由于经过M_i个时钟周期后额外累加相位达到相位差值P_i，即M_iΔθ_ai＝P_i，因此不同相位差值下的额外累加相位步长为相应的，不同相位差值下的额外累加相位控制字并不都是相位差值为P_i的额外累加相位控制字为由M_i取整导致的额外累加相位步长和额外累加相位控制字差异较小，因此可以认为此时的波形过渡是等速率的。

由于16QAM星座采用3种不同的传输信号幅度值，相邻传输符号间可能存在幅度差，因此必须考虑调制信号幅度跳跃时的波形幅度的平滑过渡,以保证过渡波形的连续相位。设单位长度Δ＝1，则发送的数据的幅度分别为 和过渡波形长度为M_i，采用线性幅度过渡，则过渡带幅度计算器计算过渡带内的各过渡点的信号幅度的方法是：假设前一个发送数据的幅度为A_j-1，当前发送数据的幅度为A_j，则幅度校正量为A＝(A_j-A_j-1)/M_i，第m个过渡点的幅度值为A_m＝A_j-1+A×m，其中m＝1,2，…,M_i；j＝1,2，…,∞，j为传输数据的编号。

本实施例中取L＝16。选通器根据数据变化检测器的输出信号，选通并连续输出个额外相位控制字。例如，若输出的检测信号为“00000000”，则选通器连续输出零个额外相位控制字；若输出信号为“00000001”，则选通器连续输出个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a1，即连续3个时钟输出额外累加相位控制字C_a1；若输出信号为“00000010”，则选通器连续输出个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a2；若输出信号为“00000011”，则选通器连续输出个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_a3。

相位控制字计算器将载波相位控制字和额外相位控制字相加，得到相位控制字步长。本实施例中，当数据变化检测器的输出信号为“00000000”时，相位控制字步长为载波相位控制字对应的相位步长为载波相位步长Δθ＝360°/N＝11.25°；否则，相位控制字步长为载波相位控制字与额外相位控制字之和，即相位控制字步长C＝C_DDS+C_ai，对应的相位步长为载波相位步长与额外累加相位步长之和，即相位步长θ＝Δθ+Δθ_ai。由于不同相位差值对应的额外累加相位步长Δθ_ai存在差异，因此不同相位差值对应的相位步长存在差异。例如，当输出信号为“00000001”时，相位步长为又如当输出信号为“01001111”时，相位步长为

相位控制字累加器进行相位控制字步长累加，得到总相位控制字，其累加计算方法为：相位控制字累加器将在上一时钟后产生的新的总相位控制字反馈到自身的输入端，在下一个时钟继续与相位控制字步长相加，得到该时钟的总相位控制字。该总相位控制字经过四舍五入运算后输出即是此时刻的ROM查找表地址，输入ROM存储器作为调制波形的查表地址。

查找ROM查找表，输出当前时钟的单位幅度调制波形数据。

参考图6、图7，分别展示了不同相位差值时，传统16QAM调制方法下的调制波形和本发明方法下的调制波形，其中，虚线波形为传统16QAM调制方法下的调制波形，实线波形为本发明方法下的调制波形。图6中所示，传统16QAM调制波形的相位有一个大小为36.87°的跳变；图7中所示，传统16QAM调制波形的相位有一个大小为243.43°的跳变。采用本发明连续相位16QAM调制方法，则利用与前一个数据波形相位连续的快速过渡波形(如图6中两条竖直虚线之间的实线波形，图7中两条竖直虚线之间的实线波形)平滑过渡到当前数据的调制波形，从而隐藏符号跳变点信息，减少相位突变点的高频分量。

参考表3，k₃+1时钟的总相位控制字为81，信号相位为229.0651°。在k₃+1至k₃+3时钟期间，数据没有发生变化，本发明方法下的总相位控制字以步长4增长，对应调制波形相位以步长11.25°变化，调制波形相位和波形幅度与传统16QAM调制波形的相位和幅度保持一致。在k₃+3时钟发送的数据发生变化，在k₃+3时钟至k₃+19时钟之间，传统16QAM调制波形的总相位控制字因k₃+3时钟的数据变化而产生了跳变，从89跳变为103，对应调制波形相位从251.5651°跳变到288.4349°，相位差值为36.8698°(此处所述相位差值36.8698°即为前面所述相位差值36.87°，只因为此处提取的精度更高)，其余时钟总相位控制字依旧按步长4增长，调制波形相位按步长11.25°增长。此次数据变化没有引起波形幅度变化，调制波形幅度保持为3.1623。而本发明调制方法下的调制波形未发生明显的相位跳变，而是以20.4674°或20.4675°(理论上相位步长为11.25°+36.8698°/4＝20.46745°，因保持精度为0.0001，因此实际调试中相位步长为20.4674°或20.4675，如表3所示)的相位步长，即以7或8(理论上额外相位控制字为相位控制字步长为C＝C_DDS+C_a2＝4+3.2773＝7.2773。通常，相位控制字累加器具有很高的计算精度，进行累加时可以保障相位控制字步长有很高的精度，但是ROM查找表的地址只能为整数，所以相位控制字累加器输出ROM查找表地址时以四舍五入的方式处理，导致实际调制中相位控制字步长则为7或8)的相位控制字步长，“追赶”传统16QAM调制中的波形相位。到k₃+6时钟，本发明调制方法下的总相位控制字和调制波形相位已与传统16QAM调制下的相同，于是选通器输出的额外相位控制字变为零控制字，相位控制字步长回归到载波相位控制字4，相位步长为11.25°，完成与当前时钟发送数据的调制波形的平滑连接。

表3

参考表4，k₄+1时钟的总相位控制字为81，信号相位为229.0651°。在k₄+1至k₄+3时钟期间，本发明方法下的总相位控制字以步长4增长，对应调制波形相位以步长11.25°变化，调制波形相位和波形幅度与传统16QAM调制波形的相位和幅度保持一致。在k₄+3时钟发送的数据发生变化，在k₄+3时钟至k₄+19时钟之间，传统16QAM调制波形的总相位控制字因k₄+3时钟的数据变化而产生了跳变，从89跳变为48，对应调制波形相位从251.5651°跳变到135.0000°，相位差值为243.4349°(此处所述相位差值243.4349°即为前面所述相位差值243.43°)，其余时钟总相位控制字依旧按步长4增长，调制波形相位按步长11.25°增长。而本发明调制方法下的调制波形未发生明显的相位跳变，而是以21.8341°或21.8342°(理论上相位步长为11.25°+243.4349°/23＝21.834126°，因保持精度为0.0001，因此实际调试中相位步长为21.8341°或21.8342°，如表4所示)的相位步长，即以7或8(理论上额外相位控制字为相位控制字步长为C＝C_DDS+C_a14＝4+3.7633＝7.7633，因为累加后进行四舍五入运算，实际调制中相位控制字步长为7或8)的相位控制字步长，“追赶”传统16QAM调制中的波形相位。

在k₄+3时刻，传统16QAM调制波形的幅度发生了明显的跳变，从A_j-1＝3.1623跳变到A_j＝1.4142，幅度差值为-1.7481。而本发明调制方法下的调制波形幅度没有明显跳变，而是以-1.7481/23≈-0.0760的衰减量(即-0.0760幅度校正量)，经过23个时钟周期(22个过渡点)后逐渐从3.1623过渡到1.4142。在k₂+3到k₂+25期间的22个过渡点，根据A_m＝A_j-1+(A_j-A_j-1)/M×m可得出各过渡点的幅度值，例如第1个过渡点(k₂+3时钟)的幅度值为3.1623-0.0760＝3.0863，第2个过渡点(k₂+4时钟)的幅度值为3.1623-0.0760×2＝3.0103，第3个过渡点(k₂+5时钟)的幅度值为3.1623-0.0760×3＝2.9343。

到k₄+8时钟，相位控制字累加器中的总相位控制字超过上限值127，因此总相位控制字与K＝128进行模运算，k₄+8时钟的总相位控制字为4。到k₄+25时钟，本发明调制方法下的总相位控制字和调制波形相位已与传统16QAM调制下的相同，于是选通器输出的额外相位控制字变为零控制字，相位控制字步长回归到载波相位控制字4，相位步长为11.25°，完成与当前时钟发送数据的调制波形的平滑连接。

表4

本发明连续相位16QAM调制方法，基于直接数字频率合成，通过额外累加相位控制字，直接改变控制字的方式，产生过渡波形取代传统16QAM调制中相位跳变的不连续波形，实现了调制波形的连续性，消除了相邻时钟前后发送数据的调制波形中存在的相位跳变，从而消除了因相位突变产生的脉冲响应，隐蔽了波形信号中蕴含的符号率信息，增加了通信的安全性和保密性，该调制方法及装置应用于抗截获军用无线通信系统，或民用窄带无线通信系。

Claims (9)

1.一种连续相位16QAM调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选取载波频率，并根据载波频率得出载波相位控制字；

步骤2：读取当前待发送的数据，检测当前待发送的数据与前一个发送的数据是否相同；

步骤3：如果当前待发送的数据与前一个发送的数据不同，则计算当前待发送的数据与前一个发送的数据之间的相位差值，并根据相位差值输出相应的检测信号，根据相位差值计算额外累加相位控制字；计算当前待发送的数据与前一个发送的数据之间的幅度差值，并根据幅度差值计算幅度校正量；

步骤4：选通器根据输出的检测信号选通并输出相应的额外相位控制字；

步骤5：对额外相位控制字和载波相位控制字进行求和运算，得出相位控制字步长；

步骤6：对相位控制字步长进行累加求和运算，得到当前时钟的总相位控制字，总相位控制字为记录有正弦/余弦载波信号波形幅度值的ROM查找表的地址；

步骤7：根据地址查找ROM查找表，输出当前时钟正弦/余弦载波信号波形的幅度值；

步骤8：根据幅度校正量，对当前时钟的正弦/余弦载波信号波形进行幅度校正，幅度校正后输出最终调制波形；

步骤9：判断当前数据是否发送完成，若发送完成则进入步骤10；否则返回步骤6；

步骤10：判断所有数据发送是否已完成,若完成，则结束数据发送；若未完成，则返回步骤2，继续读取待发送数据。

2.根据权利要求1所述的连续相位16QAM调制方法，其特征在于，步骤6中所述ROM查找表预先已建立，ROM查找表中，一个地址对应一个正弦/余弦载 波信号波形幅度值。

3.根据权利要求1所述的连续相位16QAM调制方法，其特征在于，步骤1中所述载波相位控制字为其中，N为一个周期的正弦/余弦载波信号的离散采样信号的数量，K为ROM查找表的地址数量。

4.根据权利要求1所述的连续相位16QAM调制方法，其特征在于，步骤3中所述生成额外累加相位控制字的方法是：将所有的相位差值组成集合P，P_i∈P，P_i为集合P中的第i个相位差值，i＝1,2，…，18,19；经过M个时钟周期额外累加相位达到相位差值P_i，则相位差值为P_i时对应的额外累加相位控制字为C_ai，其中，K为ROM查找表的地址数量。

5.根据权利要求4所述的连续相位16QAM调制方法，其特征在于，步骤3中所述根据幅度差值计算幅度校正量的方法是：经过M个时钟周期信号幅度从A_j-1校正到A_j，A＝(A_j-A_j-1)/M，A为幅度校正量，A_j为当前发送数据的幅度，A_j-1为前一个时钟发送数据的幅度，j＝1,2，…,∞。

6.根据权利要求4所述的连续相位16QAM调制方法，其特征在于，步骤4中所述根据检测信号输出额外相位控制字的方法是：如果检测信号表示当前待发送的数据与前一个发送的数据相同，则连续输出M个额外相位控制字为零；否则根据相位差值P_i对应的检测信号，连续输出M个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_ai。

7.根据权利要求1所述的连续相位16QAM调制方法，其特征在于，步骤3中所述生成额外累加相位控制字的方法是：将所有的相位差值组成集合P，P_i∈P，P_i表示集合P中的第i个相位差值，i＝1,2，…，18,19；经过L个时钟周期额外累加相位达到单位相位差值P₀，所述单位相位差值P₀为集合P中的 任意一个相位差值，则额外累加相位达到相位差值P_i所需的时钟周期为M_i， 其中表示取大于等于的最小整数，则相位差值为P_i时对应的额外累加相位控制字为C_ai，其中，K为ROM查找表的地址数量。

8.根据权利要求7所述的连续相位16QAM调制方法，其特征在于，步骤3中所述根据幅度差值计算幅度校正量的方法是：经过M_i个时钟周期信号幅度从A_j-1校正到A_j，A＝(A_j-A_j-1)/M_i，A为幅度校正量，A_j为当前发送数据的幅度，A_j-1为前一个发送数据的幅度，j＝1,2，…,∞。

9.根据权利要求7所述的连续相位16QAM调制方法，其特征在于，步骤4中所述根据检测信号输出额外相位控制字的方法是：如果检测信号表示当前待发送的数据与前一个发送的数据相同，则连续输出M_i个额外相位控制字为零；否则根据相位差值P_i对应的检测信号，连续输出M_i个额外相位控制字为额外累加相位控制字C_ai。