CN105635014B - 基于查表法的cpm调制数字化实现方法及数字化cpm调制模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于查表法的CPM调制数字化实现方法及数字化CPM调制模块，该方法包括：(1)CPM基带调制信号的瞬时相位由相关相位和累积相位两部分组成，预先将相关相位信息存储在相位表中，通过查此相位表得到信号的相关相位；(2)累加器对相位增量不断进行累加，得到累积相位；(3)相关相位和累积相位相加，即可得到CPM基带调制信号的瞬时相位；(4)根据CPM调制信号的相位信息查正弦表和余弦表得到CPM基带调制信号，该方法实现简单，复杂度低，适用范围广，建立的相位表与采样时刻相关联，保证了CPM调制相位的连续性，而且具有较高的实现精度，利于接收机采用相干解调。

Description

基于查表法的CPM调制数字化实现方法及数字化CPM调制模块
技术领域
本发明涉及一种基于查表法的CPM调制数字化实现方法及数字化CPM调制模块，属于数字信号处理技术领域。
背景技术
CPM调制体制是一种包络恒定、相位连续的调制方式，具有较高的带宽和频谱利用效率，而且由于其包络恒定，对接收机非线性功率放大器具有鲁棒性，应用前景十分广泛。
根据CPM调制信号符号进制数、关联长度、调制指数及相位脉冲函数等调制参数的不同，CPM调制具有多种不同的表现形式。譬如PCM/FM，GMSK，SOQPSK和多指数CPM等。
目前，比较直接的实现方法是根据调制信号的表达式首先计算调制信号的相位信息，然后通过查表或者使用Cordic算法得到CPM调制信号。对于采用单调制指数的CPM基带调制信号，其相位计算式如下：
式中ai代表第i个符号，ai∈{±1,±3,...,±(M-1)}，h为调制指数，L为关联长度，也称为记忆长度，q(t)为相位脉冲函数，它是频率脉冲函数g(t)的积分。按照此式计算CPM基带调制信号相位，需要L个乘法器实现h与q(t-iT)的乘法运算及L-1个加法器实现求和运算，复杂度比较高。
查找表法是一种复杂度比较低的CPM调制实现方式。通过预先计算调制信号的相位信息并将其存储到相位表中，在实现时直接查相位表即可。曾湘文等在论文《一种CPM调制器的FPGA实现》(发表于战术通信研究，2010年9月，第7卷，第3期。49页-51页)中介绍了一种基于DDS的二进制连续相位中频调制器，在CPM基带调制实现过程中用到4个三角函数查找表，4个乘法器和2个加法器，复杂度相对较高，并且仅能够实现单调制指数的二进制全响应CPM调制。
论文《一种四进制CPM调制器的设计与FPGA实现》(发表于电讯技术，2006年第5期，作者贾哲，郑翔)给出了一种基于FPGA的四进制CPM调制器设计方法，其中基带调制模块采用查找表的方法实现。实现过程中用到了2个三角函数查找表和1个相位查找表，相比前一篇论文，节省了存储资源和乘法资源，实现复杂度相对较低，但该论文对多指数CPM和关联长度较长的多进制CPM调制并未给出相应的实现方法，比如多指数CPM调制形式ARTM CPM，关联长度L＝8的SOQPSK-TG调制等，此外1个相位查找表可能无法容纳下调制信号的相位信息，对此该论文也未作分析说明。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于查表法的CPM调制数字化实现方法，该方法实现简单，复杂度低，适用范围广，建立的相位表与采样时刻相关联，保证了CPM调制相位的连续性，而且具有较高的实现精度，利于接收机采用相干解调。
本发明的另外一个目的在于提供一种基于查表法的数字化CPM调制模块。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
基于查表法的CPM调制数字化实现方法，包括如下步骤：
(1)根据CPM基带调制信号的数学表达式，建立相位表，所述相位表包括寻址地址和寻址地址对应的相关相位；
(2)在采样时钟控制下，首先生成符号脉冲，然后在所述符号脉冲作用下，对当前输入的符号an进行延迟，得到L+1个连续符号an,an-1,...,an-L+1,an-L；
(3)根据当前符号an对应的调制指数h(n)、L个连续符号an,an-1,...,an-L+1以及当前采样时刻d所组成的寻址地址[h(n),an,an-1,...,an-L+1,d]对步骤(1)建立的相位表寻址，得到相关相位φn(t)；
(4)根据符号an-L及符号an-L对应的调制指数h(n-L)，通过公式δ＝πh(n-L)an-L，计算累积相位增量δ；
(5)在所述步骤(2)生成的符号脉冲作用下，将累积相位增量δ与上一个符号an-L-1周期末的累积相位θn-L-1相加，得到符号an-L周期末的累积相位θn-L；
(6)将步骤(3)得到的相关相位φn(t)与步骤(5)得到的累积相位θn-L相加，得到CPM基带调制信号的相位
(7)根据相位查找正弦表和余弦表，得到正交信号和即完成了CPM基带调制。
在上述基于查表法的CPM调制数字化实现方法中，步骤(1)中根据CPM基带调制信号的数学表达式，建立相位表的方法为：
CPM基带调制信号的数学表达式中的相关相位φn(t)的离散表达式如下：
根据φn(t)的离散表达式得到[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]组合形式对应的相关相位值φn(j)，将[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]作为寻址地址，φn(j)作为所述寻址地址对应的相关相位值，建立相位表；
其中：ai代表第i个M进制符号，ai∈{±1,...,±(M-1)}；h(i)为第i个符号ai对应的调制指数，h(i)以R为周期循环在指数集{h0,h1,...,hR-1}中取值，下标(i)代表i对R取模运算；qn-i(j)为相位脉冲函数q(t)的离散表达式；L为关联长度；j为采样点序号。
在上述基于查表法的CPM调制数字化实现方法中，CPM基带调制信号的数学表达式中的相关相位φn(t)的离散表达式通过如下方法得到：
(1)CPM基带调制信号的数学表达式如下：
其中：E为符号能量，T为符号周期，为调制信号的相位信息，表达式如下：
令：
其中：θn-L代表累积相位；φn(t)代表相关相位；t代表时间；
q(t)为相位脉冲函数，表达式如下：
其中：g(t)为频率脉冲函数；
(2)确定相关相位φn(t)的最终离散表达式，具体方法如下：
(a)对0<t≤LT区间内的q(t)进行离散化，假设一个符号周期包含2N个采样点，得到q(t)的离散表达式如下：
其中：Ts代表采样周期；
(b)对0<t≤LT区间内的φn(t)进行离散化：
(c)由所述步骤(a)可知：q((n-i)T+jTs)＝qn-i(j)；
将此表达式代入步骤(b)中公式，得到φn(t)的最终离散表达式：
在上述基于查表法的CPM调制数字化实现方法中，当采用一个相位表无法包含CPM基带调制信号的相关相位信息时，可将相关相位φn(j)拆分成两项或者多项和的形式，建立两个或多个相位表。进行CPM基带调制时，首先根据寻址地址对所述两个或多个相位表寻址，然后对寻址结果求和，即可得到CPM基带调制信号的相关相位φn(t)。
在上述基于查表法的CPM调制数字化实现方法中，将相关相位φn(j)拆分成两项或者多项和的形式，相应地将寻址地址[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]拆分为两个或者多个，具体拆分方式为：保持两个或者多个寻址地址中h(n)、j相同，将{an,an-1,...,an-L+1}序列拆分成两段或多段，归入不同的寻址地址。
基于查表法的数字化CPM调制模块，包括脉冲生成器、延迟器、选择器、第一累加器、加法器、寻址单元和三角函数存储器，其中：
脉冲生成器：在采样时钟控制下生成符号脉冲，作为延迟器和第一累加器的控制信号；
延迟器：在脉冲生成器生成的符号脉冲控制下对当前输入的符号an进行延迟，得到L+1个连续符号an,an-1,...,an-L+1,an-L，并将前L个连续符号an,an-1,...,an-L+1输出给寻址单元，将最后一个符号an-L输出给选择器；
寻址单元：根据CPM基带调制信号的数学表达式，建立相位表，所述相位表包括寻址地址和寻址地址对应的相关相位；接收延迟器输出的L个连续符号an,an-1,...,an-L+1，根据所述L个连续符号an,an-1,...,an-L+1、符号an对应的调制指数h(n)以及当前采样时刻d所组成的寻址地址[h(n),an,an-1,...,an-L+1,d]对所述建立的相位表寻址，得到相关相位φn(t)，并将所述相关相位φn(t)输出给加法器；
选择器：接收延迟器输出的符号an-L，根据符号an-L及符号an-L对应的调制指数h(n-L)，通过公式δ＝πh(n-L)an-L计算累积相位增量δ，并将所述累积相位增量δ输出给第一累加器。
第一累加器：接收选择器输出的累积相位增量δ，在脉冲生成器生成的符号脉冲控制下，将所述累积相位增量δ与上一个符号an-L-1周期末的累积相位θn-L-1相加，得到符号an-L周期末的累积相位θn-L，并将所述累积相位θn-L输出给加法器；
加法器：接收寻址单元输出的相关相位φn(t)和第一累加器输出的累积相位θn-L，将φn(t)与θn-L相加，得到CPM基带调制信号的相位并将所述相位输出给三角函数存储器；
三角函数存储器：接收加法器输出的相位查找正弦表和余弦表，得到正交信号和即完成了CPM基带调制。
在上述基于查表法的数字化CPM调制模块中，寻址单元根据CPM基带调制信号的数学表达式建立相位表的方法为：
CPM基带调制信号的数学表达式中的相关相位φn(t)的离散表达式如下：
根据φn(t)的离散表达式得到[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]组合形式对应的相关相位值φn(j)，将[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]作为寻址地址，φn(j)作为所述寻址地址对应的相关相位值，建立相位表；
其中：ai代表第i个M进制符号，ai∈{±1,...,±(M-1)}；h(i)为第i个符号ai对应的调制指数，h(i)以R为周期循环在指数集{h0,h1,...,hR-1}中取值，下标(i)代表i对R取模运算；qn-i(j)为相位脉冲函数q(t)的离散表达式；L为关联长度；j为采样点序号。
在上述基于查表法的数字化CPM调制模块中，CPM基带调制信号的数学表达式中的相关相位φn(t)的离散表达式通过如下方法得到：
(1)CPM基带调制信号的数学表达式如下：
其中：E为符号能量，T为符号周期，为调制信号的相位信息，表达式如下：
令：
其中：θn-L代表累积相位；φn(t)代表相关相位；t代表时间；
q(t)为相位脉冲函数，表达式如下：
其中：g(t)为频率脉冲函数；
(2)确定相关相位φn(t)的最终离散表达式，具体方法如下：
(a)对0<t≤LT区间内的q(t)进行离散化，假设一个符号周期包含2N个采样点，得到q(t)的离散表达式如下：
其中：Ts代表采样周期；
(b)对0<t≤LT区间内的φn(t)进行离散化：
(c)由所述步骤(a)可知：q((n-i)T+jTs)＝qn-i(j)；
将此表达式代入步骤(b)中公式，得到φn(t)的最终离散表达式：
在上述基于查表法的数字化CPM调制模块中，脉冲生成器由第二累加器和判决器组成，在采样时钟控制下，第二累加器对符号频率控制字K不断累加，第二累加器溢出时判决器便输出一个符号脉冲，所述第二累加器为Q位累加器；
其中Ts、T分别为采样周期和符号周期。
在上述基于查表法的数字化CPM调制模块中，取所述第二累加器输出结果的高N位作为当前采样时刻d。
在上述基于查表法的数字化CPM调制模块中，当寻址单元中采用一个相位表无法包含CPM基带调制信号的相关相位信息时，可将相关相位φn(j)拆分成两项或者多项和的形式，建立两个或多个相位表；进行CPM基带调制时，首先根据寻址地址对所述两个或多个相位表寻址，然后对寻址结果求和，即可得到CPM基带调制信号的相关相位φn(t)。
在上述基于查表法的数字化CPM调制模块中，将相关相位φn(j)拆分成两项或者多项和的形式，相应地将寻址地址[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]拆分为两个或多个，具体拆分方式为：保持两个或多个寻址地址中h(n)、j相同，将{an,an-1,...,an-L+1}序列拆分成两段或多段，归入不同的寻址地址。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明预先将CPM调制信号的相关相位存储在相位表中，硬件实现时可通过查相位表直接获得相关相位信息，大大降低了硬件实现复杂度，并通过合理设计寻址方式，简化了调制实现流程；
(2)本发明通过严格的相位变化信息计算公式确定存储在相位表中的相位信息，可以得到每个符号周期末的准确相位，利于解调系统实现相干解调；
(3)本发明中相位表的大小可根据实际需要进行调整。当采用一个相位表无法包含CPM基带调制信号的相关相位信息时，可将相关相位拆分成两项或者多项和的形式，建立两个或者多个相位表，两个或者多个相位表所存储的相位信息基于一致的采样时刻，连续的符号序列，这样很好地保证了相位的连续性，有效避免了调制信号失真；
(4)本发明由于采用数字化实现方式，不需要振荡器(VCO)等模拟器件，可以大大降低硬件成本和体积，提高硬件可靠性；
(5)本发明方法适用范围广，不仅适用于单调制指数的二进制全响应CPM调制，而且适用于多指数CPM和关联长度较长的多进制CPM调制，对全响应CPM调制(如PCM/FM、SOQPSK-MIL)和部分响应CPM调制(如SOQPSK-TG、ARTM CPM)均适用。
附图说明
图1为本发明CPM基带调制数字化实现框图；
图2为本发明脉冲生成器结构示意图；
图3为本发明实施例1中PCM/FM调制信号频谱；
图4为本发明实施例2中ARTM CPM调制信号频谱；
图5为本发明实施例3中SOQPSK-TG调制信号频谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为本发明CPM基带调制数字化实现框图，由图可知本发明CPM调制数字化实现方法通过数字化CPM调制模块实现，该数字化CPM调制模块包括脉冲生成器、延迟器、选择器、第一累加器、加法器、寻址单元和三角函数存储器。各个单元的具体功能如下：
脉冲生成器在采样时钟控制下，生成符号脉冲，作为延迟器和第一累加器的控制信号。如图2所示为本发明脉冲生成器结构示意图，脉冲生成器具体由第二累加器和判决器组成，第二累加器为Q位累加器，初值为0。在采样时钟控制下，第二累加器对符号频率控制字K不断累加，第二累加器溢出时判决器便输出一个符号脉冲。其中Ts、T分别为采样周期和符号周期。第二累加器输出结果的高N位作为当前采样时刻d。
延迟器在脉冲生成器生成的符号脉冲控制下对当前输入的符号an进行延迟，得到L+1个连续符号an,an-1,...,an-L+1,an-L，并将前L个连续符号an,an-1,...,an-L+1输出给寻址单元，将最后一个符号an-L输出给选择器。
寻址单元根据CPM调制信号的数学表达式，建立相位表，相位表包括寻址地址和寻址地址对应的相关相位；同时接收延迟器输出的L个连续符号an,an-1,...,an-L+1，根据L个连续符号an,an-1,...,an-L+1、符号an对应的调制指数h(n)以及当前采样时刻d所组成的寻址地址[h(n),an,an-1,...,an-L+1,d]对建立的相位表寻址，得到相关相位φn(t)，并将相关相位φn(t)输出给加法器。
选择器接收延迟器输出的符号an-L，根据符号an-L及符号an-L对应的调制指数h(n-L)，通过公式δ＝πh(n-L)an-L计算累积相位增量δ，并将累积相位增量δ输出给第一累加器。
第一累加器接收选择器输出的累积相位增量δ，在脉冲生成器生成的符号脉冲控制下，将该累积相位增量δ与上一个符号an-L-1周期末的累积相位θn-L-1相加，得到符号an-L周期末的累积相位θn-L，并将累积相位θn-L输出给加法器，其中第一累加器初值为0。
加法器接收寻址单元输出的相关相位φn(t)和第一累加器输出的累积相位θn-L，将φn(t)与θn-L相加，得到CPM基带调制信号的相位并将相位输出给三角函数存储器。
三角函数存储器接收加法器输出的相位查找正弦表和余弦表，得到正交信号和即完成了CPM基带调制。
本发明基于查表法的CPM调制数字化实现方法，具体包括如下步骤：
(一)、寻址单元根据CPM调制信号的数学表达式，建立相位表，相位表包括寻址地址和寻址地址对应的相关相位。
寻址单元根据CPM调制信号的数学表达式建立相位表的具体方法如下：
(1)CPM基带调制信号的数学表达式如下：
其中：E为符号能量，T为符号周期，为调制信号的相位信息，表达式如下：
令：
其中：θn-L代表累积相位；φn(t)代表相关相位；t代表时间；
ai代表第i个M进制符号，ai∈{±1,...,±(M-1)}，M为正整数；h(i)为第i个符号ai对应的调制指数，h(i)以R为周期循环在指数集{h0,h1,...,hR-1}中取值，下标(i)代表i对R取模运算，R为正整数；L为关联长度。
q(t)为相位脉冲函数，表达式如下：
其中：g(t)为频率脉冲函数；q(t)为g(t)的积分；
(2)确定相关相位φn(t)的最终离散表达式，具体方法如下：
(a)对0<t≤LT区间内的q(t)进行离散化，假设一个符号周期包含2N个采样点，得到q(t)的离散表达式如下：
其中：Ts代表采样周期；j为序号，代表第j个采样点；
(b)对0<t≤LT区间内的φn(t)进行离散化：
(c)由所述步骤(a)可知：
q((n-i)T+jTs)＝qn-i(j)；
将此表达式代入步骤(b)中公式，得到φn(t)的最终离散表达式：
(3)根据φn(t)的最终离散表达式得到[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]组合形式对应的相关相位值φn(j)，将[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]作为寻址地址，φn(j)作为所述寻址地址对应的相关相位，建立相位表。
(二)、在采样时钟控制下，首先由脉冲生成器生成符号脉冲，符号脉冲周期为T，然后在该符号脉冲作用下，延迟器对当前输入的符号an进行延迟，得到L+1个连续符号an,an-1,...,an-L+1,an-L；并将前L个连续符号an,an-1,...,an-L+1输出给寻址单元，将最后一个符号an-L输出给选择器。
(三)、寻址单元根据当前符号an对应的调制指数h(n)、L个连续符号an,an-1,...,an-L+1以及当前采样时刻d所组成的寻址地址[h(n),an,an-1,...,an-L+1,d]对步骤(一)建立的相位表寻址，得到相关相位φn(t)并输出给加法器。
(四)、选择器根据符号an-L及符号an-L对应的调制指数h(n-L)，通过如下公式计算累积相位增量δ，并将相位增量δ输出给第一累加器；
δ＝πh(n-L)an-L。
(五)、在符号脉冲作用下，第一累加器将累积相位增量δ与上一个符号an-L-1周期末的累积相位θn-L-1相加，得到符号an-L周期末的累积相位θn-L，输出给加法器。
(六)、加法器将接收的相关相位φn(t)与累积相位θn-L相加，得到CPM基带调制信号的相位输出给三角函数存储器。
(七)、三角函数存储器根据相位查找正弦表和余弦表，得到正交信号和即完成了CPM基带调制。
本发明当寻址单元中采用一个相位表无法包含CPM基带调制信号的相关相位信息时，可将相关相位φn(j)拆分成两项或者多项和的形式，建立两个或多个相位表。进行CPM基带调制时，首先根据两个或多个寻址地址对所述两个或多个相位表寻址，然后对寻址结果求和，即可得到CPM基带调制信号的相关相位φn(t)。
建立相位表时，若将相关相位φn(j)拆分成两项或者多项和的形式，相应地将寻址地址[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]拆分为两个或者多个，具体拆分方式为：保持两个或多个寻址地址中h(n)、j相同，将{an,an-1,...,an-L+1}序列拆分成两段或多段，归入不同的寻址地址。譬如将[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]拆分为两个时，寻址地址可表示为：[h(n),an,an-1,...,an-l,j]和[h(n),an-l-1,an-l-2,...,an-L+1,j]，l为小于L的正整数。在进行CPM基带调制时，根据两个寻址地址对上述建立的相位表进行寻址，然后对两个寻址结果求和，得到相关相位φn(t)。
实施例1
针对PCM/FM调制体制，M＝2，L＝1，R＝1，单调制指数，取h＝0.7，其基带信号相位表达式如下：
式中ai∈{±1}，相位脉冲函数q(t)和频率脉冲函数g(t)表达式如下所示：
具体实施步骤如下：
(1)预先计算PCM/FM调制信号的相关相位，相关相位的离散化表达式如下：
φn(j)＝2πhanq(j),j＝0,1,...,2N-1
对其进行量化，量化位宽为W，量化后的相位值按照[an,j]的寻址方式存放在相位表中。由于PCM/FM采用单调制指数，即h(n)＝h＝0.7，所以寻址地址中的h(n)项可省略不写。本实施例中W＝16，N＝7，[an,j]共有ML·2N＝2·27＝256种组合情况，相位表的深度D＝256，宽度W＝16。如下表1给出PCM/FM相位表的部分地址与相位对应关系，其中地址224代表an＝1，j＝(1100000)2＝96；
表1 PCM/FM相位表部分地址与相位对应关系
(2)在采样时钟控制下，32位的第二累加器对符号频率控制字K不断累加，本实施例中符号周期采样周期那么符号频率控制字当第二累加器溢出时，判决器输出一个符号脉冲，在此脉冲作用下，延迟器对当前输入的符号an进行延迟，得到符号an-1；
(3)由步骤(2)第二累加器输出结果的高7位可知当前采样时刻d，根据符号an与d所组成的寻址地址[an,d]对相位表寻址，得到φn(t)；
(4)选择器根据符号an-1及调制指数h的取值计算第一累加器的输入δ，
(5)在步骤(2)所述的符号脉冲作用下，第一累加器将步骤(4)得到的相位增量δ与符号an-2周期末的累积相位θn-2相加，得到符号an-1周期末的累积相位θn-1；
(6)加法器将φn(t)与θn-1相加，得到
(7)根据查正弦表和余弦表，得到正交信号和即完成了PCM/FM基带调制。
如图3所示为本发明实施例1中PCM/FM调制信号频谱。
实施例2
针对ARTM CPM调制体制，M＝4，L＝3，R＝2，h∈{4/16,5/16}，其基带信号相位表达式如下：
式中ai∈{±1,±3}，h(i)交替等于4/16或5/16，其下标(i)表示i模2。相位脉冲函数q(t)和频率脉冲函数g(t)表达式如下所示：
具体实施步骤如下：
(1)预先计算ARTM CPM调制信号的相关相位，其离散化表达式如下：
φn(j)＝2π(h(n-2)an-2q2(j)+h(n-1)an-1q1(j)+h(n)anq0(j)),j＝0,1,...,2N-1
对其进行量化，量化位宽为W，量化后的相位值按照[h(n),an,an-1,an-2,j]的寻址方式存放在相位表中。本实施例中W＝16，N＝7，[h(n),an,an-1,an-2,j]共有2·ML·2N＝2·43·27＝16384种组合情况，相位表的深度D＝16384，宽度W＝16。如下表2给出ARTM CPM相位表的部分地址与相位对应关系，其中地址10231代表h(n)＝5/16，an＝(00)2＝-3，an-1＝(11)2＝3，an-2＝(11)2＝3，j＝(1110111)2＝119；
表2 ARTM CPM相位表部分地址与相位对应关系
(2)在采样时钟控制下，32位第二累加器对符号频率控制字K不断累加，本实施例中符号周期采样周期那么符号频率控制字为当第二累加器溢出时，判决器输出一个符号脉冲，在此脉冲作用下，延迟器对当前输入的符号an进行延迟，得到符号序列an-1,an-2,an-3；
(3)步骤(2)第二累加器输出结果的高7位表征了当前采样时刻d，根据当前符号an对应调制指数h(n)、3个连续符号an,an-1,an-2及采样时刻d所组成的寻址地址[h(n),an,an-1,an-2,d]对相位表寻址，得到φn(t)；
(4)选择器根据符号an-3及此符号对应的调制指数h(n-3)，计算第一累加器的输入δ，三者对应关系如下表3所示：
表3 ARTM CPM体制an-3、h(n-3)与δ对应关系如下
h<sub>(n-3)</sub> a<sub>n-3</sub> δ(量化前) δ(量化后)
4/16 -3 -3/4π 40960
4/16 -1 -1/4π 57344
4/16 1 1/4π 8192
4/16 3 3/4π 24576
5/16 -3 -15/16π 34816
5/16 -1 -5/16π 55296
5/16 1 5/16π 10240
5/16 3 15/16π 30720
(5)在步骤(2)所述的符号脉冲作用下，第一累加器将步骤(4)得到的相位增量δ与符号an-4周期末的累积相位θn-4相加，得到符号an-3周期末的累积相位θn-3；
(6)加法器将φn(t)与θn-3相加，得到
(7)根据查正弦表和余弦表，得到正交信号和即完成了ARTM CPM基带调制。
如图4所示为本发明实施例2中ARTM CPM调制信号频谱。
实施例3
针对SOQPSK-TG调制体制，M＝3，L＝8，R＝1，单调制指数，取h＝0.5，其基带信号相位表达式如下：
式中ai∈{±1,0}，它是通过对二进制比特数据bi进行预编码得到的。bi∈{0,1}，二者对应关系如下表4所示。
表4{bn}与{an}的映射关系
相位脉冲函数q(t)和频率脉冲函数g(t)表达式如下所示：
g(t)＝n(t)·w(t)
n(t)是修正的升余弦函数，表达式中A为归一化系数，ρ为滚降系数，B为时间比例因子。w(t)是时域窗函数，用于限制g(t)持续时间。T为符号周期，T1、T2为时域窗函数与时间相关的两个参数。四个参数(ρ，B，T1，T2)的具体取值为ρ＝0.70，B＝1.25，T1＝1.5，T2＝0.5。
具体实施步骤如下：
(1)预先计算SOQPSK-TG调制信号的相关相位，其离散化表达式如下：
对φn(j)进行拆分，拆分成φIn(j)和φIIn(j)，如下所示：
φn(j)＝φIn(j)+φIIn(j),j＝0,1,...,2N-1
为了地址编码方便，符号ai需采用2个比特表示，为此，实现时每个符号可能存在4种取值，包含一个无效的状态。本实施例中设定“0”、“1”、“-1”分别用00、01，10表示，11为无效值。这样，[an,an-1,an-2,an-3,j]共有M′L/2·2N＝48/2·2N＝256·2N种组合情况，对于无效组合，相位值设为0，同样，[an-4,an-5,an-6,an-7,j]也有256·2N种组合情况。由于SOQPSK-TG采用单调制指数，即h(n)＝h＝0.5，所以寻址地址中的h(n)项可省略不写。分别对φIn(j)和φIIn(j)进行量化，量化位数为W，量化后φIn(j)和φIIn(j)分别按照[an,an-1,an-2,an-3,j]和[an-4,an-5,an-6,an-7,j]的寻址方式存放在相位表Ⅰ和相位表Ⅱ中。本实施例中W＝16，N＝5，那么相位表Ⅰ中和相位表Ⅱ的深度D＝256·26＝16384，宽度W＝16。如下表5给出了SOQPSK-TG相位表部分地址与相位的对应关系，相位表Ⅰ中地址15423代表an＝(11)2，an-1＝(11)2，an-2＝(00)2＝0，an-3＝(00)2＝0，j＝(111111)2＝63，此地址代表的相位值无效；相位表Ⅱ中地址2625代表an-4＝(00)2＝0，an-5＝(10)2＝-1，an-6＝(10)2＝-1，an-7＝(01)2＝1，j＝(000001)2＝1。
表5 SOQPSK-TG相位表部分地址与相位对应关系
(2)在采样时钟控制下，32位第二累加器对符号频率控制字K不断累加，本实施例中符号周期采样周期那么符号频率控制字为当第二累加器溢出时，判决器输出一个符号脉冲，在此脉冲作用下，延迟器对输入的an进行延迟，得到an-1,an-2,...,an-8。
(3)步骤(2)第二累加器输出结果的高5位表征了当前采样时刻d，根据8个连续符号an,an-1,...,an-7与当前采样时刻d所组成的寻址地址[an,an-1,an-2,an-3,d]和[an-4,an-5,an-6,an-7,d]分别对相位表Ⅰ和相位表Ⅱ寻址，得到φIn(t)和φIIn(t)，二者相加即可得到相关相位φn(t)。
(4)选择器根据符号an-8及调制指数的取值计算第一累加器的输入δ：
(5)在步骤(2)所述的符号脉冲作用下，第一累加器将步骤(4)得到的δ与符号an-9周期末的累积相位θn-9相加，得到符号an-8周期末的累积相位θn-8。
(6)加法器将φn(t)与θn-8相加，得到
(7)根据查正弦表和余弦表，得到正交信号和即完成了SOQPSK-TG基带调制。
如图5所示为本发明实施例3中SOQPSK-TG调制信号频谱。
本发明方法实现简单，复杂度低，适用范围广，不仅适用于单调制指数的二进制全响应CPM调制，而且适用于多指数CPM和关联长度较长的多进制CPM调制，所建立的相位表与采样时刻相关联，保证了CPM调制相位的连续性，而且具有较高的实现精度，利于接收机采用相干解调。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (12)

1.基于查表法的CPM调制数字化实现方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)根据CPM基带调制信号的数学表达式，建立相位表，所述相位表包括寻址地址和寻址地址对应的相关相位；
(2)在采样时钟控制下，首先生成符号脉冲，然后在所述符号脉冲作用下，对当前输入的符号an进行延迟，得到L+1个连续符号an,an-1,...,an-L+1,an-L；
(3)根据当前符号an对应的调制指数h(n)、L个连续符号an,an-1,...,an-L+1以及当前采样时刻d所组成的寻址地址[h(n),an,an-1,...,an-L+1,d]对步骤(1)建立的相位表寻址，得到相关相位φn(t)；
(4)根据符号an-L及符号an-L对应的调制指数h(n-L)，通过公式δ＝πh(n-L)an-L，计算累积相位增量δ；
(5)在所述步骤(2)生成的符号脉冲作用下，将累积相位增量δ与上一个符号an-L-1周期末的累积相位θn-L-1相加，得到符号an-L周期末的累积相位θn-L；
(6)将步骤(3)得到的相关相位φn(t)与步骤(5)得到的累积相位θn-L相加，得到CPM基带调制信号的相位
(7)根据相位查找正弦表和余弦表，得到正交信号和即完成了CPM基带调制。
2.根据权利要求1所述的基于查表法的CPM调制数字化实现方法，其特征在于：所述步骤(1)中根据CPM基带调制信号的数学表达式，建立相位表的方法为：
CPM基带调制信号的数学表达式中的相关相位φn(t)的离散表达式如下：
根据φn(t)的离散表达式得到[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]组合形式对应的相关相位值φn(j)，将[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]作为寻址地址，φn(j)作为所述寻址地址对应的相关相位值，建立相位表；
其中：ai代表第i个M进制符号，ai∈{±1,...,±(M-1)}；h(i)为第i个符号ai对应的调制指数，h(i)以R为周期循环在指数集{h0,h1,...,hR-1}中取值，下标(i)代表i对R取模运算；qn-i(j)为相位脉冲函数q(t)的离散表达式；L为关联长度；j为采样点序号。
3.根据权利要求2所述的基于查表法的CPM调制数字化实现方法，其特征在于：所述CPM基带调制信号的数学表达式中的相关相位φn(t)的离散表达式通过如下方法得到：
(1)CPM基带调制信号的数学表达式如下：
其中：E为符号能量，T为符号周期，为调制信号的相位信息，表达式如下：
令：
其中：θn-L代表累积相位；φn(t)代表相关相位；t代表时间；
q(t)为相位脉冲函数，表达式如下：
其中：g(t)为频率脉冲函数；
(2)确定相关相位φn(t)的最终离散表达式，具体方法如下：
(a)对0&lt;t≤LT区间内的q(t)进行离散化，假设一个符号周期包含2N个采样点，得到q(t)的离散表达式如下：
其中：Ts代表采样周期；
(b)对0&lt;t≤LT区间内的φn(t)进行离散化：
(c)由所述步骤(a)可知：q((n-i)T+jTs)＝qn-i(j)；
将此表达式代入步骤(b)中公式，得到φn(t)的最终离散表达式：
4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的基于查表法的CPM调制数字化实现方法，其特征在于：当采用一个相位表无法包含CPM基带调制信号的相关相位信息时，可将相关相位φn(j)拆分成两项或者多项和的形式，建立两个或多个相位表；进行CPM基带调制时，首先根据寻址地址对所述两个或多个相位表寻址，然后对寻址结果求和，即可得到CPM基带调制信号的相关相位φn(t)。
5.根据权利要求4所述的基于查表法的CPM调制数字化实现方法，其特征在于：将相关相位φn(j)拆分成两项或者多项和的形式，相应地将寻址地址[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]拆分为两个或者多个，具体拆分方式为：保持两个或者多个寻址地址中h(n)、j相同，将{an,an-1,...,an-L+1}序列拆分成两段或多段，归入不同的寻址地址。
6.基于查表法的数字化CPM调制模块，其特征在于：包括脉冲生成器、延迟器、选择器、第一累加器、加法器、寻址单元和三角函数存储器，其中：
脉冲生成器：在采样时钟控制下生成符号脉冲，作为延迟器和第一累加器的控制信号；
延迟器：在脉冲生成器生成的符号脉冲控制下对当前输入的符号an进行延迟，得到L+1个连续符号an,an-1,...,an-L+1,an-L，并将前L个连续符号an,an-1,...,an-L+1输出给寻址单元，将最后一个符号an-L输出给选择器；
寻址单元：根据CPM基带调制信号的数学表达式，建立相位表，所述相位表包括寻址地址和寻址地址对应的相关相位；接收延迟器输出的L个连续符号an,an-1,...,an-L+1，根据所述L个连续符号an,an-1,...,an-L+1、符号an对应的调制指数h(n)以及当前采样时刻d所组成的寻址地址[h(n),an,an-1,...,an-L+1,d]对所述建立的相位表寻址，得到相关相位φn(t)，并将所述相关相位φn(t)输出给加法器；
选择器：接收延迟器输出的符号an-L，根据符号an-L及符号an-L对应的调制指数h(n-L)，通过公式δ＝πh(n-L)an-L计算累积相位增量δ，并将所述累积相位增量δ输出给第一累加器；
第一累加器：接收选择器输出的累积相位增量δ，在脉冲生成器生成的符号脉冲控制下，将所述累积相位增量δ与上一个符号an-L-1周期末的累积相位θn-L-1相加，得到符号an-L周期末的累积相位θn-L，并将所述累积相位θn-L输出给加法器；
加法器：接收寻址单元输出的相关相位φn(t)和第一累加器输出的累积相位θn-L，将φn(t)与θn-L相加，得到CPM基带调制信号的相位并将所述相位输出给三角函数存储器；
三角函数存储器：接收加法器输出的相位查找正弦表和余弦表，得到正交信号和即完成了CPM基带调制。
7.根据权利要求6所述的基于查表法的数字化CPM调制模块，其特征在于：所述寻址单元根据CPM基带调制信号的数学表达式建立相位表的方法为：
CPM基带调制信号的数学表达式中的相关相位φn(t)的离散表达式如下：
根据φn(t)的离散表达式得到[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]组合形式对应的相关相位值φn(j)，将[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]作为寻址地址，φn(j)作为所述寻址地址对应的相关相位值，建立相位表；
其中：ai代表第i个M进制符号，ai∈{±1,...,±(M-1)}；h(i)为第i个符号ai对应的调制指数，h(i)以R为周期循环在指数集{h0,h1,...,hR-1}中取值，下标(i)代表i对R取模运算；qn-i(j)为相位脉冲函数q(t)的离散表达式；L为关联长度；j为采样点序号。
8.根据权利要求7所述的基于查表法的数字化CPM调制模块，其特征在于：所述CPM基带调制信号的数学表达式中的相关相位φn(t)的离散表达式通过如下方法得到：
(1)CPM基带调制信号的数学表达式如下：
其中：E为符号能量，T为符号周期，为调制信号的相位信息，表达式如下：
令：
其中：θn-L代表累积相位；φn(t)代表相关相位；t代表时间；
q(t)为相位脉冲函数，表达式如下：
其中：g(t)为频率脉冲函数；
(2)确定相关相位φn(t)的最终离散表达式，具体方法如下：
(a)对0&lt;t≤LT区间内的q(t)进行离散化，假设一个符号周期包含2N个采样点，得到q(t)的离散表达式如下：
其中：Ts代表采样周期；
(b)对0&lt;t≤LT区间内的φn(t)进行离散化：
(c)由所述步骤(a)可知：q((n-i)T+jTs)＝qn-i(j)；
将此表达式代入步骤(b)中公式，得到φn(t)的最终离散表达式：
9.根据权利要求6～8任一权利要求所述的基于查表法的数字化CPM调制模块，其特征在于：所述脉冲生成器由第二累加器和判决器组成，在采样时钟控制下，第二累加器对符号频率控制字K不断累加，第二累加器溢出时判决器便输出一个符号脉冲，所述第二累加器为Q位累加器；
其中Ts、T分别为采样周期和符号周期。
10.根据权利要求9所述的基于查表法的数字化CPM调制模块，其特征在于：取所述第二累加器输出结果的高N位作为当前采样时刻d。
11.根据权利要求6～8，10任一权利要求所述的基于查表法的数字化CPM调制模块，其特征在于：当寻址单元中采用一个相位表无法包含CPM基带调制信号的相关相位信息时，可将相关相位φn(j)拆分成两项或者多项和的形式，建立两个或多个相位表；进行CPM基带调制时，首先根据寻址地址对所述两个或多个相位表寻址，然后对寻址结果求和，即可得到CPM基带调制信号的相关相位φn(t)。
12.根据权利要求11所述的基于查表法的数字化CPM调制模块，其特征在于：将相关相位φn(j)拆分成两项或者多项和的形式，相应地将寻址地址[h(n),an,an-1,...,an-L+1,j]拆分为两个或多个，具体拆分方式为：保持两个或多个寻址地址中h(n)、j相同，将{an,an-1,...,an-L+1}序列拆分成两段或多段，归入不同的寻址地址。
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