CN108023847B - 调制符号间相位交错bpsk调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种调制符号间相位交错BPSK调制方法，旨在提供一种解调门限低，不会出现180°相位跳变，能够降低调制信号峰均比的调制方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在通信系统中，调制器根据待调制数据长度，产生与调制数据长度一致的基准相位序列，根据待调制数据以及基准相位序列，依次计算当前每个调制符号对应的载波相位，依据计算结果进行BPSK信号调制，在当前调制符号内，调制数据‘1’与调制数据0°的载波相位分别为当前调制符号对应的基准相位以及基准相位+180°，完成一个符号调制后，判断数据是否调制完毕，若调制完毕，则结束当前数据调制；否则返回计算下一个调制符号对应的载波相位，直到调制完毕。

Description

调制符号间相位交错BPSK调制方法

技术领域

本发明涉及通信系统信号处理领域，具体涉及一种降低调制信号峰均比的调制符号间相位交错二进制相移键控BPSK调制方法。

背景技术

在无线通信系统中，基带信号需要调制为具有幅度和相位信息的调制符号，并经过无线信道到达接收端。在移动通信领域，随着通信信息量的不断增大，通信系统需要的带宽越来越宽，频率资源日趋紧张。为了解决带宽有限的矛盾，一方面将通信频段不断向更高频率延伸，另一方面也不断努力提高频谱的利用率。而在载波频率较高时发送信号功率放大器通常采用高功率非线性放大器，并且由于信道的非线性及AM/PM效应，只有采用具有恒定包络或准恒定包络结构的调制方式，才能有效利用功放的发射功率。

相移键控(Phase Shift Keying，简称PSK)是一种用载波相位表示输入信号信息的调制技术，即利用相位变化来传递数字信息。IS-95中以及IMT-2000中使用的BPSK、四相相移键控(Quadri Phase Shift Keying，简称QPSK)和偏移四相相移键控(Offset QPSK，简称OQPSK)等都属于相移键控调制方式。调制是对信号源的编码信息进行处理，是用基带信号对载波波形的某些参数进行控制，使这些参量随基带信号的变化而变化；使其变为适合传输的形式的过程。调制可以通过使高频载波随信号幅度的变化而改变载波的幅度，相位或者频率来实现。解调是调制的逆过程，解调是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者(信宿)处理和理解的过程。它是从己调制的信号中恢复出原来调制信号的过程。即是把基带信号(信源)转变为一个相对基带频率而言频率非常高的带通信号。带通信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。

调制技术分为模拟调制和数字调制两类。模拟调制是对载波信号的参量进行连续调制，在接收端对载波信号的参量连续地进行估值；而数字调制都是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端也主要对载波信号的离散调制参量进行检测。BPSK信号解调原理因为BPSK信号的幅度与基带信号无关，故不能用包络检波法而只能用相干解调法解调BPSK信号。在相干解调过程中需要用到与接收的BPSK信号同频同相的相干载波。在BPSK调制中是把载波相位的和π分别表示信息0和l，接收机要正确解调该信息就需要恢复出一个与发送端同频同相的参考载波。接收机中恢复出同频载波比较容易，但要做到同相就比较困难，一旦参考载波出现相位反转，解调的信息就出现0，1倒置。由于在BPSK信号的载波恢复过程中存在0的相位迷糊(phaseambiguity)，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即‘1’变为‘0’，‘0’变为‘1’，判决器输出数字信号全部出错。这种现象称为BPSK方式的‘倒’现象。

相移键控是目前通信系统中广泛采用的调制方式之一，以BPSK为例，当调制数据为“1”时，调制后载波与未调载波同相，当调制数据为“0”时，调制后载波与未调载波反相，即“1”和“0”时调制后载波相位相差180度。BPSK调制技术本身是恒包络的，但由于存在180°的相位跳变，在相位突变点会不可避免地引入很大的脉冲响应，在实际系统中由于器件响应速度与带宽受限，通过带通滤波器限带后的BPSK信号已经不能保持恒包络，导致信号包络起伏较大，相应的信号峰均比也较大。因此BPSK调制存在180°的相位跳变，导致信号包络起伏较大，相应的信号峰均比也较大的问题。相移键控PSK对放大器的线性度要求较高，进而对调制设备的要求较高，提高通信设备的成本。

现有技术提出了一种符号内连续相位差分相移键控(ISCP-DPSK)的调制解调方法，在信号调制中,不同的比特信息由符号内相位变化的累积量表示，接收端则通过积累一个符号内的相位变化累积量来实现信号解调，和码元符号的绝对相位无关.这种设计的优点在于：一是符号间相位为连续变化，使信号有良好的功率谱；二是使发射信号为准恒包络，可以采用高功率非线性放大器；三是避免了初相，多普勒频移等引起的符号间相位变化对信号解调的影响，适合应用于高速运动平台间的突发通信。但是与PSK调制方式相比，差分PSK调制方式所需要的解调门限明显高于相同调制阶数的PSK调制方式。

针对PSK/DPSK调制存在的上述缺陷，本领域研究人员提出了连续相位调制(CPM)。CPM调制方式是将信息数据包含在瞬时载波相位或频率上，利用相位记忆作用保证载波相位在任何时间都是连续的，从而避免了相位突变。CPM调制方式包含了载波相位以连续形式变化的一大类调制技术，例如目前移动通信中使用的最小频移键控(MSK)、高斯最小频移键控(GMSK)就是常见的二进制CPM调制方式。CPM调制方式避免了相位突变，与PSK调制方式相比，CPM具有更好的频谱特性，并且功率谱更加集中，同时CPM的调制信号包络恒定，便于使用非线性放大器，降低了设备成本。与线性调制(如PSK)相比，CPM信号的具体形式不仅与成型脉冲有关，还与调制指数h、频率响应函数脉冲相关长度L的取值有关，因此CPM调制方式比一般的线性调制复杂，增加了调制设备的实现复杂度，并且所需的解调门限高于相同调制阶数的PSK调制方式，因此PSK调制方式目前仍然在通信领域中被广泛使用。

发明内容

本发明目的是针对现有技术BPSK调制存在180°的相位跳变，导致信号包络起伏较大，相应的信号峰均比也较大的问题，提供一种解调门限低，不会出现180°相位跳变，能够降低调制信号峰均比的调制符号间相位交错BPSK调制方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：一种调制符号间相位交错BPSK调制方法，其特征在于包括如下步骤：在通信系统进行二进制相移键控BPSK信号调制时，调制器读取外部输入的待调制数据，根据待调制数据长度，首先产生与调制数据长度一致的基准相位序列，所产生的基准相位序列以后一个BPSK调制符号的基准相位在前一个BPSK调制符号的基础上增加或减少90°来满足相邻两个BPSK调制符号相差90°的基准相位，其次，调制器根据待调制数据以及基准相位序列，依次计算当前每个调制符号对应的载波相位，并依据计算结果进行BPSK信号调制，在当前调制符号内，调制数据‘1’与调制数据0°的载波相位分别为当前调制符号对应的基准相位以及基准相位+180°，完成一个符号调制后，判断数据是否调制完毕，若调制完毕，则结束当前数据调制；若未调制完毕则返回计算下一个调制符号对应的载波相位，直到调制完毕。

本发明相比现有技术具有如下有益效果：

信号峰均比低：本发明通过对每个BPSK调制符号设置不同的基准相位，后一个BPSK调制符号的基准相位在前一个BPSK调制符号的基础上增加或减少90°，使得相邻两个调制符号间只会出现90°相位跳变，不会出现180°相位跳变，降低了调制信号峰均比，克服了常规BPSK调制符号间存在180°相位跳变点的缺点，仿真结果表明，该调制方法具有良好的频谱特性和准恒包络特性。

解调门限低：本发明调制器根据待调制数据以及基准相位序列，计算每个调制符号对应的载波相位，并依据计算结果进行BPSK调制，在当前调制符号内调制数据‘1’与调制数据0°对应的载波相位相差180°，以使其最小欧氏距离与常规BPSK调制方式一致，所以本发明所需的解调门限优于差分BPSK与CPM调制方式。

保密性好：本发明发送端进行信号调制时需要根据基准相位序列与待调制数据，计算每个调制符号对应的载波相位，接收端需要预先知道基准相位序列才能正确解调，相比常规BPSK调制具有更好的保密性能。

本发明采用每个BPSK调制符号的载波相位由待调制数据与基准相位序列共同决定，相邻两个符号间只存在90°的相位跳变，不会出现180°的相位跳变，在最小欧氏距离与常规BPSK调制方式相比保持不变的条件下，达到降低调制信号峰均比的目的。这种设计的优点在于：一是符号间相位为连续变化，使信号有良好的功率谱；二是使发射信号为准恒包络，可以采用高功率非线性放大器。

本发明特别适合应用于通信系统调制解调器设计。

附图说明

图1为本发明调制符号间相位交错BPSK调制流程图。

下面结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

具体实施方式

参考图1。根据本发明，在通信系统中的调制器进行二进制相移键控BPSK信号调制时，调制器外部输入的待调制数据，根据待调制数据长度，首先产生与调制数据长度一致的基准相位序列，所产生的基准相位序列以后一个BPSK调制符号的基准相位在前一个BPSK调制符号的基础上增加或减少90°来满足相邻两个BPSK调制符号相差90°的基准相位，其次，调制器根据待调制数据以及基准相位序列，依次计算当前每个调制符号对应的载波相位，并依据计算结果进行BPSK信号调制，在当前调制符号内，调制数据‘1’与调制数据0°的载波相位分别为当前调制符号对应的基准相位以及基准相位+180°，完成一个符号调制后，判断数据是否调制完毕，若调制完毕，则结束当前数据调制；若未调制完毕则返回计算下一个调制符号对应的载波相位，直到调制完毕。

具体按下述步骤进行调制符号间相位交错BPSK调制：

步骤101：调制器首先读取待调制数据；

步骤102：调制器根据待调制数据长度，生成前后两个BPSK调制调制符号的基准相位相差90°的基准相位序列，基准相位序列

其中

表示第k个调制调制符号的基准相位，

表示第k+1个调制调制符号的基准相位；

步骤103：调制器在计算当前调制符号的载波相位时，对于第k个调制调制符号，数据‘1’对应载波相位

数据‘0’对应载波相位

或者数据‘0’对应载波相位

数据‘1’对应载波相位

步骤104：调制器根据步骤3当前每个调制符号对应的载波相位的计算结果，改变当前调制符号所对应的调制信号的载波相位；

步骤105：调制器判断数据是否调制完毕，若未调制完毕则返回步骤103重新计算当前每个调制符号对应的载波相位的计算结果，改变当前调制符号所对应的调制信号的载波相位；

若调制完毕，则结束当前数据调制。

在常规BPSK调制器中，调制数据‘1’固定对应载波相位0°，调制数据‘0’固定对应载波相位180°，当前调制符号的载波相位仅与当前输入调制器的调制数据有关。下表为本发明调制符号间相位交错BPSK调制的载波相位变化比较表。

在调制符号间相位交错BPSK调制器中，表示第k个调制符号的基准相位，第k个调制数据为‘1’时对应的载波相位为，第k个调制数据为‘0’时对应的载波相位为+180°，并且，当前调制符号的载波相位由当前调制器的基准相位与当前输入调制器的调制数据共同决定。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种调制符号间相位交错BPSK调制方法，其特征在于包括如下步骤：在通信系统中进行二进制相移键控BPSK信号调制时，调制器读取外部输入的待调制数据，根据待调制数据长度，首先产生与调制数据长度一致的基准相位序列，所产生的基准相位序列以后一个BPSK调制符号的基准相位在前一个BPSK调制符号的基础上增加或减少90°来满足相邻两个BPSK调制符号相差90°的基准相位，其次，调制器根据待调制数据以及基准相位序列，依次计算当前每个调制符号对应的载波相位，并依据计算结果进行BPSK信号调制，在当前调制符号内，调制数据‘1’与调制数据0°的载波相位分别为当前调制符号对应的基准相位以及基准相位+180°，完成一个符号调制后，判断数据是否调制完毕，若调制完毕，则结束当前数据调制；若未调制完毕则返回计算下一个调制符号对应的载波相位，直到调制完毕。

2.如权利要求1所述的调制符号间相位交错BPSK调制方法，其特征在于：调制器首先读取待调制数据，根据待调制数据长度生成基准相位序列,在该基准相位序列中相邻两个BPSK调制符号的基准相位相差90°，即

其中

表示第k个调制符号的基准相位，

表示第k+1个调制符号的基准相位，k为自然数。

3.如权利要求2所述的调制符号间相位交错BPSK调制方法，其特征在于：调制器在计算当前调制符号的载波相位时，对于第k个调制符号，数据‘1’对应载波相位

数据‘0’对应载波相位

或者数据‘0’对应载波相位

数据‘1’对应载波相位

4.如权利要求3所述的调制符号间相位交错BPSK调制方法，其特征在于：调制器根据当前每个调制符号对应的载波相位的计算结果，改变当前调制符号所对应的调制信号的载波相位。

5.如权利要求1所述的调制符号间相位交错BPSK调制方法，其特征在于：在调制符号间相位交错BPSK调制器中，当前调制符号的载波相位由当前调制符号对应的基准相位与当前输入调制器的调制数据共同决定。

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