CN110071891A - 基于ce-ofdm技术的相位解调方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于CE‑OFDM技术的相位解调方法、装置及系统，包括：将调制信号与振荡器产生的第二正交载波信号相乘，得到第二乘后调制信号；将第一乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第一滤波调制信号；将第二乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第二滤波调制信号；将第一滤波调制信号和第二滤波调制信号发送到鉴相器进行解调，得到解调信号；将解调信号发送给预设参数的环路滤波器，得到反馈信号；将反馈信号发送给振荡器，以使振荡器根据反馈信号生成与调制信号同频同相的第一正交载波信号和第二正交载波信号。基于此，振荡器可以根据的反馈信号产生与调制信号同频同相的第一正交载波信号和第二正交载波信号，可以使调制信号的解调更加准确。

Description

基于CE-OFDM技术的相位解调方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及信号相位调制与解调技术领域，尤其涉及一种基于CE-OFDM技术的相位解调方法、装置及系统。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术是多载波调制的一种，一般是将信道分为若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。由于其具有频谱利用率高、抗多径衰落、抗符号间干扰等优点，因此OFDM技术被广泛应用在通信领域，尤其是广泛应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中。

由于OFDM技术存在很高的峰均功率比，在应用时，对功率放大器等设备要求较高，因此往往是先对OFDM基带信号进行相位调制，然后在接收端进行相位解调便可以恢复出原始OFDM基带信号，由此实现峰均功率比将至0分贝的目标，该技术称为恒包络正交频分复用(CE-OFDM)技术。

现有的相位解调方法往往是将调相后的CE-OFDM信号分别与载波同频的正交信号和同相信号进行混频和下变频，然后利用actan函数直接解调出相位。该相位解调方法针对不同CE-OFDM信号使用的都是其载波同频的正交信号和同相信号，无法适应各不相同的CE-OFDM信号，致使对调相后的CE-OFDM信号解调不准确。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种基于CE-OFDM技术的相位解调方法、装置及系统。

根据本申请的第一方面，提供一种基于CE-OFDM技术的相位解调方法，包括：

将调制信号与振荡器产生的第一正交载波信号相乘，得到第一乘后调制信号；

将调制信号与振荡器产生的第二正交载波信号相乘，得到第二乘后调制信号；

将所述第一乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第一滤波调制信号；

将所述第二乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第二滤波调制信号；

将所述第一滤波调制信号和所述第二滤波调制信号发送到鉴相器进行解调，得到解调信号；

将所述解调信号发送给预设参数的环路滤波器，得到反馈信号；

将所述反馈信号发送给振荡器，以使所述振荡器根据所述反馈信号生成与所述调制信号同频同相的所述第一正交载波信号和所述第二正交载波信号。

可选的，所述鉴相器采用乘法鉴相或反正切函数鉴相。

可选的，所述预设参数包括预设振荡角频率、预设阻尼系数和预设系数。

可选的，所述预设振荡角频率小于1767×10³rad/s。

可选的，所述预设振荡角频率为300π rad/s，预设阻尼系数为0.5，预设系数为C₁＝2.344×10^-4和C₂＝5.552×10^-8。

根据本申请的第二方面，提供一种基于CE-OFDM技术的相位解调装置，包括：

第一乘法模块，用于将调制信号与振荡器产生的第一正交载波信号相乘，得到第一乘后调制信号；

第二乘法模块，用于将调制信号与振荡器产生的第二正交载波信号相乘，得到第二乘后调制信号；

第一发送模块，用于将所述第一乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第一滤波调制信号；

第二发送模块，用于将所述第二乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第二滤波调制信号；

解调模块，用于将所述第一滤波调制信号和所述第二滤波调制信号发送到鉴相器进行解调，得到解调信号；

反馈模块，用于将所述解调信号发送给预设参数的环路滤波器，得到反馈信号；

第三发送模块，用于将所述反馈信号发送给振荡器，以使所述振荡器根据所述反馈信号生成与所述调制信号同频同相的所述第一正交载波信号和所述第二正交载波信号。

可选的，所述鉴相器采用乘法鉴相或反正切函数鉴相。

可选的，所述预设参数包括预设振荡角频率、预设阻尼系数和预设系数。

可选的，所述预设振荡角频率小于1767×10³rad/s；

所述预设振荡角频率为300π rad/s，预设阻尼系数为0.5，预设系数为C₁＝2.344×10^-4和C₂＝5.552×10^-8。

根据本申请的第三方面，提供一种基于CE-OFDM技术的相位解调系统，包括：

处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行如下所述的基于CE-OFDM技术的相位解调方法：

将调制信号与振荡器产生的第一正交载波信号相乘，得到第一乘后调制信号；

将调制信号与振荡器产生的第二正交载波信号相乘，得到第二乘后调制信号；

将所述第一乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第一滤波调制信号；

将所述第二乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第二滤波调制信号；

将所述第一滤波调制信号和所述第二滤波调制信号发送到鉴相器进行解调，得到解调信号；

将所述解调信号发送给预设参数的环路滤波器，得到反馈信号；

将所述反馈信号发送给振荡器，以使所述振荡器根据所述反馈信号生成与所述调制信号同频同相的所述第一正交载波信号和所述第二正交载波信号。

可选的，所述鉴相器采用乘法鉴相或反正切函数鉴相。

可选的，所述预设参数包括预设振荡角频率、预设阻尼系数和预设系数。

可选的，所述预设振荡角频率小于1767×10³rad/s。

可选的，所述预设振荡角频率为300π rad/s，预设阻尼系数为0.5，预设系数为C₁＝2.344×10^-4和C₂＝5.552×10^-8。

所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：将调制信号与振荡器产生的第二正交载波信号相乘，得到第二乘后调制信号；将所述第一乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第一滤波调制信号；将所述第二乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第二滤波调制信号；将所述第一滤波调制信号和所述第二滤波调制信号发送到鉴相器进行解调，得到解调信号；将所述解调信号发送给预设参数的环路滤波器，得到反馈信号；将所述反馈信号发送给振荡器，以使所述振荡器根据所述反馈信号生成与所述调制信号同频同相的所述第一正交载波信号和所述第二正交载波信号。基于此，振荡器可以根据预设参数的环路滤波器产生的反馈信号产生与调制信号同频同相的第一正交载波信号和第二正交载波信号，可以使调制信号的解调更加准确。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是OFDM系统的结构示意图。

图2是CE-OFDM系统的结构示意图。

图3是基于正交解调的相位解调系统的结构示意图。

图4是基于Costas环的相位解调系统的结构示意图。

图5是本申请的实施例一提供的一种基于CE-OFDM技术的相位解调方法的流程示意图。

图6是本申请的实施例二提供的一种基于CE-OFDM技术的相位解调装置的结构示意图。

图7是本申请的实施例三提供的一种基于CE-OFDM技术的相位解调系统结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

OFDM技术是多载波调制的一种，如图1所示，一般是将信道分为若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。由于其具有频谱利用率高、抗多径衰落、抗符号间干扰等优点，因此OFDM技术被广泛应用在通信领域，尤其是广泛应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中。

OFDM技术存在很高的峰均功率比，在应用时，对功率放大器等设备要求较高，针对该问题有很多解决方案，比如星座图扩展、选择性映射等技术，大部分都是对OFDM基带信号本身进行改变来达到降低峰均功率比的目的。还有一种技术叫做恒包络正交频分复用技术，即CE-OFDM技术，如图2所示，就是对OFDM基带信号进行相位调制，这样得到的信号包络幅度恒定，峰均比低至0dB，在接收端只需进行相位解调便可以恢复出原始OFDM信号。CE-OFDM系统不仅具有传统OFDM系统的优势，还克服了高峰均功率比的缺点，在无线通信领域具有重要应用价值。

现有的相位解调方法往往是将调相后的CE-OFDM信号分别与载波同频的正交信号和同相信号进行混频和下变频，然后利用actan函数直接解调出相位，如图3所示。该相位解调方法针对不同CE-OFDM信号使用的都是其载波同频的正交信号和同相信号，无法适应各不相同的CE-OFDM信号，致使对调相后的CE-OFDM信号解调不准确。

为了更好的解调出基带OFDM信号，本申请对相位解调方式做出了改进，使用Costas环进行相位解调，其结构图如图4所示。Costas环又称同相正交环,是一种特殊的锁相环，它可以跟踪信号的频率和相位，消除信号中的频偏和相位噪声。J.P.Costas在1956年首次提出了采用同相正交环来恢复载波信号，随后Riter证明了Costas环是跟踪低信噪比的载波信号的最佳装置之一。

现代工程中，Costas环广泛用于DPSK、载波同步和载波恢复。此外Costas环还具有解调频率和相位的功能，本文便利用了Costas环解调相位的功能，对CE-OFDM信号进行解调。

实施例一

请参阅图5，图5是本申请的实施例一提供的一种基于CE-OFDM技术的相位解调方法的流程示意图。

如图5所示，本实施例提供的基于CE-OFDM技术的相位解调方法包括：

步骤51、将CE-OFDM中的调制信号与振荡器产生的第一正交载波信号相乘，得到第一乘后调制信号；

步骤52、将调制信号与振荡器产生的第二正交载波信号相乘，得到第二乘后调制信号；

步骤53、将第一乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第一滤波调制信号；

步骤54、将第二乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第二滤波调制信号；

步骤55、将第一滤波调制信号和第二滤波调制信号发送到鉴相器进行解调，得到解调信号；

步骤56、将解调信号发送给预设参数的环路滤波器，得到反馈信号；

步骤57、将反馈信号发送给振荡器，以使振荡器根据反馈信号生成与调制信号同频同相的第一正交载波信号和第二正交载波信号。

将调制信号与振荡器产生的第二正交载波信号相乘，得到第二乘后调制信号；将第一乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第一滤波调制信号；将第二乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第二滤波调制信号；将第一滤波调制信号和第二滤波调制信号发送到鉴相器进行解调，得到解调信号；将解调信号发送给预设参数的环路滤波器，得到反馈信号；将反馈信号发送给振荡器，以使振荡器根据反馈信号生成与调制信号同频同相的第一正交载波信号和第二正交载波信号。基于此，振荡器可以根据预设参数的环路滤波器产生的反馈信号产生与调制信号同频同相的第一正交载波信号和第二正交载波信号，可以使调制信号的解调更加准确。

其中，鉴相器可以采用乘法鉴相或反正切函数鉴相。由于乘法鉴相是一种近似算法，只适用于输出相位非常小的情况，不适合用于解调CE-OFDM信号。为了取得更好的解调性能，本实施例中的鉴相器采用反正切函数鉴相。

进一步地，本实施例的方法还可以包括：

步骤58、将解调信号发送给相位解卷绕模块，以消除解调信号中的相位跳变。

以调制信号为为例，其中，mm(t)是基带OFDM信号，f_c为载波频率，k_p为调制系数。得到解调信号的步骤为：

将CE-OFDM中的调制信号与振荡器产生的第一正交载波信号C1(t)＝cos(2πf_ct+θ)相乘，得到第一乘后调制信号

将调制信号与振荡器产生的第二正交载波信号C2(t)＝sin(2πf_ct+θ)相乘，得到第二乘后调制信号

将第一乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第一滤波调制信号

将第二乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第二滤波调制信号

将第一滤波调制信号和第二滤波调制信号发送到鉴相器进行解调，得到解调信号

将解调信号发送给预设参数的环路滤波器，得到反馈信号；

将反馈信号发送给振荡器，以使振荡器根据反馈信号生成与调制信号同频同相的第一正交载波信号和第二正交载波信号。

另外，为了保证解调性能，本实施例从两种跟踪状态中选择载波跟踪，降低环路对频率的捕获性能，着重于对调制信号的相位跟踪。其中，环的两种跟中状态为载波跟踪和调制跟踪。工作于载波跟踪状态下的环路特点是环路带宽很窄，环路只跟踪载波变化，不跟踪调制信号变化。工作于调制跟踪状态下的环路特点是环路带宽较宽，环路不仅跟踪载波变化，而且也跟踪由调制信号引起的相位变化。二者的根本区别在于当环路趋于稳定后鉴相器的输出。处于载波跟踪状态下，鉴相器的输出即为调制信号的相位，处于调制跟踪状态下，鉴相器的输出趋于一个稳定值。一般调频信号的解调选用调制跟踪环，而调相信号的解调选用载波跟踪环。环路的跟踪状态可以通过对系数的选取进行调节。

因此，为了实现上述载波跟踪的目的，对预设参数包括预设振荡角频率、预设阻尼系数和预设系数的取值进行限定。

其中，预设振荡角频率可以小于1767×10³rad/s，优选300π rad/s，预设阻尼系数可以为0.5，预设系数可以为C₁＝2.344×10^-4和C₂＝5.552×10^-8。

实施例二

请参阅图6，图6是本申请的实施例二提供的一种基于CE-OFDM技术的相位解调装置的结构示意图。

如图6所示，本实施例提供的基于CE-OFDM技术的相位解调装置包括：

第一乘法模块61，用于将调制信号与振荡器产生的第一正交载波信号相乘，得到第一乘后调制信号；

第二乘法模块62，用于将调制信号与振荡器产生的第二正交载波信号相乘，得到第二乘后调制信号；

第一发送模块63，用于将第一乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第一滤波调制信号；

第二发送模块64，用于将第二乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第二滤波调制信号；

解调模块65，用于将第一滤波调制信号和第二滤波调制信号发送到鉴相器进行解调，得到解调信号；

反馈模块66，用于将解调信号发送给预设参数的环路滤波器，得到反馈信号；

第三发送模块67，用于将反馈信号发送给振荡器，以使振荡器根据反馈信号生成与调制信号同频同相的第一正交载波信号和第二正交载波信号。

进一步地，鉴相器采用乘法鉴相或反正切函数鉴相。

进一步地，预设参数包括预设振荡角频率、预设阻尼系数和预设系数。

进一步地，预设振荡角频率小于1767×10³rad/s；

预设振荡角频率为300π rad/s，预设阻尼系数为0.5，预设系数为C₁＝2.344×10^-4和C₂＝5.552×10^-8。

实施例三

请参阅图7，图7是本申请的实施例三提供的一种基于CE-OFDM技术的相位解调系统结构示意图。

如图7所示，本实施例提供的基于CE-OFDM技术的相位解调系统包括：

处理器71，以及与处理器相连接的存储器72；

存储器用于存储计算机程序，计算机程序至少用于执行如下的基于CE-OFDM技术的相位解调方法：

将调制信号与振荡器产生的第一正交载波信号相乘，得到第一乘后调制信号；

将调制信号与振荡器产生的第二正交载波信号相乘，得到第二乘后调制信号；

将第一乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第一滤波调制信号；

将第二乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第二滤波调制信号；

将第一滤波调制信号和第二滤波调制信号发送到鉴相器进行解调，得到解调信号；

将解调信号发送给预设参数的环路滤波器，得到反馈信号；

将反馈信号发送给振荡器，以使振荡器根据反馈信号生成与调制信号同频同相的第一正交载波信号和第二正交载波信号。

可选的，鉴相器采用乘法鉴相或反正切函数鉴相。

可选的，预设参数包括预设振荡角频率、预设阻尼系数和预设系数。

可选的，预设振荡角频率小于1767×10³rad/s。

可选的，预设振荡角频率为300π rad/s，预设阻尼系数为0.5，预设系数为C₁＝2.344×10^-4和C₂＝5.552×10^-8。

处理器用于调用并执行存储器中的计算机程序。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于CE-OFDM技术的相位解调方法，其特征在于，包括：

将CE-OFDM中的调制信号与振荡器产生的第一正交载波信号相乘，得到第一乘后调制信号；

将所述调制信号与振荡器产生的第二正交载波信号相乘，得到第二乘后调制信号；

将所述第一乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第一滤波调制信号；

将所述第二乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第二滤波调制信号；

将所述第一滤波调制信号和所述第二滤波调制信号发送到鉴相器进行解调，得到解调信号；

将所述解调信号发送给预设参数的环路滤波器，得到反馈信号；

将所述反馈信号发送给振荡器，以使所述振荡器根据所述反馈信号生成与所述调制信号同频同相的所述第一正交载波信号和所述第二正交载波信号。

2.根据权利要求1所述的基于CE-OFDM技术的相位解调方法，其特征在于，所述鉴相器采用乘法鉴相或反正切函数鉴相。

3.根据权利要求1所述的基于CE-OFDM技术的相位解调方法，其特征在于，所述预设参数包括预设振荡角频率、预设阻尼系数和预设系数。

4.根据权利要求3所述的基于CE-OFDM技术的相位解调方法，其特征在于，所述预设振荡角频率小于1767×10³rad/s。

5.根据权利要求4所述的基于CE-OFDM技术的相位解调方法，其特征在于，所述预设振荡角频率为300π rad/s，预设阻尼系数为0.5，预设系数为C₁＝2.344×10^-4和C₂＝5.552×10^-8。

6.一种基于CE-OFDM技术的相位解调装置，其特征在于，包括：

第一乘法模块，用于将调制信号与振荡器产生的第一正交载波信号相乘，得到第一乘后调制信号；

第二乘法模块，用于将调制信号与振荡器产生的第二正交载波信号相乘，得到第二乘后调制信号；

第一发送模块，用于将所述第一乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第一滤波调制信号；

第二发送模块，用于将所述第二乘后调制信号发送给低通滤波器，得到第二滤波调制信号；

解调模块，用于将所述第一滤波调制信号和所述第二滤波调制信号发送到鉴相器进行解调，得到解调信号；

反馈模块，用于将所述解调信号发送给预设参数的环路滤波器，得到反馈信号；

第三发送模块，用于将所述反馈信号发送给振荡器，以使所述振荡器根据所述反馈信号生成与所述调制信号同频同相的所述第一正交载波信号和所述第二正交载波信号。

7.根据权利要求6所述的基于CE-OFDM技术的相位解调装置，其特征在于，所述鉴相器采用乘法鉴相或反正切函数鉴相。

8.根据权利要求6所述的基于CE-OFDM技术的相位解调装置，其特征在于，所述预设参数包括预设振荡角频率、预设阻尼系数和预设系数。

9.根据权利要求8所述的基于CE-OFDM技术的相位解调装置，其特征在于，所述预设振荡角频率小于1767×10³rad/s；

所述预设振荡角频率为300π rad/s，预设阻尼系数为0.5，预设系数为C₁＝2.344×10^-4和C₂＝5.552×10^-8。

10.一种基于CE-OFDM技术的相位解调系统，其特征在于，包括：

处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行权利要求1-5任一项所述的基于CE-OFDM技术的相位解调方法；

所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序。