CN110290090A - 一种时间幅度相位联合调制及解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时间幅度相位联合调制及解调方法，属于信息传输与处理技术领域。该方法包括：调制时将待发送信息分为两部分，一部分信息控制基带信号在符号持续时间内的位置，进行时间调制；另一部分信息进行幅度相位联合调制。解调时对接收信号匹配滤波和峰值搜索得到调制信号的时间信息后，再解调得到幅度相位信息。本发明在幅度相位联合调制的基础上又在时间维度提供了信息，对目前通信信道容量的改善具有重要意义。

Description

一种时间幅度相位联合调制及解调方法

技术领域

本发明涉及一种时间幅度相位联合调制及解调方法，属于信息传输与处理技术领域。

背景技术

由香农建立的信息论为每个通信系统提供了一个重要的性能参数——信道容量，它代表信息可以可靠和正确地通过信道传输的速率的上限。目前，在基带信号的幅度，相位或两者同时调制中，编码理论已经帮助我们在加性高斯白噪声(AWGN)信道上几乎达到了香农容量。但我们注意到，大部分关于信道容量分析的研究涉及香农论的相关预设，即假设每个符号是同步接收的，信号信息的载体是信号的复杂包络，只用发送的基带信号的幅度，相位或两者同时调制以表示数据信息，其不考虑包络的相对接收时间，这就失去了时间信息。如果存在时间幅度相位联合调制方案，在进行幅度相位联合调制的同时在发射机处进行时间调制操作使符号的发送时间在一定范围内是可自由控制的，这样在时间维度上也可以包含信息数据。因此，在原有调制方案基础上从时间维度提供更多信息的时间幅度相位联合调制研究对提高通信系统容量和其他意义上的实际系统容量的研究是有意义的。

发明内容

本发明提出了一种时间幅度相位联合调制及解调方法，在信号传输时用到幅度和相位信息同时再加入时间这一维的信息，突破现有调制方式的限制，以增加信道容量。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种信号时间幅度相位联合调制及解调方法，包括如下步骤:

(1)将待发送信息分为两部分，一部分信息控制基带信号在符号持续时间内的位置，进行时间调制，当发送K比特信息时，将基带信号相对发送时间设为符号持续时间内均匀分布的2^K个位置；另一部分信息进行幅度相位联合调制,基带信号调制到载波上得到发送信号：

其中，f(t)为发送信号，t是信号的时间分量，s(t-τ)表示时间调制后的基带信号，f_c表示载波频率，A和分别表示基带信号的幅度和相位，τ表示基带信号在符号持续时间T内的位置；

(2)将接收信号下变频到基带，以两倍于带宽的采样率B采样进行离散化，采样数量N＝BT，T为符号持续时间，N≥2^K，得到离散序列：

其中：X_i＝Bτ，表示符号实际相对发送位置，i∈{0,1,...,2^K-1}，s(n-X_i)表示采样后的基带信号，w(n)表示采样后的噪声；

(3)通过匹配滤波器，第m个采样时刻上匹配滤波的结果U_m|i表示为：

其中X_m表示第m个符号位置，m∈{0,1,...,N-1}，s(n-X_m)表示匹配滤波器的参数在对应于X_m时的传递函数；

(4)对匹配滤波器的输出进行峰值搜索，得到峰值位置；符号持续时间内的2^K个调制位置中与峰值位置最接近的判决为符号的实际发送位置，完成时间解调；

(5)对匹配滤波器的输出在峰值位置采样然后进行幅度相位解调得到幅度相位信息。

步骤(1)当发送表示K比特信息的符号时，符号所有的位置应为：

其中：i∈{0,1,...,2^K-1}。

步骤(3)所述匹配滤波器的输出近似为

其中：为匹配滤波后的信号部分，w(X_m)为匹配滤波后的噪声部分。

步骤(4)所述峰值位置的序号为：

其中，表示取实部运算，arg max(·)表示取最大值的位置。

步骤(5)中对匹配滤波器的输出在峰值位置采样为：

其中：为匹配滤波后的信号部分在峰值位置的采样，为匹配滤波后的噪声部分在峰值位置的采样。

本发明的有益效果如下：

发射机处的时间调制操作使符号的接收时间在一定范围内是可自由控制的，并且可以包含信息数据，且不影响幅度相位调制。因此，在幅度相位联合调制基础上再从时间维度提供信息的时间幅度相位联合调制方案研究对于改善信道容量是有意义的。

附图说明

图1为本发明公开的时间幅度相位联合调制及解调方法的流程图。

图2为时间维度传输3比特信息时的调制示意图。

图3为时间维度传输3比特信息时的接收信号采样示意图。

图4为时间解调的流程图。

图5为幅度相位解调流程图。

图6为正交幅度调制(QAM)容量和时间幅度相位联合调制(TAPM)容量比较图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

如图1所示，一种信号时间幅度相位联合调制及解调的方法，包括如下步骤：

步骤1.将待发送信息分为两部分，一部分信息控制基带信号在符号持续时间内的相对发送时间，进行时间调制。当时间维度发送K比特信息时，将基带信号相对发送时间设为符号持续时间内均匀分布的2^K个位置，每个位置对应一个码字，如图2所示为K＝3时的时间调制方式的示意图。另一部分信息进行幅度相位联合调制，例如采用QAM(正交幅度调制)。然后将基带信号调制到载波上得到发送信号：

其中，f(t)为发送信号，t是信号的时间分量，α表示基带信号的幅度，s(t-τ)表示时间调制后的基带信号，f_c表示载波频率，A和分别表示基带信号的幅度和相位，τ表示基带信号在符号持续时间T内的位置。

步骤2.将接收信号下变频到基带，以采样率B(两倍带宽)采样进行离散化，如图3所示，采样数量N＝BT，T为符号持续时间，N≥2^K，得到离散序列z(n)如下式：

其中X_i＝Bτ，表示符号实际相对发送位置，i∈{0,1,...,2^K-1}，s(n-X_i)表示采样后的基带信号，w(n)表示采样后的噪声。当发送表示K比特信息的符号时，符号所有的可能位置X_i为：

步骤3.通过匹配滤波器，第m个采样时刻上匹配滤波的结果U_m|i可以表示为：

其中：X_m表示第m个采样位置，m∈{0,1,...,N-1}，s(n-X_m)表示匹配滤波器的参数在对应于X_m时的传递函数；

下面将以s(t)＝sinc(Bt)为例继续说明，根据基带信号的性质，匹配滤波器的输出可以近似为

其中：为匹配滤波后的信号部分，w(X_m)为匹配滤波后的噪声部分。

步骤4.对匹配滤波器的输出进行峰值搜索，则峰值位置的序号为：

其中，arg max(·)表示取最大值的位置。

然后把与峰值位置最近的X_i对应的τ判决为时间解调得到的实际发送位置，完成时间解调。时间解调流程如图4所示。

步骤5.峰值搜索得到了峰值位置后对匹配滤波器的输出在该峰值位置采样为：

其中：为匹配滤波后的信号部分在峰值位置的采样，为匹配滤波后的噪声部分在峰值位置的采样。

然后进行幅度相位解调得到幅度和相位信息。该过程如图5所示。

最后比较了16QAM的调制容量和在16QAM的基础上加入时间调制(K＝4)后的联合调制容量，结果如图6所示。数值计算结果表面在幅度相位调制基础上加入时间调制可以提高信道容量。

Claims (5)

1.一种时间幅度相位联合调制及解调方法，其特征在于，包括如下步骤:

(1)将待发送信息分为两部分，一部分信息控制基带信号在符号持续时间内的位置，进行时间调制，当发送K比特信息时，将基带信号相对发送时间设为符号持续时间内均匀分布的2^K个位置；另一部分信息进行幅度相位联合调制,基带信号调制到载波上得到发送信号：

其中，f(t)为发送信号，t是信号的时间分量，s(t-τ)表示时间调制后的基带信号，f_c表示载波频率，A和分别表示基带信号的幅度和相位，τ表示基带信号在符号持续时间T内的位置；

(2)将接收信号下变频到基带，以两倍于带宽的采样率B采样进行离散化，采样数量N＝BT，T为符号持续时间，N≥2^K，得到离散序列：

其中：X_i＝Bτ，表示符号实际相对发送位置，i∈{0,1,...,2^K-1}，s(n-X_i)表示采样后的基带信号，w(n)表示采样后的噪声；

(3)通过匹配滤波器，第m个采样时刻上匹配滤波的结果U_m|i表示为：

其中X_m表示第m个符号位置，m∈{0,1,...,N-1}，s(n-X_m)表示匹配滤波器的参数在对应于X_m时的传递函数；

(4)对匹配滤波器的输出进行峰值搜索，得到峰值位置；符号持续时间内的2^K个调制位置中与峰值位置最接近的判决为符号的实际发送位置，完成时间解调；

(5)对匹配滤波器的输出在峰值位置采样然后进行幅度相位解调得到幅度相位信息。

2.根据权利要求1所述的一种时间幅度相位联合调制及解调方法，其特征在于，步骤(1)当发送表示K比特信息的符号时，符号所有的位置应为：

其中：i∈{0,1,...,2^K-1}。

3.根据权利要求1所述的一种时间幅度相位联合调制及解调方法，其特征在于，步骤(3)所述匹配滤波器的输出近似为

其中：为匹配滤波后的信号部分，w(X_m)为匹配滤波后的噪声部分。

4.根据权利要求1所述的一种时间幅度相位联合调制及解调方法，其特征在于，步骤(4)所述峰值位置的序号为：

其中，表示取实部运算，argmax(·)表示取最大值的位置。

5.根据权利要求1所述的一种时间幅度相位联合调制及解调方法，其特征在于，步骤(5)中对匹配滤波器的输出在峰值位置采样为：

其中：为匹配滤波后的信号部分在峰值位置的采样，为匹配滤波后的噪声部分在峰值位置的采样。