CN110581750A - 一种调制器、解调器以及无线通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种调制器，包括：信道编码模块，用于对需要发送的数据进行信道编码；多进制数字相位调制模块，用于所述信道编码后的数据进行调制映射，且得到对应的相位数据；差分相位调制模块，用于将所述相位数据调制成初始相位；线性调频信号生成模块，根据所述初始相位生成目标线性调频信号。采用上述调制器生成目标线性调频信号，可以获得初始相位，可以解决相位模糊的问题，使得更加精准的调制传输和接收解调线性调频信号。

Description

一种调制器、解调器以及无线通信系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种调制器、解调器以及无线通信系统。
背景技术
在数字通信系统中，通过在信号码元周期内改变信号的幅度、相位或频率来实现对通信信号的二进制或者多进制调制，AM调幅信号是实现对幅度的调制，而FM调频信号是实现对频率的调制。Chirp（线性调频信号）调制信号是一段持续时间内频率随时间按特定规律做单调变化而形成的一种扩频调制信号，属于频率调制信号。
线性调频技术于1962年被应用到通信中，它以同一码元周期内不同的Chirp速率表达调制信息。该项技术主要应用于声纳、雷达中，为了能够测量长距离又保留时间的分辨率，雷达需要短时间的脉冲波但是又要持续的发射信号，而线性调频可以同时保留连续信号和脉冲的特性。在雷达定位技术中，它可用来增大射频脉冲宽度、加大通信距离、提高平均发射功率，同时又保持足够的信号频谱宽度，不降低雷达的距离分辨率。
目前的多进制的线性调频键控调制方法中由于接收信号的载波初始相位未知，导致接收信号相位模糊，无法估计实际发射信号的初始相位，因此无法判断发送的多进制调制数据。
发明内容
本发明实施例解决了接收信号相位模糊的问题，实现了多进制线性调频信号的传输调制和接收解调。
为实施上述目的，本发明实施例提供一种调制器，包括：信道编码模块，用于对需要发送的数据进行信道编码；多进制数字相位调制模块，用于所述信道编码后的数据进行调制映射，且得到对应的相位数据；差分相位调制模块，用于将所述相位数据调制成初始相位；线性调频信号生成模块，根据所述初始相位生成目标线性调频信号。
可选的，所述调制器在发送所述目标线性调频信号之前包括同步所述目标线性调频信号的频率及符号的步骤。
可选的，所述目标线性调频信号的斜率大于0时，所述目标线性调频信号为上升线性调频信号，所述目标线性调频信号的斜率小于0时，所述目标线性调频信号为下降线性调频信号，所述初始相位为0的所述上升线性调频信号为原始上升线性调频信号，所述初始相位为0的所述下降线性调频信号为原始下降线性调频信号，所述同步所述目标线性调频信号的频率及符号的步骤包括：发送多个所述原始上升线性调频信号和所述原始下降线性调频信号作为同步信号。
可选的，所述调制器还分别与射频模块及功率放大模块耦接，适于将所述目标线性调频信号输出至所述射频模块及所述功率放大模块。
可选的，所述目标线性调频信号的频率取值范围与发射信号的带宽相关。
可选的，所述目标线性调频信号的时间长度由所述目标线性调频信号的扩频因子确定。
本发明实施例还提供了一种解调器，包括：适于接收上述调制器发射的目标线性调频信号，并对所述目标线性调频信号进行解调；所述解调器包括：线性调频信号同步模块，用于接收所述原始上升线性调频信号和所述原始下线性调频信号，并估计所述原始上升线性调频信号和所述原始下线性调频信号的频率偏差和符号偏差，用于实现所述目标线性调频信号频率偏差消除和符号同步；参数控制模块，用于提供所述目标线性调频信号的带宽及扩频因子；本地线性调频生成模块，适于根据所述目标线性调频信号的带宽及扩频因子生成本地原始下降线性调频信号，且根据所述本地原始下降线性调频信号与所述原始上升线性调频信号获得乘积信号；初始相位计算模块，用于对所述乘积信号进行累加，并计算出所述目标线性调频信号的初始相位；差分相位解调模块，用于对所述目标线性调频信号的初始相位进行差分解码；多进制数字相位解调模块，用于对所述差分解码后的初始相位进行解映射；信道解码模块，用于重建所述目标线性调频信号。
可选的，还包括：残余小数频偏消除模块，用于消除频率偏差对相位解调的影响。
可选的，所述残余小数频偏消除模块包括：将所述差分解码后的相位和所述解映射后的结果做差值，得到相位偏差，对所述相位偏差进行滤波积分，得到接收解调系统的小数频率，并反馈回混频模块。
本发明实施例还提供了一种无线通信系统，包括上述任一种所述的调制器以及解调器。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：采用上述调制器生成目标线性调频信号，可以获得初始相位，可以解决相位模糊的问题，使得更加精准的调制传输和接收解调线性调频信号。
附图说明
图1是发明实施例中的一种无线通信终端的结构示意图；
图2是原始上升线性调频信号的瞬时频率图；
图3是原始下降线性调频信号的瞬时频率图；
图4本发明实施例的解调系统和传统方式传输速率灵敏度性能比较仿真结果图。
具体实施方式
现有相关技术中的多进制的线性调频键控调制方法，由于接收信号的载波初始相位未知，导致接收信号相位模糊，无法估计实际发射信号的初始相位，因此无法判断发送的多进制调制数据。
本发明实施例采用的调制器生成目标线性调频信号，可以获得初始相位，可以解决相位模糊的问题，使得更加精准的调制传输和接收解调线性调频信号。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图1，本发明实施例提供了一种无线通信系统，包括调制器11以及解调器12。下面分别对调制器11和解调器12进行详细说明。
在具体实施例中，所述调制器11适于生成目标线性调频信号。在本实施例中，所述调制器11包括信道编码模块，用于对需要发送的数据进行信道编码。多进制数字相位调制模块（MPSK），用于所述信道编码后的数据进行调制映射，且得到对应的相位数据。
在本实施例中，如下表所示，采用QDPSK（单载波四相差分相移键控）调制，对数据比特进行2bit分组，四进制相位键控调制映射，根据输入的2bit进行4PSK映射，得到对应的相位数据。
本实施例中，所述调制器还包括差分相位调制模块，用于将所述相位数据调制成初始相位。相位数据经过相位差分调制处理得到每个上升线性调频信号的初始相位。具体的，首先将需要发送的数据经过信道编码模块进行信道编码；将信道编码后的数据进行调制映射，且得到对应的相位数据；将相位数据调制成初始相位。
线性调频信号生成模块根据初始相位信息、斜率信息等生成调制线性调频信号。这里定义初始相位φ=0，μ>0时为原始上升线性调频信号，μ<0时为原始下降线性调频信号。图2是原始上升线性调频信号，图3是原始下降线性调频信号。
线性调频信号生成模块根据指定的带宽BW和扩频因子SF生成线性调频信号，线性调频信号具有起始频率和终止频率，并在由扩频因子定义的时间范围内线性变化，线性调频信号可表示为。
这里，a(t)是线性调频信号的包络，fs是载波中心频率，T是线性调频信号持续时间，定义，其中TS是线性调频信号采样时间。μ是线性调频信号的斜率，定义。当μ>0时，频率线性递增，为上升线性调频信号，当μ<0时，频率线性递减，为下降线性调频信号。φ为线性调频信号的初始相位。
本实施例中，调制器在发送调制线性调频信号前，需要发送多个原始上升线性调频信号和原始下降线性调频信号用于在接收解调端实现线性调频信号频率及符号同步。
所述调制器还分别与射频模块及功率放大模块耦接，适于将所述目标线性调频信号输出至所述射频模块及所述功率放大模块。在本实施例中，线性调频信号生成模块输出基带信号，该基带信号的I分量和Q分量由射频模块部分转化为期望的传输频率，并由功率放大器（PA）进行放大，再由天线进行发射。
继续参照图1，给出了本发明实施例中的一种解调器12的结构示意图。
所述解调器包括线性调频信号同步模块、初始相位计算模块、差分相位解调模块、MPSK解映射模块、信道解码模块、残余小数频偏消除模块等。首先信号从天线中接收下来后，经过低噪声放大器（LNA）、下变频模块、模拟数字转化器（ADC）等模块转成数字基带信号，接下来由数字基带解调器对该基带数字信号进行处理，重建发送的数字信号。线性调频信号同步模块根据接收到的多个原始上升线性调频信号和原始下降线性调频信号估计线性调频信号的频率偏差和符号偏差，从而实现线性调频信号频率偏差消除和符号同步。然后本地线性调频信号生成模块根据参数控制模块提供的信号带宽及扩频因子等生成本地原始下降线性调频信号，与将接收到的调制的上升线性调频信号进行相乘，获得乘积信号。初始相位计算模块并对相乘后的乘积信号在线性调频信号符号时间范围内进行累加，其后将计算累加得到的基带信号I分量和Q分量结果送入相位计算单元，估计基带信号的相位，即接收到线性调频信号的初始相位。差分相位解调模块对估计出的线性调频信号初始相位进行差分解码。MPSK解映射模块再根据MPSK进行解映射。残余小数频偏消除模块将差分相位和解映射后的判决结果做差值，得到相位偏差，对该偏差进行滤波积分，可得到接收解调系统的小数频率，从而消除残余的小数频率偏差对相位解调的影响。另外，最后解映射后得到的数据经过信道解码模块，可以重建出发射端调制的发送数据。
图4是仿真发明实施例中的线性调频调制系统与传统线性调频调制系统的传输速率与信噪比关系。可见，在相同传输速率情况下，QDPSK的线性调频调制系统性能优于传统线性调频调制系统，证明本实施例的有效性。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种调制器，其特征在于，包括：
信道编码模块，用于对需要发送的数据进行信道编码；
多进制数字相位调制模块，用于所述信道编码后的数据进行调制映射，且得到对应的相位数据；
差分相位调制模块，用于将所述相位数据调制成初始相位；
线性调频信号生成模块，根据所述初始相位生成目标线性调频信号。
2.如权利要求1所述的调制器，其特征在于，所述调制器在发送所述目标线性调频信号之前包括同步所述目标线性调频信号的频率及符号的步骤。
3.如权利要求2所述的调制器，其特征在于，所述目标线性调频信号的斜率大于0时，所述目标线性调频信号为上升线性调频信号，所述目标线性调频信号的斜率小于0时，所述目标线性调频信号为下降线性调频信号，所述初始相位为0的所述上升线性调频信号为原始上升线性调频信号，所述初始相位为0的所述下降线性调频信号为原始下降线性调频信号，所述同步所述目标线性调频信号的频率及符号的步骤包括：发送多个所述原始上升线性调频信号和所述原始下降线性调频信号作为同步信号。
4.如权利要求1所述的调制器，其特征在于，所述调制器还分别与射频模块及功率放大模块耦接，适于将所述目标线性调频信号输出至所述射频模块及所述功率放大模块。
5.如权利要求1所述的调制器，其特征在于，所述目标线性调频信号的频率取值范围与发射信号的带宽相关。
6.如权利要求1所述的调制器，其特征在于，所述目标线性调频信号的时间长度由所述目标线性调频信号的扩频因子确定。
7.一种解调器，其特征在于，包括：适于接收经由权利要求1-6任一项所述的调制器发射的目标线性调频信号，并对所述目标线性调频信号进行解调；所述解调器包括：
线性调频信号同步模块，用于接收所述原始上升线性调频信号和所述原始下线性调频信号，并估计所述原始上升线性调频信号和所述原始下线性调频信号的频率偏差和符号偏差，用于实现所述目标线性调频信号频率偏差消除和符号同步；
参数控制模块，用于提供所述目标线性调频信号的带宽及扩频因子；
本地线性调频生成模块，适于根据所述目标线性调频信号的带宽及扩频因子生成本地原始下降线性调频信号，且根据所述本地原始下降线性调频信号与所述原始上升线性调频信号获得乘积信号；
初始相位计算模块，用于对所述乘积信号进行累加，并计算出所述目标线性调频信号的初始相位；
差分相位解调模块，用于对所述目标线性调频信号的初始相位进行差分解码；
多进制数字相位解调模块，用于对所述差分解码后的初始相位进行解映射；
信道解码模块，用于重建所述目标线性调频信号。
8.如权利要求7所述的解调器，其特征在于，还包括：残余小数频偏消除模块，用于消除频率偏差对相位解调的影响。
9.如权利要求8所述的解调器，其特征在于，所述残余小数频偏消除模块包括：将所述差分解码后的相位和所述解映射后的结果做差值，得到相位偏差，对所述相位偏差进行滤波积分，得到接收解调系统的小数频率，并反馈回混频模块。
10.一种无线通信系统，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的调制器以及如权利要求7-9任一项所述的解调器。
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