CN112600781A - 一种变包络频移键控调制、解调方法及设备 - Google Patents

一种变包络频移键控调制、解调方法及设备 Download PDF

Info

Publication number
CN112600781A
CN112600781A CN202011466509.7A CN202011466509A CN112600781A CN 112600781 A CN112600781 A CN 112600781A CN 202011466509 A CN202011466509 A CN 202011466509A CN 112600781 A CN112600781 A CN 112600781A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
phase
frequency
amplitude
radio frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011466509.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112600781B (zh
Inventor
徐斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing ZGmicro Co Ltd
Original Assignee
Nanjing ZGmicro Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing ZGmicro Co Ltd filed Critical Nanjing ZGmicro Co Ltd
Publication of CN112600781A publication Critical patent/CN112600781A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112600781B publication Critical patent/CN112600781B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
    • H04L27/12—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
    • H04L27/14—Demodulator circuits; Receiver circuits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

本发明实施例提供一种变包络频移键控调制方法以及相应的解调方法，以及相应的发送/接收机。该方法包括：获取通过频移键控调制的第一信号；通过改变第一信号的信号幅度，获取第二信号；第二信号的信号幅度与其相位变化的速度或频率偏移大小负相关。采用该方法可以灵活地控制或平衡频移键控调制信号的占用带宽和峰均功率比。

Description

一种变包络频移键控调制、解调方法及设备
技术领域
本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种变包络频移键控调制、解调方法及设备。
背景技术
物联网是智能时代的基础，无线连接技术是物联网的核心。随着物联网的发展，各种无线连接技术得到了广泛的应用，如“蓝牙低功耗”技术(BLE:Bluetooth Low Energy)。BLE不仅在物联网无线连接领域得到了广泛的应用，BLE音频(BLE Audio)还将给人们带来更低功耗更低成本及更高质量的无线音频服务。但是，BLE的最大传输速率只有2Mbps，限制了无线传输速率或无线音频质量的进一步提高，限制了传输延迟的进一步降低，尤其是，高分辨率音频的无线传输和设备固件更新需要的高速数据传输，以及超低延迟无线游戏头戴设备需要的高速音频。为了提高BLE无线传输速率，可以降低BLE所采用的高斯频移键控(GFSK:Gaussian Frequency Shift Keying)调制的符号周期。但是，符号周期越短，受多路径干扰的影响越大，远距离无线传输的性能越差。也可以考虑采用“经典蓝牙”(ClassicBluetooth)所用的差分相移键控(DPSK:Differential Phase Shift Keying)调制，或者，采用多载波调制技术，以提高无线传输速率。但是，DPSK调制信号和多载波调制信号都具有很高的峰均功率比(PAPR:Peak-to-Average Power Ratio)。PAPR高的信号对功率放大器的线性度要求更高，因而实现复杂度高且功率效率低，不适合对功耗效率要求很高的BLE应用。还可以采用多阶频移键控(MFSK:M_ary FSK)调制，但是，MFSK解调复杂度高，解调性能差。
在已授权专利(CN111431828B，《一种低功耗蓝牙恒定包络相位调制和解调方法及设备》)中，发明人曾提出了一种满足一定相位约束的恒定包络相位调制方法。这种相位调制方法通过改变频率来改变相位，也称这种恒定包络的相位调制方法为多相位频移键控(MPFSK:Multi-Phase Frequency Shift Keying)调制方法。MPFSK可以结合MFSK调制技术功率放大效率高的优点和DPSK调制技术解调复杂度低的优点，在提高BLE无线传输速率的同时，保持较高的功率放大效率、较低的解调复杂度、及较高的抗多路径干扰的性能。但是，相同的传输速率，MPFSK调制的无线信号比DPSK调制的无线信号占用的带宽(OBW:OccupiedBandwidth)大。
发明内容
本发明公开一种变包络频移键控(VE-FSK:Varying Envelope Frequency ShiftKeying)调制方法及相应的解调技术。该方法可降低无线信号的占用带宽而保持较低的峰均功率比。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为，一方面提供一种变包络频移键控调制方法，
获取通过频移键控调制的第一信号；
调整所述第一信号的信号幅度，获得第二信号；
所述第二信号的信号幅度与其相位变化的速度或频率偏移大小负相关。
优选地，所述调整所述第一信号的信号幅度，获得第二信号，包括：根据预设的随时间变化的幅度信号，调整所述第一信号的信号幅度,获得第二信号；
所述幅度信号与所述第一信号的相位变化的速度或频率偏移的大小负相关。
具体地，所述根据预设的随时间变化的幅度信号，调整所述第一信号的信号幅度,获得第二信号，包括：根据预设的随时间变化的幅度信号，对所述第一信号进行功率放大，获得第二信号；
所述预设的随时间变化的幅度信号的数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000031
其中，P(t)为幅度信号，k为调制符号的序号，T为符号周期，
Figure BDA0002834436280000032
为射频信号增益，a(t)为幅度波形，t为时间。
具体地，所述幅度波形a(t)的数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000033
其中，e为幅度指数，取值范围为大于或等于0到小于或等于0.5之间的实数。
优选地，所述获取通过频移键控调制的第一信号，包括：
接收待发送的二进制数据流，将所述二进制数据流分组，每组包含一个或多个比特；将所述二进制数据流映射为相位序列，其中，一个二进制数据组被映射为预定相位集之中的一个相位；
利用预设的归一化的频率波形，将所述相位序列调制为频率信号，根据所述频率信号获取所述第一信号；
或者，
利用预设的相位波形,将所述相位序列调制为相位信号；将所述相位信号分别通过余弦函数和正弦函数转换为两路基带信号；根据所述两路基带信号，获得所述第一信号。
具体地，所述归一化的频率波形的数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000034
其中，w(t)为d次方根余弦脉冲，其数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000041
其中，T为符号周期，T0为脉冲持续时间，T1、T2为符号周期内时间段，T0＝T2-T1＞0，d为大于0的实数，π为圆周率，t、τ为时间，cos()为余弦函数。
具体地，所述利用预设的归一化的频率波形，将所述相位序列调制为频率信号，其数学表达式为，
f(t)＝∑θk*y(t-k*T)
其中，k为相位符号的序号，{θk}为相位序列，f(t)为频率信号，t为时间，T为符号周期，y(t)为归一化的频率波形。
具体地，第二信号的数学表达式为，
Figure BDA00028344362800000414
其中，S(t)为第二信号，
Figure BDA00028344362800000413
为所述第一信号，Fc为射频载波频率，π为圆周率，cos()为余弦函数，P(t)为所述预设的随时间变化的幅度信号，
Figure BDA0002834436280000042
为相位信号，并且，所述相位信号
Figure BDA0002834436280000043
其中，f(x)为所述频率信号；相位序列{θk}和相位信号
Figure BDA0002834436280000044
满足的关系为
Figure BDA0002834436280000045
Figure BDA0002834436280000046
优选地，所述相位波形的数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000047
其中，T为符号周期，y(τ)为所述归一化的频率波形，t为时间。
具体地，所述相位信号
Figure BDA0002834436280000048
的数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000049
且，相位序列{θk}和相位信号
Figure BDA00028344362800000410
满足的关系为
Figure BDA00028344362800000411
Figure BDA00028344362800000412
其中，p(t)为相位波形，T为符号周期，t为时间，k为相位符号的序号。
具体地，所述第二信号的数学表达式为：
S(t)＝P(t)*{IR(t)+QR(t)}
其中，IR(t)和QR(t)为根据两路基带信号获得的两路射频信号，
Figure BDA0002834436280000051
{IR(t)+QR(t)}为所述第一信号，Fc为射频载波频率，π为圆周率，cos()为余弦函数，P(t)为预设的随时间变化的幅度信号，
Figure BDA0002834436280000052
为相位信号。
优选地，所述变包络频移键控调制方法用于实现蓝牙低功耗无线传输；
采用格雷编码将所述二进制数据组映射为预定相位集之中的一个相位；
设置脉冲持续时间T0＝0.25us和符号周期T＝0.375us，设置T1＝0.0625us，T2＝0.03125us，e＝0.112，d＝3；
设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含22个相位符号。数据包每个符号携带三个比特的数据，将每三个数据比特映射为八相位集{+π/8，+3π/8，+5π/8，+7π/8，-7π/8，-5π//，-3π/8，-π/8}中的一个相位θ，传输速率为8Mbps；
所述前导符包含66个比特的{001 101 001 101 001 101 001 101 001 101 001101 001 101 001 101 001 101 001 101 001 101}，映射为22个相位序列{+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8}，其时长为8.25us。
第二方面提供一种变包络多相位频移键控调制方法，包括:
将输入的二进制数据流分组并采用格雷编码映射为相位序列{θk}；
基于预设的归一化的频率波形，将所述相位序列调制频率信号或相位信号，并进一步调制为第一射频信号；
基于预设的随时间变化的幅度信号，调整所述第一射频信号的信号幅度，获得第二射频信号；
其中，
所述归一化的频率波形y(t)的数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000061
w(t)为d次方根余弦脉冲，其数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000062
所述第一射频信号s(t)的数学表达式为：
s(t)＝{IR(t)+QR(t)}
或者，
Figure BDA0002834436280000069
所述第二射频信号S(t)的数学表达式为：
S(t)＝P(t)*s(t)＝P(t)*{IR(t)+QR(t)}
或者，
Figure BDA0002834436280000063
幅度信号P(t)的数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000064
a(t)为幅度波形，其数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000065
其中，θk为相位符号，k为相位符号的序号，T为符号周期，π为圆周率，Fc为射频载波频率，
Figure BDA0002834436280000066
为射频信号增益，t、τ为时间，
T0＝T*(1-2*β)，β取实数且取值范围为0≤β＜0.5，
e为幅度指数，取实数且取值范围为0≤e≤0.5，
IR(t)和QR(t)为根据两路基带信号
Figure BDA0002834436280000067
和
Figure BDA0002834436280000068
获得的两路射频信号，
Figure BDA0002834436280000071
Figure BDA0002834436280000072
为相位信号，且所述相位序列{θk}和相位信号
Figure BDA0002834436280000073
满足的关系为
Figure BDA0002834436280000074
第三方面提供一种变包络频移键控解调方法，用于对第一、第二方面所述调制方法调制的信号进行解调，所述解调方法包括，
将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为基带信号；
对所述基带信号按符号周期为间隔采样并差分后，得到差分信号；
根据所述差分信号解调出二元数据。
优选地，
理想的所述基带信号为：
v(t)＝IB(t)+j*QB(t)
其中，
Figure BDA0002834436280000075
j为虚数符号，G为从信号发射机到信号接收机的衰减或增益系数，P(t)为预设的随时间变化的幅度信号；
对所述基带信号按符号周期为间隔采样并差分后，得到的所述差分信号为：
uk＝Ik+j*Qk
其中，实部信号Ik＝G2*E*cos(θk)，虚部信号Qk＝G2*E*sin(θk)，
Figure BDA0002834436280000076
为射频信号增益。
第四方面提供一种变包络频移键控调制装置，可用于实现基于本发明的第一方面或第二方面所述的调制方法，所述装置包括：
第一信号获取单元，配置为获取通过频移键控调制的第一信号；
第二信号获取单元，配置为调整所述第一信号的信号幅度，获得第二信号；所述第二信号的信号幅度与其相位变化的速度或频率偏移大小负相关。
第五方面提供一种变包络频移键控的解调装置，用于对第一、第二方面所述调制方法调制的信号进行解调，所述解调装置包括，
基带信号获取单元,配置为将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为基带信号；
差分信号获取单元,配置对所述基带信号按符号周期为间隔采样并差分后,得到差分信号；
数据解调单元,配置为根据所述差分信号解调出二元数据。
第六方面提供一种变包络多相位频移键控频率调制发射机，所述发射机实现第一、第二方面所述的方法,以及包括:
频率信号产生单元，配置为根据二元数据流映射的相位序列、和预设的归一化的频率波形，生成频率信号；
射频信号频率调制单元，配置为根据所述频率信号，通过频率调制方法生成第三射频信号；
幅度信号产生单元，配置为生成随时间变化的幅度信号；所述幅度信号与所述频率波形的偏移负相关；
功率放大器，配置为根据所述第三射频信号和随时间变化的幅度信号，生成第五射频信号；
和天线，配置为发射所述第五射频信号。
优选地，射频信号频率调制单元进一步配置为，
根据所述频率信号，通过频率调制方法控制锁相环和/或压控振荡器生成第三射频信号。
第七方面提供一种变包络多相位频移键控正交调制发射机，所述发射机实现第一、第二方面所述的方法,以及包括:
基带信号产生单元，配置为根据二元数据流映射的相位序列、和预设的归一化的频率波形积分得到的相位波形，生成相位信号，将所述相位信号分别通过余弦函数和正弦函数转换为两个分路基带信号；
射频信号正交调制单元，配置为将两个分路基带信号分别调制为两个分路射频信号,再将两个分路射频信号合并生成第四射频信号；
幅度信号产生单元，配置为生成随时间变化的幅度信号；所述幅度信号与所述相位波形的变化速度负相关；
功率放大器，配置为根据所述第四射频信号和随时间变化的幅度信号，生成第六射频信号；
和天线，配置为发射所述第六射频信号。
第八方面提供一种变包络多相位频移键控接收机，所述接收机实现第三方面所述的方法，以及包含：
天线，配置为接收无线射频信号；
射频信号处理单元，配置为将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为基带信号；
差分解调器，对基带信号按符号周期为间隔进行采样并差分后，获得实部信号和虚部信号，对所述实部信号和虚部信号解映射，得到二元数据流。
本发明实施例提供的一种变包络频移键控调制、解调方法及设备，通过改变信号幅度的方式，使相位波形快速变化时的信号幅度适当降低，从而降低无线信号占用的带宽而保持适当的峰均功率比，同时保持较大的符号周期以减少多路径干扰的影响，从而灵活地控制或平衡无线信号的占用带宽和峰均功率比，提高无线传输质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种变包络频移键控调制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种变包络多相位频移键控调制方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种变包络频移键控调制装置的结构图；
图4为本发明实施例提供的一种变包络频移键控调制的解调装置的结构图；
图5为本发明实施例提供的一种变包络多相位频移键控频率调制发射机结构图；
图6为本发明实施例提供的一种变包络多相位频移键控正交调制发射机结构图；
图7为本发明实施例提供的一种变包络多相位频移键控接收机结构图；
图8为本发明实施例提供的变包络八相位频移键控调制的功率谱密度(PowerSpectral Density)对比图；
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它的实施例，都属于本发明保护的范围。
如前所述，发明人在专利《一种低功耗蓝牙恒定包络相位调制和解调方法及设备》(授权公告号:CN111431828B)里提出了一种满足一定相位约束的恒定包络相位调制方法。该相位调制方法通过改变频率来改变相位，也称这种恒定包络的相位调制方法为多相位频移键控(MPFSK:Multi-Phase Frequency Shift Keying)调制方法。MPFSK结合MFSK调制技术功率放大效率高的优点和DPSK调制技术解调复杂度低的优点，在提高BLE无线传输速率的同时，保持较高的功率放大效率、较低的解调复杂度、及较高的抗多路径干扰的性能。但是，相同的传输速率，MPFSK调制的无线信号占用的带宽(OBW:Occupied Bandwidth)比DPSK调制的无线信号的占用的带宽大。
为解决这个问题，本发明公布一种变包络频移键控(VE-FSK:Varying EnvelopeFrequency Shift Keying)调制方法，及相应的解调技术。其主要思想是在FSK(频移键控)调制的基础上，根据相位信号的变化快慢或频率偏移的大小，来改变FSK调制信号的包络或幅度，相位信号变化越快/频率偏移越大，则幅度越小，相位信号变化越慢/频率偏移越小，则幅度越大。利用该方法可以灵活地控制或平衡无线信号的OBW和PAPR，从而，在相同的传输速率下，VE-FSK可以获得比FSK更小的OBW，比DPSK更低的PAPR。
图1示出本发明实施例提供的一种变包络频移键控调制方法的流程图。如图1所示,该方法包括如下步骤:
步骤11，获取通过频移键控调制的第一信号；
频移键控(FSK)是以数字信号控制载波频率变化的调制方式，在这种方式中，待发送信息是通过载波的频率来传递的。
本发明实施例中，所述第一信号可以是采用现有的或未来可适用于本发明实施例的各种频移键控调制方法调制获得。
在一些具体实施方式中，可以采用中国专利《一种低功耗蓝牙恒定包络相位调制和解调方法及设备》(授权公告号:CN111431828B)中的频移键控调制方法，如，可以基于其中的相位波形p(t)将所述待发送信息调制为第一信号。相位波形p(t)的数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000111
其中，w(t)为升余弦脉冲函数，其数学表达式为，
Figure BDA0002834436280000112
其中，0≤β＜1，T为符号周期，t为时间。
在一些具体实施方式中，获取的第一信号为利用频移键控方式调制的射频信号。
在一些其它的具体实施方式中，所述第一信号也可以是基带信号、中频信号等。
步骤12，调整所述第一信号的信号幅度，获得第二信号。所述第二信号的信号幅度与其相位变化的速度或频率偏移大小负相关。
该步骤中，对于利用频移键控方式调制的信号，通过改变其幅度，获取第二信号。获取的第二信号的信号幅度与其频率偏移大小/相位变化速度负相关。也就是说,其频率偏移/相位变化速度越大，信号幅度越小，其频率偏移/相位变化速度越小，其幅度越大。
可以理解的是，本步骤中的改变幅度和一般技术中调幅调制(或称之为幅移键控ASK)不同，幅移键控中，通过调制载波的幅度来加载并传递待发送信息，而本发明实施例提供的变包络频移键控调制，并不通过载波的幅度来传递待发送信息，本步骤中幅度的改变是为了降低信号的占有带宽，取得信号的占有带宽和峰均功率比的平衡。
可以理解的是，可以采用现有的或未来可适用于本发明实施例的各种调整信号幅度的方式，根据所述第一信号的相位变化的速度或频率偏移的大小改变第一信号的信号幅度，从而获得第二信号。如，设置随第一信号的相位变化的速度或频率偏移的大小而改变的信号增益值，动态调整第一信号的信号幅度。
在一些具体实施方式中，可以根据预设的随时间变化的幅度信号，调整所述第一信号的信号幅度，获得第二信号；所述幅度信号与所述第一信号的相位变化的速度或频率偏移的大小负相关。
作为一种具体实施例，可以采用预设的随时间变化的幅度信号，对所述第一信号进行功率放大，获得第二信号。
所述预设的随时间变化的幅度信号的数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000121
其中，P(t)为幅度信号，k为调制符号的序号，T为符号周期，
Figure BDA0002834436280000131
为射频信号增益，a(t)为幅度波形，t为时间。此时，所述第一信号和第二信号可以为射频信号。射频信号增益通常被设置为不随时间变化的常数。
在一些具体实施方式中，所述幅度波形a(t)的数学表达式可以为：
Figure BDA0002834436280000132
其中，e为幅度指数，取值范围为大于或等于0到小于或等于0.5之间的实数；T为符号周期。
应当可以理解的是，所述幅度波形a(t)还可以根据具体实施场景，采用其它的适于本发明实施例的波形实现。
在另外的一些具体实施方式中，所述第一信号还可以为基带信号，此时，可以将所述预设的随时间变化的幅度信号与所述第一信号相乘，获得所述第二信号，所述第二信号可以是调整信号幅度后的基带信号。
在另外的一些具体实施方式中，所述第一信号还可以为中频信号，所述第二信号也可以是调整信号幅度后的中频信号。
应当可以理解的是，本发明实施例所提供的变包络频移键控调制方法可适用于各种无线通信场景中，包括但不限于蓝牙通信、WIFI等。
下面通过频移键控调制方式具体为多相位频移键控调制(MPFSK:Multi-PhaseFrequency Shift Keying)的实施例，进一步阐述本发明实施例的调制方法及其对应的解调方法，以及依照该方法的设备。为便于阐述，可以将这种变包络频移键控调制方法称之为变包络多相位频移键控(VE-MPFSK:Varying Envelope Multi-Phase Frequency ShiftKeying)调制方法，其主要思想是在FSK调制的基础上，根据相位信号的变化快慢来改变MPFSK调制信号的包络或幅度，相位信号变化越快幅度越小，相位信号变化越慢幅度越大。这样通过改变信号幅度的方式，使相位波形快速变化时的信号幅度适当降低，而相位判决点的信号幅度保持不变，从而降低无线信号的OBW而保持适当的PAPR，或者说，在OBW和PAPR之间灵活地折中。在相同的传输速率下，VE-MPFSK可以获得比MPFSK更小的OBW，比DPSK更低的PAPR。
根据本发明实施例提供的一种变包络频移键控调制方法，特别是一种变包络多相位频移键控调制方法，该方法包括如下步骤：
步骤A1，将输入的二进制数据流分组，每组包含多个比特；将二进制数据流映射为相位符号，其中，一个二进制数据组被映射为一个相位符号。
具体的，把每组多个数据比特通过格雷编码映射为相位集之中的相位，其中，每组数据比特的个数为L，相位集的相位个数为M＝2L，L、M为自然数。相对于自然二进制码，格雷码是一种错误更小的编码方式。
为了便于描述发明的核心思想，本文中，当M＝4时，将采用本申请的VE-MPFSK调制方法称为：变包络四相位频移键控(VE-4PFSK)调制，或称为：变包络正交相位频移键控(VE-QPFSK：Varying Envelope Quadrature Phase Frequency Shift Keying)调制；当M＝8时，将采用本申请的VE-MPFSK调制方法称为：变包络八相位频移键控(VE-8PFSK)调制。
在一个实施例中，采用四相位集{+π/4，+3π/4，-3π/4，-π/4}，每两个数据比特{b0，b1}采用格雷编码(Gray Coding)映射为四相位集中的一个相位θ。映射关系如表1所示。
表1四相位映射表
b<sub>0</sub> b<sub>1</sub> θ
0 0 +π/4
0 1 +3π/4
1 1 -3π/4
1 0 -π/4
在一个实施例中，采用八相位集{+π/8，+3π/8，+5π/8，+7π/8，-7π/8，-5π/8，-3π/8，-π/8}，每三个数据比特{b0，b1，b2}采用格雷编码(Gray Coding)映射为八相位集中的一个相位θ。映射关系如表2所示。
表2八相位映射表
b<sub>0</sub> b<sub>1</sub> b<sub>2</sub> θ
0 0 0 +π/8
0 0 1 +3π/8
0 1 1 +5π/8
0 1 0 +7π/8
1 1 0 -7π/8
1 1 1 -5π/8
1 0 1 -3π/8
1 0 0 -π/8
可以理解，不同的实施例中，还可以采用其他相位集，也可以建立其它的二进制数据组与相位集中的相位的映射关系，本申请对此不做限制。
步骤A2，利用预设的归一化的频率波形，将相位序列调制为频率信号。
在一个实施例中：归一化的频率波形的数学表达式可以为：
Figure BDA0002834436280000151
w(t)为d次方根余弦脉冲，其数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000152
其中，T为符号周期，T0为脉冲持续时间，T1、T2为符号周期内时间段，T0＝T2-T1＞0，d为大于0的实数，π为圆周率，t、τ为时间，cos()为余弦函数。在一些具体实施例中，可以令T1＝T-T2。在一些具体实施例中，d可以取1，2或3。
在一个实施例中，利用预设的归一化的频率波形，将相位序列调制为频率信号，其数学表达式可以为，
f(t)＝∑θk*y(t-k*T) (EQ.03)
其中，k为相位符号的序号，{θk}为相位序列，f(t)为频率信号，t为时间，T为符号周期，y(t)为归一化的频率波形。
步骤A3，根据所述频率信号获得所述第三射频信号，并根据预设的随时间变化的幅度信号，调整所述第三射频信号的信号幅度,获得第五射频信号。
其中，幅度信号与所述频率波形的偏移负相关。
在一个具体实施例中，根据所述频率信号通过频率调制方式获得第三射频信号：
Figure BDA0002834436280000161
再调整所述第三射频信号的信号幅度，获得第五射频信号。
所述第五射频信号的数学表达式可以为，
Figure BDA0002834436280000162
其中，S(t)为第五射频信号，Fc为射频载波频率，π为圆周率，cos()为余弦函数，P(t)为随时间变化的幅度信号，
Figure BDA0002834436280000163
为相位信号，相位信号
Figure BDA0002834436280000164
f(x)为频率信号。
需要注意的是，这里的相位信号
Figure BDA0002834436280000165
可以认为是采用MPFSK调制的相位信号，而在本实施例中，采用频率调制的方法，可以直接根据频率信号获得射频信号，即不通过相位信号获得射频信号。但是无论采用哪种调制方法，其调制中的频率信号和相位信号的关系符合上述的数学关系。这也就是说，从数学关系而言，频率信号与相位信号的关系满足
Figure BDA0002834436280000166
Figure BDA0002834436280000167
其中，k为相位符号的序号，{θk}为相位序列，可以看出，频率信号可以从相位信号求导而来。
在一个具体的实施例中，预设的随时间变化的幅度信号P(t)的数学表达式可以为：
Figure BDA0002834436280000171
其中，k为相位符号的序号，T为符号周期(Symbol Duration)，
Figure BDA0002834436280000172
为射频信号增益，a(t)为幅度波形，t为时间。
在一个例子中，幅度波形a(t)的数学表达式可以为：
Figure BDA0002834436280000173
其中，e为幅度指数，取值范围为0到0.5之间的实数。
从中可见，a(t)在t＝0和t＝T时取得最大值1，在t＝T/2时取得最小值1-2e。
进一步而言，由EQ.01和EQ.02可见，当T1＝T-T2时，频率波形y(t)在t＝0和t＝T取得最小值，在t＝T/2时取得最大值，对应EQ.06中的幅度波形a(t)在t＝0和t＝T取最大值，在t＝T/2时取最小值。即满足VE-MPFSK调制中，频率偏移越大，则幅度越小；频率偏移越小，则幅度越大的特征。
至此，信号调制过程结束。
根据本发明实施例又提供的一种变包络频移键控调制方法，特别是一种变包络多相位频移键控调制方法，该方法包括如下步骤:
步骤B1，同于上一个实施例的步骤A1，这里不再赘述；
步骤B2，同于上一个实施例的步骤A2，这里不再赘述；
步骤B3，利用预设的归一化的频率波形积分得到的相位波形,将步骤B1获得的相位序列调制为相位信号；
在一个实施例中，相位波形的数学表达式可以为：
Figure BDA0002834436280000174
在一个例子中，归一化的频率波形y(τ)的数学表达式可以为EQ.01，其中的d次方根余弦脉冲w(t)的数学表达式在一个具体例子中，可以为EQ.02。
在一个实施例中，相位信号
Figure BDA0002834436280000181
的数学表达式可以为：
Figure BDA0002834436280000182
且，相位序列{θk}和相位信号
Figure BDA0002834436280000183
满足的关系为
Figure BDA0002834436280000184
Figure BDA0002834436280000185
其中，p(t)为相位波形，T为符号周期，t为时间，k为相位符号的序号。
步骤B4，将所述相位信号分别通过余弦函数和正弦函数转换为两路基带信号；根据所述两路基带信号获得第四射频信号，并根据预设的随时间变化的幅度信号，调整所述第四射频信号的信号幅度，生成第六射频信号。
其中，幅度信号与所述相位波形的变化速度负相关。
在一种具体实施例中，将两路基带信号分别调制在相位差90度的正交两路射频载波上生成两路射频信号，再相加合并两路射频信号，获得所述第四射频信号。调整所述第四射频信号的信号幅度，获得第六射频信号。
在一个实施例中，第六射频信号的数学表达式可以为：
S(t)＝P(t)*{IR(t)+QR(t)} (EQ.09)
其中，IR(t)和QR(t)为根据两路基带信号
Figure BDA0002834436280000186
和
Figure BDA0002834436280000187
获得的两路射频信号，
Figure BDA0002834436280000188
Figure BDA0002834436280000189
{IR(t)+QR(t)}为所述第四射频信号，Fc为射频载波频率，π为圆周率，cos()为余弦函数，sin()为正弦函数，P(t)为预设的随时间变化的幅度信号，
Figure BDA00028344362800001810
为相位信号。
应当可以理解的是，EQ.04与EQ.09是等效的，也即：
Figure BDA00028344362800001811
在一个具体的实施例中，预设的随时间变化的幅度信号P(t)的数学表达式可以为EQ.05。在一个例子中，其中的幅度波形a(t)的数学表达式可以为EQ.06。
进一步而言，由EQ.01和EQ.02可见，当T1＝T-T2时，频率波形y(t)在t＝0和t＝T取得最小值，在t＝T/2时取得最大值，对应EQ.07的相位波形p(t)在t＝0和t＝T时相位变化最慢，在t＝T/2时相位变化最快，并且，对应EQ.06中的幅度波形a(t)在t＝0和t＝T取最大值，在t＝T/2时取最小值。即满足VE-MPFSK调制中，相位信号变化越快，则幅度越小；相位信号变化越慢，则幅度越大的特征。
至此，信号调制过程结束。
下面继续阐述本发明实施例提供的一种实施简单的变包络频移键控解调方法，用于对上述调制方法调制的信号进行解调，解调方法包括：
将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为基带信号；对基带信号进行频率和时间同步，并采样后得到基带采样信号；基于基带采样信号获得差分信号；根据差分信号解调出二元数据。
作为本发明的一种较佳实施例，其具体的步骤可以包括，
解调第一步，接收机接收到的射频信号乘以相位差90度的正交两路射频载波下变频为基带信号，理想的基带信号可以表示为，
Figure BDA0002834436280000191
其中，
Figure BDA0002834436280000192
j为虚数符号，G为从发射机到接收机的衰减或增益系数。
解调第二步，对基带信号按符号周期T为间隔采样并差分后的信号表示为，
Figure BDA0002834436280000193
Figure BDA0002834436280000201
其中，()*为复共轭。根据EQ.05和EQ.06，
Figure BDA0002834436280000202
P[(k+1)*T]*P(k*T)＝E。根据EQ.08，
Figure BDA0002834436280000203
实部信号Ik＝G2*E*cos(θk)，虚部信号Qk＝G2*E*sin(θk)。
解调第三步，根据差分信号解调出二元数据。
在一个实施例中，针对采用变包络四相位频移键控VE-QPFSK调制的射频信号，恢复二元数据b2k和b2k+1的估值
Figure BDA0002834436280000204
和
Figure BDA0002834436280000205
的方法为，
根据表1所示的映射关系和EQ.11得到的实部信号Ik和虚部信号Qk，如果虚部信号大于或等于0，二元数据b2k判决为0；如果虚部信号小于0，二元数据b2k判决为1；如果实部信号大于或等于0，二元数据b2k+1判决为0；如果实部信号小于0，二元数据b2k+1判决为1。其数学表达式如下，
Figure BDA0002834436280000206
和
Figure BDA0002834436280000207
在一个实施例中，针对采用变包络八相位频移键控VE-8PFSK调制的射频信号，恢复二元数据b3k,b3k+1和b3k+2的估值
Figure BDA0002834436280000208
和
Figure BDA0002834436280000209
的方法为，
根据表2所示的映射关系和EQ.11得到的实部信号Ik和虚部信号Qk，如果虚部信号Qk大于或等于0，二元数据b3k判决为0；如果虚部信号Qk小于0，二元数据b3k判决为1；如果实部信号Ik大于或等于0，二元数据b3k+1判决为0；如果虚部信号Ik小于0，二元数据b3k+1判决为1；如果实部信号的绝对值|Ik|大于或等于虚部信号的绝对值|Qk|，b3k+2判决为0；如果实部信号的绝对值|Ik|小于虚部信号的绝对值|Qk|，b3k+2判决为0。其数学表达式如下，
Figure BDA00028344362800002010
和
Figure BDA0002834436280000211
和
Figure BDA0002834436280000212
其中，||为绝对值符号。
图2示出本发明实施例提供的又一种变包络多相位频移键控调制方法的流程图。如图2所示,该方法包括如下步骤:
步骤21，将输入的二进制数据流分组并采用格雷编码映射为相位序列{θk}；
步骤22，基于预设的归一化的频率波形，将所述相位序列调制成频率信号或相位信号，并进一步调制为第一射频信号；
步骤23，基于预设的随时间变化的幅度信号，调整所述第一射频信号的信号幅度，获得第二射频信号；
其中，
所述归一化的频率波形y(t)的数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000213
w(t)为3次方根余弦脉冲，其数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000214
所述第一射频信号s(t)的数学表达式为：
s(t)＝{IR(t)+QR)t)}
或者，
Figure BDA0002834436280000221
所述第二射频信号S(t)的数学表达式为：
S(t)＝P(t)*s(t)＝P(t)*{IR(t)+QR(t)}
或者，
Figure BDA0002834436280000222
幅度信号P(t)的数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000223
a(t)为幅度波形，其数学表达式为：
Figure BDA0002834436280000224
其中，θk为相位符号，k为相位符号的序号，T为符号周期，π为圆周率，Fc为射频载波频率，
Figure BDA0002834436280000225
为射频信号增益，t、τ为时间，
T0＝T*(1-2*β)，β取实数且取值范围为0≤β＜0.5，
e为幅度指数，取实数且取值范围为0≤e≤0.5，
IR(t)和QR(t)为根据两路基带信号
Figure BDA0002834436280000226
和
Figure BDA0002834436280000227
获得的两路射频信号，
Figure BDA0002834436280000228
Figure BDA0002834436280000229
为相位信号，且所述相位序列{θk}和相位信号
Figure BDA00028344362800002210
满足的关系为
Figure BDA00028344362800002211
本实施例具体可以参照前述实施例中的相关描述实现，此处不再赘述。
图3示出本发明实施例提供的一种变包络频移键控调制装置的结构图。如图3所示,该调制装置300包括:
第一信号获取单元31，配置为获取通过频移键控调制的第一信号；
第二信号获取单元32，配置为调整所述第一信号的信号幅度，获得第二信号；所述第二信号的信号幅度与其相位变化的速度或频率偏移大小负相关。
显然，所述调制装置300可以用于实现前述实施例中的各种调制方法。
图4示出本发明实施例提供的一种变包络频移键控调制的解调装置的结构图。如图4所示,该解调装置400包括:
基带信号获取单元41,配置为将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为基带信号；
差分信号获取单元42,配置对所述基带信号按符号周期为间隔采样并差分后,得到差分信号；
数据解调单元43,配置为根据所述差分信号解调出二元数据。
显然，所述解调装置400可以用于实现前述实施例中的各种解调方法。
图5为本发明实施例提供的一种变包络多相位频移键控频率调制发射机结构图。如图5所示，该发射机包含频率信号产生单元，幅度信号产生单元，射频信号频率调制单元，功率放大器和天线。
其中，频率信号产生单元根据EQ.03用二元数据流映射的相位序列{θk}和EQ.01(或EQ.14)产生的频率波形生成频率信号，并输出给射频信号频率调制单元。幅度信号产生单元根据EQ.05生成幅度信号P(t)输出给功率放大器。射频信号频率调制单元用频率信号产生单元输入的频率信号通过频率调制方法控制锁相环(PLL:Phase Locked Loop)和/或压控振荡器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)生成EQ.04中的射频信号
Figure BDA0002834436280000231
(第一射频信号/第三射频信号)，并输出给功率放大器。功率放大器根据幅度信号产生单元输入的幅度信号P(t)对射频信号频率调制单元输入的射频信号
Figure BDA0002834436280000232
进行功率放大后生成射频信号S(t)(第二射频信号/第五射频信号)。最后，天线把功率放大器输出的射频信号S(t)发射到空中。
图6为本发明实施例提供的一种变包络多相位频移键控正交调制发射机结构图。如图6所示，该发射机包含基带信号产生单元，幅度信号产生单元，射频信号正交调制单元，功率放大器和天线。
其中，基带信号产生单元先根据EQ.08用二元数据流映射的相位序列{θk}和用EQ.07产生的相位波形生成相位信号
Figure BDA0002834436280000233
再通过余弦函数和正弦函数把相位信号
Figure BDA0002834436280000241
分别映射为两路基带信号
Figure BDA0002834436280000242
和
Figure BDA0002834436280000243
并输出给射频信号正交调制单元。幅度信号产生单元根据EQ.05生成幅度信号P(t)输出给功率放大器。射频信号正交调制单元根据EQ.09把基带信号产生单元输入的两路基带信号
Figure BDA0002834436280000244
和
Figure BDA0002834436280000245
分别调制在相位差90度的正交两路射频载波cos(2π*Fc*t)和sin(2π*Fc*t))上生成两路射频信号IR(t)和QR(t)，再相加合并两路射频信号IR(t)和QR(t)后生成EQ.01中的射频信号
Figure BDA0002834436280000246
Figure BDA0002834436280000247
并输出给功率放大器。功率放大器根据幅度信号产生单元输入的幅度信号P(t)对射频信号正交调制单元输入的射频信号
Figure BDA0002834436280000248
(第一射频信号/第四射频信号)进行功率放大后生成射频信号S(t)(第二射频信号/第六射频信号)。最后，天线把功率放大器输出的射频信号S(t)发射到空中。
图7为本发明实施例提供的一种变包络多相位频移键控接收机结构图。如图7所示，该接收机包含天线，射频信号处理单元和差分解调器。
其中，天线接收空中的无线射频信号。射频信号处理单元把射频信号乘以相位差90度的正交两路射频载波下变频为如EQ.10所示的基带信号。在不同的实施例中，射频信号处理单元还可以包括带通滤波、低噪声放大器、基带增益放大器、基带滤波器中至少一个，用于增强信号并滤除干扰和噪声。差分解调器根据EQ.11获得按符号周期T为间隔采样并差分后的实部信号和虚部信号，并根据EQ.12或EQ.13解映射恢复得到二元数据流。
下面以本发明实施例提供的VE-MPFSK调制方法用于蓝牙低功耗(BLE)无线传输为例，进一步详细说明本发明的实施方案和效果。该实施例提供的VE-MPFSK调制方法所采用的包格式，同一般的BLE非编码包格式(Uncoded PHY)相同。如表3所示，其包括前导符(Preamble)，接入地址(Access Address)，协议数据单元(PDU:Protocol Data Unit)和循环冗余校验(CRC:Cyclic Redundancy Check)，其中，接入地址32bits，CRC 24bits。
Preamble Access Address PDU CRC
表3
下面以BLE 8Mbps高速率传输为例，说明本发明实施例的VE-MPFSK调制相对于MPFSK调制的效果。
该实施例中，通过格雷编码，将每三个数据比特{b0，b1，b2}映射为八相位集{+π/8，+3π/8，+5π/8，+7π/8，-7π/8，-5π/8，-3π/8，-π/8}中的一个相位θ，即采用变包络八相位频移键控VE-8PFSK调制。
设置EQ.01、EQ.02中脉冲持续时间T0＝0.25us，符号周期T＝0.375us，T1＝0.0625us，d＝3，T2＝0.03125us，设置EQ.03中的幅度指数e＝0.112；
设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含22个相位符号，每个符号携带三个比特的数据，传输速率为8Mbps；所述前导符包含66个比特的{001 101 001 101 001 101 001 101001 101 001 101 001 101 001 101 001 101 001 101 001 101}，并将其映射为22个相位序列{+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8}，其时长为8.25us。
实施效果验证：
图8示出本发明实施例提供的变包络八相位频移键控调制的功率谱密度(PowerSpectral Density)对比图。如图8所示，当EQ.03中的幅度指数e＝0时，即P(t)为不随时间变化的常数，VE-MPFSK调制退化为MPFSK调制，则PAPR＝0dB，99％功率谱能量占用的带宽(99％OBW)为6.10MHz(如图8中的虚线所示)。当EQ.03中的幅度指数e＝0.112时，即PAPR＝1dB，99％OBW为4.67MHz(如图8中的实线所示)。当PAPR＝0时，VE-8PFSK退化为MPFSK中的八相位频移键控调制(8PFSK)。VE-8PFSK的OBW比8PFSK的OBW小。相对于PAPR大于3dB的八相位DPSK，VE-8PFSK的PAPR更小。可见，VE-MPFSK通过变化的信号包络，可以适当增加PAPR而降低OBW。
从以上实施例可以看出，采用本发明实施例公开的一种变包络频移键控调制方法/相应的解调方法，以及实现所述方法的设备，通过改变信号幅度的方式，使相位波形快速变化时的信号幅度适当降低从而降低无线信号的占用带宽而保持适当的峰均功率比，从而，在相同的传输速率下，变包络频移键控调制可以获得比包括多相位频移键控调制在内的频移键控调制更小的占用带宽，比DPSK更低的峰均功率比。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种变包络频移键控调制方法，其特征在于：
获取通过频移键控调制的第一信号；
调整所述第一信号的信号幅度，获得第二信号；
所述第二信号的信号幅度与其相位变化的速度或频率偏移大小负相关。
2.根据权利要求1所述的调制方法，其特征在于，所述调整所述第一信号的信号幅度，获得第二信号，包括：根据预设的随时间变化的幅度信号，调整所述第一信号的信号幅度，获得第二信号；
所述幅度信号与所述第一信号的相位变化的速度或频率偏移的大小负相关。
3.根据权利要求2所述的调制方法，其特征在于，所述根据预设的随时间变化的幅度信号，调整所述第一信号的信号幅度，获得第二信号，包括：根据预设的随时间变化的幅度信号，对所述第一信号进行功率放大，获得第二信号；
所述预设的随时间变化的幅度信号的数学表达式为：
Figure FDA0002834436270000011
其中，P(t)为幅度信号，k为调制符号的序号，T为符号周期，
Figure FDA0002834436270000012
为射频信号增益，a(t)为幅度波形，t为时间。
4.根据权利要求3所述的调制方法，其特征在于，所述幅度波形a(t)的数学表达式为：
Figure FDA0002834436270000013
其中，e为幅度指数，取值范围为大于或等于0到小于或等于0.5之间的实数。
5.根据权利要求1至4中之一所述的调制方法，其特征在于，
所述获取通过频移键控调制的第一信号，包括：
接收待发送的二进制数据流，将所述二进制数据流分组，每组包含一个或多个比特；将所述二进制数据流映射为相位序列，其中，一个二进制数据组被映射为预定相位集之中的一个相位；
利用预设的归一化的频率波形，将所述相位序列调制为频率信号，根据所述频率信号获取所述第一信号；
或者，
利用预设的相位波形，将所述相位序列调制为相位信号；将所述相位信号分别通过余弦函数和正弦函数转换为两路基带信号；根据所述两路基带信号，获得所述第一信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述归一化的频率波形的数学表达式为：
Figure FDA0002834436270000021
其中，w(t)为d次方根余弦脉冲，其数学表达式为：
Figure FDA0002834436270000022
其中，T为符号周期，T0为脉冲持续时间，T1、T2为符号周期内时间段，T0＝T2-T1＞0，d为大于0的实数，π为圆周率，t、τ为时间，cos()为余弦函数。
7.根据权利要求6所述的调制方法，其特征在于，所述利用预设的归一化的频率波形，将所述相位序列调制为频率信号，其数学表达式为，
f(t)＝∑θk*y(t-k*T)
其中，k为相位符号的序号，{θk}为相位序列，f(t)为频率信号，t为时间，T为符号周期，y(t)为归一化的频率波形。
8.根据权利要求7所述的调制方法，其特征在于，第二信号的数学表达式为，
Figure FDA0002834436270000031
其中，S(t)为第二信号，
Figure FDA0002834436270000032
为所述第一信号，Fc为射频载波频率，π为圆周率，cos()为余弦函数，P(t)为所述预设的随时间变化的幅度信号，
Figure FDA0002834436270000033
为相位信号，并且，所述相位信号
Figure FDA0002834436270000034
其中，f(x)为所述频率信号；相位序列{θk}和相位信号
Figure FDA0002834436270000035
满足的关系为
Figure FDA0002834436270000036
Figure FDA0002834436270000037
9.根据权利要求6所述的调制方法，其特征在于，
所述相位波形的数学表达式为：
Figure FDA0002834436270000038
其中，T为符号周期，y(τ)为所述归一化的频率波形，t为时间。
10.根据权利要求9所述的调制方法，其特征在于，所述相位信号
Figure FDA0002834436270000039
的数学表达式为：
Figure FDA00028344362700000310
且，相位序列{θk}和相位信号
Figure FDA00028344362700000311
满足的关系为
Figure FDA00028344362700000312
Figure FDA00028344362700000313
其中，p(t)为相位波形，T为符号周期，t为时间，k为相位符号的序号。
11.根据权利要求10所述的调制方法，其特征在于，
所述第二信号的数学表达式为：
S(t)＝P(t)*{IR(t)+QR(t)}
其中，IR(t)和QR(t)为根据两路基带信号获得的两路射频信号，
Figure FDA0002834436270000041
{IR(t)+QR(t)}为所述第一信号，Fc为射频载波频率，π为圆周率，cos()为余弦函数，P(t)为预设的随时间变化的幅度信号，
Figure FDA0002834436270000042
为相位信号。
12.根据权利要求6所述的调制方法，其特征在于，
所述变包络频移键控调制方法用于实现蓝牙低功耗无线传输；
采用格雷编码将所述二进制数据组映射为预定相位集之中的一个相位；
设置脉冲持续时间T0＝0.25us和符号周期T＝0.375us，设置T1＝0.0625us，T2＝0.03125us，e＝0.112，d＝3；
设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含22个相位符号。数据包每个符号携带三个比特的数据，将每三个数据比特映射为八相位集{+π/8，+3π/8，+5π/8，+7π/8，-7π/8，-5π/8，-3π/8，-π/8}中的一个相位θ，传输速率为8Mbps；
所述前导符包含66个比特的{001 101 001 101 001 101 001 101 001 101 001 101001 101 001 101 001 101 001 101 001 101}，映射为22个相位序列{+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3ππ/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8，+3ππ/8，-3ππ/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3ππ/8，+3π/8，-3π/8，+3π/8，-3π/8}，其时长为8.25us。
13.一种变包络多相位频移键控调制方法，其特征在于：
将输入的二进制数据流分组并采用格雷编码映射为相位序列{θk}；
基于预设的归一化的频率波形，将所述相位序列调制频率信号或相位信号，并进一步调制为第一射频信号；
基于预设的随时间变化的幅度信号，调整所述第一射频信号的信号幅度，获得第二射频信号；
其中，
所述归一化的频率波形y(t)的数学表达式为：
Figure FDA0002834436270000051
w(t)为d次方根余弦脉冲，其数学表达式为：
Figure FDA0002834436270000052
所述第一射频信号s(t)的数学表达式为：
s(t)＝{IR(t)+QR(t)}
或者，
Figure FDA0002834436270000053
所述第二射频信号S(t)的数学表达式为：
S(t)＝P(t)*s(t)＝P(t)*{IR(t)+QR(t)}
或者，
Figure FDA0002834436270000054
幅度信号P(t)的数学表达式为：
Figure FDA0002834436270000055
a(t)为幅度波形，其数学表达式为：
Figure FDA0002834436270000056
其中，θk为相位符号，k为相位符号的序号，T为符号周期，π为圆周率，Fc为射频载波频率，
Figure FDA0002834436270000057
为射频信号增益，t、τ为时间，
T0＝T*(1-2*β)，β取实数且取值范围为0≤β＜0.5，
e为幅度指数，取实数且取值范围为0≤e≤0.5，
IR(t)和QR(t)为根据两路基带信号
Figure FDA0002834436270000058
和
Figure FDA0002834436270000059
获得的两路射频信号，
Figure FDA00028344362700000510
Figure FDA00028344362700000511
为相位信号，且所述相位序列{θk}和相位信号
Figure FDA00028344362700000512
满足的关系为
Figure FDA0002834436270000061
14.一种变包络频移键控解调方法，用于对权利要求1至13中之一所述调制方法调制的信号进行解调，所述解调方法包括，
将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为基带信号；
对所述基带信号按符号周期为间隔采样并差分后，得到差分信号；
根据所述差分信号解调出二元数据。
15.根据权利要求14所述的解调方法，其特征在于，
理想的所述基带信号为：
v(t)＝IB(t)+j*QB(t)
其中，
Figure FDA0002834436270000062
j为虚数符号，G为从信号发射机到信号接收机的衰减或增益系数，P(t)为预设的随时间变化的幅度信号；
对所述基带信号按符号周期为间隔采样并差分后，得到的所述差分信号为：
uk＝Ik+j*Qk
其中，实部信号Ik＝G2*E*cos(θk)，虚部信号Qk＝G2*E*sin(θk)，
Figure FDA0002834436270000063
为射频信号增益。
16.一种变包络频移键控调制装置，其特征在于，用于实现如权利要求1至13中之一所述的调制方法，所述装置包括：
第一信号获取单元，配置为获取通过频移键控调制的第一信号；
第二信号获取单元，配置为调整所述第一信号的信号幅度，获得第二信号；所述第二信号的信号幅度与其相位变化的速度或频率偏移大小负相关。
17.一种变包络频移键控的解调装置，其特征在于，用于对权利要求1至13中之一所述调制方法调制的信号进行解调，所述解调装置包括，
基带信号获取单元，配置为将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为基带信号；
差分信号获取单元，配置对所述基带信号按符号周期为间隔采样并差分后,得到差分信号；
数据解调单元，配置为根据所述差分信号解调出二元数据。
18.一种变包络多相位频移键控频率调制发射机，其特征在于，所述发射机实现权利要求5-8、12-13中之一所述的方法,以及包括:
频率信号产生单元，配置为根据二元数据流映射的相位序列、和预设的归一化的频率波形，生成频率信号；
射频信号频率调制单元，配置为根据所述频率信号，通过频率调制方法生成第三射频信号；
幅度信号产生单元，配置为生成随时间变化的幅度信号；所述幅度信号与所述频率波形的偏移负相关；
功率放大器，配置为根据所述第三射频信号和随时间变化的幅度信号，生成第五射频信号；
和天线，配置为发射所述第五射频信号。
19.根据权利要求17所述的发射机，其特征在于，射频信号频率调制单元进一步配置为，
根据所述频率信号，通过频率调制方法控制锁相环和/或压控振荡器生成第三射频信号。
20.一种变包络多相位频移键控正交调制发射机，其特征在于，所述发射机实现权利要求5、6、9-13中之一所述的方法,以及包括:
基带信号产生单元，配置为根据二元数据流映射的相位序列、和预设的归一化的频率波形积分得到的相位波形，生成相位信号，将所述相位信号分别通过余弦函数和正弦函数转换为两个分路基带信号；
射频信号正交调制单元，配置为将两个分路基带信号分别调制为两个分路射频信号,再将两个分路射频信号合并生成第四射频信号；
幅度信号产生单元，配置为生成随时间变化的幅度信号；所述幅度信号与所述相位波形的变化速度负相关；
功率放大器，配置为根据所述第四射频信号和随时间变化的幅度信号，生成第六射频信号；
和天线，配置为发射所述第六射频信号。
21.一种变包络多相位频移键控接收机，其特征在于，所述接收机实现权利要求14、15中之一所述的方法，以及包含：
天线，配置为接收无线射频信号；
射频信号处理单元，配置为将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为基带信号；
差分解调器，对基带信号按符号周期为间隔进行采样并差分后，获得实部信号和虚部信号，对所述实部信号和虚部信号解映射，得到二元数据流。
CN202011466509.7A 2020-11-08 2020-12-14 一种变包络频移键控调制、解调方法及设备 Active CN112600781B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2020112351396 2020-11-08
CN202011235139 2020-11-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112600781A true CN112600781A (zh) 2021-04-02
CN112600781B CN112600781B (zh) 2023-07-11

Family

ID=75195160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011466509.7A Active CN112600781B (zh) 2020-11-08 2020-12-14 一种变包络频移键控调制、解调方法及设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112600781B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117279042A (zh) * 2023-11-22 2023-12-22 武汉理工大学 一种实现fsk芯片与无线路由器双向通信的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1138397A (zh) * 1994-09-29 1996-12-18 艾利森公司 受控制的包络变化的数字调制方法
CN103441825A (zh) * 2013-09-02 2013-12-11 西安电子科技大学 自适应降低峰值平均功率比的干扰对齐方法
CN104092638A (zh) * 2014-06-26 2014-10-08 广州海格通信集团股份有限公司 一种恒包络psk调制解调器的设计方法
CN109004930A (zh) * 2018-09-29 2018-12-14 清华大学 基于锁相环直接解调频率调制信号的电路系统及控制方法
CN111245757A (zh) * 2019-11-04 2020-06-05 南京中感微电子有限公司 一种相移键控调制解调方法及设备
CN111431828A (zh) * 2020-06-09 2020-07-17 南京中感微电子有限公司 一种低功耗蓝牙恒定包络相位调制和解调方法及设备

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1138397A (zh) * 1994-09-29 1996-12-18 艾利森公司 受控制的包络变化的数字调制方法
CN103441825A (zh) * 2013-09-02 2013-12-11 西安电子科技大学 自适应降低峰值平均功率比的干扰对齐方法
CN104092638A (zh) * 2014-06-26 2014-10-08 广州海格通信集团股份有限公司 一种恒包络psk调制解调器的设计方法
CN109004930A (zh) * 2018-09-29 2018-12-14 清华大学 基于锁相环直接解调频率调制信号的电路系统及控制方法
CN111245757A (zh) * 2019-11-04 2020-06-05 南京中感微电子有限公司 一种相移键控调制解调方法及设备
CN111431828A (zh) * 2020-06-09 2020-07-17 南京中感微电子有限公司 一种低功耗蓝牙恒定包络相位调制和解调方法及设备

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117279042A (zh) * 2023-11-22 2023-12-22 武汉理工大学 一种实现fsk芯片与无线路由器双向通信的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112600781B (zh) 2023-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111245757B (zh) 一种相移键控调制解调方法及设备
CN111431828B (zh) 一种低功耗蓝牙恒定包络相位调制和解调方法及设备
EP3092763B1 (en) Combined amplitude-time modulation and phase modulation
CN112398770B (zh) 一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制、解调方法及设备
CN106713213A (zh) 一种数字调制方法、解调方法、相关装置和系统
CN111901269B (zh) 可变调制指数的高斯频移键控调制方法、装置及系统
US8855244B2 (en) Digitally demodulating a minimum-shift keying (MSK) signal
US10298424B2 (en) Coverage optimization with fractional bandwidth
US8971450B2 (en) Transmission device, reception device, transmission method and reception method for wireless communication system
CN1274122C (zh) 无线通信系统之信号接收及处理方法
CN112600781B (zh) 一种变包络频移键控调制、解调方法及设备
US20120163444A1 (en) Apparatus and method for transmitting and receiving
CN100396063C (zh) 全球数字广播用基于差分幅度和相位联合调制的方法
US7653144B2 (en) Gaussian FSK modulation with more than two modulation states
Galvão et al. Bandwidth efficient gaussian minimum frequency-shift keying approach for software defined radio
Wu et al. Design and implement of baseband circuits for a wireless automatic meter reading application
Oza et al. Optimized configurable architecture of modulation techniques for SDR applications
JPH11122312A (ja) ディジタル変調装置、ディジタル復調装置、ディジタル変復調装置、ディジタル変調方法、ディジタル復調方法及びディジタル変復調方法
Udawant et al. Digital image processing by using GMSK
CN114629763B (zh) 一种基于神经网络的ofdm系统iq信号解调方法及装置
US20040208264A1 (en) System and method of low power demodulation of continuous phase modulated waveforms
CN113383524B (zh) 无线通信系统中的用于双调制传输的发射机及其方法
JP5207517B2 (ja) ディジタル変調方法、ディジタル変調回路、ディジタル復調回路、およびディジタル伝送システム
AMODU A COMPARATIVE ANALYSIS OF ADVANCED DIGITAL MODULATION TECHNIQUES
WO2007081595A2 (en) Systems and methods for providing modulation on demand in a narrowband communication system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant