CN117880033A - 一种提高发射机功率利用率的数字调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高发射机功率利用率的数字调制方法，包括调制器算法、解调器算法，该数字调制方法将所有相邻符号间的相位变化降低到±90°，因此频谱旁瓣的幅度波动不大，不会造成信号能量的损失，同时，用于数据传输的奇偶校验符号之间的相移仅为0°～180°，为通信提供了较高的抗噪声能力，提高了发射机功率的利用率。

Description

一种提高发射机功率利用率的数字调制方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及无线通信技术领域中的一种提高发射机功率利用率的数字调制方法。
技术背景
现在的流行的高能效调制方法主要有BPSK、DBPSK、QPSK、M元正交和双正交信号，它们都有恒定的包络，然而，由于相邻符号之间180°相位跃迁造成了高频谱旁瓣以及相邻通道之间的干扰，现有技术中一般通过增加信号波峰因子的滤波来抑制，而波峰因子的增加会降低发射机功率利用率，另外，如果对滤波后的信号进行硬限幅，可以保持其包络的近似恒定，但代价是产生很多旁瓣；MSK提供了更小的波峰因子，但频谱更宽，并且符号速率更容易被截获。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种新的数字调制方法，将所有相邻符号间的相位变化降低到±90°，以最小能量损失实现非相干解调，不仅提高发射机功率利用率，而且频谱较窄、抗噪声能力强。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种提高发射机功率利用率的数字调制方法，包括调制器算法、解调器算法；
所述调制器算法包括：
S11、格式转换器将比特流映射为长度相同的2比特符号；
S12、所述2比特符号被送至串并转换器，串并转换器中模2计数器的直接输出和反向输出控制切换I、Q通道上的开关，将所述2比特符号中的奇数和偶数符号分别分配在I、Q通道上；
S13、I、Q通道的2比特符号分别进入各自通道对应的差分编码器，进行奇偶校验符号的差分编码；
S14、所述差分编码器输出的2比特符号通过平方根升余弦滤波器进行数字符号成型滤波；
所述解调器算法包括：
S21、I、Q通道的2比特符号通过平方根升余弦滤波器来降低符号间的干扰并对接收信号进行匹配滤波；
S22、采样选择器在I、Q通道上每个2比特符号中间提取样本并发送到与所述2比特符号奇偶性相同的差分译码器；
S23、所述差分译码器将I、Q通道上的2比特符号序列{βIk}和{βQk}分别转换为2位符号的输出序列{αIk}和{αQk}，转换规则为：
α1k＝β1k，α2k＝β2k，和αk＝βk×βk-2,K≥3；
S24、加法器对I、Q通道的差分译码器输出的2位符号进行相加，所述加法器输出为：
αk＝αIK+αQk；
S25、对αk进行判决。
优选地，S13中所述差分编码器由具有2Tb延迟的数字内存和数字乘法器组成，将2位符号的输入序列{ak}的符号a1，a2，a3，....ak，...，转换成2比特符号序列{bk}的符号b1，b2，b3，....bk，...，转换规则为：
b1＝a1，b2＝a2和bk＝ak×bk-2，k≥3。
优选地，初始化时，给每个所述差分编码器的内存写入两个1。
优选地，S14中所述平方根升余弦滤波器输出的多比特数字信号VIq(nTs)和VQq(nTs)，分别为调制器数字复值基带输出信号的I、Q通道的分量，由VIq(nTs)对应的模拟信号VI(t)和VQq(nTs)对应的模拟信号VQ(t)重构得到的模拟带通调制信号Uout(t)的频谱旁瓣表示为：
Uout(t)＝VI(t)cos(2πf0t)-VQ(t)sin(2πf0t)
式中，f0为Uout(t)的中心频率，t为时间。
优选地，S22中每个所述差分译码器由具有2Tb延时的多比特数字存储器和数字乘法器组成。
优选地，初始化时，给每个所述差分译码器的存储器中写入两个1。
优选地，S25中所述判决包括软判决和硬判决，软判决使用αk正负号和幅度，硬判决只使用正负号。
优选地，S11中映射规则为：1至-1，0至+1。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明奇数2比特符号与偶数2比特符号正交，将所有相邻符号间的相位变化降低到±90°，因此频谱旁瓣的幅度波动不大，不会造成信号能量的损失，同时，用于数据传输的奇偶校验符号之间的相移仅为0°～180°，为通信提供了较高的抗噪声能力，提高了发射机功率的利用率。
附图说明
图1为本发明调制器框图；
图2为本发明调制信号星座图；
图3为本发明调制器的信号时序图；
图4为本发明解调器框图；
具体实施例
以下将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1至图4，根据本发明提出的实施例，一种提高发射机功率利用率的数字调制方法，包括调制器算法、解调器算法；
所述调制器算法包括：
S11、来自信道编码器的长度为Tb的调制器输入比特流，进入格式转换器(FC)，格式转换器(FC)将比特流映射为长度相同的、以符号和幅度表示的2比特符号，其中映射规则为：1至-1，0至+1，2比特符号包括11和01，11代表-1，01代表+1；
S12、S11中所述2比特符号被送至串并转换器，串并转换器中模2计数器的直接输出O和反向输出ō控制切换I通道上的开关S1和Q通道上的开关S2，将所述2比特符号中的奇数和偶数符号分别分配在I、Q通道上；
S13、I、Q通道的2比特符号分别进入各自通道对应的差分编码器，进行奇偶校验符号的差分编码；所述差分编码器由具有2Tb延迟的数字内存和数字乘法器组成，将2位符号的输入序列{ak}的符号a1，a2，a3，....ak，...，转换成2比特符号序列{bk}的符号b1，b2，b3，....bk，...，转换规则为：
b1＝a1，b2＝a2和bk＝ak×bk-2，k≥3；
初始化时，给每个所述差分编码器的内存写入两个1。
由于奇偶符号在不同的通道上传输，相邻符号间的相位变化只能为±90°。
S14、所述差分编码器输出的2比特符号通过平方根升余弦滤波器进行数字符号成型滤波，所述平方根升余弦滤波器输出的多比特数字信号VIq(nTs)和VQq(nTs)，分别为调制器数字复值基带输出信号的I、Q通道的分量，由VIq(nTs)对应的模拟信号VI(t)和VQq(nTs)对应的模拟信号VQ(t)重构得到的模拟带通调制信号Uout(t)的频谱旁瓣表示为：
Uout(t)＝VI(t)cos(2πf0t)-VQ(t)sin(2πf0t)
式中，f0为Uout(t)的中心频率，t为时间，
发射机的平方根升余弦滤波器以及其后的数字和模拟滤波器，可依据上式抑制由VI(t)和VQ(t)重构得到的模拟带通调制信号Uout(t)的频谱旁瓣。由于相邻符号间相位变化的绝对值不超过90°，因此抑制频谱旁瓣所导致的Uout(t)幅度波动并不大，不会产生过多的能量损失，同时，用于数据传输的奇偶校验符号之间的相移仅为0°～180°，这为通信提供了较高的抗噪声能力，提高了发射机功率的利用率。
所述解调器算法包括：
S21、I、Q通道的2比特符号通过平方根升余弦滤波器来降低符号间的干扰并对接收信号进行匹配滤波；
S22、采样选择器在I、Q通道上每个2比特符号中间提取样本并发送到与所述2比特符号奇偶性相同的差分译码器，每个所述差分译码器由具有2Tb延时的多比特数字存储器和数字乘法器组成，初始化时，给每个所述差分译码器的存储器中写入两个1；
S23、所述差分译码器将I、Q通道上的2比特符号序列{βIk}和{βQk}分别转换为2位符号的输出序列{αIk}和{αQk}，转换规则为：
α1k＝β1k，α2k＝β2k，和αk＝βk×βk-2,K≥3；
S24、加法器对I、Q通道的差分译码器输出的2位符号进行相加，所述加法器输出为：
αk＝αIK+αQk；
S25、对αk进行判决，软判决使用αk正负号和幅度，硬判决只使用正负号。
本发明解调器算法可以达到更高的抗噪声效果，因为它能更好地提高发射机功率的利用率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种提高发射机功率利用率的数字调制方法，其特征在于，包括调制器算法、解调器算法；
所述调制器算法包括：
S11、格式转换器将比特流映射为长度相同的2比特符号；
S12、所述2比特符号被送至串并转换器，串并转换器中模2计数器的直接输出和反向输出控制切换I、Q通道上的开关，将所述2比特符号中的奇数和偶数符号分别分配在I、Q通道上；
S13、I、Q通道的2比特符号分别进入各自通道对应的差分编码器，进行奇偶校验符号的差分编码；
S14、所述差分编码器输出的2比特符号通过平方根升余弦滤波器进行数字符号成型滤波；
所述解调器算法包括：
S21、I、Q通道的2比特符号通过平方根升余弦滤波器来降低符号间的干扰并对接收信号进行匹配滤波；
S22、采样选择器在I、Q通道上每个2比特符号中间提取样本并发送到与所述2比特符号奇偶性相同的差分译码器；
S23、所述差分译码器将I、Q通道上的2比特符号序列{βIk}和{βQk}分别转换为2位符号的输出序列{αIk}和{αQk}，转换规则为：
α1k＝β1k，α2k＝β2k，和αk＝βk×βk-2,K≥3；
S24、加法器对I、Q通道的差分译码器输出的2位符号进行相加，所述加法器输出为：
αk＝αIK+αQk；
S25、对αk进行判决。
2.根据权利要求1所述的提高发射机功率利用率的数字调制方法，其特征在于，S13中所述差分编码器由具有2Tb延迟的数字内存和数字乘法器组成，将2位符号的输入序列{ak}的符号a1，a2，a3，....ak，...，转换成2比特符号序列{bk}的符号b1，b2，b3，....bk，...，转换规则为：
b1＝a1，b2＝a2和bk＝ak×bk-2，k≥3。
3.根据权利要求2所述的提高发射机功率利用率的数字调制方法，其特征在于，初始化时，给每个所述差分编码器的内存写入两个1。
4.根据权利要求1所述的提高发射机功率利用率的数字调制方法，其特征在于，S14中所述平方根升余弦滤波器输出的多比特数字信号VIq(nTs)和VQq(nTs)，分别为调制器数字复值基带输出信号的I、Q通道的分量，由VIq(nTs)对应的模拟信号VI(t)和VQq(nTs)对应的模拟信号VQ(t)重构得到的模拟带通调制信号Uout(t)的频谱旁瓣表示为：
Uout(t)＝VI(t)cos(2πf0t)-VQ(t)sin(2πf0t)
式中，f0为Uout(t)的中心频率，t为时间。
5.根据权利要求1所述的提高发射机功率利用率的数字调制方法，其特征在于，S22中每个所述差分译码器由具有2Tb延时的多比特数字存储器和数字乘法器组成。
6.根据权利要求5所述的提高发射机功率利用率的数字调制方法，其特征在于，初始化时，给每个所述差分译码器的存储器中写入两个1。
7.根据权利要求1所述的提高发射机功率利用率的数字调制方法，其特征在于，S25中所述判决包括软判决和硬判决，软判决使用αk正负号和幅度，硬判决只使用正负号。
8.根据权利要求1所述的提高发射机功率利用率的数字调制方法，其特征在于，S11中映射规则为：1至-1，0至+1。
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