CN1750528A - 连续相位调制的分组编码调制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信息的编码和调制，特别是涉及连续相位调制的分组编码调制，其特征是：数字信号首先进行数列分解，然后通过分组编码器进行分组编码，分组编码器分组编码的信号再通过连续相位调制得到调制信号。所述的分组编码器可以是奇偶校验编码或至少两层次以上数列分解的奇偶校验编码。所述的分组编码器可以是一般分组编码或至少两层次以上数列分解的一般分组编码。这种连续相位调制的分组编码调制，以便在不增加带宽或带宽增加尽可能小的情况下，保持调制系统具有低的实现复杂度及优越的系统性能。

Description

连续相位调制的分组编码调制

所属技术领域：本发明涉及一种信息的编码和调制，特别是涉及连续相位调制的分组编码调制。

背景技术：由于现有的连续相位调制具有恒包络特性，它可有效的提高通信系统的大功率放大器的利用效率以降低系统的实现造价，因此对于实际应用是非常重要。

连续相位调制是通过下面给出的方法实现的：

假设数据集合表示为D＝{0，1，…，M-1}，其影射集合为E＝{-M+1，-M+3，…，-1，1，…，M-1}；令

表示用户数据序列， $\tilde{a}=(a_0,a_1,...,a_n,...)$ 为相应的符号序列，

其中a_n＝Mapp(d_n) d_n∈D，a_n∈E及n＝0，1，...            (1)

Mapp(·)是影射函数。CPM信号在时域中表达为

其中E是单位符号能量，T是符号持续时间，f是载波中心频率， 是带有信息的相位，在第n个符号间隔(n＝0，1，…)定义如下，

其中h为调制指数，设定相位成型函数

时域连续，则

是时域连续函数。

上述的

仅由第n个符号间隔(n＝0，1，…)上的符号a_n决定，而独立于其它信号间隔上的数据符号。即 $q_n(t,\tilde{a})=q_n(t,{\tilde{a}}_n),$ 则称其为完全响应CPM。

上述的 与

不相等，则为部分响应CPM。

如果相位成型函数满足

$q_n(t,\tilde{a})=a_n(t-\mathrm{nT})/2T,t\∈[\mathrm{nT},(n+1)T]---\left(6\right)$

则称为CPFSK(连续相位频率转换键控)调制。

从等式(5)可以看出：无论相位成型函数 是何种函数，对于一个给定的符号a_n，一个符号间隔的总的相位转换间距只由调制指数h决定。由于相位转换速率等于频率，所以h越高，CPM信号带宽越宽，不同的成型函数得到不同的系统性能。对于M进制CPM信号，它的相位转换具有一种网格结构。

由于这种网格结构，CPM信号可用Viterbi算法来解调。

而网格编码调制(TCM)技术，是一种将编码和调制联合考虑的技术。通过将系统的欧氏距离最大化，能获得比传统的独立编码和调制技术更好的系统性能，并且广泛的运用于许多实际系统当中。图1描述了以8进制CPM系统为例的RS码级联TCM体系结构。在图1中，TCM编码器将每2个比特数据转化为3个比特格式。采用这种技术，数据在传输时即有纠错编码的保护，又没有扩大频谱带宽。这种方法的缺点是它使得调制解调器的信号空间集合的大小加倍，即原来的4进制调制系统变成了8进制调制系统，增加了系统实现的复杂度。TCM技术能保持系统带宽不变，但是会增加调制器信号集合的大小。

发明内容：本发明的目的是提出一种连续相位调制的分组编码调制，以便在不增加带宽或带宽增加尽可能小的情况下，保持调制系统具有低的实现复杂度及优越的系统性能。

本发明的目的是这样实现的，连续相位调制的分组编码调制，其特征是：数字信号首先进行数列分解，然后通过分组编码器进行分组编码，被分组编码器分组编码的信号再通过连续相位调制得到调制信号。

所述的分组编码器可以是奇偶校验编码或至少两层次以上数列分解的奇偶校验编码。

所述的分组编码器可以是一般分组编码或至少两层次以上数列分解的一般分组编码。

所述的数字信号是通过RS码外码编码后输入到分组编码调制器的输入端。

所述的数字信号是通过RS码外码编码交织后输入到分组编码调制器的输入端。

所述的数字信号是通过分组编码或卷积码外码编码交织后输入到分组编码调制器的输入端；在系统接收端，外码与分组编码调制形成的内码进行交替迭代译码。

本发明的优点是：由于数字信号首先通过分组编码器进行分组编码，这样它不需扩大调制系统的信号空间集合的大小。所以这种方案不会增加调制器信号集合的大小，但是它会使得系统的频谱带宽增加。在接受端，解调器将信号相位状态和编码状态结合起来进行网格搜索，这就增加了系统的最小欧氏距离，因而能达到更好的系统性能。

附图说明：

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1描述了以8进制CPM系统为例的RS码级联TCM体系结构。

图2是现有技术分组编码调制BCM技术一个方案例子。

图3是调制指数h＝1/4的4进制CPFSK的相位转移网格示意图。

图4是(n，n-1)奇偶校验编码的BCM系统的编码器结构。

图5以(5，4)奇偶校验编码为例解释本发明是如何工作的。

图6表示了(5，4)奇偶校验编码的分组码的网格结构。

图7是符号交织的(5，4)编码的例子。

图8是4进制CPFSK系统在调制指数分别为7/16，6/16，5/16和4/16时的仿真结果。

由于CPFSK最为简单，这里我们将以此为例对本发明作一说明。本发明实用于一般的CPM系统。

具体实施方式：

如图2所示，数字信号首先通过2/3码率的分组编码器进行分组编码，每两个2比特用户数据符号插入一个2比特冗余符号，被分组编码器分组编码的信号再通过连续相位调制得到调制信号，这样的调制过程不需扩大调制系统的信号空间集合的大小。

对于分组编码器可以是奇偶校验编码或至少两层次以上数列分解的奇偶校验编码。根据CPM信号的数学定义，可以看出，对于4进制CPFSK调制，假设数据集合为D＝{0，1，2，3}，相应的格雷影射集合为E＝{-3，-1，3，1}。当调制指数h＝1/4时，相位转移网格如图3所示。根据等式(5)，数据序列 的相位转移路径如图3中的粗实线所示。相应的，数据序列 的相位转移路径如图3中的粗断线所示。如果

除了头两个符号以外其它都一样的话，那么这两条路径从第三个符号开始就会重合在一起。从图3可以看出，

是所有数据序列中欧氏距离最小的。这个例子告诉我们，对于未编码的CPM系统，在数据传输当中，两个相邻的符号错误是一种最典型的错误，因为这种错误具有最小欧氏距离。所以如果我们可以通过合适的编码来克服这种错误的话，系统的最小欧氏距离将会增加。

对于4进制CPFSK系统，每一个数据符号包含两比特数据。令d_n＝(d_n0，d_n1)表示数据序列

的第n个符号。为了克服相邻符号错误，我们将数据序列

分割成两个序列，偶序列

由

中偶数标号的数据组成，奇序列

由

中奇数标号的数据组成。图5以(5，4)奇偶校验编码为例解释系统是如何工作的。(5，4)奇偶校验编码是每4个数据符号就生成一个奇偶校验符号，所以系统编码速率为4/5。在图5中，奇偶校验符号如下生成的，

p＝(p₀，p₁)＝d₀d₂＝(d₀₀d₂₀，d₀₁d₂₁)             (7)

其中表示模2相加。很明显，发生在5个编码符号内的相邻符号错误都不是有效码字，因此可以克服上述错误模式。

一般的(n，n-1)奇偶校验编码的系统编码器结构如图4所示。分解器将输入的数据序列

分成两个序列，并且将偶数列进行编码。T是一个2比特寄存器，它反映了编码状态。当计数器数到有n-1个数据进来了以后，存在T中的数据就作为奇偶校验符号被输出，并且T重新置零。复用器将输入数据序列和奇偶校验符号序列复用得到最后的编码符号序列。

实际上分组编码器还可以是一般分组编码或至少两层次以上数列分解的一般分组编码。关于这方面的解释在本发明中不作过多说明。

如果我们定义T寄存器的值是编码状态，则编码状态具有网格结构。举个例子，图6表示了(5，4)奇偶校验编码的网格结构。在接收端，将编码网格和相位网格结合起来，我们得到一种联合译码和解调BCM译码器。由于编码增加了系统的最小欧氏距离，通过BCM方案可以得到显著的系统编码增益。

图7是符号交织的(5，4)编码的例子。计算机仿真表明符号交错可以使系统性能比没有交织时稍好一些。

这里我们只采用了奇偶校验编码和两层次数列分解来解释BCM方案是如何工作的。实际上，为了得到更高的系统编码收益，可以采用更复杂的分组编码和更多层次的数列分解。

提议的BCM方案可以推广到RS码级连编码方案或者Turbo BCM方案。

采用码率约为94％的(17，16)码的4进制CPFSK系统、在调制指数分别为7/16，6/16，5/16和4/16时的仿真结果如图8所示。图中，虚线的曲线对应于未编码的CPM系统性能，而实线的曲线对应于BCM系统性能。对于这种系统，分组编码有4个编码状态，相位网格有16个相位状态。所以Viterbi算法搜索时，复合相位的状态总数为64。从仿真结果我们看到，通过编码方案可以获得13到2dB的编码增益。

从仿真结果我们可以看出本发明具有如下优点：

1.更好的系统带宽效率

与传统的BCM方案比较，本发明具有更高的编码速率，因此具有更高的系统带宽和利用率。仿真结果表明这种高码率的BCM方案有明显的编码增益。

2.低复杂度

与TCM方案相比，提议方案不需增加调制信号集合的大小，使得调制解调器的实现耗费大大降低。

Claims (7)

1、一种连续相位调制的分组编码调制，其特征是：数字信号首先进行数列分解，然后通过分组编码器进行分组编码，被分组编码器分组编码的信号再通过连续相位调制得到调制信号。

2、根据权利要求1所述的一种连续相位调制的分组编码调制，其特征是：所述的分组编码器可以是奇偶校验编码或至少两层次以上数列分解的奇偶校验编码。

3、根据权利要求1所述的一种连续相位调制的分组编码调制，其特征是：所述的分组编码器可以是一般分组编码或至少两层次以上数列分解的一般分组编码。

4、根据权利要求1所述的一种连续相位调制的分组编码调制，其特征是：所述的数字信号是通过RS码外码编码后输入到分组编码调制器的输入端。

5、根据权利要求1所述的一种连续相位调制的分组编码调制，其特征是：所述的数字信号是通过RS码外码编码交织后输入到分组编码调制器的输入端。

6、根据权利要求1所述的一种连续相位调制的分组编码调制，其特征是：所述的数字信号是通过分组编码或卷积码外码编码后输入到分组编码调制器的输入端；在系统接收端，外码与分组编码调制形成的内码进行交替迭代译码。

7、根据权利要求1所述的一种连续相位调制的分组编码调制，其特征是：所述的数字信号是通过分组编码或卷积码外码编码交织后输入到分组编码调制器的输入端；在系统接收端，外码与分组编码调制形成的内码进行交替迭代译码。

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