專利名稱：一種余弦與切普信號聯合的信號調制和解調方法及基于所述方法的信號發射和接收方法
技術領域：
本發明涉及一種調制和解調方法及信號的發射和接收方法。
背景技術：
PSK (Phase Shift Keyin'g，移相鍵控)是一種相位調制算法，它以載波的 相位調整將數字信息的比特編碼到每一次相位改變。8PSK調制對應8種狀態 的PSK，所以8PSK每個符號可以編碼3個比特；同理，16PSK調制對應16 種狀態的PSK，每個符號可以編碼4個比特。8PSK和16PSK與QPSK (四相 相移鍵控)相比，能提供更高的吞吐容量，但抗噪能力不如QPSK。 8PSK和 16PSK調制方式的系統性能會受到各星座信號間非正交性的影響，系統的解調 性能低于BPSK ( 二相相移鍵控)。
發明內容
本發明是為了解決現有,的采用8PSK或16PSK調制方式的系統的性能會 受到各星座點信號間非正交性的影響，采用QPSK調制方式的系統的容量又較 低的問題，提出一種余弦與切普信號聯合的信號調制和解調方法及基于所述方 法的信號發射和接收方法。
一種余弦與切普信號聯合的信號調制和解調方法，調制方法將進行串/ 并轉換后獲得的4路二進制數字信號與4路正交中頻信號進行調制，獲得4 路調制信號；解調方法將待解調的混合信號與4路正交中頻信號分別做匹配 相關，然后進行積分判決解調后獲得解調信息；
所述四路正交中頻信號分別為兩路QPSK載波信號cos(2;r/力、sin(2;r/力 和兩路切普信號cos(2;r力+ ^t2)、 sin(2;r" +A:W2)，其中,為QPSK載波信號 的中心頻率，it為掃頻速度，所述四路信號相互正交或準正交。
所 述 掃 頻 速 度 ^由 公 式 & = 5/(772) = 4/72獲得，式中r為QPSK載波信號的時長；B為QPSK 載波信號的帶寬，且5 = 2/7\若為相同信道信號，則四路正交中頻信號的中心頻率,和信號時長r滿足
公式
/c=(2m-l)/r
W為正整數； 或者滿足-
w為正整數。
使用上述方法的信號發'射和接收方法 發射過程-
步驟一將碼速率為4Rbit/S的二進制數字待發送信號6(f)進行串/并轉換 獲得四路信號^(/),每路信號的碼速率降為Rbit/s， R取正整數；
步驟二將步驟一獲得的四路信號&(0與四路正交中頻信號&(0進行調 制，獲得四路調制信號P (0 =s (0 ，
步驟三將步驟二獲得的四路調制信號A(O疊加'，獲得疊加后的信號
;
步驟四對步驟三獲得的信號;^)進行上變頻處理獲得信號p'W，對所述 信號;/(0進行帶通處理獲得信號"0 ，并將獲得的信號WO發射；
接收過程
步驟五將接收到的混合信號K0進行下變頻處理'獲得信號5(0，對所 述信號^(0進行帶通處理，得到信號G(O;
步驟六以四路正交中頻信號&(0作為相關解調的匹配模板，分別與信 號^(0做匹配相關，積分判決并解調后，得到解調信息A'O);
步驟七通過并/串轉換將"路解調信息'(O轉換為碼速率為4Rbit/S的 解調信息6'0);
所述"=1,2,3，4; '
所述對信號進行上變頻處理的方法是將信號咖(2W)與信號進 行相乘運算，/"為信號cos(2W)的信號頻率。 :
所述對信號KO進行下變頻處理的方法是用信號cos(2;r/力與信號KO進行相乘運算，/"為信號頻率，/"為信號cos(2W)的信號頻率。
有益效果本發明通過構造四路分別以切普、余弦函數為載波的正交信號 來實現對頻譜資源的復用，本發明的方法是在QPSK信號的頻譜、時間上重疊 兩路切普載波信號，使這四路信號相互正交或準正交，在提高利用率的同時， 保證系統的傳輸誤碼率不惡化。本發明的方法在提高系統容量的同時也保證了 系統的解調性能與BPSK相同。
圖1是本發明的信號發射過程示意圖；圖2是本發明的信號接收過程示意 圖；圖3是本發明方法中，所述四路正交中頻信號為相鄰信道信號時，四路正 交中頻信的頻譜圖，其中橫坐標為頻域采樣點的頻率；縱坐標為信號幅度；其 中曲線31是第一信道的頻譜相同的兩路QPSK載波信號的頻譜，曲線32是第 一信道的兩路頻譜相同的切普信號頻譜；圖33是第二信道的頻譜相同的兩路 QPSK載波信號的頻譜，曲線34是第二信道的兩路頻譜相同的切普信號頻譜； 圖4是本方法與單獨采用BPSK、 QPSK、 8PSK或16PSK調制方式的誤比特 率、誤符號率的性能比較圖；其中橫坐標為每比特信號能量/高斯白噪聲的單 邊功率譜密度；縱坐標為誤碼率；圖中曲線41為采用16PSK調制方式的誤符 號率；曲線42為采用16PSJC調制方式的誤比特率；曲線43為采用8PSK調 制方式的誤符號率；曲線44為采用8PSK調制方式的誤比特率；曲線45為采 用QPSK調制方式的誤符號率；曲線46為采用QPSK調制方式的誤比特率； 曲線47為采用BPSK調制方式的誤比特率；曲線48為采用本方法的誤比特率。
具體實施例方式
具體實施方式
一 一種余弦與切普信號聯合的信號調制和解調方法，其特 征是調制方法將進行串/并轉換后獲得的4路二進制數字信號與4路正交 中頻信號進行調制，獲得4路調制信號；解調方法將待解調的混合信號與4
路正交中頻信號分別做匹配相關，然后進行積分判決解調后獲得解調信息；
所述四路正交中頻信號分別為兩路QPSK載波信號cos(2;r/力、sin(2;r/力 和兩路切普信號cos(2;r" + A^2)、 sin(2;r" + ^r一)，其中,為QPSK載波信號 的中心頻率，A為掃頻速度，所述四路信號相互正交或準正交。所述掃頻速度A由公式:.
"5/(r/2) = 4/r2
確定，式中r為信號時長；萬為帶寬，且S-2/7V 若為相同信道信號，則四路正交中頻信號的中心頻率,和信號時長r滿足 公式
y>(2m-i)/r
W為正整數； 或者滿足
w為正整數。
構造四路正交中頻信號的具體過程為
QPSK信號的中心頻率為,，信號時長為r，信號時間范圍為[-772，772]， 則兩路載波信號分別為cos(2;r/力、sin(2;r/力。
構造的切普信號為cos(2;r/j + A:;zt2)、 sin(2;r" + ^rZ2)。中心頻率,、帶 寬5與QPSK信號相同，5 = 2/T;時間范圍為[-774,774];掃頻速度t由 信號時長、帶寬決定，且& = ^/(772) = 4/"。攜帶信息的載波為，在一個符 號時間r內，重復發送構造的切普信號兩次。切普信號的中心頻率、帶寬保持 與QPSK信號相同
為保證四路中頻信號的正交性，信號中心頻率、時長滿足 ,=(2w-1)/r,(加=1，2,3...)。對于相鄰信道信號，若中心頻率間隔滿足
a,-〃:t，( 1,2,3…)，則各信道間的信號同樣正交。
另外，若四路信號的中心頻率、時長滿足y;-2m/r, (m = l,2，3...)，將一個比
特周期內的第二個切普信號翻轉，這四路信號也滿足正交性。 四路信號的正交性驗證如下-
對于yX2m-l)/r, (W = l,2，3...)，四路信號的表達式為式(1)-式(4)。
A(/hsin(2;r//), -2/r</<772 (1) s20) = cos(2;r//), — 2/r<"772 (2)
sin[2W + 774) + A:;r("774)2 + ^1, -2/rs"0 sin[2W — 774) + A:;r(卜:r/4)2+p], 0S"7V2s4"卜icospr/c(卜:r/4)+A:《一r/4)2+p]， o《"r/2 (4) 其中，為使式AW與WO'正交，可根據信號參數調整伊使切普信號間相互正交。
式(5)-式(10)計算這四路信號間的相關函數來驗證其正交性。/ 12為^)與
52(/)的相關值。
及12 = J^WWV^ ￡r/2sin(2;r/c,).COs(2;r/c,)A=0 (5)
=L sin(2;r//) sin[2;r/c (" 77 4) + + 77 4)2 +
+ f'2 sin(2;r/力.sin[2;r/c0 - 77 4) +鄉—77 4)2 +爐]& (令第一部分中，"7/4 = "-2V4， W-772)
=f sin [2;r/c (r- r / 2)]. sin[2;r/c 71 / 4) + '一 r / 4)2 + p] &' (6) + f sin(2;r/c0.sin[2;r/c(f-:r/4) + A:;r(f-774)2
=2 f sin [;r/c (2卜T / 2)]. cos(;r/7 / 2) sin[2;r/c (卜77 4) +帥-77 4〉2 + p]
(令/c = (2附-1) / r， cos r / 2) = cos[(" -1 / 2);r〗=0) =0
同理，
( 772
"23 =J_r/2 = (8)
( 772
4 = L/2("C0 (9)
r772
=￡/2 sin[2;r /c (/ + 77 4) +(/ + 77 4)2 + p〗.cos[2丌/c (/ + r / 4) + A:;r(/ + 77 4)2 + p]力 + f2 sin[2;r/c (/ + 77 4) + + T / 4)2 + p] cos[2;r /c 0 — r / 4) + - 71 / 4)2 + p] & (10)
( 774 ， ，
=On[4;r/c, + 2^rt2+2p]&
( 774 ,
由于J^sin[4;r" + 2A:;^ + 2p]&為不可積的積分，只能通過實際參數求數 值解來調制P使^34 = 0 ，即^0)與^W正交。如CDMA系統中，碼速率為 R=1.2288Mbit/s， /c =(2m —1)/7\ (m = 3)，當^ =冗/33時，及34 0，此時四
路信號正交。
具體實施方式
二結合圖1和圖2說明本具體實施方式
。本具體實施方式
所述的是基于具體實施方式
一所述的一種余弦與切普信號聯合的信號調制和 解調方法的信號發射和接收方法，它的步驟是 發射過程
步驟一將碼速率為4Rbit/S的二進制數字待發送信號6W進行串/并轉換 獲得四路信號&(/)，每路信號的碼速率降為Rbit/S， R取正整數；
步驟二將步驟一獲得的四路信號&(0與四路正交中頻信號&W進行調
制，獲得四路調制信號凡0) = 6 ^ (0;
步驟三將步驟二獲得的四路調制信號A^)疊加，獲得疊加后的信號 W);
步驟四對步驟三獲得的信號;^)進行上變頻處理獲得信號y(0，對所述 信號,(/)進行帶通處理獲得信號WO ，并將獲得的信號^W發射； 接收過程
步驟五將接收到的混合信號KO進行下變頻處理獲得信號n(O，對所 述信號n(O進行帶通處理，得到信號^(0; ,
步驟六以四路正交中頻信號&(0作為相關解調的匹配模板，分別與信 號^(0做匹配相關，積分判決并解調后，得到解調信息&'(0;
步驟七通過并/串轉換將"路解調信息^ '(O轉換為碼速率為4Rbit/s的
解調信息6'");
所述"=1，2，3，4;
所述對信號p 進行上變頻處理的方法是將信號cos(2;r")與信號MO進 行相乘運算，/"為信號cos(2;r/力的信號頻率。
所述對信號進行下變頻處理的方法是用信號cos(2;r/力與信號 進行相乘運算，乂為信號頻率，/"為信號c。s(2v/力的信號頻率。
權利要求
1、一種余弦與切普信號聯合的信號調制和解調方法，其特征是調制方法將進行串/并轉換后獲得的4路二進制數字信號與4路正交中頻信號進行調制，獲得4路調制信號；解調方法將待解調的混合信號與4路正交中頻信號分別做匹配相關，然后進行積分判決解調后獲得解調信息；所述四路正交中頻信號分別為兩路QPSK載波信號cos(2πfct)、sin(2πfct)和兩路切普信號cos(2πfct+kπt2)、sin(2πfct+kπt2)，其中fc為QPSK載波信號的中心頻率，k為掃頻速度，所述四路信號相互正交或準正交。
2、 根據權利要求1所述的一種余弦與切普信號聯合的信號調制和解調方 法，其特征在于掃頻速度&由公式 A = 5/(772) = 4/r2獲得，式中r為QPSK載波信號的時長；萬為QPSK 載波信號的帶寬，且^ = 2/7\
3、 根據權利要求1所述的一種余弦與切普信號聯合的信號調制和解調方 法，其特征在于四路正交中'頻信號&W為相同信道信號，且四路正交中頻信 號 (0的中心頻率,和信號時長r滿足公式/C-i)/rw為正整數。
4、 根據權利要求1所述的一種余弦與切普信號聯合的信號調制和解調方 法，其特征在于所述四路正交中頻信號&(0為相同信道信號，且四路正交中頻信號&W的中心頻率,和信號時長r滿足公式 w為正整數。
5、 基于權利要求1所述的一種余弦與切普信號聯合的信號調制和解調方 法的信號發射和接收方法，其特征是發射過程步驟一將碼速率為4Rbit/S的二進制數字待發送信號6(0進行串/并轉換 獲得四路信號6"W，每路信號的碼速率降為Rbit/s， R取正整數；步驟二將步驟一獲得的四路信號&(0與四路正交中頻信號S"W進行調制，獲得四路調制信號= ;步驟三將步驟二獲得的四路調制信號P"(O疊加，獲得疊加后的信號 南；步驟四對步驟三獲得的信號;^)進行上變頻處理獲得,號/AO，對所述 信號進行帶通處理獲得信號<0 ，并將獲得的信號40發射； 接收過程步驟五將接收到的混合信號KO進行下變頻處理獲得信號^(0，對所述信號5(0進行帶通處理，得到信號^(0;步驟六以四路正交中頻信號&(0作為相關解調的匹配模板，分別與信 號r20)做匹配相關，積分判決并解調后，得到解調信息& V);步驟七通過并/串轉換將"路解調信息^ '(O轉換為碼速率為4Rbit/s的解調信息^(0;所述"=1,2,3，4。
6、 根據權利要求5所述的基于一種余弦與切普信號聯合的信號調制和解 調方法的信號發射和接收方法，其特征在于對信號MO雄行上變頻處理的方法 是將信號(^(2;^//)與信號;^)進行相乘運算，/"為信號cos(2;r/力的信號頻率。
7、 根據權利要求5所述的基于一種余弦與切普信號聯合的信號調制和解 調方法的信號發射和接收方法，其特征在于對信號"0進行下變頻處理的方法 是用信號cos(2;r/力與信號K0進行相乘運算，/"為信號頻率，/ 為信號 cos(2/r/力的信號頻率。
全文摘要
一種余弦與切普信號聯合的信號調制和解調方法及基于所述方法的信號發射和接收方法，它涉及調制/解調方法及信號的發射/接收方法。本發明解決了現有采用8PSK或16PSK調制方式系統性能受各星座點信號間非正交性影響，而采用QPSK調制方式系統的容量又較低的問題。其調制/解調方法調制方法將進行串/并轉換后獲得的4路二進制數字信號與4路正交中頻信號進行調制，獲得4路調制信號；解調方法將待解調的混合信號與4路正交中頻信號分別匹配相關，進行積分判決解調后獲得解調信息；發射/接收方法發射過程將接收到的混合信號調制后疊加并進行上變頻和帶通處理后發射；接收過程將解調后的信息轉換為解調信息。本發明適用于信號的調制/解調過程。
文檔編號H04L27/22GK101588332SQ20091007206
公開日2009年11月25日 申請日期2009年5月19日 優先權日2009年5月19日
發明者吳宣利, 吳少川, 沙學軍, 溫容慧, 碩 石, 遲永鋼, 昕 邱 申請人:哈爾濱工業大學