專利名稱：連續相位調制頻域均衡調制解調方法
技術領域：
本發明涉及信號調制解調技術，特別地，涉及一種連續相位調制頻域均衡調制解
調方法。
背景技術：
CPM(連續相位調制)信號具有很好的恒包絡特性，這使得它經過高效的非線性功 放放大而不受影響，功率效率高。同時，CPM調制信號具有連續相位的特性，沒有相位突變， 從而沒有高頻分量。因此，CPM信號頻譜緊湊，其頻帶利用率較高。在同樣的碼元速率下， CPM信號的帶寬比普通FSK和PSK調制都要小一些。CPM調制信號由于其良好的恒包絡特 性、高功率效率、高頻譜效率，得到了廣泛的應用。 隨著通信技術的發展，以及通信業務的需求變得更加多樣化，對通信的帶寬要求 越來越高。在無線信道傳輸中，寬帶信號比窄帶信號經歷的衰落要大很多，為頻率選擇性信 道，因此，抗衰落技術的選取十分重要。在衰落信道條件下，CPM最佳的時域均衡技術是采 用維特比算法的最大似然序列估計(MLSE)方法，MLSE在信道彌散長度變長的情況下有非 常高的復雜度，即使是使用降低復雜度的延遲判決反饋序列估計方法(DDFSE)，仍然具有很 高的復雜度，這樣，尋求CPM的頻域均衡顯得很有意義。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種連續相位調制頻域均衡調制解調 方法，該方法可用于頻率選擇性衰落信道中。
包括如下步驟 1)從數據源獲得二進制序列，將二進制序列映射成調制符號序列，將調制符號或 訓練字符號組成符號塊，按照符號塊長度逐塊送入連續相位調制器； 2)每個符號塊在完成連續相位調制之后，插入循環前綴波形，得到連續相位調制 信號； 3)將連續相位調制信號在通信通道上發送，連續相位調制信號經歷頻率選擇性衰 落； 4)接收衰落后的連續相位調制信號，移除循環前綴，得到經歷衰落的訓練字符號
塊和數據符號塊，用存儲于本地的正交基對每個訓練字符號塊或數據符號塊做正交分解； 5)正交分解之后，把訓練字符號塊變換到頻域做信道估計，數據符號塊則根據信
道估計結果，在頻域上做均衡，去除信道干擾的影響后再變換回時域； 6)均衡后變換回時域的數據符號塊送進維特比譯碼器解調得到源序列。 所述的從數據源獲得二進制序列，將二進制序列映射成調制符號序列，將調制符
號或訓練字符號組成符號塊，按照符號塊長度逐塊送入連續相位調制器的步驟為 1)將從數據源獲得的二進制序列an映射為數據符號序列In，具體是將1映射為
+1，0映射為-1 ;
2)每252個數據符號In和4個歸零符號組成一個數據符號塊，數據符號塊的長度 為256 ; 3)每隔20個數據符號塊插入一個訓練字符號塊，以訓練字符號塊為起點組成幀 結構，訓練字符號塊仍然是由長度為252的訓練字符號和4個歸零符號組成；
4)每個符號塊依次進入連續相位調制器，在每個符號塊的起點相位為0，同時 每個符號塊的第231 (256-25)個符號處相位也為0，連續相位調制信號波形表達式為
40 = 一爐(")其中^("" = 2^ H厶《(卜"門，^) = I g(r)&為成形函數，In為數據符
{丄 (o < k r) 2r 、 — ； ， h=0.5。 o 其它 所述的每個符號塊在完成連續相位調制之后，插入循環前綴波形，得到連續相位 調制信號的步驟為 1)循環前綴長度的大小要大于信道最大的彌散長度，設定頻率選擇性衰落信道的
彌散長度最大為25個符號，故循環前綴的長度設定為25個符號； 2)在第229(256-25-2)個符號處將相位歸零，這將用掉2個相位歸零符號； 3)在每個符號塊的末尾，需要加上另外2個歸零符號，使相位從任意狀態歸0 ; 4)對于每個符號塊，將最后25個符號的連續相位調制信號波形復制到符號塊最
前面形成循環前綴。 所述的將連續相位調制信號在通信通道上發送，連續相位調制信號經歷頻率選擇 性衰落的步驟為 1)連續相位調制信號<0 = 經歷頻率選擇性衰落信號后表示為
= ￡ V(卜廳)+柳，其中z (t)是零均值復高斯噪聲，方差為N。 ；MD是信道的最大彌散
/=0
長度，^為信道第L徑的增益。 所述的接收衰落后的連續相位調制信號，移除循環前綴，得到經歷衰落的訓練字 符號塊和數據符號塊，用存儲于本地的正交基對每個訓練字符號塊或數據符號塊做正交分 解的步驟為 1)接收經歷了頻率選擇性衰落信道的連續相位調制信號r(t)，對r(t)先移除循 環前綴； 2)加上傾斜相位"^^ —W ，使相位網格狀態時不變，得到r' (t);
1 ^ /23)存儲于本地的正交基為f。(t) = l，7lW 0《t〈T，其中
T為符號周期；將加入了傾斜相位的接收信號r' (t)在符號周期內與兩個正交基作相關， 得到兩組向量r。(n)和巧(n)。 所述的正交分解之后，把訓練字符號塊變換到頻域做信道估計，數據符號塊則根 據信道估計結果，在頻域上做均衡，去除信道干擾的影響后再變換回時域的步驟為
1)正交分解將訓練字符號塊和數據符號塊同時分解為兩路向量；在兩路向量中 分別提取出訓練字符號塊的向量段r。T (n) 、(n); 2)將r。T(n)、i^(n)和存儲于本地的訓練字符號塊向量s。T (n) 、 (n) —起變換到 頻域得到R。T (k) 、 R/ (k)和S。T (k) 、 (k); 3)根據最小均方誤差準則，得到正交分解后信道頻域的估計值為<formula>formula see original document page 6</formula> 4)將數據符號塊正交分解后得到的向量r。(n)和巧(n)變換到頻域上得到R。，&， 根據信道估計結果，在頻域去除信道的影響，得到兩路均衡后的輸出《、$ 5)將《、S變換到時域，送進解調器解調。 本發明通過正交分解的方法，消除CPM自身的相關性，后將其變換到頻域做信道 估計與均衡，大大的降低了復雜度，尤其是在頻率選擇性衰落信道下。本發明通過頻域均衡 的方法可以有效的抵消信道的影響，消除信道影響帶來的碼間干擾，因此可以工作在頻率 選擇性衰落信道下。
圖1是依據本發明的實施例的一種示范性通信系統的方框圖；
圖2是依據本發明的實施例中的符號塊結構圖；
圖3是依據本發明的實施例中的循環前綴添加示意圖；
圖4是依據本發明的實施例中的CPM信號正交分解方框圖；
圖5是依據本發明的實施例中的CPM頻域均衡方框圖。
具體實施例方式
本發明實現了 CPM信號利用頻域均衡技術，在頻率選擇性衰落信道下的調制解 調。 圖1示出了本發明的實施方案的一種示范性通信系統。發送部分由數據源101、 映射器102、成幀103、 CPM調制器104、加入循環前綴105模塊相連，完成CPM信號的產生 過程；接收部分接收經歷頻率選擇性衰落信道的CPM信號，并進行解調處理，由循環前綴移 除107、正交分解108、信道估計110、頻域均衡109和解調111模塊組成，最終解調出二進制 流，恢復數據源。 連續相位調制頻域均衡調制解調方法包括如下步驟 1)從數據源獲得二進制序列，將二進制序列映射成調制符號序列，將調制符號或 訓練字符號組成符號塊，按照符號塊長度逐塊送入連續相位調制器； 2)每個符號塊在完成連續相位調制之后，插入循環前綴波形，得到連續相位調制 信號； 3)將連續相位調制信號在通信通道上發送，連續相位調制信號經歷頻率選擇性衰 落；
4)接收衰落后的連續相位調制信號，移除循環前綴，得到經歷衰落的訓練字符號
塊和數據符號塊，用存儲于本地的正交基對每個訓練字符號塊或數據符號塊做正交分解； 5)正交分解之后，把訓練字符號塊變換到頻域做信道估計，數據符號塊則根據信
道估計結果，在頻域上做均衡，去除信道干擾的影響后再變換回時域； 6)均衡后變換回時域的數據符號塊送進維特比譯碼器解調得到源序列。 所述的從數據源獲得二進制序列，將二進制序列映射成調制符號序列，將調制符
號或訓練字符號組成符號塊，按照符號塊長度逐塊送入連續相位調制器的步驟為 1)將從數據源獲得的二進制序列an映射為數據符號序列In，具體是將1映射為
+1，0映射為-1 ; 2)每252個數據符號In和4個歸零符號組成一個數據符號塊，數據符號塊的長度
為256，如圖2所示，可以看出，在一個符號塊中，數據符號的個數為252個，分為兩段，第一
段229個(201)，第二段23個(203)，中間和最后分別有一組歸零符號(202、204); 3)每隔20個數據符號塊插入一個訓練字符號塊，以訓練字符號塊為起點組成幀
結構，訓練字符號塊仍然是由長度為252的訓練字符號和4個歸零符號組成； 4)每個符號塊依次進入連續相位調制器，在每個符號塊的起點相位為0，同時
每個符號塊的第231 (256-25)個符號處相位也為0，連續相位調制信號波形表達式為 圖3示意了在本發明實施例中循環前綴的添加方式，由于CPM信號是在相位上進 行調制的，故需要在CPM調制之后添加循環前綴，具體是將圖3中304、305模塊復制形成 301得到循環前綴。而為了保證CPM信號相位的連續性，需要加入歸零符號使相位狀態歸 零，見圖3中303、305。 所述的每個符號塊在完成連續相位調制之后，插入循環前綴波形，得到連續相位 調制信號的步驟為 1)循環前綴長度的大小要大于信道最大的彌散長度，設定頻率選擇性衰落信道的 彌散長度最大為25個符號，故循環前綴的長度設定為25個符號；
2)在第229 (256_25_2)個符號處將相位歸零，這將用掉2個相位歸零符號；
3)在每個符號塊的末尾，需要加上另外2個歸零符號，使相位從任意狀態歸0 ;
4)對于每個符號塊，將最后25個符號的連續相位調制信號波形復制到符號塊最 前面形成循環前綴，參見圖3中301。 所述的將連續相位調制信號在通信通道上發送，連續相位調制信號經歷頻率選擇 性衰落的步驟為 1)連續相位調制信號^) = 一(''7)經歷頻率選擇性衰落信號后表示為
K0= 2V(卜廳)+ z(0，其中z(t)是零均值復高斯噪聲，方差為N。;M。是信道的最大彌散
其中<^;/) = 27^5]/ ^-"7^，《(0= f gw&為成形函數，In為數據符
長度，^為信道第L徑的增益。
圖4示出了本發明實施例中的CPM信號正交分解方框圖，可以采用Gram-Schmidt正交分解法得到正交基，在我們實施例中正交基的數目為2個，因此，采用兩路相關的方式進行正交分解，得到兩路向量。將接收到的CPM信號分解之后，消除CPM信號自身的相關性，可以更好的進行信道均衡。 所述的接收衰落后的連續相位調制信號，移除循環前綴，得到經歷衰落的訓練字符號塊和數據符號塊，用存儲于本地的正交基對每個訓練字符號塊或數據符號塊做正交分解的步驟為 1)接收經歷了頻率選擇性衰落信道的連續相位調制信號r(t)，對r(t)先移除循環前綴；
2)加上傾斜相位"W^ —^ ,使相位網格狀態時不變，得到r' (t)
1 ^ /23)存儲于本地的正交基為f。(t) = lZlW ;z^ 0《(XT，其中
T為符號周期；將加入了傾斜相位的接收信號r' (t)在符號周期內與兩個正交基作相關，得到兩組向量r。(n)和巧(n)。 圖5示出了CPM信號頻域均衡的過程。CPM信號正交分解之后，得到兩路向量r。(n)和巧(n)，將這兩路向量變換到頻域(501、504)，根據信道估計的結果和匪SE準則，在頻域上均衡消除信道的影響(502、505)，將均衡后的頻域數據變換到時域進行解調(503、506)，完成頻域均衡。 所述的正交分解之后，把訓練字符號塊變換到頻域做信道估計，數據符號塊則根據信道估計結果，在頻域上做均衡，去除信道干擾的影響后再變換回時域的步驟為
1)正交分解將訓練字符號塊和數據符號塊同時分解為兩路向量；在兩路向量中分別提取出訓練字符號塊的向量段r。T (n) 、(n); 2)將r。T(n)、i^(n)和存儲于本地的訓練字符號塊向量s。T (n) 、 (n) —起變換到頻域得到R。T (k) 、 R/ (k)和S。T (k) 、(k); 3)根據最小均方誤差準則，得到正交分解后信道頻域的估計值為 ^。=1~^——、、仏=1~ 1——( 、 ). 4)將數據符號塊正交分解后得到的向量r。(n)和巧(n)變換到頻域上得到R。，&，根據信道估計結果，在頻域去除信道的影響，得到兩路均衡后的輸出《、S 5)將《、S變換到時域，送進解調器解調。 本發明是一個CPM調制使用頻域均衡方法對抗頻率選擇性衰落信道影響的系統。這里所述的方法與線路，對于CPM調制解調單體部件可以是完全傳統的，我們要求將它與頻域信道均衡的結合作為發明進行保護，頻域信道均衡包括CPM信號正交分解、頻域上的信道估計與頻域均衡。以上所述僅為特定應用場合的具體實施方式
，但本發明的真實精神和范圍不局限于此，任何熟悉本領域的技術人員可以修改單體部件的具體方法，實現不同應用場合的CPM頻域均衡調制解調系統。本發明僅由后附權利要求書及其等效技術方案來
8限定，我們要求將這些作為本發明來保護。
權利要求
一種連續相位調制頻域均衡調制解調方法，其特征在于包括如下步驟1)從數據源獲得二進制序列，將二進制序列映射成調制符號序列，將調制符號或訓練字符號組成符號塊，按照符號塊長度逐塊送入連續相位調制器；2)每個符號塊在完成連續相位調制之后，插入循環前綴波形，得到連續相位調制信號；3)將連續相位調制信號在通信通道上發送，連續相位調制信號經歷頻率選擇性衰落；4)接收衰落后的連續相位調制信號，移除循環前綴，得到經歷衰落的訓練字符號塊和數據符號塊，用存儲于本地的正交基對每個訓練字符號塊或數據符號塊做正交分解；5)正交分解之后，把訓練字符號塊變換到頻域做信道估計，數據符號塊則根據信道估計結果，在頻域上做均衡，去除信道干擾的影響后再變換回時域；6)均衡后變換回時域的數據符號塊送進維特比譯碼器解調得到源序列。
2. 根據權利要求1所述的一種連續相位調制頻域均衡調制解調方法，其特征在于，所 述的從數據源獲得二進制序列，將二進制序列映射成調制符號序列，將調制符號或訓練字 符號組成符號塊，按照符號塊長度逐塊送入連續相位調制器步驟為1) 將從數據源獲得的二進制序列a 映射為數據符號序列In，具體是將1映射為+1，0 映射為-1 ;2) 每252個數據符號In和4個歸零符號組成一個數據符號塊，數據符號塊的長度為256 ;3) 每隔20個數據符號塊插入一個訓練字符號塊，以訓練字符號塊為起點組成幀結構， 訓練字符號塊仍然是由長度為252的訓練字符號和4個歸零符號組成；4) 每個符號塊依次進入連續相位調制器，在每個符號塊的起點相位為0，同時每個符 號塊的第231個符號處相位也為0，連續相位調制信號波形表達式為sO)二一W'",其中+00p(f;/) = 2;r/2S/ ^-"r)，^)= f g("&為成形函數，In為數據符號塊或訓練序列符A7=_00 J" CO丄 (OS"D 號塊，g(f)- 2r、 _ _ ' ，h = 0.5。0 其它
3. 根據權利要求1所述的一種連續相位調制頻域均衡調制解調方法，其特征在于，所述的每個符號塊在完成連續相位調制之后，插入循環前綴波形，得到連續相位調制信號步驟為1) 循環前綴長度的大小要大于信道最大的彌散長度，設定頻率選擇性衰落信道的彌散長度最大為25個符號，故循環前綴的長度設定為25個符號；2) 在第229個符號處將相位歸零，這將用掉2個相位歸零符號；3) 在每個符號塊的末尾，需要加上另外2個歸零符號，使相位從任意狀態歸0;4) 對于每個符號塊，將最后25個符號的連續相位調制信號波形復制到符號塊最前面 形成循環前綴。
4. 根據權利要求1所述的一種連續相位調制頻域均衡調制解調方法，其特征在于，所 述的將連續相位調制信號在通信通道上發送，連續相位調制信號經歷頻率選擇性衰落步驟為1)連續相位調制信號W) = ,(''7)經歷頻率選擇性衰落信號后表示為KO= 2>,(卜廳)+ ^)，其中z(t)是零均值復高斯噪聲，方差為N。；M。是信道的最大彌散長度，^為信道第L徑的增益。
5.根據權利要求1所述的一種連續相位調制頻域均衡調制解調方法，其特征在于，所 述的接收衰落后的連續相位調制信號，移除循環前綴，得到經歷衰落的訓練字符號塊和數據符號塊，用存儲于本地的正交基對每個訓練字符號塊或數據符號塊做正交分解步驟為1) 接收經歷了頻率選擇性衰落信道的連續相位調制信號r(t)，對r(t)先移除循環前鄉^雙；2) 加上傾斜相位^(^^^ ，使相位網格狀態時不變，得到r' (t);<formula>formula see original document page 3</formula>3) 存儲于本地的正交基為f。(t) =1，,(0 = XX(" — 丁)， ^"T，其中T為符<formula>formula see original document page 3</formula>號周期；將加入了傾斜相位的接收信號r' (t)在符號周期內與兩個正交基作相關，得到兩 組向量r。(n)和巧(n)。
6.根據權利要求1所述的一種連續相位調制頻域均衡調制解調方法，其特征在于，所 述的正交分解之后，把訓練字符號塊變換到頻域做信道估計，數據符號塊則根據信道估計 結果，在頻域上做均衡，去除信道干擾的影響后再變換回時域步驟為1) 正交分解將訓練字符號塊和數據符號塊同時分解為兩路向量；在兩路向量中分別 提取出訓練字符號塊的向量段r。T (n) 、(n);2) 將r。T(n)、i^(n)和存儲于本地的訓練字符號塊向量s。T (n) 、 SlT (n) —起變換到頻域 得到R。T(k)、R/(k)和S。T(k)、S/(k);3) 根據最小均方誤差準則，得到正交分解后信道頻域的估計值為<formula>formula see original document page 3</formula>4) 將數據符號塊正交分解后得到的向量r。(n)和巧(n)變換到頻域上得到R。， R"根 據信道估計結果，在頻域去除信道的影響，得到兩路均衡后的輸出《、耳5) 將《、s;變換到時域，送進解調器解調。
全文摘要
本發明公開了一種連續相位調制頻域均衡調制解調方法，該方法可用于頻率選擇性衰落信道中。連續相位調制信號的產生包括映射、調制、插入循環前綴；連續相位調制信號的解調包括接收經歷了頻率選擇性衰落信道下的信號，移除循環前綴、正交分解、信道估計、頻域信道均衡、變換回時域后維特比譯碼。本發明通過正交分解的方法，消除CPM自身的相關性，后將其變換到頻域做信道估計與均衡，大大的降低了復雜度，尤其是在頻率選擇性衰落信道下。本發明通過頻域均衡的方法可以有效的抵消信道的影響，消除信道影響帶來的碼間干擾，因此可以工作在頻率選擇性衰落信道下。
文檔編號H04L25/03GK101707579SQ200910154569
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月12日 優先權日2009年11月12日
發明者付濤, 呂春苗, 彭岑, 趙民建, 鄭雅敏 申請人:浙江大學