專利名稱：偽隨機序列相位調制的cp-ebpsk通信系統及其通信方法
技術領域：
本發明屬于高頻譜利用率數字信息傳輸的技術領域，涉及數字通信中的信息調制與解調，具體而言涉及一種偽隨機序列相位調制的擴展二元相移鍵控(CP-EBPSK)的通信系統。
背景技術：
高速增長的寬帶無線業務需求對無線通信提出了越來越高的要求，直接導致了空中的無線電頻率越來越擁擠，特別是隨著第三代(3G)和第四代(4G)寬帶移動通信網絡的發展，較低頻段的連續頻譜幾乎被耗盡。歐洲IOMHz頻譜20年使用權的拍賣價已高達40億歐元，而在我國，花錢也難買到最有利的頻點和帶寬。因此，與能源和水資源一樣，頻譜也是國家的重要戰略資源，最大限度地壓縮無線傳輸頻譜具有重要的實際意義和直接的經濟效益。而為了在單位頻帶內高速傳輸信息，就要盡可能提高頻譜利用率(以bps/Hz來考核)，這已成為新一代信息傳輸系統的核心競爭指標和關鍵共性技術。為了緊縮頻譜，我們曾發明一種“連續相位擴展的二元相移鍵控”(CP-EBPSK Continue Phase-Extended Binary Phase Shift Keying)調制(見“頻譜緊縮的擴展二兀相移鍵控調制和解調方法”，發明專利公開號CN101582868)，其統一表達式為S0(t) = sin ωct,O ^ t < T
/ X士Asinoc^ 0</<γ,0<Δ<1j= .Λ_
[smmct,0<τ <t <T⑴其中，S(l(t)和Sl(t)分別表示碼元“O”和“I”的調制波形，ω。為調制載波的角頻率，0< Δ < I為調相指數。可見碼元周期T = 2πΝ/ω。持續了 N彡I個載波周期，“I”碼元的調制時間長度持續了 K < N個載波周期，K和N均為整數以保證整周期調制。由(I)式可見，CP-EBPSK調制波形具有如下特點I)相位連續，時間波形也連續；2)數據“O”的角頻率為ω。，數據“I”的角頻率為ω。土 Λ ω ecoS ω et (信號相位coct 土 Δ ωρ ηω。!對于時間t的導數)，瞬時頻率變化為土 Δ · ω。，是一個有限值，當Δ<< I時CP-EBPSK已調波的頻譜可望得到緊縮；3)如果取τ =T即可實現單載波周期的調制，從而最高碼率在數值上就等于載波頻率，帶寬達到最寬。隨著調制占空比τ/Τ = Κ/Ν的減小(或調制指數Λ的減小)，則在一定的功率譜密度(PSD Power Spectrum Density)電平上，CP-EBPSK已調波形的帶寬可一直趨于所謂的超窄帶(UNB Ultra Narrow Band)。例如，參見圖I所示，
圖1(a)中每個碼元周期的載波數為N = 4，調制鍵控時段載波數K = 2, Δ = O. 5,橫坐標表示采樣點數,縱坐標表示信號幅度；而圖1(b)是當Δ =
O.I時，偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK信號的功率譜，圖中橫坐標是頻率，單位為MHzJi坐標為相對幅度，單位為dB，計算功率譜時取了 10000個碼元。當T內的載波周期數N =、4、鍵控調制時段τ內的載波周期數K = 2時，(I)式的CP-EBPSK調制波形和功率譜分別如圖1(a)和圖1(b)所示，其中圖1(a)取△ = O. 5(否則“O”和“I”差異太小不夠醒目)，而1(b)則取Λ = O. I。具體實現則是當調制器輸入碼元“O”時，調制器就選擇Stl(t)所示的波形樣本輸出，反之當輸入為碼元“I”時，調制器選擇S1 (t)所示的波形樣本輸出，所有碼元“I”所對應調制波形的調相指數△均相等，且保持不變。由圖1(b)可見，采用CP-EBPSK調制所得信號的功率譜(例如_50dB以上)將集中在載頻(圖I為30MHZ)附近，其帶寬大大減小，更符合傳統意義上的“超窄帶”。但另一方面也不難看出，圖I (b)當Λ = O. I時偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK信號的功率譜邊帶之所以未能達到更嚴格的低于-60dB的要求，主要是因為其PSD邊帶中所含有的較高的離散頻譜(即線譜)分量。因此，如果能去除或降低偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK信號功率譜邊帶中的線譜，即可望進一步降低偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK信號功率譜的邊帶電平。
發明內容
為克服現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種偽隨機序列相位調制的擴展二元相移鍵控(CP-EBPSK)的通信系統及其通信方法，該通信系統及其通信方法調制信號占用帶寬極窄、干擾低、實現簡單、碼率適應范圍廣及使用靈活。注意到CP-EBPSK在每個碼元“I”的鍵控調制時段，⑴式中的調相指數Λ要么保持不變，要么交錯改變符號(即+Λ或-Λ)，這種規律性是PSD邊帶中產生線譜分量(對應著時域的周期正弦分量)的根本原因。而如果在發送碼元“I”時，讓調相指數Λ的符號(即調制極性)隨機變化(即隨機取+Λ或-Λ)，就可望降低或消除邊帶線譜，從而進一步緊縮偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK信號的功率譜，降低對于相鄰信道的干擾，提高頻譜利用率。因此為解決上述技術問題，實現上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現一種偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK通信系統，以連續相位擴展的二元相移鍵控調制方式為基礎，所述二元相移鍵控調制方式的表達式如式(I)，S0 (t) = sin ω ct, O ^ t < T
,,f sin 士0<i<r, 0<Δ<1= ^ Λ ^
、,[sin wct,Q <τ <t <Τ⑴式中S(l(t)和S1 (t)分別表示二進制數據“O”和“I”的調制波形，數據位寬度即碼元周期T = 2πΝ/ω。持續了 N彡I個載波周期，ω。為調制載波的角頻率，“I”碼元的調制時間長度τ = 2 π Κ/ω持續了 K彡N個載波周期，O < Δ < I為調相指數；其包括偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK調制器及偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK解調器，所述偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK調制器在原始CP-EBPSK調制器中增加了一個偽隨機序列發生器，利用其產生的偽隨機數來隨機選取Λ的符號，即在(I)式中，對于數據“O”的調制不變，而對于數據“1”，則考察該偽隨機序列當前隨機數的值，若該值為0，則(I)式中取+Λ，若該值為1，則(I)式中取-Λ ;所述偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK解調器包括一沖激濾波器，來突出接收信號的調相信息并消除其極性變化，使得解調性能不受偽隨機序列相位調制的影響，所述沖擊濾波器由一對共軛零點和至少兩對共軛極點構成，信號載頻高于零點頻率但低于所有極點頻率，而零點頻率與極點頻率的靠近程度，至少要達到信號載頻的10_3量級。一種偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK通信系統的通信方法，其包括調制方法及解調方法；所述調制方法包括以下步驟步驟I)根據式⑵產生三個調制波形的數字樣本g(l、g10和gn g0 (t) = sin ω ct, 0 ≤ t < T
權利要求
1.偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK通信系統，以連續相位擴展的二元相移鍵控調制方式為基礎，所述二元相移鍵控調制方式的表達式如式(I)，S0(t) = sinωct,O ^ t < T ,V Jsin(<yc/土Asinmj), 0</<γ,0<Δ<1 1 I sin mct,0<τ <t <Tq) 式中S(l(t)和S1 (t)分別表示二進制數據“0”和“I”的調制波形，數據位寬度即碼元周期T = 2πΝ/ω。持續了 NS I個載波周期，ω。為調制載波的角頻率，“I”碼元的調制時間長度τ = 2 π Κ/ω持續了 K彡N個載波周期，O < Δ < I為調相指數； 其包括偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK調制器及偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK解調器，其特征在于 1)所述偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK調制器包括一偽隨機序列發生器，利用其產生的偽隨機數來隨機選取Λ的符號，即在(I)式中，對于數據“O”的調制不變，而對于數據“1”，則考察該偽隨機序列當前隨機數的值，若該值為0，則(I)式中取+△，若該值為1，則(I)式中取_ A ; 2)所述偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK解調器包括一沖激濾波器，來突出接收信號的調相信息并消除其極性變化，使得解調性能不受偽隨機序列相位調制的影響，所述沖擊濾波器由一對共軛零點和至少兩對共軛極點構成，信號載頻高于零點頻率但低于所有極點頻率，而零點頻率與極點頻率的靠近程度，至少要達到信號載頻的10_3量級。
2.根據權利要求I所述的偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK通信系統，其特征在于，所述偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK調制器包括包括一用于接收信息序列的波形樣本模塊(I)，所述波形樣本模塊(I)包括只讀存儲器和多路選擇器，所述波形樣本模塊(I)連接一數字濾波模塊(2)，所述數字濾波模塊(2)連接一用于發射偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK信號的數模轉換器(3);還包括第一時鐘發生器(4)，所述第一時鐘發生器(4)分別連接所述波形樣本模塊(I)、數字濾波模塊(2)和數模轉換器(3);還包括一偽隨機序列發生器(5)，所述偽隨機序列發生器(5)連接有所述波形樣本模塊(I)，所述時鐘發生器(4)還連接所述偽隨機序列發生器(5)。
3.根據權利要求I所述的偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK通信系統，其特征在于，所述偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK解調器包括一用于接收偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK信號的天線(I)，所述天線(I)連接一前置放大模塊(2)，所述前置放大模塊(2)連接一混頻器(3)，所述混頻器(3)連接一中頻放大模塊(4)，所述中頻放大模塊(4)連接一 M分頻模塊(5)，所述M分頻模塊(5)連接一可輸出參考鑒相的鑒相器￠)，所述鑒相器(6)連接一低通濾波波模塊(5);還包括一用于產生本振信號的壓控振蕩器(8)，所述低通濾波波模塊(5)連接所述壓控振蕩器(8)，所述壓控振蕩器(8)連接所述混頻器(3);所述中頻放大模塊(4)還連接一模數轉換器(9)，所述模數轉換器(9)連接一沖擊濾波器(10)，所述沖擊濾波器(10)連接一檢查判決模塊(11)，所述檢查判決模塊(11)連接一用于輸出信息序列的位同步模塊(12);還包括第二時鐘發生器(13)，所述第二時鐘發生器(13)分別連接所述模數轉換器(9)、沖擊濾波器(10)、檢查判決模塊(11)以及位同步模塊(12)；還包括一參考晶振(14)，所述參考晶振(14)分別連接所述鑒相器(6)和第二時鐘發生器(13)。
4.根據權利要求I或2或3所示的偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK通信系統的通信方法，包括調制方法及解調方法，其特征在于，所述調制方法包括以下步驟 步驟I)根據下式⑵產生三個調制波形的數字樣本g(1、g10和gn
5.根據權利要求4所述的偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK通信系統的通信方法，其特征在于對于“O”、“ I ”信息的檢測判決采用門限判決或積分判決。
全文摘要
本發明公開了一種偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK通信系統及其通信方法，以連續相位擴展的二元相移鍵控調制方式為基礎，其包括偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK調制器及偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK解調器，所述偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK調制器在原始CP-EBPSK調制器中增加了一個偽隨機序列發生器，利用其產生的偽隨機數來隨機選取Δ的符號；所述偽隨機序列相位調制的CP-EBPSK解調器包括一沖激濾波器，來突出接收信號的調相信息并消除其極性變化，使得解調性能不受偽隨機序列調制的影響。本發明的調制信號占用帶寬極窄、干擾低、實現簡單、碼率適應范圍廣及使用靈活。
文檔編號H04L27/20GK102739590SQ201110092668
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月14日 優先權日2011年4月14日
發明者馮熳, 吳樂南, 應鵬魁, 張宇 申請人:蘇州東奇信息科技有限公司