[發(fā)明專利]通信系統(tǒng)中信號的極化和相位結(jié)合的三維調(diào)制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110224952.8
• 申請日: 2011-08-05
• 公開（公告）號: CN102355447A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋漢斌;陳曉光;張建秋
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H04L27/36
• 分類號: H04L27/36;H04L27/32
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通信系統(tǒng)中信號的調(diào)制方法。?

背景技術(shù)

調(diào)制解調(diào)技術(shù)關(guān)系到信息傳輸?shù)乃俾屎驼`碼性能。在通信系統(tǒng)中引入速率更快、性能更好的調(diào)制解調(diào)技術(shù)成為提高或改善系統(tǒng)性能的有效途徑之一，其中擴(kuò)展調(diào)制解調(diào)信號的維度，即將傳統(tǒng)的二維調(diào)制解調(diào)星座圖擴(kuò)展到三維立體調(diào)制解調(diào)星座圖，是提高調(diào)制解調(diào)性能的直接方法。

在光通信系統(tǒng)中，人們利用光的偏振（極化）信息對光信號的三維調(diào)制解調(diào)進(jìn)行了研究[1]-[7]。在無線通信領(lǐng)域，人們在GSM系統(tǒng)中引入了雙極化天線，組合了+45度和-45度兩副極化方向相互正交的天線，使其在工作收發(fā)雙工模式的同時，可通過極化分集來代替空間分集接收，從而提高系統(tǒng)的性能。例如：在GSM和EDGE系統(tǒng)中，文獻(xiàn)[8]和[9]討論了如何運(yùn)用極化信息來控制功放以提高調(diào)制的效率，文獻(xiàn)[10]研究了極化矢量調(diào)制在X波段的相控陣?yán)走_(dá)中的應(yīng)用。

隨著矢量天線的發(fā)展，為利用電磁波的極化信息提供了新的思路[11]-[16]。文獻(xiàn)[11]報道了電磁矢量天線的實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)方法。這種電磁矢量天線可以記錄三維空間中電磁波所攜帶的三維電場和三維磁場信息的同時，它還具備了傳統(tǒng)標(biāo)量天線所不具有的性質(zhì)。例如，接收端可以在不知道具體陣列結(jié)構(gòu)的情況下，對空間電磁源的波達(dá)方向（DOA）和極化參數(shù)進(jìn)行估計[12]-[14]；矢量調(diào)制器在相控陣天線中對放大器進(jìn)行控制[15]；矢量天線應(yīng)用于接收信號相位誤差的校正[16]。這些研究表明：將電磁波的幾何特性和天線幾何結(jié)構(gòu)相結(jié)合的電磁矢量天線的出現(xiàn)，使人們發(fā)現(xiàn)了許多以前未知的現(xiàn)象和規(guī)律[17]-[21]。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可以提高通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率、降低數(shù)據(jù)誤碼率的信號調(diào)制方法。

本發(fā)明提供的通信系統(tǒng)中信號的調(diào)制方法，是將信號相位、極化幅度與極化俯仰角參數(shù)進(jìn)行三維聯(lián)合調(diào)制的方法。具體來說，本發(fā)明利用矢量天線對電磁波極化信息敏感的特點(diǎn)，用矢量天線發(fā)射攜帶有極化信息的載波，在接收端同樣利用矢量天線進(jìn)行接收并解調(diào)，同時獲得原有的相位調(diào)制信息和極化調(diào)制信息；并具體給出極化與相位聯(lián)合三維調(diào)制解調(diào)的表達(dá)式，使在無線通信中應(yīng)用‘信號相位’、‘極化幅度’和‘極化俯仰角’作為調(diào)制解調(diào)中攜帶數(shù)據(jù)信息的特征參數(shù)；同時討論了三維聯(lián)合調(diào)制的星座圖和星座點(diǎn)分布。本發(fā)明合理利用了電磁波的極化信息，具有傳輸速率高和誤碼率低的特點(diǎn)。

矢量天線是由三個電偶極子和三個磁偶極子構(gòu)成，它們在空間上相互正交、同點(diǎn)分布，且具有不同的極化特性，能夠同時發(fā)射和接收x、y、z三個方向的電場和磁場分量。典型的矢量天線如圖1所示。其中，????????????????????????????????????????????????表示信號的俯仰角，即z軸與入射信號方向之間的夾角；表示信號的方向角，即從x軸沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)到信號入射方向在x-y平面投影的夾角；表示信號的極化輻角；表示信號的極化相位差。對于遠(yuǎn)場信號，以矢量天線為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，以，，來表示TME波傳播方向的單位矢量，則全極化TEM波的電場分量E可以表示為[22]：

??????????????????????????????????（1）。

其中為TEM波的水平極化分量，為TEM波的垂直極化分量。由和構(gòu)成的TEM波極化橢圓如圖2所示：在給定極化模式的情況下，矢量天線接收到的，方向電場分量可以表示為[26]：

????????????????????????????????（2）。

其中，為TEM波的幅度，方向電場分量為0。和會在矢量天線，，方向的三個電偶極子上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，因此，矢量天線接收到的TEM波的其電磁場分布可表示為：

（3）。

相移鍵控PSK調(diào)制波形符號可表示為：

????????????????????????????（4）。

其中，為無線通信中傳輸?shù)膹?fù)信號包絡(luò)，Re(?)代表取實(shí)部運(yùn)算，為載波頻率，為調(diào)制相位，為調(diào)制信號幅度。在PSK調(diào)制中，發(fā)射和接收信號均為標(biāo)量信號，通過對信號相位進(jìn)行調(diào)制來傳遞信息，其星座圖是二維的。本發(fā)明將傳統(tǒng)的PSK信號進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)三維聯(lián)合調(diào)制，即引入信號的極化參數(shù)作為新的調(diào)制變量。具體來說，使用全極化TEM波作為載波，將式（1）中描述的全極化波以復(fù)信號的形式帶入式（4），得到新的極化與相位三維聯(lián)合調(diào)制的信號，其表達(dá)式為：

??????????（5）。