[發明專利]一種基于橢圓球面波信號的連續相位調制解調方法

有效

• 申請號: 202010544926.2
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111711589B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 楊大偉;王紅星;劉傳輝;康家方;張磊;劉錫國
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍航空大學
• 主分類號: H04L27/20
• 分類號: H04L27/20;H04L27/227
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種基于橢圓球面波信號的連續相位調制解調方法，該方法將信號空間具有時頻域高能量聚集性、時間帶寬積靈活可控的橢圓球面波信號，作為連續相位調制信號的基帶調頻脈沖信號，產生調制信號，利用橢圓球面波信號波形相干的檢測方法解調輸出數據。本發明與現有基于矩形脈沖、升余弦脈沖等信號的連續相位調制信號相比，在相同參數條件下，可以獲得能量聚集性、頻帶利用率更高的調制信號，且可以優于現有連續相位調制信號差分相干檢測的解調性能。

技術領域

本發明涉及數字信號傳輸與處理領域，特別是涉及一種基于橢圓球面波信號的連續相位調制解調方法，可用于無線數字通信系統中連續相位調制信號的調制與解調。

背景技術

在現有通信體制中可有效利用的頻譜資源十分有限，調制信號的頻帶利用率和功率效率是影響通信系統整體性能的重要因素。瑞典隆德大學T.Aulin等人于1981年相繼發表系列論文，系統闡述了連續相位調制(Continuous Phase Modulation,CPM)技術，這類調制信號具有恒包絡、較高的頻帶利用率和功率效率、受非線性器件影響小等特點，是一種更為有效的數字相位調制方式，廣泛應用于移動通信、遙感測繪、衛星通信等領域。

上世紀70年代初，人們采用矩形脈沖作為CPM基帶調頻信號，提出最小頻移鍵控(MSK)調制方法，其調制信號相位路徑呈直線型，相位路徑在碼元轉換時刻上產生尖角，使得已調波頻譜邊瓣滾降速度較慢；1975年美國航空公司提出正弦頻移鍵控(SFSK)調制方法，該方法將升余弦作為CPM基帶調頻信號，其相位路徑平滑了MSK相位路徑的尖角，使得SFSK的頻譜滾降要比MSK快；1979年，日本NTT公司提出高斯最小頻移鍵控(GMSK)調制方法，該方法是通過MSK加前置高斯濾波器產生類高斯型基帶調頻信號，調制信號相位路徑相比MSK、SFSK進一步得到平滑，GMSK頻譜具有較小的帶外輻射，頻譜性能進一步提升。現有的CPM信號的基帶調頻信號主要包括矩形脈沖、升余弦脈沖、(類)高斯型脈沖等，不同的基帶調頻信號決定了CPM調制信號不同的頻譜性能。CPM調制方法通過引入時域波形更光滑、時頻能量聚集性能更優的基帶調頻脈沖信號，使得CPM調制信號相位路徑的平滑程度不斷改善，得以提高CPM調制信號頻譜性能和CPM系統的頻帶利用率。

橢圓球面波函數(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWFs)是1961年由美國貝爾實驗室D.Slepian與O.Pollak等人提出的一類非正弦函數集合，具有最優時頻能量聚集性、時間帶寬積靈活可控性、完備性、雙正交性、時域奇偶對稱性等優良基礎特性，在雷達、超寬帶通信、光學、數學、濾波、目標探測等領域都有所應用。在相同參數條件下，相對于CPM調制采用的矩形脈沖、升余弦脈沖、高斯型脈沖等基帶調頻脈沖信號，0階PSWF又是PSWFs集中最佳時頻能量聚集性信號，且在多載波通信系統中，通過引入PSWFs作為基帶信號波形，替代矩形脈沖信號，能夠有效提升系統性能。

發明內容

本發明的目的在于提高現有CPM系統的頻帶利用率。本發明提出了一種基于橢圓球面波信號的連續相位調制解調方法，相對于CPM常用基帶調頻信號，將具有時頻能量聚集性更優的PSWFs信號作為CPM基帶調頻脈沖信號，引入CPM調制，能進一步提高CPM調制信號的能量聚集性和系統頻譜效率。

具體而言，一種基于橢圓球面波信號的連續相位調制解調方法原理圖如圖1所示，主要包括基于橢圓球面波信號的連續相位調制方法和解調方法兩部分內容。

1)基于橢圓球面波信號的連續相位調制方法

原理圖如圖2所示，采用的具體技術方案是：

步驟1：對輸入n比特信息數據進行符號映射，產生雙極性不歸零符號序列a_i，將a_i與沖激函數δ(t)相乘，得到沖激序列a_i單個碼元可以有M種取值，分別為±1,±3,…,±(M-1)，M為2的冪次方值，i∈[1,n]，T為單個周期碼元時寬，t為信號持續時間且t∈[0,nT]，單位為秒；