[發明專利]一種基于相位與正交信號聯合的信息調制和解調方法

有效

• 申請號: 202110303631.0
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113067791B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 余顯祥;卜祎;林瑜;邱慧;崔國龍;孔令講;楊曉波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;G01S7/02
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

1.一種基于相位與正交信號聯合的信息調制和解調方法，包括以下步驟：

步驟S1：利用復合LFM信號，設計具有自/互相關特性的正交信號波形簇,具體分步驟如下：

步驟S11：復合LFM信號模型：

在基準LFM信號上附加一個隨時間而變化的相位擾動項，多次附加不同相位擾動函數，產生一簇相位擾動的復合LFM信號波形簇，復合LFM信號表達式如下：

s_m(t)＝a_m(t)exp(j2π(f₀t+μt²/2)),0≤t≤T₀,m＝1,…,M (1)

其中，T₀為子信號持續時間，f₀為信號載頻，μ為LFM信號調制斜率，M為通信子信號總個數，a_m(t)定義為這一簇波形中第m個波形的擾動項：a_m(t)＝exp[jφ_m(t)]，φ_m(t)是相應的相位擾動函數，定義為：

其中，N為子相位擾動函數個數，幅參數a_mn，相參數θ_mn均為雷達發射端已知隨機數，頻參數ω_mn可隨機產生或在預先指定頻寬中按等間隔取值；

步驟S12：信號約束條件：

條件1：歸一化自相關峰值旁瓣電平APSL，滿足APSL≤γ，γ為預先設定的歸一化門限值，依雷達接收機檢測性能而定，使得檢測階段能夠選出真實目標的位置；

條件2：歸一化APSL與歸一化互相關峰值電平CPSL，滿足CPSL-APSL≤γ′,γ′為預先設定的閾值；

步驟S13：優化設計算法：

根據信號約束條件，設計相位擾動函數φ_m(t)的參數N，a_mn，ω_mn，θ_mn，控制復合LFM信號波形簇的自/互相關特性；具體如下：

(1)子相位擾動函數個數N＝300；

(2)幅參數a_mn為[0,8π]內服從均勻分布的隨機數；

(3)頻參數ω_mn,1≤m≤M,1≤n≤N的取值方式為：在基準LFM信號的頻帶[0,B]內，先以正交信號個數M進行等分，再以子相位擾動函數個數N進行等分，將MN等分之后的每一等分賦值給ω₁₁,ω₁₂,…,ω_1N,ω₂₁,ω₂₂,…,ω_2N,…,ω_MN；

(4)相參數θ_mn可取為[0,2π]內服從均勻分布的隨機數；

步驟S2：在正交信號的基礎上嵌入調制相位，完成相位與正交信號聯合的信息調制：

基于相位與正交信號聯合的信息調制將二進制通信信息位分成兩個部分，一部分信息符號通過設計的正交波形控制，另一部分信息符號由不同的相位表示，假設每個子信號代表P位二進制符號，前L位為正交波形表示的信息，后P-L位是通過相位傳輸的，那么所需要設計的正交波形個數可以表示為M＝2^L，不同的相位個數為I＝2^P-L，聯合調制后的信號可表示為：

其中，s_m(t)表示設計的M個正交信號中的一種，θ_i表示調制的相位；

所述調制的相位個數I＝4，則在正交信號上嵌入調制相位的實現過程可等價于利用4種離散的相位狀態傳輸四元符號序列的差分四相移鍵控調制；

首先將發射的后2位二進制消息序列{a_n}轉換成格雷碼{b_n}，然后將{b_n}轉換成差分碼{d_n}，再將{d_n}表示成比特對的形式，然后每對比特對的高位比特和低位比特分別排成d_1n和d_0n序列，再經過基帶脈沖成形后，變成雙極性形式，記d_0n和d_1n的雙極性形式分別為：

低比特序列的雙極性形式d_In與正交信號s_m(t)結合形成s_{I_PSK}(t)，高比特序列的雙極性形式d_Qn與正交信號s_m(t)經過π/2相移后的信號結合形成s_{Q_PSK}(t)，它們載波相差π/2，彼此正交，結合后形成聯合調制信號，具體表示為：

步驟S3：利用解調方法，解調出調制在正交信號以及調制相位里的通信信息,具體分步驟如下：

步驟S31：利用匹配脈沖壓縮，確定聯合調制信號中采用的正交信號，解調出調制在正交信號里的前L位通信信息：

步驟S32：將聯合調制信號進行相位解調處理，具體為：將聯合調制信號x_n(t)通過帶通濾波器，濾除信號帶寬外的噪聲信號；然后將其與正交信號解調出的正交信號所對應的匹配濾波沖激響應進行脈沖壓縮壓縮處理；再提取脈壓后峰值相位θ_n；對前一個聯合調制信號x_n-1(t)進行相同操作，得到峰值相位θ_n-1；將θ_n與θ_n-1相減得到相位差Δθ_n＝θ_n-θ_n-1，其中，θ₀＝π/4；然后通過DQPSK方案映射規則，得到格雷碼{b_n}；最后將格雷碼{b_n}轉換成自然碼{a_n}，得到后P-L位的通信信息；

結合步驟S31得到的前L位通信信息以及步驟S32得到的后P-L位通信信息，得到傳輸的P位通信信息。