專利名稱：全響應(yīng)8cpfsk的90度旋轉(zhuǎn)不變tcm編碼調(diào)制解調(diào)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信的領(lǐng)域，尤其涉及一種全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)器方法及其裝置。
背景技術(shù)：
TCM是一種將調(diào)制和編碼相結(jié)合的技術(shù)，它在沒(méi)有提高發(fā)射功率和不增加系統(tǒng)傳輸帶寬的條件下，提高了數(shù)字傳輸系統(tǒng)的可靠性。這樣的線路已有描述，例如在如下教材中John G.Proakis Digital Communications(Four Edition)，但在實(shí)際的TCM傳輸系統(tǒng)中，如果接收端采用相干解調(diào)，由于載波提取方法的某些固有缺陷，會(huì)產(chǎn)生不同角度的相位模糊現(xiàn)象，使系統(tǒng)性能明顯下降。特別是當(dāng)接收端與發(fā)送端存在著載波頻率偏差的情況下，影響更加嚴(yán)重，在高信噪比條件下，通過(guò)相位環(huán)路跟蹤可以使得差錯(cuò)率得到一定的控制，但是在較低信噪比條件下，有可能造成差錯(cuò)傳播，引起系統(tǒng)性能急劇惡化，所以非常有必要提出一種能夠克服相位模糊度的編碼調(diào)制解調(diào)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)器方法，其具體步驟如下1)從源獲得2bits數(shù)據(jù)位；2)讀取2bits源數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)編碼器映射到3bits數(shù)據(jù)位，將3bits數(shù)據(jù)位的集安排到數(shù)據(jù)符號(hào)Zk中，該符號(hào)取{0，1，…6，7}值之一，其中k是時(shí)間指數(shù)；3)將數(shù)據(jù)符號(hào)Zk通過(guò)具有調(diào)制指數(shù)h及成型脈沖g(t)的CPM調(diào)制器，形成連續(xù)相位信號(hào)Sd(t)＝ej(2πh(t)-πh(M-1)t/T)其中(τ+kT)＝R2π[2πh(Zk-1+R8[Zk-Zk-1]q(τ)/2)+W(τ)]0≤τ≤T，h＝1/8，T表示符號(hào)周期，RM表示模M，波形q(t)是某個(gè)成型脈沖g(t)的積分，W(t)與輸入符號(hào)無(wú)關(guān)，僅和一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的采樣時(shí)刻相關(guān)，表示式為W(t)=h(M-1)2sin2π(t-nT)T,]]>本文中M＝8；4)在通信通道上發(fā)送連續(xù)相位信號(hào)；5)接收所發(fā)送的信號(hào)以及對(duì)接收到的信號(hào)解調(diào)恢復(fù)出發(fā)送的源數(shù)據(jù)。
所述的編碼器包括如下步驟1)時(shí)刻kT讀取2bits源數(shù)據(jù)，其高位為uk1，低位為uk2；2)狀態(tài)數(shù)為16，所以對(duì)應(yīng)4個(gè)狀態(tài)寄存器，時(shí)刻kT其分別為Statek1，Statek2，Statek3和Statek4；3)計(jì)算中間變量next_state_t，last_state_t以及編碼器輸出Zknext_state_t=uk1×4+uk2×2+Statek4]]>last_state_t=Statek1×4+Statek2×2+Statek3]]>Zk＝R8(next_state_t+last_state_t)其中R8表示模8，Zk為3bits數(shù)據(jù)，高位到低位依次為Zk1，Zk2和Zk34)(k+1)T時(shí)刻更新?tīng)顟B(tài)Statek+11，Statek+12，Statek+13和Statek+14Statek+11，Statek+12，Statek+13依次與Zk相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的3bits位Zk1，Zk2和Zk3對(duì)應(yīng)，即Statek+11=Zk1;]]>Statek+12=Zk2;]]>Statek+13=Zk3;]]>Statek+14=Statek3⊕uk2]]>所述的解調(diào)器的解調(diào)步驟如下1)在預(yù)定的采樣間隔上對(duì)接收到的信號(hào)采樣；2)讓接收到的信號(hào)與所有可能已編碼數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)的信號(hào)做互相關(guān)運(yùn)算，得到兩者信號(hào)的互相關(guān)度量，讓互相關(guān)度量信息通過(guò)維特比解碼器，評(píng)估來(lái)自源的數(shù)據(jù)位全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)裝置數(shù)據(jù)源模塊、編碼器模塊、調(diào)制器模塊、通信信道以及解調(diào)器模塊依次相接。
所述的編碼器模塊的電路為狀態(tài)轉(zhuǎn)移更新模塊分別與第一狀態(tài)寄存器、第二狀態(tài)寄存器、第三狀態(tài)寄存器、第四狀態(tài)寄存器相接。
所述的調(diào)制器模塊的電路為加法器模塊與相位生成模塊、相位累加模塊相接，加法器模塊與正弦、余弦查找表模塊相接。
本發(fā)明通過(guò)格狀編碼器的設(shè)計(jì)避免了由于載波相位模糊引起的性能損失，當(dāng)系統(tǒng)存在90°，180°或者270°相位誤差的情況下，都可以正常解調(diào)；同時(shí)因?yàn)樵撓到y(tǒng)是旋轉(zhuǎn)不變的，所以可以降低對(duì)相位以及頻率估計(jì)的要求，有更強(qiáng)的魯棒性，系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)為16，具有簡(jiǎn)單，資源消耗小的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)裝置的方框圖；圖2是本發(fā)明的編碼器模塊的線路方框圖；圖3是本發(fā)明的調(diào)制器模塊的線路方框圖；圖4是本發(fā)明的編碼器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；圖5是本發(fā)明的連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)的功率譜；圖6是本發(fā)明在AWGN信道條件下的性能曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)器。
CPM信號(hào)以脈沖q(t)，或相應(yīng)的成型脈沖g(t)來(lái)表征，兩者之間的關(guān)系如下q(t)=∫-∞tg(u)du]]>典型情況下，g(t)是時(shí)間限于某個(gè)區(qū)間(0，LT)的，另外，在q(t)上歸一化為q(∞)＝1/2本發(fā)明只討論全響應(yīng)CPM，所以L為1，另外本例中取g(t)為1RC成型，即 并且調(diào)制指數(shù)h＝1/8，利用以上信息，根據(jù)Zk就可以確定被發(fā)送的8CPFSK信號(hào)了。
現(xiàn)在參看圖1，示出了一種全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)裝置的方框圖。數(shù)據(jù)源模塊101與編碼器模塊102相接，編碼器模塊102與調(diào)制器模塊103相接，完成8CPFSK連續(xù)相位信號(hào)的產(chǎn)生功能，信號(hào)通過(guò)通信信道模塊104，在解調(diào)器模塊105完成解調(diào)。
本發(fā)明中，在時(shí)刻kT，編碼器模塊102從數(shù)據(jù)源模塊101讀入2bits源數(shù)據(jù)，其高位到低位依次對(duì)應(yīng)uk1，uk2；2bits數(shù)據(jù)源送入編碼器模塊102，得到輸出Zk以及前一時(shí)刻的輸出Zk-1；根據(jù)Zk以及Zk-1，調(diào)制器模塊103產(chǎn)生8CPFSK連續(xù)相位信號(hào)送給通信信道模塊104；解調(diào)器105接收到信號(hào)，計(jì)算其與所有可能已編碼數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)的信號(hào)互相關(guān)度量，讓互相關(guān)度量信息通過(guò)維特比解碼器，從而判決出所發(fā)送的信息位。
參看圖2，示出了編碼模塊102。uk1，uk2分別對(duì)應(yīng)kT時(shí)刻的輸入，第一狀態(tài)寄存器201，第二狀態(tài)寄存器202，第三狀態(tài)寄存器203，第四狀態(tài)寄存器204分別對(duì)應(yīng)kT時(shí)刻的狀態(tài)寄存器Statek1，Statek2，Statek3和Statek4，即16狀態(tài)編碼器。所述的狀態(tài)轉(zhuǎn)移更新是這樣完成的
根據(jù)輸入信號(hào)uk1，uk2以及當(dāng)前時(shí)刻狀態(tài)Statek1，Statek2，Statek3和Statek4計(jì)算得到輸出Zk以及下一時(shí)刻即(k+1)T的狀態(tài)next_state_t=uk1×4+uk2×2+Statek4]]>last_state_t=Statek1×4+Statek2×2+Statek3]]>Zk＝R8(next_state_t+last_state_t)其中R8表示模8，next_state_t，last_state_t為中間變量，Zk為3bits數(shù)據(jù)，高位到低位依次為Zk1，Zk2和Zk3(k+1)T時(shí)刻更新?tīng)顟B(tài)Statek+11，Statek+12，Statek+13和Statek+14Statek+11=Zk1;]]>Statek+12=Zk2;]]>Statek+13=Zk3;]]>Statek+14=Statek3⊕uk2]]>參看圖3，示出了調(diào)制器模塊103。加法器模塊303與相位生成模塊301、相位累加模塊302相接，加法器模塊303與正弦、余弦查找表模塊304相接。相位生成模塊根據(jù)Zk、Zk-1、q(t)以及W(t)產(chǎn)生相位(τ+kT)＝R2π[2πh(Zk-1+R8[Zk-Zk-1]q(τ)/2)+W(τ)]0≤τ≤T相位累加模塊302累加固定相位，兩者通過(guò)加法器模塊303相加得到連續(xù)相位信號(hào)的相位ψ(t)ψ(t)＝2πh(t)-πh(M-1)t/Tψ(t)送入正弦、余弦查找表模塊304得到連續(xù)相位信號(hào)。
在實(shí)施中，可以得到16狀態(tài)編碼器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖4所示以及發(fā)送的8CPFSK的信號(hào)功率譜如圖5所示。
在解調(diào)器105中，接收機(jī)接收通過(guò)通信信道的信號(hào)并通過(guò)接收信號(hào)來(lái)評(píng)估發(fā)送的數(shù)據(jù)符號(hào)。接收機(jī)在預(yù)先規(guī)定的采樣間隔上對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行采樣，然后用相干解調(diào)的方法評(píng)估發(fā)送數(shù)據(jù)。我們知道，CPM信號(hào)具有有限狀態(tài)機(jī)制，而維特比解碼器是一種有效的有限狀態(tài)網(wǎng)格搜索方法，適用于CPM的相干解調(diào)，這樣的操作對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是明確的。
參看圖6，給出了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案在AWGN信道條件下的性能曲線，可以看出本發(fā)明的方法是非常有效的。
本發(fā)明是一種數(shù)字通信信號(hào)調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)。這里所述的方法與線路，彼此分離的單體部件可以完全是傳統(tǒng)的，我們要求將它們的組合作為發(fā)明進(jìn)行保護(hù)。以上所述僅為特定應(yīng)用場(chǎng)合的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以修改單體部件的具體方法，實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用場(chǎng)合的全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)器。本發(fā)明僅由后附權(quán)利要求書(shū)及其等效技術(shù)方案來(lái)限定，我們要求將這些作為本發(fā)明來(lái)保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于包括如下的步驟1)從源獲得數(shù)據(jù)位；2)讀取源數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)編碼器映射到3bits數(shù)據(jù)位，將3bits數(shù)據(jù)位的集安排到數(shù)據(jù)符號(hào)Zk中，該符號(hào)取{0，1，…6，7}值之一，其中k是時(shí)間指數(shù)；3)將數(shù)據(jù)符號(hào)Zk通過(guò)具有調(diào)制指數(shù)h及成型脈沖g(t)的CPM調(diào)制器，形成連續(xù)相位信號(hào)Sd(t)＝ej(2πh(t)-πh(M-1)t/T)其中(τ+kT)＝R2π[2πh(Zk-1+R8[Zk-Zk-1]q(τ)/2)+W(τ)]0≤τ≤T，h＝1/8，T表示符號(hào)周期，RM表示模M，波形q(t)是某個(gè)成型脈沖g(t)的積分，W(t)與輸入符號(hào)無(wú)關(guān)，僅和一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的采樣時(shí)刻相關(guān)，表示式為W(t)=h(M-1)2sin2π(t-nT)T,]]>本文中M＝8；4)在通信通道上發(fā)送連續(xù)相位信號(hào)；5)接收所發(fā)送的信號(hào)以及對(duì)接收到的信號(hào)解調(diào)恢復(fù)出發(fā)送的源數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于所述的編碼器的編碼方法如下1)編碼效率為2/3，所以讀取2bits源數(shù)據(jù)作為編碼器輸入，時(shí)刻kT其高位為uk1，低位為uk2；2)狀態(tài)數(shù)為16，所以對(duì)應(yīng)4個(gè)狀態(tài)寄存器，時(shí)刻KT其分別為Statek1，Statek2，Statek3和Statek4；3)計(jì)算中間變量next_state_t，last_state_t以及編碼器輸出Zknext_state_t=uk1×4+uk2×2+Statek4]]>last_state_t=Statek1×4+Statek2×2+Statek3]]>Zk＝R8(next_state_t+last_state_t)其中R8表示模84)(k+1)T時(shí)刻更新?tīng)顟B(tài)Staten+11，Staten+12，Staten+13和Staten+14Statek+11，Statek+12，Statek+13依次與Zk相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的3bits對(duì)應(yīng)；Statek+14=Statek3⊕uk2.]]>
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于所述的CPM調(diào)制器成型脈沖g(t)持續(xù)時(shí)間為一個(gè)符號(hào)間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制方法，其特征在于其解調(diào)器的解調(diào)步驟如下1)在預(yù)定的采樣間隔上對(duì)接收到的信號(hào)采樣；2)讓接收到的信號(hào)與所有可能已編碼數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)的信號(hào)做互相關(guān)運(yùn)算，得到兩者信號(hào)的互相關(guān)度量，讓互相關(guān)度量信息通過(guò)維特比解碼器，評(píng)估來(lái)自源的數(shù)據(jù)位。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述方法設(shè)計(jì)的全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)裝置，其特征在于，數(shù)據(jù)源模塊(101)、編碼器模塊(102)、調(diào)制器模塊(103)、通信信道(104)以及解調(diào)器模塊(105)依次相接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)裝置，其特征在于，所述的編碼器模塊(102)的電路為狀態(tài)轉(zhuǎn)移更新模塊(205)分別與第一狀態(tài)寄存器(201)、第二狀態(tài)寄存器(202)、第三狀態(tài)寄存器(203)、第四狀態(tài)寄存器(204)相接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)裝置，其特征在于，所述的調(diào)制器模塊(103)的電路為加法器模塊(303)與相位生成模塊(301)、相位累加模塊(302)相接，加法器模塊(303)與正弦、余弦查找表模塊(304)相接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種全響應(yīng)8CPFSK的90度旋轉(zhuǎn)不變TCM編碼調(diào)制解調(diào)方法及其裝置。TCM是一種將調(diào)制和編碼相結(jié)合的技術(shù)，它在沒(méi)有提高發(fā)射功率和不增加系統(tǒng)傳輸帶寬的條件下，提高了數(shù)字傳輸系統(tǒng)的可靠性。但在實(shí)際的TCM傳輸系統(tǒng)中，如果接收端采用相干解調(diào)，由于載波提取方法的某些固有缺陷，會(huì)產(chǎn)生不同角度的相位模糊現(xiàn)象，使系統(tǒng)性能明顯下降。本發(fā)明所公開(kāi)的方法在不增加復(fù)雜度以及系統(tǒng)傳輸帶寬的前提下，通過(guò)格狀編碼器的設(shè)計(jì)，使得接收信號(hào)的90度相位模糊不影響信號(hào)的正常解調(diào)，避免了由于載波相位模糊引起的性能損失；同時(shí)解調(diào)器對(duì)相位誤差不敏感，降低了其對(duì)初相估計(jì)的精度要求，具有簡(jiǎn)單，性能好，資源消耗小，魯棒性的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04L27/38GK101060383SQ20071006768
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者趙民建, 金曉東, 王志雄 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)