基于基带差分的多级差分调制和解调方法与流程

1.本发明属于通信调制技术领域，特别是涉及基于基带差分的多级差分调制和解调方法。


背景技术：

2.随着通信技术的发展，已经有众多的通信体制，根据不同的环境和具体情况可以选择不同的通信体制。由于基带信号的频谱特性不适合信道传输，所以需要变频调制，得到适合信道传输的信号。
3.π/4-dqpsk(π/4-shift differentially encoded quadrature phase shift keying)是一种基于qpsk的改进调制方式，qpsk的最大相位跳变为π，使频谱包络出现较大的波动，如中国专利cn103546409b公开了一种连续相位qpsk调制装置，利用与前一个数据波形相位连续的过渡波形平滑过渡到当前数据的调制波形，实现调制波形的连续性，而π/4-dqpsk的最大相位跳变只有3π/4，从而使得信号在经过滤波后的包络起伏和非线性放大所产生的频谱失真显著减小，因此具有更好的频谱特性。
4.又如中国专利cn105376190b公开了一种基于gmsk调制的通信方法及固定频率的检测方法，能够提高发射gmsk，相对于在移动通信中常用gmsk(gaussian-filtered minimum shift keying)的调制方式，调制信号的性能π/4-dqpsk的频谱效率也略胜一筹(gmsk：1.35b/s/hz，π/4-dqpsk:1.6b/s/hz)。
5.π/4-dqpsk采用差分编码，既可以使用相干解调，又可以运用差分解调；差分解调不需要载波同步，实现简单，相干解调方式需要进行载波恢复，而载波恢复增加了系统设计的难度。但是差分解调的性能比相干解调恶化大约2.3db，如何以尽可能小的复杂度提高系统的解调性能？本发明提供一种解决方案。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供基于基带差分的多级差分调制和解调方法，通过以基带差分解调为基础，采用多级差分的形式，以较低的复杂度提高了系统的差分解调性能。
7.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
8.本发明为基于基带差分的多级差分调制和解调方法，包括：
9.在发送端：输入的数据采用π/4-dqpsk调制，相位跳变量包括π/4,-π/4,3π/4,-3π/4四种取值，其最大的相位跳变为3π/4；
10.在接收端：
11.首先对ad采样的中频信号进行带通滤波，分别乘以载波的同相分量和正交分量，得到基带数据的同相分量wk和正交分量zk；
12.然后经解码规则运算、判决后输出解调数据。
13.进一步地，所述调制的过程中以相位的差值作为信息传输，当前时刻的绝对相位由上一时刻的绝对相位加上当前时刻的相位增量所决定，当前时刻的绝对相位θk为：
14.θk＝θ
k-1
δθk；
15.其中，θ
k-1
为上一时刻的绝对相位，δθk为当前时刻的相位增量。
16.进一步地，输入的数据标记为：b1、b2、
…
、bk…
；
17.所述数据经串/并转换、信号变化后得到当前码元的正交信号uk(t)和vk(t)，其中：uk(t)和vk(t)具有单极性不归零波形：
[0018][0019]
其中，δθk为当前时刻的相位增量。
[0020]
进一步地，所述当前时刻的相位增量δθk与同相支路码元ik、正交支路码元qk的对应关系为：
[0021]
同相支路码元ik为1、正交支路码元qk为1，相位增量δθk为π/4；
[0022]
同相支路码元ik为0、正交支路码元qk为1，相位增量δθk为3π/4；
[0023]
同相支路码元ik为0、正交支路码元qk为0，相位增量δθk为-3π/4；
[0024]
同相支路码元ik为1、正交支路码元qk为0，相位增量δθk为-π/4。
[0025]
δθk和ik、qk的对应关系如表1所示：
[0026]
表1 π/4-dqpsk差分相位变换规则
[0027]
同相支路ik正交支路qk前后码元相位差δθk11π/4013π/400-3π/410-π/4。
[0028]
进一步地，所述解码规则为：
[0029][0030][0031][0032][0033]
进一步地，所述解码规还包括：和的值的计算方法：
[0034][0035]
表3和计算规则
[0036]
和的值根据上表3中计算得到：
[0037]
其中：
[0038]
和的值的计算方法：
[0039]
[0040][0041]
表4和计算规则
[0042]
和的值根据上表4中计算得到：
[0043]
其中：
[0044]
进一步地，将所述表3中：则得到对应的值；
[0045]
将所述表3中：则得到对应和的值；
[0046]
将所述表3中：则得到对应的值；
[0047]
将所述表4中：则得到对应的值；
[0048]
将所述表4中：则得到对应的值；
[0049]
将所述表4中：则得到对应的值。
[0050]
进一步地，判决结果的计算公式为：
[0051][0052]
ik_data和qk_data的判决规则为：
[0053][0054]
进一步地，对所述ik_data和qk_data进行判决后，恢复出原始数据。
[0055]
本发明具有以下有益效果：
[0056]
本发明以基带差分解调为基础，采用多级差分的形式，以较低的复杂度提高了系统的差分解调性能；仿真结果显示，本发明的误码率为10-6
，本发明相比于普通的基带差分解调性能提升2db左右，而实现复杂度和基带差分解调相当。
[0057]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0058]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0059]
图1为本发明中π/4-dqpsk系统调制框图；
[0060]
图2为本发明中π/4-dqpsk系统相位星座图；
[0061]
图3为本发明中π/4-dqpsk系统解调框图；
[0062]
图4为本发明和普通基带差分解调的性能对比的仿真结果图。
具体实施方式
[0063]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0064]
本发明为基于基带差分的多级差分调制和解调方法，实现以较低的复杂度，实现/4-dqpsk的差分解调，并且其性能和相干解调的性能相当，包括：
[0065]
在发送端：输入的数据采用π/4-dqpsk调制，如图1所示，π/4-dqpsk是一种相位调制方式，相位跳变量包括π/4,-π/4,3π/4,-3π/4四种取值，其最大的相位跳变为3π/4，其相位跳变如图2所示，映射关系如表1所示；作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述当前时刻的相位增量δθk与同相支路码元ik、正交支路码元qk的对应关系为：
[0066]
同相支路码元ik为1、正交支路码元qk为1，相位增量δθk为π/4；
[0067]
同相支路码元ik为0、正交支路码元qk为1，相位增量δθk为3π/4；
[0068]
同相支路码元ik为0、正交支路码元qk为0，相位增量δθk为-3π/4；
[0069]
同相支路码元ik为1、正交支路码元qk为0，相位增量δθk为-π/4。
[0070]
δθk和ik、qk的对应关系如表1所示：
[0071]
表1 π/4-dqpsk差分相位变换规则
[0072]
同相支路ik正交支路qk前后码元相位差δθk11π/4013π/400-3π/410-π/4。
[0073]
在接收端：
[0074]
首先对ad采样的中频信号进行带通滤波，分别乘以载波的同相分量和正交分量，得到基带数据的同相分量wk和正交分量zk；
[0075]
然后经解码规则运算、判决后输出解调数据。
[0076]
作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述调制的过程中以相位的差值作为信息传输，当前时刻的绝对相位由上一时刻的绝对相位加上当前时刻的相位增量所决定，当前时刻的绝对相位θk为：
[0077]
θk＝θ
k-1
δθk；
[0078]
其中，θ
k-1
为上一时刻的绝对相位，δθk为当前时刻的相位增量。
[0079]
作为本发明提供的一个实施例，优选的，输入的数据标记为：b1、b2、
…
、bk…
；
[0080]
所述数据经串/并转换、信号变化后得到当前码元的正交信号uk(t)和vk(t)，其中：uk(t)和vk(t)具有单极性不归零波形：
[0081][0082]
其中，δθk为当前时刻的相位增量。
[0083]
作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述解码规则为：
[0084]
如图2中π/4-dqpsk调制信号相位星座图所示，其基带差分解调的方法为：
[0085]
对和进行判决即可恢复出原始数据，判决规则如表2所示：
[0086]
差分解调判决虽然简单，然而其性能比相干解调恶化大约2.3db，为了提高差分解调的性能，作为本发明提供的一个实施例，优选的，根据和的计算公式做以下优化：
[0087][0088][0089][0090][0091]
表2 差分解调判决规则
[0092][0093]
作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述解码规还包括：
[0094]
和的值的计算方法：
[0095]
[0096][0097]
表3和计算规则
[0098]
和的值根据上表3中计算得到：
[0099]
其中：
[0100]
和的值的计算方法：
[0101]
[0102][0103]
表4和计算规则
[0104]
和的值根据上表4中计算得到：
[0105]
其中：
[0106]
作为本发明提供的一个实施例，优选的，将所述表3中：作为本发明提供的一个实施例，优选的，将所述表3中：则得到对应的值；
[0107]
将所述表3中：则得到对应和的值；
[0108]
将所述表3中：则得到对应
的值；
[0109]
将所述表4中：则得到对应的值；
[0110]
将所述表4中：则得到对应的值；
[0111]
将所述表4中：则得到对应的值。
[0112]
作为本发明提供的一个实施例，优选的，判决结果的计算公式为：
[0113][0114]
由表2可以得出，ik_data和qk_data的判决规则为：
[0115][0116]
本发明以基带差分解调为基础，利用多级差分的结果，通过数据相加提高最后判决的准确性，上述表格虽然看似复杂，但都是加减运算，硬件实现较为简单；图4对本发明提供的方法进行了仿真，结果显示，相比于普通的基带差分解调性能提升2db左右(误码率为10-6
)，而实现复杂度和基带差分解调相当。
[0117]
作为本发明提供的一个实施例，优选的，对所述ik_data和qk_data进行判决后，恢复出原始数据。
[0118]
基于基带差分的多级差分调制和解调方法，以基带差分解调为基础，采用多级差分的形式，以较低的复杂度提高了系统的差分解调性能；仿真结果显示，本发明的误码率为10-6
，本发明相比于普通的基带差分解调性能提升2db左右，而实现复杂度和基带差分解调相当。
[0119]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0120]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。