[发明专利]数字通信调制中的加性波形预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信信号的调制方法，确切地说，涉及一种数字通信调制中的加性波形预处理方法，属于数字通信技术领域。

背景技术

在数字通信中，通过调制技术将二进制信息转换成能在传输信道上传输的信号波形。由信号处理的原理可知，一方面，每个信号都有其特定的频谱，但有时其频谱特性不能满足信号传输的性能要求；另一方面，当传输信号在频域上带宽受限(简称限带)时，在时域上就会造成信号失真并产生拖尾波；信号失真会影响解调精度，拖尾波则造成各信号码元之间的码间干扰(Inter-SymbolInterference，以下简称ISI)以及载波间干扰(Inter-Carrier Interference，以下简称ICI)。传输网络或传输信道(为了叙述方便，以下统一简称为传输信道)对传输信号在频域和时域两方面的限制会对数字通信的传输性能产生较大的限制。这种物理现象可以用下面的数学公式来描述：

设发送端的初始信号为g(t)，经过传输信道传输后到达通信系统接收端(以下简称为接收端)的信号为为简化叙述，将传输信道等价为一个滤波器(带通、低通或高通)，将该滤波器的冲击响应用p(t)表示之，则有：

*为卷积运算符号；    (1)

上述公式(1)中是接收端接收信号的时域表示，它等价于滤波器的冲击响应p(t)与发送信号g(t)的卷积，公式(2)中是接收端接收信号的频域表示，它等价于P(u)与G(u)的乘积，P(u)是p(t)的频域表示，G(u)是g(t)的频域表示，式(1)中的卷积在式(2)中转换为乘积，该公式用于对本发明波形预处理的方法及结果在频域上进行分析和比较。接收信号可分成主波和拖尾波两部分，主波是接收端信号在一个码元周期内的信号，主波的形状与发送端初始信号g(t)的形状不相等但接近，拖尾波是接收端信号在码元周期后的一个衰减震荡波形，它会引起码元信号间的干扰(ISI)和载波间的干扰(ICI)，进而降低接收端的信噪比。为此，人们研制出波形预处理的方法，用于减少波形失真、ISI及ICI。

传统的波形预处理方法着眼点是集中于改善传输信号的频域性能，具体方法是对码元波形进行加窗处理，以改变信号的频谱形状(Spectral Shaping)，从而改善传输信号的频域特性。频谱形状一般表现为周期性衰减振荡形曲线(参见图12)，曲线下方面积最大的周期称为主瓣，主瓣占据的频率区间称为谱零点带宽。这种加窗方法可以用如下公式来描述：其中，时间变量t的取值范围为：kT≤t＜(k+1)T，T为信号码元周期，g(t)是在通信系统发送端(以下简称为发送端)加窗前的初始信号，f(t)为加窗波形，f(t)可以是各种波形，通常采用方波、高斯波形、或升余弦波形，为在发送端对初始信号g(t)用传统加窗方法进行波形预处理后发生变化的信号。这种方法是一种乘性波形预处理方法。在许多情况下，加窗处理可以使旁瓣(又称带外)衰减加快，这有利于减小ICI和ISI，但会加大主瓣区间宽度，增加频带资源的消耗。因此，仅仅通过加窗来改变信号的频谱形状并不能满足传输性能要求，特别是对消除拖尾波的效果更加不明显。因此，如何对传统的波形预处理方法进行改进，以减少波形失真、ICI和ISI就成为该领域中需要解决的新课题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种数字通信调制中的加性波形预处理方法，该方法是在时域上将附加波叠加到发送端的初始信号上，藉此对波形进行加性预处理，即简称所谓加波处理；以克服传统的对码元波形进行加窗处理后，信号的频谱形状仍不能满足传输性能要求，尤其是消除拖尾波的效果不明显的缺陷，能够在频谱形状和时域失真之间取得更好的折中和平衡，达到同时减小ICI和ISI的目的。

为了达到上述目的，本发明提供了一种数字通信调制中的加性波形预处理方法，其特征在于：将事先选择、构造、调整而得到的附加波f(t)叠加到发送端的初始信号g(t)上，构建一个与初始信号g(t)波形不同的整形波g₁(t)，即g₁(t)＝g(t)+f(t)，并在发送端发送该整形波g₁(t)；g(t)和g₁(t)都是以码元为时间单位划分的信号序列，码元长度用周期T表示，即kT≤t＜(k+1)T，k为零或正整数，各码元间的波形相互独立；信号到达接收端过程表示为：