[发明专利]数字通信中的压缩调制和实时解调方法

说明书

技术领域

本发明属于数字调制技术领域，特别涉及一种压缩调制和实时解调方法，可用于数字通信系统中。

背景技术

传统的数字通信中，常用的调制方式有幅移键控ASK（Amplitude Shift Keying）、频移键控FSK（Frequency Shift Keying）、相移键控PSK（Phase Shift Keying）等，其中以PSK应用最为广泛，但是它在频带利用率较高的情况下误码率也较高，致使通信的可靠性较低。近年来，很多新兴的数字调制技术被提出，其中以正交振幅调制QAM（Quadrature Amplitude Modulation）最具代表性，它是一种振幅-相位联合键控的调制方式，能够在一定程度上降低高频带利用率条件下的误码率，但是仍然难以满足大数据时代下人们对高速率、高可靠性通信的需求。

在传统的数字调制方式中，频带利用率与误码率始终是一对相互矛盾的参数。频带利用率的提高均是通过使用多进制调制的方法来实现，这意味着随着频带利用率的增加，调制所需的星座点数呈指数增长，相邻星座点间的欧式距离急剧下降，导致系统的噪声容限下降，误码率升高。因此在传统的数字调制不可能实现高频带利用率、低误码率的数字通信。

压缩感知理论是近年来在信号处理领域受到广泛应用的一种新型技术，它表明如果信号在某一变换域，即时域、频域、小波域等内是稀疏的，就可以通过优化算法将原始信号从混叠的观测值中重构。该理论已经在雷达与超声探测中得到应用，并取得了很好的效果。但是，压缩感知理论在实际应用中存在一个普遍的问题，即它的重构过程是通过优化算法实现，这种方法计算复杂度高、耗时大，因而将压缩感知理论应用到数字调制机制中时虽然能提高频带利用率，但不能够满足实时性的通信要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，受压缩感知理论的启发对传统的相位键控调制方法进行改进，提出一种数字通信中的压缩调制和实时解调方法，以在提高频带利用率与降低误码率的同时，减小计算复杂度，满足实时数字通信的要求。

实现本发明目的技术思路是：在发射端，对信源中的二进制码流进行压缩编码并进行发送成形滤波，用正弦载波进行调制得到调制信号；在接收端，对每个码元进行匹配滤波并抽样判决，最后利用设计的递推算法完成对原始码流的解调。具体步骤包括如下：

（1）对信源中的随机二进制0、1码元序列s(n)进行压缩编码，得到对应的双极性码元序列s_c(n)，其中n为码元编号，N为随机二进制0、1码元序列s(n)的长度：

1a）将信源中的随机二进制0、1码元序列s(n)转换为双极性-1、+1码元序列s'(n)，即当1≤n≤N时，双极性-1、+1码元序列s'(n)中的值-1、+1分别与信源中的随机二进制0、1码元序列s(n)中的值0、1对应，当n≤0时，双极性-1、+1码元序列s'(n)的值为0；

1b）根据信道中可用带宽B与通信中所需的码元传输速率v，计算出频带利用率η：

η=vB;]]>

1c）根据频带利用率η，设置压缩倍数M＝η，对双极性-1、+1码元序列s'(n)进行压缩，得到压缩编码后的双极性码元序列s_c(n)：

s_c(n)＝s'(n)+s'(n-1)+s'(n-2)+…+s'(n-M+1),1≤n≤N；

（2）对压缩编码后的双极性码元序列s_c(n)进行基带脉冲成形，得到周期为T_c的双极性基带信号s_c(t)，其中t为时间变量；

（3）将双极性基带信号s_c(t)依次进行正弦载波调制和理想高斯白信道传输，并对接收端接收到的信号进行匹配滤波，得到匹配滤波后的接收信号y(t)；

（4）取时间长度为T_c的正弦载波信号Acosω_ct进行匹配滤波，并对匹配滤波后的载波信号在最佳采样时刻t＝T_c进行采样，得到判决参考值J：