[发明专利]一种基于椭圆球面波信号的连续相位调制解调方法

说明书

本发明提出了一种基于椭圆球面波信号的连续相位调制解调方法，该方法将信号空间具有时频域高能量聚集性、时间带宽积灵活可控的椭圆球面波信号，作为连续相位调制信号的基带调频脉冲信号，产生调制信号，利用椭圆球面波信号波形相干的检测方法解调输出数据。本发明与现有基于矩形脉冲、升余弦脉冲等信号的连续相位调制信号相比，在相同参数条件下，可以获得能量聚集性、频带利用率更高的调制信号，且可以优于现有连续相位调制信号差分相干检测的解调性能。

技术领域

本发明涉及数字信号传输与处理领域，特别是涉及一种基于椭圆球面波信号的连续相位调制解调方法，可用于无线数字通信系统中连续相位调制信号的调制与解调。

背景技术

在现有通信体制中可有效利用的频谱资源十分有限，调制信号的频带利用率和功率效率是影响通信系统整体性能的重要因素。瑞典隆德大学T.Aulin等人于1981年相继发表系列论文，系统阐述了连续相位调制(Continuous Phase Modulation,CPM)技术，这类调制信号具有恒包络、较高的频带利用率和功率效率、受非线性器件影响小等特点，是一种更为有效的数字相位调制方式，广泛应用于移动通信、遥感测绘、卫星通信等领域。

上世纪70年代初，人们采用矩形脉冲作为CPM基带调频信号，提出最小频移键控(MSK)调制方法，其调制信号相位路径呈直线型，相位路径在码元转换时刻上产生尖角，使得已调波频谱边瓣滚降速度较慢；1975年美国航空公司提出正弦频移键控(SFSK)调制方法，该方法将升余弦作为CPM基带调频信号，其相位路径平滑了MSK相位路径的尖角，使得SFSK的频谱滚降要比MSK快；1979年，日本NTT公司提出高斯最小频移键控(GMSK)调制方法，该方法是通过MSK加前置高斯滤波器产生类高斯型基带调频信号，调制信号相位路径相比MSK、SFSK进一步得到平滑，GMSK频谱具有较小的带外辐射，频谱性能进一步提升。现有的CPM信号的基带调频信号主要包括矩形脉冲、升余弦脉冲、(类)高斯型脉冲等，不同的基带调频信号决定了CPM调制信号不同的频谱性能。CPM调制方法通过引入时域波形更光滑、时频能量聚集性能更优的基带调频脉冲信号，使得CPM调制信号相位路径的平滑程度不断改善，得以提高CPM调制信号频谱性能和CPM系统的频带利用率。

椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWFs)是1961年由美国贝尔实验室D.Slepian与O.Pollak等人提出的一类非正弦函数集合，具有最优时频能量聚集性、时间带宽积灵活可控性、完备性、双正交性、时域奇偶对称性等优良基础特性，在雷达、超宽带通信、光学、数学、滤波、目标探测等领域都有所应用。在相同参数条件下，相对于CPM调制采用的矩形脉冲、升余弦脉冲、高斯型脉冲等基带调频脉冲信号，0阶PSWF又是PSWFs集中最佳时频能量聚集性信号，且在多载波通信系统中，通过引入PSWFs作为基带信号波形，替代矩形脉冲信号，能够有效提升系统性能。

发明内容

本发明的目的在于提高现有CPM系统的频带利用率。本发明提出了一种基于椭圆球面波信号的连续相位调制解调方法，相对于CPM常用基带调频信号，将具有时频能量聚集性更优的PSWFs信号作为CPM基带调频脉冲信号，引入CPM调制，能进一步提高CPM调制信号的能量聚集性和系统频谱效率。

具体而言，一种基于椭圆球面波信号的连续相位调制解调方法原理图如图1所示，主要包括基于椭圆球面波信号的连续相位调制方法和解调方法两部分内容。

1)基于椭圆球面波信号的连续相位调制方法

原理图如图2所示，采用的具体技术方案是：

步骤1：对输入n比特信息数据进行符号映射，产生双极性不归零符号序列a_i，将a_i与冲激函数δ(t)相乘，得到冲激序列a_i单个码元可以有M种取值，分别为±1,±3,…,±(M-1)，M为2的幂次方值，i∈[1,n]，T为单个周期码元时宽，t为信号持续时间且t∈[0,nT]，单位为秒；