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1、(10)申请公布号 CN 102857454 A (43)申请公布日 2013.01.02 C N 1 0 2 8 5 7 4 5 4 A *CN102857454A* (21)申请号 201110147130.4 (22)申请日 2011.06.02 H04L 27/20(2006.01) (71)申请人哈尔滨工程大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通 大街145号哈尔滨工程大学科技处知 识产权办公室 (72)发明人孙志国 李明阳 郭黎利 (54) 发明名称 三分之一连续相位切普键控调制方法 (57) 摘要 本发明提供的是一种三分之一连续相位切普 键控调制方法。根据已调信号带宽。
2、B、数据码元周 期T，计算调制参数D；根据已调信号的中心频率 f c 、码元周期T和调制参数D，生成两个已调信号 波形样本s 1 (t)和s 2 (t)对应的三段型频率变化 函数f 1 (t)和f 2 (t)；根据频率变化函数f 1 (t)和 f 2 (t)生成已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)；根据 二进制数字调制的数据和已调波形样本间的映射 准则，生成第i个信息码元的已调信号s iT (t)，并 通过设置数据码元周期T和中心频率f c ，确保已 调信号s iT (t)的相位连续。本发明具有频带利用 率高，已调信号的能量集中度较高，带宽较窄；信 道适应能力较强等特点。 (51)I。
3、nt.Cl. 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 8 页 附图 4 页 1/3页 2 1.一种三分之一连续相位切普键控调制方法，其特征是根据已调信号带宽B、数据码 元周期T，计算调制参数D；根据已调信号的中心频率f c 、码元周期T和调制参数D，生成两 个已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)对应的三段型频率变化函数f 1 (t)和f 2 (t)；根据频率 变化函数f 1 (t)和f 2 (t)生成已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)；根据二进制数字调制的数 据和已调波形样本间的映射准则。
4、，生成第i个信息码元的已调信号s iT (t)，并通过设置数据 码元周期T和中心频率f c ，确保已调信号s iT (t)的相位连续。 2.根据权利要求1所述的三分之一连续相位切普键控调制方法，其特征是所述根据系 统要求的调制带宽B、码元周期T，计算调制参数D是：DTB。 3.根据权利要求1所述的三分之一连续相位切普键控调制方法，其特征是所述根据载 波的中心频率f c 、码元周期T和已调信号带宽B，生成已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)对 应的频率变化函数f 1 (t)和f 2 (t)，是： 式中：f 11 (t)、f 12 (t)和f 13 (t)是f 1 (t)的三个分段函数；。
5、f 21 (t)、f 22 (t)和f 23 (t)是f 2 (t) 的三个分段函数。 4.根据权利要求1所述的三分之一连续相位切普键控调制方法，其特征是所述根据已 调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)对应的频率变化函数f 1 (t)和f 2 (t)，生成对应的已调信号 波形样本s 1 (t)和s 2 (t)，是： 权 利 要 求 书CN 102857454 A 2/3页 3 式中：s 11 (t)、s 12 (t)和s 13 (t)是s 1 (t)的三个分段函数；s 21 (t)、s 22 (t)和s 23 (t)是s 2 (t) 的三个分段函数； 11 、 12 、 13 、 21。
6、 、 22 和 23 分别是s 11 (t)、s 12 (t)、s 13 (t)、s 21 (t)、s 22 (t) 和s 23 (t)对应的起始相位； 分别设 11 0、 21 0，并计算 12 、 13 、 22 和 23 ，即 得 得 13 2D 得 得 2 3 -2D 因此，得相位连续的已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)为 5.根据权利要求1所述的三分之一连续相位切普键控调制方法，其特征是得到已调信 号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)后，计算已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)在一个数据码元周期 T内的相位偏移 1 和 2 ，即 权 利 要 求 书CN 10。
7、2857454 A 3/3页 4 设定f c T为正整数时， 1 2 0。 6.根据权利要求1所述的三分之一连续相位切普键控调制方法法，其特征是所述根 据二进制数字调制的数据和已调波形样本间的映射准则，第i个数据码元对应的已调信号 为： 当第i个数据码元为“1”时，产生第i个数据码元对应的已调信号s iT (t)，即 当第i个数据码元为“0”时，产生第i个数据码元对应的已调信号s iT (t)，即 式中：f c 为载波的中心频率；B为系统设定的通信带宽；T为数据码元间隔；DBT为 调制系数。 权 利 要 求 书CN 102857454 A 1/8页 5 三分之一连续相位切普键控调制方法 技术领。
8、域 0001 本发明涉及的是一种数字通信的调制方法，属于数字通信领域。 背景技术 0002 随着通信技术的发展，频率资源的缺乏和对高速可靠信息传播需求之间的冲突逐 渐增加，在通信领域提高带宽效率已经成为一个重要的研究课题。超窄带(UNB)是近年来 国际上正在兴起的一种极端无线通信技术，它具有有效传输带宽小与频带利用率高的优 点，成为解决企业、家庭、公共场所等高速因特网接入需求与越来越拥挤的频率资源分配之 间矛盾的技术手段之一。 0003 超窄带通信的概念是由H.R.Walker于1997年提出的，随后他又提出了最小边带 键控(Very Minimum Sideband Keying，VMSK)。
9、等多种调制方法。 0004 我国在带通型UNB调制技术领域的研究水平居于领先地位，其中以吴乐南提出 的扩展二元相移键控(Expanded BPSK，EBPSK)调制和甚小波形差键控(Very Minimum Waveform Difference Keying，VWDK)调制、郑国莘提出的甚小线性调频键控(Very Minimum Chirp Keying，VMCK)为代表，本专利申请者最新提出的超窄带调制技术频率驻留 差分调频键控(Frequency Dwell and Difference Chirp Keying，FDDCK)专利尚处于公示 中。 0005 但以上几种带通型UNB调制技术。
10、存在一定的技术缺陷， 0006 (1)EBPSK调制技术：已调信号相位不连续； 0007 (2)VWDK调制技术：已调信号波形样本的两个波瓣频率突变，波形过度不平滑；已 调信号在符号跳变处频率突变，波形过度不平滑； 0008 (3)VMCK调制技术：虽然码元间隔内已调调制频率平滑过度，但在符号跳变处已 调信号频率可能发生突变。 0009 (4)FDDCK调制技术：调制具有记忆性，实现复杂。 发明内容 0010 本发明的目的在于提供一种相位连续、频率平滑过渡的三分之一连续相位切普键 控调制方法。 0011 本发明的目的是这样实现的： 0012 根据已调信号带宽B、数据码元周期T，计算调制参数D；。
11、根据已调信号的中心频率 f c 、码元周期T和调制参数D，生成两个已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)对应的三段型频率 变化函数f 1 (t)和f 2 (t)；根据频率变化函数f 1 (t)和f 2 (t)生成已调信号波形样本s 1 (t)和 s 2 (t)；根据二进制数字调制的数据和已调波形样本间的映射准则，生成第i个信息码元的 已调信号s iT (t)，并通过合理设置数据码元周期和中心频率f c ，确保已调信号s iT (t)的相位 连续。 0013 本发明还可以包括： 说 明 书CN 102857454 A 2/8页 6 0014 1.所述根据系统要求的调制带宽B、码元周期T，。
12、计算调制参数DTB。 0015 2.所述根据载波的中心频率f c 、码元周期T和已调信号带宽B，生成已调信号波形 样本s 1 (t)和s 2 (t)对应的频率变化函数f 1 (t)和f 2 (t)，即 0016 0017 0018 式中：f 11 (t)、f 12 (t)和f 13 (t)是f 1 (t)的三个分段函数；f 21 (t)、f 22 (t)和f 23 (t)是 f 2 (t)的三个分段函数； 0019 3.所述根据已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)对应的频率变换函数f 1 (t)和f 2 (t)， 生成对应的已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)，即 0020。
13、 0021 0022 式中：s 11 (t)、s 12 (t)和s 13 (t)是s 1 (t)的三个分段函数；s 21 (t)、s 22 (t)和s 23 (t)是 s 2 (t)的三个分段函数； 11 、 12 、 13 、 21 、 22 和 23 分别是s 11 (t)、s 12 (t)、s 13 (t)、s 21 (t)、 s 22 (t)和s 23 (t)对应的起始相位。 0023 为了确保已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)的相位连续性，分别设 11 0、 21 0，并计算 12 、 13 、 22 和 23 ，即 0024 可得 说 明 书CN 102857454 A。
14、 3/8页 7 0025 可得 13 2D 0026 可得 0027 可得 23 -2D 0028 因此，可得相位连续的已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)为 0029 0030 0031 4.所述为了确保已调信号相位的连续性和调制的无记忆性，计算已调信号波形样 本s 1 (t)和s 2 (t)在一个数据码元周期T内的相位偏移 1 和 2 ，即 0032 0033 0034 为了使得 1 2 0，设定f c T为正整数。 0035 5.所述根据二进制数字调制的数据和已调波形样本间的映射准则，第i个数据码 元对应的已调信号为： 0036 当第i个数据码元为“1”时，产生第i个数据码元对。
15、应的已调信号s iT (t)，即 0037 0038 当第i个数据码元为“0”时，产生第i个数据码元对应的已调信号s iT (t)，即 说 明 书CN 102857454 A 4/8页 8 0039 0040 式中：f c 为载波的中心频率；B为系统设定的通信带宽；T为数据码元间隔；DBT 为调制系数。 0041 本发明的调制方法的两个已调信号波形样本为三段式切普信号(即线性调频信 号)。该种调制利用已调波形样本的频率变化曲线的差异来载荷信息，使得数字对应“1”的 已调信号波形样本s 1 (t)的频率变化呈正极性三段线性函数的规律，数字对应“0”的已调信 号波形样本s 2 (t)的频率变化呈负。
16、极性三段线性函数的规律。由于已调信号的相位连续、 频率过渡平滑，三分之一连续相位切普键控方法生成的已调信号具有极高的能量集中度， 利于实现高频带利用率的数字通信。 0042 本发明与现有技术相比较，具有如下的技术特点： 0043 (1)频带利用率高：由于1/3-CPCK(三分之一连续相位切普键控)已调信号的相 位连续、频率过度平滑，图2所示；因此，1/3-CPCK已调信号的能量集中度较高，带宽较窄， 如图3所示。 0044 (2)信道适应能力较强：由于1/3-CPCK已调信号采用分段式线性调频信号，当调 制参数信噪比SNR20dB时，系统误码率可达到P e 10 -4 ，如图5所示。 附图说明。
17、 0045 图1a-图1b分别是1/3-CPCK已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)的频率变化示意 图。 0046 图2是1/3-CPCK已调信号的时域波形示意图。 0047 图3a-图3b是1/3-CPCK已调信号的功率密度谱曲线图。 0048 图4是全数字化1/3-CPCK调制的流程图。 0049 图5是全数字化1/3-CPCK解调的流程图。 0050 图6是全数字化1/3-CPCK调制器的原理框图。 0051 图7是全数字化1/3-CPCK解调器的原理框图。 0052 图8是1/3-CPCK通信系统的误码率曲线(高斯白噪声信道)。 具体实施方式 0053 下面结合附图举例对本发。
18、明做更详细地描述 0054 图1是1/3-CPCK已调信号波形样本的频率变化示意图。可见1/3-CPCK已调信号 的频率变化规律为：当发送二进制数据“1”时，已调信号波形样本的频率按正极性三段线 性函数变化；当发送数据“0”时，已调信号波形样本的频率按负极性三段线性函数型变化。 0055 图2是1/3-CPCK已调信号的时域波形示意图。可见1/3-CPCK已调信号相位连续、 说 明 书CN 102857454 A 5/8页 9 频率过渡平滑，使得已调信号的时域波形具有较高的平滑度。 0056 图3是1/3-CPCK已调信号的功率密度谱曲线图。其中，图3(a)为带宽B0 20R b 范围内的功率。
19、密度谱曲线，图3(b)是带宽B00.1R b 范围内的功率密度谱曲线， 式中可见，1/3-CPCK已调信号的能量主要集中在载频附近，且能量集中度极高。因 此，1/3-CPCK已调信号带宽极窄，其频带利用率极高。 0057 上述的通信方法，采用的通信电路中，采用全数字化频率合成器作为调制电路，采 用相关器构成解调电路。 0058 图4是全数字化1/3-CPCK调制的流程图。调制流程如下：根据系统要求的调制带 宽B、码元周期T和中心频率f c 计算调制参数D；生成两个已调信号波形样本对应的频率变 化函数，根据频率变化函数生成已调信号波形样本；根据二进制数据和已调信号波形样本 间的映射准则，生成1/。
20、3-CPCK已调信号。 0059 图5是全数字化1/3-CPCK解调的流程图。解调流程如下：根据系统要求的调制 带宽B、码元周期T和中心频率f c ，产生本地已调波形样本；接收已调信号进行带通滤波和 AD变换，并将其与本地已调波形样本进行循环相关运算；比较相关值大小，输出解调数据 信息。 0060 上述的通信方法，在无线电通信电路中，采用FPGA和DAC来实现调制，采用FPGA 和ADC构成解调电路。 0061 图6是基于FPGA和DAC的全数字化1/3-CPCK调制器的原理框图。工作过程如下： 根据系统要求的调制带宽B、码元周期T和中心频率f c ，FPGA中频率控制字生成器分别产生 对应二。
21、进制数据“0”和“1”的频率控制字c1存入频率控制字表；根据二进制信息码元选择 对应的频率控制字c2送入DDS核，产生1/3-CPCK已调数字信号c3，经DAC后输出模拟的已 调信号。 0062 图7是基于FPGA和ADC的全数字化1/3-CPCK解调器的原理框图。工作过程如下： 接收到的调制信号经过带通滤波器滤除带外噪声，滤波后的信号e1由ADC将接收信号数字 化；数字化的已调信号e2输入FPGA中的相关器0和相关器1；FPGA中频率控制字生成器， 根据系统要求的调制带宽B、码元周期T和中心频率f c ，产生对应二进制信息码元“1”的频 率控制字e3存入频率控制字表1，产生对应二进制信息码元。
22、“0”的频率控制字e4存入频率 控制字表0；已调信号e2与FPGA中由频率控制字e5和e6控制的DDS核生成的二进制信 息码元“1”对应的本地已调信号波形样本e7和二进制信息码元“0”对应的本地已调信号 波形样本e8进行相关运算；利用FPGA中的检测判决器比较相关器1输出的相关值e9和相 关器0输出的相关值e10，输出解调数据。 0063 图8是1/3-CPCK通信系统的误码率曲线。仿真的信道为加性高斯白噪声信道，载 波频率为1KHz，采样频率为16KHz，码元速率为250bps，共仿真了100000个码元。 0064 本发明的具体实现步骤包括： 0065 1.根据系统要求的调制带宽B、码元周。
23、期T，计算调制参数DTB。 0066 2.根据载波的中心频率f c 、码元周期T和已调信号带宽B，生成已调信号波形样本 s 1 (t)和s 2 (t)对应的频率变化函数f 1 (t)和f 2 (t)，即 说 明 书CN 102857454 A 6/8页 10 0067 0068 0069 式中：f 11 (t)、f 12 (t)和f 13 (t)是f 1 (t)的三个分段函数；f 21 (t)、f 22 (t)和f 23 (t)是 f 2 (t)的三个分段函数； 0070 3.根据已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)对应的频率变换函数f 1 (t)和f 2 (t)，生 成对应的已调信。
24、号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)，即 0071 0072 0073 式中：s 11 (t)、s 12 (t)和s 13 (t)是s 1 (t)的三个分段函数；s 21 (t)、s 22 (t)和s 23 (t)是 s 2 (t)的三个分段函数； 11 、 12 、 13 、 21 、 22 和 23 分别是s 11 (t)、s 12 (t)、s 13 (t)、s 21 (t)、 s 22 (t)和s 23 (t)对应的起始相位。 0074 为了确保已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)的相位连续性，分别设 11 0、 21 0，并计算 12 、 13 、 22 和 23 ，即 。
25、0075 可得 0076 可得 13 2D 说 明 书CN 102857454 A 10 7/8页 11 0077 可得 0078 可得 23 -2D 0079 因此，可得相位连续的已调信号波形样本s 1 (t)和s 2 (t)为 0080 0081 0082 4.为了确保已调信号相位的连续性和调制的无记忆性，计算已调信号波形样本 s 1 (t)和s 2 (t)在一个数据码元周期T内的相位偏移 1 和 2 ，即 0083 0084 0085 为了使得 1 2 0，设定f c T为正整数。 0086 5.根据二进制数字调制的数据和已调波形样本间的映射准则，第i个数据码元对 应的已调信号为： 00。
26、87 当第i个数据码元为“1”时，产生第i个数据码元对应的已调信号s iT (t)，即 0088 0089 当第i个数据码元为“0”时，产生第i个数据码元对应的已调信号s iT (t)，即 说 明 书CN 102857454 A 11 8/8页 12 0090 0091 式中：f c 为载波的中心频率；B为系统设定的通信带宽；T为数据码元间隔；DBT 为调制系数。 说 明 书CN 102857454 A 12 1/4页 13 图2 说 明 书 附 图CN 102857454 A 13 2/4页 14 图3a 图3b 说 明 书 附 图CN 102857454 A 14 3/4页 15 图4 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102857454 A 15 4/4页 16 图7 图8 说 明 书 附 图CN 102857454 A 16 。