连续相位qpsk调制方法及其调制装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种连续相位QPSK调制装置，包括数据变化检测器，频率选择器，载波相位控制字发生器，额外累加相位控制字发生器，选通器，相位控制字计算器，相位控制字累加器和ROM查找表。本发明还公开了一种连续相位QPSK调制方法。本发明调制装置结构简单，易于实现。本发明连续相位QPSK调制方法，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，实现了调制波形的连续性，消除了相邻时钟前后发送数据的调制波形中存在的相位跳变，从而消除了因相位突变产生的脉冲响应，隐蔽了波形信号中蕴含的符号率信息，增加了通信的安全性和保密性。
【专利说明】连续相位QPSK调制方法及其调制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种调制方法，特别涉及一种连续相位的四进制相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,简称 QPSK)调制方法。
【背景技术】
[0002]相移键控(Phase Shift Keying，简称PSK)是一种用载波相位表示输入信号信息的调制技术，即利用相位变化来传递数字信息。IS-95中以及IMT-2000中使用的二相相移键控(Binary Phase Shift Keying,简称 BPSK)、四相相移键控(Quadri Phase ShiftKeying，简称QPSK)和偏移四相相移键控(Offset QPSK，简称OQPSK)等都属于相移键控调制方式。
[0003]采用相移键控技术进行信号调制时，相位变化是突发的。在QPSK中，发送的载波信号有4个可取相位值，可表示为
乌+If/2，其中乌为初始相位值，而/ = (U 2, 3。因此，当发送数据发生变化时，相邻发送数据的载波相位差可能是土 η /2，± π或±3 π /2。由于相位变化是突发的，因此在相位突变点会不可避免地引入很大的脉冲响应，这些脉冲响应类似于冲激函数函数)，具有很强的频谱可见性，大大增加了信号被截获和解调的概率。同时，相位突变会导致系统频谱展宽，当带宽受限时，频谱展宽促使调制信号包络改变。另外，PSK对放大器的线性度要求较高，进而对调制设备的要求较高，提高通信设备的成本。
[0004]针对PSK调制方式存在的上述缺陷，本领域研究人员提出了连续相位调制(Continuous Phase Modulation,简称CPM)调制方式。CPM调制方式是将信息数据包含在瞬时载波相位或频率上，利用相位记忆作用保证载波相位在任何时间都是连续的，从而避免了相位突变。CPM调制方式包含了载波相位以连续形式变化的一大类调制技术，例如目前第二代移动通信中使用的最小频移键控(Minimum Shift Keying，简称MSK)、高斯最小频移键控(Gaussian Minimum Shift Keying，简称GMSK)就是常见的CPM调制方式。CPM调制方式避免了相位突变，与PSK调制方式相比，CPM具有更好的频谱特性，并且功率谱更加集中；同时CPM的调制信号包络恒定，便于使用非线性放大器，降低了设备成本。但是，与线性调制相比，CPM信号的具体形式不仅与成型脉冲有关，还与调制指数h、频率响应函数脉冲相关长度L的取值有关，因此CPM调制方式比一般的线性调制(如PSK)复杂，增加了调制设备的实现复杂度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术中所存在的PSK调制方式存在的相位突变的问题、及CPM调制方式实现复杂度较高的不足，提供一种连续相位QPSK调制方法及其调制装置，该调制方法可克服PSK调制方式中相位跳变导致的信号波形强频谱可见性的缺点，且实现该调制方法的装置结构简单，复杂度低。[0006]为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案:
一种连续相位QPSK调制装置，包括:
数据变化检测器，用于检测当前时钟发送数据与相邻的前一时钟发送数据是否相同，并根据检测结果输出不同信号；
频率选择器，用于选择输出调制所需的载波频率；
与频率选择器连接的载波相位控制字发生器，所述载波相位控制字发生器用于根据所选载波频率产生载波相位控制字；
与频率选择器连接的额外累加相位控制字发生器，所述额外累加相位控制字发生器用于产生额外累加相位控制字；
选通器，所述选通器分别与所述数据变化检测器和额外累加相位控制字发生器连接，所述选通器用于选通并输出额外相位控制字；
相位控制字计算器，所述相位控制字计算器分别与选通器和载波相位控制字发生器连接，所述相位控制字计算器用于将载波相位控制字和额外相位控制字进行相加计算，得到相位控制字步长；
与相位控制字计算器连接的相位控制字累加器，所述相位控制字累加器用于相位控制字步长的累加，得到总相位控制字，该总相位控制字即是ROM查找表的地址，并将该地址送到 ROM ；
与相位控制字累加器连接的深度为K的ROM查找表，所述ROM查找表用于存储离散化的正弦波形值。
[0007]根据本发明的实施例，所述数据变化检测器检测到当前时钟发送数据与相邻的前一时钟发送数据相同，则输出信号第一信号，否则根据相邻发送数据波形间的相位差值输出不同信号:如果相位差值为η/2或-3 π/2，则输出第二信号；如果相位差值为土 π，则输出第三信号；如果相位差值为3 π /2或-π /2，则输出第四信号。
[0008]根据本发明的实施例，若数据变化检测器输出第一信号，则所述选通器输出零控制字；若数据变化检测器输出第二信号，则选通器连续输出M个额外累加相位控制字；若数据变化检测器输出第三信号，则选通器连续输出2ΧΜ个额外累加相位控制字；若数据变化检测器输出第四信号，则选通器连续输出3ΧΜ个额外累加相位控制字，其中，所述M的含义为:经过M个时钟周期后额外累加相位达到π/2。
[0009]一种连续相位QPSK调制方法，该方法基于直接数字频率合成，通过额外累加相位控制字，直接改变控制字的方式，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，其具体步骤包括:
步骤1:载波相位控制字发生器根据频率选择器所选载波频率，产生载波相位控制字；额外累加相位控制字发生器根据频率选择器所选载波频率和过渡波形长度Μ，产生额外累加相位控制字；
步骤2:数据变化检测器检测当前时钟发送的数据与相邻的前一时钟发送的数据是否相同，若相同，则输出第一信号，并进入步骤4 ;否则进入步骤3 ；
步骤3:计算相邻发送数据波形间的相位差值，如果相位差值为π /2或-3 π /2，则输出第二信号；如果相位差值为土 η，则输出第三信号；如果相位差值为3 π /2或-π /2，则输出第四信号，进入步骤4;步骤4:选通器根据数据变化监测器的输出信号选通并输出额外相位控制字，若数据变化监测器的输出信号为第一信号，则选通器输出额外相位控制字为零控制字；若数据变化检测器输出信号为第二信号，则选通器连续输出M个额外相位控制字为额外累加相位控制字；若数据变化检测器输出信号为第三信号，则选通器连续输出2XM个额外相位控制字为额外累加相位控制字；若数据变化检测器输出信号为第四信号，则选通器连续输出3XM个额外相位控制字为额外累加相位控制字；
步骤5:相位控制字计算器将载波相位控制字和额外相位控制字相加，得到相位控制字步长;
步骤6:相位控制字累加器进行相位控制字步长累加，得到总相位控制字，即得到每一时钟的ROM查找表地址；
步骤7:根据步骤6产生的查找表地址，在ROM中查找当前时钟的调制波形信号值，并将该调制波形信号值输出；
步骤8:判断相位控制字累加器输出的总相位控制字是否达到ROM查找表地址上限值，若达到上限值，则进入步骤9 ;若未达到上限值，则进入步骤10 ；
步骤9:将相位控 制字累加器中总相位控制字清零，进入步骤10 ；
步骤10:判断运行时间是否达到原始调制波形的一个周期，若达到，则结束当前数据的调制，若未达到，则返回步骤6，继续进行总相位控制字累加。
[0010]根据本发明的实施例，步骤I中所述额外累加相位控制字的计算方法为:设经过M
个时钟周期后额外累加相位达到η /2，即ΜΑβ =π?2 ,则额外累加相位步长为= A，
(2ZJM
额外累加相位控制字SCa = A，其中，K的含义为:R0M查找表的深度。
AM
[0011]根据本发明的实施例，所述M取值为1 = 4，其中，N的含义为:采用N个离散采
4
样信号值表示一个周期的正弦载波信号。
[0012]根据本发明的实施例，步骤I中所述载波相位控制字的计算方法为:假设采用F个离散采样信号值表示一个周期的正弦载波信号，则两个相邻的离散采样点之间的相位差
为△$= M/即载波相位控制字为= ^。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果:
1、本发明连续相位QPSK调制方法，基于直接数字频率合成，通过额外累加相位控制字，直接改变控制字的方式，产生过渡波形取代传统QPSK调制中相位跳变的不连续波形，实现了调制波形的连续性，消除了相邻时钟前后发送数据的调制波形中存在的相位跳变，从而消除了因相位突变产生的脉冲响应，隐蔽了波形信号中蕴含的符号率信息，增加了通信的安全性和保密性。
[0014]2、本发明连续相位QPSK调制方法与CPM调制方法相比，采用本发明方法的调制信号的具体形式与成型脉冲、调制指数h、频率响应函数脉冲相关长度L的取值无关，所以实现本发明调制方法的复杂度低，更容易实现，调制设备结构简单，成本低。
[0015]【专利附图】
【附图说明】:图1为本发明连续相位QPSK调制装置的结构框图。
[0016]图2为本发明连续相位QPSK调制方法的流程框图。
[0017]图3(a)、图3(b)和图3(c)为实施例中采用本发明连续相位QPSK调制方法的调制波形图。
[0018]图4为实施例中数据跳变引起的相位差为/2时，传统QPSK调制和本发明连续相位QPSK调制的相位变化比较图。
[0019]图5为实施例中数据跳变引起的相位差为Ji时，传统QPSK调制和本发明连续相位QPSK调制的相位变化比较图。
[0020]图中标记:101-数据变化检测器，102-选通器，103-额外累加相位控制字发生器，104-频率选择器，105-载波相位控制字发生器，106-相位控制字计算器，107-相位控制字累加器，108-R0M查找表。
【具体实施方式】
[0021]下面结合试验例及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本发明的范围。
[0022]本发明连续相位QPSK调制方法是基于直接数字频率合成(DDS)方法实现的，先简要阐述采用DDS产生离散数字调制信号的基本原理。DDS通常包括3个基本模块:相位控制字模块、相位累加器模块和正弦ROM查找表模块。相位控制字即是由两相邻采样点相位差所确定的ROM查找表地址增量；相位累加器负责对相位控制字进行累加运算，计算出的总相位控制字即是最终的ROM查找表地址；R0M查找表将输入地址对应的载波信号幅度值输出，得到中频数字调制信号。
[0023]假设采用K个离散采样信号值表示一个周期的正弦振荡信号，于是两个相邻的离散采样点之间的相位差为M= 2π/Τ,第i个正弦采样信号的值为sm(2冲-1)/?,i = I 2,L ,K。Δ&是DDS能够达到的最小相位精度。将这一组采样的正弦振荡信号值预先存入ROM中，其地址依次为0,1,2,L ,K-1 ,K值即是正弦查找表的深度。相位控制字Czffis.由
对应的载波物理频率尤，实现时的系统采样频率Z以及正弦查找表深度K共同决定，其计算方法为:
【权利要求】
1.一种连续相位QPSK调制装置，其特征在于，该调制装置包括: 数据变化检测器，用于检测当前时钟发送数据与相邻的前一时钟发送数据是否相同，并根据检测结果输出不同信号； 频率选择器，用于选择输出调制所需的载波频率； 与频率选择器连接的载波相位控制字发生器，所述载波相位控制字发生器用于根据所选载波频率产生载波相位控制字； 与频率选择器连接的额外累加相位控制字发生器，所述额外累加相位控制字发生器用于产生额外累加相位控制字； 选通器，所述选通器分别与所述数据变化检测器和额外累加相位控制字发生器连接，所述选通器用于选通并输出额外相位控制字； 相位控制字计算器，所述相位控制字计算器分别与选通器和载波相位控制字发生器连接，所述相位控制字计算器用于将载波相位控制字和额外相位控制字进行相加计算，得到相位控制字步长； 与相位控制字计算器连接的相位控制字累加器，所述相位控制字累加器用于相位控制字步长的累加，得到总相位控制字，该总相位控制字即是ROM查找表的地址，并将该地址送到 ROM ； 与相位控制字累加器连接的深度为K的ROM查找表，所述ROM查找表用于存储离散化的正弦波形值。
2.根据权利要求1所述的连续相位QPSK调制装置，其特征在于，所述数据变化检测器检测到当前时钟发送数据与相邻 的前一时钟发送数据相同，则输出第一信号，否则根据相邻发送数据波形间的相位差值输出不同信号:如果相位差值为π/2或-3 π/2，则输出第二信号；如果相位差值为土 η，则输出第三信号；如果相位差值为3 π /2或-π /2，则输出第四信号。
3.根据权利要求2所述的连续相位QPSK调制装置，其特征在于，若数据变化检测器输出第一信号，则所述选通器输出零控制字；若数据变化检测器输出第二信号，则选通器连续输出M个额外累加相位控制字；若数据变化检测器输出第三信号，则选通器连续输出2ΧΜ个额外累加相位控制字；若数据变化检测器输出第四信号，则选通器连续输出3ΧΜ个额外累加相位控制字，其中，所述M的含义为:经过M个时钟周期后额外累加相位达到π/2。
4.一种连续相位QPSK调制方法，其特征在于，该方法基于直接数字频率合成，通过额外累加相位控制字，直接改变控制字的方式，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，其具体步骤包括: 步骤1:载波相位控制字发生器根据频率选择器所选载波频率，产生载波相位控制字； 步骤2:数据变化检测器检测到当前时钟发送数据与相邻的前一时钟发送数据相同，则输出第一信号，并进入步骤4 ;否则进入步骤3 ； 步骤3:计算相邻发送数据波形间的相位差值，如果相位差值为π /2或-3 π /2，则输出第二信号；如果相位差值为土 η，则输出第三信号；如果相位差值为3 π /2或-π /2，则输出第四信号，进入步骤4; 步骤4:选通器根据数据变化检测器的输出信号选通并输出额外相位控制字，若数据变化检测器的输出信号为第一信号，则选通器输出额外相位控制字为零控制字；若数据变化检测器输出信号为第二信号，则选通器连续输出M个额外相位控制字为额外累加相位控制字；若数据变化检测器输出信号为第三信号，则选通器连续输出2XM个额外相位控制字为额外累加相位控制字；若数据变化检测器输出信号为第四信号，则选通器连续输出3XM个额外相位控制字为额外累加相位控制字； 步骤5:相位控制字计算器将载波相位控制字和额外相位控制字相加，得到相位控制字步长; 步骤6:相位控制字累加器进行相位控制字步长累加，得到总相位控制字，即得到每一时钟的ROM查找表地址； 步骤7:根据步骤6产生的查找表地址，在ROM中查找当前时钟的调制波形信号值，并将该调制波形信号值输出； 步骤8:判断相位控制字累加器输出的总相位控制字是否达到ROM查找表地址上限值，若达到上限值，则进入步骤9 ;若未达到上限值，则进入步骤10 ； 步骤9:将相位控制字累加器中总相位控制字清零，进入步骤10 ； 步骤10:判断运行时间是否达到原始调制波形的一个周期，若达到，则结束当前数据的调制，若未达到，则返回步骤6，继续进行总相位控制字累加。
5.根据权利要求4所述的连续相位QPSK调制方法，其特征在于，步骤I中所述额外累加相位控制字的计算方法为:设经过M个时钟周期后额外累加相位达到π/2，即
6.根据权利要求5所述的连续相位QPSK调制装置，其特征在于，所述过渡波形长度M取值为
7.根据权利要求4至6之一所述的连续相位QPSK调制方法，其特征在于，步骤I中所述载波相位控制字的计算方法为:假设正弦ROM查找表的深度为K，采用N个离散采样信号值表不一个周期的正弦载波信号，则两个相邻的离散米样点之间的相位差为Δθ= 2π/N，则载波相位控制字为
【文档编号】H04L27/20GK103546409SQ201210235627
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月9日 优先权日:2012年7月9日
【发明者】吴廷勇, 周将运, 朱文翰, 曹灵吉, 胡剑浩, 李少谦 申请人:电子科技大学