专利名称：全响应8cpfsk的90度旋转不变tcm编码调制解调方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字通信的领域，尤其涉及一种全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调器方法及其装置。
背景技术：
TCM是一种将调制和编码相结合的技术，它在没有提高发射功率和不增加系统传输带宽的条件下，提高了数字传输系统的可靠性。这样的线路已有描述，例如在如下教材中John G.Proakis Digital Communications(Four Edition)，但在实际的TCM传输系统中，如果接收端采用相干解调，由于载波提取方法的某些固有缺陷，会产生不同角度的相位模糊现象，使系统性能明显下降。特别是当接收端与发送端存在着载波频率偏差的情况下，影响更加严重，在高信噪比条件下，通过相位环路跟踪可以使得差错率得到一定的控制，但是在较低信噪比条件下，有可能造成差错传播，引起系统性能急剧恶化，所以非常有必要提出一种能够克服相位模糊度的编码调制解调方法。
发明内容
本发明的目的是提供了一种全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调器方法，其具体步骤如下1)从源获得2bits数据位；2)读取2bits源数据，经过编码器映射到3bits数据位，将3bits数据位的集安排到数据符号Zk中，该符号取{0，1，…6，7}值之一，其中k是时间指数；3)将数据符号Zk通过具有调制指数h及成型脉冲g(t)的CPM调制器，形成连续相位信号Sd(t)＝ej(2πh(t)-πh(M-1)t/T)其中(τ+kT)＝R2π[2πh(Zk-1+R8[Zk-Zk-1]q(τ)/2)+W(τ)]0≤τ≤T，h＝1/8，T表示符号周期，RM表示模M，波形q(t)是某个成型脉冲g(t)的积分，W(t)与输入符号无关，仅和一个符号周期内的采样时刻相关，表示式为W(t)=h(M-1)2sin2π(t-nT)T,]]>本文中M＝8；4)在通信通道上发送连续相位信号；5)接收所发送的信号以及对接收到的信号解调恢复出发送的源数据。
所述的编码器包括如下步骤1)时刻kT读取2bits源数据，其高位为uk1，低位为uk2；2)状态数为16，所以对应4个状态寄存器，时刻kT其分别为Statek1，Statek2，Statek3和Statek4；3)计算中间变量next_state_t，last_state_t以及编码器输出Zknext_state_t=uk1×4+uk2×2+Statek4]]>last_state_t=Statek1×4+Statek2×2+Statek3]]>Zk＝R8(next_state_t+last_state_t)其中R8表示模8，Zk为3bits数据，高位到低位依次为Zk1，Zk2和Zk34)(k+1)T时刻更新状态Statek+11，Statek+12，Statek+13和Statek+14Statek+11，Statek+12，Statek+13依次与Zk相应二进制数的3bits位Zk1，Zk2和Zk3对应，即Statek+11=Zk1;]]>Statek+12=Zk2;]]>Statek+13=Zk3;]]>Statek+14=Statek3⊕uk2]]>所述的解调器的解调步骤如下1)在预定的采样间隔上对接收到的信号采样；2)让接收到的信号与所有可能已编码数据位对应的信号做互相关运算，得到两者信号的互相关度量，让互相关度量信息通过维特比解码器，评估来自源的数据位全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调装置数据源模块、编码器模块、调制器模块、通信信道以及解调器模块依次相接。
所述的编码器模块的电路为状态转移更新模块分别与第一状态寄存器、第二状态寄存器、第三状态寄存器、第四状态寄存器相接。
所述的调制器模块的电路为加法器模块与相位生成模块、相位累加模块相接，加法器模块与正弦、余弦查找表模块相接。
本发明通过格状编码器的设计避免了由于载波相位模糊引起的性能损失，当系统存在90°，180°或者270°相位误差的情况下，都可以正常解调；同时因为该系统是旋转不变的，所以可以降低对相位以及频率估计的要求，有更强的鲁棒性，系统状态数为16，具有简单，资源消耗小的优点。
图1是全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调装置的方框图；图2是本发明的编码器模块的线路方框图；图3是本发明的调制器模块的线路方框图；图4是本发明的编码器的状态转移图；图5是本发明的连续相位调制信号的功率谱；图6是本发明在AWGN信道条件下的性能曲线。
具体实施例方式
本发明实现全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调器。
CPM信号以脉冲q(t)，或相应的成型脉冲g(t)来表征，两者之间的关系如下q(t)=∫-∞tg(u)du]]>典型情况下，g(t)是时间限于某个区间(0，LT)的，另外，在q(t)上归一化为q(∞)＝1/2本发明只讨论全响应CPM，所以L为1，另外本例中取g(t)为1RC成型，即 并且调制指数h＝1/8，利用以上信息，根据Zk就可以确定被发送的8CPFSK信号了。
现在参看图1，示出了一种全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调装置的方框图。数据源模块101与编码器模块102相接，编码器模块102与调制器模块103相接，完成8CPFSK连续相位信号的产生功能，信号通过通信信道模块104，在解调器模块105完成解调。
本发明中，在时刻kT，编码器模块102从数据源模块101读入2bits源数据，其高位到低位依次对应uk1，uk2；2bits数据源送入编码器模块102，得到输出Zk以及前一时刻的输出Zk-1；根据Zk以及Zk-1，调制器模块103产生8CPFSK连续相位信号送给通信信道模块104；解调器105接收到信号，计算其与所有可能已编码数据位对应的信号互相关度量，让互相关度量信息通过维特比解码器，从而判决出所发送的信息位。
参看图2，示出了编码模块102。uk1，uk2分别对应kT时刻的输入，第一状态寄存器201，第二状态寄存器202，第三状态寄存器203，第四状态寄存器204分别对应kT时刻的状态寄存器Statek1，Statek2，Statek3和Statek4，即16状态编码器。所述的状态转移更新是这样完成的
根据输入信号uk1，uk2以及当前时刻状态Statek1，Statek2，Statek3和Statek4计算得到输出Zk以及下一时刻即(k+1)T的状态next_state_t=uk1×4+uk2×2+Statek4]]>last_state_t=Statek1×4+Statek2×2+Statek3]]>Zk＝R8(next_state_t+last_state_t)其中R8表示模8，next_state_t，last_state_t为中间变量，Zk为3bits数据，高位到低位依次为Zk1，Zk2和Zk3(k+1)T时刻更新状态Statek+11，Statek+12，Statek+13和Statek+14Statek+11=Zk1;]]>Statek+12=Zk2;]]>Statek+13=Zk3;]]>Statek+14=Statek3⊕uk2]]>参看图3，示出了调制器模块103。加法器模块303与相位生成模块301、相位累加模块302相接，加法器模块303与正弦、余弦查找表模块304相接。相位生成模块根据Zk、Zk-1、q(t)以及W(t)产生相位(τ+kT)＝R2π[2πh(Zk-1+R8[Zk-Zk-1]q(τ)/2)+W(τ)]0≤τ≤T相位累加模块302累加固定相位，两者通过加法器模块303相加得到连续相位信号的相位ψ(t)ψ(t)＝2πh(t)-πh(M-1)t/Tψ(t)送入正弦、余弦查找表模块304得到连续相位信号。
在实施中，可以得到16状态编码器的状态转移图如图4所示以及发送的8CPFSK的信号功率谱如图5所示。
在解调器105中，接收机接收通过通信信道的信号并通过接收信号来评估发送的数据符号。接收机在预先规定的采样间隔上对接收信号进行采样，然后用相干解调的方法评估发送数据。我们知道，CPM信号具有有限状态机制，而维特比解码器是一种有效的有限状态网格搜索方法，适用于CPM的相干解调，这样的操作对于任何熟悉本领域的技术人员来说都是明确的。
参看图6，给出了本发明的一个具体实施方案在AWGN信道条件下的性能曲线，可以看出本发明的方法是非常有效的。
本发明是一种数字通信信号调制与相干解调系统。这里所述的方法与线路，彼此分离的单体部件可以完全是传统的，我们要求将它们的组合作为发明进行保护。以上所述仅为特定应用场合的具体实施方式
，但本发明的真实精神和范围不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员可以修改单体部件的具体方法，实现不同应用场合的全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调器。本发明仅由后附权利要求书及其等效技术方案来限定，我们要求将这些作为本发明来保护。
权利要求
1.一种全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调方法，其特征在于包括如下的步骤1)从源获得数据位；2)读取源数据，经过编码器映射到3bits数据位，将3bits数据位的集安排到数据符号Zk中，该符号取{0，1，…6，7}值之一，其中k是时间指数；3)将数据符号Zk通过具有调制指数h及成型脉冲g(t)的CPM调制器，形成连续相位信号Sd(t)＝ej(2πh(t)-πh(M-1)t/T)其中(τ+kT)＝R2π[2πh(Zk-1+R8[Zk-Zk-1]q(τ)/2)+W(τ)]0≤τ≤T，h＝1/8，T表示符号周期，RM表示模M，波形q(t)是某个成型脉冲g(t)的积分，W(t)与输入符号无关，仅和一个符号周期内的采样时刻相关，表示式为W(t)=h(M-1)2sin2π(t-nT)T,]]>本文中M＝8；4)在通信通道上发送连续相位信号；5)接收所发送的信号以及对接收到的信号解调恢复出发送的源数据。
2.根据权利要求1所述的一种全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调方法，其特征在于所述的编码器的编码方法如下1)编码效率为2/3，所以读取2bits源数据作为编码器输入，时刻kT其高位为uk1，低位为uk2；2)状态数为16，所以对应4个状态寄存器，时刻KT其分别为Statek1，Statek2，Statek3和Statek4；3)计算中间变量next_state_t，last_state_t以及编码器输出Zknext_state_t=uk1×4+uk2×2+Statek4]]>last_state_t=Statek1×4+Statek2×2+Statek3]]>Zk＝R8(next_state_t+last_state_t)其中R8表示模84)(k+1)T时刻更新状态Staten+11，Staten+12，Staten+13和Staten+14Statek+11，Statek+12，Statek+13依次与Zk相应二进制数的3bits对应；Statek+14=Statek3⊕uk2.]]>
3.根据权利要求1所述的一种全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调方法，其特征在于所述的CPM调制器成型脉冲g(t)持续时间为一个符号间隔。
4.根据权利要求1所述的一种全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制方法，其特征在于其解调器的解调步骤如下1)在预定的采样间隔上对接收到的信号采样；2)让接收到的信号与所有可能已编码数据位对应的信号做互相关运算，得到两者信号的互相关度量，让互相关度量信息通过维特比解码器，评估来自源的数据位。
5.一种根据权利要求1所述方法设计的全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调装置，其特征在于，数据源模块(101)、编码器模块(102)、调制器模块(103)、通信信道(104)以及解调器模块(105)依次相接。
6.根据权利要求5所述的一种全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调装置，其特征在于，所述的编码器模块(102)的电路为状态转移更新模块(205)分别与第一状态寄存器(201)、第二状态寄存器(202)、第三状态寄存器(203)、第四状态寄存器(204)相接。
7.根据权利要求5所述的一种全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调装置，其特征在于，所述的调制器模块(103)的电路为加法器模块(303)与相位生成模块(301)、相位累加模块(302)相接，加法器模块(303)与正弦、余弦查找表模块(304)相接。
全文摘要
本发明公开了一种全响应8CPFSK的90度旋转不变TCM编码调制解调方法及其装置。TCM是一种将调制和编码相结合的技术，它在没有提高发射功率和不增加系统传输带宽的条件下，提高了数字传输系统的可靠性。但在实际的TCM传输系统中，如果接收端采用相干解调，由于载波提取方法的某些固有缺陷，会产生不同角度的相位模糊现象，使系统性能明显下降。本发明所公开的方法在不增加复杂度以及系统传输带宽的前提下，通过格状编码器的设计，使得接收信号的90度相位模糊不影响信号的正常解调，避免了由于载波相位模糊引起的性能损失；同时解调器对相位误差不敏感，降低了其对初相估计的精度要求，具有简单，性能好，资源消耗小，鲁棒性的优点。
文档编号H04L27/38GK101060383SQ20071006768
公开日2007年10月24日 申请日期2007年3月29日 优先权日2007年3月29日
发明者赵民建, 金晓东, 王志雄 申请人:浙江大学