一种基于EBPSK的调制解调方法及通信系统与流程

本发明涉及调制解调技术领域，尤其涉及一种扩展的二元相移键控(extendbinaryphaseshiftkeying，ebpsk)调制解调方法及通信系统。

背景技术：

移动通信作为当今世界发展最为迅猛的技术领域，正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联成为必然趋势，具有异常广阔的市场前景。

然而，基于当前的移动网络来说，不任是2g/3g/4g，还是即将到来的5g，其在物与物的连接上能力不足，或者说存在较大的资源和技术浪费与缺陷。但不得不说的是，事实上，相比蓝牙、zigbee等短距离通信技术，移动蜂窝网络有其独特的优势：移动蜂窝网络广覆盖、具备较强的可移动特性，并且大连接数。因而，移动蜂窝网络理应成为物联网的主要连接技术。

基于蜂窝的窄带物联网(narrowbandinternetofthings,nb-iot)成为万物互联网络的一个重要分支。由于nb-iot构建于蜂窝网络，只消耗大约180khz的带宽，并且具备可直接部署于gsm网络、umts网络或lte网络的巨大优势。nb-iot技术的应用可大大降低万物互联网络的部署成本，同时，可实现在现有网络上平滑升级。这些特性，使得nb-iot成为了时下最热门的物联网技术。

nb-iot具备四大特点：一是广覆盖，可提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，nb-iot比现有的网络灵敏度增益20db，覆盖面积扩大100倍；二是具备支撑海量连接的能力，nb-iot的一个扇区能够支持10万个连接，可实现低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是低功耗，nb-iot终端模块的待机时间可长达10年；四是较低的模块成本，企业预期的单个接连模块成本不超过5美元。

对于nb-iot技术来说，目前各设备供应商和相关芯片设计商争夺的技术焦点主要在于功耗和成本。这也是nb-iot大规模商用的主要技术瓶颈。功耗和成本，对各厂商争夺市场占有率、提高产品利润率起决定性作用。

二元相移键控(expendbinaryphaseshiftkeying,ebpsk)调制解调技术,是一种不对称调制技术，主要利用小角度调相和可变的跳变时间来紧缩发射频谱。具体理论分析可参考专利cn201410221951.1。其通过二进制信息码直接改变正弦载波的突变相位实现调制。数字“0”对应的已调信号是频率为fc的n个载波周期的正弦波，而对应数字“1”则是n个载波周期的正弦波中，前k个周期的相位跳变角度为θ；即：

f0(t)＝asin2πfct,0≤t<t

其中t＝n/fc，τ＝k/fc，k≤n，而θ和τ这两个参数构成改变信号带宽、传输码率和解调性能的“调制指数”。θ对应载波信号的相位，而τ则对应着调制信号(归零码)的占空比。

由于ebpsk调制解调技术可避免数字正交调制解调技术(qpsk&16qam)对于调制解调器(modem)的要求，可极大节约成本和功耗，简化算法复杂度。因而，在物联网应用场景下，该技术不失为一种较为理想的调制解调技术。然而，现有的ebpsk调制解调，通常需要采用数字方式实现，对信号采样、存储以及处理器性能仍然有较高要求，始终无法实现理想的成本控制。因而，目前，急需一种低成本低功耗的ebpsk调制解调技术。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于ebpsk的调整解调方法及通信系统。

首先，为实现上述目的，提出一种基于ebpsk的调制方法，包括以下步骤：

t1，读取信息序列将所述信息序列转换生成模拟开关信号；同时，根据所述模拟开关信号锁定相应载波频率和相位；

t2，将所述模拟开关信号分别进行延时和反相处理，生成两路差分调制信号，根据所述t1中锁定的载波频率和相位进行混频，生成两路差分已调信号；

t3，将所述两路差分已调信号合成为一路已调信号，输出。

如上所述的调制方法，其中，所述步骤t1中，还包括对所述模拟开关信号占空比的调节步骤：对所述模拟开关信号进行采样，并获取所述模拟开关信号的占空比，判断所述占空比是否满足调制指数要求，若不满足，则调节所述模拟开关信号中高电平持续时间，直至所述占空比满足所述调制指数要求。

如上所述的调制方法，其中所述的模拟开关信号为归零码。

同时，基于上述的调制方法，本发明还同时提供一种基于ebpsk的发射机链路，包括处理器、第一锁相环电路、数模转换器、延时电路、反相电路、无源双平衡混频器和第一无源巴伦电路：

其中，所述处理器的输出端连接所述数模转换器的输入端，所述处理器同时还与所述第一锁相环电路连接；所述处理器用于向所述数模转换器的输入端输出信息序列，同时，所述处理器还用于根据所述信息序列控制所述第一锁相环锁定相应载波信号的频率和相位；

所述第一锁相环电路还向所述无源双平衡混频器的混频端输出载波信号；

所述数模转换器的输出端还同时连接所述延时电路和所述反相电路；

所述反相电路和所述延时电路的输出端分别连接所述无源双平衡混频器的第二和第一调制信号输入端；

所述无源双平衡混频器的混频端接收所述第一锁相环电路输出的所述载波信号；所述无源双平衡混频器的输出端连接所述第一无源巴伦电路的两个输入端；

所述第一无源巴伦电路的输出端作为所述发射机链路整体的输出端。

更进一步，上述发射机链路中还包括占空比检测电路，所述占空比检测电路串联于所述数模转换器与所述延时电路、所述数模转换器与所述反相电路之间，所述占空比检测电路的检测反馈端连接所述处理器，所述占空比检测电路用于对所述数模转换器输出的模拟开关信号进行采样并获取所述模拟开关信号的占空比，将所述模拟开关信号的占空比反馈至所述处理器，由所述处理器根据调制指数要求调节所述模拟开关信号中高电平持续时间，直至所述占空比满足所述调制指数要求。

上述发射机链路采用cmos工艺制作。

其次，为实现上述目的，配合所述ebpsk的调制方法，本发明还提出一种基于ebpsk的解调方法，步骤包括：

r1，处理器设置电路参数；同时，处理器获取第二锁相环频率差和相位差，调节第二锁相环参数，锁定载波信号的频率和相位；

r2，接收有用信号，并根据所述第二锁相环提供的载波信号对所述有用信号进行下变频，生成两路差分ebpsk基带信号；

r3，将两路差分ebpsk基带信号合成为一路基带信号后，依次对所述基带信号进行前置放大、低通滤波、自动增益控制，然后进行模数转换；

r4，通过模数转换将所述基带信号转换为数字信号，输出有用信息序列。

进一步，上述基于ebpsk的解调方法中，所述步骤r4中，在输出有用信息序列之前，还包括检测所述有用信息序列的误码率的步骤，当误码率超过阈值时，通过处理器调整电路参数，直至所述误码率不超过所述阈值，再输出有用信息序列。

基于上述bpsk解调方法，本发明还同时提出一种基于ebpsk的接收机链路，包括处理器、第二锁相环、低噪声放大器、有源双平衡混频器、第二无源巴伦电路、前置放大器、低通滤波器、可变增益放大器和模数转换电路；

所述处理器同时连接所述第二锁相环、低噪声放大器、第二无源巴伦电路、前置放大器、低通滤波器和可变增益放大器，所述处理器用于读取所述模数转换电路输出的有用信息序列，并根据所述有用信息序列的误码率调整电路参数；同时，所述处理器还用于获取第二锁相环频率差和相位差，调节第二锁相环参数，锁定载波信号的频率和相位；

所述第二锁相环还向所述有源双平衡混频器输出载波信号；

所述低噪声放大器的输出端连接所述有源双平衡混频器的有用信号输入端；

所述有源双平衡混频器的输出端连接所述第二无源巴伦电路的输入端；

所述第二无源巴伦电路的输出端连接所述前置放大器的输入端；

所述前置放大器的输出端连接所述低通滤波器的输入端；

所述低通滤波器的输出端连接所述可变增益放大器的输入端；

所述可变增益放大器的输出端连接所述模数转换电路的输入端；

所述模数转换电路的输出端作为所述接收机链路整体的输出端输出有用信息序列。

为解决上述技术问题，本发明同时还提出一种基于ebpsk的收发一体机，其特征在于，包括如上所述的处理器、第一锁相环电路、第一压控振荡器输出缓冲、模数转换器、延时电路、反相电路、无源双平衡混频器、第一无源巴伦电路、占空比检测电路、第二锁相环、第二压控振荡器输出缓冲、低噪声放大器、有源双平衡混频器、第二无源巴伦电路、前置放大器、低通滤波器、可变增益放大器和模数转换电路，所述基于ebpsk的收发一体机由cmos工艺制作；具体的，所述处理器的输出端连接所述数模转换器的输入端，所述处理器同时还与所述第一锁相环电路、所述第二锁相环连接、低噪声放大器、第二无源巴伦电路、前置放大器、低通滤波器和可变增益放大器；所述处理器用于向所述数模转换器的输入端输出信息序列，同时，所述处理器还用于根据所述信息序列控制所述第一锁相环电路和所述第二锁相环锁定相应载波信号的频率和相位；所述处理器还用于读取所述模数转换电路输出的有用信息序列，并根据所述有用信息序列的误码率调整电路参数；

所述第一锁相环电路还向所述无源双平衡混频器的混频端输出载波信号；

所述数模转换器的输出端还同时连接所述延时电路和所述反相电路；

所述反相电路和所述延时电路的输出端分别连接所述无源双平衡混频器的第二和第一调制信号输入端；

所述无源双平衡混频器的混频端接收所述第一锁相环电路输出的所述载波信号；所述无源双平衡混频器的输出端连接所述第一无源巴伦电路的两个输入端；

所述第一无源巴伦电路的输出端作为所述收发一体机整体的输出端；

所述第二锁相环还向所述有源双平衡混频器输出载波信号；

所述低噪声放大器输出端连接所述有源双平衡混频器的有用信号输入端；

所述有源双平衡混频器的输出端连接所述第二无源巴伦电路的输入端；

所述第二无源巴伦电路的输出端连接所述前置放大器的输入端；

所述前置放大器的输出端连接所述低通滤波器的输入端；

所述低通滤波器的输出端连接所述可变增益放大器的输入端；

所述可变增益放大器的输出端连接所述模数转换电路的输入端；

所述模数转换电路的输出端作为所述收发一体机整体的输出端输出有用信息序列。

更进一步，本发明还提供一种基于ebpsk的通信系统，包括如前所述的基于ebpsk的收发一体机，还包括射频前端，

所述射频前端包括顺次连接的发射端功放、发射端滤波器和发射端开关电路，所述发射端功放的输入端连接所述收发一体机中第一无源巴伦电路的输出端，发射端功放的输出端连接所述发射端滤波器的输入端，所述发射端滤波器的输出端连接所述发射端开关电路的输入端，所述发射端开关电路的输出端作为所述射频前端的整体输出端；

所述射频前端还包括顺次连接的接收端滤波器和接收端开关电路，所述接收端开关电路作为所述射频前端的整体输入端，所述接收端开关电路的输出端连接所述接收端滤波器的输入端，所述接收端滤波器的输出端连接所述低噪声放大器的输入端。

本发明的有益效果

本发明，不同于传统设计，考虑到窄带物联网的应用场景具有数据量小的特点，因而将存储器和处理器均集成在transceiver(收发一体机)中，实现简单的数据存储和数据处理，尽可能做到物尽其用，避免使用通用存储芯片和modem芯片造成的功耗和成本浪费。本发明中处理器根据需要传输的信息序列直接控制所述占空比检测电路，根据ebpsk调制方式下的调制指数(载波信号的相位θ和调制信号(归零码)的占空比τ)调整所述模拟开关信号(即调制信号)的占空比，同时，根据所述调制信号控制锁相环调整载波信号的频率和相位。本发明无需通过数字基带芯片或模拟基带芯片即可实现对信息序列的调制以及对有用信号的解调。

在电路链路的设计中，本发明中，处理器通过串行总线对收发一体机内部各模块进行闭环性能调整，闭环反馈的形式，对收发一体机内与占空比、锁相环以及误码率相关电路参数(包括占空比检测电路、低噪声放大器、第一及第二无源巴伦电路、前置放大器、低通滤波器、可变增益放大器等各模块的电压、电流以及电路级数)进行调节，保证调制解调过程中信号准确性。对输出调制信号的占空比进行调整，实现调制信号的自我检测和校准，以保证调制信号携带信息的准确性。同时，处理器根据存储器中读取的信息序列对锁相环进行频率和相位锁定，并根据反馈的频率差和相位差不停调整锁相环设置，直到满足系统需求以实现载波频率和相位的自校准，可保证载波频率和相位准确性。通过对接收机链路和发射机链路的自适应调整，本发明可极大简化电路结构的复杂度，节省芯片面积、节约系统功耗。同时，电路参数的及时优化，可有效抑制解调信号的失真。从而在节约成本的同时，保证了系统解调性能。

更进一步，本发明在发射机链路使用无源双平衡混频器，在接收机链路使用有源双平衡混频器，通过双平衡结构增强对谐波信号的隔离度，有效抑制信号泄露和载波泄露。考虑到接收机链路相对于发射机链路通常包含有较高噪声，因此需要具备更强的隔离度，在接收机链路中采用有源双平衡混频器，为接收的有用信号提供一定的增益。

更进一步，由于本发明中采用cmos工艺实现ebpsk收发一体机，采用模拟方式实现调制解调。因而可实现如下优点：一、载波频率范围广，单一锁相环pll即可覆盖700mhz-2.2ghz的频率范围；二、芯片面积小，由于结构简单，电路设计大量采用成熟电路结构，使得芯片面积可控制在较小的尺寸；三、在应用于窄带物联网领域时，由于使用模拟调制解调技术，不需要使用数字modem(调制解调)芯片，第一可以节省一颗modem芯片的成本，第二可以降低整机功耗，第三可节约板级面积，使模块面积更小。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例所述基于ebpsk的通信系统的整体框图；

图2为现有常规窄带物联网终端系统框图；

图3为根据本发明的基于ebpsk的调制方法流程图；

图4为根据本发明的基于ebpsk的发射机链路框图；

图5为根据本发明的基于ebpsk的解调方法流程图；

图6为根据本发明的基于ebpsk的接收机链路框图；

图7为根据本发明实施例所涉及ebpsk调制的一种特殊调制方式--反相调制示意图；

图8为根据本发明的实施例所涉及ebpsk调制的一种特殊调制方式--mcm(missingcyclemodulation)调制示意图；

图9为根据本发明的实施例所涉及ebpsk调制的一种特殊调制方式--窄脉冲调制示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为根据本发明的ebpsk的通信系统的整体框图。包括如基于ebpsk的收发一体机(transceiver)包含发射机链路和接收机链路，还包括射频前端。对比于图2所示的现有常规窄带物联网终端系统框图，本发明中存储器和处理器均集成在transceiver中，可针对窄带物联网特性，实现简单的数据存储和数据处理，尽可能做到物尽其用，避免使用通用存储芯片和modem(调制解调)芯片造成的功耗和成本浪费。同时，采用串行总线对接收机各模块进行闭环性能调整，保证解调信号准确性。通过电路的自适应调整设计，可极大优化电路结构复杂度，节省芯片面积、节约系统功耗。同时，电路参数的及时优化，可有效抑制解调信号的失真。从而在节约成本的同时，保证了系统解调性能。区别于图2所示的现有技术，本发明由于优化了transceiver设计和调制解调方法，采用模拟调制解调的方式，因而，可以不需要数字基带芯片(dbb)和模拟基带芯片(abb)，则整个解决方案就可以得到极大的优化。

具体而言，参考图3，本发明提出一种基于ebpsk的调制方法，包括以下步骤：

t1，读取信息序列将所述信息序列转换生成模拟开关信号；同时，根据所述模拟开关信号锁定相应载波频率和相位；

t2，将所述模拟开关信号分别进行延时和反相处理，生成两路差分调制信号，根据所述t1中锁定的载波频率和相位进行混频，生成两路差分已调信号；

t3，将所述两路差分已调信号合成为一路已调信号，输出。

如上所述的基于ebpsk的调制方法，其中，所述步骤t1中，还包括对所述模拟开关信号占空比的调节步骤：对所述模拟开关信号进行采样，并获取所述模拟开关信号的占空比，判断所述占空比是否满足调制指数要求，若不满足，则调节所述模拟开关信号中高电平持续时间，直至所述占空比满足所述调制指数要求。

如上所述的调制方法，其中所述的模拟开关信号为归零码。

同时，基于上述的ebpsk调制方法，本发明还同时提供一种基于ebpsk的发射机链路，参考图4，所述基于ebpsk的发射机链路包括处理器、第一锁相环电路、第一压控振荡器输出缓冲、数模转换器、延时电路、反相电路、无源双平衡混频器和第一无源巴伦电路。

发射机链路首先根据外部指令，由处理器cpu调取存储器中的0、1信息序列，信息序列输入给数模转换器dac转化为模拟开关信号，即调制信号(归零码)。处理器对模拟开关信号进行占空比检测，根据检测结果反馈给处理器调整信息序列占空比配置，直到满足系统设置要求。这一步可称为调制信号的自我检测和校准，以保证调制信号携带信息的准确性。同时，处理器读取存储器信息对锁相环进行频率和相位锁定，并根据反馈的频率差和相位差不停调整锁相环设置，直到满足系统需求。这一步可称为载波频率和相位的自校准，以保证载波频率和相位准确性。信息序列和载波频率都准确后，调制信号(即模拟开关信号)由延时和反相电路转化为两路差分调制信号，送给双平衡混频器(mixer)进行调制。混频器的差分本振信号由锁相环(pll)产生，并经压控振荡器输出缓冲电路(vcooutputbuffer)输出。调制信号和高频本振信号混频后产生差分ebpsk调制信号，经无源巴伦(passivebalun)合为一路ebpsk调制信号输出，输出ebpsk调制信号。输出的ebpsk调制信号经射频前端放大滤波，输出给天线进行发射。如图3给出的发射机链路工作流程图。具体各模块连接与工作方式如下：

其中，所述处理器的输出端连接所述数模转换器的输入端，所述处理器同时还与所述第一锁相环电路连接；所述处理器用于向所述数模转换器的输入端输出信息序列，同时，所述处理器还用于根据从所述信息序列控制所述第一锁相环锁定相应载波信号的频率和相位；

所述第一锁相环电路与所述处理器连接，所述第一锁相环电路还与所述第一压控振荡器输出缓冲的输入端连接；所述第一锁相环电路用于实时根据所述处理器的控制锁定相应载波信号的频率和相位，并向所述第一压控振荡器输出缓冲输出锁定的载波信号；所述第一压控振荡器输出缓冲作为第一锁相环电路驱动负载并提供载波信号隔离的缓冲接口，电路中也可以省略；

所述第一压控振荡器输出缓冲的输入端连接所述第一锁相环电路的输出端，所述第一压控振荡器输出缓冲的输出端连接所述无源双平衡混频器的混频端，所述第一压控振荡器输出缓冲用于缓存所述第一锁相环电路输出的所述载波信号，并向所述无源双平衡混频器的混频端输出相应载波信号；

所述数模转换器的输入端连接所述处理器的输出端，所述数模转换器的输出端同时连接所述延时电路和所述反相电路；所述数模转换器用于将所述处理器输出的信息序列转化为模拟开关信号；

所述反相电路的输入端连接所述数模转换器的输出端，所述反相电路的输出端连接所述无源平衡混频器的第二调制信号输入端；所述反相电路用于将所述模拟开关信号进行翻转，生成第二路差分调制信号；

所述延时电路的输入端连接所述数模转换器的输出端，所述延时电路的输出端连接所述无源双平衡混频器的第一调制信号输入端，所述延时电路用于根据所述反相电路的延时，将所述模拟开关信号延时与反相电路相同的时间，生成第一路差分调制信号；

上述的延时电路和反相电路的实质为将调制信号差分化，并确保差分信号相位一致性，以保证双平衡混频器两路开关操作一致性；

所述无源双平衡混频器的第一调制信号输入端连接所述延时电路的输出端；所述无源双平衡混频器的第二调制信号输入端连接所述反相电路的输出端；所述无源双平衡混频器的混频端连接所述第一压控振荡器输出缓冲的输出端；所述无源双平衡混频器的输出端连接所述第一无源巴伦电路的输入端；所述无源双平衡混频器用于将所述延时电路和所述反相电路输出的两路差分调制信号与所述第一压控振荡器输出缓冲输出的所述载波信号进行混频，输出两路差分ebpsk已调信号；所述无源双平衡混频器具有隔离度好，线性度高，不消耗静态功耗等优点；

所述第一无源巴伦电路的输入端连接所述无源双平衡混频器的输出端；所述第一无源巴伦电路用于将所述无源双平衡混频器输出的两路差分ebpsk已调信号转化为一路ebpsk已调信号；这种双转单电路，将两路差分信号合成为一路ebpsk已调信号输出，输出信号功率为原来两路信号的叠加，并可有效消除调制信号中的高频杂散。

更进一步，上述发射机链路中还包括占空比检测电路，所述占空比检测电路串联于所述数模转换器与所述延时电路、所述数模转换器与所述反相电路之间，所述占空比检测电路的检测反馈端连接所述处理器，所述占空比检测电路用于对所述数模转换器输出的模拟开关信号进行采样并获取所述模拟开关信号的占空比，将所述模拟开关信号的占空比反馈至所述处理器，由所述处理器根据调制指数要求调节所述模拟开关信号中高电平持续时间，直至所述占空比满足所述调制指数要求。

在发射机链路的设计中，之所以要将调制信号进行差分处理，就是为了抑制由混频器非线性、隔离度不理想和电路寄生参数等产生的高频杂散信号，使调制波形更为纯净，利于接收机解调。由于nb-iot广覆盖的要求，结合3gppr13中为nb-iot定义的14个频段要求，可知nb-iot主要工作在中低频频段，即频率范围大约在700mhz-2.2ghz之间。而在实际应用中，常用的几个频段与lteb5/b8/b2相同，所以采用单pll的情况是完全可以满足设计要求的。最后用无源巴伦将两路差分ebpsk调制信号合为一路输出，一方面可以有效消除高频杂散，另一方面可将输出信号幅度相加，增大输出功率。对于功耗来说，整个发射机中，反相(延时)电路消耗的功耗基本可以不计；混频器可采用无源双平衡混频器结构，巴伦本身为无源器件，都不需要消耗静态功耗；电路的功耗主要由dac和锁相环消耗，整体功耗可有效控制在很低范围内。

其次，为实现上述目的，配合所述ebpsk的调制方法，本发明还提出如图5所示的一种基于ebpsk的解调方法，步骤包括：

r1，处理器设置电路参数；同时，处理器获取第二锁相环频率差和相位差，调节第二锁相环参数，锁定载波信号的频率和相位；

r2，接收有用信号，并根据所述第二锁相环提供的载波信号对所述有用信号进行下变频，生成两路差分ebpsk基带信号；

r3，将两路差分ebpsk基带信号合成为一路基带信号后，依次对所述基带信号进行前置放大、低通滤波、自动增益控制，然后进行模数转换；

r4，通过模数转换将所述基带信号转换为数字信号，输出有用信息序列。

进一步，上述基于ebpsk的解调方法中，所述步骤r4中，在输出有用信息序列之前，还包括检测所述有用信息序列的误码率的步骤，当误码率超过阈值时，通过处理器调整包括低噪声放大器、第一及第二无源巴伦电路、前置放大器、低通滤波器、可变增益放大器等各电路模块的电压、电流以及电路级数等电路参数，直至所述误码率不超过所述阈值，再执行步骤r4，输出有用信息序列。

基于上述bpsk解调方法，本发明还同时提出一种基于ebpsk的接收机链路。具体参考图6，包括处理器、第二锁相环、第二压控振荡器输出缓冲、低噪声放大器、有源双平衡混频器、第二无源巴伦电路、前置放大器、低通滤波器、可变增益放大器和模数转换电路；

所述处理器同时连接所述第二锁相环、低噪声放大器、第二无源巴伦电路、前置放大器、低通滤波器和可变增益放大器，所述处理器用于读取所述模数转换电路输出的有用信息序列，并根据所述有用信息序列的误码率调整电路参数；同时，所述处理器还用于获取第二锁相环频率差和相位差，调节第二锁相环参数，锁定载波信号的频率和相位；

所述第二锁相环与所述处理器连接，所述第二锁相环还与所述第二压控振荡器输出缓冲的输入端连接；所述第二锁相环用于实时向所述处理器反馈频率差和相位差，并向所述第二压控振荡器输出缓冲输出锁定的所述载波信号；

所述第二压控振荡器输出缓冲的输入端连接所述第二锁相环电路的输出端，所述第二压控振荡器输出缓冲的输出端连接所述有源双平衡混频器的下变频信号输入端，所述第二压控振荡器输出缓冲用于缓存所述第二锁相环电路输出的所述载波信号，并向所述有源双平衡混频器的下变频信号输入端输出所述载波信号；所述第二压控振荡器输出缓冲作为第二锁相环电路驱动负载并提供载波信号隔离的缓冲接口，电路中也可以省略；

所述低噪声放大器(lna)的控制端连接所述处理器，所述低噪声放大器的输出端连接所述有源双平衡混频器的有用信号输入端；所述低噪声放大器用于放大接收到的有用信号并输出；lna能够提供一定增益，其特性在于本身具有很低的噪声，对于整个射频系统来说，前级电路的噪声系数(nf)起决定性作用。作为接收系统的第一级有源电路，低噪声放大器对整个接收机的噪声系数起关键性作用，接收机整体设计性能很大程度上也依赖于低噪声放大器的设计；

所述有源双平衡混频器的输出端连接所述第二无源巴伦电路的输入端，所述有源双平衡混频器的有用信号输入端连接所述低噪声放大器的输出端，所述有源双平衡混频器的下变频信号输入端连接所述第二压控振荡器输出缓冲的输出端，所述有源双平衡混频器用于根据所述载波信号对所述低噪声放大器输出的所述有用信号进行下变频，生成两路差分基带信号；其在整个系统中起信号解调的作用，使用双平衡结构，可增强隔离度，有效抑制信号泄露和载波泄露；同时，有源混频器相比较无源来说隔离度更好，并且可以提供一定的增益；

所述第二无源巴伦电路的输入端连接所述有源双平衡混频器的输出端，所述第二无源巴伦电路的输出端连接所述前置放大器的输入端，所述第二无源巴伦电路的控制端连接所述处理器所述第二无源巴伦电路用于将所述两路差分基带信号合成为一路基带信号，利用差分电路特性，抑制电路部分高频噪声；

所述前置放大器(tia)的输入端连接所述第二无源巴伦电路的输出端，所述前置放大器的输出端连接所述低通滤波器的输入端，所述前置放大器的控制端连接所述处理器，所述前置放大器用于放大所述基带信号；其提供较为稳定的增益，对解调后的有用信号进行放大；

所述低通滤波器(lpf)的输入端连接所述前置放大器的输出端，所述低通滤波器的输出端连接所述可变增益放大器的输入端，所述低通滤波器的控制端连接所述处理器所述低通滤波器用于对所述基带信号进行低通滤波；本实施例中可采用两级有源低通滤波器级联的方式，以最大限度地滤除高频噪声并提供一定的增益；

所述可变增益放大器(vga)的输入端连接所述低通滤波器的输出端，所述可变增益放大器的输出端连接所述模数转换电路的输入端，所述可变增益放大器的控制端连接所述处理器，所述可变增益放大器用于向所述处理器实时反馈所述基带信号的幅度，并根据所述处理器调节的增益放大所述基带信号；其通过电路参数的调整，可较为方便地调整输出信号功率，并且具有较好的线性度；

所述模数转换电路的输入端连接所述可变增益放大器的输出端，所述模数转换电路用于将所述基带信号转换为数字信号，输出有用信息序列。

为解决上述技术问题，本发明同时还提出一种基于ebpsk的收发一体机，参考图1，包括如上所述的处理器、第一锁相环电路、第一压控振荡器输出缓冲、模数转换器、延时电路、反相电路、无源双平衡混频器、第一无源巴伦电路、占空比检测电路、第二锁相环、第二压控振荡器输出缓冲、低噪声放大器、有源双平衡混频器、第二无源巴伦电路、前置放大器、低通滤波器、可变增益放大器和模数转换电路，所述基于ebpsk的收发一体机，包括发射机链路和接收机链路，均可由cmos工艺制作。

更进一步，本发明还提供一种基于ebpsk的通信系统，包括如前所述的基于ebpsk的收发一体机，还包括射频前端，

所述射频前端包括顺次连接的发射端功放、发射端滤波器和发射端开关电路，所述发射端功放的输入端连接所述收发一体机中第一无源巴伦电路的输出端，发射端功放的输出端连接所述发射端滤波器的输入端，所述发射端滤波器的输出端连接所述发射端开关电路的输入端，所述发射端开关电路的输出端作为所述射频前端的整体输出端；

所述射频前端还包括顺次连接的接收端滤波器和接收端开关电路，所述接收端开关电路作为所述射频前端的整体输入端，所述接收端开关电路的输出端连接所述接收端滤波器的输入端，所述接收端滤波器的输出端连接所述低噪声放大器的输入端。

其中，所述发射端开关电路和所述接收端开关电路(switch)分别用于选择发射和接收通道，滤波器用于滤除带外干扰和杂散，提取出有用ebpsk调制信号。

所述发射端功放(pa)，由于射频信号在空间传输衰减很大，故需要较大的功率进行发射，pa就是为放大ebpsk调制信号而存在的。此处采用pa厂商提供的常用pa即可，滤波器(filter)及开关电路(switch)也均选用常用器件，一方面可保证性能稳定可靠，另一方面大发货量的产品对于供应和成本都具有一定优势。

系统中的接收链路(包括接收端链路以及上述接收端滤波器和接收端开关电)通过天线接收空间ebpsk高频调制信号，经开关和滤波器滤除带宽外杂散信号，将ebpsk调制信号送到接收机链路中。处理器发出指令，设置电路参数为合适值，ebpsk调制信号经过放大、解调、放大等一系列电路模块处理，解调出有用信息序列。再对解调后的信息序列进行误码率检测，如果误码率超过可接受范围，系统将反馈相关结果给处理器，处理器做出分析判断，调整部分电路参数设定，重新解调，如此循环，直到解调出的信息序列完全满足误码率要求为止。

参考图7至图9，本发明所提供的ebpsk调制解调方法可实现以下三种ebpsk调制的特殊调制(θ＝π)方式(反相调制、mcm(missingcyclemodulation)调制和窄脉冲调制)。

在前述ebpsk调制表达式中，

f0(t)＝asin2πfct，0≤t＜t

若令a＝b，τ＝t/4，则可得到反相调制，如图7所示。在码元“0”时间内，载波信号为asin2πfct；在码元“1”时间内，τ时间里出现载波跳变，信号为-asin2πfct，其他时间仍为asin2πfct。

若令b＝0，则可得到mcm调制信号，如图8所示。在码元“0”时间内，载波信号为asin2πfct；但在码元“1”时间内，τ时间里信号为零，在其他时间内信号仍为asin2πfct。

若令a＝0，则可得到窄脉冲调制信号，如图9所示。只有在码元“1”的τ时间里信号为-bsin2πfct，其余时间信号均为零。

整体来说，本发明采用cmos工艺设计ebpsk调制解调芯片，使用模拟调制的方式，其具有的优点有：一、载波频率范围广，单pll即可覆盖700mhz-2.2ghz的频率范围；二、芯片面积小，由于结构简单，电路设计大量采用成熟电路结构，使得芯片面积可控制在较小的尺寸；三、在应用于窄带物联网领域时，由于使用模拟调制解调技术，不需要使用数字modem芯片，第一可以节省一颗modem芯片的成本，第二可以降低整机功耗，第三可节约板级面积，使模块面积更小。

本发明技术方案的优点主要体现在：本发明一方面优化常规transceiver芯片结构，使其更加适用于窄带物联网的技术要求，即采用低频甚至超低频来实现广覆盖；第二，极致化功耗设计，将芯片功耗控制在极低的范围内；第三，针对ebpsk的技术特点和窄带物联网的使用要求，区别于传统窄带物联网终端解决方案，提出了一套基于ebpsk技术在窄带物联网中应用的完整解决方案。相比传统方案来说，本发明所述方案具有结构简单，资源利用充分合理，节约调制解调芯片和专用存储芯片等优点，一方面节省了功耗，另一方面更重要的是节约了成本，提高了产品市场竞争力和利润率，为大规范商用提供了良好的前提。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。