专利名称：高速跳频通信中一种信号四相调制解调方法
技术领域：
本发明属于无线通信领域，特别涉及高速跳频通信中的信号调制解调方法。
众所周知，在高速跳频通信系统中，有时每跳信号仅传输一个调制符号或几个调制符号，若系统需要采用四相信号调制，则常规的正交四相调制QPSK、差分正交四相调制DPQSK调制与解调方式难以在系统中实现。QPSK调制相位信息是调在每一数字信号的起始时刻上，由于跳频系统每跳的载波频率不一样，存在频率转换的时间，因此，跳频信号的载波相位初相具有不确定性，跳频系统在采用QPSK调制时，则一般只能采用非相干或差分解调的方式。但当每跳信号仅有一个调制符号时，QPSK采用非相干和差分解调也无法识别信号，因为此时信号根本无法去控制载波的初相。
本发明的目的是在高速跳频通信中提供一种信号四相调制解调方法，它能针对每跳信号仅传输一个或几个调制符号的情况，识别信号并控制载波的初相，克服此时常规方法不能实现调制和解调的问题。
本发明的目的是这样实现的本发明采用MQPSK调制。为了保持调制信号的调制特征，本发明提出了MQPSK调制，M意为中点(midpoint)，即将常规的QPSK调制的相位跃变点在数字信号的起始时刻，改在数字信号的中间。高速跳频时，若每跳信号仅带一个调制符号，则将四相调制的跃变点放在跳频信号的中间，从而保留了相位跃变的信息，如图1所示。
然后采用MQPSK解调。MQPSK解调的基本方法是在一个调制符号的频域中，选用三点进行频谱分析，如图4、5、6、7所示，其中，Af为幅度谱值，θf为相位谱值，f0是跳频点载波频率，f0-Δf是小于跳频点频率的左频点，f0+Δf是大于跳频点频率的右频点，Δf的大小取决于信号处理采样宽度。MQPSK解调的方法是Af0＞＞Af0+Δf，Af0＞＞Af0-Δf时，判信号为0°相位；Af0＜＜Af0+Δf，Af0＜＜Af0-Δf时，判信号为180°相位；
Af0≈12Af0+Δf,Af0≈12Af0-Δf]]>时，且|θf0-θf0-Δf|>|θf0-θf0+Δf|]]>时，判信号为90°相位；Af0≈12Af0+Δf,Af0≈12Af0-Δf]]>时，且|θf0-θf0-Δf|<|θf0-θf0+Δf|]]>时，判信号为-90°相位。
MQPSK解调的方法的原理是基于MQPSK信号的频域特征。要在频域完成MQPSK信号检测解调，关键是要研究MQPSK信号的频域特征，找出频域特征，然后根据频域特征则可进行相应的检测。我们在MQPSK信号的频域选择了三点进行频谱分析，如图4、图5、图6、图7所示，其中，f0是跳频点载波频率，f0-Δf是小于跳频点频率的左频点，f0+Δf是大于跳频点频率的右频点，Δf的选取点为1/T，T为一个调制符号信号处理时FFT变换的时间长度。
当调制信号相位跃变不一样时，f0、f0-Δf、f0+Δf幅频A和相频θ的特性不一样，具有规律性，利用这些规律实现信号解调。
不同的相位跃变，上述三点上的幅频A和相频θ特性不一样。
从图4、5、6、7中可见，对于0°相位的调制信号和180°相位的调制信号，其幅度谱A的规律明显。
0°相位时，Af0＞＞Af0+Δf，Af0＞＞Af0-Δf，在理想情况下(相位跃变点处于FFT变换采样的中点，无干扰与噪声)，Af0+Δf和Af0-Δf接近0；180°相位时，Af0＜＜Af0+Δf，Af0＜＜Af0-Δf，在理想情况下， 接近0；对于+90°和-90°相位的调制信号，幅度谱相同，但与0°和180°有明显的区别，三个频点上的幅度相差不大，Af0约为Af0+Δf和Af0-Δf的2倍左右，由此可区别90°相位与0°、180°相位。同时90°信号的相位谱区别明显，+90°相位信号的 与 的相位十分接近，理想情况下为0°，而 与 的相位有近180°的相差；反之，-90°相位信号的 与 的相位有近180°的相差，而 与 的相位十分接近。
通过上面对MQPSK信号的频域分析，我们可以得到以下结论当调制信号相位跃变不一样时，f0、f0+Δf、f0-Δf的幅频A和相频θ的特性不一样，具有规律性，利用这些规律可实现信号解调。因此，基于MQPSK信号的频域规律，就可得到MQPSK信号的检测方法，如图8所示。此方法能容易地采用DSP器件用软件实现。
综上所述，本发明的MQPSK调制与解调方法是针对每跳信号仅传输一个或几个调制符号的情况，采用信号频域分析的方法，利用MQPSK幅频、相频特性具有的特定规律实现MQPSK信号的解调。本发明能够克服此时常规方法不能实现解调的问题。
附图及
图1是MQPSK调制波形(一跳时仅含一个调制符号的信号波形)示意图；其中，T是跳频驻留时间，即跳频信号宽度；跳频信号是由两个门信号g1(t)、g2(t)和两个不同相位的正弦信号相乘然后相加而得，τ为门信号的宽度，T＝2τ。
在图1中可以看出，我们将QPSK信号的跃变点放在跳频信号的中间，从而保留了相位跃变的时间信息。
图2是MQPSK调制方法方框图；对二进制码首先进行四进制变换，然后将经过四进制变换后的数据和跳频时钟信号及跳频时钟信号时延半个码元构成的调制时钟信号送入DDS后，可同时实现跳频和四相调制，得到MQPSK信号。
图3是MQPSK解调方式方框图；将跳频信号经A/D变换后，进行FFT频域变换，然后采用DSP数字信号处理器件，并采用图8所示的判决方法，在频域完成信号的解调。
图4是0°相位调制信号的幅度谱；在图4中可以看出，0°相位时，Af0＞＞Af0+Δf，Af0＞＞Af0-Δf，在理想情况下(相位跃变点处于FFT变换采样的中点，无干扰与噪声)，Af0+Δf和Af0-Δf接近0；
图5是180°相位调制信号的幅度谱；在图5中可以看出，180°相位时，Af0＜＜Af0+Δf，Af0＜＜Af0-Δf，在理想情况下，Af0接近0；图6是+90°相位调制信号的幅度谱和相位谱；在图6中，从+90°相位调制信号的幅度谱可以看出，三个频点上的幅度相差不大，Af0约为Af0+Δf或Af0-Δf的2倍左右，由此可区别90°相位与0°、180°相位，在图6中，从+90°相位调制信号的相位谱可以看出，+90°相位信号的 与 的相位十分接近，在理想情况下， 与 的相差为0°，而 与 的相位有近180°的相差；图7是-90°相位调制信号的幅度谱和相位谱；在图7中，从-90°相位调制信号的幅度谱可以看出，三个频点上的幅度相差不大，Af0约为Af0+Δf或Af0-Δf的2倍左右，由此可区别-90°相位与0°、180°相位；在图7中，从-90°相位调制信号的相位谱可以看出，-90°相位信号的 与 的相位有近180°的相差，而 与 的相位十分接近，在理想情况下， 与 相差为0°。
因此，从图6、图7可以区别+90°和-90°相位。
我们得到结论由0°、180°的幅度谱可区别调制信号的0°相位和180°相位；由0°、180°、+90°、-90°的幅度谱可区别调制信号的0°相位、180°相位和±90°相位。
由+90°、-90°的相位谱可区别调制信号的+90°相位和-90°相位。
图8是MQPSK信号检测方法方框图；
MQPSK调制实施例MQPSK实现采用数字式频率合成器(DDS)同时实现跳频和四相调制，如图2所示。DDS器件是可以用编程的方法直接实现高速跳频与相位调制的器件，当跳频每跳仅含一个调制符号时，在DDS器件的控制端口，将跳频控制信号延迟半个跳频码元后作为调制时钟信号，从而就可在DDS器件内部实现MQPSK调制。
MQPSK信号检测与解调实施例由现有成熟的信号处理技术，MQPSK信号的解调可以采用频域的方法完成，将跳频信号进行FFT频域变换，利用MQPSK信号的幅频、相频特性具有的特定规律，采用DSP数字信号处理器件，在频域完成信号的检测与解调。如图3、图8所示。图8是MQPSK信号检测方法方框图，此方法采用DSP器件用软件能够容易实现。
权利要求
1.高速跳频通信中一种信号四相调制方法，其特征是采用MQPSK调制方法，即将相位的变换位置放在调制信号的二分之一处。
2.高速跳频通信中一种四相调制信号解调方法，其特征是采用频域分析方法，利用信号的幅频Af和相频θf特性对MQPSK信号进行解调。解调方法是在频域对f0载波频点和相应的左右移频点做以下幅频和相频判决1.Af0＞＞Af0+Δf，Af0＞＞Af0-Δf时，判信号为0°相位；Af0＜＜Af0+Δf，Af0＜＜Af0-Δf时，判信号为180°相位；Af0≈12Af0+Δf,Af0≈12Af0-Δf]]>时，且|θf0-θf0-Δf|>|θf0-θf0+Δf|]]>时，判信号为90°相位；Af0≈12Af0+Δf,Af0≈12Af0-Δf]]>时，且|θf0-θf0-Δf|<|θf0-θf0+Δf|]]>时，判信号为-90°相位。
3.根据权利要求1所述的高速跳频通信中一种信号四相调制方法，其特征是所述的MQPSK调制方法采用数字式频率合成器DDS同时实现跳频和四相调制，当跳频每跳仅含一个调制符号时，在DDS器件的控制端口，将跳频控制信号延迟半个跳频码元后作为调制时钟信号，从而在DDS器件内部可实现MQPSK调制。
4.根据权利要求2所述的高速跳频通信中一种四相调制信号解调方法，其特征是所述的MQPSK解调方法采用DSP数字信号处理技术，对每个调制符号进行FFT变换，并根据权利要求2所述的判决准则解调出调制信号。
全文摘要
本发明公开了一种适用于每跳信号仅含一个或几个调制符号的高速跳频通信系统的信号四相调制解调方法,简称MQPSK调制解调。它是在调制信号中间进行相位变换的MQPSK调制,并采用信号频域分析的方法,利用MQPSK幅频、相频特性具有的特定规律实现MQPSK信号的解调,它能有效地解决高速跳频通信系统中由于每跳起始相位不确定,同时由于每跳含调制符号少,常规的四相调制难以解调的问题。本发明能够方便地用数字式频率合成器DDS和数字信号处理器件DSP实现。本发明适用于短波、超短波等多种频段的高速跳频通信系统。
文档编号H04L27/18GK1378369SQ01107300
公开日2002年11月6日 申请日期2001年3月30日 优先权日2001年3月30日
发明者李少谦, 何旭, 程郁凡, 董彬虹, 葛造坤, 文宇, 李富祥 申请人:电子科技大学