专利名称：通信系统中信号的极化和幅度结合的三维调制方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种通信系统中信号的调制方法。
背景技术：
调制解调技术关系到信息传输的速率和误码性能。在通信系统中引入速率更快、 性能更好的调制解调技术成为提高或改善系统性能的有效途径之一，其中扩展调制解调信号的维度，即将传统的二维调制解调星座图扩展到三维立体调制解调星座图，是提高调制解调性能的直接方法。在光通信系统中，人们利用光的偏振(极化)信息对光信号的三维调制解调进行了研究[1]_[7]。在无线通信领域，人们在GSM系统中引入了双极化天线，组合了+45度和-45 度两副极化方向相互正交的天线，使其在工作收发双工模式的同时，可通过极化分集来代替空间分集接收，从而提高系统的性能。例如在GSM和EDGE系统中，文献[8]和[9]讨论了如何运用极化信息来控制功放以提高调制的效率，文献[10]研究了极化矢量调制在X波段的相控阵雷达中的应用。随着矢量天线的发展，为利用电磁波的极化信息提供了新的思路[11]_[16]。文献报道了电磁矢量天线的实验室实现方法。这种电磁矢量天线可以记录三维空间中电磁波所携带的三维电场和三维磁场信息的同时，它还具备了传统标量天线所不具有的性质。 例如，接收端可以在不知道具体阵列结构的情况下，对空间电磁源的波达方向(D0A)和极化参数进行估计[12]_[14];矢量调制器在相控阵天线中对放大器进行控制[15];矢量天线应用于接收信号相位误差的校正[16]。这些研究表明将电磁波的几何特性和天线几何结构相结合的电磁矢量天线的出现，使人们发现了许多以前未知的现象和规律[17]_[21]。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以提高通信系统数据传输速率、降低数据误码率的信号调制方法。本发明提供的通信系统中信号的调制方法，是将信号的幅度、极化辐角与极化相位角进行三维联合调制与解调的方法。本发明从空间电磁场的数学描述出发，根据描述空间电磁场各参数之间的关系方程，首先建立了三维联合调制信号的模型，然后讨论了三维联合调制信号通过矢量天线发射的实现方式；并给出了在接收端通过信号幅度检测及其波达方向(DOA)极化参数估计这两个步骤来实现的对三维联合调制信号进行解调的策略；分析了三维联合调制误码率的计算方法及其性能。分析与仿真结果均表明提出的调制解调方法具有传输速率高和误码率低的优点。本发明提出的信号的三维联合调制方法，具体内容如下
通信系统中信号的极化和幅度结合的三维调制方法，是利用矢量天线对电磁波极化信息敏感的特点，用矢量天线发射携带有极化信息的载波，在接收端同样利用矢量天线进行接收并解调，同时获得原有的幅度调制信息和极化调制信息；使在无线通信中应用‘信号幅度’、‘极化辐角’和‘极化相位角’作为调制解调中携带数据信息的特征参数，极化与幅度三维联合调制的信号的表达式为
权利要求
1.一种通信系统中信号的极化和幅度结合的三维调制方法，其特征在于利用矢量天线对电磁波极化信息敏感的特点，用矢量天线发射携带有极化信息的载波，在接收端同样利用矢量天线进行接收并解调，同时获得原有的相位调制信息和极化调制信息；使在无线通信中应用‘信号幅度’、‘极化辐角’和‘极化相位角’作为调制解调中携带数据信息的特征参数，极化与相位三维联合调制的信号的表达式为
2.根据权利要求I所述的通信系统中信号的极化和幅度结合的三维调制方法，其特征在于利用矢量天线发射PQAM调制信号时，矢量天线；，ry , I方向电偶极子上的电场表达式为
3.根据权利要求I或2所述的通信系统中信号的极化和幅度结合的三维调制方法，其特征在于以J代表极化椭圆幅度比，满足0〈 J〈1，将所有星座点归一化到半径为I的球面之内M相同的信号，在星座图中分布在同一个球面上；以7代表信号的相位调制分量， 0<7 <2π，代表信号点投影在χ-y平面后与X轴的夹角，以y代表信号的极化方位角，0〈 Y 〈X，代表信号与ζ轴的夹角。
4.根据权利要求3所述的通信系统中信号的极化和幅度结合的三维调制方法，其特征在于在信号传输过程中，每隔一段时间间隔插入一段固定的导频信号，该导频信号为极化相位的联合调制解调提供一个初始值，用来修正空间电磁场干扰对极化信号带来的影响。
5.一种通信系统中信号的极化和幅度结合的三维解调方法，其特征在于在解调时，通过极化参数估计和幅度检测两个步骤对信号的幅度、极化辐角与极化相位角进行联合的解调，并恢复出原始信息。
6.根据权利要求5所述的通信系统中信号的极化和幅度结合的三维解调方法，其特征在于在恢复信号的极化参数时，用最小二乘方法、MUSIC搜索方法达波方向极化参数估计方法来进行计算，从而恢复出信号的极化参数。
7.根据权利要求6所述的通信系统中信号的极化和幅度结合的三维解调方法，其特征在于所述信号的极化参数解调表达式为
全文摘要
本发明属于通信技术领域，具体为一种通信系统中信号的极化和幅度结合的三维联合调制与解调的方法。本发明从空间电磁场的数学描述出发，给出对无线通信信号幅度、极化辐角与极化相位角进行三维联合调制解调的方法。根据描述空间电磁场各参数之间的关系方程，首先建立三维联合调制信号的模型，然后讨论三维联合调制信号通过矢量天线发射的实现方式；并给出在接收端通过信号幅度检测及其波达方向(DOA)极化参数估计这两个步骤来实现的对三维联合调制信号进行解调的策略。本发明分析了三维联合调制误码率的计算方法及其性能，分析与仿真结果均表明，本发明方法具有传输速率高和误码率低的优点。
文档编号H04L27/36GK102594767SQ20121002895
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者宋汉斌, 张俊博, 张建秋, 陈晓光 申请人:复旦大学