基于冲击滤波器成型的严格带限高效调制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信系统中的信息解调领域，涉及一种数字通信系统，具体来说，涉及 一种基于改进MPPSK脉冲调制的严格带限高效调制系统。
【背景技术】
[0002] 1.严格带限高效调制系统
[0003] 1)研宄现状
[0004] 世界范围内，电信运营商们都在加速部署4GLTE网络，但都不约而同面临一个重 大的问题：频谱资源短缺。由此，LTE产业竞争的前沿阵地已演化为优势频谱资源的争夺 战。根据某权威预测，到2020年4G频谱缺口将达1035?1455MHz。由此可见，在频谱资源 异常紧张的今天，且不说频谱价格拍卖的天价，在我国花钱也再难买到最有利的频点和带 宽。获取及科学分配频谱时刻挑战着运营商的智慧，并决定着运营商的LTE发展能否争取 到最佳时机并顺利进军全球化商用。因此，研宄高频谱利用率的通信系统以最大限度地压 缩无线传输频谱，具有直接的经济效益和重要的战略意义。
[0005] 在传统的通信理论中，要提高系统的频带利用率，最直接的方法是提高每波特中 包含的信息量，即采用多进制调制。但是，近年来有人从另外的角度考虑，即在比特率不变 的情况下，降低信号带宽，提高频谱利用率，称为超窄带通信，本发明中称之为"高效调制通 ?目"。
[0006] 2)关键技术
[0007] 超窄带作为一种可以提供极高频谱利用率的通信新技术，最初由美国的 Η. R. Walker博士在1980年代提出。迄今为止，已经历可变相移键控（VPSK !Variable Phase Shifting Keying)、增强型 VPSK、各种版本的最小移键控（VMSK:Very Minimum Shift Keying)、脉位反相键控（3PRK:Pulse Position Phase Reversal Keying)、缺周期调制 (MCM:Missing Cycle Modulation)、抑制周期调制（SCM:Suppressed Cycle Modulation) 和最小边带调制（MSB :Minimum Sideband Modulation)等几个阶段。被 Photron Science 公司收购后，该类专利技术统一注册为超谱调制（USM:Ultra Spectral Modulation)。
[0008] 在我国主要以高校为主体并在政府和军方的资助下对超窄带调制和类正弦通信 开展探索。上海交通大学徐有云等人研宄了 VPSK、VMSK和VMSK/2的频谱利用率及编解 码器的FPGA实现方案；胡剑凌等人则在RF传输系统中采用VMSK/2调制获得了近20bps/ Hz的频谱利用率。上海大学的郑国宰团队提出了一种频谱利用率极高的甚小线性调频键 控（VMCK :Very Minimum Chirp Keying)，并进一步通过控制信号初相得到一种正交甚小线 性键控（0VMCK:0rthogonal VMCK)调制技术，使得信息传输速率和频谱利用率更高；北京 邮电大学的赵成仕、周正等人又深入研宄了 xMAX技术，并发明了相应的类正弦无线通信技 术，其团队通过引入随机脉位键控（RPPK :Random Pulse Position Keying)调制消除高效 调制信号功率谱中的离散谱，达到了 lOObps/Hz的频谱利用率并提供多址和保密性。东南 大学吴乐南等分析了超窄带调制的可行性，提出了扩展的二元相位键控（EBPSK :Extended BPSK)高效调制技术。进一步，如果每个符号的调制过程发生在载波信号的不同时间未知， 还可得到频谱利用率更好的多元（即多进制）偏移键控（MPPSK :M - ary Phase Position Shift Keying)调制，可同时提供极高频谱利用率和极大能量利用率的高效调制通信技术， 因而近年来备受关注。
[0009] 但是，纵观MPPSK通信系统现有或基于冲击滤波的幅度判决或基于冲击滤波响应 几何特征的非线性判决等解调方案，都需首先设置某一门限用于区分码元"〇"和非"〇"码 元，对不同非"〇"码元再利用位置信息进行判别，这就决定了"合理设置这一门限"的突出重 要性。若此门限设置不当，势必会对系统解调性能产生很大影响。对此，在"一种基于MPPSK 调制的共信道双全工系统"（发明【申请号】201410214289. 7 ;公布号为CN10395718A)中提出 了改进MPPSK调制，本发明中所用的通信信号为基于改进MPPSK调制的脉冲信号。
[0010] 3)不足与改进
[0011] 高效调制系统作为一种高速数据通信技术，虽然从高效调制技术方面来看，一系 列的高效调制技术被提出，实现了超窄带传输。但是，对于超窄带传输是否真实可行的争议 也一直存在。争议焦点在于，指出该方式下调制的码元信息存在于较宽的频谱中，当信号谱 分量的旁瓣被衰减掉后，足够的调制信息也随之被丢弃，因而不能够被正确解调。这些现有 技术的争议，都启示着后续的改进方向。
[0012] 对此，本发明可以很好地弥补现有超窄带通信理论的缺陷。本发明所研宄的高效 调制信号是通过在传统基带调制信号上进行严格带限成型滤波得到的，并且通过新颖的成 型滤波器设计思路，可获得严格带限的高效调制信号，实现真正意义上的严格带限高效通 信。
[0013] 2. MPPSK 传输体制
[0014] 1)脉冲信号
[0015] 所谓脉冲信号就是一种离散信号，它的形状多种多样，与正弦信号相比，脉冲信号 在时间轴上的波形是间断的，在两个脉冲信号之间存在有电压为零或是常量的间隔。脉冲 信号表现在平面坐标上就是有无数间断点的曲线，也就是说在跳变的时刻极限不存在。脉 冲信号分为周期性脉冲信号和非周期脉冲信号。最常见的脉冲波是矩形波，也就是常说的 方波。脉冲信号包含很多有用的信息，比如脉冲边沿的到来时刻、脉冲宽度、脉冲的高低状 态及频率。高频脉冲信号可以用来作为载波信号，比如脉冲调制中的脉冲编码调制和脉冲 宽度调制。现如今，尤其在电子测量领域，如火箭、导弹、雷达、汽车、计算机、近代物理学等， 脉冲信号的测量是屡见不鲜。或者，在一些特殊测量领域，如光导纤维、光通信、高速电子计 算机等，不仅对脉冲波形的质量有很高的要求，而且还要对脉冲的频率、边沿上升时间等参 数进行时域和频域的分析，这些特性都使得脉冲信号测量受到越来越广泛地应用和研宄。 众多的科研项目都与脉冲量的测量息息相关，在航天领域尤为明显。
[0016] 随着科学技术的发展和应用场合的不断变化，各种数字电路以及高性能芯片的时 钟信号也都是非常标准的数字脉冲信号，使得数字脉冲信号的应用越来越频繁，这是由脉 冲信号所特有的特性所决定的。这正是本发明的研宄对象和实用性所在。
[0017] 2)改进 MPPSK 调制
[0018] 我们曾发明一种保留载波的信号调制方法，称之为扩展的二元相移键控（EBPSK : Extended Binary Phase Shift Keying，见"一种统一的二元正交偏移键控调制和解调方 法"，发明专利号：ZL200710025203. 6)，其信号功率谱表现出高载波和低边带的鲜明特点， 但传输码率还不够高，且功率谱中仍含有较高的离散线谱；而将EBPSK调制拓展到多进 制，可得到更高的传输码率并降低甚至彻底消除线谱，即利用多元信息符号键控正弦载波 的不同相位跳变位置，又得到一种多元位置的相移键控（MPPSK:M - ary Phase Position Keying)调制（见"多元位置相移键控调制和解调方法"，发明专利号：ZL200710025202. 1)， 其在一个码元周期[0, T = NTJ的表达如式（1)所示。
[0019] g0(t) = sin2p fct 0 t NT (la)
[0020]
【主权项】
1. 一种基于冲击滤波器成型的严格帯限高效调制系统，其特征在于：所述的严格帯限 高效调制系统的发端包括一成型滤波器，来实现严格带限通信系统，通过减小信号带宽，提 升系统信号的频谱利用率，所述成型滤波器为一冲击滤波器（1)，所述冲击滤波器（1)由 谐振频率非常靠近的一对共辆零点和至少两对共辆极点构成，在其通带内呈现出极窄的陷 波-选频特性；所述的严格帯限高效调制系统的接收端采用一最佳接收机，所述最佳接收 机利用预存的经所述成型滤波器后展宽的跳变部分所得的冲击波形样本序列，作为相关 运算模板或匹配滤波冲激响应，依次滑动固定步长至码元[1，2, ....，M]的冲击出现位置 后，分别与所述接收端接收到的当前码元的MPPSK接收信号做匹配滤波，解调出对应的发 送码元；所述M为正整数，所述MPPSK为M-ray Position化ase Shift K巧ing的缩写，表 示多元位置相移键控。
2. 根据权利要求1所述的基于冲击滤波器成型的严格帯限高效调制系统，其特征在 于，所述冲击滤波器（1)连接一窄带滤波器（2)。
3. 所述窄带滤波器（2)的具体参数如下：所述窄带滤波器（2)的-2地衰减带宽为 70KHZ、-90地衰减带宽为1000曲Z，阶数为1153、群延时为576. 5。
4. 根据权利要求1或2或3所述的基于冲击滤波器成型的严格帯限高效调制系统，其 特征在于；所述发端的通信信号为基于改进MPPSK调制的脉冲信号。
【专利摘要】一种基于冲击滤波器成型的严格帯限高效调制系统，系统的发端包括一成型滤波器，来实现严格带限通信系统，通过减小信号带宽，提升系统信号的频谱利用率，所述成型滤波器为一冲击滤波器；系统的接收端采用一最佳接收机，所述最佳接收机利用预存的经所述成型滤波器后展宽的跳变部分所得的冲击波形样本序列,作为相关运算模板或匹配滤波冲激响应，依次滑动固定步长至码元[1,2,....,M]的冲击出现位置后，分别与所述接收端接收到的当前码元的MPPSK接收信号做匹配滤波，解调出对应的发送码元；系统发端充分运用冲击滤波器的“谐振”效应，使得该严格带限系统码间干扰效应小，结构简单、复杂度低，频谱效率高、解调性能好。
【IPC分类】H04L27-18, H04L25-03
【公开号】CN104618286
【申请号】CN201410842044
【发明人】吴乐南, 卢从慧, 王继武
【申请人】苏州东奇信息科技股份有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月30日