一种FQPSK网格编码的基带波形映射方法
阅读：840发布：2020-05-27
专利汇可以提供一种FQPSK网格编码的基带波形映射方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种FQPSK网格编码的基带 波形 映射方法，涉及FQPSK网格编码的基带波形映射技术。本 发明 是为了解决现有的FQPSK不能实现包络的严格恒定的问题。本发明将输入 信号 A(t)进行串/并转换，获得并行的两路数据DI,n和DQ,n；对两路数据DI,n和DQ,n进行交叉相关运算，获得索引i和索引j的值，将索引i和索引j的值作为波形寄存器的读地址，并选择基带波形，输出两路基带信号；将获得的两路基带信号进行FQPSK网格编码调制。本发明适用于深空通信系统中。，下面是一种FQPSK网格编码的基带波形映射方法专利的具体信息内容。
1.一种FQPSK网格编码的基带波形映射方法，其特征是：它由以下步骤实现：
步骤一、将输入信号A(t)进行串/并转换，获得并行的两路数据DI,n和DQ,n；
步骤二、定义索引i和索引j的计算公式：
其中：
根据公式1，对两路数据DI,n和DQ,n进行交叉相关运算，获得索引i和索引j的值，所述索引i和索引j的取值范围为0到15的整数；
步骤三、将索引i和索引j的值作为波形寄存器的读地址，并选择基带波形，输出两路基带信号；
所述基带波形的映射方案采用公式3实现：
式中：α＝1,β＝3,γ＝2；t为时间，Ts为时间周期；R的取值为
步骤四、将步骤三获得的两路基带信号进行FQPSK网格编码调制，所述的FQPSK为Fether提出的正交相移键控。
一种FQPSK网格编码的基带波形映射方法
技术领域
[0001] 本发明涉及FQPSK网格编码的基带波形映射技术。
背景技术
[0002] 在深空通信系统中，功率受限问题严重，为了有效地利用功率资源，通信系统中一般采用非线性放大器，同时为了获得较大的转换效率，放大器需要工作在饱和状态，这使得深空通信信道具有了非线性。所以，在深空通信中应该采用恒包络或准恒包络，具有较高功率谱效率的调制技术，以使调制后的信号波形包络起伏尽量小，从而减小非线性功放带来的影响。FQPSK调制作为一种准恒定包络调制技术，在频谱效率和误码率上性能比较好，在深空通信中受到广泛地关注。近年来，人们对FQPSK性能的研究较多，而对FQPSK调制本身的研究较少，但是FQPSK调制信号包络存在0.18dB的包络起伏，仍然具有改进的空间。
[0003] 以下，介绍Feher提出的普通FQPSK调制方法，以及在FQPSK调制信号包络上进行改进的其它版本。
[0004] 文献1、1993年，K.Feher公开的《FQPSK:A superior modulation technique for mobile and personal communications》，提出了一种普通FQPSK调制方法：相关信号处理器，该装置由IJF编码器和互相关运算器组成，如图1所示。
[0005] 文献2、1999年，M.K.Simon公开的《Performance evaluation and interpretation of unfiltered Feher-patented quadrature phase shift keying(FQPSK)》，提出的增强型FQPSK调制方法：FQPSK网格编码调制。该装置由卷积码编码器和信号映射器构成，如图2所示意。
[0006] 文献3、K.Feher提出的FQPSK信号滤波器，该装置能大幅度削减调制信号旁瓣，并且保持了信号的无抖动和无符号间干扰特点。
[0007] 文献4、2011年，Zhidong Xie，Gengxin Zhang公开的《Constant Envelope Enhanced FQPSK and Its PerformanceAnalysis》，是对上述文献2的对信号映射器输出波形改进提出的方法，使调制信号具有恒包络特点。
[0009] 以上各文献中，文献1，2，3，5没有使FQPSK调制信号包络起伏恒定，文献4限制了映射波形公式的参数q必须为偶数，也没有考虑功率谱密度的改进，文献5虽然给出了波形优化方法，但没有具体给出映射波形或公式，此外，文献1的实现方法复杂。
发明内容
[0010] 本发明是为了解决现有的FQPSK不能实现包络的严格恒定的问题，从而提供一种FQPSK网格编码的基带波形映射方法。
[0011] 一种FQPSK网格编码的基带波形映射方法，其特征是：它由以下步骤实现：
[0012] 步骤一、将输入信号A(t)进行串/并转换，获得并行的两路数据DI,n和DQ,n；
[0013] 步骤二、定义索引i和索引j的计算公式：
[0014]
[0015] 其中：
[0016]
[0017]
[0018] 根据公式(1)，对两路数据DI,n和DQ,n进行交叉相关运算，获得索引i和索引j的值，所述索引i和索引j的取值范围为0到15的整数；
[0019] 步骤三、将索引i和索引j的值作为波形寄存器的读地址，并选择基带波形，输出两路基带信号；
[0020] 所述基带波形的映射方案采用公式(3)实现：
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0028]
[0029] s8(t)＝-s0(t),s9(t)＝-s1(t),s10(t)＝-s2(t),s11(t)＝-s3(t),[0030] s12(t)＝-s4(t),s13(t)＝-s5(t),s14(t)＝-s6(t),s15(t)＝-s7(t)[0031] 式中：α＝1,β＝3,γ＝2；t为时间，Ts为时间周期；R的取值为[0032] 步骤四、将两路基带信号进行FQPSK网格编码调制，所述的FQPSK为Fether提出的正交相移键控。
[0034] 图1是背景技术中的普通FQPSK调制原理示意图；
[0035] 图2是背景技术中的FQPSK网格编码调制原理示意图；
[0036] 图3是网格编码基带波形S0改进前后示意图；曲线31是Feher提出的信号波形；曲线32是本发明改进后的信号波形；两条曲线重合；
[0037] 图4是网格编码基带波形S1改进前后示意图；曲线41是Feher提出的信号波形；曲线42是本发明改进后的信号波形；
[0038] 图5是网格编码基带波形S2改进前后示意图；曲线51是Feher提出的信号波形；曲线52是本发明改进后的信号波形；
[0039] 图6是网格编码基带波形S3改进前后示意图；曲线61是Feher提出的信号波形；曲线62是本发明改进后的信号波形；
[0040] 图7是网格编码基带波形S4改进前后示意图；曲线71是Feher提出的信号波形；曲线72是本发明改进后的信号波形；
[0041] 图8是网格编码基带波形S5改进前后示意图；曲线81是Feher提出的信号波形；曲线82是本发明改进后的信号波形；
[0042] 图9是网格编码基带波形S6改进前后示意图；曲线91是Feher提出的信号波形；曲线92是本发明改进后的信号波形；
[0043] 图10是网格编码基带波形S7改进前后示意图；曲线101是Feher提出的信号波形；曲线102是本发明改进后的信号波形；
[0044] 图11是普通FQPSK调制星座图；
[0045] 图12是本发明改进的FQPSK调制星座图；
[0046] 图13是FQPSK包络起伏仿真示意图；
[0047] 图14是本发明的FQPSK包络起伏仿真示意图；
[0048] 图15是放大后的FQPSK包络起伏仿真示意图；
[0049] 图16是放大后的本发明的FQPSK包络起伏仿真示意图；
[0050] 图17是FQPSK调制改进前后通过非线性放大器后的功率谱仿真示意图；曲线171为Feher提出的FQPSK；曲线172改进的FQPSK；
具体实施方式
[0051] 具体实施方式一、一种FQPSK网格编码的基带波形映射方法，一种FQPSK网格编码的基带波形映射方法，它由以下步骤实现：
[0052] 步骤一、将输入信号A(t)进行串/并转换，获得并行的两路数据DI,n和DQ,n；
[0053] 步骤二、定义索引i和索引j的计算公式：
[0054]
[0055] 其中：
[0056]
[0057]
[0058] 根据公式(1)，对两路数据DI,n和DQ,n进行交叉相关运算，获得索引i和索引j的值，所述索引i和索引j的取值范围为0到15的整数；
[0059] 步骤三、将索引i和索引j的值作为波形寄存器的读地址，并选择基带波形，输出两路基带信号；
[0060] 所述基带波形的映射方案采用公式(3)实现：
[0061]
[0062]
[0063]
[0064]
[0065]
[0066]
[0067]
[0068]
[0069] s8(t)＝-s0(t),s9(t)＝-s1(t),s10(t)＝-s2(t),s11(t)＝-s3(t),[0070] s12(t)＝-s4(t),s13(t)＝-s5(t),s14(t)＝-s6(t),s15(t)＝-s7(t)[0071] 式中：α＝1,β＝3,γ＝2；t为时间，Ts为时间周期；R的取值为[0072] 步骤四、将两路基带信号进行FQPSK网格编码调制。
[0073] 名词解释
[0074] FQPSK：Feher提出的正交相移键控调制方式。
[0075] 频谱效率：数字通信系统的链路频谱效率定义为净比特率(有用信息速率，不包括纠错码)或最大吞吐量除以通信信道或数据链路的带宽(单位：赫兹)。
[0076] 误码率(SER：symbol error rate)：是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。误码率＝传输中的误码/所传输的总码数。
[0077] IJF(inter-symbol interference andjitter-free)编码：就是采用一种新的基带成形脉冲——时限双码元间隔升余弦脉冲，将基带数字序列经此脉冲成形，继而进行编码。因其不存在振荡尾巴，从而消除了码间干扰和定时抖动。
[0078] 普通FQPSK原理：
[0079] 普通FQPSK调制原理框图如图1。交叉互相关运算的实现通过改变相关因子A来控制相关量的大小，具体操作方法是将I相码元符号和Q相码元符号在每半个符号周期间隔内进行如下相关运算：
[0080] (1)、当I相信号等于零时，Q相信号取IJF编码的最大幅度。
[0081] (2)、当I相信号幅度不等于零时，Q相信号最大值衰减到A值
[0082] (3)、当Q相信号为零时，I相信号取IJF编码的最大幅度。
[0083] (4)、当Q相信号幅度不等于零时，I相信号最大值衰减到A值。
[0084] 该调制方式的包络起伏随着A值的变化会在0dB到3dB间变化。当 时，其包络起伏接近0dB。包络起伏的降低减少了调制信号经过非线性部件后的频谱扩展，降低了邻道干扰，提高了功率效率。
[0085] FQPSK网格编码调制
[0086] 上述普通FQPSK实现准恒定包络调制，但在每半个符号间隔就要进行波形选择，在实现上较为复杂。Simon提出的网格编码FQPSK是在满足交叉互相关的基础上，将上述运算变形为在一个码元间隔内直接对I、Q两路输入数据序列进行映射，从而选择波形，按这种方法实现FQPSK调制，可简化设备。网格编码的FQPSK实施方案原理框图如图2所示。
[0087] 图2中，DI,n和DQ,n分别为串并变换后的两路数据，它们在(0，1)集合内取值，然后定义索引i和j的计算为式(1)：
[0088]
[0089] 其中：
[0090]
[0091]
[0092] 根据式(1)，对两路信号进行交叉相关运算获得两个取值范围为0到15的整数i和j，把这两个整数的数值作为波形寄存器的读地址选择基带波形，输出两路基带信号，这样就完成了交叉互相关运算。基带波形的选取对FQPSK调制包络的恒定程度和频带滚降快慢起到至关重要的作用，选取平滑的基带波形能够使的调制信号的包络起伏变小，甚至使包络达到严格恒定,这也是本设计的目的和出发点。
[0093] 普通FQPSK的si(t)和sj(t)从式(2)中选取，A取值为
[0094]
[0095]
[0096]
[0097]
[0098]
[0099]
[0100]
[0101]
[0102] s8(t)＝-s0(t),s9(t)＝-s1(t),s10(t)＝-s2(t),s11(t)＝-s3(t),[0103] s12(t)＝-s4(t),s13(t)＝-s5(t),s14(t)＝-s6(t),s15(t)＝-s7(t)[0104] 本发明的改进方案：
[0105] 本发明改进的基带波形映射方案按公式(3)选取，其中α＝1,β＝3,γ＝2：
[0106]
[0107]
[0108]
[0109]
[0110]
[0111]
[0112]
[0113]
[0114] s8(t)＝-s0(t),s9(t)＝-s1(t),s10(t)＝-s2(t),s11(t)＝-s3(t),[0115] s12(t)＝-s4(t),s13(t)＝-s5(t),s14(t)＝-s6(t),s15(t)＝-s7(t)[0116] 以下通过具体的仿真实验验证本发明的效果：
[0117] 图3至图10比较了Feher提出的普通FQPSK基带编码映射波形与本设计改进的基带编码映射波形。
[0118] 图11和图12给出了FQPSK调制映射波形改进前后基带信号的星座映射图。
[0119] 从图13和图14可以看出，改进后的FQPSK调制包络严格恒定，不存在起伏。
[0120] 图17给出了改进前后FQPSK调制信号经过非线性放大器后的功率谱密度，可以看出，本发明改进的FQPSK调制信号经过非线性放大器后的功率谱效率更高。
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