码率可变EBPSK通信系统的自适应接收机技术方案

一种码率可变EBPSK通信系统的自适应接收机，其包括一天线，天线连接一前置放大器，前置放大器连接一锁相下变频器，锁相下变频器连接一模数转换器，模数转换器连接一VBR-EBRSK数字解调器，VBR-EBRSK数字解调器包括一连接模数转换器的数字冲击滤波器，数字冲击滤波器连接一预处理器，预处理器连接一样本选择器，样本选择器连接一积分判决器，预处理器还连接一码率检测单元，码率检测单元连接一位同步模块，位同步模块连接积分判决器。本发明专利技术能够快速估计、主动适应和自动跟踪EBPSK调制器发送速率的变化，产生与实时速率相匹配的位同步信息以指导解调判决，并最终解调出正确的变速发送的码流。

【技术实现步骤摘要】
码率可变EBPSK通信系统的自适应接收机
本专利技术涉及变速数字通信系统，特别是发射机采用扩展的二元相移键控调制并任意改变传输码率时接收机仍能自动识别和跟踪解调方法，属于数字通信

技术介绍
1、可变速率通信为了适应不同或变化的空间环境、信道传播、通信距离、发射功率、信源类型、服务质量等要求，应用中无线通信系统的传输速率往往是可变的，即要求(或不得不)实现变速率(VBR：VariableBitRate)通信。如果收发双方能通过通信协议进行协商或预约，则变速通信并非难事。但是，如果收发双方不具有协议的条件，例如接收方没有反向信道(即自己不发射，只能单工通信)，或者系统即使具有双工通信能力但接收方出于某种原因不开启发射机(例如隐蔽、静默、节能和降低系统间干扰等)，则现有技术进行变速通信就不能随心所欲，至少发射机在变速前必须在发送码流中插入特殊的数据帧(专门的同步序列加上变速后的调制方式和调制参数等)，这在一些应用中不仅会造成资源浪费，还会限制发射机载体的机动性和灵活性。2、扩展的二元相移键控调制高速增长的宽带无线业务需求对无线通信提出了越来越高的要求，直接导致了空中的无线电频率越来越拥挤，特别是随着第三代(3G)和第四代(4G)宽带移动通信网络的发展，较低频段的连续频谱几乎被耗尽。欧洲10MHz频谱20年使用权的拍卖价已高达40亿欧元，而在我国，花钱也难买到最有利的频点和带宽。因此，与能源和水资源一样，频谱也是国家的重要战略资源，最大限度地压缩无线传输频谱具有重要的实际意义和直接的经济效益，频谱利用率已成为新一代信息传输系统的核心竞争指标和关键共性技术。数字通信系统的频谱利用率，用单位频带内能够传输的数码率(以bps/Hz为量纲)来考核，主要取决于把二进制数据码流调制成发送频段模拟载波时所占的频带宽度。通信中的二元数字调制，可以通过利用二进制信息码元“0”或“1”直接改变(通常称之为“偏移键控”)正弦载波的某个参数(如幅度、频率、相位等)来实现，相应地得到二元(二进制)的幅移键控(2-ASK)、频移键控(2-FSK)和相移键控(2-PSK)调制信号。增加调制空间的星座点数(例如从2-PSK即BPSK→4-PSK即QPSK→8-PSK→...)可以提高频谱利用率，但在同等接收性能下所需的发射功率也要相应增加，特别是对于恶劣的衰落信道，更高阶的数字调制方式效果并不理想。另外，传统的2-PSK(也记做BPSK)调制方式的键控时段τ就是其码元周期T，缺乏必要的保护间隔以应对多径信道和码间干扰，故我们将其扩展到0＜τ＜T的情形，从而得到了一类扩展的二元相移键控(EBPSK：ExtendedBinaryPhaseShiftKeying)调制(见“统一的正交二元偏移健控调制和解调方法”，专利号：ZL200710025203.6)，定义如下：s0(t)＝sinωct，0≤t＜T其中，s0(t)和s1(t)分别表示码元“0”和“1”的调制波形，ωc＝2πfc为载波角频率；码元周期T＝2πN/ωc持续了N≥1个载波周期，“1”码元的调制时间长度τ＝2πK/ωc持续了K＜N个载波周期，K＝τ×fc和N＝T×fc均为整数以保证整周期调制，τ/T＝K/N可称为调制占空比。尽管改变(1)式中载波键控的相位角度θ也可以调整发射频谱和解调性能，但取θ＝π可使表达和实现更简单，而且有利于接收机通过限幅来抗信道衰落和脉冲干扰。此时(1)式简化为s0(t)＝sinωct，0≤t＜T可见此时的EBPSK调制信号波形除在数据“1”的起始处有短时的反相外(也简称为反相调制)，其余都是连续的正弦波，这有助于使其能量集中在载频ωc处以提高频谱利用率。若无特殊说明，本专利技术一般均针对(2)式进行讨论。对于(1)式或(2)式所定义的EBPSK调制而言，即使发射机载波频率fc和接收机采样频率fs不变，通过改变EBPSK调制的相移键控区间K可调整发射频谱和解调性能；改变EBPSK调制的码元周期N，可控制传输码率、信号带宽和抗干扰能力；而综合考虑K和N即改变调制占空比K/N，也可以折衷传输码率、信号带宽和解调性能。因此，EBPSK调制波形本身具有适应信道带宽、通信距离和传输环境的潜力。例如，当两个飞行器在距离跨度巨大的空间进行通信时，若载波频率fc＝30MHz，当N＝15，可得2Mbps码率；当N＝1时则可得极限码率30Mbps。如果飞行器之间距离越飞越远，我们可相应地加大N，即以牺牲码率来补偿SNR的距离损失。例如，令N＝30码率降为1Mbps，N＝100降为300kbps，N＝1000降为30kbps，等等。对于数字通信系统设计，这显然要比传统的基带系统更灵活。3、数字冲击滤波器(DigitalImpactingFilters)对于“0”、“1”波形差异很小的不对称的EBPSK调制，经典的用于对称调制波形的匹配滤波器和相关检测方法已不再最佳。为了提高对于EBPSK调制信号的解调性能，我们曾专利技术了一类无限冲激响应(IIR)数字滤波器，由一对共轭零点和至少两对共轭极点构成，信号载频高于零点频率但低于所有极点频率，而零点频率与极点频率的靠近程度，至少要达到信号载频的10-3量级。由此，该滤波器通过其通带中心陡峭的陷波-选频特性，可将EBPSK调制信号在码元“1”处的信息调制(相位跳变)转变为明显而强烈的寄生调幅冲击，输出信噪比得到显著提升，甚至可在信号被噪声完全淹没的情形下(信噪比SNR＜0)以过冲的形式突显出信号的调制信息，故称之为数字冲击滤波器或EBPSK信号数字增强器，但在码元“0”处则无相应的波形冲击，如图2所示(详见“用于增强不对称二元调制信号的冲击滤波方法”，专利技术专利公开号：CN101599754。本专利技术所涉及的“冲击滤波”，出处均在于此，以下不再声明)，数字冲击滤波器传递函数的一般表达式如下：式中各参数的取值应依具体应用场合而定，以取得最优的冲击滤波效果。例如，在(3)式中取J＝2和I＝4，得到以单零点-双极点(实为1对共轭零点、2对共轭极点，本专利技术中将1对共轭零点或极点均称为1个零点或极点)为例的一种数字冲击滤波器的传递函数形为：其中各系数的取值如下：b0＝b2＝1，b1＝-0.000392653587271，a1＝0.001178221650372a2＝1.883500349220135，a3＝0.001107472974932，a4＝0.883511642209。在(2)式中令载波频率为fc＝30MHz，取τ∶T＝3∶30＝1∶10即码率为1Mbps，此时的EBPSK调制波形如图2(a)所示，而该EBPSK调制波形经过(4)式的单零点-双极点数字滤波器后的输出波形则如图2(b)所示。图2中横坐标表示载波周期的计数值，对于理想情况，图2(b)中间隔最小的两相邻峰值间的载波周期计数值应为N，其时间间隔即为码元周期(同时也是位周期)T。因此，由图2(b)可以得到启示：只要接收机能够从EBPSK调制信号的冲击滤波输出响应中正确辨识出两相邻峰值间的时间间隔即可得到当前的码率估值甚至得到当前准确码率的真值1/T。而这一过程接收机可独立自适应地完成，无需发射机干预或提供额外信息。
技术实现思路
为实现EBPSK通信系统的可变速率调制与传输，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
码率可变EBPSK通信系统的自适应接收机，包括一用于接收EBPSK调制信号的天线，所述天线连接一前置放大器（1），所述前置放大器（1）连接一锁相下变频器（2），所述锁相下变频器（2）连接一模数转换器（3），其特征在于：所述模数转换器（3）连接一用于输出VBR码流的VBR？EBRSK数字解调器（4），所述VBR？EBRSK数字解调器（4）包括一连接所述模数转换器（3）的数字冲击滤波器（7），所述数字冲击滤波器（7）连接一预处理器（8），所述预处理器（8）连接一样本选择器（9），所述样本选择器（9）连接一积分判决器（10），所述预处理器（8）还连接一码率检测单元（11），所述码率检测单元（11）连接一位同步模块（12），所述位同步模块（12）连接所述积分判决器（10）。

【技术特征摘要】
1.码率可变EBPSK通信系统的自适应接收机，包括一用于接收EBPSK调制信号的天线，所述天线连接一前置放大器（1），所述前置放大器（1）连接一锁相下变频器（2），所述锁相下变频器（2）连接一模数转换器（3），所述模数转换器（3）连接一用于输出VBR码流的VBR-EBRSK数字解调器（4），所述VBR-EBRSK数字解调器（4）包括一连接所述模数转换器（3）的数字冲击滤波器（7），所述数字冲击滤波器（7）连接一预处理器（8），所述预处理器（8）连接一样本选择器（9），所述样本选择器（9）连接一积分判决器（10），所述预处理器（8）还连接一码率检测单元（11），所述码率检测单元（11）连接一位同步模块（12），所述位同步模块（12）连接所述积分判决器（10）；所述锁相下变频器（2）包括一连接所述前置放大器（1）的混频器（201），所述混频器（201）连接一中频放大器（202），所述中频放大器（202）连接一鉴相器（203），所述鉴相器（203）连接一低通滤波模块（204），所述低通滤波模块（204）连接一用于产生本振信号的压控振荡器（205），所述压控振荡器（205）连接所述混频器（201），所述中频放大器（202）还连接有所述模数转换器（3）；所述鉴相器（203）连接一30MHZ参考晶振（5），所述30MHZ参考晶振（5）连接一120MHZ时钟发生器（...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴乐南，吴金玲，应鹏魁，
申请(专利权)人：苏州东奇信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：