一种非相干CPM信号解调设备及解调方法技术

本发明专利技术提供一种非相干CPM信号解调设备及解调方法，所述非相干CPM信号解调设备至少包括：天线、接收射频模块、匹配滤波器、同步模块、符号差分模块、维特比序列检测模块和调制系数检测模块，其中，所述天线、所述接收射频模块、所述匹配滤波器、所述同步模块、所述符号差分模块、所述维特比序列检测模块和所述调制系数检测模块依次相连，所述调制系数检测模块再与所述匹配滤波器和所述维特比序列检测模块相连。本发明专利技术的非相干CPM信号解调设备及解调方法，其性能接近相干解调算法，同时可以容忍较大范围的载波频率偏移和相位变化，并可以跟踪发射信号中调制系数的变化，且结构简单、解调效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种非相干CPM信号解调设备及解调方法
本专利技术涉及属于无线通信
，特别是涉及一种非相干CPM信号解调设备及解调方法。
技术介绍
调制是一个将信息嵌入载波的过程。消息以模拟或数字的形式通过载波的幅度、频率、相位或这三者结合的方式携带，然后发送出去。数字调制技术按照调制信号的性质可以分为恒包络调制和非恒包络调制两种。恒包络调制所产生的信号具有恒定的包络，能够工作在功率放大器的非线性放大区，因此具有很好的功率效率；而非恒包络调制信号的包络会随时间变化而变化，为了避免非线性失真，需要功率放大器工作在线性放大区。恒包络调制技术根据其相位变化的规律，可以进一步分为连续相位调制(ContinuousPhaseModulation，CPM)和非连续相位调制两种。其中连续相位调制技术，由于其相位变化是连续的，因此具有较高的频谱效率。CPM调制信号可以表示为：其中Es为每个符号的能量，T为符号间隔，an为待调制的M进制数据，其取值范围为：an∈{±1,±3,...,±(M-1)}，其中M一般为2的幂；h为调制系数。相位脉冲函数q(t)定义为，其中g(t)为频率成型脉冲函数，满足其中L为调制长度。通过选择不同的频率成型脉冲函数g(t)、调制系数h和调制长度L，就可以生成各种CPM调制信号。CPM调制信号具有较高的功率效率和频谱效率，是一种先进的调制技术，因此被应用于多个无线通信系统中。如应用于全球移动通信系统(GlobalSystemforMobileCommunications，GSM)中的高斯滤波最小频移键控(GaussianMinimumShiftKeying，GMSK)调制、应用于蓝牙系统中的高斯频移键控(GaussianFrequencyShiftKeying，GFSK)调制和应用于ZigBee系统中的最小频移键控(MinimumshiftKeying，MSK)调制等等。由于CPM调制为非线性调制，因此解调的复杂度较高。根据检测方式的不同，CPM信号的解调可分为两大类：相干解调和非相干解调。相干解调需要知道参考相位，或进行精确的载波恢复。相干解调的效果较好，但是复杂度较高，同时易受到载波频率偏移和调制系数变化的影响。非相干解调不需要恢复载波，算法相对简单，受载波频偏和调制系数变化的影响较小，但是相对于相干解调来说，性能较差。在申请号为201110114330.X的中国专利申请中，公开了一种空时CPM信号调制、解调方法。该方法为相干解调，通过调制前对CPM信号进行预处理来实现空时CPM信号调制，使得接收端能够将接收到的CPM信号以线性信号方式进行解调，以降低解调的复杂度。在对发送序列进行CPM调制之前，先进行调制前的预处理，包括：分段映射步骤、段内冗余添加步骤、第一次预编码步骤、段内冗余调整步骤、时间反转、取负步骤、第二次预编码步骤、添加循环前缀步骤、段间冗余添加步骤和空时信号形成步骤。发送端通过对序列添加循环前缀使得接收端接收到的信号是发射信号与信道循环卷积，从而，当接收端收到CPM调制信号时，能够利用线性信号的解调方式进行解调处理。但是，该方法复杂度太高。在申请号为201110111653.3的中国专利申请中，公开了一种CPM调制的多符号检测算法。该检测算法为非相干解调，将产生本地所有调制序列与接收分组数据进行相关，通过复数共轭相乘并累加来寻求最大似然值。根据最大似然值所对应的本地调制序列来确定多符号的调制信息。该专利技术可以保证在接收天线口径和发射功率不变的条件下大幅度地提高传输速率从而节约成本，提升系统性能，具有实现复杂度低的优点，有利于硬件实现。但是由于这种方法只提取出一段数据单独进行解调，因此系统性能提升有限。综上，由于目前CPM相干解调的复杂度太高，而非相干解调的效果又较差，因此如何寻找一种结构简单、效果较好的解调方法成为CPM调制技术能否发挥其优势的关键。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种非相干CPM信号解调设备及解调方法，其性能接近相干解调算法，同时可以容忍较大范围的载波频率偏移和相位变化，并可以跟踪发射信号中调制系数的变化，且结构简单、解调效果好。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种非相干CPM信号解调设备，其中，所述非相干CPM信号解调设备至少包括：天线、接收射频模块、匹配滤波器、同步模块、符号差分模块、维特比序列检测模块和调制系数检测模块，其中，所述天线、所述接收射频模块、所述匹配滤波器、所述同步模块、所述符号差分模块、所述维特比序列检测模块和所述调制系数检测模块依次相连，所述调制系数检测模块再与所述匹配滤波器和所述维特比序列检测模块相连，其中，所述天线和所述接收射频模块，用于接收CPM信号，以得到多倍符号速率的复基带信号，其中所述CPM调制信号采用劳伦斯分解，近似地表示为：其中，Es为每个符号的能量，T为符号间隔，an为待调制的M进制数据，取值范围为：an∈{±1,±3,...,±(M-1)}；h为调制系数，P(t)为主脉冲，表示为：其中，L为调制长度，WpOK为与序号p和序号K相关的一个计算值，0≤p≤L，0≤K≤2L-1-1，CK为第K个幅度脉冲调制；所述匹配滤波器和所述同步模块，用于对所述复基带信号进行滤波和同步，以得到单倍符号速率的信号；所述符号差分模块用于将所述同步后的输出数据与前一输出数据共轭相乘；所述维特比序列检测模块用于遍历网格图中所有可能的路径，通过路径度量的计算、比较，选择具有最大路径度量的路径为幸存路径，待到达接收信号序列尾部后，确定具有最大路径度量的幸存路径为最大似然路径，回溯最大似然路径，根据所述最大似然路径所经过的状态确定并输出解调数据；所述调制系数检测模块用于根据所述解调数据和所述CPM信号，检测当前接收的CPM信号的实际调制系数，以跟踪接收信号中调制系数的变化。根据上述的非相干CPM信号解调设备，其中：所述匹配滤波器的冲击响应为所述CPM信号经劳伦斯分解后得到的主脉冲P(t)。根据上述的非相干CPM信号解调设备，其中：在忽略噪声和信道衰落的前提下，所述同步模块输出的单倍符号速率的信号近似表示为：其中R[j]为主脉冲P(t)的自相关函数，其定义为：进一步地，根据上述的非相干CPM信号解调设备，其中：所述符号差分模块的输出为...

【技术保护点】
一种非相干CPM信号解调设备，其特征在于：所述非相干CPM信号解调设备至少包括：天线、接收射频模块、匹配滤波器、同步模块、符号差分模块、维特比序列检测模块和调制系数检测模块，其中，所述天线、所述接收射频模块、所述匹配滤波器、所述同步模块、所述符号差分模块、所述维特比序列检测模块和所述调制系数检测模块依次相连，所述调制系数检测模块再与所述匹配滤波器和所述维特比序列检测模块相连，其中，所述天线和所述接收射频模块，用于接收CPM信号，以得到多倍符号速率的复基带信号，其中所述CPM调制信号采用劳伦斯分解，近似地表示为：s(t)≈EsTΣn=-∞∞ejπhΣi=-∞nanP(t-nT),其中，Es为每个符号的能量，T为符号间隔，an为待调制的M进制数据，取值范围为：an∈{±1,±3,...,±(M?1)}；h为调制系数，P(t)为主脉冲，表示为：P(t)=ΣK=02L-1-1Σp=0LWpOKCK(t-pT)其中，L为调制长度，WpOK为与序号p和序号K相关的一个计算值，0≤p≤L，0≤K≤2L?1?1，CK为第K个幅度脉冲调制；所述匹配滤波器和所述同步模块，用于对所述复基带信号进行滤波和同步，以得到单倍符号速率的信号；所述符号差分模块用于将所述同步后的输出数据与前一输出数据共轭相乘；所述维特比序列检测模块用于遍历网格图中所有可能的路径，通过路径度量的计算、比较，选择具有最大路径度量的路径为幸存路径，待到达接收信号序列尾部后，确定具有最大路径度量的幸存路径为最大似然路径，回溯最大似然路径，根据所述最大似然路径所经过的状态确定并输出解调数据；所述调制系数检测模块用于根据所述解调数据和所述CPM信号，检测当前接收的CPM信号的实际调制系数，以跟踪接收信号中调制系数的变化。...

【技术特征摘要】
1.一种非相干CPM信号解调设备，其特征在于：所述非相干CPM信号解调设备至少包括：天线、接收射频模块、匹配滤波器、同步模块、符号差分模块、维特比序列检测模块和调制系数检测模块，其中，所述天线、所述接收射频模块、所述匹配滤波器、所述同步模块、所述符号差分模块、所述维特比序列检测模块和所述调制系数检测模块依次相连，所述调制系数检测模块再与所述匹配滤波器和所述维特比序列检测模块相连，其中，所述天线和所述接收射频模块，用于接收CPM信号，以得到多倍符号速率的复基带信号，其中所述CPM信号采用劳伦斯分解，近似地表示为：其中，Es为每个符号的能量，T为符号间隔，an为待调制的M进制数据，取值范围为：an∈{±1,±3,...,±(M-1)}；h为调制系数，P(t)为主脉冲，表示为：其中，L为调制长度，WpOK为与序号p和序号K相关的一个计算值，0≤p≤L，0≤K≤2L-1-1，CK为第K个幅度脉冲调制；所述匹配滤波器和所述同步模块，用于对所述复基带信号进行滤波和同步，以得到单倍符号速率的信号；所述符号差分模块用于将所述同步后的输出数据与前一输出数据共轭相乘；所述维特比序列检测模块用于遍历网格图中所有可能的路径，通过路径度量的计算、比较，选择具有最大路径度量的路径为幸存路径，待到达接收信号序列尾部后，确定具有最大路径度量的幸存路径为最大似然路径，回溯最大似然路径，根据所述最大似然路径所经过的状态确定并输出解调数据；所述调制系数检测模块用于根据所述解调数据和所述CPM信号，检测当前接收的CPM信号的实际调制系数，以跟踪接收信号中调制系数的变化。2.根据权利要求1所述的非相干CPM信号解调设备，其特征在于：所述匹配滤波器的冲击响应为所述CPM信号经劳伦斯分解后得到的主脉冲P(t)。3.根据权利要求1所述的非相干CPM信号解调设备，其特征在于：在忽略噪声和信道衰落的前提下，所述同步模块输出的单倍符号速率的信号近似表示为：其中R[j]为主脉冲P(t)的自相关函数，其定义为：4.根据权利要求3所述的非相干CPM信号解调设备，其特征在于：所述符号差分模块的输出为5.根据权利要求1所述的非相干CPM信号解调设备，其特征在于：所述调制系数检测模块将当前信号的实际调制系数反馈到所述匹配滤波器和所述维特比序列检测模块，来更新所述匹配滤波器的冲击响应和所述维特比序列检测模块中的所述主脉冲P(t)的自相关函数R[i]，以跟踪接收信号中调制系数的变化。6.一种非相干CPM信号解调方法，其特征在于：包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱骅，康凯，
申请(专利权)人：上海无线通信研究中心，
类型：发明
国别省市：