[发明专利]一种用于统一二元调制信号的解调方法

说明书

技术领域

本发明是一种用于统一二元调制信号的数字解调方法，属于数字信息传输的技术领域。

背景技术

国内外对于高效通信技术的研究多受限于具体的应用背景或领域目标，侧重于某个实际系统(如第三代移动通信)或具体指标(如码率)，对具有公认理论依据并得到实践检验因而风险很低的新技术如正交频分复用(OFDM)调制、超宽带(UWB)传输、多天线(MIMO)空时/空时频编码等新技术研究很热，成果颇丰。但对于尚未取得共识的新概念或风险较高的潜在技术，则少有问津或无人深究。例如，对于由美国Harold R.Walker博士等提出的一系列高频谱利用率的超窄带(UNB：Ultra Narrow Bandwidth)调制/解调专利技术，多依据“常识”或仅凭“经验”便轻易否定，少有人能解释清楚(包括Walker本人)其是否可行的理论依据。而根据我们多年来的潜心研究，发现实现能够实用化的UNB通信的关键，在于如何实现与各种小角度调制波形相适应的特殊滤波器。

Walker基于零群时延滤波器的思想，取得了远高于二进制相移键控(BPSK)调制的频谱效率和不劣于BPSK的功率效率，所发明的高品质因数(Q值)的模拟带通滤波器(图1，见H.R.Walker：Ultra Narrow Band Modulation Textbook，2006，http://www.vmsk.org/)的效果虽然最近得到了美国贝尔实验室的证实，但由于其采用石英晶体实现，而晶体滤波器的中心频率一旦设定就不可调，不仅灵活性差，容易受温度和震动等影响，而且难以数字化集成，特别是他的所谓“零群时延”理论并不圆满；同时，长期以来，人们(包括Walker)都认为传统的数字滤波器，无论是有限冲激响应(FIR)滤波器还是无限冲激响应(IIR)滤波器结构，都无法用于超窄带通信。

发明内容

技术问题：本发明的目的是设计一种统一的二元调制信号的解调方法，其包含一种能够在功能表现上逼近模拟的石英晶体滤波器的数字滤波器，和一个实现统一二元调制信息解调的门限检测器。该滤波器与UNB常用的小角度调制特别是我们所提出的扩展的二元相位调制(EBPSK，见“统一的二元相位调制解调方法”，发明专利申请号：200610040767.2，公开号：CN1889550A)和统一的二元正交偏移键控(UBSK，见“统一的二元正交偏移键控调制和解调方法”，发明专利申请号：200710025203.6，公开号：101094209A)调制信号波形相配合，以便尽可能地保持信号特征并最大限度地滤除噪声，并简化接收机结构。

技术方案：无论超窄带调制使用哪种具体的方法实现，其面临的一个共同问题就是要让相位突变信号能够通过窄带滤波器。观察图1所示的3种Walker零群时延滤波器，不难发现石英晶体在其中至关重要。但是，当Walker在其UNB系统的发送和接收端同时采用基于石英晶体的所谓“零群时延”(Zero Group Delay)滤波器时，则受限于石英晶体自身参数的精度、稳定度和漂移，收发频差不可避免，这对于带宽“超窄”的UNB系统的性能，载频或中心频率的偏移往往是灾难性的。加之石英晶体一旦确定，其滤波器中心频率的可调范围就极小且不易或不宜受控于电调谐，因而可靠性、稳定性和灵活性都很差。但是，长期以来，人们认为石英晶体具有的某些特殊性质正是超窄带通信中所必须的，因而传统的FIR或IIR结构的数字滤波器是不可能完成超窄带滤波的。

然而，我们注意到当石英晶体的串联和并联谐振点非常靠近时，其幅频和相频合成曲线恰好与Walker给出的滤波器幅频和相频曲线相吻合。若考虑将晶体滤波器数字化实现，则该串、并联谐振点就分别对应于滤波器的零、极点，通过设计有N对非常靠近的共轭零、极点的IIR滤波器，即可完成Walker晶体滤波器的数字化实现。

本发明的一种用于统一二元调制信号的解调方法基于一个用于去除噪声并同时突出信号调制特征的窄带数字带通滤波器，和一个实现统一二元调制信息解调的门限检测器；所述的窄带数字带通滤波器由一个或多个IIR数字滤波器基本环节级联构成，每个基本环节利用一对谐振频率非常靠近的零点和极点产生相频特性曲线上的零群时延点，但该基本环节的中心频率与信号载频不一致，且其偏移量由统一二元调制信号的调制角度与该滤波器基本环节的相频特性相配合来确定，使得在滤除噪声的同时能够把输入信号的调制角度变化突出为输出信号的幅度跳变；所述的统一二元调制信息解调的门限检测器直接通过设定的或自动调整的门限对该幅度跳变进行高低电平判决，来解调出统一二元调制信号的二进制调制信息。