[发明专利]超短波高阶映射调制及解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于超短波无线通信系统收发信机的调制解调方法，具体是一种通过设计信息比特与传输波形的映射转换规则来实现超短波高阶映射调制及解调方法。

背景技术

超短波无线通信系统的通信距离一般由该频段电磁波的传播特点、天线增益、发射功率、以及基带信号处理方法共同决定。在给定频段、收发天线和发射功率的情况下，通信距离主要取决于所采用的基带信号处理方法。

在基带信号处理方法中，影响通信距离的信号设计主要包括信道编解码方法和调制解调方法。信道编解码方法首先在发信机中为待传输的信息比特增加冗余比特，并使信息比特和冗余比特之间建立关联，经过无线信道传输之后，在收信机中通过验证信息比特与冗余比特之间的关联，找出或者改正传输过程中可能出现的错误。信道编解码方法可以在一定程度上减少信息比特的传输差错，因而可以降低收信机恢复原信息所需要的接收信噪比，从而能够提高通信距离。然而信道编解码提高通信距离的能力是有限的，因为一方面冗余比特也需要占用带宽，经信道编码之后，一般信道带宽会有所增加，如果所使用的频段并不能提供更大的带宽，信道编码的方法就会受到很大限制。另一方面，冗余比特也会占用发射功率，如果未编码系统和编码系统的发射功率相同，那么编码系统中信息比特的能量就会减少，又会增加信息比特的传输差错概率。因此，信道编解码方法需要根据系统要求仔细选择编码方案、相关参数、以及解码方法，才能获取编码增益，实现提高传输距离的目的。

调制解调方法是在发信机中将信息比特转换为适合无线信道传输的波形，然后送入信道进行传输，在收信机中再将检测到的波形转换为原来的信息比特。当信息比特与传输波形之间的转换较为简单、易于分辨时，一定的波形发送功率在保证一定信息传送差错概率的情况下可达到一定的信息传输距离。但是当希望传输波形能够代表更多的信息比特时，信息比特与传输波形之间的转换变得复杂、不易分辨，这时需要增加波形发送功率，才能保证在信息传送差错概率不变的情况下达到原来的信息传输距离。所以，调制解调方法需要根据系统要求精心设计信息比特与传输波形之间的转换规则，才能在一定信息传输速率的情况下，获得更远的传输距离。目前广泛使用的调制解调方法有M进制相移键控调制(MPSK：M-ary Phase Shift Keying)、M进制正交幅度调制(MQAM：M-ary QuadratureAmplitude Modulation)、M进制频移键控(MFSK：M-ary Frequency Shift Keying)等，它们是把log₂M个信息比特分别转换成为一个相移键控(PSK：Phase ShiftKeying)、正交幅度调制(QAM：Quadrature Amplitude Modulation)或频移键控(FSK：Frequency Shift Keying)波形进行传输。采用MPSK、MQAM调制方法，随着进制数M的增加在一定的传输带宽内可支持更高的信息传输速率，然而，达到较高信息传输速率的代价是需要增加信噪比(SNR：Signal-to-Noise Ratio)，这样一定的波形发送功率在保证一定信息传送差错概率的情况下，信息传输距离将有所减小。

在超短波无线通信系统中，传输带宽常常受到限制，只能达到数十千赫兹(kHz：Kilo-Hertz)或数百kHz，而使用这一频段的各种应用却希望能提供尽可能高的数据速率。另一方面，超短波频段(30MHz-3GHz)电磁波的传播特性又无法达到短波频段(3MHz-30MHz)电离层传播的传输距离，而该频段的许多应用都希望能够实现更远的通信距离。在解决这些问题的过程中，一些新的技术如网格编码调制(TCM：Trellis-Coded Modulation)可以提供一些解决方案，其特点是能够在不增加传输带宽情况下，改善系统的接收信噪比性能，但TCM能够提供的信噪比改善只有3～6dB，而且随着信噪比改善程度的提高，实现复杂度显著增加。

发明内容

本发明的目的在于提出一种超短波高阶映射调制及解调方法，用于在不增加额外带宽的情况下改善超短波无线通信系统的传输距离。本发明通过定义一种信息比特与传输波形的高阶映射转换规则，在发信机中用八个4进制调制波形承载八位二进制比特引入巨大的冗余，使收信机获得额外的解调信噪比增益，进而支持更远的通信距离，且本方法收发信机所需运算量小，易于采用数字信号处理器实现。

本发明是通过以下技术方案实现的：

1.一种超短波高阶映射调制方法，其主要步骤包括：