[发明专利]正交信号的多维星座图构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及正交信号系统发射端星座图构建。

背景技术

现代通信系统中，当接收机与发射机之间相对运动过快，存在较大多普勒频移，或接收机相位噪声较大，系统载波无法准确估计或跟踪时，正交信号调制(如MFSK(multiple frequency shift keying，多进制频移键控)、PPM(pulse position modulation，脉冲位置调制)等)是一种常用的信号设计形式。其典型的应用场景包括航空、航天系统中的通信平台以及陆基固定或移动的军用通信平台等。

正交信号调制通过选取信号空间中某一正交基信号来传输信息，其调制阶数受限于正交基个数，频谱效率随正交基维度的增加而急剧下降。例如在4FSK中，存在4个正交频点{f₁,f₂,f₃,f₄}，当发送f₁时，表示信息00，发送f₂时，表示信息01，发送f₃时，表示信息10，发送f₄时，表示信息11。4FSK系统包含4个频点，只能携带2比特信息，若要增加每符号所携带的比特数，必须增大正交信号个数。然而，增大正交信号个数，将导致频谱效率急骤下降。

频谱效率是衡量信号传输方式的一个重要指标。更为一般地，以MFSK为例，满足频率间正交性的最小频率间隔为1/2T，T为符号周期，MFSK由M＝2^k个正交的频点组成，则传输k＝log₂M位信息比特所需要的最小带宽为：

其中，R为比特速率，则MFSK的频谱效率为：

显然在这种情况下，频谱效率随着M的增大而迅速降低。正交信号的低频谱效率特性，将影响正交信号的应用场合。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种正交信号的多维星座图构建方法，可以突破传统正交信号调制信号选取方式单一的制约，提高正交信号调制的频谱效率。

一种正交信号的多维星座图构建方法，应用于无线通信中，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1，在正交信号集合中选取K个正交信号(α₁,α₂,...,α_K)，其中K为正整数；

S2，将K个正交信号(α₁,α₂,...,α_K)进行扩展，组成K维线性空间的一组正交基：v₁＝(α₁,0,...,0)，v₂＝(0,α₂,0,...,0)，…，v_K＝(0,0,...,α_K)；

S3，将该组正交基v₁,v₂,...,v_K张成线性子空间V，即：V＝span(v₁,v₂,...,v_K)＝{λ₁v₁+λ₂v₂+...+λ_Kv_K|λ₁,λ₂,...,λ_K∈R}，其中R为实数集；

S4，在线性子空间V中选取M个星座点，即：s_m＝s_m1v₁+s_m2v₂+...+s_mKv_K,1≤m≤M，该M个星座点构成多维星座图，其中，M为调制阶数；及

S5，对所述多维星座图进行优化，得到优化后的多维星座图。

本发明将发送信号星座图选定在由若干正交基所张成的多维信号空间内，将一维调制扩展至多维，利用多维调制扩展了调制信号集，在此基础上采用最优化理论与方法，优化星座图构建。基于本发明构造的正交信号多维星座图，其显著特点在于：a.极大提高正交信号系统的频谱效率；b.突破原有正交信号调制信号基个数必须为2的幂次方的限定，提高系统设计的灵活性。

附图说明

图1所示，是本发明正交信号的多维星座图构建方法较佳实施例的应用环境示意图。

图2是本发明正交信号的多维星座图构建方法较佳实施例的流程图。