一种提升频谱效率的高阶连续极化调制方法

摘要

本发明提供了一种提升频谱效率的高阶连续极化调制方法。具体步骤如下：步骤一：原始数据发射信息进行高阶连续极化调制的发送，具体实现方法是极化状态在相位差恒定的条件下，通过幅度比连续变化实现极化状态连续。步骤二：高阶连续极化制信号在接受端通过斯托克斯参数提取的方法进行解调。该方法通过信号的极化状态始终连续，生成连续的信号波，使得信号的功率谱主瓣窄，旁瓣衰减快，从而提高了频谱效率，并在相同的误码性能下，该方法所需的信噪比低于非连续极化调制。

主权项

一种提升频谱效率的高阶连续极化调制方法，具体步骤如下：步骤一：对原始数据发射信息进行高阶连续极化调制，发射；(1)对原始数据发射信息I进行信源编码和信道编码，得到二进制数字序列N表示原始数据序列长度；I_i表示第i个发射信息符号，i表示该序列中发射信息的序号；(2)将通过连续极化状态映射单元，得到连续极化状态P(t)，在连续极化状态单元中首先经电平变换得到电平值α_n，α_n＝{±1,±3...±(M‑1)}，M表示调制阶数，在t＝nT_s时刻，n表示第n个码元，极化状态相位描述子(γ,φ)中φ恒定，即在庞加莱球上选定一个大圆，γ是时间的连续函数γ(t)，即γ_n‑1(nT_s)＝γ_n(nT_s)，在庞家莱球上极化矢量Z(t)以上一个符号结束时刻的极化状态为起点沿大圆的旋转，旋转持续时间为T_s，γ(t)为：γ(t)＝ω_d[σ_kT_s+α_k(t‑kT_s)]其中，M为调制阶数，k表示第k个发射码元，T_s表示发射码元时间间隔，此时，大圆上极化状态矢量Z(t)如下所示：$\begin{array}{c}Z\left(t\right)=\left[\cos \left[\gamma \left(t\right)\right]\widehat{s_1}+\sin \left[\gamma \left(t\right)\right]\cos \phi \widehat{s_2}\right]{\mu }_T\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\\ =\left[\cos \left(2{\omega }_d\left[{\sigma }_k{T}_s+{\alpha }_k\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\right]\right)\widehat{s_1}+\sin \left(2{\omega }_d\left[{\sigma }_k{T}_s+{\alpha }_k\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\right]\right)\cos \phi \widehat{s_1}\right]{\mu }_T\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\end{array}---\left(1\right)$其中：u_T(t)表示持续时间为T的单位矩形函数；当传送α_n时，极化矢量Z(t)将以恒定的角速度2ω_d沿大圆匀速转动2ω_dα_nT_s；当α_n为正时，极化矢量Z(t)沿大圆逆时针旋转|2ω_dα_nT_s|；α_n为负时，极化矢量Z(t)沿大圆顺时针旋转|2ω_dα_nT_s|，在旋转的过程中，极化矢量Z(t)表示的极化状态连续；通过以上连续极化状态映射，得到的连续极化状态P(t)，如下所示：$\begin{array}{c}P\left(t\right)=A\left[\begin{array}{c}\cos \gamma \left(t\right)\\ \sin \gamma \left(t\right)e^{j\phi }\end{array}\right]{\mu }_T\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\\ =A\left[\begin{array}{c}\cos \left({\omega }_d\left[{\sigma }_k{T}_s+{\alpha }_k\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\right]\right)\\ \sin \left({\omega }_d\left[{\sigma }_k{T}_s+{\alpha }_k\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\right]\right)e^{j\phi }\end{array}\right]{\mu }_T\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\end{array}---\left(2\right)$其中：A表示发射信号的幅度；(3)通过连续极化状态P(t)控制功分网络两个通道的功率分配比，功分网路的两个通道的受控电压，如下所示：$V\left(t\right)=V_{est}\underset{k=0}{\overset{n}{\Sigma }}\left(\begin{array}{c}\frac{1}{{\mathrm{MT}}_s}[{\eta }_k{T}_s+{\alpha }_k(t-{\mathrm{kT}}_s)]\\ \frac{1}{{\mathrm{MT}}_s}[{\eta }_k{T}_s+{\alpha }_k(t-{\mathrm{kT}}_s)]\end{array}\right){\mu }_{T_s}(t-{\mathrm{kT}}_s)---\left(3\right)$其中：V(t)表示载波信号控制电压，T_s表示每个码元的传输时间，α_k表示传输码元对应的电平值，μ_Ts表示持续时间为T_s的单位阶跃函数，V_est＝1,η₀＝0,η_k+1＝η_k+α_k，η_k没有物理含义；采用V(t)对功分网络两路进行控制，得到：$E_1=A\underset{k=0}{\overset{n}{\Sigma }}\left[cos(2{\mathrm{\pi f}}_{c}t+{\omega }_d[{\sigma }_k{T}_s+{\alpha }_k\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\left]\right)\right]{\mu }_{T_s}(t-{\mathrm{kT}}_s)---\left(4\right)$$E_2=A\underset{k=0}{\overset{n}{\Sigma }}\left[sin(2{\mathrm{\pi f}}_{c}t+{\omega }_d[{\sigma }_k{T}_s+{\alpha }_k\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\left]\right)e^{j\phi }\right]{\mu }_{T_s}(t-{\mathrm{kT}}_s)---\left(5\right)$式中：E₁、E₂表示功分网络两路输出值，此时将其看作一个电场矢量的两个场分量的幅度，A表示发射信号的幅值，σ_k表示电平累积和；最后，将E₁、E₂输出至移相网络；(4)移相网络对E₁、E₂的相位进行处理，使E₁、E₂之间产生相位差φ，得到基带极化信号E，如下所示；$E=\left[\begin{array}{c}{E}_3\\ E_4\end{array}\right]=A\underset{k=0}{\overset{n}{\Sigma }}\left[\begin{array}{c}cos\left({\omega }_d\right[{\sigma }_k{T}_s+{\alpha }_k\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\left]\right)\\ \left[\sin \left({\omega }_d\right[{\sigma }_k{T}_s+{\alpha }_k\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\left]\right)\right]e^{j\phi }\end{array}\right]{\mu }_{T_s}(t-{\mathrm{kT}}_s)---\left(6\right)$其中，E₃、E₄分别表示基带极化信号的水平垂直分量；(5)将E₃、E₄经过射频单元处理得到：$E=\left[\begin{array}{c}{E}_H\\ E_V\end{array}\right]=A\underset{k=0}{\overset{n}{\Sigma }}\left[\begin{array}{c}\cos \left(2{\mathrm{\pi f}}_{c}t+{\omega }_d\left[{\sigma }_k{T}_s+{\alpha }_k\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\right]\right)\\ \left[\sin \left(2{\mathrm{\pi f}}_{c}t+{\omega }_d\left[{\sigma }_k{T}_s+{\alpha }_k\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)\right]\right)\right]e^{j\phi }\end{array}\right]{\mu }_{T_s}\left(t-{\mathrm{kT}}_s\right)---\left(7\right)$其中f_c表示载波信号，E_V、E_H分别表示射频端极化信号的水平与垂直分量；E_V、E_H通过一对正交双极化天线发射出去，形成连续极化调制的发射信号，完成连续极化状态调制；步骤二：对发射的高阶连续极化信号进行解调；采用斯托克斯参数提取的方法，对发射的高阶连续极化调制信号进行解调。