一種基于零信號的BPSK調(diào)制技術(shù)

林國彪 謝映海

【摘要】在數(shù)字無線通信系統(tǒng)中，在不影響頻譜利用率的前提下，為進(jìn)一步降低信息傳輸錯誤率，在傳統(tǒng)BPSK調(diào)制技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了一種含零信號的改進(jìn)型BPSK調(diào)制技術(shù)。該調(diào)制技術(shù)對其還未進(jìn)行信道交織的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的預(yù)處理，使得系統(tǒng)獲得一定的誤比特率性能增益。

【關(guān)鍵詞】BPSK 零信號 功率差異

在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，數(shù)字調(diào)相具有頻帶利用率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外廣泛采用。而BPSK調(diào)制體制由于其較高的可靠性，應(yīng)用最廣泛。尤其是在信道條件較差，或在一些比較重要信息的傳輸過程中，如ACK/NACK信息、控制信道信息和幀格式指示信息等，為提高信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，發(fā)送端除了采用碼率較低的信道編碼方式，在調(diào)制方式上也往往采用最低階的BPSK調(diào)制方式。

傳統(tǒng)調(diào)制方式的信號波形是通過幅度，相位或頻率，或者兩個或多個信號參數(shù)的組合的差異來攜帶一定量的數(shù)字信息。目前在BPSK調(diào)制方而研究主要有：李素平等分析了相關(guān)解調(diào)、匹配濾波和相關(guān)接收3種方法的性能；侯銀濤等提出了一種BPSK直接序列擴(kuò)頻接收機(jī)設(shè)計方案：李炎新等提出了一種新型的基于自適應(yīng)濾波算法的解調(diào)BPSK信號的方法。

本文引入一種新的波形差別方式一功率差異，其核心思想是發(fā)射端往BPSK調(diào)制方式生成的能量信號波形中的不同位置按照一定映射關(guān)系插入零信號，而接收端通過對該區(qū)間位置的定位來獲得部分信息。該方法在不影響頻譜利用率的前提下，進(jìn)一步降低了信息傳輸錯誤率。

一、傳統(tǒng)型的BPSK調(diào)制方式

如果某組的第7、8個位置的數(shù)值為-1、1，則將該組的第1、2位置的值轉(zhuǎn)換到第7、8位置，再把第1、2位置的值換成O、0，其它位置的數(shù)值保持不變；如果某組的第7、8個位置的數(shù)值為-1、-1，則將該組的第3、4位置的值轉(zhuǎn)換到第7、8位置，再把第3、4位置的值換成0、0，其它位置的數(shù)值保持不變；如果某組的第7、8位置的數(shù)值為1、-l，則將該組的第5、6位置的值轉(zhuǎn)換到第7、8位置，再把第5、6位置的值換成0、0，其它位置的數(shù)值保持不變；如果某組的第7、8個位置的數(shù)值為1、1，則將該組的第7、8位置的值換成0、0，其它位置的數(shù)值保持不變。

二元數(shù)據(jù)流經(jīng)過上述處理后將變成三元數(shù)據(jù)流，且其中有1/4的數(shù)據(jù)值為0，剩下的3/4為l或-1。對三元數(shù)據(jù)流進(jìn)行信道交織并進(jìn)行調(diào)制時，如果數(shù)值為1或-1，則采用傳統(tǒng)BPSK調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制；如果數(shù)值為0，則對應(yīng)的發(fā)射信號為不含任何能量的空信號。

三、性能分析及仿真結(jié)果

在傳統(tǒng)波形的信息攜帶方式的基礎(chǔ)上，該方案進(jìn)一步把零信號位置的不確定性也當(dāng)作是一種數(shù)字信息的承載方式，從而提供了一種改進(jìn)型的BPSK調(diào)制方式，且構(gòu)造出一些較為特殊的發(fā)射波形。

不失一般性，假定經(jīng)過充分交織的每組8比特信息對應(yīng)的發(fā)射信號經(jīng)歷了不同的衰落情況。則從基帶信號的角度出發(fā)，式（l）中矩陣元素可以表示為

相對于傳統(tǒng)BPSK調(diào)制技術(shù)而言，改進(jìn)后調(diào)制技術(shù)具有明顯優(yōu)勢：

1）利用錯誤率遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)BPSK調(diào)制方式誤比特率的零元素位置定位算法，可以使得1/4的傳輸數(shù)據(jù)獲得比其它3/4的傳輸數(shù)據(jù)要低的多的傳輸錯誤率。這種特性在一些帶有不同權(quán)重的數(shù)據(jù)傳輸場景中十分有用，把權(quán)重高的數(shù)據(jù)分配在第7和8個比特位，權(quán)重低的數(shù)據(jù)分配在第1-6個比特位。

2）由于有1/4的數(shù)據(jù)僅使用時域資源，不使用功率資源，節(jié)省的功率可以分配給其它3/4的數(shù)據(jù)傳輸過程，從而提高這些數(shù)據(jù)的傳輸準(zhǔn)確性。

四、結(jié)束語

本文的思想是在傳統(tǒng)BPSK調(diào)制技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了一種含零信號的改進(jìn)型BPSK調(diào)制技術(shù)。使用該調(diào)制技術(shù)的發(fā)射信號中1/4為不含任何能量的零信號，剩下的3/4為傳統(tǒng)的BPSK能量信號。在平均發(fā)射功率相同且接收信號的信噪比達(dá)到一定門檻后，接收端對零信號位置的定位算法的錯誤率可以遠(yuǎn)小BPSK信號的誤比特率；另外零信號區(qū)間的功率可以轉(zhuǎn)移到剩余其它的能量信號，降低這些信號的信息傳輸錯誤率。通過仿真表明比起傳統(tǒng)BPSK調(diào)制方式，改進(jìn)后的調(diào)制方式在誤比特率上可以獲得較大的性能增益。