基于椭圆球面波信号的连续相位调制及其频谱性能分析.docx
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2022-06-02
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1 引言
在现有通信体制中可有效利用的频谱资源十分有限，调制信号的频带利用
率和功率效率是影响通信系统整体性能的重要因素。瑞典隆德大学 等
于
年 相 继 发 表 系 列 论 文 ， 系 统 阐 述 了 连 续 相 位 调 制 （
）技术，这类信号具有恒包络、较高的频带利用率和功率效率 、
受非线性器件影响小等特点
，是一种更为有效的数字相位调制方式，广泛应用
于移动通信、遥感测绘、卫星通信等领域
。现有的 信号的基带调频
信号主要包括矩形脉冲、升余弦脉冲、（类）高斯型脉冲等
。基于矩形脉冲的
典 型 信 号 如 连 续 相 位 频 移 键 控 （
!"#，$%&）、最小频移键控（ !"#，%&）信号，其
信号相位路径呈直线型，在码元转换点上相位连续但是存在拐点，导致其调制
信号高频滚降较慢；基于升余弦脉冲的 信号如正弦频移键控（
'(" !"#，%$%&）信号，与矩形脉冲相比，它将 信号的相
位路径进一步平滑，以获得高频滚降较快的已调信号；基于高斯滤波的 信
号，如高斯最小频移键控（# !"# ，)%&）信号，
是先将矩形窗经过高斯滤波后，再进行调制，同时增加了“编码效应”，使得
信号频谱性能不但带外衰减更快，而且占用带宽较小
。不同的基带调频
信号决定了 调制信号不同的频谱性能， 调制方法通过不断引入时域
波形更光滑、时频能量聚集性能更优的基带调频脉冲信号，使得 调制信号
相位路径的平滑程度不断改善，得以提高 调制信号频谱性能。
椭圆球面波函数（''*+ ，%,$）是由美国
贝尔实验室 % 与 !等
-
提出的一类非正弦函数集合，具有最优时
频能量聚集性、时间带宽积灵活可控性、完备性、双正交性、时域奇偶对称性
等优良基础特性
，在雷达、信号处理、光学、物理（波现象、流体动力学）等
领域都有所应用
。在相同参数条件下，相对于 调制采用的矩形脉冲、
升余弦脉冲、（类）高斯型脉冲等基带调频脉冲信号，零阶椭圆球面波信号
（以下简称“-阶 %,$.）又是 %,$ 集中最佳时频能量聚集性信号
。且在多
载波通信系统中，通过引入 %,$ 作为基带信号波形，替代矩形脉冲信号，能
够有效提升系统性能
。那么相对于 常用基带调频信号，如果将具有更优
基础特性的 %,$ 信号作为 基带调频脉冲信号，引入 调制，有望进
一步提高 调制信号的能量聚集性和频谱效率。
查阅文献可知，目前国内外学者，对于 技术研究主要体现在两个方面：
一是研究不同基础波形对连续相位调制信号性能影响，如不同基带调频脉冲信
号，结合不同调制参数，研究不同性能的 信号
-
；二是研究
相关联技术、与现有技术结合（如 与编码技术、扩频技术、多载波频分复
用技术等相结合）以及对现有 相关技术改进等方面内容
。从基础波形
的角度对 信号的研究，将椭圆球面波信号应用于 ，还未见到有相关
报道和研究工作，故本文探索性的将 %,$ 信号引入 ，对基于 %,$的
信号（/%,$0%,$）进行研究，并与基于矩形脉
冲的最小频移键控、基于升余弦脉冲的正弦频移键控、基于高斯滤波的高斯最
小频移键控以及基于高斯脉冲的 信号性能进行了对比分析。
2 CPM-PSWF 信号产生
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