2024年4月5日发(作者：)

第３１卷第４期　

２０１５年４月　

信　号　处　理　

ＪＯＵＲＮＡＬ　０Ｆ　ＳＩＧＮＡＬ　ＰＲ０ＣＥＳＳＩＮＧ　

Ｖｏ１．３１　Ｎｏ．４　

Ａｐｒ．２０１５　

ＭＰＰＳＫ调制的跳时多址研究　

张鹏吴乐南　

（东南大学信息科学与工程学院，江苏南京２１００９６）　

摘要：研究了一种ＭＰＰＳＫ调制的跳时多址实现方法。发送端对时域连续的正弦载波进行调制，根据用户唯一　

分配的跳时图案及待发送的符号，在相应的时隙产生相位跳变，非跳变处都是正弦波；接收端将信号通过冲击　

滤波，依据传输时延及跳时图案获得相应时隙的包络值，进行检测判决。通过仿真，对比了相同调制参数下跳　

时多址ＭＰＰＳＫ与非跳时ＭＰＰＳＫ的误码性能。结果表明：在各用户跳时图案正交的情况下，跳时调制的ＭＰＰＳＫ　

信号并未损失误码性能，验证了此种跳时多址实现方法的可行性和有效性。　

关键词：多元位置相移键控；冲击滤波器；跳时；多址　

中图分类号：ＴＮ９１１．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—０５３０（２０１５）０４—０３８６—０７　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｔｉｍｅ－－ｈｏｐｐｉｎｇ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ａｃｃｅｓｓ　ｏｆ　ＭＰＰＳＫ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　

ＺＨＡＮＧ　Ｐｅｎｇ　ＷＵ　Ｌｅ—ｎａｎ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ｈｆｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ　２１００９６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ—ａｃｃｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍ—ａｒｙ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｐｈａｓｅ　ｓｈｉｔｆ　ｋｅｙｉｎｇ（ＭＰＰＳＫ）ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，　

ａ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｉｍｅ—ｈｏｐｐｉｎｇ．Ｔｈｅ　ＭＰＰＳＫ　ｔｉｍｅ—ｈｏｐｐｉｎｇ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｄｉａｇｒａｍ　ａｎｄ　ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ　

ｄｉａｇｒａｍ　ｗｅｒｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ　ｓｅｎｄｉｎｇ　ｓｉｇｎａｌ　ｗａｓ　ｍｏｄａｌａｔｅｄ　ｏｎ　ａ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｓｉｎｅ　ｗａｖｅ，ｏｆ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｐｈａｓｅ　

ｊｕｍｐｅｄ　ｉｎ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｓｌｏｔｓ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｙｍｂｏｌｓ　ｒｅａｄｙ　ｔｏ　ｓｅｎｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ—ｈｏｐｐｉｎｇ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｅｘｃｌｕｓｉｖｅｌｙ　ａｓ—　

ｓｉｇｎｅｄ　ｔｏ　ｏｎｅ　ｕｓｅｒ．Ｔｈｅ　ｅｎｖｅｌｏｐｅ　ｉｎ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｓｌｏｔｓ　ｗａｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｆｏｒ　ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　

ｄｅｌａｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ—ｈｏｐｐｉｎｇ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ａｆｔｅｒ　ｒｅｃｅｉｐｔ　ｓｉｇｎａｌ　ｐａｓｓｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔｉｎｇ　ｆｉｌｔｅｒ．Ｂｙ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｂｉｔ　ｅｒｒｏｒ　

ｒａｔｅ（ＢＥＲ）ｏｆ　ｔｉｍｅ－ｈｏｐｐｉｎｇ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ—ａｃｃｅｓｓ　ＭＰＰＳＫ　ａｎｄ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｎｏｎ—ｔｉｍｅ—ｈｏｐｐｉｎｇ　ＭＰＰＳＫ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｓａｎｌｅ　

ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｉｍｅ—ｈｏｐｐｉｎｇ　ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　ＭＰＰＳＫ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｄｏｎ’ｔ　ｌｏｓｅ　ＢＥＲ　ｐｅｒｆｏｒｍ—　

ａｎｃｅ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ—ｈｏｐｐｉｎｇ　ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｕｓｅｒｓ　ａｒｅ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ，ｔｈｕｓ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｔｉｍｅ－ｈｏｐｐｉｎｇ　

ｍｕｌｔｉｐｌｅ—ａｃｃｅｓｓ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　Ｍ—ａｒｙ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｐｈａｓｅ　ｓｈｉｆｔ　ｋｅｙｉｎｇ；ｉｍｐａｃｔｉｎｇ　ｆｉｌｔｅｒ；ｔｉｍｅ—ｈｏｐｐｉｎｇ；ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ａｃｃｅｓｓ　

１　引言　

无线多媒体等新兴通信业务的高速发展与有　

控（３ＰＲＫ）　等一系列具有高频谱利用率的调制方　

式；在国内，以扩展的二元相移键控（ＥＢＰＳＫ）为代　

表的一系列高效调制技术应运而生　Ｊ，文献［８］将　

ＥＢＰＳＫ调制推广到多元位置相移键控（Ｍ—ａｒｙ　ｐｏｓｉ．　

ｔｉｏｎ　ｐｈａｓｅ　ｓｈｉｎ　ｋｅｙｉｎｇ，ＭＰＰＳＫ）调制，在保持信号　

发射功率和传输带宽不变的同时，使信息传输速率　

限的无线频谱资源成为现代无线通信领域的一对　

主要矛盾，在有限的频带内获得更高的频谱效率是　

新一代无线通信系统的核心指标。在此背景下，最　

早由美国工程师Ｗａｌｋｅｒ提出了可变相移键控　

成倍增加。文献［９］利用ＭＰＰＳＫ调制信号的时域　

波形特点和冲击滤波器的特殊滤波机理，提出了基　（ＶＰＳＫ）　、甚小移键控（ＶＭＳＫ）　以及脉位反相键　

收稿日期：２０１４—０７—０４；修回日期：２０１４—１２—２５　

基金项目：国家科技支撑计划（２０１２ＢＡＨＩ５Ｂ０２）；国家自然科学基金（６１２７１２０４）资助　

第４期　张鹏等：ＭＰＰＳＫ调制的跳时多址研究　３８７　

于冲击滤波器的ＭＰＰＳＫ调制解调器实现结构。　

目前，关于ＭＰＰＳＫ调制的研究主要针对单用户　

最后通过误码率仿真，验证了这种跳时多址实现方法　

的可行性。　

通信，当涉及到多用户时，如何抑制多用户干扰是　

必须考虑和研究的问题。合理的多址传输方式能　

够减小多用户干扰，从而提高用户容量。跳时多址　

２　ＭＰＰＳＫ调制和冲击滤波器　

２．１　ＭＰＰＳＫ调制原理　

技术　叫形成的信号具有时域稀疏性，结合ＭＰＰＳＫ调　

制信号占空比极小的特点，可以将跳时多址技术用于　

实现ＭＰＰＳＫ调制的多用户通信。本文研究了一种　

ＭＰＰＳＫ调制的跳时多址实现方法，包括ＭＰＰＳＫ跳时　

ＭＰＰＳＫ调制　０是一种可对位置和相移均进行　

键控的二维调制，主要利用信息序列在一个码元周　

期内对正弦载波的不同位置进行相移键控。与ＥＢ　

ＰＳＫ相比，在相同的码元周期内，ＭＰＰＳＫ可传输更　

多的信息数据。在一个码元周期内，ＭＰＰＳＫ调制的　

表达式为：　

ｋ＝０　

调制信号的产生和检测，发送端在时域连续的正弦载　

波上进行调制，而接收端通过冲击滤波器进行检测。　

ｓｉｎ　ｔ　

０≤　＜Ⅳ　

ｒｓｉｎ　ｃｔ　

（ｔ）＝　

Ｊｌ　、　

　一１）ＫＴ＜ｔ＜（ｋ—ｒｇ）ＫＴ，０≤　≤兀　１≤　≤　一１　

ｓｉｎ（ｔｏ　ｔ＋Ｏ）　

（

０≤　≤（　一１）ＫＴ　

Ｉ【　ｓｉｎｔｏ

ｔ　

ｃ

（ｋ－ｒｇ）ＫＴ＜．ｔ＜ＮＴ　

其中，　＝０，１，…，Ｍ一１为发送的信息序列，　为载　

波角频率，　＝２ｘ／ｔｏ　为载波周期，０≤　＜１为符号保　

护间隔控制因子，Ⅳ是一个符号周期所含的载波周　

期数量，Ｋ表示相位跳变持续的载波周期数量。由　

、

其中Ｄ＜Ｇ，Ｆ为常数，ｚｄ（ｄ＝１，２，…，２Ｄ）为冲击滤　

波器的零点，Ｐ　（ｇ＝１，２，…，２Ｇ）为冲击滤波器的　

极点。图１给出了一种冲击滤波器的幅频响应，　

该冲击滤波器由１对共轭零点和３对共轭极点组　

Ⅳ、　和０以及　共同构成了改变信号带宽、传输　

成。可以看出中心频率处具有很窄的通带，且呈　

现出“陷波．选频”特性。将式（２）写成部分分式的　

形式：　

ｓ）：　＋　．＋　

ｓ—ｌｐ２　

效率和解调性能的“调制参数”。当Ｍ＝２和　＝０　

时，ＭＰＰＳＫ退化成ＥＢＰＳＫ，因此在一定程度上，可以　

称ＭＰＰＳＫ为扩展的ＥＢＰＳＫ，覆盖范围更广，且使用　

更灵活。　

２．２冲击滤波器　

（３）　

ｓ－Ｐｌ　ｓ－ｐ２　

其中ｙｌ，ｙ２，…，ｙ２。为待定系数。由信号分析理论可　

知，冲击滤波器的时域冲激响应为　

ｈ（ｔ）＝Ｙ１ｅ　（ｔ）＋ｙ　ｅ　Ｕ（ｔ）＋…＋　Ｇｅ心　Ｕ（ｔ）　

２Ｇ　

＝

冲击滤波器¨　是一类特殊的无限冲击响应　

（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ　ｉｍｐｕｌｓｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ＩＩＲ）数字滤波器，在通带　

内具有极窄的“陷波一选频”特性，在滤除噪声的同　

时，可将ＥＢＰＳＫ调制信号的相位跳变转化为幅度过　

冲，大大增强了调制特征，有利于判决；由于冲击滤　

波器的特殊滤波机理，信号前端不需要常规滤波　

∑ｌｉｍｅ　（ｆ）　（４）　

其中Ｕ（ｔ）为单位阶跃信号。文献［１３］对调制信号　

经过冲击滤波器后的时域响应进行了分析，揭示了　

相位突变信号通过冲击滤波器后具有幅度跳变的　

原理。　

器，接收信号可直接通过冲击滤波器。此滤波器同　

样也适用于ＭＰＰＳＫ调制信号的解调，只不过当肘＞　

２时，幅度冲击在码元周期内出现的位置不同。　

冲击滤波器由Ｄ对共轭零点和Ｇ对共轭极点　

组成，其系统函数可用下式来表示：　

２Ｄ　

冲击滤波器需要依照一定的设计准则¨　进行　

设计。由于零极点的偏移与滤波器阶数有关，阶数　

越高，系数量化效应的影响越大；同时，阶数越高，　

中间运算也越多，对硬件的处理速度也更高，因此　

ＩＩ（ｓ—ｚａ）　

日（ｓ）＝Ｆ　—一　（２）　

ｎ（ｓ—Ｐ　）　

冲击滤波器在硬件实现时一般采用一阶或二阶的　

基本网络进行级联。　

３８８　信　号　处　理　第３１卷　

暂时存储在缓存器中，等待自己发送时隙的到来。　

对于图２中的每个Ｍ进制符号，发射机产生一个时　

域矩形脉冲Ｐ［ｔ一（　一１）　］，其中ｉ表示码元序号，ｉ＝　

１，２，３，…；Ｐ（ｔ）定义在［０，　）上，并且归一化为　

Ｉｒ　／　，２（　）ｄｔ＝　，其中　＝（１—　）　，为ＭＰＰＳＫ调制　

０　

的跳变时长。图２中的｛ｔ　｝为分配给用户ｎ的ＰＮ　

（Ｐｓｅｕｄｏ．Ｎｏｉｓｅ，伪随机噪声）码跳时图案，其中ｔ　为　

满足０≤　≤Ｑ一１的整数值，Ｑ为每个符号周期的码　

片数；ＰＮ码跳时图案由ＰＮ码发生器产生的ＰＮ码　

图１　冲击滤波器幅频响应　

Ｆｉｇ．１　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔｉｎｇ　ｆｉｌｔｅｒ　

序列控制。每个符号周期分为Ｑ个码片，每个码片　

持续时间为　秒，跳时图案对每个Ｍ进制符号中　

３　ＭＰＰＳＫ跳时调制　

３．１　ＭＰＰＳＫ跳时信号的生成　

的时域脉冲增加了一个依赖于ＰＮ码的时移，该时　

移为一个离散的时间值￡　，满足０≤ｔｎＴｃ≤（Ｑ一　

从ＭＰＰＳＫ调制的表达式（１）可以看出，ＭＰＰＳＫ　

调制信号在时域上表现为一连串的正弦波中出现　

了极短时间的跳变。可以把ＭＰＰＳＫ调制过程看成　

１）　。根据这个时移可得到信号脉冲Ｐ［ｔ一（ｉ一１）　

—

ｔ　］。　

在ＭＰＰＳＫ跳时系统中，每个码片持续时间进一　

是对一连串正弦波中某些时刻波形相位的改变。　

以　＝兀时为例，跳变波形可以表示为一２ｓｉｎｔＯ　ｔ与正　

步分为Ｍ一１个时隙，每个时隙长度为　：ＫＴ秒。　

跳时图案确定了跳变发生的码片，而Ｍ进制符号ｋ　

确定了该码片中跳变发生的时隙。如图２中所示，　

弦信号ｓｉｎ　ｔ的叠加。　

由此，ＭＰＰＳＫ跳时多址的调制可以在一连串　

的正弦波上操作。ＭＰＰＳＫ跳时系统发射机的实现　

原理如图２所示（设０＝兀），在一个符号周期　＝　

Ⅳ　秒内，用户ｎ待发送的ｂ＝ｌｏｇ　Ｍ位消息加载到　

Ｍ进制符号缓存器中。我们把这个ｂ位的符号表　

示为ｋ　，且ｋ　∈｛０，１，…，　一１｝。Ｍ进制符号ｋ　

分为两种情况，若ｋ　＝０，则将脉冲置零；若ｋ　≠０，则　

将脉冲延迟（ｋ　一１）Ｔｈ秒，产生一一个时域脉冲Ｐ［ｔ一　

（ｉ－１）ｒ，－ｔ　一（　－１）　］。之后，所得到的脉冲对　

角频率为　的波形一２ｓｉｎｔＯ　ｔ进行调制，再与正弦波　

ｓｉｎｏ９　ｔ相叠加。则用户ｎ第ｉ个Ｍ进制符号的发射　

信号可以表示为　

ｋ　＝０　

（５）　

Ｐ［ｔ一（　一１）　—ｔ　一（ｋ．－１）　］×（－２ｓｉｎｔｏ　ｔ）＋ｓｉｎｔＯ　ｔ　１≤｜ｊ｝　￣＜Ｍ－１　

其中（ｉ一１）　≤ｔ＜　Ｔｓ。可以看出，式（５）与式（１）具　

不同。　

有相同的时域结构，即当发射符号０时，符号周期内　

只有正弦波ｓｉｎｔＯ　ｔ；发射非０符号时，只在很短的时　

ＭＰＰＳＫ跳时调制的实现原理可以通过图３示　

例进一步说明。该例假设Ｍ＝８，每个码片长度　

内的时隙数为Ｍ一１＝７，每个符号周期的码片数为　

段内跳变为一ｓｉｎ∞　ｔ，其他时段都是正弦波ｓｉｎｔＯ　ｔ，　

说明ＭＰＰＳＫ跳时调制保持了ＭＰＰＳＫ的调制特征。　

与一般的ＭＰＰＳＫ调制不同的是，ＭＰＰＳＫ跳时调制　

加入了跳时图案，跳变位置依赖于跳时图案，同一　

个Ｍ进制符号在符号周期中跳变的位置会有所　

Ｑ＝４。假设相应于６个符号周期发送６个　进制符　

号，待发送符号序列为｛ｋ　｝＝｛５，２，０，７，４，３｝，其跳　

时图案为ｔ　＝｛２，０，３，１｝，跳时图案在时间上循环延　

伸为｛２，０，３，１，２，０，３，１，２，０，…｝。　

第４期　张鹏等：ＭＰＰＳＫ调制的跳时多址研究　３８９　

图２　ＭＰＰＳＫ跳时调制的发射机框图　

Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ＭＰＰＳＫ　ｔｉｍｅ—ｈｏｐｐｉｎｇ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｄｉａｇｒａｍ　

因此，根据式（５），可以推出跳变时隙的集合处　

时域上无本质区别，因而仍可通过冲击滤波器进行　

于以下位置：　

检测判决。如图４所示，ＭＰＰＳＫ跳时信号通过冲击　

［０Ｔ，＋２　＋４　，０Ｔ，＋２　＋５　），　滤波器后，相位跳变转化为幅度过冲，冲击滤波输　

［１Ｔｓ＋０　＋１　，１　＋０　＋２　）　出的绝对值取包络后能够突出调制信息。　

第３个符号周期内不会出现跳变，　

１　

［３Ｔ，＋ｌ　＋６　，３Ｔ，＋ｌＴｏ＋７　）　

。　

［４　＋２　＋３　，４　＋２　＋４Ｔｈ），　

一

１　

Ｏ　５００　１０００　１５００　２０００　２５００　

采样点数　

［５　＋０　＋２　，５　＋０　＋３Ｔｈ）　

（ａ）ＭＰＰＳＩ￣６时波形　

如图３所示，相应的跳变时隙用黑杠表示，跳变　

２００　

发生在跳变时隙中，除跳变外的其他时段都是正弦　

警　ｏ　

．

２００　

波ｓｉｎｔｏ　ｔ，其中第３个符号为０，符号周期内不会出　

Ｏ　５００　ｌ０００　１５００　２０００　２５００　

采样点数　

现跳变。　

（ｂ）冲击滤波输出　

采样点数　

（ｃ）取包络　

图４　ＭＰＰＳＫ跳时信号的冲击滤波输出　

Ｆｉｇ．４　Ｉｍｐａｃｔｉｎｇ　ｆｉｌｔｅｒ　ｏｕｔｐｕｔ　ｏｆ　ｔｉｍｅ—ｈｏｐｐｉｎｇ　

２　３　４　珥　３　５　ｉ　２　３　

ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　ＭＰＰＳＫ　ｓｉｇｎａｌ　

图３　ＭＰＰＳＫ跳时调制的图形表示　

基于冲击滤波器，用于检测ＭＰＰＳＫ跳时信号的　

Ｆｉｇ．３　Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　

接收机框图如图５所示。假设接收机已经实现接收　

ＭＰＰＳＫ　ｔｉｍｅ—ｈｏｐｐｉｎｇ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　

信号的同步，因此可获得传输时延　的准确估计。　

３．２　ＭＰＰＳＫ跳时信号的检测　

另外，假设接收机中本地ＰＮ发生器产生了一个跳　

ＭＰＰＳＫ跳时信号与普通的ＭＰＰＳＫ调制信号在　时图案副本，即与发射机中相同的跳时图案。根据　

３９０　信　号　处　理　第３１卷　

传输时延　，在第　个符号中，脉冲发生器为第　个　

符号产生一个时域脉冲Ｐ［ｔ一（ｉ一１）　一　］；跳时图　

案发生器输出相应的跳时图案值ｔ　，时域脉冲延迟　

ｔ　秒，变为Ｐ［ｔ一（ｉ一１）　—ｔｎ　一　］。然后该脉冲　

分别经过０Ｔｈ，１Ｔｈ，…，（　一２）　延迟后与接收信号　

ｒ（ｔ）的冲击滤波输出绝对值的包络相乘，得到Ｍ一１　

个判决变量，即Ａ　４　，…，Ａ　ｌ１ｏ　

删愀　泵　

图５　ＭＰＰＳＫ跳时信号的接收机框图　

Ｆｉｇ．５　Ｔｈｅ　ＭＰＰＳＫ　ｔｉｍｅ—ｈｏｐｐｉｎｇ　ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｄｉａｇｒａｍ　

上述过程相当于依据传输时延　以及跳时图　

案值ｔ　，将判决区域准确定位到符号周期中的某个　

跳时码片上，并将该码片中Ｍ一１个时隙的包络值取　

出作为判决变量。由于经过冲击滤波器后，相位跳　

变处的包络值要大于其他位置，因此只要设置合适　

的门限，利用所得到的Ｍ一１个判决变量，就可以检　

测出所传输的Ｍ进制符号。在没有噪声干扰的条　

件下，与６个８进制发送符号｛５，２，０，７，４，３｝对应　

的判决变量可以表示成图６所示，其中Ａ　为判决门　

限，发送符号为０时，所得到的判决变量都小于门限　

值；发送符号不为０时，只有以发送符号为序号的判　

决变量大于门限值。　

在有噪声干扰的实际场景中，我们就从这些判　

决变量中选取最大者进行检测判决。具体判决方　

式为：先得到Ｍ一１个判决变量Ａ　，　，…，Ａ　）中　

的最大值，若该最大值小于判决门限，则该符号为　

０；若该最大值大于判决门限，则最大值对应的判决　

变量的序号就是输出的符号值。　

＿大　口　

５　２　０　７　４　３　

发送符号　

图６　ＭＰＰＳＫ跳时信号检测判决的图形表示　

Ｆｉｇ．６　Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＭＰＰＳＫ　

ｔｉｍｅ—ｈｏｐｐｉｎｇ　ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　

４　ＭＰＰＳＫ调制的跳时多址　

在ＭＰＰＳＫ跳时多址通信中，每个用户通过特有　

的跳时图案动态分配时隙，假设任何两个用户的跳　

时图案具有正交性，那么可以在接收端通过唯一的　

跳时图案区分多个用户。　

表１跳时图案分配　

Ｔａｂ．１　Ｔｈｅ　ｔｉｍｅ－ｈｏｐｐｉｎｇ　ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ　ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ　

用户　跳时图案　

以４用户为例，每个符号周期　被划分成４个　

码片，跳时图案按照表１所示进行分配时，多用户干　

扰可以避免，ＭＰＰＳＫ多址通信不会发生冲突。　

ＭＰＰＳＫ跳时多址原理可通过以下图例进一步　

加以理解。图７给出了６个连续符号里两个用户发　

送的跳时信号。除了公共的参数Ｍ＝８，Ｑ＝４外，用　

户１的跳时图案为ｔ　＝｛２，０，３，１｝，用户２的跳时图　

第４期　张鹏等：ＭＰＰＳＫ调制的跳时多址研究　３９１　

案为ｔ　＝｛０，３，１，２｝；用户１发送的８进制符号为ｋ　

＝５，２，０，７，４，３，用户２发送的为ｋ２＝３，２，７，５，４，６。　

黑杠代表用户１的跳变时隙，斜杠代表用户２的跳　

变时隙，从图７中可以看到，采用了正交跳时图案的　

两个用户，即使同一符号周期内发送相同的符号，　

跳变时隙也不会发生碰撞。　

４　５　２　。　

图７　ＭＰＰＳＫ两用户跳时信号的图形表示　

Ｆｉｇ．７　Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｔｉｍｅ－　

ｈｏｐｐｉｎｇ　ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　ＭＰＰＳＫ　ｓｉｇｎａｌｓ　

假设采用同步传输，即传输时延　＝　＝…，若　

希望解调第凡个用户的信号，则接收机需要利用第　

ｎ个用户的跳时图案｛ｔ　｝，按照图５所示的接收框　

图进行检测。　

仿真了ｕｌ，ｕ２两用户跳时多址信号通过冲击　

滤波器后的包络波形，如图８所示。为了便于考察　

两用户的判决变量在时域上的叠加情况，一并仿真了　

两用户分别通过冲击滤波器后的包络波形。可以看　

出，在两用户跳时图案正交的情况下，各自的冲击包　

络不会重叠，所得到的判决变量不会受到干扰。　

采样点数　

（ａ）用户ｌ包络　

采样点数　

（ｂ）用户２包络　

采样点数　

（ｃ）混合信号包络　

图８　ＭＰＰＳＫ两用户跳时信号的冲击包络　

Ｆｉｇ．８　Ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔｉｎｇ　ｅｎｖｅｌｏｐｅｓ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｔｉｍｅ・　

ｈｏｐｐｉｎｇ　ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　ＭＰＰＳＫ　ｓｉｎｇａｌｓ　

５误码率仿真　

以两用户为例，分别仿真了ＭＰＰＳＫ跳时多址用　

户１和用户２的误码率，并与相同调制参数的非跳　

时ＭＰＰＳＫ误码率进行对比，考察采用跳时多址调制　

的ＭＰＰＳＫ信号的误码性能。仿真工具选用Ｍａｔｌａｂ　

软件，两用户的公共调制参数为载频．　＝　／２ｒｅ＝　

１０ＭＨｚ，Ｍ＝８，Ｋ＝２，Ｎ＝５６，Ｑ＝４，０＝兀，ｒ　＝０，用户１　

的跳时图案为ｔ　＝｛２，０，３，１｝，用户２的跳时图案为　

ｔ　＝｛０，３，１，２｝，加性高斯白噪声（ＡＷＧＮ）信道。仿　

真结果如图９所示。　

图９误码率对比　

Ｆｉｇ．９　ＢＥＲ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　

可以看出，两个用户均能正常解调，误码率性　

能与非跳时８ＰＰＳＫ相近。说明跳时图案正交时，经　

过跳时调制的ＭＰＰＳＫ信号并未损失误码性能，因而　

可实现多址传输，多个用户共享同一物理信道而不　

会造成干扰，验证了本文所述ＭＰＰＳＫ调制跳时多址　

实现方法的可行性和有效性。　

６结论　

本文研究了一种ＭＰＰＳＫ调制的跳时多址实现　

方法，将跳时多址技术与ＭＰＰＳＫ调制技术相结合，　

实现了ＭＰＰＳＫ调制的多址通信。相互通信的收发　

信机采用同一跳时图案，发信机在时域连续的正弦　

载波上进行调制，利用跳时图案控制跳变发生的时　

隙；接收机对信号冲击滤波后，利用与目标用户相　

同的跳时图案跟踪接收。任意两个用户的跳时图　

案正交，从时间上避免了与其他用户在接收端发生　

的碰撞，从而保证了用户之间信息传输的可靠性，　

３９２　信　号　处　理　第３１卷　

实现了多址接人。仿真结果表明，此方法能够使多　

个用户共享同一物理信道而不互相干扰，提高了系　

统容量和传输效率，为ＭＰＰＳＫ调制的多址通信提供　

了一种参考方案。　

参考文献　

Ｗａｌｋｅｒ　Ｈ　Ｒ．Ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｂｉｎａｒｙ　ｄａｔａ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓ—　

ｔｅｍ［Ｐ］．ＵＳ　Ｐａｔｅｎｔ　４７４２５３２，１９８８．　

［２］　

Ｗａｌｋｅｒ　ｔｔ　Ｒ，Ｓｔｒｙｚａｋ　Ｂ，Ｗａｌｋｅｒ　Ｍ　Ｌ．Ａｔｔａｉｎ　ｈｉｇｈ　ｂａｎｄ－　

ｗｉｄｔｈ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　ｗｉｔｈ　ＶＭＳＫ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ『Ｊ］．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓ　

＆ＲＦ，１９９７，３６（１３）：１７３—１８６．　

［３］　

Ｗａｌｋｅｒ　Ｈ　Ｒ．Ｄｉｇｉｔａｌ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｎ　ａ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　

ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓａ／ｎｅ［Ｐ］．ＵＳ　Ｐａｔｅｎｔ　６４４５７３７，２００２．　

［４］　

Ｚｈａｎｇ　Ｓ　Ｋ．Ｗｕ　Ｌ　Ｎ．Ｒａｉｓｅ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　ｗｉｔｈ　ｅｘ—　

ｔｅｎｄｅｄ　ＢＰＳＫ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ［Ｃ］∥Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　１　ｌ　ｔｈ　

Ｗｏｒｌｄ　Ｍｕｌｔｉ—Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｉｃｓ，Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ　ａｎｄ　

Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｅｓ．Ｏｒｌａｎｄｏ，Ｆｌｏｒｉｄａ，ＵＳＡ，２００７：２４２—２４６．　

［５］　

Ｗｕ　Ｌ　Ｎ，Ｆｅｎｇ　Ｍ，Ｑｉ　Ｃ　Ｈ，ｅｔ　ａ１．Ｒｅｃｅｎｔ　ｐａｔｅｎｔｓ　ｏｎ　ｕｌｔｒａ　

ｎａｒｒｏｗ　ｂａｎｄ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｒｅｃｅｎｔ　Ｐａｔｅｎｔｓ　ｏｎ　Ｓｉｇｎａｌ　

Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１１，１（１）：３６—４７．　

［６］　

靳一，吴乐南，余静，等．多元位置随机极性ＣＰ—ＥＢ—　

ＰＳＫ调制解调器研究［Ｊ］．信号处理，２０１３，２９（１）：　

１０—１６．　

Ｊｉｎ　Ｙ，Ｗｕ　Ｌ　Ｎ，Ｙｕ　Ｊ，ｅｔ　ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｍ－ａｒｙ　ＣＰ—ＥＢ—　

ＰＳＫ　Ｍｏｄｅｍ　ｗｉｔｈ　Ｒａｎｄｏｍ—ｐｏｌａｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｉｎｇａｌ　

Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１３，２９（１）：１０—１６．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　

［７］　

Ｃｈｅｎ　Ｘ　Ｑ，Ｗｕ　Ｌ　Ｎ．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ａ　Ｈｉｇｈ　Ｒａｔｅ　

Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｂｉｎａｒｙ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｓｅｎ—　

ｓｏｒｓ，２０１３，１３（４）：４３２７—４３４７．　

［８］　

Ｗｕ　Ｌ　Ｎ，Ｑｉ　Ｃ　Ｈ．Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　

ｆ０ｒ　Ｍ—ａｒｙ　Ｐｕｌｓｅ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｈｉｔｆ　Ｋｅｙｉｎｇ（ＭＰＰＳＫ）［Ｐ］．　

ＣＮ　Ｐａｔ．Ｎｏ．２００７１００２５２０２．１，２００７．　

［９］　应鹏魁，吴乐南．一种新的ＭＰＰＳＫ调制解调器实现　

结构［Ｊ］．东南大学学报：自然科学版，２０１２，４２（２）：　

２０４—２０８．　

Ｙｉｎｇ　Ｐ　Ｋ，Ｗｕ　Ｌ　Ｎ．Ｎｅｗ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆＭＰＰＳＫ　ｍｏｄｅｍ［Ｊ］．　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ，　

２０１２，４２（２）：２０４－２０８．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　

［１ｏ］　

Ｙａｎｇ　Ｌ　Ｌ．Ｔｉｍｅ－Ｈｏｐｐｉｎｇ　Ｍｕｈｉｅａｒｒｉｅｒ　Ｃｏｄｅ—Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌ—　

ｔｉｐｌｅ—Ａｃｃｅｓｓ：Ｓｙｓｔｅｍ　Ｏｕｔｌｉｎｅ　ａｎｄ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｃ］∥　

Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　１７ｔｈ　Ａｎｎｕａｌ　ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍ－　

ｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｐｅｒｓｏｎａｌ，Ｉｎｄｏｏｒ　ａｎｄ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｒａｄｉｏ　Ｃｏｍｍｕｎｉ－　

ｃａｔｉｏｎｓ．Ｈｅｌｓｉｎｋｉ：ＩＥＥＥ　Ｐｒｅｓｓ，Ｓｅｐｔ．２００６：１－５．　

［１１］　冯熳，高鹏，吴乐南．超窄带调制信号的特殊滤波分　

析与仿真［Ｊ］．东南大学学报：自然科学版，２０１０，４０　

（２）：２２７－２３０．　

Ｆｅｎｇ　Ｍ，Ｇａｏ　Ｐ，Ｗｕ　Ｌ　Ｎ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　

ｓｐｅｃｉａｌ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｕｌｔｒａ　ｎａｒｒｏｗ　ｂａｎｄ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　

ｓｉｎｇａｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉ・　

ｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ，２０１０，４０（２）：２２７－２３０．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　

［１２］　

Ｆｅｎｇ　Ｍ，Ｗｕ　Ｌ　Ｎ，Ｇａｏ　Ｐ．Ｆｒｏｍ　ｓｐｅｃｉａｌ　ａｎａｌｏｇｏｕｓ　ｃｒｙｓｔａｌ　

ｉｆｌｔｅｒｓ　ｔｏ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｉｍｐａｃｔｉｎｇ　ｉｆｌｔｅｒｓ［Ｊ］．Ｄｉｉｇｔａｌ　Ｓｉｎｇａｌ　Ｐｒｏ—　

ｃｅｓｓｉｎｇ，２０１２，２２（４）：６９０－６９６．　

［１３］　苗圃，吴乐南，王继武，等．多元位置相移键控的相干　

相关解调器［Ｊ］．信号处理，２０１４，３０（６）：６１５—６２２．　

Ｍｉａｏ　Ｐ，Ｗｕ　Ｌ　Ｎ，Ｗａｎｇ　Ｊ　Ｗ，ｅｔ　ａ１．Ａ　ＭＰＰＳＫ　Ｄｅｍｏｄｕ－　

ｌａｔｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ．Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　Ｓｃｈｅｍｅ『Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　

ｏｆ　Ｓｉｎｇａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１４，３０（６）：６１５—６２２．（ｉｎ　Ｃｈｉ—　

ｎｅｓｅ）　

作者简介　

张鹏男，１９８５年生，湖北襄阳　

人，东南大学信息科学与工程学院博士研　

究生，研究方向为通信信号处理。　

Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｐｎｗｐｕ＠１６３．ｅｏｍ　

吴乐南　男，１９５２年生，安徽枞阳　

人，东南大学信息科学与工程学院教授、　

博士生导师，中国电子学会会士，中国通　

信学会和中国计算机学会高级会员，主要　

从事高效调制解调系统和通信信号处理　

等研究和开发工作。　

Ｅ．ｍａｉｌ：ｗｕｌｎ＠ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｅｎ