CN100358251C - 具有量化功率的qam - Google Patents

Abstract

通信系统中，一种方法和附属装置提供了有效的调制和解调过程。在发射机(100)中，确定通信信道的功率电平相对导频信道的功率电平之比以产生功率电平比。功率电平比在有限的数字字内被量化。在正交幅度调制星座图中，根据经量化的功率电平比确定经量化的正交幅度调制距离。按照正交幅度调制技术，信号用经量化的距离调制，并被发射到接收机(160)。

Description

具有量化功率的QAM

背景

领域：

所公开的实施例涉及通信领域，尤其涉及使用正交幅度调制的通信。

背景：

多电平调制可能用在数字信号的通信中。在多电平调制技术中，表示调制的星座图内的每点的调制电平在调制过程中都是固定的。多电平调制技术之一通常是正交幅度调制(QAM)。在QAM中，星座图可能用等距离星座图来表示。等距离星座图内的点在星座图内排列的方式，是使得星座图内所有点的两个点之间的距离相等。点之间的距离表示多电平调制过程中的幅度差异。

接收按照QAM技术调制的信号的接收机依赖于与幅度差异或星座图内各点间的距离有关的信息，从而对接收到的信号进行解调。通常，幅度差异或星座图内各点间的距离通过具有有限量数字的数字字被传递至接收机。在系统中，其中星座图内各点间的距离可能随每次发射而改变，接收机周期性地接收更新后的值。由于有限量化，因此幅度差异或星座图内各点间的距离可能落在数字字能表示的值之间。因此，发射机也许不能传递幅度差异或星座图内各点间的距离的精确值。这种量化误差可能导致解调过程中的不准确性，并且导致差的性能。

为此及其它目的，需要一种改进的通信系统。

概述

通信系统中，一种方法和附属装置提供了有效的调制和解调过程。在发射机中，确定通信信道的功率电平相对导频信道的功率电平之比以产生功率电平比。功率电平比在有限的数字字内被量化。在正交幅度调制星座图中，根据量化的功率电平比确定量化的正交幅度调制距离，且量化的比率被传递到接收机。按照正交幅度调制技术，信号用量化距离来调制。

附图简述

通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的特征、性质和优点将变得更加明显，附图中相同的元件具有相同的标识，其中：

图1A说明了按照各种实施例工作的发射机框图；

图1B说明了按照各种实施例工作的接收机框图；

图2说明了示例性正交幅度调制星座图；

图3说明了正交幅度调制的信号相对时间的曲线图；

图4说明了表示分配给不同信道的示例性功率电平相对时间的曲线图；以及

图5说明了按照各种实施例的流程图，用于在接收机和发射机处提供调制距离“d”的适当使用。

优选实施例的详细描述

按照CDMA技术的无线通信系统已被公开，并在由电信工业联盟(TIA)出版的各种标准中已作描述。在许多其它标准中，这种标准通常称为TIA/EIA/IS-2000、TIA/EIA/95A/B和WCDMA。“第三代合伙人计划”(3GPP)被包含在一组文档中，包括文档号3G TS 25.211、3G TS 25.212、3G TS 25.213和3G TS 25.214，称为WCDMA标准；“TIA/EIA/IS-95 Remote Station-Base Station Compatibility Standardfor Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System”被称为IS-95标准；“TR-45.5 Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems”被称为CDMA-2000标准；它们各通过引用被结合于此。

一般而言，一种新颖并改进了的方法和附属装置分别在码分多址通信系统的发射机和接收机内提供了有效的调制过程和解调过程。这里所公开的一个或多个示例性实施例在数字无线数据通信系统的环境中提出。虽然用在该环境中时是有利的，然而本发明的不同实施例可结合在不同地环境或配置中。通常，这里所描述的各种系统可以用软件控制的处理器、集成电路或离散逻辑来形成。本申请中可能引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、码元和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或其粒子、光场或其粒子、或它们的组合来表示。此外，每个框图中所示的方框可能表示硬件或方法步骤。

图1A和图1B分别说明了用于按照各种实施例进行数据通信的联合工作的发射机100和接收机160的一般框图。按照各种实施例，发射机100按照正交幅度调制(QAM)调制输入端101处的数字数据用于发射。已调信号被发射至接收机160。接收机160按照各种实施例从发射机100接收信号。输入端101处的数字数据可能从许多不同的设备中产生，譬如电话、视频、语音源，等等。数字数据被转换成数字信号，表示包含在数据内的1和0。数字格式的数据比特可能被映射到星座图上，按照QAM技术产生直角坐标系内的二维图表。所选择的QAM技术可能是多电平调制，譬如16-QAM或64-QAM。按照QAM技术，可能使用映射块102把输入数据比特映射为I和Q数据码元。可能产生信号112和111，用于分别表示I和Q数据码元。所产生的I和Q数据码元按照各种实施例在发射机100内被调制。

图2说明了示例性16-QAM星座图200。映射块102可能使用星座图200，用于把输入数据比特映射为I和Q数据码元。例如，在16-QAM中，星座图200内的相量可能用由I和Q数据比特组成的四位数据码元来表示。直角轴201和202分别表示I和Q分量。I和Q的四进制正交分量可能被分配到具各轴位置3d、d、-d和-3d处。由数据比特0000、1000、1100和0100表示的码元处在距各轴“d”的距离处。码元1011、0011、0111和1111处在距各轴“3d”的距离处。其它码元处在离I或Q轴“d”或“3d”的距离处。所有相邻码元之间的距离都相等。为了调制“I”分量数据码元，调整在数据码元的持续期间表示该数据码元的信号的幅度，以匹配距I轴的距离。类似地，为了调制“Q”分量数据码元，调整在数据码元的持续期间表示该数据码元的信号的幅度，以匹配距Q轴的距离。

图3说明了示例性信号300在按照星座图200被幅度调制后相对于时间的幅度。信号300可能是I或Q分量信号，即信号111或112。例如，信号300的幅度在时间周期“0到T”中被调为“3”个单位，而在“T到5T”周期内被调为“1”个单位。一个单位在实现中可能是电压或电流或数字字。

参考图1A，I和Q信号111、112传递至滤波器103，用于按照线性相位低通滤波器的操作进行适当滤波。结果被传递至混合器105和振荡器106，用于载波调制。所产生的信号在加法器107内相加。混合器108把已相加的信号上变频至适当的频率，用于发射到接收机160。放大器109可能在从天线110发射前放大该信号。

在发射信号通过传播信道后，接收机160在天线161处接收发射信号。混合器162把接收到的信号下变频至用于I和Q解调的适当频率，以产生I信号167和Q信号168。在信号167和168被输入到去映射块165之前，可能用滤波器164对它们进行滤波。信号167和168可被数字化数字化过程可能是通过采样信号以产生表示信号幅度的数字字。去映射块165通过在正确的采样时间处采样I和Q信号167、168并且按照星座图200把它们与合法值-3d、-d、d和3d相比较，从而确定最可能由发射机100发射的比特。从每个信号中导出2比特。所导出的比特产生4位的16-QAM码元。然后，四个恢复后的比特在输出端166作为接收到的数据码元被继续传递。

控制器150考虑到几个因素，用于计算发射机100内所示的功率放大器109的功率电平。控制器150考虑的因素有：发射机100和接收机160之间的传播路径损耗，以及慢和快衰落边际。放大器109的功率电平可能根据发射机100和接收机160间的功率控制方案来计算。发射机100和接收机160可能还按照与任一已知通信系统一致的方案进行通信。这种通信系统一般按照预定义的规范来工作。两个已知规范一般被标识为WCDMA规范和cdma2000规范，它们通过引用被结合于此。可以通过联系3GPP Support Office(650 Route des Lucioles-Sophia Antipolis，Valbonne-France)来得到规范的拷贝。WCDMA标准和cdma2000标准还略述了发射机100和接收机160之间的功率控制方案。

发射机100和接收机160间的通信可能在几种不同类型的物理信道上。一般而言，有三类信道，即，开销信道、专用话务信道及公共话务信道。开销信道由对于系统适当操作是必要的信道所组成，譬如公共导频信道、同步信道、寻呼信道和广播信道。开销信道一般以恒定的功率被发射，并通常比其它类型的信道优先。专用话务信道把信息从发射机传送至一个特定接收机，并一般由功率控制机制来进行功率控制，通常比公共话务信道优先。公共话务信道把信息从发射机传送至几个接收机。公共话务信道可用于把信息同时多点播送至几个接收机，或者以时分、码分或频分方式被几个接收机共享。

发射机100一般限于以预定义的发射功率电平或低于该电平进行发射。发射功率界限可能由政府管理标准、或由系统设计、或由两者所设定。参考图4，示出表示分配给不同信道的示例性功率电平相对时间的曲线图。发射机100可以以最大功率电平(Emax)进行发射。功率电平“Ep”被分配给开销信道。在该例中，开销信道由单一导频信道组成。功率电平“Emax”和“Ep”间的差异可能被分配给其它信道，譬如几个专用话务信道和一个公共话务信道。例如，如果“Ed”是分配给专用话务信道的功率电平量，则确定剩余的功率电平“Ec”用于分配给公共话务信道，而不允许总功率电平超出“Emax”功率电平。由于功率控制，分配给专用话务信道的功率电平一般随时间而改变，因此功率电平“Ec”也相应地改变，以便使总发射功率电平保持在“Emax”电平或低于该电平。

公共话务信道可能使用诸如QAM或相移键控(PSK)这样的不同调制方案。由于PSK调制的解码仅依赖于星座图点之间的相位差异，因此它们对于功率变化是不敏感的。相反，QAM调制大多数情况下依赖于相位以及每个星座图点的幅度，用于适当解码。例如，参考图2，星座图点0011和0000不能仅根据它们的相位来区分，因为它们的相位均为相对于I轴45度。分配给公共话务信道的功率“Ec”在QAM已调信号的发射期间实质上保持恒定。相反，如果信号用PSK或某些其它调制进行调制，则可以动态地改变功率“Ec”来耗尽尽可能多的剩余发射机功率。

专用话务信道的功率电平一般用比率来确定。通信系统中可能包括几类专用话务信道。一类专用话务信道是移动站和基站间的话务信道。专用话务信道的功率电平通常被控制。为了控制专用话务信道的功率电平，专用话务信道功率电平与导频信道功率电平之比(Ed/Ep)被设为等于一比率。该比率可能从控制各信道的功率电平的功率控制方案中导出。类似地，公共话务信道的功率电平被设为等于公共话务信道功率电平相对导频信道功率电平的比率(Ec/Ep)。导频信道的功率电平还可能通过发射机100和接收机160间的功率控制方案来确定。功率电平比率Ec/Ep和Ed/Ep可能还根据通过各信道传递的信息的数据速率来确定。通常，发射机100可能试图以最大功率电平“Emax”进行发射。在确定了导频信道功率电平后，选择其它信道的功率电平，使得总功率处在或接近于“Emax”电平。因此，一旦确定了导频信道的功率电平，就可以根据功率电平比和“Emax”电平容易地确定其它信道的功率电平。

公共话务信道可以用QAM技术来调制。在确定了QAM调制的公共话务信道的功率电平“Ec”之后，也确定调制幅度，使得所产生信号的功率电平峰值不超出最大功率电平“Emax”。控制器150计算星座图内的距离“d”，使得按照功率比Ec/Ep也保持公共话务信道的功率电平。距离“d”可能被传递至映射块102。距离“d”的值可能从QAM调制的信号的功率电平中导出。在一种计算中，QAM调制信号的功率电平“Ec”可能等于10^*d^**2(“d”平方的十倍)。因此，或者，值“Ec”可能被传递至映射块102。在这种情况下，从值“Ec”中计算出值“d”。

除了保持最大功率电平低于“Emax”电平之外，功率电平比Ec/Ep可能按照发射机100和接收机160间的功率控制方案而改变。在导频信道功率(Ep)电平保持恒定的情况下，公共话务信道所期望的功率电平可能需要按照功率控制方案而改变。因此，比率也随着公共话务信道功率电平而改变。公共话务信道的功率电平可能随每次发射而改变。这样，由于调制距离“d”影响功率电平，因此控制器150为每次发射计算调制距离“d”的新值。在发射QAM调制的公共话务信道的同时或在此之前，发射机100把与距离“d”有关的信息传递至接收机160。或者，新值可能在发射后被传递。接收到的码元在去映射165前被缓冲。一旦获得新值，就可能适当地执行去映射165。该信息表示距离“d”的值，或者可以从距离“d”的值中导出。接收机160内的控制器190把接收到的值“d”传递至去映射块165。去映射块165用接收到的距离“d”的值来决定解调过程中的数据比特值。或者，Ec/Ep比率的值可能被传递至接收机160。控制器190可能使用Ec/Ep的值来获得用于调制过程中的值“d”。接收机首先可能确定导频信道的功率电平“Ep”。通过把“Ep”与Ec/Ep相乘，可能确定值“Ec”。然后从值“Ec”中导出距离“d”。去映射块165中使用该信息来精确地执行解调过程。映射块102在形成QAM调制的星座图中使用距离“d”。

距离“d”的值或Ec/Ep可能通过具有有限比特数的数字字而被传递。例如，数字字具有最大量化误差，等于由两个相邻字所表示的值之差的一半。如果星座图内距离“d”的值不能由数字字准确地表示，则所传递的距离“d”的值就不是准确值。类似地，如果比率Ec/Ep的值不能由数字字准确地表示，则所传递的Ec/Ep比率值就不是准确值。因此，接收机160可能在解调过程中使用距离“d”的值或Ec/Ep的值，该值与发射机100内调制过程中所用的值不同。这种误差导致在决定接收到的数据比特值时的降级的性能，因此导致接收到的比特误差率方面的降级。

按照各种实施例，图5说明了发射机100在接收机160处适当使用调制距离“d”的流程图500。流程图500的各步骤可能在发射机100处的控制器150处执行。在步骤501、502和503处分别确定“Emax”、“Ep”和“Ec”。在步骤504处，控制器150确定量化的Ec/Ep((Ec/Ep)Q)比率。例如，如果用于表示Ec/Ep比率的数字字被限制为5比特，则可能表示32个可能的比率。如果Ec/Ep比率值落在由两个相邻字所表示的两个相邻值之间，则按照一实施例，可以为(Ec/Ep)Q选择两个值中的较低值。因此，量化的Ec/Ep比率(Ec/Ep)Q会比Ec/Ep比率小。在步骤505处，确定“Ec”的量化值(EcQ)。为了确定值“EcQ”，比率(Ec/Ep)Q可能与值“Ep”相乘。通常，调制距离和已调信号的功率电平之间有某种关系。在一例中，“Ec”可能等于距离“d”平方的十倍。这样，可能在步骤506处根据“EcQ”确定量化的距离“dQ”。值“dQ”可能用在步骤507中，用于发射机100内的调制过程。映射块102可能为调制过程使用值“dQ”。发射机100在步骤508处把由数字字精确表示的值(Ec/Ep)Q传递至接收机160。按照各种实施例，被传递至接收机160的字会表示调制过程中所用的Ec/Ep比率的精确值。

在接收机160处，对接收到的信号解调的操作可能根据调制过程中所使用的Ec/Ep比率的精确值而发生。由于Ec/Ep比率的精确值被传递至接收机160，因此解调过程更精确地发生。在接收机160处，测量导频信道的功率电平。接收到的导频信道的值可能用来导出通信信道的接收功率电平的值。接收到的导频信道功率电平(EpR)与接收到的Ec/Ep比率相乘，以获得通信信道接收功率电平(EcR)。调制距离的值可能根据QAM信号的功率电平和调制距离间的关系而从“EcR”中导出。当用在去映射块165处的去映射过程中时，导出的调制距离允许接收机160内更精确的解调过程。

本领域的技术人员能进一步理解，结合这里所公开的实施例所描述的各种说明性的逻辑块、模块和算法步骤可以作为电子硬件、计算机软件或两者的组合来实现。为了清楚说明硬件和软件间的互换性，各种说明性的组件、框图、模块、电路和步骤一般按照其功能性进行了阐述。这些功能性究竟作为硬件或软件来实现取决于整个系统所采用的特定的应用和设计约束。技术人员可能以对于每个特定应用不同的方式来实现所述功能，但这种实现决定不应被解释为造成背离本发明的范围。

结合这里所描述的实施例来描述的各种说明性的逻辑块、模块和算法步骤的实现或执行可以用：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件、或为执行这里所述功能而设计的任意组合。通用处理器可能是微处理器，然而或者，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可能用计算设备的组合来实现，如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP内核的一个或多个微处理器、或任意其它这种配置。

结合这里所公开实施例描述的方法或算法的步骤可能直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中、或在两者的组合中。软件模块可能驻留在RAM存储器、快闪(flash)存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中已知的任何其它形式的存储媒体中。示例性存储媒体与处理器耦合，使得处理器可以从存储媒体读取信息，或把信息写入存储媒体。或者，存储媒体可以与处理器整合。处理器和存储媒体可能驻留在ASIC中。ASIC可能驻留在订户单元中。或者，处理器和存储媒体可能作为离散组件驻留在用户终端中。

上述优选实施例的描述使本领域的技术人员能制造或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，这里定义的一般原理可以被应用于其它实施例中而不使用创造能力。因此，本发明并不限于这里示出的实施例，而要符合与这里揭示的原理和新颖特征一致的最宽泛的范围。

Claims (15)

1.通信系统中的一种用于正交幅度调制的方法，包括：

确定通信信道的功率电平相对导频信道功率电平之比以产生功率电平比；

量化所述的功率电平比；以及

把所述量化的功率电平比从所述通信系统内的发射机传递至接收机。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：

在正交幅度调制星座图内根据所述量化的功率电平比计算量化的正交幅度调制距离；以及

按照正交幅度调制技术使用所述量化的正交幅度调制距离对载有所述通信信道的信号进行调制。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于还包括：

把所述已调信号从所述发射机发射到所述接收机。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于还包括：

由所述接收机从所述发射机接收所述导频信道；

确定所述导频信道的接收功率电平；以及

根据所述所确定的导频信道的接收功率电平和所述接收到的量化功率电平比，计算所述通信信道的接收功率电平。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于还包括：

根据所述通信信道的所述接收功率电平计算接收到的正交幅度调制距离；以及

根据所述接收到的正交幅度调制距离对从所述发射机被发送到所述接收机的接收到的已调信号进行解调。

6.通信系统内一种用于正交幅度调制的装置，包括：

第一控制器，用于确定通信信道功率电平相对导频信道功率电平之比以产生功率电平比，并且量化所述功率电平比以产生量化的功率电平比；以及

与所述第一控制器耦合的发射机，用于传递所述量化的功率电平比。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一控制器还用于根据所述量化的功率电平比计算量化的正交幅度调制距离。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于还包括：

正交幅度调制器，用正交幅度调制星座图内的所述量化的正交幅度调制距离对载有所述通信信道的信号进行正交幅度调制。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述发射机用于把所述已调信号发射至接收机。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述接收机用于接收所述量化的功率电平比。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于还包括：

与所述接收机耦合的第二控制器，用于确定所述导频信道的接收功率电平，并且根据所述所确定的导频信道功率电平和所述量化的功率电平之比计算所述通信信道功率电平。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二控制器用于根据所述通信信道功率电平计算接收到的调制距离。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于还包括：

解调器，用于根据所述接收到的调制距离对所述接收信号进行解调。

14.一种用于正交幅度调制的通信系统，包括：

第一控制器，用于确定通信信道相对导频信道的量化功率电平比，并且确定量化的正交幅度调制距离；

调制器，按照正交幅度调制技术使用正交幅度调制星座图内的所述量化的正交幅度调制距离对载有所述通信信道的信号进行调制；

第二控制器，用于接收已调信号，并且从接收到的量化功率电平比中计算接收到的正交幅度调制距离；以及

解调器，用于根据所述接收到的正交幅度调制距离对所述接收信号进行解调。

15.通信系统中的一种用于正交幅度调制的方法，包括：

确定通信信道功率电平相对导频信道的功率电平之比以产生功率电平比；

量化所述的功率电平比；

在正交幅度调制星座图内根据所述量化的功率电平比计算量化的正交幅度调制距离；

按照正交幅度调制技术使用所述量化的正交幅度调制距离对载有所述通信信道的信号进行调制；

发射所述已调信号；

接收所述已调信号和所述量化的功率电平比；

确定所述导频信道的接收功率电平；

根据所述所确定的导频信道的接收功率电平和所述接收到的量化功率电平比计算所述通信信道的接收功率电平；

从所述通信信道的所述接收功率电平中计算接收到的调制距离；以及

根据所述接收到的调制距离对所述接收已调信号进行解调。

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