CN100588146C - 在低信噪比下发送和接收qam信号的系统和方法 - Google Patents

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CN100588146C CN200480042557A CN200480042557A CN100588146C CN 100588146 C CN100588146 C CN 100588146C CN 200480042557 A CN200480042557 A CN 200480042557A CN 200480042557 A CN200480042557 A CN 200480042557A CN 100588146 C CN100588146 C CN 100588146C
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Abstract

用于电信网络对任何数据率在0dB以下SNR(信噪比)下发送和接收QAM信号的系统包括两个装置。第一个装置可以用于发送。单元(1)-(4)把具有时钟频率ft(18)的输入位信息序列(17)变换成两个并行的具有时钟频率(a)的m级序列，形成第一和第二信道，其中k＝log2(m)。单元(5)形成附加信号(b)、(c)，其中ωt＝2πft。单元(6)、(7)将第一和第二信道的m级序列与信号(b)相乘以便消除在接收端的相位模糊，而单元(8)、(9)把它们与信号(c)相加，限定输出频谱中的附加导频信号的电平。滤波器(10)、(11)形成基带QAM信号频谱，而单元(12)-(16)移动在中频或载频的频谱。第二个装置可以用于接收。使用的两个PLL(锁相环)系统进行的在接收端的载频和时钟频率的恢复利用信号频谱附加导频信号的有效性。这允许对0dB以下信噪比建立同步。在这种情况下，附加损耗共达0.3-0.7dB。

Description

在低信噪比下发送和接收QAM信号的系统和方法
已知一些在现代电信系统中应用的发送和接收QAM(正交振幅调制)信号[1]的方法。这种QAM信号在解调时的功率损耗由以下几方面限定：
-载频的恢复方法；
-时钟频率的恢复方法；
-相邻信道的选择性；
-通信信道的干扰性质或脉冲特性。
由此，在其载频停止被提取的解调门限，即S/N比，受信号的形成方法和从该形成信号提取载波的方法限定。
对于如QPSK的现代型调制，在其提取载频的S/N比的门限达到3-6dB或按照Eb/No达到4.5-5dB(对于3/4的维特比的干扰稳定编码率)，而对于8PSK型的调制，解调门限更大-约10dB。由此，在这点上接收是不稳定的，因为信号可能降低，然后再被捕获。
为了达到香农(shannon)门限，对于QPSK调制在非编码信号上的解调已经在S/N＝4.8dB下进行，并且在编码时S/N的门限值要更小(对于1/2的编码率为0dB，对于1/3的编码率为-2.3dB，以及对于1/4的编码率为-3.8dB)。
目前，已知允许达到香农门限的干扰稳定编码，例如涡轮编码的系统。障碍因素是缺少因为缺少同步而能够在如此低的S/N比下工作的解调，这与信号形成和从该信号提取载波的方法有关。在利用如QPSK、8PSK、16QAM等这样类型调制的信号频谱中没有载波残余，所以，通过非线性变换和随后的滤波从接收的信号中提取相干波动。这样的变换是频率倍增的方法，频率倍增能够通过把输入信号提升成M级(对于QPSK提升成第4级，对于8PSK提升成第8级，如此等等)来实现。但是，不仅信号而且噪声也被提升到限制载波恢复门限的级数，由此形成相位模糊。消除该相位模糊需要把相对编码引入到信号中，而这引入了附加的功率损耗。
在应用提供的数据发送和接收方法时，实现解调门限的显著减小。本发明提供了第一种适用于任何数据率的电信网络的在0dB以下信噪比下发送和接收正交振幅调制信号的方法，具有以下步骤：
--对于发送：
S101-把具有时钟频率ft的初始信息位序列转换成具有时钟频率ft/k的m级序列，其中k＝log2(m)，
S102-把所述m级序列转换成m级短脉冲的序列，
S103-将步骤S102生成的m级短脉冲的序列分成具有时钟频率ft/2k的偶数和奇数m级短脉冲的序列，分别形成第一和第二信道的信号，
S104-把步骤S103形成的第一信道的信号与固定分量相加，
S105-把步骤S104相加后的第一信道的信号与信号
Figure C20048004255700131
相乘和把第二信道的信号与信号
Figure C20048004255700132
相乘，
S106-把步骤S105得到的每个信道的信号滤波，提取从0到
Figure C20048004255700133
的频率分量，
S107-把步骤S106处理后的第一信道的信号与信号Cosω0t相乘并把步骤S106处理后的第二信道的信号与信号Sinω0t相乘，其中：
Figure C20048004255700134
-载频的频率，
S108-把步骤S107得到的两个信道的结果信号相加，形成发送信号；
--对于接收：
R101-将接收的信号转换到中频
Figure C20048004255700135
得到中频信号；
R102-从出现在输入频谱中的信号和
Figure C20048004255700137
中借助第一PLL(锁相环)系统提取时钟频率
Figure C20048004255700138
的信号和信号
Figure C20048004255700139
Figure C200480042557001310
借助第二PLL系统提取信号CosωIFt、SinωIFt，
R103-通过将步骤R101得到的中频信号乘以信号CosωIFt和SinωIFt来解调该中频信号，分别形成第一和第二信道的信号，
R104-把步骤R103得到的每个信道的信号滤波，提取从0到
Figure C20048004255700141
的频率分量，
R105-从第一信道的信号按加到对第一信道的发送端的固定分量值限定的比例提取信号
R106-把步骤R105处理后的第一信道的信号与信号
Figure C20048004255700143
相乘并把步骤R104滤波后的第二信道的信号与信号相乘，
Figure C20048004255700144
R107-把步骤R106得到的两个信道的结果信号相加，
R108-把步骤R107中相加后得到的信号转换成具有时钟频率
Figure C20048004255700145
的数字形式，以接收m级信息序列，
R109-把具有时钟频率
Figure C20048004255700146
的m级信息序列转换成具有时钟频率ft的位信息序列，这是输出信号。
同时，本发明还提供了第二种适用于任何数据率的电信网络的在0dB以下信噪比下发送和接收正交振幅调制信号的方法，具有以下步骤：
--对于发送：
S201-把具有时钟频率ft的初始信息位序列转换成具有时钟频率
Figure C20048004255700147
的m级序列，其中：k＝log2(m)，
S202-把具有时钟频率
Figure C20048004255700148
的m级序列转换成2个具有时钟频率
Figure C20048004255700149
的并行序列，分别形成第一和第二信道的信号，
S203-把步骤202形成的第一和第二信道的信号与信号
Figure C200480042557001410
相乘，所述信号
Figure C20048004255700151
是具有时钟频率的短脉冲1、0、-1、0、...的序列，
S204-把步骤S203处理后的第一和第二信道的信号与信号
Figure C20048004255700153
相加，所述信号
Figure C20048004255700154
是具有时钟频率的短脉冲0、A、0、-A、...的序列，其中，值A-限定在发送信号的输出频谱中的附加分量的电平；
S205-把步骤S204得到的每个信道的信号滤波，提取从0到
Figure C20048004255700156
的频率分量，
S206-把步骤S205滤波后的第一信道的信号与信号Cosω0t相乘并把步骤S205滤波后的第二信道的信号与信号Sinω0t相乘，其中：
Figure C20048004255700157
-载频的频率，
S207-把步骤S206得到的两个信道的结果信号相加，形成发送信号；
--对于接收：
R201-将接收信号转换到中频生成中频信号；
R202-利用在频率
Figure C20048004255700159
和
Figure C200480042557001510
的输入信号频谱中的分量，借助第一PLL系统提取时钟频率ft、
Figure C200480042557001511
的信号和信号
Figure C200480042557001512
Figure C200480042557001513
并借助第二PLL系统提取信号CosωIFt、SinωIFt，
R203-通过将步骤R201生成的中频信号乘以信号CosωIFt和SinωIFt来解调所述中频信号，分别形成第一和第二信道的信号，
R204-把步骤R203所得的第一和第二信道的信号转换成具有时钟频率
Figure C200480042557001514
的数字形式，
R205-把步骤R204处理后的每个信道的信号滤波，提取从0到
Figure C200480042557001515
的频率分量，
R206-把步骤R205滤波后的第一和第二信道的信号与信号
Figure C20048004255700161
相乘，这所述信号
Figure C20048004255700162
是具有时钟频率
Figure C20048004255700163
的序列1、0、-1、0、...，用于消除恢复信息的模糊，
R207-把步骤R206得到的具有时钟频率的第一和第二信道的两个m级信号转换成一个m级信息序列，
R208-把步骤R207得到的具有时钟频率
Figure C20048004255700165
的m级信息序列转换成具有时钟频率ft的位信息序列，这是输出信号。
此外，本发明同时提供了根据上述第一种方法的，用于任何数据率的电信网络的在0dB以下信噪比下发送和接收正交振幅调制信号的系统，由形成用于发送的信号的第一装置和接收时处理信号的第二装置组成，其中，
所述形成用于发送的信号的第一装置，包括：
-把具有时钟频率ft的信息位序列转换成具有时钟频率ft/k的m级序列的第一转换器(1)，其中：k＝log2(m)，
-从时钟频率ft的信号获得时钟频率ft/k的信号的第一k分频器(2)，
-两个时钟频率ft/2k的信号的第一形成器(3)，所述两个时钟频率ft/2k的信号中第一个具有相位0，第二个具有相位π，分别控制第一开关(6)和第二开关(7)，
-把m级序列转换成m级短(具有空占系数＞＞2)脉冲的序列的第二转换器(4)，
-固定分量的第二形成器(5)，
-分别提取具有时钟频率ft/2k的偶数和奇数抽样的序列并形成第一和第二信道的信号的第一开关(6)和第二开关(7)，
-从时钟频率ft/2k的信号形成信号
Figure C20048004255700166
和
Figure C20048004255700167
的第三形成器(8)，
-将第一信道的信号与固定分量相加的第一加法器(9)，
-分别用于将第一加法器(9)的输出信号和第二开关(7)输出的第二信道的信号与信号
Figure C20048004255700171
和相乘的第一乘法器(10)和第二乘法器(11)，
-分别用于第一和第二信道第一乘法器(10)和第二乘法器(11)的滤波、提取从0到
Figure C20048004255700173
的频率分量和形成最佳发送频谱的第一滤波器(12)和第二滤波器(13)，
-把第一滤波器(12)输出的第一信道的信号与信号Cosω0t相乘的第三乘法器(15)，其中：
Figure C20048004255700174
-载频的频率，
-把第二滤波器(13)输出的第二信道的信号与信号Sinω0t相乘的第四乘法器(16)，其中：
Figure C20048004255700175
-载频的频率，
-产生载波信号Cosω0t的第一发生器(14)，
-形成信号Sinω0t的-π/2的第一转相器(17)，
-把第三乘法器(15)和第四乘法器(16)输出的第一和第二信道的结果信号相加并形成用于发送的信号(21)的第二加法器(18)；
所述接收时处理信号的第二装置，包括：
-放大、预滤波和将输入信号的频谱变换到中频
Figure C20048004255700176
的第一预选器(23)，
-信号CosωIFt的由频率控制的第二发生器(29)，
-从信号CosωIFt获得信号SinωIFt的-π/2的第二转相器(30)，
-把信号CosωIFt与第一预选器(23)输出的中频信号相乘并形成第一信道信号的第五乘法器(33)，
-把信号SinωIFt与第一预选器(23)输出的中频信号相乘并形成第二信道信号的第六乘法器(34)，
-分别用于第一和第二信道信号的最佳滤波的具有通带边缘
Figure C20048004255700181
的第三滤波器(35)、第四滤波器(36)，
-时钟频率ft/k的控制第三发生器(24)，
-从时钟频率信号ft/k形成信号的第四形成器(25)，其中：ωt＝2πft，
-从信号获得信号的-π/2的第三转相器(26)，
-把来自第三滤波器(35)输出端的第一信道的信号与信号
Figure C20048004255700185
相乘的第七乘法器(27)，
-提取时钟频率信号和信号
Figure C20048004255700187
和的，与第三发生器(24)、第四形成器(25)、第三转相器(26)、第七乘法器(27)联合组成第一PLL系统的环路第五滤波器(28)，
-把来自第四滤波器(36)输出端的第二信道的信号与信号
Figure C20048004255700189
相乘的第八乘法器(31)，
-提取信号CosωIFt和SinωIFt的，与第二发生器(29)、第二转相器(30)、第八乘法器(31)、第六乘法器(34)、第四滤波器(36)联合组成第二PLL系统的环路第六滤波器(32)，
-补偿为发送而引入的由固定分量值限定的在第一信道的信号
Figure C200480042557001810
的分量的第三加法器(37)，
-为在第三加法器(37)中的补偿而为信号
Figure C200480042557001811
的赋值的第一衰减器(38)，
-把第三加法器(37)输出的第一信道的信号与信号
Figure C200480042557001812
相乘的第九乘法器(39)，
-把第四滤波器(36)输出的第二信道的信号与信号
Figure C200480042557001813
相乘的第十乘法器(40)，
-把第九乘法器(39)和第十乘法器(40)输出的第一和第二信道的结果信号相加的第四加法器(41)，
-第一模数转换器(42)，为形成m级信息序列而把加法器(41)输出的模拟信号转换成具有时钟频率ft/k的数字码，
-为接收时钟频率ft而将时钟频率ft/k乘以k的第十一乘法器(43)，
-把第一模数转换器(42)输出的具有时钟频率ft/k的m级信息序列转换成具有时钟频率ft的位信息序列(45)并接收该输出信号的第三转换器(44)。
本发明还提供了根据上述第二种方法的，用于任何数据率的电信网络的在0dB以下信噪比下发送和接收正交振幅调制信号的系统，由形成用于发送的信号的第一装置和接收时处理信号的第二装置组成，其中，
所述形成用于发送的信号的第一装置，包括：
-把具有时钟频率ft的信息位序列转换成具有时钟频率
Figure C20048004255700191
的m级序列的第四转换器(301)，其中：k＝log2(m)，
-用于从时钟频率信号ft获得时钟频率
Figure C20048004255700192
的信号的第二k分频器(302)，
-用于获得时钟频率信号
Figure C20048004255700193
的第三2分频器(303)，
-第一和第二信道的两个具有时钟频率
Figure C20048004255700194
的m级序列的第五形成器(304)，
-从时钟频率信号
Figure C20048004255700195
形成信号
Figure C20048004255700196
和
Figure C20048004255700197
的第六形成器(305)，其中，A-限定在发送信号的输出频谱中的附加分量的电平；
-用于将第五形成器(304)输出的第一和第二信道的信号与信号
Figure C20048004255700198
相乘的第十二乘法器(306)和第十三乘法器(307)，
-将第十二乘法器(306)和第十三乘法器(307)输出的第一和第二信道的信号与信号
Figure C20048004255700199
相加的第五加法器(308)和第六加法器(309)，其中，值A-限定在发送信号的输出频谱中的附加分量的电平，
-分别用于第五加法器(308)和第六加法器(309)输出的第一和第二信道信号的的滤波、提取从0到
Figure C20048004255700201
的频率分量并形成最佳发送频谱的第七滤波器(310)和第八滤波器(311)，
-把第七滤波器(310)输出的第一信道的信号与信号Cosω0t相乘的第十四乘法器(313)，其中：
Figure C20048004255700202
-载频的频率，
-把第八滤波器(311)输出的第二信道的信号与信号Sinω0t相乘的第十五乘法器(314)，其中：
Figure C20048004255700203
-载频的频率，
-载波信号Cosω0t的第四发生器(312)，
-用于形成信号Sinω0t的-π/2的第四转相器(315)，
-把来自第十四乘法器(313)和第十五乘法器(314)的输出的第一和第二信道的结果信号相加并形成用于发送的信号(319)的第七加法器(316)；
所述用于在接收时处理信号的第二装置，包括：
-用于放大、预滤波和输入信号的频谱变换到中频
Figure C20048004255700204
的第二预选器(421)，
-信号CosωIFt的由频率控制的第五发生器(430)，
-从信号CosωIFt获得信号SinωIFt的-π/2的第五转相器(431)，
-把信号CosωIFt与第二预选器(421)输出的中频信号相乘并形成第一信道的信号的第十六乘法器(436)，
-把信号SinωIFt与第二预选器(421)输出的中频信号相乘并形成第二信道的信号的第十七乘法器(437)，
-用于模数转换前的用于对第十六乘法器(436)和第十七乘法器(437)的输出信号预滤波的具有频率边缘
Figure C20048004255700205
的低频第九滤波器(438)、第十滤波器(439)，
-用于把低频第九滤波器(438)、第十滤波器(439)输出的第一和第二信道的模拟信号转换成具有时钟频率
Figure C20048004255700206
的数字信号的第二模数转换器(440)、第三模数转换器(441)，
-分别用于将第二模数转换器(440)、第三模数转换器(441)输出的第一和第二信道的信号最佳滤波的具有频率边缘
Figure C20048004255700211
的第十一滤波器(442)、第十二滤波器(443)，
-时钟频率ft的控制第六发生器(422)，
-从时钟频率ft获得时钟频率
Figure C20048004255700212
的第四k分频器(423)，
-从时钟频率
Figure C20048004255700213
的信号形成信号
Figure C20048004255700214
的第七形成器(424)，其中：ωt＝2πft，
-从信号
Figure C20048004255700215
获得信号
Figure C20048004255700216
的-π/2的第六转相器(425)，
-用于分别从第十一滤波器(442)和第十二滤波器(443)输出的第一和第二信道的信号提取在频率
Figure C20048004255700217
的信号分量的第十三滤波器(426)、第十四滤波器(432)，
-把来自第十三滤波器(426)和第十四滤波器(432)输出信号相加的第八加法器(427)，
-从来自第十三滤波器(426)的输入端的信号减去来自第十四滤波器(432)输出端的信号的第九加法器(433)，
-把来自第八加法器(427)输出端的信号与信号
Figure C20048004255700218
相乘的第十八乘法器(428)，
-用于提取时钟频率信号ft、
Figure C20048004255700219
和信号
Figure C200480042557002110
和
Figure C200480042557002111
的，与第六发生器(422)、第四分频器(423)、第七形成器(424)、第六转相器(425)、第十三滤波器(426)、第八加法器(427)、第十八乘法器(428)、第十四滤波器(432)一起组成第一PLL系统的环路第十五滤波器(429)，
-把来自第九加法器(433)输出端的信号与信号
Figure C200480042557002112
相乘的第十九乘法器(434)，
-用于提取信号CosωIFt和SinωIFt的，与第七发生器(430)、第七转相器(431)、第十六乘法器(436)、第十七乘法器(437)、低频第九滤波器(438)、第十滤波器(439)、第二模数转换器(440)、第三模数转换器(441)、第十一滤波器(442)、第十二滤波器(443)、第十三滤波器(426)、第十四滤波器(432)-第十九乘法器(434)一起组成第二PLL系统的环路第十六滤波器(435)，
-把第十一滤波器(442)和第十二滤波器(443)输出的第一和第二信道的信号与信号
Figure C20048004255700221
相乘的第二十乘法器(444)、第二十一乘法器(445)，
-把具有时钟频率的第二十乘法器(444)、第二十一乘法器(445)输出的第一和第二信道的m级序列转换成一个m级信息序列的第五转换器(446)，
-把第五转换器(446)输出的具有时钟频率
Figure C20048004255700223
的m级信息序列转换成具有时钟频率ft的位信息序列(448)并接收该输出信号的第六转换器(447)。
在接着的借助附图举例说明的详细描述中将详细地表示出本发明的特征和优点。这些附图有：
图1为按第一个方法形成发送信号的示意图；
图2为按第一个方法处理接收信号的示意图；
图3为按第二个方法形成发送信号的示意图；
图4为按第二个方法处理接收信号的示意图；
图5为按第一个方法形成信号时在示意图的若干特征点上的信号波形图。
图1和图2分别表示按本描述过程中披露的由第一个数据发送方法实现的装置系统的发送和接收部分。
图1表示输入位序列19形成用于发送的信号21的装置。
具有等于ft的时钟频率20(图5a)的信息位序列19(图5b)来到单元1的输入端。在该单元，该信息位序列变换成具有时钟频率ft/k的m级序列(在图5c中m＝2，)，其中k＝log2m(m＝2，k＝1)，借助单元2被接收。在单元4，m级序列变换成短脉冲的m级序列(图5d)，借助单元6(图5e)和单元7(图5d)分别地分离成偶数和奇数短脉冲序列，分别形成第一和第二信道。为此，利用互相相对移动180°的来自单元3的输出端的时钟频率ft/k的信号。然后，借助单元8从时钟频率ft/k的信号中形成信号
Figure C20048004255700231
(图5g)和
Figure C20048004255700232
(图5h)，其中ωt＝2πft。
来自单元6输出端的第一信道的序列在单元9与由单元5形成的一个固定分量相加。然后，第一信道的信号在单元10(图5i)与信号
Figure C20048004255700233
相乘，来自单元7输出端的第二信道的信号在单元11(图5j)与信号
Figure C20048004255700234
相乘。如此接收的信号分别在单元12(图5k)和单元13(图5l)经受具有通带边缘ft/4k的滤波。在单元12输出端的第一信道的信号中除了由信息序列形成的分量外，还有
Figure C20048004255700235
型的信号，其电平由单元5形成的引入的固定分量的电平限定。然后，来自单元12输出端的信号在单元15与信号Cosω0t相乘，其中：-在单元14形成的载频的频率；来自单元13输出端的信号在单元16与由单元17从信号Cosω0t形成的信号Sinω0t相乘。作为相乘结果而接收的信号在单元18相加，于是形成用于发送的输出信号21。
在这个信号中除了由信息序列形成的分量外还有频率为
Figure C20048004255700237
和
Figure C20048004255700238
的附加分量，其电平将限定附加的功率损耗。如果它们的功率是主信号功率的5-7％，与这些附加分量相关的损耗将等于0.2-0.3dB。
图2表示在接收和恢复信息序列45时用于处理接收信号22的装置。
在接收端，借助单元23，信息信号22被放大、预滤波和转换到中频
Figure C20048004255700239
来自单元23输出端的中频信息信号分别通过在单元33和34其乘以信号Cos(ωIFt)和Sin(ωIFt)来经受解调，分别形成第一和第二信道。第一和第二信道的信号在单元35和36中被滤波，提取从0到
Figure C200480042557002310
的频率分量。在单元12、35中和13、36中的滤波相互间有关联，并以如此方式进行，使得单元12和35的通过脉冲特性与单元13、36一样能提供最小符号间畸变，即例如能满足奈奎斯特准则[2]，以及能考虑到由m级信息序列的短脉冲的最终持续时间引起的信号频谱的畸变。
然后，第一信道的信号用于由单元24、25、26、27、28组成的用于提取时钟频率ft/k的信号和信号
Figure C20048004255700241
和的第一PLL(锁相环)系统。为此，在单元27中，借助形成器25的信号的-π/2相移接收的信号
Figure C20048004255700244
与来自滤波器35输出端的第一信道的信号相乘。由滤波器28处理的单元27的输出信号用于调整时钟频率ft/k的发生器24，借助形成器25从该时钟频率形成信号
Figure C20048004255700245
借助由单元29、30、31、32、34和36组成的第二PLL系统提取信号Cos(ωIFt)和Sin(ωIFt)。为此，在单元36输出端的第二信道的信号在单元31中与形成器25的信号
Figure C20048004255700246
相乘。由滤波器32处理的单元31的输出信号用于调整发生器29。
为同步第一和第二PLL系统两者，使用在发送端引入的频谱分量
Figure C20048004255700247
和
Figure C20048004255700248
借助单元38信号
Figure C20048004255700249
按被赋予的比例从在单元37中的第一信道的信号中减去，并由在发送端加到偶数m级短脉冲序列的信道的固定分量值限定。然后，第一信道的信号在单元39中与信号
Figure C200480042557002410
相乘，而第二信道的信号在单元40中与信号
Figure C200480042557002411
相乘。相乘的结果在单元41中相加。接收的信号在单元42中经受具有时钟频率ft/k的模数转换，在输出端接收m级信息序列。借助在单元43中形成的时钟频率ft的信号，m级信息序列借助转换器44转换成为输出信号的位信息序列45。
上面披露的方法能应用于偏置QAM(O-QAM)信号。在使用的情况下，它是非偏置QAM信号，其中，在发送时一个信号少量的形成在另一个信号上。来自单元6(图1)的输出端的第一信道的序列在单元10中与信号
Figure C20048004255700251
相乘，然后与信号相叠加，其中：A-由单元5产生再由单元12滤波的固定分量值。在这种情况下，附加信号与在接收端上的信息抽样合并，不需要在单元37中(图2)减去它。
图3和图4分别表示按第二个数据发送方法实现的装置系统的发送和接收部分。
图3表示输入位序列317形成用于发送的信号319的的装置。
具有等于ft的时钟频率318(图5a)的信息位序列317(图5b)来到单元301的输入端。在单元301中，它被转换成具有时钟频率ft/k的m级序列(在图5c中m＝2，)，其中k＝log2m(m＝2，k＝1)，借助单元302被接收。在单元304中，m级序列转换成2个并行的具有时钟频率ft/2k的m级序列，形成第一和第二信道。
然后，借助单元305从时钟频率信号
Figure C20048004255700253
中形成信号
Figure C20048004255700254
(ωt＝2πft)，它是短脉冲1、0、-1、0、...的序列，以及形成
Figure C20048004255700255
它是短脉冲0、A、0、-A、...的序列。幅度A限定用于发送的输出信号中的附加分量的电平。
第一和第二信道的M级序列分别在单元306和307中与信号
Figure C20048004255700256
相乘，接收M级短脉冲的序列。在单元308和309中的两个信道的信号与信号
Figure C20048004255700257
相加。如此接收的信号分别在单元310和311中经受具有边缘频率
Figure C20048004255700258
的滤波。在滤波器310、311输出端的两个信道的信号中除了由信息序列形成的分量外，也存在信号
Figure C20048004255700259
其电平由赋值A的电平限定。
然后，来自滤波器310输出端的信号在单元313中与信号Cosω0t相乘，其中：-在单元312中形成的载波波动的频率。来自滤波器311输出端的信号在单元314中与由单元315从信号Cosω0t形成的信号Sinω0t相乘。作为相乘结果被接收的信号在单元316中相加，于是形成用于发送的输出信号319。
这个信号除了由信息序列形成的分量外，还有频率为
Figure C20048004255700261
和
Figure C20048004255700262
的附加分量，其电平将限定附加功率损耗。
图4表示在接收和恢复信息序列448时用于处理接受信号420的装置。
在接收端，信息信号420借助单元421被放大、预滤波和变换到中频
Figure C20048004255700263
来自单元421输出端的中频信息信号分别在单元436和437中通过其与信号CosωIFt和SinωIFt相乘来经受解调，分别形成第一和第二信道。第一和第二信号借助具有频率边缘的低通频滤波器438、439被预滤波并在单元440、441中进行具有时钟频率的模数转换。然后，两个信道的信号借助滤波器442和443以最佳方式被滤波，以便提取从0到
Figure C20048004255700266
的频率分量。在单元310(图3)、442和311(图3)、443中的滤波在它们本身之间有关联，并且以这样方式进行，使得单元310和442的通过脉冲特性与单元311和443的一样能提供最小的符号间畸变(intersimbol distortions)，即例如满足奈奎斯特准则[2]，以及考虑到由m级信息序列的短脉冲的最终持续时间引起的信号频谱的畸变。
为了在PLL系统中的使用，第一和第二信道的信号分别在单元426和432中被滤波。滤波器426和432是高通频率滤波器或通过滤波器(pass filters)，它们对频率被调整，并为提取信号
Figure C20048004255700268
和减少信息频谱的影响而被需要。
为提取时钟频率信号ft、和信号
Figure C200480042557002610
Figure C200480042557002611
使用由单元422-429、432、440-443形成的第一PLL系统。为此，滤波器426和432的输出信号在单元427中相加并在单元428中与形成器424的信号
Figure C200480042557002612
相乘。由环路滤波器429处理的单元428的输出信号用于调整时钟频率ft的发生器422。借助分频器423从ft接收时钟频率
Figure C200480042557002613
再借助形成器424接收信号
Figure C200480042557002614
为提取信号CosωIFt和SinωIFt，使用由单元426、430-443形成的第二PLL系统。为此，滤波器432的输出信号在单元中从滤波器426的输出信号中减去并在单元434中与借助形成器424的信号
Figure C20048004255700271
的-π/2相移接收的信号
Figure C20048004255700272
相乘。由环路滤波器435处理的单元434的输出信号用于调整形成信号CosωIFt的发生器430并借助信号SinωIFt的转相器431移相-π/2。
然后，来自滤波器442和443的输出端的第一和第二信道的信号分别在单元444中和445中与信号
Figure C20048004255700273
相乘，这是具有时钟频率
Figure C20048004255700274
的序列1、0、-1、0、...，用于消除载波提取时的相位模糊。如此接收的两个m级序列借助变换器446合成一个具有时钟频率
Figure C20048004255700275
的m级序列，它又利用单元447变换成具有时钟频率ft的位信息序列448，这是输出信号。
所以，在提供的数据发送和接受方法中，借助普通PLL，利用线性方法在接收端提取具有频率的载频，这使用具有频率fIF和
Figure C20048004255700277
的调整的发生器，这总是将用于QPSK信号的解调门限减小到最小，为6dB，而对8PSK信号减小的更多。在这种条件下的解调器具有不大于0.5dB的损耗，这与现有的解调器的损耗不相上下，并允许在-3dB和更小的信噪比下工作。以这样方式制造发送部分，使得在接收端不需要为提取载频而利用第4、第8和第16级的非线性变换，在现有的解调器中这是需要的。所提供的方法中的解调器成为通用的，适于任何QAM信号的解调。此外，它去掉了在解调时的相位模糊，这意味着无需为消除相位模糊而引入相对编码，并因此额外地减少了功率损耗。
所有在所提供的发送和接收QAM信号的方法中应用的单元实际上是可行的。所以，它能够以调制解调器形式与例如涡轮编码结合而迅速实行，该调制解调器能容易地放在已经存在的无线电通信基础结构中，而且，在维持现有数据发送率的条件下，它的技术特性使功率和频率资源有可能节约。
文献：
1.Webb W.，Hanzo L.Modern Quadrature Amplitude Modulation.Principlesand Applications Fixed and Wireless Communications.-London：PentechPress，IEEE PRESS-1994.p.115-128.
2.Webb W.，Hanzo L.Modern Quadrature Amplitude Modulation.Principles and ApplicationsFixed and Wireless Communications.-London：Pentech Press，IEEE PRESS-1994.p.101-115.

Claims (4)

1.适用于任何数据率的电信网络的在0dB以下信噪比下发送和接收正交振幅调制信号的方法，具有以下步骤：
--对于发送：
S101-把具有时钟频率ft的初始信息位序列转换成具有时钟频率ft/k的m级序列，其中k＝log2(m)，
S102-把所述m级序列转换成m级短脉冲的序列，所述短脉冲是指具有空占系数＞＞2的脉冲；
S103-将步骤S102生成的m级短脉冲的序列分成具有时钟频率ft/2k的偶数和奇数m级短脉冲的序列，分别形成第一和第二信道的信号，
S104-把步骤S103形成的第一信道的信号与固定分量相加，
S105-把步骤S104相加后的第一信道的信号与信号
Figure C2004800425570002C1
相乘和把第二信道的信号与信号
Figure C2004800425570002C2
相乘，
S106-把步骤S105得到的每个信道的信号滤波，提取从0到
Figure C2004800425570002C3
的频率分量，
S107-把步骤S 106处理后的第一信道的信号与信号Cosω0t相乘并把步骤S106处理后的第二信道的信号与信号Sinω0t相乘，其中：
Figure C2004800425570002C4
-载频的频率，
S108-把步骤S107得到的两个信道的结果信号相加，形成发送信号；
--对于接收：
R101-将接收的信号转换到中频
Figure C2004800425570002C5
得到中频信号；
R102-从出现在输入频谱中的信号
Figure C2004800425570002C6
和
Figure C2004800425570002C7
中借助第一PLL(锁相环)系统提取时钟频率
Figure C2004800425570002C8
的信号和信号
Figure C2004800425570002C9
借助第二PLL系统提取信号CosωIFt、SinωIFt，
R103-通过将步骤R101得到的中频信号乘以信号CosωIFt和SinωIFt来解调该中频信号，分别形成第一和第二信道的信号，
R104-把步骤R103得到的每个信道的信号滤波，提取从0到
Figure C2004800425570003C1
的频率分量，
R105-从第一信道的信号按加到对第一信道的发送端的固定分量值限定的比例提取信号
Figure C2004800425570003C2
R106-把步骤R105处理后的第一信道的信号与信号相乘并把步骤
R104滤波后的第二信道的信号与信号相乘，
R107-把步骤R106得到的两个信道的结果信号相加，
R108-把步骤R107中相加后得到的信号转换成具有时钟频率的数字形式，以接收m级信息序列，
R109-把具有时钟频率
Figure C2004800425570003C6
的m级信息序列转换成具有时钟频率ft的位信息序列，这是输出信号。
2.适用于任何数据率的电信网络的在0dB以下信噪比下发送和接收正交振幅调制信号的方法，具有以下步骤：
--对于发送：
S201-把具有时钟频率ft的初始信息位序列转换成具有时钟频率
Figure C2004800425570003C7
的m级序列，其中：k＝log2(m)，
S202-把具有时钟频率
Figure C2004800425570003C8
的m级序列转换成2个具有时钟频率
Figure C2004800425570003C9
的并行序列，分别形成第一和第二信道的信号，
S203-把步骤202形成的第一和第二信道的信号与信号
Figure C2004800425570003C10
相乘，所述信号是具有时钟频率
Figure C2004800425570003C12
的短脉冲1、0、-1、0、...的序列，
S204-把步骤S203处理后的第一和第二信道的信号与信号
Figure C2004800425570004C1
相加，所述信号
Figure C2004800425570004C2
是具有时钟频率
Figure C2004800425570004C3
的短脉冲0、A、0、-A、...的序列，其中，值A-限定在发送信号的输出频谱中的附加分量的电平；
S205-把步骤S204得到的每个信道的信号滤波，提取从0到
Figure C2004800425570004C4
的频率分量，
S206-把步骤S205滤波后的第一信道的信号与信号Cosω0t相乘并把步骤S205滤波后的第二信道的信号与信号Sinω0t相乘，其中：
Figure C2004800425570004C5
-载频的频率，
S207-把步骤S206得到的两个信道的结果信号相加，形成发送信号；
--对于接收：
R201-将接收信号转换到中频
Figure C2004800425570004C6
生成中频信号；
R202-利用在频率
Figure C2004800425570004C7
和
Figure C2004800425570004C8
的输入信号频谱中的分量，借助第一PLL系统提取时钟频率ft、
Figure C2004800425570004C9
的信号和信号
Figure C2004800425570004C10
并借助第二PLL系统提取信号CosωIFt、SinωIFt，
R203-通过将步骤R201生成的中频信号乘以信号CosωIFt和SinωIFt来解调所述中频信号，分别形成第一和第二信道的信号，
R204-把步骤R203所得的第一和第二信道的信号转换成具有时钟频率的数字形式，
R205-把步骤R204处理后的每个信道的信号滤波，提取从0到
Figure C2004800425570004C12
的频率分量，
R206-把步骤R205滤波后的第一和第二信道的信号与信号
Figure C2004800425570004C13
相乘，所述信号是具有时钟频率
Figure C2004800425570004C15
的序列1、0、-1、0、...，用于消除恢复信息的模糊，
R207-把步骤R206得到的具有时钟频率
Figure C2004800425570005C1
的第一和第二信道的两个m级信号转换成一个m级信息序列，
R208-把步骤R207得到的具有时钟频率
Figure C2004800425570005C2
的m级信息序列转换成具有时钟频率ft的位信息序列，这是输出信号。
3.用于任何数据率的电信网络的在0dB以下信噪比下发送和接收正交振幅调制信号的系统，由形成用于发送的信号的第一装置和接收时处理信号的第二装置组成，其中，
所述形成用于发送的信号的第一装置，包括：
-把具有时钟频率ft的信息位序列转换成具有时钟频率ft/k的m级序列的第一转换器(1)，其中：k＝log2(m)，
-从时钟频率ft的信号获得时钟频率ft/k的信号的第一k分频器(2)，
-两个时钟频率ft/2k的信号的第一形成器(3)，所述两个时钟频率ft/2k的信号中第一个具有相位0，第二个具有相位π，分别控制第一开关(6)和第二开关(7)，
-把m级序列转换成m级短脉冲的序列的第二转换器(4)，所述短脉冲是指具有空占系数＞＞2的脉冲；
-固定分量的第二形成器(5)，
-分别提取具有时钟频率ft/2k的偶数和奇数抽样的序列并形成第一和第二信道的信号的第一开关(6)和第二开关(7)，
-从时钟频率ft/2k的信号形成信号
Figure C2004800425570005C3
和
Figure C2004800425570005C4
的第三形成器(8)，
-将第一信道的信号与固定分量相加的第一加法器(9)，
-分别用于将第一加法器(9)的输出信号和第二开关(7)输出的第二信道的信号与信号和
Figure C2004800425570005C6
相乘的第一乘法器(10)和第二乘法器(11)，
-分别用于第一和第二信道第一乘法器(10)和第二乘法器(11)的滤波、提取从0到
Figure C2004800425570006C1
的频率分量和形成最佳发送频谱的第一滤波器(12)和第二滤波器(13)，
-把第一滤波器(12)输出的第一信道的信号与信号Cosω0t相乘的第三乘法器(15)，其中：
Figure C2004800425570006C2
-载频的频率，
-把第二滤波器(13)输出的第二信道的信号与信号Sinω0t相乘的第四乘法器(16)，其中：
Figure C2004800425570006C3
-载频的频率，
-产生载波信号Cosω0t的第一发生器(14)，
-形成信号Sinω0t的-π/2的第一转相器(17)，
-把第三乘法器(15)和第四乘法器(16)输出的第一和第二信道的结果信号相加并形成用于发送的信号(21)的第二加法器(18)；
所述接收时处理信号的第二装置，包括：
-放大、预滤波和将输入信号的频谱变换到中频
Figure C2004800425570006C4
的第一预选器(23)，
-信号CosωIFt的由频率控制的第二发生器(29)，
-从信号CoωIFt获得信号SinωIFt的-π/2的第二转相器(30)，
-把信号CosωIFt与第一预选器(23)输出的中频信号相乘并形成第一信道信号的第五乘法器(33)，
-把信号SinωIFt与第一预选器(23)输出的中频信号相乘并形成第二信道信号的第六乘法器(34)，
-分别用于第一和第二信道信号的最佳滤波的具有通带边缘的第三滤波器(35)、第四滤波器(36)，
-时钟频率ft/k的控制第三发生器(24)，
-从时钟频率信号ft/k形成信号
Figure C2004800425570006C6
的第四形成器(25)，其中：ωt＝2πft，
-从信号
Figure C2004800425570006C7
获得信号
Figure C2004800425570006C8
的-π/2第三转相器(26)，
-把来自第三滤波器(35)输出端的第一信道的信号与信号
Figure C2004800425570007C1
相乘的第七乘法器(27)，
-提取时钟频率信号
Figure C2004800425570007C2
和信号
Figure C2004800425570007C3
和
Figure C2004800425570007C4
的，与第三发生器(24)、第四形成器(25)、第三转相器(26)、第七乘法器(27)联合组成第一PLL系统的环路第五滤波器(28)，
-把来自第四滤波器(36)输出端的第二信道的信号与信号
Figure C2004800425570007C5
相乘的第八乘法器(31)，
-提取信号CosωIFt和SinωIFt的，与第二发生器(29)、第二转相器(30)、第八乘法器(31)、第六乘法器(34)、第四滤波器(36)联合组成第二PLL系统的环路第六滤波器(32)，
-补偿为发送而引入的由固定分量值限定的在第一信道的信号
Figure C2004800425570007C6
的分量的第三加法器(37)，
-为在第三加法器(37)中的补偿而为信号
Figure C2004800425570007C7
的赋值的第一衰减器(38)，
-把第三加法器(37)输出的第一信道的信号与信号
Figure C2004800425570007C8
相乘的第九乘法器(39)，
-把第四滤波器(36)输出的第二信道的信号与信号
Figure C2004800425570007C9
相乘的第十乘法器(40)，
-把第九乘法器(39)和第十乘法器(40)输出的第一和第二信道的结果信号相加的第四加法器(41)，
-第一模数转换器(42)，为形成m级信息序列而把第四加法器(41)输出的模拟信号转换成具有时钟频率ft/k的数字码，
-为接收时钟频率ft而将时钟频率ft/k乘以k的第十一乘法器(43)，
-把第一模数转换器(42)输出的具有时钟频率ft/k的m级信息序列转换成具有时钟频率ft的位信息序列(45)并接收该输出信号的第三转换器(44)。
4.用于任何数据率的电信网络的在0dB以下信噪比下发送和接收正交振幅调制信号的系统，由形成用于发送的信号的第一装置和接收时处理信号的第二装置组成，其中，
所述形成用于发送的信号的第一装置，包括：
-把具有时钟频率ft的信息位序列转换成具有时钟频率
Figure C2004800425570008C1
的m级序列的第四转换器(301)，其中：k＝log2(m)，
-用于从时钟频率信号ft获得时钟频率
Figure C2004800425570008C2
的信号的第二k分频器(302)，
-用于获得时钟频率信号的第三2分频器(303)，
-第一和第二信道的两个具有时钟频率
Figure C2004800425570008C4
的m级序列的第五形成器(304)，
-从时钟频率信号
Figure C2004800425570008C5
形成信号
Figure C2004800425570008C6
和
Figure C2004800425570008C7
的第六形成器(305)，其中，值A-限定在发送信号的输出频谱中的附加分量的电平；
-用于将第五形成器(304)输出的第一和第二信道的信号与信号
Figure C2004800425570008C8
相乘的第十二乘法器(306)和第十三乘法器(307)，
-将第十二乘法器(306)和第十三乘法器(307)输出的第一和第二信道的信号与信号
Figure C2004800425570008C9
相加的第五加法器(308)和第六加法器(309)，其中，值A-限定在发送信号的输出频谱中的附加分量的电平，
-分别用于第五加法器(308)和第六加法器(309)输出的第一和第二信道信号的的滤波、提取从0到
Figure C2004800425570008C10
的频率分量并形成最佳发送频谱的第七滤波器(310)和第八滤波器(311)，
-把第七滤波器(310)输出的第一信道的信号与信号Cosω0t相乘的第十四乘法器(313)，其中：
Figure C2004800425570008C11
-载频的频率，
-把第八滤波器(311)输出的第二信道的信号与信号Sinω0t相乘的第十五乘法器(314)，其中：
Figure C2004800425570009C1
-载频的频率，
-载波信号Cosω0t的第四发生器(312)，
-用于形成信号Sinω0t的-π/2的第四转相器(315)，
-把来自第十四乘法器(313)和第十五乘法器(314)的输出的第一和第二信道的结果信号相加并形成用于发送的信号(319)的第七加法器(316)；
所述用于在接收时处理信号的第二装置，包括：
-用于放大、预滤波和输入信号的频谱变换到中频的第二预选器(421)，
-信号CosωIFt的由频率控制的第五发生器(430)，
-从信号CosωIFt获得信号SinωIFt的-π/2的第五转相器(431)，
-把信号CosωIFt与第二预选器(421)输出的中频信号相乘并形成第一信道的信号的第十六乘法器(436)，
-把信号SinωIFt与第二预选器(421)输出的中频信号相乘并形成第二信道的信号的第十七乘法器(437)，
-用于模数转换前的用于对第十六乘法器(436)和第十七乘法器(437)的输出信号预滤波的具有频率边缘
Figure C2004800425570009C3
的低频第九滤波器(438)、第十滤波器(439)，
-用于把低频第九滤波器(438)、第十滤波器(439)输出的第一和第二信道的模拟信号转换成具有时钟频率
Figure C2004800425570009C4
的数字信号的第二模数转换器(440)、第三模数转换器(441)，
-分别用于将第二模数转换器(440)、第三模数转换器(441)输出的第一和第二信道的信号最佳滤波的具有频率边缘
Figure C2004800425570009C5
的第十一滤波器(442)、第十二滤波器(443)，
-时钟频率ft的控制第六发生器(422)，
-从时钟频率ft获得时钟频率
Figure C2004800425570009C6
的第四k分频器(423)，
-从时钟频率
Figure C2004800425570010C1
的信号形成信号
Figure C2004800425570010C2
的第七形成器(424)，其中：ωt＝2πft，
-从信号
Figure C2004800425570010C3
获得信号
Figure C2004800425570010C4
的-π/2的第六转相器(425)，
-用于分别从第十一滤波器(442)和第十二滤波器(443)输出的第一和第二信道的信号提取在频率
Figure C2004800425570010C5
的信号分量的第十三滤波器(426)、第十四滤波器(432)，
-把来自第十三滤波器(426)和第十四滤波器(432)输出信号相加的第八加法器(427)，
-从来自第十三滤波器(426)的输入端的信号减去来自第十四滤波器(432)输出端的信号的第九加法器(433)，
-把来自第八加法器(427)输出端的信号与信号
Figure C2004800425570010C6
相乘的第十八乘法器(428)，
-用于提取时钟频率信号ft、
Figure C2004800425570010C7
和信号
Figure C2004800425570010C8
和
Figure C2004800425570010C9
的，与第六发生器(422)、第四分频器(423)、第七形成器(424)、第六转相器(425)、第十三滤波器(426)、第八加法器(427)、第十八乘法器(428)、第十四滤波器(432)一起组成第一PLL系统的环路第十五滤波器(429)，
-把来自第九加法器(433)输出端的信号与信号
Figure C2004800425570010C10
相乘的第十九乘法器(434)，
-用于提取信号CosωIFt和SinωIFt的，与第七发生器(430)、第七转相器(431)、第十六乘法器(436)、第十七乘法器(437)、低频第九滤波器(438)、第十滤波器(439)、第二模数转换器(440)、第三模数转换器(441)、第十一滤波器(442)、第十二滤波器(443)、第十三滤波器(426)、第十四滤波器(432)-第十九乘法器(434)一起组成第二PLL系统的环路第十六滤波器(435)，
-把第十一滤波器(442)和第十二滤波器(443)输出的第一和第二信道的信号与信号
Figure C2004800425570010C11
相乘的第二十乘法器(444)、第二十一乘法器(445)，
-把具有时钟频率
Figure C2004800425570011C1
的第二十乘法器(444)、第二十一乘法器(445)输出的第一和第二信道的m级序列转换成一个m级信息序列的第五转换器(446)，
-把第五转换器(446)输出的具有时钟频率的m级信息序列转换成具有时钟频率ft的位信息序列(448)并接收该输出信号的第六转换器(447)。
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