CN102238132A

CN102238132A - 通信系统的调变识别方法与装置

Info

Publication number: CN102238132A
Application number: CN2010101697950A
Authority: CN
Inventors: 庄源欣
Original assignee: Novatek Microelectronics Corp
Current assignee: Novatek Microelectronics Corp
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-11-09

Abstract

本发明提供一种通信系统的调变识别方法与装置。首先，提供对应于不同调变类型的多个星座图，其中每一个前述星座图具有多个图点。解映像一输入信号，以分别在所述多个星座图中找出距离输入信号位置最近的图点。分别统计所述多个最近图点与该输入信号位置的距离，而获得对应于不同调变类型的多个距离统计值。调变识别装置比较所述多个距离统计值，以辨识该输入信号的调变类型。

Description

通信系统的调变识别方法与装置

技术领域

本发明涉及一种通信系统，尤其涉及通信系统的一种调变识别方法与装置。

背景技术

通信系统(例如DVB-C)可以采用多种不同的调变技术，因此接收端必需能够正确辨识出调变类别。通常，调变识别算法(modulation recognitionalgorithm)可以分为两大类：样本识别(pattern recognition)以及最大可能性(maximum likelihood，ML)方法。样本识别是提取信号的高阶统计数据或波封(envelope)，以展现不同调变信号的特征。然而，样本识别的实现是高度复杂的。除此之外，在充满噪声的环境中，样本识别的效能会降低。ML识别是选择在可能性或对数可能性增至最大值的前提下。在充满噪声的环境中，ML的低收敛率需要接收数据的大量监测样本。

发明内容

本发明提供一种通信系统的调变识别方法与装置，可以正确快速辨识出输入信号的调变类型。

本发明实施例提出一种通信系统的调变识别方法，包括：提供对应于多种调变类型的多个星座图(constellation)，其中每一个前述星座图具有多个图点；解映像(de-mapping)一输入信号，以分别在所述多个星座图中找出距离输入信号位置最近的图点；分别统计所述多个最近图点与该输入信号位置的距离，而获得对应于所述多种调变类型的多个距离统计值；以及比较所述多个距离统计值，以辨识该输入信号的调变类型。

本发明实施例提出一种通信系统的调变识别装置，包括第一乘法单元、解映像单元、统计单元以及决定单元。第一乘法单元计算输入信号的绝对值平方。解映像单元耦接至第一乘法单元。根据第一乘法单元的输出，解映像单元在多个星座图中各自找出距离输入信号位置最近的图点，其中所述多个星座图对应于多种调变类型。统计单元耦接至解映像单元。统计单元分别统计所述多个最近图点与该输入信号位置的距离，而获得对应于所述多种调变类型的多个距离统计值。决定单元耦接至统计单元。决定单元比较所述多个距离统计值，以辨识该输入信号的调变类型。

在本发明一实施例中，上述统计所述多个最近图点与该输入信号位置的距离的步骤包括正规化该信号距离，以提供该最近图点与一邻近图点之间的一图点间距(该输入信号位置位于该最近图点与该邻近图点之间)，并将该信号距离除以该图点间距。然后，统计完成正规化后的信号距离后，而获得对应于所述多种调变类型的多个距离统计值。

基于上述，本发明实施例利用多种调变类型的星座图点特征，分别在代表不同调变类型的星座图中解映像此输入信号的最近图点，并且分别计算各星座图中此输入信号位置与最近图点的距离(差值)。调变识别装置统计各星座图中此输入信号位置与最近图点的距离而获得对应于不同调变类型的多个距离统计值。通过比较所述多个距离统计值，调变识别装置可以快速、正确地辨识该输入信号的调变类型。因此，调变识别装置不需要传送端提供任何优先级信息(priori information)便可以识别出调变类型。此调变识别方法不受载波或相位偏移(Carrier or phaseoffset)的影响，且具有低复杂度(complexity)与高收敛比(convergence rate)的优点。在充满噪声的环境(noisy environment)下此调变识别方法与装置依然有良好效能。

为让本发明上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例通信系统的调变识别方法的流程图；

图2为一般16QAM星座图；

图3A为本发明实施例16QAM星座图的图点旋转至I轴上的示意图；

图3B为本发明实施例16QAM星座图的图点取绝对值平方的示意图；

图4为本发明实施例通信系统的调变识别装置一结构示意图；

图5A为本发明实施例通信系统的调变识别装置另一结构示意图；

图5B为本发明实施例说明图1中步骤S130的实现流程图；

图6为本发明实施例通信系统的调变识别装置又一结构示意图。

主要附图标记说明

201、d₁ ⁰～d₆ ⁰、

图点； 400：调变识别装置；

410：第一乘法单元； 420：解映像单元；

421：解映射器； 430：统计单元；

431：统计器； 440：决定单元；

510：减法器； 520：数值产生单元；

530：第二乘法单元； 540：累加器；

S₀(n)：信号距离； S110～S140：一种调变识别方法的各步骤；

x(n)、y(n)：输入信号。

具体实施方式

一般通信系统可以采用多种不同的调变类型，例如DVB-C系统便可以使用多种不同的正交振幅调变(quadrature amplitude modulation，QAM)。DVB-C可能使用的正交振幅调变包含16QAM、32QAM、64QAM、128QAM或256QAM。然而，接收端对于传送端采用何种调变往往没有任何优先级信息。因此，接收端需要进行调变识别(modulationrecognition)，以便探知哪一种调变类型被用于传输。

图1为本发明实施例通信系统的调变识别方法的流程图。步骤S 110提供多个星座图，其中这些星座图对应于多种不同的调变类型，且每一个星座图具有多个图点。以下以16QAM为调变类型范例，其它调变类型(例如32QAM、64QAM、128QAM或256QAM)的星座图可以类推。图2为一般16QAM星座图。其中，纵坐标代表正交分量(Quadrature component)Q，横坐标代表同相分量(In-phase component)I。图2所示16QAM星座图具有多个图点(例如图点201)。图中「×」代表在时间n的输入信号x(n)在16QAM星座图中的位置。若输入信号x(n)采用了16QAM的调变类型，则多个输入信号x(n)应该会群聚在图2所示16个图点(例如图点201)。

调变识别装置进行步骤S120而解映射(de-mapping)该输入信号x(n)，以分别在代表不同调变类型的多个星座图中找出距离输入信号x(n)位置最近的图点。例如，调变识别装置可以在图2所示16QAM星座图中找到最近图点201，而此最近图点201与输入信号x(n)位置的距离最短。同理可推，调变识别装置可以在其它调变类型(例如32QAM、64QAM、128QAM或256QAM)星座图中各自找到1个最近图点。

接下来，调变识别装置进行步骤S130而分别统计在不同星座图中所述最近图点与输入信号x(n)位置之间的「信号距离」。经过一段时间后，调变识别装置可以统计在不同星座图中的「信号距离」，而获得对应于不同调变类型的多个距离统计值。因此，调变识别装置便可以进行步骤S140而比较这些距离统计值，以辨识输入信号x(n)的调变类型。

以图2所示16QAM星座图为例。若输入信号x(n)不是采用16QAM的调变类型，则输入信号x(n)不会群聚在图2所示16个图点。因此，调变识别装置统计16QAM星座图中的「信号距离」而获得的距离统计值会很大。

若输入信号x(n)群聚在图2所示16个图点，则调变识别装置统计16QAM星座图中的「信号距离」而获得的距离统计值会很小(甚至趋近于0)。因此，调变识别装置可以判定距离统计值最小的16QAM星座图就是输入信号x(n)所采用的调变类型，也就是辨识出输入信号x(n)采用了16QAM的调变类型。

为了简化「信号距离」的计算，可以将星座图的图点与输入信号x(n)转换至I轴上，以消除载波与相位偏移(carrier and phase offset)的影响。例如，将输入信号x(n)取绝对值(也就是取输入信号x(n)至原点的距离)，相当于输入信号x(n)位置旋转至I轴上，而获得输入信号y(n)，也就是y(n)＝|x(n)|。星座图的图点亦取绝对值(也就是取图点至原点O的距离)，相当于以原点O为圆心将各图点旋转至I轴上，而获得新的图点

其中i表示调变类型，k_i表示第i个调变类型的图点数。例如，图3A为本发明实施例16QAM星座图的图点旋转至I轴上的示意图。16QAM星座图的图点旋转至I轴上，而获得新的图点d₁ ⁰、d₂ ⁰、d₃ ⁰、d₄ ⁰、d₅ ⁰与d₆ ⁰。因此，只要计算最近图点d₄ ⁰与输入信号y(n)位置的差值，便可获得「信号距离」。这些图点d₁ ⁰～d₆ ⁰可以事先算出并制成查找表(look-up table)以降低电路运算复杂度。上述说明可以类推至其它调变类型(例如32QAM、64QAM、128QAM或256QAM)星座图。

另一种简化「信号距离」的计算方式，可以将星座图的图点与输入信号x(n)分别进行绝对值平方(square of absolute value)运算，其效果也可以消除载波与相位偏移的影响。各种调变类型星座图的图点亦对应地进行绝对值平方运算，而获得新的图点

其中i表示调变类型，k_i表示第i个调变类型的图点数。例如，图3B为本发明实施例16QAM星座图的图点取绝对值平方的示意图。16QAM星座图的各图点与原点O的距离分别为a₀、a₁与a₂，如图3B所示。各图点取绝对值平方而获得新的图点d₁ ⁰、d₂ ⁰与d₃ ⁰，这些新的图点与原点O的距离分别为(a₀)²、(a₁)²与(a₂)²。将输入信号x(n)取绝对值平方而获得输入信号y(n)，也就是y(n)＝|x(n)|²。在图3B中以「×」代表在时间n的输入信号y(n)在取绝对值平方后的16QAM星座图中的位置。因此，只要计算图3B中最近图点d₂ ⁰与输入信号y(n)位置的差值，便可获得「信号距离」。值得一提的是，这些取绝对值平方后的图点d₁ ⁰～d₃ ⁰亦可以事先算出并制成「查找表」以降低电路运算复杂度。上述说明也可以类推至32QAM、64QAM、128QAM或256QAM或其它调变类型的星座图。以下实施例将利用绝对值平方运算来将输入信号x(n)转换为输入信号y(n)。

图4为本发明实施例通信系统的调变识别装置一结构示意图。以下将以调变识别装置400执行图1所述调变识别方法。调变识别装置400包括第一乘法单元410、解映像单元420、统计单元430以及决定单元440。首先，第一乘法单元410将输入信号x(n)的绝对值乘以输入信号x(n)的绝对值，也就是将输入信号x(n)取绝对值平方而获得输入信号y(n)，以消除载波与相位偏移的影响。

解映像单元420耦接至第一乘法单元410。根据第一乘法单元410的输出y(n)，解映像单元420分别于多个星座图中找出距离输入信号y(n)位置最近的图点

前述解映像单元420包括多个解映射器(demapper)421。每一个解映射器421以对应于一种调变类型的决策边界(decisionboundary)

产生第一乘法单元410的输出y(n)的硬决策(hard decision)

给统计单元430，也就是所传输的星座点(constellationpoints)所有可能的绝对值平方值组。以图3B为例，解映射器421在取绝对值平方后的16QAM星座图d₁ ⁰～d₃ ⁰中找出距离输入信号y(n)位置最近的图点d₂ ⁰。上述解映像器421可视设计需求而以任何方式实现，例如以查找表方式实现上述解映像器421。

统计单元430耦接至解映像单元420。统计单元430分别统计不同星座图的最近图点

与输入信号y(n)位置之间的「信号距离」S_i(n)，而获得对应于所述多种调变类型的多个距离统计值L_i。前述统计单元430包括多个统计器431。每一个统计器431统计对应星座图中该最近图点

与输入信号y(n)位置之间的信号距离S_i(n)，而获得对应于该对应星座图的距离统计值。以图3B为例，统计器431在取绝对值平方后的16QAM星座图中计算在时间n的最近图点d₂ ⁰与输入信号y(n)位置之间的「信号距离」S₀(n)，以及计算在其它时间的「信号距离」。然后，统计器431统计N个「信号距离」而获得对应于16QAM调变类型的距离统计值L₀。前述N值可以根据系统设计需求而设定。上述说明可以类推至其它星座图(例如32QAM、64QAM、128QAM或256QAM)。

决定单元440耦接至统计单元430。决定单元440接收并比较对应于不同调变类型的多个距离统计值L₀～L_i，以辨识输入信号x(n)的调变类型。在本实施例中，决定单元440在这些距离统计值L₀～L_i中找出一个最小值，以及根据所找出最小距离统计值所属的星座图辨识输入信号x(n)的调变类型。以图3B为例，若输入信号x(n)群聚在图3B所示16个小圆圈，则输入信号y(n)会群聚在I轴上图点d₁ ⁰～d₃ ⁰。统计单元430统计取绝对值平方后的16QAM星座图中的「信号距离」(例如S₀(n))而获得的距离统计值L₀会很小(甚至趋近于0)。因此，决定单元440可以判定距离统计值L₀～L_i中最小者是距离统计值L₀，进而辨识出输入信号x(n)采用了16QAM的调变类型。

以下将以DVB-C系统为示范例。图5A为本发明实施例通信系统的调变识别装置另一结构示意图。在本实施例中，针对16QAM、32QAM、64QAM、128QAM与256QAM等不同调变类型，解映像单元420配置了对应的解映像器(例如16QAM解映像器421)。每一个解映射器以对应的决策边界

产生y(n)的硬决策

给统计单元430。当硬决策

产生后，硬决策

会被减以y(n)而产生信号

此硬决策

相当于y(n)的最近图点。

图5B为本发明实施例说明图1中步骤S130的实现流程图。在图5B中步骤S130包含了子步骤S131、S132、S133以及S134。请参照图5A与图5B，以下将说明统计器431的实施范例，而统计单元430内的其它统计器可以参照统计器431的说明。统计器431包括减法器510、数值产生单元520、第二乘法单元530以及累加器540。减法器510将最近图点

减以第一乘法单元410的输出(步骤S131)，也就是计算信号距离

以图3B为例可以明显看出，例如，相邻图点d₁ ⁰与d₂ ⁰的间距以及相邻图点d₂ ⁰与d₃ ⁰的间距并不一样。因此，本实施例将正规化(normalize)减法器510所输出的信号距离S₀(n)。也就是说，通过数值产生单元520提供最近图点

与邻近图点之间的一图点间距

或

给第二乘法单元530(步骤S132)，然后由第二乘法单元530将信号距离S₀(n)除以该图点间距(步骤S133)。

在本实施例中，数值产生单元520根据减法器510的输出S₀(n)而决定最近图点

与邻近图点

之间的图点间距，并输出该图点间距的倒数，也就是

这些图点间距的倒数

可以事先算出并制成查找表以降低运算复杂度。上述y(n)是位于最近图点与邻近图点之间，因此数值产生单元520是根据S₀(n)来判断邻近图点是

或当S₀(n)≥0时，表示y(n)是位于图点

与图点

之间，因此数值产生单元520输出

给第二乘法单元530。当S₀(n)＜0时，表示y(n)是位于图点与图点

之间，因此数值产生单元520输出

给第二乘法单元530。第二乘法单元530将前述图点间距的倒数乘以减法器510的输出S₀(n)然后将乘积输出给累加器540。以图3B为例，减法器510将16QAM解映射器421所输出的最近图点d₂ ⁰减去输入信号y(n)，而输出信号距离S₀(n)。数值产生单元520根据信号距离S₀(n)来决定邻近图点是d₁ ⁰或d₃ ⁰。在此，数值产生单元520选择将1/(d₂ ⁰-d₁ ⁰)输出给第二乘法单元530。第二乘法单元530将正规化后的信号距离S₀(n)/(d₂ ⁰-d₁ ⁰)输出给累加器540。

接下来由累加器540进行步骤S134。累加器540消除第二乘法单元530的输出的正负号。上述消除正负号的方式，可以取绝对值来消除第二乘法单元530的输出的正负号，而本实施例是将第二乘法单元530的输出平方以消除正负号。最后，累加N个前述平方值，以获得距离统计值L₀。然后，累加器540将距离统计值L₀输出给决定单元440。决定单元440进行步骤S140以便比较这些距离统计值L₀～L_i以选出最小者，据以辨识哪一种调变类型被选用。

应用本实施例者当可以根据其设计需求而修改上述诸实施例。例如，图6为本发明实施例通信系统的调变识别装置又一结构示意图。图4所示调变识别装置400是以不同的通道各自累积距离统计值L₀～L_i。图6不同于图4之处，在于图6所示调变识别装置是共享同一个通道来累积不同星座图的距离统计值L₀～L_i。图6所示调变识别装置的详细实施方式可以参照图4所示调变识别装置400的相关说明进行类推，故不在此赘述。

综上所述，上述诸实施例利用了不同调变类型的星座图点特征，来识别调变类型。在代表不同调变类型的多个星座图中分别解映射(de-mapping)此输入信号x(n)的最近图点，并且分别计算各星座图中此输入信号x(n)位置与最近图点的距离(差值)。调变识别装置400统计各星座图中此输入信号位置与最近图点的距离而获得对应于不同调变类型的多个距离统计值。通过比较所述多个距离统计值，调变识别装置400可以快速、正确地辨识该输入信号的调变类型。因此，调变识别装置400不需要传送端提供任何优先级信息便可以识别出调变类型。此调变识别方法不受载波或相位偏移的影响，且具有低复杂度与高收敛比的优点。在充满噪声的环境下此调变识别方法与调变识别方法装置400依然有良好效能。

虽然本发明已以实施例揭示如上，但其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作任意的更改或等同替换，故本发明的保护范围应当以本申请权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种通信系统的调变识别方法，包括：

提供对应于多种调变类型的多个星座图，其中每一个前述星座图具有多个图点；

以一调变识别装置解映像一输入信号，以分别在所述多个星座图中找出距离该输入信号位置最近的一最近图点；

以该调变识别装置分别统计所述多个星座图的该最近图点与该输入信号位置之间的一信号距离，而获得对应于所述多种调变类型的多个距离统计值；以及

以该调变识别装置比较所述多个距离统计值，以辨识该输入信号的调变类型。

2.根据权利要求1所述的通信系统的调变识别方法，还包括：

计算该输入信号的绝对值平方。

3.根据权利要求1所述的通信系统的调变识别方法，其中前述统计步骤包括：

正规化该信号距离，以提供该最近图点与一邻近图点之间的一图点间距，其中该输入信号的位置位于该最近图点与该邻近图点之间，并将该信号距离除以该图点间距。

4.根据权利要求1所述的通信系统的调变识别方法，其中前述统计步骤包括：

消除该信号距离的正负号；以及

累加已消除正负号的该信号距离，以获得所述多个距离统计值的其中一个距离统计值。

5.根据权利要求1所述通信系统的调变识别方法，其中该比较步骤包括：

比较所述多个距离统计值，以在所述多个距离统计值中找出一最小值；以及

根据该最小值所对应的星座图辨识该输入信号所属调变类型。

6.一种通信系统的调变识别装置，包括：

一第一乘法单元，将一输入信号的绝对值乘以该输入信号的绝对值；

一解映像单元，耦接至该第一乘法单元，根据该第一乘法单元的输出分别在多个星座图中找出距离该输入信号之位置最近的一最近图点，其中所述多个星座图对应于多种调变类型；

一统计单元，耦接至该解映像单元，分别统计所述多个星座图的该最近图点与该输入信号位置之间的一信号距离，而获得对应于所述多种调变类型的多个距离统计值；以及

一决定单元，耦接至该统计单元，比较所述多个距离统计值，以辨识该输入信号的调变类型。

7.根据权利要求6所述的通信系统的调变识别装置，其中前述解映像单元包括：

多个解映射器，其中每一个解映射器以对应于一种调变类型的决策边界产生该第一乘法单元的输出的硬决策给该统计单元。

8.根据权利要求6所述的通信系统的调变识别装置，其中前述统计单元包括：

多个统计器，其中每一个统计器统计一对应星座图的该最近图点与该输入信号位置之间的该信号距离，而获得对应于该对应星座图的距离统计值。

9.根据权利要求8所述的通信系统的调变识别装置，其中前述统计器包括：

一减法器，将该最近图点减以该第一乘法单元的输出；

一数值产生单元，根据该减法器的输出而决定该最近图点与一邻近图点的一图点间距，并输出该图点间距的倒数，其中该第一乘法单元的输出位于该最近图点与该邻近图点之间；

一第二乘法单元，将该图点间距的倒数乘以该减法器的输出；以及

一累加器，消除该第二乘法单元的输出的正负号，并且累加已消除正负号的该第二乘法单元的输出，以获得所述多个距离统计值的其中一个距离统计值。

10.根据权利要求6所述的通信系统的调变识别装置，其中该决定单元在所述多个距离统计值中找出一最小值，以及根据该最小值所对应的星座图辨识该输入信号所属调变类型。