CN102739589A - 一种用于无线局域网通信系统的补码键控调制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线局域网通信领域，具体涉及一种用于无线局域网通信系统的补码键控调制装置及方法。所述装置包括输入符号产生器、码字映射符产生器、DQPSK调制器、并串转换器、I/Q映射恢复器及I/Q交换输出器；输入符号产生器与所述码字映射符产生器以及DQPSK调制器相连，码字映射符产生器与并串转换器、I/Q映射恢复器以及I/Q交换输出器依次相连，DQPSK调制器与I/Q交换输出器连接。本发明还提供一种用于无线局域网通信系统的补码键控调制方法。本发明使基本CCK基本码字存储方法最优化，并以映射符的表征形式进一步简化设计；I/Q两路数据交换的设计，避免了复数乘法器的使用，进一步节约了硬件资源。

Description

一种用于无线局域网通信系统的补码键控调制装置及方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术中的无线局域网通信领域以及微电子领域中的ASIC设计，具体涉及一种用于无线局域网通信系统的补码键控调制装置及方法。

背景技术

无线局域网通信技术使人们可以非常便捷的以无线方式连接网络，可以作为传统有线网络技术的延伸、补充或代替。国际电子工程师协会(IEEE)于1997年6月完成了IEEE802.11标准的制定并于同年11月发布。其中IEEE802.11b采用了动态速率调节技术，允许用于在不同的环境下采取不同的连接速度来弥补环境的影响。在较理想的状态下，工作站以11Mbit/s的速率运行，当工作站之间距离过长或者干扰较大时，传送速率可自动顺序降低为5.5Mbit/s、2Mbit/s或1Mbit/s。为了提高频率利用率，扩大通信网络的容量，以及有效地对抗存在于局域网无线环境中的多径干扰，802.11b中的两个高速率调制方案均采用了补偿编码键控(Complemen-tary Code Keying，CCK)技术，简称为补码键控技术。

补码的概念最早由Marcel J.E.Golay提出，他与1951年发表的论文中，首次提出补码键控技术。补码键控调制的码片是一个四项的补偿码序列集，其中的补偿码序列集是Walsh/Hadamard函数中的一个复数集合，该集合中的各个码字之间是近似正交的，因此CCK调制技术十分适用于运行在办公楼、学校等多径效应显著的无线局域网环境中。该技术可以看成是编码、调制和扩频技术的结合产物。

在IEEE802.11b中规定的四种调制方法分别为：1Mbit/sDBPSK调制、2Mbit/sDQPSK调制、5.5Mbit/sCCK调制和11Mbit/sCCK调制。其中设计复杂度最高的即为CCK调制，在IEEE802.11b规范下传统11Mbit/sCCK编码调制器的设计中，如图1所示，8比特数据{d₀，d₁，...，d₇}组成一个CCK输入符号D，生成的码片C由8个复数码字构成{c₀，c₁，...，c₇}。应用于CCK选择的码片共有256种，如公式1所示，其中不考虑决定旋转信息比特数据，则得到的基本CCK码字集为64种，如公式2所示：

(公式1)

(公式2)

其中第一个数据双位{d₀，d₁}通过DQPSK编码得到旋转角度

数据双位{d₂，d₃}、{d₄，d₅}和{d₆，d₇}基于QPSK调制编码得到

和

从公式1、公式2中可看出64个基本CCK码字都由8个元素组成，每个复数元素又包括实部I路和虚部Q路两路数据，在硬件实现中，即使只采用2比特位宽来量化也需要开辟16个64x2的ROM空间，该方法存在冗余信息，增加了不必要的硬件开销，因此11b发射机的优化重点之一即为CCK调制器存储方式的优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于无线局域网通信系统的补码键控调制装置，一方面来优化传统的CCK技术硬件设计实现中存储器的冗余信息，另一方面避免DQPSK调制后复数乘法器的资源消耗。

本发明的另一目的是提供一种用于无线局域网通信系统的补码键控调制方法，在低复杂度低功耗的基础上，大幅度减少了硬件资源消耗，并在性能上实现无损耗的设计。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于无线局域网通信系统的补码键控调制装置，包括输入符号产生器、码字映射符产生器、DQPSK调制器、并串转换器、I/Q映射恢复器及I/Q交换输出器；所述输入符号产生器与所述码字映射符产生器以及所述DQPSK调制器相连，所述码字映射符产生器与所述并串转换器、所述I/Q映射恢复器以及所述I/Q交换输出器依次相连，所述DQPSK调制器与所述I/Q交换输出器连接。

上述方案中，所述输入符号产生器，用于产生并行CCK调制输入符号；

所述码字映射符产生器，用于按CCK码片中码字排列次序顺次产生并行的基本CCK码字映射符；

所述并串转换器，用于将并行码字映射符转换成串行码字映射符；

所述I/Q映射恢复器，用于将串行码字映射符恢复成并行的带有正常调制信息的I路、Q路基本CCK码字调制信号；

所述DQPSK调制器，用于生成I/Q交换所需的控制信息，即旋转信息；

所述I/Q交换输出器，根据旋转信息交换I路、Q路信号。

上述方案中，所述码字映射符产生器包括输入符号分组模块和基本CCK码字映射符存储模块，所述输入符号分组模块和所述基本CCK码字映射符存储模块呈一一对应关系。

一种用于无线局域网通信系统的补码键控调制方法，包括如下步骤：

(1)根据所需的补码键控输入符号，将原始串行比特通过输入符号产生器产生并行CCK调制输入符号；

(2)将基本CCK码字以码字映射符的形式予以表征，并将所述的并行CCK调制输入符号进行分组，由每组调制输入符号根据表征结果得到并行的基本CCK码字映射符；

(3)将所述的基本CCK码字映射符转换成串行码字映射符，再恢复成带有正常调制后信息特征的复数信号；

(4)根据差分编码调制产生的基本CCK码片旋转信息，进行I路和Q路数据交换，实现复数乘法功能，得到CCK调制后的复数码片。

上述方案中，所述步骤(2)具体包括：

a、将基本CCK码字每一个组成元素的所有取值结果予以量化处理，以2比特基本CCK码字映射符的形式代替所述取值结果生成存储表；

b、确定并行的CCK调制输入符号与基本CCK码字中每一个元素的对应关系，将并行的CCK调制输入符号按对应关系进行分组，并在分组过程中删除冗余比特信息；

c、将并行的CCK调制输入符号作为地址信息，在基本CCK码字映射符形式的存储表中查找出与基本CCK码字映射符对应的并行的基本CCK码字映射符。

上述方案中，所述步骤(3)具体包括：

a、将并行的基本CCK码字映射符中的每个映射符按传输的先后顺序转换成串行的码字映射符；

b、根据所述的基本CCK码字映射符表征方法，将码字映射符逆处理，恢复成带有正常调制信息的I路、Q路基本CCK码字调制信号。

上述方案中，所述步骤(4)具体包括：

a、根据CCK调制输入符号的信息，得到差分相位调制编码的旋转角度值，用量化处理的方法表征所述旋转角度值；

b、根据量化处理的旋转角度值对I路、Q路数据进行交换操作，实现复数乘法功能，得到CCK调制后的复数码片。

与现有技术相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：

1、本发明具有很强的通用性，可广泛应用于各种场合的CCK调制器的设计与实现中；

2、本发明通过码字映射符产生器的设计，使基本CCK码字存储方法最优化，并以映射符的表征形式进一步简化设计；

3、本发明通过I/Q两路数据交换的设计，避免了复数乘法器的使用，进一步节约了硬件资源，具有很强的实用价值。

附图说明

图1为现有技术中实现CCK调制器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的补码键控调制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中码字映射符产生器的结构示意图；

图4为本发明应用于IEEE802.11b11Mbit/s发射机测试系统的示意图；

图5为基于本发明的802.11b发射机在发送端连续发送的情况下，在litepoint的802.11系列专用测试仪IQ view上得到的EVM图和眼图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。

如图2所示，本发明实施例提供一种用于无线局域网通信系统的补码键控调制装置，包括输入符号产生器、码字映射符产生器、DQPSK调制器、并串转换器、I/Q映射恢复器及I/Q交换输出器；所述输入符号产生器与所述码字映射符产生器以及所述DQPSK调制器相连，所述码字映射符产生器与所述并串转换器、所述I/Q映射恢复器以及所述I/Q交换输出器依次相连，所述DQPSK调制器与所述I/Q交换输出器连接。

其中，输入符号产生器，针对11Mbit/sCCK编码调制，输入比特流和输出比特流数据速率相等，{d₀，d₁，...，d₇}8比特数据由串行数据转换为并行CCK输入符号，符号速率降低到11/8Mbit/s。

码字映射符产生器包括输入符号分组模块和基本CCK码字映射符存储模块，输入符号分组模块和基本CCK码字映射符存储模块呈一一对应关系，如图3所示。所述输入符号分组模块，根据CCK基本码片中产生每一个复信号c′_i(i＝0，1，...，7)所需的相关相位信息倒推出产生该相位所需要的输入数据，并将输入的8比特数据进行分组处理。所述基本CCK码字映射符存储模块主要由7个存储单元构成，预先存储入无冗余数据的码字映射符，根据输入符号分组模块的7个输出选择相应的映射符。其中第8组相关相位为一常量，不需输入数据与其对应。具体确定输入比特、相关相位、以及基本码片中各码字的对应关系，如表1所示。码字映射符产生器的优化设计，使存储模块的硬件资源消耗降低。根据基本CCK码字集产生公式(即公式2)，将不同分组中的冗余比特信息删除，仅存储各组的相关信息，简化了存储器的占用空间。

表1CCK编码调制码片选择对应关系表

其中只读存储器中预先存放的基本CCK码字结果，将可能出现的所有结果(4种)用2bit数据予以量化，即用最简的比特信息(称之为码字映射符)予以表征，确定码字结果和码字映射符的对应关系，本发明以此种方法，存储信息由码字映射符代替带有调制编码信息的复信号，进一步优化了存储空间。基本CCK码片C′中第8个码片c′₇固定为常数，不与任一输入数据有关。

并串转换器针对11Mbit/sCCK编码调制，将并行码字转换为串行数据，码字c′₀最先发送。

I/Q映射恢复器相当于码字映射符的解映射工作，并将带有调制信息的复信号于此处恢复。该模块之前的数据处理均针对最低比特位数的码字映射符进行处理，使处理流程简单化。

DQPSK调制器根据输入符号中的前两比特信息调制出旋转角度

角度值仍以最低比特位数的表征数据予以量化并作为下一模块的控制信息。

I/Q交换输出器完成公式2到公式1的转换功能，输出最终结果(I_out，O_out)。但直接运算进行复数乘法占用资源较多，故根据旋转控制信息交换输入的I路I和Q路Q的方法予以代替，称为I/Q交换。

(公式3)

搭建IEEE802.11b11Mbit/s发射模型，如图4所示，对采用本发明思路的调制器进行测试，如图5所示，可见测试结果眼图张得很开，星座点非常集中，EVM达到-29dBm，低于协议要求的-9dBm。

本发明实施例还提供一种用于无线局域网通信系统的补码键控调制方法，包括如下步骤：

步骤101，根据所需的补码键控输入符号，将原始串行比特通过输入符号产生器产生并行CCK调制输入符号；

步骤102，将基本CCK码字以码字映射符的形式予以表征，即将基本CCK码字每一个组成元素的所有取值结果(这里为+1，-1，+i，-i四种情况)予以量化处理，以最简的2比特基本CCK码字映射符的形式代替这四种结果生成存储表；

步骤103，确定并行的CCK调制输入符号与基本CCK码字中每一个元素的对应关系，将并行的CCK调制输入符号按对应关系进行分组，在分组过程中删除冗余比特信息，使对应关系最简化；

步骤104，将并行的CCK调制输入符号作为地址信息，在基本CCK码字映射符形式的存储表中查找出与基本CCK码字映射符对应的并行的基本CCK码字映射符；

步骤105，将并行的基本CCK码字映射符中的每个映射符按传输的先后顺序转换成串行的码字映射符；

步骤106，根据所述的基本CCK码字映射符表征方法，将码字映射符逆处理，恢复成带有正常调制信息的I路、Q路基本CCK码字调制信号；

步骤107，根据CCK调制输入符号的信息，得到差分相位调制编码的旋转角度值，用量化处理的方法表征所述旋转角度值；

步骤108，确定基本CCK码字I路、Q路数据的交换处理方法，使该交换处理的方法代替较为复杂的旋转操作，并根据量化处理的旋转角度值对I路、Q路数据进行交换操作，实现复数乘法功能，得到CCK调制后的复数码片。

本发明的核心为：对输入符号进行优化分组，并将分组后符号数据一一对应码字映射符存储器，删除码字选择流程中的冗余信息，从而保证硬件存储表占用率最低、设计最简。

本发明较传统CCK调制器及其调制方法相比，节约了87％的ROM资源(当硬件定点位宽为16bit时，该比例随着硬件量化的定点位宽的增大而增大)，并可获得比WLAN协议要求低20dBm的EVM，有较高的实用价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于无线局域网通信系统的补码键控调制装置，其特征在于：包括输入符号产生器、码字映射符产生器、DQPSK调制器、并串转换器、I/Q映射恢复器及I/Q交换输出器；所述输入符号产生器与所述码字映射符产生器以及所述DQPSK调制器相连，所述码字映射符产生器与所述并串转换器、所述I/Q映射恢复器以及所述I/Q交换输出器依次相连，所述DQPSK调制器与所述I/Q交换输出器连接。

2.如权利要求1所述的用于无线局域网通信系统的补码键控调制装置，其特征在于：

所述输入符号产生器，用于产生并行CCK调制输入符号；

所述码字映射符产生器，用于按CCK码片中码字排列次序顺次产生并行的基本CCK码字映射符；

所述并串转换器，用于将并行码字映射符转换成串行码字映射符；

所述I/Q映射恢复器，用于将串行码字映射符恢复成并行的带有正常调制信息的I路、Q路基本CCK码字调制信号；

所述DQPSK调制器，用于生成I/Q交换所需的控制信息，即旋转信息；

所述I/Q交换输出器，根据旋转信息交换I路、Q路信号。

3.如权利要求1所述的用于无线局域网通信系统的补码键控调制装置，其特征在于：所述码字映射符产生器包括输入符号分组模块和基本CCK码字映射符存储模块，所述输入符号分组模块和所述基本CCK码字映射符存储模块呈一一对应关系。

4.一种用于无线局域网通信系统的补码键控调制方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）根据所需的补码键控输入符号，将原始串行比特通过输入符号产生器产生并行CCK调制输入符号；

（2）将基本CCK码字以码字映射符的形式予以表征，并将所述的并行CCK调制输入符号进行分组，由每组调制输入符号根据表征结果得到并行的基本CCK码字映射符；

（3）将所述的基本CCK码字映射符转换成串行码字映射符，再恢复成带有正常调制后信息特征的复数信号；

（4）根据差分编码调制产生的基本CCK码片旋转信息，进行I路和Q路数据交换，实现复数乘法功能，得到CCK调制后的复数码片。

5.如权利要求4所述的用于无线局域网通信系统的补码键控调制方法，其特征在于，所述步骤（2）具体包括：

a、将基本CCK码字每一个组成元素的所有取值结果予以量化处理，以2比特基本CCK码字映射符的形式代替所述取值结果生成存储表；

b、确定并行的CCK调制输入符号与基本CCK码字中每一个元素的对应关系，将并行的CCK调制输入符号按对应关系进行分组，并在分组过程中删除冗余比特信息；

c、将并行的CCK调制输入符号作为地址信息，在基本CCK码字映射符形式的存储表中查找出与基本CCK码字映射符对应的并行的基本CCK码字映射符。

6.如权利要求4所述的用于无线局域网通信系统的补码键控调制方法，其特征在于，所述步骤（3）具体包括：

a、将并行的基本CCK码字映射符中的每个映射符按传输的先后顺序转换成串行的码字映射符；

b、根据所述的基本CCK码字映射符表征方法，将码字映射符逆处理，恢复成带有正常调制信息的I路、Q路基本CCK码字调制信号。

7.如权利要求4所述的用于无线局域网通信系统的补码键控调制方法，其特征在于，所述步骤（4）具体包括：

a、根据CCK调制输入符号的信息，得到差分相位调制编码的旋转角度值，用量化处理的方法表征所述旋转角度值；

b、根据量化处理的旋转角度值对I路、Q路数据进行交换操作，实现复数乘法功能，得到CCK调制后的复数码片。

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