CN102783112B - 数据调制 - Google Patents

Abstract

调制器(100)包括符号映射器(110)，符号映射器(110)将比特序列的相应比特集合映射到相应符号中，以形成数据符号、训练符号、尾部符号和保护符号的符号序列，该比特序列对应于突发并包括数据比特、训练比特、尾部比特和保护比特。矢量预编码器(120)向数据符号和训练符号应用矢量预编码变换，以形成预编码符号。在符号处理器(130)中将这些预编码符号与尾部符号和保护符号进行组合，以形成发送符号的序列。发射机(200)的调制器(100)所进行的矢量预编码实现了改进的链路性能，而无需以接收机算法的处理复杂度增加为代价。

Description

数据调制

技术领域

本发明总体涉及数据处理，以及具体地，涉及对要在基于无线电的通信网络中发送的数据的调制。

背景技术

全球移动通信系统(GSM)当前在世界上是用于移动电话的最流行的标准，并且从1990年代的早期便已经进行了商业部署。虽然已经提出了在基于无线电的通信网络中用于移动通信的更新的标准，仍然存在着对GSM技术及其改进(例如，GSM演进增强数据速率(EDGE)，在本领域中也称为增强通用分组无线服务(EGPRS))的持续改进的兴趣。这意味着仍在积极寻求对硬件和频谱效率的改进。

随着EGPRS阶段2(EGPRS2)的到来，GSM技术在复杂度和性能方面正在到达其某些限制。首先，GSM物理层使用单载波调制和高度时间弥散窄带信道。其次，对增加数据速率和频谱效率的需要已导致引入了较高阶的调制。然而，使用这些较高阶调制的数字调制信号的均衡对于接收机是要求非常高的任务。原因在于解调器的计算复杂度随着调制的符号星座图的大小成指数增加。

假设在所有的GSM无线电信道中存在着时间弥散，使用次优接收机算法是不可避免的。虽然有很多简化，这些算法仍然是非常复杂的。

美国专利申请No.2008/0225985公开了用于通过使用调制方案来调制数据并将调制数据从频域变换到时域来增强无线通信信道的容量的技术。然后，在调制数据的时域版本上，独立于时隙对比特进行编码。文档提出使用突发中的156个可用时域值中的40个预先指定的时域值，这要求将40个频域符号留作变量，并因此不能携带任何数据。然而，该过程是复杂的，并具有很高的计算复杂度。

发明内容

因此，需要允许进一步改进GSM技术、但不在通信设备的接收机或发射机中引入很高复杂度的解决方案。

目标是提供与发送链相结合的改进的调制。

具体目标是向基于GSM的通信网络提供多信道调制。

通过本文中描述的实施例来满足这些以及其他的目标。

简而言之，调制器包括符号映射器，与无线电突发相对应并包括数据比特、训练比特、尾部比特和保护比特的比特序列被输入到符号映射器。符号映射器将比特序列的至少一个比特的相应集合映射到相应符号中，以形成数据符号、训练符号、尾部符号和保护符号的符号序列。调制器的矢量预编码器通过向数据符号和训练符号应用矢量预编码变换来处理数据符号和训练符号，以形成相应的预编码符号。在符号处理器中将预编码符号与来自符号映射器的尾部符号和保护符号进行组合，以形成发送符号的序列或突发，然后，对发送符号的序列或突发进行上采样、滤波、上混频和放大，并在时隙期间作为无线电信号发射到空中。

与兼容GSM的设备的传统调制相比，数据符号和训练符号的矢量预编码使得能够使用较高阶的调制，但是没有现有技术中增加接收机算法复杂度的相关缺陷。

实施例的一方面还涉及数据调制方法，该数据调制方法涉及映射输入比特序列的至少一个比特的相应集合，该输入比特序列对应于无线电突发，并包括数据比特、训练比特、尾部比特和保护比特。映射的结果是数据符号、训练符号、尾部符号和保护符号的序列。向数据符号和训练符号应用矢量预编码变换，以形成相应的预编码符号，该相应的预编码符号与尾部符号和保护符号组合，以形成发送符号的序列。

附图说明

通过结合附图来参考以下的描述，本发明及其进一步的目标和优势可被最好地理解，在附图中：

图1是可以在其中实现实施例的基于无线电的通信网络的示意性概述；

图2示意性地示出了根据实施例的发送链；

图3示意性地示出了根据实施例的调制器；

图4是示出根据实施例的调制方法的流程图；

图5是示出根据实施例的图4中的调制方法的附加方法步骤的流程图；

图6是示出根据另一实施例的图4中的调制方法的附加方法步骤的流程图；

图7是示出根据实施例的发送方法的流程图；

图8是示出图7中的发送方法的符号映射步骤的实施例的流程图；

图9是示出图7中的发送方法的脉冲成形步骤的实施例的流程图；以及

图10是对EGPRS2-A系统和实施例之间的下行链路吞吐量进行比较的图。

具体实施方式

在全部附图中，针对相似或者对应的元素使用相同的引用标记。

本实施例涉及与在无线的、基于无线电的通信网络中有用的发射机相结合的数据处理。具体地，在此公开的实施例涉及发射机中数据的调制。

实施例引入了新的数据调制，该新的数据调制特别可用于利用GSM技术及其发展(即，EDGE/EGPRS，包括最近提出的EGPRS2技术)的基于无线电的通信网络。众所周知，GSM是时分多址接入(TDMA)/频分多址接入(FDMA)系统，其中，所分配的频带被划分为200kHz宽的信道，并且时间被分割为长度为15/26ms(即，大约576.9μs)的时隙。

图1是基于无线电的通信网络1的示意性概述，通信网络1包括为特定地理区域提供服务的基本收发信机站或基站20，在本领域中通常表示为小区10。移动电话或设备30-70以及小区内出现的其他通信设备可以参与到使用基站20和在小区10处提供的通信资源(即，所定义的频率的时隙)的通信服务中。

实施例引入了对GSM技术的基本TDMA/FDMA复用的扩展，该扩展实现改进的无线电链路性能，但不需要所提出的EGPRS2技术的复杂的接收机算法。从而，通过引入较高阶的符号星座图可以获得增加的系统吞吐量和改进的频谱效率，而不需要均衡器和要求非常高的信号处理，该均衡器和要求非常高的信号处理是由于根据现有技术引入这种较高阶符号星座图而导致的。

通过引入离散时间信号分割(DTCP)来扩展TDMA/FDMA复用。DTCP是一种类型的多信道调制，非常适于数字实现。DTCP指的是选择发送基本矢量，以及DTCP通过线性变换的方式定义了输入采样的离散集合和输出采样的离散集合之间的关系。

DTCP的优选实施方式是矢量预编码。矢量预编码通过对发送基本矢量的明智选择来创建独立信道的集合。在此，还通过保留在GSM中使用的时间和频率划分的这种方式来利用矢量预编码。此外，通过引入矢量预编码，还可以像之前完全一样地执行在GSM中通常使用来减轻多径衰落的跳频。

图2是根据实施例的发送链的图示，该发送链被实现为通信设备中的发射机20或收发信机的发送链。发射机20包括四个主要单元：突发格式化单元180、根据实施例的调制器100、上混频器和放大器190以及所连接的发送天线195或发送天线系统。调制器100的示例是采用矢量预编码器120实现的线性调制器100，并且此外包括符号映射器110和符号处理器130。

调制器100的符号映射器110被配置为优选地从图2中示出的突发格式化单元180接收与无线电突发相对应的比特序列。该比特序列包括数据比特和训练比特。数据比特表示携带要以无线电突发的形式发送的有效载荷或控制数据或信息的用户码比特。训练比特在本领域中众所周知，并被用于同步和信道估计。比特序列优选地还包括尾部比特和保护比特。尾部比特传统上被用来重置接收机中的均衡器状态，以及保护比特允许功率斜升和斜降(ramp up and down)，并允许无线电突发的到达中的一些传播时延，以确保时隙不会彼此冲突。虽然实施例可以使用没有这些尾部比特和保护比特的比特序列，但它们优选包括在比特序列中，以确保功率对时间曲线(profile)符合GSM规范，以确保在发射机中，信号电平在某些特定时间处已知，以用于测量目的。

比特序列输入符号映射器110，符号映射器110通过将比特序列的至少一个比特的相应集合映射到相应的符号中来处理该比特序列，以形成符号序列。从而，符号映射器110接收包括数据比特、训练比特以及优选地尾部比特和保护比特在内的比特序列，并输出包括数据或有效载荷符号、训练符号以及优选地尾部符号和保护符号在内的符号序列。

在备选的实施例中，在将符号序列格式化为突发之前进行符号映射器110的符号映射操作。在这种情况下，首先如上所述将数据比特、训练比特以及优选地尾部比特和保护比特映射到相应的数据符号、训练符号以及尾部符号和保护符号。然后，将所产生的符号格式化为与无线电突发相对应的序列，例如，如在此描述的使数据和训练符号两侧连接(flank)尾部符号和保护符号。

将来自符号映射器110的数据符号和训练符号输入到矢量预编码器120中。矢量预编码器120通过向数据符号和训练符号应用矢量预编码变换来处理这些符号，以形成相应的预编码符号或者数据符号和训练符号的发送版本。

矢量预编码器120由此执行引入了信道分割的坐标变换。

在符号处理器130中将来自矢量编码器120的输出(即，预编码符号)与来自符号映射器110的尾部符号和保护符号进行组合，以形成发送符号的序列或突发。

现在将结合实现示例更详细地描述本发明的实施例。

突发格式化单元180接收数据比特，并将这些数据比特与训练比特、尾部比特和保护比特组合，以形成与无线电突发相对应的比特序列。在突发格式化之后，该比特序列具有以下结构：

备选地，可以在比特序列的结尾处或开始处提供所有的保护比特。这是在GSM的正常突发中传统的比特组织。在现有技术中，使用26个训练比特、2×3个尾部比特以及8.25个保护比特来补充2×58个数据比特。如果符号映射器110针对一个比特的相应集合利用较低阶的调制(例如，二进制相移键控(BPSK))，有利地可以使用以上提到的比特序列的相应部分的比特长度。然而有利地，可以结合较高阶的调制来使用在此公开的实施例，其中，例如，通过将两个比特(QPSK，4 QAM)、三个比特(8-PSK)、四个比特(16QAM)、五个比特(32QAM)、六个比特(64QAM)或者七个比特(128QAM)的集合映射到符号中的正交PSK(QPSK)、8-PSK、4/16/32/64或者甚至128正交幅度调制(QAM)的方式，将多个(即，至少两个)比特的集合映射到相应的符号中。

将比特序列输入到符号映射器110中，以将一个或多个比特的集合映射到从符号星座图(例如，上述的PSK和QAM符号星座图之一)提取的相应符号中。从而，符号映射产生符号序列：

保护

(b_α+1，...，b_β，b_ε+1，...，b_φ)→t＝(t₁，...，t_ν)尾

(b_β+1，...，b_χ，b_δ+1，...，b_ε)→x＝(x₁，...，x_D)数据

$(b_{\mathrm{\χ}+1},...,b_{\mathrm{\δ}})\→s=(s_1,...,s_{N_{\mathrm{tr}}})$ 训练

其中，g，t，x，s表示分别携带保护比特、尾部比特、数据比特和训练比特的(PSK/QAM)符号。符号序列包括数据符号D和训练符号N_tr，数据符号和训练符号合计为N＝D+N_tr。在与无线电突发相对应的符号序列中，符号的总数是K＝N+η+ν。对于GSM/EDGE实施方式，这些参数的典型值是N＝142、η＝8和ν＝6。

从而，符号映射器110的输出是符号序列：

[c₁，...，c_K]＝[g，t，x，s]

参考图3中示出的调制器实施例，调制器100有利地包括被实现为插入训练符号和数据符号以用于同步和信道估计目的的符号交织器140。在现有技术中，这种交织是通过以下方式进行的：将所有的训练符号放置在数据符号的中间，由此形成58个数据符号的第一集合，其后是26个训练符号，然后是剩余的58个数据符号。

在优选实施方式中，符号交织器140被配置为在数据符号中交织训练符号，以形成由具有至少一个训练符号的相应集合来进行隔离的数据符号的至少Q≥3个集合。这意味着，优选地，将训练符号分布或扩散在数据符号中，而不是全部集中在符号序列的中间并因而在无线电突发的中间。训练符号的具体位置对接收机性能有影响，从而一般来说，分布训练符号而不是将所有这些符号集中在单个集合中是有利的。符号交织器140使用的具体交织方案可以取决于各种参数，例如，编码速率或者带内信令的存在。这意味着，例如可以选择所使用的交织方案以降低总体的信道估计误差。将训练符号交织到数据符号内在序列和无线电突发内的与其他符号位置相比预期具有更高信噪比(SNR)的位置处，这也可以是有利的。示例实施方式是将训练符号均匀地分布在数据符号中。

符号交织器140由此输出长度为N个符号的矢量z，该矢量z是由数据符号x和训练符号s构建的：

通过索引给出训练符号的位置，以及通过来同样地给出数据符号的位置。换言之，z_n(m)＝s_m以及z_k(p)＝x_p。

将来自可选但优选的符号交织器140的输出矢量转发到矢量预编码器120，其中，将矢量预编码应用到矢量z，以形成表示预编码符号的复数z的新序列。

在优选实施方式中，矢量预编码器120所使用的矢量预编码变换是离散变换，以及更优选地，从以下变换构成的组中选择的离散变换：离散傅里叶变换(DFT)、逆DFT(IDFT)、离散余弦变换(DCT)、逆DCT(IDCT)、离散小波变换(DWT)和逆DWT(IDWT)。

然后，矢量预编码器120将预编码矩阵w应用到具有已交织的训练符号和数据符号的矢量，以执行引入信道分割的坐标变换。

例如，在IDFT预编码的情况下，w是大小为N×N的傅里叶变换矩阵。矩阵中的项可以定义为m＝1，...，N，i＝1，...，N，或者至少可以从m＝1，...，N，i＝1，...，N推导出，其中，m是矩阵的行计数器，i是矩阵的列计数器。通过使用IDFT预编码，矢量编码器120执行坐标变换，该坐标变换产生无线电信道矩阵的特征矢量来作为发送基本矢量。这些特征矢量几乎与传播环境无关。

因此，矢量编码器120进行的矢量预编码操作如下：

Z＝W^Hz

可以使用快速正向变换(FFT)来有效地实现矩阵W^H的乘法。W^H是厄密矩阵，即，等于其自身的共轭转置的具有复数项的方阵。换言之，第m行第i列的矩阵项等于第i行第m列的项的复共轭。如果矢量预编码器120使用IDFT来执行坐标变换，无线电信道矩阵的特征向量将是发送基本矢量。这些特征向量几乎与传播环境无关。

作为另一示例，矢量预编码器120可以应用基于DCT的矢量预编码变换作为替代。在这种情况下，预编码矩阵w给出为：

$W_{m,i}=\sqrt{\frac{2}{N}}\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{2N}(i-1)(2m-1)\right),$ m＝1，...，N，i＝1，...，N

以及IDCT矩阵给出为：

$W_{m,i}=\sqrt{\frac{2}{N}}a(i-1)\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{2N}(i-1)(2m-1)\right),$ m＝1，...，N，i＝1，...，N

其中

$a\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}& k=0\\ 1& 1\≤k\≤N-1\end{array}\right\}$

在可选但优选的实施例中，调制器100包括循环前缀处理器150，循环前缀处理器150对来自矢量预编码器120的输出进行操作和处理。循环前缀处理器150将循环前缀添加到预编码符号。这种循环前缀的目的是允许在主数据到达接收机之前稳定多径。

为了减轻时间弥散并使得信令对无线电信道上的时间弥散较不敏感，可以使用循环前缀处理器150。循环前缀处理器150被配置为将长度为L≥0个符号的循环前缀添加到来自矢量预编码器120的预编码符号。如果L＝0，则不使用循环前缀，而参数L的非零整数值指示了循环前缀处理器150具有针对预编码符号的循环前缀。在优选的实施方式中，循环前缀处理器150被配置为将来自矢量预编码器120的矢量z中的后L个预编码符号附加在矢量的开始处，以形成新矢量Z^p：

向符号处理器130转发来自循环前缀处理器150的输出，符号处理器130也从符号映射器110接收尾部符号和保护符号。

在备选的实施例中，循环前缀处理器150作为循环后缀处理器操作，代之以向预编码符号添加循环后缀。在优选实施方式中，该处理器从而被配置为将来自矢量预编码器120的矢量z中的前L个预编码符号附加在矢量的结束处，以形成新矢量。

在特别适于将DCT作为矢量预编码变换但是也可以结合其他矢量预编码使用的又一方式中，实施例具有向预编码符号添加循环前缀和循环后缀的处理器150。从而，前缀和后缀在符号数目方面可以具有相同的长度，然而也可以具有不同的长度。

由实施例预期处理器150不一定必须添加循环前缀和/或后缀，而是可被配置为添加前缀和/或后缀，该前缀和/或后缀可以是、但不必须是循环的。

符号处理器130基于输入数据形成发送符号的序列，其中，发送符号的该序列是复数的序列：

从而，发送符号包括预编码符号，其之前是可选的循环前缀，循环前缀两侧连接尾部符号，尾部符号继而可以两侧连接保护符号。在实施例中，ν是偶数，以及一半的尾部符号在预编码符号和循环前缀之前，以及剩余的一半在预编码符号之后。在奇数的情况下，奇数的尾部符号可以在预编码符号之前或在预编码符号之后。保护符号也可以通过这样的方式来分布，其一半在尾部符号的第一集合之前，以及剩余的一半在尾部符号的第二集合之后。从而，可以将任何的奇数保护符号放置在保护符号的第一集合或第二集合中。在备选实施例中，不将保护符号分布在两个集合中。作为替代，在序列的开始处或者在序列的结束处提供所有的保护符号。

优选地，将来自符号处理器130的输出输入到可选的脉冲成形器170，脉冲成形器170使用线性调制器将发送符号的序列调制到载波信号上，其后接着是在通过天线195向空中发送之前，在上混频器和放大器190中进行上采样、滤波、上混频和放大。

在此公开的调制器实施例适于在发射机中或在通信设备的发送链中实现，以使得可以在基于无线电的通信网络中发送数据。通过调制器100的矢量预编码器120的操作，可以利用简化的接收机算法，该简化的接收机算法不是必须基于计算上复杂的基于Trellis的均衡器。与之明显相反，并由于在发射机中进行的矢量预编码，可以在接收机处消除符号间干扰。因此，获得了可以使用来确定编码用户比特的对数似然比(即，所谓的软值)的简单信号模型。

通过实质上较不复杂的接收机算法，实施例可以实现至少在EGPRS2技术可获得的等级的无线电链路性能。这因此产生了提高的吞吐量和改进的频谱消息，而没有接收机算法的复杂度和成本的任何增加。作为副作用，期望在发射机和接收机处都具有针对比特的较低的功耗。具体地，接收机处的较低的复杂度降低了功耗需求，对于电池供电的通信设备(例如，移动设备)，这是极为有利的。

通过使接收机性能对发射机和接收机链中的缺陷不太敏感(这如今是接收机的显著的问题)，实施例还提供了与所提出的EGPRS2技术相比更鲁棒的物理层。特别对EGPRS2引入的较高阶的调制，对发射机和/或接收机处的处理中引入的任何缺陷、失真或噪声的敏感度显著增加。通过实施例，这些问题被解决了，或者至少减轻了。

在通信网络的基站(例如，图1中示出的基站20)中有利地实现实施例的调制器100。可以在传统的GSM/EGDE基站中实现调制器100，因为本发明所呈现的解决方案完全后向兼容GSM/EGDE。如之前已经提到的，可以保留TDMA/FDMA结构，可以像在当前的基于GSM/EGDE的通信网络中一样执行跳频，以及在基本收发信机站和移动设备中被用作时基计数器的基本的13MHz时钟仍然提供时基。此外，即使已经定义了，也可以通过在调制器中添加DTCP和矢量预编码来重复使用和修改EGPRS/EGPRS2逻辑信道，产生改进的链路性能，同时重复使用现有的数字信号处理电路、算法和实现。同样，可以保留特定的射频(RF)需求，例如，带外发射和频谱模板(spectrum mask)。

也可以根据实施例来设计在与基站通信的用户设备(即，移动设备)中使用的调制器。备选地，可以仅在下行链路中使用矢量预编码，以由此放松对修改所有移动设备的发射机算法的需要。从而，在这种情况下，下行链路和上行链路将是不同的，基站在下行链路发送中使用矢量预编码，然而移动设备不是必须将其用于上行链路发送。从而实现不对称的TDMA/FDMA/DTCP系统。

矢量预编码适于结合较高阶调制来实现。在这种情况下，符号映射器110被配置为将多个比特的集合映射到相应的符号中。这意味着吞吐量将添加，因为与使用在现有GSM/EGDE通信网络中用于语音服务和一些分组数据服务的传统的非线性高斯最小频移键控(GMSK)调制器相比，在无线电突发期间可以发送的数据或有效载荷比特方面的数据量显著增加。

因此，矢量预编码适于结合要求高数据速率传输的通信服务(例如，一些数据分组服务)使用。在这种情况下，基站和发射机可以基于所使用的具体通信服务来选择是应用实施例的调制还是应用传统的调制。从而，对于语音服务和其他延迟敏感的通信服务，发射机可以使用非线性GSMK来执行传统的调制。与之明显相反，具有较高数据速率要求并一般使用较高阶调制的通信服务(QPSK、8-PSK、16QAM、32QAM、64QAM或128QAM)可以结合线性调制器使用矢量预编码。因此，可以基于当前的通信服务，在发射机处进行调制算法的选择(即，使不使用矢量预编码以及使用较低还是较高阶调制)。

因此，调制器100可以装备有控制符号映射器110和矢量预编码器120的操作的控制器160。从而，控制器160确定针对要发送的当前数据的通信服务，以及然后基于所确定的通信服务在使用非线性GMSK调制或较高阶调制，使用或不使用矢量预编码之间进行选择。

控制器160确定是否选择应用矢量预编码的选择还可以基于移动设备的能力。从而，通信网络中存在的移动设备上的寄存器可以列出移动设备是否支持线性变换调制。在这种情况下，基站从寄存器请求这种信息，或者一旦变为移动设备的服务基站，自动接收该信息。控制器160使用该信息来确定应该如何进行用户码数据的调制，例如，基于该能力信息，是否应该使用矢量预编码。

控制器160使用的其他判决基础可以是基站和移动设备之间的通信链路的信号或链路质量。控制器160可以使用基站或移动设备确定并向基站报告的任何已知的质量测量(例如，SNR)。例如，如果如基于质量测量所确定的，当前信号质量较低(即，低于预定的最小质量阈值)，控制器160可被配置为控制调制器100根据传统的GSMK调制方式来执行用户码数据的调制。然而，如果当前信号质量可接受(即，高于质量阈值)，控制器160激活矢量预编码器120，以由此对来自符号映射器110或者优选的符号交织器140的数据和训练符号执行矢量预编码。

还可以为了控制符号映射器110、符号交织器140、矢量预编码器120和循环前缀处理器150的操作而使用控制器160。例如，控制器160可以基于来自控制器160的控制信令来控制循环前缀处理器150使用所选择的参数L，即(循环)前缀和/或后缀的长度。从而，控制器可以基于根据信号质量测量确定的当前的传播环境来确定参数L。例如，取决于通信发生在室内还是相对空旷和无阻挡的地形的室外，优选使用不同的循环前缀长度。可以使用L＝5的非限制性示例来对应于典型的GSM信道长度。

控制器160可以基于之前已经提到的不同准则(例如，编码速率和带内信令的存在)来选择将训练符号交织在数据符号中。这意味着控制器160由此可以控制符号交织器140将训练符号安置在最适于当前信令条件的位置处。

此外，参数N、N_tr和ν(即，数据和训练符号的总数、训练符号的数目、以及尾部符号的数目)可以是固定的，或者通过控制器160调整。例如，参数N和N_tr的选择取决于是否要求与EGPRS/EGPRS2代码组的后向兼容，因为其影响到无线电突发中容纳的用户编码比特的总数。取决于发射机200满足时间掩蔽要求的难度，控制器160可以类似地选择参数ν。

取决于参数L、N、N_tr和ν的具体选择，与现有的EGPRS/EGPRS2编码方案当前提供的用户编码比特相比，每个无线电突发可以容纳不同数目的用户编码比特。在这种情况下，可以使用发射机200的突发格式化单元180，或者优选地，速率匹配单元。速率匹配单元未在图2中示出，而是优选地在突发格式化单元180之前实现，以在突发格式化之前进行速率匹配。从而，速率匹配单元被配置为通过另外的打孔、对已打孔的编码比特的分配(imputation)或者现有的EGPR/EGPRS2编解码所产生的编码比特的重复来进行速率匹配。

如之前已讨论的，优选结合较高阶的调制来使用实施例。在这种情况下，可以针对符号映射器110映射到相应的符号中的所有比特使用同一个符号星座图。然而，还可以由控制器160控制符号映射器110，以调节符号映射来增加信道容量。在这种情况下，在单个无线电突发期间，可以控制符号映射器110来从不同的符号星座图选择符号，例如，一个符号可以是QPSK，而另一个符号是32QAM。从而，符号映射器110被配置和控制为针对比特序列中至少一个比特的每个相应的集合，选择针对该相应的集合使用的符号星座图。优选地，在QAM符号星座图和PSK符号星座图中选择符号星座图。在优选实施方式中，符号星座图的具体选择可以基于相应的集合在比特序列内的位置，以及对应地，所产生的符号在符号序列内的位置。由于无线电信道具有带通特性，任何给定突发中的一些符号与其他符号相比，一般将具有更高的平均信噪比。因此，为了优化信道容量，允许在一个突发内同时使用多个符号星座图可以是有利的。一般而言，使用混合调制方案，与符号序列中的其他符号相比，越弱的符号应该属于越低阶的符号星座图。可以在这种混合调制方案中使用两个或更多不同的符号星座图。

传统的GSM/EGDE信道具有200kHz的发送脉冲带宽。实施例可以使用该相同的脉冲带宽。然而，通过由因数M来增加发送脉冲带宽，可以由相同的因数增加数据速率。在这种情况下，调制器100的、或者备选地发射机200中调制器100外部实现的脉冲成形器170被配置为：将来自符号处理器130的发送符号的序列调制到带宽为M×200kHz的载波信号上，M因此是等于1或者更大的正整数。如果M＞1，将使用M个200KHz的无线电信号来用于发送无线电突发。因此，实施例打开了使用更宽的无线电信道的可能性，从而增加了数据速率，同时将对接收机中的模拟和数字信号处理平台的复杂度的要求保持较低。

在此公开的实施例可以重复使用EGPRS/EGPRS2的已经定义的编解码，并从而在此提出的技术具有对较高层透明的附加好处。

可以将调制器的单元110至170以及发射机200的单元110、180、190实现或提供为硬件或硬件与软件的组合。在基于软件的实现的情况下，实现调制器100或发射机200或者其一部分的计算机程序产品包括在通用或专用计算机、处理器或微处理器上运行的软件或计算机程序。软件包括图2和3中示出的计算机程序代码单元或软件代码部分。可以将程序整个或者部分地存储在一个或多个适合的计算机可读介质或者数据存储装置(例如，磁碟、CD-ROM、DVD碟、USB存储器、硬盘、磁-光存储器)上，或者存储其中，存储在RAM或易失性存储器中，存储在ROM或闪存存储器中，作为固件存储或者存储在数据存储器上。

图4是示出根据实施例的数据调制方法的流程图。方法在步骤S1中开始，其中，输入与无线电突发相对应的比特序列。比特序列包括与用户码比特相对应的数据比特，也将其表示为有效载荷比特。此外，将训练比特以及优选地，尾部比特和保护比特包括在比特序列中。在步骤S2中，将比特序列的至少一个比特的相应集合映射到相应的符号中，以形成数据符号、训练符号以及优选地，尾部符号和保护符号的符号序列。在步骤S3中向数据和训练符号应用矢量预编码变换，以形成相应的预编码符号。下一步骤S4基于预编码符号以及优选的尾部符号和保护符号来形成发送符号的序列。

步骤S2的优选实施例涉及将比特序列的多个比特的相应集合映射到相应的符号中，以形成符号序列。在该实施例中，在比特和符号之间有多对一的关系。

在备选方式中，首先将数据比特、训练比特、尾部比特和保护比特映射到相应的符号中，然后在继续进一步进行到矢量预编码步骤S3之前，格式化并组织到突发中。

图5是示出数据调制方法的附加优选步骤的流程图。该方法从图4的步骤S2继续，并继续到步骤S10。如之前已经描述的，步骤S10包括将训练符号交织到数据符号中，以形成数据符号的多个(即，至少3个)集合，该数据符号的多个集合由一个或多个训练符号的相应集合分隔开。然后，方法继续到图4的步骤S3，在步骤S3中，将矢量预编码应用到现在已交织的序列符号和数据符号。

图6是示出数据调制方法的附加优选步骤的另一流程图。该方法从图4的步骤S3继续，并继续到步骤S20。步骤S20涉及将前缀和/或后缀(例如，循环前缀和/或循环后缀)添加到步骤S3中产生的预编码符号。通过在序列的开始/结束处附加预编码符号的序列的最后一个(多个)/第一个(多个)预编码符号的集合来形成前缀/后缀。从而，拷贝最后一个(多个)/第一个(多个)预编码符号并将其放置在预编码符号的序列的最前/最后处。然后，方法继续到图4的步骤S40。

图7是示出可以兼容EGPRS/EGPRS2的发送方法的流程图。方法在步骤S30中开始，在步骤S30中，数据比特进入信道编码操作，在编码操作中包括训练比特与数据比特一起。在与现有技术的EGPRS/EGRPS2相似的可能实施方式中，可以将训练比特全部安置在数据比特的序列的中心处，以由此将数据比特划分为同样大的子序列。

在下一步骤S31中，确定基于DTCP的处理是否应该与EGPRS/EGPRS2后向兼容。如果希望后向兼容，方法继续到步骤S32，在步骤S32中，执行速率匹配以容纳与根据EGPRS/EGPRS2标准定义的相同数目的数据比特。可以取决于当前情况(即，来自信道编码步骤S30的训练比特和数据比特的数目)，通过另外的打孔、对已打孔的编码比特的分配或者编码比特的重复来执行速率匹配。如果后向兼容不是必须的，无线电突发可以容纳与EGPRS/EGPRS2编码方案相比不同数目的数据比特。

方法继续到步骤S33，其中，执行突发格式化，以添加尾部比特和保护比特，将它们与数据比特和训练比特组织在一起，以形成在无线电突发期间要发送的比特序列。如前所述，在步骤S34中将比特序列的比特映射到符号中，例如，与图4的步骤S2相结合。符号映射的输出是包括数据符号、训练符号、尾部符号和保护符号在内的符号序列。

备选地，可以交换步骤S33和S34的顺序，以使得在突发格式化之前执行符号映射。

下一步骤S35确定是否应该应用DTCP。如前所述，该判决可以基于当前通信服务、移动设备能力和/或当前信号质量。如果要使用DTCP，方法继续到步骤S36，其中，如前所述，例如结合图4的步骤S3，将矢量预编码应用到数据和训练符号，以形成预编码符号。然而，在图3中示出的优选实施方式中，在矢量预编码之前执行符号交织。因此，可以在步骤S35和S36之间引入符号交织步骤。

方法从步骤S36或S35或S37处继续，其中，执行脉冲成形。可以根据周知的EGPRS/EGPRS2技术来进行脉冲成形。备选地，可以将来自步骤S36或S35的发送符号调制到带宽是200kHz的传统GSM信号带宽的多倍的载波信号。

然后，在步骤S38中对所产生的模拟RF信号进行上混频和放大，以及在步骤S39中，在长度为15/26ms的时隙期间通过天线系统发送，以满足GSM系统的TDMA要求。

图8是示出图7的符号映射步骤S34的实施例的流程图。该方法从图7中的步骤S33继续，并继续到步骤S40。在步骤S40中，确定是否应该使用在EGPRS/EGPRS2中使用的符号映射。如果肯定，方法继续到步骤S41，在步骤S41中，使用单个符号星座图来执行符号映射，例如，QPSK、16QAM、32QAM、64QAM或者128QAM。然而，如果符号映射不必须根据EGPRS/EGPRS2，方法继续到步骤S42。在该情况下，可以在单个无线电突发内使用多个符号星座图。这意味着符号中的一些可以来自于第一符号星座图，而使用第二符号星座图将其他比特映射到符号中。在步骤S42中，可以使用两个或更多不同的符号星座图。然后，方法从步骤S41或S42继续到图7中的S35。

图9是示出图7的脉冲成形步骤S37的实施例的流程图。该方法从图7中的步骤S35或S36继续，并继续到步骤S50。该步骤S50优选地仅与是否已经使用了矢量预编码有关。从而，如果还没有使用矢量预编码，方法直接继续到步骤S51。否则，步骤S50确定是否应该保留和使用EGPRS/EGPRS2频谱模板。在这种情况下，方法继续到步骤S51，在步骤S51中，在脉冲成形操作中使用EGPRS/EGPRS2脉冲成形滤波器。否则，在步骤S52中使用DTCP专用的脉冲成形滤波器。该脉冲成形滤波器被设计为使用由多个相邻的200kHz GSM载波提供的带宽。然后，方法从步骤S51或S52继续到图7的步骤S38。

已经进行了将现有技术的EGPRS2-A技术与基于DTCP的EGPRS-A兼容技术的实施例进行比较的仿真。在该仿真中，已将EGPRS2-A调制编码方案DAS5-DAS 12与8-PSK、16QAM和32QAM调制星座图一起使用。已将来自这些调制编码方案的有效载荷和信道编码与以下仿真假设一起使用：i)900MHz带宽，ii)没有发射机减损，iii)传统的线性化GSMK脉冲成形滤波器，iv)接收机减损：相位噪声、1.5度RMS、20kHz带宽，v)频率偏移：50Hz，vi)单边发射机和单边接收机，vii)训练符号均匀地分布在突发上(仅结合DTCP技术可应用)，viii)传播模式：TU50noFH，以及ix)使用基于IDET的矢量预编码来实现DTCP。

在图10的图中示出了仿真的结果，其中，相对于载波干扰比(CI)绘制了以kbit/s为单位的吞吐量。从图中看出，使用所提出的DTCP增强的实施例以较低的CI等级(即，低了大约10dB)实现了与现有技术解决方案实质相同的吞吐量。然而，大约在CI 10dB以上，与现有技术相比，所提出了DTCP增强提供了较高的吞吐量。

要将上述实施例理解为本发明的一些示意性的示例。本领域技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以对实施例进行各种修改、合并和改变。具体地，只要技术上可能，可以通过其他配置来合并不同实施例中的不同部分解决方案。然后，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (24)

1.一种调制器(100)，包括：

符号映射器(110)，被配置为接收与无线电突发相对应并包括数据比特、训练比特、尾部比特和保护比特的比特序列，以及将所述比特序列的至少一个比特的相应集合映射到相应的符号中，以形成数据符号、训练符号、尾部符号和保护符号的符号序列；

矢量预编码器(120)，被配置为向所述数据符号和所述训练符号应用矢量预编码变换，以形成所述数据符号和所述训练符号的相应预编码符号；以及

符号处理器(130)，被配置为基于来自所述符号映射器(110)的所述尾部符号和所述保护符号以及来自所述矢量预编码器(120)的所述预编码符号，形成发送符号的序列。

2.根据权利要求1所述的调制器，其中，所述符号映射器(110)被配置为将所述比特序列的多个比特的相应集合映射到相应的符号中，以形成数据符号、训练符号、尾部符号和保护符号的符号序列。

3.根据权利要求1或2所述的调制器，还包括：符号交织器(140)，被配置为在所述数据符号中交织所述训练符号，以形成由至少一个训练符号的相应集合来进行分隔的数据符号的至少Q≥3个集合。

4.根据权利要求1或2所述的调制器，其中，所述矢量预编码器(120)被配置为：向所述数据符号和所述训练符号应用以下之一，以形成所述数据符号和所述训练符号的相应预编码符号：离散傅里叶变换、离散傅里叶逆变换、离散余弦变换、离散余弦逆变换、离散小波变换或离散小波逆变换。

5.根据权利要求4所述的调制器，其中：

所述符号映射器(110)被配置为产生包括所述数据符号和所述训练符号的符号矢量z＝[z₁，...，z_N]^T，其中，N表示所述数据符号和所述训练符号的总数；以及

所述矢量预编码器(120)被配置为向所述符号矢量应用N×N的离散傅里叶逆变换矩阵W，以形成所述数据符号和所述训练符号的所述预编码符号。

6.根据权利要求4所述的调制器，其中：

所述符号映射器(110)被配置为产生包括所述数据符号和所述训练符号的符号矢量z＝[z₁，...，z_N]^T，其中，N表示所述数据符号和所述训练符号的总数；以及

所述矢量预编码器(120)被配置为向所述符号矢量应用N×N的离散余弦逆变换矩阵W，以形成所述数据符号和所述训练符号的所述预编码符号。

7.根据权利要求1或2所述的调制器，其中，来自所述矢量预编码器(120)的所述预编码符号形成符号矢量z＝[z₁，...，z_N]^T，以及所述调制器(100)还包括：循环前缀处理器(150)，被配置为通过将在所述符号矢量z中来自所述矢量预编码器(120)的最后L个预编码符号附加到所述符号矢量z的开始处，将循环前缀添加到来自所述矢量预编码器(120)的所述预编码符号，以形成新的矢量

$Z^P={[Z_1^p,...,Z_{N+L}^P]}^T={[Z_{N-L},...Z_N,Z_1,...,Z_N]}^T.$

8.根据权利要求1或2所述的调制器，其中，所述符号处理器(130)被配置为形成所述发送符号的序列，所述序列包括来自所述矢量预编码器(120)的所述预编码符号，所述预编码符号两侧连接所述尾部符号，所述尾部符号两侧连接所述保护符号。

9.根据权利要求1或2所述的调制器，其中，所述符号映射器(110)被配置为：

针对每个数据符号x_i，i＝1，...，D，将至少一个数据比特的集合映射到从符号星座图中提取的所述数据符号中；

针对每个训练符号s_i，i＝1，...，N_tr，将至少一个训练比特的集合映射到从符号星座图中提取的所述训练符号中；

针对每个尾部符号t_i，i＝1，...，v，将至少一个尾部比特的集合映射到从符号星座图中提取的所述尾部符号中；以及

针对每个保护符号g_i，i＝1，...，η，将至少一个保护比特的集合映射到从符号星座图中提取的所述保护符号中。

10.根据权利要求1或2所述的调制器，其中，所述符号映射器(110)被配置为：将所述比特序列的至少一个比特的相应集合映射到相应符号中，以形成正交幅度调制QAM和/或相移键控PSK数据符号、训练符号、尾部符号和保护符号的符号序列。

11.根据权利要求1或2所述的调制器，其中，所述符号调制器(110)被配置为：针对至少一个比特的每个相应集合选择符号星座图，所述符号星座图是基于所述相应集合在所述比特序列内的位置，从正交幅度调制QAM符号星座图和相移键控PSK符号星座图选择的，其中，针对至少一个比特的第一集合选择的符号星座图不同于针对至少一个比特的第二集合选择的符号星座图。

12.根据权利要求1或2所述的调制器，其中，所述符号映射器(110)被配置为：将所述比特序列的多个比特的所述相应集合映射到相应符号中，以形成包括总共156个符号的符号序列，其中有6个尾部符号、8个保护符号和142个数据符号和训练符号。

13.根据权利要求1或2所述的调制器，还包括脉冲成形器(170)，被配置为将所述发送符号的序列调制到带宽为M×200kHz的载波信号上，其中，M是正整数。

14.根据权利要求13所述的调制器，其中，M是1。

15.一种能够在基于无线电的通信网络(1)中实现的基站(20)，所述基站(20)包括：

根据权利要求1至13中任一项所述的调制器(100)；以及

发送天线(195)，被配置为在长度为(15/26)ms的时隙期间发送携带所述发送符号的序列的无线电突发。

16.一种数据调制方法，包括：

输入比特序列，所述比特序列对应于无线电突发，并包括数据比特、训练比特、尾部比特和保护比特；

将所述比特序列的至少一个比特的相应集合映射到相应符号中，以形成数据符号、训练符号、尾部符号和保护符号的符号序列；

向所述数据符号和所述训练符号应用矢量预编码变换，以形成所述数据符号和所述训练符号的相应预编码符号；以及

基于所述尾部序号和所述保护符号以及所述预编码符号，形成发送符号的序列。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，映射相应集合包括：将所述比特序列的多个比特的相应集合映射到相应符号中，以形成数据符号、训练符号、尾部符号和保护符号的所述符号序列。

18.根据权利要求16或17所述的方法，还包括：在所述数据符号中交织所述训练符号，以形成由至少一个训练符号的相应集合来进行分隔的数据符号的至少Q≥3个集合。

19.根据权利要求16或17所述的方法，还包括产生符号矢量z＝[z₁，...，z_N]^T，所述符号矢量包括所述数据符号和所述训练符号，其中，N表示所述数据符号和所述训练符号的总数，应用所述矢量预编码变换包括：向所述符号矢量应用N×N的傅里叶逆变换矩阵W，以形成所述数据符号和所述训练符号的所述预编码符号。

20.根据权利要求16或17所述的方法，还包括产生符号矢量z＝[z₁，...，z_N]^T，所述符号矢量包括所述数据符号和所述训练符号，其中，N表示所述数据符号和所述训练符号的总数，应用所述矢量预编码变换包括向所述符号矢量应用N×N的离散余弦逆变换矩阵W，以形成所述数据符号和所述训练符号的所述预编码符号。

21.根据权利要求16或17所述的方法，还包括：

产生符号矢量z＝[z₁，...，z_N]^T，所述符号矢量包括所述数据符号和所述训练符号，其中，N表示所述数据符号和所述训练符号的总数；以及

通过将所述矢量z中最后L个预编码符号附加到在所述矢量z的开始处，将循环前缀添加到所述预编码符号，以形成新的矢量

$Z^P={[Z_1^p,...,Z_{N+L}^P]}^T={[Z_{N-L},...Z_N,Z_1,...,Z_N]}^T.$

22.根据权利要求16或17所述的方法，其中，映射相应集合包括：

针对至少一个比特的每个集合，基于所述相应集合在所述比特序列中的位置，从正交幅度调制QAM符号星座图和相移键控PSK符号星座图选择符号星座图；以及

将所述至少一个比特的集合映射到从所选择的符号星座图中提取的符号，其中，针对至少一个比特的第一集合选择的符号星座图不同于针对至少一个比特的第二集合选择的符号星座图。

23.根据权利要求16或17所述的方法，还包括：

将所述发送符号的序列调制到带宽为M×200kHz的载波信号上，其中，M是正整数；以及

在长度为(15/26)ms的时隙期间发送携带所述发送符号的序列的无线电突发。

24.根据权利要求16或17所述的方法，其中M是1。