CN1045902A

CN1045902A - 波形发生器

Info

Publication number: CN1045902A
Application number: CN90101441.9A
Authority: CN
Inventors: 比扬·奥洛夫·彼得·埃克隆德
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1990-03-13
Publication date: 1990-10-03
Also published as: AU5337190A; ES2044536T3; EP0388381A1; SE463390B; SE8900883D0; PT93422A; EP0388381B1; WO1990010986A1; MY105264A; ATE95360T1; IE900641L; SE8900883L; IE62929B1; AU619398B2; NZ232485A; FI905562A0; NO904756L; HK66894A; PT93422B; DE69003564D1

Abstract

一种装在正交型无线电发射机、用于二进制连续相位调制(CPM)的波形发生器。按照本发明，用单个表格部件(SCT)代替两个表格部件，所述单个表格部件存储仅是波形sinθ或cosθ中一个波形的曲线段(A-H)。借助于位经历寄存器/象限存储器(分别为BHR和QM)与表格部件(SCT)之间的地址变换(ADR)对表格部件寻址。该发生器也包括位于D/A变换器上游的可控制的取反部件(NP)和锁定电路(LS)以及发射机的调制电路(M1，M2，ADD)。

Description

本发明涉及波形发生器，这种波形发生器用于产生正交型的二进制连续相位调制（CPM）的无线电发射机所需要的波形，更准确地说，本发明涉及这样一种波形发生器，即，产生第一波形sinθ和第二波形cosθ，其中θ为借助于调制指数为j＝2^-n（n为整数）的数字式连续相位调制方法进行调制时，来自正交型无线电发射机并取决于待发射字符的无线电信号的相位角，这种波形发生器包括：

用于以给定序列存储给定个数（M）的输入二进制数据符号（b0、b1…bm-1）的位经历寄存器（BHR），所述二进制数据符号可指出瞬时相位角（θm）;用于存储二进制编码数值（Q0、Q1…）的存储器装置（QM），该装置可给出累加相位（θ0）;表格形式的存储器装置（SCT），该装置有多个二进制地址输入（a0、a1、a2…am-1）对应多个值，所述这些值指出取决于所述个数（M）的输入数据符号和所述存储器装置（QM）中存储的值的波形;用于检测存储在存储器装置（SCT）中并属于给定波形的数值的采样部件（SR）;以及包括数模变换器（DA1，DA2）和倍增装置（M1、M2）和加法器（ADD）的输出部件，用以编辑无线电信号。

在二进制连续相位调制中，二进制的“1”对应于所发射无线电信号的给定正相移，而“0”对应于给定负相移。相移总是偏离前面位的相位置，使得所发射无线电信号相位曲线为连续的而无突变，例如，与QPSK相反，以突变方式出现各种相位置之间的跃迁。连续相位调制基本上是窄带频移键控操作。

原则上说，CPM调制器包含图1所示出的构件。用变换器1将二进制数据流变换为模拟的NRZ信号并经预调制滤波器2低通滤波。然后将该信号送至具有已知固定调制指数的FM调制器3。

这种恒定的相位连续性有利于获得窄频谱的发射无线电信号，并且作为这种相位连续性的结果，获得所述无线电信号的存储可用于信号检测目的。

预调制滤波器2由于引入人为的符号间干扰（ISI）而有助于进一步提高频谱利用率。滤波器2具有纸通特性。通过改变该滤波器的脉冲响应，可在发射带宽和抗干扰性之间作出各种折衷。具有对应于1/2位频率的3dB带宽的高斯（Gaussian）低通滤波器就是常规预调制滤波器的一个实例。

构造图1所示的那种CPM调制器是非常昂贵的，这种调制器具有所要求的调制精度，例如可带有相干接收。如发射7个“1”后接7个“0”，必须在信号空间的原始位置找到信号矢量，这需要一个确切的调制指数。因此，使用图1所说明的原理来实现电路并不现实而可用十分基本的接收机来替代。由于其模拟特征，该原理不能用于大规模集成电路（LSI）实现。

通过使用表格形式存储的预计算的正交波形，能够获得精确的调制指数。

如对调制指数作某种限制（h＝2K/P，其中K和P为无相互公因子的整数）那么可以证明，可将一个数据位时间间隔内的无线电信号的相位值分为两独立分量，即，仅取决于预经历的常数和仅取决于最后发送位的时间变量。

取决于较先发送各位的分量从以下事实导出，每次发送的数据符号留下hπ的固定的相位成分。该成分在符号间隔的整个过程中为恒定的并将其称为信号的累加相位或信号的相位存储。当然，将累加相位限定为间隔（0、2π），即该累加相位只能取P值。

仅取决于发送的位和时间上最临近的位的另一分量可从以下事实导出，在某一特定时间点的相位（带有人为的符号间干扰）不仅取决于该时刻所发送的数据位，而且也取决于前面的和后面的符号。这样，构成无线电信号瞬时相位成分的位数取决于预调制滤波器脉冲响应的持续时间。

有可能使用前述公式预先计算出所有可由该发生器产生的波形。将该表格变为3维的。首先，按照先经历的符号（最近的M个符号）对所述表格选址，其次按照该时刻已收集到的累加相位，第三，根据该符号区间所要求的S个波形样本。

图2说明已知的调制指数h＝1/2的波形发生器，该发生器公开在IEEE COM-26，No.5（1978年）上的Jager等人的“Tamed frequency modulation”的文章中。移位寄存器BHR存储M个最近的数据位，增/减计数器QM由BHR中最后一位所控制，并以其输出信号表示累加相位。将sinθ和cosθ的波形存储在每个位区间存取S次的ROM表中。采样计数器SR反复地从0到S-1进行计数。D/A变换和重现滤波产生正确的模拟信号，然后将这些模拟信号送至正交调制器。

在前述已知的波形发生器的场合下，记录各种波形的正弦和余弦表借助于包含M个最近数据位的地址和包括取决于累加相位的值的地址进行寻址。通过分析无线电信号检测眼中出现的曲线形状来建立所述表格，即该检测眼仅包含P·2^M-2个不同型的“基本波形”（M等于寄存器BHR中存储符号的个数）。其余的3P·2^M-2个波形或者和“基本波形”中某些曲线形状相同，或者只是符号相反。按照本发明，只要计算出这些P·2^M-2个基本波形然后存储在单个表格存储器或表格部件中，这种表格存储器能够给出sinθ和cosθ两种波形，即可用于I-通路和Q-通路。此外可通过在输入寄存器和象限存储器之间的独立选址部件来寻址出正确波形。

本发明的目的是提供用于连续相位调制并仅包含用于存储波形的单个表格部件的波形发生器。

本发明的波形发生器的特征在于，表格形式的存储器装置（SCT）仅对所述波形中的一个（cosθ）存储P.2^M-2个所述波形的曲线段的数字值，其中M为该存储器装置（SCT）的地址输入数，该数等于所述位经历寄存器（BHR）中存储的数据符号的个数，而P为所述存储器装置（QM）的状态数;装有地址变换部件（ADR），该部件用于根据所述个数（M）的数据符号和存储在存储器装置（QM）的值（Q0、Q1…）构造到所述地址输入端的地址，其中具有两个状态的时序信号（I/Q）有效地使得该地址变换部件交替进行工作，使得所述地址（a2、a1、a0）交替地指出时序信号中另一个状态下属于同一数据符号的正弦或余弦曲线段（G），然后指出时序信号另一状态下属于同一数据符号的余弦或正弦曲线段（C）;装有取反部件（NP），用于控制来自所述地址变换部件（ADR）的信号（I）以便根据时序信号的值和存储在存储器装置（QM）的值对从存储器装置（SCT）得到的正弦和余弦曲线段取反或不取反;以及，装有锁定装置（LS），用于在指出存储装置（SCT）中的余弦或正弦曲线段时锁存正弦或余弦曲线段的值并加以送出，以便由各个数据变换器同时对所得到的两个曲线段进行变换。

下面参考附图更详细地描述本发明，附图中：

图1是说明二进制连续相位调制的发射机的理论模型的框图，

图2是说明先有技术波形发生器的框图，

图3是表示给定输入数据符号的无线电信号的相位变化的图，

图4是说明本发明的波形发生器的框图，

图5是图4所示波形发生器更详细的框图，

图6是二进制数值的表，以及

图7为时间图。

在描述本发明的波形发生器之前，参考图2对从前述文献所了解到的波形发生器作简单的描述。已知波形发生器包括用于分别存储sinθ和cosθ的表格部件ST和CT。表格部件为ROM型并可通过象限存储器QM和位经历寄存器BHR来寻址。表格部件ST和CT的输出速率由采样计数器SR确定。在用部件DA1、DA2进行数-模变换和用滤波器LP1、LP2进行低通滤波之后，将结果波形sinθ和cosθ分别加到相应的倍增器M1和M2以及加法电路ADD，以形成输出的经调制的信号S（t）＝Acos（ωct+θ），即无线电波。

位经历寄存器BHR由存储多个输入数据符号的移位寄存器组成，该寄存器中的1位是相关数据符号而其余为前面的和后面的符号。所有数据符号和象限存储器的输出信号构成指出表格部件ST和CT中给定波形位置的地址。

象限存储器QM为根据来自移位寄存器BHR的上一数据位逐步递增或递减的增/减计数器。输入到正弦和余弦表格的该计数值用来表示累加的相位值。这样，计数器QM构成了相位角θ的象限存储器，即存储一个二进制值用来指出θ所在象限。

寄存器BHR所存储的位数取决于人为ISI的范围，由计数器QM执行步骤P的次数取决于调制指数h。每个位区间的样本数S取决于模拟信号所要求的质量。已知的波形发生器对总的存储量的需求为2＊S＊P＊2^M，其中：S＝每个位区间的样本个数，M＝最后存储在BHR中的数据位数。所以，当质量要求高，即S和M不是一个小数，例如S≥8和M＞3（例如，M＝3和S＝8）时存储量要求也大。

图3为示出在h＝1/2、M＝1以及不存在符号间干扰时输入到寄存器BHR中的4个数据位的相位角变化的图。假定θ位于第一象限并始于数值0，即寄存器BHR的内容为O并且将象限存储器QM置为0。在符号区间O-T期间将数据装入寄存器BHR时，便形成指出正弦表ST和余弦表CT中的sinθ和cosθ的地址，使得在该区间结束的θ＝π/2处，将寄存器QM设置为01。在下一后继区间T-2T，假设对寄存器BHR进行装入使得在2T处的终值为θ＝π。那么寄存器QM中的值为10。假定在符号区间2T-3T期间将数据符号装入寄存器BHR，使得在3T时将θ减至π/2。于是寄存器QM存储的值再次为01。在区间3T-4T期间，θ增加到π而寄存器QM存储数值10。在所有区间O、T、2T、3T、4T期间对表格ST和CT进行寻址，以便指出θ＝0、π/2、π和3π/2的正弦和余弦。

这样，在寄存器BHR存储有这样一些数据位，这些数据位在符号区间期间指出哪一个sinθ和cosθ的瞬时值将被寻址，而寄存器QM（象限存储器）揭示了θ开始地址的值，即，θ的起始值。图3中的虚线指出不同起始点开始的路线或过程，即存储在寄存器QM中的不同数值，而在符号区间O、T、2T、3T、4T期间的变化相同，以便将类似数据符号送到寄存器BHR。

图4说明本发明的波形发生器。与图2所示已知的波形发生器相同，本发明的波形发生器包括：在输入侧的移位寄存器BHR、增/减计数器QM以及在输出侧的变换器部件DA1、DA2，滤波器LP1、LP2以及倍增器M1、M2还有加法电路ADD。该新颖的波形发生器不同于已知的波形发生器之点在于，用单一的表格部件SCT来替代两个表格部件ST和CT，用来对寄存器BHR中给定位数存储以上所述的基本波形（P·2^M-2）。该部件SCT可由用附录中所描述方式进行编程的ROM组成。

将地址变换部件ADR的输入连接到移位寄存器BHR的输出端。此外，将BHR表示最旧位的输出连接到构成象限存储器的增/减计数器QM。该计数器QM对h＝1/2有两个连接到地址变换部件ADR的输出（最高和最低位）。

地址变换部件ADR有M个连接到表格部件STC的地址输入的输出以便依据每个符号区间T中寄存器BHR中出现的数据符号以及象限存储器QM的数值指出相关波形。该地址变换部件ADR还连接到逻辑部件NP的控制输入端，该逻辑部件接收跨接在其输入端的来自表格部件SCT的输出值。该部件根据由地址变换部件ADR提供的控制信号I或者将所述数值取反或允许将所述数值不加改变地加以传送。表格部件SCT有效地存储那些已对所述部件寻址的那些θ的cosθ的数值。sinθ的值可通过修改地址以及有选择地对从装置SCT得到的cosθ值取反而获得，这种在部件NP中进行的取反取决于来自地址变换部件ADR的控制信号I。将来自部件SCT的波形值取反或传送，在由采样部件SR确定的采样周期S内交替地受到控制。该部件在符号区间T对表格部件中已寻址内容（已选波形）采样S次，例如采样8次。在采样周期的一半时间里，从表格部件SCT馈出该值以得到cosθ，而在另一半时间里，从表格部件SCT馈出该值以得到sinθ。以此用数字表示sinθ和cosθ。

锁存电路LS用于有效地锁存在构造相应cosθ所需周期内（大约为采样间隔的一半）的sinθ值。采样间隔过去之后，这两个值分别在变换器DA1、DA2的输入端出现，即在变换器DA1的输入端出现sinθ而在变换器DA2的输入端出现cosθ。采样间隔一结束，便激活变换器DA1、DA2结果使之变换为相应模拟值，将这些值同时送到下游倍增器M1、M2。用这种方式在倍增器M1、M2中调制各自载波Asinωct和Acosωct，并在用加法电路ADD相加之后，得到构成发射无线电信号的信号。

就本发明的波形发生器而言，所有数据状态，即在符号区间存储在寄存器BHR中数据符号数组中那些产生同样波形的数据状态会产生简化表的相同地址用于存储在表格部件SCT的cosθ。这样，在表格部件SCT中存储有多个可被寻址并接着取反的基本波形，以获得输入数据符号所有可能的二进制组合的sinθ和cosθ。存储的曲线数为P·2^M-2，其中M为寄存器BHR的二进制状态数而P是QM的状态数。

来自计数器QM（2位）的输出信号确定在对表格部件SCT寻址时，θ的起始值（即每个θ＝θ0）所在的象限。来自寄存器BHR的输出信号确定在表格部件SCT中指出哪一个存储的基本波形。该表格部件存储sinθ或cosθ的波形，例如，当存储cosθ时，sinθ通过ADR的地址变换和部件NP的条件取反来得到。在每个符号区间T要将存储器的波形采样值取出S次。

图5说明本发明波形发生器实施例，其中M＝3，h＝1/2及S＝8。位经历寄存器为移位寄存器BHR，它有3个状态，以二进制值0或1形式的输入数据流通过寄存器BHR的数据输入端予以输入。来自该寄存器的输出信号形成二进制符号b2、b1、b0的阵列，其中b2为最高位。将该位送到构成象限存储器的增/减计数器QM的计数器输入端。计数器QM的两个输出Q1、Q0产生具有2个状态的二进制数，其中Q1为最高位。以同样的时钟信号CKB供给计数器QM和寄存器BHR作为时钟信号（见图7）。

将“异或”门EX1、EX2连接到寄存器BHR的每个输出端b1和b0以便在b2等于1时将b1和b0取反，将门EX1、EX2的输出分别连接到表格部件SCT的各自的输入端a0和a1。门EX1、EX2构成图4所示地址变换部件ADR的ADR1部分。

地址变换部件ADR的另一部分包含具有4个输入和2个输出端的部件ADR2。部件ADR2用于产生加到部件SCT第三地址输入端a2的信号、以及加到如上所述的求反部件NP的取反或非取反控制信号I。图6中的表格示出了寄存器BHR所有可能的寄存器状态、存储器QM的计数器状态、地址信号a2、a1、a0及控制信号I之间的关系。例如，借助于全加器及相关逻辑，可根据该表格构造选址部件ADR2。将指定的二进制时序信号I/Q也加到选址部件，该时序信号控制信号I和a2的输出以便在采样区间的一半时间内馈出构造sinθ所需的数值而在采样区间的另一半时间内从部件NP馈出构造cosθ所需的值，并且送至下面的锁定电路（sinθ）和变换器DA2（cosθ）。

输入数值b0、b1、b2;Q1、Q0和输出数值a0、a1、a2;I间的逻辑关系由以下关系式确定：

a0＝b2

b0′，a1＝b2

b1

I/Q＝0：a2＝Q0，I＝Q1 （b2∧Q0）

I/Q＝1：a2＝Q0，I＝Q1 Q0+（b2∧Q0）

也可写作：

a2＝Q0+I/Q

I＝Q1

（Q0 I/Q0）

（b2∧Q0）

图6中的表格展示了用于所有可能的三位输入数据符号的组合b2、b1、b0及各象限θ的所有寻址信号a2、a1、a0和取反控制信号I。

如前所述，可通过存储在表格部件SCT中的P·2^M-2个基本波形得到sinθ和cosθ的所有波形。在图示情形下，M＝3和P＝4，并且因此只需要8个基本波形，下文将其称为曲线段。这些曲线段在该表格中标以A、B、C、D、E、F、G、H。这些曲线段的每个值存储在表格部件SCT中。对每一给定的Q1、Q0值（指出θ的象限）和数据符号阵列b2、b1、b0，可通过地址部件ADR1、ADR2得到I/Q＝0、I/Q＝1的两个地址阵列a2、a1、a0。这样可对同一数据阵列寻址表格部件SCT两次。

例如，在第一象限（Q1Q0＝00）的数据阵列b2、b1、b0＝101对I/ Q＝0得到地址a2、a1、a0＝011而对I/ Q＝1得到地址a2、a1、a0＝110。从而分别给出曲线段-C和-G，其中的各值由采样部件SR交替地采样。

图7给出的时间图，联系以上实例，更详细地阐述图5所示波形发生器的工作方式。

当时钟脉冲CKB为高，将寄存器BHR移位并将给出的数据符号b2、b1、b0＝101的阵列送到“异或”门EX1、EX2，送到计数器QM和地址部件ADR2。同时，由时钟脉冲CKB激活计数器QM，使该计数器产生给定值Q1Q0＝（00）。得到给出的地址阵列a2、a1、a0和给定的控制信号I。同时，I/ Q等于1（sinθ）。在区间t0-t2，由采样脉冲CKS1根据指出的曲线段G给出一值并将该值馈送到部件NP。由于I＝1，在进一步送到锁存电路LS之前将所述值取反。该电路在时刻t1锁存所述值。由于控制信号LDA尚未变为高，所以变换器仍未激活。

如I/ Q在时刻t2变为0，可得到不同于I/ Q＝1时的地址阵列a2、a1、a0，即得到给出曲线段C的地址阵列，也即由采样部件SR在时间周期t2-t4产生的地址阵列，然后将该地址阵列送到部件NP。由于I＝1，故而得到送到部件变换器DA2的曲线段的取反值。在时间点t3，激活变换器DA1、DA2，并将由曲线段-G和-C得到的值进行变换并以前面所述方式加到下面部件M1、M2和ADD。按所述实例，在整个位时钟区间内以类似方式给出曲线段-G和-C的其余值，直至输入数据符号阵列b1、b2、b0（＝101）的整个曲线段已经处理过。在完整时钟间隔（＝T）内对全部8个采样脉冲重复该过程，之后将新的数据符号读入寄存器BHR（计数器QM渐增或渐减），将sinθ和cosθ的新的曲线段送到变换器DA1、DA2。

本申请提出的波形发生器结果是波形存储量需求减小（以本发明的P·2^M-2与已知发生器的2·P·2^M相比较而言。由于大大减小了发生器的表面积的需求，易于用LSI实现。本申请的发生器表面积需求大约为已知波形发生器所需表面积的1/8。这种改进部分是由于使用了调制过程的对称性，部分是由于象限信号是从一个或同样索引表中得到的缘故。

Claims

1、用于产生第一波形sinθ和第二波形cosθ的波形发生器，其中，θ是无线电信号借助于具有h=2^-n的调制指数的数字化连续相位调制进行调制时的相位角，式中，n为整数，所述无线电信号来自正交型的无线电发射机并取决于待发送的数据符号，其中波形发生器包括：

用于以给定序列存储给定个数(M)的输入二进制数据符号(b0、b1…bm-1)的位经历寄存器(BHR)，所述二进制数据符号可指出瞬时相位角(θm)，

用于存储二进制编码数值(Q0、Q1…)的存储器装置(QM)，该装置可给出累加相位(θ0)，

表格形式的存储器装置(SCT)，该装置有多个二进制地址输入(a0、a1、a2…am-1)对应多个值，所述这些值指出取决于所述个数(M)的输入数据符号和所述存储器装置(QM)中存储的值的波形，

用于检测存储在存储器装置(SCT)中并属于给定波形的数值的采样部件(SR)，以及

包括数模变换器(DA1，DA2)和倍增装置(M1、M2)和加法器(ADD)的输出部件，用以编辑无线电信号。

所述波形发生器的特征在于：

表格形式的存储器装置(SCT)仅对所述波形中的一个(cosθ)存储P.2^M-2个所述波形的曲线段的数字值，其中M为该存储器装置(SCT)的地址输入数，该数等于所述位经历寄存器(BHR)中存储的数据符号的个数，而P为所述存储器装置(QM)的状态数，

装有地址变换部件(ADR)，该部件用于根据所述个数(M)的数据符号和存储在存储器装置(QM)的值(Q0、Q1…)构造到所述地址输入端的地址，其中具有两个状态的时序信号(I/Q)有效地使得该地址变换部件交替进行工作，使得所述地址(a2、a1、a0)交替地指出时序信号中一个状态下属于所述数据符号的正弦或余弦曲线段(G)，然后指出时序信号另一状态下属于同一数据符号的余弦或正弦曲线段(C)，

装有取反部件(NP)，用于控制来自所述地址变换部件(ADR)的信号(I)以便根据时序信号的值和存储在存储器装置(QM)的值对从存储器装置(SCT)得到的正弦和余弦曲线段取反或不取反，以及

装有锁定装置(LS)，用于在指出存储装置(SCT)中的余弦或正弦曲线段时锁存正弦或余弦曲线段的值并加以送出以便由各个数据变换器同时对所得到的两个曲线段进行变换。

2、按权利要求1所述的波形发生器，其特征在于：

以数字值形式存储在存储器装置（SCT）P·2^M-2个波形，选择所述的这些波形，使得在相位角的第一象限（0≤0 ＜π/2），对相同的输入数据符号（b0、b1、b2……bm-1）阵列，数字值给出P·2^M-3个确定的sinθ曲线段和P·2^M-3个确定的cosθ的各曲线段，

在相位角的第2、第3和第4象限（π/2≤0＜π，π≤0＜3π/2，3π/2≤0＜2π），所存储的数字值指出将最接近的前一象限中sinθ的P·2^M-3个曲线段应用于相同的输入数据符号阵列（b0、b1、b2…bm-1）的cosθ上，得到对应于cosθ的各曲线段，其中各象限的值由存储在所述象限存储器（QM）中的（Q0、Q1…）确定。