CN1059240A - 具有时域导频分量的通信信号 - Google Patents

Abstract

一个四组16QAM传送和接收方法，其中采用 了时域导频基准。多个16QAM脉冲的每一组可以 有一个或多个导频基准(402)。根据实施例， 16QAM脉冲的每一个可以包括一个时域导频基准 或一个估测的导频基准，该脉冲可以这样确定：参照 同一组中的其它脉冲的导频基准或参照其它先接收 到的对应于相同脉冲的16QAM脉冲的导频基准。

Description

本发明一般来说涉及通信方法，特别是具有信息分量的通信信号，它需要有一个导频分量，以便利于还原信息分量。

在通信行业中已经知道有各种通信系统。对于众多这样的系统，信息信号被调制成载波信号，并且将其从第一地点发送至第二地点。在第二地点，再对该信号进行解调并将其还原。

这种系统所采用的通信信道一般受到多方面的限制，例如带宽。结果，较为实际的是限制在一段给定的时间内能够由通信信道传送的信息量。已经提出了各种调制方案，与其它调制技术相比，它们有效地提高了通信信道的信息处理能力。例如，一个16点正交调幅（QAM）方法提供了调制值的一个群（通过相位和振幅互相区别），其中每个群的点代表多个信息位。

这种QAM信号一般与一个导频分量一起传输。例如，QAM信号的信息分量可以与一个或多个导频音调一起传输，它们的频率偏移信息内容本身。这些导频分量可以用来支持同步，或者另一方面以各种方式支持信息分量的还原。

不幸的是，这种频偏导频分量本身占用带宽，因此减少了可用于通信信道以发送信息分量的带宽。如果信息分量本身分成频偏数据包，那么由于要用另外的频谱维持多个允许还原各种信息分组所需要的导频基准，所以问题便更严重了。

部分地针对这种情况，在先有技术中提出了采用时域导频分量的方法。例如，特定的QAM传输的信息分量与一个以周期方式出现的频带内预定导频基准分量相组合。（由于导频分量仅仅时有时无出现，所以该分量被认为是存在于时域之中，与以上讨论的频域导频分量相区别）。

虽然包括时域导频分量的QAM传输在许多地方得到了应用，但还不能满足所有的需要。例如，在一个RF通信环境中，通信单元可能相对另外的通信单元移动，因而这种先有技术时域导频基准QAM方法可能提供不可接受的性能。特别是，具有多路衰减特征的陆地可移动无线电信道，它使信道的相位和振幅随着接收和发送单元移动随时发生变化。这种变化必须得到补偿否则就应允许，以便得到合适的接收效果。一般说来，由于信道振幅变化可以忽略，且差分或鉴频接收技术能够自动引起信道相位的变化，因而相位和频率的调制方案不需要补偿。然而，相位和频率调制不能有效地使用带宽。而QAM技术可以通过比较有效地使用带宽，它需要更复杂的信道补偿方法，例如在先有技术中使用与信息内容相关的一个或多个导频音调的方法。

与无线信道的多路特征相联系的另一个问题是频率选择衰减。每当到达接收器的各个多路分量之间的延时差相对于信道中的信号传输率变得足够大的时候，都会发生上述问题。此时，在相关的波段内，信道频响曲线不再平直，而会表现出相位和振幅将随着频率的变化而变化，当发送器和接收器移动时，频率本身又随时间发生变化。这种频率选择效应导致与接收信号强度无关的信号失真。在数据通信系统中，这种失真表现出无法减小的比特误差率或最低误差，它不管接收的信号变得多强都保留下来。此外，当信号的信息量增加时，失真效应将更为严重。

因此，需要有一种通信方法，它能有效地利用QAM以及类似的调制技术，而同时基本上避免频谱失效，而这种现象可能在使用一些先有技术的导频分量技术和其它多路补偿技术时发生。在一个变化的多路运行环境中，该技术将更具有优势。

以上需要及其它要求可以通过本说明书公开的通信技术而基本上得以满足。根据本发明，原信息信号变换成并行的多个处理过的信息信号样本序列。然后，至少一个这样的序列与包括至少一个预定样本的基准序列组合，该样本作为接收器有效地还原与原信息信号相对应的信号的时域导频基准。

在本发明的一个实施例中，原信息信号可以是串行数据流的形式，并且对预选的串行部分进行变换。

在本发明的一个实施例中，变换步骤不包括将构成原信息信号的位组变成相应的多位符号。在另一个实施例中，多个预定的这些符号构成一个处理过信息信号样本序列。

在本发明的一个实施例中，组合步骤包括将预定的样本（它代表时域导频基准）和至少两个样本序列组合。在另一个实施例中，所有的序列都以这种方式与一个导频音调基准组合。

以外还有一个实施例，其中在一些但非全部的子信道组中可以提供时域导频。为了在不具备导频的子信道中实现信道补偿，所提供的时域导频可以用来对那个子信道的导频进行估计。实际上，偶尔发送的导频可以在任何时间和频率下插入，以便进行信息信号的信道补偿。

图1是根据本发明适于在发送器中使用的一个信号处理器的框图;

图2表示16QAM符号群;

图3表示符号群，其中一个符号构成预定的导频基准符号;

图4a、4b和4c是时序图，表示出现在本发明的各个实施例中的一系列符号序列;

图5是频谱图，表示多个样本序列，根据本发明，每一个都已经与预定的符号组合;

图6a和6b是根据本发明的一个适于接收信号的一个接收器的框图;以及

图7表示根据本发明所确定的插入的信道增益图。

根据本发明，准备将一个信号发送出去的信号处理器在图1中用参考号100表示。虽然为了说明和理解的方便而采用了框图的形式，但是应该懂得，本发明可以用于各种不同的实施例。特别是如从Motorola  DSP56000或DSP96000系列中选出的数字信号处理器，很易于编程完成下述功能。此外，虽然以下是结合16＃QAM的应用来进行描述的，但也应懂得这里所介绍的原理也适用于其它调制方案。

处理单元（102）接收一个原信息信号（101）。在这个具体的实施例中，该信息信号构成串行位流，其有效波特率为53.2千比特/秒。这个位流可以代表例如真正的数据、数字的语音或其它适当的信号。

处理单元（102）的作用是将原信息信号的16个串行位的组变换成四个16QAM复数信号点（符号）。例如，图2画出了一组16QAM复数信号符号群（200）。符号群中的每个符号代表四个串行位的不同组合。例如，这些符号中的第一个符号（201）代表位“0001”。另一方面，第二个符号（202）代表位“0100”，所有这些都与充分理解的先有技术的方法相一致。

对于每个串行接收到的16个原信息位，处理单元（102）在四条信号通路（103～106）的每一条上并行输出如上所述的合适的多位表示符号。根据本发明的通信方法的一个实施例，位于每条信号通路（103～106）上的导频插入单元（107～110）在从处理单元（102）接收七个串行接收到的信息符号之后，插入一个预定的符号。例如，参照图3画出的符号群（300），参考号301所表示的符号可以代表由导频插入单元（107～110）插入的预定符号。（当然也可以利用符号群中的其它符号。不在符号群中的任意信号点也可以在适当的应用中采用。此外，虽然以这种方式利用一个特定的符号代表导频基准，但是这并不意味同一符号不能作为符号流中其它符号位置处的一个多位符号。本最佳实施例实际上允许预定的符号行使这种双重功能，最后，并不需要通过有规律的、均匀的时间区间将所有的导频符号等距离地分开;仅仅需要的是，它们必须以一个预定的方式选择）。

从导频插入单元（107～110）得到的输出包括一个符号流（在本实施例中，符号率为3.8千符号/秒），它在图4a中用参考号400表示。如图所示，每七个数据符号（401）之后，便串行出现一个构成导频基准的预定符号（402）。这个符号流形成一个复合信号，它包括每七个数据符号后的一个导频基准符号。这些复合信号送给脉冲整形滤波器（116～119），它们对符号进行适当整形，以便发送。

此后，每个复合信号与一个形式为

的适当的注入信号（126～129）相混合（121～124），其中j是-1的方根，t是时间，f是对应于第K个复合信号的偏移频率。除了频率偏移值之外，每个注入信号（126～129）的所有上述参数都是相同的。在本实施例中，第一注入信号（126）的频率偏移值为-6.27KHz，第二注入信号（127）的频率偏移值为-2.09KHz，第三注入信号（128）的频率偏移值为2.09KHz，第四注入信号（129）的频率偏移值为6.27KHz。

此后，经滤波和频偏的复合信号组合（131），形成调制信号。复数调制信号的实部和虚部在（132，133）处分开，并且送给正交升频器（134），接下来信号在（135）处放大，并送给天线（136）发射，后者与充分理解先有技术方法相一致。

经整形、频偏及组合的16QAM符号序列在图5中用参考号500大概地表示出。如在该频谱图中表示的那样，有四条有效的符号信息子信道（501），每条都与其它子信道偏移上述偏移频率。在本实施例中，每个子信道符号还包括一个夹在中间的时域导频基准序列（图中用参考号502表示）。（并不需要使该四组16QAM包的每个16QAM子信道符号都包括一个夹入的时域导频基准。例如，如图4b所示，只有一个QAM信号可以包括在接收期间采用插入技术插入的导频基准，以便提供一个估计的、用于还原其余16QAM子信道的导频基准。此外，或作为一种选择，各个子信道的导频序列在时间上可以相互错开，如图4c所示，使得在任何时间和频率都允许插入估测的导频基准，以便用于还原所有子信道符号。重要的以频率互相偏移的方式基本上同时提供多个QAM信号，其中至少一个QAM信号包括一个时域导频基准）。

适用于还原上述信号的接收器如图6a（600）所示。通过例如天线（601）、预选器（602）和正交降频器（603）接收传送的信号之后，中心频率基本上为零的复合信号送给子信道接收器组（604a～604d），以便恢复原16QAM信号。

子信道接收器的工作原理进一步如图6b所示。仍旧包括四条并行子信道的复合信号在（606）处与一个形式为

的适当的注入信号相混合，以便将所要求的子信道的中心定在大约零频率处（也就是把在发送器引入的频偏去掉）。

接收器脉冲整形滤波器（607）接收该混合信号并对其适当整形，然后滤除其它子信道信号和噪声，产生一个单一的子信道信号。符号取样器（608）对各个符号取样，然后送至两条处理通路（609和610）。第一信号处理通路（609）包括一个导频取样器（611），它从包括数据和导频符号的复合符号序列中选择导频符号。然后，导频样本在（612）处与原传送的导频符号的倒数（613）相乘（由于该导频符号是预定的，所以它在接收器中就已知了），根据导频取样的瞬间，估计信道增益。

导频插入滤波器（614）对还原的导频序列进行处理，在插入数据符号的瞬间估计信道增益。

对信道相位和振幅失真的补偿和对原数据符号的还原是这样完成的：设在第二处理通路（610）上的延迟器（616）对估计的信道增益与相应的数据符号进行时间校准。延迟的数据符号在（617）处与估计的信道增益的共轭复数（618）相乘。这一过程校正信道相位，但是导致符号被信道振幅的平方改变比例。这一点在判断框（619）给予考虑，判断框（619）从阈值调整乘法器（621）输入一个适合的信号，乘法器（621）本身利用了标定的阈值信息和复数信道增益估计值的平方（622）。

由于传输和接收方面的困难造成例如相位改变和/或振幅变化，所以接收到的符号可能降级。但是通过利用关于相位和/或振幅偏差的信息和/或能从导频插入滤波器得到的结果，从混合器输出的符号得到适当的相位补偿。由于相位已经得到补偿，导频滤波器也提供了适当的经调整的判断阈值，因此就可以做出判断，已经接收了哪一个符号，并且把经检测的信号继续传输，以便进一步处理。这种处理通常包括，例如，将来自不同子信道接收器的检测到的符号进行组合，以及转换成串行格式。

参照图7，可以对导频插入滤波器（608）的功能进行更详细的描述。相对总传输通路的复数信道增益由参考号701表示。由导频样本提供的考虑各个瞬间的信道增益的信息由参考号702表示。根据取样信息，可以得到插入的信道增益的估值（703），该信道增益估计值适于还原如上所述的数据样本。

同样的方法当然可以用于对独立信息信号的传输和接收，这些信号通过载波并行发射。事实上，根据本实施例，上述各个子信道都可以传送与其它子信道无关的信息符号，但是其中时域导频符号可在任何时间（如果需要的话还有频率，如前所述）插入，以便估计信道条件，由此促使正确还原来自各个子信道的信息符号。

Claims (6)

1、传送一个原信息信号的方法，包括以下步骤：

A)将原信息信号的串行部分转换成并行的多个经处理的信息信号样本序列；

B)将并行的多个经处理的信息信号样本序列中的至少一个与至少一个预定的样本组合；

其中，每一个这样的至少一个预定样本作为时域导频基准。

2、权利要求1所述的方法，其中将并行的多个经处理的信息信号样本序列中的至少一个与至少一个预定样本组合的步骤包括这样的步骤：将串行的多个经处理的信息信号样本序列的每一个与至少一个预定样本组合。

3、权利要求2所述的方法，其中将并行的多个经处理的信息信号样本序列与至少一个预定样本组合的步骤产生多个复合信号。

4、权利要求1所述的方法，其中将并行的多个经处理的信息信号样本序列中的至少一个与至少一个预定的样本组合的步骤包括这样的步骤：将并行的多个经处理的信息信号样本序列中的至少两个（并非全部）与至少一个预定样本组合，从而提供至少两个复合信号。

5、权利要求4所述的方法还包括以下步骤：

C）将每个复合信号和每个没有与至少一个预定样本组合的并行的多个经处理的信息信号样本序列与一个偏移信号混合，从而产生多个偏移信号。

6、接收一个被传送的信号的方法，其中被传送的信号包括这样一个信号，它是从原信息信号形成的，其步骤如下：

A）将原信息信号的串行部分转换成并行的多个经处理的信息信号样本序列;

B）将并行的多个经处理的信息信号样本序列的每一个与至少一个预定样本组合，从而形成一个复合信号;

其中，每一个这样的至少一个预定样本作为时域导频基准;

所述方法包括以下步骤：

A）接收被传送的信号;

B）还原来自被传送信号的复合信号;

C）从每个复合信号还原与之相关的导频基准;

D）利用还原的导频基准来还原原信息信号。

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