CN110708268B - 一种信号调制装置及终端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种信号调制装置及终端，解决现有QAM高阶调制方案虽然可以提高频带效率，但同时带来了较高的峰均比的问题。本发明的装置包括：转换模块，转换模块对基带编码信号进行转换处理，输出同相信号序列和正交信号序列；编码扩充模块，编码扩充模块与转换模块连接，编码扩充模块分别对同相信号序列和正交信号序列进行扩充处理，输出同相信号编码序列和正交信号编码序列；调制模块，调制模块与编码扩充模块连接，调制模块对同相信号编码序列和正交信号编码序列进行调制处理，输出射频信号。本发明降低了QAM调制方式的峰均比，减轻了后级功率放大器的工作负荷，进而提高功率放大器的效率。
Description
技术领域
本发明涉及通信应用的技术领域，尤其涉及一种信号调制装置及终端。
背景技术
无线通信系统中，为了实现信号的远距离传播，需要将低频的基带信号调制到射频频段。利用高频载波的幅度、频率、相位实现与基带信号的对应。目前常用的基本调制方式有正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)，16正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)，64QAM，256QAM等。
QAM是一种幅度、相位联合调制的技术，同时使用载波的幅度和相位来传递信息比特，将一个比特映射为具有实部和虚部的矢量，然后调制到时域上正交的两个载波上，然后进行传输。每次在载波上利用幅度和相位表示的比特位越多，则其传输的效率越高。
QAM高阶调制方案虽然可以提高频带效率，但同时带来了较高的峰均比。尤其是针对长期演进(Long Term Evolution，LTE)、5G新空口(New Radio，NR)这种多载波大带宽系统中会引起更高地峰均比。而峰均比过高将会对功率放大器PA的工作带来较大的挑战，而且会使射频PA的效率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种信号调制装置及终端，以解决现有QAM高阶调制方案虽然可以提高频带效率，但同时带来了较高的峰均比的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种信号调制装置，包括：
转换模块，所述转换模块对基带编码信号进行转换处理，输出同相信号序列和正交信号序列；
编码扩充模块，所述编码扩充模块与所述转换模块连接，所述编码扩充模块分别对所述同相信号序列和所述正交信号序列进行扩充处理，输出同相信号编码序列和正交信号编码序列；
调制模块，所述调制模块与所述编码扩充模块连接，所述调制模块对所述同相信号编码序列和正交信号编码序列进行调制处理，输出射频信号。
第二方面，本发明实施例还提供了一种终端，包括如上所述的信号调制装置。
本发明实施例具有以下有益效果：
在本发明实施例中，对同相信号序列和正交信号序列进行编码扩充，并基于扩充后的同相信号序列和正交信号序列进行载波调整，降低了QAM调制方式的峰均比，减轻了后级功率放大器的工作负荷，进而提高功率放大器的效率。此外，本发明实施例的装置，无需扩展基带编码信息，不会对系统引入冗余信息和对帧结构的破坏，且结构简单。
附图说明
图1为本发明实施例的信号调制装置的第一结构示意图；
图2为本发明实施例的信号调制装置的第二结构示意图；
图3为本发明实施例中第一编码扩充子模块的工作流程示意图；
图4为本发明实施例中第二编码扩充子模块的工作流程示意图；
图5为本发明实施例的信号调制装置的第三结构示意图；
图6为本发明实施例的信号调制装置的第四结构示意图；
图7为现有技术中16QAM的星座示意图；
图8为收缩前后的星座坐标对比示意图；
图9本发明实施例中收缩后的星座示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种信号调制装置，包括：
转换模块101，所述转换模块101对基带编码信号进行转换处理，输出同相信号序列和正交信号序列；
编码扩充模块102，所述编码扩充模块与所述转换模块连接，所述编码扩充模块分别对所述同相信号序列和所述正交信号序列进行扩充处理，输出同相信号编码序列和正交信号编码序列。
具体的，编码扩充模块分别对所述同相信号序列和所述正交信号序列中每N比特的编码信号进行扩充处理，输出同相信号编码序列和正交信号编码序列，N为正整数。
调制模块103，所述调制模块与所述编码扩充模块连接，所述调制模块对所述同相信号编码序列和正交信号编码序列进行调制处理，输出射频信号。
本发明实施例中，上述转换模块将基带编码信号BaseBand(n)经过串并转换分为同相信号序列I(n)和正交信号序列Q(n)；上述编码扩充模块对转换模块输出的I(n)和Q(n)分别进行扩充处理，输出同相信号编码序列和正交信号编码序列；最后由调制模块对所述同相信号编码序列和正交信号编码序列进行载波调制处理，输出射频信号。
本发明实施例的信号调制装置，对同相信号序列和正交信号序列进行编码扩充，并基于扩充后的同相信号序列和正交信号序列进行载波调整，降低了QAM调制方式的峰均比，减轻了后级功率放大器的工作负荷，进而提高功率放大器的效率。此外，本发明实施例的装置，无需扩展基带编码信息，不会对系统引入冗余信息和对帧结构的破坏，且结构简单。
进一步地，如图2所示，所述编码扩充模块102包括：分别与所述转换模块101连接的第一编码扩充子模块1021和第二编码扩充子模块1022；
其中，所述第一编码扩充子模块1021对所述同相信号序列进行扩充处理，输出同相信号编码序列；
所述第二编码扩充子模块1022对所述正交信号序列进行扩充处理，输出正交信号编码序列。
具体的，所述第一编码扩充子模块1021对所述同相信号序列中每N比特的编码信号进行扩充处理，输出多个同相信号编码序列；
所述第二编码扩充子模块1022对所述正交信号序列中每N比特的编码信号进行扩充处理，输出多个正交信号编码序列，N为正整数。
其中，N的数值根据调制方式确定。N可以为
L表示调制方式对应的样点数，所述调制方式为所述编码扩充模块采用的调制方式。例如，对于16QAM，L为16，N为2，即第一编码扩充子模块对所述同相信号序列中每2比特的编码信号进行扩充处理，输出多个同相信号编码序列，第二编码扩充子模块对正交信号序列中每2比特的编码信号进行扩充处理，输出多个正交信号编码序列。对于64QAM，N为3，对于256QAM，N为4。
进一步地，所述第一编码扩充子模块将所述同相信号序列中每N比特的编码信号扩充至M比特，得到多个长度为M比特的同相信号编码序列；
所述第二编码扩充子模块将所述正交信号序列中每N比特的编码信号扩充至M比特，得到多个长度为M比特的正交信号编码序列；M大于N。
其中，M的数值与所述基带编码信号对应的峰均比成反比。也就是说，本发明实施例中用户可以根据峰均比来设置M的数值，如果想要较低的峰均比，则将M的数值设置的大一些。
其中，第一编码扩充子模块的流程如图3所示，包括：
步骤301：在同相信号序列中截取N比特的编码信号。
步骤302：将N比特的编码信号扩充为M比特的编码信号。
步骤303：将扩充后的编码信号传输至调制模块。
具体的，传输至调制模块的第一数模转换单元。
步骤304：判断编码是否结束。
具体的，判断所述同相信号序列中是否存在未进行扩充的编码信号，在存在未进行扩充的编码信号时，跳转至步骤301，否则，结束。
在本发明的具体实施例中，I(n)＝(I1，I2，…，In)，对于16QAM，第一编码扩充子模块将所述同相信号序列中每2比特的编码信号扩充至5比特，例如，将当前2比特的编码信号[I(N)，I(N+1)]扩充为[I(N)，I(N+1)，1，1，1]并传输至调制模块，然后再对随后的2比特的编码信号进行扩展，直至结束。
其中，第二编码扩充子模块的流程如图4所示，包括：
步骤401：在正交信号序列中截取N比特的编码信号。
步骤402：将N比特的编码信号扩充为M比特的编码信号。
步骤403：将扩充后的编码信号传输至调制模块。
具体的，传输至调制模块的第二数模转换单元。
步骤404：判断编码是否结束。
具体的，判断所述正交信号序列中是否存在未进行扩充的编码信号，在存在未进行扩充的编码信号时，跳转至步骤401，否则，结束。
在本发明的具体实施例中，Q(n)＝(Q1，Q2，…，Qn)，对于16QAM，第一编码扩充子模块将所述正交信号序列中每2比特的编码信号扩充至5比特，例如，将当前2比特的编码信号[Q(N)，Q(N+1)]扩充为[Q(N)，Q(N+1)，1，1，1]，并传输至调制模块，然后再对随后的2比特编码信号进行扩展，直至结束。
进一步地，如图5所示，所述调制模块103包括：
第一调制子模块1031，所述第一调制子模块与所述第一编码扩充子模块连接，所述第一调制子模块对所述同相信号编码序列进行数模转换、滤波和混频处理，得到第一序列；
第二调制子模块1032，所述第二调制子模块与所述第二编码扩充子模块连接，所述第二调制子模块对所述正交信号编码序列进行数模转换、滤波和混频处理，得到第二序列；
处理子模块1033，所述处理子模块分别与所述第一调制子模块和所述第二调制子模块连接，所述处理子模块对所述第一序列和所述第二序列进行叠加，输出射频信号。
这里，处理子模块对第一序列和第二序列进行叠加后输出至功率放大器。
其中，如图6所示，所述第一调制子模块1031包括：
第一数模转换单元10311，所述第一数模转换单元10311与所述第一编码扩充子模块1021连接；
第一滤波单元10312，所述第一滤波单元10312与所述第一数模转换单元10311连接；
第一混频单元10313，所述第一混频单元10313分别与所述第一滤波单元10312和所述处理子模块1032连接。
本发明实施例中，第一数模转换单元对第一编码扩充子模块1021输出的同相信号编码序列进行模数转换后得到对应的幅值信号，再经由第一滤波单元进行滤波处理，输出至第一混频单元，第一混频单元实现发射信号的上变频，使信号由基带移至射频频段。上述第一滤波单元可具体为基带成型滤波器，上述
第一混频单元为混频器。
如图6所示，所述第二调制子模块1032包括：
第二数模转换单元10321，所述第二数模转换单元与所述第二编码扩充子模块连接；
第二滤波单元10322，所述第二滤波单元与所述第二数模转换单元连接；
第二混频单元10323，所述第二混频单元分别与所述第二滤波单元和所述处理子模块连接。
本发明实施例中，第二数模转换单元对第二编码扩充子模块输出的正交信号编码序列进行模数转换后得到对应的幅值信号，再经由第二滤波单元进行滤波处理，输出至第二混频单元，第二混频单元实现发射信号的上变频，使信号由基带移至射频频段。上述第二滤波单元可具体为基带成型滤波器，上述第二混频单元为混频器。
本发明实施例的信号调制装置通过增加编码扩充模块有效改善了峰均比，下面结合具体实施例进行说明。
如图7所示，对于16QAM，采用现有信号调制装置进行载波调制，在不考虑互补累计分布函数CCDF特征的情况下，以各坐标点等概率出现计算归一化功率峰均比。其中，各坐标点距离原点的长度包括a、b和c三种。
归一化功率a2＝32+32＝18，出现的概率为1/4；
归一化功率b2＝12+32＝10，出现的概率为1/2；
归一化功率c2＝12+12＝2，出现的概率为1/4；
则平均功率
那么峰均比
如图8所示，以16QAM单载波为例，对同相信号序列和正交信号序列中每2比特的数据进行扩展，扩展至5比特，例如，将[0，0]扩展为[0，0，1，1，1]，将[0，1]扩展为[0，1，1，1，1]，将[1，0]扩展为[1，0，1，1，1]，将[1，1]扩展为[1，1，1，1，1]，则星座图将出现收缩，图8中的s表示原始坐标点，s’表示收缩后的坐标点，此时，假设收缩后的坐标点中第一坐标点距离原点的第一距离为1，收缩后的坐标点中第二坐标点距离原点的第二距离与第一距离的比值为
其中，第一坐标点表示收缩后的坐标点中距离原点最近的坐标点，第二坐标点表示收缩后的坐标点中距离原点最远的坐标点，[1，1，1，1]映射为第二坐标点，[0，1，1，1]映射为第一坐标点，第一位为符号位不做幅值计算，则此时星座图上归一化对应的幅度则为1和2.14。收缩后的星座图如图9所示，图9中，各坐标点距离原点的长度包括a’、b’和c’三种。
归一化功率a'2＝2.142+2.142＝9.1592，出现的概率为1/4；
归一化功率b'2＝12+2.142＝5.5796，出现的概率为1/2；
归一化功率c'2＝12+12＝2，出现的概率为1/4；
则平均功率
那么峰均比
可以看出，针对16QAM本发明实施例的装置可降低15.7％的峰均比。
本发明实施例的信号调制装置，对同相信号序列和正交信号序列进行编码扩充，并基于扩充后的同相信号序列和正交信号序列进行载波调整，降低了QAM调制方式的峰均比，减轻了后级功率放大器的工作负荷，进而提高功率放大器的效率。此外，本发明实施例的装置，无需扩展基带编码信息，不会对系统引入冗余信息和对帧结构的破坏，且结构简单。
本发明实施例还提供了一种终端，包括如上所述的信号调制装置，该终端能够实现上述信号调制装置实施例中的所有实现方式，且能达到相同的技术效果，此处不再赘述。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)
1.一种信号调制装置，其特征在于，包括：
转换模块，所述转换模块对基带编码信号进行转换处理，输出同相信号序列和正交信号序列；
编码扩充模块，所述编码扩充模块与所述转换模块连接，所述编码扩充模块分别对所述同相信号序列和所述正交信号序列进行扩充处理，输出同相信号编码序列和正交信号编码序列；
调制模块，所述调制模块与所述编码扩充模块连接，所述调制模块对所述同相信号编码序列和正交信号编码序列进行调制处理，输出射频信号；
所述编码扩充模块包括：分别与所述转换模块连接的第一编码扩充子模块和第二编码扩充子模块；
其中，所述第一编码扩充子模块对所述同相信号序列进行扩充处理，输出同相信号编码序列；
所述第二编码扩充子模块对所述正交信号序列进行扩充处理，输出正交信号编码序列；
所述第一编码扩充子模块对所述同相信号序列中每N比特的编码信号进行扩充处理，输出多个同相信号编码序列；
所述第二编码扩充子模块对所述正交信号序列中每N比特的编码信号进行扩充处理，输出多个正交信号编码序列，N为正整数；
所述第一编码扩充子模块将所述同相信号序列中每N比特的编码信号扩充至M比特，得到多个长度为M比特的同相信号编码序列；
所述第二编码扩充子模块将所述正交信号序列中每N比特的编码信号扩充至M比特，得到多个长度为M比特的正交信号编码序列；M大于N。
2.根据权利要求1所述的信号调制装置，其特征在于，通过以下公式确定N的数值：
其中，L表示调制方式对应的样点数，所述调制方式为所述编码扩充模块采用的调制方式。
3.根据权利要求1所述的信号调制装置，其特征在于，M的数值与所述基带编码信号对应的峰均比成反比。
4.根据权利要求1所述的信号调制装置，其特征在于，所述调制模块包括：
第一调制子模块，所述第一调制子模块与所述第一编码扩充子模块连接，所述第一调制子模块对所述同相信号编码序列进行数模转换、滤波和混频处理，得到第一序列；
第二调制子模块，所述第二调制子模块与所述第二编码扩充子模块连接，所述第二调制子模块对所述正交信号编码序列进行数模转换、滤波和混频处理，得到第二序列；
处理子模块，所述处理子模块分别与所述第一调制子模块和所述第二调制子模块连接，所述处理子模块对所述第一序列和所述第二序列进行叠加，输出射频信号。
5.根据权利要求4所述的信号调制装置，其特征在于，所述第一调制子模块包括：
第一数模转换单元，所述第一数模转换单元与所述第一编码扩充子模块连接；
第一滤波单元，所述第一滤波单元与所述第一数模转换单元连接；
第一混频单元，所述第一混频单元分别与所述第一滤波单元和所述处理子模块连接。
6.根据权利要求4所述的信号调制装置，其特征在于，所述第二调制子模块包括：
第二数模转换单元，所述第二数模转换单元与所述第二编码扩充子模块连接；
第二滤波单元，所述第二滤波单元与所述第二数模转换单元连接；
第二混频单元，所述第二混频单元分别与所述第二滤波单元和所述处理子模块连接。
7.一种终端，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的信号调制装置。
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