CN1118996C

CN1118996C - 数字通信系统

Info

Publication number: CN1118996C
Application number: CN98124426.2A
Authority: CN
Inventors: 瀧雅裕; 吉村幸夫
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2003-08-20
Anticipated expiration: 2018-10-30
Also published as: JPH11136298A; US6496542B1; CN1223514A

Abstract

本发明揭示了一种用于移动通信的数字通信系统，该系统包括：用于将π/4漂移QPSK调制系统中两个独立且完全同步的发射电路的输出混合并输出的装置；用于接收从发射电路发出的混合波并利用接收信号的相位和幅度信息对其进行解调的装置。

Description

数字通信系统

发明背景

本发明涉及一种数字通信系统。具体来说，本发明涉及一种移动数字通信中所使用的数字通信系统，该系统采用的是π/4相移QPSK调制系统。

现有技术

在传统的移动通信系统中，减轻终端设备的重量以及使其体积最小化已经成为主要因素。为了实现减轻终端设备的重量并使其体积达到最小，具体来说，使电池的体积最小化将成为主要的问题。因为这个原因，就使得具有低功耗的π/4相移QPSK调制系统得到了广泛使用。

在传统的PSK调制系统(8值PSK系统)中，如图1所示，可在下一个时刻进行相移的信号分配点(图1中用圆圈表示)为8，在这些信号点上分配有从000到111的三比特信息。图1中的箭头代表参考信号(一个周期之前的信号)。

另一方面，与PSK调制系统相比，在图2所示的π/4相移QPSK调制系统中，8个信号分配点被分成两组，当一个信号在某一时刻处于其中一组信号分配点(图2中用圆圈表示)的任何一个点上时，该信号将可在下一时刻移动到另一个信号分配点组中(图2中用三角表示)的任何一个点上。因此，可发射的信息量是四(2比特)而信号分配点是八(3比特)。同时，在图2中，箭头代表了一个参考信号(一个周期之前的信号)。

在上述π/4相移QPSK调制系统中，信号的幅度变化小，而且信号在非线性发射线路上的衰减及谱耗散也小，这是因为调制波谱的相移不经过信号曲线零点的相移。

因此，它是一个非常好的调制系统，该系统可用于具有许多局限(如：重量，体积，电池容量，抗邻道干扰特性，等等)的移动通信终端。

但是，在上述π/4相移QPSK调制系统中存在着一个缺陷，即，其发射的信息量为2²(2比特)，比信号分配点的数目2³(3比特)要少一比特。

发明概述

因此，本发明的一个目的就是提供一种发射容量被提高的数字通信系统。

根据本发明，提供了一种用于移动通信系统中的方法，包括：

在同一频率对由两个独立且同步的调制电路所产生的π/4相移QPSK调制信号进行合并，每个调制电路使用不同的π/4相移QPSK调制信号分配点的子集；

将混合信号作为输出信号而发射；

根据所述混合信号的相位和幅度信息将所述合成信号解调为比特串；

其中所述合成信号包括从不同的π/4相移QPSK调制信号分配点的子集的合并所得到的信号分配点。

本发明还提供了一种用于数字通信系统的发射机，包括：

第一调制电路，用于调制具有给定频率的载波，以使用π/4相移QPSK调制信号分配点的子集从数据比特流中产生第一信号；

第二调制电路，用于调制具有所述给定频率的载波，以使用与第一调制器所用的子集不同的π/4相移QPSK调制信号分配点的子集，从数据比特流中产生第二信号；

信号合成器，用于将所述第一调制电路和第二调制电路所产生的信号合并，以产生发射信号。

此外，本发明提供了一种用于数字通信系统的接收机，包括：

延迟电路，用于延迟所接收信号的码元，以提供相对于所接收信号延迟一个码元的输出；和

判断电路，用于利用所接收信号的当前码元和延迟电路所提供的所接收信号的先前码元之间的相位和幅值差，确定由接收电路的码元所代表的数据比特，

其中所接收码元包括从不同的π/4相移QPSK调制信号点的组合中形成的信号分配点。

但是，在上述π/4相移QPSK调制系统中存在着一个缺陷，即，其发射的信息量为2²(2比特)，比信号分配点的数目2³(3比特)要少一比特。发明概述

将混合信号作为输出信号而发射；

本发明还提供了一种用于数字通信系统的发射机，包括：

带通滤波器、延迟电路、低通滤波器、包络检测器及判断电路，带通滤波器的信号分别输入延迟电路、低通滤波器及包络检测器后输出到判断电路，其中

其中所接收码元包括从不同的π/4相移QPSK调制信号点的组合中形成的信号分配点。情况下信号点的相移；

图18是一个信号相移图，它显示了在当前信号点位于内层圆上的情况下信号点的相移；

图19的框图显示了本发明优选实施例中使用同步检测的接收电路；

发明的实施例

以下将对本发明优选实施例中的数字通信系统进行说明。在本发明所示的数字通信系统中提供有一个装置，它可对π/4相移QPSK调制系统的两个独立且完全同步的发射电路的同一频率的输出进行混合并输出。

参考图3，该发射电路包括一个串行/并行转换器1，一个π/4相移QPSK调制器2，一个放大器(AMB)3，一带通滤波器(BPF)4，一加法器5，一调制器7以及一参考载波发生器8。

如图4所示，串行/并行转换器1可将输入串行信号(BBIN)a_n转换为两组标记(X_1k，Y_1k)，(X_2k，Y_2k)。

例如，当a_n＝…，a_n，a_n+1，a_n+2，a_n+3，…时，就可得到(X_1k，Y_1k)＝(a_n，a_n+1)和(X_2k，Y_2k)＝(a_n+2，a_n+3)。(a_n，a_n+1，a_n+2，a_n+3)为数字数据，其数值为0或1。

图5中显示了图3所示π/4相移QPSK调制器的发射系统I，II。π/4相移QPSK调制器2根据串行/并行转换器1的输出(X_1k，Y_1k)，(X_2k，Y_2k)而输出一个π/4相移QPSK调制波。此外，两个π/4相移QPSK调制器2互相同步，从而使得在信号分配点所分成的两个组(图5中的圆形组和三角形组)之间，信号在同一定时不被分配到同一个组中。另外，在图5中，箭头代表一个参考信号(一个定时之前的信号)。

如图6所示，放大器3可对π/4相移QPSK调制器2的输出进行放大，从而使其输出可被发射到一定的距离内。图7中，带通滤波器4可消除π/4相移QPSK调制波的宽端部分(主波瓣两侧的侧波瓣)，从而防止了邻近频率的干扰。在图8中，加法器5可将发射系统I，II所发出并经带通滤波器4之后的π/4相移QPSK调制波混合起来。

在此发射电路中，含有一个非线性电路(如放大器3)的部分使用了两个独立的π/4相移QPSK调制系统，而且。因此，就防止了由于对位于主波瓣两侧的侧波瓣的还原而造成的邻道干扰。

另外，在图9所示的接收电路中有一个接收装置，它可接收从上述发射电路中发出的混合波RF(RFIN)并能利用相位和幅度信息对发射信号进行解调。该接收电路包括一串行/并行转换器11，一π/4相移QPSK解调器(Dem)12，一带通滤波器14，一线性放大器(LNA)13，一带通滤波器(BPF)15，一调制器16以及一参考载波发生器(Lo)17。

在接收侧，接收到的混合波RF可根据相位和幅度信息而被解调为一个比特串，因为两个发射系统I，II互相同步并且从发射系统I，II发出的信号未被分配到相同的坐标系中。

在本发明所述的数字通信系统中，如图10所示，有两个独立且等价的发射系统I，II，而且π/4相移QPSK解调系统中相同频率上的8个信号点被分为两对直角坐标(坐标A，B)，发射系统I，II各自的信号被分配给互相不同的直角坐标A，B。另外，在图10中，圆形代表直角坐标A的信号分配点，而三角形则代表直角坐标B的信号分配点。两个发射系统I，II的混合波将作为图3所示发射电路的输出(调制波)。

如图11和12所示，在两个发射系统I，II互相同步的情况下，就可以避免它们所发出的信号被分配给同一坐标系。这样，接收侧就可以通过相位和幅度信息将混合波RF解调为一个比特串。

在本发明所述的数字通信系统中有两组2比特信号可被发射，因为在π/4相移QPSK解调系统中，从两个独立且等价的发射系统发出的信号被在同一频率中混合起来。这两个信号可通过在P、Q和P’和Q’处所检测到的电压而被识别出来。

另外，图13中显示了图3和图9所示本发明优选实施例中数字通信系统的通信系统组成。从发射电路发出的混合波RF被从天线9输出到自由空间(线性)中，然后被接收系统的天线18所接收。

在发射电路中，两个独立π/4相移QPSK调制系统所发射的信号经过了含有非线性电路部分(如放大器3等)的处理。因此，就防止了侧波瓣(它可引起邻道干扰)的还原。而由接收电路中非线性部分引起的侧波瓣则不会造成更多的邻道干扰。

还有，串行数据输入是以与一周期前的信号之差的形式被发射的。因此，可在接收电路中采用延迟检测解调系统，而且在快速衰减(如移动通信)的情况下也可采用本通信系统。

接下来，图14显示了本通信系统中的一个发射电路，其中采用了正交调制器以作为π/4相移QPSK调制器1。该发射电路包括一串行/并行转换器31，一差分编码器33，一低通滤波器(LPF)34，一加法器35以及一调制器36。

串行/并行转换器31可将输入串行信号a_n转换为两组标记(X_1k，Y_1k)，(X_2k，Y_2k)。

如图14所示，该调制系统的发射电路可输出混合波，而混合波则由发射系统I，II的两个π/4相移QPSK调制电路的输出S1(t)和S2(t)混合而成。载波频率的相位比发射系统I的载波落后π/4，从而使其坐标从发射系统I，II的坐标上移动π/4。

还有，当一个4比特的串行比特串被转换为并行比特串时，将上一周期中发射系统I的输出S1(t)的相位与发射系统II的输出S2(t)的相位进行比较，则这4比特中的高2比特将被分配给相位超前的发射系统，而低2比特将被分配给相位落后的发射系统。

上述操作方法的目的是为了让接收电路在对从发射电路发出的信号进行解调时，使解调过程简单化。如果不采用这种操作步骤，则在将由四个0和1构成的解调数据转换为原始的4比特的串行数据时，就需要进行复杂的处理。

接下来，图15显示了本通信系统的一个接收电路，其中的解调器采用了延迟检测。如图15所示，该接收电路包括一带通滤波器(BPF)45，一单标记延迟器46，一低通滤波器(LPF)44，一包络检测器45以及一判断电路49。

该解调电路利用接收信号与前一个单标记接收信号之间的相差来判断输入信号，并且放大并输出一个比特串。

以下将对本发明优选实施例的操作进行详细说明。图16显示了本通信系统中的信号分配点。虽然在本通信系统中有16个信号分配点，但是应该明白的是，与PSK调制系统相比，由于信号到信号之间的距离很长，所以出错率也相应增加。

本发明所述通信系统中的调制波是由两个π/4相移QPSK调制波组成的混合波，所以，比特串信号是作为与前一个单标记信号的相差信息而被发射的。图17和图18是信号相移图，它们显示了当输入一个0000到1111之间的比特串时，作为发射电路输出的混合波的当前信号点所要相移的位置。图17显示的是当前信号点处于外层圆上的情况，而图18显示的则是当前信号点处于内层圆上的情况。如图17所示，信号点的相移路径将根据当前信号点所处的位置(位于外层圆上或内层圆上)而被划分为两组图案。

从图14所示的发射电路输出的是如图17和18所示的信号。图15中的接收电路首先将如图17和18所示的信号作为接收波而接收，然后根据前一个单标记信号的幅度来判断信号点的相移图案，接下来再检测接收信号与前一个单标记信号之间的相差，最后将其解调为两组2比特的串行数据。

尽管在本发明所述通信系统的优选实施例中显示的是采用延迟检测的接收电路，但是，也可以采用同步检测、频率检测等以作为解调电路。图19显示了一个采用同步检测的接收电路实例。在图19中，接收电路包括一带通滤波器(BPF)55，一低通滤波器(LPF)54以及一判断电路59。

本发明的优点：

如以上的优选实施例所述，本发明中数字通信系统的第一个优点是：2比特信号或4比特信号可在同一频率上被同时发射，因而使π/4相移QPSK调制系统的发射容量加倍，因为从两个独立且完全同步的发射系统中输出的π/4相移QPSK调制信号被在同一频率上混合起来。

本发明的第二个优点是：甚至在适用于移动通信(如快速衰减)的情况下，也可实现数字通信系统的16值调制类型的应用，因为通过将发射电路的非线性部分划分为两个系统并为各系统分别提供一个π/4相移QPSK调制系统，就可以消除侧波瓣的还原，而且还因为延迟检测解调系统在产生严重相位变化的情况下也可以有效地工作。

尽管对本发明的详尽说明是参考优选实施例进行的，但本发明并不仅限于此。对熟练人员来说，任何对本发明可能作出的修改和变换都包含在本发明的附加权利要求内，所有这些修改和变换也都完全包含在本发明的内容范畴之中。

Claims

1.一种用于移动通信系统中的方法，包括：

将混合信号作为输出信号而发射；

2.一种用于数字通信系统的发射机，包括：

3.根据权利要求2所述的发射机，还包括串行/并行转换器，向所述第一调制电路提供所述数据流的第一比特串，和向所述第二调制电路提供所述数据流的第二比特串。

4.根据权利要求2所述的发射机，其中由合成器所产生的发射信号包括一组从不同的π/4相移QPSK调制信号点的组合中形成的信号分配点。

5.一种用于数字通信系统的接收机，包括：

6.在通信系统的接收机中的方法，包括：

接收包含码元的信号，每个码元从不同的π/4相移QPSK调制信号点的组合中形成的信号分配点的组合中形成；

确定由所接收码元的每个码元所代表的π/4相移QPSK调制信号分配点的组合；

用所述确定的信号分配点的组合产生数据流。