CN1135004C - 一种八相移相键控调制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种八相移相键控调制方法及装置，将符号矢量与成形滤波器系数的乘积因子存储在表格中，并根据三角函数规律进行八倍压缩，以查表方式代替乘法操作，通过查表以及累加求和输出其调制信号。其优点是成形滤波器的实现没有乘法器，以查表操作代替了成形滤波器的乘法操作，查找表进行了八倍压缩，大大节省资源；参数设置灵活，基带调制信号插值率可调，查找表系数可变，还可实现其它线性调制方式。

Description

一种八相移相键控调制方法及装置

本发明涉及数字移动通信，更具体地指一种八相移相键控调制方法及装置。

以GSM为代表的第二代移动通信系统已经非常成熟，主要以话音为主流业务。但随着互联网(Internet)的高速崛起，通过无线空中接口的数据通信的需求飞速发展，第二代移动通信系统正在向第三代移动通信系统演进。数字调制技术是数字蜂窝移动通信系统空中接口的关键技术之一。不同的数字移动通信系统采用的数字调制技术也不同。目前数字移动通信中的调制方式，大致可分为两类。一类为恒包络连续相位调制，较为成熟的为时间量化频率调制(TFM)和高斯最小移频键控(GMSK)调制。另一类为线性调制方式，如四相移相键控(QPSK)、八相移相键控(8PSK)调制。向第三代移动通信系统演进过渡阶段的EDGE(Enhanced Datarate for GSM Evolution)是基于GSM发展起来的无线接入体制。它采用两种调制模式：8PSK和GMSK调制。

实现线性调制的一般方法是，先使用一个信号星座将二进制数字信号映射成为具有相同幅度、不同相位的矢量，再使该矢量通过成型滤波器输出，图1示意了线性调制的过程。实现成形滤波目前常采用的方法，一是用乘法器实现有限冲击响应(FIR)滤波器，或者把所有可能的调制信号状态存储为查找表，需要较大的存储空间。

上述两种方法都需要耗费较多资源。通常实现线性调制都采用成形滤波方法或者查表方法。成形滤波方法需要采用定点乘法器，乘法器实现电路较复杂，占用资源较大，且功耗比较大，经过定点乘法运算得到的信号质量也比直接查表的差；而完全查表法需将调制信号的所有采样值存贮在表格中，占用存贮空间比较大。

随着大规模集成电路(VLSI)的飞速发展，为生产出成本低廉、功能更多、性能更好的数字器件提供了可能。

在数字通信系统无线电发射机中，数字调制器必不可少，而EDGE是一种新的无线通信体制，通常采用8PSK的调制方式，设计出节省资源、实现简便、信号质量高的全数字调制器，将使相应的专用集成电路(ASIC)实现达到更高的集成度，同时减少所消耗的电流，调制信号精确，具有重要的意义。

为此，本发明的目的是针对传统的八相移相键控调制方法存在的不足，提供一种实现简便、耗费资源较少的八相移相键控调制方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

该八相移相键控调制方法将符号矢量与成形滤波器系数的乘积因子存储在表格中，成为乘积因子表，并根据三角函数规律对表格进行八倍压缩，再以查表方式代替乘法操作，通过查表以及累加求和输出其调制信号，该方法依次包括符号映射、查表地址生成、查表及数据处理、累加求和输出步骤，

所述的查表及数据处理步骤是使符号地址和系数地址共同构成查表地址，然后查找经八倍压缩的表格，查表输出再根据压缩规律恢复数据，由几个地址位控制，进行包括正、负符号操作和同相、正交分量(I表示同相分量，Q表示正交分量，下同)交换操作；

所述的累加求和输出的步骤是对查表及数据处理输出的同相和正交分量分别进行串行累加求和，以完成成形滤波器的卷积运算功能，输出最终的八相移相键控调制的同相和正交分量I、Q。

所述的符号映射步骤是使用一个格雷码映射和3π/8相位旋转的信号星座将二进制数字信号映射成为具有相同幅度、不同相位的矢量。

所述的查表地址生成步骤是产生符号地址和系数地址两部分，即，将符号矢量映射为符号地址，并由系数地址生成器产生一个系数地址。

该八相移相键控调制装置包括依次连接的码元输入单元、符号映射单元、查表地址生成单元、查表及数据处理单元以及累加求和输出单元，

其中，

符号映射单元对码元输入单元输入的信号完成符号映射功能；

查表地址生成单元将符号映射单元输出的符号矢量转换为查表符号地址，并使符号地址与本单元产生的系数地址共同构成查表地址；

查表及数据处理单元对进行查表及数据处理，输出同相和正交两路分量至累加求和输出单元；

累加求和输出单元进行累加求和，输出线性数字调制的同相和正交信号。该八相移相键控调制方法是将符号矢量与成形滤波器系数的乘积因子存储在表格中，并根据三角函数规律对存储在表格中的乘积因子进行八倍压缩，再以查表方式代替乘法操作，通过查表以及累加求和输出其调制信号。

由于将成形滤波法与查表法相结合形成了本发明的调制方法，因此本发明具有以下优点：

1、成形滤波器的实现没有乘法器，查找表进行了八倍压缩，大大节省资源；

2、查表操作代替了成形滤波器的乘法操作，大大节省资源和降低功耗；

3、查表数据解压缩逻辑简单，实现简便，只有数据的正、负符号变换和I、Q分量交换处理；

4、直接存储乘积数据，没有定点乘法引入误差的环节，信号更精确；

5、参数设置灵活，基带调制信号插值率可调，查找表系数可变；

6、由于参数设置灵活、基带调制信号插值率可调以及查找表系数可变，对查找表内容加以改变，还可实现其它线性调制方式。

下面结合附图和实施例，对本发明的方法和装置作一详细地说明：

图1是现有的线性数字调制方法原理框图。

图2是本发明线性数字调制方法框图。

图3是EDGE中8PSK调制格雷码符号映射图。

图4是EDGE中8PSK调制经过3π/8相位旋转的符号矢量图。

图5是本发明的应用示例之一：8PSK调制和数字上变频功能框图。

图6是随机数据8PSK调制频谱图

根据GSM05.04(V8.0.0)协议对EDGE中八相移相键控(8PSK，下同)调制方式的规定，可将基带调制过程分为三个步骤，即：1.格雷码符号映射；2.符号3π/8相位旋转；3.成形滤波器C0(t)滤波。第1、2步骤合称为符号映射，得到数据符号调制矢量.，经过冲击响应为C0(t)的成形滤波器滤波后，就可得到8PSK的基带调制信号 $y\left(t\right):Y\left(t^{\′}\right)=\mathrm{\Σ}\hat{S}i*\mathrm{Co}(t^{\′}-\mathrm{iTs}+\frac{5}{2}\mathrm{Ts}).$ 其中，Ts表示一个符号周期。这可以理解为数据符号矢量与成形滤波器系数的卷积运算。

根据上述的协议规定，请结合图2所示，本发明的八相移相键控调制方法是将符号矢量与成形滤波器系数的乘积因子存储在表格中，并根据三角函数规律对存储在表格中的乘积因子进行八倍压缩，再以查表方式代替乘法操作，通过查表以及累加求和输出其调制信号。

该方法进一步依次包括符号映射、查表地址生成、查表及数据处理、累加求和输出步骤。

所述的符号映射步骤是使用一个格雷码映射和3π/8相位旋转的信号星座将二进制数字信号映射成为具有相同幅度、不同相位的矢量。对此，请参阅图3、图4。

图3是EDGE中的8PSK调制格雷(GRAY)码符号映射图，图4是经过相位旋转的矢量图。每3个二进制码元经过格雷码符号映射和3π/8相位旋转，成为1个数据符号矢量_i，_i共有16种状态。

所述的查表地址生成步骤是产生符号地址和系数地址两部分，即，将符号矢量映射为符号地址，并由系数地址生成器产生一个系数地址。

所述的查表及数据处理步骤是使符号地址和系数地址共同构成查表地址，然后查找经八倍压缩的表格，表格的输出再根据压缩规律恢复数据，由几个地址位控制，进行包括正、负符号操作和I、Q分量交换操作，最终输出I、Q两个分量。

将所述的经八倍压缩的表格作为符号矢量和成形滤波器系数的乘积因子表。

所述的累加求和输出的步骤是对查表及数据处理输出的I、Q分量分别进行串行累加求和，以完成成形滤波器的卷积运算功能，输出最终的八相移相键控调制的I、Q分量。

请再结合图2所示，依照本发明的方法而设计的八相移相键控调制装置包括依次连接的码元输入单元301、符号映射单元302、查表地址生成单元303、查表及数据处理单元304以及累加求和输出单元305。

在查表地址生成单元303中还包含了系数地址生成器，以便生成系数地址。

其工作过程是：将二进制数字数据源经过8PSK符号映射，产生各个数据符号，这些数据符号用相位矢量来表示，即其中每一个符号都是用具有正交关系的同相分量I和正交分量Q信号来表示的；将数据符号转换为查表地址，查找一张数据表格，并作一定的处理，得到I、Q两个分量数据，再分别将I、Q分量数据通过两个累加器，得到最终的数字调制基带信号I、Q分量。

查找表的内容存储的是符号矢量和成形滤波器系数的乘积因子_i*c_o，查表操作代替了成形滤波器的乘法操作。查找表根据三角函数规律压缩，最大压缩率可达八倍。当基带调制信号的插值率为R，数据位宽为nbits时，查表地址由符号地址A1和系数地址A2两部分组成，包括4位符号地址和ceil(log₂(5*R))位系数地址，表格容量为4*5*R*nbits。这样，查表输出必须根据压缩的规律恢复数据，以部分查表地址控制，对数据进行包括正、负符号变换和I、Q分量交换的操作处理。累加器的作用是以串行方式对经过解压缩的查表输出I、Q分量累加求和，完成成形滤波器的卷积运算功能，输出最终的线性数字调制I、Q分量。查找表的插值率和数值可以灵活设置和改变。

本发明以查表以及累加求和操作实现成形滤波功能，与符号映射一起实现了线性数字调制。

一个随机的二进制数据发生器单元301被连接到单元302。该发生器可以是任何一种数字数据源，如语音编码器。单元302完成符号映射功能，单元303将符号矢量转换为查表符号地址，这相当于另一次映射，EDGE中8PSK调制的符号矢量共有16种状态，可用从0000到1111的二进制数据表示，作为符号地址。另外有一个系数地址生成器。符号地址A1与系数地址A2共同构成查表地址，用于查找符号矢量和成形滤波器系数的乘积因子表。单元304是本发明的核心—查表及数据处理，输出I、Q两路分量。最后，单元304中查表和处理得到的数据输入单元305，进行累加求和，输出线性数字调制的I、Q信号。

图5是EDGE中8PSK调制的应用实例。单元401是本发明涉及的8PSK数字调制装置。单元402是具有内插和低通滤波功能的级联积分梳状滤波器；单元403是数控振荡器，它产生复数(两路正交)的数字中频振荡信号；单元404实现数字乘法功能，单元405实现数据缓冲输出。

经过仿真研究验证，采用本发明方法得到的8PSK调制数字信号满足EDGE协议指标要求，其频谱特性如图6所示，粗折线表示EDGE协议指标，细曲线为8PSK调制数字信号频谱特性，纵坐标为功率谱密度，单位dB，横坐标为基带调制信号的频率偏移，单位kHz。

本发明涉及调制方法和装置适用于EDGE通信系统发射机中。经过适当改变也可用于实现其它线性调制方式。

Claims (4)

1、一种八相移相键控调制方法，其特征在于：该方法将符号矢量与成形滤波器系数的乘积因子存储在表格中，成为乘积因子表，并根据三角函数规律对表格进行八倍压缩，再以查表方式代替乘法操作，通过查表以及累加求和输出其调制信号，该方法依次包括符号映射、查表地址生成、查表及数据处理、累加求和输出步骤，

所述的查表及数据处理步骤是使符号地址和系数地址共同构成查表地址，然后查找经八倍压缩的表格，表格的输出再根据压缩规律恢复数据，由几个地址位控制，进行包括正、负符号操作和同相、正交分量交换操作；

所述的累加求和输出的步骤是对查表及数据处理输出的同相和正交分量分别进行串行累加求和，以完成成形滤波器的卷积运算功能，输出最终的八相移相键控调制的同相和正交分量。

2、如权利要求1所述的八相移相键控调制方法，其特征在于：所述的符号映射步骤是使用一个格雷码映射和3π/8相位旋转的信号星座将二进制数字信号映射成为具有相同幅度、不同相位的矢量。

3、如权利要求1所述的八相移相键控调制方法，其特征在于：所述的查表地址生成步骤是产生符号地址和系数地址两部分，即，将符号矢量映射为符号地址，并由系数地址生成器产生一个系数地址。

4、一种八相移相键控调制装置，其特征在于：该装置包括依次连接的码元输入单元、符号映射单元、查表地址生成单元、查表及数据处理单元以及累加求和输出单元，

其中，

符号映射单元对码元输入单元输入的信号完成符号映射功能；

查表地址生成单元将符号映射单元输出的符号矢量转换为查表符号地址，并使符号地址与本单元产生的系数地址共同构成查表地址；

查表及数据处理单元对进行查表及数据处理，输出同相和正交两路分量至累加求和输出单元；

累加求和输出单元进行累加求和，输出线性数字调制的同相和正交信号。

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