CN1263270C - 使用通信系统的复数四相相移键控处理数据的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种使用复数四相相移键控(CQPSK)处理数据的设备和方法。本发明包括多个相乘单元，用于将一个长伪随机噪声(PN)码与一个同相伪随机噪声和正交伪随机噪声分别作XOR，将结果与导频信道、专用控制信道、话音信道、高速数据传输信道分别作XOR，将与信道作XOR的结果乘以增益；用于消除噪声的滤波单元；用于计算最终结果的相减和相加单元；和用于输出I-信道/Q-信道的同相/正交信道输出单元。本发明可以提高无线电信道的数据处理速度，增加无线电通信中的数据处理能力，还可以被应用于同时收发话音、媒体内容和高速数据的各种无线电通信设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据复数四相相移键控来处理数据的设备和方法，用于提高无线电信道的数据处理速度和提供高质量的数据。换句话说，通过作为一个应用专用集成电路(ASIC)在移动站中实现调制解调器(MODEM)的调制/解调方法，本发明提高了调制/解调数据的处理速度以提供高质量的数据业务。
背景技术
调制解调器(MODEM)是将计算机中生成的数字信号转换成模拟信号以通过电话网传输和将通过电话网接收的模拟信号逆转换成数字信号的设备。
典型的电话线和专线仅用于话音数据，因此在数字信号的传输中出现大量衰减。为了将数字信号发送到50英尺之外的对方，必须在两个终端中安装MODEM。MODEM包括两个主要部件，发送单元和接收单元。
在发送单元上，数字信号被输入给一个编码器并加扰码。扰码信号被输入给一个调制器。在调制器上，数字信号“1”或“0”被调制到在大约1700～1800Hz的范围内变化的载频上。此后，它们被转换成模拟信号。在通过带通滤波器之后，模拟信号被发送给一条通信线路。
在接收单元，从通信线路接收到的模拟信号通过带通滤波器。带通滤波器指定一个所需要的频带。在指定之后，信号被送到自动增益控制(automaticgain control，AGC)并划分成适当的大小。由解调器解调模拟信号并转换成数字信号。数字信号被解码以恢复成原始数据。
在调制/解调方法中，调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)用于模拟类型，频移键控(frequency shift keying，FSK)、幅移键控(amplitude shift keying，ASK)、相移键控(phase shift keying，PSK)、四相相移键控(quadrature phase shift keying，QPSK)和复数四相相移键控(complex QPSK，CQPSK)用于数字类型。
四相相移键控已经在无线通信系统中用作常规调制/解调方法。四相相移键控不足以有效地处理大量数据。下一代移动通信不仅要处理诸如话音或文本的简单低速传输数据，而且要处理诸如媒体内容、互联网内容或可视数据的大量数据。数据处理速度取决于移动站中的调制解调器的调制/解调方法，常规的调制解调方法不能满足下一代移动通信的上述需要。
因此，为了实现一种用于下一代移动通信的移动站，要求调制/解调方法可以处理各种信道，例如话音、视频、控制和专用控制信道，换句话说，具有各种传输速率的信道。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于根据复数四相相移键控(CQPSK)处理数据的设备和方法，以改善无线电信道的数据处理速度并提供高质量的数据。
根据本发明的一个方面，提供一种方法，用于根据复数四相相移键控在无线电通信系统中处理数据的设备，该设备包括第一相乘单元，用于将一个长伪随机噪声(PN)码分别与一个同相伪随机噪声(Ipn)和一个正交伪随机噪声(Qpn)作XOR，从而生成一个长同相PN码和一个长正交PN码；第二相乘单元，用于将长同相伪随机PN码分别与导频信道(PI)、专用控制信道(DC)、话音信道(voice channel，FD)和高速数据传输信道(SM)作XOR；第三相乘单元，用于将长正交PN码分别与导频信道(PI)、专用控制信道(DC)、话音信道(FD)和高速数据传输信道(SM)作XOR；第一和第二滤波单元，用于滤波第二和第三相乘单元的结果以消除噪声；第四和第五相乘单元，用于将来自第一和第二滤波单元的每个滤波信号乘以一个增益，并用于生成第一至第八增益控制信号，其中第一、第二、第七和第八增益控制信号是增益控制同相导频信道信号、增益控制同相专用控制信道、增益控制同相话音信道和增益控制同相高速数据传输信道信号，第三、第四、第五和第六增益控制信号是增益控制正交导频信道信号、增益控制正交专用控制信道、增益控制正交话音信道和增益控制正交高速数据传输信道信号；一个相减单元，用于通过相加第一增益控制信号和第二增益控制信号计算出第一结果，通过相加第三增益控制信号和第四增益控制信号计算出第二结果，并计算第一和第二结果之间的差值；一个相加单元，用于通过相加第五和第六增益控制信号计算出第三结果，通过相加第七和第八增益控制信号计算出第四结果，并计算出第三和第四结果之和；同相信道输出单元，用于作为同相信道即I-信道信号输出相减单元所输出的结果；和一个正交信道输出单元，用于作为正交信道即Q-信道信号输出相加单元所输出的结果。
根据本发明的另一方面，提供一种使用复数四相相移键控在无线通信系统中处理数据的方法，包括步骤：a)将一个长伪随机噪声(PN)码分别与一个同相伪随机噪声(Ipn)和一个正交伪随机噪声(Qpn)作XOR，从而生成一个长同相PN码和一个长正交PN码；b)将长同相伪随机PN码分别与导频信道(PI)、专用控制信道(DC)、话音信道(FD)和高速数据传输信道(SM)作XOR；c)将长正交PN码分别与导频信道(PI)、专用控制信道(DC)、话音信道(FD)和高速数据传输信道(SM)作XOR；d)滤波步骤b)和c)的结果以消除噪声；e)通过将步骤d)的每个滤波信号乘以一个增益来控制滤波信号的增益，用于生成第一至第八增益控制信号，其中第一、第二、第七和第八增益控制信号是增益控制同相导频信道信号、增益控制同相专用控制信道、增益控制同相话音信道和增益控制同相高速数据传输信道信号，第三、第四、第五和第六增益控制信号是增益控制正交导频信道信号、增益控制正交专用控制信道、增益控制正交话音信道和增益控制正交高速数据传输信道信号；f)通过相加第一增益控制信号和第二增益控制信号计算出第一结果，通过相加第三增益控制信号和第四增益控制信号计算出第二结果，并计算第一和第二结果之间的差值；g)通过相加第五和第六增益控制信号计算出第三结果，通过相加第七和第八增益控制信号计算出第四结果，并计算出第三和第四结果之和；h)作为同相信道即I-信道信号输出第一和第二结果的差，和作为正交信道即Q-信道信号输出第三和第四结果的和。
附图说明
根据下面结合附图给出的优选实施例的描述，本发明的上述和其它目的和特征将变得明显，在附图中：
图1图示在本发明优选实施例中实施的复数四相相移键控；
图2用图解释根据本发明优选实施例的复数四相相移键控的功能；
图3用图表示根据本发明优选实施例的根据复数四相相移键控处理数据的设备；
图4是一个时序图，表示根据本发明优选实施例的同相/正交数据传输；以及
图5是一个流程图，表示根据本发明优选实施例的根据复数四相相移键控处理数据的方法。
具体实施方式
参考附图，根据下述对实施例的描述，本发明的其它目的和方面将变得明显。
图1图示在本发明的优选实施例中实现的复数四相相移键控和扩频方法。可以有四条以上的信道，但是为了便于描述，在该说明书中，作为一个例子来描述四条信道。
参见图1，使一个沃尔什码与专用控制信道(R-DCCH)、高速数据传输信道(R-SCH)和话音信道(R-FCH)作XOR，并乘以一个相对增益。此后，通过使用同相伪随机噪声(I-PN)码、正交伪随机噪声(Q-PN)码和长伪随机噪声(长PN)码执行复数四相相移键控(CQPSK)的调制。最后，通过使用脉冲成形滤波器(FIR)和增益生成调制信号。
沃尔什码是使用沃尔什函数的编码方法，所述沃尔什函数是用于生成码分多址(CDMA)信号的一个正交二进制函数。“++--”用于反向基本信道(R-FCH)，“++++----”用于反向专用控制信道(R-DCCH)，“++”或“+-+-”用于反向辅助信道(R-SCH)，其中“+”代表0和“-”代表1。沃尔什码的四种模式可以通过3比特计数器的输出获得。
图1中的s(t)，一个最终结果，是通过相加四条信道而调制的信号，该信号可以被解调以生成四条信道。
下面将要解释的复数四相相移键控(CQPSK)的方框的一个输入可以被表示为下述等式：
Di＝PI+DC
Dq＝FD+SM 等式1
在此“PI”表示导频信道、“DC”表示专用控制信道、“FD”是“基本的(fundamental)”的缩写并表示话音信道和“SM”是“辅助的(supplemental)”的缩写并表示高速数据传输信道。
而且，伪随机噪声(PN)扩频码(PN码)可以被表示为下式：
Ic＝Ipn XOR Lc
Qc＝Qpn XOR Lc 等式2
在此，“Ipn”表示同相信道伪随机噪声码(I-信道PN码)、“Qpn”表示正交信道伪随机噪声码(Q-信道PN码)和“Lc”表示长伪随机噪声码(长PN码)。
因此，复数四相相移键控(CQPSK)的结果可以被表示为下式：
Io＝Di XOR Ic-Dq XOR Qc
Qo＝Di XOR Qc+Dq XOR Ic 等式3
在此，Io和Qo被表示为多比特以便需要将一个多比特输入滤波器用作一个脉冲成形滤波器。然而，通过改变CQPSK调制和滤波的顺序也可以使用单比特输入滤波器。为了改变计算顺序，需要下述等式。
首先，Io和Qo被计算为下式：
Io＝(PI+DC)XOR Ic-(FD+SM)XOR Qc
Qo＝(PI+DC)XOR Qc+(FD+SM)XOR Ic 等式4
根据等式4，Io和Qo可以被表述为下述等式，如果它被划分成具有比特解析度的八个输出。
Io＝PI XOR Ic+DC XOR Ic-FD XOR Qc-SM XOR Qc
Qo＝PI XOR Qc+DC XOR Qc+FD XOR Ic+SM XOR Ic 等式5
根据上述等式的结果，CQPSK的结果被划分成具有1比特解析度的八个输出，然后八个输出的每个输出通过一个带通滤波器。该滤波器的输出信号与一个增益相乘，并由上述等式相加。
图3用图表示根据本发明优选实施例的根据复数四相相移键控处理数据的一种设备。
参见图3，使用复数四相相移键控(CQPSK)处理数据的设备包括第一相乘单元31、第二相乘单元32、第三相乘单元33、第一和第二滤波单元34和35、第四和第五相乘单元36和37、相减单元38、相加单元39、同相信道输出单元40和正交信道输出单元41。
第一相乘单元31接收一个长伪随机噪声(PN)码，并将它分别与一个同相伪随机噪声码Ipn和正交伪随机噪声码Qpn作XOR。
第二相乘单元32将第一相乘单元31的结果与从调制解调器接收的导频信道PI、专用控制信道DC、话音信道FD和高速数据传输信道SM分别作XOR。
第三相乘单元将第一相乘单元31输出的XOR正交伪随机噪声的结果与导频信道、专用控制信道、话音信道和高速数据传输信道分别作XOR。
第一和第二滤波单元34和35滤波第二相乘单元32和第三相乘单元33的结果以消除噪声。
第四和第五相乘单元36和37将一个增益乘以从第一和第二滤波单元34和35发送的结果，并生成第一至第八增益控制信号，其中第一、第二、第七和第八增益控制信号是增益控制同相导频信道信号、增益控制同相专用控制信号、增益控制同相话音信道信号和增益控制同相高速数据传输信道信号，第三、第四、第五和第六增益控制信号是增益控制正交导频信道信号、增益控制正交专用控制信号、增益控制正交话音信道信号和增益控制正交高速数据传输信号。相加第三和第四增益控制信号，通过相加第五和第六增益控制信号生成第三结果，通过相加第七和第八增益控制信号生成第四结果。
相减单元38通过相加第一和第二增益控制信号生成第一结果，通过相加第三和第四增益控制信号生成第二结果，并计算第一和第二结果之间的差值。
相加单元39通过相加第五和第六增益控制信号计算第三结果，通过相加第七和第八增益控制信号计算第四结果，并计算第三和第四结果之和。
同相信道输出单元40根据相减单元38所输出的结果输出同相信道(I-信道)。
正交信道输出单元41根据相加单元39所输出的结果输出正交信道(Q-信道)。
具有上述结构的本发明优选实施例的操作步骤被详细解释如下。
脉冲成形滤波器根据发送同相信号、发送正交信号和发送周期生成输出。因为数据在下降沿输出，发送同相信号和发送正交信号的数据需要在上升沿接收。这在图4的时序图中被图示。
图5是一个流程图，表示根据本发明优选实施例的基于复数四相相移键控处理数据的方法。
参见图5，为了根据复数四相相移键控(CQPSK)处理数据，首先，在步骤501接收长伪随机噪声(PN)码，并在步骤502和503与一个同相伪随机噪声码和正交伪随机噪声码作XOR。
然后，在步骤504至507，步骤502的结果与导频信道、专用信道、话音信道和高速数据传输信道作XOR，它们是下一代调制解调器的四条主要信道。
类似地，在步骤508至511，步骤503的结果与导频信道、专用信道、话音信道和高速数据传输信道作XOR，它们是下一代调制解调器的四条主要信道。
在上述XOR之后，在步骤512至519，步骤504至511的结果被发送给基带滤波器用于消除噪声。
在消除噪声之后，在步骤520至523，步骤512至515的结果乘以增益以生成增益控制同相导频信道信道、增益控制同相专用信道信号、增益控制同相话音信道信号和增益控制同相高速数据传输信道，类似地，在步骤524至527，步骤516至519的结果乘以增益以生成增益控制正交导频信道信道、增益控制正交专用信道信号、增益控制正交话音信道信号和增益控制正交高速数据传输信道。
在步骤528，在步骤520生成的增益控制同相导频信道信号和在步骤521生成的增益控制同相专用控制信道信号被相加以生成第一结果。在步骤522生成的增益控制同相话音信道信号和在步骤523生成的增益控制同相高速数据传输信道信号被相加以生成第二结果。在步骤530，在步骤524生成的增益控制正交导频信道信号和在步骤525生成的增益控制正交专用控制信道信号被相加以生成第三结果。在步骤531相加在步骤526生成的增益控制正交高速数据传输信道信号和在步骤527生成的增益控制正交话音信道信号。
通过在步骤532计算步骤528的第一结果和步骤531的第四结果之间的差值来计算本发明的一个最终结果，即同相输出序列，通过在步骤533计算步骤529和步骤530的第二和第三结果之和来计算本发明的另一最终结果，即正交输出序列。
在步骤534，根据步骤532的计算结果输出一个同相序列，在步骤535，根据步骤533的计算结果输出一个正交序列。
上述本发明提高了无线电信道的数据处理速度，并提供高质量的数据。
因此，通过使用复数正交相移键控提供移动终端中调制解调器的改进调制/解调方法，本发明可以提高无线电通信中的数据处理能力。
虽然已经针对某些优选实施例描述了本发明，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离权利要求书所定义的本发明范围的情况下，显然可以进行各种变化和修改。
Claims (5)
1.一种用于根据复数四相相移键控在无线电通信系统中处理数据的设备，该设备包括：
第一相乘装置，用于将一个长伪随机噪声码分别与一个同相伪随机噪声和一个正交伪随机噪声作XOR，从而生成一个长同相PN码和一个长正交PN码；
第二相乘装置，用于将长同相伪随机PN码分别与导频信道、专用控制信道、话音信道和高速数据传输信道作XOR；
第三相乘装置，用于将长正交PN码分别与导频信道、专用控制信道、话音信道和高速数据传输信道作XOR；
第一和第二滤波装置，用于滤波第二和第三相乘装置的结果以消除噪声；
第四和第五相乘装置，用于将来自第一和第二滤波装置的每个滤波信号乘以一个增益，并用于生成第一至第八增益控制信号，其中第一、第二、第七和第八增益控制信号是增益控制同相导频信道信号、增益控制同相专用控制信道、增益控制同相话音信道和增益控制同相高速数据传输信道信号，第三、第四、第五和第六增益控制信号是增益控制正交导频信道信号、增益控制正交专用控制信道、增益控制正交话音信道和增益控制正交高速数据传输信道信号；
一个相减装置，用于通过相加第一增益控制信号和第二增益控制信号计算出第一结果，通过相加第三增益控制信号和第四增益控制信号计算出第二结果，并计算第一和第二结果之间的差值；
一个相加装置，用于通过相加第五和第六增益控制信号计算出第三结果，通过相加第七和第八增益控制信号计算出第四结果，并计算出第三和第四结果之和；
一个同相信道输出装置，用于作为同相信道即I-信道信号输出相减装置所输出的结果；和
一个正交信道输出装置，用于作为正交信道即Q-信道信号输出相加装置所输出的结果。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述相减装置通过相加第一增益控制信号和第二增益控制信号计算第一结果，通过相加第三增益控制信号和第四增益控制信号计算第二结果，并计算第一和第二结果之间的差值，它被表示为：
Io＝(PI+DC)XOR Ic-(FD+SM)XOR Qc 等式(1)
其中“PI”表示导频信道、“DC”表示专用控制信道、“Ic”指“Ipn XORLc”、“FD”是话音信道、“SM”表示高速数据传输信道和“Qc”指“Qpn XORLc”、“Lc”代表长伪随机噪声码。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述相加装置通过相加第五和第六增益控制信号计算第三结果，通过相加第七和第八增益控制信号计算第四结果，并计算第三和第四结果之和，它被表示为：
Qo＝(PI+DC)XOR Qc+(FD+SM)XOR Ic 等式(2)
其中“PI”表示导频信道、“DC”表示专用控制信道、“Ic”指“Ipn XORLc”、“FD”是话音信道、“SM”表示高速数据传输信道和“Qc”指“Qpn XORLc”、“Lc”代表长伪随机噪声码。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，滤波装置包括基带滤波器，每个具有1比特的输入。
5.一种使用复数四相相移键控在无线通信系统中处理数据的方法，包括步骤：
a)将一个长伪随机噪声码分别与一个同相伪随机噪声和一个正交伪随机噪声作XOR，从而生成一个长同相PN码和一个长正交PN码；
b)将长同相伪随机PN码分别与导频信道、专用控制信道、话音信道和高速数据传输信道作XOR；
c)将长正交PN码分别与导频信道、专用控制信道、话音信道和高速数据传输信道作XOR；
d)滤波第二和第三相乘装置的结果以消除噪声；
e)通过将步骤d)的每个滤波信号乘以一个增益来控制滤波信号的增益，用于生成第一至第八增益控制信号，其中第一、第二、第七和第八增益控制信号是增益控制同相导频信道信号、增益控制同相专用控制信道、增益控制同相话音信道和增益控制同相高速数据传输信道信号，第三、第四、第五和第六增益控制信号是增益控制正交导频信道信号、增益控制正交专用控制信道、增益控制正交话音信道和增益控制正交高速数据传输信道信号；
f)通过相加第一增益控制信号和第二增益控制信号计算出第一结果，通过相加第三增益控制信号和第四增益控制信号计算出第二结果，并计算第一和第二结果之间的差值；
g)通过相加第五和第六增益控制信号计算出第三结果，通过相加第七和第八增益控制信号计算出第四结果，并计算出第三和第四结果之和；
h)作为同相信道即I-信道信号输出第一和第二结果之间的差值，并作为正交信道即Q-信道信号输出第三和第四结果之和。
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