CN1273728A - 数据传输方法及无线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据传输方法和无线系统。本发明尤其涉及这样一种方法和系统,其中可以对待发送信号应用GMSK和m－PSK调制方法,其中给定时刻使用的调制方法可以改变为另一调制方法。在本发明的方案中,发射机的m－PSK调制器包括一个复用器(602),用以将待发射的信号乘上给定系数,使得不论采用何种调制方法,接收的信号星座都类似。这样,接收机中信号的处理更为容易,改进了m－PSK调制中的传输质量。

Description

数据传输方法及无线系统

本发明涉及一种数据传输方法和无线系统。本发明尤其涉及这样一种方法和系统，其中可以对待发送信号应用GMSK和m-PSK调制方法，其中给定时刻使用的调制方法可以改变为另一调制方法。

在无线通信系统中，信道，即无线路径的质量在不断变化。影响无线系统信道质量的因素有多个，例如多径传播、衰减、环境中的干扰和许多其他因素。

在涉及已知的无线系统时，目标是在信道质量较差时仍能保证信号的质量。在设计数据传输系统时，一个必要的参数是传输路径中使用的调制方法。因传输路径中出现的损耗以及传输路径的容量，待传送的信息元无法按照现成的格式传输，而必须通过适当的方法调制以生成满意的传输路径容量和传输质量。在设计已知系统时，选择调制方法的主要关注点在于，保证传输质量使得较差信道条件下调制方法的性能相当重要。这是目前系统发送数据速率较高的信号的能力相当弱的原因。在保证传输质量时，传输容量受损。

已知调制方法的一个例子是GMSC(高斯最小位移键控)，GSM(全球移动通信系统)中采用的就是这种方法。它具有有限的频谱，性能良好，数据传输速率不是很高。通过连续相移键控方法m-PSK能够得到较高的数据速率，但是这种调制方法只有在传输信道没有太多干扰，即信噪比良好时才有效。

优化性能和传输速率的一种方案是根据目前需要改变使用的调制方法。在需要良好的干扰承受能力时，可以采用GMSK方法，而在信道质量良好时，例如可以采用8-PSK方法，其数据速率是GMSK的3倍。

已知无线系统的问题在于，如何在正在进行的连接中平滑地改变调制方法。调制方法的改变尤其会导致接收机出现问题，因为发射机可以改变其调制方法而不事先通知接收机。但是，例如在包交换数据传输中需要调制方法的平滑改变。

因此，在采用GMSK和PSK方法时，接收机必须在接收信号时检查并确定发送信号所用的调制方法。因为调制方法可以在事先未通知的情况下改变，所以调制方法的这种检查是一种连续操作，它越容易实现越好。以前根据每帧的训练序列判定所用的调制方法。因为接收的GMSK信号的信号星座(constellation)会在接收机中旋转，所以必须在检查之前消除这种旋转。PSK信号的信号星座不在接收机中旋转，所以必须在信道估计之前以不同方式处理信号。这会引起问题，因为在信道估计之前，接收机不知道所用的调制方法。

因此，本发明的目的是实现一种方法，以及实现该方法的一种无线系统，使得上述问题得以解决。通过这种方式，即使接收机事先不知道发射机的调制方法，它也可以有效地解调并检测发送的信号。这通过本发明的数据传输方法实现，在该方法中，可以对待发送信号应用GMSK和m-PSK调制方法，其中给定时刻使用的调制方法可以改变为另一调制方法。在本发明的方法中，如果采用m-PSK方法，则将信号乘上给定系数，使得不论采用何种调制方法，接收的信号星座都类似。

本发明的另一目的是一种包括一组发射机和接收机的无线系统，其中至少一些发射机包括调制信号的GMSK调制器和m-PSK调制器，以及用于选择给定时刻所用的调整方法的控制单元。在本发明的系统中，发射机的m-PSK调制器包括一个复用器，用以将待发射的信号乘上给定系数，使得不论采用何种调制方法，接收的信号星座都类似。

本发明的方法和系统具有多个优点。在本发明的方案中，可以平滑地组合不同的调制方法，因为可以在信道估计之前，以相同方式处理不同调制方法所发送的信号。

在本发明的优选实施例中，待发送的m-PSK信号乘上某个系统，使得接收机中的信号星座的旋转方式与GMSK调制信号的星座相同。利用本发明的方案，可以避免待发送数据仅包含0比特时出现的一个PSK调制缺陷。在这种情况下，已调信号仅包括载波，但在本发明的方案中，根据星座的旋转避免了这种情况。

下面结合附图，通过优选实施例详细描述本发明，在附图中

图1示出了本发明无线系统的一个例子；

图2说明了收发信机的结构；

图3说明了GMSK调制方法的信号星座；

图4说明了8-PSK调制方法的信号星座；

图5说明了调制器的结构；

图6说明了PSK调制器的结构；以及

图7说明了解调器的结构。

图1说明了可以应用本发明方案的一种数字数据传输系统。该系统是蜂窝无线系统的一部分，后者包括基站100，它具有到用户终端108到112的双向连接102到106。此外，基站具有到基站控制器114的连接，后者将终端的连接交换到网络中的其他部分。终端和系统基站，或者至少基站的一部分可以应用GMSK和m-PSK调制方法。给定时刻给定情况下使用的调制方法可以改变为另一调制方法。在信噪比较差时，可以采用GMSK方法，如果传输路径许可，则可以采用例如8-PSK方法。EDGE，即数字GSM蜂窝无线系统进一步发展成的系统是本发明系统的一个好例子。但是，对本领域技术人员而言，显然，本发明并不局限于此。本发明也可以应用于其他系统。

让我们接着考察本发明系统中接收机结构的一个例子。这里，给出用户终端108的结构。对本领域技术人员而言，显然，相应的元件也出现在基站的收发信机中。在接收方向上，天线200所接收的信号被转发到双工滤波器202，后者分离发送和接收过程中所用的频率。对双工滤波器202而言，信号被转发给射频部件204，其中将信号转换成中频，或者直接转换到基带，在模拟/数字转换器206中采样并量化转换后的信号。信号从转换器转发到均衡器208，后者补偿干扰，例如多径传播所引起的干扰。在解调器210中进行调制的解调，即从均衡后的信号中析取比特流并转发给去复用器212。去复用器212从不同时隙中将比特流分离到它们自己的逻辑信道中。信号从去复用器中转发到去交织和解密装置213。之后，信道编解码器214解码不同逻辑信道的比特流，即决定该比特流是需要转发给控制单元214的信令数据，还是需要转发到解码语音编码的语音编解码器218的语音。信号从语音编解码器转发到扬声器220。信道编解码器214还完成纠错。控制单元216通过控制不同单元实现内部控制任务。

在发送方向上，将信号从麦克风222转发到语音编解码器218，后者进行语音编码。信号从语音编解码器转发到信道编解码器214，后者进行信道编码。从信道编解码器214出来的数据被交织和加密装置219。此后，将信号转发给脉冲串生成器224，后者例如通过在从信道编解码器218传来的数据中加入训练序列和尾比特，生成待发送的脉冲串。复用器226为每个脉冲串指明时隙。调制器228将数字信号调制到射频载波。这将在本申请中详细描述。已调信号被转发给射频发射机单元230，其中在发射之前对信号进行滤波，即将信号带宽限制在所需区域，在滤波之后，经双工滤波器202通过天线200发送信号。发射机230也控制发射的输出功率。合成器232处理不同单元的必要频率。

对本领域技术人员而言，显然给出的设备还包括其他部件，例如适配器和滤波器。

下面让我们详细考察调制器228的操作。下面使用8-PSK作为m-PSK的一个例子。但是，对本领域技术人员而言，显然本发明并不局限于此。

图3说明了在以GMSK调制方法发射信号时，接收信号的信号星座。原则上，该星座包括4个点300，302，304和306。让我们假定我们在点300。GMSK使用不同的编码，即星座中的移动方向根据比特与前一比特相同或不同而变化。如果比特相同(0→0或1→1)，则星座的移动方向是逆时针，即进行偏移308。如果比特不同(0→1或1→0)，则星座的移动方向是顺时针，即进行偏移310。因为在GMSK中目标是将多个点分成两个不同簇，例如300和304，来使差错尽可能小，所以除了前一操作之外，信号乘上e^-jkπ/4，其中k是取决于帧中比特位置的比特索引。这使得星座顺时针旋转，即在上例中，偏移308之后是偏移312，即停留在同一点。对应地，偏移310之后是偏移314，即我们移动到了点304。

图4说明了信号在以8-PSK调制方法发射信号时，接收信号的信号星座。星座包括8个点400、402、404、406、408、410、412和414。8个点对应于8-PSK中发送的8个码元。每个码元包括3个比特，对这些比特进行Gray编码，使得相邻点的比特组合总是彼此相差一个比特。该图中以标记的比特组合形式说明了可能的编码。

让我们通过图5的调制器框图来考察本发明的方案。发射机可以在需要是改变调制方法。本发明的发射机包括GMSK调制器500和PSK调制器502。待发射的信号被转发给调制器中的第一开关504。该开关有两个位置。在一个位置中，开关504将信号切换到GMSK调制器。在另一位置，该开关将信号切换到PSK调制器。开关从发射机的控制单元(未示出)接收控制信号506。调制器的输出被转发给另一开关508，该开关也有两个位置。将第二开关508同步到第一开关504，使得如果第一开关将信号切换到特定调制器，第二开关也将信号路径切换到该调制器。第二开关还从发射机的控制单元(未示出)接收控制信号510。将信号从第二开关508转发到射频部件。

在本发明的发射机中，GMSK调制器500可以以本领域技术人员众所周知的方式实现。图6说明了PSK调制器的结构。

让我们用字母S标记待发送的8-PSK码元，其中S可以取值[0，1，...，7]。调制器包括编码器600，其中将待发送比特首先映射成码元S，即S＝Map(B2，B1，B0)，其中B0，B1和B3是待发送的相邻比特。此后，将该码元转发到复用器602，其中将其乘上项e^-jkπ/4，其中k是取决于帧中比特位置的比特索引。利用发射机的控制单元(该图中未示出)，将比特索引k的相关信息发送给复用器。复用使得星座旋转。在考察图4时，让我们假定例如对应于码元404的3个相邻比特必须在码元400之后发送。首先对码元404进行映射，然后乘上项e-jkπ/4，引起90°顺时针旋转。这将我们带到点400，然后发射。相应地，如果待发送的3个相邻点对应于码元400，则旋转将会导致码元412的发送。

在复用器602之后，信号可以以P＝e^-jkπ/4 e^-jkπ/4的形式给出，其中S是待发送码元。信号从复用器602转发到滤波器604，其中最好按照高斯分布进行滤波。信号从滤波器转发到第二和第三乘法器606，608，其中将信号乘上无线频率w_c。信号分量在加法器610中组合，并转发到射频部件。

让我们利用图7的框图考察接收机中解调器的结构。在接收机的结构中显示了本发明方案的特定优点。解调器包括复用器700，其中接收的信号乘上项e^-jkπ/4。相乘消除了信号星座的旋转。信号从乘法器转发到估计器702，其中估计脉冲响应，并可以确定所用的调制方法。信号从估计器转发到检波器704，后者最好是例如一个维特比检波器。在本发明方案中，不论所用的调制方法是什么，信号的处理方式都类似。如果没有本发明方案，信号在复用器之前必须分流到另一分支，其中对信号进行处理，而不消除旋转。该分支的消除简化了接收机的实现。

尽管以上结合附图的例子解释了本发明，但显然本发明并不局限于此，而是可以在后附权利要求书所公开的创新思想的范围内，通过多种方式改变。

Claims (10)

1.一种数据传输方法，其中可以对信号应用GMSK和m-PSK调制方法，给定时刻使用的调制方法可以改变为另一调制方法，其特征在于，如果采用m-PSK调制方法，则将信号乘上给定系数，使得不论采用何种调制方法，接收的信号星座都类似。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，待发送的信号包括由多个比特组成的脉冲串，给出的系数取决于脉冲串中的比特位置。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，待发送的信号包括由多个比特组成的脉冲串，将待发送的信号乘上系数e^-jkπ/4，其中k是比特索引。

4.根据权利要求2或3的方法，其特征在于，将待发送的m-PSK信号乘上某个系数，使得接收机中信号星座的旋转类似于GMSK调制信号的星座。

5.根据权利要求1到4中任意一项的方法，其特征在于，调制方法可以在接收机不知道的情况下改变为另一种调制方法。

6.根据权利要求1到4中任意一项的方法，其特征在于，该方法应用于蜂窝无线系统。

7.一种包括一组发射机(100，108到112)和接收机(100，108到112)的无线系统，其中至少一些发射机包括调制信号的GMSK调制器(500)和m-PSK调制器(502)，以及用于选择给定时刻所用的调制方法的控制单元(216)，其特征在于，发射机的m-PSK调制器包括一个复用器(602)，用以将待发射的信号乘上给定系数，使得不论采用何种调制方法，接收的信号星座都类似。

8.根据权利要求7的系统，其特征在于，待发送的信号包括由多个比特组成的脉冲串，系统的发射机包括乘法器(602)，用以将待发送的信号乘上系数e^-jkπ/4，其中k是比特索引。

9.根据权利要求8的系统，其特征在于，待发送的信号包括由多个比特组成的脉冲串，系统的发射机包括乘法器(602)，用以将待发送的信号乘上某个系数，使得接收机中信号星座的旋转类似于GMSK调制信号的星座。

10.根据权利要求7到9中任意一项的系统，该系统是蜂窝无线系统。

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