CN1297639A - 信号调制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种调制信号的方法和装置,该信号采用M－级连续相位调制传输,其中M为(2,4,8…),而且传输符号包含一个以上比特,该装置包括一个编码器(104)和一个频率调制器(120)。为能在窄频带上自如地获得高数据率传输,编码器(104)用于编码每个传输符号为独立的二元序列以产生M－级PSK构像。

Description

信号调制的方法和装置

本发明涉及调制信号的一种方法，该方法使用连续相位调制，并且包含传输信号的编码和频率调制。

用于传输路径上的调制方法在开发新的数据传输系统时是一个重要参数。由于发生在传输路径上的损耗以及传输路径的容量限制，要传送的数据符号不能在整个传输路径上传输，但是这些符号必须使用合适的方法调制，以便获得良好的传输路径容量和传输质量。

对于无线电系统来说，传输所要求的带宽是一个特别重要的因素。传输的目标是在使用窄带宽时实现最大的传输容量，另一目标是尽可能容易和方便地提供发射机和接收机。在无线电系统中，其目标通常是采用一种具有恒定包络的调制方法，因为随后就可采用C-级放大器的技术解决方案。C-级放大器结构简单且效率较佳。就终端功率消耗来说，这尤其相关。

具有恒定包络的现有技术的调制方法有多种，包括：最小频移键控(MSK)，高斯最小频移键控(GMSK)，平滑调频(TFM)以及连续相位调制(CPM)。GMSK方法用于GSM蜂窝无线电系统，它具有窄频谱和高性能，但数据传输率不够高。编码CPM方法通常具有窄频谱和高性能，使高数据率成为可能。然而，所要求的设备在结构上变得复杂，由于这个原因，CPM方法没有用于现有技术系统。

本发明的一个目的是提供一种方法和包含该方法的装置，以便能在无需复杂的设备的条件下，在窄频带获得高速数据传输。通过一种信号调制的方法可实现该目的，该方法采用M-级连续相位调制，其中M可为(2、4、8…)，而要传输的符号包含一个以上的比特，该方法包含发射信号的编码和频率调制。

本发明方法的特征是，要发射的每个信号被编码成为独立的二元序列，发射的序列被二元调制以便产生M-级PSK构像。

本发明还涉及通过M-级连续相位调制调制要发射信号的装置，其中M可为(2、4、8…)，而要传输的符号包含一个以上的比特，该装置包含一个编码器和一个频率调制器。

本发明装置的特征是，包含一个编码器(104)，用于将要传输的每个符号编码成独立的二元序列，以便产生M-级PSK构像。

本发明的优选实施例在所附的权利要求书中公开。

因此本发明的基本构思是通过二元调制提供PSK构像，即状态图。要传输的M-级符号编码成二元调制后的二元符号序列。

本发明的方法和装置具有多种优点。本发明能实现连续相位调制，这使得能有效地利用频谱，并获得与编码CPM方法相比相对简单的接收机结构。根据本发明的调制方法的容量较大，特别是在信噪比不太好的情况下。

现在参考附图连同优选实施例详细描述本发明，其中

图1通过方框图示意了根据本发明装置的第一个实例，

图2通过方框图示意了根据本发明装置的第二个实例，

图3通过方框图示意了根据本发明装置的第三个实例，

图4a～4c示出了PSK状态图的实例，

图5示意了根据本发明方法的状态图的状态转换，

图6示出了根据本发明编码器实现的实例，以及

图7示出了编码比特流的实例。

首先通过图1所示的方框图探讨根据本发明装置的优选结构的实例。图1示出了与本发明有关的无线电系统的终端结构。自然地，显然对本领域的技术人员来说，为了能运作，实现的装置也应包含图1所示装置之外的其它装置。然而为清晰起见，在本图和本描述中不涉及这些器件。

为简单起见，我们在此仅探讨要传输的符号包含两个比特的例子，此时M=2^{(number of bits)}=4。预期的状态图因此包括四个点。

该装置包括数据源100，它产生要发射的数据信号102。例如该数据源可以是连接到语音编码器的话筒，要发射的信号由此变换为数字形式的语音。其它数据源可包括计算机或调制解调器。数据比特以并行方式，即一次传两位，传送到编码器104。编码器104根据本发明执行编码，从而通过二元符号序列提供要发射的双位符号。这种编码方法将在下面详细描述。

在本发明的一个优选实施例中，由此获得的二元符号传送到滤波器108根据预期的频谱图过滤信号。最好选择遵循高斯分布的传输函数作为该滤波器的传输函数，传输函数可以下述形式定义 $g\left(t\right)=h\left(t\right)\&CircleTimes;\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)$ 其中t为时间，代表卷积，而函数rect(X)由下述公式定义 $\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)=\frac{1}{T},$ 当 $\left|t\right|<\frac{T}{2}$ 时， $\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)=0,$ 其它情况下。

当使用高斯分布时，可以下述方式选择函数h(t)： $h\left(t\right)=\frac{e^{\left(\frac{{-t}^2}{{2\mathrm{\&sigma;}}^2{T}^2}\right)}}{\sqrt{2\mathrm{\&pi;}}\mathrm{\&sigma;T}},$ 其中 $\mathrm{\&sigma;}=\frac{\sqrt{\mathrm{In}\left(2\right)}}{2\mathrm{\&pi;BT}}$ ，而BT=β

在此B为具有脉冲响应h(t)的滤波器的3-dB带宽，T为该数据符号的长度。

由此获得的信号接下来传送到乘法器110，乘以因子h。由此获得的信号再传送到频率调制器120，通过如压控振荡器或数控振荡器执行现有技术的频率调制，该调制信号的相位具有下述形式 $\mathrm{\&phi;}\left(t^{\&prime;}\right)=\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{a}_i\mathrm{\&pi;h}\underset{\&OverBar;\&infin;}{\overset{t^{\&prime;}-\mathrm{iT}}{\&Integral;}}g\left(u\right)\mathrm{du}$

其中a_i=1-2*bs，得到-1或1。术语bs包含二元序列比特，该二元序列的形成和形式将在下面描述。时间基准t′为数据开始传输的时刻。

该调制信号接着传送到射频部分122，射频部分可根据现有技术实现。本发明的优点之一是，例如，GSM系统的射频部分可用作本发明的射频部分。调制后的RF信号可以下述形式表达： $x\left(t^{\&prime;}\right)=\sqrt{\frac{{2E}_c}{T}}\cos (2\mathrm{\&pi;}{f}_0{t}^{\&prime;}+\mathrm{\&phi;}\left(t^{\&prime;}\right)+{\mathrm{\&phi;}}_0)$

其中E_c为调制符号的能量，f₀为中心频率，而φ₀为随机相位，随机相位在一个突发周期内保持不变。由此在射频部分，可采用C-级放大器，它特别对便携式终端来说相当有用。

从射频部分，信号被传送到天线124。

作为滤波器108的传输函数，可优先选择跟随升余弦RRC函数的升余弦函数。

图2示意了本发明的第二个实施例。这个实施例在编码器之后没有滤波器。该技术解决方案在其它方面均类似于上述方案。

图3示意了本发明的第三个实施例。在这个可选方案中，图1的压控振荡器被积分器300和相位调制器302取代，由此器件信号接着被传送到射频部分。该技术解决方案在其它方面均类似于图1描述的方案。

接下来详细探讨在编码器104中执行的本发明的编码方法。在本发明的技术解决方案中，执行信号编码，其中，以一个二元符号序列提供的传输符号包含几个比特。在这个例子中，探讨的情况为M=4时。因此，传输的符号包含两个比特，而且系统因此可有四个可能的值，例如{0,1,2,3}，对应的比特对为{00,01,10,11}。这四个值以二元符号传输。在本发明的技术解决方案中，执行信号编码，其中，每个双位符号以包含三个二元符号的序列提供。编码器104执行这个校正，也可通过计算机执行。

图4a示出了M=4时，本发明的调制方法的可行状态图的实例。由于在此考虑的是幅度恒定的调制方法，因此状态图的转换形成一个单位圆。该转换的起点和终点由单位圆上的点指示。这些点以相互之间间隔规则的π/2相差分布。图上有4个点，每个点对应每个可行符号{00,01,10,11}。该接收机的目的是解释接收信号从一种状态转换到另一状态或单个的信号接收，例如，转换400可将状态00转换为状态01，而402将状态00转换为状态11。在现有技术的调制方法中，转换以图4a所示的一个步骤内的方式完成，该调制方法对误差的灵敏度由相邻点间的欧几里德距离指示。

在本发明的技术解决方案中，通过二元符号序列提供包含一个以上比特的传输的符号。当M=4时，比特数为2，而代表一个符号的二元符号序列的长度为3个比特。在状态图中，这意味着每个状态转换，例如00→01的转换，是应用图4b中示意的三个转换实现的。其中从状态00→01的转换是通过3个转换404、406和408执行的。

由状态图的每四个点，通过三个转换产生从一点到另一点的转换，一个长度为3比特的二元符号序列对应这些可选转换。自然地，转换的组合多种多样，如图4c的例子所示。在图4c中，00→01的状态转换通过三个不同转换410、412、414产生。尽管它们的起点和终点相同，但转换产生的路径不同于图4b所示的路径。不同的二元符号序列对应图4c的转换，而不是图4b的转换。为使编码不产生歧义，每个状态转换应选择特殊的二元符号序列。

在此应注意，当根据本发明调制的信号被接收时，接收机用 或

乘符号间的接收信号，其中k=0,1,2,…。这使状态图旋转了半个符号间隙(π/4)。该旋转可以是逆时针的或是顺时针的，这取决于指数的符号。在上述的例子中，比特‘1’编码成值‘-1’，导致产生逆时针转换。当考虑所说旋转乘数为

时，状态图中的旋转总是顺时针的。二元组合‘000’使该构像保持静止不动，相应地，‘111’导致在圆周上旋转3/4周。该指数乘数由此使该构像或静止不动或朝一个方向转动，在一个状态转换期间不会同时有两个方向的转动。

根据本发明的调制方法的状态图转换根据图5可表示为三维路径。该图示意了当从状态图的一点转换到另一点时包含三个转换的路径的两个实例。第一路径508由虚线指示，对应图4b所示的路径，第二路径510指示由点00到点11的转换，它由点划线指示。在初始情形500，路径产生分支，并经步骤502和504，最后在步骤506的不同点结束。

四条不同路径从每个点(状态)开始，在四个不同点结束。本发明的调制方法对传输误差的灵敏度因此不由各点之间的欧几里德距离指示，而由路径之间的欧几里德距离指示。

在本发明的方法中，编码可通过计算机实现。图6的方框图示意了一个本发明的编码器的可行实施例，要编码的M-级符号的并行模式比特102提供作为编码器的输入。每个比特在直接传送的同时也经延迟部件600～604延迟传送到编码器。总的来说，符号比特的数量为以2为底M的log函数，即log₂(M)。通常M为4、8、16…编码器606包含具有M个二元符号序列的状态机，每个序列的长度为M-1，并基于输入端的比特选择输出其中的一个序列。输出可以并行模式实现，输出因此有M-1条线608，通过用开关610将它们顺序读取，输出转换成串行模式。自然地，转换成串行模式的也可用其它已知方式实现。在上面给定的例子中，M=4，在这种情况下线条数102为2，而输出线条数608为3。相应地，如果M=8，那么线条数102为3，而输出线条数608为7。

本发明的编码器最好通过使用信号处理器或通用处理器，以软件形式实现。

下面探讨用于不同状态转换的可行的二元符号序列的例子。本例探讨M=4的情况，由此，传输的符号包含两个比特，该符号有四个可用值，例如值{0,1,2,3}，相应的比特对如{00,01,10,11}。这个表格有对应每个转换的二元符号序列。总的来说，有4个不同序列，而从一点到另一点的转换可由四个序列的任何一个产生。在本例中，序列为S_i={000,010,101,111}。表中最右一列表示序列的指数。

转    换	序    列	SI
			0→0	000	Si(1)
0→1	111	Si(4)
			0→2	010	Si(2)
0→3	101	Si(3)
			1→0	010	Si(2)
1→1	000	Si(1)
			1→2	101	Si(3)
1→3	111	Si(4)
			2→0	111	Si(4)
2→1	010	Si(3)
			2→2	000	Si(1)
2→3	010	Si(2)
			3→0	101	Si(3)
3→1	010	Si(2)
			3→2	111	Si(4)
3→3	000	Si(1)

                   表1

序列的另一选择是S₂={000,100,011,111}。该序列最好应这样选择：当从一序列到另一序列的转换发生时‘1’比特数增加1。应该注意的是，在接收机中由 (其中，K=0,1,2,..)导致的状态图的旋转已在上述序列中考虑。由此，以这种方式执行编码，可确定目前状态和执行转换的状态，之后可在表中查找对应所获转换的二元序列，二元序列接着被设置于编码器的输出中。

图7还示意了编码之后的比特流。该比特流包含一组二元序列700～704，每个二元序列对应要传输的一个符号。这些二元序列在一个时隙或一个帧中顺序传输，这取决于采用的多址方法。

本发明的解决方案最好应用于各种数字数据传输系统，蜂窝无线系统，用户终端设备和基站。

尽管本发明已参考附图的实例描述，但显然本发明并不限于这些例子，在所附的权利要求书公开的本发明观点的范围内可对本发明进行各种改进。

Claims (11)

1．一种调制信号的方法，该方法采用M级连续相位调制，其中M为(2，4，8…)，而且传输符号包含一个以上的比特，该方法包含传输信号的编码和频率调制，其特征在于，每个传输符号被编码成独立的二元序列，传输的序列被二元调制以产生M-级PSK构像。

2．根据权利要求1的方法，其特征在于，以预定的、串行模式二元序列表示每个传输符号。

3．根据权利要求1的方法，其特征在于，表示传输符号的每个二元序列的长度为M-1比特。

4．根据权利要求2的方法，其特征在于，从PSK构像的一点到另一点的转换通过二元序列比特所确定的多个不同转换实现。

5．根据权利要求4的方法，其特征在于，通过M-1次转换实现点到点的转换。

6．根据权利要求1的方法，其特征在于，这样选择二元序列：当从一序列到另一序列的转换发生时‘1’比特数增加1。

7．一种信号调制装置，该信号通过M-级连续相位调制传输，其中M为(2，4，8…)，而且传输符号包含一个以上比特，该装置包括一个编码器(104)和一个频率调制器(120)，其特征在于，该装置包含编码器(104)，该编码器用于将每个传输符号编码成独立的二元序列，以便产生M-级PSK构像。

8．根据权利要求7的装置，其特征在于，该装置包含编码器(104)，用于编码每个传输符号为长度为M-1比特的二元序列。

9．根据权利要求7的装置，其特征在于，频率调制器(120)通过压控振荡器实现。

10．根据权利要求7的装置，其特征在于，该装置包含与编码器的输出端可操作地相连的滤波器。

11．根据权利要求7的装置，其特征在于，编码器(104)使用如同处理器软件一样的软件实现。

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