CN1310460C - 单载波系统和多载波系统之间数据通信的方法 - Google Patents

单载波系统和多载波系统之间数据通信的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及单载波和多载波系统之间数据通信的方法。依据本发明，多载波系统频谱扫描所接收的单载波信号，并据此判定所接收的数据和/或利用其载波复制所要发射的单载波信号。

Description

单载波系统和多载波系统之间数据通信的方法
技术领域
本发明涉及单载波和多载波系统之间数据通信的方法和装置以及单载波信号和多载波信号的发射机和接收机。
背景技术
为通过频率选择的多路传播信道传递消息信号，将所要传递的信号从其正常的低通频率位置通过调制转换到更高的频率范围。传递所使用的更高频率称为载频或者载波。如果这种载频足够高，那么可以具有优点地充分利用通过无线电传递的优点。
载波(载频)系统，也就是借助于载频技术传递信号的装置，可以利用单载波或者多载波(频率)进行传递。只利用一个载频或一个载波的系统通常称为单载波(频率)系统(Single Carrier System)。利用多个载频进行传递的系统公知是多载波(频率)系统(Multi Carrier System)。
多载波系统的典型代表是OFDM系统。OFDM意为Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing(正交频分复用)。该系统特别适用于受到地面强干扰的传递数字信号。例如OFDM系统在数字式无线电广播中使用。
此外，OFDM也可以利用主要在移动无线技术中具有优点使用的频分多址存取法(FDMA)。在FDMA中，将一个传递信道可拥有的带宽划分成多个相邻的分离的分频信道。单个的分频信道然后作为单个的通信信道用于不同的连接。
而在OFDM中，通信连接的数据符号通过多个这种分频带在某种程度上可以说是并行传递。单个分频带中的传递通过窄带进行。因此，单个分频带需要相当小的带宽进行传递。由于分频带的带宽较小，整体上频率选择的传递信道被分配到多个非频率选择的AWGN-分传递信道(加性高斯白噪声)中。它可以使接收方实现有效的频率范围校正器，它通常由FFT单元(快速傅里叶变换)和信道评价单元与校正单元组成。因此，主要由于数据信号通过多个分频带并行传递，尽管在多路传播信道受到很强干扰的情况下，传递质量有可能仍然很高。此外，借助于对OFDM-有效符号部分添加时间前缀，可以有效减少由于传递信道上回波形成产生的符号间干扰。
然而，迄今为止公知的多载波系统中的缺点是，采用单载波系统通信既不具有也不可能不明显增加附加费用。例如，在将所要传递的数据借助于频移健控(FSK)调制到单载波上的单载波系统不能与OFDM系统通信。
发明内容
本发明的目的因此在于，提供单载波和多载波系统之间数据通信的方法和装置。此外，还提供一种既可用于单载波信号也可用于多载波信号的费用低廉的发射和接收结构。
该目的通过具有权利要求1所述特征的单载波和多载波系统之间数据通信的方法，具有权利要求10所述特征的相应装置以及具有权利要求14或15所述特征的单载波和多载波发射机和接收机得以实现。优选构成为从属权利要求的主题。
根据本发明的单载波和多载波系统之间数据通信的方法，其特征在于，多载波系统对所接收的单载波信号在多载波系统的单个载波上多路分用，进行频谱扫描并据此判定所接收的数据，和/或者多载波系统利用其载波复制所要发射的单载波信号并在多载波系统的单个载波上多路复用，其中，在发射路径上将所要发射的单载频信号按照数值和相位分配给多载波信号的载波；在接收路径上将所接收的多载波信号按照数值和相位计值。
根据本发明的单载频和多载频系统之间数据通信的装置，其特征在于，在发射路径中配置数值/相位分配器，它将所要发射的单载频信号按照数值和相位分配给多载波信号的载波，和/或者在接收路径中配置数值/相位计值器，它将所接收的多载波信号的载波按照数值和相位计值，还配置在该计值器后置连接的频率范围解调器和判定所接收数据的判定器。
根据本发明的单载波和多载波信号的发射机，它具有：多载波和单载波数据源；数值/相位分配器，它将单载波数据源的单载波信号按照数值和相位分配到多载波信号的载波上；多路复用器，它将由数值/相位分配器分配的信号和多载波数据源的信号在所要发射的多载波信号的载波上多路复用；以及IFFT单元，它将由多路复用器输入的信号从频率范围变换到时间范围。
根据本发明的单载波和多载波信号的接收机，它具有：FFT单元，它将所接收的信号从时间范围变换到频率范围；多路分用器，它将由FFT单元变换的接收信号在多载波信号的载波上多路分用；数值/相位计值器，它将由多路分用器输入的信号按照数值和相位计值；数值/相位计值器后置连接的频率范围解调器和判定作接收数据的判定器；单载波和多载波数据接收器。
应当指出的是，这种发射和接收结构不仅仅局限于FSK-调制上，而是整体上可以应用于数字非线性调制类和模拟非线性和线性调制类的级别上。属于传统模拟非线性调制类的有FM(调频)和WM(调角)，其数字导数分别为FSK(频移健控)调制和也称为CPM(连续相位调制)的CPFSK(连续相位频移健控)。虽然GMSK(高斯最小移频健控)是一种线性调制，但是它可以作为FSK的特殊情况解释，从而上述发射和接收结构同样可以用于例如像GSM和DECT这种GMSK调制的系统上。AM(调幅)是一种传统的模拟调制方式，它始终还在无线电广播领域的中波和长波中得到广泛应用。依据本发明，上述发射和接收结构同样也用于AM。
本发明的基本点在于，通过多载波系统复制单载波系统的频谱信号部分，实现单载波和多载波系统之间的数据通信。为此主要是利用多载波系统的大量载波。
本发明因此涉及单载波和多载波系统之间数据通信的方法。在接收侧，多载波系统频谱扫描所接收的单载波信号并据此判定所接收的数据。
在发射侧，所要发射的单载波信号由多载波系统利用其载波复制。为进行双向运行，多载波系统频谱扫描所接收的单载波信号并据此判定所接收的数据；此外，多载波系统利用其载波复制所要发射的单载波信号。在多载波系统中IFFT(快速傅里叶逆变换)和/或者FFT(快速傅里叶变换)算法用于多载波调制和/或者多载波解调，而在单载波系统中，IFFT和/或者FFT用于复制单载波有效信号的频谱信号部分。因此，原则上可以进行两个系统之间的双向数据通信。
最好单载波系统的中心频率，频移和其他重要的系统参数是与多载频系统的载频距离，中心频率和其他重要的系统参数相协调的。单载波系统的这种系统参数也称为系统的系统内在参数。
最好借助频谱扫描的单载波信号的振幅和相位判定所接收的数据。振幅以及相位可以按照比例简单计值。此外，它们还是准确判定所接收数据的可靠标准。
在本发明一优选的应用领域内，信号借助于正交频分复用法由多载波系统发射和/或者接收。OFDM-如开始已经提到的那样-主要具有优点地用于通过频率选择的多路传播信道传递信号。无论是数字式无线电广播，输电线通信和这类利用OFDM的传递方法，还是在移动无线技术领域均可具有优点地得到应用。
最后，在本方法一优选的构成中，单载波系统借助于频移健控(FSK)调制信号。FSK主要用于移动无线技术领域和无绳电话领域。它主要适用于通过无线电信道传递信号。
此外，本发明还涉及单载波和多载波系统之间数据通信的装置。在这种情况下，在发射路径中具有数值/相位分配器，它将所要发射的单载频信号按照数值和相位分配给多载波信号的载波，和/或者在接收路径中具有数值/相位计值器，它将所接收的多载波信号的载波按照数值和相位计值，还具有计值器后置连接的判定所接收数据的判定器。
最好发射路径包括多载波和单载波数据源。单载波数据源的信号通过多路复用器传输到IFFT单元(快速傅里叶逆变换)。多载波系统中IFFT和/或者FFT算法用于多载波调制和/或者多载波解调，而在单载波系统中，IFFT和/或者FFT用于复制单载波有效信号的频谱信号部分。依据本发明，也可以使用IDFT(离散傅里叶逆变换)和/或者DFT(离散傅里叶变换)取代IFFT和/或者FFT。
接收路径最好包括将所接收的信号从时域变换为频域的FFT单元(快速傅里叶变换)，将由FFT单元变换的接收信号在载波上多路复用的多路分用器和单载波和多载波数据接收器(Datensenke)。
利用上述构成，可以具有优点地提供一种单载波和多载波系统之间特别是双向数据通信的装置。
本发明还包括单载波和多载波信号的发射机。它具有多载波和单载波数据源。单载波数据源产生的单载波信号由数值/相位分配器按照数值和相位分配到由多载波数据源产生的信号的载波上。多路复用器将由数值/相位分配器分配的信号和多载波数据源的信号在所要发射的多载波信号的载波上多路复用。最后，将由多路复用器多路复用的信号传输到IFFT单元，该单元将这些信号从频率范围变换到时间范围。
此外，本发明还涉及还具有FFT单元的单载波和多载波信号的接收机。FFT单元将所接收的信号从时间范围变换到频率范围。此外，接收机具有多路分用器，它将由FFT单元变换的接收信号在多载波信号的载波上多路分用。多路分用器后置连接数值/相位计值器，它将传输的信号按照数值和相位计值。最后，数值/相位计值器后置连接判定所接收数据的判定器。判定的数据然后传输到单载波数据缩减器。多路分用器的输出信号也可以传输到多载波数据接收器。
附图说明
下面借助附图示出的实施例对本发明进行说明。其中：
图1示出借助于多载波信号既可以传递单载波信号也可以传递多载波信号的数据通信装置的实施例；
图2示出单载波-和多载波系统之间数据通信装置的实施例，其中，单载波系统为发射机，多载波系统为接收机；
图3示出单载波-和多载波系统之间数据通信装置的实施例，其中，单载波系统为接收机，多载波系统为发射机。
具体实施方式
图1示出的装置在发射路径中作为多载波信号源具有OFDM数据源10和单载波信号源具有FSK数据源12。在发射路径中，信号基本上在频率范围内数字产生和处理。传递前将这些信号变换到时间范围内。
由OFDM数据源10产生的信号借助于后置连接的QAM调制器和串行/并行转换器14转换成并行信号。确切地说，将转换器14的串行输入信号中包含的数据分组，例如比特或者字节分配到并行线路上，以便可以通过多个载频并行传递。
转换器14的并行输出信号传输到多路复用器18，将这些信号在所要发射的多载波信号的载波上多路复用。多路复用器18后置连接IFFT单元22，将所传输的信号从频率范围变换到时间范围内。然后这些变换的信号通过发射机24发射。
将FSK数据源12产生的单载波信号由频率范围调制器，确切地说由FSK调制器调制到单载频。然后将FSK调制器产生的信号传输到数值/相位分配器20，它将所传输的信号按照数值和相位分配给多载波信号的单载波。将这样分配的信号传输到多路复用器18，在单载波上多路复用。
由接收路径这样产生的信号通过传递信道26传递并由发射路径中的接收机28接收。将由接收器28接收的信号传输到FFT单元30，从时间范围变换到频率范围。信号的后续处理然后基本上在频率范围内数字式进行。
FFT单元30后置连接多路分用器32，它将由FFT单元30产生的输出信号在接收的多载频信号的单载波上多路分用。
多路分用器32的输出信号一方面传输到串行/并行转换器38，转换成并行数据流并通过QAM解调器和判定器发射到OFDM数据接收器42。另一方面，多路分用器32的输出信号传输到数值/相位计值器34，它将单载波的信号按照数值和相位计值，并将这样计值的信号传递到频率范围的解调器和判定器。
频率范围的解调器和判定器对接收的数据顺序作出判定并将这样收到的数据发射到FSK数据接收器40。
因此，利用图1示出的装置可以将利用FSK调制的单载波信号通过多载波系统传递，特别是发射和接收。因此，多载波传递的优点是，例如像很不容易受干扰，也可供单载波信号使用。虽然图1仅在一个方向示出装置中的传递，但是原则上完全可以进行双向数据通信。
图2示出的装置为单载波和多载波系统之间单向数据通信系统。单载波系统在该装置中为发射机，多载波系统为接收机。因为该装置在其他方面与图1所示装置相同，区别在于使用了时间范围调制器16，所以各部件的作用参阅那里的说明。
最后图3示出同样用于单载波和多载波系统之间单向数据通信的装置。在这里，单载波系统为接收机，多载波系统为发射机。对各部件作用的说明仍请参阅图1所述内容。
参考符号表
10    OFDM数据源
12    FSK数据源
14    串行/并行转换器
16    时间范围调制器
18    多路复用器
20    数值/相位分配器
22    IFFT单元
24    发射机
26    传递信道
28    接收机
30    FFT单元
32    多路分用器
34    数值/相位计值器
36    时间范围的解调器和判定器
38    并行/串行转换器
40    FSK数据接收器
42    OFDM数据接收器

Claims (15)

1.单载波和多载波系统之间数据通信的方法，
其特征在于，多载波系统对所接收的单载波信号在多载波系统的单个载波上多路分用，进行频谱扫描并据此判定所接收的数据，和/或者多载波系统利用其载波复制所要发射的单载波信号并在多载波系统的单个载波上多路复用，其中，在发射路径上将所要发射的单载频信号按照数值和相位分配给多载波信号的载波；在接收路径上将所接收的多载波信号按照数值和相位计值。
2.按权利要求1所述的方法，
其特征在于，将单载波系统的系统内在参数调谐到多载波系统的载频的距离、中心频率。
3.按权利要求2所述的方法，
其特征在于，单载波系统的系统内在参数按FSK或者CPFSK/CPM或者MSK或者GMSK或者调频或者调角描述一种非线性调制方式。
4.按权利要求2所述的方法，
其特征在于，单载波系统的系统内在参数按调幅或者ASK/PAM描述一种线性调制方式。
5.按前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，借助频谱扫描的单载波信号的振幅和相位判定所接收的数据。
6.按权利要求1至4之一所述的方法，
其特征在于，多载波系统借助于正交频分复用法发射和/或者接收信号。
7.按权利要求1至4之一所述的方法，
其特征在于，单载频系统借助于频移键控调制信号。
8.按权利要求1至4之一所述的方法，
其特征在于，单载频系统借助于连续相位频移键控调制信号。
9.按权利要求1至4之一所述的方法，
其特征在于，单载频系统借助于调幅调制信号。
10.按权利要求1至4之一所述的方法，
其特征在于，单载频系统借助于模拟的调频或者调角调制信号。
11.单载频和多载频系统之间数据通信的装置，
其特征在于，在发射路径中配置数值/相位分配器(20)，它将所要发射的单载频信号按照数值和相位分配给多载波信号的载波，和/或者在接收路径中配置数值/相位计值器(34)，它将所接收的多载波信号的载波按照数值和相位计值，还配置在该计值器后置连接的频率范围解调器和判定所接收数据的判定器。
12.按权利要求11所述的装置，
其特征在于，发射路径包括多载波和单载波数据源(10，12)，其信号通过多路复用器(18)传输到IFFT单元(22)，将所传输的信号从频率范围变换为时间范围。
13.按权利要求11或12所述的装置，
其特征在于，接收路径包括将所接收的信号从时间范围变换为频率范围的FFT单元(30)，将由FFT单元(30)变换的接收信号在载波上多路复用的多路分用器(32)和单载波和多载波数据接收器(40，42)。
14.单载波和多载波信号的发射机，它具有
-多载波和单载波数据源(10，12)；
-数值/相位分配器(20)，它将单载波数据源(12)的单载波信号按照数值和相位分配到多载波信号的载波上；
-多路复用器(18)，它将由数值/相位分配器(20)分配的信号和多载波数据源(10)的信号在所要发射的多载波信号的载波上多路复用；以及
-IFFT单元(22)，它将由多路复用器(18)输入的信号从频率范围变换到时间范围。
15.单载波和多载波信号的接收机，它具有
-FFT单元(30)，它将所接收的信号从时间范围变换到频率范围；
-多路分用器(32)，它将由FFT单元(30)变换的接收信号在多载波信号的载波上多路分用；
-数值/相位计值器(34)，它将由多路分用器(32)输入的信号按照数值和相位计值；
-数值/相位计值器(34)后置连接的频率范围解调器和判定作接收数据的判定器；
-单载波和多载波数据接收器(40，42)。
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