CN1310880A - 用于调制数字数据的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

调制器包括一个产生信号的振荡器以及一个接收数字数据的选择器,每个信号具有一个不同的相位,。当由选择器所接收的数字数据改变逻辑状态时,选择器将由振荡器所产生的第一和第二多个信号分别施加到第一和第二非线性放大器。加法器接着累加每个放大器的输出,以产生一个射频输出。

Description

用于调制数字数据的方法和装置
本发明涉及一种有效数字传输技术，尤其是涉及一种用于调制数字数据的方法和装置。
数字通信依赖于多种相关但不同形式的数字调制，诸如移相键控(PSK)，二相移相键控(BPSK)，四相移相键控(QPSK或者4-PSK)，以及正交振幅调制(QAM)。
BPSK将参照图1进行描述。如图所示，基准载波的幅度是固定的，并且发送0或者1，其相位被“键控”或者在0°和180°之间切换。接收机根据接收载波的相位，来判定是0还是1被发送，并且产生原始的数据流。利用这个简单的方案，1比特的信息是与每态或者每个符号一起发送，以便载波相位以数据速率进行键控。图1也示意了BPSK的构像。如图所示，BPSK构像图在I-Q面上包括两个点，其中I表示同相(例如相位基准)，Q代表90°相移(例如90°异相)。BPSK构像图中的这两个点代表在“定时实例”中的信号位置。该定时实例是何时接收机来解释该信号。信号每次只能在一个位置，但是可以认为构像具有持续性，以便出现所有合适的状态。诸如图1的构像图一般不示出状态之间的转移，并且应当指出的是，这种转移需要有限的时间。但是为了清楚起见，没有示出转移，否则，连接两个状态之间的轨迹将会弄乱该图。
图2示意了QPSK的构像图。如图所示，四个不同的状态以相位值45°,135°,225°,315°存在于QPSK图中。如进一步所示出的，每个状态对应于一个符号，该符号代表两比特。因为数据每次占用两比特以形成一个符号，所以符号率是比特率的一半。结果，对于相同的比特率，QPSK需要BPSK带宽的一半。
调制数据的传送通常要求产生放大的调制信号。不利的是，放大可以引入失真，失真改变了信号的带宽。许多多址通信技术，诸如时分多址(TDMA)，要求将传送的信号保持在一个狭窄的频带内以增加容量。为此，当使用这种多址通信技术时，线性放大器一般已经被用于放大调制信号。线性放大器在放大调制信号的同时，也保持信号的频率，并给出较好的窄带精度。使用窄带，意味着载波信号的频带大于信号的频带。
然而，线性放大器消耗大量的电能。电能在无线通信系统中尤其成为问题，在该系统中，各个移动站是由有限的电源供电的。因此，非常需要一种有利地延长这种电源寿命的技术。
根据本发明的用于调制数字数据的方法和装置利用了非线性放大器。非线性放大器有时也被称为开关或者高频放大器，并且通常称为(但不限于)D,E,F,G,H类，该非线性放大器精确地再生信号的相位，而不是包络(与线性放大器相反)。非线性放大器比线性放大器消耗少的多的电能，但是由于它们引入了失真，一般不符合窄频带的要求。然而，根据本发明的用于调制数字数据的方法和装置在使用非线性放大器的同时，也符合窄频带的要求。
该调制器包括一个产生信号的振荡器，每个信号具有不同的相位。选择器在该调制器中，当由选择器所接收的数字信号改变逻辑状态时(例如从0到1或从1到0)，选择器向第一非线性放大器发送第一多个这种信号，并且当数字数据改变逻辑状态时，向第二非线性放大器发送第二多个信号。第一和第二非线性放大器的输出被累加，以产生一个射频数据，该射频输出一般不会经受由非线性放大器所引入的失真。
本发明通过下文给出的详细描述以及仅借助于图解说明给出的附图而变得更加容易理解，其中相同的附图标记表示各个附图中的对应部分，其中：
图1示意了用于二相移相键控的基准载波、键控基准载波以及构像图；
图2示意了用于四相移相键控的构像图；
图3示意了根据本发明的用于执行BPSK调制的调制器；
图4A-4B示意了接收的数字数据以及图3所示调制器的输出；
图5示意了由图3调制器中的振荡器所产生的不同相移信号以及RF输出相量轨迹；
图6示意了根据本发明的用于执行QPSK调制的调制器；
图7示意了由图6调制器中的振荡器所产生的不同相移信号，从同相调制器电路输出的相量轨迹，从四相调制器电路输出的相量轨迹以及RF输出的相量轨迹。
图3示意了根据本发明的用于执行BPSK调制的调制器。如图所示，环形振荡器10包括串联的第一到第N个反向器12-1到12-N，并且第N个反向器12-N的输出连接到反向器12-1的输入。第一到第N个反向器12-1到12-N谐振，以便每个第一到第N个反向器12-1到12-N的输出是不同的相移信号。
选择器14接收用于调制的数字数据以及来自环形振荡器10的输出。根据该数字数据，选择器14选择性地向第一非线性功率放大器16和第二非线性功率放大器施加来自环形振荡器的输出。加法器20累加第一和第二非线性功率放大器16和18的输出，以在射频产生调制后的信号用以传输。
图1所示调制器的工作将参照图4A-5进行详细描述。环形振荡器10产生多个不同相移的信号。这些不同相移信号的一个实施例示于图5中。图5示意了一个坐标平面，其带有作为实轴的水平轴，以及作为虚轴的垂直轴。如内圆30所示，每个不同相移的信号具有相同的幅度A0。如内圆30上十字形所代表的，振荡器30产生16个不同相移的信号(即N=16)，其中沿着内圆30的相邻不同相移信号之间的相位差是相同的。也就是说，不同相移信号包括多个具有相位0,Ⅱ/8,Ⅱi/8,…,15Ⅱ/8的信号。
然而，这些不同相移信号被选择器14看作第一和第二多个不同相移信号。具有0,Ⅱ/8,…,Ⅱ的不同相移信号认作第一多个不同相移信号，具有0,15Ⅱ/8,7Ⅱ/4,…,Ⅱ的不同相移信号认作第二多个不同相移信号。
如图4A所示，首先假定选择器14接收代表-1的数字数据。这时，选择器14选择具有相位Ⅱ的不同相移信号作为第一输出信号CE1和第二输出信号CE2，并且分别向第一和第二非线性放大器16和18发送第一和第二输出信号CE1和CE2。加法器20将第一和第二非线性放大器16和18的输出相加，以产生示于图4B的RF输出信号。
当进入选择器14的数字数据改变符号时，选择器14被触发，开始以相反方式围绕环形振荡器步进，以产生第一和第二输出信号CE1和CE2。也就是说，选择器14以步进的方式将第一多个不同相移信号提供为第一输出信号CE1，将第二多个不同相以信号提供为第二输出信号CE2。相应地，第一非线性放大器16接收具有相位7Ⅱ/8,3Ⅱ/4,…,0的不同相移信号，第二非线性放大器18接收具有相位9Ⅱ/8,5Ⅱ/4,…,0的不同相移信号。
图5示意了当不同相移信号具有被分别选择作为第一和第二输出信号CE1和CE2的相位3Ⅱ/4和5Ⅱ/4时，第一和第二输出信号CE1和CE2的相量。忽略由第一和第二非线性放大器16和18所提供的放大，产生的RF输出的相量被示于图5中。如该实施例所示意的，表示RF输出的相量的轨迹驻留在实轴上。图5还示出了表示RF输出的相量在时间上的投影。如图所示，数字数据的阶跃转移随着时间而平滑。而且，通过累加第一和第二非线性放大器16和18的输出，由每个相应的放大器所引入的失真被去除(即过滤掉)。
当数字数据再次改变状态时，选择器14向第一和第二非线性放大器16和18提供第一和第二多个不同相移信号。但是这时，不同相移信号从带由0相位的信号前进到带有Ⅱ相位的信号。图4B示意了在时间轴上相对于图4A所示的数字数据的调制器的输出。
尽管图1所示调制器的环形振荡器被描述为可以提供16个不同相移的信号，但是应当理解的是，也可以施加少于或多于16个的不同相移信号。而且，除了提供不同相移的信号(其中相邻的不同相移信号在相位上相差相同的相位值)，诸如内插器的中间处理电路(未示出)设置在振荡器10和选择器14之间，以便选择器14接收不同相移的信号，其中相邻的不同相移信号在相位上相差不同的数值。这允许调制器的设计者在传送之前，实现过滤数字数据的任何需要方法。
如上所示，图1的调制器施加到BPSK。然而，根据前面和后面公开的内容，将会理解如何利用图1的电路作为基本组成部件，为诸如QPSK的其他调制技术提供电路。图6示出了根据本发明的用于QPSK的调制器实例。如图所示，同相数字数据和四相数字数据每个被施加到图1的相同电路，其中振荡器10被共用。
唯一的操作性差别在于(1)用于四相数字数据的选择器14将Ⅱ/2和Ⅱ/4之间的不同相移信号提供作为第一和第二多个不同相移信号，以及(2)加法器20的输出与另一个加法器50的输出相加，以产生QPSK调制器的输出。图7示意了用于同相数字数据的、来自加法器20的I-RF输出，用于四相数字数据、来自加法器20的Q-RF输出，以及加法器50的RF输出的相位图以及可能的相量轨迹。
如图1所示意的，由振荡器10所产生的不同相移信号的数量不限于16，并且不同相移信号不限于具有相差相同数值的不同相移信号。在后一种情况下，可能需要用于四相数字数据电路的另一种振荡器，这取决于所使用的滤波器技术，并且处理电路设置于选择器14于振荡器10之间。
如上所述，根据本发明的调制器提供了利用非线性放大器的低功率消耗的好处，并且满足了一般要求使用线性放大器的窄频带要求。

Claims (19)

1．一种调制数字数据的方法，包括：
a)提供第一和第二多个不同相移信号；
b)接收该数字数据；
c)当所述接收数字数据改变状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号分别施加到第一和第二非线性放大器；
d)累加来自第一和第二非线性放大器的输出。
2．根据权利要求1的方法，其中
所述第一和第二多个不同相移信号都包括一个第一和第二基准相位信号，所述第一多个不同相移信号的第一基准相位信号和第二基准相位信号相差相应的第一多个相差值，所述第二多个不同相移信号的第一基准相位信号和第二基准相位信号相差相应的第二多个相差值，并且第一多个相差值在幅度上等于所述第二多个相差值，在符号上与第二多个相差值相反。
3．根据权利要求2的方法，其中所述第一多个相差值与所述第一基准相位信号递增地相差一个相同的负增量，所述第二多个相差值与所述第一基准相位信号递增地相差一个正增量，该正增量在幅度上等于所述的负增量。
4．根据权利要求3的方法，其中所述第一基准相位信号和所述第二基准相位信号在相位上相差180°。
5．根据权利要求4的方法，其中所述步骤c)当所述接收的数字数据从第一状态转移到第二状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第一基准相位信号施加到所述第二基准相位信号，当所述接收的数字数据从第二状态转移到第一状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第二基准相位信号施加到所述第一基准相位信号。
6．根据权利要求3的方法，其中所述步骤c)当所述接收的数字数据从第一状态转移到第二状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第一基准相位信号施加到所述第二基准相位信号，当所述接收的数字数据从第二状态转移到第一状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第二基准相位信号施加到所述第一基准相位信号。
7．根据权利要求2的方法，其中所述第一基准相位信号和所述第二基准相位信号在相位上相差180°。
8．根据权利要求7的方法，其中所述步骤c)当所述接收的数字数据从第一状态转移到第二状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第一基准相位信号施加到所述第二基准相位信号，当所述接收的数字数据从第二状态转移到第一状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第二基准相位信号施加到所述第一基准相位信号。
9．根据权利要求2的方法，其中所述步骤c)当所述接收的数字数据从第一状态转移到第二状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第一基准相位信号施加到所述第二基准相位信号，当所述接收的数字数据从第二状态转移到第一状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第二基准相位信号施加到所述第一基准相位信号。
10．一种用于调制数字数据的装置，包括：
一个第一非线性放大器；
一个第二非线性放大器；
一个用于产生第一和第二多个不同相移信号的振荡器电路；
一个接收数字数据的选择电路，并且当所述接收的数字数据改变状态时，分别将所述第一和第二多个不同相移信号施加到第一和第二非线性放大器；
一个累加第一和第二非线性放大器输出的加法器。
11．根据权利要求10的装置，其中
所述第一和第二多个不同相移信号都包括一个第一和第二基准相位信号，所述第一多个不同相移信号的第一基准相位信号和第二基准相位信号相差相应的第一多个相差值，所述第二多个不同相移信号的第一基准相位信号和第二基准相位信号相差相应的第二多个相差值，并且第一多个相差值在幅度上等于所述第二多个相差值，在符号上与第二多个相差值相反。
12．根据权利要求11的装置，其中所述第一多个相差值与所述第一基准相位信号递增地相差一个相同的负增量，所述第二多个相差值与所述第一基准相位信号递增地相差一个正增量，该正增量在幅度上等于所述的负增量。
13．根据权利要求12的装置，其中所述第一基准相位信号和所述第二基准相位信号在相位上相差180°。
14．根据权利要求13的装置，其中当所述接收的数字数据从第一状态转移到第二状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第一基准相位信号施加到所述第二基准相位信号，当所述接收的数字数据从第二状态转移到第一状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第二基准相位信号施加到所述第一基准相位信号。
15．根据权利要求12的装置，其中当所述接收的数字数据从第一状态转移到第二状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第一基准相位信号施加到所述第二基准相位信号，当所述接收的数字数据从第二状态转移到第一状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第二基准相位信号施加到所述第一基准相位信号。
16．根据权利要求11的装置，其中所述第一基准相位信号和所述第二基准相位信号在相位上相差180°。
17．根据权利要求16的装置，其中当所述接收的数字数据从第一状态转移到第二状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第一基准相位信号施加到所述第二基准相位信号，当所述接收的数字数据从第二状态转移到第一状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第二基准相位信号施加到所述第一基准相位信号。
18．根据权利要求11的装置，其中当所述接收的数字数据从第一状态转移到第二状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第一基准相位信号施加到所述第二基准相位信号，当所述接收的数字数据从第二状态转移到第一状态时，将所述第一和第二多个不同相移信号从所述第二基准相位信号施加到所述第一基准相位信号。
19．根据权利要求10的装置，其中所述振荡器电路为一环形振荡器。
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