CN1390405A - 通信系统中解调线性调制数据信号的技术 - Google Patents

Abstract

接收机部分恢复线性调制数据信号的同相和正交分量。同相信号被采样和量化,生成同相样本流,以及正交相位信号被采样和量化,生成正交样本流。同相样本流和正交样本流都以N乘以数据信号的符号率的速率被过采样。分样部分滤波量化的同相样本流和量化的正交样本流,生成具有M乘以符号率的速率的、减少的同相样本流和减少的正交样本流,其中M小于或等于N。判决部件分别计算在减少的同相样本流和减少的正交样本流中M个相应的采样点处同相样本和正交样本的组合的幅度,然后通过分别使用与具有最大幅度的采样点有关的同相样本和正交样本,形成同相符号流和正交符号流。

Description

通信系统中解调线性调制数据信号的技术

                          发明领域

本发明总的涉及数字移动通信，更具体地，涉及通信系统中解调线性调制数据信号的技术。

                          发明背景

全球移动通信系统(GSM)是在整个欧洲使用的移动通信标准。图1显示GSM系统1，包括移动单元2和GSM基站3。移动单元2具有发送部分和接收部分。移动单元2的发送部分包括话筒10，模拟-数字(A/D)变换器11，分段单元12，语音编码器13，信道编码器14，交织器15，加密单元16，突发格式化单元17，和发射机调制器18。移动单元2的接收部分包括接收机40，用于发送声音到用户；数字-模拟(D/A)变换器25，语音解码器24，信道解码器23，去交织器22，解密器21，维特比均衡器20，和接收机解调器19。天线41发送来自移动单元2的发射机部分的信号和传送信号到移动单元2的接收机部分。

基站3具有发送部分和接收部分。基站3的接收部分包括语音解码器31，信道解码器30，去交织器29，解密单元28，维特比均衡器27，和接收机解调器26。基站3的发送部分包括数字-数字(D/D)变换单元38，允许输入数据，语音编码器37，用于编码话音信号，信道编码器36，交织器35，加密单元34，突发格式化单元33，和发射机调制器32。天线39被基站3的发射机部分用来发射和被基站3的接收部分用来接收。信号是通过信道4(典型地是空中接口)在移动单元2与基站3之间通信的。

GSM系统1的运行首先对移动单元2发送和基站3接收的情形进行如下的阐述。讲话者对着话筒10说话，产生模拟话音信号。该模拟话音信号被加到A/D变换器11，导致数字化的语音信号。在GSM中，使用13个比特把信号量化为8192个电平，以及信号以8kHz的速率被采样。数字化的语音波形然后被馈送到分段器12，它把语音信号分为20ms分段。这些分段被馈送到语音编码器13，以便减小比特速率。当前GSM规定的语音编码器把比特速率减小到13kbit/s。下一个步骤是信道编码和交织。信道编码器14把纠错和检错码加到语音波形。交织器15分开接连的消息比特，以防止突发错误。加密单元16加上一些比特，以防止窃听。突发格式化单元17把比特格式化为GSM突发帧，以及把另外的格式化的比特(加上开始和终止比特，标志等等)加到每个GSM突发帧。被设计为适配于时分多址(TDMA)时隙的典型的GSM突发帧可以连同几个格式化比特，具有57个加密的数据比特，后面跟随用于维特比均衡器的26比特训练序列，再后面跟随57个加密的数据比特。发射机调制器18对比特流输入施加高斯最小移位键控(GMSK)调制，在它的适合于发送的输出端产生调制的无线信号。调制的无线信号经过天线41通过信道4被发送到基站3的天线39。

接收机解调器26接收该调制的无线信号并解调该调制的无线信号为比特流信号。维特比均衡器27根据26比特训练序列产生传输信道4的数学模型，该传输信道在这种情形下是空中接口，以及计算和输出最可能的发送的数据。在其余的信号处理链中，解密单元28执行与加密单元1 6执行的相反的变换，去交织器29倒转执行由交织器15执行的交织，信道解码器30倒转执行信道编码器14的信道编码，以及语音解码器31恢复原先的数字语音流。对于基站单元3发送和基站2接收的情形，GSM系统1的运行以相似的方式进行。

GSM采用的GMSK调制方案是数字调制方案，它可载送数据数字化的语音。GMSK调制器可被看作为相位调制器。载波根据被发送到调制器的信息比特改变相位。GMSK包括在突发内的恒定包络调制的良好特性。为了在相位改变时使曲线形状平滑化，对基带信号进行高斯通带滤波。对于GMSK，它比起普通的MSK得到更窄的带宽，但它的代价是较差的对抗噪声的能力。

在典型的GMSK调制器中，正如现有技术已知的，发送数据首先被变换成NRZ(非归零格式)。NRZ数据流然后被综合，以及通过到高斯滤波器。预调制高斯滤波器具有窄的带宽和陡的截止特性，这是抑制综合的NRZ数据流的高频分量需要的。高斯滤波的信号然后被使用来调制载频，生成基带信号的同相(I)和正交(Q)分量。然后通过把I和Q分量乘以相应的cos(nw₀)和-sin(nw₀)载波，I和Q分量被移到载波频率w₀，以及两个最终得到的数据流被相加，以便产生用于发送的载波信号。GMSK调制具有以下的重要的特性：恒定包络，它使得GMSK信号更能对抗功率放大器非线性和少受衰落、相对窄的带宽以及相干检测能力的影响。

虽然GMSK是当前流行的调制技术，但其它的调制技术将被使用于将来的移动通信系统。具体地，像GSM演进的增强的数据速率(EDGE)或码分多址(CDMA)那样的新的系统将使用线性调制，诸如M-PSK调制。线性调制不同于GMSK调制之处在于，GMSK调制具有恒定的包络，而在线性调制中，调制信号的幅度可以从高的幅度改变到低的幅度。与现在的标准(如GSM)相比较，线性系统的调制深度可以相当大。调制深度是在最低幅度和最高幅度之间的调制波形的差别。例如，在EDGE情形下，使用3π/8 8-PSK调制，调制深度约为17dB。

在解调GMSK信号时，有可能以随机时间采样GMSK信号，因为GMSK调制波形具有恒定包络。因此，当无线信号被解调和被滤波时，有可能把以符号率的样本直接馈送到维特比均衡器。这大大地简化接收机，以及减少所需要的操作数目。

这种简化的方法对于线性调制变得更困难，诸如使用3π/8 8-PSK调制的EDGE，它典型地具有调制深度，从而幅度是变化的。一个可能的解决方案是使用信号的过采样和数字后处理，以便成功地解调具有调制深度的线性调制波形。虽然这个方法是行得通的，但它典型地需要复杂的信号处理和大的存储器。

根据上述内容，希望提供用于解调线性调制波形的技术，它可克服上述的不足和缺点。更具体地，希望提供以有效的和费用经济的方式解调具有调制深度的线性调制波形的技术。

                           发明概要

按照本发明，提供了用于解调具有调制深度的线性调制数据信号的技术。为了解调线性调制数据信号，本发明在解调器的最后的欠采样级引入判决部件。这个判决部件可以以硬件或软件来实施，它是快速的和具有低的复杂性。因此，它的优点在于，通过使用这个判决部件，可以以有效的和费用经济的方式解调线性调制数据信号。

按照本发明的优选实施例，揭示了解调先前使用线性调制(例如，3π/8 8-PSK)进行调制的数据信号的设备和方法。接收机部分接收线性调制的数据信号，以及从该线性调制数据信号产生同相信号和正交相位信号。变换部分通过量化和采样，分别把同相信号变换为同相样本流和把正交相位信号变换为正交样本流。同相样本流和正交样本流以N乘以数据信号的符号率的速率被过采样。在一个示例性实施例中，N等于48。

分样部分以一个或多个滤波器滤波同相样本流和正交样本流，生成具有M乘以符号率的速率的、减少的同相样本流和减少的正交样本流，其中M小于或等于N。在一个示例性实施例中，M等于2。

判决部件分别计算在减少的同相样本流和减少的正交样本流中M个相应的采样点处同相样本和正交样本的组合的幅度，然后通过分别使用与具有最大幅度的采样点有关的同相样本和正交样本，形成同相符号流和正交符号流。

按照本发明的另一个方面，同相缓冲器对接收减少的同相样本流，其中每个同相缓冲器保持减少的同相样本流的L1个样本。被耦合到同相缓冲器对的输出端的第一复用器选择同相缓冲器对中的一个缓冲器，并输出同相样本，形成同相符号流。同样，正交缓冲器对接收减少的正交样本流，其中每个正交缓冲器保持减少的正交样本流的L2个样本。被耦合到正交缓冲器对的输出端的第二复用器选择正交缓冲器对中的一个缓冲器，并输出正交样本，形成正交符号流。判决部件根据同相缓冲器对的L1个样本估值要被第一复用器输出的、减少的同相样本流的同相样本。判决部件也根据正交缓冲器对的L2个样本估值要被第二复用器输出的、减少的正交样本流的正交样本。在一个示范实施例中，L1＝10和L2＝10。

现在参照如附图显示的、本发明的示例性实施例更详细地描述本发明。

                        附图简述

为了便于更充分了解本发明，现在参考附图。这些图不应当被看作为限制本发明，而是只打算作为示例的。

图1是可以引入本发明的移动通信网。

图2是按照本发明的、包含判决单元的解调器。

图3提供按照本发明的、图2所示的解调器的更详细的视图。

                     示范实施例详细描述

参照图2，图上显示按照本发明的线性解调器100。解调器100可以单独地存在，或替换地，在通信设备中构成调制器/解调器对。例如，参照图1，解调器100可以是在移动单元2中的接收机解调器19和/或在基站3中的接收机解调器26。

解调器100接收来自天线101的调制无线信号。在优选实施例中，无线信号102由数字调制器按照线性调制技术(诸如，3π/8 8-PSK调制)进行调制。无线信号102被分裂并被发送到带通滤波器110a和带通滤波器110b，产生两个分开的信号111a和111b。这两个信号分别被馈送到解调器100的同相(I)和正交相位(Q)部分。信号111a和111b分别被低噪声放大器(LNA)120a和120b放大。在任何时间，LNA120a和120b中只有一个是工作的。例如，如果一个LNA是工作的，则另一个LNA典型地处在电源关断模式。来自LNA 120a的输出信号113a和来自LNA 120b的输出信号113b，每个被反馈到自动增益控制(AGC)电路125，它调整被加到LNA放大器120a和120b的输入的增益。压控振荡器(VCO)132产生载波频率w₀。乘法器140a把由LNA 120a输出的调制信号113乘以w₀频率的信号，由此产生基带I信号115a。乘法器140b把由LNA 120b输出的调制信号113乘以w₀频率的移相的信号，由此产生基带Q信号115b。I信号115a被加到低通滤波器(LPF)150a，产生滤波的I信号117a，然后被放大器160a放大，产生要被输入到A/D变换器170a的I信号119a。Q信号115b被加到低通滤波器(LPF)150b，产生滤波的Q信号117b，然后被放大器160b放大，产生要被输入到A/D变换器170b的Q信号119b。模拟数字变换器(A/D)170a和170b分别量化和采样I信号119a和Q信号119b，产生数字信号123a和123b。I信号123a和Q信号123b以大于符号率的速率被过采样，因此对于每个符号有多个采样。在图2上，显示等于符号率x48的过采样速率，这意味着每个符号有48个样本。在其它实施例中，可能有其它的过采样速率。

在图2上，数字滤波器链180a，180b，190a，190b，200a，和200b通过在通信技术中已知的、欠采样和分样处理，把过采样速率减小为符号率。滤波器1包括数字滤波器180a和180b，和滤波器2包括数字滤波器190a和190b，而滤波器3包括数字滤波器200a和200b，以及判决单元210。数字滤波器180a把I信号123a的符号率减小12倍，导致以4x符号率的I信号124a。数字滤波器180b把Q信号123b的符号率减小12倍，导致以4x符号率的Q信号124b。数字滤波器190a把I信号124a的符号率减小2倍，导致以2x符号率的I信号125a。数字滤波器190b把Q信号124b的符号率减小2倍，导致以2x符号率的Q信号125b。这样，被输入到滤波器3的信号125a和125b以2x符号率被采样。在其它的实施例中，可以采用具有不同减小数值的一个或多个数字滤波器的其它组合，以便把过采样符号速率减小到符号率。

判决单元210结合数字滤波器200a和200b，进一步减小I信号125a和Q信号125b的符号率。数字滤波器200a把I信号125a的符号率减小2倍，以使得I信号126a为符号率。数字滤波器200b把Q信号125b的符号率减小2倍，以使得Q信号126b为符号率。在优选实施例中，判决单元210在短的延时后根据符号流125a和125b的样本的幅度作出实时判决。判决单元210从输入符号流125a中选择两个样本中的最大样本放置在输出流126a中，并且从输入符号流125b中选择两个样本中的最大样本放置在输出流126b中。因为符号的每个采样点不会同时处在波形的低的部分，判决单元210不需要提前知道最好的采样点，因此简化接收机设计。

判决单元210通过考虑I数据和Q数据，作出关于最大样本的判决。也就是，当判决哪个采样点要被放置在输出流126a时，判决单元210进行以下幅度计算： $A\left(t\right)=\sqrt{{I\left(t\right)}^2+Q{\left(t\right)}^2}$

其中A代表在给定点处的幅度。这个想法是选择使得幅度(它相应于信号强度)最大的采样点。因此，采样点判决是对组合的I和Q数据值作出的。应当指出，采样点对于I数据流和Q数据流必须是相同的。

同相信号126a和正交相位信号126b的选择的信号样本(每个符号一个样本)被发送到数字信号处理器(DSP)220，以便进一步处理。DSP 220可以包括在移动单元2和基站3的接收部分中所显示的、一个或多个典型的信号处理部件(如图1所示)，诸如维特比均衡器，解密单元，去交织器，信道解码器，语音解码器，均衡器和其它导致话音信号恢复的任务。也就是，DSP 220以与GMSK的简化的恒定包络情形中相同的方式工作。

判决单元210具有低的复杂性，它可以以硬件或软件被实施。不需要提前获知最好的采样点。在本例中的过采样速率是2，但可以考虑更高的速率。

参照图3，图上更详细地显示了解调器100。更具体地，图3显示了滤波器3，包括I开关261a，I缓冲器250和251，I复用器254，I分样单元256，Q开关261b，Q缓冲器252和253，Q复用器255，以及Q分样单元257。每个I缓冲器250和251以及Q缓冲器252和253可保持10个样本。因此，正如下面更详细地描述的，在这个特定的实施例中，判决单元210的判决可以根据突发的10个样本。然而，应当指出，I缓冲器250和251与Q缓冲器252和253可以包含任意整数的样本。

开关261a把采样的I数据流131a的样本交替地耦合到I缓冲器250和251。I缓冲器250和251的输出分别是I数据流127a和127b，用作为加到I复用器254的输入。同样地，开关261b把Q数据流131b的样本交替地耦合到Q缓冲器252和253。Q缓冲器252和253的输出分别是Q数据流127c和127d，用作为加到Q复用器255的输入。判决单元210通过线路128a和128b访问I缓冲器250和251中的样本值，以及通过线路128c和128d访问Q缓冲器252和253中的样本值。因此，判决单元210在作出关于最大样本的判决时，再次考虑I数据和Q数据，以及突发的头10个样本。也就是，判决单元210再次进行上述的幅度计算。

判决单元210估值(例如，通过对样本进行平均)I缓冲器250和251中最可能的样本，然后产生加到I复用器254中的信号129a，以便选择I数据流127a或127b，以及在线路130a上输出选择的样本流。I分样单元256接受样本流130a以及在线路126a上以符号的速率输出符号估值。

同样地，判决单元210估值(例如，通过对样本进行平均)Q缓冲器252和253中最可能的样本，然后产生加到Q复用器255中的信号129b，以便选择Q数据流127c或127d，以及在线路130b上输出选择的样本流。Q分样单元257接受样本流130b以及在线路126b上以符号的速率输出符号估值。

本发明在范围上并不由这里描述的具体的实施例来限制。实际上，除了这里描述的以外，本领域技术人员可以从上述的说明和附图得出本发明的各种修正。因此，这样的修正应该包括在所附权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种用于解调先前使用线性调制进行调制的数据信号的设备，包括：

接收机部分，用于接收线性调制的数据信号，以及从线性调制的数据信号产生一个同相信号和一个正交相位信号；

变换部分，通过采样和量化，分别把同相信号变换为同相样本流和把正交相位信号变换为正交样本流，同相样本流和正交样本流以N乘以数据信号的符号率的速率被过采样；

分样部分，滤波同相样本流和正交样本流，生成具有M乘以符号率的速率的、减少的同相样本流和减少的正交样本流，其中M小于或等于N；以及

判决部件，分别计算在减少的同相样本流和减少的正交样本流中M个相应的采样点处同相样本和正交样本的组合的幅度，以及通过分别使用与具有最大幅度的采样点有关的同相样本和正交样本，形成同相符号流和正交符号流。

2.权利要求1的设备，其中：

M＝2。

3.权利要求2的设备，其中：

分样部分至少具有两个滤波器。

4.权利要求3的设备，其中：

N＝48；以及

分样部分具有第一滤波器和第二滤波器，第一滤波器把过采样速率N减小12倍，第二滤波器把过采样速率N减小2倍。

5.权利要求1的设备，还包括：

数字信号处理器，用于接收同相符号流和正交符号流。

6.权利要求5的设备，其中：

数字信号处理器从同相符号流和正交符号流恢复数据信号。

7.权利要求5的设备，其中：

数字信号处理器基于同相符号流和正交符号流进行均衡。

8.权利要求1的设备，其中：

线性调制数据信号是3π/8 8-PSK调制信号。

9.权利要求1的设备，其中：

数据信号代表话音信号。

10.权利要求1的设备，还包括：

同相缓冲器对，用于接收减少的同相样本流，每个同相缓冲器保持减少的同相样本流的L1个样本；

第一复用器，被耦合到同相缓冲器对的输出端，用于选择同相缓冲器对中的一个缓冲器，以及输出同相样本，形成同相符号流；

正交缓冲器对，用于接收减少的正交样本流，每个正交缓冲器保持减少的正交样本流的L2个样本；以及

第二复用器，被耦合到正交缓冲器对的输出端，用于选择正交缓冲器对中的一个缓冲器，以及输出正交样本，形成正交符号流；

其中判决部件根据同相缓冲器对的L1个样本估值要被第一复用器输出的、减少的同相样本流的一个同相样本，以及根据正交缓冲器对的L2个样本估值要被第二复用器输出的、减少的正交样本流的一个正交样本。

11.权利要求10的设备，其中L1＝10和L2＝10。

12.权利要求1的设备，其中在采样点t处同相样本I和正交样本Q的组合的幅度A按照下式被计算： $A\left(t\right)=\sqrt{{I\left(t\right)}^2+Q{\left(t\right)}^2}$

13.权利要求1的设备，其中设备是移动单元的一部分。

14.权利要求1的设备，其中设备是基站的一部分。

15.一种用于解调先前使用线性调制进行调制的数据信号的方法，包括：

接收线性调制的数据信号；

从线性调制的数据信号产生一个同相信号和一个正交相位信号；

通过采样和量化把同相信号变换成同相样本流，同相样本流以N乘以数据信号的符号率的速率被过采样；

通过采样和量化把正交相位信号变换成正交样本流，正交样本流以N乘以符号率的速率被过采样；

滤波同相样本流，生成具有以M乘以符号率的速率的、减少的同相样本流，其中M小于或等于N；

滤波正交样本流，生成具有M乘以符号率的速率的、减少的正交样本流，其中M小于或等于N；

分别计算在减少的同相样本流和减少的正交样本流中M个相应的采样点处同相样本和正交样本的组合的幅度；

通过使用与具有最大幅度的采样点有关的同相样本，形成同相符号流；以及

通过使用与具有最大幅度的采样点有关的正交样本，形成正交符号流。

16.一种移动通信系统，包括：

基站，它包括：

发射机，通过组合同相信号和正交相位信号而产生线性调制数据信号；以及

移动单元，它包括：

接收机，用于接收线性调制的数据信号，以及从线性调制的数据信号恢复该同相信号和该正交相位信号；

变换部分，通过采样和量化分别把同相信号变换为同相样本流和把正交相位信号变换为正交样本流，同相样本流和正交样本流以N乘以数据信号的符号率的速率被过采样；

分样部分，滤波同相样本流和正交样本流，生成具有M乘以符号率的速率的、减少的同相样本流和减少的正交样本流，其中M小于或等于N；以及

判决部件，分别计算在减少的同相样本流和减少的正交样本流中M个相应的采样点处同相样本和正交样本的组合的幅度，以及通过分别使用与具有最大幅度的采样点有关的同相样本和正交样本，形成同相符号流和正交符号流。

17.一种移动通信系统，包括：

移动单元，它包括：

发射机，通过组合同相信号和正交相位信号而产生线性调制数据信号；以及

基站，它包括：

接收机，用于接收线性调制的数据信号，以及从线性调制的数据信号恢复该同相信号和该正交相位信号；

变换部分，通过采样和量化分别把同相信号变换为同相样本流和把正交相位信号变换为正交样本流，同相样本流和正交样本流以N乘以数据信号的符号率的速率被过采样；

分样部分，滤波同相样本流和正交样本流，生成具有M乘以符号率的速率的、减少的同相样本流和减少的正交样本流，其中M小于N；以及

判决部件，分别计算在减少的同相样本流和减少的正交样本流中M个相应的采样点处同相样本和正交样本的组合的幅度，以及通过分别使用与具有最大幅度的采样点有关的同相样本和正交样本，形成同相符号流和正交符号流。

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