CN1394048A - 八相移相键控调制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种八相移相键控调制方法及装置，该方法将经过简单8PSK调制以及相位旋转后的新调制矢量存储在调制相位表格中，对调制相位表格进行四倍压缩，码元输入后，通过查表和数据处理得到新调制矢量，然后，利用RAM系数滤波器进行成形滤波，最后输出其调制信号。本发明的装置与GSM系统完全兼容，能够提供足够的数据业务能力，可以充分延长现有GSM体系的生命周期。对运营商而言，既节省了投资，又可以提供有竞争力的业务服务。

Description

八相移相键控调制方法及装置

技术领域

本发明涉及数字移动通信，更具体地指用于增强数据率型GSM(EDGE)的八相移相键控调制方法及其装置。

背景技术

以GSM为代表的第二代移动通信系统以话音为主流业务。但随着互联网(Internet)的高速崛起，移动接入互联网、电子商务、移动计算等技术日益发展引起业界的广泛重视，通过无线空中接口的数据通信的需求飞速发展，移动网的数据业务被普遍看好。但以目前GSM的标准数据率为9.6kbps/时隙，不能满足上述技术对移动数据通信日益增长的需求。

为此，国际电信联盟(ITU)正在组织能够提供高速数据传输的第三代移动通信系统的标准制定。鉴于第二代GSM已建立起庞大的基础网络并拥有巨量用户，今后的发展趋势是两者将会在相当长时间内共存。为向第三代移动通信系统过渡，欧洲电信标准协会(ETSI)在保留GSM空中接口的时隙结构和频段的基础上，采取分阶段演进步骤：第一阶段提出了高速电路交换数据(High-Speed CircuitSwitch Data HSCSD)和通用分组无线业务(General Packet Radio ServiceGPRS)两种工作模式，以提高数据通信容量；第二阶段，增强数据率型GSM(EnhancedData rates for Global/GSM Evolution EDGE，下同)，其采用高效调制技术(八相移相键控)使传输速率提高至3倍。

增强数据率型GSM是基于GSM发展起来的。仍然采用原有的频谱和200K的频率划分，能够非常容易地与GSM实现兼容。它主要通过改变调制方式，实现高达384kbps的数据业务。同时，增强数据率型GSM也获得了北美IS-136 TDMA的支持。在分组域，增强数据率型GSM与IS-136的空中接口完全兼容，使之成为全球统一的TDMA标准。

八相移相键控调制属于线性调制，图1示意了一般的线性调制过程，通常实现线性调制都采用成形滤波方法或者查表方法。成形滤波方法需要采用定点乘法器。但用乘法器实现成形滤波的电路较复杂，占用资源较大，且功耗比较大，经过定点乘法运算得到的信号质量也比直接查表的差；而完全查表法需将调制信号的所有采样值存贮在表格中，占用存贮空间又比较大。

发明内容

本发明的目的是针对上述成形滤波法和全查表法存在的缺点，提出另一种八相移相键控调制方法和装置，该方法和装置在综合了上述两种方法优点的基础上，既节省资源，又降低基站系统复杂度和功耗，并能提供高精度的全数字信号。

为了实现上述目的，

本发明的八相移相键控调制方法是将经过简单八相移相调制以及相位旋转后得到的新调制矢量存储在调制相位表格中，并根据三角函数规律对调制相位表格进行四倍压缩，码元输入后，通过查表和数据处理得到新调制矢量，然后，利用RAM系数滤波器完成成形滤波，最后输出其调制信号。

本发明的八相移相键控调制装置包括依次连接的码元输入单元、符号映射单元、查表地址产生单元、查调制相位表单元、以及RAM系数滤波器，其中，

符号映射单元码元输入单元输入的信号完成符号映射功能；

查表地址产生单元将符号映射单元输出的符号矢量转换为符号地址，构成查调制相位表单元的查表地址；

查调制相位表单元用符号地址进行查表并进行数据处理，输出经过简单八相移相调制以及相位旋转后的新调制矢量；

RAM系数滤波器对新调制矢量进行成形滤波，输出经线性数字调制的同相和正交信号。

由于本发明根据增强数据率型GSM规定，采用了上述的八相移相键控调制方法和装置，提出了RAM系数滤波方案，并对其中的表格进行压缩，然后，利用RAM系数滤波器进行成形滤波，最后输出其调制信号。该方法极大地降低了复杂度，得到准确性很高的调制信号。而且其调制装置可在现有基站硬件上预留了对增强数据率型GSM的支持，与第三代移动通讯系统相比，本发明的方法和装置，对GSM中的系统改造量极小且与现有GSM系统兼容，同时又能够提供足够的数据业务能力，可以充分延长现有GSM体系的生命周期，对运营商而言，既节省了投资，又可以提供有竞争力的业务服务。

附图说明

图1是现有的线性数字调制原理框图。

图2是本发明方法调制原理图。

图3是本发明方法框图。

图4是利用本发明方法调制后同相、正交信号矢量图。

图5是本发明的RAM系数滤波器结构示意框图。

图6是利用本发明方法调制后的信号频谱特性图。

图7是本发明的应用于数字上变频器后的方框图。

具体实施方式

根据GSM05.04(V8.0.0)协议，对EDGE中八相移相键控调制方式的规定，可将基带调制过程分为三个步骤，即：1.简单8相位调制；2.符号旋转；3.成形滤波器CO(t)滤波。因此，经过第1、2步骤得到的新调制矢量  被冲击响应为CO(t)的成形滤波器滤波，就得到八相移相键控的基带调制信号y(t)： $Y\left(t^{\′}\right)=\mathrm{\Σ}\hat{S}i*C_0(t^{\′}-\mathrm{iTs}+\frac{5}{2}\mathrm{Ts})$ 。其中，Ts表示一个符号周期。

由以上分析可知：

从数学表达式角度，基带信号y(t)是新调制矢量_i与延迟(5/2Ts)的成形滤波器CO(t)进行离散信号卷积得到。

请结合图2，从实现调制的角度，可将成形滤波器的滤波作用等效为：将新调制矢量_i通过一个传递函数h(t)＝CO(t)的线性系统，然后延迟(5/2Ts)，即实现了数学表达式的卷积运算。将协议中要求的成形滤波器的作用等效成一个线性系统的卷积过程。

基于以上分析结果，可用RAM系数滤波(又称RCF滤波，下同)实现增强数据率型GSM规定的八相移相键控调制。也就是将新调制矢量_i用RAM滤波器完成卷积功能，得到八相移相键控基带调制信号，其关键要考虑如下两点：

1、生成新调制矢量，直接从输入符号矢量得到新调制矢量。

2、采用RAM系数滤波器实现成形滤波CO(t)功能。

由于滤波实际上是一个卷积的过程，而RAM系数滤波器可自动完成卷积功能。因此，本发明的调制方法是将经过简单八相移相调制以及相位旋转后得到的新调制矢量存储在调制相位表格中，并根据三角函数规律对调制相位表格进行四倍压缩，码元输入后，通过查表和数据处理得到新调制矢量，然后，利用RAM系数滤波器完成成形滤波，最后输出被调制的基带调制信号(I/Q)。

请参阅图3所示，该方法进一步依次包括符号映射、查表地址产生、查调制相位表、RAM系数滤波后输出调制信号步骤。

所述的符号映射是使用一个格雷(GRAY)码映射并将二进制数字信号映射成为具有相同幅度、不同相位的符号矢量。

所述的查表地址产生是将经过符号映射所产生的符号矢量映射为符号地址。

所述的查调制相位表是指查找经四倍压缩的调制相位表，再将该调制相位表的输出根据压缩规律恢复数据得到一新调制矢量。

所述的RAM系数滤波是利用RAM系数滤波器对新调制矢量进行成形滤波并输出八相移相键控调制的同相和正交信号(I和Q)。

图4示意了利用本发明的调制方法后的得到的基带I和Q信号的矢量，该图说明了利用本发明的调制方法后得到的基带I和Q信号的矢量符合GSM05.04(V8.0.0)协议规定的要求。

请再参考图3所示，依照上述的调制方法，本发明的调制装置包括依次连接的码元输入单元、符号映射单元、查表地址产生单元、查调制相位表单元、以及RAM系数滤波器，其中，

符号映射单元对码元输入单元输入的信号完成符号映射功能；

查表地址产生单元将符号映射单元输出的符号矢量转换为符号地址，构成查调制相位表单元的查表地址；

查调制相位表单元用符号地址进行查表并进行数据处理，输出经过简单八相移相调制以及相位旋转后的新调制矢量；

RAM系数滤波器对新调制矢量进行成形滤波，输出经调制线性数字调制的同相和正交信号(I和Q)。

请继续参阅图5所示，所述的RAM系数滤波器中，包括二个数据存储单元(DMM，下同)、二个乘法器、二个累加器、一系数存储单元(CMM，下同)，

其中，二个数据存储单元用于存储新调制矢量的同相信号，另一个用于存储新调制矢量的正交信号；

系数存储单元用于存储成形滤波系数；

二个乘法器中，一个用于同相信号与系数存储单元中的成形滤波系数相乘，另一个用于正交信号与系数存储单元中的成形滤波系数相乘，并分别作为二个累加器的输入；

二个累加器中，一个对上述同相信号与成形滤波系数相乘后的乘积因子进行累加并输出调制后的同相信号，另一个对上述正交信号与成形滤波系数相乘后的乘积因子进行累加并输出调制后的正交信号。

根据上述的协议规定可知，增强数据率型GSM中的八相移相键控调制矢量只有16个有限的状态，只需一个小容量表格，存储这有限个数的调制信号状态。输入待调制的二进制数据直接通过查表，就可获得简单八相移相调制以及相位旋转后的新调制矢量。

图3实际上也给出了查找新调制矢量表的过程，查调制相位表输出的就是待滤波的新调制矢量，码元输入单元是一个随机的二进制数据发生器，该发生器可以是任何一种数字数据源，如语音编码器。

在图5中，数据存储单元存贮了前端输入待滤波的数据信号，这两路数据同时与系数存储器中的系数相乘，累加器将所有的乘积因子经过一定次数的累积相加后，输出的累加值就是八相移相键控调制信号的每个采样值。由此可见，RAM系数滤波器避免了在通常的卷积滤波过程中所需要的大量的乘法器和加法器等，极大地节省资源，实现成形滤波的过程，而且该滤波器的系数设计有很大的自由度，故选用RAM系数滤波器来实现八相移相键控调制中的成形滤波无疑是非常有利的。

经过仿真研究验证，采用本发明方法得到的八相移相键控调制数字信号满足增强数据率型GSM协议指标要求，其频谱特性如图6所示，曲线C表示增强数据率型GSM协议指标，曲线D为本发明的八相移相键控调制方法和装置所得到的信号频谱特性，纵坐标为功率谱密度，单位dB，横坐标为基带调制信号的频率偏移，单位KHz。

综上所述，本发明不仅用查表代替矢量信号调制运算，并压缩了表格内容，节省了系统资源；而且巧妙利用RCF滤波器结构，代替了卷积所要求的多个乘法器、加法器等，极大地节省了系统资源，并大大降低了实现复杂度和系统功耗，实现简便可靠，且信号准确度高，该方法具有以下优点：

1、以查表代替复数乘法运算，极大地降低了实现复杂度和系统功耗。

2、RAM系数滤波器的采用，实现成形滤波，大大节省了系统资源，而且极大地降低了系统功耗和复杂度。

3、大大降低了对系统资源的占用，增强了该方法的可实现性。

4、直接将简单调制和旋转运算后数据存储，没有定点乘法引入误差的环节，信号更精确。

5、可以根据用户的不同需求，方便地进行任何系数的滤波器的设计，该方法具有极大的灵活性，只要改动RCF滤波器系数值，可方便地实现其它线性调制。

6、本发明采用了全数字方式，保证了该方式得到的调制数据具有很高的准确性。

7、能适用于任何支持增强数据率型GSM的基站系统中。

最后请继续参阅图7所示，该图是本发明的调制装置的应用实例，图中，单元301是本发明的调制装置，单元302是具有内插和低通滤波功能的级联积分梳状滤波器(CIC)，单元303是数控振荡器(NCO)，它产生复数(两路正交)的数字中频振荡信号，单元304是正交幅度调制单元(QAM)，实现数字乘法功能，单元305是缓冲输出单元(OUT)，实现数据缓冲输出。

Claims (8)

1、一种八相移相键控调制方法，其特征在于：该方法将经过简单八相移相调制以及相位旋转后得到的新调制矢量存储在调制相位表格中，并根据三角函数规律对调制相位表格进行四倍压缩，码元输入后通过查表和数据处理得到新调制矢量，然后，利用RAM系数滤波器完成成形滤波，最后输出其调制信号。

2、如权利要求1所述的八相移相键控调制的方法，其特征在于：所述的方法进一步依次包括符号映射、查表地址产生、查调制相位表、RAM系数滤波后输出调制信号步骤。

3、如权利要求2所述的八相移相键控调制的方法，其特征在于：所述的符号映射是使用一个格雷(GRAY)码映射并将二进制数字信号映射成为具有相同幅度、不同相位的符号矢量。

4、如权利要求2所述的八相移相键控调制的方法，其特征在于：所述的查表地址产生是将经过符号映射所产生的符号矢量映射为符号地址。

5、如权利要求2所述的八相移相键控调制的方法，其特征在于：所述的查调制相位表是指查找经四倍压缩的调制相位表，再将该调制相位表的输出根据压缩规律恢复数据得到一新调制矢量。

6、如权利要求2所述的八相移相键控调制的方法，其特征在于：所述的RAM系数滤波是利用RAM系数滤波器对新调制矢量进行成形滤波并输出八相移相键控调制的同相和正交信号。

7、一种八相移相键控调制装置，其特征在于：该装置包括依次连接的码元输入单元、符号映射单元、查表地址产生单元、查调制相位表单元、以及RAM系数滤波器，其中，

符号映射单元对码元输入单元输入的信号完成符号映射功能；

查表地址产生单元将符号映射单元输出的符号矢量转换为符号地址，构成查调制相位表单元的查表地址；

查调制相位表单元用符号地址进行查表并进行数据处理，输出经过简单八相移相调制以及相位旋转的新调制矢量；

RAM系数滤波器对新调制矢量进行成形滤波，输出经线性数字调制的同相和正交信号。

8、如权利要求7所述的八相移相键控调制装置，其特征在于：所述的RAM系数滤波器包括二个数据存储单元、二个乘法器、二个累加器、一系数存储单元，

其中，二个数据存储单元中，一个用于存储新调制矢量的同相信号，另一个用于存储新调制矢量的正交信号；

系数存储单元用于存储成形滤波系数；

二个乘法器中，一个用于同相信号与系数存储单元中的成形滤波系数相乘，另一个用于正交信号与系数存储单元中的成形滤波系数相乘，并分别作为二个累加器的输入；

二个累加器中，一个对上述同相信号与成形滤波系数相乘后的乘积因子进行累加并输出调制后的同相信号，另一个对上述正交信号与成形滤波系数相乘后的乘积因子进行累加并输出调制后的正交信号。