CN1404238A - 通过直接和差分调制间的转换调制数据信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种对于要在通信系统的信道上发送的数据信号进行调制的方法和设备，其中，在给定的第一信号间隔将直接调制方案施加于数据信号。接着，确定控制标准，用于将数据信号的调制方案从直接调制方案转换为差分调制方案，和/或将数据信号的调制方案从差分调制方案转换为直接调制方案。在给定的第二信号间隔内，对数据信号施加差分调制方案。

Description

通过直接和差分调制间的转换 调制数据信号的方法和设备

                         技术领域

本发明涉及调制数据信号的方法和设备，具体来讲，涉及一种通过在直接和差分调制之间进行转换或者反向转换来调制数据信号的方法，该数据信号用于在通信系统的信道上发送，并且，本发明还涉及一种相应的用于调制的设备。

                          背景技术

在通信系统中，用于发送高数据率的普通方法是使用调制技术。包括几种技术，它们适于通信系统的具体特性。诸如ITU之类的标准化组织已经发布了用于调制的多种推荐标准，以达到高数据发送率。

通常，调制方案分类为直接或差分调制方案。直接调制(也称无记忆调制)指仅从实际输入将要发送的数据码元导入调制器而不预先考虑所发送的码元。为了解调这些码元，需要一些独立参考，例如导频码元或训练序列。直接调制方案的实例是BPSK，QPSK，PAM，ASK，PSK，QAM或它们的组合，这些方案已知诸如来自Proakis，John G.“Digital Communications”，4thedition，2001，McGraw-Hill，ISBN 0-07-118183或Xiong，Fuqin，“DigitalModulation Techniques”，2000，Artec House Inc.ISBN 0-89 006-970-0。

在差分调制方案中，已知为有记忆调制，从实际输入码元和以前发送的数据形成发送码元，例如DBPSK，DQPSK，DPSK，DQAM。该技术要求预先发送数据作为参考。

直接调制的一个优点是它抗噪声和抗干扰的稳定性。另一方面，对于衰落信道，差分调制有利。在直接调制中，一部分发送资源消耗在某种参考信号上，例如，导频码元。相反，由于它的参考是通信信号自身，差分调制不要求额外的参考信号。这就允许整个发送资源用于实际通信信号。当使用差分调制时，直接调制发送所要求的参考信号量可以减少或一起去除。可以使用省下的量，例如添加冗余度，例如可通过使用系统中的FEC(前向误差编码)来增加发送的整体性能。

当使用直接调制时，为了正确解调信号，需要传输信道的某种知识(knowledge)。然而，在某些条件下，当传输信道受到衰落或干扰时，例如在移动或卫星通信系统中，解调性能严重减低。这种情况下，使用差分调制就有利了，它要求较低的精度或不要求解调信道知识。另一方面，当信道知识可靠时，利于使用直接调制。

                             发明内容

本发明的目的是提供一种调制方法和设备，能对通信系统的每种条件都应用优选调制方案。

上述目的可以通过提供一种调制数据信号的方法来实现，该数据信号用于在通信系统的信道上发送，所述方法包括步骤：在给定的第一信号间隔内，对数据信号施加直接调制方案，确定一控制标准(control measure)，用于将数据信号的调制方案从直接调制方案转换为差分调制方案，和/或将数据信号的调制方案从差分调制方案转换为直接调制方案，以及，在给定的第二信号间隔内，对数据信号施加差分调制方案。

上述目的还可以通过提供一种调制数据信号的设备来实现，该数据信号将要通过通信系统中的信道发送，所述设备包括：第一调制器，用于在给定的第一信号间隔内，对数据信号施加直接调制方案，转换单元，用于将数据信号的调制方案从直接调制方案转换为差分调制方案，和/或将数据信号的调制方案从差分调制方案转换为直接调制方案，控制单元，用于根据确定的控制标准操作转换单元，以及，第二调制器，用于在给定的第二信号间隔内，对数据信号施加差分调制方案。

根据本发明的方法和设备，可以选择从性能的观点来看最适于提高例如所检测信道质量的条件的调制方案。按照相应控制标准来管理转换操作。这样，该方法选择直接或差分调制，从直接转换为差分和/或反之。当直接调制适于信道好的知识时，当未知载波相位时，差分调制好。

应用于转换调制方案的控制标准种类取决于通信系统中实际使用的方案。如何在通信系统中获得控制标准和其实现超出了本发明的范围。然而，作为优选方法，例如通过确定相位偏差或调制信号幅度来估算信道质量。或者，这两种标准都适当。

作为另一优选实施例，通过用预定阈值来比较相位和幅度偏差以获得控制标准。另一方面，阈值可以根据通信信道中的噪声和或干扰而动态变化。

根据有优势的实施例，调制方案的转换包括类似滞后现象行为来避免频繁的不必要转换。

                            附图说明

图1是例示了发送侧通信信号调制器的相关部分、传输信道和接收侧信号解调器的框图；

图2是表示用于8-PSK的范例性调制星座(constellation)；

图3是表示判断图2信号星座的界限和区域；

图4是说明直接和差分幅度调制之间转换的流程图；和

图5是说明直接和差分相位调制之间算法的流程图；

图6是组合的4-ASK/4-PSK调制星座的实例，已知为16-星QAM；

图7表示16-平方QAM的实例；和

图8表示滞后现象(hysteresis)的实例。

                       具体实施方式

参考图1，说明了部分与本发明有关的通信系统。详细地说，信号调制器100接收输入信号s(t)。转换单元150将输入信号转换为N个调制器120(其输出通常连接到输出端口130)中的一个。多个图示的调制器显示每个调制器应用不同的调制器方案。当然，本发明不必用多个调制器。而它也可以使用能改变应用于输入信号的调制方案的单个调制器。从信号调制器100的输出端口，数据信号以调制了的码元的形式通过信道200发送。信道构成了传输线(诸如窄带或宽带电缆)或者空中接口(移动或卫星通信系统的情况)。该信号经信道发送到接收侧，随后在信号解调器300中被解调。

信号解调器的结构超出了本发明的范围。对于本领域的技术人员而言信号解调器已知道用于上述各种调制方案。

最后，通过使用误差检测或所使用的发送功率测量的办法，通信系统提供用于通报信道质量的反馈环路(图1中示意性显示)。反馈信号由操作转换单元150的控制单元140来接收。按信道条件，通过将输入信号加到相应调制器，可以在接收机侧选择最适当的调制方案，以调制数据码元。

图2显示了用于8-PSK调制方案的信号空间图。从图可见，3位一组作为一个调制字，得到8个区分单元的调制字表。按图，调制字映射到相应复数码元。

如该星座所示，相邻信号点之间的角为 ，其中M为星座点的总数，在图中所示的实例中，M＝8。解调过程中，解调器提供最接近接收的信号点的码元作为输出。该规则广泛应用于减少码元误差率。

图3显示了码元周围的相应确定区域。术语“偏差”定义为信道上发生的幅度增益和相位偏移之间的偏差，另一方面，是指另一侧接收机中的各估算值。考虑到信道估算是唯一误差源的发送系统，超过

的信道相位估算误差导致误差解调。公式显示了相位估算误差的标志并不影响误差几率。因此，下面，假定不标记相位估算误差。

从上述结论，可以导出规则：当检测到超过 的信道相位估算误差时，调制方案应从直接调制变为差分调制。另一方面，当检测到的信道相位估算误差小于 时，应使用直接调制。

图4中描述了在直接和不同调制方案之间转换幅度调制的过程。通常，该过程类似于图5所示的那样，下文将做更详细的描述。

更具体地讲，在步骤400中，首先确定当前使用的是直接还是间接幅度调制。在使用间接幅度调制的情况下，确定幅度估算偏差ΔA(步骤410)，接下来，在步骤420比较偏差和阈值 。如果偏差比阈值大，就用转换操作430从直接转换到差分调制。

另一方面，如果确定的估算幅度比阈值

小(步骤440，450)，就从差分向直接调制进行相应转换。

另外，如果在直接幅度调制期间，偏差没到阈值或小于阈值，不完成转换，当用差分幅度调制时，比阈值大的偏差不导致转换操作。

可将该方法导至幅度调制技术，如ASK或PAM调制。这种情况下，考虑信道幅度估算误差

。由于幅度偏差的标志并不重要，假定没标记， $\tilde{A}=|\mathrm{amp}\mathrm{litude}\_\mathrm{deviation}|$ 。如果两个相邻点之间的距离定义为A，那么，幅度转换阈值应为

图5显示了选择直接或差分相位调制的过程。作为第一步骤500，确定当前使用直接或间接调制。在使用直接相位调制的情况下，在步骤510确定相位估算偏差△。在在步骤520确定的偏差超过阈值时，执行从直接调制向差分相位调制转换(步骤530)。

另一方面，在步骤520，如果相位估算偏差△小于阈值 ，就不必进行调制方案转换。

如果步骤500表明当前使用的是差分调制，在步骤540，确定相位估算偏差△，接着，在步骤550，与阈值

进行比较。如果相位估算偏差小于阈值，就在步骤560将进行差分到直接相位调制转换。如果偏差△大于阈值

就不必转换，保持差分相位调制方案。

本发明也可以用于结合幅度和相位调制。如果调制码元的幅度部分独立于相位部分，那么，可以访问每个部分，独立地进行调制模式转换，如上参考图4和5所述。例如，本发明可以用于通信系统，用ASK调制2位，用PSK调制另外2位。所有的4位共同映射到一个码元上，见图6，其中2位指幅度电平，2位指相位电平。当幅度偏差比幅度阈值高而相位偏差比相位阈值低时，可以使用于直接相位调制结合差分相位调制。

当幅度和相位不单独构成调制码元时，如平方(square)QAM，见图7，对于转换准则，要求幅度和相位估算误差，然后在直接QAM和差分QAM之间转换。

通常，建议选择对于直接调制稳妥的阈值电平，由于它更能抗噪声。换句话说，应只在相位和幅度偏差同时超过各自阈值时转换到差分调制。不必固定幅度和相位阈值，但取决于应用本发明的通信，可以在预定范围内选择优选阈值。

对于相位调制，在假设两个星座点之间的最大相位差是_max时，可以选择相位阈值间隔为

其中，M指星座点的总数。对于幅度调制，在假设两个星座点之间的最大幅度差为A_max时，幅度阈值间隔为 $\tilde{A}\∈[0;\frac{A_{\mathrm{MAX}}}{M-1}]$ 。

这些间隔是从这一事实产生的，即控制标准自身是被测的和被估算的质量，即它自己也有测量误差。

和

也可以在该系统中动态确定。例如，它们可以取决于噪声和干扰的量。由于已知差分调制对噪声更敏感，对在高噪声影响时将阈值增高为更高值有意义，即，对相对高的偏差进行转换。

还想减少类似滞后现象的转换行为，如图8所示。这意味着用于从直接到差分调制转换的阈值(例如 和

)不必与从差分到直接调制的转换阈值(例如

和 )相同。

由于转换处理次数可以很高，所以在想要让通信系统在直接或差分调制中休息一段时间时应用滞后现象。另外，在噪声和快速变化条件下确定偏差可以出错。因而，它可益于引入滞后现象以减小错误转换的可能性。

最后，当直接调制和差分调制不遵循同一方法时尤其适用滞后转换，例如直接8-PSK和差分16-PSK。而且，如上所述，每个阈值可以在间隔中或动态确定。

也应注意，图中只描述了理论行为。实施中，可能进行一些变化。例如，即使在考虑当前使用的模式为直接或间接时，也可以确定偏差。

本发明理论上涉及各种调制方法。然而，为了描述，只显示了8-PSK调制的详细解决方案。无论如何，当遵循所描述的阈值偏差时，为其它调制发现适当的阈值只是小量的工作。

Claims (12)

1.一种调制数据信号的方法，该数据信号用于在通信系统的信道上发送，所述方法包括步骤：

在给定的第一信号间隔内，对数据信号施加直接调制方案，

确定一控制标准，用于将数据信号的调制方案从直接调制方案转换为差分调制方案，和/或将数据信号的调制方案从差分调制方案转换为直接调制方案，和

在给定的第二信号间隔内，对数据信号施加差分调制方案。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，直接调制方案是BPSK，QPSK，PAM，ASK，PSK和QAM中的一种或它们的组合。

3.根据权利要求1的方法，其中，差分调制方案是DBPSK，DQPSK，DPSK和DQAM中的一种或它们的组合。

4.根据权利要求1-3中任意一个权利要求所述的方法，其中，控制标准是估算信道质量。

5.根据权利要求1-4中任意一个权利要求所述的方法，其中，控制标准是接收的调制码元的相位或幅度的偏差，或相位和幅度偏差的组合。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过比较接收的调制码元的相位或幅度偏差与一相应的阈值来获得所述控制标准。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述阈值是在通信系统中动态确定的，最好是根据信道噪声和/或干扰来确定。

8.根据权利要求1-7中任意一个权利要求所述的方法，其中，调制方案的转换包括类似滞后现象行为。

9.一种调制数据信号的设备，该数据信号将要通过通信系统中的信道发送，所述设备包括：

第一调制器(120)，用于在给定的第一信号间隔内，对数据信号施加直接调制方案，

转换单元(150)，用于将数据信号的调制方案从直接调制方案转换为差分调制方案，和/或将数据信号的调制方案从差分调制方案转换为直接调制方案，

控制单元(140)，用于根据确定的控制标准操作转换单元(150)，和

第二调制器(120)，用于在给定的第二信号间隔内，对数据信号施加差分调制方案。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述控制单元(140)估算通信系统的信道质量。

11.根据权利要求10的设备，其中，控制单元(140)包括一比较器，用于比较接收的调制码元的相位或幅度与一相应的阈值。

12.根据权利要求9-11中任意一个权利要求所述的设备，其中，控制单元(140)包括用于存储操作转换单元(150)的低和高阈值的装置，用来以类似滞后现象行为转换调制方案。

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