CN1951025A - 使用基带载波注入的蜂窝通信系统及相关方法 - Google Patents

使用基带载波注入的蜂窝通信系统及相关方法 Download PDF

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CN1951025A CNA2005800148883A CN200580014888A CN1951025A CN 1951025 A CN1951025 A CN 1951025A CN A2005800148883 A CNA2005800148883 A CN A2005800148883A CN 200580014888 A CN200580014888 A CN 200580014888A CN 1951025 A CN1951025 A CN 1951025A
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Abstract

蜂窝通信系统(20)可以包括一个或者多个蜂窝基站(21)和与之进行通信的多个移动蜂窝通信设备(22)。更具体地，蜂窝基站(21)和移动蜂窝通信设备(22)分别可以包括用于产生信息信号的编码器(23)。此外，调制器(25)可以基于信息信号、具有与之相关联的频率和相位的载波信号、和至少一个载波相位基准符号产生调制波形。所述调制器(25)还可以包括偏置电路(24)，使得调制波形包括载频指示符。为了将调制波形发射到所希望的蜂窝基站(21)或者移动蜂窝通信设备(22)，还可以包括发射器(40)。

Description

使用基带载波注入的 蜂窝通信系统及相关方法
发明背景
蜂窝通信系统持续不断普及并已成为个人和商业通信的整体部分。蜂窝电话使得用户可以在他们到达的大多数任何地方发出和接收语音呼叫。此外，随着蜂窝电话技术的提高，蜂窝设备的功能性也相应提高。例如，许多蜂窝设备目前融合了诸如日历、地址簿、任务列表等的个人数字助理(PDA)特征。此外，这些多功能设备可能还使得用户可以经由蜂窝网络无线地访问电子邮件(email)消息和因特网。
针对蜂窝通信系统已开发出各种蜂窝通信标准。较为重要的标准之一是针对数字蜂窝系统的全球移动通信系统(GSM)。为了更加容易地适应诸如电子邮件、因特网、视频等新业务，GSM蜂窝系统正逐渐向着第三代(3G)技术靠拢。通用分组无线业务(GPRS)是在向3G演进过程中的一个重要进步。对于终端用户的移动蜂窝通信设备，GPRS允许永久的数据连接和免费信息流。GPRS还提供了更加先进的记帐和计费系统。也就是说，GPRS使得可以基于用户将要访问的业务而非简单地根据连接持续时间来进行计费。
在向3G演进过程中的另一个进步是全球演进的增强型数据率(EDGE)。EDGE可以使数据速率高达384kbit/s，因此利用快速连接设置和比传统GSM技术更高的带宽来充分地利用GPRS的优点。
在向着GPRS和EDGE演进的过程中的一个潜在的困难是，某些GSM系统也许并未被设置来提供这些业务所必需的低误码率(BER)性能。以低BER实现高数据速率可能在某些情况下需要增加大量的基站，这对蜂窝服务提供商来说将导致高额成本。
另外，蜂窝通信通常在遇到严重衰落(即瑞利衰落)的环境中进行，这易引起脉冲比特误差。许多当前的GSM/GPRS实现方案是针对语音业务而设计的，就衰落和脉冲比特误差来说，与其他业务相比，当前的设计可能较为粗略(forgiving)。也就是说，数据业务通常需要改进的误差性能，这可能会导致较低的数据速率和/或增加的重传次数。因此，吞吐量减少了，对于蜂窝服务提供商来说这造成了更高的成本。
在标题为″An analysis of Pilot Symbol Assisted Modulation forRayleigh Fading Channels″(by Carvers，IEEE Transaction onVehicular Technology，vol.40，no.4，Nov.1991)的文章中，广泛地讨论了一种解决瑞利(Rayleigh)衰落影响的方法。Carvers讨论了使用引导符号辅助调制(PSAM)，来减轻在移动通信应用中的快衰落的影响。针对PSAM，发射机周期性地插入已知符号，接收机从该已知符号中导出其振幅和相位基准。当PSAM减少有效比特率并在接收机处引入延迟(需要额外的缓冲间隔)时，Carvers注意到PSAM也有利地抑制了错误底限(error floor)，并且使得在不改变发射脉冲形状或者峰均功率比的情况下，能够进行多级调制。
在利用现有GSM或者其他蜂窝系统实现新的业务和功能性时，尽管已有了现有技术中的方法，但希望可以有进一步的改进。
发明内容
鉴于上述背景，因而本发明的一个目的是提供在蜂窝通信系统中的改进的误差性能信号特性跟踪及相关的方法。本发明的另一个目的是保持与现有蜂窝标准基站和移动通信设备的兼容性及互操作性。
由可以包括至少一个蜂窝基站和与其进行通信的多个移动蜂窝通信设备在内的蜂窝通信系统提供根据本发明的这些和其他目的、特征和优点。更具体地，所述至少一个蜂窝基站和移动蜂窝通信设备可能分别包括用于产生信息信号的编码器。还可以包括调制器，其基于信息信号、具有与其相关的频率和相位的载波信号和至少一个载波相位基准符号产生调制波形。所述调制器可以包括偏置电路，使得调制波形包括载频指示符。另外，还可以包括发射机来发射所述调制波形。
借助例子，所述偏置电路可以偏置信息信号，而且载频指示符可以基于所述信息信号的偏置。载频指示符可以是预定量的未调制载波能量(即载波“泄漏”)。更具体地，信息信号可以是二进制数字信息信号，偏置电路可以通过改变二进制数字信息信号的值(即从逻辑1到逻辑0，反之亦然)来偏置二进制数字信息信号。也就是说，为了对信息信号进行偏置以在发射信号中创建载波泄漏(其提供针对接收机的载频指示符)，偏置电路优选地在二进制信息序列中的1和0之间创建一种不平衡。
此外，偏置电路可以基于二进制数字信息信号中第一与第二逻辑值的比值来改变二进制数字信息信号的值。例如，偏置电路可以确定信息序列是否具有比逻辑0更多的逻辑1，反之亦然，或者确定在1和0之间是否基本平衡。如果基本平衡，那么偏置电路利用1来改写0(反之亦然)，以使1和0的比率不再是1比1。
相反，在针对蜂窝系统的公知的现有调制器中，对信息中逻辑1和逻辑0的比率仔细地进行平衡(即1比1的比率)，以便抑制所述载波。在这种现有的调制器中，载波泄漏被认为对系统操作是不利的。然而根据本发明，有意要通过由偏置电路强加的逻辑值的“不平衡”来引起载波泄漏，以便将少量未调制载波能量作为载频指示符注入到调制波形中，这仍然没有违反可应用的蜂窝标准。例如，这有利地使接收机能够更加容易地以较低的信噪比、或者通过使用不太复杂的电路来恢复载频。
偏置电路还可以将信息信号分离为同相(I)和正交(Q)分量。基于此，使偏置电路偏置信息信号的一种另选方法是利用直流(DC)偏置对I和Q分量其中之一或者二者进行偏置。
移动蜂窝通信设备和所述至少一个基站中的每一个可以进一步包括：用于接收调制波形的前端；以及载波重构器，用于基于所述至少一个相位基准符号确定与接收调制波形相关联的载波信号的相位，并且用于基于载频指示符确定载波信号的频率。还可以包括解调器来基于确定的载波信号的相位和频率解调信息信号，以及解码器来解码所述解调信息信号。
此外，所述至少一个相位基准符号可以是多个。基于此，载波重构器可以包括用于使多个相位基准符号关联的相位符号相关器。借助于示例，调制波形可以包括修整符号部分，并且偏置电路可以将所述至少一个相位基准符号插入修整符号部分中。类似地，调制波形可以包括一个或者多个保护频带(guard band)部分和/或数据符号部分，并且偏置电路可以将所述至少一个相位基准符号插入该保护频带和/或数据符号部分中。如上所述，偏置电路可以类似地改变在修整符号部分、保护频带部分和/或数据符号部分中的二进制数字信息信号的值，以提供载频指示符。
例如，调制器可以是高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制器。同样，所述至少一个蜂窝基站和移动蜂窝通信设备可以根据全球移动通信系统(GSM)标准、通用分组无线业务(GPRS)标准和全球演进的增强型数据率(EDGE)标准中的一个或者多个进行操作。此外，所述编码器例如可以是前向纠错(FEC)编码器。
本发明的方法是在移动蜂窝通信设备和蜂窝基站之间进行通信。所述方法可以包括产生信息信号，以及基于该信息信号、具有与之相关联的频率和相位的载波信号、和至少一个载波相位基准符号产生调制波形。可以使用包括偏置电路的调制器产生调制波形，使得调制波形包括载频指示符。该方法还可以包括发射调制波形。
本发明的另一种方法是在移动蜂窝通信设备和蜂窝基站之间进行通信。该方法可以包括接收基于信息信号、具有与之相关联的频率和相位的载波信号、和至少一个载波相位基准符号产生的调制波形，其中所述调制波形具有与之相关联的载频指示符。该方法还可以包括基于所述至少一个相位基准符号确定载波信号的相位，基于载频指示符确定载波信号的频率，以及基于载波信号的所确定的相位和频率解调所述信息信号。
附图说明
图1是根据本发明的蜂窝通信系统的示意框图。
图2是进一步示出了图1的蜂窝通信系统的发射电路的示意框图。
图3是进一步示出了图1的蜂窝通信系统的接收电路的示意框图。
图4-6是示出了针对图1的蜂窝通信系统的GSM方案的波形符号(包括相位基准符号)的波形图。
图7-8是示出了根据本发明的蜂窝通信方法的流程图。
图9是示出了图1的偏置电路的另选实施例的示意框图。
图10是图2的调制器的另选实施例的示意框图。
图11是示出了根据现有技术中的QPSK波形的曲线图。
图12是示出了根据本发明的用于提供载频指示符的QPSK波形偏置的曲线图。
图13是示出了根据本发明的恒定包络(constant envelope)波形的曲线图。
具体实施方式
下文将参考其中示出了本发明优选实施例的附图更加全面地描述本发明。然而，可以将本发明实施为多种不同的形式，而且不应当将其解释为限制于这里所阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使得本公开内容充分和彻底，同时全面地向所属技术领域的技术人员传达本发明的范围。全文中同样的数字涉及同样的元件，而且首次出现的多个符号用于表示在另选实施例中的类似元件。
首先参照图1-6，根据本发明的蜂窝通信系统20示例性地包括一个或者多个蜂窝基站21和与之进行通信的多个移动蜂窝通信设备22a-22n。更具体地，蜂窝基站21和移动蜂窝通信设备22分别包括各自的发射和接收电路，其使得移动蜂窝通信设备可以将蜂窝通信信号发送到蜂窝基站，并且可以从蜂窝基站接收蜂窝通信信号，反之亦然。正如所属技术领域的技术人员所理解地，例如，移动无线通信设备22可以是提供除蜂窝语音功能之外的个人数字助理(PDA)特性(例如日历、联系方式等)以及电子邮件(email)、因特网、图像和其他特性的蜂窝电话或者多功能设备。
如上所述，蜂窝电话信道倾向于受瑞利衰落影响。瑞利衰落会引起信号幅度和相位的非常快速的波动。从而，在这种类型衰落普及的环境中通常避免使用相干调制技术，代之使用不同的调制。然而，不能使用相干解调技术使得可实现的性能降低，即使是在通信链路中使用诸如turbo码这样的相当强大的前向纠错(FEC)技术时。
正如所属技术领域的技术人员理解的，在蜂窝应用中衰落通常是由多径传输和阻塞引起的。当然，衰落并非蜂窝通信所独有，在诸如基于卫星的通信的其他应用中也可能是一个问题。在Cobb等人的美国专利No.6,606,357中公开了一种用于解决在卫星通信中由衰落带来的问题的特别有利的方法，其已转让给本申请的受让人，并在此以引用的方式将其全部内容并入。总体来说，Cobb等人公开了一种可以便于在接收机处检测和恢复载波的基于载波注入波形的调制方法。
本发明将上述Cobb等人的调制方法的优点扩展到蜂窝通信系统。特别是，本发明特别适合于GSM/GPRS/EDGE应用。也就是说，本发明可以用于提高现有GSM系统的性能，使得可以在不进行重大网络改变的情况下更加容易地实现GPRS和/或EDGE业务。因此为了方便说明，这里将参照这种实施方案来描述本发明，尽管还可以利用其他的蜂窝标准或者系统来使用该实施方案。
正如根据下面的描述所进一步理解的，本发明使得蜂窝服务提供商可以更加容易地实现GPRS和/或EDGE业务。因此，服务提供商能够有利地延迟3G的首次展示，3G的首次展示很可能需要大规模地取代基站基础设施并且需要获取新的通信执照，这二者的成本可能非常高。
基站21和移动蜂窝通信设备22分别包括使得基站可以与移动蜂窝通信设备进行通信或者移动蜂窝通信设备可以与基站进行通信的各自的发射和接收电路。在移动蜂窝通信设备22a中示出了发射电路，并且在基站21中示出了接收电路，用以举例说明从前者到后者的传输。然而，为了清楚起见，没有示出每个移动蜂窝通信设备22和基站21的各自的发射和接收电路。
更具体地，例如发射电路示例性地包括编码器23，其用于根据诸如语音和/或数据(例如文本、图像等)信号这样的信息生成信息信号。例如，编码器23可以执行FEC编码随后执行交织操作以生成信息信号。例如，如下面将进一步讨论的，尽管典型地GSM系统可能不必提供诸如turbo码这样的增强型FEC方案，但可以根据针对EDGE实施方案的本发明来使用这样的方案。
在GSM实施方案的情况下，标准发射脉冲将包括两个保护频带部分(GB)，它们分别包括在脉冲的开头和结尾处的三个保护频带符号31(图4)。此外，在脉冲的中间包括有修整符号部分，所述脉冲具有26个修整符号32，而且修整符号部分位于信令符号33紧前面和紧后面。此外，标准GSM脉冲还包括两个信息或者数据符号部分，其中的每一个都包括57个数据符号34。正如所示出的，其中一个数据符号部分位于修整符号部分之前，而另一个位于修整符号部分之后。应当注意，仅仅出于简明的目的，在图4-6中，在保护频带部分、数据符号部分以及修整/信令符号部分之间示出了间隔。在实际的发射中，通常在不同的符号部分之间并不存在发射延迟。
发射电路还示例性地包括调制器25，如下面将要进一步讨论的，该调制器25基于来自编码器23的信息信号、载波信号以及一个或者多个相位基准符号来产生调制波形。根据本发明，调制器25示例性地包括偏置电路24，使得调制波形包括载频指示符，正如下面将进一步描述的。
在图2中所示的针对GSM实施方案的示例性实施例中，调制器25是高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制器。然而，本领域的技术人员应当理解，根据本发明，针对其他蜂窝标准可以使用其他的调制器，诸如在EDGE情形中的8PSK调制器。GPSK调制器25示例性地包括位于偏置电路24下游的高斯相位整形滤波器29，其对偏置电路的输出进行积分，并且将高斯频率脉冲整形应用到其中。
余弦(COS)和正弦(SIN)函数块90、91位于高斯相位整形滤波器29的下游，并且分别产生滤波信息信号的同相(I)和正交(Q)分量dI和dQ。来自余弦和正弦函数块90、91的I和Q输出分别通过混频器26、27与载波信号相组合，其输出被加法器28所累加，并被提供给与相关天线41协作的发射机40，以便将调制波形发送到接收电路。
一般来说，偏置电路24通过在信息序列中创建逻辑1与0的比率的不平衡来偏置信息信号。这种不平衡使得预定量的载波能量被“注入”到频谱波形中，看起来是在所希望的载频上的尖峰信号。另选地，载频指示符是预定量的未调制载波能量(即载波“泄漏”)，通过偏置电路24将该能量有意地注入到调制波形中。因此，在接收机的载波恢复路径中不需要基于非线性的载波再生电路的情况下(如通常的现有技术设备)，由于不平衡而注入的频率便于在接收机处进行载波的检测和恢复。基于此，接收电路能够在信噪比较低的情况下检测和恢复载波。
如上所述，由FEC编码器23产生的信息信号是二进制数字信息信号。偏置电路24改变信息信号的值(即从逻辑1到逻辑0，反之亦然)以创建不平衡。也就是说，偏置电路24确定信息序列是否具有比逻辑0更多的逻辑1，反之亦然，或者实际上1和0是平衡的。如果实际上平衡，则偏置电路24利用1来重写0(反之亦然)，以使得1与0的比率不再是1比1。
一般来说，逻辑1与逻辑0的比率越不平衡，将要注入到调制波形中的未调制载波能量的量就越大。当然，逻辑1与逻辑0的比值要改变的量将基于给定的应用而变化。例如，对1和0的重写会在信息信号中引入错误。可忍受的错误量将取决于正在使用的纠错的类型。此外，对所述比率改变的太多可能会导致不可接受的信号损失量，而且还会违反可应用的蜂窝标准。
因此，优选地是所述不平衡尽可能的小，以便针对接收端提供合适的检测。针对GSM波形，逻辑1和逻辑0的比率可能仅需要很少的比特不平衡(或者更少)，以提供合适的可检测载波基准指示符。相反，在针对蜂窝系统的公知的现有调制器中，对信息信号中逻辑1和逻辑0的比率小心地进行平衡(即1比1的比率)，以便抑制所述载波。
正如本领域技术人员所理解的，偏置电路24还可以将调制波形格式化为适用于在给定实施方案中使用的特定发射类型的多个符号。例如，偏置电路24可以根据所建立的蜂窝标准(例如GSM)插入修整符号部分或者序列。结果是输入序列信号，该输入序列信号包括被偏置的信息信号以及根据针对特定蜂窝系统应用的标准而格式化的任何可应用的基准符号和/或修整符号。
另外，偏置电路24还优选地基于载波信号的相位将一个或者多个相位基准符号35(为了方便参考，在图4-6中的黑实心框中示出)插入到调制波形中。也就是说，相位基准符号为接收电路指明了载波信号的初始相位，以便能够修正在传输期间由衰落引起的相差，下面将进一步进行讨论。
在图4例示的示例中，相位符号35被包括在波形的修整符号部分中。由于修整符号被预先确定，所以接收电路预先知道与所接收的相位基准符号35对应的相位。然而，在其他实施例中，相位基准符号35可以位于任何位置。例如，相位基准符号35′可以被放置在保护频带部分中(图5)。此外，如图6所示，相位基准符号35″可以被放置在数据符号部分中。
分配相位基准符号有利地提供了增强型的相位跟踪。此外，尽管这会在波形内发射的信息中引入蓄意错误，但还可以提供增强型的相位跟踪，而且由于FEC的原因，可以容忍一定量的错误。在其他实施例中，相位基准符号35可以被放置在多于一个的上述符号部分中。
应当注意，正如本领域的技术人员所理解的，相位基准符号35优选地为与正在使用的特定蜂窝标准兼容的形式，从而能够通过为所述标准设计的典型蜂窝接收机来读取。另外，又如本领域的技术人员所理解的，多个相位基准符号35可以一个接一个地连续放置，而且还可以使用相位基准符号的不同间隔(包括不对称的间隔)。
偏置电路24可以重写逻辑1或者逻辑0，以便以针对相位基准符号所描述的相同的方式来提供载频指示符。即，在一个实施例中，偏置电路24对在数据符号部分(而不是修整符号部分)中的随机选择的或者预定的位置处的一个或者多个比特进行重写，以创建所希望的逻辑1和逻辑0的比率。在另一个实施例中，偏置电路24重写修整符号部分中的一个或者多个比特。在又一个实施例中，偏置电路24可以重写在保护频带部分中的符号，而不是重写数据或者修整比特，以便对1和0的数量进行不平衡。当然，可以在多于一个的不同GSM波形部分中重写符号。
现在将参照图9来描述用于提供载频指示符的再一个实施例。在该实施例中，如上所述，偏置电路24′包括用于将相位基准符号35添加到信息信号的加法器95′。然而，除了使用余弦和正弦函数块90、91来产生I和Q分量dI和dQ之外，替代地，可以使用偏置电路24′中的多路分解器(DEMUX)96′来完成。
此外，除了如上所述对信息序列中的逻辑1和逻辑0的比率进行不平衡之外，替代地，偏置电路24′包括用于偏置分量dI和dQ其中之一(或者二者)的DC偏置电路97′，以使得表示数据“1”的幅度偏移的绝对值不同于表示数据“0”的幅度偏移的绝对值。在示例性的实施例中，通过常数DC值k对dI分量进行偏置。正如本领域的技术人员所理解的，这种方法类似于将未调制的载波能量(即泄漏)引入到调制波形来提供载频指示符。应当注意，DC偏置k可以采用不同的形式，即可以使用中断的DC偏置(chopped DC offset)等来完成。有关通过载波泄漏执行不平衡以引起载波注入的更加详细的内容及其优点可以在上述的Cobb等人的专利中找到。
正如图2所示，用于提供载频指示符的其他相关方法是使用余弦和正弦函数块90、91将信息信号分离为I和Q分量，但是将DC偏置电路97′放置在余弦处理器90和混频器26之间(和/或正弦处理器91和混频器27之间)。正如本领域技术人员所理解的，与上述其他方法一样，在任一情形下的最终结果是将未调制的载波能量注入到调制波形中，以提供载频指示符。当然，除了这里所述偏置电路之外的其他合适的偏置电路24的设置也可以用于提供载频指示符。
现在返回来看接收电路，基站21还包括一个或者多个天线42(以天线塔示例性地示出)和用于接收调制波形的前端43。更具体地，正如本领域的技术人员所理解的，前端23示例性地包括(图3)用于滤波接收波形的匹配滤波器44，尽管还可以使用其他合适的滤波器。
前端43还示例性地包括位于RRC滤波器44下游的初始获取块45，其用于获取接收信号并且将获取的信号传递到其余的部件。同样位于RRC滤波器下游的比特/帧定时块46基于接收信号产生系统定时信号。相位去旋转器(phase de-rotator)47从比特/帧定时块46接收系统定时信号，同时该相位去旋转器的输出连同RRC滤波器44的输出作为输入提供给混频器48。通过多路分解器49基于系统定时信号对混频器48的输出进行信号分解。
多路分解器49的输出分别连接到载波重构器50和解调器51。载波重构器50在不需要借助于诸如提高信号(包括噪声)功率这样的非线性操作(在现有技术的接收机中通常是必需的)的情况下，就得出载波的本地估计。在这种情况下，载波重构器50采用通过发射电路注入的载频指示符和相位基准符号、使用线性操作来重构载波。这具有避免非线性操作的噪声增加影响的优点，并且使得接收机能够以比需要非线性操作的情况下可能的信噪比更低的信噪比来重构载波。参见上述Cobb等人的专利以得到关于这种影响的更加详细的描述。
更具体地，载波重构器50示例性地包括连接到多路分解器49的第一输出的相位符号相关器52，和在相位符号相关器下游的相位/频率估计器53。相位符号相关器52执行所接收的相位基准符号35加上噪声与本地相位符号的复数相乘。这种相乘得到了复数乘积，r(t)，包括噪声，其相位可如下来测量：
Figure A20058001488800141
其中要考虑象限。正如本领域的技术人员所理解的，在高偏置频率处，还需要考虑相位缠绕(phase″wrapping″)的可能性。
如本领域技术人员所理解的，根据相位符号相关器52的输出和在接收波形的I和Q分量中给出的载频指示符(即未调制载波能量的预定量)，相位/频率估计器53确定(即估计)载波信号的初始相位和频率。例如，相位/频率估计器53可以包括锁相环，如在上述Cobb等人的专利中所进一步讨论的。
可以使用多种方法来基于相位基准符号35估计相位。一种方法是使用平均估计，即测量给定GSM脉冲中给出的相位基准符号35的平均相位。一般来说，如本领域技术人员所理解的，可以分别对相关相位基准符号35的实部和虚部进行求和并且对虚部和的符号进行倒置来实现。
另外一种方法是使用端到端的方法，其中通过如下的线来表示相位，其中第一个和最后一个基准符号定义该线的端点。更具体地，使用该方法对各帧中的第一个和最后一个基准符号进行采样，并且对各个相位基准符号的实部和虚部进行求和，确定最终得到的和的相位。对该帧的相位变化进行计算并将其转换成每个符号的相位变化。基于初始相位和每个符号的相位变化，计算各个符号的相位。正如本领域的技术人员所理解的，针对每个符号的各个相位的虚部及其实部提供了用于解调所述符号的载波基准。
类似地，可以用线来表示相位，其中所述线的斜率适合于相位基准符号的最小均方误差。基于此，对脉冲中的所有相位基准符号35进行采样并确定各个符号的相位。使用最小均方算法来导出通过这些点的最佳直线的偏移和斜率。使用该线的方程，为各个符号计算相位估计。再者，针对各个符号的相位的虚部及其对应的实部提供用于解码该符号的载波基准。
正如本领域技术人员所理解的，还可以使用其他合适的相位估计方法。正如本领域技术人员所理解的，对于给定的实施方案来说，要使用的特定方法取决于如下一些因素，诸如在脉冲中的相位基准符号35的数量及其位置、能够容忍的误码率(BER)的量、所需的相位精确度等等。
解调器51(例如GMSK解调器)基于由相位/频率估计器53确定的载波信号的相位和频率，对信息信号的I和Q分量进行解调，以便在接收波形的数据部分中创建比特的“软判决”估计。本领域的技术人员将理解，软判决包括与该比特判决的置信度测量相结合的数据比特的初步估计。另外，又如本领域的技术人员所理解的，解调器51可以包括用于补偿无线电信道的影响的均衡器(未示出)。本领域技术人员还将理解，在如下情况下通过针对蜂窝系统、GPS和GPRS的波形标准来确定在该实施例中的GMSK调制器的使用，其中接收机旨在进行操作，解调器51可以采取针对在合适的蜂窝系统标准中提供的其他调制格式(例如QPSK，8PSK，QAM)的其他形式。
正如本领域的技术人员所理解的，解码器54(例如FEC解码器)位于解调器51的下游，并且基于解调的I和Q分量dI和dQ来再生信息。又如本领域的技术人员所理解的，解码器54可以与纠错解码相继地执行去交织操作。
应当注意可以多种形式实现上述部件。例如，正如本领域技术人员所理解的，在某些实施例中，可以电子电路来实现这些部件，而在其他一些实施例中，可以使用处理器(例如数字信号处理器(DSP))和软件来实现这些部件。
现在参照图7和图8来描述本发明的方法，即在移动蜂窝通信设备22a和蜂窝基站21之间的通信。从框70开始，在框71处产生信息信号，并且在框72处，基于信息信号、载波信号和至少一个相位基准符号产生调制波形，以使其包括载频指示符，如上所述。该方法还包括在框73处，将调制波形发射到蜂窝基站21，从而结束该示例性方法(框74)。
从框80开始，在框81处移动蜂窝通信设备22或者基站21接收调制波形，基于其中的相位基准符号确定载波信号的相位，并且基于载频指示符确定载波信号的频率(框82)，如上所述。另外，基于确定的载波信号的相位和频率解调信息信号(框83)，从而结束该示例性方法(框84)。
因此，基于上面的描述将理解本发明提供的多种优点。例如，可以对解调器51的锁定范围进行扩展，以便以非常低的信噪比提供改进的链路获取。此外，本发明使得蜂窝系统20能够采用得益于以这些低信噪比进行纠错。另外，本发明使得诸如EDGE这样的业务能够更加充分地实现与更强大的纠错码(诸如turbo码)相关联的改进型编码增益的优点。最后，本发明使得所述波形能够与所建立的蜂窝标准相一致，以便没有结合本发明的传统基站和移动设备可以与结合了本发明的基站和移动设备交互操作，尽管没有获取本发明的优点。
示例
现在将参照通过图10-13而描述的示例来进一步理解上面的内容。该示例针对MSK调制配置。这种设计特别适用于GSM/GPRS系统，其使用GMSK调制，而且在使用GMSK和8PSK的EDGE系统中也是有用的。在该示例中描述的调制器具有保持信号的恒定包络属性的更多优点，其提供了改善功率效率的机会。这对在诸如蜂窝通信系统中使用电池工作的移动通信设备尤其重要。
如上所述，根据本发明，将预定量的未调制载波能量加到标准调制波形，以提供载频指示符。更具体地，通过操作基带信号来创建少量的载波泄漏(下文中称为“载波注入”)。这为设计效率的提高提供了可能，并且为调整(tailoring)信号以保持诸如恒定包络线或者低带外辐射这样的所希望的特性提供了机会。然而，如上所述，如果需要的话，这在调制处理期间也是可以完成的。
恒定包络相位调制信号的一般形式为：
x(t)＝Acos(ωt+φ(t))，                           (1)
其中A是常数，φ(t)是携带信息的相位调制。利用载波注入，将该信号修正为：
s(t)＝Acos(ωt+φ(t))+Bcos(ωt+θ).               (2)
然而，该信号并不保持恒定包络。优选地是寻找一种具备载波项和恒定包络的另选公式。为了完成该任务，以带通形式将等式(1)重写为如下形式是容易的：
x(t)＝cos(φ(t))cos(ωt)-sin(φ(t))sin(ωt)，          (3)
其中为了简明起见，假定A＝1。此外，还可以将等式(2)重写为如下形式：
s(t)＝[cos(φ(t))+b]cos(ωt)-[sin(φ(t))+b]sin(ωt).   (4)
在等式(4)中，b，B和θ可任意选择。
如上所述，等式(4)并没有显示出恒定包络。然而，建议下面的基本形式：
s(t)＝[cos(φ(t))+f1(φ(t))+c]cos(ωt)-
      [sin(φ(t))+f2(φ(t))+c]sin(ωt).                (5)
在等式(5)中，选择补偿函数f1(φ(t))和f2(φ(t))以确保恒定包络，另外偏置常数c提供载波注入。本领域的技术人员应当理解，针对这些函数和常数存在多种可能的选择。然而，因为希望平衡调制的作用，所以下面的形式是合理的选择：
s(t)＝[cos(φ(t))+f(φ(t))sin(φ(t))+c]cos(ωt)-[sin(φ(t))-
      f(φ(t))cos(φ(t))+c]sin(ωt).                   (6)
为了确定函数f(φ(t))，等式(5)的平方包络(envelope squared)确定为如下形式：
/s(t)/2＝[cos(φ(t))+f(φ(t))sin(φ(t))+c]2+
      [sin(φ(t))-f(φ(t))cos(φ(t))+c]2＝K，          (7)
其中K是常数。扩展该表达式并应用二次公式来生成针对f(φ(t))的下述表达：
f(φ(t))＝c[cos(φ(t))-sin(φ(t))]±(K-2c2sin(φ(t)cos(φ(t))-
      2c[cos(φ(t))-sin(φ(t))]-c2-1)1/2.              (8)
图10中示出了实现上述内容的调制器25″的实施例。如上所述，具有相位基准符号的信息信号被输入到高斯相位整形滤波器29″，在滤波器29″之后是余弦和正弦函数块90″、91″。余弦函数块90″的输出(cos(φ(t)))连接到函数发生器100″和混频器(即乘法器)101″。类似地，正弦函数块91″(sin(φ(t)))的输出连接到函数发生器100″和另一个混频器102″。函数发生器100″还接收作为输入的常数K和载波注入值c，并且还根据上述等式(8)输出f(φ(t))。
函数发生器100″的输出与混频器101″、102″二者相连，二者分别提供输出f(φ(t))cos(φ(t))和f(φ(t))sin(φ(t))。混频器101″的输出与减法器103″相连，该减法器103″还接收sin(φ(t))作为第二输入，进而提供sin(φ(t))-f(φ(t))cos(φ(t))作为其输出。类似地，混频器102″的输出与加法器104″相连，该加法器104″还接收cos(φ(t))作为一个输入，进而提供cos(φ(t))+f(φ(t)sin(φ(t))作为其输出。
载波注入值c经由加法器105″和106″添加到减法器103″和加法器104″的输出端，以分别提供值sin(φ(t))-f(φ(t))cos(φ(t))+c和cos(φ(t))+f(φ(t)sin(φ(t))+c。然后，这些值经由混频器26″、27″与载波生成器107″(其接收cos(ωt)作为其输入)生成的各个载波分量相组合，以提供值[cos(φ(t))+f(φ(t)sin(φ(t))+c]cos(ωt)和[sin(φ(t))-f(φ(t))cos(φ(t))+c]sin(ωt)。然后，将这些值输入到减法器108″，其提供在上述等式(6)中阐述的值s(t)作为调制波形。
可以在图11-13的曲线图中看到上述方法的有效性。更具体地，图11示出了类似于由等式(1)和(3)表示的典型的现有技术QPSK波形。应当注意，为了简明起见，针对该示例性示例选择了QPSK，因为QPSK是使用相对简单的相位调制函数φ(t)的恒定包络调制。然而，本领域的技术人员能够理解，这种选择不会影响该示例对于其他调制类型的一般适用性。相反，图12例示了具有按照等式(2)和(4)所增加的偏置(常数)的波形。应当注意，在这些图中A＝l且b＝0.1。应该能够从图中看到，偏置，b的增加已经造成了调制信号的恒定包络属性的损失。此外，图13示出了与具有源自等式(8)的函数对应的等式(6)的波形，其中K＝2且c＝0.1。应该可以看到，通过消除″dc偏置″恢复了恒定包络。
可以使用图3所示的接收机结构来实现调制波形的所希望的解调，其中以传统的相关解调器来实现解调器51，其中本地相关基准信号具有等式(6)和(8)定义的形式。在这种解调器中的载波恢复电路将利用波形中的载波分量和相位基准符号的优点，使其能够以非常低的信噪比进行工作。然而，通过比较图11和图13中的波形可以看出，等式(6)中的附加项将作为对解调器来说很小的失真项出现，其被设计用于等式(1)的波形，将是针对不包括本发明的现有技术蜂窝接收机的情形。因此，当把接收机设计为采用补偿函数和偏置常数时，在调制信号中补偿函数和偏置常数的组合增加就提供了高级的性能，但是标准的、未被设计为采用这些特性的现有技术中的解调器仍然可以解调数据。

Claims (10)

1、一种蜂窝通信系统，包括：
至少一个蜂窝基站和与其进行通信的多个移动蜂窝通信设备；
所述至少一个蜂窝基站和所述移动蜂窝通信设备分别包括：
编码器，用于产生信息信号；
调制器，用于基于信息信号、具有与之相关联的频率和相位的载波信号、和至少一个载波相位基准符号，产生调制波形；所述调制器包括偏置电路，使得调制波形包括载频指示符；以及
用于发射调制波形的发射器。
2、根据权利要求1的蜂窝通信系统，其中载频指示符包括预定量的未调制载波能量。
3、根据权利要求1的蜂窝通信系统，其中所述偏置电路偏置信息信号，并且其中载频指示符是基于信息信号的偏置。
4、根据权利要求3的蜂窝通信系统，其中所述信息信号包括二进制数字信息信号，并且其中所述偏置电路通过改变其值来偏置二进制数字信息信号。
5、根据权利要求4的蜂窝通信系统，其中所述偏置电路基于数字信息信号中的第一与第二逻辑值的比率来改变值。
6、一种用于在移动蜂窝通信设备和蜂窝基站之间进行通信的方法，包括：
产生信息信号；
使用调制器基于信息信号、具有与之相关联的频率和相位的载波信号、和至少一个载波相位基准符号，产生调制波形，该调制器包括偏置电路，使得调制波形包括载频指示符；以及
发射调制波形。
7、根据权利要求6的方法，其中载频指示符包括预定量的未调制载波能量。
8、根据权利要求6的方法，进一步包括：
接收调制波形；
基于所述至少一个相位基准符号确定与接收的调制波形相关联的载波信号的相位，以及基于载频指示符确定载波信号的频率；以及
基于载波信号的所确定的相位和频率，解调信息信号。
9、根据权利要求6的方法，其中偏置电路偏置信息信号，并且其中载频指示符是基于信息信号的偏置。
10、根据权利要求9的方法，其中信息信号包括二进制数字信息信号，并且其中偏置电路通过改变其值来偏置二进制数字信息信号。
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