JP4863213B2 - 変調方式間で切り替えるときの不連続性の回避 - Google Patents

変調方式間で切り替えるときの不連続性の回避 Download PDF

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Description

本発明は、第1の変調方式により入力信号を変調する第1の変調器と第2の変調方式により前記入力信号を変調する第2の変調器とを有する変調器システム、このような変調器システムを有する送信器、変調器、方法及びプロセッサプログラムプロダクトに関する。
このような送信器の例は、拡張型汎用パケット無線サービス(EGPRS)又はユニバーサル移動通信システム(UMTS)をサポートするモバイル通信用グローバルシステム(GSM)で動作するネットワークノード並びに移動無線端末及び基地局である。
従来技術の変調器システムは、Philips Semiconductors NurembergのPeter Bode及びAlexander Lampe並びにPhilips Semiconductor Zurich, SwitserlandのMarkus Helfensteinによる記事“Combined GMSK and 8PSK Modulator for GSM and EDGE”から既知であり、この記事は、図5において第1の変調器(変調方式:8相位相シフトキーイング即ち8PSK)及び図6において第2の変調器(変調方式:ガウシアン最小シフトキーイング即ちGMSK)を開示している。変調方式変更の間に、前記変調器システムの出力信号の不連続性が生じる可能性があり、これは隣接チャネル干渉を増加する。この隣接チャネル干渉を回避するために、この出力信号を増幅する電力増幅器が、前記変調方式変更の間にランプダウンされる。このランプダウンは、前記変調方式変更の間に信号成形により前記変調器システムのゼロ出力信号を作成することにより実現される。
この既知の変調器システムは、とりわけ、前記電力増幅器をランプダウンさせる点で不利である。これは、使用されるのが可能な電力増幅器を制限する。電力増幅器によっては、ランプダウンされることができず、入力部において常に非ゼロ信号を必要とする。
本発明の目的は、とりわけ、出力信号がランプダウンされずに変調方式変更の間に出力信号において比較的小さい不連続性を持つ変調器システムを提供することである。
本発明の他の目的は、とりわけ、出力信号がランプダウンされずに変調方式変更の間に出力信号において比較的小さい不連続性を持つこのような変調器システムを有する送信器、並びに出力信号がランプダウンされずに変調方式変更の間に出力信号において比較的小さい不連続性を持つ変調器、方法及びプロセッサプログラムプロダクトを提供することである。
本発明による変調器システムは、第1の変調方式により入力信号を変調する第1の変調器と第2の変調方式により前記入力信号を変調する第2の変調器とを有し、前記変調器システムは、少なくとも1つの波形を少なくとも1つの変調器信号に組み合わせて、変調方式変更の結果として生じる不連続性に対して出力信号の少なくとも1つの信号パラメータを補償する補償器を有する。
不連続性に対して前記変調器システムの出力信号の1つ以上の信号パラメータを補償する前記補償器を前記変調器システムに備えることにより、変調方式変更の結果として生じるこれらの不連続性は、比較的大幅に減少される。例えば変調された信号と波形との乗算及び/又は加算のような組み合わせは、第1の変調方式により変調された第1の変調信号と第2の変調方式により変調された第2の変調信号との間の不連続性が比較的大幅に滑らかにされるように、少なくとも1つの変調された信号が適合されることを可能にする。通常は、これは、一方における幾つかのデータシンボル及び(3つの)テールシンボル(tail symbols)夫々と、他方における(3つの)テールシンボル及び幾つかのデータシンボル夫々との間に位置するいわゆるガードインターバルの間に行われる。代替的なガードインターバルは、一方における幾つかのデータシンボルと他方における幾つかのデータシンボルとの間に配置されることができる。
本発明による前記変調器システムの第1の実施例は、少なくとも1つのパルス成形器を更に有し、前記補償器が前記パルス成形器の後に配置されることにより規定される。前記変調器の前記1つ以上のパルス成形器の後に前記補償器を配置することにより、これらの変調器自体が修正される必要が無い。
本発明による前記変調器システムの第2の実施例は、前記補償器が、少なくとも1つのパルス成形された変調された信号の形式の前記変調器信号を複素数値波形の形式の波形と乗算する乗算器を有し、前記少なくとも1つの信号パラメータが振幅及び位相を有することにより規定される。前記1つ以上のパルス成形器の後に配置された場合に前記補償器に前記乗算器を備えることにより、少なくとも1つのパルス成形された変調された信号の振幅及び位相の不連続性は、前記複素数値波形を受ける1つの乗算器を介して滑らかにされる。
本発明による前記変調器システムの第3の実施例は、少なくとも1つのパルス成形器を更に有し、前記補償器が前記パルス成形器の前に配置されることにより規定される。前記変調器の前記1つ以上のパルス成形器の前に前記補償器を配置することにより、前記補償器は、前記変調器に組み込まれることができる。通常は、前記補償器の第1の部分は、前記第1の変調器に組み込まれ、前記補償器の第2の部分は、前記第2の変調器に組み込まれる。
本発明による前記変調器システムの第4の実施例は、前記補償器が、少なくとも1つの変調された信号の形式の前記変調器信号に前記波形を乗算する少なくとも1つの乗算器を有し、前記少なくとも1つの信号パラメータが振幅を有することにより規定される。前記1つ以上のパルス成形器の前に配置される場合に前記補償器に少なくとも1つであるが通常は2つの乗算器を備えることにより、少なくとも1つの変調された信号の振幅の不連続性は、前記波形を受ける前記1つ又は2つの乗算器により滑らかにされる。この波形は、複素数値波形の形式を持つことができ、これは、排他的ではないが場合により、実数値波形のみを有する。
本発明による前記変調器システムの第5の実施例は、各変調器が、マッピングされた入力信号を複素数値信号と乗算する少なくとも1つの乗算器を有し、前記補償器が、前記複素数値信号の形式の前記変調器信号を複素数値位相オフセットの形式の前記波形と乗算する少なくとも1つの乗算器を有し、前記少なくとも1つの信号パラメータが位相を有することにより規定される。前記1つ以上のパルス成形器の前に配置された場合に前記補償器に少なくとも1つであるが通常は3つの追加の乗算器、即ち前記第1の変調器における1つの従来技術の乗算器に対する1つの追加の乗算器及び前記第2の変調器における2つの従来技術の乗算器に対する2つの乗算器を備え、これにより前記第2の変調器が2つのブランチ変調方式に基づくことを提案することにより、少なくとも1つの変調された信号の位相の不連続性が滑らかにされる。これに対し、変調方式ごとに、通常は異なる位相オフセットが、前記複素数値信号に乗算される必要がある。
本発明による前記変調器システムの第6の実施例は、前記第1の変調方式が位相シフトキーイング変調方式であり、前記第2の変調方式がガウシアン最小シフトキーイング変調方式であることにより規定される。
本発明による送信器は、第1の変調方式により入力信号を変調する第1の変調器と第2の変調方式により前記入力信号を変調する第2の変調器とを有する変調器システムを有し、前記変調器システムは、少なくとも1つの変調器信号に少なくとも1つの波形を組み合わせて、変調方式変更の結果として生じる不連続性に対して出力信号の少なくとも1つの信号パラメータを補償する補償器を有し、前記送信器が、前記出力信号を増幅する電力増幅器を更に有する。もちろん、この出力信号は、前記変調器システムから発生する出力信号又は当該出力信号の派生バージョン、例えばデジタル化されたバージョンであることができる。
変調方式により入力信号を変調する本発明による変調器は、少なくとも1つの変調器信号を少なくとも1つの波形と組み合わせて、変調方式変更の結果として生じる不連続性に対して出力信号の少なくとも1つの信号パラメータを補償する補償器を有する。この変調器は、変調方式に適合する能力を持つか、又は他の変調器と組み合わせて使用されるかのいずれかである。
第1の変調方式により入力信号を変調し、第2の変調方式により前記入力信号を変調する本発明による方法は、少なくとも1つの変調器信号を少なくとも1つの波形と組み合わせて、変調方式変更の結果として生じる不連続性に対して出力信号の少なくとも1つの信号パラメータを補償するステップを有する。
第1の変調方式により入力信号を変調し、第2の変調方式により前記入力信号を変調する本発明によるプロセッサプログラムプロダクトは、少なくとも1つの変調器信号を少なくとも1つの波形と組み合わせて、変調方式変更の結果として生じる不連続性に対して出力信号の少なくとも1つの信号パラメータを補償するファンクションを有する。
本発明による前記送信器、本発明による前記変調器、本発明による前記方法、及び本発明による前記プロセッサプログラムプロダクトの実施例は、本発明による前記変調器システムの実施例に対応する。
本発明は、とりわけ、前記変調器システムの出力信号のランプダウンが回避されるべきであるという洞察に基づき、とりわけ、信号の振幅及び/又は位相の不連続性が、前記不連続性の前のこの信号の少なくとも最後の部分及び/又は前記不連続性の後のこの信号の少なくとも初めの部分を適合することにより滑らかにされることができるという基本的なアイデアに基づく。
本発明は、とりわけ、出力信号がランプダウンされることなく、変調方式変更の間に出力信号において比較的小さな不連続性を持つ変調器システムを提供するという問題を解決し、とりわけ、この変調器システムが、ランプダウンされることができない、常に入力部に非ゼロ信号を必要とする電力増幅器とさえ組み合わされることができる点で有利である。
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
図1に示される本発明による変調器システム1は、第1の8相位相シフトキーイング(8PSK)変調器2と、第1の変調部分3(第1のブランチ)及び第2の変調部分4(第2のブランチ)を持つ第2のガウシアン最小シフトキーイング(GMSK)変調器3,4とを有する。入力信号Aは、第1のマルチプレクサ5の入力部に供給され、第1のマルチプレクサ5の第1の出力部を介して変調器2の入力部に供給され、第1のマルチプレクサ5の第2の出力部を介して変調部分3,4の入力部に供給される。変調器2において、入力信号Aは、シリアル−パラレル変換器6に供給され、次いでマッパ7によりマッピングされ、この後に前記マッピングされた信号が、乗算器8により信号Bと乗算され、結果として生じる変調された信号が、第2のマルチプレクサ9の第1の入力部に供給される。第2のマルチプレクサ9の出力信号は、アップサンプラ10に供給され、次いでパルス成形器11(有限インパルス応答(FIR)フィルタ)によりパルス成形され、この後に第1のパルス成形された信号は、加算器12を介して変調部分4から来る第2のパルス成形された信号に加算される。
変調部分3において、入力信号Aはマッパ14に供給され、この後にマッピングされた信号は、乗算器15により信号Cと乗算され、結果として生じる変調された信号は、第2のマルチプレクサ9の第2の入力部に供給される。変調部分4において、入力信号Aは、有限状態機械(FSM)16に供給され、次いでマッパ17によりマッピングされ、この後に前記マッピングされた信号は、乗算器18により信号Dと乗算され、結果として生じる変調された信号は、第3のマルチプレクサ19の第1の入力部に供給される。第3のマルチプレクサ19の出力信号は、アップサンプラ20に供給され、次いでパルス成形器21(有限インパルス応答(FIR)フィルタ)によりパルス成形され、この後にこの第2のパルス成形された信号が、以前に論じられた加算器12に供給される。加算される第1及び第2のパルス成形された信号は、複素数値波形Eと組み合わされ、以下に論じされるように、変調方式変更の結果として生じる不連続性に対して出力信号Fの振幅又は位相のような少なくとも1つの信号パラメータを補償する。
第1の変調器2は、第1の変調方式8PSKにより入力信号Aを変調する。これに対して、第1のマルチプレクサ5は、前記入力信号が変調器3,4ではなく変調器2に供給されるように制御される。入力信号Aは、シリアル−パラレル変換され、次いでマッピングされ、次いで信号Bと乗算され、信号Bは例えばexp[j(3πk/8)]に等しい。第2のマルチプレクサ9は、結果として生じる変調された信号がアップサンプリングされ、パルス成形されるように制御される。乗算器13が存在しない従来技術の状況において、前記アップサンプリングされ、パルス成形された変調された信号は、この変調器システム1が8PSKモードである場合に変調器システム1の出力信号Fを形成する。これに対して、第3のマルチプレクサ19は、ゼロ信号を受けるこの第3のマルチプレクサ19の第2の入力部が前記第3のマルチプレクサの出力部に結合されるように制御される。
第2の変調器3,4は、第2の変調方式GMSKにより入力信号Aを変調する。これに対して、第1のマルチプレクサ5は、前記入力信号が変調器2ではなく変調器3,4に供給されるように制御される。変調部分3において、入力信号Aは、マッピングされ、次いで信号Cと乗算され、信号Cは例えばexp[j(πk/2)]に等しい。変調部分4において、入力信号Aは、FSM16により処理され、マッピングされ、次いで信号Dと乗算され、信号Dは例えばexp[j(π[k-1]/2)]に等しい。第2のマルチプレクサ9及び第3のマルチプレクサ19は、結果として生じる変調された信号がアップサンプリングされ、パルス成形されることができるように制御される。乗算器13が存在しない従来技術の状況において、前記アップサンプリングされ、パルス成形された変調された信号は、変調器システム1の出力信号Fを形成する。
したがって、マルチプレクサ5、9及び19を制御することにより、前記変調方式が選択されることができる。変調方式変更の場合に、変調器システム1の出力信号Fの不連続性が生じる可能性があり、これは隣接チャネル干渉を増加する。増加された隣接チャネル干渉を避けるために、これらの不連続性は、乗算器13(第1のタイプの補償器)を導入することにより回避されることができる。例えば、4つのGMSKシンボルが加算器12から到達し、乗算器13にフィードされ、次いで4つの8PSKシンボルが加算器12から到達し、8つのシンボルを有するガードインターバルの間に乗算器13にフィードされる場合、前記振幅は例えば1、1、1、1、0.7、0.7、0.7及び0.7である。振幅不連続性を回避するために、複素数値波形Eの8つのサンプルの振幅は、1,0.96,0.91,0.86,1.14,1.09,1.03及び1として選択されることができる。乗算器13の出力信号の振幅は、この場合、1、0.96、0.91、0.86、0.8、0、76、0.72及び0.7に等しい。結果として、前記振幅は、1から0.7に滑らかに減少し、出力信号Fにおける振幅不連続性は、回避されている。同様に、出力信号Fにおける位相不連続性は、適切に選択された位相を持つ前記複素数値波形の8つのサンプルを供給することにより回避されることができる。
図2に示される本発明による変調器システム1は、以下のことは別として、図1に示された本発明による変調器システム1に対応する。乗算器13の代わりに、ここでマルチプレクサ25、26が、マルチプレクサ9、19とアップサンプラ10、20との間に位置するように夫々導入され(第2のタイプの補償器)、マルチプレクサ9、19の出力信号を波形S、Tと夫々乗算し、乗算器22、23、24は、乗算器8、15、18に夫々結合されるように夫々導入され(第3のタイプの補償器)、信号B、C、Dを複素数値位相オフセットX、Y、Zと夫々乗算する。
GMSKから8PSKへの遷移の間のマルチプレクサ9(Mux 9)及び19(Mux 19)の可能なセッティングは以下のとおりである。
Figure 0004863213
シンボルを有する第1の列は最後の3つのデータシンボルを示し、第2の列は3つのテールシンボルを示し、第3の列は8つのガードシンボルを示し、第4の列は3つのテールシンボルを示し、第5の列は初めの3つのデータシンボルを示す。
複素数値位相オフセットXは、例えば、exp{j[φ8PSK]}=exp{j[arg(g[k])+πk/2+φGMSK−arg(p[k+1])−3π(k+1)/8+Δφ]}に等しく、これにより最後のGMSKシンボル及び初めの8PSKシンボルが夫々シンボル間隔k及びk+1においてマルチプレクサ9及び19にフィードされ、φGMSKが先行するGMSK変調バーストの位相オフセットを示し、Δφが前記最後のGMSKシンボルと前記最初の8PSKシンボルとの間の位相差を規定する位相角を示すことを意味する。全てのシンボルG[k]及びP[k]が前記ガードインターバルにおいて“1”に等しい場合、Δφに対する適切な選択は、例えば3π/8である。この選択を用いて、シンボル間隔kにおいて前記マルチプレクサにフィードされた前記GMSKシンボルは、シンボル間隔k+1において前記マルチプレクサに送られた前記8PSKシンボルに対する先行する8PSKの“1”のように見える。位相オフセットφ8PSKは、GMSKから8PSKに切り替えるときに更新され、8PSK変調バーストの間、一定のままである。
8PSKからGMSKへの遷移の間のマルチプレクサ9(Mux 9)及び19(Mux 19)の可能なセッティングは以下のとおりである。
Figure 0004863213
シンボルを有する第1の列は最後の3つのデータシンボルを示し、第2の列は3つのテールシンボルを示し、第3の列は8つのガードシンボルを示し、第4の列は3つのテールシンボルを示し、第5の列は初めの3つのデータシンボルを示す。
複素数値位相オフセットY,Zは、例えば、exp{j[φGMSK]}=exp{j[arg(p[k])+3πk/8+φ8PSK−arg(g[k+1])−π(k+1)/2+Δφ]}に等しく、これにより最後の8PSKシンボル及び初めのGMSKシンボルが、夫々シンボル間隔k及びk+1においてマルチプレクサ9及び19にフィードされ、φ8PSKが先行する8PSK変調バーストの位相オフセットを示し、Δφが前記最後の8PSKシンボルと前記最初のGMSKシンボルとの間の位相差を規定する位相角を示すことを意味する。全てのシンボルP[k]及びG[k]が前記ガードインターバルにおいて“1”に等しい場合に、Δφに対する適切な選択は例えばπ/2である。この選択を用いて、シンボル間隔kにおいて前記マルチプレクサにフィードされる前記8PSKシンボルは、シンボル間隔k+1において前記マルチプレクサに送られる前記GMSKシンボルに対する先行するGMSKの“1”のように見える。位相オフセットφGMSKは、8PSKからGMSKに切り替えるときに更新され、GMSK変調バーストの間、一定のままである。
図3は、上側のグラフ(従来技術)において補償無しで作成されたデジタル/アナログ変換後の出力信号Fの絶対値を示し、下側のグラフ(本発明)においてパルス成形の前に複素数値信号の形式の変調器信号B、C及びDを複素数値位相オフセットX、Y及びZの形の波形X、Y及びZと乗算することにより補償を介して作成されたデジタル/アナログ変換後の出力信号Fの絶対値を示す。8PSKからGMSKへの変調方式変更は、シンボル間隔56と57との間に行われ、全てのシンボルP(k)、G(k)は前記ガードインターバル(53ないし60)において値“1”を持つように選択される。
GMSK及び8PSKに対して等しいピーク値を望む場合、波形S及びTのサンプルは8PSKに対して“1”及びGMSKに対して約“1.5”であるべきであり、等しい二乗平均平方根を望む場合、これらのサンプルは全て“1”であるべきである。
図2に示される変調器システム1は、位相オフセットY、Zを計算し、これを用いてGMSKパルス成形フィルタ入力シンボルを回転し、位相オフセットXを計算し、これを用いて8PSKパルス成形フィルタ入力シンボルを回転し、振幅波形S,Tを計算し、これとGMSK/8PSKパルス成形フィルタ入力シンボルを乗算する。
図1及び2に示される変調器システム1は、隣接チャネル干渉を最小化し、出力信号Fにより制御される位相及び/又は振幅ループの安定性を向上し、ランピング及びランピング計算を必要とせず、単純であり、変調方式間で速い遷移を可能にし、無償でGMSK及び8PSKに対する等しい二乗平均平方根値及びピーク値の間で変更する場合に振幅スムージングを提供する。
図4に示される送信器30は、変調器システム1に対する入力信号Aを生成する入力段31を有し、例えば出力信号Fをデジタル信号に変換するデジタル/アナログ変換器32を有し、例えばデジタル化された出力信号を増幅する電力増幅器33を有する。
8PSKの代わりに例えば4PSK又は16PSKのような代替的な変調方式及び代替的な変調器システム構成が可能である。exp[j(a)]及びexp[j(b)]を乗算する代わりに、a+bの加算が実行されることができ、逆も同様であり、即ちexp[j(a)]・exp[j(b)]=exp[j(a+b)]である。
複素数値波形は、実数値波形、虚数値波形、又は両方の組み合わせを有する。
上述の実施例は、本発明を制限するのではなく説明し、当業者は、添付の請求項の範囲から外れることなく多くの代替実施例を設計することができることに注意すべきである。請求項において、括弧間に配置された如何なる参照符号も請求項を制限するように解釈されるべきでない。動詞“有する”及びその活用形の使用は、請求項に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素に先行する冠詞“1つの”は複数のこのような要素の存在を除外しない。本発明は、幾つかの別個の素子を有するハードウェアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実施されることができる。特定の方策が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
第1のタイプの補償器を有する本発明による変調器システムをブロック図形式で示す。 第2及び第3のタイプの補償器を有する本発明による変調器システムをブロック図形式で示す。 上側のグラフ(従来技術)において補償無しで作成された出力信号の絶対値を示し、下側のグラフ(本発明)においてパルス成形の前に補償を介して作成された出力信号の絶対値を示す。 本発明による送信器をブロック図形式で示す。

Claims (11)

  1. 第1の変調方式により入力信号を変調する第1の変調器と第2の変調方式により前記入力信号を変調する第2の変調器とを有する変調器システムにおいて、前記変調器システムが、変調方式の切替時点の前後における変調器出力信号の振幅と位相の少なくとも1つをより滑らかに遷移させるための少なくとも1つの波形を、少なくとも1つの変調器信号に組み合わせる補償器を有する変調器システム。
  2. 少なくとも1つのパルス成形器を更に有し、前記補償器が前記パルス成形器の後に配置される、請求項1に記載の変調器システム。
  3. 前記補償器が、少なくとも1つのパルス成形された変調された信号の形式の前記変調器信号を複素数値波形の形式の前記波形と乗算する乗算器を有し、前記少なくとも1つの信号パラメータが振幅及び位相を有する、請求項2に記載の変調器システム。
  4. 少なくとも1つのパルス成形器を更に有し、前記補償器が前記パルス成形器の前に配置される、請求項1に記載の変調器システム。
  5. 前記補償器が、少なくとも1つの変調された信号の形式の前記変調器信号を前記波形と乗算する少なくとも1つの乗算器を有し、前記少なくとも1つの信号パラメータが振幅を有する、請求項4に記載の変調器システム。
  6. 各変調器が、マッピングされた入力信号を複素数値信号と乗算する少なくとも1つの乗算器を有し、前記補償器が、前記複素数値信号の形式の前記変調器信号を複素数値位相オフセットの形式の前記波形と乗算する少なくとも1つの乗算器を有し、前記少なくとも1つの信号パラメータが位相を有する、請求項4に記載の変調器システム。
  7. 前記第1の変調方式が位相シフトキーイング変調方式であり、前記第2の変調方式がガウシアン最小シフトキーイング変調方式である、請求項1に記載の変調器システム。
  8. 第1の変調方式により入力信号を変調する第1の変調器と第2の変調方式により前記入力信号を変調する第2の変調器とを有する変調器システムを有する送信器において、前記変調器システムが、変調方式の切替時点の前後における変調器出力信号の振幅と位相の少なくとも1つをより滑らかに遷移させるための少なくとも1つの波形を、少なくとも1つの変調器信号に組み合わせる補償器を有し、前記送信器が、前記出力信号を増幅する電力増幅器を更に有する送信器。
  9. 変調方式により入力信号を変調する変調器において、変調方式の切替時点の前後における変調器出力信号の振幅と位相の少なくとも1つをより滑らかに遷移させるための少なくとも1つの波形を、少なくとも1つの変調器信号に組み合わせる補償器を有する変調器。
  10. 第1の変調方式により入力信号を変調し、第2の変調方式により前記入力信号を変調する方法において、変調方式の切替時点の前後における変調器出力信号の振幅と位相の少なくとも1つをより滑らかに遷移させるための少なくとも1つの波形を、少なくとも1つの変調器信号に組み合わせるステップを有する方法。
  11. 第1の変調方式により入力信号を変調し、第2の変調方式により前記入力信号を変調するプロセッサプログラムにおいて、変調方式の切替時点の前後における変調器出力信号の振幅と位相の少なくとも1つをより滑らかに遷移させるための少なくとも1つの波形を、少なくとも1つの変調器信号に組み合わせるファンクションを有するプロセッサプログラム。
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