TW201330535A - 正交多速率調變裝置及方法 - Google Patents

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Char-Dir Chung
Wei-Chang Chen
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Univ Nat Taiwan
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Abstract

一種多速率調變方法，用以調變一由複數個資料符元(data symbol)構成之資料符元向量(symbol vector)。所述之正交多速率調變方法包含以下步驟：首先，提供一預編碼矩陣，其中預編碼矩陣的行向量係兩兩正交，接著，乘積資料符元向量及預編碼矩陣，以產生預編碼向量。最後，利用一奈奎斯濾波器來濾波預編碼向量，以輸出一複數基頻波形。

Description

正交多速率調變裝置及方法
    本發明係有關一種多速率調變方法，特別是關於一種正交的多速率調變裝置及方法。
    行動電話在全球各地的應用及市場的快速發展，促使無線通訊系統已廣泛地運用以提供語音及封包資料等各式通訊服務。目前對資料較常用的調變方式是平方根升餘弦成形(square root raised cosine pulsed)調變，然而其需要額外的超額頻寬(excess bandwidth)，如此在有限頻寬(bandlimited)通訊系統下，會造成頻寬效率的損失。
    為了提升頻寬效率，便以多速率(multi-rate)調變來調變資料，其使用多速率濾波器，雖不需要額外的超額頻寬，但和平方根升餘弦成形調變相比，多速率調變卻具有較高的位元錯誤率。
    因此，亟需提出一種新穎的調變裝置及方法，期維持較高的頻寬效率，並具有較低的位元錯誤率。
    鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種調變裝置及方法，其基於多速率調變並改良多速率濾波器，在不需要超額的頻寬下，具有較低的位元錯誤率。
    本發明係揭示一種多速率調變方法，用以調變一由複數個資料符元(data symbol)構成之資料符元向量(symbol vector)。所述之多速率調變方法包含以下步驟：首先，提供一預編碼矩陣，其中預編碼矩陣的行向量係兩兩正交，接著，乘積資料符元向量及預編碼矩陣，以產生預編碼向量。最後，利用一類比濾波器來濾波預編碼向量，以輸出一複數基頻波形。
    本發明又揭示一種多速率調變裝置，用以調變一由複數個資料符元構成之資料符元向量。多速率調變裝置包括複數個延遲單元、複數個取樣器、複數個內插器及複數個有限脈衝響應數位濾波器(FIR digital filter)。延遲單元用來延遲資料符元，以使資料符元依序對應於複數個平行分支。取樣器耦接於延遲單元，用來取樣平行分支上的資料符元。內插器耦接於取樣器，用來將經取樣之資料符元間內插一連串的0值。有限脈衝響應數位濾波器耦接於內插器，其具有一係數對應於一行向量為兩兩正交的預編碼矩陣，用來實現預編碼矩陣與資料符元向量之乘積。
    首先，請參考第一圖，係為本發明實施例之無線通訊系統之基本架構示意圖。如第一圖所示，無線通訊系統1中至少包含一發射端(transmitter end)11與一接收端(receiver end)13，其中發射端11與接收端13各具有天線15、17。發射端11將訊號處理後(如，調變)，便透過天線15將訊號發射出去，而接收端13則透過天線17接收訊號，再經過一些訊號處理步驟(如，解調、解碼等)，以得到可利用的資訊。訊號係經由路徑通道(path channels)19傳至接收端13。
    在多速率架構(multi-rate scheme)下，資料流係以區塊為單位來處理，亦即，資料流在發射端11會被分成多個資料符元向量d來進行調變。請參考第二圖，係為本發明實施例之發送端11的架構示意圖。發送端11包括一第一階段濾波器111以及一第二階段濾波器113，分別在不同階段對資料符元向量d進行濾波處理。第一階段濾波器111由M個平行分支(branch)構成，且每個平行分支係由一連串延遲單元D0-DM-2、取樣器M0-MM-1、內插器N0-NM-1及有限脈衝響應數位濾波器G0-GM-1構成。
    每個資料符元向量d係由多個資料符元(data symbol)組成，並輸入至第一階段濾波器111以進行第一階段濾波程序。具體來說，資料符元向量d由M個符元組成，若以向量形式可表示為d=[d0, d1,…, dM-1]t。延遲單元D0-DM-2收到資料符元向量d後，便依序延遲符元d0-dM-1，以使符元d0-dM-1一一對應於M個平行分支。取樣器M0-MM-1係耦接於延遲單元D0-DM-2，其執行M倍降取樣(downsample)操作以取樣平行分支上的符元d0-dM-1。內插器N0-NM-1係耦接於取樣器M0-MM-1，其執行N倍升取樣(upsample)操作，亦即於每一經取樣之符元間內插N-1個0值，以隔開各降取樣之符元。
    有限脈衝響應數位濾波器G0-GM-1係耦接於內插器N0-NM-1，其中任一濾波器Gk的係數係對應一行向量為兩兩正交的預編碼矩陣的第k個行向量，如第三圖所示，預編碼矩陣中的每個行向量V0-VM-1彼此互相正交，故可滿足公式(1)。

 …(1)
    此外，為了使多速率調變器可實現，預編碼矩陣中的每個行向量V0-VM-1還必須滿足公式(2) 。

　 …(2)
    有限脈衝響應數位濾波器G0-GM-1係用來實現資料符元向量d及預編碼矩陣之乘積，以產生一預編碼向量。具體來說，有限脈衝響應數位濾波器G0-GM-1利用預編碼矩陣將經取樣之符元進行濾波後，第一階段濾波器111再使用耦接於有限脈衝響應數位濾波器G0-GM-1之後的加法器1111加總所產生的濾波結果，便輸出一預編碼向量b，亦即實現了b=G*d。
    完成第一階段濾波程序後，便由第二階段濾波器113進行第二階段濾波程序。第二階段濾波器113係耦接於加法器1111，其利用一奈奎斯濾波器(Nyquist filter)來濾波預編碼向量b，以輸出一複數基頻波形(complex baseband waveform)SB，即為欲傳送出去的已調變訊號。
    基於公式(1)，由於預編碼矩陣具有正交的行向量V0-VM-1，故會滿足公式(3)。這裡的qm(t)表示複數基頻波形中調變各資料符元d0-dM-1的波形(waveform)，T表示處理一個符元向量的時間，而l表示第l個符元向量。如此一來，同一個符元向量中，不同分支的訊號便不會互相干擾，不同符元向量的訊號也不會互相干擾，進而降低位元錯誤率。

  …(3)
    基於公式(3)，複數基頻波形SB中的各載波彼此正交，故雖然沒有使用額外的超額頻寬，亦能提供相當於平方根升餘弦成形調變所能達到的較低之位元錯誤率。一具體實施例中，第一階段濾波器111可為一正交多速率數位濾波器(Orthogonal Multi-rate Digital Filter)，而第二階段濾波器113除了可為奈奎斯類比濾波器(Nyquist Analog Filter)外，亦可使用其他濾波器，故不以揭露者為限。
    最後，請參考第四圖，係為本發明實施例之正交多速率調變方法之步驟流程圖。所述之正交多速率調變方法之步驟如下：
    首先，發射端11的第一階段濾波器111接收一資料符元向量d(步驟S401)，並由延遲單元D0-DM-2依序延遲資料符元向量d，以使符元d0-dM-1一一對應於M個平行分支(步驟S403)。隨後，取樣器M0-MM-1便執行降取樣操作，以取樣平行分支上的符元d0-dM-1(步驟S405)，接著再經過內插器N0-NM-1執行升取樣操作，以在每一經取樣之符元間內插N-1個0值(步驟S407)。
    如上所述，本發明提出的有限脈衝響應數位濾波器G0-GM-1係由具有兩兩正交行向量且符合公式(2)的預編碼矩陣所定義，當有限脈衝響應數位濾波器G0-GM-1收到內插器N0-NM-1傳來的內插0後之經取樣符元時，便濾波此內插0後之經取樣符元(步驟S409)，並藉由加法器1111加總濾波結果以獲得預編碼向量b(步驟S411)；意即利用第一階段濾波器來實現資料符元向量d及預編碼矩陣之乘積，以產生預編碼向量b。最後，第二階段濾波器113利用奈奎斯類比濾波器來濾波此預編碼向量b，以輸出一複數基頻波形SB，即為欲傳送出去的已調變訊號(步驟S413)。
    如前述，傳統調變方法不是需要多餘的超額頻寬，就是存在較高的位元錯誤率。所以藉由本發明之技術，其基於多速率調變並限制預編碼矩陣的行向量為相互正交，以使調變後的載波具有正交特性。如此一來，在不需要超額的頻寬下，仍可具有較低的位元錯誤率。
    以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
1．．．無線通訊系統
11．．．發射端
13．．．接收端
15,17．．．天線
19．．．路徑通道
111．．．第一階段濾波器
113．．．第二階段濾波器
d．．．資料符元向量
D0-DM-2．．．延遲單元
M0-MM-1．．．取樣器
N0-NM-1．．．內插器
G0-GM-1．．．有限脈衝響應數位濾波器
1111．．．加法器
b．．．預編碼向量
SB．．．複數基頻波形
V0-VM-1．．．行向量
S401-S413．．．步驟
第一圖係為本發明實施例之無線通訊系統之基本架構示意圖。
第二圖係為本發明實施例之發送端的架構示意圖。
第三圖係為本發明實施例之預編碼矩陣。
第四圖係為本發明實施例之正交多速率調變方法之步驟流程圖。
111．．．第一階段濾波器
113．．．第二階段濾波器
d．．．資料符元向量
D0-DM-2．．．延遲單元
M0-MM-1．．．取樣器
N0-NM-1．．．內插器
G0-GM-1．．．有限脈衝響應數位濾波器
1111．．．加法器
b．．．預編碼向量
SB．．．複數基頻波形

Claims (8)

  1. 一種多速率調變方法，用以調變一資料符元向量(data symbol vector)，該資料符元向量係由複數個資料符元構成，該多速率調變方法包含下列步驟，包含：
    提供一預編碼矩陣，其中該預編碼矩陣的行向量係兩兩正交；
    進行一第一階段濾波程序，包含：
    乘積該資料符元向量及該預編碼矩陣，以產生一預編碼向量；及
    進行一第二階段濾波程序，包含：
    利用一類比濾波器來濾波該預編碼向量，以輸出一複數基頻波形(complex baseband waveform)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多速率調變方法，其中該第一階段濾波程序之步驟中更包含：
    在複數個分別與該些資料符元對應之平行分支上，取樣該些資料符元；及
    將經取樣後的該些資料符元間內插一連串的0值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之多速率調變方法，該第一階段濾波程序之步驟中更包含：
    延遲該些資料符元，以使該些資料符元依序對應於該些平行分支。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之多速率調變方法，其中該第一階段濾波程序係藉由一有限脈衝響應數位濾波器或任一正交多速率數位濾波器來執行，其中該乘積步驟中更包含：
    在該些平行分支上，以對應該些平行分支之該預編碼矩陣行向量係數之該有限脈衝響應數位濾波器來處理該些資料符元，以產生複數個濾波向量；及
    加總該些濾波向量以產生該預編碼向量。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之多速率調變方法，其中該第二階段濾波程序中使用之該類比濾波器係一奈奎斯(Nyquist)類比濾波器。
  6. 一種多速率調變裝置，用以調變一資料符元向量，該資料符元向量係由複數個資料符元構成，該多速率調變裝置包含：
    複數個延遲單元，用來延遲該些資料符元，以使該些資料符元依序對應於複數個平行分支；
    複數個取樣器，耦接於該些延遲單元，用來取樣該些平行分支上的該些資料符元；
    複數個內插器，耦接於該些取樣器，用來將經取樣之該些資料符元間內插一連串的0值；及
    複數個有限脈衝響應數位濾波器，耦接於該些內插器，其具有一係數對應於一行向量為兩兩正交的預編碼矩陣，用來實現該預編碼矩陣與該資料符元向量之乘積。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之多速率調變裝置，其中該些延遲單元、該些取樣器、該些內插器以及該些有限脈衝響應數位濾波器係內含於一第一階段濾波器中，且該第一階段濾波器更包含：
    一加法器，耦接於該些有限脈衝響應數位濾波器，用來加總該些有限脈衝響應數位濾波器產生的濾波結果以產生一預編碼向量。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之多速率調變裝置，更包含：
    一第二階段濾波器，耦接於該加法器，其利用一奈奎斯(Nyquist)類比濾波器來濾波該預編碼向量，以輸出一複數基頻波形(complex baseband waveform)。
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