TW486858B - A method and apparatus for modulating digital data - Google Patents

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486858 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（1 ) 發明領域 本發明與一種有效率的數位傳輸技術有關，且特別與一 種凋變數位資料的方法及裝置有關。 相關技藝説明_ 數位通訊倚仗許多種不同但相關的數位調變形式，例如 相和鍵控（PSK)、雙相移鍵控（BPSK)、四相移鍵控（QPSK^ 4-PSK)，以及四幅調變（QAM)。 BPSK將參考圖！予以描述。如圖所示，參考載波的大小 爲苇數，且要傳輸0或1時，其相位將在0。與1 80。之間 被「鍵控」成切換。然後接收器根據接收到之載波的相 位，決定傳輸了 0或1。使用此一簡單的方法，# -狀態或 符號可傳輸一個位元的資訊，因此載波相位係以資料速率 被键L圖1也顯示了阶队的星座圖。如圖所示，阶 星座圖包含1_(^平面上的兩個點，其中1代表同相（亦即相 位參考），且Q代表正交（亦即相位差9〇。）。星座圖 中的兩點代表信號在「定時瞬間」的位置。定時瞬間是接 收器解譯信號的時間。每次信號只能在一個位置上，但星 座可視爲具有持續性，因此所有的正常狀態都會出現。如 圖1中的星座圖基本上不會顯示狀態間的轉移，且吾人應 注意此-轉移確實需要一有限時間。但爲清晰起見，圖上 未顯示轉移，否則連接兩狀態的軌跡將使圖形亂成一團。 圖2顯示QPSK的星座圖。如圖所示，在砂队圖上相位 値f45。、135。、2 2 5。和315。處，存在四個不同的 狀態。又如圖上進一步的顯示，每一狀態對應於一代表兩 ---.--：---------------訂---------線^^· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -4 486858 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（2 ) 位元的符號。因爲資料是一次取兩個位元，以組成—符 號，故符號速率爲位元速率的一半。結果，QPSK只需要 同一位元速率之BPSK—半的頻寬。 碉變信號的傳輸通常需要產生一放大的調變信號。不幸 的是，放大會引入失眞，改變信號的頻寬。許多種多重存 取通訊技術，例如分時多重存取（ΤΕ>ΜΑ)，需要將傳輪的 ^號維持於一狹窄的頻帶内，以增加容量。由於這個原 因’當吾人運用此種多重存取通訊技術時，一般使用線性 攻大器來放大調變信號。線性放大器將調變信號放大時， 也會保持信號的頻率，並給予較佳的窄頻準確度。窄頻的 思思是指載波信號的頻帶大於信號的頻帶。 然而線性放大器會消耗可觀的功率。特別是在無線通訊 系統中’各行動臺均由有限的電源提供動力時，功率消耗 將造成問題。因此，吾人非常希望擁有可以有利地延長此 種電源之壽命的技術。 發明概要 根據本發明，用於碉變數位資料的方法及裝置使用非線 性放大器。非線性放大器有時叫做切換或高頻放大器，通 常稱爲（但不限於）D、E、F、（}與11類，能忠實地重現信 说的相位，但不能重現其包封（與線性放大器成對比）。非 線性，大器消耗的功率遠較線性放大器爲低，但因其引入 的失眞，基本上不滿足窄頻寬的要求。 ;器匕"會產生信號的振盪器，各信號相位互異0 周夂益中有一選擇器，當其接收到的數位信號改變邏輯狀 -5- ϋ尺錢財----- ---1-------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明說明（3 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 態（例如從〇到1或從〗糾 號傳送到第-非將第一組多個上述之信 時，也會將第二紐容彳、:、’且當數位信號改變邏輯狀態 器。时二=，，，固上述之信號傳送到第二非線性放大 射頻二：4二非線性放大器的輸出將予相加，以產生-所j 輸出不受基本上由非線性放大器引入的失眞 週^式簡單諸.明 本發明從以下的詳細説明及附圖，將更能讓人完全瞭 附圖僅供舉例説明，其中相同的參考號碼代表各圖 對應的邵份，且其中： 圖1顯示參考載波、鍵控參考載波及雙相移鍵控的星 圖； 圖2顯示四相移鍵控的星座圖； 圖3顯不根據本發明’用於執行調變的調變器； 圖4A-4B顯示圖3所示的調變器接收到的數位資料及 R F輸出； 圖5顯示圖3之調變器中的振盪器所產生，相位互異的 號，以及RF輸出相量的軌跡； 圖6顯不根據本發明，用於執行卩“尺調變的調變器； 及 圖7顯不圖6之調變器中的振盪器所產生，相位互異的 號和來自同相调變器電路之輸出，以及r F輸出的相 軌跡。 較佳實施例説明 中 座 其 信 以 信 量 - --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -6- 木紙張尺錢財關家(CNS)A4規格公爱 Λ7 五、發明說明（4 ) 圖3顯示根據本發明，用於執行抑㈣變的調變器。如 所不’ 一環形振盪器丨〇包含串聯起來的n個反相器^ 到12-N，且第N個反相器12·Ν的輸出連接到第—個反相器 …的輸人。前_反相器12_lsm_N共振，使得㈣個反 相器12-1到12-N的輸出均爲相位互異的信號。 選擇器14接收要調變的數位資料，以及環形振盪器ι〇 的輸出。選擇器1 4根據數位資料，將環形振盪器丨〇的輸 出選擇性地施加於第一非線性放大器16和第二非線性放大 态1 8。加法器2 0將第一非線性放大器丨6和第二非線性放 大器18的輸出相加，以產生在射頻1117的調變信號，供傳 輸之用。 圖1所示之調變器的操作，現在將參照圖4 a到圖5予以 詳細説明。環形振盪器1 〇產生多個不同相位的信號。這些 不同相位之信號的實施例之一示於圖5。圖5顯示一座標平 面，其水平軸爲實數軸，且垂直軸爲虛數軸。如内部圓3 〇 所代表’各不同相位的信號均具有相同的大小A 〇。如内 部圓30上的叉叉32所示，振盪器1〇產生了 16個不同相位 的信號（亦即N= 16)，其中沿著内部圓3 0的相鄰之異相信 號，其相位差均相同。亦即不同相位的信號包含相位爲 0、Π/8、Π/4、…15Π/8的信號。 然而，選擇器1 4將不同相位的信號視爲第一組和第二組 多個不同相位的信號。相位爲0、Π / 8、…、Π之不同相 位的信號充當第一組多個不同相位的信號，且相位爲〇、 15Π/8、7Π/4Π、…、Π之不同相位的信號充當第二組多 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----— 111 ^ « — — — — — — I— . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印^^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 外屬58 五、發明說明（5 ) 個不同相位的信號。 假设一開始時，如圖4 A所示，選擇器丨4接收到代表q 的數位資料。此時選擇器i 4會選擇相位爲π的不同相位之 :线，做爲第一輸出信號CE1和第二輸出信號CE2，並將 第一輸出k號C E 1和第二輸出信號c E 2傳送到第一非線性 放大态1 6和第二非線性放大器1 8。加法器2 0將第一非線 I*生放大益1 6和第二非線性放大器丨8的輸出相加，以產生 v圖4B所示的RF輸出信號。 進入選擇器1 4的數位資料變號時，選擇器丨4會被觸 發，以相反方向繞著環形振盪器10開始步進，以產生第一 輸出信號CE1*第二輸出信號CE2。也就是説，選擇器 1 4以逐步方式，提供第一組多個不同相位的信號做爲第一 輸出仏號C E 1 ’以及第二組多個不同相位的信號做爲第二 輸出信號CE2。因此，第一非線性放大器16接收到相位爲 7Π/8 ^ 30/4.....0的不同相位之信號，且第二非線性 放大态1 8接收到相位爲9π/8、5π/4、…、〇的不同相位 之信號。 圖5顯示相位爲3Π/4和5 π/4之不同相位的信號分別被 選擇爲第一輸出信號CE1和第二輸出信號CE2時，第一輸 出信號C Ε 1和第二輸出信號c Ε 2的相量。吾人忽略第一非 線性放大器1 6和第二非線性放大器丨8提供的放大，將所 得之RF輸出的相量也顯示於圖5。如本範例所示，代表 RF輸出的相量，其軌跡停留在實數軸上。圖5更進一步地 顯示RF輸出的相量對時間的投影。如圖所示，數位資料 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） ..—.—^---------------訂---------線^^- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 486858 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6 ) 的級轉移隨時間的變化已變爲平滑。再者，將第一非線性 放大益1 6和弟一非線性放大器1 8的輸出相加，可抵销（亦 即濾掉）個別放大器引入的失眞。 當數位資料再度變號時，選擇器1 4將第一組和第二組多 個不同相位的信號提供給第一非線性放大器1 6和第二非線 性放大器1 8。但這次不同相位的信號是從相位爲〇的信號 進行到相位爲7Γ的信號。圖4 B顯示對於圖4 A中所示的數 位資料，調變器的r F輸出隨時間的變化。 雖然吾人將圖1所示之振盪器的環形振盪器丨〇描述爲提 供1 6個不同相位的信號，吾人應瞭解可提供少於或多於 1 6個不同的信號。再者，吾人亦可不提供此種不同相位的 信號’其中相鄰之異相信號的相位差爲相等的相位量，而 在振盥器1 0與選擇器1 4之間放置一個中間處理電路（未圖 示），例如内插器，使得選擇器丨4接收到另一種不同相位 的#號’其中相鄰之異相信號的相位差爲不同的量。如此 將使凋變器以實作出吾人所希望之任何在傳輸前將數位資 料滤波的方法。 如以上所討論，圖1的調變器適用於BPSK。然而，根據 前面與以下的揭示，吾人將瞭解如何使用圖1的電路做爲 基本單元，以提供用於其他調變技術的電路，例如 QPSK。圖6顯示根據本發明，用於QPSK之調變器的一個 範例。如圖所示，同相的數位資料信號與正交相位的數位 資料信號各自提供至與圖1相同的電路，但兩者共用振i 器10 〇 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） .----I IK---^----0^--------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 486858

五、發明說明（7 尸供人ί 肖⑴正交相位數位資科的選擇器14 ’丨於Π/2與3Π/2〈間的不同相位的信號，做爲第一组 2二组多個不同相位的信號，以及⑺兩加法以〇的輸 由另一加法器5 0相加，以產生QpSK_變器的輸出。 圖7顯示相位圖' 同相的數位資料所得加法器2〇的_輸 出、正交相位的數位資料户斤得加法器⑴叫灯輸出、以 及加法器5 0的RF輸出，其可能的相量軌跡。 ，口同W的調變H，振靈器1〇所產生的不同相位的信 ^其數目不限於1 6，且不同相位的信號不限於相鄰異相 信號之相位差爲同一量者。在後面這種情況下，正交相位 數位資料的電路可能需要另一刪器，端視吾人採用的 濾波技術而疋，且在選擇器丨4和振盪器1 〇之間將放置處 理電路。 ^以上所示，根據本發明的調變器可提供使用非線性放 大器的低功率消耗的益處，並滿足基本上需要使用線性放 大器的窄頻寬要求。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 486858 ss 一 六、中請專利範圍 丨·一種調變數位資料的方法，其包含： a)提供第一組和第二組多個不同相位的信號； b )接收數位資料； c )當該接收到的數位資料改變狀態時，將該第一組和 第一组多個不同相位的信號分別提供給第一和第二非線 性放大器； d )將孩第一和第二非線性放大器的輸出相加。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中 該第一组和第二組多個不同相位的信號均包括第一和 第二參考相位信號，該第一組多個不同相位的信號與該 第一參考相位信號及該第二參考相位信號各自相差第一 组多個相異的量，該第二組多個不同相位的信號與該第 一參考相位信號及該第二參考相位信號各自相差第二組 多個相異的量，且該第一組多個相異的量與該第二組多 個相異的量分別爲大小相同，但符號相反。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該第一組多個相異 的量與該第一參考相位信號之差距逐漸增加，且均相差 同一負値增量，且該第二組多個相異的量與該第一參考 相位仏號之差距逐漸增加，且均相差同一正値增量，此 量與該負値增量大小相同。 4·如申請專利範圍第3項之方法，其中該第一參考相位信 號與该第二參考相位信號的相位相差1 8 0度。 5·如申請專利範圍第4項之方法，其中該步驟c )在該接收 到的數位資料從第一狀態轉移至第二狀態時，將施加該 -11 - 尽〜張尺度4¾中國國家標準（CXS)A4規格（21〇χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -*°J --線· Λ8 B8 C8 s----- _ 1)8___-_ 六、申請專利範圍 第一組和第二組與該第一參考相位信號及该第二參考相 位信號不同相位的多個信號，且在該接收到的數位資料 從該第二狀態轉移至該第一狀態時，將施加該第一組和 第二組與該第二參考相位信號及該第一參考相位信號不 同相位的多個信號。 6·如申請專利範圍第3項之方法，其中遠步驟c)在該接收 到的數位資料從第一狀態轉移至第二狀態時，將施加該 第一組和第二組與該第一參考相位信號及該第二參考相 位信號不同相位的多個信號，且在該接收到的數位資料 從該第二狀態轉移至該第一狀態時，將施加該第一組和 第二組與該第二參考相位信號及該第一參考相位信號不 同相位的多個信號。 7·如申請專利範圍第2項之方法，其中該第一參考相位信 號與該第二參考相位信號的相位相差1 8 0度。 8·如申請專利範圍第7項之方法，其中該步驟c)在該接收 到的數位資料從第一狀態轉移至第二狀態時，將施加該 第一組和第二組與該第一參考相位信號及該第二參考相 位信號不同相位的多個信號，且在該接收到的數位資料 從或第二狀態轉移至該第一狀態時，將施加該第一组和 第二組與該第二參考相位信號及該第一參考相位信號不 同相位的多個信號。 9.如申請專利範圍第2項之方法，其中該步驟c)在該接收 到的數位資料從第一狀態轉移至第二狀態時，將施加該 第一組和第二組與該第一參考相位信號及該第二參考相 -12- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ;0 線' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 486858 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 位信號不同相位的多個信號，且在該接收到的數位資料 從該第二狀態轉移至該第一狀態時，將施加該第一組和 第二組與該第二參考相位信號及該第一參考相位信號不 同相位的多個信號。 10. —種調變數位資料的裝置，其包含： 一第一非線性放大器； 一第二非線性放大器； 一產生第一組和第二組多個不同相位之信號的振盪器 電路； 一選擇器電路，其接收數位資料，並於該接收到的數 位資料改變狀態時，將該第一組和第二組多個不同相位 的信號分別施加於該第一和第二非線性放大器；以及 一加法器，以將該第一和第二非線性放大器的輸出相 加0 11. 如申請專利範圍第i 〇項之裝置，其中該第一組和第二組 多個不同相位的信號均包括第一和第二參考相位信號， 該第一組多個不同相位的信號與該第一參考相位信號及 該第二參考相位信號各自相差第一組多個相異的量，該 第二組多個不同相同的信號與該第一參考相位信號及第 二參考相位信號各自相差第二組多個相異的量，且該第 一組多個相異的量與該第二組多個相異的量分別爲大小 相同，但符號相反。 12·如申請專利範圍第1 1項之裝置’其中該第一組多個相異 的量與該第一參考相位信號之差距逐漸增加，且均相差 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} - i線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 486858 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 BS C8 D8 六、申請專利範圍 同一負値增量，且該第二組多個相異的量與該第_參考 相位信號之差距逐漸增加，且均相差同一正値增量，此 量與該負値增量大小相同。 13•如申請：利範圍第12項之裝置，其中該第一參考相位信 號與該第二參考相位信號的相位相差丨8 〇度。 μ .如申請專利範圍第Η項之裝置’其中該選擇電路在該接 收到的數位資料從第—狀態轉移至第二狀態時，將施加 該第-和第二組與該第一參考相位信號及該第二朱考 相位信號不同相位的多個信號，且在該接收到的數位資 料從茲第二狀態轉移至該第—狀態時，將施加該第一組 和第二組與該第二參考相位信號及該第一參考相位信號 不同相位的多個信號。 15.如申叫專利範圍第1 2項之裝置，其中該選擇電路在該接 收j的數位資料從第一狀態轉移至第二狀態時，將施加 該第一組和第二組與該第一參考相位信號及該第二參考 相位信號不同相位的多個信號，且在該接收到的數位資 料從孩第二狀態轉移至該第一狀態時，將施加該第一組 和第二組與該第二參考相位信號及該第一參考相位信號 不同相位的多個信號。 16·如申請專利範圍第1 1項之裝置，其中該第一參考相位信 號與該第二參考相位信號的相位相差丨8 0度。 17·如申請專利範圍第丨6項之裝置，其中該選擇電路在該接 收到的數位資料從第一狀態轉移至第二狀態時，將施加 孩第一組和第二組與該第一參考相位信號及該第二參考 -14- ‘紙張尺度剌中關家標草（CNS)A4規格（210 X 297公f — — II---·----#_11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · -_線· 彳喝58 A8 B8 C8 D8 '中請專利範圍 相位信號不同相位的多個信號，且在該接收到的數位資 料從該第二狀態轉移至該第一狀態時，將施加該第一組 和第二組與該第二參考相位信號及该弟一參考相位k號 不同相位的多個信號。 18·如申請專利範圍第n項之裝置，其中該選擇電路在該接 收到的數位資料從第一狀態轉移至第二狀態時，將施加 該第一組和第二組與該第一參考相位信號及該第二參考 相位信號不同相位的多個信號，且在該接收到的數位資 料從該第二狀態轉移至該第一狀態時，將施加該第一組 和第二組與該第二參考相位信號及該第一參考相位信號 不同相位的多個信號。 19·如申請專利範圍第1 〇項之裝置，其中該振盪電路爲一環 形振盪器。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）