專利名稱：具有時(shí)域?qū)ьl分量的通信信號(hào)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來(lái)說(shuō)涉及通信方法，特別是具有信息分量的通信信號(hào)，它需要有一個(gè)導(dǎo)頻分量，以便利于還原信息分量。
在通信行業(yè)中已經(jīng)知道有各種通信系統(tǒng)。對(duì)于眾多這樣的系統(tǒng)，信息信號(hào)被調(diào)制成載波信號(hào)，并且將其從第一地點(diǎn)發(fā)送至第二地點(diǎn)。在第二地點(diǎn)，再對(duì)該信號(hào)進(jìn)行解調(diào)并將其還原。
這種系統(tǒng)所采用的通信信道一般受到多方面的限制，例如帶寬。結(jié)果，較為實(shí)際的是限制在一段給定的時(shí)間內(nèi)能夠由通信信道傳送的信息量。已經(jīng)提出了各種調(diào)制方案，與其它調(diào)制技術(shù)相比，它們有效地提高了通信信道的信息處理能力。例如，一個(gè)16點(diǎn)正交調(diào)幅(QAM)方法提供了調(diào)制值的一個(gè)群(通過(guò)相位和振幅互相區(qū)別)，其中每個(gè)群的點(diǎn)代表多個(gè)信息位。
這種QAM信號(hào)一般與一個(gè)導(dǎo)頻分量一起傳輸。例如，QAM信號(hào)的信息分量可以與一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)頻音調(diào)一起傳輸，它們的頻率偏移信息內(nèi)容本身。這些導(dǎo)頻分量可以用來(lái)支持同步，或者另一方面以各種方式支持信息分量的還原。
不幸的是，這種頻偏導(dǎo)頻分量本身占用帶寬，因此減少了可用于通信信道以發(fā)送信息分量的帶寬。如果信息分量本身分成頻偏數(shù)據(jù)包，那么由于要用另外的頻譜維持多個(gè)允許還原各種信息分組所需要的導(dǎo)頻基準(zhǔn)，所以問(wèn)題便更嚴(yán)重了。
部分地針對(duì)這種情況，在先有技術(shù)中提出了采用時(shí)域?qū)ьl分量的方法。例如，特定的QAM傳輸?shù)男畔⒎至颗c一個(gè)以周期方式出現(xiàn)的頻帶內(nèi)預(yù)定導(dǎo)頻基準(zhǔn)分量相組合。(由于導(dǎo)頻分量?jī)H僅時(shí)有時(shí)無(wú)出現(xiàn)，所以該分量被認(rèn)為是存在于時(shí)域之中，與以上討論的頻域?qū)ьl分量相區(qū)別)。
雖然包括時(shí)域?qū)ьl分量的QAM傳輸在許多地方得到了應(yīng)用，但還不能滿足所有的需要。例如，在一個(gè)RF通信環(huán)境中，通信單元可能相對(duì)另外的通信單元移動(dòng)，因而這種先有技術(shù)時(shí)域?qū)ьl基準(zhǔn)QAM方法可能提供不可接受的性能。特別是，具有多路衰減特征的陸地可移動(dòng)無(wú)線電信道，它使信道的相位和振幅隨著接收和發(fā)送單元移動(dòng)隨時(shí)發(fā)生變化。這種變化必須得到補(bǔ)償否則就應(yīng)允許，以便得到合適的接收效果。一般說(shuō)來(lái)，由于信道振幅變化可以忽略，且差分或鑒頻接收技術(shù)能夠自動(dòng)引起信道相位的變化，因而相位和頻率的調(diào)制方案不需要補(bǔ)償。然而，相位和頻率調(diào)制不能有效地使用帶寬。而QAM技術(shù)可以通過(guò)比較有效地使用帶寬，它需要更復(fù)雜的信道補(bǔ)償方法，例如在先有技術(shù)中使用與信息內(nèi)容相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)頻音調(diào)的方法。
與無(wú)線信道的多路特征相聯(lián)系的另一個(gè)問(wèn)題是頻率選擇衰減。每當(dāng)?shù)竭_(dá)接收器的各個(gè)多路分量之間的延時(shí)差相對(duì)于信道中的信號(hào)傳輸率變得足夠大的時(shí)候，都會(huì)發(fā)生上述問(wèn)題。此時(shí)，在相關(guān)的波段內(nèi)，信道頻響曲線不再平直，而會(huì)表現(xiàn)出相位和振幅將隨著頻率的變化而變化，當(dāng)發(fā)送器和接收器移動(dòng)時(shí)，頻率本身又隨時(shí)間發(fā)生變化。這種頻率選擇效應(yīng)導(dǎo)致與接收信號(hào)強(qiáng)度無(wú)關(guān)的信號(hào)失真。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，這種失真表現(xiàn)出無(wú)法減小的比特誤差率或最低誤差，它不管接收的信號(hào)變得多強(qiáng)都保留下來(lái)。此外，當(dāng)信號(hào)的信息量增加時(shí)，失真效應(yīng)將更為嚴(yán)重。
因此，需要有一種通信方法，它能有效地利用QAM以及類似的調(diào)制技術(shù)，而同時(shí)基本上避免頻譜失效，而這種現(xiàn)象可能在使用一些先有技術(shù)的導(dǎo)頻分量技術(shù)和其它多路補(bǔ)償技術(shù)時(shí)發(fā)生。在一個(gè)變化的多路運(yùn)行環(huán)境中，該技術(shù)將更具有優(yōu)勢(shì)。
以上需要及其它要求可以通過(guò)本說(shuō)明書公開(kāi)的通信技術(shù)而基本上得以滿足。根據(jù)本發(fā)明，原信息信號(hào)變換成并行的多個(gè)處理過(guò)的信息信號(hào)樣本序列。然后，至少一個(gè)這樣的序列與包括至少一個(gè)預(yù)定樣本的基準(zhǔn)序列組合，該樣本作為接收器有效地還原與原信息信號(hào)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的時(shí)域?qū)ьl基準(zhǔn)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，原信息信號(hào)可以是串行數(shù)據(jù)流的形式，并且對(duì)預(yù)選的串行部分進(jìn)行變換。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，變換步驟不包括將構(gòu)成原信息信號(hào)的位組變成相應(yīng)的多位符號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)預(yù)定的這些符號(hào)構(gòu)成一個(gè)處理過(guò)信息信號(hào)樣本序列。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，組合步驟包括將預(yù)定的樣本(它代表時(shí)域?qū)ьl基準(zhǔn))和至少兩個(gè)樣本序列組合。在另一個(gè)實(shí)施例中，所有的序列都以這種方式與一個(gè)導(dǎo)頻音調(diào)基準(zhǔn)組合。
以外還有一個(gè)實(shí)施例，其中在一些但非全部的子信道組中可以提供時(shí)域?qū)ьl。為了在不具備導(dǎo)頻的子信道中實(shí)現(xiàn)信道補(bǔ)償，所提供的時(shí)域?qū)ьl可以用來(lái)對(duì)那個(gè)子信道的導(dǎo)頻進(jìn)行估計(jì)。實(shí)際上，偶爾發(fā)送的導(dǎo)頻可以在任何時(shí)間和頻率下插入，以便進(jìn)行信息信號(hào)的信道補(bǔ)償。


圖1是根據(jù)本發(fā)明適于在發(fā)送器中使用的一個(gè)信號(hào)處理器的框圖;
圖2表示16QAM符號(hào)群;
圖3表示符號(hào)群，其中一個(gè)符號(hào)構(gòu)成預(yù)定的導(dǎo)頻基準(zhǔn)符號(hào);
圖4a、4b和4c是時(shí)序圖，表示出現(xiàn)在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中的一系列符號(hào)序列;
圖5是頻譜圖，表示多個(gè)樣本序列，根據(jù)本發(fā)明，每一個(gè)都已經(jīng)與預(yù)定的符號(hào)組合;
圖6a和6b是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)適于接收信號(hào)的一個(gè)接收器的框圖;以及圖7表示根據(jù)本發(fā)明所確定的插入的信道增益圖。
根據(jù)本發(fā)明，準(zhǔn)備將一個(gè)信號(hào)發(fā)送出去的信號(hào)處理器在圖1中用參考號(hào)100表示。雖然為了說(shuō)明和理解的方便而采用了框圖的形式，但是應(yīng)該懂得，本發(fā)明可以用于各種不同的實(shí)施例。特別是如從Motorola DSP56000或DSP96000系列中選出的數(shù)字信號(hào)處理器，很易于編程完成下述功能。此外，雖然以下是結(jié)合16＃QAM的應(yīng)用來(lái)進(jìn)行描述的，但也應(yīng)懂得這里所介紹的原理也適用于其它調(diào)制方案。
處理單元(102)接收一個(gè)原信息信號(hào)(101)。在這個(gè)具體的實(shí)施例中，該信息信號(hào)構(gòu)成串行位流，其有效波特率為53.2千比特/秒。這個(gè)位流可以代表例如真正的數(shù)據(jù)、數(shù)字的語(yǔ)音或其它適當(dāng)?shù)男盘?hào)。
處理單元(102)的作用是將原信息信號(hào)的16個(gè)串行位的組變換成四個(gè)16QAM復(fù)數(shù)信號(hào)點(diǎn)(符號(hào))。例如，圖2畫出了一組16QAM復(fù)數(shù)信號(hào)符號(hào)群(200)。符號(hào)群中的每個(gè)符號(hào)代表四個(gè)串行位的不同組合。例如，這些符號(hào)中的第一個(gè)符號(hào)(201)代表位“0001”。另一方面，第二個(gè)符號(hào)(202)代表位“0100”，所有這些都與充分理解的先有技術(shù)的方法相一致。
對(duì)于每個(gè)串行接收到的16個(gè)原信息位，處理單元(102)在四條信號(hào)通路(103～106)的每一條上并行輸出如上所述的合適的多位表示符號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的通信方法的一個(gè)實(shí)施例，位于每條信號(hào)通路(103～106)上的導(dǎo)頻插入單元(107～110)在從處理單元(102)接收七個(gè)串行接收到的信息符號(hào)之后，插入一個(gè)預(yù)定的符號(hào)。例如，參照?qǐng)D3畫出的符號(hào)群(300)，參考號(hào)301所表示的符號(hào)可以代表由導(dǎo)頻插入單元(107～110)插入的預(yù)定符號(hào)。(當(dāng)然也可以利用符號(hào)群中的其它符號(hào)。不在符號(hào)群中的任意信號(hào)點(diǎn)也可以在適當(dāng)?shù)膽?yīng)用中采用。此外，雖然以這種方式利用一個(gè)特定的符號(hào)代表導(dǎo)頻基準(zhǔn)，但是這并不意味同一符號(hào)不能作為符號(hào)流中其它符號(hào)位置處的一個(gè)多位符號(hào)。本最佳實(shí)施例實(shí)際上允許預(yù)定的符號(hào)行使這種雙重功能，最后，并不需要通過(guò)有規(guī)律的、均勻的時(shí)間區(qū)間將所有的導(dǎo)頻符號(hào)等距離地分開(kāi);僅僅需要的是，它們必須以一個(gè)預(yù)定的方式選擇)。
從導(dǎo)頻插入單元(107～110)得到的輸出包括一個(gè)符號(hào)流(在本實(shí)施例中，符號(hào)率為3.8千符號(hào)/秒)，它在圖4a中用參考號(hào)400表示。如圖所示，每七個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)(401)之后，便串行出現(xiàn)一個(gè)構(gòu)成導(dǎo)頻基準(zhǔn)的預(yù)定符號(hào)(402)。這個(gè)符號(hào)流形成一個(gè)復(fù)合信號(hào)，它包括每七個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)后的一個(gè)導(dǎo)頻基準(zhǔn)符號(hào)。這些復(fù)合信號(hào)送給脈沖整形濾波器(116～119)，它們對(duì)符號(hào)進(jìn)行適當(dāng)整形，以便發(fā)送。
此后，每個(gè)復(fù)合信號(hào)與一個(gè)形式為
的適當(dāng)?shù)淖⑷胄盘?hào)(126～129)相混合(121～124)，其中j是-1的方根，t是時(shí)間，f是對(duì)應(yīng)于第K個(gè)復(fù)合信號(hào)的偏移頻率。除了頻率偏移值之外，每個(gè)注入信號(hào)(126～129)的所有上述參數(shù)都是相同的。在本實(shí)施例中，第一注入信號(hào)(126)的頻率偏移值為-6.27KHz，第二注入信號(hào)(127)的頻率偏移值為-2.09KHz，第三注入信號(hào)(128)的頻率偏移值為2.09KHz，第四注入信號(hào)(129)的頻率偏移值為6.27KHz。
此后，經(jīng)濾波和頻偏的復(fù)合信號(hào)組合(131)，形成調(diào)制信號(hào)。復(fù)數(shù)調(diào)制信號(hào)的實(shí)部和虛部在(132，133)處分開(kāi)，并且送給正交升頻器(134)，接下來(lái)信號(hào)在(135)處放大，并送給天線(136)發(fā)射，后者與充分理解先有技術(shù)方法相一致。
經(jīng)整形、頻偏及組合的16QAM符號(hào)序列在圖5中用參考號(hào)500大概地表示出。如在該頻譜圖中表示的那樣，有四條有效的符號(hào)信息子信道(501)，每條都與其它子信道偏移上述偏移頻率。在本實(shí)施例中，每個(gè)子信道符號(hào)還包括一個(gè)夾在中間的時(shí)域?qū)ьl基準(zhǔn)序列(圖中用參考號(hào)502表示)。(并不需要使該四組16QAM包的每個(gè)16QAM子信道符號(hào)都包括一個(gè)夾入的時(shí)域?qū)ьl基準(zhǔn)。例如，如圖4b所示，只有一個(gè)QAM信號(hào)可以包括在接收期間采用插入技術(shù)插入的導(dǎo)頻基準(zhǔn)，以便提供一個(gè)估計(jì)的、用于還原其余16QAM子信道的導(dǎo)頻基準(zhǔn)。此外，或作為一種選擇，各個(gè)子信道的導(dǎo)頻序列在時(shí)間上可以相互錯(cuò)開(kāi)，如圖4c所示，使得在任何時(shí)間和頻率都允許插入估測(cè)的導(dǎo)頻基準(zhǔn)，以便用于還原所有子信道符號(hào)。重要的以頻率互相偏移的方式基本上同時(shí)提供多個(gè)QAM信號(hào)，其中至少一個(gè)QAM信號(hào)包括一個(gè)時(shí)域?qū)ьl基準(zhǔn))。
適用于還原上述信號(hào)的接收器如圖6a(600)所示。通過(guò)例如天線(601)、預(yù)選器(602)和正交降頻器(603)接收傳送的信號(hào)之后，中心頻率基本上為零的復(fù)合信號(hào)送給子信道接收器組(604a～604d)，以便恢復(fù)原16QAM信號(hào)。
子信道接收器的工作原理進(jìn)一步如圖6b所示。仍舊包括四條并行子信道的復(fù)合信號(hào)在(606)處與一個(gè)形式為
的適當(dāng)?shù)淖⑷胄盘?hào)相混合，以便將所要求的子信道的中心定在大約零頻率處(也就是把在發(fā)送器引入的頻偏去掉)。
接收器脈沖整形濾波器(607)接收該混合信號(hào)并對(duì)其適當(dāng)整形，然后濾除其它子信道信號(hào)和噪聲，產(chǎn)生一個(gè)單一的子信道信號(hào)。符號(hào)取樣器(608)對(duì)各個(gè)符號(hào)取樣，然后送至兩條處理通路(609和610)。第一信號(hào)處理通路(609)包括一個(gè)導(dǎo)頻取樣器(611)，它從包括數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻符號(hào)的復(fù)合符號(hào)序列中選擇導(dǎo)頻符號(hào)。然后，導(dǎo)頻樣本在(612)處與原傳送的導(dǎo)頻符號(hào)的倒數(shù)(613)相乘(由于該導(dǎo)頻符號(hào)是預(yù)定的，所以它在接收器中就已知了)，根據(jù)導(dǎo)頻取樣的瞬間，估計(jì)信道增益。
導(dǎo)頻插入濾波器(614)對(duì)還原的導(dǎo)頻序列進(jìn)行處理，在插入數(shù)據(jù)符號(hào)的瞬間估計(jì)信道增益。
對(duì)信道相位和振幅失真的補(bǔ)償和對(duì)原數(shù)據(jù)符號(hào)的還原是這樣完成的設(shè)在第二處理通路(610)上的延遲器(616)對(duì)估計(jì)的信道增益與相應(yīng)的數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)。延遲的數(shù)據(jù)符號(hào)在(617)處與估計(jì)的信道增益的共軛復(fù)數(shù)(618)相乘。這一過(guò)程校正信道相位，但是導(dǎo)致符號(hào)被信道振幅的平方改變比例。這一點(diǎn)在判斷框(619)給予考慮，判斷框(619)從閾值調(diào)整乘法器(621)輸入一個(gè)適合的信號(hào)，乘法器(621)本身利用了標(biāo)定的閾值信息和復(fù)數(shù)信道增益估計(jì)值的平方(622)。
由于傳輸和接收方面的困難造成例如相位改變和/或振幅變化，所以接收到的符號(hào)可能降級(jí)。但是通過(guò)利用關(guān)于相位和/或振幅偏差的信息和/或能從導(dǎo)頻插入濾波器得到的結(jié)果，從混合器輸出的符號(hào)得到適當(dāng)?shù)南辔谎a(bǔ)償。由于相位已經(jīng)得到補(bǔ)償，導(dǎo)頻濾波器也提供了適當(dāng)?shù)慕?jīng)調(diào)整的判斷閾值，因此就可以做出判斷，已經(jīng)接收了哪一個(gè)符號(hào)，并且把經(jīng)檢測(cè)的信號(hào)繼續(xù)傳輸，以便進(jìn)一步處理。這種處理通常包括，例如，將來(lái)自不同子信道接收器的檢測(cè)到的符號(hào)進(jìn)行組合，以及轉(zhuǎn)換成串行格式。
參照?qǐng)D7，可以對(duì)導(dǎo)頻插入濾波器(608)的功能進(jìn)行更詳細(xì)的描述。相對(duì)總傳輸通路的復(fù)數(shù)信道增益由參考號(hào)701表示。由導(dǎo)頻樣本提供的考慮各個(gè)瞬間的信道增益的信息由參考號(hào)702表示。根據(jù)取樣信息，可以得到插入的信道增益的估值(703)，該信道增益估計(jì)值適于還原如上所述的數(shù)據(jù)樣本。
同樣的方法當(dāng)然可以用于對(duì)獨(dú)立信息信號(hào)的傳輸和接收，這些信號(hào)通過(guò)載波并行發(fā)射。事實(shí)上，根據(jù)本實(shí)施例，上述各個(gè)子信道都可以傳送與其它子信道無(wú)關(guān)的信息符號(hào)，但是其中時(shí)域?qū)ьl符號(hào)可在任何時(shí)間(如果需要的話還有頻率，如前所述)插入，以便估計(jì)信道條件，由此促使正確還原來(lái)自各個(gè)子信道的信息符號(hào)。
權(quán)利要求
1.傳送一個(gè)原信息信號(hào)的方法，包括以下步驟A)將原信息信號(hào)的串行部分轉(zhuǎn)換成并行的多個(gè)經(jīng)處理的信息信號(hào)樣本序列；B)將并行的多個(gè)經(jīng)處理的信息信號(hào)樣本序列中的至少一個(gè)與至少一個(gè)預(yù)定的樣本組合；其中，每一個(gè)這樣的至少一個(gè)預(yù)定樣本作為時(shí)域?qū)ьl基準(zhǔn)。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中將并行的多個(gè)經(jīng)處理的信息信號(hào)樣本序列中的至少一個(gè)與至少一個(gè)預(yù)定樣本組合的步驟包括這樣的步驟將串行的多個(gè)經(jīng)處理的信息信號(hào)樣本序列的每一個(gè)與至少一個(gè)預(yù)定樣本組合。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其中將并行的多個(gè)經(jīng)處理的信息信號(hào)樣本序列與至少一個(gè)預(yù)定樣本組合的步驟產(chǎn)生多個(gè)復(fù)合信號(hào)。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中將并行的多個(gè)經(jīng)處理的信息信號(hào)樣本序列中的至少一個(gè)與至少一個(gè)預(yù)定的樣本組合的步驟包括這樣的步驟將并行的多個(gè)經(jīng)處理的信息信號(hào)樣本序列中的至少兩個(gè)(并非全部)與至少一個(gè)預(yù)定樣本組合，從而提供至少兩個(gè)復(fù)合信號(hào)。
5.權(quán)利要求4所述的方法還包括以下步驟C)將每個(gè)復(fù)合信號(hào)和每個(gè)沒(méi)有與至少一個(gè)預(yù)定樣本組合的并行的多個(gè)經(jīng)處理的信息信號(hào)樣本序列與一個(gè)偏移信號(hào)混合，從而產(chǎn)生多個(gè)偏移信號(hào)。
6.接收一個(gè)被傳送的信號(hào)的方法，其中被傳送的信號(hào)包括這樣一個(gè)信號(hào)，它是從原信息信號(hào)形成的，其步驟如下A)將原信息信號(hào)的串行部分轉(zhuǎn)換成并行的多個(gè)經(jīng)處理的信息信號(hào)樣本序列;B)將并行的多個(gè)經(jīng)處理的信息信號(hào)樣本序列的每一個(gè)與至少一個(gè)預(yù)定樣本組合，從而形成一個(gè)復(fù)合信號(hào);其中，每一個(gè)這樣的至少一個(gè)預(yù)定樣本作為時(shí)域?qū)ьl基準(zhǔn);所述方法包括以下步驟A)接收被傳送的信號(hào);B)還原來(lái)自被傳送信號(hào)的復(fù)合信號(hào);C)從每個(gè)復(fù)合信號(hào)還原與之相關(guān)的導(dǎo)頻基準(zhǔn);D)利用還原的導(dǎo)頻基準(zhǔn)來(lái)還原原信息信號(hào)。
全文摘要
一個(gè)四組16QAM傳送和接收方法，其中采用了時(shí)域?qū)ьl基準(zhǔn)。多個(gè)16QAM脈沖的每一組可以有一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)頻基準(zhǔn)(402)。根據(jù)實(shí)施例，16QAM脈沖的每一個(gè)可以包括一個(gè)時(shí)域?qū)ьl基準(zhǔn)或一個(gè)估測(cè)的導(dǎo)頻基準(zhǔn)，該脈沖可以這樣確定參照同一組中的其它脈沖的導(dǎo)頻基準(zhǔn)或參照其它先接收到的對(duì)應(yīng)于相同脈沖的16QAM脈沖的導(dǎo)頻基準(zhǔn)。
文檔編號(hào)H04L1/02GK1059240SQ9110393
公開(kāi)日1992年3月4日 申請(qǐng)日期1991年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月12日
發(fā)明者史蒂文·C·賈斯珀 申請(qǐng)人:莫托羅拉公司