通過直接和差分調製間的轉換調製數據信號的方法和設備的製作方法

2023-08-10 00:26:36

專利名稱：通過直接和差分調製間的轉換調製數據信號的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及調製數據信號的方法和設備，具體來講，涉及一種通過在直接和差分調製之間進行轉換或者反向轉換來調製數據信號的方法，該數據信號用於在通信系統的信道上發送，並且，本發明還涉及一種相應的用於調製的設備。
背景技術：
在通信系統中，用於發送高數據率的普通方法是使用調製技術。包括幾種技術，它們適於通信系統的具體特性。諸如ITU之類的標準化組織已經發布了用於調製的多種推薦標準，以達到高數據發送率。
通常，調製方案分類為直接或差分調製方案。直接調製(也稱無記憶調製)指僅從實際輸入將要發送的數據碼元導入調製器而不預先考慮所發送的碼元。為了解調這些碼元，需要一些獨立參考，例如導頻碼元或訓練序列。直接調製方案的實例是BPSK，QPSK，PAM，ASK，PSK，QAM或它們的組合，這些方案已知諸如來自Proakis，John G.「Digital Communications」，4thedition，2001，McGraw-Hill，ISBN 0-07-118183或Xiong，Fuqin，「DigitalModulation Techniques」，2000，Artec House Inc.ISBN 0-89 006-970-0。
在差分調製方案中，已知為有記憶調製，從實際輸入碼元和以前發送的數據形成發送碼元，例如DBPSK，DQPSK，DPSK，DQAM。該技術要求預先發送數據作為參考。
直接調製的一個優點是它抗噪聲和抗幹擾的穩定性。另一方面，對於衰落信道，差分調製有利。在直接調製中，一部分發送資源消耗在某種參考信號上，例如，導頻碼元。相反，由於它的參考是通信信號自身，差分調製不要求額外的參考信號。這就允許整個發送資源用於實際通信信號。當使用差分調製時，直接調製發送所要求的參考信號量可以減少或一起去除。可以使用省下的量，例如添加冗餘度，例如可通過使用系統中的FEC(前向誤差編碼)來增加發送的整體性能。
當使用直接調製時，為了正確解調信號，需要傳輸信道的某種知識(knowledge)。然而，在某些條件下，當傳輸信道受到衰落或幹擾時，例如在移動或衛星通信系統中，解調性能嚴重減低。這種情況下，使用差分調製就有利了，它要求較低的精度或不要求解調信道知識。另一方面，當信道知識可靠時，利於使用直接調製。

發明內容
本發明的目的是提供一種調製方法和設備，能對通信系統的每種條件都應用優選調製方案。
上述目的可以通過提供一種調製數據信號的方法來實現，該數據信號用於在通信系統的信道上發送，所述方法包括步驟在給定的第一信號間隔內，對數據信號施加直接調製方案，確定一控制標準(control measure)，用於將數據信號的調製方案從直接調製方案轉換為差分調製方案，和/或將數據信號的調製方案從差分調製方案轉換為直接調製方案，以及，在給定的第二信號間隔內，對數據信號施加差分調製方案。
上述目的還可以通過提供一種調製數據信號的設備來實現，該數據信號將要通過通信系統中的信道發送，所述設備包括第一調製器，用於在給定的第一信號間隔內，對數據信號施加直接調製方案，轉換單元，用於將數據信號的調製方案從直接調製方案轉換為差分調製方案，和/或將數據信號的調製方案從差分調製方案轉換為直接調製方案，控制單元，用於根據確定的控制標準操作轉換單元，以及，第二調製器，用於在給定的第二信號間隔內，對數據信號施加差分調製方案。
根據本發明的方法和設備，可以選擇從性能的觀點來看最適於提高例如所檢測信道質量的條件的調製方案。按照相應控制標準來管理轉換操作。這樣，該方法選擇直接或差分調製，從直接轉換為差分和/或反之。當直接調製適於信道好的知識時，當未知載波相位時，差分調製好。
應用於轉換調製方案的控制標準種類取決於通信系統中實際使用的方案。如何在通信系統中獲得控制標準和其實現超出了本發明的範圍。然而，作為優選方法，例如通過確定相位偏差或調製信號幅度來估算信道質量。或者，這兩種標準都適當。
作為另一優選實施例，通過用預定閾值來比較相位和幅度偏差以獲得控制標準。另一方面，閾值可以根據通信信道中的噪聲和或幹擾而動態變化。
根據有優勢的實施例，調製方案的轉換包括類似滯後現象行為來避免頻繁的不必要轉換。


圖1是例示了發送側通信信號調製器的相關部分、傳輸信道和接收側信號解調器的框圖；圖2是表示用於8-PSK的範例性調製星座(constellation)；圖3是表示判斷圖2信號星座的界限和區域；圖4是說明直接和差分幅度調製之間轉換的流程圖；和圖5是說明直接和差分相位調製之間算法的流程圖；圖6是組合的4-ASK/4-PSK調製星座的實例，已知為16-星QAM；圖7表示16-平方QAM的實例；和圖8表示滯後現象(hysteresis)的實例。
具體實施例方式
參考圖1，說明了部分與本發明有關的通信系統。詳細地說，信號調製器100接收輸入信號s(t)。轉換單元150將輸入信號轉換為N個調製器120(其輸出通常連接到輸出埠130)中的一個。多個圖示的調製器顯示每個調製器應用不同的調製器方案。當然，本發明不必用多個調製器。而它也可以使用能改變應用於輸入信號的調製方案的單個調製器。從信號調製器100的輸出埠，數據信號以調製了的碼元的形式通過信道200發送。信道構成了傳輸線(諸如窄帶或寬帶電纜)或者空中接口(移動或衛星通信系統的情況)。該信號經信道發送到接收側，隨後在信號解調器300中被解調。
信號解調器的結構超出了本發明的範圍。對於本領域的技術人員而言信號解調器已知道用於上述各種調製方案。
最後，通過使用誤差檢測或所使用的發送功率測量的辦法，通信系統提供用於通報信道質量的反饋環路(圖1中示意性顯示)。反饋信號由操作轉換單元150的控制單元140來接收。按信道條件，通過將輸入信號加到相應調製器，可以在接收機側選擇最適當的調製方案，以調製數據碼元。
圖2顯示了用於8-PSK調製方案的信號空間圖。從圖可見，3位一組作為一個調製字，得到8個區分單元的調製字表。按圖，調製字映射到相應複數碼元。
如該星座所示，相鄰信號點之間的角為 ，其中M為星座點的總數，在圖中所示的實例中，M＝8。解調過程中，解調器提供最接近接收的信號點的碼元作為輸出。該規則廣泛應用於減少碼元誤差率。
圖3顯示了碼元周圍的相應確定區域。術語「偏差」定義為信道上發生的幅度增益和相位偏移之間的偏差，另一方面，是指另一側接收機中的各估算值。考慮到信道估算是唯一誤差源的發送系統，超過 的信道相位估算誤差導致誤差解調。公式顯示了相位估算誤差的標誌並不影響誤差機率。因此，下面，假定不標記相位估算誤差。
從上述結論，可以導出規則當檢測到超過 的信道相位估算誤差時，調製方案應從直接調製變為差分調製。另一方面，當檢測到的信道相位估算誤差小於 時，應使用直接調製。
圖4中描述了在直接和不同調製方案之間轉換幅度調製的過程。通常，該過程類似於圖5所示的那樣，下文將做更詳細的描述。
更具體地講，在步驟400中，首先確定當前使用的是直接還是間接幅度調製。在使用間接幅度調製的情況下，確定幅度估算偏差ΔA(步驟410)，接下來，在步驟420比較偏差和閾值 。如果偏差比閾值大，就用轉換操作430從直接轉換到差分調製。
另一方面，如果確定的估算幅度比閾值 小(步驟440，450)，就從差分向直接調製進行相應轉換。
另外，如果在直接幅度調製期間，偏差沒到閾值或小於閾值，不完成轉換，當用差分幅度調製時，比閾值大的偏差不導致轉換操作。
可將該方法導至幅度調製技術，如ASK或PAM調製。這種情況下，考慮信道幅度估算誤差 。由於幅度偏差的標誌並不重要，假定沒標記，A~=|amplitude_deviation|]]>。如果兩個相鄰點之間的距離定義為A，那麼，幅度轉換閾值應為 圖5顯示了選擇直接或差分相位調製的過程。作為第一步驟500，確定當前使用直接或間接調製。在使用直接相位調製的情況下，在步驟510確定相位估算偏差△。在在步驟520確定的偏差超過閾值時，執行從直接調製向差分相位調製轉換(步驟530)。
另一方面，在步驟520，如果相位估算偏差△小於閾值 ，就不必進行調製方案轉換。
如果步驟500表明當前使用的是差分調製，在步驟540，確定相位估算偏差△，接著，在步驟550，與閾值 進行比較。如果相位估算偏差小於閾值 ，就在步驟560將進行差分到直接相位調製轉換。如果偏差△大於閾值 就不必轉換，保持差分相位調製方案。
本發明也可以用於結合幅度和相位調製。如果調製碼元的幅度部分獨立於相位部分，那麼，可以訪問每個部分，獨立地進行調製模式轉換，如上參考圖4和5所述。例如，本發明可以用於通信系統，用ASK調製2位，用PSK調製另外2位。所有的4位共同映射到一個碼元上，見圖6，其中2位指幅度電平，2位指相位電平。當幅度偏差比幅度閾值高而相位偏差比相位閾值低時，可以使用於直接相位調製結合差分相位調製。
當幅度和相位不單獨構成調製碼元時，如平方(square)QAM，見圖7，對於轉換準則，要求幅度和相位估算誤差，然後在直接QAM和差分QAM之間轉換。
通常，建議選擇對於直接調製穩妥的閾值電平，由於它更能抗噪聲。換句話說，應只在相位和幅度偏差同時超過各自閾值時轉換到差分調製。不必固定幅度和相位閾值，但取決於應用本發明的通信，可以在預定範圍內選擇優選閾值。
對於相位調製，在假設兩個星座點之間的最大相位差是max時，可以選擇相位閾值間隔為 其中，M指星座點的總數。對於幅度調製，在假設兩個星座點之間的最大幅度差為Amax時，幅度閾值間隔為A~
]]>。
這些間隔是從這一事實產生的，即控制標準自身是被測的和被估算的質量，即它自己也有測量誤差。
和 也可以在該系統中動態確定。例如，它們可以取決於噪聲和幹擾的量。由於已知差分調製對噪聲更敏感，對在高噪聲影響時將閾值增高為更高值有意義，即，對相對高的偏差進行轉換。
還想減少類似滯後現象的轉換行為，如圖8所示。這意味著用於從直接到差分調製轉換的閾值(例如 和 )不必與從差分到直接調製的轉換閾值(例如 和 )相同。
由於轉換處理次數可以很高，所以在想要讓通信系統在直接或差分調製中休息一段時間時應用滯後現象。另外，在噪聲和快速變化條件下確定偏差可以出錯。因而，它可益於引入滯後現象以減小錯誤轉換的可能性。
最後，當直接調製和差分調製不遵循同一方法時尤其適用滯後轉換，例如直接8-PSK和差分16-PSK。而且，如上所述，每個閾值可以在間隔中或動態確定。
也應注意，圖中只描述了理論行為。實施中，可能進行一些變化。例如，即使在考慮當前使用的模式為直接或間接時，也可以確定偏差。
本發明理論上涉及各種調製方法。然而，為了描述，只顯示了8-PSK調製的詳細解決方案。無論如何，當遵循所描述的閾值偏差時，為其它調製發現適當的閾值只是小量的工作。
權利要求
1.一種調製數據信號的方法，該數據信號用於在通信系統的信道上發送，所述方法包括步驟在給定的第一信號間隔內，對數據信號施加直接調製方案，確定一控制標準，用於將數據信號的調製方案從直接調製方案轉換為差分調製方案，和/或將數據信號的調製方案從差分調製方案轉換為直接調製方案，和在給定的第二信號間隔內，對數據信號施加差分調製方案。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，直接調製方案是BPSK，QPSK，PAM，ASK，PSK和QAM中的一種或它們的組合。
3.根據權利要求1的方法，其中，差分調製方案是DBPSK，DQPSK，DPSK和DQAM中的一種或它們的組合。
4.根據權利要求1-3中任意一個權利要求所述的方法，其中，控制標準是估算信道質量。
5.根據權利要求1-4中任意一個權利要求所述的方法，其中，控制標準是接收的調製碼元的相位或幅度的偏差，或相位和幅度偏差的組合。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，通過比較接收的調製碼元的相位或幅度偏差與一相應的閾值來獲得所述控制標準。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述閾值是在通信系統中動態確定的，最好是根據信道噪聲和/或幹擾來確定。
8.根據權利要求1-7中任意一個權利要求所述的方法，其中，調製方案的轉換包括類似滯後現象行為。
9.一種調製數據信號的設備，該數據信號將要通過通信系統中的信道發送，所述設備包括第一調製器(120)，用於在給定的第一信號間隔內，對數據信號施加直接調製方案，轉換單元(150)，用於將數據信號的調製方案從直接調製方案轉換為差分調製方案，和/或將數據信號的調製方案從差分調製方案轉換為直接調製方案，控制單元(140)，用於根據確定的控制標準操作轉換單元(150)，和第二調製器(120)，用於在給定的第二信號間隔內，對數據信號施加差分調製方案。
10.根據權利要求9所述的設備，其中，所述控制單元(140)估算通信系統的信道質量。
11.根據權利要求10的設備，其中，控制單元(140)包括一比較器，用於比較接收的調製碼元的相位或幅度與一相應的閾值。
12.根據權利要求9-11中任意一個權利要求所述的設備，其中，控制單元(140)包括用於存儲操作轉換單元(150)的低和高閾值的裝置，用來以類似滯後現象行為轉換調製方案。
全文摘要
一種對於要在通信系統的信道上發送的數據信號進行調製的方法和設備，其中，在給定的第一信號間隔將直接調製方案施加於數據信號。接著，確定控制標準，用於將數據信號的調製方案從直接調製方案轉換為差分調製方案，和/或將數據信號的調製方案從差分調製方案轉換為直接調製方案。在給定的第二信號間隔內，對數據信號施加差分調製方案。
文檔編號H04L1/00GK1404238SQ02142809
公開日2003年3月19日 申請日期2002年8月17日 優先權日2001年8月17日
發明者亞歷山大·戈裡謝克, 克裡斯琴·溫格特, 艾科·塞德爾 申請人:松下電器產業株式會社