正交頻分多路復用數據機電路的製作方法
2023-10-09 01:04:54
專利名稱：正交頻分多路復用數據機電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及正交頻分多路復用數據機電路，特別涉及發送多個不同信道的OFDM(正交頻分多路復用)數據機電路。
近年來，數位化廣播越來越普及，並採用OFDM系統作為它的調製系統。此外，在5GHz帶寬的無線LAN(區域網)中，也採用OFDM系統作為調製系統。
OFDM系統是一種把傳輸信號分成段的系統，並分別調製和傳輸多個副載波，其特點是OFDM系統具有高頻利用效率，並有很強的多徑衰落。
圖10顯示了常規正交頻分多路復用數據機電路結構的例子。下面參考圖10解釋上述OFDM系統的原理。首先，傳輸信號X是數字高清晰度電視廣播信號，由20Mbps數據信號和10.72Mbps系統開銷(用於誤差校正和同步控制的信號)信號組成。即，總傳輸信號是30.72Mbps。
這個信號通過串/並行轉換器(S/P)101產生4×512比特並行數據，並且，將數據分成每4比特一組。據此，產生了16-數值QAM(正交調幅)基帶信號A。
16-數值QAM基帶信號A是具有實部(Re)和虛部(Im)的複數數據。圖11顯示了複數平面上每一個信號點和4-比特輸入信號之間的對應。
因此，輸出的512複數16-數值QAM信號A的每一個符號率是30.72/4/512Msps＝15ksps。當這些複數數量輸入到逆富氏變換器(IFFT)105時，獲得了512組變換的結果B。這些結果用並/串行轉換器(P/S)106轉換成為串行信號C。
在轉換之前使得實部信號是I信號，虛部信號是Q信號，這些信號以採樣率15ksps×512＝7.68Msps被輸入到發射機(TX)107。發射機107執行I和Q基帶信號的正交調製，並從天線115將信號輸出。
圖12顯示了發射機信號中的副載波的分配。如圖12所述，副載波之間的每一個間隔等於15KHz的符號率，副載波的數量是512個。因此，帶寬是15KHz×512＝7.68MHz。
下面描述接收端的結構。在接收端，從發射端發射的高頻信號用天線116接收，接收機進行正交調製產生基帶信號(I、Q)D。串並行轉換器(S/P)109分別以7.68Msps的速率採樣這個信號，並產生由512組I(實部)和Q(虛部)信號構成的並行信號E。當這個信號輸入到離散富氏變換器(FFT)110時，獲得了512個複數量。
這個數據F表示了在複數平面上的每一個對應副載波的信號點。對應的4-比特數據(在16-數值QAM的情況中)從這個數據點再生，並解碼成為正交信號Y，用並/串行轉換器(P/S)112輸出。
如上所述，在OFDM系統中發射的比特率是非常高的，例如，30.72Mbps。這個信號被分成為許多副載波並被發射。當副載波的數量是512以及調製系統是16-數值QAM時，每個副載波的符號率變得只是15ksps。每一個符號的持續周期大約是67微秒，這個時間與通常多徑的徑差相比是足夠大的值。因此，OFDM系統對多徑傳輸具有很大的阻力。
現在假設OFDM系統利用如數位電視廣播和高速無線LAN設備的每一個單個單元。然而，因為OFDM系統在多徑傳輸中具有很強的特點，這個特點在其它移動通信中也具有吸引力。
因此，作為一個自然的結論，可以認為使用OFDM系統的要求也出現在移動通信中。但是，因為OFDM系統通過使用幾百個副載波實現了巨大的傳輸能力，所以，不允許一種移動通信獨佔使用OFDM系統。
因此，通過一條OFDM線傳輸各種通信是可能的，例如，數字TV、無線LAN、網際網路、可攜式電話機。多種通信信號分別具有不同的比特率，根據信息類型，必須的傳輸質量(QoS業務質量)是不同的。
即，在數據通信中存在各種不同的傳輸率(例如，28.8kbps、1.44Mbps、10Mbps)，要求的誤差率不高於10E-6。另一方面，在如電話的語音通信中，傳輸率是13kbps，10E-3的誤差率被認為是足夠高的質量。
本發明的目的是解決上述的問題，並提供一種可以多路復用信號的正交頻分多路復用數據機電路，這些信號的比特率和QoS相互之間不同，並可以通過一條OFDM線發射信號。
本發明的正交頻分多路復用數據機電路是一種使用多個副載波用於通信的正交頻分多路復用數據機電路，並發射和接收多通信信道。在電路中，多個副載波被分成各個副載波組並被指定給各個通信信道。
即，本發明的正交頻分多路復用數據機電路提供了一種方法，通過一條OFDM(正交頻分多路復用)線多路復用和發射多個比特率和QoS(業務質量)相互之間不同的通信信道。
為達到此目的，按照本發明第一方面的正交頻分多路復用數據機電路，其特點在於使用多個副載波進行通信，OFDM系統發射和接收多個通信信道，並在OFDM系統中把多個副載波分成多個組，把副載波組分別分配給多個通信信道。
按照本發明第二方面的正交頻分多路復用數據機電路，其特點在於把副載波組分配給各個通信信道是自適應進行的。
按照本發明第三方面的正交頻分多路復用數據機電路，其特點在於每一個副載波組的調製系統是按照對應通信信道需要的QoS(業務質量)變化。
按照本發明第四方面的正交頻分多路復用數據機電路，其特點在於使頻率軸上的各個副載波對齊隨機化的裝置包括在發射端，解對齊隨機化的裝置包括在接收端。
按照本發明第五方面的正交頻分多路復用數據機電路，其特點在於當需要時所有副載波被分配給單個信道而其它信道的通信停止。
按照本發明第六方面的正交頻分多路復用數據機電路，其特點在於上述可變化的調製系統使用如BPSK(二進位相移鍵控)、QPSK(四相移鍵控)、QAM(正交調幅)相位調製，相位平面上的符號點按照QoS改變。
按照本發明第七方面的正交頻分多路復用數據機電路，其特點在於因為要求每一個副載波的發射功率一致，確定了每一個調製符號的峰值，(所以，)致使各個副載波的傳輸功率變得與調製系統無關。
按照本發明第八方面的正交頻分多路復用數據機電路，其特點在於作為一個裝置，使各個副載波的位置隨機化的處理在每一個符號進行更新，以防止頻率選擇衰落引起的特殊副載波的抑制。
按照本發明第九方面的正交頻分多路復用數據機電路，其特點在於包括被包括在發射端的確定每一個符號隨機化圖形向接收端發射每個符號的隨機化圖形的裝置，並包括同步隨機化圖形的發射和接收的裝置。
按照本發明第十方面的正交頻分多路復用數據機電路，其特點在於正交頻分多路復用數據機電路包括被包括在發射端的確定每個符號的隨機化圖形並向接收端發射每個符號的隨機化圖形的裝置，作為一個裝置，分配預定的通信信道和對應它的副載波，用於同步隨機圖形的發射和接收。
按照本發明第十一方面的正交頻分多路復用數據機電路，其特點在於預定的通信信道和對應它的副載波從隨機處理中消除。
根據上述結構和處理操作，本發明的正交頻分多路復用數據機電路可以使用一條OFDM線發射比特率和QoS相互之間不同的通信信道。
圖1是本發明一個實施例的正交頻分多路復用數據機電路結構的方框圖；圖2是圖1所示的串/並行轉換器結構例子的方框圖；圖3是圖1所示的串/並行轉換器結構例子的方框圖；圖4是解釋圖1隨機函數發生器的示意圖；圖5是解釋圖1解-隨機函數發生器的示意圖；圖6是圖2所示的串/並行轉換器操作的時序圖；圖7是圖3所示的串/並行轉換器操作的時序圖；圖8是複數平面上的符號點的圖表；圖9是本發明另一個實施例的正交頻分多路復用數據機電路結構的方框圖；圖10是常規例子的正交頻分多路復用數據機電路結構的方框圖；圖11是對應複數平面上的各個信號點和4-比特信號；圖12是發射機信號中的副載波的分配示意圖。
下面，參考附圖描述本發明的實施例。圖1是本發明一個實施例的正交頻分多路復用數據機電路結構的方框圖。在圖1中，本發明這個實施例的正交頻分多路復用數據機電路包括由串/並行轉換器(S/P)101、102、103、隨機函數發生器104、離散逆富氏變換器(IFFT)105、並/串行轉換器(P/S)106、發射機(TX)107構成的發射端，接收端包括接收機(RX)108、串/並行轉換器(S/P)109、離散富氏變換器(FFT)110、解-隨機函數發生器111、並/串行轉換器(P/S)112、113、114。
圖2是圖1所示的串/並行轉換器101結構例子的方框圖。在圖2中，串/並行轉換器101由移位寄存器601和16-數值QAM(正交調幅)發生電路602、603、604、605構成。
圖3是圖1所示的串/並行轉換器102結構例子的方框圖。在圖3中，串/並行轉換器102由移位寄存器701和QPSK(四相移鍵控)發生電路702、703、704、705構成。
圖4是解釋圖1隨機函數發生器104的示意圖，圖5是解釋圖1所示的解-隨機函數發生器111的示意圖。圖6是圖2所示的串/並行轉換器101操作的時序圖，圖7是圖3所示的串/並行轉換器102操作的時序圖。此外，圖8是複數平面上的符號點的圖表。參考圖1到圖8，描述本發明的這個實施例的正交頻分多路復用數據機電路的操作。與圖10所示的正交頻分多路復用數據機電路的常規例子不同，本發明的這個實施例的正交頻分多路復用數據機電路在發射端具有多個數據輸入X1、X2...Xn，在接收端也對應多個數據輸出Y1、Y2...Yn。
輸入信號X1、X2...Xn分別由串/並行轉換器101、102和103轉換成為複數平面信號A。例如，輸入信號X1在240kbps的比特率時被輸入。如果輸入信號的QoS是中等程度，則分配四個副載波，如果調製系統是16-數值QAM，串/並行轉換器101的輸出變為以15ksps的四個複數數字(它對應四個副載波)。如圖2所示，在串/並行轉換器101產生16-數值QAM中，數據輸入到由等於數據率的時鐘頻率驅動的移位寄存器601。同時，移位寄存器601的4-比特並行輸出是一個組，並分別輸入到16-數值QAM產生電路602、603、604、605，以便與等於符號率的時鐘(符號時鐘)合併。
根據每一合併的4-比特數值，選擇圖11所示的複數平面上的符號點，並輸出每一個實部(Re)和虛部(Im)。圖6顯示了操作的時序圖。
當比特率是120kbps，QoS很高時，四個副載波被分配到輸入信號X2，具有低誤差率的QPSK被用作為調製系統。在這種情況下，串/並行轉換器102的輸出也在15kbps變為四個複數數字(它對應四個副載波)。
如圖3所示，在串/並行轉換器102中，數據輸入到由等於數據率的時鐘頻率驅動的移位寄存器701。每2比特設置移位寄存器701的並行輸出，並分別輸入到QPSK產生電路702、703、704、705，以便與等於符號率的時鐘(符號時鐘)合併。
按照合併的2比特值，選擇圖8所示的複數平面上的符號點，並輸出每一個實部(Re)和虛部(Im)。圖7顯示了操作的時序圖。
同樣，如果輸入信號Xn的QoS不是很高，它的比特率是90kbps，則分配副載波。此外，當調製系統是64-數值QAM，串/並行轉換器103的輸出在15ksps也變為一個複數數字(它對應一個副載波)。
如上所述，適當的調製系統和分配的副載波的數量可以從比特率和QoS中確定，所有副載波的符號率可以設置為相同的速率，即，15KHz。
如上所述，為每個通信信道分配副載波和調製系統，獲得了總數為512個複數數據符號(在15Kbps符號率)。在這種情況中，如果沒有足夠的通信信道且副載波過剩，則不對副載波進行調製，即，複數是(0+j0)。
因此，以這種方式獲得的512個並行複數數據的對齊順序由隨即函數發生器104替代。這個操作運行每個符號。如圖4所示，隨機函數發生器104用控制信號(例如8比特)替代每個符號的順序。如果控制信號是8比特，可以進行256種替代。在圖4中，儘管輸入信號X510和X511連接到Y510和Y511，其假設了控制信道。
控制信道將發射有關隨機圖形的碼元同步和信息到接收端。因此，它便利於最初接入以發射沒有進行隨機化的該信號。
離散逆富氏變換器105處理512個隨機化的並行複數數據A』，以獲得512組I和Q並行複數數據B。並/串行轉換器106將這個結果轉換成為串行信號C。在傳輸前，並/串行轉換器106使得實部信號是I信號，虛部信號是Q信號，並以15ksps×512＝7.68Msps的採樣率將它們輸出到發射機107。發射機107執行I和Q基帶信號的正交調製，並從天線115輸出它們。
圖12顯示了發射機信號中的副載波的分配。如圖12所示，副載波之間的每一個間隔等於是符號率的15KHz，副載波的數量是512。因此，帶寬是15KHz×512＝7.68MHz下面描述接收端的操作。接收端用天線116接收發射端發射的高頻信號，並用接收機108進行正交調製產生基帶信號(I和Q)D。接收端用串/並行轉換器109以7.68Msps的速率分別採樣這個信號，以產生由512組I(實部)和Q(虛部)信號構成的並行信號E。離散富氏變換器110接收這個信號，以輸出512個複數量。
這些數據F』表示對應複數平面上的副載波的信號點。解-隨機函數發生器111接收這個結果，並恢復在隨機函數發生器104中改變的副載波的順序。
如圖5所示，解-隨機函數發生器111用控制信號(例如8比特)替代每個符號的順序。如果控制信號是8比特，可以進行256種替代。在圖5中，儘管輸入信號Y510和Y511連接到X510和X511，其假設了控制信道。
控制信道將發射碼元同步和有關隨機圖形的信息到接收端。因此，它便利於最初接入以發射沒有進行隨機化的信號。
解隨機化的結果F表示複數平面上的對應副載波的信號點。對應的比特數據從各自副載波的信號點和調製系統中恢復和解碼，並用並/串型轉換器112、113、114輸出到原來的信號Y1、Y2...Yn。
因此，可以通過一條OFDM線進行上述的發射多個通信信道的處理操作，各個信道之間的比特率和QoS是不同的。
圖9是本發明另一個實施例的正交頻分多路復用數據機電路結構的方框圖；在圖9中，顯示了單個信道的正交頻分多路復用數據機電路的結構。
即，本發明這個實施例的正交頻分多路復用數據機電路包括由串/並行轉換器(S/P)101、隨機函數發生器104、離散逆富氏變換器(IFFT)105、並/串行轉換器(P/S)106、發射機(TX)107構成的發射端，接收端包括接收機(RX)108、串/並行轉換器(S/P)109、離散富氏變換器(FFT)110、解-隨機函數發生器111、並/串行轉換器(P/S)112。
本發明實施例的正交頻分多路復用數據機電路主要旨在通過一條OFDM線發射多個具有不同比特率和QoS的通信信道。但是，根據情況，只有一個通信信道可優先通過。
例如，當必須中繼數字高清晰度TV廣播時，就必須分配所有副載波到這個信道。在這種情況下，可以暫時停止具有較低優先權的其它通信信道，使用所有副載波用於一個優選的信道。因此，本發明這個實施例的正交頻分多路復用數據機電路具有上述的結構。
因此，本發明也適應性地包括按照通信信道的優先權、比特率和QoS確定副載波和調製系統的分配。
此外，在調製系統不同的副載波之間出現的平均信號功率的差是不可取的。本發明包括調節符號的峰值示的所有副載波的平均信號功率相同。
如上所述，本發明的優點是正交頻分多路復用數據機電路使用多個副載波用於通信，發射和接收多個通信信道，通過把多個副載波分成的副載波組分配到一個通信信道，可以通過一條OFDM線多路復用和發射相互之間的比特率和QoS不同的信號。
權利要求
1.一種正交頻分多路復用數據機系統，使用多個副載波進行通信，發射和接收多個通信信道，其中，一個或多個子載波被分配給多個通信信道的每一個，隨機函數發生器，隨機地改變頻率軸上對齊的子載波序列的順序，其中，隨機函數發生器放置於發射端，解隨機函數發生器，將對齊的子載波還原為發射端改變其之前的對齊的序列的順序，其中，解隨機函數發生器放置於接收端。
2.按權利要求1所述的正交頻分多路復用數據機系統，其特徵在於分配給各個通信信道的子載波的數量是自適應地改變的。
3.按權利要求1所述的正交頻分多路復用數據機系統，其特徵在於分配給每個通信信道的子載波的數量按照業務質量QoS而變化。
4.按權利要求3所述的正交頻分多路復用數據機系統，其特徵在於應用於每組子載波的調製系統根據對應通信信道的必要的QoS而變化。
5.按權利要求4所述的正交頻分多路復用數據機系統，其特徵在於可變化的調製系統至少使用二進位相移鍵控、四相移鍵控、正交調幅的相調製之一，相位平面上的符號點按照QoS改變。
6.按權利要求1至5之一所述的正交頻分多路復用數據機系統，其特徵在於對各個副載波的位置進行隨機化的處理在每一個符號進行更新。
7.按權利要求2所述的正交頻分多路復用數據機系統，其特徵在於根據需要將所有子載波分配給單個信道，並在分配期間停止其它信道上的通信。
8.按權利要求4所述的正交頻分多路復用數據機系統，其特徵在於確定符號的峰值，以保持每個副載波的傳輸功率為不變值而與調製系統無關。
9.一種正交頻分多路復用數據機系統的發射系統，使用多個副載波進行通信，發射和接收多個通信信道，其中，一個或多個子載波被分配給多個通信信道的每一個，包括隨機函數發生器，用於隨機地改變頻率軸上對齊的子載波序列的順序。
10.按權利要求9所述的發射系統，其特徵在於分配給各個通信信道的子載波的數量是自適應地改變的。
11.按權利要求9所述的發射系統，其特徵在於分配給每個通信信道的子載波的數量按照業務質量QoS而變化。
12.按權利要求11所述的發射系統，其特徵在於應用於每組子載波的調製系統根據對應通信信道的必要的QoS而變化。
13.按權利要求12所述的發射系統，其特徵在於可變化的調製系統至少使用二進位相移鍵控、四相移鍵控、正交調幅的相調製之一，相位平面上的符號點按照QoS改變。
14.按權利要求9至13之一所述的發射系統，其特徵在於對各個副載波的位置進行隨機化的處理在每一個符號進行更新。
15.按權利要求10所述的發射系統，其特徵在於根據需要將所有子載波分配給單個信道，並在分配期間停止其它信道上的通信。
16.按權利要求12所述的發射系統，其特徵在於確定符號的峰值，以保持每個副載波的傳輸功率為不變值而與調製系統無關。
17.一種正交頻分多路復用數據機系統的接收系統，使用多個副載波進行通信，發射和接收多個通信信道，其中，接收和解調來自用於發射多個通信信道的正交頻分多路復用調製器的信號，並包括解隨機函數發生器，將對齊的子載波還原為發射端隨機地改變其之前的對齊的序列的順序。
18.一種用於正交頻分多路復用數據機系統的方法，使用多個副載波進行通信，發射和接收多個通信信道，其中，一個或多個子載波被分配給多個通信信道的每一個，隨機函數發生器，隨機地改變頻率軸上對齊的子載波序列的順序，其中，隨機函數發生器放置於發射端，解隨機函數發生器，將對齊的子載波還原為發射端改變其之前的對齊的序列的順序，其中，解隨機函數發生器放置於接收端。
19.按權利要求18所述的方法，其特徵在於分配給各個通信信道的子載波的數量是自適應地改變的。
20.按權利要求18所述的方法，其特徵在於分配給每個通信信道的子載波的數量按照業務質量QoS而變化。
21.按權利要求20所述的方法，其特徵在於應用於每組子載波的調製系統根據對應通信信道的必要的QoS而變化。
22.按權利要求21所述的方法，其特徵在於可變化的調製系統至少使用二進位相移鍵控、四相移鍵控、正交調幅的相調製之一，相位平面上的符號點按照QoS改變。
23.按權利要求18至22之一所述的方法，其特徵在於對各個副載波的位置進行隨機化的處理在每一個符號進行更新。
24.一種用於正交頻分多路復用數據機系統的發射系統的方法，使用多個副載波進行通信，發射和接收多個通信信道，其中，一個或多個子載波被分配給多個通信信道的每一個，包括隨機函數發生器，用於隨機地改變頻率軸上對齊的子載波序列的順序。
25.按權利要求24所述的方法，其特徵在於分配給各個通信信道的子載波的數量是自適應地改變的。
26.按權利要求24所述的方法，其特徵在於分配給每個通信信道的子載波的數量按照業務質量QoS而變化。
27.按權利要求26所述的方法，其特徵在於應用於每組子載波的調製系統根據對應通信信道的必要的QoS而變化。
28.按權利要求27所述的方法，其特徵在於可變化的調製系統至少使用二進位相移鍵控、四相移鍵控、正交調幅的相調製之一，相位平面上的符號點按照QoS改變。
29.按權利要求24至28之一所述的方法，其特徵在於對各個副載波的位置進行隨機化的處理在每一個符號進行更新。
30.一種用於正交頻分多路復用數據機系統的接收系統的方法，使用多個副載波進行通信，發射和接收多個通信信道，其中，接收和解調來自用於發射多個通信信道的正交頻分多路復用調製器的信號，並包括解隨機函數發生器，將對齊的子載波還原為發射端隨機地改變其之前的對齊的序列的順序。
全文摘要
正交頻分多路復用數據機電路多路復用比特率和QoS相互之間不同的信號，通過一條OFDM線發射信號。串/並行轉換器分別把輸入信號轉換成複數並行信號，副載波和調製系統被分配給每一個通信信道。隨機函數發生器改變信號的對齊順序，離散逆富氏變換器處理該信號，並/串行轉換器把該信號轉換成串行信號，發射機進行信號的正交調製，並從天線輸出該信號。接收機對從天線接收的信號進行正交調製，串/並行轉換器把該信號轉換成並行信號。
文檔編號H04J11/00GK1855908SQ20061008175
公開日2006年11月1日 申請日期2001年6月13日 優先權日2000年6月14日
發明者市原正貴, 古谷之綱 申請人:日本電氣株式會社