專利名稱：八相移相鍵控調(diào)制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字移動通信，更具體地指用于增強數(shù)據(jù)率型GSM(EDGE，下同)的八相移相鍵控調(diào)制方法及其裝置。
背景技術(shù)：
以GSM為代表的第二代移動通信系統(tǒng)以話音為主流業(yè)務(wù)。但隨著互聯(lián)網(wǎng)(Internet)的高速崛起，移動接入互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)、移動計算等技術(shù)日益發(fā)展引起業(yè)界的廣泛重視，通過無線空中接口的數(shù)據(jù)通信的需求飛速發(fā)展，移動網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)被普遍看好。但以目前GSM的標準數(shù)據(jù)率為9.6kbps/時隙，不能滿足上述技術(shù)對移動數(shù)據(jù)通信日益增長的需求。
為此，國際電信聯(lián)盟(ITU)正在組織能夠提供高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谌苿油ㄐ畔到y(tǒng)的標準制定。鑒于第二代GSM已建立起龐大的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)并擁有巨量用戶，今后的發(fā)展趨勢是兩者將會在相當(dāng)長時間內(nèi)共存。為向第三代移動通信系統(tǒng)過渡，歐洲電信標準協(xié)會(ETSI)在保留GSM空中接口的時隙結(jié)構(gòu)和頻段的基礎(chǔ)上，采取分階段演進步驟第一階段提出了高速電路交換數(shù)據(jù)(High-Speed CircuitSwitch Data HSCSD)和通用分級無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio ServiceGPRS)兩種工作模式，以提高數(shù)據(jù)通信容量；第二階段，增強數(shù)據(jù)率型GSM(EnhancedData rates for Global/GSM Evolution)，其采用高效調(diào)制技術(shù)(八相移相鍵控)使傳輸速率提高至3倍。
增強數(shù)據(jù)率型GSM(EDGE，下同)是基于GSM發(fā)展起來的。仍然采用原有的頻譜和200K的頻率劃分，能夠非常容易地與GSM實現(xiàn)兼容。它主要通過改變調(diào)制方式，實現(xiàn)高達384kbps的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。同時，增強數(shù)據(jù)率型GSM也獲得了北美IS-136TDMA的支持。在分組域，增強數(shù)據(jù)率型GSM與IS-136的空中接口完全兼容，使之成為全球統(tǒng)一的TDMA標準。
數(shù)字調(diào)制技術(shù)是數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)空中接口的關(guān)鍵技術(shù)之一。不同的數(shù)字移動通信系統(tǒng)采用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)也不同。目前數(shù)字移動通信中的調(diào)制方式，大致可分為兩類。一類為恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制，較為成熟的為時間量化頻率調(diào)制(TFM)和高斯最小移頻鍵控(GMSK)調(diào)制。另一類為線性調(diào)制方式，如四相移相鍵控(QPSK)、八相移相鍵控(8PSK)調(diào)制。向第三代移動通信系統(tǒng)演進過渡階段的增強數(shù)據(jù)率型GSM(Enhanced Datarate for GSMEvolution)是基于GSM發(fā)展起來的無線接入體制。它采用兩種調(diào)制模式8PSK和高斯最小移頻鍵控(GMSK)調(diào)制。
實現(xiàn)線性調(diào)制的一般方法是，先使用一個信號星座將二進制輸入數(shù)字信號映射成為具有相同幅度、不同相位的矢量，再使該矢量通過成型濾波器輸出，圖1示意了線性調(diào)制的過程。實現(xiàn)成形濾波目前常采用的方法，一是用乘法器實現(xiàn)有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器，另一是把所有可能的調(diào)制信號狀態(tài)存儲為查找表。
通常實現(xiàn)線性調(diào)制都采用成形濾波或者查表。成形濾波方法需要采用定點乘法器，乘法器實現(xiàn)電路較復(fù)雜，占用資源較大，且功耗比較大，經(jīng)過定點乘法運算得到的信號質(zhì)量也比直接查表的差；此外，還需將調(diào)制信號的采樣值存貯在表格中。能否有一種采用完全的查找表，使全部的調(diào)制信號的采樣值存貯在表格中，而省卻電路復(fù)雜的乘法器，資源耗費少，利用全查表法在現(xiàn)有的基站硬件上的基礎(chǔ)上并與GSM系統(tǒng)完全兼容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)的八相移相鍵控調(diào)制方法存在的不足，提供一種實現(xiàn)簡便、耗費資源較少的八相移相鍵控調(diào)制方法及裝置，以作增強數(shù)據(jù)率型GSM的技術(shù)支撐。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方法，該八相移相鍵控調(diào)制方法將所有經(jīng)過成形濾波后的八相移相鍵控調(diào)制狀態(tài)全部存在數(shù)據(jù)表格中，并根據(jù)三角函數(shù)規(guī)律和電平分集對應(yīng)關(guān)系將存儲在表格中的調(diào)制狀態(tài)數(shù)據(jù)進行壓縮，碼元輸入后，進行查表操作，通過查表操作后直接輸出調(diào)制數(shù)據(jù)的同相和正交信號。
本發(fā)明的八相移相鍵控調(diào)制裝置包括依次連接的碼元輸入單元、符號映射單元、查表地址生成單元以及全查表輸出單元，其中，符號映射單元對碼元輸入單元輸入的信號完成符號映射功能；
查表地址生成單元將符號映射單元輸出的符號矢量轉(zhuǎn)換為符號地址，并用符號地址與本單元產(chǎn)生的系數(shù)地址共同構(gòu)成查表地址；查表輸出單元按查表地址生成單元產(chǎn)生的查表地址對表格進行查表和數(shù)據(jù)處理后輸出線性數(shù)字調(diào)制的同相和正交信號。
由于本發(fā)明針對增強數(shù)據(jù)率型GSM規(guī)定，采用上述的八相移相鍵控調(diào)制方法和裝置，提出了全查表方案，極大地降低了復(fù)雜度，在經(jīng)過壓縮后，得到準確性很高的調(diào)制信號；而且其調(diào)制裝置可在現(xiàn)有的基站硬件上預(yù)留了對增強數(shù)據(jù)率型GSM的支持。與第三低移動通訊相比，本發(fā)明的方法和裝置，對GSM中的系統(tǒng)改造量極小，與目前正在運行的GSM系統(tǒng)完全兼容，同時又能夠提供足夠的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力，可以充分延長現(xiàn)有GSM體系的生命周期。對運營商而言，既節(jié)省了投資，又可以提供有競爭力的業(yè)務(wù)服務(wù)。


圖1是現(xiàn)有的線性數(shù)字調(diào)制原理框圖。
圖2是本發(fā)明方法調(diào)制原理圖。
圖3是本發(fā)明方法框圖。
圖4是利用本發(fā)明方法調(diào)制后同相、正交信號矢量圖。
圖5是本發(fā)明的應(yīng)用于數(shù)字上變頻器后的方框圖。
圖6是利用本發(fā)明方法調(diào)制后的信號頻譜特性圖。
具體實施例方式
根據(jù)GSM05.04(V8.0.0)協(xié)議，對增強數(shù)據(jù)率型GSM中八相移相鍵控調(diào)制方式的規(guī)定，可將基帶調(diào)制過程分為三個步驟，即1.簡單8相位調(diào)制；2.符號旋轉(zhuǎn)；3.成形濾波器CO(t)濾波。因此，經(jīng)過8相位調(diào)制和符號旋轉(zhuǎn)得到的新調(diào)制矢量被沖擊響應(yīng)為CO(t)的成形濾波器濾波后，就可得到八相移相鍵控的基帶調(diào)制信號y(t)Y(t′)=ΣS^i*C0(t′-iTs+52Ts)]]>。其中，Ts表示一個符號周期。
根據(jù)上述的協(xié)議規(guī)定，請參照圖2所示，本發(fā)明的八相移相鍵控調(diào)制方法核心構(gòu)思是將所有經(jīng)過成形濾波后的八相移相鍵控調(diào)制狀態(tài)全部存在數(shù)據(jù)表格中，并根據(jù)三角函數(shù)規(guī)律和電平分集對應(yīng)關(guān)系將存儲在表格中的調(diào)制狀態(tài)數(shù)據(jù)進行壓縮，碼元輸入后，進行查表操作，通過查表操作后直接輸出調(diào)制數(shù)據(jù)的同相和正交信號I和Q。
具體來說，該方法進一步依次包括符號映射、查表地址生成、查表輸出步驟(見圖3)。
所述的符號映射步驟是使用一個格雷碼映射和3π/8相位旋轉(zhuǎn)的信號星座，將二進制數(shù)字信號映射成為具有相同幅度、不同相位的調(diào)制矢量。
所述的查表地址生成步驟包括產(chǎn)生符號地址和系數(shù)地址，即，將符號矢量映射為符號地址，另由系數(shù)地址生成器產(chǎn)生一個系數(shù)地址，當(dāng)基帶調(diào)制信號的插值率為R、數(shù)據(jù)位寬為W bits時，查表地址包括4位符號地址和ceil(log2(5*R)位系數(shù)地址，表格容量則為4*5*R*Wbits。
所述的查表輸出步驟是由查表地址查找經(jīng)過七倍壓縮的表格，查找出的查表數(shù)據(jù)再根據(jù)壓縮規(guī)律恢復(fù)數(shù)據(jù)，再由地址位控制，進行包括正、負符號操作和同相、正交信號交換操作，最終輸出同相和正交(I和Q)兩個信號。
根據(jù)上述GSM05.04(V8.0.0)協(xié)議，所述根據(jù)電平分集對應(yīng)關(guān)系壓縮是在符號旋轉(zhuǎn)后，成形濾波前，基帶信號的電平共有9種電平值，按照電平正負又分為兩個子集，其中之一包含5種電平，另一種包含4種電平。再根據(jù)該兩個電平是有規(guī)律地輪流出現(xiàn)。又由于基帶成形濾波器的沖激響應(yīng)有效長度為5Ts，所以將未濾波的基帶信號經(jīng)過基帶濾波器后，對應(yīng)基帶信號電平值的兩個子集，其電平組合有兩類一類是5*4*5*4*5＝2000種電平組合，另一類是4*5*4*5＝1600種電平組合，兩類共有3600種電平組合。也就是說，可能有3600種最終的基帶信號。假設(shè)采樣率＝R，數(shù)據(jù)位寬＝W時，基帶調(diào)制信號需數(shù)據(jù)表兩張，每張表格容量為3600*R*W(bit)。
通過進一步研究發(fā)現(xiàn)，這9種有限電平之間具有一定的相互關(guān)系，即9種電平可壓縮用5個電平值表示。因此采用壓縮算法，可將原兩張大容量表格從3600*R*W(bit)，最后將該兩張表格壓縮為一張同相和正交信號復(fù)用且容量為1008*R*W(bit)的表格。該表格的壓縮比可達到7∶1。
圖4示意了利用本發(fā)明的調(diào)制方法后的基帶I和Q信號的矢量，該圖說明了利用本發(fā)明的調(diào)制方法后的基帶I和Q信號的矢量符合GSM05.04(V8.0.0)協(xié)議規(guī)定的要求。
經(jīng)過仿真研究驗證，采用本發(fā)明方法得到的八相移相鍵控調(diào)制數(shù)字信號滿足增強數(shù)據(jù)率型GSM協(xié)議指標要求，其頻譜特性如圖6所示，曲線A表示增強數(shù)據(jù)率型GSM協(xié)議指標，曲線B為本發(fā)明的八相移相鍵控調(diào)制方法所得到的信號頻譜特性，縱坐標為功率譜密度，單位dB，橫坐標為基帶調(diào)制信號的頻率偏移，單位kHz。
綜上所述，本發(fā)明的方法只需將輸入的待調(diào)制信號和輸入順序作為查表地址，通過內(nèi)部尋址單元，就可直接從被壓縮后的一張小容量表格中，得到經(jīng)過增強數(shù)據(jù)率型GSM規(guī)定的八相移相鍵控調(diào)制后的基帶I/Q信號，該方法具有以下優(yōu)點1、不需要任何邏輯運算單元，大大降低了實現(xiàn)的復(fù)雜度和系統(tǒng)功耗，可以非常方便地在任何硬件系統(tǒng)中實現(xiàn)。
2、大大減少了對系統(tǒng)資源的占用，增強了該方法的可實現(xiàn)性。
3、直接將所有調(diào)制運算數(shù)據(jù)存儲在表格中，沒有定點乘法引入誤差的環(huán)節(jié)，信號更精確。
4、采用了全數(shù)字方式，保證了該方式得到的調(diào)制數(shù)據(jù)具有很高的準確性。
5、利用本發(fā)明方法，對查找表內(nèi)容加以改變，可實現(xiàn)其它線性調(diào)制方式。
6、可適用于任何支持增強數(shù)據(jù)率型GSM的硬件系統(tǒng)中。
7、適用于任何支持增強數(shù)據(jù)率型GSM的基站系統(tǒng)中。
請再參閱圖3本發(fā)明的八相移相鍵控調(diào)制裝置包括依次連接的碼元輸入單元、符號映射單元、查表地址生成單元以及查表輸出單元，其中，符號映射單元對碼元輸入單元輸入的信號完成符號映射功能，符號映射單元是一個二進制數(shù)據(jù)發(fā)生器，該發(fā)生器可以是任何一種數(shù)字數(shù)據(jù)源，如語音編碼器。
查表地址生成單元將符號映射單元輸出的符號矢量轉(zhuǎn)換為符號地址，并用符號地址與本單元產(chǎn)生的系數(shù)地址共同構(gòu)成查表地址，用于查找表。
查表輸出單元按查表地址生成單元產(chǎn)生的查表地址對表格進行查表和數(shù)據(jù)處理后輸出線性數(shù)字調(diào)制的同相和正交信號。
請配合圖5，本發(fā)明八相移相鍵控調(diào)制裝置可用于增強數(shù)據(jù)率型GSM通信系統(tǒng)發(fā)射機中的數(shù)字上變頻器，圖中，201是本發(fā)明的調(diào)制裝置。單元202是具有內(nèi)插和低通濾波功能的級聯(lián)積分梳狀濾波器(CIC)；單元203是數(shù)控振蕩器(NCO)，它產(chǎn)生復(fù)數(shù)(兩路正交)的數(shù)字中頻振蕩信號；單元204是正交幅度調(diào)制單元(QAM)，實現(xiàn)數(shù)字乘法功能，單元205是緩沖輸出單元(OUT)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖輸出。
權(quán)利要求
1.一種八相移相鍵控調(diào)制方法，其特征在于該調(diào)制方法將所有經(jīng)過成形濾波后的八相移相鍵控調(diào)制狀態(tài)全部存在數(shù)據(jù)表格中，并根據(jù)三角函數(shù)規(guī)律和電平分集對應(yīng)關(guān)系將存儲在表格中的調(diào)制狀態(tài)數(shù)據(jù)進行壓縮，碼元輸入后，進行查表操作，通過查表操作后直接輸出調(diào)制數(shù)據(jù)的同相和正交信號。
2.如權(quán)利要求1所述的八相移相鍵控調(diào)制方法，其特征在于該方法進一步依次包括符號映射、查表地址生成、查表輸出步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的八相移相鍵控調(diào)制方法，其特征在于所述的符號映射步驟是使用一個格雷碼映射和3π/8相位旋轉(zhuǎn)的信號星座，將二進制數(shù)字信號映射成為具有相同幅度、不同相位的調(diào)制矢量。
4.如權(quán)利要求2所述的八相移相鍵控調(diào)制方法，其特征在于所述的查表地址生成步驟包括產(chǎn)生符號地址和系數(shù)地址，將符號矢量映射為符號地址，另產(chǎn)生一個系數(shù)地址，當(dāng)基帶調(diào)制信號的插值率為R、數(shù)據(jù)位寬為W bits時，查表地址包括4位符號地址和ceil(log2(5*R)位系數(shù)地址，表格容量則為4*5*R*Wbits。
5.如權(quán)利要求2所述的八相移相鍵控調(diào)制方法，其特征在于所述的查表輸出步驟是由查表地址查找經(jīng)過壓縮的表格，查找出的查表數(shù)據(jù)再根據(jù)壓縮規(guī)律恢復(fù)數(shù)據(jù)，再由地址位控制，進行包括正、負符號操作和同相、正交信號交換操作，最終輸出同相和正交兩個信號。
6.如權(quán)利要求1所述的八相移相鍵控調(diào)制方法，其特征在于所述根據(jù)電平分集對應(yīng)關(guān)系是將成形濾波前的基帶信號的同相和正交信號的9種電平值，按照電平正負分為兩個子集，其中一子集包含5種電平，另一子集包含4種電平；再根據(jù)該兩個子集中的電平輪流出現(xiàn)的規(guī)律以及基帶成形濾波器的沖激響應(yīng)有效長度為5Ts，將經(jīng)過濾波后的基帶信號的兩個子集中的電平按5*4*5*4*5和4*5*4*5進行電平組合，形成兩張容量為3600*R*W(bit)的表格，最后將該兩張表格壓縮為一張同相和正交信號復(fù)用且容量為1008*R*W(bit)的表格。
7.一種八相移相鍵控調(diào)制的裝置，其特征在于該裝置包括依次連接的碼元輸入單元、符號映射單元、查表地址生成單元以及全查表輸出單元，其中，符號映射單元對碼元輸入單元輸入的信號完成符號映射功能；查表地址生成單元將符號映射單元輸出的符號矢量轉(zhuǎn)換為符號地址，并用符號地址與本單元產(chǎn)生的系數(shù)地址共同構(gòu)成查表地址；查表輸出單元按查表地址生成單元產(chǎn)生的查表地址對表格進行查表和數(shù)據(jù)處理后輸出線性數(shù)字調(diào)制的同相和正交信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種八相移相鍵控調(diào)制方法及裝置，該方法將所有經(jīng)過成形濾波后的八相移相鍵控調(diào)制狀態(tài)全部存在數(shù)據(jù)表格中，并根據(jù)三角函數(shù)規(guī)律和電平分集對應(yīng)關(guān)系將存儲在表格中的調(diào)制狀態(tài)數(shù)據(jù)進行壓縮，碼元輸入后，進行查表操作，通過查表操作后直接輸出調(diào)制數(shù)據(jù)的同相和正交信號。本發(fā)明的裝置與GSM系統(tǒng)完全兼容，能夠提供足夠的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力，可以充分延長現(xiàn)有GSM體系的生命周期。對運營商而言，既節(jié)省了投資，又可以提供有競爭力的業(yè)務(wù)服務(wù)。
文檔編號H04L27/34GK1394049SQ0111324
公開日2003年1月29日 申請日期2001年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月4日
發(fā)明者王菁, 錢來, 張強 申請人:華為技術(shù)有限公司