專利名稱：移動通信信息發(fā)射、接收方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動通信信息發(fā)射和接收方法，以及用于實現所述方法的信息發(fā)射機和接收機。
在移動通信系統(tǒng)中，基站與移動站之間的信息是通過空中接口傳輸的。信號調制技術是保證通信質量和系統(tǒng)容量的關鍵技術之一。衡量信號調制技術的性能兩個指標如下(1)信號的頻率帶寬效率，和(2)抗干擾能力。帶寬效率用每赫茲比特描述。抗干擾能力用在一定的信噪比下的誤碼率來量度。
通常，發(fā)射機所發(fā)出的信號經反射、散射或折射后到達接收機。因此，接收信號為多徑信號。多徑信號疊加的結果造成信號經常出現較大的衰落，信噪比下降。
為了提高接收信號的信噪比，人們已開發(fā)出多種分集技術。如時間分集，空間分集和極化分集等。Rake接收機的工作原理屬于時間分集技術，它由解調器、乘法器和信號疊加器組成。調制器用于分離多徑信號(分離為信號分量)，乘法器用于信號分量的最佳權調制，而疊加器用于信號分量的疊加。原則上，Rake接收機采用最佳權值--最佳權值的獲取是通過解調導頻信導中的樣本信號完成的--疊加方法，因此它可以獲得最大信噪比輸出。
雖然Rake接收機可以有效地提高信號的信噪比，但像其他分集技術一樣，它不能提供更高的帶寬效率。
本發(fā)明的目的是提供一種信號發(fā)射和接收方法以及實現所述方法的設備，與現有技術相比，可以提高帶寬效率，并且多徑環(huán)境下可達到更高的抗干擾能力。
根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于移動通信的發(fā)射信息的方法，包括步驟對要發(fā)射的信息中的一部分進行傳統(tǒng)的調制，將另一部分信息通過多信道調制方式傳送。為實現上述第二種信息調制，首先開辟多個通信信道，定義各信道代表的信息比特值。將傳統(tǒng)的信息符號流進行擴頻；在上述多個信道中為所述經擴頻的符號流中的每個符號按照信道信息比特值選擇一個信道；和通過所選擇的信道將相應的符號發(fā)射出去。
根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于移動通信的發(fā)射機，包括符號調制裝置，用于對要發(fā)射的一部分信息進行符號調制，以形成符號流；擴頻裝置，用于對所述符號流進行擴頻；信息信道調制裝置，用于在多個可區(qū)分的信道中為所述經擴頻的符號流中的每個符號選擇一個信道，從而表示所述另一部分信息；和發(fā)射裝置，用于通過所選擇的信道將相應的符號發(fā)射出去。
這樣，按照本發(fā)明的信息發(fā)射方法和發(fā)射機，由于發(fā)射信號的信道也是一個調制參數，所以每個信息符號能攜帶更多的信息比特，從而提高了帶寬效率。理論計算表明，當使用2個獨立的信道時，與現有QPSK技術相比，帶寬效率可以提高1.5倍。在多徑信號個數大于4的情況下，誤碼率下降。
根據本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于接收跳躍于多個信道發(fā)射的信息的方法，包括步驟接收信號；對所述接收信號進行解調，從而將其分離為多個信號，其中，發(fā)射信道是信號的調制參數之一；解調導頻信道中的信號，從而得到多個樣本信號，其中，發(fā)射信道是樣本信號的調制參數之一；計算所述多個信號與所述多個樣本信號的距離；將所述距離進行比較，從而選擇出最小距離所對應的那個信號為正確信號。
根據本發(fā)明的再一方面，提供了一種用于接收跳躍于多個獨立信道發(fā)射的信息的接收機，包括信號接收裝置；解調裝置，用于對所述接收信號進行解調，從而將其分離為多個信號，其中，發(fā)射信道是信號的調制參數之一；導頻信號解調裝置，用于解調導頻信號，從而得到多個樣本信號，其中，發(fā)射信道是樣本信號的調制參數之一；用于計算所述多個信號與所述多個樣本信號的距離的裝置；判決裝置，用于將所述距離進行比較，從而選擇出最小距離所對應的那個信號為正確信號。
這樣，本發(fā)明的信息接收方法和接收機既可以識別信道參數所攜帶的信息，又能夠識別傳統(tǒng)信號調制信息，從而提高了帶寬效率。理論計算表明，當使用2個獨立的信道時，與現有QPSK技術相比，帶寬效率可以提高1.5倍。此外，由于本發(fā)明的信息接收方法采用了最大似然判斷準則，抗干擾能力也可以得到改善。
下面結合附圖對本發(fā)明的最佳實施方式進行詳細描述。


圖1是本發(fā)明原理示意圖2是根據本發(fā)明的發(fā)射機的結構框圖；圖3是根據本發(fā)明的接收機的結構框圖；圖4為根據本發(fā)明的采用2個獨立的天線進行發(fā)射的技術方案的示意圖。
圖5是關于本發(fā)明的接收機的抗干擾能力的仿真結果。
如圖1所示，本發(fā)明的核心是，在發(fā)射機10一側，為要發(fā)射的符號流中的每一個符號按照信道攜帶的信息比特值隨機地從多個可區(qū)分信道C1,C2,…,Cn中選擇一個信道，這樣，信道本身也成為調制參數中的一個，從而可以使每個符號攜帶更多的信息比特。在接收機12一側，利用最大似然判斷原理對接收的信道本身也是調制參數的信號進行解調和判決。
根據本發(fā)明的信息發(fā)射機可以包括MPSK調制裝置，例如QPSK調制裝置20、擴頻裝置22、信道選擇裝置24和發(fā)射裝置26，如圖2所示。QPSK調制裝置20對要發(fā)射的信息的一部分進行QPSK調制，以形成QPSK符號流。根據國際電聯(lián)公布的CDMA標準(W-CDMA和CDMA-2000),QPSK符號可表示為SQ=ejQπ/2,(1)其中Q=0,1,2或3，分別表示4種可能性。信道選擇裝置24為每個要發(fā)射的符號SQ選擇一個信道，從而使信道本身成為除Q外的另一維調制參數。發(fā)射裝置26通過由信道選擇裝置選定的信道將相應的符號SQ發(fā)射出去。這樣，發(fā)射的每個符號SQ攜帶log24n比特的信息。
發(fā)射裝置26可以包括多個天線，它們在空間上的距離大于數十個波長，分別對應于所述多個獨立的信道?；蛘?，發(fā)射裝置26可以包括濾波器，用于模擬所述多個信道。
根據本發(fā)明的信息接收機包括信號接收裝置30、解調裝置32、導頻信號解調裝置40、距離計算裝置34和判決裝置38，如圖3所示。
由信號接收裝置30接收的信號經解調裝置32解調為rC′,Q′(L)={αC′.1ejθA′,1SQ′+z1,αC′,2ejθA′,2SQ′+z2,......αC′LejθA′LSQ′+zL}---(2)]]>式中C′=1,2,...，或n，標志發(fā)射信道；Q’=0,1,2或3；α1,θ1分別代表多徑信道引起的隨機幅度調制，相位延時；Z1代表隨機干擾。同時，導頻信號解調裝置40從接收到的導頻信號中解調出向導信號SC,Q(L)={αC,1ejθC,1SQ,αC,2ejθC,2SQ′,......αC′,LejθC,LSQ}---(3)]]>式中C=1,2,…,或n，標志發(fā)射信道。然后，在距離計算裝置34中計算接收信號r(L)C′,Q′與樣本信號S(L)C,Q之間的距離D(rC′,Q′(L),sC,Q(L))=Σk=1L|rC′,Q′,k-SC,Q,k|2---(4)]]>計算結果提供給判決裝置38，它從中選擇出最小距離對應的那個信號作為正確的信號。
下面證明在參量L趨于無窮大時，本發(fā)明的技術方案可將帶寬效率提高1.5倍，并且，抗干擾能力提高大約1.7dB。
接收機利用式(4)對信息符號進行判斷。在n=2的情況下，現有QPSK技術每符號攜帶2比特信息，而本專利技術每符號攜帶3比特信息。因此，帶寬效率提高3/2=1.5。另外，從式(4)對每個接收信號，我們得到8個輸出值，并選擇最小值對應的符號作為判決。這8個輸出可分為兩類一類屬于QPSK信號距離，它的表達式在式(4)中令C=C′得到；另一類屬于兩信道之間的信號距離，它的表達式在式(4)中令C≠C′得到。
如果判斷正確，上述兩類輸出分別滿足Σk=1L|Zk|2=D0<Σk=1L|rA,Q′,k-sA,Q,k|2=D1(Q′,Q)(Q≠Q′)---(5)]]>和D0<Σk=16L|rA′,Q′,k-sA,Q,k|2=D2(Q′,Q)(C≠C′)---(6)]]>式中D0,D1(Q′,Q)和D2(Q′,Q)分別代表判斷為真，第一類和第二類輸出。
如果判決錯誤，對兩類輸出必然有D0＞min{D1(Q′,Q),D2(Q′,Q)}(7)式中“min”表示選取最小值。
符號錯誤概率可表達為Ps=P(D0＞min{D1,D2})(8)式中Ps代表符號錯誤概率，又稱誤符號率。
因為信道C與C′統(tǒng)計相互獨立，D1(Q′,Q)與D2(Q′,Q)也為獨立統(tǒng)計量。所以式(8)可寫為Ps=1-[1-P1(D0＞min{D1})][1-P2(D0＞min{D2})](9)式中P1和P2分別代表QPSK探測錯誤概率和信道探測的錯誤概率。在P1,P2＜＜1的條件下，式(9)可近似為Ps≈P1+P2(10)式中P1與傳統(tǒng)的QPSK在多徑條件下，最大信噪比疊加原則下得到誤符號率相同。原因是式(4)和最大信噪比疊加原則均為最佳接收機。因此，下式成立P1=PQ,S(11)式中PQ,S代表QPSK誤符號率。
為了計算P2我們定義如下兩個概率密度函數pn(D0)=p(D0)和pL(Dmin)=p(min{D2})，其中Dmin值為Q取0,1,2和3中最小的D2，則P2由下式給出P2=∫o∞∫oxPn(x)PL(y)dydx---(12)]]>由式(10)、(11)和(12)及假設各個比特的發(fā)射概率相同，我們得到誤碼率Pb≈2k-12k-1Ps(EbNo)=47[PQ,s+∫o∞∫oxPn(x)PL(y)dydx]---(13)]]>式中k=3,pb,Eb和N0分別表示每符號攜帶的比特數，誤比特率，比特攜帶能量和噪聲功率。
可以證明當L趨于無窮大時，式(13)中pL(y)與Q的取值無關，并且與第一類p[D1(Q′,Q′±1)]有相同的表達式，其中p[D1(Q′,Q′±1)]為相鄰QPSK信號之間的距離。因此有P2=PS,Q(14)利用上面結論及(13)和(14)式，我們得到Pb≈87PQ,S(3EbNo)=2.3PQ,b(3EbNo)---(15)]]>式中pQ,b為QPSK誤碼率。
式(15)對比QPSK誤碼率公式，宗量3Eb/No取代了2Eb/No。能量增益為1Eb。它的作用可使低誤碼率下降一到兩個數量級。而2.3倍的誤碼率增加相對上述宗量變化引起的誤碼率下降可以忽略。因此，抗干擾能力近似提高1Eb或計為1.7dB信噪比增益。
為證實本申請專利技術的有效性，我們模擬并仿真了一個兩天線系統(tǒng)，如圖4所示。發(fā)射機的QPSK信號經擴頻在天線1或天線2上發(fā)射。天線1發(fā)射信道的信息比特值定義為0，天線2上發(fā)射為1。因此，一個信息符號攜帶3個信息比特。其中2個屬于QPSK信號，1個屬于天線發(fā)射。
利用圖3所示的接收機分離信號，并判決。取得式(3)中的樣本信號的方法如下系統(tǒng)設置了一個導頻信道，該信道分別從天線1和2發(fā)射0相位調制的QPSK信號，并忽略導頻信道中的干擾(這個假設是合理的，因為所有現存CDMA系統(tǒng)的導頻信道的信噪比都大大高于業(yè)務信道)。圖3中的導頻信號解調裝置40分離出的樣本信號為S1,0(L)={α1,1ejθ1,1S0,αC,2ejθ1,2S0,......α1,Lejθ1,LS0}---(16)]]>和S2,0(L)={α2,1ejθ2,1S0,α2,2ejθ2,2S0,......α2,Lejθ2,LS0}---(17)]]>信道1的樣本信號的另外3個分量可由下式得到S(L)1,1=S(L)1,0eiπ/2(18)S(L)1,2=S(L)1,0eiπ(19)S(L)1,3=S(L)1,0ei3π/2(20)信道2的信號樣本的另外3個分量可由相似方法得到在仿真中，假設多徑分支信號的幅值為獨立統(tǒng)計變量并服從瑞利分布。另外，各分支信號具有相同的平均功率。我們得到了圖5所示的誤碼率比較圖。從圖5中可以明顯看出，在多徑信號分量個數L大于4情況下，根據本發(fā)明的接收機的抗干擾能力明顯高于傳統(tǒng)的QPSK調制技術。
以上結合最佳實施方式對本發(fā)明進行了詳細描述。需要指出的是，在本發(fā)明的教導下可以對具體的實施方式作出各種改變。應當認為這些改變也屬于本發(fā)明的覆蓋范圍。
權利要求
1．一種用于移動通信的發(fā)射信息的方法，包括步驟開辟多個可區(qū)分的通信信道，定義各信道的信息比特值；對要發(fā)射的一部分信息進行符號調制，以形成符號流；將所述符號流進行擴頻；對要發(fā)射的另一部分信息進行信道調制，即，按信道對應的信息比特值，從所述多個可區(qū)分的信道中為所述經擴頻的符號流中的每個符號選擇一個信道，從而表示所述另一部分信息；和通過所選擇的信道將相應的符號發(fā)射出去。
2．根據權利要求1所述的發(fā)射信息的方法，其特征在于還包括步驟利用高信噪比的方法，在每個所述信道中提供樣本信號。
3．根據權利要求1所述的發(fā)射信息的方法，其特征在于，所述符號調制是MPSK調制。
4．根據權利要求3所述的發(fā)射信息的方法，其特征在于，所述MPSK調制是QPSK調制。
5．一種用于移動通信的發(fā)射機，包括符號調制裝置，用于對要發(fā)射的一部分信息進行符號調制，以形成符號流；擴頻裝置，用于對所述符號流進行擴頻；信息信道調制裝置，用于在多個可區(qū)分的信道中為所述經擴頻的符號流中的每個符號選擇一個信道，從而表示所述另一部分信息；和發(fā)射裝置，用于通過所選擇的信道將相應的符號發(fā)射出去。
6．根據權利要求5所述的發(fā)射機，其特征在于，所述符號調制是MPSK調制。
7．根據權利要求6所述的發(fā)射機，其特征在于，所述MPSK調制是QPSK調制。
8．根據權利要求5所述的發(fā)射機，其特征在于，所述發(fā)射裝置包括多個天線，它們在空間上的距離大于數十個波長，分別對應于所述多個獨立的信道。
9．根據權利要求5所述的發(fā)射機，其特征在于，所述發(fā)射裝置包括濾波器，用于模擬所述多個可區(qū)分的信道。
10．一種用于接收跳躍于多個信道發(fā)射的信息的方法，包括步驟接收信號；對所述接收信號進行解調，從而將其分離為多個信號，其中，發(fā)射信道是信號的調制參數之一；解調導頻信道中的信號，從而得到多個樣本信號，其中，發(fā)射信道是樣本信號的調制參數之一；計算所述多個信號與所述多個樣本信號的距離；將所述距離進行比較，從而選擇出最小距離所對應的那個信號為正確信號。
11．根據權利要求10所述的接收信息的方法，其特征在于，所述解調是MPSK解調。
12．根據權利要求11所述的接收信息的方法，其特征在于，所述MPSK解調是QPSK解調。
13．一種用于接收跳躍于多個信道發(fā)射的信息的接收機，包括信號接收裝置；解調裝置，用于對所述接收信號進行解調，從而將其分離為多個信號，其中，發(fā)射信道是信號的調制參數之一；導頻信號解調裝置，用于解調導頻信號，從而得到多個樣本信號，其中，發(fā)射信道是樣本信號的調制參數之一；用于計算所述多個信號與所述多個樣本信號的距離的裝置；判決裝置，用于將所述距離進行比較，從而選擇出最小距離所對應的那個信號為正確信號。
14．根據權利要求13所述的接收機，其特征在于，所述解調是MPSK解調。
15．根據權利要求14所述的接收機，其特征在于，所述MPSK解調是QPSK解調。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于移動通信的發(fā)射信息的方法,包括步驟:對要發(fā)射的信息進行傳統(tǒng)信息符號調制和多信道調制。在信道調制前,開辟多個信道并對各信道逐個定義其代表的信息比特值,將所述符號流進行擴頻;在多個獨立的信道中按照信道攜帶的信息值為經擴頻的符號流中的每個符號選擇一個信道;和通過所選擇的信道將相應的符號發(fā)射出去。此外,還公開了一種用于接收通過多個獨立的信道發(fā)射的信息的方法,以及用于實現本發(fā)明的方法的發(fā)射機和接收機。
文檔編號H04L27/26GK1308471SQ01103220
公開日2001年8月15日 申請日期2001年2月7日 優(yōu)先權日2001年2月7日
發(fā)明者焦秉立 申請人:焦秉立