專利名稱：單載波系統(tǒng)和多載波系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單載波和多載波系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信的方法和裝置以及單載波信號和多載波信號的發(fā)射機和接收機。
為通過頻率選擇的多路傳播信道傳遞消息信號，將所要傳遞的信號從其正常的低通頻率位置通過調(diào)制轉(zhuǎn)換到更高的頻率范圍。傳遞所使用的更高頻率稱為載頻或者載波。如果這種載頻足夠高，那么可以具有優(yōu)點地充分利用通過無線電傳遞的優(yōu)點。
載波(載頻)系統(tǒng)，也就是借助于載頻技術(shù)傳遞信號的裝置，可以利用單載波或者多載波(頻率)進行傳遞。只利用一個載頻或一個載波的系統(tǒng)通常稱為單載波(頻率)系統(tǒng)(Single Carrier System)。利用多個載頻進行傳遞的系統(tǒng)公知是多載波(頻率)系統(tǒng)(Multi Carrier System)。
多載波系統(tǒng)的典型代表是OFDM系統(tǒng)。OFDM意為Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing(正交頻分復(fù)用)。該系統(tǒng)特別適用于受到地面強干擾的傳遞數(shù)字信號。例如OFDM系統(tǒng)在數(shù)字式無線電廣播中使用。
此外，OFDM也可以利用主要在移動無線技術(shù)中具有優(yōu)點使用的頻分多址存取法(FDMA)。在FDMA中，將一個傳遞信道可擁有的帶寬劃分成多個相鄰的分離的分頻信道。單個的分頻信道然后作為單個的通信信道用于不同的連接。
而在OFDM中，通信連接的數(shù)據(jù)符號通過多個這種分頻帶在某種程度上可以說是并行傳遞。單個分頻帶中的傳遞通過窄帶進行。因此，單個分頻帶需要相當(dāng)小的帶寬進行傳遞。由于分頻帶的帶寬較小，整體上頻率選擇的傳遞信道被分配到多個非頻率選擇的AWGN-分傳遞信道(加性高斯白噪聲)中。它可以使接收方實現(xiàn)有效的頻率范圍校正器，它通常由FFT單元(快速傅里葉變換)和信道評價單元與校正單元組成。因此，主要由于數(shù)據(jù)信號通過多個分頻帶并行傳遞，盡管在多路傳播信道受到很強干擾的情況下，傳遞質(zhì)量有可能仍然很高。此外，借助于對OFDM-有效符號部分添加時間前綴，可以有效減少由于傳遞信道上回波形成產(chǎn)生的符號間干擾。
然而，迄今為止公知的多載波系統(tǒng)中的缺點是，采用單載波系統(tǒng)通信既不具有也不可能不明顯增加附加費用。例如，在將所要傳遞的數(shù)據(jù)借助于頻移健控(FSK)調(diào)制到單載波上的單載波系統(tǒng)不能與OFDM系統(tǒng)通信。
本發(fā)明的目的因此在于，提供單載波和多載波系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信的方法和裝置。此外，還提供一種既可用于單載波信號也可用于多載波信號的費用低廉的發(fā)射和接收結(jié)構(gòu)。
該目的通過具有權(quán)利要求1所述特征的單載波和多載波系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信的方法，具有權(quán)利要求10所述特征的相應(yīng)裝置以及具有權(quán)利要求14或15所述特征的單載波和多載波發(fā)射機和接收機得以實現(xiàn)。優(yōu)選構(gòu)成為從屬權(quán)利要求的主題。
應(yīng)當(dāng)指出的是，這種發(fā)射和接收結(jié)構(gòu)不僅僅局限于FSK-調(diào)制上，而是整體上可以應(yīng)用于數(shù)字非線性調(diào)制類和模擬非線性和線性調(diào)制類的級別上。屬于傳統(tǒng)模擬非線性調(diào)制類的有FM(調(diào)頻)和WM(調(diào)角)，其數(shù)字導(dǎo)數(shù)分別為FSK(頻移健控)調(diào)制和也稱為CPM(連續(xù)相位調(diào)制)的CPFSK(連續(xù)相位頻移健控)。雖然GMSK(高斯最小移頻健控)是一種線性調(diào)制，但是它可以作為FSK的特殊情況解釋，從而上述發(fā)射和接收結(jié)構(gòu)同樣可以用于例如像GSM和DECT這種GMSK調(diào)制的系統(tǒng)上。AM(調(diào)幅)是一種傳統(tǒng)的模擬調(diào)制方式，它始終還在無線電廣播領(lǐng)域的中波和長波中得到廣泛應(yīng)用。依據(jù)本發(fā)明，上述發(fā)射和接收結(jié)構(gòu)同樣也用于AM。
本發(fā)明的基本點在于，通過多載波系統(tǒng)復(fù)制單載波系統(tǒng)的頻譜信號部分，實現(xiàn)單載波和多載波系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。為此主要是利用多載波系統(tǒng)的大量載波。
本發(fā)明因此涉及單載波和多載波系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信的方法。在接收側(cè)，多載波系統(tǒng)頻譜掃描所接收的單載波信號并據(jù)此判定所接收的數(shù)據(jù)。在發(fā)射側(cè)，所要發(fā)射的單載波信號由多載波系統(tǒng)利用其載波復(fù)制。為進行雙向運行，多載波系統(tǒng)頻譜掃描所接收的單載波信號并據(jù)此判定所接收的數(shù)據(jù)；此外，多載波系統(tǒng)利用其載波復(fù)制所要發(fā)射的單載波信號。在多載波系統(tǒng)中IFFT(快速傅里葉逆變換)和/或者FFT(快速傅里葉變換)算法用于多載波調(diào)制和/或者多載波解調(diào)，而在單載波系統(tǒng)中，IFFT和/或者FFT用于復(fù)制單載波有效信號的頻譜信號部分。因此，原則上可以進行兩個系統(tǒng)之間的雙向數(shù)據(jù)通信。
最好單載波系統(tǒng)的中心頻率，頻移和其他重要的系統(tǒng)參數(shù)是與多載頻系統(tǒng)的載頻距離，中心頻率和其他重要的系統(tǒng)參數(shù)相協(xié)調(diào)的。單載波系統(tǒng)的這種系統(tǒng)參數(shù)也稱為系統(tǒng)的系統(tǒng)內(nèi)在參數(shù)。
最好借助頻譜掃描的單載波信號的振幅和相位判定所接收的數(shù)據(jù)。振幅以及相位可以按照比例簡單計值。此外，它們還是準(zhǔn)確判定所接收數(shù)據(jù)的可靠標(biāo)準(zhǔn)。
在本發(fā)明一優(yōu)選的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，信號借助于正交頻分復(fù)用法由多載波系統(tǒng)發(fā)射和/或者接收。OFDM-如開始已經(jīng)提到的那樣-主要具有優(yōu)點地用于通過頻率選擇的多路傳播信道傳遞信號。無論是數(shù)字式無線電廣播，輸電線通信和這類利用OFDM的傳遞方法，還是在移動無線技術(shù)領(lǐng)域均可具有優(yōu)點地得到應(yīng)用。
最后，在本方法一優(yōu)選的構(gòu)成中，單載波系統(tǒng)借助于頻移健控(FSK)調(diào)制信號。FSK主要用于移動無線技術(shù)領(lǐng)域和無繩電話領(lǐng)域。它主要適用于通過無線電信道傳遞信號。
此外，本發(fā)明還涉及單載波和多載波系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信的裝置。在這種情況下，在發(fā)射路徑中具有數(shù)值/相位分配器，它將所要發(fā)射的單載頻信號按照數(shù)值和相位分配給多載波信號的載波，和/或者在接收路徑中具有數(shù)值/相位計值器，它將所接收的多載波信號的載波按照數(shù)值和相位計值，還具有計值器后置連接的判定所接收數(shù)據(jù)的判定器。
最好發(fā)射路徑包括多載波和單載波數(shù)據(jù)源。單載波數(shù)據(jù)源的信號通過多路復(fù)用器傳輸?shù)絀FFT單元(快速傅里葉逆變換)。多載波系統(tǒng)中IFFT和/或者FFT算法用于多載波調(diào)制和/或者多載波解調(diào)，而在單載波系統(tǒng)中，IFFT和/或者FFT用于復(fù)制單載波有效信號的頻譜信號部分。依據(jù)本發(fā)明，也可以使用IDFT(離散傅里葉逆變換)和/或者DFT(離散傅里葉變換)取代IFFT和/或者FFT。
接收路徑最好包括將所接收的信號從時域變換為頻域的FFT單元(快速傅里葉變換)，將由FFT單元變換的接收信號在載波上多路復(fù)用的多路分用器和單載波和多載波數(shù)據(jù)接收器(Datensenke)。
利用上述構(gòu)成，可以具有優(yōu)點地提供一種單載波和多載波系統(tǒng)之間特別是雙向數(shù)據(jù)通信的裝置。
本發(fā)明還包括單載波和多載波信號的發(fā)射機。它具有多載波和單載波數(shù)據(jù)源。單載波數(shù)據(jù)源產(chǎn)生的單載波信號由數(shù)值/相位分配器按照數(shù)值和相位分配到由多載波數(shù)據(jù)源產(chǎn)生的信號的載波上。多路復(fù)用器將由數(shù)值/相位分配器分配的信號和多載波數(shù)據(jù)源的信號在所要發(fā)射的多載波信號的載波上多路復(fù)用。最后，將由多路復(fù)用器多路復(fù)用的信號傳輸?shù)絀FFT單元，該單元將這些信號從頻率范圍變換到時間范圍。
此外，本發(fā)明還涉及還具有FFT單元的單載波和多載波信號的接收機。FFT單元將所接收的信號從時間范圍變換到頻率范圍。此外，接收機具有多路分用器，它將由FFT單元變換的接收信號在多載波信號的載波上多路復(fù)用。多路復(fù)用器后置連接數(shù)值/相位計值器，它將傳輸?shù)男盘柊凑諗?shù)值和相位計值。最后，數(shù)值/相位計值器后置連接判定所接收數(shù)據(jù)的判定器。判定的數(shù)據(jù)然后傳輸?shù)絾屋d波數(shù)據(jù)縮減器。多路分用器的輸出信號也可以傳輸?shù)蕉噍d波數(shù)據(jù)接收器。
下面借助附圖示出的實施例對本發(fā)明進行說明。其中

圖1示出借助于多載波信號既可以傳遞單載波信號也可以傳遞多載波信號的數(shù)據(jù)通信裝置的實施例；圖2示出單載波-和多載波系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信裝置的實施例，其中，單載波系統(tǒng)為發(fā)射機，多載波系統(tǒng)為接收機；圖3示出單載波-和多載波系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信裝置的實施例，其中，單載波系統(tǒng)為接收機，多載波系統(tǒng)為發(fā)射機。
圖1示出的裝置在發(fā)射路徑中作為多載波信號源具有OFDM數(shù)據(jù)源10和單載波信號源具有FSK數(shù)據(jù)源12。在發(fā)射路徑中，信號基本上在頻率范圍內(nèi)數(shù)字產(chǎn)生和處理。傳遞前將這些信號變換到時間范圍內(nèi)。
由OFDM數(shù)據(jù)源10產(chǎn)生的信號借助于后置連接的QAM調(diào)制器13和串行/并行轉(zhuǎn)換器14轉(zhuǎn)換成并行信號。確切地說，將轉(zhuǎn)換器14的串行輸入信號中包含的數(shù)據(jù)分組，例如比特或者字節(jié)分配到并行線路上，以便可以通過多個載頻并行傳遞。
轉(zhuǎn)換器14的并行輸出信號傳輸?shù)蕉嗦窂?fù)用器18，將這些信號在所要發(fā)射的多載波信號的載波上多路復(fù)用。多路復(fù)用器18后置連接IFFT單元22，將所傳輸?shù)男盘枏念l率范圍變換到時間范圍內(nèi)。然后這些變換的信號通過發(fā)射機24發(fā)射。
將FSK數(shù)據(jù)源12產(chǎn)生的單載波信號由頻率范圍調(diào)制器17，確切地說由FSK調(diào)制器調(diào)制到單載頻。然后將FSK調(diào)制器17產(chǎn)生的信號傳輸?shù)綌?shù)值/相位分配器20，它將所傳輸?shù)男盘柊凑諗?shù)值和相位分配給多載波信號的單載波。將這樣分配的信號傳輸?shù)蕉嗦窂?fù)用器18，在單載波上多路復(fù)用。
由接收路徑這樣產(chǎn)生的信號通過傳遞信道26傳遞并由發(fā)射路徑中的接收機28接收。將由接收器28接收的信號傳輸?shù)紽FT單元30，從時間范圍變換到頻率范圍。信號的后續(xù)處理然后基本上在頻率范圍內(nèi)數(shù)字式進行。
FFT單元30后置連接多路分用器32，它將由FFT單元30產(chǎn)生的輸出信號在接收的多載頻信號的單載波上多路分用。
多路分用器32的輸出信號一方面?zhèn)鬏數(shù)酱?并行轉(zhuǎn)換器38，轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)流并通過QAM解調(diào)器和判定器39發(fā)射到OFDM數(shù)據(jù)接收器42。另一方面，多路分用器32的輸出信號傳輸?shù)綌?shù)值/相位計值器34，它將單載波的信號按照數(shù)值和相位計值，并將這樣計值的信號傳遞到頻率范圍的解調(diào)器和判定器37。
頻率范圍的解調(diào)器和判定器37對接收的數(shù)據(jù)順序作出判定并將這樣收到的數(shù)據(jù)發(fā)射到FSK數(shù)據(jù)接收器40。
因此，利用圖1示出的裝置可以將利用FSK調(diào)制的單載波信號通過多載波系統(tǒng)傳遞，特別是發(fā)射和接收。因此，多載波傳遞的優(yōu)點是，例如像很不容易受干擾，也可供單載波信號使用。雖然圖1僅在一個方向示出裝置中的傳遞，但是原則上完全可以進行雙向數(shù)據(jù)通信。
圖2示出的裝置為單載波和多載波系統(tǒng)之間單向數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。單載波系統(tǒng)在該裝置中為發(fā)射機，多載波系統(tǒng)為接收機。因為該裝置在其他方面與圖1所示裝置相同，區(qū)別在于使用了時間范圍調(diào)制器16，所以各部件的作用參閱那里的說明。
最后圖3示出同樣用于單載波和多載波系統(tǒng)之間單向數(shù)據(jù)通信的裝置。在這里，單載波系統(tǒng)為接收機，多載波系統(tǒng)為發(fā)射機。對各部件作用的說明仍請參閱圖1所述內(nèi)容。
參考符號表10OFDM數(shù)據(jù)源12FSK數(shù)據(jù)源13QAM調(diào)制器14串行/并行轉(zhuǎn)換器16時間范圍調(diào)制器17頻率范圍調(diào)制器18多路復(fù)用器20數(shù)值/相位分配器22IFFT單元24發(fā)射機26傳遞信道28接收機30FFT單元32多路分用器34數(shù)值/相位計值器36時間范圍的解調(diào)器和判定器37頻率范圍的解調(diào)器和判定器38并行/串行轉(zhuǎn)換器39QAM解調(diào)器和判定器40FSK數(shù)據(jù)接收器42OFDM數(shù)據(jù)接收器
權(quán)利要求
1.單載波和多載波系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信的方法，其特征在于，多載波系統(tǒng)對所接收的單載波信號進行頻譜掃描并據(jù)此判定所接收的數(shù)據(jù)，或者多載波系統(tǒng)利用其載波復(fù)制所要發(fā)射的單載波信號，或者多載波系統(tǒng)對所接收的單載波信號進行頻譜掃描并據(jù)此判定所接收的數(shù)據(jù)和多載波系統(tǒng)利用其載波復(fù)制所要發(fā)射的單載波信號。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將單載波系統(tǒng)的系統(tǒng)內(nèi)在參數(shù)調(diào)諧到多載波系統(tǒng)的載頻的距離、中心頻率和其他系統(tǒng)內(nèi)在參數(shù)。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，單載波系統(tǒng)的系統(tǒng)內(nèi)在參數(shù)按FSK和/或者CPFSK/CPM和/或者MSK和/或者GMSK和/或者調(diào)頻和/或者調(diào)角描述一種非線性調(diào)制方式。
4.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，單載波系統(tǒng)的系統(tǒng)內(nèi)在參數(shù)按調(diào)幅和/或者ASK/PAM(幅移健控/脈幅調(diào)制)描述一種線性調(diào)制方式。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，借助頻譜掃描的單載波信號的振幅和相位判定所接收的數(shù)據(jù)。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，多載波系統(tǒng)借助于正交頻分復(fù)用法發(fā)射和/或者接收信號。
7.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，單載頻系統(tǒng)借助于頻移健控調(diào)制信號。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，單載頻系統(tǒng)借助于連續(xù)相位頻移健控調(diào)制信號。
9.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，單載頻系統(tǒng)借助于調(diào)幅調(diào)制信號。
10.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，單載頻系統(tǒng)借助于(模擬的)調(diào)頻或者調(diào)角調(diào)制信號。
11.單載頻和多載頻系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信的裝置，其特征在于，在發(fā)射路徑(10，12，13，14，17，18，22，24)中配置數(shù)值/相位分配器(20)，它將所要發(fā)射的單載頻信號按照數(shù)值和相位分配給多載波信號的載波，和/或者在接收路徑(28，30，32，38，39，40，42)中配置數(shù)值/相位計值器(34)，它將所接收的多載波信號的載波按照數(shù)值和相位計值，還配置在該計值器后置連接的頻率范圍解調(diào)器和判定所接收數(shù)據(jù)的判定器(37)。
12.按權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，發(fā)射路徑包括多載波和單載波數(shù)據(jù)源(10，12)，其信號通過多路復(fù)用器(18)傳輸?shù)絀FFT單元(22)，將所傳輸?shù)男盘枏念l率范圍變換為時間范圍。
13.按權(quán)利要求11或12所述的裝置，其特征在于，接收路徑包括將所接收的信號從時間范圍變換為頻率范圍的FFT單元(30)，將由FFT單元(30)變換的接收信號在載波上多路復(fù)用的多路分用器(32)和單載波和多載波數(shù)據(jù)接收器(40，42)。
14.單載波和多載波信號的發(fā)射機，它具有-多載波和單截波數(shù)據(jù)源(10，12)，-數(shù)值/相位分配器(20)，它將單載波數(shù)據(jù)源(12)的單載波信號按照數(shù)值和相位分配到多載波信號的載波上，-多路復(fù)用器(18)，它將由數(shù)值/相位分配器(20)分配的信號和多載波數(shù)據(jù)源(10)的信號在所要發(fā)射的多載波信號的載波上多路復(fù)用，以及-IFFT單元(22)，它將由多路復(fù)用器(18)輸入的信號從頻率范圍變換到時間范圍。
15.單載波和多載波信號的接收機，它具有-FFT單元(30)，它將所接收的信號從時間范圍變換到頻率范圍，-多路分用器(32)，它將由FFT單元(30)變換的接收信號在多載波信號的載波上多路復(fù)用，-數(shù)值/相位計值器(34)，它將由多路分用器(32)輸入的信號按照數(shù)值和相位計值，- 數(shù)值/相位計值器(34)后置連接的頻率范圍解調(diào)器和判定作接收數(shù)據(jù)的判定器(37)，單載波和多載波數(shù)據(jù)接收器(40，42)。
全文摘要
本發(fā)明涉及單載波和多載波系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信的方法。依據(jù)本發(fā)明，多載波系統(tǒng)頻譜掃描所接收的單載波信號，并據(jù)此判定所接收的數(shù)據(jù)和/或利用其載波復(fù)制所要發(fā)射的單載波信號。
文檔編號H04L27/20GK1620777SQ01823508
公開日2005年5月25日 申請日期2001年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月1日
發(fā)明者E·波林斯, R·凱恩 申請人:西門子公司