專(zhuān)利名稱(chēng)：用于qam編碼數(shù)據(jù)的發(fā)射機(jī)的制作方法
背景本發(fā)明涉及在諸如電話(huà)線的無(wú)線信道那樣的有限帶寬的信道上傳輸數(shù)字信息。數(shù)字信息可包括例如數(shù)字編碼的話(huà)音。
眾所周知，正交調(diào)幅(QAM)包括把數(shù)據(jù)比特編碼成復(fù)矢量信號(hào)，其中實(shí)部和虛部每個(gè)可取多個(gè)電平中的一個(gè)電平。例如，在16QAM中，實(shí)部和虛部每個(gè)可取四個(gè)等間隔數(shù)值3、1、-1、或-3中的一個(gè)數(shù)值。這樣形成的4×4個(gè)可能的點(diǎn)被稱(chēng)為星圖，并被顯示于

圖1上。按照這種技術(shù)的調(diào)制包括把被表示為B0B1B2B3的4比特?cái)?shù)據(jù)數(shù)值映射為16個(gè)不同的復(fù)數(shù)信號(hào)值，如圖上所示。
圖1(b)上顯示了用于從4比特?cái)?shù)據(jù)數(shù)值產(chǎn)生上述的星圖的現(xiàn)有技術(shù)的16QAM發(fā)射機(jī)。第一對(duì)比特B0B1被提供給第一個(gè)2-比特?cái)?shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器101，以便確定實(shí)部將獲得四個(gè)數(shù)值中的哪些數(shù)值。第二對(duì)比特B2B3被提供給第二個(gè)2-比特?cái)?shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器103,以便確定虛部將獲得四個(gè)數(shù)值中的哪些數(shù)值。D/A轉(zhuǎn)換器101,103中的每一個(gè)提供其輸出給兩個(gè)低通濾波器105,107中相應(yīng)的一個(gè)濾波器。低通濾波器105,107的功能是當(dāng)任何一個(gè)比特改變時(shí)通過(guò)對(duì)從一個(gè)值到另一個(gè)值的轉(zhuǎn)移進(jìn)行平滑而限制發(fā)送的頻譜。低通濾波器105,107優(yōu)選地是奈奎斯特濾波器，它具有這樣的特性，在比特改變后的正常采樣時(shí)間下，濾波器的輸出將精確地達(dá)到由輸入比特B0B1B2B3確定的數(shù)值。平滑后的實(shí)數(shù)值109被加到余弦調(diào)制器113，而平滑后的虛數(shù)值111被加到正弦波調(diào)制器115。調(diào)制的正弦和余弦波117，119在相加點(diǎn)121相加以形成復(fù)數(shù)調(diào)制載波信號(hào)123，它在相位和幅度上都變化。為保持幅度變化，現(xiàn)有技術(shù)需要這個(gè)信號(hào)被線性功率放大器125放大。由于低通濾波器105,107的奈奎斯特特性，如果輸出信號(hào)矢量127以正確的規(guī)則時(shí)刻被采樣，則將如圖1(a)的柵格圖所示地觀察到16個(gè)復(fù)數(shù)值中的一個(gè)值。
現(xiàn)有技術(shù)的16QAM發(fā)射機(jī)具有線性功率放大器125的效率不高的缺點(diǎn)，并且如果它呈現(xiàn)失真或非線性，則在輸出信號(hào)矢量127上看不到希望的16個(gè)星座點(diǎn)。同樣地，如果包括低通濾波器105,107的通信信道不是嚴(yán)格的奈奎斯特型，則符號(hào)間干擾將阻止觀察到想要的星座點(diǎn)。
發(fā)明概要按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了用于發(fā)射正交調(diào)幅信號(hào)的有創(chuàng)造性的發(fā)射機(jī)，它使用比線性放大器效率更高的耦合的恒定包絡(luò)發(fā)射機(jī)功率放大器，其中第一功率電平的第一放大器放大從QAM符號(hào)的最高有效比特形成的信號(hào)，以及較低功率電平的第二功率放大器放大從QAM符號(hào)的最低有效比特形成的信號(hào)。在一種實(shí)施例中，正交調(diào)幅信號(hào)是從數(shù)據(jù)比特產(chǎn)生的，這是通過(guò)使用第一正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制器來(lái)把第一對(duì)數(shù)據(jù)比特編碼成四個(gè)載波信號(hào)相位中的一個(gè)相位，由此產(chǎn)生第一QPSK信號(hào)。第二QPSK調(diào)制器把第二對(duì)數(shù)據(jù)比特編碼成四個(gè)載波信號(hào)相位中的一個(gè)相位，由此產(chǎn)生第二QPSK信號(hào)。第一QPSK信號(hào)被放大到第一功率電平，以及第二QPSK信號(hào)被放大到第二功率電平。第一和第二放大的信號(hào)然后被組合，以產(chǎn)生把四個(gè)數(shù)據(jù)比特編碼于其中的信號(hào)。
按照本發(fā)明的第二方面，揭示了一種新的、在頻譜上高效的調(diào)制，這種調(diào)制被稱(chēng)為偏移正交相移鍵控(OQPSK)調(diào)制，其中數(shù)據(jù)比特被交替地編碼成余弦波載波電平和正弦波載波電平。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)比特是這樣實(shí)現(xiàn)編碼的即通過(guò)在時(shí)鐘的奇數(shù)時(shí)刻把第一子組的數(shù)據(jù)比特編碼成復(fù)數(shù)信號(hào)的實(shí)部、和通過(guò)在時(shí)鐘的偶數(shù)時(shí)刻把第二子組的數(shù)據(jù)比特編碼成復(fù)數(shù)信號(hào)的虛部來(lái)編碼數(shù)據(jù)比特。OQPSK調(diào)制提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即所有信號(hào)轉(zhuǎn)移被限制在圍繞著恒定半徑的圓的軌跡上，由此，當(dāng)使用恒定包絡(luò)功率放大器時(shí)，允許較好的頻譜限制性。
按照本發(fā)明的第三方面，揭示了用于偏移正交調(diào)幅的創(chuàng)造性的發(fā)射機(jī)，它包括兩個(gè)或多個(gè)耦合的恒定包絡(luò)發(fā)射機(jī)功率放大器，該放大器放大分別從OQAM符號(hào)的最高有效比特和最低有效比特形成的偏移QPSK、MSK、或GMSK信號(hào)。
附圖概述通過(guò)結(jié)合附圖閱讀以下的詳細(xì)說(shuō)明，將明白本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1(a)是按照現(xiàn)有技術(shù)的16QAM發(fā)射機(jī)所產(chǎn)生的復(fù)信號(hào)值的星座的網(wǎng)格圖1(b)是現(xiàn)有技術(shù)的16QAM發(fā)射機(jī)的圖；圖2是按照本發(fā)明的一個(gè)方面的發(fā)射機(jī)的方框圖；圖3(a)-3(e)說(shuō)明與本發(fā)明的發(fā)射機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的各個(gè)不同節(jié)點(diǎn)有關(guān)的信號(hào)和星座點(diǎn)；圖4是按照本發(fā)明的另一個(gè)方面的采用OQPSK調(diào)制以提供偏移16QAM的發(fā)射機(jī)的方框圖；以及圖5(a)-5(h)說(shuō)明與本發(fā)明的偏移16QAM發(fā)射機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的各個(gè)不同節(jié)點(diǎn)有關(guān)的信號(hào)和星座點(diǎn)。
詳細(xì)描述現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的各個(gè)不同特性，其中相同部件用相同參考符號(hào)表示。
圖2是按照本發(fā)明的一個(gè)方面的發(fā)射機(jī)的方框圖。發(fā)射機(jī)200的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其所具有的復(fù)制16QAM星座點(diǎn)的能力，即使是在采用非線性放大器時(shí)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，第一正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制201接收兩個(gè)信息比特，B0B1，并把這些信息比特按照熟知的技術(shù)調(diào)制到載波上。也就是，QPSK星座通過(guò)使實(shí)部(I或余弦分量)按照第一信息比特在數(shù)值+1和-1之間改變，以及使虛部(Q或正弦分量)按照第二信息比特在數(shù)值+j和-j之間改變，把兩個(gè)比特編碼成四個(gè)矢量值±1、±j中的一個(gè)矢量值。由于可被產(chǎn)生的所有四個(gè)矢量具有相同的幅度(即，2=1.414]]>)，所以來(lái)自第一QPSK調(diào)制器201的輸出信號(hào)可以由恒定包絡(luò)功率放大器203忠實(shí)地放大。恒定包絡(luò)功率放大器203以及在實(shí)施本發(fā)明時(shí)采用的其它放大器，可以替換地是工作在輸出飽和狀態(tài)下的功率放大器、丙類(lèi)放大器、或乙類(lèi)放大器。圖3(a)上顯示了出現(xiàn)在恒定包絡(luò)功率放大器203的輸出端上的I和Q信號(hào)，以及圖3(b)上顯示了相應(yīng)的矢量星座。
剩下的兩個(gè)信息比特，B2B3，通過(guò)第二QPSK調(diào)制器205被編碼成另一個(gè)QPSK星座。來(lái)自第二QPSK調(diào)制器205的輸出信號(hào)然后被提供給第二恒定包絡(luò)放大器207，它把該信號(hào)忠實(shí)地放大到是第一恒定包絡(luò)放大器203的功率電平的一半的功率電平，這樣I和Q分量將是由第一恒定包絡(luò)放大器203產(chǎn)生的分量的
倍。圖3(c)顯示了出現(xiàn)在第二恒定包絡(luò)功率放大器207的輸出端上放大的I和Q分量。在第二恒定包絡(luò)功率放大器207的輸出端上產(chǎn)生的星座點(diǎn)因而用
來(lái)描述，并被示于圖3(d)。
第一和第二恒定包絡(luò)功率放大器203、207的輸出然后被提供到用于相加這些信號(hào)的裝置的各自的輸入端，例如圖2所示的定向耦合器209。定向耦合器209以一個(gè)比例量進(jìn)一步縮放來(lái)自第二恒定包絡(luò)功率放大器207的較低功率信號(hào)，這個(gè)量是相對(duì)于來(lái)自第一恒定包絡(luò)功率放大器203的較高功率的電壓比例的
。經(jīng)進(jìn)一步縮放的信號(hào)然后被加到較高功率信號(hào)上。這種使用無(wú)源、無(wú)損組合網(wǎng)絡(luò)(例如定向耦合器209)所能達(dá)到的縮放比被限制為以k和
表示的數(shù)值。為了得到
的相對(duì)縮放比，對(duì)于較低的功率信號(hào)的耦合因子k應(yīng)當(dāng)是
，而對(duì)于較高的功率信號(hào)的耦合因子應(yīng)當(dāng)是1-k2=1-13=23=23]]>較低的功率信號(hào)相對(duì)于較高的功率信號(hào)的
的進(jìn)一步的相對(duì)比例，與它的已經(jīng)是相對(duì)于較高功率信號(hào)的
信號(hào)電平相結(jié)合，兩者結(jié)合而產(chǎn)生相對(duì)電平為較高功率信號(hào)的
的信號(hào)。這樣，±1、±j的較高功率信號(hào)與進(jìn)一步按比例縮小的較低功率信號(hào)相結(jié)合，用以產(chǎn)生十六個(gè)星座點(diǎn)，其實(shí)部和虛部的每一個(gè)取四個(gè)值±1.5,±0.5中的一個(gè)值，然后它們進(jìn)一步按照由定向耦合器209產(chǎn)生的總的
比例因子縮小。對(duì)于最大幅度(±1.5±1.5j)的星座點(diǎn)，來(lái)自定向耦合器的輸出值因而是
，相應(yīng)于峰值功率電平為(32)2+(32)2=3]]>。這等于放大器功率的總和。所以，耦合裝置在峰值功率輸出電平時(shí)是100％的效率。也可以使用在用最高有效比特調(diào)制的信號(hào)與用最低有效比特調(diào)制的信號(hào)之間的總的比例因子的其它分配方式，而不是把
分配給功率放大器差值并把
分配給相對(duì)耦合。然而，上述優(yōu)選的裝置在峰值功率輸出點(diǎn)可給出最大效率。因此，盡管使用了恒定包絡(luò)(非線性)放大器203,207，圖3(e)所示的16QAM星座點(diǎn)仍可忠實(shí)地被復(fù)制。
在圖2所示的本發(fā)明的發(fā)射機(jī)中，在星座點(diǎn)之間轉(zhuǎn)移的平滑化是在第一和第二QPSK調(diào)制器201、205內(nèi)或者通過(guò)平滑I或Q的轉(zhuǎn)移(所謂的線性濾波)，或者通過(guò)平滑從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的相位轉(zhuǎn)移而完成的。線性濾波使得信號(hào)在星座各點(diǎn)之間偏離恒定幅度，而非線性的恒定包絡(luò)放大器203、207將使得這些幅度變化畸變。無(wú)論如何，如果矢量在正確的采樣時(shí)間達(dá)到它們的精確值，則各星座點(diǎn)將精確地達(dá)到。在時(shí)間之間的畸變會(huì)引起頻譜能量展寬到相鄰信道。無(wú)論如何，使用本發(fā)明的16QAM發(fā)射機(jī)的傳輸?shù)念l譜限制性比適用于恒定包絡(luò)功率放大器的其它的現(xiàn)有技術(shù)調(diào)制的頻譜限制性好。功率放大器中的失真也可通過(guò)使用熟知的現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)失真技術(shù)而被減小，例如在授權(quán)給Ekelund等的美國(guó)專(zhuān)利No.5,191,597中所描述的，該專(zhuān)利在此引用以供參考。在Ekelund等的專(zhuān)利中，顯示了一種用于補(bǔ)償末級(jí)放大器的非線性的方法，該放大器具有已知的轉(zhuǎn)移函數(shù)HR,HΦ(分別對(duì)應(yīng)于幅度和相位)，并被包括在用于線性的數(shù)字調(diào)制的正交類(lèi)型的射頻發(fā)射機(jī)中，其中查表單元(ST,CT)存儲(chǔ)了由給定的信號(hào)矢量α所確定的正交分量的數(shù)字正弦和余弦值(I(t,α),Q(t,α))。按照該方法，對(duì)于正交調(diào)制射頻信號(hào)r(t,α)的轉(zhuǎn)移函數(shù)HR,HΦ的值可通過(guò)尋址存儲(chǔ)著多個(gè)HR,HΦ值的存儲(chǔ)器單元而被計(jì)算。HR,HΦ的被尋址的值的正弦和余弦值也被構(gòu)成。這樣計(jì)算出來(lái)的值被乘以在查表單元(ST,CT)中所存儲(chǔ)的數(shù)字值，并被乘以HR的倒數(shù)值。結(jié)果，得到了正交分量的新的修正的值(i(t,α),q(t,α))，它們補(bǔ)償了末級(jí)放大器的非線性。
也有可能在恒定幅度軌跡中使星座點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)移平滑。例如，在由恒定包絡(luò)放大器203產(chǎn)生的QPSK星座中的數(shù)值1+j和1-j之間轉(zhuǎn)移可通過(guò)圍繞半徑等于
的圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度而達(dá)到。然而，使用QPSK時(shí)，有可能需要轉(zhuǎn)移到直徑上相反的點(diǎn)，不論順時(shí)針或者逆時(shí)針圍繞恒定半徑的圓旋轉(zhuǎn)180度，比起通過(guò)原點(diǎn)的轉(zhuǎn)移來(lái)說(shuō)，都不能提供良好的頻譜限制，因?yàn)橥ㄟ^(guò)原點(diǎn)的轉(zhuǎn)移是非恒定幅度轉(zhuǎn)移，它不能由恒定包絡(luò)放大器203、207滿(mǎn)意地處理。
按照本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供了一種稱(chēng)為偏移的QAM的新的調(diào)制，其中組成的QPSK信號(hào)的直徑方向上的轉(zhuǎn)移是通過(guò)在交替的時(shí)間間隔內(nèi)改變實(shí)部和虛部，而不是同時(shí)改變，從而得以避免的。這種調(diào)制在最通常形式下不具有數(shù)字符號(hào)對(duì)應(yīng)網(wǎng)格上的多個(gè)星座點(diǎn)中的一個(gè)點(diǎn)的特性，而是具有這樣的特性，基本數(shù)據(jù)比特的一半被編碼成在數(shù)據(jù)時(shí)鐘的比如說(shuō)奇數(shù)時(shí)間間隔期間得到的復(fù)信號(hào)的實(shí)數(shù)值，而數(shù)據(jù)比特的另一半被編碼成在數(shù)據(jù)時(shí)鐘的(在本例中是)偶數(shù)時(shí)間間隔期間得到的復(fù)信號(hào)的虛數(shù)值。當(dāng)然，指定交替的時(shí)鐘間隔為“奇”和“偶”間隔是任意的，并不意味著限制。然而，繼續(xù)我們的第一個(gè)例子，數(shù)據(jù)是這樣解碼或解調(diào)的信號(hào)的實(shí)數(shù)部分在奇數(shù)間隔采樣，這時(shí)虛數(shù)部分是在虛數(shù)值之間或者為不確定，而虛數(shù)部分則在偶數(shù)期間采樣，這時(shí)實(shí)數(shù)部分為不確定。這樣，不存在星座點(diǎn)的網(wǎng)格，而是在偶數(shù)時(shí)間有一組虛數(shù)的或水平的“條帶”而在奇數(shù)時(shí)間有一組實(shí)數(shù)的或垂直的條帶。
偏移QPSK只在例如1+j和1-j之間有轉(zhuǎn)移(即，轉(zhuǎn)過(guò)90度)，而決沒(méi)有通過(guò)180度的直徑方向的轉(zhuǎn)移，例如從1+j到1-j。這樣，所有轉(zhuǎn)移可被限制于圍繞恒定半徑圓周的軌跡。這個(gè)約束產(chǎn)生了恒定包絡(luò)信號(hào)，它可被具有高效率的丙類(lèi)功率放大器放大。這樣，最終結(jié)果的偏移16QAM信號(hào)的頻譜約束相比起使用非線性放大器的現(xiàn)有技術(shù)的16QAM調(diào)制，得到了改進(jìn)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4描述采樣偏移16QAM的發(fā)射機(jī)400的實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，第一偏移QPSK調(diào)制器401接收兩個(gè)信息比特，B0B1，并按照上面描述的本發(fā)明的技術(shù)把這些比特調(diào)制在一個(gè)載波上。也就是，這兩個(gè)比特之一，比如說(shuō)B0，是通過(guò)使實(shí)部(I或余弦分量)在數(shù)據(jù)時(shí)鐘的奇數(shù)間隔按照信息比特B0的數(shù)值在數(shù)值+1和-1之間改變而被編碼，以及使另一個(gè)比特(在本例中是B1)，是通過(guò)使虛部(Q或正弦分量)在數(shù)據(jù)時(shí)鐘的偶數(shù)間隔，按照信息比特B1的數(shù)值在數(shù)值+j和-j之間改變而被編碼。這些實(shí)部和虛部在偏移QPSK調(diào)制器401中被組合，最終結(jié)果的信號(hào)被提供到恒定包絡(luò)放大器403。由于這個(gè)信號(hào)的所有轉(zhuǎn)移都被限制在圍繞恒定半徑圓周的軌跡，由此產(chǎn)生恒定包絡(luò)信號(hào)，這些信號(hào)可被恒定包絡(luò)放大器403忠實(shí)地放大，它可以是具有高效率的丙類(lèi)功率放大器。圖5(a)顯示了出現(xiàn)在恒定包絡(luò)功率放大器403的輸出端的I和Q分量。正如上面解釋的，這種類(lèi)型的調(diào)制不產(chǎn)生點(diǎn)矢量的星座，如傳統(tǒng)的QPSK調(diào)制中那樣。相反，實(shí)數(shù)分量在虛數(shù)分量是不確定時(shí)的奇數(shù)時(shí)鐘時(shí)間達(dá)到±1的數(shù)值，如圖5(b)所示，而虛數(shù)分量在實(shí)數(shù)分量是不確定時(shí)的偶數(shù)時(shí)鐘時(shí)間達(dá)到±j的數(shù)值，如圖5(c)所示。
剩余的兩個(gè)信息比特，B2B3，通過(guò)第二偏移QPSK調(diào)制器405被編碼成另一個(gè)垂直與水平條帶的偏移QPSK組。從第二偏移QPSK調(diào)制器405的輸出信號(hào)然后被提供到第二恒定包絡(luò)放大器407，它忠實(shí)地把該信號(hào)放大到第一恒定包絡(luò)放大器403的功率電平的一半的功率電平。這樣，I和Q分量的幅度將是由第一恒定包絡(luò)放大器403所產(chǎn)生的分量的
倍。圖5(d)顯示了出現(xiàn)在第二恒定包絡(luò)功率放大器207的輸出端上的放大的I和Q分量。圖5(e)顯示了在奇數(shù)時(shí)鐘間隔期間出現(xiàn)的放大的垂直條帶，以及圖5(f)顯示了在偶數(shù)時(shí)鐘間隔期間出現(xiàn)在第二恒定包絡(luò)功率放大器407的輸出端上的放大的水平條帶。
第一和第二恒定包絡(luò)功率放大器403、407的輸出然后被提供到用于相加這些信號(hào)的裝置的各自的輸入端，例如圖4所示的定向耦合器409。定向耦合器409以一個(gè)比例量進(jìn)一步縮小來(lái)自第二恒定包絡(luò)功率放大器407的較低功率信號(hào)，這個(gè)量是相對(duì)于來(lái)自第一恒定包絡(luò)功率放大器403的較高功率的電壓比例的
。在定向耦合器中用于達(dá)到這個(gè)相對(duì)比例的技術(shù)在上面圖2的實(shí)施例中已被描述。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步縮小的信號(hào)然后被加到較高功率信號(hào)上。較低的功率信號(hào)相對(duì)于較高功率信號(hào)有進(jìn)一步的
的相對(duì)比例，加上它已經(jīng)有相對(duì)于較高功率信號(hào)的
的信號(hào)電平，兩者相結(jié)合，組合產(chǎn)生了相對(duì)電平為較高功率信號(hào)的
的信號(hào)。這樣，較高功率信號(hào)與較低功率信號(hào)相結(jié)合進(jìn)一步按比例縮到
，從而在奇數(shù)時(shí)鐘時(shí)間期間產(chǎn)生圖5(g)的水平(實(shí)數(shù))條帶，以及在偶數(shù)時(shí)鐘時(shí)間期間產(chǎn)生圖5(h)的水平(虛數(shù))條帶。垂直條帶可以具有四個(gè)值±1.5，±0.5中的任一個(gè)值，這些值進(jìn)一步按照由定向耦合器409產(chǎn)生的
總的比例因子減小。同樣地，垂直條帶可以具有四個(gè)值±1.5j,±0.5j中的任一個(gè)值，進(jìn)一步按照由定向耦合器409產(chǎn)生的
總的比例因子被減小。通過(guò)在奇數(shù)時(shí)鐘時(shí)間對(duì)信號(hào)采樣，以及還通過(guò)在其相應(yīng)的偶數(shù)時(shí)間對(duì)信號(hào)采樣，就可以確定十六個(gè)不同數(shù)值中的一個(gè)數(shù)值。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，上面列出的原則可被擴(kuò)展到更高階QAM星座，例如具有64或256點(diǎn)的星座，通過(guò)第三或第四恒定包絡(luò)功率放大器以適當(dāng)功率比例的加法和使用輸出耦合器的比例加法，使得其每一個(gè)以二進(jìn)制電壓比值1∶1/2∶1/4…等等提供輸出星座的一個(gè)部分。這樣的變化方案可被認(rèn)為屬于如附屬權(quán)利要求所描述的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
這在技術(shù)上是熟知的，即當(dāng)通過(guò)使角度改變平滑化而使矢量軌跡被限制成沿著恒定包絡(luò)的圓周時(shí)，具有其相位角的轉(zhuǎn)移不大于90度的偏移QPSK會(huì)使它本身更易于成為在頻譜上是受限的。相位角的變化速率按定義是信號(hào)頻率從其標(biāo)稱(chēng)的中心頻率的瞬時(shí)偏移量。如果相位角從一個(gè)數(shù)據(jù)比特周期到下一個(gè)比特周期的變化以恒定速率發(fā)生，即，在一個(gè)比特時(shí)間間隔內(nèi)使相位角旋轉(zhuǎn)±90度，則等效的頻率改變是每個(gè)比特四分之一周期，或B/4Hz，其中B是比特率。這種類(lèi)型的恒定速率引起一種被稱(chēng)為最小移位鍵控(MSK)的恒定包絡(luò)OQPSK形式。
在MSK中，角度變化以恒定平滑速率發(fā)生，但它們的導(dǎo)數(shù)，即瞬時(shí)頻率，在相位變化的方向從順時(shí)針改變到逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)就以突發(fā)方式改變。這樣，角度是連續(xù)函數(shù)，其導(dǎo)數(shù)(頻率)也是連續(xù)函數(shù)(但具有突發(fā)跳步)，然而，頻率的導(dǎo)數(shù)在突發(fā)跳步點(diǎn)具有不定的不連續(xù)性(狄拉克函數(shù))。
在想要的信號(hào)頻帶以外，頻譜下降的速率是每個(gè)倍頻程6N dB，其中N是包含非連續(xù)性的最低階導(dǎo)數(shù)的階數(shù)；這樣，因?yàn)樵贛SK情況下，相位角的二階導(dǎo)數(shù)包含非連續(xù)性，所以帶外頻譜以每個(gè)倍頻程12dB下降。
通過(guò)對(duì)頻率波形進(jìn)一步濾波，以使得頻率的突發(fā)跳步被平滑變化所代替，非連續(xù)性可從相位的二階導(dǎo)數(shù)移到更高的階數(shù)，這樣，可導(dǎo)致頻譜下降得更快。然而，無(wú)論何時(shí)使用恒定包絡(luò)調(diào)制時(shí)，對(duì)頻譜的限制會(huì)有一個(gè)限度，因?yàn)榘l(fā)射信號(hào)的實(shí)際分量正比于相位的正弦和余弦，而它們是非線性函數(shù)。經(jīng)驗(yàn)表明，在這些條件下，對(duì)頻率波形的高斯形狀的低通濾波產(chǎn)生可達(dá)到的最佳頻譜限定量；MSK的這種方案被稱(chēng)為高斯濾波最小移位鍵控(GMSK)，并被用于所謂的全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)的歐洲數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中。GMSK事實(shí)上是由參量BT即高斯濾波器-3dB帶寬B與信息比特持續(xù)期(比特周期)T的乘積來(lái)描述的一個(gè)調(diào)制族。較小的BT值提供較嚴(yán)密的頻譜限制，其代價(jià)是信號(hào)在下一個(gè)比特周期開(kāi)始其新的軌跡之前不會(huì)達(dá)到嚴(yán)格的標(biāo)稱(chēng)星座點(diǎn)，這是一種稱(chēng)為“局部響應(yīng)”的現(xiàn)象，這使得信號(hào)較難被有效地譯碼。在頻譜限制度與局部響應(yīng)現(xiàn)象之間的折衷留給任何特定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者。
其它的頻率波形濾波器，例如奈奎斯特濾波器，也可被使用，它確保信號(hào)通過(guò)標(biāo)稱(chēng)星座點(diǎn)，即它不呈現(xiàn)局部響應(yīng)效應(yīng)。
無(wú)論何時(shí)在星座點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)移通過(guò)濾波而被平滑時(shí)，轉(zhuǎn)移的形狀(軌跡)不僅僅取決于起始點(diǎn)和結(jié)尾點(diǎn)(當(dāng)前數(shù)據(jù)比特)，也取決于先前的和將來(lái)的數(shù)據(jù)比特。軌跡形狀所依據(jù)的相繼數(shù)據(jù)比特的數(shù)量等于濾波器的脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度。如果這個(gè)長(zhǎng)度是數(shù)據(jù)比特周期的有限數(shù)L，如當(dāng)使用有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器的情況，則會(huì)產(chǎn)生有限數(shù)量的即2的L次方的不同軌跡形狀，相應(yīng)于L個(gè)二進(jìn)制比特的所有可能的圖案。這些波形可以被預(yù)先計(jì)算，并作為一系列波形樣本被存儲(chǔ)在查找表中，根據(jù)通過(guò)使用L個(gè)相連的數(shù)據(jù)比特所形成的地址被調(diào)用。所調(diào)用的樣本可經(jīng)數(shù)-模轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生模擬的I、Q調(diào)制波形。通過(guò)存儲(chǔ)預(yù)計(jì)算的Δ-∑調(diào)制的表示波形的比特序列，D/A轉(zhuǎn)換器也可被取消，這正如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.08/305,702中所描述的那樣，該專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)诖艘靡怨﹨⒖肌?br> 上面已解釋?zhuān)辽侔∣QPSK、MSK、和GMSK調(diào)制的一定的組合是如何互相緊密相關(guān)的，它們基本上由相同的星座點(diǎn)表示數(shù)據(jù)，只是在星座點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)移形狀不同。這些調(diào)制的任何一種都可在本發(fā)明中被使用來(lái)編碼數(shù)據(jù)比特對(duì)，用不同的數(shù)據(jù)比特對(duì)編碼的信號(hào)然后被縮放和相加，以形成本發(fā)明的偏移QAM信號(hào)。
本發(fā)明已參照具體實(shí)施例被描述。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易看到，有可能以不同于上面所描述的優(yōu)選實(shí)施例的特定形式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。這可以在不背離本發(fā)明的精神下實(shí)現(xiàn)優(yōu)選實(shí)施例只是說(shuō)明性的，而無(wú)論如何都不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是一種限制。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是前面的描述給出，并且屬于權(quán)利要求范圍以?xún)?nèi)的所有變動(dòng)和等價(jià)物都認(rèn)為是包含于其中的。
權(quán)利要求
1．用于從數(shù)據(jù)比特產(chǎn)生正交調(diào)幅信號(hào)的發(fā)射機(jī)，該發(fā)射機(jī)包括第一正交相移鍵控(QPSK)裝置，用于把第一對(duì)數(shù)據(jù)比特編碼成四個(gè)載波信號(hào)相位之一，由此產(chǎn)生第一QPSK信號(hào)；第二正交相移鍵控(QPSK)裝置，用于把第二對(duì)數(shù)據(jù)比特編碼成四個(gè)載波信號(hào)相位之一，由此產(chǎn)生第二QPSK信號(hào)；第一功率放大器，用于把第一QPSK信號(hào)放大到第一功率電平，以及在第一功率放大器的輸出端提供第一放大信號(hào)；第二功率放大器，用于把第二QPSK信號(hào)放大到第二功率電平，以及在第二功率放大器的輸出端提供第二放大信號(hào)；以及組合裝置，用于組合第一和第二放大信號(hào)，以產(chǎn)生在其中對(duì)四個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的信號(hào)。
2．權(quán)利要求1的發(fā)射機(jī)，其特征在于，還包括平滑裝置，用于使第一和第二QPSK信號(hào)從一個(gè)相位編碼值到另一個(gè)相位編碼值的轉(zhuǎn)移變得平滑。
3．權(quán)利要求2的發(fā)射機(jī)，其特征在于，其中平滑裝置包括一個(gè)或多個(gè)低通濾波器。
4．權(quán)利要求2的發(fā)射機(jī)，其特征在于，其中平滑裝置包括能使用存儲(chǔ)在查找表中的預(yù)計(jì)算的數(shù)字化波形的裝置。
5．權(quán)利要求4的發(fā)射機(jī)，其特征在于，其中查找表保存著預(yù)計(jì)算的波形，它們對(duì)在第一和第二功率放大器中的失真是經(jīng)過(guò)預(yù)先補(bǔ)償?shù)?，從而使第一和第二功率放大器的輸出包含減小的失真。
6．權(quán)利要求1的發(fā)射機(jī)，其特征在于，其中第一和第二功率放大器每個(gè)是丙類(lèi)放大器。
7．權(quán)利要求1的發(fā)射機(jī)，其特征在于，其中第一和第二功率放大器每個(gè)是乙類(lèi)放大器。
8．用于把數(shù)據(jù)比特組編碼成復(fù)數(shù)信號(hào)以便進(jìn)行發(fā)射的設(shè)備，該設(shè)備包括用于在時(shí)鐘的奇數(shù)時(shí)刻把數(shù)據(jù)比特的第一子組編碼成復(fù)數(shù)信號(hào)的實(shí)部的裝置；以及用于在時(shí)鐘的偶數(shù)時(shí)刻把數(shù)據(jù)比特的第二子組編碼成復(fù)數(shù)信號(hào)的虛部的裝置。
9．權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于，其中用于編碼第一子組的裝置包括用于按照數(shù)據(jù)比特的第一子組的比特極性選擇多個(gè)預(yù)定信號(hào)值之一的裝置；以及用于編碼第二子組的裝置包括用于按照數(shù)據(jù)比特的第二子組的比特極性選擇多個(gè)預(yù)定信號(hào)值之一的裝置。
10．權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，其中各預(yù)定信號(hào)值相互間是等間隔的。
11．用于把數(shù)據(jù)比特組編碼成復(fù)數(shù)信號(hào)以便進(jìn)行發(fā)射的設(shè)備，該設(shè)備包括用于把第一對(duì)數(shù)據(jù)比特編碼成第一偏移正交相移鍵控(OQPSK)信號(hào)的裝置；用于把第二對(duì)數(shù)據(jù)比特編碼成第二OQPSK信號(hào)的裝置；第一功率放大器，用于把第一OQPSK信號(hào)放大到第一功率電平；第二功率放大器，用于把第二OQPSK信號(hào)放大到第二功率電平；以及組合裝置，用于組合第一和第二功率放大器的輸出，以產(chǎn)生在其中對(duì)四個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的復(fù)矢量調(diào)制信號(hào)。
12．權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，還包括平滑裝置，用于使第一和第二OQPSK信號(hào)從一個(gè)編碼信號(hào)值到另一個(gè)編碼信號(hào)值的轉(zhuǎn)移變得平滑，由此得到復(fù)矢量調(diào)制信號(hào)的頻譜限制度。
13．權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，其中平滑裝置包括至少一個(gè)低通濾波器，用于平滑第一和第二OQPSK信號(hào)從一個(gè)編碼信號(hào)值到另一個(gè)編碼信號(hào)值的轉(zhuǎn)移。
14．權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，其中平滑裝置包括能使用預(yù)計(jì)算的存儲(chǔ)的數(shù)字化的轉(zhuǎn)移波形的裝置，以便平滑第一和第二OQPSK信號(hào)從一個(gè)編碼信號(hào)值到另一個(gè)編碼信號(hào)值的轉(zhuǎn)移。
15．權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，其中存儲(chǔ)的數(shù)字化的轉(zhuǎn)移波形對(duì)在第一和第二功率放大器中的失真是經(jīng)過(guò)預(yù)補(bǔ)償?shù)?，這樣，由第一和第二功率放大器提供的放大的信號(hào)包含顯著減小的失真。
16．權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，其中存儲(chǔ)的數(shù)字化的轉(zhuǎn)移波形的轉(zhuǎn)移是沿著恒定幅度的軌跡的。
17．權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，其中恒定幅度的軌跡是通過(guò)使用高斯最小移位鍵控調(diào)制而形成的。
18．權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，其中第一和第二功率放大器是恒定包絡(luò)功率放大器。
19．權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，其中第一和第二功率放大器是工作在輸出飽和狀態(tài)下。
20．權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，其中第一和第二功率放大器是丙類(lèi)放大器。
21．權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，其中第一和第二功率放大器是乙類(lèi)放大器。
22．用于從數(shù)據(jù)比特產(chǎn)生正交調(diào)幅信號(hào)的方法，該方法包括利用正交相移鍵控(QPSK)來(lái)把第一對(duì)數(shù)據(jù)比特編碼成四個(gè)載波信號(hào)相位之一，由此產(chǎn)生第一QPSK信號(hào)；利用QPSK來(lái)把第二對(duì)數(shù)據(jù)比特編碼成四個(gè)載波信號(hào)相位之一，由此產(chǎn)生第二QPSK信號(hào)；通過(guò)把第一QPSK信號(hào)放大到第一功率電平，產(chǎn)生第一放大信號(hào)；通過(guò)把第二QPSK信號(hào)放大到第二功率電平，產(chǎn)生第二放大信號(hào)；以及組合第一和第二放大信號(hào)，以產(chǎn)生由這四個(gè)數(shù)據(jù)編碼而成的信號(hào)。
23．權(quán)利要求22的方法，其特征在于，還包括平滑第一和第二QPSK信號(hào)從一個(gè)相位編碼值到另一個(gè)相位編碼值的轉(zhuǎn)移的步驟。
24．權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中平滑步驟包括使用一個(gè)或多個(gè)低通濾波器以便平滑第一和第二QPSK信號(hào)從一個(gè)相位編碼值到另一個(gè)相位編碼值的轉(zhuǎn)移的步驟。
25．權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中平滑步驟包括使用存儲(chǔ)在查找表中的預(yù)計(jì)算的數(shù)字化的波形平滑第一和第二QPSK信號(hào)從一個(gè)相位編碼值到另一個(gè)相位編碼值的轉(zhuǎn)移的步驟。
26．權(quán)利要求25的方法，其特征在于，其中查找表保存著預(yù)計(jì)算的波形，它們已經(jīng)過(guò)預(yù)補(bǔ)償以減小在產(chǎn)生第一和第二放大信號(hào)的步驟中出現(xiàn)的失真。
27．權(quán)利要求22的方法，其特征在于，其中產(chǎn)生第一放大信號(hào)的步驟包括使用第一丙類(lèi)放大器把第一QPSK信號(hào)放大到第一功率電平的步驟；以及產(chǎn)生第二放大信號(hào)的步驟包括使用第二丙類(lèi)放大器把第二QPSK信號(hào)放大到第二功率電平的步驟。
28．權(quán)利要求22的方法，其特征在于，其中產(chǎn)生第一放大信號(hào)的步驟包括使用第一乙類(lèi)放大器把第一QPSK信號(hào)放大到第一功率電平的步驟；以及產(chǎn)生第二放大信號(hào)的步驟包括使用第二乙類(lèi)放大器把第二QPSK信號(hào)放大到第二功率電平的步驟。
29．用于把數(shù)據(jù)比特組編碼成復(fù)數(shù)信號(hào)以便進(jìn)行發(fā)射的方法，該方法包括以下步驟在時(shí)鐘的奇數(shù)時(shí)刻把第一子組的數(shù)據(jù)比特編碼成復(fù)數(shù)信號(hào)的實(shí)部；以及在時(shí)鐘的偶數(shù)時(shí)刻把第二子組的數(shù)據(jù)比特編碼成復(fù)數(shù)信號(hào)的虛部。
30．權(quán)利要求29的方法，其特征在于，其中第一子組的編碼步驟包括按照第一子組的數(shù)據(jù)比特的比特極性選擇多個(gè)預(yù)定信號(hào)值中的一個(gè)信號(hào)值；以及第二子組的編碼步驟包括按照第二子組的數(shù)據(jù)比特的比特極性選擇多個(gè)預(yù)定信號(hào)值中的一個(gè)信號(hào)值。
31．權(quán)利要求30的設(shè)備，其特征在于，其中預(yù)定信號(hào)值相互之間是等間隔的。
32．用于把數(shù)據(jù)比特組編碼成復(fù)數(shù)信號(hào)以便發(fā)射的方法，該方法包括以下步驟把第一對(duì)數(shù)據(jù)比特編碼成第一偏移正交相移鍵控(OQPSK)信號(hào)；把第二對(duì)數(shù)據(jù)比特編碼成第二OQPSK信號(hào)；使用第一功率放大器把第一OQPSK信號(hào)放大到第一功率電平；使用第二功率放大器把第二OQPSK信號(hào)放大到第二功率電平；以及組合第一和第二功率放大器的輸出，以產(chǎn)生在其中對(duì)四個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的復(fù)矢量調(diào)制信號(hào)。
33．權(quán)利要求32的方法，其特征在于，還包括平滑第一和第二OQPSK信號(hào)從一個(gè)編碼信號(hào)值到另一個(gè)編碼信號(hào)值的轉(zhuǎn)移的步驟，由此得到復(fù)矢量調(diào)制信號(hào)的頻譜限制度。
34．權(quán)利要求33的方法，其特征在于，其中平滑步驟包括使用低通濾波器來(lái)平滑第一和第二OQPSK信號(hào)從一個(gè)編碼信號(hào)值到另一個(gè)編碼信號(hào)值的轉(zhuǎn)移。
35．權(quán)利要求33的方法，其特征在于，其中平滑步驟包括使用預(yù)計(jì)算的存儲(chǔ)的數(shù)字化的轉(zhuǎn)移波形來(lái)平滑第一和第二OQPSK信號(hào)從一個(gè)編碼信號(hào)值到另一個(gè)編碼信號(hào)值的轉(zhuǎn)移。
36．權(quán)利要求35的方法，其特征在于，其中存儲(chǔ)的數(shù)字化的轉(zhuǎn)移波形對(duì)在第一和第二功率放大器中的失真是經(jīng)過(guò)預(yù)補(bǔ)償?shù)?，這樣，由第一和第二功率放大器提供的放大的信號(hào)包含顯著減小的失真。
37．權(quán)利要求33的方法，其特征在于，其中存儲(chǔ)的數(shù)字化的轉(zhuǎn)移波形的轉(zhuǎn)移是沿著恒定幅度的軌跡的。
38．權(quán)利要求37的方法，其特征在于，其中恒定幅度的軌跡是通過(guò)使用高斯最小移位鍵控調(diào)制而形成的。
39．權(quán)利要求32的方法，其特征在于，其中第一和第二功率放大器是恒定包絡(luò)功率放大器。
40．權(quán)利要求32的方法，其特征在于，其中第一和第二功率放大器工作在輸出飽和狀態(tài)下。
41．權(quán)利要求32的方法，其特征在于，其中第一和第二功率放大器是丙類(lèi)放大器。
42．權(quán)利要求32的方法，其特征在于，其中第一和第二功率放大器是乙類(lèi)放大器。
全文摘要
通過(guò)使用第一正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制器,從數(shù)據(jù)比特產(chǎn)生正交調(diào)幅信號(hào),該第一QPSK調(diào)制器用于把第一對(duì)數(shù)據(jù)比特編碼成四個(gè)載波信號(hào)相位之一,由此產(chǎn)生第一QPSK信號(hào)。第二QPSK調(diào)制器把第二對(duì)數(shù)據(jù)比特編碼成四個(gè)載波信號(hào)相位之一,由此產(chǎn)生第二QPSK信號(hào)。第一QPSK信號(hào)被放大到第一功率電平,以及第二QPSK信號(hào)被放大到第二功率電平。第一和第二放大信號(hào)然后被組合,以產(chǎn)生由這四個(gè)數(shù)據(jù)編碼而成的信號(hào)。在本發(fā)明的另一個(gè)方面,使用了被稱(chēng)為偏移正交相移鍵控(0QPSK)的新型的調(diào)制來(lái)代替第一和第二QPSK調(diào)制器,這樣,形成了偏移正交調(diào)幅(0QAM)發(fā)射機(jī)。0QPSK調(diào)制器通過(guò)在時(shí)鐘的奇數(shù)時(shí)刻把數(shù)據(jù)比特的第一子組編碼成復(fù)數(shù)信號(hào)的實(shí)部,以及通過(guò)在時(shí)鐘的偶數(shù)時(shí)刻把數(shù)據(jù)比特的第二子組編碼成復(fù)數(shù)信號(hào)的虛部,來(lái)編碼數(shù)據(jù)。0QPSK調(diào)制提供了這樣的優(yōu)點(diǎn),即所有信號(hào)轉(zhuǎn)移被限制在圍繞著恒定半徑的圓的軌跡上,由此可產(chǎn)生頻譜效率。
文檔編號(hào)H04L25/02GK1222277SQ97195491
公開(kāi)日1999年7月7日 申請(qǐng)日期1997年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月12日
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