專利名稱：導頻信號傳送技術和采用這種技術的數(shù)字通信系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字通信系統(tǒng)，尤其是采用導頻信號進行準同步檢測而便于進行衰落失真補償?shù)恼{制方法。
數(shù)字通信系統(tǒng)中，尤其是在數(shù)字移動無線電系統(tǒng)中，由于衰落會使信息信號或碼元的包絡出現(xiàn)失真(即，信息信號的相位和幅度中含有相位誤差和幅度誤差)。接收信號的相位誤差引起接收機中本地振蕩器中出現(xiàn)頻率誤差。本文中，本地振蕩器頻率相對于載波頻率的誤差稱為“頻率偏移”。并且必須在接收機中估算和補償接收信號的相位誤差(或頻率偏移)和幅度誤差。
采用導頻信號的衰落失真補償技術見S.Sampei的論文“Rayleigh FadingCompensation Method for 16-QAM MODEM in Digital Land Mobil Radio System”(Trans.IEICE(The Institute of Electronics，Information and CommunicationEngineers)Japan，Vol.J72-B-II，No.1，January 1989，pp.7-15)。該論文在此引述供參考。圖l是該16-QAM系統(tǒng)中使用的信號星座(signal constellation)圖。圖l中，涂黑的小圓圈代表同相(I)和正交相位(Q)平面中的16個信號點。具有最大幅度的信號點之一，即信號點A、B、C、D中的任意一個被指定為導頻信號。(由于信號星座圖中16個信號點中的一個信號點用于導頻信號，所以其余的15個點用于信息信號。)將導頻信號插入發(fā)射機中的每一個幀中或每N-1個信息碼元內(設N個碼元構成一幀)。用導頻信號通過內插實現(xiàn)信息信號或碼元的(因衰落而產(chǎn)生的)失真估算和補償。
在這樣一種所描述的準同步檢測中，更大幅度的導頻碼元使得頻率偏移和信息信號的幅度的估算具有更高的精度，而改進了誤碼率，而誤碼率是每一碼元的載波信號功率與噪聲功率密度之比的函數(shù)。但是，在不采取任何措施的情況下對導頻信號的幅度進行放大使得發(fā)射機系統(tǒng)的功率放大器的功率效率因峰值與平均發(fā)射功率之比的增大而下降。
因此本發(fā)明的目的是提供一種對接收信號的衰落失真進行更高精度補償?shù)姆椒ê拖到y(tǒng)，從而提供一種接收時誤碼率減小的數(shù)字通信系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的原理，對于信號星座圖(或同相或正交相位平面圖上繪制的信號點圖)中的導頻信號點，選擇這樣一個點，這一點在相位上與其他任何可能用于信息碼元的信號點不同且幅度大于任何信號點。在每一幀或在預定數(shù)量的信息信號中插入導頻信號。
在接收機中，確定接收信號中規(guī)則插入的每一導頻信號的衰落失真。采用確定的導頻信號衰落失真，通過插值估算信息信號的衰落失真，并隨后進行補償。
在一種較佳實施例中，將導頻信號的幅度設置成不大于信息信號最大可能幅度的1.6倍。
最好用一個頻響滾降(roll-off)系數(shù)在0.1到0.4范圍內的頻響滾降濾波器來限制每一信息信號的頻帶。
通過下文中結合附圖對本發(fā)明典型實施例的描述，讀者將會清楚地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點。
圖1是16QAM系統(tǒng)中所使用的信號構成圖；圖2是含有按照本發(fā)明的原理的衰落失真補償系統(tǒng)的移動電話終端實施例的一部分示意方框圖；圖3是第一個例子中使用的16-APSK(幅度相移鍵控)的典型信號構成圖；圖4是用于圖1所示移動電話終端的數(shù)字通信系統(tǒng)中發(fā)射的碼元流的圖；圖5至圖8是按照本發(fā)明的原理的22mQAM、16-QAM、8-PSK和QPSK的信號星座圖。
圖中，相同的標記表示相同的元件。
圖2是含有按照本發(fā)明的原理的衰落失真補償系統(tǒng)的移動電話終端1實施例的一部分示意方框圖。移動電話終端1的發(fā)射系統(tǒng)(圖2的上面部分)包括串-并(S/P)轉換器10；輸入與轉換器10輸出相連的基帶信號發(fā)生器20；同相(I)輸入端和正交(Q)輸入端與基帶信號發(fā)生器20相連的導頻(或幀)信號插入器；輸入端與導頻信號插入器110相連的低通濾波器(LPF)30；I輸入端和Q輸入端分別與I和QLPF 30輸出端相連的無線電發(fā)射器部分；發(fā)射輸入端與發(fā)射器部分40輸出端相連的天線雙工器50；以及同時用于發(fā)射和接收的天線60。移動電話終端1的接收系統(tǒng)(圖2中的下面部分)包括輸入端與雙工器50接收輸出端相連的無線電接收器部分70；輸入端與無線電接收器部分70的I和Q輸出端相連的LPF 80；I和Q輸入端與各個LPF 80輸出端相連的衰落失真補償器100；以及輸入端與補償器100輸出端相連用來提供接收數(shù)據(jù)的判斷器(decision maker)90。衰落失真補償器100包括相位誤差估算器120、幅度誤差估算器130和相位及幅度補償器140。移動電話終端1還包括控制終端1的整個操作過程的控制器170。
發(fā)射操作過程中，將二進制數(shù)據(jù)以位流的形式提供到S/P轉換器10。S/P轉換器10將串行二進制數(shù)據(jù)轉換成具有預定位數(shù)的并行數(shù)據(jù)?；鶐盘柊l(fā)生器20產(chǎn)生與并行數(shù)據(jù)相關的碼元的同相(I)和正交相(Q)分量或信號。
圖3是第一例中使用的16-APSK(幅度相移鍵控)典型的信號構成圖。圖4是圖3所示導頻信號插入器110的運行圖。圖3中和圖4以及后面的信號通信圖中，涂黑的小圓圈表示信息碼元，而小白圓圈表示導頻(或幀)碼元。
本例中，基帶信號發(fā)生器20產(chǎn)生與提供到發(fā)生器20的每一并行數(shù)據(jù)相關的16個可能的信息碼元IS1，IS2，…，ISp中的一個(ISi)的I分量和Q分量。這里，i＝1，2，…，P，而P是被調制方法中可能的信息碼元數(shù)(本例中為16)。從基帶信號發(fā)生器20提供的信息碼元流如圖4的上面部分所示。
導頻信號插入器110在預定個數(shù)的信息碼元(比方說是N-1個碼元S1，…，SN-1)中插入一個導頻信號PS，而形成如圖4所示一個含N個碼元S0，S1…，SN-1的幀。在從導頻信號插入器110輸出的每一幀碼元流中，
從圖3看到，最好配置導頻信號，使得與相鄰的信息信號點形成π/8的角度。因此，最好在下面任何一點處設置導頻信號PS＝(PSI，PSQ)PSI=R*cos(iπ4+π8)]]>PSQ=R*sin(iπ4+π8)]]>式中，i＝1，2，…，16，并且R是導頻信號PS的幅度。
如圖3所示，按照本發(fā)明，將導頻信號PS的幅度R設置成大于任何一個信息信號Sj(＝ISi)。具體說來，最好將導頻信號的幅度設置在大于信息碼元最大幅度Rmax而不大于1.6乘以最大幅度Rmax的范圍內，即，
Rmax＞R≤1.6*Rmax(2)要注意的是，每一信號Sj是以相應的I和Q分量SjI和SjQ的形式進行處理的。來自導頻信號插入器110的信號Sj由LPS 30限制在頻帶內LPF 30最好是具有下述特征的頻響滾降濾波器(或Nyquist濾波器)
式中，H(ω)是頻響滾降濾波器30的幅度特征，ω是角頻率，ω0是Nyquist角頻率，而α是頻響滾降系數(shù)。最好將頻響滾降系數(shù)α設置在0.1到0.4的范圍內。
經(jīng)濾波的信號由無線電發(fā)射器部分40調制和放大，并最終通過雙工器50和天線60發(fā)送出去。
接收操作時，天線50、雙工器60和無線電接收器部分70接收的接收信號的I分量和Q分量由LPF 80濾波并提供到相位誤差估算器120、幅度誤差估算器130和相位及幅度補償器140。相位誤差估算器120將經(jīng)估算的相位誤差信號提供到補償器140。幅度誤差估算器130采用導頻信號S0通過內插向補償器140提供每一信息信號Sj(j＝1，2，…，N-1)的估算幅度誤差信號。相位和幅度補償器140用估算的相位和幅度誤差信號分別補償每一信息信號，以提供經(jīng)補償?shù)腎和Q分量。判決器90提供與經(jīng)補償?shù)腎和Q分量相關的數(shù)據(jù)。
這樣，因為提高了信息信號的頻率和幅度誤差估算的精度，因而本發(fā)明使得能夠在不影響無線電發(fā)射部分40中放大器(AMP)44處峰值與平均功率之比的情況下，使誤碼率減小。
修改形式盡管上文中是結合16-APSK對實施例進行描述的，但本發(fā)明也適用于7個信號點以上的調制方案。例如下文中的22m-QAM(quadrature amplitude modulation，正交幅度調制)(m≤3)、16-QAM、8-PSK(phase shift keying)和QPSK(quadraturephase shift keying，正交相移鍵控)。
圖5至圖8是按照本發(fā)明原理用于22m-QAM(m≤3)、16-QAM、8-PSK和QPSK的信號星座圖。
對于圖5所示的22m-QAM，如果用I-Q坐標將信息信號點ISi(i＝1，2，…，2)寫成(ISiI，ISiQ)，則這些點寫成IsiI＝s(2m-1a1+2m-2a2+…+20am)ISiQ＝s(2m-1a1+2m-2a2+…+20am)其中，s是常數(shù)，而ak和bk(k＝1，2，…，m)代表1和-1，即，(ak，bk)，代表四個點(1，1)、(1，-1)、(-1，1)和(-1，-1)。這時，導頻信號PS或者在I軸上，或者在Q軸上，從而PS的幅度(R)大于任何可能的碼元點的(Ri)。在圖5的具體例子中，導頻信號處在I軸的正范圍內。
在16-QAM的情況下，可能的碼元點表述成如下的形式ISiI＝s(21a1+20a2)ISiQ＝s(21b1+20b2)……………(5)這時，導頻信號PS最好位于I軸上和Q軸上，從而PS的幅度(R)大于圖6中所示的任何可能的碼元點ISi。
在圖7所示的8-PSK的情況下，可能的信號點表示成ISiI＝r*cos(iπ/4)ISiQ＝r*sin(iπ/4)……………(6)這時，由于最好使導頻信號PS的分布與相鄰的信息點成π/4的角度，所以，最好將導頻信號PS＝(PSI，PSQ)設置在下面的點處PSI=R*cos(π2(1+i))]]>PSQ=R*sin(π2(1+i))]]>在不偏離本發(fā)明的精神和原理的情況下，還可以構成本發(fā)明的許多不同的實施例。應當理解的是，本發(fā)明并非僅限于由權利要求書所限定的上述實施例。
權利要求
1.一種通過無線發(fā)射數(shù)字數(shù)據(jù)從而使數(shù)字無線通信系統(tǒng)中的誤碼率減小的方法，其特征在于，所述方法包含下述步驟通過大于7個信號點的調制方案，將所述數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成第一信息信號流；將所述第一信息信號流中的導頻信號規(guī)則插入到所述信息信號的第二信號流中，所述導頻信號的幅度大于所述信息信號的任何一個信號的幅度；以及通過無線發(fā)射所述第二信號流。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，插入導頻信號的所述步驟包括將所述導頻信號的幅度設置成不大于所述信息信號的最大可能幅度的1.6倍。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括用頻響滾降濾波器對每一信息信號的頻帶進行發(fā)射器限制，而使頻響滾降系數(shù)位于0.1到0.4的范圍內。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述大于7個信號點的調制技術是16幅度相移鍵控。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，插入導頻信號的所述步驟包括產(chǎn)生所述導頻信號從而在同相和正交相位信號空間中形成與相鄰信息信號的π/8的角度。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述大于7個的信號點調制技術是2m信號點正交幅度調制，其中，m是不小于3的正整數(shù)。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述插入導頻信號的步驟包括產(chǎn)生所述導頻信號，使之在所述2m信號點正交幅度調制的信號空間中分布在同相軸和正交軸中的一個軸上。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述大于7個信號點調制技術是8相移鍵控。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，插入導頻信號的所述步驟包括產(chǎn)生所述導頻信號從而在所述8相移鍵控的同相和正交相位信號空間中形成與相鄰信息信號成π/8的角度。
10.一種通過無線發(fā)射數(shù)字數(shù)據(jù)從而使接收的誤碼率減小的方法，其特征在于，所述方法包含下述步驟通過正交相移鍵控調制，將所述數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成第一信息信號流；將所述第一信息信號流中規(guī)則的導頻信號插入到所述信息信號的一個第二信號流和所述導頻信號中，所述導頻信號的幅度大于所述信息信號中的任何一個信號的幅度；以及通過無線發(fā)射所述第二信號流。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述導頻信號的分布使得在所述正交相移鍵控調制的同相和正交相信號空間中與相鄰的信息信號成π/4的角度。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于，插入導頻信號的所述步驟包括設置所述導頻信號的幅度，使之不大于1.6倍所述信息信號的最大可能幅度。
13.如權利要求10所述的方法，其特征在于，它還包括用頻響滾降濾波器對每一信息信號的頻帶進行發(fā)射器限制，而使頻響滾降系數(shù)位于0.1到0.4的范圍內。
14.一種能夠通過無線發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)從而使得接收具有減小的誤碼率的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括通過大于7個信號點的調制方案將所述數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成第一信息信號流的裝置；將所述第一信息信號中規(guī)則的導頻信號插入到所述信息信號的第二信號流和所述導頻信號中的裝置，所述導頻信號的幅度大于所述信息信號中任何一個信號的幅度；以及通過無線發(fā)送所述第二信號流的裝置。
15.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述插入裝置包括將所述導頻信號的幅度設置成不大于所述信息信號的最大可能幅度的1.6倍的裝置。
16.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括用頻響滾降系數(shù)在0.1到0.4范圍內的頻響滾降濾波器來限制每一信息信號的頻帶的裝置。
17.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述大于7個信號點的調制技術是16幅度相移鍵控。
18.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述導頻信號的分布使得在同相和正交相信號空間中與相鄰信息信號成π/8的角度。
19.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述大于7個信號點調制技術是22m信號點正交幅度調制，其中，m是不小于3的正整數(shù)。
20.如權利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述導頻信號分布在所述22m信號點正交幅度調制的信號空間中的同相和正交相軸中的一個軸上。
21.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述大于7個信號點的調制技術是8相移鍵控。
22.如權利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述導頻信號的分布使得在所述8相移鍵控的同相和正交相信號空間中與相鄰信息信號成π/8的角度。
23.一種能夠通過無線發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)從而使得接收具有減小的誤碼率的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括通過正交相移鍵控調制技術將所述數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成第一信息信號流的裝置；將所述第一信息信號中規(guī)則的導頻信號插入到所述信息信號的第二信號流和所述導頻信號中的裝置，所述導頻信號的幅度大于所述信息信號中任何一個信號的幅度；以及通過無線發(fā)送所述第二信號流的裝置。
24.如權利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述導頻信號的分布使得在所述正交相移鍵控調制的同相和正交相信號空間中與相鄰信息信號成π/4的角度。
25.如權利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述插入裝置包括將所述導頻信號的幅度設置成不大于所述信息信號的最大可能幅度的1.6倍的裝置。
26.如權利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括用頻響滾降系數(shù)在0.1到0.4范圍內的頻響滾降濾波器來限制每一信息信號的頻帶的裝置。
27.一種傳送誤碼率減小的數(shù)字數(shù)據(jù)的移動電話，其特征在于，所述移動電話包含發(fā)射系統(tǒng)；以及接收器系統(tǒng)，所述發(fā)射系統(tǒng)包括通過大于7個信號點的調制技術將所述數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成第一信息信號流的裝置；將所述第一信息信號中規(guī)則的導頻信號插入到所述信息信號的第二信號流和所述導頻信號中的裝置，所述導頻信號的幅度大于所述信息信號中任何一個信號的幅度；以及發(fā)送所述第二信號流的裝置。
28.如權利要求27所述的移動電話，其特征在于，所述插入裝置包括將所述導頻信號的幅度設置成不大于所述信息信號的最大可能幅度的1.6倍的裝置。
29.如權利要求27所述的移動電話，其特征在于，它還包括用頻響滾降濾波器對每一信息信號的頻帶進行發(fā)射器限制，而使頻響滾降系數(shù)位于0.1到0.4的范圍內。
全文摘要
在一種如移動無線電系統(tǒng)的數(shù)字通信系統(tǒng)中,用更高的精度補償衰落失真。發(fā)射器中,規(guī)則地在信息信號中插入導頻信號。將導頻信號的幅度設置成大于信息信號的最大可能幅度。導頻信號的調制方案與信息信號的調制方案不同。接收器中,確定每一導頻信號的衰落失真。使用已確定的導頻信號衰落失真通過內插估算信息信號的衰落失真。最好用頻響滾降系數(shù)在0.1到0.4范圍內的頻響滾降濾波器限制每一信息信號的頻帶。
文檔編號H04L27/34GK1250993SQ99105209
公開日2000年4月19日 申請日期1999年4月16日 優(yōu)先權日1998年4月16日
發(fā)明者村上豊, 折橋雅之, 松岡昭彥, 佐川守一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社