CN100399774C - 通信系统和相应的接收机 - Google Patents

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Abstract

在一个通信系统中传输调角信号,其中为此以有规律的间隔在发送数据(dk)中嵌入编码信息,并且编码信息与发送数据(dk)一起被相位调制。这个编码用于脉冲形成,如此接收机(27)通过相应的信号处理没有载波信号调整以降低的实现费用可以还原数字发送数据(dk)。

Description

通信系统和相应的接收机
技术领域
本发明涉及一个通信系统,在该通信系统中传输调角信号、特别是MSK信号(最小偏移键控)以及涉及相应的接收机。
背景技术
在无绳通信系统、比如DECT系统(数字欧洲无绳电话)或在所谓的不准许的ISM频带(工业科学医学)内运行的无线电系统中,经常使用超外差接收机用于接收并解调相位调制的信号。为了达到较高的系统集成并因此较低的系统费用,增多地使用所谓的低IF(中频)或零IF(零差)接收机,其不需要外部滤波器用于抑制镜频。低IF接收机应用相对低的中频,该中频对于大约2GHz的输入信号频率大约为1MHz,而在零IF接收机中中频为0MHz。在这种类型的接收机中,通过适当的、频率模拟、信号处理(例如在DECT接收机中)的方式实现相位调制的接收信号的解调。
在图4中描述了一个如此的低或零IF(零差)接收机的简化方框图。
在相位调制的情况下通过载波信号的相位传输须传输的通信信息,其中作为须传输的通信信息的值的函数而改变载波信号的相位。通过接收天线1接收的高频信号XRF(t)一般具有这种形式
Figure C0081246900061
其中ω0表示载波频率、而
Figure C0081246900063
表示零相位。在信号部分u(t)和v(t)中包括与须传输的通信位或信息位对应的依赖时间的相位信息。通过还原相位信息可以在接收机中推断出各个通信位的值。
为了这个目的,在低IF或零IF接收机中,借助于带通滤波器14对接收的信号XRF(t)前置滤波并借助于线性放大器23放大接收信号XRF(t)。接下来把这样处理的接收信号分离到二个信号路径上、即I和Q信号路径。在I信号路径中,接收的信号在一个混频器15中与来自本机振荡器17的信号cos(ω0t)相乘,而在Q信号路径中,接收的信号在一个混频器16中与相应的正交信号-sin(ω0t)相乘,从振荡器信号cos(ω0t)中借助于适当的移相单元18获得这个正交信号。在两个信号路径中接下来借助于相应适当的反混叠滤波器19或者20实现低通滤波,并借助于相应适当的A/D转换器21或者22实现A/D转换。最后由(在该情况下是数字的)信号处理单元对二个信号路径的输出信号求值,以便从这样恢复信号中得出具有所希望的相位信息的一般复数的有用信号[u(t)+jv(t)]·exp(ω0t),从中再度可以推导出传输的通信位或信息位dk的值。
从图4的说明中可以看出,如此的零差接收机一般需要二个实信号路径,其具有个一个相应的混频器15或者16、一个相应的滤波器19或者20和一个相应的A/D转换器21或者22。此外,需要一个元件18,用于产生来自本机振荡器17的正交信号。前面描述的措施方式虽然原则上适合于所有的相位调制类型。可是其不能利用适当定义的调制方法的特性以便降低复杂性。
在一个锁相位和锁频(也就是说相干)接收的情况下,在接收机中由于未知的零相位
Figure C0081246900071
还需要控制载波相位,由此相应提高了接收机的实现复杂性。
在专利文献US 4888793中给出了一个用于调角的DPSK/PSK通信信息的接收机,其中在确定的周期时间间隔中通过发射机为要传输的信号补充位,这些位在接收期间用于相位校正。如此得到的相位错误最终补偿了通信位的相位角。
发明内容
本发明因此基于这个目的,提出一个用于发送并接收调角信号、特别是用于数字调相或调频信号的通信系统,以及相应的接收机,这样可以以明显低的复杂性实现该接收机。
为了实现上述目的,根据本发明的第一方面,提供一种通信系统,通信系统,其中在一个发射机和一个接收机之间以调角信号的形式传输通信信息,其中在角度调制的情况下由发射机为每个信息位在调角的信号中附加与信息位的值一致的载波信号的相位改变,其中接收机利用一个单独混频器,用于混频该调角信号与具有载波信号的载频的信号,并用于产生一基带信号,该基带信号是以载频中释放并具有与各个相位改变一致的相位曲线,其中接收机具有一个模/数转换器,用于从混频器取样基带信号的相位曲线,并用于转换为一数字的数据序列,其特征在于,发射机被设计成在信息位中以有规律间隔嵌入一个编码信息,一起角度调制该编码信息与信息位,并以调角信号的形式传输给接收机,接收机具有一个数字求值设备,其中个别地首先处理来自所述模/数转换器的所述数字的数据序列的且与连续信息位一致的相位取样值,及接着处理与连续编码信息一致的相位取样值,处理的结果彼此组合并求值通信结果,用以依赖于此还原信息位,和,其中所述接收机经设计使得其通过所述调角信号的相位非相干及单信道的信号处理而不经所述调角信号的I/Q分配处理而还原所述信息位。
此外,在上述的通信系统中,数字求值设备(6)包含:
一个移位寄存器(7-9)用于缓存模/数转换器(5)的数字的数据序列(yk)的连续相位取样值,
乘法器(10;11)用于使模/数转换器(5)的数字的数据序列(yk)的与连续通信信息(dk)一致的相位取样值相乘,
乘法器(11;10)用于使模/数转换器(5)的数字的数据序列(yk)的与连续的编码信息一致的相位取样值相乘,
组合器(12)用于组合二个乘法器(10、11)的乘法结果,
一个检测设备(13)用于组合器(12)的组合结果的求值,以便还原依赖于此的信息位(dk)。
组合器(12)是一个加法器。
在上述通信系统中,发射机(25)被设计成分别在二个连续信息位(dk)之间嵌入编码信息,接收机(27)的数字求值设备(6)各别地处理于模/数转换器(5)的数字的数据序列(yk)中分别与二个连续信息位(dk)一致的二个相位取样值和与连续的编码信息一致的二个相位取样值,组合彼此的处理结果并求值通信结果,用于还原依赖于此的信息位(dk)。
在上述通信系统中,该移位寄存器的布置,具有三个串联的延迟组件,其中模/数转换器(5)的数字的数据序列(yk)的各个相位取样值顺序地被供给至该移位寄存器布置;乘法器(10)分别使此刻从模/数转换器(5)供给第一延迟组件(7)的相位取样值和此刻在第二延迟组件(9)中存储的相位取样值彼此相乘;另一个乘法器(11)分别使在第一延迟组件(7)中存储的相位取样值和此刻在第三延迟组件(8)中存储相位取样值彼此相乘。
另外,在上述通信系统中,发射机(25)被设计成将欲传输到接收机(27)的一组二进制信息位(dk)和编码信息调制在载波信号上,在调角信号(XRF(t))中,欲分配载波信号中的一个+π/2相位改变至欲被传输的第一二进制,并且分配载波信号中的一个-π/2相位改变至欲被传输的一个第二二进制值,由组合器(12)检查组合结果的数学符号,用以还原每个信息位(dk)的二进制值。
在上述通信系统中,发射机(25)被设计成在信息位(dk)中以有规律的间隔嵌入分别相同的二进制值作为编码信息。
而且,在上述通信系统,选择第一二进制值作为编码信息的值,其在角度调制的情况下在发射机(25)中引起载波信号的+π/2相位改变。
为了实现上述目的,根据本发明的第二方面,提供一种适合于按照上述第一方面的通信系统的接收调角信号的接收机,其中通过须接收的调角信号以载波信号的相应相位改变传输信息位,其中接收机利用一个单独混频器,用于调角信号与具有载波信号的载频的信号混频并因此产生基带信号,该基带信号是从载频中释放的并具有与各个相位改变一致的相位曲线,其中接收机包含一个模/数转换器,用于取样混频器的基带信号的相位曲线,并转换为数字的数据序列,其特征在于,在须接收的调角信号中信息位与以有规律的间隔嵌入通信信息的编码信息一起以载波信号的相应相位改变的形式传输,并且,接收机包含一个数字求值设备,其中个别地首先处理来自所述模/数转换器的所述数字的数据序列的且与连续信息位一致的相位取样值,及接着处理与连续编码信息一致的相位取样值,处理的结果彼此组合并求值通信结果,用于依赖于此还原信息位,和,其中所述接收机经设计使得其通过所述调角信号的相位非相干及单信道的信号处理而不经所述调角信号的I/Q分配处理而还原所述信息位。
本发明提出用于编码和脉冲成形的数字调制方法的适当定义,使得对于其模拟前端,不需要任何载波相位控制器就可以生产该接受机,对于在图4中指出的已知零差接收机,以大约一半的电路复杂性可以生成该接收机。
为了这个目的,在须传输的信息位中嵌入编码信息或编码位,在这种情况,特别是例如分别在二个连续的信息位之间可以嵌入一个具有固定二进制值“1”的编码位。接收机被设计为,通过在信息位和编码位基础上的调角信号的适当处理可以以仅仅一个实信号路径、也就是说没有复数I/Q信号路径来检测原始信息位。不同于在图4中指出的已知零差接收机,该接收机的目的不是信号再现,而是数字的发送数据的识别。
提出的编码和脉冲成形不依赖于在接收机的高频接收信号和本机振荡器信号之间的任何可能的相位偏移能够相位不相干地解调调角的接收信号并检测数字发送数据,本机振荡器信号在接收机中用于把接收信号向下混频为基带信号。因此,可以不需要在这个在图4中指出的零差接收机中要求的载波相位控制器。
此外,不同于图4,一次只需要提供混频器、滤波器和A/D转换器。因为不需要复数的I/Q信号路径,也不需要从本机振荡器产生信号的正交信号,并且在I/Q信号路径之间不必注意匹配要求。
该接收机有利地具有一个数字求值设备,该数字求值设备含有一个数字求值设备(6),数字求值设备(6)包含一个移位寄存器、两个乘法器、一个组合器和一个检测设备。移位寄存器用于缓存由模/数转换器输出的相位取样值。两个乘法器中的一个将连续信息位对应的相位取样值相乘。另外一个乘法器将连续的编码信息对应的相位取样值相乘。组合器用于组合二个乘法器的乘法结果,并且该检测设备用于通过组合器获得的组合结果的求值。根据这个求值还原传输的信息位。
附图说明
下面根据优选实施例参考附图详细描述本发明。
图1指出了根据本发明的接收机的简化方框图,
图2指出了在图1中指出的数字解调器的一种可能实现方式,
图3指出了用于解释在应用本发明的情况下可达到的误码率的说明,
图4指出了已知的零差接收机的简化方框图。
具体实施方式
下面例如根据用于无噪声情况的MSK调制(最小偏移键控)的信号阐述本发明。可是本发明不局限于此,而是一般可以适用于角度调制的所有类型,特别适用于所有CPFSK调制方法(连续相位的频率偏移键控),例如根据DECT或GSM移动无线标准使用该方法。
使用MSK调制,载波信号的相位依赖于须传输的二进制dk∈{-1,1}或者偏移-π/2或者+π/2。
由在图1中指出的发射机25经过发射天线26发送的并由接收机27经过接收天线1接收的高频MSK信号XRF(t)一般具有这种形式:
其中ω0表示载波频率,
Figure C0081246900112
表示零相位、
Figure C0081246900113
表示在HF接收的信号和接收机27中的(在图1中没有指出)本机振荡器的信号之间相位偏差,以及θ(t)表示载波信号的由于须传输的二进制信息而进行的相位偏移。如此设计在图1中指出的发射机25,使得不仅仅相位调制地传输真正的信息位dk,而且也传输编码位,该编码位由发射机25以有规律的间隔在实施相位调制之前嵌入信息位序列中。特别地,本发明提出如此进行编码,使得在二个连续的信息位的每一个之间嵌入具有固定二进制值“1”的编码位,如此在相位调制期间通过这个编码位使载波相位改变+π/2。
因此,首先借助于一个线性放大器2放大由发射机25产生并由接收机27接收的HF信号XRF(t),并将其供给混频器3,在此与接收机27中的来自已经提到的本机振荡器的信号相乘,如此混频器3产生基带信号
Figure C0081246900115
借助于反混叠滤波器4对该基带信号低通滤波,并借助于A/D转换器5以时钟率1/T对该基带信号取样并转换为数字的数据序列
Figure C0081246900116
对于通过在信号XRF(t)中传输的二进制信息产生的载波相位改变的时间过程适用如下公式:
θk=π/2·(Ik+Ik-1+...+I1+I0)
根据上面描述的并在发射机端实施的编码,在该发射机端中每交替的须传输的位设置为二进制值“1”,适用于系数:
Ik=1,其中k=2n,并且
Ik=dk,其中k=2n+1(n=0、1、2、...)
这个编码是Hadamard编码的特殊情况,并且等效于相应的脉冲形成。由于该编码产生2/T的位速率。
在图1中指出的数字解调器6具有这样的目的,通过求值各个取样值yk确定发送的信息位dk。数字解调器6的一种可能的实现在图2以简化的方框图描述。
从图3的说明中可以得知,根据这个实施例的数字解调器6仅仅包含三个存储器元件或延迟元件7-9,其形成长度为3的移位寄存器,二个乘法器10和11以及一个加法器12和一个符号检测器13。通过乘法器10和11与移位寄存器的各个存储器级7-9的连接实现,这二个乘法器之一总是使(源处于二个连续信息位的)基带信号序列yk的二个取样值彼此相乘,而另一个乘法器使(源处于二个连续编码位)基带信号序列yk的二个取样值相乘。由加法器12把乘法器的结果相加,使得符号检测器13通过求值加法器结果的数字符号可以简单地确定发送的信息位dk的值并可以输出该值。
已经提到的编码不仅提供脉冲成形,而且特别是,不依赖于在高频接收信号XRF(t)和本机振荡器信号之间的任何可能相位偏差能够相位不相干地解调并检测信息位dk,如此不需要载波相位调整。
在图3中描述了在应用本发明时可达到的误码率(BER)作为位信噪比Eb/N0的函数。作为比较,也描述了另外已知的解调方法(相干和不相干)的相应BER特性曲线。从图3的说明中可以得知,与比如在DECT接收机中借助于复数的I/Q信号路径提供的具有10-3误码率的非相干FSK解调相比,仅仅以大约2dB的降低的功效换取借助于本发明可达到的实现复杂性的降低。
可是,代替上面描述的Hadamard编码而使用高阶的Hadamard编码来提高功效,在这种情况下,以较大的间隔在须传输的信息位序列中嵌入位。在这种情况下,在图2中指出的数字解调器6根据移位寄存器的长度和二个乘法器10和11的链接,必须以一种适当的方式与移位寄存器匹配。

Claims (9)

1.通信系统,
其中在一个发射机(25)和一个接收机(27)之间以调角信号的形式传输通信信息,
其中在角度调制的情况下由发射机(25)为每个信息位(dk)在调角信号中附加与信息位(dk)的值一致的载波信号的相位改变,
其中接收机(27)利用一个单独混频器(3),用于混频该调角信号与具有载波信号的载频(ω0)的信号,并用于产生一基带信号(y(t)),该基带信号是以载频(ω0)中释放并具有与各个相位改变一致的相位曲线,
其中接收机(27)具有一个模/数转换器(5),用于从混频器(3)取样基带信号(y(t))的相位曲线,并用于转换为一数字的数据序列(yk),
其特征在于,
发射机(25)被设计成在信息位(dk)中以有规律间隔嵌入一个编码信息,一起角度调制该编码信息与信息位(dk),并以调角信号的形式传输给接收机(27),
接收机(27)具有一个数字求值设备(6),其中个别地首先处理来自所述模/数转换器(5)的所述数字的数据序列(yk)的且与连续信息位(dk)一致的相位取样值,及接着处理与连续编码信息一致的相位取样值,处理的结果彼此组合并求值通信结果,用以依赖于此还原信息位(dk),和
其中所述接收机(27)经设计使得其通过所述调角信号的相位非相干及单信道的信号处理而不经所述调角信号的I/Q分配处理而还原所述信息位(dk)。
2.按照权利要求1的通信系统,
其特征在于,
数字求值设备(6)包含:
一个移位寄存器(7-9)用于缓存模/数转换器(5)的数字的数据序列(yk)的连续相位取样值,
乘法器(10;11)用于使模/数转换器(5)的数字的数据序列(yk)的与连续信息位(dk)一致的相位取样值相乘,
乘法器(11;10)用于使模/数转换器(5)的数字的数据序列(yk)的与连续的编码信息一致的相位取样值相乘,
组合器(12)用于组合二个乘法器(10、11)的乘法结果,
一个检测设备(13)用于组合器(12)的组合结果的求值,以便还原依赖于此的信息位(dk)。
3.按照权利要求2的通信系统,其特征在于,组合器(12)是一个加法器。
4.按照上述权利要求之一的通信系统,
其特征在于,
发射机(25)被设计成分别在二个连续信息位(dk)之间嵌入编码信息,
所述接收机(27)中的数字求值设备(6)个别地处理来自所述模/数转换器(5)的数字的数据序列(yk)的分别与连续信息位(dk)一致的二个相位取样值,及与连续编码信息一致的二个相位取样值,组合彼此的处理结果并求值通信结果,用于还原依赖于此的信息位(dk)。
5.按照权利要求2或3的通信系统,
其特征在于,
该移位寄存器的布置,具有三个串联的延迟组件,其中模/数转换器(5)的数字的数据序列(yk)的各个相位取样值顺序地被供给至该移位寄存器布置,
乘法器(10)分别使此刻从模/数转换器(5)供给第一延迟组件(7)的相位取样值和此刻在第二延迟组件(9)中存储的相位取样值彼此相乘,
另一个乘法器(11)分别使在第一延迟组件(7)中存储的相位取样值和此刻在第三延迟组件(8)中存储相位取样值彼此相乘。
6.按照权利要求5的通信系统,其特征在于,发射机(25)被设计成将欲传输到接收机(27)的一组二进制信息位(dk)和编码信息调制在载波信号上,在调角信号中,欲分配载波信号中的一个+π/2相位改变至欲被传输的第一二进制,并且分配载波信号中的一个π/2相位改变至欲被传输的一个第二二进制值,由组合器(12)检查组合结果的数学符号,用以还原每个信息位(dk)的二进制值。
7.按照上述权利1、2或3的通信系统,其特征在于,发射机(25)被设计成在信息位(dk)中以有规律的间隔嵌入分别相同的二进制值作为编码信息。
8.按照权利要求6的通信系统,其特征在于,选择第一二进制值作为编码信息的值,其在角度调制的情况下在发射机(25)中引起载波信号的+π/2相位改变。
9.适合于按照上述权利要求之一的通信系统的接收调角信号的接收机,
其中通过须接收的调角信号以载波信号的相应相位改变传输信息位(dk),
其中接收机(27)利用一个单独混频器(3),用于调角信号与具有载波信号的载频(ω0)的信号混频并因此产生基带信号(y(t)),该基带信号是从载频(ω0)中释放的并具有与各个相位改变一致的相位曲线,
其中接收机(27)包含一个模/数转换器(5),用于取样混频器(3)的基带信号(y(t))的相位曲线,并转换为数字的数据序列(yk),
其特征在于,
在须接收的调角信号中信息位(dk)与以有规律的间隔嵌入通信信息的编码信息一起以载波信号的相应相位改变的形式传输,并且
接收机(27)包含一个数字求值设备(6),其中个别地首先处理来自所述模/数转换器(5)的所述数字的数据序列(yk)的且与连续信息位(dk)一致的相位取样值,及接着处理与连续编码信息一致的相位取样值,处理的结果彼此组合并求值通信结果,用于依赖于此还原信息位(dk),和
其中所述接收机(27)经设计使得其通过所述调角信号的相位非相干及单信道的信号处理而不经所述调角信号的I/Q分配处理而还原所述信息位(dk)。
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