CN1372745A - 在应用延迟检测器情况下的解调器 - 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
本发明涉及一个按照权利要求1的前叙部分的通信系统，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)以及相应的接收机。
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)内运行的无线系统中，目前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，该中频在大约2GHz的输入信号频率的情况下例如总计为大约1MHz，而在零IF接收机中中频总计位0MHz。在这种形式下由接收机通过适当的、目前模拟的信号处理(例如在DECT接收机中)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号，其中依赖于通信信息的须传输的值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
XRF(t)＝u(t)cos(ω0t+0)-v(t)sin(ω0t+0)＝Re{[u(t)+jv(t)]exp(jω0t+0)}
其中ω0表示载波频率、而0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一致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接收机中首先借助于带通滤波器14对接收信号XRF(t)前置滤波并借助于线性放大器23放大接收信号XRF(t)。接下来把因此处理的接收信号分配到二个信号路径上、即I和Q信号路径。在I信号路径中接收信号在一个混频器15中与本机振荡器17的信号cos(ω0t)相乘，而在Q信号路径中接收信号在一个混频器16中与相应的正交信号-sin(ω0t)相乘，从振荡器信号cos(ω0t)中借助于相应的移相单元18获得这个正交信号。在二个信号路径中接下来借助于相应的反混叠滤波器19或者20实现低通滤波，并借助于相应的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，以便从因此获得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，其具有个一个混频器15或者16、一个滤波器19或者20和一个A/D转换器21或者22。此外需要一个元件18用于产生本机振荡器17的正交信号。事先描述的措施方式虽然原则上适合于所有的相位调制形式。可是其不能利用适当定义的、用于降低费用的调制方法的特性。
在一个相位和频率固定的(也就是说相干)接收的情况下，此外在接收机中由于未知的零相位0需要载波相位的调整，由此相应提高了接收机的实现费用。
本发明因此基于这个任务，提出一个用于发送并接收调角信号、特别是数字调相或调频信号的通信系统，以及相应的接收机，其中可以以明显低的费用实现该接收机。
根据本发明通过具有权利要求1的特征的通信系统或者具有权利要求9的特征的接收机解决这个任务。从属权利要求分别定义本发明的优选的和有益的实施形式。
借助于本发明建议用于编码和脉冲形成的数字调制方法的适当定义，如此关于其模拟的前端没有载波相位调整地、涉及在图4中指出的已知零差接收机、以大约一半的电路费用可以实现接收机。
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，其中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支“1”的编码位。如此布置接收机，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、检测原始信息位。不同于在图4中指出的已知零差接收机，因此接收机的目的不是信号再现，而是数字的发送数据的识别。
通过建议的编码和脉冲形成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可能的相位差能够相位不相干地解调调角的接收信号并检测数字的发送数据，本机振荡器信号在接收中用于把接收信号向下混频为基带信号。因此可以取消在这个在图4中指出的零差接收机中要求的载波相位调整。
此外不同于图4仅仅一次地预先规定混频器、滤波器和A/D转换器。因为不需要复数的I/Q信号路径，此外可以取消适合于本机振荡器信号的正交信号的产生，并且在I/Q信号路径之间不必注意匹配要求。
下面根据优选实施例参考图详细描述本发明。
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，
图3至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。
下面例如根据适合于无噪声情况的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形式，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。
根据MSK调制载波信号的相位依赖于须传输的二进制dk∈{-1，1}或者旋转-π/2或者旋转+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：
XRF(t)＝cos(ω0t+0+Δ+θ(t))
其中ω0表示载波频率，0表示零相位、Δ表示在HF接收信号和接收机27的(在图1中没有指出)本机振荡器的信号之间相位偏差并且θ(t)表示载波信号的由于须传输的二进制信息而调整的相位改变。如此布置在图1中指出的发射机25，即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。特别建议，如此进行编码，即分别在二个连续的信息位之间嵌入具有固定二进制支“1”的编码位，如此在相位调制期间通过这个编码位载波相位改变+π/2。
首先借助于一个线性放大器2放大由发射机25因此产生并由接收机27接收的HF信号XRF(t)，供给混频器3，在此与接收机27的已经提到的本机振荡器信号2cos(ω0t+0)相乘，如此由混频器3产生基带信号y(t)＝cos(Δ+θ(t))，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1/T对该基带信号取样并转换为数字的数据串yk＝cos(Δ+θk)。
对于通过在信号XRF(t)中传输的二进制信息引起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)
根据上面描述的并发射机方面实施的编码，在该变码中每第二个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。由于该编码位速率总计为2/T。
在图1中指出的数字解调器6具有这个任务，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以及一个假发器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的错接实现，始终这二个乘法器之一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的基带信号序列yk的取样值相乘。由加法器12把乘法器的结果相加，如此符号检测器13通过求值加法器结果的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。
通过事先提到的编码不仅实现脉冲形成，而且不依赖于在高频接收信号XRF(t)和本机振荡器信号之间的可能相位偏差Δ特别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的情况下可达到的误码率(BER)作为位信噪比Eb/N0的函数。为了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信号路径实现的非相干FSK解调相比在10-3误码率的情况下仅仅以大约2dB的降低的功效换取借助于本发明可达到的实现费用的降低。
可是为了改善功效代替上面描述的Hadamard编码也可以使用高阶的Hadamard编码，在这种情况下以较大的间隔在须传输的信息位中序列中嵌入编码位。在这种情况下在图2中指出的数字解调器6关于移位寄存器的长度和二个乘法器10和11在移位寄存器上连接自然须匹配。
Claims (11)
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(XRF(t))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)为每个通信信息(dk)在调角的信号(XRF(t))中附加与通信信息(dk)的值一致的载波信号的相位改变，
其中接收机(27)包含一个混频器(3)，以便调角信号(XRF(t))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)，以便取样混频器(3)的基带信号(y(t))的相位曲线并转换为数字数据串(yk)，
其特征在于，
如此布置发射机(25)，其在通信信息(dk)中以有规律间隔嵌入一个编码信息，与通信信息(dk)一起角度调制该编码信息并以调角信号(XRF(t))的形式传输给接收机(27)，
接收机(27)包含一个数字求值设备(6)，其首先分离地处理模/数转换器(5)的数字数据串(yk)的一方面与连续的通信信息(dk)一致的相位取样值并且另一方面与连续的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，以便依赖于此还原通信信息(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)的数字数据串(yk)的连续相位取样值，
乘法器(10；11)用于使模/数转换器(5)的数字数据串(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)的数字数据串(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通信信息(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，
如此布置发射机(25)，其分别在二个连续通信信息(dk)之间嵌入编码信息，
接收机(26)的数字求值设备(6)首先分离地处理模/数转换器(5)的数字数据串(yk)的分别与二个连续通信信息(dk)一致的相位取样值和与二个连续的编码信息一致的相位取样值，处理的结果彼此组合并且求值通信结果，以便还原依赖于此的通信信息(dk)。
5.按照权利要求4和2或3的通信系统，
其特征在于，
移位寄存器布置、顺序地把模/数转换器(5)的数字数据串(yk)的各个相位取样值供给该移位寄存器布置、包含三个串联的延迟元件(7-9)，
乘法器(10)分别使此刻从模/数转换器(5)供给第一延迟元件(7)的相位取样值和此刻在第二延迟元件(8)中存储的相位取样值彼此相乘，
另一个乘法器(11)分别使在第一延迟元件(7)中存储的相位取样值和此刻在第三延迟元件(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，如此布置发射机(25)，其如此把须传输到接收机(27)的一组二进制通信信息(dk)和编码信息调制在载波信号上，在调角信号(XRF(t))中给须传输的第一二进制值分配载波信号的+π/2相位改变并且给须第二二进制值分配载波信号的-π/2相位改变，检测设备(13)把组合器(12)的组合结果的符号考虑进去，以便依赖于此还原每个通信信息(dk)的二进制值。
7.按照上述权利要求之一的通信系统，其特征在于，如此布置发射机(25)，其在通信信息(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和7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.按照上述权利要求之一的通信系统，其特征在于，如此布置接收机(27)，其通过调角信号(XRF(t))的相位不相干并单通道的信号处理没有调角信号(XRF(t))的I/Q分配地还原通信信息(dk)。
10.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(XRF(t))以载波信号的相应相位改变传输通信信息(dk)，
其中接收机(27)包含一个混频器(3)，以便调角信号(XRF(t))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)，以便取样混频器(3)的基带信号(y(t))的相位曲线并转换为数字数据串(yk)，
其特征在于，
在须接收的调角信号(XRF(t))中通信信息(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)，其首先分离地处理模/数转换器(5)的数字数据串(yk)的一方面与连续的通信信息(dk)一致的相位取样值并且另一方面与连续的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，以便依赖于此还原通信信息(dk)。
11.按照权利要求10的接收机，其特征在于，与权利要求2-9之一一致地构成接收机(27)。
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