CN100518161C - 用于解调恒幅多码双正交调制信号的改进方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提高恒幅多码调制通信系统中信息位的解码性能的解调方法，该恒幅多码调制通信系统进行编码以使传输码元的电平恒定。在本发明的解调方法中，解调器解调所接收的信号，该解调器具有四个块。在所解调的位流中选择并组合具有降序较高相关性值的c个位流，以产生c⁴个候选位流，其中c≤2^k，k为信息位的数量。对该c⁴个候选位流执行奇偶校验检查，选择奇偶校验检查没有产生任何错误的多个候选组中相关性值总和最大的候选组。将与所选择的候选组相对应的位流确定为接收机的输出。如果没有未产生任何错误的假定，则输出使用相对于各个块的最大相关性值确定的位流。本发明的优点在于可以检测或校正接收位中的错误，由此提高接收性能。

Description

用于解调恒幅多码双正交调制信号的改进方法

技术领域

本发明总体上涉及恒幅双正交调制信号的解调，更具体地，涉及一种解调方法，该方法使用调制信号的特性来提高接收性能。

背景技术

近来，由于扩频系统(SS)的抗干涉特性，使得扩频系统已经用作为重要无线局域网/个人局域网(LAN/PAN)的物理层。例如，电气和电子工程师协会(IEEE)802.11和IEEE 802.11b(无线LAN标准)分别采用了直接扩展(DS)方案和补码键控(CCK)方案。另外，作为无线PAN标准的IEEE 802.15.4使用正交调制，而超宽带(UWB)使用双正交调制。

在用于移动通信的码分多址(CDMA)方案中，主要使用通过正交码直接与数据相乘来实现扩频的直接扩频(direct sequence)(DS)/CDMA方案。然而，这种扩频系统的缺点在于，由于进行扩展而导致频谱浪费，所以该系统不适于高速数据传输。因此，已对用于提供高速数据传输的扩频系统进行了积极研究。在研究成果中，用于提供高速数据传输的最普遍的方案是使用多码信号。多码调制的优点在于，与传统的扩频系统相比，可以获得更高的频谱效率，但是其缺点在于，需要昂贵的功率放大器，该功率放大器提供宽的线性区域以放大多电平信号(multi-levelsignal)。如果该功率放大器的线性区域不能覆盖多电平信号的输出电平，则由于放大器的非线性，使得该功率放大器会对整个多码系统的性能产生不利影响。因此，为了使用具有狭窄线性区域的功率放大器，优选地，多码信号具有恒幅特性。

对于解决在由于使用多码信号而提高调制信号的信号电平，同时通过这种方式增加传输数据信道的数量时出现的各种问题的方案，已经提出了以下方案：脉宽(PW)/CDMA方案(在韩国专利登记号293128中公开)，多相(MP)/CDMA方案(在韩国专利申请No.10-2001-8033中公开)，以及被称为“选码(CS)/CDMA”的恒幅多码双正交调制(以下称为“CACB”)方案(在韩国专利申请No.10-2001-0061738和韩国专利申请No.10-2002-0020158中公开)。

PW/CDMA方案是一种对高于以特定值(电平限制)的数字加法器的输出码元(symbol)的电平进行限幅(clipping)，仅将剩余的电平转换为脉宽，发送该脉宽并产生信号波形以始终具有二进制形式的方法。通过脉冲发生器将输出码元转换为具有根据一电平确定的宽度的脉冲信号。PW/CDMA的优点在于，将调制信号转换为二进制形式，但是其缺点在于，如果调制信号的经限幅电平的数量超过2，则调制信号的带宽与电平的数量成正比地增加。

MP/CDMA方案使用多元相移键控(MPSK)调制以使得能够以恒幅发送多电平信号。此时，在调制之前，将信号电平的数量限制为特定数量，以使信道噪声的影响最小。然而，当通过这种方式执行电平限制时，会破坏信号的正交性，导致性能降低。因此，该方法的问题在于，选码算法确实影响了误码率(BER)，并且在由于多码之间的干扰和由限幅导致的损失而使待使用的码的数量增大的情况下(即，在实现了相当高的频谱效率的情况下)，不能获得满意的BER性能。

上述多个方案中的CACB方案通过使用待传输的数据选择分配给多个块的多个正交码中的一个来对数据进行调制。由于如果信道数量增加，待存储的码的数量会大大增加，所以通过将多个码分为多个块来实现CACB系统。此时，由于对从各个块输出的正交码进行相加，所以调制信号也变为多电平信号。CACB系统表示下述系统，该系统通过对输入信息位流进行适当的编码，使输出码元的电平恒定，以解决该问题，从而无需电平限幅器。

参照附图简要说明以上CACB技术。

图1表示具有恒幅编码器的CACB系统的发射机的结构。由该系统执行的编码方法包括以下步骤：使用串行/并行(S/P)转换器110将由N位构成的串行输入信号位流转换为N个并行位；将该N个并行位分组为三个块，以使得能够将k+1个信息信道(图1示出一个示例，其中k为从自然数中选出的2，但是本发明并不限于该示例)输入到三个双正交调制块130_I、130_J和130_K中的每一个中；以及使用恒幅编码器120对输入该三个块中的信息位流进行编码，以生成要输入到第四块130_L的k+1个编码输出位流。如上所述，配备有恒幅编码器的CACB系统的调制器包括具有相同结构的四个块，该四个块分别使用Walsh-Hadamard码作为正交码。

每一个块具有k+1个输入信道，向该k+1个输入信道输入具有由0和1表示的数据的信息位。这些块的正交调制器132_I、132_J、132_K和132_L中的每一个基于k段输入信道信息(即，k位数据)来选择2^k个正交码中的一个。这些正交码中的每一个具有2^k+2个子码(chip)的长度，以及元素(element)1或-1。这些块的乘法器134_I、134_J、134_K和134_L中的每一个将通过剩余的一个通道输入的信息位“0”转换为“-1”，以生成双极信号，将由对应的正交调制器132_I、132_J、132_K和132_L选择的正交码与该双极信号相乘，并将相乘的结果提供给数字加法器140。

可以通过从M×M的Hadamard矩阵中选择四个行来描述从该四个块中选择四个正交码的方法。由于使用k位每块来选择码，所以每个块中存在2^k个码。由于总共存在4个块，所以Hadamard矩阵的大小M为M＝2^k+2。例如，当在各个块中使用两位来选择码(即，k＝2)时，Hadamard矩阵的大小为16×16，并且所选择的正交码具有16个子码的长度。

描述在具有恒幅编码器的CACB系统中，对输入到其它三个块中的位流进行编码，以生成要输入到冗余块130_L中的位的方法。在这种情况下，假设输入到各个块中的数据位的数量为k+1。使用k+1位的k位数据来选择2^k个正交码中的一个，并将所选择的正交码与剩余的一位数据相乘。如果对输入到三个双正交调制块130_I、130_J和130_K中的3×(k+1)个信息位进行了编码并随后输入到该冗余块130_L中，则当通过数字加法器140将从该四个块输出的位彼此相加时，输出码元S_q的幅值可以保持为恒定电平。

参照图1，在由9个位(N＝9)构成的输入信息位流中，用于选择码的位是(b₁，b₂)、(b₄，b₅)和(b₇，b₈)，而用于确定符号的位是b₀、b₃和b₆。用于在恒幅编码器块130_L(为冗余块)中选择码的位流是(p₁，p₂)，而用于确定符号的位是p₀。如果如以下公式[1]所示对冗余块130_L的码选择位p₁和p₂以及用于确定其符号的1个位p₀进行编码，则传输信号变为+2或-2，由此使输出码元的幅值恒定。

$p_0=\stackrel{\‾}{b_0\⊕b_3\⊕b_6},$ $p_1=b_1\⊕b_4\⊕b_7,$ $p_2=b_2\⊕b_5\⊕b_8---\left[1\right]$

简言之，具有恒幅编码器的CACB系统使用Walsh-Hadamard正交码，并包括四个块。将信息位发送给该四个块中的三个块，并且将通过对输入到这三个块中的信息位进行编码而形成的奇偶校验位提供给剩余的一个块。

然而，传统的接收或解调装置通过除了具有奇偶校验位的冗余块之外的三个块对信息位进行解调。也就是说，在传统的接收或解调装置中，一个块的冗余数据被视为非必要数据，通过对信息位进行编码来获得该冗余数据，以使得由四个块构成的CACB系统的输出码元的电平恒定，并且另外发送该冗余数据。

发明内容

因此，本发明针对现有技术中出现的上述问题，并且本发明的一个目的是提供一种解调方法和装置，其在恒幅多码双正交调制系统的接收阶段有效地解调调制信号，具体地，使用调制信号的特性来提高解调性能。

根据本发明的第一方面，提供了一种使用相关器的输出以及恒幅多码双正交调制系统的奇偶校验结果，来对所接收的信号进行解调的方法，该方法包括以下步骤：解调器对所接收的信号进行解调，该解调器具有四个块；该四个块中的每一个在经解调的位流中以降序选择并组合具有较高相关性值的c(c≤2^k，k为信息位的数量)个位流，以生成c⁴个候选位流；对该c⁴个候选位流进行奇偶校验，在没有产生任何奇偶校验错误的多个候选组中选择相关性值总和最大的候选组；确定与要作为接收机的输出的所选候选组相对应的位流；以及如果没有未产生任何错误的候选组，则输出相对于各个块具有最大相关性值的位流。

根据本发明的第二方面，提供了一种块总和校验方法，用于在恒幅多码双正交调制系统中对所接收的信号进行纠错，该方法在发送信息位之后发送用于信息位的纠错的冗余位，其包括以下步骤：根据所接收的信号对信息位以及为所接收的信号指定恒幅特性以与信息位相对应的奇偶校验位进行解调；在对信息位进行解调之后，对冗余位进行解调；以及基于所解调的奇偶校验位和冗余位来对信息位进行纠错。

在这种情况下，纠错步骤可以包括：基于所解调的信息位重新计算冗余位，并将重新计算的冗余位与所解调的冗余位进行比较，由此在信息位中检测有错误的行；基于所解调的信息位来重新计算指定恒幅特性的奇偶校验位，并将重新计算的奇偶校验位与所解调的奇偶校验位进行比较，由此检测有错误的行中的错误位置；以及在所检测的错误位置使信息位反向。

根据本发明的第三方面，提供了一种最优解调方法，用于对恒幅多码双正交调制系统中的恒幅多码双正交调制信号进行最优解调，该恒幅多码双正交调制系统基于N位用户数据的多个子集和根据该用户数据产生以指定恒幅特性的校验位来确定正交码及其相位，并对基于这些子集确定的正交码进行求和，以生成调制信号，该方法包括以下步骤：计算与该N位用户数据的组合相对应的2^N个伪正交码与调制信号之间的相关性值；以及从在相关性值计算步骤中计算的2^N个相关性值中选择一最大值，同时基于与该最大值相对应的伪正交码来确定与该调制信号相对应的N个位。

根据本发明的第四方面，提供了一种次优(sub-optimum)解调方法，用于对恒幅多码双正交调制系统中的恒幅多码双正交调制信号进行次优解调，该恒幅多码双正交调制系统基于N位用户数据的多个子集和指定恒幅特性的奇偶校验位来确定正交码及其相位，并对基于这些子集确定的正交码进行求和，以生成调制信号，该方法包括以下步骤：计算基于与N位用户数据的组合相对应的2^N个伪正交码的双正交特征选择的2^N-1个伪正交码与调制信号之间的相关性值；从在相关性值计算步骤中计算的2^N-1个相关性值中选择一最大值，并基于与该最大值相对应的伪正交码来确定与该调制信号相对应的N位用户数据；以及根据所选择的最大值的符号在所确定的N位用户数据中对多个位进行反向，这些位在调制过程中用于确定正交码的相位。

附图说明

通过以下结合附图的详细说明，将更清除地理解本发明的以上和其它目的、特征以及其它优点，附图中：

图1表示恒幅双正交调制装置的结构；

图2表示根据本发明第一实施例的接收装置的结构，使用奇偶校验位提高该接收装置的解调性能；

图3表示根据本发明第二实施例的用于使用块总和校验来进行错误位校正的信息位和冗余位的构造；

图4表示根据本发明第三实施例的最优解调装置的结构；以及

图5表示根据本发明第四实施例的次优解调装置的结构。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细说明本发明的实施例。

现将参照附图，在所有不同的附图中使用相同的标号来表示相同或相似的组件。

图2表示根据本发明第一实施例的用于在恒幅多码双正交调制系统中对所接收的信号进行解调的CACB接收装置的结构。该CACB接收装置通过检查加入到信息位中并与信息位一起发送的校验位来执行纠错过程，由此提高解调器的误码率(BER)性能。

如上所述，根据公式[1]，生成用于恒幅编码的冗余数据位，作为各个块的信息数据位的校验位。因此，如果对从接收装置中的多个块的调制器输出的位流的奇偶校验位进行检查，则可以检查在特定位的位置上是否产生错误。也就是说，可以对各个块的经解调的位流中的第k位的奇数位错误进行检测。

首先，CACB解调器中的各个相关器单元(bank)210对所接收的信号和所分配的正交码进行相关。各个选择块220在从各个相关器单元210输出的相关性值中以相关性值的绝对值的降序来选择较高的c个相关性值(在图2中，c＝2)。此时，将所选择的码的指数和符号确定为位流。然而，如果在对所确定的位流进行的奇偶校验检查的结果中存在错误，则该错误意味着，由于噪声或干涉因素而使得与误码的相关性值变得比与正确码的相关性值高。因此，在本发明的第一实施例中，选择具有降序的较高相关性值的预设数量的c个码(包括具有最大相关性值的码)作为候选。而且，在这些候选中，通过开关来过滤或选择由奇偶校验检查器230进行了校验满足奇偶校验条件的码并将其发送给位选择单元260。将所发送的码确定为最终的解调位流。

具体地说，各个选择块220为传输位流的候选设置以降序较高的c(c≤2^N，自然数)个相关性值相对应的位流。如果组合这些位流，则产生c⁴个假定或候选组。为了对这些假定的可能性进行互相比较，对与该c⁴个假定相对应的位流进行奇偶校验检查。在这些假定中，选择没有奇偶校验错误的假定，并且选择与所选择的假定相对应的码元作为接收机的输出。满足奇偶校验检查的假定为两个或更多个，通过值求和单元240对来自这些块的四个相关性值进行求和，并且通过位选择单元260来选择使求和值最大的假定。将与所选择的假定相对应的位流最终确定为接收机的输出位流。如果不存在未产生任何错误的假定，则输出相对于各个块都具有最大相关性值的位流。

图3表示根据本发明第二实施例的用于块总和检查的信息位和冗余位的构造。

在发送阶段，将27位信息b₀至b₂₆分组为单个块总和检查单元，并且将9个冗余位r₀、r₁、r₂，...r₈加入到该块总和检查单元。通过以下公式[2]计算这些冗余位。

$r_0=b_0\⊕b_9\⊕b_{18}$

$r_1=b_1\⊕b_{10}\⊕b_{19}$

$r_2=b_2\⊕b_{11}\⊕b_{20}---\left[2\right]$

$r_8=b_8\⊕b_{17}\⊕b_{26}$

在本发明的第二实施例中，将9个位加入到27个位中，但是也可以根据情况将9个位加入9、18、27、36，...(9n，n＝1、2，...)个位中。通过将在公式[1]中计算的用于进行恒幅编码的p₀、p₁、p₂、...p₁₁加入到包括冗余位的相对于36位的各列中，来以网格的形式构造块总和检查单元。在块总和检查单元中，使用图1的恒幅双正交调制装置，对三行中的每一行执行恒幅双正交调制，以依次选择从三行中的每一行的多列中选择的四个双正交码的线性总和。

在接收阶段，从具有与正交码的子码大小相对应的长度的各个所接收的信号依次检测四个双正交码。此外，通过使用所检测的双正交码，分别检测信息位

以及

冗余位

以及奇偶校验位

接下来，使用所检测的信息位如公式[1]所示重新生成奇偶校验位

(例如， ${\hat{\hat{p}}}_{i+3k}={\hat{\hat{b}}}_{i+9k}\⊕{\hat{\hat{b}}}_{i+1+9k}\⊕{\hat{\hat{b}}}_{i+2+9k}:$ i和k＝0、1、2)。此外，将重新生成的奇偶校验位与所接收的奇偶校验位

进行比较，如果它们彼此不同，则检测到有错误的列。此后，为了检测有错误的行，如公式[2]所示在接收阶段重新生成冗余位

(例如， ${\hat{\hat{r}}}_j={\hat{\hat{b}}}_j\⊕{\hat{\hat{b}}}_{j+9}\⊕{\hat{\hat{b}}}_{j+18};$ j＝0、1、...8)。将重新生成的冗余位与所接收的冗余位

进行比较。因此，如果重新生成的冗余位与所接收的冗余位彼此不同，则检测到有错误的行。如上所述，如果检测到有错误的行和列的位置，则可以检测到以网格形式发送的信息位中的错误。如果检测到该错误，则使用位反向功能进行纠错。

图4表示根据本发明第三实施例的CACB最优解调装置的结构。该最优解调装置包括相关器单元410和最大值选择块420。相关器单元410包括512个相关器，当用户数据的大小N为例如图1所示的N＝9时，该512个相关器基于最大相似性(ML)算法分别输出CACB接收信号与512(＝2^N)个伪正交码(与9位用户数据的组合相对应的恒幅正交码)之间的相关性值。最大值选择块420确定与从相关器单元410输出的512个相关性值的最大值相对应的正交码，并输出与所确定的正交码相对应的用户数据位。

同时，可以实现该512个伪正交码的指数的二进制表示，以与对应于各个伪正交码的用户数据位相对应。因此，通过检测具有与所接收的信号的最大相关性值的伪正交码的指数，该最优解调装置可以一次同时解调9位用户数据。

图5表示根据本发明第四实施例的CACB次优解调装置的结构。

参照图5，该次优解调装置包括相关器单元510、最大值选择块520、反向(hard)确定单元530，以及反向单元540。相关器单元510包括256个相关器，当用户数据的大小N为例如图1所示的N＝9时，该256个相关器分别输出所接收的信号与256(＝2^N-1)个伪正交码之间的相关性值。最大值选择块520确定与从该256个相关器输出的256个相关性值的最大值相对应的伪正交码，并输出与所确定的伪正交码相对应的用户数据位。反向确定单元530根据从最大值选择块520输出的最大值的符号来确定是否使数据位

(与调制信号的双正交特性相关)反向。反向单元540基于反向确定单元530的输出信号使数据位

的相位反向。

本发明的CACB调制信号在指定双正交特征的数据位(例如，图1的b₀、b₃和b₆)的奇数指数码和偶数指数码之间具有180度的相位差。因此，次优解调装置选择具有奇数或偶数指数的256个伪正交码，相互比较伪正交码和所接收的信号之间的相关性值，首先确定与具有最大相关性值的伪正交码相对应的9个用户数据位，并根据最大相关性值的符号来选择性地使数据位反向，由此最终确定所发送的用户数据。

如上所述，本发明提供了一种改进的解调方法和装置，其能够使用恒幅多码双正交调制系统中的调制信号的特性来提高接收性能。

首先，根据本发明第一实施例的直接使用相关器的输出和奇偶校验检查结果对所接收的信号进行解调的方法和装置的优点在于，利用冗余块的奇偶校验信息(在传统接收机中不使用该奇偶校验信息)对信息位进行纠错，以使得可以提高系统的误码率(BER)性能，并且可以降低获得给定质量所需的发送能量，由此提高能量效率。

其次，根据本发明第二实施例的用于纠错的块总和检查方法的优点在于，通过使用为了实现恒幅而加入的校验位以及新加入的冗余位，以网格的形式来构造码，以使得可以检测或校正所接收的位中的错误，由此提高接收性能。

第三，根据本发明第三/第四实施例的最优/次优接收方法的优点在于，由于它们使用了表示对映信号比正交信号更远的距离特性，所以与正交调制方法相比，可以获得更优异的BER性能。具体地，次优解调方法的优点在于，可以使用调制信号的双正交特性来减少最优解调所需的伪正交码的数量，由此在获得与最优解调性能相当的解调性能的同时，以低成本实现了硬件。

尽管为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离如所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种变型、添加和替换。

本发明与包含在2004年9月22日提交的在先韩国申请No.10-2004-0075953中的主题相关，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (1)

1、一种在恒幅多码双正交调制系统中使用相关器的输出和奇偶校验检查结果对所接收的信号进行解调的方法，该方法包括以下步骤：

对所接收的信号在解调器进行解调，所述解调器具有四个块；

所述四个块中的每一个在所解调的位流中选择并组合按相关性值的绝对值的降序具有较高相关性值的c个位流，以产生c⁴个候选位流，其中c≤2^k，k为信息位的数量；以及

对所述c⁴个候选位流执行奇偶校验检查，选择奇偶校验检查没有产生任何错误的多个候选组中相关性值总和最大的候选组，确定与所选择的候选组相对应的位流作为接收机的输出，而如果没有未产生错误的候选组，则输出相对于各个块具有最大相关性值的位流。

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