专利名称：移动通信信息发射、接收方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信信息发射和接收方法，以及用于实现所述方法的信息发射机和接收机。
在移动通信系统中，基站与移动站之间的信息是通过空中接口传输的。信号调制技术是保证通信质量和系统容量的关键技术之一。衡量信号调制技术的性能两个指标如下(1)信号的频率带宽效率，和(2)抗干扰能力。带宽效率用每赫兹比特描述。抗干扰能力用在一定的信噪比下的误码率来量度。
通常，发射机所发出的信号经反射、散射或折射后到达接收机。因此，接收信号为多径信号。多径信号叠加的结果造成信号经常出现较大的衰落，信噪比下降。
为了提高接收信号的信噪比，人们已开发出多种分集技术。如时间分集，空间分集和极化分集等。Rake接收机的工作原理属于时间分集技术，它由解调器、乘法器和信号叠加器组成。调制器用于分离多径信号(分离为信号分量)，乘法器用于信号分量的最佳权调制，而叠加器用于信号分量的叠加。原则上，Rake接收机采用最佳权值--最佳权值的获取是通过解调导频信导中的样本信号完成的--叠加方法，因此它可以获得最大信噪比输出。
虽然Rake接收机可以有效地提高信号的信噪比，但像其他分集技术一样，它不能提供更高的带宽效率。
本发明的目的是提供一种信号发射和接收方法以及实现所述方法的设备，与现有技术相比，可以提高带宽效率，并且多径环境下可达到更高的抗干扰能力。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于移动通信的发射信息的方法，包括步骤对要发射的信息中的一部分进行传统的调制，将另一部分信息通过多信道调制方式传送。为实现上述第二种信息调制，首先开辟多个通信信道，定义各信道代表的信息比特值。将传统的信息符号流进行扩频；在上述多个信道中为所述经扩频的符号流中的每个符号按照信道信息比特值选择一个信道；和通过所选择的信道将相应的符号发射出去。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于移动通信的发射机，包括符号调制装置，用于对要发射的一部分信息进行符号调制，以形成符号流；扩频装置，用于对所述符号流进行扩频；信息信道调制装置，用于在多个可区分的信道中为所述经扩频的符号流中的每个符号选择一个信道，从而表示所述另一部分信息；和发射装置，用于通过所选择的信道将相应的符号发射出去。
这样，按照本发明的信息发射方法和发射机，由于发射信号的信道也是一个调制参数，所以每个信息符号能携带更多的信息比特，从而提高了带宽效率。理论计算表明，当使用2个独立的信道时，与现有QPSK技术相比，带宽效率可以提高1.5倍。在多径信号个数大于4的情况下，误码率下降。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于接收跳跃于多个信道发射的信息的方法，包括步骤接收信号；对所述接收信号进行解调，从而将其分离为多个信号，其中，发射信道是信号的调制参数之一；解调导频信道中的信号，从而得到多个样本信号，其中，发射信道是样本信号的调制参数之一；计算所述多个信号与所述多个样本信号的距离；将所述距离进行比较，从而选择出最小距离所对应的那个信号为正确信号。
根据本发明的再一方面，提供了一种用于接收跳跃于多个独立信道发射的信息的接收机，包括信号接收装置；解调装置，用于对所述接收信号进行解调，从而将其分离为多个信号，其中，发射信道是信号的调制参数之一；导频信号解调装置，用于解调导频信号，从而得到多个样本信号，其中，发射信道是样本信号的调制参数之一；用于计算所述多个信号与所述多个样本信号的距离的装置；判决装置，用于将所述距离进行比较，从而选择出最小距离所对应的那个信号为正确信号。
这样，本发明的信息接收方法和接收机既可以识别信道参数所携带的信息，又能够识别传统信号调制信息，从而提高了带宽效率。理论计算表明，当使用2个独立的信道时，与现有QPSK技术相比，带宽效率可以提高1.5倍。此外，由于本发明的信息接收方法采用了最大似然判断准则，抗干扰能力也可以得到改善。
下面结合附图对本发明的最佳实施方式进行详细描述。
图1是本发明原理示意图2是根据本发明的发射机的结构框图；图3是根据本发明的接收机的结构框图；图4为根据本发明的采用2个独立的天线进行发射的技术方案的示意图。
图5是关于本发明的接收机的抗干扰能力的仿真结果。
如图1所示，本发明的核心是，在发射机10一侧，为要发射的符号流中的每一个符号按照信道携带的信息比特值随机地从多个可区分信道C1,C2,…,Cn中选择一个信道，这样，信道本身也成为调制参数中的一个，从而可以使每个符号携带更多的信息比特。在接收机12一侧，利用最大似然判断原理对接收的信道本身也是调制参数的信号进行解调和判决。
根据本发明的信息发射机可以包括MPSK调制装置，例如QPSK调制装置20、扩频装置22、信道选择装置24和发射装置26，如图2所示。QPSK调制装置20对要发射的信息的一部分进行QPSK调制，以形成QPSK符号流。根据国际电联公布的CDMA标准(W-CDMA和CDMA-2000),QPSK符号可表示为SQ=ejQπ/2,(1)其中Q=0,1,2或3，分别表示4种可能性。信道选择装置24为每个要发射的符号SQ选择一个信道，从而使信道本身成为除Q外的另一维调制参数。发射装置26通过由信道选择装置选定的信道将相应的符号SQ发射出去。这样，发射的每个符号SQ携带log24n比特的信息。
发射装置26可以包括多个天线，它们在空间上的距离大于数十个波长，分别对应于所述多个独立的信道。或者，发射装置26可以包括滤波器，用于模拟所述多个信道。
根据本发明的信息接收机包括信号接收装置30、解调装置32、导频信号解调装置40、距离计算装置34和判决装置38，如图3所示。
由信号接收装置30接收的信号经解调装置32解调为rC′,Q′(L)={αC′.1ejθA′,1SQ′+z1,αC′,2ejθA′,2SQ′+z2,......αC′LejθA′LSQ′+zL}---(2)]]>式中C′=1,2,...，或n，标志发射信道；Q’=0,1,2或3；α1,θ1分别代表多径信道引起的随机幅度调制，相位延时；Z1代表随机干扰。同时，导频信号解调装置40从接收到的导频信号中解调出向导信号SC,Q(L)={αC,1ejθC,1SQ,αC,2ejθC,2SQ′,......αC′,LejθC,LSQ}---(3)]]>式中C=1,2,…,或n，标志发射信道。然后，在距离计算装置34中计算接收信号r(L)C′,Q′与样本信号S(L)C,Q之间的距离D(rC′,Q′(L),sC,Q(L))=Σk=1L|rC′,Q′,k-SC,Q,k|2---(4)]]>计算结果提供给判决装置38，它从中选择出最小距离对应的那个信号作为正确的信号。
下面证明在参量L趋于无穷大时，本发明的技术方案可将带宽效率提高1.5倍，并且，抗干扰能力提高大约1.7dB。
接收机利用式(4)对信息符号进行判断。在n=2的情况下，现有QPSK技术每符号携带2比特信息，而本专利技术每符号携带3比特信息。因此，带宽效率提高3/2=1.5。另外，从式(4)对每个接收信号，我们得到8个输出值，并选择最小值对应的符号作为判决。这8个输出可分为两类一类属于QPSK信号距离，它的表达式在式(4)中令C=C′得到；另一类属于两信道之间的信号距离，它的表达式在式(4)中令C≠C′得到。
如果判断正确，上述两类输出分别满足Σk=1L|Zk|2=D0<Σk=1L|rA,Q′,k-sA,Q,k|2=D1(Q′,Q)(Q≠Q′)---(5)]]>和D0<Σk=16L|rA′,Q′,k-sA,Q,k|2=D2(Q′,Q)(C≠C′)---(6)]]>式中D0,D1(Q′,Q)和D2(Q′,Q)分别代表判断为真，第一类和第二类输出。
如果判决错误，对两类输出必然有D0＞min{D1(Q′,Q),D2(Q′,Q)}(7)式中“min”表示选取最小值。
符号错误概率可表达为Ps=P(D0＞min{D1,D2})(8)式中Ps代表符号错误概率，又称误符号率。
因为信道C与C′统计相互独立，D1(Q′,Q)与D2(Q′,Q)也为独立统计量。所以式(8)可写为Ps=1-[1-P1(D0＞min{D1})][1-P2(D0＞min{D2})](9)式中P1和P2分别代表QPSK探测错误概率和信道探测的错误概率。在P1,P2＜＜1的条件下，式(9)可近似为Ps≈P1+P2(10)式中P1与传统的QPSK在多径条件下，最大信噪比叠加原则下得到误符号率相同。原因是式(4)和最大信噪比叠加原则均为最佳接收机。因此，下式成立P1=PQ,S(11)式中PQ,S代表QPSK误符号率。
为了计算P2我们定义如下两个概率密度函数pn(D0)=p(D0)和pL(Dmin)=p(min{D2})，其中Dmin值为Q取0,1,2和3中最小的D2，则P2由下式给出P2=∫o∞∫oxPn(x)PL(y)dydx---(12)]]>由式(10)、(11)和(12)及假设各个比特的发射概率相同，我们得到误码率Pb≈2k-12k-1Ps(EbNo)=47[PQ,s+∫o∞∫oxPn(x)PL(y)dydx]---(13)]]>式中k=3,pb,Eb和N0分别表示每符号携带的比特数，误比特率，比特携带能量和噪声功率。
可以证明当L趋于无穷大时，式(13)中pL(y)与Q的取值无关，并且与第一类p[D1(Q′,Q′±1)]有相同的表达式，其中p[D1(Q′,Q′±1)]为相邻QPSK信号之间的距离。因此有P2=PS,Q(14)利用上面结论及(13)和(14)式，我们得到Pb≈87PQ,S(3EbNo)=2.3PQ,b(3EbNo)---(15)]]>式中pQ,b为QPSK误码率。
式(15)对比QPSK误码率公式，宗量3Eb/No取代了2Eb/No。能量增益为1Eb。它的作用可使低误码率下降一到两个数量级。而2.3倍的误码率增加相对上述宗量变化引起的误码率下降可以忽略。因此，抗干扰能力近似提高1Eb或计为1.7dB信噪比增益。
为证实本申请专利技术的有效性，我们模拟并仿真了一个两天线系统，如图4所示。发射机的QPSK信号经扩频在天线1或天线2上发射。天线1发射信道的信息比特值定义为0，天线2上发射为1。因此，一个信息符号携带3个信息比特。其中2个属于QPSK信号，1个属于天线发射。
利用图3所示的接收机分离信号，并判决。取得式(3)中的样本信号的方法如下系统设置了一个导频信道，该信道分别从天线1和2发射0相位调制的QPSK信号，并忽略导频信道中的干扰(这个假设是合理的，因为所有现存CDMA系统的导频信道的信噪比都大大高于业务信道)。图3中的导频信号解调装置40分离出的样本信号为S1,0(L)={α1,1ejθ1,1S0,αC,2ejθ1,2S0,......α1,Lejθ1,LS0}---(16)]]>和S2,0(L)={α2,1ejθ2,1S0,α2,2ejθ2,2S0,......α2,Lejθ2,LS0}---(17)]]>信道1的样本信号的另外3个分量可由下式得到S(L)1,1=S(L)1,0eiπ/2(18)S(L)1,2=S(L)1,0eiπ(19)S(L)1,3=S(L)1,0ei3π/2(20)信道2的信号样本的另外3个分量可由相似方法得到在仿真中，假设多径分支信号的幅值为独立统计变量并服从瑞利分布。另外，各分支信号具有相同的平均功率。我们得到了图5所示的误码率比较图。从图5中可以明显看出，在多径信号分量个数L大于4情况下，根据本发明的接收机的抗干扰能力明显高于传统的QPSK调制技术。
以上结合最佳实施方式对本发明进行了详细描述。需要指出的是，在本发明的教导下可以对具体的实施方式作出各种改变。应当认为这些改变也属于本发明的覆盖范围。
权利要求
1．一种用于移动通信的发射信息的方法，包括步骤开辟多个可区分的通信信道，定义各信道的信息比特值；对要发射的一部分信息进行符号调制，以形成符号流；将所述符号流进行扩频；对要发射的另一部分信息进行信道调制，即，按信道对应的信息比特值，从所述多个可区分的信道中为所述经扩频的符号流中的每个符号选择一个信道，从而表示所述另一部分信息；和通过所选择的信道将相应的符号发射出去。
2．根据权利要求1所述的发射信息的方法，其特征在于还包括步骤利用高信噪比的方法，在每个所述信道中提供样本信号。
3．根据权利要求1所述的发射信息的方法，其特征在于，所述符号调制是MPSK调制。
4．根据权利要求3所述的发射信息的方法，其特征在于，所述MPSK调制是QPSK调制。
5．一种用于移动通信的发射机，包括符号调制装置，用于对要发射的一部分信息进行符号调制，以形成符号流；扩频装置，用于对所述符号流进行扩频；信息信道调制装置，用于在多个可区分的信道中为所述经扩频的符号流中的每个符号选择一个信道，从而表示所述另一部分信息；和发射装置，用于通过所选择的信道将相应的符号发射出去。
6．根据权利要求5所述的发射机，其特征在于，所述符号调制是MPSK调制。
7．根据权利要求6所述的发射机，其特征在于，所述MPSK调制是QPSK调制。
8．根据权利要求5所述的发射机，其特征在于，所述发射装置包括多个天线，它们在空间上的距离大于数十个波长，分别对应于所述多个独立的信道。
9．根据权利要求5所述的发射机，其特征在于，所述发射装置包括滤波器，用于模拟所述多个可区分的信道。
10．一种用于接收跳跃于多个信道发射的信息的方法，包括步骤接收信号；对所述接收信号进行解调，从而将其分离为多个信号，其中，发射信道是信号的调制参数之一；解调导频信道中的信号，从而得到多个样本信号，其中，发射信道是样本信号的调制参数之一；计算所述多个信号与所述多个样本信号的距离；将所述距离进行比较，从而选择出最小距离所对应的那个信号为正确信号。
11．根据权利要求10所述的接收信息的方法，其特征在于，所述解调是MPSK解调。
12．根据权利要求11所述的接收信息的方法，其特征在于，所述MPSK解调是QPSK解调。
13．一种用于接收跳跃于多个信道发射的信息的接收机，包括信号接收装置；解调装置，用于对所述接收信号进行解调，从而将其分离为多个信号，其中，发射信道是信号的调制参数之一；导频信号解调装置，用于解调导频信号，从而得到多个样本信号，其中，发射信道是样本信号的调制参数之一；用于计算所述多个信号与所述多个样本信号的距离的装置；判决装置，用于将所述距离进行比较，从而选择出最小距离所对应的那个信号为正确信号。
14．根据权利要求13所述的接收机，其特征在于，所述解调是MPSK解调。
15．根据权利要求14所述的接收机，其特征在于，所述MPSK解调是QPSK解调。
全文摘要
本发明公开了一种用于移动通信的发射信息的方法,包括步骤:对要发射的信息进行传统信息符号调制和多信道调制。在信道调制前,开辟多个信道并对各信道逐个定义其代表的信息比特值,将所述符号流进行扩频;在多个独立的信道中按照信道携带的信息值为经扩频的符号流中的每个符号选择一个信道;和通过所选择的信道将相应的符号发射出去。此外,还公开了一种用于接收通过多个独立的信道发射的信息的方法,以及用于实现本发明的方法的发射机和接收机。
文档编号H04L27/26GK1308471SQ01103220
公开日2001年8月15日 申请日期2001年2月7日 优先权日2001年2月7日
发明者焦秉立 申请人:焦秉立