专利名称：对称移相键控的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种数据传输调制技术，特别有关于移相键控(PhaseShift Keying，PSK)的数据传输调制技术。
背景技术：
数字调制在数字通信的物理传输中，将数字数据调制到模拟符号，且使用数字解调作为反转(reverse)程序。该调制程序，使该传输根据该进入的数字数据，能够以某种方式牵涉切换(键控)正弦曲线载波的幅值、频率或相位。基础信号调制方式包括幅值移位键控(amplitude shift keying，ASK)，频移键控(frequency shift keying，以下皆简称为FSK)，和移相键控(PhaseShift Keying，以下皆简称为PSK)。因为FSK和PSK两者皆为固定波封(envelope)，这种不受幅值非线性影响的特点使得FSK和PSK通常被使用于通信系统中。因此在非线性信道的传输数据中，与ASK信号相比，会比较偏好PSK和FSK信号。
Gaussian-prefiltered最小移位按键(Gaussian-prefiltered minimumshift keying，以下皆简称为MSK)和π/4四相移位键控(π/4 quaternary PSK，以下皆简称为QPSK)分别为在欧洲和美国常见的数字移动调制/解调方式，目前在市场上有IS-54规格(时分多址存取(Time Division Multiple Access，TDMA)，码分多址存取(Code Division Multiple Access，CDMA))使用π/4差分四相移键控(Differential QPSK，以下皆简称为DQPSK)，另外还有个人存取通信系统(Personal Access Communications System，PACS)和日本数字式无线电话系统(Personal Handy phone System，PHS)也使用π/4DQPSK。即是，常用PSK方法包含二元相移键控(Binary PSK，以下皆简称为BPSK)，QPSK，及其变形。
图1为BPSK的分布示意图，表示经由改变相位来传送位值。于相位为0和相位为π的位置分别对应示意图上的逻辑高和逻辑低的位。图2使用BPSK传送的范例信号波形图，其整个余弦(cosine)波周期相对应于逻辑低(0)，且整个负向余弦波周期相对应于逻辑高(1)。注意当该位值由0变1或1变0，将会有180°(π)相位差，由于相位快速地改变而导致时域中的尖脉冲波，迫使需要更高的传输频率及更宽的频宽，这是通信系统中所不想遭遇的现象以及结果。
图3为QPSK的分布示意图，其中每个符号带有二位数据，且和相邻符号的相位差为π/2(90°)。图4为表示使用QPSK传送的范例信号波形图，以QPSK传送连续数据时，符号与符号之间该最大相位改变也为π(180°)，如图中画圆圈的部分，这会产生和BPSK相同的频宽问题。
π/4 QPSK为另一种分配八个方向的调制方法，而每个符号传输的位依然维持在二个数目。但添加了一位以代表单数和双数来区分成八个方向。请参考图5，第五图为π/4 QPSK的分布示意图，其中该相位0，π/4，π/2，3π/4，π，-3π/4，-π/2，-π/4分别代表(0，0)“双数”，(0，0)“单数”，(1，0)“双数”，(1，0)“单数”，(1，1)“双数”，(1，1)“单数”，(0，1)“双数”，(0，1)“单数”。有相同位数据的一对其相位差为π/4，并且没有两个“双数”或“单数”互相相邻。该系统轮流传输符号“双数”或“单数”，所以该最大可能两个连续符号间的相位差被减少到3π/4。于时域中的相位差越大，该两个符号转换中的脉冲波就为越尖锐，因此需要频域(frequency domain)中更宽的频谱。维持可能的最窄频宽以有效率的使用有限的频谱资源是很重要的。如果由该传输信号所需频宽超过其分配到的信道频宽，导致信号互相干扰，则通信品质减低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种使用对称移相键控(Symmetrical Phase ShiftKeying，以下简称为SPSK)的方法及装置，用于数据调制(modulation)和解调(demodulation)。传输信号中的每个符号带有n位信息且由2n+1个方向之一传输。2n+1中的2n方向作为预设方向，且另外2n方向作为互补方向，每个该预设方向有一个相对应且相位差为π的该互补方向，和代表与该预设方向相同的该n位信息。
本发明提供一种SPSK的调制及解调的方法，接收相对应于该传输信号的该目前符号的该预设方向，判断该接收的预设方向与该传输信号中先前符号的先前方向间的相位差；如果该相位差小于或等于π/2，根据该接收的预设方向，传输该目前符号，否则根据相对应于该接收的预设方向的互补方向，传输该目前符号。
在该传输信号的先前符号的先前方向被记录用以比较，该先前符号有2n可允许转换方向，其与该先前方向的相位差小于π/2，或是与该先前方向的相位差为π/2的预设方向。2n+1方向中为目前方向的目前符号被检查是否该目前方向在2n可允许转换方向中。如果该目前方向不在该2n可允许转换方向中，更正该目前方向，到该2n可允许转换方向中最可能允许方向。根据该目前方向的相对应n位信息，该目前符号被译码。其中该2n可允许转换方向中最可能允许方向为相对应该目前方向的最接近方向。
本发明还提供一种SPSK调制器，其中包括对称相位编码器(symmetricalphase encoder)，延迟电路，以及调制器。该对称相位编码器，产生该2n+1方向中的一个预设方向当成目前方向给具有n位的目前符号，如果该目前方向和先前符号的先前方向的相位差小于或等于π/2，则以此预设方向分派，否则以预设方向的互补方向分派。该延迟电路，延迟该对称相位编码器的输出，提供该先前方向给该对称相位编码器。该调制器，由该对称相位编码器接收该目前方向，且调制该目前方向至移相键控(Phase Shift Keying，PSK)的传输信号。
本发明亦一种SPSK解调器，其中包括解调器、延迟电路以及反转(reverse)电路。该解调器，解调该接收信号到(n+1)位符号。该延迟电路，耦接到该解调器。该反转电路，接收由该解调器来的目前符号及由该延迟电路来的先前符号，该目前符号的目前方向有2n可允许转换方向，其与该先前方向的相位差小于π/2，或是与该先前方向的相位差为π/2的预设方向，如果该目前方向不在该2n可允许转换方向中，更正该目前方向，到该2n可允许转换方向中最可能允许方向，及根据该目前方向的相对应n位信息，译码该目前符号。
图1为表示BPSK的分布示意图。
图2为表示使用BPSK传送的范例信号波形图。
图3为表示QPSK的分布示意图。
图4为表示使用QPSK传送的范例信号波形图。
图5为表示π/4 QPSK的分布示意图。
图6为表示本发明实施例中的SPSK的分布示意图。
图7为表示本发明实施例中数据调制的可能组合。
图8(a)及(b)为表示本发明实施例中数据解调的可能组合。
图9(a)及(b)为本发明实施例中SPSK调制和SPSK解调的方块图。
符号说明92-SPSK调制器；922-对称相位编码器；924-延迟电路；926-调制器；94-SPSK解调器；942-解调器；944-延迟电路；946-反转电路。
具体实施例方式
在此必须说明的是，于下公开内容中所提出的不同实施例或范例，用以说明本发明所揭示的不同技术特征，其所描述的特定范例或排列用以简化本发明，然非用以限定本发明。
图6表示对称移相键控(Symmetrical Phase Shift Keying，以下简称为SPSK)的分布示意图。在图6中，八个方向每个由二位信息，以及一位表示左边或右边。该每个有“右边”表示的四个方向被当成预设(default)方向，该每个有“左边”表示的四个方向被当成互补方向。每个预设方向都有相位差为π(180°)的相对应互补方向，其中该互补方向有如同该相对应预设方向的二位信息。例如，预设方向表示为(0，1)“右边”有一个相对应互补方向，表示为(1，0)“左边”，其大致上带有同样的二位信息。
在图6中，该2π相位空间被平均以八个方向划分，0，π/4，π/2，3π/4，π，-3π/4，-π/2，-π/4分别代表(0，0)“右边”，(0，1)“右边”，(0，0)“左边”，(0，1)“左边”，(1，1)“左边”，(1，0)“左边”，(1，1)“右边”，和(1，0)“右边”。
第7和第8a-8b图为根据图6的符号编排方式。第7和图8a-8b两者皆表示以右边为预设方向而左边为互补方向的分配方式。图7表示调制选择方向的可能组合。目前方向由有“右边”标示的上述四个预设方向初始选择，且如果目前方向和其先前方向的相位差超过π/2(90°)，便由有“左边”标示的相对应互补方向改变。如图7所示，如果第一符号为(0，0)或(1，0)，该第二符号的方向可由一个预设方向传送。如果第二符号的方向为(0，1)“右边”且第三符号为(1，1)“右边”，则该第三符号不为该预设方向的(1，1)“右边”，而为相位延迟π的该相对应互补方向(0，0)“左边”。如图6所示，这是因为预设方向(0，1)“右边”及(1，1)“右边”间的相位差超过π/2。同理，如果第四符号为(1，0)“右边”，则既然(0，0)“左边”及(1，0)“右边”间的相位差超过π/2，此处的方向为(1，0)“右边”的互补方向(0，1)“左边”。
图8a和8b表示接收于接收端的解调符号的可能的译码条件。译码目前符号需要先前符号(previous symbo1)的信息。图8a和8b中的第一行列出了该八个可能的先前符号。第二行列出了每个先前符号可能的八个目前符号。该先前及目前符号包括二位信息，以及一位表示左边或右边。该第三行表示对于接收到的目前符号的相对应译码二位信息。该译码二位信息由对应(mapping)每个互补方向(左边)到其相对应预设方向(右边)获得。例如，如果该先前符号为(1，1)“右边”，则对应该接收的目前符号(1，0)“左边”到(0，1)“右边”。对于每个先前方向考虑可允许转换方向，将只会有四个目前方向。该可允许转换方向由小于π/2的相位差的方向(预设或互补)，和相位差等于π/2的预设方向定义。不在该可允许转换方向的该剩余四个方向在第三行被标记为N/A，在数据传输或解调时表示错误。该第四行表示对于每个不在可允许转换方向中的方向，其最可能的方向。该最可能可允许转换方向由最靠近该接收目前信号的上述可允许转换方向决定。例如，如果先前符号为(0，0)“右边”，且目前符号为(1，0)“左边”，既然该两个方向间的上述相位差超过π/2，在第三行中该相对应输入表示一个错误。第四行中该相对应方向为(1，1)“右边”，因为其为在四个可允许转换方向(0，0)“右边”，(0，1)“右边”，(1，1)“右边”，和(1，0)“右边”中，到(1，0)“左边”最接近的方向。
同样的道理，如果先前符号为(1，1)“右边”，且目前符号为(1，1)“左边”，因为该两个方向间的该相位差超过π/2，该第三行相对应输入会表示一个错误。第四行中该相对应方向为(1，0)“左边”，因为其为在四个可允许转换方向(1，0)“左边”，(1，1)“右边”，(1，0)“右边”，和(0，0)“右边”中，到(1，0)“左边”最接近的方向。然而，因为该预设方向为右边，(1，0)“左边”会被转换到(0，1)“右边”。事实上，于本发明的实施例的系统中，该符号(1，0)“左边”和(0，1)“右边”带着相同信息。
图9为根据本发明实施例中SPSK的调制方块示意图。SPSK调制器92包含对称相位编码器922，延迟电路924，和调制器926。N位符号连续提供给该对称相位编码器922。该延迟电路924得到该对称相位编码器922的输出(方向)，且于一个符号的延迟之后响应给该对称相位编码器922。该对称相位编码器922将该延迟电路924提供的该先前符号的先前方向，和目前符号相比，以产生于2n+1可能方向中的(n+1)位目前方向。因为相隔π的两个方向带有相同n位信息，且可互相交换以避免相位差超过π/2，该目前方向被限制在不超过该先前符号的该先前方向π/2。该目前方向接着被提供到该调制器926，且调制至根据该目前方向指定的传输信号。该调制方法可使用任何种类的相位调制(Phase Modulation，PM)或移相键控(Phase Shift Keying)。
图9(b)为根据本发明实施例中SPSK的调制方块示意图。该SPSK解调器94包含解调器942，延迟电路944，和反转电路946。该解调器942接收信号且解调(n+1)符号。该解调器942的输出提供给该延迟电路944和该反转电路946两者。该反转电路946得到由该解调器942来的目前方向，和由该延迟电路944来的先前方向。如果该目前方向和该先前方向间的该相位差超过π/2，则错误发生。因此该反转电路946，经由置换比π/2小或等于π/2的最接近可允许转换方向，更正该目前方向。
根据本发明实施例中的SPSK调制/解调方法，该符号的配置方式并不限于图6表示的分布示意图，只要为有π相位差，逻辑上相对但带有同样信息的任何两个方向皆属于本发明的范畴。在某些实施例中，经由限制该连续符号间的最大相位改变于π/2内，该SPSK调制/解调方法和装置的干扰可被减低。
以上所示提供许多不同实施例及实现不同本发明特点的实施例。这里描述了特定实施例的组件和过程以帮助了解本发明。这些只是实施例，并非用以限定本发明。
本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行更动与修改，因此本发明的保护范围以所提出的权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种对称移相键控方法，用于数据调制，其中传输信号中的每个符号带有n位信息且由2n+1个方向之一传输，2n+1中的2n个方向作为预设方向，且另外2n个方向作为互补方向，每个预设方向有一个相对应且相位差为π的互补方向，代表与预设方向相同的n位信息，该对称移相键控方法包括接收相对应于传输信号中的一目前符号的一预设方向；判断该预设方向与传输信号中一先前符号的一先前方向间，其相位差是否为小于或等于π/2；传输该目前符号，根据该预设方向，如果该相位差小于或等于π/2；以及传输该目前符号，根据该预设方向的互补方向，如果该相位差大于π/2。
2.如权利要求1所述的对称移相键控方法，其中上述2n+1个方向在2π空间中平均分布。
3.如权利要求1所述的对称移相键控方法，其中上述每个符号带有二位信息(n＝2)。
4.如权利要求1所述的对称移相键控方法，其中上述该预设方向位于2π空间中的一半平面，且互补方向位于2π空间中的另一半平面。
5.一种对称移相键控方法，用于数据解调，其中传输信号中的每个符号带有n位信息且由2n+1个方向之一传输，2n+1中的2n个方向作为预设方向，且另外2n个方向作为互补方向，每个预设方向有一个相对应且相位差为π的互补方向，代表与预设方向相同的n位信息，该对称移相键控方法包括记录传输信号中的一先前符号的一先前方向，该先前符号有2n个可允许转换方向，其与之前传送方向的相位差小于π/2，或是与之前传送方向的相位差为π/2；于2n+1个方向中的一目前方向接收一目前符号；决定是否该目前方向在2n个可允许转换方向中；如果该目前方向不在2n个可允许转换方向中，更正该目前方向到该2n个可允许转换方向中一最可能允许方向；根据该最可能允许方向，译码该目前符号所相对应的n位信息；以及根据该目前方向，译码该目前符号所相对应的n位信息。
6.如权利要求5所述的对称移相键控方法，其中上述2n个可允许转换方向中的该最可能允许方向为相对应该目前方向的最接近方向。
7.一种对称移相键控调制器，其中传输信号中的每个符号带有n位信息且由2n+1个方向之一传输，2n+1中的2n个方向作为预设方向，且另外2n个方向作为互补方向，每个预设方向有一个相对应且相位差为π的互补方向，代表与预设方向相同的n位信息，该对称移相键控调制器包括一对称相位编码器，根据一预设方向和一先前符号的一先前方向的相位差，产生2n+1方向中的该目前方向以传送一n位目前符号，其中如果该相位差小于或等于π/2，则该目前方向以该预设方向分派，否则该目前方向以该预设方向的互补方向分派；延迟电路，经由延迟该对称相位编码器的输出，提供该先前方向给该对称相位编码器；以及调制器，由该对称相位编码器接收该目前方向，且调制该目前方向至移相键控的传输信号。
8.如权利要求7所述的对称移相键控调制器，还包含有一串联到并联转换器，该串联到并联转换器具有一个输入及n个输出，用以提供n位符号到该对称相位编码器。
9.一种对称移相键控解调器，其中接收信号中的每个符号带有n位信息且由2n+1个方向之一传输，2n+1中的2n个方向作为预设方向，且另外2n个方向作为互补方向，每个预设方向有一个相对应且相位差为π的互补方向，代表与预设方向相同的n位信息，该对称移相键控解调器包括解调器，解调该接收信号到(n+1)位符号；延迟电路，耦接到该解调器；以及反转电路，接收由该解调器来的一目前符号及由该延迟电路来的一先前符号，该先前符号的一先前方向有2n个可允许转换方向，其与之前传送方向的相位差小于π/2，或是与之前传送方向的相位差为π/2，如果该目前方向不在2n个可允许转换方向中，则更正该目前方向到2n个可允许转换方向中一最可能允许的方向，根据该目前方向译码该目前符号所相对应的n位信息或是根据该最可能允许方向，译码该目前符号所相对应的n位信息。
10.如权利要求9所述的对称移相键控解调器，其中上述反转电路用以于该2n个可允许转换方向中决定最接近该目前方向为该最可能允许方向。
11.一种对称移相键控方法，用于数据调制，包括接收串行种类的一数字数据串；根据一目前n位信息，一先前样式及一预设样式，编码一目前样式，其中该目前n位信息由该数字数据串中提取，且该先前样式被延迟一预定周期；根据该目前样式，调制一目前符号；以及传输该目前符号；其中该目前符号和根据一先前样式调制的一先前符号的相位差小于或等于π/2。
12.如权利要求11所述的对称移相键控方法，还包括转换该数字数据串为n位并行型式。
13.如权利要求11所述的对称移相键控方法，还包括转换该数字数据串为至2位并行型式。
14.如权利要求11所述的对称移相键控方法，其中上述该目前符号连续传输于该先前符号之后。
15.一种对称移相键控方法，用于数据解调，包括接收一目前符号；解调该目前符号到一目前样式；更正该目前样式；以及经由译码该目前样式，获得一目前n位信息，其中该目前符号和一先前符号间的相位差小于或等于π/2，该目前符号连续传输于该先前符号之后。
16.如权利要求15所述的对称移相键控方法，其中上述更正该目前样式根据被延迟一个预定周期的一先前样式。
17.一种对称移相键控装置，用于数据调制，包括一对称相位编码器，接收串行种类的一数字数据串，且根据一目前n位信息，一先前样式及一预设样式，编码一目前样式，其中该目前n位信息由该数字数据串中提取；一延迟电路，延迟该先前样式一个预定周期；以及调制器，根据该目前样式，调制目前符号，其中根据该目前符号和根据该先前样式调制的一先前符号的相位差小于或等于π/2。
18.如权利要求17所述的对称移相键控装置，还包含有一串联到并联转换器，该串联到并联转换器具有一个输入及n个输出，用以提供n位符号到该对称相位编码器。
19.一种对称移相键控装置，用于数据解调，包括一解调器，接收一目前符号，且解调该目前符号到一目前样式；一延迟电路，延迟一先前样式一个预定周期；以及一反转电路，根据该先前样式更正该目前样式，译码该目前样式及输出一目前n位信息，其中该目前符号和先前符号间的相位差小于或等于π/2，而该目前符号连续传输于该先前符号之后。
20.如权利要求19所述的对称移相键控装置，其中上述该反转电路装配以比较该目前样式和该先前样式，经由译码该目前样式以更正该目前样式及获得该目前n位信息。
全文摘要
一种使用对称移相键控的方法及装置。传输信号中的每个符号带有n位信息且由文档编号H04L27/18GK1716932SQ200510081008
公开日2006年1月4日 申请日期2005年6月27日 优先权日2004年11月23日
发明者李守勤 申请人:威盛电子股份有限公司