专利名称：通信系统、通信方法、发射机和接收机的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信系统、通信方法、发射机以及接收机。更具体地，本发明涉及一种适用于按相移键控(PSK)执行数字通信的系统的技术。
背景技术：
在数字通信系统中，由于传输路径中的噪声等而导致产生码元差错。作为误码率，信噪比是主要因素。为此，可以通过增大发射功率或减小噪声来改善误码率。然而，发射功率是有限制的，增大发射功率可能干扰其他链路。由此，单纯地增大发射功率并非优选，并且不能有效减小噪声。为了保持线路质量，通常使用比特纠错来改善误码率。
作为用于数字通信系统的公知技术，例如存在以下的专利文献1到3中公开的技术。
专利文献1中公开的技术涉及一种加扰电路，其预先使要按DPSK(差分PSK)输出到数字传输路径的主信号随机化。该技术的目的是提高通过在对数字主信号进行差分PSK之前对其加扰而获得的信号的随机度，从而使输出的主信号几乎不会在传输路径中发生码元差错。
专利文献1中公开的技术在发射机侧设置加扰电路，该加扰电路将输入的数字信号与来自生成伪随机码的M序列模式发生器的输出进行异或及求和、对该信号进行差分相位调制、并将其输出到传输路径，其中对来自M序列模式发生器的输出进行差分并对该处理的结果进行异或以对输入的数字信号进行处理，由此对数字信号加扰。
专利文献2中公开的技术涉及数字通信中使用的发送数据生成装置，更具体地，涉及一种使用差分编码的发送数据生成装置。该技术的目的是无需使用存储器电路即可获得期望的起始码元(所述起始码元是作为差分检测的基准的信号，插入在帧头部)。
专利文献2中的技术包括信息数据提供给其的加法电路；具有与信息数据的一码元时间段的延迟量的一码元延迟电路；以及切换电路，其在信息数据的每一帧，在帧头部的一码元时间段中选择一码元延迟电路的输出数据作为起始码元、而在该帧的除这一码元时间段以外的时间段内选择来自加法电路的输出数据，从而生成发送数据，并将该发送数据提供给一码元延迟电路。加法电路将信息数据与来自一码元延迟电路的输出数据相加，以形成和数据，其中发送数据是通过将起始码元在帧头部插入和数据而形成的。
因此，专利文献2中的技术无需用于生成起始码元的存储器电路即可提供任意的起始码元，这可以防止电路规模增大，并且可以生成期望的起始码元。
专利文献3中公开的技术涉及码分多址(CDMA)传输系统。该技术的目的是实现与高速移动的移动单元(例如，汽车)的通信，并使用相同或更窄的频带宽度而无需增大所占据带宽来传输相同或更多量的信息。
根据专利文献3中的技术，在发送侧，采用差分相位调制(DPSK)来生成初级调制波。在接收侧，利用准同步检测和差分运算来检测上一码元区间与当前码元区间之间的相位差，给出检测到的相位差作为当前码元的信息。
因此，信息叠加在相邻码元之间的相位差上并被发送。即使接收到的波由于载波频率偏移、相位误差和延迟误差(这些是由于传输路径中混入了诸如反射和/或衍射波的许多干扰波而引起的)导致的频率选择性衰落而出现严重失真，相邻码元之间的相位差也可以保持在发送时获得的值。通过检测相邻码元之间的相位差，可以实现上述目的。
日本特开平02-277332号公报[专利文献2]日本特开2003-264520号公报[专利文献1]国际公开第WO99/59280号册已知的数字通信技术通常采用Viterbi算法、Reed-Solomon、BCH(Bose-Chaudhuri Hocquenghem)等来进行码元纠错，它们需要复杂的纠错电路。这使得增加了算术运算量，导致功耗增大。此外，专利文献1到3中的技术的主旨并不是码元纠错，相反，设置上述的纠错电路通常是为了改善误码率。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是无需纠错电路即可改善误码率。
为了实现上述目的，本发明提供了下面的通信系统、通信方法、发射机以及接收机。
(1)根据本发明的具有发射机和接收机的通信系统包括的发射机具有映射单元，用于将发送码元数据映射到多个相位量；相位旋转处理单元，用于在各个码片单位时间对由映射单元映射到相位量的发送码元数据实施相位旋转以生成多相调制信号，接收机具有码片间相位差检测单元，用于在各个码片单位时间检测从发射机接收到的接收信号与在一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差；平均化处理单元，用于针对一个码元时间对码片间相位差检测单元检测到的各个码片单位时间的相位差进行平均；以及识别单元，用于识别平均化处理单元的输出并对多相调制信号进行解调。
(2)根据本发明的具有发射机和接收机的通信系统包括的发射机具有第一映射单元，用于将第一发送码元数据映射到多个相位量；第二映射单元，用于将第二发送码元数据映射到多个相位量；以及相位旋转处理单元，用于在各个码片单位时间对由第一映射单元映射到相位量的第一发送码元数据施加从初始相位起的相位旋转以生成多相调制信号，所述初始相位是由来自第二映射单元的输出给出的，接收机具有第一码片间相位差检测单元，用于在各个码片单位时间检测从发射机接收到的接收信号与一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差；第一平均化处理单元，用于针对一个码元时间对第一码片间相位差检测单元检测到的各个码片单位时间的相位差进行平均；第一识别单元，用于识别来自第一平均化处理单元的输出；频率信号生成单元，用于根据第一识别单元执行的识别的结果生成频率信号；第二码片间相位差检测单元，用于在各个码片单位时间检测所述频率信号与接收信号之间的相位差；第二平均化处理单元，用于针对一个码元时间对第二码片间相位差检测单元检测到的各个码片单位时间的相位差进行平均；以及第二识别单元，用于识别来自第二平均化处理单元的输出。
(3)根据本发明的在具有发射机和接收机的通信系统中的通信方法包括以下步骤在发射机中，将发送码元数据映射到多个相位量，在各个码片单位时间对经映射的发送码元数据施加相位旋转以生成多相调制信号，并发送该多相调制信号；在接收机中，在各个码片单位时间检测从发射机接收到的接收信号与一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差，针对一个码元时间对在各个码片单位时间检测到的相位差进行平均，并且识别平均输出并对多相调制信号进行解调。
(4)根据本发明的在具有发射机和接收机的通信系统中的通信方法包括以下步骤在所述发射机中，将第一发送码元数据和第二发送码元数据中的每一个映射到多个相位量，在各个码片单位时间对经映射的第一发送码元数据施加从初始相位起的相位旋转以生成多相调制信号，并且发送该多相调制信号，所述初始相位是由经映射的第二码元数据给出的；在接收机中，在各个码片单位时间检测从发射机接收到的接收信号与一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差，针对一个码元时间对在各个码片单位时间检测到的相位差进行平均，识别平均输出，根据识别结果生成频率信号，在各个码片单位时间检测该频率信号与接收到的信号之间的相位差，针对一个码元时间对在各个码片单位时间检测到的相位差进行平均，并且识别平均输出。
(5)根据本发明的用于具有接收机的通信系统中的发射机包括映射单元，用于将发送码元数据映射到多个相位量；以及相位旋转处理单元，用于对由映射单元映射到相位量的发送码元数据施加相位旋转以生成多相调制信号。
(6)根据本发明的用于具有发射机的通信系统中的接收机包括码片间相位差检测单元，用于在各个码片单位时间检测从发射机接收到的接收信号与一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差；平均化处理单元，用于针对一个码元时间对码片间相位差检测单元检测到的各个码片单位时间的相位差进行平均；以及识别单元，用于识别平均化处理单元的输出并对多值相位调制信号进行解调。
(7)上述接收机可以进一步包括码元端相位差检测单元，用于检测一个码元内的最先接收信号与最末接收信号之间的相位差；以及加法器，用于将码元端相位差检测单元检测到的相位差与平均化处理单元进行了平均的相位差相加。
(8)根据本发明的用于具有接收机的通信系统中的发射机包括第一映射单元，用于将第一发送码元数据映射到多个相位量；第二映射单元，用于将第二发送码元数据映射到多个相位量；以及相位旋转处理单元，用于在各个码片单位时间对第一映射单元映射到相位量的第一发送码元数据施加从初始相位起的相位旋转以生成多相调制信号，所述初始相位是由来自所述第二映射单元的输出给出的。
(9)根据本发明的用于具有发射机的通信系统中的接收机包括第一码片间相位差检测单元，用于在各个码片单位时间检测从发射机接收到的接收信号与一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差；第一平均化处理单元，用于针对一个码元时间对第一码片间相位差检测单元检测到的各个码片单位时间的相位差进行平均；第一识别单元，用于识别来自第一平均化处理单元的输出；频率信号生成单元，用于根据第一识别单元执行的识别的结果生成频率信号；第二码片间相位差检测单元，用于在各个码片单位时间检测该频率信号与接收信号之间的相位差；第二平均化处理单元，用于针对一个码元时间对第二码片间相位差检测单元检测到的各个码片单位时间的相位差进行平均；以及第二识别单元，用于识别来自第二平均化处理单元的输出。
(10)上述接收机可以进一步包括码元端相位差检测单元，用于检测一个码元内的最先接收信号与最末接收信号之间的相位差；以及加法器，用于将码元端相位差检测单元检测到的相位差与第一平均化处理单元进行了平均的相位差相加。
根据本发明，可以在接收机中使得由于噪声而引起的沿相位方向的信号点分布变窄。因此，无需复杂的纠错电路就可以改善误码率。
图1是示出根据本发明第一实施例的数字通信系统的配置的框图；图2是示出图1的发射机中的发送信号相位的示例的图；图3是示出按图2的发送信号相位的信号点排列的图；图4是示出图1的接收机中的接收信号相位和差分信号相位的示例的图；图5是示出图1的接收机中的相位差检测单元和平均化处理单元的等效电路的图；图6是示出图1的接收机中的接收信号相位(信号点排列)的示例的图；图7是示出图1的接收机中的差分信号相位(信号点排列)的示例的图；图8是示出图1的接收机中的信号点分布的示例的图；图9是示出作为根据本发明第二实施例的数字通信系统的构成部件的接收机的配置的框图；图10是示出图9的接收机中的接收信号相位和差分信号相位的示例的图；图11是示出图9的接收机中的相位差检测单元和平均化处理单元的等效电路的图；图12是示出图9的接收机中的接收信号相位(信号点排列)的示例的图；图13是示出图9的接收机中的差分信号相位的示例的图；图14是示出图9的接收机中的信号点分布的示例的图；图15是示出作为根据本发明第三实施例的数字通信系统的构成部件的发射机的配置的框图；图16是示出根据本发明第四实施例的数字通信系统的配置的框图；图17是示出图16的接收机中的接收信号相位、差分信号相位、以及绝对相位的示例的图；图18是示出按图17的接收信号相位的信号点排列的图；图19是示出按图17的差分信号相位的信号点排列的图；图20是示出按图17的绝对相位的信号点排列的图；图21是示出在图1、9和16的接收机中的同步单元的配置的示例的框图；图22是示出根据本发明第五实施例的数字通信系统的配置的框图；图23是示出图22的数字通信系统中使用的帧结构的示例的图；以及图24是将在16PSK(一码元16码片)的情况下根据本发明的接收特性的仿真结果[S/N(载噪比)对误比特率(BER)]与根据已知技术的接收特性进行比较的图。
具体实施例方式对第一实施例的描述图1是示出根据本发明第一实施例的数字通信系统的配置的框图。图1中示出的系统具有发射机1和接收机2，接收机2接收通过有线或无线传输路径3从发射机1发送的信号。当关注发射机1的基本部件时，发射机1包括映射单元11、正交坐标变换单元12、复数乘法器13、以及一码片延迟电路(Tc)14。此外，当关注接收机2的基本部件时，接收机2包括复数乘法器21、一码片延迟电路22、加法器23、一码片延迟电路24、识别单元25、以及同步单元26。
在发射机1中，映射单元11将发送码元数据指配(映射)到相位。例如，当发送码元数据为N(＝3)比特时，映射单元11将八(2N＝23＝8)种信息比特变换为格雷码，并将它们分别指配给八个(0，π/4，2π/4，3π/4，4π/4，5π/4，6π/4以及7π/4)相位。
正交坐标变换单元12将映射到相位的发送码元数据中的各码元的相位量变换到正交坐标[x，y(I，Q)坐标下同]。复数乘法器13使用发送码元数据和一码片单位时间前获得的复数相乘结果(来自一码片延迟电路14的输出)来执行复数相乘，以在各个码片时间对发送码元数据施加相位旋转，由此生成多值(在图1的示例中为八值)PSK信号。即，由正交坐标变换单元12、复数乘法器13、以及一码片延迟电路14组成的块用作相位旋转处理单元，其执行相位旋转处理，在各个码片单位时间对映射到相位量的发送码元数据施加相位旋转以生成多值PSK信号。
当信号为8PSK信号时，码片单位时间为码元时间的1/8或1/(8×n)。具体地，当如图2所示在映射时间t0的初始相位为θ0＝0时，生成多值(8)PSK信号，如图3所示，其相位在各码片时间(时间t1、t2、…、和t7)从初始相位θ0起逐π/4地旋转。在图1中没有示出，多值PSK信号中的各正交分量(I，Q)被调制器调制在载波上，并作为正交调制波被发送。
在接收机2中，复数乘法器21和一码片延迟电路22一起用作码片间相位差检测单元，该码片间相位差检测单元使用来自传输路径3的接收信号和通过一码片延迟电路22获得的一码片单位时间前的信号来执行复数相乘，以检测接收信号与一码片单位时间前获得的信号之间的相位差(差分信号相位)。例如，当参照图2所述的8PSK信号受到传输路径3中的噪声的影响并按图6所示的接收信号相位被接收时，如图4和7所示，一个码元时间内的各个一码片时间的差分信号相位为π/4。
加法器23针对一个码元时间对来自复数乘法器21的输出和来自一码片延迟电路24的反馈输出进行累加，以针对一个码元时间来平均在各个码片单位时间的相位差。
即，加法器23和一码片延迟电路24一起用作平均化处理单元。由复数乘法器21、一码片延迟电路22和24、以及加法器23组成的块可以用图5所示的等效电路来表示，其中由复数乘法器21和一码片延迟电路22来确定在各个码片单位时间(t0、…、t7)的相位差，由加法器23对获得的相位差进行累加并针对一个码元时间对其进行平均。
在图1中，识别单元25识别如上进行了平均的接收信号的码元数据，并执行解调处理。同步单元26从接收信号检测码元定时，并产生平均化处理单元(一码片延迟电路24)的初始化(数据清除)定时。
以下，将对采用8PSK时如上构造的本实施例的数字通信系统的操作进行描述。
在发射机1中，映射单元11将三比特发送码元数据变换为格雷码，并将其指配到八个相位(0，π/4，2π/4，3π/4，4π/4，5π/4，6π/4以及7π/4)，正交坐标变换单元12将发送码元数据的各码元的相位量变换为正交坐标。复数乘法器13和一码片延迟电路14对正交坐标变换单元12在各个码片单位时间的输出进行累积复数相乘，从而生成其相位从初始相位θ0起在各个码片单位时间(时间t1、t2、…、t7)逐π/4地旋转的8PSK信号。
作为在经过传输路径3的传输过程中噪声已经加入其中的信号，该8PSK信号由接收机2接收。在接收机2中，复数乘法器21和一码片延迟电路22将接收信号的相位与一个码片单位时间前接收到的接收信号的相位进行比较，加法器23和一码片延迟电路24针对一个码元时间执行平均化处理，识别单元25识别码元数据。在同步单元26检测到的各个码元时间对平均化处理单元(一码片延迟电路24)进行初始化。
在接收机2中，执行相位比较(复数相乘)处理来将各相位与一个码片单位时间前获得的相位进行比较，并将该处理的结果相加(平均化)，从而使得接收信号中的噪声不再不相关，由此消除相位方向的噪声。受噪声影响的信号点的分布通常为圆形或类似圆形。然而，噪声的相关性使得可以消除相位方向的噪声，由此信号点的分布在振幅方向扩张，并且为相位方向的宽度减小的椭圆形状。
在相位调制系统中，仅仅基于相位信息来执行对信号点的识别。为此，振幅方向的分布不会影响误比特率的劣化，结果减小了相位方向的噪声，这导致改善了误码率。用以下等式来对此进行描述，其中接收信号的相位为0。
假设时间t＝n时的接收信号Sn为Sn＝u+xn+jyn。在这种情况下，在时间t＝n和时间t＝n+1的接收信号之间的相位差由以下等式(1)给出Sn+1×Sn*＝(u+xn+jyn)(u+xn+1-jyn+1)＝(u+xn)(u+xn+1)+ynyn+1+j(uyn+ynxn+1-uyn+1-yn+1xn)＝u2+u(xn+xn+1)+xnxn+1+ynyn+1+j[u(yn-yn+1)+ynxn+1-yn+1xn]…(1)
当SNR很大时，该等式(1)可以近似为下面的等式(2)Sn+1×Sn*＝u2+u(xn+xn+1)+ju(yn-yn+1)…(2)当等式(2)中的振幅u为1时，等式(2)变成下面的等式(3)Sn+1×Sn*＝1+(xn+xn+1)+j(yn-yn+1)…(3)因此，由下面的等式(4)来给出码元的平均值17Σ06(sn+1×sn*)=1+17Σ06(xn+xn+1)+j17Σ06(yn-yn+1)]]>=1+17(x0+2Σ15(xn+xn+1)+x7)+j17(y0-y7)···(4)]]>在等式(4)中，实数项(第一项和第二项)表示振幅方向的噪声分量，虚数项(第三项)表示相位方向的噪声分量。根据等式(4)，可以发现振幅方向的噪声增大而相位方向的噪声减小，因此如图8所示，信号点的分布为椭圆形。因此，改善了相位方向的噪声，这使得改善了误码率。
图24示出了在16PSK(一码元16码片)的情况下接收特性的仿真结果[S/N(信噪比)对误比特率(BER)]的示例。在图24中，标号200表示的特性是已知技术提供的接收特性，而标号300表示的特性是本实施例提供的接收特性。清楚地看出本实施例提供的特性与已知技术提供的特性相比得到了改善。
对第二实施例的描述图9是示出作为根据本发明第二实施例的数字通信系统的构成部件的接收机的框图。图9中示出的接收机2与以上参照图1描述的接收机2的不同之处在于增加了复数乘法器21a、多码片延迟电路22a、开关27、控制单元28、以及加法器29。图9中的其他构成部件，即用相同标记表示的构成部件，具有与图1中的构成部件类似的功能。发射机1和传输路径3与以上参照图1描述的发射机和传输路径相同或相似。
多码片延迟电路22a使得通过传输路径3接收到的信号延迟多个码片时间(在8PSK情况下为七个码片单位时间)。复数乘法器21a使用来自多码片延迟电路22a的输出和来自传输路径3的接收信号执行复数相乘，以检测这两个信号之间的接收信号相位差，即接收码元的最先码片(时间t0)与最末码片(时间t7)之间的接收信号相位差。也就是说，复数乘法器21a和多码片延迟电路22a一起用作检测一个码元内的最先接收信号与最末接收信号之间的相位差的码元端相位差检测单元。
根据来自控制单元28的通断定时来接通/断开开关27，以将复数乘法器21a的输出提供给加法器29或者断开复数乘法器21a到加法器29的输出。控制单元28根据同步单元26检测到的码元定时来提供所述通断定时或者一码片延迟电路24用的数据清除信号。即，与第一实施例类似，每码元时间地清除一码片延迟电路24中的数据(平均化处理的初始化)，并且开关27被控制为在各码元时间导通，以将复数乘法器21a的输出提供给加法器29。
加法器29将加法器23和一码片延迟电路24执行的平均化处理的结果(即，一个码元时间内的各个一码片单位时间的差分信号相位的平均值)与开关27处于导通状态时提供的复数乘法器21a的输出(即，接收码元的最先(时间t0)码片与最末(时间t7)码片之间的接收信号相位差)相加，并将相加结果输出给识别单元25。
由复数乘法器21、一码片延迟电路22、加法器23、一码片延迟电路24、复数乘法器21a、多码片延迟电路22a、开关27以及加法器29组成的块可以由图11示出的等效电路来表示，其中将以类似于根据第一实施例的方式获得的差分信号相位的平均值加到接收码元的第一码片(时间t0)与最末码片(时间t7)之间的接收信号相位差。
如上所述，可以更好地改善误比特率。例如，当在发射机1中生成并发送的8PSK信号(参照图2)从传输路径3受到噪声影响并且按图12所示的接收信号相位被接收时，与前述示例类似，一个码元时间内的各个一码片单位时间的差分信号相位如图10和13所示地为π/4，最先码片和最末码片之间的相位差是与各个码片单位时间的相位差相同的相位差(π/4)。本实施例使用了这种周期性。
在这种情况下，由下面的等式(5)表示码元平均值的近似表达18(Σ06(Sn+1×Sn*)+(S0+S7*))=1+28Σ07xn···(5)]]>理论上，消除了虚数项(相位方向的噪声分量)。由此，进一步改善了相位方向的噪声，这使得进一步改善了误比特率。图14示出了根据本实施例的信号点分布的示例。如图14所示，与第一实施例(参见图8)相比，相位方向上的噪声得到进一步抑制和改善。
对第三实施例的描述在根据第一和第二实施例的发射机1中，例如，如图15所示，可以在上述映射单元11与正交坐标变换单元12之间设置由加法器13a和一码片延迟电路14a组成的数值控制振荡器(NCO)15来代替以上参照图1描述的复数乘法器13和一码片延迟电路14。
加法器13a将由映射单元11映射到多个相位的发送码元数据累加到一个码片单位时间前获得的数据(来自一码片延迟电路14a的反馈输出)。一码片延迟电路14a使加法器13a的相加结果延迟一个码片单位时间。一码片延迟电路14a的输出反馈给前级的加法器13a，还输出给正交坐标变换单元12。
对于由映射单元11映射到多个相位(0，π/4，2π/4，3π/4，4π/4，5π/4，6π/4以及7π/4)的发送码元数据，加法器将该发送码元数据累加到一个码片单位时间前获得的数据，以按与根据第一实施例的方式相似的方式执行相位旋转处理。之后，正交坐标变换单元12将数据变换为正交坐标以生成多值PSK信号。在本实施例中，NC015在由正交坐标变换单元12将数据变换为正交坐标之前对发送码元数据执行相位旋转处理。
以上述方式，可以类似于第一实施例地生成多值PSK信号。因为可以使用加法器13a来代替复数乘法器13，所以与根据第一实施例的发射机1相比，该实施例可以简化发射机1的配置。
对第四实施例的描述图16是示出根据本发明第四实施例的数字通信系统的配置的框图。图16中示出的系统具有发射机1和接收机2，接收机2接收通过有线或无线传输路径3从发射机1发送的信号。当关注本实施例的发射机1的基本部件时，该发射机1包括映射单元11A和11B、正交坐标变换单元12A和12B、复数乘法器13、一码片延迟电路14、选择器16、以及控制单元17。当关注接收机2的基本部件时，该接收机2包括复数乘法器21A和21B、一码片延迟电路22A、加法器23A和23B、一码片延迟电路24A和24B、识别单元25A和25B、同步单元26、NCO 32(加法器30和一码片延迟电路31)、以及延迟电路33。
在发射机1中，映射单元11A和11B与以上参照图1所述的映射单元11类似。映射单元(第一映射单元)11A将第一发送码元数据(三比特)指配(映射)到相位，所述第一发送码元数据是在将输入的发送码元数据分割为多条信息(每条为三比特)时获得的。另一方面，映射单元(第二映射单元)11B也将第二发送码元数据(三比特)指配到相位。
正交坐标变换单元12A和12B与以上参照图1描述的正交坐标变换单元相类似，其各自将映射到相位的发送码元数据中的各码元的相位量变换为正交坐标。
复数乘法器13也与一码片延迟电路14一起用作本实施例中的相位旋转处理单元，该相位旋转处理单元使用来自正交坐标变换单元12A的输出和一个码片单位时间前获得的复数相乘结果(来自一码片延迟电路14的反馈输出)来执行复数相乘，以在各个码片单位时间对发送码元数据施加相位旋转，由此生成多值(此处为八值)PSK信号。
选择器16在控制单元17的控制下选择性地将来自复数乘法器13的输出或者来自正交坐标变换单元12B的输出输出给一码片延迟电路14。在本实施例中，选择器16被控制为在每个码元头部的一个码片单位时间选择来自正交坐标变换单元12B的输出、而在除此之外的时间段选择来自复数乘法器13的输出。
即，本实施例的发射机1将发送码元数据分割为各自为三比特的多条信息。第一发送码元数据(三比特)与第一实施例类似地由映射单元11A进行映射处理、由正交坐标变换单元12A变换为正交坐标、并由复数乘法器13进行相位旋转处理。第二发送码元数据(三比特)由映射单元11B进行映射处理、由正交坐标变换单元12B变换为正交坐标、并被用作相位旋转处理单元(复数乘法器13和一码片延迟电路14)的初始值。
换言之，由复数乘法器13、一码片延迟电路14、以及选择器16组成的块用作对由第一映射单元11A映射到相位量的第一发送码元数据施加相位旋转以生成多值(八值)PSK信号的相位旋转处理单元，所述相位旋转的初始相位由来自第二映射单元11B的输出给出。由此，本实施例的发射机1可以使用各个码片单位时间的相位差和初始相位来发送发送码元数据。
在接收机2中，复数乘法器21A、一码片延迟电路22A、加法器23A、一码片延迟电路24A、以及识别单元25A分别类似于以上参照图1所述的复数乘法器21、一码片延迟电路22、加法器23、一码片延迟电路24、以及识别单元25。对于第一接收码元数据，一起用作第一码片间相位差检测单元的复数乘法器21A和一码片延迟电路22A确定各个码片单位时间的相位差，一起用作第一平均化处理单元的加法器23A和一码片延迟电路24A针对码元时间对相位差进行平均，第一识别单元25A对经过平均化处理的接收码元数据进行识别和解调。
作为NCO 32的元件的加法器30对识别单元25A识别并解调出的码元数据与一个码片单位时间前执行的相加的结果(来自一码片延迟电路31的反馈输出)进行累加。一码片延迟电路31使加法器30获得的相加结果仅延迟一个码片单位时间，并将结果反馈给加法器30，同时将该结果提供给复数乘法器21B。即，NCO(频率信号生成单元)32根据识别单元25A识别并解调出的数据(识别结果)来生成频率信号作为被施加了相位旋转的发送信号的复制信号，并将其输出给复数乘法器21B以对第二接收码元数据施加相位旋转(逆旋转)。
延迟电路33对第二接收码元数据进行延迟，以使得在复数乘法器21B中要用复制信号进行相位旋转处理的码元数据与复制信号的相乘定时同步。复数乘法器(第二码片间相位差检测单元)21B将复制信号与由延迟电路33进行了延迟(定时调整)的接收码元数据相乘，以检测这两个信号之间在各个码片单位时间的相位差。
类似于加法器23A和一码片延迟电路24A，加法器23B和一码片延迟电路24B一起用作平均化处理单元(第二平均化处理单元)。加法器23B针对一个码元时间将由复数乘法器21B进行了相位旋转处理的接收码元数据与一个码片单位时间前获得的相加结果(来自一码片延迟电路24B的反馈输出)进行累加。一码片延迟电路24B使加法器23B的输出仅延迟一个码片单位时间，并将其反馈给加法器23B，同时将其输出给识别单元25。加法器23B和一码片延迟电路24B针对一个码元时间对各个码片单位时间的相位差进行平均。
根据从同步单元26馈送的数据清除信号，在各个码元时间对各个平均化处理单元中的一码元延迟电路24A和24B进行初始化(数据清除)。
识别单元(第二识别单元)25B对经过平均化处理的接收码元数据进行识别和解调。类似于第一实施例，同步单元26从接收信号检测码元定时，生成各个平均化处理单元(一码片延迟电路24A和24B)的初始化(数据清除)定时，并将该初始化定时提供给各个平均化处理单元。
接下来，对如上构造的本实施例的数字通信系统的操作进行描述。在发射机1中，将发送码元数据分割成各自为三比特的多条信息，将第一发送码元数据输入到映射单元11A，映射单元11A分别将八种信息比特指配给八个相位(0，π/4，2π/4，3π/4，4π/4，5π/4，6π/4、7π/4)，正交坐标变换单元12A将发送码元数据中的各码元的相位量变换为正交坐标。
复数乘法器13和一码片延迟电路14在各个码片单位时间执行累积复数相乘，以生成相位从初始相位θ0起在各个码片单位时间(时间t1、t2、…、t7)逐π/4地旋转的8PSK信号。
对于第二发送码元数据，与第一发送码元数据类似，映射单元11B将其八种信息比特分别指配给八个相位(0，π/4，2π/4，3π/4，4π/4，5π/4，6π/4、7π/4)，正交坐标变换单元12B将发送码元数据中的各码元的相位量变换为正交坐标，选择器16选择其以用作相位旋转处理单元(一码片延迟电路14)的初始值(θ0)。
作为加入有噪声的信号，如上获得的8PSK信号通过传输路径3由接收机2接收。将该8PSK信号输入复数乘法器21A、一码片延迟电路22A、延迟电路33、以及同步单元26。与第一实施例类似，同步单元26检测8PSK信号的码元定时。复数乘法器21A和一码片延迟电路22A将信号的第一接收码元数据的相位与一个码片单位时间前接收到的接收信号的相位进行比较。加法单元23A和一码片延迟电路24A针对一个码元时间进行平均化处理。
假设从发射机1发送的具有图2所示发送信号相位的8PSK信号在传输路径3中受到噪声的影响、并按图17的顶部栏和图18中所示的接收信号相位被接收。如图17中间栏和图19中所示，在一个码元时间内的各个码片单位时间的8PSK信号的差分信号相位为π/4。
将经过平均化处理的第一接收码元数据输入给识别单元25A。识别单元25A对接收到的码元数据(三比特)进行识别并解调。此外，在同步单元26检测到的各个码元定时对平均化处理单元(一码片延迟电路24A)进行初始化。
将识别单元25A获得的接收码元数据分支并输入给NCO 32，NCO 32在各个码片单位时间将其与一个码片单位时间前执行的相加结果进行累加，由此生成相位经旋转的发送码元数据的复制信号，并将其提供给复数乘法器21B。
复数乘法器21B在各个码片单位时间将从延迟电路33馈送的第二接收码元数据与所述复制信号进行复数相乘，以在各个码片单位时间执行相位旋转处理(逆旋转处理，逐π/4)。如图17的底部栏和图20所示，可以通过该处理检测到接收信号的初始相位(绝对相位)θ0。
对于获得的各个码片单位时间的初始相位θ0，平均化处理单元(加法器23B和一码片延迟电路24B)针对一个码元时间执行平均化处理，识别单元25B对接收码元数据(三比特)进行识别和解调。
根据本实施例，发射机1使用在各个码片单位时间的相位差和初始相位θ0来发送发送码元数据(六比特)。接收机2基于识别并解调出的第一接收码元数据(三比特)生成被施加了相位旋转的发送信号的复制信号，通过使用该复制信号来对接收码元数据施加相位逆旋转以确定初始相位θ0，并对其余的(第二)接收码元数据(三比特)进行识别和解调。本实施例可以用一个码元发送两倍于前述实施例的信息(在8PSK的情况下为六比特)，这可以增大传输容量。
对接收机2中的同步单元26的描述接下来，将对以上参照图1、9和16所述的接收机2中的同步单元26进行详细说明。
图21是示出同步单元26的配置的框图。图21中示出的同步单元26在各个码片单位时间检测来自发射机1的接收信号与一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差，并将其平均值为最大时的定时检测为指定码元时间的码元定时。在8PSK的情况下，同步单元26包括七个一码片延迟电路61-1到61-7、八个相关器62-0到62-7、比较器63、同步保护单元64以及控制单元65。
一码片延迟电路61-1到61-7中的每一个使输入信号(接收信号)仅延迟一个码片单位时间。由此，通过七个一码片延迟电路61-k(k＝1到7)获得七个各自延迟一个码片单位时间的信号，并将其分别输入给相关器62-1到62-7。此外，来自传输路径3的接收信号不经任何延迟地原样输入到相关器62-0。
相关器62-m(m＝0到7)各自根据输入信号(接收信号)来确定各个码片单位时间的相位差和七个码片单位时间的相位差(最先码片和最末码片之间的相位差)，并将进行了平均化处理的信号转换为电力。为此，相关器62-m具有与上面参照图9描述的接收机2的结构类似的结构。即，例如，相关器62-m各自包括复数乘法器621、一码片延迟电路622、加法器623、一码片延迟电路624、七码片延迟电路625、复数乘法器626、开关627、加法器628、以及电力值获取单元629。
复数乘法器621、一码片延迟电路622、加法器623、一码片延迟电路624、七码片延迟电路625、复数乘法器626、开关627、以及加法器628分别具有与图9中示出的复数乘法器21、一码片延迟电路22、加法器23、一码片延迟电路24、多码片(此处为七码片)延迟电路22a、复数乘法器21a、开关27、以及加法器29的功能相同的功能。
类似于以上参照图9所述的接收机2的操作，在各个相关器62-m中，由复数乘法器621、一码片延迟电路622、加法器623、一码片延迟电路624、复数乘法器626、七码片延迟电路625、开关627、以及加法器628构成的块(其等效电路与图11所示电路相同)将以与第一实施例类似的方式获得的各个码片单位时间的差分信号相位的平均值和接收信号的最先(时间t0)码片与最末(时间t7)码片之间的相位差(来自复数乘法器626的输出)相加。
电力值获取单元629将来自加法器628的输出转换为电力值。在本示例中，还在各码元定时从控制单元65提供用于一码片延迟电路624的数据清除信号和用于开关627的控制信号。
比较器63对来自多个相关器62-m的电力值进行比较，并将电力值最大的定时检测为接收码元的先头，即码元定时。同步保护电路64保护比较器63检测到的定时的同步，并生成帧脉冲(码元定时)。将该帧脉冲用作数据清除信号和开关通断信号。
在如上构造的同步单元26中，各个一码片延迟电路61-k向各个码片单位时间的接收信号加入延迟，并将其输出到对应的相关器62-m。在相关器62-m中，复数乘法器621、一码片延迟电路622、加法器623以及一码片延迟电路624确定各个码片单位时间的相位差的平均值，同时复数乘法器626和七码片延迟电路625确定七个码片单位时间的相位差，加法器628将该七个码片单位时间的相位差加到各个码片单位时间的相位差的平均值。
电力值获取单元629将相加结果转换为电力值，并将其输入给比较器63。比较器63对来自多个相关器62-m的电力值比较，检测相关器输出最大的定时。同步保护单元64保护检测结果的同步，由此生成并输出帧脉冲。
如上所述，可以准确地检测到在发射机1中在一个码元内的各个码片单位时间被施加了相位旋转处理的信号的码元定时，并使得在接收机2中可以针对码元时间对差分信号相位准确执行平均化处理。
对第五实施例的描述图22是示出根据本发明第五实施例的数字通信系统的配置的框图。图22中示出的系统具有发射机1和接收机2，接收机2接收通过有线或无线传输路径3从发射机1发送的信号。当关注本实施例的发射机1的基本部件时，该发射机1包括帧模式(frame pattern)(FP)插入单元18和控制单元19，以及上面参照图1描述的一起用作相位旋转单元的映射单元11、正交坐标变换单元12、复数乘法器13和一码片延迟电路14。接收机2包括代替同步单元26的同步单元26a，以及一起用作平均化处理单元的复数乘法器21、一码片延迟电路22、加法器23和一码片延迟电路24，还包括识别单元25。
新加入发射机1的控制单元19生成用于按预定周期插入帧模式的定时信号。提供该定时信号作为用于FP插入单元18的FP插入定时信号和用于相位旋转处理单元(一码片延迟电路14)的数据清除信号。
FP插入单元18根据从控制单元19馈送的FP插入定时信号(即，发送帧周期)，将预定的帧模式(帧同步模式)插入相位旋转处理单元(复数乘法器13和一码片延迟电路14)的输出，从而形成例如如图23所示的在数据部110的头部具有帧模式100的发送帧。
在接收机2中，同步检测单元26a从经过传输路径3接收到的信号中检测帧模式100。在检测到帧模式100的定时对平均化单元(一码片延迟电路24)的平均化处理进行初始化(数据清除)。
在如上构造的本实施例的系统中，无需使用上面参照图21描述的特殊同步单元26就可以确立帧同步，并且可以在接收机2中对差分信号相位准确地执行平均化处理。
同时，如以上参照图15所述，可以通过利用NCO来执行发射机1中的相位旋转处理。
当将FP插入单元18和控制单元19应用到发射机1时，通过使用同步检测单元26a代替同步单元26，可以确立帧同步并且对差分信号相位准确地执行平均化处理。
根据本发明，在各个码片单位时间对发送码元数据执行相位旋转处理以生成多值相位调制信号，并发送该信号。接收机将接收信号的相位与一个码片单位时间前接收到的信号的相位进行比较，并将相位比较处理的结果进行相加(平均)以消除相位方向的噪声。由此，可以减小相位方向的噪声并改善相位调制系统中的误码率。因此本发明在数字通信技术领域中非常有用。
需要注意的是，本发明并不限于上述示例，而是可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改。
权利要求
1.一种具有发射机(1)和接收机(2)的通信系统，包括所述发射机(1)，包括映射单元(11)，用于将发送码元数据映射到多个相位量；相位旋转处理单元(12，13，14)，用于在各个码片单位时间对由所述映射单元(11)映射到相位量的发送码元数据施加相位旋转以生成多相调制信号；所述接收机(2)，包括码片间相位差检测单元(21，22)，用于在各个码片单位时间检测从所述发射机(1)接收到的接收信号与一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差；平均化处理单元(23，24)，用于针对一个码元时间对所述码片间相位差检测单元(21，22)检测到的在各个码片单位时间的相位差进行平均；以及识别单元(25)，用于识别来自所述平均化处理单元(23，24)的输出并对多相调制信号进行解调。
2.一种具有发射机(1)和接收机(2)的通信系统，包括所述发射机(1)，包括第一映射单元(11A)，用于将第一发送码元数据映射到多个相位量；第二映射单元(11B)，用于将第二发送码元数据映射到多个相位量；以及相位旋转处理单元(12A、12B、13、14、16)，用于在各个码片单位时间对由所述第一映射单元(11A)映射到相位量的第一发送码元数据施加从初始相位起的相位旋转以生成多相调制信号，所述初始相位是由来自所述第二映射单元(11B)的输出给出的；所述接收机(2)，包括第一码片间相位差检测单元(21A，22A)，用于在各个码片单位时间检测从所述发射机(1)接收到的接收信号与一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差；第一平均化处理单元(23A，24A)，用于针对一个码元时间对所述第一码片间相位差检测单元(21A，22A)检测到的在各个码片单位时间的相位差进行平均；第一识别单元(25A)，用于识别来自所述第一平均化处理单元(23A，24A)的输出；频率信号生成单元(32)，用于根据所述第一识别单元(25A)执行的识别的结果生成频率信号；第二码片间相位差检测单元(21B)，用于在各个码片单位时间检测所述频率信号与接收信号之间的相位差；第二平均化处理单元(23B，24B)，用于针对一个码元时间对所述第二码片间相位差检测单元(21B)检测到的在各个码片单位时间的相位差进行平均；以及第二识别单元(25B)，用于识别来自所述第二平均化处理单元(23B，24B)的输出。
3.一种在具有发射机(1)和接收机(2)的通信系统中的通信方法，包括以下步骤在所述发射机(1)中，将发送码元数据映射到多个相位量；在各个码片单位时间对经映射的发送码元数据施加相位旋转以生成多相调制信号，并发送该多相调制信号；在所述接收机(2)中，在各个码片单位时间检测从所述发射机(1)接收到的接收信号与一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差；针对一个码元时间对在各个码片单位时间检测到的相位差进行平均；以及识别经平均的输出，并对多相调制信号进行解调。
4.根据权利要求3所述的通信方法，其中，所述接收机(2)检测一个码元内的最先接收信号与最末接收信号之间的相位差，并将该相位差与所述经平均的相位差相加。
5.一种在具有发射机(1)和接收机(2)的通信系统中的通信方法，包括以下步骤在所述发射机(1)中，将第一发送码元数据和第二发送码元数据中的每一个映射到多个相位量；在各个码片单位时间对经映射的第一发送码元数据施加从初始相位起的相位旋转以生成多相调制信号，并且发送该多相调制信号，所述初始相位是由经映射的第二码元数据给出的；在所述接收机(2)中，在各个码片单位时间检测从所述发射机(1)接收到的接收信号与一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差；针对一个码元时间对在各个码片单位时间检测到的相位差进行平均；识别经平均的输出；根据识别结果生成频率信号；在各个码片单位时间检测所述频率信号与接收信号之间的相位差；针对一个码元时间对在各个码片单位时间检测到的相位差进行平均；以及识别经平均的输出。
6.根据权利要求3到5中的任一项所述的通信方法，其中，所述发射机(1)按具有帧同步模式的预定发送帧来发送多相调制信号，而所述接收机(2)从接收到的信号中检测所述帧同步模式以确立平均化的同步。
7.一种用于具有接收机(2)的通信系统中的发射机(1)，包括映射单元(11)，用于将发送码元数据映射到多个相位量；以及相位旋转处理单元(12，13，14)，用于对由所述映射单元(11)映射到相位量的发送码元数据施加相位旋转以生成多相调制信号。
8.根据权利要求7所述的发射机，其中，所述相位旋转单元(12，13，14)包括正交坐标变换单元(12)，用于将来自所述映射单元的输出变换为正交坐标；以及复数乘法器(13)，用于通过使用来自所述正交坐标变换单元(12)的输出和在一个码片单位时间前执行的复数相乘的结果来执行复数相乘从而执行相位旋转。
9.根据权利要求7所述的发射机，其中，所述相位旋转处理单元(12，13，14)用数值控制振荡器(15)来执行相位旋转。
10.一种用于具有发射机(1)的通信系统中的接收机(2)，包括码片间相位差检测单元(21，22)，用于在各个码片单位时间检测从所述发射机(1)接收到的接收信号与一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差；平均化处理单元(23，24)，用于针对一个码元时间对所述码片间相位差检测单元(21，22)检测到的在各个码片单位时间的相位差进行平均；以及识别单元(25)，用于识别所述平均化处理单元(23，24)的输出，并对多值相位调制信号进行解调。
11.根据权利要求10所述的接收机，进一步包括码元端相位差检测单元(21a，22a)，用于检测一个码元内的最先接收信号与最末接收信号之间的相位差；以及加法器(29)，用于将所述码元端相位差检测单元(21a，22a)检测到的相位差与所述平均化处理单元(23，24)进行了平均的相位差相加。
12.一种用于具有接收机(2)的通信系统中的发射机(1)，包括第一映射单元(11A)，用于将第一发送码元数据映射到多个相位量；第二映射单元(11B)，用于将第二发送码元数据映射到多个相位量；以及相位旋转处理单元(12A、12B、13、14、16)，用于在各个码片单位时间对由所述第一映射单元(11A)映射到相位量的第一发送码元数据施加从初始相位起的相位旋转以生成多相调制信号，所述初始相位是由来自所述第二映射单元(11B)的输出给出的。
13.一种用于具有发射机(1)的通信系统中的接收机(2)，包括第一码片间相位差检测单元(21A，22A)，用于在各个码片单位时间检测从所述发射机(1)接收到的接收信号与一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差；第一平均化处理单元(23A，24A)，用于针对一个码元时间对所述第一码片间相位差检测单元(21A，22A)检测到的在各个码片单位时间的相位差进行平均；第一识别单元(25A)，用于识别所述第一平均化处理单元(23A，24A)的输出；频率信号生成单元(32)，用于根据所述第一识别单元(25A)执行的识别的结果生成频率信号；第二码片间相位差检测单元(21B)，用于在各个码片单位时间检测所述频率信号与接收信号之间的相位差；第二平均化处理单元(23B，24B)，用于针对一个码元时间对所述第二码片间相位差检测单元(21B)检测到的在各个码片单位时间的相位差进行平均；以及第二识别单元(25B)，用于识别所述第二平均化处理单元(23B，24B)的输出。
14.根据权利要求13所述的接收机，进一步包括码元端相位差检测单元(21a，22a)，用于检测一个码元内的最先接收信号与最末接收信号之间的相位差；以及加法器(29)，用于将所述码元端相位差检测单元(21a，22a)检测到的相位差与所述第一平均化处理单元(23，24)进行了平均的相位差相加。
15.根据权利要求10或13所述的接收机，进一步包括同步单元(26)，用于在各个码片单位时间检测从所述发射机(1)接收到的接收信号与一个码片单位时间前接收到的接收信号之间的相位差，并将所述相位差的平均值最大时的定时检测为用于指定码元时间的码元定时。
全文摘要
通信系统、通信方法、发射机和接收机。发射机(1)具有映射单元(11)，用于将发送码元数据映射到多个相位量；以及相位旋转处理单元(13，14)，用于对映射到相位量的发送码元数据施加相位旋转以生成多相调制信号。接收机(2)具有码片间相位差检测单元(21，22)，用于在各个码片单位时间检测接收信号与一个码片单位时间前接收到的信号之间的相位差；平均化处理单元(23，24)，用于针对一个码元时间对在各个码片单位时间检测到的相位差进行平均；以及识别单元(25)，用于识别所述平均化处理单元(23，24)的输出并对多相调制信号进行解调。无需纠错电路就可以改善误码率。
文档编号H04L27/18GK1968231SQ20061006481
公开日2007年5月23日 申请日期2006年3月14日 优先权日2005年11月18日
发明者川崎敏雄 申请人:富士通株式会社