通信设备和方法与流程

1.本公开涉及使用新型调制方案的通信设备和方法。


背景技术：

2.正交幅度调制(qam)已经成为用于提高有线和无线通信频谱效率的主要调制方案之一。在qam中，两个实值信号分量(模拟或数字)在同一载波频率上发射。
3.qam只限于两个分量，一般称为同相分量和正交分量。多维qam可以通过人为地将几个同相和正交分量分组来产生，例如将ofdm的两个qam子载波分组，从而产生一个四维信号。不过，qam的基本概念还是基于只有两个信号分量，使用余弦和正弦调制器。
4.此处提供的“背景”描述是为了大体介绍本公开的内容。在本背景部分描述的范围内，目前指定的发明人的工作，以及在提交时可能不符合作为现有技术条件的描述的各个方面，既不明确也不暗示地承认为针对本公开的现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的是扩展qam的概念。
6.根据一个方面，提供了一种通信设备，包括电路，该电路被配置为：
[0007]-通过将输入信号的四个实值信号分量合并为转换信号，并将转换信号与使用两个不同的载波频率的载波信号相乘，来调制四维输入信号，以获得发射信号，并且
[0008]-发射该发射信号。
[0009]
根据另一个方面，提供了一种通信设备，包括电路，该电路被配置为：
[0010]-接收发射信号，并且
[0011]-通过将发射信号与使用两个不同的载波频率的载波信号相乘以获得重转换信号，并将重转换信号分解为输出信号的四个实值信号分量，将发射信号解调为四维输出信号。
[0012]
根据更进一步的方面的相应的通信方法，提供了一种计算机程序，包括程序装置，当所述计算机程序在计算机上执行时，使得计算机执行本文公开的方法的步骤，以及在其中存储计算机程序产品的非暂时性计算机可读记录介质，当由处理器执行时，使得本文公开的方法被执行。
[0013]
实施方式在从属权利要求中进行了定义。应理解的是，所公开的通信方法、所公开的计算机程序和所公开的计算机可读记录介质具有与所要求的通信设备类似和/或相同的进一步实施方式，并且如在从属权利要求中所定义的和/或在本文公开的。
[0014]
本公开呈现了一种调制方案，经由新的信号处理链发射信号(模拟或数字)。它扩展了qam的概念，其中两个信号分量经由相同频率的余弦波和正弦波发射。虽然qam可以在复数域(使用实数和虚数)进行描述，但新方案将处理四维信号。在一个实施方式中，四元数(使用实数和三个虚数)可用于处理和发射四维信号的四个独立的信号分量。
[0015]
在一个实施方式中，两个四元数可与发射器侧和接收器侧的两个载波频率一起使
用。因为四个独立的信号分量分布在两个频段上，所以，频率多样性可以被上述调制方案利用。此外，根据调制参数的选择，例如调制四元数，可以形成新的四维系列，允许频谱整形以优化信号的稳健性。
[0016]
上述段落是以一般介绍的方式提供的，并不打算限制后续权利要求的范围。所述的实施方式以及进一步的优点将通过参考以下结合附图的详细描述而得到最佳理解。
附图说明
[0017]
当参考以下详细描述并结合附图考虑时，将很容易获得对本公开内容及其许多附带的优点的更完整的理解，其中：
[0018]
图1显示了示出正交幅度调制的示意图。
[0019]
图2显示了根据本公开的一个方面的第一通信设备和第二通信设备的示意图。
[0020]
图3显示了根据本公开的四元数幅度调制(quat-am)发射器架构的一个实施方式的示意图。
[0021]
图4显示了根据本公开的quat-am接收器架构的一个实施方式的示意图。
[0022]
图5显示了根据本公开的quat-am发射器架构的另一个实施方式的示意图。
[0023]
图6显示了根据本公开的quat-am接收器架构的另一个实施方式的示意图。
[0024]
图7显示了示出本公开的四元数幅度调制的同相和负正交相在频率上的示意图。
[0025]
图8显示了quat-am发射器的另一个实施方式的示意图。
[0026]
图9显示了quat-am接收器的另一个实施方式的示意图。
[0027]
图10显示了quat-am发射器的另一个实施方式的示意图。
[0028]
图11显示了quat-am接收器的另一个实施方式的示意图。
[0029]
图12显示了quat-am发射器的另一个实施方式的示意图。
[0030]
图13显示了quat-am接收器的另一个实施方式的示意图。
[0031]
图14显示了quat-am接收器的另一个实施方式的示意图。
[0032]
图15显示了quat-am接收器的另一个实施方式的示意图。
[0033]
图16显示了quat-am接收器的另一个实施方式的示意图。
[0034]
图17显示了quat-am接收器的另一个实施方式的示意图。
[0035]
图18显示了输入信号的数字表示的发生器300的第一实施方式的示意图。
[0036]
图19显示了输入信号的数字表示的发生器300的第二实施方式的示意图。
[0037]
图20显示了ieee802.11中描述的发射器的示意图。
[0038]
图21显示了ieee802.11中描述的接收器的示意图。
具体实施方式
[0039]
现在参考附图，其中类似的参考数字在几个附图中指定相同或相应的部分，图1显示了示出正交幅度调制(qam)的示意图。在qam中，两个实值信号(模拟或数字)分量在同一载波频率f0＝ω0/(2π)上发射，其中ω0被称为角频率。上支的信号称为同相分量，由频率为f0的余弦载波调制，而下支的信号被称为正交相位分量，由相同频率f0的(负)正弦载波调制，(正弦与数学意义上的余弦相比有90度的相移，因此被称为正交分量)。如果信号是数字的，可能需要一个脉冲整形器将离散时间、离散值(＝数字)分别转换为一些模拟信号si(t)
和sq(t)。脉冲整形器可以应用某种滤波器g
tx
(t)，例如，根升余弦(rrc)滤波器，允许有限带宽和无符号间干扰(isi)的信号(在接收端进行匹配过滤后，产生一个升余弦(rc)滤波器，它是无isi的)。系数用于归一化信号功率，但在下文中可以忽略不计。两个调制信号分量的叠加(总和)作为信号s(t)发射。如果si(t)和sq(t)两个分量都是有限带宽的(截止频率为fc)，那么信号分量就可以在接收端覆盖。两个分量都在同一频段内发射，以载波频率f0为中心。
[0040]
另外，图1的调制可以用复数来描述，其中复数输入信号形成：s
complex
(t)＝si(t)+i*sq(t)，其中是复数的虚数单位。然后通过将s
complex
(t)与复数相量相乘来描述上转换到载波频率f0。最后，信号的实数部分需要被看作是发射信号，即。最后，信号的实数部分需要被看作是发射信号，即其中系数已被再次用作归一化。接收器架构将对称地应用这个系数，这样就进行了整体乘以系数2(否则，接收器将由于低通滤波而损失一半的信号功率)。
[0041]
qam被限制为只有两个分量。多维qam可以通过人为地将几个同相和正交相位分量分组产生，例如将ofdm的两个qam子载波分组，从而产生一个四维信号。不过，qam的基本概念还是基于只有两个信号分量，使用余弦和正弦调制器。
[0042]
本公开提出扩展qam概念。图2示出了根据本公开内容的一个方面的(第一)通信设备100(例如接入点(ap))的示意图，用于与另一个(第二)通信设备200(例如站(sta))进行通信，例如向其发射数据。通信设备100、200中的每一个都包括各自的电路101、201，被配置为执行特定操作。这些电路可以由各自的处理器或计算机实现，即在硬件和/或软件中，或由专用单元或元件实现。例如，各自编程的处理器可以代表各自的电路101、201。
[0043]
根据本公开内容，第一通信设备100包括电路101，该电路101被配置为通过将输入信号的四个实值信号分量合并为转换信号，并将转换信号与使用两个不同的载波频率的载波信号相乘，来调制四维输入信号以获得发射信号，并发射该发射信号。第二通信设备200包括电路201，该电路201被配置为接收发射信号，并通过将发射信号与使用两个不同的载波频率的载波信号相乘以获得重转换信号，并将重转换信号分解为输出信号的四个实值信号分量，以将发射信号解调为四维输出信号。
[0044]
在一个实施方式中，qam概念被扩展到所谓的基于四元数的代数。由此产生的方案在此将被称为四元数幅度调制，或简称为quat-am。复数将(实数)数字空间从一维特殊酉群(su(1))群扩展到二维群(su(2))，而四元数将数字空间扩展到四维特殊酉群(su(4))：x＝x0+x＝x0+ix1+jx2+kx3，其中x0是实部，并且x是纯四元数(通常表示为三维向量x＝(x1x2x3)
t
)，由三个(独立的)虚数(基本四元数)单位i，j和k.(.)
t
组成是转置操作，将行向量转换为列向量(或反之亦然)。
[0045]
它们定义了一个(严格的)倾斜场，其中基本规则适用，只是乘法不是交换的。两个四元数a、b的汉密尔顿积(hamilton product)是a
·
b＝a0·b0-《a,b》+a0b+b0a+a
×
b，据此，a0·b0-《a,b》+a0b+b0a由复数(《a,b》是a和b的标量乘积)可知，并且a
×
b是额外的非交换复数部分，用向量乘积表示。
[0046]
一些进一步的四元数基础如下：
[0047]-ijk＝i2＝j2＝k2＝-1
[0048]-循环特性：ij＝k；jk＝i；ki＝j且ji＝-k；kj＝-i；ik＝-j
[0049]-范数：
[0050]-倒数：且hermitian:
[0051]-四维直角坐标到极坐标：
[0052]
x＝x0+x＝x0+ix1+jx2+kx3＝|x|
·
(cosφ+∈
·
sinφ)
[0053]
其中且
[0054]-一般来说：
[0055]-特别地对于纯四元数a，α，使a＝αω0t，其中且|α|＝1
[0056]
·
[0057]
·
与这个系数相乘使得旋转2
·
ω0t
[0058]
·
通过左右两边的乘法完成旋转，即：
[0059]
x
rotated
＝eaxe-a
[0060]
在下文中，将使用一个一般的四元数旋转，其定义为x
rotated
＝eaxeb，其中b不一定为-a(事实上，这种特殊情况，将被排除在外)。
[0061]
quat-am的想法是考虑基于四元数的代数，以形成一个tx/rx架构，允许发射四个独立的实值信号分量。下面将通过tx和rx架构的几个实施方式来说明这一点。下标(例如“01”)表示有两个载波频率f0和f1并且各种子类型由不同的超指数表示(例如，“a”与“b”的实现)的描述。
[0062]
图3显示了quat-am发射器110的一个实施方式(即根据本公开的第一通信设备100的一个实施方式)的示意图，也指定为tx
a01,q
，具有四个独立的输入信号x
0...3
，都假定为截止频率为fc的有限带宽。信号x是通过使用乘法器111和加法器112将实值输入分组为一个四元数信号获得的。即将与四元数相量相乘用从左到(上)右的箭头表示，意味着信号x要在乘法器113中从左手侧与这个相量(相量本身是一个四元数)相乘。需要注意的是，su(4)中的乘法不是交换的，也就是说，对于两个四元数a和b，a*b与b*a不一样，这是由于所谓的汉密尔顿积的定义。下一次与乘法器114中的四元数相量的乘法从右手侧进行。最后，使用实部投射器115对信号的实部进行投射产生实值信号s(具有物理表示，例如调制电磁波)：两个频率f0和f1以及两个纯四元数(具有单位功率)α和β被使用。
[0063]
发射信号s由两个频谱/频段组成，以“和差频率”ω
σ
＝ω0+ω1和ω
δ
＝ω
0-ω1为中心。在这两个频段中，所有四个信号分量x
0...3
都被发射。这在频率选择性衰减信道中提供了频率多样性。一般来说，所呈现的通信设备和方法允许以新颖的方式应用信道绑定(如果ω
σ
和ω
δ
两个信道合并在一起，即使这些频段不相邻)。
[0064]
对于使用f1＝0hz和α＝i(传统的虚数单位)的简单例子，输出是一个正常的qam。在这种情况下，只有x0和x1可以在接收器处恢复，而x2和x3分量不能解析(从数学上讲，下面
显示的矩阵q只有2阶，即只有两个独立的行/列)。
[0065]
综上所述，以下关系和缩写成立：
[0066]
ω0≥ω1≥ωc；定义ω
σ
＝ω0+ω1；ω
δ
＝ω
0-ω1；ωc为理想低通滤波器的截止频率。
[0067][0068]q′
是一个单位并进矩阵
[0069]cv
＝cos(ωvt)；sv＝sin(ωvt)；v∈{0,1,δ,∑}；x＝(x1x2x3)
t
[0070][0071]
2s＝x0(c
δ
+c
σ
)-《x,α》(s
δ
+s
σ
)+《x,β》(s
δ-s
σ
)+《x,γ》(c
δ-c
σ
)-x0∈(c
δ-c
σ
)
[0072]
→
用于tx
δ∑
实现
[0073]
α＝(α1α2α3)
t
；β＝(β1β2β3)
t
；γ＝(γ1γ2γ3)
t
＝α
×
β；|α|＝|β|
[0074]
＝1
[0075]
图4显示了quat-am接收器210的一个实施方式(即根据本公开的第二通信设备200的一个实施方式)的示意图，也指定为rx
a01,q
。接收器210恢复顺序，类似传统qam。4的系数(由乘法器211应用)用于归一化(与普通qam的类似，而quat-am需要两倍的校正，即2*2＝4)。然后，与四元数相量和四元数相量的相乘在乘法器212和213中被应用。在通过一个实部投射器214和三个虚部投射器215投射到四维后，可以使用一个低通滤波器(lpf)216，类似于传统的qam，以去除高频率下不需要的图像。四维方形矩阵q的矩阵反转是由一个矩阵反相器217应用的，因为四个输入信号x0…3在发射过程中被合并起来，而不是简单地通过向四维投射来恢复。为了便于描述，该分析假设了一个理想的信道，即接收信号r＝s，没有任何失真或噪音。
[0076]
图5示出了quat-am发射器120的另一个实施方式(即根据本公开的第一通信设备100的一个实施方式)的示意图，也指定为tx
b01,q
使用四元数组合器121。图6示出了quat-am接收器220的另一个实施方式(即根据本公开的第二通信设备200的一个实施方式)的示意图，也指定为rx
b01,q
，使用四元数拆解器221。
[0077]
在下文中，下面提供了一些关于调制四元数α和β的选择的解释。可以说明的是α和β不得平行，即线性相关。否则，四个信号分量就不能完全恢复了。对于α和β是正交的特殊情况，可以进一步示出q矩阵是单位矩阵，即此类设置不需要矩阵反转。
[0078]
如果α
⊥
β，即α和β正交，单位并进矩阵q'将产生单位矩阵i3，因此q＝i4。如果α＝
±
β，则q是奇异的，否则是正则的(并且可以倒置)。对于理想信道来说，它成立：输出(否则潜在的噪声增强)。取代矩阵反转(＝零强迫)，可以采用更好的方法(ml，mmse，...)。
[0079]
一个简单的例子如下：
[0080]
α＝i(α＝(1,0,0)
t
)；β＝j
→
γ＝k；∈＝0；q＝i4[0081]
2s＝x0(c
δ
+c
∑
)-《x,α》(s
δ
+s
∑
)+《x,β》(s
δ-s
∑
)+《x,γ》(c
δ-c
∑
)-x0∈(c
δ-c
∑
)
[0082]
＝x0(c
δ
+c
∑
)-x1(s
δ
+s
∑
)+x2(s
δ-s
∑
)+x3(c
δ-c
∑
)
[0083]
那么，叠加的qam结构是：
[0084]
然后，qamω
δ
使用i:x0+x3和q:x
1-x2，并且qamω
∑
使用i:x
0-x3和q:x1+x2。这在图7中得到了说明，图中显示了同相i和负正交相q随频率变化的示意图。
[0085]
所提出的接收器架构是具有次优性能的线性接收器(但降低了复杂性)。矩阵反转对应于零强迫(zf)检测，这一般会增加噪声功率。更好的线性检测器是最小均方误差(mmse)，此外，它还考虑了线性矩阵反转过程中的噪声统计。最优检测考虑了低通滤波后的四维信号的全部观察，通过执行最大似然(ml)检测(即与所有可能的发射置换进行比较，选择最可能的一个作为估计)。也可以考虑其他检测器，如连续干扰消除(sic)或次优ml检测器，如球形解码。
[0086]
在下文中，讨论了频率约束，例如允许tx和rx信号的抗混叠表示。此外，还提供了在数字调制的情况下对输入信号x
0...3
的选择的解释。它们可以是例如简单的bpsk信号(每个分量取-1或+1的值)或任何其他离散的实值信号。
[0087]
特别地，以下情况对频率分量来说是成立的(也见图7)：
[0088]
·
ω0≥ωc且ω1≥ωc[0089]
·
|ω
0-ω1|≥ωc以避免tx信号的混叠
[0090]
·
理想lpf：|ω|《ωc时为1且|ω|》ω
c,lpf
≥2ω
1-ωc时为0
[0091]
·
quat-am的数字表示
[0092]
·
tx侧：最大频率分量在ω
max,tx
＝σ+ωc；最小采样率：
[0093]
ω
s,tx
》2ω
max,tx
＝2σ+2ωc[0094]
·
rx侧：最大频率分量在ω
max,rx
＝2σ+ωc；最小采样率：
[0095]
ω
s,rx
》2ω
max,rx
＝4σ+2ωc[0096]
·
用于模拟：以ω
s,rx
＝4σ+2ωc不断取样
[0097]
数字通信的输入四元数元素xi或者由四个独立的pam产生，或者由两个qam映射产生，或者由四维qam(或三维+pam)产生。此外，ml解映射器应包括p/t/q矩阵。
[0098]
图8显示了quat-am发射器130的另一个实施方式的示意图(即根据本公开内容的第一通信设备100的一个实施方式)，也被指定为tx
aδσ
。图9显示了quat-am接收器230(即根据本公开内容的第二通信设备200的一个实施方式)的另一个实施方式的示意图，也被制定为rx
aδσ
。
[0099]
图8提出了另一种表示方法，即在qam调制器132、133中应用的两个叠加的qam在ω
σ
和ω
δ
工作。qam由预编码器131使用四维矩阵p进行预编码。输入组件的最佳选择应该是四维非均匀系列(nuc)，要么在使用矩阵p进行预编码之前，要么在使用矩阵p进行预编码之后。qam调制器132、133的输出在加法器134中求和，并由乘法器135乘以0.5，以获得输出信
号s。
[0100]
如果在图9所示的quat-am接收器230处使用线性检测，例如在qam解调器232、233中进行qam解调(通过乘法器231对接收信号s与2相乘获得的信号2s)后通过反相器234转换p矩阵(zf或mmse)，那么所产生的与发射信号x
0...3
相关的四维信号应该是最佳四维nuc。如果在quat-am发射器130使用ml或其次优形式，则预编码信号y
0...3
反而应该是最佳四维nuc。
[0101]
在图8和图9所示的实施方式中，以下情况成立：
[0102][0103]
综上所述，am qam和quat-am的调制方式在数学上可以表述如下：
[0104]
am:a0(t)
·
cosω0t
[0105]
qam：a0(t)
·
cosω0t-a1(t)
·
sinω0t
[0106][0107]
图10是quat-am发射器140的一个实施方式的示意图，代表图8所示的quat-am发射器的实现(即根据本公开的第一通信设备100的一个实施方式)，也指定为tx
bδσ
。图8中所示的两个qam调制器132、133可由乘法器分别用频率为ω
δ
和ω
σ
的余弦波形和(负)正弦波形实现。以同样的方式，图11显示了代表图9所示的quat-am接收器的实现(即根据本公开的第二通信设备200的一个实施方式)的quat-am接收器240的示意图，也指定为rx
bδσ
。图9中所示的两个qam解调器232、233可以由乘法器分别用频率为ω
δ
和ω
σ
的余弦波形和正弦波形实现，然后是低通滤波器(lpf)。
[0108]
在quat-am发射器140中，预编码器131的输出信号y
0...3
被乘法器141乘以频率为ω
δ
和ω
σ
的余弦波形和(负)正弦波形。正如上文对图3的描述所介绍的那样，我们使用了以下简短的记号：cv＝cos(ωvt)；sv＝sin(ωvt)；v∈{0,1,δ,∑}，例如，c0＝cos(ω0t)；s
∑
＝sin(ω
∑
t)。然后，在乘法器135中进行乘以0.5之前，这些结果被加法器142逐步加总。在quat-am接收器240中，由乘法器241执行对频率为ω
δ
和ω
σ
的余弦波形和正弦波形的逆向乘法，其结果由滤波器216进行lpf滤波并由反相器234进行反相。
[0109]
quat-am可以替代性地被解释为使用四个正交波形，由混合载波(在频率f0和f1的四个余弦和正弦乘积组合)组成。quat-am发射器150的相应实施方式(即根据本公开的第一通信设备100的一个实施方式)，也被指定为tx
01,g
，示于图12。quat-am接收器250、255的相应实施方式(即根据本公开内容的第二通信设备200的实施方式)，也指定为rx
01,g
和rx
01,mf
，示于图13和图14。
[0110]
在图12所示的quat-am发射器150中，输入信号x
0...3
由预编码器151通过矩阵t预编码。输出信号w
0...3
分别被乘法器152乘以各自的正交波形信号g
0...3
(t)。然后通过加法器153将结果逐步相加以获得输出信号s。
[0111]
在图13所示的quat-am接收器250中，通过乘法器251进行正交波形信号g
0...3
(-t)
的逆向乘法，其结果受到滤波器216进行的lpf滤波以及使用逆矩阵t-1
的反相器252进行反转。在图14所示的quat-am接收器255中，接收信号r乘以4，由匹配滤波器mf{g
0...3
(t)}256进行滤波，其结果由反相器252使用逆矩阵t-1
进行反转。
[0112]
在图12至图14所示的实施方式中，以下成立：
[0113][0114]
波形信号为：
[0115]
其中是bin2dec(μ)的第v位，例如：是bin2dec(μ)的第v位，例如：
[0116]
更详细地：
[0117]
g0(t)＝cos(ω0t)
·
cos(ω1t)
[0118]
g1(t)＝-cos(ω0t)
·
sin(ω1t)
[0119]
g2(t)＝-sin(ω0t)
·
cos(ω1t)
[0120]
g3(t)＝sin(ω0t)
·
sin(ω1t)
[0121]
如果α＝(0 1 0)
t
；β＝(1 0 0)
t
→
γ＝(0 0 1)
t
，那么t＝i4，即单位矩阵，这意味着不需要预编码。
[0122]
一般来说，乘法w＝tx意味着w的四个分量是通过矩阵乘法从输入x导出的。
[0123]
图15至图17示出了quat-am接收器260、265和270的进一步实施方式(即根据本公开的第二通信设备200的实施方式)的示意图，也指定为rx
a01,q
(接收器260)、rx
b01,q
(接收器265)或rx
d01,q
(接收器270)。
[0124]
图15至图17所示的quat-am接收器260、265、270是基于上述图4所示的quat-am接收器210，然而已经预先计算了对四维投射的贡献。收到的输入信号是实值的，因此对四维的投射只取决于解调内核d。
[0125]
quat-am接收器265通过乘法器266将接收到的信号(乘以4)与内核贡献d
0...3
相乘，然后再对结果进行lpf滤波以及由矩阵反相器217使用逆矩阵q-1
反转。
[0126]
quat-am接收器270显示了与图13中所示的四正交波形接收器250的关系。它在lpf滤波后和矩阵反转前使用预编码矩阵z应用预编码器271。
[0127]
在图15至图17所示的实施方式中，以下情况成立：
[0128]
解调内核d＝d0+id1+jd2+kd3其中d0＝c0c
1-s0s1∈且，对于μ∈{1,2,3}，d
μ
＝-s0c1α
μ-c0s1βu+s0s1γm。
[0129]
[0130]z′
＝(-α
ꢀ‑
β γ)。
[0131]
t-1
＝zq-1
→
z＝t-1
q且对于α
⊥
β
→
t-1
＝z。
[0132]
至此，输入信号x
0...3
在一般情况下被假定为带宽为ωc的模拟信号，然后它们被预编码器131或151进行预编码，如图8、图10和图12所示。图18显示了输入信号x
0...3
的数字(在时间和数值上都是离散的)表示的发生器300的第一实施方式的示意图。源比特在一个fec编码器301中进行纠错，在交织器302中进行交织，在调制器303中进行调制，在串并转换器304中进行串并转换。图19显示了输入信号x
0...3
的数字表示的发生器300的第二实施方式的示意图，根据该方案，每个符号xk可以来自不同的调制方案，因为调制是由调制器305在串行到并行转换后对每个符号xk进行调制。
[0133]
图20和图21显示了ieee802.11中描述的发射器400和接收器500的示意图。上述本公开的调制器，特别是quat-am调制器，可以应用于两个这样的发射器400，当使用两个不同的信道(信道绑定或信道聚合)(而不是独立的iq调制器)和接收器500(而不是独立的iq确定)。对于传统的信道绑定/聚合，使用两个独立的发射器和接收器。在频率选择性衰减的情况下，其中一个信道可能遭受严重的衰减或其他影响(突发性频率选择性噪声)。在这种情况下，来自较弱信道的信息通常会丢失，需要重新发射。与此相反，本文所披露的调制器将在两个不同信道上发射的信号结合起来。在图8所示的实施方式中，由预编码器矩阵p直观地显示出来。因此，一个弱信道(在角载波频率ω
δ
或ω
σ
)将影响两个复数信号(或所有四个实值信号x
0...3
，130)。选择性衰减的不利影响通过与另一个较弱的信道进行平均化而得到缓解。这种频率分集效应是本公开的主要优点之一，导致分集增益高达8db(由模拟证实)。
[0134]
根据本公开内容，频率多样性可被新型调制，特别是新型quat-am调制所利用，因为四个独立的信号被分散在两个频段上。此外，根据调制四元数α和β的选择，可以形成新的四维系列。分析叠加的qam结构，例如，显示所产生的系列可以形成二维非均匀系列(nuc)，每个qam一个nuc。对于特定的设置，甚至概率幅度整形(pas)也可以由quat-am结构产生。可以选择α＝i和β＝j，导致上层qam分支(在ω
δ
处工作)的变异qam，其中的点以不同的概率出现。即使出现含糊不清的情况，也会用第二qam来解决。在衰减信道的模拟中，已经证明了高达8...9db的分集增益。
[0135]
因此，上述讨论仅仅披露和描述了本公开的示例性实施方式。正如本领域技术人员所理解的那样，本公开的内容可以在不背离其精神或基本特征的情况下以其他具体形式体现出来。因此，本披露的内容旨在说明问题，但不限制本披露的范围以及其他权利要求。本公开内容，包括本文教义的任何容易辨认的变体，部分地界定了前述权利要求术语的范围，从而没有将创造性的主题奉献给公众。
[0136]
在权利要求中，“包括”一词并不排除其他元素或步骤，并且不确定的冠词“一”或“一个”并不排除多个。一个单一的元素或其他单位可以实现权利要求中所叙述的几个项目的功能。仅仅在相互不同的从属权利要求中叙述了某些措施这一事实并不表明这些措施的合并不能被用来发挥优势。
[0137]
就本公开的实施方式已被描述为至少部分地由软件控制的数据处理装置实现而言，将理解为承载此类软件的非暂时性机器可读介质，例如光盘、磁片、半导体存储器或类似物，也被视为代表本公开的实施方式。此外，这样的软件也可以以其他形式分发，如通过互联网或其他有线或无线电信系统。
[0138]
所公开的装置、设备和系统的元素可以通过相应的硬件和/或软件元素实现，例如适当的电路或电路。电路是电子元件的架构合并，包括传统的电路元件、包括特定应用集成电路、标准集成电路、特定应用标准产品和现场可编程门阵列的集成电路。此外，一个电路包括中央处理单元、图形处理单元和微处理器，它们根据软件代码进行编程或配置。一个电路不包括纯软件，尽管一个电路包括上述执行软件的硬件。电路或电路可以由单个设备或单元或多个设备或单元、或芯片组、或处理器实现。
[0139]
下面是所公开主题的进一步实施方式的列表。
[0140]
1.通信设备，包括电路，所述电路被配置为
[0141]
通过将输入信号的四个实值信号分量合并为转换信号，并将所述转换信号与使用两个不同的载波频率的载波信号相乘来调制四维输入信号，以获得发射信号，并且
[0142]
发射所述发射信号。
[0143]
2.根据实施方式1所定义的通信设备，
[0144]
其中，所述电路被配置为将所述输入信号的四个实值信号分量合并为输入四元数作为所述转换信号。
[0145]
3.根据实施方式2所定义的通信设备，
[0146]
其中，所述电路被配置为将四个所述实值信号分量中的一个解释为基于四元数的所述转换信号的实部，并将四个所述实值信号分量中的其余三个解释为基于四元数的所述转换信号的纯四元数部分。
[0147]
4.根据实施方式2或3所定义的通信设备，
[0148]
其中，所述电路被配置为使用第一载波频率将所述转换信号与第一四元数相量相乘作为第一载波信号，并且使用第二载波频率将第一乘法的结果与第二四元数相量相乘作为第二载波信号。
[0149]
5.根据实施方式4所定义的通信设备，
[0150]
其中，所述电路被配置为将来自一侧的所述转换信号与所述第一四元数相量相乘并且将来自另一侧的所述第一乘法的结果与所述第二四元数相量相乘。
[0151]
6.根据实施方式4或5所定义的通信设备，
[0152]
其中，所述电路被配置为将第二乘法的结果投射到四个维度中的任意一个作为发射信号。
[0153]
7.根据前述任何一个实施方式所定义的通信设备，
[0154]
其中，该电路被配置为
[0155]
将所述四维输入信号与四维预编码矩阵相乘，以获得四维预编码信号，
[0156]
使用第一载波频率与第二载波频率之间的频率差，由第一qam调制器对所述四维预编码信号的前两个信号值进行调制，并且使用所述第一载波频率与所述第二载波频率的频率和，由第二qam调制器对所述四维预编码信号的后两个信号值进行调制，并且
[0157]
将所述第一qam调制器和所述第二qam调制器的输出相加以获得所述发射信号。
[0158]
8.根据实施方式7所定义的通信设备，
[0159]
其中，所述电路被配置为将矩阵用作四维预编码矩阵
[0160][0161]
其中，
[0162]
α＝(α1α2α3)
t
；
[0163]
β＝(β1β2β3)
t
；
[0164]
γ＝(γ1γ2γ3)
t
＝α
×
β；
[0165][0166]
|α|＝|β|＝1，并且
[0167]
其中，α和β分别是来自第一四元数相量和第二四元数相量的四元数。
[0168]
9.根据实施方式8所定义的通信设备，
[0169]
其中，α和β不平行。
[0170]
10.根据前述任何一个实施方式所定义的通信设备，
[0171]
其中，该电路被配置为
[0172]
将所述四维输入信号与四维预编码矩阵相乘，以获得四维预编码信号，
[0173]
将所述四维预编码信号的四个信号值中的每一个与不同的波形信号相乘，并且
[0174]
将第二乘法的输出相加，以获得发射信号。
[0175]
11.根据实施方式10所定义的通信设备，
[0176]
其中，用于与所述四维预编码信号的四个信号值中的每一个相乘的四个所述波形信号是两个载波频率上的余弦载波和正弦载波的乘积的四种组合。
[0177]
12.根据实施方式10所定义的通信设备，
[0178]
其中，所述电路被配置为将矩阵用作所述四维预编码矩阵
[0179][0180]
其中，
[0181]
α＝(α1α2α3)
t
；
[0182]
β＝(β1β2β3)
t
；
[0183]
γ＝(γ1γ2γ3)
t
＝α
×
β；
[0184][0185]
|α|＝|β|＝1，并且
[0186]
其中，α和β分别是来自第一四元数相量和第二四元数相量的四元数。
[0187]
13.根据实施方式10所定义的通信设备，
[0188]
其中，所述电路被配置为使用两个载波频率上的余弦载波和正弦载波的乘积作为
载波信号。
[0189]
14.根据前述任何一个实施方式所定义的通信设备，其中，两个不同的所述载波频率大于所述输入信号的四个实值信号分量中的每一个的截止频率。
[0190]
15.根据前述任何一个实施方式所定义的通信设备，其中，两个不同的所述载波频率的差值的绝对值大于所述输入信号的四个实值信号分量中的每一个的截止频率。
[0191]
16.根据前述任何一个实施方式所定义的通信设备，其中，两个不同的所述载波频率的差值是零。
[0192]
17.根据前述任何一个实施方式所定义的通信设备，
[0193]
其中，电路被配置为对四个输入信号进行四次调制，以产生基于转换的实值输出信号，该转换完全由两个三维向量α＝(α1 α2 α3)t和β＝(β1 β2 β3)t定义。
[0194]
18.根据前述任何一个实施方式所定义的通信设备，
[0195]
其中，电路被配置为通过以下方式执行基于四元数的乘法调制
[0196]
将输入信号视为输入四元数，
[0197]
将所述输入四元数从左侧与四元数相乘，
[0198]
将右侧的结果与四元数相乘，并且
[0199]
将结果投射到四个维度中的任何一个。
[0200]
19.根据前述任何一个实施方式所定义的通信设备，
[0201]
其中，电路被配置为通过四个输入信号与p矩阵的线性转换执行调制，其中，所述p矩阵被定义为：
[0202]
并且
[0203]
其中，转换的结果由两个qam调制方案处理，其中载波频率为ω
σ
＝ω0+ω1和ω
δ
＝ω
0-ω1。
[0204]
20.通信设备，包括电路，该电路被配置为
[0205]-接收发射信号，并且
[0206]-通过将发射信号与使用两个不同的载波频率的载波信号相乘以获得重转换信号，并将重转换信号分解为输出信号的四个实值信号分量，将发射信号解调为四维输出信号。
[0207]
21.根据实施方式20所定义的通信设备，
[0208]
其中，该电路被配置为将作为重转换信号的输出四元数分解为输出信号的四个实值信号分量。
[0209]
22.根据实施方式21所定义的通信设备，
[0210]
其中，该电路被配置为将四个实值信号分量中的一个解释为基于四元数的重转换信号的实数部分，并将四个实值信号分量中的其余三个解释为所述基于四元数的重转换信号的纯四元数部分。
[0211]
23.根据实施方式21或22所定义的通信设备，
[0212]
其中，电路被配置为使用第一载波频率将发射信号与第一四元数相量相乘作为第一载波信号，并使用第二载波频率将第一乘法的结果与第二四元数相量相乘作为第二载波信号。
[0213]
24.根据实施方式23所定义的通信设备，
[0214]
其中，该电路被配置为将来自一侧的发射信号与第一四元数相量相乘，并将来自另一侧的第一乘法结果与第二四元数相量相乘。
[0215]
25.根据实施方式20至24中的任何一个所定义的通信设备，
[0216]
其中，该电路被配置为
[0217]-使用第一载波频率与第二载波频率之间的频率差，由第一qam解调器对发射信号进行解调，并且使用所述第一载波频率与所述第二载波频率的频率和，由第二qam解调器对发射信号进行解调，并且
[0218]-将所述第一qam解调器和所述第二qam解调器的输出与四维预编码矩阵的逆矩阵相乘以获得四维输出信号。
[0219]
26.根据实施方式25所定义的通信设备，
[0220]
其中，该电路被配置为将该矩阵作为四维预编码矩阵，
[0221][0222]
其中，
[0223]
α＝(α1α2α3)
t
；
[0224]
β＝(β1β2β3)
t
；
[0225]
γ＝(γ1γ2γ3)
t
＝α
×
β；
[0226][0227]
|α|＝|β|＝1，并且
[0228]
其中，α和β分别是来自第一和第二四元数相量的四元数。
[0229]
26.根据实施方式25所定义的通信设备。
[0230]
其中，α和β不平行。
[0231]
27.根据实施方式20至26中的任何一个所定义的通信设备，
[0232]
其中，该电路被配置为
[0233]-将发射信号并行地与每四个不同的波形信号相乘，以及
[0234]-将结果与四维预编码矩阵的逆矩阵相乘，以获得四维输出信号。
[0235]
28.根据实施方式27所定义的通信设备。
[0236]
其中，四个波形信号是在两个载波频率下的余弦载波和正弦载波的乘积的四种组合。
[0237]
29.根据实施方式27或28所定义的通信设备。
[0238]
其中，电路被配置为将该矩阵作为四维预编码矩阵，
[0239][0240]
其中，
[0241]
α＝(α1α2α3)
t
；
[0242]
β＝(β1β2β3)
t
；
[0243]
γ＝(γ1γ2γ3)
t
＝α
×
β；
[0244][0245]
|α|＝|β|＝1，并且
[0246]
其中，α和β分别是来自第一和第二四元数相量的四元数。
[0247]
30.根据实施方式27、28或29所定义的通信设备，
[0248]
其中，该电路被配置为使用两个载波频率的余弦载波和正弦载波的乘积作为载波信号。
[0249]
31.根据前述实施方式20至30中任何一个所定义的通信设备，
[0250]
其中，两个不同的载波频率大于输入信号的四个实值信号分量中每个分量的截止频率。
[0251]
32.根据实施方式20至31中任何一个所定义的通信设备，
[0252]
其中，两个不同的载波频率之差的绝对值大于输入信号的四个实值信号分量中每个分量的截止频率。
[0253]
33.根据前述实施方式20至32中任何一个所定义的通信设备。
[0254]
其中，两个不同的载波频率之差为零。
[0255]
34.根据实施方式26所定义的通信设备。
[0256]
其中，解调的结果由两个qam调制方案处理，其中载波频率为ω
σ
＝ω0+ω1和ω
δ
＝ω
0-ω1。
[0257]
35.通信方法，包括：
[0258]-通过将输入信号的四个实值信号分量合并为一个转换信号，并将该转换信号与使用两个不同的载波频率的载波信号相乘，来调制四维输入信号，以获得一个发射信号，以及
[0259]-发射发射信号。
[0260]
36.通信方法包括
[0261]-接收发射信号，以及
[0262]-通过将发射信号与使用两个不同的载波频率的载波信号相乘得到重转换信号，并将重转换信号分解为输出信号的四个实值信号分量，将发射信号解调为四维输出信号。
[0263]
37.一种非暂时性计算机可读记录介质，其中存储有计算机程序产品，该程序产品在被处理器执行时，会使根据实施方式35或36的方法得到执行。
[0264]
38.一种计算机程序，包括当所述计算机程序在计算机上执行时使计算机执行根据实施方式35或36的所述方法的步骤的程序代码装置。