專利名稱：基于移相重疊載波數(shù)字通信系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字通信領(lǐng)域。
在專利“移相重疊碼及其解碼方法”(申請(qǐng)?zhí)?0123342.4)中提出了一種新的基帶傳輸方法。首先，提出了一利移相重疊碼，其特征是gs‾(t)=Σh=1Hgs(th)=Σh=1Hfh(th)SIN2πThth;]]>重疊碼碼元是由一些子波疊加而成的合成波，其周期稱為重疊碼碼元周期T＝{Th，h＝1，2，…，H}，子波為gs(th)=fh(hh)SIN2Thth,]]>Th是T內(nèi)的一段持續(xù)期，是子波的有效期，稱為子有效期，即 h＝1，2，…，H；H是T內(nèi)的子波數(shù)，ai是幅值，i＝1，2，，…，m，Th＝T，T為基帶碼碼元周期。
對(duì)移相重疊碼的解碼方法是，在重疊周期T內(nèi)，分別對(duì)各子有效期Th(h＝1，2，…，H)內(nèi)的波做運(yùn)算Fh⟨g‾⟩=∫h∈Thg(th)‾SIN2πThthdth=Gh-------(1)]]>當(dāng)取h＝1，2，…，H時(shí)，得一線性方程組， Xl對(duì)應(yīng)于各子波的幅值，Khl是系數(shù)矩陣的元素，取值范圍是實(shí)數(shù)域。解此方程組即可得到各子波的解。
在專利“移相重疊載波數(shù)字傳輸方法”(申請(qǐng)?zhí)?1139574.5)中，提出了一種新的數(shù)字載波方法。在這一專利中，首先，定義一種新的基帶碼，稱為移相倍周期雙極性歸零多元碼，記為 其中，h＝1，2，…，H，即有H種這樣的基帶碼，其中，T為傳統(tǒng)基帶碼周期，T＝2T是移相倍周期雙極性歸零多元碼的周期，又稱為重疊周期，T0是載波的周期， 表示取下整數(shù)(去掉小數(shù)部分，只保留整數(shù)部分)， 表示取上整數(shù)(取大于該數(shù)又最靠近該數(shù)的整數(shù))。然后，分別用H種移相τh(h＝1，2，…，H)的正弦波對(duì)fh進(jìn)行載波，用式子表示為gh(2πTt-τh)=fh(2πTt-τh)sin(2πT0t-τh),,]]>再將H個(gè)載波相加得一合成的移相重疊載波g(t)=Σh=1Hgh(2πTt-τh),]]>取第一個(gè)移相倍周期雙極性歸零多元碼的周期T作為合成的移相重疊載波的一個(gè)碼元周期，稱gh(2πTt-τh)]]>為子波。
對(duì)移相重疊載波的解碼方法是，首先取出當(dāng)前周期T中的一個(gè)碼元，然后對(duì)其做如下運(yùn)算Fh⟨g~(t)⟩=∫τhnT0-τhg~(t)SIN(2πT0t-τh)dt=Gh----(3)]]>g~(t)=g(t)+n(t),]]>n(t)為噪聲，而Gh=Σh=1H(a^hi+Nhs),a^hi=chahi,ch≤1,ahi∈{a,i=1,···,m},]]>由于系統(tǒng)總可能帶來(lái)失真，使接收的信號(hào)不嚴(yán)格等于發(fā)送信號(hào)，所以有ch≤1；Nhs是n(t)一個(gè)正弦分量；當(dāng)取h＝1，2，…，H時(shí)，得一線性方程組，AX＝G，解此方程組即可得到各子波的解。
當(dāng)進(jìn)行式(1)和(3)運(yùn)算時(shí)，希望接收的波形盡量接近發(fā)送的波形，對(duì)于(1)要求信道的通帶范圍要大于0~21T,]]>這時(shí)通帶范圍落到基帶范圍；對(duì)于(3)要求信道的通帶范圍要大于(1T0-1T)~(1T0+1T);]]>當(dāng)T0＝T時(shí)，兩者統(tǒng)一，故下面的描述中不再用0~21T]]>的基帶范圍而僅用(1T0-1T)~(1T0+1T)]]>的通帶范圍。
在實(shí)際中，當(dāng)信道的通帶范圍接近(1T0-1T)~(1T0+1T)]]>時(shí)，接收到波形有一定的失真，這將影響信噪比的提高，進(jìn)而影響傳輸效率。而加大信道的通帶范圍又會(huì)降低頻帶利用率，或者根本不允許加大信道的通帶范圍。
本發(fā)明的目的是旨在提供一種系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，以保證當(dāng)信道的通帶范圍接近(1T0-1T)~(1T0+1T)]]>時(shí)，使接收到波形沒(méi)有失真。
下面是這一系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)的描述。
系統(tǒng)包括如下環(huán)節(jié)比特分配、波形發(fā)生、帶通濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換、信道、抗混疊濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、帶通濾波、逆濾波、定時(shí)分離、解碼。

圖1給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是為了描述逆濾波而對(duì)圖1的改造。圖3是為了描述逆濾波而對(duì)圖2的改造。圖1中，1號(hào)表示比特分配環(huán)節(jié)，其功能是將所要傳輸?shù)?和1組成的信息串，轉(zhuǎn)換成H個(gè)移相倍周期雙極性歸零多元碼fh(2πTt-τh)(h=1,2···,H)]]>的幅值，這些幅值送到2號(hào)環(huán)節(jié)。2號(hào)表示波形發(fā)生環(huán)節(jié)，其功能是按表達(dá)式gh(2πTt-τh)=fh(2πTt-τh)sin(2πT0t-τh)]]>和g(t)=Σh=1Hgh(2πTt-τh)]]>產(chǎn)生數(shù)字化的合成的移相重疊載波，合成的移相重疊載波送到3號(hào)環(huán)節(jié)。3號(hào)表示帶通濾波環(huán)節(jié)(當(dāng)T0＝T時(shí)，就是低通濾波)，其功能是使發(fā)送信號(hào)的頻譜限制在規(guī)定的頻帶內(nèi)，被限帶了信號(hào)送到4號(hào)環(huán)節(jié)。4號(hào)表示數(shù)模轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，其功能是將數(shù)字化的合成的移相重疊載波轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬波形，模擬波送到5號(hào)環(huán)節(jié)。5號(hào)表示信道環(huán)節(jié)，其功能是傳輸信號(hào)。在傳送到接收端前會(huì)有噪聲加入，6號(hào)表示信號(hào)和噪聲疊加環(huán)節(jié)。7號(hào)表示噪聲，它和5號(hào)輸出的信號(hào)一起被加到6號(hào)環(huán)節(jié)。加上噪聲的信號(hào)由6號(hào)環(huán)節(jié)送到8號(hào)環(huán)節(jié)。8號(hào)表示抗混疊濾波環(huán)節(jié)，其功能是限制由6號(hào)環(huán)節(jié)送來(lái)的混有噪聲的信號(hào)的帶寬，以適應(yīng)后續(xù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)對(duì)采樣頻率的要求。9號(hào)表示模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，其功能是將8號(hào)環(huán)節(jié)來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并送到10號(hào)環(huán)節(jié)。10號(hào)表示帶通濾波環(huán)節(jié)，其功能是將噪聲的帶寬也限制在信號(hào)的帶寬內(nèi)，顯然10號(hào)的帶通濾波應(yīng)與3號(hào)的帶通濾波具有相同的帶寬。11號(hào)表示逆濾波環(huán)節(jié)，其功能是將已失真的波形恢復(fù)到發(fā)送的原始波形(逆濾波的方法在下面描述)。在11號(hào)環(huán)節(jié)被恢復(fù)的波形分別送到12和13號(hào)環(huán)節(jié)。13號(hào)表示定時(shí)分離環(huán)節(jié)，其功能是從在11號(hào)環(huán)節(jié)被恢復(fù)的波形中分離出碼元周期，使用的方法是整流后通過(guò)窄帶濾波，從而提取信號(hào)SIN(22πT0-τ1),]]>進(jìn)而計(jì)算出T和T。12號(hào)表示解碼環(huán)節(jié)，它接收經(jīng)11號(hào)環(huán)節(jié)被恢復(fù)的波形，并根據(jù)由13號(hào)環(huán)節(jié)送來(lái)的定時(shí)信號(hào)取出周期為T(mén)＝2T的當(dāng)前碼元，并對(duì)其解碼，解碼采用前述的“移相重疊碼載波數(shù)字傳輸方法”的解碼方法。
下面對(duì)逆濾波的方法加一描述為描述逆濾波的方法，要對(duì)圖1做某些變換。①移動(dòng)噪聲加入點(diǎn)的位置根據(jù)線性系統(tǒng)的性質(zhì)可以將噪聲先經(jīng)過(guò)8、9環(huán)節(jié)后再加到6號(hào)環(huán)節(jié)，而信號(hào)也先經(jīng)過(guò)8、9環(huán)節(jié)后再加到6號(hào)環(huán)節(jié)，即將6號(hào)環(huán)節(jié)從8、9環(huán)節(jié)前移到其后(見(jiàn)圖2)；②12號(hào)的解碼環(huán)節(jié)和13號(hào)的定時(shí)分離環(huán)節(jié)是在逆濾波之后，對(duì)分析逆濾波可以不考慮；③由于逆濾波的目的是恢復(fù)發(fā)送的波形，所以1號(hào)環(huán)節(jié)對(duì)分析逆濾波的方法不起作用，故可省略。經(jīng)過(guò)①②③三步，圖1可改造成圖2。④對(duì)于噪聲，8號(hào)的抗混疊濾波環(huán)節(jié)只起限制頻帶寬的作用，9號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)將噪聲數(shù)字化，而逆濾波是數(shù)字化的，所以8和9號(hào)環(huán)節(jié)在逆濾波的分析中可以省去。⑤同理，對(duì)于信號(hào)，8和9號(hào)環(huán)節(jié)也可以省去。⑥還是基于同樣道理，4號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)也可省去。于是，圖2又可改造為圖3。圖中將3、5號(hào)環(huán)節(jié)合成一個(gè)環(huán)節(jié)，用虛線框表示，并注為14號(hào)，其頻域表示是H(f)，H(f)＝Hl1(f)Hc(f)，Hl1(f)是3號(hào)環(huán)節(jié)代表的發(fā)送端帶通濾波器的傳遞函數(shù)，Hc(f)是5號(hào)環(huán)節(jié)代表的信道傳遞函數(shù)。10號(hào)是接收端的帶通濾波，其頻域表示的傳遞函數(shù)是Hl2(f)，11號(hào)是接收端的逆濾波，其頻域表示是H-1(f)。令H(f)＝H(f)Hl2(f)，則H-1(f)=1H‾(f)]]>。于是信號(hào)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的過(guò)程可表示為g~(f)=g(f)H‾(f)H-1(f)+n(f)H12(f)H-1(f)=g(f)+n~(f)]]>。其中，g(f)是由2號(hào)環(huán)節(jié)發(fā)出的原始信號(hào)g(t)頻域表示，n(f)是由7號(hào)環(huán)節(jié)發(fā)出的噪聲n(t)的頻域表示。信號(hào)經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)逆濾波又恢復(fù)到原始信號(hào)，而噪聲經(jīng)過(guò)逆濾波，由n(f)變?yōu)?本發(fā)明的積極效果是1、為“移相重疊碼載波數(shù)字傳輸方法”的實(shí)現(xiàn)提出了一種系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)。2、在這一結(jié)構(gòu)中，用逆濾波器來(lái)保證在接收端得到最接近原始信號(hào)的波形，從而有利于信噪比的提高。
下面是一個(gè)實(shí)施例用本發(fā)明的方法在用戶服務(wù)區(qū)環(huán)路(CSA Loops)實(shí)現(xiàn)無(wú)回波抵消(Non-EC)的非對(duì)稱用戶環(huán)路(ADSL)下行傳輸。
環(huán)節(jié)5的信道模型由傳遞函數(shù)|Hc(f)|2=e-2dξf]]>給出，線規(guī)是24AWG，d＝1200ft，ξ＝9×10-7；
噪聲為10個(gè)對(duì)稱用戶環(huán)路(HDSL)的近端串?dāng)_(NEXT)和10個(gè)非對(duì)稱用戶環(huán)路(ADSL)遠(yuǎn)端串?dāng)_(FEXT)。
信號(hào)g(t)=Σh=1Hgh(2πTt-τh)]]>gh(2πTt-τh)=fh(2πTt-τh)sin(2πT0t-τh)]]>設(shè)H＝8，(τh-τh-1)＝(2T-2T0)/8，h＝1，2，…，8，τ1＝0，1/T0＝640KHz，1/T＝400KHz，即載波中心頻率是640KHz。
3號(hào)和10環(huán)節(jié)表示的帶通濾波用下式描述Hl1(t)=Hl2(f)=1p2+2p+1,p=-f2+f1f3jf(f3-f1),]]>f1，f3分別為帶通濾波器的下上截至頻率。
11號(hào)環(huán)節(jié)的逆濾波器濾波器H-1(f)＝1/[Hl1(f)Hl2(f)Hc(f)]在計(jì)算機(jī)上用Matlab語(yǔ)言進(jìn)行模擬。根據(jù)信噪比情況，每個(gè)波取8比特(即各子波有28＝512種可能的幅值)，重疊波的比特?cái)?shù)為8×8＝64比特(bit)，1/T＝200KHz，即波特率為200K。可獲得12.8Mbps(每秒比特)的傳輸率)。
參考文獻(xiàn)[1] John G.，《DIGITAL COMMUNICATIONS》，3th edition，McGraw-Hill，Inc.New York，1995[2] Walter Y.Chen，DSL Simulation Techiques and Standards Development for DigitalSubscriberLine Systems，Macmillan Technical Publishing，Indianapolis，Indiana[3] 中國(guó)專利“移相重疊碼及其解碼方法”(申請(qǐng)?zhí)?0123342.4)[4] 中國(guó)專利“移相重疊載波數(shù)字傳輸方法”(申請(qǐng)?zhí)?1139574.5)
權(quán)利要求
1.一種移相重疊載波數(shù)字通信系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，其特征是在發(fā)送端，將移相重疊載波信號(hào)經(jīng)帶通濾波后送上信道，在信道上被疊加上噪聲，在接收端接收到混有噪聲的信號(hào)后，先經(jīng)帶通濾波器后再經(jīng)逆濾波器，然后再解碼。
2.如權(quán)利要求1所說(shuō)的帶通濾波器，其特征是在發(fā)送端的帶通濾波器Hl1(f)和接收端的帶通濾波器Hl2(f)具有相同的通帶特性，其通帶范圍是(1T0-1T)~(1T0+1T),]]>其中T0為載波的周期，T＝2T為移相倍周期雙極性歸零多元碼的周期，即中心頻率為 ，帶寬為 。當(dāng)T0＝T時(shí)，帶通濾波器就轉(zhuǎn)換成低通濾波器。
3.如權(quán)利要求1所說(shuō)的逆濾波器，其特征是其在頻域中的表示是H-1(f)。令H(f)＝H(f)Hl2(f)，其中H(f)＝Hl1(f)Hc(f)，則H-1(f)=1H‾(f)]]>。其中，Hc(f)是信道傳遞函數(shù)的頻域表示。于是信號(hào)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的過(guò)程可表示為g~(f)=g(f)H‾(f)H-1(f)+n(f)Hl2(f)H-1(f)=g(f)+n~(f)]]>其中，g(f)是由發(fā)送端發(fā)出的原始信號(hào)g(t)在頻域中的表示，n(f)是通過(guò)信道時(shí)加上的噪聲n(t)在頻域中的表示。信號(hào)經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)逆濾波又恢復(fù)到原始信號(hào)，而噪聲經(jīng)過(guò)逆濾波，由n(f)變?yōu)?br> 4.如權(quán)利要求1所說(shuō)的在逆濾波后的解碼，其特征是用專利“移相重疊載波數(shù)字傳輸方法”提供的方法進(jìn)行解碼，即首先對(duì)接收到的數(shù)字化的信號(hào)取出當(dāng)前碼元，對(duì)其做如下運(yùn)算Fh⟨g~(t)⟩=∫τhnT-τhg~(t)SIN(2πT0t-τh)dt=Gh------(1)]]> 為 的時(shí)域表示Gh=Σh=1H(a^hi+Nhs),a^hi=chahi,ch≤1,ahi,∈{ai,i=1,···,m},]]>Nhs是n(t)一個(gè)正弦分量；當(dāng)取h＝1，2，…，H時(shí)，得一線性方程組AX＝G，解此線性方程組即可解碼。當(dāng)T0＝T時(shí)，就是專利“移相重疊碼及其解碼方法”提供的解碼方法。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種移相重疊載波數(shù)字通信系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)在發(fā)送端，傳輸移相重疊載波經(jīng)帶通(或低通)濾波器后送上信道，在信道上疊加上噪聲，在接收端接收到混有噪聲的信號(hào)后，先經(jīng)帶通(或低通)濾波器后再經(jīng)逆濾波器，然后再解碼。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以最大限度地發(fā)揮移相重疊載波方法的優(yōu)良傳輸特性。
文檔編號(hào)H04L25/38GK1435961SQ0210263
公開(kāi)日2003年8月13日 申請(qǐng)日期2002年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月29日
發(fā)明者梁德群, 梁蔚華 申請(qǐng)人:梁德群, 梁蔚華