本申請(qǐng)要求2014年1月7日提交的題為“NuSine”的專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)61/924,304和2014年12月18日提交的題為“Combined Amplitude-Time and Phase Modulation”的專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)14/574,577的優(yōu)先權(quán)，這兩者通過(guò)引用以其整體并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及數(shù)據(jù)傳輸，并且更具體地涉及提供增加的傳輸速率的正弦波調(diào)制技術(shù)。

背景技術(shù)：

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸通常通過(guò)修改波振幅、頻率和相位的特性屬性中的一個(gè)或多個(gè)以調(diào)制被用作載波的正弦波從點(diǎn)到點(diǎn)完成。

正弦波振幅調(diào)制已經(jīng)典地通過(guò)直接改變關(guān)系到要被發(fā)射的源的作為載波的正弦波的振幅來(lái)實(shí)現(xiàn)。典型的信號(hào)正弦波通過(guò)其振幅、頻率和相位表征。正弦波被用于通過(guò)不同媒體傳輸數(shù)據(jù)。對(duì)于振幅調(diào)制(AM)無(wú)線電，廣播載波(正弦)波利用聲音被調(diào)制，并且簡(jiǎn)單的AM接收器可以利用二極管將聲音從載波信號(hào)中分離，通過(guò)揚(yáng)聲器放大并播放聲音。AM無(wú)線電受到信號(hào)噪聲副產(chǎn)物的影響，所述信號(hào)噪聲副產(chǎn)物限制信號(hào)的范圍、質(zhì)量和可靠性。通常，對(duì)純正弦波的調(diào)制或其他改變將導(dǎo)致包括諧波、邊帶、反射以及電磁干擾的副產(chǎn)物。

作為載波的正弦波的直接調(diào)制產(chǎn)生難以濾波的顯著噪聲。頻率調(diào)制技術(shù)已典型地通過(guò)改變波的瞬時(shí)頻率以在作為載波的正弦波上編碼信息來(lái)實(shí)現(xiàn)。相位調(diào)制技術(shù)已典型地通過(guò)載波瞬時(shí)相位的變化在作為載波的正弦波上編碼信息來(lái)實(shí)現(xiàn)。

混合調(diào)制方案已得到發(fā)展并且包括QAM、SM和SSB。這些建立的混合調(diào)制方案改進(jìn)了數(shù)據(jù)傳輸，但仍受到降低實(shí)際傳輸速率并使用額外的頻譜資源的顯著噪聲和其他調(diào)制副產(chǎn)物的影響。

因此，在數(shù)據(jù)的波調(diào)制編碼中尋求改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的方法將在下面詳細(xì)討論，一般地，本發(fā)明提供能提供新穎的調(diào)制技術(shù)，所述調(diào)制技術(shù)提供顯著增強(qiáng)的信噪比(即，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能量除以(over)信道噪聲能量)、降低的帶寬需求、在以給定的誤碼率(BER)恢復(fù)數(shù)據(jù)中提高的抗噪聲性以及改進(jìn)的調(diào)制過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制。

與現(xiàn)有調(diào)制方法/技術(shù)相比，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制提供數(shù)據(jù)傳輸速率的顯著增加。該新技術(shù)可以被應(yīng)用到任何頻率和大多數(shù)現(xiàn)有的有線和無(wú)線電信基礎(chǔ)設(shè)施。

本發(fā)明特征的一個(gè)方面，在一些實(shí)施例中，用于編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方法包括生成用于在0相位處傳輸?shù)恼也?；限制?lái)自峰值和過(guò)零相位的多個(gè)附加波傳輸；在可變非受限相位期間生成至少一個(gè)附加正弦波；通過(guò)振幅-時(shí)間調(diào)制的失真使一個(gè)或多個(gè)正弦波失真以編碼數(shù)字信息；以及在正弦波失真期間通過(guò)振幅-時(shí)間調(diào)制編碼1至n的位內(nèi)容。

在一些實(shí)施例中，該方法包括在周期內(nèi)以密度1到n發(fā)射相移的正弦波。

在一些實(shí)施例中，該方法包括從正弦波振幅的相位變化失真解碼數(shù)字信息。

在一些實(shí)施例中，振幅-時(shí)間調(diào)制的失真通過(guò)保持正弦波的振幅達(dá)短時(shí)段和最低限度地延遲正弦波的振幅達(dá)短時(shí)段中的至少一個(gè)來(lái)完成。

在一些實(shí)施例中，正弦波的振幅-時(shí)間調(diào)制的失真接近正弦波上的階梯。

在一些實(shí)施例中，該方法包括將數(shù)據(jù)值和控制信息中的一個(gè)編碼為正弦波中的一個(gè)的相移。在一些實(shí)施例中，相移指示以下中的一個(gè)或多個(gè)：調(diào)制取向反演；最高有效位(MSB)的位置反演；數(shù)據(jù)位位置的預(yù)定義格式化；以及針對(duì)符號(hào)的附加數(shù)據(jù)位的表示。

在一些實(shí)施例中，正弦波的一個(gè)或多個(gè)的振幅分量和相位分量相互正交地被發(fā)送。

在一些實(shí)施例中，該方法包括求和正弦波、轉(zhuǎn)換正弦波和發(fā)射正弦波。在一些實(shí)施例中，該方法包括接收正弦波并從正弦波破譯數(shù)字信息。

本發(fā)明特征的另一個(gè)方面，在一些實(shí)施例中，提供一種用于在正弦波上編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括發(fā)生器電路，其被配置為生成正弦波；控制器/計(jì)數(shù)器電路，其被配置為限制來(lái)自峰值和過(guò)零相位的可變波傳輸，并且在非受限相位期間生成可變波傳輸；控制器/延遲電路，其被配置為使正弦波的振幅-時(shí)間調(diào)制失真以在周期內(nèi)利用1到n的位內(nèi)容編碼數(shù)字信息；求和電路，其被配置為將第一正弦波與可變相移正弦波求和成合成正弦波；上變頻電路，其被配置為轉(zhuǎn)換合成正弦波用于傳輸；以及前端電路，其被配置為發(fā)射合成正弦波。

在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括下變頻電路，其被配置為從合成正弦波解碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

在一些實(shí)施例中，控制器/延遲電路被配置為延遲波相位以產(chǎn)生正弦波的振幅-時(shí)間失真。在一些實(shí)施例中，正弦波的振幅-時(shí)間失真表現(xiàn)為波特征(signature)中的階梯。

在一些實(shí)施例中，控制器/計(jì)數(shù)器電路被配置為沿正弦波在預(yù)定相位位置時(shí)段處產(chǎn)生多個(gè)正弦波載波1到n。

本發(fā)明特征的另一個(gè)方面，在一些應(yīng)用中，提供一種用于組合正弦波的振幅-時(shí)間調(diào)制和可變相位調(diào)制的調(diào)制方法。振幅-時(shí)間調(diào)制通過(guò)正弦波振幅的小相位變化失真避免傳統(tǒng)調(diào)制技術(shù)表現(xiàn)出的大多數(shù)假(spurious)發(fā)射。在一些實(shí)施方式中，振幅-時(shí)間調(diào)制被描述為基于小的每位修改的階梯-門(mén)廊(step-porch)失真，所述小的每位修改表現(xiàn)為在振幅-時(shí)間調(diào)制期間對(duì)正弦波的階梯或門(mén)廊狀的相位改變。

由于噪聲和其他調(diào)制副產(chǎn)物，傳統(tǒng)調(diào)制方案通常被限制到每周期小數(shù)量的信息的位。相比之下，振幅-時(shí)間調(diào)制能夠是每周期1到n位，n僅受通信硬件設(shè)備的體系結(jié)構(gòu)以及峰值和交叉相位限制。n位的每個(gè)集合可以包含位于每個(gè)波的集相位角處的位集。此外，利用振幅-時(shí)間調(diào)制的降低噪聲特征每周期更多的位可以被發(fā)射。一般地，“零”值位通過(guò)正弦波值沒(méi)有變化來(lái)表示，“一”值位通過(guò)在波上的指定位置處(稍微地)增大或減小正弦波振幅來(lái)表示。經(jīng)典的編碼技術(shù)諸如反向(invert)交替位和自適應(yīng)改變也可以被應(yīng)用到振幅-時(shí)間調(diào)制。

振幅-時(shí)間調(diào)制與降低噪聲的組合可以增加可變相移的信號(hào)的密度并允許多個(gè)正弦載波1到n沿正弦波被放置在預(yù)定相位位置時(shí)段(period)。放置可以在波上的任意位置處，其中n的值取決于例如設(shè)備硬件體系結(jié)構(gòu)、峰值和交叉相位以及時(shí)鐘速度。正弦波的可變相位調(diào)制的添加可以被實(shí)施以在傳輸內(nèi)增加數(shù)據(jù)內(nèi)容?？勺兿辔徽{(diào)制數(shù)據(jù)還可以有助于附加數(shù)據(jù)位和/或控制位以在給定帶寬內(nèi)提高傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量和安全性。

振幅-時(shí)間調(diào)制的正弦波與(多個(gè))可變相位正弦波的1到n度相結(jié)合以形成用于通信目的的合成信號(hào)波。合成信號(hào)波可以在大多數(shù)任意形式的通信系統(tǒng)上被格式化、調(diào)制和發(fā)射。然后，合成信號(hào)波可以被解調(diào)并被破譯為典型的通信數(shù)據(jù)。有線和無(wú)線通信系統(tǒng)的任意組合可以受益于相位-振幅-時(shí)間調(diào)制技術(shù)。

相位-振幅-時(shí)間調(diào)制可以利用列表和查找表與經(jīng)典的電子硬件并且與不同的應(yīng)用中的定制設(shè)備或軟件解決方案一起被采用。

因此，公開(kāi)的相位-振幅-時(shí)間調(diào)制技術(shù)提供顯著增強(qiáng)的信噪比、降低的帶寬需求、增加的抗噪性和改進(jìn)的調(diào)制過(guò)程的控制。

附圖說(shuō)明

當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)參考詳細(xì)的描述和權(quán)利要求可以獲得對(duì)本發(fā)明的更完全的理解，并且：

圖1示出具有通過(guò)振幅-時(shí)間調(diào)制(ATM)編碼的數(shù)字信息的正弦波；

圖2示出正周期ATM編碼選項(xiàng)；

圖3示出負(fù)周期ATM編碼選項(xiàng)；

圖4示出每符號(hào)8位ATM信號(hào)；

圖5示出ATM信道和相位調(diào)制信道信號(hào)之間的關(guān)系；

圖6示出結(jié)合ATM和相位調(diào)制信號(hào)的組合器；

圖7示出用于產(chǎn)生調(diào)制正弦波載波信號(hào)的調(diào)制器電路的框圖；

圖8是用于傳遞正弦波載波信號(hào)的頻率上變頻器的框圖；

圖9是用于傳遞正弦波載波信號(hào)的頻率下變頻器的框圖；

圖10是調(diào)制器電路的框圖，該調(diào)制器電路設(shè)有單獨(dú)調(diào)制的正弦波載波與輸出混合在一起以形成合成信號(hào)波；

圖11是用于從調(diào)制正弦波提取編碼信息的解調(diào)器電路的框圖；

圖12是具有n-多個(gè)相調(diào)制流的解調(diào)器電路的框圖；

圖13是具有振幅-時(shí)間編碼的發(fā)射/接收通信系統(tǒng)的圖；

圖14是用于實(shí)施用于產(chǎn)生合成信號(hào)波的軟件可配置方法的接口電路的框圖；

圖15示出現(xiàn)有技術(shù)QAM 256星座；

圖16示出現(xiàn)有技術(shù)QAM 1024星座；以及

圖17示出被配置為指定象限值和振幅-時(shí)間信道以便為每一個(gè)象限提供8位數(shù)據(jù)值的相位信道的實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

以下描述僅為本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并不旨在限制本發(fā)明的范圍、適用性或配置。相反，以下描述旨在為實(shí)施本發(fā)明的各種實(shí)施例提供方便性說(shuō)明。如將變得明顯的，可以對(duì)這些實(shí)施例中描述的元件的功能和布置進(jìn)行各種改變而不背離如本文闡明的本發(fā)明的范圍。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在此的描述可以適合于與具有不同的組件、調(diào)制/解調(diào)機(jī)構(gòu)等的可替代地配置的設(shè)備使用，并且仍落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，在此詳細(xì)的描述為說(shuō)明目的而非限制性被呈現(xiàn)。

說(shuō)明書(shū)中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”的引用旨在表明結(jié)合實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在說(shuō)明書(shū)中不同位置處出現(xiàn)“在一個(gè)實(shí)施例中”或“實(shí)施例”短語(yǔ)不一定全部指同一實(shí)施例。

根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，正弦波的相位-振幅-時(shí)間調(diào)制提供了降低噪聲和增加數(shù)據(jù)密度。本發(fā)明可以用于有效地編碼用于通過(guò)通信系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

參考圖1，示出低失真數(shù)字合成正弦波，其中通過(guò)使用由數(shù)據(jù)流中存在或不存在數(shù)據(jù)位表征的階躍函數(shù)在該正弦波上施加或編碼數(shù)據(jù)。數(shù)字信息可以通過(guò)顯示為階梯-門(mén)廊型波失真的振幅-時(shí)間調(diào)制進(jìn)行編碼。在不同的實(shí)施例中，該階躍函數(shù)被稱(chēng)為振幅-時(shí)間調(diào)制(“ATM”)或該ATM分量。與傳統(tǒng)的AM信號(hào)相比，編碼信息的階梯-門(mén)廊失真減輕信號(hào)失真。減少失真的額外益處包括較大字長(zhǎng)(1到n)、每周期更多數(shù)據(jù)以及可用頻譜的有效使用。

代表性的正弦波可以使用被施加在數(shù)模轉(zhuǎn)換器上的正弦查找表來(lái)生成。

在此描述的新穎的調(diào)制技術(shù)被稱(chēng)作相位-振幅-時(shí)間調(diào)制。相位-振幅-時(shí)間調(diào)制進(jìn)一步提出變化相位正交信號(hào)(“相位分量”)，其允許在該信號(hào)上實(shí)例化的數(shù)據(jù)通過(guò)用戶(hù)是可編程的。因此，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制可以在ATM分量和相位分量方面描述。

相位-振幅-時(shí)間調(diào)制中的主數(shù)據(jù)信道是ATM調(diào)制正弦波或ATM分量。在電信中，每個(gè)周期通常被稱(chēng)為“符號(hào)”。雖然使用ATM在該信道上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)每符號(hào)16位的數(shù)據(jù)速率，但是隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，更高的數(shù)據(jù)速率被預(yù)期。ATM調(diào)制的取向或數(shù)據(jù)位在ATM正弦波上被表示的方式是由用戶(hù)完全可編程的。圖2和圖3示出可以選擇性地表示數(shù)據(jù)值1或0的選項(xiàng)。再次，每個(gè)符號(hào)的位的數(shù)量(從1到n)是可變的并由用戶(hù)可選擇的，如同數(shù)據(jù)的位置和方向。

在接收器處，n位字的原始位可以接著從正弦波分離，其中代表0和1數(shù)據(jù)位的峰和谷由前導(dǎo)碼或控制字指令控制。除了每符號(hào)(周期)位的取向和數(shù)量外，位在周期上的位置，即位駐留在波上的角度)也是可編程的。該原始數(shù)據(jù)可以被歸一化、調(diào)節(jié)(conditioned)和適當(dāng)存儲(chǔ)。

參考圖4，ATM位取向可以被選擇以表示要被編碼的值。相關(guān)聯(lián)的接收器可以被通知該配置以正確地確定預(yù)期值。最后，ATM調(diào)制在每個(gè)位置處的持續(xù)時(shí)間也是可編程的。注意，位持續(xù)時(shí)間可能不與后續(xù)位的開(kāi)始交疊。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到相位-振幅-時(shí)間調(diào)制的相位分量的描述，不像包含實(shí)際數(shù)據(jù)值的ATM信道/分量，相位信道/分量是數(shù)據(jù)值或控制信息的“表示”。在相位-振幅-時(shí)間調(diào)制方案中的該信道通過(guò)求和(sum)兩個(gè)波向ATM信道引入相移來(lái)創(chuàng)建。該附加信道允許相移值用作向符號(hào)添加附加數(shù)據(jù)位或在發(fā)送器和接收器之間關(guān)于ATM信道數(shù)據(jù)的形式發(fā)送控制信號(hào)的方式。因此，相位信道分量使能動(dòng)態(tài)可控物理層調(diào)制。例如，特定相移的引入可以向接收器指示隨后的ATM信道調(diào)制將指示：調(diào)制的取向?qū)⒈环聪蛑钡竭M(jìn)一步通知；最高有效位(MSB)的位置將與當(dāng)前配置相反(opposite)直到進(jìn)一步通知；數(shù)據(jù)位位置將被改變?yōu)轭A(yù)定義形式直到進(jìn)一步通知；用戶(hù)創(chuàng)建的自定義配置將生效直到進(jìn)一步通知；或未來(lái)相位信息將表示符號(hào)的附加數(shù)據(jù)位直到進(jìn)一步通知。

在一些實(shí)施例中，調(diào)制的相位信道特性的控制的動(dòng)態(tài)性質(zhì)甚至可以被用于動(dòng)態(tài)改變每個(gè)包邊界(packet boundary)或甚至每個(gè)符號(hào)上的調(diào)制特性。

由該信道表示的數(shù)據(jù)位的數(shù)量將是配置從屬的，例如，取決于相位信道分成四個(gè)可能值，移動(dòng)45°、90°、135°和180°。在這個(gè)用例中，用戶(hù)可以每個(gè)符號(hào)添加兩個(gè)附加數(shù)據(jù)位，45°＝00，90°＝01，135°＝10以及180°＝11。這些位在同一符號(hào)期間被檢測(cè)并被添加到在ATM信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。顯然，更多可能的相位值允許更多的數(shù)據(jù)位。

該信道也可以用作同步利用表示數(shù)據(jù)字節(jié)、字或者甚至包的開(kāi)始或結(jié)束的特定移動(dòng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的裝置。和其他調(diào)制技術(shù)一樣，這通過(guò)不需要擴(kuò)展的前導(dǎo)碼控制位而允許更大實(shí)際數(shù)據(jù)有效負(fù)載效率被發(fā)送以協(xié)調(diào)傳輸。這些各種特征的實(shí)施方式可以創(chuàng)建自定義的專(zhuān)有協(xié)議或滿(mǎn)足獨(dú)特的應(yīng)用需求。這種性能在利用該技術(shù)的系統(tǒng)的有效數(shù)據(jù)速率中創(chuàng)造了額外的益處。

參考圖5，示出了ATM信道和相位信道之間的關(guān)系，其中相位信道與ATM信道正交(90°異相)。這兩個(gè)波的值被獨(dú)立編碼。相位信道的相位和振幅特性的組合反映給定符號(hào)的數(shù)據(jù)/控制信息。

參考圖6，符號(hào)編碼的組合數(shù)據(jù)值被稱(chēng)為復(fù)合調(diào)制信號(hào)。圖4表示由該技術(shù)創(chuàng)建的兩個(gè)信道。上信道為ATM(振幅時(shí)間調(diào)制)信道。這是主數(shù)據(jù)信道。這使用在圖1、圖2和圖3中描述的調(diào)制的存在或不存在在該數(shù)據(jù)信道上編碼每個(gè)符號(hào)1到n數(shù)據(jù)位。

下信道為相位信道。此信道為該技術(shù)添加附加位和/或控制位。相位信道的相位和/或振幅被調(diào)制以表示在信號(hào)上被編碼的期望信息或數(shù)據(jù)位。相位調(diào)制和振幅調(diào)制的組合用來(lái)表示在該信道上的n個(gè)值。在該信道上每個(gè)符號(hào)的位的數(shù)量受限于發(fā)射電路和接收電路快速響應(yīng)足以創(chuàng)建和識(shí)別被編碼/解碼的數(shù)據(jù)值的能力。

兩個(gè)信道相互正交，或換句話(huà)說(shuō)，相互90°異相。這兩個(gè)信號(hào)的組合產(chǎn)生復(fù)合信號(hào)，所述復(fù)合信號(hào)包含從發(fā)射設(shè)備到接收設(shè)備的傳輸數(shù)據(jù)和/或控制。

在一些實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)可以單獨(dú)在ATM信道中被編碼，即在相位信道上有00相移或0位數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)而描述相位-振幅-時(shí)間調(diào)制信號(hào)的傳輸?shù)膶?shí)施方式，調(diào)制正弦波被發(fā)送到增益塊以產(chǎn)生諧波分量，例如，在3dB壓縮點(diǎn)處。該塊作為軟(soft)混頻器，其混合數(shù)據(jù)速率和正弦載波速率以在載波的第三、第五、第七諧波處產(chǎn)生能量。

相位-振幅-時(shí)間調(diào)制技術(shù)的另一個(gè)獨(dú)特特性為信號(hào)可以主要使用諧波及其AM和PM分量被發(fā)射。所產(chǎn)生的信號(hào)能量通過(guò)以諧波分量頻率為中心的帶通濾波器。除諧波之外的所有波被濾除，因?yàn)檫@是具有AM和PM鋸齒能量分量的必需恢復(fù)傳輸信息的頻譜。這些分量在同一個(gè)時(shí)隙中彼此互補(bǔ)并且彼此對(duì)稱(chēng)相反。

現(xiàn)如今使用的常規(guī)調(diào)制形式通常為帶內(nèi)或邊帶能量產(chǎn)生，即產(chǎn)生的能量連同產(chǎn)生的噪聲和其它副產(chǎn)物一起在信道中。這通常導(dǎo)致SNR或Eb/No的降低。

相比之下，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制幾乎不產(chǎn)生帶內(nèi)噪聲產(chǎn)物，因?yàn)槠渲饕褂妙l譜的諧波部分中的能量。所有的邊帶和載波能量被以諧波頻率為中心的帶通濾波器移除。例如，如果載波頻率為100kHz并且具有每縱坡(vertical slope)9位(或階梯(step))，該數(shù)據(jù)速率將是載波速率的18倍或1.8Mb/s。能量的高斯分布集中(concentration)在諧波頻率處被產(chǎn)生并具有單位值振幅和相位，以位速率交叉(crossing)。然后，利用DSP(數(shù)字信號(hào)處理)引擎或等效電路實(shí)施方式解調(diào)該能量，所述DSP(數(shù)字信號(hào)處理)引擎或等效電路實(shí)施方式被配置為充當(dāng)針對(duì)ATM信道和相位信道的相位和振幅檢測(cè)器。

理論噪底極限(被認(rèn)為kTB)在室溫下對(duì)于100kHz是-124dBm，但是數(shù)據(jù)的峰值功率實(shí)際上是-70dBm。這產(chǎn)生大于50dB RMS的SNR。

注意：對(duì)于10e-8的BER，該數(shù)據(jù)速率將通常需要接近100dB的Eb/No。然而，由于相位-振幅-時(shí)間調(diào)制不產(chǎn)生信道內(nèi)噪聲或假象(artifacts)并僅發(fā)送差異數(shù)據(jù)位，其需要小于70dB Eb/No。

轉(zhuǎn)而描述相位-振幅-時(shí)間調(diào)制信號(hào)的接收，諧波載波(即諧波自身)加上載波附近相關(guān)聯(lián)的能量被輸入正交檢測(cè)器。這可以通過(guò)使用在本地振蕩器中具有90°相移的一對(duì)雙平衡混頻器，創(chuàng)建IQ解調(diào)器來(lái)完成。鎖定由諧波的值分開(kāi)的諧波上的本地振蕩器，我們現(xiàn)在具有從IQ解調(diào)器或雙平衡混頻器的正交和輸入端口產(chǎn)生的時(shí)隙數(shù)據(jù)信息。當(dāng)相位分量和振幅分量相互交叉時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)是否已被反向輸出“1”或“0”。

配置檢測(cè)器的另一種方法是獲取載波的原始頻率，將其輸入到雙平衡混頻器，并且以相同的頻率輸入在本地振蕩端口中無(wú)數(shù)據(jù)的另一個(gè)正弦波。由于雙平衡混頻器的輸出數(shù)據(jù)是這兩個(gè)載波之間的差，所以這種配置充當(dāng)差分檢測(cè)器。因此在這些載波的任何一個(gè)中的任何相移或振幅移動(dòng)都可以用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)流。載波和邊帶分量可以被丟棄，從而減小噪聲和頻譜需求。在該實(shí)施方式中，僅使用針對(duì)第一組載波的諧波失真分量。如果一個(gè)以上的正弦波被傳遞流，僅一個(gè)正弦波被用作時(shí)鐘，例如，通常為頂部或底部正弦波。

在多信道環(huán)境中，僅一個(gè)諧波被發(fā)送。雖然本文依據(jù)第三諧波描述一些示例，任何合適的諧波可以被使用。如果信號(hào)全部在同一相位處開(kāi)始，一個(gè)信號(hào)可以被用于全部信道的幀時(shí)鐘，如同在ATM模式中當(dāng)信號(hào)再次相干時(shí)。因此相位-振幅-時(shí)間調(diào)制更有效地從單信道移動(dòng)到多信道使用。

相位-振幅-時(shí)間調(diào)制技術(shù)的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是在給定的帶寬內(nèi)傳播比現(xiàn)有技術(shù)更多信息的能力。目前，調(diào)制的商業(yè)可用形式可以通過(guò)現(xiàn)有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)大約10位每赫茲。傳統(tǒng)調(diào)制技術(shù)通常犧牲誤碼率來(lái)提高每赫茲的信息速率，其中行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求大約10的-8次方誤碼率(BER 10e-8)。

圖7是用于產(chǎn)生調(diào)制正弦載波信號(hào)的控制器電路/延遲電路或調(diào)制器電路的框圖。顯示的框圖是用于實(shí)施振幅-時(shí)間調(diào)制的功能基礎(chǔ)。盡管示出經(jīng)典的塊功能，其他信號(hào)處理技術(shù)例如程序化微指令、數(shù)字信號(hào)處理器、狀態(tài)機(jī)也適用此任務(wù)。正弦波查找表(LUT)驅(qū)動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換器。0°到360°的相位角被量化成n個(gè)離散值。多位計(jì)數(shù)器通過(guò)這些離散值在時(shí)鐘速率處連續(xù)計(jì)數(shù)。多位計(jì)數(shù)器的輸出尋址正弦函數(shù)查找表，所述正弦函數(shù)查找表針對(duì)每個(gè)量化相位角提供數(shù)字編碼的正弦函數(shù)值。D/A轉(zhuǎn)換器輸出與在查找表的輸入處的離散相位角的正弦成比例的電壓。時(shí)鐘發(fā)生器被示出驅(qū)動(dòng)帶有延遲元件的多位計(jì)數(shù)器，并且當(dāng)值是低時(shí)高是透明(transparent)時(shí)鎖存該值。輸出驅(qū)動(dòng)查找表。查找表驅(qū)動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換器。通過(guò)將輸入保持到查找表達(dá)與實(shí)施期望的相位時(shí)段的時(shí)間間隔相等的期望的時(shí)鐘脈沖的數(shù)量而實(shí)施階梯-門(mén)廊振幅-時(shí)間調(diào)制技術(shù)的調(diào)制。

要被編碼的信息被引入數(shù)據(jù)輸入寄存器。數(shù)據(jù)輸入大小是n，取決于設(shè)備硬件和時(shí)鐘速度。數(shù)據(jù)輸入寄存器由存儲(chǔ)器記錄時(shí)鐘(clock)。數(shù)據(jù)被預(yù)加載并且初始數(shù)據(jù)位出現(xiàn)在數(shù)據(jù)輸入寄存器的輸出(串行)上。如果當(dāng)計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)輸入寄存器出現(xiàn)在和函數(shù)處其二者均包含1的值，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出將保持不變。在操作期間，計(jì)數(shù)器繼續(xù)并且輸出順序地尋址儲(chǔ)存器內(nèi)容。當(dāng)檢測(cè)到計(jì)數(shù)器和寄存器之間的值的差異時(shí)，D/A輸出將僅改變?？梢圆捎迷S多變體來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的編碼，所述數(shù)字信息的編碼最小化信號(hào)失真同時(shí)最大化數(shù)據(jù)吞吐量。位速率控制器可以自適應(yīng)地被配置為改變位速率或相位間隔以適應(yīng)通信信道狀況。附加地，位速率控制器可以適應(yīng)于實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂刂乒δ堋?/p>

圖8是用于傳遞正弦波載波信號(hào)的頻率上變頻器的框圖。本地振蕩器驅(qū)動(dòng)平衡混頻器的一個(gè)輸入。調(diào)制正弦波載波集從平衡混頻器的其他輸入混合。平衡混頻器的輸出連接到帶通濾波器。帶通濾波器的輸出準(zhǔn)備通過(guò)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路被發(fā)射。

圖9是用于傳遞正弦波載波信號(hào)的頻率下變頻器的框圖。本地振蕩器驅(qū)動(dòng)平衡混頻器的輸入。接收的RF輸入被混合到平衡混頻器的其他輸入。平衡混頻器的輸出被傳遞到檢測(cè)器，用于破譯和調(diào)節(jié)。

圖10是調(diào)制器電路的框圖，該調(diào)制器電路設(shè)有單獨(dú)調(diào)制的正弦波載波與輸出混合在一起以形成合成(compound)信號(hào)波。如圖所示，(多個(gè))模塊化電路(MOD.1、MOD.2、MOD.3、MOD.4)表示振幅-時(shí)間調(diào)制正弦載波。這些模塊化電路被饋入加法器/組合器以混合成復(fù)合波形，用于調(diào)節(jié)、傳輸以及接收/破譯。加法器/組合器輸出被并聯(lián)或串聯(lián)到數(shù)據(jù)卷積器以用于傳播?？勺冋也ㄝd波的定位可以通過(guò)圖4和圖11所示的列表、查找表或軟件控制改變。雖然4個(gè)模塊化電路被顯示多至n個(gè)電路，但是所述n個(gè)電路可能僅受限于硬件設(shè)備架構(gòu)和時(shí)鐘速率而被采用。

圖11是用于從調(diào)制正弦波提取編碼信息的解調(diào)器電路的框圖。最初，輸入調(diào)制正弦波載波被輸入到輸入信號(hào)調(diào)節(jié)塊。各種信號(hào)調(diào)節(jié)函數(shù)在信號(hào)調(diào)節(jié)塊內(nèi)被利用以適應(yīng)傳輸類(lèi)型。傳輸類(lèi)型包括但不限于雙絞線、無(wú)線、微波或差分線路。信號(hào)調(diào)節(jié)塊的輸出被連接到帶通濾波器。帶通濾波器通常以載波頻率為中心頻率且具有Q＞100。來(lái)自帶通濾波器的信號(hào)被Amp塊放大并被插入到平衡混頻器塊。混頻器塊將放大的信號(hào)與數(shù)控振蕩器NCO塊混合。數(shù)控振蕩器的頻率和相位被設(shè)置為在帶通濾波器的通帶內(nèi)的一個(gè)振幅-時(shí)間調(diào)制正弦波的頻率和相位。

圖12是具有n-多個(gè)相位調(diào)制流的解調(diào)器電路的框圖。所示的是通信信道內(nèi)多個(gè)調(diào)制載波，其中每個(gè)載波的單獨(dú)解調(diào)用來(lái)破譯編碼數(shù)據(jù)。六個(gè)平衡混頻器的集合被示出，但是利用硬件設(shè)備架構(gòu)和時(shí)鐘速率的限制n個(gè)混頻器可以被實(shí)施。(多個(gè))輸入線供給所有的平衡混頻器。每個(gè)平衡混頻器具有到對(duì)數(shù)控振蕩器多頻正弦波發(fā)生器的唯一連接。發(fā)生器的輸出線以載波的特殊頻率發(fā)射從載波數(shù)據(jù)中提取的數(shù)據(jù)。(多個(gè))混頻器輸出是來(lái)自載波的信息，并且該混頻器輸出也連接到數(shù)據(jù)卷積器。數(shù)據(jù)卷積器重新裝配來(lái)自(多個(gè))單獨(dú)振幅-時(shí)間調(diào)制正弦波信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。通過(guò)使用自適應(yīng)控制信息，輸入的載波可以是不同的頻率和數(shù)據(jù)速率。

圖13是具有振幅-時(shí)間編碼的發(fā)射/接收通信系統(tǒng)的圖。作為示例，示出RF無(wú)線通信端到端的框圖。每個(gè)站具有用于控制通信功能的用戶(hù)接口。附加地，每個(gè)站具有用于信號(hào)的編碼/解碼的調(diào)制器/解調(diào)器功能。此外，每個(gè)站具有收發(fā)器以調(diào)制/解調(diào)要被發(fā)射/接收的載波信號(hào)。任何最后級(jí)調(diào)節(jié)和收發(fā)器功能適合于調(diào)制通信技術(shù)。

圖14是用于實(shí)施用于產(chǎn)生合成信號(hào)波的軟件配置方法的接口電路的框圖。本框圖是可以是被配置成適用于大多數(shù)任何通信系統(tǒng)的軟件的硬件功能。接口電路被實(shí)施有控制平面，所述控制平面是與由GPU控制的I/F信號(hào)聯(lián)接的CPU(數(shù)量n)的集合。GPU表示數(shù)據(jù)平面并操作轉(zhuǎn)變接收和發(fā)射功能?？刂破矫婧蛿?shù)據(jù)平面聯(lián)接到包含自定義I/O邏輯和緩沖器的FPGA。FPGA也促進(jìn)系統(tǒng)聯(lián)接。FPGA也聯(lián)接到用于信號(hào)傳輸準(zhǔn)備的調(diào)制器/解調(diào)器。調(diào)制器/解調(diào)器也聯(lián)接到用于信號(hào)發(fā)射和接收功能的RF接口。示出的CPU/GPU實(shí)施方式可以用被編程以執(zhí)行相同功能的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)替代。

在任何調(diào)制技術(shù)中的重要指標(biāo)是信噪比(SNR)。這是要求的信號(hào)強(qiáng)度(以分貝數(shù)(DBs)測(cè)量)高于環(huán)境噪聲，并且經(jīng)常表示與在該水平上實(shí)現(xiàn)的BER的關(guān)系。換句話(huà)說(shuō)，對(duì)于給定的高于環(huán)境噪聲的信號(hào)強(qiáng)度，調(diào)制技術(shù)可以可靠地產(chǎn)生特定BER。

符號(hào)誤差率(SER)考慮每個(gè)符號(hào)的位的數(shù)量。較強(qiáng)信號(hào)可能被要求產(chǎn)生較低的BER。在256QAM情況下，這將是每個(gè)符號(hào)8位，因此SER通過(guò)BER除以每符號(hào)8位來(lái)計(jì)算。更多的混合調(diào)制方案通常更易受噪聲影響。因此，信號(hào)必須比噪聲越來(lái)越高，以便可靠地被檢測(cè)和正確地被解釋。當(dāng)接收器錯(cuò)誤地解釋發(fā)射信號(hào)時(shí)，可以基于被使用的誤差檢測(cè)和校正方案實(shí)施軟件中的前向誤差校正算法，或可以請(qǐng)求發(fā)射器重新發(fā)送數(shù)據(jù)。這兩個(gè)選項(xiàng)都可能負(fù)面影響依賴(lài)于技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)的性能。因此，在最小可能的SNR處產(chǎn)生最低的BER是有利的。

盡管QAM(QAM16、QAM64到QAM1024)目前被認(rèn)為是最好的常規(guī)調(diào)制，但是其固有的局限性是在信道內(nèi)產(chǎn)生假象和噪聲。關(guān)于QAM，通過(guò)放大信號(hào)提升信噪比的任何試圖通過(guò)相同的因素?cái)U(kuò)大噪聲。因此，Shannon的極限總是達(dá)到的。因此，最小QAM階梯通常不得不比信道內(nèi)的噪聲大6dB。如果信道內(nèi)沒(méi)有噪聲，在遇到噪聲之前必須放大信號(hào)。事實(shí)上，QAM的限制也適用于其他現(xiàn)有的調(diào)制形式，因?yàn)樗鼈円彩褂脦?nèi)、邊帶或相關(guān)分量類(lèi)型的調(diào)制。

振幅調(diào)制(AM)是帶內(nèi)調(diào)制并具有兩個(gè)邊帶，盡管不需要載波，因此載波和一個(gè)邊帶在接收器中被濾除，僅剩單個(gè)邊帶以提供發(fā)射的信息。雖然頻率調(diào)制(FM)在抗噪方面有一定的優(yōu)勢(shì)，但是它不節(jié)省頻譜。

QAM一般被認(rèn)為優(yōu)于PCM、BPSK、AFSK和其他調(diào)制形式。QAM采用正弦波的正交運(yùn)動(dòng)和每個(gè)信號(hào)波的振幅階梯。根據(jù)信號(hào)波速率，存在相位向前或向后移動(dòng)的AM分量和邊帶噪聲產(chǎn)生效應(yīng)。除了產(chǎn)生FM或PM的信號(hào)波運(yùn)動(dòng)外，QAM采用具有其自身假象的振幅階梯。這兩個(gè)結(jié)合的元素在信道內(nèi)產(chǎn)生隨機(jī)噪聲。因此，常規(guī)調(diào)制方式采用邊帶或其他假象產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸方法。

例如，1MHz的AM無(wú)線電頻率傳輸音樂(lè)，可以使用高達(dá)1MHz一半或500KHz而沒(méi)有突破Nyquist極限是可能的。如果我們超過(guò)極限，在我們發(fā)送的信息和我們將信息發(fā)送在其上的載波之間將沒(méi)有頻譜差異。如果該極限被超出，產(chǎn)生邊帶產(chǎn)物。

相反，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制在發(fā)射之前丟棄或?yàn)V除載波、邊帶和信道內(nèi)無(wú)關(guān)元素。因此，當(dāng)超過(guò)16個(gè)階梯被調(diào)制到正弦波上時(shí)，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制可以突破Nyquist極限。通過(guò)相位-振幅-時(shí)間調(diào)制，使用相同的1MHz載波，支持每秒16Megabit的數(shù)據(jù)速率是可行的，超過(guò)Nyquist極限(例如，在1MHz內(nèi)調(diào)制16MHz載波)。然而，這不是16MHz的載波，而是數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)流可以是幾個(gè)類(lèi)型頻率例如101、001和010之一，具有附加的組合高至信道寬度極限。

在具體的實(shí)施例中，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制的正弦波使用100KHz載波和數(shù)控振蕩器(NCO)來(lái)合成。數(shù)模轉(zhuǎn)換器被用于設(shè)置位步長(zhǎng)大小，例如，到最小有效位或下一個(gè)到最小有效位。“1”“0”的選擇性觸發(fā)在正弦波中產(chǎn)生階梯或門(mén)廊，稱(chēng)為ATM。因此，階梯或門(mén)廊表示在每隔一個(gè)位位置和每隔一個(gè)時(shí)隙位置中所產(chǎn)生的“1”或“0”，因此每個(gè)時(shí)隙是不同的。這些階梯或門(mén)廊通常僅產(chǎn)生在正弦波更豎直的部分。例如，在1MHz正弦波的情況下，在豎直坡的更線性的部分的每個(gè)上可以有16個(gè)階梯，8位。

相位-振幅-時(shí)間調(diào)制ATM信道(每個(gè)符號(hào)僅8位)在數(shù)據(jù)吞吐量上與QAM256相等。再次，使用ATM信道發(fā)射的數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)的真實(shí)值，僅需要一個(gè)調(diào)制波，并且不是如在QAM256中數(shù)據(jù)的表示，QAM256需要兩個(gè)調(diào)制波以傳遞相同的數(shù)據(jù)值。圖15示出QAM256“星座”，其中星座中的每個(gè)點(diǎn)表示在0到255之間的8位二進(jìn)制值。

參考圖16，QAM 1024星座圖的每個(gè)象限包含256個(gè)點(diǎn)。利用QAM 256存在的挑戰(zhàn)比利用QAM 1024甚至更加明顯。例如，準(zhǔn)確地識(shí)別在星座上的預(yù)期點(diǎn)并確定其準(zhǔn)確值需要兩個(gè)波在符號(hào)頻率處準(zhǔn)確地被測(cè)量和被解釋。準(zhǔn)確性對(duì)維持系統(tǒng)的BER和SER是關(guān)鍵的，從而降低接收器處理或更糟的(worse)并且避免數(shù)據(jù)重發(fā)的需要。

在具體的相位-振幅-時(shí)間調(diào)制使用的實(shí)例中，相位信道被用于指定四個(gè)值中的一個(gè)，提供增加的數(shù)據(jù)吞吐量。此使用實(shí)例利用ATM信道的可靠數(shù)據(jù)傳輸性能并實(shí)現(xiàn)相位信道數(shù)據(jù)至有效數(shù)據(jù)吞吐量的四倍(4X)。與QAM 1024類(lèi)似，除了真實(shí)數(shù)據(jù)值被編碼在ATM信道波上之外，在相位信道上的值與象限相關(guān)聯(lián)，而相位信道指定在“星座”上的“象限”位置。

參考圖17，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制的QAM 1024等效吞吐量實(shí)施方式可以被設(shè)想為優(yōu)越的解決方案。這類(lèi)似于QAM 1024但是具有相位-振幅-時(shí)間調(diào)制的益處。此使用實(shí)例強(qiáng)調(diào)通過(guò)在相位信道上僅編碼兩位數(shù)據(jù)和在ATM信道上每符號(hào)僅編碼8位而相位信道帶入(bring to)ATM信道的能力，QAM 1024等效數(shù)據(jù)速率可以通過(guò)相位-振幅-時(shí)間調(diào)制實(shí)現(xiàn)。此外，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制的改進(jìn)的SNR和頻譜利用被維持。相位-振幅-時(shí)間調(diào)制吞吐量可以通過(guò)添加附加位到相位信道而成比例地被增加。

這些相位信道值也可以被看作為針對(duì)ATM數(shù)據(jù)的“信道”。換句話(huà)說(shuō)，相位信道數(shù)據(jù)的三位針對(duì)ATM數(shù)據(jù)引起八個(gè)獨(dú)特的“信道”。

ATM信道信號(hào)被發(fā)送到增益塊并且到增益塊的輸入被調(diào)整以達(dá)到正弦波的峰峰值的壓縮點(diǎn)。壓縮點(diǎn)是放大器的非線性部分，其中當(dāng)輸入信號(hào)增加時(shí)，輸出不跟隨輸入水平。盡管相位-振幅-時(shí)間調(diào)制技術(shù)目前能夠使用32個(gè)諧波中的任意一個(gè)，在此描述集中在第三諧波上。具體選定的諧波的使用是可編程特征，這取決于應(yīng)用的使用實(shí)例和需求。感興趣的壓縮點(diǎn)是全部第三諧波載波和分量信息被定位所在的點(diǎn)。因此，如果階梯的數(shù)量已使正弦波失真30-40dB，將導(dǎo)致第三諧波載波從基礎(chǔ)頻率載波振幅下降30dB。到增益塊的輸入進(jìn)一步被調(diào)整，使得相關(guān)聯(lián)的階梯分量等于在三倍載波速率下的正弦波。

調(diào)整上述放大器中的壓縮點(diǎn)(例如，到線性壓縮的約2dB或3dB)，第三諧波可以用作時(shí)鐘。第三諧波周?chē)姆至渴钱a(chǎn)生的數(shù)據(jù)符號(hào)。能量的高斯分布(或該實(shí)例中的數(shù)據(jù))集中在振幅上是相等的，其可以有利地被用于優(yōu)化Eb/No比，即，位中的信號(hào)能量除以噪底(noise floor)。相位-振幅-時(shí)間調(diào)制的正弦波的階梯表現(xiàn)為兩個(gè)分量：振幅和相位。當(dāng)這兩個(gè)分量交叉時(shí)，它們呈現(xiàn)為在第三諧波周?chē)哂懈咚狗植嫉母道锶~分量。

在常規(guī)的調(diào)制中，像FM傳輸，信號(hào)的調(diào)制速率是被發(fā)送的載波的頻率偏置。頻率的偏差量是調(diào)制信號(hào)的容量(volume)。在相位調(diào)制中，載波基于調(diào)制信號(hào)在相位上偏離。關(guān)于相位-振幅-時(shí)間調(diào)制，使用諧波，沒(méi)有容量分量，僅有不再在信道頻譜中的速率，這導(dǎo)致信道的調(diào)制產(chǎn)生的噪聲的清除。

相位分量(其是傅里葉分量的能量的一部分)不被發(fā)送，并且因此相位分量不需要頻譜。在相位-振幅-時(shí)間調(diào)制方案中，僅振幅階梯需要在諧波周?chē)念l譜。相位可以用兩種方式恢復(fù)。第一種方法是通過(guò)對(duì)振幅分量的正交檢測(cè)。鎖定(locking)到諧波上，鎖定的校正也產(chǎn)生相位分量。當(dāng)振幅和相位交叉時(shí)，數(shù)據(jù)位在檢測(cè)器中被輸出。

關(guān)于相位-振幅-時(shí)間調(diào)制，僅存在一個(gè)振幅階梯而沒(méi)有產(chǎn)生能量低于噪底的微小分量。例如，每正弦波具有16個(gè)階梯的100KHz信號(hào)導(dǎo)致1.6Mb/s的數(shù)據(jù)通過(guò)85KHz信道(85KHz的KTB是負(fù)125dBm)。因此，在“0”dBm處發(fā)射該信號(hào)，得到125dB的信噪比。

將相位-振幅-時(shí)間調(diào)制與其他調(diào)制方案比較，使用Shannon極限，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制產(chǎn)生帶內(nèi)假象的信道清除，具有大大超過(guò)通常被發(fā)送的數(shù)據(jù)能力，例如我們的在85KHz信道內(nèi)1.6Mb。作為結(jié)果，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制具有比其他調(diào)制形式大得多的信噪比。

因?yàn)檎穹拖辔环至恳韵嗷フ坏姆绞奖话l(fā)送，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制提供一定水平的抗噪聲。這兩個(gè)分量的跨交(crossover)點(diǎn)在ATM信道中針對(duì)數(shù)據(jù)被檢測(cè)到。由于噪聲的相位不移動(dòng)，通常噪聲閾值本身可以被接近，具有大約2dB的信噪比，并且仍檢測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)于相等的誤碼率(BER)，其他常規(guī)的調(diào)制形式可以需要超過(guò)12dB SINAD或6dB信噪比。顯著的數(shù)據(jù)損壞需要多次重新發(fā)送數(shù)據(jù)以達(dá)到可用BER例如10e-8。信道內(nèi)的噪聲通常降低信噪比，所述噪聲包括噪底kTB的因子、插入損耗、放大器噪聲和產(chǎn)生的各種假象。因此，在也不提高信道內(nèi)噪聲的情況下，可用的信號(hào)功率不能被提高。

然而，因?yàn)橄辔?振幅-時(shí)間調(diào)制僅發(fā)送瞬態(tài)分量，它們可以在非常高的電平處被發(fā)送，導(dǎo)致大的Eb/No比，例如，即使當(dāng)SNR僅為2dBEb/No比率時(shí)，數(shù)據(jù)可以容易地被檢測(cè)。

第三諧波可以攜帶三倍的相位數(shù)據(jù)，在基礎(chǔ)處生成作為數(shù)字合成振蕩器。當(dāng)產(chǎn)生正弦波時(shí)振蕩器將產(chǎn)生失真，這取決于例如時(shí)鐘的頻率、階梯大小和數(shù)模轉(zhuǎn)換器是如何單調(diào)的(monotonic)(其是否為R2R梯(1adder)或其他類(lèi)型)。對(duì)于8位R2R階梯或數(shù)模轉(zhuǎn)化器，在來(lái)自第三諧波載波頻率的10kHz處可以實(shí)現(xiàn)來(lái)自振蕩器的每赫茲160dB。

在典型的實(shí)例中，第三諧波具有一些隨機(jī)邊帶和數(shù)字噪聲，但在來(lái)自第三諧波載波頻率的10KHz處其是160dB以下(down)。這低于傅里葉分量的振幅在三階截點(diǎn)(IP3)處的閾值。作為結(jié)果，第三諧波噪聲不是因素。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)而描述多載波效果，大多數(shù)先進(jìn)的調(diào)制方式用于多載波環(huán)境，其中噪聲從多個(gè)源產(chǎn)生。盡管如此，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制基本上保持抗噪性，無(wú)論對(duì)發(fā)射其自身信號(hào)還是對(duì)其他載波產(chǎn)生的跨交噪聲。然而，一些調(diào)制形式像脈沖編碼調(diào)制(PCM)、PSK31、AFSK和各種其它調(diào)制形式具有非歸零分量，所述非歸零分量可以偶爾干涉相位-振幅-時(shí)間調(diào)制正在嘗試接收的時(shí)隙。例如，在信道中具有許多凈空分量和其他假象的電視頻率的實(shí)例中，在相位-振幅-時(shí)間調(diào)制的相位的速率處可能遇到干涉，導(dǎo)致降低誤碼率。然而，因?yàn)橄辔?振幅-時(shí)間調(diào)制的能量高斯集中是總能量的68％，據(jù)估計(jì)，這些事件的最大發(fā)生率為約16％。剩余的16％在能量的高斯集中的該部分的互補(bǔ)區(qū)域之外。統(tǒng)計(jì)地，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制將遇到的最干涉將是總時(shí)間的16％。因此，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制是相當(dāng)?shù)乜乖肼暋?/p>

被使用的分量能量在給定的諧波周?chē)念l譜的該部分中不產(chǎn)生額外噪聲。還存在利用信道帶通濾波器被消除的互調(diào)失真分量和其他邊帶產(chǎn)生噪聲元素。

在具體的示例中，如果帶通濾波器具有100KHz的通帶，用于在100KHz信道內(nèi)以1.6M傳輸，基于Shannon極限需要大約80dB的信噪(SN)比。在-124dBm的理論噪底下，通過(guò)相位-振幅-時(shí)間調(diào)制最小信號(hào)功率將僅是-44dBm。如果需要，100KHz信道帶寬可以被減少，并且信噪比從10dB增加到20dB導(dǎo)致在信道內(nèi)可用的雙倍數(shù)據(jù)速率。

再次，當(dāng)使用第三諧波時(shí)，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制基本丟棄第五和第七諧波數(shù)據(jù)以及在數(shù)據(jù)可能存在的三個(gè)頻率中的一個(gè)頻率處產(chǎn)生的邊帶，加上或減去使用的載波頻率。盡管存在兩個(gè)能量集中，但是它們不被發(fā)射，因?yàn)樗鼈冊(cè)诎l(fā)射器中被過(guò)濾。這些將僅僅向信道添加不必要的能量并且不是必須的。

相位-振幅-時(shí)間調(diào)制信號(hào)是可以在任意期望功率水平處發(fā)射的單個(gè)振幅。這是與諧波相關(guān)聯(lián)的能量。如果隨機(jī)數(shù)據(jù)被發(fā)射，它是能量的高斯集中(sine x/x)，其可以被放置在任意邊帶上或第三諧波的中心中。這通過(guò)在產(chǎn)生正弦波期間門(mén)廊或階梯的對(duì)稱(chēng)性來(lái)完成。優(yōu)選地，能量集中被放置在諧波載波的高頻側(cè)上，伴隨在被發(fā)送的能量、振幅和載波之間的時(shí)間相干性。諧波載波的振幅是正弦波本身的總失真的函數(shù)，因此沒(méi)必要發(fā)射它或(either)用于在接收器中檢測(cè)。

相位-振幅-時(shí)間調(diào)制提供使用最小有效位、下一個(gè)最小有效位(the next to least)或其他組合的靈活性，用以在正弦波上產(chǎn)生階梯大小。波可以被暫停，并且在必要時(shí)觸發(fā)選擇位。此外，來(lái)自以前位置的位可以在當(dāng)前位置之前在查找表中被觸發(fā)，因此產(chǎn)生階梯或門(mén)廊。這容納了許多可能組合。

因此，不僅相關(guān)聯(lián)的能量集中可以在諧波周?chē)蛔畲蠡?，而且在?shù)據(jù)組合之間交替和產(chǎn)生兩個(gè)附加能量集中也是可能的。位的多個(gè)信道組合可以被發(fā)射。三重(trinary)、雙二重和許多其他組合也是可能的。作為額外的安全利益，這些組合可以做的非常復(fù)雜，這樣沒(méi)有合適的密鑰序列它們不能被解碼。

相位-振幅-時(shí)間調(diào)制的顯著方面是頻譜的節(jié)約。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)值中的變化時(shí)，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制使用頻譜，這在諧波中顯示為互調(diào)失真產(chǎn)物。這些是導(dǎo)致發(fā)射的能量的傅里葉分量。因?yàn)閮H數(shù)據(jù)變化被發(fā)送，并且典型數(shù)據(jù)是隨機(jī)的，僅正常所需能量的50％必須發(fā)射。因此，所需要的總功率譜密度是一半。如果期望發(fā)送每一位，每隔一位可以被反向。作為結(jié)果，幾乎全部該數(shù)據(jù)是對(duì)稱(chēng)的并且在諧波周?chē)蔀榻?jīng)典的能量的高斯分布。然而，它僅包含正常需求的帶寬能量的一半。

本發(fā)明的各個(gè)方面適用于衛(wèi)星通訊，提供具有降低噪聲影響的更大數(shù)據(jù)吞吐量。作為測(cè)試示例，具有300KHZ數(shù)據(jù)第三諧波的100KHz正弦波被用于在85KHz中發(fā)送1.6MB數(shù)據(jù)。Shannon極限可以通過(guò)以下來(lái)估計(jì)：以2為底的SNR的對(duì)數(shù)是用dB表示的SNR值的.332倍。假設(shè)SNR是120dB并且忽略加1和數(shù)值，如果載波的功率水平為+30dBm或一瓦特，這個(gè)值可以被考慮，因?yàn)樗玫牡谌C波載波將在大約0dBm處，并且理論噪底將是-125dBm。將以dB的功率比率轉(zhuǎn)換到數(shù)值并添加加1，結(jié)果是以dB的SNR乘以(time)85KHz的.332倍，這表示以每秒Mb給定這些參數(shù)的總Shannon極限。在這種情況下，將導(dǎo)致3.0101Mbps。除以85KHz，根據(jù)Shannon，最高理論吞吐量可能將出現(xiàn)是每赫茲35.41位。

對(duì)于30dB放大器，信道具有高于噪底120dB的動(dòng)態(tài)范圍，并且信道中的噪聲放大了30dB。120dB減去30dB，總SNR降低到90dB。這些因素混合并將39.84位每赫茲降低到約30位每赫茲，例如實(shí)際的極限。雖然標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制形式嚴(yán)重受到這些因素的影響，但是相位-振幅-時(shí)間調(diào)制允許數(shù)據(jù)沒(méi)有這些限制因素而傳輸，具有顯著的效果。

本發(fā)明的各個(gè)方面進(jìn)一步適用于井下數(shù)據(jù)傳輸，即，在地下鉆探和勘探期間傳輸各種傳感器數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)等。相位-振幅-時(shí)間調(diào)制的抗噪性、數(shù)據(jù)速度以及安全性方面在該應(yīng)用中特別有利。

相位-振幅-時(shí)間調(diào)制接收器實(shí)施方式

如果濾波的接收器以只接收諧波及其分量，一個(gè)接收器結(jié)構(gòu)實(shí)施例是直接轉(zhuǎn)換或零。在300KHz的示例中，這種接收器將尋找相位的真實(shí)的和正交想象的分量。接收器將鎖定在第三諧波上，除以三，取兩個(gè)輸出并且針對(duì)它們相交(cross)所在處的相位和振幅檢查它們。因?yàn)橹淮嬖谝粋€(gè)振幅階梯大小，振幅是總能量集中中功率的函數(shù)。如果它是0dBm，我們將檢測(cè)200毫伏。在將干涉數(shù)據(jù)檢測(cè)之前噪聲將不得不增加到190毫伏。噪聲與數(shù)據(jù)不相干的事實(shí)也是相位-振幅-時(shí)間調(diào)制特有的。

盡管不需要，經(jīng)濟(jì)有效的檢測(cè)方法是數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)引擎，其可以利用相位-振幅-時(shí)間調(diào)制/解調(diào)提供更多復(fù)雜特征。用于相位-振幅-時(shí)間調(diào)制的通用DSP引擎已經(jīng)針對(duì)一些列應(yīng)用被證明。

IQ解調(diào)器實(shí)施方式

在一些實(shí)施方式中，接收器包括類(lèi)似于在手機(jī)中使用的那些IQ解調(diào)器的IQ解調(diào)器。IQ解調(diào)器可以被用于設(shè)置時(shí)鐘三分頻器(clock driver by three)并破譯時(shí)隙，以確定何時(shí)查找數(shù)據(jù)和何時(shí)不查找數(shù)據(jù)。DSP需要數(shù)學(xué)模型來(lái)有效地破譯數(shù)據(jù)而無(wú)需浪費(fèi)時(shí)鐘周期。IQ解調(diào)器是輸入(incident)和正交檢測(cè)器，其在兩個(gè)雙平衡混頻器之間具有九十度相移。輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)雙平衡混頻器的R端口。本地振蕩器在第三諧波的載波速率處產(chǎn)生。這些端口相互正交。

作為結(jié)果，當(dāng)輸出出現(xiàn)在一個(gè)端口時(shí)，正交圖像出現(xiàn)在另一個(gè)端口。一個(gè)輸出表示相位并且另一個(gè)輸出表示振幅。由于它們顯示為相對(duì)的鋸齒狀波，在它們相互交叉的情況下，互補(bǔ)的值導(dǎo)致采取明確地定義振幅或能量脈沖的形式的值。這很容易檢測(cè)，即使當(dāng)正常地與信道中的損傷諸如噪聲、混淆或其他假象結(jié)合。

接收器帶通濾波器要求

在一個(gè)實(shí)施方式中，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制技術(shù)的ATM信道使用橢圓濾波器。橢圓濾波器提供銳利的頻率截止，然而它們?nèi)酝ㄟ^(guò)組延遲表征。這意味著不是所有的頻率利用同一時(shí)間延遲通過(guò)濾波器。該組延遲是相位的變化，取決于頻率，所述組延遲與頻率呈線性(對(duì)數(shù)線性)關(guān)系。因此，濾波器被配置為最小化組延遲以避免擾亂要被檢測(cè)到的相位分量。由于接受的位的數(shù)量增加，組延遲在濾波器的上轉(zhuǎn)折(upper corner)頻率處變得越來(lái)越重要。

在上轉(zhuǎn)折頻率處，濾波器拒絕高于截止頻率的頻率并接受低于截止頻率的那些頻率。這創(chuàng)建導(dǎo)致作為回波損耗被測(cè)量的反射的阻抗不連續(xù)性。回波損耗是被反射的功率與被接收的功率之間的電壓比率，使得轉(zhuǎn)折頻率起皺無(wú)論轉(zhuǎn)移斜率是什么的相位分量。此條件創(chuàng)建數(shù)據(jù)分量要被檢測(cè)所在的區(qū)域相位-振幅-時(shí)間中的失真。因此，組延遲和組延遲的相位補(bǔ)償二者是重要的考慮因素。精心構(gòu)造的橢圓濾波器可以有效地處理以上針對(duì)相位-振幅-時(shí)間調(diào)制應(yīng)用所概述的問(wèn)題。

合適的通信系統(tǒng)背景在Forrest J.Brown等人在2006年5月16日發(fā)布的美國(guó)專(zhuān)利7046741(現(xiàn)已過(guò)期)的附圖中更詳細(xì)地被公開(kāi)。所述專(zhuān)利的主題在此通過(guò)引用以其整體納入本公開(kāi)。

振幅-時(shí)間調(diào)制的合成信號(hào)波調(diào)制器/解調(diào)器將通常被配置為經(jīng)典的通信發(fā)射/接收系統(tǒng)。振幅-時(shí)間調(diào)制技術(shù)也可以是專(zhuān)用的獨(dú)立通信發(fā)射/接收系統(tǒng)。

將意識(shí)到，相位-振幅-時(shí)間調(diào)制為信息通信提供新方法，所述新方法克服了常規(guī)調(diào)制方法的許多挑戰(zhàn)。利用該新的調(diào)制技術(shù)，重要的信道帶寬和噪聲問(wèn)題可以被解決。相位-振幅-時(shí)間調(diào)制已被證實(shí)提供更高的數(shù)據(jù)速率，更有效地頻率利用和更大抗噪聲效果。

各種可替代的實(shí)施例可以包括用于衛(wèi)星數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的使用實(shí)例、用于石油/天然氣產(chǎn)業(yè)的井下傳感器通信、蜂窩客戶(hù)端和基礎(chǔ)設(shè)施通信、電話(huà)和xDSL以及大量無(wú)線和電纜通信。

類(lèi)似的，盡管本發(fā)明在此已被描述為用于數(shù)據(jù)通信的信號(hào)調(diào)制裝置和方法。本發(fā)明可以容易地與任意數(shù)量的通信系統(tǒng)或現(xiàn)在已知或以后開(kāi)發(fā)的其他類(lèi)似的設(shè)備一起使用。

最后，雖然本發(fā)明關(guān)于以上各種示例性實(shí)施例被描述，但在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行許多改變、組合和修改。例如，不同的組件可以用可替代的方式實(shí)現(xiàn)。這些可替代方式可以根據(jù)特定的應(yīng)用或考慮任意數(shù)量的與該設(shè)備操作相關(guān)聯(lián)的因素而被適當(dāng)?shù)剡x擇。此外，本文描述的技術(shù)可以被擴(kuò)展或被修改以與其他類(lèi)型的設(shè)備一起使用。這些和其他改變或修改意圖被包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。