展频编码方法及展频编码调变装置 【技术领域】
本发明涉及一种展频编码方法及展频编码调变装置，特别是提出一种使用直接序列展频调变技术(direct sequence spread spectrum，DSSS)，且展频后的传输信号不含直流成份的方法及其装置。
背景技术
一般而言，展频调变是指远超过信号的频宽，且与信号的频宽无关的一种调变技巧。应用展频调变的优点是：(1)抗拒由另一发射源所产生的邻近干扰；(2)将发射信号遮蔽在背景噪声中以避免他人截听增加安全性；(3)改善多路径传输恶化效应；(4)提供多个用户使用同一传输频道以增加传输频宽。
图1为现有基频(base band)直接序列展频调变通信系统中，传送装置的示意图。直接序列展频调变(direct sequence spread spectrum modulation，DSSS)是展频调变技术中的一种。假设b(t)是由数据源102产生的数据信号，而c(t)是由展频码产生器104产生的展频码，借助展频器(Spreader)106，利用展频码c(t)将数据信号b(t)展频，以得到所需要的传输信号m(t)：
m(t)＝c(t)*(t)
图2是现有的基频直接序列展频调变通信系统中，接收装置的示意图。接收装置所接收到的接收信号r(t)由传送装置的传输信号m(t)和干扰信号i(t)所组成：
r(t)＝m(t)+i(t)；
接收信号r(t)可由解调将其还原为原来的数据信号，解调器主要由乘法器202、积分器204和数据检波器206所构成，乘法器202使用一组和传送装置相同的展频码c(t)，乘法器202的输出z(t)为：
z(t)＝c(t)*r(t)＝c(t)*c(t)*b(t)+c(t)*i(t)
其中c(t)*c(t)＝1
所以z(t)＝b(t)+c(t)*i(t)
由上可知数据信号b(t)在接收器的乘法器输出端又出现，只是多出干扰项c(t)*i(t)。已知数据信号b(t)是窄频而c(t)*i(t)是宽频，因此选择一个低通滤波器(积分器)，其频宽刚好足以让数据信号恢复。经过数据检波器206后，产生数据信号b(t)输出。
一般展频码c(t)均使用虚拟随机噪声(Pseudo random Noise，PN)序列，不过，基于保密的理由通常会采用非线性编码技术所生成的序列，例如最大码(maximal codes)、金码(gold codes)......等。这些编码技术所得到的展频码序列，其中每个展频码均具有奇数位。因此，所得到的展频码中0与1的数目无法平衡。从信号地观点，即展频码本身就含有直流成分。
传统使用直接序列展频调变技术的通信系统，其接收装置会使用外差式无线技术(heterodyne radio)，即双转换技术(dual conversion)。此种架构的缺点是成本较高。另一较低成本的架构即是以直接转换射频(Direct ConversionRadio)架构，使用直接序列展频调变技术对数据信号进行调变。
当使用直接转换射频架构时，由于电路会产生额外的直流电流，因此必须作直流偏移(dc offset)的补偿。然而，如果传输信号本身就已经包含有直流的成分时，直接转换射频架构必须要精准地判断哪一部份的直流成分是属于传输信号本身，哪一部份是属于射频电路所产生。而且射频电路所产生的直流电流会受外部因素影响，例如时间、供应的电压、温度，所以必须动态地进行直流偏移补偿。因此传统直接转换射频架构无法精准地估算直流偏移并正确地执行直流偏移补偿。
【发明内容】
有鉴于此，所以本发明的主要目的在于提出一种展频编码方法，使用不含直流输出的编码方法合并原来含有直流成分的展频码进而产生不包含直流成分传输信号，其能应用在直接转换架构中，降低架构的成本并提高此架构的性能。
本发明的另一目的在于提出一种应用于直接序列展频(direct sequencespread spectrum，DSSS)通信系统中的展频编码调变装置，借助实现上述展频后的传输信号不含直流成份的方法，以降低直接序列展频通信系统的成本并提高系统的性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种展频编码方法。首先，对该数据信号进行编码，以使其成为一编码数据信号，其中，该编码数据信号具有多个位，每该位的值为一第一值及一第二值的其中之一，且该编码数据信号中，具该第一值的位数与具该第二值的位数相同；即利用可产生不含直流输出的编码方法对数据信号编码以使其成为没有直流成份的数据信号。接着，利用一展频码对该编码数据信号展频，以产生一输出传输信号，其中，该输出传输信号与该数据信号对应，且该输出传输信号不含直流成分。
此外，本发明还提供一种展频编码调变装置，其至少包括数据源、展频码产生装置、编码装置及展频装置。数据源用以提供数据信号。展频码产生装置用以提供包含直流成份的展频码。编码装置与该数据源耦接，用以将包含直流成份的数据信号编码成为没有直流成份的数据信号。展频装置用以将没有直流成份的数据信号和包含直流成份的展频码相乘以产生不包含直流成份的传输信号。
另外，本发明提供另一种展频编码方法。首先，将包含直流成份的数据信号和包含直流成份的展频码相乘以产生包含直流成份的传输信号。接着，利用可产生不含直流输出的编码方法对包含直流成份的传输信号编码以使其成为不包含直流成份的传输信号。
此外，本发明还提供另一种展频编码调变装置，其至少包括数据源、展频码产生装置、编码装置及展频装置。数据源用以提供包含直流成份的数据信号。展频码产生装置用以提供包含直流成份的展频码展频装置用以将包含直流成份的数据信号和该包含直流成份的展频码相乘以产生包含直流成份的传输信号。编码装置用以将包含直流成份的传输信号编码成为不包含直流成份的传输信号。
本发明的有益效果是，本发明所提出的使展频后的传输信号不含直流成份的方法及应用此方法的传输装置，其用以产生不包含直流成分传输信号，因此能达到降低直接转换系统的建构成本及提高系统性能的效果。
为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
【附图说明】
图1是表示现有基频直接序列展频通信系统中传送装置的示意图；
图2是表示现有基频直接序列展频通信系统中接收装置的示意图。
图3是表示实现本发明使展频后的传输信号不含直流成份的方法第一实施例的示意图。
图4是表示实现本发明使展频后的传输信号不含直流成份的方法第二实施例的示意图。
图5是表示实现本发明使展频后的传输信号不含直流成份的方法第三实施例示意图。
图6是表示本发明所提出的第一实施例，配合采用二元相位移键做数据调变的直接序列展频通信系统的方块图。
其中，附图标记说明如下：
102、302、402、502、602～数据源；
104、 304、404、504、604～展频码产生器；
106、202、306、406、506、606～展频器(Spreader)；
204～积分器；206～数据检波器；
308、408、508、608～编码装置；
610～载波产生器；612～调变器；
614～发射装置；m(t)、m’(t)～传输信号；
b(t)～数据信号；b’(t)～编码数据信号；
c(t)～展频码；c’(t)～编码展频码；r(t)～接收信号；
z(t)～乘法器的输出；x(t)～调变信号。
【具体实施方式】
本发明的特征是提出一种编码方式，使得传输信号不含有直流成分。如此，可降低估计直流电压的大小及执行直流偏移(dc offset)补偿的困难度，以确保信号不会受射频电路所产生的直流信号的影响。
图3表示实现本发明的第一实施例的示意图。在图3中，b(t)是由数据源302产生的数据信号，编码装置308与数据源302耦接，用以对数据源302输出的数据信号b(t)进行编码，使得数据信号b(t)经过编码装置308后所产生的输出的编码数据信号b’(t)成为一个没有直流成份的信号。
编码装置308所执行的编码方式很多，例如：曼彻斯特编码装置。当编码装置308为曼彻斯特编码装置时，由于曼彻斯特码固定于每两位(bits)内就能实现直流平衡。当数据信号b(t)中，第一位的值为{1}，则其所对应的编码数据信号b’(t)会在该序列后加上该序列的反相序列，即将序列中{1}变成{0}，而{0}变成{1}之后，加在原来的序列之后。而当数据信号b(t)中，第一位的值为{0}，则其所对应的编码数据信号b’(t)会在该序列之前加上该序列的反相序列。以数据信号b(t)为{1，0，0，1，1，0，0}为例，经过曼彻斯特编码之后，其编码数据信号b’(t)即变成{1，0，0，1，1，0，0，0，1，1，0，0，1，1}。如此，则不论数据信号b(t)的值为何，经过编码装置308编码后所得的编码数据信号b’(t)，其0与1的数目必定会相同。以信号的观点，即经过编码之后编码数据信号b’(t)，并不含直流的成分。
除了曼彻斯特编码方式以外，还可以有其它的编码方式，同样以数据信号b(t)为{1，0，0，1，1，0，0}为例，不论其第一位的值为何，均以将其反相序列加在原来的数据信号b(t)的后面的方式来对其进行编码。如此，则编码数据信号b’(t)为{1，0，0，1，1，0，0，0，1，1，0，0，1，1}。也可将反相的数据信号加在原来数据信号之前，不论其第一位的值为何。如此，则编码数据信号b’(t)为{0，1，1，0，0，1，1，1，0，0，1，1，0，0}。或是将数据信号b(t)反相(invert)后，再反转顺序(reverse)，加在原来的数据信号b(t)之后或是之前，来对其进行编码。如此所得的编码数据信号b’(t)分别为{1，0，0，1，1，0，0，1，1，0，0，1，1，0}及{1，1，0，0，1，1，0，1，0，0，1，1，0，0}。又或是，当数据信号b(t)的任一位的位值是{0}时，则编码后的编码数据信号b’(t)值为{1，0}。反之，当数据信号b(t)的任一位的位值是{1}时，则编码后的编码数据信号b’(t)值为{0，1}。如此，则对数据信号b(t){1，0，0，1，1，0，0}进行编码后所得的编码数据信号b’(t)为{1，0，0，1，0，1，1，0，1，0，0，1，0，1}。此外，另一种编码方式是，由于数据信号b(t)为具有奇数位的信号，因此，在执行编码时，可视其0与1的数目，在信号之前或是之后再加一个位，作为直流平衡用。以数据信号b(t)为{1，0，0，1，1，0，0}为例，其具有3个位为{0}，4个位为{1}，故在进行编码时，可在其之前或是之后再加一个{1}。如此，则所得的编码数据信号b’(t)的位值为0与1的数目必定相同。本发明所提出的数据信号的编码方式，虽列举以上数种实施例，但并不以此为限。凡是可以使编码后所得的编码数据信号b’(t)，其0与1的数目相同。即以信号的观点，使得经过编码之后编码数据信号b’(t)，不含直流成分的编码方式，皆属于本发明的范围。
展频码产生器304用以产生展频码c(t)，依据前文所述，展频码c(t)具有奇数位(chip)，故其信号具有直流成分。但由于经过编码后的编码数据信号b’(t)，并不含直流的成分，故展频器306利用展频码c(t)对编码数据信号b’(t)进行直接序列展频(DSSS)后，会得到不含直流成分的传输信号m(t)。
当经过编码装置308所产生的输出的编码数据信号具有N个位，且展频码的展频系数为K时，则传输信号不含直流成分，且其周期为K*N。即数据信号b(t)的每一个位均会对应一K*N位的传输信号m(t)，且每一个传输信号m(t)均不含直流成分。
图4表示实现本发明的第二实施例的示意图。在图4中，数据源402用以产生数据信号b(t)，展频码产生器404用以产生展频码c(t)，展频器406用以利用展频码c(t)，将数据信号b(t)展频，以得到传输信号m’(t)。其中，由于数据信号b(t)与展频码c(t)均包含有直流成分，故展频后所得的传输信号m’(t)，也可能会包含有直流的成分。本实施例与第一实施例不同之处在于，在第一实施例中，编码装置308与数据源302耦接，而在本实施例中，编码装置408与展频器406耦接，用以对展频器406输出的包含直流成份的传输信号m’(t)进行编码，使得产生的编码传输信号m(t)，能够达到直流平衡。如此，则编码装置408所输出的编码传输信号m(t)将成为一个没有直流成份的信号。
在本实施例中，编码装置408可为曼彻斯特编码装置或者利用其它编码方式的编码装置。其各种编码方式分别于上文详述，在此不再赘述。不论传输信号m’(t)的值为何，经过编码装置408编码后所得的编码传输信号m(t)，其0与1的数目必定会相同。以信号的观点，即经过编码之后编码传输信号m(t)，并不含直流的成分。
图5表示实现本发明的第三实施例的示意图。在图5中，数据源502用以产生数据信号b(t)，展频码产生器504用以产生展频码c(t)。其中，数据信号b(t)与展频码c(t)均包含有直流成分。本实施例前两个实施例不同之处在于，在本实施例中，编码装置508与展频产生器504耦接，用以对展频产生器504输出的包含直流成份的展频码c(t)进行编码，使得展频码c(t)经过编码装置508后所产生的编码展频码c’(t)，能够达到直流平衡。即编码展频码c’(t)具有N个位，其中，值为0与1所占的位数各为N/2。如此，则编码装置508所输出的编码展频码c’(t)将成为一个没有直流成份的信号。除此之外，经过编码装置508编码后的编码展频码c’(t)，其仍需具有展频码的虚拟随机噪声(psudo-random noise)的特性。
一般常用的展频码称为巴克码(Barker code)，其序列为{1，1，1，0，0，0，1，0，0，1，0}。在本实施例中，编码装置508可为曼彻斯特编码装置或者利用其它编码方式的编码装置，对巴克码(Barker code)进行编码。其各种编码方式分别于上文详述，在此不再赘述。需注意的是，上述的编码方法除了使编码装置508所输出的编码展频码c’(t)不具有直流成份之外，还保持有展频码的虚拟随机噪声(psudo-random noise)的特性。除了上文所述的编码方式以外，另一种编码方法为，以巴克码(Barker code)为例，其具有11个位，其中有6个位的值为{0}，5个位的值为{1}。由于{0}的位数比{1}的位数多1，故将巴克码(Barker code)中，值为{0}的位的其中之一删去。例如：将巴克码(Barker code)的最后一个位删去，形成一个具有10个位的展频码{1，1，1，0，0，0，1，0，0，1}。依此编码方式所得的编码展频码c’(t)，其位值为{1}的位数与位值为{0}的位数相等，且其仍具有虚拟随机噪声(psudo-randomnoise)的特性。需注意的是，本方法并不限于删去最后一个位，删去其它值也为{0}的位，例如第四位、第五位、第六位、第八位、第九位的任一位也属本发明的范围。此外，本方法也可以配合上述的编码方法一同实施，例如：先删去值为{0}的位之后，再将该序列反相，加在其前或其后，或是，先删去值为{0}的位之后再直接复制该序列加于其后也可。也就是说，该编码展频码可以包括该编码巴克码及该编码巴克码的反相或包括该编码巴克码及该编码巴克码的反相和反转。
展频器506用以依据该编码展频码c’(t)，将数据信号b(t)展频，并输出传输信号m(t)。由于编码展频码c’(t)不含直流成分，故输出的传输信号m(t)，也不含直流成分。
依照上述本发明所提出的三个实施例，可以使得数据信号经过展频之后，所得到的传输信号m(t)(在第二实施例中，则为编码传输信号m’(t))不含直流成分。如此，以直接转换射频(Direct Conversion Radio)架构，使用直接序列展频调变技术对数据信号进行调变时，可降低估计直流电压的大小及执行直流偏移(dc offset)补偿的困难度，以确保信号不会受射频电路所产生的直流信号的影响。
在直接序列展频(DSSS)通信系统中，可采用如：四元相位移键(quadraturephase-shift keying，QPSK)、二元相位移键(binary phase-shift keying，BPSK)以及最小移键(minimum-shift keying，MSK)等调变方式做传输信号的调变，本发明所提出的编码装置及方法，可应用于多种采用不同调变方式的直接序列展频通信系统。下文将以本发明所提出的第一实施例，配合采用二元相位移键做数据调变的直接序列展频通信系统为例作说明。
图6表示本发明所提出的第一实施例，配合采用二元相位移键做数据调变的直接序列展频通信系统的方块图。如图所示，应用于直接序列展频通信系统中的传送装置包括数据源602、展频码产生装置604、展频器装置606、编码装置608、载波产生器610、二元相位移键(binary phase-shift keying，BPSK)调变器612及发射装置614。
数据源602提供数据信号b(t)。展频码产生装置604产生包含直流成份的展频码c(t)，此展频码包含直流成份。
编码装置608用以将包含直流成份的数据信号b(t)编码成为没有直流成份的数据信号b’(t)，此编码装置可为曼彻斯特编码装置或者利用其它编码方式产生没有直流成份的数据信号的编码装置。
展频器装置606用以将没有直流成份的数据信号b’(t)和包含直流成份的展频码c(t)相乘以产生不包含直流成份的传输信号m(t)。
载波产生器610用以产生载波，在采用二元相位移键做数据调变的直接序列展频通信系统中，载波产生器610产生的载波为正弦信号。二元相位移键调变器612同时接收不包含直流成份的传输信号m(t)及载波产生器610产生的载波，将不包含直流成份的传输信号m(t)调变成调变信号x(t)后输出到发射装置614，发射装置614将发射调变信号x(t)至传送信道(图中未示出)。
综上所述，本发明所提出的使展频后的传输信号不含直流成份的方法及应用此方法的传输装置，其用以产生不包含直流成分传输信号，因此能达到降低直接转换系统的建构成本及提高系统性能的目的。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但是并非用以限定本发明，任何本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的说明书和附图的范围内，所做出的等效结构变换，均包含在本专利的范围内。