CN100448178C - 一种无线接收器与其讯号解调方法 - Google Patents

Abstract

一种无线接收器，将频段判断模块分为两种不同的功能模块。其中前频段判断模块提供粗略的频段复合增益的判断值，该值被传送到自动频率控制模块。自动频率控制模块输出一讯号且传送至两个合成器。第一合成器将粗略的频段复合增益的判断结果值与自动频率控制模块的输出值加以结合，并输出合成结果值到速率判断模块及后频段判断模块产生补偿讯号。速率判断模块的输出值亦被传送到后频段判断模块且将后频段判断模块的输出值传送到最大比率结合模块。之后第二合成器将自动频率控制模块的讯号与最大比率结合模块的讯号加以合成产生一解调讯号。

Description

一种无线接收器与其讯号解调方法

技术领域

本发明涉及一种用于第三代合作方案(3^rd Generation PartnershipProject，3GPP)无线通讯网路的基站与移动模块在通讯时的讯号解调方法。特别是涉及一种用于将解调模块适当地整合在一3GPP接收器中的架构。

背景技术

无线通讯网路中的移动单元是在困难的环境下运作。一般来说，建筑物与地形会散射与反射从基站传送到移动单元的讯号，因此，移动单元天线所接收的讯号是所有被散射与反射或多重路径讯号的总和。通常，这个接收到的多重路径讯号的品质被下述两个主要因素所影响。

第一种因素称之为慢速衰减(Slow Fading)或对数常态衰减(LognormalFading)。慢速衰减是由于基站与移动单元之间的讯号被地形吸收所造成。例如，当移动单元移动进入隧道时，可能会造成讯号强度的减少。

第二种因素则为快速衰减(Fast Fading)、多重路径衰减(MultipathFading)或称为Rayleigh衰减(Rayleigh Fading)。Rayleigh衰减是由于多重路径的讯号到达移动单元并破坏性地结合，这可能会造成整个频宽(Bandwidth)的降低。另一种型态的Rayleigh衰减是由于移动单元相对于基站的移动而产生频率的多普勒偏移效应(Doppler Shift)。

基于以上这些因素，一种典型的宽带码分多址(Wideband Code DivisionMultiple Access，WCDMA)技术的通用移动电信系统全球无线电存取网络(Universal Mobile Telecommunications System Terrestrial RadioAccess Network，以下简称UTRAN)接收器需要数个模块以正确地解调所接收到的讯号。一已知的WCDMA UTRAN接收器110如图1所示。接收器110包含一延迟判断(Delay Estimation，DE)模块112、耙指接收器(Rake Fingers)模块115、一最大比率结合(Maximum Ratio Combing，MRC)模块118、一频段判断(Channel Estimation，CE)模块120、一速率判断(VelocityEstimation，VE)模块122以及一自动频率控制(Automatic FrequencyControl，AFC)模块125。

一个频段的复合增益讯号均方根升余弦(Square-Root Raised Cosine，SRRC)讯号被传送到延迟判断模块112、耙指接收器模块115及频段判断模块120。延迟判断模块112的输出值提供作为耙指接收器模块115的另一个输入值。耙指接收器模块115的输出值接着被传送到最大比率结合模块118。频段判断模块120的输出值则被传送给速率判断模块122与自动频率控制模块125。自动频率控制模块125的输出值传回给频段判断模块120并作为速率判断模块122的另一个输入值。速率判断模块122的输出值同样传回给频段判断模块120。频段判断模块120的另一个输出值则作为最大比率结合模块118的另一个输入值(连同耙指接收器模块115的输出值)以产生出解调讯号DeMCC。

频段判断模块120判断该频段的复合增益值，包括其振幅大小与相位。自动频率控制模块125则补偿由于本地振荡器间的变异(LocalOscillators)而产生介于传送器与接收器之间的频率差值。速率判断模块122测量移动单元相对于基站的移动速率。自动频率控制模块125与速率判断模块122需要频段判断模块120的判断结果，而频段判断模块120亦需要自动频率控制模块125与速率判断模块122的结果值以有效地运作。在频段判断模块120、速率判断模块122与自动频率控制模块125之间的回授循环使接收器110无法有效率地运作。

举例而言，在接收器110中的频段判断模块的频宽必须被设计为多普勒扩频(Doppler Spread)。以简要的图示做说明，图2展示一个被接收的讯号的频段复合增益15的频谱在没有频率偏移时恰好位于一相对较大的指定频宽10的中央。图3显示一被接收的讯号的频段复合增益25的频谱即使在有频率偏移时仍落在一较大的指定频宽10内。图4与图5则为明显的对比，显示在相同的频段复合增益15(图4)与频段复合增益25(图5)的频谱使用较小的频宽20。图5显示一被接收讯号的频段复合增益25的频谱因为频率偏移而落在指定频宽20之外，使讯号失真。

请注意在一WCDMA系统中，频率被要求在0.1ppm之内，大约为200Hz并且大致对应于当移动单元以时速100公里移动时所产生的多普勒感应频率偏移。另外也可能因为本地振荡器的变异而产生额外的频率偏移。由于速率判断模块122需依靠频段判断模块120的输出值，频段判断模块120的频宽必须够大以确保复合增益在通过频段判断模块120时不会发生如图5所示的讯号失真，不管该移动单元的速率为何。为了得到较佳的效能，频段判断模块120的频宽应被设计为符合多普勒扩频的需求。

发明内容

因此本发明的主要目的是提供一种WCDMA接收器的新颖架构以消除上述接收器中各功能区块间的回授回路，使频段判断模块的频宽可被精确地设计，并增进3GPP无线通讯系统的效能。

本发明提供一种无线接收器，其包含一延迟判断模块、一耙指接收器模块、一自动频率控制模块、一速率判断模块、一前频段判断(PreCE)模块、一后频段判断(PostCE)模块、一最大比率结合模块、一第一合成器(Mixer)以及一第二合成器。该后频段判断模块的运作与该自动频率控制模块以及该速率判断模块的输出相关，但是该前频段判断模块的运作则独立于该自动频率控制模块以及该速率判断模块之外。

前频段判断模块提供粗略的频段复合增益的判断结果值，该值被传送到自动频率控制模块与第一合成器。该自动频率控制模块输出一讯号且该讯号被传送至第一与第二合成器。第一合成器将粗略的频段复合增益的判断结果值与自动频率控制模块的输出值加以结合，并输出合成结果值到速率判断模块及后频段判断模块以产生补偿讯号。速率判断模块的输出值亦被传送到后频段判断模块且被后频段判断模块利用来在第一合成器对结果值进行处理前补偿多普勒效应导致的频率偏移。后频段判断模块的输出值被传送到最大比率结合模块。最后，第二合成器将来自自动频率控制模块的讯号与来自最大比率结合模块的讯号加以合成产生一解调讯号。

本发明的优点为上述WCDMA接收器中各功能区块间不存在回授回路，可精确地设计后频段判断模块的频宽，并增进3GPP无线通讯系统的效能。

附图说明

图1为一已知的WCDMA UTRAN接收器的功能方块图。

图2为频段复合增益与指定频宽的频谱图。

图3为频段复合增益与指定频宽的频谱图。

图4为使用较小的频宽与频段复合增益的频谱图。

图5为使用较小的频宽与频段复合增益的频谱图。

图6为WCDMA接收器的功能区块图。

附图符号说明

10       频宽

15       频段复合增益

20       频宽

25       频段复合增益

110      WCDMA UTRAN接收器

112      延迟判断模块

115      耙指接收器模块

118      最大比率结合模块

120      频段判断模块

122      速率判断模块

125      自动频率控制模块

200      WCDMA接收器

220      前频段判断模块

225      后频段判断模块

230      第一合成器

235      第二合成器

DeMCC    解调讯号

具体实施方式

本发明揭示一种WCDMA接收器的架构，其中不同功能模块间的相依性可依频段判断模块频宽的适当设计来做安排。在本发明中，该频段判断模块被分为两个部分，分别是一前频段判断模块与一后频段判断模块。当后频段判断模块依据速率判断模块与自动频率控制模块的输出值时，该前频段判断模块不受速率判断模块及自动频率控制模块输出值的影响。

图6例示上述WCDMA接收器200的功能区块图。WCDMA接收器200包含如图1所示已知接收器的延迟判断模块112、耙指接收器模块115、一最大比率结合模块118、一速率判断模块122以及一自动频率控制模块125。然而，接收器200还包含一前频段判断模块220、一后频段判断模块225、一第一合成器230与一第二合成器235。

经均方根升余弦的滤波器(未图示)滤波的输入讯号分别输入延迟判断模块112、耙指接收器模块115与接收器200；延迟判断模块112的输出送至耙指接收器模块115的另一输入，耙指接收器模块115的输出U₀(n)送至最大比率结合模块118，前频段判断模块220提供粗略的该粗略的判断结果值U₁(n)被传送到第一合成器230与自动频率控制模块125。自动频率控制模块125输出一讯号U₂(n)且该讯号被传送至合成器230与235。第一合成器230将U₁(n)与U₂(n)加以结合并输出合成结果值U₃(n)到速率判断模块122及后频段判断225模块以产生补偿讯号。速率判断模块122的输出值亦被传送到后频段判断模块225。后频段判断模块225的输出值U₄(n)被传送到最大比率结合模块118以产生输出讯号U₅(n)。最后，第二合成器235将讯号U₂(n)(来自自动频率控制模块125)与讯号U₅(n)(来自最大比率结合模块118)的讯号加以合成来产生一讯号U₆(n)。讯号U₆(n)随后被解调。

虽然后频段判断模块225依赖来自自动频率控制模块125与速率判断模块122的补偿讯号，自动频率控制模块125与速率判断模块122却仅依赖前频段判断模块220的输出值。因为本发明消除了已知技术中不同模块之间的回授回路，所以只要各自独立的功能区块稳定，则接收器的架构亦同样稳定。复杂度在本发明中亦已被考虑进去。由于相关的本地振荡器之间的频率偏移为一非理想的效应，这些偏移的量不受多路径讯号的影响。因此，对多路径讯号中每个路径的偏移进行补偿已变成不必要，且频率偏移可在最大比率结合模块118利用第二合成器235之后获得补偿。后频段判断模块225与最大比率结合模块118会补偿每个路径的相位差。

前频段判断模块220的频宽不受自动频率控制模块125与速率判断模块122的影响，且应足够宽以使最大多普勒扩频与频率偏移通过。后频段判断模块225的频宽可被设计为根据速率判断模块的输出值因而得以窄于前频段判断模块220的频宽，并增进后频段判断模块225的效能。耙指接收器模块115的输出值可被表示成：

$U_0\left(n\right)={\mathrm{dA}}_0{e}^{j(\mathrm{\Δ\ωn}+{\mathrm{\θ}}_0)}+i_0$ (方程式一)

其中d为数据符号，A₀为频段振幅增益，θ₀为频段相位增益，Δω为频率偏移，i₀为噪声。而亦可假设前频段判断模块220的输出为：

$U_1\left(n\right)=A_1{e}^{j(\mathrm{\Δ\ωn}+{\mathrm{\θ}}_1)}+i_1$ (方程式二)

其中A₁为频段振幅增益的判断值，θ₁为频段相位增益的判断值，i₁为噪声。这些判断工作皆在前频段判断模块220中完成。该粗略的复合增益U₁(n)被传送到自动频率控制模块125以产生如方程式三所得的补偿讯号：

$U_2\left(n\right)=e^{-j(\mathrm{\Δ\ωn}+{\mathrm{\θ}}_2)}$ (方程式三)

该相位噪声与稳态误差(Steady-State error)被加总到相位扰子θ₂。该讯号U₁(n)被与U₂(n)合成并产生：

$U_3\left(n\right)=A_1{e}^{j({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)}+i_1$ (方程式四)

请注意该e^Δωn被从方程式中消除。如此可确保讯号U₃(n)可正确地通过后频段判断模块225。讯号U₃(n)并传送到速率判断模块122。速率判断模块122判断该移动单元相对于基站的移动速率且后频段判断模块225的频宽被依此做调整。

讯号

$U_4\left(n\right)=A_1{e}^{j({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_4)}$ (方程式五)

是由将U₃(n)传送经过后频段判断模块225而产生，其中θ₄为后频段判断模块225的相位响应(Phase Response)。频带外的噪声则可被抑制。最大比率结合模块118输入U₀(n)与U₄(n)以执行相位与振幅补偿以及多路径讯号的结合来得出：

$U_5\left(n\right)=\mathrm{\Σ}{\mathrm{dA}}_0{A}_1{e}^{j(\mathrm{\Δ\ωn}+{\mathrm{\θ}}_0-{\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2-{\mathrm{\θ}}_4)}+i_5$ (方程式六)

假设频段相位增益的判断值为Δθ＝θ₀-θ₁，则U₅(n)亦可表示为：

$U_5\left(n\right)=\mathrm{\Σ}{\mathrm{dA}}_0{A}_1{e}^{j(\mathrm{\Δ\ωn}+\mathrm{\Δ\θ}+{\mathrm{\θ}}_2-{\mathrm{\θ}}_4)}+i_5$ (方程式七)

合成器235接着产生最后结果值：

$U_6\left(n\right)=\mathrm{\Σ}{\mathrm{dA}}_0{A}_1{e}^{j(\mathrm{\Δ\θ}-{\mathrm{\θ}}_4)}+i_6$ (方程式八)

若将方程式八中的噪声项i₆忽略不计，则只剩下频段判断模块且频率偏移被消去。请注意自动频率控制模块125的相位噪声θ₂亦被消去。讯号可通过各个经过精确设计频宽的功能区块并且在各区块间不会有回授回路存在。

本发明的优点为WCDMA接收器200中各功能区块间不存在回授回路，可精确地设计频宽并增进效能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (9)

1.一无线接收器，其包含：

一前频段判断模块，其包含一第一频宽滤波器，一输入部，用以接收一频段复合增益的判断值，以及一输出部，用以输出一频段判断值；

一速率判断模块，其包含一输入部，该输入部电连接至该前频段判断模块的输出部，用来接收该前频段判断模块的输出值；以及

一后频段判断模块，其包含一第二频宽滤波器，一第一输入部，电连接至该前频段判断模块的输出部以接收该前频段判断模块的输出值，及一第二输入部，连接至该速率判断模块的输出部；

其中该后频段判断模块根据该速率判断模块的输出值，在前频段判断模块的输出值被后频段判断模块处理前补偿多普勒感应频率偏移，使得该第二频宽滤波器的频宽比该第一频宽滤波器的频宽窄。

2.如权利要求1所述的无线接收器，其还包含：

一自动频率控制模块，包含有一输入部，连接至该前频段判断模块的输出部；以及

一第一合成器，包含有一第一输入部以及一第二输入部，该第一输入部连接至该前频段判断模块的输出部，该第二输入部连接至该自动频率控制模块的一输出部；

其中在该前频段判断模块的输出值被该速率判断模块与该后频段判断模块接收前，该第一合成器会将该自动频率控制模块的输出值与该前频段判断模块的输出值加以合成。

3.如权利要求2所述的无线接收器，其还包含：

一最大比率结合模块，包含有一第一输入部以及一第二输入部，该第一输入部连接至该后频段判断模块的输出部；以及

一第二合成器，包含有一第一输入部以及一第二输入部，该第一输入部连接至该最大比率结合模块的一输出部，该第二输入部连接至该自动频率控制模块的输出部；

其中该第二合成器输出一讯号用以补偿由于本地振荡器的变异所产生的频率偏移。

4.如权利要求3所述的无线接收器，其还包含：

一延迟判断模块，包含有一输入部，用以接收该频段复合增益的判断值；以及

一耙指接收器模块，包含有一第一输入部、一第二输入部以及一输出部，该第一输入部用来接收该频段复合增益的判断值，该第二输入部连接至该延迟判断模块的一输出部，该输出部连接至该最大比率结合模块的第二输入部。

5.一无线接收器，其包含：

一前频段判断模块，包含有一输入部以及一输出部，该输入部用来接收一频段复合增益的判断值；

一自动频率控制模块，包含有一输入部，该输入部连接至该前频段判断模块的输出部；

一第一合成器，包含有一第一输入部以及一第二输入部，该第一输入部连接至该前频段判断模块的输出部，该第二输入部连接至该自动频率控制模块的一输出部；

一速率判断模块，包含有一输入部，该输入部连接至该第一合成器的一输出部；

一后频段判断模块，包含有一第一输入部以及一第二输入部，该第一输入部连接至该第一合成器的输出部，该第二输入部连接至该速率判断模块的一输出部；

一最大比率结合模块，包含有一第一输入部，该第一输入部连接至该后频段判断模块的一输出部；以及

一第二合成器，包含有一第一输入部以及一第二输入部，该第一输入部连接至该最大比率结合模块的一输出部，该第二输入部连接至该自动频率控制模块的输出部。

6.如权利要求5所述的无线接收器，其还包含：

一延迟判断模块，具有一输入部，该输入部用以接收该频段复合增益的判断值；以及

一耙指接收器模块，包含有一第一输入部、一第二输入部以及一输出部，该第一输入部用以接收该频段复合增益的判断值，该第二输入部连接至该延迟判断模块的一输出部，该输出部连接至该最大比率结合模块的第二输入部。

7.一种用于一无线接收器的讯号解调的方法，该接收器包含一速率判断模块，该方法包含：

利用一前频段判断模块包含的一第一频宽滤波器来产生一频段复合增益的判断值；

利用该速率判断模块产生该无线接收器相对于一基站的速率判断值；

根据该速率判断模块的输出值补偿该频段复合增益的判断值的多普勒频率偏移；以及

提供一后频段判断模块，其包含一第二频宽滤波器，利用该第二频宽滤波器来补偿在该频段复合增益的判断值中被补偿的判断值的相位差；

其中该第二频宽滤波器的频宽比该第一频宽滤波器的频宽窄。

8.如权利要求7所述的方法，其中该无线接收器还包含：

一延迟判断模块，包含有一输入部，该输入部用来接收该频段复合增益的判断值；

一耙指接收器模块，包含有一第一输入部以及一第二输入部，该第一输入部用以接收该频段复合增益的判断值，该第二输入部连接至该延迟判断模块的输出部；以及

一最大比率结合模块，包含有一第一输入部、一第二输入部以及一输出部，该第一输入部连接至该耙指接收器模块的一输出部，该第二输入部连接至该后频段判断模块的一输出部，该输出部用以输出一经过处理的讯号。

9.如权利要求8所述的方法，还包含：

利用一自动频率控制模块根据该频段复合增益的判断值来产生一频率偏移补偿讯号；以及

将该频率偏移补偿讯号与该经过处理的讯号合成以补偿由于本地振荡器的变异所产生的频率偏移。

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