CN101207406B

CN101207406B - 无线通信设备和无线通信方法

Info

Publication number: CN101207406B
Application number: CN2007103016088A
Authority: CN
Inventors: 渡部胜己
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2027-12-20
Also published as: US7912168B2; US20080152056A1; EP1936899A2; CN101207406A; JP2008154122A; JP4872651B2

Abstract

本发明提供了一种无线通信设备和无线通信方法。一种用于在跟踪通过同步获得的符号定时的同时执行接收处理的无线通信设备，该无线通信设备包含重采样器，用于执行重采样以通过使用比符号速率更高的采样速率、以多个相位过采样接收符号；相位误差检测器，用于获得被执行了重采样的每个采样点处的时间序列中的相位误差；误差信号生成器，用于基于在被执行了重采样的每个采样点处检测到的相位误差，生成误差信号；以及采样点控制器，用于基于误差信号在每个采样点处检测偏移方向，并用于控制接收符号的每个采样点的偏移方向。

Description

无线通信设备和无线通信方法

技术领域

本发明涉及接收从发射机发射的无线电信号的无线通信设备和无线通信方法。更具体地，本发明涉及接收由发射机编码并数字调制的无线电信号的无线通信设备和无线通信方法。

更具体地，本发明涉及这样的无线通信设备和无线通信方法，该无线通信设备在安装于发射机中的振荡器与安装于接收机中的振荡器之间存在频率偏移的情况下，在执行符号跟踪以便不丢失所获得的同步符号定时的同时，执行接收处理。尤其是，本发明涉及如下的无线通信设备及其无线通信方法，该无线通信设备可用于恒包络调制系统，并且为了加快符号速率而执行符号跟踪，而且基本不会给模数(A/D)转换器增加任何负担。

背景技术

无线通信包括从诸如地面广播、地面微波通信、卫星通信或卫星广播之类的大容量干线(trunk)到诸如移动通信线路之类的接入线路的较广范围的各种功能。近来，涉及经由无线电波发射数字数据的数字无线通信越来越普遍，例如数字广播或无线局域网(LAN)。

在数字无线通信中，由发射机对发射信号执行源编码和信道编码以及数字调制。与发射机执行的处理相反的处理，即数字解调以及源解码和信道解码，由接收机来执行。根据数字通信技术，可实现高速并且大容量的通信。此外，抗噪声性、抗干扰性以及抗失真性增强，因此可实现高品质的通信。

在数字无线通信中，例如可使用扩展频谱(SS)系统。也就是说，从发射机发射如下的数字发射信号，该数字发射信号被利用称作扩展码的信号进行扩展从而具有比原始数字信号更宽的带宽。在接收机处通过利用相同的扩展码将发射信号解码为原始数字信号。根据SS系统，即使在存在具有相同频带的通信系统的环境中，实现正常通信所需的C/I级别也可以被设定为低于0dB。这样的SS系统被用于采用IEEE 802.11系列的无线LAN、蓝牙通信和CDMA移动电话等等。SS系统包含直接序列扩展频谱(DSSS)系统和跳频扩展频谱(FHSS)系统，在DSSS系统中通过将发射机处的信息信号与一系列被称作伪随机(PN)码的随机码相乘来扩展占用频带，在FHSS系统中在多个频道之间迅速地切换载波。

在无线通信中，发射机和接收机都具有安装于其中的本地振荡器。在安装于发射机和接收机中的这些本地振荡器的频率之间存在轻微的误差，即频偏(frequency offset)。例如，在无线LAN的情况下，采用精确到约20ppm的振荡器。位于发射机和接收机的模拟部件中的本地振荡器之间的这种误差被观察得到如下现象：在接收机处随着时间的流逝接收采样点会发生偏移。接收采样点的偏移不仅导致接收采样点的信噪(SN)比降低，而且导致如下的严重问题：如果偏移量超过一个符号周期，则接收数据将不能被解调为原始数据。

图9示出接收信号的眼图。眼图是示出以预定时间间隔抽取的部分信号波形的示图，这些信号波形被重叠在相同区域中。即使在图9中具有较高SN比的点A处执行采样的情况下，如果发射机和接收机之间存在频偏，那么采样点也会从点A偏移到点B，并且采样点的SN比降低。

为了解决这个问题，必须在考虑到发射机和接收机之间的频率误差的情况下，由接收机来执行接收处理。这样的接收方法之一是提供如下的方案，其中重新生成符号定时从而跟踪发射机和接收机之间的频偏，并且不会丢失在通信系统中获得的同步符号定时。这种方案称作“符号跟踪”。

图10示出符号跟踪装置的功能框图。所示的示例采用通常用于DSSS系统的称作延迟锁相环的跟踪系统(参见：日本未审查专利申请公开No.2003-32225的图12；以及Mitsuo Yokoyama，″Supekutoru-Kakusan Tsushin Shisutemu(扩展频谱通信系统)，″Kagaku-Gijutsu Shuppansha，1988)。在该跟踪系统中，通过获得在目标采样点之前和之后Tc/2的点(即分别是较早(Early)点和较迟(Late)点，其中Tc表示符号周期)处采样的信号的积分幅度值之间的差来生成误差信号，从而符号跟踪被执行。应注意所示的示例假定是DSSS系统；然而，所示的示例也可用于除SS系统以外的通信系统中。

这样的符号跟踪系统将幅度值用作跟踪信息。因此，如果使用其中高频信号的幅度不随时间改变的恒包络调制系统，例如π/2双相相移键控(BPSK)，则存在如下问题：很难获得在较早点和较迟点处的积分幅度值之间的差。此外，通常对每个符号执行X次(X大于等于自然数4)过采样(oversampling)，因此随着符号速率的增大，A/D转换器上的处理负担增大。

发明内容

期望提供更好的无线通信设备及其更好的无线通信方法，该无线通信设备被配置用于在安装于发射机中的振荡器与安装于接收机中的振荡器之间存在频偏的通信环境中，在执行符号跟踪以便不丢失所获得的同步符号定时的同时，执行接收处理。

期望提供更好的无线通信设备和更好的无线通信方法，该无线通信设备可用于恒包络调制系统，并且在该无线通信设备中，可执行符号跟踪而不会随着符号速率的增大而增大A/D转换器上的处理负担。

根据本发明的实施例，提供了一种用于在跟踪通过同步获得的符号定时的同时执行接收处理的无线通信设备，该无线通信设备包含：重采样器，用于执行重采样以通过使用比符号速率更高的采样速率、以多个相位过采样接收符号；相位误差检测器，用于获得在被执行了重采样的每个采样点处在时间序列(当前符号和前一符号)中的相位误差；误差信号生成器，用于基于在被执行了重采样的每个采样点处检测到的相位误差，生成误差信号；旋转方向检测器，用于检测在被执行了重采样的采样点中的每个采样点处的符号的旋转方向；以及采样点控制器，用于基于误差信号检测每个采样点处的偏移方向，并用于控制接收到的符号的每个采样点的偏移方向，其中在每个采样点处的符号的旋转达到旋转方向检测器中的预定角度的定时处，从误差信号生成器中输出的误差信号被采样。

在无线通信中，在安装于发射机中的振荡器与安装于接收机中的振荡器之间存在频偏。因为该频偏，所以在接收机处观察到接收采样点随着时间的流逝而偏移的现象。此现象可导致接收采样点的SN比降低，并且可导致如下严重问题：接收数据不能被成功地解调为原始数据。因此，需要用于重新生成符号定时以跟踪发射机与接收机之间的频偏的方案。

在根据本发明的实施例的无线通信设备中，该无线通信设备例如对所接收数据的每个符号执行2倍过采样。该无线通信设备通过将时间序列中在每个采样点处的相位误差用作度量(metric)来生成误差信号，检测在每个采样点处的符号的旋转方向，然后控制采样点的偏移方向。也就是说，通过将相位的改变量用作度量来指定符号的采样点，这在恒包络调制系统中也是有效的。

在根据本发明的实施例的无线通信设备中，在符号的旋转角度达到预定量的定时处采样这样的误差信号，从而使得符号跟踪能够使用符号速率的两倍高的采样频率。误差信号基于频率误差被调整，因此，通过在从旋转方向检测器之一提供采样时钟信号的定时处采样误差信号，能够以相对于曲率的预定速率采样误差信号。因此，可提高这种检测的精确性。

在此，这样的无线通信设备还可包含平方处理器，用于将接收到的符号平方，并且重采样器以符号速率的两倍高的速率执行过采样。例如，在BPSK的情况下，通过将符号平方来取消信息成分。在四相相移键控(QPSK)的情况下，通过将符号四次方来取消信息成分。在此情况下，在旋转方向检测器(其可被包含在无线通信设备中)中检测到的相位的改变量是实际频偏的两倍。

无线通信设备还可包含旋转方向检测器，并且旋转方向检测器可根据阈值和采样点在相位平面中所位于的象限，检测符号的旋转方向。

根据本发明的实施例，因此可实现更好的无线通信设备和更好的无线通信方法，该无线通信设备被配置用于在执行符号跟踪以便不丢失在如下的通信环境中获得的同步符号定时的同时，执行接收处理，在该通信环境中，在安装于发射机中的振荡器与安装于接收机中的振荡器之间存在频偏。

根据本发明的实施例，因此可实现更好的无线通信设备和更好的无线通信方法，该无线通信设备可用于恒包络调制系统，并且可以在其中执行符号跟踪而不会随着符号速率的增大而增大A/D转换器上的处理负担。

在根据本发明的实施例的无线通信设备中，通过将相位误差信息用作跟踪信息来执行符号跟踪，因此这样的符号跟踪也可用于恒包络调制系统。此外，通过检测相位的旋转方向，即使是在2倍过采样的情况下，这样的符号跟踪也可被数字地执行。因此，该无线通信设备可以应对在通信系统的处理速度增大的情况下符号速率的增大。

在本发明的实施例中，通过将相位误差信息用作跟踪信息来执行符号跟踪，因此这样的符号跟踪也可用于恒包络调制系统。此外，通过检测相位的旋转方向来执行符号跟踪，所以这样的符号跟踪可被数字地执行，即使是在2倍过采样的情况下。

将参考基于以下描述的本发明的实施例和附图的详细描述，具体描述根据本发明的实施例的其他特征和优点。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的无线通信设备的结构的框图；

图2是示出根据本发明的另一实施例的无线通信设备的结构的框图；

图3是示出执行符号跟踪的电路的结构的框图；

图4是示出在2倍过采样的情况下相位P0和P1的符号和采样定时的示图；

图5是示出角度差信号P0_Delta和P1_Delta的示图；

图6是示出作为角度差信号P0_Delta和P1_Delta之间的差的误差信号Error，和从旋转方向检测器提供采样时钟信号的定时的示图；

图7A是示出用于以90°的度数检测符号的旋转的结构的示意图，由旋转方向检测器来执行该检测；

图7B是示出用于以45°的度数检测符号的旋转的结构的示意图，由旋转方向检测器来执行该检测；

图8是示出旋转方向检测器的输出的示例性积分结果的示图，在位于下游的积分器中执行该积分；

图9是示出接收信号的眼图的示图；以及

图10是符号跟踪装置的功能框图。

具体实施例

下文中将参考附图描述根据本发明的实施例。

图1示意性地示出可适用本发明的实施例的无线通信设备的结构。图1所示的无线通信设备包含发射分支和接收分支。发射分支包含用于执行MAC层协议的处理的媒体访问控制(MAC)处理器11，用于执行物理(PHY)层协议和基带(BB)层协议的处理的PHY/BB处理器12，用于将数字发射信号转换为模拟发射信号的数模转换器(DAC)13，和用于对模拟发射信号执行射频(RF)处理的RF发射处理器14。接收分支包含用于对模拟接收信号执行RF处理的RF接收处理器15和用于将模拟接收信号转换为数字接收信号的模数转换器(ADC)16。经由天线开关(SW)18，发射和接收分支共用天线19。

图1所示的系统包含本地振荡器，该振荡器不是压控振荡器(VCO)而是温度补偿晶体振荡器(TCXO)。PHY/BB处理器12执行包括过采样的基带处理以数字地执行符号跟踪。在所示系统中，未执行本地振荡器的反馈控制，因此系统的电路结构简单。然而，用于A/D转换的采样频率是足够高的。

图2示意性地示出可适用本发明的另一实施例的无线通信设备的示例结构。图2所示的无线通信设备包含发射分支和接收分支。发射分支包含MAC处理器11，PHY/BB处理器12，DAC 13和RF发射处理器14。接收分支包含RF接收处理器15和ADC 16。经由SW 18，发射和接收分支共用天线19(图2所示的无线通信设备的元件类似于图1所示的无线通信设备的元件)。

在图2所示的系统中，VCO被用作本地振荡器，并且由PHY/BB处理器12执行对VCO的操作的反馈控制。在此情况下，虽然对于ADC 16和DAC 13而言高采样频率并非必需的，但是存在采样频率和跟踪控制稳定性之间的折衷。也就是说，虽然不要求ADC 16的某一采样频率和DAC13的某一采样频率，但是，在RF处理器和基带电路之间形成的环路导致跟踪控制受到模拟电路特性的影响。此外，系统还包含用于控制VCO的DAC 20。

以下将在图1所示的不包含VCO的系统结构的情况下进行描述。

在无线通信中，在发射机的振荡器和接收机的振荡器之间通常存在频偏。因此，接收机在考虑频偏的同时，执行对接收信号的符号采样的跟踪补偿。

在实施例中，无线通信设备例如对接收数据的每个符号执行2倍过采样。无线通信设备通过将时间序列中在每个采样点处的相位误差用作度量来生成误差信号，检测在每个采样点处的符号的旋转方向，然后控制采样点的偏移方向。也就是说，通过将相位的改变量用作度量来指定符号的采样点，这在恒包络调制系统中也是有效的。

在实施例中，在符号的旋转角度达到预定量的定时采样此误差信号，从而使得符号跟踪能够使用符号速率的两倍高的采样频率。

图3示出用于符号跟踪的电路的结构。在此，将π/2偏移的BPSK用作调制系统，并且过采样的度为2。

复符号(complex-symbol)平方处理器101通过将符号平方来取消信息成分。在BPSK的情况下，通过将符号平方来取消信息成分。在QPSK的情况下，通过将符号四次方来取消信息成分。

重采样器102基于相位将平方了的符号分类。因为在本实施例中执行2倍过采样，所以重采样器102将平方了的符号重采样为两个相位，P0和P1。相位P0是经解调的信号的相位，而相位P1是执行过采样的相位。图4示出2倍过采样中的符号和采样定时P0和P1。

分别为相位P0和P1提供相位误差检测器103-0和103-1。相位误差检测器103-0和103-1分别检测时间序列中每个采样点处的相位误差Δθ。也就是说，相位误差检测器103-0和103-1获得在被执行了重采样的相位P0和P1处当前符号与前一符号之间的相位误差Δθ，并且确定载波的相位偏移。在本实施例中，通过确定在考虑了符号转变中所生成的相位误差(即星座图(constellation)的扩展)的情况下对相位旋转求微分而获得的量，来检测符号内的相位偏移。

分别由低通滤波器(LPF)104-0和104-1对相位误差检测器103-0和103-1的输出进行频带限制，从而分别生成执行了重采样的相位P0和P1处的角度差信号P0_Delta和P1_Delta。角度差信号P0_Delta和P1_Delta之间的差成为误差信号Error。也就是说，通过将时间序列中符号的每个采样点处的相位误差用作度量来生成这样的误差信号，该相位误差作为测量基础(度量参量)。

分别为相位P0和P1提供旋转方向检测器105-0和105-1。旋转方向检测器105-0和105-1分别检测在相位P0和P1处每个被平方了的符号的旋转方向。在本实施例中，采用在每个预定角度处生成具有值“+1”或“-1”的脉冲的电路。因为复符号平方处理器101执行平方运算，所以相位的改变量是实际频偏的两倍。

采样器106利用从相位P0和P1的旋转方向检测器105-0和105-1中的任一个生成的脉冲作为驱动时钟，并且每当被平方了的符号的相位旋转达到预定角度时，采样误差信号Error的值。就是说，采样器106能够以与符号的频率误差相对应的速率采样符号的相位误差，从而导致位于下游的峰值检测器107处的更精确的处理。

峰值检测器107获得相位误差信号的峰值。峰值检测器107的输出成为用于选择符号被过采样的相位P0和P1之一的相位选择信号，所选择的相位用于确定用以解调符号的采样点。相位误差信号的峰值(即角度差信号P0_Delta和P1_Delta中的每一个的顶点，在此相应的角度差信号的极性改变)指示相邻符号之间的瞬变(transitional)点。通过将采样定时从P0变到P1，可实现符号跟踪。

图5示出角度差信号P0_Delta和P1_Delta。在图5中，角度差信号P0_Delta用作解调采样定时。频偏导致由相位P0指定的采样点向相应符号的末端移动，因此角度误差增大，并且角度差信号P0_Delta的改变量增大。另一方面，频偏导致由相位P1指定的采样点从相应符号的末端(在此角度误差变大)向该符号的中央移动，因此角度差信号P1_Delta的改变量逐渐变小。

图6示出误差信号Error和从旋转方向检测器之一提供采样时钟信号的定时，误差信号Error是角度差信号P0_Delta和P1_Delta之间的差。如图6所示，在角度差信号P0_Delta的增大量变得比角度差信号P1_Delta的增大量更大或更小的定时处，误差信号Error具有凸起形状的峰值部分。在此定时处，由相位P0指定的采样点被切换到由相位P1指定的采样点。

此外，基于频率误差调整误差信号Error；因此，通过在如图6所示从旋转方向检测器105-0和105-1之一提供采样时钟信号的定时处采样误差信号Error，能够以相对于曲率的预定速率采样误差信号Error。因此，检测峰值的精确性可被提高。

接下来，将具体描述旋转方向检测器105(这是旋转方向检测器105-0和105-1的统称)的机理。在旋转方向检测器105处，根据符号的旋转量生成脉冲(如上所述)。图7A和7B示出旋转方向检测器105分别以角度90°和45°检测符号的旋转的机理的概念图。如图7A所示，旋转方向检测器105参考I-Q相位平面中的I轴和Q轴，根据符号的交叉方向输出值“+1”或“-1”。因此，旋转方向检测器105可检测符号每90°的旋转。此外，在图7B中，除了I轴和Q轴以外还有附加轴y＝x和y＝-x，因此旋转方向检测器105可检测符号每45°的旋转。

图8示出旋转方向检测器105的输出值的示例性积分结果，由位于旋转方向检测器105的下游的积分器108执行该积分。输出的积分具有如图8所示这样的形状，因为与每个符号的旋转的旋转方向相对应的输出被积分。在本实施例中，旋转方向检测器的输出用作误差信号的采样时钟信号，并且利用积分来检测相位的旋转方向。

如上所述，已经参考根据本发明的具体实施例具体地描述了本发明。然而，本领域内的技术人员应当理解，根据设计需求和其他因素可进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们落入所附权利要求或其等同物的范围内即可。

在此主要讨论了采用DSSS通信系统的实施例；然而，本发明的范围不应局限于此类型的系统。本发明还可用于除SS通信系统外的通信系统。

总之，通过示例性实施例的方式已经公开了本发明，并且在此公开的内容不应被限制性地解释。本发明的范围应考虑所附权利要求来确定。

Claims

1.一种无线通信设备，用于在跟踪通过同步获得的符号定时的同时执行接收处理，所述无线通信设备包括：

重采样器，用于执行重采样以通过使用比符号速率更高的采样速率、以多个相位过采样接收到的符号；

相位误差检测器，用于获得在被执行了重采样的采样点中的每个采样点处在时间序列中的相位误差；

误差信号生成器，用于基于在所述被执行了重采样的采样点中的每个采样点处检测到的相位误差，生成误差信号；

旋转方向检测器，用于检测在所述被执行了重采样的采样点中的每个采样点处的符号的旋转方向；以及

采样点控制器，用于基于所述误差信号检测在所述采样点中的每个采样点处的偏移方向，并用于控制所述接收到的符号的所述采样点中的每个采样点的偏移方向，

其中在所述每个采样点处的符号的旋转达到所述旋转方向检测器中的预定角度的定时处，从所述误差信号生成器中输出的误差信号被采样。

2.如权利要求1所述的无线通信设备，还包括：

平方处理器，用于将所述接收到的符号平方，

其中所述重采样器以所述符号速率的两倍高的速率执行过采样。

3.如权利要求1所述的无线通信设备，其中所述旋转方向检测器根据阈值和所述采样点中的每个采样点在相位平面中的象限，检测所述符号的旋转方向。

4.一种无线通信方法，用于在跟踪通过同步获得的符号定时的同时执行接收处理，所述无线通信方法包括如下的步骤：

执行重采样以通过使用比符号速率更高的采样速率、以多个相位过采样接收到的符号；

获得被执行了所述重采样的采样点中的每个采样点处在时间序列中的相位误差；

基于在所述被执行了重采样的采样点中的每个采样点处检测到的相位误差，生成误差信号；

检测在所述被执行了重采样的采样点中的每个采样点处的符号的旋转方向；并且

基于所述误差信号检测所述采样点中的每个采样点处的偏移方向，并控制所述接收到的符号的所述采样点中的每个采样点的偏移方向，

其中在所述每个采样点处的符号的旋转达到预定角度的定时处，所述误差信号被采样。