CN102163998A - 用于天线分集接收的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为用于天线分集接收的设备和方法，一种设备通过数字基带处理器来提供用于利用接收天线分集的基带信号。该设备包括组合器，组合器配置成在时间上交替选择对应于第一接收天线的第一接收信号的至少一个样本和对应于第二接收天线的第二接收信号的至少一个样本，并且交织第一接收信号和第二接收信号的所选样本，以便在组合器的输出端得到作为用于利用接收天线分集的基带信号的组合信号的基带表示的样本的时间上连续的流。

Description

用于天线分集接收的设备和方法

技术领域

本发明的实施例涉及利用使用单天线数字基带处理概念的接收天线分集。

背景技术

近来深入讨论用于移动通信的多天线系统。在单输入多输出(SIMO)情况下，应用基站处的一个发射天线和移动台处的多个接收天线。具体来说，后者对于使用下行链路、即基站到移动台方向上的高数据率的移动电话受到关注。常用的多天线接收器架构需要从每个接收天线到数字基带的单独接收链，包括每个接收天线的RF(射频)路径和数字基带处理路径，这对于所占用芯片面积和功率消耗是非最佳的。

因此，需要允许减小的芯片面积和减小的功率消耗的改进SIMO或天线分集接收器概念。

发明内容

本发明的实施例提供一种设备，所述设备用于通过数字基带处理器来提供用于利用接收天线分集的基带信号。该设备包括组合器，组合器配置成在时间上交替选择对应于第一接收天线的第一接收信号的至少一个样本和对应于第二接收天线的第二接收信号的至少一个样本，并且交织第一接收信号和第二接收信号的所选样本，以便在组合器的输出端得到作为用于利用接收天线分集的基带信号的组合信号的基带表示的样本的时间上连续的流。

附图说明

下面针对附图更详细地说明本发明的实施例，附图包括：

图1a示意示出SIMO信道模型；

图1b示出1×2 SIMO信道模型的框图；

图2a示出根据本发明的一个实施例、用于提供用于利用接收天线分集的基带信号的设备的框图；

图2b示出根据本发明的另一个实施例、用于提供用于利用接收天线分集的基带信号的设备的框图；

图3a示出根据本发明的一个实施例的两个信道功率延迟分布到组合功率延迟分布的组合；

图3b示出根据本发明的另一个实施例的两个功率延迟分布到组合功率延迟分布的组合；

图4示意示出根据本发明的一个实施例、用于提供用于利用接收天线分集的基带信号的方法的流程图；

图5a示出用于提供用于利用接收天线分集的基带信号的设备的又一个实施例；

图5b示出用于提供用于利用接收天线分集的基带信号的设备的一个附加实施例；

图6a示意示出根据本发明的一个实施例的第一接收信号的样本和第二接收信号的样本的时间上交替的选择；

图6b示意示出根据本发明的另一个实施例的第一接收信号的样本和第二接收信号的样本的时间上交替的选择；

图7示意示出根据本发明的一个实施例、用于用于利用接收天线分集的另一种方法的流程图；

图8a示出根据本发明的一个实施例、用于用于利用接收天线分集的、包括第一组合器和第二组合器连同用于在两个组合器之间进行选择的选择器的设备；以及

图8b示出根据图8a的设备的更详细框图。

具体实施方式

为了便于说明而不是进行限制，以下描述提出具体细节，例如具体实施例、过程、技术等等。但是本领域的技术人员会理解，可采用与这些具体细节不同的其它实施例。例如，虽然使用一些非限制性示例应用来帮助进行以下描述，但是本技术可用于许多类型的通信系统。在一些情况下，省略对众所周知的方法、接口、电路和装置的详细描述，以免不必要的细节影响对本描述的理解。此外，在一些附图中示出各个块。本领域的技术人员会理解，那些块的功能可使用各个硬件电路、结合适当编程的数字微处理器或通用计算机使用软件程序和数据、使用专用集成电路(ASIC)和/或使用一个或多个数字信号处理器(DSP)来实现。

在以下说明书中，小写粗体变量(a，b，c，…)用于表示向量，而大写粗体变量(A，B，C，…)用于表示矩阵。

要实现移动通信系统中的更好性能，天线分集是用于改进链路性能的众所周知方法。图1a示意示出1×N SIMO信道模型，其中通过发射天线10经过多个移动衰落信道h₁(t)、h₂(t)、…、h_N(t)将发射信号s(t)传送到多个接收天线12-1、12-2、…、12-N。假定接收器处的N个接收天线之间有充分相互距离或不同极化，则对应的N个衰落信道可认为在统计学上相互无关地衰落。

作为非限制性示例，假定接收器、例如移动台(MS)处有N＝2个接收或RX天线，两个对应接收信号r₁(t)和r₂(t)可按下式通过等效复基带记法写作：

r₁(t)＝h₁(t)s(t)+n₁(t)                    (1)

r₂(t)＝h₂(t)s(t)+n₂(t)                    (2)

其中，h₁(t)表示从发射天线10到第一RX天线12-1的第一衰落信道的复值信道系数，以及其中h₂(t)表示从发射天线10到第二RX天线12-2的第二衰落信道的复值信道系数。在非弥散、即频率平坦衰落信道的情况下，h₁(t)和h₂(t)可表示瑞利或莱斯分布随机变量。n₁(t)和n₂(t)分别表示加性白高斯噪声(AWGN)。使用r(t)＝(r₁(t)，r₂(t))^T、h(t)＝(h₁(t)，h₂(t))^T和n(t)＝(n₁(t)，n₂(t))^T，等式(1)和(2)可按下式通过向量记法改写为：

r(t)＝h(t)s(t)+n(t)                    (3)

在以下说明书中，为了清晰起见，将通篇假定接收终端处有N＝2个RX天线。当然，实施例可易于扩展到两个以上RX天线。

通常，天线分集意味着使用多个接收器，从而引起附加成本。迄今为止，通过至少第二次复制完整接收器路径(从天线到内接收器输出端)，分集接收器的RF和基带部分通常设计用于天线分集。这当然引起附加成本。在两个接收路径的输出端，组合信号以实现改进性能。这包括内接收器中的可能基带组合技术，如同例如大量接收信号的联合均衡。这产生更好的接收，因为获得天线增益(即，接收器能够捕获更多能量)和/或分集增益(例如取决于RX天线的距离或极化)。还存在不需要两个接收器的其它解决方案，如同例如至遇到最佳接收条件的RX天线的硬切换。这通常称作“选择组合”。但是，选择组合的性能不匹配全分集解决方案的性能，因为仅使用一个RX天线的接收功率，并且其它天线所接收的能量丢失。因此，迄今为止，仅存在或者进行全接收分集或者具有采用一个RF接收器和一个基带(BB)接收器的低性能天线选择分集的选项。

本发明的实施例允许能够使用具有多个RX路径的分集RF集成电路(IC)进行天线分集的分集概念。但是，接收器的基带部分仅具有单个接收器路径，因为基带IC不是明确设计用于天线分集操作。因此，可进行天线分集操作，而无需基带和RF-BB接口中的附加分集信号路径，并且仅具有极小控制开销。

现在来看图2a，示出本发明的第一实施例的示意框图。

图2a示出一种设备200，设备200用于通过数字基带处理器220来提供用于利用接收天线分集的基带信号210。设备200包括组合器230，它配置成使对应于第一接收天线12-1的第一接收信号r₁(t)相对于对应于第二接收天线12-2的第二接收信号r₂(t)在时间上延迟。组合器230还配置成将经延迟的第一接收信号r₁(t-Δτ)和第二接收信号r₂(t)相加，以便在第一组合器230的输出端得到作为用于利用接收天线分集的基带信号210的组合信号r_c(t)的基带表示。

因此，根据实施例，设备200配置成将空间分集转换成多径分集。例如，在单独平坦衰落信道h_n(t)(n＝1，…，N；N≥2)的情况下，设备200或组合器230在其输出端生成具有如下脉冲响应的人为弥散(artificial dispersive)或频率选择性信道：

$h_c\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_n\left(t\right)\mathrm{\δ}(t-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_n)---\left(4\right)$

其中，δ(.)表示狄拉克函数，而Δτ_n表示第n个接收信号r_n(t)的延迟。

如图2a所示，组合器230可配置成使第一接收信号在时间上延迟，并且在模拟RF信号域中组合经延迟的第一接收信号和第二接收信号。RF接收分支分别包括滤波器和放大器级240-1、240-2，它们用于RF接收信号r_1，RF(t)和r_2，RF(t)的带通滤波和低噪声放大。在滤波器和放大器级240-1的下游，第一接收RF信号r_1，RF(t)通过时间延迟部件250、例如延迟线在时间上延迟Δτ秒。然后通过信号相加级232来将经延迟的第一RF信号r_1，RF(t-Δτ)和第二RF信号r_2，RF(t)相加或者将其组合成组合RF信号r_c，RF(t)260。然后，由混频器和低通滤波器234对组合模拟RF信号r_c，RF(t)260进行下变频和低通滤波。然后通过ADC(模数转换器)236对块234的输出端处产生的模拟基带信号r_c，BB(t)进行模数变换，以便在组合器230的输出端得到作为用于利用接收天线分集的基带信号210的组合信号r_c，BB[kT]或r_c，BB[k]的数字基带表示。在这里，1/T表示ADC 236的取样频率，它通常对应于传送符号率(transmit symbol rate)。

由于使第一接收信号r_1，RF(t)延迟Δτ，将RX天线分集人为转换成多径分集。也就是说，将多个非弥散通信信道h_n(t)(n＝1，…，N；N≥2)人为转换成一个弥散通信信道h_c(t)，或者将多个弥散通信信道h_n(t)(n＝1，…，N；N≥2)人为转换成又一个弥散通信信道h_c(t)。因此，组合信号r_c，RF(t)260和/或r_c，BB[k]210对于数字基带处理器220看来就像已经通过频率选择性移动衰落信道从一个发射天线10传送到单个接收天线的信号。如前面所述，附加符号间干扰(ISI)因第一接收信号r_1，RF(t)的延迟Δτ而被人为地引入组合信号r_c，RF(t)260和/或r_c，BB(t)。为此，数字基带处理器220可配置成将组合信号r_c，BB(t)的基带表示作为具有与通过人为弥散通信信道h_c(t)的传送信号的传输对应的时间ISI的接收信号处理。

根据一些实施例，数字基带处理器220可配置为Rake接收器。Rake接收器是设计成抵消多径衰落影响的无线电接收器。它通过使用称作Rake耙指(finger)的若干“子接收器”、即各指配给h_c(t)的不同多径分量的若干相关器来进行这个操作。各Rake耙指独立地对单个多径分量进行解码。在以后的阶段，组合所有Rake耙指的贡献，以便充分利用各传输路径的不同传输特性。相比在非弥散环境中，这可在多径环境中很好地产生更高信噪比(SNR)。总之，因此可利用RX分集。如果存在比Rake耙指更多的h_c(t)的多径分量的情况下，则Rake接收器可选择h_c(t)的最强多径分量以便进一步处理，例如Rake耙指的贡献的最大比组合(MRC)。通常，Rake接收器的多个Rake耙指的至少一个将专用于经延迟的第一接收信号r₁(t-Δτ)，而至少第二Rake耙指将专用于第二接收信号r₂(t)。具体来说，在码分多址(CDMA)传输方案的情况下，Rake接收器可用作数字基带处理器220。

根据本发明的其它实施例，数字基带处理器220还可配置为线性或非线性信道均衡器，以便利用组合信号r_c，BB(t)210的人为引入多径分集。线性信道均衡器的示例是线性迫零(ZF)均衡器或者线性最小均方误差(MMSE)均衡器。众所周知的非线性信道均衡器是判决反馈均衡器(DFE)或者各种类型的最大似然序列估计器(MLSE)，它们无需在这里详细描述。对于判决反馈或缩减状态均衡方案，前置滤波器常常用于在第一信道抽头中生成具有其能量的等效最小相位信道。因此，在这种情况下，前置滤波器将集中所有通信信道h_n(t)(n＝1，…，N；N≥2)的能量，从而引起分集增益。取决于相对传送符号时长T的组合信号r_c，BB的取样率，均衡器还可配置为所谓的分数均衡器(fractional equalizer)。在具有两倍过取样的组合基带信号r_c，BB的情况下，T/2间隔均衡器可用于数字基带处理器220中。

对于实际均衡方案，数字基带处理器220需要了解作为信道状态信息(CSI)的信道系数h_n(t)(n＝1，…，N；N≥2)。为此，数字基带处理器220可配置成根据组合信号r_c，BB[k]210的基带表示以及根据在已知导频符号位置的已知导频符号来估计通过其分别传送了多个接收信号r_n(t)(n＝1，…，N；N≥2)的通信信道的信道系数h_n(t)(n＝1，…，N；N≥2)。将众所周知的信道估计器、例如维纳滤波器或最小均方误差(LMSE)滤波器应用于组合信号r_c，BB(t)210将“自动”引起与人为生成的多径信道h_c(t)的多径分量h_n(t)(n＝1，…，N；N≥2)对应的信道估计。因此，根据实施例，常规单天线基带接收器220可用于利用RX天线分集。

可随实施例所取得的分集增益还取决于所采用的RX天线的距离或极化。虽然小间距接收天线(天线之间的距离近似为RF信号波长λ的一半)适于波束形成技术，但是空间或RX分集可采用相互充分远离地放置或者经过不同极化的RX天线来实现，使得对应于第一接收信号的通信信道的衰落特性与对应于第二接收信号的通信信道的衰落特性无关。也就是说，对于利用空间或RX分集，第一通信信道和第二通信信道必须是(基本上)不相关的。这可在应用大于0.5λ的RX天线距离或者具有不同极化的RX天线时实现。

图2a示出利用接收天线分集或空间分集的一个实施例，其中经延迟的第一接收信号和第二接收信号在模拟RF信号域中进行组合，而图2b示出一个实施例270，其中经延迟的第一接收信号和第二接收信号在数字基带信号域中进行组合。

根据图2b，首先分别使用电路块280-1和280-2对第一接收RF信号和第二接收RF信号r_1，RF(t)、r_2，RF(t)进行带通滤波、低噪声放大和下变频。然后分别使用ADC 236-1和236-2对所产生模拟基带信号r_1，BB(t)、r_2，BB(t)进行模数转换。然后，通过延迟元件250将第一接收数字基带信号r_1，BB[kT]延迟Δτ，以便得到经延迟的第一接收数字基带信号r_1，BB[kT-Δτ]。然后使用加法器232将这个经延迟的第一接收信号r_1，BB[kT-Δτ]与第二接收信号r_2，BB[kT]的数字基带表示相加，以便在组合器230的输出端得到组合信号r_c，BB[kT]210的数字基带表示。此外，第一组合信号r_c，BB[kT]210的基带表示可由单天线数字基带处理器220来处理，如上所述。因此，根据图2b，组合器230配置成在数字(基带)域中将经延迟的第一接收信号与第二接收信号相加。

重要的是，调整延迟Δτ，其方式使得第一接收信号和第二接收信号r₁(t)、r₂(t)的单独多径分量、即信号回波不会相互干扰。为此，不管处于模拟还是数字信号域，组合器230配置成使第一接收信号r₁(t)延迟，使得因多径传播而引起的第一接收信号的信号回波没有在时间上干扰(temporally interfere with)第二接收信号的信号回波。将参照图3a和图3b更详细地说明这种情况。

图3a示出两个相同功率延迟分布310和320，其分别对应于由第一RX天线12-1和第二RX天线12-2所“看到”的频率选择性移动衰落信道。如图3a所示，延迟元件250可适合使第一接收信号r₁(t)延迟，使得与虚拟弥散通信信道h_c(t)对应的功率延迟分布330是第一功率延迟分布和第二功率延迟分布310和320的交织形式。由此，延迟Δτ选择成使得没有多径分量在时间上重叠。

图3b示出用于选择延迟Δτ的另一个选项。根据图3b，组合器230配置成使第一接收信号r₁(t)延迟，使得经延迟的第一接收信号r₁(t-Δτ)的时间延迟Δτ大于通过其传送了第二接收信号r₂(t)的通信信道h₂(t)的延迟扩展。由此，延迟扩展是当相同信号在不同时间到达其目的地时引起的失真的量度。信号通常经由多个路径并且以不同的到达角到达RX天线。第一多径分量(通常为视线分量)的到达时刻τ₁与最后一个(在这里为τ₃)之间的时间差称作延迟扩展(τ₃-τ₁)。也就是说，如果例如具有多径延迟τ₁＝0μs、τ₂＝2μs和τ₃＝3μs，并且假定多径延迟对于两个RX天线均相同，则延迟Δτ不应当选择为1、2或3，因为在这些情况下，第一接收信号r₁(t)的分集多径会干扰第二RX天线所看到的多径分量。仅在这种多径干扰或崩溃(crash)正发生的情况下，延迟调整才可由数字基带处理器来适配。通过选择较大的初始延迟Δτ，如同例如Δτ＝5μs，延迟Δτ的适配是不太可能的，因为大多数相关的无线电传播信道具有较小延迟扩展。

对于时分多址(TDMA)通信方案，例如GSM/EDGE(增强型数据率GSM演进)，延迟Δτ还可能选择成等于时隙的时长或者其倍数。在这种情况下，经延迟的接收信号可由数字基带处理器220在TDMA帧的随后的时隙中处理。由此，没有附加信号回波必须由数字基带处理器220(在同一个时隙中)处理，从而减轻硬件和计算要求。

本发明的实施例还包括一种用于通过数字基带处理器220来提供用于利用接收天线分集的基带信号210的方法。

根据一个实施例的方法400如图4的流程图示意所示。

方法400包括第一步骤410，使对应于第一接收天线12-1的第一接收信号r₁(t)相对于对应于第二接收天线12-2的第二接收信号r₂(t)在时间上延迟。此外，方法400包括第二步骤420，将经延迟的第一接收信号r₁(t-Δτ)和第二接收信号r₂(t)相加，以便得到作为用于利用接收天线或空间分集的基带信号210的组合信号r_c(t)的基带表示。

现在下文中针对图5a-7来说明本发明的另一个方面。

图5a示出一种设备500，用于通过数字基带处理器220来提供用于利用空间或接收天线分集的基带信号210。

设备500包括组合器530，它配置成在时间上交替选择对应于第一接收天线12-1的第一接收信号r₁(t)的至少一个样本和对应于第二接收天线12-2的第二接收信号r₂(t)的至少一个样本，并且交织第一接收信号和第二接收信号r₁(t)、r₂(t)的所选样本，以便在组合器530的输出端得到作为用于利用接收天线分集的基带信号210的组合信号r_c(t)的基带表示的样本的时间上连续的流。

图5a的组合器530因此在实际所采用的组合部件532方面与组合器230不同。组合器530的组合部件532可实现为例如用于在第一接收信号与第二接收信号r₁(t)、r₂(t)之间交替切换的开关。开关532的切换时间T_S可由数字基带处理器220例如响应RX天线的数量N而配置。

如参照图2a所述，根据一个实施例，在将组合信号r_c(t)转换到数字基带信号域之前可在模拟信号域中组合第一接收信号和第二接收信号r₁(t)、r₂(t)。这个选项如图5a所示，其中在第一接收RF信号与第二接收RF信号r_1，RF(t)、r_2，RF(t)之间切换，以便在将组合RF信号r_c，RF(t)转换成数字基带信号r_c，BB[k]210之前得到模拟组合RF信号r_c，RF(t)260。

另一个选项是组合，即，在数字基带信号域中在第一接收信号与第二接收信号r₁(t)、r₂(t)之间切换，这已经参照图2b类似地进行说明。这种组合方法如图5b所示，然而组合器530配置成通过使用开关532在时间上交替选择第一接收数字BB信号r_1，BB[k]的至少一个样本和第二接收数字BB信号r_2，BB[k]的至少一个样本。因此，在组合器530的输出端得到第一接收信号和第二接收信号的交织样本的时间上连续的流210。一般来说，对于N个RX天线，这意味着组合器530配置成在选择第二接收信号r₂的至少一个样本之前首先选择第一接收信号r₁的至少一个样本。此后选择第三接收信号r₃的至少一个样本，等等。然后，在已经选择第N个接收信号r_N的至少一个样本之后，组合器530切换回再次选择第一接收信号r₁的至少一个样本，依此类推。因此，分别周期性地选择每个接收信号r_n(n＝1，…，N)的至少一个样本。

虽然不是要限制本发明的范围，但是下面更详细地描述具有N＝2个RX天线的实施例。

根据具有N＝2个RX天线的实施例，均可以两倍于传送符号率1/T的接收取样率来对第一接收信号r_1，BB[m]的样本和第二接收信号r_2，BB[m]的样本取样。也就是说，可采用N＝2的过取样比对接收信号r_1，BB[m]、r_2，BB[m]进行过取样。在UMTS(通用移动电信系统)中，例如传送符号率为3.84MChips/s。两倍过取样分别产生7.68MChips/s的接收取样率。

如图6a所示，组合器530可配置成交替选择第一接收信号的一个样本r_1，BB[2k]和第二接收信号的一个样本r_2，BB[2k+1]，再次交替选择第一接收信号的一个样本r_1，BB[2k+2]和第二接收信号的一个样本r_2，BB[2k+3]，等等，其中单独所选样本的时长因两倍过取样而对应于传送符号时长的一半(T/2)。因此，组合器530例如可从第一接收信号中选择所有偶数样本以及从第二接收信号中选择所有奇数样本，并且交织第一接收信号和第二接收信号的所选样本，使得组合信号r_c，BB[m]210的取样率再次对应于相应接收取样率。因此，组合信号r_c，BB[m]210包括来自不同RX天线的N＝2个后续样本r_1，BB[2k]、r_2，BB[2k+1]，但是后续样本均对应于第k个传送符号间隔。

根据具有N＝2个RX天线的另一个实施例，假定各以等于传送符号率1/T的接收取样率来对第一接收信号r_1，BB[k]的样本和第二接收信号r_2，BB[k]的样本取样。这种取样率例如还可产生于分别通过适当数字滤波将过取样接收信号向下取样(downsample)到传送符号率。在这种情况下，组合器530可配置成交替选择第一接收信号r_1，BB[k]的一个样本和第二接收信号r_2，BB[k]的一个样本，使得第一接收信号的取样率和第二接收信号的取样率是组合信号r_c，BB[m]210的样本的时间上连续的流的取样率的一半，或者换言之，使得组合信号r_c，BB[m]210的取样率分别是第一接收信号的取样率和第二接收信号的取样率的两倍。一般来说，N个接收信号r_n，BB[k](n＝1，2，…，N)的取样率可对应于组合信号r_c，BB[m]210的取样率的N分之一。也就是说，在第k个符号的一个符号时间间隔T中，选择与第n个RX天线对应的每个接收信号r_n[k](n＝1，2，…，N)的样本。所选N个样本(或子样本)则经过并串转变，以便得到组合信号r_c，BB[m]210的样本的时间上连续的流。所产生的与第k个传送符号间隔对应的N个子样本因此分别具有T/N的时长。与符号k对应的N个子样本随后设置在形成组合信号210的子样本的时间上连续的流中。也就是说，接收信号r_n[k](n＝1，2，…，N)的各样本引起与组合信号210中的符号k对应的N个子样本。对于N＝2个RX天线，将参照图6b更详细地对此进行说明。

图6b示出分别与第一接收信号和第二接收信号对应的样本的两个序列610和620。由此，样本序列610、620的样本r_n，BB[k](n＝1，2)具有时长T，它例如可对应于传送符号的符号时长。因此，第一样本序列和第二样本序列610、620的取样率分别为1/T。这时，开关532的切换时间T_S调整到T_S＝T/2。由此，开关532还可被认为是并串转换器。也就是说，对于时间周期T_S＝T/2，开关532选择样本序列620的第一样本r_2，BB[k]。然后，在T/2之后，开关532选择样本序列610的第一样本r_1，BB[k]。然后，在时间T，开关532切换回取样序列620，以便选择序列620的第二样本r_2，BB[k+1]。在传送符号周期一半之后，即，在3T/2，开关532切换回第一接收信号，以便选择样本序列610的第二样本r_1，BB[k+1]，依此类推。因此，所产生的交织样本630的时间上连续的流r_c，BB[m]具有取样率T/2。序列630的前两个子样本r_2，BB[k]、r_1，BB[k]对应于在第k个符号间隔中所传送的第k个符号。序列630中的随后两个子样本r_2，BB[k+1]、r_1，BB[k+1]对应于在第(k+1)个间隔中所传送的第(k+1)个符号，等等。因此，在N＝2的这个示例中：

r_c，BB[m＝2k]＝r_2，BB[k]and r_c，BB[m＝2k+1]＝r_1，BB[k]  (5)

从不同接收分支所得到但对应于相同传送符号间隔k的后续子样本m＝2k、m＝2k+1、…、m＝2k+N-1可被看作是N倍过取样信号的多相分量。换言之，接收信号r_n，BB[k](n＝1，2，…，N)对应于分成N个等距子带的时间上连续的组合信号流r_c，BB[m]。与r_c，BB[m]相比，按照N的因子对这些子带进行二次取样，因此它们经过临界取样。

因此，为了检测传送信号s(t)，数字基带处理器220例如可配置为分数间隔线性或非线性均衡器或者配置为Rake接收器，其中分数间隔将相对于传送符号时长T来理解。在只有两个接收天线的示范情况下，T/2间隔线性或非线性MMSE均衡器例如可用于数字基带处理器220中。为了利用RX天线或空间分集，分数间隔均衡器的均衡器系数可能需要联合计算。如果使用T间隔方式，则有用的是选择各RX天线的交替多相，例如RX天线1的多相1、RX天线2的多相2，如参照图6a和图6b所述。这种方法可避免最坏情况，其中两个RX天线均具有符号的一半的定时误差。这种分集方式是引起关注的，因为它要求与单天线T/2间隔均衡器完全相同的计算。因此，它可用于允许RX分集，而甚至无需触及常规单RX天线基带接收器。为此，向数字基带处理器220提供来自交替RX天线的T间隔信号，取代来自一个接收天线的T/2间隔信号。也就是说，数字基带处理器220本质上是常规数字基带处理器，其中具有耦合到组合器530的输出端的输入端，用于处理作为与单个接收天线对应的接收信号流的组合信号r_c，BB[m]210的基带表示的样本的时间上连续的流。

为了进行信道估计，数字基带处理器220可配置成根据与第一接收信号r_1，BB[k]对应的组合信号的基带表示的样本或多相分量r_c，BB[m＝2k+1]来估计与第一接收信号对应的通信信道的信道系数h₁[k]，以及根据与第二接收信号r_2，BB[k]对应的组合信号的基带表示的样本或多相分量r_c，BB[m＝2k]来估计与第二接收信号对应的通信信道的信道系数h₂[k]。数字基带处理器220还可配置成分别将第一接收信号或第二接收信号的估计信道系数h₁[k]、h₂[k]应用于与第一接收信号或第二接收信号对应的组合信号r_c，BB[m]的样本或多相分量，以便估计传送样本s[k]的连续流。

其它实施例提供另一种利用RX天线分集的方法，如图7示意所示。

方法700包括第一步骤710，在时间上交替选择与第一接收天线对应的第一接收信号r₁(t)的至少一个样本以及与第二接收天线对应的第二接收信号r₂(t)的至少一个样本。方法700还包括第二步骤720，交织第一接收信号和第二接收信号r₁(t)、r₂(t)的所选样本，以便得到作为用于利用接收天线分集的基带信号210的组合信号r_c(t)的样本的时间上连续的流。

因此，在参照图5-7所述的实施例中，使用来自两个接收分支的交替样本，即，来自第一接收天线的一个样本以及来自第二接收天线的下一个样本，后面的样本再次来自第一接收天线，然后一个样本来自第二接收天线，依此类推。这产生天线之和的平均数，但差别在于，每个接收天线的取样率是分数间隔单天线接收所需的一半。优点在于，数字基带处理器220获得来自分离的两个接收天线的信息，并且均衡器可重构两个接收信号，从而产生良好分集性能。

本发明的实施例也可采用组合器230和530。

关于是使用第一组合器230还是第二组合器530的判定可根据一些信道估计结果自适应地进行。根据实施例，两个组合器230和530均可连同用于选择两个组合器230或530其中之一的选择器一起来实现，如图8a所示。

图8a示出根据本发明的一个实施例的设备800。

设备800包括第一组合器230，它配置成使对应于第一接收天线12-1的第一接收信号r₁(t)相对于对应于第二接收天线12-2的第二接收信号r₂(t)在时间上延迟，并且将经延迟的第一接收信号r₁(t-Δτ)和第二接收信号r₂(t)相加，以便在第一组合器230的输出端得到第一组合信号r_c，1(t)的基带表示。此外，设备800包括第二组合器530，它配置成在时间上交替选择第一接收信号r₁(t)的至少一个样本和第二接收信号r₂(t)的至少一个样本，并且交织第一接收信号和第二接收信号的所选样本，以便在第二组合器530的输出端得到第二组合信号r_c，2(t)的样本的时间上连续的流。另外，设备800包括选择器810，它配置成根据第一接收信号和/或第二接收信号的估计信号质量来提供作为用于利用接收天线分集的基带信号210的第一组合信号或第二组合信号r_c，1(t)、r_c，2(t)其中之一的基带表示。

根据一个实施例，选择器810配置成根据与第一接收信号和/或第二接收信号对应的信道估计自适应地提供作为用于利用接收天线分集的基带信号210的第一组合信号或第二组合信号。选择器810可配置成在检测到因多径传播引起的导致ISI的第一接收信号和/或第二接收信号的显著信号回波的情况下，提供作为用于利用接收天线分集的基带信号210的第一组合信号r_c，1(t)。这意味着，第一组合器230在所涉及频率选择性多径衰落信道的显著延迟扩展的情况下会是优选的。

选择器810还可配置成在第一接收信号和/或第二接收信号的高多普勒扩展的情况下提供作为用于利用接收天线分集的基带信号210的第二组合信号r_c，2(t)，其中高多普勒扩展指示与第一接收信号和/或第二接收信号对应的通信信道的快速变化条件。这例如可归因于快速移动的移动台。当用户(或其环境中的反射体)正移动时，用户的速率引起沿各信号路径传送的信号的频率的偏移。这种现象称作多普勒频移。沿不同路径传播的信号能够具有与相位的不同变化率对应的不同多普勒频移。对单个衰落信道抽头有贡献的不同信号分量之间的多普勒频移的差称作多普勒扩展。具有大多普勒扩展的信道具有各自随时间在相位上独立变化的信号分量。由于衰落取决于信号分量是相长还是相消地相加，所以这类信道具有极短的相干时间。

设备800的更详细框图如图8b所示。

来自两个接收分支RX1和RX2的接收信号分别采用LNA 882来放大，采用混频器884来下变频，并且采用低通滤波器886来低通滤波。然后采用ADC 236对所产生模拟基带信号r_1，BB(t)和r_2，BB(t)进行模数转换，以便得到第一数字基带接收信号和第二数字基带接收信号r_1，BB[k]和r_2，BB[k]。选择哪一个所述组合概念取决于开关532的位置，它也可被认为是选择器810。如果开关532处于位置2，则通过使第二接收信号在时间上延迟并且将经延迟的第二接收信号r_2，BB[k-Δτ]与第一接收信号r_1，BB[k]相加，来组合两个接收信号r_1，BB[k]和r_2，BB[k]。这基本上引起将天线或空间分集转换成多径分集。

在开关532或选择器810在开关位置1和3之间交替的情况下，通过在时间上交替选择第一接收信号r_1，BB[k]的样本和第二接收信号r_2，BB[k]的样本以便得到第一接收信号和第二接收信号的交织所选样本r_c，BB[m]的流，来组合两个接收信号r_1，BB[k]和r_2，BB[k]。在这种情况下，延迟元件250的延迟Δτ设置为零，即Δτ＝0。

在两种组合情况下，组合信号r_c，BB则通过数字基带处理器220得到进一步处理，数字基带处理器220可以是Rake接收器或均衡器，这取决于基础传输方案。

设备800还可包括第三组合器和第四组合器(未示出)，其中第三组合器配置成对不同接收信号的样本加权并组合成第三组合信号，以便配置多个接收天线的最大接收灵敏度。这种第三组合方案可理解为使用RX天线阵列的RX波束形成。在这种情况下，对不同接收信号加权要被理解为偏移接收信号的相位，以便在发射器的方向上或支配性散射体的方向上自适应地形成天线波束。但是，第三组合方案也可理解为对应于基本不相关RX天线信号的接收信号的最大比组合。在这种情况下，采用其相关信道系数的共轭复数形式来对不同接收信号加权。第四组合器可配置成提供与遇到最佳信号接收条件的接收天线对应的接收信号作为第四组合信号。这种第四组合方案基本上对应于选择分集。在这种情况下，选择器810配置成提供作为用于利用接收天线分集的基带信号210的第一、第二、第三或第四组合信号其中之一。

总之，实施例允许在基带信号处理之前将分集接收路径的信号与主要接收路径的信号进行组合。这些组合可能性之一是使分集信号延迟，然后将它与主要接收器信号相加。另一种良好解决方案是备选地从主要接收器取一个样本、从分集接收器取一个样本，然后再次从主要接收器取一个样本，依此类推。基带则进行常规多径处理(Rake、均衡器)，以便检测信息，以及确定哪一种组合方法产生最佳接收并且激活这种方法。

上述第三组合方案表示天线选择分集。选择具有更好接收的天线，并且相应地选择到基带的数据流。判定可基于RSSI测量，或者更好地基于SNR方面的信号质量。

其它方法组合两个接收路径，以便形成具有来自两个信号的信息的组合信号。

上述第四组合方案通过将其相加来组合两个天线的信号。这产生接收的方向性。如果第二路径的延迟为0，则最佳灵敏度与两个天线之间的连接线垂直。如果应用相移，则最大灵敏度处于相对天线之间的连接线的另一个角。这与波束形成相似，但是，波束形成通常在RF中而不是在数字部分中采用移相器来进行。这种自适应波束形成能够在存在无线电信号的优选到达角的情况下应用。

在上述第一组合方案(组合器230)中，两个RF接收器以相同延迟来传递信号。然后使接收信号之一延迟某个时间，并且将其与另一个相加。所产生信号看起来像具有一个直接路径和一个反射路径的多径接收的信号。将这个信号传递给基带，它即使没有为分集而配备，也已经集成了Rake接收器或均衡器来处理多径接收。Rake接收器通过将rake耙指设置到路径之一中添加的延迟来执行多径接收，rake耙指基本上以某个延迟和相位来进行与参考序列的相关。在解扩过程之后，将耙指的信号相加，并且所产生信号具有比仅使用一个天线路径更好的信噪比。同样的情况对于均衡器是可能的。均衡器估计信道脉冲响应，并且对它进行补偿，使得信号看起来像没有多径传播的信号。如果存在若干延迟信号，则均衡器将以正确延迟相加接收能量，使得检测之前的所产生信号再次比没有第二路径时大。

关于是进行交替样本、波束形成、延迟分集还是天线切换的判定根据一些信道估计结果自适应地进行。判定波束形成的标准可以是，支配性多径的数量没有超过某个数量(例如1，例如所有峰值但最强的低于相对最强峰值的某个阈值，阈值能够是非常数，以便考虑滤波器旁瓣)。标准也可按照速率估计、多普勒频移估计、SNR条件、总接收等级、使用情况(空闲、语音呼叫、数据呼叫)或者按照干扰支配或噪声支配的环境来改变。

虽然在设备的上下文中描述了某些方面，但是很明显，这些方面也表示对应方法的描述，其中块或装置对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中所述的方面也表示对应设备的对应块或项或特征的描述。

取决于某些实现要求，本发明的实施例能够通过硬件或软件来实现。能够使用数字存储介质来执行该实现，例如其中存储了电子可读控制信号的软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或FLASH存储器，它们与可编程计算机系统协作(或者能够与其协作)，使得执行相应方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。

根据本发明的一些实施例包括具有电子可读控制信号的数据载体，它们能够与可编程计算机系统协作，使得执行本文所述的方法之一。

一般来说，本发明的实施例能够实现为具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机或数字信号处理器上运行时，程序代码可操作以用于执行方法之一。程序代码例如可存储在机器可读载体上。

其它实施例包括存储在机器可读载体上、用于执行本文所述方法之一的计算机程序。

换言之，发明方法的一个实施例因此是具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机或数字信号处理器上运行时，程序代码用于执行本文所述方法之一。

发明方法的另一个实施例因此是数据载体(或数字存储介质或者计算机可读介质)，包括在其上记录的用于执行本文所述方法之一的计算机程序。

发明方法的另一个实施例因此是表示用于执行本文所述方法之一的计算机程序的信号的序列或数据流。信号的序列或数据流例如可配置成经由数据通信连接、例如经由因特网来传递。

另一个实施例包括处理部件，例如计算机或可编程逻辑装置，配置成或适合执行本文所述方法之一。

另一个实施例包括其上安装了用于执行本文所述方法之一的计算机程序的计算机。

在一些实施例中，可编程逻辑装置(例如现场可编程门阵列)可用于执行本文所述方法的部分或全部功能性。在一些实施例中，现场可编程门阵列可与微处理器协作，以便执行本文所述方法之一。一般来说，方法优选地由任何硬件设备来执行。

上述实施例只是说明本发明的原理。要理解，本文所述的布置和细节的修改及变更将是本领域的技术人员显而易见的。因此意在仅受到即将到来的专利权利要求的范围限制，而不受通过本文的实施例的描述和说明所提供的具体细节限制。

Claims (18)

1.一种用于通过数字基带处理器来提供用于利用接收天线分集的基带信号的设备，所述设备包括：

第一组合器，配置成在时间上交替选择对应于第一接收天线的第一接收信号的样本和对应于第二接收天线的第二接收信号的样本，并且交织所述第一接收信号和第二接收信号的所述所选样本，以便在所述第一组合器的输出端得到作为用于利用接收天线分集的所述基带信号的第一组合信号的基带表示的样本的时间上连续的流。

2.如权利要求1所述的设备，其中，各采用与传送符号率的倍数对应的接收取样率对所述第一接收信号的样本和所述第二接收信号的样本取样，所述倍数等于接收天线的数量，并且其中所述第一组合器配置成交替选择所述第一接收信号的一个样本和所述第二接收信号的一个样本，使得所述第一组合信号的取样率对应于所述接收取样率。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一接收信号的样本的取样率和所述第二接收信号的样本的取样率分别对应于传送符号率，并且其中所述第一组合器配置成交替选择所述第一接收信号的一个样本和所述第二接收信号的一个样本，使得所述第一接收信号的取样率和所述第二接收信号的取样率对应于所述第一组合信号的样本的所述时间上连续的流的取样率的分数，其中所述分数由耦合到所述第一组合器的接收天线的数量定义。

4.如权利要求1所述的设备，其中，两个接收天线能够耦合到所述第一组合器，并且其中所述第一组合器配置成在时间上交替选择所述第一接收信号的一个样本和所述第二接收信号的一个样本，使得所述第一接收信号的取样率和所述第二接收信号的取样率是所述第一组合信号的样本的所述时间上连续的流的取样率的一半。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一组合器配置成将所述第一接收信号和第二接收信号的所述所选样本交织和设置为与所述第一接收信号或所述第二接收信号之一的样本时间间隔对应的多相分量。

6.如权利要求1所述的设备，其中，所述数字基带处理器包括耦合到所述第一组合器的所述输出端的输入端，并且其中所述数字基带处理器配置成将所述第一组合信号的所述基带表示的样本的所述时间上连续的流作为与单个接收天线对应的接收信号流处理。

7.如权利要求1所述的设备，其中，所述数字基带处理器配置成根据与所述第一接收信号对应的所述第一组合信号的所述基带表示的样本来估计与所述第一接收信号对应的通信信道的信道系数，并且根据与所述第二接收信号对应的所述第一组合信号的所述基带表示的样本来估计与所述第二接收信号对应的通信信道的信道系数，以及其中所述数字基带处理器配置成分别将所述第一接收信号或第二接收信号的估计信道系数应用于对应于所述第一接收信号或第二接收信号的所述第一组合信号的样本，以便估计传送样本的连续流。

8.如权利要求1所述的设备，其中，所述数字基带处理器配置为Rake接收器，其中所述Rake接收器的Rake耙指专用于因多径传播而引起的所述第一接收信号和/或第二接收信号的回波，或者其中所述数字基带处理器配置为线性或非线性分数信道均衡器，以便利用所述第一组合信号的多径分集。

9.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一接收天线放置在离所述第二接收天线的某个距离处，或者具有与所述第二接收天线不同的极化，使得对应于所述第一接收信号的通信信道的衰落特性与对应于所述第二接收信号的通信信道的衰落特性无关。

10.如权利要求1所述的设备，还包括：

第二组合器，配置成使对应于所述第一接收天线的所述第一接收信号相对于对应于所述第二接收天线的所述第二接收信号在时间上延迟，并且将所述经延迟的第一接收信号和所述第二接收信号相加，以便得到第二组合信号；以及

选择器，配置成根据所述第一接收信号和/或所述第二接收信号的估计信号质量来提供作为用于利用接收天线分集的所述基带信号的所述第一组合信号或所述第二组合信号其中之一的基带表示。

11.如权利要求10所述的设备，其中，所述第二组合器配置成使所述第一接收信号延迟，使得因多径传播而引起的所述第一接收信号的信号回波没有在时间上干扰所述第二接收信号的信号回波。

12.如权利要求10所述的设备，其中，所述选择器配置成根据与所述第一接收信号和/或所述第二接收信号对应的信道估计自适应地提供用于利用接收天线分集的所述基带信号。

13.如权利要求10所述的设备，其中，所述选择器配置成在检测到因多径传播引起的导致符号间干扰的所述第一接收信号和/或所述第二接收信号的显著信号回波的情况下，提供作为用于利用接收天线分集的所述基带信号的所述第一组合信号。

14.如权利要求10所述的设备，其中，所述选择器配置成在所述第一接收信号和/或所述第二接收信号的高多普勒扩展指示与所述第一接收信号和/或所述第二接收信号对应的通信信道的快速变化条件的情况下提供作为用于利用接收天线分集的所述基带信号的所述第二组合信号。

15.如权利要求10所述的设备，还包括：第三组合器和第四组合器，其中所述第三组合器配置成使样本的相位偏移，并且将不同接收信号的相移样本组合成第三组合信号，以便配置多个接收天线的最大接收灵敏度，其中所述第四组合器配置成提供与遇到最佳信号接收条件的接收天线对应的接收信号作为第四组合信号，以及其中所述选择部件配置成提供作为用于利用接收天线分集的所述基带信号的所述第一组合信号、第二组合信号、第三组合信号或第四组合信号其中之一。

16.一种用于通过数字基带处理器来提供用于利用接收天线分集的基带信号的设备，所述设备包括：

用于在时间上交替选择与第一接收天线对应的第一接收信号的至少一个样本以及与第二接收天线对应的第二接收信号的至少一个样本的部件；以及

用于交织所述第一接收信号和所述第二接收信号的所述所选样本以便得到作为用于利用接收天线分集的所述基带信号的组合信号的样本的时间上连续的流的部件。

17.一种用于通过数字基带处理器来提供用于利用接收天线分集的基带信号的方法，所述方法包括：

在时间上交替选择与第一接收天线对应的第一接收信号的至少一个样本以及与第二接收天线对应的第二接收信号的至少一个样本；以及

交织所述第一接收信号和第二接收信号的所述所选样本，以便得到作为用于利用接收天线分集的所述基带信号的组合信号的样本的时间上连续的流。

18.一种计算机可读介质，包括程序代码，当所述程序代码在处理器上运行时，所述程序代码用于执行用于通过数字基带处理器来提供用于利用接收天线分集的基带信号的方法，所述方法包括：

在时间上交替选择与第一接收天线对应的第一接收信号的至少一个样本以及与第二接收天线对应的第二接收信号的至少一个样本；以及

交织所述第一接收信号和第二接收信号的所述所选样本，以便得到作为用于利用接收天线分集的所述基带信号的组合信号的样本的时间上连续的流。

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