CN102215056A - 用于接收通信信号的方法、设备和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接收机，诸如正交频分复用(OFDM)接收机，其包括两个或更多接收机链。每个接收机链包括天线、向下转换电路和时域到频域转换电路，并且，两个或更多接收机链适用于共同工作，以便基本上同时接收基本相同的信号。信号处理电路可以适用于：将在两个或更多接收机链处接收的信号构造性地合并成统一的信号。选择逻辑可以适用于：由信号处理电路选择信号合并的模式，其中，选择逻辑可以适用于：指示处理电路将两个或更多接收信号合并成单个接收信号，或者只使用两个或更多接收信号中的一个来进行进一步的处理。
Description
技术领域
本发明总体上涉及通信领域。更具体地，本发明涉及用于在无线通信网络中增强通信信号的接收的方法、设备和系统。
背景技术
现代通信网络的特征在于诸如高带宽/数据速率、复杂的通信协议、多种传输介质以及多种接入方式。光纤网络覆盖了世界大部分地区的表面，作为长途网络以用于在地球上的遥远地点之间传送大量的数据。在光纤网络尚未安装的地方，电缆网络和其它基于有线的网络补充了光纤网络提供的覆盖，并且仍然被用作局域网(“LAN”)的一部分，用于在彼此比较接近的地点之间传送数据。除了基于有线的网络之外，诸如蜂窝网络(例如，2G、3G、CDMA、WCDMA、WiFi等)的无线网络用于为没有物理连接到固定网络连接的各种设备(例如，蜂窝电话、无线IP电话、无线因特网设备等)补充覆盖。无线网络可以作为完全的本地环路网络并且可以提供完全的无线解决方案，其中一个区域中的通信设备可以从完全跨越无线网络的另一个设备发送和接收数据。
随着通信网络的扩张以及全球对它们的依赖不断增长，适当的性能是至关重要的。对于移动通信设备而言，非常需要低功耗水平下的高数据速率和稳定的通信参数。然而，在沿着传输介质(例如，同轴、非屏蔽导线、波导、空气甚至光纤或射频光纤)传送的信号中，出现了信噪比(“SNR”)以及比特能量噪声比(“Eb/No”，Bit energy to noise ratio)和诸如载波干扰比(“C/I”)的干扰比的降低。这种降低和干扰可能分别出现于TDMA、CSMA、CDMA、EVDO、WCDMA和WiFi网络、或者现在已知或将来提出的任何其它通信系统中。信号衰减以及由此造成的SNR降低可能限制传输介质上的带宽，尤其是当介质是空气或者开放空间时。
包括从蜂窝通信系统到卫星无线电广播系统的基于射频(“RF”)的无线通信系统非常普遍，并且它们的应用正在不断增长。由于基于无线RF的通信系统的传输介质的非屏蔽特性，它们特别容易出现各种现象，包括干扰信号或噪声以及衰弱信号，其往往限制这些系统的性能。
因此，无线通信设备的正常工作需要强且稳定的信号。为了提高正在相对长距离上发射的信号的功率水平，并且相应地增加传输距离和/或数据速率，设备可以利用功率放大器来提高传输信号强度。除了针对通信信号的传输使用功率放大器之外，接收机为了提高和调整接收信号的强度和/或振幅，可以使用低噪声放大器和可变增益放大器(“VGA”)。
使用基于无线RF的传输的另一个问题是：它们的特点是发射机天线与接收机天线之间的多径信道造成的接收信号功率中的“衰弱”。衰减、噪声干扰和“衰弱”的结合对于无线网络运营商是严重的限制，降低了它们提供高数据速率服务(诸如因特网接入和视频电话服务)的能力。
某些现代的RF接收机可以使用各种技术和实现这些技术的电路来对弱信号和干扰造成的现象进行补偿。例如，自适应干扰(或噪声)消除器如今被广泛用于接收机中。自适应干扰消除器自适应地过滤噪声参考输入，从而最大限度地匹配并且从主(信号加噪声)输入中减去噪声或干扰。要实现这种设备需要有两个天线，一个用于采样噪声(侵入者(aggressor))，一个用于接收信号，该信号伴随着一定量的噪声。
天线分集是使用两个或更多天线来提高无线RF链路的质量和可靠性的方案。这个概念已经用于诸如WiFi、无线麦克风和许多其它应用的技术中。这种构思为了更好地重建或估计原来的发射信号，使用通过不同传播路径接收传输信号的接收机中的多个天线，并且使用传输路径的变形。
接收机利用天线分集存在几种技术，其中的一些是：
切换-在切换方案中，只要来自一个天线的信号的质量保持高于某规定的阈值，则只将该信号提供给接收机。如果并且当该信号降低时，则切换到另一个天线。由于切换方案只需要单个接收机，因此它是天线分集方案中最简单并且功耗最小的方案，但是不会在接收中产生显著改善。
选择-像切换那样，选择处理在任何给定的时间只提供一个天线的信号给接收机。然而，天线的选择是基于接收信号中的最佳信噪比(SNR)。这要求进行预测量并且所有的天线都已经建立了连接(至少在SNR测量期间)，从而导致较高的功率要求。实际的选择过程可以发生在信息的接收分组之间。这就确保尽可能地维持单个天线的连接。如果必要的话，然后，切换可以基于逐个符号来进行，使用典型的几毫秒的切换时间间隔。
合并-在这种方案中，所有的天线一直不断地提供信号给接收机。然后，将信号进行“合并”，并且，根据系统的复杂度，可以直接累加这些信号(等增益组合-EGC)，或者相干地加权和累加(最大比率合并-MRC)。但是因为所有的接收路径必须保持活动，所以这种系统提供最大的衰落抵抗力，并且因此提供最佳性能；由于要求在任何时候所有的接收路径都是活动的，所以这也消耗最多的电能。
信号噪声和/或回声消除是一个问题，也可以使用分集接收方案来解决该问题。
在无线通信领域中，需要用于由无线接收机来增强通信信号接收的方法、电路、设备和系统。
发明内容
本发明是用于接收通信信号的方法、电路和系统。根据某些实施例，接收机可以用于在两个或更多天线处接收相同的信号。接收机可以确定每个天线处的接收信号的信号质量特性，并且基于该确定，将两个或更多接收信号合并成单个接收信号，或者选择两个或更多接收信号中的一个信号进行进一步的处理。
根据另外的实施例，两个或更多接收信号中的每一个可以：(1)被转换为单独的基带信号；和/或(2)被时域到频域变换为两个单独的基带信号中的每一个。
根据本发明另外的实施例，可以基于一个或多个接收信号的检测出的特性，选择性地合并变换后的基带信号。选择性地合并的步骤可以包括：避免在与一个或多个其它接收信号不同步的接收信号中进行合并。
根据本发明另外的实施例，本发明提供了一种接收机，其包括两个或更多接收机链，其中，每个接收机链包括天线和向下转换电路。两个或更多接收机链可以适用于共同工作，以便基本上同时接收基本相同的信号。接收机可以包括：信号处理电路，其适用于将在所述两个或更多接收机链处接收的信号构造性地(constructively)合并成统一的信号；以及选择逻辑，其适用于由该信号处理电路来选择信号合并的模式，其中，该选择逻辑可以适用于：指示该处理电路将两个或更多接收信号合并成单个接收信号，或者只使用该两个或更多接收信号中的一个来进行进一步的处理。该接收机可以进一步包括信号表征电路，其适用于：表征该两个或更多接收信号的一个或多个信号参数，并且将所述参数提供给该选择逻辑。
根据本发明另外的实施例，该选择逻辑可以进一步适用于：关闭接收机链的全部或者部分，其中该接收机链的全部或部分的接收信号没有正被合并。
该接收机可以是正交频分复用(OFDM)接收机，并且可以包括时域到频域转换模块。
附图说明
在本说明书的结论部分特别指出并且明确主张了本发明的主题。然而，在阅读附图时，通过参照以下详细描述，可以最好地理解本发明的组织和操作方法，以及其对象、特点和优势，其中：
图1示出了无线接收机的典型的接收链；
图2、3和4示出了可以合并两个接收路径的不同的点；
图5示出了关于每个接收路径的指示信息分析模块；
图6示出了关于合并信号的指示信息分析模块；
图7示出了关于每个接收路径和合并信号的指示信息分析模块；
图8示出了关于每个接收路径和合并信号的信噪比模块；
图9示出了关于每个接收路径和合并信号的指示信息分析模块和信噪比模块；
图10示出了两个接收路径的RF单元和时域单元；
图11示出了共享单个合成器和振荡器的两个接收路径的RF单元和时域单元。
应该理解的是，为了举例说明的简单和清楚，附图中所示的要素不一定是按比例绘制的。例如，为了清楚起见，可以相对于其它要素放大某些要素的尺寸。此外，在认为适当的时候，可以在附图中重复使用附图标记，以表示对应的或者类似的要素。
具体实施方式
在以下详细描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐明了大量具体细节。然而，本领域技术人员应该理解的是，没有这些具体细节也可以实现本发明。在其它实例中，为了不模糊本发明，没有详细描述公知的方法、过程、组件和电路。
除非特别声明，否则，根据以下讨论显而易见的是，在利用诸如“处理”、“计算”、“估算”、“确定”等术语的整个说明书的讨论中，应该认识到，这些术语指的是计算机或计算系统、或者类似的电子计算设备的动作和/或过程，其处理在计算系统的寄存器和/或存储器中表示为物理(诸如电子的)量的数据和/或将其变换为在计算系统的存储器、寄存器或其它类似信息存储、传输或显示设备中类似地表示为物理量的其它数据。
本发明的实施例可以包括用于执行本文的操作的装置。出于期望的目的，可以专门构造该装置，或者其可以包括通用计算机，由计算机中存储的计算机程序来选择性地激活或者重配置该通用计算机。这样的计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，例如但不限于：任何类型的盘(包括软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁性或光学卡，或者，适合存储电子指令并且能耦合到计算机系统总线的任何其它类型的介质。
本文提出的过程和显示与任何特定的计算机或其它装置没有固有联系。可以根据本文的教导，将各种通用系统与程序一起使用，或者可以证明，构造更专用的装置来执行所需要的方法是方便的。各种这些系统所期望的结构将出现在下文的描述中。此外，没有参照任何特定的编程语言来描述本发明的实施例。应该认识到的是，可以使用各种编程语言来实现本文所述的发明的教导。
本发明是用于接收诸如正交频分复用(OFDM)信号的通信信号的方法电路和系统。根据本发明的某些实施例，可以提供RF接收机单元，该RF接收机单元具有在空间上彼此分开的两个或更多天线。图1根据本发明的某些实施例，描述了与两个或更多天线中的一个天线在功能上相关联的接收机链的例子。该接收机链可以包括：(1)可以包括RF放大器的RF模块；(2)时域模块(TDU)，该模块可以包括向下转换器、零频率放大器、滤波器和其它接收机电路；(3)时域到频域转换器模块，其可以包括采样模块(采样与保持-S/H，模数转换器-A/D)，以及DFT或FFT模块；(4)均衡器模块，其用于估计信道和减少接收信号中的干扰；(5)解映射模块(DEMAP)，用于从接收符号中提取软比特(soft bit)；(6)解交织模块(BDIL)，用于按这些比特原来的顺序重新安排这些比特；以及(7)前向纠错模块(FEC)，其用于基于数据流中的冗余比特对接收数据比特进行纠错。根据本发明的某些实施例，接收链或者其中的任何部分可以在功能上与第一天线相关联。根据本发明某些进一步的实施例，与第一天线或者其中的任何部分在功能上相关联的接收链类似的接收链可以在功能上与第二天线相关联。
根据本发明的某些实施例，第一和第二天线的接收链可以有某些共同的电路。图10示出了两个接收路径的时域电路的部分。第一接收路径可以包括天线与RF放大器(1)、混合器(3)、合成器与振荡器(5)，以及IF放大器(7)。第二接收路径可以包括类似的电路：天线与RF放大器(2)、混合器(4)、合成器与振荡器(6)，以及IF放大器(8)。根据本发明的某些实施例，两个路径可以共享如图11所示的单个合成器与振荡器。共享合成器与振荡器可以有多个优势：1)避免电子电路的重复；2)节省电耗；3)更容易管理一个合成器与振荡器；4)两个路径有相同的载波偏移和定时偏移，因此可以避免为两个路径寻找定时偏移和载波偏移的需求，尤其是在为一个路径重新同步的情况中，其中定时偏移和载波偏移是已知的并且立即补偿重新同步的路径。
根据本发明的某些实施例，合并模块(MRC)可以将来自两个接收路径的信号合并成单个信号。根据本发明的某些其它实施例，合并模块(MRC)可以选择最高质量的接收路径-即，该路径是具有最高S/N比或者其它信号质量特性的接收信号通过的路径。根据本发明的某些其它实施例，合并模块(MRC)可以将来自两个接收路径的信号合并成单个信号或者可以选择最高质量的接收路径。根据本发明的某些实施例，第一和第二天线的接收链可以在各自的接收链上的不同点处被合并成单个链或者选择出单个链。图2、3和4示出了本发明的不同实施例的多个例子，其与来自两个接收链的信号在链上的不同点处的不同合并/选择相关联。根据本发明的某些实施例，为了改善接收可以合并两个接收链。根据本发明的某些其它进一步的实施例，可以排它地选择更好质量的接收路径。根据本发明的某些其它实施例，可以以产生最高质量的信号的方式来合并两个接收链或者选择更好质量的接收路径。根据本发明的某些其它实施例，可以以产生最高质量的信号同时消耗最少电能的方式来合并两个接收链或者选择更好质量的接收路径。
图2描述了根据本发明的某些实施例的例子，根据这些实施例，可以以只有一个前向纠错(FEC)的方式在FEC模块之前合并两个单独的接收链。在这种情况下的合并可以是软比特的简单求和。
图3描述了根据本发明的某些其它实施例的例子，根据这些实施例，可以以只有一个比特解交织模块(BDIL)和一个FEC的方式在BDIL之前合并两个单独的接收链。
图4描述了根据本发明的某些其它实施例的例子，根据这些实施例，可以以只有一个比特解映射模块(DEMAP)、一个BDIL和一个FEC的方式在DEMAP之前合并两个单独的接收链。
以类似的方式，根据本发明的某些其它实施例，可以在均衡器之前完成接收链的合并，并且具有单个均衡器、DEMAP、BDIL和FEC。
关于最好在哪个点合并多个链，可能有很多考虑因素，例如，在FEC之前合并多个链需要相对简单的电子单元进行软比特的简单求和。另一方面，通过在较早的阶段合并链并且对于两个接收路径具有单个链，可以消除双电子单元，从而节省了成本和电力。
OFDM信号包括发射信号中也可以用于同步的专用信息比特(或者指示信息比特)。专用信息比特是已知的数据比特，其可以在导频载波、前导码或者训练比特中，或者在发射信号中的任何其它定义的位置中。
当首先获得OFDM信号时，可以在同步阶段中检测和锁定专用信息比特。在同步阶段完成以后，可以将接收机锁定到OFDM信号上，并且可以跟踪专用信息比特以验证接收机仍然同步并且被锁定到OFDM信号上。如果接收机检测到失去同步，则可以重复同步阶段(重新同步)。
根据本发明的某些实施例，可以为每个接收路径分别完成同步阶段或者重新同步。为了判断接收路径是否同步，可以由指示信息提取模块(信息模块)从该接收路径提取专用信息比特。如果接收路径中的接收信号是弱信号，则信息模块对专用信息比特的检测可能有错误，尽管路径是同步的，但可能被认为没有同步，并且可能不必要地启动重新同步阶段，因为当来自两个路径的弱信号被合并到一起时它们可能产生好的信号。图5示出了可以从第一接收路径接收信号的第一信息模块，以及可以从第二接收路径接收信号的第二信息模块。
根据本发明的某些实施例，可以针对两个接收路径一起完成同步阶段或者重新同步。可以由信息模块从两个路径的合并信号中提取专用信息比特，并且如果合并的信号不同步，那么可以针对两个接收路径一起进行同步或者重新同步阶段。这种方法可能有两个缺点：1)如果一个接收路径失去同步但是合并的信号仍然足够好，则可能不对不同步的接收路径进行重新同步。2)如果合并的信号不同步，则即使可能一个接收路径仍然是同步的并且不需要重新同步，仍然会重新同步两个接收路径。图6示出了接收两个接收路径的合并信号的信息模块。
根据本发明的某些实施例，第一信息模块可以从第一接收路径接收信号，第二信息模块可以从第二接收路径接收信号，第三信息模块可以接收两个接收路径的合并信号(图7)。该实施例克服了前面两个实施例中存在的问题，例如，如果第一和第二信息模块检测到第一和第二接收路径失去同步，但是第三信息模块检测到来自两个路径的合并信号是同步的，那么接收路径都不会被重新同步。
由于信息模块提取指示信息比特，所以能够通过例如确定指示信息比特的比特差错率(BER)来确定信号的质量。根据本发明的某些实施例，可以将信息模块确定的信号质量提供给信号合并模块(MRC)，MRC可以决定是否合并来自第一和第二接收路径的信号，或者只使用第一或第二接收路径。图5、6和7示出了接收信号信息并且将信号质量信息输出给合并模块(MRC)的信息模块。
图8根据本发明示出了某些其它实施例，其使用信噪比计量器(meter)来检查信道信号质量。根据本发明的某些实施例，可以由信噪比(SNR)计量器来测量信号质量。根据本发明的某些实施例，第一SNR计量器可以与第一接收路径相关联，第二SNR计量器可以与第二接收路径相关联。可以将这两个SNR计量器连接到合并模块(MRC)，并且向MRC提供每个接收路径和合并信号的信号质量。根据本发明的某些实施例，第一SNR计量器可以与第一接收路径相关联，第二SNR计量器可以与第二接收路径相关联，第三SNR计量器可以与合并信号相关联。可以将这三个SNR计量器连接到合并模块(MRC)并且向MRC提供每个接收路径和合并信号的信号质量。根据本发明的某些实施例，合并模块可以根据SNR计量器向其提供的信息，决定是合并两个接收路径还是只使用一个接收路径。例如，如果两个接收路径都具有高质量信号，则合并模块为了节省电力可以只使用一个路径。另一个原因可以是这样的情况，其中，一个接收路径具有高质量信号，另一个路径具有差信号，其中差信号对合并信号的贡献可以忽略不计，在这种情况下，合并模块可以只选择高质量信号。
根据本发明的某些实施例，存在与第一接收路径相关联的信息模块和SNR计量器，以及与第二接收路径相关联的信息模块和SNR计量器，以及可选地，与合并信号相关联的信息模块和/或SNR计量器(图9)。与第一和第二接收路径相关联的信息模块和SNR计量器以及与合并信号相关联的信息模块和/或SNR计量器可以将信号质量信息和/或同步信息提供给合并模块(MRC)。根据本发明的某些实施例，合并模块(MRC)可以从信息模块和/或SNR计量器接收信号质量信息和/或同步信息，并且可以基于该信息来合并来自第一和第二接收路径的信号，或者只使用来自一个接收路径的信号。
尽管在本文中已经示出并且描述了本发明的某些特征，但是对于本领域技术人员来说，可以做出各种更改、替代、变化和等价物。因此，应该理解的是，本发明的权利要求旨在覆盖落入本发明的真正精神内的所有这些更改和变化。
Claims (20)
1.一种接收信号的方法，包括：
在两个或更多天线处接收相同的信号；
确定每个所述天线处的接收信号的信号质量特性；
基于所述确定，将两个或更多接收信号合并成单个接收信号，或者选择所述两个或更多接收信号中的一个接收信号，以进行进一步的处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述两个或更多信号的各自的时间频率转换以后，合并所述两个或更多信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述两个或更多信号的各自的解映射以后，合并所述两个或更多信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述两个或更多信号的各自的均衡以后，合并所述两个或更多信号。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在合并所述两个或更多接收信号之前，将它们中的每一个转换成单独的基带信号。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
对两个单独的基带信号中的每一个应用时域到频域变换。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于所述接收信号中的一个或多个接收信号的检测出的特性，选择性地合并所述接收信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，对各个接收信号路径中的每一个进行信号特性检测。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，对所合并的信号进行信号特性检测。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，选择性地合并的步骤包括：避免合并与一个或多个其它接收信号不同步的接收信号。
11.一种接收机，包括：
两个或更多接收机链，其中，每个接收机链包括天线和向下转换电路，其中，所述两个或更多链适用于共同工作，以便基本上同时接收基本相同的信号；
信号处理电路，其适用于：将所述两个或更多接收机链处接收的信号构造性地合并成统一的信号；
选择逻辑，其适用于：选择由所述信号处理电路进行的信号合并的模式，其中，所述选择逻辑适用于：指示所述处理电路将两个或更多接收信号合并成单个接收信号，或者只使用所述两个或更多接收信号中的一个接收信号，以进行进一步的处理。
12.根据权利要求11所述的接收机，还包括：
信号表征电路，其适用于：表征所述两个或更多接收信号的一个或多个信号参数，并且将所述参数提供给所述选择逻辑。
13.根据权利要求12所述的接收机，其中，信号表征电路适用于：表征所述两个或更多接收信号中的每一个接收信号的一个或多个信号参数。
14.根据权利要求13所述的接收机，其中，信号表征电路适用于：表征所合并的信号。
15.根据权利要求11所述的接收机，其中，所述选择逻辑进一步适用于：关闭其接收信号没有正被合并的接收机链的全部或者部分。
16.根据权利要求11所述的接收机，其中，所述接收机是正交频分复用(OFDM)接收机。
17.根据权利要求16所述的接收机，还包括：
时域到频域转换模块。
18.一种正交频分复用(OFDM)接收机，包括：
两个或更多OFDM接收机链，其中，每个接收机链包括天线、向下转换电路和时间到频率转换电路，其中，所述两个或更多链适用于共同工作，以便基本上同时接收基本相同的OFDM信号；
信号处理电路，其适用于将所述两个或更多接收机链处接收的信号构造性地合并成统一的信号；
选择逻辑，其适用于：选择由所述信号处理电路进行的信号合并的模式，其中，所述选择逻辑适用于：指示所述处理电路将两个或更多接收信号合并成单个接收信号，或者只使用所述两个或更多接收信号中的一个接收信号，以进行进一步的处理。
19.根据权利要求18所述的接收机，还包括：
信号表征电路，其适用于：表征所述两个或更多接收信号的一个或多个信号参数，并且将所述参数提供给所述选择逻辑。
20.根据权利要求18所述的接收机，其中，所述选择逻辑进一步适用于：关闭其接收信号没有正被合并的接收机链的全部或者部分。
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