CN102484488B - 具有载波相位噪声消除功能的无线电通信装置和无线电通信方法 - Google Patents

Abstract

一种无线电通信装置，通过从从接收的基带信号检测到的载波相位信号中消除相位噪声来再生载波信号。这里，采用具有默认值的滤波特性来从关于首先接收到的基带信号的载波相位信号中消除相位噪声。通过将从从所述载波信号解调制的无线电帧中提取的发射方相位噪声特性添加到预定的接收方相位噪声特性来计算综合相位噪声特性。通过阈值与综合相位噪声特性之间的比较来选择最优的滤波特性。采用所选择的滤波特性来从关于随后的基带信号的载波相位信号中消除噪声成分。

Description

具有载波相位噪声消除功能的无线电通信装置和无线电通信方法

技术领域

本发明涉及无线电通信装置和无线电通信方法，其通过从从基带信号检测到的载波相位信号消除相位噪声成分来执行载波再生。

本发明要求以日本专利申请号2009-204614为优先权，其作为参考被整篇引用。

背景技术

近来，已经发展了用于提高无线电通信质量的各种技术。例如，通过从从基带信号检测到的载波相位信号消除相位噪声成分来执行载波再生的无线电通信装置已经得到发展。

图4为示出具有载波相位噪声消除功能的无线电通信装置的框图。这里，在第一无线电通信装置300和第二无线电通信装置400之间进行无线电通信。

在该第一无线电通信装置300中，天线24接收从第二无线电通信装置400发射的无线电信号以便将其发射到接收部件25。另外，天线24将通过发射部件30输入的发射信号发射到第二无线电通信装置400。

第一无线电通信装置300的接收部件25将天线24的接收信号转换为基带信号，执行时钟同步和载波同步，然后将其发射到解调制部件28和载波再生部件26。

第一无线电通信装置300的载波再生部件26检测来自基带信号的载波相位信号以便将其发射到载波再生滤波器27。载波再生部件26使用由载波再生滤波器27消除了其噪声成分的载波相位信号来执行载波再生。载波再生部件26将再生的载波信号发射到接收部件25，其因此对基带信号执行载波同步。

根据依照在设计阶段假定的相位噪声特性所已经确定的滤波特性，第一无线电通信装置300的载波再生滤波器27从由载波再生部件26输入的载波相位信号中消除噪声成分。载波再生滤波器27将其噪声成分已经被消除的载波相位信号发射回到载波再生部件26。

第一无线电通信装置300的解调制部件28接收和解调制接收部件25的基带信号，从而将解调制的无线电帧发送到外部装置。另一方面，调制部件29调制从外部装置输入的无线电帧以便将基带信号发射到发射部件30。发射部件30将调制部件29的基带信号转换为射频信号(RF(radio frequency，射频)信号)，从而将其发射到天线24。

第二无线电通信装置400包括调制部件21、发射部件22、天线23、接收部件31、载波再生部件32、载波再生滤波器33和解调制部件34，从而执行与第一无线电通信装置300相同的无线电通信处理。

专利文献1公开了具有将接收信号与参考信号进行比较的相位噪声检测功能以便在无线电通信装置中检测相位噪声的相位同步电路。

现有技术文件

专利文件

专利文件1：日本专利申请公开号H02-46045

发明内容

发明将要解决的问题

由于依照在设计阶段假定的相位噪声特性来固定载波再生滤波器的滤波特性，前述的无线电通信装置具有诸如BER(Bit Error Rate，误码率)劣化和不可能稳定载波同步的问题。这是因为当无线电通信装置的实际相位噪声特性偏离了在设计阶段假定的相位噪声特性时，或当相位噪声特性根据在无线电通信中实际涉及的发射机和接收机的组合来改变时，无线电通信装置不能优化与实际相位噪声特性有关的滤波特性。

一旦设置了与无线电通信装置的实际相位噪声特性有关的宽带滤波特性，则BER的衰落发生，而因为一旦设置了窄带滤波特性，载波再生不可能与相位噪声保持联系，从而载波同步不能稳定。为了解决这些问题，需要相反地安排在无线电接收/发射中涉及的多个无线电通信装置，以便使用相位噪声检测器检测相位噪声，从而合适地选择载波再生滤波器。在这种情况下，有必要提供一种将相位噪声检测器并入无线电通信装置的复杂的构造。

解决问题的办法

本发明是在考虑这些情况下作出的，其目的在于提供一种无线电通信装置和无线电通信方法，以简单构造执行用于从从基带信号检测到的载波相位信号中消除相位噪声成分的功能。

本发明的无线电通信装置包括从从接收的基带信号检测到的载波相位信号中消除噪声成分的载波再生滤波器；基于所述载波相位信号再生载波信号的载波再生部件；使用所述载波信号执行载波同步的接收部件；从从载波信号解调制的无线电帧中提取发射方相位噪声特性的相位噪声信息提取部件；和通过将预定的接收方相位噪声特性添加到提取的发射方相位噪声特性来计算综合相位噪声特性，以及基于预定的阈值与综合相位噪声特性之间的比较来选择滤波特性的滤波特性 选择部件。

这里，预定默认值应用于载波再生滤波器作为其关于首先接收到的基带信号的滤波特性，而由滤波特性选择部件选择的滤波特性应用于关于随后的基带信号的载波再生滤波器。

本发明的载波再生方法包括以下步骤：从从接收的基带信号检测到的载波相位信号中消除噪声成分；基于所述载波相位信号再生载波信号；使用所述载波信号执行载波同步；从从载波信号解调制的无线电帧中提取发射方相位噪声特性；通过将预定的接收方相位噪声特性添加到提取的发射方相位噪声特性来计算综合相位噪声特性；和基于预定的阈值与综合相位噪声特性之间的比较来选择滤波特性。本发明的无线电通信方法包括以下步骤：对接收的无线电信号执行以上载波再生方法；对再生的载波信号执行载波同步；和解调制已经经过载波同步的无线电信号。另外，其包括以下步骤：在无线电帧中存储发射信号和发射方相位噪声特性；将所述无线电帧调制为基带信号；将所述基带信号转换为无线电信号；和发射所述无线电信号。

这里，采用具有预定默认值的滤波特性来从关于首先接收的基带信号的载波相位信号中消除相位噪声，而采用所选择的滤波特性来从关于随后的基带信号的载波相位信号中消除相位噪声。

提供执行以上无线电通信方法的计算机可读程序是可能的。

发明效果

本发明提供了一种高度可靠的无线电通信技术，其中无线电通信装置稳定载波同步，而与其实际的相位噪声特性无关，因为载波再生滤波器采用对其实际相位噪声特性来说最优的滤波特性，从而防止非同步。

附图说明

图1为示出根据本发明的优选实施例的无线电通信装置的框图。

图2为示出在本发明的无线电通信装置中的相位噪声消除和载波再生处理的流程图。

图3为示出在本发明的无线电通信装置中的滤波特性选择处理的流程图。

图4为示出具有载波相位噪声消除功能的无线电通信装置的框图。

参考标号的说明

1，12相位噪声信息存储器

2，13调制部件

3，14发射部件

4，5天线

6，15接收部件

7，16载波再生部件

8，17载波再生滤波器

9，18解调制部件

10，19相位噪声信息提取部件

11，20滤波特性选择部件

31，141发射方相位噪声特性表格

61，151接收方相位噪声特性表格

111，201滤波特性表格

具体实施方式

将参考附图通过实施例来详细说明本发明。

图1为示出根据本发明的优选实施例的无线电通信装置的框图。这里，在第一无线电通信装置100和第二无线电通信装置200之间进行无线通信。

在第一无线电通信装置100中，天线5将来自第二无线电通信装置200的接收信号发射到接收部件6，而天线5将来白发射部件14的输入信号发射到第二无线电通信装置200。

接收部件6对基带信号执行时钟同步和载波同步以便将其发射到解调制部件9和载波再生部件7。接收部件6读取预先存储在接收方相位噪声特性表格61中的接收方相位噪声特性，以便将其发射到滤波特性选择部件11。

载波再生部件7检测来自基带信号的载波相位信号以便将其发射到载波再生滤波器8。载波再生滤波器8从载波相位信号中消除噪声成分以便将载波相位信号发射回到载波再生部件7。载波再生部件7使用载波相位信号执行载波再生以便将载波信号发射到接收部件6，从而接收部件6对基带信号执行载波同步。

载波再生滤波器8基于滤波特性选择部件11的滤波器设置值来改变滤波特性，从而从载波再生部件7的载波相位信号中消除噪声成分。载波再生滤波器8将噪声成分已经被消除的载波相位信号发射回到载波再生部件7。

解调制部件9解调制接收部件6的基带信号。解调制部件9将解调制的无线电帧发射到外部装置和相位噪声信息提取部件10。

相位噪声提取部件10从解调制部件9的无线电帧中提取第二无线电通信装置200的发射方相位噪声特性。相位噪声信息提取部件10将发射方相位噪声特性发射到滤波特性选择部件11。

滤波特性选择部件11基于由相位噪声信息提取部件10提取的第二无线电通信装置200的发射方相位噪声特性和接收部件6的接收方 相位噪声特性，选择应该应用于载波再生滤波器8的最优的滤波特性。滤波特性选择部件11从滤波特性表格111中读取与选择的滤波特性相对应的滤波器设置值。滤波特性选择部件11将读取的滤波器设置值发射到载波再生滤波器8。

相位噪声信息存储器12将来自外部装置的输入信号与发射部件14的发射方相位噪声特性一起存储在无线电帧中，以便将该无线电帧发射到调制部件13。

调制部件13调制相位噪声信息存储器12的无线电帧以便将基带信号发射到发射部件14。

发射部件14将调制部件13的基带信号转换为射频信号(RF信号)以便将射频信号发射到天线5。发射部件14读取预先存储在发射方相位噪声特性表格141中的发射方相位噪声特性，以便将其发射到相位噪声信息存储器12。

第二无线电通信装置200包括相位噪声信息存储器1、调制部件2、发射部件3、天线4、接收部件15、载波再生部件16、载波再生滤波器17、解调制部件18、相位噪声信息提取部件19、滤波特性选择部件20、发射方相位噪声特性表格31、接收方相位噪声特性表格151和滤波特性表格201，从而执行与第一无线电通信装置100相同的无线电通信处理。

接下来，将说明本实施例的特有构成元件的操作。

接收部件6将从天线5接收的RF信号转换为基带信号。另外，接收部件6将存储在接收方相位噪声特性表格61中的接收方相位噪声特性发射到滤波特性选择部件11。即，预先测量的接收部件6的相位噪声特性存储在接收方相位噪声特性表格61中；此后，接收部件6读取 并发射其到滤波特性选择部件11。作为接收方相位噪声特性，例如，可以使用以特定偏移频率偏离的位置处的信号强度与参考信号强度(即，在接收的载波信号的频率的信号强度)之间的比率。

发射部件14将调制部件13的基带信号转换为RF信号。另外，发射部件14从发射方相位噪声特性表格141中读取发射方相位噪声特性以便将其发射到噪声相位信息存储器12。即，预先测量的发射部件14的相位噪声特性存储在发射方相位噪声特性表格141中；此后，发射部件14读取并发射其到相位噪声信息存储器12。作为发射方相位噪声特性，例如，可以使用以特定偏移频率偏离的位置处的信号强度与参考信号强度(即，在发射的载波信号的频率的信号强度)之间的比率。

相位噪声信息提取部件10从由解调制部件9解调制的无线电帧中提取第二无线电通信装置200的发射部件3的发射方相位噪声特性。相位噪声信息提取部件10将提取的发射方相位噪声特性发射到滤波特性选择部件11，以便载波再生滤波器8选择其滤波特性。

滤波特性选择部件11接收第一无线电通信装置100的接收部件6的接收方相位噪声特性和第二无线电通信装置200的发射部件3的发射方相位噪声特性。滤波特性选择部件11基于接收方相位噪声特性和发射方相位噪声特性来计算综合相位噪声特性。使用综合相位噪声特性，滤波特性选择部件11选择对于第一无线电通信装置100的实际相位噪声特性来说最优的载波再生滤波器8的滤波特性，而将与所选择的滤波特性相对应的滤波器设置值设置到载波再生滤波器8。为了计算综合相位噪声特性，滤波特性选择部件11将发射方相位噪声特性与接收方相位噪声特性加在一起。考虑到在从第二无线电通信装置200到第一无线电通信装置100的RF信号的发射中发生的相位噪声的影响，此计算方法利用第二无线电通信装置200的发射方相位噪声特性和第一无线电通信装置100的接收方相位噪声特性两者作为用于选择载波再生滤波器8的滤波特性的材料。另外，此计算方法响应于相位噪声的增加来增加综合相位噪声特性的值。

接下来，滤波特性选择部件11基于所计算的综合相位噪声特性来选择载波再生滤波器8的最优滤波特性。作为用于选择最优滤波特性的方法，例如，可以提供与宽带和窄带有关的两种类型的滤波特性，以及可以预先为那些滤波特性的切换设置阈值，从而一旦将综合相位噪声特性与阈值进行比较就在两种类型的滤波特性之间切换。总之，为经历高相位噪声的无线电通信装置来计算宽带滤波特性，以保持与载波信号的频率变化的联系，而为经历低相位噪声的无线电通信装置来计算窄带滤波特性，以减少滤波噪声。在将综合相位噪声特性与阈值进行比较的以上方法中，关于高综合相位噪声特性(即高相位噪声)来选择宽带滤波特性，而关于低综合相位噪声特性(即低相位噪声)来选择窄带滤波特性。从而可以选择对于相位噪声特性来说最优的滤波特性。

滤波特性选择部件11从滤波特性表格111读取与所选择的滤波特性相对应的滤波器设置值，以便将滤波器设置值设置到载波再生滤波器8。作为设置到载波再生滤波器8的滤波器设置值，例如，可以使用数字滤波器的抽头系数。

接下来，相位噪声信息存储器12在无线电帧中存储来自第一无线电通信装置100的发射部件14的发射方相位噪声特性。该无线电帧通过调制部件13、发射部件14和天线5被发射到第二无线电通信装置200。第二无线电通信装置200从所述无线电帧中提取发射方相位噪声特性以用于选择载波再生滤波器17的滤波特性。

接下来，将参考图2的流程图说明涉及本实施例的无线电通信装置的相位噪声消除和载波再生处理。

这里，以下的说明针对第一无线电通信装置100从第二无线电通 信装置200接收信号的情况。

首先，外部装置将发射信号提供给第二无线电通信装置200的相位噪声信息存储器1。同时，发射部件3将从发射方相位噪声特性表格31读取的发射方相位噪声特性提供给相位噪声信息存储器1。发射信号和发射方相位噪声特性存储在被发射到调制部件2的无线电帧中。

接下来，调制部件2将无线电帧转换为基带信号以便将基带信号发射到发射部件3。发射部件3将基带信号转换为RF信号以便经由天线4将RF信号发射到第一无线电通信装置100。

第一无线电通信装置100经由天线5接收由第二无线电通信装置200发射的RF信号，从而RF信号被提供给接收部件6(步骤S101)。接收部件6将RF信号转换为基带信号(步骤S102)。接收部件6将基带信号发射到解调制部件9和载波再生部件7。

载波再生部件7从基带信号中检测载波相位信号(步骤S103)。因为载波相位信号包括噪声成分，故不可能稳定使用载波相位信号的载波再生。为此，有必要从载波相位信号中消除噪声成分。为了消除噪声成分，载波再生部件7将载波相位信号发射到载波再生滤波器8。

载波再生滤波器8从载波再生部件7的载波相位信号中消除噪声成分(步骤S104)。这里，当第一无线电通信装置100没有接收第二无线电通信装置200的发射方相位噪声特性时，载波再生滤波器8的滤波特性设置为默认值。滤波特性的默认值对第一无线电通信装置100的实际相位噪声特性来说不是最优的。载波再生滤波器8将噪声成分已经被消除的载波相位信号发射回到载波再生部件7。载波再生部件7基于噪声成分已经由载波再生滤波器8消除的载波相位信号来再生载波信号(步骤S105)。载波再生部件7将再生的载波信号发射到接收部件6。再生的载波信号用于载波同步。

接下来，接收部件6将已经经过载波同步的基带信号发射到相应的解调制基带信号的解调制部件9(步骤S106)。解调制部件9将从基带信号解调制的无线电帧发射到外部装置和相位噪声信息提取部件10。

相位噪声信息提取部件10从无线电帧中提取第二无线电通信装置200的发射方相位噪声特性(步骤S107)以便将其发射到滤波特性选择部件11。接收部件6从接收方相位噪声特性表格61中读取预先测量的第一无线电通信装置100的接收方相位噪声特性以便将其发射到滤波特性选择部件11。

滤波特性选择部件11通过将发射方相位噪声特性与接收方相位噪声特性加在一起来计算综合相位噪声特性(步骤S108)。此计算方法响应于第二无线电通信装置200的发射部件3的高发射方相位噪声特性和第一无线电通信装置100的接收部件6的高接收方相位噪声特性来产生高综合相位噪声特性。基于所计算的综合相位噪声特性，滤波特性选择部件11选择对第一无线电通信装置100的实际相位噪声特性来说最优的滤波特性(步骤S109)。

图3为示出滤波特性选择处理的流程图。这里，滤波特性选择部件11采用单个阈值来选择预先设置的两种类型的滤波特性之一。

首先，滤波特性选择部件11计算综合相位噪声特性(步骤1081)。滤波特性选择部件11将综合相位噪声特性与阈值进行比较(步骤S1082)。当综合相位噪声特性高于阈值时(即，当相位噪声高时)，选择与第一无线电通信装置100的实际相位噪声特性一致的宽带滤波特性(步骤S1083)。另一方面，当综合相位噪声特性低于阈值时(即，当相位噪声低时)，选择与第一无线电通信装置100的实际相位噪声特性一致的窄带滤波特性(步骤S1084)。

接下来，滤波特性选择部件11从滤波特性表格111中读取与所选择的滤波特性相对应的滤波器设置值以便将其发射到载波再生滤波器8。载波再生滤波器8根据所选择的滤波特性来执行滤波。

随后，第一无线电通信装置100的载波再生部件7使用具有由滤波特性选择部件11选择的滤波特性的载波再生滤波器8来再生载波信号(步骤S110)。这里，由于由滤波特性选择部件11选择的滤波特性对于第一无线电通信装置100的实际相位噪声特性来说是最优的，故接收部件6能够稳定载波同步。第二无线电通信装置200执行与第一无线电通信装置100相同的滤波特性选择处理。即，滤波特性选择部件20使用第一无线电通信装置100的发射部件14的发射方相位噪声特性和第二无线电通信装置200的接收部件15的接收方相位噪声特性来选择载波再生滤波器17的滤波特性。

关于这一点，本实施例仅需要执行一次关于执行无线电通信的每个无线电通信装置的滤波特性选择处理。

本实施例被设计为这样的，即，基于单个阈值来选择两种类型的滤波特性之一；但是这并不是限制。即，可以利用多个阈值来分类综合相位噪声特性，从而对于各个类别选择不同的滤波特性。

本发明示出了以下效果。

(1)由于使用对无线电通信装置的实际相位噪声特性来说最优的载波再生滤波器来执行载波再生，故可以稳定载波再生而与相位噪声特性无关。为此，可以实现防止载波非同步的高度可靠无线电通信装置。

(2)由于使用对无线电通信装置的实际相位噪声特性来说最优的 载波再生滤波器来执行载波再生，故可以很容易地执行与相位噪声有关的载波再生；为此，可以实现防止由于相位噪声而BER劣化的无线电通信装置。

本发明的无线电通信装置在其中包括计算机(或微处理器)。为此，可以预先以程序的形势在计算机可读存储介质中存储本发明的处理，从而能够通过读取程序来执行本发明的功能。关于这一点，计算机可读存储介质指的是磁盘、磁性光盘、CD-ROM、DVD-ROM和半导体存储器。可替代地，可以经由通信线路将程序传递到计算机上，从而计算机执行实现本发明的功能的程序。

可以设计实施本发明的部分功能的程序。可替代地，可以以不同文件(不同的程序)的形式来设计这些程序，并且以计算机的预设的程序的组合来执行，从而实现本发明的功能。

工业应用性

本发明适用于利用载波再生滤波器来实现载波再生和载波同步的无线电通信装置；因此，本发明特别适用于使用FDD(Frequency Division Duplex，频分双工)方法或TDD(Time Division Duplex，时分双工)方法的双向无线电通信系统。

Claims (8)

1.一种无线电通信装置，包括：

载波再生滤波器，从载波相位信号中消除噪声成分，该载波相位信号是从接收的基带信号中检测到的；

载波再生部件，基于所述载波相位信号，再生载波信号；

接收部件，使用所述载波信号执行载波同步；

相位噪声信息提取部件，从无线电帧中提取发射方相位噪声特性，该无线电帧是从所述载波信号解调制的；以及

滤波特性选择部件，通过将预定的接收方相位噪声特性添加到提取的发射方相位噪声特性来计算综合相位噪声特性，并基于预定的阈值与所述综合相位噪声特性之间的比较来选择滤波特性。

2.如权利要求1所述的无线电通信装置，其中，对于首先接收到的基带信号，将预定默认值应用于所述载波再生滤波器作为其滤波特性；而对于随后的基带信号，将由所述滤波特性选择部件选择的滤波特性应用于所述载波再生滤波器。

3.如权利要求1所述的无线电通信装置，还包括：

相位噪声信息存储器，在所述无线电帧中存储预定的发射方相位噪声特性；

调制部件，将存储所述预定的发射方相位噪声特性的所述无线电帧调制为基带信号；和

发射部件，将所述基带信号转换为RF信号。

4.如权利要求1所述的无线电通信装置，其中，对于高于所述阈值的所述综合相位噪声特性，所述滤波特性选择部件选择宽带滤波特性，而对于低于所述阈值的所述综合相位噪声特性，所述滤波特性选择部件选择窄带滤波特性。

5.一种载波再生方法，包括：

从载波相位信号中消除噪声成分，该载波相位信号是从接收的基带信号中检测到的；

基于所述载波相位信号，再生载波信号；

使用所述载波信号执行载波同步；

从无线电帧中提取发射方相位噪声特性，该无线电帧是从所述载波信号中解调制的；

通过将预定的接收方相位噪声特性添加到提取的发射方相位噪声特性，计算综合相位噪声特性；和

基于预定的阈值与所述综合相位噪声特性之间的比较，选择滤波特性。

6.如权利要求5所述的载波再生方法，其中，对于首先接收的基带信号，采用具有预定默认值的滤波特性来从所述载波相位信号中消除相位噪声；而对于随后的基带信号，采用所选择的滤波特性来从所述载波相位信号中消除相位噪声。

7.一种无线电通信方法，包括：

将接收的无线电信号转换为基带信号；

从载波相位信号中消除噪声成分，该载波相位信号是从所述基带信号中检测到的；

根据所述载波相位信号，再生载波信号；

使用所述载波信号，执行载波同步；

解调制已经经过所述载波同步的所述基带信号；以及

将所述解调制的基带信号转换为无线电信号；

所述无线电通信方法还包括：

从无线电帧中提取发射方相位噪声特性，该无线电帧是从所述载波信号中解调制的；

通过将预定的接收方相位噪声特性添加到所述发射方相位噪声特性，计算综合相位噪声特性；

基于预定的阈值与所述综合相位噪声特性之间的比较，选择滤波特性；以及

基于所述滤波特性，从所述载波相位信号中消除所述噪声成分。

8.如权利要求7所述的无线电通信方法，还包括：

在无线电帧中存储发射信号和发射方相位噪声特性；

将所述无线电帧调制到基带信号；

将所述基带信号转换为无线电信号；和

发射所述无线电信号。