CN104798403A - 用于多模接收机的信号扫描的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在一种信号处理方法中，在输入端提供一输入信号至一接收机。接收机的带宽被控制为一预设的宽带设置。对于多个频带的波段，在接收机上，使用一混频器，一放大器和一滤波器处理输入信号，以产生第一已处理信号，以及在那频段上产生处理信号的功率谱密度，以为那频段提供一频域信号。基于对应于多个频段内的每个频段的频域信号，已处理信号的一频域表示在一重建波段上重建，其中重建波段具有的带宽大于预设的宽带设置。基于重建的频域表示，识别一对应于至少一个蜂窝电话接入模式的频谱分量。

Description

用于多模接收机的信号扫描的方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信系统内的接收机架构，尤其涉及扫描RF信号的方法和系统，以识别用于无线信号通信的蜂窝电话接入技术。

背景技术

在当代世界中，无线通信扮演了越来越重要的作用。用于无线蜂窝电话的电磁频谱是一个有价值的和有限的资源。因而，在可用的频谱内部署了许多类型的蜂窝电话接入技术(接入模式)。各种已知的接入模式利用了频谱中的不同频率。图1列举了一个多模射频(RF)波段，波段内可部署多个不同的技术。在此例子中，RF波段100包含频谱分量102,104,106和108，分别对应于宽频带LTE标准，GSM标准，窄频带LTE标准和时分同步的码分多址技术(TD-SCDMA)标准。其它的情况也可以存在于部署后的宽带码分多址技术(W-CDMA)和CDMA2000IX标准中。

一些传统技术使用接收信号强度指示(RSSI)测量方法进行信号测量，这需要扫描所有可能的信道，这增加了扫描或同步候选基站所需的时间。如图1所示，当多模部署在RF波段100内时，初始获取会很慢，因为每个可能的接入模式都需要RF波段100被扫描。关于在任何特定的频率区域内可能存在何种类型的接入模式的任何指示，传统的扫描技术并不提供。即使知道一个特别的接入模式只部署在一部分波段内，整个部分仍需要扫描，以寻找有用的基站。作为此类问题的结果，在传统方法中常会遇到性能低效(例如，降低的速度，增加的功率消耗)和/或成本增加。

发明内容

在本发明的实施例中，在一接收机(列如，接收机200)的输入端提供了一输入信号(例如，信号202)，参见区块710。接收机的带宽被控制(区块720)至预设宽带设置(例如，图3中每个WB1，WB2，WB3有20MHz)。对于多个频带(例如，WB1，WB2，WB3)中的每个，使用了区块730和740。在接收机上，输入信号被一混频器，一放大器和一滤波器处理了(区块730)，以产生一处理信号(例如，信号248a或信号248b，或者是，信号248a和信号248b可同时作为已处理的信号)。在特别的频段，可使用(区块740)已处理信号的傅里叶变换(例如，FFT),以为那个频段提供一频域信号。基于对应于多个频段内的每个频段的频域信号，一个已处理信号的频域表示在一个重建波段(例如，包括图5内区域501,502,503,504的波段)上重建(区块750)，其中重建波段具有的带宽大于预设的宽带设置。基于重建的频域表示，一对应于至少一个蜂窝电话接入模式的频谱分量被识别了(区块760)。

在一些实施例中，系统包括一接收机，一功率谱密度计算模块和一状态机。接收机包括一混频器，一放大器，一可变带宽滤波器，以及一波形合成器，用于在一可变频率上合成波形并提供波形至混频器。接收机用于在输入端接收一输入信号。混频器，放大器和滤波器沿着一串行处理路径配置，并用于提供对应于输入信号的已处理信号。功率谱密度计算模块用于在一选择的频段内产生已处理信号的傅里叶变换，以提供所述频段的频域信号。选择的频段是可变的。基于功率谱密度计算模块提供的多个频域信号，对于在多个频带内的各自波段，状态机用于在一个重建波段上重建已处理信号的频域表示，其中重建波段具有的带宽大于预设的宽带设置，并且基于频域表示，状态机进一步用于识别对应于至少一个蜂窝电话接入模式的频谱分量。

在一些实施例中，系统包括位于一个MIMO通信系统中的第一接收模块和第二接收模块，一功率谱密度计算模块，一接收信号强度指示(RSSI)模块，和一状态机。第一和第二接收模块分别用于处理第一输入信号和第二输入信号。每个接收模块包括一混频器，一放大器，一可变带宽滤波器，它们沿着一串行处理路径被配置。第一和第二接收模块用于分别提供一对应于所述第一输入信号的第一处理信号，以及一对应于第二输入信号的第二处理信号。功率谱密度计算模块用于在一选择的频带内产生所述第一已处理信号的傅里叶变换，以产生所述频段的频域信号。选择的频段是可变的。接收信号强度指示(RSSI)模块用于测量第二处理信号的电压或功率。状态机有一第一输入，连接功率谱密度计算模块的输出，以及一第二输入，连接RSSI模块的输出。基于功率谱密度计算模块提供的多个频域信号，对于在多个频带内的各自波段，状态机用于在一个重建波段上重建第一已处理信号的频域表示，其中重建波段具有的带宽大于预设的宽带设置，并且基于频域表示，状态机进一步用于识别对应于至少一个蜂窝电话接入模式的频谱分量。

附图说明

下列图片的部分应当是显而易见的，它们用于说明的目的并不需要放大。

图1是一个RF波段的示意图，带有多个部署的蜂窝电话接入模式。

图2是本发明的实施例的一个接收机结构示意图。

图3是一些实施例的宽频扫描的示意图。

图4A-4C是一些实施例的宽频扫描导致的FFT的平面图。

图5本发明实施例的平面图，显示了重建的波段功率谱密度(PSD)。

图6是一些实施例的处理过程的流程图。

图7是一些实施例的另一个处理过程的流程图。

图8是一些实施例的多点输入/多点输出(MIMO)的结构图。

具体实施方式

此典型实施例的描述的意图是同附图一起，成为整个说明书的一部分。

本发明不同的实施例提供了一些技术，用于改善需要进行RF信号扫描需要的时间，以识别可用的基站，因而促进相关的蜂窝电话接入模式(接入技术)的更快同步。并且，实施例提供了在特别频率区域用于特别接入技术，跳跃扫描或改变扫描的优先级的能力，以便于加速获取过程。

图2是本发明的实施例的一个接收机结构示意图。一接收机200包括组件，用于处理输入信号202，该输入信号202从例如一天线接收。输入信号显示为不同的形式(RF_RX+和RFJ X-)；其它在图2中的信号可以是不标为如此的不同形式，以用于看得更清楚并减少杂乱。输入信号可由一低噪音放大器(LNA)204放大，以提供一放大输入信号214。一本地震荡器210从一合成器206上基于控制信号208产生了一个或更多的震荡信号212(例如，正弦曲线)。依靠以下描述的合成器和可变带宽滤波器，接收机200可调谐在需要的频率接收到的信号。

一混频器216将放大输入信号214和震荡信号212混合。混频器可包括216a和216b，其中一个可处理同向分量并且其中一个可处理正交分量。在图2中显示了分开的处理路径，用于同向分量和正交分量(具有相似的引用符号及不同的后缀，“a”或“b”)，但是每种处理过程是类似的，因此以下的讨论聚焦于图2中的上层路径，它可以是同相路径或正交路径。应当理解从状态机254传至滤波器的不同的反馈效应，可适用于同相路径的滤波器或正交路径的滤波器或两者。

由混频器216提供的混合信号218a通过一系列的滤波器222a，232a，242a进行处理，它们可以是基带滤波器。这些滤波器执行了全部的基带干扰抑制，并且它们可具有许多不同设置的可编程带宽。虽然此例子中显示了滤波器的三个阶段，但也可使用不同数量的滤波器。在一些实施例中，当信号进一步向输出移动时(朝着图2的右侧)，滤波器逐渐提供更多的抑制。后置混频放大器(PMA)226a和可变增益放大器(VGA)246a提供了增益调整。

因此，混合信号218由滤波器222a滤波，以提供信号224a，信号224a被放大成信号228a。放大信号228a在滤波后变为信号234a，并随后滤波为信号244a，信号244a被放大成信号248a，信号248a是由接收机200提供的已处理信号。应当理解信号248b也是由接收机提供的已处理信号。

逻辑模块250包括一个接收信号强度指示(RSSI)模块252，该模块252测量信号强度(例如，功率或电压)并提供一输出259至一RSSI扫描状态机254。状态机254可使用数字逻辑电路，以控制接收机的带宽和测量信道(例如，频率)。状态机254也接收由功率谱密度(PSD)计算模块253提供的输入信号，模块253用于基带信号处理并可使用已知的电路进行PSD计算，如快速傅里叶变换(FFT)。状态机254从模块252和253中使用了RSSI和FFT信息，以作为改进的扫描算法的一部分。状态机254耦合于传送信号的发射机280，以便于接收机和发射机壳作为一个收发机使用。

图1中显示的结构提供了在多模环境下用于基站的改进扫描方法。如图3所示，一宽带滤波器用于一组扫描。在此例子中，整个的RF波段通过在图3中标为WB1，WB2，WB3的位置使用的三个测量进行扫描。例如，一个60MHz的频段可以使用一个20MHz LTE的基带滤波器用3个测量进行扫描。此3个扫描可得出图4A-4C中显示的FFT的结果，其中FFT的频率分辨率为180kHz。此180kHz的值可用于一些实施例，因为它大致表示了一个典型窄带GSM信号的带宽并且它是平均12个FFT的柱状值用于15kHz LTE的间隔。

根据某些实施例，图4A-4C分别是来自宽频扫描WB1，WB2，WB3的由FFT得出的平面图。如图5所示，这些结果可进行组合，以提供一完整的频谱估计，以用于完整的频率范围。

图5显示了一个重建的波段功率谱密度(PSD)平面图，它可以通过计算组合相应的宽带扫描WB1，WB2，WB3的PSD结果(如，FFT结果)而得到。重建的功率谱密度用于在RF波段100内估计信号表现(或类似表现)的类型或功率。例如，图5显示了可能包含宽带LTE信号内容的区域501；可能包含GSM信号内容的区域502，可能包含无强烈载频的区域503；以及可能包含窄带LTE和/或TD-SCDMA或W-CDMA的区域504。作出区域501,502,503,504的划分决定的原理将会在下面描述。

在许多连续的频率柱状值上观察到相当高的信号功率可指出宽带LTE，比如20MHz可能的出现位置，因而这些信号的搜索可限制于或最低限度的集中于一频率区域(频段)，此区域具有大量的连续频率柱状值。例如，区域501可识别为在检测多个连续频率的柱状值(如，至少连续的N个柱状值，其中N为正整数)的基础上，可能包含宽带LTE内容，其中每个柱状值对应于一个高于预设门限值的功率。

个体的高功率表现孤立了频率柱状值(如，由FFT计算的柱状值)表明一种对应窄带接入技术模式，如GSM技术，的高可能性。因此，GSM信号的搜索可再次限制于或集中于感兴趣的频率区域。例如，区域502很可能被识别为在检测一个或多个PSD峰值(如，在图5中说明的区域502的三个峰值，位于各自的非连续的柱状值上)的基础上，包含GMS内容，其中每个峰值对应于一个频率柱状值，此柱状值具有超过各自相邻柱状值至少一个预设阈值的功率。

区域503很可能被识别为在相应频率柱状值内判定低信号功率(如，在图5中说明的区域502的三个峰值，位于各自的非连续的柱状值上)的基础上，包含无强烈载频，例如，在那些此区域内没有柱状值的区域具有超出阈值的功率的情况下。

区域504很可能被识别为在识别连续的柱状值(如，M<N，其中N被描述为超过区域501的情况下)的一特定数字(例如，一正整数M)的基础上，包含窄带LTE和/或TD-SCDMA或W-CDMA，其中每个柱状值对应于一个高于预设阈值的功率。

可使用类似的方法在特别的频率区域内搜索特别的接入技术。例如，不同的模式可指定各自的优先级，并且可按照优先级的次序搜索模式。同时，基于测量结果，任何看上去缺乏任何信号的区域可以或者被完全的跳过，或者至少被调整优先级。例如，区域503可指定为比某些或全体区域501,502,504更低的优先级，并随后搜索此区域，或它可被完全的跳过。

根据一些实施例，图6是一个处理过程的流程图。在处理600开始时，不同的支持的接入模式可根据优先级分级(区块610)。例如，分级可以是：1.LTE 20MHz；2.LTE 5MHz；3.LTE 3MHz；4.TD-SCDMA；5.GSM。设置了一个更宽的滤波器带宽(例如，20MHz，如图3所示)，以在不同的区域(区块620)上进行扫描。接收机200在每个区域上设置了相应的各自的宽带扫描，并且计算(区块614)了信号的功率谱密度(PSD)，例如，使用快速傅里叶变换(FFT)。PSD的结果使用了一种算法进行分析，以寻找在功率谱密度中的某些模式。不同的算法可用于分析频谱。一旦用于特别接入技术的可能区域被判定(区块616)，可基于优先级(区块618)考虑一接入模式。这包括配置接收机于与接收特别的接入模式有关的带宽和运行状态。随后，开始RSSI扫描(区块620)。对于特别的接入技术，RSSI扫描基于功率谱密度的分析，可开始于最可能的频率区域，或扫描(如没有发现类似区域)可被跳过或最后执行。如果扫描发现RSSI高于预设的阈值(在区块622为“是”)，可尝试与基站(区块624)的同步。如果或者扫描没有发现任何带有“好”的(足够的)RSSI的信道，或者如果同步失败了(在区块626为“否”)，那么下一个接入模式会安优选级的次序进行检查(区块618)。如果同步成功了(在区块626为“是”)，相关的信道可以“临时安置”于，例如，维持和用于随后的通信。

如果处理600结束时未完成同步，可(在所有可能的信道上)进行一个完全扫描。

根据一些实施例，图7是另一个处理过程的流程图。在处理700开始后，在接收机(例如，接收机200)的输入端被提供(区块710)一输入信号(例如，信号202)。接收机的带宽被控制(区块720)至一预设的宽带设置(例如，20MHz，用于图3中每个WB1，WB2，WB3的带宽)。对于每个频带(如，WB1，WB2，WB3)，执行区块730和740。在接收端，输入信号被一混频器，一放大器和一滤波器处理(区块730)，以产生一处理信号(例如，信号248a或信号248b，或着，信号248a和信号248b可同时被认为处理信号)。在特别的频带上产生了处理信号的功率谱密度(区块740)(例如，使用快速傅里叶变换)，以提供那个频带的一频域信号。基于对应于多个频段内的每个频段的频域信号，一个已处理信号的频域表示在一个重建波段(例如，包括图5内区域501,502,503,504的波段)上重建(区块750)，其中重建波段具有的带宽大于预设的宽带设置。基于重建的频域表示，一对应于至少一个蜂窝电话接入模式的频谱分量被识别了(区块760)。

根据一些实施例，图8是多点输入/多点输出(MIMO)接收机的结构图。其中有一主要的接收机模块820和一分集接收机模块810，分别连接了一主要的天线802和一分集天线801。每个接收机模块的功能同接收机200的功能类似，并且同MIMO结构的仅有的不同点为了方便在此中描述。主要的接收机模块820连接RSSI模块850，并用于正常扫描，而分集接收机模块810连接功率谱密度补偿模块(例如，FFT模块)852，并用于宽带扫描。RSSI模块853和FFT模块852把它们的输出传送至状态机854，状态机854控制了主接收模块820的频率(通过一发送至合成器830的控制信号)和带宽。分集接收机模块810的带宽可被独立的控制。

即使有文中说明和描述的例子，那些实施例并不仅限于显示的细节，因为不同的修改和结构的改变可由本领域的技术人员在权利要求的等同物的范围内实行。

Claims (21)

1.一种方法包括：

在输入端提供一输入信号至一接收机；

控制接收机的带宽至一预设的宽带设置；

对于多个频带中的每个：

在接收机上，使用一混频器，一放大器和一滤波器处理输入信号，以产生第一处理信号，以及

在所述频带上产生第一已处理信号的功率谱密度，以为所述频带提供一频域信号；

基于对应于多个频段内的每个频段的频域信号，所述已处理信号的一频域表示在一重建波段上重建，其中重建波段具有的带宽大于预设的宽带设置；以及

基于重建的频域表示，识别一对应于至少一个蜂窝电话接入模式的频谱分量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，判定所述第一已处理信号的功率谱密度包括计算所述第一已处理信号的一快速傅里叶变换。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个频带内的每个波段具有一同预设的宽带设置相等的带宽。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少对应于第一蜂窝电话接入模式和第二蜂窝电话接入模式的频谱分量被检测到，并且所述第一模式不同于所述第二模式。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一模式为宽带模式，所述第二模式为窄带模式。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一模式为LTE模式，所述第二模式为GSM模式。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个蜂窝电话接入模式包括一宽带模式，通过检测多个连续的频率柱状值识别，每个所述柱状值对应于一个高于预设的阈值的功率。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个蜂窝电话接入模式包括一窄带模式，通过检测一个或多个功率谱密度峰值进行识别，其中每个峰值对应于一频率柱状值，所述频率柱状值具有超过各自相邻柱状值至少一个预设的阈值的功率。

9.如权利要求1所述的方法，进一步包括，基于重建的频域表示，识别一无载波波段，不包含对应于任何蜂窝电话接入模式的频谱分量，其中所述无载波波段在所述重建波段内。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个频段内的波段是连续的波段。

11.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

配置所述接收机至一频段，此频段为一种模式；

使用所述混频器，所述放大器和所述滤波器处理所述输入信号，以产生第二已处理信号；

测量所述第二已处理信号的功率或电压；以及

如果测量的功率或电压超过了预设的阈值，基于同所述模式相关的一频段同步所述接收机至一基站。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个蜂窝电话接入模式包括多个模式，此方法进一步包括：

在所述多个模式中分配一优先级至每个模式；

基于每个模式的优先级，配置所述接收机至相应各自模式的频段；对于每个模式按优先级的次序：

在配置接收机于对应的频段后，使用所述混频器，所述放大器和所述滤波器处理输入信号，以产生对应于所述模式的第二已处理信号；

测量所述第二已处理信号的功率或电压；以及

如果测量的功率或电压超过了预设的门限值，基于同所述模式相关的一频段同步所述接收机至一基站。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：

基于重建的频域表示，识别一无载波波段，不包含对应于任何蜂窝电话接入模式的频谱分量，其中所述无载波波段在所述重建波段内；

分配所述无载波波段一优先级，此优先级低于所有分配至多个模式内的各自模式的优先级；

配置所述接收机至所述无载波波段；

在配置接收机于所述无载波波段后，使用所述混频器，所述放大器和所述滤波器处理输入信号，以产生对应于所述无载波波段的第二已处理信号；

测量对应于所述无载波波段的所述第二已处理信号的功率或电压；以及

如果对应于所述无载波波段的所述第二已处理信号的功率或电压超过了所述预设的阈值，同步所述接收机至一对应于所述无载波波段的基站。

14.一系统，包括：

一接收机，包括一混频器，一放大器，一可变带宽滤波器，以及一波形合成器，用于在一可变频率上合成波形并提供此波形至混频器，其特征在于，所述接收机用于在输入端接收一输入信号，所述混频器，所述放大器和所述滤波器沿着一串行处理路径配置，并用于提供对应于所述输入信号的已处理信号；

一功率谱密度计算模块，用于在一选择的频段内产生所述已处理信号的功率谱密度，以提供所述频段的频域信号，其中选择的频段是可变的；以及

一状态机，用于基于所述功率谱密度计算模块提供的多个频域信号，对于在多个频带内的各自波段，在一个重建波段上重建所述已处理信号的频域表示，其中所述重建波段具有的带宽大于预设的宽带设置，并且基于所述频域表示，所述状态机进一步用于识别对应于至少一个蜂窝电话接入模式的频谱分量。

15.如权利要求14所述的系统，进一步包括一接收信号强度指示(RSSI)模块，用于测量所述已处理信号的电压或功率。

16.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述状态机进一步用于控制所述接收机的带宽和频率。

17.如权利要求16所述的系统，进一步包括一接收信号强度指示(RSSI)模块，用于在所述接收机被控制至相应的一种模式的带宽和功率后，测量所述已处理信号的电压或功率。

18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述状态机进一步用于，如果所述RSSI模块的输出端输出的电压测量或功率测量超过了预设的阈值，基于同所述模式相关的一频段同步所述接收机至一基站。

19.一系统，包括：

第一接收模块和第二接收模块，位于一个多输入多输出(MIMO)通信系统中，第一接收模块和第二接收模块分别用于处理第一输入信号和第二输入信号，每个接收模块包括一混频器，一放大器，一可变带宽滤波器，它们沿着一串行处理路径配置，第一和第二接收模块分别用于提供对应于所述第一输入信号的第一已处理信号，以及对应于所述第二输入信号的第二已处理信号；一功率谱密度计算模块，用于在一选择的频带内产生所述第一已处理信号的功率谱密度，以为所述频段提供频域信号，其中选择的频段是可变的；

一接收信号强度指示(RSSI)模块，用于测量所述第二处理信号的电压或功率；以及

一状态机，具有一第一输入，所述第一输入连接所述功率谱密度计算模块的输出，以及一第二输入，所述第二输入连接所述RSSI模块的输出，所述状态机基于所述功率谱密度计算模块提供的多个频域信号，对于在多个频带内的各自波段，在一个重建波段上重建所述第一已处理信号的频域表示，其中重建波段具有的带宽大于预设的宽带设置，并且基于所述频域表示，所述状态机进一步用于识别对应于至少一个蜂窝电话接入模式的频谱分量。

20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述第二接收模块进一步包括一波形合成器，用于在一可变频率上合成波形并提供所述波形至所述第二接收模块的混频器；

其中所述状态机连接所述第二接收模块的所述滤波器至所述第二接收模块的所述合成器，并用于控制所述第二接收模块的带宽和频率，并且所述RSSI模块用于在所述第二接收模块被控制至相应的一种模式的带宽和功率后，测量所述已处理信号的电压或功率。

21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述状态机进一步用于，如果所述RSSI模块的输出指出的电压测量或功率测量超过了预设的阈值，基于同所述一种模式相关的频段同步所述第二接收模块至一基站。