CN1080040C - 数字选择分集的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一个数字选择分集系统包括在接收机(210)的不同天线(222、226)上接收一个信号的不同信号样式，并在分离的支路上处理该不同的信号样式，每个支路都具有一个数字下变频器(224、228)和一个滤波器(232、236)，滤波器由一个分集开关选择器(250)控制，根据所选择的信号质量使一个滤波器起滤波器作用(现用支路)，另一个滤波器起抽取器的作用，分别滤波和抽取各自的输入信号样式。该分集开关选择器还控制解调器(240)来解调滤波的信号。抽取信号用来提供信号质量信息和当一个支路变为现用时的相位历史状况。当不现用支路上的信号质量确定较好时，分集开关控制器控制该支路上的滤波器切换到滤波器方式，并且该解调器在开始解调来自新的现用支路的信号样式时，将最后的抽取样值用于相位历史状况。

Description

数字选择分集的方法和装置

本发明涉及通信系统，具体步及信号分集接收的系统。

在通信单元之一是移动的无线通信环境下，射频(RF)信号的接收往往需要使用分集技术来抗衡瑞利衰落的影响。业已使用了各种分集接收的方法来减少这种衰落的影响，其中包括鉴别前在几个天线间切换、在几个接收机中选择和组合来自几个接收机的信号(如最大比率组合)的技术。然而，这些方法都有缺点。在模拟系统中使用预鉴别天线切换在天线切换时会导致相位不连续。这又在恢复的声频信号中引起“砰砰”声，这对大多数用户是不能接受的。这在数字接收机中更是难以容忍的，因为这会导致不能接受的信息(话音和数据)丢失。分集组合方法例如最大比率组合那样可以得到可接受的质量，并且往往比选择分集技术有更好的质量，但这些方法要以大量的精细的计算的高昂代价才能得到。这通常意味着高昂的电路和较高的功耗，而这两者在移动通信中是不希望有的。

选择分集接收机比分集组合接收机要求较少的电路或计算，但先有技术的选择分集方法通常仍依赖于分离的信号通路，每个通路包括从解调器到天线的所有必要的接收机电路。图1示出这种先有技术的分集接收机。接收机110由天线122、114、116按空间接收同一信号的不同式样。这些信号式样沿不同的通路或支路经过RF前端112、124、126和解调器142、144、146得到处理。每个支路上的这些信号式样的接收信号强度(RSSI)在RSSI检测器132、134、136中确定，分集开关150利用RSSI信息选择具有最大RSSI的支路。

这种先有技术的选择分集接收机的问题是，它需要双重电路，信号处理在各个信号通路(包括解调器)并行地恒定地运行。只在将分离的信号通路完成解调之后，才能做出哪个信号用作输出的判决(选择)。这种附加的电路和计算的需要最终导致接收机更昂贵和功耗更大。

本发明提供了一种分集选择一个信号的第一和第二数字信号样式的方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)通过抽取所述的第一和第二数字信号样式中的一个，对该数字信号样式处理，以产生一个抽取的数字，滤波所述的第一和第二数字信号样式的另一个，以产生滤波的信号；(b)确定抽取信号的信号质量和滤波信号的信号质量；及(c)当滤波信号的信号质量比抽取信号的信号质量好些时，将该滤波信号输出给一个解调器；(d)当滤波信号的信号质量比抽取信号的信号质量差时，对第一和第二数字信号样式的抽取和滤波处理进行交换。

本发明提供了一种用于提供分集接收的接收机，该分集接收机具有至少第一和第二支路，分别地用于接收一个信号的至少第一和第二信号样式，其特征在于，包括：(a)第一和第二下变频器装置，分别在第一和第二支路上，分别用以将第一和第二信号样式数字化和下变频，并分别地输出第一和第二数字信号样式；(b)第一和第二滤波器装置，分别地连接到第一和第二下变频器装置，分别地用以对第一和第二数字信号样式进行抽取或滤波；(c)第一和第二信号质量检测器装置，分别地连接到第一和第二滤波器装置，分别地用于确定第一和第二数字信号样式的信号质量；及(d)分集选择器装置，连接到第一和第二信号质量检测器装置，用于确定第一和第二数字信号样式的哪一个具有较高的信号质量，并连接到第一和第二滤波器装置，用于当第一数字信号样式具有较高信号质量时控制第一滤波器装置滤波第一数字信号样式，并将第一滤波的数字信号输出到解调器装置；控制第二滤波器装置对第二数字信号样式抽取，并输出该抽取的信号。

本发明提供了一种用以提供分集接收的接收机，该分集接收机具有至少第一和第二支路，用于接收一个信号的第一和第二信号样式，其特征在于，包括：(a)第一和第二滤波器与诸抽取器装置，分别连接到第一和第二支路；(b)一个分集开关控制器，连接到第一和第二滤波器与诸抽取器装置。(c)一个解调器，对分集开关控制器和第一和第二滤波器以及诸抽取器装置作出响应，所述的解调器的特征是一个相位检测器对第一和第二滤波器与抽取器装置进行响应，其中相位检测器根据由第一滤波器和抽取装置产生的滤波但未经抽取的信号和由第二滤波器和抽取装置产生的经抽取的信号确定相位信息。

据此，现在需要一种能使分集接收机减少电路和计算要求、但同时仍以可接受的质量进行高速信号的分集接收，并显著地降低衰落的影响。

图1示出一种先有技术的选择分集接收机的方框图。

图2示出按照本发明优选实施例的一种分集接收机的方框图。

图3示出从图2分集接收机的滤波器232和236输出的信号信息。

图4示出在模拟系统执行解调之前信号通路之间切换时发生的相位不连续性的情况。

图5示出使用图2的分集接收机避免相位不连续的情况。

图6示出使用图2的分集接收机选择信号通路的步骤的流程图。

按照本发明的分集选择的方法和装置可以解决上述这些和其它问题。图2示出本发明优选实施例的方框图。在本实施例中，接收机210采用数字技术，允许选择分集具有单一的解调器或鉴频器240(用FM解调)，而在从天线212、216开始的各支路之间切换时，不引入任何相位不连续性。虽然这个实施例示出用于FM蜂窝或集群中继无线电通信的接收机的优选实施方案，但可以理解，本发明还可以应用于其它调制方式，包括但不限于DPSK(差分相移键控)和任何类型的无线联接通信系统。鉴此，下文对这个优选实施例的描述是示例性的，而不是限制本发明的范围。

经由天线212、216在不同支路上接收到不同的信号式样时，它们分别由RF前端222、226和数字下变频器224、228进行处理和数字化。然后将数字化的信号馈入滤波器232、236，或被抽取或被滤波，这取决于选择哪个支路作为现用(active)支路。这样，例如第一支路是现用支路时，滤波器232起滤波作用，对第一支路上的数字化信号滤波(即产生出基带信号恢复的所需的样值)。而后，将已滤波的信号经由缓冲器241输入到鉴频器(discriminator)240，并由相位检测器243和微分器(differentiator)245进行解调。另一方面，第二支路从滤波器236输出一个被抽取的样值，该滤波器被控制而作为一个抽取器工作。这个被抽取的样值输入到缓冲器242，只要第二支路保持不现用(inactive)它便被丢弃。

图3示出滤波器232、236后面的第一和第二支路的典型输出。当第一支路(图3的支路1)保持现用时，支路1中的连续样值流，即滤出的信号输出给RSSI检波器234和鉴频器240的缓冲器241。另一方面，第二支路是不现用的，只有周期性地抽取的样值输入到RSSI 238和鉴频器240的缓冲器242。在预定数目(或分批)的样值结束时，在不现用的支路上的样值(如306)和在现用支路上的对应样值(如308)被用来确定具有最好信号质量的支路。本领域的技术人员理解，在各种各样的途径上的信号信息可以被用来确定相对的信号质量，而且根据所采用的具体电路设计选择，所考虑使用的取样值的分比大小和数目是可以改变的。在图2实施例的情况下，将每个支路的当前样值306、308与在前批结束点的预定数目的前样值302、304进行平均，而后进行比较。

为了确定何时在各支路间进行切换，要对来自两个支路的信号质量信息在分集开关/选择器250中进行比较。在最优实施例中，这是经由RSSI检测器234、238分别测量现用和不现用支路上滤波信号和抽取信号的信号强度来实现的。本领域的技术人员理解，可以采用不同于RSSI的信号质量测量的其它方式，并且可以在适当配置的接收机中的各支路之前(数字下变频器224、228之后)进行测量。而后在分集选择器250中对检测出的信号信息进行比较，确定哪个支路具有最好的信号质量。分集选择器250控制滤波器232、236和缓冲器241、242，依据哪个支路被选作为现用支路(具有最好信号质量的支路)而输出适当的信息。换句话说，当第一支路保持为现用支路时，分集选择器250便会输出一个第一控制信号经由反相器230到滤波器232，以控制滤波器232保持滤波器状态；与此同时这个第一控制信号控制滤波器236保持抽取方式。控制信号还控制：缓冲器241向相位检测器243输出信号信息；缓冲器242丢弃所存储的样值；开关247在两支路过渡期间丢弃微分器245的输出。

这样，当确定不现用支路当前具有较高信号质量时，分集选择器250的作用是切换滤波器232和236的工作方式，使滤波器232抽取随后的信号输入，而滤波器236连续地滤波第二支路的信号。与此同时，分集选择器250送出一个控制信号到缓冲器242，使之输出最后一个抽取的样值给相位检测器243，以便给当前现用的第二支路提供初始相位历史状况。开关247被控制以丢弃微分器输出或送出一个哑(dummy)输出，这是第一支路的最后样值309的相位信息与第二支路的抽取样值310的相位信息的差值。而后，开关247再连接微分器245的输出，以便输出当前现用的第二支路的微分信号信息。

这种方法在最后的抽取样值310作为微分器的初始相位历史状况是特别有益的，而这是先有技术未采用各支路双份鉴频器所不能实现的。图4和图5进一步示明使用相位历史状况和本发明如何消除相位不连续性的情况。图4示出在先有技术模拟的实施方案中只使用一个鉴频器、未考虑当不现用的支路切换到现用时相位历史信息的某种形式时的情况下切换的后果。图4中标号的矢量表示两个天线212、216(第一和第二支路的天线分别表示为A和B)的每一天线的连续样值瞬时的相位角。假设天线212被选择为第一支路(支路A)，在样值瞬时2时/RSSI的计算确定当前第二支路上的信号质量比第一支路强些，于是第二支路(支路B)在样值瞬时3时被使用。这样，在样值瞬时2时由微分器245根据现用支路的当前样值2A和前一样值1A计算出一个相位差△1。然而，因为第二支路正被切换为现用支路，在先有技术情况下，在样值瞬时3时，应用样值2A和3B计算出一个相位差△2。从图中可以看出，由于这些是来自不同的信号通路，故在样值2和3之间将发生大的不连续性。这样一个大的不连续性很可能引起不希望的“砰砰”声输出，或丢失数据。

图5示出使用本发明的数字选择分集技术如何消除这种后果的情况。在这种情况下，当支路B在样值3时切换为现用支路时，鉴频器245应已预先计算出第二支路上的前一样值2B。使用这一样值计算样值2B和3B之差，以使鉴频器240的输出不出现相位不连续性。若在样值2A和3B间计算出任何差值，则丢弃，代之以哑输出。

图6示出本发明优选方法实施的流程图。步骤410～418示出当前现用支路无变化时处理信号信息的步骤。当判定不现用支路的RSSI现在大于现用支路的RSSI(步骤416)时，切换滤波器232、236的工作方式，并对鉴频器240为先前不现用的支路的最后的抽取输出提供一个指针。据此，为不现用支路切换到现用支路提供了必要的相位历史状况、(步骤420～424)。

在这个实施例中，业已假定使用简单的差值计算鉴频器245的输出。可能够利用像多抽头差分器那样的电路，使用两个以上的样值来获得对相位导数的更准确的估值。然而，缓冲器应当保持含有每个天线的足够样值数目，以计算出相位的导数，而在每次选择新支路时无连续性损失，或初始相位历史状况。在软件实施方案中，例如当在数字信号处理器(DSP)260中执行分集选择器250和鉴频器240时，这个方案仅需修改在天线通路被切换时传送给单一鉴频器/解调器程序一个修改的输入指针，以使用正确的相位历史状况来计算新选择的支路的相位。按照这种方式，仅需鉴别现用支路，以实现处理器带宽的节省。这个方案对于数字硬件实施中也具有益的，因为它不管所使用多少接收天线数目只需要建立单一的鉴频器。

业已表明，数字选择分集接收机消除了多个信号通路上双份解调器的需要，节省了电路和/或计算量。虽然参照本发明一个示例性的实施例描述了本发明时，但本领域的技术人员很清楚在不背离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明作各种修改和变更。例如，技术人员理解，虽然上文详述中数字接收机电路在逻辑上是分离的，但这些功能的实际实施可以用各种方式来实现，包括但不限于适当地编程DSP、将离散分量耦合到一起及使用一个或多个应用特定集成电路(ASIC)的组合。由于本发明可以应用于其中至少有一种通信单元能够移动的任何无线联接系统，所以本发明不限于FM或蜂窝系统。此外应参看下面的权利要求书可理解本发明的精神实质和范围。

Claims (5)

1.一种分集选择一个信号的第一和第二数字信号样式的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)通过抽取所述的第一和第二数字信号样式中的一个，对该数字信号样式处理，以产生一个抽取的数字，滤波所述的第一和第二数字信号样式的另一个，以产生滤波的信号；

(b)确定抽取信号的信号质量和滤波信号的信号质量；及

(c)当滤波信号的信号质量比抽取信号的信号质量好些时，将该滤波信号输出给一个解调器；

(d)当滤波信号的信号质量比抽取信号的信号质量差时，对第一和第二数字信号样式的抽取和滤波处理进行交换。

2.权利要求1的方法，其特征在于，经由第一和第二天线接收的信号分别作为第一和第二信号样式，该方法在步骤(a)之前还包括：

对第一和第二信号样式进行数字化和下变频并分别输出第一和第二数字信号样式的步骤.

3.权利要求1的方法，其特征在于，确定信号质量的步骤包括将抽取信号的样值的信号强度与滤波信号的样值的信号强度进行比较的步骤。

4.权利要求1的方法，其特征在于，当抽取信号的信号质量比滤波信号的信号质量好些时，还包括以下步骤：

将抽取信号的抽取样值输出到解调器；及

在解调器中，确定抽取样值的相位，并根据抽取样值所确定的相位对滤波信号的第一样值解调。

5.权利要求1的方法，其特征在于，所述的抽取信号和所述的滤波信号分别地包括第一和第二样值集，所述的第一样值集的取样时间间隔比第二样值集的取样时间间隔小些。

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