CN1110913C - 正交频分多路复用信号的分集接收装置 - Google Patents

Abstract

一种正交频分多路复用信号的分集接收装置，在由加法合成器(4)对分别由两个解调器(2a、2b)解调的信号进行合成之后，用QAM解码器(5)来对由设置位置不同的两个天线接收的正交频分多路复用信号进行解码。由此，即使在某个天线中直接波与间接波(多路径信号)为反相关系而相互抵消的情况下，由于能在其他的天线中以良好状态接收正交频分多路复用信号，就能继续进行解码。根据解调器(2a、2b)的输出解调信号电平，输出电平检测器(3)对解调器(2a、2b)中的放大增益进行可变控制而成为相同值，由此，就不会使放大增益增加到必要以上。

Description

正交频分多路复用信号的分集接收装置

所属技术领域

本发明涉及正交频分多路复用信号的分集接收装置，特别是涉及这样的分集接收装置：当接收由多值正交调幅(QAM，QuadraratureAmplitude Modulation)所产生的正交频分多路复用信号(OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplex)时，使用多个天线来补偿接收传输信号的衰减，该传输信号的衰减是由与相对于直接波传输路径不同的间接波的干扰产生的。

发明的背景技术

当通过无线方式而传输信号时，不仅产生从发送侧直接经过传输路径而由接收侧所接收的直接波，而且还会产生由处于传输路径中的反射物体所反射的间接波，其会对直接波进行干扰而使传输特性变化。在该多路径环境下的传输特性，特别是在移动发送接收中，传输特性会随多路径而与时间一起变化，所接收的信号随之而变化。为了减少其影响，在空间上隔开传输频率的半波波长以上的距离而设置的多个天线中，一边进行切换以选择接收状态良好一方的天线，一边进行接收，这样的分集接收是公知的。在从现有技术所公知的通常的分集接收中，进行切换以便于选择多个天线中信号强度最大的天线来进行接收。

例如，在日本专利公开公报特开平5-29992号记载的移动通信用时分多址-频率交互通信方式中的分集电路中，由多个接收机接收来自多个天线的信号，检测各个接收中的信号的错误率，切换天线切换器以使其错误率为最小的，进行选择，同时进行发送、接收。

在特开平8-65222号记载的同一频率信道时分双向传输方式中，具有一边使用多个天线、接收机一边接收信号的多个装置群，装置群的选择切换为提供最大平均接收功率或者最小波形失真的装置群，来进行通信。

在特开平5-183540号记载的同相合成空间分集接收装置中，在使用多个载波频率来进行的通信方式下，使用多个变频器，共用相位比较电路中的不同载波的中心频率，把被变频的接收信号以一定比率进行相加合成，通过平均化处理来减小由多路径所产生的信号失真。而且，在该接收装置中，此时，即使对于各频率不同的接收信号，也设法共用带通滤波器、自动增益控制放大器、电压比较器。

另一方面，作为把信息信号分割为多个载波来进行传输的方法，正交频分多路复用调制(OFDM)信号传输方式已经公知了。该OFDM信号传输方式是具有这样特征的传输方式：为了使用多个载波来传输信息信号，可以使以各载波传输的信息速度滞后，并且，能够使频率区域内的传输频谱成为矩形等，而能够提高传输频带的效率。

通常，虽然构成OFDM信号的载波被以正交相位调制(QPSK)进行调制，但是，为了进一步提高频带的利用率，而采用以多值QAM来调制各载波的方法。但是，当使调制信号多值化来进行通信时，需要把传输路径保持为高品质，就需要采取其它措施。

可以在具有由多路径信号所引起的传输失真的传输系统的改善中使用分集接收方式。但是，在把切换为多个天线中接收状态最佳的天线的接收信号来进行接收的分集接收方式原封不动地用于对由多值QAM所调制多个载波进行频分多路复用的OFDM信号的接收中时，天线切换时的信号电平的变化在由多值QAM所进行的接收中存在问题，就需要其解决方案。

作为一个例子，在由256QAM所进行的OFDM信号传输方式中的QAM解调器中所要求的信号的稳定性考虑为以下这样：即，由各载波所进行的信息的传输在16×16信号点配置面内进行限定来进行。由此，在16×16的各信号点配置的单元的中央所配置的信息点，通过1/32的误差而被配置在与相邻的信号点的边界上。这样，传输路径的特性(稳定性)就需要进一步被抑制在作为其的1/2的1/64程度的电平变动内。

但是，实际上，难于象上述那样把传输路径的特性抑制在1/64程度的电平变动内。因此，本申请人在以前的日本专利申请公报特愿平7-336322号中，揭示了这样的方法：一边对各载波进行校准(校正传输特性)，一边进行多值QAM波的解调。根据该本申请人的解决方法，与传输信息信号的校准一起，来传输QAM解码用的参照载波，在接收装置内的解码电路中，把高速傅立叶变换(FFT)运算接收信号而得到的每个频率的实数部分、虚数部分的各信号电平与参照载波的解调输出进行比较，求出以数字信息传输用校准所传输的量化的数字信号的电平，对数字信息进行解码。根据本申请人的方案中的接收装置，能够实现滞后速度的移动接收时的传输特性的校正。

其中，在移动接收时，除了到来的直接波以外，被传输路径中的各种物体所反射而来的间接波即在时间上变化的多路径信号成分被进行相加，到来的电波作为通过这些多个路径的时间差的某个相位量变动的多个信号的合成波被接收。例如，通过256QAM所传输的信号，为了进行其解码，与QPSK所进行的传输相比，要求18dB的良好的载波噪声比(C/N，Carrier to Noise Ratio)。

因此，当上述直接波与多路径信号的相位关系处于同相关系时，效果良好，但是，当处于反相关系中的，相互抵消，则到来的电波的信号强度变得非常弱，而不能得到上述所需要C/N的，上述参照载波的解调输出降低，而且，由于在自然界、接收机内产生的噪声电压(热噪声)，就不能确保对于接收信号的良好的信噪比(S/N比)，则变得接收困难。

虽然考虑了通过误差补偿电路来纠正不能解码的信号的方法，但是，由于在间接波抵消了直接波而使信号电平较低的情况下的时间比较长，为了在此期间通过纠错电路来补偿不能传输的信号，就需要长的纠错长度。长的纠错长度增加了从发送到接收的延迟时间。在该方面上，实际上难于实现纠错措施的使用。

因此，在OFDM信号的接收中使用多个半波波长以上设置位置的不同接收天线，通过分集接收来解决该问题。在多路径信号经常存在的接收环境中，接收天线附近的电场强度分布存在较大变动，但是，对于所传输的载波，在1/2波长以上的不同位置上，直接波与间接波的相位关系不同，经常有这样的情况：即使一方的天线的接收强度存在较大衰减，而在另一方的天线中能够得到适度的信号强度。

这是因为：即使在空间上相对于载波频率使其半波波长以上的距离不同而配置的天线中，一方能够抵消接收直接波和间接波，而在另一方的天线的位置上，直接波和间接波的相位关系成为不同的状态，处于正好使到来的信号抵消的状态的概率较低。因此，例如在接收天线为两个的情况下，在一方的接收天线上连接第一OFDM信号解调器，而在另一方的接收天线上连接第二OFDM信号解调器，在校正两者的解调输出后进行合成，由此，能够得到使多路径的影响为最小限度的误差较少的解码数据。

但是，在多值QAM接收装置中，还具有另外课题。即，多值QAM的OFDM接收装置使用由反馈方式的校正电路来进行因多路径等而产生的传输特性的补偿(日本专利申请公报特愿平8-43854号)。另一方面，在多值QAM的OFDM接收装置中，在信号被输入之后成为同步状态，一边进行解码，一边使传输特性的补偿电路相应动作，由此，需要相当长的时间(在试验例中为几十秒期间)。当在接收点上多路径信号变动时，信号电平成为预定值以下，当接收装置脱离同步状态时，则不能接收，但是，在良好的OFDM信号被输入之后，从同步捕捉动作开始，进行保持到达使接收装置处于正规状态为止，由此，需要相当长的时间，即，在接收装置到达同步状态、传输特性的相应的补偿电路到达正常工作之前的这么长的时间期间不能进行接收输入信号的解码。

这样，在多值QAM的OFDM信号的接收装置中的分集接收中，需要一直不中断接收装置的同步状态、传输特性的校正追踪，来连续地确保。

发明的内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种能够使QAM解码电路适当地工作并进行良好的误差较少的解码工作的正交频分多路复用信号的分集接收装置。

本发明的另一个目的是提供一种正交频分多路复用信号的分集接收装置，通过在多个天线上分别连接单独的OFDM信号解码器，由逻辑电路合成从两个解码器所得到的同步信号，或者把输入状态良好一方的解调电路的同步信号输出用于两者的OFDM信号解码器，由此，来对到来的电波进行连续的解码工作。

为了实现上述目的，本发明提供一种正交频分多路复用信号的分集接收装置，包括：多个天线，至少相邻设置在接收的正交频分多路复用信号的中心载波的半波波长以上不同的位置上；多个解调器，对应于多个天线而设置的，分别对由这些个天线分别接收而得到的正交频分多路复用信号进行解调；输出电平检测器，根据从多个解调器所输出的各解调信号的电平，把多个解调器中的放大增益可变控制为相同值；加法合成器，对从多个解调器所输出的各解调信号进行加法合成；解码装置，使用自适应型解码表来对加法合成器的输出合成信号进行解码。

在本发明中，由于在对由多个解调器分别解调的信号进行合成之后来对由设置位置不同的多个天线接收的正交频分多路复用信号进行解码，即使在某个天线中直接波与间接波(多路径信号)处于反相关系而相互抵消的情况下，能够在其他的天线上以良好状态接收正交频分多路复用信号。

在本发明中，由于根据多个解码器的输出解调信号电平，来把多个解调器中的放大增益可变控制为相同值，当在某个解调器中以良好状态进行接收解调时，能够与其他解调器的状态无关而不会使放大增益增加到必要以上。

为了实现上述目的，本发明的分集接收装置，具有同步信号合成装置，把由多个解调器分别正交检波的同步信号分别作为输入信号来接收，在各输入同步信号中仅合成预定值以上的同步信号，根据合成的同步信号来进行正交检波后的信号的解调工作。由此，通过本发明，即使当多个解调器中的某个解调器的同步信号电平不足时，也能根据其他的解调器的良好电平的同步信号来进行解调。

附图的说明

本发明的这些和其他的目的、优点及特征将通过结合附图对本发明的实施例的描述而得到进一步说明。在这些附图中：

图1是本发明的一个实施例的方框图；

图2是本发明主要部分的一个实施例的方框图；

图3是图2的主要部分的另一个实施例的方框图。

优选实施方案

下面与附图一起对本发明的实施例进行说明。图1是本发明的正交频分多路复用信号的分集接收装置的一个实施例的方框图。在该图中，该实施例是本申请人在以前的特愿平8-43854号中提出的接收由正交频分多路复用信号传输方式所发送的OFDM信号的接收装置。即，在该本申请人的方案中的正交频分多路复用信号传输方式中，在发送侧把已知的基准数据作为参照信号插入到OFDM信号中来进行发送，在接收侧，根据该参照信号，检测表示I信号和Q信号的误差的传输路径特性，参照自适应型解码表来求出校正式，来校正传输路径特性。

其中，把构成OFDM信号的多个载波中的相对于中心载波的具有串音影响的相互对称的高频侧的一个载波和低频侧的一个载波作为一组，来以这些载波组传输参照信号。而且，其中，用符号编号来指定插入参照信号的载波组，并且，每隔一定时间来切换载波组，由此，来检测对于全部载波的传输路径特性。

从发送装置所发送的多值QAM(例如256QAM)的OFDM信号经过传输路径而由第一和第二天线所接收。其中，这些第一和第二天线设置在相互隔开上述高频频带的OFDM信号的中心载波(例如一百几十MHz)的半波波长以上的位置上。由这些第一和第二天线分别接收的高频频带的OFDM信号经过端子1a、1b分别提供给相应分别设置的后述的第一和第二OFDM解调器2a、2b，来被解调。

由OFDM解调器2a、2b分别解调的解调信号一部分被分支而提供给输出电平检测器3，检测OFDM解调器2a、2b的各自的输出电平。输出电平检测器3对具有OFDM解调器2a、2b内的自动增益控制电路(AGC)的放大器提供对应于检测电平的信号来作为增益控制信号，并进行增益控制，以使OFDM解调器2a、2b的输出电平等值。虽然在图1中未图示，但需要采取措施以使：OFDM解调器2a、2b相互比较所生成的同步信号，以便使用经常处于良好状态的信号、或合成的同步信号。

由OFDM解调器2a、2b分别解调的解调信号被提供给加法合成器4，在此进行加法合成后，分别提供给QAM解码器5和自适应型解码表6。自适应型解码表6，如上述那样，向特定的载波插入符号编号，来对在与符号编号相对应的一组载波中所插入的已知参照信号(基准数据)的OFDM信号进行解调，从这样得到的信号，根据符号编号和参照信号来参照自适应型解码表6的校正式而输出，在QAM解码器5中进行解码。

该自适应型解码表6和QAM解码器5的动作由于不是本发明的主要方面而省略详细的说明，以与在上述的本申请人提出的特愿平8-43854号中记载的方法相同的方法来进行解码。由此，在QAM解码器5中，在移动通信等中发生的多路径环境等的以较高速变化的传输路径特性在每个符号中被进行最佳校正，由此得到的解码数据被输出给输出端子7。

图2表示本发明的正交频分多路复用信号的分集接收装置的主要部分的一个实施例的方框图。在该图中，与图1相同的构成部分所以相同的标号，而省略其说明。在图2中，第一OFDM解调器2a和第二OFDM解调器2b分别是相同的构成，因此，仅以第一OFDM解调器2a为代表来记载详细方框图。即，第一OFDM解调器2a由高频放大器11、变频器12、本机振荡器13、中间频率放大器14、正交检波器15、中间频率放大器16、同步信号解码器17、同步信号发生器18、A/D变换器19和高速傅立叶变换(FFT)电路20构成，从输出电平检测器3、中间频率合成器21和同步信号合成器22来输入各种信号来控制动作。

下面对该实施例的动作进行说明，由第一天线接收的高频频带(VHF频带或UHF频带)的OFDM信号被高频放大器11进行放大，然后，被输入由平衡调制器等构成的变频器12，在此使用与来自本机振荡器13的所希望的接收信道相对应的本振频率信号来进行变频，而得到中间频率信号。其中，本机振荡器13被第二OFDM解调器2b共用。

从变频器12取出的中间频率信号由中间频率放大器14进行频率选择和具有AGC功能的放大。即，通过输出电平检测器3取出对第一和第二OFDM解调器2a、2b的解调输出信号进行加法合成的信号电平所对应的增益控制信号，并提供给中间频率放大器14，来可变控制其增益。在此情况下，当输出电平检测器中的合成信号电平为预定值以上时，进行控制以减小上述增益。这样，当在两个天线中，相对于由一方的天线接收的信号较大的输入电平存在时，即使在另一方电路中所输入的信号电平较小，也不进行把电路的增益提高到必要以上的动作。

从中间频率放大器14取出的中间频率的OFDM信号被分成两路，一路提供给正交检波器15，另一路提供给中间频率放大器16。中间频率放大器16由锁相环(PLL)电路构成，该锁相环电路把电压控制型石英振荡器(VCXO)等用于反馈环中，以便以所输入的中间频率的OFDM信号的中心频率进行振荡，由此，与所输入的中间频率的OFDM信号的中心载波准确地同步振荡。该中间频率放大器16的输出信号同样由中间频率合成器21与第二OFDM解调器2b内的中间频率振荡器所输出的信号进行合成，然后，作为解调用载波被输入正交检波器15。

正交检波器15根据来自中间频率合成器21的信号，对从中间频率放大器14所输出的中间频率的OFDM信号进行正交检波，分解成调幅波成分和角度调制波成分，来进行检波、输出。这样得到的两信号成分被分别输入同步信号解码器17、A/D变换器19和同步信号合成器22。

同步信号解码器17对从所输入的检波信号传输给OFDM信号的预定载波的同步用导频信号进行解码，而输入同步信号发生器18。在此，分别发生A/D变换器用的抽样时钟信号、用于驱动FFT电路20的抽样时钟信号和符号同步信号。这些同步信号被提供给同步信号合成器22，在此，与同样从第二OFDM解调器2b内的同步信号发生器所输出的同步信号等进行合成。

从正交检波器15所输出的振幅解调信号和角度解调信号被输入A/D变换器19，根据来自同步信号合成器22的抽样时钟信号，被变换为数字信号，而输入FFT电路20。FFT电路20分别对所输入的振幅解调信号和角度解调信号进行复数FFT的运算处理(包含复数离散傅立叶变换的运算处理)，把运算结果作为解调信号而输出。该解调信号输出被提供给图1所示的加法合成器4，而与另一方的第二OFDM解调器2b的解调信号输出进行加法合成，然后，提供给进行自适应型的解码的多值QAM解码电路，一边进行传输特性的补偿，一边进行接收数据的解码。

使用多值QAM的OFDM信号根据预先发送的参照信号来运算出多值是哪个电平，来进行解码工作，但是，由于在移动中的发送、接收中，传输特性经常变动，则参照信号的电平会经常变动。当参照信号的送出较多时，随其所接收的参照信号的频率变多，传输特性的变动变得容易检测，但是，随其能够传输的信息量减少了，在频率利用效率上不好。

而且，在由多路径所产生的信号的电平较大的情况下，对应于移动的输入信号的电平变动幅度较大，在此情况下，存在输入信号低于解码极限电平的情况。在此情况下，失去了正常工作的电路的工作条件，而在再次进行了所谓同步信号的引入、参照信号的捕获、对于输入信号的变动的自均衡跟踪一连串动作之后，才能进行输入信号的解码。在到达这些一连串的工作状态之前，由于参照信号要送出一轮的各载波的状态，而在实施例中需要500符号以上的期间。在电路成为正常状态以前，在向解码电路的输入信号低于解码极限的情况下，不能到达解码状态。

在该实施例中，在从第一和第二天线进来的信号电平变动时，两方的信号电平不会都低于解调极限电平，而一边在相互间交叉工作一边进行解调，而持续地进行自适应型的解码表制作，而能够达到连续进行解码工作的目的。即，OFDM解调器2a对从第一天线所输入的信号进行解调，而其解调输出根据所输入的信号而变动。对于从第二天线所输入的信号也是同样的。其中，假定中间频率放大器14相对于个别输入信号而动作，以使各个输出信号为恒定的情况下，当输入信号电平降低时，为了对其进行补偿而增加电路增益，直到能得到预定的信号电平。

但是，即使从另一方天线得到较大S/N比的良好信号，当对两者的信号进行加法合成时，信号的质量会降低。因此，在该实施例中，当在另一方的OFDM解调器中得到了优良质量的输入信号时，进行工作以不使电路的增益增加到必要以上，由此，就能进行工作而不使加法合成后的信号S/N比恶化。

下面对电路的同步动作进行说明。各个OFDM解调器2a、2b分别具有同步信号解码器17，分别输出的同步信号被输入中间频率合成器21、同步信号合成器22。同步信号合成器22一直监视在各个解调器中所输入的信号电平，当输入信号电平成为预定值以下时，不使用从这个解调器所生成的同步信号。

图3是表示实现上述动作的作为本发明的的主要部分的同步信号合成器22的另一个实施例的方框图。在该图中，信号电平检测器32监视中间频率放大器14的输出信号电平或者正交检波器15的输出电平，当其电平成为预定值以下时，向开关电路31输出使开关电路31成为断开的开关信号。开关电路31设在同步电路输出部中，通过这些输出信号电平成为预定值以下时的信号电平检测器32的输出开关信号，由处于同步信号合成器22中的本电路使来自同步信号发生器18的信号断开，不会使输入同步信号通过输出端子，而切断。开关电路31仅在中间频率放大器14或正交检波器15的输出信号电平大于预定值使向下一级传送输入同步信号。

这样，以使当OFDM解调器中的一个OFDM解调器的信号电平不足时，由于能够从另一方OFDM解调器得到良好的同步信号来进行解调，因此，不会产生由于失去同步而使信号的解调动作变乱这样的缺陷，由此就能继续进行解调动作。

在以上的实施例中，虽然是对使用两个天线和两个OFDM解调器2a、2b时的分集接收方式进行了说明，但是，本发明并不仅限于以上的实施例，同样可以适用于使用三个以上天线、OFDM解调器的情况。在使用三个以上天线的情况下，由于可以使相邻的天线的设置距离大于使用两个天线时，则即使在相邻的天线中的一方天线中的接收功率不足的情况下，能够进一步增大从另一方天线得到正常接收功率的期待值。

如以上说明的那样，根据本发明，通过在由多个解调器对分别解调的信号进行合成之后来对由设置位置不同的多个天线接收的正交频分多路复用信号进行解码，由此，即使在某个天线中直接波与间接波(多路径信号)为反相关系，而相互抵消的情况下，在其他天线中，由于能够以良好状态接收正交频分多路复用信号，就能继续进行解码。

根据本发明，根据多个解调器的输出解调信号电平，而把多个解调器中的放大增益看可变控制为相同值，由此，当在某个解调器中以良好状态进行接收解调时，由于与其他解调器的状态无关而不使放大增益增加到必要以上，就能防止由于对S/N比差的输入信号电平的低解调信号进行加法合成所引起的加法合成解调信号的S/N比的低下。

根据本发明，即使当某个解调器的同步信号电平不足时，由于根据其他解调器的良好电平的同步信号来进行解调，而不会由于失去同步而使信号的解调动作变乱这样的缺陷，就能继续进行解调动作。

附图中的标号说明：

在图1中

2a：OFDM解调器

2b：OFDM解调器

3： 输出电平检测器

4： 加法合成器

5： QAM解码器

6： 自适应型解码表

7： 解调输出

图2中

高频输入A

高频输入B

解调输出A

解调输出B

2a：第一OFDM解调器

2b：第二OFDM解调器

3： 输出电平检测器

11：高频放大器

12：变频器

13：本机振荡器

14：中间频率放大器

15：正交检波器

16：中间频率放大器

17：同步信号解码器

18：同步信号发生器

19：A/D变换器

20：FFT电路20

21：中间频率合成器

22：同步信号合成器

在图3中

31：开关电路

32：信号电平检测器

Claims (3)

1.一种正交频分多路复用信号的分集接收装置，其特征在于，包括：

多个天线，至少相邻设置在接收的正交频分多路复用信号的中心载波的半波波长以上不同的位置上；

多个解调器，对应于多个天线而设置的，分别对由上述各天线分别接收而得到的正交频分多路复用信号进行解调；

输出电平检测器，根据从多个解调器所输出的各解调信号的电平，把多个解调器中的放大增益可变控制为相同值；

加法合成器，对从多个解调器所输出的各解调信号进行加法合成；

解码装置，使用自适应型解码表来对加法合成器的输出合成信号进行解码。

2.根据权利要求1所述的正交频分多路复用信号的分集接收装置，其特征在于，所述正交频分多路复用信号是由多值正交调幅所调制产生的，所述解码装置根据接收的所述正交频分多路复用信号中所含的参照信号并参照所述自适应型解码表来对所述合成信号进行正交调幅解码。

3.根据权利要求1或2所述的正交频分多路复用信号的分集接收装置，其特征在于，具有同步信号合成装置，把由多个解调器分别正交检波的同步信号分别作为输入信号来接收，在各输入同步信号中仅合成预定值以上的同步信号，根据合成的同步信号来进行正交检波后的信号的解调工作。