CN1115799C

CN1115799C - 平衡分集

Info

Publication number: CN1115799C
Application number: CN98805887A
Authority: CN
Inventors: J·斯克尔德
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Clastres LLC; Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2003-07-23
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: CA2294905A1; JP2002503424A; EP0986864A2; AU8043498A; AU758343B2; SE9702370D0; CA2294905C; SE9702370L; WO1998058462A2; CN1259245A; US6574461B1; KR20010013780A; TW398160B; WO1998058462A3

Abstract

本发明涉及一种在包括多个天线(A、B；N)和用于选择一个所述天线的选择开关(SW；SWI)的无线电接收机(R2；R3)中用于天线路径分集选择的方法，该方法包括以下步骤：生成在一段时间上每个天线(A、B；N)所接收天线信号的平均干扰功率(AIA、AIB；AIN)；生成每个天线(A、B；N)所接收无线电信号(RSA、RSB)的载波信号强度(CSA、CSB；CSN)；根据相对于平均干扰信号强度(AIA、AIB、AIN)的最佳载波信号强度(CSA、CSB；CSN)选择一个天线(A、B；N)。

Description

平衡分集

技术领域

本申请涉及用于天线路径分集选择的方法和装置。

背景技术

在大多数数字通信系统中不同种类的分集用于降低衰落效应。天线分集提高接收机的灵敏度，并且是一种最常用的方案，通常实施为接收机上的双天线分集。

存在多种方案用于组合利用分集接收的多个天线信号。在检测后方案中，可在数字域中完成该组合。诸如等增益组合、最大比组合和干扰抑制组合的相干组合方案是有效的检测后方案。检测后方案的问题在于需要多个接收机。在移动站中，接收机复杂度需要保持在最小。因此检测前方案是所需要的，因为只需要一个完整的接收机电路。

在国际专利申请WO 95/11552中，说明了一种具有两个接收机支路的分集接收机。在比较接收信号强度的基础上生成控制信号。根据该控制信号使用开关装置将来自一个接收机支路的信号转接到接收机输出。当在移动站中实施这种已知结构时依然产生问题。在移动站中实施的多天线通常是与一个内部天线组合的常规偶极天线。该内部天线产生一个衰减信号使较弱的天线被选择的时间小于50％。与平衡天线路径相比蕴涵着分集增益降低。

发明内容

当在具有内部和外部天线的装置中使用天线分集时现有技术将产生问题。由于环绕外壳产生的信号衰减该内部天线使分集增益降低。

通过在一段时间上为每一接收信号估计平均干扰信号功率，根据本发明解决该问题。当使用这些估计以干扰功率差值补偿选择标准时，根据与平均干扰信号强度相关的最佳接收载波信号选择天线。

在本发明的一种实施例中，通过相加所选天线接收无线电信号的干扰强度与前一累加值，以累加所接收无线电信号的干扰强度。然后为从每一天线接收的信号累加值生成平均干扰信号强度。接着产生与所生成平均干扰信号强度差相应的阈值补偿信号。然后产生与减去接收无线电信号载波之间强度差的阈值补偿信号相应的选择信号。再根据选择信号值选择一个天线。结果，接收具有与平均干扰信号强度相关的最佳接收载波信号的信号。

在本发明的另一种实施例中，通过相加所选天线接收无线电信号的干扰强度与前一累加值累加多个接收无线电信号的干扰强度。然后为每一天线接收的信号产生平均干扰信号强度。之后产生与平均干扰信号强度相关载波相应的信号并发送给选择器，该选择器指示具有与干扰相关的最佳载波的信号。选择提供该信号的天线。

本发明的一种目的是获得一个与平衡路径分集增益相等的非平衡天线路径分集增益。

根据本发明的一个方面，提供了一种在包括至少两个天线的无线电接收机中用于天线路径分集选择的方法，该方法包括以下步骤：

—生成在一段时间上从每个天线接收无线电信号的平均干扰功率；

—生成抵达每个天线的无线电信号的载波信号强度；

—根据相对于平均干扰信号强度的最佳载波信号强度选择一个天线。根据本发明的另一个方面，提供了一种在包括两个天线和用于选择一个所述天线的选择开关的无线电接收机中用于天线路径分集选择的方法，该方法包括以下步骤：

—累加在一段时间上每个天线接收无线电信号的干扰功率；

—生成平均干扰功率；

—形成表示平均干扰功率之间差值的阈值补偿值；

—形成每个天线接收无线电信号的载波信号强度；

—生成表示被从无线电信号强度之间差值减去的补偿值的选择信号；

—根据选择信号的极性将开关转接到另一路径。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在包括多个天线和用于选择一个所述天线的选择开关的无线电接收机中用于分集选择的装置，该装置还包括：

—用于生成在一段时间上由每个天线接收天线信号的平均干扰功率的装置；

—用于生成每个天线接收无线电信号的载波信号强度的装置；

—用于根据相对于平均干扰信号强度的最佳载波信号强度选择一个天线。

因此，本发明的一个优点是非平衡天线路径的分集增益与平衡天线路径的分集增益相等。

将参考示范实施例并参见附图更详细地说明本发明。

附图说明

图1是表示现有技术无线电接收机的方框图；

图2图示所接收无线电信号的载波和干扰信号强度；

图3是表示根据本发明具有两个天线的无线电接收机的方框图；

图4是表示在图3的接收机中选择一个天线的过程流程图；

图5是表示根据本发明具有多个天线的无线电接收机的方框图；

图6是表示在图5的接收机中选择一个天线的过程流程图；

图7是根据本发明具有许多天线的装置。

具体实施方式

当使用具有多个天线路径的无线电接收机时，必须选择天线，该天线接收具有最佳信号质量的信号，即相对于干扰具有最佳载波信号的信号。

在移动站中，需要将接收机复杂度保持在最小。因此希望使用检测前方案，因为不需要多个接收机。

在图1中，图示一个选择分集接收机。该接收机属于现有技术并包括两个外部天线A和B用于接收无线电信号。选择开关SW用于选择天线A和B之一即在天线A和B之间切换。模数转换器A/D经开关SW并经放大器/下变频器RXA、RXB连接到所选天线。检测器/均衡器DT用于接收转换后的数字信号并消除干扰。用于RSSI测量的测量装置RA和RB经下变频器RXA和RXB与每个天线相连，用于分贝值的附加对数功率测量。加法器AD1与两个天线测量装置RA和RB相连。该加法器AD1包括两个输入。属于第一天线的测量装置RA连接到加法器的第一输入。另一测量装置RB连接到加法器的第二输入。加法器AD1的输出与开关SW的选择输入相适应。

下面说明根据最佳信号的天线选择方法。该方法属于现有技术并以RSSI测量为基础，因此根据哪一信号具有最大接收信号强度选择天线信号A或B。该方法与图1的结构结合使用并包括下述步骤：

—由天线A和B分别接收第一无线电信号RSA和第二无线电信号RSB。

—在天线测量装置RA和RB中通过RSSI测量分别确定每个接收无线电信号RSA和RSB的信号强度CSA、CSB。

—通过在加法器AD1中从第一无线电信号RSA的载波信号强度CSA中减去第二无线电信号RSB的载波信号强度CSB，产生选择信号SS。

—将开关SW转接到提供最佳无线电信号的天线。如果选择信号为正，即第一无线电信号具有最高载波信号强度，将选择第一无线电信号。如果选择信号为负，将转接到提供第二信号RSB的天线。

图2a是表示在现有技术实施例中由天线A和B接收信号强度的图。接收无线电信号RSA或RSB包括载波部分CSA或CSB和干扰部分。由第一天线A接收的第一无线电信号RSA的载波强度CSA用表示强度电平的一条随机线表示。第一信号RSA干扰部分AIA的平均强度用图2a中干扰强度电平上的一条直线表示。在图2a中还用相应的点划线表示第二无线电信号RSB的载波强度CSB和平均干扰强度AIB。假设当由天线接收时两个无线电信号RSA和RSB的平均载波强度相等。这可以在图2中看出。然而如果一个天线是在移动站例如移动电话中通常使用的内部天线将产生问题。则内部天线产生一个衰减的接收无线电信号。该衰减如图2b所示，将在下文进一步讨论该图。

在图3中，图示根据本发明的选择分集接收机R2。该接收机包括两个天线A和B用于接收无线电信号。第一天线A是外部天线而第二天线B是位于蜂窝电话机身里的内部天线。用于RSSI测量的测量装置RA和RB经放大器/下变频器RXA和RXB与每个天线连接。选择开关SW用于选择两个天线A和B之一。模数转换器A/D经开关SW和转换器RXA、RXB连接到所选天线。检测器/均衡器DT用于从A/D转换器接收转换后的数字信号，并且信号发生器SG连接到检测器DT。加法器AD2与两个天线测量装置RA和RB相连。该加法器包括三个输入。属于第一天线的测量装置RA连接到加法器的第一输入。另一测量装置连接到第二输入。加法器AD2的第三输入连接到信号发生器SG的输出。

图2b表示由图3所述结构接收的信号强度。假设图2b所示的信号RSA、RSB的强度与图2a所示信号的强度相等。然而，因为第二天线B是内部天线，如图2b所示第二信号RSB是衰减的，下文将进一步讨论。

将说明根据本发明用于分集选择的方法。通过与图3一起描述的结构实施该方法。使用该方法，将根据与平均干扰波信号强度相关的接收信号RSA和RSB的最佳载波选择无线电信号。该方法开始时，开关SW位于选择天线A的位置并且补偿信号D被设置为零。该方法包括下述步骤：

—分别由天线A和B接收无线电信号RSA和RSB，也称作第一无线电信号RSA和第二无线电信号RSB。

—从第一天线A经开关SW向A/D转换器A/D发送第一无线电信号RSA。

—所接收的第一模拟无线电信号RSA被转换成数字信号。

—该数字无线电信号被发送给检测器DT。

—在检测器DT中测量所选天线A接收无线电信号RSA的干扰部分的信号强度。在国际申请PCT/SE93/00648中充分说明了这样一种方法。测量的信号强度与已累加的从天线A接收的干扰信号相加。

—在检测器中为每个累加信号生成平均干扰信号强度AIA、AIB。

—两个天线的平均干扰信号强度AIA和AIB被发送给信号发生器SG。

—生成阈值补偿信号D。该补偿信号D相应于两个所生成平均干扰信号AIA和AIB之间的强度差。在图3和图2b中都图示了该阈值补偿信号D。

—该阈值补偿信号D被发送给加法器AD的第三输入。

—由第一天线A所接收的载波信号强度CSA被发送给加法器AD2的第一输入，并且由第二天线B所接收的信号的载波强度CSB被发送给加法器的第二输入。

—在加法器AD2中生成选择信号SS。该信号SS相应于减去所接收无线电信号RSA和RSB之间CSA和CSB强度差值的阈值补偿信号D。

—该选择信号SS被发送给开关SW。

—选择天线A、B之一。该选择取决于选择信号SS是正还是负。如果选择信号SS是正将选择第一天线A，如果选择信号SS是负将选择第二天线B。因此，天线的选择根据相对于平均干扰信号强度的接收信号RSA和RSB的最佳载波。

图4是表示上述方法的流程图。该流程图表示本发明原理最基本的步骤。附图中文字上的缩写已经在上文中说明。根据图4并根据下述说明执行该方法。

—根据方框101，分别由天线A和B接收无线电信号RSA和RSB。

—根据方框102，从第一天线A经开关SW向A/D转换器A/D发送第一无线电信号RSA。

—根据方框103，所接收的第一模拟无线电信号RSA被转换成数字信号。

—根据方框104，该数字无线电信号被发送给检测器DT。

—根据方框105，测量所接收无线电信号RSA干扰部分的信号强度并相加已累加的天线A所接收干扰信号。

—根据方框106，在检测器中为每个累加信号生成平均干扰信号强度AIA、AIB。

—根据方框107，平均干扰信号强度AIA和AIB被发送给信号发生器SG。

—根据方框108，生成阈值补偿信号D。

—根据方框109，该阈值补偿信号D被发送给加法器AD的第三输入。

—根据方框110，第一天线A所接收信号的载波信号强度CSA被发送给加法器AD2的第一输入，并且第二天线B所接收信号的载波强度CSB被发送给加法器的第二输入。

—根据方框111，在加法器AD2中生成选择信号SS。

—根据方框112，该选择信号SS被发送给开关SW。

—根据方框113，选择天线A、B之一。

在图5中图示代表第二实施例的选择分集接收机R3。该接收机包括多个天线。每个天线A、B至N经放大器/下变频器RXA至RXN连接到开关SWI。模数转换器A/D经开关SWI与所选天线相连。检测器/均衡器DT用于从A/D转换器接收转换后的数字信号。该转换器A/D和检测器DT与在图3所示的先前实施例先说明的是同一类型。检测器为每个天线A、B至N生成无线电信号RSA、RSB至RSN的平均干扰值AIA、AIB至AIN。用于RSSI测量的测量装置RA、RB至RN经下变频器RXA至RXN与每个天线相连接。每个测量装置RA、RB至RN连接到加法器ADA、ADB至AND的第一输入。每个平均干扰值AIA、AIB至AIN被反馈给每个加法器的第二输入，该加法器与该平均干扰值所属天相线连接。每个加法器ADA、ADB至AND的输出被连接到选择器SEL的若干输入之一。选择器SEL的输出被连接到开关SWI的控制输入。

现在将说明用于分集选择的方法。通过上述结构实现该方法。通过使用该方法，将根据相对于所述的无线电信号的平均干扰信号强度的接收信号RSA、RSB至RSN的最佳载波选择一个无线电信号。当开始该方法时，开关SWI位于选择天线B的位置。这可以在图5中看出。在开始时，所有ALA、…、AIN被设置为相等值例如零。该方法包括下述步骤：

—分别由天线A、B至N接收无线电信号RSA、RSB至RSN。

—从天线B经开关SWI向A/D转换器A/D发送无线电信号RSB。

—所接收的模拟无线电信号RSA被转换成数字信号。

—该数字无线电信号被发送给检测器DT。

—在检测器DT中测量所接收无线电信号RSB干扰部分的信号强度并与已累加的天线B所接收干扰信号相加。

—在检测器DT中生成每个累加信号即为每个天线A、B至N的平均干扰信号强度AIA、AIB至AIN。

—平均干扰信号强度AIA、AIB至AIN被发送给每个相应加法器ADA、ADB至ADN的第二输入。

—由天线所接收无线电信号RSA、RSB至RSN的载波信号强度CSA、CSB至CSN被分别发送给与每个天线相连加法器的第一输入。

—相对于平均干扰信号强度的载波相应的信号被从每个加法器发送到选择器SEL的相应输入。

—在选择器中生成控制信号CS。该信号指出由选择器SEL的输入所接收的哪一信号具有与干扰信号强度相关的最佳载波。

—该控制信号CS被发送给开关SW。

—选择天线A、B至N之一。开关的位置根据控制信号CS的接收指示。如果例如天线A具有对于干扰信号强度的最强载波，开关将从天线B切换到天线A。因此，天线的选择根据与平均干扰信号强度相关的接收信号RSA、RSB至RSN的最佳载波。

图6是表示上述方法的流程图。该流程图表示本发明原理必须的步骤。图中文字上的省略已在上文中说明。根据图6并根据下述说明执行该方法。

—根据方框201，分别由天线A、B至N接收无线电信号RSA、RSB至RSN。

—根据方框202，向A/D转换器A/D发送无线电信号RSB。

—根据方框203，所接收的模拟无线电信号RSA被转换成数字信号。

—根据方框204，该数字无线电信号被发送给检测器DT。

—根据方框205，在检测器DT中将所接收无线电信号RSB的干扰部分信号强度与已累加的天线B所接收干扰信号相加。

—根据方框206，在检测器DT中生成平均干扰信号强度AIA、AIB至AIN。

—根据方框207，平均干扰信号强度AIA、AIB至AIN被发送给每个相应加法器ADA、ADB至ADN的第二输入。

—根据方框208，载波信号强度CSA、CSB至CSN被分别发送给连接每个天线的加法器的第一输入。

—根据方框209，相对于平均干扰信号强度的载波相应的信号被从每个加法器发送给选择器SEL的相应输入。

—在选择器中生成控制信号CS。该信号指出由选择器SEL的输入所接收的哪一信号具有相对于干扰信号强度的最佳载波。

—根据方框210，该控制信号CS被发送给开关SW。

—根据方框211选择天线A、B至N之一。

在图7中图示根据本发明具有大量天线的装置100的简化方框图。

根据该实施例的装置100包括十一个天线1至11。每个天线与估计装置31至41相连。每个估计装置31至41估计对于该装置来说由相应天线1至11接收的无线电信号RS1至RS11。每个估计装置的输出等于在一段时间上与无线电信号平均干扰信号强度相关的无线电信号的载波部分51至61。选择装置SELECT包括十一个输入。选择器SELECT的每个输入连接到十一个估计装置31至41中的每个估计装置的输出。选择器连接到复用装置MUX。该复用由选择器的输出控制以切换到向OUT提供具有与平均干扰信号强度相关最强载波信号的无线电信号的天线。

上述实施例的大量的变型当然是可能的。例如平均干扰功率的生成可在开关/复用装置之前或之后进行。例如天线开关可设置在天线附近接收机部分RX之前。这能够为所有天线支路进行常规RX和常规RSSI测量。在这样一种实施例中，例如可在RX部分之后或在检测器中直接进行RSSI测量。例如图3中的开关SW在一个(较高)位置以测量来自天线A的RSSI和在另一(较低)位置以测量来自天线B的RSSI。当接收信号不连续(划分成帧或突发脉冲，例如TDMA)时这尤其有效。然后通过在时分模式中在前同步码期间测量天线信号在帧或突发脉冲开始时可进行RSSI测量。这样一种测量方案在1989年五月于圣弗朗西斯科召开的第39届车辆技术会议即VTC89上AKAIWA的“在移动通信信道中用于帧数字信号传输的天线选择分集”的会议报告中说明。

因为在权利要求书的范围内可以进行修改，因此本发明并不限于上述和图示的示范实施例。

Claims

1.在包括至少两个天线(A、B；N)的无线电接收机(R2；R3)中用于天线路径分集选择的方法，该方法包括以下步骤：

—生成在一段时间上从每个天线(A、B；N)接收无线电信号的平均干扰功率(AIA、AIB；AIN)；

—生成抵达每个天线(A、B；N)的无线电信号(RSA、RSB)的载波信号强度；

—根据相对于平均干扰信号强度(AIA、AIB、AIN)的最佳载波信号强度(CSA、CSB；CSN)选择一个天线(A、B；N)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中存在多条天线路径，每条路径相应于一个外部天线。

3.根据权利要求1或2用于分集选择的方法，其中天线路径是不平衡的。

4.根据权利要求1或2用于分集选择的方法，其中至少一个天线(A、B)是内部天线。

5.在包括两个天线(A、B)和用于选择一个所述天线的选择开关(SW)的无线电接收机(R2)中用于天线路径分集选择的方法，该方法包括以下步骤：

—累加在一段时间上每个天线(A、B)接收无线电信号的干扰功率(IA、IB)；

—生成平均干扰功率(AIA、AIB)；

—形成表示平均干扰功率(AIA、AIB)之间差值的阈值补偿值(D)；

—形成每个天线(A、B)接收无线电信号(RSA、RSB)的载波信号强度(CSA、CSB)；

—生成表示被从无线电信号强度(RSA、RSB)之间差值减去的补偿值(D)的选择信号(SS)；

—根据选择信号(SS)的极性将开关转接到另一路径。

6.根据权利要求5用于分集选择的方法，其中至少一个天线(A、B)是内部天线。

7.在包括多个天线(1至11；A、B)和用于选择一个所述天线的选择开关(MUX；SW)的无线电接收机中用于分集选择的装置，该装置还包括：

—用于生成在一段时间上由每个天线(1至11；A、B)接收天线信号的平均干扰功率的装置(31至41；DT)；

—用于生成每个天线(1至11)接收无线电信号(RS1至RS11)的载波信号强度的装置(31至41；RA、RB)；

—用于根据相对于平均干扰信号强度的最佳载波信号强度选择一个天线(1至11；A、B)。

8.根据权利要求7用于在一个无线电接收机中用于天线路径分集选择的装置，用于生成每个天线所接收无线电信号的载波信号强度的装置(RA、RB)位于选择装置(SW)和用于生成平均干扰功率的装置(DT)之间。

9.根据权利要求8用于在一个无线电接收机中用于天线路径分集选择的装置，其中用于生成平均干扰功率的装置(DT)是一个检测器。