CN1146143C - 用于两个正交极化信号的接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明的接收机为两个信号(EH，EV)中的每一个装设了一个接收支路，在该接收支路中分别设置一个解调器(MHE，MVE)和一种用于使接收信号(EH，EV)的相位与发射相位同步的装置(SH，SV)。而且为两个接收支路装设了极化退耦器(XPIC-VH，XPIC-HV)，由这些极化退耦器来补偿两个接收信号(EH，EV)之间的交叉极性串扰。为了利用尽可能低的元件费用来实现该接收机和针对圆形QAM信号星座来补偿交叉极性的信道串扰，被接收的两个信号(EH，EV)是在其解调(MHE，MVE)之后和其相位同步(SH，SV)之前实行极化退耦(XPIC-VH，XPIC-HV)的。

Description

用于两个正交极化信号的接收机
现有技术
本发明涉及一种用于两个正交极化的且具有相同载频的信号的接收机，其中，为两个信号中的每一个装设一个接收支路，在该接收支路中分别设置一个解调器和一种用于使接收信号的相位与发射相位同步的装置，而且其中，为两个接收支路装设了极化退耦器，由这些极化退耦器来补偿两个接收信号之间的交叉极性串扰。
为了在定向无线电通信中更好地利用可供使用的信道频率，总是利用相同的载频来调制两个发射信号。为了使该两个信号不相互干扰，人们在发射机内使用了线性极化的无线电波，它们针对所述的两个信号而相互垂直。但在无线传输信道内会产生去极化效应。其原因是在于产生回波的非均匀空气层，且这些回波另外还会在极化平面上扭转。因此，由接收机收到的接收信号不仅具有共极性的信号成分，而且还具有交叉极性的信号成分。所述共极性的信号成分是具有正确极化的有用信号。所述交叉极性的信号成分是一种串扰信号，它是因所述的去极化效应而来源于按其它极化进行辐射的发射信号，并且叠加在所述共极性的信号成分上。
为了补偿在传输信道上所产生的信道串扰，必须在接收机内采取合适的措施。为此，根据已知方法采用所谓的极化退耦器，它在讲英语的地区被称作交叉极化干扰去除器或简称为XPIC。在M.Biester等人的“XPIC系统的硬件实现/测量方法和结果、无线电中继系统”，1993年10月11-14，会议出版号386，第255～260页中曾讲述过一种如文章开头所述类型的接收机，它是借助极化退耦器来补偿各个接收支路中的交叉极性串扰。该已知的接收机如图2所示。
如图2的左边部分所示，产生两个具有相同载频的发射信号，且该两个信号相互正交极化地通过传输信道被传输给接收机。水平极化的发射信号是通过在调制器MHS内把从振荡器OS提供的载波信号与数据DH进行调制来产生的，而垂直极化的发射信号是通过在调制器MVS内把相同的载波信号与数据DV进行调制而产生的。传输信道用四个划线箭头表示。在此，水平箭头是表示所述水平极化发射信号和垂直极化发射信号的共极性信号成分。交叉的划线箭头是表示两个发射信号的交叉极性串扰。
紧跟在传输信道末端的接收机具有两个接收支路，其中水平极化的接收信号被输入到一个接收支路，而垂直极化的接收信号被输入到另一个接收支路。接收信号的极化分离和相应地分配到两个接收支路上是在天线内利用两个相互扭转的接收单元来实现的，该接收单元在此没有示出。在开始时，对两个接收支路中的接收信号进行解调。为此，在接收支路中设有一个用于水平极化接收信号的混频器MHE，该混频器利用从压控振荡器VCOH1提供的基准频率fh进行控制。所述的解调器不仅把接收信号转换成基带，而且还实现使接收信号载波的相位与发射信号载波同步。该相位同步是用块PH1来表示的，而且由该块PH1获取接收支路的输出信号作为调节量。此处不再详细讲述这种相位同步，因为它可以按照现有技术譬如借助调相环来实现，而且它也不是本发明的目的。在用于垂直接收信号的另一接收支路中，同样也执行这种包含相位同步在内的解调。为此在接收支路中给所述垂直极化的接收信号装设一个混频器MVE，由该混频器从压控振荡器VCOV1中获取基准频率fv。块PV1是表示该垂直极化的接收信号与发射信号相位的同步。
解调之后在两个接收支路内被下变换成基带的接收信号被随后输入到A/D转换器ADH、ADV中，以便利用数字滤波器继续对接收信号进行再处理。
在所述的A/D转换器之后，水平极化的接收信号EH1被输入到延迟元件TH和均衡器EQU-HH，由该均衡器来补偿接收信号中因传输信道内的多径传播所产生的回波。同样，垂直极化的接收信号EV1在所述的A/D转换器ADV之后被输入到延迟元件TV和均衡器EQU-VV中。在A/D转换器ADH和延迟元件TH之间，从第一信号支路中抽取一部分水平极化的接收信号EH1。将该补偿信号KH1输至缓冲存储器ELSA-HV和随后的交叉极性退耦器XPIC-HV中，然后借助加法器AV将其叠加到被延迟TV和均衡EQU-VV的垂直极化接收信号EV1上。
所述两个缓冲存储器ELSA-VH、ELSA-HV和延迟元件TH、TV的作用是对两个接收支路中的不同脉冲相位进行相互匹配。这是因为，只有当两个接收支路中出现完全的脉冲相位同步时，从垂直接收支路导出的补偿信号KV1才能补偿水平接收支路中的交叉极性串扰，以及从水平接收支路导出的补偿信号KH1才能补偿垂直接收支路中的交叉极性串扰。如同均衡器EQU-HH和EQU-VV一样，交叉极化退耦器XPIC-VH和XPIC-HV是能自适应地调整滤波器系数的数字滤波器。各个接收支路中的串扰信号成分的补偿取决于所述滤波器系数的调整。这种滤波器系数的自适应调整属于现有技术，并譬如在EP 0 418 781 B1中有所描述。
在上述由文章开头引用的文献所公开的方法中，只要所述两个接收支路中的载波控制没有配合好，极化退耦器XPIC-VH和XPIC-HV就不能补偿两个接收支路中的交叉极性串扰。为了最佳地清除信道串扰，补偿信号KV1和KH1必须恰好具有与接收支路中的串扰信号成分相同的特性，尤其是，相应的补偿信号KV1或KH1必须利用与接收信号EH1或EV1中的串扰信号成分相同的频率进行调制。由于水平或垂直接收支路的信道串扰被解调，但垂直和水平接收支路中的补偿信号KV1或KH1也被解调，所以只有当两个接收支路中的载频相同时才能满足上述频率相同的前提条件。这在所有的皙态过程过去之后也是满足的，但在传输开始时或在系统失效之后不满足。因此在上述已知的装置中，并不是在最强烈的信道失真的情况下也总能确保定向无线电通信设备所期望的自同步。只有对于那些能通过合适的措施产生非常可靠的载波相位同步的调制方法，上述的装置才适合补偿每个传输阶段的信道串扰。这种措施譬如在DE 41 00 099 C1中曾讲述过。但该文献所讲述的用于恢复载波的装置只是对正方形的QAM信号星座(16-，64-，256-QAM)起作用。用于圆形和所谓的交叉QAM信号星座(36-，128-QAM)的相应合适措施并不是公知的。
在用于具有相同载频的两个正交极化信号的接收机的两个接收支路中，虽然使用了相同的载频fh和fv，但两个解调振荡器(图2中的VCOH1，VCOV1)并不能毫无问题地彼此严格结合，因为由不同的传播条件会得出不同的接收信号相位，且解调器需要相应的自由度。因此，针对圆形的QAM信号星座、譬如128-QAM是采用另一种接收机方案以补偿交叉极性的串扰，这如图3所示，并可以从R.Schmidmaier等人的“基于窄带RF分支方案的用于28/30MHz频率间隔的新型同信道无线电系统”，ECRR 5，1996年5月14-17，第232-237页中获知。
在这种已知的、如图3所示的128-QAM接收机中，在解调接收信号之前从水平极化的接收信号EH2中耦合输出一个补偿信号KH2，以及从垂直极化的接收信号EV2中耦合输出一个补偿信号KV2。由此可以利用同一振荡器频率fh对水平极化的接收信号EH2及其所属的补偿信号KV2进行解调，以及还利用同一振荡器频率fv对垂直极化的接收信号EV2及其所属的补偿信号KH2进行解调。因此为每个信号EH2、KV2、EV2、KH2设置一个自己的混频器，也即为信号EH2设置混频器MHH，为信号KV2设置混频器MVH，为信号EV2设置混频器MVV，以及为信号KH2设置混频器MHV。用于接收信号EH2和补偿信号KV2的两个混频器MHH和MVH从压控振荡器VCOH2获得相同的基准频率fh。用于接收信号EV2和补偿信号KH2的混频器MVV和MHV从压控振荡器VCOV2获得相同的基准频率fv。
除了为所述的四个信号转换成基带之外，同时还在解调器内使接收信号的相位与发射相位进行同步。如同上文已联系图2所讲述的一样，在图3所示的接收机中也装设了用两个块PH2和PV2表示的相位同步装置，它们获取所述两个接收支路的输出信号作为调节量，并分别把调节量提供给所述的两个压控振荡器VCOH2和VCOV2。针对所述四个被下变换到基带的信号中的每个信号而装设一个自己的A/D转换器ADHH、ADVH、ADVV和ADHV。
在上述解调和紧接着的A/D转换之后，水平极化的接收信号被输入到均衡器EQU-HH中，所属的补偿信号KV2被输入到交叉极化退耦器XPIC-VH中，垂直极化的接收信号EV2被输入到均衡器EQU-VV中，以及其所属的补偿信号KH2被输入到交叉极化退耦器XPIC-HV中。所述均衡器EQU-HH、EQU-VV的功能对应于上述附图2的相同名称的构件。
在图3所示的接收机方案中，比图2所示的接收机方案需要双倍多的混频器和A/D转换器。
在此，本发明所基于的任务在于提供一种如文章开头所述类型的接收机，即便在具有圆形QAM-信号星座的接收信号情况下，它也能利用尽可能低的电路费用来补偿交叉极性的信道串扰。
发明的优点
上述任务利用以如下方式来解决，即所述被接收的两个信号是在其解调之后和其相位同步之前实行极化退耦的。因此，每个接收支路只需要一个解调器，并且可以利用同一基准频率来控制两个解调器，使得在两个接收支路之间不可能再出现差分调制。这是如下结果的前提条件，即交叉极化退耦器不再有捕获问题，且这种交叉极化退耦在传输已开始时或在中断之后就已具有完整的功能。于是，本发明的接收机把图2所示的已知接收机的元件数量较少的优点和图3所示的已知接收机的优点结合了起来，它可以在所有的工作状态下确保交叉极化退耦器的自适应性。
可以优选地采取如下做法，即利用由空转振荡器或由自动频率调节器控制的振荡器所提供的相同基准频率来控制所述两个接收支路中的解调器。
附图
下面借助附图所示的实施例来详细讲述本发明。
其中：
图1示出了本发明用于具有相同载频的两个正交极化信号的接收机，
图2示出了现有技术的第一种接收机，以及
图3示出了现有技术的第二种接收机。
实施例说明
图2和3所示的电路属于现有技术，它们已在上文讲述过。在图1所示的电路装置中，与图2及3具有相同参考符号的元件也具有联系这些附图所讲述的相同功能。
在图1左侧示出的电路是一种用于两个具有相同载频的正交极化信号的接收机。在此，水平极化信道的数据DH利用混频器MHS被加调制到由振荡器0S所提供的载波信号上。利用混频器MVS把垂直信道的数据DV加调制到同样的载波信号上。传输信道和其中所产生的信道间交叉极性串扰是用划线箭头示出的。
在两个接收支路中均有一个解调器，它们由混频器MHE(在水平极化的接收支路中)和混频器MVE(在垂直极化的接收支路中)组成。利用由空转振荡器OE提供的相同基准频率f0来控制两个混频器。为代替空转振荡器，也可以使用由自动频率调节器(AFC)控制的振荡器。在解调之后，对两个接收支路中的接收信号分别进行A/D转换ADH、ADV。在这种A/D转换之后，从水平极化的接收信号EH中抽取一个补偿信号KH，以及从垂直极化的接收信号EV中抽取一个补偿信号KV。如同在本说明书中按图1所实施的一样，水平极化的接收信号EH和垂直极化的接收信号EV分别被输入到延迟元件TH、TV和此后的均衡器EQU-HH、EQU-VV中。所述的两个补偿信号KV和KH分别穿过缓冲存储器ELSA-VH、ELSA-HV和随后的交叉极化退耦器XPIC-VH、XPIC-HV。在水平极化信号EH穿过延迟元件TH及均衡器EQU-HH且所属的补偿信号KV穿过缓冲存储器ELSA-VH及交叉极化退耦器XPIC-VH之后，它们由加法器AH进行彼此地叠加。同样，在垂直极化的接收信号EV穿过延迟元件TV及均衡器EQU-VV且所属的补偿信号KH穿过缓冲存储器ELSA-HV及交叉极化退耦器XPIC-HV之后，它们也由加法器AV进行彼此地叠加。如同上文所述，如果各个被实施为滤波器的均衡器EQU-HH、EQU-VV和交叉极化退耦器XPIC-VH、XPIC-HV的系数被最佳地调整，则接收信号EH和EV中的串扰信号成分能完全得到补偿。
在所述水平极化的接收信号EH和垂直极化的接收信号EV被交叉极化退耦之后，紧接着使该两个接收信号的相位与发射相位同步。为此在每个接收支路中装设了一个用于相位同步的组件SH、SV，它们由一个利用公知的调相环(PLL)进行调节的移相元件构成。
通过把原来的解调过程与相位同步分开可以实现：接收信号EH、EV中的串扰信号成分和所属的补偿信号KV、KH再也不会产生不同的频率状况。在图2和3所示的常规解调器中，调相环内的接收振荡器的相位被调节成恰好与发射振荡器的相位同步，并由此出现被解调的基带信号与发射信号进行相位同步，而在图1所示的电路中，解调过程和同步过程是在不同的组件内实现的。于是，被解调的接收信号虽然也是基带信号，但与发射信号相比，它们还可能具有中心频率方面的误差。其余的频率误差和相位误差在接下来的同步组件SH和SV中被去除。所述的电路可以利用相同的频率来解调两个接收支路中的接收信号，但根据不同的相位进行同步。接收信号EH、EV和所属的补偿信号KV、KH中的串扰信号成分具有相同的频率状况，由此在接收机的所有工作状态可以确保交叉极化退耦器XPIC-VH和XPIC-VH的自适应性，而且所述两个接收支路在其相位方面是彼此完全无关的。只有通过这种新型的方案来共同解调两个接收信号EH、EV和进行与之分开的相位同步，才能利用补偿信号的基带去耦来对XPIC结构中的非正方形QAM-信号星座(譬如128-QAM)进行可靠地交叉极化退耦。

Claims (3)

1.一种用于两个正交极化的且具有相同载频的信号的接收机，其中，为两个信号(EH，EV)中的每一个装设一个接收支路，在该接收支路中分别设置一个解调器(MHE，MVE)和一种用于使接收信号(EH，EV)的相位与发射相位同步的装置(SH，SV)，而且其中，为两个接收支路装设了极化退耦器(XPIC-VH，XPIC-HV)，由这些极化退耦器来补偿两个接收信号(EH，EV)之间的交叉极性串扰，其特征在于：
所述被接收的两个信号(EH，EV)是在其解调(MHE，MVE)之后和其相位同步(SH，SV)之前实行极化退耦(XPIC-VH，XPIC-HV)的。
2.如权利要求1所述的接收机，其特征在于：
利用由空转振荡器(OE)所提供的相同基准频率(f0)来控制所述两个接收支路中的解调器(MHE，MVE)。
3.如权利要求1所述的接收机，其特征在于：
利用由自动频率调节器控制的振荡器所提供的相同基准频率(f0)来控制所述两个接收支路中的解调器(MHE，MVE)。
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