CN1154769A - 用于面向块传输无线电消息的远程通信系统的天线分集无线电接收设备 - Google Patents

用于面向块传输无线电消息的远程通信系统的天线分集无线电接收设备 Download PDF

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Abstract

在DECT无绳电话天线分集基台中为改善在DECT无线电消息接收时，例如DECT标准的一个同步场(SYF)的同步引导字接收时的“天线分集”，至少例如通过场强测量(FSM1、FSM2)进行一次天线切换。通过在接收同步引导字(E-SEW)时进行天线切换，所以在传输DECT无线电消息的每一时间片内既可以得到最优的“天线分集”，也可以无干扰传输在无线电消息中包含的有用信息。

Description

用于面向块传输无线电消息的远程通信 系统的天线分集无线电接收设备
本发明涉及的是一个按照权利要求1的前序部分、用于面向块传输无线电消息的远程通信系统的天线分集无线电接收装置。
面向块传输无线电消息的远程通信系统在其技术发展中，类似于以线连接的远程通信技术中长期存在的ISDN(综合服务数字网络)标准，与各种标准联系。“面向块传输”本质上是一种无线电消息传输的类型，它根据时分方法(TDMA，时分多址)或者根据码分方法(CDMA，码分多址)传输。已知，基于TDMA方法的远程通信系统，例如根据DECT标准(欧洲数字无绳远程通信)的无绳远程通信系统和根据GSM标准(特定组移动或移动通信全球系统)的移动无线电远程通信系统。
对于按照DECT标准(参见欧洲远程通信标准(ETS)-最终草案-prETS300 175-1，5/1992；ETS协会06921索菲亚安恩梯里斯，法国)的无绳远程通信实现了对大约120个可用信道的动态信道选择。这120个信道如此产生，在DECT标准中使用1.8和1.9GHz之间的10个频带，其中在每一频带中按照图1中表示的时分多址(TDMA)使用一个10ms的时分多址单元。在这一时分多址单元中定义24个时间信道(从0到23)并由此规定一个单元模式。然后如此使用这一单元模式，使得对于每一个频带，一个DECT远程通信系统分配给一个基台FT(固定终端)的最多12个移动分机PT(便携式终端)，可以同时以双工方式(PT→FT和FT→PT或者FT→PT和PT→FT)工作。
然后给24个时间信道每一个分配一个持续时间为417μs的时间片。这里，时间片规定信息(数据)传输的时间。信息以双工方式传输，也称为乒乓方式，因为在某一时刻发送信息，而在另一时刻接收信息。在这种乒乓方式中，在每一时间片内当数据通量为42k位/s时传输持续时间为365μs或者字位长为420位的脉冲串。在这一时分多址单元内，考虑到在时间单元两端的一个安全时间区GS中每端有30位用来避免与邻接的时间片重合，结果产生1152M位/s的总数据通量。在每一时分多址单元内，在时间上彼此相继传输的脉冲按照图2定义了一个PH信道，所谓的物理信道，它分配给一个物理层(PH-L)。这里被传输的420位的数据包表示为PH包并分配给一个D域。在PH包中的420个数据位(H/L位值序列)中有32位用于一个同步域SYF的同步，388位用来传输有用信息给有用信息域NIF。
同步域SYF中的32位又分为两个16位的数据位序列。第一数据位序列(第一16个H/L位值的序列)是一个同步引导字，用它引入同步。对于传输方向为“移动分机PT-＞基台FT”，该同步引导字在理想的情况下由周期的“101”或者“ HLH”序列组成，而对于相反的传输方向“基台FT-＞移动分机PT”，同样地由周期的“010”或者“LHL”序列组成。在图1和图2的括号中记入的基台/移动分机分配依赖于在哪一方向上传输哪一个序列，其它的方案也是可以的。
第二个数据位序列(第二16个H/L位值的序列)是一个同步控制字SBW，必须用它来确认由同步引导字SEW引入的同步。在进行这种确认时，必须从本质上识别同步控制字SBW的数据位。仅在这种情况下才接受由同步引导字SEW引入的同步。当相当肯定的得出同步引导字为“HLH”或者“LHL”序列时，则引入同步。
此外，在DECT标准中，类似具有ISO/OSI7层模型的ISDN标准，也定义了另外一些层。其中一层为中间存取控制层(MAC-L)，给它分配了用于传输有用信息的按照图3的388位的有用信息域NIF。而有用信息域NIF由一个A域和一个B域组成。有用信息域NIF的388位中包括一个64位的A域，它还用于DECT远程通信系统的基台与移动分机联接时的消息传送。剩余的324位分配给B域，其中320位用于语音数据，另外4位用于识别脉冲的部分干扰。B域的324位最后分配给在ISO/OSI7层模型范围内另外的ISO/OSI层。
DECT远程通信系统最简单的形式是一个基台和带至少一个移动分机。复杂的(例如联网的)系统包括许多基台，每一基台又带多个移动分机。根据在DECT标准中定义的24个时间信道，基台可以配置直至12个与其以双工方式通信的移动分机。对于在DECT标准中同样定义的10ms的时分多址单元，该双工方式意味着，每5ms由来自基台的信息向移动分机传输或者反过来由移动分机向基台传输信息。
在传输高频调制无线电消息中，例如GHz范围的DECT无线电消息中，传输比由于在一个厘米级的小三维空间范围内高频载波信号的传输特性而常常不同。这导致在移动系统中像自身以大约1m/s的低速运动的DECT远程通信系统中，传输比随时间急剧起伏。为能够至少部分消除传输比这种随时间的起伏，已知至少在运动系统的一部分(例如基台)安装一个在空间上移位的第二天线。由于天线在空间位置上分开，在天线上出现不同的接收比，它们可以通过切换天线而选择。这种在“天线分集”的概念下的已知的方法(参见国际通信会议会议录-ICC′91；23.-26.1991年6月，纽约(美国)，1480-1484页，以及日本专利摘要，Vol.11，No.231(E-527)，1987年7月28日，关于JP-A-62047222)允许在区域传输条件差的处于运动系统中改善了无线电消息的接收。天线分集方法特别适用于以TDMA方法为基础的DECT远程通信系统，在该系统中，两个时间片之间的时间中有可能切换天线，而不致干扰被传输的无线电消息。
如果按照图4和图5在WO94/10812中公开的天线分集无线电接收装置FT、PT(例如一个无绳电话的基台和/或移动分机)中使用有至少两个天线A1、A2，但是只有一个天线分配给该天线分集无线电接收装置FT、PT的无线电部件(RE、RE-T、RE-R)的接收器的话，则根据WO94/10764作为天线分集切换控制而言，就存在一个这样的判定问题，即不能同时评定在两个天线的接收比。因此建议，在每一时间片内例如通过场强测定和/或传输出错的测定(CRC错误，循环冗余检验)检查一次接收比。根据当前和先前的时间片检查决定，在下一时间片内传输的无线电消息是在同一天线还是在另一天线上接收。但是因为传输比在两个时间片之间的时间内可以急剧变化，因此在这一公知的天线分集方法不能保证被选出的天线提供此刻最好可能的接收。
此外在美国专利US-5,241,701中公开了一种用于面向块传输无线电消息的远程通信系统的天线分集无线电接收装置，其中分配给该无线电接收装置的天线分集设备用两个为此设置的天线如此构造，即使得在接收无线电消息的一个信息块(时间片)的持续时间内至少分配给天线分集设备的两个不同的天线作为接收天线交替地分配给天线分集无线电接收装置的接收信道。
本发明基于现有技术的任务在于，给出一个用于面向块传输无线电消息的远程通信系统的天线分集无线电接收装置，它比已知的设备具有改善的“天线分集”。
该任务由在前序部分中定义的天线分集无线电接收装置通过在权利要求1的特征部分给出的特征而解决。
在一个用于面向块传输无线电消息的远程通信系统的天线分集无线电接收装置中，例如一个DECT无绳电话的天线分集基台中，为了在接收一个DECT无线电消息的一个信息块期间，例如接收DECT标准的一个同步域的同步引导字时，改善“天线分集”(AntennaDiversity)，至少要切换一次天线，例如根据场强测量。通过在接收同步引导字时进行的天线切换，在DECT无线电消息的每一传输的时间片内既能是优化的“天线分集”，也能保证无干扰传输无线电消息中包含的有用信息。
在从属权利要求中给出本发明具有优点的进一步的改进方案。
下面根据附图6到9说明本发明的一个实施例。其中：
图6表示在一个DECT无绳电话的天线分集基台中由于天线切换而干扰的该基台的一个接收同步场；
图7表示在DECT时分多址单元中多个时间上彼此相继出现的DECT脉冲串。
图6表示由DECT无绳电话的一个天线分集基台接收的接收同步域E-SYF，它带有作为模拟信号的一个在接收侧的同步引导字E-SEW和一个在接收侧的同步控制字E-SBW，它们受到由在天线分集基台至少一次的天线切换的干扰。这里，接收同步域E-SYF是诸如由DECT无绳电话的一个移动分机发送并在移动分机和基台之间的无线电路径上传输的发送同步域的映像，它带一个发送侧的同步引导字和一个发送侧的同步控制字。根据图2所述的32位长的发送同步域在移动分机动作后直接发射。为传输(发射和接收)发送或者接收同步域，在开始时给出的1152M位/s的数据速率下需要大约27.8μs。其中13.9μs用于传输同步引导字，同样的13.9μs用于传输同步控制字。
接收侧的同步引导字E-SEW用于使天线分集基台在位一级同步，而接收侧的同步控制字E-SBW却用于使天线分集基台在字一级同步。因为要给发送侧的同步引导字分配一个同步信息，其由一个交变的位序列“1/0”或“0/1”组成，以及因为为了位同步只需识别位序列中的“1/0”或“0/1”的交替，所以在接收侧的同步引导字E-SEW中包含的同步信息-在无线电路径上无干扰传输时-具有一个冗余的信息部分。由于同步信息的冗余，接收侧的同步引导字E-SEW作为对在天线分集基台中为改善“天线分集”而进行的一次或多次天线切换提供了时间区间。接收侧的同步引导字所以对此适用，是因为
(1)在接收侧接收的同步控制字E-SBW的时刻对天线的选择应已结束，因为正确地识别接收侧的同步控制字E-SBW对于在时间片内传输的信息的接收或者损失是起决定作用的；
(2)对16位长的同步引导字E-SEW中的一位或少数位干扰并不重要，因为为得到位同步，根据经验较少位(大约6位)已经够了。
下面根据图6说明在基台中运行的为执行天线切换，例如从第一天线A1切换到第二天线A2的单个程序步骤。对于现在的实施例，单个程序步优选每10μs在时间片内执行，其中移动分机发送，而基台接收。对此，在相反的情况下移动分机或者甚至移动分机和基台两者都具有至少两个天线，并且此时基台发送，而移动分机接收，情形也是一样。于是对于这一发送/接收方向，相应的接收同步场根据图2具有按照图6的一个与接收同步场E-SYF相反的位序列。
在天线A1作为接收天线的时刻t1，通过基台的第一天线分集控制信号SS1启动第一场强测量FSM1。这时，这一测量例如延续一个第一测量时间区间τ1，其中例如已经有4位(接收侧的同步引导字E-SEW的第2到第5位)用于位同步。接着在第二时刻t2通过基台的第二天线分集控制信号SS2引入从第一天线A1向第二天线A2的天线切换。这一天线切换通过一个依赖于电路的切换时间(参见图8)在时刻t2′结束。天线切换在时刻t2的引入例如是在接收侧的同步引导字E-SEW的第6位(根据图6是一个低位)进行的。由于天线切换，相应的位可能被干扰。在图6中这种干扰通过第一破坏脉冲SI1表示。在天线切换之后，在时刻t3，在基台的天线A2上通过第二天线分集控制信号SS3启动第二场强测量FSM2。该第二测量FSM2延续一个第二测量时间区间τ2，然而为测量的目的，该持续时间与第一测量时间区间T1一致。在测量时间区间τ2内可能另外4个位(接收侧的同步引导字E-SEW的第8到11位)用于位同步。为对两个测量时间区间测量同样的低位(“0”位)对高位(“1”)的比，场强测量FSM1、FSM2的开始时刻t1、t3在时间上相隔位传输时间的偶数倍。这一位传输时间对于DECT无绳电话来说大约为868ns。开始时刻t1、t3之间的时间关系所以重要，是因为第一天线分集控制信号SS1只能精确限制而产生。对此，下面根据图7说明其理由。
图7表示由DECT无绳电话的基台在许多时分多址单元中接收的时间上与时间片有关的相继的多个接收脉冲串EB1、EB2、EB3，它们来自由DECT无绳电话的移动分机相应发送的发送脉冲串。在一个无线电发送设备(这里是DECT无绳电话的移动分机)和一个无线电接收装置(这里是DECT无绳电话的基台)之间的运行连接状态按照对图1的说明在每10ms在时间片中发送一个大约365μs长的一个脉冲串。在持续时间大约为9635μs的不连接的时间期间(静止状态)，在移动分机和基台上由相应的时钟脉冲发生器输出的时钟脉冲频率在时间上彼此可以偏移最大1/3位。这一偏移在位传输时间为868ns时相应于260.4ns的时间间隔。
由于无绳电话这一特定的时间偏移，第一天线分集控制信号SS1相对于参考信号也只能以时间误差260.4ns产生。作为参考信号这里提供一个例如称为同步检测信号的同步信号SDS，它以0.264μs的时间偏差规律地在每一时间片内出现并由它引入涉及时间片的同步。在涉及时间片的同步信号SDS和后继的时间片的开始之间的时间间隔大约为9973μs。这一9973μs的时间间隔用作为改善“天线分集”所需要的措施的时间参考值。于是，当在第n个(例如n＝1时的第一个)时间片基台以第n个同步信号作为天线分集控制信号SS1的参考信号，而接收了第n个接收脉冲串时，则例如存在有时刻t1，它对于第一场强测量FSM1在第(n＋1)个(第二个)时间片内晚9973μs。
通过以这种方式确定的时刻t1也唯一确定了时刻t2和t3。对此它也同样适用于其它在图6中与改善“天线分集”存在的时刻t4、t5、t6。
直到第四时刻t4，比较由两个场强测量FSM1、FSM2得出的场强测量值并由此确定比较结果。如果根据比较结果由第四天线分集控制信号SS4确定，由第二场强测量FSM2得出的第二测量值小于由第一场强测量得出的第一测量值的话，则在第5时刻t5切换回天线A1(更新天线切换)。这一天线切换在时刻t5′结束。由于在时刻t5，例如在接收侧的同步引导字E-SEW的第12位(根据图6是一个低位)期间开始天线切换而出现第二干扰脉冲SI2，通过该脉冲可以干扰相应的位。由上述每次切换引起的干扰脉冲SI1、SI2一般来说对识别在接收侧的同步-引导字E-SEW中的位序列的“1/0”或“0/1”没有直接的影响。于是可以肯定地得出，
(1)位序列的交变可以不用两个被干扰的位而识别；
(2)在位序列的交变不可识别时也可肯定不能用两个在那样情况下未被干扰的位而识别，从而避免接收脉冲串的损失。
图8表示天线选择设备AAM，用它可以实现在图6中说明的实现天线切换的程序步骤。根据图8所示，天线选择设备AAM优选由一个电子电路装置组成。天线选择设备AAM或者电路装置配合根据图4和图5的天线分集无线电发送装置和无线电接收装置FT、PT的天线分集设备RE、RE-T、RE-R、DS、RSSI、A/D、M-CT。相对于电子电路装置的另一可选方案是天线选择设备也可以作成编程模块，只要用它可以足够快地判定天线选择的准则-在现在的实施例中是场强。作为其它的选择准则，也可以使用诸如无线电消息的识别/不可识别的一个TDMA特定的信号序列(这里是接收侧的同步引导字E-SEW的“1/0”信号序列)。
天线选择设备AAM具有多个相继连接的计数器Z1...Z4，它们主要参考同步信号SSD(同步检测信号)产生天线分集控制信号SS1...SS4。之所以特别使用计数器，是因为由在时刻t1…t5′和时刻t0(同步信号SSD出现)之间的时间差得出的全部时间间隔可由1152MHz的位时钟脉冲速率导出。在时刻t0，第一计数器Z1在输入侧由同步信号SSD控制。
这里计数器Z1通过计数相应于位时钟脉冲的时间单位采集第一时间间隔δt1，它由在时刻t1、t0之间的时间间隔给出。时间间隔δt1根据图6和图7的实施例为9973μs。在采集时间间隔δt1后，计数器Z1在时刻t1给第二计数器Z2的输入和第一积分器INT1的控制输入发出一个第一天线分集控制信号SS1。通过这一第一控制信号SS1使第二计数器Z2和第一积分器INT1动作。
这时第二计数器Z2通过计数相应于位时钟脉冲速率的时间单位采集第二时间间隔δt2，它由时刻t2、t1之间的时间间隔得出。在本实施例中该时间间隔δt2大约为3.5μs。在相应于测量时间区间τ1的时间间隔δt2期间，在积分器INT1上进行第一场强测量FSM1。在这一测量期间，积分在测量时间区间τ1引给积分器INT1输入侧的第一场强值RSSV1(无线电信号强度值)产生第一输出信号AS1。
在经过第二时间间隔δt2亦即测量时间区间τ1后，在时刻t2第二天线分集控制信号SS2在输入侧引向第三计数器Z3和一个或门GT1。在或门GT1，通过控制信号SS2产生一个或逻辑运算信号VKS1，由于这一信号，在时刻t2′(以或门GT1上的门运行时间决定)实现从第一天线A1向第二天线A2的切换。此外，通过控制信号SS2激活第三计数器Z3，使其通过计数相应于位时钟脉冲速率的时间单位采集第三时间间隔δt3。该时间间隔δt3在本实施例中为1.7μs，其由在时刻t2、t3之间的时间间隔规定。
在采集时间间隔δt3后，由第三计数器Z3在时刻t3产生第三天线分集控制信号SS3，它从输入侧引入第四计数器Z4和作为第二积分器INT2的控制输入。计数器Z4和积分器INT2由控制信号SS3使其动作。计数器Z4动作后通过计数相应于位时钟脉冲速率的时间单位采集第四时间间隔δt4，其由在时刻t4、t3之间的时间间隔产生。时间间隔δt4和时间间隔δt2一样为3.5μs。另外时间间隔δt4还相应于在图6中表示的第二测量时间区间τ2。在测量时间区间τ2中，积分在积分器INT2的输入上出现的第二场强值RSSV2，产生第二输出信号AS2。
在时刻t4，第四计数器Z4向一个与门GT2输出第四天线分集控制信号SS4。此外，直到时刻t4才比较两个输出信号AS1、AS2。至此，把这些输出信号引向一个比较器KOM，它从这两个输出信号AS1、AS2产生一个比较信号VS。比较信号VS同样引向与门GT2。与门GT2由控制信号SS4和比较信号VS建立一个逻辑与运算信号VKS2，它在时刻t4(以与门GT2上的门运行时间决定)引向或门GT1。在或门GT1上，控制信号SS2和与逻辑运算信号VKS2逻辑运算。通过这里出现的或逻辑运算信号VKS1，在时刻t5不依赖于控制信号SS2由第二天线A2向第一天线A1切换回来，因为通过场强测量FSM1、FSM2表示，第一天线的接收比第二天线的要好。
因为一个DECT基台可以同时与多个移动分机(直到12个移动分机)连接，而这些移动分机都在不同时间与基台偏移，为每一单个的移动分机提供一个各自独立的第一计数器而生成第一天线分集控制信号SS1会增大开支。为此进行的相应的改进在图8和图9中表示出来，其中将单个移动分机的计数器Z1.1...Z1.12在输出侧与另一个或门GT3相联。

Claims (10)

1.用于面向块传输无线电消息的远程通信系统的天线分集无线电接收装置，包括装备有多个配合的天线(A1、A2)的天线分集设备(RE、RE-T、RE-R、DS、RSSI、A/D、M-CT)，其中天线分集设备(RE、RE-T、RE-R、DS、RSSI、A/D、M-CT)如此构造，在接收无线电消息的一个信息块的持续时间期间(SYF、NIF、E-SYF)至少两个不同的分配给该天线分集设备(RE、RE-T、RE-R、DS、RSSI、A/D、M-CT)的天线(A1、A2)作为接收天线交替地分配给天线分集无线电接收装置(FT，PT)的接收信道，其特征在于，天线分集设备(RE、RE-T、RE-R、DS、RSSI、A/D、M-CT)进一步如此构造，从在接收信息块(SYF、NIF、E-SYF)的时间持续期间内分配给接收信道的天线(A1、A2)中，把就同一信息块(SYF、NIF、E-SYF)的其余接收持续时间期间而言具有最好接收特性的天线分配给接收信道。
2.根据权利要求1的天线分集无线电接收装置，其特征在于，信息块(SYF、NIF、E-SYF)包含冗余数据，在接收这些冗余数据期间天线进行切换。
3.根据权利要求1或者2的天线分集无线电接收装置，其特征在于，无线电消息是作为TDMA无线电消息。
4.根据权利要求1或者2的天线分集无线电接收装置，其特征在于，无线电消息是作为CDMA无线电消息。
5.根据权利要求1到4中任何一个权利要求的天线分集无线电接收装置，其特征在于，天线分集设备(RE、RE-T、RE-R、DS、RSSI、A/D、M-CT)包括一个天线选择设备(AAM)，它如此构造，使天线切换通过场强测量(FSM1、FSM2)进行。
6.根据权利要求5的天线分集无线电接收装置，其特征在于，天线选择设备(AAM)具有一个比较器(KOM)，把相应于测量的场强值(RSSV1、RSSV2)的电压值(AS1、AS2)导入该比较器。
7.根据权利要求3和5的天线分集无线电接收装置，其特征在于，天线选择设备(AAM)如此构造，使天线选择通过无线电消息的一个TDMA特定的信号序列的识别/不可识别进行。
8.根据权利要求7的天线分集无线电接收装置，其特征在于，TDMA特定的信号序列是作为“1/0”信号序列。
9.根据权利要求1到3或5到8中任何一个权利要求的天线分集无线电接收装置，其特征在于，信息块(SYF、NIF、E-SYF)是作为DECT特定的信息块，其具有一个包含同步数据的第一子信息块(SYF、E-SYF)和一个包含有用数据的第二子信息块(NIF)。
10.根据权利要求9的天线分集无线电接收装置，其特征在于，第一子信息块包含一个同步引导字(SEW、E-SEW)，在其接收的持续时间期间天线交替地分配给天线分集无线电接收装置的接收信道。
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