CN1363149A - 具有发射天线分集的双码扩频通信系统 - Google Patents

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Abstract

一个通信系统包括由多个空间上分立的收发机TR,TR’组成的一个无线局域网。每个收发机具有一个通过双编码扩频和发射分集的结合来发射数据的发射部分(10)。更特别的是,一个输入数据流被分离至正交相关信道(I,Q)。每个信道包括上变频器(42,44,46),扩频台(50,52)可用两个并行产生的PN编码(PN1,PN2)其中的一个来扩展上变频信号,天线(18,20)被方便地放置在各个发送区覆盖的区域。

Description

具有发射天线分集的双码扩频通信系统
技术领域
本发明涉及一个通信系统以及此在系统中使用的一个发射机。此通信系统特别但是不仅仅在本地和局域范围的短程无线局域网(LAN)中应用。
背景技术
基于如蓝牙和本地射频(HomeRF)等协议的短程无线局域网(LANs)通常工作在2.4GHZ ISM(工业，科学，医疗应用)频段，此频段也有其它的应用如射频供热。这种系统中出现的问题是频率选择多径和同信道干扰。这些问题可能会影响天线的定位，而本地网的用户希望这些天线处于美学上离散的位置上。
一些分集和复用模式的无线电通信系统已被建议抵制多径传播信道。最近探索多径的特性而代替抵制这些特性的技术，被研制用于多发送天线和接收器中复杂的检测算法中。这些技术利用阵列间最小距离为λ/2的天线阵，对每个分支使用单独的调制器和解调器，并且发送分集仅由一个天线阵列完成。因此存在硬件的复杂性和放置发送天线的局限性。根据不同的传播信道特性改变调制方式是公知的一个多模式调制技术，同时这也需要一连串复杂的硬件。应用于分离正交相关I-Q信道扩频通信的多模技术由预定的PN编码扩频(每个I-Q数据流有相同的伪随机序列)，同时经过一个多正交调制。对于高比特率传输来说，多编码并行扩频系统在美国专利5903556中有描述，系统对多个并行I-Q数据流的每一个使用相同伪随机序列的相移模型。这种技术没有利用多径效应。
发明概述
本发明的一个目的是减少无线局域网中的频率选择多径效应和同信道干扰。
根据本发明的一个方面，提供了一个通信系统包括多个无线电收发机，其中从一个收发机至另一个收发机的通信是通过双码扩频技术与发射分集的一种结合而进行的。
根据本发明的另一个方面，提供了一个通信系统，包括第一和第二收发机，第一和第二收发机中的一个具有一个发射部分，此部分包括接收数据流的装置，把数据流分成各个正交相关的信道的装置，每个信道具有上变频装置和分别利用第一和第二PN扩频编码之一的扩展上变频信号的装置，以及信号传播装置，这些接收部分具有用于接收由所述第一和第二装置之一发送的信号的天线分集装置，还包括结合接收信号的装置，分别使组合信号与第一和第二PN扩频编码相关的装置，以及从相关信号中恢复数据的装置。
根据本发明的第三方面，提供了一种发射机，包括接收数据流的装置，把数据流分成各个正交相关的信道的装置，每个信道具有上变频装置和分别利用第一和第二PN扩频编码之一的扩展上变频信号的装置，这些PN扩频编码由产生并行第一和第二PN编码的装置产生，此发射机还包括多径信号传播装置。
利用本发明，每个发射天线可以被放置在用户期望的位置上。这种便利是可能的，因为具有相同频率的发射载波不必在发射时具有有助于系统安装的相同相位。
附图说明
本发明将结合附图来举例描述，其中：
图1是包括多个收发机的无线局域网的方框图，其中只示出2个收发机，
图2是使用发送矢量分集的双编码扩频的发射机方框图，
图3是具有自适应前向盲等增益组合器的双编码扩频矢量接收机的方框图，
图4是适用于图3所示的加权控制器的方框图。
在附图中相同的附图标记用来说明相应的特征。
实施例
图1中的无线局域网包括一个无线远程控制器RC和至少两个可以是分立的收发机TR，TR’，这些收发机与分立的如电视机，Hi-Fi系统，机顶盒或个人计算机等输入/输出装置相连接，或者与这些设备一体化。
因为收发机TR，TR’是一样的，仅收发机TR将被详细的描述，相同的表示相同参数的附图标记也被用于表示收发机TR’相应部分。
一个发射机(Tx)10和一个接收机(Rx)12被连接至一个处理器14，该处理器控制Tx10和Rx12，以及处理中继到或接收输入/输出设备16的数据。Tx10是一个使用发射矢量分集的双编码扩频发射器，其中每个对称信号群由分立的天线18，20传播。多个天线ANT1至ANTn(此处n为大于等于2的整数)被连接至具有自适应前向盲等增益组合器和双编码扩频接收机结构的Rx12。因为收发机TR，TR’是稳定的，他们的天线18，20，ANT1至ANTn可被设置在任何合适的地方。
远程控制器Rc包括一个发射机22和一个接收机24，与处理器26连接并由其控制。发射机22和接收机24可以与Tx10和Rx12有相同的结构但是共同使用相同的天线28，30。远程控制器Rc还包括一个具有相应驱动器(图中未示出)的LCD显示版32以及一个具有人机接口(MMI)的键盘34。
操作时，具有远程控制器Rc的用户可以有效地与收发机TR，TR’连接，这样他们可以通过各自的输入/输出设备16，16’输入和输出数据来进行通信。
根据附图2所示的发射器10，设备16中的数据发送至处理器14并被编码为具有基于调制方案的预定数目的电平的数据流，例如，对于16QAM(正交调幅)有2个电平。然后提供给正交数据分离器40，其具有一个I(或同相位)信道数据流和一个Q(或正交相位)信道数据流。I，Q数据流输入分立的混频器42，44。由频率发生器46产生一个可能为射频载波频率或者是中频载波频率的载波信号fc。载波信号fc输入到混频器42的第二个输入端，同时通过一个90度的移相器48，输入到混频器44的第二个输入端以分别调制I和Q数据流。经过调制的I和Q数据流被输入到分立的乘法器50和52，由并行PN编码发生器54产生的不同的PN编码PN1，PN2也输入乘法器50和52产成不同的扩频信号。乘法器50，52分别与RF单元56，58相连，RF单元56，58的输出端分别与天线18，20相连。如果由频率发生器46产生的载波fc等于RF载波频率，那么RF单元56，58将作为功放台。但是，如果载波fc等于IF载波频率，那么RF单元56，58将作为上变频台和功放。在后一种情况下，RF单元56，58将会有各自的RF频率信号源，从而使天线18，20可以设置在无线电覆盖区的任何地方。由天线18，20传播的信号群在附图2中表示为图A和B。
可随意设置天线18，20位置的一个作用是在发射的瞬间反向载波传输的最坏情况下，两个信号由于不同发射天线位置而应起的不同的多径反射将会经过不同的相位。相应的，需要一个能够识别相位变化的智能接收机来处理作为多径的一个影响的初始相位变化，同时需要自适应地改正这些相位变化。
附图3说明了具有智能自适应组合器60的接收器12，组合器60用于组合算法以自适应的调整相位直至获得一个最大的信号功率。接收器12包括多个分别接收发送信号X1(t)至Xn(t)的天线ANT1至ANTn，并把它们作为相位调整分支。因为每个相位调整分支的结构实质上是相同的，仅详细的描述其中的一个，同时附图标记也将用于指示其它分支的相应元件。
每个分支包括一个低噪声放大器(LNA)62，它的输入端与它的天线ANT1相连。LNA62的输出信号分为两路。第一路连至一个定向转换乘法器64的第一输入端，乘法器的第二输入端与第一移相器66相连，移相器的输入端与产生所有分支都相同的RF载波频率的本地振荡器68的输出端相连，乘法器64的一个输出信号，此输出信号包括一个误差或错误信号ε1(t)，经低通滤波器70滤波以滤去不必要的高数量级的谐波，低通滤波器的输出端连至控制第一移相器66的加权控制器72。第二路连至由加权控制器72控制的第二移相器74。第二移相器74，74’的输出信号在加法台76处组合。
为了方便，自适应组合器将在描述接收器的剩余部件之前描述。
分别由天线ANT1至ANTn接收的信号X1(t)至Xn(t)分别在LNAs62，62’中放大，并在乘法器64，64’中混频降至基带。每个混频器64，64’使用的本振信号的相位由第一移相器66，66’响应由加权控制器72，72’提供的加权信号W1(t)，W2(t)来调整。因为不同路径方向的接收信号的相位是不同的，因此每个分支的加权信号是不同的。最后确定的加权信号W1(t)，Wn(t)，如下所述，是作为一种信息，来跟踪分别由加权控制器72，72’提供给第二移相器74，74’的实际确定的加权因子D1(t)，Dn(t)的。实际确定的加权因子D1(t)，Dn(t)的值被确定以使每一路的输入接收信号同相位。N个支路的信号在加法台76的输出端相加增加了信号的功率。
加权控制器72，72’不须预先知道基准信号便可决定加权信号W1(t)，W2(t)和实际确定的加权因子D1(t)，Dn(t)的值。附图4显示了加权控制器72的结构。加权控制器72可修改成如图所示的可替代每个支路上的加权控制器的中央加权控制器。错误电压ε1(t)至εN(t)，并行输入电压探测器78，其输出端连至模数转换器(ADC)80，模数转换器(ADC)80连至控制器82。第一查表84存储了用于给加权信号WN(t)提供值的精确相移测量值，以及第二查表86存储了通过比较各分支间接收信号的相位偏移而得到的实际确定的加权因子Dn(t)的值，表一和表二都连接至控制器82。控制器把这些加权信号和加权因子提供给数模转换器(DAC)88，数模转换器(DAC)88分别为第一和第二移相器66，66’和74，74’提供各自的加权信号W1(t)，Wn(t)和加权因子D1(t)，Dn(t)。
寻找加权信号W1(t)，Wn(t)和加权因子D1(t)，Dn(t)的过程如下：
(1)使用统计的传播数据，控制第一移相器66，66’的加权信号W1(t)，Wn(t)将在各个分支被具有从0至180度相位差的连续节距电压初始化。在N＝4的情况下，分支1的初始相移是45度，分支2的初始相移是90度，分支3是135度，分支4是180度。
(2)加权控制器72(或者在每个分支中的多个加权控制器)改变加权信号的值直至乘法器64至64’产生最小的错误电压εN(t)min。这个当相移本地振荡频率与的接收此分支中的最高信号同相位时，最小的错误电压将被探测到。
(3)当得到了每个分支的εN(t)min时，它的值在ADC80中数字化，并输入至控制器80，控制器给第一查表84一个相应的输入以确定接收信号与本地振荡频率的相位偏差。从第一查表84读出的一个数字值由控制器82输入DAC88，DAC88给出一个模拟的加权信号WN(t)。
(4)在N个输入信号中，仅有一个接收信号具有与本地振荡频率的最小相位偏差，此信号被选为基准信号。
(5)这个基准信号被输入至第二查表86，其产生一个被控制器用来产生实际加权因子DN(t)的相应输出。实际加权因子DN(t)被作为相位控制电压输入到第二移相器74，74’中，此相位控制电压使它们的接收载波信号与选定的基准信号同相位。
结果，自在加法台76相加的信号是同相位的。
根据附图3，加法台76的输出在放大器90中放大。同相位分离器92的输入端连至放大器90的输出端，同时输出端分别连到混频器94，96的第一输入端，一个本地振荡器98连至混频器94，96的第二输入端，混频器94，96的输出端分别连至低通滤波器100，102，滤波器的输出端连至第一和第二相关器104，106的第一输入端。
并行PN编码产生器108输入PN1编码至相关器104的第二输入端，同时输入PN2编码至相关器106的第二输入端。相关器104，106的输出端相应于I和Q信道数据流，它们是如星点图C和D表示的互补信号模式，这些数据流在错误探测台110比较，最后在终端112得到恢复的数据流。
在本说明书和权利要求中，每个设备前的“一个”并不排除具有多个这样的设备，同时“包括”并不排除具有其它为列出的设备或步骤的可能。
通过阅读本叙述，本领域的技术人员可容易地做出其它改变，这些改变可能包括其他的一些现有设计，构造和通信系统和相应元件的使用，它们可替代或增加入本发明表述的特征。
实用性
无线通信系统及相应的发射器。

Claims (8)

1、一个具有多个无线收发机的通信系统，其中，从一个收发机至另一个收发机的通信是通过双编码扩频技术与发射分集的结合而进行的。
2、一个通信系统，包括第一和第二收发机，第一和第二收发机中的一个具有一个发射部分，此部分包括接受数据流的装置，把数据流分成各个正交相关信道的装置，每个信道具有上变频装置和分别利用第一和第二PN扩频编码之一的扩展上变频信号的装置，以及信号传播装置，同时第一和第二收发机的另外一个还包括接收部分，这些接收部分具有用于接收由所述第一和第二装置之一发送的信号的天线分集装置，还包括结合接收信号的装置，分别使组合信号与第一和第二PN扩频编码相关的装置，以及从相关信号中恢复数据的装置。
3、如权利要求2所述的系统，其特征在于，信号传播装置包括多径传播装置，这些多径传播装置具有位于一个无线覆盖范围中不同部分的分立天线。
4、如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，天线分集装置包括多个分支，同时所述结合接收信号的装置还包括在所述分支中的一个中选择一个信号作为基准信号的装置，以及使剩余分支中的信号与所述基准信号同相位的装置。
5、如权利要求4所述的系统，其特征在于，每个所述的分支包括下变频和相位补偿装置，一个本地振荡器连至每个所述的补偿装置，每个补偿装置包括调整本地振荡器相位的装置以减小已调整的本地振荡器频率和各个分支的接收信号频率相位间的差值，用于选择一个与本地振荡频率有最小相位偏差的分支并将此信号作为基准信号的装置。
6、如权利要求2至5中的任何一个所述的系统，其特征在于，通过与信号组合器输出端连接的装置，把组合信号分至两个同相位信道，每个信道具有把其信号下变频的装置，以及通过把第一和第二PN编码中的一个输入其中来解扩下变频转换信号的相关装置，和连至相关装置的用于比较解扩信号以决定输出数据的装置。
7、一种发射机，包括接收数据流的装置，把数据流分成各个正交相关信道的装置，每个信道具有上变频装置和分别利用第一和第二PN扩频编码之一的扩展上变频信号的装置，这些PN扩频编码由产生并行第一和第二PN编码的装置产生，此发射机还包括多径信号传播装置。
8、如权利要求7所述的发射机，其特征在于，多径信号传播装置包括位于一个无限覆盖区域不同部分的分立天线。
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