CN1379932A - 用于电信的接收机、收发信机、无线单元和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及例如在无线通信系统中用于接收在大信号范围内变化的模拟信号方法和装置。接收机(300)包括具有第一动态范围的无衰减信号接收机分支(303)和具有第二动态范围的至少一个衰减信号接收机分支(304)。以这样一种方式安排衰减信号接收机分支(304):使得第二动态范围与第一动态范围部分重叠并且和第一动态范围一起覆盖模拟信号的大信号范围。衰减信号接收机分支(304)包括一个衰减器(306),它把输入信号的幅度衰减一个确定数值以便获得期望的重叠的第二动态范围。信号接收机分支被连接到第三块(308),它在来自所述各自信号接收机分支中的抽样猝发之间选择用于在接收机中进一步处理。

Description

用于电信的接收机、收发信机、无线单元和方法
发明领域
本发明总体上涉及电信领域，并且特别涉及用于接收电信系统(例如蜂窝无线通信系统)中大信号范围的信号的方法和装置。
发明背景
通过″无线单元″来意指用于无线通信的所有便携式和非便携式的设备，像移动/蜂窝电话、收发信机、传呼机、电传机、电子笔记本、具有集成无线单元的膝上型电脑、通信装置、计算机、路由器、简洁的微芯片或者使用无线链路作为通信装置的任何其它电子设备。这些设备可被用于诸如蜂窝网、卫星或小局域网之类的任何类型的无线通信系统中。
蜂窝无线通信系统，例如AMPS、NMT、D-AMPS、GSM和IS-95(CDMA)，通常被使用来向具有无线单元的多个用户提供话音和数据通信。这些系统中的关键块是接收和检测蜂窝无线通信系统中的发射信息的接收机。
在例如无线单元、基站或者基地收发信台中，接收机可以被安排成为一个单独的单元或者成为和发射机一起的集成单元，即，收发信机。
接收器信号性能测量的参数是动态范围。该动态范围由那个使得输出信号正好达到输入信号幅度开始变成限制的(失真的)电平的输入信号功率与产生最低可检测输入信号的输入信号功率之间的商数来定义。当信号幅度开始变成限制(例如由于所使用的组件中的限制效应)时，幅度调制信号不能被正确地接收。作为一个例子，接收机的动态范围可以为80dB。
GMSK(高斯最小频移键控)是一种例如使用于GSM中的调制技术。这是一种以相移键控(PSK)为基础的窄带、数字调制技术。用一个具有高斯脉冲响应的滤波器来对该信号滤波。GMSK中的每个码元包含一个比特。GMSK是一种″恒定包络″调制技术，在此，发射的信息，例如数据或话音，只会影响信号相位。因此，幅度不包含关于发射信息的任何信息。结果，只有很小的信号质量损耗由接收机中的幅度限制所引起，因此，一个限制器可用于获取GSM规范05.05所要求的高动态范围。
八倍四相移相键控(8-QPSK)是使用于例如EDGE(GSM发展的增强型数据速率)中的一种调制技术。8-QPSK中的每个码元包含三比特。这意味着与恒定频谱使用的GMSK调制相比，比特率能够被增加。这种调制技术具有与GMSK相反的一个不同包络(信号幅度)。8-QPSK调制信号中的信息被嵌入在相位和幅度中。结果，在接收机各处，相位和幅度两者必须被保存。没有幅度限制被允许。由于接收机动态范围的要求与GSMK应用(GSM05.05)的相同，所以增加的动态范围要求必须按照不同于以前方法的另一种方法来实现。
与可以忽略来自非线性组件中限制效应的一个恒包络调制技术相反，8-QPSK是一个变化包络调制技术的示例，它需要被正确接收的非限制组件，即，没有限制效应。需要非限制组件的变化包络调制技术的其它例子有：四相移相键控(QPSK)，正交幅度调制(QAM)和16正交幅度调制(16-QAM)。
美国专利US5276685描述了一种接收机，其利用一种通过利用自动增益控制(AGC)来用于把接收信号调整到接收机的限制动态范围的方法。接收机包括一个由数字模拟转换器来控制的可变增益放大器。可变增益放大器的增益设置是以前面老的信号抽样为基础，其对于后来接收的信号抽样可能无效。AGC技术，它是一种反馈技术，在增益设置中引入延迟并且释放信号精确度的风险被预知，导致错误的接收和增加的误码率或者接收机性能的其它系统测量。
美国专利5714956，美国专利5600317和EP专利申请EP0351788描述了具有高动态范围的模拟信号的模拟数字转换的方法和装置。模拟信号的数字化由多个A/D转换器来完成，其每一个具有不同的前置放大，因此可利用从中计算出数字输出信号的具有最好瞬间信号分辨率的A/D转换器。因此它们对于信号中的每个比特做出选择。目的是对于音频信号获取出自A/D转换器的更多的有效比特。应当指出，通过使用不同的放大器(每个A/D转换器用一个)则在每个放大器的输出信号之间将有不同的延迟(每个放大器有它自己″唯一的″延迟)。放大器也引起偏移或发射时间误差，这不得不通过在接收机中选择不同的计算算法来消除之。
正如在此看到的，在这些专利中公开的每种方法和装置都是与本发明的方法和装置不同的类型。
发明内容
本发明针对电信系统(例如无线或固定电信系统)中与具有大信号范围的接收信号相关的问题。
当接收信号的幅度超过接收机的动态范围时并且在需要该幅度来正确地解调该信号的地方，此问题出现。某些现有技术的接收机使用把接收信号限制到一个确定电平的内置式限制器。这增加了幅度调制信号的误码率。
据前所述，本发明的的主要目的是提供用于接收具有大信号范围的幅度变化信号的方法和装置。
本发明的另一目的是提供用于使具有变化信号电平的信号的接收机动态范围最优化的方法和装置。
在根据本发明的接收机中，适合于不同信号范围内的接收信号的不同信号接收机分支被安排来接收一个模拟信号。一个判断开关被安排根据确定的准则来在出自信号接收机分支中各个输出之间进行选择。
根据接收机的一个实施例，一个具有第一动态范围的无衰减信号接收机被安排并行于具有第二动态范围的衰减信号接收机分支，以便接收在一个特定信号范围内变化的信号。第一和第二动态范围彼此部分重叠，并且一起覆盖接收信号的整个信号范围。两个接收机分支都被连接到其中储存来自接收机分支中的输出信号的存储器。存储器被连接到判断开关，该判断开关根据确定的准则选择所储存的输出信号以便使接收机对于最佳信号质量最优化。
于是，本发明的接收机其特征如附加权利要求1中所示。
根据本发明的接收机中所利用的方法其特征如附加权利要求19中所示。
本发明的一个优点是：可使用例如低成本A/D转换器和RF信号部件之类的低成本组件来构造一种具有高动态范围的接收机。
另一优点是：没有反馈差错被引入。
另外一个好处是：可构造一个瞬时脉冲响应接收机。
附图说明
图1a-b说明了根据现有技术的接收机一部分的示意框图。
图2说明了信号和动态范围的示意图。
图3是根据本发明的接收机一部分的示意框图。
图4是根据本发明的接收机中信号和动态范围示意图。
图5是多个接收猝发的峰值幅度的示意图。
图6a-b是根据本发明的接收机一部分的示意框图。
图7a说明了未限幅和限幅信号的示例之曲线图。
图7b说明了未衰减和衰减信号的示例之曲线图。
图8说明了信号猝发和若干数字抽样的曲线图。
图9说明了根据本发明方法的第一实施例的流程图。
图10说明了根据本发明方法的第二实施例的流程图。
最佳实施方式
本发明涉及在通信系统中用于接收具有高信号范围的例如话音和/或数据通信信号的方法和装置。一个示例是无线通信系统中的无线信号。
图1a说明了根据现有技术的第一接收机100的一部分的示意框图。只有理解现有技术与本发明之间区别所需要的接收机100的那部分被说明。带通滤波器101被连接到增益块102，增益块102被连接到I/Q解调器103。I/Q解调器103也被连接到两个A/D转换器104a-b，一个用于I信号而一个用于Q信号。A/D转换器还被连接到数字信号处理器105。
带通滤波器被用于减少使接收机失真的带外信号而增益块102被用于形成足够的增益以便正确地接收最低所需信号。I/Q解调器/下转换器103把呼入的IF或RF信号，通过以一种已知方式使用内部本机振荡器，把模拟输入信号解调为基带I和Q信号，它们被A/D转换器104a-b转换成数字信号。数字信号连接由图中的虚线来说明。数字信号处理器105根据接收信号的无线/系统要求的规定信道带宽来执行数字域中的进一步信号滤波并产生信号抽样，用于像无线信道均衡之类的进一步接收机处理并码元解码成为包含信号消息的接收数据流。
输入信号例如可以是一个RF或者一个IF信号，这取决于滤波器101前面的电路。带通滤波器101之前可以有若干已知组件，例如一个前置放大器(前端单元)和/或一个IF或RF混频器，在图中为了简洁而将它们省略。数字信号处理器105还可以被连接到若干已知组件，例如均衡器和/或信道解码装置，在图中为了简洁而将它们省略。
图1b说明了根据现有技术的第二接收机106的一部分的示意框图，在此，与图1a中的接收机100相比，A/D转换和I/Q解调已交换位置。这意味着来自增益块102中的信号在I/Q解调发生之前被A/D转换。因此，图1b中的I/Q解调器103用数字输入信号代替图1a中的模拟输入信号来工作。
正如先前规定的，一个单元(例如接收机或A/D转换器)的动态范围，是由那个使得来自该单元的输出信号正好达到信号幅度开始变成限制的(失真的)电平的输入信号功率与从该单元中产生最低可用/可检测输出信号的输入信号功率之间的商数来定义。该动态范围通常用dB给出。
一个信号的信号范围是在一个猝发期间最高输入信号强度与最低输入信号强度之间的比值。这意味着如果信号范围符合接收机的动态范围，则没有限制效应发生。
信号质量可以被定义为希望的输入信号和各种干扰(例如由接收机附加的噪声、到天线中的热噪声或者信号带宽内的干扰无线信号)的强度之比。需要一个高信号质量以便获得一个低BER和BLER。
图2说明了一个示意图，在此以一种对数标度(dB的形式)来说明若干信号和动态范围201-205。虚线206说明例如图1a中接收机100之类的接收机所要求的最大噪声电平。虚线207说明接收机将工作在其中的系统所要求的最小灵敏度。虚线208说明接收机可以处理的最大信号电平。虚线209说明一般说来比接收机中有效组件/单元的动态范围更高的系统中的最大规定的信号电平，特别是对于像QAM、8-QPSK等等的线性调制系统。锯齿状曲线210说明了接收机所要求的系统噪声电平。
信号范围201说明系统中所需的信号接收范围，这意味着在系统中发射的信号可以具有此范围内的任意信号电平(例如幅度)。
动态范围202说明了接收机的动态范围，其由例如图1a中的A/D转换器104a-b之类在接收机中具有最低动态范围的组件/单元来确定。如图2所示，接收机的动态范围202比系统的信号范围201小。这意味着：象8-QPSK类似的信号电平超出线208(接收机动态范围202的上限)的信号将被接收机限制效应错误地接收(破坏)。
信号范围203说明了接收信号所需要的(最小的)信号范围，用于获得接收机中一个足够的信号接收性能(只要该信号范围在接收机的动态范围202之内)。信号可以具有更大的信号范围，例如信号范围205，其符合接收机的动态范围但是其将不会引起比具有等于范围203的信号范围的一个信号更好的任何信号接收。此足够的信号接收性能可以由系统中若干不同的信号质量要求来确定，例如，比特差错率(BER)，块出错率(BLER)，载干比(C/I)或者载波噪声比(C/N)。
信号范围204说明最小可用电平处的信号。该信号正好达到线207，系统的最小灵敏度。
图3是根据本发明的接收机300的一部分的示意框图。只有理解本发明所需要的接收机300的那部分被说明。带通滤波器301被连接到增益块302。增益块302进一步被分别连接到第一和第二信号接收机分支303、304。增益块302还可以被连接到由虚线信号接收机分支305所说明的附加信号接收机分支。
第一信号接收机分支303包括一个延迟单元310，其连接到包括A/D转换器、I/Q解调器和数字信号处理器的第一块307a上。这些单元在第一块307a中可以如何被安排的示例在图6a-b中被公开。延迟单元310在大多数的实现中可以被省略。这在图3中由延迟单元310的虚线来说明。第一信号接收机分支被称为无衰减信号接收机分支。
第二信号接收机分支304包括一个衰减器306，其连接到也包括A/D转换器、I/Q解调器和数字信号处理器的第二块307b上。这些单元在第二块307b中可以如何被安排的示例也在图6a-b中被公开。衰减器306把呼入信号的信号强度(幅度)衰减一般以dB设置的一个确定数值，设置以便第二信号接收机分支中所要求的动态电平被满足。如果一个或多个额外的信号接收机分支被使用，例如分支305，则它们的每一个衰减器具有一个唯一衰减，例如分支304中的A dB和分支305中的B dB。具有O dB以上衰减的信号接收机分支，例如分支304和305，在此申请中被称为衰减信号接收机信号接收机分支。
作为一个示例，衰减器306可以是一个电阻网络(一个无源的和线性组件)。电阻一般说来不引起延迟或者引起一个非常有限的延迟。但是如果它引起一个延迟，则很容易增加一个具有零或者几乎零衰减的附加电阻网络(延迟单元310)到第一(无衰减)接收机分支303，以便在衰减和无衰减信号接收机分支304、303两者中分别获得相同的延迟。这意味着即使一个电阻被使用作为延迟单元310，第一(无衰减)信号接收机分支303本质上也是无衰减的。
信号接收机分支被连接到第三块308，其包括：一个存储器，用于存储来自信号接收机分支中的输出信号；一个计算单元，用于计算每个呼入信号抽样的信号强度数值等等；和一个判断开关，用于确定储存信号的哪一个将被转发用于在接收机中进一步处理。这意味着所有的信号接收机分支被用来接收同一信号，但是对于每个信号抽样，它们的输出信号中只有一个将被进一步使用于接收机中。对于每个接收信号猝发(在一个猝发接着一个猝发的根据上)或者对于每个信号猝发中的一个或多个连续抽样(在一个抽样接着一个抽样的基础上)可以进行判断开关中的判断。旧的储存信号可以被刷新以便节省存储器。
图8说明了一个信号猝发801。一个信号猝发可以被定义为在例如TDMA帧中一个时隙之类有限且预定义的时间周期之下发射或接收的信号。接收机正常地接收来自发射机中的若干连续信号猝发。这意味着每个猝发可以是接收模拟信号的一部分。该信号在A/D转换器中被数字化，从而模拟信号802被转换成表示信号中信息的数字抽样803a-o。每个抽样803a-o包括一个I/Q对(一个I和一个Q信号值)。
第三块308被连接到最后的信号处理单元309，其接收来自判断开关中的猝发信号抽样，并且执行(无线)信道均衡并且把接收的信号解码成为包含信号消息的数据比特。该消息然后根据系统要求被转发用于进一步处理。
图4说明了第一和第二接收机分支的动态范围的示意图。动态范围401说明了第一接收机分支303的动态范围，而部分重叠的动态范围402说明了第二接收机分支304的动态范围。该重叠应该至少等于在接收机300中用于接收足够信号接收性能所要求的(最小的)信号范围，即，图2中的信号范围203。通过提供这两个部分重叠的动态范围，系统中整个所需信号(接收)范围201(线206和209之间)被接收机300覆盖。虚线208表示用于选择猝发的信号抽样从中被转发的接收机中的信号接收机分支的门限电平/点或判断电平/点。根据图2的噪声电平210也被示出在图4中以便说明第二接收机分支304的衰减影响可以在第二接收机分支中利用的最低信号电平到什么程度。
与动态范围401相比，在信号接收机分支303和304之间具有图4中把动态范围402往上移若干dB的效应的衰减不同。
范围403和404说明了例如一个猝发或者一个抽样之类的信号的两个信号范围(信号幅度取值范围)，峰值信号电平低于线208，即信号范围在第一接收机分支的动态范围401之内。毫无疑问它们可以通过第一(无衰减)接收机分支被接收和处理。当通过第二(衰减)接收机分支304处理这些信号时，这些信号的幅度被衰减，参见图7b中的704，这意味着一个风险，即信号的信号范围变得太小以至于无法被正确接收(即把所要求的最小信号范围203变小)。这些信号因此将无干扰地通过第一(无衰减)接收机分支303，并且将在其它衰减信号接收机分支中被隐藏在噪声中(即具有一个低信号质量)。
范围405和406说明了例如一个猝发之类的信号的两个信号范围(信号幅度取值范围)，峰值信号电平低于线208，即信号范围在第二接收机分支的动态范围402之内。这些信号不能通过第一(无衰减)信号接收机分支303正确地接收，因为这些信号的幅度将变得限制，参见图7a中的702(导致一个低信号质量)。这些信号具有比第一接收机分支303可以处理的更大的幅度，即，这些信号具有一个达到第一接收机分支303动态范围401之外的信号范围。当通过第二(衰减)接收机分支304处理这些信号时，在它们在第二接收机分支304中被处理之前，幅度被衰减，参见图7b中的704。由于这些信号从一开始就具有如此高的一个信号电平并且在衰减之后没有危险变小的这一事实，所以它们将保持所有的幅度信息。因此尽管衰减，这些信号也将获得一个高信号质量。这意味着当与图4中说明的第一动态范围401相比时，第二动态范围402被往上移。
作为第一示例，通过相应于接收模拟信号的相同部分比较每个储存信号抽样的信号强度来执行第三块308中的判断开关的信号选择，由此具有最高信号质量的抽样被选择。
第二示例是：相应于接收模拟信号的相同部分，把每个储存信号抽样的信号强度与每个信号接收机分支的确定门限电平(即一组预先确定的门限值电平被使用)进行比较，由此具有超过相应门限电平和信号接收机分支的信号强度的抽样被选择。
在第三示例中，根据上面的第一或第二示例(即，彼此比较或者与特定的门限值电平相比较)来估计通过衰减信号接收机分支接收的储存信号抽样。如果在如上所述的估计之后没有抽样被选择，则通过第一(无衰减)信号接收机分支接收的抽样被选择。
在第四示例中，如果前面N个抽样中的任何一个超过衰减信号接收机相应的门限电平，则从衰减信号接收机分支中收到的储存信号抽样被选择。
这些示例说明了通过选择经由对于模拟信号特定部分产生最高信号强度质量的特定信号接收机分支接收的抽样，对于每个抽样把接收机性能最优化。例如，如果只有第一303和第二304信号接收机分支被使用，则通过第二(衰减)信号接收机分支304接收的并且具有超出图4中门限电平208的一个信号电平的信号将获得最高的信号质量。
判断开关也可以选择相应于抽样猝发并同时通过信号接收机分支之一接收的所有抽样，即，在一个猝发接着一个猝发的基础上，由此整个猝发的信号质量被用来确定选择哪一储存的猝发。
对于每个抽样猝发或数字抽样重复判断开关中的选择。这意味着当来自一个确定接收机中的一个抽样猝发或一个数字抽样被选择时，来自其它信号接收机分支中的其它储存的抽样/猝发被疏忽。
只要其它信号接收机分支不产生具有超出预确定信号强度/质量电平的信号强度或质量的任何抽样猝发，则来自第一信号接收机分支中的抽样猝发可以被选择作为缺省。作为一种替换，只要该抽样猝发具有在预确定信号强度/质量区间内的一个信号强度或质量，则来自第一信号接收机分支中的抽样猝发可以被选择作为缺省。
在另外一个替换中，选择可以使用较旧的选择作为选择的引导。如果判断开关选择通过第二(衰减)信号接收机分支304接收的抽样/猝发，则来自第二分支304的接下来的N个抽样/猝发(在此N是一个整数)也将被选择。作为一个示例这可以意指：通过估计来自各自信号接收机分支中的抽样猝发中预确定数目的数字抽样，例如最初10个数字抽样，则一个抽样猝发可以被选择用于接收机中的进一步处理。一个类似的替换看N个最新的抽样/猝发并且如果已经从第二分支304中选择这N个上一次抽样/猝发之一，则选择第二(衰减)分支304。如果对于在第一(无衰减)接收机分支303中的滤波器有显著的恢复时间并且特别是如果选择是在一个抽样接着一个抽样基础上时，则这些替换可以被使用。
图5说明了与为该系统规定的噪声电平相关的多个接收信号猝发的呼入信号峰值幅度501-505的示意图。第一和第二接收机分支303、304的部分重叠动态范围401和402分别和五个不同猝发的峰值幅度501-505一起被说明。通过两个信号接收机分支接收这些猝发的每一个并且它们相应的数字抽样被储存在块308中的存储器中。判断开关把每个储存抽样的信号强度与判断电平208进行比较。如果它们的一个或多个抽样具有超出判断电平208的信号强度(峰值幅度)，则判断开关选择通过第二分支304处理的猝发，即，对于503和505，否则，第一分支303被选择，即，对于501、502和504。由于401和402之间的重叠，具有达到超出该判断电平的最高幅度的所有猝发将具有一个信号电平，该信号电平显著超出第二接收机分支(304)的噪声电平(210)，以便由所述第二接收机分支以足够信号质量接收。
图6a说明了根据图3的第一和第二块307a-b的第一实施例的框图，在此输入信号在A/D转换之前被I/Q解调。
连接在延迟单元310或者增益块302(如果延迟单元310被省略)与第三块308之间的第一块307a，包括连接到第一和第二A/D转换器602a-b上的第一下转换器-I/Q解调器601a。A/D转换器602a-b两者被连接到第一数字信号处理器603a。来自第一信号处理器603a中的输出I2和Q2被连接到第三块308。第一信号处理器对来自A/D转换器602a-b中的I和Q信号执行数字信道滤波，即，担任数字滤波器604a-b。
连接在衰减器306和第三块308之间的第二块307b，包括连接到第三和第四A/D转换器602c-d上的第二I/Q解调器601b，第三和第四A/D转换器602c-d两者都被连接到第二数字信号处理器603b上。来自第二信号处理器603b中的输出i3和q3被连接到第三块308。第二信号处理器603b对来自第三和第四A/D转换器中的I信号、Q信号执行数字信道滤波，即，担任数字滤波器604c-d。第二信号处理器603b根据衰减器306的线性(即不是对数值)衰减值的倒数设置的数值通过向量乘法对滤波的I和Q信号执行数字放大，即担任一个数字放大器605a-b。该放大是对于衰减器306中的衰减的一个补偿，以便使输入信号的信息接收到被分发到系统的强度。还可以通过以相同方式相乘来使用其它补偿因素，以补偿接收机温度漂移和频率校正，即，接收机特性变化比接收频率信道等等。
这种补偿是衰减器306中衰减的一个精确补偿。该补偿还可以是某些实现中的局部补偿。
这意味着对于来自收到信号猝发中的每个抽样，有储存在第三块308中的存储器中的I和Q信号(I/Q对)。结果的信号强度SS然后可以被计算出来：SS＝(I2+Q2)1/2。通过使用I和Q信号，避免了由I/Q解调器或者A/D转换器引起的任何限制问题(如图7a中所说明的)。
图6b说明了根据图3第一和第二块307a-b的第二和第三实施例的框图。与第一实施例相比的不同是：输入信号是在I/Q解调之前被A/D转换。在这些实施例中，一个数字I/Q解调器和一个A/D转换器被使用于每个信号接收机分支中。虚线606a-b不包括在第二实施例中。
在第三实施例中，A/D转换器602a和602c的数字端也被连接到第三块308上(由虚线606a-b来说明)。这使得判断开关做出一个早期判断：来自哪一信号接收机分支中的接收信号猝发被选择。第三块308不需要计算在上面提及的SS＝(I2+Q2)1/2数值。I和Q信号在A/D转换器602a和602c之后仍然被包含在同一信号中。但是由于在这种情况下对于每一抽样，A/D转换数值包含有关信号强度的信息，所以较早的判断是可能的，从而节省了稍后将被去掉的数字下转换和滤波过程。
如果判断开关是在一个抽样接着一个抽样的基础上，则在连接606a-b上需要时间补偿τ以便补偿通过处理器603a-b的I和Q信号的延迟。但是如果判断开关选择并且是在一个猝发接着一个猝发的基础上，则不需要时间补偿τ。
作为一个示例，对于所有的分支利用数字滤波器并且对于衰减分支放大的数字信号处理器603a-b可以被实现为数字信号处理器(DSP)。例如通过根据动态范围使用于特定接收机分支中对于每个滤波器604a-d选择不同的滤波斜率，数字信号处理器中的数字滤波器功能可以被选择来使各自的信号接收机分支关于信干比(C/I)和/或信号噪音(C/N)比方面最优化。
数字放大由使数字信号乘以一个确定的放大数值的乘法器来完成。例如如果衰减器306中的衰减是A(A＜1)，则放大数值可以被选择为
Figure A0081424800161
以便补偿该衰减。
第一和第二信号接收机分支中的所有这些单元，例如A/D转换器，具有一个确定的动态范围(等于或不同于各自分支中的其它单元)。由具有各自信号接收机分支中的最低动态范围的单元来分别地确定第一和第二信号接收机分支303、304的动态范围401和402。这意味着A/D转换器602a-d或者I/Q解调器601a-b一般分别地规定第一和第二信号接收机分支303、304的动态范围。
图7a说明了无限幅信号701(例如8-QPSK信号)和一个限幅信号702(例如GMSK信号)的一个示例。限幅信号702用虚线来说明。作为一个示例，如果一个信号具有一个比转换器或者解调器大的动态范围，则该信号可以被A/D转换器或者I/Q解调器限制。
图7b说明了一个无衰减信号703和一个衰减信号704的示例。
图8说明了一个信号猝发和若干数字抽样并且已经关于图3的文本而被描述。
图9说明了根据本发明方法的第一实施例的流程图。在下面将还要对图3和6a进行文本的参考。
根据图9中的步骤901，接收机300接收一个模拟信号Ain，它在带通滤波器301中被滤波并在增益块302中被放大为第一模拟信号A。
根据步骤902，接收机把第一模拟信号A转发到第一和第二信号接收机分支303和304。
根据步骤903，衰减器306在第二信号接收机分支304中把第一模拟信号A衰减为衰减的模拟信号a1。在此描述中，衰减并放大的信号将以小写给出，例如a1或者q1，而无衰减的信号将以大写给出，例如A1或者Q1。
根据步骤904，各自的接收机分支中的I/Q解调器601a-b解调各自的模拟信号。模拟信号A在第一信号接收机分支303中被解调为无衰减的I和Q信号，而衰减的模拟信号a1在第二信号接收机分支304中被解调为衰减的i和q信号。
根据步骤905，A/D转换器602a-d把模拟I、i、Q和q信号转换为数字信号。模拟信号I和Q在第一信号接收机分支303中被分别转换为无衰减的数字信号I1、Q1，而衰减的模拟信号i和q在第二信号接收机分支304中被转换为衰减的数字信号i1和q1。
根据步骤906，数字信号处理器603a-b中的数字滤波器604a-d执行数字信号Q1、I1、q1和i1到滤波数字信号的接收机信道滤波。无衰减的数字信号Q1、I1在第一信号接收机分支303中被分别地滤波为无衰减的滤波数字信号I2、Q2，而衰减的数字信号i1、q1分别地在第二信号接收机分支304中被滤波为衰减的滤波数字信号i2和q2。
根据步骤907，数字信号处理器603b中的数字放大器605a-b在第二信号接收机分支303中通过数字乘法把衰减的滤波数字信号i2和q2放大为放大的数字信号i3和q3。作为一个示例，该放大可以是在步骤903中的模拟衰减的一个完全补偿。
根据步骤908，第三块308把来自第一和第二信号接收机分支303、304中的数字信号I2、Q2、i3和q3分别存储在存储器中。这些信号的每一个包括若干数字抽样并且每个抽样包括一个I/Q对。
根据步骤909，第三块308计算每个储存抽样(即每个I/Q对)的信号强度。对于关于此计算的细节，参见有关于图6a的文本。
根据步骤910，第三块308中的判断开关选择与通过信号接收机分支之一接收的信号猝发相应的储存抽样，用于在最后的信号处理单元309中进一步处理。对于每个选择，相应于同一原始模拟信号猝发的抽样被使用。对于在一个猝发接着一个猝发的基础上、在一个抽样接着一个抽样的基础上或者通过使用较旧的选择作为当前选择的引导而如何能够执行此选择的更多细节请参见前文。
选择的抽样/猝发被转送给最后的信号处理单元309。
如果有在接收机中有效的附加衰减信号接收机分支，例如分支305，则在步骤902中，第一模拟信号也被转送给那些分支，并且通过步骤903-908以与第二(衰减)信号接收机分支304中的信号类似的方式以及与之相同的时刻被处理。这意味着判断开关可以在通过一个无衰减的和至少两个衰减的接收机分支接收的抽样/猝发之间选择。
图10说明了根据本发明方法的第二实施例的流程图。在下面将还要对图3和6b进行文本的参考。最初的步骤1001-1003等于如图9所述的步骤901-903。
根据步骤1004，A/D转换器602a和602c把模拟信号转换为数字信号。模拟信号A在第一信号接收机分支303中被分别转换为无衰减的数字信号A1，而衰减的模拟信号a1在第二信号接收机分支304中被转换为衰减的数字信号a2。
根据步骤1005，各自的接收机分支中的I/Q解调器601a-b解调各自的数字信号。数字信号A1在第一信号接收机分支303中被解调为无衰减的I1和Q1信号，而衰减的数字信号a2在第二信号接收机分支304中被解调为衰减的i1和q1信号。
最后的步骤1006-1010等于如图9所述的步骤906-910，并且为了简洁将不在此描述。
在根据本发明方法的第三(未说明)实施例中，在步骤909中的计算被省略，因此在通过图6b中的连接606a-b接收的来自A/D转换器602a和602c中的输出信号上进行步骤910中的选择。
在上面公开的本发明的接收机和方法使用一种用于接收大信号范围的信号的解决方案，其通过储存经由具有不同动态范围的多个信号接收机分支处理的冗余数据并且选择冗余数据″最好的″一个用于进一步处理来消除了例如由于时延而丢失任何接收数据的危险。
一般来说，本发明的接收机可以包括相互重叠动态范围的N个信号接收机分支(在此，N是一个等于或大于2的整数)。该重叠动态范围将一起覆盖(即符合)接收模拟信号的信号范围201(该接收模拟信号具有在此第一信号范围内变化的一个信号电平)。
如果N＝2，两个信号接收机分支，则具有它们各自动态范围401、402的第一303和第二304信号接收机分支，分别被用来覆盖接收模拟信号的信号范围201。这两个信号接收机分支的第二个304包括一个衰减器306，以便获得与第一信号接收机动态范围401部分重叠的动态范围402，并且和那个动态范围401一起覆盖接收模拟信号的信号范围201。
如果使用三个或多个信号接收机分支(N＞2)来覆盖信号范围201，则每个附加的信号接收机分支，例如第三信号接收机分支305，包括一个衰减器311，以便获得与邻近的动态范围或范围组(它们相互重叠)部分重叠的一个动态范围。因此，在接收机300中的每个信号接收机分支之间的衰减中总是有一个差值。
接收机300还包括装置308，用于存储并选择来自信号接收机分支中的输出信号用于在接收机中进一步处理。
这意味着本发明的接收机将有一个总的/结果的动态范围，其可以接收模拟信号的整个信号范围，并且同时选择对于每个接收猝发或者模拟信号的任何其它预定义部分产生最高信号质量的那个信号接收机分支。
虽然主要通过参考使用EDGE和8-QPSK调制的GSM系统已经描述了本发明，但是本发明的方法和设备能够被应用来接收例如在光纤通信系统或者固定电信网中产生的其它幅度调制信号。
本发明的方法和接收机可以全部或者部分地被实现为具有内部或外存储器存取的一个或多个数字信号处理器电路中的软件。

Claims (24)

1.一种用于接收通信系统中模拟信号的接收机，在此，所述模拟信号包括在第一信号范围(201)内变化的信号猝发，并且在此，所述接收机(300)包括用于接收所述模拟信号的至少两个信号接收机分支(303、304、305)，其特征在于：
所述至少两个信号接收机分支(303、304、305)被安排为具有彼此部分重叠并一起覆盖所述第一信号范围(201)的动态范围(401、402)，并且在此所述接收机还包括：
装置，用于根据一个确定的准则来估计(308)来自所述至少两个信号接收机分支(303-305)中的所述信号猝发(801)的数字抽样；和
装置，用于选择(308)同时相应于一个信号猝发(801)的所有数字抽样，以在所述接收机中进一步处理，并且在此所述选择的抽样信号猝发(801)已经通过所述至少两个信号接收机分支(303、304、305)之一被接收。
2.如权利要求1所述的接收机，其中，所述选择装置(308)被安排来在相应于已经由所述至少两个信号接收机分支并行接收的同一接收信号猝发的抽样信号猝发之间做出所述选择。
3.如权利要求1或2所述的接收机，其中，所述至少两个信号接收机分支的至少一个包括提供来获得所述部分重叠动态范围(401、402)的衰减装置(306、311)。
4.如权利要求3所述的接收机，其中，以这样一种方式来选择所述衰减装置(306、311)中的衰减，以使在所述动态范围(401、402)之间的所述重叠至少等于用于获得所述接收机(300)中足够信号接收性能的一个定义的所要求的最小信号(203)。
5.如权利要求1-4的任何一个所述的接收机，其中，所述至少两个信号接收机分支的一个(303)本质上是无衰减的。
6.如权利要求3-5的任何一个所述的接收机，其中，所述衰减装置(306、311)包括一个电阻网络。
7.如权利要求3-6的任何一个所述的接收机，其中，包括衰减装置(306、311)的所述至少一个信号接收机分支(304、305)还包括放大装置(605a-b)。
8.如权利要求7所述的接收机，其中，所述放大装置(605a-b)被安排来放大数字抽样信号猝发，以补偿所述衰减装置(306、311)中的衰减。
9.如权利要求1-8的任何一个所述的接收机，其中，所述至少两个信号接收机分支(303、304、305)包括：A/D转换装置(602a-d)、解调装置(601a-b)和数字滤波器装置(603a-b，604a-d)，用来产生所述数字抽样。
10.如权利要求1-9的任何一个所述的接收机，其中，用于估计所述信号猝发的所述数字抽样的所述装置包括用于存储所述数字抽样的装置(308)。
11.如权利要求10所述的接收机，其中，用于选择的所述装置(308)被安排来使用所述储存的抽样信号猝发(801)的信号质量来选择所述抽样信号猝发用于在所述接收机中进一步处理。
12.如权利要求10所述的接收机，其中，用于选择的所述装置(308)被安排来把所述储存的数字抽样的信号强度与一组预定义门限值电平(208)进行比较，以选择所述抽样信号猝发用于在所述接收机中进一步处理。
13.如权利要求1-12之一所述的接收机，其中，用于选择的所述装置(308)被安排来通过估计来自所述至少两个信号接收机分支中所述抽样信号猝发的预确定数目的所述数字抽样来选择来自所述至少两个信号接收机分支(304-305)中的抽样信号猝发。
14.如权利要求1-10之一所述的接收机，其中，用于选择的所述装置(308)被安排来选择来自所述至少两个信号接收机分支(304-305)的第一个中的抽样信号猝发，只要所述抽样信号猝发具有在预确定信号强度区间内的一个信号强度或者在预确定信号质量区间内的一个信号质量。
15.一种收发信机，其特征在于：所述收发信机包括如 1-14之一所要求的至少一个接收机。
16.一种基站，其特征在于：所述基站包括如权利要求15所要求的至少一个收发信机。
17.一种无线单元，其特征在于：所述无线单元包括如 1-14之一所要求的至少一个接收机。
18.一种在通信系统中用于在接收机中接收模拟信号的方法，在此所述模拟信号包括在第一信号范围(201)内变化的信号猝发，并且在此所述接收机(300)包括用于接收所述模拟信号的至少两个信号接收机分支(303、304、305)，其特征在于所述方法包括下列步骤：
-在所述至少两个信号接收机分支(303、304、305)中把具有信号猝发的所述模拟信号处理(903-907)成数字抽样信号猝发，在此所述至少两个信号接收机分支(303、304、305)被安排为具有彼此部分重叠并一起覆盖所述第一信号范围(201)的动态范围(401、402)；
-根据确定的准则来估计(908-910)来自所述至少两个信号接收机分支(303、304、305)中的所述数字抽样信号猝发；和
-选择(910)已经被所述至少两个信号接收机分支(303、304、305)之一处理的所述数字抽样信号猝发之一用于在所述接收机中进一步处理。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述选择步骤(910)在与所述模拟信号中的同一接收信号猝发相应的抽样信号猝发之间执行一个选择，并且在此所述信号猝发已经由所述至少两个信号接收机分支并行接收。
20.如权利要求18或19所述的方法，其中，所述处理所述模拟信号成为数字抽样信号猝发的步骤包括下列步骤：
-在除了一个之外所有的信号接收机分支(304、305)中把所述模拟信号衰减(903)为一个衰减的模拟信号，由此获得一个无衰减的和至少一个衰减的模拟信号；
-通过I/Q解调、A/D转换和数字信道滤波把所述衰减的和无衰减的模拟信号转换(904-906)为滤波的数字抽样信号猝发；
-把相应于所述衰减的模拟信号的所述滤波数字抽样信号猝发放大(907)为放大的数字抽样信号猝发以便恢复接收信号强度；
-将所述放大数字抽样信号猝发和相应于所述无衰减模拟信号的所述滤波数字抽样信号猝发作为所述数字抽样信号猝发存储(908)在所述接收机中的存储器中。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述储存的数字抽样信号猝发的信号质量被用来选择用于在所述接收机中进一步处理的所述抽样信号猝发。
22.如权利要求20所述的方法，其中把所述储存的数字抽样信号猝发的信号强度与一组预定义门限值电平(208)相比较以便选择用于在所述接收机中进一步处理的所述抽样信号猝发。
23.如权利要求18-22的任何一个所述的方法，其中，所述选择步骤(910)通过估计来自所述至少两个信号接收机分支中所述抽样信号猝发的预确定数目的数字抽样来选择来自所述至少两个信号接收机分支(304-305)中的抽样信号猝发。
24.如权利要求18-23的任何一个所述的方法，其中，所述数字抽样的每一个是一个I/Q对，并且所述估计步骤(908-910)包括在所述选择(910)步骤之前计算(909)所述I/Q对的信号幅度的步骤。
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