CN1489851A - 无线通信系统之信号接收及处理方法 - Google Patents

Abstract

在此方法中，被接收之信号的频道选取先经一模拟频道选取滤波器(KSF)实施，此信号接着即被转换成一数字离散时间以及离散－数值信号，而最后此连续－时间与连续－数值信号之特性资料系以经由一个使用了一函数系统{φ(t－K)}的数学再现(reconstruction)运算法来利用零交越{t_i}与相位数值{φ(t_i)＝k_i·π/2，k_i∈N₀}而获致的数学性地再现为基础而被决定。

Description

无线通信系统之信号接收及处理方法

本发明系为关于在一无线通信系统中处理一被接收信号的方法，尤其针对无线电话而言，以及一个用以操作使用此方法的接收信路。

无线数字通信系统，例如数字加强式无线通讯系统(DigitalEnhanced Cordless Telecommunications，DETC)、世界数字无线电话(World Digital Cordless Telephone，WDCT)、蓝芽(Bluetooth)、共享无线存取协议(Shared Wireless AccessProtocol，SWAP)、无线局域网络(Wireless Local Area Networks，WLAN)IEEE 802.11都需要适当的接收器，其系为了得到透过空中接口(air interface)而传输的无线电频率(radio-frequency)信号的免线(wire-free)接收，而以一个简单的方式提供了一个具有尽可能不失真之基带信号(baseband)的解调器(demodulator)。在此个案中，除了高敏感度之外，高整合层次、低花费、低能消耗以及对不同无线通信系统的应用弹性大亦都是被期望获得的。为了利用数字电路技术的优点(无偏移、无老化、无温度依赖性、精确再生性)，在此个案中至少部分的该接收电路是以数字信号处理组件的形式存在。在此个案中，信号失真除了在模拟信号处理区段(也就是所谓的模拟接收器前段)会发生之外，亦会在数字信号处理区段发生，而此信号失真的特征系受所使用的(模拟及数字)信号处理组件而定。此类的信号失真降低了接收器功率的效率，那就是说其不利地影响了接收器对于一预定的位错误率之敏感度与范围。

超外差式接收器(superheterodyne receiver)现在常被利用于无线数字通信系统之中。为了实现较高的整合性以及连带之较低系统花费，具有低中间频率的接收器，即所谓的低-IF(中间频率)接收器或是零-IF(零差，homodyne)接收器，因为在处理镜相频率抑制(mirror frequency suppression)时并不需外部的滤波器而可有较高的系统整合性(举例来说，请参考DECT、蓝芽、WDTC)，进而使其被使用的情况一再增加。最近，以限制器/鉴频器(limiter/discriminator)之原则为基础的模拟FM解调器(频率调变)系被作为数字调变高斯滤波频率移(Gaussian-FilteredFrequency Shift Keying，GFSK)的基础，其中该GFSK系被应用于前述之无线系统中，且一个以该频率调变为基础的公式即可出现。为了抑制因该限制器的非线性而造成的较高频率干扰，该限制器系被模拟频率-选取滤波所监视。由信号理论的观点来看，此滤波并非最完美的，因为即使被调变中间频率的信号已被精确地带限(band-limited)且瞬间相位(instantaneous phase)φ(t)被精确地带限，受该滤波期间所控制的复合波封(complex envelope)e^iφ(t)并未被精确地带限。

因此，本发明系以具体说明一个用在无线通信系统中处理被接收信号之方法及其相关的接收器电路的目标为基础，其系准许由信号-理论的观点来看被改进的信号处理，特别是对使用了像是频移按键法(Frequency Shift Keying，FSK)之数字信号传输方法而被调变的信号而言。

此目标系藉独立项之申请专利范围的特征而得以实施。

本发明必须以在针对被接收之信号而执行一频道选取之后，该信号系被转换成一个数字式的、离散-时间(discrete-time)以及离散-数值(discrete-value)的信号之概念为基础，且一个该信号特性资料的数学再现接着系透过一个应用函数系统的数学再现运算法并以复合波封的零交越(zero crossings)为基础而实施。

详细地说，根据本发明而得到之在无线通信系统中处理被接收信号的方法乃具有以下步骤：

-透过模拟频道选取滤波器(KSF)来执行频道选取，

-此信号系被转换成一个数字式的、离散-时间与离散-数值之信号，

-此连续-时间以及连续-数值信号之特性资料系藉由一个应用了函数系统{(t-K)}的数学再现运算法来利用零交越(zerocrossings)与相位数值{φ(t_i)＝k_i·π/2，k_i∈N₀}而被数学性地重现。

在一个数字接收器的实施例中，一频率转换系被执行至一中间频率。接着，与习知的方法相比，在此所述之方法利用了离散-数值(二位)复合信号系自该限制器之后方才产生的事实，其中有用信息系被包含于I与Q或是真实与虚拟部分的零交越之中。因为此信号最初仍及时连续，变至一数字(离散-时间以及离散-数值)信号的转换系藉由以一取样速度f_s进行等距取样而得以实施。信号瞬间相位φ(t)得数学再现系藉专门地使用零交越与相位数值而被完全数字化，其在中间频率已适当地根据后述之详细再现运算法而被选择时可被确定。

经由举例，移位正交sinc函数(shifted orthogonal sincfunctions)(请参考Shannon-Whittaker取样理论)或是正交自格函数(orthogonal scaling functions)(参考子波)可被用作为函数系统{φ(t-K)}，系以被再现的信号s(t)之特征为基础。所谓的道比其自格函数(Daubechies scaling function)亦可为了此目的而被作为一范例。

然而，本发明之方法亦可被用于非正交函数系统中，例如双正交(bi-orthogonal)函数系统。

为了改善已实施之信号品质以及更进一步地噪声滤除，在该数学再现之后执行滤除是可能的，即所谓的后滤除(postfiltering)，系经由一个具有预设系统函数的数字滤波器。

本发明之方法特别适于一般CPM信号的瞬间相位之重现。除了前述之一般数字信号处理的好处之外，本方法的好处还包含该信号再现可依据一个与瞬间相位之信号特征相符合的函数系统之选择而被精确的实施。基于信号-理论的原因，这大概就是此具有一般方式的个案。再者，一个以本发明之方法为基础的接收器准予在功率效率上的改善，那就是说在预定之最大位错误率之敏感度与范围上有了改善。

在本发明方法的另一个实施例中，此相位重现亦可在一群组延迟时间均衡器(group delay time equalizer)之前，其系为了均化由模拟频道选取滤波器(analog channel selection filter)所造成的群组延迟时间等化(group delay time equalization)。

本发明将藉由使用示范性的实施例并参考图标而更详细的被描述于后续文字中，其中：

第一图呈现了一个操作使用本发明方法之接收器电路的概要电路图；以及

第二图呈现了一个已比照第一图而扩充的接收器电路之概要电路图。

第一图呈现了，经由举例，一个根据本发明所得之接收器电路组态，其可被应用于，例如，DECT、WDCT、蓝芽、SWAP、WLAN、IEEE 802.11系统中(跳频方法)。

一无线电信号系透过天线A而被接受，并经由一输入滤波器F而提供至一低噪声输入扩大器LNA。此输入扩大器LNA以一变量增益(variable gain)来扩大此无线电-频率天线信号。

在低噪声之扩大后，被扩大的信号即被转换成一中间频率。为此，由此低噪声扩大器LNA所发出之输出信号系被提供至两个调音器(mixer)M1、M2。此等调音器M1、M2系以90°相位的已知方法来操作，该90°相位系藉由使用局部振荡器(未显示)所发出的混和频率而设定。被用以操作调音器M1、M2的两信号分别具有相对应的时间关系cos(ω₀t)以及sin(ω₀t)，其中ω₀系为与该振荡器频率有关的循环频率，而t则为时间。

同相(in-phase)(I)与正交(quadrature)(Q)信号系以一缩小的频率，系指后续文字中的中间频率(IF)，而分别产生于调音器M1与M2的输出中。

来自于调音器M1与M2的输出系分别被作为一模拟频道选取滤波器KSF的I与Q信号输入，该KSF系被应用于镜相频率抑制。此频道选取滤波器KSF被用以选择一特定频率频道且因此可自出现于输入端的宽频信号/接口信号之混和中选出受期待而又有用的信号。

此I与Q信号组件系在该频道选取滤波器KSF的输出A1与A2之处以可使用频道的带宽来释出。

频道选取滤波器KSF的输出A1系与一第一限制器L1的一输入相连，而输出A2则是连接于一第二，实体相同的，限制器L2之一输入。

限制器L1与L2的输出系分别连接至一第一采样站AS1与一第二采样站SA2的输入。此数字信号处理即开始于来自该采样站AS1与AS2的信号下游(signal downstream)之路径中。

限制器(L1与L2各别地)与采样站(AS1与AS2各别地)的组合代表了一个具有字长度为1的模拟/数字转换器。操作此限制器与取样站之结合，也就是L1与AS1以及L2与AS2的方法系被描述于后：

限制器L1、L2切断所有超过一预定限制层级门槛的输入层级，也就是说，在切断范围内，他们在产生一个具有固定信号层级的输出信号。如果，如同在此个案之中，该等限制器L1、L2具有高的增益(gain)以及/或是低的限制层级门槛，他们差不多在切断或是限制范围内的所有时间中都被操作。一个具有离散数值(二位)而仍及时连续的信号因此产生于该等限制器L1、L2的输出。这个在限制器L1、L2的输出之I与Q信号组件中有用的信息乃包含这些信号组件的零交越。

此离散-数值模拟信号组件系经该两个取样站AS1、AS2，其系皆为一位(one-bit)形式的取样器，以速率f_s取样。此取样系藉频道带宽(这就是指由频道选取滤波器KSF而来的信号下游之带宽)的过量取样而得以实施。

经由举例，此频道带宽可为1百万赫兹(MHz)而取样频率f_s为104MHz，也就是说过量取样系藉一因子104而得以实施。

此模拟/数字转换的一个好处在于限制器L1、L2提供了扩大接口于有用的信号之中。

被数字化的I与Q信号组件系被提供至一相位再现电路(phasereconstruction circuit)PRS，其中瞬间相位φ(t)系使用该零交越(zero crossings{t_i})而被数字性地再现而可藉适当地选取中间频率而决定的相位数值{φ(t_i)＝k_i·π/2，k_i∈N₀}系使用后续的再现运算法而被再现。在此个案中，s(t)系为利用一正交函数系统{φ(t-k)}而被再现的信号。

初始    对k＝0至K-1

$c_{0,k}=\underset{i=0}{\overset{I-1}{\mathrm{\Σ}}}s\left(t_i\right)\·a_{i,k}$

对i＝0至I-1

结束

结尾

重复

对n＝0至N-1

   k＝0至K-1

$c_{n+1,k}=c_{n,k}+\underset{i=0}{\overset{I-1}{\mathrm{\Σ}}}[s\left(t_i\right)-s_{n-1}\left(t_i\right)]\·a_{i,k}$

结束

对i＝0至I-1

结束

  结束

再现

经由举例，移位正交sinc函数或是正交自格函数例如子波可被用作为此函数系统{φ(t-K)}。经由举例，第三图呈现一波长长度为6的道比其(Daubechies)自格函数(scaling function)。道比其自格函数具有一有限载体的优点。

如第一图所示，为了改进信号品质以及噪声滤除而经由一个具有预设系统函数H_post(z)的数字滤波器来执行后滤除(postfiltering)是有可能的。

第二图呈现一个接收器电路实施例，其与第一图所示之实施例相比已被扩充。在此接收器电路中，一群组延迟时间均衡器系被配置于相位再现电路PRS之后，用以等化因模拟频道选取器所造成之群组延迟干扰。此群组延迟时间均衡器包含设置于恰当信号路径上的全通(all-pass)滤波器AP1、AP2。而全通滤波器AP1与AP2个别具有的I与Q信号输出可被提供至一适当解调器的恰当输入。

在一般的个案中，此解调器可为一连续相位调变(ContinuousPhase Modulation，CPM)解调器。此使用被提供至其自身之输入的信号组件，那就是说这些信号组件的瞬间相位或是瞬间频率，以便评估在此传输数据符号序列(data symbol sequence)中的数据符号。

Claims (10)

1.一种在无线通信系统中处理被接收信号的方法，特别是一数字调变信号，其系具有以下步骤：

-透过一模拟频道选取滤波器(KSF)来实施频道选取，

-此信号系被转换成一个数字式、离散-时间以及离散-数值的信号，

-此连续-时间以及连续-数值信号之特性资料系藉由一个应用了一函数系统{(t-K)}的数学再现(reconstruction)运算法来利用零交越(zero crossings)与相位数值{φ(t_i)＝k_i·π/2，k_i∈N₀}而被数学性地再现。

2.如申请专利第1项所述之方法，

其特征在于

-该函数系统系为一正交函数系统。

3.如申请专利范围第1项或第2项所述之方法，

其特征在于

-被限制之信号的信号限制与过量取样系为了该被接收信号的数字化而被实施。

4.如申请专利范围第3项所述之方法，

其特征在于

-一个具有字长度为1的信号系于过量取样的期间中产生。

5.如任何一个前述申请专利范围所述之方法，其特征在于

-该被接收之信号系被FSK所调变。

6.如任何一个前述申请专利范围所述之方法，其特征在于

-群组延迟时间的等化系于来自该数学再现的信号路径下游(signal path downs tream)中被实施。

7.如任何一项前述申请专利范围所述之方法，其特征在于

-至一中间频率的频率转换系于该频道选取之后才被实施。

8.一种无线通信系统接收器电路，系具有：

-一模拟信号处理区段以及一数字信号处理区段，而

-该模拟信号处理区段包含有一频道选取滤波器(KSF)

其特征在于

-该数字信号处理区段包含一相位再现电路(PRS)，其系为了得到一个经由使用一函数系统{(t-K)}的数学再现运算法来利用零交越{t_i}与周期性相位数值{φ(t_i)＝k_i·π/2，k_i∈N₀}而获致的连续-时间与连续-数值信号之特性资料的数学性地再现。

9.如申请专利范围第8项所述之接收器电路，其特征在于

-该数字信号处理区段具有一群组延迟时间均衡器(AP1、AP2)，系至少应用于由该频道选取滤波器(KSF)所造成之信号干扰的等化。

10.如申请专利范围第9项所述之接收器电路，其特征在于

-该群组延迟时间均衡器(AP1、AP2)系为一全通(all-pass)滤波器。

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