CN1499743A - 一种无线通信系统天线转换分集的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线通信系统天线转换分集的方法及其装置，本发明用于天线转换的两个重要因素是接收信号强度指示RSSI值和误帧值，利用这两个值，经过一定的标准，判断出应该选择哪个天线。如果是单天线的遮挡导致接收信号的可信度降低，则可以用切换到另一个天线的方法来改善接收信号的质量。对于突发的干扰也可以用切换天线来保证接收信号的可信程度。本发明在选择接收天线的同时也选择了发送天线，即保证了信号收发的良好效果，又起到了上、下行传输的平衡的作用。采用本发明所述方法，与现有技术相比，达到了即简便又实用的效果，在保证了信号的接收质量的基础上节省了系统的硬件开销，降低了功耗。

Description

一种无线通信系统天线转换分集的方法及其装置

(1)技术领域

本发明涉及一种天线转换分集的方法及其装置，尤其涉及TDMA-TDD(TimeDivision Multiple Access/Time division Duplex：时分多址、时分双工)方式无线通信系统天线转换分集的方法及其装置。

(2)背景技术

天线分集方案主要分为两大类：一类是选择式分集，它由多个接收机组成，检波后选择最好的一路接收机信号；另一类是转换式分集，它有一个接收机和多个天线分支，通过在各天线间的转换来获取最好的接收信号。前者系统的电路规模相对较大，成本昂贵，并且消耗大量的电能；后者可以使系统体积小，重量轻，而且功耗低，因此采用后一类天线分集较适用于基站类的通信装置。

在专利号为4823398的美国专利文献中提出了这样一种分集接收机：它不仅采用了选择式分集方法而且还采用了天线转换式的分集方法。在接收场强值较低时，它通过电场检测值来选择两个接收机中场强较高的接收通路；在接收场强值较高时，它关闭一个接收机通道，采用天线转换的方法来获得相对较好的接收质量。该发明虽然综合了两类分集的优点，但由于毕竟需要多路接收机，而且还需要复杂的外加控制器，通过对环境的判断来控制多个开关来实现分集接收，系统的硬件复杂，实现不便，而且占用的体积大，功耗也大。

目前根据不同的天线转换判据产生了各种不同的天线转换分集方法。中国专利号为99105479的文献中提出一种根据相位误差值控制天线转换的方法。它检测所选天线接收信号的相位，将其于理想相位的差值，也就是相位误差累积起来，当大于一帧中相位误差的预定值时转换天线。这种方法的实现必须在系统中增加相位误差检测装置和用于累计相位误差的累积装置，给系统增加了硬件开销，提高了成本，加大了功耗。在中国专利号为99111796的发明中还指出了一种通过RSSI值和相位似然值来转换天线的方法。该系统除了需要接收机提供RSSI值以外，还需要解调电路给出相位似然值，给解调增加了一定的负担。

(3)发明内容

本发明的目的是为了提供一种无线通信系统中便于实现的天线转换分集的方法及其装置。这种方法不需要系统增加过多额外的硬件负担，只需通过软件将原有输入参量进行一定的计数和比较，从而得出判决结果，用来选择收发天线。克服了现有技术中的天线转换电路复杂的缺点。

本发明特别但不唯一的应用于一种由帧组成的信号的无线市话系统PHS(Personal Handyphone System个人手提电话系统)的系统中。由于PHS系统采用的是TDMA-TDD的工作方式，发射和接收在同一频率上进行，所以上、下行链路衰落相同，这就意味着对于两个链路，接收性能好的天线用来发射也是好的。本发明利用这个原理，在选择接收天线的同时也选择了发送天线，同时实现了分集的接收和发送。

本发明的目的是这样实现的：

一种无线通信系统天线转换分集的方法，包括：

(一)每一帧信号中，各个时隙的处理流程：

第一步，将所述的时隙RSSI(接收信号强度指示，即，场强指示值)的多个采样值进行处理得到一个值，代表当前帧该接收时隙的场强值；

第二步，判断该接收时隙是否处于通话状态，天线转换是在PHS系统通话时才进行处理的，不通话时不进行天线转换；

第三步，将当前时隙的RSSI代表值与给定的RSSI门限进行比较，根据比较的结果分为两个判决支路，如果当前的RSSI值大于等于门限值，则进行第四步处理，如果小于门限值，则进行第五步处理；

第四步，采用误帧值进行天线转换判断，这一步又分两个步骤：

(1)清除天线切换标志，该天线切换标志是用来标识上一次天线是否切换过，若切换过，标志值为1，反之为0，由于误帧切换不需要上次是否进行过天线切换的信息，就将该切换标志恢复初始的0值；

(2)判断此时该时隙连续误帧值是否达到一定的限度，如果达到，则跳到第五步的5步骤，否则就跳到第七步；

第五步，采用RSSI值进行天线转换判决，这一步分为以下几个步骤：

(1)通过天线切换标志判断上一帧是否切换过天线，如果切换过，则到本步的2步骤；否则，就跳到本步的3步骤；

(2)将本帧的RSSI值与切换前保留的RSSI值相比较，如果当前的RSSI值大于切换前的RSSI值，则到本步3步骤，否则指示天线切回到原天线后跳到第六步；

(3)RSSI值连续低于门限的次数计数器加1；

(4)判断RSSI低于门限计数值是否大于一给定的值，若大于给定的值，则到本步5步骤，否则就跳到最后本时隙处理结束；

(5)更新并保存当前的RSSI值，用来与以后的RSSI值作比较；

(6)置天线切换标志；

(7)指示要切换到另一个天线上；

第六步，连续误帧计数器清零；

第七步，RSSI值低于门限的计数器值清零；

(二)所述的每一帧信号中，各个时隙的处理流程(共七步)如此操作循环四次就将整个帧的接收信号处理完毕。

一种根据上述的无线通信系统天线转换分集的方法的装置，包括：

无线通信系统有两个天线，天线1和天线2；

一天线开关，有选择的使用所述的天线1和天线2；

一接收机和一发射机，所述的天线开关将所选择的天线1或天线2接到该接收机和发射机；

一解调器，将所述的接收机接收的信号进行解调；

一数字信号处理器，接收解调后的数据和信号的场强指示值RSSI值，经过一定的标准，判断出应该选择哪个天线(天线1和天线2)，给出控制信号到所述的天线开关；

一调制器，将所述的数字信号处理器给出的信号进行调制后送到所述的发射机。

本发明的功效在于：本发明用于天线切换的两个重要因素是RSSI值和误帧值。RSSI值的减弱可能是天线被遮挡或距离的拉远所造成的，若RSSI值并不小而误帧较大时就可能是出现了突发的干扰。如果是单天线的遮挡导致接收信号的可信度降低，则可以用切换到另一个天线的方法来改善接收信号的质量。对于突发的干扰也可以用切换天线来保证接收信号的可信程度。本发明在选择接收天线的同时也选择了发送天线，即保证了信号收发的良好效果，又起到了上、下行传输的平衡的作用。采用本发明所述方法，与现有技术相比，达到了即简便又实用的效果，在保证了信号的接收质量的基础上节省了系统的硬件开销，降低了功耗。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

(4)附图说明

图1是本发明最佳实施例的天线转换分集装置的整体方框图；

图2是本发明天线分集转换所处理的无线信号帧的结构图；

图3是对无线信号进行误帧统计的流程图；

图4就是运用本发明的方法进行天线转换判决的流程图；

图5是本发明应用于PHS系统中的一个最佳实施例；

图6是最佳实施例天线转换判决的状态转移图。

(5)具体实施方式

如图1所示，图1是本发明最佳实施例的天线转换分集装置的整体方框图。无线通信系统有两个天线101和102，它们通过天线开关103有选择的接到发射机104和接收机105上。接收到的信号通过解调器107的解调将结果送入数字信号处理器108，同时接收到信号的场强指示值109也直接送入数字信号处理器108里。数字信号处理器108根据解调后的数据以及信号的RSSI值，经过一定的标准判断出应该选择哪个天线，给出控制信号到天线开关103，以控制天线转换。

本发明所述的控制天线转换的依据主要来自两个变量的值，一个是接收信号的强度RSSI(Receive Signal Strength Indicator接收信号强度指示)值，另一个是连续误帧值。这里简单的介绍一下误帧的概念。通信系统的信号都是以帧的格式传送的，本发明中信号的帧格式主要有以下两种，如图2所示。

图2是本发明天线分集转换所处理的无线信号帧的结构图。其中(1)是控制信令帧结构，(2)是业务信道帧结构。帧结构中R201，R210是4位的接线夹；SS202，SS212是2位的帧的起始符号；PR203，PR213是前同步信号，它在控制帧中有62位，在业务帧中只有6位；UW(Unique Word)字204，UW字214是用于识别是控制帧还是业务帧的唯一字，前者是32位长，后者是16位长；CI205，CI215是4位的信道标识；CSID206是42位的站识别码，SA216是16位的慢速随路信令；I207在控制帧中是62位的信令信息，I217在业务帧中是160位的业务数据；CRC208，CRC218是16位的循环冗余检验码；Guard209，Guard219是6位的保护位。

在下行发送数据时控制帧是将CI到I部分的数据先进行108位的CRC(Cyclic-Redundancy Check：循环冗余码检测)，将生成的16位码加在后面，然后将CSID到CRC部分的120位数据进行加扰，最后加上特定的UW字和首尾比特组成240位的帧发射出去。业务帧的形成方法也大致相同，只是CRC是从CI到I的180位数据，加扰是从I到CRC的176位数据。上行接收数据时就是要将有用信息从这两种帧结构中提取出来。误帧就是上行对接收数据进行分解判断时，确认是否得到真实可靠信息的一个概念。

本发明用于天线转换判断的误帧值如何得到，图3的流程图可以清楚的说明，图3是对无线信号进行误帧统计的流程图。

该流程图画出的是PHS系统中对每一个接收时隙240位的接收数据进行信号处理的流程图。当接收到解调后一个时隙的240位数据时，首先要在指定的范围内检测UW字301；如果检测不到就直接进入误帧处理315，316；如果检测到了，在提取信道标识CI303后分为32位UW字的控制信令数据和16位UW字的业务数据分别进行处理，两者的处理流程大致相同，都与下行发送数据时组帧过程相反，以16位UW字的业务数据处理为例，当检测到相应的UW字后，先在指定的位置提取需要解扰的数据305，309；然后进行解扰运算306，310；接着进行CRC校验307，311；如果校验正确就可以提取所需的信令或业务数据308，314；如果校验错误则也进入误帧处理315，316。在该流程图中有是否处于通话状态的判断312，315，因此这里的误帧是指的通话时间内的误帧。连续误帧计数器316是用来计算连续出现误帧的次数，该次数是用来判断天线是否需要转换的重要因素之一，具体对该连续误帧值是如何判断的，在下一流程中将作详细的说明。连续误帧计数器在一次正确检测后即被清零313。

参见图4所示，图4就是运用本发明的方法进行天线转换判决的流程图。这是天线转换判决的主要处理流程。需要指出的是该流程图所表示的是每一帧信号中，各个时隙的处理流程。这里按先后步骤介绍整个的处理过程。

第一步，将所述的时隙RSSI的多个采样值进行处理得到一个值，代表当前帧该接收时隙的场强值401，这里对RSSI采样值的处理方法可以根据采样方式选用不同的方法，例如可以取最大值，最小值或平均值；

第二步，判断该接收时隙是否处于通话状态402，由于本发明的天线转换是在PHS系统通话时才进行处理的，不通话时不进行天线转换，因此这里需要对通话状态进行判断；

第三步，将当前时隙的RSSI代表值与给定的RSSI门限进行比较403，根据比较的结果分为两个判决支路，如果当前的RSSI值大于等于门限值，则进行第四步处理，如果小于门限值，则进行第五步处理；

第四步，采用误帧值进行天线转换判断，这一步又分两个步骤：

(1)清除天线切换标志409，这里所指的天线切换标志是用来标识上一次天线是否切换过，若切换过，标志值为1，反之为0，由于误帧切换不需要上次是否进行过天线切换的信息，所以这里将该标志恢复初始的0值；

(2)判断此时该时隙连续误帧值是否达到一定的限度410，如果达到，则跳到第五步的5步骤，否则就跳到第七步；

第五步，采用RSSI值进行天线转换判决，这一步可以分为以下几个步骤：

(1)通过天线切换标志判断上一帧是否切换过天线404，如果切换过，则到本步的2步骤；否则，就跳到本步的3步骤；

(2)将本帧的RSSI值与切换前保留的RSSI值相比较406，如果当前的RSSI值大于切换前的RSSI值，则到本步3步骤，否则指示天线切回到原天线后跳到第六步；

(3)RSSI值连续低于门限的次数计数器加一407；

(4)判断RSSI低于门限计数值是否大于一给定的值408，若大于给定的值，则到本步5步骤，否则就跳到最后本时隙处理结束；

(5)保存当前的RSSI值411，用来与以后的RSSI值作比较；

(6)置天线切换标志412；

(7)指示要切换到另一个天线上413；

第六步，连续误帧计数器清零415；

第七步，RSSI值低于门限的计数器值清零416；

这样，一个时隙的天线转换判断就结束了。如此操作循环四次就将整个帧的接收信号处理完毕了。

在PHS系统的基站处理中就使用到本发明的方法来进行天线转换分集处理，具体的实施例如图5所示，图5是本发明应用于PHS系统中的一个最佳实施例，图5是对PHS系统一个信号帧中的四个接收时隙的处理流程，图中tscount_risp是指示所处理的是哪一个时隙的接收数据的变量，talking标志为通话标志，rssi_now是当前帧的RSSI值，rssi_prev是保存的切换前的RSSI值，antswitchflag是天线切换标志，frameerrorcount是连续误帧计数器，rssicount是RSSI值连续低于门限的计数器。整个处理流程通过上述的循环的处理四个时隙的接收数据，来完成一帧接收信号的处理过程。

图5中：在流程501中tscount_risp为0，将RSSI缓冲区内对应于该时隙的8个数据取平均值，并将其放入缓冲区tscount_risp对应时隙的单元中502；判断该接收时隙是否处于通话状态(通话＝1)503；将当前时隙的RSSI代表值tscount_risp与给定的RSSI门限120进行比较504，根据比较的结果分为两个判决支路，如果当前的RSSI值大于等于门限值120，则采用误帧值进行天线转换判断，这一步又分两个步骤：(1)天线切换标志清零510；(2)判断此时该时隙连续误帧值是否达到一定的限度(即：是否＞3)511，如果达到，则跳到512流程，否则就跳到516流程；如果流程504中当前的RSSI值小于门限值120，则进入流程505；采用RSSI值进行天线转换判决，这一步可以分为以下几个步骤：(1)对应时隙的天线切换标志判断上一帧是否切换过天线(切换过＝1)505，如果切换过，则到天线切换标志清零的流程506，否则，就跳到流程508；(2)将本帧的RSSI值rssi_now与切换前保留的RSSI值rssi_prev相比较507，如果rssi_now＞rssi_prev，则到流程508，否则指示天线切回到原天线后跳到流程514；(3)RSSI值连续低于门限的次数计数器加一508；(4)判断RSSI低于门限计数值是否大于一给定的值(即＞5)509，若大于给定的值，则到流程512，否则就跳到流程517；(5)保存当前的RSSI值rssi_now＝rssi_prev；(6)置该时隙的天线切换标志514；连续误帧计数器清零515；RSSI值低于门限的计数器值清零516；流程tscount_risp+1返回到流程502，按时隙循环。这样，一个时隙的天线转换判断就结束了。如此操作循环四次就将整个帧的接收信号处理完毕了。

为了进一步说明该方法各个环节之间的关系，图6用状态转移图作了更详细的说明，图6是最佳实施例天线转换判决的状态转移图。

这里对图中所标的几个主要变量和常量作个说明。图中k_rssitime是RSSI连续小于指定门限的次数，k_rssilimit是RSSI门限值，k_fertime是连续误帧的次数。rssi_now是当前帧的RSSI值，rssi_prev是保存的切换前的RSSI值，antswitchflag是天线切换标志，frameerrorcount是连续误帧计数器，rssicount是RSSI值连续低于门限的计数器。

图6中天线选择过程可以分为三个状态：

初始状态S1：DSP初始启动，完成初始化任务；

一般状态S2：antswitchflag＝0，此时要判断是否满足切换条件；

切换状态S3：antswitchflag＝1，此时要判断是否满足切换回原天线的条件。

S1：完成初始化任务，rssi_now＝0，rssi_prev＝0，antswitchflag＝0，frameerrorcount＝0，rssicount＝0，然后进入S2；

S2：判断是否满足切换条件，当antswitchflag＝0，rssi_now＜k_rssilimit时rssicount+1，再判别rssicount是否大于k_rssitime，如果不大于，仍进入S2，如果大于，则进入rssi_prev＝rssi_now，antswitchflag＝1，指示要切换到另一个天线，frameerrorcount＝0，rssicount＝0，然后进入S3；当antswitchflag＝0，rssi_now＞＝k_rssilimit时判别frameerrorcount是否大于k_rssitime，如果不大于，则rssicount清零后进入S2，如果大于，则进入rssi_prev＝rssi_now，antswitchflag＝1，指示要切换到另一个天线，frameerrorcount＝0，rssicount＝0，然后进入S3。

S3：判断是否满足切换回原天线的条件，当antswitchflag＝1，rssi_now＜k_rssilimit时，antswitchflag清零，然后判别rssi_now是否大于rssi_prev，如果不大于，则切回原天线，frameerrorcount＝0，rssicount＝0，仍进入S2，如果是大于，则rssicount+1，再判别rssicount是否大于k_rssitime，如果不大于，仍进入S2，如果大于，则进入rssi_prev＝rssi_now，antswitchflag＝1，指示要切换到另一个天线，frameerrorcount＝0，rssicount＝0，然后进入S3；当antswitchflag＝1，rssi_now＞＝k_rssilimit时antswitchflag清零，判别frameerrorcount是否大于k_rssitime，如果不大于，则rssicount清零后进入S2，如果大于，则进入rssi_prey＝rssi_now，antswitchflag＝1，指示要切换到另一个天线，frameerrorcount＝0，rssicount＝0，然后进入S3。

从以上的处理流程图和状态图可以看到本发明用于天线切换的两个重要因素是RSSI值和误帧值。RSSI值的减弱可能是天线被遮挡或距离的拉远所造成的，若RSSI值并不小而误帧较大时就可能是出现了突发的干扰。如果是单天线的遮挡导致接收信号的可信度降低，则可以用切换到另一个天线的方法来改善接收信号的质量。对于突发的干扰也可以用切换天线来保证接收信号的可信程度。本发明在选择接收天线的同时也选择了发送天线，即保证了信号收发的良好效果，又起到了上、下行传输的平衡的作用。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (3)

1、一种无线通信系统天线转换分集的方法，其特征在于所述的方法包括：

(一)每一帧信号中，各个时隙的处理流程：

第一步，将所述的时隙RSSI(接收信号强度指示)的多个采样值进行处理得到一个值，代表当前帧该接收时隙的场强值；

第二步，判断该接收时隙是否处于通话状态，天线转换是在PHS系统通话时才进行处理的，不通话时不进行天线转换；

第三步，将当前时隙的RSSI代表值与给定的RSSI门限进行比较，根据比较的结果分为两个判决支路，如果当前的RSSI值大于等于门限值，则进行第四步处理，如果小于门限值，则进行第五步处理；

第四步，采用误帧值进行天线转换判断，这一步又分两个步骤：

(1)清除天线切换标志，该天线切换标志是用来标识上一次天线是否切换过，若切换过，标志值为1，反之为0，由于误帧切换不需要上次是否进行过天线切换的信息，就将该切换标志恢复初始的0值；

(2)判断此时该时隙连续误帧值是否达到一定的限度，如果达到，则跳到第五步的5步骤，否则就跳到第七步；

第五步，采用RSSI值进行天线转换判决，这一步分为以下几个步骤：

(1)通过天线切换标志判断上一帧是否切换过天线，如果切换过，则到本步的2步骤；否则，就跳到本步的3步骤；

(2)将本帧的RSSI值与切换前保留的RSSI值相比较，如果当前的RSSI值大于切换前的RSSI值，则到本步3步骤，否则指示天线切回到原天线后跳到第六步；

(3)RSSI值连续低于门限的次数计数器加1；

(4)判断RSSI低于门限计数值是否大于一给定的值，若大于给定的值，则到本步5步骤，否则就跳到最后本时隙处理结束；

(5)更新并保存当前的RSSI值，用来与以后的RSSI值作比较；

(6)置天线切换标志；

(7)指示要切换到另一个天线上；

第六步，连续误帧计数器清零；

第七步，RSSI值低于门限的计数器值清零。

(二)所述的每一帧信号中，各个时隙的处理流程(共七步)如此操作循环四次就将整个帧的接收信号处理完毕。

2、如权利要求1所述的一种无线通信系统天线转换分集的方法，其特征在于所述的方法(一)的第一步中对所述的RSSI采样值的处理方法是根据采样方式而选用不同的方法：取最大值，最小值或平均值。

3、一种根据无线通信系统天线转换分集方法的装置，包括：

无线通信系统有两个天线，天线1和天线2；

一天线开关，有选择的使用所述的天线1和天线2；

一接收机和一发射机，所述的天线开关将所选择的天线1或天线2接到该接收机和发射机；

一解调器，将所述的接收机接收的信号进行解调；

一数字信号处理器，接收解调后的数据和信号的接收信号强度指示RSSI值，经过一定的标准，判断出应该选择哪个天线(天线1和天线2)，给出控制信号到所述的天线开关；

一调制器，将所述的数字信号处理器给出的信号进行调制后送到所述的发射机。

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