CN1555614B - 组合器和用于组合若干接收分集信号的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于分集无线接收机的组合器，其中在选择基础上，执行任一接收信号的幅度反相，以便最大化合成输出组合信号。每一分集信号的强度以及组合输出信号的强度被监视。一个增益控制机将强信号与反相或者非反相弱信号组合，以最大化组合输出(合成)信号强度。根据组合器的另一个实施例，可以另外执行幅度调整，由此同时监视信道内噪声功率，并且各信道信噪比被用于调节放大器增益。在本实施例中，各信道信噪比加上组合输出信号的强度被用于决定在组合接收信号前是否反相弱信号。

Description

组合器和用于组合若干接收分集信号的方法
发明领域
本发明涉及分集RF(射频)接收机领域，并且，更具体而言，涉及在这样的接收机中所使用的组合器电路系统。
发明背景
到达无线通讯设备，诸如蜂窝电话的信号典型地包含波的合成混合物(Complex amalgam)，有些直接来自发射天线，其余是从静止和活动的物体反射来的。由于反射信号在变化长度路径上的传播延迟，最后所得到的波形常遭受在幅度域中的抵消或增强以及在时域中的失真。这些幅度和时间失真被称为多径衰落，并且它们使得信号解码更加困难。
在数据系统中，这样的抵消能够删除部分期望的比特流，并且删除的持续时间取决于不同的因素。前向纠错(FEC)是用于解决这些删除问题的常用技术。冗余信息被加到发送数据，以估计删除的预测等级以及没有重发原始数据的恢复。前向纠错是有用的，但是随着比特率的增加，必须添加越来越多的冗余，这导致了收益递减(diminishingreturns)。冗余降低了系统的有效比特率。
另一个解决由多径衰落所引起的问题的办法是使用两个独立的信道，通过利用两个空间分离接收天线或者两个正交极化接收天线。分集接收系统通常使用三种不同类别的技术的其中一种来组合若干接收信号，这三种技术是：(i)选择组合，由此选择具有最强载波-噪声比的信号(这要求简单的监控功能，但是结果导致定时和相位位错，其可能对同步产生不利影响)；(ii)最大比率组合，由此利用一移相器来调整信号的相位，以及利用自动增益控制器(AGC′s)来调节幅度，如此以致施加到每一信号的增益与信号幅度成正比，而与噪声功率成反比(这些要求非常复杂的监控功能，但是不会导致任何定时或相位位错)；以及，(iii)等增益组合，由此利用一移相器来调整信号相位，并且不考虑任一单个信号的强度，即不用任何幅度调节，将所有的信号与等增益组合(这些要求复杂的监控功能，但是不会导致任何定时或相位位错)。
已知的还有后端-解调等增益组合器，其不用任何幅度或相位控制就完成分集组合(因此，不需要任何监控功能)，并且不产生定时或相位位错。然而，不利地，由于该组合器执行后端-解调程序，要求复制包括该解调器在内的所有接收机前端电路系统。而且，它的性能和其它的组合器是不一样的。
关于上述的三个预解调组合器，最大比率组合器提供最佳组合载波噪声比，并且等增益组合器提供几乎与该最大比率组合器一样的良好性能。该选择组合器提供在载波噪声比方面最小的改进。
因此，在一空间分集接收机中需要一种最佳组合信号的有效装置，其比现有技术的那些装置更有效但是不及现有技术的装置复杂。
发明概述
按照本发明，提供了一种用于分集无线电接收机的组合器，其中，在选择基础上执行任一接收信号的反相，以便最大化合成输出信号。监视每个分集信号的强度以及组合输出信号的强度。一个增益控制机将强信号与反相或非反相弱信号进行组合，以最大化组合输出(合成)信号强度。任选地，组合器也可以根据信道内噪声为每一接收信号执行幅度调节，由此信号强度，信道内噪声功率以及单个信道信噪比被用于调节放大器增益。
按照本发明的一个方面，提供了一种组合器，用于在无线电接收机中组合大量接收的分集信号，并且从其中生成一个组合输出信号。配置一个增益控制机，用于确定每一接收信号以及组合输出信号的强度。增益控制机根据这些确定结果来控制增益控制器，由此该增益控制器反相接收信号中最弱的一个，用于与另一个接收信号组合，这时这样的反相增加了组合输出信号的强度。该增益控制机在反相最弱的接收信号之前生成该组合输出信号强度的第一确定，并且在最弱的接收信号已经被反相之后生成组合输出信号强度的第二确定，当第二确定的强度大于第一确定的强度时，继续该最弱接收信号的反相，并且当第二确定的强度小于第一确定的强度时，取消该最弱接收信号的反相。或者周期性地或者当出现组合输出信号的强度减少预定量时，重复第一和第二确定以及弱信号反相。
优选地，配置该增益控制机，用于确定接收信号信道中的噪声，并且增益控制器的控制也是基于确定用于接收信号的信噪比，由此，以与为此确定的信噪比成比例的增益来放大每一接收信号。优选实施例中的增益控制器包括一用于每一接收信号的自动增益控制器(AGC)，并且增益控制机包括一个数字信号处理器。
按照本发明的另一个方面，提供一种方法，用于在无线电接收机中组合大量接收的分集信号，并且从其中生成一个组合输出信号。确定每一接收信号以及组合输出信号的强度。根据这些确定结果来控制接收信号的增益，由此反相接收信号中最弱的一个，用于与另一个接收信号组合，这时这样的反相增加了组合输出信号的强度。第一确定由在最弱的接收信号被反相之前的组合输出信号的强度组成，并且第二确定由在最弱接收信号已经被反相之后的组合输出信号的强度组成。当第二确定的强度大于第一确定的强度时保持该最弱接收信号的反相，并且当第二确定的强度小于第一确定的强度时，取消该最弱接收信号的反相。或者周期性地或者当出现组合输出信号的强度减少预定量时，重复第一和第二确定以及弱信号反相。优选地，也确定接收信号信道中的噪声，并且也基于确定用于接收信号的信噪比控制增益，由此，以与为此确定的信噪比成比例的增益来放大每一接收信号。
附图简述
现在将参考以下附图对本发明的优选实施例进行详细描述：
图1是一个按照本发明，无线电接收机组合器电路的第一实施例的组件方框图；
图2(a)和(b)是矢量图，示出与接收信号或者接收信号反相相应的相量加法，由此图2(a)示出与两个接收的分集信号相应的相量(一个来自天线1以及另一个来自天线2)，相量被相加，以生成一个比任何一个单独的接收信号更强的合成信号，以及图2(b)示出一个与一接收的分集信号相应的相量(来自天线1)，和另一个与另一接收的分集信号(来自天线2)的幅度反相信号相应的相量，生成一比任何一个单独的接收信号更强的合成信号；
图3是一个流程图，示出由图1的无线电接收机组合器电路的增益控制机所执行的步骤；
图4是一个按照本发明，无线电接收机组合器电路的第二实施例的组件方框图；
图5是一个流程图，示出由图4的无线电接收机组合器电路的增益控制机所执行的步骤。
示出实施例的详细说明
图1示出按照本发明，一个预解调可选反相组合器电路的第一实施例。借助于一个包括数字信号处理装置的增益控制机40处理和分析两个接收的分集信号10，20，以生成控制信号60，70，被送到以自动增益控制器(AGC′s)30’，30形式的增益控制器，当确定合适时，以预定方式修改接收信号10，20。随后加法器50对该从AGC′s 30’，30输出的修改信号80，90求和，以生成一个组合输出信号100。该组合信号100被反馈并且输入到该增益控制机40，用于确定应用于接收信号10，20的增益。
该增益控制机40可以采用处理器和软件算法的形式(例如，程控数字信号处理器)，或者如果希望用专用硬件实现可能由计算逻辑电路来提供。
图2(a)和(b)示出组合器电路处理和分析接收信号10，20的方法。如所示，在可选基础上，该组合器执行任一接收信号的幅度反相，以求最大化该合成输出信号。图2(a)示出一种情况，由此可以将从两个不同的天线接收的信号(相量A和B)相加，以生成一个合成组合信号(相量C)，其具有比任何一个接收信号更大的幅度。相反，图2(b)示出一种情况，两个接收信号(相量A和B)的简单加法将生成一个组合信号(相量C′)，其具有小于其中一个输入信号(相量A)的幅度。然而，通过将两个输入信号较小的那个信号(相量B)反相，生成一个选择与之相应的反相信号(相量B′)，然后将反相信号和两个输入信号较大的那个信号相加(向量A和B″)，生成一个合成组合信号(相量C)，其具有一比任何一个接收信号更大的幅度。
组合接收分集信号的这个方法优于现有技术的组合器，因为幅度反相电路系统比移相电路易于实现，并且还因为这个组合器的监控功能比需要相位调整的那些功能易于实现。
图1的可选反相组合器监视每一分集信号的强度以及组合输出信号的强度。增益控制机40将较强信号与反相或者非反相弱信号组合，以最大化组合输出(合成)信号强度。
图3的流程图，说明由图1的无线电接收机组合器电路的增益控制机所执行的步骤。确定每一接收信号10，20的强度，并且尽管在图3的流程图中没有明确地说明，应当指出在规则和连续的基础上执行这样的确定，以便在组合过程执行期间将弱接收信号确定为必需的信号。输出组合信号100也被确定(被测量)。如果接收信号10，20其中一个比另一个弱，该信号被反相(即乘以-1，以将其相位增加180度)。随后再次测量输出信号100的幅度，如果强于在反相弱接收信号之前获得的测量，保持对弱接收信号应用反相，以致反相信号被加到另一个接收信号。然而，如果测量输出信号100的幅度，弱于在反相弱接收信号之前获得的测量，停止反相以便原接收弱信号被加到另一个接收信号。视情况而定，这样的反相弱接收信号的保持，或停止被继续，直到组合输出信号的强度降低到预确定门限值以下或者已经经过预确定的持续时间。在发生任一一种这样的情况时，反相弱信号的相位，并且重复循环上述重新测量组合输出信号的强度的过程，以及执行确定其比上次这样的测量是弱还是强，等等(如图3所示)。
图4示出按照本发明，预解调可选反相/可变增益组合器电路的第二实施例。正像前面参考图1所描述的，这个组合器电路在弱接收信号上执行可选幅度反相过程，并且另外，执行有助于反相选择过程的幅度调节。在这个实施例中，组合器以与常规最大比例组合器相同的方法监视接收信号的强度和信道内噪声功率，并且各信道信噪比被用于调节放大器增益。在本实施例的一个实施方式中，通常就是在最大比例组合器中这样，生成与接收信号幅度成正比，与信道内噪声功率成反比的各放大器增益。各信道信噪比加上组合输出信号的强度被用于判定在组合接收信号前是否反相弱信号。如上所述，增益控制机40将强信号与反相或者非反相弱信号组合，以最大化组合输出信号强度100。
图5的流程图，示出由图4的无线电接收机组合器电路的增益控制机所执行的步骤。测量每一接收信号10，20的强度以及与每一接收信号相关的信道内噪声。在适用于那个信号的信噪比基础上，确定用于每一接收信号的增益调节值，并且将其应用于信号。尽管在图5的流程图中没有明确地说明，应当指出在规则和连续的基础上执行这样的确定，以便在执行组合过程期间将弱接收信号确定为必需的信号，以及为了使当前的(正确的)信噪比被用于调节放大器(AGC)增益。
组合输出信号100也被确定(被测量)。如果接收信号10，20的其中一个比另一个信号弱，将其反相(即，乘以-1，以将其相位增加180度)。随后再次测量输出信号100的幅度，并且如果比在反相弱接收信号之前获得的测量强，保持对弱接收信号应用反相，以便反相信号被加到另一个接收信号。然而，如果测量输出信号100的幅度，弱于在反相弱接收信号之前获得的测量，停止反相以便原接收弱信号被加到另一个接收信号。视情况而定，这样的反相弱接收信号的保持，或停止被继续，直到组合输出信号的强度降低到预确定门限值或者已经经过预确定的持续时间。在发生任一一种这样的情况时，反相弱信号的相位，并且重复循环上述重新测量组合输出信号的强度的过程，以及执行确定其比上次这样的测量是弱还是强，等等(如图5所示)。
本领域技术人员将单独地充分理解上述描述的实施例所利用的各个电子和处理功能。读者将明白技术人员可以设计各种其他的实施方式以用于置换。擅长通信设计方面的人将容易地将本发明应用到一个用于给定应用的适宜实施方式中。
因此，将明白在这里经由说明所示出和描述的特定实施例不意味限制发明人所要求的发明范围，发明范围由附加权利要求来定义。

Claims (8)

1.一种组合器，用于在无线电接收机中组合若干接收分集信号，所述组合器包括：
一个增益控制机；
一个或多个增益控制器；和
一个加法器；
其中所述增益控制机被配置成确定与每一所述接收分集信号相关的强度并被配置成进行与组合输出信号相关的强度的第一确定；
其中所述增益控制机被配置成响应与每一所述接收分集信号相关的强度的确定和与所述组合输出信号相关的强度的第一确定，产生控制信号以控制所述增益控制器；
其中所述增益控制器被配置成反相所述接收分集信号中最弱的一个；
其中所述加法器被配置成将反相的所述接收分集信号中最弱的一个与其它所述接收分集信号相加，以产生所述组合输出信号；
其中所述增益控制机被配置成在所述加法器将反相的所述接收分集信号中最弱的一个相加后，进行与所述组合输出信号相关的强度的第二确定；以及
其中当所述第二确定的所述强度大于所述第一确定的强度时，继续所述最弱接收分集信号的所述反相，并且当所述第二确定的所述强度小于所述第一确定的强度时，取消所述最弱接收分集信号的所述反相。
2.根据权利要求1的组合器，其中或者周期性地或者在出现所述组合输出信号的所述强度减少预定量时，重复所述第一和第二确定以及所述弱信号的反相。
3.根据权利要求2的组合器，其中所述增益控制机被配置，用于确定接收信号信道中的噪声，并且所述增益控制器的控制基于确定的所述接收分集信号的信噪比，由此用与信噪比成比例的增益放大每一所述接收分集信号。
4.根据权利要求3的组合器，其中所述增益控制器包括一个用于每一所述接收分集信号的自动增益控制器(AGC)。
5.根据权利要求4的组合器，其中所述增益控制机包括一个数字信号处理器。
6.一种组合若干接收分集信号的方法，用于在无线电接收机中组合若干接收分集信号，并且从其中生成一个组合输出信号，所述方法包括：
确定与每一所述接收分集信号相关的强度；
进行与所述组合输出信号相关的强度的第一确定；
响应与每一所述接收分集信号相关的强度确定所述接收分集信号中最弱的一个；
将反相的所述接收分集信号中最弱的一个与其它所述接收分集信号相加；以及
相加后，进行与所述组合输出信号相关的强度的第二确定，其中当所述第二确定的所述强度大于所述第一确定的强度时，继续所述最弱接收分集信号的所述反相，并且当所述第二确定的所述强度小于所述第一确定的强度时，取消所述最弱接收分集信号的所述反相。
7.根据权利要求6的方法，由此或者周期性地或者在出现所述组合输出信号的所述强度减少预定量时，重复所述第一和第二确定以及所述弱信号的反相。
8.根据权利要求6的方法，包括确定接收信号信道中的噪声，并且还基于确定的所述接收分集信号的信噪比控制增益，由此，以与信噪比成比例的增益来放大每一所述接收分集信号。
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