CN1720675A - 使用单个天线来实现真正的分集接收的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于无线通信系统、尤其是接收通信信号的系统，所述系统包括：一个主天线结构(330)，所述主天线结构适于接收作为第一内部信号的通信信号；以及一条天线电缆，所述天线电缆具有以可操作的方式耦合到所述主天线结构的第一末端以及一个第二末端，其中所述天线电缆包含了一条用于传递所述第一内部信号的主导线(335)，以及一条第二接收导线(340)，其中所述第二接收导线适于接收作为第二内部信号的所述通信信号，并且其中作为接收部件的所述第二接收导线与主天线结构在空间上是分离的。

Description

使用单个天线来实现真正的分集接收的方法和设备

本发明主要涉及一种使用少量天线来实现真正的分集接收的方法和设备。

分集接收可以定义成这样一种无线电接收处理，在这种接收中通过组合或选择来自同一个源得信号而接收所述信号的，其中自同一个源得信号是在两个在空间分离的点上接收的，并且在指定时刻，其衰落特性有可能会发生变化。在一个接收信号中，衰落是指信号中的一个或多个频率分量的幅度或相位在时间和空间上发生的变化，但也是可以是这两者同时变化。由此可以使用分集接收而将衰落效应减至最小。但是对现有技术而言，在无线通信中需要复杂的天线结构来实现真正的分集接收。

相应地，当前需要一种不必使用复杂的天线结构就可以实现真正的分集接收的无线通信系统。

因此，本发明的一个特征是通过提供一种用于在无线通信系统中执行真正的分集接收的方法和设备来克服那些通常与无线通信系统、尤其是真正的分集接收需求相关联的上述缺陷，其中所述真正的分集接收是用单个天线实现的。

在第一个主要方面中，本发明提出了一种用于无线通信、尤其是用于接收通信信号的系统，所述系统包括：一个主天线结构，所述主天线结构适于接收作为第一内部信号的通信信号；以及一条天线电缆，所述天线电缆具有以可操作的方式耦合到所述主天线结构的第一末端以及一个第二末端，其中所述天线电缆包含了一条用于传递所述第一内部信号的主导线，以及一条第二接收导线，其中所述第二接收导线适于接收作为第二内部信号的所述通信信号，并且其中作为接收部件的所述第二接收导线与主天线结构在空间上是分离的。

在第二个主要方面中，本发明提出了一种用于在天线系统中提供分集接收的方法，所述方法包括：提供一个主天线结构，所述主天线结构适于接收作为第一内部信号的通信信号；以及提供一条天线电缆，所述天线电缆具有以可操作的方式耦合到所述主天线结构的第一末端以及一个第二末端，其中所述天线电缆适于接收作为第二内部信号的所述通信信号，并且其中所述外屏蔽层充当天线并与主天线结构在空间上是分离的。

在第三个主要方面中，本发明提出了一种无线通信系统，其中包括：用于提供通信信号的信号源；用于接收作为第一内部信号的所述通信信号的第一天线，其中所述第一天线以可操作的方式连接到一条天线电缆；一个用于在所述天线电缆外屏蔽层接收作为第二内部信号的所述通信信号的第二天线，其中所述第二天线与所述第一天线在空间上是区分开的，并且所述外屏蔽层为所述天线电缆提供了电磁屏蔽；一个信号接收机，具有一个经由所述第一导线接收所述第一内部信号的第一输入端，以及一个经由所述第二导线接收所述第二内部信号的第二输入端；并且信号处理电路以可操作的方式连接到所述第一输入端和所述第二输入端，其中所述信号处理电路适于以操作的方式来修改所述第一内部信号以及所述第二内部信号，以便产生一个可用信号。

在第四个主要方面中，本发明提出了一种无线通信方法，其中包括：提供一个用于供应通信信号的信号源；提供一个用于在第一导线上接收作为第一内部信号的所述通信信号的第一天线；提供一个用于在第二导线上接收作为第二内部信号的所述通信信号的第二天线，其中所述第二天线与所述第一天线在空间上是区分开的，并且其中所述第二导线为所述第一导线提供电磁屏蔽；提供一个信号接收机，具有一个经由所述第一导线接收所述第一内部信号的第一输入端以及一个经由所述第二导线接收所述第二内部信号的第二输入端；以及提供一个信号处理电路，其中所述电路以可操作的方式连接到所述第一输入端和所述第二输入端，并且所述信号处理电路适于以操作的方式来修改所述第一内部信号以及所述第二内部信号，以便产生一个可用信号。

在第五个主要方面中，本发明提出了一种包含了无线通信系统的设备，所述设备包括：一个用于在第一导线上接收作为第一内部信号的通信信号的第一天线，其中所述第一天线以可操作的方式连接到天线电缆；一个用于在第一天线的天线电缆外屏蔽层上接收作为第二内部信号的所述通信信号的第二天线；一个适于分离所述第一内部信号与所述第二内部信号的信号接收机；信号处理电路以可操作的方式连接到所述第一输入端和所述第二输入端，所述信号处理电路适于以操作的方式来修改所述第一和第二内部信号，以便产生一个有用信号；以及一个电子电源，所述电源以可操作的方式耦合到所述信号接收机、所述信号处理电路以及所述第一和第二天线，并且为这些设备提供电力。

本发明的优势是在只使用了一个天线在无线通信系统中实现真正的分集接收。

从以下关于本发明实施例的更详细的描述中可以清楚了解到本发明的前述和其他特征和优点。应该理解的是，上述一般描述以及后续详细说明只是说明性的，它们并不对本发明进行限制。

通过阅读下文中的详细说明、权利要求书以及附图，可以清楚了解本发明的特征以及各个发明方面，并且接下来将对附图进行简要说明。

图1是只包括单个天线接收的通信网络示意图。

图2是包括具有两个空间分离的天线的真正分集接收的通信网络示意图。

图3是依照本发明的一个实施例并且包含了使用单个天线的真正的分集接收的通信网络示意图。

接下来将对依照本发明，对用于天线系统的结构和方法进行详细说明，其中所述天线系统使用了单个天线及其关联的天线电缆来提供真正的分集接收。应该注意的是，在接下来的说明和附图中，其中为功能和结构特征大致相同的组件指定了相同的参考数字，由此不必对其进行重复说明。

对本发明而言，在无线通信系统中有三个组件是很有意义的。这些组件是天线、接收机以及以可操作方式与天线和接收机相连的天线电缆。本发明使用了天线电缆自身的天线效应，由此使用单个天线来对单个通信信号进行真正的分集接收。

更确切地说，在这里可以使用天线电缆自身的天线效应。当天线电缆遭遇到一个RF信号的时候，在天线电缆表面(例如屏蔽层、外壳或″表面″下方)将会感生一个电流(例如表面电流)。表面电流通常在接收机的天线输入端终止，以便消除与天线信号的干扰。然而在本发明中可以使用在电缆的外部导电层(或编织层、表层)上感应的信号。由于电缆位置的缘故，来自电缆的信号与来自那些空间分离的不同天线的信号是等价的，因此本实施例可以使用单个天线来提供真正的分集接收。

本发明可以作为天线端子单元或是适配器这样的单个装置来实现。为了提取两个信号，在这里可以使用射频(RF)变压器、标准的声表面波(SAW)滤波器、差分放大器或其他设备。

现在参考图1，其中描述的是以单个天线接收为特征的无线通信系统100。在图1中，射频(RF)信号源120为接收机提供通信，其中所述信号源表示的是天线130所接收的信号125。天线130转而沿着天线电缆135将一个信号提供到接收机输入端，在这里将所述输入端表示成电负载(″R-load″)160。天线电缆130的结构通常是包含了电磁屏蔽层140的电磁屏蔽电缆(特别地，所述结构可以是同轴线对，其中中心导线与屏蔽层即为RF传输线路中的组成部分)。电磁屏蔽层140是一种带电材料，特别地，所述屏蔽层采用的形式包括金属编织层、外壳或固态外部的薄导体(solid outside shallow conductor)。

在图1的方案中，只有那些在天线130中感生的电流才被馈送给接收机150。在这种情况下，信号125是在某个单独的位置即天线130上获取的。然而在无线通信系统中通常会出现这样一种情况，其中对接收信号而言，所谓的″死点″或是无信号区的存在将会影响到所述接收信号。死点是在接收点或信号密度图形改变的时候出现的，由此信号接收点可能会越过那些信号强度趋近于零或是等于零的信号强度点，这将会产生一个不能执行接收的死点。死点可以是由反射和直达信号的反射及重叠造成的，由此将会创建那些包含了这些死点的信号密度图形。此外，在信号密度图形改变的时候也有可能出现死点，例如天气影响、来自那些并非发射或接收设备的一部分的飞行物的干扰等等。

一种减少这种死点影响的方法是在无线通信系统中使用分集接收。分集接收系统需要两个空间分离的不同天线。在图2中对结合了分集接收的无线通信系统实施例进行了描述。

在图2中，无线通信系统200包括一个RF信号源220，其中所述信号源是由第一天线230接收的通信信号225感生的。第一天线230转而将第一内部信号沿着第一天线电缆235以及电磁屏蔽层240提供给用于表示接收机250的电负载(″R-Load(1)″)260，第一天线电缆230的结构通常是包含了电磁屏蔽层240的电磁屏蔽电缆。所述电磁屏蔽层240必须是导电材料，特别地，所述屏蔽层采用的是金属编织物或外壳的形式。

同样，无线通信系统200的通信信号225a也是作为通信信号225b而被第二天线231接收的。在现实中，第一通信信号225a和第二通信信号225b实际上是相同的通信信号。为使本说明更为清楚，在这里将信号源200显示成提供两个不同的信号225a、225b，由此强调这样一个事实，那就是由于两个天线230、231之间的空间位置的缘故，每一个天线230、231所接收的两个信号225a、225b具有略微不同的信号密度图形特性。换言之，这两个天线230、231各自接收的都是相同的通信信号225a、225b，并且它们是在不同位置接收该信号的。

第二天线231转而将第二内部信号沿着第二天线电缆236提供给用于表示接收机250的电负载(″R-load(2)″)。一般来说，所述第二天线电缆231的结构与第一天线电缆235是相同的，举例来说，它可以是包含了电磁屏蔽层241的电磁屏蔽电缆。电磁屏蔽层241可以是导电材料，特别地，所述屏蔽层采用的是金属编织层或外壳的形式。

由于第一天线230和第二天线231是在在空间上分离的不同天线，因此，这两个天线230、231同时在通信信号密度(也就是强度)图形中碰上死点的统计概率要远远小于图1所述的单个天线的概率，这样则可以实现分集接收。因此，与图1的单个天线的系统相比，具有两个空间分离的天线的分集接收系统提供了一个更加稳定的系统。

图3示意性显示了本发明的一个常规的说明性实施例。无线通信系统300包括射频(RF)信号源230a，其中所述信号源是由天线结构330接收的通信信号325a感生的。天线结构330表示的是任何一种已知的无线通信接收设备，特别地，所述接收设备可以是能在汽车中找到的可伸缩的杆状天线。天线结构330转而使用与其关联的电磁屏蔽层340将一个与通信信号325a相对应的第一内部信号376a经由天线电缆335提供到用于表示成接收机350的电负载(“R-load(1)”)的接收机输入端。电负载(“R-load(1)”)表示的是现有技术中已知的信号处理电路，其中所述电路被用于通信信号处理，以便产生可以由最终用户操作的信号。天线电缆335的结构通常是包含了电磁屏蔽层340的电磁屏蔽电缆。所述电磁屏蔽层340必须是导电材料，特别地，该屏蔽层使用了金属编织物、外壳或固态外部很薄的导线的形式。在这里，出于说明目的，在概念上可以考虑将电磁屏蔽层340作为充当天线的独立导体。然而，在图3的实施例中，充当第二天线的是电磁屏蔽层340。

在图3中，无线通信系统300的通信信号325a同样由天线电缆的电磁屏蔽层340作为第二信号325b来进行接收。为了清楚起见，在这里将等价信号源320显示成产生了两个不同的信号，即第一等价信号325a以及第二等价信号325b。因此，第二等价信号325b是第二天线接收的信号325a，所述天线实际上是天线电缆的电磁屏蔽层340。当电磁屏蔽340接收到通信信号325b时，该信号将会变成第二内部信号376b。这样一来，天线电缆的电磁屏蔽340将会充当第二天线和第二导线，并且会将第二内部信号376提供给接收机输入端，在这里将所述输入端表示成接收机350的电负载(“R-load(2)”)361。R-load(2)361表示的是本领域已知的信号处理电路，它被用于处理第一和第二内部信号376a、376b，以便产生可以由最终用户操作的信号。第一去耦合设备380对在天线330上接收的第一内部信号376a执行信号提取操作。第二去耦合设备381为在天线电缆的电磁屏蔽340上接收的第二内部信号376b执行信号提取操作。所述去耦合设备380、381表示的是任何适用于隔离电子通信信号的设备，特别地，所述设备可以是电子滤波器、变压器、晶体管、差分放大器及其他适合该任务的设备。一般来说，来自第一和第二天线的信号并不相互隔离。相反，它们是在内部主导线以及外部屏蔽层中同时存在的。然而，在不同的“差分域”中存在两个信号。因此，当在接收机的天线输入端分离信号的时候，信号处理电路使用了“差分参考点”来提取天线和外部屏蔽层产生的两个信号。

在一个实施例中，本发明可以应用于汽车的无线电接收机。在这个方案中，天线结构330是通常固定在汽车挡板上的杆状天线、带有电磁屏蔽层340的天线电缆335则将天线结构330连接到安装在汽车仪表板上的接收机350。这样则存在一段天线电缆335和电磁屏蔽层340，其中所述电缆在空间上处于与天线结构330不同的位置。并且天线电缆335包含了天线电缆的电磁屏蔽层340。如上所述，出于本发明的目的，天线电缆的电磁屏蔽层340被当作第二天线。由于天线电缆的电磁屏蔽340的安装在仪表板上的部分处于空间不同的位置并且遭遇到通信信号，此外还被当作第二天线，因此实际结果是可以使用单个天线来实现真正的分集接收。

在这里对本发明的实施例进行了描述。然而，本领域技术人员应该了解，在本发明的教导范围以内可以进行某些修改。例如，本发明还包含了存在多个天线和/或多个接收机的实施例，而不仅仅是这里相对于图3所论述的单个设备的实施例。因此，在这里应该通过研读下列权利要求来确定本发明的真实范围和内容。

Claims (21)

1.一种用于无线通信、尤其是接收通信信号的系统，所述系统包括：

一个主天线结构，所述主天线结构适于接收作为第一内部信号的通信信号；以及

一条天线电缆，所述天线电缆具有以可操作的方式耦合到所述主天线结构的第一末端以及一个第二末端，其中所述天线电缆包含了一条用于传递所述第一内部信号的主导线，以及一条第二接收导线，其中所述第二接收导线适于接收作为第二内部信号的所述通信信号，并且其中作为接收部件的所述第二接收导线与主天线结构在空间上是分离的。

2.权利要求1的系统，其中所述第二接收导线充当天线电缆的电磁屏蔽层。

3.权利要求1的系统，其中所述通信信号是由一个信号源提供的。

4.权利要求3的系统，其中所述通信信号是一个射频(RF)信号。

5.权利要求1的系统，其中所述系统还包括：

一个以可操作的方式耦合到所述天线电缆的接收机，其中所述接收机包括一个输入端口，所述端口适于从主天线接收所述信号，并且还适于从天线电缆的外部屏蔽层接收一个作为一个独立信号的信号。

6.权利要求5的系统，其中所述接收机包括以可操作的方式耦合到所述输入端口的信号处理电路，所述信号处理电路适于处理所述第一内部信号和所述第二内部信号，以便由最终用户加以使用。

7.权利要求6的系统，其中所述输入端口包括一个去耦合设备，所述去耦合设备适于将来自主天线的天线电缆携带的信号与在电缆外部屏蔽层上感生的信号分离开来。

8.一种用于在天线系统中提供分集接收的方法，所述方法包括：

提供一个主天线结构，所述主天线结构适于接收作为第一内部信号的通信信号；以及

提供一条天线电缆，所述天线电缆具有以可操作的方式耦合到所述主天线结构的第一末端以及一个第二末端，其中所述天线电缆适于接收作为第二内部信号的所述通信信号，并且其中所述外屏蔽层充当天线并与主天线结构在空间上是分离的。

9.权利要求8的方法，其中所述外部屏蔽层充当天线电缆的电磁屏蔽层。

10.权利要求8的方法，其中所述通信信号是由一个信号源提供的。

11.权利要求10的方法，其中所述通信信号是一个射频(RF)信号。

12.权利要求8的方法，其中所述方法还包括：

提供一个以可操作的方式耦合到所述天线电缆的接收机，其中所述接收机包括一个输入端口，所述输入端口适于经由所述天线电缆的第二末端从主天线接收所述信号，并且所述输入端口还适于从接收所述第二内部信号，作为在所述天线电缆的外部屏蔽层上感生的一个信号。

13.权利要求12的方法，其中所述接收机包括以可操作的方式耦合到所述输入端口的信号处理电路，所述信号处理电路适于处理所述第一内部信号和所述第二内部信号，以便由最终用户加以使用。

14.权利要求13的方法，其中所述输入端口包括一个去耦合设备，所述去耦合设备适于将在所述主天线中感生的信号与在所述电缆外部的所述屏蔽层上感生的信号分离开来。

15.一种无线通信系统，包括：

用于提供通信信号的信号源；

用于接收作为第一内部信号的所述通信信号的第一天线，其中所述第一天线以可操作的方式连接到一条天线电缆；

用于在所述天线电缆外屏蔽层接收作为第二内部信号的所述通信信号的第二天线，其中所述第二天线与所述第一天线在空间上是区分开的，并且所述外屏蔽层为所述天线电缆提供了电磁屏蔽；

信号接收机，具有一个经由所述第一导线接收所述第一内部信号的第一输入端，以及一个经由所述第二导线接收所述第二内部信号的第二输入端；以及

信号处理电路，以可操作的方式连接到所述第一输入端和所述第二输入端，其中所述信号处理电路适于以操作的方式来修改所述第一内部信号以及所述第二内部信号，以便产生一个可用信号。

16，权利要求15的系统，其中所述第一输入端和所述第二输入端都包含了一个去耦和设备，所述去耦和设备允许第一和第二内部信号传递到信号处理电路。

17.权利要求16的系统，其中去耦和设备是从包含了铁磁设备、变压器、光电设备、差分放大器、SAW设备以及光学设备的群组中选出的。

18.一种无线通信方法，包括：

提供一个用于供应通信信号的信号源；

提供一个用于在第一导线上接收作为第一内部信号的所述通信信号的第一天线；

提供一个用于在第二导线上接收作为第二内部信号的所述通信信号的第二天线，其中所述第二天线与所述第一天线在空间上是区分开的，并且其中所述第二导线为所述第一导线提供电磁屏蔽；

提供一个信号接收机，具有一个经由所述第一导线接收所述第一内部信号的第一输入端以及一个经由所述第二导线接收所述第二内部信号的第二输入端；以及

提供信号处理电路，其中所述电路以可操作的方式连接到所述第一输入端和所述第二输入端，并且所述信号处理电路适于以操作的方式来修改所述第一内部信号以及所述第二内部信号，以便产生一个可用信号。

19.权利要求18的方法，其中所述第一输入端和所述第二输入端都包含了一个去耦和设备，所述去耦和设备允许第一和第二内部信号传递到信号处理电路。

20.权利要求19的方法，其中去耦和设备是从包含了铁磁设备、变压器、光电设备、差分放大器、SAW设备以及光学设备的群组中选出的。

21.一种包含了无线通信系统的设备，所述设备包括：

一个用于在第一导线上接收作为第一内部信号的通信信号的第一天线，其中所述第一天线以可操作的方式连接到天线电缆；

一个用于在第一天线的天线电缆外屏蔽层上接收作为第二内部信号的所述通信信号的第二天线；

一个适于分离所述第一内部信号与所述第二内部信号的信号接收机；

信号处理电路，以可操作的方式连接到所述第一输入端和所述第二输入端，所述信号处理电路适于以操作的方式来修改所述第一和第二内部信号，以便产生一个有用信号；以及

一个电子电源，所述电源以可操作的方式耦合到所述信号接收机、所述信号处理电路以及所述第一和第二天线，并且为这些设备提供电力。

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