TW466840B - Automatic frequency control loop multipath combiner for a rake receiver - Google Patents

Description

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五、發明說明（1 ) 發明背景 發明範圍 本發明所指爲矣熬善之t動鱗午推制迴產 器及更特別者所指爲將所有兔I把Ϊ指狀物之多 普袭r藥’^置移去之AFC結合器。— '.—-' —对-1 —·— - "-r ·..·- . ... .. ' -.-... V V, 先前技藝討論 正常之地面通信，一接收機接收具有經一直接及間接進 行之傳送仏號‘。>經間接路控之傳播乃由四週地形反射及折 射傳送之信號之結果稱之謂多路徑傳播㈣經過間接路徑進 行之多路徑信號歷經頻率及時間之偏置。….

爲了利用該一傳送信號中多路徑轉播之多個部分之能 量’暑有多個平行之解調器用於接收該傳送信號之不同之 多路控邵分之一種扭式接收機加以利用$。每—多路徑部 刀之解調器稱之謂乾式接收機之指狀物#拓式接收機藉一 引f信號之協助識別及獲取一多路徑傳播之多個部分。對 熟於此一技藝之士言，s一耙#接收機將來自不同路 量予以收集及結合。 H · · ...个.,.-·.- 通常一耙式接收機使用一自動頻率控制（AFC)迴跋从

起:δ。頻f之獲取及對接被』氣提 號之多普舍調整。被干擾及衰減信號之多普勒頻率H ’丨’11"1··'.. Ϊ：. 1 1 常爲未知者。.使用一平衡區分二次方相關器或交又—產出 之自動頻率控制（CP-AFC)迴路架構可以獲得未知之頻率 偏置俊。、 CP-AFC迴路中，可按有關公式（5 )及（7 )之微分以求得 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------綠” 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制^ A7

4668 40. 五、發明說明（2 ) 未加（偏置値。一爲導出CP-AFC二在圖工中考慮一最佳.相位 估計器架構1〇。如圖i所示；將_接收到之信.號y(t)提供 至各自接收本地具有90。相位差之振盪信號16，18之二個 混合器12, 14上。此二信號由一本地例如—電壓控制之振 盈器（VC0) 20之振盪器提供，其中信號之一通過經一 9 〇。 相位之偏移器22。混合器12, 14之輸出各自送至二個積 分器（或低通過濾器）32，34。 接收到之信號y (t)以公式（1 )表示之 * y(t) = 42 Αύχ\[ωί + (ώ-ω)ί + Θ]+ n(t) (ί.) 此處： S爲.本地振I器2 0.之顏率； ω爲接收到之信號之頻率； Θ爲一未知定値載本相位；及 n(t)爲雜訊。 將未知定値載體相位q與頻率相差項（〇> - 3)結合至一未 知之時間變化相位<9(t)，公式（1)重窝爲公式（2): y(t)-42 Asin[0X+e(t)J + n(t) (2) — I.---I----裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在無雜訊情況時，積分器或低通過滤器32，34之輸出由 公式（3)、（4)得出： yc(0 = Acos Θ ⑴ (3) 及

Ys(t) = Asin Θ (t) (4) 由公式（3)及（4)可以看出’低通過滤器（LPFs) 32 ’ 34之 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（21〇 x 297公釐） 466840

五、發明說明（ 目的爲對由於y⑴和㈣㈣信號16，_得出結果之雙 重頻率加以壓抑。接收到之信號頻率u)與本地之振盛頻 率（ω)間之差（ω - 可由公式（5)得出： ω-ώ = ~Θ(ή~^. 出 dt lat an ( "y州 (5) 〆 此處Θ⑴爲相位估計器(estimat〇r) 1〇之輪出如圖^所示 使用識別示於公式（6 ) : _ ⑹ 公式（5)以公式（7)表示之： 〆 (7), 由於么式（5)中微分器之原因，公式（5)之cp_ afc架j 實現即如已知之相差値AF C /在區分控制中，很容易/ 時間t=nAT由導出之dy(t)/dt導出，以公式（8 )示之： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 dt ⑻ 此處△ Τ代表取樣之時期。類比微分値办⑴/dt具有一系钱 轉換函數H(s)=s，然而區分系統具有由公式（9 )得出之轉 換函數其可由公式（8 )加以推算： -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） _466 84 Ο Α7 Β7 五、發明說明（ C9) 結果，類比及區分區域間之繪製由公式（i 〇 )來支配： 1-

Z (10) ¥' 注意在公式（1 0 )之繪製，僅適用於低通過濾器及具有相 對的較小之共振頻率之波帶通過濾器上。 爲了導出對於區分時間微分器AF C架構，公式（8 )代入 至公式（7)内得出公式（11): (11) ✓ 公式（11)之實現爲圖2所續製之區分微分器AFC (或CP-AFC )迴路架構。將於以後説明之。 公式（1 1 )中之關係可進一步以公式（1 2 )表示之： (t)yc(t)-Y\ (〇Κ(0-[1/ΛΓ]8ίηΔΤΔω) (12) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 當運轉於線性區域（即，理論上（Δ ωΑΤ<<1))，誤差信號 D( ω - δ)直接正比於所接收到之信號與本地振盪器頻率間 之差。Δω變大時其關係將不再爲線性^ V 圖2示出一正常之具有頻率區分器（FD) 110用於示於公 式（1 1 )表示實現之交叉一產出（CP) AFC 100 〇與圖1之估 計器1 0相同，接收到之信號y ( t)提供至混合器12，14用 於使用本地爲90°相隔之振盪信號16，18及由VCO 20提 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 466840 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（5) 供用於下行-轉換，此時由相位偏移器將信號之—之相位 偏移爲90 。請了解，如示於圖1中90。相位偏移蒸22已 於圖2予以省略。 下行-轉換之彳s號各自經過類比至數位A / D轉換器120， 125積分器130，135及轉卸低通過濾器140，145。轉卸過 爐器140 ’ 145之輸出分別送至頻率區分器i 1〇之輸入信號 以Ys& Yc表示之。第一信號Ys通過一第一延遲元件15〇及 一第一混合器或乘法器1 5 5。相同的，第二信號Yc通過一 第二延遲元件1 6 0及一第二混合器或乘法器6 5。當在第 一 k號y C挺供弟一混合器155時，第一信號ys亦提供至第 二混合器1 6 5。 *. 二混合器155 ’ 165之輸出提供至例如一減法器或加法器 之結合電路，此時使加法器输出170之一被反轉將其二輸 出成相減之結果。加法器170之輸出爲一相差之信號示於 公式（1 1 )及（1 2 )之左側。由加法器1 7 〇來之此一相差信 號即爲頻率誤差之一估計値。 ·: · 由加法器170來之相差信號提供至用於處理之另—電 路。此外’由加法益1 7 0來之相差信號經一迴路過遽器 175及一數位至類比D/A轉換器180饋回至VCO 20迴路 175之輸出爲頻率偏置之一估計値。d/A轉換器180轉換 其數位輸入至一來使用做爲調整VCO 20振盪頻率之類比 信號。 ’ ' VCO 20之輸出然後饋回至頻率區分器（FD) u〇亦至中間 頻率IF混合器來形成各自的所謂之一短迴路及一長迴 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — l·-----------，裝--------訂---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ___I466 8 4 厂） A7 ___B7 五、發明說明（6 ) 路。在圖2中，VCO之輸出回饋至混合器12及14，該處 如圖1之説明在VCO 20與混合器1 2之間提供有9 0 °相位 偏移2 2 (圖1 ) 〇 爲簡單計，短迴路及長迴路在圖2中未加以區分，由於 圖2僅示出12，14之一組混合器將其用於對接收到RF信號 提供至A/D轉換器120，125轉換成基本波帶信號。無論如 何，基本上提供有二組混合器。IF混合器將接收到之無 線電頻率R F轉換至相隔9 0 ° .之一中·間頻率信號；及零混 合器將IF信號轉換至基本頻帶信號用於輸入至a/d轉換器 120，125。一短迴路將VCO連接到IF混合器及一長迴路將 VCO連接至零IF混合器。一般在I Jr及零I f混合器之間提 供有一 RF過濾器。 … 頻率區分器（FD) 110之混合器155，165扮演相關測定器 之角色。此即，接收到之信號y(t)和由Vco 20及相位偏 移器2 2 (圖1 )來之信號18，16成交叉_相關之關係。即具 有sin( 〇t)及cos( )之關係。此一交又-相關之結果爲來 自二混合器14，12之各自之[sin(a^St)]及[cos〇_ 5)t)]之 輸出。此爲一無雜訊之情況。如果雜訊出現，無論如何， 正弦及餘弦部分受加有波帶寬度雜訊之混合。爲使屬於一 低之信號對雜訊比值（SNR)趨向來支配原來之正弦信號， 當對雜訊之全部頻帶寬度（BW)加以比較時，請注意所要 求之信號（正弦者）爲非常近似於基本頻帶信號。 混合态12，14所提供之信號由A/D轉換器i2〇，125加以 數位化°目的爲改善黯，㈣數位化之信號各自通過積 9- P紙狀⑨過財關家標準規格⑵㈣97公髮） i l· —----I I---'/ 裝--------訂 - - ---II! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} H4 66 8 4 0

五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 分一及一轉卸或適當之低通過濾器130，14〇及135， 可將雜訊予以平整。然後，過滤及之信號通過微分^路 或包括有二個延遲150，160，二個乘法器155，16〇及加去 器170。如以上所述，加法器17〇之輸出爲饋回至如:卞 之VCO20之相差信號。 ^ 在CDMAIS95基本系統中，當在導引獲取階段，接收到 之信號y(t)之頻率3與本地之振盪頻率0間之不當匹配， 依振盪器之頻率而定可能爲數千赫，如高達6千^或更高 之地步。此一頻率不當匹配乃由於多普勒頻率偏移所致: 在此一階段，可使用AFC 100用於來校正頻率之不當匹 配。當在安定之狀態時，AFC100企圖追蹤多普勒頻二偏 -移。對一頻率8 00百萬赫及9〇〇百萬赫之間載體多普勒偏 移一般達於90赫。對於個人通信系統（pcs)之應用而言。 多普勒偏移可高至300赫。 一慣常之耙式接收機中，一 AFC可對在每一指狀物上置 有不頻率之頻率測定器在不同指狀物上所獲得之頻率偏置 之結合加以運算，此一方法一頻率偏置估計値之結果爲在 不同耙式指狀物所呈現之頻率偏置估計之平均値。無論如 何，此一方法中，僅將每一迴路權重之平均頻率偏置波移 去。其結果爲每一指狀物留存有具有頻率偏置誤差等於所 有接收到之#號多路徑之中心頻率與估計之平均頻率間之 相差値。此，依次，取決於出現於每—指狀物之導引之強 度亦可能造成之外加之偏置及誤差，此一情形將減低系統 之性能。 I N----------裂-------—訂----------R、； (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) -10-

466840 A7 ______B7 五、發明說明（8 ) 配有AFC電路之慣常式耙式接收機中，頻率偏置存在於 一個或多個之耙式指狀物中造成對系統之性能之額外降 低〇因此，配有-農所-有氪去 之一種耙式接收機是mu。 t 發明重點 本發明之目的爲供配直^一自動頻率控制（AFC)迴路契 >構及AFc方法首隻-除..4J誇矣1羡iS^JS常:afc粤路」 問題之一¾把夫接收機。. ；， ·-·*▲..............g； 本發明之另一目的爲對於造成減低性能之降低之一耙式 接收機提供一 AFC迴路及方法。 本發明之進一步之目的爲提供一配有AFC電路將所有來 自耙式指狀物之頻率偏置予以移去之耙式接收機。 本發明仍進一步之目的爲不受多路徑信號影響具有較優 之性能之接收機。 丰·發明在一耗式接收機中提供一自動頻率控制Afc之方 法，及對於一耙式接收機使用於配有碼區域多重進出 (CDMA)調變之一無線手機之AFC系統提供方式來完成上 述及另外之目的。配有指狀物之耙式接收機包括有頻率區 分器及一結合器。每二赛然i直接二^葱^皇。結合器 係t自頻率區分器之輸出予以結合並將用於將來自所有之 指ϋΐυϋ.置±«ΐΐ之一平均誤差信號¥TS回至 ' ' ........"·· «'ί： ..-- 頻率區^器。 ，， 結合器包括一加法器用於將頻率區分器之輸出相加形成 一總和信號及一除法電路將總和信號除以頻率區分器之數 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 裝-----

訂---------氣V 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^4 66 8 4 〇

.目形成平均誤差信號。結人器 器及除法電路之間。此夕;：：二k7過據器連接於加法 加法器之每. "、外之加法器用於將這些 母一個來將平 來之一個輪出早、v 差仏唬及各自之自頻率區分器 計値β Ό收，以便提供—各自之健之頻率估 圖面重點説明 進:：：:詳广之説明以及併同參考之圖面，將對發明之 :發=優點更能獲得明確之了解，説明指出及示 出發明所選具體實施例，里 參考數示出，其中：面中例如元件以相同之 圖1，示出一慣常之相位估計器； 二::rr之區分微分器交又-產出自動頻率控制 圖3’示出按照本發明—配有APC結合器之— 機0 發明詳細説明 _ 磚 圖3示出配有一 AFC結合器2〇5之一把式接收機綱。 AFC結合器2G5包含最少有三個頻率區分器卜“㈡， 110-3 ’及一加法器2〇7。顯示之，三個乾式指狀物川， 212,2U示於圖3。所不同於圖⑴之慣常㈣架構者， 其中頻率誤差之保持由於造成對系統之性能料之降低之 個或多個 < 耙式指狀物。而示於圖3之耙式接收機2〇〇 具有將所有來自私式指狀物21〇’212,214之頻率偏置或 誤差予以移去之AFC結合器。此，本質上，所有因在系統 -12- 本科張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格⑽X 297公楚） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂--------'^L· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 466840 A7 __B7 五、發明說明（1G ) 中由於不同頻率引起造成之性能降低可予以移去。然後每 一指狀物210，212 ’ 214之輸出上之頻率偏置或誤差Δω i， Δ ω 2，Δ ω η在結合器2 0 5階段由加法器2 0 7相加不需耽心 象徵取消或降低。 、 .、一…Ύ —S 3中，i算{ ▽ i: i = 1 ·· Ν }指出i個頻率區分器，此處i 爲1至N°N—般設定爲3，並以三個頻率區分器noq， 110-2，110-3顯示之。無論如何，應了解，可以使用高 至N個頻率區分器。每一頻率區分器詳細示於如圖2所 示。進而，如圖2中所提及之説明，RF及IF混合器可能 使用及V C 0連接至RF及IF混合器其中之一或二者，而形 成長或短迴路。 如圖3所示，每一耙式指狀物210，2U，214具有自己之 區分器110-1 ’ 110-2，110-3。耙式接收機之每一路徑中之 頻率偏置由於這些接收到之信號不同之多普勒偏移而有所 不巧。此當在活動台或電話由二個或二個以上之基台同時 提供服務時，無線電話中跨區轉接時特別如此。 加法器207之輸出經一迴路過濾器175提供至被]^電路 230來除。與示於圖2中相同，被N電路23〇除之輸出經數 位至類比（D/A)轉換器180及電壓控制振盪器（vc〇) 2〇饋 回至混合器12，14。如圖2，二信號16，18提供至混合器 12，14用於將接收到之信號y(t)下載_轉換，及混合器 I2, I4之輸出經類比至數位（A/D)轉換器120,125積分器 130 ’ 135及轉卸過濾器14〇，145提供至頻率區分器， 110-2 ， 110-3 〇 -13- 私紙張尺度適財g_國家標準（CNS)A4規格⑵Q χ挪公楚） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 裝--- 訂---------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ¢66840

五、發明說明（11 以加法器250’255,260，接收各自之頻率區分器· =广之輸出(心1〜'…1至N)及將被N電 除之輸出心這些加法器25〇,255,26〇之輸出爲在 每-把式指狀物之實際偏移之頻率之粗略估計值。如此， 由加法器250, 255, 來之提供之頻率爲由多普勒偏移 所偏移之校核頻率。此偏移之或校核之頻率使用用於產出 近似於非-多路徑信號之偏値。 _ 每Τ頻率區分器U0]，11()_2，11G_3之輸出爲_由公式 (1 3 )所限制之誤差信號， Αω. ώ (13) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 其中 和 i爲特別之指狀物及1至Ν之變化。 N爲最後一指狀物，在圖3中所顯示之例爲3。 ωί爲由i個指狀物所接收到之信號之頻率；及 3爲耙式接收機中所存頻率偏置之平均估計總 特例者，5可由公式（14)得出 -S 1 CO 二 一〉0), (14)

In ^^1 1 ΚΒ ϋ· I 訂---------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖3中輸入至迴路過濾器i 7 5爲結合之誤差信號示於公 式（15): (15) 在安定狀態，即迴路達到安定及被Ν電路2 3 0除後之輸 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

五、發明說明（12) 示之 出爲平均之頻率估計値以公式（16) ώ Ν π Σ ωι (16) 人爲了將來自每一指狀物之多普勒偏置予以移去，提供結 二器即加法器250，255，260做結合運算，由公式（i 6 )將 —頻率區分器UO·1，11〇-2, 110-3之輸出得出之平均頻 率估計値δ相加。加法器25〇, 255，26〇之輸出爲一實際被 偏置之頻率之粗略估計値（'，i = UN)。.例如，呈現於 每—耙式指狀物由多普勒偏置之値。由加法器250，255， 260提供之此估計値於]進一步由移去過濾器加以區分，即 如同至積分器130，135及轉卸過濾器140 , 145 —樣，及使 用用於將來自指狀物210,212,214之即有之頻率偏予以 .移去。 ' :· r 頻 電. 巢 機 將來自每-指狀物之多普勒頻率偏置之移去以確認接收 到及偏移之頻率來提升信號與雜訊比値及移去由於 率偏値而致之降低。對於精於此一技藝之士言必能了解 有其必要，爲了適當對待衰減之每一路徑之電能應對每 頻率測得之測定器輸出予以常態化，顯示出，對於無線 話或配有碼區域多重進出（CDMA)調變之手機，例如蜂 式CDMA電路或無線頻譜擴展電話可使用—耙 200來達成》 〆 " .當發明配合圖面及所選具體實施例予以特別示出及説明 之時，對於精於此-技藝之士而言將能了解到在不違背發 明之精神及範圍下上述在形成上及細部上之其他變動是可 -15- 本紙張尺度適用#關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 466840 A7 B7 五、發明說明（13) 以被做的出的，故該發明必需由所附之申請專利範園加以 限制。 :’ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. ^466840 A8 B8 C8 申請專利範園 1. 一種具有指狀物（210 ’ 212，214)之耙式接收機（200)， 包含： 頻率區分器（110-1，110_2，n〇_3);及 一結合器（20 5)，將由該頻率器（11(M，u〇_2，11〇_3) 來之輸出結合而輸出~平均誤差信號，該平均誤差信號 饋回至該區分器（11〇_丨，u〇_2，11〇_3 )用於將指狀物 (210, 212, 214)來之頻率偏置移去。 2·如申請專利範圍第1項之耙式接收機（2 〇 〇 )，其中每一該 指狀物（210，212 ’ 214)包括一個頻率區分器。 3. 如申請專利範圍第1項之耙式接收機（2 〇 〇 )，其中該結合 器（20 5 )包括一加法器（2〇7)將該輸出相加形成一總和 信號；及除法電路（2 3 0 )將該總和信號除以該輸出之數 目。 4. 如申請專利範圍第3項之耙式接收機（2 〇 〇 )，其中該結合 器（205)尚包括一過濾器（175)連接於加法器（2〇7)及除 法電路（2 3 0 )之間。 5. 如申請專利範圍第！項之耙式接收機（2 〇 〇 )，尚包含加法 器（250 ’ 255，260) ’其每一個接收該平均誤差信號及該 輸出中之一相應者而提供相應之被偏置頻率之一估計 值。 6. —種用於具有指狀物（21〇，212，214)之一耙式接收機 (2 0 0 )之自動頻率控制裝置，包含： 頻率區分器（11〇_1，110_2，11〇_3);及 一結合器（2 0 5) ’將來自區分器，u〇_2，11〇_3) -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 466840 Α8 Β8 C8 〇8 々、申請專利範圍 之輸出結合而輸出一平均誤差 回至該頻率區分器“ /次差#號饋 7. 8. ’ 11 〇_3 )用於將來自该 指狀物（210，212，214)之頻率偏置移去。 ' 如申請專利範圍第6項之自動頻 7肩+控制裝置，其中該指 狀物（210，212，214)之每—佃A ’ 個包括該頻率區分器 (110-1 ’ 110-2，11〇_3)之一。 _如申請專利_範圍第6項之自& is * ^ 币員I目動頻率控制裝置，其中結合 器（2 0 5 )已括加法器（2 〇 7 )將輸出相加以形成一總和 信號；及一除法電路(2 3 0)將該總和信號除以該輸出之 數目。 9.如申請專利範園第8項之自動頻率控制裝置，其中結合 器（205)尚包括一過濾器（175)連接於加法器（2〇7)與除 法電路（2 3 0 )之間。 10·如申請專利範圍第6項之自動頻率控制裝置，尚包含加 法器（250，255，260)，其每一個接收該平均誤差信號及 該輸出中之一相應者’而提供相應之被偏置頻率之一估 計值。 U· 一種用於具有指狀物（210，212，214)之一耙式接收機 (200 )之自動頻率控制方法，包含步驟： 使用頻率區分器（110-1，110-2，110-3)頻率區分該指狀 物（210’212’214)之輸入形成被區分之輸出； 將該被區分之輸出結合形成一平均誤差信號；及將該 平均誤差信號信號饋回至該頻率區分器（110-1，110-2， 110_3)用於將來自該指狀物（210，212，214)之頻率偏置 -18- 本紙張尺度適财a a家鱗(CNS) Α4規格(2lGX 29?公釐) 叫 ο 4 8 0 6 4 8 8 8 8 A B c D 六、申請專利範圍 移去。 12. 如申請專利範圍第1 1項之方法，其中該結合步驟包括步 驟： 將該被區分之輸出相加而形成一總和信號；及 將該總和信號除以該被區分之輸出之數目。 13. 如申請專利範圍第1 2項之方法，尚包含過濾該總和信 號。 14. 如申請專利範圍第1 1項之方法，尚包含將該平均誤差信 號與該被區分之輸出中之一相應者相加而提供相應之被 偏置頻率之一估計值。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)