TWI239148B - Signal demodulation in a mobile receiver - Google Patents

Description

1239148 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於第三代合作方案（3rd Generati〇n

PartnefShiP pr0ject ’ 3GPP)無線通訊網路的基地台與行動模組在 通汛時的訊號解調變方法。尤指一種用於將解調變模組適當地整 合在一 3GPP接收器中之架構。 【先前技術】 無線通訊網路中的行動單元是在困難的環境下運作。一般來 說，建築物與地形會散射與反射從基地台傳送到行動單元的^ 號’因此，行動單元天線所接收的訊號會是所有被散射與反射或 錄路徑訊號的總和。通常，這個接收到的多重路徑訊號的品質 會被下述兩個主要因素所影響。 第-種因素稱之為慢速衰減（slowFading)或·常 (Logn_aIFading) °慢速衰減是由於基地台細動單狀間: =號被地形吸收所造成。例如，當行料元移鱗續道時 月έ會造成說號強度的減少。 、 1239148 第二種因素則為快速衰減（FastFading)、多重路徑衰減 (Multipath Fading )如 Rayleigh 衰減（Rayleigh Fading )。Rayleigh 衰減是由於多重路徑的訊號到達行動單元並破壞性地結合，這可 月&會造成整個頻見（Bandwidth )的降低。另一種型態的Rayleigh 衰減是由於行動單元相對於基地台的移動而產生頻率的都卜勒偏 移效應（Doppler Shift)。 基於以上這些因素，一種運用典型的寬頻帶分碼多重存取 (Wideband Code Division Multiple Access ’ WCDMA)技術之泛用 行動電信系統全球無線電存取網路（UniversalMobile

Telecommunications System Terrestrial Radio Access Network，以下 簡稱UTRAN )接收器需要數個模組以正確地解調變所接收到的訊 號。一習知的WCDMAUTRAN接收器110如第1圖所示。接收 态110包含一延遲判斷（Delay Estimation，DE)模組112、柵式 接收器（Rake Fingers )模組115、一最大比率結合（Maximum Ratio Combing ’ MRC)模組 118、一頻道判斷（Channel Estimation，CE) 模組 120、一速率判斷（Velocity Estimation，VE)模組 122 以及 一自動頻率控制（AutomaticFrequency Control，AFC)模組 125。 一個頻道的複合增益訊號均方根升餘弦 (Square-Root Raised Cosine，SRRC)訊號被傳送到延遲 判斷模組112、栅式接收器模組115及頻道判斷模組12〇。延遲判 斷模組112的輸出值會提供作為柵式接收器模組115的另一個輸 1239148 ::::伽⑶莫組115的輸出值接著被傳送到最大比率結合 斷模組120的輸出值~^ 人自動頻率控制模組125。自動頻率控制模組125的輸出 回給頻迢判斷模組120並作為速率判斷模組12 ==刪請犧雜細輸峨組= t ㈣—個輸_作域大轉結合池118的 連同拇式接收器模組115的輸出值）以產生出解 调變汛5虎DeMCC。 頻逍判斷模組120判斷該頻道的複合增益值，包括其振幅大 小與她。自__胤㈣5 _償由於本地振盪器（LocaI Ο—S)間的變異而產生介於傳送器與接收器之間的頻率差 值。速率判斷模組122測量行動單^相對於基地台的移動速率。 自動頻率㈣池125與速顿斷模組122 f要親觸模电⑽ 的判斷結果，而頻道騎模組12G亦需要自動頻率控制模㈣5 與速率判斷模組122的結果值以有效地運作。在頻道判斷模組 120、速率判斷模組122與自動頻率控制池125之間的回授迴圈 使接收器110無法有效率地運作。 舉例而言，在概H削中的賴_额_寬必須被設 計為都卜勒展頻（Do_*Spread)。以簡要的圖示做說明，第2 圖緣示-麵雛的滅_道複合增益15 _譜在沒有頻率偏 移時恰好位於-相對較大的指钱寬ω的中央。第3圖顯示一被 8 1239148 接收的訊號的頻道複合增益25 -較大的指定頻寬_。Γ有頻率偏移時仍落在 在相同的頻道複合增益15(第4圖圖_明_對比’顯示 的頻譜使用較小的頻寬2〇。第5 麵合增盈25 (第5圖〕 增益25的頻譜因為頻率偏移而落在指：二ττ蝴道複合 真。 仕扣疋頻見20之外，使訊號失 大叫Γ?ίΓ在WCDMA系統中’頻率被要求在o.ippm之内， 大约為2_z纽纽軸料神單元 =都卜Λ感應頻率偏移。另外也可能因為本地二 斷η 1 ι員率偏移。由於速率判斷模組122需依靠頻道步 Γ 輸㈣’崎觸额12G峨糊大以郁 &增益在通過頻道判斷模組12叫不會發生如第5騎示之气 號失真，不管該行鱗搞速率為何。為了得_㈣效能° 迢觸模組12G的頻寬應被設計為符合都卜勒展頻的需求。 【發明内容】 因此本發明之主要目的在提供一種wcdma接收器的新類架 鼻以触上述接收器中各功能區塊間的回授迴路，使頻道判斷模 組的頻寬可被精確地設計，並增進3Gpp無線通訊系統的效能。 1239148 表大比率結合模組、一

，發明之_請專·圍脊一 斷枳組、一柵式接收器損 舆組、一前頻道判斷（Pre “頻道判斷模組的運作係與該自動頻率控制模組以及 、、/ W fe/f模、、且之輪出相關，但是該前頻道判斷模組的運作則獨 立於4自動鮮控制模組以及該速率觸模組之外。 、I員道判斷模組提供粗略的頻道複合增益之判斷結果值，該 φ 值被傳蝴自軸率控糖組與第—合賴。該自細率控麵 組輸出-訊號且該訊號被傳送至第—與第二合成器。第一合成器 將粗略的頻道複合增益之觸結果值與自動頻率控制模組的輸出 值加以、、、"口，並輪出合成結果值到速率判斷模組及後頻道判斷模 ^以產生補仏峨。在第一合成器對結果值進行處理前，速率判 斷她的輸祕會先傳制後頻道續模組，且後頻道躺模組 會依據該輸出值來補償都卜勒效應導致的頻率偏移。後頻道判斷 ⑩ 核組的輸出值被傳送到最大比率結合模組。最後，第二合成器將 來自自動頻率控制模組的訊號與來自帛大比率結合模組的訊號加 以合成，以產生一解調變訊號。 本發明之優點為上述WCDMA接收器中各功能區塊間不存在 回授迴路，可精確地設計後頻道判斷模組的頻寬，並增進3Gpp 無線通訊系統的效能。 10 1239148 【實施方式】 本發明揭示一種WCDMA接收器的架構，其中不同 功能模組間的相依性可依頻道判斷模組頻寬的設計來做 適當安排。在本發明中，該頻道判斷模組被分為兩個部 分，分別是一前頻道判斷模組與一後頻道判斷模組。當 後頻道判斷模組依據速率判斷模組與自動頻率控制模組 的輸出值運作時，該前頻道判斷模組不會受速率判斷模 組及自動頻率控制模組輸出值的影響。 第6圖例示上述WCDMA接收器200的功能區塊 圖。WCDMA接收器200包含如第1圖所示習知接收器 之延遲判斷模組112、柵式接收器模組115、一最大比率結合模組 118、一速率判斷模組122以及一自動頻率控制模組125 '然而， 接收器200另包含一前頻道判斷模組220、一後頻道判 斷模組225、一第一合成器230與一第二合成器235。 前頻道判斷模組220提供粗略的頻道複合增益均方 根升餘弦之判斷結果值。該粗略的判斷結果值U! ( η ) 會傳送到自動頻率控制模組125。自動頻率控制模組125 輸出一訊號U2( η)且該訊號被傳送至合成器230與235。 第一合成器230將(η)與U2( η)加以結合並輸出合 成結果值U3( η)到速率判斷模組122及後頻道判斷225 1239148 模組以產生補償訊號。速率判斷模組122的輸出值亦被 傳送到後頻道判斷模組225。後頻道判斷模組225的輸 出值u4 (n)會傳送到最大比率結合模組ιΐ8以產生輸 出訊號U5 (η)。最後，第二合成器235將訊號仏⑴ (來自自動頻率控制模組125 )與訊號u ( η ) 大比率結合模組m)的訊號加以合成來產生一訊號％ (n )。訊號υό ( η )隨後被解調變。 視自動頻率控制模 雖然後頻道判斷模組225的輸出 組125與速率判斷模組122的補償訊號來決定，但是自 動頻率控龍、组125與速率判斷模組122卻僅視前頻道 判斷模組220的輸出值來決定。因為本發明消除了習知 技術中不關組之間的回授迴路，所以只要各自獨立的 功能區塊可穩定控制，而接收器的架構亦同樣地穩定。 複，度在本發明中亦已被考慮進去。由於相關的本地振 盪器之間的頻率偏移為一非理想之效應，這些偏移量不 受多路徑的影響。目此，對多路徑訊號中每個路徑 的偏移進行補償是不必要的，且經由最大比率結合模組 11 8與第一合成益235之後，頻率偏移可獲得補償。後 須迢判斷杈組225與最大比率結合模組118會補償每個 路徑的相位差。 前頻道判斷模組2 2 0的頻寬不受自動頻率控制模組 1239148 125與速率判斷模組122的影響，且必須產生足夠的頻 見以使最大都卜勒展頻與頻率偏移得以通過。在設計後 頻道判斷模組225時，後頻道判斷模組225的頻寬可利 用速率判斷模組的輸出值而得到窄於前頻道判斷模組 220的頻寬，並增進後頻道判斷模組225的效能。柵式接 收器模組115的輸出值可被表示成： (方程式一 位二 …Α〇為頻道振幅增益，θ。為頻道相 位^，Δω為頻率偏移，iG為 道判斷模組220的輪出為：. H則海 (方程式， U { (n ) A {e ]{^ωη + Θ\) 頻，益的判斷值，〜為頻道相位-白勺判畊值，μ為雜訊。這此 、邳位立曰 組220中完成。# ]断工作皆在前頻道判斷 υ甲凡成。该粗略的複合拇戶 』呵 動頻率控制模組125以產生二皿、丨η破傳送到 號： 〇程式二所得之補償訊 ^ iin) — e~ ηΑωη + Θ2) (方程式三） 1239148 该相位雑訊與穩態誤差（Steady-State error )被加總 到相位擾子02。該訊號U] (n)被與A (n)合成並產 生： (方程式四） U 3(n) = Axen^~e^ + /1 請注意該被從方程式中消除。如此可確保訊號A (η)可正確地通過後頻道判斷模組225。訊號a (n) 在傳送到速率判斷模組122之後，會判斷該行動單元相 對於基地台的移動速率且後頻道判斷模組225的頻寬也 可依此做調整。 訊號A ( η )可由下列方程式得出： (方程式五） 訊號U4 (η)係Us (η)傳送經過後頻道判斷模組225 而產生，其中θ4為後頻道判斷模組225的相位響應 (PhaseResponse)。頻帶外的雜訊則可被抑制。最大比 率結合模組118輸入1；0(1〇與1；4(1〇以執行相位與振 幅補償以及多路徑訊號的結合來得出·· ^ (方程式六） ^= Σ dA 0Alej(A〇)n+e〇~~°^^2~〇,) 1239148 假設頻道相位增益的判斷值為 亦可表示為： I則叫n) 二 Σα〇^ν7(Δ_+2—〜）+ζ· . 5 (方程式七） 合成器235接著產生最後結果值： ϋβ{η) = ^ άΑ^ΑλβΛι^θ~θ^ + / ( 6 (方程式八） 若將方程式八中的雜訊項“忽略不計，則口 道判斷模組且頻率偏移被料。請注意自動頻ς控制= t U5的相位雜訊02亦被消去。訊號可通過各個經過於 確設計頻寬的功能區塊並^在各區塊間不會有回授迴^ 存在。 本發明之優點為WCDMA接收器2〇〇中各功能區塊 間不存在回授迴路，可精確地設計頻寬並增進效能。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請 專利範圍所做之均等變化與修飾m發明專利之涵 蓋範圍。 1239148 【圖式簡單說明】 第1圖為一習知之WCDMAUTRAN接收器之功能方塊圖。 第2圖為頻道複合增益與指定頻寬之頻譜圖。 第3圖為頻道複合增益與指定頻寬之頻譜圖。 第4圖為使用較小的頻寬與頻道複合增益之頻譜圖。 第5圖為使用較小的頻寬與頻道複合增益之頻譜圖。 第6圖為WCDMA接收器的功能方塊圖。 【主要元件符號說明】 10 頻寬 15 頻道複合增益 20 頻寬 25 頻道複合增益 110 WCDMA UTRAN 接收器 112 延遲判斷模組 115 柵式接收器模組 118 最大比率結合模組 120 頻道判斷模組 122 速率判斷模組 125 自動頻率控制模組 200 WCDMA接收器 16 1239148 220 前頻道判斷模組 225 後頻道判斷模組 230 第一合成器 235 第二合成器 DeMCC 解調變訊號

Claims (1)

123 9148 、申請專利範圍 種無線接收器，其包含·· 1頻道判斷模組，其包含—第1寬濾、波器，—輸入部，用 2收-親複合增益，以及，部，㈣輸出一頻道判 斷值； 〜速率判賴組’其包含-輸人部，雜人部電連接至該前頻 7判斷模組之輸出部，用來接收該前頻道判斷模組 值；以及 〜後頻道判斷模組，其包含一篦- · 卡 八G3弟—頻I濾波器’一第一輸入部， 至該_翻_組讀饰猶__道判斷模 2 4值’及—第二輸人部’連接至該速率判斷模組之輸 其中該後頻道判斷模組根據該速率判斷模組之輸出值，在前 頻逗判斷触讀祕被翻翻斷模 之 =㈣應頻率偏移，使得該第二頻寬 v員見比"亥弟一頻寬濾波器之頻寬窄。 2.如申請專利範圍第i項所述之無線接收器，其另包含： -自動頻率控制模組’包含有—輪人部，連接至 模組之輸出部；以及 逼判断 一:其包含有:第—輸入部以及-第二輪八部，該 ⑨口P係紐至該賴道觸模組讀㈣卜 吻第二輸 18 1239148 入部係連接至該自動頻率控制模組之一輸出部； 其中在該前頻道判斷模組之輸出值被該速率判斷模組與該後 頻道判斷模組接收前，該第—合會將該自動頻率控制模 組的輸出值與該前頻道判斷模組之輸出值加以合成。 3.如申w專利範圍第2項所述之無線接收II，其另包含： -最大比_合模組，包含有—第—輸人部二及一第二輸入 P /第輸人σ卩係連接至該後頻道判斷模組之輸出部；以 及 一第二合成器，包含有-第-輸入部以及-第二輸入部，該第 -輸入部係連接至該最大比率結合模組之—輸出部，該第二 輸入部係連接至該自軸率控麵組之輸出部； 其中該第二合成蹄出—訊號肋補償由於本地振盪器之變 異所產生之頻率偏移。 L如申請專利範圍帛3項所述之無線接收器，並另包含· -祕判斷模組，包含有—輸人部，用以接收該頻道複合增 ϋ及 -柵式接收器模組，包含有—第一輸入部、—第二輸入部以及 -輸出部，該第-輸人部用她_頻道複合增益 二輸入部絲接至_·嶋岐—輪 _ 連接至該最大比率結合模組之第二輸 輸出顿 19 1239148 5. —種無線接收器，其包含： 一前頻道判斷模組，包含有一 係用來接收-頻道複合增益；^及i出部，該輪入部 -自動頻率控制模組，包含有一 前頻道判斷模組之輪出部; 4入概接至該 一^合成n m細m輪人部， 係連接至該前頻道判斷模組之輪出部，該第二輪八 縣連接至该自動頻率控制模組之—輸出部. :侧:且，包含有-輸入部，該輸入__^^ 合成裔之一輪出部； -後頻道靖模組，包含有—第—輸人部以及—第二輸入部， 该弟-輸人部係連接至該第—合絲之輸出部，該第二輸入 J係連接至该速率判斷模組之一輸出部； ' 一最大比率結合模組’包含有一第一輸入部，該第一輸入部係 連接至5亥後頻道判斷模組之一輸出部；以及 一第二合成器，包含有—第—輸人部以及-第二輸人部，該第 一輸入部係連接至該最大比率結合模組之一輸出部，該第二 輸入部係連接至該自動頻率控制模組之輸出部。 6·如申請專利範圍第5項所述之無線接收器，其另包含： 一延遲判斷模組，具有一輸入部，該輸入部用以接收該頻道複 合增益；以及 一柵式接收器模組，包含有一第一輸入部、一第二輸入部以及 20 1239148 一輸出部’該第一輸入部用以接收該頻道 輪入部係連接域延遲判_組之_ 第二 接至該最纽雜合触之第二輪人部4彳_出部係連 7. -種祕—無線接收器之訊號解調變之麵 速率判斷模组，該方法包含： "妾收包含— •頻道複 利用1頻道判斷模組之一第一頻寬濾波器來產生一 合增益訊號之判斷值； •基地台之速 利用該速率判斷模組產生該無線接收器相對於 率判斷值，· 根據該速率靖之輸纽實質地顯該親複合增益判 斷值之都卜勒頻率偏移；以及 提供一翻道卿驗，其包含m級n，利用該第 一頻見渡波时爾在_道複合增財被實質地補償之 判斷值之相位差； 其中該第二頻寬濾、波器之頻寬比該第-頻寬濾、波器之頻寬 窄。 8·如申凊專利範圍第7項所述之方法，其中該無線接收器另包含： -延遲判斷模組，包含有—輸人部，該輸人部制來接收該頻 道複合增益訊號； 一概式接收器模組，包含有一第一輸入部以及一第二輸入部， 該第一輸入部係用以接收該頻道複合增益訊號，該第二輸入 21 1239148 =係連接至該延遲_模組之輸出部，·以及 一 ΓίΓ合模組，包含有—第—輸人部、—第二輪入部以 =二該第—輸入部係連接至該柵她 部，伴ΐί 了輸入部係連接至該後頻道判斷模組之一輸出 Μ輪出4係用以輸出一處理訊號。 • 士申π專利域第8項所述之方法，其另包含· 自動頻率控制模組根據該親複合料之判斷值來產 生頻率偏移補償訊號；以及 將摘率偏移補償峨與鱗理峨合成 器之變異所產生之頻率偏移。 南貝口本地振盟 22