專利名稱：用于通信終端設備的接收機電路和在接收機電路中進行信號處理的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于通信終端設備的一種接收機電路如權(quán)利要求1的總構(gòu)思所述和在接收機電路中進行信號處理的方法如權(quán)利要求12的總構(gòu)思所述。
在目前普通的通信終端設備中，特別是無線通信設備中通常是同時處理若干(K)接收信號。其中，在信號預處理時此K個接收信號首先混頻至中頻范圍或至基頻帶中，然后分別借助于K個模/數(shù)變換器(A/D-變換器)數(shù)字化，然后分別輸入至K個數(shù)字濾波器中，這些濾波器進行數(shù)字帶寬限寬以便達到通道選擇的目的。
這種類型的信號預處理方法的缺點在于，由于多次應用相同的元件，所以所需的實施費用相當可觀。
本發(fā)明的任務在于提供用于通信終端設備的一種接收電路，其實施所需費用比較低。此外，本發(fā)明的目的在于給出在一個通信終端設備的接收機電路中進行信號處理的一種方法，通過此方法可以降低接收機電路的實施費用。
此項任務是通過權(quán)利要求1和12所述特征加以解決的。
本發(fā)明的構(gòu)思在于利用一個數(shù)字濾波器，以便對若干由A/D-變換器給出的數(shù)字信號進行濾波。這樣，所需數(shù)字濾波器的數(shù)量可以減少，從而使本發(fā)明所述接收機電路的元件費用和組裝費用將獲得有利的影響。
在一個本發(fā)明特別有利的實施方案中N＝1，就是說總共僅采用了唯一的一個數(shù)字濾波器對K個由A/D-變換器給出的數(shù)字信號進行帶寬限寬。
按照本發(fā)明第1種有利的實施方案，轉(zhuǎn)換元件包括一個多路轉(zhuǎn)換器。如上所述，當N＝1時，K個數(shù)字濾波信號將轉(zhuǎn)換為用于數(shù)字濾波元件(或者說唯一的數(shù)字濾波器)的唯一的一個輸入信號。這樣，采用一個多路轉(zhuǎn)換器可以成為應用僅具有一個輸入端的數(shù)字濾波元件。
本發(fā)明第2種同樣有利的實施方案其特征在于，轉(zhuǎn)換元件包括若干、特別是K個并聯(lián)的零插入元件。因為在第2種實施方案中不需要多路轉(zhuǎn)換器，所以其實施費用很低。在此實施方案中，此轉(zhuǎn)換元件具有路個輸出端，這樣僅需要具有K個輸入端的一個數(shù)字濾波元件。
上述兩種實施方案可以相互結(jié)合使用。
應該注意的是，即使在第2種實施方案中轉(zhuǎn)換元件也不應作為分立的元件出現(xiàn)，而是集成在一個數(shù)字濾波元件中并且在這里、在信號計算方面例如也可以在軟件層面加以實現(xiàn)。
此數(shù)字濾波元件的一個數(shù)字濾波器可以是一個FIR-或一個IIR-濾波器。隨著此數(shù)字濾波器的階數(shù)L的增加，一方面所達到的濾波斜率將增大，另一方面所必需的計算費用亦將隨之提高。此數(shù)字濾波器的階數(shù)以5至20之間、特別是10至18之間比較有利。
通常在一個數(shù)字濾波器后面的信號路徑中配置一個十取一元件，即減小取樣速率。一個有利的措施在于，此數(shù)字濾波器在此情況下由若干串聯(lián)的、交替排列的分立的數(shù)字濾波器和取樣速率減小電路構(gòu)成。通過濾波元件的數(shù)字濾波器的這種方式的級聯(lián)(或數(shù)字濾波器的N≥2)使濾波所需的計算費用可以降低。
根據(jù)本發(fā)明用一個數(shù)字濾波器進行多信號處理的方法已可以應用在一個僅具有一個接收傳感器的接收機電路中。在一個這樣的接收機電路中，通過分解由一個接收傳感器給出的傳感器接收信號，可以產(chǎn)生若干(K個)接收信號，這些接收信號然后可以按照本發(fā)明所述原理以有利的費用繼續(xù)加以處理。
例如大家知道，在一個移動通信接收機中應將天線接收信號分解為一個同相接收信號和一個與此相移90°的正交接收信號。此同相信號和正交信號可以按照本發(fā)明繼續(xù)加以處理。
本發(fā)明的另一種有利的實施方案其特征在于，信號接收元件包括若干接收傳感器。
以若干接收天線形式的若干接收傳感器例如已應用在用于蜂窩移動通信系統(tǒng)的基站中。其中，每一個接收傳感器具有一個空間有限的接收特性，就是說它僅可以由一個特定的空間扇形段獲取無線電信號。通過這樣的多個接收傳感器形成采集整個空間的接收特性。
但是即使在無這種定向接收特性的接收傳感器上采用多個接收傳感器也可能是有利的，這是因為在相同無線電信號的多重檢測中可以獲得信息增益，從而可以提高接收機的抗干擾能力。多重檢測原理即可以應用在移動通信系統(tǒng)的基站中，也可以應用在移動通信系統(tǒng)的移動站中，而且是通過空間分布的雙振子天線或多振子天線的應用。
在一個移動站上這樣一個雙振子天線可以例如通過普通的拉桿天線和一個作為平面天線固定在機殼背面的副天線構(gòu)成。另一種可能性是此副天線以一個附加選擇的外部天線(拋物面天線或窗式天線)加以實現(xiàn)，它們例如可以應用在機動車的移動站中。
具有定向接收特性的接收傳感器當然同樣可以以雙振子或多振子天線形式加以實現(xiàn)。
在總數(shù)為K個接收傳感器的情況下，對每一個接收傳感器均配置了一個A/D-變換器，如果按照上述方法配置了由傳感器給出的信號的信號分解(例如在I-和Q-支路)，則本發(fā)明接收機電路的信號接收元件包括相應地較小數(shù)量的接收傳感器(例如K/2)。
本發(fā)明其它有利的實施方案將在從屬權(quán)利要求中給出。
下面借助于兩個實施方案參照附圖對本發(fā)明進一步加以闡述。


圖1示出一種無線電接收機的方框圖用以概述信號處理過程；圖2示出目前技術水平的一個具有K個DSP的一個信號預處理電路的方框圖；圖3示出本發(fā)明的具有N個串聯(lián)的DSP的一個信號預處理電路的方框圖；圖4示出本發(fā)明第1實施方案中對于N＝1的一個信號預處理電路的方框圖；圖5示出本發(fā)明第2實施方案中對于N＝1的一個信號預處理電路的方框圖。
圖1以唯一的一個信道為例、以示意圖的形式示出一個通信終端設備的一個接收機的信號路徑。一個接收傳感器(天線)1獲取一個無線電信號。一個由接收傳感器1給出的傳感器信號在放大器2中加以放大并輸入至混頻級3。在混頻級3中被放大了的傳感器信號下變頻至中頻范圍或至基頻帶。將下變頻的信號輸送到一個模擬量低通濾波器4中，此濾波器將此信號限制在帶寬B內(nèi)。由模擬量低通濾波器4給出的信號輸入至一個信號預處理電路SV中，其范圍在圖1中以虛線畫出的長方形示出。
此信號預處理電路SV在輸入端包括一個A/D變換器ADC，此變換器對由模擬量低通濾波器4給出的限制了帶寬的信號進行取樣。
取樣以取樣頻率f進行，此頻率滿足尼奎斯特判據(jù)(f≥2B)，其中，為了達到較高的精度，根據(jù)情況可以進行過取樣。通常每一個接收到的數(shù)據(jù)符號將產(chǎn)生多于一個的數(shù)值離散的取樣值，就是說f＞1/TS，其中TS為符號持續(xù)時間。
在頻帶擴展的信息傳輸系統(tǒng)的情況下，例如具有碼分多路的傳輸系統(tǒng)(CDMACode Division Multiple Access)或雷達系統(tǒng)，采用每個碼片產(chǎn)生多于一個取樣值、即f＞1/TC、的取樣速率。其中，TC為碼片持續(xù)時間，此時間小于符號持續(xù)時間，因為在頻帶擴展的系統(tǒng)中每一個符號以與系統(tǒng)標準相關的預先規(guī)定的碼數(shù)量加以擴展。
由A/D變換器ADC給出的數(shù)字信號輸入至一個數(shù)字濾波器DF中。此數(shù)字濾波器進行信道選擇，此選擇可以與一個+取-元件連接(即降低取樣速率)。此+取-元件的作用在于限制在繼續(xù)處理信號過程中的計算費用。
進一步的信號處理可以借助于DSP 5進行。DSP 5獲取濾波后的數(shù)字信號并且進行下面的信號處理步驟，例如擴展解碼，適配的數(shù)據(jù)檢測，字組去置亂，信道解碼和源解碼。
在DSP 5輸出端已有的輸出信號，在D/A變換后(未畫出)在一個終端放大器6中加以放大，并且輸入至一個適當?shù)妮敵鲈?中，例如一個揚聲器(或者是一個LCD顯示屏或類似元件)。
圖2示出目前技術水平的一個K信道信號預處理電路的方框圖。
信號預處理電路包括K個并聯(lián)的組ADC(1)，DF(1)；ADC(2)，DF(2)；…；ADC(K)，DF(K)，它們按照圖1所示分別由一個ADC和一個DF構(gòu)成。由數(shù)字濾波器DF(1)，…，DF(K)給出的信號按照圖1所示將在K個DSP 5.1，…，5.K中繼續(xù)進行信號處理。
圖3所示方框圖表示本發(fā)明信號處理電路SV的結(jié)構(gòu)。
此電路包括K個輸入端，它們分別相應于一個A/D-變換器ADC(1)，…，ADC(K)。這些輸入端與一個信號接收元件(未示出)連接。這個信號接收元件可以以多種方式加以實現(xiàn)。例如它可以按照圖1所示包括元件1，2，3，4的相互平行的信號路徑。也可以僅配置K/2個接收傳感器(天線)1并且通過信號分解至I-和Q-分支回路使信號預處理電路SV的每接收傳感器1將各產(chǎn)生2個接收信號。
在采用用于有線通信的通信終端設備的情況下，信號接收元件可以取代元件1，2，3，4而具有在技術上其它已知的實現(xiàn)方式。
A/D變換器ADC(1)，…，ADC(K)按圖1所示互不相關地進行K個傳感器接收信號的取樣。其中，特別是采用了足夠高的取樣速率。
A/D-變換器ADC(1)，…，ADC(K)的數(shù)字輸出信號被輸入至一個變換元件C的K個輸入端E1，…，EK。
在變換元件C后面的信號路徑中有一個數(shù)字濾波元件DFM，此元件由N個并聯(lián)的彼此互不相關的數(shù)字濾波器DF(1)，…，DF(N)構(gòu)成。這樣，此數(shù)字濾波元件DFM在其通常結(jié)構(gòu)中具有N個輸出端。
這里滿足N＜K。變換元件C的任務在于，對由A/D-變換器ADC(1)，…，ADC(K)提供的數(shù)字信號進行使此條件成為可能的處理，其中，借助于圖4和圖5對兩種實現(xiàn)的可能性作了闡述。
數(shù)字濾波元件DFM的N個輸出信號輸入至N個分立的DSP5.1，…，5.N中，然后按照圖1繼續(xù)進行信號處理。
圖4和圖5示出兩個在N＝1時的信號處理電路SV的實際實施方案。在N＝1時數(shù)字濾波器元件DFM僅具有帶1個濾波器輸出端的一個數(shù)字濾波器DF(1)，下面以DF′表示。
按照圖4在A/D-變換器ADC(1)，…，ADC(K)的輸出端各提供以比特矢量表示的數(shù)字信號S(1)＝(S(1)1，…，S(1)P)，…，S(K)＝(S(K)1，…，S(K)P)。矢量S(1)，…，S(K)中的每一個均具有P個分量(比特)。
這些數(shù)字信號輸入至變換元件C相應的輸入端E1，…，EK，就是說S(1)輸入至輸入端E1，S(2)輸入至輸入端E2。并且…S(K)輸入至輸入端EK。
變換器C是通過一個多路轉(zhuǎn)換器MUX實現(xiàn)的。在此多路轉(zhuǎn)換器MUX的輸出端產(chǎn)生P·K分量的矢量M＝(S(1)1，S(2)1，…，S(K)1；…；S(1)P，S(2)P，…，S(K)P)多路轉(zhuǎn)換器MUX的輸出信號輸入至數(shù)字濾波器元件中，如上所述，此數(shù)字濾波器元件是由一個唯一的數(shù)字濾波器DF′構(gòu)成的。此數(shù)字濾波器DF′具有階L。它包括具有相應濾波器系數(shù)α1，α2，…，αL的L個多路轉(zhuǎn)換器M(1)，M(2)，…，M(L)以及(L-1)個移位寄存器T(1)，…，T(L-1)。每個移位寄存器具有K個存儲位置，并且能將多路轉(zhuǎn)換過的信號延遲K個系統(tǒng)節(jié)拍。
多路轉(zhuǎn)換器M(1)，M(2)，…，M(L)的輸出端輸入至一個加法器，它將產(chǎn)生數(shù)字濾波器DF′的輸出信號A。
一個濾波器系數(shù)組(α1，α2，…，αL)決定數(shù)字濾波器DF′的通過帶寬。此數(shù)字濾波器DF′可以通過系數(shù)組的變換作為一個從外部可以結(jié)構(gòu)配置的濾波器加以配置。
圖5示出變換元件C和數(shù)字濾波元件DFM另一種實現(xiàn)的可能性。這里仍然是N＝1，就是說此數(shù)字濾波元件DFM是通過唯一的一個數(shù)字濾波器DF″形成的。
在變換元件C的輸入端上仍然是A/D-變換器ADC(1)，…，ADC(K)的數(shù)字信號。這里，此變換元件C具有并聯(lián)的，互不相關的零插入元件Z1，Z2，…，ZK。每一個零插入元件Z1，Z2，…，ZK在輸入端進入的數(shù)字信號的取樣值之后插入(K-1)個零，從而將取樣速率提高到(未示出的)A/D-變換器ADC(1)，…，ADC(K)取樣速率的K倍。
變換元件C的K個輸出端輸入至數(shù)字濾波器DF″的K個輸入端。
在由第1零插入元件Z1給出的信號的信號路徑中排列著L-1個移位寄存器T(1)，T(2)，…，T(L-1)。每一個移位寄存器具有K個存儲位置。
此外配置了L個多路轉(zhuǎn)換器M(1)，M(2)，…，M(L)，它們在第1移位寄存器T(1)之前的位置上，在上述移位寄存器T(1)，…，T(L-1)之間的所有位置上以及在最后移位寄存器T(L-1)的輸出端對所述信號路徑抽頭。濾波器系數(shù)α1，α2，…，αL仍然對應相應的多路轉(zhuǎn)換器M(1)，M(2)，…，M(L)。多路轉(zhuǎn)換器M(1)，M(2)，…，M(L)的輸出端輸入至一個加法器ADD中。
與數(shù)字濾波器DF″第2輸入端相對應的信號路徑與上述第1信號路徑在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別僅在于，在第1移位寄存器T(1)之前配置了唯一的一個附加的存儲位置S。
在與數(shù)字濾波器DF″第3輸入端相對應的信號路徑(未示出)上，在第1移位寄存器之前已經(jīng)配置了兩個附加的存儲位置，此結(jié)構(gòu)對于其它的輸入端而言仍然是這樣，其結(jié)果是在第K信號路徑中在第1移位寄存器T(1)之前配置了(K-1)個附加的存儲位置S。
圖5借助矢量S(1)至S(K)示出了存儲位置狀態(tài)的瞬時圖象。就第1信號路徑而言，在第1移位寄存器T(1)的輸入端以及在第1多路轉(zhuǎn)換器M(1)的輸入端上有比特S(1)1，第1移位寄存器T(1)的第1(K-1)個存儲位置具有狀態(tài)0。T(1)的最后存儲位置存儲著比特S(1)2的數(shù)值。
其它在第1信號路徑上的移位寄存器T(2)至T(L-1)重復著這種模型的存儲位置占有狀況。移位寄存器T(L-1)最后的存儲位置存儲著比特S(1)L的數(shù)值。
第1信號路徑總共具有K(L-1)個存儲位置。
在圖5中同樣給出了在第2至第K信號路徑(相應于矢量S(2)至S(K))中各個存儲位置的狀態(tài)。
顯然，數(shù)字濾波器DF″總共具有K{K(L-1)+0.5(K-1)}個存儲位置。
數(shù)字濾波器DF″的輸出信號是由加法器ADD產(chǎn)生的。下面的信號處理可以按圖1進行。
在圖4和圖5中示出的數(shù)字濾波器DF′，DF″可以以級聯(lián)結(jié)構(gòu)加以實現(xiàn)。其優(yōu)點在于，在級聯(lián)濾波器的各個濾波器之間可以采用取樣速率減小電路，它們在信號路徑方向上可以顯著減少在各個濾波器中的計算費用。
在圖4和圖5中示出的結(jié)構(gòu)最終表示一個計算規(guī)范，按照此規(guī)范處理由A/D-變換器ADC(1)，…，ADC(K)給出的數(shù)字信號。因此信號處理電路可以以整體方式或者以分段方式(例如僅涉及數(shù)字濾波元件DF′和DF″)、也可以通過一個可編程的信號處理器加以實現(xiàn)，此處理器是按照此計算規(guī)范轉(zhuǎn)換的算法工作的。
權(quán)利要求
1.用于一種通信終端設備的接收機電路，它包括-一個信號接收元件(1，2，3，4)和-一個在信號路徑中在信號接收元件(1，2，3，4)后面配置的信號預處理電路(SV)，此電路包括--一具有K個并聯(lián)模/數(shù)變換器(ADC(1)，…，ADC(K))的一個模/數(shù)變換器元件(ADM)，以及--一聯(lián)接在此模/數(shù)變換器元件(ADM)后面的、具有N個并聯(lián)數(shù)字濾波器(DF(1)，…，DF(N)；DF′，DF″)的濾波元件(DFM)，其中K和N為大于或等于1的整數(shù)，其特征在于，-N小于K，并且-在模/數(shù)變換器元件(ADM)和濾波器元件(DFM)之間的信號路徑中配置了使此條件成為可能的變換元件(C)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述接收機電路，其特征在于，-N＝1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述接收機電路，其特征在于，-變換元件(C)包括一個多路變換器(MUX)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述接收機電路，其特征在于，-變換元件(C)包括若干個、特別是K個并聯(lián)的數(shù)字零插入元件(Z1，Z2，…，ZK)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述接收機電路，其特征在于-一個數(shù)字濾波器(DF(1)，…，DF(N)；DF′，DF″)具有5和20之間，特別是10和18之間的階L。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述接收機電路，其特征在于，-一個數(shù)字濾波器(DF(1)，…，DF(N)；DF′，DF″)是由多個串聯(lián)的、交替配置的數(shù)字單個濾波器和取樣速率減小電路構(gòu)成的。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述接收機電路，其特征在于，-信號接收元件(1，2，3，4)包括唯一的一個接收傳感器(1)，它給出唯一的一個傳感器接收信號，并且-輸入給K個模/數(shù)變換器(ADC(1)，…，ADC(K))的K個接收信號是通過傳感器接收信號分解，特別是通過信號分解為同相接收信號和正交接收信號產(chǎn)生的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述接收機電路，其特征在于，-信號接收元件(1，2，3，4)包括若干、特別是K個或K/2個接收傳感器(1)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述接收機電路，其特征在于，-這些接收傳感器(1)均具有一個定向接收特性以采集在一個特定的空間扇形段的無線電信號。
10.一個移動無線電系統(tǒng)的移動站，包括上述權(quán)利要求之一所述的接收機電路。
11.一個移動無線電系統(tǒng)的基站，包括上述權(quán)利要求之一所述的接收機電路。
12.在一個通信終端設備的一個接收機電路中進行信號處理的方法，其中-一個在信號路徑中在一個信號接收元件(1，2，3，4)后面配置的一個信號預處理電路(SV)的模/數(shù)變換器元件(ADM)，將K個模擬接收信號通過K個并聯(lián)的模/數(shù)變換器(ADC(1)，…，ADC(K))進行數(shù)字化，并且-一個連接在模/數(shù)變換器元件(ADM)后面的濾波器元件(DFM)通過N個并聯(lián)的數(shù)字濾波器(DF(1)，…，DF(N)；DF′，DF″)對模/數(shù)變換器元件(ADM)給出的K個數(shù)字信號進行濾波，其中N和K為大于或等于1的整數(shù)，其特征在于，-N小于K，并且-一個在模/數(shù)變換器元件(ADM)和濾波器元件(DFM)之間的信號路徑中配置的變換元件(C)進行對K個數(shù)字信號的使此條件成為可能的信號處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述方法，其特征在于，-在變換元件(C)中將K個數(shù)字信號多路變換為用于濾波器元件(DFM)的N個輸入信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述方法，其特征在于，-變換元件(C)在K個數(shù)字信號的每一個數(shù)字信號中，在兩個相鄰比特之間插入一預先定數(shù)量的數(shù)值為0的比特。
全文摘要
用于一個通信終端設備的一個接收機電路包括一個信號預處理電路(SV),此電路包括一個具有K個并聯(lián)模/數(shù)變換器(ADC(1),…,ADC(K))的模/數(shù)變換元件(ADM),一個變換元件(C)和一個連接在變換元件(C)后面的具有N個并聯(lián)數(shù)字濾波器(DF(1),…,DF(N))的濾波器元件(DFM)。其中,N為大于或等于1的整數(shù)并且小于K。
文檔編號H04B1/40GK1353885SQ00807381
公開日2002年6月12日 申請日期2000年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月10日
發(fā)明者M·德特施, P·榮, J·普萊欽格, P·施密德特 申請人:因芬尼昂技術股份公司