專利名稱：數(shù)字選擇分集的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，具體涉及信號(hào)分集接收的系統(tǒng)。
在通信單元之一是移動(dòng)的無線通信環(huán)境下，射頻(RF)信號(hào)的接收往往需要使用分集技術(shù)來抗衡瑞利衰落的影響。業(yè)已使用了各種分集接收的方法來減少這種衰落的影響，其中包括鑒別前在幾個(gè)天線間切換、在幾個(gè)接收機(jī)中選擇和組合來自幾個(gè)接收機(jī)的信號(hào)(如最大比率組合)的技術(shù)。然而，這些方法都有缺點(diǎn)。在模擬系統(tǒng)中使用預(yù)鑒別天線切換在天線切換時(shí)會(huì)導(dǎo)致相位不連續(xù)。這又在恢復(fù)的聲頻信號(hào)中引起“砰砰”聲，這對大多數(shù)用戶是不能接受的。這在數(shù)字接收機(jī)中更是難以容忍的，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致不能接受的信息(話音和數(shù)據(jù))丟失。分集組合方法例如最大比率組合那樣可以得到可接受的質(zhì)量，并且往往比選擇分集技術(shù)有更好的質(zhì)量，但這些方法要以大量的精細(xì)的計(jì)算的高昂代價(jià)才能得到。這通常意味著高昂的電路和較高的功耗，而這兩者在移動(dòng)通信中是不希望有的。
選擇分集接收機(jī)比分集組合接收機(jī)要求較少的電路或計(jì)算，但先有技術(shù)的選擇分集方法通常仍依賴于分離的信號(hào)通路，每個(gè)通路包括從解調(diào)器到天線的所有必要的接收機(jī)電路。

圖1示出這種先有技術(shù)的分集接收機(jī)。接收機(jī)110由天線122、114、116按空間接收同一信號(hào)的不同式樣。這些信號(hào)式樣沿不同的通路或支路經(jīng)過RF前端112、124、126和解調(diào)器142、144、146得到處理。每個(gè)支路上的這些信號(hào)式樣的接收信號(hào)強(qiáng)度(RSSI)在RSSI檢測器132、134、136中確定，分集開關(guān)150利用RSSI信息選擇具有最大RSSI的支路。
這種先有技術(shù)的選擇分集接收機(jī)的問題是，它需要雙重電路，信號(hào)處理在各個(gè)信號(hào)通路(包括解調(diào)器)并行地恒定地運(yùn)行。只在將分離的信號(hào)通路完成解調(diào)之后，才能做出哪個(gè)信號(hào)用作輸出的判決(選擇)。這種附加的電路和計(jì)算的需要最終導(dǎo)致接收機(jī)更昂貴和功耗更大。
據(jù)此，現(xiàn)在需要一種能使分集接收機(jī)減少電路和計(jì)算要求、但同時(shí)仍以可接受的質(zhì)量進(jìn)行高速信號(hào)的分集接收，并顯著地降低衰落的影響。
圖1示出一種先有技術(shù)的選擇分集接收機(jī)的方框圖。
圖2示出按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種分集接收機(jī)的方框圖。
圖3示出從圖2分集接收機(jī)的濾波器232和236輸出的信號(hào)信息。
圖4示出在模擬系統(tǒng)執(zhí)行解調(diào)之前信號(hào)通路之間切換時(shí)發(fā)生的相位不連續(xù)性的情況。
圖5示出使用圖2的分集接收機(jī)避免相位不連續(xù)性的情況。
圖6示出使用圖2的分集接收機(jī)選擇信號(hào)通路的步驟的流程圖。
按照本發(fā)明的分集選擇的方法和裝置可以解決上述這些和其它問題。圖2示出本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的方框圖。在本實(shí)施例中，接收機(jī)210采用數(shù)字技術(shù)，允許選擇分集具有單一的解調(diào)器或鑒頻器240(用于FM解調(diào))，而在從天線212、216開始的各支路之間切換時(shí)，不引入任何相位不連續(xù)性。雖然這個(gè)實(shí)施例示出用于FM蜂窩或集群中繼無線電通信的接收機(jī)的優(yōu)選實(shí)施方案，但可以理解，本發(fā)明還可以應(yīng)用于其它調(diào)制方式，包括但不限于DPSK(差分相移鍵控)和任何類型的無線聯(lián)接通信系統(tǒng)。鑒此，下文對這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的描述是示例性的，而不是限制本發(fā)明的范圍。
經(jīng)由天線212、216在不同支路上接收到不同的信號(hào)式樣時(shí)，它們分別由RF前端222、226和數(shù)字下變頻器224、228進(jìn)行處理和數(shù)字化。然后將數(shù)字化的信號(hào)饋入濾波器232、236，或被抽取或被濾波，這取決于選擇哪個(gè)支路作為現(xiàn)用(active)支路。這樣，例如第一支路是現(xiàn)用支路時(shí)，濾波器232起濾波作用，對第一支路上的數(shù)字化信號(hào)濾波(即產(chǎn)生出基帶信號(hào)恢復(fù)的所需的樣值)。而后，將已濾波的信號(hào)經(jīng)由緩沖器241輸入到鑒頻器(discriminator)240，并由相位檢測器243和微分器(differentiator)245進(jìn)行解調(diào)。另一方面，第二支路從濾波器236輸出一個(gè)被抽取的樣值，該濾波器被控制而作為一個(gè)抽取器工作。這個(gè)被抽取的樣值輸入到緩沖器242，只要第二支路保持不現(xiàn)用(inactive)它便被丟棄。
圖3示出濾波器232、236后面的第一和第二支路的典型輸出。當(dāng)?shù)谝恢?圖3的支路1)保持現(xiàn)用時(shí)，支路1中的連續(xù)樣值流，即濾出的信號(hào)輸出給RSSI檢波器234和鑒頻器240的緩沖器241。另一方面，第二支路是不現(xiàn)用的，只有周期性地抽取的樣值輸入到RSSI 238和鑒頻器240的緩沖器242。在預(yù)定數(shù)目(或分批)的樣值結(jié)束時(shí)，在不現(xiàn)用的支路上的樣值(如306)和在現(xiàn)用支路上的對應(yīng)樣值(如308)被用來確定具有最好信號(hào)質(zhì)量的支路。本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，在各種各樣的途徑上的信號(hào)信息可以被用來確定相對的信號(hào)質(zhì)量，而且根據(jù)所采用的具體電路設(shè)計(jì)選擇，所考慮使用的取樣值的分批大小和數(shù)目是可以改變的。在圖2實(shí)施例的情況下，將每個(gè)支路的當(dāng)前樣值306、308與在前批結(jié)束點(diǎn)的預(yù)定數(shù)目的前樣值302、304進(jìn)行平均，而后進(jìn)行比較。
為了確定何時(shí)在各支路間進(jìn)行切換，要對來自兩個(gè)支路的信號(hào)質(zhì)量信息在分集開關(guān)/選擇器250中進(jìn)行比較。在最優(yōu)實(shí)施例中，這是經(jīng)由RSSI檢測器234、238分別測量現(xiàn)用和不現(xiàn)用支路上濾波信號(hào)和抽取信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，可以采用不同于RSSI的信號(hào)質(zhì)量測量的其它方式，并且可以在適當(dāng)配置的接收機(jī)中的各支路之前(數(shù)字下變頻器224、228之后)進(jìn)行測量。而后在分集選擇器250中對檢測出的信號(hào)信息進(jìn)行比較，確定哪個(gè)支路具有最好的信號(hào)質(zhì)量。分集選擇器250控制濾波器232、236和緩沖器241、242，依據(jù)哪個(gè)支路被選作為現(xiàn)用支路(具有最好信號(hào)質(zhì)量的支路)而輸出適當(dāng)?shù)男畔?。換句話說，當(dāng)?shù)谝恢繁３譃楝F(xiàn)用支路時(shí)，分集選擇器250便會(huì)輸出一個(gè)第一控制信號(hào)經(jīng)由反相器230到濾波器232，以控制濾波器232保持濾波器狀態(tài)；與此同時(shí)這個(gè)第一控制信號(hào)控制濾波器236保持抽取方式?？刂菩盘?hào)還控制緩沖器241向相位檢測器243輸出信號(hào)信息；緩沖器242丟棄所存儲(chǔ)的樣值；開關(guān)247在兩支路過渡期間丟棄微分器245的輸出。
這樣，當(dāng)確定不現(xiàn)用支路當(dāng)前具有較高信號(hào)質(zhì)量時(shí)，分集選擇器250的作用是切換濾波器232和236的工作方式，使濾波器232抽取隨后的信號(hào)輸入，而濾波器236連續(xù)地濾波第二支路的信號(hào)。與此同時(shí)，分集選擇器250送出一個(gè)控制信號(hào)到緩沖器242，使之輸出最后一個(gè)抽取的樣值給相位檢測器243，以便給當(dāng)前現(xiàn)用的第二支路提供初始相位歷史狀況。開關(guān)247被控制以丟棄微分器輸出或送出一個(gè)啞(dummy)輸出，這是第一支路的最后樣值309的相位信息與第二支路的抽取樣值310的相位信息的差值。而后，開關(guān)247再連接微分器245的輸出，以便輸出當(dāng)前現(xiàn)用的第二支路的微分信號(hào)信息。
這種方法在最后的抽取樣值310作為微分器的初始相位歷史狀況是特別有益的，而這是先有技術(shù)未采用各支路雙份鑒頻器所不能實(shí)現(xiàn)的。圖4和圖5進(jìn)一步示明使用相位歷史狀況和本發(fā)明如何消除相位不連續(xù)性的情況。圖4示出在先有技術(shù)模擬的實(shí)施方案中只使用一個(gè)鑒頻器、未考慮當(dāng)不現(xiàn)用的支路切換到現(xiàn)用時(shí)相位歷史信息的某種形式時(shí)的情況下切換的后果。圖4中標(biāo)號(hào)的矢量表示兩個(gè)天線212、216(第一和第二支路的天線分別表示為A和B)的每一天線的連續(xù)樣值瞬時(shí)的相位角。假設(shè)天線212被選擇為第一支路(支路A)，在樣值瞬時(shí)2時(shí)/RSSI的計(jì)算確定當(dāng)前第二支路上的信號(hào)質(zhì)量比第一支路強(qiáng)些，于是第二支路(支路B)在樣值瞬時(shí)3時(shí)被使用。這樣，在樣值瞬時(shí)2時(shí)由微分器245根據(jù)現(xiàn)用支路的當(dāng)前樣值2A和前一樣值1A計(jì)算出一個(gè)相位差△φ1。然而，因?yàn)榈诙氛磺袚Q為現(xiàn)用支路，在先有技術(shù)情況下，在樣值瞬時(shí)3時(shí)，應(yīng)用樣值2A和3B計(jì)算出一個(gè)相位差△φ2。從圖中可以看出，由于這些是來自不同的信號(hào)通路，故在樣值2和3之間將發(fā)生大的不連續(xù)性。這樣一個(gè)大的不連續(xù)性很可能引起不希望的“砰砰”聲輸出，或丟失數(shù)據(jù)。
圖5示出使用本發(fā)明的數(shù)字選擇分集技術(shù)如何消除這種后果的情況。在這種情況下，當(dāng)支路B在樣值3時(shí)切換為現(xiàn)用支路時(shí)，鑒頻器245應(yīng)已預(yù)先計(jì)算出第二支路上的前一樣值2B。使用這一樣值計(jì)算樣值2B和3B之差，以使鑒頻器240的輸出不出現(xiàn)相位不連續(xù)性。若在樣值2A和3B間計(jì)算出任何差值，則丟棄，代之以啞輸出。
圖6示出本發(fā)明優(yōu)選方法實(shí)施的流程圖。步驟410～418示出當(dāng)前現(xiàn)用支路無變化時(shí)處理信號(hào)信息的步驟。當(dāng)判定不現(xiàn)用支路的RSSI現(xiàn)在大于現(xiàn)用支路的RSSI(步驟416)時(shí)，切換濾波器232、236的工作方式，并對鑒頻器240為先前不現(xiàn)用的支路的最后的抽取輸出提供一個(gè)指針。據(jù)此，為不現(xiàn)用支路切換到現(xiàn)用支路提供了必要的相位歷史狀況、(步驟420～424)。
在這個(gè)實(shí)施例中，業(yè)已假定使用簡單的差值計(jì)算鑒頻器245的輸出。可能夠利用像多抽頭差分器那樣的電路，使用兩個(gè)以上的樣值來獲得對相位導(dǎo)數(shù)的更準(zhǔn)確的估值。然而，緩沖器應(yīng)當(dāng)保持含有每個(gè)天線的足夠樣值數(shù)目，以計(jì)算出相位的導(dǎo)數(shù)，而在每次選擇新支路時(shí)無連續(xù)性損失，或初始相位歷史狀況。在軟件實(shí)施方案中，例如當(dāng)在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)260中執(zhí)行分集選擇器250和鑒頻器240時(shí)，這個(gè)方案僅需修改在天線通路被切換時(shí)傳送給單一鑒頻器/解調(diào)器程序一個(gè)修改的輸入指針，以使用正確的相位歷史狀況來計(jì)算新選擇的支路的相位。按照這種方式，僅需鑒別現(xiàn)用支路，以實(shí)現(xiàn)處理器帶寬的節(jié)省。這個(gè)方案對于數(shù)字硬件實(shí)施中也具有益的，因?yàn)樗还芩褂枚嗌俳邮仗炀€數(shù)目只需要建立單一的鑒頻器。
業(yè)已表明，數(shù)字選擇分集接收機(jī)消除了多個(gè)信號(hào)通路上雙份解調(diào)器的需要，節(jié)省了電路和/或計(jì)算量。雖然參照本發(fā)明一個(gè)示例性的實(shí)施例描述了本發(fā)明時(shí)，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員很清楚在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對本發(fā)明作各種修改和變更。例如，技術(shù)人員理解，雖然上文詳述中數(shù)字接收機(jī)電路在邏輯上是分離的，但這些功能的實(shí)際實(shí)施可以用各種方式來實(shí)現(xiàn)，包括但不限于適當(dāng)?shù)鼐幊藾SP、將離散分量耦合到一起及使用一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用特定集成電路(ASIC)的組合。由于本發(fā)明可以應(yīng)用于其中至少有一種通信單元能夠移動(dòng)的任何無線聯(lián)接系統(tǒng)，所以本發(fā)明不限于FM或蜂窩系統(tǒng)。此外應(yīng)參看下面的權(quán)利要求書可理解本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種分集選擇一個(gè)信號(hào)的第一和第二數(shù)字信號(hào)樣式的方法，其特征在于，包括以下步驟(a)通過抽取所述的第一和第二數(shù)字信號(hào)樣式中的一個(gè)，對該數(shù)字信號(hào)樣式處理，以產(chǎn)生一個(gè)抽取的數(shù)字，濾波所述的第一和第二數(shù)字信號(hào)樣式的另一個(gè)，以產(chǎn)生濾波的信號(hào)；(b)確定抽取信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量和濾波信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量；及(c)當(dāng)濾波信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量比抽取信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量好些時(shí)，將該濾波信號(hào)輸出給一個(gè)解調(diào)器。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，經(jīng)由第一和第二天線接收的信號(hào)分別作為第一和第二信號(hào)樣式，該方法在步驟(a)之前還包括對第一和第二信號(hào)樣式進(jìn)行數(shù)字化和下變頻并分別輸出第一和第二數(shù)字信號(hào)樣式的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，確定信號(hào)質(zhì)量的步驟包括將抽取信號(hào)的樣值的信號(hào)強(qiáng)度與濾波信號(hào)的樣值的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行比較的步驟。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，當(dāng)抽取信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量比濾波信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量好些時(shí)，還包括以下步驟將抽取信號(hào)的抽取樣值輸出到解調(diào)器；及在解調(diào)器中，確定抽取樣值的相位，并根據(jù)抽取樣值所確定的相位對濾波信號(hào)的第一樣值解調(diào)。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的抽取信號(hào)和所述的濾濾信號(hào)分別地包括第一和第二樣值集，所述的第一樣值集的取樣時(shí)間間隔比第二樣值集的取樣時(shí)間間隔小些。
6.一種用于提供分集接收的接收機(jī)，該分集接收機(jī)具有至少第一和第二支路，分別地用于接收一個(gè)信號(hào)的至少第一和第二信號(hào)樣式，其特征在于，包括(a)第一和第二下變頻器裝置，分別在第一和第二支路上，分別用以將第一和第二信號(hào)樣式數(shù)字化和下變頻，并分別地輸出第一和第二數(shù)字信號(hào)樣式；(b)第一和第二濾波器裝置，分別地連接到第一和第二下變頻器裝置，分別地用以對第一和第二數(shù)字信號(hào)樣式進(jìn)行抽取或?yàn)V波；(c)第一和第二信號(hào)質(zhì)量檢測器裝置，分別地連接到第一和第二濾波器裝置，分別地用于確定第一和第二數(shù)字信號(hào)樣式的信號(hào)質(zhì)量；及(d)分集選擇器裝置，連接到第一和第二信號(hào)質(zhì)量檢測器裝置，用于確定第一和第二數(shù)字信號(hào)樣式的哪一個(gè)具有較高的信號(hào)質(zhì)量，并連接到第一和第二濾波器裝置，用于當(dāng)?shù)谝粩?shù)字信號(hào)樣式具有較高信號(hào)質(zhì)量時(shí)控制第一濾波器裝置濾波第一數(shù)字信號(hào)樣式，并將第一濾波的數(shù)字信號(hào)輸出到解調(diào)器裝置；控制第二濾波器裝置對第二數(shù)字信號(hào)樣式抽取，并輸出該抽取的信號(hào)。
7.一種用以提供分集接收的接收機(jī)，該分集接收機(jī)具有至少第一和第二支路，用于接收一個(gè)信號(hào)的第一和第二信號(hào)樣式，其特征在于，包括(a)第一和第二濾波器，分別連接到第一和第二支路；(b)一個(gè)分集開關(guān)控制器，連接到第一和第二濾波器。(c)一個(gè)解調(diào)器，連接到分集開關(guān)控制器和第一和第二濾波器所述的解調(diào)器包括第一和第二緩沖器，分別地連接到第一和第二濾波器；一個(gè)相位檢測器，連接到第一和第二緩沖器；一個(gè)微分器，連接到相位檢測器；以及一個(gè)輸出開關(guān)，連接到微分器，其中該分集開關(guān)控制器被連接和工作用于控制第一和第二緩沖器和輸出開關(guān)。
8.權(quán)利要求7的接收機(jī)，其特征在于，還包括第一和第二下變頻器，分別位于第一和第二支路上。
9.權(quán)利要求1的接收機(jī)，其特征在于，還包括第一和第二信號(hào)質(zhì)量檢測器，分別地連接到第一和第二濾波器。
10.權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于，還包括一個(gè)比較器，連接到第一和第二信號(hào)質(zhì)量檢測器。
全文摘要
一個(gè)數(shù)字選擇分集系統(tǒng)包括在接收機(jī)(210)的不同天線(222、226)上接收一個(gè)信號(hào)的不同信號(hào)樣式，并在分離的支路上處理該不同的信號(hào)樣式，每個(gè)支路都具有一個(gè)數(shù)字下變頻器(224、228)和一個(gè)濾波器(232、236)，濾波器由一個(gè)分集開關(guān)選擇器(250)控制，根據(jù)所選擇的信號(hào)質(zhì)量使一個(gè)濾波器起濾波器作用(現(xiàn)用支路)，另一個(gè)濾波器起抽取器的作用，分別濾波和抽取各自的輸入信號(hào)樣式。該分集開關(guān)選擇器還控制解調(diào)器(240)來解調(diào)濾波的信號(hào)。抽取信號(hào)用來提供信號(hào)質(zhì)量信息和當(dāng)一個(gè)支路變?yōu)楝F(xiàn)用時(shí)的相位歷史狀況。當(dāng)不現(xiàn)用支路上的信號(hào)質(zhì)量確定較好時(shí)，分集開關(guān)控制器控制該支路上的濾波器切換到濾波器方式，并且該解調(diào)器在開始解調(diào)來自新的現(xiàn)用支路的信號(hào)樣式時(shí)，將最后的抽取樣值用于相位歷史狀況。
文檔編號(hào)H04B7/08GK1134767SQ95190830
公開日1996年10月30日 申請日期1995年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月31日
發(fā)明者布魯斯·約瑟夫·扎斯特拉 申請人:摩托羅拉公司