專利名稱：分集接收裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電通信系統(tǒng)中的接收機，具體而言，涉及一種分集接收裝置和方法。
分集接收方法包括選擇或者切換法，同相合并或者等增益合并法以及最大比合并法等等。
選擇分集法就是選擇性地接收多個天線收到的信號中最強的信號。這樣，除非多個天線收到的信號全部同時下降到低于一個接收靈敏度，否則就能夠不間斷地獲得高于特定電平的接收信號質(zhì)量。
為了應用這一選擇分集技術(shù)，接收方的控制器必須實時地確定天線收到的信號的強度。如果這樣做非常困難，就可以選擇切換分集技術(shù)。
切換分集技術(shù)就是如果天線(第一個天線)正在接收的接收信號的強度下降到一個門限值以下，就切換到不同的天線(到第二個或者第三個天線)。和選擇分集技術(shù)一樣，切換分集技術(shù)能夠同樣地改善接收信號質(zhì)量。
但是，雖然在接收信號強度隨著時間變化的衰落環(huán)境中，選擇分集和切換分集(以后叫做“電平比較分集”)有望能夠提高信號質(zhì)量的改善，但是在接收信號強度不改變的靜態(tài)環(huán)境中就不是這樣。
同相合并分集方法是控制每個天線接收到的信號的相位，然后同相合并，將合并后的信號作為最終的接收信號。
由于該方法使用信號的合并，而不是簡單地選擇信號，因此與電平比較分集方法相比，能夠明顯地提高信號質(zhì)量。同相合并技術(shù)需要移相器來調(diào)整信號的相位，從而即使在衰落環(huán)境和靜態(tài)環(huán)境中都能夠提高接收信號質(zhì)量。


圖1畫示例了分集接收裝置的結(jié)構(gòu)(標題是“采用相位補償?shù)姆旨邮昭b置”的第1996-0016194號韓國專利)，它采用同相合并分集方法。
如圖1所示，傳統(tǒng)的分集接收機包括用于將第一個天線6收到的信號(第一個信號)的相位移動0度、90度、180度和270度的移相器10；將移相以后的第一個信號與通過第二個天線8收到的信號(第二個信號)合并起來的信號合并器20；從信號合并器20的輸出信號選擇所需要一個，并提高信噪比的一個調(diào)諧器30；用于放大調(diào)諧器40的輸出信號的放大器40；將放大器40的輸出信號與本地振蕩器信號混頻，輸出中頻(IF)信號的混頻器50；將中頻信號中的特定頻帶內(nèi)的信號放大的中頻放大器60；用于檢測中頻放大器60輸出信號強度的接收信號強度指示器(RSSI)70；以及將檢測到的信號強度與一個基準值進行比較并控制移相器10的控制器。
當將通過第一個天線6收到的信號(第一個信號)通過移相器10移相到0度、90度、180度或者270度，然后發(fā)送到信號合并器20。然后，信號合并器20將移相以后的第一個信號和通過第二個天線8收到的信號(第二個信號)進行同相合并。合并以后的信號通過調(diào)諧器30和放大器40發(fā)送給混頻器50，在混頻器50中轉(zhuǎn)換成中頻信號?；祛l器50的中頻信號在經(jīng)過了中頻放大器60以后被發(fā)送給解調(diào)器。
接收信號強度指示器70檢測中頻放大器60輸出的信號的強度，且控制器80將檢測到的信號強度與基準值進行比較，改變移相器10的相位，從而使檢測到的信號強度最大。
當?shù)谝粋€信號和第二個信號之間的相位差不是精確的0度、90度、180度和270度的時候，兩個信號(第一個和第二個信號)的合并會導致合并損耗。此外，由于多徑衰落這樣的時間延遲或者相位延遲，合并后的信號強度很低。在最差的情況下，第一個和第二個信號之間的相位差為180度，第一個和第二個信號的合并會導致信號相互抵消。
利用這一同相合并(或等增益合并)方法，傳統(tǒng)的分集接收機的問題是接收到的兩個信號之間功率差很大。另一方面，如果兩個被合并的信號(S1和S2)之一(S1)功率很小，那么這兩個信號就具有相似大小的噪聲分量。這樣，如果將這兩個信號(S1和S2)合并，合并后的信號獲得增益，但是合并后的信號的噪聲分量加倍，導致合并后的信號信噪比更差。因此，電平比較分集方法更好，它從收到的兩個信號中選擇功率高的信號。
圖2說明瑞利衰落對信號的影響。
如圖2所示，在實際的無線電環(huán)境中會發(fā)生瑞利衰落，并且由于無線電環(huán)境迅速變化，因此應該快速補償信號。
但是，在傳統(tǒng)技術(shù)中，信號變得最強的位置是通過改變信號的相位進行搜索來尋找的，為此最多需要進行0度、90度、180度和270度四次移相來測量信號強度。用大量的時間來補償相位，傳統(tǒng)方法在實際無線電環(huán)境中存在許多問題。
這里將以上文獻引入作為參考，這里附加的近似教導或選擇的詳細的、特征和/或技術(shù)背景近似。
為了全部或者部分地達到上述目的，提供一種分集接收裝置，它包括只具有信號接收功能的分集天線(第二個天線)；具有信號發(fā)射和接收功能的主天線(第一個天線)；用于放大主天線收到的第一個信號的第一個信號調(diào)整單元；用于放大分集天線收到的第二個信號并且對它進行移相的第二個信號調(diào)整單元；分別對第一個和第二個信號調(diào)整單元輸出的信號和中頻信號進行混頻的第一個和第二個混頻器；將第一個和第二個混頻器輸出的信號進行混合，或者從第一個和第二個混頻器輸出的信號中選擇一個，并輸出給解調(diào)器的信號合并器；用于從第一個和第二個信號調(diào)整單元輸出的信號中提取相位信息的相位檢測器；以及在提取出來的相位信息的基礎之上控制信號合并器的控制器。
本發(fā)明的分集接收裝置還包括一個接收信號強度指示器，用于檢測信號合并器輸出的信號的功率。
在本發(fā)明的分集接收裝置里，第一個信號調(diào)整單元包括將接收機和發(fā)射機與主天線連接的雙工器；以及放大雙工器輸出的第一個信號的第一放大器。
在本發(fā)明的分集接收裝置里，第二個信號調(diào)整單元包括從收到的第二個信號中僅提取指定頻帶內(nèi)的信號的濾波器；放大濾波器輸出信號的第二個放大器；以特定的角度間隔將第二個放大器輸出的信號進行移相的移相器。
為了全部或者部分地得到這些優(yōu)點，還提供一種分集接收方法，它包括放大第一個天線收到的第一個信號；放大第二個天線收到的第二個信號并且對它進行移相；將處理過的第一個和第二個信號分別轉(zhuǎn)換成中頻信號；將轉(zhuǎn)換過的兩個信號合并或者從轉(zhuǎn)換過的兩個信號中選擇一個，并將其輸出給解調(diào)器；檢測轉(zhuǎn)換過的兩個信號的每個相位信息；在提取出來的相位信息的基礎之上控制信號的合并方式。
通過以下詳細描述和本發(fā)明的實踐，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員就會了解本發(fā)明的其它優(yōu)點、目的和特征。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可以按照權(quán)利要求來獲得。
如圖3所示，本發(fā)明的分集接收裝置包括僅具有信號接收功能的分集天線(第二個天線)210；具有信號發(fā)射和接收功能的主天線(第一個天線)220；用于放大主天線220接收的第一個信號的第一個信號調(diào)整單元380；用于放大分集天線210接收的第二個信號并且對它進行移相處理的第二個信號調(diào)整單元390；每個都將第一個和第二個信號調(diào)整單元380和390與中頻信號混頻的第一個和第二個混頻器310和320；將第一個和第二個混頻器310和320輸出的信號進行混合或者從第一個和第二個混頻器310和320輸出的信號中選擇其中之一，并輸出給解調(diào)器的信號合并器340；從第一個和第二個信號調(diào)整單元380和390的輸出信號提取相位信息的相位檢測器280；以及在提取出來的相位信息的基礎之上控制信號合并器340的控制器360。
本發(fā)明的分集接收裝置還包括接收信號強度指示器370，用于檢測信號合并器輸出的信號的功率。
第一個信號調(diào)整單元380包括將發(fā)射機和接收機與主天線連接的雙工器240；以及放大雙工器輸出的第一個信號的第一個放大器270。
第二個信號調(diào)整單元390包括僅從收到的第二個信號提取指定頻帶的信號的濾波器230；放大濾波器輸出信號的第二個放大器250；以及以特定的角度間隔對第二個放大器的輸出相位進行移相處理的移相器260。
主天線220和分集天線210將物理上互相隔離放置，從而使它們具有不同的天線增益，但方向圖相同。
第一個和第二個放大器250和270是低噪聲放大器。
雙工器240將發(fā)射機和接收機與主天線220連接。
主天線220接收的第一個信號和分集天線210接收的第二個信號通過不同的路徑被發(fā)送給信號合并器340。也就是說，通過雙工器240和第一個放大器270將第一個信號發(fā)送給信號合并器340，同時通過帶通濾波器230、第二個放大器250和移相器260將第二個信號發(fā)送給信號合并器340。
將信號合并器340輸出的信號發(fā)送給解調(diào)器。
相位檢測器280從第一個放大器270和移相器260的輸出信號提取第一個和第二個信號的相位信息。
在本發(fā)明中，將正交混頻器用作相位檢測器280。正交混頻器的輸出被表示為cosθ和sinθ，這一點可以從極坐標圖上看出。θ表示第一個信號和第二個信號之間的相位差。
從相位檢測器280輸出的cosθ和sinθ信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(沒有給出)被發(fā)送給控制器360和某些存儲器?？刂破?60用cosθ和sinθ檢測天線210和220收到的兩個信號(S1和S2)之間的相位差(θ)。然后，控制器360獲得兩個信號S1和S2中每一個的功率，以及這兩個信號之間的功率差。
假設通過將第二個信號移相90度獲得的信號是第三個信號，將第二個信號移相180度獲得的信號是第四個信號，移相270度獲得的信號是第五個信號，那么控制器360就獲得第一個和第二個信號之間的功率差、以及第一個信號和第三個信號之間的功率差，然后獲得這兩個功率差之間的變化率。
利用這一變化率，就能推測出第一個信號和第四個信號之間的功率差以及第一個信號和第五個信號之間的功率差。
接下來參考推測結(jié)果，獲得能夠獲得最強信號的一個相移(nα，n＝0，1，2，3，...，α＝90度)，然后根據(jù)移相以后(nα)的信號和第一個信號之間的功率差確定是使用電平比較分集法還是使用同相合并分集法。
本發(fā)明的分集接收裝置采用同相合并分集法和電平比較分集法以從兩種方法中受益。也就是說，如果通過天線210和220接收的兩個信號(S1和S2)具有相似的強度，就采用同相合并分集法，同時如果這兩個信號(S1和S2)的強度之間存在很大的差別，就采用電平比較分集法。
下面詳細介紹本發(fā)明的分集接收裝置。
首先，假設檢測到的相位信息，也就是相位檢測器280輸出的信號(cosθ1，sinθ1)是“a”和“b”，移相器260移相90度以后從相位檢測器280輸出的信號(cosθ2，sinθ2)是“c”和“d”，而且在這兩個信號(ab & cd)之間的強度比是“R”。就得到以下相關(guān)表達式R1=a2+(bR)2,R2=c2+(dR)2,]]>cosθ1=aR1,sinθ1=b/RR1,cosθ2=cR2,sinθ2=d/RR2]]>由于θ1+θ2＝90度，將以上表達式代入cosθ1＝-sinθ2，sinθ1＝cosθ2，R×ad=-bc×R.]]>這樣就得到“R”的表達式-b×dc×a.]]>圖4是說明R＝0.5的時候兩個信號(S1和S2)的極坐標圖。
如圖4所示，相位檢測器280的輸出信號(cosθ1，sinθ1)“a”和“b”的值分別是0.5和-0.43。通過計算得到θ1＝-60度。將“R”近似為1的時候，θ1＝-40.89度。
相位檢測器280輸出信號(cosθ2，sinθ2)的值分別是0.86和0.25。通過計算發(fā)現(xiàn)θ2＝30度。當R近似等于1的時候，θ2＝16.1度。替換以上值就能夠立即驗證這一表達式。
圖5給出根據(jù)本發(fā)明的分集接收方法的流程圖。
如圖5所示，分集接收法包括以下步驟放大第一個天線220接收的第一個信號(步驟S1)；放大第二個天線210接收的第二個信號并對它進行移相處理(步驟S2)；分別將處理過的第一個和第二個信號變換成中頻信號(步驟S3)；將轉(zhuǎn)換過的信號合并起來或者選擇轉(zhuǎn)換過的信號中的一個，并輸出給解調(diào)器(步驟S4)；檢測轉(zhuǎn)換過的兩個信號中每一個的相位信息(步驟S5)；以及在提取的相位信息的基礎之上控制步驟S4(步驟S6)。
將通過第一個天線220和第二個天線210接收的第一個和第二個信號(S1和S2)通過不同路徑的處理發(fā)送給信號合并器340。也就是說，通過雙工器240和第一個放大器270將第一個信號(S1)發(fā)送給信號合并器340，同時通過帶通濾波器230、第二個放大器250和移相器260將第二個信號(S2)發(fā)送給信號合并器340。
相位檢測器280檢測輸入信號合并器340的第一個和第二個信號的相位信息(cosθ1，sinθ1)，并發(fā)送給控制器360。
然后，控制器360在相位信息(cosθ1，sinθ1)的基礎之上獲得兩個信號(S1和S2)的相位差(θ1)和功率。
另外，控制器360在第一個信號(S1)和通過將第二個信號移相90度獲得的第三個信號(S2+90度)的相位信息(cosθ1，sinθ1)的基礎之上獲得兩個信號(S1、S2+90度)之間的相位差(θ2)和它們的功率，同時獲得這兩個信號(S1、S2+90度)之間的功率差。
接下來，控制器360獲得兩個信號之間功率差的變化率(R)。
利用變化率(R)，推斷出第一個信號(S1)和第四個信號(S2+180度)之間的功率差以及第一個信號(S1)和第五個信號(S2+270度)之間的功率差。接下來，參考推斷結(jié)果，獲得信號合并的時候具有最強信號的相位偏移(S2+nα，n＝0，1，2，3，...，α＝90度)，以及控制移相器260進行這一相移處理(nα)。
如果移相以后的信號(S2+nα)和第一個信號(S1)之間的功率差大于預先設定的基準值，本發(fā)明的分集接收裝置就采用電平比較分集方法。也就是說，控制器360控制信號合并器340從兩個信號(S1和S2+nα)中選擇具有最強功率的一個信號。此時，將信號合并器340用作為選擇器。
與此同時，如果移相以后的信號(S2+nα)和第一個信號(S1)之間的功率差小于預先設定的值，控制器就控制信號合并器340對兩個信號(S1和S2+nα)進行同相合并。
到此為止可以看到，本發(fā)明的分集接收裝置具有以下優(yōu)點。
與傳統(tǒng)技術(shù)相比，它能夠快速地進行相位補償，從而適合于信號相位快速變化的實際無線電環(huán)境，以及如果兩個接收信號之間的功率差很小，就采用同相合并方法，而如果兩個接收信號之間的功率差很大，就采用電平比較分集法。因此，這種分集接收裝置充分吸納了這兩種方法的優(yōu)點。
另外，由于移相器位于低噪聲放大器的下一級，因此如果移相器出現(xiàn)了信號損耗，它對接收機總的噪聲分量沒有多大影響。
前面的實施例和優(yōu)點僅僅是示例性的，不應該理解為是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的教導還可以很方便地用于其它類型的裝置。本發(fā)明的說明目的是進行說明，而不是限制權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以想出許多改變、改進和變化。在權(quán)利要求中，裝置加功能條款的目的是覆蓋這里描述的結(jié)構(gòu)以作為實現(xiàn)的引用的功能，以及不僅是結(jié)構(gòu)等效而且是等效結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種分集接收裝置，包括第一個信號調(diào)整單元，用于放大第一個天線接收的第一個信號；第二個信號調(diào)整單元，用于放大第二個天線接收的第二個信號，并對它進行移相處理；第一個和第二個混頻器，每一個都將第一個和第二個信號調(diào)整單元輸出的信號與一個中頻信號進行混頻；一個信號合并器，用于將第一個和第二個混頻器輸出的信號進行混合，或者選擇從第一個和第二個混頻器輸出的信號中的一個，輸出給解調(diào)器；一個相位檢測器，用于從第一個和第二個信號調(diào)整單元輸出的信號提取相位信息；和一個控制器，用于根據(jù)提取的相位信息控制信號合并器。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括一個接收信號強度指示器，用于檢測信號合并器輸出信號的功率。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述控制器利用相位檢測器的輸出信號獲得已達得最強信號的相移(nα)，并控制第二個信號調(diào)整單元進行相應的移相(nα)處理。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述控制器利用相位檢測器的輸出信號獲得達到最強信號的相移(nα)，并根據(jù)已移相(nα)的信號和第一個信號之間的功率差控制信號合并器。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述控制器執(zhí)行以下步驟從相位檢測器接收第一個信號和第二個信號的相位信息；接收第一個信號和將第二個信號移相特定角度(α)得到的第三個信號的相位信息；在相位信息的基礎之上獲得第一個和第二個信號之間的功率差信息，以及第一個和第三個信號之間的功率差信息，并且獲得兩個功率差的變化率；利用這一變化率推測第一個信號和相移其它角度(2α，3α，4α，...)以后的信號之間的功率差；和利用推測結(jié)果獲得信號合并后獲得最強信號對應的移相(nα)，并利用已移相(nα)的信號和第一個信號之間的功率差控制信號合并器。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中如果已相移的信號和第一個信號之間的功率差大于一個基準值，控制器就控制信號合并器選擇兩個信號中功率較高的一個，作為輸出信號，而如果已移相(nα)的信號與第一個信號之間的功率差小于基準值，控制器就控制信號合并器對這兩個信號進行同相合成。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一個信號調(diào)整單元包括將發(fā)射機和接收機與第一個天線連接的雙工器；放大雙工器輸出的第一個信號的第一個放大器。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第二個信號調(diào)整單元包括從接收的第二個信號中僅提取特定頻帶內(nèi)的信號的濾波器；放大濾波器的輸出信號的第二個放大器；和以特定角度間隔將第二個放大器輸出的信號移相的移相器。
9.一種分集接收方法，包括以下步驟放大用第一個天線接收的第一個信號；放大第二個天線接收的第二個信號，并對其進行移相處理；分別將處理過的第一個和第二個信號變換成中頻信號；將轉(zhuǎn)換過的兩個信號合并起來，或者在轉(zhuǎn)換過的兩個信號中選擇一個，將其輸出給解調(diào)器；檢測轉(zhuǎn)換過的兩個信號的相位信息；和根據(jù)提取的相位信息控制信號合并處理。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在控制步驟中，根據(jù)檢測出來的相位信息獲得已達到最強信號的相移(nα)，并進行相應的移相(nα)處理。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在控制步驟中，根據(jù)檢測到的相位信息獲得已達到最強信號的相移(nα)，并利用移相后(nα)的信號和第一個信號之間的功率差控制信號合并步驟。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述控制步驟包括獲得第一個信號和第二個信號之間的功率差，以及第一個信號和根據(jù)產(chǎn)生的相位信息按照特定的角度(α)對第二個信號進行移相處理獲得的第三個信號之間的功率差，并且獲得這兩個功率差之間的變化率；利用這一變化率推測第一個信號和在其它移相角(2α，3α，4α，...)上獲得的其它信號之間的功率差；和根據(jù)推測結(jié)果獲得信號合并過程中獲得最強信號的相移(nα)，并根據(jù)已相移(nα)的信號和第一個信號之間的功率差控制信號的合并。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中如果已移相(nα)的信號和第一個信號之間的功率差大于一個基準值，就將兩個信號中具有較強功率的那一個選作輸出信號，而如果已移相(nα)的信號與第一個信號之間的功率差小于這個基準值，就將這兩個信號進行同相合并。
全文摘要
一種分集接收裝置用于進行快速相位補償，從而使它適合于信號相位快速變化的實際無線電環(huán)境，如果兩個接收信號之間的功率差很小，就采用同相合并方法，如果兩個接收信號之間的功率差很大，就采用電平比較分集方法。因此，這種分集接收裝置吸收了這兩種方法的優(yōu)點。另外，由于移相器位于低噪聲放大器的下一級，因此如果移相器有損耗，但它不會對接收機的整個噪聲造成多大影響。
文檔編號H04B7/08GK1447534SQ0310832
公開日2003年10月8日 申請日期2003年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月27日
發(fā)明者李元弼 申請人:Lg電子株式會社