CN1579055B - 空间分集接收机及控制其操作的方法 - Google Patents

Abstract

为了组合两个从不同接收路线所接收的信号(#1，#2)，根据电平检测器输出(101)和波形失真检测器输出(102)，通过EPS(无限移相器)控制电路(8)交替地切换用于使所述组合信号的电平最大的控制处理(最大电平组合处理)、用于彼此同相地组合信号的控制处理(同相组合处理)、用于使波形失真最小的控制处理(最小幅度偏差型组合处理)、以及用于同时执行最小幅度偏差型组合处理和最大电平组合处理的控制处理之间交替切换。通过控制EPS(1)执行这些控制处理，以便控制接收信号(#2)的相位。利用这种结构，即使在通过接收信号的相位旋转而使电平实质上保持不变的区域，也能够实现稳定的相位控制，从而增大系统的稳定性。

Description

空间分集接收机及控制其操作的方法

技术领域

本发明涉及一种空间分集接收机以及一种用于控制这样的空间分集接收机的操作的方法，更具体地，本发明涉及一种用于组合由于无线区域中的传输路径效应而失真的来自多个接收路线的接收信号的空间分集接收机，以及一种用于控制这样的空间分集接收机的操作的方法。

背景技术

迄今为止，将所述类型的分集接收机用于抑制由于传输路径中的衰落引起波形失真，以便在微波数字无线电通信系统中提供优良的通信环境。这样的分集接收机之一是利用彼此分隔足够的距离的多个接收天线接收无线电信号、并组合来自接收天线的多个最小相关接收信号的空间分集接收机，从而减少了接收失真。

已经提出了在这种空间分集接收中组合多个接收信号的多种处理。具体地，在本领域主要使用这些所提出组合处理中的三种，即“同相组合处理”、“最小幅度偏差型组合处理”以及“最大电平组合处理”。“同相组合处理”按照使接收信号彼此同相的方式来组合来自多个接收路线的接收信号，日本待审专利公开No.8-274695中公开了这一处理。

“最小幅度偏差型组合处理”检测所组合的接收信号的陷波(notch)并组合所接收的信号，以便根据检测到的陷波使组合后的接收信号的带内幅度偏差最小，日本待审专利公开No.59-230333和7-38536中公开了这一处理。

“最大电平组合处理”组合所接收到的信号，以使其组合电平最大。根据上述三种组合处理中的任意一种，由无限移相器相位旋转至少一个所接收到的信号，以便进行信号组合。上述三种组合处理均具有优点和缺点，并经常在组合中使用。特别地，通常在实际中会使用相互组合的“最小幅度偏差型组合处理”和“最大电平组合处理”。

下面将描述基于“最小幅度偏差型组合处理”和“最大电平组合处理”的组合的传统分集接收机。附图的图1示出了这种传统的分集接收机。在图1中，所接收到的信号#1和#2是由各个分集天线(未示出)接收到的、并且将其频率转换到中频范围的信号。将所接收的信号#2和来自EPS控制电路8的输出控制信号提供给EPS(无限移相器)1，并根据输出控制信号在任意方向上，通过单位步幅(度)来旋转接收到的信号#2的相位，并输出已经进行了相位旋转的接收信号#2。

将来自EPS1的输出信号和接收到的信号#1提供给组合器2，组合这些信号，并输出组合后的信号。将来自组合器2的组合信号提供给电平检测器4，检测组合信号的信号电平，并输出检测到的信号电平。将来自组合器2的组合信号提供给DEM(解调器)6，确定并输出该组合信号的符号(sign)。

将来自组合器2的组合信号提供给陷波检测器(notch detector)7，检测并输出其陷波的深度(失真)。将来自陷波检测器7的输出信号和来自电平检测器4的输出信号提供给EPS控制电路8，从所提供的信号中产生最优控制信号，并将控制信号输出到EPS 1。

下面将描述图1所示的传统分集接收机的操作.附图的图2示出了如何在组合处理之间进行切换.图2的横轴表示陷波的深度(＝波形的失真)，而纵轴表示组合信号电平.陷波的深度和组合信号电平沿着箭头所示的各自的方向增大.在图2中，执行“最大电平组合处理”，即，在区域A中，使组合信号电平最大(电平改善).具体地，EPS控制电路8只监视电平检测器4的输出信号，并将输出控制信号施加到EPS 1以便旋转所接收信号#2的相位，以使组合信号的电平保持最大。

在图2所示的区域B，执行“最小幅度偏差型组合处理”，即，使组合信号的带内偏差最小(失真改善)。具体地，EPS控制电路8监视陷波检测器7的输出信号，并将输出控制信号施加到EPS 1以旋转接收信号#2的相位，以使波形的失真最小。更具体地，陷波检测器7检测在接收信号的频谱中的多个频率处的电平，以便检测所接收信号的频带内幅度对频率特性的变化大小，且EPS控制电路8控制EPS 1，以使带内幅度对频率偏差最小。

如果判断出组合信号的电平较高(高于图2中的“b”)且失真较小(小于图2中的“a”)则执行电平改善处理。在失真改善处理中，如上所述，由于根据陷波的大小使带内偏差最小，因此经常趋向于在接近于反相的角度处组合所接收信号的主要成分，并且组合信号的幅度尽管平坦，但其电平会变低。如果失真较小，则由于信号电平的减小造成了比失真更严重的有关误码率的问题，则不使用区域B，而针对S/N(信号电平/噪声电平)比，优先使用区域A。

如果只有失真变大(大于图2中的“a”)，则控制转向失真改善处理。如果失真与区域B中的一样大，且失真对于误码率的影响大于对电平的影响，则当期望足够的失真改善能力时，执行失真改善处理，但电平降低。如果此时电平变得低于图2中的“b”，则控制转向电平改善处理，这是因为尽管可以保留某些失真不被去除(如果在后续级设置了DFE(判决反馈均衡器)，则可以由DFE补偿一些失真)，但是电平减小造成了严重的问题。

传统结构的问题在于当失真较小而电平较高时，如果执行了电平改善操作，则基于EPS的相位控制趋向于不稳定。这是因为通常由二极管检测用于控制信号的电平，但利用二极管很难检测出轻微的电平变化。这种不稳定相位控制对系统稳定性的大幅度减小负有责任。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种能够抑制系统稳定性减小以保证优良接收质量的空间分集接收机，以及用于控制这种空间分集接收机操作的方法。

根据本发明，提供了一种空间分集接收机，包括移相装置，用于移位来自第一接收路线的接收信号的相位；电平检测装置，用于检测包括来自所述移相装置的输出和来自第二接收路线的接收信号的组合信号的电平；失真检测装置，用于检测所述组合信号的波形失真；以及控制装置，用于根据所述电平检测装置的输出和所述失真检测装置的输出来控制所述移相装置，其特征在于：

所述控制装置根据所述电平检测装置的输出和所述失真检测装置的输出，在最大电平组合处理、同相组合处理和最小幅度偏差型组合处理之间交替切换，其中所述最大电平组合处理为用于使组合信号的电平最大的控制处理；所述同相组合处理为用于彼此同相地组合信号的控制处理；以及所述最小幅度偏差型组合处理为用于使波形失真最小的控制处理，而且，如果来自所述电平检测装置的输出小于预定值，则所述控制装置执行最大电平组合处理.所述控制装置根据所述电平检测装置的输出和所述失真检测装置的输出，可以在最大电平组合处理、同相组合处理、最小幅度偏差型组合处理、以及用于同时执行最小幅度偏差型组合处理和最大电平组合处理的控制处理之间交替地切换.如果来自电平检测装置的输出小于预定值，则控制装置执行最大电平组合处理.

如果来自电平检测装置的输出大于预定值且来自失真检测装置的输出大于第一阈值“b”，则控制装置执行最小幅度偏差型组合处理。如果来自电平检测装置的输出大于预定值，来自失真检测装置的输出小于第一阈值“b”且大于第二阈值“a”(“a”＜“b”)，则控制装置执行所述执行最小幅度偏差型组合处理和最大电平组合处理的控制处理。

如果来自电平检测装置的输出大于预定值且来自失真检测装置的输出小于第二阈值“a”，则控制装置执行同相组合处理。空间分集接收机还包括相位差检测装置，用于检测移相装置的输出和来自第二接收路线的所接收信号之间的相位差，其中当控制装置执行同相组合处理时，控制装置根据所述相位差控制移相装置。

根据本发明，还提供了一种控制空间分集接收机操作的方法，所述空间分集接收机包括移相装置，用于移位来自第一接收路线的接收信号的相位；电平检测装置，用于检测包括来自所述移相装置的输出和来自第二接收路线的接收信号的组合信号的电平；以及失真检测装置，用于检测所述组合信号的波形失真，其中，根据所述电平检测装置的输出和所述失真检测装置的输出来控制所述移相装置，其特征在于以下控制步骤：

根据所述电平检测装置的输出和所述失真检测装置的输出，在最大电平组合处理、同相组合处理和最小幅度偏差型组合处理之间交替切换，其中所述最大电平组合处理用于使所述组合信号的电平最大的控制处理；所述同相组合处理为用于彼此同相地组合信号的控制处理；以及所述最小幅度偏差型组合处理为用于使波形失真最小的控制处理，而且，如果来自所述电平检测装置的输出小于预定值，则所述控制装置执行最大电平组合处理；以及根据所述电平检测装置的输出和所述失真检测装置的输出，所述控制步骤可以在最大电平组合处理、同相组合处理、最小幅度偏差型组合处理以及执行最小幅度偏差型组合处理和最大电平组合处理的控制处理之间交替地切换。如果来自电平检测装置的输出小于预定值，则控制步骤执行最大电平组合处理。

如果来自电平检测装置的输出大于预定值且来自失真检测装置的输出大于第一阈值“b”，则控制步骤执行最小幅度偏差型组合处理。如果来自电平检测装置的输出大于预定值，来自失真检测装置的输出小于第一阈值“b”且大于第二阈值“a”(“a”＜“b”)，则控制步骤执行所述执行最小幅度偏差型组合处理和最大电平组合处理的控制处理。

如果来自电平检测装置的输出大于预定值且来自失真检测装置的输出小于第二阈值“a”，则控制步骤执行同相组合处理。所述控制操作的方法还包括检测移相装置的输出和来自第二接收路线的所接收信号之间的相位差的步骤，其中当控制步骤执行同相组合处理时，控制步骤根据所述相位差控制移相装置。

下面说明本发明的操作.根据本发明，根据检测到的组合信号失真和检测到的组合信号电平来切换组合处理.具体地，根据所述电平检测装置的输出和所述失真检测装置的输出，交替切换用于使组合信号的电平最大的控制处理(最大电平组合处理)、用于彼此同相组合信号的控制处理(同相组合处理)、用于使波形失真最小的控制处理(最小幅度偏差型组合处理)，以及另外用于同时执行最小幅度偏差型组合处理和最大电平组合处理的控制处理.利用这种结构，即使在通过接收信号的相位旋转而使电平实质上保持不变的区域中，也能够实现用于提高系统稳定性的稳定相位控制.

附图说明

图1是传统结构的框图；

图2是示出了图1所示传统结构中的组合控制印像的图；

图3是根据本发明实施例的结构的框图；

图4是示出了根据本发明实施例的结构中的组合控制印像的图；以及

图5是图3所示EPS控制电路中操作序列的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图说明本发明的实施例。图3是根据本发明实施例的结构的框图。图3中那些与图1所示的相同的部分由相同的参考字符表示。根据本发明，将下面所述的组件添加到图1所示的结构中。所述组件包括AGC(自动增益控制)电路3，用于将所接收信号#1放大到预定电平；AGC电路5，用于将EPS 1的输出信号放大到预定电平；以及相位检测器9，将来自AGC电路3、5的输出信号提供给该相位检测器9，以便检测这两个信号之间的相位差。

将来自相位检测器9的所检测到的输出S3、电平检测器输出101和陷波检测器输出102提供给EPS控制电路8，并根据所提供的三个信号来控制EPS 1。图3所示结构的其它结构细节与图1所示的相同，且下面不再对其进行描述。

图4示出了说明组合控制算法之间的切换处理的控制印像(map)。图4的横轴表示陷波的深度(＝波形的失真)，而纵轴表示组合信号电平。陷波深度和组合信号电平沿着箭头所示的各自的方向增大。在图4中，在区域A中执行用于改善电平的控制处理，在区域B中执行用于改善失真的控制处理，在区域C中执行用于同时改善失真和电平的控制处理，以及在区域C中执行同相组合处理。

下面将参考图3和4描述本发明实施例的操作。根据本发明，将“同相组合处理”添加到根据传统结构执行的组合处理中。“同相组合处理”是利用来自相位检测器9的输出电压S3，同相地控制来自各个传输路线的信号，并且同相地组合所述信号的处理。为了执行“同相组合处理”，除了传统的结构以外，根据本发明实施例的结构还另外具有AGC电路3、5以及用于检测来自各个传输路线的信号的相位的相位检测器9。

通常，由相位检测器执行的相位检测在同相组合角度附近具有比由二极管电平检测器执行的电平检测更高的检测灵敏度。如果波形失真较小且组合信号电平较高，则可以通过执行同相组合处理(区域D)而不是电平改善处理(区域A)，来执行适当的移相控制以得到更高的系统稳定性。但是，如同电平改善处理的情况，同相组合处理不能有效地抑制造成波形失真的干扰波。

如上所述，执行同相组合处理的区域是指如图4所示的区域D。

本发明实施例与传统结构之间的另一差别在于：在区域D和区域B之间定义了区域C。在区域C，比较由EPS 8旋转相位之前和之后的失真值和电平值，从而确定旋转相位的方向。具体地，在通过EPS 8沿着一定方向将所接收信号#2的相位旋转一定角度之后，参考在进一步旋转相位之前和之后来自电平检测器4的输出信号以及来自陷波检测器7的输出信号.只有当识别到电平和失真均得到改善时，才按照相同方向旋转相位，反之，反转所述的相位.

下面将描述包括区域C的原因。为了对从区域B移到区域D进行控制，必须满足更小失真的条件。但是，接收机自身并不能确定失真是否由于传输路径的状态已经改善或由于在区域B中的失真改善效果而变小。因此，由于后一种现象，控制趋向于移向区域D。但是，实际上，由于传输路径造成波形失真的存在，由相位旋转再次将波形失真从区域B的最优点扩展到区域D的最优点，导致控制移向区域B，产生振荡控制作用的类型。为了解决此问题，在观测电平的同时，执行失真改善处理。因为电平随着传输路径状态的改善而增大，因此可以确定失真是否因为传输路径状态的改善或因为区域B中的失真改善效果而变小，由此可以避免上述振荡控制作用。

为了进行从区域D移向区域B的控制，由EPS 8执行的移相控制引起了问题。如上所述，在依赖于失真的区域B，接近于反相的相位的位置是稳定的。由于随着失真变大，相位的位置趋向于接近于反相，如果将控制从失真大到一定程度的状态移到区域B，则在执行同相组合处理的区域A中出现了近似180度的相位差。结果，不能进行移相控制，在最坏情况下趋向于造成电路的断开。当失真相对较小(图4中的“a”处)时，插入区域C以使控制移向失真改善处理。

图5示出了图3所示EPS控制电路8的操作序列。首先，如果电平检测器输出101等于或小于图4所示的预定值“c”，则执行最大电平组合处理(图4所示区域A)(步骤10，20)。即，执行最大电平组合处理，以使电平检测器输出101最大。

如果不满足步骤10的条件，则控制转向步骤30，其中将陷波检测器输出102与第一阈值“b”进行比较。如果陷波检测器输出102大于第一阈值“b”，则执行最小幅度偏差型组合处理(图4所示的区域B)(步骤40)。即，执行最小幅度偏差型组合处理，以使组合信号的带内偏差最小(失真改善)。

如果不满足步骤30的条件，则控制转向步骤50，其中将陷波检测器输出102与第二阈值“a”进行比较。如果陷波检测器输出102大于第二阈值“a”且小于第一阈值“b”，则执行用于同时进行最小幅度偏差型组合处理和最大电平组合处理的组合处理(图4所示的区域C)(步骤60)。否则，执行同相组合处理(图4所示的区域D)(步骤70)。具体地，控制EPS 1，以使检测到的相位输出S3表示相位差“0”。显然，图3所示的流程图是循环序列(程序)，用于重复地执行“开始”和“结束”之间的步骤。

可以通过将图4所示操作序列作为程序预先存储于记录介质中并使计算机(CPU)从记录介质中读取并执行所存储的程序来执行图4和5所示的切换控制处理。

根据本发明实施例的结构的优点在于：在所接收信号具有低失真和高电平时，可以稳定地使组合信号的S/N比最大，而无需添加任何特别的电路。该优点的原因在于：执行了同相组合处理来代替传统的电平改善处理，从而执行高精度的相位检测，而不是低精度的电平检测。因此，即使在通过相位旋转使电平实质上保持不变的区域中，也能够实现稳定的相位控制，从而增大系统的稳定性。

Claims (2)

1.一种空间分集接收机，包括移相装置，用于移位来自第一接收路线的接收信号的相位；电平检测装置，用于检测包括来自所述移相装置的输出和来自第二接收路线的接收信号的组合信号的电平；失真检测装置，用于检测所述组合信号的波形失真；以及控制装置，用于根据所述电平检测装置的输出、所述失真检测装置的输出、以及相位检测器的输出来控制所述移相装置，其特征在于：

所述空间分集接收机还包括用于将所述移相装置的输出信号放大到预定电平的第一自动增益控制电路；用于将来自第二接收路线的接收信号放大到预定电平的第二自动增益控制电路；以及所述相位检测器，向所述相位检测器提供来自所述第一和第二自动增益控制电路的输出信号以检测输出信号之间的相位差，并且将所述相位检测器的输出连接到所述控制装置；

所述控制装置根据所述电平检测装置的输出和所述失真检测装置的输出，在最大电平组合处理、同相组合处理、最小幅度偏差型组合处理和用于同时执行最小幅度偏差型组合处理和最大电平组合处理的控制处理之间交替切换，其中所述最大电平组合处理为用于使组合信号的电平最大的控制处理；所述同相组合处理为用于使信号彼此同相并且组合同相信号的控制处理；以及所述最小幅度偏差型组合处理为用于使波形失真最小的控制处理，

如果来自所述电平检测装置的输出小于预定值，则所述控制装置执行最大电平组合处理；

如果来自所述电平检测装置的所述输出大于所述预定值，且来自所述失真检测装置的输出大于第一阈值“b”，则所述控制装置执行所述最小幅度偏差型组合处理；

如果来自所述电平检测装置的所述输出大于所述预定值，而来自所述失真检测装置的输出小于第一阈值“b”且大于第二阈值“a”，则所述控制装置执行所述用于同时执行最小幅度偏差型组合处理和最大电平组合处理的控制处理，其中“a”＜“b”；以及

如果来自所述电平检测装置的所述输出大于所述预定值，而来自所述失真检测装置的输出小于所述第二阈值“a”，则所述控制装置执行同相组合处理，当所述控制装置执行所述同相组合处理时，所述控制装置根据所述相位差控制所述移相装置。

2.一种控制空间分集接收机的操作的方法，所述空间分集接收机包括移相装置，用于移位来自第一接收路线的接收信号的相位；电平检测装置，用于检测包括来自所述移相装置的输出和来自第二接收路线的接收信号的组合信号的电平；以及失真检测装置，用于检测所述组合信号的波形失真，其中，根据所述电平检测装置的输出、所述失真检测装置的输出、以及相位检测器的输出来控制所述移相装置，其特征在于以下步骤：

利用第一自动增益控制电路将所述移相装置的输出信号放大到预定电平；

利用第二自动增益控制电路将来自第二接收路线的接收信号放大到预定电平；

由相位检测器检测来自第一自动增益控制电路的输出信号和来自第二自动增益控制电路的输出信号之间的相位差；

控制器根据所述电平检测装置的输出和所述失真检测装置的输出，在最大电平组合处理、同相组合处理、最小幅度偏差型组合处理和用于同时执行最小幅度偏差型组合处理和最大电平组合处理的控制处理之间交替切换，其中所述最大电平组合处理用于使所述组合信号的电平最大的控制处理；所述同相组合处理为用于使信号彼此同相并且组合同相信号的控制处理；以及所述最小幅度偏差型组合处理为用于使波形失真最小的控制处理，

如果来自所述电平检测装置的输出小于预定值，则执行最大电平组合处理；

如果来自所述电平检测装置的所述输出大于所述预定值，而来自所述失真检测装置的输出大于第一阈值“b”，则执行所述最小幅度偏差型组合处理；

如果来自所述电平检测装置的所述输出大于所述预定值，而来自所述失真检测装置的输出小于第一阈值“b”且大于第二阈值“a”，则执行所述用于同时执行最小幅度偏差型组合处理和最大电平组合处理的控制处理，其中“a”＜“b”；以及

如果来自所述电平检测装置的所述输出大于所述预定值，而来自所述失真检测装置的输出小于第二阈值“a”，则执行所述同相组合处理，当执行所述同相组合处理时，根据所述相位差控制所述移相装置。

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