具有几个标准的无线电接收机系统中的方法和装置

技术领域

本发明涉及有几个标准的无线电接收机系统中的一种方法和装置。具体而言，本发明涉及在无线电接收机系统中同时接收具有几个信号格式标准，比方说不同的CDMA、TDMA和FDMA标准，的信号的一种方法和装置。更进一步，本发明涉及用于这种系统的一种瑞克接收机。

相关技术

发送和接收数字信号有不同的信道接入方法。在TDMA也就是时分多址方式中，一个信道由同一个频率中一连串周期性的时间间隔里的一个时隙构成。在FDMA，也就是频分多址方式中，通信信道是单个的射频频带。相邻频道的干扰是用带通滤波器来加以抑制的，这样的滤波器只让指定频带内的信号能量通过。相反，码分多址，也就是CDMA方式，则允许信号在时间和频率上重叠。这样，几个码分多址信号可以共享同一个频带，当然码分多址接收机也可以工作在几个频带上。

因此在码分多址技术中，可以利用公共的频带同时进行连接。将需要的信号从其它信号分离出来是用适当的信号处理方法来实现的，这样做的基础是需要的信号是编码信号。同时进行的所有连接都具有不同的代码。

在码分多址系统中，射频信号由天线单元收到，并且通过无线电的模拟部分用一级或者几级下变频到中频。中频信号用一个模数转换器进行采样和数字化，然后在信道化器中进行滤波，将每个信道进行充分的过滤，使其它频率的信号不会对它造成干扰。得到的是一个带限信号，能够由解调单元进行基带处理，复原发送的数字数据流，这个解调单元采用扩频技术。

在扩频技术中，无线电信号通过利用独立的代码扩展信息信号的带宽再发射出去。最常用的扩频技术是直接序列扩频，换句话说，也就是利用一个代码或者特征序列对载波进行直接调制，这个代码也叫做伪噪声序列或者PN-序列。这个特征序列通常都包括叫做码片的N个比特。整个N-码片序列被叫做一个发射码元。

在传统的直接序列码分多址技术中，对信号进行扩频，从而使每个信息比特都被一个代码序列替换，这个代码序列包括N个码片。

多个编码信息信号调制一个射频载波，并且被接收机作为一个复合信号一起收到。如果接收机被授权并且有一个同步代码信号，就将这个复合信号跟唯一的代码中间的一个做相关运算，对应的信息信号就可以用实际的解码技术隔离出来并且加以解调。

两个单元之间的机械连接、信号的电特性和逻辑特性以及信号序列的规则都有规范。两项功能之间的物理边界或者逻辑边界叫做接口。

在移动无线电系统中，墙壁、建筑物、小山、大山等等这样的信号反射面的存在会导致接收信号的无线电信号接收机收到的信号在时间上散开，其中携带相同信息的信号会在不同的时刻到达接收机。

为了以最优方式检测发射的码元，必须合并收到的射线，从而使这个信号被分集放大。可以用先进的信号处理技术来获得分集增益，比如利用瑞克接收机，其中可以使用几个信号分量。

一种瑞克接收机是利用时间分散信号这一特征的无线电接收机。这种瑞克接收机包括多个独立的接收机单元，它们被叫做瑞克接收机抽头或者分支，每个接收机单元都接收和跟踪一条对应的射线。瑞克接收机还包括合并收到的信号的装置，以及延迟这些信号，使它们在合并之前同相的装置。瑞克接收机常常能够合并相隔距离大于或者等于一个码片周期的信号分量。码分多址系统中瑞克接收机的瑞克分支或者瑞克抽头按照信号的到达时间加以调整。

在信号的最强位置进行理想的采样。如果每个码片周期只采样一次，而且它不是在信号最强的位置进行的，那么这一采样就不是最佳的，检测也就不是最佳的，就会出现系统误差。

通过过采样可以提高正确采样概率，其中每个码片周期采集几个样本，于是可以选择每个码片的最佳样本也就是结果样本，它有一个说明信号相位的起始时间。

过采样率被定义为信号的采样速率跟码元或者码片速率的比值。对于带限信号，信号的频带越窄，每个码片就有越多的样本，因此过采样率随着带宽下降而增大。

跟每个码片的采样相关联的系统误差随着采样率增大而减小，但是另一方面，信道化器的过采样率应当尽可能地低，从而使接收机系统不需要复杂的硬件。采样率越低，离最佳效果越远，结果导致灵敏度下降。这种灵敏度下降叫做“检测器损耗”。这样，系统误差同样依赖于数据率和系统的设备性能。

采样器，也就是模数转换器，具有预定的采样周期，按照一种简单方法根据无线电接收机的码元或者码片速率进行调整。调整后的速率通常都是码元速率的较小整数倍，f-码元，或者在直接序列码分多址系统中，码片速率的一个较小的整数倍，f-码片。

利用重新采样器可以对不是整数乘以码片速率的采用速率重新采样成适当的采样速率。

重新采样通常都是利用不同的技术通过在原来的数据序列中进行内插来实现。其中的一些技术采用大量的计算，但是信号的频带宽度越窄(包括相对较少的频率分量)，令人满意的技术就越简单。

最简单的内插技术是不同的“保持”电路，其中一阶保持利用信号的第一个导数在数据点之间进行内插，零阶保持仅仅是将原始数据流中最接近的样本作为需要的样本近似。零阶保持当然比较简单，但是需要频带较窄的信号使近似误差不太大。其它的重新采样技术常常涉及高阶滤波或者多项式内插。

例如US-5598439和US-5513209描述了一些重新采样技术，用于在通信系统中对数字调制信号进行解调。在例如US-5640416和JP-08256084中描述了码分多址和瑞克接收机。EP-814581给出了一种多速率码分多址通信的解决方案。

支持不同无线电发射标准的基站可以从EP-815698中了解到。该专利的系统利用至少两个数字信道装置，能够同时支持码分多址和时分多址信号。该专利的信道化器只能工作在一个带宽上，每个标准都需要一个单独的信道化器。采用这种解决方案具有几个标准的系统需要大量的硬件，并且丧失了分集增益。

利用能够同时支持大范围信道带宽的数字信道化器能够最大程度地降低无线电接收机系统的成本。这种类型的信道化器在本发明人的瑞士专利申请第9802059-7号中进行了描述。

在传统的单标准接收机系统中，采样率被选择成码片速率的整数倍。在这个系统中利用具有不同码元或者码片速率的几个码分多址和其它标准，不可能将采用速率选择成所有码片和码元速率简单的整数倍，因为这个系统中采用了不同的码元速率。因此重新采样器是必须的。

表1给出了不同蜂窝系统中各种带宽和码元或者码片速率。如果要在同一个基站中同时采用几个标准，显然需要新的技术用适当的方式同时处理这些不同标准而不增加设备量。

发明内容

本发明的一个目的是使这种未来的移动通信系统和基站成为可能，其中有几个标准并存。例如，在这种系统中，在欧洲GSM可能跟宽带码分多址并存，在美国D-AMPS可能跟窄带和宽带IS-95以及GSM并存。

更具体地说，本发明的目的是使用于这种移动通信系统的无线电接收机系统成为可能，为了降低成本，它们采用共同的硬件来处理同一个基站中使用的不同标准。

本发明的另外一个目的是提供具有几个标准特别是码分多址标准的基站，它们比早期的多标准无线电接收机系统具有更高的设备性能。

本发明的方法的主要特征在于解调单元进行检测，需要的时候对解调过的信道分别进行重新采样。

本发明中多标准无线电接收机系统的主要特征在于调制信道被解调，需要的时候，每个标准都用一个独一无二的信号格式分别进行重新采样。

在本发明中，对于基站中不同的码分多址和其它信号格式标准分别进行重新采样，以便获得每个标准每个码片或者码元速率的适当的采样速率。

这个系统的模数转换采样频率是按照这个系统中不同标准的码片或者码元速率来选择的。在本发明中，对其它的标准进行重新采样。

在本发明的第一个实施方案中，在多标准无线电接收机系统中按照码片或者码元速率为每个标准采用适当的采样速率，每个标准都采用单独一个重新采样器。需要按照它的码片速率或者码元速率进行采样速率重新采样的每个标准都有它自己的重新采样器。

多标准无线电接收机中的一些解调单元可能包括用于对至少一个时分多址信号进行重新采样和检测的装置，这些单元有一个时分多址重新采样单元和一个时分多址解调器/均衡单元，而其它的这种解调单元则可以包括对至少一个码分多址信号进行重新采样和检测的装置，这些其它单元有码分多址重新采样单元和码分多址解调器/瑞克接收机单元。无线电接收机还可以包括其它种类的解调器单元和重新采样器。

重新采样器可以跟信道化器一起放在接口前面，或者可以跟瑞克接收机一起放在接口后面。在后一种情况中，通过接口的数据率跟信道化器的输出速率一样，它意味着它比第一种情形的要低，因为重新采样器的输出速率较高。在重新采样器和瑞克接收机之间数据率很高。

本发明中具有重新采样器的系统之一里重新采样器的过采样速率比inrate要高得多，从而能够提高采样正确率。

除了跟采样有关的系统误差以外，重新采样也有一定的误差。

这意味着在本发明第一个实施方案的两个版本中，系统中有两个误差源，由于时间上的偏差导致偏离最佳位置的每个瑞克抽头的重新采样误差和系统误差。总误差是系统误差和重新采样误差的和。

在本发明的第二个优选实施方案中，多标准无线电接收机系统中重新采样和解调信道的检测是在至少一个解调单元里联合进行的。在这个实施方案中，至少一个解调单元是码分多址接收机，它包括对至少一个码分多址信号进行重新采样和检测的装置，在每个瑞克分支上有一个瑞克接收机，每个瑞克接收机都有单独的重新采样器。这种瑞克抽头跟正常瑞克抽头之间的差别是它对重新采样和解调进行联合控制。

重新采样瑞克抽头可以采用不同的重新采样技术，这一点在本申请的前面部分进行了描述。如果采用最简单的零阶保持技术，瑞克抽头就会跟踪进来的样本的时间，按照特征序列中码片或者码元的时间，从进来的信号中选择时间上最接近这一码片或者码元的样本。在内插技术中，需要的样本可以在两个进来的样本之间进行内插。在多相滤波技术中，滤波器的实际相位是根据到最近样本的距离来确定的。采用不同的多相分量，它们给出跟进来的时间相匹配的给定延迟。

在本发明的第二个实施方案中，可以使用一个低过采样速率，因为瑞克接收机能够接收不同样本速率的信号。在本发明的第二个实施方案中只有一个误差源，因为瑞克抽头跟最佳位置的平均偏差可以非常小。要在一个瑞克抽头中相关的信号样本之间的距离会变化，但是每个单元的平均样本数跟接收机系统的码片速率对应。换句话说，每个瑞克抽头中代码序列和进来的数据流之间的相关将在互不相同非均匀采样的数据组上进行。如果样本选择是在每个瑞克抽头中分别进行，对于所有的瑞克抽头解调将是最佳的选择，最好是通过跟伪噪声序列同步。此时唯一的误差源将是重新采样误差。

在码分多址系统中采用零阶保持重新采样会给特定的过采样率带来特定的误差。这个误差跟平均偏移误差具有相同的幅度，这个平均偏移误差跟瑞克抽头中每个码片的采样相关连。其它类型的重新采样具有其它的误差幅度。

按照本发明的再一个实施方案，这一方法被扩展到更高阶保持或者其它的重新采样技术。随着采用的重新采样技术不同，计算内插样本值需要进行的计算会更加复杂，比方说多项式内插或者多相滤波。这可以通过跟伪噪声序列同步的重新采样或者内插滤波器或者多项式内插器来完成。

在本发明的优选实施方案中，这一重新采样或者内插滤波器或者多项式内插器的计算复杂性比瑞克抽头以前普通重新采样器要低得多，因为收到的信号输出不需要过采样。这样会补偿每个瑞克抽头分别重新采样所增加的成本，至少对于只有少数信道的系统是如此。

对于每个瑞克抽头中采用零阶保持重新采样的系统，总的计算复杂性比较低，因此将它用于本发明的优选实施方案。

由于重新采样是在每个瑞克抽头中分别进行的，因此可以为每个瑞克抽头分别选择和优化重新采样类型。这一点可以跟信道冲击响应的估计一起进行，从而为多径信道响应中最佳的“射线”选择最好的重新采样方法，或者按照某种其它的方式来优化，比让所有的重新采样瑞克抽头都相等具有更好的性能。

本发明的优点是在同一个无线电接收机系统中可以采用几个标准，它需要的硬件比以前的系统少，因为只需要一个信道化器。信道化器常常比重新采样器计算量要大。本发明的第二个实施方案能够给出最高的性能，因此是优选实施方案。在这个实施方案中，进行更加准确的采样，因为有可能为每个瑞克抽头分别进行重新采样。此外，这一方法控制起来相对简单，因此非常有用。

发明概要

现有的码分多址接收机系统通常都只采用一种信号格式标准。在未来的移动通信中将有几种标准共存。本发明的目的是使以上种类的移动通信系统采用这种多标准无线电接收机系统，从而降低成本，采用相同的硬件处理同一个基站中采用的不同标准，特别是码分多址标准，并且跟早期的多标准接收机系统相比具有较高的设备性能。

在这个系统中具有一个以上的码元或者码片速率，当同一个基站同时有多个标准的时候就是这样，码片或者码元速率之间的关系并不是使得用现有的设备能够选择这样一个采样速率，它是码元速率或者码片速率的整数倍或者跟它具有简单的关系，或者跟不同标准的公用硬件具有简单关系。

因此在本发明中为基站中不同的码分多址或者其它标准进行重新采样，为每个标准的每个码片或者码元速率获得适当的采样速率。

本发明中多标准无线电接收机系统的解调单元分别对每个解调信道进行重新采样和检测。在一个解调单元中，采样速率跟模数转换器的采样速率一样，因此不需要重新采样。

在本发明的优选实施方案中，多标准无线电接收机系统中解调信道的重新采样和检测是在至少一个这样的解调单元中一起进行的。在这个实施方案中，至少一个解调单元是一个码分多址接收机，它包括对至少一个码分多址信号进行重新采样和检测的装置，在每个瑞克分支中还有具有不同重新采样器的一个瑞克接收机。

本发明还涉及本发明中优选实施方案里的一个瑞克接收机。瑞克接收机按照重新采样技术之一接收样本，从进来的信号中选择时间上最接近该码片的样本。由于解调和重新采样是按照本发明同时进行的，跟瑞克抽头的时间偏差有关的误差很小。

在本发明的另外一个实施方案中，这一方法被扩展到不同瑞克抽头中不同的重新采样技术，和过采样率以及重新采样技术的最佳组合。

下面将按照本发明的实施方案参考附图来描述本发明。以下实施方案不是为了限制本发明，许多细节可以在本发明的思想的范围内改变。解调可以例如用不同于跟伪噪声序列同步的另一种方式进行，无线电接收机系统中不同的标准可以用不同的方式加以选择。

附图简述

图1是本发明第一个实施方案中具有几个时分多址和码分多址标准的多标准无线电接收机系统的一个原理图。

图2是更加详细地说明瑞克接收机的图1中的一部分的原理图。

图3是更加详细地说明瑞克接收机的图4中的部分的原理图。

图4是本发明第二个优选实施方案中具有几个时分多址和码分多址标准的多标准无线电接收机系统的一个原理图。

图5是本发明第二个优选实施方案中瑞克接收机一个瑞克抽头的功能图。

图6是本发明另外一个实施方案中瑞克接收机一个瑞克抽头的功能图。

图7是本发明两个实施方案的计算机仿真结果。

附图详述

图1说明本发明第一个实施方案中具有几个时分多址和码分多址标准的多标准无线电接收机系统1A。在图1中，不同频率上的无线电信号，也就是射频信号，被天线2收到。然后射频单元3将射频信号下变频到一个中频IF。具有图1所示符号4的模数转换器将模拟中频信号转换成数字信号。由于模数转换器每次只能采用一个时钟速度，因此收到的信号的数据率必须按照基带处理所需要的速率重新采样。这个速率按照多标准系统中使用的一个标准的码元或者码片速率加以修改。在图1所示的实施方案中，它被转换成这样一个采样速率，这个采样速率是时分多址解调器/均衡器的标准使用的码元速率的整数倍，在图中用符号6a表示。这个信号在具有特定采样速率的模数转换器中进行采样，数字化成数字信号。需要的信号随后在信道化器5中滤波，从而使其它频率的信号不会造成干扰。信道化器输出的信号是带限信号，它们被传递给解调单元6a、6b、6c、6d中间的一个进行基带处理，复现跟信号一起发送的数据信息。

现在这些信号可以被直接传递给接收机6a，因为这个时候模数转换器4的采样速率跟接收机6a的码元速率相同，这样一来采样速率是码元速率的整数倍，或者它们之间是其它的简单关系。

但是要发送给按照其它码片或者码元速率工作的其它接收机的信号必须在解调之前重新采样。在图1中，每个接收机，也就是DAMPS解调器和均衡器6b，码分多址瑞克接收机6c和码分多址瑞克接收机6d，都具有自己的重新采样器，也就是重新采样器7b、7c和7d。重新采样器7b、7c和7d按照接收机6b、6c和6d等码片或者码元速率分别对来自信道化器5的数据信号进行重新采样，从而使重新采样速率是实际码片或者码元速率的整数倍。瑞克接收机6b、6c和6d的瑞克抽头随后接收具有码片速率的信号，用于解调/译码以及用于将它们合并起来获得分集增益。

图2是更加详细地说明这个系统中瑞克接收机6c的图1中的一部分。天线2、射频单元3、模数转换器4、信道化器5、重新采样器7c和瑞克接收机6c都在图1中进行了说明。瑞克接收机6c有多个瑞克抽头或者分支c1、c2、c3和c4。瑞克接收机6c需要特定(整数倍)的过采样率(OSR)才能将瑞克抽头或者分支c1、c2、c3和c4的位置调整到最大信号所在时间。信号在信道化器5中滤波，从而使它只包括略高于接收机6c使用的标准的f-码片/2的频率。

图3是本发明第二个优选实施方案中有几个时分多址和码分多址标准的多标准无线电接收机系统的一部分。天线2、射频单元3、模数转换器4、信道化器5的功能在参考图1的时候进行了介绍。在图3所示的瑞克接收机8a中，分别在每个瑞克分支a1、a2、a3和a4中进行重新采样，从而使重新采样和通过例如跟伪噪声序列相关的解调按照瑞克抽头a1、a2、a3和a4中的方式进行。对解调和重新采样的联合进行的更加详细的描述在参考图5和图6的时候给出。瑞克接收机8a的瑞克抽头a1、a2、a3和a4收到的信号被合并起来以获得分集增益。

图4是本发明第二个优选实施方案中具有几个时分多址和码分多址标准的多标准无线电接收机系统的一个原理图。天线2、射频单元3、模数转换器4、信道化器5和接收机6a和6b的功能在参考图3的时候进行了介绍。码分多址接收机8a的功能在参考图3的时候进行了介绍。图4中的码分多址接收机8a～8m是跟8a相同的具有单个重新采样瑞克抽头的码分多址接收机。

图5是本发明第二个优选实施方案中图3所示瑞克接收机中瑞克抽头之一的功能的一个原理图。信号s1来自信道化器，具有非整数过采样率。瑞克抽头通过将进来的样本的时间跟伪噪声序列中码片的时间进行比较，对译码和样本选择进行联合控制，选择在时间上跟这一码片最接近的进来的信号的样本。由于重新采样选择是在每个瑞克抽头中象这样分别进行的，因此译码对于所有的瑞克抽头都是最优化的，瑞克抽头跟最优位置的平均偏差将会保持为零。选择出来的样本随后跟最接近的码片的伪噪声序列相关，获得对应的信息信号。

图6是本发明第二个实施方案另外一个版本中图3所示瑞克接收机8a的一个瑞克抽头的一个原理图。具有非整数过采样率的信号s2来自信道化器。不是只选择最接近的样本，而是采用适当的内插重新采样技术进行更多的计算，计算出两个样本之间的内插样本值。这一点可以通过重新采样或者内插滤波器或者通过跟伪噪声序列同步的多项式内插器来进行。

在图7中，给出了本发明两个成功实施方案的计算机仿真结果。其中的直线对应于具有正确采样率和正确解调结果以及检测器结果等于0的理想情况。用+号标记的曲线说明在解调单元以前分别采用重新采样器以便获得跟码片速率相关的整数倍采样率获得的结果。有菱形标记的第三条曲线代表本发明的第三个优选实施方案，其中的重新采样是用具有单独重新采样瑞克抽头的瑞克接收机进行的。

第二个实施方案中误差随到达时间的变化的平均值仅仅是本发明第一个实施方案的一半，其中当信道化器速率和重新采样器输出近似相等的时候，采样了一个单独的“公共”重新采样器(+曲线)。

用于仿真的参数是：

信道化器速率：31

样本/码片：11

重新采样器输出速率：3样本/码片

表1