具有發射天線分集的雙碼擴頻通信系統的製作方法
2023-12-04 18:09:16
專利名稱：具有發射天線分集的雙碼擴頻通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一個通信系統以及此在系統中使用的一個發射機。此通信系統特別但是不僅僅在本地和局域範圍的短程無線區域網(LAN)中應用。
背景技術：
基於如藍牙和本地射頻(HomeRF)等協議的短程無線區域網(LANs)通常工作在2.4GHZ ISM(工業，科學，醫療應用)頻段，此頻段也有其它的應用如射頻供熱。這種系統中出現的問題是頻率選擇多徑和同信道幹擾。這些問題可能會影響天線的定位，而本地網的用戶希望這些天線處於美學上離散的位置上。
一些分集和復用模式的無線電通信系統已被建議抵制多徑傳播信道。最近探索多徑的特性而代替抵制這些特性的技術，被研製用於多發送天線和接收器中複雜的檢測算法中。這些技術利用陣列間最小距離為λ/2的天線陣，對每個分支使用單獨的調製器和解調器，並且發送分集僅由一個天線陣列完成。因此存在硬體的複雜性和放置發送天線的局限性。根據不同的傳播信道特性改變調製方式是公知的一個多模式調製技術，同時這也需要一連串複雜的硬體。應用於分離正交相關I-Q信道擴頻通信的多模技術由預定的PN編碼擴頻(每個I-Q數據流有相同的偽隨機序列)，同時經過一個多正交調製。對於高比特率傳輸來說，多編碼並行擴頻系統在美國專利5903556中有描述，系統對多個並行I-Q數據流的每一個使用相同偽隨機序列的相移模型。這種技術沒有利用多徑效應。
發明概述本發明的一個目的是減少無線區域網中的頻率選擇多徑效應和同信道幹擾。
根據本發明的一個方面，提供了一個通信系統包括多個無線電收發機，其中從一個收發機至另一個收發機的通信是通過雙碼擴頻技術與發射分集的一種結合而進行的。
根據本發明的另一個方面，提供了一個通信系統，包括第一和第二收發機，第一和第二收發機中的一個具有一個發射部分，此部分包括接收數據流的裝置，把數據流分成各個正交相關的信道的裝置，每個信道具有上變頻裝置和分別利用第一和第二PN擴頻編碼之一的擴展上變頻信號的裝置，以及信號傳播裝置，這些接收部分具有用於接收由所述第一和第二裝置之一發送的信號的天線分集裝置，還包括結合接收信號的裝置，分別使組合信號與第一和第二PN擴頻編碼相關的裝置，以及從相關信號中恢復數據的裝置。
根據本發明的第三方面，提供了一種發射機，包括接收數據流的裝置，把數據流分成各個正交相關的信道的裝置，每個信道具有上變頻裝置和分別利用第一和第二PN擴頻編碼之一的擴展上變頻信號的裝置，這些PN擴頻編碼由產生並行第一和第二PN編碼的裝置產生，此發射機還包括多徑信號傳播裝置。
利用本發明，每個發射天線可以被放置在用戶期望的位置上。這種便利是可能的，因為具有相同頻率的發射載波不必在發射時具有有助於系統安裝的相同相位。
本發明將結合附圖來舉例描述，其中圖1是包括多個收發機的無線區域網的方框圖，其中只示出2個收發機，圖2是使用發送矢量分集的雙編碼擴頻的發射機方框圖，圖3是具有自適應前向盲等增益組合器的雙編碼擴頻矢量接收機的方框圖，圖4是適用於圖3所示的加權控制器的方框圖。
在附圖中相同的附圖標記用來說明相應的特徵。
實施例圖1中的無線區域網包括一個無線遠程控制器RC和至少兩個可以是分立的收發機TR，TR』，這些收發機與分立的如電視機，Hi-Fi系統，機頂盒或個人計算機等輸入/輸出裝置相連接，或者與這些設備一體化。
因為收發機TR，TR』是一樣的，僅收發機TR將被詳細的描述，相同的表示相同參數的附圖標記也被用於表示收發機TR』相應部分。
一個發射機(Tx)10和一個接收機(Rx)12被連接至一個處理器14，該處理器控制Tx10和Rx12，以及處理中繼到或接收輸入/輸出設備16的數據。Tx10是一個使用發射矢量分集的雙編碼擴頻發射器，其中每個對稱信號群由分立的天線18，20傳播。多個天線ANT1至ANTn(此處n為大於等於2的整數)被連接至具有自適應前向盲等增益組合器和雙編碼擴頻接收機結構的Rx12。因為收發機TR，TR』是穩定的，他們的天線18，20，ANT1至ANTn可被設置在任何合適的地方。
遠程控制器Rc包括一個發射機22和一個接收機24，與處理器26連接並由其控制。發射機22和接收機24可以與Tx10和Rx12有相同的結構但是共同使用相同的天線28，30。遠程控制器Rc還包括一個具有相應驅動器(圖中未示出)的LCD顯示版32以及一個具有人機接口(MMI)的鍵盤34。
操作時，具有遠程控制器Rc的用戶可以有效地與收發機TR，TR』連接，這樣他們可以通過各自的輸入/輸出設備16，16』輸入和輸出數據來進行通信。
根據附圖2所示的發射器10，設備16中的數據發送至處理器14並被編碼為具有基於調製方案的預定數目的電平的數據流，例如，對於16QAM(正交調幅)有2個電平。然後提供給正交數據分離器40，其具有一個I(或同相位)信道數據流和一個Q(或正交相位)信道數據流。I，Q數據流輸入分立的混頻器42，44。由頻率發生器46產生一個可能為射頻載波頻率或者是中頻載波頻率的載波信號fc。載波信號fc輸入到混頻器42的第二個輸入端，同時通過一個90度的移相器48，輸入到混頻器44的第二個輸入端以分別調製I和Q數據流。經過調製的I和Q數據流被輸入到分立的乘法器50和52，由並行PN編碼發生器54產生的不同的PN編碼PN1，PN2也輸入乘法器50和52產成不同的擴頻信號。乘法器50，52分別與RF單元56，58相連，RF單元56，58的輸出端分別與天線18，20相連。如果由頻率發生器46產生的載波fc等於RF載波頻率，那麼RF單元56，58將作為功放臺。但是，如果載波fc等於IF載波頻率，那麼RF單元56，58將作為上變頻臺和功放。在後一種情況下，RF單元56，58將會有各自的RF頻率信號源，從而使天線18，20可以設置在無線電覆蓋區的任何地方。由天線18，20傳播的信號群在附圖2中表示為圖A和B。
可隨意設置天線18，20位置的一個作用是在發射的瞬間反向載波傳輸的最壞情況下，兩個信號由於不同發射天線位置而應起的不同的多徑反射將會經過不同的相位。相應的，需要一個能夠識別相位變化的智能接收機來處理作為多徑的一個影響的初始相位變化，同時需要自適應地改正這些相位變化。
附圖3說明了具有智能自適應組合器60的接收器12，組合器60用於組合算法以自適應的調整相位直至獲得一個最大的信號功率。接收器12包括多個分別接收發送信號X1(t)至Xn(t)的天線ANT1至ANTn，並把它們作為相位調整分支。因為每個相位調整分支的結構實質上是相同的，僅詳細的描述其中的一個，同時附圖標記也將用於指示其它分支的相應元件。
每個分支包括一個低噪聲放大器(LNA)62，它的輸入端與它的天線ANT1相連。LNA62的輸出信號分為兩路。第一路連至一個定向轉換乘法器64的第一輸入端，乘法器的第二輸入端與第一移相器66相連，移相器的輸入端與產生所有分支都相同的RF載波頻率的本地振蕩器68的輸出端相連，乘法器64的一個輸出信號，此輸出信號包括一個誤差或錯誤信號ε1(t)，經低通濾波器70濾波以濾去不必要的高數量級的諧波，低通濾波器的輸出端連至控制第一移相器66的加權控制器72。第二路連至由加權控制器72控制的第二移相器74。第二移相器74，74』的輸出信號在加法臺76處組合。
為了方便，自適應組合器將在描述接收器的剩餘部件之前描述。
分別由天線ANT1至ANTn接收的信號X1(t)至Xn(t)分別在LNAs62，62』中放大，並在乘法器64，64』中混頻降至基帶。每個混頻器64，64』使用的本振信號的相位由第一移相器66，66』響應由加權控制器72，72』提供的加權信號W1(t)，W2(t)來調整。因為不同路徑方向的接收信號的相位是不同的，因此每個分支的加權信號是不同的。最後確定的加權信號W1(t)，Wn(t)，如下所述，是作為一種信息，來跟蹤分別由加權控制器72，72』提供給第二移相器74，74』的實際確定的加權因子D1(t)，Dn(t)的。實際確定的加權因子D1(t)，Dn(t)的值被確定以使每一路的輸入接收信號同相位。N個支路的信號在加法臺76的輸出端相加增加了信號的功率。
加權控制器72，72』不須預先知道基準信號便可決定加權信號W1(t)，W2(t)和實際確定的加權因子D1(t)，Dn(t)的值。附圖4顯示了加權控制器72的結構。加權控制器72可修改成如圖所示的可替代每個支路上的加權控制器的中央加權控制器。錯誤電壓ε1(t)至εN(t)，並行輸入電壓探測器78，其輸出端連至模數轉換器(ADC)80，模數轉換器(ADC)80連至控制器82。第一查表84存儲了用於給加權信號WN(t)提供值的精確相移測量值，以及第二查表86存儲了通過比較各分支間接收信號的相位偏移而得到的實際確定的加權因子Dn(t)的值，表一和表二都連接至控制器82。控制器把這些加權信號和加權因子提供給數模轉換器(DAC)88，數模轉換器(DAC)88分別為第一和第二移相器66，66』和74，74』提供各自的加權信號W1(t)，Wn(t)和加權因子D1(t)，Dn(t)。
尋找加權信號W1(t)，Wn(t)和加權因子D1(t)，Dn(t)的過程如下(1)使用統計的傳播數據，控制第一移相器66，66』的加權信號W1(t)，Wn(t)將在各個分支被具有從0至180度相位差的連續節距電壓初始化。在N＝4的情況下，分支1的初始相移是45度，分支2的初始相移是90度，分支3是135度，分支4是180度。
(2)加權控制器72(或者在每個分支中的多個加權控制器)改變加權信號的值直至乘法器64至64』產生最小的錯誤電壓εN(t)min。這個當相移本地振蕩頻率與的接收此分支中的最高信號同相位時，最小的錯誤電壓將被探測到。
(3)當得到了每個分支的εN(t)min時，它的值在ADC80中數位化，並輸入至控制器80，控制器給第一查表84一個相應的輸入以確定接收信號與本地振蕩頻率的相位偏差。從第一查表84讀出的一個數字值由控制器82輸入DAC88，DAC88給出一個模擬的加權信號WN(t)。
(4)在N個輸入信號中，僅有一個接收信號具有與本地振蕩頻率的最小相位偏差，此信號被選為基準信號。
(5)這個基準信號被輸入至第二查表86，其產生一個被控制器用來產生實際加權因子DN(t)的相應輸出。實際加權因子DN(t)被作為相位控制電壓輸入到第二移相器74，74』中，此相位控制電壓使它們的接收載波信號與選定的基準信號同相位。
結果，自在加法臺76相加的信號是同相位的。
根據附圖3，加法臺76的輸出在放大器90中放大。同相位分離器92的輸入端連至放大器90的輸出端，同時輸出端分別連到混頻器94，96的第一輸入端，一個本地振蕩器98連至混頻器94，96的第二輸入端，混頻器94，96的輸出端分別連至低通濾波器100，102，濾波器的輸出端連至第一和第二相關器104，106的第一輸入端。
並行PN編碼產生器108輸入PN1編碼至相關器104的第二輸入端，同時輸入PN2編碼至相關器106的第二輸入端。相關器104，106的輸出端相應於I和Q信道數據流，它們是如星點圖C和D表示的互補信號模式，這些數據流在錯誤探測臺110比較，最後在終端112得到恢復的數據流。
在本說明書和權利要求中，每個設備前的「一個」並不排除具有多個這樣的設備，同時「包括」並不排除具有其它為列出的設備或步驟的可能。
通過閱讀本敘述，本領域的技術人員可容易地做出其它改變，這些改變可能包括其他的一些現有設計，構造和通信系統和相應元件的使用，它們可替代或增加入本發明表述的特徵。
實用性無線通信系統及相應的發射器。
權利要求
1.一個具有多個無線收發機的通信系統，其中，從一個收發機至另一個收發機的通信是通過雙編碼擴頻技術與發射分集的結合而進行的。
2.一個通信系統，包括第一和第二收發機，第一和第二收發機中的一個具有一個發射部分，此部分包括接受數據流的裝置，把數據流分成各個正交相關信道的裝置，每個信道具有上變頻裝置和分別利用第一和第二PN擴頻編碼之一的擴展上變頻信號的裝置，以及信號傳播裝置，同時第一和第二收發機的另外一個還包括接收部分，這些接收部分具有用於接收由所述第一和第二裝置之一發送的信號的天線分集裝置，還包括結合接收信號的裝置，分別使組合信號與第一和第二PN擴頻編碼相關的裝置，以及從相關信號中恢復數據的裝置。
3.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，信號傳播裝置包括多徑傳播裝置，這些多徑傳播裝置具有位於一個無線覆蓋範圍中不同部分的分立天線。
4.如權利要求2或3所述的系統，其特徵在於，天線分集裝置包括多個分支，同時所述結合接收信號的裝置還包括在所述分支中的一個中選擇一個信號作為基準信號的裝置，以及使剩餘分支中的信號與所述基準信號同相位的裝置。
5.如權利要求4所述的系統，其特徵在於，每個所述的分支包括下變頻和相位補償裝置，一個本地振蕩器連至每個所述的補償裝置，每個補償裝置包括調整本地振蕩器相位的裝置以減小已調整的本地振蕩器頻率和各個分支的接收信號頻率相位間的差值，用於選擇一個與本地振蕩頻率有最小相位偏差的分支並將此信號作為基準信號的裝置。
6.如權利要求2至5中的任何一個所述的系統，其特徵在於，通過與信號組合器輸出端連接的裝置，把組合信號分至兩個同相位信道，每個信道具有把其信號下變頻的裝置，以及通過把第一和第二PN編碼中的一個輸入其中來解擴下變頻轉換信號的相關裝置，和連至相關裝置的用於比較解擴信號以決定輸出數據的裝置。
7.一種發射機，包括接收數據流的裝置，把數據流分成各個正交相關信道的裝置，每個信道具有上變頻裝置和分別利用第一和第二PN擴頻編碼之一的擴展上變頻信號的裝置，這些PN擴頻編碼由產生並行第一和第二PN編碼的裝置產生，此發射機還包括多徑信號傳播裝置。
8.如權利要求7所述的發射機，其特徵在於，多徑信號傳播裝置包括位於一個無限覆蓋區域不同部分的分立天線。
全文摘要
一個通信系統包括由多個空間上分立的收發機TR,TR』組成的一個無線區域網。每個收發機具有一個通過雙編碼擴頻和發射分集的結合來發射數據的發射部分(10)。更特別的是,一個輸入數據流被分離至正交相關信道(I,Q)。每個信道包括上變頻器(42,44,46),擴頻臺(50,52)可用兩個並行產生的PN編碼(PN1,PN2)其中的一個來擴展上變頻信號,天線(18,20)被方便地放置在各個發送區覆蓋的區域。
文檔編號H04J13/00GK1363149SQ01800279
公開日2002年8月7日 申請日期2001年2月5日 優先權日2000年2月23日
發明者S·I·納姆 申請人:皇家菲利浦電子有限公司